(57)【要約】【課題】大型化を抑えつつ冷却風の風量を増加させることができ、高性能化を図ることができる回転電機の提供。【解決手段】回転電機は、固定子巻線が設けられた固定子と、固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子４と、回転子４の軸方向両端面の少なくとも一方に設けられて、該回転子４と一体に回転する冷却ファン１４，１５と、を備え、回転子４の軸方向両端面の少なくとも一方には、該回転子が回転することにより径方向内周側から径方向外周側へ流れる冷却風を発生させる、少なくとも一つの放射状の溝９５が形成されている。【選択図】図２
2014023390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線が設けられた固定子と、
前記固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の軸方向両端面の少なくとも一方に設けられて、該回転子と一体に回転する冷却ファンと、を備え、
前記回転子の軸方向両端面の少なくとも一方には、該回転子が回転することにより径方向内周側から径方向外周側へ流れる冷却風を発生させる、少なくとも一つの放射状の溝が形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子は、回転軸周りに巻回された界磁巻線と、該界磁巻線を包囲するように回転子周方向に配置された複数の爪部を有する一対の爪型形状のロータコアとを備え、
前記溝は、前記一対のロータコアの少なくとも一方のロータコアの端面に形成され、かつ、その端面において、前記一方のロータコアの互いに隣接する爪部の間を通るように形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記溝は、前記ロータコア端面の径方向に延在する直線状の溝であることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機において、
前記溝は、前記直線状の溝に加えて、該直線状の溝の径方向内周側端部に接続され、前記ロータコアの回転方向に湾曲した湾曲溝部をさらに備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の回転電機において、
前記溝の深さが、ロータコア外周側の溝端部からロータコア中心側の溝端部に向けて徐々に浅くなるように設定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機において、
前記溝の開口部の内、該溝の一端側の開口領域と他端側の開口領域との間の開口領域を覆う被覆部材を、前記ロータコアの端面に設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機において、
前記冷却ファンの一部が前記被覆部材を構成していることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機やモータ等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両内の電子機器の需要の増加およびＨＥＶやＥＶの大型車へ適用等が進み、発電機やモータ等の回転電機における高出力化のニーズが高く、固定子巻線や回転子ならびにインバータ等の発熱量が増大し、温度上昇による寿命低下などへの対策が課題となっている。回転電機における従来の冷却構造は、回転子のロータコア両端部にファンを設け、回転子と一体に回転することにより冷却風を発生させ、回転子及び固定子や各装着部品等の冷却を行うのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、回転子の冷却を目的としてロータコアの軸方向に貫通穴を設けるとともに、ロータコアの端部に傾斜型の斜流羽根を設け、貫通穴に冷却風を通過させてロータ及び軸受等を冷却する技術等が、特許文献２において提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２０８４号公報
【特許文献２】特開平８−６５９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転子に設けられたファンで冷却する場合、冷却量に応じてファン外径を大きくする必要があり、回転電機のサイズアップという問題が発生する。一方、ロータコアに貫通穴を設ける構成では、貫通穴を形成するためにロータコアの体積が減少し、それに伴う磁束量の低下に起因する回転特性の低下を招く。また、ファンの自由度も低く、現在の高出力化による発熱量に十分対応できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、固定子巻線が設けられた固定子と、固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子と、回転子の軸方向両端面の少なくとも一方に設けられて、該回転子と一体に回転する冷却ファンと、を備え、回転子の軸方向両端面の少なくとも一方には、該回転子が回転することにより径方向内周側から径方向外周側へ流れる冷却風を発生させる、少なくとも一つの放射状の溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転電機が大型化するのを抑えつつ冷却風の風量を増加させることができ、回転電機の高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施例による回転電機２０の全体構成を示す断面図である。
【図２】回転電機２０の回転子の斜視図である。
【図３】フロント側からみた回転子４の正面図である。
【図４】リヤ側からみた回転子４の正面図である。
【図５】フロント側ロータコア９の斜視図である。
【図６】フロント側ロータコア９の正面およびＯ−Ａ断面を示す図である。
【図７】従来のロータコアにおける磁束密度分布を説明する図である。
【図８】湾曲した溝９５が形成されたフロント側ロータコア９の斜視図である。
【図９】フロント側ロータコア９の正面およびＯ−Ｂ断面を示す図である。
【図１０】リヤ側ロータコア１０の正面およびＯ−Ｃ断面を示す図である。
【図１１】ロータコア９，１０を用いた回転子４を示す斜視図である。
【図１２】水冷式の回転電機３０の全体構成を示す断面図である。
【図１３】回転子４０の斜視図である。
【図１４】回転子４０をリヤ側から見た図である。
【図１５】リヤ側ロータコア１０の正面およびＯ−Ｅ断面を示す図である。
【図１６】湾曲した溝１０５が形成されたリヤ側ロータコア１０の正面およびＯ−Ｃ断面を示す図である。
【図１７】フロントファン１４が省略された回転子４を示す斜視図である。
【図１８】回転子５０を示す斜視図である。
【図１９】回転子５０の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機を説明する図であり、車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。以下では、回転電機として車両用交流発電機を例にして説明する。回転電機２０は、回転子４と、固定子５とを備えている。図２は、回転子４の斜視図である。また、図３は回転子４をフロント側から見た図であり、図４は回転子４をリヤ側から見た図である。
【００１０】
回転子４は、シャフト２と、シャフト２に取り付けられたフロント側ロータコア９およびリヤ側ロータコア１０と、ロータコア９，１０の間に挟まれるように配置された界磁巻線１１を備えている。ロータコア９，１０は磁性材料にて成形された爪型形状のロータコアであって、これら一対のロータコア９，１０によって爪型の回転子鉄心が構成されている。図１，２に示すように、フロント側ロータコア９とリヤ側ロータコア１０とは、爪部（爪形磁極）が互いに対向し、かつ、一方の爪形磁極が他方の爪形磁極に噛み合うように配置される。
【００１１】
回転子４は、固定子５の内周側に、僅かなギャップを介して対向配置されている。シャフト２はフロントベアリング３及びリヤベアリング８の内輪に挿通されており、回転子４はベアリング３，８によって回転自在に支持されている。フロントベアリング３はフロントブラケット１６に保持されており、リヤベアリング８はリヤブラケット１７により保持されている。シャフト２のフロント側端部には、プーリ１が取り付けられている。シャフト２のリヤ側端部には、スリップリング１２が設けられている。スリップリング１２はブラシ１３と接触し、界磁巻線１１に電力を供給している。
【００１２】
固定子５は、固定子鉄心６と固定子巻線７とから構成される。固定子鉄心６は、環状に形成された薄板鋼板を複数枚積層することによって形成される。固定子鉄心６の内周側には、回転子方向に突出した複数の歯部（ティース）と、各歯部の間に設けられたスロットとが形成されている。各相の固定子巻線７は、複数のティースをまたいで夫々のスロットに挿入されるように、固定子鉄心６に装着されている。固定子５の軸方向両端は、フロントブラケット１６とリヤブラケット１７によって保持されている。
【００１３】
ここで、回転電機２０の発電動作について簡単に説明する。まず、エンジンの始動に伴って、プーリ１に掛け回されたベルトを介して、クランクシャフトからプーリ１に回転が伝達される。その結果、シャフト２を介して回転子４が回転駆動される。ここで、回転子４に設けられた界磁巻線１１に、スリップリング１２を介してブラシ１３から直流電流を供給すると、界磁巻線１１の内外周を周回する磁束が生じ、フロント側ロータコア９とリヤ側ロータコア１０にＮ極、又は、Ｓ極が周方向に交互に形成される。
【００１４】
この界磁巻線１１による磁束は、フロント側ロータコア９のＮ極から固定子鉄心６を通って固定子巻線７の周りを周回し、回転子４のリヤ側ロータコア１０のＳ極に到達する。その結果、回転子４と固定子５を周回する磁気回路が形成される。このように、回転子４にて生じた磁束が固定子巻線７と鎖交するため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線７のそれぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては３相の交流誘起電圧が生じる。このように発電された交流電圧は、ダイオード等の整流素子で構成された整流装置１８によって、全波整流されて直流電圧に変換される。ＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１１に供給する電流を制御することで、整流された直流電圧は一定電圧にとされる。
【００１５】
ところで、回転子４のフロント側ロータコア９とリヤ側ロータコア１０の軸方向両端面には、外周側に複数の羽根を有するフロントファン１４とリヤファン１５が設けられている。フロントファン１４およびリヤファン１５は冷却ファンとして機能するものであり、フロントファン１４およびリヤファン１５が回転子４と一体に回転すると、遠心力によって冷却風の流れが発生する。
【００１６】
フロント側では、フロントファン１４の回転により、フロントブラケット１６の軸方向側の吸気窓１６ａから冷却風２１が導入される。冷却風２１は、フロントファン１４を通った後、固定子巻線７を通過してフロントブラケット１６の径方向側の排気窓１６ｂから排出される。フロントブラケット１６の部分に記載された破線は冷却風２１の流通する経路を示しており、冷却風２１によってフロントベアリング３、フロント側ロータコア９および固定子巻線７が冷却される。
【００１７】
一方、リヤ側では、リヤファン１５の回転により、リヤカバー１９の吸気窓１９ａから冷却風２２が導入される。冷却風２２は、リヤカバー１９内に設けられたＩＣレギュレータ（不図示）及び整流装置１８が配置された領域を通り、リヤブラケット１７の軸方向中心部の吸気窓１７ａから回転子配置領域内に導入される。冷却風２２はリヤファン１５を通った後、固定子巻線７を通過しリヤブラケット１７の外径側の排気窓１７ｂから排出される。破線は冷却風２２の流通する経路を示しており、冷却風２２によってＩＣレギュレータ、整流装置１８、リヤベアリング８、リヤ側ロータコア１０および固定子巻線７が冷却される。
【００１８】
上述のように、ファン１４，１５により回転電機内に吸い込むような冷却風２１，２２が発生するが、発生した冷却風２１，２２の発生する圧力の差により、破線２３で示すような軸方向の冷却風が発生する。冷却風２３は、ロータコア９，１０と固定子５との隙間、及びフロント側ロータコア９の爪部とリヤ側ロータコア１０の爪部との空間を通り、界磁巻線１１を冷却する。本実施の形態の場合には、リヤファン１５で発生する冷却風２２の方が風量が大きいため、冷却風２３はフロント側からリヤ側へと流れている。
【００１９】
本実施の形態では、上述したファン１４，１５による冷却風に加えて、ロータコアに形成された溝による冷却風２４（図２参照）を発生させることにより、冷却性能の向上を図っている。図５はフロント側ロータコア９の斜視図であり、図６はフロント側ロータコア９の正面およびＯ−Ａ断面を示す図である。なお、リヤ側ロータコア１０も、図５，６に示すフロント側ロータコア９と同一形状を有している。ここではフロント側ロータコア９について説明し、リヤ側ロータコア１０については説明を省略する。
【００２０】
図６において、矢印Ｒはフロント側ロータコア９の回転方向を示している。フロント側ロータコア９は、複数の爪部９１と、側板部９２と、界磁巻線１１が巻回されるヨーク部９４とから構成されている。ヨーク部９４は、側板部９２の中心部から突出するように形成されている。各爪部９１は、側板部９２の周方向に均等に配置されている。本実施の形態の回転電機は１２極機であるため、６つの爪部９１が均等配置されている。側板部９２において、隣接する爪部９１の間の領域は、爪間部９３と呼ばれる。
【００２１】
フロント側ロータコア９の端面（側板部９２の側面）には、溝９５が、側板部９２の径方向内周側から径方向外周側にある爪間部９３へと延在するように直線状に形成されている。本実施の形態では、ロータコア９には爪部９１が６個形成されており、各爪間部９３の部分に溝９５をそれぞれ形成したので、６個の溝９５が放射状に形成されている。溝９５の深さＬ１は、ロータコア外周側の溝端部からロータコア中心側の溝端部に向けて徐々に浅くなるように設定されている。そのため、爪間部９３の部分では深く、内周側では浅くなっている。このような溝９５の配置および形状は、後述する側板部９２の磁束密度分布を考慮して設定されたものである。一方、リヤ側のロータコア１０もロータコア９と同様の形状を有しており、爪部１０１、側板部１０２、爪間部１０３、ヨーク部１０４、溝１０５が形成されている。なお、爪型形状のロータコア９，１０は、一般的に熱間鍛造または冷間鍛造法で成形される。
【００２２】
図７は従来の爪形ロータコア９０の形状を示す斜視図である。図７では、磁束密度が比較的高い部分に斜線を施している。なお、本実施の形態の回転子４の場合と同様の構成要素には同一の符号を付した。界磁巻線１１に電流が流れることでヨーク部９４に磁束が発生し、ヨーク部９４から側板部９２を通過し、爪部９１から固定子鉄心６に磁束が流れる。リヤ側ロータコア１０も同様の構成であるが、磁束は固定子鉄心６から爪部へと流れ、その後、爪部から側板部を通りヨーク部へと流れ、フロント側の場合とは逆の方向に流れることになる。
【００２３】
界磁巻線１１で発生した磁束は、ヨーク部９４から爪部９１を介して固定子鉄心６へと至る。そのため、ヨーク部９４および爪部９１は磁束密度が高くなっている。また、側板部９２においては、ヨーク部９４から爪部９１へと至る磁束経路部分の磁束密度が比較的高くなっている。すなわち、側板部９２においては、隣接した爪部９１の間の爪間部９３の部分が磁束密度の低い領域となっており、爪間部９３から側板部９２の内周側に近づいた部分において磁束密度がやや大きくなっている。
【００２４】
そのため、溝９５の形成による磁束への影響が少ないように、ロータコア９の側板部９２の側面に形成されている溝９５は、磁束密度の低い爪間部９３の部分を通るように形成されている。また、側板部９２の内周側の磁束密度が大きくなっている部分での磁束への影響を低減するために、溝９５の深さＬ１は、爪間部９３の部分で深く、内周側に近づくに従って浅くなっている。このように、溝９５の配置および形状を設定することにより、回転電機２０の性能低下、すなわち、車両用交流発電機としての特性低下を抑えることができる。リヤ側ロータコア１０についても同様である。
【００２５】
図３に示すように、溝９５が形成された側板部９２の側面にはフロントファン１４が装着される。リヤ側ロータコア１０も同様であって、図４に示すように、放射状に複数の溝１０５が形成された側板部の側面に、リヤファン１５が装着されている。
【００２６】
図２に示すように回転子４が回転すると、回転子４の回転とともに溝９５も回転し、遠心力の作用によって溝９５の径方向内周側から径方向外周側に向けて流れる冷却風２４が発生する。発生した冷却風２４は、矢印で示すように流れる。そのため、上述したフロントファン１４のファン効果にフロント側ロータコア９の溝９５のファン効果が加わることで冷却風の風量が増加し、フロントベアリング３、フロント側ロータコア９及び固定子巻線７に対する冷却性能が向上する。その結果、フロントベアリング３、フロント側ロータコア９及び固定子巻線７の温度上昇を抑制できる。
【００２７】
同様に、リヤ側ロータコア１０に形成された溝１０５も同様のファン効果を発生し、ロータコア端面の溝１０５に沿って、溝１０５の径方向内周側から径方向外周側に向けて冷却風の流れが発生する。その結果、リヤファン１５のファン効果にリヤ側ロータコア１０の溝１０５のファン効果が加わり、冷却風の風量が増加し、整流装置１８、ＩＣレギュレータ、リヤベアリング８、リヤ側ロータコア１０及び固定子巻線７に対する冷却性能が向上する。その結果、整流装置１８、ＩＣレギュレータ、リヤベアリング８、リヤ側ロータコア１０及び固定子巻線７の温度上昇を抑制できる。
【００２８】
また、溝９５，１０５のファン効果による風量の増加により、回転子４の軸方向に流れる冷却風も増加する。その結果、界磁巻線１１の温度上昇を抑制でき、車両用交流発電機の特性を低下させず、小型で高出力化が実現できる。
【００２９】
さらに、ロータコア９，１０の側板部９２，１０２に溝９５，１０５を形成することにより、ロータコア９，１０の放熱面積が増加する。そして、面積が増加した放熱面（溝９５、１０５）を冷却風が通過することで、冷却性能のさらなる向上を図ることができる。このように、溝９５，１０５はファン効果による冷却風の発生とともに、放熱面積が増加するという二重の効果をもたらす。なお、上述したように爪形ロータコアは鍛造にて成形されるので、ロータコア９，１０の端部の溝９５，１０５の形成は、ロータコア製造工程内において形成可能である。そのため、コストを増加させることなく冷却性能の向上を図ることができる。
【００３０】
溝９５，１０５によるファン効果は、溝深さＬ１が深いほど大きく、溝幅Ｌ２が大きいほど大きくなる。ファン効果を得るためには、溝深さＬ１および溝幅Ｌ２は、少なくとも３ｍｍ以上とすることが必要である。なお、図６に示す例では、溝幅Ｌ２を一定としているが、例えば、冷却風の流入量が増えるように流入側の幅を大きくしても良い。また、図２〜４に示すように、ロータコア９，１０の端面に設けられたファン１４，１５は、そのリング状板部１４ａ，１５ａが、内周側から外周側へと延在する溝９５，１０５の開口の中間部分に対向するように配置されている。冷却風は溝９５，１０５の内周側から外周側へと流れるが、内側端部の流入口および外側端部の流出口を除く溝９５，１０５の中間部分を覆うように、リング状板部１４ａ，１５ａが配置されていることにより、内周側から流入した冷却風が途中で溝外へ漏れることなく外周側に流れることになる。その結果、より効果的に冷却風を発生することができる。さらに、溝９５，１０５の中間部分を覆う部材を、ファン１４，１５のリング状板部１４ａ，１５ａで兼用させる構成なので、部品点数の増加およびそれによるコストアップを避けることができる。
【００３１】
（変形例）
図８〜１１は、溝９５，１０５の変形例を示す図である。図８はフロント側ロータコア９の斜視図である。図９は、フロント側ロータコア９の正面およびＯ−Ｂ断面を示す図である。図１０は、リヤ側ロータコア１０の正面およびＯ−Ｃ断面を示す図である。リヤ側ロータコア１０は、溝１０５を除く他の部分の構成はフロント側ロータコア９と同一であって、爪部９１、側板部９２、ヨーク部９４、爪間部９３に対応する爪部１０１、側板部１０２、ヨーク部１０４、爪間部１０３を備えている。
【００３２】
上述した実施の形態では、図３，４，５に示すように溝９５，１０５は直線状であったが、図９，１０に示す溝９５，１０５は、径方向に延在する直線部９５ａ，１０５ａと、直線部９５ａ，１０５ａに対して周方向に傾くように湾曲した湾曲部９５ｂ，１０５ｂとで構成されている。湾曲部９５ｂ，１０５ｂは直線部の径方向内周側端部に接続され、湾曲部９５ｂ，１０５ｂの湾曲方向は、ロータコア９，１０の回転方向Ｒの方向となっている。なお、湾曲部９５ｂ、１０５ｂは湾曲形状ではなくて、傾いた直線状であっても良い。
【００３３】
図９、１０に示す例では、溝入口部９５１，１０５１の位置が、爪部９１，１０１の中心位置と一致するように湾曲部９５ｂ，１０５ｂが形成されている。図６に示した溝９５の場合と同様に、変形例における溝９５，１０５も、溝深さは、冷却風の出口側（溝出口部９５２，１０５２）から入口側（溝入口部９５１，１０５１）にかけて浅くなっている。そのため、変形例の場合も、磁束密度が高い部分は溝深さを浅くし、磁束密度が低い箇所の溝深さを深くすることで、回転子４で発生する磁束を最大限に生かし、車両交流発電機の特性低下を抑えることが可能となる。その他の構成は、上述したロータコア９，１０と同様である。
【００３４】
図１１は、図９，１０に示したロータコア９，１０を用いた場合の回転子４を示す図である。図９、１０に示したように、溝９５は、内周側の湾曲部９５ｂを回転方向Ｒに傾斜（または湾曲）させることで、溝入口部９５１の角度が回転方向に向けられている。そのため、回転により溝入口部９５１に入る冷却風の導入効率が上昇する。一方で、溝出口部９５２が設けられた外周側の直線部９５ａは、延在方向が半径方向に向いているため遠心力が効果的に利用され、変形例における溝９５のファン効果は、図６に示した直線状の溝９５よりも大きくなる。また、溝入り口部９５１から溝出口部９５２の間を湾曲状に連続的に変化させることで、圧力損失も最小限に抑えられ、溝９５で発生する圧力上昇も最大となる。その結果、上述した実施の形態と比較して冷却風２４の風量がさらに増加し、それによる冷却性の向上によってフロントベアリング３、フロント側ロータコア９及び固定子巻線７の温度上昇をさらに抑制ことができる。
【００３５】
一方、リヤ側ロータコア１０５に形成された湾曲した溝１０５についても、詳細な説明は省略するが、フロント側ロータコア９の溝９５と同様の効果を奏することができる。その結果、整流装置１８、ＩＣレギュレータ、リヤベアリング８及びリヤ側ロータコア１０及び固定子巻線７の温度上昇をより抑制することができる。
【００３６】
また、上述した実施の形態と同様に、冷却風２２，２４の増加により、回転子４の軸方向に流れる冷却風２３の風量も増加する。その結果、界磁巻線１１の温度上昇を抑制でき、車両用交流発電機の特性を低下させることなく、小型化および高出力化を実現することができる。変形例におけるロータコア９，１０における湾曲した溝９５，１０５もロータコア製造工程内で形成可能であるため、コストを増加させることなく冷却性能の向上を図ることができる。
【００３７】
さらに、ロータコア端の湾曲溝の効果として、直線状に比べ溝長が長くなることから放熱面積の増加を図ることができる。その結果、冷却風の風量増加との相乗効果により、回転子４の冷却性能をより一層向上させることができる。
【００３８】
−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、空冷式の回転電機に適用した場合について説明したが、第２の実施の形態では、液冷式（水冷式や油冷式）の回転電機に適用した場合について説明する。本実施の形態おいても、回転電機３０として車両用交流発電機を例にして説明する。
【００３９】
図１２は、水冷式の回転電機３０の全体構成を示す断面図である。図１３は回転子４０の斜視図である。図１４は回転子４０をリヤ側から見た図である。図１５は、リヤ側ロータコア１０の正面およびＯ−Ｅ断面を示す図である。
【００４０】
本実施形態の回転電機３０の構成は、第１の実施形態で説明した空冷式の回転電機２０の構成と類似しているが、回転子４０には高出力化のため永久磁石２８が採用されており、また、フロントファン１４は用いられていない。回転子４０は、ヨーク部に界磁巻線１１を備え、その両側に磁性材料にて成形された爪型形状のフロント側ロータコア９とリヤ側ロータコア１０からなる回転子鉄心が界磁巻線１１を覆うように両側から挟むように配置される。
【００４１】
フロント側ロータコア９とリヤ側ロータコア１０とは、爪形磁極を構成する爪部が互いに対向し、かつ、一方の爪形磁極（爪部）が他方の爪形磁極に噛み合うように配置されている。フロント側ロータコア９とリヤ側ロータコア１０の爪部間には、永久磁石２８が配置されている。永久磁石２８は、回転子４０に発生する磁束量を増加させることで固定子５に発生する誘起電圧を上昇させ、高出力化を実現している。回転子４０は、固定子５の内周側に、僅かなギャップを介して対向配置されている。回転子４０は、フロントベアリング３及びリヤベアリング８の内輪にシャフト２が挿通されることにより、ベアリング３，８によって回転自在に支持されている。
【００４２】
固定子５は、固定子鉄心６と固定子巻線７から構成される。固定子鉄心６は、環状に形成された薄板鋼板を複数枚積層することによって形成される。固定子鉄心６の内周側には、回転子方向に突出した複数の歯部（ティース）と、各歯部の間に設けられたスロットとが形成されている。各相の固定子巻線７は、複数のティースをまたいで夫々のスロットに挿入されるように、固定子鉄心６に装着されている。固定子５は、焼嵌等によりセンターブラケット２７に装着されている。センターブラケット２７は、フロントブラケット１６と整流装置１８のプレートとにより挟まれ、それらによって保持されている。センターブラケット２７には、流路２６が形成されている。流路２６に水（不凍液）または油等を流して固定子５、整流装置１８およびＩＣレギュレータ（不図示）を冷却することで、高出力化対応した冷却システムを構成している。
【００４３】
シャフト２のフロント側端部には、プーリ１が取り付けられている。シャフト２のリヤ側端部には、スリップリング１２が設けられている。スリップリング１２は、ブラシ１３と接触し界磁巻線１１に電力を供給している。更に、回転子４０のリヤ側ロータコア１０の端面には、外周側に複数の羽根を有するリヤファン１５が設けられている。リヤファン１５が回転すると、遠心力によって冷却風が発生し、破線矢印で示すように冷却風２９がリヤカバー１９の吸気窓から導入され、回転子４０を軸方向に通過し、フロントブラケット１６の排気窓から排出される。このような冷却風２９が形成されることにより、界磁巻線１１、フロント側ロータコア９およびリヤ側ロータコア１０の冷却が空冷式で行われる。
【００４４】
なお、本実施形態では、リヤ側からフロント側に冷却風２９を通過させる形態となっているが、フロント側ロータコア９の端部にフロントファンを設けて、フロント側からリヤ側に冷却風２９を流す構成とすることも可能である。しかし、そのような構成とした場合、冷却風が回転子４０で温められ、その熱風がリヤ部に設けられた整流装置１８及びＩＣレギュレータに導入されることになる。そのため、本実施の形態では、リヤ側から冷却風２９を導入することで、整流装置１８及びＩＣレギュレータに熱風が導入されないような構成としている。
【００４５】
なお、発電動作については第１の実施の形態で説明した空冷式回転電機２０と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
次に、回転子４０について説明する。回転子４０の構成において、ロータコア９，１０の構成は第１の実施の形態に示したロータコア９，１０と同様である。しかしながら、液冷式の回転電機３０においては、固定子５の冷却はセンターブラケット２７内を流れる液体によって行われ、センターブラケット２７に冷却風用の窓を形成することができない構造になっている。そのため、リヤ側にのみ冷却用ファンが設けられている。このように、水冷式回転電機３０では冷却システムが異なるため、リヤファン１５が設けられているリヤ側ロータコア１０の端面のみに、冷却風発生用の溝１０５が設けられている。
【００４７】
図１４，１５に示すように、リヤ側ロータコア１０の端面、すなわち側板部１０２の側面には、半径方向に延在する直線状の溝１０５が放射状に複数形成されている。そして、側板部１０２の側面には、リヤファン１５が装着されている。溝１０５の外周側の部分は、リヤファン１５のリング状板部１５ａによって覆われている。溝１０５の形状は、図６に示した溝９５の形状と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００４８】
溝１０５は、溝９５の場合と同様のファン効果を発生し、図１４の矢印で示すような流れの冷却風２４を生じさせる。そのため、リヤファン１５のファン効果にリヤ側ロータコアの溝１０５のファン効果が加わり、回転子４０の回転で発生する風量が増加する。さらに、溝１０５の効果としてロータコア端部の放熱面積が増加するので、ファン効果による風量増加との相乗効果により、回転子４０の冷却性能をさらに向上させることができる。その結果、冷却性が向上し、ロータコア９，１０、界磁巻線１１及び永久磁石２８の温度低減ができ、回転電機３０の特性を向上させることができる。
【００４９】
なお、第２の実施の形態においても、図１６に示すような湾曲した溝１０５を採用することにより、直線状の溝１０５を形成した場合に比べて風量及び冷却性能を向上させることができる。
【００５０】
水冷式の回転電機３０の場合、主な発熱源である固定子５は、センターブラケット２７の水路２６を流れる冷却液によって冷却される。そのため、ロータコア９，１０、界磁巻線１１及び永久磁石２８の冷却を行うためのリアファン１５に要求される風量は、空冷式のファン１４，１５に要求される風量に比べて小さい。よって、溝１０５によってリヤファン１５と同等の風量を発生させることでリヤファン１５を省略し、回転電機３０の低コスト化を図ることが可能となる。また、本実施形態では、リヤ側ロータコア１０のみに溝を設けたが、フロント側にも同様に設けても良い。この場合、上述した構成と比べると効果は低減するが、従来の回転電機に比べれば風量の増加となるため、温度低減効果を得ることができる。
【００５１】
なお、第１の実施の形態で説明した空冷式の回転電機２０の場合、軸に沿った冷却風２３が形成されるように、ファン１４，１５の内の一方の風量を他方の風量よりも小さく設定するようにしている。そして、溝によって発生する冷却風の風量を、風量が小さい方のファンと同程度に設定できる場合には、そのファンを省略して溝のみを設ける構成とすることが可能である。図１７は、フロントファン１４を省略した場合を示す。この場合、軸方向の冷却風２３は、リヤ側からフロント側へと流れる。また、フロントファン１４に代えて、溝９５の側面（冷却風導入される部分および排出される部分を除く）を覆う板を、フロント側ロータコア９の端面に取り付けるようにしても良い。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、爪形ロータコアを備える回転電機を例に説明したが、本発明は爪形ロータコアの回転電機に限らず適用することができる。例えば、電磁鋼板を積層して形成される円筒状の回転子の場合でも、図１８に示すような溝を備える構成とすることができ、その溝によって冷却風を発生させることができる。図１８に示す回転子５０では、電磁鋼板の積層体５０１の両端面にエンドリング５０２を取り付け、そのエンドリング５０２の端面に溝５０３を形成するようにしている。回転子５０が回転すると、矢印５１で示すような冷却風が発生する。溝５０３は直線状の溝であるが、図９に示す溝９５のように湾曲した溝であっても良い。エンドリング５０２の場合、爪形状ロータコアのように磁束の影響を心配する必要がないので、溝深さを内周側と外周側とで同一にしても構わない。
【００５３】
また、図１９に示すように、溝５０３が形成された面を積層体５０１側に向けてエンドリング５０２を取り付け、エンドリング５０２に冷却風導入用の貫通孔５０４を形成するようにしてもよい。この場合、溝５０３は、導入口および排出口以外はエンドリング５０２により覆われているので、効果的に冷却風を発生することができる。
【００５４】
なお、上述した実施の形態では、図２に示すように、溝部９５、１０５の外周側の端部は、爪間部９３、１０３の部分において溝側面が開口状態となっているが、外周側の端部において溝深さを浅くして、ロータコア端面部分から外周方向に冷却風が流れ出すようにしても良い。
【００５５】
上述した実施の形態では、回転電機の一例として車両用交流発電機について説明を行ったが、本発明は、回転力を出力するモータや、発電と駆動を兼ねたモータジェネレータ等にも適用することができる。また、ハイブリット自動車や電動四駆駆動車の駆動用モータ、ポンプを駆動するためのモータ等へも同様に適用できる。
【００５６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記した各実施形態は、本発明の理解を容易に説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
２：シャフト、４：回転子、５：固定子、６：固定子鉄心、７：固定子巻線、９：フロント側ロータコア、１０：リヤ側ロータコア、１１：界磁巻線、１４：フロントファン、１４ａ，１５ａ：リング状板部、１５：リヤファン、１８：整流装置、２０，３０：回転電機、２８：永久磁石、９１，１０１：爪部、９２，１０２：側板部、９３，１０３：爪間部、９４，１０４：ヨーク部、９５，１０５：溝、９５ａ，１０５ａ：直線部、９５ｂ，１０５ｂ：湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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