JP2008245471A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】先細り形状の爪状磁極部23,27が軸方向の両端から軸方向に交互に延設されて互いに咬み合って周方向に配列されたポールコア8およびこのポールコア8に装着された界磁コイル7を有するランデル型の回転子6と、回転子6を所定の空隙をもって囲繞する円筒状の固定子鉄心16および固定子鉄心16に装着された固定子コイル17を有する固定子15と、を備える。固定子鉄心16は、ダル仕上げされた磁性鋼板を積層一体化して作製されており、固定子鉄心16における鉄部の占積率が96%±0.5%の範囲である。
【選択図】図2
Description
ここで、磁性鋼板における渦電流損Weは、(式1)で表すことができる。
We=ke×t2×B2×f2 (式1)
なお、We:渦電流損、ke:渦損係数、t:磁性鋼板の板厚、B磁束密度、f:交番磁界の周波数である。
このように、磁性鋼板の板厚を薄くすることは、固定子での渦電流損(鉄損)を小さくできるものの、磁性鋼板の占積率が小さくなり、回転子での界磁損を増大させ、結果的に回転電機全体の損失を増やしてしまっていた。
図1はこの発明の実施の形態1に係る巻線界磁式発電電動機を車載用に適用した場合の概念構成図である。
図1において、内燃機関101は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンである。回転電機としての巻線界磁式発電電動機102は、内燃機関101に直接結合され、あるいはベルトやプーリなどの結合手段104を介して結合され、互いにトルクの授受可能な状態配設されている。即ち、内燃機関101が駆動源となり、内燃機関101のトルクが巻線界磁式発電電動機102に伝達され、巻線界磁式発電電動機102が発電機として動作する。また、巻線界磁式発電電動機102が駆動源となり、巻線界磁式発電電動機102のトルクが内燃機関101に伝達され、内燃機関101が始動する。巻線界磁式発電電動機102は、蓄電池103と電気的に接続されている。この蓄電池103は、他の車両用負荷とともに共用する蓄電池でも、巻線界磁式発電電動機102専用の蓄電池でもよい。
図2において、巻線界磁式発電電動機102は、それぞれ略椀形状に成形され、開口を対向させて配設されたアルミ製のフロントブラケット2とリヤブラケット3とからなるケース1と、シャフト4をケース1の軸心位置に軸受5を介して支持されて、ケース1内に回転自在に配設された回転子6と、回転子6の軸方向の両端面に固定されたファン9と、ケース1のフロント側に延出するシャフト4の端部に固着されたプーリ10と、回転子6に対して一定のエアギャップを有して、回転子6の外周を囲繞してケース1に固定された固定子15と、シャフト4のリヤ側に固定され、回転子6に電流を供給する一対のスリップリング11と、各スリップリング11に摺動するようにケース1内に配設された一対のブラシ12と、固定子15で生じた交流を直流に整流する整流器13と、固定子15で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器14と、を備えている。
ポールコア8は、それぞれ例えばS10Cなどの低炭素鋼からなる鋼塊で冷間鍛造製法により作製された第1および第2ポールコア体20,24に分割構成されている。
固定子鉄心16は、ダル仕上げの冷間圧延鋼板を所定の形状にプレス成形して得られた磁性鋼板19を所定枚積層一体化して作製されている。磁性鋼板19はダル仕上げ(粗さ:2μm〜7μm)であることから、表面が粗くなっている。そこで、磁性鋼板19を隙間無く積層することができず、図3に示されるように、隙間aが磁性鋼板19間に形成される。
まず、電流が蓄電池103からブラシ12およびスリップリング11を介して回転子6の界磁コイル7に供給され、磁束が発生される。この磁束により、第1ポールコア体20の第1爪状磁極部23がN極に着磁され、第2ポールコア体24の第2爪状磁極部27がS極に着磁される。一方、内燃機関101の回転トルクが内燃機関の出力軸からベルトおよびプーリ10を介してシャフト4に伝達され、回転子6が回転される。そこで、回転磁界が固定子15の固定子コイル17に与えられ、起電力が固定子コイル17に発生する。この交流の起電力が整流器13で直流電流に整流されて、蓄電池103を充電したり、電気負荷に供給される。
図7から、発電電動機の電気的な損失全体は、占積率が96%の時に最小値をとり、占積率を96%±0.5%の範囲とすることで、損失全体を小さくできることが分かる。
板厚tを厚くしたまま占積率を小さくする手立てとしては、磁性鋼板19の表面粗さを粗くすることが考えられる。しかし、表面粗さが粗い磁性鋼板19を積層すると、積層された磁性鋼板19間の隙間が大きくなり、それらを溶接しにくくなると共に、それらを溶接により一体化しても、溶接された磁性鋼板19間の結合力が弱くなり、強度面の問題が生じる。
冷間圧延工程やプレス成形による内部歪みが磁性鋼板19に生じていると、磁束がこの内部歪みより固定子鉄心16を流れにくくなり、磁気特性の悪化をもたらし、鉄損を大きくする。この実施の形態2は、磁気特性の悪化をもたらす内部歪みを除去する方法に関するものである。
その後、固定子コイル17が装着されている固定子鉄心16の外周側を部分焼鈍し、固定子15を得る。部分焼鈍は、レーザを照射して部分的に加熱させる方法や、高周波電源を用いて外周部からヨークを通して高周波磁場を与えて誘導加熱させる方法などにより行える。
上記実施の形態2では、固定子15を作製した後、固定子鉄心16の外周側を部分焼鈍するものとしているが、この実施の形態3では、ダル仕上げの冷間圧延鋼板を所定の形状にプレス成形して作製された磁性鋼板を、アルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中、或いは真空雰囲気中にて焼鈍している。
この実施の形態3においても、冷間圧延工程およびプレス成形工程により磁性鋼板に生じた内部歪みが除去されるので、固定子での鉄損が低減され、損失全体を更に低減させることができる。
また、上記各実施の形態では、車両用の発電電動機に適用するものとして説明しているが、この発明は、発電電動機に限らず、ランデル型回転子が実装されていれば良く、例えば、電動機や交流発電機などの回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。
Claims (6)
- 先細り形状の爪状磁極部が軸方向の両端から軸方向に交互に延設されて互いに咬み合って周方向に配列されたポールコアおよびこのポールコアに装着された界磁コイルを有するランデル型回転子と、
上記ランデル型回転子を所定の空隙をもって囲繞する円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装着された固定子コイルを有する固定子と、を備え、
上記固定子鉄心は、ダル仕上げされた磁性鋼板を積層一体化して作製されており、該固定子鉄心における鉄部の占積率が96%±0.5%の範囲であることを特徴とする回転電機。 - 上記磁性鋼板の板厚が、0.37mm以上、0.48mm以下であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 上記固定子鉄心は、同一板厚の上記磁性鋼板のみを積層一体化して作製されていることを特徴とする請求項2記載の回転電機。
- 上記固定子鉄心は、焼鈍処理された上記磁性鋼板を積層一体化して作製されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記固定子鉄心は、上記磁性鋼板を積層一体化した後、焼鈍処理が施されたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記固定子は、上記固定子コイルが上記固定子鉄心に装着された状態で焼鈍処理されたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
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