(57)【要約】【課題】漏洩磁束を低減して出力向上を図ることができる車両用交流発電機の回転子を提供すること。【解決手段】車両用交流発電機１００の回転子１は、回転軸１１と、根元部１２３ａ、１３３ａの周方向幅が一定で先端部にいくほど周方向幅が狭くなる複数の爪状磁極１２３、１３３を有し、根元部１２３ａ、１３３ａに回転軸１１と平行な面取り１２３ｃ、１３３ｃが形成された一対のポールコア１２、１３とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１１）と、
根元部（１２３ａ、１３３ａ）の周方向幅が一定で先端部にいくほど周方向幅が狭くなる複数の爪状磁極（１２３、１３３）を有し、前記根元部に前記回転軸と平行な面取り（１２３ｃ、１３３ｃ）が形成された一対のポールコア（１２、１３）と、
を備えることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項２】
請求項１において、
前記一対のポールコアのそれぞれに対応する前記爪状磁極は、周方向に沿って交互に配置されており、
前記面取りは、周方向に隣接する２つの前記爪状磁極のそれぞれと固定子（２）の一の歯状鉄心（２１ｂ）とが径方向に重なり合う面積が最大となる相対位置において、重なり合う部分におけるエアギャップが前記爪状磁極の周方向端部に向かって広くなるように形成されていることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項３】
請求項２において、
径方向に重なり合う面積が最大となる前記相対位置は、周方向に隣接する２つの前記爪状磁極のそれぞれと前記歯状鉄心とが重なり合う面積が等しくなる位置であることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記周方向に重なり合う面積が最大となる前記相対位置において、前記歯状鉄心の周方向端部よりも前記歯状鉄心から周方向に沿って離れる側に前記面取りの端部が位置することを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記複数の爪状磁極に対応して形成される複数の前記面取りは、少なくとも一部が曲面により形成されることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記複数の爪状磁極に対応して形成される複数の前記面取りは、少なくとも一部が１つの平面により形成されることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記複数の爪状磁極に対応して形成される複数の前記面取りは、少なくとも一部が複数の平面により形成されることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記爪状磁極の回転方向後方側のみに前記面取りを有することを特徴とする車両交流発電機の回転子。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記爪状磁極の回転方向前方に曲面により形成された前記面取りを有し、回転方向後方に１つあるいは複数の平面により形成された前記面取りを有することを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転子の爪形磁極と固定子の歯状鉄心が所定の相対位置にあるときに、固定子の歯状鉄心を介して、回転子の隣り合う磁極間に発生する漏洩磁束を低減することにより出力向上を図った車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用交流発電機は、爪形磁極の根元肩部の周方向端面に形成され、根元肩部の外周面に形成されたテーパが始まる線上のＢ点と、爪形磁極のスキュー傾斜上のＣ点と、爪形磁極の周方向端面上にあるＡ点との３点を結ぶ面からなる面取り部を有する。その結果、爪形磁極の面取り部と歯状鉄心の先端が径方向に重なり合うときに、重なり合う部分における爪形磁極と歯状鉄心とのエアギャップは、面取り部により大きくなる。エアギャップが大きい部分では磁気抵抗が大きくなるので、回転子の隣り合う爪形磁極間に生じる漏洩磁束は低減される。それによって、有効磁束を増やしその分出力向上が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５４７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された車両用交流発電機では、漏洩磁束を低減するためには、隣り合う爪形磁極と歯状鉄心の先端が径方向に重なり合う場合、面取り部が磁束路上に存在しなければならない。一方、特許文献１では面取り部と爪状磁極の外周面との境界線（Ｂ点とＣ点を結んだ線）が歯状鉄心の周方向端部に対して傾斜している。したがって、この境界線に近い部分と遠い部分とでは、歯状鉄心と爪状磁極との間の距離が異なる。具体的には、境界線に近い部分ではこれらの間の距離が短く、遠い部分ではこれらの間の距離が長くなる。境界線に近い部分における漏洩磁束を少なくしようとすると、境界線から遠い部分における距離がさらに長くなって有効磁束が減少し、漏洩磁束低減による出力向上効果が思い通りに得られないという問題があった。
【０００５】
なお、爪形磁極肩部根元の平面の面取りがある限り、この平面部分がファンとなってノイズを発生させる問題が依然としてあった。また、製造コストの低減の必要性は言うまでもない。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、漏洩磁束を低減して出力向上を図ることができる車両用交流発電機の回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機の回転子は、回転軸と、根元部の周方向幅が一定で先端部にいくほど周方向幅が狭くなる複数の爪状磁極を有し、根元部に回転軸と平行な面取りが形成された一対のポールコアとを備えている。
【０００８】
ポールコアの爪状磁極の面取りを回転軸と平行に形成することにより、漏洩磁束が発生する部分については爪状磁極と固定子の歯状鉄心との間のエアギャップを増加させて漏洩磁束を低減し、それ以外の部分については爪状磁極と固定子の歯状鉄心との間のエアギャップの拡大を阻止して車両用交流発電機の出力向上を図ることができる。また、固定子鉄心の軸方向長を増加させた場合であっても漏洩磁束の増大を防止しつつ、有効磁束の増加によるさらなる出力向上を図ることができる。このため、固定子鉄心の軸方向長を増すだけで、具体的には積層鋼板の枚数を変更するだけで複数の要求出力に対応することが可能になり、コストの増加を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。
【図２】固定子鉄心の部分的な平面図である。
【図３】周方向に隣接する爪状磁極の形状を示す展開側面図である。
【図４】図３に示す爪状磁極の展開平面図である。
【図５】複数の平面により形成される変形例の面取りを示す図である。
【図６】曲面により形成される変形例の面取りを示す図である。
【図７】回転方向後方側のみに１つの平面を用いた面取りを形成した変形例を示す図である。
【図８】回転方向後方側のみに複数の平面を用いた面取りを形成した変形例を示す図である。
【図９】回転方向後方側のみに曲面を用いた面取りを形成した変形例を示す図である。
【図１０】回転方向後方側に１つの平面を用いた面取りを形成し、回転方向前方に曲面を用いた面取りを形成した変形例を示す図である。
【図１１】回転方向後方側に複数の平面を用いた面取りを形成し、回転方向前方に曲面を用いた面取りを形成した変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機の回転子について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機１の断面図である。図１に示すように、一実施形態の車両用交流発電機１００は、回転子１、固定子２、フロントハウジング３、リアハウジング４、プーリ５、ブラシ装置７、整流器８、レギュレータ９を含んで構成されている。
【００１１】
固定子２は、回転子１と対向配置されており、固定子鉄心２１に固定子巻線２２を巻装することで構成されている。この固定子２は、フロントハウジング３およびリアハウジング４に挟み込まれて固定されている。また、図２に示すように、固定子鉄心２１には、内径側に開口する複数のスロット２１ａが形成されており、隣接するスロット２１ａの間が歯状鉄心２１ｂを形成している。この固定子鉄心２１は、薄い（例えば、厚さ０．５ｍｍ）鋼板を積層させた積層鉄心であり、鋼板の枚数を増加させることにより、容易に軸方向長さを増やすことができる。フロントハウジング３およびリアハウジング４は、固定子２を挟み込んだ状態でボルトにより締結されている。フロントハウジング３およびリアハウジング４は、軸受けを介して回転子１の回転軸１１を回転自在に支持している。
【００１２】
回転子１は、回転軸１１に固定された前側（プーリ側）のポールコア１２と、後側（反プーリ側）のポールコア１３と、一対のポールコア１２、１３を磁化させる界磁巻線１４とを含んで構成されている。
【００１３】
ポールコア１２、１３は、ランデル式回転子の一対のポールコアとして用いられる。前側のポールコア１２は、円柱形状のボス部１２１と、ボス部１２１の一方の軸方向端部側に配置されるとともに径方向外側へ延在する円盤状のディスク部１２２と、ディスク部１２２から軸方向に沿って延在する複数の爪状磁極１２３とからなる。後側のポールコア１３も前側のポールコア１２と同一形状を有し、ボス部１３１、ディスク部１３２、複数の爪状磁極１３３からなる。ポールコア１２の後端面とポールコア１３の前端面とが対向して接面され、界磁巻線１４がポールコア１２、１３により（具体的には、ボス部１２１、１３１と各爪部１２３、１３３とにより）囲まれている。ポールコア１２、１３は軟磁性体材料により形成されており、ポールコア１２の爪状磁極１２３とポールコア１３の爪状磁極１３３とが周方向に交互に配置される。
【００１４】
次に、爪状磁極１２３、１３３の形状について説明する。図３に爪状磁極１２３等の展開側面図を示すように、一方の爪状磁極１２３は、ディスク部１２２側の根元部１２３ａの周方向幅が一定で先端部１２３ｂにいくほど周方向幅が狭くなる形状を有する。同様に、他方の爪状磁極１３３は、ディスク部１３２側の根元部１３３ａの周方向幅が一定で先端部１３３ｂにいくほど周方向幅が狭くなる形状を有する。
【００１５】
図３に示す領域Ａは、周方向に隣接する２つの爪状磁極１２３、１３３のそれぞれと固定子鉄心２１の一の歯状鉄心２１ｂとが径方向に重なり合う面積が最大となる相対位置である。また、この相対位置は、周方向に隣接する２つの爪状磁極１２３、１３３のそれぞれと一の歯状鉄心２１ｂとが重なり合う面積が等しくなる位置であるといえる。
【００１６】
また、歯状鉄心２１ｂ（固定子鉄心２１）の軸方向長さは、ディスク部１２２、１３２の間隔よりも長くなっており、歯状鉄心２１ｂの一部が爪状磁極１２３、１３３の根元部１２３ａ、１３３ａまで延びている。
【００１７】
一方の爪状磁極１２３の根元部１２３ａには、回転軸１１と平行に延在する面取り１２３ｃが形成されている。この面取り１２３ｃは、図３に示す領域Ａにおいて爪状磁極１２３（根元部１２３ａ)と一の歯状鉄心２１ｂとが重なり合う部分におけるエアギャップが爪状磁極１２３の周方向端部に向かって広くなるように形成されている。具体的には、爪状磁極１２３の外周面と接する面取り１２３ｃの周方向端部は、歯状鉄心２１ｂ（領域Ａ）の周方向端部よりも内側（歯状鉄心２１ｂから周方向に沿って離れる側）に設定されている。これにより、径方向に隣接する爪状磁極１２３と固定子２の歯状鉄心２１ｂとの間で漏洩する磁束（図３、図４の矢印Ｂ）を確実に減らすことができる。また、面取り１２３ｃの周方向端部の向きと歯状鉄心２１ｂの周方向端部の向きとを平行にすることにより、爪状磁極１２３の周方向端部におけるエアギャップの長さを一定にすることができる。このため、この部分におけるエアギャップを磁束漏洩を低減するために必要な最小限の長さに設定して、それ以外の部分における過度の有効磁束の低下を防止して必要以上に出力が低下しないようにすることが可能となる。
【００１８】
同様に、他方の爪状磁極１３３の根元部１３３ａには、回転軸１１と平行に延在する面取り１３３ｃが形成されている。この面取り１３３ｃは、図３に示す領域Ａにおいて爪状磁極１３３（根元部１３３ａ)と一の歯状鉄心２１ｂとが重なり合う部分におけるエアギャップが爪状磁極１３３の周方向端部に向かって広くなるように形成されている。具体的には、爪状磁極１３３の外周面と接する面取り１３３ｃの周方向端部は、歯状鉄心２１ｂ（領域Ａ）の周方向端部よりも内側（歯状鉄心２１ｂから周方向に沿ってと離れる側）に設定されている。これにより、径方向に隣接する爪状磁極１３３と固定子２の歯状鉄心２１ｂとの間で漏洩する磁束（図３、図４の矢印Ｂ）を確実に減らすことができる。また、面取り１３３ｃの周方向端部の向きと歯状鉄心２１ｂの周方向端部の向きとを平行にすることにより、爪状磁極１３３の周方向端部におけるエアギャップの長さを一定にすることができる。このため、この部分におけるエアギャップを磁束漏洩を低減するために必要な最小限の長さに設定して、それ以外の部分における過度の有効磁束の低下を防止して必要以上に出力が低下しないようにすることが可能となる。
【００１９】
なお、上述した「面取り１２３ｃ、１３３ｃの周方向端部の向き」とは、爪状磁極１２３の最外周面（歯状鉄心２１ｂとの間のエアギャップが最も小さくなる面）に接する面取り１２３ｃ、１３３ｃの周方向端部の向きを意味する。図３に示した例では、この周方向端部には１２３ｃ’、１３３ｃ’の符号が付されている。また、図３に示した例では、これらの周方向端部１２３ｃ’、１３３ｃ’は、回転軸１１に沿って歯状鉄心２１ｂの軸方向端面よりも外側まで延在している。但し、爪状磁極１２３、１３３の根元部１２３ａ、１３３ａの外周側の傾斜範囲１２３ａ’、１３３ａ’が大きい場合には、周方向端部１２３ｃ’、１３３ｃ’が延在する端部は、回転軸１１に沿って歯状鉄心２１ｂの軸方向端面よりも内側に位置する場合もある。
【００２０】
また、面取り１２３ｃ、１３３ｃは、図４に示すように１つの平面により形成する場合の他、図５に示すように複数（この例では２つ）の平面により面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成する場合や、図６に示すように曲面により面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成する場合などが考えられる。１つの平面により形成する場合には、面取り１２３ｃ、１３３ｃが形成された部分におけるエアギャップの急激な拡大を図ることができ、磁束漏洩を確実に防止することができる。また、複数の平面や曲面により形成する場合には、１つの平面の場合に比べてファンとなって発生するノイズを低減することができる。
【００２１】
また、上述した面取り１２３ｃ、１３３ｃは、必ずしも全ての爪状磁極１２３、１３３の根元部１２３ａ、１３３ａの両側につける必要はない。例えば、図７に変形例を示すように、回転子１の回転方向後方側のみに１つの平面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成し、回転方向前方側には面取りを設けない場合が考えられる。あるいは、図８に変形例を示すように、回転子１の回転方向後方側のみに複数の平面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成し、回転方向前方側には面取りを設けない場合が考えられる。また、図９に変形例を示すように、回転子１の回転方向後方側のみに曲面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成し、回転方向前方側には面取りを設けない場合が考えられる。これにより、回転方向前方側において面取り１２３ｃ、１３３ｃがファンとなって発生するノイズをなくすことが可能となる。
【００２２】
また、ファンノイズ低減の観点からは、図１０に示すように、回転方向後方側に１つの平面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成し、回転方向前方側に曲面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成するようにしてもよい。あるいは、図１１に示すように、回転方向後方側に複数の平面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成し、回転方向前方側に曲面を用いた面取り１２３ｃ、１３３ｃを形成するようにしてもよい。
【００２３】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１００の回転子１では、ポールコア１２、１３の爪状磁極１２３、１３３の面取り１２３ｃ、１３３ｃを回転軸１１と平行に形成している。これにより、漏洩磁束が発生する部分については爪状磁極１２３、１３３と固定子２の歯状鉄心２１ｂとの間のエアギャップを増加させて漏洩磁束を低減し、それ以外の部分については爪状磁極１２３、１３３と固定子２の歯状鉄心２１ｂとの間のエアギャップの拡大を阻止して車両用交流発電機１００の出力向上を図ることができる。また、固定子鉄心２１の軸方向長を増加させる場合であっても漏洩磁束の増大を防止しつつ、有効磁束の増加によるさらなる出力向上を図ることができる。このため、固定子鉄心２１の軸方向長を増すだけで、具体的には積層する鋼板の枚数を変更するだけで複数の要求出力に対応することが可能になり、コストの増加を抑えることができる。
【００２４】
また、図３に示す領域Ａの近傍において、歯状鉄心２１ｂの周方向端部よりも歯状鉄心２１ｂから周方向に沿って離れる側に面取り１２３ｃ、１３３ｃのそれぞれの端部位置を設定することにより、爪状磁極１２３、１３３間の一の歯状鉄心２１ｂを介した磁束漏洩を最小にしつつ、爪状磁極１２３、１３３と他の歯状鉄心２１ｂの間のエアギャップを少なくして出力向上を図る効果を最大とすることができる。
【００２５】
また、図７、図８、図９に示すように、爪状磁極１２３、１３３の回転方向後方側のみに面取り１２３ｃ、１３３ｃを設けることにより、面取り１２３ｃ、１３３ｃが形成された部分がファンとなって回転前方で発生するノイズを低減することができる。
【００２６】
また、図１０、図１１に示すように、爪状磁極１２３、１３３の回転方向前方に曲面を用いた面取り１２３、１３３を形成し、回転方向後方に１つあるいは複数の平面を用いた面取り１２３、１３３を形成することにより、回転方向前方の面取り部分がファンとなって発生するノイズを最大限低減しつつ、磁束漏洩を防止することが可能となる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、爪状磁極１２３、１３３のぞれぞれに同じ種類（１つの平面、複数の平面、曲面のいずれか）の面取り１２３ｃ、１３３ｃが形成される場合について説明した。しかし、爪状磁極１２３、１３３の一部とそれ以外について、異なる種類の面取り１２３ｃ、１３３ｃを組み合わせたり、一部について面取りを形成しないようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
上述したように、本発明によれば、ポールコアの爪状磁極の面取りを回転軸と平行に形成することにより、漏洩磁束が発生する部分については爪状磁極と固定子の歯状鉄心との間のエアギャップを増加させて漏洩磁束を低減し、それ以外の部分については爪状磁極と固定子の歯状鉄心との間のエアギャップの拡大を阻止して車両用交流発電機の出力向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  回転子
１１  回転軸
１２３ａ、１３３ａ  根元部
１２３、１３３  爪状磁極
１２３ｃ、１３３ｃ  面取り
１２、１３  ポールコア
２  固定子
２１ｂ  歯状鉄心
【図１】
2014128036.tif 000003
【図２】
2014128036.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014128036.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014128036.tif 000008
【図７】
2014128036.tif 000009
【図８】
2014128036.tif 000010
【図９】
2014128036.tif 000011
【図１０】
2014128036.tif 000012
【図１１】
2014128036.tif 000013