JP4959598B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、車両用交流発電機などの回転電機に関し、特にランデル型の回転子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。そして、近年の環境問題から車載される電装品の負荷が急増しており、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。

ランデル型回転電機の高出力化に関しては、回転子の界磁起磁力を大とすることが最も有効である。ところが、界磁起磁力を増やして回転子を通過する磁束量が増えると、これに対応して回転子磁路部の磁気飽和を避けるよう回転子の各部のサイズを適切な磁束密度となるよう設計することが求められる。設計上は、継鉄部が爪状磁極部の根元部から磁気飽和しないようにする必要がある。

ランデル型の回転子の磁路設計において、回転子の磁気飽和を緩和する設計として、継鉄部の磁路断面積を爪状磁極部の根元磁路断面積に対して十分に大となるような設計を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２４３６７３号公報

しかしながら、上記従来のランデル型の回転子においては、各部位の磁束密度を適切に設計した結果、継鉄部の軸方向厚さが大幅に増加し、回転子慣性が大幅に増加してしまう。
車両用交流発電機では、エンジン動力がベルト−プーリを介して伝達される。そのため、回転子慣性が増加した場合には、エンジン回転脈動などがあると、回転子の慣性トルクが大きくなり、ベルトの駆動トルク伝達能力を超えて、ベルト滑りが発生し、ベルト寿命を短くしてしまうという課題がある。

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、界磁コイルの発生する磁束を相殺する磁束を発生する永久磁石を設けて回転子磁路部の磁気飽和を緩和し、回転子慣性に寄与する継鉄部を従来の設計限界を超えて薄型化し、回転子慣性の増大を抑えて、ベルトの長寿命化を図ると共に、界磁起磁力を増大して高出力化を図ることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、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、内径側に湾曲した谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部間のそれぞれの上記継鉄部の部位に形成され、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸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、を有する回転子と、上記回転子の外周を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。そして、上記谷部に架設された磁気誘導部材と、上記爪状磁極部の先端側の内周面に所定の隙間を持って対向するように上記磁気誘導部材上に配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されている永久磁石と、を有する。

この発明によれば、磁気誘導部材が谷部に架設され、永久磁石が爪状磁極部の先端側の内周面に所定の隙間を持って対向するように磁気誘導部材上に配置され、界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されている。そこで、軸方向一側に配置された永久磁石においては、永久磁石の発生する磁束は、永久磁石の外周面から対向する爪状磁極部の先端側内周面に流れる。一方、軸方向他側に配置された永久磁石においては、永久磁石の発生する磁束は、磁気誘導部材により、永久磁石の内周面から周方向に変化されて継鉄部へと誘導され、その後継鉄部によりポールコア中心部に誘導される。

これにより、永久磁石の発生する磁束は、界磁コイルへの通電により発生する磁束とは逆方向で回転子内部で閉じるよう磁路を構成するので、回転子の磁気飽和が緩和される。さらに、磁気誘導部材により永久磁石から継鉄部に誘導された磁束は、継鉄部内をポールコア中心部から爪状磁極部の根元側に流れる界磁コイルの発生する磁束と逆向きに流れ、継鉄部の磁気飽和を緩和する作用がある。その結果、界磁起磁力が増加して磁束量が増えても、継鉄部は磁気飽和しにくくなり、従来の設計概念を超えて継鉄部を薄型化でき、回転子慣性が小さく、クラッチプーリなどの回転慣性トルクによるベルトすべり対策をとる必要が無くなる。さらに、界磁起磁力を増加でき、高出力化が図られる。

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に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装方法を説明する斜視図である。

図１乃至図３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、回転軸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回転軸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に対して一定のエアギャップ２９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、回転軸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、励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回転軸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、回転軸挿通穴１８ａが軸心位置を貫通して形成された第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。さらに、第１谷部２５が第１継鉄部１９の各隣り合う第１爪状磁極部２０間に位置する部位に、例えば内径側に向かって凸状に湾曲したＵ字状に凹設されている。

第２ポールコア体２１は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴２２ａが軸心位置を貫通して形成された第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。さらに、第２谷部２６が第２継鉄部２３の各隣り合う第１爪状磁極部２４間に位置する部位に、例えば内径側に向かって凸状に湾曲したＵ字状に凹設されている。

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、回転軸挿通穴１８ａ，２２ａに貫装された回転軸１６に固着されている。そして、ボビン（図示せず）に巻装された界磁コイル１４が、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。

第１磁気誘導部材３０は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて所定厚みを有する断面台形に作製され、嵌合溝３１が上面に開口するように凹設されている。ここで、第１磁気誘導部材３０の上下面および嵌合溝３１の底面が平行な平坦面となっている。そして、第１嵌合溝３１は、その溝幅が開口に向かって漸次狭くなる楔状に形成されている。第１永久磁石３２は、第１嵌合溝３１の内形形状に適合する外形形状、つまり所定厚みを有する断面台形に作製され、その上下面（外周面および内周面）が平行な平坦面となっている。そして、第１永久磁石３２は、第１嵌合溝３１に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、第１磁気誘導部材３０に磁気的に接続されて保持されている。

第２磁気誘導部材３５は、第１磁気誘導部材３０と同じ材質を用いて同じ形状に作製されている。第２永久磁石３７は、第１永久磁石３２と同じ材質を用いて同じ形状に作製され、第２嵌合溝３６に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、第２磁気誘導部材３５に磁気的に接続されて保持されている。

第１保持溝２７が、第１ポールコア体１７の各第１爪状磁極部２０の根元側で、各第１谷部２５の内壁面の上部側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸心方向として第１継鉄部１９の一端側から他端側に貫通するように凹設されている。同様に、第２保持溝２８が、第２ポールコア体２１の各第２爪状磁極部２４の根元側で、各第２谷部２６の内壁面の上部側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸心方向として第２継鉄部２３の一端側から他端側に貫通するように凹設されている。ここで、第１および第２保持溝２７，２８は、ブローチ加工やエンドミル加工などにより、第１および第２磁気誘導部材３０，３５が嵌着される溝形状に形成されている。

第１磁気誘導部材３０が、第１永久磁石３２を上方に向けて、たとえば、軸方向外側から相対する第１保持溝２７に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて、各第１谷部２５の上に架設された状態で磁気的に接続されて第１ポールコア体１７に取り付けられる。このとき、第１永久磁石３２の上面が第２爪状磁極部２４の先端側内周面と所定の隙間をあけて対向している。
同様に、第２磁気誘導部材３５が、第２永久磁石３７を上方に向けて、たとえば、軸方向外側から相対する第２保持溝２８に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布し、各第２谷部２６の上に架設された状態で磁気的に接続されて第２ポールコア体２１に取り付けられる。このとき、第２永久磁石３７の上面が第２爪状磁極部２４の先端側内周面と所定の隙間をあけて対向している。

また、第１および第２永久磁石３２，３７は、着磁方向４０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４１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４１が矢印方向に発生された場合、第１および第２永久磁石３２，３７は、磁界４１と逆向きに着磁配向される。ここでは、第１および第２永久磁石３２，３７の着磁方向４０は、径方向に一致しており、その着磁方向４０の延長線が対向する第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に向かっている。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界４１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３２，３７も逆向きに着磁配向される。

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、磁束が発生される。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極に磁化され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４がＳ極に磁化される。
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を介して回転軸１６に伝達され、回転子１３が回転される。そこで、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。

つぎに、磁束の動作について図４および図５を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル１４に通電されると、磁束４２ａが発生される。この磁束４２ａは、第１爪状磁極部２０からエアギャップ２９を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。そして、磁束４２ａ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２９を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。ついで、第２爪状磁極部２４に入った磁束４２ａ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。ここで、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してしまう。

この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３２，３７は、界磁コイル１４の発生する磁界４１の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、第１および第２永久磁石３２，３７の発生する磁界の向きは、界磁コイル１４の発生する磁界４１と逆向きである。この第１および第２永久磁石３２，３７から発生した磁束４２ｂが固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ２９を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３２，３７は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に配設されており、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。そこで、磁束４２ｂの大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子１３内部で閉じた磁気回路を形成する。

つまり、第１永久磁石３２から発生する磁束４２ｂは、第１磁気誘導部材３０に入る。ここで、第１磁気誘導部材３０の下方には、第１谷部２５、即ち大きな空隙が存在する。そこで、第１磁気誘導部材３０に入った磁束４２ｂは、第１磁気誘導部材３０内を周方向の両側に流れて第１継鉄部１９に入り、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３７に戻る。また、第２永久磁石３７から発生する磁束４２ｂ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を経て、第２継鉄部２３に入る。第２継鉄部２３に入った磁束４２ｂは、第２継鉄部２３の第２谷部２６の両側を上方に流れ、第２磁気誘導部材３５の両端から第２磁気誘導部材３５に入り、第２永久磁石３７に戻る。
そこで、第１および第２永久磁石３２，３７の発生する磁束４２ｂは、界磁コイル１４の発生する磁束４２ａ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ことができ、磁気飽和を解消することができる。

つぎに、永久磁石を支持する磁気誘導部材を谷部に架設することによる作用効果について、図６および図７を参照しつつ説明する。図６は、図４に示される回転子の磁気誘導部材周りを示す拡大端面図であり、図７は谷部が磁性部材で埋め込まれた比較例としての回転子の磁気誘導部材周りを示す拡大端面図である。

図６において、界磁コイル１４から発生する磁束４２ａは、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。ここで、第１継鉄部１９の磁路断面積が第１ボス部１８の磁路断面積より小さい場合には、第１継鉄部１９が磁気飽和し、界磁コイル１４で発生する磁束４２ａを有効に利用できない。そこで、第１継鉄部１９での磁気飽和を緩和するためには、特許文献１に記載されているように、第１継鉄部１９の磁路断面積を第１ボス部１８の磁路断面積にほぼ等しくすることが考えられる。しかし、この場合には、回転子の軸方向寸法が大きくなってしまうので、回転子慣性が大きくなる。

第１永久磁石３２から発生した磁束４２ｂは、第１磁気誘導部材３０に入り、第１磁気誘導部材３０内を周方向に流れて第１継鉄部１９の周方向側面へ誘導される。第１継鉄部１９の周方向側面に誘導された磁束４２ｂは、第１継鉄部１９内を第１谷部２５に沿って径方向内方に流れて第１ボス部１８に至る。この時、磁束４２ｂは、第１継鉄部１９内を磁束４２ａと逆向きに流れ、第１継鉄部１９の磁気飽和を緩和する。

図７において、第１永久磁石３２が界磁コイル１４の作る磁界の向きと逆向きに着磁配向され、第１谷部２５が磁性部材５５で埋められているので、第１永久磁石３２から発生した磁束４２ｂは、磁性部材５５内を径方向内方に流れ、第１谷部２５の底部から第１継鉄部１９に流れる。つまり、磁束４２ｂは、第１谷部２５の周方向両側の第１継鉄部１９の部位を経由することなく第１ボス部１８の方向に流れる。そこで、磁束４２ａが第１継鉄部１９を流れることに起因する第１継鉄部１９での磁気飽和の緩和がなされず、しかも回転子慣性も大きくなり、ベルト寿命を悪化させることになる。
このように、本構成をすることにより、回転子慣性の増加を抑えつつ、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ことができ、磁気飽和を解消することができるという効果が得られる。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１を用いて、界磁アンペアターン（界磁ＡＴ）に対する固定子鎖交磁束量および回転数に対する発電量（直流電流Ａ）を測定し、その結果を図８および図９に示す。また、比較のために、第１および第２永久磁石３２，３７を省略した従来装置を作製し、界磁アンペアターン（界磁ＡＴ）に対する固定子鎖交磁束量および回転数に対する発電量（直流電流Ａ）を測定し、その結果を図８および図９に示す、なお、図８および図９中、実線が本発明品を示す、点線が従来装置を示している。

図８から、界磁ＡＴの小さい領域では、車両用交流発電機１と従来装置との差が小さく、磁気飽和が始まる領域を超えると、車両用交流発電機１と従来装置との差が大きくなることがわかる。すなわち、第１および第２永久磁石３２，３７を配設することが、磁気飽和を解消し、固定子１０に鎖交する磁束量を増大させることにつながることがわかる。同様に、図９から、車両用交流発電機１では、従来装置に対し、特に低速回転域で大きな発電量が得られることが分かる。

つまり、従来装置では、磁気飽和に起因して界磁の起磁力のうち３割以上が回転子の磁気回路で消費され、磁束量の増大が困難となっていた。一方、この実施の形態１では、上述の通り、磁気飽和が解消されるので、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加したものと推考される。特に、磁気飽和が顕著な低速アイドリング域での発電量を大幅に増大できることが確認された。

この実施の形態１では、第１および第２磁気誘導部材３０，３５が第１および第２谷部２５，２６の上に架設されているので、第１および第２磁気誘導部材３０，３５で第１および第２谷部２５，２６を埋め尽くす必要がなく、第１および第２磁気誘導部材３０，３５の容積を少なくできる。さらに、第１および第２永久磁石３２，３７が第１および第２谷部２５，２６の上に架設された第１および第２磁気誘導部材３０，３５に保持されているので、第１および第２永久磁石３２，３７を必要最小限の大きさにできる。そこで、高速回転時、第１および第２磁気誘導部材３０，３５、および第１および第２永久磁石３２，３７に作用する遠心力が小さくなるとともに、遠心力および熱膨張に起因する第１および第２爪状磁極部２０，２４の変位の影響もない。これにより、簡易な保持構造で第１および第２永久磁石３２，３７をポールコア１５に安定して保持できる。

また、第１および第２磁気誘導部材３０，３５が第１および第２谷部２５，２６の上部側の内壁面間を周方向に連結しているので、ポールコア１５の変形の発生を抑制できる。
また、第１および第２磁気誘導部材３０，３５を第１および第２ポールコア体１７，２１と別部品で作製されているので、加工精度を確保しやすく、第１および第２保持溝２７，２８との嵌合面、および第１および第２永久磁石３２，３７との嵌合面を高精度に作製できる。そこで、第１および第２磁気誘導部材３０，３５と第１および第２継鉄部１９，２３との嵌合部における隙間、さらには第１および第２磁気誘導部材３０，３５と第１および第２永久磁石３２，３７との嵌合部における隙間を最小限に少なくでき、これらの嵌合部での磁気抵抗が小さくなるので、磁石の磁束量が増えて、磁石を有効に利用することができる。

また、第１および第２永久磁石３２，３７は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３２，３７は、回転子１３の最外周面に対して径方向内方に位置している。そこで、固定子スロット高調波は第１および第２爪状磁極部２０，２４の最外周面部に留まり、第１および第２永久磁石３２，３７を直接誘導加熱するように作用しない。その結果、第１および第２永久磁石３２，３７が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。

また、第１および第２永久磁石３２，３７が、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３２，３７の磁気回路が回転子内部で閉じた磁気回路となり、固定子１０に鎖交する磁束成分がなくなる。そこで、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３２，３７の誘起電圧の発生が抑制される。その結果、第１および第２永久磁石３２，３７の磁石量を増大させることができる。

また、第１および第２永久磁石３２，３７が所定の厚みを有する断面台形の柱状体に作製されているので、砥石を用いて磁石母材から第１および第２永久磁石３２，３７を効率よく切り出すことができ、材料の歩留まりが高められる。

なお、上記実施の形態１では、第１および第２保持溝２７，２８が溝方向を軸心と平行として、第１および第２継鉄部１９，２３の一端側から他端側に貫通するように凹設されているものとしているが、第１および第２保持溝は、必ずしも軸方向に貫通する必要はなく、第１および第２継鉄部１９，２３の一端側若しくは他端側に開口していればよい。
また、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３２，３７が第１および第２磁気誘導部材３０，３５に嵌着されているものとしているが、永久磁石の保持方法は嵌合に限定されるものではなく、例えば接着剤やロウ付けなどの接合手段を用いてもよい。

また、第１および第２永久磁石３２，３７が所定厚みを有する断面台形に形成されているものとしているが、第１および第２永久磁石３２，３７は第１および第２磁気誘導部材に保持されていれば、その断面形状については特に限定されるものではない。
また、第１および第２磁気誘導部材３０,３５は、単体状態の第１および第２ポールコア体１７、２１の第１および第２保持溝２７，２８に軸方向外側から、あるいは軸方向内側から圧入して取り付けられてもよく、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせて組立一体化された第１および第２ポールコア体１７、２１の第１および第２保持溝２７，２８に軸方向外側から圧入して取り付けられてもよい。

実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図、図１１はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装方法を説明する斜視図である。
図１０および図１１において、第１永久磁石３２Ａは、その上面が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行な平坦面に形成されている。そして、第１永久磁石３２Ａの着磁方向４０は、その上面に直交する方向となっている。ここで、第２永久磁石についても、第１永久磁石３２Ａと同様に構成されている。
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。

このように構成された回転子１３Ａでは、第１永久磁石３２Ａの上面が対向する第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行となっているので、第１永久磁石３２Ａと第２爪状磁極部２４との隙間を縮小することができる。これにより、磁石磁束が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面から第２永久磁石３２Ａに入らず漏れる磁束量が減る。また、第１永久磁石３２Ａがその上面に直交する方向に着磁されているので、磁石磁束が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面から第２永久磁石３２Ａに入らず漏れる磁束量が減る。さらに、第１永久磁石３２Ａの上面を傾斜面とすることにより、磁極面積を最大限利用でき、有効磁束量を増やすことができる。
また、図示していないが、第２永久磁石も第１永久磁石と同様に構成されているので、磁石磁束が第２永久磁石から第１爪状磁極部２０の先端側の内周面に入らず漏れる磁束量が減るとともに、有効磁束量を増やすことができる。

このように、この実施の形態２によれば、永久磁石の発生する磁束が回転子内部で閉じた磁気回路を流れず漏れる磁束量が減り、有効磁束量が増えるので、出力をあげることができる。

実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図、図１３はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装方法を説明する斜視図である。
図１２および図１３において、第１磁気誘導部材３０Ａは、第１嵌合溝３１Ａの底面が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行な平坦面に形成されている。ここで、第２磁石保持部についても、第１磁気誘導部材３０Ａと同様に構成されている。
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。

このように構成された回転子１３Ｂでは、第１磁気誘導部材３０Ａが第１保持溝２７に嵌着されて第１谷部２５の上に架設され、第１永久磁石３２が第１嵌合溝３１Ａに嵌着されている。この時、第１磁気誘導部材３０Ａの第１嵌合溝３１Ａの底面が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行な平坦面に形成されているので、第１永久磁石３２の上面が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行となり、着磁方向４０が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略直交している。なお、第２永久磁石の上面も第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略平行となり、着磁方向４０が第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略直交している。

従って、この実施の形態３においても、永久磁石の発生する磁束が回転子内部で閉じた磁気回路を流れず漏れる磁束量が減り、有効磁束量が増え、出力をあげることができる。
また、この実施の形態３によれば、磁気誘導部材の嵌合溝の底面を傾斜面としているので、コスト増の要因となる永久磁石の上面を傾斜面とすることが不要となり、安価な構成で出力をあげることができる。

実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。
図１４において、第１保持溝２７Ａは、その溝方向が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行に形成されている。ここで、第２保持溝についても、第１保持溝２７と同様に構成されている。
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。

このように構成された回転子１３Ｃでは、第１磁気誘導部材３０が第１保持溝２７Ａに嵌着されて第１谷部２５の上に架設され、第１永久磁石３２が第１嵌合溝３１に嵌着されている。この時、第１保持溝２７Ａの溝方向が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行に形成されているので、第１嵌合溝３１の底面、つまり第１永久磁石３２の上面が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行となり、着磁方向４０が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略直交している。なお、第２永久磁石の上面も第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略平行となり、着磁方向４０が第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略直交している。

従って、この実施の形態４においても、永久磁石の発生する磁束が回転子内部で閉じた磁気回路を流れず漏れる磁束量が減り、有効磁束量が増え、出力をあげることができる。
また、この実施の形態４によれば、保持溝の溝方向を爪状磁極部の先端側の内周面と略平行にしているので、コスト増の要因となる永久磁石の上面を傾斜面とすることが不要となり、安価な構成で出力をあげることができる。

実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装状態を示す斜視図である。
図１５において、磁石保護カバー５０は、矩形状の基部５０ａと基部５０ａの相対する二辺から延設された第１および第２翼部５０ｂ、５０ｃとからなる口開き状の断面コ字状に成形されている。そして、磁石保護カバー５０は、基部５０ａを第１および第２永久磁石３２，３７の上面に載置し、第１および第２翼部５０ｂ、５０ｃを第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着される両側面に沿わせて第１および第２永久磁石３２，３７に装着され、第１および第２永久磁石３２，３７とともに第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着されている。
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５では、第１および第２永久磁石３２，３７の上面および両側面が磁石保護カバー５０で覆われているので、仮に第１および第２爪状磁極部２０，２４が径方向に振動して第１および第２永久磁石３２，３７に接触したとしても、磁石保護カバー５０が緩衝層として機能し、第１および第２永久磁石３２，３７の損傷の発生を抑制できる。また、第１および第２永久磁石３２，３７の露出面積が少なくなり、第１および第２永久磁石３２，３７が損傷し、飛散することも抑制される。

ここで、磁石保護カバー５０は第１および第２永久磁石３２，３７と第２および第１爪状磁極部２４，２０との間に介装されている。そこで、磁石保護カバー５０を磁性材料で作製した場合には、永久磁石から出た磁束が磁石保護カバー５０を流れて磁気誘導部材に入り、永久磁石に戻る磁路が形成され、対向する爪状磁極部に入る磁束量が低減するので、永久磁石の磁石量を多くする必要がある。このことから、磁石保護カバーは、非磁性材料、例えばステンレスや合成樹脂で作製することが望ましい。
また、磁石保護カバー５０は、第１および第２翼部５０ｂ、５０ｃを第１および第２嵌合溝３１，３６の側面と第１および第２永久磁石３２，３７の側面との間に介装して固着されているものとしているが、磁石保護カバー５０は、第１および第２翼部５０ｂ、５０ｃを第１および第２磁気誘導部材３０，３５にロウ付けなどにより固着されてもよい。

実施の形態６．
図１６はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装状態を示す斜視図である。
図１６において、磁石保護カバー５０Ａは、基部５０ａおよび第１および第２翼部５０ｂ、５０ｃに加えて、基部５０ａの相対する残る二辺から延設された第３および第４翼部５０ｄ、５０ｅを備えている。そして、磁石保護カバー５０Ａは、基部５０ａを第１および第２永久磁石３２，３７の上面に載置し、第１および第２翼部５０ｂ、５０ｃを第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着される両側面に沿わせ、さらに第３および第４翼部５０ｄ，５０ｅを第１および第３永久磁石３２，３７の厚み方向の両側面に沿わせて第１および第２永久磁石３２，３７に装着され、第１および第２永久磁石３２，３７とともに第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態５と同様に構成されている。

この実施の形態６によれば、第１および第２永久磁石３２，３７の露出面積が更に少なくなるので、第１および第２永久磁石３２，３７の損傷の発生を一層抑制できる。

実施の形態７．
図１７はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装状態を示す一部破断斜視図である。
図１７において、第１および第２永久磁石３２，３７は、樹脂モールドされ、樹脂層５１により全体が覆われている。
なお、他の構成は、上記実施の形態５と同様に構成されている。

この実施の形態７によれば、第１および第２永久磁石３２，３７の全体が樹脂層５１で覆われているので、第１および第２永久磁石３２，３７の損傷の発生を一層抑制できる。

実施の形態８．
図１８はこの発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す端面図である。
図１８において、一対の押さえ部５２が第１谷部２５の内壁面の上部側の相対する部位に突設されている。そして、第１磁気誘導部材３０が、その上面を押さえ部５２に当接させて第１谷部２５の上部側に配設され、その周方向の両側面を第１谷部２５の内壁面に接着剤などにより固着されて、第１谷部２５の上に架設されている。ここで、第２谷部についても、押さえ部が突設され、第２磁気誘導部材が同様に架設されている。
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８では、第１磁気誘導部材３０が第１谷部２５の上に架設されているので、第１磁気誘導部材３０の容積を少なくできる。そこで、第１磁気誘導部材３０に作用する遠心力を小さくでき、第２爪状磁極部２４の変位の影響もない。そして、第１磁気誘導部材３０に作用する遠心力は、接着剤などによる固着力、さらには押さえ部５２で受けられる。なお、第２磁気誘導部材についても、同様である。
そこで、この実施の形態８においても、簡易な保持構造で第１および第２永久磁石をポールコアに安定して保持できる。また、第１磁気誘導部材３０が第１継鉄部１９に磁気的に連結されて第１谷部２５に架設されているので、第１永久磁石３２で発生した磁束を周方向に誘導して第１継鉄部１９に流すことができ、第１継鉄部１９における磁気飽和を緩和することができる。

実施の形態９．
図１９はこの発明の実施の形態９に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す端面図である。
図１９において、第１磁気誘導部材３０が、第１谷部２５の上部側に配設され、その周方向の両側面を第１谷部２５の内壁面に接着剤、ロウ付けなどにより固着されて、第１谷部２５の上に架設されている。ここで、第２磁気誘導部材についても、同様に架設されている。
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９では、第１磁気誘導部材３０が第１谷部２５の上に架設されているので、第１磁気誘導部材３０の容積を少なくできる。そこで、第１磁気誘導部材３０に作用する遠心力を小さくでき、第２爪状磁極部２４の変位の影響もない。そして、第１磁気誘導部材３０に作用する遠心力は、接着剤、ロウ付けなどによる固着力で受けられる。なお、第２磁気誘導部材についても、同様である。
そこで、この実施の形態９においても、簡易な保持構造で第１および第２永久磁石をポールコアに安定して保持できる。また、第１磁気誘導部材３０が第１継鉄部１９に磁気的に連結されて第１谷部２５に架設されているので、第１永久磁石３２で発生した磁束を周方向に誘導して第１継鉄部１９に流すことができ、第１継鉄部１９における磁気飽和を緩和することができる。

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磁気誘導部材および第１および第２永久磁石が回転子の軸心と直交する断面形状が台形に形成されているものとしているが、断面形状は台形に限定されるものではなく、例えば正方形や長方形の四角形であってもよい。なお、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていても、よいことは言うまでもないことである。

また、上記各実施の形態では、磁気誘導部材を全ての谷部に配設するものとしているが、磁気誘導部材は任意の谷部を選択して配設するようにしてもよい。この場合、周方向にバランスよく磁気誘導部材を配置することが望ましい。例えば、第１ポールコア体には磁気誘導部材を配設せず、第２ポールコア体の全ての谷部に磁気誘導部材を配設したり、第１および第２ポールコア体のそれぞれに、周方向の一つおきの谷部に磁気誘導部材を配設してもよい。このような構成をとることは、全ての谷部に磁気誘導部材を配設した場合に比べ、出力が少し低下するものの、部品点数を削減でき、安価な構成で出力をあげることができる。

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に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁束の流れ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に係る車両用交流発電機における磁束の流れ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に係る車両用交流発電機に適用される回転子の第１磁束誘導部材周りを示す端面図である。 比較例としての回転子の第１磁束誘導部材周りを示す端面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における界磁アンペアターン（ＡＴ）と固定子鎖交磁束量の関係を表す図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における回転数に対する発電量を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁気誘導部材への実装状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す端面図である。 この発明の実施の形態９に係る車両用交流発電機に適用される回転子の要部を示す端面図である。

符号の説明

１０ 固定子、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 回転子、１４ 界磁コイル、１５ ポールコア、１６ 回転軸、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、２５ 第１谷部、２６ 第２谷部、２７，２７Ａ 第１保持溝、２８ 第２保持溝、２９ エアギャップ、３０，３０Ａ 第１磁気誘導部材、３１，３１Ａ 第１嵌合溝、３２，３２Ａ 第１永久磁石、３５ 第２磁気誘導部材、３６ 第２嵌合溝、３６ 第２永久磁石、４０ 着磁方向、５０，５０Ａ 磁石保護カバー、５１ 樹脂層。

Claims (6)

1. 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、内径側に湾曲した谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部間のそれぞれの上記継鉄部の部位に形成され、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸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、を有する回転子と、
   上記回転子の外周を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
   上記谷部に架設された磁気誘導部材と、
   上記爪状磁極部の先端側の内周面に所定の隙間を持って対向するように上記磁気誘導部材上に配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されている永久磁石と、を有することを特徴とする回転電機。
2. 上記永久磁石の着磁方向が対向する上記爪状磁極部の先端側の内周面に略直交していることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記永久磁石の外周面が、対向する上記爪状磁極部の先端側の内周面と略平行となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
4. 上記永久磁石の外周面と内周面とが平行となっていることを特徴とする請求項３記載の回転電機。
5. 上記永久磁石が保護カバーで覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 上記永久磁石が樹脂モールドされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。

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