JP4692464B2

JP4692464B2 - 車両用交流発電機

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Publication number: JP4692464B2
Application number: JP2006281458A
Authority: JP
Inventors: 寛浜田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: US7592735B2; JP2008099526A; US20080088199A1

Description

本発明は車両用交流発電機に関し、詳しくはその爪部を結合する爪部結合リングの改良に関する。

車両用交流発電機のロータコアは、界磁コイルが巻装されるとともに回転軸に嵌着されたボス部と、ボス部の外端部から径方向外側へ延在するディスク部と、ディスク部の径方向外端から界磁コイルを囲む向きに延在する爪部とをもつランデル型ポールコアを一対有する。一対のランデル型ポールコアの爪部は周方向互い違いに配置される。この種の回転子（ランデル型回転子とも言う）については、広く知られている。

通常のランデル型回転子は、界磁コイル給電のためにブラシ装置を必要とするブラシ式ランデル型回転子であるが、特殊な構造のランデル型回転子として界磁コイル静止ランデル型回転子がたとえば下記の特許文献１に記載されている。この界磁コイル静止ランデル型回転子において、リア側の爪部はフロント側の爪部に固定され、界磁コイルは静止継鉄部を通じてフレームに固定される。界磁コイルが形成する界磁束は、フロント側の爪部からステータコア、リア側の爪部、静止継鉄部を通じてフロント側の爪部と一体のフロント側のランデル型ポールコアの径小部分（ボス部と言う）に流れ、再びフロント側の爪部に戻る。

リア側の爪部をフロント側の爪部に固定するために、非磁性金属（たとえばＳＵＳ３０４）製の爪部結合リングにより結合される。爪部結合リングは、溶接などによりリア側の爪部及びフロント側の爪部の径方向内側面に接合される。この種の爪部結合リングは、特許文献２、３に記載されるように爪部の制振などのために通常のブラシ式ランデル型回転子においても採用されることがあり、ダンパリングと呼ばれている。これらの特許文献において、爪部結合リングは、非磁性金属帯板をリング状に曲げ加工した後、両端を溶接して形成されている。

特許文献２、３のダンパリングのその他の形状について記載する。特許文献２のダンパリングは、フロント側の爪部とリア側の爪部の根元側に接合するために爪部ピッチで軸方向に曲げられている。特許文献３のダンパリングは、コ字状断面をもち、その軸方向両端が径方向内側に曲げられている。
特開平６−２６１５０３号公報特開平５−１４６１２６号公報特開平１１−１３６９１４号公報

爪部結合リングには、種々の要求が課せられている。特に、静止ランデル型回転子では、爪部結合リングは、リア側の爪部に遠心力に耐える必要があるため、ブラシ式ランデル型回転子に較べて格段に強度と信頼性が要求される。

これに対して、上記した従来の帯板両端溶接法により製造された爪部結合リングは、溶接部の強度信頼性が問題となる。すなわち、溶接断面は非溶接部と同等の接合強度（引っ張り強度）をもつ必要があり、そうでない場合には爪部結合リングの強度は溶接部のそれに制約されてしまう。更に、溶接部が非溶接部と同等の抗張力をもつには、帯板の端面の全面を確実に溶接する必要があるが、簡単ではなくかつ帯板端面の全面にわたって高い信頼性で高い抗張力を保証することは簡単ではない。そのうえ、車両用交流発電機の爪部は、磁界の周期変動により振動が生じるため、爪部結合リングの疲労耐久性を考慮する必要がある。

また、爪部結合リングは、帯板を溶接によりリング化した後、爪部に再度溶接されるため、この２度の溶接により、爪部結合リングの熱的劣化が心配される。特に、これらの熱加工により、非磁性金属帯板の結晶状態が局部的に変化し、抗張力が低下したり、その非磁性が損なわれたりする心配が生じる。

更に、爪部と爪部結合リングとの接合領域各部に掛かる上記遠心力や振動力はそれぞれ異なるため、爪部結合リングには捻れ力が掛かる。爪部結合リングに異形断面形状を与えることはこの問題に有効であるが、製造工程が複雑となり、界磁コイル収容空間が減少してしまう。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れた耐振性及び耐遠心力性をもち、信頼性に優れた低コストの爪部結合リングをもつ車両用交流発電機を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明は、界磁コイルの径方向外側を周方向所定ピッチで軸方向へ延設されて周方向極性交互に磁化される多数の爪部を有する一対のポールコアをもつロータコアと、前記各爪部の径方向内側面に接合されて前記各爪部を一体化する非磁性の爪部結合リングと、を有し、前記一方のポールコアが前記爪部結合リングのみで前記他方のポールコアに結合される車両交流発電機のランデル型回転子において、前記爪部結合リングは、非磁性金属長尺材を螺旋状に複数ターン巻回されてなるコイル形状を有するものであって、前記爪部結合リングを構成する前記非磁性金属長尺材の先端部は、斜めに切断され、前記先端部に隣接する前記爪部結合リングの次ターンは、前記先端部の斜め切断形状に合わせて軸方向へ変形していることを特徴としている。

このようにすれば、優れた耐振性及び耐遠心力性をもち、信頼性に優れた低コストの爪部結合リングをもつ車両用交流発電機を実現することができる。

詳しく説明すると、帯板を曲げて両端を接合して形成された従来の爪部結合リング（両端溶接リング）は、既述したように、両端全面のすべてを十分な接合強度で信頼性良く接合することが容易でないという欠点があったが、この欠点は発明の爪部結合リング（コイル形リング）では生じない。これは、本発明では軸方向幅が小さい狭幅帯板をコイル状に螺旋巻回して爪部結合リングを製造するため、狭幅帯板の両端を接合する必要はないためである。本発明の爪部結合リングの各ターンがそれらの全周にわたって爪部と接合することができる。これにより、本発明の爪部結合リングは、爪部の遠心力や磁気振動力を良好に担持することができる。

また、本発明では、爪部結合リングを構成する狭幅帯板の両端を溶接しないため、その熱的劣化や磁気特性の変化を抑制することができる。

更に、本発明の爪部結合リングは、軸方向に配列された多数のターンからなるため、爪部に既述の捻れが生じて爪部結合リングに好ましくない捻れ応力が発生するのを抑止することができる。これは、爪部結合リングの各ターンが互いに独立に変位できるため、従来のような円筒状リングのようにその軸方向各部が繋がっていないためである。そして、非磁性金属長尺材の端部が軸方向両端に飛び出すことがないため、爪部結合リングの実質的なターン数を増大でき、爪部結合リングの遠心力担持性能を向上することができる。

好適な態様において、前記爪部に接合される前記爪部結合リングの接合部を、前記接合前に前記爪部の接合部に強度向上のための加工を行う。このような加工としては、プレス加工や鍛造加工などにより行うことができる。このようにすれば、爪部結合リングの強度を向上することができる。

以下、本発明の車両用交流発電機のランデル型回転子を実施形態により説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよいことはもちろんである。

（実施形態１）
（全体構成）
実施形態１の車両用交流発電機を図１を参照して説明する。図１は、この車両用交流発電機の一部破断側面図である。

車両用交流発電機は、ハウジング１、固定子２、回転子３、回転子３を有している。ハウジング１は、椀状に形成されて固定子２を軸方向に挟持するフロントハウジング１１及びリアハウジング１２を有している。回転子３は、固定子２の径方向内側に回転自在に収容されている。回転子３の回転軸３０は、軸受けを介してフロントハウジング１１及びリアハウジング１２に支承されている。４はリアハウジング１２側の軸受け、５はリアハウジング１２の後端面に被せられた椀状の樹脂カバーである。樹脂カバー５とリアハウジング１２とにより区画形成された電気室には、整流装置６やレギュレータがリアハウジング１２に固定されて収容されている。

（固定子２）
固定子２は、通常のものと同じであり、ステータコア２１と、それに巻装されたステータコイル２２とからなる。

（回転子３）
回転子３を図２を参照して説明する。図２は回転子３の一部破断側面図である。

回転子３は、回転軸３０（図２では図示せず）と、フロント側のポールコア３１と、リア側のポールコア３２と、爪部結合リング３３とを有している。フロント側のポールコア３１は、軸方向フロント側へ延設される多数の爪部３１１と、回転軸３０に相対回転不能に圧入、嵌着されたボス部３１２と、ボス部３１２の後端から径方向外側に延在して爪部３１１の根元部に連なるディスク部３１３とをもつ。各爪部３１１は周方向等ピッチで配置されている。リア側のポールコア３２は本質的に通常のポールコアと同じ構造を有している。リア側のポールコア３２は、爪部３１１間の周方向隙間に個別に介設されて軸方向に延在する多数の爪部３２１と、各爪部３２１の根元部を連ねるリング部３２２とを有している。爪部３１１と爪部３２１との径方向外側面は等しい径方向位置とされ、爪部３１１と爪部３２１との間の周方向隙間幅は互いに等しくされている。

（界磁束回路の構成）
リアハウジング１２の前端面には円筒状の静止継鉄部３４が締結され、静止継鉄部３４は、爪部３１１、爪部３２１及び爪部結合リング３３の径方向内側、かつ、フロント側のポールコア３１のボス部３１２の径方向外側に位置して配置されて軸方向フロント側へ突出している。静止継鉄部３４の外周面のうち軸方向フロント側の部分は、径小化されて界磁コイル３５が巻装されている。静止継鉄部３４の外周面のうち軸方向リア側の部分は、リア側のポールコア３２のリング部３２２の内周面に対して小距離にて界磁束授受可能に対面している。また、静止継鉄部３４の内周面は、フロント側のポールコア３１のボス部３１２の外周面に対して小距離にて界磁束授受可能に対面している。

これにより、界磁コイル３５により界磁束回路が形成される。この界磁束回路は、爪部３１１、ディスク部３１３、ボス部３１２、静止継鉄部３４、リング部３２２、爪部３２１、ステータコア２１、爪部３１１の順に流れる。これにより、回転子３の回転により、ステータコイル２２には交流電圧が生じ、この交流電圧は整流装置６により整流されて出力される。界磁コイル３５に流れる励磁電流は既述のレギュレータにより調整される。この種の界磁コイル静止ランデル型回転子の構造及び動作は良く知られているため、これ以上の説明は省略する。

（爪部結合リング３３）
以下、この実施形態の特徴である爪部結合リング３３について図１〜図５を参照して説明する。

爪部結合リング３３は、非磁性筒状部材であって、爪部３１１、爪部３２１の径方向内側面に溶接などにより接合され、これにより、リア側のポールコア３２は、フロント側のポールコア３１に固定されている。

この実施形態の爪部結合リング３３を、図３に示す。図３は爪部結合リング３３の一部破断側面図である。爪部結合リング３３は、断面角形の非磁性ステンレス細幅帯板を螺旋状に５ターン巻回してコイル状に形成されている。この実施形態では、爪部結合リング３３の各ターンの軸方向側面は、互いに密着しているがこれは必須ではない。爪部結合リング３３の各ターンを互いに溶接してもよく、しなくてもよい。爪部結合リング３３の各ターンの断面は、図３に示すように略正方形とされている。爪部結合リング３３を構成する非磁性ステンレス細幅帯板の先端部３３１、３３２は、図４に隣接ターン３３３、３３４の軸方向側面に接するように斜めに切断されて、先端が尖った斜側面３３１A、３３２Aをもつ。また、隣接ターン３３３、３３４は、先端部３３１、３３２の斜側面３３１Ａ、３３２Ａの傾斜に併せて斜側面３３１Ａ、３３２Ａに接する位置にて軸方向に曲げられており、他のターンも同じく軸方向に曲げられている。これにより、図４に示すように、爪部結合リング３３が軸方向両側に突出することがない。

爪部結合リング３３と爪部３１１、爪部３２１との接合状態を図４、図５を参照して説明する。図４はリア側のポールコア３２の一部破断側面図、図５はフロント側のポールコア３１の一部破断側面図である。図４に示すように、リア側のポールコア３２の爪部３２１の径方向内側面は、爪部結合リング３３が嵌め込まれる段差が形成され、爪部結合リング３３の後端面は、径方向に延在する爪部３２１の段差面３２４に密着している。また、図５に示すように、フロント側のポールコア３１の爪部３１１の径方向内側面は、爪部結合リング３３が嵌め込まれる段差が形成され、爪部結合リング３３の前端面は、径方向に延在する爪部３１１の段差面３１４に密着している。爪部結合リング３３は、爪部３１１、爪部３２１に溶接されている。

なお、爪部結合リング３３は、図６に示すように、爪部結合リング３３を構成する非磁性ステンレス細幅帯板の断面を略円形としてもよい。すなわち、図６では、爪部結合リング３３は、ステータ丸線を螺旋巻回して構成されている。ただし、この図６では、非磁性ステンレス細幅帯板は、曲げ加工する前に予めしごき加工やプレス加工などにより、爪部３１１、爪部３２１との接合面が略平坦となるようされている。このように塑性変形加工により、非磁性ステンレス細幅帯板の強度を増大される利点も生じる。

この実施形態の爪部結合リング３３を軸方向に見た正面図を図７に示し、爪部結合リング３３を径方向内側から径方向外側へみた部分展開図を図８に示す。爪部３１１、爪部３２１の径方向内側面は爪部結合リング３３との接合部において、円弧面となっており、円筒状の爪部結合リング３３の外周面に密着している。なお、図７において、２点鎖線は、爪部３１１、爪部３２１の位置を示す。

変形態様を図９に示す。図９は、爪部３１１、爪部３２１に接合された爪部結合リング３３を径方向内側から径方向外側に見た部分展開図である。この態様では、爪部結合リング３３は、爪部３１１、爪部３２１の周方向位置において爪部３１１、爪部３２１の根元形に向けて曲がっている。このようにすれば、爪部３１１、爪部３２１と爪部結合リング３３との接合面積を増やすことができる。

その他、爪部結合リング３３を構成する非磁性金属長尺材は、その強度特に引っ張り強度を増大するために公知の各種の強度強化工程を与えることができ、完成した爪部結合リング３３の引っ張り強度を増大するために公知の各種の強度強化工程を与えることができる。

なお、非磁性ステンレス細幅帯板をコイル状に曲げ加工すると、その弾性によりスプリングバックが生じて径維持が難しいため、レーザー溶接などにより、その各ターンを溶接しておくことが好適である。また、好適には、溶接箇所は、各爪部３１１、各爪部３２１の周方向中心とすることが好適である。同様に、各爪部３１１、爪部３２１と爪部結合リング３３との接合もレーザー溶接とすることが好適である。爪部３１１、爪部３２１と爪部結合リング３３との溶接をろう付けとすれば、それらの当接面を全面的に接合することができ、接合強度向上に有益である。

（実施形態２）
実施形態２を図１０を参照して説明する。図１０において、（a）は周方向を直線化した爪部結合リング３３と爪部３１１、爪部３２１との接合部の周方向展開部分径方向断面図であり、（b）は周方向を直線化した爪部結合リング３３と爪部３１１、爪部３２１との接合部の周方向展開部分平面図である。この実施形態では、爪部結合リング３３を構成する非磁性ステンレス細幅帯板３３０の両端の先端部３３１’、３３２’は、同じ爪部３１１の異なる周方向側面に当接しつつ径方向外側へ曲げられて、係止されている。このようにすれば、爪部３１１と爪部結合リング３３との結合性を強化することができる。

（実施形態３）
実施形態３を図１１を参照して説明する。図１１において、（a）は周方向を直線化した爪部結合リング３３と爪部３１１、爪部３２１との接合部の周方向展開部分径方向断面図であり、（b）は周方向を直線化した爪部結合リング３３と爪部３１１、爪部３２１との接合部の周方向展開部分平面図である。この実施形態では、爪部結合リング３３を構成する非磁性ステンレス細幅帯板３３０は、爪部３１１と爪部３２１との間の周方向隙間gに向けて径方向外側へ突出する突部３３５を有する。これにより、爪部結合リング３３は、爪部３１１、爪部３２１の周方向側面３１１０、３２１０に当接乃至接合することができるため、爪部３１１、爪部３２１の周方向振動を低減することができる。なお、非磁性ステンレス細幅帯板３３０に突部３３５をその長手方向一定ピッチで製造するには種々の塑性変形機械加工法を用いればよい。その他、平坦な非磁性ステンレス細幅帯板３３０に突部３３５を溶接などで接合してもよい。

実施形態１の車両用交流発電機の一部破断側面図である。回転子の一部破断側面図である。爪部結合リングの一部破断側面図である。リア側のポールコアの一部破断側面図である。フロント側のポールコアの一部破断側面図である。変形態様の爪部結合リングの一部破断側面図である。爪部結合リングを軸方向に見た正面図である。爪部結合リングを径方向内側から径方向外側へみた部分展開図である。変形態様において爪部に接合された爪部結合リングを径方向内側から径方向外側に見た部分展開図である。実施形態２を説明する説明図であり、図１０（a）は周方向を直線化した爪部結合リングと爪部との接合部の周方向展開部分径方向断面図であり、図１０（b）は周方向を直線化した爪部結合リングと爪部との接合部の周方向展開部分平面図である。実施形態３を説明する説明図であり、図１１（a）は周方向を直線化した爪部結合リングと爪部との接合部の周方向展開部分径方向断面図であり、図１１（b）は周方向を直線化した爪部結合リングと爪部との接合部の周方向展開部分平面図である。

符号の説明

g 爪部間の周方向隙間
１ハウジング
２固定子
３回転子
５樹脂カバー
６整流装置
１１フロントハウジング
１２リアハウジング
２１ステータコア
２２ステータコイル
３０回転軸
３１ポールコア
３２ポールコア
３３爪部結合リング
３４静止継鉄部
３５界磁コイル
３１１爪部
３１１０周方向側面
３１２ボス部
３１３ディスク部
３１４段差面
３２１爪部
３２２リング部
３２４段差面
３３０非磁性ステンレス細幅帯板
３３１先端部
３３１Ａ斜側面
３３３隣接ターン
３３４隣接ターン
３３５突部

Claims

界磁コイルの径方向外側を周方向所定ピッチで軸方向へ延設されて周方向極性交互に磁化される多数の爪部を有する一対のポールコアをもつロータコアと、
前記各爪部の径方向内側面に接合されて前記各爪部を一体化する非磁性の爪部結合リングと、
を有し、前記一方のポールコアが前記爪部結合リングのみで前記他方のポールコアに結合される車両交流発電機のランデル型回転子において、
前記爪部結合リングは、非磁性金属長尺材を螺旋状に複数ターン巻回されてなるコイル形状を有するものであって、
前記爪部結合リングを構成する前記非磁性金属長尺材の先端部は、斜めに切断され、前記先端部に隣接する前記爪部結合リングの次ターンは、前記先端部の斜め切断形状に合わせて軸方向へ変形していることを特徴とする車両用交流発電機のランデル型回転子。