JP2002315284A

JP2002315284A - オルタネータ

Info

Publication number: JP2002315284A
Application number: JP2001107875A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Kanai; 尚史金井
Original assignee: Sawafuji Electric Co Ltd
Current assignee: Sawafuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化・高出力化への転換並びに磁気音やノ
イズの低減に対応可能なロータの構造を備えたオルタネ
ータを提供する。【解決手段】円板状の磁性体より成り外周部に凸状の
磁極片８１ａが複数形成されるシートコア８１を一定の
円周方向に所定角度ずらして複数個積層した第１のロー
タコア８Ａ及び第２のロータコア８Ｂと、第１のロータ
コア８Ａと第２のロータコア８Ｂとの間に配置され非磁
性材より成るリング８２を複数個積層したリング体８３
とを備える。第１のロータコア８Ａの凸状の磁極片８１
ａに対応する軸方向位置と第２のロータコア８Ｂの磁極
片とこれと相互に隣接する磁極片との間に形成される凹
部８１ｂの軸方向位置が対応するようリング体８３を挟
んで重ねられて一体化されるロータ８を備える。リヤブ
ラケット４に吸気孔１６とフロントブラケット３側に排
気孔１３ａを各々設け、ロータ８に設けられる内扇ファ
ン１４と他端の回転軸９に遠心ファン１５とを固着し冷
却風をステータコア５の内周面とロータ８の凹部８１ｂ
間で流通されるよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オルタネータ、特
にブラシレスオルタネータのロータ構造に係り、プレー
トコアを採用したオルタネータに関する。

【０００２】

【従来の技術】オルタネータ（自動車用交流発電機）の
構造については、特開平７−３３６９７４号公報等によ
り既に知られており、このようなオルタネータはロータ
としてランデル形が用いられ、冷却ファンは発電機のロ
ータが装着される回転軸に取り付けられている。

【０００３】従来のオルタネータのロータは、図１０に
示されているような構造となっており、回転軸１０１に
はローレット１０２が切られており、このローレット１
０２が切られた部分にロータコア１０３が固定され、当
該ロータコア１０３には後述するように非磁性体リング
１０７を介してロータコア１０４が固定され組み合わさ
れた形態で取り付けられている。

【０００４】２種類のロータコア１０３，１０４は鍛造
で造られ、爪形状の磁極片１０５が複数個形成されてお
り、一方のロータコア１０３の中心部には、回転軸１０
１に圧入される孔を備えた、いわゆるボス部１０６と呼
ばれる部位が形成されている。他方のロータコア１０４
は、非磁性体リング１０７を介して溶接され、ロータコ
ア１０３と結合される構造となっている。このとき２個
のロータコア１０３，１０４の爪形状の磁極片１０５が
相互にかみ合わせられた形で結合されており、ロータコ
ア１０３とロータコア１０４との結合体は、上記ロータ
コア１０３のボス部１０６の中心部に設けられた孔と回
転軸１０１に切られたローレット１０２とを用いて圧入
され、一体化したオルタネータのランデル形ロータ１０
８として組み付けられる。

【０００５】従来のオルタネータの断面図である図１１
を参照して、上記ランデル形ロータ１０８が用いられた
従来のオルタネータ１３０は、次のような構造となって
おり、発電コイル１３８が巻回されたステータコア１３
６の両側には、フロントブラケット１３３とリヤブラケ
ット１３４とが固定され、このフロントブラケット１３
３とリヤブラケット１３４とにそれぞれ装着されている
ボールベアリング１４０とローラベアリング１３１とで
上記説明のランデル形ロータ１０８が、ステータコア１
３６の内部に回転自在に軸支されている。

【０００６】ロータ１０８の内部には、組み合わされた
２個のロータコア１０３，１０４とボス部１０６との間
に形成される空間、すなわちロータコア１０３，１０４
の内部に、励磁コア１０９を介して励磁巻線１３７が巻
装されており、当該励磁コア１０９はリヤブラケット１
３４に固定されている。

【０００７】また、回転軸１０１にはロータ１０８を回
転させるプーリ１３２が設けられており、そして当該プ
ーリ１３２のフロントブラケット１３３側に遠心ファン
１３９が取り付けられている。リヤブラケット１３４は
外気を取り入れる風孔５０，５１を備えたリヤカバー１
３５で覆われており、プーリ１３２に取り付けられてい
る遠心ファン１３９によって、リヤカバー１３５側の外
気がオルタネータ１３０内に取り入れられ、オルタネー
タ３０内の各構成部品が空冷されるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のオルタネータは
ロータコア１０３，１０４を組み合わせて磁気回路を形
成しているため、ロータコアそのものは冷却のための風
路という概念がなく、冷却風の流れは、図１１の５０な
いし５４のルートに示す如く磁極の片側のみが有効であ
った。オルタネータは市場において小型化・高出力化と
共に磁気音やノイズの低減といった対環境性能の向上が
要求されており、ロータに着目すると、ランデル型ロー
タでは内扇ファンの追加をしても、その直径等のサイズ
が制限されて冷却風の風量（風速）を著しく増加させる
のは困難であり、また、磁気音やノイズの低減といった
対環境性能の向上にも限界がある。

【０００９】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、小型化・高出力化への転換並びに磁気音やノ
イズの低減に対応可能なロータの構造を備えたオルタネ
ータを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数のスロットを内周に備えるステータ
コアに発電コイルが巻装されてなるステータと、このス
テータで同軸に囲繞されステータコアの内周と僅かなエ
アギャップを介して対向するロータと、複数のスルーボ
ルトで相互に締結されるフロントブラケットとリヤブラ
ケット間にステータコアが挟持されてなり、フロントブ
ラケット及びリヤブラケットにロータの回転軸を回転自
在に軸支するベアリングとを備えるオルタネータにおい
て、ロータは、円板状の磁性体より成り外周部に凸状の
磁極片が複数形成されるシートコアを一定の円周方向に
所定角度ずらして複数個積層した第１のロータコア及び
第２のロータコアと、第１のロータコアと第２のロータ
コアとの間に配置され非磁性材より成るリングを複数個
積層したリング体とを備え、第１のロータコアの凸状の
磁極片に対応する軸方向位置と第２のロータコアの磁極
片とこれと相互に隣接する磁極片との間に形成される凹
部の軸方向位置が対応するようリング体を挟んで重ねら
れて一体化されると共に、リヤブラケットに吸気孔とフ
ロントブラケット側に排気孔を各々設け、ロータの一端
側面に内扇ファンと他端の回転軸に遠心ファンとを固着
し、内扇ファンの回転により吸気孔から外気が導入さ
れ、ステータコアの内周面とロータの凹部間で冷却風が
流通し遠心ファンにより吸引されて排気孔から排出され
ることを特徴とする。さらに、シートコアの磁極片の側
面部は軸方向に斜面部が形成される技術的手段を採用し
てもよい。

【００１１】本発明の構成によれば、ロータが回転する
ことにより内扇ファンが回転し、外部の空気が吸気孔か
ら吸引されてステータコアの内周面とロータの凹部との
間に流通する。その際、ロータの回転が特定の回転方向
であるため、凹部の冷却風が螺旋状に押し出されるよう
に移動し、遠心ファンにより吸引されて排気孔から外部
に排出される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１３】図１ないし図９は本発明の一実施例を示す
ものであり、図１はオルタネータの要部断面図、図２は
ロータ及びブラケットに固定された励磁コイルの要部断
面図、図３は図２のＡ矢視方向から見た図、図４はシー
トコアを示す図、図５は図４のＢ矢視方向から見た磁極
片の部分図、図６はリング体を示す図、図７はコアサイ
ド板を示す図、図８は冷却風の流通を示す説明図、図９
は実施形態の効果を示すグラフである。

【００１４】先ず図１において、このオルタネータ１は
自動車に搭載される車両用交流発電機であり、複数のス
ルーボルト２で相互に締結されるフロントブラケット３
とリヤブラケット４間にステータコア５が挟持されてお
り、このステータコア５は多数枚の磁性鋼板を積層して
略リング状に形成されるものであり、このステータコア
５の内周には、略Ｔ字形である複数たとえば３６個のテ
ィースが内方に突出するようにして一体に設けられ、そ
れらのティース相互間には、複数たとえば３６個のスロ
ット５ａが形成され、各スロット５ａにはＵ・Ｖ・Ｗ各
相の発電コイル６が巻装されることによりステータ７が
構成される。

【００１５】ステータ７で同軸に囲繞されるロータ８
は、ステータコア５の内周と僅かなエアギャップを介し
て対向するものであり、ロータ８における回転軸９はフ
ロントブラケット３を回転自在に貫通し、回転軸９およ
びフロントブラケット３間には一対のボールベアリング
１０が介装され、回転軸の一端はリヤブラケット４に設
けられるニードルベアリング１１により軸支される。

【００１６】回転軸９の他端にはプーリ１２が固着され
ており、このプーリ１２には図示しないエンジンからの
回転動力がベルト（図示せず）を介して入力され、これ
により回転軸９すなわちロータ８が回転駆動される。

【００１７】リヤブラケット４側のステータ７に巻装さ
れる発電コイル６に対応するロータ８の部分には内扇フ
ァン１４が固着され、この内扇ファン１４の回転により
外部からの空気を導入するため、リヤブラケット４には
吸気孔１６が設けられる。また、フロントブラケット３
にはカバー１３が一体化されており、該カバー１３の中
心部にはプーリ１２を収納する円形の開口部が設けら
れ、フロントブラケット３およびカバー１３間で回転軸
９には遠心ファン１５が固着される。この遠心ファン１
５により吸引される内部冷却風を外部に排出するための
排気孔１３ａがカバー１３に設けられる。なお、この排
気孔１３ａはフロントブラケット３に備えられてもよ
い。

【００１８】図２、図３をあわせて参照して、ロータ８
は磁性材でなるロータコア８Ａ，８Ｂ、非磁性材でなる
リング体８３、回転軸９、及び内扇ファン１４が４本の
ネジ１７で固着されるコアサイド板８４から構成され、
ロータコア８Ａ，８Ｂ、リング体８３、及びコアサイド
板８４を積層し、その外周の凹部を電子ビーム等の溶接
で一体化しつつ、コアサイド板８４の中心孔８４ａを回
転軸９に圧入することによって一体化構造を有してい
る。なお、ロータコア８Ａ，８Ｂ、リング体８３、及び
コアサイド板８４の固着方法は電子ビームの他、非磁性
のリベット又はねじを使用してもよい。

【００１９】ロータ８は、ロータコア８Ａ，８Ｂとリン
グ体８３とによってその内部に、回転軸９の外周を内径
とし、ロータコア８Ａ，８Ｂ及びリング体８３の内周を
外径とする環状の空間が形成され、その内部に励磁コア
２０が、ボールベアリング１０のスラスト方向の移動を
阻止するプレート２５を挟んで図示しないボルトでフロ
ントブラケット３に固定されている。そして当該励磁コ
ア２０の軸方向中央付近の外周には周方向に溝が形成さ
れて、励磁巻線２１が巻装される。

【００２０】更に図４及び図５をあわせて参照して、ロ
ータコア８Ａを構成するシートコア８１は例えば鉄板、
電磁鋼板、珪素鋼板などの円板状磁性材から形成されて
略リング形状をなし、外周に台形状の凸状の磁極片８１
ａが等間隔で６個形成されると共に、磁極片８１ａは軸
方向（厚み方向）に所定角度をもって斜面部８１ｃが形
成されており、これを複数個積層することによって所謂
スキュー形状としている。

【００２１】ロータコア８Ｂは積層枚数は異なるものの
ロータコア８Ａと同様に形成されるが、ロータ８として
組み付ける際には、軸方向にロータコア８Ａの凸状の磁
極片８１ａの列に対応する位置には、ロータコア８Ｂの
磁極片８１ａと相互に隣接する磁極片８１ａとの間に形
成される凹部８１ｂの列の軸方向位置が連続的に対応す
るようリング体８３を挟んで軸方向に重ねられて一体化
される。

【００２２】図６を参照して、リング体８３を構成する
リング８２はアルミニウム、ステンレスなどの非磁性材
から形成され、その外径寸法はシートコア８１の凹部８
１ｂの底径寸法と同じ又は小さく、内径はシートコア８
１の内径寸法と等しく、中心に大口径の孔８２ａを有す
る円板状のものであり、ロータコア８Ａとロータコア８
Ｂを磁気的に絶縁する働きを有する。

【００２３】図７を参照して、コアサイド板８４は外周
に凸状の磁極片８４ａが６個等間隔で形成され、中心に
は回転軸孔８４ｂが設けられている。凸状の磁極片８４
ａはシートコア８１と同様に軸方向（厚み方向）には斜
面部８４ｃが形成され、積層されるとスキュー形状を有
するようになっている。また、貫通孔８４ｄは内扇ファ
ン１４を固定するネジ１７を通すため４個形成され、複
数枚スキューして積層される場合を考慮して長孔形状と
なっている。なお、コアサイド板８４は１枚もしくは複
数枚積層されて形成される。

【００２４】図２に示されたロータ８では、ロータコア
８Ａが４枚のシートコア８１で、リング体８３が３枚の
リング８２で、ロータコア８Ｂが９枚のシートコア８１
で各々積層され、２枚のコアサイド板８４と共に一体化
されたものが一例として図示されている。このロータ８
の組み立ての際、ロータコア８Ａの磁極片８１ａは隣接
される磁極片８１ａの端面に接して軸方向斜めのスキュ
ー形状となってリング体８３に連なり、その延長線上は
ロータコア８Ｂの凹部８１ｂの位置に一致し、従ってロ
ータコア８Ｂの凹部８１ｂはロータコア８Ａの磁極片８
１ａと一致する位置にそれぞれ整列して一体化される。

【００２５】図８を参照しつつ本実施形態の作用を説明
すると、ロータ８はロータコア８Ａ，８Ｂ及びコアサイ
ド板８４は、回転軸９の軸方向で共に同一方向にスキュ
ーされた積層構造とされており、特定の回転方向で回転
されることによって、冷却風が通りやすくした構造とな
っている。スキューされたロータ８の回転方向と冷却風
Ｆの流れを説明すると、ロータ８の回転で内扇ファン１
４が回転し、外部の空気Ｆが吸気孔１６から吸引されて
ステータコア５の内周面とロータ８の凹部８１ｂとの間
で、ロータ８の回転によって螺旋状に押し出されるよう
に冷却風Ｆが流通し、遠心ファン１５により吸引されて
排気孔１３ａから排出される。従って、ロータ８の凹部
８１ｂの全部が冷却風の通路となる。

【００２６】図９は実施形態の効果を示すグラフを示し
ている。オルタネータ１は図１の構成を実施例として使
用し、比較する従来例としてはロータ８のみを図１０に
示すランデル形を用いて、リヤブラケット４に孔設され
た吸気孔１６およびフロントブラケット３に孔設された
排気孔１３ａの風速をロータ回転数をパラメータとして
実測したものである。縦軸で表記する風速は、従来のラ
ンデル形ロータを用いた時の排気孔１３ａの風速を基準
（＝１）として正規化している。

【００２７】この結果、本実施例では風速は吸気孔側、
排気孔側ともに大幅に増加し、特にロータの高回転数領
域に向かって効果が顕著になっていることがわかる。こ
の理由としては図１０に示す従来のランデル形ロータで
は磁極間の半分のみが冷却風の風路であったのに比べ
て、本実施例では磁極間の全部が風路として利用可能で
あるため、ロータコア部分での通過風量が増大したため
である。これによって、ロータコアのみならずステータ
や発電コイルの温度上昇を抑制することが可能となり、
オルタネータの小型化、軽量化に寄与することができ
る。

【００２８】また、ロータコア８Ａ，８Ｂがプレートコ
ア８１から形成されると共に積層された後にスキュー形
状を有し、ブラシレスオルタネータとしてロータ８の内
周側に位置する励磁コア２０が発生する磁束をロータコ
ア８Ａ，８Ｂが界磁として利用する方式であるため、各
々のロータコア８Ａ，８Ｂの磁極において、適切なレベ
ルの磁束漏れを行わせて、コギング防止とノイズ低減を
図ることが可能になる。

【００２９】なお、プレートコア８１、及びコアサイド
板８４の凸部（各磁極片部）は、その厚み方向に斜面部
が形成されているが、単純に短冊状もしくはロール状の
部材からプレスで直線的に打ち抜かれたものでもよく、
この場合にはロータ８として組み付ける時に、円周方向
の同一方向に一定の角度でずらすことによって、階段状
の略スキュー形状とすることが可能である。

【００３０】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計
変更を行なうことが可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、円板状の磁性体より成り外周
部に凸状の磁極片が複数形成されるシートコアを一定の
円周方向に所定角度ずらして複数個積層した第１のロー
タコア及び第２のロータコアと、第１のロータコアと第
２のロータコアとの間に配置され非磁性材より成るリン
グを複数個積層したリング体とを備え、第１のロータコ
アの凸状の磁極片に対応する軸方向位置と第２のロータ
コアの磁極片とこれと相互に隣接する磁極片との間に形
成される凹部の軸方向位置が対応するようリング体を挟
んで重ねられて一体化されると共に、リヤブラケットに
吸気孔とフロントブラケット側に排気孔を各々設け、ロ
ータの一端側面に内扇ファンと他端の回転軸に遠心ファ
ンとを固着し、内扇ファンの回転により吸気孔から外気
が導入され、ステータコアの内周面とロータの凹部間で
冷却風が流通し遠心ファンにより吸引されて排気孔から
排出される構成としたので、ロータの凹部の全部が冷却
風の通路となり、ロータコアのみならずステータや発電
コイルの温度上昇を抑制することが可能となり、オルタ
ネータの小型化、軽量化に寄与することができる。

【００３２】また、シートコアの磁極片の側面部におい
て軸方向に斜面部が形成された構造であれば、ロータの
凹部を流通する冷却風がスムーズ化され、更なる温度上
昇の抑制が可能となる。

【００３３】シートコアの磁極片は台形状の凸形状を有
するため、適切なレベルの磁束漏れを行わせて、コギン
グ防止とノイズ低減に寄与するオルタネータを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るオルタネータの要部断面図であ
る。

【図２】ロータ及びブラケットに固定された励磁コイル
の要部断面図である。

【図３】図２のＡ矢視方向から見た図である。

【図４】シートコアを示す図である。

【図５】図４のＢ矢視方向から見た磁極片の部分図であ
る。

【図６】リング体を示す図である。

【図７】コアサイド板を示す図である。

【図８】冷却風の流通を示す説明図である。

【図９】実施形態の効果を示すグラフである。

【図１０】従来のオルタネータのロータの構造図であ
る。

【図１１】従来のオルタネータの断面図である

【符号の説明】

１・・・オルタネータ２・・・スルーボルト３・・・フロントブラケット４・・・リヤブラケット５・・・ステータコア５ａ・・・スロット６・・・発電コイル７・・・ステータ８・・・ロータ８Ａ・・・第１のロータコア８Ｂ・・・第２のロータコア９・・・回転軸１０，１１・・・ベアリング１３ａ・・・排気孔１４・・・内扇ファン１５・・・遠心ファン１６・・・吸気孔８１・・・シートコア８１ａ・・・磁極片８１ｂ・・・凹部８１ｃ・・・斜面部８２・・・リング８３・・・リング体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスロットを内周に備えるステータ
コアに発電コイルが巻装されてなるステータと、該ステ
ータで同軸に囲繞され前記ステータコアの内周と僅かな
エアギャップを介して対向するロータと、複数のスルー
ボルトで相互に締結されるフロントブラケットとリヤブ
ラケット間に前記ステータコアが挟持されてなり、前記
フロントブラケット及び前記リヤブラケットに前記ロー
タの回転軸を回転自在に軸支するベアリングとを備える
オルタネータにおいて、前記ロータは、円板状の磁性体
より成り外周部に凸状の磁極片が複数形成されるシート
コアを一定の円周方向に所定角度ずらして複数個積層し
た第１のロータコア及び第２のロータコアと、前記第１
のロータコアと前記第２のロータコアとの間に配置され
非磁性材より成るリングを複数個積層したリング体とを
備え、前記第１のロータコアの凸状の磁極片に対応する
軸方向位置と前記第２のロータコアの磁極片とこれと相
互に隣接する磁極片との間に形成される凹部の軸方向位
置が対応するよう前記リング体を挟んで重ねられて一体
化されると共に、前記リヤブラケットに吸気孔と前記フ
ロントブラケット側に排気孔を各々設け、前記ロータの
一端側面に内扇ファンと他端の前記回転軸に遠心ファン
とを固着し、前記内扇ファンの回転により前記吸気孔か
ら外気が導入され、前記ステータコアの内周面と前記ロ
ータの前記凹部間で冷却風が流通し前記遠心ファンによ
り吸引されて前記排気孔から排出されることを特徴とす
るオルタネータ。
【請求項２】前記シートコアの磁極片の側面部は軸方
向に斜面部が形成されてなることを特徴とする請求項１
記載のオルタネータ。