(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ外周に複数の爪状磁極片が設けられて、互いの前記爪状磁極片が噛み合った状態で軸方向に対向配置された一対のランデル型磁極を有する回転子と、
回転方向に隣合う前記爪状磁極片同士の対向する側面間に配設されて、その隣合う前記爪状磁極片間の漏洩磁束を防ぐ向きに着磁された永久磁石と
を備えた車両用交流発電機において、
前記永久磁石は、前記爪状磁極片の外周面と前記側面とが交わる稜線に沿った方向で前記側面を二等分する位置を中心として、漏洩磁束密度がほぼ均等に最大である領域内において、かつ、前記稜線に沿った方向の長さ比で前記側面の５０％以上〜８０％以下の領域に配設されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
前記永久磁石は、回転方向に対向する前記側面間で前記稜線に沿った方向の略中央に重心が位置する様に配設されていることを特徴とする請求項１に記載した車両用交流発電機。
【請求項３】
前記永久磁石は、フェライト焼結製の磁石であることを特徴とする請求項１または２に記載した車両用交流発電機。
【請求項４】
前記永久磁石は、樹脂製の磁石であることを特徴とする請求項１または２に記載した車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランデル型磁極の隣合う爪状磁極片間に永久磁石が配設された車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一対のランデル型磁極に界磁巻線が巻装された界磁回転子を有する車両用交流発電機では、ランデル型磁極の周方向に隣合う爪状磁極片間に永久磁石を配設して、その爪状磁極片間の漏洩磁束を減らして発電に寄与する有効磁束を増量させることで出力向上を図る技術が提案されている（例えば、特開昭６１−８５０４５号公報参照）。この従来技術においては、略平行に対向する爪状磁極片の側面間の略全域に永久磁石を配設したり、あるいは界磁電流が零の時の出力電圧が蓄電池の適正充電電圧を超過しないように、永久磁石の励磁力をその数や設け方によって調整する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、常用負荷の増設が進む中、常用電気負荷と最大電気負荷との格差が少ない車両が増加しているため、強力な磁石を用いる場合でも上記の様な励磁力調整の必要がない場合も多くなっている。一方、永久磁石の併用は磁石コストの加算が問題であり、磁石の使用量は、それによる出力向上に見合ったものであることが望ましい。これに対して従来技術では、永久磁石が必要以上の使用量で用いられたり、逆に前述した励磁力調整の場合は必要以下の使用量しか用いられない問題点がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、永久磁石の重量当たりの出力増加を増大させて、経済性および耐高速回転性に優れた車両用交流発電機を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の構成）
それぞれ外周に複数の爪状磁極片が設けられて、互いの前記爪状磁極片が噛み合った状態で軸方向に対向配置された一対のランデル型磁極を有する回転子と、回転方向に隣合う前記爪状磁極片同士の対向する側面間に配設されて、その隣合う前記爪状磁極片間の漏洩磁束を防ぐ向きに着磁された永久磁石とを備えた車両用交流発電機において、
前記永久磁石は、前記爪状磁極片の外周面と前記側面とが交わる稜線に沿った方向で前記側面を二等分する位置を中心として、漏洩磁束密度がほぼ均等に最大である領域内において、かつ、前記稜線に沿った方向の長さ比で前記側面の５０％以上〜８０％以下の領域に配設されている。
【０００５】
（請求項１の作用および効果）
永久磁石に対向する爪状磁極片は、先端へ向かう程、軸方向と直交する断面積が小さくなって磁気抵抗が大きくなるため、永久磁石と爪状磁極片の側面との稜線に沿った方向の長さ比が８０％を越える領域では対向する爪状磁極片の側面間を磁束が通過しにくくなる。一方、前記長さ比が５０％未満の領域では、対向する爪状磁極片の側面間を磁束が通過し易いことから、永久磁石に対向しない領域へ磁束が回り込む余地が生じる。これらの結果、漏洩磁束密度がほぼ均等に最大である領域内において、かつ、永久磁石と爪状磁極片の側面との長さ比が５０％以上〜８０％以下の領域に永久磁石を配設した場合に最も効果的に磁束の漏洩を抑制して発電に寄与する有効磁束を増量できる。
【０００６】
（請求項２の構成）
請求項１に記載した車両用交流発電機において、前記永久磁石は、回転方向に対向する前記側面間で前記稜線に沿った方向の略中央に重心が位置する様に配設されている。
（請求項２の効果）
回転子が回転して永久磁石に遠心力が作用すると、永久磁石を挟んで回転方向に隣合う各爪状磁極片には永久磁石の遠心力荷重が加わる。この場合、永久磁石の重心が隣合う爪状磁極片の側面間で略中央に位置することから、各爪状磁極片が負担する永久磁石の遠心力荷重が偏らず略均等になるため、爪状磁極片の回転強度を向上することが可能である。
【０００７】
（請求項３の構成）
請求項１または２に記載した車両用交流発電機において、前記永久磁石は、フェライト焼結製の磁石である。
（請求項３の効果）
永久磁石として汎用性に優れたフェライト焼結磁石を使用することにより、経済性を向上できる。
【０００８】
（請求項４の構成）
請求項１または２に記載した車両用交流発電機において、前記永久磁石は、樹脂製の磁石である。
（請求項４の効果）
永久磁石として焼結磁石に比べて比重の小さい樹脂製磁石を使用することにより、永久磁石の遠心力荷重が低減するため、爪状磁極片の回転強度を向上することが可能となる。
【０００９】
【実施例】
次に、本発明の車両用交流発電機の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は車両用交流発電機の断面図である。
この車両用交流発電機１は、電機子を成す固定子（下述する）、界磁を成す回転子（下述する）、その固定子と回転子を内部に収容するハウジング２等から構成されている。
ハウジング２は、各々アルミダイカスト製のフロント側ハウジング２Ａとリヤ側ハウジング２Ｂとから成り、互いの外周端面を向かい合わせて組み合わされて、複数のスタットボルト３とナット４の締結により固定されている。
【００１０】
固定子は、ハウジング２の内周に圧入固定された固定子鉄心５と、この固定子鉄心５に巻装された電機子巻線６とで構成される。
固定子鉄心５は、例えば、薄い鋼板を複数枚重ね合わせて円環状に形成したもので、内周側に多数のスロット（図示しない）が設けられている。
電機子巻線６は、例えば３個の独立したコイルをＹ結線またはΔ結線して固定子鉄心５の各スロットに挿入され、回転子との相対回転運動によって各コイルに交流電圧が発生する。
【００１１】
回転子は、プーリ７を介してエンジンの回転動力が伝達される回転軸８、この回転軸８の外周に圧入固定された一対のランデル型磁極９、このランデル型磁極９に巻装された界磁巻線１０、およびランデル型磁極９に組付けられた複数の永久磁石１１等により構成されている。
回転軸８は、フロント側ハウジング２Ａとリヤ側ハウジング２Ｂの各ボス部１２、１３に固定された２個のボールベアリング１４、１５を介して回転自在に支持されている。プーリ７は、フロント側ハウジング２Ａの外側で回転軸８の先端外周に嵌め合わされて、ロックナット１６の締め付けによって回転軸８に固定されている。
【００１２】
一対のランデル型磁極９は、それぞれ円筒状のボス部９ａと、このボス部９ａの外周に形成された複数の爪状磁極片９ｂとを有し、互いの爪状磁極片９ｂが界磁巻線１０の外周で噛み合わされる様に互いのボス部９ａが界磁巻線１０の両側からボビン１７の内周に圧入されている。
界磁巻線１０は、リード線１０ａ、１０ｂを介して回転軸８の外周に設けられた２個のスリップリング１８、１９に接続されて、各スリップリング１８、１９の外周面に摺接する２個のブラシ２０、２１を通じてバッテリ（図示しない）から励磁電流が供給される。この界磁巻線１０に励磁電流が流れると、一方のランデル型磁極９の各爪状磁極片９ｂが全てＳ極となり、他方のランデル型磁極９の各爪状磁極片９ｂが全てＮ極となる。
この一対のランデル型磁極９の軸方向の両端面には、それぞれ遠心式の冷却ファン２２が溶接等により固定されており、ランデル型磁極９と一体に回転することにより冷却風を発生する。
【００１３】
永久磁石１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、回転方向に隣合う各爪状磁極片９ｂの対向する側面９ｃ間に配設されて、接着剤等により固定され、回転方向に対面する爪状磁極片９ｂと同極となるように着磁されている。この永久磁石１１は、爪状磁極片９ｂの外周面９ｄと側面９ｃとが交わる稜線９ｅに沿った方向で爪状磁極片９ｂの側面９ｃを二等分する位置（対向する爪状磁極片９ｂ間の軸方向中心位置）を中心として、稜線９ｅに沿った方向の長さ比で側面９ｃの５０％以上〜８０％以下の領域に配設されている。また、永久磁石１１は、その重心が対向する側面９ｃ間の略中央に位置する（つまり、図２（ａ）に示すように永久磁石１１の軸方向の中心と、対向する爪状磁極片９ｂ間の軸方向中心とが一致している）ように配設されている。
【００１４】
なお、リヤ側ハウジング２Ｂの外側には、前記スリップリング１８、１９とブラシ２０、２１の他に、電機子巻線６に発生した交流を直流に変換（整流）するための整流装置２３、発生電圧を適正値に制御するための電圧調整器（図示しない）等の電気部品が組付けられており、エンドカバー２４によって全体が覆われている。
【００１５】
次に、本実施例の作動を説明する。
エンジンの回転動力がＶベルト（図示しない）を介してプーリ７に伝達されることにより回転軸８と一体に回転子が回転する。この回転子に対してバッテリからブラシ２０、２１とスリップリング１８、１９を通じて界磁巻線１０に励磁電流が流れることにより、一方のランデル型磁極９の各爪状磁極片９ｂがＳ極に磁化されて、他方のランデル型磁極９の各爪状磁極片９ｂがＮ極に磁化される。この時、界磁巻線１０により発生した磁束は、一方のランデル型磁極９の爪状磁極片９ｂから固定子鉄心５を通って他方のランデル型磁極９の爪状磁極片９ｂへ流れるが、図３に示すように対向する（回転方向に隣合う）爪状磁極片９ｂ間に永久磁石１１がない場合は、対向する爪状磁極片９ｂ同士の側面９ｃ間に漏洩磁束が生じる。
【００１６】
本出願人の測定結果によると、永久磁石１１を用いない場合に生じる漏洩磁束の量（漏洩磁束密度）は、対向する爪状磁極片９ｂ間の軸方向中心位置（固定子鉄心５の軸方向の中心位置）で最大となり、稜線９ｅに沿った側面９ｃの両端部で急激に減少していることが確認された（図４参照）。
従って、対向する爪状磁極片９ｂ間に永久磁石１１を配設する際には、爪状磁極片９ｂの側面９ｃ全域に亘って配設しても使用する永久磁石１１の量に見合った効果（漏洩磁束の減少による出力向上）は得られないことが分かる。
【００１７】
そこで、本実施例では、より効果的に漏洩磁束を減少させるために、対向する爪状磁極片９ｂ同士の側面９ｃ間で漏洩磁束密度の高い領域に永久磁石１１を配設している。具体的には、爪状磁極片９ｂの稜線９ｅに沿った方向で爪状磁極片９ｂの側面９ｃを二等分する位置を中心として、稜線９ｅに沿った方向の長さ比（稜線９ｅに沿った側面９ｃの長さｌ、永久磁石１１の長さをｍとした場合の割合ｍ／ｌ）で側面９ｃの５０％以上〜８０％以下の領域に永久磁石１１を配設している。
このｍ／ｌの割合を変えて永久磁石１１の重量当たりの出力増加量（ΔＩ／Ｗ）を測定した結果、図５に示すように、ｍ／ｌが５０％以上〜８０％以下の領域では、ｍ／ｌが１００％の場合よりΔＩ／Ｗの向上が確認された。特に、ｍ／ｌが約６５％の時にΔＩ／Ｗが最大で、ｍ／ｌが１００％の場合と比較して約４０％ものΔＩ／Ｗ向上を達成できる。前記の出力増加量とは、永久磁石１１がない場合に対して永久磁石１１を用いた場合の出力電流の増加分ΔＩである（図６参照）。
【００１８】
なお、ｍ／ｌが５０％以上〜８０％以下の領域でΔＩ／Ｗの向上が略一定で最大となる理由は以下の通りである。
永久磁石１１に対向する爪状磁極片９ｂは、先端へ向かう程、軸方向と直交する断面積が小さくなって磁気抵抗が大きくなるため、ｍ／ｌが８０％を越える領域では対向する爪状磁極片９ｂの側面９ｃ間を磁束が通過しにくくなる。一方、ｍ／ｌが５０％未満の領域では、対向する爪状磁極片９ｂの側面９ｃ間を磁束が通過し易いことから、永久磁石１１に対向しない領域へ磁束が回り込む余地が生じる。これらの結果、ｍ／ｌが５０％以上〜８０％以下の領域に永久磁石１１を配設した場合に最も効果的に磁束の漏洩を抑制して発電に寄与する有効磁束を増量できると言える。
【００１９】
（第１実施例の効果）
本実施例では、永久磁石１１の重量当たりの出力増加量を向上できることにより、永久磁石１１の使用量を低減して軽量化できる（２０〜５０％の軽量化が可能）ため、耐高速回転性が向上する。
また、永久磁石１１の軽量化に伴って永久磁石１１の遠心力荷重が低減するため、ランデル型磁極９の回転強度を向上できる。
さらには、永久磁石１１の使用量を減らして磁石コストを低減できるため、経済性に優れた交流発電機１を提供できる。
【００２０】
なお、永久磁石１１として汎用性に優れたフェライト焼結磁石を使用した場合には経済性を向上することが可能であり、焼結磁石に比べて比重の小さい樹脂磁石を使用した場合には、永久磁石１１の遠心力荷重が低減するため、ランデル型磁極９の回転強度を向上することが可能となる。
また、永久磁石１１は、その重心が対向する側面９ｃ間の略中央に位置するように配設されているため、対向する爪状磁極片９ｂそれぞれが負担する永久磁石１１の遠心力荷重が偏らず均等になるため、ランデル型磁極９の回転強度を向上することが可能である。
【００２１】
（第２実施例）
図７（ａ）は爪状磁極片９ｂと永久磁石１１との位置関係を示す展開図、図７（ｂ）は爪状磁極片と永久磁石の断面図である。
本実施例の爪状磁極片９ｂは、図７（ｂ）に示すように、外周側より内周側の方が幅が狭くなる様に両側面９ｃが内側へ向かって傾斜している。一方、永久磁石１１は、回転方向に隣合う各爪状磁極片９ｂの側面９ｃ間の形状に対応して、内周側より外周側の方が幅が狭くなる様に両側面１１ａが外側へ向かって傾斜している。
これにより、回転子が高速回転した時の遠心力による永久磁石１１の飛び出しを防止できる。
【００２２】
（第３実施例）
図８（ａ）は爪状磁極片９ｂと永久磁石１１との位置関係を示す展開図、図８（ｂ）は爪状磁極片と永久磁石の断面図である。
本実施例は、図８（ｂ）に示すように、永久磁石１１を非磁性樹脂材料でモールド成形した場合の一例を示すものである。この場合、永久磁石１１と爪状磁極片９ｂとの磨耗による永久磁石１１の磨耗粉が周囲に飛び散るのを防止できる。また、自動車の振動による衝撃等に対してモールド樹脂２５が緩衝材として働くため、永久磁石１１に亀裂が発生するのを防止できる。
さらに、爪状磁極片９ｂの両側面９ｃ外周部にモールド樹脂２５の外周両側辺部を係止する係止部９ｆを設けたことにより、回転子が高速回転した時に遠心力によって永久磁石１１が外側へ（遠心方向へ）飛び出すのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用交流発電機の断面図である。
【図２】爪状磁極片と永久磁石との位置関係を示す展開図（ａ）、爪状磁極片と永久磁石の断面図（ｂ）である。
【図３】漏洩磁束を示す爪状磁極片の平面図である。
【図４】爪状磁極片の側面位置と漏洩磁束密度との関係を示すグラフである。
【図５】本実施例の効果を示すグラフである。
【図６】永久磁石がある場合とない場合の出力電流を比較したグラフである。
【図７】爪状磁極片と永久磁石との位置関係を示す展開図（ａ）および爪状磁極片と永久磁石の断面図（ｂ）である（第２実施例）。
【図８】爪状磁極片と永久磁石との位置関係を示す展開図（ａ）および爪状磁極片と永久磁石の断面図（ｂ）である（第３実施例）。
【符号の説明】
１    車両用交流発電機
９    ランデル型磁極
９ｂ  爪状磁極片
９ｃ  側面
９ｄ  外周面
９ｅ  稜線
１１    永久磁石
【図１】
0003709582.tif 000002
【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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