JP3774987B2

JP3774987B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP3774987B2
Application number: JP12043597A
Authority: JP
Inventors: 均入江; 隆泰二村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2017-05-12
Also published as: JPH10313560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランデル型鉄心の隣合う爪状磁極間に永久磁石が配設された車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ランデル型鉄心に界磁巻線を巻装して界磁回転子とする交流発電機がある。この交流発電機では、ランデル型鉄心の周方向に隣合う爪状磁極間に永久磁石を配設し、その爪状磁極間の漏洩磁束を減らして発電に寄与する有効磁束を増量させることにより出力向上を図る技術が提案されている（例えば、特開昭６１−８５０４５号公報、特開平５−５６６１６号公報参照）。また、この磁石併用型の回転子では、爪状磁極の側面外周部に鍔部を設けることにより、高速回転時の遠心力によって永久磁石が外側へ飛び出すのを防止する対策も成されている（特開平７−１２３６６４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記公知例では、爪状磁極の爪先端部から爪根元部まで磁石を当接させているため、磁石の遠心力は略爪状磁極全体に平均的にかかる。当接面が先端から根元まで均一に当接させるには各々の面を平面化させ、更に組み付け時にも均一に当接するように精巧に組み付けなければならないので、製作上工数がかかり、製造コストが大変大きくなっていた。もし、精巧な製作をしなければ、組み付け時のバラツキで爪根元の支点から遠い爪状磁極先端部のみで当接している場合が発生し、爪状磁極へのモーメントは大きくなり、爪状磁極が外側に拡がることを促進し、高速回転時に対向する固定子と干渉して故障する不具合が生じていた。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、磁石部に働く遠心力を爪状磁極の遠心方向への拡がりの支点に近接した部分で受けるようにして、爪状磁極へのモーメントを軽減して高速回転時の爪状磁極の拡がりを抑えて高速回転に耐えうる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の手段では、爪状磁極には、回転時に永久磁石が遠心方向へ飛び出すことを防止するために、爪状磁極の側面外周部より周方向へ突出する鍔部が設けられ、磁石保持部材は、永久磁石の外周面を覆う底部を有し、回転子が静止状態の時に、爪状磁極の根元側で鍔部の内周面に底部が当接し、且つ爪状磁極の先端側で鍔部の内周面と底部との間に隙間を有した状態で永久磁石を保持していることを特徴とする。
上記の構成によれば、永久磁石の外周面を覆う磁石保持部材の底部が、2 つの爪状磁極の根元側で鍔部の内周面に当接する構成にし、拡がり支点に近接させたので、爪先端部のみで当接することを無くすることにより、爪状磁極の高速回転時に拡がりを抑えることができる。
また、回転子が静止状態の時に、爪状磁極の根元側で鍔部の内周面に磁石保持部材の底部が当接しているため、永久磁石は、回転しても遠心力で動くことがないので、安定した組み付け状態を保つことができる。
【０００６】
請求項２の手段によれば、磁石保持部材は、その外径が爪状磁極の先端側より根元側の方で大きく形成されている。この様に、磁石保持部材の外径に変化を持たせることにより、容易に鍔部と磁石保持部材の底部とを爪状磁極の根元側で当接させることができる。
【０００７】
請求項３の手段によれば、磁石保持部材は、複数の永久磁石の各々を保持する複数の保持部と、この複数の保持部を環状に連結する連結部とを有し、保持部は、永久磁石の周側面と外周面とを包み込む箱形状に形成され、永久磁石の外周面を底部が覆っている。かかる構成によると、複数の永久磁石をランデル型鉄心への組み付け前にも連結体として扱うことができ、製造が容易になる。なお、さらにこの連結体を環状体とすれば、組立作業を容易にできる。さらには磁石保持部材を樹脂製とすれば、爪状磁極の鍔部との当接面の高さを一方向抜きの成形型にて製作することができ、さらに安価にすることができる。
【０００８】
請求項４の手段によれば、複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心と、隣合う爪状磁極の間に配設され、その隣合う爪状磁極間の漏洩磁束を減少させる極性の永久磁石とを有する回転子を備えた車両用交流発電機において、爪状磁極の側面外周部に形成され永久磁石の遠心方向への移動を規制する鍔部は、ランデル型鉄心回転軸から鍔部の内周面までの距離が爪状磁極の先端側より根元側の方で小さく形成されている。
この様に、回転軸から鍔部の内周面までの距離に変化を持たせることにより、容易に鍔部と永久磁石とを爪状磁極の根元側で当接させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の車両用交流発電機を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
車両用交流発電機は、図２に示す様に、電機子として働く固定子１と、界磁として働く回転子２とを具備する。
固定子１は、図示しないハウジングの内周に固定された電機子鉄心３と、この電機子鉄心３に巻線された電機子巻線４とで構成される。
電機子鉄心３は、例えば、円環状の薄い鋼板を複数枚重ね合わせて形成され、内周側に多数のスロット（図示しない）が設けられている。
電機子巻線４は、例えば３個の独立したコイルをＹ結線またはΔ結線して電機子鉄心３の各スロットに挿入され、回転子２との相対回転運動によって各コイルに交流電圧が発生する。
【００１０】
回転子２は、回転軸５と、この回転軸５に固定された一対のランデル型鉄心６（以下鉄心６と略す）と、この鉄心６に巻線された界磁巻線７と、鉄心６に装着、保持された複数の永久磁石８とにより構成されている。
回転軸５は、ハウジングに固定された軸受（図示しない）を介して回転自在に支持され、エンジンの回転動力が伝達されて回転する。
鉄心６は、図１に示す様に、回転軸５の外周に嵌合する円筒状のボス部６Ａと、このボス部６Ａの外周に設けられた複数の爪状磁極６Ｂとを有する。各鉄心６は、互いの爪状磁極６Ｂが噛み合う様に軸方向に対向して組付けられている。また、爪状磁極６Ｂの側面外周部には、回転時に永久磁石８ならびに磁石保持器１２（図４参照）が遠心方向へ飛び出すのを防止するための鍔部６ａが設けられている。この鍔部６ａは、爪状磁極６Ｂの長手方向（図３の上下方向）全体に渡って周方向へ（隣合う爪状磁極６Ｂ側へ）突出して設けられている。なお、鍔部６ａの厚みｔ（図１参照）は爪状磁極６Ｂの長手方向全体で等しく設定されている。即ち、回転軸５の軸中心から鍔部６ａの内周面までの距離が爪状磁極６Ｂの長手方向全体で等しい。
【００１１】
界磁巻線７は、ボビン９を介して各鉄心６のボス部６Ａの外周に巻線されている。この界磁巻線７は、図示しないリード線を通じて回転軸５の端部に設けられたスリップリング１０に接続され、そのスリップリング１０の外周面に摺接するブラシ（図示しない）を通じて車載バッテリから励磁電流が供給される。界磁巻線７に励磁電流が流れると、一方の鉄心６の各爪状磁極６Ｂが全てＳ極となり、他方の鉄心６の各爪状磁極６Ｂが全てＮ極となる。
各鉄心６の軸方向端面には、遠心式の冷却ファン１１が溶接等により固定され、鉄心６と一体に回転することで冷却風を発生する。
【００１２】
永久磁石８は、鉄心６への組み付け前に磁石保持部材としての磁石保持器１２に保持されて、図３に示す様に、隣合う爪状磁極６Ｂ同士の対向する側面間に配設され、爪状磁極６Ｂと対向する側面がその爪状磁極６Ｂと同極となる極性（つまり、隣合う爪状磁極６Ｂ間の磁束の漏洩を減少する向き）に着磁されている。磁石保持器１２は、樹脂等の非磁性体により形成され、図４に示す様に、複数の永久磁石８の各々を保持する複数の保持部１２Ａと、この複数の保持部１２Ａを環状に連結する連結部１２Ｂとを有する。
【００１３】
但し、保持部１２Ａは、永久磁石８の周側面と外周面とを包み込む箱形状に形成され、永久磁石８の外周面を覆う部位（以下、底部１２ａと言う）の厚みが、永久磁石８の長手方向に沿って一方から他方へ向かって次第に大きくなる様に設けられている（図１（ａ）参照）。即ち、爪状磁極６Ｂの先端側（軸方向へ突出する先端側）に対向する部位より根元側（ボス部６Ａに繋がる側）に対向する部位の方が磁石保持器１２全体の径方向寸法が大きくなる様に設けられている。なお、前記の「一方」とは、鉄心６へ組付けた時に、爪状磁極６Ｂの先端側に対向する部位であり、「他方」とは、爪状磁極６Ｂの根元側に対向する部位である。従って、１個の保持部１２Ａは、図５（保持部１２Ａの斜視図）に示す様に、その長辺に沿って２つの爪状磁極６Ｂと当接するために、その長辺に沿って反対方向に傾いた外周面を有する。
この磁石保持器１２は、保持部１２Ａに永久磁石８を保持して鉄心６へ組付けた時（静止状態）に、鍔部６ａの内周面と永久磁石８の外周面との間に挟まれる底部１２ａは爪根元部の図３の○印部の周辺で保持される。
【００１４】
次に、本実施例の作用及び効果を説明する。
エンジンの回転動力が伝達されて回転子２が高速回転すると、遠心力の作用により鉄心６の各爪状磁極６Ｂが根元側を支点として径方向外側へ拡がる。この時、永久磁石８にも遠心力が作用するが、その永久磁石８の遠心力は爪状磁極の曲げの支点近くである爪根元部に働くので、爪状磁極６Ｂの曲げモーメントがそれ自身の遠心力によるもの以上に大きくなることを抑えることができる。これにより、爪状磁極６Ｂの拡がりに対して永久磁石８の影響を抑え、従来と同じような高速回転が可能となる。
【００１５】
なお、永久磁石８として汎用性に優れたフェライト焼結磁石を使用した場合には経済性を向上することができ、焼結磁石に比べて比重の小さい樹脂磁石を使用した場合には、永久磁石８の遠心力荷重が低減するため、鉄心６の回転強度を向上することができる。また、永久磁石８に代えて電磁石を用いても良く、回転子２は界磁巻線７をハウジングに固定したいわゆるブラシレス型として構成しても良い。
【００１６】
（第２実施例）
本実施例は、図６に示す様に、爪状磁極６Ｂの鍔部６ａの厚みが先端側から根元側へ向かって次第に大きく（厚く）形成されている。即ち、回転軸５の軸中心から鍔部６ａの内周面までの距離が爪状磁極６Ｂの先端側より根元側の方で小さくなる様に設けられている。一方、磁石保持器１２は、保持部１２Ａの底部１２ａの厚みが長手方向全体で等しく形成されている（図６（ａ）参照）。これにより、磁石保持器１２を鉄心６へ組付けた時（静止状態）に、爪状磁極６Ｂの根元側の方で保持部１２Ａ（底部１２ａ）と当接させることができる（図６（ｂ）参照）。その結果、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
（第３実施例）
本実施例は、図７（保持部１２Ａの斜視図）及び図８（ａ）に示す様に、磁石保持器１２の底部１２ａの厚みが、爪状磁極６Ｂの先端側に対向する部位より根元側に対向する部位の方が若干厚くなる様に、爪状磁極６Ｂの根元側に対向する部位に鍔部６ａ側へ突出する凸部１２ｂが形成されている。なお、爪状磁極６Ｂの鍔部６ａは、第１実施例と同様に厚みｔが一定に設けられている。
これにより、保持部１２Ａに永久磁石８を保持して鉄心６へ組付けた時（静止状態）に、図８（ｂ）に示す様に、底部１２ａの厚みの違いにより爪状磁極６Ｂの根元側の方で当接させることができる。
【００１８】
その結果、高速回転時に生じる遠心力の作用で爪状磁極６Ｂが根元側を支点として径方向外側へ拡がっても、爪状磁極６Ｂの根元側で永久磁石８を保持できるため、永久磁石８が遠心方向（径方向外側）へ移動するのを防止でき、永久磁石８を安定して保持することができる。
なお、凸部１２ｂの高さを高くして爪状磁極６Ｂの先端側で鍔部６ａ内周面と永久磁石８の外周面との間に若干の隙間を持たせることにより、爪状磁極６Ｂの根元側のみ鍔部６ａと永久磁石８とを当接させる様に設けても良い（図８（ｂ）参照）。
【００１９】
（第４実施例）
本実施例は、図９（ａ）に示す様に、爪状磁極６Ｂの鍔部６ａの厚みが先端側６a1と根元側６a2とで異なり、根元側６a2の方が厚く形成されている。即ち、回転軸５の軸中心から鍔部６ａの内周面までの距離が爪状磁極６Ｂの先端側６a1より根元側６a2の方で小さくなる様に設けられている。一方、磁石保持器１２は、保持部１２Ａの底部１２ａの厚みが長手方向全体で等しく形成されている（図９（ａ）参照）。これにより、磁石保持器１２を鉄心６へ組付けた時（静止状態）に、爪状磁極６Ｂの根元側６a2の方で底部１２ａが当接することができる（図９（ｂ）参照）。その結果、第３実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、鍔部６ａの厚みを先端側６a1と根元側６a2とを異ならせて爪状磁極６Ｂの先端側６a1で鍔部６ａ内周面と永久磁石８の外周面との間に若干の隙間を持たせることにより、爪状磁極６Ｂの根元側６a2のみ鍔部６ａと永久磁石８とを当接する様に設けても良い（図９（ｂ）参照）。
【００２０】
（変形例）
上記実施例では、磁石保持器１２を用いた例を示したが、磁石保持器１２を使用することなく、永久磁石８単体を直接隣合う爪状磁極６Ｂ間に介在させても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）永久磁石の組付け前断面図、（ｂ）永久磁石の組付け後断面図である（第１実施例）。
【図２】固定子と回転子の半断面図である。
【図３】爪状磁極の平面図である。
【図４】磁石保持器の斜視図である。
【図５】磁石保持器の保持部の斜視図である。
【図６】（ａ）永久磁石の組付け前断面図、（ｂ）永久磁石の組付け後断面図である（第２実施例）。
【図７】磁石保持器の斜視図である（第３実施例）。
【図８】（ａ）永久磁石の組付け前断面図、（ｂ）永久磁石の組付け後断面図である（第３実施例）。
【図９】（ａ）永久磁石の組付け前断面図、（ｂ）永久磁石の組付け後断面図である（第４実施例）。
【符号の説明】
２回転子
５回転軸
６ランデル型鉄心
６Ｂ爪状磁極
６ａ鍔部
８永久磁石
１２磁石保持器（磁石保持部材）
１２Ａ保持部
１２Ｂ連結部

Claims

複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心と、
隣合う前記爪状磁極の間に配設され、その隣合う前記爪状磁極間の漏洩磁束を減少させる極性に着磁された永久磁石と、
隣合う前記爪状磁極間に前記永久磁石を保持する磁石保持部材とを有する回転子を備えた車両用交流発電機において、
前記爪状磁極には、回転時に前記永久磁石が遠心方向へ飛び出すことを防止するために、前記爪状磁極の側面外周部より周方向へ突出する鍔部が設けられ、
前記磁石保持部材は、前記永久磁石の外周面を覆う底部を有し、前記回転子が静止状態の時に、前記爪状磁極の根元側で前記鍔部の内周面に前記底部が当接し、且つ前記爪状磁極の先端側で前記鍔部の内周面と前記底部との間に隙間を有した状態で前記永久磁石を保持していることを特徴とする車両用交流発電機。
前記磁石保持部材は、その外径が前記爪状磁極の先端側より根元側の方で大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。
前記磁石保持部材は、複数の前記永久磁石の各々を保持する複数の保持部と、この複数の保持部を環状に連結する連結部とを有し、前記保持部は、前記永久磁石の周側面と外周面とを包み込む箱形状に形成され、前記永久磁石の外周面を前記底部が覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用交流発電機。
複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心と、隣合う前記爪状磁極の間に配設され、その隣合う前記爪状磁極間の漏洩磁束を減少させる極性の永久磁石とを有する回転子を備えた車両用交流発電機において、
前記爪状磁極の側面外周部に形成され前記永久磁石の遠心方向への移動を規制する鍔部は、前記ランデル型鉄心回転軸から前記鍔部の内周面までの距離が前記爪状磁極の先端側より根元側の方で小さく形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。