JP5241366B2 - 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。この要求に従来の設計範囲で対応しようとすると、発電機が大型化し、発電機の重量や配置スペースが増大し、好ましくない。また、発電機の大型化は回転子慣性の増加を招き、エンジンの速度変動と発電機の慣性トルクとが相互作用し、ベルトの振動や滑りが発生するという新たな課題を生じさせることが知られている。これらのことから、発電機本体のサイズを大型化することなく、発電機の容量を増大させること、つまり発電機の小型化、かつ高出力が求められている。

このような状況を鑑み、ランデル型の回転子の周方向に隣り合う爪状磁極部間に永久磁石を配設した第１の従来の交流発電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、永久磁石が磁極片の磁極指間に位置する周縁の取り付け表面に配置され、ストラップが永久磁石を覆うように配置されて釘により磁極片に固着された第２の従来の交流発電機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

米国特許第４９５９５７７号明細書 特開２００４−１５３９９４号公報

車両用交流発電機は、ベルトおよびプーリを介して伝達されるエンジンの回転力により駆動され、最大、１８，０００〜２０，０００ｒｐｍ程度の高速で回転する。そのため、１極当たり数ｇ程度の小さな磁石を配設しても、数十Ｋｇｆを超える極めて大きな遠心力が磁石に加わる。
また、爪状磁極部には、永久磁石を保持していない状態でも、大きな遠心力が作用し、その先端部が外周側に５０〜１００μｍ程度膨らむ。そして、エンジンの回転速度の増減に伴い、爪状磁極部は羽ばたくように変位する。爪状磁極部は片持ち支持構造であることから、その変位は先端側では大きくなり、根元部側では小さくなり、周方向に隣り合う爪状磁極部間の相対距離も変化する。

そこで、永久磁石が周方向に隣り合う爪状磁極部間に配設されている第１の従来の交流発電機では、遠心力に加え、遠心力による爪状磁極部の変位が磁石保持構造に作用し、永久磁石を長期的に安定して保持できないという課題がある。
第２の従来の交流発電機では、永久磁石が磁極片の磁極指間に配置されているので、遠心力による磁極指の変位が磁石保持構造に作用することはない。しかし、永久磁石を保持するストラップが釘により磁極片に固定されているので、磁石保持構造に作用する遠心力による応力が釘によるストラップと磁極片との固着点に集中し、固着部の損傷が発生しやすくなり、永久磁石を長期的に安定して保持できないという課題がある。

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、永久磁石を継鉄部の爪状磁極部間の部位に保持させて、遠心力による爪状磁極部の変位の影響を無くし、かつ嵌合により永久磁石を保持させて、永久磁石に作用する遠心力を嵌合面で受けるようにし、永久磁石を簡易な磁石保持構造で、長期的に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、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。さらに、本回転電機は、上記継鉄部の周方向に隣り合う上記爪状磁極間の部位に保持されて上記谷部の上に隙間をあけて配設され、上面に開口し、かつ溝方向を軸方向とする嵌合溝が形成された磁石台座部材と、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嵌合溝に嵌着されて上記磁石台座部材に保持された永久磁石と、を備えている。そして、上記永久磁石は、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おり、上記磁石台座部材は、磁性材料で作製され、上記永久磁石の底面より径方向内方に位置する本体部と、該本体部より比透磁率の小さい材料で作製され、該本体部の径方向外方に位置して該本体部と協働して上記嵌合溝を構成し、上記永久磁石の周方向両側および径方向上方への移動を規制する支持部と、から構成されている。

この発明によれば、永久磁石を保持する磁石台座部材が、継鉄部の周方向に隣り合う爪状磁極間の部位に保持されているので、遠心力による爪状磁極部の変位が磁石台座部材に作用せず、永久磁石を長期的に安定して保持することができる。
また、永久磁石が嵌合溝に嵌着されて磁石台座部材に保持されているので、永久磁石に作用する遠心力を永久磁石と磁石台座部材との嵌合面で受けることができる。これにより、遠心力による応力の集中に起因する永久磁石の損傷の発生が抑制され、永久磁石を長期的に安定して保持することができる。

また、磁石台座部材は、磁性材料で作製され、永久磁石の底面より径方向内方に位置する本体部と、本体部より比透磁率の小さい材料で作製され、本体部の径方向外方に位置して本体部と協働して嵌合溝を構成し、永久磁石の周方向両側および径方向上方への移動を規制する支持部と、から構成されている。そこで、永久磁石で発生された磁束が対向する爪状磁極部に入らず支持部を通って本体部に流れて永久磁石に戻る磁路、あるいは永久磁石から本体部に流れた磁束が継鉄部に入らず支持部を通って永久磁石に戻る磁路が形成されにくくなる。これにより、永久磁石で発生した磁束を効果的に利用して、ポールコアを構成する磁性体の磁束密度を低減することができ、出力の向上を図ることができる。

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縦断面図、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石保持具への実装方法を説明する斜視図、図４および図５はそれぞれ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、図６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第１磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図、図７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第２磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図である。

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磁石台座部材３０は、本体部３１と支持部３２とを接合して一体に構成されて、所定厚みを有する断面台形に作製されている。そして、第１嵌合溝３３が、上面に開口し、かつその底面を本体部３１と支持部３２との接合面と面一となるように支持部３２に形成されている。ここで、第１磁石台座部材３０の上下面および嵌合溝３３の底面が平行な平坦面となっている。そして、第１嵌合溝３３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３４は、第１嵌合溝３３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３４が第１嵌合溝３３に嵌着されて、必要に応じて接着剤を塗布されて、磁気的に接続されて第１磁石台座部材３０に保持されている。

第２磁石台座部材３５は、第１磁石台座部材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３９は、第１永久磁石３４と同じ材質を用いて同じ形状に作製されている。第２磁石台座部材３５は、本体部３６と支持部３７とを接合して一体に構成されている。そして、第２嵌合溝３８が、その底面を本体部３６と支持部３７との接合面と面一となるように支持部３７に形成されている。そして、第２永久磁石３９が第２嵌合溝３８に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、磁気的に接続されて第２磁石台座部材３５に保持されている。
なお、小容量の磁石で十分な磁気飽和緩和効果を得るためには、第１および第２永久磁石３４，３９には、エネルギー積ＢＨｍａｘが３０ＭＧＯｅ以上の異方性焼結希土類磁石を用いることが好ましい。

ここで、第１および第２磁石台座部材３０，３５の製造方法の一例を説明する。
本体部３１，３６は、例えば電磁軟鉄（ＳＵＹ）を用いて所望の形状に作製される。支持部３２，３７は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いて所望の形状に作製される。そして、本体部３１，３６と支持部３２，３７とを重ね合わせて、還元性雰囲気（アンモニア分解ガス）の炉内に入れ、１２００℃、３５分の熱処理を施して、両者を焼結拡散接合して、第１および第２嵌合溝３３，３８が形成された第１および第２磁石台座部材３０，３５を得る。
なお、本体部３１，３６と支持部３２，３７とを焼結拡散接合した後、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嵌合溝３３，３８を形成するようにしてもよい。

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磁石台座部材３０，３５が嵌着される溝形状に形成されている。

第１磁石台座部材３０が、第１永久磁石３４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３４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磁石台座部材３５が、第２永久磁石３９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３９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３４，３９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３４，３９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３４，３９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３４，３９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乃至図７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４３が発生される。この磁束４３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４３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４３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３４，３９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３４，３９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３４，３９から発生した磁束４４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３４，３９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４４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３４から発生する磁束４４は、第１磁石台座部材３０に入る。ここで、第１磁石台座部材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磁石台座部材３０に入った磁束４４は、第１磁石台座部材３０の本体部３１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３９に戻る。また、第２永久磁石３９から発生する磁束４４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４４は、第２継鉄部２３の第２谷部２６の両側を上方に流れ、第２磁石台座部材３５の両端から第２磁石台座部材３５の本体部３６に入り、第２永久磁石３９に戻る。

そこで、第１および第２永久磁石３４，３９の発生する磁束４４は、界磁コイル１４の発生する磁束４３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石台座部材を本体部と支持部との二層構造とすることによる作用効果について、図６乃至図９を参照しつつ説明する。なお、図８は第１磁石台座部材が単一の磁性材料（電磁軟鉄）で作製された比較例としての回転子の第１磁石台座部材周りを示す要部端面図、図９は第２磁石台座部材が単一の磁性材料（電磁軟鉄）で作製された比較例としての回転子の第２磁石台座部材周りを示す要部端面図である。

まず、比較例の回転子においては、第１永久磁石３４の発生する磁束４４は、第１磁石台座部材５０に入り、第１磁石台座部材５０内を周方向両側に流れて、第１継鉄部１９に入り、第１継鉄部１９内を径方向内方に流れて第１ボス部１８に至る。このとき、第１磁石台座部材５０が電磁軟鉄（ＳＵＹ）で作製されているので、第１磁石台座部材５０内を周方向両側に流れる磁束４４の一部が、図８中矢印で示されるように、第１磁石台座部材５０の第１永久磁石３４の周方向両側の部位を通り、第１永久磁石３４に戻る。即ち、漏れ磁束４４ａが発生し、第１永久磁石３４の発生する磁束４４の一部が、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の低減に寄与しない。

一方、この実施の形態１では、第１磁石台座部材３０の第１永久磁石３４の周方向両側の部位である支持部３２は、非磁性体であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で作製されているので、図６に示されるように、本体部３１から支持部３２を通って第１永久磁石３４に流れる磁束４４の磁路は形成されない。つまり、第１永久磁石３４の発生する磁束４４の全てが、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の低減に寄与する。

ついで、比較例の回転子においては、第２永久磁石３９の発生する磁束４４は、第１爪状磁極部２０に入り、第１ポールコア体１７内を流れて第２ボス部２２に入り、第２ボス部２２内を径方向外方に流れて第２継鉄部２３に入り、第２継鉄部２３の第２谷部２６の両側を上方に流れ、第２磁石台座部材５１の両端から第２磁石台座部材５１に入り、第２永久磁石３９に戻る。このとき、第２磁石台座部材５１が電磁軟鉄（ＳＵＹ）で作製されているので、第２永久磁石３９の発生する磁束４４の一部が、図９中矢印で示されるように、第２磁石台座部材５１の第２永久磁石３９の周方向両側の部位を通り、第２磁石台座部材５１の両端から第２磁石台座部材５１に入った磁束と合流し、第２永久磁石３９に戻る。即ち、漏れ磁束４４ｂが発生し、第２永久磁石３９の発生する磁束４４の一部が、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の低減に寄与しない。

一方、この実施の形態１では、第２磁石台座部材３５の第２永久磁石３９の周方向両側の部位である支持部３７は、非磁性体であるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で作製されているので、図７に示されるように、第２永久磁石３９から支持部３７および本体部３６を通って第２永久磁石３９に流れる磁束４４の磁路は形成されない。つまり、第２永久磁石３９の発生する磁束４４の全てが、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の低減に寄与する。

このように、この実施の形態１によれば、第１および第２磁石台座部材３０，３５が、磁性体から作製された本体部３１，３６と非磁性体から作製された支持部３２，３７とを一体に接合して構成されているので、第１および第２磁石台座部材３０，３５の第１および第２永久磁石３４，３９の周方向両側の部位を通る漏れ磁束が低減される。そこで、第１および第２永久磁石３４，３９の発生する磁束４４を効果的に利用して、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低減することができる。これにより、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気飽和が解消され、固定子１０に鎖交する磁束量を増大させることができ、大きな発電量が得られる。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。

また、第１および第２磁石台座部材３０，３５が本体部３１，３６と支持部３２，３７とを焼結拡散接合して一体に構成されているので、本体部３１，３６と支持部３２，３７との接合強度を大きくできる。そこで、大きな遠心力が第１および第２永久磁石３４，３９に作用しても、第１および第２永久磁石３４，３９を強固に支持できる。そこで、本体部３１，３６と支持部３２，３７とが分離することに起因する第１および第２永久磁石３４，３９の飛散が防止される。

また、第１および第２永久磁石３４，３９が第１および第２継鉄部１９，２３に保持された第１および第２磁石台座部材３０，３５に保持されているので、遠心力による第１および第２爪状磁極部２０，２４の変位が磁石保持構造に作用しない。そこで、第１および第２永久磁石３４，３９を長期的に安定した保持できる。
また、第１および第２永久磁石３４，３９が、第１および第２磁石台座部材３０，３５に形成された第１および第２嵌合溝３３，３８に嵌着されているので、第１および第２永久磁石３４，３９に作用する遠心力は、第１および第２嵌合溝３３，３８の楔状の内壁面で受けられる。これにより、第１および第２永久磁石３４，３９に作用する遠心力による応力が集中することに起因する第１および第２永久磁石３４，３９の損傷の発生も防止できる。そこで、第１および第２永久磁石３４，３９を長期的に安定した保持できる。

また、第１および第２永久磁石３４，３９が第１および第２磁石台座部材３０，３５に組み込まれているので、第１および第２永久磁石３４，３９を単体のまま第１および第２ポールコア体１７，２１に組み付けることがなく、回転子１３の組立性が向上される。

また、第１および第２磁石台座部材３０，３５が冷間鍛造製法で作製される第１および第２ポールコア体１７，２１と別部品で構成されているので、第１および第２磁石台座部材３０，３５の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３４，３９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磁石台座部材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磁石台座部材３０，３５と第１および第２永久磁石３４，３９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磁石台座部材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磁石台座部材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磁石台座部材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３４，３９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磁石台座部材３０，３５に保持されているので、第１および第２永久磁石３４，３９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磁石台座部材３０，３５、および第１および第２永久磁石３４，３９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３４，３９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磁石台座部材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永久磁石３４，３９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３４，３９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３４，３９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３４，３９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３４，３９が、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に所定隙間をもって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３４，３９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３４，３９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３４，３９の磁石量を増大させることができる。

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磁石台座部材３０，３５が第１および第２継鉄部１９，２３の第１および第２保持溝２７，２８に嵌着されているものとしているが、第１および第２磁石台座部材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、上記実施の形態１では、第１および第２磁石保持台座３０，３５が本体部３１，３６と支持部３２，３７とを焼結拡散接合して一体に構成するものとしているが、本体部と支持部との接合方法は焼結拡散接合に限定されるものではなく、例えば溶接などの接合方法を用いることができる。
また、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３４，３９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３４，３９は第１および第２磁石台座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。

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おける永久磁石の磁石台座部材への実装状態を示す斜視図である。

図１０において、磁石保護カバー４５は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の平板を屈曲成形して作製され、第１および第２永久磁石３４，３９の上面、底面、および両側面を覆うように第１および第２永久磁石３４，３９に装着されている。そして、磁石保護カバー４５が装着された第１および第２永久磁石３４，３９が第１および第２嵌合溝３３，３８に嵌着されて第１および第２磁石台座部材３０，３５に保持されている。
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。

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。
また、この実施の形態２によれば、第１および第２永久磁石３４，３９が磁石保護カバー４５に覆われているので、外圧が第１および第２永久磁石３４，３９に直接作用することがなく、第１および第２永久磁石３４，３９自体の損傷が抑えられる。
ここで、磁石保護カバー４５はステンレス鋼などの非磁性材料で作製されているが、磁性材料で作製されてもよい。この場合、第１および第２永久磁石と第１および第２磁石台座部材の本体部との間の磁気抵抗が小さくなり、磁束が第１永久磁石から第１磁石台座部材の本体部に流れやすくなるとともに、第２磁石台座部材の本体部から第２永久磁石に流れやすくなる。

実施の形態３．
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おける永久磁石の磁石台座部材への実装状態を示す斜視図である。

図１１において、第１および第２磁石台座部材３０Ａ，３５Ａは、本体部３１Ａ，３６Ａと支持部３２Ａ，３７Ａとを焼結拡散接合して一体に構成され、その厚み（軸方向長さ）が、第１および第２永久磁石３４，３９の厚み（軸方向長さ）より厚く作製されている。そして、第１および第２嵌合溝３３Ａ，３８Ａが上面に開口し、かつ溝方向の他端が塞口されるように、支持部３２Ａ，３７Ａに凹設されている。この第１および第２嵌合溝３３Ａ，３８Ａの溝方向長さが第１および第２永久磁石３４，３９の厚みと等しくなっている。
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。

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。
また、この実施の形態３によれば、第１および第２永久磁石３４、３９は、第１および第２嵌合溝３３，３８の他端面に当接するように嵌着されて、第１および第２磁石台座部材３０Ａ，３５Ａに保持される。そこで、第１および第２永久磁石３４，３９を第１および第２嵌合溝３３，３８に嵌合させるだけで、第１および第２永久磁石３４，３９をその軸方向の移動を阻止した状態で第１および第２磁石台座部材３０Ａ，３５Ａに保持することができる。

実施の形態４．
図１２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を示す端面図である。

図１２において、第１磁石台座部材３０が第１ポールコア体１７の第１谷部２５のそれぞれに架設されている。そして、第１永久磁石３４が周方向に１つおきの第１磁石台座部材３０の第１嵌合溝３３に嵌着されて保持されている。また、図示していないが、第２磁石台座部材３５が第２ポールコア体２１の第２谷部２６のそれぞれに架設され、第２永久磁石３９が周方向に１つおきの第２磁石台座部材３５の第２嵌合溝３８に嵌着されて保持されている。
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。

従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様に効果が得られる。
この実施の形態４によれば、第１および第２谷部２５，２６のすべてに第１および第２永久磁石３４，３９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、４個の第１および第２永久磁石３４，３９が等角ピッチに配設されているので、磁気的および機械的なアンバランスの発生が抑制される。

ここで、第１および第２永久磁石３４，３９は、必ずしも第１および第２谷部２５，２６の全てに配設する必要はなく、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２永久磁石３４，３９の配設個数を設定すればよい。このとき、第１および第２永久磁石３４，３９は、磁気的および機械的なアンバランスを生じさせないように、等角ピッチに配設することが好ましい。

また、上記実施の形態４では、第１および第２磁石台座部材３０，３５を第１および第２谷部２５，２６の全てに架設し、第１および第２永久磁石３４，３９を周方向に１つおきの第１および第２磁石台座部材３０，３５に保持させるものとしているが、第１および第２磁石台座部材３０，３５を周方向に１つおきの第１および第２谷部２５，２６に架設し、第１および第２永久磁石３４，３９を第１および第２磁石台座部材３０，３５のそれぞれに保持させてもよい。

実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５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１３において、第１ポールコア体１７Ａは、第１谷部が省略され、第１保持溝４６が隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の外周面に形成されている。そして、第１磁石台座部材３０が第１保持溝４６に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、磁気的に接続されて第１継鉄部１９に保持されている。第２ポールコア体２１Ａは、図示されていないが、第２谷部が省略され、第２保持溝が隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部の外周面に形成されている。そして、第２磁石台座部材が第２保持溝に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて、磁気的に接続されて第２継鉄部に保持されている。
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。

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。

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、支持部をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で作製するものとしているが、支持部の材料はこれに限定されるものではなく、比透磁率が本体部の材料より小さい材料であればよく、磁性体材料であってもよい。
また、上記各実施の形態では、本体部を電磁軟鉄（ＳＵＹ）で作製するものとしているが、本体部の材料はこれに限定されるものではなく、比透磁率が支持部の材料より大きい磁性体材料であればよい。

また、上記各実施の形態では、第１および第２磁石台座部材および第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。

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縦断面図である。 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おける第１磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図である。 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第２磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図である。 比較例としての回転子の第１磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図である。 比較例としての回転子の第２磁石台座部材周りの磁束の流れを説明するための要部端面図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石台座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３に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石台座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４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５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、１７，１７Ａ 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、２１，２１Ａ 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、３０，３０Ａ 第１磁石台座部材、３１，３１Ａ 本体部、３２，３２Ａ 支持部、３３，３３Ａ 第１嵌合溝、３４ 第１永久磁石、３５ 第２磁石台座部材、３６，３６Ａ 本体部、３７，３７Ａ 支持部、３８，３８Ａ 第２嵌合溝、３９ 第２永久磁石、４０ 着磁方向。

Claims (4)

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、
   上記継鉄部の周方向に隣り合う上記爪状磁極間の部位に保持されて上記谷部の上に隙間をあけて配設され、上面に開口し、かつ溝方向を軸方向とする嵌合溝が形成された磁石台座部材と、
   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嵌合溝に嵌着されて上記磁石台座部材に保持された永久磁石と、をさらに備え、
   上記永久磁石は、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おり、
   上記磁石台座部材は、磁性材料で作製され、上記永久磁石の底面より径方向内方に位置する本体部と、該本体部より比透磁率の小さい材料で作製され、該本体部の径方向外方に位置して該本体部と協働して上記嵌合溝を構成し、上記永久磁石の周方向両側および径方向上方への移動を規制する支持部と、から構成されていることを特徴とする回転電機。
2. 上記嵌合溝の溝方向の一端が開口し、溝方向の他端が塞口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. 上記支持部は非磁性体で作製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. 上記本体部と上記支持部とが焼結拡散接合により一体に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。

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