JP4265549B2 - 車両用発電機およびその組付方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される発電機、およびこの発電機の車両への組付方法に関する。

〔従来の技術〕
従来より、車両に搭載される種々の電気機器に電力を供給するため、発電機が車両に搭載されている。この発電機を構成する電機子コイル、界磁コイル、整流器、レギュレータなどは、周知のごとく通電により発熱する。このため、ロータと同軸的に回転するファンを発電機内部に取り付け、発電機内部に外気を強制的に循環させることにより、発熱部材を冷却している。

しかし、発電機内部に外気を強制循環させると、風切音による騒音が発生する。この騒音は、車室内に伝播すると乗員に不快感を与える。近年、電気機器による電力消費量の増大に伴い、ファンによる外気の循環量が増加している。このため、騒音はさらに大きくなり乗員の不快感が増大している。

このような、騒音対策として、発熱部品やファンを収容するケースに冷却水を循環させて冷却をアシストすることにより、外気の循環量を減少させて騒音を低減させる技術（例えば、特許文献１参照）や、ファンおよび電機子コイルなどの収容部品の構造や配置を改変することにより、これらの部材で発生する風切音が同期するのを防止して騒音を低減させる技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

〔従来の技術の不具合〕
特許文献１、２に記載の技術は、騒音自体を直接に低減することにより、乗員の不快感を低減する。しかし、特許文献１に記載の技術のように、冷却水を用いた冷却手段を別途設けることは、ケースの構造を複雑にするばかりでなく、高コスト化を招くと考えられる。また、特許文献２に記載の技術のように、発電機の内部構造を騒音低減の都合に合わせて改変することは、近年のように電力消費量が増加している状況を考慮すると、発電機本来の目的である必要電力の供給に不具合が生じると考えられる。
特開２００２−１８６２１５号公報 特開２００１−２９８９２１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、外気循環以外に別途の冷却手段を設けることなく、また発電機の内部構造を改変することなく、外気循環によって生じる騒音による乗員の不快感を低減できる車両用発電機を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の車両用発電機は、両端壁で略軸方向に開口する軸方向開口部、および周側壁で略径方向に開口する径方向開口部を有するケースを備え、一端壁に設けられた軸方向開口部は、ケースの外側から隙間を隔てて配置される遮蔽部により覆われている。そして、軸方向開口部から吸入された外気により電機子コイル、界磁コイル、整流器、レギュレータなどが冷却され、冷却後の外気は径方向開口部から吐出される。
外気が発電機の内部を循環することにより風切音による騒音が発生するが、遮蔽部を設けることによりこの騒音を反射することができる。このため、発電機の内部で発生した騒音は外部に伝播されにくくなるので、騒音による乗員の不快感を低減することができる。
また、プーリが取り付けられるケースの一端壁側では、ケースの一端壁に近接してファンが配置されるため、騒音が外部に伝播しやすい。このため、ケースの一端壁側に遮蔽部を配置すれば、騒音による乗員の不快感を低減する効果が極めて大きい。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の車両用発電機は、遮蔽部がケースの外面から外側に延設されている。
これにより、遮蔽部とケースとを一体的に成形できるので、部品点数を増加させずに騒音による乗員の不快感を低減することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の車両用発電機は、遮蔽部が、軸方向開口部の面積の５０％以上、かつ９０％以下を覆う。
遮蔽部に覆われる面積が５０％よりも小さいと、遮蔽部に反射される騒音の割合が少なくなり、騒音による乗員の不快感が増大する。また、遮蔽部に覆われる面積が９０％よりも大きいと、外気の吸入量が少なくなり、外気循環による冷却が不十分になる。
以上により、遮蔽部に覆われる面積を５０％以上、かつ９０％以下とすることで、外気循環による冷却能力を損なうことなく、騒音による乗員の不快感を低減することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の車両用発電機は、プーリにクランクシャフトの回転トルクを伝達するベルトを備え、遮蔽部は、ベルトと接触しないように、一部分が除去されている。
ケースの一端壁の外側では、プーリに掛けられるベルトが回動するため、遮蔽部が配置されるとベルトと接触してベルトが回動不能となる虞がある。
そこで、予め、遮蔽部においてベルトとの接触が予想される一部分を除去しておけば、ベルトが回動不能になることはなく、騒音による乗員の不快感を大きく低減できる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の車両用発電機は、電機子コイルに誘起される交流起電力を直流起電力に変換する整流器と、整流器により変換された直流起電力の値を適正値に制御するレギュレータとを備え、整流器およびレギュレータは、ケースの内側でロータの他端側に配置され、ケースの他端壁に設けられた軸方向開口部から吸入された外気により冷却される。
これにより、発熱部品であるとともに精密電子部品である整流器やレギュレータを、確実に冷却することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の車両用発電機の組付方法によれば、遮蔽部に覆われた軸方向開口部が上方に開口するように、車両に組み付けられる。
発電機が収容されるエンジンルームは上方がボンネットなどにより閉鎖されているため、上方に伝播される騒音は車両の外部に放出されにくく、車室内に伝播される虞が高い。一方、エンジンルームの下方は地面に向けて車両の外部に開放されているため、下方に伝播される騒音は車両の外部に放出されやすく、車室内に伝播される虞が低い。
そこで、少なくとも、上方に開口する軸方向開口部が、遮蔽部で覆われるようにすれば、車室内に伝播される騒音が減少して騒音による乗員の不快感が低減される。

最良の実施形態の車両用発電機は、両端壁で略軸方向に開口する軸方向開口部、および周側壁で略径方向に開口する径方向開口部を有するケースと、電機子コイルが巻装されるとともにケースの内側に同軸的に固定されるステータと、ステータの内周側で回転自在に支持されるとともに、電機子コイルに交流起電力を誘起するロータと、ロータの両端側に取り付けられロータとともに回転することにより、軸方向開口部から外気を吸入し、吸入した外気を径方向開口部から吐出するファンと、ケースの一端壁の外側でロータと同軸的に回転するプーリと、プーリにクランクシャフトの回転トルクを伝達するベルトと、電機子コイルに誘起される交流起電力を直流起電力に変換する整流器と、整流器により変換された直流起電力の値を適正値に制御するレギュレータとを備える。

一端壁には、ロータの回転軸を支持する軸受けが配され、一端壁に設けられた軸方向開口部は、軸受けの外周側で開口し、ケースの外側から隙間を隔てて配置される遮蔽部により覆われている。そして、遮蔽部は、軸方向開口部の外周側から内周側に伸びるひさし部を有し、ひさし部により軸方向開口部を覆う。また、遮蔽部は、ケースの外面から外側に延設され、軸方向開口部の面積の５０％以上、かつ９０％以下を覆う。さらに、遮蔽部は、ベルトと接触しないように、一部分が除去されている。整流器およびレギュレータは、ケースの内側でロータの他端側に配置され、ケースの他端壁に設けられた軸方向開口部から吸入された外気により冷却される。そして、発電機は、遮蔽部に覆われた軸方向開口部が上方に開口するように、車両に組み付けられている。

〔実施例１の構成〕
実施例１の車両用発電機１を図面に基づいて説明する。
発電機１は、エンジンにより駆動されて起電力を発生させ、この起電力により、車両に搭載された各種の電気機器に電力を供給するとともに、車載電源を充電する。

発電機１は、図１ないし図３に示すように、各種の部品を収容するとともに、これらの部品を冷却する外気を循環させるための開口部を有するケース２と、電機子コイル３が巻装されるステータ４と、電機子コイル３に交流起電力を誘起するロータ５と、ケース２の内部で外気を循環させるファン６と、ケース２の外側でロータ５と同軸的に回転するプーリ７と、プーリ７にクランクシャフトの回転トルクを伝達するベルト８と、電機子コイル３に誘起される交流起電力を直流起電力に変換する整流器９と、整流器９により変換された直流起電力の値を適正値に制御するレギュレータ１０とを備える。

ケース２は、軸方向に一端側から他端側に向かって順に配置されるドライブエンドフレーム１１、リアエンドフレーム１２、リアカバー１３により構成される。ドライブエンドフレーム１１とリアエンドフレーム１２とは、スルーボルト１４により締結されて円筒状のハウジング１５を形成する。そして、ハウジング１５の他端側には、ハウジング１５の内部を覆うようにリアカバー１３がボルト１６とナット１７とにより締結される。

ケース２の軸方向の一端壁、すなわちドライブエンドフレーム１１の一端壁には、図２に示すように、４つの軸方向開口部１８ａ〜１８ｄが、放射状に設けられた４本のサポートリブ３０の間に、略扇形状に形成されている。軸方向開口部１８ａ〜１８ｄは、各々、遮蔽部２８ａ〜２８ｄにより、ドライブエンドフレーム１１の外側から隙間を隔てて覆われている。遮蔽部２８ａ〜２８ｄは、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄの面積の５０％以上かつ９０％以下を覆っている。

遮蔽部２８ａは、図１および図２に示すように、ドライブエンドフレーム１１の外側から隙間を隔てて軸方向開口部１８ａを覆うひさし部３１ａと、ひさし部３１ａを支持する支持部３２ａ、３３ａとを具備する。ひさし部３１ａは、ベルト８が回動する部分が除去された略扇形の平板状である。支持部３２ａは、軸方向開口部１８ａの外周縁から延設されて、ひさし部３１ａの外周縁に連結されている。支持部３３ａは、軸方向開口部１８ａの内周縁の３箇所から外周側へ伸びるリブ状をなすとともに、ひさし部３１ａに連結されている。なお、中央の支持部３３ａは、支持部３２ａよりも外周側まで伸びている。

遮蔽部２８ｂは、図２に示すように、ドライブエンドフレーム１１の外側から隙間を隔てて軸方向開口部１８ｂを覆うひさし部３１ｂと、ひさし部３１ｂを支持する支持部３２ｂ、３３ｂとを具備する。ひさし部３１ｂは、略扇形の平板状である。支持部３２ｂは、軸方向開口部１８ｂの外周縁から延設されて、ひさし部３１ｂの外周縁に連結されている。支持部３３ｂは、軸方向開口部１８ｂの内周縁の３箇所から外周側へ伸びるリブ状をなすとともに、ひさし部３１ｂに連結されている。
遮蔽部２８ｃは、図１および図２に示すように、遮蔽部２８ｂと同様のひさし部３１ｃと、支持部３２ｃ、３３ｃとを具備する。

遮蔽部２８ｄは、図１および図２に示すように、ドライブエンドフレーム１１の外側から隙間を隔てて軸方向開口部１８ｄを覆うひさし部３１ｄと、ひさし部３１ｄを支持する支持部３３ｄとを具備する。ひさし部３１ｄは、略扇形の平板状である。支持部３３ｄは、軸方向開口部１８ｄの内周縁の３箇所から外周側へ伸びるリブ状をなすとともに、ひさし部３１ｄに連結されている。このように遮蔽部２８ｄでは、ひさし部３１ｄが、リブ状の支持部３３ｄのみにより支持されている。

ケース２の軸方向の他端壁、すなわちリアカバー１３の他端壁には、図３に示すように、スリット状の複数の軸方向開口部１９が、同心状の円弧群の多重環をなすように形成されている。軸方向開口部１９は、遮蔽部３４ａ〜３４ｅによりリアカバー１３の外側から隙間を隔てて覆われている。ここで、遮蔽部３４ａは、最内周の軸方向開口部１９を覆い、遮蔽部３４ｂは、遮蔽部３４ａよりも１つ外側の軸方向開口部１９を覆っている（以下、遮蔽部３４ｃ〜３４ｅは、順次に外側の軸方向開口部１９を覆っている）。また、遮蔽部３４は、軸方向開口部１９の面積の５０％以上かつ９０％以下を覆っている。

遮蔽部３４の断面形状は、図４に示すように種々の形状である。例えば、遮蔽部３４ａ、３４ｃ〜３４ｅは、リアカバー１３の外側から隙間を隔てて軸方向開口部１９を覆うひさし部３５ａ、３５ｃ〜３５ｅと、ひさし部３５ａ、３５ｃ〜３５ｅを支持する支持部３６ａ、３６ｃ〜３６ｅとを具備する。ひさし部３５ａ、３５ｃ〜３５ｅは、所定の幅をもつ円弧形の平板状をなす。

ひさし部３５ａ、３５ｃの支持部３６ａ、３６ｃは、軸方向開口部１９の内周縁および両端縁から延設されて、ひさし部３５ａ、３５ｃの内周縁および両端縁に連結されている。また、ひさし部３５ｄ、３５ｅの支持部３６ｄ、３６ｅは、軸方向開口部１９の両端縁から延設されて、ひさし部３５ｄ、３５ｅの両端縁に連結されている。なお、ひさし部３５ｄは、軸方向開口部１９の内周縁の近傍部と外周縁の近傍部とを覆っておらず、ひさし部３５ｅは、軸方向開口部１９の外周縁の近傍部を覆っていない。

また、遮蔽部３４ｂは、遮蔽部３４ａ、３４ｃ〜３４ｅのようにひさし部と支持部との区分が明確でなく、ひさし部と支持部とが滑らかに連なっている。遮蔽部３４ｂは、軸方向開口部１９の内周縁および両端縁から覆っている。
なお、発電機１は、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄ、または軸方向開口部１９が上方に開口するように、エンジンルーム内に組み付けられる。

ドライブエンドフレーム１１およびリアエンドフレーム１２の径方向外側の周側壁には、図１に示すように、略径方向に開口する径方向開口部２０、２１が各々に形成されている。ケース２の軸部には、軸受け２９により支持されるとともに両端をハウジング１５から突出させた回転軸２２が設置されている。

ハウジング１５には、ステータ４、ロータ５、ファン６などが収容される。まず、ハウジング１５の内周壁に円筒状のステータ４が同軸的に固定され、このステータ４の内周側にロータ５が同軸的に配置される。また、ロータ５の両端面には、それぞれにファン６が取り付けられている。ロータ５は回転軸２２の中間部に取り付けられて回転自在に支持されている。

ステータ４には軸方向に複数のスロットが設けられ、これらのスロットに電機子コイル３が三相に巻かれて装着されている。また、ロータ５は、外周部に複数の爪状磁極（ポールコア）２３を有するとともに、ポールコア２３の内周側に界磁コイル２４を有する。界磁コイル２４は、コネクタ２５を介して車載電源およびレギュレータ１０に接続されている。以上により、界磁コイル２４に車載電源からの通電が行われるとともにロータ５が回転すると、電機子コイル３に三相の交流起電力が誘起される。

ファン６は、環状のベースと、このベースの外周から立設された複数のブレードとを有する。このようにファン６は、その中央部に向けて軸方向に空気を吸入し、吸入した空気を径方向外側へ向けて送り出す遠心式ファンである。そして、ファン６は、ロータ５とともに回転することにより、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄ、１９から外気を吸入し、吸入した外気を径方向開口部２０、２１から吐出する。これにより、ケース２の内部で外気を循環させ、発熱部品である電機子コイル３、界磁コイル２４、整流器９、レギュレータ１０などを冷却する。なお、２つのファン６の一方のブレードには、軸方向へ空気を送り出す軸流式ファンのブレードを含めてもよい。

ハウジング１５の一端壁の外側、すなわち回転軸２２の一端側にはプーリ７が取り付けられ、このプーリ７にベルト８が掛けられている。これにより、クランクシャフトの回転トルクがプーリ７および回転軸２２に伝達されて、ロータ５およびファン６が回転する。また、回転軸２２の他端側には、ブラシ２６が摺接するスリップリング２７が列設されている。このブラシ２６およびスリップリング２７を介して、界磁コイル２４は車載電源から給電される。

〔実施例１の効果〕
実施例１では、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄが、ドライブエンドフレーム１１の外側から隙間を隔てて配置される遮蔽部２８ａ〜２８ｄにより覆われている。また、軸方向開口部１９が、リアカバー１３の外側から隙間を隔てて配置される遮蔽部３４ａ〜３４ｅにより覆われている。
ファン６の回転により外気が発電機１の内部を循環すると、風切音による騒音が発生するが、遮蔽部２８ａ〜２８ｄ、および遮蔽部３４ａ〜３４ｅを設けることによりこの騒音を反射することができる。このため、発電機１の内部で発生した騒音は外部に伝播されにくくなる。この結果、乗員が感じる騒音の不快感を低減することができる。

また、遮蔽部２８ａ〜２８ｄは、ドライブエンドフレーム１１の一端壁の外面から外側に延設され、遮蔽部３４ａ〜３４ｅは、リアカバー１３の他端壁の外面から外側に延設されている。
これにより、遮蔽部２８ａ〜２８ｄとドライブエンドフレーム１１、および遮蔽部３４ａ〜３４ｅとリアカバー１３とを一体的に成形できるので、部品点数を増加させずに騒音による乗員の不快感を低減することができる。

また、遮蔽部２８ａ〜２８ｄは、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄの面積の５０％以上かつ９０％以下を覆い、遮蔽部３４ａ〜３４ｅは、軸方向開口部１９の面積の５０％以上かつ９０％以下を覆う。
例えば、遮蔽部２８ａに覆われる軸方向開口部１８ａの面積が５０％よりも小さいと、軸方向開口部１８ａへ伝わる騒音に対し、遮蔽部２８ａに反射される騒音の割合が少なくなり、騒音による乗員の不快感が増大する。また、遮蔽部２８ａに覆われる面積が９０％よりも大きいと、軸方向開口部１８ａからの外気の吸入量が少なくなり、外気循環による冷却が不十分になる。
以上により、遮蔽部２８ａ〜２８ｄに覆われる軸方向開口部１８ａ〜１８ｄの面積、および遮蔽部３４ａ〜３４ｅに覆われる軸方向開口部１９の面積を５０％以上、かつ９０％以下とすることで、外気循環による冷却能力を損なうことなく、騒音による乗員の不快感を低減することができる。

また、遮蔽部２８ａは、ベルト８と接触しないように、一部分が除去されている。
これにより、ベルト８が遮蔽部２８ａと接触して回動不能にならずに、騒音による乗員の不快感が大きく低減される。なお、プーリ７が取り付けられるドライブエンドフレーム１１の一端壁の外側、すなわち回転軸２２の一端側では、この一端壁に近接してファン６が配置されるため、騒音が外部に伝播しやすい。このため、ベルト８との接触を避けて軸方向開口部１８ａ〜１８ｄを可能な限り覆うことにより、騒音による乗員の不快感を大きく低減することができる。

また、整流器９およびレギュレータ１０は、ファン６の他端側、すなわちリアカバー１３の内部に収容され、リアカバー１３の他端壁の軸方向開口部１９から吸入された外気により冷却される。
軸方向開口部１９と整流器９およびレギュレータ１０との間には、他の発熱部品が介在しないので、精密電子部品である整流器９やレギュレータ１０を、確実に冷却することができる。

〔変形例〕
実施例では、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄが、遮蔽部２８ａ〜２８ｄにより覆われ、軸方向開口部１９が、遮蔽部３４ａ〜３４ｅにより覆われていたが、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄまたは軸方向開口部１９のいずれか一方のみが、遮蔽部２８ａ〜２８ｄまたは遮蔽部３４ａ〜３４ｅにより覆われていてもよい。そして、例えば軸方向開口部１８ａ〜１８ｄが遮蔽部２８ａ〜２８ｄに覆われていた場合、発電機１は、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄが上方に開口するように、車両に組み付けられる。
これにより、上方の軸方向開口部１８ａ〜１８ｄでは騒音が遮蔽部２８ａ〜２８ｄで反射されるとともに、下方の軸方向開口部１９では騒音が車両の外部に放出される。このため、騒音は、軸方向開口部１８ａ〜１８ｄおよび軸方向開口部１９のいずれからも車室内に伝播されにくくなるので、騒音による乗員の不快感が低減される。

実施例では、本発明を発電機能のみを有する発電機１に適用したが、発電機能と電動機としての機能とを有するモータジェネレータに適用することもできる。

本発明を適用した一実施例に係る車両用発電機の部分断面図である。 車両用発電機の正面図である。 車両用発電機の背面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 発電機
２ ケース
３ 電機子コイル
４ ステータ
５ ロータ
６ ファン
７ プーリ
８ ベルト
９ 整流器
１０ レギュレータ
１８ａ〜１８ｄ、１９ 軸方向開口部
２０、２１ 径方向開口部
２２ 回転軸
２８ａ〜２８ｄ、３４ａ〜３４ｅ 遮蔽部
２９ 軸受け

Claims (6)

1. 両端壁で略軸方向に開口する軸方向開口部、および周側壁で略径方向に開口する径方向開口部を有するケースと、
   電機子コイルが巻装されるとともに、前記ケースの内側に同軸的に固定されるステータと、
   このステータの内周側で回転自在に支持されるとともに、前記電機子コイルに交流起電力を誘起するロータと、
   このロータの両端側に取り付けられ前記ロータとともに回転することにより、前記軸方向開口部から外気を吸入し、吸入した外気を前記径方向開口部から吐出するファンと、
   前記ケースの一端壁の外側で前記ロータと同軸的に回転するプーリとを備えた車両用発電機において、
   前記一端壁には、前記ロータの回転軸を支持する軸受けが配され、
   前記一端壁に設けられた前記軸方向開口部は、前記軸受けの外周側で開口し、前記ケースの外側から隙間を隔てて配置される遮蔽部により覆われ、
   この遮蔽部は、前記軸方向開口部の外周側から内周側に伸びるひさし部を有し、このひさし部により前記軸方向開口部を覆うことを特徴とする車両用発電機。
2. 請求項１に記載の車両用発電機において、
   前記遮蔽部は、前記ケースの外面から外側に延設されていることを特徴とする車両用発電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用発電機において、
   前記遮蔽部は、前記軸方向開口部の面積の５０％以上、かつ９０％以下を覆うことを特徴とする車両用発電機。
4. 請求項１ないし請求項３に記載の車両用発電機において、
   前記プーリにクランクシャフトの回転トルクを伝達するベルトを備え、
   前記遮蔽部は、前記ベルトと接触しないように、一部分が除去されていることを特徴とする車両用発電機。
5. 請求項４に記載の車両用発電機において、
   前記電機子コイルに誘起される交流起電力を直流起電力に変換する整流器と、
   この整流器により変換された直流起電力の値を適正値に制御するレギュレータと
   を備え、
   前記整流器および前記レギュレータは、前記ケースの内側で前記ロータの他端側に配置され、前記ケースの他端壁に設けられた軸方向開口部から吸入された外気により冷却されることを特徴とする車両用発電機。
6. 請求項１ないし請求項５に記載の車両用発電機は、
   前記遮蔽部に覆われた前記軸方向開口部が上方に開口するように、車両に組み付けられることを特徴とする車両用発電機の組付方法。

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