JP2007329989A - 車両用交流発電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた高速回転性能を有する磁石介設型ランデル型ロータコアをもつ車両交流発電機の回転子を提供すること。
【解決手段】爪状磁極部１２４、１４４の軸方向根元部にて極間磁石１５を支持する。これにより、高速回転時における爪状磁極部１２４、１４４の先端部の径方向変位の影響が極間磁石１５に及ぶのを防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用交流発電機の回転子の改良に関し、特に耐遠心力性に優れる車両用交流発電機の回転子構造に関する。

車両用交流発電機に対する小型軽量大出力化の要求から車両用交流発電機の回転数増大が望まれているが、車両用交流発電機の回転子は良く知られているようにランデル型ロータコア構造をもつため、その回転数増大には限界があった。すなわち、ランデル型ロータコアは一端支持されて軸方向に延在する爪状磁極部をもち、この爪状磁極部の先端部は高速回転時に遠心力により径方向外側に変形するため、高速回転性能には限界が生じ、また爪状磁極部とステータコア内面との間のギャップを増大する必要も生じた。また、上記した一端支持構造の爪状磁極部は、爪状磁極部が一端支持された部を支点として振動しやすいという問題も生じた。

また、近年、性能向上のために周方向に隣接する２つの爪状磁極部の間の隙間に磁石を介在させる磁石介設型ランデル型ロータコア（たとえば下記の特許文献１）が採用されつつあるが、すぐにわかるように上記問題はこの磁石介設型ランデル型ロータコアにおいて一層深刻となる。特に、上記爪の変形により極間磁石に掛かる曲げ応力がセラミック製の極間磁石に深刻な曲げ応力を与えるという問題が派生した。

ランデル型ロータコア特に磁石介設型ランデル型ロータコアにおけるこれらの問題への対策として、ロータコイルの外周面に面する爪状磁極部の径内側の表面をダンパリングを固定して、各爪状磁極部の遠心耐力を改善することや、周方向に隣接する少なくとも２以上の爪状磁極部の軸方向端面同士を補助支持片又は補助リングやファンなど溶接して固定することが特許文献２に提案されている。

また、下記の特許文献３は、一つの爪状磁極部の周方向両側の一対の極間磁石をこの爪状磁極部の根元部の径方向内側を通過する磁石支持部材で連結することにより、極間磁石に作用する遠心力を磁石支持部材を通じて爪状磁極部の根元部により担持することを提案している。
特開平７−１２３６４４号公報 特開２００１−１９７７１２号公報 特開２００４−１３５４７３号公報

しかしながら、上記した特許文献２又は３による耐遠心性能改善効果には限界があった。以下、この点について更に具体的に説明する。

上記したダンパリング構造では、ダンパリングとその径方向外側の各爪状磁極部との結合が容易ではなかった。典型的な固定は、ダンパリングを爪状磁極部の径内側の表面へ溶接することにより行われるが、溶接信頼性の検査が面倒であり、かっ、溶接熱は、爪状磁極部の磁気特性を劣化させた。更に、ダンパリングの存在は、その径方向内側におけるロータコイル収容量の減少を招く他、ロータコイルの外周面に沿いつつ軸方向に流れる冷却空気量の低減も招いた。

同様に、爪状磁極部の軸方向端面への補助支持片などの溶接も、溶接信頼性の検査工程の増加及び溶接熱による爪状磁極部等の磁気特性劣化問題を派生した。

また、一つの爪状磁極部の周方向両側の一対の極間磁石をこの爪状磁極部の根元部の径方向内側を通過する磁石支持部材で連結する構造は、この磁石支持部材に大きな遠心力が作用するため、大きな抗張力をもつ磁石支持部材を採用する必要がある他、構造が複雑となるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れた高速回転性能を有する磁石介設型ランデル型ロータコアをもつ車両交流発電機の回転子を提供することをその目的としている。

上記した課題を解決する各発明は、回転軸に嵌着されたボス部と、前記ボス部の軸方向一端から径方向外側へ延在する第１の柱部と、前記ボス部の軸方向他端から径方向外側へ延在する第２の柱部と、前記第１の柱部から少なくとも軸方向一方向きに突出する複数の第１爪状磁極部と、前記第２の柱部から軸方向他方向きに突出する複数の第２爪状磁極部とを有し、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部は略等径位置にて周方向交互に配置されるランデル型ロータコアと、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の径方向内側に位置して前記ボス部に巻装されるロータコイルと、互いに周方向に対面する前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の周方向隙間に配置される永久磁石である極間磁石と、前記極間磁石を係止するとともに前記極間磁石の遠心力を前記極間磁石の周方向両側の前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部にそれぞれ伝達する極間磁石係止部とを有する車両交流発電機の回転子に適用される。この構造の回転子は、磁石介設型ランデル型ロータコアをもつ車両交流発電機の回転子として周知となっている。

第１発明では特に、前記極間磁石係止部が、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根本部に形成され、かつ、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の先端部に形成されないことを特徴としている。

すなわち、この発明では、極間磁石に生じる遠心力は、その両側の第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部により担持される。なお、極間磁石係止部を第１爪状磁極部又は第２爪状磁極部の中間部すなわち根本部と先端部との間にも形成しても良い。このようにすれば、大きな遠心力が作用してもその変形が小さい爪状磁極部の根元部により極間磁石の遠心力が担持されるため、高速回転時に爪状磁極部の先端部が径方向外側に大きく変形して上記した問題を派生させることを防止でき、高速回転性能に優れた車両交流発電機の回転子を簡素な構造により実現することができる。

好適な態様において、前記極間磁石係止部は、前記第１爪状磁極部の側面及び前記第２爪状磁極部の側面から前記極間磁石の径方向外側へ張り出して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する鍔部と、前記極間磁石の径方向外側表面から径方向外側へ突設されて前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部における前記鍔部に当接する磁石側段差部とを有する。

すなわち、この態様では、極間磁石の径方向外側表面から径方向外側へ突設される磁石側段差部が、極間磁石の周方向両側の一対の爪状磁極部の側面から極間磁石の磁石側段差部の径方向外側に張り出す鍔部に当接する構造を採用しているため、構造を複雑化することなく極間磁石に生じる遠心力は、極間磁石の実質的に一対の磁石側段差部を通じて極間磁石の周方向両側の爪状磁極部の根元部においてその鍔部にて担持することができる。

好適な態様において、前記極間磁石係止部は、前記第１爪状磁極部の側面及び第２爪状磁極部の側面から前記極間磁石の径方向外側へ張り出して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する鍔部を有し、前記鍔部は、前記鍔部の径方向内側表面から径方向内側へ突設されて前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部に位置して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する爪側段差部を有する。

すなわち、この態様では、爪状磁極部の根元部から極間磁石の径方向外側表面の径方向外側へ突設される爪側段差部が極間磁石の遠心力を担持する構造を採用しているため、構造を複雑化することなく極間磁石に生じる遠心力を極間磁石の周方向両側の爪状磁極部の根元部において担持することができる。

好適な態様において、前記極間磁石係止部は、前記第１爪状磁極部の側面及び前記第２爪状磁極部の側面から前記極間磁石の径方向外側へ張り出して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する鍔部と、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部に位置して前記極間磁石の径方向外側表面と前記鍔部の径方向内側表面との間に介設される段差部材とを有する。

すなわち、この態様では、爪状磁極部の根元部から極間磁石の径方向外側表面の径方向外側へ突設される鍔部と極間磁石との間に、極間磁石の遠心力をこの鍔部に伝達する段差部材を介設しているので、構造を複雑化することなく極間磁石に生じる遠心力を極間磁石の周方向両側の爪状磁極部の根元部において担持することができる。

第２発明では特に、前記第１爪状磁極部及び前記極間磁石は、前記第１の柱部と軸方向において重なる位置に配置される。すなわち、この発明によれば、ランデル型ロータコアのボス部の両側から径方向外側に延在する柱部の更に径方向外側に、極間磁石及び第１爪状磁極部の少なくとも一部を配置する。柱部の径方向内側の部分を、ボス部と同様にディスク形状に形成しても良い。このようにすれば、この第１爪状磁極部側の柱部により、極間磁石及び第１爪状磁極部の遠心力を良好に支持することができる。

なお、この発明では、第２爪状磁極部は軸方向に長くなり、その径方向外側への曲げ剛性は低下する。したがって、極間磁石の遠心力の一部がこの第２爪状磁極部は径方向外側へ弾性変形しようとする。しかしながら、極間磁石は、高速回転時でも径方向外側への弾性変形が小さい第１爪状磁極部を通じてその径方向内側の柱部によりその遠心力を支承されるため、極間磁石の遠心力は高速回転時にほとんど第１爪状磁極部により支承されることになる。このため、高速回転時に径方向外側へ曲げ変形しやすい第２爪状磁極部に極間磁石の遠心力が掛かるのを良好に抑止することができる。

好適な態様において、相対的に長い軸方向長をもつ第２爪状磁極部は、その根元部において極間磁石の遠心力を支承する。これにより、上記問題を抑止しつつ極間磁石の安定性を向上することができる。

好適な態様において、前記第１爪状磁極部及び前記極間磁石は、前記第１の柱部の軸方向両側に延在する。このようにすれば、第１爪状磁極部の上記耐遠心力性能を更に向上することができるため、極間磁石の遠心力を更に良好に第１爪状磁極部により支承することができる。

好適な態様において、前記第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部と、前記第２爪状磁極部の周方向両側の前記第１爪状磁極部の基端面又は第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部とを有する非磁性の爪支持部材を有する。このようにすれば、軸方向に長い第２爪状磁極部の先端部の径方向外側への変形を爪支持部材により良好に抑止することができる。特に、この態様では、簡単な構造及び作業により優れた信頼性で第２爪状磁極部を爪支持部材に固定することができる。

第３発明では特に、前記第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部と、前記第２爪状磁極部の周方向両側の前記第１爪状磁極部の基端面又は第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部とを有する非磁性の爪支持部材を有することを特徴としている。すなわち、この発明では、爪状磁極部の先端面を嵌合構造により爪支持部材に固定する。これにより、高速回転時における爪状磁極部の径方向外側への変位を、簡単な構造及び作業により高信頼性で抑止することができる。

好適な態様において、前記爪支持部材は、前記回転軸に嵌着された輪板形状をもつ。すなわち、この態様では、爪支持部材は、輪板形状をなすため、爪状磁極部の軸方向先端部に掛かる遠心力は、爪支持部材により回転軸に支承されることができ、遠心力による爪状磁極部の先端部の径方向外側への変形を良好に抑止することができる。また、爪支持部材の径方向加振力や遠心力の他、周方向加振力も良好に抑止することができる。

好適な態様において、前記爪支持部材は、冷却空気流れを形成する翼板部と、前記翼板部が切り立てられた後の冷却空気通過用の孔部とを有する。これにより、冷却空気流の流動と爪状磁極部の遠心力支承との二つの機能を、爪支持部材により実現することができる。

第４発明では特に、前記第１爪状磁極部及び／又は第２爪状磁極部の先端部に固定される非磁性で輪板形状の爪支持部材を有し、前記爪支持部材は、前記ポールコアの柱部の軸方向端面に当接するとともに、前記ポールコアのボス部又は前記回転軸に嵌着されていることを特徴としている。このようにすれば、輪板状の爪支持部材により第１爪状磁極部又は第２爪状磁極部の先端部を固定するため、簡単な構造にてこれら爪状磁極部の先端部の径方向又は周方向への変位を極めて良好に抑止することができる。

（各発明の他の効果）
上記各発明による他の効果について説明する。

本願発明では、極間磁石に掛かる遠心力を、その周方向両側の爪状磁極部で周方向両端支持しているので、爪状磁極部の周方向振動などに対する安定性に優れる。一般に、爪状磁極部は極間磁石側に向けて周方向に張り出す鍔部をもち、この鍔部は極間磁石の径方向外側表面にたとえば接着などにより結合されて極間磁石の遠心力を支承する。

ただし、周方向両側の爪状磁極部の根元部と先端部とでは遠心力による径方向外側への弾性変形量が大幅に異なる。しかし、極間磁石は一般にセラミック製であり、その変形抵抗が大きい。この結果、高速回転時には、爪状磁極部の先端部と極間磁石との間の接着が剥離してしまったり、あるいは爪状磁極部の先端部と極間磁石との結合力が大きい場合には極間磁石に大きな曲げ応力が発生してしまう。この問題は、上記した各発明により良好に改善される。

すなわち、第１発明では、爪状磁極部の先端部には極間磁石係止部を形成せず、極間磁石の周方向両側の一対の爪状磁極部の根本部に極間磁石係止部を配置して極間磁石を支持するので、極間磁石と爪状磁極部との結合が剥離しやすく、この剥離が進行しやすいという問題、あるいは極間磁石と爪状磁極部との強固な結合により極間磁石の曲げ応力が問題を解決することができる。

また、第２発明では、極間磁石の遠心力は、第１爪状磁極部を通じてその径方向内側の第１の柱部により支承される。なお、第１爪状磁極部は第１の柱部から軸方向に大きく突出することがないため、高速回転時でも第１爪状磁極部の先端部の径方向外側への変形は小さい。これにより、高速回転時にたとえ第２爪状磁極部の先端部が径方向外側に大きく変位しても、極間磁石がそれにより径方向外側へ引っ張られることがなく、上記した剥離や極間磁石の割れといった問題が生じることを防止することができる。

更に、第３発明では、爪状磁極部の先端部と、その両側に存在する他の爪状磁極部とにそれぞれ嵌合する非磁性の爪支持部材を設けたので、高速回転時の爪状磁極部の径方向外側への変形自体を簡単かつ信頼性よく低減でき、爪状磁極部の熱的磁気特性悪化も抑止することができるため、上記問題を簡単確実に改善することができる。

以下、本発明の車両用交流発電機の回転子の好適な実施形態を具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等の必要機能を有する他の技術を組み合わせて実現してもよい。たとえば、下記の車両用交流発電機を電動動作させてもよい。

（車両用回転電機の基本構造の説明）
後述する各実施例のロータ構造を説明する前に、各実施例のロータ構造を採用可能な車両用交流発電機の基本構造を、図１に示す軸方向断面図を参照して説明する。

１はロータ、２はステータ、３はフロントフレーム、４はリヤフレーム、５はプーリー、６はスリップリング、７はブラシ構造、８は整流器、９はレギュレータである。ステータ２は、ステータコア２１にステータコイル２２を巻装してなり、フロントフレーム３及びリヤフレーム４の内周面に固定されている。フロントフレーム３及びリヤフレーム４はボルトによりステータ２を囲んで締結され、軸受け３１、４１を介してロータ１の回転軸１１を回転自在に支承している。

ロータ１は、回転軸１１に固定された前側のポールコア１２と、界磁コイル（励磁コイル又はロータコイルとも言う）１３と、後側のポールコア１４と、極間磁石１５とにより構成されている。なお、図１における極間磁石１５の径方向外側表面は、微小ギャップを隔ててステータコア２１の内周面に対面するように表示されているが、実際には、極間磁石１５の径方向外側の表面は、ポールコア１２、１４の爪状磁極部から周方向へ張り出した鍔部に当接するため、極間磁石１５の径方向外側の表面とステータコア２１の内周面との間のギャップは、爪状磁極部の径方向外側の表面とステータコア２１の内周面との間の径方向ギャップより大きくされている。

ポールコア１２、１４は、曲げ強度向上のために軟鉄鍛造法により作製され、極間磁石１５はたとえばネオジウム磁石により形成されている。極間磁石１５を磁石保護用の金属板により囲包保護してもよい。ポールコア１２、１４はランデル型ロータコアとも呼ばれる。

ポールコア１２は、回転軸１１に嵌着されたボス部と、ボス部の前端部から径方向外側へ延在する第１の柱部と、第１の柱部の径方向外端から軸方向へ延在する所定数の第１爪状磁極部とからなり、各第１爪状磁極部は周方向一定ピッチで配置されている。第１の柱部の径方向内側部分は輪板（ディスク）形状を有するが、第１の柱部の径方向外側部分は第１爪状磁極部と周方向同位置にて第１爪状磁極部の根元部へ向けて柱状に突出している。

ポールコア１４は、回転軸１１に嵌着されたボス部と、ボス部の前端部から径方向外側へ延在する第２の柱部と、第２の柱部の径方向外端から軸方向へ延在する所定数の第２爪状磁極部とからなり、各第２爪状磁極部は周方向一定ピッチで配置されている。第２爪状磁極部は、互いに周方向に隣接する２つの第２爪状磁極部の間に配置されている。第２の柱部の径方向内側部分は輪板（ディスク）形状を有するが、第２の柱部の径方向外側部分は第２爪状磁極部と周方向同位置にて第２爪状磁極部の根元部へ向けて柱状に突出している。この種のランデル型ロータコア構造は周知であるため、これ以上の説明は省略する。

（実施形態１）
実施形態１を図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１に示すランデル型ロータコアの特に爪状磁極部を求心方向にみた状態にて周方向へ展開した周方向展開平面図を示す。図３は、図２のランデル型ロータコアの特に爪状磁極部を軸方向にみた状態にて周方向へ展開した周方向展開断面図を示す。なお、以下において、根元部とは、爪状磁極部の軸方向中間よりも基端側の部分を言い、先端部とは、爪状磁極部の軸方向中間よりも先端側の部分を言う。ただし、爪状磁極部を、根元部及び先端部に加えて中間部を考える場合には、根元部は、爪状磁極部の軸方向突出長のうち基端側の約１／３の部分を言うものとする。

１２１は、ポールコア１２の柱部である第１の柱部である。第１の柱部１２１は、上記ボス部よりも径大な輪板状のディスク部１２２と、ディスク部１２２の外周から径方向外側へ放射状に突出する柱部１２３とからなる。柱部１２３から軸方向リア側へ第１爪状磁極部１２４が突出している。１２５は鍔部であり、鍔部１２５は、第１爪状磁極部１２４の根元部の外周側において第１爪状磁極部１２４から周方向両側へ向けて張り出している。この実施形態では、鍔部１２５は、第１爪状磁極部１２４の根元部にのみ形成されている。

１４１は、ポールコア１４の柱部である第２の柱部である。第２の柱部１４１は、上記ボス部よりも径大な輪板状のディスク部１４２と、ディスク部１４２の外周から径方向外側へ放射状に突出する柱部１４３とからなる。柱部１４３から軸方向フロント側へ第２爪状磁極部１４４が突出している。１４５は鍔部であり、鍔部１４５は、第２爪状磁極部１４４の根元部の外周側において第２爪状磁極部１４４から周方向両側へ向けて張り出している。この実施形態では、鍔部１４５は、第２爪状磁極部１４４の根元部にのみ形成されている。

極間磁石１５は、第１爪状磁極部１２４と第２爪状磁極部１４４との間の周方向隙間に圧入されている。極間磁石１５は、断面長方形の直方体形状を有するネオジウム磁石であり、その径方向外側の平面（以下、径外側面とも言う）１５１は、第１爪状磁極部１２４の鍔部１２５と、第２爪状磁極部１４４の鍔部１４５とに接着されており、これら鍔部１２５，１４５により、径方向外側への逸脱が規制されている。

このようにすれば、回転速度の変化により径方向への変位が大きい第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４の先端部が極間磁石１５の径外側面１５１とたとえば接着などにより結合していないため、高速回転時に第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４の先端部が径外方向へ大きく変位し、それにより上記結合が破壊されたり、あるいは結合が強すぎるため、極間磁石１５におおきな曲げ応力が作用して極間磁石１５が割れたりするのを良好に防止することができる。

また、この実施形態では、極間磁石１５の遠心力支持を第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４に一体形成した鍔部１２５、１４５により行うため、上記効果を簡単な構造で実現できる。

（変形態様）
図示省略するが、鍔部１２５を図２に示す第１爪状磁極部１２４の先端側へ延長し、鍔部１４５を図２に示す第２爪状磁極部１４４の先端側へ延長してもよい。この場合には、極間磁石１５の遠心力が第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４の根元部にのみ作用させるため、極間磁石１５の径外側面１５１に図２に示す鍔部１２５、１４５の位置において径外側へ突出する段差部を追加してもよい。また、この段差部を極間磁石１５と一体形成するのではなく、極間磁石１５の径外側面１５１と鍔部１２５、１４５との間にスペーサを介設してもよい。このスペーサは、極間磁石１５を機械保護のために囲包する磁石保護筒に設けても良い。

（実施形態２）
実施形態２を図４及び図５を参照して説明する。図４は、ランデル型ロータコアの軸方向模式断面図であり、図５は図４に示すランデル型ロータコアを求心方向にみた状態にて周方向へ展開した周方向展開平面図である。この実施形態のランデル型ロータコアの基本構造は実施形態１のそれと基本的に同じであるため、主機能が共通する構成要素には図２、図３と同一符号を付す。この実施形態の特徴部分のみ以下に説明する。

この実施形態は、図４に示すように、第１爪状磁極部１２４が、第１の柱部１２１の柱部１２３から軸方向リア側に突出する他に、軸方向フロント側にも突出している点にその第１の特徴がある。当然、極間磁石１５は、柱部１２３と軸方向に重なる位置に配置されるとともに更に、柱部１２３より軸方向前後に突出して配置されている。

この実施形態は、図５に示すように、第１爪状磁極部１２４の鍔部１２５が、第１爪状磁極部１２４の前方突出部分と、柱部１２３と軸方向へ重なる中央部とにだけ設けられ、柱部１２３から後方へ突出する部分には設けられていない点に第２の特徴をもつ。鍔部１２５、１４５の基本構造は実施形態１と同じであるが、実施形態１と同じ変形態様の構造を採用することもできる。

このようにすれば、高速回転時に鍔部１２５の径方向外側への変形が極めて小さくなるため、鍔部１２５と極間磁石１５との結合を良好に確保でき、かつ、極間磁石１５に大きな曲げ応力が生じるのも防止することができる。

（変形態様）
鍔部１２５は、柱部１２３と軸方向にほぼ重なる部分にだけ設けても良い。

（実施形態３）
実施形態３を図６を参照して説明する。図６は、ランデル型ロータコアの模式軸方向断面図である。この実施形態のランデル型ロータコアの基本構造は図１又は図４に示す実施形態のそれと基本的に同じであるため、主機能が共通する構成要素には図１、図４と同一符号を付す。この実施形態の特徴部分のみ以下に説明する。

この実施形態の第１の特徴は、図４に示すように、第１爪状磁極部１２４の先端面に軸方向リア側へ突出する嵌合突部１２６を設け、更に、この嵌合突部１２６が嵌入する貫通孔１２７をもつ非磁性リングからなる第１の爪支持部材１２８を設けたことである。第１の爪支持部材１２８は好適には非磁性ステンレス材などにより作製することができる。

この実施形態の第２の特徴は、第２爪状磁極部１４４の先端面に軸方向フロント側へ突出する嵌合突部（図示せず）を設け、更に、この嵌合突部が嵌入する貫通孔をもつ非磁性リングからなる第２の爪支持部材１２９を設けたことである。第２の爪支持部材１２９は第１の爪支持部材１２８と同一形状とされている。

リング状に形成された第１の爪支持部材１２８は、第２爪状磁極部１４４の根元部の径方向外側の表面に当接しつつ周方向へ延在している。同じく、リング状に形成された第２の爪支持部材１２９は、第１爪状磁極部１２４の根元部の径方向外側の表面に当接しつつ周方向へ延在している。１３０は、第２の爪支持部材１２９のうち、第１爪状磁極部１２４の根元部の径方向外側の表面に当接しつつ周方向へ延在する部分である。

なお、図６では、第１の爪支持部材１２８及び第２の爪支持部材１２９の断面は、強調するために黒く塗りつぶされている。

このようにすれば、高速回転時に、第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４の先端部の径方向外側への変位を、これら先端部に対して軸方向に嵌合するこれら爪支持部材１２８、１２９により良好に抑止することができるため、極間磁石１５に対する曲げ応力を大幅に低減することができる。特に、この実施形態では、第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４の先端部と、爪支持部材１２８、１２９との結合を嵌合構造により実現している。このため、爪支持部材１２８、１２９を第１爪状磁極部１２４及び第２爪状磁極部１４４に溶接するのに較べて磁気特性の変化を防止し、かつ、結合信頼性を格段に向上することができる。つまり、非熟練作業者であっても確実かつ容易に作業を行うことができる。

（変形態様）
なお、図６に示す実施形態では、爪状磁極部の先端部を軸方向に突出させ、爪支持部材に貫通孔１２７を設けたが、貫通孔１２７を凹部に偏向してもよい。また、爪支持部材に突起を設け、爪状磁極部に凹部を設けてもよい。更に、爪支持部材１２８、１２９を、上記嵌合位置よりも径方向内側にて爪状磁極部の根元部に嵌合させてもよい。

（実施形態４）
実施形態４を図７を参照して説明する。図７は、ランデル型ロータコアの模式軸方向断面図である。この実施形態のランデル型ロータコアの基本構造は図６に示す実施形態のそれと基本的に同じであるため、主機能が共通する構成要素には図６と同一符号を付す。この実施形態の特徴部分のみ以下に説明する。なお、図９では、第２爪状磁極部１４４の根元部の図示は省略されている。

この実施形態の第１の特徴は、第１の爪支持部材１２８を輪板形状言い換えればディスク形状に形成した点にある。この輪板状の第１の爪支持部材１２８の輪板部１３１aは、第２爪状磁極部１４４の第２の柱部１４１の前端面とロータコイル１３の後端面との間に介設されて、ポールコア１４のボス部１４０に嵌着されている。更に、この第１の爪支持部材１２８の輪板部１３１ａの外周縁から放射状に嵌合板部１３１bが突出し、この嵌合板部１３１bに貫通孔１２７が形成されている。既述したように、第１爪状磁極部１２４の嵌合突部１２６が貫通孔１２７に嵌入している。

この実施形態の第２の特徴は、第２の爪支持部材１２９を輪板形状言い換えればディスク形状に形成した点にある。この輪板状の第２の爪支持部材１２９の輪板部１３２ａは、第１爪状磁極部１２４の第１の柱部１２１の前端面に当接しつつ回転軸１１に嵌着されている。更に、この第２の爪支持部材１２９の輪板部１３２ａの外周縁から放射状に嵌合板部１３２bが突出し、この嵌合板部１３２bに貫通孔１２７が形成されている。既述したように、第２爪状磁極部１４４の嵌合突部１２６が貫通孔１２７に嵌入している。

この実施形態の第３の特徴は、輪板形状の第１の爪支持部材１２８の輪板部１３１ａに冷却空気流を軸方向前方に流すための貫通孔１３３を設けた点にある。この貫通孔１３３を切開する際、余った金属板部分を立てて冷却空気流形成用の翼部を構成してもよい。

この実施形態の第４の特徴は、輪板形状の第２の爪支持部材１２９の輪板部１３２ａに冷却空気流を軸方向前方に流すための貫通孔１３４を設けた点にある。この貫通孔１３４を切開することにより、余った金属板部分を切り立てて冷却空気流形成用の翼部１３５が形成されている。

（変形態様）
実施形態４では、第１の爪支持部材１２８がリア側のポールコア１４の第２の柱部１４１の前端面とロータコイル１３の後端面との間に介設されてポールコア１４のボス部１４０に嵌着されたが、第１爪状磁極部１２４を軸方向後方へ延長すれば第１の爪支持部材１２８は、第２の爪支持部材１２９と同様にリア側のポールコア１４の第２の柱部１４１の後端面に密着させることができる。

（変形態様）
実施形態４では、第２の爪支持部材１２９がフロント側のポールコア１２の第１の柱部１２１の前端面に当接しつつ回転軸１１に嵌着されたが、第２爪状磁極部１４４を軸方向後方へ短縮すれば第２の爪支持部材１２９は、第１の爪支持部材１２８と同様にフロント側のポールコア１２の第１の柱部１２１の後端面とロータコイル１３との間に介設されてポールコア１２のボス部に嵌着することができる。

（追記事項の説明）
図２、図３において、鍔部１２５、１４５は、第１発明で言う極間磁石係止部を構成している。

既述した変形態様で説明したように、極間磁石１５の径方向外側表面から径方向外側へ突設されて第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部にて鍔部１２５、１４５に当接する磁石側段差部を設けても良いことは明白である。この場合には、この極間磁石１５に設けた磁石側段差部は極間磁石係止部の一部をなす。

既述した変形態様で説明したように、第１爪状磁極部１２４及び／又は第２爪状磁極部１４４の根元部に位置して極間磁石１５の径方向外側表面と鍔部１２５、１４５の径方向内側表面との間にスペーサ（段差部材）を介設してもよい。この場合には、このスペーサは、極間磁石係止部の一部をなす。

図６、図７において、嵌合突部１２６と貫通孔１２７は、第３発明で言う嵌合部をなす。

第４実施例における特徴は、爪支持部材１２８、１２９をポールコアのボス部及び／又は回転軸に嵌着した輪板形状に形成した点にある。したがって、第４実施例では、爪支持部材１２８、１２９は、第１爪状磁極部１２４及び／又は第２爪状磁極部１４４の先端に従来のように溶接してもよい。

車両用回転電機の基本構造を説明する軸方向断面図である。 実施形態１のランデル型ロータコアの特に爪状磁極部を求心方向にみた状態にて周方向へ展開した周方向展開平面図である。 図２のランデル型ロータコアの特に爪状磁極部を軸方向にみた状態にて周方向へ展開した周方向展開断面図である。 実施形態２のランデル型ロータコアの軸方向模式断面図である。 図４に示すランデル型ロータコアを求心方向にみた状態にて周方向へ展開した周方向展開平面図である。 実施形態３のランデル型ロータコアの模式軸方向断面図である。 実施形態４のランデル型ロータコアの模式軸方向断面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ ステータ
３ フロントフレーム
４ リヤフレーム
１１ 回転軸
１２ ポールコア
１３ ロータコイル
１４ ポールコア
１５ 極間磁石
２１ ステータコア
２２ ステータコイル
１２１ 第１の柱部
１２２ ディスク部
１２３ 柱部
１２４ 第１爪状磁極部
１２５ 鍔部
１２６ 嵌合突部
１２７ 貫通孔
１２８ 第１の爪支持部材
１２９ 第２の爪支持部材
１３１a 輪板部
１３２a 輪板部
１３１b 嵌合板部
１３２b 嵌合板部
１３３ 貫通孔
１３４ 貫通孔
１３５ 翼部
１４０ ボス部
１４１ 第２の柱部
１４２ ディスク部
１４３ 柱部
１４４ 第２の爪状磁極部
１４５ 鍔部
１５１ 径外側面

Claims (12)

1. 回転軸に嵌着されたボス部と、前記ボス部の軸方向一端から径方向外側へ延在する第１の柱部と、前記ボス部の軸方向他端から径方向外側へ延在する第２の柱部と、前記第１の柱部から少なくとも軸方向一方向きに突出する複数の第１爪状磁極部と、前記第２の柱部から軸方向他方向きに突出する複数の第２爪状磁極部とを有し、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部は略等径位置にて周方向交互に配置されるランデル型ロータコアと、
   前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の径方向内側に位置して前記ボス部に巻装されるロータコイルと、
   互いに周方向に対面する前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の周方向隙間に配置される永久磁石である極間磁石と、
   前記極間磁石を係止するとともに前記極間磁石の遠心力を前記極間磁石の周方向両側の前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部にそれぞれ伝達する極間磁石係止部と、
   を有する車両交流発電機の回転子において、
   前記極間磁石係止部は、
   前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根本部に形成され、かつ、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の先端部に形成されないことを特徴とする車両交流発電機の回転子。
2. 請求項１記載の車両交流発電機の回転子において、
   前記極間磁石係止部は、
   前記第１爪状磁極部の側面及び前記第２爪状磁極部の側面から前記極間磁石の径方向外側へ張り出して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する鍔部と、
   前記極間磁石の径方向外側表面から径方向外側へ突設されて前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部における前記鍔部に当接する磁石側段差部と、
   を有する車両交流発電機の回転子。
3. 請求項１記載の車両交流発電機の回転子において、
   前記極間磁石係止部は、
   前記第１爪状磁極部の側面及び第２爪状磁極部の側面から前記極間磁石の径方向外側へ張り出して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する鍔部を有し、
   前記鍔部は、
   前記鍔部の径方向内側表面から径方向内側へ突設されて前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部に位置して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する爪側段差部を有する車両交流発電機の回転子。
4. 請求項１記載の車両交流発電機の回転子において、
   前記極間磁石係止部は、
   前記第１爪状磁極部の側面及び前記第２爪状磁極部の側面から前記極間磁石の径方向外側へ張り出して前記極間磁石の径方向外側表面に当接する鍔部と、
   前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の根元部に位置して前記極間磁石の径方向外側表面と前記鍔部の径方向内側表面との間に介設される段差部材とを有する車両交流発電機の回転子。
5. 回転軸に嵌着されたボス部と、前記ボス部の軸方向一端から径方向外側へ延在する第１の柱部と、前記ボス部の軸方向他端から径方向外側へ延在する第２の柱部と、前記第１の柱部から少なくとも軸方向一方向きに突出する複数の第１爪状磁極部と、前記第２の柱部から軸方向他方向きに突出する複数の第２爪状磁極部とを有し、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部は略等径位置にて周方向交互に配置されるランデル型ロータコアと、
   前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の径方向内側に位置して前記ボス部に巻装されるロータコイルと、
   互いに周方向に対面する前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の周方向隙間に配置される永久磁石である極間磁石と、
   前記極間磁石を係止するとともに前記極間磁石の遠心力を前記極間磁石の周方向両側の前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部にそれぞれ伝達する極間磁石係止部と、
   を有する車両交流発電機の回転子において、
   前記第１爪状磁極部及び前記極間磁石は、前記第１の柱部と軸方向において重なる位置に配置されることを特徴とする車両交流発電機の回転子。
6. 請求項５記載の車両交流発電機の回転子において、
   前記極間磁石の遠心力は、前記第２爪状磁極部の根元部に支承される車両交流発電機の回転子。
7. 請求項５記載の車両交流発電機の回転子において、
   前記第１爪状磁極部及び前記極間磁石は、前記第１の柱部の軸方向両側に延在する車両交流発電機の回転子。
8. 請求項５記載の車両交流発電機の回転子において、
   前記第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部と、前記第２爪状磁極部の周方向両側の前記第１爪状磁極部の基端面又は第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部とを有する非磁性の爪支持部材を有する車両用交流発電機の回転子。
9. 回転軸に嵌着されたボス部と、前記ボス部の軸方向一端から径方向外側へ延在する第１の柱部と、前記ボス部の軸方向他端から径方向外側へ延在する第２の柱部と、前記第１の柱部から少なくとも軸方向一方向きに突出する複数の第１爪状磁極部と、前記第２の柱部から軸方向他方向きに突出する複数の第２爪状磁極部とを有し、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部は略等径位置にて周方向交互に配置されるランデル型ロータコアと、
   前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の径方向内側に位置して前記ボス部に巻装されるロータコイルと、
   互いに周方向に対面する前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の周方向隙間に配置される永久磁石である極間磁石と、
   前記極間磁石を係止するとともに前記極間磁石の遠心力を前記極間磁石の周方向両側の前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部にそれぞれ伝達する極間磁石係止部と、
   を有する車両交流発電機の回転子において、
   前記第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部と、前記第２爪状磁極部の周方向両側の前記第１爪状磁極部の基端面又は第２爪状磁極部の先端面に嵌合する嵌合部とを有する非磁性の爪支持部材を有することを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
10. 請求項９記載の車両交流発電機の回転子において、
    前記爪支持部材は、
    前記回転軸に嵌着された輪板形状をもつ車両交流発電機の回転子。
11. 請求項１０記載の車両交流発電機の回転子において、
    前記爪支持部材は、冷却空気流れを形成する翼板部と、前記翼板部が切り立てられた後の冷却空気通過用の孔部とを有する車両交流発電機の回転子。
12. 回転軸に嵌着されたボス部と、前記ボス部の軸方向一端から径方向外側へ延在する第１の柱部と、前記ボス部の軸方向他端から径方向外側へ延在する第２の柱部と、前記第１の柱部から少なくとも軸方向一方向きに突出する複数の第１爪状磁極部と、前記第２の柱部から軸方向他方向きに突出する複数の第２爪状磁極部とを有し、前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部は略等径位置にて周方向交互に配置されるランデル型ロータコアと、
    前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部の径方向内側に位置して前記ボス部に巻装されるロータコイルと、
    互いに周方向に対面する前記第１爪状磁極部と前記第２爪状磁極部との間の周方向隙間に配置される永久磁石である極間磁石と、
    前記極間磁石を係止するとともに前記極間磁石の遠心力を前記極間磁石の周方向両側の前記第１爪状磁極部及び第２爪状磁極部にそれぞれ伝達する極間磁石係止部と、
    を有する車両交流発電機の回転子において、
    前記第１爪状磁極部及び／又は第２爪状磁極部の先端部に固定される非磁性で輪板形状の爪支持部材を有し、
    前記爪支持部材は、前記ポールコアの柱部の軸方向端面に当接するとともに、前記ポールコアのボス部又は前記回転軸に嵌着されていることを特徴とする車両交流発電機の回転子。

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