(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
該回転子に対して所定の間隔を隔てて配置された固定子とを有し、
前記回転子は、
対向配置された一対の爪形磁極と、
該爪形磁極を磁化させるための界磁巻線を備えており、
前記爪形磁極のそれぞれは複数の爪部を備えており、
前記爪形磁極の前記複数の爪部は、前記爪形磁極の隣り合う前記爪部間の内周側の距離が外周側の距離も大きくなるように形成されており、
前記爪形磁極の隣り合う複数の前記爪部間には、前記界磁巻線の作る磁束を増磁するための永久磁石が配置されており、
前記爪形磁極の前記爪部及び前記永久磁石の外周側には、前記永久磁石の飛び出しを防止するための永久磁石飛び出し防止部材が配置されており、
前記複数の永久磁石は永久磁石保持部材によって内周側から保持されており、
前記永久磁石保持部材は、
板状部材が円筒状に曲げられたものであって、
板状部材上において、板状部材上に載置された前記複数の永久磁石のそれぞれの幅方向及び長手方向を保持するための爪部を備えており、
前記永久磁石保持部材の前記永久磁石の幅方向を保持するための前記爪部は、前記爪形磁極の隣り合う複数の前記爪部間に前記永久磁石が配置された際、前記爪形磁極の前記爪部と前記永久磁石との間に形成される隙間に配置される
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は非磁性体によって構成されている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材の厚さは、前記回転子と前記固定子との間のギャップ長の１／２以下である
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は磁性体によって構成されており、
前記永久磁石の外周側に位置する前記飛び出し防止部材部分には穴部が形成されている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記爪形磁極の前記爪部の外周面には段差部が形成されており、
前記段差部の低段部には前記飛び出し防止部材が配置されており、
前記飛び出し防止部材の厚さは前記段差部の段差に等しい
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は前記爪形磁極の前記爪部に溶接されており、
前記永久磁石保持部材，前記永久磁石及び前記爪形磁極はワニスによって一体固定されている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記爪形磁極の前記爪部の外周側に位置する部分が磁性部で形成され、
前記永久磁石の外周側に位置する部分が非磁性部で形成されている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は、磁性体金属と非磁性体金属を溶接により接続して一体製造したリングである
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項７に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は、複合性磁性材料から成る磁性体を局部的に加熱処理して前記非磁性部を形成したものである
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項７に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は、
複合性磁性材料のリングを軸方向に複数個積み重ねて構成したものであって、
前記永久磁石の外周側に位置する部分を熱処理によって非磁性体処理したものである
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１１】
請求項７に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は、
複合性磁性材料のワイヤーを前記爪形磁極最外周面にリング状に巻き付けて構成したものであって、
前記永久磁石の外周側に位置する部分を熱処理によって非磁性体処理したものである
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１２】
請求項７に記載の車両用交流発電機において、
前記飛び出し防止部材は、前記爪形磁極の極間に対して位置合わせが可能な位置合わせ用爪部を有する
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機に係り、特に、自動車用発電装置として用いるに好適な車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に車両用交流発電機は、回転子と固定子から構成されている。回転子は、先端部分に複数個の爪部を形成した一対の対向配置された爪形磁極と、爪形磁極を磁化させる界磁巻線とから構成されている。また、固定子は、回転子と所定の間隔を隔てて配置されるとともに、回転子の爪形磁極の磁化により交流電圧を発生させる。
【０００３】
かかる構成の車両用交流発電機においては、回転子が回転して界磁巻線に直流電流が流れることにより一対の爪形磁極にＮ極及びＳ極が発生する。Ｎ極の爪形磁極の爪部から出た磁束は固定子の固定子鉄心を通りＳ極の爪形磁極の爪部に戻る磁気回路を形成する。
【０００４】
このとき、磁気回路の磁束が固定子の固定子巻線を差交することで固定子巻線に交流の誘起電圧が発生する。
【０００５】
このような車両用交流発電機においては、固定子巻線を差交する磁束量が発電電流に影響する。そこで、従来の車両用交流発電機においては、爪形磁極の爪部間に永久磁石を配置して界磁巻線が作る磁束を増磁することにより、固定子巻線を差交する磁束量を増やすようにしている。
【０００６】
さらに、従来の車両用交流発電機においては、例えば、特開平4−251553 号公報に記載されているように、爪形磁極の爪部間に配置した永久磁石が、回転子の回転によって遠心力で飛び出さないようにするため、爪形磁極の最外周部に非磁性体の飛び出し防止部材（非磁性体保護カバー）を配置するようにしている。
【０００７】
しかしながら、特開平4−251553 号公報に記載されているものでは、非磁性体保護カバーにより永久磁石の飛び出しは防止できるが、複数個の永久磁石は、それぞれ、直接、爪磁極間に配置する必要があるため、作業性が悪いものである。それに対して、例えば、特開平3−265450 号公報に記載されているように、爪形磁極の爪部間に永久磁石を配置するとともに、永久磁石の外周面にのみ非磁性体の保護カバーを配置したものが知られている。この保護カバーは、永久磁石の飛び出し防止と、永久磁石の保持を兼用するものである。
【０００８】
また、特開平7−15929号公報には、ブラシレス車両用交流発電機の爪磁極そのものをオーステナイト系ステンレス鋼を用いて熱処理により極間部分を非磁性体処理するものが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平3−265450 号公報に記載の車両用交流発電機にあっては、永久磁石の飛び出し防止部材を永久磁石の保持部材と兼用するために、永久磁石の外周部であって爪形磁極の内周側に飛び出し防止部材を配置する必要があるため、永久磁石の大きさが制約され、小さくなる。従って、永久磁石を配置したことによる磁束の増磁作用が小さくなり、発電効率の向上がさほど望めないという問題があった。
【００１０】
また、特開平7−15929号公報に記載の技術においては、爪磁極そのものをオーステナイト系ステンレス鋼で作成するために、漏れ磁束を小さくするためにはこのオーステナイト系ステンレス鋼の厚みは５mm程度は必要となるため、使用するレーザーの出力に大きいものが要求され設備が大きくなる。また、薄い板を用いた場合には爪磁極間の漏れ磁束が増大する問題点がある。また、車両用交流発電機として、寒冷地に放置された場合非磁性部が磁性体に戻る可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石の飛び出し防止部材を設けた構成においても、永久磁石を爪形磁極の爪部間に配置する作業性が向上するとともに、発電効率の向上した車両用交流発電機を提供することにある。
【００１２】
本発明の第２の目的は、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石を予め永久磁石保持部材により一体化した磁石モジュールとし爪形磁極の爪部間に一体化して組み込んだもので、発電電流を増大させて発電効率を向上させることができる車両用交流発電機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の車両用交流発電機を特徴とする。すなわち回転子と、該回転子に対して所定の間隔を隔てて配置された固定子とを有し、前記回転子は、対向配置された一対の爪形磁極と、該爪形磁極を磁化させるための界磁巻線を備えており、前記爪形磁極のそれぞれは複数の爪部を備えており、前記爪形磁極の前記複数の爪部は、前記爪形磁極の隣り合う前記爪部間の内周側の距離が外周側の距離も大きくなるように形成されており、前記爪形磁極の隣り合う複数の前記爪部間には、前記界磁巻線の作る磁束を増磁するための永久磁石が配置されており、前記爪形磁極の前記爪部及び前記永久磁石の外周側には、前記永久磁石の飛び出しを防止するための永久磁石飛び出し防止部材が配置されており、前記複数の永久磁石は永久磁石保持部材によって内周側から保持されており、前記永久磁石保持部材は、板状部材が円筒状に曲げられたものであって、板状部材上において、板状部材上に載置された前記複数の永久磁石のそれぞれの幅方向及び長手方向を保持するための爪部を備えており、前記永久磁石保持部材の前記永久磁石の幅方向を保持するための前記爪部は、前記爪形磁極の隣り合う複数の前記爪部間に前記永久磁石が配置された際、前記爪形磁極の前記爪部と前記永久磁石との間に形成される隙間に配置される車両用交流発電機。
【００１４】
かかる構成により、永久磁石は、永久磁石保持部材により保持される構成となるため、回転子の組立時の作業性が向上するとともに、永久磁石は、内周側から永久磁石保持部材によって保持されて爪形磁極の爪部間に配置されるため、永久磁石の大きさを大きくすることができ、発電効率を向上し得るものとなる。
【００１５】
上記において、好ましくは、上記飛び出し防止部材は、非磁性体によって構成するようにしたものである。
【００１６】
上記において、好ましくは、上記飛び出し防止部材の厚さは、上記回転子と上記回転子の間のギャップ長の１／２以下としたものである。
【００１７】
かかる構成により、磁気的ギャップ長の増大を防止し得るものとなる。
【００１８】
上記において、好ましくは、上記飛び出し防止部材は、磁性体によって構成されているとともに、上記永久磁石の外周側の位置に穴部を有するものである。
【００１９】
かかる構成により、飛び出し防止部材を磁性体により構成することにより、磁気的なギャップ長と機械的なギャップ長を等しくして、磁気抵抗の増大を防止するとともに、永久磁石の外周側において磁性体の飛び出し防止部材の幅が狭くなり、磁気飽和しやすくなり、漏れ磁束を低減することにより、固定子巻線に差交する磁束量を増加して、発電効率が向上し得る。
【００２０】
上記において、好ましくは、上記飛び出し防止部材は、上記爪形磁極の爪部に形成された段差部の低段部に配置されるとともに、飛び出し防止部材の厚さを上記段差部の段差に等しくするようにしたものである。
【００２１】
かかる構成により、飛び出し防止部材の表面と爪磁極の表面が面一となり、回転子の機械的強度が上がるとともに、回転子の風損を低減し得るものとなる。
【００２２】
また上記において好ましくは、飛び出し防止部材が位置合わせ用爪部を有することである。
【００２３】
かかる構成で位置合わせ用爪部が爪形磁極と噛み合うように配置されることにより、爪形磁極の極間に対する飛び出し防止部材の位置合わせが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態による車両用交流発電機の構成を図１〜図８を用いて説明する。
【００２５】
図１は、車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【００２６】
本実施形態による車両用交流発電機は、ブラケット１を備えており、このブラケット１は、プーリ側エンドブラケット１Ｆ及び反プーリ側エンドブラケット１Ｂから構成されている。ブラケット１の中央部には、シャフト４１がベアリング４２Ｆ，４２Ｂを介して支持されている。シャフト４１の一方の端部にはプーリ４３が取り付けられ、他方の端部にはスリップリング１０が取り付けられている。プーリ４３は、図示しないベルトを介してエンジンの出力軸と接続され、エンジンの回転数に比例して回転する。スリップリング１０には、ブラシ１１が摺動可能に取り付けられ、ブラシ１１から後述する界磁巻線４に電力を供給する。また、シャフト４１の中央部には回転子（ロータ）２が取り付けられている。回転子２は、シャフト４１に固定されたヨーク１７と、ヨーク１７の外周に巻回された界磁巻線４と、ヨーク１７と界磁巻線４を挟み込むようにして設けられた一対の爪形磁極３Ｎ，３Ｓと、爪形磁極３Ｎ，３Ｓの爪部の間に配置された永久磁石５とから構成されている。界磁巻線４にスリップリング１０からの直流電流を流すことによって爪形磁極３Ｎ，３Ｓを磁化させる。
【００２７】
ここで、永久磁石５は、図２以降を用いて後述するように、永久磁石保持部材６２により固定されている。また、爪形磁極３Ｎ，３Ｓ及び永久磁石５の表面には永久磁石５の飛び出しを防止するための飛び出し防止部材６１が配置されている。また、永久磁石５としては、固体磁石を用いている。固体磁石を用いることにより、磁性粉末を樹脂により固めた磁石に比べて、爪形磁極の磁化力及びエネルギー積が大きくなり、爪形磁極の爪部から固定子に向かう磁束が増加し、発電電流が大きくなり、発電効率が向上する。
【００２８】
プーリ側エンドブラケット１Ｆと反プーリ側エンドブラケット１Ｂの間には、固定子７が取り付けられている。固定子７は、回転子２と僅かな間隔（機械的ギヤップ）を隔てて配置されている。この機械的ギャップは、機械的特性の関係から必要となる予め決められた間隔であり、一般的には０.４mm 程度である。固定子７は、凹凸状の固定子鉄心８を有し、この固定子鉄心８の凹部には固定子巻線９が３相に巻かれており、エンジンの駆動によって爪形磁極３Ｎ，３Ｓが回転して磁化されると、固定子巻線９に３相の誘起電圧が発生する。
【００２９】
反プーリ側エンドブラケット１Ｂの内部には、整流回路１２及び電圧調整器１３が配置されている。整流回路１２は、図示しないバッテリーのプラス電極に接続されるＢ端子１４及びバッテリーのマイナス端子に接続されるアース端子１５を有し、固定子巻線９で発生した交流の誘起電圧を整流し直流電圧に変換する。
【００３０】
電圧調整器１３は、バッテリーを充電するために整流回路１２で整流した直流電圧が約１４.３Ｖ 程度の一定電圧に保たれるよう、界磁巻線電流を制御する。以上のように構成した車両用交流発電機において、エンジンの駆動によってプーリ４３が回転すると、シャフト４１はスリップリング１０及び回転子２と一緒に回転し、ブラシ１１からの直流電流が回転子２内部の界磁巻線４に通電され、界磁巻線４は爪形磁極３Ｎ，３Ｓのそれぞれの磁極にＮ極及びＳ極を構成するように動作する。界磁巻線４による磁束は、Ｎ極の爪形磁極３Ｎの爪部から出たものが、固定子鉄心８を通りＳ極の爪形磁極３Ｓの爪部に戻る磁気回路を形成する。このとき、補助励磁用の永久磁石５の磁束は界磁巻線４が作る磁束に対して並列になるように配置され、Ｎ極からＳ極に入って界磁巻線４が作る磁束を増磁する作用を持っており、結果として磁気回路の磁束量が増える。この磁気回路の磁束が固定子巻線９を差交することにより、固定子巻線９に３相の誘起電圧が発生する。この３相の誘起電圧は整流回路１２で直流電圧に変換され、整流された直流電圧は電圧調整器１３で調整され、約１４.３Ｖ 程度の一定電圧に保たれる。次に、図２を用いて、本実施形態による車両用交流発電機に用いる永久磁石保持部材の構成について説明するとともに、図３〜図５を用いて、本実施形態による永久磁石保持部材を用いた永久磁石の保持状態について説明する。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機に用いる永久磁石保持部材の構成を示す平面図であり、図３は、本実施形態による永久磁石保持部材を用いた永久磁石の保持状態を説明する平面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ′断面図であり、図５は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機に用いる永久磁石保持部材の構成を示す側面図である。
【００３２】
最初に、図２に示すように、本実施形態において用いる永久磁石保持部材６２は、非磁性体の薄板をプレス加工により、図示する形状に製作している。永久磁石保持部材６２は、その長手方向の内側に形成された爪部６２ｍと、幅方向の外側に形成された爪部６２ｎを備えている。本実施形態においては、永久磁石保持部材６２は、１２個の永久磁石を保持するものであるため、２４個の爪部６２ｍと、２４個の爪部６２ｎを備えている。
【００３３】
非磁性体の薄板は、厚みが０.１mm〜１.０mm程度のもので材質にはステンレス板や非磁性体バネ鋼，リン青銅等を用いる。ここで、バネ鋼を利用する理由は、金属の持つ弾力性により爪部で永久磁石の保持が容易になるためで、作業性に優れるメリットがある。
【００３４】
次に、図３及び図４は、永久磁石保持部材６２により、永久磁石５ａ，…，５ｈを保持した状態を示している。例えば、永久磁石５ｅは、永久磁石保持部材６２の上に載置された上で、２個の爪部６２ｍ及び２個の爪部６２ｎを折曲げることによって、永久磁石５ｅを挟み込んで保持される。永久磁石５は、直方体の形状をしており、爪部６２ｍは、永久磁石５の幅方向を保持し、爪部６２ｎは、永久磁石５の長手方向を保持する。
【００３５】
次に、図５に示すように、永久磁石５ａ，…，５ｌを保持した永久磁石保持部材６２は、円筒形状に曲げられる。図中に示すＰ点が接続ポイントであり、溶接により固定してある。詳細な説明は省略するが、ロータ爪磁極の極数を１２極とすれば、図５に示した永久磁石５ａ，…，５ｌを保持した永久磁石保持部材６２は、１２角形の円柱となる。また、ロータ２との組付けは、図５に示した状態で、爪磁極間に永久磁石保持部材６２に配置された永久磁石の凸部が一致するように組み立てる。
【００３６】
ここで、回転子２の組立工程について、図１を参照して、説明する。
【００３７】
最初、シャフト４１に対して、爪形磁極３Ｎが取り付けられる。さらに、ヨーク１７と界磁巻線４が一体的に組み立てられたものが、シャフト４１に組み込まれる。さらに、図５に示した円柱状に加工された永久磁石５を保持した永久磁石保持部材６２が、シャフト４１に取り付けられる。このとき、永久磁石５が爪形磁極３Ｎの爪部間に配置されるように取り付けられる。さらに、爪形磁極３Ｓが、シャフト４１に取り付けられる。このとき、永久磁石５が、爪形磁極３Ｓの爪部間に配置されるように取り付けられる。
【００３８】
以上のようにして、複数の永久磁石５は予め永久磁石保持部材６２によって保持されているため、回転子の爪形磁極の爪部間への取り付けが容易となり、作業性が向上するものとなる。
【００３９】
次に、図６及び図７を用いて、爪形磁極の爪部間に配置された永久磁石の状態について説明するとともに、図６及び図８を用いて、爪形磁極の外周に配置される永久磁石飛び出し防止部材の構成について説明する。
【００４０】
図６は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機に用いる永久磁石防止部材を用いた永久磁石の取り付け状態を示す斜視図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ′拡大断面図であり、図８は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機に用いる永久磁石飛び出し防止部材の構成を示す斜視図である。
【００４１】
図６に示すように、一対の対向配置された爪形磁極３Ｎ，３Ｓのの先端部分には、複数個の爪部３３Ｎ，３３Ｓ（両方を総称して爪部３３とする）が形成されている。爪形磁極３の爪部３３は、図に示すように、外周側端部に軸方向に対して１つの低段部分２０ａ及び高段部分２０ｂを持つ段が付けられた構造となっている。
【００４２】
爪形磁極３Ｎの爪部３３Ｎと爪形磁極３Ｓの爪部３３Ｓには、補助励磁用の永久磁石５が爪形磁極３Ｎ，３Ｓの作る極性に対して同極が接するように配置されている。永久磁石５は、焼結磁石やボンド磁石のような個体磁石であり、永久磁石保持部材６２によって固定されている。
【００４３】
ここで、図７に示すように、爪形磁極の爪部３３Ｎ，３３Ｓの断面形状は、外周側で幅が広く、内周側で幅が狭い台形となっている。隣合う爪形磁極の爪部３３Ｎ，３３Ｓの外周側の距離Ｌ１は、本実施形態においては、８mmであり、内周側の距離Ｌ２は、本実施形態においては、１０mmである。また、永久磁石保持部材６２は、０.１mm 厚さのものを用いている。永久磁石保持部材６２は、永久磁石５を回転子の内周側から保持しているため、爪部６２ｍは、爪形磁極の爪部３３Ｎ，３３Ｓと永久磁石５との間の隙間に配置されることになる。従って、永久磁石５の大きさは、隣合う爪形磁極の爪部３３Ｎ，３３Ｓの外周側の距離Ｌ１に等しい大形の磁石を使用することができるため、永久磁石を配置したことによる磁束の増磁作用が大きくなり、発電効率が向上するものである。
【００４４】
さらに、図６に示すように、永久磁石５の外面側及び爪形磁極３の爪部３３の外周面には、永久磁石５の飛び出しを防止する円筒状の非磁性体からなる飛び出し防止部材６１が配置されている。このように飛び出し防止部材６１を一体型の円筒状のものとし、焼嵌，圧入等の手段により爪形磁極３に簡単に取り付けることができ、回転子２が製作しやすくなる。また、高速回転時に起きる爪形磁極３の起き上がりも防止することができる。
【００４５】
また、図６に示すように、飛び出し防止部材６１は、爪部３３の段差（高段部２０ｂと低段部２０ａの段差）とほぼ同じ寸法の厚みを持ち、爪部３３の低段部分２０ａに飛び出し防止部材６１の外面と爪部３３の高段部分２０ｂの外周面がほぼ面一になるように取り付けられ、飛び出し防止部材６の端部と爪部３３の高段部分２０ｂの間の溶接部２１で溶接により固定される。
【００４６】
また、爪部３３に段を付けて爪部３３の低段部分２０ａに飛ぴ出し防止部材６１を配置することで、飛び出し防止部材６１と爪形磁極３とを強固に固定でき、回転子２の機械的強度が上がる。
【００４７】
さらに、飛び出し防止部材６１の外面と爪部３３の高段部分２０ｂの外周面がほぼ面一になるようにすることで、回転子２の外周面に凹凸がなくなり、回転子２の回転時に発生する風損を低減できる。
【００４８】
また、図８に示すように、非磁性体の飛び出し防止部材６１の厚さＴは、磁気的なギャツブ長が増大しないように、ギャップ長の１／２以下の薄い非磁性体カバーを用いている。本実施例においては、ロータとステータのギャップ長は0.35mmであり、使用した非磁性体の飛び出し防止部材６１の材質はステンレス鋼で、厚みは０.１mmである。よって磁気的なギャップ長は０.４５mmとなる。これくらいの厚みだと発電電流に及ぼす影響は非常に少なく何ら問題はない。ただし、ギャップ長の１／２以上にしてしまうと特性の低下は避けられなくなる。
【００４９】
また、飛び出し防止部材６１の軸方向の長さは、使用する永久磁石の前方向長さよりも多少長めに設定するのが望ましい。即ち、図１に示したように、固定子７の固定子鉄心８の幅と、回転子２に配置される永久磁石５の軸方向の長さはほぼ等しくしている。そこで、飛び出し防止部材６１の軸方向の長さは、使用する永久磁石の前方向長さよりも多少長めにすることにより、漏れ磁束が少なくなるようにしている。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態においては、永久磁石保持部材を用いて永久磁石を内側から保持するようにしており、また、爪形磁極の爪部と永久磁石の外周側に飛び出し防止部材６１を配置するようにしている。従って、永久磁石は永久磁石保持部材により保持された後で、回転子への取り付けが行われるため、永久磁石の取り付けの作業性が向上する。
【００５１】
また、永久磁石保持部材は、内周側から永久磁石を保持し、飛び出し防止部材は外周側に配置するため、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石を大形化することができるため、発電効率を向上することができる。
【００５２】
さらに、爪形磁極の爪部には、段差を設け、この段差と同じ厚みの飛び出し防止部材をこの段差部に配置するようにしているので、回転子の回転時の風損を低減することができる。
【００５３】
次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態による車両用交流発電機について説明する。
【００５４】
図９は、本発明の第２の実施形態による車両用交流発電機の要部の斜視図である。なお、本実施形態による車両用交流発電機の全体構成は、図１に示したものと同様であり、永久磁石保持部材による永久磁石の保持構造は、図２〜図５に示したものと同様である。
【００５５】
本実施形態においては、爪形磁極３Ｎ′，３Ｓ′の爪部３３Ｎ′，３３Ｓ′が、図６に示した実施形態とは異なっており、図６に示したような段差（高段部と低段部の段差）は設けられていないものである。従って、非磁性体の薄板からなる飛び出し防止部材６１は、直接、爪形磁極３Ｎ′，３Ｓ′の爪部３３Ｎ′，３３Ｓ′の外周部に配置してある。飛び出し防止部材６１は、溶接部２１において、爪部３３Ｎ′，３３Ｓ′と固定されている。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態においては、永久磁石保持部材を用いて永久磁石を内側から保持するようにしており、また、爪形磁極の爪部と永久磁石の外周側に飛び出し防止部材６１を配置するようにしている。従って、永久磁石は永久磁石保持部材により保持された後で、回転子への取り付けが行われるため、永久磁石の取り付けの作業性が向上する。
【００５７】
また、永久磁石保持部材は、内周側から永久磁石を保持し、飛び出し防止部材は外周側に配置するため、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石を大形化することができるため、発電効率を向上することができる。
【００５８】
次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の第３の実施形態による車両用交流発電機について説明する。
【００５９】
図１０は、本発明の第３の実施形態による車両用交流発電機の要部の斜視図であり、図１１は、図１０に示した飛び出し防止部材の斜視図である。なお、本実施形態による車両用交流発電機の全体構成は、図１に示したものと同様であり、永久磁石保持部材による永久磁石の保持構造は、図２〜図５に示したものと同様である。
【００６０】
本実施形態においては、飛び出し防止部材６１′の材料としては、磁性体を用いている。飛び出し防止部材６１′は、爪形磁極に重なり合う部分６１Ｚの幅Ｌ３は、使用する永久磁石の長さより多少長めになっており、爪形磁極とほぼ同様な形状をしている。また、爪形磁極に重ならない部分、つまり、爪磁極間に配置される部分では、中心部に穴部６１Ｙを設け、重なり合う部分６１Ｚとの間を接続部６１Ｘにより接続している。接続部６１Ｘの磁性体の幅Ｌ４を狭めることにより、漏れ磁束の低減を図っている。飛び出し防止部材の材料に磁性体を用いることにより、回転子と固定子の間の磁気的なギャップ長は、機械的なギャップ長に一致し、回転子と固定子の間の磁気抵抗の増大を防止することができる。また、固定子側からみると、回転子の外表面が殆ど磁性体となるため、磁束が固定子側から回転子側に向かうときに発生するギャップ間の磁束脈動が減少し、磁気的な振動が減少し、騒音が低減する。
【００６１】
また、図６において説明したように、爪形磁極３Ｎ,３Ｓの爪部３３Ｎ,３３Ｓの表面に高段部２０ｂと低段部２０ａを設け、爪形磁極３Ｎ，３Ｓと飛び出し防止部材６１′との密着性を良くしている。このように飛び出し防止部材６１′を磁性体とする場合には、爪形磁極間に位置される部分（永久磁石の外表面部分）は磁性体の幅Ｌ４を狭めて、漏れ磁束を低減するようにしている。また、飛び出し防止部材６１′と爪形磁極３Ｎ，３Ｓとは、溶接部２１において溶接固定されている。
【００６２】
なお、図１１に示す例では、爪磁極間に配置される穴部６１Ｙが１個の場合について説明したが、図１２に示すように、複数個の穴部６１Ｙ′を設けるようにしてもよいものである。
【００６３】
今まで説明してきた飛び出し防止部材６１，６１′は、予め円筒形状を成すものをロータの爪磁極表面に焼嵌めし、その後に、爪形磁極３と飛び出し防止部材６１とを溶接により固定する。また、爪磁極間に配置される永久磁石５は、永久磁石保持部材６２に仮止めされているため、永久磁石５と永久磁石保持部材６２と爪形磁極３はワニスによって接着され一体化される。
【００６４】
即ち、本実施形態においても、飛び出し防止部材６１′を爪部３３の低段部分２０ａに飛び出し防止部材６１′の外面と爪部３３の高段部分２０ｂの外周面がほぼ面一になるように配置したので、回転子２と固定子７の間の磁気的ギャップは機械的ギャップに一致し、回転子２と固定子７の間の磁気抵抗が増大することはないものである。このとき、飛び出し防止部材６１′は磁性体の薄板で構成されるために、永久磁石５の磁束の一部は図１０に点線で示した様に、飛び出し防止部材６１′内を通って短絡し、飛び出し防止部材６１′の幅の狭い部分は直ぐに磁気飽和する。また、この飛び出し防止部材６１で漏れている磁束量は永久磁石５の全磁束の内のわずかな量で済み、界磁巻線４が作る磁束を増磁するという永久磁石５を設けた効果を損なうことはないものである。ちなみに、本実施形態のものを従来のような爪形磁極の爪部間で永久磁石の外面に磁性体の保持部材を配置したものと比較すると、従来のものに比べて５Ａ程度発電電流を向上できる。
【００６５】
また、固定子７側から見ると回転子２の外周面はほとんど磁性体となるので、回転子２と固定子７の間の磁気抵抗はほぼ一定となり、磁気回路の磁束が固定子７から回転子２に向かうときに発生する回転子２と固定子７の間の磁束脈動が減少し、これにより磁気的な振動が減少して騒音が低減できる。
【００６６】
以上のように構成した本実施形態によれば、飛び出し防止部材の材質を磁性体とし、極間を狭めた構成としたので、発電電流を増大して発電効率を向上させることができる。
【００６７】
また、回転子と固定子の間の磁気的な振動を少なくして騒音の低減を図ることができる。
【００６８】
さらに、飛び出し防止部材と爪形磁極との溶接部が腐食することはなく、回転子の耐久性を向上させることができる。
【００６９】
また、飛び出し防止部材をリング状のものとしたので、回転子が制作しやすくなるとともに、高速回転時に起きる爪形磁極の起き上がりを防止することができる。
【００７０】
また、飛び出し防止部材を爪部の低段部分に飛び出し防止部材の外面と爪部の高段部分の外周面がほぼ面一になるように配置したので、飛び出し防止部材と爪形磁極とを強固に固定することができるとともに、回転子の風損を低減することができる。
【００７１】
次に、本発明の第４の実施形態である飛び出し防止部材について説明する。図１３，図１４はロータ２の爪形磁極３について説明したものであり、飛び出し防止部材６１の材質に磁性体と非磁性体の性質を持つ金属カバーを用いた場合である。
【００７２】
金属カバーの材料としては、複合磁性材料を用いる。例えばマルテンサイト系ステンレス鋼（SUS420J2，SUS403など）、好ましくは１３Ｃｒ系ステンレス鋼  （組成は例えばＣ…０.５〜０.６重量％，Ｓｉ…０.３５重量％，Ｍｎ…０.６〜０.８重量％，Ｐ…０.０３重量％以下，Ｓ…０.０２重量％以下，Ｃｒ…１２.５〜１３.５重量％、残りＦｅ)が挙げられる。また、フェライト系ステンレス鋼を用いても良い。具体的には日立金属(株）製１３Ｃｒ−Ｆｅ(Ｃ…０.６９重量％,Ｓｉ…０.３重量％，Ｍｎ…０.７重量％，Ｐ…０.０２１重量％，Ｓ…０.００２重量％，Ｃｒ…１３.１重量％）合金を用いることができる。
【００７３】
爪形磁極３は、図１３に示すように、一対の対向配置された爪形磁極３Ｎ，  ３Ｓからなり、この爪形磁極３Ｎ,３Ｓの先端部分に複数個の爪部３３Ｎ,３３Ｓ（両方を総称して爪部３３とする）が形成されている。爪形磁極３の爪部３３は、図に示すように、外周側端部に軸方向に対して１つの低段部分２０ａ及び高段部分２０ｂを持つ段が付けられた構造となっている。
【００７４】
爪形磁極３Ｎの爪部３３Ｎと爪形磁極３Ｓの爪部３３Ｓには、図１３に示すように、補助励磁用の永久磁石５が爪形磁極３Ｎ，３Ｓの作る極性に対して同極が接するように配置されている。永久磁石５は、焼結磁石やボンド磁石のような個体磁石であり先に述べた永久磁石保持部材６２によって一体化されている。
【００７５】
永久磁石５の外面側及び爪形磁極３の爪部３３の外周面には、図１４に示すように永久磁石５の飛び出しを防止する円筒状の飛び出し防止部材６１が配置されている。このように飛び出し防止部材６１を一体型の円筒状のものとし、焼嵌，圧入等の手段により爪形磁極３に簡単に取り付けることができ、回転子２が製作しやすくなる。また、高速回転時に起きる爪形磁極３の起き上がりを防止できる作用もある。
【００７６】
また、飛び出し防止部材６１は図１３，図１４に示すように、爪部３３の段差とほぼ同じ寸法の厚みを持ち、爪部３３の低段部分２０ａに飛び出し防止部材６１の外面と爪部３３の高段部分２０ｂの外周面がほぼ面一になるように取り付けられ、飛び出し防止部材６の端部と爪部３３の高段部分２０ｂの間の溶接部２１で溶接により固定される。また、爪部３３に段を付けて爪部３３の低段部分２０ａに飛び出し防止部材６１を配置することで、飛び出し防止部材６１と爪形磁極３とを強固に固定でき、回転子２の機械的強度が上がる。さらに、飛び出し防止部材６１の外面と爪部３３の高段部分２０ｂの外周面がほぼ面一になるようにすることで、回転子２の外周面に凹凸がなくなり、回転子２の回転時に発生する風損を低減できる。
【００７７】
本発明では磁気的なギャップ長が増大しないように、爪形磁極の表面に配置される部分は磁性体，爪形磁極間に配置される部分は非磁性体となるように前記飛び出し防止部材を配置することで爪磁極間の漏れ磁束を低減することができる。本実施例においてロータとステータのギャップ長は０.３５mm で使用した    １３Ｃｒ−Ｆｅ合金の厚みは０.５mm である。よって、図１３，図１４の例では低段部分２０ａは高段部分２０ｂに比べて０.５mm 低くなっている。また、飛び出し防止部材６１の軸方向の長さは、使用する永久磁石の軸方向長さよりも多少長めに設定するのが望ましい。
【００７８】
次に、磁性部分と非磁性部分の作成方法について説明する。先に述べた日立金属（株）製１３Ｃｒ−Ｆｅ合金は、熱を加えることにより磁性体の性質が非磁性体の性質を示すようになる金属である。このとき加える熱としては、金属の温度が１２００〜１３００℃で１分間加えるか、１５００℃で金属面を溶かすことで短時間に磁性部分を非磁性体に変化させることができる。
【００７９】
具体的には１３Ｃｒ−Ｆｅからなる磁性の性質を持つ合金を爪磁極間に配置される場所のみプラズマ，レーザー，電子ビームを用いた溶接機により局部的に温度を１５００度程度に上げて金属を溶解して非磁性体の性質となるようにしたものである。また、このとき用いるプラズマ，レーザー，電子ビームは爪磁極間の幅に合わせたものが望ましいが、ビーム径が細い場合には数本に分けても良い。また溶接部の酸化を防止するためにアルゴンガス等の不活性ガス中で行うことは言うまでもない。
【００８０】
上記説明は、１３Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いて磁性部と非磁性部を持つ飛び出し防止部材について説明したが、飛び出し防止部材６１を、磁性体で構成される磁性部６１ａと非磁性体で構成される非磁性部６１ｂを規則正しく配列し、それぞれの継ぎ目を溶接により一体化的に製作しても同様な効果を得ることができる。またこのとき漏れ磁束が発生しやすい爪磁極間には非磁性部６１ｂを配置して漏れ磁束を低減し、ギャップ長を大きくしたくない場所では磁性部６１ａを配置する。よって、ギャップ長が大きくなることなく良好な発電性能を得ることができる。
【００８１】
次に、図１５，図１６を用いて第７の実施形態について説明する。
【００８２】
図１５，図１６は前記１３Ｃｒ−Ｆｅ合金リングの厚みが０.１mm〜１mm 程度のものをロータ２の外周面の軸方向に積層して爪磁極間に相当する部分をアルゴン，レーザー，電子ビーム等を用いて局部的に金属を溶かして非磁性部としたものを示したものである。このとき前記合金は、爪形磁極の最外周部に焼嵌，圧入等により配置している。積層の効果は言うまでもなく渦電流による損失を低減するものであるため、例えば１３Ｃｒ−Ｆｅ合金を細長く作成しワイヤー状にして、爪形磁極の外周面に巻き付けても良い。この場合も、爪磁極間に配置される部分は上記溶接機を用いて熱処理をすることで同様な効果を得ることができる。
【００８３】
次に、第６の実施形態について図１７，図１８を用いて説明する。図１７，図１８の図中、図１３，図１４と同符号は同じものを示す。図１７，図１８と図１３，図１４の違いは飛び出し防止部材６１の爪形磁極間に相当する部分に穴部６１ｙを設けたものである。
【００８４】
また、図１７，図１８に示したように爪形磁極間に穴部を設けたような構成を用いる場合には、穴部６１Ｙでない渡りの部分である接続部６１Ｘのみを熱処理により非磁性化すればよい。また、これらの実施例においても同様の効果を得ることができる。
【００８５】
次に、第７の実施形態について図１９，図２０を用いて説明する。図１９，図２０の図中、図１３，図１４と同符号は同じものを示す。図１９，図２０と図１３，図１４の違いは、飛び出し防止部材６１の一部として位置合わせ用爪部７０を設けたことである。この位置合わせ用爪部７０は爪形磁極３Ｎ，３Ｓと噛み合うように配置されることにより、爪形磁極３Ｎ，３Ｓの極間に対する飛び出し防止部材６１の位置合わせが可能となる。さらには、飛び出し防止部材６１が回転子２の周方向にずれてしまうのを防止する。
【００８６】
この位置合わせ用部材７０は、図のようにすべての爪形磁極３Ｎ，３Ｓの間に設けなくてもよく、少なくとも１つ存在すれば同様の機能を達成できる。
【００８７】
第４，第５，第６、および第７の実施形態では爪形磁極の爪部に段を付けて飛び出し防止部材６１を爪形磁極の爪部の外周面に取り付けたが、段差を設けなくても得られる効果はほぼ同等である。
【００８８】
なお段差を設けない場合、第７の実施形態においては、位置合わせ用爪部７０を回転子２の内側に曲げることにより、飛び出し防止部材６１が軸方向にずれないという効果がある。
【００８９】
【発明の効果】
爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石を予め永久磁石保持部材により内周側から保持して一体成形した磁石モジュールを爪形磁極の爪部間に組み込むようにしているため、回転子の組立時の作業性が向上する。
【００９０】
また、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石を予め永久磁石保持部材により一体成形した磁石モジュールを爪形磁極の爪部間に組み込み、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石を固体磁石とすることにより、発電電流が大きくなり発電効率が向上する。
【００９１】
また、爪形磁極の爪部間に配置される永久磁石の飛び出し防止用の飛び出し防止部材を設けたものでは、飛び出し防止部材を永久磁石の外面側及び爪形磁極の爪部間に配置し、かつ飛び出し防止部材の材質を非磁性体又は磁性体、もしくは非磁性体と磁性体が混在する複合体としたので、永久磁石を大形化することができ、発電電流が大きくなり発電効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態をなす車両用交流発電機の全体構成の断面図を示す。
【図２】図１の永久磁石保持部材の平面図を示す。
【図３】図２の永久磁石保持部材を用いた永久磁石の保持状態を説明する平面図を示す。
【図４】図３のＡ−Ａ′断面図を示す。
【図５】図２の永久磁石保持部材の側面図を示す。
【図６】図２の永久磁石防止部材を用いた永久磁石の取り付け状態斜視図を示す。
【図７】図６のＢ−Ｂ′拡大断面図を示す。
【図８】図６の永久磁石飛び出し防止部材の斜視図を示す。
【図９】本発明の第２の実施形態による車両用交流発電機の要部の斜視図を示す。
【図１０】本発明の第３の実施形態による車両用交流発電機の要部の斜視図を示す。
【図１１】図１０の飛び出し防止部材の斜視図を示す。
【図１２】図１０の飛び出し防止部材の別例の斜視図を示す。
【図１３】本発明の第４の実施形態による爪形磁極の爪部の斜視図である。
【図１４】図１３の部分断面図を示す。
【図１５】本発明の第５の実施形態による爪形磁極の爪部の斜視図を示す。
【図１６】図１５の部分断面図を示す。
【図１７】本発明の第６の実施形態による爪形磁極の爪部の斜視図を示す。
【図１８】図１７の部分断面図を示す。
【図１９】本発明の第７の実施形態による爪形磁極の爪部の斜視図を示す。
【図２０】図１９の部分断面図を示す。
【符号の説明】
２…回転子、３，３Ｎ，３Ｓ…爪形磁極、４…界磁巻線、５…永久磁石、７…固定子、８…固定子鉄心、９…固定子巻線、１７…ヨーク、２０ａ…低段部分、２０ｂ…高段部分、２１…溶接部、６１…飛び出し防止部材、６１Ｘ…接続部、６１Ｙ…穴部、６２…永久磁石保持部材、６２ｍ，６２ｎ…爪部。
【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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