JP6621753B2 - 永久極間マグネットを設けられた自動車用オルタネータの鍛造マグネットホイール - Google Patents

Description

本発明は、概して、自動車のオルタネータやオルタネータ−スタータ等のランデル型の回転電気機械のロータ用に設計された鍛造マグネットホイールに関する。更に詳細には、本発明は、永久極間マグネットを設けられたロータ用の鍛造マグネットホイールに関する。

つめを有するオルタネータ用のマグネットホイールの製造において、鍛造工程の利用が知られている。

永久極間マグネットを設けられたロータは、マグネット及びマグネットホイールの歯におけるマグネットリップを収容するための溝の製造を必要としている。マグネットリップは、ロータが回転する際の遠心力の影響を受ける永久マグネットが所定位置に保持されることを確実にするものである。

鍛造マグネットホイールが得られた後に実施される機械加工によってマグネットとマグネットリップの収容のための溝を製造することが知られている。マグネットホイールの製造のための工業プロセスにおいて、この機械加工は、製造時間及び部品コストを増加させるというデメリットを有している。

ＵＳ７，６７６，９０２Ｂ２は、マグネットホイールの製造方法において、マグネットを収容するための溝を機械加工する工程が省かれた方法を記載している。マグネットホイールは、鍛造工程のみにより得られる。マグネットを収容するための溝及びマグネットリップは、熱間鍛造により予め形成される。次いで、溝とリップ、及びマグネットホイールの歯に設けられる面取部の製造を仕上げるために冷間鍛造工具が使用される。これらの冷間形成工具は、径方向に、すなわちマグネットホイールの半径に従って作動される。

本発明の目的は、上述の従来技術による公知の方法以外の方法でマグネットの収容のための溝とマグネットリップを鍛造する方法を可能にする設計を有するマグネットホイールを提供することである。

本発明によるマグネットホイールは、ランデル型の回転電気機械のロータ用に設計されている。前記マグネットホイールは全体的に鍛造により得られ、中央コアと、前記マグネットホイールの周囲に規則的に分散配置された複数の極性歯であって、前記マグネットホイールの中央軸に略平行に延在するとともにマグネットを収容するための溝とマグネットリップとを備えた極性歯と、プレートを形成するとともに前記中央コアと前記極性歯の基端を形成する部分との間に延在する環状部と、を備えている。本発明によれば、前記マグネットホイールは、前記極性歯の基端を形成する前記部分に設けられた複数の貯留部を備えている。

歯の基端に配置されたこれらの貯留部は、冷間スタンピング工程においてひっくり返される材料のためのスペースを提供し、これにより、軸方向における冷間鍛造を用いた鍛造による部品の完全な一体製造を可能とする。

本発明の特定の特徴によれば、各極性歯について前記貯留部が２つ存在する。

別の特定の特徴によれば、前記貯留部は、前記極性歯の両側に配置されている。

本発明の更に別の特定の特徴によれば、前記貯留部は、プレートを形成する前記環状部の内面の下方に作製されている。

本発明の更に別の特定の特徴によれば、前記マグネットリップの基端における形状は、２つの直交する面の交差部分の近傍において、前記交差部分にセンタリングされた３ｍｍ×３ｍｍの正方形ＳＱに包含されている。

更に別の特定の特徴によれば、前記マグネットリップの基端における形状は、０．０１ｍｍ乃至４ｍｍの半径を有している。

更に別の特定の特徴によれば、前記歯の基端を形成する前記部分から前記歯の先端を形成する部分までの前記極性歯の全長に沿う、前記極性歯の厚さＥと前記マグネットリップの厚さｅとの比率ｅ／Ｅは、ｅ／Ｒ＝０．５乃至ｅ／Ｒ＝１に含まれている。

本発明の他の特徴及び利点が、図面に示される実施例に関する以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。

自動車用オルタネータのつめ付ロータを示す図。 図１のロータに含まれる、永久マグネットを設けられたマグネットホイールの斜視図。 熱間鍛造工程におけるマグネットホイールのベースの段階的な形態を示す図。 熱間鍛造工程におけるマグネットホイールのベースの段階的な形態を示す図。 熱間鍛造工程におけるマグネットホイールのベースの段階的な形態を示す図。 熱間鍛造工程におけるマグネットホイールのベースの段階的な形態を示す図。 熱間鍛造工程の終了時に得られた図３ｄのマグネットホイールのベースの歯の断面図。 冷間鍛造工程に関する図であって、冷間鍛造工程において使用される金型の断面図。 冷間鍛造工程に関する図であって、冷間鍛造工程の終了時に得られた本発明によるマグネットホイールの斜視図。 冷間鍛造工程に関する図であって、図４ｂのマグネットホイールの歯の断面図。 本発明によるマグネットホイールとその形成の詳細を示す図であって、本発明によるマグネットホイールの拡大図。 本発明によるマグネットホイールとその形成の詳細を示す図であって、本発明によるマグネットホイールの極性歯の基端に設けられた貯留部を示す部分斜視図。 本発明によるマグネットホイールとその形成の詳細を示す図であって、マグネットの収容のための溝とマグネットリップの歯の端部における構造を示す部分斜視図。 本発明によるマグネットホイールとその形成の詳細を示す図であって、マグネットリップの基端において、マグネットの収容のための溝に設けられた内径を示す概略断面図。

つめ付装置としても知られているランデル型の回転電気機械のロータとマグネットホイールについて、特に図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、ランデル型の回転電気機械のロータ１は、実質的に、２つのマグネットホイール１０、１１と、永久極間マグネット１２と、励磁コイル（図示せず）と、シャフト１３と、コレクタ１４と、機械を冷却するように使用される２つのファン１５ａ、１５ｂと、を備えている。

マグネットホイール１０、１１は、それらのそれぞれの歯１０ｇ、１１ｇが重なって交互に磁性南極（Ｓ極）と磁性北極（Ｎ極）を形成するようにシャフト１３に嵌合されている。これらのＳ磁極とＮ磁極は、マグネットホイール１０、１１の中央コア１０７（図２）に挿通された励磁コイルに給電することによって形成される。励磁コイルは、コレクタ１４を介して供給されている。プレート１０９（図２）を形成する部品が中央コア１０７とつめ１０、１１の基端との間に存在して、励磁コイルが配設されるように設計されたスペースを提供している。

極間マグネット１２が、マグネットホイール１０、１１のＳ歯とＮ歯との間に存在するスペースに収容されている。図１に示すロータ１の特定の実施形態において、歯と歯の間の全てのスペースがマグネット１２によって占有されている。他の実施形態において、マグネット１２は、利用可能ないくつかの歯間スペースのみを占有する。

図２において、マグネットホイール１０、１１を永久マグネット１２とともに示す。各マグネット１２が各歯間スペースに嵌合され得るように、且つロータ１が回転して遠心力の影響が及ぼされているときにマグネット１２が所定位置に保持され得るように、マグネットを収容するための溝１００とリップ１０１がマグネットホイールの歯１０ｇ、１１ｇに設けられている。

また、磁性面取部１０２、空力（ａｅｒａｕｌｉｃ）面取部１０３、及び釣合面取部１０４が、歯１０ｇ、１１ｇに設けられている。図２に示すように、磁性面取部１０２は、歯１０ｇ、１１の長手方向縁部の両側に設けられている。空力面取部１０３と釣合面取部１０４は、図１に示されている。

図３ａ乃至３ｅ及び図４ａ乃至４ｃを更に詳細に参照しつつ、本発明によるマグネットホイールの製造のために実施される鍛造方法について説明する。

鍛造方法は、２つの主工程、すなわち、熱間鍛造工程とそれに続く冷間鍛造工程とを備えている。

熱間鍛造工程は、あらかじめ圧潰された鉄製ブランクＦ（図３ａ）から、面取部１０２、１０３、１０４が形成されたマグネットホイールのベース１０Ｂ（図３ｄ）を得ることを可能にする。この工程ＥＣにおいて、溝とマグネットリップを予め形成することは実施されない。

従来の態様において、熱間鍛造工程は、ブランクＥＥ（図３ｂ）を製造する工程と、表面仕上げ工程ＥＦ（図３ｃ）と、余分な材料ＳＭをマグネットホイールのベース１０Ｂの外郭から切断する工程（図３ｄ）と、を備えている。

熱間鍛造工程が終了すると、面取部１０２、１０３、１０４を有する歯１０ｇ、１１が形成される。図３ｅに断面軸Ａ−Ａ（図３ｄ）に沿った歯１０ｇ、１１ｇの断面が示されている。

冷間鍛造工程の目的は、マグネットの収容のための溝１００とマグネット１２用のリップ１０１とを提供することである。この目的のために、溝が歯１０ｇ、１１ｇの下方においてその長手縁部に形成される。これらの溝は、図４ａに示す金型ＭＡを使用する冷間スタンピングの連続する２つの工程によって、材料を据え込むことにより形成される。

図４ａに示すように、金型ＭＡは下側金型ＭＡｉと上側金型ＭＡｓとから形成されている。

マグネットホイールのベース１０Ｂを、歯を上方に向けて下側金型ＭＡｉの対応する型に配置する。

上側金型ＭＡｓは、マグネットの収容のための溝１００とリップ１０１とを有する、歯１０ｇ、１１ｇの最終的な形状を備えている。

下側金型ＭＡｉと上側金型ＭＡｓとの間の接合部の位置における開口Ｏｖがバリのために設けられている。開口Ｏｖは、プレート１０９（図５ａ）の厚さをＬとすると、０．１Ｌ乃至Ｌの寸法を有している。典型的には、開口Ｏｖは、適用形態に応じて０．１ｍｍ乃至６ｍｍの寸法を有している。

鉛直方向の推力Ｐが、上側金型ＭＡｓと下側金型ＭＡｉとの間の接合部の位置において接触が生じるまで金型ＭＡに加えられる。材料が、この目的のために金型に設けられたプリフォーム内に据え込まれる。阻止対抗支持部が、鉄の直径部、及び／又は磁性面取部１０２、空力面取部１０３、及び釣合面取部１０４に設けられている。適用形態に応じて面取部１０２、１０３、１０４は形成される、及び／又は維持される。

冷間形成工程は、適用形態に応じて同一の又は異なる圧力、典型的には１５０乃至１５００トンの圧力を用いる、２つの連続するスタンピング工程において実施される。

マグネットホイール１０、１１の外郭から余分な材料を切断する工程は、冷間形成工程の後に実施される。マグネットホイール１０、１１の製造はこうして終了し、各マグネットホイール１０、１１は、マグネット収容溝１００とリップ１０１とを備えているとともに、熱間鍛造工程において事前に形成された面取部１０２、１０３、１０４を備えている。図４ｃに断面軸ＢＢ（図４ｂ）に沿った歯１０ｇ、１１ｇの断面を示す。

マグネットホイール１０、１１の実施形態の詳細を、図５ａ乃至５ｄを参照しつつ説明する。

図５ａ及び５ｂに示すように、貯留部１０５がマグネットホイール１０、１１のそれぞれの歯１０ｇ、１１ｇの基端に設けられている。各歯１０ｇ、１１ｇについて貯留部１０５が２つ設けられ、それらは各歯１０ｇ、１１ｇの両側に配置されている。図５ｂにおいて、貯留部１０５は、マグネットホイール１０、１１のプレート１０９を形成している部分の略環状の内面１０６の下方に設けられていることに留意されたい。プレート１０９を形成する部分は、歯１０ｇ、１１ｇの基端と、マグネットホイール１０、１１の中央コア１０７との間に含まれている。

歯１０ｇ、１１ｇの基端に配置されたこれらの貯留部１０５は、本発明のマグネットホイールに必須である。なぜならば、これらの貯留部１０５は、マグネットホイールを上述されたような鍛造方法の実施によって製造可能であるからである。実際に、貯留部１０５は、冷間鍛造工程の２つの連続するスタンピング工程において据え込まれる材料のためのスペースを提供し、これにより、軸方向における冷間鍛造を用いた鍛造による部品の完結生産を可能とする。

試作品に試験が行われ、特に遠心力に対するリップ１０１の機械的抵抗によって、本発明によるマグネットホイール１０、１１の以下に述べる特定の特徴の利点が呈示された。

図５ｄを参照すると、リップ１０１の基端における半径Ｒは、適用形態に応じて、好適には、Ｒ＝０．０１ｍｍ乃至Ｒ＝４ｍｍであろう。リップ１０１の基端における形状は、好適には、直交する平面ＥとＧとの交差部分にセンタリングされた、およそ３ｍｍ×３ｍｍの正方形ＳＱに包含されていることに留意されたい。

図５ｅを参照すると、平面Ｆと平面Ｇとの交差部分の近傍で、半径を有する又は有さない他の形状がリップ１０１の基端において選択され得ることにも留意されたい。本発明によれば、このような他の形状も正方形ＳＱに依然として包含されているであろう。

図５ｃを参照すると、歯１０ｇ、１１ｇの基端から図５ｃに示すその先端までの歯１０ｇ、１１ｇの全長に沿う、歯１０ｇ、１１ｇの厚さＥとリップ１０１の厚さｅとの比率ｅ／Ｅは、ｅ／Ｒ＝０．５乃至ｅ／Ｒ＝１に含まれなくてはならない。

Claims (7)

1. ランデル型の回転電気機械のロータ（１）用に設計されたマグネットホイール（１０、１１）であって、前記マグネットホイール（１０、１１）は全体的に鍛造により得られ、中央コア（１０７）と、前記マグネットホイール（１０、１１）の周囲に規則的に分散配置された複数の極性歯（１０ｇ、１１ｇ）であって、前記マグネットホイール（１０、１１）の中央軸（Ｘ）に略平行に延在するとともにマグネットを収容するための溝（１００）とマグネットリップ（１０１）とを備えた極性歯（１０ｇ、１１ｇ）と、プレートを形成するとともに前記中央コア（１０７）と前記極性歯（１０ｇ、１１ｇ）の基端を形成する部分との間に延在する環状部（１０６）と、を備えたマグネットホイールにおいて、
   前記マグネットホイールは、前記極性歯の基端を形成する前記部分に設けられた複数の貯留部（１０５）を備えている、
   ことを特徴とするマグネットホイール。
2. 各極性歯（１０ｇ、１１ｇ）について前記貯留部（１０５）が２つ存在する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のマグネットホイール。
3. 前記貯留部（１０５）は、前記極性歯（１０ｇ、１１ｇ）の両側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマグネットホイール。
4. 前記貯留部（１０５）は、プレートを形成する前記環状部の内面（１０６）の下方に作製されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマグネットホイール。
5. 前記マグネットリップ（１０１）の基端における形状は、２つの直交する面（Ｅ、Ｇ）の交差部分の近傍において、前記交差部分にセンタリングされた３ｍｍ×３ｍｍの正方形（ＳＱ）に包含されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマグネットホイール。
6. 前記マグネットリップ（１０１）の基端における形状は、２つの直交する面（Ｅ、Ｇ）の交差部分の近傍において、０．０１ｍｍ乃至４ｍｍの半径（Ｒ）を有している、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマグネットホイール。
7. 前記歯の基端を形成する前記部分から前記歯の先端を形成する部分までの前記極性歯（１０ｇ、１１ｇ）の全長に沿う、前記極性歯（１０ｇ、１１ｇ）の厚さＥと前記マグネットリップ（１０１）の厚さｅとの比率ｅ／Ｅは、ｅ／Ｅ＝０．５乃至ｅ／Ｅ＝１に含まれている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマグネットホイール。

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