JP3964378B2

JP3964378B2 - 車両用回転電機

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Publication number: JP3964378B2
Application number: JP2003363553A
Authority: JP
Inventors: 勝栗林; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2023-10-23
Also published as: US7067954B2; DE102004051317A1; KR100616196B1; KR20050039561A; CN1627613B; FR2861512B1; DE102004051317B4; US20050088056A1; CN1627613A; JP2005130610A; FR2861512A1

Description

この発明は、回転子の爪状磁極部間に配設された永久磁石を有する車両用回転電機に関し、特に、各種特性の向上を図るための爪状磁極形状に対する永久磁石形状に関するものである。

従来の車両用回転電機では、回転子鉄心の爪状磁極部がその外周面形状を先端側短辺、基端部側長辺および２つの斜辺からなる台形に形成され、永久磁石が爪状磁極部間に配設されている。そして、バッテリ過充電の防止および高効率高出力を目的として、永久磁石の残留磁束密度をＢｒ、爪状磁極部の先端側短辺から基端部側長辺までの磁極部長さをＬ、爪状磁極部の基端部側長辺の長さをＷ、爪状磁極部の２つの斜辺のなす角度を２θとしたとき、爪状磁極部および永久磁石を０．２≦Ｂｒ・｛Ｌ／（Ｗ・ｃｏｓθ）｝≦０．８を満足するように構成している（例えば、特許文献１参照）。

特許第２９９０８１０号公報

従来の車両用回転電機では、回転子鉄心を流れる磁束が爪状磁極部の基端部側で飽和して発生する無効磁束に対しては、何ら考慮されておらず、界磁巻線を流れる界磁電流により発生する磁束が有効に活用されていなかった。
また、爪状磁極部間に配設される永久磁石は、周方向側面形状を爪状磁極部の先端側短辺から基端部側長辺までの長さを長辺および爪状磁極部の基端部側径方向長さを短辺とする長方形形状に形成されているので、永久磁石の周方向側面の一部が内径側で爪状磁極部の周方向側面に接触せず、永久磁石の付加磁束が効率的に利用されていなかった。

この発明は、界磁巻線への通電により回転子鉄心に発生する磁束を有効に活用できるとともに、爪状磁極部の周方向側面形状に対する永久磁石の周方向側面形状を規定し、永久磁石による付加磁束を効率的に利用できる車両用回転電機を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機は、円柱状のボス部、該ボス部の軸方向一端から径方向外方に延設された第１継鉄部、該ボス部の軸方向他端から径方向外方に延設された第２継鉄部、該第１継鉄部からそれぞれ軸方向他端側に延設され、かつ、周方向に所定ピッチで配列され、径方向の最外周面形状が先端側の周方向短辺、基端部側の周方向長辺および２つの斜辺からなる台形に形成された複数の第１爪状磁極部、および、該第２継鉄部から軸方向一端側に延設され、かつ、周方向に所定ピッチで配列され、径方向の最外周面形状を先端側の周方向短辺、基端部側の周方向長辺および２つの斜辺からなる台形に形成され、該第１爪状磁極部と周方向に交互に配列する複数の第２爪状磁極部を有する回転子鉄心と、上記ボス部に巻装された界磁巻線とを有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフト周りに回転自在に配設された回転子を備えている。さらに、円筒状の固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻装された固定子巻線とを有し、該固定子鉄心が上記回転子鉄心を取り囲むように同軸的に配設された固定子と、周方向に隣接する上記第１および第２爪状磁極部間のそれぞれに、該第１および第２爪状磁極部の周方向側面に接するように配設された第１および第２永久磁石からなる永久磁石とを備えている。そして、上記第１および第２永久磁石は、それぞれ接する上記第１および第２爪状磁極部の周方向側面形状内に位置し、かつ少なくとも上記第１爪状磁極部の先端部を除く周方向側面を相対する上記第２爪状磁極部の先端部を除く周方向側面に投影したときの両者の重なり領域を含む断面形状に形成され、かつそれぞれ接する上記第１および第２爪状磁極部の根元部内径側に相対する部位が切り欠かれて除去され、上記第１永久磁石の基端部および先端部の軸方向端面の軸方向位置が上記第２永久磁石の先端部および基端部の軸方向位置に一致している。さらに、上記固定子鉄心の軸方向長さ（Ｌ_１）が、上記第１および第２継鉄部の相対する端面間の軸方向距離（Ｌ_２）に対して、Ｌ_１＞Ｌ_２を満足するように構成されている。

この発明によれば、固定子鉄心の軸方向長さ（Ｌ_１）が、第１および第２継鉄部の相対する端面間の軸方向距離（Ｌ_２）に対して、Ｌ_１＞Ｌ_２を満足するように構成されているので、回転子鉄心に発生する磁束が効率的に固定子鉄心に流れ、無効磁束を低減させることができる。また、第１および第２永久磁石が第１および第２爪状磁極部の周方向側面に接するように配設されているので、第１および第２永久磁石による付加磁束分も固定子鉄心に無駄なく流れる。さらに、第１および第２永久磁石は、それぞれ接する第１および第２爪状磁極部の根元部内径側に相対する部位が切り欠かれて除去されているので、付加磁束への寄与度の小さい磁石部分が切り欠かれ、磁束を有効磁束として効率的に利用できる磁石形状となる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示す縦断面図、図２は図１に示される車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。

図１において、車両用回転電機１は、アルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３に回転自在に支持されたシャフト６と、このシャフト６のケース３から延出する一端部に固着されたプーリ４と、シャフト６に固定されてケース３内に配設されたランデル型の回転子７と、この回転子７を囲繞するようにケース３に固定された固定子８と、シャフト６の他端側に固定されて回転子７に電流を供給するスリップリング９と、ブラシホルダ１０内に収納され、スリップリング９の表面を摺動する一対のブラシ１１と、シャフト６のケース３から延出する他端部に取り付けられて回転子７の回転位置を検出する回転位置センサ１２とを備えている。

そして、回転子７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１５と、この界磁巻線１５を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成される鉄製の第１および第２磁極鉄心１６Ａ、１６Ｂからなる回転子鉄心１６とを備えている。第１磁極鉄心１６Ａは、円柱状の第１ボス部１７Ａ、第１ボス部１７Ａの軸方向一端から径方向外方に延設された第１継鉄部１８Ａ、第１継鉄部１８Ａから軸方向他端側にそれぞれ延設された第１爪状磁極部１９Ａを備えている。同様に、第２磁極鉄心１６Ｂは、円柱状の第２ボス部１７Ｂ、第２ボス部１７Ｂの軸方向他端から径方向外方に延設された第２継鉄部１８Ｂ、第２継鉄部１８Ｂから軸方向一端側にそれぞれ延設された第２爪状磁極部１９Ｂを備えている。そして、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂは、それぞれ、周方向に所定ピッチで例えば８つ配列されている。さらに、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂのそれぞれは、その径方向の最外周面が、先端側の周方向短辺、基端部側の周方向長辺および２つの斜辺からなる台形形状をなし、かつ、その各周方向側面が、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺および先端側の径方向短辺の下端と第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの内周根元部とを結ぶ斜辺からなる先細り形状に形成されている。そして、第１および第２磁極鉄心１６Ａ、１６Ｂは、第１ボス部１７Ａの他端面と第２ボス部１７Ｂの一端面とを突き合わせ、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂを互いに噛み合わせて配置され、シャフト６を第１および第２ボス部１７Ａ、１７Ｂの軸心位置に圧入して一体化されている。なお、界磁巻線１５が第１および第２ボス部１７Ａ、１７Ｂに巻回され、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂに覆われている。

また、固定子８は、磁性鋼板を積層して作製された円環状の固定子鉄心１３と、固定子鉄心１３に巻装された固定子巻線１４とを備え、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの径方向の最外周面と固定子鉄心１３の内周面との間に均一なエアギャップを形成するように回転子７と同軸に配置され、フロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されている。
また、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂからなる永久磁石が、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂ間のそれぞれに配設されている。そして、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂ間のそれぞれにおいて、第１永久磁石２０Ａが、第１爪状磁極部１９Ａの周方向側面に接するように配設され、第２永久磁石２０Ｂが、第２爪状磁極部１９Ｂの周方向側面に接するように配設されている。また、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂと接する側面形状と等しい断面形状を有するバルク体に作製されており、周方向から見て、接する第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面形状内に位置するように配置されている。さらに、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂ同士の漏れ磁束を低減するように着磁されている。即ち、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂのそれぞれは、周方向に接する第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂに現れる極性に一致するように着磁されている。

ここで、固定子鉄心１３の軸方向長さＬ_１は、図２に示されるように、回転子鉄心１６の第１および第２継鉄部１８Ａ、１８Ｂの相対する端面間距離Ｌ_２に対して、Ｌ_１＞Ｌ_２となるように構成されている。

ついで、この実施の形態１による効果について図３および図４を参照しつつ説明する。
図３は従来の車両用回転電機における界磁巻線を流れる界磁電流により発生する磁束の状態を示す模式図である。図３において、固定子鉄心１３の軸方向長さＬ_１が、回転子鉄心１６の第１および第２継鉄部１８Ａ、１８Ｂの相対する端面間距離Ｌ_２に対して、Ｌ_１≦Ｌ_２を満足し、かつ、回転子鉄心１６におけるボス部、継鉄部および爪状磁極部の根元部の磁路断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３が全て等しく（Ｓ_１＝Ｓ_２＝Ｓ_３）なるように設計されていれば、固定子鉄心１３を通らない無効磁束ΦＡの発生が最小に抑えられる。しかし、回転子鉄心１６における各部の磁路断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３がＳ_１＝Ｓ_２＞Ｓ_３となるように設計されていると、磁束は爪状磁極部の根元部で飽和してしまう。その結果、固定子鉄心１３を通らない無効磁束ΦＡが発生して、効率的ではない。

図４はこの発明に係る実施の形態１による車両用回転電機における界磁巻線を流れる界磁電流により発生する磁束の状態を示す模式図である。図４において、固定子鉄心１３の軸方向長さＬ_１が、回転子鉄心１６の第１および第２継鉄部１８Ａ、１８Ｂの相対する端面間距離Ｌ_２より大きく形成されている。そこで、回転子鉄心１６における各部の磁路断面積Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３がＳ_１＝Ｓ_２＞Ｓ_３となるように設計され、磁束が爪状磁極部の根元部で飽和してしまっても、図３において無効磁束ΦＡとなっていた磁束は固定子鉄心１３に有効磁束として付加されることになる。その結果、回転子鉄心１６に発生した磁束が有効に活用されることになる。また、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂに接するように配設されている第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂによる付加磁束分ΦＢも固定子鉄心１３に無駄なく流れる。

このように、実施の形態１によれば、固定子鉄心１３の軸方向長さＬ_１が、回転子鉄心１６の第１および第２継鉄部１８Ａ、１８Ｂの相対する端面間距離Ｌ_２に対し、Ｌ_１＞Ｌ_２を満足するように形成されているので、回転子鉄心１６に発生する磁束が効率的に固定子鉄心１３に流れ、無効磁束ΦＡを低減させることができる。また、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂが第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面に接するように配設されているので、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂによる付加磁束分ΦＢも固定子鉄心１３に無駄なく流れる。
また、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂが、周方向から見て、接する第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面形状内に位置するように配置されているので、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの全周方向側面が第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面に接触し、永久磁石の付加磁束が効率的に利用される。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。
図５において、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺および先端側の径方向短辺の下端と第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの内周根元部とを結ぶ斜辺からなる先細り形状の第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面に合致する側面形状（断面形状）に作製されている。そして、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部は、固定子鉄心１３の軸方向端面に対して軸方向内側に位置している。そこで、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部の軸方向端面間の距離である永久磁石の軸方向長さＬ_３は、Ｌ_１＞Ｌ_３＞Ｌ_２を満足している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

つぎに、１２Ｖ系電圧で運転される１６極ランデル型回転電機において永久磁石の断面積を変えて力行トルク増加分およびゼロ界磁電流無負荷誘起電圧を測定した結果を図６に示す。なお、図６の（ａ）は永久磁石の断面積と力行トルク増加分との関係を示し、図６の（ｂ）は永久磁石の断面積とゼロ界磁電流無負荷誘起電圧との関係を示している。また、図７は永久磁石の断面積と軸方向長さ（Ｌ_３）との関係を説明する図である。
ここで、永久磁石２０は、図７に示されるように、軸方向長さＬ_３を変えることにより、爪状磁極部１９の周方向側面と接する面積、即ち爪状磁極部１９の周方向側面と平行な平面における断面積を変えている。そして、永久磁石２０ａは、図６中点Ａに対応する磁石であり、基端部が固定子鉄心１３の軸方向外側に位置している（Ｌ_３＞Ｌ_１）。また、永久磁石２０ｂは、図６中点Ｂに対応する磁石であり、基端部が固定子鉄心１３の軸方向端面と一致している（Ｌ_３＝Ｌ_１）。また、永久磁石２０ｃは、図６中点Ｃに対応する磁石であり、基端部が爪状磁極１９の内周根元部と一致している（Ｌ_３＝Ｌ_２）。

図６の（ａ）から、力行トルクの増加分は、磁石面積の増加に比例して増加しているが、磁石面積が２７０ｍｍ^２（点Ｂ）を超えると、力行トルクの増加分の増加割合が低下していることが分かる。磁石面積が２７０ｍｍ^２を超えた領域では、磁石面積の増加させることによる力行トルクの増加分の増大効果が小さくなる。つまり、永久磁石の単位磁石量当たりの力行トルクの増加量が小さくなる。
また、図６の（ｂ）から、ゼロ界磁電流無負荷誘起電圧は、磁石面積が１８０ｍｍ^２（点Ｃ）より大きい領域では、磁石面積の増加に比例して増加し、磁石面積が２７０ｍｍ^２（点Ｂ）を超えると電源系電圧である１２Ｖを超えてしまう。そして、磁石面積が１８０ｍｍ^２（点Ｃ）以下の領域では、磁石面積を増加させることによるゼロ界磁電流無負荷誘起電圧の増大効果が小さくなる。つまり、永久磁石の単位磁石量当たりのゼロ界磁電流無負荷誘起電圧の増加量が小さくなる。

このことから、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの断面積は、力行トルクおよびゼロ界磁電流無負荷誘起電圧の観点から、１８０ｍｍ^２より大きく、２７０ｍｍ^２以下に設定することが望ましい。つまり、永久磁石の軸方向長さＬ３を、Ｌ_１≧Ｌ_３＞Ｌ_２とすることが望ましい。
この実施の形態２では、永久磁石の軸方向長さＬ_３が、Ｌ_１＞Ｌ_３＞Ｌ_２を満足しているので、ゼロ界磁電流無負荷誘起電圧を電源系電圧内に抑えることができるとともに、単位磁石量当たりの力行トルクおよびゼロ界磁電流無負荷誘起電圧の増加量が大きく、永久磁石の効率的な配置となる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。
図８において、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺および先端側の径方向短辺の下端と第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの内周根元部とを結ぶ斜辺からなる先細り形状の第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面に合致する側面形状（断面形状）に作製されている。そして、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部の位置は、軸方向に関して、固定子鉄心１３の軸方向両端の位置に一致している。即ち、永久磁石の軸方向長さＬ_３は、固定子鉄心１３の軸方向長さＬ_１に対して、Ｌ_３＝Ｌ_１を満足している。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

この実施の形態３によれば、永久磁石の軸方向長さＬ_３が固定子鉄心１３の軸方向長さＬ_１と等しく作製されている。そこで、上記実施の形態２と同様に、ゼロ界磁電流無負荷誘起電圧を電源系電圧内に抑えることができるとともに、単位磁石量当たりの力行トルクおよびゼロ界磁電流無負荷誘起電圧の増加量が大きく、永久磁石の効率的な配置となる。
また、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂによる付加磁束が漏れ磁束となることなく固定子鉄心１３に流れる。そこで、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂによる付加磁束が最大限に活用されるので、永久磁石のより効率的な配置となる。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。
図９において、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺および先端側の径方向短辺の下端と第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの内周根元部とを結ぶ斜辺からなる先細り形状の第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面に合致する側面形状（断面形状）に作製されている。そして、第１永久磁石２０Ａの基端部および先端部の軸方向端面の位置が、軸方向に関して、第２永久磁石２０Ｂの先端部および基端部の軸方向端面の位置と一致している。さらに、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部は、固定子鉄心１３の軸方向端面に対して軸方向内側に位置している。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

この実施の形態４においても、永久磁石の軸方向長さＬ_３が、Ｌ_１≧Ｌ_３＞Ｌ_２を満足しているので、上記実施の形態２と同様に、ゼロ界磁電流無負荷誘起電圧を電源系電圧内に抑えることができるとともに、単位磁石量当たりの力行トルクおよびゼロ界磁電流無負荷誘起電圧の増加量が大きく、永久磁石の効率的な配置となる。
また、第１永久磁石２０Ａの基端部および先端部の軸方向端面の軸方向位置が、第２永久磁石２０Ｂの先端部および基端部の軸方向端面の軸方向位置と一致し、さらに第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの先端部が第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの先端部に合致しているので、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂ間の漏れ磁束を確実に低減できる。

実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。
図１０において、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、基端部の内径側が切り欠かれて除去されて基端部の軸方向端面に交差する傾斜面に形成され、先端部の軸方向端面の軸方向位置が第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの先端部に対して基端部側に位置している。つまり、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺および先端側の径方向短辺の下端と第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの内周根元部とを結ぶ斜辺からなる先細り形状の第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの周方向側面に、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの先端部および基端部内周部を除く領域で、ほぼ合致する側面形状（断面形状）に作製されている。
そして、第１永久磁石２０Ａの基端部および先端部の軸方向端面の軸方向位置が、第２永久磁石２０Ｂの先端部および基端部の軸方向端面の軸方向位置と一致している。さらに、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部は、固定子鉄心１３の軸方向端面に対して軸方向内側に位置している。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

この実施の形態５では、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの径方向外周部は固定子鉄心１３に近接しており、この部分における永久磁石による付加磁束は固定子鉄心１３に流れて有効磁束となる。しかし、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部の内径側は、固定子鉄心１３から離間し、この部分における永久磁石による付加磁束は固定子鉄心１３に流れにくく、有効磁束と成り難い。

この実施の形態５においては、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部の内径側である付加磁束への寄与度の小さい永久磁石部分が切り欠かれているので、永久磁石の磁束を有効磁束として効率的に利用できる磁石形状となり、付加できる有効磁束を確保して永久磁石の小型化を図ることができる。
また、この実施の形態５においても、永久磁石の軸方向長さＬ_３が、Ｌ_１≧Ｌ_３＞Ｌ_２を満足しているので、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。
図１１において、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、上記実施の形態５に比べて基端部の内径側の切り欠き量を多くして、第１爪状磁極部１９Ａの周方向側面を相対する第２爪状磁極部１９Ｂの周方向側面に投影したときの両者の重なり領域（重畳面）と合致する側面形状（断面形状）に形成されている。そして、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂの基端部は、固定子鉄心１３の軸方向端面に対して軸方向内側に位置している。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

この実施の形態６によれば、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂが、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂの相対する周方向側面を周方向に重ね合わせてなる重畳面と実質的に一致する断面形状に形成されているので、第１および第２爪状磁極部１９Ａ、１９Ｂ間の漏れ磁束を確実に低減できる。
また、第１および第２永久磁石２０Ａ、２０Ｂは、その内径側である付加磁束への寄与度の小さい永久磁石部分が切り欠かれているので、永久磁石の磁束を有効磁束として効率的に利用できる磁石形状となり、付加できる有効磁束を確保して永久磁石の一層の小型化を図ることができる。
また、この実施の形態６においても、永久磁石の軸方向長さＬ_３が、Ｌ_１≧Ｌ_３＞Ｌ_２を満足しているので、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

実施の形態７．
上記実施の形態１乃至６では、爪状磁極部の周方向側面に配置される永久磁石の形状、配置を規定するものとしているが、この実施の形態７では、爪状磁極部の片側の周方向側面面積に対する永久磁石の側面面積（断面面積）の関係を規定している。

図１２はこの発明の実施の形態７に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図、図１３はこの発明の実施の形態７に係る車両用回転電機における磁石面積比と力行運転時最大トルク増加分との関係を表す図である。

ここで、磁石面積比とは、爪状磁極部の周方向側面面積Ｓｐに対する永久磁石の側面面積（断面積）Ｓｍの占める割合（Ｓｍ／Ｓｐ）である。そして、爪状磁極部の片側の周方向側面面積Ｓｐは、図１２中斜線で示されるように、第１爪状磁極部１９Ａの周方向側面において、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺、先端側の径方向短辺の下端と第１爪状磁極部１９Ａの内周根元部とを結ぶ斜辺および固定子鉄心１３の軸方向端面に一致する径方向の直線で囲まれた領域の面積である。一方、永久磁石の側面面積Ｓｍは、第１爪状磁極部１９Ａの周方向側面に接する第１永久磁石２０Ａの面積である。そして、第１永久磁石２０Ａは、先端側の径方向短辺、該最外周面を構成する斜辺および先端側の径方向短辺の下端と第１爪状磁極部１９Ａの内周根元部とを結ぶ斜辺からなる第１爪状磁極部１９Ａの周方向側面に合致する側面形状を有し、径方向直線で構成される基端側長辺の軸方向位置を変えて側面面積Ｓｍを変えている。なお、第２爪状磁極部１９Ｂおよび第２永久磁石２０Ｂについても同様である。

ついで、回転子外径：１０５．５ｍｍ、固定子鉄心外径：１３５ｍｍとする車両用回転電機において、爪状磁極部の周方向側面面積Ｓｐに対する永久磁石の側面面積（断面積）Ｓｍの占める割合（Ｓｍ／Ｓｐ）を変えて永久磁石追加による力行運転時最大トルク増加分を測定し、その結果を図１３に示す。なお、ゼロ界磁電流運転時の誘起電圧は電源系電圧を超えないように永久磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）を設定している。

図１３から、磁石面積比が大きくなるにつれ、力行運転時最大トルク増加分の増加量が増え、磁石面積比が約０．９の時に、力行運転時最大トルク増加分の増加量が６．５Ｎｍと最大値をとり、磁石面積比が０．９を超えると、力行運転時最大トルク増加分の増加量が減少していることがわかる。
このように、ゼロ界磁電流運転時において、誘起電圧が電源系電圧を超えないように永久磁石のＢｒを選択しながら、爪状磁極部の側面面積と永久磁石の面積との比（Ｓｍ／Ｓｐ）をＳｍ／Ｓｐ≦１．０（特性のバラツキを考慮して）を満足するようにすることにより、最も効率的な磁石形状による特性向上が得られる。

この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機を示す縦断面図である。図１に示される車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。従来の車両用回転電機における界磁巻線を流れる界磁電流により発生する磁束の状態を模式的に示す断面図である。この発明に係る実施の形態１による車両用回転電機における界磁巻線を流れる界磁電流により発生する磁束の状態を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。１２Ｖ系電圧で運転される１６極ランデル型回転電機において永久磁石の断面積を変えて力行トルク増加分およびゼロ界磁電流無負荷誘起電圧を測定した結果を示す図である。永久磁石の断面積と軸方向長さとの関係を説明する図である。この発明の実施の形態３に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態４に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態５に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態６に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態７に係る車両用回転電機の爪状磁極部周りを模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態７に係る車両用回転電機における磁石面積比と力行運転時最大トルク増加分との関係を表す図である。

符号の説明

７回転子、８固定子、１３固定子鉄心、１４固定子巻線、１５界磁巻線、１６回転子鉄心、１６Ａ第１磁極鉄心、１６Ｂ第２磁極鉄心、１７Ａ第１ボス部、１７Ｂ第２ボス部、１８Ａ第１継鉄部、１８Ｂ第２継鉄部、１９Ａ第１爪状磁極部、１９Ｂ第２爪状磁極部、２０Ａ第１永久磁石、２０Ｂ第２永久磁石。

Claims

円柱状のボス部、該ボス部の軸方向一端から径方向外方に延設された第１継鉄部、該ボス部の軸方向他端から径方向外方に延設された第２継鉄部、該第１継鉄部からそれぞれ軸方向他端側に延設され、かつ、周方向に所定ピッチで配列され、径方向の最外周面形状が先端側の周方向短辺、基端部側の周方向長辺および２つの斜辺からなる台形に形成された複数の第１爪状磁極部、および、該第２継鉄部から軸方向一端側に延設され、かつ、周方向に所定ピッチで配列され、径方向の最外周面形状を先端側の周方向短辺、基端部側の周方向長辺および２つの斜辺からなる台形に形成され、該第１爪状磁極部と周方向に交互に配列する複数の第２爪状磁極部を有する回転子鉄心と、上記ボス部に巻装された界磁巻線とを有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフト周りに回転自在に配設された回転子と、
円筒状の固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻装された固定子巻線とを有し、該固定子鉄心が上記回転子鉄心を取り囲むように同軸的に配設された固定子と、
周方向に隣接する上記第１および第２爪状磁極部間のそれぞれに、該第１および第２爪状磁極部の周方向側面に接するように配設された第１および第２永久磁石からなる永久磁石とを備え、
上記第１および第２永久磁石は、それぞれ接する上記第１および第２爪状磁極部の周方向側面形状内に位置し、かつ少なくとも上記第１爪状磁極部の先端部を除く周方向側面を相対する上記第２爪状磁極部の先端部を除く周方向側面に投影したときの両者の重なり領域を含む断面形状に形成され、かつそれぞれ接する上記第１および第２爪状磁極部の根元部内径側に相対する部位が切り欠かれて除去され、
上記第１永久磁石の基端部および先端部の軸方向端面の軸方向位置が上記第２永久磁石の先端部および基端部の軸方向位置に一致しており、
上記固定子鉄心の軸方向長さ（Ｌ _１）、上記第１および第２継鉄部の相対する端面間の軸方向距離（Ｌ _２）および上記永久磁石の軸方向長さ（Ｌ _３）がＬ _１ ≧Ｌ _３＞Ｌ _２を満足するように構成されていることを特徴とする車両用回転電機。
上記第１および第２永久磁石は、上記第１爪状磁極部の周方向側面を相対する上記第２爪状磁極部の周方向側面に投影したときの両者の重なり領域と合致する断面形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用回転電機。