JPS5923178B2 - 交流発電機の回転子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流発電機の回転子に係り、小形で高性能な構
造及び製造方法に係る。

従来の交流発電機回転子の構造を第１図に於て説明する
と、１はエンジン等の駆動軸に嵌着されるボス部２と、
該ボス部の外周に形成される爪形磁極３と、前記磁極の
一端に設けられる慣性リング部４とを一体に成形した鉄
心で、前記爪形磁極３と対向する他の爪形磁極５を非磁
性体からなる結合リング６で溶接固定して回転子を形成
している。

７は鉄心８を積層し発電コイル９を巻装した固定子で前
記爪形磁極と小空隙をもって対向しその外周に同心的に
配置されている。

１０は断面り字状の鉄心１１に円筒状に導線１２を巻回
した界磁部で回転子のボス部２外周と爪形磁極の内周間
に配置されている。

このような構造に於て、回転子が回動し、界磁の導線１
２に通電することによって発生した磁束Φは回転子のボ
ス部２、爪形磁極３、鉄心７、爪形磁極５、鉄心１１、
ボス部２の磁路を流れ発電コイルに発電させるが、発生
磁束量の約６０％ぐらいしか有効に使っていなく、あと
は各所から漏洩し、無効となっている。

特に本従来例の如き構造に於ては爪形磁極３と慣性リン
グ部４とが一体となっているため、磁束の一部は慣性リ
ング部から積層鉄心８に漏洩するため更に無効磁束ΦＬ
が増え、発電効率の悪い発電機となっている。

又爪形磁極５に流れる磁束量は爪形磁極３に流れる磁束
量と慣性リング４からの漏洩磁束量の和となるが、爪形
磁極３，５を通る磁束量のアンバランスから磁気音発生
の原因ともなっていた。

本発明の目的は、機械的に安定で、しかも発電機の効率
を増し、磁気音を解消した交流発電機の回転子及びその
製造方法を提供するにある。

本発明の特徴は、爪形磁極と慣性リングを分離し、その
両者間に各々全周にわたり環状の間隙部及び溝を設け、
この間に金属性からなるリング状の結合部材を挿入し、
該結合部材の剪断力と緊迫力にて結合力を得ると同時に
、結合リングを非磁性部材とするか、慣性リングを非磁
性部材とすることによって、慣性リングから積層鉄心に
漏洩する磁束を無くし、発電性能向上と、磁気音の解消
を計った点にある。

以下本発明の一実施例を第２図以降に説明する。

１３はボス部２、爪形磁極３からなる鉄心で、円板上の
慣性リング１４を設計で定めた位置に即ち、爪形磁極３
の外周一端に固定している。

第３、第４図に示すように磁性金属又は非磁性金属材料
を略リング状に成形又は打抜いて形成した結合部材１６
は爪形磁極３の外周と慣性リング１４の内周間に配設固
定されている。

即ち第５図に示す如く環状の間隙部２４０をもって配置
した爪形磁極３の外周及び慣性リング１４の内周に各々
設けた凹形環状溝１３１，１４１の間に結合部材１６を
挿入し、その部材を金型１７で一方から加圧して局部的
に塑性流動させ連結を計るものである。

溝１３１．１４１の深さは０．１気１．０龍程度が望ま
しい。

浅すぎると剪断強度が充分に得られず深すぎると、結合
部材を挿入するのに大きな加圧力が必要となる。

結合工程においては、まず第５図に示すように、結合部
材１６を、爪形磁極３．慣性リング１４の間の環状間隙
部２４０に挿入する。

次に、第６図に示すように、全体を金型１５の上に置き
、間隙部幅Ｔｏより幅の小さい幅ｔの先端面３１を有す
る金型１７の加圧部３２で結合部材１６を加圧し、塑性
変形により環状溝１３１゜１４１内に結合部材１６を局
部的に流入させる。

第５図に示す状態で結合部材１６は、金型１５゜１７に
対応する上端、下端部分を除き包囲されており、かつ高
さの差ΔＨはごく小さいか同等程度である。

従って加圧直前の状態は結合部材の全体が被結合部材と
金型で包囲されているといえる。

そのため、第６図に示す如く、加圧時に結合部材が間隙
部外へ逃げることはほとんどない。

第６図に示すように、金型１７の加圧突部側面３３は次
端面３１に垂直な方向（挿入方向）に対しθだけ傾斜し
ている。

θは、６°〜１５°程′度が望ましい。

これはθが小さいと、結合後、金型１７が抜けにくくな
るためである。

また、θが大きすぎると、金型の挿入方向と逆方向にす
なわち間隙部外へ結合部材が流出しやすくなり、また挿
入深さを深くできず、結合部材に大きな内部応力を発生
させることができず、従って大きな結合力を得にくくな
る。

金型加圧部３２は、第６図に示すようにその先端面３１
と、環状溝１３１，１４１の上端との距離Ｓをできるだ
け小さく、換言すれば、先端面３１ができるだけ環状溝
１３１．１４１に近くなるよう深く挿入されることが望
ましい。

これにより、塑性流動に伴なう摩察損失が少なくなり、
環状溝部へ結合部材を充分に挿入できる。

以上のような構成を維持するためには、爪形磁極３、慣
性リング１４の材料が、結合部材１６より硬いこと及び
剛性が大きいことが条件となる。

すなわち、結合部材１６は、爪部磁極３、慣性リング１
４より変形抵抗の小さい材料であることが条件となる。

例えば慣性リング、爪形リングを軟鋼製とした場合、結
合リングは銅、アルミ等とす、べきである。

結合部材１６を間隙部２４０内に挿入し、環状溝１３１
，１４１内に加圧充填させることにより結合部材は局部
的に塑性変形されて内圧が高くなり、即ち、結合部材の
降伏応力よりも大きい弾性応力が生じ、外方に拡がろう
とする力が作用する。

従って結合部分には半径方向に緊迫力が生じる。

また、環状溝１３１，１４１により軸方向外力に対して
剪断力を生じ、両者により強固な結合力が得られる。

更に結合部溝１３１，１４１の形状については次に示す
ようにすると、大きな廻りトルクが得られる。

まず２個の被結合部材（爪形磁極３と慣性リング１４）
の互に対向する結合面間の各々接合面に環状溝部１３１
，１４１を有する一定の間隙部Ｔｏを形成する。

各溝部底にはさらに小さな凹凸部を形成する。

一方被結合部材より変形抵抗が小さく、かつ所定の機械
的強度を有する材料から、前記間隙部高さもしくはこれ
に近似した高さを有する単純形状の結合部材１６を加工
する。

次に該結合部材を前記間隙部Ｔｏに挿入する。

このとき前記結合部材は実質的にその全体が、包囲され
た状態にあるものとする。

この状態で結合部材１６を金型の加圧突部で冷間加圧し
、もって間隙部溝部に塑性流動させ、両波結合物体を結
合するものである。

まず、第７図において、第１の被結合部材１４と第２の
被結合部材３は共に、金属円板で、両部材の結合部表面
間には幅Ｔｏ、高さＨ６のリング状間隙部２４０が介在
する。

また、表面に直角な方向に各々環状溝１３１，１４１が
設けられている。

第８図、第９図に示すように各溝の底面には、円周方向
に添って小さな凹凸部１４１ａ（又は１３１ａ）が設け
られている。

環状溝１４１，１３１の底面の凹凸部中心線ｍ−ｍまで
の深さｈｔｏは０．２〜１．０ｍｍ、望ましくは０．２
〜０．５ｍｍ程度がよい。

また、底面の凹凸部の平均高さｈｌＯも０．２〜１、０
ｍｍ、望ましくは０．２〜０．５ｍｍ程度がよい。

一方、１６は被結合部材３，１４より塑性変形しやすい
、すなわち、変形抵抗の小さい金属からなる前記同様の
結合部材であり、幅Ｔ１はＴ。

に略等しいか、ないしは若干小さく、高さはＨｌ はＨ
ｏ と同等以下ないし若干高い。

ＨｌがＨ８より高い場合でも、その差ΔＨはできるだけ
小さく、例えば０．２〜０．３誠程度にとどめるのが好
ましい。

また結合部材の断面形状は図に示す短形断面のほか丸、
楕円、多角形断面等、単純形状のものでよい。

挿入後塑性変形させるため間隙部形状にとられれる必要
はない。

結合工程は、前記凹溝の場合と全く同様である。

以上のように本発明によれば、次のような効果がある。

まず、構成上爪形磁極と筒部を有する鉄心の形状が簡単
になって生産性が向上する。

慣性リングが別作で作られるため要求仕様に合った大き
さが自由に選べ、従来は慣性リングの大きさが変更なる
ごとに爪形磁極を含んだ鉄心の鍛造型を製作しなければ
ならなかったものが、慣性リングの抜型だけですみ、安
価で得られる。

次に機械強度に関しても安定している。

すなわち静的強度は第２図に示す矢印Ｆ１．Ｆ２方向の
剪断試験で結合部材が軟鋼の場合で３２ ｋｇ ／ｍｒ
ｒｔ２と安定している。

交流発電機の回転子で最も重要な機械的強度は、角加速
度、衝撃に充分な余力を有することであり、本発明の結
合方法では要求仕様を充分満足する高い強度と信頼性が
保証された。

さらに電気的には、結合部材を非磁性材とし、慣性リン
グへの漏洩磁路を切るか、結合部材は磁性材料にして、
慣性リングを非磁性材料とすることにより、漏洩磁路を
切ることによって有効磁束量を増し、電気性能を５％程
度向上することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流発電機の要部縦断面図、第２図は本
発明の一実施例になる磁石発電機の要部縦断面図、第３
、第４図は各々本発明の結合部材の形状の一実施例を示
す図、第５、第６図は本発明による結合工程及び結合状
態の説明図、第７図は他の実施例で、結合前の被接合部
材及び結合部材の外観要部を示す一部断面傾斜図、第８
図は結合部材に設けた溝部の拡大図、第９図は第８図の
１）Ｉｎ−ＩＸ断面図である。 １３・・・・・・鉄心、１４慣性リング、１６・・・・
・・結合リング、１３１・・・・・・溝、１４１・・・
・・・溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動軸によって回転されるボスと、該ボスと一体で
   かつその外周に同心的に配置される一対の爪形磁極と、
   該磁極の爪先端内周部に配置され、一対の磁極間を結合
   する非磁性の結合リングと、前記磁極の一端外周に設け
   られる慣性リングを備えた交流発電機の回転子に於て、
   該回転子は爪形磁極の外周と慣性リングの内周間に設け
   た環状の間隙部と、前記爪形磁極の外周及び慣性リング
   の対向する面の各々に形成された環状の溝と、前記環状
   の間隙部及び溝に抑圧充填され、剪断力と緊迫力をもっ
   て結合されるリング状の金属結合部材とから構成される
   ことを特徴とする磁石発電機の回転子。 ２ 駆動軸によって回転されるボスと、該ボスと一体で
   かつその外周に同心的に配置される一対の爪形磁極と、
   該磁極の爪先端内周部に配置され、一対の磁極間を結合
   する非磁性の結合リングと、前記磁極の一端外周に設け
   られる慣性リングを備えた交流発電機の回転子に於て、
   互に対向する爪形磁極の外周と慣性リングの内周間に環
   状の間隙部を有し、かつ爪形磁極の外周及び慣性リング
   内周に各々環状の溝を形成し、一方前記爪形磁極の部材
   ならびに慣性リングの材料より変形抵抗が小さく、かつ
   所定の機械的強度を有する材料からなり、前記間隙部と
   同等もしくは近似した高さを有する略リング状の金属結
   合部材を前記間隙部に挿入し、その結合部材の全体が実
   質的に前記爪形磁極外周、慣性リング内周と金型で包囲
   された状態とし、次に金型で結合部材を加圧し塑性流動
   させて前記溝部に流入させ、結合部材の剪断力と緊迫力
   によって結合することを特徴とする交流発電機の回転子
   の製造方法。