JP3983640B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば車載の交流発電機等のように高速回転で駆動される回転電機の回転子に係り、ポールコア部材の磁極部を積層コア部材で保持した回転子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ランデル型の回転電機の回転子は、図１６に示すように、円盤状の基部１およびこの基部１の外周部に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極２でなる一対のポールコア部材３を、それぞれの各爪状磁極２が周方向に交互に噛み合うように、基部１同士を両側から突き合わせて、回転軸４に固着一体させる構成になっている。このため、図示はしないが稼働中に発生する遠心力により、爪状磁極２が径方向に変形して固定子の内周面に接触する恐れがあるので、予めその変形分だけ固定子との間のエアギャップを大きくして余裕を持たせておく必要があるため、出力が低減されるという問題点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような従来のランデル型の回転電機の回転子の問題点を解消するための先行技術として、この出願と同一の出願人により特願２００２−２４２７８７号が出願されている。
図１７はこの先行技術としての回転電機の回転子の構成を示す断面図、図１８および１９は図１７における線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩおよび線ＸＩＸ−ＸＩＸに沿った断面をそれぞれ示す断面図、図２０は図１７におけるポールコア部材の構成を示す斜視図である。
【０００４】
図において、１１は円盤状の基部１２、この基部１２の外周部に周方向に所定のピッチを介して先細に形成される複数の爪状磁極１３、および基部１２の爪状磁極１３が形成される側の中央部に突出して形成され、中央部に回転子軸１４が貫通する貫通穴１５が形成されるボス部１６でなる一対のポールコア部材、１７は環状板部材１８を積層して円筒状に形成される積層コア部材で、外周部には一端側から他端側に向けて、外周側に薄肉部１９を残し且つスキューされて貫通する複数の貫通穴２０が形成されており、これら各貫通穴２０により周方向に複数の突極部２１が区画して形成されている。
【０００５】
又、これら各突極部２１には、両ポールコア部材１１の各爪状磁極１３が貫通して嵌合可能な貫通穴２２が、軸方向に延在してそれぞれ形成されており、又、突極部２１を区画して形成する各貫通穴２０には永久磁石２３が嵌挿されている。
そして、両ポールコア部材１１は、予め積層コア部材７の内側に界磁コイル２４が挿入された後、積層コア部材１７の両側から各爪状磁極１３がそれぞれ各貫通穴２２を貫通してお互いに噛み合い、且つ両ボス部１６の端面が当接するように突き合わされ、これにより界磁コイル２４は両ボス１６と積層コア部材１７の内周面との間に装着される。その後、両ボス部１６の各貫通穴１５に回転子軸１４が貫通され、固着一体化されることにより回転子が構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３１１８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術としての回転電機の回転子は以上のように構成され、積層コア部材１７の外周部に外周側に薄肉部１９を残して貫通する貫通穴２０により複数の突極部２１を区画して形成し、これら各突極部２１内軸方向にそれぞれ貫通して形成される貫通穴２２に爪状磁極１３をそれぞれ貫通させ、各突極部２１で爪状磁極１３をそれぞれ保持させることにより、遠心力で変形するのを抑制して固定子（図示せず）との間のギャップを小さくし出力の向上を図り、又、薄肉部１９により貫通穴２０が積層コア部材１７の外周側に開口するのを防止することにより、回転時に騒音が発生することが無くなり信頼性の向上を図ることを可能にし、さらに、この貫通穴２２を永久磁石２３の嵌挿穴として兼用させることにより、貫通穴を別途形成する工程を削減してコストの低減を図ることも可能にしている。
【０００８】
しかしながら、このような回転子が車載の発電機に適用される場合、回転数が例えばエンジンの３倍近く高くなるため、各突極部２１で保持されているとはいうものの、片持ち支持構造の各爪状磁極１３を十分に保持することは困難となる。又、薄肉部１９は両突極部２１間の磁束漏れを少なくして損失を低減するためには薄い程良いが、貫通穴２０内に永久磁石２３を嵌挿させているので、この永久磁石２３が遠心力により薄肉部１９を突き破って飛び出すのを防止するためには、薄くするのにも限度がある等という問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高速回転に耐え且つ出力の向上が可能な回転電機の回転子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転電機の回転子は、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および基部の外周部に周方向に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各爪状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各爪状磁極の先端部が、相対する側の基部に埋設され爪状磁極の先端部が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたものである。
【００１１】
又、この発明の請求項２に係る回転電機の回転子は、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および一端側が基部の外周近傍部に周方向に所定のピッチを介して固着される複数のピン状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各ピン状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各ピン状磁極の他端が、相対する側の基部に埋設されピン状磁極の他端が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたものである。
【００１２】
又、この発明の請求項３に係る回転電機の回転子は、請求項１または２において、突極部を区画する貫通穴を略断面矩形状に形成し、内部に永久磁石を嵌挿するようにしたものである。
【００１３】
又、この発明の請求項４に係る回転電機の回転子は、請求項３において、永久磁石が嵌挿される貫通穴を、長尺方向が積層コア部材の中心から延びる放射線に対して所定の角度を有した方向を向くように形成したものである。
【００１４】
又、この発明の請求項５に係る回転電機の回転子は、請求項４において、一部の貫通穴を、相隣なる同士が外周側で接近するように形成したものである。
【００１５】
又、この発明の請求項６に係る回転電機の回転子は、請求項４または５において、貫通穴の積層コア部材の外周側に位置する内面に段部を形成するようにしたものである。
【００１６】
又、この発明の請求項７に係る回転電機の回転子は、請求項４または５において、永久磁石の側方に樹脂を埋設するようにしたものである。
【００１７】
又、この発明の請求項８に係る回転電機の回転子は、請求項１または２において、積層コア部材の薄肉部を硬化処理するようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成を示す断面図、図２は図１における回転電機の回転子を軸方向一端側から見た正面図、図３は図１における回転電機の回転子を軸方向他端側から見た正面図、図４は図１における線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す断面図、図５は図１における線Ｖ−Ｖに沿った断面を示す断面図、図６は図１における線ＶＩ−ＶＩに沿った断面を示す断面図、図７は図１における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【００１９】
図において、３１は外周部の周方向に所定のピッチを介して、あり溝状の切り欠き３２が形成された円盤状の基部３３と、この基部３３の外周部の周方向に切り欠き３２と交互に、所定のピッチを介し突出して形成される複数の爪状磁極３４とでなる一対のポールコア部材で、基部３３の爪状磁極３４が突出される側の中央部には、ボス部３５が突出して形成されるとともに、その中心部には回転子軸３６が貫通する貫通穴３７が形成されている。
【００２０】
３８は環状板部材３９を積層して円筒状に形成される積層コア部材で、外周部には一端側から他端側に向けて、外周側に薄肉部４０を残して貫通する略断面矩形状の複数の貫通穴４１が形成されており、これら各貫通穴４１により区画されて周方向に複数の突極部４２が形成されている。そして、これら各突極部４２には、両ポールコア部材３１の各爪状磁極３４が貫通して嵌合可能な貫通穴４３が、軸方向に延在してそれぞれ形成されている。４４は突極部４２を区画して形成する各貫通穴４１を貫通し嵌合される複数の永久磁石、４５は両ポールコア部材３１のボス部３５に嵌合され、積層コア部材３８の内側に装着される界磁コイル、４６は両ポールコア部材３１の切り欠き３２に嵌合し、中央部に爪状磁極３４が嵌合可能な嵌合穴４７が形成された例えば非磁性鋼等でなる略台形状の非磁性部材である。
【００２１】
そして、図１に示すように、予め積層コア部材３８の内側に界磁コイル４５を挿入した後、積層コア部材３８の両側から両ポールコア部材３１を互いに近づく方向に移動させ、各爪状磁極３４をそれぞれ各貫通穴４３に貫通させ、その先端を互いに相手側の切り欠き３２に嵌合された非磁性部材４６の嵌合穴４７にそれぞれ嵌合させるとともに、両ボス部３５の先端が当接するように突き合わせることにより、両ポールコア部材３１の各爪状磁極３４は積層コア部材３８内で互いに噛み合った状態となり、界磁コイル４５は両ボス部３５と積層コア部材３８の内周面との間に装着される。最後に、両ボス部３５の各貫通穴３７に回転子軸３６が貫通され、固着されることにより回転子が完成する。
【００２２】
このように上記実施の形態１によれば、ポールコア部材３１の各爪状磁極３４を積層コア部材３８の各突極部４２で保持するとともに、さらにその先端を互いに相手側のポールコア部材３１の切り欠き３２に嵌合された非磁性部材４６の嵌合穴４７に嵌合させて、基部３３側でも保持して両端支持構造としているので、高速回転稼動により大きな遠心力が働いても変形するのを防止することができるため、固定子（図示せず）との間のギャップに余裕を持たせる必要が無くなり、ギャップを必要最小限に抑えることができるので、高速回転に耐え且つ出力の向上を図ることが可能になる。
【００２３】
なお、上記構成ではポールコア部材３１の各爪状磁極３４の先端を保持する部材として、ポールコア部材３１の基部３３に形成されたあり溝状の切り欠き３２に嵌合し、中央部に爪状磁極３４が嵌合可能な嵌合穴４７を有する略台形状の非磁性部材４６を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図示はしないが例えば切り欠き３２に代えて円形状の貫通穴を配置し、この貫通穴に円形状の非磁性部材を嵌合させるようにしても良く、要するに、相手側のポールコア部材の基部に嵌合された非磁性部材で爪状磁極の先端を保持することにより、簡単な構成で両端支持構造とし、機械的強度を上げるとともに、磁気的な損失を抑制してさらに出力の向上を図ることが可能になる。
【００２４】
又、上記では詳しく説明しなかったが、図から明らかなように突極部４２を区画する貫通穴４１を略断面矩形状に形成し、内部に永久磁石４４を嵌挿するようにしているので、永久磁石４４を嵌挿させるための貫通穴を別途形成する工程が削減されるために、コストの低減を図ることができる。
又、この貫通穴４１を、長尺方向が積層コア部材３８の中心から延びる放射線に対して、所定の角度を有した方向に向くように形成しているので、永久磁石４４に作用する遠心力を貫通穴４１の長尺方向内側面で受け、薄肉部４０にかかる負担を軽減させることができるため、さらに高速回転に耐えることが可能になる。
【００２５】
又、貫通穴４１の放射線に対する角度が、相隣なる同士（例えば図４中※印で示す貫通穴４１同士）で、外周側で近づく方向に向く部分では楔効果によりさらに耐力を上げることも可能となる。
さらに又、上記のように放射線に対して所定の角度を有して形成された貫通穴４１に嵌挿された永久磁石４４の側方、すなわち貫通穴４１の内側面との間に樹脂を埋め込んで、固めるようにしても上記と同様、さらに耐力を上げることが可能となる。
【００２６】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２における回転電機の回転子の構成を示す斜視図、図９は図８における回転電機の回転子の構成を展開して示す斜視図、図１０は図８における回転電機の回転子の構成を示す断面図、図１１は図１０における線ＸＩ−ＸＩに沿った断面を示す断面図、図１２は図１０における線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面を示す断面図、図１３は図１０における線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面を示す断面図、図１４は図１０における線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面を示す断面図である。
【００２７】
図において、５１は外周部の周方向に所定のピッチを介して、あり溝状の切り欠き５２および貫通穴５３が交互に形成され、一側中央部にボス部５４が突出して形成されるとともに、その中心部には回転子軸５５が貫通する貫通穴５６が形成された基部、５７はこの基部５１の貫通穴５６を貫通して嵌合可能なピン状磁極で、一端側に径太な係止部５８が形成されており、基部５１と共にポールコア部材５９を構成している。そして、このポールコア部材５９は互いの切り欠き５２が周方向に互い違いとなるように一対配置されている。
【００２８】
６０は環状板部材６１を積層して円筒状に形成される積層コア部材で、外周部にはポールコア部材５９の切り欠き５２の中央部、および貫通穴５３とそれぞれ対応する位置に、ピン状磁極５７が貫通可能な複数の貫通穴６２が形成されるとともに、これら各貫通穴６２間の一端側から他端側に向けて、外周側に薄肉部６３を残して貫通する略断面矩形状の複数の貫通穴６４が形成されており、これら各貫通穴６４により区画されて周方向に複数の突極部６５が形成されている。
【００２９】
６６は各貫通穴６４を貫通して嵌合される複数の永久磁石、６７は両ポールコア部材５９のボス部５４に嵌合され、積層コア部材６０の内側に装着される界磁コイル、６８は両ポールコア部材５９の切り欠き５２に嵌合し、中央部にピン状磁極５７の先端が嵌着される嵌合穴６９が形成された、例えば非磁性鋼等でなる略台形状の非磁性部材である。
【００３０】
そして、図１０に示すように、予め積層コア部材６０の内側に界磁コイル６７を挿入した後、積層コア部材６０の両側から、各貫通穴５３にそれぞれピン状磁極５７が貫通されるとともに、各切り欠き５２にそれぞれ非磁性部材６８が嵌合された両ポールコア部材５９を互いに近づく方向に移動させ、各ピン状磁極５７の先端を相手側の非磁性部材６８の嵌合穴６９に嵌合させるとともに、両ボス部５４の先端が当接するように突き合わせる。すると、両ポールコア部材５９の各ピン状磁極５７は、積層コア部材６０内で互いに噛み合った状態となり、界磁コイル６７は両ボス部５４と積層コア部材６０の内周面との間に装着される。そして最後に、各ピン状磁極５７と非磁性部材６８の間を、例えば溶接、接着等で固着した後、両ボス部５４の各貫通穴５６に回転子軸５５が貫通され、固着されることにより回転子が完成する。なお、図９では上方に位置する基部５１側のピン状磁極５７が省略されている。
【００３１】
このように上記実施の形態２によれば、ポールコア部材５９の各ピン状磁極５７を積層コア部材６０の各突極部６５で保持するとともに、さらにその先端を相手側のポールコア部材５９の非磁性部材６８の嵌合穴６９に嵌合させ、基部５１側でも保持して両端支持構造としているので、高速回転稼動により大きな遠心力が働いても変形するのを防止することができるため、固定子（図示せず）との間のギャップに余裕を持たせる必要が無くなり、ギャップを必要最小限に抑えることができるので、高速回転に耐え且つ出力の向上を図ることが可能になる。
【００３２】
実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３における回転電機の回転子の要部の構成を示す部分詳細図である。
図において、上記実施の形態２におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。７０は突極部６５を区画して形成し永久磁石６６が貫通して嵌合される貫通穴で、薄肉部７１を残した側の内面に段部７２が形成され、この段部７２の部分だけ薄肉部７１の肉厚が厚くなっている。
【００３３】
このように上記実施の形態３によれば、永久磁石６６が嵌合される貫通穴７０の薄肉部７１を残した側の内面に段部７２を形成し、この段部７２で永久磁石６６の端面を支持しているので、薄肉部７１に負担をかけることなく肉厚の厚い段部７２で遠心力を受けることができるため、さらに高速回転に耐えることが可能になる。なお、上記各実施の形態１、２においては説明しなかったが、それぞれ各薄肉部を例えば溶接、冷鍛等を施すことにより硬化処理しても、耐久力を上げることが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および基部の外周部に周方向に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各爪状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各爪状磁極の先端部が、相対する側の基部に埋設され爪状磁極の先端部が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたので、高速回転に耐え且つ出力の向上が可能であり、簡単な構成で磁気的な損失を抑えるとともに、機械的強度の向上を図ることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３５】
又、この発明の請求項２によれば、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および一端側が基部の外周近傍部に周方向に所定のピッチを介して固着される複数のピン状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各ピン状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各ピン状磁極の他端が、相対する側の基部に埋設されピン状磁極の他端が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたので、高速回転に耐え且つ出力の向上が可能であり、簡単な構成で磁気的な損失を抑えるとともに、機械的強度の向上を図ることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３６】
又、この発明の請求項３によれば、請求項１または２において、突極部を区画する貫通穴を略断面矩形状に形成し、内部に永久磁石を嵌挿するようにしたので、コストの低減を図ることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３７】
又、この発明の請求項４によれば、請求項３において、永久磁石が嵌挿される貫通穴を、長尺方向が積層コア部材の中心から延びる放射線に対して所定の角度を有した方向を向くように形成したので、コストの低減は勿論のこと、高速回転に耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３８】
又、この発明の請求項５によれば、請求項４において、一部の貫通穴を、相隣なる同士が外周側で接近するように形成したので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３９】
又、この発明の請求項６によれば、請求項４または５において、貫通穴の積層コア部材の外周側に位置する内面に段部を形成するようにしたので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００４０】
又、この発明の請求項７によれば、請求項４または５において、永久磁石の側方に樹脂を埋設するようにしたので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００４１】
又、この発明の請求項８によれば、請求項１または２において、積層コア部材の薄肉部を硬化処理するようにしたので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図２】 図１における回転電機の回転子を軸方向一端側から見た正面図である。
【図３】 図１における回転電機の回転子を軸方向他端側から見た正面図である。
【図４】 図１における線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す断面図である。
【図５】 図１における線Ｖ−Ｖに沿った断面を示す断面図である。
【図６】 図１における線ＶＩ−ＶＩに沿った断面を示す断面図である。
【図７】 図１における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態２における回転電機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図９】 図８における回転電機の回転子の構成を展開して示す斜視図である。
【図１０】 図８における回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図１１】 図１０における線ＸＩ−ＸＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１２】 図１０における線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１３】 図１０における線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１４】 図１０における線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面を示す断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態３における回転電機の回転子の要部の構成を示す部分詳細図である。
【図１６】 従来の回転電機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図１７】 先行技術における回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図１８】 図１７における線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１９】 図１７における線ＸＩＸ−ＸＩＸに沿った断面を示す断面図である。
【図２０】 図１７におけるポールコア部材の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
３１，５９ ポールコア部材、３２，５２ 切り欠き、３３，５１ 基部、
３４ 爪状磁極、３６，５５ 回転子軸、３８，６０ 積層コア部材、
４０，６３，７１ 薄肉部、４１，６４，７０ 貫通穴、４２，６５ 突極部、
４４，６６ 永久磁石、４５，６７ 界磁コイル、４６，６８ 非磁性部材、
４７，６９ 嵌合穴、５７ ピン状磁極、７２ 段部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば車載の交流発電機等のように高速回転で駆動される回転電機の回転子に係り、ポールコア部材の磁極部を積層コア部材で保持した回転子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ランデル型の回転電機の回転子は、図１６に示すように、円盤状の基部１およびこの基部１の外周部に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極２でなる一対のポールコア部材３を、それぞれの各爪状磁極２が周方向に交互に噛み合うように、基部１同士を両側から突き合わせて、回転軸４に固着一体させる構成になっている。このため、図示はしないが稼働中に発生する遠心力により、爪状磁極２が径方向に変形して固定子の内周面に接触する恐れがあるので、予めその変形分だけ固定子との間のエアギャップを大きくして余裕を持たせておく必要があるため、出力が低減されるという問題点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような従来のランデル型の回転電機の回転子の問題点を解消するための先行技術として、この出願と同一の出願人により特願２００２−２４２７８７号が出願されている。
図１７はこの先行技術としての回転電機の回転子の構成を示す断面図、図１８および１９は図１７における線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩおよび線ＸＩＸ−ＸＩＸに沿った断面をそれぞれ示す断面図、図２０は図１７におけるポールコア部材の構成を示す斜視図である。
【０００４】
図において、１１は円盤状の基部１２、この基部１２の外周部に周方向に所定のピッチを介して先細に形成される複数の爪状磁極１３、および基部１２の爪状磁極１３が形成される側の中央部に突出して形成され、中央部に回転子軸１４が貫通する貫通穴１５が形成されるボス部１６でなる一対のポールコア部材、１７は環状板部材１８を積層して円筒状に形成される積層コア部材で、外周部には一端側から他端側に向けて、外周側に薄肉部１９を残し且つスキューされて貫通する複数の貫通穴２０が形成されており、これら各貫通穴２０により周方向に複数の突極部２１が区画して形成されている。
【０００５】
又、これら各突極部２１には、両ポールコア部材１１の各爪状磁極１３が貫通して嵌合可能な貫通穴２２が、軸方向に延在してそれぞれ形成されており、又、突極部２１を区画して形成する各貫通穴２０には永久磁石２３が嵌挿されている。
そして、両ポールコア部材１１は、予め積層コア部材７の内側に界磁コイル２４が挿入された後、積層コア部材１７の両側から各爪状磁極１３がそれぞれ各貫通穴２２を貫通してお互いに噛み合い、且つ両ボス部１６の端面が当接するように突き合わされ、これにより界磁コイル２４は両ボス１６と積層コア部材１７の内周面との間に装着される。その後、両ボス部１６の各貫通穴１５に回転子軸１４が貫通され、固着一体化されることにより回転子が構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３１１８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術としての回転電機の回転子は以上のように構成され、積層コア部材１７の外周部に外周側に薄肉部１９を残して貫通する貫通穴２０により複数の突極部２１を区画して形成し、これら各突極部２１内軸方向にそれぞれ貫通して形成される貫通穴２２に爪状磁極１３をそれぞれ貫通させ、各突極部２１で爪状磁極１３をそれぞれ保持させることにより、遠心力で変形するのを抑制して固定子（図示せず）との間のギャップを小さくし出力の向上を図り、又、薄肉部１９により貫通穴２０が積層コア部材１７の外周側に開口するのを防止することにより、回転時に騒音が発生することが無くなり信頼性の向上を図ることを可能にし、さらに、この貫通穴２２を永久磁石２３の嵌挿穴として兼用させることにより、貫通穴を別途形成する工程を削減してコストの低減を図ることも可能にしている。
【０００８】
しかしながら、このような回転子が車載の発電機に適用される場合、回転数が例えばエンジンの３倍近く高くなるため、各突極部２１で保持されているとはいうものの、片持ち支持構造の各爪状磁極１３を十分に保持することは困難となる。又、薄肉部１９は両突極部２１間の磁束漏れを少なくして損失を低減するためには薄い程良いが、貫通穴２０内に永久磁石２３を嵌挿させているので、この永久磁石２３が遠心力により薄肉部１９を突き破って飛び出すのを防止するためには、薄くするのにも限度がある等という問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高速回転に耐え且つ出力の向上が可能な回転電機の回転子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転電機の回転子は、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および基部の外周部に周方向に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各爪状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各爪状磁極の先端部が、相対する側の基部に埋設され爪状磁極の先端部が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたものである。
【００１１】
又、この発明の請求項２に係る回転電機の回転子は、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および一端側が基部の外周近傍部に周方向に所定のピッチを介して固着される複数のピン状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各ピン状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各ピン状磁極の他端が、相対する側の基部に埋設されピン状磁極の他端が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたものである。
【００１２】
又、この発明の請求項３に係る回転電機の回転子は、請求項１または２において、突極部を区画する貫通穴を略断面矩形状に形成し、内部に永久磁石を嵌挿するようにしたものである。
【００１３】
又、この発明の請求項４に係る回転電機の回転子は、請求項３において、永久磁石が嵌挿される貫通穴を、長尺方向が積層コア部材の中心から延びる放射線に対して所定の角度を有した方向を向くように形成したものである。
【００１４】
又、この発明の請求項５に係る回転電機の回転子は、請求項４において、一部の貫通穴を、相隣なる同士が外周側で接近するように形成したものである。
【００１５】
又、この発明の請求項６に係る回転電機の回転子は、請求項４または５において、貫通穴の積層コア部材の外周側に位置する内面に段部を形成するようにしたものである。
【００１６】
又、この発明の請求項７に係る回転電機の回転子は、請求項４または５において、永久磁石の側方に樹脂を埋設するようにしたものである。
【００１７】
又、この発明の請求項８に係る回転電機の回転子は、請求項１または２において、積層コア部材の薄肉部を硬化処理するようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成を示す断面図、図２は図１における回転電機の回転子を軸方向一端側から見た正面図、図３は図１における回転電機の回転子を軸方向他端側から見た正面図、図４は図１における線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す断面図、図５は図１における線Ｖ−Ｖに沿った断面を示す断面図、図６は図１における線ＶＩ−ＶＩに沿った断面を示す断面図、図７は図１における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【００１９】
図において、３１は外周部の周方向に所定のピッチを介して、あり溝状の切り欠き３２が形成された円盤状の基部３３と、この基部３３の外周部の周方向に切り欠き３２と交互に、所定のピッチを介し突出して形成される複数の爪状磁極３４とでなる一対のポールコア部材で、基部３３の爪状磁極３４が突出される側の中央部には、ボス部３５が突出して形成されるとともに、その中心部には回転子軸３６が貫通する貫通穴３７が形成されている。
【００２０】
３８は環状板部材３９を積層して円筒状に形成される積層コア部材で、外周部には一端側から他端側に向けて、外周側に薄肉部４０を残して貫通する略断面矩形状の複数の貫通穴４１が形成されており、これら各貫通穴４１により区画されて周方向に複数の突極部４２が形成されている。そして、これら各突極部４２には、両ポールコア部材３１の各爪状磁極３４が貫通して嵌合可能な貫通穴４３が、軸方向に延在してそれぞれ形成されている。４４は突極部４２を区画して形成する各貫通穴４１を貫通し嵌合される複数の永久磁石、４５は両ポールコア部材３１のボス部３５に嵌合され、積層コア部材３８の内側に装着される界磁コイル、４６は両ポールコア部材３１の切り欠き３２に嵌合し、中央部に爪状磁極３４が嵌合可能な嵌合穴４７が形成された例えば非磁性鋼等でなる略台形状の非磁性部材である。
【００２１】
そして、図１に示すように、予め積層コア部材３８の内側に界磁コイル４５を挿入した後、積層コア部材３８の両側から両ポールコア部材３１を互いに近づく方向に移動させ、各爪状磁極３４をそれぞれ各貫通穴４３に貫通させ、その先端を互いに相手側の切り欠き３２に嵌合された非磁性部材４６の嵌合穴４７にそれぞれ嵌合させるとともに、両ボス部３５の先端が当接するように突き合わせることにより、両ポールコア部材３１の各爪状磁極３４は積層コア部材３８内で互いに噛み合った状態となり、界磁コイル４５は両ボス部３５と積層コア部材３８の内周面との間に装着される。最後に、両ボス部３５の各貫通穴３７に回転子軸３６が貫通され、固着されることにより回転子が完成する。
【００２２】
このように上記実施の形態１によれば、ポールコア部材３１の各爪状磁極３４を積層コア部材３８の各突極部４２で保持するとともに、さらにその先端を互いに相手側のポールコア部材３１の切り欠き３２に嵌合された非磁性部材４６の嵌合穴４７に嵌合させて、基部３３側でも保持して両端支持構造としているので、高速回転稼動により大きな遠心力が働いても変形するのを防止することができるため、固定子（図示せず）との間のギャップに余裕を持たせる必要が無くなり、ギャップを必要最小限に抑えることができるので、高速回転に耐え且つ出力の向上を図ることが可能になる。
【００２３】
なお、上記構成ではポールコア部材３１の各爪状磁極３４の先端を保持する部材として、ポールコア部材３１の基部３３に形成されたあり溝状の切り欠き３２に嵌合し、中央部に爪状磁極３４が嵌合可能な嵌合穴４７を有する略台形状の非磁性部材４６を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図示はしないが例えば切り欠き３２に代えて円形状の貫通穴を配置し、この貫通穴に円形状の非磁性部材を嵌合させるようにしても良く、要するに、相手側のポールコア部材の基部に嵌合された非磁性部材で爪状磁極の先端を保持することにより、簡単な構成で両端支持構造とし、機械的強度を上げるとともに、磁気的な損失を抑制してさらに出力の向上を図ることが可能になる。
【００２４】
又、上記では詳しく説明しなかったが、図から明らかなように突極部４２を区画する貫通穴４１を略断面矩形状に形成し、内部に永久磁石４４を嵌挿するようにしているので、永久磁石４４を嵌挿させるための貫通穴を別途形成する工程が削減されるために、コストの低減を図ることができる。
又、この貫通穴４１を、長尺方向が積層コア部材３８の中心から延びる放射線に対して、所定の角度を有した方向に向くように形成しているので、永久磁石４４に作用する遠心力を貫通穴４１の長尺方向内側面で受け、薄肉部４０にかかる負担を軽減させることができるため、さらに高速回転に耐えることが可能になる。
【００２５】
又、貫通穴４１の放射線に対する角度が、相隣なる同士（例えば図４中※印で示す貫通穴４１同士）で、外周側で近づく方向に向く部分では楔効果によりさらに耐力を上げることも可能となる。
さらに又、上記のように放射線に対して所定の角度を有して形成された貫通穴４１に嵌挿された永久磁石４４の側方、すなわち貫通穴４１の内側面との間に樹脂を埋め込んで、固めるようにしても上記と同様、さらに耐力を上げることが可能となる。
【００２６】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２における回転電機の回転子の構成を示す斜視図、図９は図８における回転電機の回転子の構成を展開して示す斜視図、図１０は図８における回転電機の回転子の構成を示す断面図、図１１は図１０における線ＸＩ−ＸＩに沿った断面を示す断面図、図１２は図１０における線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面を示す断面図、図１３は図１０における線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面を示す断面図、図１４は図１０における線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面を示す断面図である。
【００２７】
図において、５１は外周部の周方向に所定のピッチを介して、あり溝状の切り欠き５２および貫通穴５３が交互に形成され、一側中央部にボス部５４が突出して形成されるとともに、その中心部には回転子軸５５が貫通する貫通穴５６が形成された基部、５７はこの基部５１の貫通穴５６を貫通して嵌合可能なピン状磁極で、一端側に径太な係止部５８が形成されており、基部５１と共にポールコア部材５９を構成している。そして、このポールコア部材５９は互いの切り欠き５２が周方向に互い違いとなるように一対配置されている。
【００２８】
６０は環状板部材６１を積層して円筒状に形成される積層コア部材で、外周部にはポールコア部材５９の切り欠き５２の中央部、および貫通穴５３とそれぞれ対応する位置に、ピン状磁極５７が貫通可能な複数の貫通穴６２が形成されるとともに、これら各貫通穴６２間の一端側から他端側に向けて、外周側に薄肉部６３を残して貫通する略断面矩形状の複数の貫通穴６４が形成されており、これら各貫通穴６４により区画されて周方向に複数の突極部６５が形成されている。
【００２９】
６６は各貫通穴６４を貫通して嵌合される複数の永久磁石、６７は両ポールコア部材５９のボス部５４に嵌合され、積層コア部材６０の内側に装着される界磁コイル、６８は両ポールコア部材５９の切り欠き５２に嵌合し、中央部にピン状磁極５７の先端が嵌着される嵌合穴６９が形成された、例えば非磁性鋼等でなる略台形状の非磁性部材である。
【００３０】
そして、図１０に示すように、予め積層コア部材６０の内側に界磁コイル６７を挿入した後、積層コア部材６０の両側から、各貫通穴５３にそれぞれピン状磁極５７が貫通されるとともに、各切り欠き５２にそれぞれ非磁性部材６８が嵌合された両ポールコア部材５９を互いに近づく方向に移動させ、各ピン状磁極５７の先端を相手側の非磁性部材６８の嵌合穴６９に嵌合させるとともに、両ボス部５４の先端が当接するように突き合わせる。すると、両ポールコア部材５９の各ピン状磁極５７は、積層コア部材６０内で互いに噛み合った状態となり、界磁コイル６７は両ボス部５４と積層コア部材６０の内周面との間に装着される。そして最後に、各ピン状磁極５７と非磁性部材６８の間を、例えば溶接、接着等で固着した後、両ボス部５４の各貫通穴５６に回転子軸５５が貫通され、固着されることにより回転子が完成する。なお、図９では上方に位置する基部５１側のピン状磁極５７が省略されている。
【００３１】
このように上記実施の形態２によれば、ポールコア部材５９の各ピン状磁極５７を積層コア部材６０の各突極部６５で保持するとともに、さらにその先端を相手側のポールコア部材５９の非磁性部材６８の嵌合穴６９に嵌合させ、基部５１側でも保持して両端支持構造としているので、高速回転稼動により大きな遠心力が働いても変形するのを防止することができるため、固定子（図示せず）との間のギャップに余裕を持たせる必要が無くなり、ギャップを必要最小限に抑えることができるので、高速回転に耐え且つ出力の向上を図ることが可能になる。
【００３２】
実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３における回転電機の回転子の要部の構成を示す部分詳細図である。
図において、上記実施の形態２におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。７０は突極部６５を区画して形成し永久磁石６６が貫通して嵌合される貫通穴で、薄肉部７１を残した側の内面に段部７２が形成され、この段部７２の部分だけ薄肉部７１の肉厚が厚くなっている。
【００３３】
このように上記実施の形態３によれば、永久磁石６６が嵌合される貫通穴７０の薄肉部７１を残した側の内面に段部７２を形成し、この段部７２で永久磁石６６の端面を支持しているので、薄肉部７１に負担をかけることなく肉厚の厚い段部７２で遠心力を受けることができるため、さらに高速回転に耐えることが可能になる。なお、上記各実施の形態１、２においては説明しなかったが、それぞれ各薄肉部を例えば溶接、冷鍛等を施すことにより硬化処理しても、耐久力を上げることが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および基部の外周部に周方向に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各爪状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各爪状磁極の先端部が、相対する側の基部に埋設され爪状磁極の先端部が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたので、高速回転に耐え且つ出力の向上が可能であり、簡単な構成で磁気的な損失を抑えるとともに、機械的強度の向上を図ることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３５】
又、この発明の請求項２によれば、環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および一端側が基部の外周近傍部に周方向に所定のピッチを介して固着される複数のピン状磁極でなり、基部により積層コア部材の両端を挟持するとともに、各ピン状磁極が積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、各ピン状磁極の他端が、相対する側の基部に埋設されピン状磁極の他端が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたので、高速回転に耐え且つ出力の向上が可能であり、簡単な構成で磁気的な損失を抑えるとともに、機械的強度の向上を図ることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３６】
又、この発明の請求項３によれば、請求項１または２において、突極部を区画する貫通穴を略断面矩形状に形成し、内部に永久磁石を嵌挿するようにしたので、コストの低減を図ることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３７】
又、この発明の請求項４によれば、請求項３において、永久磁石が嵌挿される貫通穴を、長尺方向が積層コア部材の中心から延びる放射線に対して所定の角度を有した方向を向くように形成したので、コストの低減は勿論のこと、高速回転に耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３８】
又、この発明の請求項５によれば、請求項４において、一部の貫通穴を、相隣なる同士が外周側で接近するように形成したので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００３９】
又、この発明の請求項６によれば、請求項４または５において、貫通穴の積層コア部材の外周側に位置する内面に段部を形成するようにしたので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００４０】
又、この発明の請求項７によれば、請求項４または５において、永久磁石の側方に樹脂を埋設するようにしたので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【００４１】
又、この発明の請求項８によれば、請求項１または２において、積層コア部材の薄肉部を硬化処理するようにしたので、高速回転にさらに耐えることが可能な回転電機の回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図２】 図１における回転電機の回転子を軸方向一端側から見た正面図である。
【図３】 図１における回転電機の回転子を軸方向他端側から見た正面図である。
【図４】 図１における線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す断面図である。
【図５】 図１における線Ｖ−Ｖに沿った断面を示す断面図である。
【図６】 図１における線ＶＩ−ＶＩに沿った断面を示す断面図である。
【図７】 図１における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態２における回転電機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図９】 図８における回転電機の回転子の構成を展開して示す斜視図である。
【図１０】 図８における回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図１１】 図１０における線ＸＩ−ＸＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１２】 図１０における線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１３】 図１０における線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１４】 図１０における線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面を示す断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態３における回転電機の回転子の要部の構成を示す部分詳細図である。
【図１６】 従来の回転電機の回転子の構成を示す斜視図である。
【図１７】 先行技術における回転電機の回転子の構成を示す断面図である。
【図１８】 図１７における線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面を示す断面図である。
【図１９】 図１７における線ＸＩＸ−ＸＩＸに沿った断面を示す断面図である。
【図２０】 図１７におけるポールコア部材の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
３１，５９ ポールコア部材、３２，５２ 切り欠き、３３，５１ 基部、
３４ 爪状磁極、３６，５５ 回転子軸、３８，６０ 積層コア部材、
４０，６３，７１ 薄肉部、４１，６４，７０ 貫通穴、４２，６５ 突極部、
４４，６６ 永久磁石、４５，６７ 界磁コイル、４６，６８ 非磁性部材、
４７，６９ 嵌合穴、５７ ピン状磁極、７２ 段部。
Claims (8)
- 環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に上記円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、上記積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および上記基部の外周部に周方向に所定のピッチを介して形成される複数の爪状磁極でなり、上記基部により上記積層コア部材の両端を挟持するとともに、上記各爪状磁極が上記積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、上記各爪状磁極の先端部が、相対する側の上記基部に埋設され上記爪状磁極の先端部が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたことを特徴とする回転電機の回転子。
- 環状板部材を積層して円筒状に形成され、外周部に上記円筒の一端側から他端側に向けて外周側に薄肉部を残して貫通する貫通穴により、周方向に複数の突極部が区画して形成される積層コア部材と、上記積層コア部材の内側に装着される界磁コイルと、円盤状の基部および一端側が上記基部の外周近傍部に周方向に所定のピッチを介して固着される複数のピン状磁極でなり、上記基部により上記積層コア部材の両端を挟持するとともに、上記各ピン状磁極が上記積層コア部材の各突極部をそれぞれ交互に軸方向に貫通し、上記各ピン状磁極の他端が、相対する側の上記基部に埋設され上記ピン状磁極の他端が嵌合可能な嵌合穴を有する非磁性部材を介してそれぞれ固着される一対のポールコア部材とを備えたことを特徴とする回転電機の回転子。
- 上記突極部を区画する貫通穴は、略断面矩形状に形成され内部に永久磁石が嵌挿されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の回転子。
- 上記永久磁石が嵌挿される貫通穴は、長尺方向が上記積層コア部材の中心から延びる放射線に対して所定の角度を有した方向を向くように形成されていることを特徴とする請求項３記載の回転電機の回転子。
- 上記貫通穴の一部は、相隣なる同士が外周側で接近するように形成されていることを特徴とする請求項４記載の回転電機の回転子。
- 上記貫通穴の上記積層コア部材の外周側に位置する内面に段部が形成されていることを特徴とする請求項４または５記載の回転電機の回転子。
- 上記永久磁石の側方に樹脂が埋設されていることを特徴とする請求項４または５記載の回転電機の回転子。
- 上記積層コア部材の薄肉部は硬化処理されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の回転子。
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