JP4140854B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents

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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、特にロータコイルの口出し線を係止するボビンの口出し線係止部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では、ロータコイルが一対のポールコア体の間に配設された絶縁ボビンに巻回され、ロータコイルの巻回部から引き出された口出し線が絶縁ボビンのフランジ部に設けられた口出し線係止部で巻き崩れないように保持されている。この口出し線は、絶縁チューブにより電気的に保護され、ポールコア体に設けられた溝を通り、スリップリングに設けられたターミナルに接続されている。そして、励磁電流が、ブラケットに保持されたブラシホルダに収納されているブラシおよびスリップリングを介してロータコイルに供給される。
一般に、車両用交流発電機は、発電機を駆動するエンジンの低回転時でも十分な出力が得られるように増速比が大きくなるように設定されており、最高回転速度が18000r/minにまで達するようになっている。このため、大きな遠心力が回転子の口出し線に加わる。また、車両は車速や電気負荷によってエンジンの回転速度が変化したり、内燃機関の回転変動が発生する。これらの回転速度の変化が回転子の口出し線に加わる。これにより、応力が口出し線に繰り返し加わるので、口出し線が断線しやすくなり、口出し線の耐久性が低下してしまうという不具合がある。
このような不具合を解決するために、例えば特許文献1では、口出し線係止部から引き出されたロータコイルの口出し線を、ポールコア体の爪状磁極間の根元部にシャフトの軸心と平行に形成された壁面に沿って延設するようにしている。これにより、口出し線の長さを短くできるので、口出し線に作用する遠心力が低減され、口出し線が断線しにくくなり、口出し線の耐久性が向上される。
特開2001−37180号公報
車両用交流発電機は、エンジン室に取り付けられているので、エンジン室の100℃程度の高温雰囲気中で発電することになり、発熱部である固定子コイルなどの温度は200℃にも達してしまう。そして、ロータコイルが巻回される絶縁ボビンは、絶縁性、耐熱性、コストなどを勘案して樹脂を用いて作製されている。
そこで、特許文献1に記載の車両用交流発電機においても、高温中で大きな遠心力が発生する場合には、特に絶縁ボビンの口出し線係止部は、高温に曝された状態で、口出し線係止部自身に作用する遠心力に加えて、口出し線に作用する遠心力が加わるので、口出し線係止部が大きく変形してしまう。そこで、大きな応力が口出し線係止部に保持されている口出し線に作用して口出し線の断線を引き起こし、口出し線の耐久性が低下してしまうという課題があった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、口出し線係止部に作用する遠心力を爪状磁極部で受けるようにして口出し線係止部の変形を抑え、口出し線の耐久性を向上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、円柱状のボス部、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、回転子は、円筒状の胴体部と、胴体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フランジ部およびフランジ部から径方向外側に延設された口出し線係止部を有し、該胴体部を上記ボス部に外嵌状態に嵌装して上記ポールコアに取り付けられた樹脂製のボビンと、導線を上記ボビンに巻回して構成され、該導線の巻回部から引き出された口出し線が上記口出し線係止部に巻き付けられているロータコイルとを備えている。そして、上記口出し線係止部の最外径部の少なくとも一部が、上記爪状磁極部の内周壁面に当接している。
この発明によれば、回転子が回転している時に口出し線係止部に作用する遠心力は爪状磁極部で受けられ、口出し線係止部の変形が抑えられる。そこで、口出し線の断線が防止され、口出し線の耐久性が向上される。
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縦断面図、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の主要部を示す斜視図、図3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の主要部を示す断面図である。
図1乃至図3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ロータコイル2と、ロータコイル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スリップリング5と、ポールコア3の軸方向の両端面に固着された一対のファン6と、を備えている。
ここで、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7、11から構成されている。
そして、第1ポールコア体7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8と、第1ボス部8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9と、第1継鉄部9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10とを有している。第1爪状磁極部10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9の外周部に周方向に等角ピッチで例えば8つ配列されている。
一方、第2ポールコア体11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12と、第2ボス部12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13と、第2継鉄部13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14とを有している。第2爪状磁極部14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13の外周部に周方向に等角ピッチで例えば8つ配列されている。
そして、第1および第2ポールコア体7,11は、第1および第2爪状磁極部10,14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8,12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8,12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。
ボビン15は、樹脂によって概略糸巻き状に作製され、円筒状の胴体部16と、胴体部16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17と、一方のフランジ部17から径方向外側に延設されたT字状の口出し線係止部18と、を備えている。
このボビン15は、胴体部16を第1および第2ボス部8,12に外嵌状態に嵌装してポールコア3に装着されている。そして、ロータコイル2が導線をボビン15に所定回巻回して構成され、第1および第2ボス部8,12、第1および第2継鉄部9,13および第1および第2爪状磁極部10,14で囲まれた空間内に配設されている。このボビン15に巻回された導線の巻回部から引き出されたロータコイル2の口出し線19は、口出し線係止部18に2重に巻き付けられて、導線の巻回部が巻き崩れないように保持された後、絶縁チューブ20を被覆されて第2ポールコア体11に沿って延ばされ、スリップリング5のターミナル5aに電気的に接続される。また、口出し線係止部18の最外径面(最外径部)の胴体部16側の縁部が第1爪状磁極部10の内周壁面に当接している。
図示していないが、このように構成された回転子1が組み込まれた車両用交流発電機が、車両に搭載される。この車両用交流発電機では、界磁電流がバッテリ(図示せず)からスリップリング5を介して回転子1のロータコイル2に供給され、磁束が発生される。この磁束により、第1ポールコア体7の第1爪状磁極部10がN極に着磁され、第2ポールコア体11の第2爪状磁極部14がS極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがエンジンの出力軸からベルトおよびプーリを介してシャフト4に伝達され、回転子1が回転される。そこで、回転磁界が固定子の固定子巻線(図示せず)に与えられ、起電力が固定子巻線に発生する。この交流の起電力が整流器(図示せず)で直流電流に整流されて、バッテリを充電し、さらには電気負荷に供給される。
そして、回転子1が回転している時、遠心力がボビン15および口出し線19に作用する。そして、口出し線19が口出し線係止部18に巻き付けられているので、口出し線係止部18には、口出し線係止部18自身に作用する遠心力に加え、口出し線19に作用する遠心力が加わる。そして、口出し線係止部18が第1爪状磁極部10の内周壁面に当接しているので、口出し線係止部18に作用する遠心力は第1爪状磁極部10で受けられる。そして、ポールコア3は低炭素鋼で作製され、かつ、口出し線係止部18の重量が第1爪状磁極部10より軽いことから、第1爪状磁極部10の変形量は、口出し線係止部18を介して作用する遠心力の影響を受けず、変化しない。
そこで、回転子1が高温に曝された状態で回転しても、口出し線係止部18の変形が抑えられるので、口出し線19の断線を防止でき、口出し線19の耐久性を向上させることができる。
実施の形態2.
図4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の主要部を示す斜視図、図5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の主要部を示す断面図である。
図4および図5において、ボビン15Aの口出し線係止部18Aの最外径面が第1爪状磁極部10の内周壁面の面形状に沿った傾斜面に形成されている。そして、ボビン15Aは、口出し線係止部18Aの最外径面を第1爪状磁極部10の内周壁面に面接触状態に当接させるように取り付けられている。
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。
この実施の形態2では、口出し線係止部18Aの最外径面が第1爪状磁極部10の内周壁面に面接触状態に当接しているので、遠心力による口出し線係止部18Aの荷重が第1爪状磁極部10の内周壁面の面によって受けられる。そこで、遠心力が口出し線係止部の最外径面の一部に集中することに起因する口出し線係止部の破損の発生が抑制される。さらに、遠心力による口出し線係止部18Aの荷重が第1爪状磁極部10に安定した状態で受けられるので、口出し線係止部の変形が一層抑えられる。
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す斜視図、図7はこの発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。
図6および図7において、受け面21がその面形状をシャフト4の軸心を中心とする円筒面に接する平坦面とするように第1ポールコア体7Aの第1爪状磁極部10Aの内周壁面の先端側に形成されている。また、ボビン15Bの口出し線係止部18Bの最外径面が第1爪状磁極部10Aの内周壁面に形成された受け面21の面形状に沿った平坦面に形成されている。そして、ボビン15Bは、口出し線係止部18Bの最外径面を第1爪状磁極部10Aの内周壁面の受け面21に面接触状態に当接させるように取り付けられている。
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。
この実施の形態3では、口出し線係止部18Bの最外径面が第1爪状磁極部10Aの内周壁面に形成された受け面21に面接触状態に当接しているので、遠心力による口出し線係止部18Bの荷重が第1爪状磁極部10Aに形成された受け面21の面によって受けられる。そこで、遠心力が口出し線係止部の最外径面の一部に集中することに起因する口出し線係止部の破損の発生が抑制される。さらに、遠心力による口出し線係止部18Bの荷重が第1爪状磁極部10Aに安定した状態で受けられるので、口出し線係止部の変形が一層抑えられる。
また、口出し線係止部18Bの形状が簡易となり、ボビン15Bを安価に作製できる。
実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、口出し線係止部の最外径面を第1爪状磁極部の内周壁面に当接させるようにするものとしているが、この実施の形態4では、口出し線係止部の最外径面と第1爪状磁極部の内周壁面との間に接着剤やワニスなどの樹脂を充填し、硬化させるものとしている。
この実施の形態4によれば、樹脂を口出し線係止部の最外径面と第1爪状磁極部の内周壁面との間に充填、硬化するようにしているので、ボビンや第1ポールコア体の寸法公差により両者間に隙間が生じても、そのような隙間は樹脂で埋められる。そこで、口出し線係止部が第1爪状磁極部に固着されるので、遠心力は口出し線係止部を介して第1爪状磁極部で受けられ、口出し線係止部18の変形が確実に抑えられる。
なお、上記実施の形態1〜4では、遠心力が口出し線係止部を介して第1爪状磁極部に受けられるものとして説明しているが、遠心力が口出し線係止部を介して第2爪状磁極部に受けられるようにしてもよい。
実施の形態5.
図8はこの発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す斜視図、図9はこの発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。
図8および図9において、永久磁石22は、第1および第2爪状磁極部10,14の側面の形状と略等しい断面形状を有するバルク体に作製されている。
磁石保持部材23は、ステンレス板を折り曲げ成形されたもので、外壁面が第1および第2爪状磁極部10,14の内周壁面に沿った面形状に形成された台形形状の基部23aと、基部23aの両側に形成された一対の翼部23bとを有している。各翼部23bは、コ字状に成形されており、コ字状の開口側を相対するように基部23aの両側辺に形成されている。そして、永久磁石22が各翼部23bに接着剤などにより固着されている。
この磁石保持部材23は、基部23aの外壁面を第1および第2爪状磁極部10,14の内周壁面に当接させて溶接などによって固着されて第1および第2爪状磁極部10,14のそれぞれに取り付けられている。そして、永久磁石22が、第1および第2爪状磁極部10,14のそれぞれの周方向の両側面に密接状態に配設されている。さらに、ボビン15の口出し線係止部18の最外径面の胴体部16側の縁部が磁石保持部材23の基部23aの内壁面(シャフト側の面)に当接している。
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。
この実施の形態5では、永久磁石22が周方向に隣接する第1および第2爪状磁極部10,14間に第1および第2爪状磁極部10,14の側面に密接状態に配設されているので、第1および第2爪状磁極部10,14間の漏洩磁束が低減され、出力が向上される。
また、口出し線係止部18の最外径面が磁石保持部材23の基部23aの内壁面に当接しているので、遠心力による口出し線係止部18の荷重が磁石保持部材23を介して第1爪状磁極部10によって受けられる。そこで、口出し線係止部18の変形が抑えられるので、口出し線19の断線を防止でき、口出し線19の耐久性を向上させることができる。
実施の形態6.
図10はこの発明の実施の形態6に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。
図10において、ボビン15Aの口出し線係止部18Aの最外径面が第1爪状磁極部10に取り付けられた磁石保持部材23の基部23aの内壁面の面形状に沿った傾斜面に形成され、基部23aの内壁面に面接触状態に当接している。
なお、他の構成は上記実施の形態5と同様に構成されている。
この実施の形態6では、口出し線係止部18Aの最外径面が磁石保持部材23の基部23aの内壁面に面接触状態に当接しているので、遠心力による口出し線係止部18Aの荷重が磁石保持部材23の面で受けられる。そこで、遠心力が口出し線係止部の最外径面の一部に集中することに起因する口出し線係止部の破損の発生が抑制される。
実施の形態7.
図11はこの発明の実施の形態7に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す斜視図、図12はこの発明の実施の形態7に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。
図11および図12において、受け片24が磁石保持部材23Aの基部23cの一部を曲げ加工して形成されている。この受け片24は、その内壁面(シャフト側の面)がシャフトの軸心を中心とする円筒面に接する平坦面に形成されている。そして、ボビン15Bの口出し線係止部18Bの最外径面が基部23cの一部に形成された受け片24の内壁面に沿った平坦面に形成され、受け片24の内壁面に面接触状態に当接している。
なお、他の構成は上記実施の形態5と同様に構成されている。
この実施の形態7では、口出し線係止部18Bの最外径面が磁石保持部材23Aの基部23cの一部に形成された受け片24の内壁面に面接触状態に当接しているので、遠心力による口出し線係止部18Bの荷重が第1爪状磁極部10に取り付けられた磁石保持部材23Aの基部23cに形成された受け片24の面によって受けられる。そこで、遠心力が口出し線係止部の最外径面の一部に集中することに起因する口出し線係止部の破損の発生が抑制される。
また、口出し線係止部18Bの形状が簡易となり、ボビン15Bを安価に作製できる。
さらに、磁石保持部材23Aをプレス加工で作製できるので、受け片24を容易に作製できる。また、第1および第2爪状磁極部10,14の形状を変更する必要はなく、第1および第2爪状磁極部10,14の最適な形状を維持できる。
実施の形態8.
上記実施の形態5〜7では、口出し線係止部の最外径面を磁石保持部材の基部の内壁面に当接させるようにするものとしているが、この実施の形態8では、口出し線係止部の最外径面と磁石保持部材の基部の内壁面との間に接着剤やワニスなどの樹脂を充填し、硬化させるものとしている。
この実施の形態8によれば、樹脂を口出し線係止部の最外径面と磁石保持部材の基部の内壁面との間に充填、硬化するようにしているので、ボビンや磁石保持部材の寸法公差により両者間に隙間が生じても、そのような隙間は樹脂で埋められる。そこで、口出し線係止部が磁石保持部材に固着されるので、遠心力は口出し線係止部を介して第1爪状磁極部に取り付けられた磁石保持部材で受けられ、口出し線係止部の変形が確実に抑えられる。
なお、上記実施の形態5〜8では、遠心力が口出し線係止部を介して第1爪状磁極部に取り付けられた磁石保持部材に受けられるものとして説明しているが、遠心力が口出し線係止部を介して第2爪状磁極部に取り付けられた磁石保持部材に受けられるようにしてもよい。
また、上記実施の形態5〜8では、磁石保持部材が爪状磁極部に溶接により固着されているものとして説明しているが、径方向外方に付勢するリング体を磁石保持部材の内径側に嵌装し、リング体の付勢力により磁石保持部材を爪状磁極部に押し付けるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、口出し線係止部がT字状に形成されているものとして説明しているが、口出し線係止部18Cは図13に示されるようにC字状に形成されてもよい。
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縦断面図である。 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の主要部を示す斜視図である。 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の主要部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の主要部を示す斜視図である。 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の主要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態6に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態7に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態7に係る車両用交流発電機の回転子の主要部を示す断面図である。 この発明に係る回転子に適用されるボビンの実施態様を示す要部正面図である。
符号の説明
1 回転子、2 ロータコイル、3 ポールコア、4 シャフト、7,7A 第1ポールコア体、8 第1ボス部、9 第1継鉄部、10 第1爪状磁極部、11 第2ポールコア体、12 第2ボス部、13 第2継鉄部、14 第2爪状磁極部、15,15A,15B ボビン、16 胴体部、17 フランジ部、18,18A,18B 口出し線係止部、19 口出し線、21 受け面、22 永久磁石、23,23A 磁石保持部材、23a,23c 基部、23b 翼部、24 受け面。

Claims (8)

  1. 円柱状のボス部、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、
    円筒状の胴体部と、胴体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フランジ部およびフランジ部から径方向外側に延設された口出し線係止部を有し、該胴体部を上記ボス部に外嵌状態に嵌装して上記ポールコアに取り付けられた樹脂製のボビンと、
    導線を上記ボビンに巻回して構成され、該導線の巻回部から引き出された口出し線が上記口出し線係止部に巻き付けられているロータコイルと、
    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、
    上記口出し線係止部の最外径部の少なくとも一部が、上記爪状磁極部の内周壁面に当接していることを特徴とする回転電機の回転子。
  2. 上記口出し線係止部の最外径部が、上記爪状磁極部の内周壁面に面接触状態に当接し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。
  3. 上記口出し線係止部の最外径部と上記爪状磁極部の内周壁面との接触面が、上記シャフトの軸心を中心とする円筒面に接する平坦面に形成されていることを特徴とする請求項2記載の回転電機の回転子。
  4. 上記口出し線係止部の最外径部が上記爪状磁極部の内周壁面に樹脂で固着されてい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。
  5. 円柱状のボス部、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、
    隣り合う上記爪状磁極部間に配設される永久磁石と、
    外壁面が上記爪状磁極部の内周壁面に沿った面形状に形成された基部および該基部の両側に形成され、それぞれ上記永久磁石が固着された翼部を有し、該永久磁石部が該爪状磁極部の周方向の両側面に接するように該基部の外壁面を該爪状磁極部の内周壁面に当接させて配設された磁石保持部材と、
    円筒状の胴体部と、胴体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フランジ部およびフランジ部から径方向外側に延設された口出し線係止部を有し、該胴体部を上記ボス部に外嵌状態に嵌装して上記ポールコアに取り付けられた樹脂製のボビンと、
    導線を上記ボビンに巻回して構成され、該導線の巻回部から引き出された口出し線が上記口出し線係止部に巻き付けられているロータコイルと、
    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、
    上記口出し線係止部の最外径部の少なくとも一部が、上記基部の内壁面に当接していることを特徴とする回転電機の回転子。
  6. 上記口出し線係止部の最外径部が、上記基部の内壁面に面接触状態に当接していることを特徴とする請求項5記載の回転電機の回転子。
  7. 上記口出し線係止部の最外径部と上記基部の内壁面との接触面が、上記シャフトの軸心を中心とする円筒面に接する平坦面に形成されていることを特徴とする請求項6記載の回転電機の回転子。
  8. 上記口出し線係止部の最外径部が上記基部の内壁面に樹脂で固着されていることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の回転電機の回転子。
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