JP2010029038A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1および第2磁石台座部材30,35は、磁性材料で作製され、第1および第2永久磁石34,39の底面より径方向内方に位置する本体部31,36と、本体部31,36より比透磁率の小さい材料で作製され、本体部31,36の径方向外方に位置して本体部31,36と協働して第1および第2嵌合溝33,38を構成し、第1および第2永久磁石34,39の周方向両側および径方向上方への移動を規制する支持部32,37と、から構成されている。
【選択図】図3
Description
また、永久磁石が磁極片の磁極指間に位置する周縁の取り付け表面に配置され、ストラップが永久磁石を覆うように配置されて釘により磁極片に固着された第2の従来の交流発電機が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、爪状磁極部には、永久磁石を保持していない状態でも、大きな遠心力が作用し、その先端部が外周側に50〜100μm程度膨らむ。そして、エンジンの回転速度の増減に伴い、爪状磁極部は羽ばたくように変位する。爪状磁極部は片持ち支持構造であることから、その変位は先端側では大きくなり、根元部側では小さくなり、周方向に隣り合う爪状磁極部間の相対距離も変化する。
第2の従来の交流発電機では、永久磁石が磁極片の磁極指間に配置されているので、遠心力による磁極指の変位が磁石保持構造に作用することはない。しかし、永久磁石を保持するストラップが釘により磁極片に固定されているので、磁石保持構造に作用する遠心力による応力が釘によるストラップと磁極片との固着点に集中し、固着部の損傷が発生しやすくなり、永久磁石を長期的に安定して保持できないという課題がある。
また、永久磁石が嵌合溝に嵌着されて磁石台座部材に保持されているので、永久磁石に作用する遠心力を永久磁石と磁石台座部材との嵌合面で受けることができる。これにより、遠心力による応力の集中に起因する永久磁石の損傷の発生が抑制され、永久磁石を長期的に安定して保持することができる。
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縦断面図、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おける磁束の流れを説明するための模式図、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第1磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図、図7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第2磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図である。
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。
なお、小容量の磁石で十分な磁気飽和緩和効果を得るためには、第1および第2永久磁石34,39には、エネルギー積BHmaxが30MGOe以上の異方性焼結希土類磁石を用いることが好ましい。
本体部31,36は、例えば電磁軟鉄(SUY)を用いて所望の形状に作製される。支持部32,37は、例えばステンレス鋼(SUS304)を用いて所望の形状に作製される。そして、本体部31,36と支持部32,37とを重ね合わせて、還元性雰囲気(アンモニア分解ガス)の炉内に入れ、1200℃、35分の熱処理を施して、両者を焼結拡散接合して、第1および第2嵌合溝33,38が形成された第1および第2磁石台座部材30,35を得る。
なお、本体部31,36と支持部32,37とを焼結拡散接合した後、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嵌合溝33,38を形成するようにしてもよい。
同様に、第2磁石台座部材35が、第2永久磁石39を上方に向けて、たとえば、軸方向外側から相対する第2保持溝28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永久磁石39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極に磁化され、第2ポールコア体21の第2爪状磁極部24がS極に磁化される。
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。
まず、界磁コイル14に通電されると、磁束43が発生される。この磁束43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43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43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。
また、第1および第2永久磁石34,39が、第1および第2磁石台座部材30,35に形成された第1および第2嵌合溝33,38に嵌着されているので、第1および第2永久磁石34,39に作用する遠心力は、第1および第2嵌合溝33,38の楔状の内壁面で受けられる。これにより、第1および第2永久磁石34,39に作用する遠心力による応力が集中することに起因する第1および第2永久磁石34,39の損傷の発生も防止できる。そこで、第1および第2永久磁石34,39を長期的に安定した保持できる。
また、第1および第2永久磁石34,39は、第1および第2爪状磁極部20,24の先端側の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34,39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。そこで、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34,39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34,39が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。
また、上記実施の形態1では、第1および第2磁石台座部材30,35が第1および第2継鉄部19,23の第1および第2保持溝27,28に嵌着されているものとしているが、第1および第2磁石台座部材の保持方法は嵌合に限定されるものではなく、例えば接着剤やロウ付けなどの接合手段を用いてもよい。
また、上記実施の形態1では、第1および第2永久磁石34,39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34,39は第1および第2磁石台座部材に保持されていれば、その断面形状については特に限定されるものではない。
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おける永久磁石の磁石台座部材への実装状態を示す斜視図である。
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。
また、この実施の形態2によれば、第1および第2永久磁石34,39が磁石保護カバー45に覆われているので、外圧が第1および第2永久磁石34,39に直接作用することがなく、第1および第2永久磁石34,39自体の損傷が抑えられる。
ここで、磁石保護カバー45はステンレス鋼などの非磁性材料で作製されているが、磁性材料で作製されてもよい。この場合、第1および第2永久磁石と第1および第2磁石台座部材の本体部との間の磁気抵抗が小さくなり、磁束が第1永久磁石から第1磁石台座部材の本体部に流れやすくなるとともに、第2磁石台座部材の本体部から第2永久磁石に流れやすくなる。
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おける永久磁石の磁石台座部材への実装状態を示す斜視図である。
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。
また、この実施の形態3によれば、第1および第2永久磁石34、39は、第1および第2嵌合溝33,38の他端面に当接するように嵌着されて、第1および第2磁石台座部材30A,35Aに保持される。そこで、第1および第2永久磁石34,39を第1および第2嵌合溝33,38に嵌合させるだけで、第1および第2永久磁石34,39をその軸方向の移動を阻止した状態で第1および第2磁石台座部材30A,35Aに保持することができる。
図12はこの発明の実施の形態4に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す端面図である。
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4によれば、第1および第2谷部25,26のすべてに第1および第2永久磁石34,39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。
また、4個の第1および第2永久磁石34,39が等角ピッチに配設されているので、磁気的および機械的なアンバランスの発生が抑制される。
図13はこの発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す端面図である。
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。
また、上記各実施の形態では、本体部を電磁軟鉄(SUY)で作製するものとしているが、本体部の材料はこれに限定されるものではなく、比透磁率が支持部の材料より大きい磁性体材料であればよい。
Claims (4)
- 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、を備えた回転電機において、
上記継鉄部の周方向に隣り合う上記爪状磁極間の部位に保持され、上面に開口し、かつ溝方向を軸方向とする嵌合溝が形成された磁石台座部材と、
上記爪状磁極部の先端側の内周面に所定の隙間を持って対向するように上記嵌合溝に嵌着されて上記磁石台座部材に保持された永久磁石と、をさらに備え、
上記永久磁石は、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ており、
上記磁石台座部材は、磁性材料で作製され、上記永久磁石の底面より径方向内方に位置する本体部と、該本体部より比透磁率の小さい材料で作製され、該本体部の径方向外方に位置して該本体部と協働して上記嵌合溝を構成し、上記永久磁石の周方向両側および径方向上方への移動を規制する支持部と、から構成されていることを特徴とする回転電機。 - 上記嵌合溝の溝方向の一端が開口し、溝方向の他端が塞口されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 上記支持部は非磁性体で作製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。
- 上記本体部と上記支持部とが焼結拡散接合により一体に構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転電機。
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