JP2004153975A

JP2004153975A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2004153975A
Application number: JP2002319198A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Morikado; 英規森角; Yoshito Asao; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: US6806616B2; JP3816863B2; US20040135464A1

Abstract

【課題】回転電機の回転子のポールコアの爪状磁極の側面に配置された磁石が回転子の回転による振動があっても磁石が移動しないで爪状磁極の側面への装着状態が維持される回転電機の回転子を構成する。
【解決手段】回転軸の両側からロータコイルを包囲するように嵌挿して爪状磁極を噛み合せた一対のポールコアの爪状磁極の両側に配置して隣接する爪状磁極間の磁束方向の逆方向に磁界を与える磁石を、両側に磁石保持部を形成し、中間部を爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状に形成した磁石装着部材の両側の磁石を装着して磁石組立体を構成し、ポールコアの各爪状磁極には、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部を形成し、磁石組立体を装着した後に、磁石装着部材の軸心側傾斜面にバックアップリングを装填した構成とした。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転子が、外周部の軸方向に爪状に突出し周方向に等間隔で形成された複数の爪状磁極を有する一対のポールコアの爪状磁極側を対向させ、ロータコイルを覆うように爪状磁極を噛み合わせた交流発電機または電動機の回転電機の回転子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この発明が対象とする従来の回転電機の回転子は、ロータコイルと外周部の軸方向に爪状に突出し、周方向に等間隔で形成された複数の爪状磁極を有する一対のポールコアからなり、一対のポールコアは爪状磁極を対向させロータコイルを覆うように回転軸の両側から嵌挿して爪状磁極を噛み合わせ、相対向する爪状磁極の側面に、隣り合う爪状磁極間の磁束の方向とは逆方向の磁界を与える磁石が配置された構成である。この回転子の外周部に、ステータコアに、ステータコイルが巻回されたステータが配置されて交流発電機または電動機の回転電機が構成されている（特許文献１の図１７，図１８参照）。
【０００３】
この構成においては、ロータコイルによりポールコアが励磁されると、一方の爪状磁極はＮ極に着磁され、対向する他方の爪状磁極はＳ極に着磁される。この対向する各爪状磁極の側面に、爪状磁極の間の磁束の向きとは反対方向の磁界を与える磁石を配置したことにより、隣り合う爪状磁極の側面間の磁束を低減し、爪状磁極外周のステータ方向の磁束を多くしたものである。
【０００４】
爪状磁極の側面に配置した磁石は、断面が略Ｍ字状に形成された補強体により爪状磁極の側面に保持された構成（特許文献１の図１〜図３参照）、または略Ｃ字状に形成された補強体により爪状磁極の側面に保持された構成（特許文献１の図４、５、７参照）が示されている。この構成は、回転子の回転により磁石に働く遠心力に対し、補強体により爪状磁極の軸心側で支持されて爪状磁極の側面に保持される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８６７１５号公報、（第１１頁図１〜図４、第２頁図５、図７、第１３頁図１８、第１４頁図１７参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の発電機または電動機の回転電機の回転子は、外周部の軸方向に爪状に突出し周方向に等間隔で形成された爪状磁極を有する一対のポールコアを回転軸の両側から爪状磁極を対向させてロータコイルを覆うように噛み合わせ、各爪状磁極の側面に補強体に支持された隣り合う爪状磁極の間の磁束の方向とは逆方向の磁界を与える磁石を配置した構成であり、磁石と爪状磁極の側面とは、回転停止状態において離れた状態にあり、回転子が回転して磁石に遠心力が働くと、磁石は爪状磁極の側面に密着するように構成されており、ロータの回転によって補強体に支持された磁石は、爪状磁極の側面に接離する状態となっている。
爪状磁極は先端方向に先細り形状であり、内面側は傾斜面となっているので、回転することによる磁石に加わる遠心力と振動によって、磁石を挟持した補強体が爪状磁極の先端方向に移動し、爪状磁極の側面と磁石との間に隙間ができて磁石が逸脱する問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一対のポールコアの爪状磁極側面に配置した磁石に対し、回転子の回転数の変化および回転・停止の繰り返しがあっても磁石は移動しないで爪状磁極の側面への固着状態が維持される回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の回転子は、回転軸と、回転軸の外周を周回するように配置されたロータコイルと、外周部の軸方向に爪状に突出し周方向に等間隔で形成された複数の爪状磁極が形成され、爪状磁極側が対向する方向に上記回転軸の両側から上記ロータコイルを包囲するように嵌挿して爪状磁極を噛み合せた一対のポールコアと、爪状磁極の両側に配置して隣接する爪状磁極間の磁束方向に対して逆方向の磁界を与える磁石と、この磁石を爪状磁極の両側面に配置する磁石装着部材とからなり、磁石装着部材は、両側に磁石を爪状磁極の側部に保持する磁石保持部を形成し、中間部を爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状とした断面Ｃ字状に形成し、この磁石装着部材の両側の磁石保持部に磁石を装着して磁石組立体を構成し、ポールコアの各爪状磁極は、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部を形成し、磁石組立体は、磁石装着部材の中間部が爪状磁極の軸心側傾斜面に沿わせて係止部で係止されるように装着し、磁石組立体の軸心側傾斜面の傾斜方向が交互となる爪状磁極の付け根側に沿う外周面を形成したバックアップリングを爪状磁極に装着された磁石組立体の軸心側傾斜面に沿わせて装着したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の対象とする発電機または電動機の回転電機の断面図を図１、その回転子の斜視図を図２に示す。この回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１Ａとリヤブラケット１Ｂで構成されたケース１と、このケース１の内壁に固定されたステータコア３とステータコイル４からなるステータ２と、ステータコイル４に接続され、ステータコイル４に生じた交流電圧を直流電圧に整流する整流器５と、ステータコイル４で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ６と、下記の回転子１０に励磁電流を供給するブラッシ７Ａを収納したブラッシホルダ７と、ブラッシホルダ７に嵌着されたヒートシンク８とを備え、回転子１０は、回転軸１１と、この回転軸１１の外周を周回するように配置されたロータコイル１２と、外周部の軸方向に爪状に突出した複数の爪状磁極１４ａまたは１５ａが形成された一対のフロント側のポールコア１４とリア側のポールコア１５でポールコアの部分を構成し、この一対のポールコア１４、１５を回転軸１１の両側から、爪状磁極１４ａと１５ａを対向させた向きとしてロータコイル１２を包囲するように嵌挿して爪状磁極１４ａと１５ａを噛み合わせ、各爪状磁極１４ａおよび１５ａの両側には、隣り合う爪状磁極１４ａと１５ａの間の磁束の方向の逆方向の磁界を与える磁石２１を磁石装着部材２２の磁石保持部２２ａに装着して磁石組立体２０とし、この磁石組立体２０を各爪状磁極１４ａおよび１５ａに装着した構成としている。
回転軸１１にはロータコイル１２に励磁電流を取り込むスリップリング１６と、ポールコア１４、１５の軸端側にはファン１７が取り付けられ、回転子１０は回転軸１１の両端でベアリング９Ａおよび９Ｂを介してフロント側のブラケット１Ａとリア側のブラケット１Ｂに回動自在に支持され、回転軸１１の一端側にプーリ１８が取り付けられている。
【００１０】
回転子１０のポールコア１４、１５の爪状磁極１４ａ、１５ａは、ロータコイル１２により励磁されると、例えば、ポールコア１４の爪状磁極１４ａはＮ極に磁化され、ポールコア１５の爪状磁極１５ａはＳ極に磁化される。磁石２１は、磁化された爪状磁極１４ａと１５ａとの間の磁束の方向に対して、逆方向の磁束を与えて外周方向に分布する磁束を多くするために配置するものであって、Ｎ極に磁化された爪状磁極１４ａの側面には、磁石２１のＮ極が対向し、Ｓ極に磁化された爪状磁極１５ａの側面にはＳ極が対向するように配置する。このように爪状磁極１４ａ、１５ａの側面に反対方向の磁束を与える磁石２１を配置したことにより、磁化された爪状磁極１４ａ、１５ａの磁束はステータ２側に広がり、ステータ２と鎖交する磁束が多くなる。
【００１１】
次に磁石２１を爪状磁極１４ａまたは１５ａの側面に配置する構成について説明する。
回転子１０のポールコア１４または１５の爪状磁極１４ａまたは１５ａの部分の斜視図を図３、爪状磁極１４ａまたは１５ａの軸方向の断面図を図４に示す。図５は磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面にバックアップリング３１を装着した場合の断面図である。爪状磁極１４ａまたは１５ａの軸心側斜面の先端部軸心側に係止部１４ｂまたは１５ｂを形成し軸心側傾斜面を段差面１４ｃまたは１５ｃとして下記の磁石装着部材２２がはまり込むように図４の通りに形成している。磁石２１の形状は、爪状磁極１４ａ、１５ａの側面形状に合わせて側面が台形形状の板状に形成されている。磁石２１は装着状態で爪状磁極１４ａまたは１５ａの側面に位置するように装着する磁石装着部材２２は、磁石２１が爪状磁極１４ａまたは１５ａの側面に位置する状態でポールコア１４または１５の外周側となる面から外側面に沿うよう折り曲げて磁石保持部２２ａを形成し、中間部２２ｂが爪状磁極１４ａ、１５ａの軸心側傾斜面に沿う平面状に形成した断面Ｃ字状に形成されている。磁石装着部材２２は、例えば非磁性材の０．５ｍｍ程度のステンレス鋼板により製作する。磁石装着部材２２の両側の磁石保持部２２ａに磁石２１を装着して磁石組立体２０を構成し、各爪状磁極１４ａおよび１５ａに装着する。磁石２１の形状は側面は必ずしも台形形状である必要はなく、矩形であってもよい。
【００１２】
磁石組立体２０の装着は、磁石組立体２０の磁石装着部材２２の中間部２２ｂが爪状磁極１４ａまたは１５ａの軸心側傾斜面に設けた段差面１４ｃまたは１５ｃにはめ込んで装着する。次に、図５に示すように断面が山形のバックアップリング３１を磁石組立体２０の磁石装着部材２２の中間部２２ａの軸心側傾斜面の付け根部分に沿うように装填し、ポールコア１４および１５を回転軸１１の両側からロータコイル１２を包囲するように爪状磁極１４ａと１５ａが噛み合うように嵌挿する。
【００１３】
このように爪状磁極１４あまたは１５ａに装着された磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿うようにバックアップリング３１を配置した構成にすると、回転子１０が回転しても磁石組立体２０は爪状磁極１４ａまたは１５ａの段差面１４ｃ、１５ｃの縁部で規制されるとともに磁石組立体２０が爪状磁極１４ａまたは１５ａに強固に固着され、磁石組立体２０が爪状磁極１４ａ、１５ａの段差面１４ｃ、１５ｃから浮き上がることがなくなり、先端方向に移動することもなくなる。
【００１４】
バックアップリング３１の外径は、当接する磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を与えるように、磁石装着部材２２の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を加えることができ、爪状磁極１４ａまたは１５ａと磁石組立体２０はさらに強固に固着することができる。
【００１５】
実施の形態２．
実施の形態２は、磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿わせて、外周面を円錐面とした傘形形状のリングの大径側を向かい合わせにしたバックアップリングを装填した構成である。図６にそのバックアップリングを装着した場合の構成を示す。図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）はバックアップリングの形状を示すものである。
【００１６】
この構成では、バックアップリング４１の外周面は磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿うように円錐状に形成し、磁石組立体２０を爪状磁極１４ａまたは１５ａに装着した後に、磁石組立体２０の磁石装着部材２２の中間部２２ｂに、バックアップリング４１の大径側を対向させて装填し、ポールコア１４および１５を回転軸１１の両側から爪状磁極１４ａと１５ａを対向させて嵌挿することで組み立てられる。
【００１７】
この場合においても、バックアップリング４１の外径は、当接する磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を与えるように、磁石装着部材２２の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を加えることができ、爪状磁極１４ａまたは１５ａと磁石組立体２０はさらに強固に固着することができる。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態３は、磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿わせて、筒状部材の外周面を山形に成型したバックアップリングを装填した構成である。図７にそのバックアップリングを装填した構成図を示す。図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）はバックアップリングの形状を示すものである。
【００１９】
この構成では、バックアップリング５１を円筒状部材をの外周面を、交互に配置された磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿うように外周面を山形に成型した構成とし、磁石組立体２０を爪状磁極１４ａまたは１５ａに装着した後に、磁石組立体２０の磁石装着部材２２の中間部２２ｂに、バックアップリング５１を装填し、ポールコア１４および１５を回転軸１１の両側から爪状磁極１４ａと１５ａを対向させて嵌挿することで組み立てられる。
【００２０】
この構成では、バックアップリング５１が円筒状部材を山形に成型する構成であり、加工性がよく低コストで製作できる。
【００２１】
この場合においても、バックアップリング５１の外径は、当接する磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を与えるように、磁石装着部材の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を加えることができ、爪状磁極１４ａまたは１５ａと磁石組立体２０はさらに強固に固着することができる。
【００２２】
実施の形態４．
実施の形態４は、磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿わせて、外周面を筒状部材の外周面を交互に配置された磁石組立体の軸心側傾斜面に合わせた傾斜面６１ａを左右交互に加工したバックアップリング６１を装填した構成であり、図８にバックアップリングを装填した構成図を示す。図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）はバックアップリングの形状を示すものである。
【００２３】
この構成では、バックアップリング６１を円筒状部材の外周面を、交互に配置された磁石組立体２０の軸心側傾斜面に沿うように傾斜面６１ａを左右交互に加工した構成とし、磁石組立体２０を爪状磁極１４ａまたは１５ａに装着した後に、磁石組立体２０の磁石装着部材２２の中間部２２ｂに、バックアップリング６１を装填し、ポールコア１４および１５を回転軸１１の両側から爪状磁極１４ａと１５ａを対向させて嵌挿することで組み立てられる。
【００２４】
この構成では、バックアップリング６１が円筒状部材を機械加工により自動的に加工できる効果がある。
【００２５】
この場合においても、バックアップリング６１の外径は、当接する磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を与えるように、磁石装着部材の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材２２の中間部２２ｂに押圧力を加えることができ、爪状磁極１４ａまたは１５ａと磁石組立体２０はさらに強固に固着することができる。
【００２６】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態１〜実施の形態４において磁石組立体２０を爪状磁極１４ａおよび１５ａに装着し、その軸心側傾斜面に沿うようにバックアップリングを装填した構成の回転子１０を組立後に樹脂含浸する実施の形態である。組立完了した回転子１０に樹脂を含浸すると、爪状磁極１４ａおよび１５ａと磁石組立体２０との間の隙間および磁石２１と爪状磁極１４ａおよび１５ａの側面との間の隙間に樹脂が含浸され、それぞれの部材間の隙間がなくなり固着された状態となる。
【００２７】
このように回転子１０を樹脂含浸した構成にすると、回転子１０が回転しても磁石２１の装着部が扇動するようなことがなくなり、振動、騒音の発生が抑制され、高品質の回転子１０が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明の係る回転電機の回転子は、ポールコアの爪状磁極の両側に配置する磁石を磁石装着部材の磁石保持部に装着して磁石組立体を構成し、ポールコアの各爪状磁極は、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部を形成し、磁石組立体は、磁石装着部材の中間部が爪状磁極の軸心側傾斜面に沿わせ係止部で係止されるように装着し、磁石組立体の軸心側傾斜面の傾斜方向が交互となる爪状磁極の付け根側に沿う外周面を形成したバックアップリングを爪状磁極に装着された磁石組立体の軸心側傾斜面に沿わせて装着したものであり、回転子の回転時に磁石組立体の磁石部分に働く遠心力によって爪状磁極の先端方向にずれることが規制され、バックアップリングにより固着されているので、磁石組立体が爪状磁極の先端方向にずれることがなくなり、磁石が逸脱することが防止された回転電機の回転子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】回転電機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図３】回転子の爪状磁極の構成を示す部分斜視図である。
【図４】爪状磁極の断面図である。
【図５】磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が山形断面形状としたバックアップリングを装着した構成図である。
【図６】磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が円錐状に形成した傘形リングを対向させたバックアップリングを装着した構成図である。
【図７】磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が筒状部材の外周を山形断面形状に成型したバックアップリングを装着した構成図である。
【図８】磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が筒状部材のの外周を、交互に配置した磁石組立体の軸心側傾斜面に合わせた傾斜面を左右交互に加工したバックアップリングを装填した構成図である。
【符号の説明】
１ケース、２ステータ、３ステータコア、４ステータコイル、
１０回転子、１１回転軸、１２ロータコイル、１４，１５ポールコア、１４ａ，１５ａ爪状磁極、１４ｂ，１５ｂ係止部、
１４ｃ，１５ｃ段差面、２０磁石組立体、２１磁石、
２２磁石装着部材、３１バックアップリング、４１バックアップリング、５１バックアップリング、６１バックアップリング。

Claims

回転軸と、該回転軸の外周を周回するように配置されたロータコイルと、外周部の軸方向に爪状に突出し、先端になるにしたがって厚さが薄くなり軸心側が傾斜面となった複数の爪状磁極が周方向に等間隔で形成され、該爪状磁極側が対向する方向に上記回転軸の両側から上記ロータコイルを包囲するように嵌挿されて上記爪状磁極が噛み合わされた一対のポールコアと、上記爪状磁極の両側に配置されて隣接する爪状磁極間の磁束方向に対して逆方向の磁界を与える磁石と、該磁石を上記爪状磁極の両側面に配置する磁石装着部材とからなり、上記磁石装着部材は、両側に上記磁石を上記爪状磁極の側部に保持する磁石保持部が形成され、中間部は上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状とした断面がＣ字状に形成され、この磁石装着部材の両側の磁石保持部に上記磁石が装着されて磁石組立体が構成され、上記一対のポールコアの各爪状磁極は、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部が形成され、上記磁石組立体は、上記磁石装着部材の中間部が、上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿い上記係止部で係止されるように装着され、各爪状磁極に装着された上記磁石組立体の軸心側傾斜面の傾斜方向が交互となる爪状磁極の付け根側に沿う外周面を形成したバックアップリングが上記爪状磁極に装着された上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿わせて装着されていることを特徴とする回転電機の回転子。
上記バックアップリングは、断面の外径側が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿う山形形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
上記バックアップリングは、外周面が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿う傾斜面に形成された一対の傘形リングとしたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
上記バックアップリングは、円筒形部材の外周が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿う山形形状に成型されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
上記バックアップリングは、円筒部材の外形面に、傾斜面の方向が交互となる上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿うように、左右交互に傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
上記バックアップリングは、外周の傾斜面が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿って弾性変形する弾性変形量を見込んだ外形寸法としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の回転電機の回転子。
上記回転子の組立後に、回転子全体に樹脂含浸したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の回転電機の回転子。