JP4974948B2 - 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おける永久磁石の放熱構造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。

従来、このような課題を解決するために、ポールピースとともに回転する樹脂製のファンがポケットを持ち、永久磁石がポケットにインサート成形されてファンに保持されている電気機械用ロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００２−５２７０１５号公報

従来の電気機械用ロータでは、永久磁石がポケットにインサート成形されて樹脂製のファンに保持されているので、永久磁石の熱はポケットを介してファンに熱伝達され、ファンから放熱される。しかし、樹脂自身の熱伝導率が小さく、十分な熱伝達が期待できないので、永久磁石が熱減磁するという課題があった。
また、高速回転時に、永久磁石がインサート成形されたポケットに大きな遠心力が作用し、ポケットおよびファンが損傷するおそれがあり、永久磁石を安定して保持できないという課題もあった。そこで、永久磁石を安定して保持するためには、樹脂に強化繊維などを添加してポケットおよびファンの剛性を高める必要があるが、成型性が著しく低下し、量産性が低下するという新たな課題が生じる。

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、永久磁石を継鉄部に保持された磁性金属製の磁石保持具に保持させ、金属製のファン基部をポールコアの端面に固着し、かつ放熱用ブレードを磁石保持具から隣り合う爪状磁極部間からファン基部に形成されたブレード挿通穴を挿通して軸方向外方に延出させて、永久磁石を安定して保持できるとともに、永久磁石の発熱を放熱用ブレードから効果的に放熱し、永久磁石の熱減磁を抑制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、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。さらに、本回転電機は、上記爪状磁極部の先端側内周面と相対するように上記継鉄部に保持された磁性材料からなる磁石保持具と、上記爪状磁極部の先端側内周面と相対するように上記磁石保持具に保持された永久磁石と、を備えている。そして、上記永久磁石が、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、ブレード挿通穴を有する環状、かつ平板状の金属製のファン基部が、上記ポールコアの軸方向の端面に固着され、放熱用ブレードが、周方向に隣り合う上記爪状磁極部間から上記ブレード挿通穴を挿通して軸方向外方に延出するように上記磁石保持具に一体に形成されている。

この発明によれば、磁石保持具が爪状磁極部の先端側内周面と相対するように継鉄部に保持されているので、磁石保持具が爪状磁極部の内径側に位置し、磁石保持具に作用する遠心力が小さくなる。また、磁石保持具は、磁性金属製であり、継鉄部に保持されているので、磁石保持具の保持強度を大きくすることができる。そこで、磁石保持具が継鉄部に安定して保持される。さらに、永久磁石は磁石保持具に保持されているので、永久磁石に作用する遠心力は磁石保持具で受けられ、永久磁石が安定して継鉄部に保持される。
また、永久磁石が、爪状磁極部の先端側内周面と相対するように磁石保持具に保持され、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ので、ポールコアの磁束密度を大幅に低減し、磁気飽和を解消することができる。これにより、固定子に鎖交する磁束が増加し、発電量を増加することができる。

また、ファン基部が金属製であるので、成形が容易となり、優れた量産性が得られるとともに、高い剛性が得られる。また、放熱用ブレードがファン基部に形成されたブレード挿通穴を挿通して軸方向外方に延出している。そこで、風圧による放熱用ブレードの変位がファン基部により規制されるので、放熱用ブレードの変位に起因する磁石保持具の保持強度の低下が抑制され、永久磁石の安定した保持が確保される。また、永久磁石で発生した熱が磁石保持具を介して磁石保持具と一体に形成された放熱用ブレードに伝達され、ポールコアとともに回転する放熱用ブレードから放熱される。これにより、永久磁石で発生した熱が効率的に放熱され、永久磁石の温度上昇が抑制され、熱減磁を抑えることができる。

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の第１ポールコア体側の構成を説明する分解斜視図、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適用される回転子を示す斜視図、図４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磁石保持具を示す斜視図、図５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磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。なお、図３では、回転軸１６およびファンが省略されている。

図１乃至図５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４０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。以降、回転軸１６の軸心方向を軸方向とする。
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。

第１磁石保持具３０は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性金属を用いて所定厚みを有する断面台形に作製されている。そして、溝方向を第１磁石保持具３０の厚み方向とする第１嵌合溝３１が第１磁石保持具３０の上面に開口するように凹設されている。ここで、第１磁石保持具３０の上下面および第１嵌合溝３１の底面が互いに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。さらに、第１放熱用ブレード３２が、第１磁石保持具３０と単一の部材で一体に形成されている。つまり、第１放熱用ブレード３２は、第１嵌合溝３１の溝幅方向の中央位置で、第１磁石保持具３０の厚み方向の一方の端面から第１磁石保持具３０の厚み方向に延出され、かつ第１磁石保持具３０の下面から下方に延出されている。この第１放熱用ブレード３２は、第１磁石保持具３０の厚み方向と直交する断面形状を細長の矩形とする平板に作製されている。

第１永久磁石３３は、厚み方向と直交する平面における断面が台形の第１嵌合溝３１に嵌合可能な外形形状で、第１磁石保持具３０と同等の厚みに作製され、その下面が厚み方向に平行な平坦面で、上面が下面との間の距離が厚み方向の一側から他側に漸次広くなる傾斜面となっている。この第１永久磁石３３は、厚み方向を第１磁石保持具３０の厚み方向に一致させて、その下端部側を第１磁石保持具３０の厚み方向外方から第１嵌合溝３１に嵌着され、必要に応じ接着剤を塗布されて、第１磁石保持具３０に磁気的に接続されて保持される。この時、第１永久磁石３３の厚み方向の他側が、第１放熱用ブレード３２が延出している第１磁石保持具３０の厚み方向の一方の端面側に位置している。

第２磁石保持具３５は、第１磁石保持具３０と同じ材質を用いて同じ形状に作製されている。第２嵌合溝３６が、第１嵌合溝３１と同様に、第２磁石保持具３５に形成されている。さらに、第２放熱用ブレード３７が、第１放熱用ブレード３２と同様に、第１磁石保持具３５と単一の部材で一体に形成されている。第２永久磁石３８は、第１永久磁石３３と同じ材質を用いて同じ形状に作製されている。
そして、第２永久磁石３８は、厚み方向を第２磁石保持具３５の厚み方向に一致させて、その下端部側を第２磁石保持具３５の厚み方向外方から第２嵌合溝３６に嵌着され、必要に応じ接着剤を塗布されて、第２磁石保持具３５に磁気的に接続されて保持される。この時、第２永久磁石３８の厚み方向の他側が、第２放熱用ブレード３７が延出している第２磁石保持具３５の厚み方向の一方の端面側に位置している。

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、かつ溝方向を軸方向として第１継鉄部１９の一端から他端側に向かって凹設されている。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、かつ溝方向を軸方向として第２継鉄部２３の他端から一端側に向かって凹設されている。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磁石保持具３０，３５の両側部が嵌着される溝形状に形成されている。

ファン４０は、鉄、銅、アルミ、ステンレスなどの板金を切断加工および曲げ加工して作製され、平板リング状のファン基部４１と、それぞれファン基部４１から切り起こされて周方向に等角ピッチで配列された、例えば８枚のファンブレード４２と、それぞれファン基部４１に第１および第２放熱用ブレード３２，３７が挿通可能な細長の穴形状に穿設され、周方向に等角ピッチで配列された、例えば８個のブレード挿通穴４３と、を備える。この時、貫通穴４３と周方向両側のファンブレード４２との間の角度θ１，θ２が等しくなっている。

ファン４０は、ファン基部４１を第１ポールコア体１７の軸方向一側端面と第２ポールコア体２１の軸方向他側端面とのそれぞれに周方向の複数箇所の溶接部３９で抵抗溶接されて取り付けられている。そして、第１放熱用ブレード３２の第１爪状磁極部２０の間からの延出部がブレード挿通穴４３を挿通してファン基部４１から延出している。また、第２放熱用ブレード３７の第２爪状磁極部２４の間からの延出部がブレード挿通穴４３を挿通してファン基部４１から延出している。

このように構成された回転子１３を組み立てるには、まず、第１磁石保持具３０が、第１永久磁石３３を上方に向けて、かつ第１永久磁石３３の厚み方向の一側を界磁コイル１４側に向けて、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。同様に、第２磁石保持具３５が、第２永久磁石３８を上方に向けて、かつ第２永久磁石３８の厚み方向の一側を界磁コイル１４側に向けて、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されて、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。

ついで、第１および第２永久磁石３３，３８が保持された第１および第２ポールコア体１７，２１が、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１６を回転軸挿通穴１８ａ，２２ａに貫装して固着される。この時、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。

ついで、第１放熱用ブレード３２が各ブレード挿通穴４３を挿通するようにファン基部４１を第１ポールコア体１７の軸方向一側端面にあてがい、ファン基部４１が周方向の複数箇所の溶接部３９で第１ポールコア体１７に抵抗溶接される。さらに、第２放熱用ブレード３７が各ブレード挿通穴４３を挿通するようにファン基部４１を第２ポールコア体２１の軸方向他側端面にあてがい、ファン基部４１が周方向の複数箇所の溶接部３９で第２ポールコア体２１に抵抗溶接され、回転子１３が組み立てられる。

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、軸方向において、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側がそれぞれ第２および第１継鉄部２３，１９と重なっている。

また、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の厚み方向が軸方向に一致し、第１永久磁石３３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。さらに、第１放熱用ブレード３２が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０の間からブレード挿通穴４３を挿通して軸方向外方に延出している。
同様に、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の厚み方向が軸方向に一致し、第２永久磁石３８の上面が第１爪状磁極部２０の先端側内周面と所定の隙間をあけて対向している。さらに、第２放熱用ブレード３７が周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４の間からブレード挿通穴４３を挿通して軸方向外方に延出している。

また、第１および第２永久磁石３３，３８は、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電されて発生する磁界５１の向きと逆向きに着磁配向される。そして、第１および第２永久磁石３３，３８の着磁方向５２の延長線が、対向する第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側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５１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３３，３８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。

界磁コイル１４に通電されて発生した磁束は、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。固定子鉄心１１に入った磁束は、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。

この回転子１３では、第１および第２永久磁石３３，３８は、界磁コイル１４の発生する磁界５１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永久磁石３３から発生する磁束は、第１磁石保持具３０に入る。ここで、第１磁石保持具３０の下方には、第１谷部２５、即ち大きな空間が存在する。そこで、第１磁石保持具３０に入った磁束は、第１磁石保持具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、空隙を介して第１永久磁石３３に戻る。また、第２永久磁石３８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を経て、第２継鉄部２３に入る。第２継鉄部２３に入った磁束は、第２継鉄部２３の第２谷部２６の両側を径方向外方に流れ、第２磁石保持具３５の両端から第２磁石保持具３５に入り、第２永久磁石３８に戻る。

第１および第２永久磁石３３，３８の発生する磁束は、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ことができ、磁気飽和を解消することができる。これにより、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量を増加することができる。

また、第１および第２永久磁石３３，３８が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側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３３，３８の磁気回路が回転子１３内部で閉じた磁気回路となる。そこで、第１および第２永久磁石３３，３８の発生する磁束のなかの固定子鉄心１１に鎖交する磁束成分（漏れ磁束）が少なくなる。さらに、着磁方向５２の延長線が、対向する第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に向かっているので、漏れ磁束が一層低減される。その結果、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３３，３８の誘起電圧の発生が抑制される。

また、第１および第２永久磁石３３，３８は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側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３３，３８は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に位置し、固定子スロット高調波により直接誘導加熱されない。また、第１および第２永久磁石３３，３８は、第１および第２谷部２５，２６に架設された第１および第２磁石保持具３０，３５に保持されているので、界磁コイル１４で発生した熱が伝達されにくい。そこで、誘導加熱や界磁コイル１４の発熱に起因する第１および第２永久磁石３３，３８の温度上昇が抑制され、熱減磁を防止できる。

また、第１および第２永久磁石３３，３８が第１および第２谷部２５，２６に架設された第１および第２磁石保持具３０，３５に保持されている。そこで、遠心力や熱膨張に起因する第１および第２爪状磁極部２０，２４の揺動が第１および第２永久磁石３３，３８の保持構造に影響しない。また、第１および第２磁石保持具３０，３５の容積を少なくでき、第１および第２磁石保持具３０，３５に作用する遠心力を小さくでき、第１および第２磁石保持具３０，３５を簡易な保持構造で安定して第１および第２継鉄部１９，２３に保持できる。これにより、必要最小限の磁石量の第１および第２永久磁石３３，３８を第１および第２磁石保持具３０，３５を用いて安定して継鉄部に保持できる。

また、第１および第２嵌合溝３１，３６が溝方向を第１および第２磁石保持具３０，３５の厚み方向とし、かつ上面に開口するように第１および第２磁石保持具３０，３５に凹設されている。そこで、第１および第２永久磁石３３，３８を厚み方向から第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着させるだけで、第１および第２磁石保持具３０，３５に簡易に保持させることができる。また、第１および第２保持溝２７，２８が、第１および第２谷部２５，２６の内壁面の上部側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として第１および第２継鉄部１９，２３に凹設されている。そこで、第１および第２磁石保持具３０，３５を軸方向から第１および第２保持溝２７，２８に嵌着させるだけで、第１および第２継鉄部１９，２３に簡易に保持させることができる。

また、ファン４０が金属製であるので、作製が簡易となるとともに、高い剛性が得られる。そして、第１および第２放熱用ブレード３２，３７がブレード挿通穴４３を挿通しているので、ポールコア１５とともに回転した際の風圧による第１および第２放熱用ブレード３２，３７の変位がファン基部４１により規制される。そこで、第１および第２放熱用ブレード３２，３７の変位することに起因して第１および第２磁石保持具３０，３５と第１および第２保持溝２７，２８との嵌合部に発生する応力が低減し、第１および第２磁石保持具３０，３５の安定した保持が確保される。

また、第１および第２放熱用ブレード３２，３７が、周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０の間、および周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４の間から軸方向外方に延出している。そこで、ファン基部４１に突設されたファンブレード４２および第１および第２放熱用ブレード３２，３７がポールコア１５とともに回転し、空気流を発生させる。これにより、送風量が増大し、ケース４内に配設されている整流器、電圧調整器などの発熱部品が効果的に冷却される。
また、第１および第２永久磁石３３，３８は第１および第２磁石保持具３０，３５に保持された状態で第１および第２ポールコア体１７，２１に組み込まれるので、第１および第２永久磁石３３，３８の第１および第２ポールコア体１７，２１への組立性を向上できる。

また、第１および第２放熱用ブレード３２，３７が第１および第２磁石保持具３０，３５と単一の部材で一体に形成されているので、第１および第２放熱用ブレード３２，３７と第１および第２磁石保持具３０，３５との間の熱抵抗が小さくなる。そこで、第１および第２永久磁石３３，３８で発生した熱が、第１および第２磁石保持具３０，３５を介して速やかに第１および第２放熱用ブレード３２，３７に伝達され、第１および第２放熱用ブレード３２，３７から空気流に放熱される。これにより、第１および第２永久磁石３３，３８で発生した熱が効率的に放熱され、第１および第２永久磁石３３，３８の温度上昇が抑制され、第１および第２永久磁石３３，３８の熱減磁が抑えられる。

なお、上記実施の形態１では、ブレード挿通穴４３と周方向両側のファンブレード４２との間の角度θ１，θ２が等しくなるようにブレード挿通穴４３をファン基部４１に穿設するものとしているが、ブレード挿通穴４３と周方向両側のファンブレード４２との間の角度θ１，θ２が異なるようにブレード挿通穴４３をファン基部４１に穿設すれば、ファンブレード４２とブレード挿通穴４３との配列ピッチを不等ピッチとすることができる。この場合、ファン４０が回転することにより発生する風騒音を低減することができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。
図６において、第１放熱用ブレード３２Ａは、第１嵌合溝３１の溝幅方向の中央位置で、第１磁石保持具３０の厚み方向の一方の端面から第１磁石保持具３０の厚み方向および上方に延出され、かつ第１磁石保持具３０の下面から下方に延出されている。第１放熱用ブレード３７Ａは、第２嵌合溝３６の溝幅方向の中央位置で、第２磁石保持具３５の厚み方向の一方の端面から第２磁石保持具３５の厚み方向および上方に延出され、かつ第２磁石保持具３５の下面から下方に延出されている。また、図示していないが、ブレード挿通穴が第１および第２放熱用ブレード３２Ａ，３７Ａの断面形状および延出位置に合わせてファン基部に穿設されている。

なお、この実施の形態２では、第１および第２放熱用ブレード３２，３７が一体に形成された第１および第２磁石保持具３０，３５に代えて第１および第２放熱用ブレード３２Ａ，３７Ａが一体に形成された第１および第２磁石保持具３０，３５を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、この実施の形態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。
この実施の形態２では、第１および第２放熱用ブレード３２Ａ，３７Ａは、第１および第２嵌合溝３１，３６の溝幅方向の中央位置で、第１および第２磁石保持具３０、３５の厚み方向の一方の端面から第１および第２磁石保持具３０，３５の厚み方向および上方に延出され、かつ第１および第２磁石保持具３０，３５の下面から下方に延出されている。そこで、第１および第２放熱用ブレード３２Ａ，３７Ａの径方向幅が第１および第２磁石保持具３０、３５の径方向幅より広くなっているので、第１および第２放熱用ブレード３２Ａ，３７Ａの放熱面積が増大し、第１および第２永久磁石３３，３８の熱の放熱特性が向上し、第１および第２永久磁石３３，３８の温度上昇を抑えることができる。
また、第１および第２放熱ブレード３２Ａ，３７Ａが第１および第２永久磁石３３，３８の厚み方向の他方の端面に接しているので、第１および第２永久磁石３３、３８の軸方向の移動が規制され、第１および第２永久磁石３３、３８を安定して保持できる。

実施の形態３．
図７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磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。
図７において、第１放熱用ブレード３２Ｂは、第１嵌合溝３１の溝幅方向の中央位置で、第１磁石保持具３０の厚み方向の一方の端面から第１磁石保持具３０の厚み方向に延出され、かつ第１磁石保持具３０の下面から下方に延出されている。そして、第１放熱用ブレード３２Ｂは、第１磁石保持具３０の厚み方向と直交する断面形状を弧状とする曲面形状に作製されている。第２放熱用ブレード３７Ｂは、第２嵌合溝３６の溝幅方向の中央位置で、第２磁石保持具３５の厚み方向の一方の端面から第２磁石保持具３５の厚み方向に延出され、かつ第２磁石保持具３５の下面から下方に延出されている。そして、第２放熱用ブレード３７Ｂは、第２磁石保持具３５の厚み方向と直交する断面形状を弧状とする曲面形状に作製されている。また、図示していないが、ブレード挿通穴が第１および第２放熱用ブレード３２Ｂ，３７Ｂの断面形状および延出位置に合わせてファン基部に穿設されている。

なお、この実施の形態３では、第１および第２放熱用ブレード３２、３７が一体に形成された第１および第２磁石保持具３０、３５に代えて第１および第２放熱用ブレード３２Ｂ，３７Ｂが一体に形成された第１および第２磁石保持具３０，３５を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態３では、第１および第２放熱用ブレード３２Ｂ，３７Ｂは、第１および第２磁石保持具３０，３５の厚み方向と直交する断面形状を弧状とする曲面形状に作製されているので、ファン４０としての送風量を多くでき、整流器や電圧調整器などの発熱部品を効果的に冷却することができる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。
図８において、第１放熱用ブレード３２Ｃは、第１磁石保持具３０の第１嵌合溝３１の溝幅方向の一側の端面に沿って第１磁石保持具３０の厚み方向に延出されている。そして、第１放熱用ブレード３２Ｃは、第１磁石保持具３０の厚み方向と直交する断面形状を細長の矩形とする平板に作製されている。第２放熱用ブレード３７Ｃは、第２磁石保持具３５の第２嵌合溝３６の溝幅方向の一側の端面に沿って第２磁石保持具３５の厚み方向に延出されている。そして、第２放熱用ブレード３７Ｃは、第２磁石保持具３０、３５の厚み方向と直交する断面形状を細長の矩形とする平板に作製されている。また、図示していないが、ブレード挿通穴が第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃの断面形状および延出位置に合わせてファン基部に穿設されている。

なお、この実施の形態４では、第１および第２放熱用ブレード３２，３７が一体に形成された第１および第２磁石保持具３０、３５に代えて第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃが一体に形成された第１および第２磁石保持具３０、３５を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、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。
この実施の形態２では、第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃは、第１および第２磁石保持具３０，３５の第１および第２嵌合溝３１，３６の溝幅方向の一側の端面に沿って第１および第２磁石保持具３０、３５の厚み方向に延出されているので、第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃの作製が容易となる。
また、ファンブレードと第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃとの周方向の配列ピッチが不等ピッチとなり、ファンブレードと第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃが回転子１３と共に回転することに起因する風騒音が低減される。

実施の形態５．
図９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磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。
図９において、２枚の第１放熱用ブレード３２Ｃが、第１磁石保持具３０の第１嵌合溝３１の溝幅方向の両側の端面に沿って第１磁石保持具３０の厚み方向に延出されている。２枚の第２放熱用ブレード３７Ｃが、第２磁石保持具３５の第２嵌合溝３６の溝幅方向の両側の端面に沿って第２磁石保持具３５の厚み方向に延出されている。また、図示していないが、ブレード挿通穴が第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃの断面形状および延出位置に合わせてファン基部に穿設されている。

なお、この実施の形態４は、１枚の第１および第２放熱用ブレード３２、３７が一体に形成された第１および第２磁石保持具３０，３５に代えて２枚の第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃが一体に形成された第１および第２磁石保持具３０，３５を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

従って、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。
この実施の形態５では、２枚の第１および第２放熱用ブレード３２Ｃ，３７Ｃは、第１および第２磁石保持具３０、３５の第１および第２嵌合溝３１，３６の溝幅方向の両側の端面に沿って第１および第２磁石保持具３０，３５の厚み方向に延出されているので、放熱面積が増大し、第１および第２永久磁石３３，３８の熱を効果的に放熱し、第１および第２永久磁石３３，３８の温度上昇を抑えることができる。

なお、上記実施の形態５では、２枚の放熱用ブレードを磁石保持具に形成するものとしているが、磁石保持具に形成される放熱ブレードの枚数は２枚に限定されるものではなく、３枚以上でもよい。また、上記実施の形態１〜３においても、磁石保持具に形成される放熱用ブレードの枚数を２枚以上としてもよい。

実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す端面図である。
図１０において、第１磁石保持具３０が８つの第１谷部２５のそれぞれに架設されている。そして、第１放熱用ブレード３２が１つおきの第１磁石保持具３０に一体に形成されている。さらに、第１放熱用ブレード３２が一体に形成された第１磁石保持具３０の第１嵌合溝３１にのみ第１永久磁石３３が嵌合保持されている。ここで、図示していないが、第２ポールコア体２１においても、第２磁石保持具３５が８つの第２谷部２６のそれぞれに架設され、第２放熱用ブレード３７が１つおきの第２磁石保持具３５に一体に形成され、第２放熱用ブレード３７が一体に形成された第２磁石保持具３５の第２嵌合溝３６にのみ第２永久磁石３８が嵌合保持されている。また、図示していないが、ブレード挿通穴が第１および第２放熱用ブレード３２，３７の断面形状および延出位置に合わせてファン基部に穿設されている。
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６では、第１磁石保持具３０が第１谷部２５のそれぞれに架設され、第１永久磁石３３が周方向に１つおきの第１磁石保持具３０に保持されている。同様に、第２磁石保持具３５が第２谷部２６のそれぞれに架設され、第２永久磁石３８が周方向に１つおきの第２磁石保持具３５に保持されている。従って、第１および第２永久磁石３３，３８が周方向にバランスよく配設されているので、遠心力に対して重量的なアンバランスが生じず、優れた信頼性を確保できると共に、全ての谷部に永久磁石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。

また、第１および第２永久磁石３３，３８を保持する第１および第２磁石保持具３０，３５には、第１および第２放熱用ブレード３２，３７が一体に形成されているので、第１および第２永久磁石３３，３８の熱減磁が抑えられる。
また、ファンブレードと第１および第２放熱用ブレード３２，３７との周方向の配列ピッチが不等ピッチとなり、ファンブレードと第１および第２放熱用ブレード３２，３７が回転子１３と共に回転することに起因する風騒音が低減される。

ここで、上記実施の形態６では、磁石保持具を第１および第２ポールコア体の各ポールコア体の各谷部に架設し、永久磁石を周方向の一つおきの磁石保持具に保持させるものとしているが、磁石保持具を各谷部に架設し、永久磁石を任意の磁石保持具に選択して保持させてもよく、例えば、永久磁石を第１ポールコア体の各谷部に架設された磁石保持具の全てに保持させ、第２ポールコア体の各谷部に架設された磁石保持具には永久磁石を保持させないようにしてもよい。この場合においても、全ての磁石保持具に永久磁石を配設した場合に比べ、出力が少し低下するものの、分品点数を削減でき、安価な構成で出力をあげることができる。また、永久磁石が周方向にバランスよく配設されているので、遠心力に対して重量的なアンバランスが生じない。

また、上記実施の形態６では、磁石保持具を第１および第２ポールコア体の各ポールコア体の各谷部に架設し、永久磁石を周方向の一つおきの磁石保持具に保持させるものとしているが、磁石保持具を第１および第２ポールコア体の各ポールコア体の周方向の一つおきの谷部に架設し、永久磁石を磁石保持具のそれぞれに保持させてもよい。

実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す端面図である。
図１１において、第１放熱用ブレード３２が、第１磁石保持具３０の第１嵌合溝３１の溝幅方向のブレード延出位置を変えて第１磁石保持具３０のそれぞれに一体に形成されている。ここで、図示していないが、第２放熱用ブレード３７が、第２磁石保持具３５の第２嵌合溝３６の溝幅方向のブレード延出位置を変えて第２磁石保持具３５のそれぞれに一体に形成されている。また、図示していないが、ブレード挿通穴が第１および第２放熱用ブレード３２，３７の断面形状および延出位置に合わせてファン基部に穿設されている。
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７では、各第１および第２放熱用ブレード３２，３７の第１磁石保持具３０および第２磁石保持具３５からのブレード延出位置を変えているので、ファンブレードと第１および第２放熱用ブレード３２，３７との周方向の配列ピッチが不等ピッチとなり、ファンブレードと第１および第２放熱用ブレード３２，３７が回転子１３と共に回転することに起因する風騒音が低減される。

ここで、上記各実施の形態では、同一の放熱用ブレードが形成された磁石保持具を用いるものとしているが、例えば上記実施の形態１〜５で説明した第１放熱用ブレード３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃおよび第２放熱用ブレード３７，３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃが形成された磁石保持具を組み合わせて用いてもよい。

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３３，３８の材料について説明していないが、磁束密度の高いネオジウム・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好ましい。

また、上記各実施の形態では、第１および第２磁石保持具が第１および第２継鉄部に形成された第１および第２保持溝に嵌着、保持されているものとしているが、第１および第２磁石保持具の保持構造はこれに限定されるものではなく、例えば第１および第２磁石保持具を第１および第２継鉄部に溶接などにより接合して保持させてもよい。
また、上記各実施の形態では、第１および第２谷部が第１および第２継鉄部に形成された第１および第２ポールコア体を用いるものとしているが、第１および第２谷部が第１および第２継鉄部に形成されていない第１および第２ポールコア体を用いてもよい。この場合、第１および第２磁石保持具を第２および第１爪状磁極部の先端側内周面に相対するように第１および第２継鉄部の外周面に直接保持させればよい。

また、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石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永久磁石は第１および第２磁石保持具に嵌着、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。同様に、第１および第２磁石保持具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磁石保持具は第１および第２保持溝に嵌着、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、上記各実施の形態では、第１および第２放熱用ブレードと第１および第２磁石保持具とが単一の部材で一体に形成されているものとしているが、異なる部材で作製した第１および第２放熱用ブレードと第１および第２磁石保持具とを溶接などにより接合して一体に形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、ファンブレードがファン基部に突設されたファンを用いるものとしているが、放熱用ブレードがポールコアとともに回転して空気流を発生させるので、ケース内の発熱部品の発熱量が少ない場合には、ファン基部に突設されたファンブレードを省略してもよい。

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の第１ポールコア体側の構成を説明する分解斜視図である。 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適用される磁石保持具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磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。 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磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における磁石保持具の永久磁石実装状態を示す斜視図である。 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磁石保持具の永久磁石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適用される回転子を示す端面図である。 この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す端面図である。

符号の説明

１０ 固定子、１３ 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、２９ エアギャップ、３０ 第１磁石保持具、３１ 第１嵌合溝、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ 第１放熱用ブレード、３３ 第１永久磁石、３５ 第２磁石保持具、３６ 第２嵌合溝、３７，３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ 第２放熱用ブレード、３８ 第２永久磁石、４０ ファン、４１ ファン基部、４２ ファンブレード、４３ ブレード挿通穴。

Claims (10)

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、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、
   上記爪状磁極部の先端側内周面と相対するように上記継鉄部に保持された磁性材料からなる磁石保持具と、
   上記爪状磁極部の先端側内周面と相対するように上記磁石保持具に保持された永久磁石と、を備え、
   上記永久磁石が、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、
   ブレード挿通穴を有する環状、かつ平板状の金属製のファン基部が、上記ポールコアの軸方向の端面に固着され、
   放熱用ブレードが、周方向に隣り合う上記爪状磁極部間から上記ブレード挿通穴を挿通して軸方向外方に延出するように上記磁石保持具に一体に形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 溝方向を軸方向とする嵌合溝が径方向外方に開口するように上記磁石保持具に凹設され、上記永久磁石が該嵌合溝に嵌着されて該磁石保持具に保持されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記磁石保持具が上記複数の爪状磁極部のそれぞれの先端側内周面と相対するように上記継鉄部に保持され、上記放熱用ブレードが上記磁石保持具のなかで選択された磁石保持具にのみ一体に形成され、上記永久磁石が上記選択された磁石保持具にのみ保持され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. 上記磁石保持具が上記複数の爪状磁極部のなかで選択された爪状磁極部の先端側内周面にのみ相対するように上記継鉄部に保持され、上記放熱用ブレードが上記磁石保持具のそれぞれに一体に形成され、上記永久磁石が上記磁石保持具のそれぞれに保持され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。
5. 上記放熱用ブレードが上記磁石保持具の径方向幅より広い径方向幅に形成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。
6. 上記放熱用ブレードが上記磁石保持具に一体に複数枚形成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。
7. 上記放熱用ブレードが軸方向と直交する断面形状を弧状とする曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 上記放熱用ブレードの周方向の配列ピッチが不等ピッチであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
9. ファンブレードが上記ファン基部に一体に突設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
10. 上記放熱用ブレードと上記ファンブレードとの周方向の配列ピッチが不等ピッチであることを特徴とする請求項９記載の回転電機。

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