JP4654970B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents
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Description
また、特許文献1では、隣合う2つの爪状磁極間に配置される永久磁石を樹脂製の磁石保持部材により保持する技術が示されている。
更に、特許文献2では、永久磁石を覆う樹脂製または金属製の保護カバーを有し、周方向に対向する側面にそれぞれ凹凸部が形成された2つの爪状磁極の間に保護カバーで覆われた永久磁石を圧入して固定する技術が開示されている。
また、樹脂成形する上で、磁石保持部材の強度や欠肉等を考慮すると、一定以上の厚み、例えば1mm以上の肉厚が必要となり、この肉厚を確保すると、ポールコアに界磁コイルを巻線するスペースが減少する。その結果、磁界強度が小さくなり、発生出力が低下する問題を生じる。
また、個々の保護カバーが独立しているため、その保護カバーに覆われた永久磁石を固定するために、爪状磁極の側面に凹凸部を形成する必要があり、製造コストの上昇を招いている。
本発明は、それぞれ複数の爪状磁極が設けられ、互いの爪状磁極が噛み合う様に組み合わされた一組のポールコアと、周方向に隣合う爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される複数の永久磁石と、周方向に隣合う爪状磁極同士の間に嵌合して、複数の永久磁石を保持する磁石保持器とを備えた車両用交流発電機において、磁石保持器は、非磁性体の鋼板より形成され、複数の永久磁石を一つずつ保持する複数の保持部と、この複数の保持部を千鳥状に連結する複数の連結部とを有し、この連結部は、周方向に隣合う2つの保持部の間に挿入される爪状磁極の先端内周側を通って保持部同士を断面コの字状に連結すると共に、保持部に繋がる連結部の長さが、保持部の長手方向の長さの1/3以下であることを特徴とする。
また、磁石保持器は、保持部に接続される連結部の長さが、保持部の長手方向の長さの1/3以下であるので、複数の保持部をフレキシブルに連結できる。これにより、永久磁石を保持部に挿入する際に、複数の保持部を平行状態に保つことが可能となり、挿入方向を同一方向に規定できるので、永久磁石を保持部に挿入する作業を容易にできる。
請求項1に記載した車両用交流発電機において、保持部は、永久磁石の少なくとも4面を包囲していることを特徴とする。
これにより、永久磁石を安定した状態で保持できる。
請求項2に記載した車両用交流発電機において、保持部は、永久磁石の周方向の両側面と、径方向の内周面及び外周面とを包囲していることを特徴とする。
この場合、少なくとも永久磁石の長手周囲4面を包囲できるので、より安定した状態で永久磁石を保持できる。
請求項2または3に記載した車両用交流発電機において、保持部は、永久磁石の径方向の外周面を全体に覆う背板部を有することを特徴とする。
この場合、永久磁石の外周面が露出することはなく、背板部により全体が覆われているので、例えば、外部から侵入した異物が永久磁石に直接当たることを防ぐことができ、永久磁石の割れや欠けを防止できる。万が一、永久磁石に割れや欠けが発生した場合でも、その欠片が遠心力で飛散することを背板部によって抑制できる。
請求項3または4に記載した車両用交流発電機において、保持部は、永久磁石の外周面以外の表面を一部分露出させた状態で覆っていることを特徴とする。
この場合、永久磁石が組み付けられた磁石保持器をポールコアの各爪状磁極間に接着剤で固定する際に、永久磁石の表面が露出している部分から、爪状磁極と保持部との間および永久磁石と保持部との間に、それぞれ接着剤が毛細管現象によって入り込むことができ、爪状磁極と保持部及び永久磁石と保持部とを互いに強固に固定できる。
請求項4または5に記載した車両用交流発電機において、保持部は、背板部の周方向両端から略直角に折り曲げられて、永久磁石の周方向の両側面を部分的に覆う一対の側板部を有すると共に、この側板部の内周端から略直角に折り曲げられて、永久磁石の径方向の内周面を支持する第1の折り曲げ部を有し、側板部及び第1の折り曲げ部の長さが、連結部を除いた保持部の長手方向の長さの1/2以上であることを特徴とする。
これにより、保持部の剛性を高くできるので、永久磁石を保持部へ挿入する際に、保持部の形状を安定させることができ、永久磁石の挿入を容易にできる。
請求項6に記載した車両用交流発電機において、保持部は、背板部の周方向両端から側板部と一体に折り曲げられた第2の折り曲げ部を有し、この第2の折り曲げ部を介して側板部と連結部とが連続して設けられていることを特徴とする。
これにより、保持部の剛性を更に高くでき、永久磁石の挿入を容易にできる。
請求項1〜7に記載した何れかの車両用交流発電機において、磁石保持器は、複数の連結部及び保持部が成形された展開形状を円環状に丸めて構成され、その円環状に丸められた両端が溶接またはかしめ等により固定されていることを特徴とする。
磁石保持器が円環状に設けられているので、磁石保持器の保持部に永久磁石を挿入する際に、複数の保持部が平行になる様に、磁石保持器全体を内周側に押し縮めた状態で保持することができる。これにより、複数の保持部に対して、複数の永久磁石を同一方向から一度に挿入することが可能となる他、永久磁石を挿入した磁石保持器を一度に爪状磁極に組み込むことが可能となる。
請求項1〜8に記載した何れかの車両用交流発電機において、磁石保持器は、周方向に隣合う2つの保持部の間に挿入される爪状磁極の先端面に当接する当接部を有し、この当接部が連結部と一体に設けられていることを特徴とする。
この場合、爪状磁極の先端面に当接部を当てることで、爪状磁極に対して磁石保持器を軸方向に位置決めできる。その結果、磁石保持器に保持された永久磁石の軸方向位置が正確に決まるため、磁石性能を最大限に引き出すことが可能となる。
請求項9に記載した車両用交流発電機において、当接部は、爪状磁極の先端面に溶接あるいは接着等により固定されていることを特徴とする。
これにより、磁石保持器を爪状磁極に確実に固定でき、磁石保持器の位置ずれを防止できるので、永久磁石の軸方向位置を正確に決めることができる。
請求項1〜10に記載した何れかの車両用交流発電機において、爪状磁極は、周方向両側の外周面に面取り部が設けられており、磁石保持器は、保持部を形成する鋼板の一部を切り起こして形成された鉤状突部を有し、この鉤状突部を面取り部の表面に当接させていることを特徴とする。
これにより、爪状磁極に対して磁石保持器を径方向に位置決めできるので、磁石保持器に保持された永久磁石の位置精度が向上して、磁石性能を最大限に引き出すことが可能となる。
実施例1に示す車両用交流発電機は、図2に示す様に、電機子として働く固定子1と、界磁として働く回転子2とを有している。
固定子1は、内周に複数のスロット(図示せず)が形成された円環状の電機子鉄心3と、スロットを介して電機子鉄心3に巻き付けられる電機子コイル4とで構成され、回転子2の回転に伴って電機子コイル4に交流電圧が発生する。
回転子2は、エンジンの回転動力が伝達されて回転する回転軸5と、この回転軸5に固定された界磁鉄心6と、この界磁鉄心6に巻線された界磁コイル7と、磁石保持器8(図4参照)に保持されて界磁鉄心6に固定される複数の永久磁石9(図3参照)等で構成される。
一組のポールコアは、それぞれ回転軸5の外周にセレーション嵌合するボス部6aと、このボス部6aから径方向外側に立ち上がった後、軸方向に延びて設けられた複数(実施例1では8個)の爪状磁極6bとを有し、互いの爪状磁極6bが交互に噛み合う様に組み合わされている(図1参照)。また、爪状磁極6bには、図3に示す様に、周方向側面の外径部に鍔部6cが設けられている。この鍔部6cは、回転子2の回転時に永久磁石9が遠心方向へ飛び出すことを防止する働きを有する。
この界磁コイル7は、回転軸5の一方の端部に設けられたスリップリング11にリード線7aを介して接続され、そのスリップリング11の外周に配置されるブラシ(図示せず)を通じて車載バッテリから界磁電流が供給される。この界磁コイル7に界磁電流が流れると、一方のポールコアに設けられた爪状磁極6bが全てS極となり、他方のポールコアに設けられた爪状磁極6bが全てN極となる。
磁石保持器8は、図4に示す様に、複数の永久磁石9を一つずつ保持する複数の保持部12と、この複数の保持部12を連結する複数の連結部13とを有している。この保持部12と連結部13は、非磁性体の鋼板(例えばステンレス板)からプレスで打ち抜いた後、所定の形状に折り曲げて形成される。
保持部12は、図5に示す様に、永久磁石9の径方向の外周面を覆う背板部12aと、永久磁石9の周方向の両側面を部分的に覆う一対の側板部12bと、永久磁石9の径方向の内周面を支持する一対の折り曲げ部(第1の折り曲げ部12cと呼ぶ)と、永久磁石9の周方向の両側面を支持する一対の折り曲げ部(第2の折り曲げ部12dと呼ぶ)とを有している。
側板部12bは、背板部12aの周方向両端から略直角に折り曲げて形成される。この側板部12bは、連結部13を除いた保持部12の長手方向の長さの1/2以上の範囲に設けられている。具体的には、保持部12の長手方向の長さの略1/2の範囲に設けられている。但し、一対の側板部12bは、保持部12の長手方向で一方側と他方側とに分れて対角位置に設けられている。
第2の折り曲げ部12dは、背板部12aの周方向両端から側板部12bと一体に略直角に折り曲げて形成される。但し、第2の折り曲げ部12dは、背板部12aからの折り曲げ長さ(径方向の長さ)が側板部12bの折り曲げ長さより短く、例えば、側板部12bの折り曲げ長さの1/2〜1/3程度に形成されている。
側辺部13aは、背板部12aの長手方向の反側板部側、且つ周方向の反側板部側、つまり、側板部12bが設けられていない側の端部に接続され、背板部12aに対し略直角に折り曲げられている。この背板部12aに接続される側辺部13aの長さは、保持部12の長手方向の長さの1/10〜1/3(一例として略1/4)に設定されている。
接続辺13bは、爪状磁極6bの先端形状に対応して略扇状に設けられ、磁石保持器8が界磁鉄心6に組み付けられた状態で、爪状磁極6bの先端内周側を通って一対の側辺部13aを断面略コの字状に接続している。また、接続辺13bは、複数の保持部12をフレキシブルに連結できる様に、緩やかに湾曲している。
保持部12に永久磁石9が挿入された磁石保持器8は、図7に示す様に、隣合う2つの保持部12が略V字状に開く様に、磁石保持器8全体を径方向外側(図示矢印方向)へ広げた後、界磁鉄心6に組み付けられる(図1参照)。
実施例1に記載した磁石保持器8は、非磁性体の鋼板より形成されるので、樹脂成形された従来品の様に複雑な成形型を使用する必要がなく、プレス加工(打ち抜き加工)と折り曲げ加工だけで容易に且つ安価に製造できる。
また、磁石保持器8は、周方向に隣合う2つの保持部12を連結する連結部13が、爪状磁極6bの先端内周側のみに配置されると共に、保持部12に接続される連結部13の長さが、保持部12の長手方向の長さの1/10〜1/3に設定され、且つ鋼板を使用することで連結部13の板厚を薄く形成できる。これにより、連結部13が界磁コイル7の巻線スペースに影響を与えることはなく、巻線スペースの減少を回避できる。その結果、必要とされる界磁コイル7の巻数及び線径を設定できるので、磁界強度が不足することはなく、発生出力が低下することもない。
また、永久磁石9を保持部12へ挿入した後は、隣合う2つの保持部12が略V字状に開く様に、磁石保持器8全体を径方向外側へ広げることにより、その磁石保持器8を一度にポールコアの各爪状磁極6b間に組み込むことが可能となる。
更に、保持部12には、側板部12bの内周端から略直角に折り曲げられた第1の折り曲げ部12cと、背板部12aの周方向両端から略直角に折り曲げられた第2の折り曲げ部12dとが設けられ、永久磁石9の側面を覆う側板部12bと連結部13の側辺部13aとが第2の折り曲げ部12dを介して連続して一体に形成されている。この構成によれば、第1の折り曲げ部12cと第2の折り曲げ部12dが補強材として働くため、保持部12の剛性が向上する。その結果、永久磁石9を保持部12へ挿入する際に、保持部12の変形を防止でき、保持部12の形状を安定させることができるので、永久磁石9の挿入を容易にできる。
この実施例2に示す磁石保持器8は、周方向に隣合う2つの保持部12の間に挿入される爪状磁極6bの先端面に当接する当接部8aを有していることを特徴とする。
当接部8aは、例えば、図8に示す様に、連結部13の接続辺13bと一体に設けられ、接続辺13bに対し略直角に折り曲げて形成される。
上記の構成によれば、図9に示す様に、爪状磁極6bの先端面に当接部8aを当てることで、爪状磁極6bに対して磁石保持器8を軸方向に位置決めできる。その結果、磁石保持器8に保持された永久磁石9の軸方向位置が正確に決まるため、磁石性能を最大限に引き出すことが可能となる。なお、爪状磁極6bの先端面に当接部8aを溶接あるいは接着等により固定しても良い。
この実施例3に示す磁石保持器8は、保持部12の長手方向の両端開口部を塞ぐ端板部8bを設けたことを特徴とする。
端板部8bは、図10に示す様に、背板部12aの長手方向両端から連続して設けられ、背板部12aに対し略直角に折り曲げて形成される。これにより、保持部12に挿入された永久磁石9の両端面を端板部8bで抑えることができ、保持部12の長手方向における永久磁石9の移動を抑制できるので、接着剤で固定する際に、永久磁石9の位置ずれを防止でき、永久磁石9の軸方向位置を正確に決めることができる。
この実施例4に示す磁石保持器8は、図11に示す様に、複数の保持部12を平面状に展開した状態で、各保持部12にそれぞれ永久磁石9が挿入されることを特徴とする。
この場合、平面状に展開された各保持部12を平行状態に保つことにより、図11(a)に示す様に、複数の永久磁石9を同一方向(例えば図示下方)から一度に各保持部12へ挿入できる。
上記の構成によれば、永久磁石9を保持部12に挿入した後、複数の保持部12を展開状態から円環状に丸めて、両端を溶接またはかしめ等により固定することができる。
この実施例5に示す磁石保持器8は、保持部12に設けられた鉤状突部8cを爪状磁極6bの外周面に設けられた面取り部6dの表面に当接させていることを特徴とする。
鉤状突部8cは、図12に示す様に、保持部12を形成する鋼板の一部を細長い矩形状に切り起こして鉤状に折り曲げられている。
磁石保持器8を界磁鉄心6に組み付ける際に、図13に示す様に、鉤状突部8cを爪状磁極6bの面取り部6dの表面に当接させることにより、鉤状突部8cと保持部12との間に爪状磁極6bの鍔部6cを挟み込んだ状態で保持部12を配置できる。
これにより、爪状磁極6bに対する保持部12の位置が安定するので、磁石保持器8に保持された永久磁石9の位置精度が向上して、磁石性能を最大限に引き出すことが可能となる。
6b 爪状磁極
6d 爪状磁極の面取り部
8 磁石保持器
8a 当接部
8c 鉤状突部
9 永久磁石
12 保持部
12a 背板部
12b 側板部
12c 第1の折り曲げ部(折り曲げ部)
12d 第2の折り曲げ部(折り曲げ部)
13 連結部
Claims (11)
- それぞれ複数の爪状磁極が設けられ、互いの爪状磁極が噛み合う様に組み合わされた一組のポールコアと、
周方向に隣合う前記爪状磁極同士の間にそれぞれ配置される複数の永久磁石と、
周方向に隣合う前記爪状磁極同士の間に嵌合して、前記複数の永久磁石を保持する磁石保持器とを備えた車両用交流発電機において、
前記磁石保持器は、非磁性体の鋼板より形成され、前記複数の永久磁石を一つずつ保持する複数の保持部と、この複数の保持部を千鳥状に連結する複数の連結部とを有し、この連結部は、周方向に隣合う2つの前記保持部の間に挿入される前記爪状磁極の先端内周側を通って前記保持部同士を断面コの字状に連結すると共に、前記保持部に繋がる前記連結部の長さが、前記保持部の長手方向の長さの1/3以下であることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項1に記載した車両用交流発電機において、
前記保持部は、前記永久磁石の少なくとも4面を包囲していることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項2に記載した車両用交流発電機において、
前記保持部は、前記永久磁石の周方向の両側面と、径方向の内周面及び外周面とを包囲していることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項2または3に記載した車両用交流発電機において、
前記保持部は、前記永久磁石の径方向の外周面を全体に覆う背板部を有することを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項3または4に記載した車両用交流発電機において、
前記保持部は、前記永久磁石の外周面以外の表面を一部分露出させた状態で覆っていることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項4または5に記載した車両用交流発電機において、
前記保持部は、前記背板部の周方向両端から略直角に折り曲げられて、前記永久磁石の周方向の両側面を部分的に覆う一対の側板部を有すると共に、この側板部の内周端から略直角に折り曲げられて、前記永久磁石の径方向の内周面を支持する第1の折り曲げ部を有し、前記側板部及び前記第1の折り曲げ部の長さが、前記連結部を除いた前記保持部の長手方向の長さの1/2以上であることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項6に記載した車両用交流発電機において、
前記保持部は、前記背板部の周方向両端から前記側板部と一体に折り曲げられた第2の折り曲げ部を有し、この第2の折り曲げ部を介して前記側板部と前記連結部とが連続して設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項1〜7に記載した何れかの車両用交流発電機において、
前記磁石保持器は、複数の前記連結部及び前記保持部が成形された展開形状を円環状に丸めて構成され、その円環状に丸められた両端が溶接またはかしめ等により固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項1〜8に記載した何れかの車両用交流発電機において、
前記磁石保持器は、周方向に隣合う2つの前記保持部の間に挿入される前記爪状磁極の先端面に当接する当接部を有し、この当接部が前記連結部と一体に設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項9に記載した車両用交流発電機において、
前記当接部は、前記爪状磁極の先端面に溶接あるいは接着等により固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。 - 請求項1〜10に記載した何れかの車両用交流発電機において、
前記爪状磁極は、周方向両側の外周面に面取り部が設けられており、
前記磁石保持器は、前記保持部を形成する鋼板の一部を切り起こして形成された鉤状突部を有し、この鉤状突部を前記面取り部の表面に当接させていることを特徴とする車両用交流発電機。
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