JP2009194985A - Rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
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おける永久磁石の保持構造に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine such as a vehicular AC generator, and more particularly to a permanent magnet holding structure in a Landel rotor.
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。 Vehicle alternators using Landel rotors have been used in automobiles for decades. Due to environmental problems in recent years, the load of electrical components mounted on the vehicle has increased rapidly, and a further increase in the power generation amount of the Landel rotor has been demanded.
従来、このような課題を解決するために、ランデル型の回転子の周方向に対向する爪状磁極部間に永久磁石を配設する手段がとられていた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in order to solve such a problem, a means for arranging a permanent magnet between claw-shaped magnetic pole portions facing in the circumferential direction of a Landel-type rotor has been taken (for example, see Patent Document 1).
従来の回転電機では、永久磁石が隣り合う爪状磁極部間に保持されているので、高速回転時に、隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が生じ、永久磁石を安定して保持できないという課題があった。 In conventional rotating electrical machines, since the permanent magnet is held between adjacent claw-shaped magnetic pole portions, relative displacement occurs between adjacent claw-shaped magnetic pole portions during high-speed rotation, and the permanent magnet cannot be stably held. There was a problem.
ランデル型の回転子鉄心においては、爪状磁極部相当部が継鉄部から径方向外方に延出する形状のコア体を冷間鍛造法により成型した後、継鉄部から径方向外方に延出する爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて爪状磁極部を形成している。そして、爪状磁極部の折り曲げ工程での歩留まりを高める必要があり、コア体の成型時に、継鉄部の隣り合う爪状磁極部間に位置する部位に谷部を同時に形成することが常套手段である。 In a Landel type rotor core, a core body with a claw-shaped magnetic pole part extending radially outward from the yoke is molded by cold forging, and then radially outward from the yoke. A claw-shaped magnetic pole portion is formed by bending a portion corresponding to the claw-shaped magnetic pole portion extending in a substantially right angle. And it is necessary to increase the yield in the step of bending the claw-shaped magnetic pole part, and it is a common practice to simultaneously form valleys in the part located between adjacent claw-shaped magnetic pole parts of the yoke part when molding the core body. It is.
ここで、永久磁石を継鉄部側に保持することで、磁石保持構造に対する高速回転時の爪状磁極部の変位の影響をなくすことが考えられる。そして、継鉄部の隣り合う爪状磁極部間に位置する部位に谷部を有する回転子鉄心の継鉄部側に永久磁石を保持させる場合、永久磁石は谷部を埋め込むように取り付けられる。この場合には、永久磁石の重量が過度に大きくなり、永久磁石に過大な遠心力が作用することになるので、永久磁石を安定して保持できなくなる。また、谷部を埋め込むように取り付けられた磁性材料からなる磁石保持部材に永久磁石を保持させることも可能である。この場合には、磁石保持部材の重量が過度に大きくなり、磁石保持部材に過大な遠心力が作用することになり、磁石保持部材を安定して保持できなくなり、永久磁石を安定して保持できなくなる。 Here, it is conceivable to eliminate the influence of the displacement of the claw-shaped magnetic pole part during high-speed rotation on the magnet holding structure by holding the permanent magnet on the yoke part side. And when making a permanent magnet hold | maintain at the yoke part side of the rotor core which has a trough part in the site | part located between adjacent claw-shaped magnetic pole parts of a yoke part, a permanent magnet is attached so that a trough part may be embedded. In this case, since the weight of the permanent magnet becomes excessively large and an excessive centrifugal force acts on the permanent magnet, the permanent magnet cannot be stably held. It is also possible to hold a permanent magnet on a magnet holding member made of a magnetic material attached so as to bury the valley. In this case, the weight of the magnet holding member becomes excessively large, and an excessive centrifugal force acts on the magnet holding member, so that the magnet holding member cannot be stably held and the permanent magnet can be stably held. Disappear.
また、永久磁石を継鉄部側に保持した場合、磁気的には、永久磁石の発生する磁束が回転子内で閉じた磁気回路を流れるように永久磁石を配設し、永久磁石の発生する磁束が固定子鉄心に流れる漏れ磁束を低減することが必要となる。 Further, when the permanent magnet is held on the yoke part side, the permanent magnet is magnetically arranged so that the magnetic flux generated by the permanent magnet flows through a closed magnetic circuit in the rotor. It is necessary to reduce the leakage magnetic flux that flows through the stator core.
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、永久磁石を継鉄部側に安定して保持でき、かつ永久磁石の発生する磁束の漏れを低減できる回転電機を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a rotating electrical machine that can stably hold a permanent magnet on the yoke portion side and can reduce leakage of magnetic flux generated by the permanent magnet. For the purpose.
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、内径側に湾曲した谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部間のそれぞれの上記継鉄部の部位に形成され、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸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。上記爪状磁極部は、その先端側が軸方向に関して上記継鉄部と重なるように作製され、保持溝が、上記ポールコアの上記爪状磁極部の根元側で、上記谷部の内壁面の外径側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として上記継鉄部の軸方向外方から上記界磁コイル側に向かって凹設され、磁性材料からなる磁石保持具が、相対する上記保持溝に嵌着保持されて上記谷部に架設され、嵌合溝が、上記保持溝に嵌着保持された上記磁石保持具の外径側に位置する方向に対して開口し、かつ溝方向を軸方向として上記磁石保持具に凹設され、永久磁石が、上記磁石保持具より短い軸方向長さに作製され、上記嵌合溝に嵌着されて、該永久磁石の中心を上記磁石保持具の軸方向中心より上記界磁コイル側にシフトして上記磁石保持具に保持されている。そして、上記永久磁石は、径方向外方から見て、上記永久磁石の一部が上記爪状磁極部から露出し、残部が上記爪状磁極部の内径部に位置しており、さらにその中心を通る着磁方向の延長線が上記爪状磁極部の先端側内周面に向かうように着磁配向されている。 The rotating electrical machine according to the present invention includes a boss portion, a pair of yoke portions extending radially outward from both axial end edges of the boss portion, and an axial direction alternately from each of the pair of yoke portions. Each of the yoke portions between the claw-shaped magnetic pole portions that have a plurality of claw-shaped magnetic pole portions that extend and mesh with each other and are arranged in the circumferential direction, and a trough that curves toward the inner diameter side is adjacent in the circumferential direction. In a space surrounded by a pole core fixed to a rotating shaft inserted through the axial center position of the boss portion, the boss portion, the pair of yoke portions, and the plurality of claw-shaped magnetic pole portions. A rotor having a housed field coil; and a stator disposed so as to surround an outer periphery of the rotor via a predetermined air gap. The claw-shaped magnetic pole part is manufactured so that the tip side thereof overlaps with the yoke part in the axial direction, and the holding groove is on the base side of the claw-shaped magnetic pole part of the pole core, and the outer diameter of the inner wall surface of the trough part A magnet holder made of a magnetic material is opened to each of the opposing parts on the side and recessed from the axially outer side of the yoke portion toward the field coil side with the groove direction as an axial direction. Fitted into and held in the holding groove and spanned in the trough, and the fitting groove opens in a direction positioned on the outer diameter side of the magnet holder fitted and held in the holding groove, and The groove holder is recessed in the magnet holder in the axial direction, and the permanent magnet is made to have a shorter axial length than the magnet holder, and is fitted into the fitting groove, and the center of the permanent magnet is The magnet holder is shifted from the axial center of the magnet holder to the field coil side. It is held. When viewed from the outside in the radial direction, the permanent magnet has a part of the permanent magnet exposed from the claw-shaped magnetic pole part, and the remaining part is located at the inner diameter part of the claw-shaped magnetic pole part, and further its center Is extended so that the extension line extending in the direction of magnetization passes toward the inner peripheral surface on the tip end side of the claw-shaped magnetic pole portion.
この発明によれば、磁石保持具が谷部に架設されているので、磁石保持具で谷部を埋め尽くす必要がなく、磁石保持具の容積を少なくできる。そこで、高速回転時、磁石保持具に作用する遠心力が小さくなるとともに、爪状磁極部の変位の影響もなく、簡易な保持構造で磁石保持具をポールコアに安定して保持できる。また、永久磁石が谷部に架設された磁石保持具に保持されているので、永久磁石を必要最小限の大きさにできる。そこで、永久磁石に作用する遠心力が小さくなるとともに、爪状磁極部の変位の影響もなく、簡易な保持構造で永久磁石を磁石保持具に安定して保持できる。
また、永久磁石が、その中心を磁石保持具の軸方向中心より界磁コイル側にシフトして磁石保持具に保持されているので、永久磁石の爪状磁極部の先端側内周面と対向する部位を大きくでき、永久磁石の発生する磁束の漏れを低減できる。
また、永久磁石は、その中心を通る着磁方向の延長線が上記爪状磁極部の先端側内周面に向かうように着磁配向されているので、永久磁石の発生する磁束の漏れを一層低減できる。これにより、爪状磁極部からの露出部分を多くでき、磁石量の増大が可能となり、出力の増大が図られる。
According to this invention, since the magnet holder is installed in the trough, it is not necessary to fill the trough with the magnet holder, and the volume of the magnet holder can be reduced. Therefore, during high-speed rotation, the centrifugal force acting on the magnet holder is reduced, and the magnet holder can be stably held on the pole core with a simple holding structure without being affected by the displacement of the claw-shaped magnetic pole portion. Further, since the permanent magnet is held by the magnet holder erected in the valley, the permanent magnet can be made to the minimum necessary size. Therefore, the centrifugal force acting on the permanent magnet is reduced, and the permanent magnet can be stably held on the magnet holder with a simple holding structure without being affected by the displacement of the claw-shaped magnetic pole portion.
In addition, the permanent magnet is held by the magnet holder with its center shifted from the axial center of the magnet holder to the field coil side, so that it faces the tip side inner peripheral surface of the claw-shaped magnetic pole part of the permanent magnet. Thus, the magnetic flux leakage generated by the permanent magnet can be reduced.
Further, the permanent magnet is magnetized and oriented so that the extension line in the magnetization direction passing through the center thereof is directed to the inner peripheral surface on the tip side of the claw-shaped magnetic pole portion, so that the leakage of magnetic flux generated by the permanent magnet is further reduced. Can be reduced. Thereby, the exposed part from the claw-shaped magnetic pole part can be increased, the amount of magnets can be increased, and the output can be increased.
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適用される回転子を示す斜視図、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永久磁石の磁石保持具への実装方法を説明する斜視図、図4および図5はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an automotive alternator according to
図1乃至図5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、回転軸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回転軸16の端部に固着されたプーリ6と、回転子13の軸方向(以下、軸方向という)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、回転軸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。
1 to 5, the
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。
The
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回転軸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。
The
The
第1ポールコア体17は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴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。さらに、第1谷部25が第1継鉄部19の各隣り合う第1爪状磁極部20間に位置する部位に、内径側に向かって凸状に湾曲したU字状に凹設されている。さらにまた、第1爪状磁極部20を折り曲げ成形する際に形成される第1折り曲げ線27が第1継鉄部19と第1爪状磁極部20との境界に径方向に延びるように形成されている。
The first
第2ポールコア体21は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴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。さらに、第2谷部26が第2継鉄部23の各隣り合う第1爪状磁極部24間に位置する部位に、内径側に向かって凸状に湾曲したU字状に凹設されている。さらにまた、第2爪状磁極部24を折り曲げ成形する際に形成される第2折り曲げ線28が第2継鉄部23と第2爪状磁極部24との境界に径方向に延びるように形成されている。
The second
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、回転軸挿通穴18a,22aに貫装された回転軸16に固着されている。そして、ボビン(図示せず)に巻装された界磁コイル14が、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、軸方向において、第1および第2爪状磁極部20,24の先端側がそれぞれ第2および第1継鉄部23,19と重なっている。
The first and second
第1磁石保持具30は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて所定厚みを有する断面台形に作製されている。そして、溝方向を第1磁石保持具30の厚み方向とする第1嵌合溝31が第1磁石保持具30の上面に開口するように凹設されている。ここで、第1磁石保持具30の上下面および第1嵌合溝31の底面が互いに平行な平坦面となっている。そして、第1嵌合溝31は、その溝幅が開口に向かって漸次狭くなる楔状に形成されている。第1永久磁石32は、第1嵌合溝31の内形形状に適合する外形形状、つまり厚み方向と直交する平面における断面が台形で、第1磁石保持具30より薄い厚みに作製され、その上下面が互いに平行な平坦面となっている。そして、第1永久磁石32は、厚み方向を第1磁石保持具30の厚み方向に一致させ、かつ第1永久磁石32の一端面と第1磁石保持具30の一端面とを同一面位置として、第1嵌合溝31に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて第1磁石保持具30に保持されている。そして、第1嵌合溝31の底面と第1永久磁石32の下面とが密接、あるいは微小な隙間を持って相対し、第1磁石保持具30と第1永久磁石32とが磁気的に接続されている。
The
第2磁石保持具35は、第1磁石保持具30と同じ材質を用いて同じ形状に作製されている。第2永久磁石37は、第1永久磁石32と同じ材質を用いて同じ形状に作製されている。第2永久磁石37は、厚み方向を第2磁石保持具35の厚み方向に一致させ、かつ第2永久磁石37の一端面と第2磁石保持具35の一端面とを同一面位置として、第2嵌合溝36に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて第2磁石保持具35に保持されている。そして、第2嵌合溝36の底面と第2永久磁石37の下面とが密接、あるいは微小な隙間を持って相対し、第2磁石保持具35と第2永久磁石37とが磁気的に接続されている。
The
第1保持溝40が、第1ポールコア体17の各第1爪状磁極部20の根元側で、各第1谷部25の内壁面の外径側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として第1継鉄部19の一端から他端側に向かって第1折り曲げ線27に到達するように凹設されている。同様に、第2保持溝41が、第2ポールコア体21の各第2爪状磁極部24の根元側で、各第2谷部26の内壁面の外径側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として第2継鉄部23の他端から一端側に向かって第2折り曲げ線28に到達するように凹設されている。ここで、第1および第2保持溝40,41は、ブローチ加工やエンドミル加工などにより、第1および第2磁石保持具30,35の両側部が嵌着される溝形状に形成されている。
The
第1磁石保持具30が、第1永久磁石32を上方に向けて、軸方向外側から相対する第1保持溝40に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて、各第1谷部25の上に架設された状態で磁気的に接続されて第1ポールコア体17に取り付けられる。このとき、第1磁石保持具30および第1永久磁石32の厚み方向が軸方向に一致している。また、第1嵌合溝31は、第1保持溝40に嵌着保持されている第1磁石保持具30の外径側に位置する方向に開口している。
The
第1永久磁石32は、その中心を第1磁石保持具30の厚み方向の中心に対して界磁コイル14側にシフトさせて、即ち軸方向の界磁コイル14側にオフセットして第1磁石保持具30に保持されている。そして、軸方向に関し、第1永久磁石32の界磁コイル14側が第2爪状磁極部24と重なり、第1永久磁石32の界磁コイル14と逆側が第2爪状磁極部24と重なっていない。つまり、径方向外方から見て、第1永久磁石32の一部が第2爪状磁極部24から露出し、残部が第2爪状磁極部24の内径部に位置し、その上面が第2爪状磁極部24の先端側内周面と所定の隙間をあけて対向している。また、第1嵌合溝31の底面および第1永久磁石32の下面は、回転子13と同軸の円筒面に接する平坦面となっている。回転子13の軸心を含む平面における第1永久磁石32の断面は矩形である。なお、永久磁石の中心とは、永久磁石の上面と下面との中心かつ厚み方向の中心となる部分である。
The first
第2磁石保持具35が、第2永久磁石37を上方に向けて、軸方向外側から相対する第2保持溝41に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布し、各第2谷部26の上に架設された状態で磁気的に接続されて第2ポールコア体21に取り付けられる。このとき、第2磁石保持具35および第2永久磁石37の厚み方向が軸方向に一致している。また、第2嵌合溝36は、第2保持溝41に嵌着保持されている第2磁石保持具35の外径側に位置する方向に開口している。
The
第2永久磁石37は、その中心を第2磁石保持具35の厚み方向の中心に対して界磁コイル14側にシフトさせて、即ち軸方向の界磁コイル14側にオフセットして第2磁石保持具35に保持されている。そして、軸方向に関し、第2永久磁石37の界磁コイル14側が第1爪状磁極部20と重なり、第2永久磁石37の界磁コイル14と逆側が第1爪状磁極部20と重なっていない。つまり、径方向外方から見て、第2永久磁石37の一部が第1爪状磁極部20から露出し、残部が第1爪状磁極部20の内径部に位置し、その上面が第1爪状磁極部20の先端側内周面と所定の隙間をあけて対向している。また、第2嵌合溝36の底面および第2永久磁石37の下面は、回転子13と同軸の円筒面に接する平坦面となっている。回転子13の軸心を含む平面における第2永久磁石37の断面は矩形である。
The second
また、第1永久磁石32は、回転子13の軸心を含み、かつ第1永久磁石32の中心を通る平面において、着磁方向42が、界磁コイル14側に向かって上り勾配となるように傾斜するように着磁配向されている。そして、第1永久磁石32の中心を通る着磁方向42の延長線が対向する第2爪状磁極部24の先端側内周面に向かっている。同様に、第2永久磁石37は、回転子13の軸心を含み、かつ第2永久磁石37の中心を通る平面において、着磁方向42が、界磁コイル14側に向かって上り勾配となるように傾斜するように着磁配向されている。そして、第2永久磁石37の中心を通る着磁方向42の延長線が対向する第1爪状磁極部20の先端側内周面に向かっている。また、図1に示されるように、界磁コイル14に通電され、磁界45が矢印方向に発生された場合、第1および第2永久磁石32,37は、磁界45と逆向きに着磁配向される。なお、界磁コイル14を流れる界磁電流が作る磁界45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32,37も逆向きに着磁配向される。
Further, the first
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を介して回転軸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。
Next, the operation of the
First, a current is supplied from a battery (not shown) to the
On the other hand, the rotational torque of the engine is transmitted to the
つぎに、磁束の動作について図6および図7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46が発生される。この磁束46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46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46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してしまう。
Next, the operation of the magnetic flux will be described with reference to FIGS.
First, when the
この実施の形態1では、第1および第2永久磁石32,37は、界磁コイル14の発生する磁界45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32,37の発生する磁界の向きは、界磁コイル14の発生する磁界45と逆向きである。この第1および第2永久磁石32,37から発生した磁束47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32,37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おり、第1および第2爪状磁極部20,24の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。
In the first embodiment, the first and second
また、第1および第2永久磁石32,37の一部は、径方向外方から見て、第2および第1爪状磁極部24,20から露出しているので、例えば第2永久磁石37から発生する磁束47の一部が、第1爪状磁極部20からの露出部から固定子鉄心11に流れやすい。この実施の形態1では、第2永久磁石37の中心を通る着磁方向42の延長線が対向する第1爪状磁極部24の先端側内周面に向かっているので、第1爪状磁極部20からの露出部においても、磁束47は第1爪状磁極部20の先端側内周面に向かって流れ、固定子鉄心11に流れる磁束量が低減される。そこで、磁束47の大部分が、固定子鉄心11に迂回することなく、回転子13内部で閉じた磁気回路を流れる。
In addition, a part of the first and second
つまり、第1永久磁石32から発生する磁束47は、第1磁石保持具30に入る。ここで、第1磁石保持具30の下方には、第1谷部25、即ち大きな空隙が存在する。そこで、第1磁石保持具30に入った磁束47は、第1磁石保持具30内を周方向の両側に流れて第1継鉄部19に入り、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、空隙を介して第1永久磁石37に戻る。また、第2永久磁石37から発生する磁束47は、空隙を介して第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を経て、第2継鉄部23に入る。第2継鉄部23に入った磁束47は、第2継鉄部23の第2谷部26の両側を径方向外方に流れ、第2磁石保持具35の両端から第2磁石保持具35に入り、第2永久磁石37に戻る。
そこで、第1および第2永久磁石32,37の発生する磁束47は、界磁コイル14の発生する磁束46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ことができ、磁気飽和を解消することができる。
That is, the
Therefore, the
つぎに、このように構成された車両用交流発電機1を用いて、界磁起磁力(界磁アンペアターン)に対する無負荷時固定子鎖交磁束量および回転数に対する発電量(直流電流A)を測定し、その結果を図8および図9に示す。また、比較のために、第1および第2永久磁石32,37を省略した従来装置を作製し、界磁起磁力に対する無負荷時固定子鎖交磁束量および回転数に対する発電量を測定し、その結果を図8および図9に示す。なお、図8および図9中、実線が本発明品を示す、点線が従来装置を示している。
Next, by using the
図8から、界磁起磁力の小さい領域では、車両用交流発電機1と従来装置との差が小さく、磁気飽和が始まる領域を超えると、車両用交流発電機1と従来装置との差が大きくなることがわかる。すなわち、第1および第2永久磁石32,37を配設することが、磁気飽和を解消し、固定子10に鎖交する磁束量を増大させることにつながることがわかる。同様に、図9から、車両用交流発電機1では、従来装置に対し、特に低速回転域で大きな発電量が得られることが分かる。
From FIG. 8, in the region where the field magnetomotive force is small, the difference between the
つまり、従来装置では、磁気飽和に起因して界磁の起磁力のうち3割以上が回転子の磁気回路で消費され、磁束量の増大が困難となっていた。一方、この実施の形態1では、上述の通り、磁気飽和が解消されるので、固定子10に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加したものと推考される。特に、磁気飽和が顕著な低速アイドリング域での発電量を大幅に増大できることが確認された。
That is, in the conventional device, 30% or more of the magnetomotive force of the field is consumed by the magnetic circuit of the rotor due to magnetic saturation, and it is difficult to increase the amount of magnetic flux. On the other hand, in this
この実施の形態1では、第1および第2磁石保持具30,35が第1および第2谷部25,26の上に架設されているので、第1および第2磁石保持具30,35で第1および第2谷部25,26を埋め尽くす必要がなく、第1および第2磁石保持具30,35の容積を少なくできる。さらに、第1および第2永久磁石32,37が第1および第2谷部25,26の上に架設された第1および第2磁石保持具30,35に保持されているので、第1および第2永久磁石32,37を必要最小限の大きさにできる。そこで、高速回転時、第1および第2磁石保持具30,35、および第1および第2永久磁石32,37に作用する遠心力が小さくなるとともに、遠心力および熱膨張に起因する第1および第2爪状磁極部20,24の変位の影響もない。これにより、簡易な保持構造で第1および第2永久磁石32,37をポールコア15に安定して保持できる。
In the first embodiment, since the first and
また、第1および第2磁石保持具30,35が第1および第2谷部25,26の外径側の内壁面間を周方向に連結しているので、ポールコア15の変形の発生を抑制できる。
また、第1および第2磁石保持具30,35が第1および第2ポールコア体17,21と別部品で作製されているので、加工精度を確保しやすく、第1および第2保持溝40,41との嵌合面、および第1および第2永久磁石32,37との嵌合面を高精度に作製できる。そこで、第1および第2磁石保持具30,35と第1および第2継鉄部19,23との嵌合部における隙間、さらには第1および第2磁石保持具30,35と第1および第2永久磁石32,37との嵌合部における隙間を最小限に少なくでき、これらの嵌合部での磁気抵抗が小さくなるので、磁石の磁束量が増えて、磁石を有効に利用することができる。
Further, since the first and
In addition, since the first and
また、第1および第2永久磁石32,37は、回転子13の最外周面に対して径方向内方に位置しているので、固定子スロット高調波は第1および第2爪状磁極部20,24の最外周面部に留まり、第1および第2永久磁石32,37を直接誘導加熱するように作用しない。その結果、第1および第2永久磁石32,37が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。
Further, since the first and second
また、第1および第2永久磁石32,37の中心を通る着磁方向42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。これにより、第1および第2永久磁石32,37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低減される。そこで、無負荷無励磁における第1および第2永久磁石32,37の誘起電圧の発生が抑制される。また、径方向外方から見て、第1および第2永久磁石32,37の第2および第1爪状磁極部24,20からの露出量が多くなっても、固定子10に鎖交する磁束成分の増大を抑制できる。これらの結果から、第1および第2永久磁石32,37の磁石量を増大させることができる。
Further, the extension line in the
また、第1および第2永久磁石32,37が第1および第2磁石保持具30,35に軸方向にオフセットされて保持されているので、第1および第2永久磁石32,37の第2および第1爪状磁極部24、20の先端側内周面と対向する部位を大きくできる。その結果、第1および第2永久磁石32,37の発生する磁束47の漏れを低減できる。
また、第1および第2磁石保持具30,35が第1および第2永久磁石32,37の厚みより厚く作製されているので、第1および第2磁石保持具30,35と第1および第2保持溝40,41との嵌合面積を大きくできる。その結果、第1および第2継鉄部19,23による第1および第2磁石保持具30,35の保持強度が大きくなり、遠心力が第1および第2永久磁石32,37と第1および第2磁石保持具30,35に作用しても、第1および第2永久磁石32,37を安定して保持できる。
Further, since the first and second
Since the first and
ここで、第1および第2折れ曲げ線27,28が第1および第2継鉄部19,23と第1および第2爪状磁極部20,24との境界に形成されている。そして、第1および第2爪状磁極部20,24の周方向幅は折れ曲げ線27、28から先端側に向かって漸次小さくなっている。そこで、第1および第2保持溝40,41を軸方向外方から第1および第2折れ曲げ線27、28を超えて形成した場合、第1および第2保持溝40,41と第1および第2磁石保持具30,35との嵌合面積は折れ曲げ線27,28を超えるほど小さくなる。このことから、第1および第2保持溝40,41を軸方向外方から第1および第2折れ曲げ線27、28を超えて形成しないようにすることが好ましい。あるいは、第1および第2保持溝40,41を軸方向に貫通するように形成した場合には、第1および第2磁石保持具30,35が折れ曲げ線27,28を超えて界磁コイル14側に位置しないように第1および第2保持溝40,41に嵌着させることが好ましい。
Here, the first and second
このように、第1および第2磁石保持具30,35は、第1および第2保持溝40,41と第1および第2折り曲げ線27,28との交点Oと、第1および第2継鉄部19,23の軸方向外側の端面との間に位置するように、第1および第2保持溝40,41に嵌着保持されることが好ましい。
As described above, the first and
なお、第1および第2永久磁石32,37が所定厚みを有する断面台形に形成されているものとしているが、第1および第2永久磁石32,37は第1および第2磁石保持具30,35に嵌着、保持されていれば、その断面形状については特に限定されるものではない。同様に、第1および第2磁石保持具30,35が所定厚みを有する断面台形に形成されているものとしているが、第1および第2磁石保持具30,35は第1および第2保持溝40,41に嵌着、保持されていれば、その断面形状については特に限定されるものではない。言い換えれば、嵌合溝および保持溝の溝形状は、永久磁石および磁石保持具の嵌合部の形状に合わせて適宜設定すればよい。
また、第1および第2永久磁石32,37は、回転子13の軸心を含む平面における断面が矩形に形成されているものとしているが、その断面形状も、適宜設定すればよい。
Although the first and second
In addition, the first and second
実施の形態2.
実施の形態2では、折り曲げ線が爪状磁極部と継鉄部との境界に、界磁コイル側に向かって下り勾配となるように傾斜して形成されている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。なお、第1および第2永久磁石32,37は、第1および第2ポールコア体17,21に同様にして保持されているので、ここでは、第2永久磁石37の保持構造についてのみ説明し、第1永久磁石32の保持構造についての説明を省略する。
In the second embodiment, except that the fold line is formed at the boundary between the claw-shaped magnetic pole portion and the yoke portion so as to be inclined downward toward the field coil side, the above-described embodiment is performed. The configuration is the same as in the first mode. Since the first and second
図10はこの発明の実施の形態2に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。
図10において、第2折り曲げ線28aが、第2爪状磁極部24と第2継鉄部23との境界に、界磁コイル14側に向かって下り勾配となるように傾斜して形成されている
第2保持溝41は、第2ポールコア体21の各第2爪状磁極部24の根元側で、各第2谷部26の内壁面の外径側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として第2継鉄部23の他端から一端側に向かって第2折り曲げ線28aに到達するように凹設されている。第2磁石保持具35は、第2永久磁石37を上方に向けて、軸方向外側から相対する第2保持溝41に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布し、各第2谷部26の上に架設された状態で磁気的に接続されて第2ポールコア体21に取り付けられる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of a rotor applied to an automotive alternator according to
In FIG. 10, the
ここで、第2磁石保持具35および第2永久磁石37の厚み方向が軸方向に一致している。また、第2永久磁石37は、その中心を第2磁石保持具35の厚み方向の中心に対して界磁コイル14側にシフトさせて、即ち軸方向の界磁コイル14側にオフセットして第2磁石保持具35に保持されている。そして、軸方向に関し、第2永久磁石37の界磁コイル14側が第1爪状磁極部20と重なり、第2永久磁石37の界磁コイル14と逆側が第1爪状磁極部20と重なっていない。つまり、径方向外方から見て、第2永久磁石37の一部が第1爪状磁極部20から露出し、残部が第1爪状磁極部20の内径部に位置し、その上面が第1爪状磁極部20の先端側内周面と所定の隙間をあけて対向している。
Here, the thickness directions of the
また、第2永久磁石37は、回転子13の軸心を含み、かつ第2永久磁石37の中心を通る平面において、着磁方向42が、界磁コイル14側に向かって上り勾配となるように傾斜するように着磁配向されている。そして、第2永久磁石37の中心を通る着磁方向42の延長線が対向する第1爪状磁極部20の先端側内周面に向かっている。
The second
従って、この実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様に効果が得られる。 Therefore, this second embodiment can provide the same effect as the first embodiment.
ここで、第2保持溝41を軸方向外方から第2折れ曲げ線28aを超えて形成した場合、第2保持溝41と第2磁石保持具35との嵌合面積は第2折れ曲げ線28aを超えるほど小さくなる。このことから、第2保持溝41を軸方向外方から第2折れ曲げ線28aを超えて形成しないようにすることが好ましい。あるいは、第2保持溝41を軸方向に貫通するように形成した場合には、第2磁石保持具35が第2折れ曲げ線28aを超えて界磁コイル14側に位置しないように第2保持溝41に嵌着させることが好ましい。
このように、この実施の形態2においても、第2磁石保持具35は、第2保持溝41と第2折り曲げ線28aとの交点Oと、第2継鉄部23の軸方向外側の端面との間に位置するように、第2保持溝41に嵌着保持されることが好ましい。
Here, when the
As described above, also in the second embodiment, the
実施の形態3.
実施の形態3では、着磁方向が永久磁石の下面に対して直交している永久磁石を用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。なお、第1および第2永久磁石32,37は、第1および第2ポールコア体17,21に同様にして保持されているので、ここでは、第2永久磁石37の保持構造についてのみ説明し、第1永久磁石32の保持構造についての説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
The third embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment except that a permanent magnet whose magnetization direction is orthogonal to the lower surface of the permanent magnet is used. Since the first and second
図11はこの発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。
図11において、第2磁石保持具35Aは、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて所定厚みを有する断面台形に作製されている。そして、溝方向を第2磁石保持具35Aの厚み方向とする第2嵌合溝36Aが第2磁石保持具35Aの上面に開口するように凹設されている。ここで、第2磁石保持具35Aの上下面が互いに平行な平坦面となっている。また、第2嵌合溝36Aの一端側の領域の底面36aが、第2磁石保持具35Aの一端側に向かって下り勾配となる傾斜面に形成されている。そして、第2嵌合溝36Aの溝幅は、開口に向かって漸次狭くなる楔状に形成されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of a rotor applied to an automotive alternator according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 11, the
第2永久磁石37は、厚み方向を第2磁石保持具35Aの厚み方向に一致させて、かつ第2永久磁石37の下面の一端縁部を第2嵌合溝36Aの底面36aの一端縁部に一致させて、第2嵌合溝36Aに嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、第2磁石保持具35Aに保持されている。そして、第2嵌合溝36Aの底面36aと第2永久磁石37の下面とが密接、あるいは微小な隙間を持って相対し、第2磁石保持具35Aと第2永久磁石37とが磁気的に接続されている。第2永久磁石37の着磁方向42は、第2永久磁石37の下面に垂直である。
The second
第2磁石保持具35Aは、一端側を界磁コイル14に向けて第2保持溝41に嵌着されている。この時、第2嵌合溝36Aの底面36aおよび第2永久磁石37の下面は、回転子13と同軸の切頭円錐面に接する平坦面である。この平坦面は、軸方向に関し、界磁コイル14に向かって、回転軸16に対して、外径外側位置から内径内側となる方向で傾斜した勾配、即ち界磁コイル14に向かって下り勾配の傾斜面である。そして、第2永久磁石37の着磁方向42が第2永久磁石37の下面に垂直であるので、第2永久磁石37の中心を通る着磁方向42の延長線が対向する第1爪状磁極部20の先端側内周面に向かっている。また、第2永久磁石37の上面の一端縁部が第2折り曲げ線28に一致している。
The
従って、この実施の形態3においても、上記実施の形態1と同様に効果が得られる。
この実施の形態3によれば、第2嵌合溝36Aの底面36aを界磁コイル14に向かって下り勾配の傾斜面に形成しているので、着磁方向42が第2永久磁石37の下面に垂直であって、着磁方向42の延長線が対向する第1爪状磁極部20の先端側内周面に向かっている。そこで、着磁方向を第2永久磁石37の下面に対して傾斜させる必要がなく、第2永久磁石37の着磁が容易となる。また、第2永久磁石37と第1爪状磁極部20との間の隙間が狭くなり、第2永久磁石37の磁束量が増加し、出力が増加する。
Therefore, this third embodiment can provide the same effects as the first embodiment.
According to the third embodiment, since the bottom surface 36a of the second
ここで、この実施の形態3においても、第2磁石保持具35Aは、第2保持溝41と第2折り曲げ線28との交点Oと、第2継鉄部23の軸方向外側の端面との間に位置するように、第2保持溝41に嵌着保持されることが好ましい。そして、第2磁石保持具35Aがその一端を交点Oに一致するように第2保持溝41に嵌着された場合、第2永久磁石37の一端側が第2折れ曲げ線28を超えて第1爪状磁極部20の内径部に入り込むので、第2永久磁石37から発生する磁束の漏れ量が一層低減できる。
また、第2嵌合溝36Aの一端側の領域の底面36aのみを傾斜面にするものとしているが、嵌合溝全体の底面を傾斜面としてもよい。
Here, also in the third embodiment, the
Moreover, although only the bottom face 36a of the area | region of the one end side of 2nd
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。 In each of the above embodiments, the vehicle alternator has been described. However, the present invention is not limited to the vehicle alternator, and is applied to rotating electric machines such as a vehicle motor and a vehicle generator motor. Produces the same effect.
また、上記各実施の形態では、磁石保持具を全ての谷部に配設するものとしているが、磁石保持具は任意の谷部を選択して配設するようにしてもよい。この場合、周方向にバランスよく磁石保持具を配置することが望ましい。例えば、第1ポールコア体には磁石保持具を配設せず、第2ポールコア体の全ての谷部に磁石保持具を配設したり、第1および第2ポールコア体のそれぞれに、周方向の一つおきの谷部に磁石保持具を配設してもよい。このような構成をとることは、全ての谷部に磁石保持具を配設した場合に比べ、出力が少し低下するものの、部品点数を削減でき、安価な構成で出力をあげることができる。 Further, in each of the above embodiments, the magnet holder is arranged in all the valleys, but the magnet holder may be arranged by selecting an arbitrary valley. In this case, it is desirable to arrange the magnet holder in a balanced manner in the circumferential direction. For example, a magnet holder is not provided in the first pole core body, but a magnet holder is provided in all valleys of the second pole core body, or each of the first and second pole core bodies has a circumferential direction. You may arrange | position a magnet holder to every other trough part. Such a configuration can reduce the number of parts and increase the output with an inexpensive configuration, although the output is slightly reduced as compared with the case where magnet holders are arranged in all the valleys.
10 固定子、13 回転子、14 界磁コイル、15 ポールコア、16 回転軸、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、25 第1谷部、26 第2谷部、27 第1折れ曲げ線、28,28a 第2折れ曲げ線、29 エアギャップ、30 第1磁石保持具、31 第1嵌合溝、32 第1永久磁石、35,35A 第2磁石保持具、36,36A 第2嵌合溝、37 第2永久磁石、42 着磁方向、40 第1保持溝、41 第2保持溝。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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、
上記爪状磁極部は、その先端側が軸方向に関して上記継鉄部と重なるように作製され、
保持溝が、上記ポールコアの上記爪状磁極部の根元側で、上記谷部の内壁面の外径側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として上記継鉄部の軸方向外方から上記界磁コイル側に向かって凹設され、
磁性材料からなる磁石保持具が、相対する上記保持溝に嵌着保持されて上記谷部に架設され、
嵌合溝が、上記保持溝に嵌着保持された上記磁石保持具の外径側に位置する方向に対して開口し、かつ溝方向を軸方向として上記磁石保持具に凹設され、
永久磁石が、上記磁石保持具より短い軸方向長さに作製され、上記嵌合溝に嵌着されて、該永久磁石の中心を上記磁石保持具の軸方向中心より上記界磁コイル側にシフトして上記磁石保持具に保持されており、
上記永久磁石は、径方向外方から見て、上記永久磁石の一部が上記爪状磁極部から露出し、残部が上記爪状磁極部の内径部に位置しており、さらにその中心を通る着磁方向の延長線が上記爪状磁極部の先端側内周面に向かうように着磁配向されていることを特徴とする回転電機。 A boss portion, a pair of yoke portions extending radially outward from both end edges in the axial direction of the boss portion, and a pair of yoke portions alternately extending in the axial direction from each of the yoke portions, meshing with each other. A plurality of claw-shaped magnetic pole portions arranged in a direction, and a trough curved toward the inner diameter side is formed at each yoke portion between the claw-shaped magnetic pole portions adjacent in the circumferential direction, and the boss portion A pole core fixed to a rotary shaft inserted through the axial center position of the magnetic field coil, and a field coil housed in a space surrounded by the boss portion, the pair of yoke portions, and the plurality of claw-shaped magnetic pole portions; A rotor having
In a rotating electrical machine comprising: a stator disposed so as to surround an outer periphery of the rotor via a predetermined air gap;
The claw-shaped magnetic pole part is produced so that the tip side thereof overlaps the yoke part in the axial direction,
A holding groove opens on each of the opposed portions on the outer diameter side of the inner wall surface of the valley portion on the base side of the claw-shaped magnetic pole portion of the pole core, and the axis of the yoke portion with the groove direction as an axial direction. Recessed from the outside of the direction toward the field coil side,
A magnet holder made of a magnetic material is fitted and held in the holding grooves facing each other and is laid on the valley.
The fitting groove is open with respect to the direction positioned on the outer diameter side of the magnet holder fitted and held in the holding groove, and is recessed in the magnet holder with the groove direction as an axial direction.
A permanent magnet is produced with a shorter axial length than the magnet holder and is fitted in the fitting groove, and the center of the permanent magnet is shifted from the axial center of the magnet holder to the field coil side. Is held by the magnet holder,
The permanent magnet has a part of the permanent magnet exposed from the claw-shaped magnetic pole part and the remaining part located at the inner diameter part of the claw-shaped magnetic pole part as viewed from the outside in the radial direction, and further passes through the center thereof. A rotating electrical machine characterized by being magnetized and oriented so that an extension line in a magnetization direction is directed to a tip side inner peripheral surface of the claw-shaped magnetic pole portion.
上記磁石保持具は、上記保持溝と上記折り曲げ線との交点と、上記継鉄部の軸方向外方の端面との間に位置するように、上記保持溝に嵌着保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。 In the pole core, a fold line is formed at the boundary between the claw-shaped magnetic pole part and the yoke part,
The magnet holder is fitted and held in the holding groove so as to be located between the intersection of the holding groove and the fold line and the axially outer end surface of the yoke portion. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electric machine is characterized.
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