JP2004350473A

JP2004350473A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2004350473A
Application number: JP2003147902A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Fujita; 暢彦藤田; Yoshito Asao; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: US7053518B2; JP3975180B2; US20050116581A1

Abstract

【課題】回転電機の特性を低下させることなく、爪状磁極の遠心力による変形や振動に伴う騒音を低下させることが可能な回転電機の回転子を得る。
【解決手段】界磁巻線１５を有する円筒部１３ａおよび１４ａと、円筒部部１３ａおよび１４ａから延長して設けられた円板部１３ｂおよび１４ｂと、この円板部部１３ｂおよび１４ｂから界磁巻線１５の外周を覆うように設けられた爪状磁極１３ｃおよび１４ｃとからなり、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃは交互に異極をなし噛み合うように形成された一対のクローポール型の回転子鉄心１３および１４と、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃに装着された非磁性体の変形抑止部材１８とを備え、爪状磁極１３ｃまたは１４ｃに装着された変形抑止部材１８が隣接する爪状磁極１３ｃまたは１４ｃの側面を所定の押圧力により押圧するように構成したものである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載される回転電機の回転子の構造、特に、高速回転に耐え、騒音を低減する回転子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される回転電機、特に交流発電機は内燃機関から増速されて使用されるため、限界に近い高速回転で回転することになり、回転子の遠心力対策や騒音対策について各種の提案がなされている。特許文献１には騒音対策として、ランデル型の交流発電機において、回転子の両端に非磁性鋼のリング（キャップ）を嵌着し、非磁性鋼のリングには他方の爪状磁極の先端部を押圧する舌片を設けることにより、低速時における風切り音と高速時における爪状磁極の振動による騒音とを低減する技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、回転子の磁極数と等しい数の平坦部を持ち、プレスにより一体成形された非磁性鋼板のリングを回転子の両側に設け、回転子の円板部に当接する平坦部の面は円板部と溶接し、回転子の爪状磁極先端部に当接する平坦部の面は爪状磁極先端部と溶接することにより、あるいは、係合させることにより、爪状磁極先端部を隣接する回転子の円板部に固定し、高速回転時における磁極先端部の遠心力による広がりを防止する技術が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、クローポール型の多数の爪状磁極が形成された第１のロータコアと第二のロータコアとを有する回転子において、一方の爪状磁極の先端と他方の爪状磁極の根元とを結合する非磁性リングを設け、爪状磁極にはこの非磁性リングを嵌め込む溝を設け、各爪状磁極部に非磁性リングを溶接することにより、高速回転時における遠心力で爪状磁極の先端部が外側に変形するのを防止する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許番号第２９０３５７４号公報（第３頁、第４頁、第３図〜第５図）
【特許文献２】
特開平６−０７８４７９号公報（第２頁、第３頁、第１図〜第５図）
【特許文献３】
特開平７−１３１９４６号公報（第３頁、第１図、第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、車載の回転電機において、爪状磁極に非磁性リングを取り付けるのは遠心力による変形の防止や、振動や騒音を低減するためである。しかし従来の上記の技術においては、非磁性リングを取り付けるために磁路を形成する爪状磁極を部分的に削り取っており、磁路の断面積の低下や空隙面積の低下を来すものであり、性能の低下は避けられない。
【０００７】
例えば特許文献１に開示された技術では、磁路断面積の若干の低下を来すことになり、また遠心力が大きい状態では爪状磁極の先端部が非磁性体のリングから外れて振動抑制効果が働かず、騒音防止の効果が低下することになり、さらに冷却効果も低下して回転電機としての出力を犠牲にせざるを得ないものである。また、特許文献２や特許文献３に開示された技術においても、磁気回路の断面積の低下や空隙面積の低下は避けられないものであり、特に特許文献３の場合は、溶接後の後処理が完全でない場合には、固定子側のコイルエンドに傷を付ける虞も有するものである。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、磁気回路の特性を低下させることなく、従って、回転電機の特性を低下させることなく、遠心力による変形や爪状磁極の振動に伴う騒音を低下させることが可能な回転電機の回転子を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【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、回転軸に固定され、界磁巻線を有する円筒部と、円筒部から延長して設けられた円板部と、この円板部から界磁巻線の外周を覆うように設けられた爪状磁極とからなり、爪状磁極は交互に異極をなすと共に噛み合うように形成された一対のクローポール型の回転子鉄心と、回転子鉄心の爪状磁極に装着された非磁性体の変形抑止部材とを備え、爪状磁極に装着された変形抑止部材が隣接する爪状磁極の側面を所定の押圧力により押圧するように構成したものである。
【００１０】
また、回転軸に固定され、界磁巻線を有する円筒部と、円筒部から延長して設けられた円板部と、この円板部から界磁巻線の外周を覆うように設けられた爪状磁極とからなり、爪状磁極は交互に異極をなすと共に噛み合うように形成された一対のクローポール型の回転子鉄心と、回転子鉄心の爪状磁極に装着された非磁性体の変形抑止部材とを備え、変形抑止部材は双方の極性の爪状磁極に装着されており、爪状磁極間において、変形抑止部材が隣り合う変形抑止部材と干渉し合うように構成したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図３は、この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を説明するもので、図１は、回転電機の全体構成を説明する断面図、図２は、回転子の構成を示す斜視図、図３は、図２の構成を補足説明するもので、回転子を回転軸に垂直な面にて断面した断面図であり、この回転電機は車両用交流発電機として、また、車両用同期電動機として使用されるものである。
【００１２】
回転電機の全体構成につき説明すると次の通りである。図１において、回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２と、これらに挟持され、電機子巻線３を有する電機子鉄心４と、リヤブラケット２に設けられ、ブラシ５を有するブラシ保持器６と、電機子巻線３の出力する交流電力を整流する整流器７と、電機子巻線３の出力電圧を制御するレギュレータ８などからなる固定子９と、以下に述べる回転子１０とから構成されている。
【００１３】
回転子１０は、一端部にプーリ１１が固定された回転軸１２と、この回転軸１２に固定された一対のクローポール型の回転子鉄心１３および１４と、回転子鉄心１３および１４に巻回された界磁巻線１５と、回転子鉄心１３および１４の両端面に固定されたファン１６と、回転軸１２の他端部に固定され、ブラシ５からの電流を界磁巻線１５に供給するスリップリング１７などから構成されている。回転子鉄心１３および１４は磁性体であり、界磁巻線１５が巻装される円筒部１３ａおよび１４ａと、この円筒部１３ａおよび１４ａから延長して設けられた円板部１３ｂおよび１４ｂとを有している。
【００１４】
円板部１３ｂと１４ｂの外縁には界磁巻線１５の外周を覆うように、また、電機子鉄心４の内周とは所定の空隙を有するように、相互に噛み合う爪状磁極１３ｃと１４ｃとがそれぞれ複数設けられ、爪状磁極１３ｃと１４ｃとは界磁巻線１５の励磁により、交互に異極となるように磁化される。また、回転子１０はクローポール型の回転子であり、図２に示すように、爪状磁極１３ｃと１４ｃとは交互に噛み合うように形成されると共に、円板部１３ｂと１４ｂから先端に至るほど厚みと幅が小さくなるように形成されている。
【００１５】
回転子１０には、図２および図３に示すように、爪状磁極１３ｃと１４ｃの内径側に変形抑止部材１８が設けられ、この変形抑止部材１８は両端が回転子１０の外径側に折れ曲がって隣り合う爪状磁極の側面を押圧するように形成されている。すなわち、爪状磁極１４ｃに設けられた変形抑止部材１８は両隣の爪状磁極１３ｃの側面を両側より押圧し、爪状磁極１３ｃに設けられた変形抑止部材１８は両隣の爪状磁極１４ｃの側面を両側より押圧する。
【００１６】
そしてその押圧力は、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃに対する摩擦力が、少なくとも回転子１０の回転により爪状磁極１３ｃおよび１４ｃに働く遠心力による爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの外側への拡がり力と同レベル以上に設定される。また、変形抑制部材１８は、軸方向への通風路を塞がないように、さらに、相隣る爪状磁極１３ｃおよび１４ｃとの磁束の漏れがないように非磁性鋼の板材にて形成される。
【００１７】
このように構成されたこの発明の実施の形態１による回転電機の回転子によれば、回転子１０の冷却効果を阻害することなく、また磁気回路の特性を低下させることなく、遠心力により爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの先端部が外側に変形するのを防止することができるもので、高速回転に耐えると共に、爪状磁極の振動による騒音を低下させることが可能になるものである。
【００１８】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を説明するもので、この実施の形態による回転電機の回転子は、変形抑止部材１８が爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの双方に設けられるものでなく、いずれか一方に設けられるようにしたものである。図４では爪状磁極１３ｃにのみ変形抑止部材１８が設けられた状態を示している。このように構成することのより、組立性がよく、従って、生産性が向上し、材料も少なくなるのでコストを低減することができ、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの振動を抑えることにより騒音の小さな回転電機の回転子を得ることができるものである。
【００１９】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による回転電機の回転子を説明するもので、この実施の形態による回転電機の回転子は、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃに設けられた変形抑止部材１８同士が、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの中間において、相互に押圧し合うように当接させたものである。また、この当接が、当初は線接触であり、回転速度の上昇と共に遠心力で面接触に移行するようにすることもできるものであり、変形抑止部材１８を爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの内径側ではなく側面に取り付けることもできるものである。
【００２０】
このように構成することのより、変形抑制部材１８が隣り合う変形抑制部材１８と干渉し、干渉される側の変形抑制部材は干渉する側の変形抑制部材により変形を阻害されて確実に変形が抑制され、爪状磁極１３ｃまたは１４ｃの振動を抑制して騒音の小さな回転電機の回転子を得ることができるものである。
【００２１】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による回転電機の回転子を説明するもので、この実施の形態による回転電機の回転子は、爪状磁極１３ｃと１４ｃの内径側に変形抑止部材１８が設けられ、この変形抑止部材１８は爪状磁極１３ｃと１４ｃの中間にて外径側に屈曲するように形成されると共に、一部が隣接する変形抑止部材１８の屈曲した外径側を覆う変形抑止部１８ａを有するように形成される。そして組立状態において、この変形抑止部１８ａが隣接する変形抑止部材１８の屈曲した外径側と爪状磁極１３ｃと１４ｃの先端側において当接するように構成される。
【００２２】
このように構成されたこの発明の実施の形態４による回転電機の回転子では、当接する変形抑止部材１８の屈曲した外径側が爪状磁極１３ｃと１４ｃの先端側にあるため、変形抑止部１８ａは爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの根本側、すなわち、円板部１３ｂと１４ｂ側に位置することになり、変形しやすい爪状磁極１３ｃと１４ｃとの先端側が変形しにくい爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの根本側に抑え込まれる状態となり、爪状磁極１３ｃと１４ｃとの先端側の変形が抑制されて振動による騒音や遠心力による変形が低減することになる。
【００２３】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を説明するもので、この実施の形態による回転電機の回転子は、上記した変形抑止部材１８の取り付け法に関するものである。この実施の形態においては図７に示すように、変形抑止部材１８が爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの円周方向における側面に溶接により取り付けられる。なお、この取り付けは溶接ではなくカシメや接着であっても良い。また、変形抑止部材１８の相互間の干渉形状は、上記の実施の形態１から実施の形態４までの構成または形状がとれるものである。
【００２４】
このように構成することにより、変形抑止部材１８の取り付けが容易なものとなり、材料費の低減が可能になると共に遠心力に対しても充分に耐えることが可能な回転子１０の構成が得られるものである。
【００２５】
実施の形態６．
図８は、この発明の実施の形態６による回転電機の回転子を説明するもので、この実施の形態による回転電機の回転子も、上記した変形抑止部材１８の取り付け法に関するものであり、図８に示すように、変形抑止部材１８は爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの内径側に溶接により取り付けられており、この溶接は、カシメや嵌め合い、または、接着に置き換えることができる。当然のことながら、接合位置は、図の位置、すなわち、変形抑止部材１８の両端でなく、変形抑止部材１８と爪状磁極１３ｃまたは１４ｃとの接している面であれば接合する位置は問わない。
【００２６】
このように構成することにより、変形抑止部材１８の遠心力に対する耐性は充分な強度が得られることになり、また、変形抑止部材１８が非磁性体である限り溶接部に盛り上がりなどがあり、溶接熱による磁性の変化があっても磁気回路には影響を及ぼさず、回転電機の性能に影響のない構成とすることができる。
【００２７】
実施の形態７．
図９は、この発明の実施の形態７による回転電機の回転子を説明するもので、この実施の形態による回転電機の回転子は、各爪状磁極１３ｃおよび１４ｃに変形抑止部材１８を取り付けた後、隣接する変形抑止部材１８間の固定、または、変形抑止部材１８と隣接する爪状磁極１３ｃまたは１４ｃとの間の固定に関するものである。変形抑止部材１８間の固定、または、変形抑止部材１８と隣接する爪状磁極１３ｃまたは１４ｃとの間の固定は、熱硬化性の接着剤、シリコン系の接着剤など、樹脂系の接着剤が使用され、接着すべき両者間には接着に必要な空隙が設けられる。
【００２８】
このように構成することにより、爪状磁極１３ｃおよび１４ｃの両者間には振動抑制効果が生じ、振動に伴う異音の抑制が可能になる。また、変形抑止部材１８間全面の固定、または、変形抑止部材１８と隣接する爪状磁極１３ｃまたは１４ｃとの間の全面固定が可能になるので、遠心力に対する耐性も増加することになる。
【００２９】
実施の形態８．
図１０は、この発明の実施の形態７による回転電機の回転子を説明する斜視図であり、この実施の形態による回転電機の回転子は、各爪状磁極１３ｃおよび１４ｃと変形抑止部材１８との間に、永久磁石１９を保持するようにしたものである。永久磁石１９に加わる遠心力は変形抑止部材１８が支えると共に、相隣る変形抑止部材１８間には実施の形態３や４および７で述べたように相互間の固定がなされ、爪状磁極１３ｃまたは１４ｃに対する振動抑止策や遠心力対策がなされる。また、永久磁石１９自体は当接する各爪状磁極１３ｃおよび１４ｃとは同一磁極に磁化される。
【００３０】
このように構成することにより、爪状磁極１３ｃと１４ｃ間の漏洩磁束の抑制が可能となり、回転電機の性能向上ができると共に、永久磁石１９に加わる遠心力は変形抑止部材１８が支えるので、永久磁石１９の付加による最高回転速度の低下がなく、また、爪状磁極１３ｃと１４ｃとの先端側の変形が抑制されて振動による騒音の低下が可能になるものである。
【００３１】
【発明の効果】
この発明に係る回転電機の回転子は、界磁巻線を有する円筒部と、円筒部から延長して設けられた円板部と、この円板部から界磁巻線の外周を覆うように設けられた爪状磁極とからなり、爪状磁極は交互に異極をなすと共に噛み合うように形成された一対のクローポール型の回転子鉄心と、回転子鉄心の爪状磁極に装着された非磁性体の変形抑止部材とを備え、爪状磁極に装着された変形抑止部材が隣接する爪状磁極の側面を所定の押圧力により押圧するように構成したので、回転子の冷却効果を阻害せず、また、磁気回路の特性を低下させず、従って、回転電機の性能を低下させることなく、遠心力による爪状磁極先端部の変形を防止することができ、高速回転に耐えると共に、爪状磁極の振動による騒音を低下させることが可能な回転電機の回転子を得ることができるものである。
【００３２】
また、変形抑止部材が双方の極性の爪状磁極に装着されており、爪状磁極間において、この変形抑止部材が隣り合う変形抑止部材と干渉し合うように構成したので、変形抑制部材が隣り合う変形抑制部材と干渉することにより、干渉される側は干渉する側の変形抑制部材により変形を阻害されて確実に変形が抑制され、爪状磁極の振動を抑制して騒音の小さな回転電機の回転子を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を説明する回転電機全体構成を説明する断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による回転電機の回転子の構成を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態４による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態５による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態６による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態７による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態８による回転電機の回転子を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１フロントブラケット、２リヤブラケット、３電機子巻線、
４電機子鉄心、５ブラシ、６ブラシ保持器、７整流器、
８レギュレータ、９固定子、１０回転子、１１プーリ、
１２回転軸、１３、１４回転子鉄心、１３ａ、１４ａ円筒部、
１３ｂ、１４ｂ円板部、１３ｃ、１４ｃ爪状磁極、
１５界磁巻線、１６ファン、１７スリップリング、
１８変形抑止部材、１９永久磁石。

Claims

回転軸に固定され、界磁巻線を有する円筒部と、前記円筒部から延長して設けられた円板部と、この円板部から前記界磁巻線の外周を覆うように設けられた爪状磁極とからなり、前記爪状磁極は交互に異極をなすと共に噛み合うように形成された一対のクローポール型の回転子鉄心、前記回転子鉄心の前記爪状磁極に装着された非磁性体の変形抑止部材を備え、前記爪状磁極に装着された前記変形抑止部材が隣接する前記爪状磁極の側面を所定の押圧力により押圧するように構成したことを特徴とする回転電機の回転子。
前記爪状磁極は前記界磁巻線により交互に異極になるように磁化されており、前記変形抑止部材が一方の極性の前記爪状磁極にのみ装着されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
回転軸に固定され、界磁巻線を有する円筒部と、前記円筒部から延長して設けられた円板部と、この円板部から前記界磁巻線の外周を覆うように設けられた爪状磁極とからなり、前記爪状磁極は交互に異極をなすと共に噛み合うように形成された一対のクローポール型の回転子鉄心、前記回転子鉄心の前記爪状磁極に装着された非磁性体の変形抑止部材を備え、前記変形抑止部材は双方の極性の前記爪状磁極に装着されており、前記爪状磁極間において、前記変形抑止部材が隣り合う前記変形抑止部材と干渉し合うように構成したことを特徴とする回転電機の回転子。
前記変形抑止部材が双方の極性の前記爪状磁極に装着されており、一方の前記変形抑止部材が隣り合う前記変形抑止部材の外径側と当接するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の回転子。
前記変形抑止部材は、前記爪状磁極の円周方向側面に取り付けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
前記変形抑止部材は、前記爪状磁極の内径面に取り付けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
隣接する前記変形抑止部材間、または、前記変形抑止部材と前記爪状磁極とが干渉し合うように構成され、干渉し合う双方の間に、接着性の樹脂が充填されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
前記爪状磁極に設けられた前記変形抑止部材と前記爪状磁極間に、磁化された永久磁石が装着されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。