JP2007252076A

JP2007252076A - ３相磁石式発電機

Info

Publication number: JP2007252076A
Application number: JP2006071310A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Takeuchi; 則和竹内
Original assignee: DensoTrim Corp
Current assignee: DensoTrim Corp
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】逃し溝を有する固定子コアを備えた固定子１２極又は１５極の３相磁石式発電機において、外力による固定子コアの破損や変形などを未然に防止すること。
【解決手段】３相磁石式発電機１００は、積層した複数枚のコアシート２２、２３、２４をリベットかしめによって一体化して構成されるとともに中空円柱状の基部２１aと基部２１aから放射状に延在する複数の突極部２１bとを有する固定子コア２１と、固定子コア２１の基部２１aをエンジンカバー３００のコア取付部３０１に締付固定する締付ボルト４であって、固定子コア２１の基部２１aに形成された逃し溝２１cに締付ボルト４の頭部４bの少なくとも一部が収容される締付ボルト４とを備え、固定子は１５極又は１２極である。固定子コア２１の逃し溝２１c側の端部に位置するコアシート２４は、第１、第２コアシート２２、２３よりも厚いコアエンドプレート２４により構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３相磁石式発電機、特に、オートバイ、バギー、雪上車などのエンジンに装着され、バッテリの充電及び電気負荷への電力供給を行う３相磁石式発電機に関する。

近年、エンジンに装着される３相磁石式発電機には、軸方向寸法の短縮が強く要求されている。

この要求に応える技術として、図７及び図８に示すように、締付ボルト４の頭部４bの軸方向位置をエンジンカバー３００のコア取付部３０１側（図７における左方）に移動させることにより、回転子１のボス部１１aの根元１１cと締付ボルト４の頭部４bとの干渉を回避し、回転子１をコア取付部３０１側に近づける構成とすることにより、全体として軸方向寸法を短縮させる技術が知られている（その他、特許文献１参照）。この技術を具体的に説明すると、図７及び図８において、固定子コア２１は複数枚のコアシート２２、２３を積層して構成され、これらのコアシート２２、２３のうち、固定子コア２１をエンジンカバー３００のコア取付部３０１に固定するための締付ボルト４の頭部４b側に位置する数枚のコアシート（第２コアシート）２３に、締付ボルト４の頭部４bの外径よりも若干大きなU字状の逃し溝２３dを設けておく。これにより、締付ボルト４によってエンジンカバー３００のコア取付部３０１に固定子コア２１を締付固定したとき、締付ボルト４の頭部４bの一部がこれら逃し溝２３dに収容されることによって締付ボルト４の頭部４bの軸方向位置はエンジンカバー３００のコア取付部３０１側に移動する。この締付ボルト４の頭部４bをコア取付部３０１側へ移動させることにより、締付ボルト４の頭部４bとの干渉が生じない範囲で固定子２を回転子１側に近づけることができる。

しかし、上記技術は、固定子２が１８極（図示しないが回転子は１２極である。）の３相磁石式発電機に対しては有効なものとなるが、固定子２が１２極で回転子１が１６極、あるいは固定子２が１５極で回転子１が２０極の３相磁石式発電機１００に対しては次のような問題が生じることが判明した。

固定子２が１８極の３相磁石式発電機１００では、固定子コア２１（以下、多極固定子コアという。）の極数が多いため、固定子コア２１の隣り合う突極部２１b間に形成されるスロット２１dのコア周方向寸法は、極数の少ない固定子コア２１（以下、少極固定子コアという。）のそれと比べて短くなる。このため、隣り合う突極部２１bに巻回した発電コイル２８が、固定子コア２１の基部２１aの外周部で干渉しない条件を考慮すると、図８に示す多極固定子コア２１の基部２１aの外径は図３に示す少極固定子コア２１のように小さくできないので、逃し溝２３dとスロット２１dとの間に形成される幅狭部２３gの幅寸法を広く確保できる。しかし、少極固定子コア２１はスロット２１dのコア周方向が長くなり、さらに発電コイル２８の巻数を多くするほど固定子コア２１の厚さ（軸方向寸法）を短縮できるため、隣り合う突極部２１bに巻回した発電コイル２８が、固定子コア２１の基部２１aの外周部で干渉しない所まで基部外径を小さくすることにより、スロット２１dの半径方向寸法が長くなり発電コイル２８の巻数を多くすることができる。このため、逃し溝２３dを有するコアシート２３の基部２３bにおいて、逃し溝２３dとスロット２１dとの間に形成される幅狭部２３gの幅寸法は、多極固定子コア２１のそれより小さくなる。

３相磁石式発電機１００は、通常、エンジンからの振動、あるいは運搬、落下等による異常な外力（以下、外力という。）を受ける。固定子コア２１に外力が加わったとき、多極固定子コア２１を有する３相磁石式発電機１００では、上述したように逃し溝２３dとスロット２１dとの間に形成される幅狭部２３gの幅寸法が比較的大きいため、この幅狭部２３gの破損や変形が少なく強度上の問題は比較的少ないが、少極固定子コア２１を有する３相磁石式発電機１００では、上述したように逃し溝２３dとスロット２１dとの間に形成される幅狭部２３gの幅寸法が小さくなるため、この幅狭部２３gの破損や変形等の問題が発生する。
特開２００１−３４９２２８公報（図１９、図２０）

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、逃し溝を有する固定子コアを備えた固定子１２極又は１５極の３相磁石式発電機において、外力による固定子コアの破損や変形などを未然に防止でき強度の向上を図ることを目的とする。

本発明の３相磁石式発電機は、積層した複数枚のコアシートをリベットかしめによって一体化して構成されるとともに中空円柱状の基部と該基部から放射状に延在する複数の突極部とを有する固定子コアと、該固定子コアの前記基部をエンジンカバーのコア取付部に締付固定する締付ボルトであって、前記固定子コアの基部に形成された逃し溝に該締付ボルトの頭部の少なくとも一部が収容される締付ボルトとを備える、固定子１２極又は１５極の３相磁石式発電機において、前記固定子コアの両端に位置する２枚のコアシートのうち、少なくとも前記逃し溝側の端部に位置するコアシートを、その他のコアシートよりも厚いコアエンドプレートにより構成することを特徴とする。

本発明の３相磁石式発電機によると、固定子の極数が１２極又は１５極と少ないため、逃し溝とスロットとの間に形成される幅狭部の幅寸法が小さくなり、外力が加わると、締付ボルトで固定されていないコアエンドプレートに大きな応力が発生するが、コアエンドプレートの厚さを増大させてあるため、コアエンドプレートの変形や破損を抑制することができる。

ここで、前記コアエンドプレートの外周側を前記その他のコアシートに向かって曲げた状態で前記リベットかしめを行うことによって前記固定子コアを一体化させる構成を採用すると、コアエンドプレートと、該コアエンドプレートの隣の他のコアシートとの間に隙間が発生しにくくなり、固定子コアに外力が加わったときのコアエンドプレートの破損及び変形を抑制可能になる。

また、隣り合う前記突極部間に形成されるスロットに樹脂材を固着すると、コアエンドプレートをより一層破損や変形から護ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図、図２は、同３相磁石式発電機の固定子を締付ボルトの頭部側から見た平面図、図３は、同固定子における固定子コア部分の図１図示A-A断面図、図４は、固定子コアを一体化させる前工程における固定子コアの要部の図３図示B-B要部断面図、図５は、他の実施形態に係る３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図、図６は、さらに他の実施形態に係る３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図をそれぞれ示す。

図１〜図４において、本実施形態に係る三相磁石式発電機１００は、エンジンのクランクシャフト２００に固定された回転子（ロータ）１と、エンジンカバー３００のコア取付部３０１に締付ボルト４によって締付固定され、回転子１の内周側に配置された固定子２とにより構成される。

回転子１は、磁性体からなる回転部材１１を備える。回転部材１１は、熱間鍛造後切削により仕上げ加工されている。回転部材１１の中央のボス部１１aの内側には、テーパ部１１bが形成されており、テーパ部１１bは、ボルト３によってクランクシャフト２００の端部に嵌合、固着されている。回転部材１１の端面部１１cには、冷却用貫通孔１１dが複数設けられている。回転部材１１の円筒状の外周部１１eはヨークを構成している。

回転部材外周部１１eの内側に、非磁性体からなるリング状のスペーサ１２、及び、円周方向に等間隔に配置された希土類磁石１３が、クランクシャフト２００の軸方向に沿って配設されている。希土類磁石１３は、その内側に磁石保護リング１５を配置し回転部材外周部１１ｅの先端部１１ｆを巻きかしめすることによって回転部材外周部１１eの内周面に固定されている。磁石保護リング１５は、ステンレス板をプレス加工して形成されている。

固定子２は、コア（固定子コア）２１を備える。固定子コア２１は、厚さ0.5mm程度の電磁鋼板をプレス加工した複数枚からなる第１コアシート２２及び第２コアシート２３と、第１、第２コアシート２２、２３よりも肉厚の厚いコアエンドプレート２４とを積層し、リベット孔２２eに通したリベット２５の端部をかしめることによって一体化されて構成される。ここで、コアエンドプレート２４の肉厚は、1.0〜2.0mmに設定される。1.0mmより薄くすると強度の向上が期待できず、また、2.0mmより厚くするとプレスによる打ち抜きが困難になるためである。コアエンドプレート２４は、リベットかしめ前においては、図４に示すように、外周側が第２コアシート２３に向かって曲がった形状を有している。

第１コアシート２２は、回転部材１１のボス部１１aを通すための中空部２２aを有する円板状の基部２２bと、この基部２２bから放射状に延在する１２極又は１５極（本実施形態では１５極である）の突極部２２cとを有する。基部２２bには、３本の締付ボルト４のねじ部４aがそれぞれ挿通される３つの締付ボルト孔２２dと、６本のリベット２５がそれぞれ挿通される６つのリベット孔２２eと、第１コアシート２２、第２コアシート２３及びコアエンドプレート２４の位置決めをするため２本の位置決めピン（図示せず）がそれぞれ挿通される２つのピン孔２２fが形成されている。

第２コアシート２３は、第１コアシート２２の締付ボルト孔２２dに対応する部分を除いて第１コアシート２２と同一立体形状を有している。すなわち、第２コアシート２３は、第１コアシート２２と同様、回転部材１１のボス部１１aを通すための中空部２３aを有する円板状の基部２３bと、この基部２３bから放射状に延在する１２極又は１５極（本実施形態では１５極である）の突極部２３cとを有し、基部２３bには、６本のリベット２５がそれぞれ挿通される６つのリベット孔２３eと、第１コアシート２２、第２コアシート２３及びコアエンドプレート２４の位置決めをするため２本の位置決めピン（図示せず）がそれぞれ挿通される２つのピン孔２３fが形成されているが、第１コアシート２２の締付ボルト孔２２dに対応する部分には、締付ボルト４の頭部４bよりも若干大きくかつ基部２３bの内周側に開口した略U字状の逃し溝２３dが形成されている。

コアエンドプレート２４は、第２コアシートと同一平面形状を有している。すなわち、コアエンドプレート２４は、回転部材１１のボス部１１aを通すための中空部２４aを有する円板状の基部２４bと、この基部２４bから放射状に延在する１２極又は１５極（本実施形態では１５極である）の突極部２４cとを有し、基部２４bには、締付ボルト４の頭部４bよりも若干大きくかつ基部２４bの内周側に開口した略U字状の逃し溝２４dと、６本のリベット２５がそれぞれ挿通される６つのリベット孔２４eと、第１コアシート２２、第２コアシート２３及びコアエンドプレート２４の位置決めをするため２本の位置決めピン（図示せず）がそれぞれ挿通される２つのピン孔２４fが形成されている。

図３に示すように、コアエンドプレート２４の基部２４aにおいて、逃し溝２４dとスロット２１との間に形成される幅狭部２４gの幅寸法は、固定子２の極数が１５極（又は１２極）と少ないため、１８極の多極固定子の幅狭部の幅寸法よりも小さい。このため、コアエンドプレート２４の幅狭部２４gの強度は本来的には弱い。しかし、上記のように、コアエンドプレート２４の肉厚を厚くしているため、幅狭部２４gの強度は向上している。

固定子コア２１は、全体形状として見た場合、中空円柱状の基部２１aと基部２１aから放射状に延在する複数の突極部２１bとを有し、基部２１aが締付ボルト４によってエンジンカバー３００のコア取付部３０１に締付固定され、基部２１aに形成された逃し溝２１cに締付ボルト４の頭部４bの少なくとも一部が収容される。

また、固定子コア２１の両側面には樹脂材（例えば、エポキシ樹脂材又はナイロン樹脂材）２６が固着されるとともに各スロット２１dの内周面にも樹脂材（例えば、エポキシ樹脂材又はナイロン樹脂材）２７が固着されている。樹脂材２６、２７は、隣り合うコアシート２２、２３間の固着力、及びコアエンドプレート２４とその隣の第２コアシート２３との間の固着力を増大させるとともに、各突極部２１bに巻回される発電コイル２８と固定子コア２１との間の絶縁部を形成する。

以上説明したように、本実施形態の３相磁石式発電機１００は、積層した複数枚のコアシート２２、２３、２４をリベットかしめによって一体化して構成されるとともに中空円柱状の基部２１aと基部２１aから放射状に延在する複数の突極部２１bとを有する固定子コア２１と、固定子コア２１の基部２１aをエンジンカバー３００のコア取付部３０１に締付固定する締付ボルト４であって、固定子コア２１の基部２１aに形成された逃し溝２１cに締付ボルト４の頭部４bの少なくとも一部が収容される締付ボルト４とを備える、固定子１５極（１２極であってもよい。）の３相磁石式発電機１００において、固定子コア２１の逃し溝２１c側の端部に位置するコアシート２４を、その他のコアシート（第１、第２コアシート２２、２３）よりも厚いコアエンドプレート２４により構成した。

本実施形態によると、固定子２の極数が１５極又は１２極と少ないため、外力が加わると、締付ボルト４で固定されていないコアエンドプレート２４に大きな応力が発生するが、コアエンドプレート２４の厚さは増大させてあるため、コアエンドプレート２４の破損及び変形の抑制が可能になる。また、コアシート２２、２３及びコアエンドプレート２４にそれぞれ設けたピン孔２２f、２３f、２４fに位置決めピンを挿通して位置決めをするようにしたため、互いに形状の異なる３種類のコアシート２２、２３及びコアエンドプレート２４を互いにずれることなく積層位置決めしてリベットかしめすることができる。

また、コアエンドプレート２４は、リベットかしめ前においては、図４に示すように、外周側が第２コアシート２３に向かって曲がった形状を有している。このため、リベットかしめ後においては、コアエンドプレート２４がコアエンドプレート２４の隣の他のコアシート（第２コアシート２３）に密着し、両者間に隙間が発生しにくくなり、固定子コア２１に外力が加わったときのコアエンドプレート２４の破損及び変形を抑制可能になる。また、隣り合う突極部２１b間に形成されるスロット２１dに樹脂材２７を固着させたため、コアエンドプレート２４をより一層破損や変形から護ることができる。なお、第１、第２コアシート２２、２３及びコアエンドプレート２４を構成する各コアシート２２、２３、２４に互いに圧入可能な凹部及び凸部を設け、圧入状態の凹部及び凸部により隣り合うコアシート２２、２３、２４間を互いに結合させるようにしてもよい。また、レーザ溶接等によって隣り合うコアシート２２、２３、２４間を結合させてもよい。コアエンドプレート２４の逃し溝２４dは、図３に示すように１８０°よりも大きな円弧角を有しているため、U字形状の逃し溝と比べ強度が向上しているが、本発明の逃がし溝はU字形状の逃し溝であってもよい。

図５に示す他の実施形態に係る３相磁石式発電機において、固定子コア２１における第１コアシート２２のうち逃し溝２１c側とは反対側に位置する端部の第１コアシート２２Aは、他の第１コアシート２２と同一の平面形状を有するが、コアエンドプレート２４と同様、他の第１コアシート２２よりも肉厚の厚いコアエンドプレートで構成されている。また、固定子コア２１は、コアエンドプレート２２Aと複数枚の第１コアシート２２とコアエンドプレート２４を積層してリベットかしめされている。したがって、コアエンドプレート２４のみに逃し溝２４dが形成されており、このコアエンドプレート２４の逃し溝２４dが固定子コア２１の逃し溝２１cを構成することとなる。その他の構成は、上述した実施形態と同様である。

この固定子コア２１によると、固定子コア２１の両側に肉厚の厚いコアエンドプレート２２A、２４が位置しているため、固定子コア２１の剛性がさらに向上し、固定子コア２１に外力が加わったときのコアエンドプレート２４の破損や変形をより一層抑制できるようになる。なお、図６に示すように、固定子コア２１の両側に位置するコアエンドプレート２２A、２４は、外周部に折り曲げられたフランジ部２２B、２４hを有するコアエンドプレートで構成するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図である。同３相磁石式発電機の固定子を締付ボルトの頭部側から見た平面図である。同固定子における固定子コア部分の図１図示A-A断面図（ただし、締付ボルト及びリベットは取り除いた状態での断面図）である。固定子コアを一体化させる前工程における固定子コアの要部の図３図示B-B断面図である。他の実施形態に係る３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図である。さらに他の実施形態に係る３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図である。従来の３相磁石式発電機をエンジンに装着した組付断面図である。同３相磁石式発電機の固定子における固定子コア部分の図７図示C-C断面図である。

符号の説明

１００発電機
１回転子
１１回転部材
１１a ボス部
１１b テーパ部
１１c 端面部
１１d 冷却用貫通孔
１１e 外周部
１１f 先端部
１２スペーサ
１３希土類磁石
１５磁石保護リング
２固定子
２１固定子コア
２１a 基部
２１b 突極部
２１c 逃し溝
２１d スロット
２２第１コアシート
２２a 中空部
２２b 基部
２２c 突極部
２２d 締付ボルト孔
２２e リベット孔
２２f ピン孔
２３第２コアシート
２３a 中空部
２３b 基部
２３c 突極部
２３d 逃し溝
２３e リベット孔
２３f ピン孔
２４コアエンドプレート
２４a 中空部
２４b 基部
２４c 突極部
２４d 逃し溝
２４e リベット孔
２４f ピン孔
２５リベット
２６樹脂材
２７樹脂材
２８発電コイル
３ボルト
４締付ボルト
４a ねじ部
４b 頭部
２００クランクシャフト
３００エンジンカバー
３０１コア取付部

Claims

積層した複数枚のコアシートをリベットかしめによって一体化して構成されるとともに中空円柱状の基部と該基部から放射状に延在する複数の突極部とを有する固定子コアと、該固定子コアの前記基部をエンジンカバーのコア取付部に締付固定する締付ボルトであって、前記固定子コアの基部に形成された逃し溝に該締付ボルトの頭部の少なくとも一部が収容される締付ボルトとを備える、固定子１２極又は１５極の３相磁石式発電機において、
前記固定子コアの両端に位置する２枚のコアシートのうち、少なくとも前記逃し溝側の端部に位置するコアシートを、その他のコアシートよりも厚いコアエンドプレートにより構成することを特徴とする３相磁石式発電機。
前記コアエンドプレートの外周側を前記その他のコアシートに向かって曲げた状態で前記リベットかしめを行うことによって前記固定子コアが一体化されて構成されることを特徴とする請求項１に記載の３相磁石式発電機。
隣り合う前記突極部間に形成されるスロットに、樹脂材が固着されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の３相磁石式発電機。