JP4476111B2 - 交流発電機 - Google Patents

Description

この発明は、スロットを区画する各ティース間の段差部に、回転子の回転とともに空気が流れる交流発電機に関するものである。

従来、固定子鉄心のスロットに導線が巻回されて固定子巻線が固定子鉄心に巻装された固定子を有し、スロットから導線が飛び出すのを防止するために、各スロットの入口部である各ティース間にウェッジが設けられている交流発電機が知られている。
このものの場合、ティースの表面とウェッジの内周面との間で段差部が生じているので、固定子の内側に設けられた回転子が高速で回転すると、この段差部で空気の疎密変動が生じて共鳴作用を起こして、固定子のティース数（スロット数）に依存する次数成分の風音が発生し、人間の聴覚上非常に不快が音として感じられる。
従って、この高速回転域での不快な騒音を低減することを目的として、概略桶形状にウェッジを形成し、ウェッジの中央部の段付き突起部でスロットの入口部を塞ぐようにしたもの、あるいは突起部を一体型の樹脂成形品とし突起部の先端幅がスロットの入口部の幅に対して締め代を有するように成形し、スロットの入口部への固定を強固にしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このものの場合、ウェッジの突起部の制作の際に、精密、正確性を期さなければならず、高さが不正確であると固定子内周面よりウェッジが突出し、回転子と擦れるおそれがある等の問題点があった。

これに対しては、ウェッジの表面に凹凸部、あるいは貫通孔を形成することで、回転子が固定子の内周面内を高速回転する際に、段差部において空気の疎密が生じても、ウェッジの表面に形成された、凹凸部、あるいは貫通孔により、空気が乱反射し、固定子内周の段差部が共鳴管として作用しにくくして不快な騒音を低減したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−１７０４３５号公報 特開平６−２８４６１８号公報

しかしながら、この特許文献２のものでは、ティースの表面とウェッジの内周面との間では、段差部が存在し、しかも各段差部は、互いに平行に軸線方向に延び、かつ周方向に等分間隔で存在するので、依然として、共鳴作用を起こして固定子のティース数（スロット数）に依存する次数成分の風音に偏っており、回転子の高速回転域では、スロット数とともに回転子の回転数とも比例関係にある、偏った風音の周波数が人間の聴覚上不快な周波数域になってしまうという問題点があった。
また、従来、交流発電機では、スロット数が３６であったのに対して、近年小型高出力化の要請により、スロット数が７２、９６等に増大し、回転子が常用回転速度でも不快な音を感じてしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、スロット数に依存する次数成分の騒音レベルが低減し、不快音を低減することができる交流発電機を提供することを目的とする。

この発明に係る交流発電機では、ティースには、ティースの軸方向の両端部のうち少なくとも一方の端部で回転子の周方向に折曲された傾斜部が形成されており、
前記傾斜部は、前記固定子の周方向に不等分間隔で複数形成されている。

この発明に係る交流発電機によれば、スロット数に依存する次数成分の騒音レベルが低減しし、不快音を低減することができる。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
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縦断面図、図２は図１の固定子８をリヤ側から見た斜視図である。

この車両用交流発電機では、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内に一端部にプーリ４が固定されたシャフト６が回転可能に設けられている。このシャフト６にはランデル型の回転子７が固定されている。この回転子７の軸方向両端部には冷却手段としてのファン５が固定されている。
ケース３の内壁には、フロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されて、回転子７を包囲するように固定子８が固定されている。

シャフト６の他端部には、回転子７に電流を供給するスリップリング９が固定されている。このスリップリング９の表面には、ブラシホルダ１１内に収納された一対のブラシ１０が摺接している。固定子８には、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２が電気的に接続されている。ブラシホルダ１１には、ヒートシンク１７が嵌着されている。このヒートシンク１７には、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が取り付けられている。

回転子７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１３と、この界磁巻線１３を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とを備えている。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ最外径面形状を略台形形状とする爪状磁極２２、２３が外周縁部に周方向に等角ピッチで８つ突設されて構成されており、これらの爪状磁極２２、２３を噛み合わせるように対向させてシャフト６に固着されている。

固定子８は、円筒状の固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６とから構成されている。固定子鉄心１５の内周面と爪状磁極２２、２３の外周面との間には均一なエアギャップが形成されている。
固定子鉄心１５には、図３に示すようにティース３０により区画され軸方向に延びたスロット１５ａが毎極毎相当たり２の割合で形成されている。即ち、スロット１５ａが固定子鉄心１５の内周側に周方向に等分間隔で９６個配列され、回転子７の磁極数は１６極である。また、固定子巻線１６は導線３１を固定子鉄心１５に巻装して構成されている。この導線３１は、断面矩形の導体に絶縁被膜を被覆して形成されている。
各スロット１５ａの最内径側には、固定子巻線１６のスロット１５ａからの脱落を防止するウェッジ３２が設けられている。ティース３０とウェッジ３２との間には段差部が存在している。この各段差部は、互いに平行に軸線方向に延び、かつ周方向に等分間隔で存在している。

図４は、回転子７の軸線から固定子８の内側を視たときの図であり、各ティース３０の両端部には、固定子８の周方向に沿って不等分間隔で回転子７の回転方向と同一方向に折曲された傾斜部３３が形成されている。

このように構成された車両用交流発電機においては、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を介して界磁巻線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、固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、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。

そして、リヤ側においては、ファン５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５により遠心方向に曲げられて固定子巻線１６のリヤ側コイルエンド群１６ｒ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５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５により遠心方向に曲げられて固定子巻線１６のフロント側コイルエンド群１６ｆを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。
また、固定子鉄心１５の内周面と爪状磁極２２、２３の外周面との間には均一なエアギャップが形成されているので、このエアギャップでは、空気がフロント側からリヤ側、あるいはリヤ側からフロント側に流れる。

上記構成の車両用交流発電機によれば、エアギャップでは、空気がフロント側からリヤ側、あるいはリヤ側からフロント側に流れるが、固定子８の周方向に沿って不等分間隔で傾斜部３３がティース３０の両端部に形成されているので、ティース３０の表面とウェッジ３２の内周面との間に存在する段差部を通る流れが、固定子８の周方向、及び軸方向に不均一となり、スロット１５ａの数に依存する次数成分の風音が抑制される。
スロット１５ａの数が９６であり、両端部に傾斜部３３を有しないティースの場合には、回転子７の回転速度が６０００ｒ．ｐ．ｍ（エンジンの回転速度２４００ｒ．ｐ．ｍに相当）の常用域で回転させると、６０００÷６０×９６＝９６００Ｈｚの高周波音のスロット数に依存する次数成分が主に発生し、常用回転速度でも不快な高周波騒音を耳にすることになる。
これに対して、スロット１５ａの数が９６である固定子８を有する、この実施の形態では、段差部を通る空気の流れが、傾斜部３３の作用により固定子８の周方向、及び軸方向に不均一となり、スロット１５ａの数に依存する次数成分は、特定の高周波音に偏ることなく、低次から高次まで分散され、不快音の騒音レベルが低減される。

また、傾斜部３３は、回転子７の回転方向と同一方向に折曲されているので、回転子７の回転による空気抵抗は低下され、それだけ騒音レベルの値が低下する。

なお、上記実施の形態では、各ティース３０の両端部に傾斜部３３が形成されたものについて説明したが、図５に示すように、フロント側のティース３０の端部のみに傾斜部３３を形成してもよいし、図６に示すように、リヤ側のティース３０の端部のみに傾斜部３３を形成してもよい。

また、傾斜部を全ティースの両端部、あるいは片側端部に形成した場合でも、固定子の周方向に不等分間隔で傾斜部を形成した上記実施の形態の車両用交流発電機と比較して、スロット１５ａの数に依存する次数成分の分散程度が小さいものの、不快音の騒音レベルが低減される。

また、スロットの数が７２である固定子の車両用交流発電機にも、この発明を適用することができる。

また、上記実施の形態ではウェッジ３２は、板形状であったが、断面鳩尾形状等の他の形状であってもよい。また、ティースの最内径部に固定子巻線が脱落するのを防止する突起を形成することでウェッジを不要とした交流発電機にも、この発明は適用することができる。

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縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に適用される固定子をリヤ側から見た斜視図である。 図１の固定子の要部拡大断面図である。 図１の回転子の軸線から固定子の内側を視たときの図である。 図１のティースの変形例を示す図である。 図１のティースの他の変形例を示す図である。

符号の説明

３ ケース、５ ファン、７ 回転子、８ 固定子、１３ 界磁巻線、１５ 固定子鉄心、１５ａ スロット、１６ 固定子巻線、２２，２３ 爪状磁極、３０ ティース、３１ 導線、３２ ウェッジ、３３ 傾斜部。

Claims (4)

1. 内周壁面で軸方向に延びたスロットが周方向に並んで複数形成された固定子鉄心、及び前記スロットに導線が巻装されて構成された固定子巻線を有する固定子と、
   この固定子の内側に回転可能に設けられ、電流を流すことで磁束が生じる界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った複数の爪状磁極をそれぞれ有する一対のポールコア、及び少なくとの一方の前記ポールコアの軸方向の端面に設けられたファンを有する回転子とを備え、
   前記スロットを区画する各ティース間の段差部には、前記回転子の回転とともに空気が流れる交流発電機において、
   前記ティースには、前記ティースの軸方向の両端部のうち少なくとも一方の端部で前記固定子の周方向に折曲された傾斜部が形成されており、
   前記傾斜部は、前記固定子の周方向に不等分間隔で複数形成されていることを特徴とする交流発電機。
2. 各前記スロットの最内径部側には前記固定子巻線の脱落を防止するウェッジが設けられている請求項１に記載の交流発電機。
3. 前記傾斜部は、前記回転子の回転方向と同一方向に折曲されている請求項１または２に記載の交流発電機。
4. 前記スロットの数は、７２または９６ある請求項１ないし３の何れか１項に記載の交流発電機。

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