JP2002527015A - 電気機械用ローター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電気機械用のローターを提供する。ローターは、ローターの回転軸を規定する第１及び第２のポール・ピース（12, 14）を有する。第１ポール・ピース（12）がボディ（32）及び第１ポール・ピース（12）のボディ（32）から軸方向に延びる複数のポール・フィンガー（20）を有する。第２ポール・ピースがボディ及び第２ポール・ピース（14）のボディから軸方向に延びる複数のポール・フィンガー（22）を有し、第２ポール・ピースのポール・フィンガー（22）が第１ポール・ピースのポール・フィンガー（20）に噛合う。ローターはまた、第１ポール・ピース（12）及び第２ポール・ピース（14）と共に回転するために備えられたファン（24）を、有し、そのファンが複数のポケット（36）を持ち、各ポケットが永久磁石（38）を保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、全般としては電気機械に関し、より具体的には電気機械用のローター
に関する。

【０００２】 電気出力及び自動車のオルタネーターの効率を高める方法が、常に求められてい
る。オルタネーターの設計において長く標準となっているのは、ランドル又は「
クローポール」オルタネーターである。電気出力を増大するために、ランドル型
オルタネーターのローターに永久磁石を加える文書化された設計案がいくつか提
案されてきた。1996年8月6日に発行された我々の米国特許5,543,676号に開示さ
れた設計案は、その様な設計案の一つである。

【０００３】 ランドルに永久磁石を加える際の一つの課題は、オルタネーターのローターが回
転する高速において磁石を保持するであろう態様で、ローターが磁石を強固に保
持しているということである。別の課題は、ローター内で機能している時の磁石
を腐食から保護することにある。永久磁石の腐食は、構造的整合性及び磁石の磁
力を落とすので、好ましくない。永久磁石をランドレル型ローターへ加える際の
第３の課題には、更にいくつかの部品が加えられる場合にローターを組立てる際
の最高の効率を見付けることが、含まれる。第４の課題には、そもそも永久磁石
を加える目的である電気出力の増大のために、オルタネーターの冷却を充分に確
保することが、含まれる。

【０００４】 それで、上述の問題の全てに対する解決策を提供する設計案は、永久磁石が加え
られたランドル型オルタネーターの実用性を高めることが出来る。その様なオル
タネーターは、効率及び出力密度（オルタネーターの単位容積及び重量あたりの
電力出力）を、標準的なランドル機械よりも高める可能性を持っている。

【０００５】 本発明は、電気機械用のローターを提供する。 ローターは、ローターの回転軸を規定する第１及び第２のポール・ピースを有す
る。第１ポール・ピースがボディ及び第１ポール・ピースのボディから軸方向に延
びる複数のポール・フィンガーを有する。第２ポール・ピースがボディ及び第２
ポール・ピースのボディから軸方向に延びる複数のポール・フィンガーを有し、
第２ポール・ピースのポール・フィンガーが第１ポール・ピースのポール・フィ
ンガーに噛合う。ローターはまた、第１ポール・ピース及び第２ポール・ピース
と共に回転するために備えられた第１ファンを、有し、そのファンが複数のポケ
ットを持ち、各ポケットが永久磁石を保持する。

【０００６】 本発明の種々の実施例による電気機械のローターは、埋め込まれた永久磁石及び
、磁石が提供することが出来る出力密度と効率の増大を、含むことが出来る。更
に、その設計案は、永久磁石をその位置にしっかり保持し、永久磁石の腐食に抗
し、そして非常に高い効率で組立てられ得る。本発明によるローターはそれで、
代替の設計案に対する有意な利点をもたらすことが出来る。

【０００７】 ローター10の適切な部分の分解図である最初に図１を最初に参照する。当業者は
、全般的にローター10を、自動車用オルタネーターで広く用いられているランド
ル又は「クロー・ポール」型であると、認識することになる。

【０００８】 ローター10は、第１ポール・ピース12、第２ポール・ピース14及びフィールド・
コイル組立体16を、含む。第１ポール・ピース12及び第２ポール・ピース14はシ
ャフト18へ取付けられ、そしてフィールド・コイル組立体16を取囲む。ローター
10が組立てられると、第１ポール・ピース12のポール・フィンガー20は、第２ポ
ール・ピース14のポール・フィンガー22と噛合う。

【０００９】 ローター10は更に、第１ファン24を含む。ファン24は、ポール・ピース12及び14
を保持するローター10の部分の一方の軸端に配置される。ファン24は、第１ポー
ル・ピース12に隣接している。支持プレート26は、ファン24のブレードの先端を
橋渡しして、ファン・ブレードを支持を追加する。

【００１０】 ローター10はまた、第２のファン28を含む。ファン28は、ポール・ピース12及び
14を保持するローター10の一部の他方の軸端に配置される。ファン28は、第２ポ
ール・ピース14に隣接している。支持プレート30は、ファン28のブレードの先端
を橋渡しして、ファン・ブレードの支持を追加する。

【００１１】 加えてここで図2A及び2Bを参照する。図2A及び2Bは、ポール・ピース12の二面図
である。ポール・ピース12は、強磁性物質から出来ていて、ボディ32及び、ボデ
ィ32より軸方向に延びる６つのポール・フィンガー20より出来ている。ポール・
ピース12はまた、フィールド・コイル16内に嵌まる様に適応されたハブ34を含む
。

【００１２】 第２ポール・ピース14は、第１ポール・ピース12と同一であるのが好ましく、ポ
ール・ピース12及び14を製造する際の規模による経済性をもたらす。

【００１３】 図１のファン24の二面図である図3A及び3Bをここで更に参照する。ファン24は樹
脂で成形されるのが好ましい。ファン24は、好ましく取囲まれた6個のポケット
を持つ。

【００１４】 それぞれのポケット36は、インサート成形された永久磁石38を保持する。永久磁
石38は、限定されるものではないが、フェライト及び希土類磁性材料を含む、公
知の永久磁石材料のいかなるものであっても良い。磁石38を完全に取囲む様にポ
ケット36を設計する利点は、磁石38がローター10内での使用中の腐食から保護さ
れるということである。それぞれのポケット36は、ファン24がローター10の中へ
組付けられる時に、ポケット36が第２ポール・ピース14のポール・フィンガー22
の下であって第１ポール・ピース12のボディ32より上で圧せられる様に、配置さ
れる。これは、かなりぴったり合っているつまり嵌め合いであるのが好ましい。

【００１５】 ポケット36の代替構造においては、それぞれのポケット36をマグネット38の挿入
を許容する開口と共に成形することが出来る。それから、ポケット36をポッティ
ング材料で密封すれば良い。

【００１６】 ファン24は更に、複数のファン・ブレード40を含む。それぞれのファン・ブレー
ド40は突起42を持つ。それぞれの突起42は、支持プレート26の相補的な開口44（
図１参照）に合う様に設計される。支持プレート26は金属からプレス加工される
のが好ましいが、特にローター10の高速回転中にファン・ブレード40に対する構
造的支持を加える材料であればいかなるものでも良い。支持プレート26のブレー
ド40への組付け後に、支持プレート26をブレード40へ保持するために、突起42を
熱固定するのが好ましい。

【００１７】 ファン24はまた、複数のポスト46を含み、それぞれのポストは先端48で終わって
いる。組立てられたローター10において、ポスト46は、ポール・ピース12及び14
を越えてファン28まで延びている。ファン28がポスト46の先端48を受容する大き
さとされた相補穴51を持つことを除いて、ファン28は全ての対応する点について
ファン24と同一である。ファン24と26が一旦位置決めされると、ファン24の先端
48がファン28中の相補穴を通って突出すると共に、ファン24及び28がポール・ピ
ース12及び14と共に回転するために固定される。ファン24及び28を更に、接着剤
の様な追加の手段により、対応するポール・ピース12及び14へローター10内で固
定することが出来る。ファン28がファン24の一体成形ポスト46に結合されるので
、ファン24及び28は互いに直接結合されていると、言うことが出来る。

【００１８】 述べた様に、ファン28は、ファン24のポスト46の先端48の挿入用の相補穴を設け
ること以外の全ての関連事項について、ファン24と同一である。従って、ファン
24の様に、ファン28は、それぞれが永久磁石を取囲む６個のポケット50（図１参
照）を持つ。ローター10の組立中に、ファン28のそれぞれのポケットが、第１ポ
ール・ピース12のポール・フィンガー20より下であって、第２ポール・ピース14
のボディより上で、圧縮される。これは再び、かなりぴったり合っているつまり
嵌め合いであるのが好ましい。

【００１９】 ここで加えて図４を参照する。図４は、ローター10を更に図示しやすくするため
にファン28と支持プレート30が取り外された、端面図である。図４において、そ
の中に配置される永久磁石を現すためにポケットの一つが断面で示されている。
図４はまた、ファン24のポスト46が、その後でファン28へ取付けるために、ロー
ターを通して配列されているのを、示している。図４は、ポール・ピース12のポ
ール・フィンガー20とポール・ピース14との間での、ファン24のポケット36のそ
れぞれの位置を示している。

【００２０】 ここで更に、図示しやすくするためにシャフト18を取り除いた、ローター10の側
面断面図である図５を参照する。図５で見えるのは、ファン28の２つのポケット
50であり、その中に付属の永久磁石52が取囲まれている。図５でまた見えるのは
、ファン24のポスト46の先端48である。前述した様に、ファン24及び28を互いに
固定し、それらがポール・ピース12及び14と共に回転するのに固定されるのを補
助するために、先端48が熱固定される。図５はまた、ファン24のブレード40の突
起42のあるもの及びファン28のブレード58の突起54のあるものを、示している。
突起42及び54は、ファン24及び28の対応する支持プレート26及び30に熱固定され
る。図５は、熱固定する前の先端48及び突起42及び54を示している。

【００２１】 ポール・ピース12及び14について代替設計案を用いることも出来る。それらのポ
ール・ピースのポール・フィンガーは、それらの先端において（もっと一般的な
ランドル・ローターの様な）横寸法を小さくしてテーパー状とすることが出来る
。また、ポール・フィンガーの横縁を斜めにすることも出来る。ポール・ピース
12及び14の代替設計案は、ローターが回転する時の可聴ノイズを減らす利点を持
つ。

【００２２】 ここに開示されたローター10のその様な実施例は、電気機械に用いられる場合に
は、多くの利点をもたらす。第１に、永久磁石を設けることが、標準のランドル
・ローターに比較して、出力密度と効率をかなり高めることになる。第２に、ポ
ール・ピース12及び14のポール・フィンガーの端の真下の永久磁石の位置が、そ
れぞれのポール・ピース12及び14のポール・フィンガーが他のポール・ピース上
を延びることを可能として、ローター10の全長を短くする。典型的なランドル・
ローターであれば、この構成により、一つのポール・ピースのポール・フィンガ
ーからかなりの電磁束が他のポール・ピースのボディへ漏れることになってしま
う。しかしながら、この明細書で配置されている様な永久磁石は、その様な漏れ
をかなり減らすかなくしている。

【００２３】 本発明の更にまだ別の利点は、ここに記載された案のローターを含むオルタネー
ターが、一般的な単方向電圧レギュレーターによりなされる制御で電気出力を増
大することが示された、ということである。永久磁石がオルタネーターのロータ
ーに用いられる他の設計案においては、高いローター速度で永久磁石により生成
される場を励起するために、ローターのフィールド・コイルを通る電流を双方向
に制御する電圧レギュレーターを必要とすることがしばしばである。双方向電圧
レギュレーターは、一般的な単方向電圧レギュレーターに対して、コストと複雑
さを増す。

【００２４】 ここに開示されたローターの設計案の更なる利点は、ファン24及び28のポケット
内にカプセル化することにより永久磁石に与えられた耐腐食性にある。加えて、
ファン24及び28用の支持プレートが、ファン24及び28用のブレードが、比較的高
く形成されそして、ローター10の高い回転速度においてさえも、かなりの構造的
一様性を持つことを、可能とする。高いファン・ブレードは、ローター10のため
、そしてローター10を含む機械のステーター（不図示）のための、冷却空気流を
増大する。ファン24及び28とは別の部品として支持プレート26及び30を設けるこ
とが、ファン24及び28を成形する際のかなりの自由度を可能とする。ファン24及
び28と一体に形成されたものとして支持プレート26及び30を含めば、ファン24及
び28を成形する能力を、かなり制限することになろう。

【００２５】 本発明のこの実施例の追加の利点は、ファン24及び28のポケット内に永久磁石を
確実に固定すること及び、ファン24及び28のポケット内に永久磁石が位置してい
る時のローターの組立効率が高まること、である。

【図面の簡単な説明】

発名は以下の図面を参照し、例を用いて記載される。

【図１】 本発明の一実施例による、電気機械用ローター10の適切な部分の分解図である。

【図２Ａ】 ローター10のポール・ピースの二面図である。

【図２Ｂ】 ローター10のポール・ピースの二面図である。

【図３Ａ】 ローター10のファン24の二面図である。

【図３Ｂ】 ローター10のファン24の二面図である。

【図４】 ファン28及び支持部材30が取り外されたローター10の端面図である。

【図５】 ローター10の側面断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年８月６日（１９９９．８．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 それで、上述の問題の全てに対する解決策を提供する設計案は、永久磁石が加え
られたランドル型オルタネーターの実用性を高めることが出来る。その様なオル
タネーターは、効率及び出力密度（オルタネーターの単位容積及び重量あたりの
電力出力）を、標準的なランドル機械よりも高める可能性を持っている。EP 0 762 601は、軸方向に離間した２個のファンを保持するローターを持つオル
タネーターを、記載する。そのローターは、互いに反対側に配列されローターの
回転軸を規定する２個のポール・ピースも組込んでいる。一方のピースの２つの
ポール・ピースのフィンガーが他方のポール・フィンガーと噛合っている。永久
磁石が、軸方向に離間した２つのファンのポケットの中に配置されている。 JP 04 165940は、そのローターが、フィールド・コイルを取囲み互いに突起を持
つ一対のクロー型ポール・ピースを含む、自動車用オルタネーターを記載してい
る。永久磁石が、ポール・ピースの隣接するポール・フィンガーの間の軸方向隙
内に挿入されている。ポール・ピースとポール・フィンガーと磁石は、アルミニ
ウム又はステンレス鋼のダイキャスト製の部材で取囲まれている。一対のファン
は、永久磁石に近接して位置している。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】本発明によれば、電気機械用のローターが提供され、該電気機械用ローターが
互いに反対側に配列されモーターの回転軸を規定する第１及び第２のポール・
ピースを有し、 該第１ポール・ピースがボディ及び上記第１ポール・ピースの上記ボディから軸
方向に延びる複数のポール・フィンガーを有し、 上記第２ポール・ピースがボディ及び上記第２ポール・ピースの上記ボディか
ら軸方向に延び上記第１ポール・ピースの上記ポール・フィンガーに噛合う複数
のポール・フィンガーを有し、 上記第１ポール・ピース及び上記第２ピースと共に回転するためにファンが備
えられ、該ファンが複数のポケットを持ち、各ポケットが永久磁石を保持し、
上記ファンが上記ポール・ピースの一方に隣接して配置され、そこの各ポケッ
トが、上記ポール・ピースの他方のポール・フィンガーの末端に延びることを、
特徴とする。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年９月１日（１９９９．９．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H609 BB05 PP02 PP07 QQ02 QQ08 QQ15 RR16 RR22 RR27 RR35 RR44 5H619 AA01 BB02 BB06 BB18 PP02 PP05 PP06 PP08 PP25 PP30 5H621 BB07 BB10 HH01 HH09 JK02 JK04 PP10 5H622 AA03 CA02 CB05 PP03 PP14 PP16 PP17 QA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械用ローターがモーターの回転軸を規定する第１及び
   第２のポール・ピース（12, 14）を有し、該第１ポール・ピース（12）がボディ
   （32）及び上記第１ポール・ピース（12）の上記ボディ（32）から軸方向に延び
   る複数のポール・フィンガー（20）を有し、上記第２ポール・ピース（14）がボ
   ディ及び上記第２ポール・ピース（14）の上記ボディから軸方向に延びる複数の
   ポール・フィンガー（22）を有し、上記第２ポール・ピース（14）の上記ポール
   ・フィンガー（22）が上記第１ポール・ピース（12）の上記ポール・フィンガー
   （20）に噛合い、上記第１ポール・ピース（12）及び上記第２ピース（14）と共
   に回転するために第１ファン（24）が備えられ、該第１ファンが複数のポケット
   （36）を持ち、各ポケットが永久磁石（38）を保持する、ローター。
2. 【請求項２】 上記第１ポール・ピースの上記ポール・フィンガーのそれぞ
   れが端部を持ち、上記ポケットのそれぞれが上記第１ポール・ピースの上記ポー
   ル・フィンガーの上記端部の一つの下を延びる、請求項１に記載のローター。
3. 【請求項３】 上記第１ポール・ピースの上記ボディが複数の外径方向に開
   くリセスを持ち、それぞれのリセスが上記第１ポール・ピースの連続する一対の
   ポール・フィンガーの間に位置し、それぞれのポケットが上記リセスの一つの中
   へ延びる、請求項１に記載のローター。
4. 【請求項４】 上記ポケットが、上記第１ファンと一体であり、上記永久磁
   石を実質的に取囲む、請求項１に記載のローター。
5. 【請求項５】 上記第１ポール・ピース及び上記第２ポール・ピースと共に
   回転するために備えられる第２ファンを更に有し、該第２ファンが複数のポケッ
   トを持ち、上記第２ファンのそれぞれのポケットが永久磁石を保持し、上記第１
   ファンが上記第１ポール・ピースに隣接して配置され、上記第２ファンが上記第
   ２ポール・ピースに隣接して配置され、そして、上記第１ファン及び上記第２フ
   ァンが互いに直接結合される、請求項１に記載のローター。
6. 【請求項６】 上記ファンが、上記第２ファンに接続される一体で軸方向に
   延びる突起を有する、請求項５に記載のローター。
7. 【請求項７】 上記第１ポール・ピースの上記ポール・フィンガーの上記端
   部が上記第２ポール・ピースの上記ボディ上を延びる、請求項２に記載のロータ
   ー。
8. 【請求項８】 上記ファンの上記ポケットのそれぞれが、上記第１ポール・
   ピースの上記ポール・フィンガーの上記端部の一つと上記第２ポール・ピースの
   上記ボディとの間を延びる、請求項７に記載のローター。
9. 【請求項９】 上記第１ファンが上記ローターから軸方向に外向きに延びる
   ファン・ブレードを有し、該ファン・ブレードのそれぞれが先端を持ち、そして
   、上記第１ファンが上記ファン・ブレードの上記先端に固着されそれを橋渡す支
   持部材を有する、請求項５に記載のローター。
10. 【請求項１０】 上記ファンが、それぞれが先端を持ち上記ローターから軸
    方向に外向きに延びるファン・ブレード及び、該ファン・ブレードの上記先端に
    固着されそれを橋渡す支持部材を、有する、請求項５に記載のローター。
11. 【請求項１１】 上記ファン・ブレードの先端のそれぞれが、上記支持部材
    を通って突出する突起を含み、上記支持部材が略環状の板である、請求項10に記
    載のローター。