JP4712747B2

JP4712747B2 - 回転電機の回転子の磁石着磁方法

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Publication number: JP4712747B2
Application number: JP2007065120A
Authority: JP
Inventors: 正夫守田; 正哉井上; 寛治新川; 敏行吉澤; 盛幸枦山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: JP2008228485A

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装着される磁石の着磁方法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。近年の環境問題から車載される電装品の負荷は急増しており、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。この要求に従来の設計範囲で対応しようとすると、発電機が大型化する。発電機の大型化は発電機の重量や配置スペースを増大させる。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隣接する爪状磁極部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）。

特開昭６１−８５０４５号公報米国特許第４９５９５７７号明細書

従来の回転子の組立において、着磁状態の磁石をポールコアに組み付ける場合を考えると、磁石間、磁石とポールコアとの間、および磁石と組立治具との間に磁気吸引力が働き、さらに磁化したポールコア体が磁性粉を吸引するため、組立工程や設備を特殊なものとする必要があった。そこで、未着磁の磁石材をポールコアに組み付け、その後磁石材を着磁することが考えられる。しかし、ランデル型の回転子のポールコアは複雑な３次元形状をしているので、磁石形状および磁化方向が複雑である。極毎に着磁する必要があり、着磁工程を含めた組立時間が長くなるという課題があった。

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、未着磁の磁石材をポールコアに組み付けた状態で着磁工程を削減して簡易に着磁できる回転電機の回転子の磁石着磁方法を得ることを目的とする。

この発明は、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シャフト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、それぞれの上記爪状磁極部の先端側内周面に対向して上記継鉄部に保持された未着磁の複数の磁石材と、を有する回転電機の回転子の磁石着磁方法であって、まず円筒状の第１および第２着磁コイルを、上記回転子の軸方向一端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材を、同時に、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる径方向の一側に着磁配向させる。ついで、上記第１および第２着磁コイルを、上記回転子の軸方向他端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材を、同時に、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる径方向の他側に着磁配向させる。

この発明によれば、軸方向に所定の隙間をあけて配置した円筒状の第１および第２着磁コイルに互いに異なる方向の電流を通電することにより、第１および第２着磁コイルの隙間に径方向の磁束成分を主体とするカスプ磁界を形成できる。そこで、未着磁の磁石材をポールコアに組み付けられた状態で、軸方向の端部側に、周方向に配列している複数の磁石材群を一度に着磁配向することができる。

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を模式的に示す断面図、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に適用される回転子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転子の磁石着磁方法における着磁コイルに流れる電流を模式的に示す図、図５はこの発明の実施の形態１に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図である。
である。

図１および図２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、シャフト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シャフト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に対して一定の空隙を有して、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、シャフト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、界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シャフト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、シャフト挿通穴が軸心位置に穿設された第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、第１ポールコア体１７と同様に、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴が軸心位置に穿設された第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、シャフト挿通穴に貫装されたシャフト１６に固着されている。界磁コイル１４は、ボビン（図示せず）に巻装され、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。また、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端部が、軸方向に関して、第２および第１継鉄部２３，１９と重なっている。

第１磁石台座３０は、磁性材、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ている。この第１磁石台座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の外周面上に接着剤などにより固着され、磁気的に接続される。第１磁石台座３０の上面は、第２爪状磁極部２４の内周面と略平行に形成されている。第１永久磁石３１は、断面平行四辺形に成形され、各第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向して第１磁石台座３０の上面に接着剤などにより固着され、磁気的に接続されている。このとき、各第１永久磁石３１は、第２爪状磁極部２４を径方向上方から第１継鉄部１９上に投影して得られる投影領域内に位置するように配設され、各第１永久磁石３１の上面は、第２爪状磁極部２４の内周面と所定の隙間をもって略平行となっている。

第２磁石台座３２は、第１磁石台座３０と同じもので、上面を第１爪状磁極部２０の内周面と略平行となるように、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の外周面上に接着剤などにより固着され、磁気的に接続される。第２永久磁石３３は、第１永久磁石３１と同じもので、各第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向して第２磁石台座３２に接着剤などにより固着され、磁気的に接続されている。このとき、各第２永久磁石３３は、第１爪状磁極部２０を径方向上方から第２継鉄部２３上に投影して得られる投影領域内に位置するように配設され、各第２永久磁石３３の上面は、第１爪状磁極部２０の内周面と所定の隙間をもって略平行となっている。

第１および第２永久磁石３１，３３は、着磁方向３５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３４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３４が矢印方向に発生された場合、各第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向して配置された８つの第１永久磁石３１の着磁方向３５は、径方向内方となる。一方、各第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向して配置された８つの第２永久磁石３３の着磁方向３５は、径方向外方となる。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界３４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３１，３３も逆向きに着磁配向される。第１および第２永久磁石３１，３３には、磁束密度が高いネオジウム・鉄・ボロン磁石やサマリウムコバルト磁石などの焼結された希土類磁石を用いることが望ましい。

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、磁束が発生する。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を介してシャフト１６に伝達され、回転子１３が回転する。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。

界磁コイル１４により発生された磁束は、第１爪状磁極部２０からエアギャップを通って固定子鉄心１１のティース部に入る。磁束は、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を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。第２爪状磁極部２４に入った磁束は、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。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する。

回転子１３では、第１および第２永久磁石３１，３３は、界磁コイル１４の発生する磁界の向きと反対となるように着磁配向されている。第１永久磁石３１から発生する磁束は、第１磁石台座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３１に戻る。また、第２永久磁石３３から発生する磁束は、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磁石台座３２を通り、第２永久磁石３３に戻る。第１および第２永久磁石３１，３３の発生した磁束は、界磁コイル１４の発生する磁束と逆向きとなり、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ため、磁気飽和を解消することができる。

このように、回転子１３では、第１および第２永久磁石３１，３３の配置および着磁配向方向を工夫することで、界磁コイル１４の発生する磁界による第１および第２ポールコア体１７，２１の磁気飽和を緩和している。これにより、固定子１０に鎖交する磁束が増加するので、発電量を増加することができる。
また、着磁配向方向を径方向内方とする第１永久磁石３１は、回転子１３の軸方向一端側で、周方向に並んで配列され、着磁配向方向を径方向外方とする第２永久磁石３３は、回転子１３の軸方向他端側で、周方向に並んで配列される。第１永久磁石３１の群と第２永久磁石３３の群とが回転子１３の軸方向に離間して配置されるので、軸方向各端部側に周方向に配列される全ての永久磁石の着磁配向方向が径方向内方又は径方向外方に画一化される。

つぎに、このように構成された回転子１３の第１および第２永久磁石３１，３３の着磁方法について図３乃至図５を参照しつつ説明する。磁石着磁装置は、それぞれ導体線を同一内径の円筒状に巻回して作製された中央配置着磁コイル６１、第１および第２端配置着磁コイル６２，６３と、断面Ｃ状の円環状に作製された磁性体からなる着磁コア５１と、を備えている。第１端配置着磁コイル６２は、中央配置着磁コイル６１の軸方向一側に第１隙間を持って同軸に配置され、第１隙間の内径側が第１着磁領域となる。第２端配置着磁コイル６３は、中央配置着磁コイル６１の軸方向他側に第１隙間に等しい第２隙間を持って同軸に配置され、第２隙間の内径側が第２着磁領域となる。

着磁コア５１は、第１端配置着磁コイル６２、中央配置着磁コイル６１および第２端配置着磁コイル６３を内周部に保持し、第１着磁領域および第２着磁領域を覆っている。着磁コア５１は、軸方向に第１着磁コア体５１Ａと第２着磁コア体５１Ｂとに分割可能になっている。着磁コア５１の分割場所はこれに限定されず、適宜決定すればよい。中央配置着磁コイル６１と第１および第２端配置着磁コイル６２，６３は、インピーダンスが同じではないので、通常、中央配置着磁コイル６１に流れる電流の向きが第１および第２端配置着磁コイル６２，６３に流れる電流の向きと逆になるように直列に接続され、通電手段としての電源装置５９により同一電流が通電される。電源装置５９は、通常、コンデンサバンク、充電装置、駆動スイッチ等で構成される。コンデンサバンクに充電し、駆動スイッチを閉じることにより、図４に示されるような電流、即ち時間と共に増加し、最大値に達した後減衰する波形の電流を各着磁コイル６１，６２，６３に流すことができる。電源装置５９には、比較的高電圧の電源が用いられる。

ついで、未着磁の第１および第２磁石材３１ａ，３３ａが組み込まれた回転子１３が、軸方向両側から第１着磁コア体５１Ａと第２着磁コア体５１Ｂとに挟み込まれ、このように構成された磁石着磁装置内に同軸に配置される。中央配置着磁コイル６１は、軸方向における界磁コイル１４の配設領域の径方向外方に位置する回転子１３の軸方向中央領域を囲繞する。第１および第２端配置着磁コイル６２，６３は、軸方向における第１および第２磁石材３１ａ，３３ａの配設領域の径方向外方を挟んで中央配置着磁コイル６１と第１および第２の隙間をあけて配置され、回転子１３の軸方向両端側を囲繞する。第１および第２磁石材３１ａ，３３ａは、第１および第２着磁領域内にそれぞれ位置する。第１着磁コア体５１Ａと第２着磁コア体５１Ｂとは当接し、両者の隙間は磁気回路にはほとんど影響しない。

この状態で、同一電流が電源から中央配置着磁コイル６１と第１および第２端配置着磁コイル６２，６３に通電される。中央配置着磁コイル６１に通電することで、磁束７１が発生する。第１および第２端配置着磁コイル６２，６３に通電することで、磁束７２，７３が発生し、さらに第１および第２端配置着磁コイル６２，６３を取り囲む磁束７４が発生する。磁束７１，７４は向きが逆であり、互いに打ち消し合う。

これにより、中央配置着磁コイル６１と第１端配置着磁コイル６２との第１隙間には、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第１磁石材３１ａのそれぞれに作用し、全ての第１磁石材３１ａが磁化方向を径方向内方とするように同時に着磁配向される。同様に、中央配置着磁コイル６１と第２端配置着磁コイル６３との第２隙間には、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第２磁石材３３ａのそれぞれに作用し、全ての第２磁石材３３ａが磁化方向を径方向外方とするように同時に着磁配向される。

このように、この実施の形態１の磁石着磁装置および磁石着磁方法によれば、着磁コア５１が第１および第２着磁コア体５１Ａ，５１Ｂに分割構成されているので、未着磁の第１および第２磁石材３１ａ，３３ａを界磁コイル１４とともにポールコア１５に組み込んだ状態の回転子１３を磁石着磁装置に簡易にセットできる。しかも、全ての第１および第２磁石材３１ａ，３３ａを同時に着磁することができる。着磁状態の磁石をポールコア１５に組み込むことに起因する不具合がなくなり、極毎に着磁する必要も無い。特殊な設備は不要で、着磁工程を短縮して、回転子１３を簡易に組み立てることができ、量産性を向上する。

ここで、車載電源が１２Ｖ系のシステムの場合、界磁コイル１４には１４Ｖ程度の電圧しか印加されない。中央配置着磁コイル６１と第１および第２端配置着磁コイル６２，６３に流れる電流は、図４に示されるように、時間的に変化するので、界磁コイル１４にも時間的に変化する磁束が鎖交し、界磁コイル１４の両端に電圧が誘起される。界磁コイル１４に鎖交する磁束量が大きいと、この誘起電圧も高くなる。この種の車両用交流発電機では、界磁電流削減のために界磁コイルのターン数を数百以上に設計していることから、界磁コイルの両端、さらにはスリップリングには大きな電圧が誘起される。そのため、着磁のための絶縁設計が必要となる。高電圧に耐えるような絶縁設計を行うと、一般的に絶縁体の占める割合が多くなり、界磁コイル１４の導体占積率が低下し、界磁コイル１４に通電する電流密度が高くなり、所定の電流を界磁コイル１４に流せなくなるという不具合が生じる。また、絶縁設計のために、機器が大型となり、あるいは高価な材料を使うことになり、コストが上昇する。

この実施の形態１による中央配置着磁コイル６１と第１および第２端配置着磁コイル６２，６３の配置構成とすることにより、磁束７１，７４が互いに打ち消しあい、界磁コイル１４に鎖交する磁束量を少なくできる。このように、実施の形態１によれば、界磁コイル１４の誘起電圧が所定の絶縁耐圧以下となり、かつ第１および第２磁石材３１ａ，３３ａを着磁配向させるに十分なカスプ磁界を発生させることができる。界磁コイル１４やスリップリング８に過度の絶縁対策を施す必要は無く、一般的な自動車用の低圧向けの界磁コイル絶縁設計のままで製造可能となり、所定の電流を界磁コイル１４に流せると共に、機器の大型化やコストアップを抑えることができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図である。磁石着磁装置は、それぞれ導体線を円筒状に巻回して作製された中央配置着磁コイル６４、第１および第２端配置着磁コイル６５，６６と、断面Ｃ状の円環状に作製された磁性体からなる着磁コア５２と、を備えている。第１および第２端配置着磁コイル６５，６６は、同一形状に作製され、内径が中央配置着磁コイル６４の内径より小さい。第１端配置着磁コイル６５は、中央配置着磁コイル６４の軸方向一側に第１隙間を持って同軸に配置され、第１隙間の内径側が第１着磁領域となる。第２端配置着磁コイル６６は、中央配置着磁コイル６４の軸方向他側に第１隙間に等しい第２隙間を持って同軸に配置され、第２隙間の内径側が第２着磁領域となる。

着磁コア５２は、第１端配置着磁コイル６５、中央配置着磁コイル６４および第２端配置着磁コイル６６を内周部に保持し、第１着磁領域および第２着磁領域を覆っている。着磁コア５２は、軸方向に第１着磁コア体５２Ａと第２着磁コア体５２Ｂとに分割可能になっている。第１着磁コア体５２Ａと第２着磁コア体５２Ｂとは当接し、両者の隙間は磁気回路にはほとんど影響しない。

つぎに、この実施の形態２による磁石着磁方法について説明する。まず、未着磁の第１および第２磁石材３１ａ，３３ａが組み込まれた回転子１３が、軸方向両側から第１着磁コア体３２Ａと第２着磁コア体３２Ｂとに挟み込まれ、このように構成された磁石着磁装置内に同軸に配置される。中央配置着磁コイル６４は、軸方向における界磁コイル１４の配設領域の径方向外方に位置する回転子１３の軸方向中央領域を囲繞する。第１および第２端配置着磁コイル６５，６６は、軸方向における第１および第２磁石材３１ａ，３３ａの配設領域の径方向外方を挟んで中央配置着磁コイル６４と第１および第２隙間をあけて配設され、回転子１３の軸方向両端面の外周側に相対する。第１および第２磁石材３１ａ，３３ａは、第１および第２着磁領域内にそれぞれ位置する。

この状態で、中央配置着磁コイル６４と第１および第２端配置着磁コイル６５，６６は、中央配置着磁コイル６４に流れる電流の向きが第１および第２端配置着磁コイル６５，６６に流れる電流の向きと逆になるように直列に接続され、同一電流が通電される。これにより、中央配置着磁コイル６４と第１端配置着磁コイル６５との第１隙間には、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第１磁石材３１ａのそれぞれに作用し、全ての第１磁石材３１ａが磁化方向を径方向内方とするように同時に着磁配向される。

同様に、中央配置着磁コイル６４と第２端配置着磁コイル６６との第２隙間には、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第２磁石材３３ａのそれぞれに作用し、全ての第２磁石材３３ａが磁化方向を径方向外方とするように同時に着磁配向される。このように、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

ここで、中央配置着磁コイルと第１および第２端配置着磁コイルとの３つの着磁コイルの形状、配置は、上記実施の形態１，２に記載のものに限定されるものではなく、３つの着磁コイルが同軸に配置され、径方向内方の磁束成分が第１磁石材３１ａを通過し、かつ径方向外方の磁束成分が第２磁石材３３ａを通過するカスプ磁界を発生させ、界磁コイル１４の誘起電圧が所定の絶縁耐圧以下となるように適宜設計すればよい。着磁コアも、上記実施の形態１，２に記載のものに限定されるものではなく、径方向内方の磁束成分が第１磁石材３１ａを通過し、かつ径方向外方の磁束成分が第２磁石材３３ａを通過するカスプ磁界を発生させ、界磁コイル１４の誘起電圧が所定の絶縁耐圧以下となるように適宜設計すればよい。

実施の形態３．
この実施の形態３では、図７に示されるように、第１および第２磁石材３１ａ，３３ａの着磁工程で、磁束が第１磁石材３１ａを径方向内方に流れ、かつ第２磁石材３３ａを径方向外方に流れるようなアシスト磁界Ｂを形成するように界磁コイル１４に電流Ａを流すものである。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、界磁コイル１４に電流Ａを流してアシスト磁界Ｂを形成している。このアシスト磁界Ｂによる磁束が、第１磁石材３１ａを径方向内方に流れ、かつ第２磁石材３３ａを径方向外方に流れる。そこで、中央配置着磁コイル６１と第１および第２端配置着磁コイル６２，６３の３つの着磁コイルに流す電流を少なくできるので、３つの着磁コイルを小さくでき、あるいは着磁コイルに通電する電源装置の容量を低減できるという効果が得られる。

また、アシスト磁界Ｂにより、第１および第２爪状磁極部２０，２４を磁気飽和状態とし、ポールコア１５を空芯に近い状態にすることができる。これにより、第１および第２爪状磁極部２０，２４の表面を流れ、着磁に寄与しない中央配置着磁コイル６１の漏れ磁束成分（図７中Ｃで示される）が減る。この漏れ磁束によって生じるリアクタンス成分も減るので、着磁コイルに通電する電源装置の容量を低減できるという効果が得られる。

さらに、中央配置着磁コイル６１と第１および第２端配置着磁コイル６２，６３の３つの着磁コイルの配置構成が、界磁コイル１４に高い電圧を誘起しないように工夫されているので、界磁コイル１４に通電する電源にも高圧電源を用いる必要はない。

なお、上記実施の形態１〜３では、着磁コア付きの着磁コイルを用いるものとしているが、着磁コアのない着磁コイル（空芯コイル）を用いてもよい。この場合、冷却や磁気的な非線形がなく、コイル設計が容易となる。また、上記実施の形態１〜３では、着磁コア５１，５２を軸方向に２つに分割するものとしているが、着磁コアの軸方向の分割数は３以上であってもよい。着磁コアの分割体を互いに密接、あるいは近接させれば、分割しても磁気回路にはほとんど影響しない。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図、図９はこの発明の実施の形態４に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図である。磁石着磁装置は、それぞれ導体線を円筒状に巻回して作製された第１〜第４着磁コイル６７、６８，６９，７０を備えている。第１および第２着磁コイル６７，６８は、軸方向に第１隙間を持って同軸に配列され、第１隙間の内径側が第１着磁領域となる。第３および第４着磁コイル６９，７０は、軸方向に第２着磁コイル６８に対して離間して、第２着磁コイル６８と同軸に、かつ第２隙間を持って配列され、第２隙間の内径側が第２着磁領域となる。回転子１３は、未着磁の第１および第２磁石材３１ａ，３３ａが組み込まれ、磁石着磁装置内に同軸に配置される。

第１および第２着磁コイル６７，６８は、回転子１３の軸方向一端側に周方向に配列して配設された第１磁石材３１ａの径方向外方を挟んで軸方向に第１隙間をあけて、回転子１３を囲繞するように同軸に配置される。第３および第４着磁コイル６９，７０は、回転子１３の軸方向他端側に周方向に配列して配設された第２磁石材３３ａの径方向外方を挟んで軸方向に第２隙間をあけて、回転子１３を囲繞するように同軸に配置される。第１および第２磁石材３１ａ，３３ａが、第１および第２着磁領域内にそれぞれ位置している。

第１〜第４着磁コイル６７〜７０は、第１着磁コイル６７と第４着磁コイル７０とに流れる電流の向きが、第２および第３着磁コイル６８，６９に流れる電流の向きと逆になるように直列に接続され、電源装置５９から同一電流が通電される。これにより、図８中矢印で示されるように、磁束７５〜７８が発生する。

第１および第２着磁コイル６７，６８の第１隙間には、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第１磁石材３１ａのそれぞれに作用し、全ての第１磁石材３１ａが磁化方向を径方向内方とするように同時に着磁配向される。同様に、第３および第４着磁コイル６９，７０の第２隙間には、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第２磁石材３３ａのそれぞれに作用し、全ての第２磁石材３３ａが磁化方向を径方向外方とするように同時に着磁配向される。

このように、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。実施の形態４では、第１〜第４着磁コイル６７〜７０が着磁コアのない空芯コイルで作製されているので、冷却や磁気的な非線形性がなく、コイルの設計が容易となるとともに、磁石着磁装置の構成が簡素化される。実施の形態４においても、上記実施の形態３と同様に、界磁コイル１４に電流を流してアシスト磁界を形成しつつ第１および第２磁石材３１ａ，３３ａを着磁するようにしてもよい。

ここで、軸方向に離間して配置された２つの円筒形コイルに電流を逆向きに流した場合、２つの円筒形コイルの間の中央位置を通り、かつ軸方向と直交する平面に対して、２つの円筒形コイルを対称に構成することで、径方向の磁束成分を主体としたカスプ磁界を形成しやすい。第１〜第４着磁コイル６７〜７０を同一形状に、かつ内径を回転子１３の外径に近づけて作製し、第１および第２着磁コイル６７，６８を第１磁石材３１ａに近づけて、第１磁石材３１ａの軸方向中央部を通る軸方向と直交する平面に対して対称に配置し、第３および第４着磁コイル６９，７０を第２磁石材３３ａに近づけて、第２磁石材３３ａの軸方向中央部を通る軸方向と直交する平面に対して対称に配置することで、径方向磁束の増大化が図られ、着磁用の電源装置５９の容量を低減できる。

上記実施の形態４では、第１〜第４着磁コイル６７〜７０を直列に接続するものとしているが、図１０に示されるように、第１および第２着磁コイル６７，６８を直列接続し、第３および第４着磁コイル６９，７０を直列接続し、それらを並列に接続してもよい。第１および第２着磁コイル６７，６８を直列接続したものと、第３および第４着磁コイル６９，７０を直列接続したものとは、インピーダンスが同じであるので、それらを並列に接続し通電しても、第１〜第４着磁コイル６７〜７０のそれぞれには同じ電流が流れる。

実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図、図１２はこの発明の実施の形態５に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図である。磁石着磁装置は、それぞれ導体線を円筒状に巻回して作製された第１および第２着磁コイル６７、６８を備えている。第１および第２着磁コイル６７，６８は、軸方向に所定隙間を持って同軸に配列され、当該隙間の内径側が着磁領域となる。回転子１３は、未着磁の第１および第２磁石材３１ａ，３３ａが組み込まれ、磁石着磁装置内に同軸に配置される。

第１および第２着磁コイル６７，６８は、回転子１３の軸方向一端側に周方向に配列して配設された第１磁石材３１ａの径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて、回転子１３を囲繞するように同軸に配置される。この時、第１および第２着磁コイル６７，６８は、第１磁石材３１ａの軸方向中央位置を通る軸心と直交する平面に対して対称に配置される。第１磁石材３１ａは着磁領域内に位置する。

第１および第２着磁コイル６７，６８は、第１着磁コイル６７に流れる電流の向きが、第２着磁コイル６８に流れる電流の向きと逆になるように直列に接続され、電源装置５９から同一電流が通電される。これにより、磁束７５、７６が図１１（ａ）中矢印で示されるように発生する。第１および第２着磁コイル６７，６８の隙間には、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第１磁石材３１ａのそれぞれに作用し、全ての第１磁石材３１ａが磁化方向を径方向内方とするように同時に着磁配向される。

ついで、磁石着磁装置又は回転子１３を軸方向に移動し、第１および第２着磁コイル６７，６８を、回転子１３の軸方向他端側に周方向に配列して配設された第２磁石材３３ａの径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて、回転子１３を囲繞するように同軸に配置する。この時、第１および第２着磁コイル６７，６８は、第２磁石材３３ａの軸方向中央位置を通る軸心と直交する平面に対して対称に配置される。第２磁石材３３ａは着磁領域内に位置する。極性切換装置６０により通電方向を切り換え、電源装置５９から第１および第２着磁コイル６７，６８に通電する。第１および第２着磁コイル６７，６８には、図１１（ａ）に示された電流と逆向きの電流が通電される。図１１（ｂ）中矢印で示されるように、磁束７７、７８が発生するので、第１および第２着磁コイル６７，６８との隙間には、磁束の向きを径方向外方とする磁束成分を主体とするカスプ磁界が形成される。このカスプ磁界により、磁束の向きを径方向内方とする磁束成分が、周方向に配列された未着磁の第２磁石材３３ａのそれぞれに作用し、全ての第１磁石材３３ａが磁化方向を径方向内方とするように同時に着磁配向される。

このように、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。実施の形態５によれば、一対の第１および第２着磁コイル６７，６８のみで第１磁石材３１ａあるいは第２磁石材３３ａを着磁配向できるので、磁石着磁装置が簡易かつ安価に作製でき、回転子１３の製造コストが低下する。

なお、上記各実施の形態では、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、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石３１，３３が、径方向上方から第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端部を第１および第２継鉄部１９，２３上に投影して得られる投影領域内に位置しているものとして説明しているが、第１および第２永久磁石３１，３３は、必ずしも投影領域内に位置している必要はない。例えば、永久磁石の上面が回転子の外表面より径方向内方に位置していれば、永久磁石は当該投影領域から周方向にはみ出すように配設されてもよい。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図である。この発明の実施の形態１に係る回転子の磁石着磁方法における着磁コイルに流れる電流を模式的に示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図である。この発明の実施の形態２に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図である。この発明の実施の形態３に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図である。この発明の実施の形態４に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図である。この発明の実施の形態４に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図である。この発明の実施の形態４に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図の実施態様を示す図である。この発明の実施の形態５に係る回転子の磁石着磁方法を説明するための模式図である。この発明の実施の形態５に係る回転子の磁石着磁方法における電源装置と着磁コイルとの接続概念図である。

符号の説明

１３回転子、１４界磁コイル、１５ポールコア、１６シャフト、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、３１第１永久磁石、３１ａ第１磁石材、３３第２永久磁石、３３ａ第２磁石材、３５着磁方向、５１着磁コア、５１Ａ第１着磁コア体、５１Ｂ第２着磁コア体、５２着磁コア、５２Ａ第１着磁コア体、５２Ｂ第２着磁コア体、５９電源装置（通電手段）、６１，６４中央配置着磁コイル、６２，６５第１端配置着磁コイル、６３，６６第２端配置着磁コイル、６７第１着磁コイル、６８第２着磁コイル、６９第３着磁コイル、７０第４着磁コイル。

Claims

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シャフト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、それぞれの上記爪状磁極部の先端側内周面に対向して上記継鉄部に保持された未着磁の複数の磁石材と、を有する回転電機の回転子の磁石着磁方法であって、
円筒状の第１および第２着磁コイルを、上記回転子の軸方向一端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、
上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材を、同時に、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる径方向の一側に着磁配向させ、
ついで、上記第１および第２着磁コイルを、上記回転子の軸方向他端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、
上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材を、同時に、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる径方向の他側に着磁配向させることを特徴とする回転電機の回転子の磁石着磁方法。
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シャフト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、それぞれの上記爪状磁極部の先端側内周面に対向して上記継鉄部に保持された未着磁の複数の磁石材と、を有する回転電機の回転子の磁石着磁方法であって、
円筒状の第１および第２着磁コイルを、上記回転子の軸方向一端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、かつ円筒状の第３および第４着磁コイルを、上記回転子の軸方向他端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、
上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、かつ上記第３着磁コイルと上記第４着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、上記第１着磁コイルと上記第２着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材を、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる径方向の一側に着磁配向させ、かつ同時に、上記第３着磁コイルと上記第４着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材を、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる径方向の他側に着磁配向させることを特徴とする回転電機の回転子の磁石着磁方法。
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シャフト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、それぞれの上記爪状磁極部の先端側内周面に対向して上記継鉄部に保持された未着磁の複数の磁石材と、を有する回転電機の回転子の磁石着磁方法であって、
円筒状の中央配置着磁コイルを、上記界磁コイルの配設領域の径方向外方に位置する上記回転子の軸方向中央領域を囲繞するように同軸に配設し、
円筒状の第１端配置着磁コイルを、上記回転子の軸方向一端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで上記中央配置着磁コイルに対して軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、
円筒状の第２端配置着磁コイルを、上記回転子の軸方向他端側の上記複数の磁石材の配設領域の径方向外方を挟んで上記中央配置着磁コイルに対して軸方向に所定隙間をあけて同軸に配置し、
上記中央配置着磁コイルと上記第１および第２端配置着磁コイルとに異なる方向の電流を通電することにより、上記中央配置着磁コイルと上記第１端配置着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材と、上記中央配置着磁コイルと上記第２端配置着磁コイルとの隙間の径方向内方の上記複数の磁石材とを、同時に、上記回転子の実動作時に上記界磁コイルの発生する磁界の向きと反対となる、互いに逆向きの径方向に着磁配向させることを特徴とする回転電機の回転子の磁石着磁方法。
上記磁石材を着磁配向させる際に、上記界磁コイルに通電して、上記磁石材を通る磁束の方向が着磁配向方向と一致する磁界を発生させることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の回転電機の回転子の磁石着磁方法。