JP5036833B2 - 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保持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、ランデル型の回転子の周方向に対向する爪状磁極部の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１参照）。

米国特許第４９５９５７７号明細書

ランデル型の回転子においては、冷間鍛造法により爪状磁極部相当部が継鉄部から径方向外方に延出する形状のコア体を成型した後、継鉄部から径方向外方に延出する爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて爪状磁極部を形成している。この時、爪状磁極部相当部の折り曲げ工程での歩留まりを高めるために、継鉄部の隣り合う爪状磁極部の間に位置する部位に谷部を設けている。

このように、ランデル型の回転子では、爪状磁極部が片持ち構造であるとともに、谷部が継鉄部の隣り合う爪状磁極部の間に位置する部位に設けられているので、高速回転時に、隣り合う爪状磁極部の間の相対的な変位が生じる。そこで、永久磁石を隣り合う爪状磁極部の間に保持する従来の永久磁石の保持構造では、永久磁石を安定して保持できない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、継鉄部の隣り合う爪状磁極部の間に位置する部位に形成された谷部に永久磁石を安定して保持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、谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部の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、磁石保持具が上記谷部の上に架設され、かつ永久磁石が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石保持具に保持されている。

この発明によれば、磁石保持具が周方向に隣り合う爪状磁極部の間の継鉄部の部位に形成された谷部の上に架設されているので、高速回転時の爪状磁極部の変位が磁石保持具の保持機構に影響することがない。また、爪状磁極部の磁石保持具の容積を少なくでき、磁石保持具に作用する遠心力が小さくなる。そこで、磁石保持具を簡易な保持構造で安定して継鉄部に保持できる。これにより、必要最小限の磁石量の永久磁石を磁石保持具を用いて安定して継鉄部に保持できる。

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適用される回転子を構成する第１ポールコア体の永久磁石実装状態を示す断面図である。 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構成する第１ポールコア体の永久磁石未実装状態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石保持具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２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２に係る車両用交流発電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体の永久磁石実装状態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適用される回転子を構成する第１ポールコア体の保持溝加工前の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適用される回転子を構成する第１ポールコア体の保持溝加工後の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３に係る車両用交流発電機に適用される回転子を構成する第１ポールコア体の永久磁石実装状態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適用される回転子を構成する第１ポールコア体の保持溝加工前の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適用される回転子を構成する第１ポールコア体の保持溝加工後の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を示す斜視図である。

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端面図、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構成する第１ポールコア体の永久磁石実装状態を示す断面図、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回転子を構成する第１ポールコア体の永久磁石未実装状態を示す斜視図、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永久磁石の磁石保持具への実装方法を説明する斜視図である。

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の間に位置する部位に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の間に位置する部位に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磁石保持具３０は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて冷間鍛造法や引き抜き加工などにより作製されている。この第１磁石保持具３０は、上下面を互いに平行な平坦面とし、両側面をその間隔が上面に向かって漸次広くなる傾斜面とし、両端面を長さ方向に直交する平坦面とする長さ方向と直交する断面が台形の柱状体に作製されている。そして、溝方向を第１磁石保持具３０の長さ方向とする第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。この第１嵌合溝３１は、その底面が第１磁石保持具３０の上下面と平行な平坦面であり、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、上下面を互いに平行な平坦面とし、両側面をその間隔が上面に向かって漸次狭くなる傾斜面とし、両端面を厚み方向に直交する平坦面とする厚み方向と直交する断面が台形の柱状体に作製されている。

第１磁石飛散防止カバー３３は、ＳＰＣＣ、ステンレス鋼などの薄板を曲げ加工や切削加工などを施して作製され、矩形状の基部３３ａと、基部３３ａの相対する２辺から略直角に折り曲げられた一対の端辺３３ｂと、基部３３ａの相対する残る２辺から所定の角度で折り曲げられ、かつその先端が折り返され、第１嵌合溝３１の溝長さと等しい長さを有する一対の側辺３３ｃとを有する。そして、第１磁石飛散防止カバー３３は、基部３３ａにより第１永久磁石３２の上面を覆い、端辺３３ｂを第１永久磁石３２の両端面に沿わせ、側辺３３ｃを第１永久磁石３２の両側面に沿わせ、側辺３３ｃの先端の折り返し部を第１永久磁石３２の底面にあてがって、第１永久磁石３２に装着され、接着剤を基部３３ａと第１永久磁石３２の上面との間に塗布して固着されている。

第１磁石飛散防止カバー３３が装着された第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磁石保持具３０に磁気的に接続されて保持されている。この時、第１磁石飛散防止カバー３３の両側辺３３ｃが第１嵌合溝３１の楔状の側面と第１永久磁石３２の側面との間に挟持され、第１永久磁石３２の抜けが防止されている。

第２磁石保持具３５は、第１磁石保持具３０と同じ材料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と同じ材料を用いて同じ形状に作製されている。第２磁石飛散防止カバー３８は、第１磁石飛散防止カバー３３と同じ材料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３７は、第２磁石飛散防止カバー３８が装着されて、第２磁石保持具３５の上面に形成された第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磁石保持具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、第１および第２磁石保持具３０，３５の嵌着部の形状に適合する断面コ字状の溝形状に形成されている。つまり、第１および第２保持溝２７，２８は、第１および第２磁石保持具３０，３５の上下面が係合する一対の平行かつ平坦な側面と、第１および第２磁石保持具３０，３５の側面が係合する平坦な底面とからなる断面コ字状の溝形状を有するので、１回のブローチ加工により、冷間鍛造されたポールコア体に第１および第２保持溝２７，２８を作製でき、溝加工工程が簡略化される。

第１磁石保持具３０が、第１磁石飛散防止カバー３３を上方に向けて、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。このとき、第１磁石飛散防止カバー３３の基部３３ａ、即ち第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。

ここで、第１磁石保持具３０の上下面は第１ポールコア体１７の径方向に垂直で、かつ互いに平行な平坦面であり、その上面は上下面の径方向外方に位置する面である。第１磁石保持具３０の両側面はその間隔が上面に向かって漸次広くなる傾斜面であり、長さ方向は、第１ポールコア体１７の軸方向に一致する。第１嵌合溝３１の両側面は溝幅が開口に向かって漸次狭くなる傾斜面である。第１永久磁石３２の上下面は第１ポールコア体１７の径方向に垂直で、かつ互いに平行な平坦面であり、その上面は上下面の径方向外方に位置する面である。第１永久磁石３２の両側面はその間隔が上面に向かって漸次狭くなる傾斜面であり、厚み方向は、第１ポールコア体１７の軸方向に一致する。

同様に、第２磁石保持具３５が、第２磁石飛散防止カバー３８を上方に向けて、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。

ここで、第２磁石保持具３５の上下面は第２ポールコア体２１の径方向に垂直で、かつ互いに平行な平坦面であり、その上面は上下面の径方向外方に位置する面である。第２磁石保持具３５の両側面は、その間隔が上面に向かって漸次広くなる傾斜面であり、長さ方向は第２ポールコア体２１の軸方向に一致する。第２嵌合溝３６の両側面は溝幅が開口に向かって漸次狭くなる傾斜面である。第２永久磁石３７の上下面は第２ポールコア体２１の径方向に垂直で、かつ互いに平行な平坦面であり、その上面は上下面の径方向外方に位置する面である。第２永久磁石３７の両側面はその間隔が上面に向かって漸次狭くなる傾斜面であり、厚み方向は第２ポールコア体２１の軸方向に一致する。

このように組み込まれた第１および第２磁石保持具３０，３５は、第１および第２磁石保持具３０，３５の第１および第２保持溝２７，２８への嵌合により径方向および周方向への移動が阻止され、ファン７および界磁コイル１４が巻回されたボビンにより軸方向への移動が阻止される。また、第１および第２永久磁石３２，３７および第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８は、第１および第２永久磁石３２，３７および第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８の第１および第２嵌合溝３１，３６への嵌合により径方向および周方向への移動が阻止され、ファン７および界磁コイル１４が巻回されたボビンにより軸方向への移動が阻止される。

ここで、永久磁石の飛散現象について説明する。なお、第１および第２永久磁石３２，３７の飛散現象は同じであるので、ここでは第１永久磁石３２についてのみ説明する。

まず、第２爪状磁極部２４が遠心力により揺動して、あるいは異物が飛来して、第１永久磁石３２に衝突することで、第１永久磁石３２に割れや欠けが発生する。これにより、割れた、或いは欠けた磁石片が第１永久磁石３２から飛び散る事態が生じる。
また、第１磁石保持具３０の第１嵌合溝３１の側面から第１永久磁石３２の側面にかかる応力が第１永久磁石３２の許容応力を超えることで、第１永久磁石３２に割れや欠けが発生する。これにより、割れた、或いは欠けた磁石片が第１永久磁石３２から飛び散る事態が生じる。

さらに、遠心力が第１永久磁石３２を径方向外方に移動させるように作用する。この第１永久磁石３２の径方向外方への移動が第１嵌合溝３１の上部開口を拡張させるように第１磁石保持具３０の側部を変位させる。この時、曲げ応力が第１嵌合溝３１の底面と側面との交差部に作用する。この曲げ応力が第１磁石保持具３０の許容強度を超えると、磁石を保持できなくなり、第１永久磁石３２が第１磁石保持具３０から飛び出す事態が生じる。

この実施の形態１では、第１永久磁石３２は第１磁石飛散防止カバー３３が装着されて第１磁石保持具３０に嵌着されているので、割れた或いは欠けた磁石片の第１永久磁石３２からの飛び出しが防止される。
また、第１磁石保持具３０が第１保持溝２７に嵌着されているので、第１磁石保持具３０の側部の変位が第１保持溝２７に受けられる。これにより、第１磁石保持具３０の許容強度を超えるような第１磁石保持具３０の側部の変位が制限され、第１磁石保持具３０からの第１永久磁石３２の飛び出しが防止される。

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。

このように、この実施の形態１では、第１および第２磁石保持具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磁石保持具３０，３５の容積を少なくできる。そこで、高速回転時、第１および第２磁石保持具３０，３５に作用する遠心力が小さくなるとともに、第１および第２磁石保持具３０，３５の保持構造に対し、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、必要最小限の容積の第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磁石保持具３０，３５を第１および第２谷部２５，２６の内壁面の上部側に凹設された第１および第２保持溝２７，２８に嵌着させているので、第１および第２磁石保持具３０，３５を簡易な保持構造でポールコア１５に保持できる。さらに、第１および第２永久磁石３２，３７を第１および第２磁石保持具３０，３５の上面に凹設された第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着させているので、第１および第２永久磁石３２，３７を簡易な保持構造で第１および第２磁石保持具３０，３５に保持できる。

また、第１および第２磁石保持具３０，３５が第１および第２ポールコア体１７，２１と別部品で作製され、第１および第２磁石保持具３０，３５は加工性に優れ、加工精度を確保しやすいので、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、搭載する永久磁石の形状に適合する溝形状の嵌合溝が簡易に作製でき、所望の形状の永久磁石を保持できる。また、第１および第２磁石保持具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磁石保持具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磁石保持具３０，３５が第１および第２谷部２５，２６の上部側の内壁面の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。

また、第１および第２永久磁石３２，３７の上面、両側面、両端面が第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８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、第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８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。

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の有効に利用できる磁束量を増大させることができる。
また、第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８の側辺３３ｃ、３８ｃが第１および第２嵌合溝３１，３６の溝長さと等しい長さを有しているので、側辺３３ｃ、３８ｃが界磁コイル１４が巻回されたボビンおよびファン７と係合し、第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８の軸方向の移動が規制される。

ここで、磁石保持具の材料について検討する。
磁石保持具は一般的に永久磁石より大きな機械的強度を有していることが好ましい。例えば、磁石保持具を機械的強度が大きいステンレス鋼で作製した場合、磁石保持具は、磁石保持具自身と磁石保持具上に配設された永久磁石とに作用する遠心力に耐え、永久磁石を安定して保持できる。また、磁石保持具を鉄、鉄系磁性合金などの磁性材料で作製した場合、永久磁石から発生した磁束は磁石保持具に入り、磁石保持具内を周方向に分岐して流れて継鉄部に入り、ボス部、継鉄部、および爪状磁極部を流れて永久磁石に戻る回転子内部で閉じた磁気回路が形成される。これにより、界磁コイルの発生する磁界による磁気飽和を緩和できるので、磁気的観点からは磁石保持具を磁性材料で作製することが好ましい。

つぎに、磁石飛散防止カバーの材料について検討する。
磁石飛散防止カバーを磁性材料で作製した場合には、磁石で発生した磁束が磁石飛散防止カバーを介して磁石保持具に入り、永久磁石に戻る磁路が形成される。その結果、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、磁石飛散防止カバーは、例えばステンレス鋼や合成樹脂の非磁性材料で作製することが望ましい。

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。この場合、第１および第２磁石保持具３０，３５を第１および第２保持溝２７，２８に挿入する方向が軸方向に片側に限定されるが、塞口側が第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向移動を規定するストッパとして機能し、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向の位置決めが容易となる。

また、第１および第２保持溝２７，２８の溝方向は軸心と略平行であればよく、例えば爪状磁極部の先端側内内周面と平行に傾斜させてもよい。
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磁石保持具の嵌合溝に嵌合、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、上記実施の形態１では、第１および第２磁石飛散防止カバー３３，３８の側辺３３ｃ、３８ｃが第１および第２嵌合溝３１，３６の溝長さと等しい長さを有するものとしているが、接着や第１および第２嵌合溝との嵌着により、第１および第２磁石飛散防止カバーの軸方向の移動が規制されていれば、第１および第２磁石飛散防止カバーの側辺の長さは必ずしも第１および第２嵌合溝の溝長さと等しくする必要はない。

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適用される回転子を示す端面図、図７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を構成する第１ポールコア体の永久磁石実装状態を示す断面図、図８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を構成する第１ポールコア体の保持溝加工前の状態を示す斜視図、図９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を構成する第１ポールコア体の保持溝加工後の状態を示す斜視図である。

図６、図７および図９において、第１磁石保持具３０Ａは、その両側部３０ａが第１永久磁石３２の上面を超えて延設され、鍔部３０ｂが両側部３０ａの上部から周方向両側に延設されている。第１保持溝２７Ａは、第１ポールコア体１７Ａ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の一端側から他端側に貫通し、第１磁石保持具３０Ａが嵌着される断面コ字状の溝形状に凹設されている。さらに、成型面４１ａが第１保持溝２７Ａの溝方向の両端に口開き状に形成されている。そして、第１磁石飛散防止カバー３３が装着された第１永久磁石３２が、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磁石保持具３０Ａに保持されている。

第１永久磁石３２が嵌着された第１磁石保持具３０Ａは、相対する第１保持溝２７Ａに軸方向外方から圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて、第１谷部２５の上に架設される。この時、第１磁石保持具３０Ａの鍔部３０ｂが第１爪状磁極部２０の根元側側面に接している。
なお、第２ポールコア体は、磁石保持構造を含め、第１ポールコア体１７Ａと同様に構成されており、ここではその説明を省略する。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２においても、第１磁石保持具３０Ａが第１谷部２５の上に架設され、第１永久磁石３２が第１谷部２５の上に架設された第１磁石保持具３０Ａに保持されているので、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によれば、第１磁石保持具３０Ａの両側部３０ａの上部から周方向両側に延設された鍔部３０ｂが隣り合う第１爪状磁極部２０の根元側の相対する側面に接しているので、両側部３０ａの上部側の隙間を拡張するような力は隣り合う第１爪状磁極部２０に受け止められ、両側部３０ａの上部側の隙間の拡張が阻止される。そこで、遠心力が第１永久磁石３２を径方向外方に移動させるように作用しても、両側部３０ａの上部側の隙間の拡張が阻止され、第１永久磁石３２の飛散が確実に防止される。

また、両側部３０ａの上部側の隙間を拡張するような力が働き、両側部３０ａの上部側が隙間を拡張するように変形変位すると、曲げ応力が第１磁石保持具３０Ａの第１嵌合溝３１の底面と側面との交差部に作用する。この曲げ応力が第１磁石保持具３０Ａの許容応力を超えると、第１磁石保持具３０Ａが破壊され、磁石保持ができなくなる恐れがある。この実施の形態２では、鍔部３０ｂが第１爪状磁極部２０の根元側側面に接しているので、隙間を拡張する両側部３０ａの上部側の変位が隣り合う第１爪状磁極部２０に受け止められ、曲げ応力が小さくなり、第１磁石保持具３０Ａによる磁石の保持強度が格段に向上する。

ここで、上記実施の形態２では、第１磁石保持具３０Ａの鍔部３０ｂが第１爪状磁極部２０の根元側側面に接しているものとしているが、鍔部３０ｂは必ずしも第１爪状磁極部２０の根元側側面に接している必要はなく、鍔部３０ｂの変形に起因する曲げ応力が第１磁石保持具３０Ａの許容応力を超えない時点で、鍔部３０ｂが第１爪状磁極部２０の根元側側面に接して鍔部３０ｂのそれ以上の変形を制限できるようになっていればよい。

つぎに、この実施の形態２による第１ポールコア体の製造方法について説明する。
まず、図示していないが、冷間鍛造法により爪状磁極部相当部が継鉄部から径方向外方に延出する形状のコア体４０を成型し、ついで、継鉄部から径方向外方に延出する爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて爪状磁極部を形成する。このように作製されたコア体４０の第１継鉄部１９の両端面の各第１谷部２５の上部側縁部の部位には、図８に示されるように、凹部４１が所定深さに凹設されている。この凹部４１は、コア体４０の成型時に同時に成型される。
ついで、例えばエンドミル加工により、コア体４０の軸方向に相対する凹部４１の間を貫通させ、図９に示される第１ポールコア体１７Ａを得る。この第１ポールコア体１７Ａでは、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、溝方向を軸方向として第１継鉄部１９の一端側から他端側に貫通する第１保持溝２７Ａが形成されている。

ここで、第１保持溝２７Ａは、第１磁石保持具３０Ａの嵌着部の形状に適合する断面コ字状の溝形状に形成されている。つまり、第１保持溝２７Ａは、第１磁石保持具３０Ａの下面および鍔部３０ｂの側部３０ａとの連結部が係合する一対の口開き状の平坦な側面と、第１磁石保持具３０Ａの側面が係合する平坦な底面とからなる断面コ字状の溝形状を有する。

このように作製された第１ポールコア体１７Ａにおいては、凹部４１の内周面が第１保持溝２７Ａの溝方向の両端に口開き状に形成されている。つまり、切削面ではなく、成型面４１ａが第１保持溝２７Ａの溝方向の両端に口開き状に形成されている。
この実施の形態２では、凹部４１がコア体４０の成型時に同時に成型されているので、保持溝加工における溝加工長さが凹部４１の深さ分短くなり、保持溝加工時間が短縮され、加工コストを低減できる。

また、第１保持溝２７Ａは、第１磁石保持具３０Ａの下面および鍔部３０ｂの側部３０ａとの連結部が係合する一対の口開き状の平坦な側面と、第１磁石保持具３０Ａの側面が係合する平坦な底面とからなる断面コ字状の溝形状を有するので、エンドミルの側面刃により、溝形状に対してなぞるようにエンドミルを走らせることで、冷間鍛造されたコア体４０に第１保持溝２７Ａを高加工精度に作製できる。

なお、凹部４１がコア体４０の成型時に同時に形成されるものとして説明しているが、凹部を凹設することなく成型されたコア体４０にエンドミル加工などの機械加工により第１保持溝を形成するようにしてもよい。

実施の形態３．
図１０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を示す端面図、図１１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を構成する第１ポールコア体の永久磁石実装状態を示す断面図、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を構成する第１ポールコア体の保持溝加工前の状態を示す斜視図、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適用される回転子を構成する第１ポールコア体の保持溝加工後の状態を示す斜視図である。

図１０、図１１および図１３において、第１磁石保持具３０Ｂは、上下面を互いに平行な平坦面とし、両側面の下部を円弧面とし、両端面を長さ方向に直交する平坦面とする柱状体に作製されている。そして、溝方向を第１磁石保持具３０Ｂの長さ方向とし、第１永久磁石３２が嵌着可能な断面台形の第１嵌合溝３１Ｂが、第１磁石保持具３０Ｂの両端面に開口するように穿設されている。また、鍔部３０ｂが第１磁石保持具３０Ｂの両側部３０ａの上部から周方向両側に延設されている。

第１保持溝２７Ｂが、第１ポールコア体１７Ｂ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の一端側から他端側に貫通し、第１磁石保持具３０Ｂが嵌着される断面円弧状の溝形状に凹設されている。さらに、成型面４３ａが第１保持溝２７Ｂの溝方向の両端に口開き状に形成されている。そして、第１永久磁石３２が、第１嵌合溝３１Ｂに嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、第１磁石保持具３０Ｂに保持されている。

第１永久磁石３２が嵌着された第１磁石保持具３０Ｂは、相対する第１保持溝２７Ｂに軸方向外方から圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて、第１谷部２５の上に架設される。この時、第１磁石保持具３０Ｂの鍔部３０ｂが第１爪状磁極部２０の根元側側面に接している。
なお、第２ポールコア体は、磁石保持構造を含め、第１ポールコア体１７Ｂと同様に構成されており、ここではその説明を省略する。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においても、第１磁石保持具３０Ｂが第１谷部２５の上に架設され、第１永久磁石３２が第１谷部２５の上に架設された第１磁石保持具３０Ｂに保持されているので、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によれば、第１磁石保持部３０Ｂの両側部３０ａの上部から周方向両側に延設された鍔部３０ｂが隣り合う第１爪状磁極部２０の根元側の相対する側面に接しているので、両側部３０ａの上部側の隙間を拡張するような力は隣り合う第１爪状磁極部２０に受け止められ、両側部３０ａの上部側の隙間の拡張が阻止される。そこで、遠心力が第１永久磁石３２を径方向外方に移動させるように作用しても、両側部３０ａの上部側の隙間の拡張が阻止され、第１永久磁石３２の飛散が確実に防止される。
また、第１嵌合溝３１Ｂが第１磁石保持具３０Ｂに穿設されているので、第２永久磁石３２の外周が第１磁石保持具３０Ｂに覆われ、磁石飛散防止カバーを省略することができる。

つぎに、この実施の形態３による第１ポールコア体の製造方法について説明する。
まず、図示していないが、冷間鍛造法により爪状磁極部相当部が継鉄部から径方向外方に延出する形状のコア体４２を成型し、ついで、継鉄部から径方向外方に延出する爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて爪状磁極部を形成する。このように作製されたコア体４２の第１継鉄部１９の両端面の各第１谷部２５の上部側縁部の部位には、図１２に示されるように、凹部４３が所定深さに凹設されている。この凹部４３は、コア体４２の成型時に同時に成型される。
ついで、例えばボールミル加工により、コア体４２の軸方向に相対する凹部４３の間を貫通させ、図１３に示される第１ポールコア体１７Ｂを得る。この第１ポールコア体１７Ｂでは、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、溝方向を軸方向として第１継鉄部１９の一端側から他端側に貫通する第１保持溝２７Ｂが形成されている。

このように作製された第１ポールコア体１７Ｂにおいては、凹部４３の内周面が第１保持溝２７Ｂの溝方向の両端に口開き状に形成されている。つまり、切削面ではなく、成型面４３ａが第１保持溝２７Ｂの溝方向の両端に口開き状に形成されている。
この実施の形態３では、凹部４３がコア体４２の成型時に同時に成型されているので、保持溝加工における溝加工長さが凹部４３の深さ分短くなり、保持溝加工時間が短縮され、加工コストを低減できる。
また、第１保持溝２７Ｂが断面円弧状の溝形状を有しているので、エンドミルによる１回の突っ込み加工により、冷間鍛造されたコア体４２に第１保持溝２７Ｂを作製でき、溝加工工程の簡素化が図られる。

実施の形態４．
この実施の形態４では、図１４に示されるように、嵌合溝４６を構成する溝穴が上部に開口するように形成された鋼板４７を積層一体化して磁石保持具４５を作製している。この磁石保持具４５は、鉄、鉄系磁性合金などの材料を用いて冷間鍛造法や引き抜き加工などにより作製された第１磁石保持具３０Ａと同等の外径形状をなしている。
従って、第１磁石保持具３０Ａに代えて、磁石保持具４５を用いて回転子を構成してもよい。なお、この場合、必要に応じ、磁石飛散防止カバーを装着することになる。

また、磁石保持具４５は、プレス加工により作製された鋼板４７を積層して作製できるので、冷間鍛造や引き抜き加工により磁石保持具を作製する場合に比べ、角のアールを小さくでき、加工形状の自由度が増すと共に、加工時間の短縮を図れる。

実施の形態５．
この実施の形態５では、図１５に示されるように、嵌合溝４６を構成する溝穴が穿設された磁性鋼板やステンレス鋼板等の鋼板４７を積層一体化して磁石保持具４５Ａを作製している。この磁石保持具４５Ａは、嵌合溝４６の上部が塞口されている点を除いて、上記実施の形態４の磁石保持具４５と同様に構成されている。
従って、磁石保持具４５に代えて、磁石保持具４５Ａを用いて回転子を構成してもよい。この実施の形態５では、上記実施の形態４の効果に加え、磁石保持具４５Ａが永久磁石の外径側を覆う形状に構成されているので、磁石飛散防止カバーの装着を省略することができる。

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、磁石保持具を継鉄部に凹設された保持溝に嵌着、保持するものとして説明しているが、保持溝を形成することなく、磁石保持具を継鉄部に接着や溶接などにより直接保持するようにしてもよい。

なお、上記各実施の形態では、磁石保持具を全ての谷部に配設するものとしているが、磁石保持具は任意の谷部を選択して配設するようにしてもよい。なお、この場合、周方向にバランスよく磁石保持具を配置することが好ましい。例えば、第１ポールコア体には磁石保持具を配設せず、第２ポールコア体の全ての谷部に磁石保持具を配設したり、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石保持具を配設してもよい。このような構成をとることは、全ての谷部に磁石保持具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。

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、谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部の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、
   磁石保持具が上記谷部の上に架設され、かつ永久磁石が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石保持具に保持されていることを特徴とする回転電機。
2. 保持溝が上記ポールコアの上記爪状磁極部の根元側で、上記谷部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上記継鉄部の少なくとも一端面に開口するように凹設され、上記磁石保持具が上記保持溝に嵌着されて上記ポールコア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. 成型面が上記保持溝の溝方向の開口部に口開き状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
4. 周方向幅が径方向外方に漸次狭くなる楔状の係合溝が、溝方向を軸方向として上記磁石保持具の一端側から他端側に貫通して設けられ、上記永久磁石が上記嵌合溝に嵌着されて上記磁石保持具に保持されてい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。
5. 上記磁石保持具が磁性材料で作製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. 上記磁石保持具が鋼板の積層体で作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。

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