JP5279691B2 - 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鉄心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、ランデル型の回転子を大型の車両用交流発電機に適用する場合、回転子鉄心の外径を大きくする必要があった。

ランデル型の回転子鉄心は、一般に、コストの制約から冷間鍛造製法により作製される。つまり、ランデル型の回転子鉄心は、低炭素鋼などの金属素材を室温で金型を用いて圧縮成型して、爪状磁極部が放射状に延出する鍛造体を作製し、ついで爪状磁極部をその根元部で略直角に折り曲げて作製される。

そこで、回転子鉄心の外径を大きくすることは、プレス装置の大型化が必要となる。特に、冷間鍛造製法により爪状磁極部が一体成型された鍛造体を製造することは、プレス装置のさらなる大型化をもたらし、高コストとなる。さらに、プレス装置の能力の制約から、鍛造品の寸法精度の低下をもたらす。

このような課題を解決するために、爪状磁極部を別部品として作製し、軸方向に離間してシャフトに一体に形成された一対の胴部に爪状磁極部を締着固定する手段がとられていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３５４３４３号公報

特許文献１においては、爪状磁極部をシャフトに一体に形成された胴部にねじを用いて締着している。そこで、爪状磁極部に作用する遠心力による応力が胴部のねじ締着部に集中し、胴部のねじ締着部の損傷が発生しやすくなり、爪状磁極部を長期的に安定して保持できなくなるという不具合があった。また、爪状磁極部を締着するねじが必要となり、部品点数が増大し、高コスト化をもたらすという不具合もあった。

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、ランデル型の回転子の爪状磁極部を別部品に構成し、爪状磁極部をヨーク部に嵌合保持させるようにし、爪状磁極部を締着するためのねじを不要とするとともに、爪状磁極部に作用する遠心力を嵌合面で受けて応力の集中を緩和し、爪状磁極部を長期的に保持できる安価な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、該ボス部と同軸に配設され、該ボス部の軸方向両端部から径方向外方に延在する第１および第２ヨーク部、および該第１および第２ヨーク部のそれぞれの外径部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するポールコアと、上記ボス部、上記第１および第２ヨーク部、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、上記回転子を囲繞するようにケースに保持された固定子と、を備えている。そして、嵌合方向を軸方向とする嵌合部が、上記第１および第２ヨーク部の外径部に形成され、上記嵌合部に嵌合される被嵌合部が、上記爪状磁極部に形成され、上記爪状磁極部が、上記被嵌合部を上記嵌合部に嵌合させて上記第１および第２ヨーク部に保持され、上記第１および第２ヨーク部のそれぞれは、その軸方向の少なくとも一方の外径側の壁面を軸方向に突き出して外径側の厚みを厚く作製されている。

この発明によれば、爪状磁極部が別部品に作製されているので、プレス装置を大型化することなく、ポールコアを作製でき、低コスト化が図られる。
また、嵌合方向を軸方向とする嵌合部が第１および第２ヨーク部の外径部に形成され、嵌合部に嵌合される被嵌合部が爪状磁極部に形成され、爪状磁極部が被嵌合部を嵌合部に嵌合させて第１および第２ヨーク部に保持されている。そこで、爪状磁極部に作用する遠心力が、被嵌合部と嵌合する嵌合部の面により受けられるので、遠心力による応力の集中が緩和され、損傷の発生が抑制される。また、爪状磁極を締着するねじが不要となり、部品点数が削減され、低コスト化が図られる。

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適用される回転子における第１ヨーク部と爪状磁極部との支持構造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における第２分割ヨーク部と爪状磁極部との支持構造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における固定側ヨーク部と界磁コイルとの支持構造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における爪状磁極部が支持された第１ヨーク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適用される回転子における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された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適用される回転子における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す要部正面図である。 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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す要部正面図である。 この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。

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における第１ヨーク部と爪状磁極部との支持構造を説明する分解斜視図、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回転子における第２分割ヨーク部と爪状磁極部との支持構造を説明する分解斜視図、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適用される回転子における固定側ヨーク部と界磁コイルとの支持構造を説明する分解斜視図、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適用される回転子における爪状磁極部が支持された第１ヨーク部を示す断面図である。

図１において、回転電機としての車両用交流発電機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、シャフト６をケース４に軸受５を介して回転可能に配設されたシャフト６と、ケース４内に配設されたランデル型の回転子２０と、ケース４のフロント側に延出するシャフト６の端部に固着されたプーリ７と、回転子２０に対して一定のエアギャップを有して、回転子２０の外周を囲繞してケース４に固定された固定子８と、を備えている。なお、図示していないが、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器、固定子８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８は、円筒状の固定子鉄心９と、固定子鉄心９に巻装され、回転子２０の回転に伴い、後述する界磁コイル２１からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１０と、を備えている。
回転子２０は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル２１と、界磁コイル２１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２２と、を備えている。

ここで、回転子２０の構成について図１乃至図６を参照しつつ説明する。
ポールコア２２は、第１ヨーク部２３と、ボス部２７と第２ヨーク部の一部を構成する第１分割ヨーク部２８とを有する固定側ヨーク部２６と、第１分割ヨーク部２８と協働して第２ヨーク部を構成する第２分割ヨーク部３０と、第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とに支持される複数の爪状磁極部３１と、第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とを連結一体化する支持リング３５と、を備えている。

第１ヨーク部２３は、図１および図６に示されるように、外径側を除いて略一定の厚みを有し、軸方向一側の外径側の壁面を軸方向に突き出して外径側の厚みを厚くした円盤状に作製されている。この軸方向一側の外径側の壁面の軸方向の突出量は、径方向外方に向って直線的に増加している。そして、シャフト挿通穴２４が円盤状の第１ヨーク部２３の中心に穿設されている。さらに、嵌合部としての嵌合溝２５が溝方向を第１ヨーク部２３の厚み方向（軸方向）として第１ヨーク部２３の外周面に等角ピッチで例えば１２個凹設されている。ここで、嵌合溝２５は、いわゆるアリ溝であり、第１ヨーク部２３の軸方向と直交する断面において、周方向幅が径方向内方に向って漸次広くなる台形の溝である。

固定側ヨーク部２６は、図５に示されるように、円筒状に作製されたボス部２７と、第１ヨーク部２３の外径側を除いた部位と同等の厚みを有する円盤状に作製され、ボス部２７の軸方向の一端に同軸に一体に形成された第１分割ヨーク部２８と、から構成されている。そして、貫通穴２９が固定側ヨーク部２６の軸心位置に穿設されている。

第２分割ヨーク部３０は、図１に示されるように、外径が第１ヨーク部２３の外径に等しく、かつ内径が第１分割ヨーク部２８の外径より僅かに大きいリング状に作製されている。そして、第２分割ヨーク部３０の外径側を除いた部位が第１ヨーク部２３の外径側を除いた部位と同等の厚みを有し、外径側が軸方向他側の外径側の壁面を軸方向に突き出して厚みを厚くなっている。この軸方向他側の外径側の壁面の軸方向の突出量は、径方向外方に向って直線的に増加している。そして、嵌合溝２５が溝方向を第２分割ヨーク部３０の厚み方向（軸方向）として第２分割ヨーク部３０の外周面に等角ピッチで例えば１２個凹設されている。

爪状磁極部３１は、図３および図４に示されるように、第１ヨーク部２３の厚みに略等しい長さを有する略直方体に形成された基部３２と、基部３２の長さ方向の一端から長さ方向に延在し、その外周面形状を略台形形状とし、幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、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た爪部３３と、嵌合溝２５に嵌合されるほぞ形状に形成され、基部３２の内周面に突設された被嵌合部としての嵌合凸部３４と、から構成されている。なお、爪状磁極部３１の外周面は、爪部３３の外周面の略台形の高さ方向と平行な軸心を中心軸とする円筒面の一部により構成されている。

支持リング３５は、ステンレスなどの非磁性材料を用い、円筒状に作製されている。
界磁コイル２１は、絶縁被覆された銅線を多段に巻回して円筒状に作製され、図５に示されるように、ボス部２７に外嵌状態に装着される。

なお、第１ヨーク部２３、固定側ヨーク部２６、第２分割ヨーク部３０および爪状磁極部３１は、それぞれ例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼を金属素材として冷間鍛造製法により作製され、必要に応じて、切削加工が施されている。

爪状磁極部３１は、図３に示されるように、嵌合凸部３４が第１ヨーク部２３の軸方向の一側から嵌合溝２５のそれぞれに圧入され、第１ヨーク部２３に保持されている。また、爪状磁極部３１は、図４に示されるように、嵌合凸部３４が第２分割ヨーク部３０の軸方向の他側から嵌合溝２５のそれぞれに圧入され、第２分割ヨーク部３０に保持されている。

第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とは、図２に示されるように、爪状磁極部３１が交互に噛み合うように同軸に配置される。そして、支持リング３５が、第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０との間に同軸に配置され、その両端を例えば溶接により第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とに固着され、第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とが一体に連結されている。

そして、第２分割ヨーク部３０が一体に連結された第１ヨーク部２３は、図１に示されるように、シャフト挿通穴２４に貫装されたシャフト６に固着されている。固定側ヨーク部２６は、シャフト６を貫通穴２９に遊嵌状態に挿通させ、非磁性体で作製された固定部材３６を介してフロントブラケット２の内壁面に固着されている。このとき、ボス部２７の軸方向の他端面が微小な隙間を介して第１ヨーク部２３に相対し、第１分割ヨーク部２８の外周面が微小な隙間を介して第２分割ヨーク部３０の内周面に相対している。これにより、固定側ヨーク部２６と第１ヨーク部２３との間、および固定側ヨーク部２６の第２分割ヨーク部３０との間の磁気的な接続状態が確保されている。ボス部２７に外嵌状態に装着された界磁コイル２１が、第１ヨーク部２３、固定側ヨーク部２６、第２分割ヨーク部３０、および爪状磁極部３１に囲まれた空間に収納されている。

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）から界磁コイル２１に供給され、磁束が発生される。この磁束により、第１ヨーク部２３に保持された爪状磁極部３１がＮ極に着磁され、第２分割ヨーク部３０に保持された爪状磁極部３１がＳ極に着磁される。
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７を介してシャフト６に伝達され、支持リング３５により連結された第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とが回転される。そこで、回転磁界が固定子８の固定子コイル１０に与えられ、起電力が固定子コイル１０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１を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル２１に通電されると、磁束１９が発生される。この磁束１９は、第１ヨーク部２３に保持された爪状磁極部３１からエアギャップを通って固定子鉄心９のティース部に入る。そして、磁束１９は、固定子鉄心９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、隣の爪状磁極部３１に対向するティース部からエアギャップを通ってその爪状磁極部３１に入る。ついで、爪状磁極部３１に入った磁束１９は、第２分割ヨーク部３０、第１分割ヨーク部２８、ボス部２７、第１ヨーク部２３を通って爪状磁極部３１に至る。

ここで、第１ヨーク部２３および第２分割ヨーク部３０が一定の厚みに形成されている場合、爪部３３が第１ヨーク部２３の軸方向一側に延出しているので、第１ヨーク部２３と爪状磁極部３１との境界を通過する磁束密度は、第１ヨーク部２３の軸方向一側に向うにつれ高くなる。同様に、爪部３３が第２分割ヨーク部３０の軸方向他側に延出しているので、第２分割ヨーク部３０と爪状磁極部３１との境界を通過する磁束密度は、第２分割ヨーク部３０の軸方向他側に向うにつれ高くなる。

この実施の形態１では、第１ヨーク部２３の軸方向一側の外径側の壁面を軸方向に突き出して厚みを厚くしているので、第１ヨーク部２３と爪状磁極部３１との境界の軸方向一側における磁束１９の飽和が緩和される。同様に、第２分割ヨーク部３０の軸方向他側の外径側の壁面を軸方向に突き出して厚みを厚くしているので、第２分割ヨーク部３０と爪状磁極部３１との境界の軸方向他側における磁束１９の飽和が緩和される。そこで、少ない起磁力で所定の磁束１９を得ることができる。

この実施の形態１では、回転子２０のポールコア２２が、円盤状の第１ヨーク部２３と、ボス部２７と第２ヨーク部の一部を構成する第１分割ヨーク部２８とを有する固定側ヨーク部２６と、第１分割ヨーク部２８と協働して第２ヨーク部を構成するリング状の第２分割ヨーク部３０と、第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０との外周面に取り付けられる爪状磁極部３１と、に分割構成されている。そこで、低炭素鋼などの金属素材を室温で金型を用いて圧縮成型して、爪状磁極部が放射状に延出する鍛造体を作製する必要がなく、プレス装置の大型化を抑制できる。これにより、小容量のプレス装置を用いることができ、低コスト化が図られるとともに、鍛造品の寸法精度を高めることができる。

第１ヨーク部２３および第２分割ヨーク部３０の外周面に凹設した嵌合溝２５に、爪状磁極部３１の基部３２の内周面に突設した嵌合凸部３４を圧入して、爪状磁極部３１を第１ヨーク部２３および第２分割ヨーク部３０に取り付けている。そこで、爪状磁極部３１に作用する遠心力が嵌合溝２５の両内側面で受けられるので、優れた耐遠心力性を有する爪状磁極部３１の保持構造が実現される。また、ねじなどの締着部材が不要となるので、部品点数の増加がなく、その分低コスト化が図られる。
第１ヨーク部２３および第２分割ヨーク部３０の外径側の厚みを厚くしているので、第１ヨーク部２３と爪状磁極部３１との嵌合部、および第２分割ヨーク部３０と爪状磁極部３１との嵌合部の軸方向長さが長くなる。そこで、嵌合溝２５と嵌合凸部３４との嵌着力が大きくなり、爪状磁極部３１の保持構造の耐遠心力性を高めることができる。

第１ヨーク部２３と第２分割ヨーク部３０とが支持リング３５を介して直接連結されているので、嵌合溝２５と嵌合凸部３４との嵌合部を介さずに第２分割ヨーク部３０を第１ヨーク部２３に支持でき、第２分割ヨーク部３０の支持構造の信頼性が高められる。
固定部材３６が非磁性体で作製されているので、フロントブラケット２が磁性体で作製されていても、フロントブラケット２を介して流れる磁束、即ち漏れ磁束の発生を抑制できる。そこで、フロントブラケット２を安価な鉄系材料で作製でき、低コスト化が図られる。

なお、上記実施の形態１では、第１ヨーク部と第２分割ヨーク部とを支持リングで直接連結して、第１ヨーク部と第２分割ヨーク部とを一体化しているが、周方向に配列されている爪状磁極部を支持リングで連結して、第１ヨーク部と第２分割ヨーク部とを一体化してもよい。
また、上記実施の形態１では、嵌合凸部を嵌合溝に圧入して嵌着するものとしているが、第１ヨーク部および第２分割ヨーク部の温度を高くした状態で、嵌合凸部を嵌合溝に挿入して嵌着、即ち焼き嵌めしてもよい。

また、上記実施の形態１では、固定側ヨーク部が固定部材を介してフロントブラケットに固定されているものとしているが、固定側ヨーク部は固定部材を介してリヤブラケットに固定されてもよい。
また、上記実施の形態１では、固定部材が非磁性体で作製されているものとしているが、フロントブラケットが非磁性体で作製されていれば、固定部材を磁性体で作製してもよい。

実施の形態２．
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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す断面図である。

図７において、第１ヨーク部２３Ａは、軸方向両側の外径側の壁面を軸方向に突き出して厚みを厚くしている点を除いて、上記第１ヨーク部２３と同様に構成されている。この軸方向両側の外径側の壁面の軸方向の突出量は、それぞれ径方向外方に向って直線的に増加している。また、図示していないが、第２分割ヨーク部は、第１ヨーク部２３Ａと同様に、軸方向両側の外径側の壁面を軸方向に突き出して厚みを厚くしているので、ここでは、その説明を省略する。
なお、実施の形態２の他の構成は、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では、軸方向両側の外径側の壁面を軸方向に突き出して第１ヨーク部２３Ａの外径側の厚みを厚くしているので、上記実施の形態１に比べて、第１ヨーク部２３Ａと爪状磁極部３１との嵌合部の軸方向長さが長くなる。そこで、嵌合溝２５と嵌合凸部３４との嵌着力が大きくなり、爪状磁極部３１の保持構造の耐遠心力性をさらに高めることができる。

この実施の形態２においても、第１ヨーク部２３Ａの軸方向一側の外径側の壁面を軸方向に突き出して厚みを厚くしているので、上記実施の形態１と同様に、第１ヨーク部２３Ａと爪状磁極部３１との境界の軸方向一側における磁束１９の飽和が緩和され、少ない起磁力で所定の磁束を得ることができる。

なお、上記実施の形態１，２では、第１ヨーク部および第２分割ヨーク部の外径側の壁面の軸方向の突出量が、径方向外方に向って直線的に増加しているものとしているが、第１ヨーク部および第２分割ヨーク部の外径側の壁面の軸方向の突出量は、径方向外方に向って漸次増加してればよく、例えば第１ヨーク部および第２分割ヨーク部の軸心を含む平面における当該突出部の軸方向縁部が円弧状でもよい。

実施の形態３．
図８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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す斜視図である。

図８において、第１ヨーク部２３の嵌合溝２５と爪状磁極部３１の嵌合凸部３４との嵌合部とが軸方向他側で溶接部３７により固着されている。また、図示していないが、第２分割ヨーク部の嵌合溝と爪状磁極部の嵌合凸部との嵌合部とが軸方向一側で溶接部により固着されているので、ここでは、その説明を省略する。
なお、実施の形態３の他の構成は、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ヨーク部２３の嵌合溝２５と爪状磁極部３１の嵌合凸部３４との嵌合部とが軸方向他側で溶接部３７により固着されているので、爪状磁極部３１が第１ヨーク部２３に強固に連結され、爪状磁極部３１の保持構造の耐遠心力性をさらに高めることができる。

実施の形態４．
図９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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す斜視図である。

図９において、第１ヨーク部２３の嵌合溝２５と爪状磁極部３１の嵌合凸部３４との嵌合部とが軸方向一側で溶接部３７により固着されている。また、図示していないが、第２分割ヨーク部の嵌合溝と爪状磁極部の嵌合凸部との嵌合部とが軸方向他側で溶接部により固着されているので、ここでは、その説明を省略する。
なお、実施の形態４の他の構成は、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ヨーク部２３の嵌合溝２５と爪状磁極部３１の嵌合凸部３４との嵌合部とが軸方向一側で溶接部３７により固着されているので、爪状磁極部３１が第１ヨーク部２３に強固に連結され、爪状磁極部３１の保持構造の耐遠心力性をさらに高めることができる。

実施の形態５．
図１０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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す要部正面図である。

図１０において、嵌合部としての嵌合溝３８は、第１ヨーク部２３の軸心と直交する平面における断面形状が長軸を周方向とする略楕円形で嵌合溝方向を軸方向とし、第１ヨーク部２３の外周面に開口し、かつ第１ヨーク部２３の外径側を軸方向に貫通するように形成されている。被嵌合部としての嵌合凸部３９は、嵌合溝３８に嵌着される外形形状を有し、爪状磁極部３１の基部３２の内周面に突設されている。そして、嵌合凸部３９を嵌合溝３８に軸方向の一側から圧入し、爪状磁極部３１が第１ヨーク部２３に嵌着支持されている。また、図示していないが、爪状磁極部が、同様に、第２分割ヨーク部に嵌着支持されているので、ここでは、その説明を省略する。
なお、実施の形態５の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。
また、この実施の形態５によれば、嵌合溝３８および嵌合凸部３９の断面形状が略楕円形に形成されているので、嵌合溝３８および嵌合凸部３９の断面形状に鋭角な角部がなく、冷間鍛造する際に用いられる金型の寿命が延びるという効果を奏する。

なお、上記実施の形態５では、嵌合溝および嵌合凸部の断面形状が略楕円形に形成されているものとしているが、嵌合溝および嵌合凸部の断面形状は略楕円形に限定されるものではなく、略Ｃ字形であればよく、例えば略円弧形でもよい。

実施の形態６．
図１１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における爪状磁極部が第１ヨーク部に支持された状態を示す要部正面図である。

図１１において、被嵌合部としての嵌合溝４０は、爪状磁極部３１の基部３２の内周面に長さ方向に延設された、いわゆるアリ溝であり、爪状磁極部３１の長さ方向と直交する断面において、周方向幅が外周面側に向って漸次広くなる台形の溝である。嵌合部としての嵌合凸部４１は、嵌合溝４０に嵌合されるほぞ形状に形成され、第１ヨーク部２３の外周面に突設されて軸方向に延設されている。そして、嵌合溝４０を嵌合凸部４１に軸方向の一側から圧入し、爪状磁極部３１が第１ヨーク部２３に嵌着支持されている。また、図示していないが、爪状磁極部が、同様に、第２分割ヨーク部に嵌着支持されているので、ここでは、その説明を省略する。
なお、実施の形態６の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６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６によれば、爪状磁極部３１に嵌合溝４０を形成しているので、爪状磁極部３１の重量が軽くなる。そこで、爪状磁極部３１を介して第１ヨーク部２３と爪状磁極部３１との嵌合部に作用する遠心力が小さくなり、爪状磁極部３１の保持構造の耐久性が高められる。

実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。

図１２において、ランデル型の回転子５０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５１と、を備えている。ポールコア５１は、第１コア部５２と、第２コア部５６と、第１ヨーク部５３と第２ヨーク部５７とに保持される複数の爪状磁極部３１と、を備え、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ている。

第１コア部５２は、円盤状の第１ヨーク部５３と、第１ヨーク部５３の軸方向一側に同軸に、かつ一体に延設される円筒状の第１ボス部５４と、を有し、シャフト挿通穴５５が軸心位置に穿設されている。
第１ヨーク部５３は、外径側を除いて一定の厚みを有し、軸方向一側の外径側の壁面を軸方向に突き出して外径側の厚みを厚くした円盤状に作製されている。この軸方向一側の外径側の壁面の軸方向の突出量は、径方向外方に向って直線的に増加している。そして、嵌合溝２５が溝方向を第１ヨーク部５３の厚み方向（軸方向）として第１ヨーク部５３の外周面に等角ピッチで例えば１２個凹設されている。このように、第１ヨーク部５３は、第１ボス部５４と一体に構成されている点を除いて、上述の第１ヨーク部２３と同様に構成されている。

第２コア部５６は、円盤状の第２ヨーク部５７と、第２ヨーク部５７の軸方向他側に同軸に、かつ一体に延設される円筒状の第２ボス部５８と、を有し、シャフト挿通穴５９が軸心位置に穿設されている。
第１ヨーク部５７は、外径側を除いて一定の厚みを有し、軸方向他側の外径側の壁面を軸方向に突き出して外径側の厚みを厚くした円盤状に作製されている。この軸方向他側の外径側の壁面の軸方向の突出量は、径方向外方に向って直線的に増加している。そして、嵌合溝２５が溝方向を第２ヨーク部５７の厚み方向（軸方向）として第２ヨーク部５７の外周面に等角ピッチで例えば１２個凹設されている。なお、第１ヨーク部５３と第２ヨーク部５７とは、軸方向の向きが逆である点を除いて、同じに構成されている。

そして、爪状磁極部３１が、嵌合凸部３４を第１ヨーク部５３の軸方向の一側から嵌合溝２５のそれぞれに圧入して、第１ヨーク部５３に保持されている。また、爪状磁極部３１が、嵌合凸部３４を第２ヨーク部５７の軸方向の他側から嵌合溝２５のそれぞれに圧入して、第２ヨーク部５７に保持されている。

爪状磁極部３１が保持された第１コア部５２と第２コア部５６とは、爪状磁極部３１を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部５４の一端面を第２ボス部５８の他端面に突き合わせ、シャフト挿通穴５５，５９に貫装されたシャフト６に固着されている。さらに、界磁コイル２１が、第１コア部５２、第２コア部５６および爪状磁極部３１に囲まれた空間に装着されている。

一対のスリップリング１１がシャフト６のリヤ側に固定され、ブラシ１２が各スリップリング１１に摺動するようにケース４内に配設されている。
なお、この実施の形態７における車両用交流発電機１Ａは、回転子２０に代えて回転子５０を用いている点、および界磁コイル２１に電流を供給するスリップリング１１およびブラシ１２を設けている点を除いて、上記実施の形態１におけると車両用交流発電機１と同様に構成されている。

したがって、この実施の形態７においても、爪状磁極部３１が第１および第２コア部５２，５６と別部品に作製されているので、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。
この実施の形態７によれば、爪状磁極部３１を保持する第１ヨーク部５３および第２ヨーク部５７がシャフト６に固着されているので、爪状磁極部３１の保持構造の耐遠心力性を高めることができる。

実施の形態８．
上記実施の形態１〜７では、例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼を金属素材として冷間鍛造製法により作製した爪状磁極部３１を用いるものとしているが、この実施の形態８では、例えば、シリコン−鉄合金の珪素鋼粉末やニッケル−鉄合金のパーマロイ粉末を絶縁した後、加圧成形し、熱処理を施した圧粉成型体を爪状磁極部に用いている。

ランデル型の回転子を用いた車両用交流発電機においては、固定子から爪状磁極部に加わる交流磁束により、爪状磁極部の表面に渦電流が流れる。
この実施の形態８では、爪状磁極部に用いられる圧粉成型体は、電気的な絶縁被膜が表面に被覆された粒径の小さい珪素鋼粉末やパーマロイ粉末を加圧成形したものであり、粒子間が電気的に絶縁されているので、渦電流が流れにくい。そこで、固定子から爪状磁極部に加わる交流磁束に起因して爪状磁極部の表面に流れる渦電流が少なくなり、渦電流損失を低減することができる。

また、爪状磁極部が別部品に作製されているので、プレス装置の大型化が抑制され、低コスト化が図られる。
ここで、この実施の形態８では、爪状磁極部を圧粉成型体で作製し、ポールコアを構成する他の部品を冷間鍛造製法により作製するものとしているが、ポールコアを構成する全ての部品を圧粉成型体で作製してもよい。

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。

４ ケース、８ 固定子、２０，５０ 回転子、２１ 界磁コイル、２２ ポールコア、２３，２３Ａ 第１ヨーク部、２５，３８ 嵌合溝 （嵌合部）、２７ ボス部、２８ 第１分割ヨーク部（第２ヨーク部）、３０ 第２分割ヨーク部（第２ヨーク部）、３１ 爪状磁極部、３４，３９ 嵌合凸部（被嵌合部）、３５ 支持リング、３７ 溶接部、４０ 嵌合溝（被嵌合部）、４１ 嵌合凸部（嵌合部）、５１ ポールコア、５３ 第１ヨーク部、５４ 第１ボス部、５７ 第２ヨーク部、５８ 第２ボス部。

Claims (7)

1. ボス部、該ボス部と同軸に配設され、該ボス部の軸方向両端部から径方向外方に延在する第１および第２ヨーク部、および該第１および第２ヨーク部のそれぞれの外径部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するポールコアと、上記ボス部、上記第１および第２ヨーク部、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、
   上記回転子を囲繞するようにケースに保持された固定子と、を備えた回転電機において、
   嵌合方向を軸方向とする嵌合部が、上記第１および第２ヨーク部の外径部に形成され、
   上記嵌合部に嵌合される被嵌合部が、上記爪状磁極部に形成され、
   上記爪状磁極部が、上記被嵌合部を上記嵌合部に嵌合させて上記第１および第２ヨーク部に保持され、
   上記第１および第２ヨーク部のそれぞれは、その軸方向の少なくとも一方の外径側の壁面を軸方向に突き出して外径側の厚みを厚く作製されていることを特徴とする回転電機。
2. 上記第１ヨーク部は、円盤状に作製され、その軸心位置に挿通されたシャフトに固着され、
   上記第２ヨーク部は、円盤状の第１分割ヨーク部、および該第１分割ヨーク部の外周に位置し、上記爪状磁極部を保持するリング状の第２分割ヨーク部に分割構成され、
   上記第１ヨーク部と上記第２分割ヨーク部とが、非磁性の支持リングにより連結、一体化され、
   上記ボス部と上記第１分割ヨーク部とが、非磁性の固定部材を介して上記ケースに保持され、上記第１ヨーク部と上記第２分割ヨーク部との間の磁路を構成していることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. ボス部、該ボス部と同軸に配設され、該ボス部の軸方向両端部から径方向外方に延在する第１および第２ヨーク部、および該第１および第２ヨーク部のそれぞれの外径部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するポールコアと、上記ボス部、上記第１および第２ヨーク部、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、
   上記回転子を囲繞するようにケースに保持された固定子と、を備えた回転電機において、
   嵌合方向を軸方向とする嵌合部が、上記第１および第２ヨーク部の外径部に形成され、
   上記嵌合部に嵌合される被嵌合部が、上記爪状磁極部に形成され、
   上記爪状磁極部が、上記被嵌合部を上記嵌合部に嵌合させて上記第１および第２ヨーク部に保持され、
   上記第１ヨーク部は、円盤状に作製され、その軸心位置に挿通されたシャフトに固着され、
   上記第２ヨーク部は、円盤状の第１分割ヨーク部、および該第１分割ヨーク部の外周に位置し、上記爪状磁極部を保持するリング状の第２分割ヨーク部に分割構成され、
   上記第１ヨーク部と上記第２分割ヨーク部とが、非磁性の支持リングにより連結、一体化され、
   上記ボス部と上記第１分割ヨーク部とが、非磁性の固定部材を介して上記ケースに保持され、上記第１ヨーク部と上記第２分割ヨーク部との間の磁路を構成していることを特徴とする回転電機。
4. 上記第１および第２ヨーク部と上記爪状磁極部とが、溶接、一体化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。
5. 上記嵌合部および上記被嵌合部の軸方向と直交する断面形状が、略Ｃ字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４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 上記嵌合部が凸状に形成され、上記被嵌合部が凹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５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 上記爪状磁極部が圧粉成型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６のいずれか１項に記載の回転電機。

Images