WO2014087461A1 - 回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

回転電機の回転子およびその製造方法 Download PDF

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和徳 田中
隆造 森田
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三菱電機株式会社
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    • H02K3/527—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only
    • H02K3/528—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only of the claw-pole type

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a vehicle AC generator mounted on a vehicle or the like as a rotating electric machine, and more particularly to a claw pole type rotor and a manufacturing method thereof.
  • a claw pole type rotor for an AC generator for a vehicle is configured such that claws extending in the axial direction from the base portion of the first and second claw poles are alternately meshed, and this type of rotor is assembled. It is required to balance around the axis after completion.
  • a claw pole is provided with a drill hole and a part of the material is removed to correct the unbalance.
  • the primary balance hole provided in advance on the shaft outer surface of the pole base and the base of the nail having an R shape connecting the base and the claw after the fan is fixed on the shaft outer surface.
  • a secondary balance drill hole is provided that corrects the balance as a rotor without damaging the fan.
  • vibrations from the vehicle are also applied during rotation, and if the above unbalance is large, it may cause annoying noise expansion, deterioration in durability, performance deterioration, etc. It is desired that the rotor imbalance be as small as possible.
  • Patent Document 2 when connecting the slip ring and the field coil lead wire with the connection terminal, the connection terminal is housed in a radial groove provided on one end face of the claw pole, A vehicular AC generator rotor that has improved vibration resistance and centrifugal force resistance by molding is proposed. (For example, see Patent Document 2 and FIG. 3)
  • balance correction of the claw pole itself is indispensable, but an effective method for taking a balance due to the volume of the groove is as follows. Although not shown, the processing time, the processing depth, and the number of processing for the claw pole increased, and the structure was inevitably affected by the influence on the magnetic circuit.
  • the present invention realizes simplification of the machining process, reduction of the machining cost, and reduction of the manufacturing time by performing a balance correction by a simple method on the radial groove that is a cause of unbalance. It is for the purpose.
  • the pair of groove shapes A balance correction recess by a casting mold is provided at least on the shoulder of the claw-shaped magnetic pole closest to the circumferentially equal position with respect to the recess.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the rotor structure of the rotary electric machine by Embodiment 1 of this invention. It is a side perspective view of the field core body of the rotor of FIG. It is a principal part expansion perspective view which shows the example of a balance correction
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a rotor structure of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a rotor 1 of a rotating electrical machine is provided with a field coil 2 that generates magnetic flux, and a first field magnet that is provided so as to cover the field coil 2 and has claw-shaped magnetic poles (claw poles) that are set to engage with each other.
  • the field core 2 includes a core body 3 and a second field core body 4, and the field coil 2 is wound around an insulating bobbin 5.
  • the slip ring assembly 7 is configured to supply current from the outside to the two slip rings via a brush (not shown).
  • the lead wire 6 drawn out from the field coil 2 is drawn out from a lead wire locking portion 14 provided in the flange portion of the insulating bobbin 5 and connected to the slip ring assembly 7. As described above, it extends along the outer end surface from the valley 41 between the adjacent claw-shaped magnetic poles of the second field core body 4, and is connected to the terminals 8 and 9 constituting the slip ring assembly 7 via the lead wire connection point 10. Connected.
  • the lead wire 6 extends from the valley portion 41 between the above-mentioned adjacent claw-shaped magnetic poles to the connection portion with the lead wire connection portion 10 arranged around the outer periphery of the shaft 13 on the off-axis end surface of the field core body 4. Therefore, for durability and reliability, it is housed in groove-like recesses 43 and 44 (FIG. 2) provided on the side surface 42 of the rear-side field core body 4. By storing in the groove-like recesses 43 and 44, the extended lead wire 6 is held to some extent, and the groove-like recesses 43 and 44 also serve as a guide at the time of electrical connection.
  • the lead wire 6 corresponds to the start and end of winding of the field coil 2, and in this case, the groove-like recesses 43 and 44 are provided in two substantially radial directions on the same diagonal line.
  • the lead wire 6 is sandwiched, and an electrode (not shown) is pressed against both outer surfaces with a predetermined force to energize, and the insulating film of the lead wire 6 is melted by the electric resistance heat. Electrical connection between the line 6 and the terminals 8 and 9 is performed. Further, cooling fans 11 and 12 are fixed to the rotor 1, and a shaft 13 for rotating the rotor 1 is further provided.
  • a balance correction dent 45 is simultaneously provided in the casting mold for casting the field core body at the position of 90 degrees apart, thereby obtaining the field core body 4 in which the balance is already improved in the cast shape. be able to.
  • the machining process can be eliminated, and the manufacturing time and cost can be reduced.
  • the balance correction dent 45 formed of the casting mold may be any shape that can be easily formed as a mold protrusion, and various shapes are conceivable.
  • the thing of the hollow shape shown in FIG. 3 and the slide-like thing shown in the perspective view of FIG. 5 can be considered, it is not restricted to this. It is also possible to incorporate a shape that takes into account wind noise during rotation.
  • the claw-shaped magnetic pole base portion (shoulder portion A) of the field core body which is the location where the balance correction dent 45 is applied by the casting mold, may be tapered or rounded, and each is limited. It is not a thing.
  • the two groove-like recesses 43 and 44 have been shown as examples in which they are provided in series in the substantially radial direction on the same diagonal line.
  • the two groove-like recesses 43 and 44 correspond to the entire valleys 41 between the claw-shaped magnetic poles.
  • a configuration in which the same groove-shaped recess is provided is also conceivable. In this case, it seems that the balance is improved as compared with the case where the two groove-like recesses 43 and 44 are provided.
  • the balance correction recess 45 is used as the balance between the two groove-like recesses 43 and 44.
  • the application to the claw-shaped magnetic pole base (shoulder A) has an advantage that the dent shape can be relatively small because the balance correction dent 45 is substantially the outermost peripheral part.
  • the groove-like recesses 43 and 44 and the balance correction recess 45 may be provided only in the field core body 4, but the cost concept for sharing the manufacturing parts is required. Needless to say, the field core 3 can also be provided with the same components.
  • the balance correction recess is provided with six claw-shaped magnetic poles uniformly arranged around the axis, and further provided with two groove-like recesses symmetrically about the axis.
  • the number and arrangement of the claw-shaped magnetic poles are not limited to this.
  • five claw-shaped magnetic poles are unevenly arranged, and the groove-shaped recesses are diagonal lines.
  • various magnetic pole configurations can be dealt with, such as providing a balance correction recess in the claw-shaped magnetic pole part closest to the position equally divided in the circumferential direction from the two places.
  • FIG. 4 and 5 are a side view and a perspective view of a field core body according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a balance correction recess by a casting mold is provided for each claw-shaped magnetic pole of the field core body. That is, the balance correction dent 45 is provided at a location equally spaced (for example, 90 degrees) from the groove-like dents 43 and 44, and a smaller balance correction dent 45 'is provided at other locations. This further improves the balance of the entire circumference.
  • the portion can be processed using the balance correction dent, and the processing can be performed stably.
  • the claw-shaped magnetic pole base (shoulder) to be applied is formed in a round shape, the initial contact of the drill blade tip during the conventional correction processing is unstable and needs to be considered. Since there is already a dent and a cutting edge can be put in this part, consideration at the time of processing becomes unnecessary.
  • a method of use in which the cutting edge is further stabilized by using it for jig positioning during rotor unbalance correction processing is also conceivable.
  • FIG. 6 schematically shows how the cutting edge of the correction drill 50 is inserted into the balance correction recesses 45 and 45 ′ while avoiding the fan 12 that has already been attached. Further, when it is not desired to process the balance correction recess, the drill shown in the drawing is replaced with a positioning jig, and for example, a processing candidate portion (+ mark in the drawing) on the right side of the balance correction recesses 45 and 45 ′ is processed. Can be considered.
  • each shoulder A is provided with one large and small balance correction dent
  • FIG. 7 shows an example in which a plurality of the same shape are provided. That is, the one corresponding to the large balance correction dent 45 of the second embodiment is provided with three balance correction dents 45 ′ and one small balance correction dent 45 ′, all having the same shape.
  • the balance correction dent corresponding to the volume of the groove-like dents 43, 44 can be provided in an equal fraction (here, 10 locations) and incorporated in the casting mold. Can do.
  • the machining process can be controlled more easily than in the second embodiment.
  • the dent to be applied is divided into a plurality of parts, at least the balance correction dent 45 can be made small, and a product with a large shaving allowance in processing can be obtained.

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Abstract

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配置された爪状磁極のうち、上記溝状凹み部に最も近い爪状磁極の肩部に、鋳造型によるバランス補正凹みを設けたもの。

Description

回転電機の回転子およびその製造方法
　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。
上記の課題を解決するために、本発明では、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、鋳造型による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斜視図である。 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斜視図である。 この発明の実施例におけ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斜視図である。
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の軸外端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。

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、
    上記スリップリングアセンブリと上記界磁コイルとを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、鋳造型による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、回転軸を挟んで略径方向に２箇所設けられ、上記鋳造型による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. 上記鋳造型による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. 上記鋳造型による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. 上記鋳造型によるバランス補正凹みを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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