(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに回転自在に支承されたシャフトと、外周縁部に突設された複数の台形状の爪状磁極を有する一対のポールコアが該爪状磁極を互いに噛み合うように対向して上記シャフトに固着されて上記ケース内に配置された回転子と、上記回転子の外周に位置するように上記ケース内に配置された固定子コアおよび固定子コイルを有する固定子とを備えた車両用交流発電機において、
上記一対のポールコアは、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側に位置する肩部が、テーパ形状あるいはアール形状の外周面に形成され、かつ、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側、かつ、回転方向の前方に位置する最外径前方側面部に形成された前方周方向テーパ部が、上記爪状磁極の最外径部で回転方向の前方に位置する最外径前方側面の内周縁と上記固定子コアの軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、上記最外径前方側面と上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面とが交差する稜線上の点Ｂとを通り、周方向に傾斜する外周面に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
上記爪状磁極の最外径前方側面部に形成された上記前方周方向テーパ部と、上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面および上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線部が、アール形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。
【請求項３】
上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面と上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線と、上記爪状磁極の最外径前方側面部に形成された上記前方周方向テーパ部と上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線とのなす角度αが、４０°≦α≦７０°としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用交流発電機。
【請求項４】
上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側、かつ、回転方向の後方に位置する最外径後方側面部に形成された後方周方向テーパ部が、上記爪状磁極の最外径部で回転方向の後方に位置する最外径後方側面の内周縁と上記固定子コアの軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、上記最外径後方側面と上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面とが交差する稜線上の点Ｂとを通り、周方向に傾斜する外周面に形成され、上記爪状磁極が対称な形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両のエンジンに取り付けられるランドル型の回転子を有する車両用交流発電機に関し、特に回転子の回転に起因する高次数成分の風騒音を抑制する車両用交流発電機の回転子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の車両用交流発電機の構成を示す断面図、図１１は図１０に示される車両用交流発電機の回転子を示す斜視図である。
従来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およびリアブラケット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。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリアブラケット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。
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。
【０００３】
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、それぞれ台形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで複数突設され、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。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
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。
【０００４】
このように構成された従来の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。
【０００５】
ここで、一般的な車両用交流発電機においては、固定子コイル１６の内周面が凹凸であり、かつ、固定子コイル１６と爪状磁極２２、２３との間隙が狭いことから、回転子７の回転に伴い、風切音が発生してしまう。そこで、この従来の車両用交流発電機では、図１２および図１３に示されるように、爪状磁極２２、２３の肩部をテーパ形状、若しくはアール形状に形成し、固定子コイル１６と爪状磁極２２、２３との対向部間で発生する風切音を抑制している。このように、爪状磁極２２、２３の肩部をテーパ形状、若しくはアール形状に形成して、固定子コイル１６と爪状磁極２２、２３との対向部間で発生する風切音を抑制することは、日本特許第２６１７００２号や特開平７−２２２４１５号公報等に既に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された従来の車両用交流発電機では、爪状磁極２２、２３の肩部をテーパ形状あるいはアール形状として風切音の発生を抑制しているが、風切音の発生の抑制が不十分であった。
そこで、本出願人は、風切音の発生源について鋭意探査した結果、固定子コイル１６と爪状磁極２２、２３との対向部間の他に、爪状磁極２２、２３の最外径部で軸心方向の両端部、かつ、回転子７の回転方向前方に位置する最外径前方側面部 (図１１中Ｐで示す）からも高次数成分の不快な風騒音が発生していることを見出した。
従って、従来の車両用交流発電機では、爪状磁極２２、２３の最外径前方側面部からの風騒音に対しては何ら考慮されておらず、風騒音の発生を十分に抑制できないという課題があった。
また、爪状磁極２２、２３の肩部をテーパ形状あるいはアール形状とするために必要以上に除肉をすると、この部位での磁気抵抗が大きくなり、発電時に通電によって回転子コイル１３で発生する磁束が減少してしまい、出力が低下するという課題もあった。
【０００７】
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、出力を維持しつつ、風切音の発生を抑制できる車両用交流発電機を得ることを目的とする。
【０００８】
【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、ケースに回転自在に支承されたシャフトと、外周縁部に突設された複数の台形状の爪状磁極を有する一対のポールコアが該爪状磁極を互いに噛み合うように対向して上記シャフトに固着されて上記ケース内に配置された回転子と、上記回転子の外周に位置するように上記ケース内に配置された固定子コアおよび固定子コイルを有する固定子とを備えた車両用交流発電機において、上記一対のポールコアは、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側に位置する肩部が、テーパ形状あるいはアール形状の外周面に形成され、かつ、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側、かつ、回転方向の前方に位置する最外径前方側面部に形成された前方周方向テーパ部が、上記爪状磁極の最外径部で回転方向の前方に位置する最外径前方側面の内周縁と上記固定子コアの軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、上記最外径前方側面と上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面とが交差する稜線上の点Ｂとを通り、周方向に傾斜する外周面に形成されているものである。
【０００９】
また、上記爪状磁極の最外径前方側面部に形成された上記前方周方向テーパ部と、上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面および上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線部が、アール形状に形成されているものである。
【００１０】
また、上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面と上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線と、上記爪状磁極の最外径前方側面部に形成された上記前方周方向テーパ部と上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線とのなす角度αが、４０°≦α≦７０°としたものである。
【００１１】
さらに、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側、かつ、回転方向の後方に位置する最外径後方側面部に形成された後方周方向テーパ部が、上記爪状磁極の最外径部で回転方向の後方に位置する最外径後方側面の内周縁と上記固定子コアの軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、上記最外径後方側面と上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面とが交差する稜線上の点Ｂとを通り、周方向に傾斜する外周面に形成され、上記爪状磁極が対称な形状に形成されているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
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を示す断面図、図２は図１に示される車両用交流発電機の回転子を示す斜視図である。
図１および図２において、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およびリアブラケット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。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリアブラケット２に回転可能に支持されている。そして、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。
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。
【００１３】
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ール２０、２１とから構成される。ポールコア２０、２１は、それぞれ台形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで複数突設され、肩部テーパ部２２ａ、２３ａが爪状磁極２２、２３の最外径部の外周縁部に形成され、さらに周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂが回転子７の回転方向前方に位置する爪状磁極２２、２３の最外径部の側面部に形成されている。そして、一対のポールコア２０、２１は、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。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
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。
【００１４】
つぎに、ポールコアの形状について図３および図４を参照しつつ説明する。
ポールコア２１は、例えば低炭素鋼を鍛造加工して形成され、円盤状の本体部２１ａ、この本体部２１ａの一端側中央部に円筒状に突設されたヨーク２１ｂ、および、本体部２１ａの外周から径方向外側に延出され、その後一端側に折り曲げられてなる爪状磁極２３を有している。ここでは、６この爪状磁極２３が、本体部２１ａの外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、その折り曲げ部が台形状に形成されている。
そして、爪状磁極２３の最外径部で軸心方向の他端側に位置する肩部が、テーパ状の外周面に形成されて、肩部テーパ部２３ａを構成している。即ち、この肩部テーパ部２３ａは、爪状磁極２３の最外径部の外周面から端面に向かって傾斜状に漸減する外径形状を有している。
また、爪状磁極２３の最外径部で軸心方向の他端側、かつ、回転子７の回転方向の前方に位置する爪状磁極２３の最外径前方側面部がテーパ形状に形成されて、周方向テーパ部２３ｂを構成している。この周方向テーパ部２３ｂは、爪状磁極２３の最外径部で回転子７の回転方向の前方に位置する最外径前方側面の内周縁と固定子コア１５の軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、爪状磁極２３の最外径前方側面上で肩部テーパ部２３ａと爪状磁極２３の端面との交点Ｂとを通る面により形成された周方向に傾斜する外周面である。そして、爪状磁極２３の最外径部の外周面と肩部テーパ部２３ａとが交差する稜線と、爪状磁極２３の最外径部の外周面と周方向テーパ部２３ｂとが交差する稜線とのなす角度αが７０°に形成されている。
【００１５】
なお、ポールコア２０においても、ポールコア２１と同様に、爪状磁極２２に肩部テーパ部２２ａおよび周方向テーパ部２２ｂが形成されている。
そして、ポールコア２０、２１は、爪状磁極２２、２３が互いに噛み合うように対向してシャフト６に固着され、回転子コイル１３がポールコア２０、２１のユークに巻装されている。また、爪状磁極２２、２３の周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂは、回転方向の前方に位置している。
【００１６】
このように構成された車両用交流発電機の音圧レベルを測定した結果を図９に示す。なお、図９において、実施の形態１による車両用交流発電機の測定結果が２点鎖線で示され、比較のために従来例による車両用交流発電機の測定結果が点線で示されている。
図９から、この実施の形態１による車両用交流発電機が、従来例に対して、一般的な車両において騒音問題となる１２０００ｒ／ｍｉｎ回転以上の高速回転域で、不快な高次数成分を最大で１０ｄＢ低減できる結果が得られた。また、各次数成分を合算したオーバーオール値でも、最大２ｄＢ低減できる結果が得られた。これは、爪状磁極２２、２３に周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂに設けることにより、回転子７の回転方向前方に位置する爪状磁極２２、２３の最外径前方側面部から発生する高次数成分の風騒音が低減されたものと考えられる。
【００１７】
ついで、点Ａ、Ｂを固定し、かつ、角度αを変えて周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂが形成されたポールコア２０、２１を用いて車両用交流発電機を作製し、風騒音のピーク回転数である１４０００ｒ/ｍｉｎにおける騒音レベルを測定した結果を図５に示す。
図５から、角度αが７０°を超えると騒音レベルが大きくなり、風騒音低減効果が低減することが分かる。一方、出力は、角度αが小さくなるとともに悪化していくが、角度αが４０°以下で特に悪化が大きいことが分かる。そこで、風騒音低減効果と出力とを考慮すれば、角度αは、４０°≦α≦７０°の範囲とすることが望ましい。
【００１８】
なお、上記実施の形態１では、点Ｂが爪状磁極２２（２３）の最外径前方側面における肩部テーパ部２２ａ（２３ａ）と爪状磁極２２（２３）の端面との交点とするものとしているが、点Ｂを肩部テーパ部２２ａと爪状磁極２２の最外径前方側面とが交差する稜線上（図６中Ｄで示される領域）に設定すれば、実施の形態１と同様の効果が得られた。
しかしながら、点Ｂが爪状磁極２２（２３）の最外径前方側面における肩部テーパ部２２ａ（２３ａ）と爪状磁極２２（２３）の端面との交点より内径側（図６中Ｅで示される領域）に設定すると、上記実施の形態１と同等の風騒音低減効果が得られるものの、出力が大きくダウンしてしまうという結果が得られた。
【００１９】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図７に示されるように、爪状磁極２３において、周方向テーパ部２３ｂと肩部テーパ部２３ａおよび最外径部の外周面とが交差する稜線部Ｆ、ＧをＲ２のアール形状としている。また、図示していないが、爪状磁極２２においても、同様に形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２０】
この実施の形態２による車両用交流発電機の音圧レベルを測定した結果を図９に実線で示す。
図９から、実施の形態２では、上記実施の形態１に比べて、１２０００ｒ／ｍｉｎ回転以上の高速回転域で、不快な高次数成分をさらに低減できることが分かる。
つまり、この実施の形態２によれば、周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂと肩部テーパ部２２ａ、２３ａおよび最外径部の外周面とが交差する稜線部で発生する高次数成分の不快な風騒音が低減されたことになる。
【００２１】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図８に示されるように、ポールコア２０、２１の爪状磁極２２、２３の周方向の両側面、即ち最外径前方側面部および最外径後方側面部に周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂを形成するものとしている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１、２と同様に構成されている。
【００２２】
上記実施の形態１、２では、周方向テーパ部２２ｂ、２３ｂが爪状磁極２２、２３の周方向の片面にのみ形成されている。そこで、爪状磁極２２、２３は非対称な形状であり、発電機のフロント側とリア側とで専用の爪状磁極が必要となり、部品点数が増加するとともに、組立性が低下していた。
しかしながら、この実施の形態３によれば、爪状磁極２２、２３が対称な形状となっているので、ポールコアを発電機のフロント側とリア側とで共用でき、部品点数を削減できるとともに、組立性を向上できる。
【００２３】
なお、上記各実施の形態では、爪状磁極２２、２３の肩部にテーパ形状の肩部テーパ部２２ａ、２３ａを形成するものとしているが、爪状磁極２２、２３の肩部にアール形状の肩部アール部を形成しても、同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２５】
この発明によれば、ケースに回転自在に支承されたシャフトと、外周縁部に突設された複数の台形状の爪状磁極を有する一対のポールコアが該爪状磁極を互いに噛み合うように対向して上記シャフトに固着されて上記ケース内に配置された回転子と、上記回転子の外周に位置するように上記ケース内に配置された固定子コアおよび固定子コイルを有する固定子とを備えた車両用交流発電機において、上記一対のポールコアは、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側に位置する肩部が、テーパ形状あるいはアール形状の外周面に形成され、かつ、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側、かつ、回転方向の前方に位置する最外径前方側面部に形成された前方周方向テーパ部が、上記爪状磁極の最外径部で回転方向の前方に位置する最外径前方側面の内周縁と上記固定子コアの軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、上記最外径前方側面と上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面とが交差する稜線上の点Ｂとを通り、周方向に傾斜する外周面に形成されているので、固定子コイルと爪状磁極との対向部間、さらには爪状磁極の最外径前方側面部から発生する風切音を効果的に低減し、風騒音を抑制できる車両用交流発電機が得られる。
【００２６】
また、上記爪状磁極の最外径前方側面部に形成された上記前方周方向テーパ部と、上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面および上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線部が、アール形状に形成されているので、これらの稜線部で発生する風切音が低減され、風騒音をより抑えることができる。
【００２７】
また、上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面と上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線と、上記爪状磁極の最外径前方側面部に形成された上記前方周方向テーパ部と上記爪状磁極の最外径部の外周面とが交差する稜線とのなす角度αが、４０°≦α≦７０°としたので、出力を低下させることなく、効果的に風騒音を抑えることができる。
【００２８】
さらに、上記爪状磁極の最外径部で軸心方向の両側、かつ、回転方向の後方に位置する最外径後方側面部に形成された後方周方向テーパ部が、上記爪状磁極の最外径部で回転方向の後方に位置する最外径後方側面の内周縁と上記固定子コアの軸心方向の端部を通り、かつ、軸心と直交する平面との交点Ａと、上記最外径後方側面と上記肩部に形成された上記テーパ形状あるいはアール形状の外周面とが交差する稜線上の点Ｂとを通り、周方向に傾斜する外周面に形成され、上記爪状磁極が対称な形状に形成されているので、ポールコアがフロント側およびリア側で共用でき、部品点数を削減できるとともに、組立性を向上させることができる。
【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を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す斜視図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を構成するポールコアを示す斜視図である。
【図４】  この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を構成するポールコアの爪状磁極部を示す上面図である。
【図５】  この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における角度αと１４０００ｒ／ｍｉｎの回転時の騒音レベルとの関係を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機におけるポールコアと固定子コアとの位置関係を説明する図である。
【図７】  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を構成するポールコアの爪状磁極部を示す上面図である。
【図８】  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を示す斜視図である。
【図９】  この発明による車両用交流発電機における回転速度と音圧レベルとの関係を示す図である。
【図１０】  従来の車両用交流発電機を示す断面図である。
【図１１】  従来の車両用交流発電機の回転子を示す斜視図である。
【図１２】  従来の車両用交流発電機の回転子を構成するポールコアの一例を示す要部斜視図である。
【図１３】  従来の車両用交流発電機の回転子を構成するポールコアの他の例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１  フロントブラケット、２  リアブラケット、３  ケース、６  シャフト、７  回転子、８  固定子、１５  固定子コア、１６  固定子コイル、２０、２１ポールコア、２２、２３  爪状磁極、２２ａ、２３ａ  肩部テーパ部、２２ｂ、２３ｂ  周方向テーパ部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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