JPWO2014188995A1 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、始動時における界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいてポールコアのボス部の外周表面に流れる渦電流を低減し、再始動指令に対して界磁磁束の迅速な立ち上がりを可能として、迅速な再始動を実現できるとともに、渦電流損失を低減できる回転電機を得る。この発明による回転電機では、第１ポールコア体１７および第２ポールコア体２１が、塊状鉄心により作製され、第１のスリット２５が、溝方向を軸方向として、第１ボス部１８および第２ボス部２２の外周面に周方向に等ピッチで形成され、第１ボス部１８および第２ボス部２２の外周表面に流れる渦電流の経路を分断する。

Description

この発明は、車両用交流発電機、車両用交流発電電動機などの回転電機に関し、特にランデル型の回転子構造に関するものである。

ランデル型の回転子を用いる車両用交流発電機は、数十年にわたって自動車に使用されてきた。そして、近年の環境問題から、車両が信号待ちなどの停車時にエンジンを停止させるアイドリングストップシステムが求められている。そして、アイドリングストップからのエンジン始動に、従来の発電機を発電電動機として利用することで、エンジンレイアウトを大きく変更せずにアイドリングストップシステムを構築できる。アイドリングストップシステムに適用される車両用交流発電電動機は、ベルトを介してエンジンに接続されており、エンジン回転数の２〜３倍の回転数で回転することが要求される。このため、鋼材からなる塊状鉄心によりポールコアを作製し、ポールコアの剛性を高めていた。しかしながら、ポールコアを塊状鉄心により作製することで、渦電流がポールコアに流れるという新たな課題が発生した。

この状況を鑑み、ランデル型の回転子の爪状磁極部の表面を凹凸表面に形成し、爪状磁極部の表面に流れる渦電流を低減する従来の車両用交流発電電動機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、環状に配置された永久磁石を有する筒体と、円盤部と円盤部から軸方向に延びる複数の磁極片を有し、互いの磁極片が隣接するように筒体と同軸に配置される２つのステータコアと、２つのステータコア間に配置されて、両ステータコアを磁気的に結合して軸方向に磁束を通るコアヨークと、コアヨークの周囲に配置されるリング状のコイルと、を備え、その円盤部にスリットを設けることで渦電流を抑制し、効率を向上させる従来の自転車用発電機が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照）。

特開平０３−１３９１４９号公報 特開２００４−２２９４０３号公報 特開２００４−２３６３８５号公報 特開２０００−０６９７３１号公報 特開２０１０−１１９１７８号公報

ここで、アイドリングストップシステムにおいては、エンジンの再始動指令に対して即時にエンジンを再始動させて車両を発進させるために、車両用交流発電電動機の始動を迅速に行わせることが必要となる。しかし、ポールコアが塊状鉄心で作製されているので、車両用交流発電電動機の始動時における界磁コイルにより発生する界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいて、渦電流がポールコアに磁束を妨げる向きに流れ、界磁磁束の立ち上がりを遅らせていた。このように、車両用交流発電電動機の始動を迅速に行わせるためには、始動時におけるポールコアに磁束を妨げる向きに流れる渦電流を低減することが要求される。

しかしながら、従来の車両用交流発電電動機において低減する渦電流は、回転子の回転時に、固定子と回転子との間の対向面間の磁気抵抗が変化することに基づいて爪状磁極部の表面に流れる渦電流である。このように、従来の車両用交流発電電動機では、始動時における界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいてポールコアに流れる渦電流を低減することについては、何ら考慮されていなかった。

従来の自転車用発電機では、円盤部にスリットを設けて、円盤部に発生する渦電流を低減しているが、円盤部に発生する渦電流は、筒体の永久磁石が回転することによりステータコアに鎖交する交流磁束に基づいて発生する渦電流であり、電動機の始動時における界磁コイルにより発生する界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいて発生する渦電流ではない。また、従来の自転車用発電機におけるステータコアは、磁性鋼板を積層して作製されており、塊状鉄心ではない。このように、従来の自転車用発電機においては、塊状鉄心に発生する渦電流、さらには界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいて発生する渦電流を低減することについては、何ら考慮されていなかった。

本出願人は、車両用交流発電電動機の始動時における界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいて流れる渦電流が、表皮効果により、ポールコアのボス部の外周表面に偏って流れることを見出して、本発明を発明するに至ったものである。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、始動時における界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいてポールコアのボス部の外周表面に流れる渦電流を低減し、再始動指令に対して界磁磁束の迅速な立ち上がりを可能として、迅速な再始動を実現できるとともに、渦電流損失を低減できる回転電機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、筒状の第１ボス部、該第１ボス部の軸方向一端縁部から径方向外方に延設された第１継鉄部、およびそれぞれ該第１継鉄部から軸方向他端側に延設されて周方向に等ピッチで配列された複数の第１爪状磁極部を有する第１ポールコア体、および筒状の第２ボス部、該第２ボス部の軸方向他端縁部から径方向外方に延設された第２継鉄部、およびそれぞれ該第２継鉄部から軸方向一端側に延設されて周方向に等ピッチで配列された複数の第２爪状磁極部を有する第２ポールコア体を、上記複数の第１爪状磁極部と上記複数の第２爪状磁極部を交互に噛み合わせて、上記第１ボス部の軸方向他端面と上記第２ボス部の軸方向一端面を突き合わせ、上記第１ボス部と上記第２ボス部の軸心位置に挿入されたシャフトに固着、一体化して構成されるポールコアと、上記第１ボス部、上記第２ボス部、上記第１継鉄部、上記第２継鉄部、上記複数の第１爪状磁極部および上記複数の第２爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、上記回転子の外周を所定の空隙を介して囲繞して配設された固定子と、を備える。そして、上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体が、塊状鉄心により作製され、第１のスリットが、上記ボス部の外周表面に流れる渦電流の経路を分断するように、上記ボス部の外周面に形成されている。

この発明によれば、ポールコアのボス部の外周面に形成された第１のスリットが、始動時における界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいてボス部の外周表面に磁束を妨げる向きに流れる渦電流の経路を分断する。これにより、磁束を妨げる渦電流が低減されるので、界磁磁束の立ち上がりが早くなり、迅速な再始動を実現できるとともに、渦電流損失を低減できる。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機に適用される回転子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機におけるエンジン始動時の界磁磁束の時間変化を測定した結果を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機における渦電流損失を算出した結果を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。 この発明に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体の実施態様を示す斜視図である。

以下、本発明による回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機に適用される回転子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。なお、図２中、シャフトおよびファンが省略されている。

図１から図３において、回転電機としての車両用交流発電電動機１は、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロントブラケット２およびリヤブラケット３と、シャフト１６をフロントブラケット２およびリヤブラケット３に軸受５を介して支持されて、回転自在に配設された回転子１３と、フロントブラケット２から延出するシャフト１６の端部に固着されたプーリ６と、回転子１３の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子１３に対して一定の空隙を有して、回転子１３の外周を囲繞してフロントブラケット２およびリヤブラケット３に固定された固定子１０と、シャフト１６のリヤ側に固定され、回転子１３に電流を供給する一対のスリップリング８と、各スリップリング８に摺動するように配設された一対のブラシ９と、を備えている。

なお、図示していないが、直流電力を交流電力に、又は交流電力を直流電力に変換するパワー回路部、回転子１３の界磁コイルに界磁電流を供給する界磁回路部、パワー回路部および界磁回路部を制御する制御回路部などがリヤブラケット３内に配設されている。さらに、回転子１３の回転角を検出する回転角検出器を備えている。

固定子１０は、円筒状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻装され、回転子１３の回転に伴い、後述する界磁コイル１４からの磁束をうける固定子コイル１２と、を備えている。

回転子１３は、界磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル１４と、界磁コイル１４を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１５と、ポールコア１５の軸心位置に挿入、固定されたシャフト１６と、を備えている。
ポールコア１５は、それぞれ例えばＳ１０Ｃなどの低炭素鋼で冷間鍛造製法により作製された第１および第２ポールコア体１７，２１に分割構成されている。

第１ポールコア体１７は、端面を正円とする円筒体に作製され、シャフト挿通穴１８ａが軸心位置を貫通して形成された第１ボス部１８と、第１ボス部１８の一端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の第１継鉄部１９と、第１継鉄部１９の外周部から軸方向他端側に延設された第１爪状磁極部２０とを有している。第１爪状磁極部２０は、その最外径面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚みが先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、第１継鉄部１９の外周部に周方向に等ピッチで例えば８つ配列されている。

第２ポールコア体２１は、端面を正円とする円筒体に作製され、シャフト挿通穴２２ａが軸心位置を貫通して形成された第２ボス部２２と、第２ボス部２２の他端縁部から径方向外側に延設された厚肉リング状の第２継鉄部２３と、第２継鉄部２３の外周部から軸方向一端側に延設された第２爪状磁極部２４とを有している。第２爪状磁極部２４は、その最外径面形状を略台形形状とし、周方向幅が先端側に向かって徐々に狭くなり、かつ、径方向厚みが先端側に向かって徐々に薄くなる先細り形状に形成され、第２継鉄部２３の外周部に周方向に等ピッチで例えば８つ配列されている。

さらに、第１のスリット２５が、図３に示されるように、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を軸方向として、第１ポールコア体１７の第１ボス部１８の外周面に、第１継鉄部１９の根元から軸方向他端に至るように、周方向に等ピッチで８つ形成されている。これらの第１のスリット２５は、第１爪状磁極部２０を径方向外方から第１ボス部１８の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置している。同様に、第１のスリット２５が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を軸方向として、第２ポールコア体２１の第２ボス部２２の外周面に、第２継鉄部２３の根元から軸方向一端に至るように、周方向に等ピッチで８つ形成されている。これらの第１のスリット２５は、第２爪状磁極部２４を径方向外方から第２ボス部２２の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置している。

このように、第１および第２ポールコア体１７，２１は、同一形状に作製され、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせ、シャフト挿通穴１８ａ，２２ａに挿入されたシャフト１６に固着されている。そして、ボビン（図示せず）に巻装された界磁コイル１４が、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３および第１および第２爪状磁極部２０，２４に囲まれた空間に装着されている。また、軸方向において、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側がそれぞれ第２および第１継鉄部２３，１９と重なっている。

つぎに、このように構成された車両用交流発電電動機１の電動機としての動作について説明する。

エンジン始動時に、バッテリ(図示せず)から直流電力が電源端子を介してパワー回路部に給電される。制御回路部は、パワー回路部の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、直流電力を交流電力に変換する。この交流電力が、固定子１０の固定子コイル１２に供給される。一方、界磁回路部は、制御回路部からの指令に基づいて、ブラシ９およびスリップリング８を介して回転子１３の界磁コイル１４に界磁電流を供給し、磁束が発生する。この磁束により、第１ポールコア体１７の第１爪状磁極部２０がＮ極に磁化され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４がＳ極に磁化される。この回転子１３の磁束と固定子コイル１２に流れる電流とが鎖交することで、駆動トルクが発生する。この駆動トルクにより、回転子１３が回転駆動される。そして、回転子１３の回転トルクが、プーリ６からベルト（図示せず）を介してエンジンのクランクシャフト（図示せず）に伝達され、エンジンを始動する。

つぎに、この車両用交流発電電動機１の発電機としての動作について説明する。

エンジンの運転状態では、エンジンの回転トルクがクランクシャフトからベルトおよびプーリ６を介してシャフト１６に伝達され、回転子１３が回転される。これにより、界磁コイル１４の発生する磁束が固定子１０の固定子コイル１２と鎖交し、三相交流電圧が固定子コイル１２に誘起される。そして、制御回路部が、パワー回路部の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御して、固定子コイル１２に誘起された三相交流電力を直流電力に変換し、バッテリを充電する。

ここで、一般的に、界磁コイル１４は、ターン数を多くして起磁力を確保しているので、固定子コイル１２に比べて界磁コイル１４のターン数が多く、インダクタンスが大きくなる。このため、固定子１０に対して、界磁磁束の立ち上がりに時間がかかり、エンジンを始動させるトルクを迅速に発生できない。また、第１および第２ポールコア体１７，２１は塊状鉄心により作製されているので、界磁磁束の立ち上がり時の磁束変化に基づいて、渦電流が第１および第２ポールコア体１７，２１の第１および第２ボス部１８，２２に磁束を抑制する向きに流れる。このため、界磁磁束の立ち上がりが遅れるとともに、渦電流損失が発生し、第１および第２ポールコア体１７，２１および界磁コイル１４の温度が上昇する。

この渦電流は、界磁コイル１４を流れる電流と逆向きで、表皮効果により第１および第２ポールコア体１７，２１の第１および第２ボス部１８，２２の外周表面に偏って流れる。この実施の形態１では、第１のスリット２５が溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成されているので、第１のスリット２５が第１および第２ボス部１８，２２の外周表面に流れる渦電流の経路を分断する。これにより、第１および第２ボス部１８，２２に磁束を抑制する向きに流れる渦電流が低減され、界磁磁束の立ち上がりが早くなるとともに、渦電流損失が低減される。

つぎに、実施の形態１による効果を確認するためにエンジン始動時の界磁磁束の時間変化を測定した結果を図４に示し、渦電流損失を算出した結果を図５に示す。図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機におけるエンジン始動時の界磁磁束の時間変化を測定した結果を示す図、図５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電電動機における渦電流損失を算出した結果を示す図である。なお、図４および図５において、スリットが形成されていない第１および第２ポールコア体を組み込んだ回転子を回転子１３に替えて搭載した車両用交流発電電動機を比較例とした。

図４から、第１のスリット２５を第１および第２ボス部１８，２２に形成することにより、界磁磁束の立ち上がりが早くなることが確認できた。
このように、車両用交流発電電動機１は、始動時の界磁磁束の立ち上がりが早くなるので、この車両用交流発電電動機１をアイドリングストップシステムに適用すれば、エンジンの再始動指令に対して即時にエンジンを再始動させて車両を発進させることができる。

図５から、第１のスリット２５を第１および第２ボス部１８，２２に形成することにより、渦電流損失を低減できることが確認できた。
このように、車両用交流発電電動機１は、渦電流損失を低減できるので、第１および第２ポールコア体１７，２１や界磁コイル１４の温度上昇が抑えられ、銅損の増加を抑制できる。

車両に搭載された車両用交流発電電動機１は、ベルトを介してエンジンに接続され、プーリ比により、エンジン回転数の２〜３倍の回転数で回転し、時には、２０，０００ｒ／ｍｉｎの回転数で回転する。この実施の形態１では、第１および第２ポールコア体１７，２１が塊状鉄心で作製されているので、第１および第２ポールコア体１７，２１の剛性が大きくなる。そこで、回転子１３が高速回転しても、第１および第２爪状磁極部２０，２４が遠心力により変形するような事態の発生を回避できる。

さらに、第１のスリット２５が第１および第２爪状磁極部２０，２４を径方向外方から第１および第２ボス部１８，２２の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置しているので、第１のスリット２５を形成することに起因する第１および第２爪状磁極部２０，２４の耐遠心力性の性能低下を抑制できる。

ここで、第１のスリット２５の深さは、使用する材料物性値と周波数帯を考慮すると、表皮深さδの計算式（式１）より、０．５ｍｍから５ｍｍが望ましい。
δ＝１／√（σμｆπ）・・・（式１）
ただし、σはポールコア体の電気伝導度、μはポールコア体の透磁率、ｆは周波数である。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図６において、第２のスリット２６が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を径方向として、第１ボス部１８の他端面に、第１のスリット２５の軸方向他端からシャフト挿通穴１８ａの近傍に至るように形成されている。同様に、第２のスリット２６が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を径方向として、第２ボス部２２の一端面に、第１のスリット２５の軸方向一端からシャフト挿通穴２２ａの近傍に至るように形成されている。

ここで、第１ポールコア体１７Ａと第２ポールコア体２１Ａは、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせて組み立てられる。このとき、第１ボス部１８の他端面（突き合わせ面）と第２ボス部２２の一端面（突き合わせ面）を全面にわたって接するように突き合わせることが望ましいが、突き合わせ面間に部分的に隙間が生じる場合がある。そこで、突き合わせ面間に部分的に隙間が生じると、界磁磁束の立ち上がり時の磁束変化に基づいて、渦電流が、表皮効果により第１および第２ボス部１８，２２の外周表面のみならず、突き合わせ面に流れる。

この実施の形態２では、第２のスリット２６が、溝方向を径方向として、第１のスリット２５の軸方向の端部から径方向内方に延びるように第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に形成されている。そこで、第２のスリット２６が第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に流れる渦電流の経路を分断する。これにより、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に流れる渦電流のみならず、第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に流れる渦電流を低減できるので、始動時の界磁磁束の立ち上がりが一層早くなるとともに、渦電流損失を一層低減できる。

この実施の形態２によれば、第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に形成された第２のスリット２６がシャフト挿通穴１８ａ，２２ａに達していないので、第１および第２ポールコア体１７Ａ，２１Ａをシャフト１６に強固に固定できる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図７において、第２のスリット２７が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を径方向として、第１ボス部１８の他端面に、第１のスリット２５の軸方向他端からシャフト挿通穴１８ａに至るように形成されている。同様に、第２のスリット２７が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を径方向として、第２ボス部２２の一端面に、第１のスリット２５の軸方向一端からシャフト挿通穴２２ａに至るように形成されている。

第１および第２ポールコア体１７Ｂ，２１Ｂの第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に形成された第２のスリット２７が第１のスリット２５の軸方向端部からシャフト挿通穴１８ａ，２２ａに至るように形成されているので、第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面が、第２のスリット２７により周方向に分離される。これにより、第２のスリット２７が第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に流れる渦電流の経路を確実に分断し、渦電流を一層低減できる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図８において、第２のスリット２８が、それぞれ、溝断面形状を矩形として、第１ボス部１８の他端面に、第１のスリット２５の軸方向他端からシャフト挿通穴１８ａに至るように弧状に形成されている。同様に、第２のスリット２８が、それぞれ、溝断面形状を矩形として、第２ボス部２２の一端面に、第１のスリット２５の軸方向一端からシャフト挿通穴２２ａに至るように弧状に形成されている。

第１および第２ポールコア体１７Ｃ，２１Ｃの第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に形成された第２のスリット２８が第１のスリット２５の軸方向端部からシャフト挿通穴１８ａ，２２ａに至るように形成されているので、第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面が、第２のスリット２６により周方向に分離される。これにより、第２のスリット２８が第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に流れる渦電流の経路を確実に分断し、渦電流を一層低減できる。

実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図９において、溝幅が広い第１のスリット２９と溝幅が狭い第１のスリット３０が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に、２本ずつ交互に繰り返して、周方向に等ピッチで形成されている。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄにおいても、第１のスリット２９，３０が、溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成されているので、第１のスリット２９，３０が第１および第２ボス部１８，２２の外周面に流れる渦電流を分断し、渦電流を低減し、界磁磁束の応答性を向上できる。また、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成されるスリット部が第１および第２のスリット２９，３０の対により構成されているので、第１および第２爪状磁極部２０，２４に作用する遠心力に起因してスリット部にかかる力が分散され、回転子の耐遠心力性が高められる。

実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図１０において、溝幅が広く、かつ溝深さが深い第１のスリット３１と溝幅が狭く、かつ溝深さが浅い第１のスリット３２が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に、２本ずつ交互に繰り返して、周方向に不等ピッチで形成されている。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７Ｅ，２１Ｅにおいても、第１のスリット３１，３２が、溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成されているので、第１のスリット３１，３２が第１および第２ボス部１８，２２の外周面に流れる渦電流を分断し、渦電流を低減できる。
また、第１のスリット３１，３２が、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に周方向に不等ピッチに形成されているので、スリット間隔が周方向で不等ピッチとなり、外周面に流れる渦電流経路長がスリット間で異なるため、発生する渦電流が異なる。これにより、スリットピッチを変更することで、渦電流抑制効果を調整することができる。

なお、上記実施の形態５，６では、溝幅、溝深さおよびスリット間隔を変えて第１のスリットをボス部の外周面に形成しているが、第１のスリットの溝幅、溝深さ、およびスリット間隔は、ボス部の外周面に流れる渦電流の経路を分断するように形成されていれば、実施の形態５，６に限定されない。また、渦電流がボス部の外周面の特定領域に集中して流れるような場合には、第１のスリットを当該領域に密に配設されるように周方向に不等ピッチに形成すれば、渦電流を効果的に低減できる。

実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図１１において、回り止め凹部３３が、第１ポールコア体１７Ｆの隣り合う第１爪状磁極部２０間に位置する第１継鉄部１９の爪股部の軸方向他端側の面に凹設されている。同様に、回り止め凹部３３が、第２ポールコア体２１Ｆの隣り合う第２爪状磁極部２４間に位置する第２継鉄部２３の爪股部の軸方向一端側の面に凹設されている。回り止め凹部３３は、界磁コイル１４が巻回されるボビンの係合突起（図示せず）が嵌合されてボビンの軸周りの回転を阻止する。第１のスリット３４が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に、回り止め凹部３３から軸方向端部に至るように、周方向に等ピッチで形成されている。回り止め凹部３３および第１のスリット３４は、第１および第２ポールコア体１７Ｆ，２１Ｆを冷間鍛造製法により作製する過程で、同時に形成される。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７Ｆ，２１Ｆにおいても、第１のスリット３４が、溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成されているので、第１のスリット３４が第１および第２ボス部１８，２２の外周表面に流れる渦電流を分断し、渦電流を低減できる。
また、第１のスリット３４が第１および第２ポールコア体１７Ｆ，２１Ｆを冷間鍛造製法により作製する過程で同時に形成されるので、第１および第２ポールコア体１７Ｆ，２１Ｆの製造が容易となる。

実施の形態８．
図１２はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

図１２において、第１のスリット３５が、それぞれ、溝断面形状を矩形とし、かつ溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に、周方向に等角ピッチで４本形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された第１および第２ポールコア体１７Ｇ，２１Ｇにおいても、第１のスリット３５が、溝方向を軸方向として、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成されているので、第１のスリット３５が第１および第２ボス部１８，２２の外周表面に流れる渦電流を分断し、渦電流を低減できる。
したがって、第１および第２ボス部１８，２２の外周面に形成される第１のスリット３５の数が第１および第２爪状磁極部２０，２４の数より少ない実施の形態８においても、上記実施の形態１と同様に、渦電流を低減でき、界磁磁束の立ち上がりを速くすることができる。

また、第１のスリット３５が第１および第２爪状磁極部２０，２４を径方向外方から第１および第２ボス部１８，２２の外周面上に投影して得られる投影領域内に位置しているので、実施の形態８においても、第１のスリット３５を形成することに起因する第１および第２爪状磁極部２０，２４の耐遠心力性の性能低下を抑制できる。

なお、上記各実施の形態では、第１および第２ボス部の外周面に形成される第１のスリットの溝方向を軸方向としているが、第１および第２ボス部の外周面に形成される第１のスリットの溝方向を軸方向に対して傾斜させてもよい。
また、上記各実施の形態では、第１および第２ボス部の外周面および突き合わせ面に形成される第１および第２のスリットの溝断面形状を矩形としているが、第１および第２のスリットの溝断面形状は矩形に限定されず、例えば三角形でもよく、溝を形成する工具の形状に似た形状でもよい。つまり、溝が第１および第２ボス部の外周面および突き合わせ面に形成されていれば、渦電流を低減できる効果が得られる。
また、上記各実施の形態では、第１および第２ボス部が軸心位置にシャフト挿入穴を有し、端面を正円とする円筒体に構成されているが、第１および第２ボス部は軸心位置にシャフト挿入穴を有し、端面を多角形とする筒状体に構成されてもよい。

また、上記各実施の形態では、第１継鉄部および第２継鉄部にスリットがない場合について説明してきたが、図１３に示されるように、スリット１０１が第１継鉄部１９および第２継鉄部２３の第１ボス部１８および第２ボス部２２側の面に形成されてもよい。この場合、スリット１０１による渦電流の低減効果が得られる。さらに、第１および第２ポールコア体１７Ｈ，２１Ｈを冷間鍛造製法により製造した後、第１のスリット２５を形成する際に、第１のスリット２５の軸方向の格段の調整が不要となり、製作が容易となる。また、図１３においては、スリット１０１と第１のスリット２５の周方向位置が一致しているが、スリット１０１と第１のスリット２５の周方向位置が異なっていてもよい。

また、上記各実施の形態では、車両用交流発電電動機を電動機として動作させる場合において、第１および第２のスリットは、始動時の磁束変化に基づいて流れる渦電流を低減させる効果が得られるものと説明したが、第１および第２のスリットは、電動動作時に、制御指令により界磁電流を変化させた際の界磁電流変化に基づいて流れる渦電流に対しても、低減効果を奏する。さらに、第１および第２のスリットは、発電機として動作させた際の界磁電流変化に基づいて流れる渦電流に対しても、低減効果を奏する。

また、上記各実施の形態では、パワー回路部、界磁回路部、制御回路部がリヤブラケット内に配設されているが、パワー回路部、界磁回路部、制御回路部は、必ずしもリヤブラケット内に配設されている必要はなく、その一部又は全部が、リヤブラケット外に配設されてもよい。また、パワー回路部、界磁回路部、制御回路部は、車両用発電電動機と別体に構成されて、車両用発電電動機と配線により電気的に接続してもよい。

この発明は、車両用交流発電機、車両用交流発電電動機などの回転電機およびその製造方法に関し、特にランデル型の回転子構造に関するものである。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、始動時における界磁磁束の立ち上がりの磁束変化に基づいてポールコアのボス部の外周表面に流れる渦電流を低減し、再始動指令に対して界磁磁束の迅速な立ち上がりを可能として、迅速な再始動を実現できるとともに、渦電流損失を低減できる回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、筒状の第１ボス部、該第１ボス部の軸方向一端縁部から径方向外方に延設された第１継鉄部、およびそれぞれ該第１継鉄部から軸方向他端側に延設されて周方向に等ピッチで配列された複数の第１爪状磁極部を有する第１ポールコア体、および筒状の第２ボス部、該第２ボス部の軸方向他端縁部から径方向外方に延設された第２継鉄部、およびそれぞれ該第２継鉄部から軸方向一端側に延設されて周方向に等ピッチで配列された複数の第２爪状磁極部を有する第２ポールコア体を、上記複数の第１爪状磁極部と上記複数の第２爪状磁極部を交互に噛み合わせて、上記第１ボス部の軸方向他端面と上記第２ボス部の軸方向一端面を突き合わせ、上記第１ボス部と上記第２ボス部の軸心位置に挿入されたシャフトに固着、一体化して構成されるポールコアと、上記第１ボス部、上記第２ボス部、上記第１継鉄部、上記第２継鉄部、上記複数の第１爪状磁極部および上記複数の第２爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、上記回転子の外周を所定の空隙を介して囲繞して配設された固定子と、を備える。そして、上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体が、塊状鉄心により作製され、第１のスリットが、上記第１および第２ボス部の外周表面に流れる渦電流の経路を分断するように、上記複数の第１爪状磁極部を径方向外方から上記第１ボス部の外周面に投影して得られる投影領域内に形成され、かつ上記第２ボス部の外周表面に流れる渦電流の経路を分断するように、上記複数の第２爪状磁極部を径方向外方から上記第２ボス部の外周面に投影して得られる投影領域内に形成され、第３のスリットが、上記第１継鉄部の上記第１ボス部側の面、および上記第２継鉄部の上記第２ボス部側の面に形成され、上記第３スリットの周方向位置が、上記第１のスリットの周方向位置と一致している。

第１および第２ポールコア体１７Ｃ，２１Ｃの第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に形成された第２のスリット２８が第１のスリット２５の軸方向端部からシャフト挿通穴１８ａ，２２ａに至るように形成されているので、第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面が、第２のスリット２８により周方向に分離される。これにより、第２のスリット２８が第１および第２ボス部１８，２２の突き合わせ面に流れる渦電流の経路を確実に分断し、渦電流を一層低減できる。

実施の形態８．
図１２はこの発明の実施の形態８に係る車両用交流発電電動機に適用されるポールコアを構成するポールコア体を示す斜視図である。

Claims (7)

1. 筒状の第１ボス部、該第１ボス部の軸方向一端縁部から径方向外方に延設された第１継鉄部、およびそれぞれ該第１継鉄部から軸方向他端側に延設されて周方向に等ピッチで配列された複数の第１爪状磁極部を有する第１ポールコア体、および筒状の第２ボス部、該第２ボス部の軸方向他端縁部から径方向外方に延設された第２継鉄部、およびそれぞれ該第２継鉄部から軸方向一端側に延設されて周方向に等ピッチで配列された複数の第２爪状磁極部を有する第２ポールコア体を、上記複数の第１爪状磁極部と上記複数の第２爪状磁極部を交互に噛み合わせて、上記第１ボス部の軸方向他端面と上記第２ボス部の軸方向一端面を突き合わせ、上記第１ボス部と上記第２ボス部の軸心位置に挿入されたシャフトに固着、一体化して構成されるポールコアと、上記第１ボス部、上記第２ボス部、上記第１継鉄部、上記第２継鉄部、上記複数の第１爪状磁極部および上記複数の第２爪状磁極部に囲まれた空間内に収納された界磁コイルと、を有する回転子と、
   上記回転子の外周を所定の空隙を介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
   上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体が、塊状鉄心により作製され、
   第１のスリットが、上記ボス部の外周表面に流れる渦電流の経路を分断するように、上記ボス部の外周面に形成されている回転電機。
2. 上記第１のスリットが、上記複数の第１爪状磁極部を径方向外方から上記第１ボス部の外周面に投影して得られる投影領域内、および上記複数の第２爪状磁極部を径方向外方から上記第２ボス部の外周面に投影して得られる投影領域内に形成されている請求項１記載の回転電機。
3. 上記第１のスリットが、上記第１ボス部の外周面の周方向に隣り合う上記第１爪状磁極部間に対応する領域内、および上記第２ボス部の外周面の周方向に隣り合う上記第２爪状磁極部間に対応する領域内に形成されている請求項１記載の回転電機。
4. 上記第１のスリットが、上記第１ボス部および上記第２ボス部の外周面に周方向に不等ピッチで配設されている請求項２又は請求項３記載の回転電機。
5. 上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体が鍛造により作製され、上記第１のスリットが上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体の鍛造時に同時に形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 第２のスリットが、上記第１ボス部の軸方向他端面および上記第２ボス部の軸方向一端面に流れる渦電流の経路を分断するように、上記第１ボス部の軸方向他端面および上記第２ボス部の軸方向一端面に形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体が鍛造により作製され、上記第１のスリットおよび上記第２のスリットが上記第１ポールコア体および上記第２ポールコア体の鍛造時に同時に形成される請求項６記載の回転電機。

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