(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心にコイルが巻装されてなる固定子と、
回転子鉄心の外周部に磁極形成用の永久磁石が配置され、該回転子鉄心の軸方向の両端部に端板が配置され、これらの回転子鉄心及び端板の中央部に回転軸が装着されて構成され、前記回転子鉄心が前記固定子の界磁空間に配置された回転子と、
前記回転子における２つの端板のうちの一方の端板に配設され、その一方の端板の外周縁部に軸方向外側へ突設された外周壁に対して該一方の端板の中心側から向かう方向を外周方向として、該回転子の回転に伴って冷却風を取込んで前記外周方向に案内する冷却フィンとを具備し、
前記回転子鉄心の外周に前記一方の端板側から他方の端板側に延びる冷却溝が形成され、前記一方の端板における前記冷却フィンの風上側に位置させて該一方の端板の外周部で且つ前記外周壁の内周側に通孔部が形成され、前記冷却フィンからの冷却風を前記回転子鉄心の前記冷却溝に向けて前記通孔部から吐出させることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転子における他方の端板に、回転子鉄心の冷却溝に対応して通孔部が形成され、前記他方の端板に前記回転子の回転に伴って前記通孔部から冷却風を取込んで周方向外方に案内して吐出する冷却フィンが配設されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
冷却溝は、回転子鉄心の軸に対して平行に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機。
【請求項４】
冷却溝は、回転子鉄心の軸に対して傾斜状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機。
【請求項５】
永久磁石は、回転子鉄心の軸に対して傾斜状に設けられ、
前記回転子鉄心の冷却溝は、前記永久磁石の傾斜状に対して平行に形成されていることを特徴とする請求項４記載の回転電機。
【請求項６】
冷却フィンは、周方向に延びた形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機。
【請求項７】
通孔部及び冷却フィンは、周方向に一定の間隔を存して複数設けられ、
冷却溝は、前記通孔部及び前記冷却フィンに対応して複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項８】
冷却フィンの周方向の長さは、端板に形成された一の通孔部から周方向の隣に位置する他の通孔部までの寸法に設定されていることを特徴とする請求項７記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁極として永久磁石が配置された回転子を具備する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固定子鉄心にコイルが巻装されてなる固定子と、磁極形成用の永久磁石が配置された回転子とを具備する回転電機を運転すると、固定子のコイルが発熱して、この固定子の界磁空間内に回転子鉄心が位置する回転子も温度上昇する。このようにして回転子が温度上昇すると、回転子内の永久磁石も温度上昇して、減磁作用が生じ、磁力が低下して性能が悪くなり、又、保磁力が低下して、寿命が短くなる問題がある。
近年では、回転子鉄心内を冷却風により冷却して、回転子の温度上昇の抑制を図る構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２９８７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回転電機の運転中は、常に固定子のコイルが発熱して、その熱を回転子に与え続けるので、回転子の冷却効率が悪いという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転子の冷却効果を良く冷却することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の回転電機は、固定子鉄心にコイルが巻装されてなる固定子と、回転子鉄心の外周部に磁極形成用の永久磁石が配置され、該回転子鉄心の軸方向の両端部に端板が配置され、これらの回転子鉄心及び端板の中央部に回転軸が装着されて構成され、前記回転子鉄心が前記固定子の界磁空間に配置された回転子と、前記回転子における２つの端板のうちの一方の端板に配設され、その一方の端板の外周縁部に軸方向外側へ突設された外周壁に対して該一方の端板の中心側から向かう方向を外周方向として、該回転子の回転に伴って冷却風を取込んで前記外周方向に案内する冷却フィンとを具備し、前記回転子鉄心の外周に前記一方の端板側から他方の端板側に延びる冷却溝が形成され、前記一方の端板における前記冷却フィンの風上側に位置させて該一方の端板の外周部で且つ前記外周壁の内周側に通孔部が形成され、前記冷却フィンからの冷却風を前記回転子鉄心の前記冷却溝に向けて前記通孔部から吐出させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、回転子鉄心の外周に一方の端板側から他方の端板側に延びる冷却溝を形成し、回転子の端板に冷却フィンを配設し、冷却フィンが配設された側の端板に冷却フィンからの冷却風を冷却溝に向けて吐出させる通孔部を形成したので、冷却フィンからの冷却風により、回転子の外周を冷却することができると共に、冷却溝に供給された冷却風を、回転子の回転によって固定子の内周に当てることができるので、固定子も冷却することができ、結果的に回転子の冷却効果を良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
図２及び図３に、本実施形態に係る回転電機１を示す。回転電機１は、固定子２と、この固定子２の内周側に配置された回転子３と、固定子２及び回転子３を収納する有底円筒状のケーシング４と、固定子２及び回転子３を収納したケーシング４の開放部分を塞ぐ閉塞板５（図２参照）とから概略構成されている。
【０００７】
ケーシング４の右端閉塞部（図２中の右側に位置する底部）には、回転子３の軸に対して平行に延びる貫通孔６が複数形成され、閉塞板５には、回転子３の軸に対して平行に延びる貫通孔７が複数形成されている。これらの貫通孔６，７を形成させることにより、ケーシング４及び閉塞板５の内外に存する空気（冷却風）の出入りが自由になる。
【０００８】
固定子２は、固定子鉄心８に、複数のコイル９が巻装されて構成されている。固定子鉄心８は、多数枚の円環状の鋼板が積層されて円筒形状をなし、図示しないリベット等で積層方向が一体に結着されている。又、固定子鉄心８の内周面には、図３に示すように、コイル９を配設させるためのスロット１０が複数個所、例えば６箇所に形成されている。
回転子３は、図２に示すように、前記固定子鉄心８の界磁空間に位置する回転子鉄心１１と、この回転子鉄心１１の軸方向の両端に配置された円環状の端板１２ａ，１２ｂと、これら回転子鉄心１１及び端板１２ａ，１２ｂの中央部に装着された回転軸１３と、回転子鉄心１１の外周部に設けられた磁極形成用の永久磁石１４とから構成されている。
【０００９】
回転子鉄心１１は、多数枚の円環状の鋼板が積層されて円筒形状をなし、図示しないリベット等で積層方向が一体に結着されている。尚、詳細は後述するが、回転子鉄心１１の外周部には、一方の端板（左端板）１２ａ側から他方の端板（右端板）１２ｂ側に回転子鉄心１１の軸に対して平行に延びる冷却溝１５が形成されている。
【００１０】
回転軸１３は、軸方向の一方の端部１３ａが閉塞板５を貫通し、他方の端部１３ｂがケーシング４の右端閉塞部を貫通して配置されている。又、回転軸１３の端部１３ａは、潤滑油を有する軸受、例えばボールベアリング１６で支持され、回転軸１３の端部１３ｂは、ボールベアリング１７で支持され、これにより、回転軸１３は、回転可能な状態になっている。
【００１１】
永久磁石１４は、例えばネオジウム磁石からなり、図４に示すように、矩形板状をなし回転子鉄心１１の軸に沿って平行に延びている。本実施形態の回転子３には、４個の永久磁石１４が用いられており、これら永久磁石１４は、回転子鉄心１１の外周部に周方向に沿って、等間隔に配置されている。
【００１２】
さて、回転子３における２つの端板１２ａ，１２ｂは、共に直径が回転子鉄心１１の直径と同一である円形状をなしており、一方の端板１２ａには、図１、図２及び図４に示すように、回転子３の回転に伴って回転するフィン装置２１ａが配設されている。
フィン装置２１ａは、端板１２ａを基板とし、この端板１２ａに配設されて、回転子３の回転に伴って回転子３外の冷却風を取込んで回転子鉄心１１の外周方向に案内する冷却フィン２２ａと、端板１２ａの軸方向の外側の面のうちの内周部の回転軸１３が摺接される部位に軸方向の外側に突設された内周壁２３ａと、端板１２ａの軸方向の外側の面のうちの外周縁部の部位に軸方向の外側に突設された外周壁２４ａとから構成されている。
【００１３】
冷却フィン２２ａは、複数枚、例えば４枚設けられており、これら４枚の冷却フィン２２ａは、周方向に一定の間隔を存して配置されている。尚、本実施形態では、９０度間隔に冷却フィン２２ａが配置されている。
冷却フィン２２ａは、図１に示すように、周方向に延びた形状で、周方向に傾斜しており、４枚の冷却フィン２２ａが、回転子３の回転に伴い、冷却風を均一に取込むことができるように、同一方向に傾斜した同一の形状をなしている。又、冷却フィン２２ａは、内周壁２３ａと外周壁２４ａとを直線状に連結するように設けられ、内周壁２３ａ及び外周壁２４ａに一体に溶着されている。これにより、冷却フィン２２ａは、径方向の両側が内周壁２３ａ及び外周壁２４ａに挟まれて位置される。又、周方向に延びる一方の端部２２ａａも、端板１２ａに溶着されている。尚、冷却フィン２２ａの端部２２ａａの反対側に位置する端部２２ａｂは、冷却フィン２２ａが回転したときの風上側に位置される。
【００１４】
端板１２ａにおいて、冷却フィン２２ａが回転したときの端部２２ａａの風上側の外周部には、端板１２ａを軸方向に貫く通孔部２５ａが形成されている。本実施形態では、冷却フィン２２ａが４枚設けられているため、通孔部２５ａも端板１２ａの周方向に４つ、９０度間隔で形成される。
又、回転子鉄心１１の外周の端板１２ａの冷却フィン２２ａ及び通孔部２５ａに対応した位置に冷却溝１５が形成されている。本実施形態では、冷却フィン２２ａ及び通孔部２５ａは４つ形成されているので、冷却溝１５も４つ形成されている。
【００１５】
回転子３における他方の端板１２ｂには、図２、図４及び図５に示すように、上記したフィン装置２１ａと同一形状のフィン装置２１ｂが配設されている。
ここで、フィン装置２１ｂは、冷却フィン２２ｂ、内周壁２３ｂ、外周壁２４ｂ及び通孔部２５ｂから構成されている。冷却フィン２２ｂ（端部２２ｂａ，２２ｂｂ）、内周壁２３ｂ、外周壁２４ｂ及び通孔部２５ｂは、フィン装置２１ａを構成する冷却フィン２２ａ（端部２２ａａ，２２ａｂ）、内周壁２３ａ、外周壁２４ａ及び通孔部２５ａに夫々対応し、同形状をなしている。このフィン装置２１ｂは、通孔部２５ｂが冷却溝１５に対応するようにして端板１２ｂに配設されている。尚、冷却フィン２２ｂ、内周壁２３ｂ、外周壁２４ｂ及び通孔部２５ｂの構成については、冷却フィン２２ａ、内周壁２３ａ、外周壁２４ａ及び通孔部２５ａと同一であるため、説明を省略する。
【００１６】
次に、冷却風の流れについて図１及び図５を参照して説明する。
上記構成の回転電機１において、回転電機１の電源が入れられると、固定子２のコイル９に電流が流れ、固定子２に磁界が生じる。そして、この磁界が回転移動すると共に、回転子３の永久磁石１４は引っ張られ、以って、回転子３は回転する。又、コイル９に電流が流れ続けると、コイル９は発熱し、近接する回転子３の回転子鉄心１１及び永久磁石１４も加熱されて温度上昇する。
【００１７】
ここで、回転子３が回転（例えば図１、図４及び図５中の矢印Ｘ方向へ回転）すると、回転子３の端板１２ａ，１２ｂに配設されたフィン装置２１ａ，２１ｂも、回転子３と共に矢印Ｘ方向へ回転する。すると、ケーシング４の内外に位置し回転子３の軸方向外側に存する空気（冷却風）が、冷却フィン２２ａによって、冷却フィン２２ａと端板１２ａとの間に取込まれ、更に、冷却フィン２２ａに当たった冷却風が、冷却フィン２２ａの傾斜面に沿い、且つ、遠心力で、冷却フィン２２ａの端部２２ａａの風上側の外周部、即ち、通孔部２５ａに集められる。引き続きフィン装置２１ａが回転すると、通孔部２５ａに存する冷却風は、回転子鉄心１１の冷却溝１５に向かって吐出されて、冷却溝１５に移動する。
【００１８】
冷却溝１５に移動した冷却風は、通孔部２５ａから供給される冷却風によって、冷却溝１５に沿って他方のフィン装置２１ｂ側に押出される。このとき、冷却溝１５を通る冷却風は、回転子鉄心１１及び回転子鉄心１１内に配置された永久磁石１４の熱を奪うと共に、この冷却風の一部は、回転子３の回転によって固定子２に向かって吐出され、固定子２に当たり、固定子２のコイル９の熱をも奪う。又、冷却溝１５に移動した冷却風のうちの残りの冷却風は、回転子３の回転に伴って回転するフィン装置２１ｂの通孔部２５ｂから取込まれ、冷却フィン２２ｂによって周方向外方に案内して、端部２２ｂａから吐出される。
【００１９】
上記構成によれば、回転子鉄心１１の外周に端板１２ａ側から端板１２ｂ側に延びる冷却溝１５を形成し、回転子３の端板１２ａに冷却フィン２２ａを配設し、端板１２ａに冷却フィン２２ａからの冷却風を冷却溝１５に向けて吐出させる通孔部２５ａを形成したので、冷却フィン２２ａからの冷却風により、回転子３の外周を冷却することができると共に、冷却溝１５に供給された冷却風を、回転子３の回転によって固定子２の内周に当てることができるので、熱の発生源の固定子２（コイル９）も冷却することができ、結果として回転子３の冷却効果を良くすることができる。
【００２０】
又、回転子３の端板１２ｂに冷却フィン２２ｂを配設し、端板１２ｂに冷却溝１５からの冷却風を周方向外方に案内して吐出させる通孔部２５ｂを形成したので、冷却溝１５に存する冷却風を周方向外方に排出することができ、冷却溝１５に存する冷却風の温度上昇を抑制でき、これにより、冷却溝１５に存する冷却風によって、回転子鉄心１１、永久磁石１４及び固定子２を効率良く冷却させることができる。又、固定子２及び回転子３の外側に、これらを冷却するための固定子２程の大きさの冷却ファン等の別部材が不要となるので、省スペース化を図ることができる。
【００２１】
冷却フィン２２ａは、径方向の両側が内周壁２３ａ及び外周壁２４ａに挟まれて位置されているので、冷却フィン２２ａが回転したときに、冷却フィン２２ａ内に取込んだ冷却風を、周方向側へ漏らすことなく、効率良く通孔部２５ａ（冷却溝１５）へ供給することができる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施形態を、図６を参照して説明する。尚、上記第１の実施形態と同様な一部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第２の実施形態では、図６に示すように、回転子鉄心３１に形成される冷却溝３２及び永久磁石３３の形状が、第１の実施形態の回転子鉄心１１に形成される冷却溝１５及び永久磁石１４と異なる。
【００２３】
本実施形態では、回転子鉄心３１に設けられる永久磁石３３は、回転子鉄心３１の軸に対してスキューを形成するように、回転子鉄心１１の軸に対して傾斜状に形成されている。永久磁石３３のスキューの形状は、永久磁石３３のうちの、端板１２ａ側に位置する端部３３ａが、永久磁石３３の他方の端部３３ｂよりも、回転子３が回転したときの周方向の風上側に位置している。又、回転子鉄心１１に形成される冷却溝３２は、回転子鉄心３１の軸に対して永久磁石３３と同じ角度の傾斜状になるように、即ち、冷却溝３２が、永久磁石３３の傾斜状に対して平行になるように、永久磁石３３の幅方向の中心に対して平行に形成されている。これにより、端板１２ａに形成された通孔部２５ａは、端板１２ｂの通孔部２５ｂよりも周方向の風上側に位置し、この通孔部２５ａ，２５ｂを連通するように冷却溝３２が形成されている。
【００２４】
尚、この実施形態で用いられる永久磁石３３は、例えばネオジウム磁石の粉末とナイロン樹脂等からなる流動性の有る材料からなるボンド磁石が用いられ、回転子鉄心３１の永久磁石３３を形成する部分に、このボンド磁石を充填し硬化し、着磁して永久磁石３３が形成される。
【００２５】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
更に、通孔部２５ｂよりも風上側に冷却風を取込む通孔部２５ａが形成され、通孔部２５ａ，２５ｂを連通するように冷却溝３２が形成されているので、回転子３が回転した場合に冷却溝３２に存する冷却風は風下側に押し流され、これにより、冷却溝３２に存する冷却風を容易に端板１２ｂの通孔部２５ｂから吐出させることができる。
又、回転子鉄心３１には、スキューが形成されるので、磁束の立上がりを滑らかにでき、トルクムラを低減することができる。
【００２６】
次に、本発明の第３の実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。尚、上記第１の実施形態と同様な一部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第３の実施形態では、図７及び図８に示すように、回転子鉄心１１に設けられるフィン装置４１ａが、第１の実施形態のフィン装置２１ａと異なる。即ち、フィン装置４１ａの冷却フィン４２ａの形状が第１の実施形態のフィン装置２１ａの冷却フィン２２ａの形状と異なる。
【００２７】
冷却フィン４２ａは、周方向の長さが、第１の実施形態の冷却フィン２２ａの周方向の長さよりも長く設定されており、具体的には、冷却フィン４２ａの周方向の長さは、端板１２ａに形成された複数の通孔部２５ａのうちの一の通孔部２５ａから周方向の隣に位置する他の通孔部２５ａまでの寸法に設定されている（図８（ｂ）参照）。即ち、端板１２ａに４つの通孔部２５ａが形成されている場合には、冷却フィン４２ａの周方向の長さは、端板１２ａを周方向に４等分した寸法に設定されている。これにより、冷却フィン４２ａと端板１２ａとの鋭角側のなす角は、第１の実施形態の冷却フィン２２ａと端板１２ａとの鋭角側のなす角よりも小さくなる。
【００２８】
又、回転子３における他方の端板１２ｂには、第１の実施形態のフィン装置２１ｂが配設されている。尚、フィン装置２１ｂの代わりに、フィン装置４１ａを端板１２ｂに配設しても良い。
【００２９】
次に、上記構成の冷却風の流れについて説明する。
回転子３が回転（例えば図７及び図８中の矢印Ｘ方向へ回転）すると、回転子３の端板１２ａ，１２ｂに配設されたフィン装置４１ａ，２１ｂも、回転子３と一緒に矢印Ｘ方向へ回転する。すると、回転子３の軸方向外側に存する冷却風が、冷却フィン４２ａの回転によって、冷却フィン４２ａと端板１２ａとの間に取込まれ、更に、冷却フィン４２ａに当たった冷却風が、冷却フィン４２ａの傾斜面に沿い、且つ、遠心力で、冷却フィン４２ａの風上側の外周部、即ち、通孔部２５ａに集められる。このとき、冷却フィン４２ａと端板１２ａとのなす角が、第１の実施形態の冷却フィン２２ａと端板１２ａとのなす角よりも小さくなっているので、冷却フィン４２ａの端板１２ａ側に当たった冷却風を、第１の実施形態の冷却フィン２２ａを使用した場合よりも効率良く通孔部２５ａに集められると共に、フィン装置４１ａの回転による空気抵抗が小さくなる。
【００３０】
そして、引き続きフィン装置４１ａが回転すると、通孔部２５ａに存する冷却風は、回転子鉄心１１の冷却溝１５に向かって吐出されて、第１の実施形態と同様に、冷却溝１５に移動する。又、冷却溝１５に移動された冷却風は第１の実施形態と同様の作用を行い、フィン装置２１ｂの回転によって、端板１２ｂの通孔部２５ｂから周方向外方に案内され吐出される。
【００３１】
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
冷却フィン４２ａと端板１２ａとのなす角が第１の実施形態よりも小さく構成されているので、冷却フィン４２ａの端板１２ａ側に当たった冷却風を、第１の実施形態に冷却フィン２２ａよりも効率良く通孔部２５ａに集められることができると共に、フィン装置４１ａの回転による空気抵抗を小さくすることができる。
【００３２】
尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されず、次のような変形、拡張が可能である。
第１乃至第３の実施形態のフィン装置の冷却フィンは、内周壁と外周壁とを直線状に連結する構成以外の形状、例えば曲線状に連結する構成にしても良い。
【００３３】
第１乃至第３の実施形態のフィン装置の冷却フィンは、４枚で説明したが、４枚以外でも良い。
第１乃至第３の実施形態において、回転子の両側に設けられるフィン装置の形状は、左右の形状が異なっていても良い。
【００３４】
第１乃至第３の実施形態の冷却溝、冷却フィン及び通孔部は、永久磁石と同数でなくても良く、又、第２の実施形態の冷却溝は、永久磁石の幅方向の中心に対して平行に形成されていなくても良い。
その他、上記した構成部品の数、寸法及び形状等について、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の回転電機を構成する正面側のフィン装置の正面図、（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ線に沿って切断して示す展開図
【図２】回転電機の縦断側面図
【図３】図２中のＢ−Ｂ線に沿う断面図
【図４】回転子とフィン装置の分解斜視図
【図５】（ａ）は背面側のフィン装置の背面図、（ｂ）は図５（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す展開図
【図６】本発明の第２の実施形態を示す図４相当図
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図４相当図
【図８】（ａ）は図１（ａ）相当図、（ｂ）は図８（ａ）中のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す展開図
【符号の説明】
【００３６】
図面中、１は回転電機、２は固定子、３は回転子、８は固定子鉄心、９はコイル、１１及び３１は回転子鉄心、１２ａ及び１２ｂは端板、１３は回転軸、１４及び３３は永久磁石、１５及び３２は冷却溝、２２ａ，２２ｂ及び４２ａは冷却フィン、２５ａ及び２５ｂは通孔部を示す。
【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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