(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の冷却風を径方向外側に排出する冷却ファンをリヤ側に備える回転子と、
固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線を有する固定子と、
前記固定子を両端面から挟み込むことにより保持するリヤ側のフレームとフロント側のフレームとを有し、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、
リヤ側の前記フレームの外側に取り付けられる整流装置を含む電気部品と、
前記電気部品を覆うように取り付けられたリヤカバーと
を有する車両用交流発電機において、
前記固定子巻線は、
出力線が前記整流装置に溶接、半田付けおよび機械的変形の少なくとも一の接合手法を用いて電気的に接続されており、
リヤ側の前記フレームには、
前記電気部品より回転軸方向に沿って後方に取り付けステー部が形成されており、
前記取り付けステー部は、
複数の連結部を介してリヤ側の前記フレームの本体に連結され、
複数の前記連結部は、
周方向に離隔した位置でリア側の前記フレームの本体に連結され、
リヤ側の前記フレームには、
複数の前記連結部に挟まれた領域に冷却風の排出窓を有し、
前記排出窓から排出された冷却風は、前記取り付けステー部の複数の前記連結部の間に排出され、前記取り付けステー部に沿って後方に導かれることがないように前記取り付けステー部が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】
請求項１において、
前記固定子巻線は、
導体セグメントの端部同士を接合することにより構成されて、各接合部およびこれらの接合部につながる前記導体セグメントが周方向に沿って互いに離隔して配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
界磁巻線が前記フレームに固定されており、
前記冷却ファンは、
遠心ファンおよび斜流ファンを備えることを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンルームがますます狭小化する中で、車両用交流発電機の搭載スペースに余裕がなくなってきており、エンジン発熱の影響も大きいことから、搭載性の自由度があって冷却性が良好な車両用交流発電機が望まれている。
【０００３】
図９は、従来の車両用交流発電機の構造を示す断面図である。図９に示す従来の車両用交流発電機では、固定子巻線と整流装置とを接合するために設けられた端子を締め付けるためにスクリュネジ１００が用いられている。このスクリュネジ１００は、軸方向と垂直な方向から締付け工具１１０を用いて締め付けられており、これにより、固定子巻線の出力線が整流装置に電気的に接続される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スクリュネジ１００を軸方向と垂直な方向から締め付ける従来方式では、締付け工具１１０の作業スペースを確保する必要があるため、リヤフレームに備わったステー部１２０を、この作業スペースと干渉するような後方までずらすことができず、エンジンに取り付ける際に自由度が少ないという問題があった。
【０００５】
また、従来の多くの車両用交流発電機は、固定子巻線が波巻きや重ね巻き等の巻線仕様で巻かれており、回転子に設けられた冷却ファンで固定子巻線を冷却しようとしたときに、回転子に備わった冷却ファンにより発生した冷却風（図９の矢印Ｂ）が固定子巻線の内周壁に当たった後にステー部１２０に沿ってリヤ側に導かれ、循環風（温風）を車両用交流発電機内部に取り込むことになるため、冷却性が悪化するという問題があった。
【０００６】
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、取り付けの自由度を確保することができるとともに、高い冷却性を実現することができる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、少なくとも一部の冷却風を径方向外側に排出する冷却ファンをリヤ側に備える回転子と、固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線を有する固定子と、固定子を両端面から挟み込むことにより保持するリヤ側のフレームとフロント側のフレームとを有し、回転子と固定子とを支持するフレームと、リヤ側のフレームの外側に取り付けられる整流装置を含む電気部品と、電気部品を覆うように取り付けられたリヤカバーとを有している。また、固定子巻線は、出力線が整流装置に溶接、半田付けおよび機械的変形の少なくとも一の接合手法を用いて電気的に接続されており、リヤ側のフレームには、電気部品より回転軸方向に沿って後方に取り付けステー部が形成されており、取り付けステー部は、複数の連結部を介してリヤ側のフレームの本体に連結され、複数の連結部は、周方向に離隔した位置でリア側のフレームの本体に連結され、リヤ側のフレームには、複数の連結部に挟まれた領域に冷却風の排出窓を有し、排出窓から排出された冷却風は、取り付けステー部の複数の連結部の間に排出され、取り付けステー部に沿って後方に導かれることがないように取り付けステー部が形成されている。固定子の出力線と整流装置とを電気的に接続するために、溶接、半田付けおよび機械的変形の少なくとも一の接合手法が用いられており、スクリュネジが用いられていないため、スクリュネジを締め付ける締め付け工具の作業スペースを確保する必要がない。このため、フレームに回転軸方向に沿って電気部品よりも後方に取り付けステー部を形成することが可能になり、車両用交流発電機の取り付けの自由度を確保することができる。冷却風を取り付けステー部の複数の連結部の間に形成されたフレームの排出窓からフレーム外部に排出することができる。しかも、この排出された冷却風は、取り付けステー部の複数の連結部の間に排出され、取り付けステー部に沿って後方に導かれることがないため、高い冷却性を実現することができ、電気部品を効率よく冷却することができる。
【０００８】
上述した固定子巻線は、導体セグメントの端部同士を接合することにより構成されて、各接合部およびこれらの接合部につながる導体セグメントが周方向に沿って互いに離隔して配置されることが望ましい。導体セグメントを用いて固定子巻線を形成することにより、コイルエンドに径方向に冷却風を通す隙間を形成することが可能になり、この冷却風を取り付けステー部の複数の連結部の間に形成されたフレームの排出窓からフレーム外部に排出することができる。しかも、この排出された冷却風は、取り付けステー部の複数の連結部の間に排出され、取り付けステー部に沿って後方に導かれることがないため、高い冷却性を実現することができ、電気部品を効率よく冷却することができる。
【０００９】
また、フレームに界磁巻線が固定されたブラシレスタイプの車両用交流発電機を考えた場合に、上述した冷却ファンには、遠心ファンおよび斜流ファンを備えることが望ましい。ブラシレスタイプの車両用交流発電機を採用した場合にも、取り付けの自由度を確保することができるとともに、高い冷却性を実現することができる。特に、ブラシレスタイプの車両用交流発電機では、回転子の軸方向の一方端にしか冷却ファンを備えることができないが、リヤ側の冷却ファンを遠心ファンと軸流ファンとを組み合わせて構成することにより、取り付けステー部の連結部に挟まれた領域に形成された排出窓から冷却風の一部を排出するとともに、冷却風の残りを界磁巻線に沿って流すことが可能になり、効率よく各部品を冷却することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。また、図２は本実施形態の車両用交流発電機をリヤ側から見た図である。これらの図に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フレーム４、整流装置５０、ブラシ装置５１、電圧制御装置５２、リヤカバー５３等を含んで構成されている。
【００１２】
回転子２は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線８を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア７によって、シャフト６を通して両側から挟み込んだ構成を有している。また、フロント側のポールコア７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１１が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア７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１２が溶接等によって取り付けられている。また、シャフト６のリヤ側近傍には、界磁巻線８の両端に電気的に接続された２つのスリップリング１３、１４が形成されており、これらのスリップリング１３、１４を介してブラシ装置５１から界磁巻線８に対して給電が行われる。
【００１３】
固定子３は、固定子鉄心３２と、固定子巻線３１を構成する複数の導体セグメント３３と、固定子鉄心３２と導体セグメント３３との間を電気絶縁するインシュレータ３４とを備えている。固定子鉄心３２は、薄い鋼板を重ね合わせて形成されており、その内周面には多数の溝状のスロットが形成されている。この溝状のスロットの内壁面に沿って、シート状のインシュレータ３４が配置されている。
【００１４】
本実施形態の固定子巻線３１は、複数のＵ字状の導体セグメント３３を所定の規則にしたがって配列するとともに、こられの端部を電気的に接続することにより構成されている。
【００１５】
図３は、固定子巻線を構成する導体セグメント３３を模式的に表した斜視図である。２本の導体セグメント３３ａ、３３ｂを基本ユニットとし、このユニットを複数配列することにより、固定子巻線３１が形成される。Ｕ字状の導体セグメント３３は、ターン部３３ｃと端部３３ｅとを有している。ターン部３３ｃは、これに続く斜行部３３ｄとともにリヤ側（反プーリ側）のコイルエンド３５を形成する。端部３３ｅは、これに続く斜行部３３ｆとともにドライブ側（プーリ側）のコイルエンド３５を形成する。各導体セグメント３３の端部３３ｅ同士は、例えばＴＩＧ（tungsten inert-gas）溶接によって接合されている。
【００１６】
図４は、固定子３の部分的な側面図である。図４に示すように、固定子巻線３１を構成する各導体セグメント３３は、固定子鉄心３２の軸方向側面の一方にターン部３３ｃが、他方にターン部３３ｃと反対側の端部３３ｅが配置されている。固定子２の一方のコイルエンド３５を構成する導体セグメント３３の斜行部３３ｆは、外層と内層とでは逆方向に傾斜しており、各層内では同一方向に傾斜している。また、他方のコイルエンド３５を構成する導体セグメント３３の斜行部３３ｄについても同様であり、外層と内層とでは逆方向に傾斜しており、各層内では同一方向に傾斜している。
【００１７】
フレーム４は、固定子３を両端面から挟み込むことにより保持するとともに、この固定子３の内側に内包するように回転子２を収容する。回転子２がシャフト６を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子２のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して固定子３が配置されている。また、フレーム４は、固定子３のコイルエンド３５に対向した部分に冷却風の排出窓４２が、軸方向端面に吸入窓４１がそれぞれ設けられている。
【００１８】
また、フレーム４には、エンジンに車両用交流発電機１を取り付けるために用いられる取り付けステー部４３、４４およびアジャストステー部４５が設けられている。リヤ側のフレーム４に設けられた取り付けステー部４３とフロント側のフレーム４に設けられた取り付けステー部４４とによってエンジン本体のブラケット部（図示せず）を挟み込むようにして車両用交流発電機１の組み付けが行われる。
【００１９】
ところで、本実施形態では、リヤ側のフレーム４に設けられた取り付けステー部４３は、エンジン本体のブラケット部に対向する取り付け面４３ａの位置が、整流装置５０等の電気部品よりも回転軸方向に沿ってほぼ後方に設定されている。また、この取り付けステー部４３は、２本の連結部４３ｂ、４３ｃを介してフレーム４本体と連結されている。これら２本の連結部４３ｂ、４３ｃは、周方向に離隔した位置でフレーム４本体と連結されており、フレーム４には、これら２本の連結部４３ｂ、４３ｃで挟まれた領域にも冷却風の排出窓４２が形成されている。
【００２０】
整流装置５０は、三相の固定子巻線３１によって発生する三相交流電圧を整流して直流電流を得るためのものである。本実施形態では、固定子巻線３１の出力線３１ａが溶接、半田付けおよび機械的変形の少なくとも一の接合手法を用いて整流装置５０に電気的に接続されている。
【００２１】
図５および図６は、固定子巻線３１の出力線３１ａと整流装置５０との接合部の詳細を示す図である。これらの図に示すように、固定子巻線３１の出力線３１ａは、整流装置５０の端子台１５１から突出する端子１５２まで引き出された状態で、この端子１５２に溶接あるいは半田付けによって接合されている。また、この接合は、スクリュネジを用いない他の手法によって行うようにしてもよい。例えば、引出線３１ａを内包するように端子１５２を変形させて、機械的な接触を利用して電気的な接続を行うようにしてもよい。また、これらの接合手法を組み合わせるようにしてもよい。
【００２２】
また、リヤカバー５３は、フレーム４の外側に取り付けられた整流装置５０、ブラシ装置５１および電圧制御装置５２を覆うように取り付けられ、これらを異物から保護する。
【００２３】
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（図示せず）にエンジンからの回転力が伝えられると回転子２が所定方向に回転する。この状態で回転子２の界磁巻線８に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線３１に３相交流電圧を発生させることができ、整流装置５０の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
【００２４】
このように、本実施形態では、固定子３の出力線３１ａと整流装置５０とを電気的に接続するために、溶接、半田付けおよび機械的変形の少なくとも一の接合手法が用いられており、スクリュネジが用いられていないため、スクリュネジを締め付ける締め付け工具の作業スペースを確保する必要がない。このため、フレーム４に回転軸方向に沿って電気部品よりも後方に取り付けステー部４３を形成することが可能になり、車両用交流発電機１の取り付けの自由度を確保することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、導体セグメント３３を用いて固定子巻線３１を形成することにより、図４に示すように、コイルエンド３５に径方向に冷却風を通す隙間を形成することが可能になり、図１の矢印Ａで示すように、この冷却風を取り付けステー部４３の２本の連結部４３ｂ、４３ｃの間に形成されたフレーム４の排出窓４１からフレーム４外部に排出することができる。しかも、この排出された冷却風は、取り付けステー部の２本の連結部４３ｂ、４３ｃの間に排出され、取り付けステー部４３に沿って後方に導かれることがないため、高い冷却性を実現することができ、整流装置５０等の各種の電気部品を効率よく冷却することができる。
【００２６】
〔第２の実施形態〕
ところで、上述した第１の実施形態では、界磁巻線８が回転子２に備わっており、この界磁巻線８に対してブラシ装置５１によって界磁電流を流すようにしたが、ブラシレスタイプの車両用交流発電機を用いて同様の構造を実現するようにしてもよい。
【００２７】
図７は、第２の実施形態の車両用交流発電機１Ａの全体構造を示す断面図であり、ブラシレスタイプの車両用交流発電機の構造が示されている。図７に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１Ａは、回転子１０２、界磁巻線１０３、固定子３、フレーム１０４、整流装置５０、電圧制御装置５２、リヤカバー５３等を含んで構成されている。第１の実施形態の車両用交流発電機１と基本的に同じ構成については同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２８】
回転子１０２は、シャフト１２１に固定されるリヤ側のポールコア１２２と、冠リング状のポールコア１２３と、これらのポールコア１２２、１２３を互いに連結する非磁性体リング１２４と、ポールコア１２２の端面に溶接等によって取り付けられた冷却ファン１２６とを含んで構成されている。この冷却ファン１２６は、遠心ファンと斜流ファンとが交互に配置されて構成されている。
【００２９】
一方のポールコア１２２は、シャフト１２１が圧入される円筒状のボス部１２２ａと、ボス部１２２ａの外側に延びるディスク部１２２ｂと、ディスク部１２２ｂの外周近傍から軸方向に延びる複数の爪部１２２ｃとを有している。また、他方のポールコア１２３は、円環状に形成された円環部１２３ｂと、円環部１２３ｂから軸方向に延びる複数の爪部１２３ｃとを有している。
【００３０】
一方のポールコア１２２の爪部１２２ｃと他方のポールコア１２３の爪部１２３ｃは、円周方向に沿って交互に配置されており、これらの内周側に配置された非磁性体リング１２４によって強固に連結されている。
【００３１】
また、界磁巻線１０３は、フレーム１０４にボルト１４１によって固定された界磁コア１４２の一部に巻装されており、界磁を発生する。
【００３２】
フレーム１０４は、固定子３を両端面から挟み込むことにより保持するとともに、この固定子３の内側に内包するように回転子１０２を収容する。回転子１０２がシャフト１２１を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子１０２のポールコア１２２、１２３の外周側に所定の隙間を介して固定子３が配置されている。また、ポールコア１２３の内周側に所定の隙間を介して界磁コア１４２が配置されている。さらに、フレーム１０４は、固定子３の固定子巻線３１に対向した部分に冷却風の排出窓４２が、軸方向端面に吸入窓４１がそれぞれ設けられている。
【００３３】
また、フレーム１０４には、エンジンに車両用交流発電機１Ａを取り付けるために用いられる取り付けステー部１４３、１４４およびアジャストステー部１４５が設けられている。リヤ側のフレーム１０４に設けられた取り付けステー部１４３とフロント側のフレーム１０４に設けられた取り付けステー部１４４とによってエンジン本体のブラケット部（図示せず）を挟み込むようにして車両用交流発電機１Ａの組み付けが行われる。
【００３４】
また、本実施形態では、リヤ側のフレーム１０４に設けられた取り付けステー部１４３は、エンジン本体のブラケット部に対向する取り付け面１４３ａの位置が、整流装置５０等の電気部品よりも回転軸方向に沿ってほぼ後方に設定されている。また、この取り付けステー部１４３は、２本の連結部１４３ｂ、１４３ｃを介してフレーム１０４本体と連結されている。これら２本の連結部１４３ｂ、１４３ｃは、周方向に離隔した位置でフレーム１０４本体と連結されており、フレーム１０４には、これら２本の連結部１４３ｂ、１４３ｃで挟まれた領域にも冷却風の排出窓４２が形成されている。
【００３５】
上述した構造を有する車両用交流発電機１Ａは、ベルト等を介してプーリ（図示せず）にエンジンからの回転力が伝えられると回転子１０２が所定方向に回転する。この状態でフレーム１０４に固定された界磁コイル１０３に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア１２２、１２３のそれぞれの爪部１２２ｃ、１２３ｃが励磁され、固定子巻線３１に３相交流電圧を発生させることができ、整流装置５０の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
【００３６】
このように、ブラシレスタイプの車両用交流発電機１Ａにおいても、第１の実施形態の車流用交流発電機１と同様に、固定子３と整流装置５０が用いられている。したがって、固定子３の出力線３１ａと整流装置５０とを電気的に接続するために、溶接、半田付けおよび機械的変形の少なくとも一の接合手法が用いられており、スクリュネジが用いられていないため、スクリュネジを締め付ける締め付け工具の作業スペースを確保する必要がない。このため、フレーム１０４に回転軸方向に沿って電気部品よりも後方に取り付けステー部１４３を形成することが可能になり、車両用交流発電機１Ａの取り付けの自由度を確保することができる。
【００３７】
また、本実施形態においても、導体セグメント３３を用いて固定子巻線３１を形成することにより、コイルエンド３５に径方向に冷却風を通す隙間を形成することが可能になり、この冷却風を取り付けステー部１４３の２本の連結部１４３ｂ、１４３ｃの間に形成されたフレーム１０４の排出窓１４１からフレーム１０４外部に排出することができる。しかも、この排出された冷却風は、取り付けステー部の２本の連結部１４３ｂ、１４３ｃの間に排出され、取り付けステー部１４３に沿って後方に導かれることがないため、高い冷却性を実現することができ、整流装置５０等の各種の電気部品を効率よく冷却することができる。
【００３８】
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で種々の変形実施が可能である。例えば、図３に示した例では、Ｕ字状の導体セグメント３３を用いたが、図８に示すように、ターン部のない導体セグメント３４１を用いて、その両端部３４１ｅを接合することにより、固定子巻線を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】図２は本実施形態の車両用交流発電機をリヤ側から見た図である。
【図３】固定子巻線を構成する導体セグメントを模式的に表した斜視図である。
【図４】固定子の部分的な側面図である。
【図５】固定子巻線の出力線と整流装置との接合部の詳細を示す図である。
【図６】固定子巻線の出力線と整流装置との接合部の詳細を示す図である。
【図７】第２の実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図８】ターン部のない導体セグメントを示す斜視図である。
【図９】従来の車両用交流発電機の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  回転子
３  固定子
４  フレーム
８  界磁巻線
４３  取り付けステー部
４３ｂ、４３ｃ  連結部
５０  整流装置
５１  ブラシ装置
５２  電圧制御装置
【図１】
0004360027.tif 000002
【図２】
0004360027.tif 000003
【図３】
0004360027.tif 000004
【図４】
0004360027.tif 000005
【図５】
0004360027.tif 000006
【図６】
0004360027.tif 000007
【図７】
0004360027.tif 000008
【図８】
0004360027.tif 000009
【図９】
0004360027.tif 000010