JP4735980B2 - 車両用交流発電機及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は 車両用交流発電機に関し、詳しくは磁石付き車両用交流発電機の磁石保護構造に関する。

車両用交流発電機のロータは、軸方向一端側にて一端支持されて軸方向に延在する奇数番目の爪状磁極と、軸方向他端側にて一端支持されて軸方向に延在する偶数番目の爪状磁極とが周方向交互に配置されるランデル型ロータ構造をもつ。周方向に隣接する二つの爪状磁極は反対向きに磁化されているため、両者間の漏洩磁束が出力減少を招く。このため、周方向に隣接する二つの爪状磁極間に漏洩磁束低減のための永久磁石を介設した磁石式車両用交流発電機が実用されている。

永久磁石に掛かる大きな遠心力は、爪状磁極の鍔部により受承されるのが一般的である。しかし、永久磁石には、その他、加減速時における周方向への付勢力や高調波磁界や外部振動などによる可振力が作用するため、爪状磁極の周方向や径内方向などへの永久磁石の変位を防止するべく永久磁石を爪状磁極に良好に固定する構造が必要となる。なお、永久磁石は脆いため、組み付け時などの取り扱いを容易化するため、非磁性の保持部（磁石ホルダ）により永久磁石を囲包し、永久磁石は磁石ホルダの内面に接着するのが通常である。したがって、上記した永久磁石の爪状磁極への固定は、実質的に磁石ホルダの爪状磁極への固定を意味する。

磁石ホルダの例が、本出願人の出願になる下記の特許文献１、２に記載されている。特許文献１は、各磁石ホルダを板状の連結部により連結した連結型磁石ホルダ構造を記載している。このような連結部の採用は永久磁石の耐振性の向上などに有利となる。また、特許文献１は、爪状磁極の側面に対面する磁石ホルダの一部を切り起こしたり、曲げたりして構成した弾性緩衝構造を開示している。特許文献２は、ロータコイルに含浸する熱硬化樹脂を磁石ホルダと永久磁石との間に注入することを記載している。
特開平１０−２０１１５０号公報 特開２００６−１０９５７３号公報

しかしながら、特許文献１の連結型磁石ホルダ構造は、箱状樹脂成形品である磁石ホルダをリング状の連結部にいちいち接合して構成されていたため製造工程が複雑であり、磁石ホルダと連結部との間の位置合わせ誤差が磁石の配置位置精度を低下させるという問題があった。また、磁石ホルダと連結部との間の結合強度の信頼性が劣るという不具合が問題となることもあった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、簡素な製造工程にて製造が可能で製造コストを低減可能な連結型磁石ホルダ構造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の車両用交流発電機は、周方向極性交互に所定ピッチで軸方向へ延在する偶数個の爪状磁極を有するロータコアと、前記各爪状磁極の間の周方向隙間に配置されて前記爪状磁極の漏洩磁束を低減する永久磁石と、周方向両側の前記爪状磁極に支持されて前記永久磁石を囲覆、保護する非磁性で角箱状の磁石ホルダと、前記各磁石ホルダを全体としてリング状に連結する連結板部とを備える車両用回転電機において、前記磁石ホルダ及び連結板部は、一つの非磁性金属板を切り曲げて一体に構成されていることを特徴としている。

すなわち、この発明では、たとえばステンレス板のような一つの非磁性金属板を切り曲げて角箱状の磁石ホルダと連結板部とが一体に形成されるので、磁石ホルダと連結板部との接合又は接着工程を省略することができ、かつ、磁石ホルダと連結板部との結合信頼性を向上することができる。また、磁石が内蔵された磁石ホルダをポールコアの爪状磁極間の隙間（磁極隙間とも称する）に介挿する際、爪状磁極と磁石ホルダとの位置決め工程を容易かつ正確に実施することができる。

好適な態様において、前記連結板部は、前記磁石ホルダの径方向内側の面部を延長してなるので、連結板部の曲げ加工動作を軽減し、作業を簡素化することができる。なお、連結板部は爪状磁極の径方向内側の面の径方向内側を通って一対の磁石ホルダを連結するため、連結板部を磁石ホルダ４０の径方向内側の面部よりも径方向内側に曲げてもよい。

好適な態様において、前記連結板部は、前記爪状磁極の先端部に径方向に対面して配置されている。このようにすれば、連結板部の短縮が可能となるので、材料費低減を含めた製造コストを低減できる。また、磁石ホルダの径方向内側の面部（径内面部とも言う）の残りを切り曲げにより形成されて永久磁石の側面に沿いつつ延在する磁石ホルダの面部（側面部とも言う）を大型化することができる。

好適な態様において、前記連結板部は、前記爪状磁極の根元部に径方向に対面して配置されている。このようにしても前述と同様に磁石ホルダの径方向内側の面部（径内面部とも言う）の残りを切り曲げにより形成されて永久磁石の側面に沿いつつ延在する磁石ホルダの面部（側面部とも言う）を大型化することができる。

好適な態様において、前記磁石ホルダは、前記爪状磁極の側面に向けて弾性変形可能に突出する弾性突起を有する。このようにすれば、互いに周方向に隣接する一対の磁石ホルダの間に爪状磁極を軸方向に挿入する際、この弾性突起を周方向に弾性圧縮できるため、簡素な組み付け工程により爪状磁極と磁石ホルダとの良好な機械的結合を実現することができ、寸法公差によるガタをなくすことができる。

好適な態様において、前記弾性突起は、前記磁石ホルダの径方向内側の面部を切り曲げて形成されている。これにより、非磁性金属板を有効利用することができる。

好適な態様において、前記弾性突起は、前記爪状磁極と対向し、かつ前記爪状磁極の根元側に位置する前記磁石ホルダの側面の一部分を基端部とし、前記基端部から前記爪状磁極の側面に沿いつつ前記爪状磁極の先端部へ延在する延在部をもち、前記延在部の軸方向略中央部が前記永久磁石から離れて前記爪状磁極に向けて曲げられている。このようにすれば、非磁性金属板を有効利用することができるうえ、磁石ホルダ間に爪状磁極を軸方向へ挿入する際に、自由端である弾性突起の先端が爪状磁極の先端に引っ掛かって弾性突起が変形するのを防止することができる。

好適な態様において、前記磁石ホルダの径方向内側の面部以外の５つの面部は、前記磁石ホルダの径方向内側の面部を切り曲げて形成されている。このようにすれば、非磁性金属板を有効利用することができる。

好適な態様において、磁石ホルダは、内部の前記永久磁石の径方向外側の面部を露出させる貫通孔を有する。このようにすれば、この貫通孔を通じて磁石ホルダと永久磁石とを接着する樹脂液をロータの外周側から磁石ホルダ内に充填できる。また、この貫通孔にて固化した樹脂液は樹脂突起となって、磁石ホルダの径方向外側の面部の開き変形を良好に防止することができる。

好適な態様において、前記ポールコアに巻装された前記界磁コイルに含浸される樹脂液を前記貫通孔にも導入する。これにより、製造工程を簡素化することができる。

以下、この発明の車両用交流発電機の好適実施形態を具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等の必要機能を有する他の技術を組み合わせて実現してもよい。

（全体構造）
この実施形態の車両用交流発電機をその軸方向断面図である図１を参照して説明する。１はロータ、２はステータ、３はフロントフレーム、４はリヤフレーム、５はプーリー、６はスリップリング、７はブラシ構造、８は整流器、９はレギュレータである。

ステータ２は、ステータコア２１にステータコイル２２を巻装してなり、フロントフレーム３及びリヤフレーム４の内周面に固定されている。フロントフレーム３及びリヤフレーム４はボルトによりステータ２を囲んで締結され、軸受け３１、４１を介してロータ１の回転軸１１を回転自在に支承している。

ロータ１は、回転軸１１に固定された前側のポールコア１２と、界磁コイル（以下、励磁コイルとも言う）１３と、後側のポールコア１４と、永久磁石１５とにより構成されている。永久磁石１５は後述する非磁性で角箱状の磁石ホルダ４０に囲覆されている。ポールコア１２、１４は従来のランデル式ロータコアの一対のポールコアと同じ形状をもつ。更に詳しく説明すると、ポールコア１２は、ボス部１２１と、ボス部１２１の前端部から径方向外側へ延在するディスク部１２２と、ディスク部１２２から軸方向後方へ延在する爪極部（爪状磁極とも言う）１２３とからなり、ポールコア１４もポールコア１２と同一形状をもつ。ただし、ポールコア１４のボス部は１４１、ディスク部は１４２、爪極部（爪状磁極）は１４３と付番されている。ポールコア１２の後端面とポールコア１４の前端面とが接面されて、励磁コイル１３はポールコア１２、１４により囲まれている。ディスク部１２２、１４２はボス部１２１、１４１と一体に形成されている。ポールコア１２、１４が軟磁性体からなることはもちろんである。なお、ディスク部１２２、１４２は実際には各８極の爪極部に合わせて凹凸も有しており、実際には８本の柱部が放射状に配置された形状をもつ。よく知られているようにポールコア１２の爪極部１２３とポールコア１４の爪極部１４３とは周方向交互に配置されている。

（ロータ構造）
ロータ１の斜視図を図２に示す。ロータ１の軸方向中央部における径方向断面を図４に示す。磁石ホルダ４０が、周方向一定ピッチで配置された爪極部１２３と爪極部１４３との間の各周方向隙間（磁極隙間）に介設されている。各磁石ホルダ４０は既述したように永久磁石１５（図２では符号を省略している）が個別に収容され、各永久磁石１５は、その側面（爪状磁極に対面する平面）が磁極面となるように周方向極性交互に着磁されている。ただし、この着磁は、対面する爪極部とステータとの間の有効な磁束を増加する向きに磁化されている。これにより、少ない界磁電流にて大きな界磁束を得ることができる。このような磁石付きポールコア構造及びその効果は周知であるため、これ以上の説明は省略する。

（磁石ホルダ４０）
この実施形態の特徴をなす磁石ホルダ４０及び各磁石ホルダ４０を連結する連結板部４６について、図３〜図５を参照して詳しく説明する。図３は一つの磁石ホルダ４０とこの磁石ホルダ４０から周方向両側に延在する一対の連結板部４６を示す斜視図である。図４は爪極部１２３、１４３と一つの磁石ホルダ４０とを示す径方向部分断面図である。図５は５つの磁石ホルダ４０とそれらを連結する連結板部４６とを示す部分斜視図である。ただし、図５では、図示理解が容易となるように永久磁石１５の表面は黒く塗りつぶされている。

磁石ホルダ４０は、非磁性ステンレス板を角箱状に切り曲げて形成されている。磁石ホルダ４０内には略直方体形状の永久磁石１５が収容されている。周方向に隣接する２つの磁石ホルダ４０は連結板部４６により連結されている。連結板部４６は、上記非磁性ステンレス板の切り曲げて加工時に同時に切り曲げて形成される。つまり、連結板部４６と磁石ホルダ４０とは同一の非磁性ステンレス板の同時的に行われる切り曲げ加工により一挙に形成される。これにより、連結板部４６と磁石ホルダ４０との接合が不要となり、各磁石ホルダ４０の位置精度が従来より格段に向上し、製造工程が複雑となることもない。

連結板部４６は、図５に示すように磁石ホルダ４０の径方向内側の面部（径内面部）４１の爪極部先端側から周方向両側へ延在している。なお、磁石ホルダ４０の径内面部４１は図３では隠れている。図４に示すように、連結板部４６は爪極部１２３、１４３の先端部に径方向に対面して配置されている。なお、爪極部１２３、１４３の根元部１２４に径方向に対面して連結板部４６を配置してもよい。

４２は爪極部１２３、１４３の側面に対面する磁石ホルダ４０の側面部であり、一対の側面部４２は、切り曲げにより磁石ホルダ４０の径内面部４１の周方向両端縁のうちの連結板部４６が延在していない部分から永久磁石１５の側面に沿いつつ径方向外側へ個別に延在している。更に、切り曲げにより、弾性突起４３が側面部４２のうち爪極部１２３、１４３の根元側から先端側へ向けて延在している。なお、図３において、磁石ホルダ４０の一対の側面部４２と一対の弾性突起４３のうち、それぞれ片側の側面部４２及び弾性突起４３が図示され、他側の側面部４２及び弾性突起４３は隠れている。つまり、弾性突起４３は、本質的に磁石ホルダ４０の径内面部を切り曲げて形成されている。

弾性突起４３は、図５に示すように磁石ホルダ４０の径内面部のうち爪極部１２３、１４３の根元側を略径方向に曲げてなる基端部４７と、この基端部４７から爪極部１２３、１４３の側面に沿いつつ爪極部１２３、１４３の先端部へ向けて延在する延在部とをもち、この延在部の軸方向略中央部が永久磁石１５から離れる向きに曲げられている。

また、同様の切り曲げにより、一対のL形切り曲げ部４４が磁石ホルダ４０の径内面部の軸方向両端縁から個別に径方向外側へ、その後、軸方向磁石囲覆向きに延在している。４４aは一つのＬ形切り曲げ部４４のうち径方向延在部分であり、４４bは一つのＬ形切り曲げ部４４のうち軸方向延在部分である。図３では、もう一つのＬ形切り曲げ部４４の径方向延在部分４４aは隠れている。一対のＬ形切り曲げ部４４の軸方向延在部分４４bの中央部には貫通孔４５が形成されている。

ボビンに巻装された界磁コイル１３をポールコア１２、１４のボス部１２１、１４１に嵌着する。その後、磁石ホルダ４０が爪極部１２３、１４３の根元側から軸方向に挿入される。その後、ロータ１を回転させつつ、その外周側かつ上方からたとえばエポキシ樹脂液を滴下し、その固化により界磁コイル１３を被覆一体化するとともに、磁石ホルダ４０と永久磁石１５とを一体化する。すなわち、エポキシ樹脂液は、貫通孔４５から磁石ホルダ４０内に浸透し、磁石ホルダ４０と永久磁石１５との間に充填される。これにより、永久磁石１５は磁石ホルダ４０に強固に一体化され、かつ、角箱状の磁石ホルダ４０の変形が防止される。ただし、弾性突起４３の大部分と永久磁石１５との間の隙間は大きいため、エポキシ樹脂液により一体化されず、弾性突起４３の周方向弾性変形機能が維持される。なお、貫通孔４５には固化したエポキシ樹脂部が存在していることに留意されたい。図４において、連結板部４６は、爪極部１２３、１４３よりもかなり径方向内側に配置されているが、これは、爪極部１２３、１４３の先端部の径方向厚さがかなり薄くなっており、界磁コイル１３の外周面からかなり径方向外側に離れているため、このような連結板部４６の配置が可能となっている点に留意されたい。

（磁石ホルダ４０及び連結板部４６の切り曲げ）
磁石ホルダ４０及び連結板部４６の切り曲げ工程について説明する。すべての磁石ホルダ４０は、界磁コイル１３を囲んで連結板部４６によりリング状に形成される。全体としてリング状の磁石ホルダ４０及び連結板部４６は、非磁性ステンレス板を溶接して円筒を構成し、この円筒を切り曲げて磁石ホルダ４０及び連結板部４６を構成できることはすぐに理解される。

（変形態様）
更に好適には、非磁性ステンレスの帯板を切り曲げて各磁石ホルダ４０及び各連結板部４６を一列に形成し、最後に一端側の連結板部４６と他端側の連結板部４６とを溶接して上記円筒を構成することである。この場合、各磁石ホルダ４０は、図５に示すように軸方向に対してやや傾設されねばならないが、このような各磁石ホルダ４０の傾設は連結板部４６を径方向内側に所定曲率で円錐面状に膨らませることにより可能となる。このようにすれば、安価ではない非磁性ステンレス板の無駄を減らして製造コストを低減することができる。

実施形態の磁石併用ランデル式ロータコアを有する車両用交流発電機の軸方向断面図である。 図１の磁石併用ランデル式ロータコアの斜視図である。 永久磁石と磁石ホルダの斜視図である。 図２のランデル式ロータコアの径方向部分断面図である。 永久磁石と磁石ホルダの斜視図である。

符号の説明

１ ロータ
２ ステータ
３ フロントフレーム
４ リヤフレーム
１２ ポールコア
１３ 界磁コイル
１４ ポールコア
１５ 永久磁石
２１ ステータコア
２２ ステータコイル
４０ 磁石ホルダ
４１ 磁石ホルダの径内面部
４２ 磁石ホルダの側面部
４３ 磁石ホルダの弾性突起
４４ Ｌ形切り曲げ部
４４a 磁石ホルダのＬ形切り曲げ部の径方向延在部分
４４b 磁石ホルダのＬ形切り曲げ部の軸方向延在部分
４５ 磁石ホルダの貫通孔
４６ 連結板部
４７ 基端部
１２１ ボス部
１２２ ディスク部
１２３ 爪極部（爪状磁極）
１２４ 爪状磁極の根元部
１２５ 爪状磁極の先端部
１４３ 爪極部（爪状磁極）

Claims (10)

1. 周方向極性交互に所定ピッチで軸方向へ延在する複数個の爪状磁極を有するポールコアと、
   前記ポールコアのボス部に巻装される界磁コイルと、
   前記各爪状磁極の間の周方向隙間に配置されて前記爪状磁極の漏洩磁束を低減する永久磁石と、
   周方向両側の前記爪状磁極に支持されて前記永久磁石を囲覆、保護するとともに前記２つの爪状磁極の間に前記永久磁石を保持する非磁性で角箱状の磁石ホルダと、
   前記各磁石ホルダを全体としてリング状に連結する連結板部と、
   を備える車両用回転電機において、
   前記磁石ホルダ及び連結板部は、一つの非磁性金属板を切り曲げて一体に構成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１記載の車両用交流発電機において、
   前記連結板部は、
   前記磁石ホルダの径方向内側の面部を延長してなる車両用交流発電機。
3. 請求項２記載の車両用交流発電機において、
   前記連結板部は、
   前記爪状磁極の先端部に径方向に対面して配置されている車両用交流発電機。
4. 請求項２記載の車両用交流発電機において、
   前記連結板部は、
   前記爪状磁極の根元部に径方向に対面して配置されている車両用交流発電機。
5. 請求項３又は４記載の車両用交流発電機において、
   前記磁石ホルダは、
   前記爪状磁極の側面に向けて弾性変形可能に突出する弾性突起を有する車両用交流発電機。
6. 請求項５記載の車両用交流発電機において、
   前記弾性突起は、
   前記磁石ホルダの前記爪状磁極と対向する面を切り曲げて形成されている車両用交流発電機。
7. 請求項６記載の車両用交流発電機において、
   前記弾性突起は、
   前記爪状磁極と対向し、かつ前記爪状磁極の根元側に位置する前記磁石ホルダの側面の一部分を基端部とし、前記基端部から前記爪状磁極の側面に沿いつつ前記爪状磁極の先端部へ延在する延在部をもち、前記延在部の軸方向略中央部が前記永久磁石から離れて前記爪状磁極に向けて曲げられている車両用交流発電機。
8. 請求項１記載の車両用交流発電機において、
   前記磁石ホルダの径方向内側の面部以外の５つの面部は、
   前記磁石ホルダの径方向内側の面部を切り曲げて形成されている車両用交流発電機。
9. 請求項１記載の車両用交流発電機において、
   前記磁石ホルダは、
   内部の前記永久磁石の径方向外側の面部を露出させる貫通孔を有する車両用交流発電機。
10. 請求項９記載の車両用交流発電機の製造方法において、
    前記ポールコアに巻装された前記界磁コイルに含浸される樹脂液を前記貫通孔にも導入する車両用交流発電機の製造方法。

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