(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と連動して回転する冷却ファンと、固定子巻線を有する固定子と、前記固定子巻線に接触させた熱交換部材とを備え、前記冷却ファンの回転によって生じた冷却風によって前記熱交換部材を冷却すると共に、
前記熱交換部材は、波形形状に形成されたコルゲートフィンであることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記熱交換部材を前記固定子巻線と他の構成部品との間に挟み込むことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記熱交換部材と前記固定子巻線との間に絶縁部材を介在させることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記固定子巻線を覆うフレームを有しており、前記熱交換部材を前記固定子巻線と前記フレームの間に挟み込むことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４において、
前記フレームは、前記熱交換部材の取り付け位置に凹部を有しており、前記凹部に前記熱交換部材を対応させて組み付けることにより、前記熱交換部材の位置決めを行うことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記コルゲートフィンと前記固定子巻線との接触は前記固定子巻線を前記コルゲートフィンに押圧することにより行われ、この押圧によって前記コルゲートフィンの波形形状の折り返し部を変形させて接触面積を増大させることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記コルゲートフィンは、前記波形形状の折り返し部が前記回転子の遠心方向とほぼ平行となるように取り付けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項７において、
前記冷却ファンは、前記回転子の端面に取り付けられており、前記冷却ファンを回転させて生じた遠心方向の冷却風によって前記コルゲートフィンを冷却することを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記固定子巻線は、短節巻線方式により固定子鉄心に巻かれていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機等の回転電機に関し、特にステータコイルの冷却効率を高めた回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の一種である車両用交流発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものである。近年、車両の各種電気装置や電気制御装置の利用が拡大しつつあり、また取付けスペースの制約等に伴って、上述した車両用交流発電機は、高出力化および小型化が要求されている。また、燃費規制の上からも車両用交流発電機の効率向上と小型化が要求されている。
【０００３】
ところで、車両用交流発電機の効率を向上させるには、発電機の損失の中で最も大きな割合を占める銅損（ステータコイルの発熱）を小さくする必要があるが、このためにはステータコイルの巻線抵抗を小さくしてステータコイルの冷却性を向上させればよい。また、巻線用銅線の太さを維持しながら巻線抵抗を小さくするにはコイルエンドの高さを低くすればよいが、これはそのまま車両用交流発電機の小型化および軽量化にも寄与することにもなる。
【０００４】
ところが、コイルエンドの高さを低くして巻線抵抗を小さくしようとすると、コイルエンドの表面積が少なくなって冷却性が悪化するため、銅損による発熱を抑えてもそれ程ステータ温度が下がらない場合がある。特に、図１２に示すように、ロータ１０の端面に冷却ファン１１、１２を有する車両用交流発電機の場合には、ステータコイル１３の巻線抵抗を小さくするためにそのコイルエンド高さを低くすると、各冷却ファン１１、１２によって発生した遠心方向の冷却風がステータコイル１３に当たりにくくなるため冷却効率が低下する。
【０００５】
このように、巻線抵抗だけを変えても冷却性の本質的な改善にはならないため、その他の手法を併用してステータコイルを冷却する必要がある。ステータコイルの冷却性を向上させる従来技術としては、特開平６−７０５０８号公報に記載された回転電機がある。この回転電機は、ステータのコイルエンドに金属環体を嵌着し、それらの間に電気絶縁部材として接着テープと充填部材を介在させたものであり、コイルエンドの熱が金属環体からハウジングを通して外部に放熱されるというものである。また、他の従来技術として、実開平１−１６６４７７号公報や特開昭６３−２１３４６４号公報に記載されたリニアモータがある。このリニアモータに用いられているコイルは、その外周を樹脂モールドし、さらにその表面に放熱フィンを形成したものであり、この放熱フィンによってコイルエンドの冷却を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平６−７０５０８号公報に記載された回転電機は、ステータコイルの回りを接着テープと充填部材によって完全に覆って熱伝導によって冷却を行っているが、車両用交流発電機のステータコイルのように発熱量が大きく、しかも常時発熱するような場合には、熱伝導による冷却が発熱に追いつかず、充分な冷却性能が確保できないおそれがある。
【０００７】
また、上述した実開平１−１６６４７７号公報や特開昭６３−２１３４６４号公報に記載されたリニアモータに用いられるコイルエンドは、その周辺を樹脂モールドしてその表面の放熱フィンによって自然冷却するものであるため、やはり車両用交流発電機に適用した場合には、自然冷却が発熱に追いつかず、しかも熱伝導率が比較的低い樹脂モールドによってコイルエンドを覆っているためこのモールド樹脂に熱がこもってしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的はステータコイルの発熱量が大きな場合であっても、あるいはステータのコイルエンドの高さを低くした場合であっても充分な冷却効率を確保することができる回転電機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機は、固定子巻線に熱交換部材を接触させ、この熱交換部材を冷却ファンの回転によって生じた冷却風によって冷却しており、固定子巻線の熱が熱交換部材に伝わって冷却風によって強制的に放熱されるため、固定子巻線の温度を効率よく下げることができる。コルゲートフィンを熱交換部材とした場合には、放熱性が良好であるため固定子巻線の冷却効率をさらに上げることができる。この熱交換部材は、固定子巻線と他の構成部品との間に挟み込むことにより、固定子巻線と接触させた状態で容易に回転電機内に組付けることができる。特に、他の構成部品として回転電機の筐体となるフレームを選んだ場合には、挟み込むことにより組付けが容易になるばかりでなく、一般には固定子巻線より温度が低く、かつ熱が伝わりやすいフレームに固定子巻線の熱を逃がして熱伝導による冷却も併用されるため、固定子巻線の温度をさらに下げることが可能となる。また、フレーム内面に凹部を形成し、この凹部に対応させて熱交換部材を取り付けるようにすれば、位置決めが容易になって組付けの作業効率を上げることができる。
【００１０】
また、熱交換部材と固定子巻線の間には絶縁部材を介在させることが好ましい。熱伝導率が大きな金属材料（例えばアルミニウムや銅）によって熱交換部材を形成した場合には、回転電機の使用条件等によっては熱交換部材と接触する固定子巻線表面の絶縁皮膜が破損するおそれもあるが、この接触部分に絶縁部材を介在させておくことにより、絶縁皮膜が破損した場合の絶縁不良を防ぐことができる。この絶縁部材は、熱交換部材と別に用意する場合の他、熱交換部材の表面に塗布や表面処理によって一体的に形成する場合を含んでいる。特に、表面に一体的に形成した場合には、組付けの際に絶縁部材を熱伝導部材と固定子巻線の間に挟み込む手間を省くことができる。
【００１１】
上述した熱交換部材の具体例としては、通風路を形成するフィン部材であることが望ましく、例えばフレームと一体的に形成された放熱フィンを熱交換部材として用いる場合や、フレームやその他の構成部品とは別に設けられた放熱フィンを用いる場合がある。また、放熱フィンとしては波形形状に形成されたコルゲートフィンを用意して熱交換部材として用いる場合が考えられる。コルゲートフィンを熱交換部材とした場合には、放熱性が良好であるため固定子巻線の冷却効率をさらに上げることができる。特にコルゲートフィンは、組付けの際に押圧して波形形状の折り返し部を変形させることにより、固定子巻線との接触面積を増大させることができ、固定子巻線からコルゲートフィンに熱が伝わり易くなる。
【００１２】
また、コルゲートフィンは、波形形状の折り返し部が回転子の遠心方向とほぼ平行となるように取り付けることが好ましい。このように遠心方向とほぼ平行に折り返し部を形成した場合には、各折り返し部の間の平面部も回転子の遠心方向を向いて、しかも放射状に配置されることになるため、回転子の放射方向に流れる冷却風に対して通風抵抗の増大を極力なくすことができる。特に、回転子の端面に冷却ファンを取り付けた場合には遠心方向の冷却風が生じるため、このようなコルゲートフィンの配置が好ましい。
【００１３】
また、上述した熱交換部材は、短節巻線方式の固定子巻線と組み合わせることが好ましい。短節巻線の場合には、各相の巻線の長さを短くするとともに、固定子鉄心から露出する固定子巻線の高さを低くすることができるが、回転電機に内蔵された冷却ファンによって遠心方向の冷却風を生じさせるような場合には直接この遠心方向の冷却風を固定子巻線にあてることが難しくなるため、上述した熱交換部材を組み合わせることにより間接的な効率よい固定子巻線の冷却が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の回転電機の一種である車両用交流発電機（以後、「オルタネータ」と称する）は、固定子であるステータのコイルエンド端部とフレーム、あるいはコイルエンド端部とその他の構成部品との間に熱交換部材を挟み込み、この熱交換部材を冷却風によって冷却することにより、高温となるステータコイルを間接的に効率よく冷却しようとするものである。以下、本発明を適用した一の実施形態のオルタネータについて、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１５】
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態のオルタネータの全体構造を示す部分断面図であり、一例として冷却ファンを内蔵するオルタネータの構造が示されている。同図に示すオルタネータ１は、ロータ２、ステータ３、ブラシ装置４、レクチファイヤ５、ＩＣレギュレータ６、ドライブフレーム７、リヤフレーム８、プーリ９等を含んで構成されている。
【００１６】
ロータ２は、同期発電機であるオルタネータ１の回転子であって、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回したロータコイル２１を、それぞれが６個の爪を有するポールコア２２、２３によって、回転軸であるシャフト２４を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側（プーリ９側）のポールコア２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン２５が溶接等によって取付け固定されている。同様に、リヤ側のポールコア２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン２６が溶接等によって取付け固定されている。また、シャフト２４のリヤ側にはロータコイル２１の両端に電気的に接続されたスリップリング２７、２８が形成されており、ブラシ装置４内のブラシ４１、４２をスリップリング２７、２８のそれぞれに押し当てた状態で組み付けることにより、レクチファイヤ５からロータコイル２１に対して励磁電流が流れるようになっている。
【００１７】
ステータ３は、オルタネータ１の固定子であって、ステータコア３１に形成された複数個（例えば２４個）のスロットに３相のステータコイル３２が所定の巻線方式（例えば短節巻線方式）により巻き回されている。また、ステータコイル３２の前方端部（プーリ側）とドライブフレーム７との間には熱交換部材としての波状のコルゲートフィン３３が円周方向に周回するように挟み込まれている。同様に、ステータコイル３２の後方端部（スリップリング側）とリヤフレーム８との間にも波状のコルゲートフィン３４が円周方向に周回するように挟み込まれている。コルゲートフィン３３、３４の詳細な形状および取り付け状態については後述する。
【００１８】
レクチファイヤ５は、３相のステータコイル３２の出力電圧である３相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台と、この端子台を挟んで所定の間隔で固定される正極側放熱フィン５２および負極側放熱フィン５３と、それぞれの放熱フィンに半田付け等によって取り付けられた複数個の整流素子とを含んで構成されている。
【００１９】
ＩＣレギュレータ６は、ロータコイル２１に流す励磁電流を制御するものであり、負荷が軽くて出力電圧が高くなる場合には、ロータコイル２１に対する電圧の印加を断続することにより、オルタネータ１の出力電圧を一定に保っている。プーリ９は、エンジン（図示せず）の回転をオルタネータ１内のロータ２に伝えるためのものであり、シャフト２４の一方端（スリップリング２７等と反対側）にナット９１によって締め付け固定されている。また、ブラシ装置４、レクチファイヤ５およびＩＣレギュレータ６を覆うようにリヤカバー９２が取り付けられている。
【００２０】
上述した構造を有するオルタネータ１は、ベルト等を介してプーリ９にエンジンからの回転が伝えられるとロータ２が所定方向に回転する。ロータコイル２１に外部から励磁電圧を印加することによりポールコア２２、２３のそれぞれの爪部が励磁され、ステータコイル３２に３相交流電圧を発生させることができ、レクチファイヤ５の出力端子からは所定の出力電流が取り出される。以後、オルタネータ１自身の出力電圧がＩＣレギュレータ６を介してロータコイル２１に印加されるため、外部から印加する励磁電圧が不要となる。
【００２１】
また、上述したロータ２の回転に伴って、一方のポールコア２２の端面に取り付けられた冷却ファン２５が回転するため、ドライブフレーム７のプーリ９近傍の吸入窓を介して冷却風がオルタネータ１内部に吸入され、この冷却風の軸方向成分によってロータコイル２１が冷却されるとともに、径方向成分によってステータコイル３２の前方端部とドライブフレーム７との間に挟み込まれたコルゲートフィン３３が冷却される。同様に、他方のポールコア２３の端面に取り付けられた冷却ファン２６も回転するため、リヤカバー９２の吸入窓を介して吸入された冷却風が、レクチファイヤ５あるいはＩＣレギュレータ６を冷却した後、冷却ファン２６近傍まで導かれ、この冷却風が径方向に排出されるため、ステータコイル３２の後方端部とリヤフレーム８との間に挟み込まれたコルゲートフィン３４が冷却される。このようにして、コルゲートフィン３３、３４が冷却されることにより、これらと接触しているステータコイル３２が間接的に効率よく冷却される。
【００２２】
図２は、ステータコイルの巻線構造の一例を示す図であり、ステータ３をプーリ側からみた平面構造の一部が示されている。同図に示す巻線構造は、一般に（２／３）π短節重ね巻きと称するものであり、この巻線構造の場合、巻線ピッチは２／３磁極ピッチとなるので、１磁極ピッチであった従来のステータコイル巻線構造に比べて、１相あたりのコイル全長の抵抗値が２／３に低減され、ステータコア３１から露出するコイルエンドの高さを低くすることができる。この巻線構造を有するステータコイル３２に同一負荷電流を流した場合に発生する損失はＩ２  Ｒの関係から上述した従来のステータコイルに比べて約６７％に減少する。
【００２３】
このように、上述した巻線構造を有するステータ３は、ステータコイル３２のコイルエンド高さが低くなり、図１に示すように各冷却ファン２５、２６によって生じる冷却風の遠心成分が直接ステータコイル３２に当たらないため、上述したように損失自体を約６７％に低減してもこの損失低減の効果がそれ程上がらないおそれがある。このため、本実施形態のオルタネータ１では、ステータコイル３２のコイルエンド高さが低くなって生じた空間を利用し、ステータコイル３２の前方端部とドライブフレーム７との間、およびステータコイル３２の後方端部とリヤフレーム８との間にそれぞれコルゲートフィン３３、３４を挟み込むように取り付けてステータコイル３２を間接的に冷却している。
【００２４】
図３は、上述したコルゲートフィンの詳細構造を示す図である。コルゲートフィン３３（あるいは３４）は、熱伝導性が良好な金属薄板（例えばアルミニウムの薄板）を波状に折り返して形成されており、この波状の折り返しをステータ３の周回方向に繰り返して一巡させている。コルゲートフィン３３は、ドライブフレーム７の内面の一部と接触する一方の折り返し部３３ａと、ステータコイル３２の前方端部と接触する他方の折り返し部３３ｂと、これら各折り返し部３３ａ、３３ｂの間をつなぐ平面部３３ｃとによって構成されている。同様に、コルゲートフィン３４は、リヤフレーム８の内面の一部と接触する一方の折り返し部３４ａと、ステータコイル３２の後方端部と接触する他方の折り返し部３４ｂと、これら各折り返し部３４ａ、３４ｂの間をつなぐ平面部３４ｃとによって構成されている。また、コルゲートフィン３３、３４の各平面部３３ｃ、３４ｃには、回転軸に沿った長手方向の開口部を有する複数の切り起こし部３３ｄ、３４ｄが形成されておりルーバーフィンとなっている。
【００２５】
また、各コルゲートフィン３３、３４は、ステータコイル３２に接触する側の面に絶縁処理が施されており、ステータコイル３２の巻線表面の絶縁皮膜がはがれた場合であってもステータコイル３２とドライブフレーム７あるいはリヤフレーム８との間で絶縁不良が生じないようになっている。この絶縁処理は、ステータコイル３２の表面の絶縁皮膜と同様に、コルゲートフィン３３、３４の一方の面にポリイミド系などの絶縁皮膜を形成する場合や、絶縁性の液体を塗布して硬化させる場合が考えられるが、コルゲートフィン３３等とは別に薄膜で形成された絶縁シート等を用意して、組付けの際にコルゲートフィン３３等とステータコイル３２の間に挟み込むようにしてもよい。
【００２６】
図４は、図３に示したコルゲートフィン３３の平面部３３ｃの拡大横断面を示す図であり、各折り返し部３３ａ、３３ｂとほぼ平行な横断面の詳細形状が示されている。同図において、Ｗはロータ２の回転によって回転軸と垂直方向に流れる冷却風の方向を、Ｓはロータ２の回転方向をそれぞれ示している。ロータ２の一方の端面に取り付けられた冷却ファン２５が回転すると、その遠心方向の冷却風Ｗが発生するが、この冷却風Ｗにはロータ２の回転方向Ｓに沿った周回成分を含んでいることが知られている。コルゲートフィン３３の平面部３３ｃに形成された切り起こし部３３ｄは、このような周回成分を有する冷却風Ｗの流れを阻害しない向きに切り起こされており、通風抵抗の増大を防止するとともに冷却効率の向上を図っている。
【００２７】
図５は、コルゲートフィン３３をアルミニウムの板材によって形成する場合の一例を示す図である。上述したコルゲートフィン３３は、表面に絶縁処理が施されたアルミニウムの板材をプレス加工して各切り起こし部３３ｄを形成した後、各折り返し部３３ａ、３３ｂをロール加工することにより、図５（Ａ）に示すほぼ直線状に折り返された波形形状に形成される。この直線状に折り返されたコルゲートフィン３３をステータコイル３２の周回形状に合わせて円形に曲げることにより、図５（Ｂ）に示す環状のコルゲートフィン３３が完成する。
【００２８】
図６は、コルゲートフィン３３、３４の組付け状態を示す図である。同図（Ａ）に示すように、ドライブフレーム７には、コルゲートフィン３３に対向する位置に凹部７２が形成されている。この凹部７２は、オルタネータ１の組付け時にはコルゲートフィン３３の位置決め用に用いられ、動作時にはコルゲートフィン３３の径方向の移動を拘束する固定用に用いられる。このようにして、ドライブフレーム７の凹部７２にコルゲートフィン３３を置いた後ステータ３の組付けを行い、ステータコイル３２の前方端部でコルゲートフィン３３を押圧することによりその弾性力を利用して回転軸方向に押さえる。
【００２９】
また、この押圧において、コルゲートフィン３３の折り返し部３３ａ、３３ｂを部分的に押しつぶして変形させることが好ましい。この変形により、ステータコイル３２とコルゲートフィン３３との接触面積、およびコルゲートフィン３３とドライブフレーム７との接触面積が増してステータコイル３２からコルゲートフィン３３、さらにはコルゲートフィン３３からドライブフレーム７に対する熱の移動が容易になり、間接的にステータコイル３２の効率的な冷却が可能となる。
【００３０】
同様に、図６（Ｂ）に示すように、リヤフレーム８にはコルゲートフィン３４に対向する位置に凹部８２が形成されている。この凹部８２は、オルタネータ１の組付け時にはコルゲートフィン３４の位置決め用に用いられ、動作時にはコルゲートフィン３４の径方向の移動を拘束する固定用に用いられる。また、組付け時にステータコイル３２とリヤフレーム８の凹部８２間でコルゲートフィン３４を押圧することにより、その弾性力を利用して回転軸方向に押さえることができる。また、ステータコイル３２あるいは凹部８２とコルゲートフィン３４との間の接触面積を増すために、コルゲートフィン３４の各折り返し部３４ａ、３４ｂを押しつぶして変形させることが好ましい。
【００３１】
このように、上述したオルタネータ１は、短節重ね巻き方式で巻かれたステータコイル３２の前方端部とドライブフレーム７との間にコルゲートフィン３３が、ステータコイル３２の後方端部とリヤフレーム８との間にコルゲートフィン３４がそれぞれ挟み込まれた状態で取り付けられている。これにより、高温となるステータコイル３２の熱が各コルゲートフィン３３、３４に伝わり、一方のコルゲートフィン３３に伝わった熱がプーリ側の冷却ファン２５によって遠心方向に吐出される冷却風によって大気中に放熱され、他方のコルゲートフィン３４に伝わった熱が反対側の冷却ファン２６によって遠心方向に吐出される冷却風によって大気中に放熱される。特に、コルゲートフィン３３、３４の各平坦面３３ｃ、３４ｃに切り起こし部３３ｄ、３４ｄを形成することにより、大気中への放熱がさらに容易になる。また、ドライブフレーム７およびリヤフレーム８の温度はステータコイル３２に比べると低く、しかも一般にはアルミダイカストで形成される各フレーム７、８には熱が伝わりやすいため、各コルゲートフィン３３、３４に伝わった熱の一部はドライブフレーム７あるいはリヤフレーム８に伝わり、熱伝導による冷却も加わって冷却効率を高めることができる。
【００３２】
したがって、短節重ね巻きを行ってステータコイル３２のコイルエンド高さを低くし、冷却ファン２５、２６によって吐出される遠心方向の冷却風が直接ステータコイル３２に当たらない場合であっても、ステータコイル３２の間接的な放熱を行って冷却効率を上げることができる。特に、短節重ね巻きをした場合にはステータコイル３２の発熱量自体を少なくすることができるため、コルゲートフィン３３等を用いた本実施形態の冷却方法と組み合わせることにより、ステータコイル３２の温度を効果的に下げることができる。
【００３３】
また、各コルゲートフィン３３、３４には表面に絶縁処理が施されており、ステータコイル３２の巻線自体にも絶縁処理が施されているため、ステータコイル３２と各フレーム７、８の間の絶縁不良を防止することができる。特に、図３からわかるように、エッジ部のない曲面からなる折り返し部３３ｂ、３４ｂがステータコイル３２と接触する面となるため、絶縁処理が剥がれる等の不具合が生じにくい。また、各コルゲートフィン３３、３４をアルミニウムの板材で形成した場合には、径年変化によって表面が酸化された場合であっても絶縁物である酸化アルミニウムが形成されるだけであり、上述した絶縁不良の進行を止める効果もある。
【００３４】
また、長方形形状の板材をロール加工して各折り返し部３３ａ等を形成した後環状に丸めた場合には、図５（Ｂ）に示すように各平面部３３ｃ、３４ｃが放射状に配置されるため、冷却通風路に介在させた場合であっても通風抵抗となることを最小限に抑えることができる。
【００３５】
〔第２の実施形態〕
図７は、第２の実施形態のオルタネータの全体構造を示す部分断面図であり、第１の実施形態とは異なる構造を有するオルタネータにコルゲートフィンを組み込んだ場合が示されている。
【００３６】
図１に示した第１の実施形態のオルタネータ１は、リヤフレーム８の外側にレクチファイヤ５やＩＣレギュレータ６を組付け、これらをリヤカバー９２で覆っている。これに対し、図７に示すオルタネータ１Ａは、リヤフレーム８Ａの内部にレクチファイヤ５ＡとＩＣレギュレータ６Ａを内蔵しており、リヤフレーム８Ａがリヤカバーの機能を兼ねている。このため、ステータコイル３５の後方端部とリヤフレーム８Ａとの間にコルゲートフィンを挟み込むことはできず、その代わりにステータコイル３５とＩＣレギュレータ６Ａ、およびステータコイル３５とレクチファイヤ５Ａのそれぞれの間に、図３に示したコルゲートフィン３４と同様の構造を有するコルゲートフィン３６を挟み込んでいる。
【００３７】
このように、ドライブフレームあるいはリヤフレーム以外の部品であるレクチファイヤ５Ａ、ＩＣレギュレータ６Ａとステータコイル３５との間にコルゲートフィンを挟み込むようにしてもよい。この場合であっても、ステータコイル３５からコルゲートフィン３６に伝わる熱を冷却ファン２９の回転によって吐出される遠心方向の冷却風によって放熱させることができる。また、一般にはステータコイル３５は、他の部品よりも高温となるため、ステータコイル３５からコルゲートフィン３６を通して他の部品に熱が伝わって、熱伝導による冷却も加わってステータコイル３５の冷却効率を高めることができる。
【００３８】
図８は、コルゲートフィンを組み込んだ他のオルタネータの全体構造を示す部分断面図である。図１に示したオルタネータ１や図７に示したオルタネータ１Ａは、いずれも冷却ファンがフレーム内に内蔵されている。これに対し、図８に示すオルタネータ１Ｂは、ドライブフレーム７Ｂの外側に冷却ファン３０が取り付け固定された外扇式の構造を有している。冷却ファン３０が回転することにより、リヤフレーム８Ｂの後方および側面あるいはドライブフレーム７Ｂの側面に形成された吸入窓から冷却風が取り込まれ、ドライブフレーム７Ｂ前方の吐出窓を介して冷却ファン３０の遠心方向に冷却風が排出される。このように、外扇式のオルタネータ１Ｂにおいて、ステータコイル３７とドライブフレーム７Ｂの間にコルゲートフィン３８を挟み込むとともに、ステータコイル３７とリヤフレーム８Ｂの間にコルゲートフィン３９を挟み込むようにしてもよい。この場合であっても、ステータコイル３７からコルゲートフィン３８、３９に伝わる熱を冷却ファン３０を回転させたときにオルタネータ１Ｂ内部に生じる冷却風によって放熱させることができる。
【００３９】
なお、図１に示したオルタネータ１や図７に示したオルタネータ１Ａは、冷却ファン２５等の回転によって生じる遠心方向の冷却風によってコルゲートフィン３３等を冷却するようにしたため、各コルゲートフィン３３等を図５（Ｂ）に示すように配置したが、図８に示したオルタネータ１Ｂでは回転軸と同方向に流れる冷却風によってコルゲートフィン３８、３９を冷却することになるため、その配置状態を変える必要がある。すなわち、コルゲートフィン３８（コルゲートフィン３９も同様）は、図９に示すように折り返し部３８ａ、３８ｂが冷却風の流れ方向と平行となるように周回形状に配置され、各平面部３８ｃに形成された切り起こし部３８ｄがこの冷却風の流れ方向に対して垂直となるように形成されている。
【００４０】
〔第３の実施形態〕
上述した各実施形態のオルタネータは、ステータコイルとドライブフレームやその他の部品との間に熱交換部材であるコルゲートフィンを挟み込んで、このコルゲートフィンを冷却風によって冷却するようにしたものであるが、ドライブフレーム等の一部を変形して熱交換部材の機能を持たせるようにしてもよい。
【００４１】
図１０は、第３の実施形態のオルタネータの部分的な構造を示す断面図であり、図１に示した構造を部分的に変更したオルタネータ１Ｃの構造が示されている。また、図１１はオルタネータ１Ｃのドライブフレーム７Ｃを内側（ステータ３が組付けられている側）からみた図である。
【００４２】
これらの図に示すように、ドライブフレーム７Ｃとステータコイル３２の前方端部との間には、ドライブフレーム７Ｃと一体化した熱交換部材としての複数の放熱フィン７４が、ドライブフレーム７Ｃの吐出窓７８をふさがないように形成されている。上述したように、冷却ファン２５によって生じる遠心方向の冷却風は、ロータ２の回転方向に沿った周回成分を含んでいるため、各放熱フィン７４の方向も放射方向に対して所定の角度をなすように傾斜させることにより、冷却風の通風抵抗の増大を極力防止している。また、ステータコイル３２の前方端部と放熱フィン７４の間には熱伝導率が大きな絶縁部材７６が挟み込まれており、一般にはアルミニウムで形成されたドライブフレーム７Ｃとステータコイル３２との間の絶縁を確保している。なお、絶縁部材７６は、薄い絶縁シートを円形に裁断して形成する場合の他、ドライブフレーム７Ｃの各放熱フィン７４の端部に液状絶縁物を塗布して硬化させたり表面処理したりする場合等、作業性や絶縁性能あるいは熱伝導率等を考慮して適当な材料を選定することができる。
【００４３】
同様に、リヤフレーム８Ｃとステータコイル３２の後方端部との間には、リヤフレーム８Ｃと一体化した複数の放熱フィン８４が、リヤフレーム８Ｃの吐出窓８８をふさがないように形成されている。上述したドライブフレーム７Ｃ側の放熱フィン７４と同様に、各放熱フィン８４の方向を放射方向に対して所定の角度をなすように傾斜させ冷却風の通風抵抗の増大を極力防止している。また、ステータコイル３２の後方端部と放熱フィン８４の間には熱伝導率が大きな絶縁部材８６が挟み込まれており、リヤフレーム８Ｃとステータコイル３２との間の絶縁を確保している。
【００４４】
このように、ドライブフレーム７Ｃおよびリヤフレーム８Ｃと一体化した放熱フィン７４、８４を形成し、その一方端を絶縁部材７６、８６を介してステータコイル３２に接触させることにより、ステータコイル３２で発生した熱を各放熱フィン７４、８４に伝搬させて冷却風を当てることにより効果的に空気中に放熱させることができる。また、一般にはステータコイル３２より低温のドライブフレーム７Ｃ、リヤフレーム８Ｃにステータコイル３２の熱が伝わるため、熱伝導による冷却も併用され、効果的にステータコイル３２の温度を下げることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態のオルタネータに組み込まれたコルゲートフィン３３等は、一例としてアルミニウムの板材を用いた形成した場合を説明したが、熱伝導が良好な他の金属、例えば銅の板材を用い、その表面に絶縁処理を施すようにしてもよい。
【００４６】
また、第１および第２の実施形態のオルタネータに含まれるコルゲートフィンは、図５を用いて説明したように、板材である金属材料をプレス加工およびロール加工し、ステータコイル３２の形状に合わせて円形に曲げるようにしたが、例えば、所定幅を有する円形形状の板材を用意し、これを折り曲げることにより環状のコルゲートフィンを直接形成するようにしてもよい。また、上述したコルゲートフィン３３等は、各平面部にルーバーフィンとして機能する切り起こし部３３ｄ等を形成するようにしたが、この切り起こし部３３ｄを形成せずに、単に波状に形成したコルゲートフィンを用いるようにしてもよい。
【００４７】
また、ステータコイル３２等を短節重ね巻きによって形成した場合を説明したが、短節巻きに限らず全節巻き等の他の巻線構造を有するステータコイルであっても本発明を適用することができる。すなわち、他の巻線構造でステータコイルのコイルエンドの高さを低くした場合や、コイルエンドの高さが高い場合であっても、ステータコイルとフレーム等との間にコルゲートフィンを挟み込むことにより、あるいはフレームと一体的に形成された放熱フィンをステータコイルに接触させることにより、ステータコイルの温度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態のオルタネータの部分断面図である。
【図２】短節重ね巻きを行ったステータコイルの巻線構造を示す図である。
【図３】コルゲートフィンとステータコイルとの接触状態を示す図である。
【図４】コルゲートフィンを流れる冷却風の説明図である。
【図５】板材を加工してコルゲートフィンを形成する場合の一例を示す図である。
【図６】コルゲートフィンの組付け状態を示す図である。
【図７】第２の実施形態のオルタネータの部分断面図である。
【図８】第２の実施形態の他のオルタネータの部分断面図である。
【図９】図８に示すオルタネータに含まれるコルゲートフィンの配置状態を示す図である。
【図１０】第３の実施形態のオルタネータの部分的な構造を示す断面図である。
【図１１】図１０に示すオルタネータに含まれるドライブフレームの平面図である。
【図１２】従来例のオルタネータの部分断面図である。
【符号の説明】
１  オルタネータ
２  ロータ
３  ステータ
４  ブラシ装置
５  レクチファイヤ
６  ＩＣレギュレータ
７  ドライブフレーム
８  リヤフレーム
２５、２６  冷却ファン
３２  ステータコイル
３３、３４  コルゲートフィン
【図１】
0003622350.tif 000002
【図２】
0003622350.tif 000003
【図３】
0003622350.tif 000004
【図４】
0003622350.tif 000005
【図５】
0003622350.tif 000006
【図６】
0003622350.tif 000007
【図７】
0003622350.tif 000008
【図８】
0003622350.tif 000009
【図９】
0003622350.tif 000010
【図１０】
0003622350.tif 000011
【図１１】
0003622350.tif 000012
【図１２】
0003622350.tif 000013