JP2018023218A - アウターロータ型多極発電機におけるロータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータヨークの内周面に永久磁石が設けられるロータを備えるアウターロータ型多極発電機において、ロータヨークを構成するにあたって歩留りを高めてコストの低減を可能とした上に、ロータヨークの内周面に固定される永久磁石の内周面の駆動軸に対する寸法精度を高める。【解決手段】ロータヨークは、複数のヨーク片３５が連結部３６で相互に連結されて成る磁性金属製の帯板３７Ａがスパイラル状に巻回されて円筒状に積層されて成り、ヨーク片３５は、ロータヨークの外周面の一部を構成する円弧状の外周縁３５ａと、ロータヨークの内周面の一部を構成する直線状の内周縁３５ｂと、外周縁３５ａおよび内周縁３５ｂの両端間を結んで直線状に延びる一対の側縁３５c とを有し、隣接するヨーク片３５の相互に対向する側縁３５ｃの外周縁３５ａ寄りの部分が、帯板３７Ａのスパイラル状の巻回時に折り曲げられる連結部３６で連結される。【選択図】 図４

Description

本発明は、ステータと、該ステータを同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸に連結される磁性材料製のロータヨークの内周面に永久磁石が設けられるロータとを備えるアウターロータ型多極発電機に関し、特にロータ構造の改良に関する。

このようなアウターロータ型多極発電機は、特許文献１等で既に知られており、このものでは、複数枚の軟磁性鋼板を積層して相互に結合することで円筒状のロータヨークが構成されている。

特開平５−３１６６７３号公報

ところが、上記特許文献１で開示されるものでは、軟磁性鋼板から成るリング板状のロータコアを打ち抜いて円筒状に積層、都合することでロータヨークを構成しており、打ち抜き時に中空部分の材料が無駄になり、歩留りが低くなり、コストの増大を招いている。ところで、アウターロータ型多極発電機ではステータがロータで囲繞されており、ステータの一部を構成する複数枚の軟磁性鋼板から成るステータコアを積層してロータヨークの内部に固定配置するにあたり、ロータコアおよびステータコアを同時に打ち抜くことも考えられるが、このようにしても歩留りを充分に高めることは困難である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ロータヨークを構成するにあたって歩留りを高めてコストの低減を可能とした上に、ロータヨークの内周面に固定される永久磁石の内周面の駆動軸に対する寸法精度を高め得るようにしたアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ステータと、該ステータを同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸に連結される磁性材料製のロータヨークの内周面に永久磁石が設けられるロータとを備えるアウターロータ型多極発電機において、前記ロータヨークは、複数のヨーク片が連結部で相互に連結されて成る磁性金属製の帯板がスパイラル状に巻回されて円筒状に積層されて成り、前記ヨーク片は、前記ロータヨークの外周面の一部を構成する円弧状の外周縁と、前記ロータヨークの内周面の一部を構成する直線状の内周縁と、前記外周縁および前記内周縁の両端間を結んで直線状に延びる一対の側縁とを有して等脚台形状に形成され、相互に隣接する前記ヨーク片の相互に対向する前記側縁の前記外周縁寄りの部分が前記連結部で連結され、前記帯板の前記スパイラル状の巻回時に、相互に隣接する前記ヨーク片の相互に対向する前記側縁を近接させるように前記連結部が折り曲げられることを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記永久磁石が、射出成形で前記ロータヨークの内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であることを第２の特徴とする。

さらに本発明は、第１または第２の特徴の構成に加えて、前記複数のヨーク片のうち前記ロータヨークの周方向複数箇所で相互に積層されるヨーク片の前記外周縁に、前記ロータヨークの外周面の周方向複数箇所で軸線方向に延びる溝を協働して構成する凹部が、積層状態にある前記ヨーク片同士を溶接することを可能として形成され、前記駆動軸に固定される連結部材に設けられて前記ロータヨークを嵌合させる円筒部に、前記溝に充填される接着剤を介して前記ロータヨークが固定されることを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、複数のヨーク片が連結部で相互に連結されて成る磁性金属製の帯板がスパイラル状に巻回され、円筒状に積層されてロータヨークが構成されることで、無駄な材料が生じるのを極力抑えて歩留りを高め、コスト低減に寄与することができる。またヨーク片が、ロータヨークの外周面の一部を構成する円弧状の外周縁と、ロータヨークの内周面の一部を構成する直線状の内周縁と、外周縁および内周縁の両端間を結んで直線状に延びる一対の側縁とを有して等脚台形状に形成されており、ヨーク片の相互に対向する側縁の外周縁寄りの部分を連結する連結部を折り曲げて相互に対向する側縁が近接するように帯板がスパイラル状に巻かれるので、ロータヨークの寸法精度を確保し易く、ロータヨークの内周面に固定される永久磁石の内周面の駆動軸に対する寸法精度を高めて電気的性能の向上を図ることができる。しかも帯板のヨーク片同士を連結する連結部の幅は小さく、スパイラル状に帯板を巻く際に連結部を折り曲げるのに要する力を小さくして伸び縮みを少なくし、安定したスパイラル形状を実現することができる。

また本発明の第２の特徴によれば、ロータヨークの内周面に樹脂ボンド永久磁石が射出成形でモールド結合されるので、ロータヨークの内周面が多角形状であることによって、ロータの回転方向に樹脂ボンド永久磁石が滑ることを防止し、樹脂ボンド永久磁石の脱落防止効果を奏することができる。

さらに本発明の第３の特徴によれば、複数のヨーク片のうちロータヨークの周方向複数箇所で相互に積層されるヨーク片の前記外周縁に凹部が形成され、その凹部によってロータヨークの外周面の周方向複数箇所に軸線方向に延びる溝が構成されており、凹部を利用して積層状態にあるヨーク片同士が溶接され、溝に接着剤が充填されることでロータヨークが連結部材の円筒部に固定されるので、ロータヨークの組み立ておよびロータヨークの連結部材への固定を容易とすることができる。

第１の実施の形態のアウターロータ型多極発電機の縦断面図である。 図１の２−２線断面図である。 図１の３−３線矢視図である。 帯板をスパイラル状に巻回するための構造を示す平面図である。 帯板をスパイラル状に巻回するための構造を示す斜視図である。 第２の実施の形態を示すものであってスパイラル状に巻回された帯板の平面図である。 図６の帯板で構成されたロータヨークを用いたアウターロータ型多極発電機の一部を示す平面図および縦断面図である。 第３の実施の形態のアウターロータ型多極発電機の縦断面図である。 図８の９−９線矢視図である。 第４の実施の形態のアウターロータ型多極発電機の縦断面図である。 図１０の１１−１１線断面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の第１の実施の形態について図１〜図５を参照しながら説明すると、先ず図１において、このアウターロータ型多極発電機は、たとえばエンジン発電機として用いられるものであり、エンジン本体１４に設けられる中空の支持部１４ａに固定されるステータ１５と、そのステータ１５を覆うロータ１６Ａとを備え、前記ステータ１５と同軸に配置される駆動軸としてのクランクシャフト１７にロータ１６Ａが固定される。

図２を併せて参照して、前記ステータ１５は、複数枚の磁性鋼板が積層、結合されて成るリング状のステータコア１８と、該ステータコア１８に装着される合成樹脂製のボビン１９と、該ボビン１９に巻装されるコイル２０とを備える。

前記ステータコア１８の外周の周方向に等間隔をあけた複数箇所には略Ｔ字状の突極１８ａが突設されており、前記ボビン１９は、前記突極１８ａの先端部ならびに前記ステータコア１８の両端面の一部および内周面を露出させるようにしてステータコア１８を覆うように形成され、前記突極１８ａに対応する部分で前記ボビン１９に前記コイル２０が巻装される。

前記ステータコア１８の周方向に間隔をあけた複数箇所で前記ステータコア１８の内周部には、挿通孔２１が設けられており、それらの挿通孔２１に挿通されるボルト２２を前記支持部１４ａに螺合して締め付けることによって前記ステータ１５が前記支持部１４ａに固定される。

前記ロータ１６Ａは、前記ステータ１５を同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに前記クランクシャフト１７に連結される磁性材料製のロータヨーク２３Ａを備える。

図３を併せて参照して、前記クランクシャフト１７にはハブ２５が同軸にかつ相対回転不能に連結されており、このハブ２５に固定される連結部材２６に前記ロータヨーク２３Ａが固定される。

前記ハブ２５は、前記クランクシャフト１７の端部に同軸に設けられるとともに外周面がテーパ状に形成される連結軸部１７ａに、キー２７およびボルト２８で固定されるものであり、前記連結軸部１７ａを嵌合させるテーパ状の連結孔２９を有する段付き円筒状の連結筒部２５ａと、この連結筒部２５ａの前記クランクシャフト１７とは反対側の端部から半径方向外方に張り出す連結鍔部２５ｂとを一体に有して鉄系金属によって形成される。

前記連結孔２９の内面および前記連結軸部１７ａの外面間には前記キー２７が介装されており、前記連結筒部２５ａの軸方向中間部に形成されて前記クランクシャフト１７とは反対側に臨む環状の段部３０に拡径頭部２８ａを当接、係合させる前記ボルト２８を前記連結軸部１７ａに螺合して締め付けることで、前記ハブ２５が前記クランクシャフト１７に同軸に固定される。

前記連結部材２６は、前記ロータヨーク２３Ａを圧入等で嵌合、固定し得る嵌合孔３１を有する円筒部２６ａと、前記ハブ２５の前記連結鍔部２５ｂに周方向に間隔をあけて配置される複数個たとえば４個のボルト３２で固定されるリング板部２６ｂと、周方向に等間隔をあけた複数箇所たとえば８箇所で前記円筒部２６ａおよび前記リング板部２６ｂ間を連結する翼部２６ｃとを一体に有して、アルミニウム合金等の軽金属や合成樹脂によって形成される。前記翼部２６ｃ相互間で前記円筒部２６ａおよび前記リング板部２６ｂ間には吸気孔３３が形成される。

図４および図５を参照して、前記ロータヨーク２３Ａは、複数のヨーク片３５が連結部３６で相互に連結されて成る磁性金属製の帯板３７Ａがスパイラル状に巻回されて円筒状に積層、結合されて成る。

前記ヨーク片３５は、前記ロータヨーク２３Ａの外周面の一部を構成する円弧状の外周縁３５ａと、前記ロータヨーク２３Ａの内周面の一部を構成する直線状の内周縁３５ｂと、前記外周縁３５ａおよび前記内周縁３５ｂの両端間を結んで直線状に延びる一対の側縁３５ｃとを有して等脚台形状に形成され、相互に隣接する前記ヨーク片３５の相互に対向する側縁３５ｃの前記外周縁３５ａ寄りの部分が前記連結部３６で連結される。

しかも前記帯板３７Ａの前記スパイラル状の巻回時に、相互に隣接する前記ヨーク片３５の相互に対向する前記側縁３５ｃを近接させるように前記連結部３６が折り曲げられるものであり、前記連結部３６の折り曲げによっても、相互に隣接する前記ヨーク片３５の相互に対向する前記側縁３５ｃ間には微小間隙３８が生じている。

前記帯板３７Ａをスパイラル状に巻回するための巻回装置は、スパイラル状に巻く際の巻き始め位置Ｐに対応する部分で前記帯板３７Ａにおけるヨーク片３５の前記内周縁３５ｂに一側面を当接させるようにして固定配置される横断面矩形状のガイド柱３９と、そのガイド柱３９に当接した前記ヨーク片３５に隣接したヨーク片３５の前記外周縁３５ａに転がり接触して前記連結部３６を折り曲げるようにした折り曲げローラ４０と、前記ガイド柱３９に関して前記折り曲げローラ４０とは反対側で前記ヨーク片３５の前記外周縁３５ａに転がり接触して当該ヨーク片３５の位置を規制する規制ローラ４１と、前記巻き始め位置Ｐに前記帯板３７Ａを供給するようにして前記帯板３７Ａの両面に接触する一対の供給ローラ４２とを備える。

前記巻き始め位置Ｐでは、２周目以降の帯板３７Ａが順次積層され、最終的に円筒状となったロータヨーク２３Ａは、その内周の多角形に合った治具にセットすることで外周を調えた状態で溶接される。

前記ロータヨーク２３Ａの内周面には、永久磁石として樹脂ボンド永久磁石２４が設けられるものであり、射出成形される前記樹脂ボンド永久磁石２４が前記ロータヨーク２３Ａの内周面にモールド結合される。この樹脂ボンド永久磁石２４のＮ極およびＳ極は周方向に交互に配置され、前記ロータヨーク２３Ａにおいて前記ヨーク片３５相互の微小間隙３８は、前記樹脂ボンド永久磁石２４のＮ極およびＳ極に対して磁路の影響が少なくなる位置に配置される。

次にこの第１の実施の形態の作用について説明すると、アウターロータ型多極発電機におけるロータヨーク２３Ａは、複数のヨーク片３５が連結部３６で相互に連結されて成る磁性金属製の帯板３７Ａがスパイラル状に巻回されて円筒状に積層されて成るので、無駄な材料が生じるのを極力抑えて歩留りを高め、コスト低減に寄与することができる。

また前記ヨーク片３５は、前記ロータヨーク２３Ａの外周面の一部を構成する円弧状の外周縁３５ａと、前記ロータヨーク２３Ａの内周面の一部を構成する直線状の内周縁３５ｂと、前記外周縁３５ａおよび前記内周縁３５ｂの両端間を結んで直線状に延びる一対の側縁３５ｃとを有して等脚台形状に形成され、相互に隣接する前記ヨーク片３５の相互に対向する前記側縁３５ｃの外周縁３５ａ寄りの部分が前記連結部３６で連結され、前記帯板３７Ａの前記スパイラル状の巻回時に、相互に隣接する前記ヨーク片３５の相互に対向する前記側縁３５ｃを近接させるように前記連結部３６が折り曲げられるので、ロータヨーク２３Ａの寸法精度を確保し易く、ロータヨーク２３Ａの内周面に固定される樹脂ボンド永久磁石２４の内周面のクランクシャフト１７に対する寸法精度を高めて電気的性能の向上を図ることができる。しかも帯板３７Ａのヨーク片３５同士を連結する連結部３６の幅は小さく、スパイラル状に帯板３７Ａを巻く際に連結部３６を折り曲げるのに要する力を小さくして伸び縮みを少なくし、安定したスパイラル形状を実現することができる。

また前記ロータヨーク２３Ａの内周面に設けられる永久磁石が、射出成形で前記ロータヨーク２３Ａの内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石２４であるので、ロータヨーク２３Ａの内周面が多角形状であることによって、ロータ１６Ａの回転方向に樹脂ボンド永久磁石２４が滑ることを防止し、樹脂ボンド永久磁石２４の脱落防止効果を奏することができる。

本発明の第２の実施の形態について図６および図７を参照しながら説明するが、上記第１の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

ロータ１６Ｂは、ロータヨーク２３Ｂの内周面に、射出成形される樹脂ボンド永久磁石２４がモールド結合されて成るものであり、ロータヨーク２３Ｂを構成すべくスパイラル状に巻回される帯板３７Ｂの一部を構成する複数のヨーク片３５のうち前記ロータヨーク２３Ｂの周方向複数箇所で相互に積層されるヨーク片３５の外周縁３５ａに、前記ロータヨーク２３Ａの外周面の周方向複数箇所で軸線方向に延びる溝４５を協働して構成する凹部４４が、積層状態にある前記ヨーク片３５同士を溶接することを可能として形成される。すなわち前記凹部４４に溶接部４６が存在するようにして巻回、積層された帯板３７Ｂのヨーク片３５が相互に溶接される。

一方、クランクシャフト１７にハブ２５（第１の実施の形態参照）を介して固定される連結部材２６の円筒部２６ａには、その円筒部２６ａ内に嵌合される前記ロータヨーク２３Ａの前記溝４５に充填される接着剤４７を介して前記ロータヨーク２３Ｂが固定される。

この第２の実施の形態によれば、凹部４４を利用して積層状態にあるヨーク片３５同士が溶接され、溝４５に接着剤４７が充填されることでロータヨーク２３Ｂが連結部材２６の円筒部２６ａに固定されるので、ロータヨーク２３Ｂの組み立ておよびロータヨーク２３Ｂの連結部材２６への固定を容易とすることができる。

本発明の第３の実施の形態について図８および図９を参照しながら説明するが、上記第１および第２の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

クランクシャフト１７にはハブ２５が同軸にかつ相対回転不能に連結されており、このハブ２５に固定される連結部材４８に、ロータ１６Ａのロータヨーク２３Ａが固定される。

前記連結部材４８は、前記ロータヨーク２３Ａを圧入等で嵌合、固定し得る嵌合孔４９を有する円筒部４８ａと、前記ハブ２５の連結鍔部２５ｂに周方向に間隔をあけて配置される複数個たとえば４個のリベット５０で固定されるリング板部４８ｂとを一体に有して、鉄系金属によって形成され、リング板部４８ｂには複数の吸気孔５１が形成される。

前記円筒部４８ａは、前記ロータヨーク２３Ａの軸方向長さよりも短く形成されており、前記ロータヨーク２３Ａの一部が前記円筒部２６ａの前記嵌合孔４９に圧入される。

この第３の実施の形態によっても上記第１および第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

本発明の第４の実施の形態について図１０および図１１を参照しながら説明するが、上記第１〜第３の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

クランクシャフト１７には連結部材５３が同軸にかつ相対回転不能に連結されており、この連結部材５３にロータ１６Ｃのロータヨーク２３Ｃが固定される。

前記ロータヨーク２３Ｃは、基本的には上記第１〜第３の実施の形態と同様に形成されるのであるが、ロータヨーク２３Ｃを構成する複数のヨーク片３５Ａ，３５Ｂのうち前記ロータヨーク２３Ｃの周方向複数箇所で相互に積層される特定のヨーク片３５Ａは、他のヨーク片３５Ｂに比べてロータヨーク２３Ｃの半径方向外方に膨出するように形成されており、前記特定のヨーク片３５Ａに予め形成されていた透孔が円筒状のロータヨーク２３Ｃでは相互に協働して挿通孔５５を形成することになり、ロータヨーク２３Ｃの周方向に間隔をあけた複数箇所たとえば４箇所に挿通孔５５が形成される。

前記連結部材５３は、前記ロータヨーク２３Ｃのエンジン本体１４とは反対側の端面に外周部を当接させるリング板状の端壁部５３ａと、その端壁部５３ａの内周に同軸に連なる連結筒部５３ｂとを一体に有して、アルミニウム合金等の軽合金によって形成され、前記挿通孔５５に挿通されるボルト５６が前記端壁部５３ａの外周部に螺合される。

前記連結筒部５３ｂには、前記クランクシャフト１７の端部に同軸に設けられる連結軸部１７ａを嵌合させるテーパ状の連結孔５７を有して鉄系金属から成るスリーブ５８がモールド結合される。前記連結孔５７の内面および前記連結軸部１７ａの外面間にはキー２７が介装されており、前記スリーブ５８に拡径頭部２８ａを当接、係合させるボルト２８を前記連結軸部１７ａに螺合して締め付けることで前記連結筒部５３ｂすなわち連結部材５３が前記クランクシャフト１７に同軸に固定される。

この第４の実施の形態によっても上記第１〜第３の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

１５・・・ステータ
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ・・・ロータ
１７・・・駆動軸であるクランクシャフト
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ・・・ロータヨーク
２４・・・永久磁石
２６・・・連結部材
２６ａ・・・円筒部
３５，５Ａ，３５Ｂ・・・ヨーク片
３５ａ・・・外周縁
３５ｂ・・・内周縁
３５ｃ・・・側縁
３６・・・連結部
３７Ａ，３７Ｂ・・・帯板
４４・・・凹部
４５・・・溝
４７・・・接着剤

Claims (3)

1. ステータ（１５）と、該ステータ（１５）を同軸に囲繞して円筒状に形成されるとともに駆動軸（１７）に連結される磁性材料製のロータヨーク（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）の内周面に永久磁石（２４）が設けられるロータ（１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ）とを備えるアウターロータ型多極発電機において、前記ロータヨーク（２３Ａ〜２３Ｃ）は、複数のヨーク片（３５；３５Ａ，３５Ｂ）が連結部（３６）で相互に連結されて成る磁性金属製の帯板（３７Ａ，３７Ｂ）がスパイラル状に巻回されて円筒状に積層されて成り、前記ヨーク片（３５；３５Ａ，３５Ｂ）は、前記ロータヨーク（２３Ａ〜２３Ｃ）の外周面の一部を構成する円弧状の外周縁（３５ａ）と、前記ロータヨーク（２３Ａ〜２３Ｃ）の内周面の一部を構成する直線状の内周縁（３５ｂ）と、前記外周縁（３５ａ）および前記内周縁（３５ｂ）の両端間を結んで直線状に延びる一対の側縁（３５ｃ）とを有して等脚台形状に形成され、相互に隣接する前記ヨーク片（３５；３５Ａ，３５Ｂ）の相互に対向する前記側縁（３５ｃ）の前記外周縁（３５ａ）寄りの部分が前記連結部（３６）で連結され、前記帯板（３７Ａ，３７Ｂ）の前記スパイラル状の巻回時に、相互に隣接する前記ヨーク片（３５；３５Ａ，３５Ｂ）の相互に対向する前記側縁（３５ｃ）を近接させるように前記連結部（３６）が折り曲げられることを特徴とするアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
2. 前記永久磁石（２４）が、射出成形で前記ロータヨーク（２３Ａ〜２３Ｃ）の内周面にモールド結合される樹脂ボンド永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。
3. 前記複数のヨーク片（３５）のうち前記ロータヨーク（２３Ｂ）の周方向複数箇所で相互に積層されるヨーク片（３５）の前記外周縁（３５ａ）に、前記ロータヨーク（２３Ｂ）の外周面の周方向複数箇所で軸線方向に延びる溝（４５）を協働して構成する凹部（４４）が、積層状態にある前記ヨーク片（３５）同士を溶接することを可能として形成され、前記駆動軸（１７）に固定される連結部材（２６）に設けられて前記ロータヨーク（２３Ｂ）を嵌合させる円筒部（２６ａ）に、前記溝（４５）に充填される接着剤（４７）を介して前記ロータヨーク（２３Ｂ）が固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ型多極発電機におけるロータ構造。

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