JP4031505B2

JP4031505B2 - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP4031505B2
Application number: JP2006137858A
Authority: JP
Inventors: 慎二西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: US7358642B2; FR2901427A1; US20070267937A1; DE102006054834A1; JP2007312487A

Description

この発明は、車両用交流発電機などの回転電機の回転子に関し、特に界磁コイルの口出し線の引き出し構造に関するものである。

従来の車両用交流発電機の回転子は、回転軸に固着された一対の界磁鉄心と、一対の界磁鉄心に挟持された界磁コイルと、回転軸に界磁鉄心と一体的に固着され、界磁鉄心側端部に径方向に突出した鍔部を有した絶縁性樹脂からなる環状体と、環状体の外周部に固着された一対のスリップリングと、を備えている。そして、界磁コイルの給電用の一対のリードが、界磁鉄心の回転軸に対して対称な位置から引き出されて各スリップリングの端子に接続されていた（例えば、特許文献１参照）。

実公昭５９−１４０１号公報

従来の車両用交流発電機の回転子では、一対のリードが界磁鉄心の回転軸に対して対称な位置から引き出されているので、界磁コイルの周方向の半分の領域で、コイル巻き数が１ターン少なくなる。そこで、アンペア・ターンで表される界磁コイルの起磁力は、周方向の半分の領域と残りの半分の領域とで異なることになる。つまり、半数の磁極に作用する起磁力と残る半数の磁極に作用する起磁力とが異なる。その結果、従来の車両用交流発電機は、回転子が磁気アンバランスな状態で運転されることになり、磁気騒音が発生してしまうという問題があった。しかも、極数が多くなると、磁気騒音の周波数が高くなるので、磁気騒音は耳障りなものとなる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、界磁コイルの周方向における起磁力のアンバランスを低減して、磁気騒音を抑制できる回転電機の回転子を得ることを目的とする。

この発明による回転電機の回転子は、ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部からそれぞれ径方向外側に延設された継鉄部および該継鉄部の外周部から交互に噛み合うように軸方向に延設された複数の爪状磁極部を有するポールコアと、上記ボス部、上記継鉄部および上記爪状磁極部で囲まれたコイル収納空間に収納された界磁コイルと、上記ボス部の軸心位置に挿通されて、上記ポールコアを相対回転不能に支持するシャフトと、を備えている。さらに、本回転子は、上記ポールコアの一端側に延出する上記シャフトの部位に固着され、その該ポールコア側に径方向に突出したフランジ部を有する絶縁樹脂からなる環状体と、上記環状体の外周部に軸方向に離間して固着された一対のスリップリングと、それぞれ一端が上記一対のスリップリングに接続され、他端が上記フランジ部から径方向外方に延出するように上記環状体に配設された一対の接続端子と、を備えている。そして、上記界磁コイルのコイル巻き初め側および巻き終わり側が、周方向に１磁極ピッチ以下の範囲内で上記コイル収納空間から上記環状体側に引き出されて、上記一対の接続端子の延出部にそれぞれ接続されている。

この発明によれば、界磁コイルのコイル巻き初め側および巻き終わり側が、周方向に１磁極ピッチ以下の範囲内でコイル収納空間から環状体側に引き出されているので、界磁コイルのコイル巻き数は周方向の全域でほぼ等しくなる。そこで、界磁コイルの周方向における起磁力のアンバランスが低減し、磁気騒音の発生が抑制される。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す正面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す断面図である。

図１および図２において、回転子１は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル２と、界磁コイル２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ポールコア３と、ポールコア３の軸心位置に貫装されたシャフト４と、ポールコア３の軸方向一側に延出するシャフト４の端部に固着された絶縁性樹脂からなる環状体５と、環状体５に固着された界磁コイル２の通電用の一対のスリップリング６と、を備えている。

環状体５は、シャフト４に固着される円筒部５ａと、円筒部５ａの一端縁部から径方向外方に突出するフランジ部５ｂとを有する。そして、一対のスリップリング６が円筒部５ａの外周面に露出するように、かつ軸方向に離間して固着されている。また、一対の接続端子７が、それぞれ一端を各スリップリング６と電気的に接続し、他端を周方向に近接してフランジ部５ｂから径方向に延出するように環状体５に設けられている。また、隔壁８が一対の延出部７ａを隔離するようにフランジ部５ｂに突設されている。さらに、フック部９が一対の延出部７ａの周方向外側に位置するようにフランジ部５ｂに突設されている。なお、隔壁８およびフック部９は、絶縁性樹脂を用いて環状体５と一体にモールド成形される。そして、スリップリング６および接続端子７が、環状体５にインサートモールドされている。

また、ポールコア３は、それぞれ低炭素鋼で鍛造製法により作製された第１および第２ポールコア体１０、１４から構成されている。
そして、第１ポールコア体１０は、シャフト挿通穴が軸心位置に穿設された円柱状の第１ボス部１１と、第１ボス部１１の一端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の第１継鉄部１２と、第１継鉄部１２の外周部から軸方向他端側に延設された第１爪状磁極部１３とを有している。第１爪状磁極部１３は、その最外径面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚みが先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、第１継鉄部１２の外周部に周方向に等角ピッチで例えば６つ配列されている。

一方、第２ポールコア体１４は、シャフト挿通穴が軸心位置に穿設された円柱状の第２ボス部１５と、第２ボス部１５の他端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の第２継鉄部１６と、第２継鉄部１６の外周部から軸方向一端側に延出された第２爪状磁極部１７とを有している。第２爪状磁極部１７は、その最外径面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚みが先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、第２継鉄部１６の外周部に周方向に等角ピッチで例えば６つ配列されている。

そして、第１および第２ポールコア体１０，１４は、第１および第２爪状磁極部１３，１７を噛み合わせるように対向して、かつ、第１および第２ボス部１１，１５の端面同士を突き合わせた状態で、第１および第２ボス部１１，１５のシャフト挿通穴に圧入されたシャフト４に相対回転不能に取り付けられている。また、環状体５が、フランジ部５ｂを第１ポールコア体１０に近接させて、かつ接続端子７の延出部７ａを周方向に隣接する第１爪状磁極部１３間に位置させて、シャフト４に固着されている。

ボビン２０は、絶縁性樹脂に用いて概略糸巻き状にモールド成形され、円筒状の巻胴部２１と、巻胴部２１の両端縁部から径方向外側に延設された円盤状の一対のフランジ部２２と、一方のフランジ部２２から径方向外側に延設された１つのＴ字状の口出し線係止部２３と、を備えている。

そして、界磁コイル２は、コイル１９を、その巻き始め側を口出し線係止部２３に巻き付けて巻胴部２１に多層に巻回し、その巻き終わり側を同じ口出し線係止部２３に巻き付けて、作製されている。ボビン２０は、界磁コイル２が巻装された状態で、巻胴部２１を第１および第２ボス部１１，１５に外嵌状態に嵌装してポールコア３に装着されている。これにより、界磁コイル２は、第１および第２ボス部１１，１５、第１および第２継鉄部１２，１６、および第１および第２爪状磁極部１３，１７により囲まれたポールコア３のコイル収納空間１８内に収納されている。この時、口出し線係止部２３が、接続端子７の延出部７ａの径方向外方で、第１ポールコア体１０の隣り合う第１爪状磁極部１３間の谷部に位置している。

そして、口出し線係止部２３に巻き付けられたコイル１９の巻き始め側が、第１ポールコア体１０の隣り合う第１爪状磁極部１３間の谷部から引き出され、一方のフック部９にかけられた後、一方の接続端子７の延出部７ａに接続されている。同様に、口出し線係止部２３に巻き付けられたコイル１９の巻き終わり側が、隣り合う第１爪状磁極部１３間の同じ谷部から引き出され、他方のフック部９にかけられた後、他方の接続端子７の延出部７ａに接続されている。

このように構成された回転子１では、界磁コイル２のコイル１９の巻き始め側および巻き終わり側が周方向に隣接する第１爪状磁極部１３間の同じ谷部から引き出されているので、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側のコイル収納空間１８からの引き出し部がほぼ一致し、界磁コイル２のコイル巻き数は周方向の全域で等しくなる。そこで、各爪状磁極部１３，１７に作用する界磁コイル２の起磁力が等しくなり、磁気アンバランスが低減され、磁気アンバランスに起因する磁気騒音が低減される。
従って、回転子の磁極数が１２極以上となると、耳障りな磁気騒音の発生が顕著となることから、１２極以上の多極の回転子にこの構成を採用することは、特に有効である。

また、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側が、口出し線係止部２３に巻き付けられているので、コイル１９の巻乱れの発生が抑制されるとともに、コイル１９の巻回作業性が向上される。さらに、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側が引き出される第１爪状磁極部１３間の谷部が一対の接続端子７の延出部７ａの径方向外方に位置しているので、コイル１９の引き回し量が少なくなり、コイル１９と接続端子７との結線作業性が向上される。
また、一対の延出部７ａが隔壁８により隔離されているので、コイル１９と延出部７ａとの結線部間の電気絶縁性が確保される。

なお、回転子１において、機械的なアンバランス量が規定値を超えていれば、第１および第２ポールコア体１０，１４の一部を削る、穴を開ける、錘を付けるなどして、アンバランス量を規定値以下とするように調整することが望ましい。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の回転子を示す正面図である。

図３において、環状体５は、一対の接続端子７の延出部７ａ間の周方向中央位置が、第１ポールコア体１０の１つの第１爪状磁極部１３の周方向中央位置に一致するように、フランジ部５ｂを第１ポールコア体１０に近接させて、シャフト４に固着されている。そして、コイル引き出し孔２４が当該第１爪状磁極部１３の根元部の周方向中央位置に穿設されている。そして、ボビン２０に巻回されたコイル１９の巻き始め側がコイル引き出し孔２４から引き出され、一方のフック部９にかけられた後、一方の接続端子７の延出部７ａに接続されている。同様に、ボビン２０に巻回されたコイル１９の巻き終わり側が、コイル引き出し孔２４から引き出され、他方のフック部９にかけられた後、他方の接続端子７の延出部７ａに接続されている。
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。

このように構成された回転子１Ａでは、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側が同じコイル引き出し孔２４から引き出されているので、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側のコイル収納空間１８からの引き出し部がほぼ一致し、界磁コイル２のコイル巻き数は周方向の全域で等しくなる。
そこで、この実施の形態２においても、各爪状磁極部１３，１７に作用する界磁コイル２の起磁力が等しくなり、磁気アンバランスが低減され、磁気アンバランスに起因する磁気騒音が低減される。

ここで、上記実施の形態２では、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側が１つのコイル引き出し孔２４から引き出されるものとしているが、コイル１９の巻き始め側および巻き終わり側をそれぞれ異なるコイル引き出し孔から引き出すようにしてもよい。この場合、２つのコイル引き出し孔は径方向に並んで配置されていていることが望ましい。
また、２つのコイル引き出し孔を周方向にずらして配置する場合には、２つのコイル引き出し孔を１磁極ピッチ以下の範囲内に配置することが望ましい。この場合、界磁コイルのコイル巻き数が周方向の全域でほぼ等しくなり、界磁コイルの周方向における起磁力のアンバランスが低減し、磁気騒音の発生が抑制される。

なお、上記各実施の形態では、一対の接続端子７の延出部７ａが周方向に近接して環状体５のフランジ部５ｂから延出しているものとしているが、一対の接続端子７の延出部７ａは、シャフト４に対して対称な位置で、フランジ部５ｂから延出してもよい。この場合、コイル１９の引き回し量が多くなるものの、隔壁８を省略することができる。
また、上記各実施の形態では、冷却用ファンについて何等記載していないが、冷却用ファンが第１および第２ポールコア体１０，１４の端面に固着されてもよい。

また、上記各実施の形態では、ポールコア３が第１および第２ポールコア体１０，１４の２部品で構成されているものとしているが、ポールコアは、ボス部と、ボス部を挟持する一対のポールコア体との３部品で構成されていてもよい。
また、上記各実施の形態では、界磁コイル２が巻装されたボビン２０をポールコアのボス部に装着するものとしているが、界磁コイルがポールコアのボス部に絶縁材を介在させて直接巻装されてもよい。
また、上記各実施の形態では、ポールコア３のボス部が円柱状に形成されているものとしているが、ボス部の形状は円柱状に限定されるものではなく、例えば多角柱状であってもよい。

また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機の回転子に適用するものとして説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用交流電動機や車両用交流発電電動機などの回転電機の回転子に適用しても、同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す正面図である。この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回転子を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の回転子を示す正面図である。

符号の説明

１，１Ａ回転子、２界磁コイル、３ポールコア、４シャフト、５環状体、５ｂフランジ部、６スリップリング、７接続端子、７ａ延出部、１０第１ポールコア体、１１第１ボス部、１２第１継鉄部、１３第１爪状磁極部、１４第２ポールコア体、１５第２ボス部、１６第２継鉄部、１７第２爪状磁極部、１８コイル収納空間、１９コイル、２４コイル引き出し孔。

Claims

ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部からそれぞれ径方向外側に延設された継鉄部および該継鉄部の外周部から交互に噛み合うように軸方向に延設された複数の爪状磁極部を有するポールコアと、
上記ボス部、上記継鉄部および上記爪状磁極部で囲まれたコイル収納空間に収納された界磁コイルと、
上記ボス部の軸心位置に挿通されて、上記ポールコアを相対回転不能に支持するシャフトと、
上記ポールコアの一端側に延出する上記シャフトの部位に固着され、その該ポールコア側に径方向に突出したフランジ部を有する絶縁樹脂からなる環状体と、
上記環状体の外周部に軸方向に離間して固着された一対のスリップリングと、
それぞれ一端が上記一対のスリップリングに接続され、他端が上記フランジ部から径方向外方に延出するように上記環状体に配設された一対の接続端子と、を備え、
上記界磁コイルのコイル巻き初め側および巻き終わり側が、周方向に１磁極ピッチ以下の範囲内で上記コイル収納空間から上記環状体側に引き出されて、上記一対の接続端子の延出部にそれぞれ接続されていることを特徴とする回転電機の回転子。
上記界磁コイルのコイル巻き初め側および巻き終わり側が、周方向に隣接する上記爪状磁極部間の谷部から引き出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。
上記界磁コイルのコイル巻き初め側および巻き終わり側が、上記ポールコアの爪状磁極部の根元側に穿設されたコイル引き出し孔から引き出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。
上記ポールコアの磁極数が１２極以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。