JP2008086081A - 回転電機におけるロータおよび発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機１のロータ２を、クランクシャフト６に固定されるホルダ７と、該ホルダの外周に配される磁心コア９と、該磁心コア９の外周に配される永久磁石８とで構成するにあたり、部品点数を低減するとともに、隣接する永久磁石８同士、永久磁石８と磁心コア９との接着を不要にする。
【解決手段】永久磁石８と磁心コア９とを粉体にしたものを圧縮して一体化成形した二色成形品とし、これによって部品点数を低減し、これら同志の接着を不要にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータや発電機のような回転電機におけるロータの技術分野に属するものである。

一般に、回転電機の中には、これが発電機である場合、回転軸の外周に磁心コア（バックヨーク）を設け、該磁心コアの外周に永久磁石を設けてロータを構成する一方、円筒状のハウジングの内周にステータコイルを設け、前記回転軸が回転されることに基づいてステータコイルに起電（発電）させるようにしたものが知られている（例えば特許文献１）。
特開２００２−１１２４７７号公報

ところが前記従来のものは、筒状の磁心コアの外周に配設した複数の永久磁石の外周に円筒状のカバーを組付けることでロータを構成していたため、部品点数が多いだけでなく、隣接する永久磁石同志およびこれら永久磁石と磁心コアとをそれぞれ接着することでガタ発生の防止をしていたためロータの製造が面倒かつ煩雑になり、しかも接着剤の塗布量にバラツキが有るため、どうしても高品質のロータを製造することが難しいという問題があり、ここに本発明が解決せんとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、回転軸の外周に磁心コアを設け、該磁心コアの外周に永久磁石を設けてロータを構成してなる回転電機において、前記磁心コアと永久磁石とは、各対応する材料を圧縮成形して一体化して形成した二色成形品であることを特徴とする回転電機におけるロータである。
請求項２の発明は、隣接する永久磁石は、配向の方向が異ならしめてあることを特徴とする請求項１記載の回転電機におけるロータである。
請求項３の発明は、ロータには、一端面側に回転軸を取り付けるためのホルダが、他端面側にキャップがそれぞれ設けられたものとし、ホルダまたはキャップの少なくとも一方に冷却フィンが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機におけるロータである。
請求項４の発明は、エンジン等の駆動源の駆動によって回転するロータと、該ロータを内嵌するステータコイルが巻装されたステータとを備えて構成される発電機において、前記ロータを、回転軸の外周に磁心コアを設け、該磁心コアの外周に永久磁石を設けて構成するにあたり、前記磁心コアと永久磁石とは、各対応する材料を圧縮成形して一体化して形成した二色成形品であることを特徴とする発電機である。
請求項５の発明は、ロータには、一端面側に回転軸を取り付けるためのホルダが、他端面側にキャップがそれぞれ設けられたものとし、ホルダまたはキャップの少なくとも一方に冷却フィンが設けられていることを特徴とする請求項４記載の発電機である。

請求項１の発明とすることにより、磁心コアと永久磁石とが一体化された二色成形品となるため、部品点数も少ないうえ、隣接する永久磁石同士および永久磁石と磁心コアとを接着する必要がなくなって製造工程も簡略化されしかも高品質のロータとすることができる。
請求項２の発明とすることにより、任意の表面磁束波形を得ることができる。
請求項３の発明とすることにより、効率のよい冷却をすることができる。
請求項４の発明とすることにより、ロータが磁心コアと永久磁石とが一体化された二色成形品となるため、部品点数も少ないうえ、隣接する永久磁石同士および永久磁石と磁心コアとを接着する必要がなくなって製造工程も簡略化されしかも高品質の発電機とすることができる。
請求項５の発明とすることにより、効率のよい冷却をすることができる。

次ぎに、本発明の第一の実施の形態について、図１、２に基づいて説明する。図面において、１は発電機であって、該発電機１は、エンジン等の駆動源の駆動によって回転するロータ２と、該ロータ２を内嵌するステータ３とによって構成されているが、該ステータ３は、ステータコイル５が巻装配置されたものがボルト３ａを介してケーシング４に固定され、該ケーシング４がボルト４ａを介して躯体Ｂ側に固定されている。

一方、ロータ２は、前記ステータコイル５が巻装されたステータ５ａの円筒内に回転自在に内嵌されるものであるが、エンジン側のクランクシャフト６の先端部に形成される小径部６ａを嵌入して該クランクシャフト６に対するロータ２の位置決め取付けをするため径方向に肉厚状に形成される太径の嵌合孔部７ａと、該嵌合孔部７ａに対して先端側に径方向に肉薄で小径状に形成される筒状部７ｂと、該筒状部７ｂおよび嵌合孔部７ａとの間に段差状に形成される段差状部７ｃとによって形成されたホルダ７を備えて構成されている。８は永久磁石、９は磁性コアであって、該磁性コア９は、基端が段差状部７ｃの先端面に当接する状態で筒状部７ｂの外周面に組み込まれ、永久磁石８は、基端が段差状部７ｃの先端面に当接する状態で磁性コア９の外周面に組み込まれ、さらに永久磁石８の外周面には、外周面が嵌合孔部７ａの外周面と面一状になるよう筒状のカバー１１が外嵌されている。また１２はキャップであって、該キャップ１２は、カバー１１、永久磁石８、磁性コア９の先端面に宛がわれる状態で筒状部７ｂの先端部に外嵌組み込みされている。そしてロータ２は、キャップ１２先端側から挿入組み付けした組み付けボルト１３を筒状部７ｂを介してクランクシャフト６に螺入することでクランクシャフト６に組み付けられるようになっている。
尚、ホルダ７、カバー１１およびキャップ１２は、アルミニウム、チタン、ステンレス等の非磁性金属によって形成されている。また、筒状部７ｂは組み付けボルト１３を用いてロータ２をクランクシャフト６に組み付けた場合に、小径部６ａが段差状部７ｃの基端面に当接するまでのボルト１３のクランクシャフト６への螺入は許容するがこれ以上の螺入を規制してロータ２の保護をするように配慮されている。

前記ロータ部材１０を構成する磁性コア９は鉄等の磁性金属からなり、永久磁石８はネオジウムやサマリウム等の希土類元素を主成分とするが、永久磁石８および磁性コア９は、これら各対応する材料を粉体にし、これらのバインダとして樹脂剤を混合したものをキャビティ内で圧縮成形して一体化して形成した二色成形品から構成され、そして本実施の形態では、キャップ１２およびホルダ７に対しては接着剤で固定されている。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、ロータ部材１０は永久磁石８と磁性コア９とから構成されるが、これら永久磁石８と磁性コア９とは圧粉による二色成形によって形成された一体化物であるから、従来のようにこれらを接着する手間が不要になるとともに、部品点数も低減することになって、高品質のロータを安価でしかも確実に提供できることになる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、図２、３に示す第二の実施の形態のようにすることもできる。このものは、キャップ１２の外端面にフィン１２ａが設けられていると共に、ホルダ嵌合孔部７ａの外周面にもフィン７ｄが設けられたものであって、発電機１の積極的な冷却をするようになっており、より効率のよい発電ができることになる。因みにフィンを設ける場合、本第二の実施の形態ではホルダ７とキャップ１２の両者に設けているが、これに限定されるものではなく、少なくともどちらか一方に設ける構成にすることも勿論できる。

さらに二色成形する場合において、図４に示す第三の実施の形態のように、ロータ部材１４を第一の実施の形態のものと同様、二色成形によって形成するにあたり、一定方向の磁場環境のもとに配向をもたせた状態で磁石粉を仮成形した後に、予め仮成形した磁心コア９の外周面に配置し、高圧下で加圧することで本成形を行う。そして、その後、永久磁石１５の配向（矢印で示す）を、外面側ほど周回り方向互いに近づくもの１５ａ、１５ｂと、内面側ほど周回り方向互いに遠くなるもの１５ｃ、１５ｄとなるように着磁したものである。

そしてこのように配向性を異ならして成型したものは、図４のような磁束密度の波形変化を与えることができる。つまり、第一の実施の形態のように配向角度が０度のものから３０度、第二の実施の形態のように６０度と変化させた場合の表面磁束強度の波形変化を示したものであるが、このことから、永久磁石の分割数、配向を変更することによって、任意の表面磁束密度の波形を得ることができることになる。

第一の実施の形態の発電機の概略断面図である。 第二の実施の形態の発電機の概略断面図である。 （Ａ）は第二の実施の形態のロータの断面側面図、（Ｂ）はロータ部材の断面正面図である。 第三の実施の形態の永久磁石の配向性を異ならしめた状態のロータ部材を示す断面正面図である。 第三の実施の形態の永久磁石の配向を異ならしめた場合の回転角と相対磁束密度との変化を示したグラフ図である。

符号の説明

１ 発電機
２ ロータ
３ ステータ
８ 永久磁石
９ 磁心コア
１０ ロータ部材

Claims (5)

1. 回転軸の外周に磁心コアを設け、該磁心コアの外周に永久磁石を設けてロータを構成してなる回転電機において、前記磁心コアと永久磁石とは、各対応する材料を圧縮成形して一体化して形成した二色成形品であることを特徴とする回転電機におけるロータ。
2. 隣接する永久磁石は、配向の方向が異ならしめてあることを特徴とする請求項１記載の回転電機におけるロータ。
3. ロータには、一端面側に回転軸を取り付けるためのホルダが、他端面側にキャップがそれぞれ設けられたものとし、ホルダまたはキャップの少なくとも一方に冷却フィンが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機におけるロータ。
4. エンジン等の駆動源の駆動によって回転するロータと、該ロータを内嵌するステータコイルが巻装されたステータとを備えて構成される発電機において、前記ロータを、回転軸の外周に磁心コアを設け、該磁心コアの外周に永久磁石を設けて構成するにあたり、前記磁心コアと永久磁石とは、各対応する材料を圧縮成形して一体化して形成した二色成形品であることを特徴とする発電機。
5. ロータには、一端面側に回転軸を取り付けるためのホルダが、他端面側にキャップがそれぞれ設けられたものとし、ホルダまたはキャップの少なくとも一方に冷却フィンが設けられていることを特徴とする請求項４記載の発電機。

Images