JP2002118990A

JP2002118990A - 回転電機

Info

Publication number: JP2002118990A
Application number: JP2000310940A
Authority: JP
Inventors: Toru Oiwa; 亨大岩
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2002-04-19
Also published as: US20020047332A1; US6633096B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実質的にエアギャップを小さくすることがで
きる回転電機を提供すること。【解決手段】このブラシレス発電機は、フロントブラ
ケット１、リヤブラケット２、固定子３、回転軸５、コ
ア６、ポール７、８、リング９、界磁コア１０、界磁巻
線用ボビン１１、界磁巻線１２を含んで構成されてい
る。界磁コア１０とコア６の対向面によって空隙１８
が、ポール７、８と固定子３との対向面によって空隙１
９が、ポール８と界磁コア１０との対向面によって空隙
２０が、コア６とポール７との対向面によって空隙２１
がそれぞれ形成されている。各空隙に接する部材に、磁
性体粒子とこれを結合する結合材からなる磁性塗剤を塗
布する。この磁性塗剤は、引張り強度が接合強度よりも
小さく設定されており、外力により破壊される場合に
は、界面剥離ではなく母材破壊が生じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車やトラック
等に搭載される回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の車両のエンジン室内容積は、走行
抵抗の低減のためのスラントノーズ化や乗車スペースの
確保に伴って狭くなり、車両用交流発電機の搭載スペー
スに余裕がなくなってきている。また、燃費向上のため
に、エンジン回転は低くなる傾向にあり、これに伴って
車両用交流発電機の回転数も下がっている。しかし、そ
の一方で、安全制御機器などの各種電気負荷の増加が求
められており、ますます発電能力の向上が望まれてい
る。以上のことから、最近では、小型で高出力の車両用
交流発電機を安価に提供することが求められている。

【０００３】また、車外騒音低減の社会的要請や、車室
内静粛性の向上による商品性向上の狙いから、近年ます
ますエンジン騒音が低下してきており、比較的高速で回
転する補機としての車両用交流発電機のファン騒音や、
磁気的騒音が耳障りになりやすい状況になっている。

【０００４】従来の車両用交流発電機に用いられている
固定子巻線は、連続線を固定子鉄心に装着する構成が採
用されており、このような固定子の構造の下で上述した
ような小型化、高出力化、低騒音化等の要求に応えるた
めに種々の改良がなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、車両用交流発
電機等の各種の回転電機において、性能向上のために励
磁磁路の磁気抵抗を小さくする上での大きな課題の一つ
として、回転子と固定子等との間のエアギャップにおけ
る磁気抵抗の存在があげられる。性能向上のためには、
エアギャップを小さくするとともに回転子と固定子等と
の間の対向面の面積を大きくすることにより、磁気抵抗
を小さくすることが望ましい。しかしながら、スペース
上の制約により実際に確保することができる対向面積は
限られているため、無制限に対向面積を大きくすること
はできない。また、部品精度、組付け精度、回転子の回
転時の変形等の機械的制約を考慮すると、ある程度のエ
アギャップが必要になる。

【０００６】また、車両用交流発電機においては、回転
子と固定子間のエアギャップを大きくすることにより、
回転子鉄心と固定子鉄心での極端な磁気脈動を低減し、
これにより磁気騒音を低減する手法が知られている。し
たがって、磁気騒音を低減するためには、上述したエア
ギャップを大きくすることが好ましい。

【０００７】さらに、空冷式の車両用交流発電機では、
エアギャップを形成する回転子と固定子の対向面に塩
水、泥水、各種の車両用液剤等が付着する場合があり、
回転子鉄心と固定子鉄心の腐食物により回転子の回転が
ロックするおそれがあり、極端にエアギャップを小さく
することはできなかった。

【０００８】このように、従来の回転電機は、機械的制
約や磁気騒音低減あるいは腐食によるロック状態を回避
するためにエアギャップをある程度確保する必要があ
り、磁気回路上のエアギャップを小さくすることが好ま
しいとはわかっていても、実際はエアギャップを小さく
することができないという問題があった。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、実質的にエアギャップを小
さくすることができる回転電機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の回転電機は、周方向に沿って交互にＮ
Ｓ極を形成する回転子鉄心およびこの回転子鉄心に装備
された回転子巻線を有する回転子と、回転子鉄心と対向
配置される固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備され
た固定子巻線を有する固定子と、回転子および固定子を
支持するフレームとを備えており、互いに対向する回転
子鉄心と固定子鉄心の少なくとも一方の対向面に、磁性
体粒子とこの磁性体粒子を結合する結合材からなる磁性
塗剤を形成するとともに、磁性塗剤の引張り強度をこの
磁性塗剤が形成された対向面との間の接合強度よりも小
さく設定している。ここで、「磁性塗剤の引張り強度を
接合強度よりも小さく設定する」ということは、接触等
の外力により磁性塗剤が破壊する場合、鉄心表面との界
面の剥離という破壊モードでなはく、磁性塗剤自体が母
材破壊するという特性であることを意味する。

【００１１】このように、互いに対向する回転子鉄心あ
るいは固定子鉄心の表面、すなわちエアギャップを形成
しているいずれかの鉄心の表面に磁性塗剤が形成される
ため、エアギャップに磁性体が存在することになり、磁
気回路上は等価的にエアギャップを小さくすることがで
きる。一方、磁性塗剤中には離散的にしか磁性体が存在
せず、磁気回路上は厳密には鉄心と同等の磁気抵抗には
なり得ず、鉄心と同等まで磁束密度が極端に高い部分は
存在しない。このため、実際に対向する鉄心間のエアギ
ャップが小さい場合に比べると極端な磁気脈動がなく、
磁気騒音の低減が可能になる。

【００１２】また、上述した回転子は、Ｎ極あるいはＳ
極となる爪部と回転子巻線が巻装されたボス部とを含む
一対の回転子鉄心を備え、これらの一対の回転子鉄心は
ボス部の端面において互いに対向配置されてランデル型
鉄心を形成しており、爪部の外径表面と、ボス部端面
と、固定子鉄心の内径表面の少なくとも１個所に磁性塗
材を塗布している。ランデル型鉄心を用いた回転電機で
は、回転中の遠心力による爪部の変形が大きいため、こ
の変形を考慮すると、他の回転電機以上のエアギャップ
の確保が必要になる。しかし、本発明の回転電機は、エ
アギャップを形成する鉄心の表面に磁性塗剤が形成され
ているため、回転子鉄心の回転変形に伴って磁性塗剤同
士あるいは磁性塗剤と鉄心が接触した場合であっても、
磁性塗剤の一部が剥離して脱落するだけであるため、実
際のエアギャップを小さく設定することができる。

【００１３】また、上述した回転子は、Ｎ極あるいはＳ
極となるほぼ円筒状の第１の爪部およびこの第１の爪部
を非磁性体を介して保持して回転軸に結合された第２の
爪部と、回転子巻線の内径側に配置されて回転軸に結合
されたボス部と、回転子巻線を保持するとともに第１の
爪部とボス部とを結ぶ磁路を形成する回転子巻線保持部
とを備え、第１および第２の爪部の外径表面と、第１の
爪部の内径表面と、回転子巻線保持部の内外径表面と、
固定子鉄心の内径表面の少なくとも１個所に前記磁性塗
材を塗布している。

【００１４】このようなブラシレス発電機に用いられる
回転子では、回転中の遠心力による爪部の変形がさらに
大きいため、ブラシを有する回転電機よりもさらにエア
ギャップを大きく設定する必要がある。しかし、上述し
たランデル型鉄心を用いた回転電機の場合と同様に、エ
アギャップを形成する鉄心の表面に磁性塗剤が形成され
ているため、回転子鉄心の回転変形に伴って磁性塗剤同
士あるいは磁性塗剤と鉄心が接触した場合であっても、
磁性塗剤の一部が剥離して脱落するだけであるため、実
際のエアギャップを小さく設定することができる。

【００１５】また、上述した結合材は、潤滑性のある材
料であることが望ましい。グリースのような潤滑性を有
する材料を用いて磁性塗剤を形成し、これをエアギャッ
プに充填することにより、実際のエアギャップを０に近
づけることが可能であり、エアギャップを限界まで小さ
くすることができる。また、対向する回転子鉄心と固定
子鉄心とが接触した場合であっても、その周辺に潤滑性
のある磁性塗剤が存在するため、異音や焼付き等の不具
合の発生を防止することができる。したがって、対向す
る鉄心間の距離も小さくすることができる。

【００１６】また、上述した結合材は、絶縁材料である
ことが望ましい。磁束の変化が生じる鉄心表面では不要
な渦電流が発生して発電効率を低下させることが知られ
ているが、本発明では、この鉄心表面に絶縁材料によっ
て形成された磁性塗剤が存在するため、渦電流の発生を
低減することができ、出力向上を図ることができる。

【００１７】また、上述した結合材は、防錆性を有する
材料であることが望ましい。エアギャップを形成する鉄
心の表面に防錆性を有する磁性塗剤が存在するため、こ
のエアギャップに塩水、泥水等が付着する場合があって
も、錆の発生が抑制されるため、腐食物によって回転子
の回転がロックすることを防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１９】図１は、一実施形態のクローポール型ブラ
シレス発電機の部分的な構造を示す図であり、主に回転
子と固定子を中心とした構造が示されている。図１に示
すブラシレス発電機は、フロントブラケット１、リヤブ
ラケット２、固定子３、回転軸５、コア６、ポール７、
８、リング９、界磁コア１０、界磁巻線用ボビン１１、
界磁巻線１２を含んで構成されている。

【００２０】回転軸５、コア６、ポール７、８、リング
９、界磁コア１０、界磁巻線用ボビン１１、界磁巻線１
２によって回転子が構成されている。この中で、コア
６、ポール７、８および界磁コア１０によって回転子鉄
心が構成されている。また、コア６が回転子鉄心のボス
部に、ポール７、８が回転子鉄心の爪部に、界磁コア１
０が回転子鉄心の回転子巻線保持部にそれぞれ対応して
いる。

【００２１】回転軸５は、フロントブラケット１および
リヤブラケット２のそれぞれに備わった軸受け４を介し
て回転自在に支持されている。コア６は、回転軸５の外
周に固定された筒状部材であり、回転軸５と一体に回転
する。また、ポール７は、固定子３の内周面と所定の空
隙を介して対向するクローポール型磁極が外周側に形成
され、かつ内周側が回転軸５に固定されており、回転軸
５と一体に回転する。ポール８は、ポール７と同一円周
上に位置するクローポール型磁極を有する。これら２種
類のポール７、８は、非磁性体材料によって形成された
リング９によって、それぞれの磁極が円周方向に交互に
並ぶように連結されている。界磁コア１０は、コア６の
外周側に配置された筒状部材であり、その一部に界磁巻
線１２が装着される。この界磁コア１０は、フロントブ
ラケット１に固定されている。

【００２２】また、界磁巻線１２は、界磁を発生する回
転子巻線であり、界磁巻線用ボビン１１に絶縁被膜１３
を介して巻装されており、この状態で界磁コア１０に装
着されている。また、界磁巻線１２の外周には、絶縁用
のテープが巻かれている。

【００２３】フロントブラケット１およびリヤブラケッ
ト２は、固定子鉄心３ａおよび固定子巻線３ｂからなる
固定子および上述した回転子を収容する。

【００２４】上述した構造を有するブラシレス発電機
は、ベルト等を介してプーリ（図示せず）に回転力が伝
えられると回転軸５が所定方向に回転する。回転軸５が
回転すると、これと一体に組み付けられたコア６とポー
ル７、８も回転する。この状態で界磁巻線１２に通電す
ることにより、ポール７、８のそれぞれがＮ極あるいは
Ｓ極となって回転磁極が形成されるため、固定子３に三
相交流電圧を発生させることができる。

【００２５】ところで、界磁巻線１２に通電があると、
通電の極性に応じて一定方向に主磁束１６が発生する。
主磁束１６は、界磁コア１０からその内周側に形成され
た空隙１８を介してコア６へ、コア６から空隙２１を介
してこのコア６に接しているポール７へ、ポール７のク
ローポール型磁極から空隙１９を介して固定子３へ、固
定子３から再び空隙１９を介してポール８のクローポー
ル型磁極へ、さらにポール８から空隙２０を介して界磁
コア１０へ戻ることにより経路が設定されている。

【００２６】本実施形態では、上述した４つの空隙１
８、１９、２０、２１を形成する部材の表面に磁性塗剤
が塗布されている。これらの磁性塗剤は、いずれも引張
り強度が接合強度よりも小さく設定されている。このた
め、磁性塗剤の一部が接触等の外力により破壊される場
合には、塗布された部材表面における界面の剥離という
破壊モードではなく、磁性塗剤自体が母材破壊するとい
う特徴を有している。

【００２７】具体的には、空隙１８が界磁コア１０とコ
ア６の間に形成されており、空隙１８を挟んだこれらの
対向面のそれぞれに、磁性体粒子を含むグリースからな
る磁性塗剤が塗布されている。また、空隙１９がポール
７、８と固定子３の間に形成されており、この空隙１９
に接するポール７、８の表面にはエポキシ系樹脂材料で
あらかじめコーティングした磁性体粒子を別のエポキシ
系樹脂材料で接合した絶縁性を有する磁性塗剤が塗布さ
れており、固定子３の内周面には防錆性を有する磁性塗
剤が塗布されている。空隙２０がポール８と界磁コア１
０の間に形成されており、空隙２０を挟んだこれらの対
向面のそれぞれに、防錆性を有する磁性塗剤が塗布され
ている。空隙２１がコア６とポール７の間に形成されて
おり、空隙２１を挟んだこれらの対向面のそれぞれに、
磁性体粒子を含むグリースからなる磁性塗剤が塗布され
ている。

【００２８】上述した空隙１８、２１は、構造上ほぼ密
閉空間になっており、この密閉空間を磁性体粒子を含む
グリースからなる潤滑性を有する磁性塗剤で充填するよ
うにこの磁性塗剤を塗布することにより、これらの空隙
１８、２１における実質的なエアギャップを０とするこ
とができる。完全な密閉空間を形成することは不可能な
ので、磁性塗剤に含まれるグリースは、高温でも粘性が
低下しにくく、かつコア６等に対して腐食性のない特性
のものが望ましい。

【００２９】また、空隙１９に接するポール７、８の表
面には、絶縁性を有する磁性塗剤が塗布してあるため、
発電時にポール７、８の表面に発生する渦電流を低減す
ることができ、渦電流損失による出力の低下を防止する
ことができる。

【００３０】また、空隙１９に接する固定子３の内周面
と、空隙２０を挟んで対向するポール８と界磁コア１０
の対向面には、防錆性を有する磁性塗剤が塗布してある
ため、空冷式の冷却構造を有する場合において、塩水、
泥水、各種車両液剤などが付着した場合であっても、こ
れらの塗布面が腐食しにくくなり、腐食物によって回転
子がロックする事態を回避することができる。

【００３１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変
形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では主
磁束１６の経路上に存在する全ての空隙１８、１９、２
０、２１に接する部材に磁性塗剤を塗布したが、一部の
空隙のみについて磁性塗剤の塗布を行うようにしてもよ
い。また、磁性塗剤は、塗布以外の方法で各部材の表面
に形成するようにしてもよい。

【００３２】また、上述した実施形態では、ブラシレス
発電機について説明したが、その他の回転電機に本発明
を適用することができる。

【００３３】図２は、ランデル型鉄心を有する回転子を
備えた車両用交流発電機の構造を示す断面図である。同
図に示す車両用交流発電機に備わった回転子１１０は、
Ｎ極あるいはＳ極となる爪部１００と、回転子巻線が巻
装されたボス部１０２を含む一対の回転子鉄心を有して
いる。このような構造において、界磁巻線によって発生
した主磁束の経路上には、爪部１００と固定子１２０の
内周面との間に形成される空隙と、一対のボス部１０２
同士の対向面によって形成される空隙とが存在する。し
たがって、これらの空隙に接する部材に磁性塗剤を塗布
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態のクローポール型ブラシレス発電機
の部分的な構造を示す図である。

【図２】ランデル型鉄心を有する回転子を備えた車両用
交流発電機の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１フロントブラケット２リヤブラケット３固定子５回転軸６コア７、８ポール１０界磁コア１２界磁巻線１８、１９、２０、２１空隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する
回転子鉄心およびこの回転子鉄心に装備された回転子巻
線を有する回転子と、前記回転子鉄心と対向配置される
固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻
線を有する固定子と、前記回転子および前記固定子を支
持するフレームとを備える回転電機において、前記互いに対向する前記回転子鉄心と前記固定子鉄心の
少なくとも一方の対向面に、磁性体粒子とこの磁性体粒
子を結合する結合材からなる磁性塗剤を形成するととも
に、前記磁性塗剤の引張り強度をこの磁性塗剤が形成さ
れた前記対向面との間の接合強度よりも小さく設定する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１において、前記回転子は、Ｎ極あるいはＳ極となる爪部と前記回転
子巻線が巻装されたボス部とを含む一対の前記回転子鉄
心を備え、これらの一対の前記回転子鉄心は前記ボス部の端面にお
いて互いに対向配置されてランデル型鉄心を形成してお
り、前記爪部の外径表面と、前記ボス部端面と、前記固定子
鉄心の内径表面の少なくとも１個所に前記磁性塗材を塗
布したことを特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１において、前記回転子は、Ｎ極あるいはＳ極となるほぼ円筒状の第
１の爪部およびこの第１の爪部を非磁性体を介して保持
して回転軸に結合された第２の爪部と、前記回転子巻線
の内径側に配置されて前記回転軸に結合されたボス部
と、前記回転子巻線を保持するとともに前記第１の爪部
と前記ボス部とを結ぶ磁路を形成する回転子巻線保持部
とを備え、前記第１および第２の爪部の外径表面と、前記第１の爪
部の内径表面と、前記回転子巻線保持部の内外径表面
と、前記固定子鉄心の内径表面の少なくとも１個所に前
記磁性塗材を塗布したことを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記結合材は、潤滑性のある材料であることを特徴とす
る回転電機。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記結合材は、絶縁材料であることを特徴とする回転電
機。
【請求項６】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記結合材は、防錆性を有する材料であることを特徴と
する回転電機。