JP3816863B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転子が、外周部の軸方向に爪状に突出し周方向に等間隔で形成された複数の爪状磁極を有する一対のポールコアの爪状磁極側を対向させ、ロータコイルを覆うように爪状磁極を噛み合わせた交流発電機または電動機の回転電機の回転子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この発明が対象とする従来の回転電機の回転子は、ロータコイルと外周部の軸方向に爪状に突出し、周方向に等間隔で形成された複数の爪状磁極を有する一対のポールコアからなり、一対のポールコアは爪状磁極を対向させロータコイルを覆うように回転軸の両側から嵌挿して爪状磁極を噛み合わせ、相対向する爪状磁極の側面に、隣り合う爪状磁極間の磁束の方向とは逆方向の磁界を与える磁石が配置された構成である。この回転子の外周部に、ステータコアに、ステータコイルが巻回されたステータが配置されて交流発電機または電動機の回転電機が構成されている(特許文献1の図17,図18参照)。
【0003】
この構成においては、ロータコイルによりポールコアが励磁されると、一方の爪状磁極はN極に着磁され、対向する他方の爪状磁極はS極に着磁される。この対向する各爪状磁極の側面に、爪状磁極の間の磁束の向きとは反対方向の磁界を与える磁石を配置したことにより、隣り合う爪状磁極の側面間の磁束を低減し、爪状磁極外周のステータ方向の磁束を多くしたものである。
【0004】
爪状磁極の側面に配置した磁石は、断面が略M字状に形成された補強体により爪状磁極の側面に保持された構成(特許文献1の図1〜図3参照)、または略C字状に形成された補強体により爪状磁極の側面に保持された構成(特許文献1の図4、5、7参照)が示されている。この構成は、回転子の回転により磁石に働く遠心力に対し、補強体により爪状磁極の軸心側で支持されて爪状磁極の側面に保持される。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−86715号公報、(第11頁図1〜図4、第2頁図5、図7、第13頁図18、第14頁図17参照)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の発電機または電動機の回転電機の回転子は、外周部の軸方向に爪状に突出し周方向に等間隔で形成された爪状磁極を有する一対のポールコアを回転軸の両側から爪状磁極を対向させてロータコイルを覆うように噛み合わせ、各爪状磁極の側面に補強体に支持された隣り合う爪状磁極の間の磁束の方向とは逆方向の磁界を与える磁石を配置した構成であり、磁石と爪状磁極の側面とは、回転停止状態において離れた状態にあり、回転子が回転して磁石に遠心力が働くと、磁石は爪状磁極の側面に密着するように構成されており、ロータの回転によって補強体に支持された磁石は、爪状磁極の側面に接離する状態となっている。
爪状磁極は先端方向に先細り形状であり、内面側は傾斜面となっているので、回転することによる磁石に加わる遠心力と振動によって、磁石を挟持した補強体が爪状磁極の先端方向に移動し、爪状磁極の側面と磁石との間に隙間ができて磁石が逸脱する問題点があった。
【0007】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一対のポールコアの爪状磁極側面に配置した磁石に対し、回転子の回転数の変化および回転・停止の繰り返しがあっても磁石は移動しないで爪状磁極の側面への固着状態が維持される回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【0008】
【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は、回転軸と、回転軸の外周を周回するように配置されたロータコイルと、外周部の軸方向に爪状に突出し周方向に等間隔で形成された複数の爪状磁極が形成され、爪状磁極側が対向する方向に上記回転軸の両側から上記ロータコイルを包囲するように嵌挿して爪状磁極を噛み合せた一対のポールコアと、爪状磁極の両側に配置して隣接する爪状磁極間の磁束方向に対して逆方向の磁界を与える磁石と、この磁石を爪状磁極の両側面に配置する磁石装着部材とからなり、磁石装着部材は、両側に磁石を爪状磁極の側部に保持する磁石保持部を形成し、中間部を爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状とした断面C字状に形成し、この磁石装着部材の両側の磁石保持部に磁石を装着して磁石組立体を構成し、ポールコアの各爪状磁極は、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部を形成し、磁石組立体は、磁石装着部材の中間部が爪状磁極の軸心側傾斜面に沿わせて係止部で係止されるように装着し、磁石組立体の軸心側傾斜面の傾斜方向が交互となる爪状磁極の付け根側に沿う外周面を形成したバックアップリングを爪状磁極に装着された磁石組立体の軸心側傾斜面に沿わせて装着したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明の対象とする発電機または電動機の回転電機の断面図を図1、その回転子の斜視図を図2に示す。この回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケット1Aとリヤブラケット1Bで構成されたケース1と、このケース1の内壁に固定されたステータコア3とステータコイル4からなるステータ2と、ステータコイル4に接続され、ステータコイル4に生じた交流電圧を直流電圧に整流する整流器5と、ステータコイル4で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ6と、下記の回転子10に励磁電流を供給するブラッシ7Aを収納したブラッシホルダ7と、ブラッシホルダ7に嵌着されたヒートシンク8とを備え、回転子10は、回転軸11と、この回転軸11の外周を周回するように配置されたロータコイル12と、外周部の軸方向に爪状に突出した複数の爪状磁極14aまたは15aが形成された一対のフロント側のポールコア14とリア側のポールコア15でポールコアの部分を構成し、この一対のポールコア14、15を回転軸11の両側から、爪状磁極14aと15aを対向させた向きとしてロータコイル12を包囲するように嵌挿して爪状磁極14aと15aを噛み合わせ、各爪状磁極14aおよび15aの両側には、隣り合う爪状磁極14aと15aの間の磁束の方向の逆方向の磁界を与える磁石21を磁石装着部材22の磁石保持部22aに装着して磁石組立体20とし、この磁石組立体20を各爪状磁極14aおよび15aに装着した構成としている。
回転軸11にはロータコイル12に励磁電流を取り込むスリップリング16と、ポールコア14、15の軸端側にはファン17が取り付けられ、回転子10は回転軸11の両端でベアリング9Aおよび9Bを介してフロント側のブラケット1Aとリア側のブラケット1Bに回動自在に支持され、回転軸11の一端側にプーリ18が取り付けられている。
【0010】
回転子10のポールコア14、15の爪状磁極14a、15aは、ロータコイル12により励磁されると、例えば、ポールコア14の爪状磁極14aはN極に磁化され、ポールコア15の爪状磁極15aはS極に磁化される。磁石21は、磁化された爪状磁極14aと15aとの間の磁束の方向に対して、逆方向の磁束を与えて外周方向に分布する磁束を多くするために配置するものであって、N極に磁化された爪状磁極14aの側面には、磁石21のN極が対向し、S極に磁化された爪状磁極15aの側面にはS極が対向するように配置する。このように爪状磁極14a、15aの側面に反対方向の磁束を与える磁石21を配置したことにより、磁化された爪状磁極14a、15aの磁束はステータ2側に広がり、ステータ2と鎖交する磁束が多くなる。
【0011】
次に磁石21を爪状磁極14aまたは15aの側面に配置する構成について説明する。
回転子10のポールコア14または15の爪状磁極14aまたは15aの部分の斜視図を図3、爪状磁極14aまたは15aの軸方向の断面図を図4に示す。図5は磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面にバックアップリング31を装着した場合の断面図である。爪状磁極14aまたは15aの軸心側斜面の先端部軸心側に係止部14bまたは15bを形成し軸心側傾斜面を段差面14cまたは15cとして下記の磁石装着部材22がはまり込むように図4の通りに形成している。磁石21の形状は、爪状磁極14a、15aの側面形状に合わせて側面が台形形状の板状に形成されている。磁石21は装着状態で爪状磁極14aまたは15aの側面に位置するように装着する磁石装着部材22は、磁石21が爪状磁極14aまたは15aの側面に位置する状態でポールコア14または15の外周側となる面から外側面に沿うよう折り曲げて磁石保持部22aを形成し、中間部22bが爪状磁極14a、15aの軸心側傾斜面に沿う平面状に形成した断面C字状に形成されている。磁石装着部材22は、例えば非磁性材の0.5mm程度のステンレス鋼板により製作する。磁石装着部材22の両側の磁石保持部22aに磁石21を装着して磁石組立体20を構成し、各爪状磁極14aおよび15aに装着する。磁石21の形状は側面は必ずしも台形形状である必要はなく、矩形であってもよい。
【0012】
磁石組立体20の装着は、磁石組立体20の磁石装着部材22の中間部22bが爪状磁極14aまたは15aの軸心側傾斜面に設けた段差面14cまたは15cにはめ込んで装着する。次に、図5に示すように断面が山形のバックアップリング31を磁石組立体20の磁石装着部材22の中間部22aの軸心側傾斜面の付け根部分に沿うように装填し、ポールコア14および15を回転軸11の両側からロータコイル12を包囲するように爪状磁極14aと15aが噛み合うように嵌挿する。
【0013】
このように爪状磁極14あまたは15aに装着された磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿うようにバックアップリング31を配置した構成にすると、回転子10が回転しても磁石組立体20は爪状磁極14aまたは15aの段差面14c、15cの縁部で規制されるとともに磁石組立体20が爪状磁極14aまたは15aに強固に固着され、磁石組立体20が爪状磁極14a、15aの段差面14c、15cから浮き上がることがなくなり、先端方向に移動することもなくなる。
【0014】
バックアップリング31の外径は、当接する磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を与えるように、磁石装着部材22の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を加えることができ、爪状磁極14aまたは15aと磁石組立体20はさらに強固に固着することができる。
【0015】
実施の形態2.
実施の形態2は、磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿わせて、外周面を円錐面とした傘形形状のリングの大径側を向かい合わせにしたバックアップリングを装填した構成である。図6にそのバックアップリングを装着した場合の構成を示す。図6(a)は断面図、図6(b)はバックアップリングの形状を示すものである。
【0016】
この構成では、バックアップリング41の外周面は磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿うように円錐状に形成し、磁石組立体20を爪状磁極14aまたは15aに装着した後に、磁石組立体20の磁石装着部材22の中間部22bに、バックアップリング41の大径側を対向させて装填し、ポールコア14および15を回転軸11の両側から爪状磁極14aと15aを対向させて嵌挿することで組み立てられる。
【0017】
この場合においても、バックアップリング41の外径は、当接する磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を与えるように、磁石装着部材22の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を加えることができ、爪状磁極14aまたは15aと磁石組立体20はさらに強固に固着することができる。
【0018】
実施の形態3.
実施の形態3は、磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿わせて、筒状部材の外周面を山形に成型したバックアップリングを装填した構成である。図7にそのバックアップリングを装填した構成図を示す。図7(a)は断面図、図7(b)はバックアップリングの形状を示すものである。
【0019】
この構成では、バックアップリング51を円筒状部材をの外周面を、交互に配置された磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿うように外周面を山形に成型した構成とし、磁石組立体20を爪状磁極14aまたは15aに装着した後に、磁石組立体20の磁石装着部材22の中間部22bに、バックアップリング51を装填し、ポールコア14および15を回転軸11の両側から爪状磁極14aと15aを対向させて嵌挿することで組み立てられる。
【0020】
この構成では、バックアップリング51が円筒状部材を山形に成型する構成であり、加工性がよく低コストで製作できる。
【0021】
この場合においても、バックアップリング51の外径は、当接する磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を与えるように、磁石装着部材の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を加えることができ、爪状磁極14aまたは15aと磁石組立体20はさらに強固に固着することができる。
【0022】
実施の形態4.
実施の形態4は、磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿わせて、外周面を筒状部材の外周面を交互に配置された磁石組立体の軸心側傾斜面に合わせた傾斜面61aを左右交互に加工したバックアップリング61を装填した構成であり、図8にバックアップリングを装填した構成図を示す。図8(a)は断面図、図8(b)はバックアップリングの形状を示すものである。
【0023】
この構成では、バックアップリング61を円筒状部材の外周面を、交互に配置された磁石組立体20の軸心側傾斜面に沿うように傾斜面61aを左右交互に加工した構成とし、磁石組立体20を爪状磁極14aまたは15aに装着した後に、磁石組立体20の磁石装着部材22の中間部22bに、バックアップリング61を装填し、ポールコア14および15を回転軸11の両側から爪状磁極14aと15aを対向させて嵌挿することで組み立てられる。
【0024】
この構成では、バックアップリング61が円筒状部材を機械加工により自動的に加工できる効果がある。
【0025】
この場合においても、バックアップリング61の外径は、当接する磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を与えるように、磁石装着部材の軸心側直径に対して押圧時の弾性変形量を見込んだ直径として装填すると、装着時に磁石装着部材22の中間部22bに押圧力を加えることができ、爪状磁極14aまたは15aと磁石組立体20はさらに強固に固着することができる。
【0026】
実施の形態5.
実施の形態5は、実施の形態1〜実施の形態4において磁石組立体20を爪状磁極14aおよび15aに装着し、その軸心側傾斜面に沿うようにバックアップリングを装填した構成の回転子10を組立後に樹脂含浸する実施の形態である。組立完了した回転子10に樹脂を含浸すると、爪状磁極14aおよび15aと磁石組立体20との間の隙間および磁石21と爪状磁極14aおよび15aの側面との間の隙間に樹脂が含浸され、それぞれの部材間の隙間がなくなり固着された状態となる。
【0027】
このように回転子10を樹脂含浸した構成にすると、回転子10が回転しても磁石21の装着部が扇動するようなことがなくなり、振動、騒音の発生が抑制され、高品質の回転子10が得られる。
【0028】
【発明の効果】
この発明の係る回転電機の回転子は、ポールコアの爪状磁極の両側に配置する磁石を磁石装着部材の磁石保持部に装着して磁石組立体を構成し、ポールコアの各爪状磁極は、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部を形成し、磁石組立体は、磁石装着部材の中間部が爪状磁極の軸心側傾斜面に沿わせ係止部で係止されるように装着し、磁石組立体の軸心側傾斜面の傾斜方向が交互となる爪状磁極の付け根側に沿う外周面を形成したバックアップリングを爪状磁極に装着された磁石組立体の軸心側傾斜面に沿わせて装着したものであり、回転子の回転時に磁石組立体の磁石部分に働く遠心力によって爪状磁極の先端方向にずれることが規制され、バックアップリングにより固着されているので、磁石組立体が爪状磁極の先端方向にずれることがなくなり、磁石が逸脱することが防止された回転電機の回転子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 回転電機の構成を示す断面図である。
【図2】 回転電機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図3】 回転子の爪状磁極の構成を示す部分斜視図である。
【図4】 爪状磁極の断面図である。
【図5】 磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が山形断面形状としたバックアップリングを装着した構成図である。
【図6】 磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が円錐状に形成した傘形リングを対向させたバックアップリングを装着した構成図である。
【図7】 磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が筒状部材の外周を山形断面形状に成型したバックアップリングを装着した構成図である。
【図8】 磁石組立体の磁石装着部材の軸心側傾斜面に外周部が筒状部材のの外周を、交互に配置した磁石組立体の軸心側傾斜面に合わせた傾斜面を左右交互に加工したバックアップリングを装填した構成図である。
【符号の説明】
1 ケース、2 ステータ、3 ステータコア、4 ステータコイル、
10 回転子、11 回転軸、12 ロータコイル、14,15 ポールコア、
14a,15a 爪状磁極、14b,15b 係止部、
14c,15c 段差面、20 磁石組立体、21 磁石、
22 磁石装着部材、31 バックアップリング、41 バックアップリング、
51 バックアップリング、61 バックアップリング。
Claims (7)
- 回転軸と、該回転軸の外周を周回するように配置されたロータコイルと、外周部の軸方向に爪状に突出し、先端になるにしたがって厚さが薄くなり軸心側が傾斜面となった複数の爪状磁極が周方向に等間隔で形成され、該爪状磁極側が対向する方向に上記回転軸の両側から上記ロータコイルを包囲するように嵌挿されて上記爪状磁極が噛み合わされた一対のポールコアと、上記爪状磁極の両側に配置されて隣接する爪状磁極間の磁束方向に対して逆方向の磁界を与える磁石と、該磁石を上記爪状磁極の両側面に配置する磁石装着部材とからなり、上記磁石装着部材は、両側に上記磁石を上記爪状磁極の側部に保持する磁石保持部が形成され、中間部は上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状とした断面がC字状に形成され、この磁石装着部材の両側の磁石保持部に上記磁石が装着されて磁石組立体が構成され、上記一対のポールコアの各爪状磁極は、軸心側傾斜面の先端部軸心側に係止部が形成され、上記磁石組立体は、上記磁石装着部材の中間部が、上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿い上記係止部で係止されるように装着され、各爪状磁極に装着された上記磁石組立体の軸心側傾斜面の傾斜方向が交互となる爪状磁極の付け根側に沿う外周面を形成したバックアップリングが上記爪状磁極に装着された上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿わせて装着されていることを特徴とする回転電機の回転子。
- 上記バックアップリングは、断面の外径側が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿う山形形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機の回転子。
- 上記バックアップリングは、外周面が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿う傾斜面に形成された一対の傘形リングとしたことを特徴とする請求項1記載の回転電機の回転子。
- 上記バックアップリングは、円筒形部材の外周が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿う山形形状に成型されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機の回転子。
- 上記バックアップリングは、円筒部材の外形面に、傾斜面の方向が交互となる上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿うように、左右交互に傾斜面を形成したことを特徴とする請求項1記載の回転電機の回転子。
- 上記バックアップリングは、外周の傾斜面が上記磁石組立体の軸心側傾斜面に沿って弾性変形する弾性変形量を見込んだ外形寸法としたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の回転電機の回転子。
- 上記回転子の組立後に、回転子全体に樹脂含浸したことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の回転電機の回転子。
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