JP5355647B2 - 車両用ブラシレス交流発電機及びその励磁コイルボビン装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車、バス、トラック等の走行車両に搭載される車両用ブラシレス交流発電機及びその励磁コイルボビン装置に関する。

従来の車両用ブラシレス交流発電機は、励磁コイルのボビン装置を有し、ボビン装置は樹脂製で容易にボビンが変形しない均一な肉厚で形成されるものであった。
特許文献１には、この発明は、プレートの支持強度を確保しつつ、ボビン内径を縮小する継鉄部とプレートとの接合構造を採用し、耐振性を確保し、かつ、界磁コイルの材料を削減してコストダウンを可能とするブラシレスオルタネータ用界磁コイルのボビン装置を得るため、肉厚リング状の第２継鉄部の内周面一端側に環状の段差部が形成され、プレートの円筒部の軸方向他端部が段差部に径方向に重なり合う状態に嵌め合わされ、プレートの円筒部が径方向に重なり合う領域で第２継鉄部に溶接により一体化されている構成が示されている。

また、特許文献２には、最適化された磁気回路を構成することにより出力電流が向上したブラシレスオルタネータを提供するため、継鉄部の軸方向端部の内周の側面に設けられた段差部と、この段差部に固着され磁性体で構成された円筒部を有するプレートと、界磁コイルを巻回するためにプレートの円筒部径方向外側を囲繞するように配設されたボビンと、回転子の外側に空隙を保持して設けられ界磁コイルにより発生した磁束が伝播する固定子とを備え、継鉄部の内周面に設けられた段差部に固着されるプレートの円筒部の径方向厚さ寸法は、1ミリメートルより大きく且つ２ミリメートル以下に形成することが示されている。

特開２００５−８０４４０号公報 特開２００７−３７２３３号公報

しかしながら、従来の車両用ブラシレス交流発電機においては、樹脂製のボビン装置は肉厚が出力特性に大きく影響をしていたが、このボビンの肉厚を薄くすると結合される継鉄部との沿面距離が縮小され電位の低い継鉄部と電位の高い励磁コイル間での励磁コイルの耐食性が悪化する懸念があった。
また、励磁コイル装置の製造工程においてボビン成型時又は励磁コイル巻回時にボビン薄肉部が変形し、生産性の悪化を招く懸念があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、励磁コイルを設置するボビン装置において耐電食性の悪化を招くことなく、磁気抵抗を低減させ、高効率で高出力化を可能とした車両用ブラシレス交流発電機及びその励磁コイルボビン装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係わる車両用ブラシレス交流発電機は、シャフトに設けられた回転子と、シャフトを回転自在に支持するブラケットの内壁に固定された肉厚リング状部、及びこの肉厚リング状部の軸方向端部の内周側に形成された円筒状部を有し、回転子と径方向空隙を介して対向する継鉄部と、励磁コイルを巻回するために継鉄部の円筒状部外周面を囲繞するように配設されたボビンと、円筒状部の一端から径方向外方に延設され、ボビンを継鉄部に接合するためのプレートと、回転子の外側に空隙を保持して設けられ励磁コイルにより発生した磁束が伝播する固定子とを備え、ボビンは、継鉄部と接合する外周端に沿面距離を拡大する厚肉部を形成したものである。

この発明によれば、車両用ブラシレス発電機において、励磁コイルを構成する継鉄部と励磁コイル間の沿面距離を拡大することができ耐電食性の悪化を防止できると共に、ボビンの変形に対する強度を向上し、取り扱い及び励磁コイル巻回時の生産性を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用ブラシレス発電機の構成を示す軸方向断面図である。 図１の車両用ブラシレス発電機における軸方向要部断面図である。 実施の形態１における励磁コイルボビン装置を示す軸方向拡大断面図である。 図３における励磁コイルボビン装置の継鉄部を示す斜視図である。 図３における励磁コイルボビン装置のボビンを示す斜視図である。

実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る車両用ブラシレス発電機１の構造について述べる。
図１において、回転子２はシャフト１７に設けられており、更にこの回転子２は磁束を伝える磁極鉄心３を有し、この磁極鉄心３は、第一磁極鉄心４及び第二磁極鉄心８から形成されている。
第一磁極鉄心４を構成する第一ボス部５は、軸心位置にシャフト１７を挿通するための挿通穴（図示せず）が設けられている。
また第一ボス部５の一端から径方向外方にリング状の第一継鉄部６が延設され、更にこの継鉄部６の外周から軸方向他端側に第一爪状磁極部７が延設されている。
尚、シャフト１７は第一磁極鉄心４の軸心に設けられている挿通穴（図示せず）に圧入されており、相対回転不能に取り付けられている。

一方、第二磁極鉄心８を構成する第二ボス部９は、第一磁極鉄心４と同様に軸心位置にシャフト１７を挿通するための挿通穴（図示せず）が設けられている。
この第二ボス部９と径方向外側に微小空隙を介して、第二ブラケット２１に固着されており尚且つリング形状を成す第二継鉄部１０が配設されている。
尚、後述するように、第二継鉄部１０の軸方向端部にプレート３１及びボビン３２を介して励磁コイル１３が固定されている。

更に、第二継鉄部１０の径方向外側に微小空隙を介して、第二爪状磁極部１１が配設されている。
この第二爪状磁極部１１は、第一爪状磁極部７の径方向内周側に配設され非磁極性体で作成されているリング１２を介して第一爪状磁極部７に固着され、第一爪状磁極部７と噛み合うように配設されている。

尚、シャフト１７は第二磁極鉄心８の軸心に設けられている挿通穴（図示せず）に圧入され相対回転不能に取り付けられており、第二ボス部９の軸方向端面を第一ボス部５の軸方向他端面に突き合わせた状態で、相対回転不能に取り付けられている。

更に固定子１４は、固定子巻線１６が巻回された固定子鉄心１５を有し、回転子２の外周を囲繞するように配設されている。

第一ブラケット２０は第二ブラケット２１とともに、固定子鉄心１５の軸方向両端の肩部を挟んで通しボルト２３により、固定子鉄心１５を狭持している。
そして、第一ブラケット２０が第一軸受１８を介してシャフト１７の一端側を回転自在に支持し、第二ブラケット２１が第二軸受１９を介してシャフト１７の他端側を回転自在に支持している。
これにより、回転子２が、第一ブラケット２０及び第二ブラケット２１内に回転自在に配設されている。
更に、プーリ２４は第一ブラケット２０から外部に延出するシャフト１７の一端に固着されており、エンジン（図示せず）により駆動されるようになっている。

このように構成された車両用ブラシレス発電機１では、電流がバッテリ（図示せず）から励磁コイル１３に供給されることにより、図２に示すように励磁コイル１３の周りに磁束Φが発生する。
この磁束Φは、第二継鉄部１０から径方向内側に保持された微小空隙を通って第二ボス部９に伝わり、続いて第二ボス部９に端面が突き合わされている第一ボス部５から第一継鉄部６及び第一爪状磁極部７を通って、回転子２の径方向外側に配設されている固定子１４を横切り、続いて磁束Φは第二爪状磁極部１１及びその径方向内側の微小空隙を通って最後に第二継鉄部１０に戻るという経路を流れる。
このため、第一爪状磁極部７がＮ極に着磁され、第二爪状磁極部１１がＳ極に着磁される。

一方、プーリ２４がエンジンによって駆動されて該プーリ２４に直結するシャフト１７が回転し、それにより回転子２が回転する。
その回転により、励磁コイル１３によって作られた磁界も回転し、その回転磁界を成す磁束Φは前述した経路を通って固定子鉄心１５に与えられ、交流起電力が固定子巻線１６に発生する。
この交流の起電力によって固定子巻線１６に発生した交流の電流が整流器２２によって直流に整流され、バッテリ（図示せず）が充電される。

この時、励磁コイル１３は第二ブラケット２１に固着された第二継鉄部１０に装着されているので回転せず、第一ボス部５、第一継鉄部６及び第一爪状磁極部７が一体に形成された第一磁極鉄心４と、第二磁極鉄心８の第二ボス部９及び第二爪状磁極部１１とが回転することになる。

図３は、第二継鉄部１０を含む励磁コイルボビン装置を示す軸方向拡大断面図で、ボビン装置３０は、第二ブラケット２１に固着される第二継鉄部１０と、プロジェクション又はスポット溶接で第二継鉄部１０に固着されたプレート３１と、第二継鉄部１０とプレート３１とにより構成された空間内に配設され励磁コイル１３が巻回されるボビン３２とから構成されている。

第二継鉄部１０は、断面矩形でリング状を成す肉厚リング部１００と、この肉厚リング部の軸方向端部に同一部材により延長された円筒部１０１とで形成されており(図４参照)、発電効率を最適化するため、且つ第二継鉄部１０の端面にプレート３１を強度良く固着するために、円筒部１０１は厚肉リング部１００端面からボビン端面部にわたって、厚さｔの環状に形成されている。
プレート３１は、軟鋼板をプレス成形して作製され、第二継鉄部１０の円筒部１０１の一端から径方向外方に延設され、ボビン３２を第二継鉄部１０に接合する。

また、ボビン３２は、ナイロン樹脂によって形成されており、第二継鉄部１０の円筒部１０１の径方向外方に嵌合するための筒部３２０を有し、更に筒部３２０の両端から径方向外方へ円盤状の第一延設部３２１及び第二延設部３２２が設けられている(図５参照)。
第二延設部３２２には、第二継鉄部１０の厚肉リング部１００端面に設けられた複数の穴１０２に挿入される突起部３４０が設けられている。
このボビン３２の筒部３２０及び第一延設部３２１及び第二延設部３２２の肉厚は従来構造のボビンに対し例えば０，５ｍｍ程度に薄肉化されており、ボビン３２の内部に巻回される励磁コイル１３の巻回容積を拡大すると共に、励磁コイル１３と第二継鉄部１０間の磁気抵抗を低減し、回転磁束が増加することにより出力電流を向上させることができる。

しかし、ここでボビン３２の第二延設部３２２を薄肉化することで、ボビン３２の内部に巻回される励磁コイル１３の外周部と第二継鉄部１０の外周部との沿面距離ａが縮小され、耐電食性の低下が懸念される。

この実施の形態においては、図３に示すように、第二継鉄部１０と接合するボビン３２の第二延設部３２２の外周端に、内周から外周にテーパ状の厚肉部３３０を形成している。この厚肉部３３０は幅方向（ボビン３２の軸方向）の寸法が例えば０．８〜１．０ｍｍの大きさに設定され、励磁コイル１３と第二継鉄部１０の外周部との沿面距離ａを拡大している。
これにより、励磁コイルの耐食性の悪化を招くことなく、高効率で高出力化を可能となる上、薄肉化によるボビン３２の強度低下を防ぎ、ボビンの変形に対する強度が向上し、取り扱い及び励磁コイル巻回時の生産性の向上が可能となる。

以上のようにこの発明の車両用ブラシレス発電機によれば、シャフト１７に設けられた回転子２と、シャフトを回転自在に支持するブラケット２０，２１の内壁に固定された肉厚リング部１００、及びこの肉厚リング部の軸方向端部の内周側に形成された円筒部１０１を有し、回転子と径方向空隙を介して対向する継鉄部１０と、励磁コイル１３を巻回するために継鉄部の肉厚リング部の軸方向端部及び円筒部外周面を囲繞するように配設されたボビン３２と、円筒部の一端から径方向外方に延設され、ボビンを継鉄部に接合するためのプレート３１と、回転子の外側に空隙を保持して設けられ、励磁コイルにより発生した磁束が伝播する固定子１４とを備え、ボビン３２は、継鉄部１０と接合する外周端に沿面距離を拡大する厚肉部３３０を形成されているので、車両用ブラシレス発電機において、励磁コイルを構成する継鉄部と励磁コイル間の沿面距離を拡大し、耐電食性の悪化を防止できると共に、ボビンの変形に対する強度を向上し、取り扱い及び励磁コイル巻回時の生産性を向上することができる。

１：車両用ブラシレス発電機
２：回転子
３：磁極鉄心
４：第一磁極鉄心
５：第一ボス部
６：継鉄部
７：第一爪状磁極部
８：第二磁極鉄心
９：第二ボス部
１０：第二継鉄部 １００：肉厚リング部 １０１：円筒部 １０２：穴
１１：第二爪状磁極部
１２：リング
１３：励磁コイル
１４：固定子
１５：固定子鉄心
１６：固定子巻線
１７：シャフト
１８：第一軸受
１９：第二軸受
２０：第一ブラケット
２１：第二ブラケット
２２：整流器
２３：通しボルト
２４：プーリ
３０：ボビン装置
３１：プレート
３２：ボビン ３２０：筒部 ３２１：第一延設部 ３２２：第二延設部 ３３０：厚肉部 ３４０：突起部

Claims (4)

1. シャフトに設けられた回転子と、
   前記シャフトを回転自在に支持するブラケットの内壁に固定された肉厚リング部、及びこの肉厚リング部の軸方向端部の内周側に形成された円筒部を有し、前記回転子と径方向空隙を介して対向する継鉄部と、
   励磁コイルを巻回するために前記継鉄部の前記肉厚リング部の軸方向端部及び円筒部外周面を囲繞するように配設されたボビンと、
   前記円筒部の一端から径方向外方に延設され、前記ボビンを前記継鉄部に接合するためのプレートと、
   前記回転子の外側に空隙を保持して設けられ、前記励磁コイルにより発生した磁束が伝播する固定子とを備え、
   前記ボビンは、前記継鉄部と接合する外周端に沿面距離を拡大する厚肉部を形成されていることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機。
2. 前記ボビンは、前記継鉄部の円筒部と嵌合する筒部と、この筒部の両端から径方向外方に延びる円盤状の延設部とを有し、
   前記厚肉部は、前記継鉄部の肉厚リング部と接合する前記ボビンの延設部の端部に、内周側から外周側方向にテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用ブラシレス交流発電機。
3. 車両用ブラシレス交流発電機のブラケットの内壁に固定される肉厚リング部、及びこの肉厚リング部の軸方向端部の内周側に形成された円筒部を有する継鉄部と、
   前記車両用ブラシレス交流発電機の励磁コイルを巻回するために前記継鉄部の前記肉厚リング部の軸方向端部及び円筒部外周面を囲繞するように配設されたボビンと、
   前記円筒部の一端から径方向外方に延設され、前記ボビンを前記継鉄部に接合するためのプレートとを備え、
   前記ボビンは、前記継鉄部と接合する外周端に沿面距離を拡大する厚肉部を形成されていることを特徴とする車両用ブラシレス交流発電機の励磁コイルボビン装置。
4. 前記ボビンは、前記継鉄部の前記円筒部と嵌合する筒部と、この筒部の両端から径方向外方に延びる円盤状の延設部とを有し、
   前記厚肉部は、前記継鉄部と接合する前記ボビンの延設部の端部に、内周側から外周側方向にテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用ブラシレス交流発電機の励磁コイルボビン装置。

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