JP2009142091A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、永久磁石の保持構造の耐遠心力性を高め、永久磁石の熱を効果的にファンに伝達して放熱させ、永久磁石の温度上昇を抑えることができる回転電機を得る。
【解決手段】第１および第２永久磁石３１，３２が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側の内周面に対向して、かつ所定の隙間を持って第１および第２継鉄部１９，２３に形成された嵌合溝部３７に嵌着保持されている。ファン４０が基部４１をポールコア１５の軸方向両端面にそれぞれ抵抗溶接されて取り付けられている。熱伝導金属板５０が一端側を第１および第２永久磁石３１，３２のそれぞれに密接状態に接着固定され、他端側を基部４１を貫通して軸方向外方に延出するように配設されている。
【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に関し、特にランデル型の回転子に搭載された永久磁石の冷却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。さらに、発電機の大型化は、回転子慣性の増加を招き、エンジンの速度変動と発電機の慣性トルクが相互作用し、ベルトの振動や滑りを招く。

従来、このような課題を解決するために、ランデル型回転子の周方向に対向する爪状磁極部間に永久磁石を挟持固定させることにより、発電機の大型化を招くことなく、出力の向上を図っていた（例えば、特許文献１参照）。

永久磁石はランデル型回転子内の限られたスペースに配設されることから、出力向上の観点から、小型でも強力な磁場を発生できるネオジ−鉄−ボロン系の焼結磁石が好適である。しかし、エンジン内に搭載されることから、通常の産業モータなどに適用される場合に比べ使用環境温度が高い。また、固定子からの高調波磁束が塊状の爪状磁極部に侵入し、爪状磁極部の表面に渦電流が発生すること、さらには界磁コイルへの通電によってポールコアに発生する各種損失があることから、回転子の温度が通常の同期モータに比べて高くなる。そこで、ディスプロシウムなどの高価なレアメタル材料を添加してネオジ−鉄−ボロン系の焼結磁石の耐熱減磁特性を高める必要があり、磁石コストが上昇する。

従来の車両用交流発電機では、回転子の軸方向両端部に固着された冷却ファンを備えている。この冷却ファンが回転子の回転に連動して駆動されることにより、空気がハウジングの軸方向両端から吸い込まれ、冷却ファンにより遠心方向に曲げられてハウジングの径方向外方に排出される冷却風流路が形成される。そして、発熱部品である整流回路や回転子コイルがこの冷却風流路に配設され、冷却風流路を流通する冷却風により冷却される。しかし、この冷却風流路は冷却風を積極的に回転子内に流すように構成されていないので、回転子に搭載された永久磁石が効果的に冷却されることは期待できない。従って、回転子に搭載された永久磁石の冷却性を高めることが求められる。

このような状況を鑑み、永久磁石を樹脂製のファンに一体成形されたポケットにインサート成形し、ポケットをポールピースのボディの上面とポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンをポールピースに取り付けた電気機械用ロータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この従来の電気機械用ロータでは、永久磁石がインサート成形されたポケットがファンに一体成形されているので、永久磁石の熱はポケットを介してファンに熱伝達されファンから放熱される。

特開昭６１−８５０４５号公報 特表２００２−５２７０１５号公報

特許文献２に記載された従来の電気機械用ロータでは、永久磁石がインサート成形されたポケットがファンに一体成形されているので、永久磁石の熱はポケットを介してファンに熱伝達されファンから放熱されるが、樹脂自身の熱伝導率が小さく、十分な熱伝達が期待できない。しかも、永久磁石がインサート成形されたポケットがポールフィンガーに接しているので、固定子からの高調波磁束の侵入により爪状磁極部の表面で発生した熱が永久磁石に伝達され、磁石温度が高くなる。さらに、高速回転時に、永久磁石を支持するポールフィンガーの先端が径方向外方に変位するので、大きな遠心力がポケットに作用し、ポケットおよびファンが損傷するおそれがある。そこで、樹脂に強化繊維などを添加してポケットおよびファンの剛性を高める必要があるが、成型性が著しく低下し、量産性が低下する。

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、永久磁石を爪状磁極部から離反させて継鉄部側に保持させ、永久磁石の保持構造の耐遠心力性を高め、爪状磁極部の表面で発生した熱の永久磁石への伝達を抑えるとともに、永久磁石の熱を効果的にファンに伝達して放熱させ、永久磁石の温度上昇を抑えることができる回転電機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、本回転電機は、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、かつ所定の隙間を持って上記一対の継鉄部に保持された永久磁石と、上記ポールコアの軸方向両端面にそれぞれ固着された基部、および該基部に立設されたブレードを有する一対の金属製ファンと、一端側が上記永久磁石のそれぞれに密接状態に接着固定され、他端側が上記基部を貫通して軸方向外方に延出するように配設された熱伝導金属板と、を備えている。

この発明によれば、永久磁石が、爪状磁極部に比べ径方向位置が低い継鉄部に、遠心力に起因する爪状磁極部の揺動の影響もなく保持されるので、永久磁石の保持構造の耐遠心力性が高められる。
永久磁石が、爪状磁極部の先端側の内周面に対向して、かつ所定の隙間を持って配設されているので、固定子からの高調波磁束の侵入により爪状磁極部の表面で発生した熱が永久磁石に伝達されにくい。
熱伝導金属板が、その一端側を永久磁石に密接状態に接着固定され、その他端側を金属製ファンの基部を貫通して軸方向外方に延出するように配設されているので、熱伝導金属板に作用する遠心力は基部の熱伝導金属板の貫通部で受けられ、永久磁石の保持構造の耐遠心力性を低下させるように作用しない。また、永久磁石の熱は、熱伝導金属板に伝達され、基部からの延出部から空気と直接熱交換されるので、永久磁石の温度上昇が抑えられる。

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回転子の第１ポールコア体側の構成を説明する分解斜視図、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回転子の第１ポールコア体の要部拡大斜視図、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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取付構造を説明する要部拡大断面図、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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取り付け方法を説明する工程図である。

図１および図２において、車両用交流発電機１００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４０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の外周面の部位には、図３に示されるように、シャフト１６の軸心と直交する平面における断面が台形の嵌合溝部３７が溝方向を回転子１３の軸方向として凹設されている。第１永久磁石３１は、シャフト１６の軸心と直交する平面における断面が台形で、嵌合溝部３７の内形形状に適合する外形形状に形成された被嵌合部３３と、被嵌合部３３の上部に一体に形成され、シャフト１６の軸心方向と直交する平面における断面が矩形で、かつ上面が第２爪状磁極部２４の先端側内周面と略平行な平坦な傾斜面とする突出部３４とから構成されている。第１永久磁石３１は、図４に示されるように、被嵌合部３３を軸方向から嵌合溝部３７に嵌着し、突出部３４の上面を第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向させて、かつ所定の隙間を持って配設されている。

第２永久磁石３２は、第１永久磁石３１と同一形状に作製され、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３２が配設される第２継鉄部２３の外周面の部位には、嵌合溝部３７が溝方向を回転子１３の軸方向として凹設されている。第２永久磁石３２は、被嵌合部３３を軸方向から嵌合溝部３７に嵌着し、突出部３４の上面を第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向させて、かつ所定の隙間を持って配設されている。
ここで、第１および第２永久磁石３１，３２は、被嵌合部３３の嵌合溝部３７への嵌着力により第１および第２継鉄部１９，２３に固着されているが、被嵌合部３３と嵌合溝部３７との嵌合構造においても、第１および第２永久磁石３１，３２の径方向および周方向の移動が規制されている。

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３６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３６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３２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３１，３２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３６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３１，３２も逆向きに着磁配向される。

熱伝導金属板５０は、鉄、銅、アルミ、ステンレスなどの板金を切断加工して細長の矩形平板状に作製され、接着剤、ワニス等を用いて第１永久磁石３１の突出部３４の周方向の一側側面に接着固定されて、回転子１３の軸方向外方に延設されている。

ファン４０は、鉄、銅、アルミ、ステンレスなどの板金を切断加工および曲げ加工して作製され、平板リング状の基部４１と、それぞれ基部４１から切り起こされて周方向に等角ピッチで配列された、例えば８枚のブレード４２と、それぞれ基部４１に熱伝導金属板５０が挿通可能な細長の穴形状に穿設され、周方向に等角ピッチで配列された、例えば８個の貫通穴４３と、を備える。この時、ブレード４２と貫通穴４３とは不等ピッチに配列されている。即ち、貫通穴４３と周方向両側のブレード４２との間の角度θ１，θ２が異なっている。

ファン４０は、基部４１を第１ポールコア体１７の軸方向一側端面に抵抗溶接されて取り付けられている。そして、熱伝導金属板５０の回転子１３からの延出部が貫通穴４３を貫通して基部４１から延出し、ブレードとして機能する。ここで、第１ポールコア体１７と基部４１とは、周方向の複数箇所の溶接部３９を除いて、点接触状態となっており、微小隙間を有している。

つぎに、第１永久磁石３１、熱伝導金属板５０、およびファン４０の取り付け方法について図５を参照しつつ説明する。
まず、第１永久磁石３１は、図５の（ａ）に示されるように、被嵌合部３３を第１ポールコア体１７の軸方向外方から嵌合溝部３７に嵌着される。これにより、第１永久磁石３１は、突出部３４の上面が第２爪状磁極部２４の先端側内周面と相対して、所定の隙間を持って第１ポールコア体１７に取り付けられる。ここで、被嵌合部３３と嵌合溝部３７との間の嵌着力が不十分な場合には、接着剤を用いて被嵌合部３３と嵌合溝部３７とを固着する。

ついで、熱伝導金属板５０が、図５の（ｂ）に示されるように、その他端側表面を第１永久磁石３１の突出部３４の周方向一側の側面に沿わせて、シャフト１６の軸心と平行に、一端側を回転子１３の軸方向外方に延出させて配置される。そして、熱伝導金属板５０の他端側が接着剤やワニスを用いて第１永久磁石３１の突出部３４に固着される。
ついで、ファン４０が、図５の（ｃ）に示されるように、各熱伝導金属板５０の一端側を貫通穴４３に通して、基部４１を第１ポールコア体１７の軸方向一端面にあてがう。そこで、基部４１を第１ポールコア体１７に溶接部３９で抵抗溶接し、ファン４０が回転子１３に取り付けられる。
なお、第２永久磁石３２、熱伝導金属板５０、およびファン４０についても同様に取り付けられるので、ここではその説明を省略する。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１００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。

つぎに、磁束の動作について図１を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル１４に通電されると、磁束３６ａが発生する。この磁束３６ａ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。そして、磁束３６ａ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３６ａ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３１，３２は、界磁コイル１４の発生する磁界３６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および第２永久磁石３１，３２の発生する磁束の向きは、界磁コイル１４の発生する磁束３６ａと逆向きとなる。この第１および第２永久磁石３１，３２から発生した磁束が固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ２９を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３１，３２は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に配設されているので、第１および第２永久磁石３１，３２から発生した磁束は、第１および第２爪状磁極部の内周面側に対して、より短い磁路長さで周回するようになる。そこで、第１および第２永久磁石３１，３２から発生した磁束の大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子内部で閉じた磁気回路を形成する。

つまり、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３２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３２に戻る。第１および第２永久磁石３１，３２の発生する磁束は、界磁コイル１４の発生する磁束３６ａ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。その結果、車両用交流発電機１００では、特に磁気飽和が顕著となる低速回転域での発電量が数十％程度増加される。あるいは、設計選択として、固定子コイル１２の巻き数を数十％程度減少させれば、低速回転域では従来装置と同等の発電量を確保でき、高速回転域では、従来装置より発電量を増加させることができる。

また、この実施の形態１では、ファン４０の基部４１が溶接部３９でポールコア１５に抵抗溶接されているので、基部４１とポールコア１５の軸方向端面とは、周方向の複数箇所の溶接部３９を除いて、点接触状態となっており、微小隙間を有している。これにより、界磁コイル１４での発熱や軸受５での発熱によって高温状態となっているポールコア１５からファン４０への熱伝達が抑えられる。そこで、ファン４０自体の温度を低く維持することができる。

また、熱伝導金属板５０の一端側が貫通穴４３を貫通して基部４１から延出している。熱伝導金属板５０の他端側が第１および第２永久磁石３１，３２の周方向一側の側面に接着剤やワニスなどにより固着されているので、熱伝導金属板５０の他端側表面は、第１および第２永久磁石３１，３２の側面に直接あるいは薄膜の接着剤などの樹脂層を介して隙間なく密接している、即ち密接状態となっている。そこで、第１および第２永久磁石３１，３２の熱は、熱伝導金属板５０に伝達され、熱伝導金属板５０内を伝導し、熱伝導金属板５０の基部４１からの延出部から空気に直接放熱される。あるいは、熱伝導金属板５０内を伝導した熱は、基部４１に伝達され、基部４１から放熱される。

ここで、熱伝導金属板５０の他端側表面は、第１および第２永久磁石３１，３２の側面に直接あるいは薄膜の樹脂層を介して隙間なく密接しているので、熱伝導金属板５０と第１および第２永久磁石３１，３２との間の熱抵抗は小さい。また、熱伝導金属板５０が金属製であるので、熱伝導金属板５０の熱抵抗が小さい。これにより、第１および第２永久磁石３１，３２の熱は効率的に熱伝導金属板５０に伝達され、熱伝導金属板５０および基部４１から空気に放熱されるので、第１および第２永久磁石３１，３２の温度上昇を抑えることができる。しかも、第１および第２永久磁石３１，３２が第２および第１爪状磁極部２４，２０に対して所定の隙間を有しているので、固定子１０からの高調波磁束の侵入により第１および第２爪状磁極部２０，２４の表面で発生した熱が第２および第１永久磁石３２，３１に伝達されにくい。そこで、第１および第２永久磁石３１，３２の材料として、小型でも強力な磁場を発生できるネオジ−鉄−ボロン系の焼結磁石を用いても、レアメタル材料を添加して耐熱減磁特性を高める必要がなく、磁石コストの上昇を抑えることができる。

また、第１および第２永久磁石３１，３２が断面台形の被嵌合部３３を第１および第２継鉄部１９，２３の外周面に形成された断面台形の嵌合溝部３７に嵌着して保持されているので、第１および第２永久磁石３１，３２の径方向および周方向の移動が規制される。また、第１および第２継鉄部１９，２３の外周面の径方向位置が第１および第２爪状磁極部２０，２４に比べて低いので、第１および第２継鉄部１９，２３に保持された第１および第２永久磁石３１，３２に作用する遠心力は、第１および第２永久磁石３１，３２を第１および第２爪状磁極部２０，２４に保持した場合に比べ、小さくなる。そこで、簡易な永久磁石の保持構造で、高速回転時の遠心力に起因する第１および第２永久磁石３１，３２の径方向外方への変位を抑えられることができる。さらに、第１および第２永久磁石３１，３２は、第２および第１爪状磁極部２４，２０から離反して配設されており、高速回転時の遠心力に起因する第２および第１爪状磁極部２４，２０の変位の影響を受けることがない。

また、熱伝導金属板５０が基部４１に穿設された貫通穴４３に挿通されているので、熱伝導金属板５０に作用する遠心力は基部４１で受けられ、第１および第２永久磁石３１，３２に作用しにくくなる。
また、熱伝導金属板５０の基部４１からの延出部とブレード４２とが不等ピッチで配列されているので、ブレード（熱伝導金属板５０の基部４１からの延出部を含む）の風切り音に回転数×ブレード枚数の特定の周波数で発生する騒音を低減することができる。

なお、上記実施の形態１では、熱伝導金属板５０が矩形平板状に作製されているものとしているが、熱伝導金属板は矩形平板をＬ字状に折り曲げ成形した金属板を用いてもよい。この場合、Ｌ字状に曲げられた一方の片を第１および第２永久磁石の軸方向端面に接着固定し、他方の片を軸方向に延出させてファンの基部から延出させればよい。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図、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回転子の第１ポールコア体側の構成を説明する分解斜視図、図８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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取付構造を説明する要部拡大断面図、図９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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取り付け方法を説明する工程図である。

図６乃至図８において、ファン４５は、板金を切断加工および曲げ加工して作製され、平板リング状の基部４６と、それぞれ基部４６から切り起こされて周方向に等角ピッチで配列された、例えば８枚のブレード４７と、を備える。このファン４５は、基部４６を第１および第２ポールコア体１７，２１の軸方向端面にそれぞれ抵抗溶接されて取り付けられている。熱伝導金属板５１は、板金を切断加工および曲げ加工してＬ字状に作製され、矩形平板状の基部５２と、基部５２の一端から直角に延出する折り曲げ片５３と、を有する。熱伝導金属板５１は、基部５２の他端側表面を接着剤、ワニス等を用いて嵌合溝部３７に嵌着された第１および第２永久磁石３１，３２の被嵌合部３３の底面に接着固定されている。そして、折り曲げ片５３は、第１および第２ポールコア体１７，２１から軸方向外方に延出する基部５２の一端から径方向外方に延出し、第１および第２ポールコア体１７，２１に溶接されたファン４５の基部４６に面接触状態に当接している。
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。

つぎに、第１永久磁石３１、熱伝導金属板５１、およびファン４５の取り付け方法について図９を参照しつつ説明する。
まず、熱伝導金属板５１の基部５２の表面が接着剤、ワニスなどにより第１永久磁石３１の被嵌合部３３の底面に接着され、熱伝導金属板５１が第１永久磁石３１に取り付けられる。この時、折り曲げ片５３は基部５２から第１永久磁石３１側に折り曲げられている。

ついで、第１永久磁石３１は、図９の（ａ）に示されるように、被嵌合部３３を第１ポールコア体１７の軸方向外方から嵌合溝部３７に嵌着される。これにより、第１永久磁石３１は、図９の（ｂ）に示されるように、突出部３４の上面が第２爪状磁極部２４の先端側内周面と相対して、所定の隙間を持って第１ポールコア体１７に取り付けられる。また、熱伝導金属板５１の基部５２は、第１永久磁石３１の嵌着力により、第１永久磁石３１の被嵌合部３３の底面と嵌合溝部３７の底面との間に加圧挟持される。折り曲げ片５３は裏面を軸方向外方に向けて基部５２から径方向外方に延出している。ここで、被嵌合部３３と嵌合溝部３７との間の嵌着力が不十分な場合には、接着剤を用いて被嵌合部３３と嵌合溝部３７とを固着する。

ついで、ファン４５が、基部４６を第１ポールコア体１７の軸方向一端面にあてがう。そこで、基部４６を第１ポールコア体１７に溶接部３９で抵抗溶接し、ファン４５が回転子１３に取り付けられる。この時、折り曲げ片５３の裏面が、図９の（ｃ）に示されるように、ファン４５の基部４６の裏面に密接状態に当接する。
ここで、熱伝導金属板５１の基部５２は、第１永久磁石３１の被嵌合部３３の底面と嵌合溝部３７の底面との間に挟持されているので、熱伝導金属板５１には鉄などの磁性金属を用いることが好ましい。
なお、第２永久磁石３２、熱伝導金属板５１、およびファン４５についても同様に取り付けられるので、ここではその説明を省略する。

このように構成された車両用交流発電機１０１においても、ファン４５の基部４６が溶接部３９でポールコア１５に抵抗溶接されているので、基部４６とポールコア１５の軸方向端面とは、周方向の複数箇所の溶接部３９を除いて、点接触状態となっており、微小隙間を有している。そこで、ポールコア１５からファン４５への熱伝達が抑えられ、ファン４５自体の温度を低く維持することができる。

また、熱伝導金属板５１の基部５２の他端側表面が第１および第２永久磁石３１，３２の被嵌合部３３の底面に接着剤やワニスなどにより接着されているので、熱伝導金属板５１の基部５２の他端側表面は、第１および第２永久磁石３１，３２の底面に直接あるいは薄膜の接着剤などの樹脂層を介して隙間なく密接している、即ち密接状態となっている。さらに、熱伝導金属板５１の折り曲げ片５３の裏面が、ファン４５の基部４６の裏面に密接状態に当接している。そこで、第１および第２永久磁石３１，３２の熱は効率的に熱伝導金属板５１を介してファン４５の基部４６に伝達され、基部４６から空気に放熱されるので、第１および第２永久磁石３１，３２の温度上昇を抑えることができる。

また、第１および第２永久磁石３１，３２が第２および第１爪状磁極部２４，２０に対して所定の隙間を有しているので、固定子１０からの高調波磁束の侵入により第１および第２爪状磁極部２０，２４の表面で発生した熱が第２および第１永久磁石３２，３１に伝達されにくい。
また、熱伝導金属板５１の基部５２が第１および第２永久磁石３１，３２の被嵌合部３３の嵌合溝部３７への嵌着力により、被嵌合部３３と嵌合溝部３７との間に強固に挟持されているので、熱伝導金属板５１が遠心力により飛散することが防止される。

また、第１および第２永久磁石３１，３２が断面台形の被嵌合部３３を第１および第２継鉄部１９，２３の外周面に形成された断面台形の嵌合溝部３７に嵌着して保持されているので、第１および第２永久磁石３１，３２の径方向および周方向の移動が規制される。また、第１および第２継鉄部１９，２３の外周面の径方向位置が第１および第２爪状磁極部２０，２４に比べて低いので、第１および第２継鉄部１９，２３に保持された第１および第２永久磁石３１，３２に作用する遠心力は、第１および第２永久磁石３１，３２を第１および第２爪状磁極部２０，２４に保持した場合に比べ、小さくなる。そこで、簡易な永久磁石の保持構造で、高速回転時の遠心力に起因する第１および第２永久磁石３１，３２の径方向外方への変位を抑えられることができる。

ここで、この実施の形態２では、折り曲げ片５３が径方向外方に曲げられているものとしているが、折り曲げ片は基部から径方向内方に折り曲げられていてもよい。
また、この実施の形態２では、熱伝導金属板５１の基部５２が被嵌合部３３の底面と嵌合溝部３７の底面との間に挟持されているものとしているが、熱伝導金属板５１の基部５２が被嵌合部３３の周方向の側面と嵌合溝部３７の周方向の側面との間に挟持されていてもよい。この場合、熱伝導金属板５１の折り曲げ片５３は、基部５２の一端から直角に周方向に折り曲げられる。

なお、上記各実施の形態では、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。

また、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石３１，３２の被嵌合部３３を第１および第２継鉄部１９，２３の外周面に形成された嵌合溝部３７に嵌着するものとしているが、両者の嵌着構造は断面台形の凸部と凹部の嵌着構造のものに限定されるものではなく、第１および第２永久磁石が径方向および周方向の移動を規制されて第１および第２継鉄部に保持されていればよい。
また、上記各実施の形態では、ファン４０，４５の基部４１，４６が抵抗溶接によりポールコア１５の軸方向両端面に固着されているものとしているが、基部４１，４６のポールコア１５への固着方法は抵抗溶接に限定されるものではなく、例えばカシメによる固着でもよい。

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回転子の第１ポールコア体側の構成を説明する分解斜視図である。 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回転子の第１ポールコア体の要部拡大斜視図である。 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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取付構造を説明する要部拡大断面図である。 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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取り付け方法を説明する工程図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。 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回転子の第１ポールコア体側の構成を説明する分解斜視図である。 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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取付構造を説明する要部拡大断面図である。 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回転子の第１ポールコア体への永久磁石の取り付け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、３１ 第１永久磁石、３２ 第２永久磁石、４０，４５ ファン、４１，４６ 基部、４２，４７ ブレード、５０，５１ 熱伝導金属板。

Claims (5)

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、かつ所定の隙間を持って上記一対の継鉄部に保持された永久磁石と、
   上記ポールコアの軸方向両端面にそれぞれ固着された基部、および該基部に立設されたブレードを有する一対の金属製ファンと、
   一端側が上記永久磁石のそれぞれに密接状態に接着固定され、他端側が上記基部を貫通して軸方向外方に延出するように配設された熱伝導金属板と、を備えていることを特徴とする回転電機。
2. 上記ブレードと上記熱伝導金属板の上記基部からの延出部とが周方向に不等ピッチで配列されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 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、かつ所定の隙間を持って上記一対の継鉄部に保持された永久磁石と、
   上記ポールコアの軸方向両端面にそれぞれ固着された基部、および該基部に立設されたブレードを有する一対の金属製ファンと、
   一端側が上記永久磁石のそれぞれに密接状態に接着固定され、他端側がＬ字状に曲げられて上記基部のポールコア側表面に面接触状態に当接するように配設された熱伝導金属板と、を備えていることを特徴とする回転電機。
4. 溝方向を軸方向に一致させて上記一対の継鉄部の外周面に凹設された嵌合溝部をさらに備え、上記永久磁石が径方向および周方向の移動を規制されて上記嵌合溝部に嵌着され、上記熱伝導金属板の一端側が上記永久磁石と上記嵌合溝部との間に挟持されていることを特徴とする請求項３記載の回転電機。
5. 上記基部が上記ポールコアの軸方向両端面にそれぞれ抵抗溶接により固着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。

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