JP2009124862A - 回転電機およびそれに適用される回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、着磁工程を含めた組立時間を短縮でき、かつ無負荷時の誘起電圧を低減した回転電機およびその回転子の製造方法を得る。
【解決手段】第１および第２継鉄部１９，２３に配設された第１および第２永久磁石３１，３３の群がそれぞれ第１および第２磁石保持具３０，３２に保持されている。第１および第２磁石保持具３０，３２は、非磁性金属板で作製され、シャフト１６の軸心と直交する平面と平行に配設された環状部３０ａ，３２ａ、環状部３０ａ，３２ａの外周縁部から径方向外方に延び、曲げられて軸方向に延び、その後曲げられて径方向内方に延びて、第１および第２永久磁石３１，３３の軸方向両端面と上面とを覆う複数の保持片３０ｂ、３２ｂ、および各保持片３０ｂ、３２ｂの軸方向に延びる部位の周方向両側部から径方向内方に延びて、第１および第２永久磁石３１，３３の周方向両側面を覆う一対の支持片３０ｃ、３２ｃから構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用交流発電機などの回転電機およびそれに適用される回転子の製造方法に関し、特にランデル型の回転子における永久磁石の保持構造に関するものである。

ランデル型の回転子を用いる車両用交流発電機は、数十年にわたって自動車に使用されてきた。そして、近年の環境問題から車載される電装品の負荷が急増しており、ランデル型の回転子の発電量のより一層の増加が求められている。この要求に従来の設計範囲で対応しようとすると、発電機が大型化する。発電機の大型化は、発電機の重量や配置スペースを増大させる。

従来、このような課題を解決するために、永久磁石をランデル型の回転子の周方向に隣り合う磁極指間に位置する磁極片の周縁上にストラップを用いて取り付けていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１５３９９４号公報

特許文献１に記載のものにおいて、着磁状態の磁石を１つずつ取り付ける場合には、磁石間、磁極片と磁極指とからなる鉄心と磁石との間、および磁石と組立治具との間に磁気吸引力が働き、組立性が悪化し、組立工程や組立設備を特殊なものにする必要があった。

このような不具合を回避するために、未着磁状態の磁石材を鉄心に取り付け、その後磁石材を着磁することが考えられる。しかし、ランデル型の回転子の鉄心は複雑な３次元形状をしているので、磁石材の形状および磁化方向が複雑となる。しかも、磁石材を一つずつ着磁する必要があり、着磁工程を含めた組立時間が長くなり、量産性が悪化するという課題があった。

さらに、特許文献１に記載のものでは、永久磁石が磁極指の先端に軸方向に対向して磁極片の周縁に取り付けられているので、固定子に鎖交する永久磁石の磁束成分が多くなり、無負荷時に、誘起電圧が所定の値、例えば、１４Ｖを超えてしまう。そこで、永久磁石の作る磁束と逆向きの磁束を界磁コイルに発生させて、永久磁石の磁束を弱めるなどして、無負荷時の誘起電圧を低減する必要があった。

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あって、ポールコア体の軸方向両側に配設される磁石材を、片側ずつ全数を磁石保持具に一括支持した状態で、同時に着磁し、ポールコア体に取り付けられるようにして、特殊な組立工程や組立設備を不要とし、着磁工程を含めた組立時間を短縮できるとともに、永久磁石を爪状磁極部の先端内周面に相対するように配置し、無負荷時の誘起電圧を低減した回転電機およびそれに適用される回転子の製造方法を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、上記回転子の外周を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。さらに、上記複数の爪状磁極部のそれぞれの先端側の内周面に対向して上記一対の継鉄部側に配設され、それぞれ上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、上記一対の継鉄部の一方に配設された上記永久磁石の群と他方に配設された上記永久磁石の群とをそれぞれ保持する一対の磁石保持具と、を有する。そして、上記一対の磁石保持具のそれぞれは、非磁性金属板で作製され、上記シャフトの軸心と直交する平面と平行に配設された環状部、それぞれ該環状部の外周縁部から径方向外方に延び、曲げられて軸方向に延び、その後曲げられて径方向内方に延びて、上記永久磁石の軸方向両端面と上面とを覆う複数の保持片、および該複数の保持片のそれぞれの軸方向に延びる部位の周方向両側部から径方向内方に延びて、上記永久磁石の周方向両側面を覆う一対の支持片から構成されている。

この発明によれば、一対の継鉄部の一方に配設された永久磁石の群と他方に配設された永久磁石の群とが群毎に一対の磁石保持具のそれぞれに分かれて保持される。そこで、各群の全永久磁石を構成する磁石材を磁石保持具に保持させて、同時に着磁できるようになり、着磁工程を含む組立時間を短縮でき、量産性を向上できる。また、各群の全永久磁石を磁石保持具に保持させた状態で、一度にポールコアに組み付けることができるようになり、永久磁石を１個ずつポールコアに組み付ける場合に比べ、永久磁石間、ポールコアと永久磁石との間、および永久磁石と組立治具との間に働く磁気吸引力に起因する組立性の低下が抑制され、組立工程や組立設備を特殊なものにする必要がない。
また、永久磁石が爪状磁極部の先端側の内周面に対向して継鉄部側に配設されているので、永久磁石の磁束の中の固定子に鎖交する磁束成分が少なくなり、無負荷無励磁における永久磁石の誘起電圧の発生が抑制される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁石材の磁石保持具への実装方法を説明する工程図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁石材の着磁方法を模式的に説明する図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する工程断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する工程斜視図である。なお、図６では、便宜上、ポールコア体を省略している。

図１において、車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケース４と、シャフト１６をケース４に軸受５を介して支持されて、ケース４内に回転自在に配設された回転子１３と、ケース４のフロント側に延出するシャフト１６の端部に固着されたプーリ６と、回転子１３の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子１３に対して一定のエアギャップ２９を有して、回転子１３の外周を囲繞してケース４に固定された固定子１０と、シャフト１６のリヤ側に固定され、回転子１３に電流を供給する一対のスリップリング８と、各スリップリング８に摺動するようにケース４内に配設された一対のブラシ９と、を備えている。なお、図示していないが、固定子１０で生じた交流を直流に整流する整流器、固定子１０で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器などがケース４内に配設されている。

固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻装され、回転子１３の回転に伴い、後述する界磁コイル１４からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１２と、を備えている。

回転子１３は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル１４と、界磁コイル１４を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１５と、ポールコア１５の軸心位置に貫装されたシャフト１６と、を備えている。ポールコア１５は、それぞれ例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼で冷間鍛造製法により作製された第１および第２ポールコア体１７，２１に分割構成されている。

第１ポールコア体１７は、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴１８ａが軸心位置を貫通して形成された第１ボス部１８と、第１ボス部１８の一端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の第１継鉄部１９と、第１継鉄部１９の外周部から軸方向他端側に延設された第１爪状磁極部２０とを有している。第１爪状磁極部２０は、その最外径面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚みが先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、第１継鉄部１９の外周部に周方向に等角ピッチで例えば８つ配列されている。

第２ポールコア体２１は、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴２２ａが軸心位置を貫通して形成された第２ボス部２２と、第２ボス部２２の他端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の第２継鉄部２３と、第２継鉄部２３の外周部から軸方向一端側に延設された第２爪状磁極部２４とを有している。第２爪状磁極部２４は、その最外径面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚みが先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、第２継鉄部２３の外周部に周方向に等角ピッチで例えば８つ配列されている。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７，２１は、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせ、シャフト挿通穴１８ａ，２２ａに貫装されたシャフト１６に固着されている。そして、界磁コイル１４は、ボビン（図示せず）に巻装され、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３および第１および第２爪状磁極部２０，２４に囲まれた空間に装着されている。ここで、第１および第２ボス部１８，２２および第１および第２継鉄部１９，２３が、それぞれポールコア１５のボス部および一対の継鉄部に相当する。また、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端部が、軸方向に関して、第２および第１継鉄部２３，１９と重なっている。

第１永久磁石３１は、それぞれの第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向する第１継鉄部１９の外周面上に配設される。第１永久磁石３１が配設される第１継鉄部１９の外周面の部位は、シャフト１６と同軸の円筒面に接する平坦面と平行な平坦面に形成されている。第１永久磁石３１は、シャフト１６の軸心と直交する断面が各角を直角とする四角形で、かつシャフト１６の軸心を含む平面における断面が台形（四角形）の柱状体に作製されている。第１永久磁石３１は、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と略平行な平坦面に形成された上面を有し、上面を第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向して、所定の隙間を持って配設されている。

第１磁石保持具３０は、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性金属で作製され、図２の（ａ）に示されるように、環状部３０ａと、環状部３０ａの外周端から等角ピッチで、それぞれ径方向外方に延設された８本の保持片３０ｂと、各保持片３０ｂから周方向に延設された一対の支持片３０ｃとを有する。第１磁石保持具３０は、保持片３０ｂが第１永久磁石３１のシャフト１６の軸心を含む平面における断面四角形の軸方向に相対する２端面と上面との３面を覆うように屈曲され、支持片３０ｃが第１永久磁石３１のシャフト１６の軸心と直交する断面四角形の周方向に相対する２側面を覆うように屈曲されている。そして、第１磁石保持具３０は、環状部３０ａを第１継鉄部１９の一側の端面に密接させ、保持片３０ｂの先端を界磁コイル１４が巻装されたボビンと第１継鉄部１９の他側の端面との間に加圧挟持されて、第１ポールコア体１７に保持されている。なお、第１磁石保持具３０は、必要に応じ、第１ポールコア体１７に溶接などにより固着されていてもよい。

第２永久磁石３３は、それぞれの第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向する第２継鉄部２３の外周面上に配設される。第２永久磁石３３が配設される第２継鉄部２３の外周面の部位は、シャフト１６と同軸の円筒面に接する平坦面と平行な平坦面に形成されている。第２永久磁石３３は、シャフト１６の軸心と直交する断面が各角を直角とする四角形で、かつシャフト１６の軸心を含む平面における断面が台形（四角形）の柱状体に作製されている。第２永久磁石３３は、第１爪状磁極部２０の先端側内周面と略平行な平坦面に形成された上面を有し、上面を第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向して、所定の隙間を持って配設されている。

第２磁石保持具３２は、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性金属で作製され、図２の（ａ）に示されるように、環状部３２ａと、環状部３２ａの外周端から等角ピッチで、それぞれ径方向外方に延設された８本の保持片３２ｂと、各保持片３２ｂから周方向に延設された一対の支持片３２ｃとを有する。第２磁石保持具３２は、保持片３２ｂが第２永久磁石３３のシャフト１６の軸心を含む平面における断面四角形の軸方向に相対する２端面と上面との３面を覆うように屈曲され、支持片３２ｃが第２永久磁石３３のシャフト１６の軸心と直交する断面四角形の周方向に相対する２側面を覆うように屈曲されている。そして、第２磁石保持具３２は、環状部３２ａを第２継鉄部２３の他側の端面に密接させ、保持片３２ｂの先端を界磁コイル１４が巻装されたボビンと第２継鉄部２３の一側の端面との間に加圧挟持されて、第２ポールコア体２１に保持されている。なお、第２磁石保持具３２は、必要に応じ、第２ポールコア体２１に溶接などにより固着されていてもよい。

また、第１および第２永久磁石３１，３２は、着磁方向３５が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界３４の向きと反対となるように着磁配向されている。ここでは、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電され、磁界３４が矢印方向に発生された場合、各第１永久磁石３１の着磁方向３５は径方向内方となり、各第２永久磁石３３の着磁方向３５は径方向外方となる。そして、第１および第２永久磁石３１，３３の着磁方向３５の延長線が対向する第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に向かっている。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界３４の向きが反転した設計の場合には、第１および第２永久磁石３１，３３も逆向きに着磁配向される。第１および第２永久磁石３１，３３には、磁束密度が高いネオジウム・鉄・ボロン磁石やサマリウムコバルト磁石などの焼結された希土類磁石を用いることが望ましい。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１の動作について説明する。
まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ９およびスリップリング８を介して回転子１３の界磁コイル１４に供給され、磁束が発生される。この磁束により、第１ポールコア体１７の第１爪状磁極部２０がＮ極に着磁され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４がＳ極に着磁される。
一方、エンジンの回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ６を介してシャフト１６に伝達され、回転子１３が回転される。そこで、回転磁界が固定子１０の固定子コイル１２に与えられ、起電力が固定子コイル１２に発生する。この交流の起電力が、整流器で直流電流に整流され、バッテリが充電され、或いは電気負荷に供給される。

界磁コイル１４により発生された磁束は、第１爪状磁極部２０からエアギャップ２９を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。磁束は、固定子鉄心１１のティース部からコアバック部を通って周方向に移動し、隣の第２爪状磁極部２４に対向するティース部からエアギャップ２９を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。ついで、第２爪状磁極部２４に入った磁束は、第２継鉄部２３、第２ボス部２２、第１ボス部１８、第１継鉄部１９を通って第１爪状磁極部２０に至る。ここで、従来のランデル型回転子では、第１および第２ポールコア体は限界設計されているので、界磁コイルの発生する磁界により磁気飽和し、回転子で発生する磁束が減少する。

この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３１，３３は、界磁コイル１４の発生する磁界３４の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、第１永久磁石３１から発生する磁束は、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２爪状磁極部２４を通り、隙間を介して第１永久磁石３１に戻る。一方、第２永久磁石３３から発生する磁束は、隙間を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２および第２継鉄部２３を通り、第２永久磁石３３に戻る。第１および第２永久磁石３１，３３の発生した磁束は、界磁コイル１４の発生する磁束と逆向きとなり、第１および第２ポールコア体１７，２１を構成する磁性体の磁束密度を大幅に低減するため、磁気飽和を解消することができる。

このように、本車両用交流発電機１では、第１および第２永久磁石３１，３３の配置および着磁配向方向を工夫することで、界磁コイル１４の発生する磁界３４による第１および第２ポールコア体１７，２１の磁気飽和を緩和している。これにより、固定子１０に鎖交する磁束が増加するので、発電量が増加することができる。

また、着磁配向方向を径方向内方とする第１永久磁石３１は、回転子１３の軸方向の一端側に、周方向に並んで配設され、着磁配向方向を径方向外方とする第２永久磁石３３は、回転子１３の軸方向の他端側に、周方向に並んで配設される。第１永久磁石３１の群と第２永久磁石３３の群とが、回転子１３の軸方向に離間して配置されるので、軸方向両端部に周方向に配列される全ての永久磁石の着磁配向方向が径方向内方又は径方向外方に画一化される。そこで、第１永久磁石３１の群と第２永久磁石３３の群との群毎に、各群の全永久磁石を磁石保持具に保持させて同時に着磁し、ポールコア体に組み付けることが可能となり、着磁工程を含む組立時間を短縮でき、量産性を向上できる。

また、第１および第２永久磁石３１，３３が、第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３１，３３の磁気回路が回転子内部で閉じた磁気回路となり、固定子１０に鎖交する磁束成分がなくなる。その結果、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３１，３３の誘起電圧の発生が抑制される。

また、第１および第２永久磁石３１，３３が、その底面を第１および第２継鉄部１９，２３の外周面に押圧され、残る全ての面を第１および第２磁石保持具３０，３２の保持片３０ｂ、３２ｂおよび支持片３０ｃ、３２ｃで覆われて、第１および第２ポールコア体１７，２１に取り付けられた第１および第２磁石保持具３０，３２に保持されているので、遠心力による第１および第２永久磁石３１，３３の飛散が防止される。さらに、外圧が第１および第２永久磁石３１，３３に直接作用することがなく、第１および第２永久磁石３１，３３自体の損傷が抑えられる。

なお、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３１，３３が、シャフト１６の軸心と直交する断面が各角を直角とする四角形で、かつシャフト１６の軸心を含む平面における断面が台形（四角形）の柱状体に作製されているものとしている。しかし、第１および第２永久磁石３１，３３の柱状体の形状はこれに限定されるものではなく、第１および第２永久磁石３１，３３がその平坦な上面を第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面と略平行に、対向して、かつ所定の隙間を持って第１および第２継鉄部１９，２３の外周面上に配設されればよく、シャフト１６の軸心を含む平面における断面が平行四辺形であってもよい。この場合、第１および第２永久磁石３１，３３が配設される第１および第２継鉄部１９，２３の外周面の部位を、第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面と略平行な傾斜面に形成すればよい。

つぎに、このように構成された回転子１３の組立方法について図２乃至図６を参照しつつ説明する。
まず、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性金属の薄板をプレス成形し、第１および第２磁石保持具３０，３２を作製する。第１および第２磁石保持具３０，３２は、図２の（ａ）に示されるように、環状部３０ａ（３２ａ）と、環状部３０ａ（３２ａ）の外周端から等角ピッチで、それぞれ径方向外方に延設された８本の保持片３０ｂ（３２ｂ）と、各保持片３０ｂ（３２ｂ）から周方向に延設された一対の支持片３０ｃ（３２ｃ）とを有する。
ついで、図２の（ｂ）に示されるように、各支持片３０ｃ（３２ｃ）を保持片３０ｂ（３２ｂ）に対して直角に折り曲げる。ついで、図６の（ａ）に示されるように、着磁することで第１および第２永久磁石３１，３３を構成する未着磁の磁石材３６を各保持片３０ｂ（３２ｂ）に装着する。ついで、磁石材３６の上面を保持片３０ｂ（３２ｂ）に接着し、図２の（ｃ）および図６の（ｂ）に示されるように、その両側面を一対の支持片３０ｃ（３２ｃ）に挟持されるようにして、磁石材３６を保持片３０ｂ（３２ｂ）に固定する。

ついで、磁石材３６を保持した第１磁石保持具３０を着磁装置５０に装着し、８つの磁石材３６を同時に着磁する。着磁装置５０は、図３に示されるように、環状の着磁コイル５２ａ，５２ｂが収納された一対の円盤状の着磁磁極５１ａ，５１ｂを相対して配置して構成される。そして、第１磁石保持具３０を一対の着磁磁極５１ａ，５１ｂ間に配置し、着磁コイル５２ａ，５２ｂに電流を通電する。これにより、磁束５３が図３中矢印方向に流れ、各磁石材３６が着磁され、それぞれ第１永久磁石３１となる。
同様に、磁石材３６を保持した第２磁石保持具３２を着磁装置５０に装着し、着磁コイル５２ａ，５２ｂに逆向きの電流を通電し、８つの磁石材３６が同時に着磁され、それぞれ第２永久磁石３３となる。

ついで、図４に示されるように、第１永久磁石３１が保持された第１磁石保持具３０を軸方向外方から第１ポールコア体１７に装着する。この時、図５の（ａ）に示されるように、第１磁石保持具３０の環状部３０ａが、第１ポールコア体１７の軸方向一端面に当接され、第１永久磁石３１が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間に位置している。ついで、各保持片３０ｂを図５の（ｂ）に示すように折り曲げ、さらに各保持片３０ｂを図５の（ｃ）および図６の（ｃ）に示されるように折り曲げ、第１永久磁石３１の底面を第１継鉄部１９の外周面上に密接させる。さらに、図５の（ｄ）および図６の（ｄ）に示されるように、保持片３０ｂの先端側を折り曲げ、保持片３０ｂの先端側を第１継鉄部１９の軸方向他端面に密接させて、第１磁石保持具３０が第１ポールコア体１７に組み付けられる。

ついで、図示していないが、第２永久磁石３３が保持された第２磁石保持具３２を軸方向外方から第２ポールコア体２１に装着する。そして、環状部３２ａを第２ポールコア体２１の軸方向他端面に当接させ、保持片３２ｂを同様に折り曲げて、保持片３２ｂの先端側を第２継鉄部２３の軸方向他端面に密接させて、第２磁石保持具３２が第２ポールコア体２１に組み付けられる。

ついで、図示していないが、第１および第２磁石保持具３０，３２が組み付けられた第１および第２ポールコア体１７，２１の第１および第２ボス部１８，２２を、ボビンに巻装された界磁コイル１４に両側から挿入し、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせて、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせる。その後、シャフト１６をシャフト挿通穴１８ａ，２２ａに圧入し、第１および第２ポールコア体１７，２１を一体化する。ついで、ファン７を第１および第２ポールコア体１７，２１の端面に溶接し、回転子１３が組み立てられる。

このように組み立てられた回転子１３では、保持片３０ｂ、３２ｂの先端側が、界磁コイル１４が巻装されたボビンと第１および第２継鉄部１９，２３の内壁面との間に加圧挟持されて、第１および第２磁石保持具３０，３２が保持されている。なお、環状部３０ａ，３２ａを第１および第２ポールコア体１７，２１の端面に溶接すれば、第１および第２磁石保持具３０，３２がより強固に保持される。

このように、この実施の形態１による回転子の組立方法では、第１および第２磁石保持具３０，３２にそれぞれ８個の磁石材３６を保持させて同時に着磁しているので、着磁時間が大幅に短縮される。
また、８個の着磁された磁石材３６、即ち８個の第１および第２永久磁石３１，３３が第１および第２磁石保持具３０，３２に保持された状態で第１および第２ポールコア体１７，２１に組み付けられるので、永久磁石を１個ずつポールコア体に組み付ける場合に比べ、永久磁石間、ポールコア体と永久磁石との間、および永久磁石と組立治具との間に働く磁気吸引力に起因する組立性の低下が抑制され、組立工程や組立設備を特殊なものにする必要がない。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の配設状態を説明する断面図である。
図７において、第１永久磁石３１Ａが第２爪状磁極部２４を径方向外方から第１継鉄部１９の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置するように配設されている。第１永久磁石３１Ａの縮小分を補充する非磁性材料からなる補助部材３７が第１永久磁石３１Ａの軸方向一端側に並んで第１磁石保持具３０に保持されている。また、図示していないが、第２永久磁石が第１爪状磁極部２０を径方向外方から第２継鉄部２３の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置するように配設されている。同様に、補助部材３７が第２永久磁石の軸方向他端側に並んで第２磁石保持具３２に保持されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態２では、第１および第２永久磁石が、第２および第１爪状磁極部２４，２０を径方向外方から第１および第２継鉄部１９，２３の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置するように配設されているので、固定子に鎖交する永久磁石の磁束成分を著しく低減でき、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石の誘起電圧の発生が一層抑制できる。この時、第１および第２永久磁石の大きさが縮小されることに起因する出力の低下は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の軸方向の延出長さを長くして永久磁石の縮小分を少なくすることで抑えられる。

また、磁石の縮小分を補充する非磁性材料からなる補助部材３７を第１および第２永久磁石と並んで第１および第２磁石保持具３０，３２に保持させているので、第１および第２永久磁石の大きさが縮小されることに起因する第１および第２磁石保持具３０，３２における保持片３０ｂ、３２ｂの曲げ工程の煩雑さが解消される。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、永久磁石を保持した磁石保持具をポールコア体に軸方向外方から取り付けているが、この実施の形態３では、永久磁石を保持した磁石保持具をポールコア体に軸方向内方から取り付けている。

つぎに、この実施の形態３による永久磁石のポールコア体への実装方法について図８を参照しつつ説明する。
まず、８個の磁石材が第１磁石保持具３０に保持されて着磁され、８個の第１永久磁石３１が保持された第１磁石保持具３０を得る。ついで、第１永久磁石３１が保持された第１磁石保持具３０を軸方向内方から第１ポールコア体１７に装着する。この時、図８の（ａ）に示されるように、第１磁石保持具３０の環状部３０ａが、第１ポールコア体１７の第１ボス部１８に外嵌状態に装着されて第１継鉄部１９の軸方向他端面に当接され、第１永久磁石３１が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間に位置している。ついで、各保持片３０ｂを図８の（ｂ）に示すように折り曲げ、さらに各保持片３０ｂを図８の（ｃ）に示されるように折り曲げて、第１永久磁石３１の底面を第１継鉄部１９の外周面上に密接させる。さらに、図８の（ｄ）に示されるように、保持片３０ｂの先端側を折り曲げ、保持片３０ｂの先端側を第１ポールコア体１７の軸方向一端面に密接させて、第１磁石保持具３０が第１ポールコア体１７に組み付けられる。

ついで、図示していないが、第２永久磁石３３が保持された第２磁石保持具３２を軸方向内方から第２ポールコア体２１に装着する。そして、環状部３２ａを第２継鉄部２３の軸方向一端面に当接させ、保持片３２ｂを同様に折り曲げて、保持片３２ｂの先端側を第２ポールコア体２１の軸方向他端面に密接させて、第２磁石保持具３２が第２ポールコア体２１に組み付けられる。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７，２１は、上記実施の形態１と同様に、第１および第２ボス部１８，２２を、ボビンに巻装された界磁コイル１４に両側から挿入し、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせて、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせる。その後、シャフト１６をシャフト挿通穴１８ａ，２２ａに圧入し、一体化される。ついで、ファン７を第１および第２ポールコア体１７，２１の端面に溶接し、回転子１３が組み立てられる。

このように組み立てられた回転子１３では、環状部３０ａ、３２ａが、界磁コイル１４が巻装されたボビンと第１および第２継鉄部１９，２３の内壁面との間に加圧挟持されて、第１および第２磁石保持具３０，３２が保持されている。なお、保持片３０ｂ，３２ｂの先端を第１および第２ポールコア体１７，２１の端面に溶接すれば、第１および第２磁石保持具３０，３２がより強固に保持される。

従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における磁石材の磁石保持具への装着方法を説明する工程図である。

つぎに、この実施の形態４による磁石材の磁石保持具への実装方法について図９を参照しつつ説明する。
まず、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性金属の薄板をプレス成形し、図９の（ａ）に示されるように、所定の径方向幅を有する円弧形の扇状部４２、扇状部４２の外周縁部の周方向中央から径方向外方に延設された保持片４３、および保持片４３から両側に延設された一対の支持片４４からなる８個の分割体４１が、扇状部４２の外周縁部の端部同士を連結して１列に配列された磁石保持帯４０を得る。なお、扇状部４２は、第１および第２磁石保持具３０，３２の環状部３０ａ，３２ａを周方向に８等分割したものと同等の形状に形成されている。

ついで、各支持片４４を保持片４３に対して直角に折り曲げる。そして、磁石材３６の両側面が折り曲げた一対の支持片４４に覆われるようにして磁石材３６の上面を保持片４３に接着し、図９の（ｂ）に示されるように、磁石材３６を各保持片４３に固定する。
ついで、図９の（ｃ）に示されるように、隣り合う分割体４１の扇状部４２の周方向端面同士が当接するように磁石保持帯４０を環状に曲げる。
ついで、環状に曲げられた磁石保持帯４０の両端の分割体４１の扇状部４２の周方向端面を突き合わせ、その突き合わせ部４５を溶接する。これにより、分割体４１が環状に連結された磁石保持具３９を得る。ここで、磁石保持具３９の強度を向上させるためには、全ての隣り合う扇状部４２の周方向端面同士の当接部を溶接により一体化することが好ましい。

このように作製された磁石材３６が保持された磁石保持具３９は、上記実施の形態１と同様に、着磁装置により磁石材３６の着磁が行われ、第１および第２ポールコア体１７，２１に組み付けられる。なお、分割体４１は、第１および第２磁石保持具３０，３２を周方向に８等分割したものと同等の形状を有する。

この実施の形態４によれば、第１および第２磁石保持具３０，３２を周方向に８等分割したものと同等の形状の分割体４１が互いに連結されて１列に配列された磁石保持帯４０をプレス成形により作製しているので、環状の第１および第２磁石保持具３０，３２をプレス成形する場合に比べて、材料の使用効率が高まり、低コスト化を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、車両用交流発電機について説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁石材の磁石保持具への実装方法を説明する工程図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁石材の着磁方法を模式的に説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する工程断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する工程斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の配設状態を説明する断面図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装方法を説明する工程断面図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における磁石材の磁石保持具への装着方法を説明する工程図である。

符号の説明

１０ 固定子、１３ 回転子、１４ 界磁コイル、１５ ポールコア、１６ シャフト、１７ 第１ポールコア体、１８ 第１ボス部、１９ 第１継鉄部、２０ 第１爪状磁極部、２１ 第２ポールコア体、２２ 第２ボス部、２３ 第２継鉄部、２４ 第２爪状磁極部、２９ エアギャップ、３０ 第１磁石保持具、３０ａ 環状部、３０ｂ 保持片、３０ｃ 支持片、３１，３１Ａ 第１永久磁石、３２ 第２磁石保持具、３２ａ 環状部、３２ｂ 保持片、３２ｃ 支持片、３３ 第２永久磁石、３６ 磁石材、３９ 磁石保持具、４０ 磁石保持帯、４１ 分割体、４２ 扇状部、４３ 保持片、４４ 支持片、４５ 突き合わせ部。

Claims (8)

1. ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、
   上記回転子の外周を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
   上記複数の爪状磁極部のそれぞれの先端側の内周面に対向して上記一対の継鉄部側に配設され、それぞれ上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、
   上記一対の継鉄部の一方に配設された上記永久磁石の群と他方に配設された上記永久磁石の群とをそれぞれ保持する一対の磁石保持具と、を有し、
   上記一対の磁石保持具のそれぞれは、非磁性金属板で作製され、上記シャフトの軸心と直交する平面と平行に配設された環状部、それぞれ該環状部の外周縁部から径方向外方に延び、曲げられて軸方向に延び、その後曲げられて径方向内方に延びて、上記永久磁石の軸方向両端面と上面とを覆う複数の保持片、および該複数の保持片のそれぞれの軸方向に延びる部位の周方向両側部から径方向内方に延びて、上記永久磁石の周方向両側面を覆う一対の支持片から構成されていることを特徴とする回転電機。
2. 上記永久磁石は、上記爪状磁極部を径方向外方から上記継鉄部に投影して得られる投影領域内に位置していることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記一対の磁石保持具は、上記環状部が上記ポールコアの軸方向両端面に密接し、上記複数の保持片の先端が一対の継鉄部と上記界磁コイルとの間に挟持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
4. 上記一対の磁石保持具は、上記複数の保持片の先端が上記ポールコアの軸方向両端面に密接し、上記環状部が一対の継鉄部と上記界磁コイルとの間に挟持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
5. 上記一対の磁石保持具のそれぞれの上記環状部が、保持される上記永久磁石の個数分の扇状部を有し、周方向に隣り合う一対の扇状部が周方向端面同士を突き合わせて溶接一体化され、残る扇状部が、外周縁部の端部を除いて周方向に分離され、かつ周方向に分離された周方向端面同士を密接させて環状に配列されて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の回転電機。
6. 上記残る扇状部が、周方向に分離された周方向端面同士を密接させて溶接一体化されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
7. 上記請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の回転電機に適用される回転子の製造方法において、
   未着磁の磁石材の上面を上記複数の保持片のそれぞれに接着固定して該磁石材を上記一対の磁石保持具に保持させる工程と、
   上記一対の磁石保持具のそれぞれ毎に、該磁石保持具に保持された上記磁石材の全数を同時に着磁する工程と、
   上記着磁された磁石材が保持された上記磁石保持具の上記環状部を上記ポールコアに装着し、上記保持片を折り曲げて、該着磁された磁石材を上記ポールコアに組み付ける工程と、を有することを特徴とする回転子の製造方法。
8. 上記請求項７記載の回転子の製造方法において、
   非磁性金属板からプレス成形して、上記環状部を周方向に、保持する永久磁石の個数分に分割した形状の扇状部、該扇状部の外周縁部から延出する上記保持片、および該保持片から周方向両側に延出する上記一対の支持片を有する分割体を、該扇状部の外周縁部の両端を連結して、保持する永久磁石の個数分１列に配列した磁石保持帯を作製する工程と、
   隣り合う上記分割体の上記扇状部の周方向端面同士を密接させて、上記磁石保持帯を環状に曲げる工程と、
   環状に曲げられた上記磁石保持帯の周方向の両端の扇状部の周方向端面同士を突き合わせ、該突き合わせ部を溶接して、上記磁石保持部を作製する工程と、を有することを特徴とする回転子の製造方法。

Images