JP2001078374A - ロータ構造 - Google Patents
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Abstract
却性を向上する。 【解決手段】 隣り合う爪状磁極23,24の側面23
c,24c同志の磁束の漏洩を低減する磁石30と、こ
の磁石30を爪状磁極23,24とともに覆うように構
成され、発電時の爪状磁極23,24の熱を放熱する金
属製の保持部材40を設けた。
Description
いは電動機のロータ構造、特に爪状磁極同志の磁束漏洩
を防止する磁石の取り付け構造に関するものである。
機のロータ構造の構成を示す側断面図、図14はこのロ
ータの構成を示す斜視図であり、図15はこのロータを
部品単位で分解した側面図であり、図18はこのロータ
の爪状磁極部の径方向断面図である。図13に示す如
く、この発電機は、アルミニウム製のフロントブラケッ
ト1及びリヤブラケット2から構成されたケース3と、
このケース3内に設けられ、一端部にプーリ4が固定さ
れたシャフト6と、このシャフト6に固定されたランド
ル型のロータ7と、ロータ7の両端面に固定されたファ
ン5と、ケース3内の内壁面に固定されたステータ8
と、シャフト6の他端部に固定されロータ7に電流を供
給するスリップリング9と、スリップリング9に摺動す
る一対のブラシ10と、このブラシ10を収納したブラ
シホルダ11と、ステータ8に電気的に接続されステー
タ8で生じた交流を直流に整流する整流器12と、ブラ
シホルダ11に嵌着されたヒートシンク19と、このヒ
ートシンク19に接着されステータ8で生じた交流電圧
の大きさを調整するレギュレータ20とを備えている。
ステータコア15に巻回され、ロータ7の回転に伴って
ロータコイル13からの磁束の変化で交流が生じるステ
ータコイル16とを備えている。ロータ7は、電流を流
して磁束を発生する円筒状のロータコイル13と、この
ロータコイル13を覆って設けられ、その磁束によって
磁極が形成されるポールコア14とを備えている。ポー
ルコア14は、一対の交互に噛み合った第一のポールコ
ア体21及び第2のポールコア体22から構成されてい
る。ポールコア体21及びポールコア体22は通常鉄製
であり、ロータコイル13が巻装される円筒部21e,
22eと、この円筒部21e,22eが突設された円盤
状の基部21k,22kより成る。基部21k,22k
の外縁には、ロータコイル13の外周とステータ8の内
周との間の位置に、相互に噛み合う爪状磁極23,24
をそれぞれ複数有している。上記爪状磁極23,24
は、基部21k,22k側の厚み及び幅が大きく、先端
側にいくに従って厚み及び幅が細くなる形状である。爪
状磁極23,24の内周面23a,24aは、ロータコ
イル13の外周面に沿う弧状であり、外周面23b,2
4bは、ステータ8の内周面に沿った弧状である。爪状
磁極23,24は、ロータ7の周方向に対して台形状の
2つの側面23c,24cを有する。図14に示す如
く、隣り合う爪状磁極23,24の間には、その対向す
る側面23c,24c同志で磁束の漏洩を減少する向き
に着磁された直方体形状の磁石30Aが固着されてい
る。この磁石30Aは、爪状磁極23,24間に挿入さ
れる直方体形状以外にも、一体構成のリング形状もしく
は他の樹脂等でパッキングしたリング状のものがある。
らブラシ10,スリップリング9を通じてロータコイル
13に電流が供給されて磁束が発生し、第1のポールコ
ア体21の爪状磁極23にはN極が着磁され、第2のポ
ールコア体22の爪状磁極24にはS極が着磁される。
一方、エンジンの回転力によってプーリ4が回転され、
シャフト6によってロータ7が回転するためステータコ
イル16には起電力が生じる。この交流の起電力は、整
流器12を通って直流に整流されるとともに、レギュレ
ータ20によりその大きさが調整されて、図外のバッテ
リに充電される。
る。すなわち、ロータ7の回転による遠心力や発電時の
ステータ8との磁気吸引力によって、各爪状磁極23,
24は、その先端部がロータコイル13及びステータ8
方向に往復する如く、それぞれ扇動する。これにより、
爪状磁極23,24間の磁石30Aに荷重が加わって、
磁石30Aに歪みが生じ、回転数で10000〜150
00(回転/分)程度で磁石30Aが破損することがあ
り得る。その対策の一例として、特開平11−1369
13に開示されたものがある。これは、図16ないし図
17、図19に示す如く、磁石30Bを構成する。すな
わち、爪状磁極23,24毎に、爪状磁極23,24の
内周面23a,24a及び側面23c,24c側を覆う
如く構成して、磁石30Bを固着したものである。ここ
で、互いに隣り合う磁石30B,30B同志は、磁石間
隙間25を設けている。これよって、爪状磁極23と磁
石30Bと、爪状磁極24と磁石30Bとがそれぞれ扇
動するので、磁石30Bに荷重が加わらずに、磁石30
Bの破損を防いでいる。
よれば、図19に示す如く、各爪状磁極23,24毎に
設けた磁石30Bを、爪状磁極23,24の内周面23
a,24a及び側面23c,24c側を覆う如く構成し
ている。そのために、図18に示す如く、隣り合う爪状
磁極23,24の間に直方体形状の磁石30Aを構成す
るものと比べて、磁石30Bが爪状磁極23,24を囲
んでいるために、爪状磁極23,24の冷却性が悪い。
そのため、磁石30Bの冷却性が悪化してしまい、磁石
30Bの温度が上昇することによって磁力が低下する問
題があり、さらに温度が上昇すると磁石30Bの熱変形
温度を越えて破壊に至るという問題が発生していた。
されたもので、爪状磁極同志の磁束漏洩を減少するため
に設けた磁石の冷却性を向上し、磁力の低下を防いで交
流発電機の出力劣化を防止する。
は、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、この
ロータコイルを覆って設けられ、ロータコイル外周を覆
う位置に、交互に噛み合うように位置される爪状磁極を
それぞれ有する第1のポールコア体及び第2のポールコ
ア体から構成されたポールコアと、上記爪状磁極の両側
面側に配設され、隣り合う爪状磁極の側面同志の磁束の
漏洩を低減する磁石と、この磁石を上記爪状磁極ととも
に覆うように構成されて爪状磁極に保持するとともに発
電時に爪状磁極に伝導された熱を放熱して磁石を冷却す
る金属製の保持部材とを備えたものである。
に上記磁石の外周の一部を露出する露出部を形成し、磁
石の外周が冷却空気に接触するようにした
の表面積を増やして冷却性を高めた構造としたものであ
る。
に切り起し片を設けるか、又は保持部材を波状又は凹凸
状に形成し、表面積を増やして冷却性を高めたものであ
る。
の根元部又は先端部を、第1,第2のポールコアの軸方
向に延長し、爪状磁極よりも突出させたものである。
の根元部又は先端部の延長された部分は、第1又は第2
のポールコアの端面より突出したものである。
の根元部又は先端部のポールコアの端面より突出した部
分に、冷却用のファン部を形成したものである。
示例と共に説明する。 実施の形態1.図1ないし図6は、本発明の実施の形態
1に係わるロータ構造を車両用交流発電機のロータに用
いた場合を示し、図1は車両用交流発電機のロータを示
す斜視図であり、理解し易くするためにシャフトとファ
ンは省略されている。図2は爪状磁極の中央部をロータ
の軸方向から断面視した断面図、図3は磁石及び保持部
材の構成を示す斜視図、図4は保持部材の金属材料を示
す平面図である。各図で、図13ないし図19に示した
従来装置と同一のものは同一符号を用いている。本実施
の形態1において、図1ないし図3に示す如く、爪状磁
極23,24同志の漏洩磁束を低減するように着磁され
たフェライト磁石30が、各爪状磁極23の両側面23
c,23cに2つづつ、各爪状磁極24の両側面24
c,24cに2つづつ当接配置される。図2,図3に示
す如く、この磁石30は、磁石30を爪状磁極23,2
4の内周面23a,24a側から覆う如く断面が略C字
状に設けられた保持部材40により、上記爪状磁極2
3,24に保持される。この保持部材40は、ヒートシ
ンクの役割をするものであり、発電時に爪状磁極23,
24に伝導された熱を放熱し、磁石30を冷却するもの
である。この保持部材40には、軸方向にほぼ平行に外
径側に開口する露出部41が形成されており、磁石30
を冷却空気35に露出させ、冷却効果を高めて発電時の
磁石30の温度上昇を低下させている。
4角錐形である。つまり、爪状磁極23,24の側面2
3c,24cに当接する磁石30の側面30cは、側面
23c,24cに沿うような台形である。幅はほぼ一定
であり、厚みが爪状磁極23,24の形状に合せて、先
端側30sから根元側30nへ太くなっている。図4に
示す如く、保持部材40は、略台形板状のステンレス鋼
を図示破線位置でプレス加工して製造しており、図3に
示す如く、爪状磁極23,24の内周面23a,24a
と磁石30の内周面に当接する台形板40aと、台形板
40aの両端から折曲されて磁石30の側面を保持する
折曲部40bと、折曲部40bの先端から爪状磁極2
3,24方向に突出し、磁石30を内周側へ押さえ付け
る押さえ片40cで形成される。押さえ片40cは、爪
状磁極23,24の途中まで突出しており、押さえ片4
0cと爪状磁極23,24との間にはギャップがあり、
磁石30を露出させるための露出部41が設けられてい
る。この保持部材40の折曲部40bと爪状磁極23,
24の側面23c,24cとで磁石30を挟み込んで、
磁石30を爪状磁極23,24に保持している。このよ
うに保持部材40で磁石30を保持して爪状磁極23,
24に固定するためには、保持部材40と磁石30、保
持部材40と爪状磁極23,24の境界部分、つまり台
形板40a,折曲部40bの内側面全面に接着剤が塗布
される。図1に示す如く、爪状磁極23,24に取り付
けられた保持部材40,40の折曲部40b,40b同
志は互いに離間して、保持部材40,40同志の間に冷
却空気35を通過させるための隙間50を有している。
方向に水平な露出部41を設けたので、ロータ7の回転
時に磁石30とステータ8との間に、リヤ側からフロン
ト側に流れる冷却空気35が、図2に示す如く、露出部
41の表面近傍で乱流化が促進され、磁石30が直接冷
却される。磁石30は、一般的に熱に弱く、高温の状況
においては、磁力特性が劣化してしまう。磁石30の特
性を保つためには、磁石30の冷却性を十分に高めれば
よい。保持部材40を金属プレートにしたために、多少
は冷却フィンの働きをするが、磁石30が十分に冷却さ
れない可能性があるので、露出部41を形成している。
また、保持部材40は、熱伝導性に優れる金属プレート
より成り、磁石30に伝達された熱を放熱する働きをす
るため、磁石30を冷却させることができるので、磁力
特性を落とすことを抑えることができる。さらに、爪状
磁極23,24の先端が回転時に扇動しても磁石30に
応力が加わらずに破壊もしなくなる。
タコイル13のジュール熱を考える。まず、この熱はポ
ールコア体21,22の円筒部21e,22eを介して
基部21k,22kに伝導する。つぎに、基部21k,
22k内を円状に広がる如く伝導した熱は、爪状磁極2
3,24に伝導する。そして、爪状磁極23,24の根
元側から先端側に伝導することになる。このときに、爪
状磁極23,24の内周面23a,24aには、熱伝導
性に優れる金属プレートより成る保持部材40の台形板
40aが接触しているので、保持部材40にこの熱が伝
わるため、この保持部材40が放熱板となり、磁石30
には熱があまり伝達しない。
と、爪状磁極23,24同志で保持部材40を介して磁
束が漏れると考えられるので、保持部材40は磁性体材
料を使用しない。また、磁石30に対してフィン部を形
成することが考えられるが、磁石30がモールドのよう
に形成できるプラスチックマグネット等の部材であれば
可能である。しかし、焼結で作られる一般的なフェライ
ト磁石30では、単純な形状のものしか作れないので、
フェライト磁石30にフィンを形成するのは不可能であ
る。また、磁石30は、接着剤により保持部材40に固
定したが、図5に示す如く、保持部材40の台形板40
aの上,下両端を折曲して抜け止め部分40n,40n
を設け、この抜け止め部分で磁石30を保持するように
してもよい。抜け止め部は、折曲部40bの上,下両端
に設けてもよい。また、保持部材40は、接着剤により
爪状磁極23,24に固定したが、ろう付けで固定する
ようにしてもよい。また、保持部材40の外径側に露出
部41を設けたが、表面積を増やすために保持部材40
の外径側にスリット状に穴を形成して露出部41として
もよい。また、図6(a),(b)に示す如く、保持部
材40の折曲部40b、つまり内径側あるいは側面側に
穴40h,40hを形成して露出部51としてもよい。
穴40hは、単数又は複数でもよく、保持部材40の一
部又は全面に設けてもよい。
持部材40の外径側に露出部41を形成したが、この実
施の形態2では、図7ないし図8に示す如く、断面形状
が略M字状の保持部材42によって磁石30を保持して
いる。この保持部材42の外径側には、軸方向外側に窓
状に切り曲げられた切り起し片43が設けられ、切り起
し片43が板状のフィン部となるとともに切り起された
部分が外径側に開口して露出部41となる。図8に示す
如く、保持部材42は、爪状磁極23,24の内周面2
3a,24aに沿った台形板42aと、台形板42aの
両端から折曲し、爪状磁極23,24の側面23c,2
4cに沿った台形状の折曲部42bと、折曲部42bよ
り折曲して磁石30を内周に押さえ付け、かつ切り起し
片43が設けられた押さえ付け部42cと、押さえ付け
部42cより外側に折返され、磁石30を保持する折り
返し部42dより成る。折曲部42bと折り返し部42
dで磁石30を挟み込んで爪状磁極23,24に保持し
ている。このように、保持部材42を構成すると、ロー
タ7が回転しているときに切り起し片43にロータ7,
ステータ8間に流れる冷却空気35が当たり、切り起し
片43が冷却フィンの役割をする。つまり、爪状磁極2
3,24から保持部材42に伝達した熱は、切り起し片
43で放熱される。このような熱伝達経路が構成される
ため、格段に磁石30の冷却性を向上することができ
る。この保持部材42は、爪状磁極23,24の内周面
23a,24aに接触するだけでなく、側面23c,2
4cに接触していることによって、さらに放熱効果が向
上している。なお、切り起し辺43は、保持部材42の
押さえ付け部42cに形成したが、保持部材42の折り
返し部42dに設けてもよい。また、保持部材42の台
形板42aに内側に開口するように設けてもよい。ま
た、図2に示した保持部材40の押さえ付け部40cの
先端に、外周側に突出する切り起し片を設けてもよい。
また、保持部材40の台形板40a,折曲部40bに切
り起し片を設けてもよい。これらの切り起し片43を複
数形成するようにしてもよい。
持部材42の外径部42cに切り起し片43を設けた場
合を説明したが、この実施の形態3では、保持部材42
の折り返し部42dが波板状に形成されている。この波
状に形成された波板部44は、保持部材42の側面をプ
レスで成形して製造されている。通常では、ロータ7
は、ファン5の回転により流入した冷却空気35を爪状
磁極23,24に流すことによって、ロータコイル13
を冷却する設計で製造されている。その冷却空気35
を、保持部材42の表面積を広くした波板部44に当て
るものである。これによれば、さらに冷却性を向上させ
ることができる。また、保持部材42の折り返し部42
dを波状としたが、保持部材42の押さえ付け部42c
側を波状としてもよい。また、保持部材42の台形板4
2aを波状にしてもよい。また、波状に限らずに凹凸状
に形成してもよい。
持部材40は爪状磁極23,24の大きさとほぼ同じで
あった場合を説明したが、この実施の形態4では、図1
1に示す如く、上記保持部材40の根元部又は先端部を
第1,第2のポールコア体21,22の軸方向に延長
し、爪状磁極23,24よりも突出させた延長部45,
46を設けたものである。さらに、延長部45,46に
は、周方向に平行なスリット部47を設けている。これ
によれば、爪状磁極23,24間に流れる冷却空気35
により延長部45,46が冷却され、さらに冷却効果を
高めることができる。
持部材40の延長部45,46はポールコア体21,2
2の基部21k,22kの端面まで突出していたが、こ
の実施の形態5では、図12に示す如く、保持部材42
の折り返し部42dの先端側が延長され、第1又は第2
のポールコア体21,22の基部21k,22kの端面
より突出したファン部47を設けたものである。これに
よれば、吸気する冷却空気35が直接にファン部47に
触れることとなり、ファン部47が冷却されやすくな
る。冷却空気35に伝達される熱量が格段に増加するの
で、磁石30の冷却性をさらに向上させることができ
る。また、従来に、ポールコア体21,22の基部21
k、22kの端面に溶接していたファン5を取り付ける
必要がなくなったために部品点数が削減される。さら
に、基部21k,22kの端面の加工やファン5の板金
プレス加工、ファン5の溶接等のロータ製造工程が大幅
に削減できるので生産性が格段に向上した。また、保持
部材42の折り返し部42dの根元部を延長し、基部2
1k,22kの端面より突出させてもよい。
を適用した場合を説明したが、通常の交流発電機のロー
タに用いてもよく、交流電動機に本発明を適用してもよ
い。
ば、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、この
ロータコイルを覆って設けられ、ロータコイル外周を覆
う位置に、交互に噛み合うように位置される爪状磁極を
それぞれ有する第1のポールコア体及び第2のポールコ
ア体から構成されたポールコアと、上記爪状磁極の両側
面側に配設され、隣り合う爪状磁極の側面同志の磁束の
漏洩を低減する磁石と、この磁石を上記爪状磁極ととも
に覆うように構成されて爪状磁極に保持するとともに発
電時に爪状磁極に伝導された熱を放熱して磁石を冷却す
る金属製の保持部材とを備えたので、磁石の外径部への
放熱量が増大し、磁石の冷却性を格段に向上できる。
磁石の外周の一部を露出する露出部を形成し、磁石の外
周が冷却空気に接触するようにしたので、磁石の熱伝達
量が格段に増大し、磁石の冷却性をさらに向上できる。
積を増やして冷却性を高めた構造としたので、保持部材
の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
起し片を設けるか、又は保持部材を波状又は凹凸状に形
成し、表面積を増やして冷却性を高めた構造としたの
で、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上でき
る。
部又は先端部を、第1,第2のポールコアの軸方向に延
長し、爪状磁極よりも突出させたので、保持部材の熱伝
達量が増大し、冷却性を向上できる。
部又は先端部の延長された部分は、第1又は第2のポー
ルコアの端面より突出したので、保持部材の熱伝達量が
増大し、冷却性を向上できる。
部又は先端部のポールコアの端面より突出した部分に、
冷却用のファン部を形成したので、保持部材の熱伝達量
が増大し、冷却性を向上できるとともに、部品点数を削
減し、かつ生産性を向上することができる。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
ポールコア、21,22 ポールコア体、23,24
爪状磁極、23a,24a 内周面、23c,24c
側面、23b,24b 外周面、30 磁石、40,
42 保持部材、41 露出部。
Claims (7)
- 【請求項1】 電流を流して磁束を発生するロータコイ
ルと、このロータコイルを覆って設けられ、ロータコイ
ル外周を覆う位置に、交互に噛み合うように位置される
爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア体及び第2
のポールコア体から構成されたポールコアと、上記爪状
磁極の両側面側に配設され、隣り合う爪状磁極の側面同
志の磁束の漏洩を低減する磁石と、この磁石を上記爪状
磁極とともに覆うように構成されて爪状磁極に保持する
とともに発電時に爪状磁極に伝導された熱を放熱して磁
石を冷却する金属製の保持部材とを備えたことを特徴と
するロータ構造。 - 【請求項2】 上記保持部材に上記磁石の外周の一部を
露出する露出部を形成し、磁石の外周が冷却空気に接触
するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のロー
タ構造。 - 【請求項3】 上記保持部材の表面積を増やして冷却性
を高めた構造としたことを特徴とする請求項1に記載の
ロータ構造。 - 【請求項4】 上記保持部材に切り起し片を設けるか、
又は保持部材を波状又は凹凸状に形成し、表面積を増や
して冷却性を高めた構造としたことを特徴とする請求項
3に記載のロータ構造。 - 【請求項5】 上記保持部材の根元部又は先端部を、第
1,第2のポールコアの軸方向に延長し、爪状磁極より
も突出させたことを特徴とする請求項1に記載のロータ
構造。 - 【請求項6】 上記保持部材の根元部又は先端部の延長
された部分は、第1又は第2のポールコアの端面より突
出したことを特徴とする請求項5に記載のロータ構造。 - 【請求項7】 上記保持部材の根元部又は先端部のポー
ルコアの端面より突出した部分に、冷却用のファン部を
形成したことを特徴とする請求項6に記載のロータ構
造。
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