JP5264927B2 - 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、特に永久磁石を搭載したランデル型の回転子の永久磁石保持構造に関するものである。

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（継鉄部に相当）の磁極指（爪状磁極部に相当）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）。

特開昭６１−８５０４５号公報 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、永久磁石が継鉄部の爪状磁極部間に配置されているので、遠心力による爪状磁極部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継鉄部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継鉄部との固着点に集中し、固着部の損傷が発生しやすくなる。また、釘が軸方向から継鉄部の軸方向端面に打ち込まれているので、軸方向の力が永久磁石およびストラップを介して釘を引き抜く方向に作用すると、釘によるストラップの固着力が低下する。さらに、ストラップは継鉄部の外径側の載置面上に配設された永久磁石の軸方向両端面および外径側の表面を覆うように配設され、その両端を磁極片の軸方向両端面に釘により固定されているので、永久磁石の周方向の移動に対する固定が不十分となる。このように、第２の従来の交流発電機による磁石保持構造では、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谷部に嵌着された磁性材料からなる磁石保持具に保持させて、遠心力による爪状磁極部の変位の影響を無くし、かつ永久磁石および磁石保持具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、ボビンに巻回されて、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、本回転電機は、上記谷部の内壁面の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ上記継鉄部の軸方向の内端に開口し、溝方向を軸方向として、該継鉄部に非貫通状態に凹設され、溝長さ方向の端面を当たり面とする保持溝と、上記谷部に相対して凹設された上記保持溝のそれぞれに軸方向内方から嵌着され、該保持溝の内壁面により周方向および径方向の移動を規制され、かつ上記当たり面により軸方向外方への移動を規制されて、上記爪状磁極部の先端側内周面の内径側で該谷部に架設され、嵌合溝が該爪状磁極部の先端側内周面に相対する面に開口し、かつ溝方向を軸方向として、軸方向に貫通するように形成された磁性材料からなる磁石保持具と、を有する。そして、永久磁石が、上記嵌合溝に嵌着されて上記爪状磁極部の先端側の内周面と対向するように上記磁石保持具に保持されている。さらに、上記ボビンのフランジ部が、上記磁石保持具の軸方向の内方の端部に接しており、第１スペーサが、上記磁石保持具の軸方向の外方の端部と上記当たり面との間に介装されている。

この発明によれば、永久磁石が、周方向に隣り合う爪状磁極部間の継鉄部の部位に形成された谷部に架設された磁石保持具に保持されているので、遠心力による爪状磁極部の変位の影響が磁石保持構造に影響しない。磁石保持具が谷部に凹設された保持溝に嵌着、保持されているので、永久磁石および磁石保持具に作用する遠心力は保持溝の嵌合面で受けられ、嵌合部における応力集中が緩和される。また、永久磁石が磁石保持具に形成された嵌合溝に嵌着、保持されているので、永久磁石に作用する遠心力は嵌合溝の嵌合面で受けられ、嵌合部における応力集中が緩和される。さらに、磁石保持具は、保持溝の内壁面により周方向および径方向の移動を規制され、保持溝の当たり面により軸方向の外方への移動が規制される。従って、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。

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構成するポールコア体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回転子を構成するポールコア体を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石保持具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１に係る車両用交流発電機における永久磁石のポールコア体への実装状態を示す要部斜視図である。 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ポールコア体への実装状態を示す要部断面図である。 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ポールコア体の製造方法を説明する図である。 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ポールコア体への保持溝の加工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を示す断面図である。 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適用される回転子を示す断面図である。 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断面図である。 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石保持具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適用される回転子を示す断面図である。 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をフロント側から見た端面図である。 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をフロント側から見た端面図である。

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構成するポールコア体を示す斜視図、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適用される回転子を構成するポールコア体を示す要部断面図、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おける永久磁石の磁石保持具への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ポールコア体への実装状態を示す要部斜視図、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永久磁石のポールコア体への実装状態を示す要部断面図である。

図１乃至図６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（以降、軸方向とする）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。ここで、ボビン４５は、ナイロン６６等の樹脂で作製され、円筒状の巻胴部４５ａと、巻胴部４５ａの軸方向両端から径方向外方に延設された環状のフランジ部４５ｂと、から構成されている。そして、界磁コイル１４は、コイル線を巻胴部４５ａに巻回して構成されている。
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の軸方向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の軸方向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２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。

そして、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の内壁面の外径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の他端から一端側に所定の溝長さで凹設されている。これにより、第１保持溝２７の一端が塞口され、第１当たり面２７ａが形成される。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の内壁面の外径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の一端から他端側に所定の溝長さで凹設されている。これにより、第２保持溝２８の他端が塞口され、第２当たり面２８ａが形成される。ここで、第１および第２保持溝２７，２８は、断面半円形の溝形状に形成されている。

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。このとき、ボビン４５が、巻胴部４５ａを第１および第２ボス部１８，２２に外嵌状態に嵌着し、フランジ部４５ｂの軸方向外側の端面を第１継鉄部１９，２３の軸方向内側の端面に密接させて装着されている。これにより、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。そして、突き合わされた第１ボス部１８の他端面と第２ボス部２２の一端面とがポールコア１５の分割面となる。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。

第１磁石保持具３０は、第１嵌合部３１と第１嵌合部３１の上部に一体に形成された第１磁石保持部３２とを有し、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて、第１保持溝２７の溝長さと同等の厚みに作製されている。そして、第１保持溝２７に嵌合される外形形状の第１嵌合凸部３１ａが第１嵌合部３１の両側部に突設されている。さらに、第１嵌合溝３２ａが、溝方向を厚み方向として、第１磁石保持部３２の上面に開口するように凹設されている。第１嵌合溝３２ａ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３３は、第１嵌合溝３２ａの内形形状に適合する外形形状、つまり厚み方向と直交する平面における断面が台形で、第１磁石保持具３０と同等の厚みに作製され、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３３は、例えばステンレスや合成樹脂などの非磁性材からなる第１磁石カバー３４に覆われて、厚み方向を第１磁石保持具３０の厚み方向に一致させて、かつ第１永久磁石３３の厚み方向の一端面と第１磁石保持具３０の厚み方向の一端面とを同一の面位置として、第１嵌合溝３２ａに圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて第１磁石保持具３０に嵌着、保持されている。

第２磁石保持具３５は、第２嵌合部３６と第２嵌合部３６の上部に一体に形成された第２磁石保持部３７とを有し、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。第２永久磁石３８は、例えばステンレスや合成樹脂などの非磁性材からなる第２磁石カバー３９で覆われて、厚み方向を第２磁石保持具３５の厚み方向に一致させて、かつ第２永久磁石３８の厚み方向の一端面と第２磁石保持具３５の厚み方向の一端面とを同一の面位置として、第２嵌合溝３７ａに圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて第２磁石保持具３５に嵌着、保持されている。

そして、第１磁石保持具３０が、第１永久磁石３３を上方に向けて、第１嵌合凸部３１ａを軸方向他端側から相対する第１保持溝２７に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布して、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ている。そして、第１嵌合凸部３１ａの端面が第１当たり面２７ａに当接し、第１磁石保持具３０の軸方向位置が決められる。また、径方向から見て、第１永久磁石３３の全体が第２爪状磁極部２４の内径側に位置している。そして、第１磁石カバー３４で覆われた第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。

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、第２嵌合凸部３６ａを軸方向一端側から相対する第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ている。そして、第２嵌合凸部３６ａの端面が第２当たり面２８ａに当接し、第２磁石保持具３５の軸方向位置が決められる。また、径方向から見て、第２永久磁石３８の全体が第１爪状磁極部２０の内径側に位置している。そして、第２磁石カバー３９で覆われた第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。

また、第１および第２永久磁石３３，３８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３３，３８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３３，３８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。

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の第１嵌合部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、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の周方向両側から第２磁石保持具３５に入り、第２永久磁石３８に戻る。

このように、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る。これにより、界磁コイル１４の発生する磁界による磁気飽和が解消され、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。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が、回転子１３の最外周面に対して径方向内側に位置し、径方向外方から見て第２および第１爪状磁極部２４，２０から露呈していないので、固定子のスロット高調波は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の最外周部に留まり、第１および第２永久磁石３３，３８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３３，３８が加熱されて熱減磁することを防止できる。

第１および第２永久磁石３３，３８が第１および第２磁石カバー３４，３９に覆われているので、回転子１３の高速回転時に揺動する第１および第２爪状磁極部２０，２４や飛来する異物が第１および第２永久磁石３３，３８に直接的に当たることがなく、第１および第２永久磁石３３，３８の損傷発生が抑制される。また、第１および第２永久磁石３３，３８が損傷しても、第１および第２永久磁石３３，３８の破片の飛散が抑制される。

この実施の形態１によれば、第１および第２保持溝２７，２８が溝方向を軸方向として、軸方向内方に開口するように形成されているので、第１および第２嵌合凸部３１ａ，３６ａを軸方向内方から第１および第２保持溝２７，２８に圧入させることで、第１および第２磁石保持具３０，３５をその周方向および径方向の移動を規制して第１および第２ポールコア体１７，２１に嵌着、保持できる。さらに、第１および第２保持溝２７，２８が軸方向外方に塞口するように形成されているので、第１および第２嵌合部３１，３６の端面が第１および第２保持溝２７，２８の第１および第２当たり面２７ａ，２８ａに当接するまで第１および第２嵌合凸部３１ａ，３６ａを第１および第２保持溝２７，２８に挿入することで、第１および第２磁石保持具３０，３５をその軸方向外方への移動を規制して第１および第２ポールコア体１７，２１に保持できる。

このように、第１および第２磁石保持具３０，３５の第１および第２ポールコア体１７，２１への組付けが容易となる。このとき、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向位置も簡易に位置決めできる。

第１および第２嵌合溝３２ａ，３７ａが溝方向を厚み方向として第１および第２磁石保持部３２，３７の上面に開口し、かつ厚み方向に貫通して形成されているので、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３２ａ，３７ａに圧入させることで、第１および第２永久磁石３３，３８をその幅方向および上下方向の移動を規制して、第１および第２磁石保持具３０，３５に嵌着、保持できる。そこで、第１および第２永久磁石３３，３８の第１および第２磁石保持具３０，３５への組付けが容易となる。これにより、第１および第２永久磁石３３，３８が第１および第２磁石保持具３０，３５に装着された状態で第１および第２ポールコア体１７，２１に組み付けることができる。そこで、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への組み付け性が向上される。

第１および第２永久磁石３３，３８が第１および第２磁石保持具３０，３５を介して第１および第２継鉄部１９，２３に装着されているので、遠心力による第１および第２爪状磁極部２０，２４の変位が第１および第２永久磁石３３，３８の保持構造に作用しない。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の先端側の内径側に位置しているので、第１および第２永久磁石３３，３８に作用する遠心力が小さくなる。これにより、第１および第２永久磁石３３，３８の長期的に安定した保持が実現される。

また、第１および第２永久磁石３３，３８が第１および第２嵌合溝３２ａ，３７ａに嵌合されて第１および第２磁石保持具３０，３５に保持されている。そこで、第１および第２永久磁石３３，３８に作用する遠心力は、第１および第２永久磁石３３，３８が嵌着される第１および第２嵌合溝３２ａ，３７ａの嵌合面で受けられる。これにより、遠心力による応力の集中が緩和され、第１および第２永久磁石３３，３８の損傷発生が抑制される。

また、第１および第２磁石保持具３０，３５が第１および第２保持溝２７，２８に嵌合されて第１および第２ポールコア体１７，２１に保持されている。そこで、第１および第２永久磁石３３，３８および第１および第２磁石保持具３０，３５に作用する遠心力は、第１および第２磁石保持具３０，３５が嵌着される第１および第２保持溝２７，２８の嵌合面で受けられる。これにより、遠心力による応力の集中が緩和され、第１および第２磁石保持具３０，３５と第１および第２ポールコア体１７，２１との間の嵌合部での損傷発生が抑制される。

ここで、冷間鍛造法による第１ポールコア体１７の製造方法について図７を参照しつつ説明する。
まず、金属素材を室温で金型を用いてコア体４２を圧縮成型する。このコア体４２は、図７の（ａ）に示されるように、円筒状の第１ボス部１８と、第１ボス部１８の軸方向一端から径方向外方に延在する厚肉リング状の第１継鉄部１９と、第１継鉄部１９から径方向外方に延出する第１爪状磁極部相当部４３と、第１継鉄部１９の隣り合う第１爪状磁極部相当部４３間に凹設された第１谷部２５と、第１爪状磁極部相当部４３の根元側で、第１谷部２５の内壁面の外径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の他端から一端側に所定の溝長さに凹設された第１保持溝２７と、を有する。

ついで、図７の（ｂ）に示されるように、第１継鉄部１９から径方向外方に延出する第１爪状磁極部相当部４３を略直角に折り曲げる。このとき、図示していないが、例えば保持溝２７の溝形状に適合する形状に作製された棒状治具を各保持溝２７に嵌め込んだ状態で第１爪状磁極部相当部４３を略直角に折り曲げることで、保持溝２７の溝形状の変形が抑えられる。これにより、図７の（ｃ）に示されるように、第１爪状磁極部２０が第１継鉄部１９から軸方向他端側に延出する第１ポールコア体１７が作製される。
ここで、コア体４２の第１爪状磁極部相当部４３の略台形形状の最外径面の周方向に相対する２辺に面取りが形成されているが、第１爪状磁極部相当部４３を折り曲げた後、切削加工により面取りを形成してもよい。
なお、第２ポールコア体２１も同様に作製される。

この実施の形態１では、冷間鍛造法により圧縮成型されたコア体４２に第１および第２谷部２５，２６を一体に形成しているので、第１および第２爪状磁極部相当部４３を略直角に折り曲げやすくなり、第１および第２爪状磁極部相当部４３の折り曲げ工程での歩留まりを高めることができる。
また、第１および第２保持溝２７，２８がコア体４２の圧縮成型時に同時に形成されるので、第１および第２保持溝２７，２８を後加工で作製する必要がなく、第１および第２ポールコア体１７，２１を安価に作製できる。

なお、上記実施の形態１では、第１および第２磁石保持具が磁性材料の塊状体で作製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、所望の形状に打ち抜かれた磁性材料の薄板を積層一体化して作製してもよい。

実施の形態２．
この実施の形態２では、まず、図示していないが、第１爪状磁極部相当部４３を折り曲げて第１ポールコア体１７を作製する。このとき、第１谷部２５も同時に形成されている。ついで、図８に示されるように、エンドミル４６を回転させつつ周方向から第１ポールコア体１７の第１谷部２５の内壁面に押し当てて、第１保持溝を形成している。なお、第２保持溝２８も同様に形成される。

この実施の形態２によれば、第１および第２保持溝２７，２８が切削加工により形成されているので、第１および第２保持溝２７，２８を冷間鍛造法により形成している上記実施の形態１に比べ、第１および第２保持溝２７，２８の加工精度を高めることができる。

なお、上記実施の形態２では、エンドミルを用いた切削加工により第１および第２保持溝を形成するものとしているが、第１および第２保持溝の形成方法はエンドミルを用いた切削加工に限定されるものではなく、例えばドリルを用いたざぐり加工、ダボ穴加工などの切削加工でもよい。
また、上記実施の形態２では、第１および第２谷部を冷間鍛造法によりコア体に一体に成型するものとしているが、第１および第２爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて第１および第２爪状磁極部を形成した後、エンドミルやドリルを用いた切削加工により第１および第２保持溝とともに、第１および第２谷部を形成してもよい。

実施の形態３．
図９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断面図である。
図９において、第１磁石保持具３０の軸方向内方の端面がボビン４５のフランジ部４５ｂに当接して、第１磁石保持具３０の軸方向内方への移動が規制されている。同様に、図示していないが、第２磁石保持具３５の軸方向内方の端面がボビン４５のフランジ部４５ｂに当接し、第２磁石保持具３５の軸方向内方への移動が規制されている。
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３によれば、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向の移動が第１および第２保持溝２７，２８の第１および第２当たり面２７ａ，２８ａおよびボビン４５のフランジ部４５ｂにより規制され、第１および第２磁石保持具３０，３５を安定して保持できる。
また、ボビン４５は樹脂で作製されているので、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向内方の端面形状が変更されても、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向内方の端面形状に適合するようにフランジ部４５ｂの形状を簡易に変更することができる。

実施の形態４．
図１０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断面図である。
図１０において、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の軸方向内方の端面がボビン４５のフランジ部４５ｂに当接して、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の軸方向内方への移動が規制されている。同様に、図示していないが、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の軸方向内方の端面がボビン４５のフランジ部４５ｂに当接し、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の軸方向内方への移動が規制されている。
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４によれば、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向の移動が第１および第２保持溝２７，２８の第１および第２当たり面２７ａ，２８ａおよびボビン４５のフランジ部４５ｂにより規制され、第１および第２磁石保持具３０，３５を安定して保持できる。さらに、第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向内方への移動がボビン４５のフランジ部４５ｂにより規制され、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５．
図１１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断面図である。
図１１において、肉厚部４５ｃがボビン４５のフランジ部４５ｂの外径側に形成されている。そして、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の軸方向内方の端面が肉厚部４５ｃに当接して、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の軸方向内方への移動が規制されている。同様に、図示していないが、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の軸方向内方の端面が肉厚部４５ｃに当接し、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の軸方向内方への移動が規制されている。
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によれば、ボビン４５のフランジ部４５ｂの外径側に形成された肉厚部４５ｃが第１および第２磁石保持具３０，３５および第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向内方の端面に当接している。そこで、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向の移動を確実に阻止できる。さらに、第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向内方への移動を確実に阻止できる。

実施の形態６．
図１２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断面図、図１３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石保持具への実装状態を示す斜視図である。
図１２および図１３において、第１スペーサ４７が第１磁石保持具３０の軸方向外方の端面と第１保持溝２７の第１当たり面２７ａとの間に挟持されて第１保持溝２７に嵌着されている。そして、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の軸方向外方の端面が第１スペーサ４７に当接している。同様に、図示していないが、第１スペーサ４７が第２磁石保持具３５の軸方向外方の端面と第２保持溝２８の第２当たり面２８ａとの間に挟持されて第２保持溝２８に嵌着されている。そして、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の軸方向外方の端面が第１スペーサ４７に当接している。
なお、他の構成は上記実施の形態４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磁石保持具３０，３５の軸方向の移動を確実に阻止できると共に、第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向の移動を確実に阻止できる。
また、第１スペーサ４７が第１および第２磁石保持具３０，３５と第１および第２当たり面２７ａ，２８ａとの間に挟持されているので、第１および第２保持溝２７，２８の溝長さが第１および第２磁石保持具３０，３５の厚みより長くなっても、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向位置を確実に位置決めできる。
ここで、薄板を積層して第１スペーサ４７を構成すれば、積層枚数を調整することで、第１および第２磁石保持具３０，３５の軸方向の位置決めを簡易にできる。

実施の形態７．
図１４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断面図である。
図１４において、第２スペーサ４８が第１磁石保持具３０の軸方向内方の端面とボビン４５のフランジ部４５ｂとの間に挟持されて第１保持溝２７に嵌着されている。そして、第１磁石保持具３０および第１永久磁石３３の軸方向内方の端面が第２スペーサ４８に当接している。同様に、図示していないが、第２スペーサ４８が第２磁石保持具３５の軸方向内方の端面とボビン４５のフランジ部４５ｂとの間に挟持されて第２保持溝２８に嵌着されている。そして、第２磁石保持具３５および第２永久磁石３８の軸方向内方の端面が第２スペーサ４８に当接している。
なお、他の構成は上記実施の形態６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磁石保持具３０，３５および第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向内方の端面と、ボビン４５のフランジ部４５ｂとの間の隙間を確実になくすことができ、第１および第２磁石保持具３０，３５および第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向の移動を確実に阻止できる。
ここで、薄板を積層して第２スペーサ４８を構成すれば、積層枚数を調整することで、第１および第２磁石保持具３０，３５および第１および第２永久磁石３３，３８の軸方向内方の端面と、ボビン４５のフランジ部４５ｂとの間の隙間を簡易になくすことができる。

なお、上記実施の形態６，７において、第１および第２スペーサを磁性体で作製する場合には、第１および第２永久磁石の軸方向の端面にはその内径側に当接するように第１および第２スペーサを配設することが望ましい。つまり、第１および第２スペーサが第１および第２永久磁石の軸方向の端面の外径側まで当接していると、永久磁石による磁束が第１および第２スペーサに流れやすくなる。その結果、漏れ磁束が大きくなり、永久磁石による出力向上効果が小さくなる。

なお、上記実施の形態１〜７では、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の全てに配設されているものとしているが、第１および第２永久磁石３３，３８の配設個数は、要求仕様とコストとを勘案して、適宜設定される。ここで、第１および第２永久磁石３３，３８の配設個数が４個の場合について説明する。

実施の形態８．
この実施の形態８では、図１５に示されるように、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の全てに架設され、４個の第１および第２永久磁石３３，３８が、それぞれ周方向に１つおきの第１および第２磁石保持具３０，３５に装着されている。
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８では、第１および第２永久磁石３３，３８が周方向に等角ピッチで配設されているので、第１および第２永久磁石３３，３８を配設することに起因する重量的、かつ磁気的なアンバランスの発生が抑制される。

実施の形態９．
この実施の形態９では、図１６に示されるように、第１および第２磁石保持具３０，３５が、それぞれ周方向に１つおきの第１および第２谷部２５，２６に架設され、第１および第２永久磁石３３，３８が、第１および第２磁石保持具３０，３５のそれぞれに装着されている。
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９では、第１および第２永久磁石３３，３８を装着した第１および第２磁石保持具３０，３５が、周方向に等角ピッチで配設されているので、第１および第２永久磁石３３，３８を配設することに起因する重量的、かつ磁気的なアンバランスの発生が抑制される。
また、第１および第２永久磁石３３，３８が配設されない第１および第２谷部２５，２６には、第１および第２磁石保持具３０，３５を架設していないので、低コスト化が図られるとともに、第１および第２磁石保持具３０，３５の架設作業が削減され、回転子の組立性が向上される。

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、ポールコアがボス部の軸方向中央位置で分割された２つのポールコア体から構成されているものとしているが、ポールコアの軸方向の分割位置はボス部の軸方向中央位置に限定されるものではなく、例えば、一方の継鉄部の軸方向内方の端面位置で分割してもよい。さらに、ポールコアの分割数は２つに限定されるものではなく、例えば３つでもよい。この場合、ポールコアは、一対の継鉄部の軸方向内方の端面位置で分割された３つのポールコア体により構成されてもよい。

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、ボビンに巻回されて、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、
   上記谷部の内壁面の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ上記継鉄部の軸方向の内端に開口し、溝方向を軸方向として、該継鉄部に非貫通状態に凹設され、溝長さ方向の端面を当たり面とする保持溝と、
   上記谷部に相対して凹設された上記保持溝のそれぞれに軸方向内方から嵌着され、該保持溝の内壁面により周方向および径方向の移動を規制され、かつ上記当たり面により軸方向外方への移動を規制されて、上記爪状磁極部の先端側内周面の内径側で該谷部に架設され、嵌合溝が該爪状磁極部の先端側内周面に相対する面に開口し、かつ溝方向を軸方向として、軸方向に貫通するように形成された磁性材料からなる磁石保持具と、
   上記嵌合溝に嵌着されて上記爪状磁極部の先端側の内周面と対向するように上記磁石保持具に保持された永久磁石と、を有し、
   上記ボビンのフランジ部が、上記磁石保持具の軸方向の内方の端部に接しており、
   第１スペーサが、上記磁石保持具の軸方向の外方の端部と上記当たり面との間に介装されていることを特徴とする回転電機。
2. 上記フランジ部が、上記永久磁石の軸方向の内方の端部に接していることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記第１スペーサが、上記永久磁石の軸方向の外方の端部に接し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. 第２スペーサが、上記フランジ部と上記磁石保持具の軸方向の内方の端部との間に介装されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 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、ボビンに巻回されて、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、
   上記谷部の内壁面の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ上記継鉄部の軸方向の内端に開口し、溝方向を軸方向として、該継鉄部に非貫通状態に凹設され、溝長さ方向の端面を当たり面とする保持溝と、
   上記谷部に相対して凹設された上記保持溝のそれぞれに軸方向内方から嵌着され、該保持溝の内壁面により周方向および径方向の移動を規制され、かつ上記当たり面により軸方向外方への移動を規制されて、上記爪状磁極部の先端側内周面の内径側で該谷部に架設され、嵌合溝が該爪状磁極部の先端側内周面に相対する面に開口し、かつ溝方向を軸方向として、軸方向に貫通するように形成された磁性材料からなる磁石保持具と、
   上記嵌合溝に嵌着されて上記爪状磁極部の先端側の内周面と対向するように上記磁石保持具に保持された永久磁石と、を有し、
   上記ボビンのフランジ部が、上記磁石保持具の軸方向の内方の端部に接しており、
   第２スペーサが、上記フランジ部と上記磁石保持具の軸方向の内方の端部との間に介装されていることを特徴とする回転電機。
6. 上記フランジ部が、上記永久磁石の軸方向の内方の端部に接していることを特徴とする請求項５記載の回転電機。

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