JP5641446B2 - 車両用回転電機の回転子 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機の回転子に関する。

従来から、ポールコアの爪状磁極の両側面に漏れ磁束低減用の磁石を装着するとともに、回転子の回転方向に作用する弾性力によって磁石保持器を爪状磁極の側面に押し付けることによって爪状磁極間に磁石を保持するようにした回転電機が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。このような回転子の構造を採用することにより、回転子を回転させた際に、磁石が軸方向に移動することを防止している。

特開２０１０−１６９５８号公報

ところで、特許文献１に開示された回転電機の回転子では、弾性力を持たせた磁石保持器の一部を爪状磁極の側面に押し付けることにより、それらの間で作用する摩擦力によって磁石保持器の移動を防止しているにすぎず、振動などのストレスに対して移動防止が十分でなく、磁石保持器の固定の信頼性が低下するという問題があった。この磁石保持器の移動については、磁石保持器の一部を爪状磁極の側面や界磁巻線のボビンに押し付ける力を強くすることで低減することできるが、この場合には、移動しないように強い力で磁石保持器の一部を爪状磁極の側面等に押し付けた状態で磁石保持器を爪状磁極間に挿入して組み付けることになるため、この挿入自体に大きな力が必要になり、磁石保持器の組み付けが容易でなく、作業性が悪化するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、磁石保持器の組み付けが容易であって磁石保持器の移動を確実に防止することができる車両用回転電機の回転子を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機の回転子は、外径側端部において周方向に突出したつば部を有する複数の爪状磁極を備える一対のランデル型鉄心と、漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて一対のランデル型鉄心の爪状磁極間に配置された複数の磁石と、複数の磁石のそれぞれを保持するとともに、少なくとも一方の周方向側面に回転軸に沿った両方向の移動を拘束する突起部を有する磁石保持器とを備えている。
また、上述した磁石保持器は、磁石を挟んで周方向に隣り合う爪状磁極のつば部に対向する第１の面と、隣り合う一方の爪状磁極の周方向側面に対向する第２の面と、隣り合う他方の爪状磁極の周方向側面に対向する第３の面を含み、突起部は、磁石を挟んで隣接する２つの爪状磁極のそれぞれの回転軸方向の先端部に当接する。
あるいは、上述した突起部は、互いに向きが逆方向であり、爪状磁極は、突起部に対応する凹部を周方向側面に有する。

磁石保持器の突起部によって回転軸方向の移動が拘束されるため、磁石保持器の移動を確実に防止することができる。また、移動しないように強い力で押し付けた状態で磁石保持器を爪状磁極間に組み付ける必要がないため、磁石保持器の組み付けが容易となり、良好な作業性を確保することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の主要部断面図である。 回転子の斜視図である。 爪状磁極の形状を示す部分的な平面図である。 爪状磁極の形状を示す部分的な側面図である。 隣接する爪状磁極とその間に配置された磁石保持器および磁石との関係を示す説明図である。 磁石と磁石保持器の説明図である。 磁石保持器の周方向側面に設けられた突起部の具体例を示す図である。 図７に示した磁石保持器の組み付け時の形状を示す図である。 磁石保持器の周方向側面に設けられた突起部の他の具体例を示す図である。 図９に示す磁石保持器の周方向側面３１１を示す図である。 爪状磁極にリング部材を取り付けた状態を示す部分的な断面図である。 リング部材に各磁石保持器を装着した状態を示す部分的な斜視図である。 磁石保持器をリング部材に取り付けるスナップフィット構造を示す図である。 磁石保持器の変形例を示す図である。 磁石保持器の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、電機子として働く固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２および回転子３を支持するハウジング４と、交流電力を直流電力に変換する整流器５等を含んで構成されている。回転子３の軸方向端面には冷却ファンが固定されているが、図２ではこれらの冷却ファンが省略されている。

回転子３は、回転軸６と一体になって回転するものであり、一対のランデル型ポールコア（ランデル型鉄心）７と、ランデル型ポールコア７を磁化する界磁コイル８と、回転軸６の後方端部近傍に設けられて界磁コイル８の両端に接続されたスリップリング９、１０と、それぞれのランデル型ポールコア７の軸方向端面に取り付けられた冷却ファン１１、１２と、一対のランデル型ポールコア７の間に配置されてこれらの間の漏洩磁束を低減する向き（図５）に着磁された磁石３０を保持する磁石保持器３１とを含んで構成されている。磁石３０は、例えばネオジウム磁石などの希土類磁石が用いられている。また、磁石保持器３１は、ステンレスなどの非磁性材料の金属板により成形されている。これにより、磁性材料により形成された磁石保持器３１を用いた場合に比べて磁石３０の磁束減少を抑制することができる。

回転軸６は、プーリ２０に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。プーリ側の一方のランデル型ポールコア７は、回転軸６に組み付けられたボス部７１１と、ボス部７１１のプーリ側端部より径方向に延びるディスク部７２１と、ディスク部７２１の外周側から軸方向に伸びる複数の爪状磁極７３１とにより構成されている。反プーリ側の他方のランデル型ポールコア７は、回転軸６に組み付けられたボス部７１２と、ボス部７１２の反プーリ側端部より径方向に延びるディスク部７２２と、ディスク部７２２の外周側から軸方向に伸びる複数の爪状磁極７３２とにより構成されている。これらのポールコア７は鍛造により成形される。複数の爪状磁極７３１と複数の爪状磁極７３２のそれぞれが互いに噛み合うとともに、ボス部７１１、７１２の外周側に界磁コイル８を配置した状態で、一対のランデル型ポールコア７が回転軸６に圧入されて組み付けられている。

爪状磁極７３１、７３２の極数は６〜８が一般的であるが、例えば本実施形態では極数が８に設定されている。レギュレータ１３から界磁コイル８にスリップリング９、１０を介して界磁電流が流れると、一方の爪状磁極７３１がＮ極に、他方の爪状磁極７３２がＳ極に磁化される。

図３および図４に示すように、爪状磁極７３１は、外径側端部において周方向両側に突出するつば部７３１１と、隣接する爪状磁極７３２に対向する周方向側面７３１２と、組み付けたときに内周側に配置される界磁コイル８に対向する内径面７３１３とを有する。爪状磁極７３２についても同様であり、つば部７３２１、周方向側面７３２２、内径面７３２３を有する。なお、周方向側面７３１２、７３２２については鍛造成形時の表面形状を維持した状態、もしくは切削などの加工が施されている状態のどちらでもよい。

図６に示すように、磁石保持器３１は直方体形状を有し、一の面に磁石３０が挿入される開口が形成され、それ以外の５面が磁石３０を収納、保持する壁面となっている。磁石保持器３１の一方の対向面（周方向側面）３１１は、周方向に対向する爪状磁極７３１、７３２の間において、それぞれの周方向側面７３１２、７３２２によって周方向に挟持される。また、磁石保持器３１の他方の対向面３１２の外径側の一部３１２１が爪状磁極７３１、７３２のつば部７３１１、７３２１に当接している。このように爪状磁極７３１、７３２間に磁石保持器３１が配置されている。なお、本実施形態では、周方向側面７３１２、７３２２の少なくとも一方には、磁石保持器３１が軸方向（回転軸６に沿った方向）に移動することを拘束するための突起部が形成されており（図６ではこの突起部は省略されている）、突起部の具体例については後述する。

なお、磁石３０と磁石保持器３１は、１対１に対応している。また、各磁石保持器３１は、軸方向にそれぞれが独立している。それぞれの磁石保持器３１を軸方向に沿って独立させることにより、複数の磁石保持器３１を連結する部材をランデル型ポールコア７の軸方向端面側に配置する必要がなく、この軸方向端面に冷却ファン１１、１２を溶接するための広い面積を確保することが可能となる。

また、磁石３０は、界磁コイル８に電流を流したときにＮ極となる一方の爪状磁極、例えば爪状磁極７３１の周方向側面７３１２に対向する側面がＮ極に、界磁コイル８に電流を流したときにＳ極となる他方の爪状磁極、例えば爪状磁極７３２の周方向側面７３２２に対向する側面がＳ極になるように着磁されている。このように磁石３０を着磁することにより、爪状磁極７３１、７３２間の磁束漏洩を防止している。

磁石３０の着磁は、回転子３についての切削加工等が終了してから行われる。すなわち、爪状磁極７３１、７３２の間に磁石保持器３１を組み付ける際に未着磁の磁石３０が用いられる。回転子３としては、最終的にランデル型ポールコア７の外周面や回転軸６の外周面等を切削してそれらの面の寸法精度を確保する必要があり、これらの切削加工が終了してから磁石３０の着磁が行われる。磁石３０を着磁する前にこれらの切削加工を行っているため、この加工において生じた切削粉は磁性を帯びておらず、洗浄液を用いて容易に洗い流すことができる。なお、回転子３を組み立てた後に磁石３０を着磁する方法としては、従来から行われている手法を用いることができる。例えば、特開２００９−０５０１３１号公報で開示された着磁装置を用いて磁石３０の着磁が行われる。

次に、磁石保持器３１の周方向側面に設けられた突起部の詳細について説明する。図７に示す具体例では、磁石保持器３１の一方の周方向側面３１１の端部には周方向に突出した突起部３２１が設けられている。この突起部３２１は、磁石保持器３１を爪状磁極７３１、７３２間に組み付けたときに、一方の爪状磁極７３１の先端部に当接する。また、磁石保持器３１の他方の周方向側面３１１の端部には周方向に突出した突起部３２２が設けられている。この突起部３２２は、磁石保持器３１を爪状磁極７３１、７３２間に組み付けたときに、他方の爪状磁極７３２の先端部に当接する。

図８は、図７に示した磁石保持器３１の組み付け時の形状を示す図である。図８に示すように、組み付け前の状態では、磁石保持器３１の一方の突起部３２１は、一方の周方向側面３１１と平行に折り畳まれており、他方の突起部３２２は、他方の周方向側面３１１と平行に折り畳まれている。これらの突起部３２１、３２２は、磁石保持器３１を爪状磁極７３１、７３２間に挿入して組み付けた後に９０°折り曲げられる。

このように、磁石保持器３１を挟んで隣接する２つの爪状磁極７３１、７３２のそれぞれの先端部に当接する一対の突起部３２１、３２２を有しており、これら２つの突起部３２１、３２２の先端部を挟み込むことにより、磁石保持器３１の軸方向の移動を確実に防止することができる。

図９は、磁石保持器３１の周方向側面に設けられた突起部の他の具体例を示す図である。図１０は、図９に示す磁石保持器３１の周方向側面３１１を示す図である。図９および図１０に示す他の具体例では、磁石保持器３１の２つの周方向側面３１１のそれぞれに、周方向側面３１１の一部を外側に折り曲げた突起部３２３、３２４が設けられている。また、一方の突起部３２３に対応するように爪状磁極７３１の周方向側面７３１２の一部に凹部７３１ａが形成され、他方の突起部３２４に対応するように爪状磁極７３２の周方向側面７３２２の一部に凹部７３２ａが形成されている。磁石保持器３１を爪状磁極７２１、７３２間に圧入して組み付けると、これらの凹部７３１ａ、７３２ａに突起部３２３、３２４が嵌め込まれて収容される。これにより、磁石保持器３１の軸方向の移動を確実に防止することができる。なお、突起部３２３、３２４の向きを逆方向にして、これらの突起部３２３、３２４に対応する凹部７３１ａ、７３２ａを設けるようにしてもよい。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１の回転子３では、磁石保持器３１の突起部３２１、３２２、３２３、３２４によって回転軸６方向の移動が拘束されるため、磁石保持器３１の移動を確実に防止することができる。また、移動しないように強い力で押し付けた状態で磁石保持器３１を爪状磁極７３１、７３２間に組み付ける必要がないため、磁石保持器３１の組み付けが容易となり、良好な作業性を確保することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、隣接する爪状磁極７３１、７３２間に各磁石保持器３１を配置したが、あらかじめ、爪状磁極７３１、７３２の内径面７３１３、７３２３に当接するように円環状のリング部材７４を組み付け、このリング部材７４に各磁石保持器３１を装着して固定するようにしてもよい。

図１１および図１２に示すように、爪状磁極７３１の内径面７３１３にはリング部材７４を嵌合するための切り欠き部７３１４が設けられている。他の爪状磁極７３２についても同様であり、内径面７３２３にはリング部材７４を嵌合するための切り欠き部７３２４が設けられている。これらの切り欠き部７３１４、７３２４にリング部材７４を嵌合させた状態で一対のランデル型ポールコア７の組み付けが行われる。この時点では、磁石保持器３１はリング部材７４に装着されていない。その後、隣接する爪状磁極７３１、７３２間の空間に各磁石保持器３１が挿入される。このとき、それぞれの磁石保持器３１をリング部材７４に係止して固定する。係止の具体的な方法としては、例えば、磁石保持器３１の一の面（爪状磁極７３１、７３２間に挿入したときに内径側となる面）を折り返すことにより図１３に示すようなスナップフィット構造を実現してリング部材７４を挟み込むことができる係止部を形成し、この係止部をリング部材７４に係止して磁石保持器３１を固定する場合が考えられる。

このように、リング部材７４を用いて磁石保持器３１を固定することにより、磁石保持器３１が軸方向にずれることを防止することができる。また、ランデル型ポールコア７にリング部材７４を取り付けた後に各磁石保持器３１を取り付けることにより、一対のランデル型ポールコア７の相対的な周方向位置が許容範囲内でずれた場合であっても、適切な位置に磁石保持器３１を取り付けることができ、磁石保持器３１の組付精度を向上させることができる。

また、図５に示した磁石保持器３１と磁石３０の間と、磁石保持器３１と爪状磁極７３１、７３２との間の少なくとも一方（望ましくは両方）に樹脂材料を充填するようにしてもよい。樹脂材料としては、例えばエポキシ等の熱硬化性の液体材料が用いられる。これにより、磁石３０が磁石保持器３１内で移動したり、磁石保持器３１が爪状磁極７３１、７３２間で移動することを防止することができる。

また、上述した実施形態では、磁石３０が挿入される面以外の５面を壁面とする磁石保持器３１（図６）を用いたが、爪状磁極７３１、７３２のつば部７３１１、７３２１に対向する第１の面と、爪状磁極７３１の周方向側面７３１２に対向する第２の面と、爪状磁極７３２の周方向側面７３２２に対向する第３の面を含み、その他の面を省略した磁石保持器を用いるようにしてもよい。第１の面を有することにより、磁石３０全体の外形方向への移動を拘束することができるとともに、爪状磁極７３１、７３２のつば部７３１１、７３２１の端部近傍において磁石３０に過大な応力集中が生じることを防止することができる。また、第２および第３の面を有することにより、鍛造成形時の表面形状を維持している爪状磁極７３１、７３２の周方向側面７３１２、７３２２における部分的な凹凸によって磁石３０に過大な応力集中が生じることを防止することができる。

また、図１４に示すように、磁石保持器３１の周方向側面３１１の一部を内側に折り曲げて、磁石を周方向に押圧する第１の押圧部３３１を形成するようにしてもよい。これにより、磁石保持器３１内で磁石３０が周方向に移動することを防止することができる。但し、この場合には、図９に示した突起部３２３、３２４とは異なる位置に第１の押圧部３３１を形成する必要がある。

また、図１５に示すように、磁石保持器３１の周方向側面３１１の端部（図１５では一方の端部のみを折り返しているが、両方の端部を折り返すようにしてもよい）を磁石３０に向けて折り返し、磁石３０を軸方向に押圧する第２の押圧部３３２を形成するようにしてもよい。これにより、磁石保持器３１内で磁石３０が軸方向に移動することを防止することができる。

また、上述した実施形態では、車両用交流発電機の回転子について説明したが、その他の回転電機、例えば、電動動作を行う回転電機や発電動作と電動動作の両方を行う回転電機の回転子についても本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、磁石保持器の突起部によって回転軸方向の移動が拘束されるため、磁石保持器の移動を確実に防止することができる。

６ 回転軸
７ ランデル型ポールコア
３０ 磁石
３１ 磁石保持器
７４ リング部材
３２１、３２２、３２３、３２４ 突起部
３３１ 第１の押圧部
３３２ 第２の押圧部
７３１、７３２ 爪状磁極
７３１１、７３２１ つば部

Claims (8)

1. 外径側端部において周方向に突出したつば部（７３１１、７３２１）を有する複数の爪状磁極（７３１、７３２）を備える一対のランデル型鉄心（７）と、
   漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて前記一対のランデル型鉄心の前記爪状磁極間に配置された複数の磁石（３０）と、
   前記複数の磁石のそれぞれを保持するとともに、少なくとも一方の周方向側面に回転軸（６）に沿った両方向の移動を拘束する突起部（３２１、３２２、３２３、３２４）を有する磁石保持器（３１）と、
   を備え、前記磁石保持器は、前記磁石を挟んで周方向に隣り合う前記爪状磁極の前記つば部に対向する第１の面と、隣り合う一方の前記爪状磁極の周方向側面（７３１２）に対向する第２の面と、隣り合う他方の前記爪状磁極の周方向側面（７３２２）に対向する第３の面を含み、
   前記突起部は、前記磁石を挟んで隣接する２つの前記爪状磁極のそれぞれの回転軸方向の先端部に当接することを特徴とする車両用回転電機の回転子。
2. 外径側端部において周方向に突出したつば部（７３１１、７３２１）を有する複数の爪状磁極（７３１、７３２）を備える一対のランデル型鉄心（７）と、
   漏洩磁束を防ぐ向きに着磁されて前記一対のランデル型鉄心の前記爪状磁極間に配置された複数の磁石（３０）と、
   前記複数の磁石のそれぞれを保持するとともに、２つの周方向側面に回転軸（６）に沿った両方向の移動を拘束する突起部（３２３、３２４）を有する磁石保持器（３１）と、
   を備え、前記突起部は、互いに向きが逆方向であり、前記爪状磁極は、前記突起部に対応する凹部（７３１ａ、７３２ａ）を周方向側面に有することを特徴とする車両用回転電機の回転子。
3. 請求項１または２において、
   前記爪状磁極の内径側に前記磁石保持器を固定する円環状に形成されたリング部材（７４）をさらに備えることを特徴とする車両用回転電機の回転子。
4. 請求項３において、
   前記磁石保持器は、前記リング部材に前記磁石保持器を固定するスナップフィット構造を有することを特徴とする車両用回転電機の回転子。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記磁石保持器と前記磁石の間と、前記磁石保持器と前記爪状磁極との間に樹脂材料が充填されていることを特徴とする車両用回転電機の回転子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、
   前記磁石保持器は、非磁性材料を用いて形成されていることを特徴とする車両用回転電機の回転子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、
   前記磁石保持器は、周方向側面に内側に前記磁石を周方向に押圧する第１の押圧部（３３１）を有することを特徴とする車両用回転電機の回転子。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記磁石保持器は、周方向側面の軸方向端部に前記磁石を軸方向に押圧する第２の押圧部（３３２）を有することを特徴とする車両用回転電機の回転子。

Images