(57)【要約】  コストの上昇を抑えて固定子コイルと固定子鉄心を効率的に冷却する車両用交流発電機を実現する。  本発明の車両用交流発電機は、固定子（９）は固定子鉄心（９１）の内部の固定子コイル（９２）の外周側を軸方向に貫通する通風路（９５）と、通風路（９５）の途中から径方向外側に固定子鉄心（９１）を貫通する排気孔（９４）とを有し、固定子（９）の両側に設けられたファンの風が固定子（９）の通風路（９５）の両端から入り、排気孔（９４）を介して、ハウジングの開口部３３から外部に放出されるようにした。
2018185799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと一体的に回転する回転子と、
前記回転子の外周側を囲み、鉄心と該鉄心の内部にコイルとを有する固定子と
前記シャフトの軸方向において前記回転子の両側に設けられたファンと、
前記固定子の外周の少なくとも一部が外部に露出するようにして前記固定子を保持し、ベアリングを介して前記シャフトを支持し、吸入窓と排出窓とが形成されたハウジングと、
を有し、
前記ファンの回転によって前記吸入窓から前記ハウジング内に空気を吸い込み、前記吐出窓から外部に空気を放出して、前記ハウジングの内部を冷却する車載用交流発電機であって、
前記鉄心は、前記コイルの外周側で前記鉄心を前記軸方向に貫通する通風路と、該通風路の前記軸方向の途中から外部に露出する前記固定子の外周まで前記鉄心を径方向に貫通する排気孔とを有し、
前記ファンの風の一部が前記通風路の前記軸方向の両端から入り、前記排気孔を経て外部に放出される、
車両用交流発電機。
【請求項２】
前記鉄心は前記コイルが挿入されるスロットを有し、
前記通風路は前記スロット内の前記コイルの外周側にあり、前記鉄心の径方向の中央よりも外周側に位置する、
請求項１に記載の車両用交流発電機。
【請求項３】
前記通風路は前記軸方向の途中に断面形状が変化する部分を設けられている、請求項１または２に記載の車両用交流発電機。
【請求項４】
前記排気孔は前記軸方向に分割する仕切板を設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【請求項５】
前記通風路の断面積は前記仕切板の前記軸方向の両側において異なっている請求項４に記載の車両用交流発電機。
【請求項６】
前記ハウジングは前記コイルエンドの外周側を隙間をあけて覆う部位を有し、該部位と前記コイルエンドのとの隙間を部分的に狭くする凸部が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【請求項７】
前記排気孔が前記シャフトの軸に対して垂直な方向から傾斜している請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【請求項８】
前記回転子が極性の異なる爪状鉄心が隙間をあけて配置されるランデル型であり、
前記ファンの風が前記爪状鉄心の隙間に入って回転子コイルを冷却する請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用交流発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、車載電装品の電力を賄うものである。車両用交流発電機においては、小型軽量化、高出力化の要望がある。車両用交流発電機を小型化すると冷却ファンの小型化につながるため、車両用交流発電機の電気部品への冷却風量が減少し、車両用交流発電機の冷却性能が低下することになる。【０００３】
従来、固定子鉄心に冷媒を流すための流路を設け、この流路に冷媒を流したり、あるいは固定子コイル間に軸方向に通風路を設け、この通風路に冷却風を流したりすることで固定子コイルを冷却している。【０００４】
たとえば、特許文献１には固定子の外周とハウジングとの間に冷媒流路を設けて、冷媒流路と固定子のスロットとをつなぐ導入通路を設け、冷媒流路から液体冷媒を導入する構成が示されている。【０００５】
また、特許文献２には密閉されたケース、回転子の軸方向の一方に設けたファンからの風を固定子鉄心の外周部に設けた通風孔に導き、固定子鉄心とコイルとを冷却する構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１１７０８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９８７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された従来構造では、冷媒を使用することから構造が複雑で、コストが高くなる。また、特許文献２に開示された従来構造では、固定子コイル間を通過する間に冷却風の温度が上昇し、固定子コイル末端では冷却能力が低下する。【０００８】
そこで、本発明はこのような従来の課題を解決しようとするもので、コストの上昇を抑えて固定子コイルと固定子鉄心とを効率的に冷却する車両用交流発電機を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の車両用交流発電機は、
シャフトと一体的に回転する回転子と、
前記回転子の外周を囲み、固定子鉄心と固定子コイルとを有する固定子と、
前記シャフトの軸方向において、前記回転子の両側に設けられたファンと、
ベアリングを介して前記シャフトを支持し、前記固定子の外周の少なくとも一部が外部に露出するようにして前記固定子を保持し、吸入窓と排出窓とが形成されたハウジングと、
前記ファンの回転によって、前記吸入窓から外部の空気を前記ハウジング内に吸い込み、前記吐出窓から外部に空気を放出して、前記ハウジングの内部を冷却する車載用交流発電機であって、
前記固定子コイルはその端部が前記固定子鉄心の端部からはみ出るようにして前記前記固定子の固定子鉄心の内部に保持され、
前記固定子鉄心は内部の前記固定子コイルの外周側を前記軸方向に貫通する通風路と、該通風路の途中から径方向外側に前記固定子鉄心を貫通する排気孔とを有し、
前記固定子の両側に設けられた前記ファンの風の一部が前記固定子の前記通風路の両端から入り、前記排気孔を経て、外部に露出した前記固定子の外周から外部に放出される、
車両用交流発電機である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハウジングの内部を冷却するファンの風の一部が、固定子鉄心の固定子コイルの外周側を貫通する通風路の両側から入り、該通風路の途中から排気孔を経て外部に放出されるので、コストの上昇を抑えて固定子コイルと固定子鉄心を効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の変形例の部分断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の変形例の部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態に係る車両用交流発電機について図面を参照して説明する。異なる実施の形態において同一または相当の要素は同一符号で説明し、詳細な説明をくり返さないものとする。また、図面において各要素の大きさの関係は実際と異なる場合がある。各実施の形態において、発明の主旨と反しない範囲で各部の形状等は変更自由であり、相互に組合せも可能である。説明において、平面、平行、円筒等とする各要素の形状は、厳密に平面、平行、円筒等の形状に限るものではなく、全体を見た場合におおよその形状、特徴を有して発明の効果が得られる場合は、そのような形状も含むものとする。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。車両用交流発電機１はシャフト６に固定された回転子８と、回転子８と隙間をあけて回転子８の外周を囲む固定子９と、がケーシング４内に収められている。ケーシング４はシャフト６の軸方向の両側にそれぞれベアリング５を有して、ベアリング５を介してシャフト６を支持する。両側のベアリング５の間にある回転子８はシャフト６と一体的に回転する。
【００１４】
ケーシング４から突出したシャフト６の一方の端にベルトなどによって外部の駆動力が伝達されるプーリ７が固定される。また、その反対側となるシャフト６の他方の端に回転子８のコイルの電流を流すための一対のスリップリング１０が設けられている。以下では、プーリ７が固定された側をフロント側、スリップリング１０が設けられた側をリア側として説明する。
【００１５】
本実施の形態１の発電機はランデル型（クローポール型ともいう。）の回転電機である。回転子８は、絶縁処理された銅線が円筒状かつ同心状に巻かれ、励磁電流が流れて磁束を発生する界磁巻線８１と、発生する磁束によって磁極が形成され、界磁巻線８１を覆うように設けられている界磁鉄心８２とからなる。界磁鉄心８２は、フロント側とリア側とが異なる磁極となるように分かれ、それぞれが６個あるいは８個の爪を有している。フロント側とリア側との界磁鉄心８２の爪どうしがシャフト６の回転方向に間隔をあけて交互にずれようにされる。たとえば、フロント側とリア側とがそれぞれ6個の爪を有する場合には３０°、８個の爪を有する場合には２２．５°ずれ、フロント側の爪の先がリア側にのび、リア側の爪の先がフロント側にのびて、組み合った配置とされる。
【００１６】
固定子９は、微小な隙間をあけて回転子８と取り囲むよう配設され、円筒状の固定子鉄心９１と、固定子鉄心９１に巻装され、回転子８の回転に伴い、界磁巻線８１からの磁束の変化によって交流が生じる固定子コイル９２と、を備えている。
【００１７】
ケーシング４はフロント側ハウジング２とリア側ハウジング３とからなり、それらは固定子９の外側でシャフト６の軸方向に長手のボルトによって接続されている。固定子９は、固定子鉄心９１をフロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３の開口端に軸方向両端が挟まれて保持される。フロント側ハウジング２とリア側ハウジング３とは固定子９の外周の全体をカバーしておらず、固定子９の外周の少なくとも一部が外部に露出するように開口部３３が設けられている。開口部３３は、例えば、固定子鉄心９１を挟んでフロント側ハウジング２とリア側ハウジング３とをボルトで接続した際に、フロント側ハウジング２とリア側ハウジング３との間にできる隙間の領域部分である。また、開口部３３は、フロント側ハウジング２とリア側ハウジング３の一部に穴、窪みを形成して、固定子９の外側の少なくとも一部を覆わないようにされた領域部分であってもよい。
【００１８】
スリップリング１０はリア側ハウジング３からリア側に突出したシャフト６の部分に設けられる。シャフト６のリア側に突出した部分およびリア側ハウジング３のリア側は、保護カバー２７によって覆われる。保護カバー２７は外部からの風が流通できるように、多くの開口部が設けられて、たとえば、格子状の部材からなっている。
【００１９】
保護カバー２７とリア側ハウジング３との間には、スリップリング１０の表面に摺動するブラシ１１、ブラシ１１を収容するブラシホルダ１７、ブラシ１１に隣接されて固定子９で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１２、固定子９で生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流装置１３、ヒートシンク１８などが備えられる。整流装置１３は、複数個の正極側整流素子と複数個の負極側整流素子が実装されたヒートシンク１８と、サーキットボード１９と、を備えている。固定子９の固定子コイル９２とのリード線９２ａはリア側ハウジング３から保護カバー２７内まで引き出されて、サーキットボード１９の端子１９ａに結線され、整流装置１３と固定子コイル９２とが電気的に接続される。保護カバー２７の外周には電圧調整器１２と外部装置（図示せず）との信号の入出力を行うコネクタ２０が固定される。
【００２０】
フロント側ハウジング２からフロント側に突出したシャフト６の部分にプーリ７が固定されている。フロント側ハウジング２にはベアリング収納部２１があり、このベアリング収納部２１にベアリング５を組付け、ほぼベアリング外輪を覆うようなリテーナ１５を配し、フロント側ハウジング２の外側からネジ１６を締結している。
【００２１】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ７にエンジンからの回転が伝えられると回転子８が所定方向に回転する。このとき、界磁巻線８１に励磁電圧を印加することにより界磁鉄心８２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子コイル９２に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置１３の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
【００２２】
また、本実施の形態１の車両用交流発電機１の構成部品を冷却するために、軸方向において回転子８のフロント側、リア側の両端部にはファン８３が溶接等により固定されている。ファン８３はシャフト６の回転により回転して、軸方向から風を吸込み、径方向に吹き出す遠心型である。たとえば、シャフト６からおおよそ径方向に放射状にのびたブレードが回転子８の端面から立設する構造などとすると良い。ブレードの径方向外側は回転子８の外周よりも少し径方向内側となるようにすると良い。なお、フロント側、リア側の２つのファンは回転子８に直接固定されている構造が最も簡単であるが、ファンは必ずしも回転子８に直接固定されなくてもよい。シャフト６の回転により回転するようにされていれば、回転子８との間に別の部材、隙間を有していてもよい。
【００２３】
ケーシング４のフロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３のそれぞれには、ファン８３が風を吸い込むための吸入窓２２と、吹出すための吐出窓２４とが設けられている。吸入窓２２と吐出窓２４とは、たとえば、格子などで区切られた開口部である。吸入窓２２はファン８３、回転子８からおおよそ軸方向のフロント側またはリア側に設けられている。吸入窓２２の開口部はファン８３のブレードの内周端よりもシャフト６に近い位置まで開口されているとよい。吐出窓２４はファン８３に対しておおよそ径方向に設けられる。吐出窓２４は、フロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３の固定子９の軸方向端部付近の外周にある。なお、図１では断面の吐出窓２４に相当する位置がリア側ハウジング３の格子などの中実部となったので、吐出窓２４の位置を点線によって示している。
【００２４】
回転子８の回転に伴って、軸方向の両端面に取り付けられているファン８３が回転し、図１の太い破線で示すように、吸入窓２２を介して車両用交流発電機１の内部に冷却風が吸入され、吐出窓２４から放出する風の流れが生じる。そして、冷却風によってハウジングの内部の構成部品が冷却される。
【００２５】
固定子コイル９２は主な部分は固定子鉄心９１の内部に収められ、その端部であるコイルエンドが固定子鉄心の端部から突出する。コイルエンドはファン８３の外周側にある。このため、ファン８３から遠心方向に放出された風は、径方向外側にある固定子コイル９２のコイルエンドに当たって、コイルエンドを冷却した後に吐出窓２４から放出される。また、ファン８３は遠心方向だけでなく、軸方向の風のながれも発生させる。ブレードの径方向外側が回転子８の外周よりも少し径方向内側にあり、その部分が爪部の空間となっているので、ブレードから軸方向に風が流れることができる。風の軸方向成分は爪部の空間内に入って界磁巻線８１を冷却し、冷却後の風は吐出窓２４から放出される。さらに、ランデル型の回転子であるので、回転子８の爪の回転によっても内部に風が発生し、その風によって界磁巻線８１、界磁鉄心８２などが冷却される。界磁巻線８１、界磁鉄心８２を冷却するためのケーシング４内の空気はファン８３によって外部の空気と入れ替えが行われる。このようにしてフロント側とリア側とでコイルエンド、界磁巻線８１などが冷却される。
【００２６】
また、フロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３はアルミニウム、それらの合金など熱伝導に優れた金属で構成するとよい。固定子９に接触してフロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３に伝わった熱は、外部に放散されるだけでなく、内部の冷却風によっても冷却されるので冷却性能が良くなる。
【００２７】
リア側ハウジング３の吸入窓２２は外部からの風が流通できる保護カバー２７で覆われている。リア側ハウジング３内に吸入される風は、保護カバー２７の開口部、保護カバー２７の内部を通過してから流入する。このため、保護カバー２７内の電圧調整器１２、整流装置１３あるいはヒートシンク１８も冷却される。
【００２８】
図２は本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子周辺の軸方向に沿った部分断面図である。また、図３は図２の中央付近の軸方向に垂直な部分断面図である。図３のように、固定子鉄心９１は内部にシャフト６側から外周側に細長く伸びたスロット９９がシャフト６の回転方向に複数設けられている。隣接するスロット９９の間の鉄心部分がティースであり、ティースにコイルが巻かれている。スロット９９内の固定子コイル９２は絶縁紙９３によって包まれて、固定子鉄心９１と絶縁される。図２のように、固定子鉄心９１の内部ではスロット９９は固定子鉄心９１を軸方向に貫通して、固定子コイル９２の主な部分はスロット９９内に収められている。固定子コイル９２の端部であるコイルエンド９７は固定子鉄心９１の端部から外にはみ出している。コイルエンド９７は隣接するスロット９９または離れたスロットの９９の固定子コイル９２の線を接続する部分であり、たとえばＵ字形の線で構成される。コイルエンド９７は固定子鉄心９１の端部でスロット９９内の固定子コイル９２と連続するが、別のスロット９９のコイルと接続するために回転方向に曲げられている。隣り合うスロット９９に回転方向に距離があるため、隣り合うスロット９９から出たコイルエンド９７間には隙間がある。
【００２９】
固定子９は固定子鉄心９１の中の固定子コイル９２の外周側を軸方向に貫通する通風路９５と、通風路９５の軸方向の途中から径方向外側に貫通する排気孔９４とを有している。排気孔９４は通風路９５の途中から開口部３３によって外部に露出する固定子の外周まで貫通する。スロット９９は径方向の長さが固定子コイル９２の径方向の長さよりも長く、固定子コイル９２がスロット９９内でシャフト６側に寄って固定されているので、スロット９９の外周側の一部が固定子コイル９２の外周側を軸方向に貫通する通風路９５となっている。図３のように固定子コイル９２が絶縁紙９３に包まれているので、通風路９５の大部分は最外の固定子コイル９２を包む絶縁紙９３より外側にある。通風路９５の流路面積は軸方向におおよそ一定である。通風路９５の径方向幅は、固定子鉄芯９１の径方向幅が、固定子コイル９２間にある固定子鉄芯９１の最も細い部分の３倍以上有していれば、電磁気的な特性の低減を抑えることが出来る。通風路９５は径方向幅を一定とし、径方向よりも周方向の幅を長くする形状により電磁気的な特性の低減を抑えつつ、冷却性能を向上させることが出来る。このため、通風路９５の周方向幅を、固定子コイルと同程度にすることで最も冷却性能が向上する。
【００３０】
排気孔９４は、通風路９５の軸方向の中間付近に設けられる。排気孔９４は、すべての通風路９５に設けてもよいが、図３のように、ひとつ置き、ふたつ置きなどに設けられてもよい。また、回転方向に隣接する排気孔９４を軸方向に少しずれた位置に設けるようにしてもよい。また、図で排気孔９４を、軸方向に１箇所のみとしたが、異なる位置に２箇所以上設けるようにしてもよい。
【００３１】
排気孔９４の流路面積は通風路９５のフロント側、リア側の流路面積の和と同程度、または同等以上とするとよい、たとえば、通風路９５の流路面積が一定で、通風路９５に形成される排気孔９４が１つの場合は、排気孔９４の流路面積を通風路９５の流路面積の２倍前後（たとえば１〜３倍程度）とするとよい。軸方向に複数個の排気孔９４を設ける場合は、流路面積の総和が通風路９５の流路面積の２倍前後となるようにすると良い。
【００３２】
排気孔９４は固定子鉄心９１に穴開け加工などで形成することができる。固定子鉄心９１が薄い電磁鋼板を積層した構造であるなら、積層した鋼板の一部に排気孔９４となる溝を設けて積層するようにしてもよい。スロット９９が径方向に細長い穴としたので、通風路９５は固定子鉄心９１の径方向の中央よりも外周側に近い位置にある。このため、穴の形成が容易である。また鉄心の中で磁束密度の低いわずかな部分を欠くだけで良いので、鉄心の磁気性能に対する影響よりも、冷却性の影響の方が大きくなる。また、排気孔９４を設けることで固定子鉄芯の軸方向長さが半分程度となるため、通風抵抗が低減する。
【００３３】
コイルエンド９７の外周側のうち固定子鉄心９１の端部付近は、コイルエンド９７と隙間をあけてフロント側ハウジング２、リア側ハウジング３によって覆われる。また、フロント側ハウジング２、リア側ハウジング３は固定子鉄心９１の外周側の端部付近をつかみ、固定子鉄心９１の軸方向の中央付近を含む外周の大半は外部に露出した開口部３３となっている。排気孔９４は開口部３３内にあり、フロント側ハウジング２、リア側ハウジング３の開口部３３の端部から離れた位置にある。
【００３４】
以上のように構成したことにより、固定子の両側に設けられたファン８３の風の一部が固定子９の通風路９５の両端から入り、排気孔９４を介して、ハウジング２、３の開口部３３から外部に放出されるようになる。図２の矢印で示すように、ファン８３からの風は、回転子８の界磁鉄心８２の軸方向両端から、コイルエンド９７に向かい、コイルエンド９７の隙間を抜けてハウジング２、３の内壁に到達し、その内壁に沿って軸方向に流れ、吐出窓２４から外部に放出される。コイルエンド９７の隙間を流れる風のうち、固定子鉄心９１の端部付近を流れた風は、通風路９５に入る。通風路９５内ではフロント側とリア側とから対向するように風が流れ、中央付近で合流して排気孔９４を通って、開口部３３から外部に排気される。通風路９５を通過する風によって、通風路９５内の固定子コイル９２、固定子鉄心９１が冷却される。また、排気孔９４の出口から排出される風は加熱されているが、排気孔９４の出口はフロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３から離れた位置にあるので、これらのハウジングが加熱されることはない。また、ファン８３の風の一部が排気孔９４から排出されるので、吐出窓２４から放出される風が減少して、吐出窓２４が排出される風で加熱されにくくなる。そのため、フロント側ハウジング２及びリア側ハウジング３の温度が低下し、これらのハウジングに固定された部品の温度も下げることができ、信頼性を向上させることができる。また、通風路９５はスロット９９と同時に作成することができ、小さな排気孔９４を設けるだけで良いので、コストの上昇を抑えながら、固定子コイル９２と固定子鉄心９１とを効率的に冷却することができる。
【００３５】
通風路９５を使って冷却する場合は、軸方向の一方向に風が流れる構成も考えられる。しかしながら、軸方向の両側にファン８３がある構成では、冷却風が両側のファンにより生じる差圧で通風路９５を流れることになり、通風路９５を通過する冷却風の風量が低減する。本実施の形態１では、両側にファン８３から通風路９５に風を入れて、通風路９５の途中で外周側に放出させるため、ファン８３から外部までの風路の長さが短くなり、通風抵抗が減少して流速が増加して、通風路９５を通過する風による冷却性能が向上する。排気孔９４の風路の断面積を通風路９５の風路の断面積よりも大きくすると排気孔９４による圧力損失が低減し冷却効果を高める効果が大きい。また、排気孔９４の外周側の出口から排出された風は、固定子鉄心９１の外周表面を流れる風を発生させるため固定子鉄心９１の冷却性能を向上する。たとえば、軸方向の中央に排気孔９４を設けた場合は固定子鉄心９１の温度が排気孔９４を設けない場合に比べて、５〜１０℃程度低減することができる。
【００３６】
排気孔９４を形成する位置は、固定子鉄心９１の中央からずらしてもよい。フロント側とリア側とでファン８３から入る風の圧力が異なる場合、たとえば、固定子鉄心９１の軸方向中央から、圧力が低い側にずらすと、両側からの風量が等しくなるのでよい。また、フロント側とリア側とで冷却に対する要求が異なる場合、中央から冷却に対する要求が高い側にずらしてもよい。たとえば、本実施の形態１ではリア側に放熱部品が設置されているので、固定子鉄心９１に設けた通風路９５に流れ込む冷却風は、リア側の方がフロント側よりも温度が高くなる場合がある。その場合は、フロント側の通風路９５を長くすると、高温のリア側の風を速やかに放出させる方が効率的に冷却できる。
【００３７】
図４は本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の変形例の部分断面図である。この変形例では、１つの通風路９５の軸方向に異なる位置に２つの排気孔９４が設けられている。フロント側から通風路９５を流れてきた冷却風はフロント側ハウジング２に近い排気孔９４から排気され、リア側から通風路９５を流れてきた冷却風はリア側ハウジング３に近い排気孔９４から排気される。このため、フロント側ハウジング２とリア側ハウジング３とで圧力差があっても双方からの風を通風路９５内に流すことが容易となる。なお、軸方向に複数の排気孔９４を設けた場合、排気孔９４の通風路９５を流れる風量が減少する。２つの排気孔９４を設ける場合は、図４のように、軸方向に排気孔９４の径程度に近接した位置に設けると、通風路９５のおおよそ全体に通風できるのでよい。
【００３８】
＜実施の形態２＞
図５は本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の部分断面図である。軸方向に沿った断面図の、排気孔９４の周辺のみを拡大した図である。本実施の形態２では排気孔９４を軸方向に仕切る仕切板９６が設けられ、その他の部分は実施の形態１と同様である。なお、排気孔９４は通風路９５の軸方向の途中に１つだけ設けられている。仕切板９６は排気孔９４から通風路９５の軸中心側までのびて、固定子コイル９２の絶縁紙９３まで達している。仕切板９６は通風路９５をフロント側ハウジング２側から流れる冷却風の通風路９５とリア側ハウジング３側から流れる冷却風の通風路９５とに分けている。仕切板９６の外周側は排気孔９４の外周側の出口と径方向の高さを同じとするとよいが、出口より少し低くても、または少し高くしてもよい。
【００３９】
排気孔９４はフロント側とリア側とに分断される。分断されたフロント側の排気孔９４の風路の断面積はフロント側からの通風路９５の風路の断面積と同等以上、分断されたリア側の排気孔９４の風路の断面積はリア側からの通風路９５の風路の断面積と同等以上などとすると好ましい。また、仕切板９６は薄板であることが望ましい。排気孔９４を形成した後に外部から薄板を排気孔９４に差し込み固定して形成することができる。仕切板９６を電磁鋼板と同質の材料で構成すると望ましく、また、アルミニウム、銅、それらの合金など非磁性の良熱導金属などを用いてもよい。また、固定子鉄心９１が電磁鋼板を軸方向に積層されたものである場合は、排気孔９４となる部分を形成した複数枚の電磁鋼板の間に通風路９５の部分が閉じられた形状の電磁鋼板を挟み込むなどとしてもよい。
【００４０】
フロント側とリア側との圧力が異なる場合は対向する風路のうち圧力が高い側が優先的に排気孔９４から放出され、低い方からの風は流れにくくなり冷却が十分行われない場合がある。本実施の形態２によれば、仕切板９６により通風路９５をフロント側とリア側とで分けられ、かつ、それぞれの通風路９５を流れた冷却風が薄板で隔てられた排気孔９４から排出される。このため、フロント側とリア側とのに圧力差によらず冷却風を通風路９５内に流すことができる。
【００４１】
図６は本実施の形態２に係る車両用交流発電機の変形例の部分断面図で、図５と同じ個所を示している。この変形例では仕切板９６のフロント側とリア側とで通風路９５の径方向高さが異なっている。図はリア側（図で仕切板９６の左側）の通風路９５の高さを低くした場合を示すが、冷却の要求にあわせて反対にしてもよい。通風路９５の通風抵抗がフロント側とリア側とで異なるようにして、冷却を調整することができる。径方向の高さだけでなく、幅方向を変化させてもよい。このように、フロント側とリア側とで通風路９５の形状を異ならせることで、フロント側とリア側との冷却を調整することができる。
【００４２】
また、仕切板９６の位置は排気孔９４の軸方向の中央に限らず、フロント側とリア側とのいずれかに偏るように設置してもよい。通風路９５の流路面積がフロント側とリア側とで異なる場合は、流路面積が小さい方に近づくように設置すると良い。また、通風路９５の流路面積が一定の場合であっても、フロント側とリア側とのいずれかに偏らせることにより、排気孔９４のフロント側とリア側とで流路面積に差を設けて、フロント側とリア側との冷却を調整することもできる。
【００４３】
＜実施の形態３＞
図７は本発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の部分断面図である。図７は通風路９５の一部に軸方向に短い突起９８を設けた構造である。他の部分は実施の形態１、２と沿うようである。実施の形態１、２では通風路９５の形状を軸方向で一定、または仕切板９６のフロント側とリア側とで一定の場合を示したが、図７のようにそれらの風路の途中に短い段差、凹凸等を設けてもよい。それらの段差、凹凸は固定子鉄心９１自体の段差、凹凸等として形成されていることが望ましいが、他の材料を付加することにより段差、凹凸等を設けるようにしてもよい。固定子鉄心９１が電磁鋼板を軸方向に積層されたものである場合は、通風路９５に相当する部分の形状を変えるなどした電磁鋼板を、間に挟んで積層することで断面形状を変化させてもよい。また、固定子鉄心９１の端部に端板が設置される場合は、通風路９５の入口となる端板の開口部のサイズを変更してもよい。
【００４４】
図７は通風路９５の軸方向端部に断面積を減少させる突起９８を設けた場合を示す。突起９８の形状により、フロント側ハウジング２から流れる冷却風の流量とリア側ハウジング３から流れる冷却風の流量を調節できる。図では軸方向の両端に設けた構造を示したが、いずれか一方のみでも良い。また、突起９８のかわりに通風路９５の軸方向端部周辺の高さを広げて、ファン８３からの風が入りやすくしてもよい。また、段差、凹凸を軸方向に周期的、またはランダムに設けて、通風路９５での風が乱れを生じさせるものであってもよい。乱れによって通風路９５内での冷却性能が向上することができる。
【００４５】
＜実施の形態４＞
図８は本発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機の部分断面図である。図８は実施の形態１の図２と同じ部分を示す断面図である。本実施の形態４はコイルエンド９７の外周側のフロント側ハウジング２またはリア側ハウジング３の内壁に凸部２ａまたは３ａを設けたものである。凸部２ａ、３ａを設けた以外の部分は実施の形態１と同様である。
【００４６】
フロント側ハウジングの凸部２ａ、フロント側ハウジングの凸部３ａは、コイルエンドの外周側に隙間を設けて覆う部位にコイルエンド９７側に向かって凸となったリング状の部分である。凸部２ａ、３ａはコイルエンド９７と非接触となるように、わずかなすき間を有することが望ましい。
【００４７】
凸部２ａ、３ａはコイルエンド９７の外周側のハウジング２、３との間の隙間を狭くする。このため、ハウジング２、３の内壁に沿った風の流れが妨げられる。ファン８３からコイルエンド９７の隙間を通ってハウジング２、３の内壁に達した風は、大半が通風路９５と軸方向の反対にある吐出窓２４に向かって流れていた。本実施の形態４では凸部２ａ、３ａよりも固定子鉄心９１の端部側に到達した風は、通風路９５に向かって流れやすくなる。従って凸部２ａ、３ａを設けることで、吐出窓２４に向かう風が減少して、通風路９５に入る風が増加して、固定子９の冷却性能を向上する。
【００４８】
フロント側のコイルエンド９７を通過した冷却風は、フロント側ハウジング２より高温であるので、フロント側ハウジング２を加熱する。フロント側ハウジング２が加熱されて高温となると、ベアリング５の温度を上昇させる要因となる。フロント側ハウジング２の内壁に沿った風量を減少させると、フロント側ハウジング２の温度が低下して、ベアリング５等、フロント側ハウジング２に固定した部品の温度を低下させることができる。リア側についても凸部を設けることで同様の効果を得ることができる。図ではフロント側とリア側との両方に凸部を設けたが、いずれか一方の冷却性能を向上させたい場合は、凸部をフロント側とリア側とのいずれか一方のみに設けても良い。
【００４９】
凸部はフロント側ハウジング２またはリア側ハウジング３の材料の一部として一体的に形成されたものであることが望ましい。また、凸部は固定子鉄心９１の端部から隙間をあけて設けられることが望ましいが、通風路９５の入口を狭くしなければ、一部が固定子鉄心９１の端部に接していてもよい。たとえば、凸部の内周側の部分が通風路９５の入口のすぐ外周側に位置するようにしても、通風路９５に風が入りやすくなるのでよい。また、凸部は周方向に凸状のもので、典型的にはリング状の部分とすることができるが、通風路９５の入口の位置、コイルエンド９７の位置に合わせて、周方向に凸凹、または断続的にとなったリング形状としてもよい。
【００５０】
＜実施の形態５＞
図９は本発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の部分断面図である。図９は実施の形態１の図２と同じ部分を示す断面図である。上記の実施の形態では通風路９５から径方向すなわち軸方向と略９０°にのびる孔としたが、本実施の形態５は周方向、または軸方向に傾斜するように排気孔９４を設けている。図では軸方向に傾斜する例を示している。このように傾斜させることで、固定子鉄心９１から排気孔９４を通過する冷却風への接触面積を増大させることができる。また、排気孔９４から放出された流れが、固定子鉄心９１の周りに流れを生じさせるため、固定子鉄心９１外周面の放熱量を増大させることができる。
【００５１】
＜実施の形態６＞
図１０は本発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機の部分断面図である。図１０は実施の形態１の図３と同じ部分を示す軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態６はスロット９９内の外周側に凸部９１ａを設けたもので、それ以外は実施の形態１と同様である。
【００５２】
凸部９１ａは軸方向に連続、または断続的に凸となった形状である。凸部９１ａは固定子コイル９２を包む絶縁紙９３と接触して、これらを外周側から軸中心側に向かって押さえるものである。この軸方向の凸部９１ａは、固定子鉄心９１の一部であることが望ましい。その場合、スロット９９の周方向の幅が固定子コイル９２の外周側で固定子コイル９２の周方向の幅よりも狭くなったスロット形状とみることもできる。
【００５３】
凸部９１ａを設けると、スロット９９の外周側の通風路９５の周方向の幅が狭くなるため、通風路９５となる部分の径方向の高さを高くしても良い。凸部９１ａは図１０のように、固定子コイル９２の周方向の両端を抑えるようにすると、固定子コイル９２の固定強度が増し、かつ、凸部９１ａ間の中央部分に通風路９５を形成することができるのでよい。または、凸部９１ａを固定子コイル９２の周方向の一方の端にだけ設けるようにしてもよい。軸方向で通風路９５が蛇行するように凸部９１ａの位置を一方の端のみと他方の端のみとに交互にあるように、軸方向に沿って凸部９１ａの周方向の位置が変化するようにしてもよい、このように蛇行させると外周側の放熱の促進と均一化がされるのでよい。通風路９５は周方向の幅が狭くなった場合も、少なくともスロット９９の中央部分を風路としておくことが固定子コイル９２の冷却のために望ましい。
【００５４】
通風路９５内に凸部９１ａを設けて固定子コイル９２、絶縁紙９３を外周から押さえる構造としたため、固定子コイル９２等の固定が容易である。また、スロット９９となる部分に固定子コイル９２を挿入したのちに固定子鉄心９１を変形する加工では、固定子コイル９２の変形等で通風路９５が塞がれる可能性があるが、本実施の形態４の構造では通風路９５を良好に保つことができる。
【００５５】
なお、以上の各実施の形態のうち、ある実施の形態で説明した構成と、他の実施の形態で説明した構成とは、技術的な矛盾が生じない範囲で組み合わせ、置換などした構成も、本発明の一部である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の車両用交流発電機は、固定子に通風路と排出孔とを設けたことにより、コストの上昇を抑えながら、固定子コイルと固定子鉄心を効率的に冷却することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  車両用交流発電機、２  フロント側ハウジング、３  リア側ハウジング、４  ケーシング、５  ベアリング、６  シャフト、７  プーリ、８  回転子、２１  ベアリング収納部、２２  吸入窓、２４  吐出窓、２７  保護カバー、３３  開口部、８１  界磁巻線、８２  界磁鉄心、８３  ファン、９  固定子、９１  固定子鉄心、９１ａ  凸部、９２  固定子コイル、９２ａ  リード線、９３  絶縁紙、９４  排気孔、９５  通風路、９６  仕切板、９７  コイルエンド、９８  突起、９９  スロット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月5日(2017.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと一体的に回転する回転子と、
前記回転子の外周側を囲み、鉄心と該鉄心の内部にコイルとを有する固定子と
前記シャフトの軸方向において前記回転子の両側に設けられたファンと、
前記固定子の外周の少なくとも一部が外部に露出するようにして前記固定子を保持し、ベアリングを介して前記シャフトを支持し、吸入窓と吐出窓とが形成されたハウジングと、
を有し、
前記ファンの回転によって前記吸入窓から前記ハウジング内に空気を吸い込み、前記吐出窓から外部に空気を放出して、前記ハウジングの内部を冷却する車載用交流発電機であって、
前記鉄心は、前記コイルの外周側で前記鉄心を前記軸方向に貫通する通風路と、該通風路の前記軸方向の途中から外部に露出する前記固定子の外周まで前記鉄心を径方向に貫通する排気孔とを有し、
前記ファンの風の一部が前記通風路の前記軸方向の両端から入り、前記排気孔を経て、外部に露出した前記固定子の外周から外部に放出される、
車両用交流発電機。
【請求項２】
前記鉄心は前記コイルが挿入されるスロットを有し、
前記通風路は前記スロット内の前記コイルの外周側にあり、前記鉄心の径方向の中央よりも外周側に位置する、
請求項１に記載の車両用交流発電機。
【請求項３】
前記通風路は前記軸方向の途中に断面形状が変化する部分を設けられている、請求項１または２に記載の車両用交流発電機。
【請求項４】
前記排気孔は前記軸方向に分割する仕切板を設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【請求項５】
前記通風路の断面積は前記仕切板の前記軸方向の両側において異なっている請求項４に記載の車両用交流発電機。
【請求項６】
前記ハウジングはコイルエンドの外周側を隙間をあけて覆う部位を有し、該部位と前記コイルエンドのとの隙間を部分的に狭くする凸部が設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【請求項７】
前記排気孔が前記シャフトの軸に対して垂直な方向から傾斜している請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【請求項８】
前記回転子が極性の異なる爪状鉄心が隙間をあけて配置されるランデル型であり、
前記ファンの風が前記爪状鉄心の隙間に入って界磁巻線を冷却する請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。
【国際調査報告】
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