JP2010172123A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1および第2永久磁石30,35が、第1および第2磁石保護カバー31,36の冠着部を被せられて、第1および第2継鉄部19,23の第1および第2爪股部に下面を密接させて配設されている。そして、第1および第2磁石保護カバー31,36の冠着部から延出する取付腕が第1および第2継鉄部19,23の軸方向両端面に溶接により固着されている。
【選択図】図1
Description
また、永久磁石が磁極片(継鉄部)の磁極指(爪状磁極部)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継鉄部に固着された第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梁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、永久磁石が継鉄部の爪状磁極部間に配置されているので、遠心力による爪状磁極部の変位が磁石保持構造に作用することはない。また、永久磁石を継鉄部にストラップを用いて固定しているので、初期的には、外形形状を高精度に加工しにくい永久磁石を、磁石保持部を高精度に加工しにくい継鉄部に強固に保持できる。しかし、永久磁石を保持するストラップが釘により継鉄部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継鉄部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、永久磁石の上面および全側面の少なくとも上面側が磁石保護カバーの冠着部に覆われているので、異物の飛来に起因する永久磁石の損傷の発生が抑えられる。
また、磁石保護カバーの冠着部から延出する取付腕を継鉄部の軸方向の両端面に溶接しているので、取付腕と継鉄部との溶接位置を永久磁石から離すことができ、溶接による永久磁石の熱減磁を抑えることができる。
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のポールコア体を示す端面図、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保護カバーの永久磁石への実装方法を説明する斜視図、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ポールコア体に永久磁石を実装した状態を示す端面図である。
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。
第1磁石保護カバー31は、例えば磁性を有するステンレスを深絞り加工して作製され、第1永久磁石30の外形形状とほぼ同等の内形形状を有し、一面を開口とする箱形に作製された冠着部32と、冠着部32の相対する2側辺から側辺の幅と同一の腕幅で延出された取付腕33と、を備えている。
第2磁石保護カバー36は、例えば磁性を有するステンレスを深絞り加工して作製され、第2永久磁石35の外形形状とほぼ同等の内形形状を有し、一面を開口とする箱形に作製された冠着部37と、冠着部37の相対する2側辺から側辺の幅と同一の腕幅で延出された取付腕38と、を備えている。なお、第2永久磁石35および第2磁石保護カバー36は、第1永久磁石30および第1磁石保護カバー31と同一形状に作製されている。
また、第1および第2永久磁石30,35は、着磁方向27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28の向きと反対となるように着磁配向されている。つまり、図1に示されるように、界磁コイル14に通電され、磁界28が矢印方向に発生された場合、第1および第2永久磁石30,35は、磁界28と逆向きに着磁配向される。ここでは、第1および第2永久磁石30,35の着磁方向27は、径方向に一致しており、その着磁方向27の延長線が対向する第1および第2爪状磁極部20,24の先端側の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28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30,35も逆向きに着磁配向される。
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。
まず、界磁コイル14に通電して発生した磁束は、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。そして、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してしまう。
また、第1および第2永久磁石30,35の上面および全側面が第1および第2磁石保護カバー31,36の冠着部32,37に完全に覆われている。そこで、異物が飛来して第1および第2永久磁石30,35に直接当たることが無く、異物の飛来に起因する永久磁石の損傷の発生が抑えられる。また、第1および第2永久磁石30,35が損傷しても、損傷により生じた磁石小片の飛散が防止される。
図5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ポールコア体を示す端面図である。
なお、実施の形態2の他の構成は、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、取付腕が第1および第2継鉄部19,23の軸方向両端面に凹設された嵌合溝40,41に嵌合されるので、第1および第2磁石保護カバーおよび第1および第2永久磁石の位置決めが簡易となる。
また、嵌合溝40,41が取付腕の厚みと同等の溝深さに形成されているので、嵌合溝40,41に嵌合された取付腕の第1および第2継鉄部19,23の軸方向両端面からの突出が抑えられる。そこで、冷却ファンの取り付けや界磁コイルの装着が容易となる。
図6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ポールコア体を示す端面図、図7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磁石保護カバーの永久磁石への実装方法を説明する斜視図、図8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ポールコア体に永久磁石を実装した状態を示す端面図である。
なお、実施の形態3の他の構成は、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、取付腕33A,38Aがタブテール形状に形成され、嵌合溝40A,41Aが取付腕33A,38Aに適合する形状に形成されているので、取付腕33A,38Aは第1および第2継鉄部19,23の軸方向両端面に沿った移動を規制されて嵌合溝40A,41Aに嵌合される。そこで、第1および第2磁石保護カバー31A,36Aおよび第1および第2永久磁石30,35の位置決めが簡易となるとともに、取付腕33A,38Aと第1および第2継鉄部19,23との溶接が容易となる。さらに、嵌合溝40A,41Aからの取付腕33A,38Aの径方向上方への抜けが防止されるので、第1および第2永久磁石30,35の保持がより強固となる。
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適用される回転子のポールコア体を示す端面図、図10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保護カバーの永久磁石への実装方法を説明する斜視図、図11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ポールコア体に永久磁石を実装した状態を示す端面図である。
なお、実施の形態4の他の構成は、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4によれば、取付腕33B,38Bが腕幅の狭い連結部33c,38cに連結された連結部33c、38cより広い直径の円形平板状の係合部33b,38bを先端部に有し、嵌合溝40B,41Bが取付腕33B,38Bに適合する形状に形成されているので、取付腕33B,38Bは第1および第2継鉄部19,23の軸方向両端面に沿った移動を規制されて嵌合溝40B,41Bに嵌合される。そこで、第1および第2磁石保護カバー31B,36Bおよび第1および第2永久磁石30,35の位置決めが簡易となるとともに、取付腕33B,38Bと第1および第2継鉄部19,23との溶接が容易となる。さらに、嵌合溝40B,41Bからの取付腕33B,38Bの径方向上方への抜けが防止されるので、第1および第2永久磁石30,35の保持がより強固となる。
図12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のポールコア体を示す斜視図、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おける永久磁石の磁石台座部材への実装方法を説明する斜視図、図14はこの発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機における磁石保護カバーが装着された永久磁石を磁石台座部材に実装した状態を示す斜視図、図15はこの発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機におけるポールコア体に永久磁石を実装した状態を示す端面図である。
なお、実施の形態5の他の構成は、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5によれば、第1および第2台座保持溝46,48が溝方向を軸方向として第1および第2谷部45,47に形成されているので、第1および第2磁石台座部材50,55を軸方向から第1および第2台座保持溝46,48に挿入するだけで、第1および第2ポールコア体17D,21Dに保持できる。これにより、回転子の組立性が高められる。
図16はこの発明の実施の形態6に係る車両用交流発電機に適用される回転子のポールコア体を示す斜視図である。
図16において、第1および第2台座保持溝46A,48Aは、溝方向を軸方向として、第1および第2ポールコア体17E,21Eの第1および第2谷部45,47の軸方向内方にのみ開口するように凹設されている。
なお、実施の形態6の他の構成は、上記実施の形態5と同様に構成されている。
図17はこの発明の実施の形態7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方法を説明する斜視図、図18はこの発明の実施の形態7に係る車両用交流発電機における磁石保護カバーが装着された永久磁石を磁石台座部材に実装した状態を示す斜視図である。
なお、実施の形態7の他の構成は、上記実施の形態5と同様に構成されている。
また、この実施の形態7によれば、取付腕33A,38Aがタブテール形状に形成され、嵌合溝60,61が取付腕33A,38Aに適合する形状に形成されているので、取付腕33A,38Aは第1および第2磁石台座部材50A,55Aの厚み方向両端面に沿った移動を規制されて嵌合溝60,61に嵌合される。そこで、第1および第2磁石保護カバー31A,36Aおよび第1および第2永久磁石30,35の位置決めが簡易となるとともに、取付腕33A,38Aと第1および第2磁石台座部材50,55との溶接が容易となる。さらに、嵌合溝60,61からの取付腕33A,38Aの上方への抜けが防止されるので、第1および第2永久磁石30,35の保持がより強固となる。
図19はこの発明の実施の形態8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方法を説明する斜視図、図20はこの発明の実施の形態8に係る車両用交流発電機における磁石保護カバーが装着された永久磁石を磁石台座部材に実装した状態を示す斜視図である。
なお、実施の形態8の他の構成は、上記実施の形態5と同様に構成されている。
また、この実施の形態8によれば、取付腕33C,38Cが腕幅の狭い連結部33c,38cに連結された連結部33c、38cより広い直径の円形平板状の係合部33b,38bを先端部に有し、嵌合溝60A,61Aが取付腕33C,38Cに適合する形状に形成されているので、取付腕33C,38Cは第1および第2磁石台座部材50B,55Bの軸方向両端面に沿った移動を規制されて嵌合溝60A,61Aに嵌合される。そこで、第1および第2磁石保護カバー31C,36Cおよび第1および第2永久磁石30,35の位置決めが簡易となるとともに、取付腕33C,38Cと第1および第2磁石台座部材50B,55Bとの溶接が容易となる。さらに、嵌合溝60A,61Aからの取付腕33C,38Cの上方への抜けが防止されるので、第1および第2永久磁石30,35の保持がより強固となる。
また、上記実施の形態5〜8では、第1および第2磁石台座部材を第1および第2谷部の第1および第2台座保持溝にスライド式に嵌合するものとしているが、第1および第2磁石台座部材を第1および第2谷部の内壁面に溶接などにより固定してもよい。
また、上記実施の形態5〜8では、第1および第2永久磁石が保持された第1および第2磁石台座部材を第1および第2谷部に架設するものとしているが、第1および第2永久磁石が保持された第1および第2磁石台座部材を上記実施の形態1による第1および第2ポールコア体の爪股部に嵌合、あるいは溶接などにより固定するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、第1および第2永久磁石が第1および第2磁石保護カバーの冠着部に完全に覆われているものとしているが、第1および第2永久磁石は必ずしも冠着部に完全に覆われている必要はなく、第1および第2永久磁石の上面および全側面の少なくとも上面側が冠着部に覆われていればよい。
また、上記各実施の形態では、永久磁石を継鉄部の全ての爪股部に配設するものとしているが、永久磁石は必ずしも全ての爪股部に配設する必要はなく、例えば永久磁石を周方向に1つおきの爪股部に配設してもよい。
また、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。
Claims (11)
- 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、
上記爪状磁極部の先端内周面に対向する上記継鉄部の爪股部の少なくとも1つに該爪状磁極部の先端内周面に相対し、かつ下面を該継鉄部の爪股部に密接させて配設された永久磁石と、
上記永久磁石の上面および全側面の少なくとも上面側を覆うように該永久磁石に被せられた箱形の冠着部、および該冠着部の軸方向両側から下方に延設されて上記継鉄部の軸方向の両端面に溶接された取付腕を有する金属性の磁石保護カバーと、を備えていることを特徴とする回転電機。 - 嵌合溝が上記継鉄部の軸方向の両端面に上記取付腕の外形形状に適合する内形形状に凹設され、上記取付腕が上記嵌合溝に嵌合された状態で上記継鉄部に溶接されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
- 上記取付腕がタブテール形状に形成されていることを特徴とする請求項2記載の回転電機。
- 上記取付腕が 幅広部が幅狭部を介して連設された先端形状に形成されていることを特徴とする請求項2記載の回転電機。
- 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、
上記爪状磁極部の先端内周面に対向する上記継鉄部の爪股部の少なくとも1つに配設された磁性材料からなる磁石台座部材と、
上記爪状磁極部の先端内周面に相対し、かつ下面を上記磁石台座部材に密接させて該磁石台座部材に配設された永久磁石と、
上記永久磁石の上面および全側面の少なくとも上面側を覆ように該永久磁石に被せられた箱形の冠着部、および該冠着部の軸方向両側から下方に延設されて上記磁石台座部材の軸方向の両端面に溶接された取付腕を有する金属性の磁石保護カバーと、を備えていることを特徴とする回転電機。 - 上記継鉄部の爪股部が内径側に向かって凸状に凹設され、上記磁石台座部材が上記継鉄部の爪股部に架設、保持されていることを特徴とする請求項5記載の回転電機。
- 台座保持溝が、上記継鉄部の爪股部の内壁面の相対する部位のそれぞれに、溝方向を軸方向として、少なくとも溝方向の一側を開口するように凹設され、上記磁石台座部材が周方向の両側部を上記台座保持溝に嵌合させて上記継鉄部の爪股部に保持されていることを特徴とする請求項6記載の回転電機。
- 磁石保持溝が溝方向を軸方向として上記磁石台座部材の上面に凹設され、上記永久磁石が該磁石保持溝に嵌合されて下面を該磁石保持溝の底面に密接させて該磁石台座部材に保持されていることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の回転電機。
- 嵌合溝が上記磁石台座部材の軸方向の両端面に上記取付腕の外形形状に適合する内形形状に凹設され、上記取付腕が上記嵌合溝に嵌合された状態で上記磁石台座部材に溶接されていることを特徴とする請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記取付腕がタブテール形状に形成されていることを特徴とする請求項9記載の回転電機。
- 上記取付腕が 幅広部が幅狭部を介して連設された先端形状に形成されていることを特徴とする請求項9記載の回転電機。
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