JP3541920B2

JP3541920B2 - 回転電機の回転子およびその製造方法

Info

Publication number: JP3541920B2
Application number: JP29455597A
Authority: JP
Inventors: 淑人浅尾; 義博篠坂
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: US5903084A; KR100339467B1; GB2331862A; GB9808477D0; FR2770347A1; JPH11136913A; KR19990036529A; FR2770347B1; GB2331862B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、隣り合う爪状磁極間に爪状磁極間の磁束の漏洩を減少するために配設された磁石を備えた回転電機の回転子、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の車両用交流発電機の側断面図、図１３は図１２の回転子の斜視図であり、この交流発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランデル型の回転子７と、回転子７の両側面に固定されたファン５と、ケース３の内壁面に固定されたステータ８と、シャフト６の他端部に固定され回転子７に電流を供給するスリップリング９と、スリップリング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に接続されステータ８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７と、このヒートシンク１７に接着されステータ８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８とを備えている。
【０００３】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って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１４とを備えている。ポールコア１４は一対の交互に噛み合った第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２とから構成されている。第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２は鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極２３、２４をそれぞれ有している。隣り合う各爪状磁極２３、２４には、これらの爪状磁極２３、２４間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された直方体形状の磁石１９が固着されている。
ステータ８は、ステータコア１５と、このステータコア１５に導線が巻回され回転子７の回転に伴い回転子コイル１３からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１６とを備えている。
【０００４】
上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア体２１の爪状磁極２３にはＮ極が着磁され、第２のポールコア体２２の爪状磁極２４にはＳ極が着磁される。一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト６によって回転子７が回転するため、ステータコイル１６には回転磁界が与えられ、ステータコイル１６には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１８によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機の回転子７では、回転子７の回転によりステータコイル１６には交流電圧が発生するが、この発生時には回転子７の外周面とステータ８の内周面とには絶えず磁気反発力が生じており、図１４に示すように爪状磁極２３、２４には矢印Ａの方向に振動が生じようとする。このように、各爪状磁極２３、２４に荷重が加わることにより、爪状磁極２３、２４に固着された磁石１９にも荷重が加わり、磁石１９は歪みが生じて破損するおそれがあるといった問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、爪状磁極間の磁束の漏洩を減少するために爪状磁極間に配置された磁石の歪み、破損を防止することができる回転電機の回転子、およびその製造方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の回転子では、電流を流して磁束を発生する回転子コイルと、この回転子コイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアと、隣り合う各前記爪状磁極間に配設されこれらの爪状磁極の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された複数個の磁石とを備え、前記各磁石は、前記第１のポールコア体の前記爪状磁極に固定手段により固定された第１の磁石部と、前記第２のポールコア体の前記爪状磁極に固定手段により固定された第２の磁石部とから構成されたものである。
【０００８】
また、この回転電機の回転子は、第１のポールコア体の爪状磁極間の根元部に、第２のポールコア体に固定された第２の磁石部の先端部が近接しており、また第２のポールコア体の爪状磁極間の根元部に、第１のポールコア体に固定された第１の磁石部の先端部が近接しているものである。
【０００９】
また、この回転電機の回転子では、固定手段は、係合部である凸部と、係合部に係合された被係合部である凹部とから構成されたものである。
【００１０】
また、この回転電機の回転子では、外周面は非磁性部材で構成されたテープが巻回されたものである。
【００１１】
また、この回転電機の回転子では、テープは、カーボン繊維を基材として樹脂が含浸されたものである。
【００１２】
また、この回転電機の回転子では、回転子の回転に伴い、爪状磁極が変位したときに、第１の爪状磁極、第２の爪状磁極にそれぞれ固定された第１の磁石部、第２の磁石部も共に変位するようになっている。
【００１３】
また、この回転電気の回転子では、回転子の回転に伴い、爪状磁極が変位したときに、第１の爪状磁極、第２の爪状磁極にそれぞれ固定された第１の磁石部、第２の磁石部との間に磁気吸着力が作用し、前記爪状磁極の変位を抑制するようになっている。
【００１４】
また、この回転電機の回転子の製造方法では、第１のポールコア体の爪状磁極に第１の磁石部を固定するとともに第２のポールコア体の爪状磁極に第２の磁石部を固定してそれぞれを一体化する工程と、その後前記第１の磁石部と一体化された前記第１のポールコア体の爪状磁極と、前記第２の磁石部と一体化された前記第２のポールコア体の爪状磁極とを交互に噛み合わせる工程とを含んでいる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の回転電機の回転子について説明するが、図１２ないし図１４と同一または相当部分は同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の車両用交流発電機の回転子の分解正面図、図２は図１の回転子の正面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
この回転子３０は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って設けられその磁束によって磁極を形成するポールコア１４とを備えている。ポールコア１４は一対の交互に噛み合った第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２とから構成されている。第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２は鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極２３、２４をそれぞれ有している。
【００１６】
各爪状磁極２３には側面Ｃが爪状磁極２３の側面Ｂと平行関係になるように第１の磁石部３１が設けられている。この第１の磁石部３１は第１の爪状磁極２３と第２の爪状磁極２４との間の磁束の漏洩を減少するように配置されている。つまり、Ｎ極に着磁される爪状磁極２３にＮ極側の第１の磁石部３１が対面するように配置されている。
爪状磁極２３と同様に、各爪状磁極２４にも側面Ｅが爪状磁極２４の側面Ｆと平行関係になるように第２の磁石部３４が設けられている。第１の磁石部３１と面接触した第２の磁石部３４も第１の爪状磁極２３と第２の爪状磁極２４との間の磁束の漏洩を減少するように配置されている。つまり、Ｓ極に着磁される爪状磁極２４にＳ極側の第２の磁石部３４が対面するように配置されている。
【００１７】
爪状磁極２４の内側面にはクサビ状の被係合部である凹部３２が形成されている。樹脂性磁石部材で構成された第２の磁石部３４には凹部３２に係合され凹部３２とともに固定手段を構成した凸部３３が形成されている。
爪状磁極２３の内側面にもクサビ状の凹部が形成されており、第２の磁石部３４と同一材料で構成された第１の磁石部３１には凹部に係合され凹部とともに固定手段を構成した凸部が形成されている。
【００１８】
ステータ８は、ステータコア１５と、このステータコア１５に導線が巻回され回転子３０の回転に伴い回転子コイル１３からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１６とを備えている。
【００１９】
上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア体２１の爪状磁極２３にはＮ極の磁極が形成され、第２のポールコア体２２の爪状磁極２４にはＳ極の磁極が形成される。一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト６によって回転子３０が回転するため、ステータコイル１６には回転磁界が与えられ、ステータコイル１６には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１８によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【００２０】
回転子３０の回転に伴い、ステータコイル１６には交流電圧が発生するが、この発生時には回転子３０の外周面とステータ８の内周面とには絶えず磁気反発力が生じている。そして、この磁気反発力により爪状磁極２３が変位したときには、爪状磁極２３に固定された第１の磁石部３１も共に変位し、第１の磁石部３１には爪状磁極２３の変位に伴う荷重が加わることはなく、第１の磁石部３１が歪み変形して破損するようなことはない。また、同様に、爪状磁極２４が変位したときには、爪状磁極２４に固定された第２の磁石部３４も共に変位し、第２の磁石部３４には爪状磁極２４の変位に伴う荷重が加わることはなく、第２の磁石部３４が破損するようなことはない。
【００２１】
また、爪状磁極２３、２４間に配設され第１の磁石部３１と第２の磁石部３４とから構成された磁石は、第１の磁石部３１のＳ極と第２の磁石部３４のＮ極とが当接しているので、例えば磁気反発力により爪状磁極２３が変位しようとしたときには、第１の磁石部３１と第２の磁石部３４との間に作用する磁気吸着力が爪状磁極２３の変位を抑制するように作用する。
また、回転子３０は高速で回転し、爪状磁極２３、２４、及び第１の磁石部３１と第２の磁石部３４とか構成された磁石には遠心力が作用するが、凹部３２と凸部３３とから構成された固定手段により爪状磁極２３、２４と磁石部３１、３４とは結合されており、回転子３０の回転中に磁石部３１、３４が外れるようなことはない。特に、凹部３２がクサビ形状であるので、爪状磁極２３、２４と磁石部３１、３４とは強固に結合されている。
また、第１の磁石部３１及び第２の磁石部３４は軽量な樹脂性磁石部材で構成されており、回転子３０を軽量化することができるとともに、凹部３２がクサビ形状であっても射出成形により爪状磁極２３、２４に第１の磁石部３１、第２の磁石部３４を簡単に取り付けることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図５は車両用交流発電機の回転子の爪状磁極間の円周方向の漏れ磁束密度を示す図であり、この図から、ポールコア体の爪状磁極間の根元部での漏れ磁束密度が大きいことが分かる。
実施の形態１ではこの根元部の上面には空間部が形成されており、この空間部での磁束の漏洩が大きかったが、実施の形態２ではこの空間部での磁束の漏洩を減少したものである。
【００２３】
図６はこの発明の実施の形態２の車両用交流発電機の回転子の分解正面図、図７は図６の回転子の正面図、図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図、図９は図６のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
この実施の形態の回転子４０では、各爪状磁極２３に第１の磁石部４１が設けられている。樹脂性磁石部材で構成された第１の磁石部４１の先端部４２は第２のポールコア体２２の爪状磁極２４間の根元部４３に近接している。
この第１の磁石部４１は第１の爪状磁極２３と第２の爪状磁極２４との間の磁束の漏洩を減少するように配置されている。つまり、Ｎ極に着磁される爪状磁極２３にＮ極側の第１の磁石部４１が当接するように配置されている。
爪状磁極２３と同様に、各爪状磁極２４にも第２の磁石部４８が設けられている。樹脂性磁石部材で構成された第２の磁石部４８の先端部４９は第１のポールコア体２１の爪状磁極２３間の根元部５０に近接している。
第１の磁石部４１と面接触した第２の磁石部４８も第１の爪状磁極２３と第２の爪状磁極２４との間の磁束の漏洩を減少するように配置されている。つまり、Ｓ極に着磁される爪状磁極２４にＳ極側の第２の磁石部４８が当接するように配置されている。
【００２４】
爪状磁極２４の内側面には被係合部である凹部４４が形成され、側面にも凹部４５が形成されている。また、爪状磁極２４の先端部には段部５１が形成されている。第２の磁石部４８には凹部４４、４５にスナップフィット方式で嵌着され凹部４４、４５とともに固定手段を構成した凸部４６、４７が形成されている。同様に、第１の磁石部４１及び爪状磁極２３にも、第２の磁石部４８及び爪状磁極２４と同様な固定手段が形成されている。
【００２５】
この実施の形態２の回転子４０では、第１の磁石部４１の先端部４２が第２のポールコア体２２の根元部４３に近接し、また第２の磁石部４８の先端部４９が第１のポールコア体２１の根元部５０に近接している。このため、実施の形態１の回転子３０と比較してポールコア体２１、２２の各根元部４３、５０でも磁束の漏洩を防止することができ、爪状磁極２３、２４間の磁束の漏洩をより減少することができる。
【００２６】
なお、図１０に示すように、爪状磁極２４の内側面にクサビ状の被係合部である凹部５２を複数個形成し、この凹部５２に第１の磁石部４１の凸部５３を係合するようにしてもよい。また、爪状磁極に係合部である凸部を形成し、磁石部に被係合部である凹部を形成してもよい。
【００２７】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３の回転電機の回転子６０の斜視図であり、実施の形態１の回転子３０の外周部には、カーボン繊維を基材として樹脂が含浸された非磁性部材であるテープ６１が巻回されている。このため、回転子６０の回転による爪状磁極２３、２４、及び第１の磁石部３１、第２の磁石部３４の変位を確実に抑えることができる。
なお、上記各実施の形態では回転電機の回転子として車両用交流発電機の回転子について説明したが、この発明は例えば電動機の回転子にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の回転電機の回転子によれば、電流を流して磁束を発生する回転子コイルと、この回転子コイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアと、隣り合う各前記爪状磁極間に配設されこれらの爪状磁極の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された磁石とを備え、前記各磁石は、前記第１のポールコア体の前記爪状磁極に固定手段により固定された第１の磁石部と、前記第２のポールコア体の前記爪状磁極に固定手段により固定された第２の磁石部とから構成されたので、回転子の回転に伴う交流電圧の発生時に生じた回転子の外周面とステータの内周面との間の磁気反発力により、爪状磁極が変位したときには、爪状磁極に固定された第１の磁石部、第２の磁石部も共に変位するので、爪状磁極の変位に伴い第１の磁石部、第２の磁石部に荷重が加わるようなことはなく、第１の磁石部及び第２の磁石部が歪み変形して破損するようなことはない。
また、爪状磁極間の第１の磁石部と第２の磁石部とは、異極同士で当接しているので、磁気反発力により爪状磁極が変位しようとしたときには、第１の磁石部と第２の磁石部との間に作用する磁気吸着力が爪状磁極の変位を抑制する。
【００２９】
また、この回転電機の回転子によれば、第１のポールコア体の爪状磁極間の根元部に、第２のポールコア体に固定された第２の磁石部の先端部が近接しており、また第２のポールコア体の爪状磁極間の根元部に、第１のポールコア体に固定された第１の磁石部の先端部が近接しているので、磁束の漏洩が大きい根元部での磁束の漏洩を減少することができ、発電効率が向上する。
【００３０】
また、この回転電機の回転子によれば、固定手段は、係合部である凸部と、係合部に係合された被係合部である凹部とから構成されたので、爪状磁極に第１の磁石部及び第２の磁石部が簡単に固定される。また、爪状磁極に第１の磁石部及び第２の磁石部を固定した後は、第１のポールコア体と第１の磁石部とは一つの部材として取り扱うことができ、また第２のポールコア体と第２の磁石部とは一つの部材として取り扱うことができ、回転子の組み立て工程が簡易化される。
【００３１】
また、この回転電機の回転子によれば、外周面は非磁性部材で構成されたテープにより巻回されたので、回転子の回転による爪状磁極及び磁石の変位を抑え、耐遠心力が向上する。
【００３２】
また、この回転電機の回転子によれば、テープは、カーボン繊維を基材とした樹脂含浸テープで構成されたので、必要とする絶縁性及び機械的強度を低コストで得ることができる。
【００３３】
また、この回転電機の回転子の製造方法によれば、第１のポールコア体の爪状磁極に第１の磁石部を固定するとともに第２のポールコア体の爪状磁極に第２の磁石部を固定してそれぞれを一体化する工程と、その後前記第１の磁石部と一体化された前記第１のポールコア体の爪状磁極と、前記第２の磁石部と一体化された前記第２のポールコア体の爪状磁極とを交互に噛み合わせる工程とを含んでいるので、第１のポールコア体と第１の磁石部とは一つの部材として取り扱うことができ、また第２のポールコア体と第２の磁石部とは一つの部材として取り扱うことができ、回転子の組み立て工程が簡易化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子の分解正面図である。
【図２】図１の車両用交流発電機の回転子の正面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】回転子の軸線方向での爪状磁極間の磁束の漏洩密度を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２の車両用交流発電機の回転子の分解正面図である。
【図７】図６の回転電機の正面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図６のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】爪状磁極と磁石部とを固定する他の固定手段を示す要部断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３の車両用交流発電機の回転子の斜視図である。
【図１２】従来の車両用交流発電機の断面図である。
【図１３】図１２の回転子の斜視図である。
【図１４】図１２の爪状磁極の側面図である。
【符号の説明】
１３回転子コイル、１４ポールコア、２１第１のポールコア体、２２第２のポールコア体、２３、２４爪状磁極、３０，４０，６０回転子、３１第１の磁石部、３４，４８第２の磁石部、３２，４４，４５凹部、３３，４６，４７凸部、４２，４９先端部、４３，５０根元部、６０テープ。

Claims

電流を流して磁束を発生する回転子コイルと、
この回転子コイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアと、
隣り合う各前記爪状磁極間に配設されこれらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された複数個の磁石とを備え、
前記各磁石は、前記第１のポールコア体の前記爪状磁極に固定手段により固定された第１の磁石部と、前記第２のポールコア体の前記爪状磁極に固定手段により固定された第２の磁石部とから構成された回転電機の回転子。
第１のポールコア体の爪状磁極間の根元部に、第２のポールコア体に固定された第２の磁石部の先端部が近接しており、また第２のポールコア体の爪状磁極間の根元部に、第１のポールコア体に固定された第１の磁石部の先端部が近接している請求項１記載の回転電機の回転子。
固定手段は、係合部である凸部と、係合部に係合された被係合部である凹部とから構成された請求項１または請求項２の何れかに記載の回転電機の回転子。
外周面は非磁性部材で構成されたテープが巻回された請求項１ないし請求項３の何れかに記載の回転電機の回転子。
テープは、カーボン繊維を基材として樹脂が含浸されたものである請求項４記載の回転電機の回転子。
回転子の回転に伴い、爪状磁極が変位したときに、第１の爪状磁極、第２の爪状磁極にそれぞれ固定された第１の磁石部、第２の磁石部も共に変位するようになっている請求項１ないし請求項５の何れかに記載の回転電機の回転子。
回転子の回転に伴い、爪状磁極が変位したときに、第１の爪状磁極、第２の爪状磁極にそれぞれ固定された第１の磁石部、第２の磁石部との間に磁気吸着力が作用し、前記爪状磁極の変位を抑制するようになっている請求項６に記載の回転電機の回転子。
請求項１ないし請求項７の何れかに記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
第１のポールコア体の爪状磁極に第１の磁石部を固定するとともに第２のポールコア体の爪状磁極に第２の磁石部を固定してそれぞれを一体化する工程と、
その後前記第１の磁石部と一体化された前記第１のポールコア体の爪状磁極と、前記第２の磁石部と一体化された前記第２のポールコア体の爪状磁極とを交互に噛み合わせる工程とを含む
回転電機の回転子の製造方法。