JP4492658B2

JP4492658B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4492658B2
Application number: JP2007245609A
Authority: JP
Inventors: 信也大渡; 由典林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: US7868513B2; JP2009077580A; US20090079294A1

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

従来から、回転子の磁極間に配置された永久磁石の収納部から軸方向に連結部を延ばし、ポールコア端面に接合された端板と結合することにより、永久磁石を回転軸方向に固定するようにした車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、回転子の磁極間に配置された永久磁石の保持部の一部を回転軸方向に延長してポールコア端面よりも突出させることで冷却ファンを兼ねるようにした車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１０−２０１１４９号公報（第３−５頁、図１−１５）特開２００１−７８３７４号公報（第５頁、図１２）

ところで、特許文献１に開示された構造では、収納部と端板とを連結するための連結部やこの連結部を端板に接合する工程などが必要になり、部品点数および工数の増加に伴ってコストが増加するという問題があった。

また、特許文献２に開示された構造では、永久磁石の保持部から冷却ファンとして機能するその一部の先端までの長さが長くなるため冷却ファンとしての強度が不足するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転子の磁極爪部の間に配置された永久磁石を保持するためのコスト増加を防止することができ、冷却ファンを備える場合にその強度を確保することができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、それぞれに複数の爪部が形成された一対のポールコアと、漏洩磁束を防ぐ向きに爪部間に配置された複数の永久磁石とを含む回転子を有しており、ポールコアに固定され、ポールコアの隣接する爪部の間に形成される凹部の形状に対応する形状を有するとともに回転子の回転軸方向に沿って永久磁石の位置を拘束する突起部を有する保持部と、突起部に面で当接する形状を有し、永久磁石のそれぞれを収納して保持する収納部とを備え、ポールコアの爪部には、永久磁石を挿入する溝と、挿入された永久磁石が反挿入側において当接するストッパ部とが形成されており、一方のポールコアの永久磁石の挿入側の端面に保持部が備わっている。永久磁石を保持するために連結部等の部品の追加が不要になり、部品点数や工数の増加に伴うコスト増加を防止することができる。

また、上述した保持部は、ポールコアの軸方向端面に当接する位置に、一部を切り起こすことにより形成される羽部を有することが望ましい。保持部の一部を羽部とすることにより、部品点数の増加を伴わずに冷却ファンの機能を持たせることが可能となる。また、ポールコアの軸方向端面に当接する箇所を切り起こしているため、冷却ファンの強度を容易に確保することできる。

また、上述した保持部に面で当接する形状を有し、永久磁石のそれぞれを収納して保持する収納部を用いることにより、組み付け精度が悪い場合に生じるがたつき分を吸収することができ、永久磁石が回転軸方向あるいは回転方向に動くことを防止することができる。

また、上述したポールコアの爪部には、永久磁石を挿入する溝と、挿入された永久磁石が反挿入側において当接するストッパ部とが形成されており、一方のポールコアの永久磁石の挿入側の端面に保持部が備わっているため、一対のポールコアの組み付け後に永久磁石を挿入することができ、この挿入された永久磁石の回転軸方向の固定が可能になるとともに、保持部を一方のポールコア側のみに備えることでコスト増加を防止することができる。

また、上述した保持部は、永久磁石に弾性力を作用させる弾性構造を有することが望ましい。これにより、収納部の有無にかかわらず、組み付け精度が悪い場合に生じるがたつき分を吸収することができ、永久磁石が回転軸方向に動くことを防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の構造を示す部分的な断面図であり、ランデル型の回転子とその外周側に配置された固定子とが示されている。図１に示すように、回転子１は、絶縁処理された銅線を巻枠であるボビン１０に円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線１２と、それぞれが中心のコア部１４、１６に連続する外周部において回転軸方向に折れ曲がった複数（例えば８個）の爪部（磁極爪部）１８、２０を有する一対のポールコア２２、２４と、隣接する爪部１８、２０間にこれらの間の漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて配置された複数の永久磁石２６と、各永久磁石２６を収納して保持する複数の収納部２８と、ポールコア２２、２４のそれぞれの回転軸方向の端面に取り付け固定されて回転軸方向に沿って永久磁石２６の位置を拘束する突起部３１、３３を有する保持部３０、３２と、回転軸３４とを含んで構成されている。永久磁石２６としては、例えばフェライト磁石、ボンド磁石、希土類磁石等が用いられる。

また、図１において、回転子１の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２は、絶縁処理された３相の固定子巻線９０が固定子鉄心９２に形成された各スロットに巻き回されている。

図２は、第１の実施形態の回転子１の外観斜視図である。また、図３はポールコアの各爪部間に挿入された収納部の固定方法の一例を示す図であり、ポールコアの外周面を部分的に展開した状態が示されている。

図１〜図３に示すように、ポールコア２２、２４の各爪部１８、２０の間に挿入された収納部２８は、隣接する爪部１８、２０の間に形成された隙間を埋めるような箱形形状を有しており、回転子１の内径側に形成された開口面が永久磁石２６の挿入口となっている。この挿入口を通して各収納部２８に永久磁石２６を挿入しておいて、この状態で回転子１への組み付けが行われる。各収納部２８は、非磁性体材料で形成されており、例えばステンレスやアルミニウム等の金属材料あるいはナイロンやＰＰＳ等の樹脂材料が用いられる。なお、収納部２８によって永久磁石２６の全面を覆うようにしてもよい。

また、各収納部２８の回転軸方向の一方の端面は保持部３０の突起部３１に当接し、他方の端面は保持部３２の突起部３３に当接している。保持部３０は、一方のポールコア２２の軸方向端面に取り付けられた円盤状の部材であって、隣接する爪部１８の間に形成される凹部の形状に対応する形状を有する複数の突起部３１を有している。１つの突起部３１に着目すると、この突起部３１に隣接する２つの爪部１８の間には、他方のポールコア２４の１つの爪部２０と、この爪部２０と２つの爪部１８のそれぞれとの間に配置された２つの収納部２８とが存在し、これら２つの収納部２８のそれぞれの回転軸方向の一方の端面のほぼ全面が突起部３１の底面に当接した状態で回転子１の組み付けが行われる。

同様に、保持部３２は、他方のポールコア２４の軸方向端面に取り付けられた円盤状の部材であって、隣接する爪部２０の間に形成される凹部の形状に対応する形状を有する複数の突起部３３を有している。１つの突起部３３に着目すると、この突起部３３に隣接する２つの爪部２０の間には、一方のポールコア２２の１つの爪部１８と、この爪部１８と２つの爪部２０のそれぞれとの間に配置された２つの収納部２８とが存在し、これら２つの収納部２８のそれぞれの回転軸方向の他方の端面のほぼ全面が突起部３３の底面に当接した状態で回転子１の組み付けが行われる。上述した保持部３０、３２は、例えば鉄板等の板状部材をプレス成形によって所定形状に成型することにより形成される。

このように、本実施形態の車両用交流発電機の回転子１は、回転軸方向に沿って永久磁石２６の収納部２８の位置を拘束する突起部３１、３３を有する保持部３０、３２を備えており、永久磁石２６を保持するために連結部等の部品の追加が不要になり、部品点数や工数の増加に伴うコスト増加を防止することができる。

また、保持部３０、３２に当接する形状を有する収納部２８に永久磁石を収納して保持することにより、回転子１の組み付け精度が悪い場合に生じる永久磁石２６回りのがたつき分を吸収することができ、永久磁石２６が回転軸方向あるいは回転方向に動くことを防止することができる。

ところで、上述した実施形態（後述する各実施形態についても同様）では、収納部２８を主に回転軸方向に拘束する方法について説明したが、径方向に拘束する各種の方法と組み合わせることができる。例えば、図４に示すように、収納部２８の径方向外側の回転方向の幅を径方向内側の回転方向の幅よりも狭くするとともに、この収納部２８の回転方向両側に爪部１８、２０を密着させることにより、収納部２８が径方向外側に移動することを制限することができる。あるいは、図５に示すように、爪部１８、２０のそれぞれの径方向外側の幅を広くしてつば部１８ａ、２０ａを形成し、収納部２８の回転方向の両端部をこれらのつば部１８ａ、２０ａで係止することにより、収納部２８が径方向外側に移動することを制限することができる。

〔第２の実施形態〕
ところで、上述した第１の実施形態では、内扇式の車両用交流発電機の場合には回転子１に冷却ファンを装備する必要があり、部品点数が増加する。第２の実施形態では、この点を改良して部品点数を低減している。

図６は、第２の実施形態の回転子１Ａの外観斜視図である。また、図７は図６に示す回転子１Ａのポールコアの外周面を部分的に展開した図である。なお、回転子１Ａを含む車両用交流発電機の全体構成は第１の実施形態と同じである。

本実施形態の回転子１Ａは、図２等に示した第１の実施形態の回転子１に対して、保持部３０、３２を保持部３０Ａ、３２Ａに置き換えた点が異なっている。保持部３０Ａは、一方のポールコア２２の軸方向端面に取り付けられた円盤状の部材であって、隣接する爪部１８の間に形成される凹部の形状に対応する形状を有する複数の突起部３１Ａを有するとともに、ポールコア２２の軸方向端面に当接する位置に保持部３０Ａ自身の一部を切り起こすことにより形成される羽部３０Ｂを有する。回転子１Ａの回転時には、これらの羽部３０Ｂが冷却ファンとして機能する。なお、図６に示す例では、各爪部１８に１対１に対応するように羽部３０Ｂが備わっているが、羽部３０Ｂの冷却能力や車両用発電機として要求される冷却能力等によっては、この羽部３０Ｂの数を減少あるいは増加するようにしてもよい。

同様に、保持部３２Ａは、一方のポールコア２４の軸方向端面に取り付けられた円盤状の部材であって、隣接する爪部２０の間に形成される凹部の形状に対応する形状を有する複数の突起部３３Ａを有するとともに、ポールコア２４の軸方向端面に当接する位置に保持部３２Ａ自身の一部を切り起こすことにより形成される羽部３２Ｂを有する。回転子１Ａの回転時には、これらの羽部３２Ｂが冷却ファンとして機能する。

このように、保持部３０Ａ、３２Ａの一部を羽部３０Ｂ、３２Ｂとすることにより、部品点数の増加を伴わずに冷却ファンの機能を持たせることが可能となる。また、ポールコア２２、２４の軸方向端面に当接する箇所を切り起こしているため、冷却ファンの強度を容易に確保することできる。

〔変形例〕
図８は、回転子の変形例を示す部分的な展開図であり、図３に対応するものである。図８に示す回転子１Ｂは、一方のポールコア２２側の保持部３０を備え、他方のポールコア２４側の保持部３２が省略されている。具体的には、保持部３０側から収納部２８を挿入するために、挿入側から延在する溝１８Ｃが爪部１８に、溝２０Ｃが爪部２０にそれぞれ形成されている。また、挿入された収納部２８を軸方向に沿った所定位置で位置決めするために、ストッパ部１８Ｄが爪部１８の反挿入側に、ストッパ部２０Ｄが爪部２０の反挿入側ににそれぞれ形成されている。これらのストッパ部１８Ｄ、２０Ｄは、溝１８Ｃ、２０Ｃのそれぞれに沿って挿入される収納部２８の先端の移動を拘束できればよいため、図８に示す例では、段差部がストッパ部１８Ｄ、２０Ｄとして用いられている。

収納部２８は、爪部１８の溝１８Ｃと爪部２０の溝２０Ｃの間に、その先端がストッパ部１８Ｄ、２０Ｄに当接するまで挿入され、その後、保持部３０の突起部３１で収納部２８の挿入側軸方向端面を当接することで、完全に軸方向に固定される。

このような構造を採用することにより、一対のポールコア２２、２４の組み付け後に永久磁石２６を含む収納部２８を挿入することができ、この挿入された収納部２８の回転軸方向の固定が可能になるとともに、保持部３０を一方のポールコア２２側のみに備えることでコスト増加を防止することができる。

図９は、保持部に弾性力を持たせた変形例を示す図である。図９に示す部分的な構造は、図２において収納部２８の一方の軸方向端面に当接する保持部３２の突起部３３の一部の対向面３３Ａのみを拡大したものである。この対向面３３Ａは、外径側から内径側に延びた２本のスリット３３Ａ１を有しており、これら２本のスリットに挟まれた板部３３Ａ２が備わっている。この板部３３Ａ２は、軸方向に何も力が作用していない状態でその根元部を中心に先端側が収納部２８側に突出しており、収納部２８側から力が作用すると反力を生じる弾性構造となっている。保持部３０が回転子に組み付けられると、板部３３Ａ２が収納部２８の軸方向端面に当接し、収納部２８に弾性力を作用させるようになっている。これにより、組み付け精度が悪い場合に生じるがたつき分を吸収することができ、永久磁石２６が収納された収納部２８が回転軸方向に動くことを防止することができる。

図１０は、保持部に弾性力を持たせた他の変形例を示す図である。図１０に示す部分的な構造は、図９と同じ箇所を示している。この例では、対向面３３Ａに貫通孔３３Ａ３が形成されており、その周囲が収納部２８側に突出した円形の突出片３３Ａ４を形成している。この突出片３３Ａ４は、柔軟性を有し変形しやすい形状（例えば、変形可能な程度に先端の厚みが薄くなっている）を有する弾性構造となっている。保持部３０が回転子に組み付けられると、突出片３３Ａ４が収納部２８の軸方向端面に当接し、収納部２８に弾性力を作用させるようになっている。これにより、組み付け精度が悪い場合に生じるがたつき分を吸収することができ、永久磁石２６が収納された収納部２８が回転軸方向に動くことを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、単純な直方体形状の収納部２８を用い、その軸方向端面に当接可能なように保持部３０、３２の突起部３１、３３の底面の形状を変形させたが、収納部の形状を変形することにより、突起部３１、３３の形状を単純化するようにしてもよい。

図１１は、収納部の変形例を示す図である。図１１に示す収納部２８Ａは、直方体の永久磁石２６を包囲する直方体部２８Ｂに、その軸方向端面の端部に連結された板部２８Ｃが一体形成されている。この板部２８Ｃは、収納部２８Ａを組み付けた際に突起部３１の底面（図１１では平板）の形状に合わせた角度を有している。なお、図９に示す板部３３Ａ２と同様に、この板部２８Ｃが突起部３１に当接したときに弾性力が作用するように板部２８Ｃの角度を設定するようにしてもよい。

図１２は、収納部の他の変形例を示す図である。図１２に示す収納部２８は、直方体の永久磁石２６を収納する点は他の収納部２８等と同じであるが、内部に所定の空間２８Ｄを形成することで、突起部３１の底面（平板）に軸方向端面が当接する形状になっている。

また、上述した実施形態では、永久磁石２６を収納部２８等に収納した状態で回転子１に組み込むようにしたが、収納部２８を用いずに永久磁石２６を直接回転子１に組み込むようにしてもよい。

第１の実施形態の車両用交流発電機の構造を示す部分的な断面図である。第１の実施形態の回転子の外観斜視図である。ポールコアの各爪部間に挿入された収納部の固定方法の一例を示す図である。収納部の取付状態の一例を示す断面図である。収納部の取付状態の他の例を示す断面図である。第２の実施形態の回転子の外観斜視図である。図６に示す回転子のポールコアの外周面を部分的に展開した図である。回転子の変形例を示す部分的な展開図である。保持部に弾性力を持たせた変形例を示す図である。保持部に弾性力を持たせた他の変形例を示す図である。収納部の変形例を示す図である。収納部の他の変形例を示す図である。

符号の説明

１回転子
２固定子
１０ボビン
１２界磁巻線
１４、１６コア部
１８、２０爪部
２２、２４ポールコア
２６永久磁石
２８収納部
３０、３２保持部
３１、３３突起部

Claims

それぞれに複数の爪部が形成された一対のポールコアと、漏洩磁束を防ぐ向きに前記爪部間に配置された複数の永久磁石とを含む回転子を有する車両用交流発電機において、
前記ポールコアに固定され、前記ポールコアの隣接する爪部の間に形成される凹部の形状に対応する形状を有するとともに前記回転子の回転軸方向に沿って前記永久磁石の位置を拘束する突起部を有する保持部と、
前記突起部に面で当接する形状を有し、前記永久磁石のそれぞれを収納して保持する収納部と、
を備え、前記ポールコアの爪部には、前記永久磁石を挿入する溝と、挿入された前記永久磁石が反挿入側において当接するストッパ部とが形成されており、一方の前記ポールコアの前記永久磁石の挿入側の端面に前記保持部が備わっていることを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記保持部は、前記ポールコアの軸方向端面に当接する位置に、一部を切り起こすことにより形成される羽部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
請求項１において、
前記保持部は、前記収納部に弾性力を作用させる弾性構造を有することを特徴とする車両用交流発電機。