JPH0746795A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却風量の低下や体格増大を回避しつつステー
タコイルのコイルエンドの良好な冷却が可能な回転電機
を提供する。 【構成】ファン６から出た冷却風はハウジング１２の内
端面とステータコイル３４のコイルエンド３４Ｒの間の
吹き出し流路Ｐを通過してハウジング１２の周壁に開口
された冷却窓ｗから吹き出される。吹き出し流路Ｐに面
するコイルエンド３４Ｒの端面は、軸方向に段差（溝
部）３４０を有している。このようにすれば、吹き出し
流路Ｐの断面積の縮小を最小としつつ冷却風に接触する
ステータコイル３４の接触面積（放熱面積）を増大でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の冷却構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人の出願になる特開平４−２４９
３９号公報は、ロータコアの両端部に遠心ファンを設
け、その吹き出し冷却風がステータコイルのコイルエン
ドを冷却しつつハウジングの周壁に開口された冷却窓に
流入する冷却構造において、上記コイルエンド内部に遠
心ファンの吹き出し方向と平行方向へ冷却風送風用の送
風路を貫設することによりコイルエンドの温度低下を実
現している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来技術のように、ステータコイルのコイルエンドに上
記したような送風路を遠心ファンの吹き出し方向と平行
方向へ多数形成することは、ステータコイルの巻線作業
が複雑となる。また、コイルエンドに上記した多数の送
風路を設けることは各コイルの巻線がこれら送風路を囲
んで延在することとなり、ステータコイルの線長の増
大、ステータコイルの銅損の増大を招く。

【０００４】更に、ステータコイルのコイルエンドの軸
方向寸法が増大するので、コイルエンドの端面とハウジ
ングの内端面との間の吹き出し流路の流路断面積が縮小
する不利が生じ、冷却風量が低下して他の部位における
冷却悪化が懸念される。もちろん、上記送風路を通じて
の冷却風量の増加はあるものの、コイルエンド内部の複
雑な形状の送風路の流体圧力損失は大きく、上記吹き出
し流路の冷却風量の低下を補償するには到らず、必要な
冷却風量を確保するためにハウジング体格を増大する必
要がある。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、冷却風量の低下や体格増大を回避しつつステータ
コイルのコイルエンドの良好な冷却が可能な回転電機を
提供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の回転電機は、冷
却窓が周壁に開口されたハウジングと、前記ハウジング
に固定されるステータコアに巻装されるステータコイル
と、前記固定子コアの内部にて前記ハウジングに回転自
在に保持されるロータコアと、前記冷却窓の内周側に位
置して前記ロータコアの端面に固定され冷却風の少なく
とも一部を遠心方向へ吹き出すファンとを備え、前記冷
却風の少なくとも一部は前記ファンから吹き出して前記
ハウジングの内端面と前記ステータコイルのコイルエン
ドの間の吹き出し流路を通過して前記冷却窓に流入する
回転電機において、前記吹き出し流路に面する前記ステ
ータコイルの前記コイルエンドの端面は、軸方向に段差
を有することを特徴としている。

【０００７】

【作用及び発明の効果】ファンから出た冷却風（の少な
くとも一部）はハウジングの内端面とステータコイルの
コイルエンドの間の吹き出し流路を通過してハウジング
の周壁に開口された冷却窓から吹き出される。吹き出し
流路に面するステータコイルのコイルエンドの端面は、
軸方向に段差を有している。

【０００８】このようにすれば、上記した吹き出し流路
の断面積の縮小を最小としつつ冷却風に接触するステー
タコイルの接触面積（放熱面積）を増大できる。また、
上記した従来技術に比較してステータコイルの線長の増
大、抵抗損失の増大を回避することができ、体格を増大
することなく冷却風量の確保を実現できる。

【０００９】更に、上記した従来技術のように、複雑な
形状の送風路をコイルエンドに形成する必要が無いの
で、ステータコイル形成工程が比較的容易となる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例である車両用交流発電機を
図１で説明する。まず、この発電機の基本構成を略述す
る。フロントフレーム１１とリヤフレーム１２からなる
フレーム（本発明でいうハウジング）１は複数の締結ボ
ルト１３で締結されており、フレーム１は回転軸２を回
転自在に支承し、回転軸２にはランデル型界磁鉄心（本
発明でいうロータコア）３１が固定され、界磁鉄心３１
には界磁コイル（ロータコイル）３２が巻装されてい
る。界磁鉄心３１及び界磁コイル３２は回転子を構成す
る。フレーム１の内周面には界磁鉄心３１を囲んで電機
子鉄心（本発明でいうステータコア）３３が固定され、
電機子鉄心３３には電機子コイル（本発明でいうステー
タコイル）３４が巻装されている。電機子鉄心３３及び
電機子コイル３４は固定子を構成する。

【００１１】リヤフレーム１２の後端面を囲覆してアル
ミ、樹脂等からなるカバー４が固定されており、リヤフ
レーム１２とカバー４との間に電気部品室Ｓが形成され
ている。電気部品室Ｓには整流装置４１やブラシ４２や
レギュレータ４３が収容されている。エンジン（図示せ
ず）によりプーリー２１を通じて回転軸２をベルト駆動
するとともに、界磁コイル３２に通電して励磁を行う
と、電機子コイル３４で発生した三相交流電圧が整流装
置で三相全波整流されて出力される。

【００１２】回転軸２には界磁鉄心３１を挟んで斜流フ
ァン５及び遠心ファン６が固定されている。遠心ファン
６は本発明でいうファンを構成している。フロントフレ
ーム１１の周壁には斜流ファン５を囲んで多数の冷却窓
ｗ’が周方向へ一列に並んで開口されており、リヤフレ
ーム１２の周壁には遠心ファン６を囲んで多数の冷却窓
ｗが周方向へ一列に並んで開口されている。

【００１３】斜流ファン５により生起された風の遠心成
分１００はステータコイル３４のフロント側のコイルエ
ンド３４Ｆを冷却しつつ冷却窓ｗ’から吹き出され、そ
の軸流成分１０１はロータコア３１の各ポールの間を軸
方向へ貫通してロータコア３１のリヤ側端面に達し、遠
心ファン６のディスク部などにより遠心方向へ偏向さ
れ、ステータコイル３４のリヤ側のコイルエンド３４Ｒ
を貫通したり、コイルエンド３４Ｒの内周面及び端面に
沿って後述の吹き出し流路Ｐを流れたりしてコイルエン
ド３４Ｒを冷却しつつ冷却窓ｗから吹き出される。

【００１４】遠心ファン６より生起された風１０２のほ
とんどは、ステータコイル３４のリヤ側コイルエンド３
４Ｒの端面とリヤフレーム１２の内端面との間の吹き出
し流路Ｐを通って冷却窓ｗから遠心方向へ吹き出され
る。以下、本実施例の特徴部分について説明する。図１
に示すように、フロントフレーム１１とリヤフレーム１
２とは、複数（ここでは４本）の締結ボルト１３で締結
されており、締結ボルト１３に螺着されるナット１４の
底面はリヤフレーム１２の座面１２ｘに接して、座面１
２ｘをフロント側へ強圧する。

【００１５】この座面１２ｘはリヤフレーム１２の外径
及び軸長（以下、軸方向長をいう）を短縮するために冷
却窓ｗの近傍に形成されている。従って、リヤフレーム
１２に貫孔された締結ボルト１３嵌入用の貫通孔１２ｅ
の周囲の筒肉部分は上記した吹き出し流路Ｐに張り出す
張出し部分１２ｂ（図３参照）をもち、結局、吹き出し
流路Ｐには張出し部分１２ｂが周方向９０度づつ離れて
形成されることになる。

【００１６】この実施例では、これら張出し部分１２ｂ
の存在を考慮し、図３に示すように、張出し部分１２ｂ
が存在する角度位置ではロータコア３１の端面からコイ
ルエンド３４Ｒの端面までの軸長ａを従来（図４参照）
のままとし、張出し部分１２ｂが存在しない角度位置で
はステータコア３３の端面からコイルエンド３４Ｒの端
面までの軸長ｂを上記軸長ａより長く設定している。

【００１７】具体的に説明すれば、図２に示すように、
コイルエンド３４Ｒは上記張出し部分１２ｂが存在する
角度位置にて径方向へ伸びる溝部３４０を有する。溝部
３４０の周方向寸法はＤ、軸方向寸法はＬである。この
ようにすれば、以下の効果を奏する。第一に、コイルエ
ンド３４Ｒが従来のコイルエンド（図４参照）よりも、
軸方向へ張り出すとができるので、コイルエンド３４Ｒ
の冷却効果が向上する。また、コイルエンド３４Ｒの端
面が凹凸となっているので、その表面積が増加し、冷却
効果が向上する。

【００１８】第二に、それにもかかわらず、コイルエン
ド３４Ｒは上記張出し部分１２ｂが存在する角度位置に
て軸方向リヤ側へ突出しないので、コイルエンド３４Ｒ
と上記張出し部分１２ｂとが接触したりすることがな
い。第三に、遠心ファン６から遠心方向へ吹き出された
冷却風１０２は、遠心方向へ吹き出されて吹き出し流路
Ｐに流入するが、張出し部分１２ｂが存在するにもかか
わらず、吹き出し流路Ｐは全周にわたって軸方向に必要
幅を有することができ、円滑な冷却風１０２の吹き出し
が可能となる。

【００１９】なお、コイルエンド３４Ｒに上記した凹凸
を設けるには、予めこのような凹凸を設けたステータコ
イルをステータコア１３の各スロットに嵌装するか、又
は、凹凸処理されないステータコイルをステータコア１
３の各スロットに嵌装した後、コイルエンド３４Ｒを強
制変形すればよい。 （変形態様）上記実施例では、吹き出し流路Ｐを確保し
つつコイルエンド３４Ｒの表面積の増加を図ることがで
き、コイルエンド３４Ｒの温度低下を実現できる。

【００２０】ただ、コイルエンド３４Ｒの突出端面（凸
端面）とリヤフレーム１２の内端面との間の軸方向寸法
ｆ−ｂがあまりに減少すると、いくら溝部３４０の吹き
出し断面積が増加しても、流体抵抗が増大してしまう。
なぜなら、遠心ファン６から吹き出す冷却風１０２の吹
き出し方向は遠心方向成分と周方向成分とをもち、上記
した軸方向寸法ｆ−ｂが縮小すると、冷却風１０２の周
方向成分に対する流体圧力損失が大きくなるためであ
る。

【００２１】そのため、この実施例では、両軸長ａ，ｂ
の比率ａ／ｂを０．７〜０．８とすることにより、コイ
ルエンド３４Ｒの冷却性向上と冷却風量の低下を抑止と
を両立させている。もちろん、機種により上記比率は適
宜偏向することが可能である。 （実験１）次に、本実施例の参考として従来のオルタネ
ータ（図４参照）におけるステータコイルのコイルエン
ド３４Ｒの軸長ａとステータコイル温度との関係を調べ
た結果を示す。

【００２２】ただし、遠心ファン６の外径はφ９０．８
ｍｍ、回転数は３５００ｒｐｍ、吹き出し温度は約１５
０℃、ファンのｆは２５．１ｍｍとする。コイルエンド
３４Ｒの軸長ａはｆ−ａがある程度確保される範囲にお
いて、ａを増大するほどステータコイルの温度は低下す
ることがわかる。 （実験２）次に、実験１で用いた従来のオルタネータ
（図４参照）において、コイルエンドの軸長ａを１９ｍ
ｍとした従来品、従来品の軸長ａを２２ｍｍに延長した
比較例品、及び上記本実施例品とを回転数を変えて実験
した結果を図７に示す。

【００２３】ただし、本実施例品の軸長ａは１９ｍｍ，
軸長ｂは２２ｍｍ，Ｌは３ｍｍ，Ｄは１８ｍｍとし、そ
の他の条件は従来品と同じとする。この実験結果から、
本実施例品のコイルエンド３４Ｒの冷却効果は最も優れ
ていることがわかる。 （実験３）次に、実験２で用いた本実施例品について、
軸長ｂを一定とし、溝部３４０を掘る方式で段差ｂ−ａ
を種々変更した場合におけるステータコイル３４の温度
と冷却風１０２の風量との関係を示す。

【００２４】段差ｂ−ａを６ｍｍ堀り込むと、冷却風量
は１２０ｃｍ³ ／分増加し、ステータコイル３４の温度
は約５℃低下した。このことから、段差ｂ−ａは約２〜
６ｍｍ、好ましくは３〜５ｍｍとすることが好適であっ
た。ちなみに、この場合のｆ，Ｌ，Ｄは上記と同じとし
た。 （実施例２）上記実施例では溝部３４０は遠心方向へ真
っ直ぐに形成されている。遠心ファン６からの冷却風１
０２の吹き出し方向に近似する周方向へ倒して形成す
る。このようにすれば、遠心ファン６から吹き出す冷却
風１０２の周方向成分が急激に遠心方向へ曲げられるこ
とがなく、更に流体圧力損失を低減することができる。
（実施例３）他の実施例を図５を参照して説明する。

【００２５】この実施例は、図１のフロント側のコイル
エンド３４Ｆの端面にも、軸方向に凹凸を設けたもので
ある。これによりに、コイルエンド３４Ｆは径方向へ伸
びる溝部３４１を周方向へ周期的に有する。その効果は
本質的に実施例１と同じである。なお、この実施例と同
様に、実施例１でも溝部３４０は張出し部分１２ｂに関
係なく周方向へ周期的に形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の車両用交流発電機の断面図である。

【図２】図１のステータコイルのリヤ側コイルエンドの
部分拡大平面図である。

【図３】図２のステータコイルのリヤ側コイルエンドの
部分拡大断面図である。

【図４】従来のステータコイルのリヤ側コイルエンドの
部分拡大断面図である。

【図５】図２のステータコイルのフロント側コイルエン
ドの部分拡大断面図である。

【図６】軸長ａとステータコイル温度との関係を示す特
性図である。

【図７】本実施例品のステータコイル温度などと回転数
との関係を示す特性図である。

【図８】図１の実施例品の段差ｂ−ａと冷却風量とステ
ータコイル温度との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

６は遠心ファン（本発明でいうファン）、１１はフロン
トフレーム（ハウジング）、１２はリヤフレーム（ハウ
ジング）、３１は界磁鉄心（ロータコア）、３３は電機
子鉄心（ステータコア）、３４はステータコイル、３４
Ｒはステータコイルのコイルエンド、ｗは冷却窓、Ｐは
吹き出し流路、３４０は溝部（段差）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却窓が周壁に開口されたハウジングと、
   前記ハウジングに固定されるステータコアに巻装される
   ステータコイルと、前記固定子コアの内部にて前記ハウ
   ジングに回転自在に保持されるロータコアと、前記冷却
   窓の内周側に位置して前記ロータコアの端面に固定され
   冷却風の少なくとも一部を遠心方向へ吹き出すファンと
   を備え、前記冷却風の少なくとも一部は前記ファンから
   吹き出して前記ハウジングの内端面と前記ステータコイ
   ルのコイルエンドの間の吹き出し流路を通過して前記冷
   却窓に流入する回転電機において、 前記吹き出し流路に面する前記ステータコイルの前記コ
   イルエンドの端面は、軸方向に段差を有することを特徴
   とする回転電機。