JP7068422B1 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の冷却性能を向上させる。【解決手段】発電機１は、磁性鋼板を軸方向Ｄａに積層して形成された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側において、回転軸１４に固定された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極を備えた励磁用ＰＭＧ回転子３４とを有し、励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａは、周方向に沿う内周面３４ａＳｆが形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機の回転子に関し、例えば回転子と固定子とを有する発電機に適用して好適なものである。

従来、固定子及び回転子を有するモータが広く知られている。このようなモータにおいては、固定子が、固定子鉄心と、該固定子鉄心の内周側のスロット内に収められた固定子巻線とにより構成されており、回転子が、固定子の内周側に設けられており、回転子鉄心と、回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とにより構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第６６６７０８４号

このような回転子に用いられる永久磁石は、温度が上昇すると磁力が弱まり、磁束が減少する減磁作用が発生する。永久磁石が高温の状態でモータが動作した場合、永久磁石の減磁作用により、固定子巻線に生じる誘導起電力が低下してしまう。このため、回転子の冷却性能を向上させることが求められている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回転子の冷却性能を向上し得る回転電機の回転子を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の回転電機の回転子においては、磁性鋼板を軸方向に積層して形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、固定子の内周側において、回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とから構成される磁極を備えた回転子とを有する回転電機の回転子において、回転子鉄心は、軸方向の一端側に開口部が形成され、軸方向の他端側に回転子鉄心の内部空間と外部とを連通する通風穴を有する底部が形成され、周方向に沿う内周面が形成されており、該内周面において、軸方向に対し回転子鉄心の周方向に向かって傾斜し回転軸の回転軸中心に向かって突出する突出部が形成されているようにした。

本発明は、回転子鉄心の外周面からだけでなく、内周面からも放熱させることができ、回転子鉄心及び永久磁石の冷却性能を向上させることができる。

本発明によれば、回転子の冷却性能を向上し得る回転電機の回転子を実現できる。

発電機の構成を示し、軸方向における断面図である。 励磁用ＰＭＧの構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、下半分が（Ａ）におけるＡ矢視外観図、上半分が励磁用ＰＭＧ固定子フレームの軸方向端面を透過した、（Ａ）におけるＡ矢視図である。 励磁用ＰＭＧにおける磁束の経路を示す図である。 第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。 第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。 第３の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図、（Ｃ）は、軸方向及び径方向から見た斜視図である。 第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。 第５の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。 第６の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。

［１．第１の実施の形態］
［１－１．発電機の構成］
図１に示すように、発電機１は、主に、固定子１０と、回転子１２と、回転軸１４と、回転軸１４を支える２個の軸受１６とにより構成されている。原動機２は、エンジン、タービンや水車等であり、発電機１に回転力を与えて発電機１内の各機構を回転させることにより、発電を行う。なお、原動機２に近い側の軸受１６は省略される場合もある。

以下では、回転軸１４が沿う方向を軸方向Ｄａとし、回転子１２、励磁機回転子２２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４が回転する方向を周方向Ｄｃ（図２）とする。また、軸方向Ｄａに関し、原動機２に近接する側を駆動源近接側とも呼び、原動機２から離隔する側を駆動源離隔側とも呼ぶ。さらに、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４へ近接する方向を内周方向とし、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４から離隔する方向を外周方向と呼ぶ。さらに軸方向Ｄａに直交し内周方向と外周方向とに沿う方向を径方向Ｄｄとも呼ぶ。さらに径方向Ｄｄに関し、回転軸１４に近接する側を内側又は内周側とも呼び、回転軸１４から離隔する側を外側又は外周側とも呼ぶ。

固定子１０は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された固定子鉄心１０ａと、固定子鉄心１０ａの内周側のスロット内に収められた固定子巻線１０ｂとにより構成されている。回転子１２は、環状の固定子１０の内周側に設けられた突極型磁極であり、電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された回転子鉄心１２ａと、回転子巻線１２ｂとにより構成されている。

回転軸１４は、円柱形状であり軸方向Ｄａに沿って延設されており、中心である回転軸中心Ｒａを軸として周方向Ｄｃへ回転する。この回転軸１４は、駆動源近接側の端部が原動機２と直結しており、駆動源離隔側の端部に励磁用ＰＭＧ（Permanent Magnet Generator）３０が設けられている。

励磁機固定子２０は、固定子１０と、該固定子１０に対し励磁用ＰＭＧ３０側に位置する軸受１６（すなわち駆動源離隔側の軸受１６）との間に設けられている。この励磁機固定子２０は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁機固定子鉄心２０ａと、励磁機固定子鉄心２０ａの内周側のスロット内に収められた励磁機固定子巻線２０ｂとにより構成されている。励磁機回転子２２は、環状の励磁機固定子２０の内周側に設けられており、電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁機回転子鉄心２２ａと、励磁機回転子鉄心２２ａの外周側のスロット内に収められた励磁機回転子巻線２２ｂとにより構成されている。

励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用永久磁石発電機であり、回転軸１４において、回転子１２に対し原動機２とは逆側の端部（すなわち駆動源離隔側の端部）に設けられている。励磁用ＰＭＧ３０についての構成は後述する。

［１－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図２に示すように励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ回転子３４と、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６とにより構成されている回転電機である。

励磁用ＰＭＧ固定子３２は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと、励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａの内周側のスロット内に収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとにより構成されている。励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａは、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６に焼嵌めで固定されている。励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６は、駆動源離隔側の端部が閉口し駆動源近接側の端部が開口する中空の円柱形状であり、励磁用ＰＭＧ固定子３２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４を囲っており、一端部が軸受１６に固定されている。

［１－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子３４は、環状の励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ（詳細は後述する）と、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂと、テープ３４ｃとにより構成されている。永久磁石３４ｂは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側の表面に吸着しており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面との間に接着剤が塗布されることにより、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し吸着位置がずれることが防止されている。また永久磁石３４ｂの外周面を含む励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面には、励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面を覆うようにテープ３４ｃが巻き付けられている。これにより励磁用ＰＭＧ３０は、永久磁石３４ｂの表面を保護すると共に、永久磁石３４ｂ同士の反発力により励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂの吸着位置がずれることを防止している。

図３に矢印で示すように、磁束φの経路は、永久磁石３４ｂのＮ極、励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａ、永久磁石３４ｂのＳ極、永久磁石３４ｂのＮ極、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ、永久磁石３４ｂのＳ極、永久磁石３４ｂのＮ極という経路を順次辿り、以下はループする。

［１－４．減磁作用について］
ところで、永久磁石３４ｂは、温度が上昇すると磁力が弱まり、磁束φが減少する減磁作用が発生する。励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用ＰＭＧ回転子３４に設けられている永久磁石３４ｂの磁場と励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂによる電磁誘導を利用して発電を行う。電磁誘導により生じる誘導起電力Ｅ［Ｖ］は、以下の（１）式で表され、その大きさは、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂの巻き数Ｎと、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂと鎖交する磁束φ［Ｗｂ］の時間変化量ｄφ／ｄｔとにより求められる。

Ｅ＝－Ｎ×ｄφ／ｄｔ……（１）

永久磁石３４ｂが高温の状態で励磁用ＰＭＧ３０が運転された場合、永久磁石３４ｂの減磁作用によりｄφ／ｄｔが減少し、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに生じる誘導起電力Ｅが低下する。その結果、励磁用ＰＭＧ３０が外部に供給する交流電流は低下する。励磁用ＰＭＧ３０が高温になる原因は、磁束φが励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとに鎖交することで生じる損失である。励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａは、磁束φが鎖交することで鉄損が生じ、発熱する。励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂは、電磁誘導により電流が流れることで銅損が生じ、発熱する。永久磁石３４ｂは、磁束φが鎖交することで表面部に渦電流が生じ、発熱する。

［１－５．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
図４に示すように、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、全体として、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状であり、いわゆる、椀形状となっている。この励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、底面部３４ａＢ及び側面部３４ａＳにより構成されており、底面部３４ａＢと側面部３４ａＳとにより囲まれた円柱形状の内部空間３４ａＰが形成されている。すなわち励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、中実の円柱形状の内側が、駆動源離隔側から駆動源近接側に向かって円柱形状に凹んだような形状となっている。

底面部３４ａＢは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにおける駆動源近接側の端部に形成されており、略円盤形状である。また底面部３４ａＢは、駆動源近接側の端面が回転軸１４に固定されている。この底面部３４ａＢにおける駆動源離隔側には、内側底面３４ａＢｆが形成されている。内側底面３４ａＢｆは、軸方向Ｄａに直交する径方向Ｄｄに沿う円形状の平面である。

側面部３４ａＳは、底面部３４ａＢの外周部から駆動源離隔側に向かって延びており、筒形状である。この側面部３４ａＳにおける内周側には、内周面３４ａＳｆが形成されている。内周面３４ａＳｆは、側面部３４ａＳの駆動源近接側端部から駆動源離隔側端部までに亘って軸方向Ｄａに沿う面であり、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って形成されている。

また励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、駆動源離隔側の端部における側面部３４ａＳよりも内周側において、円形状の開口部３４ａＡが形成されている。

ここで、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの側面部３４ａＳにおける、径方向Ｄｄに沿う厚さを、厚さｔとする。また、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにおける駆動源離隔側端部から、内側底面３４ａＢｆまでの軸方向Ｄａの長さ、すなわち、内周面３４ａＳｆの軸方向Ｄａの長さ、換言すれば、内部空間３４ａＰの深さを、鉄心軸方向長さＬ［ｍｍ］とする。

なお、厚さｔが薄いと、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが磁気飽和し、磁束φの流れが妨げられ磁束φが減少する。それにより、（１）式のｄφ／ｄｔが減少し、誘導起電力Ｅが低下することで、励磁用ＰＭＧ３０の交流電流が低下する。これに対し、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが磁気飽和しないように、磁束を磁束φ［Ｗｂ］、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが磁気飽和する磁束密度を磁束密度Ｂ［Ｔ］としたとき、以下の（２）式により、厚さｔ［ｍｍ］が決定される。飽和磁束密度は材料により異なるが、例えば励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａでよく使われる電磁鋼板の場合は、１．６～１．８［Ｔ］である。

ｔ＞φ／（Ｂ×Ｌ×１０^－６）……（２）

［１－６．回転力から電力への変換］
かかる構成において、回転力を電力に変換する過程を説明する。初めに、原動機２が用いられ回転軸１４が回転される。この時、回転軸１４に設けられた励磁用ＰＭＧ回転子３４も同様に回転する。励磁用ＰＭＧ回転子３４には永久磁石３４ｂが設けられているため、回転磁界が形成される。この回転磁界が励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに電圧が発生し、交流電流が発電機１外部に供給される。

この交流電流は、外部の制御盤に内蔵された自動電圧調整器（図示せず）により直流電流に変換され、励磁機固定子巻線２０ｂに供給される。励磁機固定子巻線２０ｂに直流電流が流れることでアンペールの法則により磁界が形成される。この磁界が励磁機回転子巻線２２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁機回転子巻線２２ｂに電圧が発生して交流電流が流れる。

この交流電流は、回転軸１４に設けられた整流器（図示せず）により直流電流に変換され、回転子巻線１２ｂに供給される。回転子巻線１２ｂに直流電流が流れることでアンペールの法則により磁界が形成される。この磁界が固定子巻線１０ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、固定子巻線１０ｂに電圧が発生して交流電流が外部負荷に供給される。

［１－７．効果等］
以上の構成において発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを、軸方向Ｄａの一端側としての駆動源離隔側の端部に開口部３４ａＡを形成し、軸方向Ｄａの他端側としての駆動源近接側の端部に底部としての底面部３４ａＢを形成することにより、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状とし、側面部３４ａＳに囲まれる内部に内部空間３４ａＰを形成するようにした。このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面からだけでなく、内周面３４ａＳｆからも放熱させることができる。これにより発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが中実の略円柱形状である場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能を向上させることができる。かくして発電機１は、温度上昇による永久磁石３４ｂの減磁作用を防ぎ、交流電流を低下させることなく安定して供給することができる。

さらに発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが中実の略円柱形状である場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの体積を低減できるため、軽量化させることができる。

以上の構成によれば発電機１は、磁性鋼板を軸方向Ｄａに積層して形成された固定子鉄心としての励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた固定子巻線としての励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される固定子としての励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側において、回転軸１４に固定された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極を備えた回転子としての励磁用ＰＭＧ回転子３４とを有する回転電機としての発電機１の励磁用ＰＭＧ回転子３４において、励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａは、周方向に沿う内周面３４ａＳｆが形成されているようにした。

このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面からだけでなく、内周面３４ａＳｆからも放熱させることができ、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能を向上させることができる。

［２．第２の実施の形態］
［２－１．発電機の構成］
第２の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図４と対応する部材に同一符号を付した図５に示すように、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子１３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに代わる励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａを有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－４．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと比較して、フィン１４０が形成されている点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

突出部としてのフィン１４０は、内周面３４ａＳｆから周方向Ｄｃに等間隔を空けて例えば１６個である複数個設けられており、回転軸中心Ｒａに向かって突出している。このフィン１４０は、周方向Ｄｃの幅が狭く径方向Ｄｄの高さが高い薄板状であり、横断面が四角形である四角柱形状に形成されている。またフィン１４０は、内周面３４ａＳｆにおける駆動源離隔側端部から駆動源近接側端部までに亘って、すなわち、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａにおける駆動源離隔側端部である開口側端部から、内側底面３４ａＢｆまでに亘って、軸方向Ｄａに沿って直線状に形成されている。

このため励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４（図４）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａの放熱面積を増加させることができる。これにより励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４（図４）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能をより一層向上させることができる。

その他の点においても、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と同様の作用効果を奏し得る。

［３．第３の実施の形態］
［３－１．発電機の構成］
第３の実施の形態による発電機（図示せず）は、第２の実施の形態による発電機と比較して、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧに代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［３－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図５と対応する部材に同一符号を付した図６に示すように、第３の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧと比較して、励磁用ＰＭＧ回転子１３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子２３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。なお図６（Ｃ）においてテープ３４ｃは図示せず省略する。

［３－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子１３４と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａに代わる励磁用ＰＭＧ回転子鉄心２３４ａを有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［３－４．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心２３４ａは、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子鉄心１３４ａと比較して、フィン１４０に代わるフィン２４０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

フィン２４０は、内周面３４ａＳｆから周方向Ｄｃに等間隔を空けて例えば１０個である複数個設けられており、回転軸中心Ｒａに向かって突出している。このフィン２４０は、フィン１４０と同様に、周方向Ｄｃの幅が狭く径方向Ｄｄの高さが高い薄板状であり、横断面が四角形である。またフィン２４０は、フィン１４０と同様に、内周面３４ａＳｆにおける駆動源離隔側端部から駆動源近接側端部までに亘って、すなわち、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心２３４ａにおける駆動源離隔側端部である開口側端部から、内側底面３４ａＢｆまでに亘って形成されている。さらにフィン２４０は、軸方向Ｄａに沿っておらず、軸方向Ｄａに対し傾斜するように周方向Ｄｃに捻じられつつ、ほぼ軸方向Ｄａに沿っている。

このため励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、該励磁用ＰＭＧ回転子２３４が周方向Ｄｃへ回転したときに、該励磁用ＰＭＧ回転子２３４の回転方向である周方向Ｄｃと同じ方向へ捻れた螺旋状のフィン２４０に沿って、開口部３４ａＡから空気を内部空間３４ａＰへ流入させることができる。これにより励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子１３４（図５）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心２３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能をより一層向上させることができる。

その他の点においても、第３の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子１３４と同様の作用効果を奏し得る。

［４．第４の実施の形態］
［４－１．発電機の構成］
第４の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［４－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図４と対応する部材に同一符号を付した図７に示すように、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子３３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［４－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子３３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに代わる励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３３４ａを有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［４－４．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３３４ａは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと比較して、フィン３４０が形成されている点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

フィン３４０は、内周面３４ａＳｆから軸方向Ｄａに等間隔を空けて例えば５個である複数個設けられており、回転軸中心Ｒａに向かって突出している。このフィン３４０は、軸方向Ｄａの幅が狭く径方向Ｄｄの高さが高い薄板状であり、横断面が四角形である。またフィン３４０は、内周面３４ａＳｆにおいて周方向Ｄｃに沿って全周に亘って形成されている。このためそれぞれのフィン３４０は、リング形状となっている。

このため励磁用ＰＭＧ回転子３３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４（図４）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３３４ａの放熱面積を増加させることができる。これにより励磁用ＰＭＧ回転子３３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４（図４）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能をより一層向上させることができる。

その他の点においても、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と同様の作用効果を奏し得る。

［５．第５の実施の形態］
［５－１．発電機の構成］
第５の実施の形態による発電機（図示せず）は、第４の実施の形態による発電機と比較して、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧに代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［５－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図７と対応する部材に同一符号を付した図８に示すように、第５の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧと比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子４３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［５－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子４３４は、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３３４と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３３４ａに代わる励磁用ＰＭＧ回転子鉄心４３４ａを有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［５－４．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心４３４ａは、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３３４ａと比較して、フィン３４０に代わるフィン４４０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

フィン４４０は、フィン３４０と同様に、内周面３４ａＳｆから軸方向Ｄａに等間隔を空けて複数個設けられており、回転軸中心Ｒａに向かって突出している。このフィン４４０は、フィン３４０と同様に、軸方向Ｄａの幅が狭く径方向Ｄｄの高さが高い薄板状であり、横断面が四角形である。またフィン４４０は、内周面３４ａＳｆにおいて軸方向Ｄａに螺旋状に形成されている。このためそれぞれのフィン４４０は、１本のフィン４４０が、内周面３４ａＳｆにおける駆動源離隔側端部から駆動源近接側端部までに亘って連続的に形成されている。

このため励磁用ＰＭＧ回転子４３４は、該励磁用ＰＭＧ回転子４３４が周方向Ｄｃへ回転したときに、該励磁用ＰＭＧ回転子４３４の回転方向である周方向Ｄｃと同じ方向へ捻れた螺旋形状のフィン４４０に沿って、開口部３４ａＡから空気を内部空間３４ａＰへ流入させることができる。これにより励磁用ＰＭＧ回転子４３４は、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３３４（図７）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心４３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能をより一層向上させることができる。

その他の点においても、第５の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子４３４は、第４の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３３４と同様の作用効果を奏し得る。

［６．第６の実施の形態］
［６－１．発電機の構成］
第６の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［６－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図４と対応する部材に同一符号を付した図９に示すように、第６の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子５３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［６－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子５３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに代わる励磁用ＰＭＧ回転子鉄心５３４ａを有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［６－４．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心５３４ａは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと比較して、通風穴５０が形成されている点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

通風穴５０は、底面部３４ａＢにおいて周方向Ｄｃに沿って等間隔を空けて例えば８個である複数個設けられている。この通風穴５０は、軸方向Ｄａに沿った円柱形状であり、横断面が円形状となっている。また通風穴５０は、底面部３４ａＢにおける内側底面３４ａＢｆから駆動源近接側の面までを貫通しており、内部空間３４ａＰと励磁用ＰＭＧ回転子鉄心５３４ａの外側とを連通している。

このため励磁用ＰＭＧ回転子５３４は、内周面３４ａＳｆから放熱された空気を、通風穴５０を介し内部空間３４ａＰの外部へ排出できる。これにより励磁用ＰＭＧ回転子５３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４（図４）と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心５３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能をより一層向上させることができる。

その他の点においても、第６の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子５３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と同様の作用効果を奏し得る。

［７．他の実施の形態］
なお上述した第１の実施の形態においては、内部空間３４ａＰ（図４）を円柱形状とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、内部空間３４ａＰを四角形状等、種々の形状としても良い。第２乃至第６の実施の形態においても同様である。

また上述した第１の実施の形態においては、内周面３４ａＳｆ（図４）を駆動源近接側端部から駆動源離隔側端部までに亘って軸方向Ｄａに沿わせる場合について述べた。本発明はこれに限らず、内周面３４ａＳｆの全体又は少なくとも一部分を軸方向Ｄａに対し傾斜させても良い。第２乃至第６の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、内側底面３４ａＢｆ（図４）を軸方向Ｄａに直交する径方向Ｄｄに沿う円形状の平面とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、内側底面３４ａＢｆの全体又は少なくとも一部分を軸方向Ｄａに直交する径方向Ｄｄに対し傾斜させても良い。第２乃至第６の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第２の実施の形態においては、フィン１４０を横断面が四角形の四角柱形状とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、フィン１４０を例えば横断面が半円の半円柱形状等、種々の形状としても良い。第３の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第２の実施の形態においては、内周面３４ａＳｆに周方向Ｄｃに等間隔を空けて複数個のフィン１４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、内周面３４ａＳｆに周方向Ｄｃに種々の間隔を空けて複数個のフィン１４０を設けても良い。第３の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第２の実施の形態においては、内周面３４ａＳｆに複数個のフィン１４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、内周面３４ａＳｆに１個だけフィン１４０を設けても良い。第３の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第４の実施の形態においては、フィン３４０の横断面を四角形とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、フィン３４０の横断面を例えば半円形状等、種々の形状としても良い。第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第４の実施の形態においては、内周面３４ａＳｆに軸方向Ｄａに等間隔を空けて複数個のフィン３４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、内周面３４ａＳｆに軸方向Ｄａに種々の間隔を空けて複数個のフィン３４０を設けても良い。第５の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第４の実施の形態においては、内周面３４ａＳｆに複数個のフィン３４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、内周面３４ａＳｆに１個だけフィン３４０を設けても良い。

さらに上述した第５の実施の形態においては、内周面３４ａＳｆに１本のフィン４４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、内周面３４ａＳｆに複数本のフィン４４０を設けても良い。

さらに上述した第６の実施の形態においては、通風穴５０を軸方向Ｄａに沿った形状とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、通風穴５０を軸方向Ｄａに対し傾斜した形状としても良い。

さらに上述した第６の実施の形態においては、通風穴５０を横断面で円形状とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、通風穴５０を横断面で四角形状等、種々の形状としても良い。

さらに上述した第６の実施の形態においては、内側底面３４ａＢｆに複数個の通風穴５０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、内側底面３４ａＢｆに１個だけ通風穴５０を設けても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、励磁用ＰＭＧ３０に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の回転電機に本発明を適用しても良い。

さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。例えば、第６の実施の形態による通風穴５０を、第２乃至第５の何れの実施の形態における励磁用ＰＭＧ回転子１３４、２３４、３３４又は４３４に適用しても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、固定子としての励磁用ＰＭＧ固定子３２と、回転子としての励磁用ＰＭＧ回転子３４とによって、回転電機としての発電機１を構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる固定子と、回転子とによって、発電機を構成しても良い。第２乃至第５の実施の形態においても同様である。

本発明は、回転子鉄心の外周側に永久磁石が設けられた発電機において利用できる。

１……発電機、２……原動機、１０……固定子、１０ａ……固定子鉄心、１０ｂ……固定子巻線、１２……回転子、１２ａ……回転子鉄心、１２ｂ……回転子巻線、１４……回転軸、１６……軸受、Ｒａ……回転軸中心、２０……励磁機固定子、２０ａ……励磁機固定子鉄心、２０ｂ……励磁機固定子巻線、２２……励磁機回転子、２２ａ……励磁機回転子鉄心、２２ｂ……励磁機回転子巻線、３０……励磁用ＰＭＧ、３２……励磁用ＰＭＧ固定子、３２ａ……励磁用ＰＭＧ固定子鉄心、３２ｂ……励磁用ＰＭＧ固定子巻線、３４、１３４、２３４、３３４、４３４、５３４……励磁用ＰＭＧ回転子、３４ａ、１３４ａ、２３４ａ、３３４ａ、４３４ａ、５３４ａ……励磁用ＰＭＧ回転子鉄心、３４ａＢ……底面部、３４ａＳ……側面部、３４ａＢｆ……内側底面、３４ａＳｆ……内周面、３４ａＡ……開口部、３４ａＰ……内部空間、３４ｂ……永久磁石、３４ｃ……テープ、３６……励磁用ＰＭＧ固定子フレーム、１４０、２４０、３４０、４４０……フィン、５０……通風穴、Ｄａ……軸方向、Ｄｄ……径方向、Ｄｃ……周方向。

Claims (2)

1. 磁性鋼板を軸方向に積層して形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、
   前記固定子の内周側において、回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とから構成される磁極を備えた回転子と
   を有する回転電機の回転子において、
   前記回転子鉄心は、前記軸方向の一端側に開口部が形成され、前記軸方向の他端側に前記回転子鉄心の内部空間と外部とを連通する通風穴を有する底部が形成され、周方向に沿う内周面が形成されており、該内周面において、前記軸方向に対し前記回転子鉄心の周方向に向かって傾斜し前記回転軸の回転軸中心に向かって突出する突出部が形成されている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 磁性鋼板を軸方向に積層して形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、
   前記固定子の内周側において、回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とから構成される磁極を備えた回転子と
   を有する回転電機の回転子において、
   前記回転子鉄心は、前記軸方向の一端側に開口部が形成され、前記軸方向の他端側に前記回転子鉄心の内部空間と外部とを連通する通風穴を有する底部が形成され、周方向に沿う内周面が形成されており、該内周面において、前記内周面の周方向に沿う螺旋形状であり前記回転軸の回転軸中心に向かって突出する突出部が形成されている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。

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