JP5427576B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、発電機やモータ等の車両用回転電機に係り、特に、高出力且つ低騒音に好適な車両用回転電機に関する。

近年、車両用補機の電動化に伴う負荷増大と、車内の快適性向上のため、高出力且つ低騒音の車両用回転電機が求められている。

高出力化として、周方向に隣合う爪形磁極間に永久磁石を配置し、その爪形磁極間の漏洩磁束を減らして、発電に寄与する有効磁束を増量させることにより出力を向上させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載のように、出力増加を目的に爪形磁極間に永久磁石を配置する構造では、出力増加に伴い、磁気音が増加するという問題が生じる。

それに対して、低騒音化の手法として、固定子と回転子との間の空隙（以下、ギャップと呼ぶ）距離を、爪形磁極回転方向前側より回転方向後側を大きくした構造のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、永久磁石を周方向一方側の爪形磁極に当接させ、周方向他方側の爪形磁極に対して所定距離を確保する構造のものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６１−８５０４５号公報 特開２００３−３２４８７３号公報 特開２００７−８９３８３号公報

しかしながら、特許文献２記載のように、ギャップ距離を爪形磁極回転方向前側より回転方向後側を大きくした構造では、回転子鉄心が軸方向前後で異なる形状となるため製品のコストを上昇させるという問題がある。さらに、この構造では、永久磁石を保持する鍔部の回転方向外径側の肉厚が薄くなるため、回転子の回転に伴う遠心力で外径側へ力が働くことにより鍔部の強度が持たないといった懸念もある。

また、特許文献３記載のように、永久磁石を周方向一方側の爪形磁極に当接させ、周方向他方側の爪形磁極に対して所定距離を確保する構造では、永久磁石と周方向他方側との間にスペーサを介設する必要があり、製造工程が複雑となる。

本発明の目的は、高出力であるとともに、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制でき、かつ、製造工程の複雑化を防止できる車両用回転電機を提供することにある。

本発明は、固定子と、該固定子に回転空隙を介して回転可能に配置された回転子とから構成され、
該回転子は、界磁コイルを内装した一対の爪形磁極と、
該爪形磁極間に配置される永久磁石から構成される車両用回転電機であって、
前記永久磁石は、前記爪形磁極片の回転方向後側でかつ爪後端方向に磁気抵抗の小さな領域を、前記爪形磁極片の回転方向後側でかつ爪先端方向に磁気抵抗の大きな領域を、それぞれ形成することによって達成される。

本発明の好ましくは、前記永久磁石は、回転方向後側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力を強く、回転方向前側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力を弱くなるように構成したものである。

本発明の好ましくは、前記永久磁石は、回転方向後側となる前記爪形磁極片に対向する面には磁性体を、回転方向前側となる前記爪形磁極片に対向する面には磁気抵抗の大きな非磁性体を配置したものである。

本発明の好ましくは、前記磁気抵抗の大きな領域は、空隙である。

本発明の好ましくは、前記永久磁石は、前記回転子の外周側から見た形状が略台形形状をしているものである。

本発明の好ましくは、前記永久磁石は、前記回転子の外周側から見た形状が略三角形状をしているものである。

本発明の好ましくは、前記永久磁石は、前記回転子の外周側から見た形状が略Ｌ字形状をしているものである。

本発明の好ましくは、前記非磁性体は、樹脂部材からなるものである。

本発明の好ましくは、前記非磁性体は、樹脂部材からなり、前記永久磁石と一体化されているものである。

本発明の好ましくは、前記永久磁石は、回転方向後側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力が強く、回転方向前側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力が弱い複合磁石で構成されているものである。

本発明によれば、高出力であるとともに、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制でき、かつ、製造工程の複雑化を防止できるものとなる。

第１の実施形態による車両用回転電機の全体構成を示す縦断面図。 第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の構成を示す斜視図。 第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子に用いる爪形磁極を固定子側から見た平面模式図。 第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の要部断面図。 第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子に用いる保護ケースを示す斜視図。 第１の実施形態による車両用回転電機におけるギャップ磁束の説明図。 第１の実施形態による車両用回転電機における磁束経路の説明図。 第１の実施形態による車両用回転電機における永久磁石の寸法の説明図。 第１の実施形態による車両用回転電機における騒音測定結果の説明図。 第２の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図。 第３の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図。 第４の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図。 第５の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図。 第６の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図。 第７の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の構成を示す要部平面図。

以下、図１〜図９を用いて、第１の実施形態による車両用回転電機の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両用回転電機の全体構成について説明する。
図１は、第１の実施形態による車両用回転電機の全体構成を示す縦断面図である。

本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子５と、固定子５の内周側にギャップを介して配置され、回転自在な回転子４とを備えている。

回転子４は、シャフト２の中心部に磁性材料にて成形された一対の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂを備えている。例えば、爪形磁極１１Ａは、界磁巻線１２が巻装されるボス部１１Ａ１と、ボス部１１Ａの端部から径方向に延びるフランジ部１１Ａ２と、フランジ部１１Ａ２の外周部から軸方向の対峙する方向に延伸する爪形磁極片１１Ａ３とからなる。爪形磁極１１Ｂも、爪形磁極１１Ａと同様な構成である。爪形磁極１１Ａ，１１Ｂの内周側の中心部（ボス部１１Ａ１の外周部）には、界磁巻線１２が配置されている。一対の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂの爪形磁極片の間には、補助励磁用の永久磁石１３が配置されている。回転子４は、フロントベアリング９及びリヤベアリング１０の内輪にシャフト２が挿通され、相対回転自在に支持されている。

シャフト２の先端にはプーリ３が取り付けられており、その反対側にはスリップリング１４が設けられ、ブラシ１５と接触し界磁巻線１２に電力を供給している。更に、回転子４の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂの両端面には、外周側に複数の羽根を有する冷却ファンのフロントファン１６とリヤファン１７が設けられ、ファンが回ることで、内周側から外周側に空気を流通させるようになっている。

一方、固定子５は、固定子鉄心６と固定子巻線７から構成される。固定子５は、回転子４と僅かなギャップを介して対向配置され、フロントブラケット１８とリヤブラケット１９によって保持されている。

固定子巻線７は、３相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で構成されており、それぞれの巻線の口出し線は、整流回路２１に接続されている。整流回路２１は、ダイオード等の整流素子から構成され、全波整流回路を構成している。例えばダイオードの場合、カソード端子はターミナル２２に接続されている。また、アノード側の端子は、車両用交流発電機本体に電気的に接続されている。リヤカバー２０は、整流回路２１の保護カバーの役割を果たしている。

次に、発電動作について説明する。エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ３に回転が伝達されるため、シャフト２を介して回転子４が回転する。ここで、回転子４に設けられた界磁巻線１２にスリップリング１４を介してブラシ１５から直流電流を供給すると、界磁巻線１２の内外周を周回する磁束が生じるため、回転子４における爪形磁極１１Ａ，１１ＢにＮ極、又は、Ｓ極が周方向に交互に形成される。この界磁巻線１２による磁束は、フロント側爪形磁極１１ＡのＮ極から固定子鉄心６を通って固定子巻線７の周りを周回し、回転子４のリヤ側爪形磁極１１ＢのＳ極に到達することで回転子４と固定子５を周回する磁気回路が形成される。このように回転子にて生じた磁束が固定子巻線７と鎖交するため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線それぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては３相の交流誘起電圧が生じる。

このように発電された交流電圧は、ダイオード等の整流素子で構成された整流回路２１によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧が一定電圧になるようにＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１２に供給する電流を制御している。

次に、図２〜図５を用いて、本実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の構成について説明する。
図２は、第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の構成を示す斜視図である。図３は、第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子に用いる爪形磁極を固定子側から見た平面模式図である。図４は、第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の要部断面図である。図５は、第１の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子に用いる保護ケースを示す斜視図である。なお、図２〜図５において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図２において、矢印Ｒ方向が回転子４の回転方向である。爪形磁極１１Ａ，１１Ｂは、その爪部が互いに対向するとともに、互いに噛み合う方向に配置される。図２に示すように、爪形磁極片１１Ａ３，１１Ｂ３間に、永久磁石１３が配置される。図２及び図４に示すように、永久磁石１３が、回転子回転による遠心力で外径方向へ移動するのを規制する鍔部８がある。

図３に示すように、永久磁石１３ａ，１３ｂは、回転子の外周側から見たときの形状が略台形形状である。なお、回転子の径方向の厚さは同じである。ここで、永久磁石１３ａに着目すると、台形の長辺が、回転子の回転方向Ｒの後ろ側に位置し、爪形磁極片１１Ａ３の回転方向前側側面１１Ｆに接触している。また、台形の短辺が、回転子の回転方向Ｒの前側に位置し、爪形磁極片１１Ｂ３の回転方向後側側面１１Ｒに接触している。従って、略台形形状の永久磁石１３ａの切り欠き部が、回転子の回転方向Ｒの前側に位置する爪形磁極片１１Ｂ３の先端の爪部に対向し、空隙が形成されている。

また、永久磁石１３ｂに着目しても、同様に、台形の長辺が、回転子の回転方向Ｒの後ろ側に位置し、爪形磁極片１１Ｂ３の回転方向前側側面１１Ｆに接触している。また、台形の短辺が、回転子の回転方向Ｒの前側に位置し、爪形磁極片１１Ａ３の回転方向後側側面１１Ｒに接触している。従って、略台形形状の永久磁石１３ａの切り欠き部が、回転子の回転方向Ｒの前側に位置する爪形磁極片１１Ａ３の先端の爪部に対向し、永久磁石１３ａと回転子の回転方向Ｒの前側に位置する爪形磁極片１１Ａ３の先端の爪部の間には空隙が形成されている。

すなわち、略台形形状の永久磁石１３ａ，１３ｂの爪形磁極片１１Ａ３，１１Ｂ３と接触する部分の接触面積の小さい方が回転方向後側根元の爪形磁極１１Ａ３，１１Ｂ３に面しており、接触面積の大きい方が回転方向前側の爪形磁極１１Ａ３，１１Ｂ３に面している。

空隙は、磁気抵抗が大きく、非磁性部材と同等である。

永久磁石１３ａ，１３ｂは、それぞれが有する磁力により、爪形磁極１１Ａ３，１１Ｂ３の回転方向前側側面１１Ｆ及び回転方向後側側面１１Ｒに吸着し、固定される。なお、回転子が回転したときに半径方向に生じる遠心力に対しては、永久磁石１３ａ，１３ｂは、図２にて説明した鍔部８により移動を規制される。

図４に示すように、永久磁石１３は磁石を保護するケース２３で覆われている。図５は、保護ケース２３の全体形状を示している。

以上のように、爪形磁極１１Ａ，１１Ｂ間に永久磁石１３を配置することにより、低速回転域から出力を増加させることができる。また、永久磁石の形状を、従来の直方体形状から略台形形状とすることにより、永久磁石の使用量が少なくて済むため、慣性モーメントの低減や、磁石保持部の鍔強度が緩和されるため最高回転数を向上させることができる。さらには高価である永久磁石の使用量を減らすことができるため、コストを抑制することができる。

それに加えて、略台形形状の永久磁石を配置することで、後述する理由により、直方体形状の永久磁石を配置した場合と比較し、回転方向後側爪形磁極の磁束が減少することでギャップ磁束密度の歪が改善され、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できる。

次に、図６〜図９を用いて、本実施形態による車両用回転電機に用いる回転子によって磁気音を低減できる理由について説明する。
最初に、図６を用いて、本実施形態による車両用回転電機におけるギャップ磁束について説明する。
図６は、固定子５と回転子４の間のギャップの磁束分布を示している。

回転機は、負荷時において電機子反作用の影響により、図３に示したＵＰφ部分の回転方向後側側面１１Ｒの磁束が回転方向前側側面１１Ｆの磁束に比べて多いため、ギャップ磁束密度には歪による高調波成分が含まれ、耳障りな磁気音となる。このときの磁束の分布は、図６中の細い実線Ａのような波形となる。なお、実線Ａは、永久磁石を配置しない場合である。

また、回転方向後側側面１１Ｒと回転方向前側側面１１Ｆとの間に、高出力化を可能とする補助励磁用の直方体形状の永久磁石を配置することで主磁束が増加し、中細の実線Ｂのような波形となる。実線Ｂで示す波形は、実線Ａで示す波形の磁束がそのまま大きくなっただけであり、ギャップ磁束密度には歪による高調波成分が含まれ、耳障りな磁気音となる。しかも、永久磁石を用いることで磁束密度が大きくなり、高出力化できるが、騒音レベルは益々増加する。

そこで、本実施形態では、永久磁石１３の形状を略台形形状として、永久磁石１３を略台形形状の爪形磁極片１１Ａ３，１１Ｂ３と接触する部分の接触面積の小さい方が回転方向後側根元の爪形磁極１１Ａ３，１１Ｂ３に設置し、接触面積の大きい方が回転方向前側の爪形磁極１１Ａ３，１１Ｂ３に設置することで、回転方向前側側面１１Ｆの磁束を増加させることができ、且つ回転方向後側側面１１Ｒの磁束を減らすことができる。なお、この点については、図７を用いて詳述する。そのため、ギャップ磁束密度の分布は、太い実線Ｃとなり、ギャップ磁束密度を正弦波に近づけることができ、高出力化に伴う磁気音の増加を抑制できる。

直方体形状の磁石を配置するだけでは、回転方向前側側面１１Ｆ及び回転方向後側側面１１Ｒ（以下、増磁側と呼ぶ）とも磁束が増加しギャップ磁束密度の歪は改善されず、出力増加に伴い磁気音が増加する。

次に、図７を用いて、本実施形態による車両用回転電機における磁束経路について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による車両用回転電機における磁束経路の説明図である。

図７は、図３のＡ−Ａ断面を示したものであり、破線ＭＲ−Ａ，ＭＲ−Ｂは磁束の経路を表している。破線ＭＲ−Ａは、略台形形状の永久磁石１３ａと爪形磁極１１Ａ，１１Ｂとの間に空隙ＭＡがある箇所の磁束経路を表す。永久磁石１３からの磁束の一部は、増磁側の爪形磁極を通らず固定子鉄心へと磁束が流れるため、増磁側の磁束を減らすことができる。一方、空隙が無い箇所の磁束経路は、破線ＭＲ−Ｂとなり、増磁側の永久磁石を一部爪形磁極に接触させることで、爪形磁極を通る磁束が増加し、出力を増加することができる。

ここで、図３にて説明したように、永久磁石１３ａについて見た場合、台形の短辺が、回転子の回転方向Ｒの前側に位置し、爪形磁極片１１Ｂ３の回転方向後側側面１１Ｒに接触している。そして、略台形形状の永久磁石１３ａの切り欠き部が、回転子の回転方向Ｒの前側に位置する爪形磁極片１１Ｂ３の爪部先端に対向し、永久磁石１３ａと回転子の回転方向Ｒの前側に位置する爪形磁極片１１Ｂ３の爪部先端の間には空隙ＭＡが形成されている。爪形磁極片１１Ｂ３の回転方向後ろ側に直方体形状の永久磁石が接触している場合についてみると、出力を上昇させる効果は、爪形磁極片１１Ｂ３の爪部先端部よりも根元側の方が大きい。従って、略台形形状の永久磁石１３ａの短辺が爪形磁極片１１Ｂ３の根元側に接触しているので、出力を上昇させる効果は維持され、一方、爪形磁極片１１Ｂの爪部先端側では、空隙を介して永久磁石１３ａが位置しているので、上述の説明のように、磁束を減らすことができ、図６にて説明したように、磁束密度は、実線Ｂと同様の高いレベルを維持しつつ、実線Ｃのように磁束密度の分布を正弦波形状にすることができる。

次に、図８を用いて、本実施形態による車両用回転電機における永久磁石の寸法について説明する。
図８は、第１の実施形態による車両用回転電機における永久磁石の寸法の説明図である。

ここで、略台形形状の磁石を配置した場合の最良の寸法関係について説明する。爪磁極鉄心１１の軸方向長さＬに対して永久磁石１３の長さＬ１は、Ｌ１＝０．６７×Ｌである。また、略台形形状を形成する寸法関係は、Ｌ２＝０．０６×Ｌ１、Ｗ２＝０．７５×Ｗ１である。
なお、径方向の厚さＨは厚い方が望ましいが、本実施例では界磁巻線１２のエリア確保のため爪形磁極片根元の厚さと略同等としている。

次に、図９を用いて、本実施形態による車両用回転電機における騒音測定結果について説明する。
図９は、第１の実施形態による車両用回転電機における騒音測定結果の説明図である。

図９において、太い実線Ｘは、本実施形態の略台形形状の磁石を配置した場合の騒音レベル（ｄＢ）を示し、細い実線Ｙは、直方体形状の磁石を配置した場合の騒音レベル（ｄＢ）を示している。

図９に示すように、騒音レベルは、従来の直方体形状の永久磁石を配置したものに対して、本実施形態の略台形形状の永久磁石を配置したものでは、全体的に低下することができる。特に、交流発電機の回転数が３０００〜４５００（ｒ／ｍｉｎ）付近では、数ｄＢ程度騒音レベルを低くできる。

交流発電機には、エンジンの回転力がプーリ３を介して伝達される。プーリ比を３とすると、交流発電機の回転数が３０００〜４５００（ｒ／ｍｉｎ）の時、エンジン回転数は１０００〜１５００（ｒ／ｍｉｎ）に相当する。このエンジン回転数は、例えば車両が低速でコースト走行しているときの回転数であり、エンジンからの騒音も低い状態であり、このとき、交流発電機からの騒音レベルが高いと、非常に耳障りとなるが、本実施形態では、車両の定速走行時の交流発電機の騒音レベルを低下できるので、きわめて効果的である。

以上説明した磁石の形態により、ギャップ磁束密度が正弦波形状に近づき高調波成分を低減させることで、回転子鉄心の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂに発生するうず電流を抑制することができ、うず電流による温度上昇を防止することができる。特に永久磁石１３に希土類磁石を使用する場合は有効であり、高温減磁を防ぐことができる。

また、ギャップ距離を爪形磁極回転方向前側より回転方向後側を大きくした構造とは異なり、回転子鉄心１１Ａ，１１Ｂを軸方向前後で同一形状とすることができるため、製品コストを低減できる。

さらに、永久磁石１３を周方向一方側の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂに当接させ、周方向他方側の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂに対して所定距離を確保する構造では専用スペーサを介在させているが、本発明の爪形磁極１１Ａ，１１Ｂ間に配置されている略台形形状の永久磁石１３は、爪形磁極１１Ａ，１１Ｂの鍔８部により外径方向への移動を規制されるため、専用スペーサを介在させる必要がないことから製造工程を簡略化でき、さらには専用のスペーサを必要としないためコストを低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、製造工程の複雑化を防止しつつ高出力を実現し、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できるものとなる。

次に、図１０を用いて、第２の実施形態による車両用回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による車両用回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１０は、第２の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図である。

図１０に示すように、永久磁石１３Ａは、回転子の外周側方向から見た形状を、三角形状とし、かつ、爪形磁極片１１の先端部に行くに従って対向空隙を大きくしている。

本実施形態によっても、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、ギャップ磁束密度の歪を改善し、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制することができる。

次に、図１１を用いて、第３の実施形態による車両用回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による車両用回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１１は、第３の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図である。

図１１に示すように、永久磁石１３Ｂは、回転子の外周側方向から見た形状を、Ｌ字形状とし、かつ、爪形磁極片１１の先端部に行くに従って対向空隙を大きくしている。

本実施形態によっても、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できるものとなる。

次に、図１２を用いて、第４の実施形態による車両用回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による車両用回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１２は、第４の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図である。

図１２に示すように、永久磁石１３Ｃは、回転子の外周側方向から見た形状を、なだらかな曲面形状、例えば略１／４楕円弧形状とし、かつ、爪形磁極片１１の先端部に行くに従って対向空隙を大きくしている。

本実施形態によっても、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できるものとなる。

次に、図１３を用いて、第５の実施形態による車両用回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による車両用回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１３は、第５の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図である。

図１３に示すように、永久磁石１３Ｄは、直方体形状から、爪先端方向を底辺、爪根元方向を頂点とする三角錐の形をカットした形状とし、かつ、爪形磁極片１１の先端部に行くに従って対向空隙を大きくしている。

本実施形態によっても、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できるものとなる。

次に、図１４を用いて、第６の実施形態による車両用回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による車両用回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１４は、第６の実施形態による車両用回転電機に用いる永久磁石の形状を説明するための回転子の要部斜視図である。

図１４に示すように、永久磁石１３Ｅは、複合磁石であり、直方体形状であるが、その内部の磁力が一様ではなく、磁力の分布を有している。永久磁石１３Ｅの残留磁束密度分布は、増磁側に当る爪形磁極１１の回転方向後側部分に面している箇所の残留磁束密度は小さく、回転方向前側部分に面している箇所の残留磁束密度は大きいものである。

複合磁石は、次のようにして製造される。最初に残留磁束密度が大きくなるような組成を有する材料を型に入れ、成形する。次に、別の型に第１工程で成形済みの磁石と、最初の材料よりも残留磁束密度が少し小さくなるような組成を有する材料を別の型に入れ、成形する。これを繰り返して、図１４に示すような直方体形状で、それぞれ場所によって残留磁束密度が異なる磁石材料を得る。最後に着磁することにより、図１４に示すような場所によって残留磁束密度が異なる永久磁石を得ることができる。

本実施形態によっても、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、製造工程の複雑化を防止しつつ高出力を実現し、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できるものとなる。

次に、図１５を用いて、第７の実施形態による車両用回転電機の構成について説明する。なお、本実施形態による車両用回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１５は、第７の実施形態による車両用回転電機に用いる回転子の構成を示す要部平面図である。なお、図３と同一符号は同一部分を示している。

本実施形態においては、図３に示した永久磁石１３ａ，１３ｂの略台形形状の切り欠き部と爪形磁極片１１Ａ３，１１Ｂ３との間に形成される空隙の部分に、樹脂ＲＥを充填している。樹脂は熱可塑性樹脂を用いる。空隙の部分に樹脂を充填し、加熱して硬化させている。また、予め、直方体形状の型の中に略台形形状の永久磁石を配置し、三角柱状の隙間に樹脂を充填して加熱成形して、略台形形状の永久磁石と樹脂とを直方体形状に一体成形したものを用いることもできる。

本実施形態によっても、周方向に隣接する爪形磁極間に、回転方向後側で且つ爪先端方向に磁気抵抗領域を形成した永久磁石を配置することで、製造工程の複雑化を防止しつつ高出力を実現し、ギャップ磁束密度の歪を改善することで、出力増加に伴う磁気音の増加を抑制できるものとなる。

なお、以上の各実施形態では、回転電機の一実施形態として車両用交流発電機について説明を行ったが、爪形状極間に永久磁石を採用していれば、回転力を出力するモータや、発電と駆動を兼ねたモータジェネレータ等にも適用することができる。

１…車両用交流発電機
２…シャフト
３…プーリ
４…回転子
５…固定子
６…固定子鉄心
７…固定子巻線
８…鍔
９…フロントベアリング
１０…リヤベアリング
１１，１１Ａ，１１Ｂ…爪形磁極
１２…界磁巻線
１３…永久磁石
１４…スリップリング
１５…ブラシ
１６…フロントファン
１７…リヤファン
１８…フロントブラケット
１９…リヤブラケット
２０…リヤカバー
２１…整流回路
２２…ターミナル
２３…永久磁石ケース
２４…ギャップ磁束密度
２５…磁束経路

Claims (10)

1. 固定子と、該固定子に回転空隙を介して回転可能に配置された回転子とから構成され、
   該回転子は、界磁コイルを内装した一対の爪形磁極と、
   該爪形磁極間に配置される永久磁石から構成される車両用回転電機であって、
   前記永久磁石は、前記爪形磁極片の回転方向後側でかつ爪後端方向に磁気抵抗の小さな領域を、前記爪形磁極片の回転方向後側でかつ爪先端方向に磁気抵抗の大きな領域を、それぞれ形成していることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１記載において、
   前記永久磁石は、回転方向後側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力を強く、回転方向前側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力を弱くなるように構成していることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１記載において、
   前記永久磁石は、回転方向後側となる前記爪形磁極片に対向する面には磁性体を、回転方向前側となる前記爪形磁極片に対向する面には磁気抵抗の大きな非磁性体を配置していることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１記載において、
   前記磁気抵抗の大きな領域は、空隙であることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項４記載において、
   前記永久磁石は、前記回転子の外周側から見た形状が略台形形状をしていることを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項４記載において、
   前記永久磁石は、前記回転子の外周側から見た形状が略三角形状をしていることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項４記載において、
   前記永久磁石は、前記回転子の外周側から見た形状が略Ｌ字形状をしていることを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項３記載において、
   前記非磁性体は、樹脂部材からなることを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項３記載において、
   前記非磁性体は、樹脂部材からなり、前記永久磁石と一体化されていることを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項１記載において、
    前記永久磁石は、回転方向後側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力が強く、回転方向前側となる前記爪形磁極片に対向する面の磁力が弱い複合磁石で構成されていることを特徴とする車両用回転電機。

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