JP4294708B2 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両用交流発電機などの回転電機およびその製造方法に関し、特にランデル型の回転子における永久磁石の保持構造に関するものである。

ランデル型の回転子を用いる車両用交流発電機は、数十年にわたって自動車に使用されてきた。そして、近年の環境問題から車載される電装品の負荷が急増しており、ランデル型の回転子の発電量のより一層の増加が求められている。

従来、このような課題を解決するために、ランデル型の回転子の周方向に対向する爪状磁極間に永久磁石を配設する手段がとられていた（例えば、特許文献１，２参照）。

また、永久磁石をファンに一体に形成されたポケット内に保持させ、ポケットを第１ポールピースのボディの上面と第２ポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンを第１ポールピースに取り付け、ポケットを第２ポールピースのボディの上面と第１ポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンを第２ポールピースに取り付ける手段がとられていた（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６１−８５０４５号公報 米国特許第４９５９５７７号明細書 特表２００２−５２７０１５号公報

特許文献１，２において、永久磁石を爪状磁極部間に保持するに当たっては、永久磁石を対向する爪状磁極部に対して高精度に位置決めする必要があり、磁石保持部材を付加し、或いは磁石保持用の溝を機械加工により爪状磁極部に形成することが必要となり、生産コストの高騰および量産性の低下をもたらしていた。また、高速回転時には、隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が生じるので、永久磁石に加わる遠心力を爪状磁極部間で保持する構造では、安定した永久磁石の保持が得られない。

特許文献３に記載のものでは、永久磁石を保持するポケットは一方のポールピースのボディと他方のポールピースのポールフィンガーとの間の嵌合空間に適合する概略矩形の断面形状に形成される。永久磁石を保持するポケットの保持を強固にするためには、ポールピースの嵌合面を高精度に加工する必要がある。しかし、ポールピースのポケットとの嵌合面は平面或いは緩やかな曲面であり、高性能な工作機械によるポールピースの後加工が必要となり、膨大な加工コストおよび加工時間がかかってしまう。また、高速回転時には、爪状磁極部の先端が径方向外方に変位するので、永久磁石に加わる遠心力を爪状磁極部で保持する構造では、安定した永久磁石の保持が得られない。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、遠心力に起因する爪状磁極部の先端部の変位や隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が磁石保持に直接影響せず、磁石保持の信頼性を高めることができるとともに、磁石保持構造を簡素化し、磁石の組み付け性を高め、生産コストの低下および量産性を高めることができる回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、上記回転子の外周を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。さらに、上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石フォルダ保持穴と、上記磁石フォルダ保持穴に挿入、保持された断面がＣ字状の円弧形の嵌合部、該嵌合部から一体に径方向外方に突設され、上記磁石フォルダ保持穴から径方向外方に突出する断面が四角形の突出部、および該突出部と該嵌合部とに軸方向の一端から他端に貫通する断面が四角形の磁石装着穴を有する磁性材料からなる磁石フォルダと、断面が四角形の柱状体に作製されて上記磁石装着穴のそれぞれに挿入、保持され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、を備えている。

この発明によれば、永久磁石を内蔵した磁石フォルダが継鉄部側に保持されている。そこで、遠心力に起因する爪状磁極部の変位が永久磁石に影響しないので、永久磁石の保持が容易となり、磁石保持の信頼性が上がる。また、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置しているので、永久磁石に作用する遠心力が小さくなり、永久磁石の保持が容易となり、磁石保持の信頼性が上がる。また、永久磁石が磁石フォルダに内蔵されているので、永久磁石の割れや欠けの発生が抑制される。

また、永久磁石を内蔵した磁石フォルダが、断面Ｃ字状の円弧形の筒状の磁石フォルダ保持穴に挿入、保持されているので、磁石フォルダの保持構造が簡素化し、磁石フォルダの組み付け性が容易となる。しかも、磁石フォルダ保持穴をドリルやリーマなどの回転切削工具を用いて簡易に、高精度に作製でき、磁石フォルダと磁石フォルダ保持穴との嵌め合い部のがたつきを抑えることができる。さらに、磁石フォルダ保持穴の穴方向を軸方向に向けているので、磁石フォルダを軸方向から磁石フォルダ保持穴に挿入することができ、磁石フォルダの組み付け性が容易となる。これらのことから、生産コストの低下および量産性の向上が図られる。

図１はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図２はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す分解斜視図、図３はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における磁石フォルダを構成する磁性薄板を示す斜視図、図４はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石フォルダへの実装方法を説明する斜視図、図５および図６はそれぞれこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。

図１乃至図４において、車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケース４と、回転軸１６をケース４に軸受５を介して支持されて、ケース４内に回転自在に配設された回転子１３と、ケース４のフロント側に延出する回転軸１６の端部に固着されたプーリ６と、回転子１３の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子１３に対して一定のエアギャップを有して、回転子１３の外周を囲繞してケース４に固定された固定子１０と、回転軸１６のリヤ側に固定され、回転子１３に電流を供給する一対のスリップリング８と、各スリップリング８に摺動するようにケース４内に配設された一対のブラシ９と、を備えている。なお、図示していないが、固定子１０で生じた交流を直流に整流する整流器、固定子１０で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器などがケース４内に配設されている。

固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻装され、回転子１３の回転に伴い、後述する界磁コイル１４からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１２と、を備えている。

回転子１３は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル１４と、界磁コイル１４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１５と、ポールコア１５の軸心位置に貫装された回転軸１６と、を備えている。
ポールコア１５は、それぞれ例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼で冷間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１７，２１に分割構成されている。

第１ポールコア体１７は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴１８ａが軸心位置を貫通して形成された第１ボス部１８と、第１ボス部１８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１９と、第１継鉄部１９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２０とを有している。第１爪状磁極部２０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１９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。

第２ポールコア体２１は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴２２ａが軸心位置を貫通して形成された第２ボス部２２と、第２ボス部２２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２３と、第２継鉄部２３の外周部から軸方向一端側に延設された第２爪状磁極部２４とを有している。第２爪状磁極部２４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２３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。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７，２１は、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせ、回転軸挿通穴１８ａ，２２ａに貫装された回転軸１６に固着されている。そして、ボビン（図示せず）に巻装された界磁コイル１４が、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３および第１および第２爪状磁極部２０，２４に囲まれた空間に装着されている。ここで、第１および第２ボス部１８，２２および第１および第２継鉄部１９，２３が、それぞれポールコア１５のボス部および一対の継鉄部に相当する。

永久磁石保持部としての第１磁石保持台座３０は、冷間鍛造製法により第１ポールコア体１７に一体成形される。この第１磁石保持台座３０が、各第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向する第１継鉄部１９の外周面上に一体に突設されている。第１磁石フォルダ保持穴３１が、第１磁石保持台座３０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、穴中心に直交する断面がＣ字状の円弧形に形成されている。第１磁石フォルダ保持穴３１を軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する第１軸方向開口３２は、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向している。

第１磁石フォルダ３３は、第１磁石フォルダ保持穴３１の内径形状に適合する断面がＣ字状の円弧形の嵌合部３４と、嵌合部３４の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面が台形の突出部３５と、嵌合部３４と突出部３５とを軸方向の一端から他端に貫通する台形の穴形状の磁石装着穴３６と、を備えた柱状体に作製されている。そして、第１磁石フォルダ３３は、プレス成型された所定枚数の磁性薄板４９を積層一体化して作製されている。各磁性薄板４９は、台形がＣ字状の円弧形の弦部から径方向外方に突出する外形形状を有し、磁石装着穴３６を構成する穴部４９ａが台形の穴形状に形成されている。第１永久磁石３７は、磁石装着穴３６の内形形状に適合する外形形状、つまり断面台形の柱状体に作製され、第１磁石装着穴３６に軸方向から挿入、保持される。

第１磁石フォルダ３３は、嵌合部３４を第１磁石フォルダ保持穴３１に軸方向から挿入、保持される。この時、突出部３５が、第１軸方向開口３２から突出し、第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向している。そして、第１永久磁石３７が、その断面台形の上辺側を第２爪状磁極部２４の先端側内周面に近接させて配置されている。

永久磁石保持部としての第２磁石保持台座４０は、冷間鍛造製法により第２ポールコア体２１に一体成形される。この第２磁石保持台座４０が、各第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向する第２継鉄部２３の外周面上に一体に突設されている。第２磁石フォルダ保持穴４１が、第２磁石保持台座４０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、穴中心に直交する断面がＣ字状の円弧形に形成されている。第２磁石フォルダ保持穴４１を軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する第２軸方向開口４２は、第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向している。

第２磁石フォルダ４３は、第２磁石フォルダ保持穴４１の内径形状に適合する断面がＣ字状の円弧形の嵌合部４４と、嵌合部４４の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面が台形の突出部４５と、嵌合部４４と突出部４５とを軸方向の一端から他端に貫通する台形の穴形状の磁石装着穴４６と、を備えた柱状体に作製されている。そして、第２磁石フォルダ４３は、プレス成型された所定枚数の磁性薄板４９を積層一体化して作製されている。各磁性薄板４９は、台形がＣ字状の円弧形の弦部から径方向外方に突出する外形形状を有し、磁石装着穴４６を構成する穴部４９ａが台形の穴形状に形成されている。第２永久磁石４７は、磁石装着穴４６の内形形状に適合する外形形状、つまり断面台形の柱状体に作製され、第２磁石装着穴４６に軸方向から挿入、保持される。

第２磁石フォルダ４３は、嵌合部４４を第２磁石フォルダ保持穴４１に軸方向から挿入、保持される。この時、突出部４５が、第２軸方向開口４２から突出し、第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向している。そして、第２永久磁石４７が、その断面台形の上辺側を第１爪状磁極部２０の先端側内周面に近接させて配置されている。

また、第１および第２永久磁石３７，４７は、着磁方向５０が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界５１の向きと反対となるように着磁配向されている。つまり、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電され、磁界５１が矢印方向に発生された場合、第１および第２永久磁石３７，４７は、磁界５１と逆向きに着磁配向される。ここでは、第１および第２永久磁石３７，４７の着磁方向５０は、径方向に一致しており、その着磁方向５０の延長線が対向する第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に向かっている。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界５１の向きが反転した設計の場合には、第１および第２永久磁石３７，４７も逆向きに着磁配向される。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１の動作について説明する。
まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ９およびスリップリング８を介して回転子１３の界磁コイル１４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１７の第１爪状磁極部２０がＮ極に着磁され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４がＳ極に着磁される。
一方、エンジンの回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ６を介して回転軸１６に伝達され、回転子１３が回転される。そこで、回転磁界が固定子１０の固定子コイル１２に与えられ、起電力が固定子コイル１２に発生する。この交流の起電力が、整流器で直流電流に整流され、バッテリが充電され、或いは電気負荷に供給される。

つぎに、磁束の動作について図５および図６を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル１４に通電されると、磁束５１ａが発生される。この磁束５１ａは、第１爪状磁極部２０からエアギャップ２９を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。そして、磁束５１ａは、固定子鉄心１１のティース部からコアバック部を通って周方向に移動し、隣の第２爪状磁極部２４に対向するティース部からエアギャップ２９を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。ついで、第２爪状磁極部２４に入った磁束５１ａは、第２継鉄部２３、第２ボス部２２、第１ボス部１８、第１継鉄部１９を通って第１爪状磁極部２０に至る。ここで、従来のランデル型回転子では、第１および第２ポールコア体は限界設計されているので、界磁コイルの発生する磁界により磁気飽和し、回転子で発生する磁束が減少してしまう。

この実施の形態では、第１および第２永久磁石３７，４７は、界磁コイル１４の発生する磁界５１の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、第１および第２永久磁石３７，４７の発生する磁界の向きは、界磁コイル１４の発生する磁界５１と逆向きである。この第１および第２永久磁石３７，４７から発生した磁束５２が固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ２９を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３７，４７は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に配設されており、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。そこで、磁束５２の大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子１３内部で閉じた磁気回路を形成する。

つまり、第１永久磁石３７から発生する磁束５２は、第１磁石保持台座３０から第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２爪状磁極部２４を通り、第１永久磁石３７に戻る。また、第２永久磁石４７から発生する磁束５２は、空隙を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２磁石保持台座４０を通り、第２永久磁石４７に戻る。
そこで、第１および第２永久磁石３７，４７の発生する磁束５２は、界磁コイル１４の発生する磁束５１ａと逆向きとなり、第１および第２ポールコア体１７，２１を構成する磁性体の磁束密度を大幅に低減することができ、磁気飽和を解消することができる。

この実施の形態によれば、第１および第２永久磁石３７，４７を配設しているので、磁気飽和が解消され、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加することができる。特に、磁気飽和が顕著な低速アイドリング域での発電量を大幅に増大できる。
また、第１および第２永久磁石３７，４７は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面に対向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３７，４７は、回転子１３の最外周面に対して径方向内方に位置している。そこで、固定子スロット高調波は第１および第２爪状磁極部２０，２４の最外周面部に留まり、第１および第２永久磁石３７，４７を直接誘導加熱するように作用しない。その結果、第１および第２永久磁石３７，４７が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。

また、第１および第２永久磁石３７，４７が、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面に対向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３７，４７の磁気回路が回転子内部で閉じた磁気回路となり、固定子１０に鎖交する磁束成分がなくなる。そこで、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３７，４７の誘起電圧の発生が抑制される。その結果、第１および第２永久磁石３７，４７の磁石量を増大させることができる。

また、第１および第２永久磁石３７，４７が第１および第２継鉄部１９，２３に取り付けられている。そこで、第１および第２永久磁石３７，３７が第１および第２爪状磁極部２０，２４の内径側に位置しているので、第１および第２永久磁石３７，４７にかかる遠心力が小さくなり、第１および第２永久磁石３７，４７の保持構造を簡略化できる。また、第１および第２永久磁石３７，４７は遠心力に対して大きく変位する第１および第２爪状磁極部２０，２４の影響を受けないので、第１および第２永久磁石３７，４７の保持が容易となる。これらのことから、第１および第２永久磁石３７，４７の保持の信頼性が向上される。

ここで、第１および第２ポールコア体１７，２１は冷間鍛造製法により作製されるので、高精度な磁石保持形状は得られにくい。そこで、高精度な磁石保持形状を得るには、冷間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１７，２１にＮＣ加工機等を用いて削り加工を施す必要があった。
この実施の形態では、磁石保持のための第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１の穴形状が断面Ｃ字状の円弧形の筒状であるので、冷間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１７，２１に、ドリルやリーマなどの回転切削工具による簡便な追加工を施すことにより、高精度の穴寸法の第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１を形成できる。これにより、第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１の嵌合面を回転切削工具による切削で作製でき、ＮＣ加工機などを使っての立体的な切削加工が必要ではなく、製造時間が短縮されると共に、製造コストを低減することができる。

また、第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１の嵌合面の加工精度を高くすることができるので、第１および第２永久磁石３７，４７が内蔵された第１および第２磁石フォルダ３３，４３を第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１に、がたつき無く安定した状態で強固に保持することができる。そこで、回転子１３が高速回転しても、第１および第２磁石フォルダ３３，４３が第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１から抜けて飛散し、第１および第２永久磁石３７，４７が損傷するような事態が回避される。
また、第１および第２永久磁石３７，４７が第１および第２磁石フォルダ３３，４３に内蔵されているので、自動車のエンジンによる振動が車両用交流発電機１に加わっても、第１および第２磁石フォルダ３３，４３の割れや欠けの発生が抑制される。

また、第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１が、穴中心を軸方向に一致させて、断面Ｃ字状の円弧形の筒状に作製され、第１および第２磁石フォルダ３３，４３を軸方向から第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１に挿入、保持されている。そこで、磁石フォルダ３３，４３の保持構造が簡略化されると共に、組み付け性が上がり、生産コストの低下および量産性の向上が図られる。

また、第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１と第１および第２磁石フォルダ３３，４３との接触面が円筒面となるので、局部的な応力集中が無く、第１および第２磁石保持台座３０，４０の破損の発生が抑制される。
また、第１および第２永久磁石３７，４７が断面台形の柱状体に作製されているので、砥石を用いて磁石母材から第１および第２永久磁石３７，４７を効率よく切り出すことができ、材料歩留まりが高められる。

また、第１および第２磁石フォルダ３３，４３がプレス加工によって打ち抜かれた磁性薄板４９を積層して作製されているので、第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１の穴形状に適合する嵌合部３４，４４と第１および第２軸方向開口３２，４２から延出する突出部３５，４５からなる複雑な外形形状の第１および第２磁石フォルダ３３，４３を、高精度に、かつ簡易に作製することができる。そこで、第１および第２磁石フォルダ３３，４３を第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１にがたつき無く保持できる。また、磁石装着穴３６，４６を高精度に、かつ簡易に作製することができる。そこで、第１および第２永久磁石３７，４７を第１および第２磁石フォルダ３３，４３にがたつき無く保持できる。さらに、嵌合部３４，４４が第１および第２永久磁石３７，４７と第１および第２磁石保持台座３０，４０との間に介在するので、両者間の磁気抵抗が低減される。そこで、磁石磁路の磁気抵抗が低減し、磁石磁束量が増加し、回転子の磁気飽和緩和の効果がより高くなり、発電出力を増加できる。

ここで、永久磁石は回転子１３を製造する何れかの工程で着磁する必要があり、着磁状態の永久磁石をハンドリングする際には、装置の全てを非磁性化する必要がある。そこで、磁石母材から切り出した未着磁の永久磁石を第１および第２磁石フォルダ３３，４３の磁石装着穴３６，４６に挿入、保持させ、その後未着磁の永久磁石が保持された第１および第２磁石フォルダ３３，４３に磁界を印加して、未着磁の永久磁石を着磁する。ついで、着磁された永久磁石（第１および第２永久磁石３７，４７）が保持された第１および第２磁石フォルダ３３，４３を第１および第２ポールコア体１７，２１の第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１に挿入、保持させることが好ましい。つまり、第１および第２永久磁石３７，４７が保持された第１および第２磁石フォルダ３３，４３には、把持できる嵌合部３４，４４が存在するので、ロボットや自動機によるハンドリングが容易となり、装置の全てを非磁性化する必要がなくなる。

また、上記実施の形態では、第１永久磁石３７を内蔵した第１磁石フォルダ３３が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に突設された８個の第１磁石保持台座３０の全てに保持されて、第２永久磁石４７を内蔵した第２磁石フォルダ４３が周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に突設された８個の第２磁石保持台座４０の全てに保持されているので、第１および第２磁石フォルダ３３，４３が等角ピッチに配列されている。そこで、回転軸１６の中心から第１および第２磁石フォルダ３３，４３のそれぞれの重心に向かうベクトルの総和がゼロとなり、第１および第２永久磁石３７，４７を配設することに起因する遠心力に対する重量的なアンバランスの発生が抑制される。ここで、第１磁石フォルダ３３の重心とは、第１永久磁石３７と第１磁石フォルダ３３とを含めた重心であり、第２磁石フォルダ４３の重心とは、第２永久磁石４７と第２磁石フォルダ４３とを含めた重心である。

ここで、上記実施の形態では、第１および第２磁石フォルダ３３，４３が全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設されているものとしているが、第１および第２磁石フォルダ３３，４３は全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設させる必要はなく、第１および第２磁石フォルダ３３，４３の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２永久磁石３７，４７を含めた第１および第２磁石フォルダ３３，４３のそれぞれの重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石フォルダ３３，４３を配置すればよい。この場合、磁気的には、第１および第２永久磁石３７，４７の磁束は回転子内部で閉じているので、固定子に対して、磁気的なアンバランスも生じない。

例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石フォルダ３３，４３のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置の第１および第２磁石保持台座３０，４０を除く６個の第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石フォルダ３３，４３を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２永久磁石３７，４７を含めた第１および第２磁石フォルダ３３，４３のそれぞれの重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石フォルダ３３，４３のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、第１および第２磁石フォルダ３３，４３をそれぞれ９０度の等角ピッチで第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２永久磁石３７，４７を含めた第１および第２磁石フォルダ３３，４３のそれぞれの重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。

また、上記実施の形態では、第１および第２磁石フォルダ３３，４３を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０が周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設されているものとしているが、第１および第２磁石フォルダ３３，４３を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０は周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設させる必要はなく、第１および第２磁石保持台座３０，４０の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石フォルダ３３，４３を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石保持台座３０，４０を配置すればよい。ここで、磁石保持台座全体の重心とは、第１磁石保持台座３０、第１永久磁石３７および第１磁石フォルダ３３を含めた重心であり、第２磁石保持台座４０、第２永久磁石４７および第２磁石フォルダ４３を含めた重心である。この場合においても、磁気的には、第１および第２永久磁石３７，４７の磁束は回転子内部で閉じているので、固定子に対して、磁気的なアンバランスも生じない。

例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石フォルダ３３，４３を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置を除く６箇所に第１および第２磁石保持台座３０，４０を設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２永久磁石３７，４７を保持した第１および第２磁石フォルダ３３，４３を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石フォルダ３３，４３を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、４個の第１および第２磁石保持台座３０，４０をそれぞれ９０度の等角ピッチで設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２永久磁石３７，４７を保持した第１および第２磁石フォルダ３３，４３を配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。

また、上記実施の形態では、第１および第２永久磁石３７，４７の材料については説明していないが、ランデル型の回転子構造から永久磁石を配設するための大きなスペースは確保できない。そこで、小容積の磁石で十分な磁気飽和緩和効果を得るためには、エネルギー積ＢＨＭＡＸが３０ＭＧＯｅ以上の異方性焼結希土類磁石を用いることが好ましい。

なお、上記実施の形態では、車両用交流発電機について説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。

また、上記実施の形態では、第１および第２磁石フォルダ３３，４３の突出部３５，４５が断面台形に形成されているものとしているが、突出部の断面は台形に限定されるものではなく、断面が正方形や長方形の四角形であってもよい。なお、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていても、よいことは言うまでもないことである。
また、上記実施の形態では、第１および第２永久磁石３７，４７が断面台形の柱状体に作製されているものとしているが、第１および第２永久磁石３７，４７は断面台形の柱状体に限定されるものではない。例えば、断面が台形、正方形、長方形などの四角形の柱状体であれば、第１および第２永久磁石３７，４７を磁石母材から効率よく切り出すことができ、材料歩留まりを高めることができる。なお、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていても、よいことは言うまでもないことである。また、磁石装着穴３６は、第１および第２永久磁石３７，４７の断面四角形の外形形状に適合する断面四角形の内形形状に形成される。

また、上記実施の形態では、第１および第２磁石フォルダ３３，４３が所定枚の磁性薄板４９を積層して作製されているものとしているが、第１および第２磁石フォルダは磁性材料の塊状体で一体物として作製してもよい。

また、上記実施の形態では、第１および第２磁石フォルダ保持穴３１，４１が、第１および第２磁石保持台座３０，４０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形に形成されているものとしているが、第１および第２磁石フォルダ保持穴は必ずしも軸方向一端から他端に貫通している必要はなく、軸方向一端又は他端の少なくとも一方が開口していればよい。
また、第１および第２磁石フォルダ保持穴の穴中心を必ずしも軸方向に一致させる必要はなく、軸方向に対して傾斜していてもよい。例えば、第１および第２磁石フォルダ保持穴の穴中心を相対する第２および第１爪状磁極部の先端側の内周面と略平行にすればより好ましい。

この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す分解斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における磁石フォルダを構成する磁性薄板を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石フォルダへの実装方法を説明する斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。

符号の説明

１０ 固定子、１３ 回転子、１４ 界磁コイル、１５ ポールコア、１６ 回転軸、１７ 第１ポールコア体、１８ 第１ボス部、１９ 第１継鉄部、２０ 第１爪状磁極部、２１ 第２ポールコア体、２２ 第２ボス部、２３ 第２継鉄部、２４ 第２爪状磁極部、２９ エアギャップ、３０ 第１磁石保持台座（永久磁石保持部）、３１ 第１磁石フォルダ保持穴、３２ 第１軸方向開口、３３ 第１磁石フォルダ、３４ 嵌合部、３５ 突出部、３６ 磁石装着穴、３７ 第１永久磁石、４０ 第２磁石保持台座（永久磁石保持部）、４１ 第２磁石フォルダ保持穴、４２ 第２軸方向開口、４３ 第２磁石フォルダ、４４ 嵌合部、４５ 突出部、４６ 磁石装着穴、４７ 第２永久磁石、４９ 磁性薄板。

Claims (5)

1. ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、
   上記回転子の外周を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
   上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、
   上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石フォルダ保持穴と、
   上記磁石フォルダ保持穴に挿入、保持された断面がＣ字状の円弧形の嵌合部、該嵌合部から一体に径方向外方に突設され、上記磁石フォルダ保持穴から径方向外方に突出する断面が四角形の突出部、および該突出部と該嵌合部とに軸方向の一端から他端に貫通する断面が四角形の磁石装着穴を有する磁性材料からなる磁石フォルダと、
   断面が四角形の柱状体に作製されて上記磁石装着穴のそれぞれに挿入、保持され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、を備えていることを特徴とする回転電機。
2. 上記請求項１記載の回転電機において、上記磁石フォルダは、四角形がＣ字状の円弧形の弦部から径方向外方に突出する外形形状を有し、かつ上記磁石装着穴を構成する穴部が形成された磁性薄板を所定枚積層して作製されていることを特徴とする回転電機。
3. 上記請求項１又は請求項２記載の回転電機において、上記永久磁石保持部が、全ての上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に突設され、
   上記永久磁石が上記磁石装着穴に挿入、保持された上記磁石フォルダが、上記回転軸の中心から上記磁石フォルダのそれぞれの上記永久磁石を含む重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように配置されていることを特徴とする回転電機。
4. 上記請求項１又は請求項２記載の回転電機において、上記永久磁石が上記磁石装着穴に挿入、保持された上記磁石フォルダが、上記永久磁石保持部の全ての上記磁石フォルダ保持穴に挿入、保持され、
   上記磁石フォルダが保持された上記永久磁石保持部が、上記回転軸の中心から上記永久磁石保持部のそれぞれの上記永久磁石および上記磁石フォルダを含む永久磁石保持部全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように配置されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法であって、
   未着磁の永久磁石を上記磁石フォルダの上記磁石装着穴に挿入、保持させる工程と、
   上記未着磁の永久磁石が保持された上記磁石フォルダに磁界を印加して、該未着磁の永久磁石を着磁する工程と、
   上記着磁された永久磁石が保持された上記磁石フォルダを上記磁石フォルダ保持穴に挿入、保持させる工程と、を備えていることを特徴とする回転電機の製造方法。

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