CN112075015A - 离心风扇以及车载用交流发电机 - Google Patents

Abstract

在离心风扇中，包括：主板，所述主板形成为环状；多个臂状板，多个所述臂状板从主板的外周向径向外侧延伸出来；叶片，所述叶片分别从多个臂状板延伸出来，在各臂状板和主板之中的至少一块板上设置有沿轴向贯穿的开口部。通过设置供空气沿轴向通过的开口部，能够在不增大噪声的情况下，增加沿轴向流动的空气量。由此，能够提高车载用交流发电机的冷却性能。

Description

离心风扇以及车载用交流发电机

技术领域

本发明涉及一种离心风扇以及包括该离心风扇的车载用交流发电机，所述离心风扇例如安装于转子而对旋转电机进行冷却。

背景技术

装设于车辆的车载用交流发电机在车辆的行驶过程中进行电池的充电，并供给车载电气安装件的电力。目前，期望车载用交流发电机小型化、高输出化。此外，从环境角度而言，车外噪声受到限制，期望车载用交流发电机低噪声化。

伴随着车载用交流发电机的小型化，与车载用交流发电机的转子一体旋转的冷却用的离心风扇也小型化。若离心风扇小型化，则冷却风量减少，从而使得车载用交流发电机的冷却能力下降。然而，若增加离心风扇的叶片片数而欲使风量增加，则刮风声引起的噪声变大。

为此，公开了如下技术方案：对离心风扇的叶片形状进行最优化而产生沿径向和轴向流动的空气流，由此，实现风量的增加，并且实现噪声的降低(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-154256号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1公开的离心风扇以使至少一个叶片前缘的外径侧与转子铁芯的爪状铁芯的爪状磁极的侧面一致的方式沿轴向引导空气流。然而，存在下述技术问题：在未使叶片前缘的外径侧与转子铁芯的爪状磁极的侧面一致的部位，将空气流沿轴向引导的效果小，冷却性能低。

本发明是为了解决上述技术问题而形成的，即获得一种离心风扇，能够在不增大噪声的情况下，使沿转轴方向流动的空气量增加。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的离心风扇包括：主板，所述主板形成为环状；多个臂状板，多个所述臂状板从主板的外周向径向外侧延伸出来；以及叶片，所述叶片分别从多个臂状板延伸出来，在各臂状板和所述主板之中的至少一块板上设置有沿轴向贯穿的开口部。

发明效果

在本发明中，通过在离心风扇的叶片的内侧设置供空气沿轴向通过的开口部，能够在不增大噪声的情况下，增加沿轴向流动的空气量。由此，能够提高车载用交流发电机的冷却性能。

附图说明

图1是对配置本发明实施方式一的离心风扇的车载用交流发电机的结构进行说明的剖视图。

图2是表示本发明实施方式一的离心风扇的立体图。

图3是表示沿着图2的Ⅲ-Ⅲ线的离心风扇的剖视图。

图4是表示本发明实施方式一的离心风扇的开口部的例子的图。

图5是表示本发明实施方式一的离心风扇的第一变形例的图。

图6是表示本发明实施方式一的离心风扇的第二变形例的图。

图7是表示安装本发明实施方式一的离心风扇的车载用交流发电机的励磁铁芯的安装面侧的图。

图8是表示将本发明实施方式一的离心风扇安装至车载用交流发电机的励磁铁芯的安装面的状态的图。

图9是表示将本发明实施方式一的离心风扇的第一变形例安装至车载用交流发电机的励磁铁芯的安装面的状态的图。

图10是对安装有离心风扇的车载用交流发电机中的离心风扇的开口部与噪声和输出的关系进行说明的图。

具体实施方式

以下，使用附图，对本发明的离心风扇以及车载用交流发电机的理想实施方式进行说明。

实施方式一

图1是从侧方观察供本发明实施方式一的离心风扇配置的车载用交流发电机的剖视图。

图1中，车载用交流发电机具有外壳52，该外壳52由分别呈近似碗状的铝制的前壳体51和后壳体50构成。此外，车载用交流发电机具有：轴54，该轴54通过一对轴承53以能够旋转的方式支承于外壳52；带轮7，该带轮7固定于在外壳52的前侧突出的轴54的端部。前侧的轴承53支承于前壳体51，后侧的轴承53支承于后壳体50。

此外，车载用交流发电机具有转子8和定子9，其中，所述转子8固定至轴54并配设在外壳52内，并且与轴54一体地旋转，所述定子9以围绕转子8的方式固定于外壳52。此外，车载用交流发电机具有：一对集电环10，所述一对集电环10固定于在外壳52的后侧突出的轴54的突出部，并且向转子8供给电流；一对电刷11，所述一对电刷11收容于刷握17，并且在各集电环10的表面滑动；电压调节器12，所述电压调节器12与一对电刷11相邻地配设，并且对由定子9产生的交流电压的大小进行调节。

此外，车载用交流发电机具有：整流装置13，所述整流装置13将由定子9产生的交流电压转换成直流电压；连接器20，所述连接器20在电压调节器12与外部装置之间进行信号的传输；保护盖27，所述保护盖27安装于后壳体50以覆盖电压调节器12、整流装置13以及刷握17。

转子8是伦德尔型转子，具有励磁绕组81和励磁铁芯82，其中，所述励磁绕组81供励磁电流流动而产生磁通，所述励磁铁芯82设置成固定至贯穿于轴心位置的轴54而覆盖励磁绕组81，并且通过由励磁绕组81产生的磁通而形成磁极。

在转子8的带轮7侧的安装面S配置本发明实施方式一的离心风扇1。

定子9同轴地配设于转子8的外周。定子9包括：圆筒状的定子铁芯91；定子绕组92，所述定子绕组92安装于定子铁芯91，伴随着转子8的旋转，根据来自励磁绕组81的磁通的变化而产生交流电。

定子铁芯91被从轴向两侧夹持在前壳体51与后壳体50之间。定子绕组92的导线92a从后壳体50引出而接线至电路板24的端子24a。由此，整流装置13与定子绕组92电连接。整流装置13包括安装有多个整流元件的散热器18以及电路板24。

在如上所述那样构成的车载用交流发电机中，未图示的发动机的旋转转矩通过带轮7传递至轴54，使得转子8旋转。此时，电流通过电刷11和集电环10供给至转子8的励磁绕组81，从而产生磁通。

通过上述磁通，N极和S极沿周向交替地形成于排列在励磁铁芯82的外周部的多个爪状磁极。由此，旋转磁场被提供至定子9的定子绕组92，从而在定子绕组92产生交流电的电动势。上述交流电的电动势通过导线92a被供给至整流装置13，从而在整流装置13中进行整流，并且，该交流电的电动势的大小通过电压调节器12调节，进而被供给至电池以及车载电气安装件。

此外，由于转子8旋转，因此，固定于励磁铁芯82的带轮7侧的离心风扇1旋转。由于离心风扇1旋转，外部气体从形成于前壳体51的开口部被吸入外壳52的内部。被吸入外壳52内部的外部气体在前壳体51内沿轴向流动而到达励磁铁芯82，励磁绕组81和定子绕组92的前侧线圈末端被冷却。

接着，使用图2至图6，对本发明实施方式一的离心风扇1进行说明。

图2是表示本发明实施方式一的离心风扇1的立体图。此外，图3是表示沿着图2的Ⅲ-Ⅲ线的离心风扇1的剖视图。

如图2所示，离心风扇1具有主板2、从主板2的外周向径向外侧延伸出来的六个臂状板3、从各臂状板3延伸出来的叶片4。

主板2在中央部设置有通孔而形成为环状。主板2通过该通孔被固定至例如图1所示的车载用交流发电机的转子8。在通孔的外缘形成有台阶部2a。

各臂状板3从主板2的外周端向径向外侧延伸出来。各臂状板3与主板2以正面和背面均没有高低差的方式相连。如图2所示，六个臂状板3沿主板2的周向以间隔不等的方式配置。各臂状板3的径向上的宽度形成为在旋转方向RD的前方侧窄，而在旋转方向RD的后方侧宽。

各叶片4从各臂状板3的外周侧以向轴向的相同一侧成几乎直角的方式延伸出来。各叶片4具有位于旋转方向RD的后侧的后缘4b以及位于旋转方向RD的前方侧的前缘4a。从离心风扇1的旋转中心C到各叶片4的后缘4b的距离比从旋转中心C到各叶片4的前缘4a的距离长。即，各叶片4形成为前缘4a向朝向旋转中心C的方向倾斜。

如上所述那样使各叶片4倾斜，由此，当使离心风扇1旋转时，能够减小由于各前缘4a与空气碰撞而产生的冲击。由此，能够降低各叶片4产生的刮风声。

此外，各叶片4的投影至与转轴垂直的面的形状形成为相对于将前缘4a与后缘4b相连的线而向旋转中心C侧凸出的平缓的圆弧状。

如上所述那样配置主板2、各臂状板3以及各叶片4的离心风扇1产生沿着各叶片4向径向外侧流动的空气流。由此，离心风扇1将朝向主板2的中央部的空气流转变为朝向径向外侧的空气流。

另外，主板2的形状不限于环状，也可不具有台阶部2a。此外，主板2的中央部也可是呈碗状***的形状。

此外，臂状板3的个数不限于六个。例如，臂状板3的个数也可是八个以上，还可以是奇数。此外，各臂状板3的配置也可是等间隔的，还可在各臂状板3设置加强用的肋。

此外，各叶片4的投影至与转轴垂直的面的形状也可是直线状或S字状，也可使各叶片4的形状不同。另外，各叶片4也可从各臂状板3的中间位置延伸出来。此外，也可在各叶片4的径向外侧配置圆环状的护罩。

如图2所示，在离心风扇1所具有的六个臂状板3中的一个即臂状板32上设置有在叶片4的径向内侧沿轴向贯穿的开口部5。开口部5沿着叶片4形成在叶片4的周向长度的50％～95％的范围。

如图3所示，在构成开口部5的外缘形成有圆角或倒角R。由此，能够降低施加至穿过开口部5的空气流的阻力，能够抑制沿轴向流动的空气的流速降低。

若离心风扇1产生朝向径向外侧的空气流，则各叶片4的径向外侧形成正压，而各叶片4的径向内侧形成负压。因此，从离心风扇1的中央部向径向外侧流动的空气流的一部分由于形成于叶片4的径向内侧的负压而被吸向开口部5，并且穿过开口部5而沿轴向流动。

如上所述，根据实施方式一的离心风扇1，在离心风扇1的臂状板3设置有开口部5。此外，使从离心风扇1的中央部向径向外侧流动的空气流的一部分穿过开口部5。由此，能够在不增大噪声的情况下，增加沿离心风扇1的轴向流动的空气流量。因此，离心风扇1的、对励磁铁芯82的离心绕组81以及定子绕组92的前侧线圈末端进行冷却的能力提高。

另外，开口部5也可设置于将相邻的两个臂状板3的旋转方向前方侧的各外缘与主板2的旋转中心C相连的两根直线所成的角度θ最小的两个臂状板3中的一者。

例如，如图2所示，相邻的两个臂状板31、32在六个臂状板3之中最为接近。因此，将臂状板31的旋转方向前方侧的外缘31a和主板2的旋转中心C相连的直线与将臂状板32的旋转方向前方侧的外缘32a和主板2的旋转中心C相连的直线所成的角度θ比由其他臂状板3的组合形成的角度θ小。因此，开口部5设置于两个臂状板31、32中的一者。此处，在臂状板32设置有开口部5。

通过如上所述那样配置开口部5，能够减轻离心风扇1中的、相邻的臂状板3接近的部分的重量。由此，由于离心风扇1的周向上的重量分配不均衡，因此，当使离心风扇1旋转时，能够抑制旋转方向的负载施加至车载用交流发电机这一情况。

图4是表示开口部5的形状的例子的图。图4中，开口部5的外缘与臂状板3的旋转方向RD的后方侧的端部3a之间的最短部分的距离t2可设为1mm以上。此外，开口部5的外缘与叶片4的根部之间的最短部分的距离t3也可设为1mm以上。由此，能够减少臂状板3和叶片4的强度降低。

另外，开口部5的形状不限于图4所示的那样。例如，开口部5的形状也可是圆形形状、椭圆形形状以及多边形形状。

此外，在实施方式一中，将开口部5设于臂状板3，不过，开口部5的位置不限于此。例如，开口部5也可以跨及主板2的方式形成，还可仅形成于主板2。在相邻的臂状板3接近的情况下，可以使相邻的两个臂状板3一体化，并且在一体化后的臂状板3形成开口部5。

此外，在实施方式一中，仅在一个臂状板32设置了开口部5，不过，开口部5的个数不限于一个。例如，也可在各臂状板3各设置一个开口部5，还可相对于在周向上配置的各臂状板3隔着一个地设置开口部5。此外，还可在一个臂状板3设置多个开口部5。另外，还可使各开口部5的形状不同。由此，能够使离心风扇1轻量化。

通过如上所述那样增加开口部5，能够使离心风扇1的重心靠近旋转重心C。由此，能够使离心风扇1的旋转稳定。另外，在该情况下，考虑离心风扇1的周向上重量平衡来确定设置于各臂状板3的开口部5的大小。

此外，关于开口部5，也可如图5所示的第一变形例的离心风扇1A那样，设为在旋转方向RD的后方侧开口的缺口6。此外，关于开口部5，还可如图6所示的第二变形例的离心风扇1B那样，设为在旋转方向RD的前方侧开口的缺口6B。第一变形例的离心风扇1A和第二变形例的离心风扇1B也能够获得与实施方式一的离心风扇1相同的技术效果。

另外，关于第一变形例的离心风扇1A和第二变形例的离心风扇1B的形状，臂状板3A、3B与叶片4A、4B的连接部分在周向上的宽度变窄。因此，臂状板3A、3B与叶片4A、4B的连接部分的强度下降。因此，缺口6和缺口6B的沿着叶片4A、4B方向的长度、即缺口6和缺口6B的进深可设为叶片4A、4B的长度的50％左右。

接着，使用图7～图10，对供本发明实施方式一的离心风扇1装设的车载用交流发电机进行说明。

图7是表示车载用交流发电机的励磁铁芯82的靠离心风扇1的安装面S侧的图。离心风扇1的安装面S设置在与设置于励磁铁心82的八个爪状磁极延伸出来一侧相反的一侧。

图7中斜线所示的区域84表示能够有效地冷却励磁铁芯82的励磁绕组81的范围。因此，将离心风扇1安装至安装面S，将开口部5投影至安装面S时的投影区域与上述区域84重合的部分越多，则离心风扇1的冷却性能越高。

区域84形成于以将相邻的两个爪状磁极821、822之间相连的外缘83为中心而沿着外缘83的宽度为t1的范围。旋转方向RD的后方侧的爪状磁极821处的区域84是从旋转中心C向径向外侧到距离Rj1为止的范围。另一方面，旋转方向RD的前方侧的爪状磁极822处的区域84是从旋转中心C向径向外侧到距离Rj2为止的范围。

此处，区域84的宽度t1被设定为20mm以下。此外，在将励磁铁芯82的外径设为R0、将爪状磁极821、822的根部侧的安装面S的最小半径设为R1、将爪状磁极821、822的前端侧处的安装面S的最大半径设为R2、将R0×0.9的值与R2的值之中较大一者的值设为R2m时，区域84被设定在满足下述关系的范围：

Rj1≤(R0+R1)/2；

Rj2≤R2m。

另外，在图7中，励磁铁芯82的爪状磁极821的根部与爪状磁极822的根部之间产生的负压最低。因此，在区域84中，与通过远离旋转中心C侧的空气流相比，通过靠近旋转中心C侧的空气流的冷却效果较高。因此，也可进一步将区域84设定成满足下述关系，并以与该区域84重合的方式形成离心风扇1的开口部5。

Rj2≤(R0+R1)/2

图8表示以离心风扇1的开口部5与励磁铁芯82的区域84重合的方式安装实施方式一的离心风扇1的状态的图。此外，图9是以离心风扇1A的缺口6与励磁铁芯82的区域84重合的方式安装第一变形例的离心风扇1A的状态的图。

通过如上所述那样将离心风扇1和离心风扇1A安装至励磁铁芯82，能够在不增加由离心风扇1和离心风扇1A产生的刮风声的情况下，增加沿轴向流动的空气的流量。因此，能够提高励磁铁芯82的励磁绕组81和定子绕组92的前侧线圈末端的冷却能力。由此，能够增加车载用交流发电机的发电输出。

接着，对本发明实施方式一的离心风扇1的效果确认的结果进行说明。

图10的图表是表示将两种类型的离心风扇安装至同一车载用交流发电机而测定噪声和发电输出的结果的图。图表的横轴表示噪声N的值，其表示随着朝向横轴的右侧，噪声的值变大。图表的纵轴表示发电输出P的值，其表示随着朝向纵轴的上方，发电输出的值变大。

图10的图表中，以四边形标记表示未设置有开口部5的离心风扇的测定值，以三角形标记和圆形标记表示本发明实施方式一的离心风扇1的测定值。另外，以圆形标记示出的离心风扇1的开口部5比以三角形标记示出的离心风扇1的开口部5大。

此外，以点线连接的测定值组F1的离心风扇与以虚线连接的测定值组F2的离心风扇的叶片4的形状等不同，与F2的离心风扇相比，F1的离心风扇的最大风量较多。

在图10的图表中，将以测定值组F1的四边形标记示出的、未设置有开口部5的离心风扇的噪声的测定值以及发电输出的测定值设为各自的基准“0”。

参照图10的结果可知，在测定值组F1和测定值组F2中都是相对于未设置开口部5的离心风扇的测定值(四边形标记)而言，设置有开口部5的实施方式一的离心风扇1的测定值(三角形标记、圆形标记)的噪声N的值较小，且发电输出P的值较大。此外，可知，在测定值组F1和测定值组F2中都是与开口部5的大小较小的离心风扇1的测定值(三角形标记)相比，开口部5的大小较大的离心风扇1的测定值(圆形标记)的噪声N的值较小，且发电输出P的值较大。

通过上述内容可以确认的是，相对于安装有未设置开口部5的离心风扇的车载用交流发电机而言，安装有本发明实施方式一的离心风扇1的车载用交流发电机具有降低噪声的效果以及提高发电输出的效果。此外，可以确认的是，在安装有实施方式一的离心风扇1的车载用交流发电机中，设置于离心风扇1的开口部5的大小越大，降低噪声的效果以及提高发电输出的效果也越大。

符号说明

1、1A、1B离心风扇；2、2A、2B主板；2a台阶部；3、3A、3B臂状板；3a端部；4、4A、4B叶片；4a前缘；4b后缘；5开口部；6、6B缺口；7带轮；8转子；9定子；10集电环；11电刷；12电压调节器；13整流装置；17刷握；18散热器；20连接器；24电路板；24a端子；27保护盖；31、32臂状板；31a、32a外缘；50后壳体；51前壳体；52外壳；53轴承；54轴；81励磁绕组；82励磁铁芯；83外缘；84区域；91定子铁芯；92定子绕组；92a导线；821、822爪状磁极。

Claims (11)

1.一种离心风扇，包括：

主板，所述主板形成为环状；

多个臂状板，多个所述臂状板从所述主板的外周向径向外侧延伸出来；以及

叶片，所述叶片分别从多个所述臂状板延伸出来，

所述离心风扇的特征在于，

在各臂状板和所述主板之中的至少一块板上设置有沿轴向贯穿而供空气通过的开口部。

2.如权利要求1所述的离心风扇，其特征在于，

所述开口部设置于比所述叶片靠径向内侧处。

3.如权利要求1或2所述的离心风扇，其特征在于，

所述开口部设置于将相邻的两个所述臂状板的旋转方向前方侧的各外缘与所述主板的旋转中心相连的两条直线所成的角度最小的两个所述臂状板中的一者。

4.如权利要求1至3中任一项所述的离心风扇，其特征在于，

在所述开口部的外缘实施了圆角或倒角。

5.如权利要求1至4中任一项所述的离心风扇，其特征在于，

所述开口部的外缘与所述叶片的根部之间的最短部分的距离为1mm以上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的离心风扇，其特征在于，

所述开口部的外缘与所述臂状板的旋转方向后方侧的外缘之间的最短部分的距离为1mm以上。

7.如权利要求1至5中任一项所述的离心风扇，其特征在于，

所述开口部是朝向旋转方向后方开口的缺口。

8.如权利要求1至6中任一项所述的离心风扇，其特征在于，

所述开口部是朝向旋转方向前方开口的缺口。

9.一种车载用交流发电机，所述车载用交流发电机具有权利要求1至8中任一项所述的离心风扇，其特征在于，

所述车载用交流发电机包括励磁铁芯，所述励磁铁芯在周向上配置有多个爪状磁极，

所述离心风扇安装于所述励磁铁芯的、设置于与多个所述爪状磁极延伸出来的一侧相反一侧的安装面，

所述开口部形成为下述形状：将所述开口部投影至所述安装面时的投影区域与以将相邻的两个爪状磁极之间相连的外缘为中心而沿着所述外缘的区域重合，

在所述区域中，所述励磁铁芯的旋转方向前方侧的所述爪状磁极处的所述区域是从所述励磁铁芯的旋转中心向径向外侧到距离Rj2为止的范围，所述励磁铁芯的旋转方向后方侧的所述爪状磁极处的所述区域是从所述旋转中心向径向外侧到距离Rj1为止的范围，

将所述励磁铁芯的外径设为R0，

将多个所述爪状磁极的根部侧的所述安装面的最小半径设为R1，

将多个所述爪状磁极的前端侧的所述安装面的最大半径设为R2，

将R0×0.9的值与R2的值之中较大的值设为R2m，

此时，满足下列关系：

Rj1≤(R0+R1)/2；

Rj2≤R2m。

10.如权利要求9所述的车载用交流发电机，其特征在于，

所述区域还满足下述关系：

Rj2≤(R0+R1)/2。

11.如权利要求9或10所述的车载用交流发电机，其特征在于，

所述区域的、与将所述相邻的两个爪状磁极之间相连的外缘正交的方向上的宽度为20mm以下。

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