(57)【要約】  この発明は、永久磁石の保持の信頼性を高め、組立工数が減らし、永久磁石の熱減磁を回避し、無負荷無励磁の誘起電圧を抑制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及び第２磁石台座部が、第２及び第１爪状磁極部の各先端側の内周面に対向する第１及び第２継鉄部の部位に突設され、磁石収納部が、巻枠の一対のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、第１及び第２爪状磁極部の各先端側の内周面に対向する第１及び第２継鉄部側に延在し、かつ第１及び第２磁石台座部に保持されている。そして、第１及び第２永久磁石が、第１及び第２磁石収納部に収納、保持されて、第２及び第１爪状磁極部の各先端側の内周面に対向して配置され、第１及び第２永久磁石のそれぞれは、界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されている。
2009028228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の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、
上記回転子を所定のエアギャップ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、
磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、
永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
磁石台座部が、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部の部位に突設され、
上記磁石収納部が、上記磁石台座部に保持されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
嵌合凹部が上記磁石台座部の上記爪状磁極部と対向する部位に軸方向に延設され、上記永久磁石を収納、保持した上記磁石収納部が上記嵌合凹部に嵌着、保持されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記磁石台座部の上面が上記シャフトの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成され、上記永久磁石が収納、保持された上記磁石収納部が上記磁石台座部の上面に接着、保持されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
上記永久磁石は、上記シャフトの軸心に直交する断面が略四角形の柱状体に作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
上記永久磁石は、上記シャフトの軸心に直交する断面が円形の柱状体に作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
上記永久磁石は、少なくとも上記磁石台座部との対向面および軸方向両端面が埋設されて上記磁石収納部にインサート成形されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部の間のそれぞれの上記継鉄部の部位に内径側に凸状に湾曲して形成され、
磁性体が上記永久磁石の内径側に位置して該永久磁石とともに上記磁石収納部内に収納、保持され、
上記磁石収納部が上記谷部に嵌合されて上記継鉄部に保持されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項９】
上記磁石収納部に収納、保持されている上記永久磁石と上記磁性体とが二色成形されていることを特徴とする請求項８記載の回転電機。
【請求項１０】
永久磁石収納部と磁性体収納部とが上記磁石収納部内に径方向に並んで画成され、
上記永久磁石が上記永久磁石収納部に収納、保持され、上記磁性体が上記磁性体収納部に収納、保持されていることを特徴とする請求項８記載の回転電機。
【請求項１１】
上記磁性体が塊状体で作製されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
上記磁性体が磁性板の積層体で作製されていることを特徴とする請求項８又は請求項１０記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用交流発電機などの回転電機に関するものであり、特に、永久磁石を搭載したランデル型の回転子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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載される電装品の負荷が急増しており、ランデル型の回転子の発電量のより一層の増加が求められている。この要求に従来の設計範囲で対応しようとすると、発電機が大型化してしまう。発電機の大型化は発電機の重量や配置スペースを増大し、好ましくない。また、発電機の大型化は回転子慣性の増加を招き、エンジンの速度変動と発電機の慣性トルクが相互作用し、ベルトの振動やすべりを招くという新たな課題を発生させることが知られている。これらのことから、発電機本体のサイズを大型化することなく、発電機容量を増大させることが求められている。【０００３】
従来、このような課題を解決するために、ランデル型の回転子の対向する爪状磁極部間に永久磁石を配設する手段がとられていた（例えば、特許文献１，２参照）。さらに、磁石の装着方法としては、Ｕ字状の磁石を爪状磁極部の爪先に嵌め込んで爪状磁極部に保持させる方法（例えば、特許文献３参照）がある。【０００４】
このように、従来の車両用交流発電機においては、永久磁石を保持する方法が種々提案されているが、これらの永久磁石保持方法を実用に供するには、（１）永久磁石の保持の信頼性を高めること、（２）組立性を簡易にすること、（３）永久磁石の熱減磁を回避すること、（４）無負荷無励磁の誘起電圧を抑制することが必要となる。【０００５】
以下、各要因について説明する。
（１）永久磁石の保持強度について
ベルトおよびプーリを介して伝達されるエンジンの回転力により駆動される車両用交流発電機では、最大、１８，０００〜２０，０００ｒｐｍ近くの高速で回転する。そのため、１極当たり数ｇ程度の小さな磁石を配設しても、数十Ｋｇｆを超える極めて大きな遠心力が磁石に加わる。【０００６】
これに対し、従来の磁石保持方法では、爪状磁極部そのもので磁石に加わる遠心力を保持させようとしていた。従来の磁石保持方法では、磁石および爪状磁極部の双方の接合する面を極めて高精度に仕上げて、両者を面接触状態にする必要がある。つまり、両者が点あたりで接すると、磁石に局所応力が集中し、磁石が破損してしまう。そして、磁石の加工精度を高くすることは量産品では困難であるので、代わりにＳＵＳのプレートなどで磁石の外形精度を確保する手立てを講じることも可能であるが、コストの膨大につながる。【０００７】
また、界磁コイルを巻装する都合上、ポールコアは軸方向に２分割されたものを組み合わせているが、その組み合わせ精度も高める必要がある。これらの部品精度を確保することは、現実的には回転子の量産製造時のコストを著しく上昇する。さらには、このように静的な形状精度を工夫しても、車両用交流発電機では、なお磁石保持が困難である。すなわち、車両用交流発電機は、エンジンルーム内に配置されるために、摂氏百数十度の高温環境下に置かれ、熱膨脹／収縮によって数十μｍの変位が発生する。
また、爪状磁極部には、磁石を保持しない状態でも、大きな遠心力が加わり、爪先端部が外周側に５０〜１００μｍ程度膨らむ。そして、エンジン回転速度の増減に伴い、爪状磁極部は、はばたくように変位する。爪状磁極部は片持ち梁構造のため、その変位は先端部が大きく、爪根元側では小さくなり、隣接する爪状磁極部同士の距離も変化する。【０００８】
したがって、このような爪状磁極部の熱および遠心力の動的な変位があっても、磁石を均一な面で保持しようとすると、磁石保持構造には多大な工夫を要する。また、磁石本体あるいは磁石を保護するカバーは爪状磁極部の変位により摺動磨耗するので、強度信頼性を長期的に確保する必要がある。【０００９】
これらのことから、磁石に作用する遠心力に抗して爪状磁極部に磁石を保持させるには、さらに多くの工夫を要するのが現状であり、磁石を爪状磁極部以外に保持させることが望ましい。そこで、磁石保持における磁石と爪状磁極部との相対変位による影響を回避するために、磁石をランデル型ポールコアの軸端部で継鉄部外周側に配設する従来の改良型の磁石保持構造が提案されている（例えば、特許文献４参照）。【００１０】
（２）組立性について
特許文献１，２などの爪状磁極部間に永久磁石を配設する手段での組立は、ポールコアが軸方向に分割された状態で永久磁石を一つずつ取り付けることになる。しかし、爪状磁極部間での永久磁石の軸方向の位置は、ポールコア体を一つに組み合わせるとき位置ずれが生じやすく、磁極間の磁石位置のアンバランスが生じる。これにより、回転子自体のバランス取り工程が増え、回転中の磁束のアンバランスによる電磁音が発生する課題がある。
特許文献３，４などの爪状磁極部の爪先側に永久磁石を配設する手段では、磁石を一つずつ取り付けることとなり、磁石個数分だけ取り付け工数が増加する。【００１１】
（３）永久磁石の減磁について
固定子のスロット高調波磁束は固定子スロット数×回転数／秒の周波数成分を有する為に、２〜３ＫＨｚの高周波磁界である。このような状況で、磁石を爪状磁極部間に保持させ、あるいはＵ字状の磁石を爪状磁極部の先端に嵌め込んで保持させた場合、磁石あるいは磁石保持金具の一部が固定子側からみて回転子表面に露出する。そして、この露出する磁石あるいは磁石保持金具がスロット高調波による高周波磁界により誘導加熱されてしまう。一部でも誘導加熱されて局所的に高温になると、熱は磁石全体に伝熱して磁石が熱減磁するという課題がある。【００１２】
同様に、従来の改良型の磁石保持構造においても、磁石あるいは磁石保持金具の一部が固定子側からみて回転子表面に露出しており、磁石の熱減磁の問題がある。
また、ランデル型回転子を搭載した発電機では、界磁コイルの発熱があり、この熱は回転子を介して、永久磁石に伝わり磁石の温度上昇が大きくなり、熱減磁するという課題がある。【００１３】
（４）無負荷無励磁における誘起電圧について
上述の従来の改良型の磁石保持構造では、無負荷無励磁における誘起電圧の問題がある。この従来の改良型の磁石保持構造では、磁石が回転子の表面近傍に配置されているので、磁石の主磁束あるいは漏れ磁束は回転子内で閉じることなく、固定子に直接鎖交する成分を有することになる。【００１４】
漏れ磁束レベルでも、５００ｒｐｍ程度のエンジンアイドリング領域で１〜２Ｖ程度相当の磁束を発生する設計となる。しかし、自動車用エンジンは１：１０程度の可変速範囲を持つため、例えばエンジン最高回転数がアイドリングの１０倍となると、１〜２Ｖの磁石の誘起電圧は車両の系統電圧を超えて、他の車載機器に悪影響を及ぼす。これを抑制するには、界磁の電源を両極性として、高速では界磁電流を逆に流して磁束を弱める、いわゆる逆界磁が必要となる。電流の流れる方向が１方向から２方向となると、単純なチョッパ制御ではなくＨ型ブリッジを組んだ双方回路となり、素子数が増加し、製品コストが上昇するという課題がある。また、この逆界磁は通常界磁と違いエンジン回転数上昇に対応して迅速に立ち上げる必要があるが、界磁は数Ａ程度の少ない電流で制御できるよう数百ターンというインピーダンスの高いコイルであるため、瞬時に逆界磁電流を流すことは難しいという現状がある。これを回避する為に界磁のターン数を減らすと、制御電源の電流値そのものも増加し、制御素子容量が増加し、製品コストが上昇するというあらたな課題を生じる。【００１５】
【特許文献１】特開昭６１−８５０４５号公報
【特許文献２】米国特許第４９５９５７７号明細書
【特許文献３】米国特許第５５４３６７６号明細書
【特許文献４】特開２００４−１５３９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように、永久磁石をランデル型ポールコアに保持させるには、永久磁石の保持の信頼性を高め、組立工数を減らし、永久磁石の熱減磁を回避し、無負荷無励磁の誘起電圧を抑制する、ことが必要となる。
しかし、上述の従来の磁石保持構造は、これらの４つの課題に対する十分な対策ができていないことから、実用に供されていない。【００１７】
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、下記の特徴を有する回転電機を得ることを目的とする。
（１）保持構造を強化し、特に遠心力に対して大きく変化する爪状磁極部の先端の変位や爪状磁極部間の相対的な変位が磁石保持に直接影響しない。
（２）磁石保持が容易であり、組立工数を減らせる。
（３）温度範囲の広い車載発電機において、軸および回転子の熱膨張に対する爪間の軸方向の変位が磁石保持に直接影響しない。
（４）固定子スロット高調波磁束の進入によって永久磁石が誘導加熱されにくい。
（５）回転子界磁コイルの発熱を断熱し、永久磁石が加熱されにくい。
（６）磁石量を相当ふやしても無負荷無励磁の誘起電圧がでにくい。
（７）磁石および磁石保持材の追加による慣性モーメントの増加が小さく、慣性トルクがでにくい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明による回転電機は、ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の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、上記回転子を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。そして、磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されている。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、永久磁石は巻枠の磁石収納部に収納、保持された状態で、爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置されている。そこで、遠心力や熱膨張に起因する爪状磁極部の変位が永久磁石に影響しないので、磁石の保持構造が強化され、爪状磁極部の変位に起因する永久磁石の割れや欠けの発生が抑制されるとともに、永久磁石の保持も容易となる。永久磁石は巻枠に保持されており、組立時、界磁巻線と一体でポールコアに組み付けることができ、組立工数が削減され、組立性が向上される。また、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置しているので、永久磁石の配設に伴う慣性モーメントの増加が小さくなる。さらに、永久磁石に作用する遠心力も小さくなり、永久磁石の保持が容易となる。【００２０】
また、永久磁石が爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置されているので、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置し、固定子スロット高調波により直接誘導加熱されず、熱減磁を未然に防止できる。また、永久磁石は巻枠により界磁巻線およびポールコアと断熱されているので、界磁巻線よる発熱の伝熱影響を受けにくく、磁石温度が上昇せず、熱減磁を防止できる。
さらに、永久磁石が界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されているので、永久磁石による磁界回路が回転子内部で閉じるように形成され、磁石量を増やしても、無負荷無励磁の誘起電圧の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における界磁アンペアターン（ＡＴ）と固定子鎖交磁束量の関係を表す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における回転数に対する発電量を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される回転子の構成を説明する分解斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される回転子の構成を説明する分解斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機に適用されるポールコア体を示す斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態１０に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す一部破断斜視図である。
【図２２】この発明の実施の形態１１に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図２３】この発明の実施の形態１２に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【図２４】この発明の実施の形態１３に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図、図４および図５はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。【００２３】
図１乃至図３において、車両用交流発電機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とリヤブラケット３とからなるケース４と、シャフト１６をケース４に軸受５を介して支持されて、ケース４内に回転自在に配設された回転子１３と、ケース４のフロント側に延出するシャフト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の外周を囲繞してケース４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に摺動するようにケース４内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、固定子１０で生じた交流を直流に整流する整流器、固定子１０で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器などがケース４内に配設されている。【００２４】
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からの磁束の変化で交流が生じる固定子コイル１２と、を備えている。【００２５】
回転子１３は、巻枠２５に巻回され、励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と巻枠２５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の軸心位置に貫装されたシャフト１６と、を備えている。ポールコア１５は、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。【００２６】
第１ポールコア体１７は、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ものであり、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴が軸心位置に穿設された第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、隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に一体に突設された第１磁石台座部３０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角ピッチで例えば８つ配列されている。【００２７】
第２ポールコア体２１は、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ものであり、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴が軸心位置に穿設された第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、隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に一体に突設された第２磁石台座部３２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角ピッチで例えば８つ配列されている。【００２８】
ここで、第１磁石台座部３０の外周面は、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と略平行な傾斜面に作製されている。なお、第１磁石台座部３０は、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、隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位の外周面に接着剤などにより固着され、磁気的に接続されてもよい。
同様に、第２磁石台座部３２の外周面は、第１爪状磁極部２０の先端側内周面と略平行な傾斜面に作製されている。なお、第２磁石台座部３２は、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、隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位の外周面に接着剤などにより固着され、磁気的に接続されてもよい。【００２９】
巻枠２５は、ナイロン６６などの樹脂を用いてモールド成形されたもので、円筒状の巻胴部２５ａ、および巻胴部２５ａの軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部２５ｂを有する。さらに、巻枠２５は、一方のフランジ部２５ｂの外周部に周方向に離間して、かつ軸方向外方に一体に延設された第１磁石収納部２６と、他方のフランジ部２５ｂの外周部に周方向に離間して、かつ軸方向外方に一体に延設された第２磁石収納部２７とを有している。第１磁石収納部２６は、周方向に等角ピッチで例えば８つ配列され、第２磁石収納部２７は、第１磁石収納部２６に対して半ピッチずれて、周方向に等角ピッチで例えば８つ配列されている。第１および第２磁石収納部２６，２７は、それぞれ、巻胴部２５ａの軸心と直交する断面が台形のコ字状の筒状体に作製され、軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口されている。【００３０】
この巻枠２５は、巻胴部２５ａを第１および第２ボス部１８，２２に外嵌状態に装着し、一対のフランジ部２５ｂを第１および第２継鉄部１９，２３の内壁面に沿わせて、第１および第２ポールコア体１７，２１に組み込まれる。そして、各第１磁石収納部２６が、第２爪状磁極部２４のそれぞれの先端側内周面に対向する第１磁石台座部３０の外周面上に延在する。また、各第２磁石収納部２７が、第１爪状磁極部２０のそれぞれの先端側内周面に対向する第２磁石台座部３２の外周面上に延在する。第１および第２磁石収納部２６，２７は、それぞれ、軸方向外方に向かって巻胴部２５ａの軸心から離反する方向に傾斜している。この第１および第２磁石収納部２６，２７の断面コ字状の底辺で構成される底面の傾斜角度は、それぞれ第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面の傾斜角度にほぼ一致している。【００３１】
第１永久磁石３１は、両端面と平行な断面形状を台形とし、中心軸線を含む断面形状を平行四辺形とする角柱体に作製され、第１磁石収納部２６の軸方向外方の開口から第１磁石収納部２６内に収納、保持される。そして、第１磁石収納部２６が第１磁石台座部３０の外周面に接着剤などにより固着され、第１永久磁石３１と第１磁石台座部３０とが磁気的に接続されている。このとき、各第１永久磁石３１の断面コ字状の頂辺で構成される上面は、第１磁石収納部２６から露出し、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と所定の隙間をもって略平行となっている。【００３２】
第２永久磁石３３は、両端面と平行な断面形状を台形とし、中心軸線を含む断面形状を平行四辺形とする角柱体に作製され、第２磁石収納部２７の軸方向外方の開口から第２磁石収納部２７内に収納、保持される。そして、第２磁石収納部２７が第２磁石台座部３２の外周面に接着剤などにより固着され、第２永久磁石３３と第２磁石台座部３２とが磁気的に接続されている。このとき、各第２永久磁石３３の断面コ字状の頂辺で構成される上面は、第２磁石収納部２７から露出し、第１爪状磁極部２０の先端側内周面と所定の隙間をもって略平行となっている。【００３３】
また、第１および第２永久磁石３１，３３は、着磁方向３５が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界３４の向きと反対となるように着磁配向されている。つまり、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電され、磁界３４が矢印方向に発生された場合、第１および第２永久磁石３１，３３は、磁界３４と逆向きに着磁配向される。たとえば、第１および第２永久磁石３１，３３の着磁方向３５は、径方向に一致しており、その着磁方向３５の延長線が対向する第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に向かっている。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界３４の向きが反転した設計の場合には、第１および第２永久磁石３１，３３も逆向きに着磁配向される。【００３４】
このように構成された回転子１３を組み立てるには、まず界磁コイル１４を巻枠２５の巻胴部２５ａに巻回し、第１および第２永久磁石３１，３３を第１および第２磁石収納部２６，２７の軸方向外方の開口から第１および第２磁石収納部２６，２７内に挿入する。この時、第１および第２永久磁石３１，３３は、第１および第２磁石収納部２６，２７に接着剤などにより固着されてもよい。これにより、図３に示されるように、界磁コイル１４が巻装され、第１および第２永久磁石３１，３３が第１および第２磁石収納部２６，２７に収納、保持された巻枠２５を得る。【００３５】
ついで、第１ボス部１８および第２ボス部２２を軸方向両側から巻胴部２５ａ内に差し入れて、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る。そして、シャフト１６を第１および第２ボス部１８，２２のシャフト挿入穴に圧入し、第１および第２ポールコア体１７，２１がシャフト１６により固着され、一体化する。【００３６】
巻枠２５は、巻胴部２５ａが第１および第２ボス部１８，２２に外嵌状態に装着され、一対のフランジ部２５ｂが第１および第２継鉄部１９，２３の内壁面に沿うように組み付けられている。そして、第１および第２磁石収納部２６，２７が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に対向する第１および第２磁石台座部３０，３２の外周面上に延在し、接着剤などにより第１および第２磁石台座部３０，３２の外周面上に固着される。このようにして組み立てた回転子１３においては、第１および第２永久磁石３１，３３は、シャフト１６の軸心と直交する断面が台形で、シャフト１６の軸心を含む断面が平行四辺形となるように配設されている。【００３７】
また、巻枠２５に巻装された界磁コイル１４は、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３、第１および第２爪状磁極部２０，２４、および第１および第２磁石台座部３０，３２に囲まれた空間に装着されている。ここで、第１および第２ボス部１８，２２および第１および第２継鉄部１９，２３が、それぞれポールコア１５のボス部および一対の継鉄部に相当する。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。【００３８】
つぎに、このように構成された車両用交流発電機１の動作について説明する。まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ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に供給され、磁束が発生される。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極に着磁され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルト（図示せず）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。そこで、回転磁界が固定子１０の固定子コイル１２に与えられ、起電力が固定子コイル１２に発生する。この交流の起電力が、整流器で直流電流に整流され、バッテリが充電され、或いは電気負荷に供給される。【００３９】
つぎに、磁束の動作について図４および図５を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル１４に通電されると、磁束３４ａが発生される。この磁束３４ａは、第１爪状磁極部２０からエアギャップ４０を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。そして、磁束３４ａは、固定子鉄心１１のティース部からコアバック部を通って周方向に移動し、隣の第２爪状磁極部２４に対向するティース部からエアギャップ４０を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。ついで、第２爪状磁極部２４に入った磁束３４ａは、第２継鉄部２３、第２ボス部２２、第１ボス部１８、第１継鉄部１９を通って第１爪状磁極部２０に至る。ここで、従来のランデル型回転子では、第１および第２ポールコア体は限界設計されているので、界磁コイルの発生する磁界により磁気飽和し、回転子で発生する磁束が減少してしまう。【００４０】
この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３１，３３は、界磁コイル１４の発生する磁界３４の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、第１および第２永久磁石３１，３３の発生する磁界の向きは、界磁コイル１４の発生する磁界３４と逆向きである。この第１および第２永久磁石３１，３３から発生した磁束３６が固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ４０を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３１，３３は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に配設されており、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。そこで、磁束３６の大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子内部で閉じた磁気回路を形成する。【００４１】
つまり、第１永久磁石３１から発生する磁束３６は、第１磁石台座部３０から第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２爪状磁極部２４を通り、第１永久磁石３１に戻る。また、第２永久磁石３３から発生する磁束３６は、空隙を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２磁石台座部３２を通り、第２永久磁石３３に戻る。そこで、第１および第２永久磁石３１，３３の発生する磁束３６は、界磁コイル１４の発生する磁束３４ａと逆向きとなり、第１および第２ポールコア体１７，２１を構成する磁性体の磁束密度を大幅に低減することができ、磁気飽和を解消することができる。【００４２】
ついで、このように構成された車両用交流発電機１を用いて、界磁アンペアターン（界磁ＡＴ）に対する固定子鎖交磁束量および回転数に対する発電量を測定し、その結果を図６および図７に示す。また、比較のために、第１および第２永久磁石３１，３３を省略した従来装置を作製し、界磁アンペアターン（界磁ＡＴ）に対する固定子鎖交磁束量および回転数に対する発電量（直流電流Ａ）を測定し、その結果を図６および図７に示す。なお図６中、実線が本発明品を示し、点線が従来装置を示している。【００４３】
図６から、界磁ＡＴの小さい領域では、車両用交流発電機１と従来装置との差が小さく、磁気飽和が始まる領域を超えると、車両用交流発電機１と従来装置との差が大きくなることがわかる。すなわち、第１および第２永久磁石３１，３３を配設することが、磁気飽和を解消し、固定子１０に鎖交する磁束量を増大させることにつながることがわかる。同様に、図７から、車両用交流発電機１では、従来装置に対し、特に低速回転域で大きな発電量が得られることが分かる。【００４４】
つまり、従来装置では、磁気飽和に起因して界磁の起磁力のうち３割以上が回転子の磁気回路で消費され、磁束量の増大が困難となっていた。一方、この実施の形態１では、上述の通り、磁気飽和が解消されるので、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加したものと推考される。特に、磁気飽和が顕著な低速アイドリング域での発電量を大幅に増大できることが確認された。【００４５】
第１および第２ポールコア体１７，２１は、一般に冷間鍛造製法でつくられるため、第１および第２磁石台座部３０，３２の形状や寸法精度を高めることは鍛造だけでは難しく、３次元のＮＣ加工機などによって立体的な切削加工が必要で、加工時間を要する。この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３１，３３を、樹脂製の巻枠２５の第１および第２磁石収納部２６，２７に収納、保持させた状態で、第１および第２磁石台座部３０，３２の外周面上に固着しているので、第１および第２磁石台座部３０，３２の形状や寸法の精度を下げることができる。従って、３次元のＮＣ加工機等を用いた切削加工が不要となり、製造時間を短縮できると共に、製造コストを下げることができる。【００４６】
着磁状態の第１および第２永久磁石３１，３３を１つずつ第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けることは、極めて煩雑であるとともに、装置の全てを非磁性化するなどの手立てが必要となる。この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３１，３３は、巻枠２５の第１および第２磁石収納部２６，２７に収納、保持された状態で、第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けられるので、界磁コイル１４を第１および第２ポールコア体１７，２１に組み付ける工程で、同時に第１および第２永久磁石３１，３３を第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けることができ、組み立て工程を削減し、組立製を向上できる。また、巻枠２５は非磁性体であるので、第１および第２永久磁石３１，３３を第１および第２磁石収納部２６，２７に収納しやすくなる。さらに、ロボットや自動機による巻枠２５のハンドリングは容易であり、装置の全てを非磁性化する必要がなくなる。【００４７】
また、第１および第２永久磁石３１，３３が第１および第２磁石収納部２６，２７に収納、保持された状態で、第１および第２継鉄部１９，２３に突設された第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けられている。そこで、遠心力や熱膨張に起因する第１および第２爪状磁極部２０，２４の相対的変化が磁石保持に影響せず、磁石保持構造が強化され、磁石保持の信頼性が高められる。
また、第１および第２永久磁石３１，３３は、樹脂製の第１および第２磁石収納部２６，２７に収納、保持されているので、第１および第２磁石台座部３０、３２に対して第１および第２磁石収納部２６，２７が緩衝層的な役割を持つ。そこで、遠心力により、第１および第２永久磁石３１，３３が移動したとしても、磁石の割れや飛散の発生が抑制される。【００４８】
第１および第２磁石収納部２６，２７の軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口されているので、第１および第２永久磁石３１，３３がフランジ部２５ｂにより界磁コイル１４側と隔離される。そこで、界磁コイル１４から放射された熱の第１および第２永久磁石３１，３３への飛来がフランジ部２５ｂにより遮断される。また、第１および第２磁石収納部２６，２７の断面コ字状の底辺が第１及び第２永久磁石３１，３３と第１および第２磁石台座部３０，３２との間に介装されているので、界磁コイル１４での発熱のポールコア１５を介して第１および第２永久磁石３１，３３への伝熱経路が遮断される。そこで、界磁コイル１４での発熱に起因する第１および第２永久磁石３１，３３の温度上昇が少なくなり、熱減磁を抑制することが出来る。
また、第１および第２永久磁石３１，３３が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側の内周面に対向して配置されているので、第１および第２永久磁石３１，３３が第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に位置し、固定子スロット高調波により直接誘導加熱されず、熱減磁を未然に防止できる。【００４９】
また、第１および第２永久磁石３１，３３が、第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３１，３３の磁気回路が回転子内部で閉じた磁気回路となり、固定子１０に鎖交する磁束成分がなくなる。そこで、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３１，３３の誘起電圧の発生が抑制される。その結果、第１および第２永久磁石３１，３３の磁石量を増大させることができる。【００５０】
また、第１および第２永久磁石３１，３３が第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に位置しているので、第１および第２永久磁石３１，３３を配設することに起因する慣性モーメントの増加を小さくでき、慣性トルクが大きくなることも抑制できる。
また、第１および第２永久磁石３１，３３が角柱体に作製されているので、砥石を用いて磁石母材から第１および第２永久磁石３１，３３を効率よく切り出すことができ、材料歩留まりが高められる。【００５１】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す斜視図、図９はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される回転子の構成を説明する分解斜視図である。【００５２】
図８および図９において、第１磁石台座部３０Ａは、隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に一体に突設され、その外周面は第１ポールコア体１７Ａの軸心を中心軸線とする円筒面に形成されている。そして、第１ポールコア体１７Ａの軸心と直交する断面が台形の嵌合凹部としての第１嵌合溝２８が、その底面を第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行な傾斜面とするように、かつ溝方向を第１ポールコア体１７Ａの軸心と平行にして、第２爪状磁極部２４の先端側の内周面に相対する第１磁石台座部３０Ａの外周面の部位に凹設されている。そして、第１永久磁石３１は、第１磁石収納部２６に収納、保持された状態で、軸方向内方から第１嵌合溝２８に嵌着されている。この時、第１磁石収納部２６は、第１磁石台座部３０Ａに接着剤などにより固着されてもよい。【００５３】
また、第２磁石台座部３２Ａは、隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に一体に突設され、その外周面は第２ポールコア体２１Ａの軸心を中心軸線とする円筒面に形成されている。そして、第２ポールコア体２１Ａの軸心と直交する断面が台形の嵌合凹部としての第２嵌合溝２９が、その底面を第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略平行な傾斜面とするように、かつ溝方向を第２ポールコア体２１Ａの軸心と平行にして、第１爪状磁極部２０の先端側の内周面に相対する第２磁石台座部３２Ａの外周面の部位に凹設されている。そして、第２永久磁石３３は、第２磁石収納部２７に収納、保持された状態で、軸方向内方から第２嵌合溝２９に嵌着されている。この時、第２磁石収納部２７は、第２磁石台座部３２Ａに接着剤などにより固着されてもよい。
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。【００５４】
従って、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に効果が得られる。
この実施の形態２による回転子１３Ａでは、第１および第２永久磁石３１，３３が収納、保持された第１および第２磁石収納部２６，２７が、第１および第２磁石台座部３０Ａ，３２Ａに凹設された第１および第２嵌合溝２８，２９に嵌着、保持されている。そこで、第１および第２永久磁石３１，３３の径方向外方への移動が第１および第２嵌合溝２８，２９との嵌合により構造的に阻止されるので、第１および第２永久磁石３１，３３が長期的に安定して第１および第２磁石台座部３０Ａ，３２Ａに保持される。また、第１および第２永久磁石３１，３３と第１および第２磁石台座部３０Ａ，３２Ａとの間に介装している第１および第２磁石収納部２６，２７が緩衝層として機能し、第１および第２永久磁石３１，３３の割れの発生が抑制される。【００５５】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図１１はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。【００５６】
図１０および図１１において、第１磁石台座部３０Ｂは、隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に一体に突設され、その外周面は第１ポールコア体１７Ｂの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成されている。第１磁石収納部２６Ｂは、巻枠２５Ｂの巻胴部２５ａの軸心と直交する断面が台形のコ字状の筒状体に作製され、軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口されている。第１磁石収納部２６Ｂのコ字状の筒状体の底面が巻胴部２５ａの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成されている。第１永久磁石３１Ｂは、両端面と平行な断面形状を台形とし、断面台形の底辺で構成する底面が端面と直交する平坦面とし、断面台形の頂辺で構成する上面が第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行な傾斜面とする角柱体に作製されている。そして、第１永久磁石３１Ｂは、第１磁石収納部２６Ｂの軸方向外方の開口から第１磁石収納部２６Ｂ内に収納、保持される。第１磁石収納部２６Ｂが第２爪状磁極部２４の先端側の内周面に相対する第１磁石台座部３０Ｂの外周面に接着剤などにより固着されている。【００５７】
第２磁石台座部３２Ｂは、隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に一体に突設され、その外周面は第２ポールコア体２１Ｂの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成されている。第２磁石収納部２７Ｂは、巻枠２５Ｂの巻胴部２５ａの軸心と直交する断面が台形のコ字状の筒状体に作製され、軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口されている。第２磁石収納部２７Ｂのコ字状の筒状体の底面が巻胴部２５ａの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成されている。第２永久磁石３３Ｂは、両端面と平行な断面形状を台形とし、断面台形の底辺で構成する底面が端面と直交する平坦面とし、断面台形の頂辺で構成する上面が第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略平行な傾斜面とする角柱体に作製されている。そして、第２永久磁石３３Ｂは、第２磁石収納部２７Ｂの軸方向外方の開口から第２磁石収納部２７Ｂ内に収納、保持される。第２磁石収納部２７Ｂが第１爪状磁極部２０の先端側の内周面に相対する第２磁石台座部３２Ｂの外周面に接着剤などにより固着されている。
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。【００５８】
従って、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様に効果が得られる。
この実施の形態３による回転子１３Ｂでは、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂが、両端面と平行な断面形状を台形とし、断面台形の底辺で構成する底面が端面と直交する平坦面に形成され、第１および第２磁石収納部２６Ｂ，２７Ｂのコ字状の筒状体の底面が巻胴部２５ａの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成されている。そこで、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂを巻胴部２５ａの軸心と平行に移動させるだけで、第１および第２磁石収納部２６Ｂ，２７Ｂに挿入できる。そこで、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂの第１および第２磁石収納部２６Ｂ，２７Ｂへの組み付け作業が容易となる。【００５９】
また、第１および第２磁石収納部２６Ｂ，２７Ｂと第１および第２磁石台座部３０Ｂ，３２Ｂとの接合面が、第１および第２ポールコア体１７Ｂ，２１Ｂの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成されている。そこで、ポールコア１５Ｂの組み立て作業、さらには第１および第２磁石収納部２６Ｂ，２７Ｂと第１および第２磁石台座部３０Ｂ，３２Ｂとの接合作業が容易となる。【００６０】
なお、上記実施の形態３では、第１および第２永久磁石を収納、保持した第１および第２磁石収納部を第１および第２磁石台座部の外周面に接着剤などにより固着するものとしているが、上記実施の形態２と同様に、第１および第２磁石台座部の外周面に第１および第２嵌合溝を凹設し、第１および第２永久磁石を収納、保持した第１および第２磁石収納部を第１および第２嵌合溝に嵌着するようにしてもよい。この場合、第１および第２嵌合溝の断面台形の底辺で構成する底面はシャフトの軸心と直交する円筒面に接する平坦面に形成される。【００６１】
また、上記実施の形態１〜３では、第１および第２永久磁石が端面と平行な断面を台形とする角柱体に作製されているものとしているが、第１および第２永久磁石の端面と平行な断面形状は台形に限定されるものではなく、正方形や長方形の四角形であってもよい。この場合、第１および第２磁石収納部の断面形状、および第１および第２嵌合溝の溝形状も、第１および第２永久磁石の端面と平行な断面形状に適合する形状に形成されることは言うまでもないことである。なお、永久磁石の断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていてもよいことは言うまでもないことである。【００６２】
また、上記実施の形態１〜３では、磁石収納部の軸方向外方が開口され、軸方向内方が塞口されているものとしているが、磁石収納部の軸方向内方が開口され、軸方向外方が塞口されていてもよい。この場合、永久磁石は磁石収納部に軸方向内方から収納され、永久磁石の軸方向外方への飛び出しが抑制される。【００６３】
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される回転子の構成を説明する分解斜視図、図１３はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。【００６４】
図１２および図１３において、第１嵌合溝２８Ｃは、第１ポールコア体１７Ｃの軸心と直交する断面をＣ字状の円弧形とし、穴中心を第２爪状磁極部２４の先端側の内周面と略平行とするように、第２爪状磁極部２４の先端側の内周面に相対する第１磁石台座部３０Ｃの外周面の部位に凹設されている。第１磁石収納部２６Ｃは、巻枠２５Ｃの巻胴部２５ａの軸心と直交する断面がＣ字状の円弧形の筒状体に作製され、軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口されている。この第１磁石収納部２６Ｃの中心軸線の傾斜角度は、第２爪状磁極部２４の先端内周面の傾斜角度にほぼ一致している。【００６５】
第１永久磁石３１Ｃは、両端面と平行な断面形状を円形とし、中心軸線を含む断面形状を平行四辺形とする円柱体に作製され、第１磁石収納部２６Ｃの軸方向外方の開口から第１磁石収納部２６Ｃ内に収納、保持される。そして、第１永久磁石３１Ｃは、第１磁石収納部２６Ｃに収納、保持された状態で、軸方向内方から第１嵌合溝２８Ｃに嵌着されている。この時、各第１永久磁石３１Ｃの外周面の一部が、第１磁石収納部２６Ｃから露出し、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と所定の隙間をもって略平行となっている。また、第１磁石収納部２６Ｃは、第１嵌合溝２８Ｃに接着剤などにより固着されてもよい。【００６６】
第２嵌合溝２９Ｃは、第２ポールコア体２１Ｃの軸心と直交する断面をＣ字状の円弧形とし、穴中心を第１爪状磁極部２０の先端側の内周面と略平行とするように、第１爪状磁極部２０の先端側の内周面に相対する第２磁石台座部３２Ｃの外周面の部位に凹設されている。第２磁石収納部２７Ｃは、巻胴部２５ａの軸心と直交する断面がＣ字状の円弧形の筒状体に作製され、軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口されている。この第２磁石収納部２７Ｃの中心軸線の傾斜角度は、第１爪状磁極部２０の先端側内周面の傾斜角度にほぼ一致している。【００６７】
第２永久磁石３３Ｃは、両端面と平行な断面形状を円形とし、中心軸線を含む断面形状を平行四辺形とする円柱体に作製され、第２磁石収納部２７Ｃの軸方向外方の開口から第２磁石収納部２７Ｃ内に収納、保持される。そして、第２永久磁石３３Ｃは、第２磁石収納部２７Ｃに収納、保持された状態で、軸方向内方から第２嵌合溝２９Ｃに嵌着されている。この時、各第２永久磁石３３Ｃの外周面の一部が、第２磁石収納部２７Ｃから露出し、第１爪状磁極部２０の先端内周面と所定の隙間をもって略平行となっている。また、第２磁石収納部２７Ｃは、第２嵌合溝２９Ｃに接着剤などにより固着されてもよい。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。【００６８】
従って、この実施の形態４によれば、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
この実施の形態４によれば、第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃは断面Ｃ字状の筒状に形成されているので、第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃを冷間鍛造製法のみで成形できる。また、必要があれば、成型後の第１および第２ポールコア体１７Ｃ，２１Ｃにドリルやリーマなどの回転切削工具を用いて後加工を施すことで、第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃの穴寸法精度を高めることができる。この後加工は、回転切削工具を第１および第２ポールコア体１７Ｃ，２１Ｃに対して軸方向に移動させるだけですみ、第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃの寸法の高精度化を簡易に、安価に、短時間で行うことができる。また、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃは円柱体に形成されているので、金型成形、あるいは外形切削によって簡易に、安価に、高寸法精度で作製できる。【００６９】
第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃおよび第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃを高寸法精度で作製できるので、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃを第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃにがたつき無く、安定して保持でき、高速回転時における磁石の飛散の発生を防止できる。第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃと第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃとの嵌着面が円筒面であるので、局所的な応力集中がなく、第１および第２第１磁石台座部３０Ｃ，３２Ｃおよび第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃの損傷の発生を抑制できる。さらに、第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃと第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃとの間に介装している第１および第２磁石収納部２６Ｃ，２７Ｃが緩衝層として機能し、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃの割れの発生を抑制できる。【００７０】
また、第１および第２磁石収納部２６Ｃ，２７Ｃが変形して第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃと第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃとの寸法誤差を吸収できるので、加工精度を過度に高精度に監理する必要はなく、製造コストを低減することができる。【００７１】
実施の形態５．
図１４はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
図１４において、第１および第２永久磁石３１，３３が巻枠２５Ｄにインサート成形されている。そして、第１および第２永久磁石３１，３３は、それぞれ台形断面の頂辺で構成される上面のみを露出するように各第１および第２磁石収納部２６Ｄ，２７Ｄに埋設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１，２と同様に構成されている。【００７２】
従って、この実施の形態５によれば、上記実施の形態１，２と同様の効果が得られる。
この実施の形態５によれば、第１および第２永久磁石３１，３３が巻枠２５Ｄにインサート成形されているので、第１および第２永久磁石３１，３３が巻枠２５Ｄに組み込まれて一部品としてハンドリングでき、組立性が高められる。また、第１および第２永久磁石３１，３３は、それぞれ台形断面の頂辺で構成される上面のみを露出するように各第１および第２磁石収納部２６Ｄ，２７Ｄに埋設されているので、第１および第２永久磁石３１，３３の軸方向への飛び出しが防止でき、巻枠２５Ｄの磁石保持強度が高められる。さらに、第１および第２永久磁石３１，３３の露出面積が少なくなり、第１および第２永久磁石３１，３３が損傷し、飛散することが防止できる。【００７３】
実施の形態６．
図１５はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
図１５において、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂが巻枠２５Ｅにインサート成形されている。そして、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂは、それぞれ台形断面の頂辺で構成される上面側を露出するように各第１および第２磁石収納部２６Ｅ，２７Ｅに埋設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。【００７４】
従って、この実施の形態６によれば、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態６によれば、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂが巻枠２５Ｅにインサート成形されている。さらに、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂは、それぞれ台形断面の頂辺で構成される上面側を露出するように各第１および第２磁石収納部２６Ｅ，２７Ｅに埋設されている。そこで、上記実施の形態５と同様の効果が得られる。【００７５】
実施の形態７．
図１６はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
図１６において、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃが巻枠２５Ｆにインサート成形されている。そして、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃは、それぞれ外周面の一部を露出するように各第１および第２磁石収納部２６Ｆ，２７Ｆに埋設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態４と同様に構成されている。【００７６】
従って、この実施の形態７によれば、上記実施の形態４と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態７によれば、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃが巻枠２５Ｆにインサート成形されている。さらに、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃは、それぞれ外周面の一部を露出するように各第１および第２磁石収納部２６Ｆ，２７Ｆに埋設されている。そこで、上記実施の形態５と同様の効果が得られる。【００７７】
なお、上記実施の形態５〜７では、第１および第２永久磁石が第２および第１爪状磁極部の先端側内周面と相対する部位を露出するように巻枠の第１および第２磁石収納部にインサート成形されているものとしているが、第１および第２永久磁石は、少なくとも、軸方向の両端面および第１および第２磁石台座部との対向面が埋設されていればよく、例えば第１および第２永久磁石の全体が埋設されるようにインサート成形されてもよい。【００７８】
実施の形態８．
図１７はこの発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図１８はこの発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機に適用される回転子を示す斜視図、図１９はこの発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機に適用されるポールコア体を示す斜視図、図２０はこの発明の実施の形態８に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。【００７９】
図１７乃至図２０において、ポールコア１５Ｄは、第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄに分割構成されている。巻枠２５Ｇの第１磁石収納部２６Ｇには、第１永久磁石３１と第１磁性体４３とが収納、保持され、第２磁石収納部２７Ｇには、第１永久磁石３３と第２磁性体４４とが収納、保持されている。
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。【００８０】
以下、実施の形態８による車両用交流発電機の変更部分について具体的に説明する。
第１ポールコア体１７Ｄには、周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０の間のそれぞれの第１継鉄部１９の部位に内径側に向かって凸状に湾曲するＵ字状の第１谷部４１が形成されている。同様に、第２ポールコア体２１Ｄには、周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４の間のそれぞれの第２継鉄部２３の部位に内径側に向かって凸状に湾曲するＵ字状の第２谷部４２が形成されている。
巻枠２５Ｇのフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇは、内径側を第１および第２谷部４１，４２の底部内面形状に適合する湾曲面形状とする馬蹄形の筒状体に作製されている。そして、第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇの軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口され、軸方向外方および外径側が開口されている。【００８１】
第１磁性体４３は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて冷間鍛造法や引き抜き加工などにより、側面を第１永久磁石３１の底面に密接する平坦面とし、周面を第１磁石収納部２６Ｇの内径側の内周面に適合する湾曲面形状とする断面Ｄ字状の柱状体に作製されている。同様に、第２磁性体４４は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて冷間鍛造法や引き抜き加工などにより、側面を第２永久磁石３３の底面に密接する平坦面とし、周面を第２磁石収納部２７Ｇの内径側の内周面に適合する湾曲面形状とする断面Ｄ字状の柱状体に作製されている。【００８２】
つぎに、回転子１３Ｄの組立方法について説明する。
まず、第１および第２磁性体４３，４４の側面を第１および第２永久磁石３１，３３の底面に接着剤などにより固着する。ついで、界磁コイル１４を巻枠２５Ｇの巻胴部２５ａに巻回し、一体化された第１永久磁石３１と第１磁性体４３とを第１磁石収納部２６Ｇの軸方向外方の開口から第１磁石収納部２６Ｇ内に挿入する。さらに、一体化された第２永久磁石３３と第２磁性体４４とを第２磁石収納部２７Ｇの軸方向外方の開口から第２磁石収納部２７Ｇ内に挿入する。この時、第１および第２永久磁石３１，３３および第１および第２磁性体４３，４４は、第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇに接着剤などにより固着されてもよい。これにより、図２０に示されるように、界磁コイル１４、第１および第２永久磁石３１，３３、および第１および第２磁性体４３，４４が装着された巻枠２５Ｇを得る。【００８３】
ついで、第１ボス部１８および第２ボス部２２を軸方向両側から巻胴部２５ａ内に差し入れて、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る。そして、シャフト１６を第１および第２ボス部１８，２２のシャフト挿入穴に圧入し、第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄがシャフト１６により固着され、一体化され、回転子１３Ｄを得る。【００８４】
ここで、巻枠２５Ｇは、巻胴部２５ａが第１および第２ボス部１８，２２に外嵌状態に装着され、一対のフランジ部２５ｂが第１および第２継鉄部１９，２３の内壁面に沿うように組み付けられている。そして、第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇがその内径側を第１および第２谷部４１，４２の底部内面に密接させて第１および第２谷部４１，４２内に延在し、接着剤などにより第１および第２谷部４１，４２の内面に固着される。また、第１および第２永久磁石３１，３３が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に対向している。【００８５】
つぎに、第１および第２永久磁石３１，３３から発生する磁束の流れについて説明する。まず、第１永久磁石３１から発生する磁束は、第１磁性体４３から第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２爪状磁極部２４を通り、第１永久磁石３１に戻る。また、第２永久磁石３３から発生する磁束は、空隙を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２磁性体４４を通り、第２永久磁石３３に戻る。そこで、第１および第２永久磁石３１，３３の発生する磁束は、界磁コイル１４の発生する磁束と逆向きとなり、第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄを構成する磁性体の磁束密度を大幅に低減することができ、磁気飽和を解消することができる。【００８６】
従って、この実施の形態８によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、ランデル型のポールコアにおいては、爪状磁極部相当部が継鉄部から径方向外方に延出する形状のコア体を冷間鍛造法により成型した後、継鉄部から径方向外方に延出する爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて爪状磁極部を形成している。この実施の形態８による第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄでは、第１および第２谷部４１，４２が第１および第２継鉄部１９，２３に形成されている。そこで、コア体の成型時に、第１および第２谷部４１，４２を第１および第２継鉄部１９，２３に形成すれば、爪状磁極部相当部を折り曲げやすくなり、爪状磁極部相当部の折り曲げ工程での歩留まりを高めることはできる。【００８７】
第１および第２谷部４１，４２を冷間鍛造法により形成した場合、第１および第２谷部４１，４２の寸法精度を高めることは難しい。しかし、第１および第２永久磁石３１，３３と第１および第２磁性体４３，４４とが第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇに収納、保持されて第１および第２谷部４１，４２に嵌合されるので、樹脂製の第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇが変形して第１および第２谷部４１，４２の寸法精度の悪化を吸収できる。そこで、第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄの寸法精度を過度に高める必要がなく、製造コストを低減することができる。
また、第１および第２永久磁石３１，３３が第１および第２磁性体４３，４４とともに第１および第２谷部４１，４２に配設されているので、高価な第１および第２永久磁石３１，３３の体積を必要最小限にでき、低コスト化が図られる。【００８８】
実施の形態９．
上記実施の形態８では、永久磁石（第１および第２永久磁石３１，３３）と磁性体（第１および第２磁性体４３，４４）とを別々の部品として作製しているが、この実施の形態９では、永久磁石と磁性体とをダブルモールド（二色成形）により一体成形して１部品として作製している。
従って、この実施の形態９によれば、上記実施の形態９と同様の効果が得られるとともに、部品点数が削減され、永久磁石と磁性体とを接着剤などにより固着、一体化する工程が不要となり、回転子の組立工程を短縮できる。【００８９】
実施の形態１０．
上記実施の形態８では、第１および第２磁性体４３，４４が磁性材の塊状体で作製されているものとしているが、この実施の形態１０では、図２１に示されるように、第２磁性体４４Ａが磁性材の薄板４４ａを積層一体化した積層体で作製されている。なお、図示していないが、第１磁性体も磁性材の薄板の積層体で作製されている。
従って、この実施の形態１０によれば、上記実施の形態８と同様に効果が得られる。
また、この実施の形態１０によれば、第１および第２磁性体を磁性材の薄板４４ａの積層体で作製しているので、プレス成形により積層される薄板４４ａを簡易に作製でき、第１および第２磁性体の製造が容易となる。また、半円形の平面形状に打ち抜かれた薄板４４ａを軸方向に積層して第１および第２磁性体を作製しているので、薄板４４ａをプレス成形する金型が１種類で済み、低コスト化が図られる。【００９０】
実施の形態１１．
図２２はこの発明の実施の形態１１に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
図２２において、巻枠２５Ｈの一方のフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第２磁石収納部２７Ｈは、外径側の永久磁石収納部２７ａと内径側の磁性体収納部２７ｂとに画成されている。そして、第２永久磁石３３が永久磁石収納部２７ａ内に収納、保持され、第２磁性体４４が磁性体収納部２７ｂ内に収納、保持されている。なお、図示していないが、巻枠２５Ｈの他方のフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第１磁石収納部２６Ｈも、外径側の永久磁石収納部と内径側の磁性体収納部とに画成されている。そして、第１永久磁石３１が永久磁石収納部内に収納、保持され、第１磁性体４３が磁性体収納部内に収納、保持されている。
なお、他の構成は上記実施の形態８と同様に構成されている。【００９１】
従って、この実施の形態１１によれば、上記実施の形態８と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態１１によれば、第１および第２永久磁石３１，３３と第１および第２磁性体４３，４４とが永久磁石収納部と磁性体収納部とに別々に収納されているので、樹脂製の第１および第２磁石収納部２６Ｈ，２７Ｈが変形して第１および第２永久磁石３１，３３および第１および第２磁性体４３，４４の寸法精度の悪化を吸収できる。そこで、第１および第２永久磁石３１，３３および第１および第２磁性体４３，４４の寸法精度を過度に高める必要がなく、製造コストを低減することができる。【００９２】
実施の形態１２．
上記実施の形態８では、第１および第２永久磁石３１，３３を用いるものとしているが、この実施の形態１２では、図２３に示されるように、第１および第２永久磁石３１Ｂ，３３Ｂを用いている。
従って、この実施の形態１２においても、上記実施の形態８と同様の効果が得られる。【００９３】
実施の形態１３．
図２４はこの発明の実施の形態１３に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
図２４において、巻枠２５Ｉの一方のフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第２磁石収納部２７Ｉは、その軸方向外方のみが開口されている。そして、第２永久磁石３３と第２磁性体４４とが第２磁石収納部２７Ｉに収納、保持されている。また、図示していないが、巻枠２５Ｉの他方のフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第１磁石収納部２６Ｉも、その軸方向外方のみが開口されている。そして、第２永久磁石３３と第２磁性体４４とが第２磁石収納部２７Ｉに収納、保持されている。
なお、他の構成は上記実施の形態８と同様に構成されている。【００９４】
従って、この実施の形態１３によれば、上記実施の形態８と同様の効果が得られる。
この実施の形態１３によれば、第１および第２永久磁石３１，３３の上面が樹脂製の第１および第２磁石収納部２６Ｉ，２７Ｉにより覆われている。そこで、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側が遠心力などにより揺動して第１および第２永久磁石３１，３３に当たっても、第１および第２磁石収納部２６Ｉ，２７Ｉが緩衝層となり、第１および第２永久磁石３１，３３の損傷の発生が抑制される。仮に、第１および第２永久磁石３１，３３が損傷しても、第１および第２永久磁石３１，３３の破片の飛散が抑制される。【００９５】
なお、上記実施の形態８〜１３では、磁石収納部の軸方向外方が開口され、軸方向内方が塞口されているものとしているが、磁石収納部の軸方向内方が開口され、軸方向外方が塞口されていてもよい。この場合、永久磁石および磁性体は磁石収納部に軸方向内方から収納され、永久磁石および磁性体の軸方向外方への飛び出しが抑制される。
また、上記実施の形態８〜１３では、永久磁石および磁性体を磁石収納部に軸方向外方から挿入するものとしているが、巻枠のモールド成型時に、永久磁石および磁性体を磁石収納部にインサート成形するようにしてもよい。【００９６】
また、上記各実施の形態では、全ての周方向に隣り合う爪状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に永久磁石を配設するものとしているが、永久磁石は全ての周方向に隣り合う爪状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に配設する必要はなく、任意の周方向に隣り合う爪状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に配設してもよい。この場合、磁気的なバランスおよび機械的なバランスを考慮して永久磁石を配設することが好ましい。例えば、第１ポールコア体には永久磁石を配設せず、第２ポールコア体の全ての周方向に隣り合う爪状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に永久磁石を配設してもよい。また、第１および第２ポールコア体のそれぞれにおいて、１つおきの周方向に隣り合う爪状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に配設してもよい。この構成を採用することにより、車両用交流発電機の出力を調整でき、永久磁石の個数の削減に伴うコスト低減が図られる。【００９７】
また、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石が、界磁コイルを流れる界磁電流が回転子の軸心と直交する平面において作る磁界の向きと反対となるように着磁配向されている。そして、第１および第２永久磁石の着磁方向は径方向に完全に一致している。しかし、第１および第２永久磁石の着磁方向は径方向に完全に一致する必要はなく、例えば、第１および第２永久磁石の着磁方向が対向する第２および第１爪状磁極部の先端側内周面に直交するように着磁配向してもよい。この場合、第１および第２永久磁石の着磁方向が磁束の向きにより沿う方向となり、また、第１および第２永久磁石の第２および第１爪状磁極部の内周面側の磁極面積を最大利用でき、磁束量を増やすことができる。【００９８】
また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機について説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月18日(2009.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この発明による回転電機は、ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の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、上記回転子を所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。そして、磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向され、磁石台座部が、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部の部位に突設され、嵌合凹部が上記磁石台座部の上記爪状磁極部と対向する部位に軸方向に延設され、上記永久磁石を収納、保持した上記磁石収納部が上記嵌合凹部に嵌着、保持されて上記磁石台座部に保持され、上記永久磁石は、少なくとも上記磁石台座部との対向面および軸方向両端面が埋設されて上記磁石収納部にインサート成形されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
この発明によれば、永久磁石は巻枠の磁石収納部に収納、保持された状態で、爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置されている。そこで、遠心力や熱膨張に起因する爪状磁極部の変位が永久磁石に影響しないので、磁石の保持構造が強化され、爪状磁極部の変位に起因する永久磁石の割れや欠けの発生が抑制されるとともに、永久磁石の保持も容易となる。永久磁石は巻枠に保持されており、組立時、界磁コイルと一体でポールコアに組み付けることができ、組立工数が削減され、組立性が向上される。また、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置しているので、永久磁石の配設に伴う慣性モーメントの増加が小さくなる。さらに、永久磁石に作用する遠心力も小さくなり、永久磁石の保持が容易となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、永久磁石が爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置されているので、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置し、固定子スロット高調波により直接誘導加熱されず、熱減磁を未然に防止できる。また、永久磁石は巻枠により界磁コイルおよびポールコアと断熱されているので、界磁コイルよる発熱の伝熱影響を受けにくく、磁石温度が上昇せず、熱減磁を防止できる。
さらに、永久磁石が界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向されているので、永久磁石による磁界回路が回転子内部で閉じるように形成され、磁石量を増やしても、無負荷無励磁の誘起電圧の発生が抑制される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
着磁状態の第１および第２永久磁石３１，３３を１つずつ第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けることは、極めて煩雑であるとともに、装置の全てを非磁性化するなどの手立てが必要となる。この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３１，３３は、巻枠２５の第１および第２磁石収納部２６，２７に収納、保持された状態で、第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けられるので、界磁コイル１４を第１および第２ポールコア体１７，２１に組み付ける工程で、同時に第１および第２永久磁石３１，３３を第１および第２磁石台座部３０，３２に取り付けることができ、組み立て工程を削減し、組立性を向上できる。また、巻枠２５は非磁性体であるので、第１および第２永久磁石３１，３３を第１および第２磁石収納部２６，２７に収納しやすくなる。さらに、ロボットや自動機による巻枠２５のハンドリングは容易であり、装置の全てを非磁性化する必要がなくなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃおよび第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃを高寸法精度で作製できるので、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃを第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃにがたつき無く、安定して保持でき、高速回転時における磁石の飛散の発生を防止できる。第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃと第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃとの嵌着面が円筒面であるので、局所的な応力集中がなく、第１および第２磁石台座部３０Ｃ，３２Ｃおよび第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃの損傷の発生を抑制できる。さらに、第１および第２嵌合溝２８Ｃ，２９Ｃと第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃとの間に介装している第１および第２磁石収納部２６Ｃ，２７Ｃが緩衝層として機能し、第１および第２永久磁石３１Ｃ，３３Ｃの割れの発生を抑制できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図１７乃至図２０において、ポールコア１５Ｄは、第１および第２ポールコア体１７Ｄ，２１Ｄに分割構成されている。巻枠２５Ｇの第１磁石収納部２６Ｇには、第１永久磁石３１と第１磁性体４３とが収納、保持され、第２磁石収納部２７Ｇには、第２永久磁石３３と第２磁性体４４とが収納、保持されている。
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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
以下、実施の形態８による車両用交流発電機の変更部分について具体的に説明する。
第１ポールコア体１７Ｄには、周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０の間のそれぞれの第１継鉄部１９の部位に内径側に向かって凹状に湾曲するＵ字状の第１谷部４１が形成されている。同様に、第２ポールコア体２１Ｄには、周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４の間のそれぞれの第２継鉄部２３の部位に内径側に向かって凹状に湾曲するＵ字状の第２谷部４２が形成されている。
巻枠２５Ｇのフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇは、内径側を第１および第２谷部４１，４２の底部内面形状に適合する湾曲面形状とする馬蹄形の筒状体に作製されている。そして、第１および第２磁石収納部２６Ｇ，２７Ｇの軸方向内方がフランジ部２５ｂにより塞口され、軸方向外方および外径側が開口されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
実施の形態９．
上記実施の形態８では、永久磁石（第１および第２永久磁石３１，３３）と磁性体（第１および第２磁性体４３，４４）とを別々の部品として作製しているが、この実施の形態９では、永久磁石と磁性体とをダブルモールド（二色成形）により一体成形して１部品として作製している。
従って、この実施の形態９によれば、上記実施の形態８と同様の効果が得られるとともに、部品点数が削減され、永久磁石と磁性体とを接着剤などにより固着、一体化する工程が不要となり、回転子の組立工程を短縮できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
実施の形態１３．
図２４はこの発明の実施の形態１３に係る車両用交流発電機において永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜視図である。
図２４において、巻枠２５Ｉの一方のフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第２磁石収納部２７Ｉは、その軸方向外方のみが開口されている。そして、第２永久磁石３３と第２磁性体４４とが第２磁石収納部２７Ｉに収納、保持されている。また、図示していないが、巻枠２５Ｉの他方のフランジ部２５ｂから軸方向外方に延設された第１磁石収納部２６Ｉも、その軸方向外方のみが開口されている。そして、第１永久磁石３１と第１磁性体４３とが第１磁石収納部２６Ｉに収納、保持されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の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、
上記回転子を所定のエアギャップ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、
磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、
永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向され、
磁石台座部が、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部の部位に突設され、
嵌合凹部が上記磁石台座部の上記爪状磁極部と対向する部位に軸方向に延設され、
上記永久磁石を収納、保持した上記磁石収納部が上記嵌合凹部に嵌着、保持されて上記磁石台座部に保持され、
上記永久磁石は、少なくとも上記磁石台座部との対向面および軸方向両端面が埋設されて上記磁石収納部にインサート成形されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の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、
上記回転子を所定のエアギャップ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、
磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、
永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向され、
磁石台座部が、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部の部位に突設され、
上記磁石台座部の上面が上記シャフトの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成され、
上記永久磁石が収納、保持された上記磁石収納部が上記磁石台座部の上面に接着されて上記磁石台座部に保持され、
上記永久磁石は、少なくとも上記磁石台座部との対向面および軸方向両端面が埋設されて上記磁石収納部にインサート成形されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
上記永久磁石は、上記シャフトの軸心に直交する断面が略四角形の柱状体に作製されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記永久磁石は、上記シャフトの軸心に直交する断面が円形の柱状体に作製されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項５】
ボス部、該ボス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延設された一対の継鉄部、および該一対の継鉄部のそれぞれから交互に軸方向に延設され、噛み合って周方向に配列された複数の爪状磁極部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通されたシャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対の継鉄部、および上記複数の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、
上記回転子を所定のエアギャップ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、
磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、
永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向され、
谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部の間のそれぞれの上記継鉄部の部位に内径側に凹状に湾曲して形成され、
磁性体が上記永久磁石の内径側に位置して該永久磁石とともに上記磁石収納部内に収納、保持され、
上記磁石収納部が上記谷部に嵌合されて上記継鉄部に保持されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
上記磁石収納部に収納、保持されている上記永久磁石と上記磁性体とが二色成形されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項７】
永久磁石収納部と磁性体収納部とが上記磁石収納部内に径方向に並んで画成され、
上記永久磁石が上記永久磁石収納部に収納、保持され、上記磁性体が上記磁性体収納部に収納、保持されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項８】
上記磁性体が塊状体で作製されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
上記磁性体が磁性板の積層体で作製されていることを特徴とする請求項５又は請求項７記載の回転電機。
【国際調査報告】
2009028228.tif 000027
2009028228.tif 000028
2009028228.tif 000029
2009028228.tif 000030
2009028228.tif 000031
2009028228.tif 000032