回転電機
【課題】冷却性能を高めることが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】ステータ１４とロータ１５とを備えた回転電機において、ロータコア１６の外周部に凹部２２を形成して鋸歯状ファン２２ｐを形成したものである。
【解決手段】ステータ１４とロータ１５とを備えた回転電機において、ロータコア１６の外周部に凹部２２を形成して鋸歯状ファン２２ｐを形成したものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣＧ（交流発電機）等の回転電機に係り、特に、冷却性能を高めた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ＡＣＧにおいては、その構造は電機モータと同様であり、ロータとステータから構成されている。
【０００３】
一般のＡＣＧは、固定側のステータは、コイルの巻き線構造であり、回転側のロータには永久磁石が埋め込まれている。
【０００４】
図４は、ＡＣＧのロータを示したもので、ケイ素鋼板で形成されたロータコア６０に、挿入孔６２を形成し、その挿入孔６２に希土類等の永久磁石６１を圧入して形成される。またこの永久磁石６１を固定するために、挿入孔６２の円周方向両側にアルミ鋳込み用の孔６３が一体に形成され、また挿入孔６２の直径方向の内外に永久磁石６１を保持するための爪６４が形成されると共にアルミ鋳込み用の孔６３にも押さえ爪６５が形成され、挿入孔６２に永久磁石６１を圧入後、アルミ鋳込み用の孔６３にアルミニウム６６を鋳込んで永久磁石６１を挿入孔６２に保持するようにしている。
【０００５】
このＡＣＧは、ロータの回転数が高くなった場合、発電量を制御するために、巻き線に負の直軸電流（Ｉｄ）を流して永久磁石の磁束を弱めてその発電量を抑えるようにしている。
【０００６】
この従来のＡＣＧのロータは、その外周が円であるが、高速域まで運転が可能なようにロータの外周に凹凸を設けることが提案（特許文献１〜３）されている。これらは磁束を制御するものであり、冷却を目的とするものではない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−９５１８４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８６１１０号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１２５１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＡＣＧは、発電中発熱するため冷却が必要である。上述した特許文献１〜３では、ロータの外周に凹凸を設けるため、回転により、空気流の攪乱作用が生じるため冷却作用は多少は生じるものの、これら凹凸は、磁束を制御するものであり、冷却を目的とするものではなく、冷却の観点からみれば、不十分である。
【０００９】
通常ＡＣＧの発熱量は、それほど大きくないために、ロータの両側に設けられたファンによって冷却することで発熱を抑制している。
【００１０】
しかしながら、上述のように高速域の発電量を押さえると低速域での発電性能が悪くなるため、低速で市街地を走行し、さらに冷凍装置などを装備した冷凍車などでは、電気的負荷が大きく、従来のＡＣＧでは、電力不足になる問題がある。
【００１１】
このため、高磁力の希土類磁石を用いた永久磁石式ＡＣＧが開発されているが、低回転での発電量が大きくなると、高回転時の発熱もより大きくなり、稼働中のＡＣＧの温度上昇が問題となり、上述した凹凸部によるファン作用の冷却では発熱を抑えられない問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、冷却性能を高めることが可能な回転電機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ステータとロータとを備えた回転電機において、ロータコアの外周部に凹部を形成して鋸歯状ファンを形成した回転電機である。
【００１４】
請求項２の発明は、凹部は、非対称形で、ロータの回転方向前側が緩やかな傾斜面であり、回転方向後側が略垂直壁部に形成されて鋸歯状ファンが形成される請求項１記載の回転電機である。
【００１５】
請求項３の発明は、ロータコアに永久磁石を挿入する挿入孔が設けられ、ファン用凹部は、その挿入孔の外周側に位置して設けられる請求項１又は２記載の回転電機である。
【００１６】
請求項４の発明は、挿入孔は、挿入される永久磁石が、ロータコアの法線方向に対して、その永久磁石の回転方向後ろ側が回転軸中心側に近くなるように傾斜されて形成される請求項１〜３いずれかに記載の回転電機である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
先ず、図３により回転電機としてのＡＣＧの全体構成を説明する。
【００１９】
図３において、ケーシング１０には軸受１１、１１により回転軸１２が設けられ、その回転軸１２にロータ１３が取り付けられ、そのロータ１３に対向してステータ１４がケーシング１０の内周に設けられる。
【００２０】
ロータ１３は、厚さ０．５ｍｍのケイ素鋼板を多数積層したロータコア１５からなり、そのロータコア１５に希土類等の永久磁石１６が保持され、その両側にアルミニウム製のマグネット押さえ板１７、１７が設けられる。
【００２１】
ステータ１４には、巻き線（図示せず）が施され、また回転軸１２にはプーリ１８が設けられ、プーリ１８を介してロータ１３が回転されて発電されるようになっている。
【００２２】
また回転軸１２には、ファン１９、２０が設けられ、回転軸１２の回転で、ロータ１３とステータ１４が冷却されるようになっている。
【００２３】
さて、図１に示すように、ロータコア１５には、その外周部に永久磁石１６を圧入するための挿入孔２１が円周方向に複数個設けられ、その挿入孔２１に永久磁石１６が挿入されて保持される。
【００２４】
本発明においては、この永久磁石１６が挿入される挿入孔２１を傾斜させ、そのロータコア１５の外周部に直角三角形状の凹部２２を形成してその後方に鋸歯状のファン用突起２２ｐを形成したものである。
【００２５】
図２に示すように、挿入孔２１は、直径方向である法線ｌｄに対して挿入孔２１の中心を通る線ｌｏが、７〜１０度、好ましくは約７．５度傾斜するように、すなわち挿入孔２１（永久磁石１６）の後ろ側が、回転軸中心側に近くなるように、図示の矢印の回転方向に傾斜するように形成される。
【００２６】
この直角三角形状の凹部２２を形成することで、挿入孔２１の外周側のロータコア１５には、外周辺側支持部材２３が形成され、その外周辺側支持部材２３に、挿入孔２１に向けて凸となる押さえ片２４が形成される。
【００２７】
この押さえ片２４と外周辺側支持部材２３の弾性力で、挿入孔２１に挿入した永久磁石１６を押さえる力が作用する。
【００２８】
凹部２２は、ロータコアの外周円Ｃｄから回転側後方に緩やかに傾斜した外周辺側支持部材２３とその外周辺側支持部材２３から略垂直に立ち上がった垂直壁部２６で、直角三角形状に形成され、その凹部２２の深さは、従来のロータコアの外周円Ｃｄに対して外周辺側支持部材２３の表面の中心点ｐを通る円周Ｃｐとの間隔ｄが、ロータコアの直径が１００ｍｍφであれば、ｄ＝３〜５ｍｍとなるように形成する。
【００２９】
また、挿入孔２１の内周側のコア板１５ｓには、挿入孔２１に隣接して抜き穴２７が形成され、その挿入孔２１と抜き穴２７間に内周辺側支持部材２８が形成され、内周辺側支持部材２８に、挿入孔２１に向けて突出する押さえ片２９が形成され、押さえ片２９と内周辺側支持部材２８のバネ力で永久磁石１６を押圧する力が作用する。
【００３０】
また、挿入孔２１の円周方向に近接してコア板１５ｓには、抜き穴３０が形成されると共に挿入孔２１と抜き穴３０が連通されて、その内外端部に永久磁石１６を押圧する押さえ爪３１、３１が形成される。
【００３１】
挿入孔２１に挿入された永久磁石１６は、外周辺側支持部材２３、内周辺側支持部材２８、内周側の押さえ爪３１、３１のバネ力により４方向から押圧され、従来のように、アルミ鋳込みや接着剤を用いなくても、永久磁石１６を保持することが可能となる。
【００３２】
なお、３２は、回転軸１２の挿通穴、３３は、ロータコア１５の重量を軽くするための抜き穴である。
【００３３】
次に本発明の作用を述べる。
【００３４】
先ず、ロータ１３の組立は、ケイ素鋼板からコア板１５ｓを、図２に示した形状にプレス加工により打ち抜き、これを数十枚から百枚単位で積層して回転軸１２に取り付け、各挿入穴２１に永久磁石１６を挿入する。
【００３５】
この際、図２に示すように、永久磁石１６は、外周辺側支持部材２３、内周辺側支持部材２８、円周側の押さえ爪３１、３１のバネ力により４方向から押圧され、またコア板１５ｓを多数積層して形成されるため、永久磁石１６の保持力は、従来のアルミ鋳込みや接着剤の固定と同様に十分に確保できる。
【００３６】
なお、外周辺側支持部材２３、内周辺側支持部材２８、円周側の押さえ爪３１、３１のバネ力での永久磁石１６の軸方向への拘束力は、比較的小さいため、脱落防止のため、アルミニウム製のマグネット押さえ板１７、１７にて保持する。
このロータ１３を組み込んだ回転電機は、ステータ１４とロータ１３のエアギャップが、０．５ｍｍ程度であり、ロータコア１５に凹部２２を形成し、その後方に鋸歯状のファン用突起２２ｐが形成されるため、その突起２２ｐにより、回転方向に空気の流れが発生し、その空気流により、ロータ１３の表面並びにステータ１４の内面の冷却を促進させることが可能となる。
【００３７】
また、永久磁石１６は、傾斜されて設けられているため、ステータ１４との距離が大きくなる磁力の低下による発電効率の低下が多少起こるが、永久磁石１６は、約７．５度程度の傾斜であり、回転中心の位置を考慮すれば、さほどの問題はなく、冷却効率の向上を考慮すれば、むしろより性能が向上する。
【００３８】
なお、上述の実施の形態においては、永久磁石１６の外周位置に対応して凹部２２を形成したが、永久磁石の数や間隔によって凹部２２は、任意の位置に設けてよく、また永久磁石１６も傾斜させることなく、従来の取付構造であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ロータコアの外周にファン機構を有する凹部を形成することで、ロータの回転で、エアギャップに空気の流れを発生させて、ロータ外周とステータ内周を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す回転電機としてのＡＣＧのロータコアの全体図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す回転電機としてのＡＣＧの全体断面図である。
【図４】従来のＡＣＧのロータコアを示す図である。
【符号の説明】
１５ ロータコア
１６ 永久磁石
２２ 凹部
２２ｐ 鋸歯状ファン
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣＧ（交流発電機）等の回転電機に係り、特に、冷却性能を高めた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ＡＣＧにおいては、その構造は電機モータと同様であり、ロータとステータから構成されている。
【０００３】
一般のＡＣＧは、固定側のステータは、コイルの巻き線構造であり、回転側のロータには永久磁石が埋め込まれている。
【０００４】
図４は、ＡＣＧのロータを示したもので、ケイ素鋼板で形成されたロータコア６０に、挿入孔６２を形成し、その挿入孔６２に希土類等の永久磁石６１を圧入して形成される。またこの永久磁石６１を固定するために、挿入孔６２の円周方向両側にアルミ鋳込み用の孔６３が一体に形成され、また挿入孔６２の直径方向の内外に永久磁石６１を保持するための爪６４が形成されると共にアルミ鋳込み用の孔６３にも押さえ爪６５が形成され、挿入孔６２に永久磁石６１を圧入後、アルミ鋳込み用の孔６３にアルミニウム６６を鋳込んで永久磁石６１を挿入孔６２に保持するようにしている。
【０００５】
このＡＣＧは、ロータの回転数が高くなった場合、発電量を制御するために、巻き線に負の直軸電流（Ｉｄ）を流して永久磁石の磁束を弱めてその発電量を抑えるようにしている。
【０００６】
この従来のＡＣＧのロータは、その外周が円であるが、高速域まで運転が可能なようにロータの外周に凹凸を設けることが提案（特許文献１〜３）されている。これらは磁束を制御するものであり、冷却を目的とするものではない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−９５１８４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８６１１０号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１２５１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＡＣＧは、発電中発熱するため冷却が必要である。上述した特許文献１〜３では、ロータの外周に凹凸を設けるため、回転により、空気流の攪乱作用が生じるため冷却作用は多少は生じるものの、これら凹凸は、磁束を制御するものであり、冷却を目的とするものではなく、冷却の観点からみれば、不十分である。
【０００９】
通常ＡＣＧの発熱量は、それほど大きくないために、ロータの両側に設けられたファンによって冷却することで発熱を抑制している。
【００１０】
しかしながら、上述のように高速域の発電量を押さえると低速域での発電性能が悪くなるため、低速で市街地を走行し、さらに冷凍装置などを装備した冷凍車などでは、電気的負荷が大きく、従来のＡＣＧでは、電力不足になる問題がある。
【００１１】
このため、高磁力の希土類磁石を用いた永久磁石式ＡＣＧが開発されているが、低回転での発電量が大きくなると、高回転時の発熱もより大きくなり、稼働中のＡＣＧの温度上昇が問題となり、上述した凹凸部によるファン作用の冷却では発熱を抑えられない問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、冷却性能を高めることが可能な回転電機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ステータとロータとを備えた回転電機において、ロータコアの外周部に凹部を形成して鋸歯状ファンを形成した回転電機である。
【００１４】
請求項２の発明は、凹部は、非対称形で、ロータの回転方向前側が緩やかな傾斜面であり、回転方向後側が略垂直壁部に形成されて鋸歯状ファンが形成される請求項１記載の回転電機である。
【００１５】
請求項３の発明は、ロータコアに永久磁石を挿入する挿入孔が設けられ、ファン用凹部は、その挿入孔の外周側に位置して設けられる請求項１又は２記載の回転電機である。
【００１６】
請求項４の発明は、挿入孔は、挿入される永久磁石が、ロータコアの法線方向に対して、その永久磁石の回転方向後ろ側が回転軸中心側に近くなるように傾斜されて形成される請求項１〜３いずれかに記載の回転電機である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
先ず、図３により回転電機としてのＡＣＧの全体構成を説明する。
【００１９】
図３において、ケーシング１０には軸受１１、１１により回転軸１２が設けられ、その回転軸１２にロータ１３が取り付けられ、そのロータ１３に対向してステータ１４がケーシング１０の内周に設けられる。
【００２０】
ロータ１３は、厚さ０．５ｍｍのケイ素鋼板を多数積層したロータコア１５からなり、そのロータコア１５に希土類等の永久磁石１６が保持され、その両側にアルミニウム製のマグネット押さえ板１７、１７が設けられる。
【００２１】
ステータ１４には、巻き線（図示せず）が施され、また回転軸１２にはプーリ１８が設けられ、プーリ１８を介してロータ１３が回転されて発電されるようになっている。
【００２２】
また回転軸１２には、ファン１９、２０が設けられ、回転軸１２の回転で、ロータ１３とステータ１４が冷却されるようになっている。
【００２３】
さて、図１に示すように、ロータコア１５には、その外周部に永久磁石１６を圧入するための挿入孔２１が円周方向に複数個設けられ、その挿入孔２１に永久磁石１６が挿入されて保持される。
【００２４】
本発明においては、この永久磁石１６が挿入される挿入孔２１を傾斜させ、そのロータコア１５の外周部に直角三角形状の凹部２２を形成してその後方に鋸歯状のファン用突起２２ｐを形成したものである。
【００２５】
図２に示すように、挿入孔２１は、直径方向である法線ｌｄに対して挿入孔２１の中心を通る線ｌｏが、７〜１０度、好ましくは約７．５度傾斜するように、すなわち挿入孔２１（永久磁石１６）の後ろ側が、回転軸中心側に近くなるように、図示の矢印の回転方向に傾斜するように形成される。
【００２６】
この直角三角形状の凹部２２を形成することで、挿入孔２１の外周側のロータコア１５には、外周辺側支持部材２３が形成され、その外周辺側支持部材２３に、挿入孔２１に向けて凸となる押さえ片２４が形成される。
【００２７】
この押さえ片２４と外周辺側支持部材２３の弾性力で、挿入孔２１に挿入した永久磁石１６を押さえる力が作用する。
【００２８】
凹部２２は、ロータコアの外周円Ｃｄから回転側後方に緩やかに傾斜した外周辺側支持部材２３とその外周辺側支持部材２３から略垂直に立ち上がった垂直壁部２６で、直角三角形状に形成され、その凹部２２の深さは、従来のロータコアの外周円Ｃｄに対して外周辺側支持部材２３の表面の中心点ｐを通る円周Ｃｐとの間隔ｄが、ロータコアの直径が１００ｍｍφであれば、ｄ＝３〜５ｍｍとなるように形成する。
【００２９】
また、挿入孔２１の内周側のコア板１５ｓには、挿入孔２１に隣接して抜き穴２７が形成され、その挿入孔２１と抜き穴２７間に内周辺側支持部材２８が形成され、内周辺側支持部材２８に、挿入孔２１に向けて突出する押さえ片２９が形成され、押さえ片２９と内周辺側支持部材２８のバネ力で永久磁石１６を押圧する力が作用する。
【００３０】
また、挿入孔２１の円周方向に近接してコア板１５ｓには、抜き穴３０が形成されると共に挿入孔２１と抜き穴３０が連通されて、その内外端部に永久磁石１６を押圧する押さえ爪３１、３１が形成される。
【００３１】
挿入孔２１に挿入された永久磁石１６は、外周辺側支持部材２３、内周辺側支持部材２８、内周側の押さえ爪３１、３１のバネ力により４方向から押圧され、従来のように、アルミ鋳込みや接着剤を用いなくても、永久磁石１６を保持することが可能となる。
【００３２】
なお、３２は、回転軸１２の挿通穴、３３は、ロータコア１５の重量を軽くするための抜き穴である。
【００３３】
次に本発明の作用を述べる。
【００３４】
先ず、ロータ１３の組立は、ケイ素鋼板からコア板１５ｓを、図２に示した形状にプレス加工により打ち抜き、これを数十枚から百枚単位で積層して回転軸１２に取り付け、各挿入穴２１に永久磁石１６を挿入する。
【００３５】
この際、図２に示すように、永久磁石１６は、外周辺側支持部材２３、内周辺側支持部材２８、円周側の押さえ爪３１、３１のバネ力により４方向から押圧され、またコア板１５ｓを多数積層して形成されるため、永久磁石１６の保持力は、従来のアルミ鋳込みや接着剤の固定と同様に十分に確保できる。
【００３６】
なお、外周辺側支持部材２３、内周辺側支持部材２８、円周側の押さえ爪３１、３１のバネ力での永久磁石１６の軸方向への拘束力は、比較的小さいため、脱落防止のため、アルミニウム製のマグネット押さえ板１７、１７にて保持する。
このロータ１３を組み込んだ回転電機は、ステータ１４とロータ１３のエアギャップが、０．５ｍｍ程度であり、ロータコア１５に凹部２２を形成し、その後方に鋸歯状のファン用突起２２ｐが形成されるため、その突起２２ｐにより、回転方向に空気の流れが発生し、その空気流により、ロータ１３の表面並びにステータ１４の内面の冷却を促進させることが可能となる。
【００３７】
また、永久磁石１６は、傾斜されて設けられているため、ステータ１４との距離が大きくなる磁力の低下による発電効率の低下が多少起こるが、永久磁石１６は、約７．５度程度の傾斜であり、回転中心の位置を考慮すれば、さほどの問題はなく、冷却効率の向上を考慮すれば、むしろより性能が向上する。
【００３８】
なお、上述の実施の形態においては、永久磁石１６の外周位置に対応して凹部２２を形成したが、永久磁石の数や間隔によって凹部２２は、任意の位置に設けてよく、また永久磁石１６も傾斜させることなく、従来の取付構造であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ロータコアの外周にファン機構を有する凹部を形成することで、ロータの回転で、エアギャップに空気の流れを発生させて、ロータ外周とステータ内周を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す回転電機としてのＡＣＧのロータコアの全体図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す回転電機としてのＡＣＧの全体断面図である。
【図４】従来のＡＣＧのロータコアを示す図である。
【符号の説明】
１５ ロータコア
１６ 永久磁石
２２ 凹部
２２ｐ 鋸歯状ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータとを備えた回転電機において、ロータコアの外周部に凹部を形成して鋸歯状ファンを形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
凹部は、非対称形で、ロータの回転方向前側が緩やかな傾斜面であり、回転方向後側が略垂直壁部に形成されて鋸歯状ファンが形成される請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
ロータコアに永久磁石を挿入する挿入孔が設けられ、ファン用凹部は、その挿入孔の外周側に位置して設けられる請求項１又は２記載の回転電機。
【請求項４】
挿入孔は、挿入される永久磁石が、ロータコアの法線方向に対して、その永久磁石の回転方向後ろ側が回転軸中心側に近くなるように傾斜されて形成される請求項１〜３いずれかに記載の回転電機。
【請求項１】
ステータとロータとを備えた回転電機において、ロータコアの外周部に凹部を形成して鋸歯状ファンを形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
凹部は、非対称形で、ロータの回転方向前側が緩やかな傾斜面であり、回転方向後側が略垂直壁部に形成されて鋸歯状ファンが形成される請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
ロータコアに永久磁石を挿入する挿入孔が設けられ、ファン用凹部は、その挿入孔の外周側に位置して設けられる請求項１又は２記載の回転電機。
【請求項４】
挿入孔は、挿入される永久磁石が、ロータコアの法線方向に対して、その永久磁石の回転方向後ろ側が回転軸中心側に近くなるように傾斜されて形成される請求項１〜３いずれかに記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００４−２８９９０５（Ｐ２００４−２８９９０５Ａ）
【公開日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−７７０４３（Ｐ２００３−７７０４３）
【出願日】平成１５年３月２０日（２００３．３．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年３月２０日（２００３．３．２０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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