JP2007318901A - 交流発電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発電機1は、界磁コイル10の軸方向寸法がステータコア6の軸方向寸法より小さく形成され、且つ界磁コイル10の軸方向一端側の端面がステータコア6の同一側端面より軸方向外側に位置している。また、ロータコア9の軸方向寸法が電機子コイル7の両コイルエンド7a、7bの端面間の軸方向寸法より小さく形成され、且つロータコア9の軸方向一端側の端面が電機子コイル7の一方のコイルエンド7aの軸方向端面より軸方向外側に位置している。これにより、界磁コイル10が冷却風に晒されやすくなり、且つロータコア9の軸方向両側に生じる圧力差によって軸方向に流れる冷却風量が増加するため、界磁コイル10の冷却性が改善され、冷却効果が向上する。
【選択図】図1
Description
次の手段として、冷却ファンによる界磁コイルの冷却を考えると、通常、界磁コイルを有するロータは、径方向の外側がステータに覆われた状態で通風性が悪く、且つ、ロータの中心部に界磁コイルを配置するため、界磁コイルを効率良く冷却することは困難であった。さらに、高出力化のために界磁鉄心の磁極爪間に磁石を配置した場合は、界磁コイルの近傍が更に混み合い、通風性が悪くなる。その結果、界磁コイルが温度上昇して励磁電流が減少するため、起磁力の低下を招く結果となる。
また、特許文献2に記載された車両用交流発電機では、界磁鉄心の軸方向端面に斜流羽根を有する冷却ファンを設けて、軸方向の流れを生成することにより、界磁コイルの冷却効果を高める技術が示されている。
特許文献2に示される従来技術では、高出力化のために界磁コイルの巻き数を増やして外径を大きくした場合、あるいは、界磁鉄心の磁極爪間に磁石を介在させた場合に、界磁コイルの表面を流れる冷却風の通路が狭くなるため、冷却風量が減少する。その結果、界磁コイルの電気抵抗が増加して励磁電流が減少すると、起磁力の低下により、狙い通りの高出力化を達成できなくなる問題を生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、界磁コイルの冷却性を改善して、効率良く界磁コイルを冷却できる交流発電機を提供することにある。
本発明は、複数の爪状磁極を有するロータコアに界磁コイルを巻装して構成される回転子と、この回転子の外周に配置されるステータコアに電機子コイルを巻装して構成される固定子と、回転子と一体に回転して冷却風を発生する冷却ファンとを備え、界磁コイルの軸方向寸法がステータコアの軸方向寸法より小さく形成されている交流発電機において、界磁コイルの軸方向一端側の端面が、ステータコアの同一側端面より軸方向外側に位置していることを特徴とする。
上記の構成によれば、界磁コイルの軸方向一端側の端面が、ステータコアの同一側端面より軸方向外側に出ているため、界磁コイルを冷却風に晒されやすくできる。その結果、界磁コイルの冷却性が改善されて、界磁コイルの温度上昇を抑制できる。
請求項1に記載した交流発電機において、回転子は、周方向に隣合う爪状磁極同士の間にそれぞれ永久磁石を配置していることを特徴とする。
高出力化のために2つの爪状磁極間に永久磁石を配置すると、永久磁石が通風抵抗となるため、界磁コイルが配置されるロータコアの内部を冷却風が通り難くなる。これに対し、請求項1の発明に記載した様に、界磁コイルの軸方向一端側の端面をステータコアの同一側端面より軸方向外側に出すことで、界磁コイルの冷却性が改善されるため、界磁コイルの温度上昇を抑制でき、狙い通りの高出力化を得ることが可能となる。
請求項1または2に記載した交流発電機において、ロータコアの軸方向寸法が、電機子コイルの一方のコイルエンドの端面から他方のコイルエンドの端面までの軸方向寸法より小さく形成され、ロータコアの軸方向一端側の端面が、電機子コイルの一方のコイルエンドの軸方向端面より軸方向外側に位置していることを特徴とする。
この場合、ロータコアの軸方向中心が一端側へ変位することにより、ロータコアの軸方向両側で送風圧力に偏りが生じるため、その圧力差によって軸方向に流れる冷却風量が増加する。その結果、界磁コイルを冷却風に晒されやすくできる効果に加えて、軸方向に流れる冷却風量の増加により、界磁コイルの冷却性がより向上する。
請求項1〜3に記載した何れかの交流発電機において、冷却ファンは、ロータコアの少なくとも軸方向他端側の端面に固定されると共に、電機子コイルの他方のコイルエンドの内周に配置され、且つコイルエンドの軸方向全域に対向して設けられていることを特徴とする。
この場合、冷却ファンより吐出される冷却風を効率良く電機子コイルのコイルエンドに当てることができるので、電機子コイルの冷却性も向上する。
請求項2〜4に記載した何れかの交流発電機において、冷却ファンは、ロータコアに溶接により固定され、且つ溶着部の溶接ビードが直線状に連続して形成されていることを特徴とする。
この場合、溶着部の溶接ビードが直線状に連続して形成されるので、点状に溶接するスポット溶接やプロジェクション溶接等ではなく、例えば、溶接電流の低いTIG溶接でも十分な溶接強度を確保できる。また、プロジェクション溶接では、溶接電流が極めて大きいため、2つの爪状磁極間に永久磁石を配置した構成では、永久磁石の減磁が問題となるのに対し、例えば、TIG溶接あるいはレーザ溶接であれば、永久磁石が減磁する恐れもない。
請求項1〜5に記載した何れかの交流発電機において、回転子(第1の回転子と呼ぶ)と回転軸を共有すると共に、第1の回転子の軸方向一端側に任意の間隔を開けて配置される第2の回転子と、この第2の回転子の外周に配置される第2のステータコアに第2の電機子コイルを巻装して構成される第2の固定子と、第2の回転子と一体に回転して冷却風を発生する第2の冷却ファンとを備え、第2の回転子は、複数の爪状磁極を有する第2のロータコアに第2の界磁コイルを巻装して構成され、その第2の界磁コイルの軸方向寸法が第2のステータコアの軸方向寸法より小さく形成されると共に、第2の界磁コイルの軸方向他端側の端面が、第2のステータコアの同一側端面より第1の回転子側に位置していることを特徴とする。
上記の構成によれば、第1の回転子の界磁コイルと同様に、第2の界磁コイルを冷却風に晒されやすくできるので、第2の界磁コイルの冷却性が改善されて、第2の界磁コイルの温度上昇を抑制できる。
請求項6に記載した交流発電機において、第2の回転子は、周方向に隣合う爪状磁極同士の間にそれぞれ永久磁石を配置していることを特徴とする。
請求項6の発明に記載した様に、第2の界磁コイルの軸方向他端側の端面を第2のステータコアの同一側端面より第1の回転子側に出すことで、第2の界磁コイルの冷却性が改善されるため、第2の界磁コイルの温度上昇を抑制でき、狙い通りの高出力化を得ることが可能となる。
請求項6または7に記載した交流発電機において、第2のロータコアの軸方向寸法が、第2の電機子コイルの一方のコイルエンドの端面から他方のコイルエンドの端面までの軸方向寸法より小さく形成され、第2の回転子は、第2のロータコアの軸方向他端側の端面が、第2の電機子コイルの他方のコイルエンドの軸方向端面より第1の回転子側に位置していることを特徴とする。
この場合、第2のロータコアの軸方向中心が他端側へ変位することにより、第2のロータコアの軸方向両側で送風圧力に偏りが生じるため、その圧力差によって軸方向に流れる冷却風量が増加する。その結果、第2の界磁コイルを冷却風に晒されやすくできる効果に加えて、軸方向に流れる冷却風量の増加により、第2の界磁コイルの冷却性がより向上する。
請求項6〜8に記載した何れかの交流発電機において、第2の冷却ファンは、第2のロータコアの少なくとも軸方向一端側の端面に固定されると共に、第2の電機子コイルの一方のコイルエンドの内周に配置され、且つコイルエンドの軸方向全域に対向して設けられていることを特徴とする。
この場合、第2の冷却ファンより吐出される冷却風を効率良く第2の電機子コイルのコイルエンドに当てることができるので、第2の電機子コイルの冷却性も向上する。
請求項7〜9に記載した何れかの交流発電機において、第2の冷却ファンは、第2のロータコアに溶接により固定され、且つ溶着部の溶接ビードが直線状に連続して形成されていることを特徴とする。
この場合、溶着部の溶接ビードが直線状に連続して形成されるので、点状に溶接するスポット溶接やプロジェクション溶接等ではなく、例えば、溶接電流の低いTIG溶接でも十分な溶接強度を確保できる。また、プロジェクション溶接では、溶接電流が極めて大きいため、2つの爪状磁極間に永久磁石を配置した構成では、永久磁石の減磁が問題となるのに対し、例えば、TIG溶接あるいはレーザ溶接であれば、永久磁石が減磁する恐れもない。
先ず、発電機1の基本的な構成について説明する。
実施例1の発電機1は、図1に示す様に、電機子として働く固定子2、界磁として働く回転子3、固定子2と回転子3を支持する一組のフレーム4、5等より構成される。
固定子2は、内周に複数のスロット(図示せず)が形成された円環状のステータコア6と、スロットを介してステータコア6に巻き付けられる電機子コイル7とで構成され、回転子3の回転に伴って電機子コイル7に交流電圧が発生する。
回転子3は、エンジンの回転動力が伝達されて回転する回転軸8と、この回転軸8に固定された一組のランデル型ロータコア9と、このロータコア9に巻線された界磁コイル10と、ロータコア9に保持される複数の永久磁石11等で構成される。
一組のロータコア9は、それぞれ回転軸8の外周にセレーション嵌合するボス部9aと、このボス部9aから径方向外側に立ち上がった後、軸方向に延びて設けられた複数の爪状磁極9bとを有し、互いの爪状磁極9bが交互に噛み合う様に組み合わされている。
ロータコア9の軸方向両端には、ロータコア9と一体に回転して冷却風を発生する冷却ファン13、14が固定されている。
永久磁石11は、周方向に隣合う一方の爪状磁極9bと他方の爪状磁極9bとの間、つまり両爪状磁極9bの側面間に配置され、爪状磁極9bの側面に対向する磁石側面が、その爪状磁極9bと同極となる様に着磁されている。言い換えると、隣合う2つの爪状磁極9b間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁されている。
リヤフレーム5の外側(図示右側)には、電機子コイル7に誘起される交流電圧を整流する整流装置(図示せず)と、界磁コイル10に流れる電流量を制御して出力電圧を調整する電圧調整器19等が配置され、これらが保護カバー20によって覆われている。
保護カバー20は、図示しないボルトによりリヤフレーム5に固定されている。
図1に示す発電機1は、界磁コイル10の軸方向寸法(図示左右方向の長さ)がステータコア6の軸方向寸法より小さく形成され、且つロータコア9の軸方向寸法が電機子コイル7の一方のコイルエンド7aの端面から他方のコイルエンド7bの端面までの軸方向寸法より小さく形成されている。また、ロータコア9のボス部9a及び界磁コイル10の軸方向中心が、ステータコア6の軸方向中心より図示右側に変位している。但し、ロータコア9の各爪状磁極9bは、ステータコア6の軸方向全域に対向して配置されている。
a)界磁コイル10の軸方向一端側(図示右側)の端面が、ステータコア6の同一側端面より、図示A寸法だけ軸方向外側(図示右側)に位置している。
b)ロータコア9の軸方向一端側の端面が、電機子コイル7の一方のコイルエンド7aの軸方向端面より、図示B寸法だけ軸方向外側に位置している。
c)ロータコア9の図示左側に固定される冷却ファン13は、電機子コイル7の他方のコイルエンド7bの内周に配置され、且つそのコイルエンド7bの軸方向全域に対向して設けられている。
実施例1に記載した冷却ファン13、14は、図2(図2では冷却ファン13を示す)に示す様に、それぞれロータコア9の爪状磁極9bに溶接により固定され、且つ溶着部21の溶接ビードが直線状に連続して形成されていることを特徴とする。
本実施例では、溶着部21の溶接ビードが直線状に連続して形成されるので、点状に溶接するスポット溶接やプロジェクション溶接等ではなく、例えば、溶接電流の低いTIG溶接でも十分な溶接強度を確保できる。また、プロジェクション溶接では、溶接電流が極めて大きいため、ロータコア9の爪状磁極9bに永久磁石11を配置した構成では、永久磁石11の減磁が問題となるのに対し、例えば、TIG溶接あるいはレーザ溶接であれば、永久磁石11が減磁する恐れもない。
この実施例3に示す発電機1は、実施例1に記載した固定子2と回転子3(第1の固定子2、第1の回転子3と呼ぶ)の他に、もう一組の固定子と回転子(第2の固定子22、第2の回転子23と呼ぶ)を備えている。
第2の固定子22と第2の回転子23との関係は、第1の固定子2と第1の回転子3との関係と同様に、以下に記載するa)〜c)の特徴を有している。但し、第2のロータコア24のボス部24a及び第2の界磁コイル25の軸方向中心は、第2のステータコア26の軸方向より図示左側に変位している。
b)第2のロータコア24の軸方向他端側の端面が、第2の電機子コイル27の他方のコイルエンド27bの軸方向端面より、図示B2 寸法(実施例1に記載したB寸法と同じでも良い)だけ第1の回転子3側に位置している。
c)第2のロータコア24の図示右側に固定される第2の冷却ファン28は、第2の電機子コイル27の一方のコイルエンド27aの内周に配置され、且つそのコイルエンド27aの軸方向全域に対向して設けられている。
また、第2の冷却ファン28を第2の電機子コイル27の一方のコイルエンド27aの軸方向全域にオーバラップして配置することが可能となり、第2の冷却ファン28から径方向に吐出される冷却風を効率良く第2の電機子コイル27のコイルエンド27aに当てることができるので、第2の電機子コイル27の冷却性も向上する。
なお、第1のロータコア9の図示右側、及び第2のロータコア24の図示左側に、それぞれ冷却ファンを設けることもできる。
2 固定子(第1の固定子)
3 回転子(第1の回転子)
6 ステータコア
7 電機子コイル
7a 電機子コイルの一方のコイルエンド
7b 電機子コイルの他方のコイルエンド
8 回転軸
9 ロータコア(第1のロータコア)
9b 爪状磁極
10 界磁コイル
11 永久磁石
13 冷却ファン
21 溶着部
22 第2の固定子
23 第2の回転子
24 第2のロータコア
25 第2の界磁コイル
26 第2のステータコア
27 第2の電機子コイル
28 第2の冷却ファン
Claims (10)
- 複数の爪状磁極を有するロータコアに界磁コイルを巻装して構成される回転子と、
この回転子の外周に配置されるステータコアに電機子コイルを巻装して構成される固定子と、
前記回転子と一体に回転して冷却風を発生する冷却ファンとを備え、
前記界磁コイルの軸方向寸法が前記ステータコアの軸方向寸法より小さく形成されている交流発電機において、
前記界磁コイルの軸方向一端側の端面が、前記ステータコアの同一側端面より軸方向外側に位置していることを特徴とする交流発電機。 - 請求項1に記載した交流発電機において、
前記回転子は、周方向に隣合う前記爪状磁極同士の間にそれぞれ永久磁石を配置していることを特徴とする交流発電機。 - 請求項1または2に記載した交流発電機において、
前記ロータコアの軸方向寸法が、前記電機子コイルの一方のコイルエンドの端面から他方のコイルエンドの端面までの軸方向寸法より小さく形成され、
前記ロータコアの軸方向一端側の端面が、前記電機子コイルの一方のコイルエンドの軸方向端面より軸方向外側に位置していることを特徴とする交流発電機。 - 請求項1〜3に記載した何れかの交流発電機において、
前記冷却ファンは、前記ロータコアの少なくとも軸方向他端側の端面に固定されると共に、前記電機子コイルの他方のコイルエンドの内周に配置され、且つ前記コイルエンドの軸方向全域に対向して設けられていることを特徴とする交流発電機。 - 請求項2〜4に記載した何れかの交流発電機において、
前記冷却ファンは、前記ロータコアに溶接により固定され、且つ溶着部の溶接ビードが直線状に連続して形成されていることを特徴とする交流発電機。 - 請求項1〜5に記載した何れかの交流発電機において、
前記回転子(第1の回転子と呼ぶ)と回転軸を共有すると共に、前記第1の回転子の軸方向一端側に任意の間隔を開けて配置される第2の回転子と、
この第2の回転子の外周に配置される第2のステータコアに第2の電機子コイルを巻装して構成される第2の固定子と、
前記第2の回転子と一体に回転して冷却風を発生する第2の冷却ファンとを備え、
前記第2の回転子は、複数の爪状磁極を有する第2のロータコアに第2の界磁コイルを巻装して構成され、その第2の界磁コイルの軸方向寸法が前記第2のステータコアの軸方向寸法より小さく形成されると共に、前記第2の界磁コイルの軸方向他端側の端面が、前記第2のステータコアの同一側端面より前記第1の回転子側に位置していることを特徴とする交流発電機。 - 請求項6に記載した交流発電機において、
前記第2の回転子は、周方向に隣合う前記爪状磁極同士の間にそれぞれ永久磁石を配置していることを特徴とする交流発電機。 - 請求項6または7に記載した交流発電機において、
前記第2のロータコアの軸方向寸法が、前記第2の電機子コイルの一方のコイルエンドの端面から他方のコイルエンドの端面までの軸方向寸法より小さく形成され、
前記第2の回転子は、前記第2のロータコアの軸方向他端側の端面が、前記第2の電機子コイルの他方のコイルエンドの軸方向端面より前記第1の回転子側に位置していることを特徴とする交流発電機。 - 請求項6〜8に記載した何れかの交流発電機において、
前記第2の冷却ファンは、前記第2のロータコアの少なくとも軸方向一端側の端面に固定されると共に、前記第2の電機子コイルの一方のコイルエンドの内周に配置され、且つ前記コイルエンドの軸方向全域に対向して設けられていることを特徴とする交流発電機。 - 請求項7〜9に記載した何れかの交流発電機において、
前記第2の冷却ファンは、前記第2のロータコアに溶接により固定され、且つ溶着部の溶接ビードが直線状に連続して形成されていることを特徴とする交流発電機。
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