JP4118471B2 - ロータ構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流発電機ある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。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の交流発電機あるいは電動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。
【０００３】
ステータ８は、ステータコア１５と、このステータコア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，２４ｂ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。
【０００４】
動作を以下に説明する。図外のバッテリからブラシ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。
【０００５】
しかし、つぎの問題が発生する場合がある。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１００００〜１５０００（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１１−１３６９１３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３０Ｂの破損を防いでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置によれば、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２３ａ，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。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この請求項１に係る発明は、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、当該保持部材が隣り合う爪状磁極のそれぞれに個別に取付けられ、隣り合う保持部材に取付けられて隣り合う保持部材と保持部材との間に冷却空気を通過させるための隙間が形成されたものである。
【０００９】
この請求項２に係る発明は、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
【００１０】
この請求項３に係る発明は、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ものである。
【００１１】
この請求項４に係る発明は、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ものである。
【００１２】
この請求項５に係る発明は、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ものである。
【００１３】
この請求項６に係る発明は、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ものである。
【００１４】
この請求項７に係る発明は、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ものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図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２３ｃ，２３ｃに２つづつ、各爪状磁極２４の両側面２４ｃ，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２３，２４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２３，２４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。
【００１６】
図３に示す如く、磁石３０の形状は、截頭４角錐形である。つまり、爪状磁極２３，２４の側面２３ｃ，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２３，２４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４０ｃ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。
【００１７】
このように、保持部材４０の外径側に、軸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。
【００１８】
発電時に発生した熱の流れ、例えば、ロータコイル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２３，２４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。
【００１９】
なお、保持部材４０に磁性体材料を用いると、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４０ａ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。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、保持部材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２３ａ，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，２４ｃ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４２ｄ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２３，２４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，２４ｃ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。
【００２１】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、保持部材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４２ｄ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４２ａ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。
【００２２】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、保持部材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１１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。
【００２３】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、保持部材４０の延長部４５，４６はポールコア体２１，２２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２１ｋ、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２１ｋ，２２ｋの端面より突出させてもよい。
【００２４】
なお、車輌用交流発電機のロータに本発明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。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、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、当該保持部材が隣り合う爪状磁極のそれぞれに個別に取付けられ、隣り合う保持部材に取付けられて隣り合う保持部材と保持部材との間に冷却空気を通過させるための隙間が形成されたので、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。
【００２６】
第２の発明によれば、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。
【００２７】
第３の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００２８】
第４の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００２９】
第５の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００３０】
第６の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００３１】
第７の発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】 この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図３】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図４】 この発明の一実施の形態を示す平面図である。
【図５】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図６】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図７】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図８】 この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図９】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】 この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図１１】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図１３】 従来例を示す断面図である。
【図１４】 従来例を示す斜視図である。
【図１５】 従来例を示す側面図である。
【図１６】 従来例を示す斜視図である。
【図１７】 従来例を示す側面図である。
【図１８】 従来例を示す断面図である。
【図１９】 従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
７ ロータ、８ ステータ、１３ ロータコイル、１４ 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。
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流発電機ある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。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の交流発電機あるいは電動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。
【０００３】
ステータ８は、ステータコア１５と、このステータコア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，２４ｂ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。
【０００４】
動作を以下に説明する。図外のバッテリからブラシ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。
【０００５】
しかし、つぎの問題が発生する場合がある。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１００００〜１５０００（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１１−１３６９１３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３０Ｂの破損を防いでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置によれば、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２３ａ，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。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この請求項１に係る発明は、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、当該保持部材が隣り合う爪状磁極のそれぞれに個別に取付けられ、隣り合う保持部材に取付けられて隣り合う保持部材と保持部材との間に冷却空気を通過させるための隙間が形成されたものである。
【０００９】
この請求項２に係る発明は、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
【００１０】
この請求項３に係る発明は、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ものである。
【００１１】
この請求項４に係る発明は、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ものである。
【００１２】
この請求項５に係る発明は、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ものである。
【００１３】
この請求項６に係る発明は、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ものである。
【００１４】
この請求項７に係る発明は、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ものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図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２３ｃ，２３ｃに２つづつ、各爪状磁極２４の両側面２４ｃ，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２３，２４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２３，２４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。
【００１６】
図３に示す如く、磁石３０の形状は、截頭４角錐形である。つまり、爪状磁極２３，２４の側面２３ｃ，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２３，２４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４０ｃ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。
【００１７】
このように、保持部材４０の外径側に、軸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。
【００１８】
発電時に発生した熱の流れ、例えば、ロータコイル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２３，２４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。
【００１９】
なお、保持部材４０に磁性体材料を用いると、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４０ａ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。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、保持部材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２３ａ，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，２４ｃ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４２ｄ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２３，２４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，２４ｃ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。
【００２１】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、保持部材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４２ｄ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４２ａ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。
【００２２】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、保持部材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１１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。
【００２３】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、保持部材４０の延長部４５，４６はポールコア体２１，２２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２１ｋ、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２１ｋ，２２ｋの端面より突出させてもよい。
【００２４】
なお、車輌用交流発電機のロータに本発明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。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、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、当該保持部材が隣り合う爪状磁極のそれぞれに個別に取付けられ、隣り合う保持部材に取付けられて隣り合う保持部材と保持部材との間に冷却空気を通過させるための隙間が形成されたので、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。
【００２６】
第２の発明によれば、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。
【００２７】
第３の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００２８】
第４の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００２９】
第５の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００３０】
第６の発明によれば、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ので、保持部材の熱伝達量が増大し、冷却性を向上できる。
【００３１】
第７の発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】 この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図３】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図４】 この発明の一実施の形態を示す平面図である。
【図５】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図６】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図７】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図８】 この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図９】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】 この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図１１】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】 この発明の一実施の形態を示す斜視図である。
【図１３】 従来例を示す断面図である。
【図１４】 従来例を示す斜視図である。
【図１５】 従来例を示す側面図である。
【図１６】 従来例を示す斜視図である。
【図１７】 従来例を示す側面図である。
【図１８】 従来例を示す断面図である。
【図１９】 従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
７ ロータ、８ ステータ、１３ ロータコイル、１４ 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)
- 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、当該保持部材が隣り合う爪状磁極のそれぞれに個別に取付けられ、隣り合う保持部材に取付けられて隣り合う保持部材と保持部材との間に冷却空気を通過させるための隙間が形成されたことを特徴とするロータ構造。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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