JP4007476B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載される交流発電機に関し、特に回転子に設けられるファンのブレードの枚数に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は一般的な車両用交流発電機の構成を示す断面図である。図２５は図２４の回転子の斜視図である。
この車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、固定子８が回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されて構成されている。
【０００３】
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト(図示せず)を介してシャフト６に伝達できるようになっている。
【０００４】
回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【０００５】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ円柱状のコア基部２２ａ、２３ａと、コア基部２２ａ、２３ａの外周縁に周方向に等角ピッチで複数突設された爪状磁極２２、２３とからなり、コア基部２２ａ、２３ａの端面同士が当接され、さらに爪状磁極２２、２３が互いにかみ合うように、対向してシャフト６に固着されている。
【０００６】
回転駆動される回転子７の軸方向の両端においては、円柱状のコア基部２２ａ、２３ａの端面に、それぞれ複数のブレード５ｃを外周付近に配したファン５が取り付けられている。ファン５は、薄板基部５ａとこの基部５ａから切り起こして形成される複数のブレード５ｃとからなる。
【０００７】
固定子８は、固定子コア１５と、この固定子コア１５に導線を巻回してなり、回転子７の回転に伴い、回転子７からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１６とから構成されている。
【０００８】
このように構成された車両用交流発電機では、電流がバッテリ(図示せず）からブラシ１０およびスリップリング９を介して回転子コイル１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方のポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、回転子７が回転される。そこで、固定子コイル１６に回転磁界が与えられ、固定子コイル１６に起電力が発生する。この交流の起電力が整流器１２を通って直流に整流されるとともに、その大きさがレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【０００９】
この車両用交流発電機においては、回転子コイル１３、固定子コイル１６、整流器１２およびレギュレータ１８は、発電中、常に発熱している。そこで、発電により発生する熱を冷却するために、吸気孔１ａ、２ａおよび排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２に設けられている。
そして、リヤ側では、図２４に矢印で示されるように、ファン５の回転により、外気が吸気孔２ａを通じてケース３内に吸い込まれて整流器１２およびレギュレータ１８を冷却し、ついでファン５により遠心方向に曲げられて固定子コイル１６のリヤ側のコイルエンド部を冷却し、その後排気孔２ｂから外部に排出される。
【００１０】
一方、フロント側では、図２４に矢印で示されるように、ファン５の回転により、外気が吸気孔１ａを通じてケース３内に吸い込まれ、ついでファン５により遠心方向に曲げられて固定子コイル１６のフロント側のコイルエンド部を冷却し、その後排気孔１ｂから外部に排出される。さらに、フロント側とリヤ側との圧力差に起因して、冷却風が回転子７内を通ってフロント側からリヤ側に流れ、固定子コイル１３を冷却している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、車両に搭載される補機である車両用発電機は、車外騒音の低減化や、車室の静粛化の要請に合う性能が求められている。発電機は、常に回転する回転体を有し、回転数も高いものであるので風騒音、電磁騒音等が問題となってきている。また、車両の機器搭載スペースの縮小化に伴い、発熱体である発電機は熱的にもますます厳しい状況におかれるようになってきている。その対策として、例えば冷却効率向上をねらって冷却手段であるファン５の能力を上げると、ファン５による騒音が拡大してしまう場合がある。また、冷却性が下がると、発電機出力が低下することになる。
【００１２】
このような問題を解消する一つの方法として、特開平１１−２２０８５１号公報には、ファン５のブレード枚数を爪磁極数より少なくすることで騒音増大を防止することが開示されている。すなわち、回転時の爪磁極数の振動によって生じる騒音と、ファンブレード５ｃによって生じる騒音とが同期することを防止している。
【００１３】
ところで、一般的に、爪磁極数は、ＮＳ極を交互に構成することから偶数で設けられる。そのため、フロント側とリヤ側のいずれかのファンブレード５ｃの枚数が偶数であった場合、爪磁極数と共振してしまう共振数を含むことになり、特に、回転周波数がかなり広範囲にわたる車両用発電機においては干渉音を抑える完全な対策にはなっていないことが問題であった。
【００１４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ファン騒音が低く、高雰囲気温度の環境においても冷却性を低下させない小型で高出力、またコスト的にも優れた車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用交流発電機は、複数の吸気孔が軸方向面に設けられ、複数の排気孔が径方向面に設けられたケースと、爪状磁極が外周縁部に等角ピッチで軸方向に突設されてなる、一対のポールコアを有し、各々のポールコアの爪状磁極が互いに噛み合うようにシャフトに固定されてケース内に回転自在に配設され、一対のポールコアの軸方向のそれぞれの端面には、外周部に複数のブレードを有するファンがそれぞれ固着されている回転子と、回転子の外周側を覆うようにケースに固定され、回転子と対向する内周側に複数のスロットが形成された固定子鉄心、及びスロットに収納される固定子巻線を有する固定子と、ケースのリヤ側に設けられ、固定子で生じた交流を直流に整流する整流器とを備えた車両用交流発電機において、スロットは偶数個形成され、爪状磁極は各々のポールコアについて偶数個形成され、一対のファンのブレードの枚数は互いに等しくかつ各々奇数個であり、固定子巻線は、長尺の素線が、固定子鉄心の両端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線を複数有し、固定子鉄心の両端面側のスロット外で折り返された素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成しており、コイルエンド群はフロント側とリヤ側とで略同一形状であり、ブレードの外周側端部における接線と、シャフトの軸心を中心として外周側端部を通る円の外周側端部における接線とのなす角である出口角度について、ケースのフロント側のファンの出口角度は、ケースのリヤ側のファンの出口角度よりも大きく、フロント側のファンの発生する風量は、リヤ側のファンの発生する風量よりも多い。
【００１６】
また、ファンブレードの枚数は、一対の爪状磁極の総磁極数の１／２以下である。
【００１９】
また、フロント側のファンの外径寸法は、リヤ側のファンの外径寸法よりも大きい。
【００２０】
また、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返された素線が周方向に並んで略同一形状のコイルエンド群を構成している。
【００２２】
また、スロットの数は、毎極、毎相あたり２である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。図２は図１の回転子の斜視図である。図３は図１の回転子のフロント側から見た平面図である。図４は図１の回転子のリヤ側から見た平面図である。図５はこの車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。図６はこの車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明する平面図である。図７はこの車両用交流発電機の回路図である。
【００２４】
また、図８および図９はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線群の製造工程を説明する図である。図１０はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する内層側の素線群を示す図であり、図１０の（ａ）はその側面図、図１０の（ｂ）はその平面図である。図１１はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する外層側の素線群を示す図であり、図１１の（ａ）はその側面図、図１１の（ｂ）はその平面図である。図１２はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図である。図１３はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図である。図１４はこの車両用交流発電機の適用される固定子鉄心の構造を説明する図であり、図１４の（ａ）はその側面図、図１４の（ｂ）はその背面図である。図１５はこの車両用交流発電機の適用される固定子の製造工程を説明する工程断面図である。図１６はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線群の鉄心への装着状態を示す平面図である。図１７はこの車両用交流発電機の適用される固定子の断面図である。なお、図５では口出し線および渡り結線が省略されている。
【００２５】
図１及び図２において、車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、固定子８が回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されて構成されている。
【００２６】
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト(図示せず)を介してシャフト６に伝達できるようになっている。
【００２７】
回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【００２８】
また、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周両肩部に固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ａ、１６ｂの径方向外側に対向して設けられている。
【００２９】
図２において、回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、爪状磁極２２、２３をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。すなわち、回転子７は、一側のポールコアに８個、全体で１６個の爪状磁極を有している。回転子７のフロント側の端面にはファン１０５が固着されている。一方、回転子７のリア側の端面にはファン２０５が固着されている。
【００３０】
図３において、フロント側のファン１０５は、金属薄板からなり、円環状のファン基部１０５ａとファン基部１０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された曲面状のブレード１０５ｃとを有している。ファン１０５は、ファン基部１０５ａをポールコア２０の端面に当接させた状態でプロジェクション溶接されている。
【００３１】
図４において、リヤ側のファン２０５は、フロント側のファン１０５と同様に金属薄板からなり、円環状のファン基部２０５ａとファン基部２０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された平面状のブレード２０５ｃとを有している。ファン２０５は、ファン基部２０５ａをポールコア２１の端面に当接させた状態でプロジェクション溶接されている。
【００３２】
ここでは、ファン１０５及びファン２０５のブレードの枚数は、ポールコア２０及びポールコア２１の爪状磁極２２および爪状磁極２３の数を合わせた総磁極数である１６の半分の８より少なく且つ奇数の数である７枚とされている。
【００３３】
固定子８は、図５に示されるように、軸方向に延びるスロット１５ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された多相固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装着されて多相固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。そして、多相固定子巻線群１６は、１本の素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて巻装された巻線を複数備えている。ここでは、固定子鉄心１５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相固定子巻線１６０を２組収容するように、９６本のスロット１５ａが等間隔に形成されている。また、素線３０には、例えば絶縁被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。
【００３４】
つぎに、１相分の固定子巻線群１６１の巻線構造について図６を参照して具体的に説明する。
１相分の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４の巻線３１〜３４から構成されている。そして、第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットごとに、スロット１５ａ内の外周側から１番目の位置と外周側から２番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットごとに、スロット１５ａ内の外周側から２番目の位置と外周側から１番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットごとに、スロット１５ａ内の外周側から３番目の位置と外周側から４番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットごとに、スロット１５ａ内の外周側から４番目の位置と外周側から３番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に４本並んで配列されている。
【００３５】
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の１番から延出する第１巻線３１の端部３１ａと、スロット番号の９１番から延出する第３巻線３３の端部３３ｂとが接合され、さらにスロット番号の１番から延出する第３巻線３３の端部３３ａと、スロット番号の９１番から延出する第１巻線３１の端部３１ｂとが接合されて、２ターンの巻線が形成されている。
【００３６】
また、固定子鉄心１５の他端側において、スロット番号の１番から延出する第２巻線３２の端部３２ａと、スロット番号の９１番から延出する第４巻線３４の端部３４ｂとが接合され、さらにスロット番号の１番から延出する第４巻線３４の端部３４ａと、スロット番号の９１番から延出する第２巻線３２の端部３２ｂとが接合されて、２ターンの巻線が形成されている。
【００３７】
さらに、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２巻線３２の素線３０の部分が切断され、スロット番号の６７番と７３番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１巻線３１の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｃと第２巻線３２の切断端３２ｃとが接合されて、第１乃至第４巻線３１〜３４を直列接続してなる４ターンの１相分の固定子巻線群１６１が形成されている。
【００３８】
なお、第１巻線３１の切断端３１ｃと第２巻線３２の切断端３２ｃとの接合部が渡り結線接続部となり、第１巻線３１の切断端３１ｄと第２巻線３２の切断端３２ｄとがそれぞれ口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
【００３９】
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線１６１が形成されている。そして、図７に示されるように、固定子巻線群１６１が３相分づつ星型結線されて２組の３相固定子巻線群１６０を形成し、各３相固定子巻線群１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成される。
【００４０】
ここで、第１乃至第４巻線３１〜３４を構成するそれぞれの素線３０は、１つのスロット１５ａから固定子鉄心１５の端面側に延出し、折り返されて６スロット離れたスロット１５ａに入るように波巻きに巻装されている。そして、それぞれの素線３０は、６スロット毎に、スロット深さ方向（径方向）に関して、内層と外相とを交互に採るように巻装されている。
【００４１】
固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンドを形成している。そこで、固定子鉄心１５の両端において、ほぼ同一形状に形成されたターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、２列となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群１６ａ、１６ｂを形成している。
【００４２】
ついで、固定子８の組立方法について図８乃至図１４を参照しつつ具体的に説明する。
まず、図８に示されるように、１２本の長尺の素線３０を同時に同一平面上で雷状に折り曲げ形成する。ついで、図９に矢印で示されるように、直角方向に治具にて折り畳んでゆき、図１０に示される素線群３５Ａを作製する。さらに、同様にして、図１１に示されるように、渡り結線および口出し線を有する素線群３５Ｂを作製する。そして、巻線群３５Ａ、３５Ｂが装着された鉄心３６を環状に成形しやすくするために、後巻線群３５Ａ、３５Ｂは３００℃で１０分間アニール処理される。
【００４３】
なお、各素線３０は、図１２に示されるように、ターン部３０ａで連結された直線部３０ｂが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り曲げ形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂが、ターン部３０ａにより、素線３０の幅（Ｗ）分ずらされている。素線群３５Ａ、３５Ｂは、このようなパターンに形成された２本の素線３０を図１３に示されるように６スロットピッチずらして直線部３０ｂを重ねて配列された素線対が１スロットピッチづつずらして６対配列されて構成されている。そして、素線３０の端部が素線群３５Ａ、３５Ｂの両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３０ａが素線群３５Ａ、３５Ｂの両側部に整列されて配列されている。
【００４４】
また、台形形状のスロット３６ａが所定のピッチ（電気角で３０°）で形成されたＳＰＣＣ材を所定枚数積層し、その外周部をレーザ溶接して、図１４に示されるように、直方体の鉄心３６を作製する。
【００４５】
そして、図１５の（ａ）に示されるように、インシュレータ１９が鉄心３６のスロット３６ａに装着され、２つの素線群３５Ａ、３５Ｂの各直線部を各スロット３６ａ内に重ねて押し入れる。これにより、図１５の（ｂ）に示されるように、２つの素線群３５Ａ、３５Ｂが鉄心３６に装着される。この時、素線３０の直線部３０ｂは、インシュレータ１９により鉄心３６と絶縁されてスロット１５ａ内に径方向に４本並んで収納されている。また、２つの素線群３５Ａ、３５Ｂは、図１６に示されるように、重なって鉄心３６に装着されている。
【００４６】
ついで、鉄心３６を丸め、その端面同士を当接させて溶接し、図１２の（ｃ）に示されるように、円筒状の鉄心３７を得る。鉄心３６を丸めることにより、スロット３６ａ（固定子鉄心のスロット１５ａに相当）は略矩形断面形状となり、その開口部３６ｂ（スロット１５ａの開口部１５ｂに相当）は直線部３０ｂのスロット幅方向寸法より小さくなる。そして、図６に示される結線方法に基づいて、各素線３０の端部同士を結線して固定子巻線群１６１を形成する。
【００４７】
このように構成された車両用交流発電機では、電流がバッテリ(図示せず）からブラシ１０およびスリップリング９を介して回転子コイル１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方のポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、回転子７が回転される。そこで、多相固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、多相固定子巻線１６に起電力が発生する。この交流の起電力が整流器１２を通って直流に整流されるとともに、その大きさがレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【００４８】
そして、リヤ側においては、ファン２０５の回転により、外気が整流器１２のヒートシンクおよびレギュレータ１８のヒートシンク１７にそれぞれ対向して設けられた吸気孔２ａを通じて吸い込まれ、シャフト６の軸に沿って流れて整流器１２およびレギュレータ１８を冷却し、その後ファン２０５により遠心方向に曲げられて多相固定子巻線１６のリヤ側のコイルエンド群１６ｂを冷却し、排気孔２ｂより外部に排出される。一方、フロント側においては、ファン１０５の回転により、外気が吸気孔１ａから軸方向に吸い込まれ、その後ファン１０５により遠心方向に曲げられて多相固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド群１６ａを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。
【００４９】
このように、この実施の形態によれば、車両用交流発電機は、複数の吸気孔１ａが軸方向面に設けられ、複数の排気孔１ｂが径方向面に設けられたケース３と、爪状磁極２２，２３が外周縁部に等角ピッチで軸方向に突設されてなる、一対のポールコア２０，２１を有し、各々のポールコア２０，２１の爪状磁極２２，２３が互いに噛み合うようにシャフト６に固定されてケース３内に回転自在に配設され、一対のポールコア２０，２１の軸方向のそれぞれの端面には、外周部に複数のブレード１０５ｃ，２０５ｃを有するファン１０５，２０５がそれぞれ固着されている回転子７と、回転子７の外周側を覆うようにケース３に固定され、回転子７と対向する内周側に複数のスロット１５ａが形成された固定子鉄心１５、及びスロット１５ａに収納される固定子巻線１６を有する固定子８とを備えた車両用交流発電機において、スロット１５ａは偶数個形成され、爪状磁極２２及び爪状磁極２３は各々偶数個形成され、一対のファン１０５，２０５のブレード１０５ｃ，２０５ｃの枚数は互いに等しくかつ各々奇数個である。
【００５０】
そのため、回転子７の回転時に発生する爪状磁極２２，２３自体の振動と、爪状磁極２２，２３に固着されて軸方向に突出するブレード１０５ｃ，２０５ｃを有するファン１０５，２０５の各々の振動とが同期することなく、騒音を低減することができる。また、フロント側とリヤ側のブレード１０５ｃ，２０５ｃの枚数が同じなのでそれぞれが爪状磁極２２，２３と同期することがなく、騒音をさらに低減することができる。さらには、ブレード１０５ｃ，２０５ｃ自体の風切り音が前後で個別の周波数で発生することを防止することができる。
【００５１】
また、ファンブレード１０５ｃ，２０５ｃの枚数は、一対の爪状磁極２２，２３の総磁極数（両方の爪状磁極２２，２３を合わせたもの）の１／２以下である。そのため、ブレード１０５ｃ，２０５ｃの枚数が少なくなり、各ブレード１０５ｃ，２０５ｃの面積を比較的大きく構成することができる。これにより、ファン１０５，２０５の冷却能力を向上させることができる。すなわち、本実施の形態のブレード１０５ｃ，２０５ｃの枚数は、フロント側とリヤ側で同じで７枚とされている。つまり、総磁極数１６の半分の８より少ない奇数であり、全体の冷却性を低下させない少な過ぎずものとなっている。
【００５２】
また、固定子巻線１６は、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、所定スロット１５ａ数毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線３１〜３４を複数有し、固定子鉄心１６の端面側のスロット１５ａ外で折り返された素線３０が周方向に並んで略同一形状のコイルエンド群１６ａ，１６ｂを構成している。そのため、全周にわたって整列されたコイルエンド部が形成され、これにより通風抵抗が低減されて冷却性および風騒音が向上される。
【００５３】
また、固定子巻線１６は、長尺の素線３０が、固定子鉄心１５ａの端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、所定スロット１５ａ数毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線３１〜３４を複数有し、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返された素線３０のターン部が周方向に並んでコイルエンド群１６ａ，１６ｂを構成しており、コイルエンドはフロント側とリヤ側とで略同一形状である。そのため、両コイルエンド群１６ａ、１６ｂがバランス良く冷却され、固定子巻線温度が均一に、かつ、大きく低減される。また、固定子巻線１６のフロント側とリヤ側でそれぞれブレード１０５ｃ，２０５ｃとの干渉が同等となり、干渉音を低減することができる。
【００５４】
また、本実施の形態においては、スロット１５ａの数は、毎極、毎相あたり２とされている。そのため、スロット１５ａの数が極数の６倍となり、ファン１０５ｃ，２０５ｃの振動と爪状磁極２２，２３の振動の周波数が離れて、より騒音が分散され、騒音を低減することができる。また、スロット１５ａからの素線３０の延出数が増し、騒音低減効果がさらに増す。
【００５５】
また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０の傾斜方向が平行となっているので、ケース３内の軸方向流れが素線３０の傾斜に沿って旋回する。これにより、回転子７の回転によって生じる軸方向流れがコントロールされる。
【００５６】
つまり、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０が回転子７の回転方向成分と冷却風の軸方向流れ成分との合成方向に傾斜していれば、冷却風の軸方向流れが促進される。これにより、回転子コイル１３が効率よく冷却されるので、回転子コイル１３の温度が下がり、界磁電流が大きくなり、出力向上が望める。この場合、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０が軸方向流れ成分に沿って傾斜しているので、干渉による風騒音も低減される。
【００５７】
一方、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０が回転子７の回転方向成分と冷却風の反軸方向流れ成分との合成方向に傾斜していれば、冷却風の軸方向流れが低減される。これにより、径方向の吐出側の風量が増加し、吐出側に配置されているコイルエンドの冷却性が向上される。
【００５８】
尚、ブレード１０５ｃ，２０５ｃは薄板基部から必ずしも軸に平行に切り起こされなくてもよい。また、ケース３に設けられる吸気孔１ａおよび排気孔１ｂは、ファンブレード１０５ｃ，２０５ｃによる冷却風がスムーズに流れればよいので、形状、個数、固定子巻線１６との位置関係等は、図示のものに限定されるものではない。
【００５９】
実施の形態２．
図１８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の回転子のフロント側から見た平面図である。図１９は回転子のリヤ側から見た平面図である。
本実施の形態においては、回転子７のフロント側の端面にはファン３０５が固着されている。一方、回転子７のフロント側の端面にはファン４０５が固着されている。
【００６０】
図１８において、フロント側のファン３０５は、金属薄板からなり、円環状のファン基部３０５ａとファン基部３０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された曲面状のブレード３０５ｃとを有している。ファン３０５は、ファン基部３０５ａをポールコア２０の端面に当接させた状態でプロジェクション溶接されている。
【００６１】
図１９において、リヤ側のファン４０５は、フロント側のファン４０５と同様に金属薄板からなり、円環状のファン基部４０５ａとファン基部４０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された平面状のブレード４０５ｃを有している。ファン４０５は、ファン基部４０５ａをポールコア２１の端面に当接させた状態でプロジェクション溶接されている。
【００６２】
本実施の形態のファン３０５及びファン４０５のブレードの枚数は、ポールコア２０及びポールコア２１の爪状磁極２２および爪状磁極２３の数を合わせた総磁極数である１６の半分の８より多く且つ奇数の数である９枚とされている。
【００６３】
このようなことから、回転子７の回転時に発生する爪状磁極２２，２３自体の振動と、爪状磁極２２，２３に固着されて軸方向に突出するブレード３０５ｃ，４０５ｃを有するファン３０５，４０５の各々の振動とが同期することなく、騒音を低減することができる。また、フロント側とリヤ側のブレード３０５ｃ，４０５ｃの枚数が同じなのでそれぞれが爪状磁極２２，２３と同期することがなく、騒音をさらに低減することができる。さらには、ブレード３０５ｃ，４０５ｃ自体の風切り音が前後で別々に（交互に）発生することを防止することができる。
【００６４】
また、ファンブレード３０５ｃ，４０５ｃの枚数は、一対の爪状磁極２２，２３の総磁極数（両方の爪状磁極２２，２３を合わせたもの）の１／２以下より多いる。そのため、ファン３０５，４０５の冷却能力を向上させることができる。
【００６５】
実施の形態３．
図２０はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の回転子のフロント側から見た平面図である。図２１は回転子のリヤ側から見た平面図である。
図２０において、フロント側のファン５０５は、ファン基部５０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された曲面状のブレード５０５ｃとを有している。ブレード５０５ｃは、外方に円弧中心を有する湾曲面とされている。
【００６６】
図２１において、リヤ側のファン６０５は、実施の形態１と概略同様に、ファン基部６０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された平面状のブレード６０５ｃを有している。
【００６７】
そして、本実施の形態においては、ブレードの外周側端部における接線と、シャフト６の軸心を中心として外周側端部を通る円の外周側端部における接線とのなす角度である出口角度について、フロント側のファン５０５の出口角度Ａは、リヤ側のファン６０６の出口角度Ｂよりも大きい。出口角度Ｂが大きくなると、同じ面積のブレードであっても発生する風量が多くなる。従って、本実施の形態においては、フロント側のファン５０５の発生する風量は、リヤ側のファン６０５の発生する風量より多い。
【００６８】
一方、ケース３内のリヤ側には、実施の形態１と同様に冷却されるべき内蔵物である整流器１２、レギュレータ１８、及びそれらのヒートシンク１７が設けられており、通風路が狭くなるので圧力損失大きくなる。しかし、本実施の形態においては、上述のように、フロント側のファン５０５の発生する風量は、リヤ側のファン６０５の発生する風量より多くされている。そのため、フロント側とリヤ側の冷却風の圧力損失が等しくなり、ファンが発生する騒音をフロント側とリヤ側でほぼ等しくすることができる。
【００６９】
また、本実施の形態においては、フロント側のファン５０５の出口角度Ａを、リヤ側のファン６０５の出口角度Ｂよりも大きくすることで、フロント側のファンの発生する風量をリヤ側のファンの発生する風量より多くしている。そのため、簡単な構成で風量の差を実現させている。
【００７０】
尚、本実施の形態のフロント側のファン５０５のブレード５０５ｃは、外方に円弧中心を有する湾曲面とされているが、出口角度Ａが大きければ本実施の形態の効果を得ることができ平面状であっても良い。
【００７１】
実施の形態４．
図２２はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の回転子のフロント側から見た平面図である。図２３は回転子のリヤ側から見た平面図である。
図２２において、フロント側のファン７０５は、ファン基部７０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された平面状のブレード７０５ｃとを有し、外径寸法はφＥである。
一方、図２３において、リヤ側のファン８０５は、ファン基部８０５ａの外周縁部から径方向外方に延出する複数の縁部を切り起こして形成された平面状のブレード８０５ｃを有し、外径寸法はφＦである。
【００７２】
そして、本実施の形態においては、フロント側のファン７０５の外径寸法φＥを、リヤ側のファン８０５の外径寸法φＦよりも大きくすることで、フロント側のファンの発生する風量をリヤ側のファンの発生する風量より多くしている。そのため、簡単な構成で風量の差を実現させている。
【００７３】
上記各実施の形態では、整流器、レギュレータ等の内蔵物は、リア側のケース内に収められているが、これらの内蔵物がケース外に配置されて保護カバー等でおおわれているタイプの発電機においても、同様の回転子と固定子の構造を有しておれば、本発明を適応することができる。
【００７４】
【発明の効果】
この発明に係る車両用交流発電機は、複数の吸気孔が軸方向面に設けられ、複数の排気孔が径方向面に設けられたケースと、爪状磁極が外周縁部に等角ピッチで軸方向に突設されてなる、一対のポールコアを有し、各々のポールコアの爪状磁極が互いに噛み合うようにシャフトに固定されてケース内に回転自在に配設され、一対のポールコアの軸方向のそれぞれの端面には、外周部に複数のブレードを有するファンがそれぞれ固着されている回転子と、回転子の外周側を覆うようにケースに固定され、回転子と対向する内周側に複数のスロットが形成された固定子鉄心、及びスロットに収納される固定子巻線を有する固定子と、ケースのリヤ側に設けられ、固定子で生じた交流を直流に整流する整流器とを備えた車両用交流発電機において、スロットは偶数個形成され、爪状磁極は各々のポールコアについて偶数個形成され、一対のファンのブレードの枚数は互いに等しくかつ各々奇数個である。
そのため、回転子の回転時に発生する爪状磁極自体の振動と、爪状磁極に固着されて軸方向に突出するブレードを有するファンの各々の振動とが同期することなく、騒音を低減することができる。また、フロント側とリヤ側のブレードの枚数が同じなのでそれぞれが爪状磁極と同期することがなく、騒音をさらに低減することができる。さらには、ブレード自体の風切り音が前後で個別の周波数を発生することを防止することができる。
また、固定子巻線は、長尺の素線が、固定子鉄心の両端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線を複数有し、固定子鉄心の両端面側のスロット外で折り返された素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成しており、コイルエンド群はフロント側とリヤ側とで略同一形状である。
そのため、固定子巻線のフロント側とリヤ側でそれぞれブレードとの干渉が同等となり、干渉音を低減することができる。
また、ケースのフロント側のファンの出口角度は、ケースのリヤ側のファンの出口角度よりも大きい。そのため、簡単な構成で、フロント側のファンの発生する風量をリヤ側のファンの発生する風量よりも多くすることができ、ファンが発生する騒音をフロント側とリヤ側とでほぼ等しくすることができる。
すなわち、ファンが発生する騒音は、冷却風の圧力損失とファンの発生する風量とに基づいて算出され、圧力損失の影響を大きく受けること、また、この冷却風の圧力損失は、通風路の通風抵抗とファンの発生する風量の二乗とを互いに乗算して算出されることが知られている。
上記ケースのリヤ側には、整流器が設けられているので、リヤ側の通風抵抗は、フロント側の通風抵抗よりも大きくなる。
したがって、フロント側のファンの発生する風量をリヤ側のファンの発生する風量よりも多くすることによって、冷却風の圧力損失をフロント側とリヤ側とで等しくすることができ、ファンが発生する騒音をフロント側とリヤ側とでほぼ等しくすることができる。
【００７５】
また、ファンブレードの枚数は、一対の爪状磁極の総磁極数の１／２以下である。そのため、ブレードの枚数が少なく、各ブレードの面積を比較的大きく構成することができ、冷却性能を向上させることができる。
【００７８】
また、フロント側のファンの外径寸法は、リヤ側のファンの外径寸法よりも大きい。そのため、フロント側の発生する風量をリヤ側のファンの発生する風量より多くすることを簡単な構成で実現することができる。
【００７９】
また、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返された素線が周方向に並んで略同一形状のコイルエンド群を構成している。
そのため、全周にわたって整列されたコイルエンド部が得られ、これにより通風抵抗が低減されて冷却性および風騒音が向上される。
【００８１】
また、スロットの数は、毎極、毎相あたり２である。そのため、スロット数が、毎極、毎相あたり２であるので、３相交流発電機の場合、スロット数が極数の６倍となり、ファンの振動と爪状磁極の振動数の周波数が離れて、より騒音が分散され、騒音を低減することができる。また、スロットからのコイルの延出数が増し、騒音低減効果が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】 図１の回転子の斜視図である。
【図３】 図１の回転子のフロント側から見た平面図である。
【図４】 図１の回転子のリヤ側から見た平面図である。
【図５】 この車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図６】 この車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明する平面図である。
【図７】 この車両用交流発電機の回路図である。
【図８】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線群の製造工程を説明する図である。
【図９】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線群の製造工程を説明する図である。
【図１０】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する内層側の素線群を示す図であり、図１０の（ａ）はその側面図、図１０の（ｂ）はその平面図である。
【図１１】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する外層側の素線群を示す図であり、図１１の（ａ）はその側面図、図１１の（ｂ）はその平面図である。
【図１２】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図である。
【図１３】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図である。
【図１４】 この車両用交流発電機の適用される固定子鉄心の構造を説明する図であり、図１４の（ａ）はその側面図、図１４の（ｂ）はその背面図である。
【図１５】 この車両用交流発電機の適用される固定子の製造工程を説明する工程断面図である。
【図１６】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線群の鉄心への装着状態を示す平面図である。
【図１７】 この車両用交流発電機の適用される固定子の断面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の回転子のフロント側から見た平面図である。
【図１９】 回転子のリヤ側から見た平面図である。
【図２０】 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の回転子のフロント側から見た平面図である。
【図２１】 回転子のリヤ側から見た平面図である。
【図２２】 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の回転子のフロント側から見た平面図である。
【図２３】 回転子のリヤ側から見た平面図である。
【図２４】 従来の一般的な車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２５】 図２４の回転子の斜視図である。
【符号の説明】
３ ケース、６ シャフト、７ 回転子、８ 固定子、２０，２１ ポールコア、 ２２，２３ 爪状磁極、１０５〜８０５ ファン、１０５ａ〜８０５ａ ファン基部、１０５ｃ〜８０５ｃ ブレード、Ａ フロント側のファンの出口角度、Ｂ リヤ側のファンの出口角度、φＥ フロント側のファンの外径寸法、φＦ リア側のファンの外径寸法。

Claims (5)

1. 複数の吸気孔が軸方向面に設けられ、複数の排気孔が径方向面に設けられたケースと、
   爪状磁極が外周縁部に等角ピッチで軸方向に突設されてなる、一対のポールコアを有し、各々の上記ポールコアの爪状磁極が互いに噛み合うようにシャフトに固定されて上記ケース内に回転自在に配設され、上記一対のポールコアの軸方向のそれぞれの端面には、外周部に複数のブレードを有するファンがそれぞれ固着されている回転子と、
   上記回転子の外周側を覆うように上記ケースに固定され、上記回転子と対向する内周側に複数のスロットが形成された固定子鉄心、及び上記スロットに収納される固定子巻線を有する固定子と、
   上記ケースのリヤ側に設けられ、上記固定子で生じた交流を直流に整流する整流器と
   を備えた車両用交流発電機において、
   上記スロットは偶数個形成され、上記爪状磁極は各々の上記ポールコアについて偶数個形成され、上記一対のファンのブレードの枚数は互いに等しくかつ各々奇数個であり、
   上記固定子巻線は、長尺の素線が、上記固定子鉄心の両端面側の上記スロット外で折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装された巻線を複数有し、上記固定子鉄心の両端面側の上記スロット外で折り返された上記素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成しており、上記コイルエンド群はフロント側とリヤ側とで略同一形状であり、
   上記ブレードの外周側端部における接線と、上記シャフトの軸心を中心として上記外周側端部を通る円の上記外周側端部における接線とのなす角である出口角度について、上記ケースのフロント側のファンの出口角度は、上記ケースのリヤ側のファンの出口角度よりも大きく、フロント側の上記ファンの発生する風量は、リヤ側の上記ファンの発生する風量よりも多い
   ことを特徴とする車両用交流発電機。
2. 上記ファンのブレードの枚数は、一対の上記爪状磁極の総磁極数の１／２以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. フロント側の上記ファンの外径寸法は、リヤ側の上記ファンの外径寸法よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用交流発電機。
4. 上記固定子鉄心の両端面側の上記スロット外で折り返された上記素線が周方向に並んで略同一形状のコイルエンド群を構成している
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両用交流発電機。
5. 上記スロットの数は、毎極、毎相あたり２である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両用交流発電機。

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