(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに装着された円盤状の連結板部の外周部に軸方向に形成された複数の爪部からなる磁極を有する第一回転子と、前記第一回転子と同形状で複数の爪部が前記第一回転子の複数の爪部と噛み合わされる方向に対向配置された第二回転子と、電磁軟鉄により筒状に形成され前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部の間の前記シャフトに嵌合された中央ボスと、前記中央ボスの外周の前記第一回転子と前記第二回転子の複数の爪部の内側の連結板部の間に配置された筒状のフィールドコイルを備え、前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部の前記中央ボスと接触する位置に前記フィールドコイルの軸方向の寸法の４分の１以下の寸法のボス部が形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記中央ボスは軸方向の両端側から前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部に形成されたボス部により押付挟持されてい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。
【請求項３】
前記第一回転子と前記第二回転子の装着位置の前記シャフトの外周の少なくとも一部にナールが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記中央ボスの軸方向の少なくとも中央部に位置する前記シャフトの外径は前記ナールが設けられた部分の外径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両に搭載される交流発電機などの回転電機の回転子に関し、特にランデル型回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランデル型回転子の製造方法として、丸鋼を切断した素材から熱間鍛造により中央ボス部とその外周に連続する連結板部と連結板部外周部から軸方向に突出する複数の爪部とを所定の寸法形状に成形した概形品を得た後に、数回の整形加圧工程や冷間鍛造工程および切削工程を経て精密な所定寸法形状の回転子鉄心を得る交流発電機の回転子鉄心の製造方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
また、ランデル型回転子と固定子との各部における磁気飽和の問題を解決するために各部の寸法の最適化を図った車両用交流発電機が提案されている。（例えば、特許文献２）
一方、モータのランデル型回転子として、爪状磁極を複数有する永久磁石の第一回転子と第二回転子との間に配置した円盤状の軟磁性材をシャフトに圧入して、自らの磁力により第一および第二回転子を軟磁性材に吸着させたものが提案されている。（例えば、特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−７７３７号公報
【特許文献２】特開平１１−１６４４９９号公報
【特許文献３】特開２０１３−９９１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回転電機の回転子においては、磁気飽和の問題を解決するための各部の寸法を確保したうえで、丸鋼素材から鍛造により中央ボス部と連結板部と複数の爪部とを所定の寸法に成形するのは困難であり、設備投資や工作性および品質管理面でもコスト高を招くという課題があった。
また、モータのランデル型回転子の場合には円盤状の軟磁性材がシャフトに圧入して強固に固定されており、軟らかくて機械強度が低い軟磁性材により磁石製の第一回転子および第二回転子に働く回転方向の力に耐える必要があり、回転体として少なからず無理があるという課題もあった。
【０００５】
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、各部の寸法を確保したうえで、磁気飽和が起こりにくく鍛造による成形等の工作性が容易な回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機の回転子は、シャフトに装着された円盤状の連結板部の外周部に軸方向に形成された複数の爪部からなる磁極を有する第一回転子と、前記第一回転子と同形状で複数の爪部が前記第一回転子の複数の爪部と噛み合わされる方向に対向配置された第二回転子と、電磁軟鉄により筒状に形成され前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部の間の前記シャフトに嵌合された中央ボスと、前記中央ボスの外周の前記第一回転子と前記第二回転子の複数の爪部の内側の連結板部の間に配置された筒状のフィールドコイルを備え、前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部の前記中央ボスと接触する位置に前記フィールドコイルの軸方向の寸法の４分の１以下の寸法のボス部が形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、シャフトに装着された円盤状の連結板部の外周部に軸方向に形成された複数の爪部からなる磁極を有する第一回転子と、前記第一回転子と同形状で複数の爪部が前記第一回転子の複数の爪部と噛み合わされる方向に対向配置された第二回転子と、電磁軟鉄により筒状に形成され前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部の間の前記シャフトに嵌合された中央ボスと、前記中央ボスの外周の前記第一回転子と前記第二回転子の複数の爪部の内側の連結板部の間に配置された筒状のフィールドコイルを備え、前記第一回転子と前記第二回転子の連結板部の前記中央ボスと接触する位置に前記フィールドコイルの軸方向の寸法の４分の１以下の寸法のボス部が形成されているため、各部の寸法を確保したうえで、磁気飽和が起こりにくく鍛造による成形等の工作性が容易な回転電機の回転子を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１における回転電機の回転子を備えた車両用交流発電機の概略構成を示す側断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成部品を示す展開斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２における回転電機の回転子を備えた車両用交流発電機の概略構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の回転子を備えた車両用交流発電機の概略構成を示す側断面図、図２はこの発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成部品を示す展開斜視図である。
【００１０】
図１において、回転子１はシャフト２に圧入により装着された第一回転子３および第二回転子４と、第一回転子３と第二回転子４の内部には筒状の中央ボス５とその外周に配置された筒状のフィールドコイル６を有している。回転子１の外周には同心円上に電機子コイル７を有するステータ８が配置されている。ステータ８はフロントブラケット９およびリヤブラケット１０に挟まれて保持されており、それぞれのブラケットに組込まれたベアリング１１により回転子１が回転可能に支持されている。第一回転子３と第二回転子４には複数のブレードを備えた冷却ファン１２が溶接等により固着されている。電機子コイル７によって発電された電力はリヤブラケット１０の一面に固定された整流器１３に送られ図示していない出力端子から出力される。シャフト２のフロントブラケット９側の端部にはプーリ１４が取付けられており、図示していない車両のエンジンからＶベルト介して回転力が与えられる。
【００１１】
次に図２にもとづき回転子１の詳細構成を説明する。第一回転子３と第二回転子４を圧入する部分のシャフト２には軸方向に複数の溝が形成されたナール部２ａが設けられており、ナール部２ａの間の中央部分２ｂはナールが設けられておらず、中央部分２ｂの外径はナール部２ａの外径より小さく、ナール部２ａに形成された溝の底の径とほぼ等しくなっている。なお、上記説明では、ナール部２ａが軸方向に複数の溝が形成された場合について説明したが、ナール部２ａは例えば複数の溝を網目状に形成した突起の連続する形状であってもよい。第一回転子３は中心に軸孔３ａが設けられたほぼ均一厚みの円盤状の連結板部３ｂと、連結板部３ｂの外周部に軸方向に突出した複数（図２では８個の場合を示す）の爪部３ｃが形成されている。第一回転子３と同様に第二回転子４も中心に軸孔４ａが設けられたほぼ均一厚みの円盤状の連結板部４ｂと、連結板部４ｂの外周部に軸方向に突出した複数の爪部４ｃが形成されており、第一回転子３の爪部３ｃと第二回転子４の爪部４ｃが噛み合わされる方向に対向配置されて、磁極を形成している。
【００１２】
第一回転子３と第二回転子４はほぼ均一厚みの円盤状の連結板部３ｂ，４ｂの外周部に複数の爪部３ｃ，４ｃを鍛造形成するのみであるため、素材からの加工度を厳しくする必要が無く、プレス加工が容易となり鍛造等の作業性が容易となる。また、シャフト２にはナール部２ａが設けられているため、第一回転子３と第二回転子４の連結板部３ｂ，４ｂの軸孔３ａ，４ａにシャフト２のナール部２ａが圧入されることで、連結板部３ｂ，４ｂの軸孔３ａ，４ａの内面にかじり（塑性流動凝着）が発生してシャフト２のナール部２ａの溝に噛み込むため、回転方向に加わる力に対して、圧入部分で回転方向にずれる恐れのない強固な固定が可能となる。
【００１３】
中央ボス５は中央に軸孔５ａが設けられた筒状の電磁軟鉄により形成されている。一般に電磁軟鉄は軟らかく機械強度が低く切削性が悪いが、簡単な筒状に形成するのみであるため加工等に問題はなく、電磁軟鉄の持つ優位な磁化特性を中央ボス５に採用でき、磁気飽和の起こりにくい高性能の発電機を得ることができる。シャフト２にはナール部２ａよりも外径が小さくナールの形成されていない中央部分２ｂが設けられているため、例えば中央ボス５やその軸方向両端側から圧入される第一回転子３および第二回転子４のそれぞれの軸孔５ａ，３ａ，４ａの内面にかじり（塑性流動凝着）が発生しても、シャフト２の中央部分２ｂの外径との極小空間に格納され、構成部品や工程に支障をきたすことがなく、中央ボス５や第一回転子３および第二回転子４の軸孔５ａ，３ａ，４ａにシャフト２を嵌合する作業が容易となる。中央ボス５は軸方向の両端側から第一回転子３と第二回転子４の連結板部３ｂ，４ｂにより押付挟持されて固定されており、シャフト２への嵌合はシャフト２のナール部２ａが形成されている部分のみとなるため、電磁軟鉄で形成された中央ボス５は圧入による応力集中を抑制できる。
【００１４】
フィールドコイル６は第一回転子３と第二回転子４を磁化させるための磁力を発生させるものであり、中央ボス５の外周の第一回転子３と第二回転子４の爪部３ｃ，４ｃの内側の連結板部３ｂ，４ｂの間に配置されている。フィールドコイル６で発生した磁力は第一回転子３と中央ボス５と第二回転子４とステータ８で構成される磁気回路を流れて、電機子コイル７に交流電力を発生させる。磁気回路の中で磁気飽和の起きやすい中央ボス５を磁化特性の優位な電磁軟鉄で形成したことにより、発電機の高性能化を図ることが可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における回転電機の回転子を備えた車両用交流発電機の概略構成を示す側断面図である。上記実施の形態１では、第一回転子３と第二回転子４の連結板部３ｂ，４ｂがほぼ均一厚みの円盤状の場合について説明したが、実施の形態２では図３に示すように、連結板部３ｂ，４ｂの中央ボス５と接触する位置にフィールドコイル６の軸方向の寸法の４分の１以下の寸法のボス部３ｄ，４ｄが形成されている。このように第一回転子３と第二回転子４の連結板部３ｂ，４ｂにボス部３ｄ，４ｄを設けることで、第一回転子３と第二回転子４をシャフト２に圧入する部分の面積が増加して、より強固な固定が可能となる。また、ボス部３ｄ，４ｄは体積的にも従来の半分以下のため鍛造成形への影響は小さくて済む。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００１６】
なお、本件発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、他の構成でも適用可能である。例えば、第一回転子３と第二回転子４の複数の爪部３ｃ，４ｃはそれぞれ６個等の他の個数であってもよく、また、第一回転子３および第二回転子４と中央ボス５とが平面接触ではなく、凹凸で位置決めされる構成なども採用可能である。その他の部分においても、例えば、冷却ファン１２の形状も多様なものから選択可能である。さらに、回転子１以外の部分においても、例えば、リヤブラケット１０の中心部分端面からシャフト２が突
出した構造など、他の構造であってもよい。
【００１７】
なお、この発明は、その発明の範囲内において各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１  回転子、２  シャフト、３  第一回転子、４  第二回転子、５  中央ボス、６  フィールドコイル、７  電機子コイル、８  ステータ、９  フロントブラケット、１０  リヤブラケット、１１  ベアリング、１２  冷却ファン、１３  整流器、１４  プーリ
【要約】
【課題】各部の寸法を確保したうえで、磁気飽和が起こりにくく鍛造による成形等の工作性が容易な回転電機の回転子を提供する。
【解決手段】回転子１は、シャフト２に装着された第一回転子３と第二回転子４との内側に、電磁軟鉄により筒状に形成されシャフト２に嵌合された中央ボス５と、中央ボス５の外周に配置されたフィールドコイル６を備え、第一回転子３と第二回転子４の連結板部の中央ボス５と接触する位置にフィールドコイル６の軸方向の寸法の４分の１以下の寸法のボス部３ｄ、４ｄが形成されたものである。
【選択図】図３【図１】
0005976164.tif 000002
【図２】
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【図３】
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