JP2012152000A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石ホルダ内での永久磁石の移動と永久磁石の破損を防止することができる回転電機の回転子を提供すること。
【解決手段】車両用交流発電機１００の回転子１は、複数の磁極爪部１２３、１４３が形成された一対の界磁鉄心１２、１４と、磁極爪部１２３、１４３からの漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されてこれらの間に配置された複数の永久磁石１５と、永久磁石を包囲する磁石ホルダ４０とを備えている。永久磁石１５は直方体形状であり、磁石ホルダ４０は、磁極爪部１２３、１４３間に装着されたときに外周側に配置される外周面４２と、この外周面４２に対して垂直な向きをなす複数の側面４４と、外周面４２と側面４４とで永久磁石１５を包囲したときに永久磁石１５と外周面４２との間に配置されて外周面４２よりも小さい補助部材４８とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機の回転子に関する。

車両用交流発電機は、軸方向一端側にて支持されて軸方向に延在する複数の磁極爪部と、軸方向他端側にて支持されて軸方向に延在する複数の磁極爪部とが周方向交互に配置されるランデル型回転子を備えている。周方向に隣接する二つの磁極爪部は、反対向きに磁化されているため、両者間で漏洩磁束が発生して出力減少を招く。このため、周方向に隣接する二つの磁極爪部間に漏洩磁束低減のための永久磁石を配設した構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この永久磁石は磁石ホルダに収容された状態で磁極爪部間に保持されている。

特開２００７−３３６７２３号公報（第４−７頁、図１−１０）

ところで、特許文献１等に開示された磁石ホルダでは、外周面と側面との間の角部のＲ寸法（曲面の半径）が永久磁石の角部のＲ寸法よりも大きいと、これらの角部が干渉して永久磁石の磁石ホルダとの間に隙間が生じ、回転子が回転したときに発生する遠心力によって永久磁石が磁石ホルダ内で移動したり、永久磁石の角部が破損するおそれがあるという問題があった。このような場合の対策としては、外周面と側面との間の角部のＲ寸法を極端に小さくする場合が考えられるが、磁石ホルダを板材の折り曲げにより形成する場合にはこのＲ寸法をあまり小さくすることはできない。また、永久磁石の角部を加工してそのＲ寸法を大きくすることで対策することもできるが、加工工程の追加によるコスト増加につながるため、有効な対策とはいえない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、磁石ホルダ内での永久磁石の移動と永久磁石の破損を防止することができる回転電機の回転子を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の回転子は、複数の磁極爪部が形成された一対の界磁鉄心と、磁極爪部からの漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて一対の界磁鉄心の磁極爪部間に配置された複数の永久磁石と、永久磁石を包囲する磁石ホルダとを備えた回転電機の回転子において、永久磁石は直方体形状であり、磁石ホルダは、磁極爪部間に装着されたときに外周側に配置される外周面と、この外周面に対して垂直な向きをなす複数の側面と、外周面と側面とで永久磁石を包囲したときに永久磁石と外周面との間に配置されて外周面よりも小さい補助部材とを有している。

これにより、外周面と側面との間の角部のＲ形状（曲面形状）に干渉することなく永久磁石の外周側の面を補助部材に当接させることができるため、回転時の遠心力によって永久磁石が外周側に移動したり、この移動に伴って永久磁石の角部が破損することを防止することができる。

また、上述した外周面と側面は連続しており、連続する外周面と側面の境界と、補助部材との間に隙間が形成されていることが望ましい。これにより、確実に永久磁石の角部の破損を防止することが可能となる。

また、上述した磁石ホルダは、１枚の板材を折り曲げることで形成され、補助部材は、外周面と連続する板材を折り曲げることにより形成されていることが望ましい。１枚の板材を用いて磁石ホルダを形成することにより、面倒な接合工程をなくして工程の簡略化が可能となり、コスト低減を図ることができる。

また、上述した補助部材を折り曲げる箇所の板材が部分的に切り抜かれていることが望ましい。また、矩形形状の補助部材の折り曲げは、矩形形状の長辺において行われることが望ましい。これにより、板材の折り曲げによって生じるスプリングバックを低減することができ、補助部材の全面を外周面や永久磁石に確実に接触させることが可能となる。

また、上述した磁石ホルダは、永久磁石を補助部材に押圧するバネを有することが望ましい。これにより、補助部材の全面を外周面や永久磁石にさらに確実に接触させることが可能となる。

また、上述した永久磁石は、含浸材を用いて磁石ホルダに固着されていることが望ましい。これにより、磁石ホルダ内での永久磁石の移動を防止し、永久磁石の角部が破損することを確実に防止することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。 回転子の斜視図である。 回転子の部分的な断面図である。 永久磁石を含む磁石ホルダの拡大断面図である。 折り曲げて磁石ホルダを形成する前の板材の展開図である。 板材を折り曲げることで形成された磁石ホルダの斜視図である。 変形例の磁石ホルダを形成する前の板材の展開図である。 板バネを追加した変形例の磁石ホルダを含む回転子の部分的な断面図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１００は、回転子１、固定子２、フロントハウジング３、リアハウジング４、プーリ５、ブラシ装置７、整流器８、レギュレータ９を含んで構成されている。

固定子２は、回転子１と対向配置されており、固定子鉄心２１に固定子巻線２２を巻装することで構成されている。この固定子２は、フロントハウジング３およびリアハイジング４の内周面に固定されている。フロントハウジング３およびリアハウジング４は、固定子２を囲んた状態でボルトにより締結されている。フロントハウジング３およびリアハウジング４は、軸受けを介して回転子１の回転軸１１を回転自在に支持している。

回転子１は、回転軸１１に固定された前側（プーリ側）の界磁鉄心１２と、界磁巻線１３と、後側（反プーリ側）の界磁鉄心１４と、永久磁石１５およびこれを保持する磁石ホルダ４０とにより構成されている。永久磁石１５は、非磁性金属板で構成された箱形形状の磁石ホルダ４０によって包囲されている。磁石ホルダ４０の詳細については後述する。

界磁鉄心１２、１４は、ランデル式回転子の一対の界磁鉄心と同じ形状を有する。前側の界磁鉄心１２は、円柱形状のボス部１２１と、ボス部１２１の前端側から径方向外側へ延在する円盤状のディスク部１２２と、ディスク部１２２から軸方向後方へ延在する複数の磁極爪部１２３とからなる。後側の界磁鉄心１４も界磁鉄心１２と同一形状を有し、ボス部１４１、ディスク部１４２、複数の磁極爪部１４３からなる。界磁鉄心１２の後端面と界磁鉄心１４の前端面とが接面され、界磁巻線１３が界磁鉄心１２、１４により囲まれている。界磁鉄心１２、１４は軟磁性体材料により形成されており、界磁鉄心１２の磁極爪部１２３と界磁鉄心１４の磁極爪部１４３とが周方向に交互に配置される。

次に、回転子１に含まれる磁石ホルダ４０の詳細について説明する。図２は、回転子１の斜視図である。なお、回転子１の界磁鉄心１２、１４のそれぞれの軸方向端面には冷却ファンが溶接等により固定されているが、図２ではこれらの冷却ファンが省略されている。また、図３は回転子１の部分的な断面図であり、界磁鉄心１２、１４の合わせ面近傍における回転軸１１に垂直な向きの断面形状が示されている。図４は、永久磁石１５を含む磁石ホルダ４０の拡大断面図である。

永久磁石１５は、直方体形状であって、漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて、一対の界磁鉄心１２、１４のそれぞれの磁極爪部１２３、１４３の間に、磁石ホルダ４０に収容された状態で配置されている。例えば、界磁巻線１３に励磁電流が流れたときに一方の界磁鉄心１２の磁極爪部１２３がＮ極に、他方の界磁鉄心１４の磁極爪部１４３がＳ極にそれぞれ磁化されるものとすると、永久磁石１５は、磁極爪部１２３に対向する側がＮ極に、磁極爪部１４３に対向する側がＳ極になるように着磁されたものが用いられる。

また、一方の界磁鉄心１２の磁極爪部１２３には、磁石ホルダ４０の外径側（回転軸１１を中心とした場合の外径側）への移動を拘束するつば部１２３Ａが外径端部から径方向に張り出す形状に形成されている。同様に、他方の界磁鉄心１４の磁極爪部１４３には、磁石ホルダ４０の外径側への移動を拘束するつば部１４３Ａが外径端部から径方向に張り出す形状に形成されている。

磁石ホルダ４０は、周方向に隣接する磁極爪部１２３、１４３間に装着されたときに外周側に配置される外周面４２と、この外周面４２に対して垂直な向きをなす複数の側面４４、４６と、外周面４２と側面４４、４６とで永久磁石１５を包囲したときに永久磁石１５と外周面４２との間に配置されて外周面４２よりも小さい補助部材４８とを有する。外周面４２と側面４４とは連続しており、これらの連続する外周面４２と側面４４の境界となる角部と補助部材４８との間には隙間が形成されている。

本実施形態では、磁石ホルダ４０は１枚の板材を折り曲げることで形成されており、補助部材４８は外周面４２と連続する板材を折り曲げることにより形成されている。図５は、折り曲げて磁石ホルダ４０を形成する前の板材の展開図である。また、図６は板材を折り曲げることで形成された磁石ホルダ４０の斜視図である。Ａ〜Ｇの符号はこれらの図における各面の対応関係を示している。この磁石ホルダ４０は、永久磁石１５を収容した状態で磁極爪部１２３、１４３間に装着されると、Ａの面が補助部材４８、Ｂの面が外周面４２、Ｃ、Ｅ、Ｆの面が側面４４に、Ｇの面が側面４６となる。また、これらの図から明らかなように、矩形形状を有する補助部材４８の折り曲げは、矩形形状の長辺側において行われている。

このように、本実施形態の回転子１に含まれる磁石ホルダ４０では、外周面４２と側面４４との間の角部のＲ形状に干渉することなく永久磁石１５の外周側の面を補助部材４８に当接させることができるため、回転時の遠心力によって永久磁石１５が外周側に移動したり、この移動に伴って永久磁石の角部が破損することを防止することができる。特に、連続する外周面４２と側面４４の境界（角部）と補助部材４８との間には隙間が形成されているため、永久磁石１５の角部と磁石ホルダ４０との干渉を回避して、確実に永久磁石１５の角部の破損を防止することが可能となる。また、１枚の板材を用いて磁石ホルダ４０を形成することにより、面倒な接合工程をなくして工程の簡略化が可能となり、コスト低減を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、図５に示すようにＡおよびＢで示された面の長辺全体で板材を折り曲げるようにしたが、図７に示すように、補助部材（Ａで示される面）を折り曲げる箇所の板材を部分的に切り抜くようにしてもよい。これにより、板材の折り曲げによって生じる補助部材４８のスプリングバックを低減することができ、補助部材４８の全面を外周面４２や永久磁石１５の対向面に確実に接触させることが可能となる。

また、上述した実施形態では、磁石ホルダ４０内に単に永久磁石１５を収容するようにしたが、磁石ホルダ４０内にバネを追加して、補助部材４８に永久磁石１５の対向面を押圧するようにしてもよい。図８は、バネを追加した磁石ホルダ４０Ａの変形例を示す断面図である。この磁石ホルダ４０Ａは、図３等に示した磁石ホルダ４０に対して永久磁石１５内周側に板バネ４９が追加された点が異なっている。この板バネ４９によって永久磁石１５が外径側に押圧されるため、補助部材４８に永久磁石１５の対向面を確実に当接させることができ、回転時の永久磁石１５の移動を防止することができる。なお、この板バネ４９は、図５や図７に示した板材のＤで示された面の一部を切り起こして形成するようにしてもよい。あるいは、板バネ４９の代わりにコイルバネを用いるようにしてもよい。

また、図３や図８に示された磁石ホルダ４０、４０Ａ内に永久磁石１５を収容した状態で含浸材をしみ込ませて、永久磁石１５を磁石ホルダ４０、４０Ａ内に固着させるようにしてもよい。これにより、磁石ホルダ４０、４０Ａ内での永久磁石１５の移動を確実に防止することができる。

また、上述した実施形態では、１枚の板材を用いて磁石ホルダ４０等を形成する場合について説明したが、磁石ホルダ４０等を樹脂材料を用いて型成形によって形成する場合にも本発明を適用することができる。型形状によっては外周面４２と側面４４との境界となる角部にＲ形状が形成される場合があり、このＲ形状と永久磁石１５との干渉を避けるために補助部材４８を追加することは有効である。

また、上述した実施形態では、補助部材４８は１枚の板材により形成したが、板材を複数回折り返すことにより、補助部材４８を２枚以上の板材を重ねることで形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、車両用交流発電機１００の回転子１について本発明を適用したが、同様の構造を有するものであれば、車両用交流発電機１００以外の車両用回転電機（例えば、電動機や電動発電機）の回転子に本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、磁石ホルダ４０の外周面４２と側面４４との間の角部のＲ形状に干渉することなく永久磁石１５の外周側の面を補助部材４８に当接させることができるため、回転時の遠心力によって永久磁石１５が外周側に移動したり、この移動に伴って永久磁石の角部が破損することを防止することができる。

１ 回転子
２ 固定子
３ フロントハウジング
４ リアハウジング
５ プーリ
７ ブラシ装置
８ 整流器
９ レギュレータ
１１ 回転軸
１２、１４ 界磁鉄心
１３ 界磁巻線
１５ 永久磁石
４０、４０Ａ 磁石ホルダ
４２ 外周面
４４、４６ 側面
４８ 補助部材
４９ 板バネ
１００ 車両用交流発電機
１２３、１４３ 磁極爪部

Claims (7)

1. 複数の磁極爪部が形成された一対の界磁鉄心と、前記磁極爪部からの漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて前記一対の界磁鉄心の前記磁極爪部間に配置された複数の永久磁石と、前記永久磁石を包囲する磁石ホルダとを備えた回転電機の回転子において、
   前記永久磁石は直方体形状であり、
   前記磁石ホルダは、前記磁極爪部間に装着されたときに外周側に配置される外周面と、この外周面に対して垂直な向きをなす複数の側面と、前記外周面と前記側面とで前記永久磁石を包囲したときに前記永久磁石と前記外周面との間に配置されて前記外周面よりも小さい補助部材とを有することを特徴とする回転電機の回転子。
2. 請求項１において、
   前記外周面と前記側面は連続しており、
   連続する前記外周面と前記側面の境界と、前記補助部材との間に隙間が形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
3. 請求項１または２において、
   前記磁石ホルダは、１枚の板材を折り曲げることで形成され、
   前記補助部材は、前記外周面と連続する板材を折り曲げることにより形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
4. 請求項３において、
   前記補助部材を折り曲げる箇所の板材が部分的に切り抜かれていることを特徴とする回転電機の回転子。
5. 請求項３または４において、
   矩形形状の前記補助部材の折り曲げは、前記矩形形状の長辺において行われることを特徴とする回転電機の回転子。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記磁石ホルダは、前記永久磁石を前記補助部材に押圧するバネを有することを特徴とする回転電機の回転子。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記永久磁石は、含浸材を用いて前記磁石ホルダに固着されていることを特徴とする回転電機の回転子。

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