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交流回転電機 - 三菱電機株式会社
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発明の名称 交流回転電機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−6638(P2007−6638A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−184779(P2005−184779)
出願日 平成17年6月24日(2005.6.24)
代理人 【識別番号】100057874
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照
発明者 藤田 暢彦 / 吉澤 敏行 / 米谷 晴之
要約 課題
この発明は、永久磁石の体積を増やすことなく、出力を向上させることができる交流発電電動機を得る。

解決手段
この発明の交流発電電動機では、内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極18、19をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各爪状磁極18、19の対向した両方の側面にそれぞれ配設されこれらの爪状磁極18、19間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石20を含む回転自在な回転子とを備え、一対の永久磁石20間に磁性体30が設けられている。
特許請求の範囲
【請求項1】
内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、
この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した両方の側面にそれぞれ配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子と
を備えた交流回転電機において、
一対の前記永久磁石間に磁性体が設けられていることを特徴とする交流回転電機。
【請求項2】
前記磁性体は、前記側面に沿って延びた隙間を介して2分割されている請求項1に記載の交流回転電機。
【請求項3】
前記磁性体は、一方の前記永久磁石との間で前記側面に沿って延びた隙間が生じるように、他方の前記永久磁石に設けられている請求項1に記載の交流回転電機。
【請求項4】
内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、
この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した両方の側面間に配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子と
を備えた交流回転電機において、
前記永久磁石の周方向の両側面にそれぞれ磁性体が設けられていることを特徴とする交流回転電機。
【請求項5】
前記永久磁石は、一方の前記磁性体との間で前記側面に沿って延びた隙間が生じるように、他方の前記磁性体に設けられている請求項4に記載の交流回転電機。
【請求項6】
内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、
この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した側面間に配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子と
を備えた交流回転電機において、
一方の前記側面に前記永久磁石が設けられ、他方の前記側面に磁性体が設けられていることを特徴とする交流回転電機。
【請求項7】
前記永久磁石と前記磁性体との間に、前記側面に沿って隙間が設けられている請求項6に記載の交流回転電機。
【請求項8】
内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、
この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した両方の側面にそれぞれ配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子と
を備えた交流回転電機において、
前記爪状磁極の周方向の両側に配置された前記永久磁石は、爪状磁極とともに囲った、磁性体を有する断面コ字状の保持部材で保持されていることを特徴とする交流回転電機。
【請求項9】
前記保持部材は、前記永久磁石に当接した当接部が前記磁性体で構成されている請求項8に記載の交流回転電機。
【請求項10】
前記当接部には、前記永久磁石に達する穴が形成されている請求項9に記載の交流回転電機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、隣り合う各爪状磁極間に永久磁石が配設された回転子を有する交流回転電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、隣り合う各爪状磁極間に永久磁石が配置された回転子を有する車両用交流発電電動機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この場合、永久磁石は、爪状磁極間の漏洩磁束と反対方向に着磁されることで、その爪状磁極間の漏洩磁束を低減する、あるいは界磁主磁束による磁気飽和を緩和し、固定子鉄心に磁束を鎖交させて発電あるいはトルク発生に寄与する有効磁束を増大することにより、発電、トルク出力を向上させることができる。
【0003】
【特許文献1】特許3144567号公報(図2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
車両用交流発電電動機では、発生トルクの向上が課題であり、特にアイドルストップ機能を目的とする車両用発電電動機では、エンジンスタートのための発生トルク、即ち電動機の始動トルクを大きくすることが必要である。
また、最近の車載電装品の増加により、発電の出力を大きくすることも必要である。
このため、使用する永久磁石の体積(磁石量)を増やすことで、発生トルクおよび発電量を向上させることができる。
しかしながら、高価な永久磁石の体積の増加は、製造コストの増大につながり、また高速回転における遠心力で永久磁石が飛散する恐れがある等の問題点があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、永久磁石の体積を増やすことなく、出力を向上させることができる交流回転電機を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係る交流回転電機は、内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した両方の側面にそれぞれ配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子とを備えた交流回転電機において、一対の前記永久磁石間に磁性体が設けられている。
【0007】
また、この発明に係る交流回転電機は、内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した両方の側面間に配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子とを備えた交流回転電機において、前記永久磁石の周方向の両側面にそれぞれ磁性体が設けられている。
【0008】
また、この発明に係る交流回転電機は、内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した側面間に配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子とを備えた交流回転電機において、一方の前記側面に前記永久磁石が設けられ、他方の前記側面に磁性体が設けられている。
【0009】
また、この発明に係る交流回転電機は、内周側に軸線方向に延びたスロットが形成された固定子鉄心、前記スロットに導線が巻回されて固定子鉄心に装着された固定子巻線を含む固定子と、この固定子の内側に設けられた界磁巻線、この界磁巻線を覆って設けられ交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第1のポールコア及び第2のポールコアから構成された回転子鉄心、及び隣り合う各前記爪状磁極の対向した両方の側面にそれぞれ配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石を含む回転自在な回転子とを備えた交流回転電機において、前記爪状磁極の周方向の両側に配置された前記永久磁石は、爪状磁極とともに囲った、磁性体を有する断面コ字状の保持部材で保持されている。
【発明の効果】
【0010】
この発明に係る交流回転電機によれば、永久磁石の体積を増やすことなく、出力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
なお、各実施の形態では、交流回転電機として、車両用交流発電電動機の場合について説明する。
【0012】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の車両用交流発電電動機を示す側断面図、図2は図1の要部を径方向から視たときの図である。
この回転電機である車両用交流発電電動機(以下、発電電動機と略称する)では、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内に、一端部にプーリ4が固定されたシャフト6が回転可能に設けられている。このシャフト6にはランデル型の回転子7が固定されている。この回転子7の両側面にはファン5が固定されている。
ケース3の内壁面には固定子8が固定されている。シャフト6の他端部には回転子7に電流を供給するスリップリング9が固定されている。このスリップリング9の表面には、ブラシホルダ11に収納された一対のブラシ10が摺動するようになっている。フロントブラケット1には、配線基板13に接続されているとともに、インバータ回路(図示せず)に接続される端子12が設けられている。
【0013】
回転子7は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線14と、この界磁巻線14を覆って設けられその磁束によって磁極が形成される回転子鉄心15とを備えている。回転子鉄心15は、一対の交互に噛み合った第1のポールコア16及び第2のポールコア17とから構成されている。第1のポールコア16及び第2のポールコア17は、鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極18、19をそれぞれ有している。
また、回転子7は、隣り合う爪状磁極18、19の対向した両側面のそれぞれに接着され、爪状磁極18、19間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された永久磁石20と、一対の永久磁石20間に設けられた磁性体30とを備えている。
固定子8は、固定子鉄心21と、この固定子鉄心21に導線が巻回され回転子7の回転に伴い界磁巻線14からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線22とを備えている。
【0014】
次に、上記構成の発電電動機を発電機として使用した場合の動作について説明する。
バッテリ(図示せず)からブラシ10、スリップリング9を通じて界磁巻線14に電流が供給されて磁束が発生し、第1のポールコア16の爪状磁極18にはN極が着磁され、第2のポールコア17の爪状磁極19にはS極が着磁される。一方、エンジンによってプーリ4は駆動され、シャフト6によって回転子7が回転するため、固定子巻線22には回転磁界が与えられ、固定子巻線22には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器(図示せず)を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ(図示せず)によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【0015】
次に、上記構成の発電電動機を電動機として使用した場合の動作について説明する。
エンジンの始動時には、交流電流が固定子巻線22に供給される。また、電流がブラシ10、スリップリング9を介して界磁巻線14に供給されて磁束が発生し、第1のポールコア16の爪状磁極18にはN極が着磁され、第2のポールコア17の爪状磁極19にはS極が着磁される。そして、固定子巻線22及び回転子7が電磁石として作用し、回転子7がシャフト6とともに固定子8内で回転する。このシャフト6の回転力がプーリ4を介してエンジンの出力軸に伝達され、エンジンが始動される。
【0016】
ところで、本願発明者は、爪状磁極間に装着された磁性体によるトルクアップ量を三次元電磁界解析により求めた。
図3、図4はその結果を示す図である。
図3において、横軸は、隣接した爪状磁極間に設けられた永久磁石の割合を示しており、例えば「0%」永久磁石が無い場合であり、「100%」は爪状磁極間が永久磁石で占められ、磁性体が無い場合である。
縦軸は、永久磁石が無いときと比較してのトルクアップ量(%)を示している。
図中、点線は、磁性体が「無」のときのトルクアップ量を示しており、実線は、磁性体が「有」のときのトルクアップ量を示している。
この図から、爪状磁極間に永久磁石が占める割合が大きくなるに比例してトルク値は増大し、さらに磁性体を装着することでトルク値はさらに増大することが分かる。
【0017】
図4は、磁性体が有るときのトルク値と、無いときのトルク値との差を示す図である。この図4において、横軸は、図3の横軸と同じく隣接した爪状磁極間に設けられた永久磁石の割合を示しており、縦軸は、磁性体が「有」の場合のトルク値と、「無」の場合のトルク値との差であり、磁性体が「有」の場合のトルクアップ量(%)を示している。
この図から、爪状磁極間の永久磁石が占める割合が25%から100%未満までは、磁性体によりトルクが増加し、爪状磁極間で永久磁石と磁性体とが占める割合がそれぞれ50%ずつのときが最大であることが分かる。
【0018】
なお、図3、図4において、トルクとは、界磁電流を流した状態での始動トルクであり、界磁電流には短時間流し得る最大の電流を流した場合を想定している。また、電機子電流にも短時間最大電流値流した場合を想定し、界磁起磁力と電機子起磁力のなす位相角も最大トルクが発生する位相角で始動トルクを設定している。ただし、バッテリによって電源電圧に制限があるため、この電圧制限内での最大トルクということになる。
【0019】
このように、実施の形態1の発電電動機によれば、対向した永久磁石20間に磁性体30を設けたことにより、永久磁石20の磁束が強められ、電動機として使用された場合には、本願発明者による三次元電磁界解析からも分かるように、全体の永久磁石20の量が一定のまま、発生トルクを向上させることができる。
また、発電機として使用された場合には、発電量を向上させることができる。
特に、爪状磁極18、19間の永久磁石20と磁性体30とが占める割合がそれぞれ50%ずつのとき、発生トルク、発電量が最大となる。
【0020】
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、磁性体30は、側面に沿って延びた隙間31を介して2分割された第1の磁性体部30a、第2の磁性体部30bで構成されている。
他の構成は、実施の形態1の発電電動機と同様である。
【0021】
この実施の形態では、対向した永久磁石20間に磁性体30を設けたことにより、永久磁石20の磁束が強められ、発生トルクを向上させることができる。
また、磁性体30には、隙間31が設けられているので、ファン5の回転により生じた、回転子7の軸線方向に向かう冷却空気の一部は、隙間31を冷却通路として流れ、磁性体30及び永久磁石20が冷却され、磁性体30及び永久磁石20の温度上昇が抑制される。そのため、永久磁石20の磁束量の温度勾配が負で、温度低減によって磁束が強められ、また永久磁石20の温度上昇による不可逆減磁も防止されるので、発生トルク、発電量をさらに向上させることができる。
また、回転子7全体も温度が低下し、界磁巻線14のボビンに使用される樹脂材料の熱害を防ぐこともできる。
【0022】
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、磁性体30は、対向した一対の永久磁石20のうち、一方の永久磁石20の側面に接着されている。この磁性体30と他方の永久磁石20との間には、回転子7の軸線方向に沿って延びた隙間31が形成されている。
他の構成は、実施の形態1の発電電動機と同様であり、実施の形態2の発電電動機と同様の効果を有する。
【0023】
実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、
隣接した爪状磁極18、19間には、永久磁石33が設けられている。この永久磁石33の周方向の両側面には、それぞれ磁性体32が設けられている。
他の構成は、実施の形態1の発電電動機と同様であり、実施の形態1の発電電動機と同様の効果を有する。
【0024】
実施の形態5.
図8はこの発明の実施の形態5の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、
一対の磁性体32のうち、一方の磁性体32に永久磁石33が接着され、この永久磁石33と他方の磁性体32との間には、回転子7の軸線方向に沿って延びた隙間34がある。
他の構成は、実施の形態4の発電電動機と同様であり、実施の形態2の発電電動機と同様の効果を有する。
【0025】
実施の形態6.
図9、図10はこの発明の実施の形態6の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、爪状磁極18、19の一方の側面に永久磁石35が設けられ、他方の側面に磁性体36が設けられ、隣接した爪状磁極18、19間には、永久磁石35及び磁性体36が介在している。
他の構成は、実施の形態1の発電電動機と同様であり、実施の形態1の発電電動機と同様の効果を有する。
【0026】
実施の形態7.
図11はこの発明の実施の形態7の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、永久磁石35と磁性体36との間には、回転子7の軸線方向に沿って延びた隙間37がある。
他の構成は、実施の形態6の発電電動機と同様であり、実施の形態2の発電電動機と同様の効果を有する。
【0027】
実施の形態8.
図12はこの発明の実施の形態8の発電電動機の要部を径方向から視たときの図であり、図13は図12のA−A線に沿った矢視断面図である。
この実施の形態では、各爪状磁極18、19の周方向の両側には永久磁石41が設けられている。この永久磁石41は、爪状磁極18、19とともに囲った、磁性体からなる断面コ字状の保持部材40で保持されている。隣接した保持部材40間には隙間42がある。
他の構成は、実施の形態2の発電電動機と同様であり、実施の形態2の発電電動機と同様の効果を有する。
【0028】
実施の形態9.
図14はこの発明の実施の形態9の発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
この実施の形態では、各爪状磁極18、19の周方向の両側には永久磁石41が設けられている。この永久磁石41は、爪状磁極18、19とともに囲った、断面コ字状の保持部材43で保持されている。隣接した保持部材43間には隙間42がある。保持部材43のうち、永久磁石41に当接した当接部44は磁性体で構成されている。
他の構成は、実施の形態8の発電電動機と同様であり、実施の形態8の発電電動機と同様の効果を有する。
【0029】
実施の形態10.
図15はこの発明の実施の形態10の発電電動機の要部側断面図である。
この実施の形態では、断面コ字状の保持部材40のうち、永久磁石41の周方向の側面と当接する部位に穴45が形成されている。
他の構成は、実施の形態8の発電電動機と同様であり、実施の形態8の発電電動機と同様に、永久磁石41の側面に磁性体からなる保持部材40があるので、発生トルクが向上し、また爪状磁極18、19間を通る冷却空気が穴45を通じて永久磁石41に直接当たるので、永久磁石41が直接冷却され、発生トルクがさらに向上する。
【0030】
なお、上記各実施の形態は、回転電機として車両用発電電動機の例について説明したが、勿論この発明は、このものに限定されるものではなく、回転電機として車両用交流発電機にも適用することができる。また、車両に限定されるものではなく、例えば船外機にも適用することができ、また電動機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】この発明の実施の形態1の車両用交流発電電動機を示す側断面図である。
【図2】図1の発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図3】爪状磁極間の永久磁石割合とトルクアップ量との関係を示す特性図である。
【図4】爪状磁極間の永久磁石割合とトルクアップ量との関係を示す特性図である。
【図5】この発明の実施の形態2の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図6】この発明の実施の形態3の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図7】この発明の実施の形態4の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図8】この発明の実施の形態5の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図9】この発明の実施の形態6の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図10】この発明の実施の形態6の車両用交流発電電動機の他の例の要部を径方向から視たときの図である。
【図11】この発明の実施の形態7の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図12】この発明の実施の形態8の車両用交流発電電動機の要部を径方向から視たときの図である。
【図13】図12のA−A線に沿った矢視断面図である。
【図14】この発明の実施の形態9の車両用交流発電電動機の要部断面図である。
【図15】この発明の実施の形態10の車両用交流発電電動機の要部側断面図である。
【符号の説明】
【0032】
7 回転子、8 固定子、14 界磁巻線、15 固定子鉄心、16 第1のポールコア、17 第2のポールコア、18 爪状磁極、19 爪状磁極、20,33,35,41 永久磁石、21 固定子鉄心、22 固定子巻線、30,32,36 磁性体、31,34,37,42 隙間、40,43 保持部材、44 当接部、45 穴。




 

 


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