JPH06133478A - 爪付界磁鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】渦流損の低減が可能で、かつ、優れた機械強度
を有する爪付界磁鉄心及びその製造方法を提供する。 【構成】基筒部３１の一端又は両端の鍔部３３に係止さ
れる非磁性の支持円筒部３９は、遠心方向へ突出する外
周端部が径方向内側の部分よりも周方向へ広幅に形成さ
れる歯状部３９ｂを周方向等間隔に複数個、有するの
で、各歯状部３９ｂの間の溝部に挿入され磁性鋼板積層
体からなる各爪状磁極（３５だけ図示）は、それぞれ両
側の歯状部３９ｂに遠心方向離脱不能に挟持される。ま
た、爪状磁極部３５のばらけを防止するために、爪状磁
極部３５の軸方向へのかしめ、支持円筒部３９のリベッ
トかしめ、支持円筒部３９と爪状磁極部３５との一体成
形が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、爪付界磁鉄心及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の塊状爪型磁極回転子（ランデル型
回転子と呼ばれる）は、使用巻線銅量に比して励磁力を
極めて高くとれる特長を有するが、短所として磁極表面
での磁束の高周波成分による渦流損が大きいので効率悪
化を来すことが知られている。かかる問題点に対して表
面に溝加工する等の技術が公知であるが（特開平３ー１
３９１４９号公報）、効率向上が２〜３％分しか見込め
ないという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】貫通磁束の高周波成分
が大きい爪状磁極を磁性鋼板を積層して形成すれば、上
記した塊状爪付界磁鉄心の渦流損を低減することができ
ると考えられる。しかしながら、ランデル型回転子で
は、隣接する任意の２個の爪状磁極は反対極性となり、
かつ、両者を磁性鋼板により周方向に一体形成できない
ので、もし各爪状磁極を磁性鋼板積層体で構成したとし
ても、これら各爪状磁極にはその遠心力に耐える機械強
度を与える必要があり、その方策は容易に想像がつかな
い。

【０００４】特に、界磁鉄心の一部が励磁コイルととも
に静止構造をもつため、爪状磁極の全てを本質的に一端
支持する必要があるブラシレス構造回転子でこれを実現
することは、容易ではなかった。また、磁性鋼板積層体
からなる各爪状磁極にその遠心力に耐える機械強度を与
えることができたとしても、各種外力などにより磁性鋼
板積層体を構成する各磁性鋼板が軸方向にばらけること
も考えられる。この対策として、各爪状磁極を構成する
磁性鋼板積層体を軸方向に貫孔し、この貫通孔に長ボル
トを通して締め付けることも考えられるが、このように
すると各爪状磁極の渦流損が増大し、磁性鋼板の積層に
よる渦流損低減効果が損なわれてしまう。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、渦流損の低減が可能で、かつ、優れた機械強度を有
する爪付界磁鉄心及びその製造方法を提供することを、
その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の爪付界磁鉄心
は、回転軸に嵌着され界磁コイルが巻装される塊状磁性
体からなり一端又は両端に鍔部を有する円筒状の基筒部
と、前記鍔部から前記界磁コイルを覆って周方向等間隔
に軸方向へ配設され磁性鋼板積層体からなる複数の第１
爪状磁極部と、前記第１爪状磁極部と反対の極性に磁化
される磁性鋼板積層体からなり前記第１爪状磁極部の間
に位置して軸方向へ配設される複数の第２爪状磁極部
と、遠心方向へ突出する外周端部が径方向内側の部分よ
りも周方向へ広幅に形成されるとともに周方向等間隔に
軸方向に延設される複数の歯状部を有し前記鍔部に係止
される非磁性の支持円筒部とを備え、前記各爪状磁極部
は、前記支持円筒部の前記各歯状部の間の溝部に遠心方
向離脱不能に係止されることを特徴としている。

【０００７】好適な一製造方法において、前記各爪状磁
極部を前記支持円筒部の前記溝部に挿入した後、前記爪
状磁極部を軸方向にかしめて前記歯状部と密接させる。
好適な一製造方法において、前記各爪状磁極部を前記支
持円筒部の前記溝部に挿入した後、前記歯状部を軸方向
にかしめて前記爪状磁極部と密接させる。好適な一製造
方法において、前記各爪状磁極部を金型の所定位置に配
設し、前記金型の支持円筒部形成用のキャビティに非磁
性金属粉末を充填して、前記爪状磁極部と一体に前記支
持円筒部を成形する。法。

【０００８】好適な一製造方法において、前記基筒部及
び前記各爪状磁極部を金型の所定位置に配設し、前記金
型の支持円筒部形成用のキャビティに非磁性金属粉末を
充填して、前記基筒部及び前記各爪状磁極部と一体に前
記支持円筒部を成形する。

【０００９】

【作用】基筒部の一端又は両端の鍔部に係止される非磁
性の支持円筒部は、遠心方向へ突出する外周端部が径方
向内側の部分よりも周方向へ広幅に形成される歯状部を
周方向等間隔に複数個、有するので、各歯状部の間の溝
部に挿入され磁性鋼板積層体からなる各爪状磁極は、そ
れぞれ両側の歯状部に遠心方向離脱不能に挟持される。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の爪付界磁
鉄心の各爪状磁極部は、磁性鋼板積層体からなり、塊状
磁性体からなる基筒部の鍔部に係止される支持円筒部の
歯状部の間に挟持されている。そして、支持円筒部の各
歯状部の外周端部が径方向内側の部分よりも周方向へ広
幅に形成されているので、これら各歯状部の外周端部が
各爪状磁極部の遠心方向離脱を防止する。

【００１１】この爪付界磁鉄心の一製造方法において、
爪状磁極部を支持円筒部の溝部に挿入した後、爪状磁極
部を軸方向にかしめて歯状部と密接させることが行われ
る。このようにすれば、かしめられた爪状磁極部が広が
ったり変形したりして、歯状部に密接に嵌合し、両者の
機械的結合力が向上するとともに、磁性鋼板積層体のば
らけを防止することができる。

【００１２】この爪付界磁鉄心の他の製造方法におい
て、爪状磁極部を支持円筒部の溝部に挿入した後、歯状
部を軸方向にかしめて爪状磁極部と密接させることが行
われる。このようにすれば、かしめられた歯状部が広が
ったり変形したりして、爪状磁極部に密接し、両者の機
械的結合力が向上するとともに、磁性鋼板積層体のばら
けを防止することができる。

【００１３】この爪付界磁鉄心の他の製造方法におい
て、各爪状磁極部を金型の所定位置に配設し、金型の支
持円筒部形成用のキャビティに非磁性金属粉末を充填し
て、支持円筒部が爪状磁極部と粉末金属焼結などにより
一体成形される。このようにすれば、爪状磁極部と支持
円筒部との機械的結合力が向上するとともに、磁性鋼板
積層体のばらけを防止することができる。

【００１４】この爪付界磁鉄心の他の製造方法におい
て、各爪状磁極部及び鍔付の基筒部を金型の所定位置に
配設し、金型の支持円筒部形成用のキャビティに非磁性
金属粉末を充填して、支持円筒部が粉末金属焼結などに
より爪状磁極部及び鍔付の基筒部と一体成形される。こ
のようにすれば、爪状磁極部と支持円筒部と鍔付の基筒
部との機械的結合力が向上するとともに、磁性鋼板積層
体のばらけを防止することができる。

【００１５】

【実施例】（実施例１）本発明の一実施例を図１の断面
図、図２の爪状磁極部及び支持円筒部の斜視図、図３の
部分平面図を参照して説明する。この実施例は、車両用
交流ブラシレス発電機の爪付界磁鉄心に本発明を適用し
た例であり、フレーム１に軸受け１１、１２により回転
自在に支持される回転軸１３には本実施例の特徴をなす
爪付界磁鉄心３が嵌着されており、フレーム１には爪付
界磁鉄心３の補助継鉄をなすボビン５が嵌合、固定され
ている。一方、フレーム１の内周面には電機子鉄心１５
が嵌入、固定され、電機子鉄心１５には電機子コイル１
６が巻装されている。１７、１７は爪付界磁鉄心３の前
後端にそれぞれ固定されたアルミ冷却フィンである。

【００１６】両端鍔付の軟鉄円筒からなるボビン５の基
端部は、フレーム１の後端内面から軸方向前方へ突出す
る環状突部１４に嵌合しており、この基端部から軸方向
前方へ延在している。ボビン５の外周面には表面絶縁塗
装が施されており、その上に界磁巻線１８が巻装されて
いる。以下、この実施例の要部をなす爪付界磁鉄心３に
ついて詳細に説明する。

【００１７】爪付界磁鉄心３は、回転軸１３にスプライ
ン嵌着された鍔付塊状軟鉄円筒からなる基筒部３１と、
基筒部３１の一部であって基筒部３１の前端から遠心方
向に延在する略輪板状の鍔部３３と、鍔部３３の外周部
から界磁コイル１８を覆って周方向等間隔に軸方向へ配
設される第１の爪状磁極部３５と、各第１の爪状磁極部
３５の間に位置して軸方向へ配設される複数の第２の爪
状磁極部３７と、鍔部３３に前端固定されて爪状磁極部
３５、３７を固定する非磁性の支持円筒部３９と、支持
円筒部３９の後端に固定され第１及び第２の塊状軟鉄か
らなる環体４１、４３とを備えている。

【００１８】以下、爪付界磁鉄心３の要部を説明する。
基筒部３１は、前端に鍔部３３を有する円筒であってボ
ビン５の内部に回転自在に嵌入されている。鍔部３３
は、ボビン５の鍔部の外周端に等しい径の円筒部３３ａ
と、この円筒部３３ａの外周面から放射方向に突出する
複数の突部３３ｂとを備える。図３に示すように、複数
の突部３３ｂは周方向に等間隔に形成され、隣接する突
部３３ｂの間には当然溝部が形成される。この溝部の底
部は、図１にて点線にて示されている。

【００１９】第１、第２の爪状磁極部３５、３７は、図
２に示すように磁性鋼板を軸方向に積層して形成されて
いる。これら磁性鋼板は板厚０．５ｍｍのＳＰＣＣーＳ
ーＤ板をプレスにて打抜いたものである。爪状磁極部３
５、３７は、周方向に交互に配設されており、図２に示
すように軸方向から見て下部（径方向内側）が周方向に
広幅で、上部（径方向外側）が周方向に狭幅となってお
り、上部下部の中間位置において周方向両側に段差面Ｆ
１が形成されている。爪状磁極部３５、３７の磁性鋼板
には、上記下部の周方向両側に一個、合計２個の浅い凹
部３６が凹設されており、これによって積層後、磁性鋼
板同士が軸直角方向へ相対変位不能となっている。

【００２０】支持円筒部３９は、非磁性ステンレス金属
粉を高圧高温下で焼結、成形したものであり、比較的渦
流損の発生しにくい高抵抗率の一体成形体からなる。支
持円筒部３９は、ボビン５の外周側にボビン５から所定
間隙を隔てて被せられた円筒部３９ａと、円筒部３９ａ
の外周から遠心方向へ突出する複数の歯状部３９ｂとか
らなる。各歯状部３９ｂは周方向には等間隔に保たれつ
つ軸方向へ延設されている。また、各歯状部３９ｂは、
図２に示すように軸方向から見て下部及び中央部（径方
向内側）が周方向に狭幅で、上端部（径方向外側）が周
方向に広幅となっており、上端部と残部との中間位置に
おいて周方向両側に段差面Ｆ２が形成されている。そし
て、歯状部３９ｂの上記段差面Ｆ２と第１爪状磁極部３
５の上記段差面Ｆ１が密接し、歯状部３９ｂが爪状磁極
部３５、３７の遠心方向への離脱を阻止している。これ
ら各段差面Ｆ１，Ｆ２の周方向幅は０．５ｍｍ以上とさ
れている。

【００２１】なお図３に示すように、第２爪状磁極部３
７の前端面は鍔部３３の隣接する２個の突部３３ｂの間
の溝部に面しており、第２爪状磁極部３７と鍔部３３と
の間の磁気的短絡を防止している。この支持円筒部３９
の両端面は爪状磁極部３５、３７の両端面に対し平坦に
形成されており、支持円筒部３９の前端面及び第１の爪
状磁極部３５の前端面は鍔部３３（主としてその突部３
３ｂ）の後端面に溶接されている。また図１に示すよう
に、支持円筒部３９の前端面部には内周側が切り欠かれ
ており、この切り欠き部３９ｄには、鍔部３３の突部３
３ｂの後端面の張出部が嵌合して、両者の接合強度を改
善し、かつ位置決めに役立っている。

【００２２】第１の環体４１は、円環部４１ａと、円環
部４１ａの前端から軸方向前方に突出する複数の突部４
１ｂとを有し、図１中の破線は両者の境界を示す。そし
て突部４１ｂの前端面は第２の爪状磁極部３７の後端面
と支持円筒部３９の後端面に溶接されている。第２の環
体４３は、円環形状を有し、第１の環体４１の内径側の
切り欠き部に嵌合している。そして第２の環体４３の内
周面はボビン５の基端部の外周面に微小間隙を介して対
面している。

【００２３】これにより、本実施例の爪付界磁鉄心３が
形成される。すなわち、界磁磁束は、基筒部３１からそ
の鍔部３３を通じて第１爪状磁極部３５に入り、電機子
鉄心１５から第２爪状磁極部３７に入り、第１、第２の
環体４１、４３、ボビン５を通じて基筒部３１に戻る。
以下、作用を説明する。

【００２４】界磁コイル１８に励磁電流が通じると、例
えば爪状磁極部３５がＮ極、爪状磁極部３７がＳ極とな
り、爪状磁極部３５、３７の回転により電機子コイル１
６に交流電圧が発生する。以下、爪付界磁鉄心３の組立
について説明する。まず爪状磁極部３５、３７の積層
後、爪状磁極部３５、３７を支持円筒部３９の溝部に軸
方向へ嵌入し、その後、爪状磁極部３５、３７の凹部３
６において軸方向へ集中的荷重をかけて凹状にかしめ変
形する。これにより爪状磁極部３５、３７は変形又は延
びて支持円筒部３９の歯状部３９ｂに強固に係止される
とともに、爪状磁極部３５、３７を構成する磁性鋼板の
ばらけも防止される。

【００２５】その後、支持円筒部３９と鍔部３３と第
１、第２の環体４１、４３は軸方向へ押圧しつつ高エネ
ルギ−電気溶接により強固に接合される。以上説明した
本実施例のブラシレス構造の爪付界磁鉄心３は、支持円
筒部３９がステンレス粉末冶金製法で作製されているの
で、電気抵抗が比較的高い上、回転子外周の空隙面から
離れて形成されており、エアギャップでの高周波を浴び
にくいようになっている。

【００２６】以下、実験例について説明する。１２Ｖ１
００Ａクラスの車両用ブラシレス交流発電機を用いて試
作した例を示すと、従来公知の一体塊状界磁磁極構造回
転子の場合、発電効率が５８％であったが、上記構成の
回転子に組み替えたところ６５％と８ポイントも効率が
向上するという著しい効率改善効果が得られた。また爪
付界磁鉄心３の強度について３０Ｇの振動試験および１
８０００ｒｐｍの遠心力試験を行ったところ、特に問題
となるような歪みはあらわれないということが確認でき
た。

【００２７】上記実施例の変形態様において、非磁性の
支持円筒部３９はステンレスでなくともアルミ、チタン
等の軽量、高強度の非磁性材とすることができ、アルミ
の場合には引抜き材製法をとることができ、安価に高精
度寸法が得られるという特徴がある。なお、歯状部３９
ｂ間の溝部に爪状磁極部３５、３７を嵌入するには、支
持円筒部３９を加熱膨張させておいて焼き嵌めとするこ
ともできる。

【００２８】なお上記実施例では、焼結により支持円筒
部３９を成形したが、鋳造により成形することもでき
る。またこの場合、溶湯中に表面に酸化膜などの電気絶
縁膜を有する金属粉又はセラミックス粉を混入して支持
円筒部３９の電気抵抗を高くしてもよい。 （実施例２）第２実施例を図４により説明する。

【００２９】この実施例では、支持円筒部３９を帯状板
金素材より連続的にプレス加工してヘリカルに巻き取
り、円筒形状に成形したものである。このようにすれ
ば、低コストで製造することができ、しかもこの場合に
は板間での電気抵抗が大きいので、エアギャップでの渦
流損の増大を招くこともない。このようなヘリカル構造
体の軸方向のばらけを防止するには、図４に示すように
支持円筒部３９の歯状部３９ｂに軸方向へ設けた貫通孔
にハトメリベット５５を打ち込むことができる。当然、
この貫通孔は予めプレスで打抜くことができ、はとめリ
ベットを押しつぶすことにより周方向への押圧力を発生
させて、支持円筒部３９ａと爪状磁極部３５、３７との
接合も強化できる。この実施例では図４に示すようにハ
トメリベット５５は歯状部３９ｂに一個置きに打ち込ん
でいる。そして、ハトメリベット５５を打ち込まない歯
状部３９ｂには図２の凹部３６と類似に凹部３６ａを設
け、各磁性鋼板の位置決めを行い、更に支持円筒部３９
の成形後、この凹部３６ａを軸方向に強圧して、歯状部
３９ｂを変形させ、歯状部３９ｂと爪状磁極部３５、３
７との接合強度を高めている。

【００３０】要するに、歯状部３９ｂ又は爪状磁極部３
５、３７の少なくとも一方を変形させることにより、爪
状磁極部３５、３７のばらけを防止し、両者間の接合を
強化することができる。 （実施例３）他の実施例を説明する。

【００３１】実施例１では図２に示すように支持円筒部
３９の前後端面は爪状磁極部３５、３７の前後端面に面
合わせされている。この実施例では、支持円筒部３９の
歯状部３９ｂを前後両方向に張出して張出部（図示せ
ず）とし、この張出部を、実施例１で説明した鍔部３３
の突部３３ｂ間の溝部、及び第１の環体４１の突部４１
ｂの間の溝部に嵌入させるものである。 このようにす
れば、支持円筒部３９と鍔部３３との周方向の結合強
度、支持円筒部３９と第１の環体４１との周方向の結合
強度を大幅に向上することができる。もちろん上記張出
部は、爪状磁極部３５、３７を軸方向挿入可能な範囲
で、支持円筒部３９の歯状部３９ｂと異なる軸直角断面
形状を有することができる。

【００３２】（実施例４）他の実施例を図２を参照して
説明する。実施例１では図２に示すように、支持円筒部
３９の溝部に爪状磁極部３５、３７を軸方向に押し込ん
だが、この実施例では、金型の所定位置に爪状磁極部３
５、３７を配置し、金型の支持円筒部３９形成用のキャ
ビティにステンレス金属粉を充填し、押圧し、焼結す
る。このようにすれば、支持円筒部３９と爪状磁極部３
５、３７との強固な接合が可能となる。

【００３３】もちろんこの場合、焼結金属粉は非磁性で
あればステンレスに限らない。その他、鋳造法、ダイキ
ャスト法により支持円筒部３９を爪状磁極部３５、３７
に一体成形することもでき、溶湯中に表面酸化高融点金
属粉やセラミックス粉を混入することもでできる。 （実施例５）他の実施例を図１を参照して説明する。

【００３４】実施例１では図２に示すように、鍔部３３
をもつ基筒部３１、支持円筒部３９、爪状磁極部３５、
３７、第１の環体４１、第２の環体４２を軸方向に押圧
しつつ電気溶接したが、この実施例では、鍔部３３をも
つ基筒部３１、爪状磁極部３５、３７、第１の環体４
１、第２の環体４２を、金型の所定位置に配置し、金型
の支持円筒部３９形成用のキャビティにステンレス金属
粉を充填し、押圧し、焼結する。このようにすれば、爪
付界磁鉄心３の強固な接合が可能となる。

【００３５】（実施例６）他の実施例を図５を参照して
説明する。この実施例はブラシ型の回転電機における爪
付界磁鉄心（通常のランデル型界磁鉄心）６０を示す。
この爪付界磁鉄心６０の基筒部６１は軸方向中央部で二
つ割りされて、前基筒部６１ａと後基筒部６１ｂとから
なる。前基筒部６１ａの前端に鍔部６３が延設され、後
基筒部６１ａの後端に鍔部６４が延設されている。鍔部
６３の上端部は周方向等間隔の突部６３ｂとなってお
り、周方向に隣接する突部６３ｂ間に溝部が凹設されて
いる。図５の点線はこの溝部の底面を示す。

【００３６】同様に、鍔部６４の上端部は周方向等間隔
の突部（図示せず）となっており、周方向に隣接する突
部間に溝部６４ｃが凹設されている。図５の実線６４ｄ
は溝部の底面を示す。また、図５では突部６３ｂの後端
面に密接して第１爪状磁極部３５が配設されている。同
様に鍔部６４の突部（図示せず）の前端面に密接して第
２爪状磁極部（図示せず）が配設されている。

【００３７】更に、各爪状磁極部３５、３７の内側には
支持円筒部６９の円筒部６９ａが配設され、支持円筒部
６９は更に各爪状磁極部３５、３７の周方向の間隙、及
び、鍔部６３、６４の各溝部に形成されている。支持円
筒部６９は前後に二つ割りされており、そして、第１爪
状磁極部３５は支持円筒部６９の前半分とともに前側の
鍔部６３と一体化され、第２爪状磁極部３７は支持円筒
部６９の後半分とともに後側の鍔部６４と一体化されて
いる。ここで、支持円筒部６９は、爪状磁極部３５、３
７の間の周方向の間隙では、その周方向中間で分割され
る。もちろん、その他、各種の分割パタンを採用するこ
とができる。

【００３８】そして、鍔部６３を含む前基筒部６１ａ
と、第１爪状磁極部３５と、支持円筒部６９の前半分と
を実施例５と同様に一体成形し、鍔部６４を含む前基筒
部６１ｂと、第２爪状磁極部３７と、支持円筒部６９の
後半分とを実施例５と同様に一体成形し、次に、これら
半割りの爪付界磁鉄心６０ａ、６０ｂを励磁コイル１８
を挟んで回転軸１３に嵌装して、組立が完了する。

【００３９】このようにすれば、簡単な製法で、高効率
で接合強度が高いブラシ型回転電機の爪付界磁鉄心を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の爪付界磁鉄心をもつ回転電機の断面
図である。

【図２】図１の爪状磁極部及び支持円筒部の斜視図であ
る。

【図３】図１の爪状磁極部及び支持円筒部の一部平面図
である。

【図４】実施例２の爪状磁極部及び支持円筒部の斜視図
である。

【図５】実施例５の爪付界磁鉄心の断面図である。

【符号の説明】

１３…‥回転軸、１８…‥界磁コイル、３３…‥鍔部、
３１…‥支持円筒部、３５…‥第１爪状磁極部、３７…
‥第２爪状磁極部、３９…‥支持円筒部。３９ｂ…‥歯
状部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に嵌着され界磁コイルが巻装される
   塊状磁性体からなり一端又は両端に鍔部を有する円筒状
   の基筒部と、 前記鍔部から前記界磁コイルを覆って周方向等間隔に軸
   方向へ配設され磁性鋼板積層体からなる複数の第１爪状
   磁極部と、 前記第１爪状磁極部と反対の極性に磁化される磁性鋼板
   積層体からなり前記第１爪状磁極部の間に位置して軸方
   向へ配設される複数の第２爪状磁極部と、 遠心方向へ突出する外周端部が径方向内側の部分よりも
   周方向へ広幅に形成されるとともに周方向等間隔に軸方
   向に延設される複数の歯状部を有し前記鍔部に係止され
   る非磁性の支持円筒部とを備え、 前記各爪状磁極部は、前記支持円筒部の前記各歯状部の
   間の溝部に遠心方向離脱不能に係止されることを特徴と
   する爪付界磁鉄心。
2. 【請求項２】前記各爪状磁極部を前記支持円筒部の前記
   溝部に挿入した後、前記爪状磁極部を軸方向にかしめて
   前記歯状部と密接させる請求項１記載の爪付界磁鉄心の
   製造方法。
3. 【請求項３】前記各爪状磁極部を前記支持円筒部の前記
   溝部に挿入した後、前記歯状部を軸方向にかしめて前記
   爪状磁極部と密接させる請求項１記載の爪付界磁鉄心の
   製造方法。