JP5931216B2 - 回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機として車両等に搭載される車両用交流発電機の回転子、特にクローポール式回転子およびその製造方法に関するものである。

一般に車両用交流発電機のクローポール式回転子は、第一と第二のクローポールの、基部から軸方向に延びる爪部を交互に噛みあわせて配置させるもので、この種の回転子は組立て完了後に軸の周りにバランスしていることが求められる。従来から、この回転子バランスを取るためにクローポールにドリル孔を設け、その一部材料を除去することによりアンバランスを補正するものが提案されている。

例えば、特許文献１では、ポール基部の軸外側面に予め設ける一次バランス孔と、上記軸外側面上に、ファンを固着した後の、基部と爪部とを繋ぐＲ形状をなす爪根元部に設ける二次バランスドリル孔とで、ファンを傷つけることなく回転子としてのバランスを補正するものが示されている。
特に車両に搭載される交流発電機の回転子においては、回転時にも車両からの振動が加わり、上記アンバランスが大きいと、耳障りな騒音拡大、耐久性低下、性能悪化などを引き起こす恐れがあり、回転子のアンバランスは可能な限り小さいことが望まれている。

一方、特許文献２のように、スリップリングと界磁コイルの引き出し線とを接続端子で接続するに際して、上記接続端子をクローポールの一端面に設けられた半径方向の溝に収納し、これをモールド成形することによって、耐振性、耐遠心力性を改善した車両用交流発電機の回転子が提案されている。（例えば、特許文献２ 図３参照）

ＷＯ２０１０/１０８７９７号公報 実用新案公開実開昭５６-８３９８６号公報

上述の特許文献１に示された従来の回転子では、ファンを取り付ける前のクローポール自体のバランスを、ポール軸外側面に設ける一次バランス孔で一次バランス補正すると共に、ファンを取り付けた後も、二次バランスドリル孔で二次バランス補正を行っている。従って、バランシングのための加工作業が２段階となり、その度に不要な加工油の洗浄や取付けを行うので、製造時間の短縮に妨げになるという課題があった。

また、特許文献２に示されるような溝が側面に設けられるクローポールについては、クローポール自体のバランス補正が必須となるが、この溝の体積分に起因するバランスを取るために有効な方法は示されておらず、クローポールに対する加工時間、加工深さ、加工数が増加する結果となり、磁気回路への影響が懸念される構造とならざるを得なかった。

この発明は、アンバランスの一因である半径方向の溝に対して簡単な方法でバランス補正を行うことにより、加工工程の簡略化、しいては加工費の削減、製造時間の短縮を実現することを目的とするものである。

界磁コア体の軸外側面に一対の口出し線を収納保護する一対の溝状凹み部を備える回転電機の回転子において、上記一対の溝状凹み部に対して、少なくとも、周方向等分の位置に最も近い爪状磁極の肩部に、バランスバランス補正凹みを設けたことを特徴とするものである。

本発明は、アンバランスの一因である溝に対して補正がされる構成で鋳造成型するようにしたので、一次バランス補正を廃止できるので、加工時間の短縮、加工費の削減、製造時間の短縮がはかれる。

この発明の実施の形態１による回転電機の回転子構造を示す断面図である。 図１の回転子の界磁コア体の側面視図である。 バランス補正凹みの例を示す要部拡大斜視図である。 この発明の実施の形態２による界磁コア体の側面視図である。 この発明の実施の形態２による界磁コア体の斜視図である。 この発明の実施の形態２によるバランス補正を解説する概略図である。 この発明の実施の形態３による界磁コア体の側面視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の回転子構造を示す断面図である。回転電機の回転子１は磁束を発生させる界磁コイル２と、この界磁コイル２を覆って設けられ、交互に噛み合うように設定された爪状磁極（クローポール）を有する第一の界磁コア体３及び第二の界磁コア体４からなる界磁コアを有しており、界磁コイル２は絶縁ボビン５の周囲に巻回されている。スリップリングアセンブリ７は図示しないブラシを介して２つのスリップリングへ電流を外部から供給するよう構成されている。

界磁コイル２から引き出される口出し線６は、絶縁ボビン５のフランジ部に設けられた口出し線係止部１４から引き出され、上記スリップリングアセンブリ７に接続されるが、その際、図２に示すように第二の界磁コア体４の隣り合う爪状磁極間の谷部４１から外側に外端面に沿って延び、スリップリングアセンブリ７を構成するターミナル８、９に口出し線接続箇所１０を介して接続されている。

口出し線６は、前述の隣り合う爪状磁極間の谷部４１から、シャフト１３の外周周辺に配される口出し線接続箇所１０との接続箇所までは、界磁コア体４の軸外側面に沿って配置されるので、その耐久性・信頼性のために、リヤ側界磁コア体４の側面４２に設けた溝状凹み部４３、４４（図２）に収納される構成である。溝状凹み部４３、４４に収納することで、延出する口出し線６がある程度保持され、また、この溝状凹み部４３、４４は電気的接続時のガイドの役割も果たす。口出し線６は界磁コイル２の巻き始めと巻き終わりに相当し、溝状凹み部４３、４４はこの場合同一対角線上に略径方向に２箇所設けられる。

この口出し線接続箇所１０において、口出し線６を挟み込んで、その両外面に電極（図示しない）を所定の力で押し当てて通電し、電気抵抗熱によって口出し線６の絶縁被膜を溶融させ、口出し線６とターミナル８、９との電気的接合が行われる。また、回転子１には冷却ファン１１、１２が固着され、さらには回転子１を回転させるためのシャフト１３が設けられている。

この界磁コア体の体積減となる溝状凹み部４３、４４が径方向に２箇所であるので、このままでは回転体としてアンバランスが生じてしまうこととなるが、例えばそこから周方向等分の位置、すなわち、９０度離れた箇所に、界磁コア体の鋳造時の鋳造型で同時にバランス補正凹み４５を設けて、鋳造形状で既にバランスが改善された状態の界磁コア体４を得ることができる。従来の、軸外側面にドリル孔加工を施して、界磁コア体自体のバランス補正を行うものに対し、加工工程を削除でき、製造時間短縮、コスト低減を図ることができる。

前記鋳造型で構成するバランス補正凹み４５は、先ずは型突部として構成しやすい形であれば良く、様々な形状が考えられる。例えば図３に示す窪み状のものや、図５の斜視図に示すすべり台状のものが考えられるが、これに限らない。また、回転時の風切り音を考慮した形状を盛り込むことも可能である。
勿論、鋳造型によるバランス補正凹み４５を施す箇所である、界磁コア体の爪状磁極根元部（肩部Ａ）は、テーパ状であっても、アール状であってもよく、それぞれ限定するものではない。

上記２個の溝状凹み部４３、４４は、同一対角線上に略径方向に直列に設けた例を示したが、例えばバランスを考慮して、爪状磁極間の全谷部４１に対応して同一の溝状凹み部を設ける構成も考えられる。この場合は２個の溝状凹み部４３、４４を設けた場合よりバランスは改善されると思われるが、上述したように２箇所の溝状凹み部４３、４４のバランスとしてバランス補正凹み４５を爪状磁極根元部（肩部Ａ）に施す場合の方が、バランス補正凹み４５がほぼ最外周部位となるので凹み形状が相対的に小さくて済む利点がある。

ここで、上記口出し接続は界磁コア体４側で行われるので、溝状凹み部４３、４４、バランス補正凹み４５は界磁コア体４にだけあればよいが、製造部品共用化のコスト観念から界磁コア体３にも同一の部品を備えることができるのは言うまでもない。

また、上述の界磁コア体３、４は軸周りに６個の爪状磁極が均等に配され、さらに、溝状凹み部を２箇所、軸に対称に設けているので、バランス補正凹みは９０度離れた箇所で容易に設けることができたが、爪状磁極数や配置はこれに限るものでなく、例えば５個の爪状磁極が不均等に配されて、溝状凹み部が対角線上から外れた２箇所である場合は、その２箇所から周方向に等分の位置に最も近い爪状磁極部にバランス補正凹みを設ける等、様々な磁極構成に対応可能である。

実施の形態２．
図４、図５はこの発明の実施の形態２を示す界磁コア体の側面視図と斜視図である。実施の形態１と異なり、界磁コア体の爪状磁極毎に、鋳造型によるバランス補正凹みを設けるものである。すなわち、溝状凹み部４３、４４から等分（例えば９０度）に離れた箇所にバランス補正凹み４５を、その他の箇所に、それよりも小さいバランス補正凹み４５´を設けている。こうすることにより、さらに全周囲のバランスが良くなる。バランス補正凹み４５のみでバランスをとる場合に比べ、小さいバランス補正凹み４５´を設けることにより、バランス補正凹み４５を大きくとり過ぎることなく構成できる特徴がある。

また、この実施例では、全ての爪状磁極根元部（肩部Ａ）にバランス補正凹みを備えるので、背景技術で説明した二次バランス補正が削減される。言い換えるならば、単一バランス補正工程の際、バランス補正凹みを利用して該箇所に加工ができ、加工が安定して行える。特に、施す爪状磁極根元（肩部）がアール状に形成される場合、従来の補正加工時のドリル刃先の初期接触が不安定で、配慮が要るものであったが、鋳造型で設けた凹みが既にあり、この部位に刃先を入れることができるので、加工時の配慮が不要となる。また、回転子アンバランス補正加工時の治具位置決めに用いることにより、刃先がさらに安定するような使用方法も考えられる。

図６に、補正加工のドリル５０の刃先を、取り付け済みのファン１２を回避しながらバランス補正凹み４５、４５´に入れる様子を概略的に示している。また、バランス補正凹みに加工を加えたくない場合は、図示のドリルを位置決め治具に替えて、例えばバランス補正凹み４５、４５´の右側の加工候補箇所（図中＋印）などを加工する構成が考えられる。

実施の形態３．
上述の実施の形態２では、各肩部Ａに１つずつのバランスバランス補正凹みで大小のものを設けたが、全て同じ形状のものを複数設けた例を図７に示す。すなわち、実施の形態２の大きいバランス補正凹み４５に相当するものは３個のバランス補正凹み４５´、小さいバランス補正凹み４５´には１個と、全て同じ形状で設けたものである。溝状凹み部４３、４４の体積分に相当するバランス補正凹みが適宜等分数（ここでは１０箇所分）で設けることができるよう、例えば計算機による解析などを用いて算出し、鋳造型に盛り込むことができる。この構成とすることで、単一バランス補正を行う凹みの形状がどの爪箇所でも同じであるので、実施の形態２に比べ、加工工程の制御が容易となる。また、施す凹みを複数に分けるので、少なくともバランス補正凹み４５が小さくでき、加工での削り取り裕度が大きい製品が得られる。

１ 回転電機の回転子、 ２ 界磁コイル、 ３ 第一の界磁コア体、
４ 第二の界磁コア体、 ５ 絶縁ボビン、 ６ 口出し線、
７ スリップリングアセンブリ、 ８、９ ターミナル、
１０ 口出し線接続箇所、 １１、１２ 冷却ファン、 １３ シャフト、
４２ リヤ側界磁コア体の側面、 ４３、４４ 溝状凹み部、
４５、４５’ バランス補正凹み。

Claims (5)

1. 磁束を発生させるための界磁コイルと、
   複数の爪状磁極を有し、この爪状磁極内径側に上記界磁コイルを内包するよう回転軸周囲に支持する一対の界磁コア体と、
   上記界磁コイルに回転子外部から界磁電流を供給するスリップリングアセンブリと、
   上記界磁コイルの一端を上記スリップリングアセンブリに接続する一対の口出し線とを有し、
   上記界磁コア体の軸外側面に上記一対の口出し線を収納保護する一対の溝状凹み部を備えた回転電機の回転子において、
   上記一対の溝状凹み部に対して、少なくとも周方向等分の位置に最も近い爪状磁極の肩部に、バランス補正凹みを設けたことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 上記溝状凹み部は、上記界磁コア体の隣り合う爪状磁極間の谷部から上記回転軸を挟んで径方向に２箇所設けられ、上記バランス補正凹みも２箇所設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 上記バランス補正凹みを複数の爪状磁極の全肩部に設けると共に、上記一対の溝状凹み部に対して周方向等分の位置に最も近い爪状磁極の肩部に設けるバランス補正凹みが、他に設けるものより大きいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
4. 上記バランス補正凹みを複数の爪状磁極の全肩部に設けると共に、上記一対の溝状凹部に対して周方向等分の位置に最も近い爪状磁極の肩部にのみ複数個、他の肩部には単一のバランス補正凹みを設け、全てのバランス補正凹みはほぼ同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
5. 上記バランス補正凹みは上記界磁コア体の鋳造時の鋳造型で同時に形成され、回転子アンバランス補正加工時に、上記バランス補正凹みを治具位置決めに用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子の製造方法。

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