JP2008092673A

JP2008092673A - 車両用交流発電機の回転子

Info

Publication number: JP2008092673A
Application number: JP2006270859A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishida; 博士石田; Mitsuru Kato; 充加藤; Craig Mckeehan; マッキーハンクレイグ
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-17
Also published as: US7977846B2; US20080079330A1

Abstract

【課題】製造が容易で十分な固定強度を確保できるとともに上記した磁気抵抗増大を防止可能であり、かつ、圧入による好ましくない塑性変形を低減可能な車両用交流発電機の回転子を提供すること。
【解決手段】一対のポールコア２２、２３の軸孔２２５、２３５とシャフト２１との間に圧入時の塑性変形部分を収容する逃がし空間部２７を設ける。この逃がし空間部２７は、特にポールコア２２、２３の互いに密着する内端面２２４、２３４の近傍に設ける。このようにすれば、塑性変形部分の無理な変位や内端面２２４、２３４の間への侵入を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の回転子に関し、詳しくはその回転軸とランデル型ポールコアとの嵌合技術に関する。

従来の車両用交流発電機の回転子は、回転軸が圧入される軸孔をそれぞれ有し、界磁コイルが巻装された周知の一対のランデル型ポールコアを有している。以下、この種の回転子をランデル型回転子とも言う。ランデル型回転子において、一対のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面は、磁束貫通のために互いに密着している。この種の車両用交流発電機の回転子は、たとえば下記の特許文献１に記載されている。

一対のランデル型ポールコアと回転軸との固定のために、外周面にローレット溝が形成された回転軸を一対のランデル型ポールコアの軸孔に圧入する技術が多用されている。この圧入により、一対のランデル型ポールコアの軸孔の内周面部分が塑性変形して、回転軸のローレット溝に変位し、これにより、ランデル型ポールコアは、回転軸に相対回動不能に固定される。
特開２０００−１２５５２８号公報

しかしながら、軸孔の内周面部分の一部が塑性変形部分が回転軸のローレット溝へ変位する際、この塑性変形部分は、周方向及び径内方向へ変位するとともに軸方向における圧入方向下流側にも変位する。この塑性変形部分の軸方向変位は、圧入方向下流側のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面（内端面とも言う）を下流側に押し込んで、一対のランデル型ポールコアの内端面間に軸方向隙間を生じさせようとするという問題があった。このような軸方向隙間の発生は界磁束回路の磁気抵抗を増大させる。

この問題を回避するには、回転軸圧入時に一対のランデル型ポールコアを軸方向に強く締め付ければ良いが、製造装置の大型化の不利が生じるとともに、ランデル型ポールコアに好ましくない塑性変形が生じるおそれもある。

ローレット溝の径方向断面積を増大することにより、上記問題は緩和されるが、回転軸とランデル型ポールコアとの固定強度が低下してしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、製造が容易で十分な固定強度を確保できるとともに上記した磁気抵抗増大を防止可能であり、かつ、圧入による好ましくない塑性変形を低減可能な車両用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。

上記課題を解決する各発明は、回転軸と、前記回転軸が圧入される軸孔をそれぞれ有する一対のランデル型ポールコアと、前記一対のランデル型ポールコアに巻装される界磁コイルとを備え、前記一対のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面は、磁束貫通のために互いに密着している車両用交流発電機の回転子に適用される。この種のランデル型回転子は、周知となっている。

上記課題を解決する第１発明は特に、前記端面近傍の前記一対のランデル型ポールコアの軸孔と前記回転軸との間に形成されて前記圧入時の塑性変形部分を収容する逃がし空間部を有し、前記逃がし空間部の平均径方向隙間幅は、前記逃がし空間部の軸方向外側に位置して前記回転軸と前記軸孔との実質的圧入部分における前記軸孔と前記回転軸との間の平均径方向隙間幅よりも大きく設定されていることを特徴としている。

すなわち、この発明は、ランデル型ポールコアの軸孔と回転軸との間の径方向隙間幅が、ランデル型ポールコアの内端面に接する部分にて、その両側の実質的な圧入固定部分の径方向隙間幅よりも大きくされているため、圧入方向上流側のランデル型ポールコアの軸孔に沿いつつ下流側に塑性変形部分は、この逃がし空間部に達すると逃げやすい径方向外側に逃げ、軸方向下流側に変位することが防止される。また、互いに接する一対のランデル型ポールコアの内端面近傍では前記逃がし空間部の存在のために塑性変形部分が新たに発生することがないため、この新たな塑性変形部分が上記内端面間の軸方向隙間に入り込むという問題を解決することができる。更に、上記した塑性変形部分が軸方向へ長く変位することが無いため、回転軸打ち込み荷重の増加を防止して回転軸の歪み発生を抑制することができる。その結果として、製造が容易で十分な固定強度を確保できるとともに上記した磁気抵抗増大を防止可能であり、かつ、圧入による好ましくない塑性変形を低減可能な車両用交流発電機の回転子を実現することができた。

なお、逃がし空間部は、全周に設けることが好適であるが、周方向に部分的に設けても良く、周方向へ所定ピッチで設けても良い。また、逃がし空間部は、一対のランデル型ポールコアに設けても良いが、その一方にだけ設けても良い。

好適な態様において、前記逃がし空間部は、円筒状に形成されている。これにより、上記効果を軸孔と回転軸との接する部分の全周にわたって奏することができる。

好適な態様において、前記逃がし空間部は、前記軸孔側に形成されている。これにより、回転軸の捻り剛性低下を防止することができる。

好適な態様において、前記逃がし空間部は、前記回転軸側に形成されている。これにより、ランデル型ポールコアの磁路断面積減少を回避することができる。

好適な態様において、前記回転軸は、前記逃がし空間部の軸方向両側に形成されて前記一対のランデル型ポールコアの軸孔に個別に嵌合する一対のローレット溝と、前記一対のローレット溝の間に位置して前記ローレット溝の平均径よりも径小に形成された径小部とを有し、前記逃がし空間部は、前記径小部の径方向外側に区画形成されている。これにより、ローレット溝により軸孔内周面に生じる塑性変形部分を逃がし空間部に収容できる。

好適な態様において、前記軸孔のうち、一対のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面に近い部分は、前記一対のランデル型ポールコアの軸方向外側の端面に近い部分よりも径大に形成され、前記逃がし空間部は、前記軸孔の径大に形成された部分の径方向外側に区画形成され、前記回転軸はローレット溝を有する。これにより、ローレット溝により軸孔内周面に生じる塑性変形部分を逃がし空間部に収容できる。

上記課題を解決する第２発明は特に、前記回転軸に軸方向に所定ピッチで形成された複数のローレット部の間に位置して配置された複数の逃がし空間部を有し、前記逃がし空間部の平均径方向隙間幅は、前記各ローレット部と前記軸孔との平均径方向隙間幅よりも大きく形成されている。

すなわち、この発明では、回転軸の外周面に軸方向に所定ピッチで複数のローレット溝が形成され、軸方向に隣接する２つのローレット溝の間に上記逃がし空間部が配置される。このようにすれば、一本の回転軸のローレット溝の部分に、互いに軸方向へ所定ピッチで複数の逃がし空間部を配置できるので、余分な塑性変形部分をこの逃がし空間部に逃がしやすくなり、回転軸の押し込みが容易となる。

なお、上記した各発明において、「平均径方向隙間幅」とは、回転軸の軸方向所定部分の径方向隙間を周方向に平均した値を言う。したがって、ローレット溝では、たとえば、平均径方向隙間幅は、その最大径部と最小径部との平均値とすることができる。

また、上記した各発明において、「ローレット溝」とは、回転軸の外周面に周方向へ形成された略波形の凹凸部分を言う。

（実施形態１）
本発明のランデル型回転子の好適な実施形態１を図１を参照して説明する。図１は、本発明のランデル型回転子を採用した車両用交流発電機１の軸方向断面図である。

（全体構成）
車両用交流発電機１は、エンジンからベルト（図示せず）およびプーリ１０を介して回転駆動される回転子２と、電機子として働く固定子４と、回転子２と固定子４とを一対の軸受け３ｃ、３ｄを介して支持するフロントフレーム３ａおよびリアフレーム３ｂと、固定子４に接続されて交流出力を直流出力に変換する整流装置５と、回転子２のロータコイル（界磁コイル）２４に界磁電流を供給するブラシを保持するブラシ装置７と、出力電圧を制御する電圧制御装置８と、リアフレーム３ｂに装着樹脂製の保護カバー９を有している。保護カバー９は、リアフレーム３ｂの後端面に固定された整流装置５、電圧制御装置８及びブラシ装置７を囲覆している。

（回転子２）
回転子２を図１、図３を参照して説明する。図３は回転子２の軸方向断面図である。

回転子２は、シャフト（本発明で言う回転軸）２１、一対のポールコア（本発明で言うランデル型ポールコア）２２、２３、ロータコイル（本発明で言う界磁コイル）２４、フロント側冷却ファン２５及びリア側冷却ファン２６を有している。ポールコア２２、２３は、ロータコイル２４が巻回された絶縁ボビンが圧入されるボス部２２１、２３１、ボス部２２１、２３１の軸方向外端部から径方向へ延在するディスク部２２２、２３２、ディスク部２２２、２３２から径方向へ延在する８個の爪部（爪状磁極部とも言う）２２３、２３３を有している。ポールコア２２、２３は、爪部２２３、２３３がロータコイル２４を囲む向きに軸方向に隣接している。一対のポールコア２２、２３は、ボス部２２１、２３１の互いに接する端面（内端面とも言う）２２４、２３４を有している。ポールコア２２のボス部２２１の内端面２２４と、ポールコア２３のボス部２３１の内端面２３４とは密着している。

シャフト２１は、ポールコア２２、２３の径方向中心に位置して軸方向に貫設された軸孔２２５、２３５に圧入される。シャフト２１の外周面には、少なくとも一対のポールコア２２、２３の軸孔２２５、２３５に接する部分に位置してローレット溝２１０が形成されている。ローレット溝２１０の断面形状を図２に示す。上記圧入により軸孔２２５、２３５の内周面が塑性変形され、一対のポールコア２２、２３はシャフト２１に相対回転不能に嵌着される。一対のスリップリング２１１とこれらスリップリング２１１に電気的に接続される２本の接続リード２１２とがモールド成形によりシャフト２１と一体化されている。上記圧入後、ロータコイル２４の両端は、上記接続リード２１２によりスリップリング２１１に接続される。

（逃がし空間部２７）
この実施形態の特徴をなす逃がし空間部２７について、図３を参照して説明する。

逃がし空間部２７は、軸孔２２５、２３５のうち、互いに密着するボス部２２１の内端面２２４とボス部２３１の内端面２３４に近い部分に配置され、内端面２２４、２３４の軸方向両側に延在している。

逃がし空間部２７は、軸孔２２５、２３５を他の部位よりも径大化した径大孔部２２６、２３６により円筒状に区画形成されている。逃がし空間部２７の容積は、シャフト２１を軸孔２２５、２３５に圧入する際に主として軸孔２２５、２３５の内周面から生じて内端面２２４、２３４近傍に集まる塑性変形部分をすべて収容可能な径に形成されている。

ただし、軸孔２２５、２３５の径大孔部２２６、２３６の径は、ローレット溝２１０の平均径よりも大きくされるべきである。なお、上記塑性変形部分をすべて収容可能な容積を逃がし空間部２７に与えることは必須要件ではなく、更に小さくても良い。また、逃がし空間部２７を一対のポールコア２２、２３のうちの片方側に設けても良い。

このようにすれば、シャフト２１の圧入が容易となり、圧入時にシャフト２１に好ましくない塑性変形が生じるのを防止でき、かつ一対のポールコア２２、２３の間に軸方向へ隙間が生じて磁束量が減少するのも防止できる。

（実施形態２）
実施形態２を図４を参照して説明する。図４はランデル型回転子の軸方向断面図である。

この実施形態は、軸孔２２５、２３５に径大孔部２２６、２３６を設けるのに加えて、これら径大孔部２２６、２３６と軸方向等位置にてシャフト２１を他の部位よりも径小化して径小軸部２１３を形成した点をその特徴としている。

したがって、この実施形態の円筒状の逃がし空間部２７は、径大孔部２２６、２３６と径小軸部２１３とにより軸方向に区画されることになり、その分だけ、ボス部２２１、２３１の磁路断面積を減少させるとこなく、逃がし空間部２７の容積を増大することができる。

（その他の態様）
なお、ローレット溝２１０の径大な山部をつぶしただけの逃がし空間部２７でもよい。また、径小軸部２１３のみにより逃がし空間部２７を形成しても良い。

（実施形態３）
実施形態３を図５を参照して説明する。図５はランデル型回転子の一部拡大軸方向断面図である。

この実施形態は、シャフト２１のローレット溝２１０の部分に、小さい逃がし空間部２７１〜２７５を軸方向一定ピッチで設けたものである。したがって、ローレット溝２１０は、逃がし空間部２７１〜２７５によりそれぞれ軸方向に短いローレット溝２１０A〜２１０Fに分割される。

このようにすれば、塑性変形部分の軸方向移動が小さく、また、各逃がし空間部２７１〜２７５が小さく分散するため、圧入作業が容易となり、かつ、界磁回路の磁気抵抗増大も抑止することができる。

実施形態１の車両用交流発電機の軸方向断面図である。図１のローレット溝を示す径方向断面図である。図１の回転子の軸方向断面図である。実施形態２の回転子の軸方向断面図である。実施形態３の回転子の要部拡大軸方向断面図である。

符号の説明

１車両用交流発電機
２回転子
３ａフロントフレーム
３ｂリアフレーム
４固定子
５整流装置
７ブラシ装置
８電圧制御装置
９保護カバー
１０プーリ
２１シャフト
２２ポールコア
２３ポールコア
２４ロータコイル
２５フロント側冷却ファン
２６リア側冷却ファン
２７逃がし空間部
２１０A〜２１０F ローレット溝
２１０ローレット溝
２１１スリップリング
２１２接続リード
２１３径小軸部
２２１ボス部
２２２ディスク部
２２３爪部
２２４内端面
２２５軸孔
２２６径大孔部
２３４内端面
２３５軸孔
２３６径大孔部
２７１〜２７５逃がし空間部

Claims

回転軸と、前記回転軸が圧入される軸孔をそれぞれ有する一対のランデル型ポールコアと、前記一対のランデル型ポールコアに巻装される界磁コイルとを備え、前記一対のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面が互いに密着している車両用交流発電機の回転子において、
前記端面近傍の前記一対のランデル型ポールコアの軸孔と前記回転軸との間に形成されて前記圧入時の塑性変形部分を収容する逃がし空間部を有し、
前記逃がし空間部の平均径方向隙間幅は、前記逃がし空間部の軸方向外側に位置して前記回転軸と前記軸孔との実質的圧入部分における前記軸孔と前記回転軸との間の平均径方向隙間幅よりも大きく設定されていることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
請求項１記載の車両用交流発電機の回転子において、
前記逃がし空間部は、円筒状に形成されている車両用交流発電機の回転子。
請求項１記載の車両用交流発電機の回転子において、
前記逃がし空間部は、前記軸孔側に形成されている車両用交流発電機の回転子。
請求項１記載の車両用交流発電機の回転子において、
前記逃がし空間部は、前記回転軸側に形成されている車両用交流発電機の回転子。
請求項１記載の車両用交流発電機の回転子において、
前記回転軸は、
前記逃がし空間部の軸方向両側に形成されて前記一対のランデル型ポールコアの軸孔に個別に嵌合する一対のローレット溝と、前記一対のローレット溝の間に位置して前記ローレット溝の平均径よりも径小に形成された径小部とを有し、
前記逃がし空間部は、前記径小部の径方向外側に区画形成されている車両用交流発電機の回転子。
請求項１記載の車両用交流発電機の回転子において、
前記軸孔のうち、一対のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面に近い部分は、前記一対のランデル型ポールコアの軸方向外側の端面に近い部分よりも径大に形成され、
前記逃がし空間部は、前記軸孔の径大に形成された部分の径方向外側に区画形成され、
前記回転軸は、ローレット溝を有する車両用交流発電機の回転子。
回転軸と、前記回転軸が圧入される軸孔をそれぞれ有する一対のランデル型ポールコアと、前記一対のランデル型ポールコアに巻装される界磁コイルとを備え、前記一対のランデル型ポールコアの軸方向内側の端面が互いに密着している車両用交流発電機の回転子において、
前記回転軸に軸方向に所定ピッチで形成された複数のローレット部の間に位置して配置された複数の逃がし空間部を有し、
前記逃がし空間部の平均径方向隙間幅は、
前記各ローレット部と前記軸孔との平均径方向隙間幅よりも大きく形成されていることを特徴とする両用交流発電機の回転子。