(57)【要約】  この発明は、永久磁石の発熱をファンに伝達してファンから効果的に放熱でき、永久磁石に作用する遠心力に起因するファンの損傷の発生を抑制し、さらにファンを簡易に、かつ安価に作製できる回転電機を得る。  この発明による回転電機では、磁性材料からなる磁石保持具３０，３５が谷部２６，２７に架設され、溝方向を軸方向とする嵌合溝３１，３６が径方向外方に開口し、かつ軸方向外方から内方に向うように磁石保持具３０，３５に形成され、永久磁石３２，３７が嵌合溝３１，３６に嵌着されて磁石保持具３０，３５に保持され、爪状磁極部２４，２０の先端側の内周面に対向して、かつ所定の隙間を持って配設されている。さらに、金属製のファン４０Ａ，４０Ｂがポールコア体１７，２１の端面に固着され、熱伝導板４３が基部４１から軸方向内方に延設され、その先端端部が永久磁石３２，３７の下面と嵌合溝３１，３６の底面との間に圧入されている。
2009122586.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装着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、
上記回転子の外周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、
上記ポールコアの軸方向の少なくとも一方の端面に固着された基部、および該基部に立設されたブレードを有する金属製ファンと、を備えた回転電機において、
上記爪状磁極部の先端側内周面と相対するように上記継鉄部に保持され、溝方向を軸方向とする嵌合溝が少なくとも径方向外方および軸方向外方に開口し、かつ軸方向外方から内方に向うように形成された磁性材料からなる磁石保持具と、
上記嵌合溝に嵌着されて上記磁石保持具に保持され、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して、かつ所定の隙間を持って配設され、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永久磁石と、
上記基部から軸方向内方に延設され、その延出端部が上記永久磁石に密接する金属製の熱伝導板と、を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記熱伝導板の延出端部が上記嵌合溝と上記永久磁石との間に圧入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】
上記熱伝導板は磁性材料で作製され、上記延出端部が上記嵌合溝と上記永久磁石との間の径方向隙間に圧入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】
上記熱伝導板は非磁性材料で作製され、上記延出端部が上記嵌合溝と上記永久磁石との間の周方向隙間に圧入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】
上記熱伝導板の延出端部が上記永久磁石の軸方向外方の端面に当接し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６】
上記基部、上記ブレードおよび上記熱伝導板は、単一の板金から作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【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し、特にランデル型の回転子に搭載された永久磁石の放熱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。【０００３】
従来、このような課題を解決するために、ポールピースとともに回転する樹脂製のファンがポケットを持ち、永久磁石がポケットにインサート成形されてファンに保持されている電気機械用ロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５２７０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電気機械用ロータでは、永久磁石がポケットにインサート成形されて樹脂製のファンに保持されているので、永久磁石の熱はポケットを介してファンに熱伝達され、ファンから放熱される。しかし、樹脂自身の熱伝導率が小さいので、十分な熱伝達が期待できない。また、高速回転時に、永久磁石がインサート成形されたポケットに大きな遠心力が作用し、ポケットおよびファンが損傷するおそれがある。そこで、永久磁石を安定して保持するためには、樹脂に強化繊維などを添加してポケットおよびファンの剛性を高める必要があるが、成型性が著しく低下し、量産性が低下する。さらに、ファンの成型時に、永久磁石をインサート成形しなければならず、ファンの生産性が低下する。【０００６】
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、永久磁石を継鉄部の谷部に架設された磁石保持具に保持させ、かつ金属製のファンから延設された熱伝導板を永久磁石に密接させるようにし、永久磁石の発熱をファンに伝達してファンから効果的に放熱でき、永久磁石に作用する遠心力に起因するファンの損傷の発生を抑制し、さらにファンを簡易に、かつ安価に作製できる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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装着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、上記回転子の外周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、上記ポールコアの軸方向の少なくとも一方の端面に固着された基部、および該基部に立設されたブレードを有する金属製ファンと、を備えている。さらに、本回転電機は、上記爪状磁極部の先端側内周面と相対するように上記継鉄部に保持され、溝方向を軸方向とする嵌合溝が少なくとも径方向外方および軸方向外方に開口し、かつ軸方向外方から内方に向うように形成された磁性材料からなる磁石保持具と、上記嵌合溝に嵌着されて上記磁石保持具に保持され、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して、かつ所定の隙間を持って配設され、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永久磁石と、上記基部から軸方向内方に延設され、その延出端部が上記永久磁石に密接する金属製の熱伝導板と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、永久磁石が継鉄部に保持された磁石保持具に保持されているので、永久磁石に作用する遠心力はファンに作用せず、ファンの剛性を過度に高めることなく、ファンの損傷発生を抑制できる。
ファンの基部から軸方向内方に延設された金属製の熱伝導板の延出端部が永久磁石に密接しているので、永久磁石で発生した熱は熱伝導板を介してファンに伝達され冷却風に放熱され、永久磁石の温度上昇が抑えられる。
ファンが金属製であるので、ファンを切断加工や曲げ加工により簡易に安価に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する要部端面図である。
【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適用される回転子に取り付けられるファンを示す斜視図である。
【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適用される回転子における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。
【図６】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ファンに熱伝導板を示す斜視図である。
【図７】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における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する要部端面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。
【図１０】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における永久磁石の保持構造を説明する要部端面図である。
【図１１】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における永久磁石の取付状態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における永久磁石の取付状態を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する端面図である。
【図１５】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する端面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する要部端面図、図４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に取り付けられるファンを示す斜視図、図５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における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。なお、図３では冷却ファンが省略されている。【００１１】
図１乃至図５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第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂと、回転子１３に対して一定のエアギャップ３９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。【００１２】
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。【００１３】
回転子１３は、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、それぞれ例えば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。【００１４】
第１ポールコア体１７は、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴が軸心位置を貫通して形成された第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。さらに、第１谷部２６が第１継鉄部１９の各隣り合う第１爪状磁極部２０間に位置する部位に、例えば内径側に向かって凸状に湾曲したＵ字状に凹設されている。【００１５】
第２ポールコア体２１は、外周面を円筒形状とし、シャフト挿通穴が軸心位置を貫通して形成された第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。さらに、第２谷部２７が第２継鉄部２３の各隣り合う第２爪状磁極部２４間に位置する部位に、例えば内径側に向かって凸状に湾曲したＵ字状に凹設されている。【００１６】
第１磁石保持具３０は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて所定厚みを有する断面矩形の柱状体に作製されている。そして、溝方向を第１磁石保持具３０の厚み方向とする第１嵌合溝３１が、第１磁石保持具３０の上面に開口するように第１磁石保持具３０の厚み方向の全域にわたって凹設されている。ここで、第１磁石保持具３０の上下面および第１嵌合溝３１の底面が互いに平行な平坦面となっている。そして、第１嵌合溝３１は、その溝幅が開口に向かって漸次狭くなる楔状に形成されている。
第１永久磁石３２は、厚み方向と直交する平面における断面が第１嵌合溝３１の内形形状より僅かに小さい外形形状で、外形形状が台形である柱状体に作製されている。そして、第１永久磁石３２は、第１磁石保持具３０より薄い厚みに作製され、その上下面が互いに平行な平坦面となっている。【００１７】
第２磁石保持具３５は、鉄、鉄系磁性合金などの磁性材を用いて所定厚みを有する断面矩形の柱状体に作製されている。そして、溝方向を第２磁石保持具３５の厚み方向とする第２嵌合溝３６が、第２磁石保持具３５の上面に開口するように第２磁石保持具３５の厚み方向の全域にわたって凹設されている。ここで、第２磁石保持具３５の上下面および第２嵌合溝３６の底面が互いに平行な平坦面となっている。そして、第２嵌合溝３６は、その溝幅が開口に向かって漸次狭くなる楔状に形成されている。
第２永久磁石３７は、厚み方向と直交する平面における断面が第２嵌合溝３６の内形形状より僅かに小さい外形形状で、外形形状が台形である柱状体に作製されている。そして、第２永久磁石３７は、第２磁石保持具３５より薄い厚みに作製され、その上下面が互いに平行な平坦面となっている。【００１８】
第１保持溝２８が、第１ポールコア体１７の各第１爪状磁極部２０の根元側で、各第１谷部２６の内壁面の上部側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として第１継鉄部１９の一端から他端側に向かって凹設されている。同様に、第２保持溝２９が、第２ポールコア体２１の各第２爪状磁極部２４の根元側で、各第２谷部２７の内壁面の上部側の相対する部位のそれぞれに開口し、かつ溝方向を軸方向として第２継鉄部２３の他端から一端側に向かって凹設されている。ここで、第１および第２保持溝２８，２９は、ブローチ加工やエンドミル加工などにより、第１および第２磁石保持具３０，３５の両側部が嵌着される溝形状に形成されている。【００１９】
第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂは、鉄、鉄系磁性合金などの板金を切断加工および曲げ加工して作製され、平板リング状の基部４１と、それぞれ基部４１から基部４１の一面側に切り起こされて周方向に配列された、例えば９枚のブレード４２と、それぞれ基部４１から基部４１の他面側に切り起こされて周方向に等角ピッチで配列された８枚の熱伝導板４３と、を備える。この時、熱伝導板４３は、矩形平板状をなし、基部４１の中心を軸心とする円筒面に接するように、基部４１の他面側に延出している。さらに、側板４４は、板金を切断加工してリング状に作製され、基部４１に相対して各ブレード４２に溶接されてブレード４２を連結するように第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂに取り付けられている。【００２０】
巻枠２５は、樹脂製であり、筒状の巻胴部２５ａと、巻胴部２５ａの軸方向両端部から径方向外方に延設された一対のフランジ部２５ｂと、を備えている。そして、界磁コイル１４が導線を巻胴部２５ａに所定回巻回して作製されている。【００２１】
このように構成された回転子１３を組み立てるには、まず第１磁石保持具３０が、上面を径方向外方に向けて、かつ第１嵌合溝３１の溝方向を軸方向に一致させて、軸方向外側から相対する第１保持溝２８に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて、各第１谷部２６の上に架設された状態で磁気的に接続されて第１ポールコア体１７に取り付けられる。そして、第１永久磁石３２が軸方向外方から第１嵌合溝３１に嵌入され、各第１磁石保持具３０に装着される。ついで、第１ファン４０Ａがその基部４１を第１ポールコア体１７の軸方向一側端面に抵抗溶接されて取り付けられる。この時、第１ファン４０Ａの熱伝導板４３が軸方向外方から第１永久磁石３２の下面と第１嵌合溝３１の底面との間に圧入され、第１永久磁石３２が第１磁石保持具３０に固定状態に保持される。【００２２】
第２磁石保持具３５が、上面を径方向外方に向けて、かつ第２嵌合溝３６の溝方向を軸方向に一致させて、軸方向外側から相対する第２保持溝２９に圧入され、必要に応じて接着剤を塗布されて、各第２谷部２７の上に架設された状態で磁気的に接続されて第２ポールコア体２１に取り付けられる。そして、第２永久磁石３７が軸方向外方から第２嵌合溝３６に嵌入され、各第２磁石保持具３５に装着される。ついで、第２ファン４０Ｂがその基部４１を第２ポールコア体２１の軸方向他側端面に抵抗溶接されて取り付けられる。この時、第２ファン４０Ｂの熱伝導板４３が軸方向外方から第２永久磁石３７の下面と第２嵌合溝３６の底面との間に圧入され、第２永久磁石３７が第２磁石保持具３５に固定状態に保持される。【００２３】
ついで、第１および第２ポールコア体１７，２１の第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。この時、界磁コイル１４が巻回された巻枠２５の巻胴部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の内壁面に密接している。これにより、界磁コイル１４が、巻枠２５に巻装されて、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３および第１および第２爪状磁極部２０，２４に囲まれた空間に装着されている。そして、第１および第２ボス部１８，２２のシャフト挿通穴にシャフト１６を圧入状態で挿通し、第１および第２ポールコア体１７，２１を一体化し、回転子１３が組み立てられる。【００２４】
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。第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端部が、軸方向に関して、第２および第１継鉄部２３，１９と重なっている。【００２５】
また、第１および第２永久磁石３２，３７は、着磁方向５０の主成分が径方向となるように着磁配向されている。この着磁方向５０は、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電されて発生する磁界５１の向きと逆向きになっている。そして、第１および第２永久磁石３２，３７は、その上面が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に所定の隙間をもって対向するように配設されている。第１および第２永久磁石３２，３７の着磁方向５０の延長線が、対向する第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側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５１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３２，３７も逆向きに着磁配向される。【００２６】
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極に磁化され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４がＳ極に磁化される。
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。【００２７】
回転子１３の回転に連動して第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂが回転駆動される。これにより、フロントブラケット２およびリヤブラケット３の軸方向端面から吸入され、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂにより遠心方向に曲げられて、径方向側面から排出される冷却風の流れが形成される。この冷却風の流れにより、整流器、電圧調整器、固定子コイル１２などの発熱部品が冷却される。また、第１および第２永久磁石３２，３７で発生した熱は、熱伝導板４３を介して基部４１およびブレード４２に伝達され、冷却風に放熱される。また、冷却風は、基部４１と側板４４とで構成される通風路内をブレード４２の表面に沿って外径側にスムーズに流れ、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂの回転に起因する干渉音の発生が抑制される。【００２８】
つぎに、界磁コイル１４による磁束の動作について説明する。
界磁コイル１４に通電されて発生する磁束は、第１爪状磁極部２０からエアギャップ３９を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。そして、磁束は、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３９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する。【００２９】
第１および第２永久磁石３２，３７から発生した磁束が固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ３９を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３２，３７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いるので、第１および第２永久磁石３２，３７から発生した磁束は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面側に対して、より短い磁路長さで周回するようになる。そこで、第１および第２永久磁石３２，３７から発生した磁束の大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子１３内部で閉じた磁気回路を形成する。【００３０】
つまり、第１永久磁石３２から発生する磁束は、熱伝導板４３を通って第１磁石保持具３０に入り、第１磁石保持具３０内を周方向に流れて第１継鉄部１９に入る。第１継鉄部１９に入った磁束は、第１継鉄部１９内を第１谷部２６に沿って径方向内方に流れ、さらに第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、隙間を介して第１永久磁石３２に戻る。一方、第２永久磁石３７から発生する磁束は、隙間を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、および第２ボス部２２を通って第２継鉄部２３に入る。第２継鉄部２３に入った磁束は、第２継鉄部２３内を第２谷部２７に沿って径方向外方に流れ、第２磁石保持具３５の周方向両側から第２磁石保持具３５に入る。第２磁石保持具３５に入った磁束は、熱伝導板４３を通って第２永久磁石３２に戻る。【００３１】
第１および第２永久磁石３２，３７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１７，２１を構成する磁性体の磁束密度を大幅に低減するため、磁気飽和を解消することができる。その結果、車両用交流発電機１では、特に磁気飽和が顕著となる低速回転域での発電量が数十％程度増加される。あるいは、設計選択として、固定子コイル１２の巻き数を数十％程度減少させれば、低速回転域では従来装置と同等の発電量を確保でき、高速回転域では、従来装置より発電量を増加させることができる。【００３２】
この実施の形態１によれば、第１および第２磁石保持具３０，３５が第１および第２継鉄部１９，２１に保持され、第１および第２永久磁石３２，３７が楔状の溝形状の第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着され、熱伝導板４３が第１および第２永久磁石３２，３７の下面と第１および第２嵌合溝３１，３６の底面との間に圧入されている。そこで、第１および第２永久磁石３２，３７をガタツキなく第１および第２磁石保持具３０，３５に保持できるので、第１および第２永久磁石３２，３７を第１および第２磁石保持具３０，３５に接着剤などを用いて固着する必要がなく、接着剤の塗布工程および接着剤の硬化工程が不要となる。また、第１および第２永久磁石３２，３７の径方向および周方向の移動が第１および第２嵌合溝３１，３６の楔状の溝形状により規制され、第１および第２永久磁石３２，３７の軸方向の移動が熱伝導板４３の圧入により規制される。【００３３】
また、第１および第２永久磁石３２，３７に作用する遠心力は第１および第２磁石保持具３０，３５で受けられ、第１および第２磁石保持具３０，３５に作用する遠心力は第１および第２継鉄部１９，２１で受けられるので、第１および第２永久磁石３２，３７および第１および第２磁石保持具３０，３５に作用する遠心力は熱伝導板４３を介して第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂに作用しない。そこで、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂの剛性を過度に高めることなく、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂの損傷発生を抑えることができる。なお、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂの剛性を過度に高めることは、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂの板厚を厚くすることになり、材料費の高騰をもたらすとともに、第１および第２ファン４０Ａ，４０Ｂ自身に作用する遠心力を大きくし、損傷を発生させることにつながる。【００３４】
また、熱伝導板４３が鉄、鉄系磁性合金などの板金で作製されているので、第１および第２永久磁石３２，３７で発生した熱は熱伝導板４３を介して基部４１およびブレード４２に伝達され、冷却風に放熱される。そこで、第１および第２永久磁石３２，３７の熱減磁が抑えられる。また、基部４１、ブレード４２および熱伝導板４３を板金を切断加工および曲げ加工して簡易に、安価に形成できる。
また、熱伝導板４３が鉄、鉄系磁性合金などの磁性材料で作製されているので、磁気回路を構成する第１および第２永久磁石３２，３７と第１および第２磁石保持具３０，３５との間の磁気抵抗の増大が抑えられる。そこで、第１および第２永久磁石３２，３７が発生する磁束を有効に利用することができる。【００３５】
実施の形態２．
図６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ファンに熱伝導板を示す斜視図、図７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における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。【００３６】
図６および図７において、熱伝導板４３Ａは、基部から軸方向外方に延び、第１折り曲げ部４３ａで９０°曲げられて径方向内方に延び、さらに第２折り曲げ部４３ｂで９０°曲げられて軸方向外方に延びている。熱伝導板４３Ａは、その先端部４３ｄが第１および第２永久磁石３２，３７の下面と第１および第２嵌合溝３１，３６の底面との間に圧入されている。そして、第１折り曲げ部４３ａと第２折り曲げ部４３ｂとの間の中間部４３ｃの軸方向内方を向く表面が第１および第２永久磁石３２，３７の軸方向外方に向いた端面に当接している。
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。【００３７】
この実施の形態２では、熱伝導板４３Ａの先端部４３ｄが第１および第２永久磁石３２，３７の下面と第１および第２嵌合溝３１，３６の底面との間に圧入されているので、第１および第２永久磁石３２，３７をガタツキなく第１および第２磁石保持具３０，３５に保持できる。従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に効果が得られる。
また、この実施の形態２によれば、熱伝導板４３Ａの中間部４３ｃの軸方向外方を向く表面が第１および第２永久磁石３２，３７の端面に当接しているので、第１および第２永久磁石３２，３７で発生した熱が先端部４３ｄのみならず中間部４３ｃを介して基部に伝達される。そこで、第１および第２永久磁石３２，３７で発生する熱を効率よく放熱でき、第１および第２永久磁石３２，３７の温度上昇を一層抑えることができる。【００３８】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する要部端面図、図９はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。なお、図８では、冷却ファンが省略されている。【００３９】
この実施の形態３では、図示していないが、第１および第２ファンは、銅、アルミ、ステンレス等の非磁性金属材料からなる板金を切断加工および折り曲げ加工して作製されている。そして、８枚の熱伝導板４３Ｂが、基部から基部の他面側に切り起こされて周方向に等角ピッチで配列されている。各熱伝導板４３Ｂは、第１および第２ファンが第１および第２ポールコア体の端面に取り付けられた際に、第１および第２磁石保持具３０，３５の楔状の第１および第２嵌合溝３１，３６の内壁面に係合するように、基部の径方向に対して所定角度傾斜している。そして、熱伝導板４３Ｂの先端部が、図８および図９に示されるように、第１および第２永久磁石３２，３７の断面台形の傾斜面と第１および第２嵌合溝３１，３６の内壁面との間に圧入されている。
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。【００４０】
この実施の形態３では、熱伝導板４３Ｂの先端部が第１および第２永久磁石３２，３７の断面台形の傾斜面と第１および第２嵌合溝３１，３６の内壁面との間に圧入されているので、第１および第２永久磁石３２，３７をガタツキなく第１および第２磁石保持具３０，３５に保持できる。従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。【００４１】
ここで、永久磁石の傾斜面と嵌合溝の内壁面との間に介装された熱伝導板が磁性材料である場合には、永久磁石で発生した磁束が熱伝導板を介して磁石保持具に流れる、所謂漏れ磁束が発生し、ポールコア体に流れる磁束量が減少する。この実施の形態３によれば、熱伝導板４３Ｂが非磁性材料で作製されているので、漏れ磁束の発生が抑制され、第１および第２永久磁石３２，３７の磁束を有効に利用することができる。【００４２】
実施の形態４．
図１０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における永久磁石の保持構造を説明する要部端面図、図１１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における永久磁石の取付状態を示す斜視図、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における永久磁石の取付状態を示す断面図である。なお、図１０では、冷却ファンが省略されている。【００４３】
図１０乃至図１２において、第１および第２磁石保持具３０Ａ，３５Ａは、係止部４５が第１および第２嵌合溝３１，３６の底面に溝方向の一側端部に突設されている。そして、第１および第２磁石保持具３０Ａ，３５Ａは、係止部４５を第１および第２ボス部１８，２２側に向けて第１および第２保持溝２８，２９に嵌着され、必要に応じて接着剤を塗布されて第１および第２ポールコア体１７，２１に保持されている。さらに、第１および第２永久磁石３２，３７が係止部４５に当接するように第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着されている。第１および第２ファンの熱伝導板４３Ｃの基部からの延出長さが実施の形態１における熱伝導板４３より短くなっている。そして、第１および第２ファンが基部を第１および第２ポールコア体１７，２１の端面に抵抗溶接して取り付けられた際に、各熱伝導板４３Ｃの先端面が第１および第２永久磁石３２，３７の軸方向外方を向いている端面に当接している。
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。【００４４】
この実施の形態４では、第１および第２永久磁石３２，３７が楔状の溝形状の第１および第２嵌合溝３１，３６に嵌着されており、第１および第２永久磁石３２，３７の周方向および径方向の移動が規制されている。また、第１および第２ファンの基部を第１および第２ポールコア体１７，２１の端面に固着することにより、熱伝導板４３Ｃが第１および第２永久磁石３２，３７を軸方向内方に押圧する。これにより、第１および第２永久磁石３２，３７が熱伝導板４３Ｃと係止部４５との間に挟持され、その軸方向の移動が規制される。
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。【００４５】
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の取付状態を示す斜視図である。【００４６】
図１３において、熱伝導板４３Ｄは、基部から軸方向外方に延び、第１折り曲げ部４３ａで９０°曲げられて径方向内方に延びている。熱伝導板４３Ｄは、その先端部４３ｅの軸方向内方を向く表面が第１および第２永久磁石３２，３７の軸方向外方に向いた端面に当接している。
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。【００４７】
従って、この実施の形態５においても、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５によれば、熱伝導板４３Ｄの先端部４３ｅの軸方向内方を向く表面が第１および第２永久磁石３２，３７の端面に当接しているので、熱伝導板４３Ｄと第１および第２永久磁石３２，３７との接触面積が増大する。これにより、第１および第２永久磁石３２，３７で発生した熱が第１および第２ファンの基部およびブレードに伝達されやすくなり、第１および第２永久磁石３２，３７を効果的に冷却することができる。【００４８】
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する端面図である。なお、図１４では、冷却ファンが省略されている。
図１４において、第１磁石保持具３０が全ての第１谷部２６に架設され、第１永久磁石３２が周方向に１つおきの第１磁石保持具３０に保持され、熱伝導板４３が第１永久磁石３２の下面と第１嵌合溝３１の底面との間に圧入されている。第２磁石保持具３５が全ての第２谷部２７に架設され、第２永久磁石３６が周方向に１つおきの第２磁石保持具３５に保持され、熱伝導板４３が第２永久磁石３７の下面と第２嵌合溝３６の底面との間に圧入されている。
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。【００４９】
この実施の形態６では、第１および第２磁保持具３０，３５が周方向に等角ピッチで配設され、第１および第２永久磁石３２，３７が周方向に等角ピッチで配設されているので、第１および第２永久磁石３２，３７の配設に起因する磁気的なバランスおよび機械的なバランスのくずれが抑制される。
また、第１および第２永久磁石３２，３７が周方向に１つおきの第１および第２磁石保持具３０，３５に保持されているので、永久磁石の個数が削減されている分、車両用交流発電機の出力が低下する。【００５０】
このように、車両用交流発電機の出力が、第１および第２永久磁石３２，３７の配設個数に応じて変わる。この構成を採用することにより、永久磁石の配設個数を変えることにより車両用交流発電機の出力を調整でき、永久磁石の配設個数の削減に伴うコスト低減が図られる。つまり、車両用交流発電機に要求される出力値に合わせて永久磁石の配設個数を適宜選択すればよい。この時、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の配置することが好ましい。【００５１】
なお、上記実施の形態６では、４つの第１および第２永久磁石３２，３７を第１および第２ポールコア体１７，２１のそれぞれに配設するものとしているが、例えば、８つの第１永久磁石３２を第１ポールコア体１７に配設し、第２ポールコア体２１には永久磁石を配設しないようにしてもよい。この場合、第１ファン４０Ａによる送風量が十分であるなら、第２ポールコア体２１に固着されていた第２ファン４０Ｂを省略しても良い。【００５２】
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される回転子における永久磁石の保持構造を説明する端面図である。なお、図１５では、冷却ファンが省略されている。
図１５において、第１磁石保持具３０が周方向に１つおきの第１谷部２６に架設され、第１永久磁石３２が全ての第１磁石保持具３０に保持され、熱伝導板４３が第１永久磁石３２の下面と第１嵌合溝３１の底面との間に圧入されている。ここで、第２ポールコア体２１においても、第２磁石保持具３５、第２永久磁石３７、熱伝導板４３が同様に配設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態６と同様に構成されている。【００５３】
従って、この実施の形態７においても、上記実施の形態６と同様の効果が得られる。【００５４】
なお、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。
また、上記各実施の形態では、磁石保持具を谷部の内壁面の上部側に形成された保持溝に嵌着し、必要に応じて接着剤を塗布して継鉄部に保持しているが、磁石保持具の保持方法はこれに限定されるものではなく、例えば磁石保持具を谷部の内壁面の上部側に溶接などにより固着してもよい。【００５５】
また、上記各実施の形態では、永久磁石の下端側を磁石保持具の上面に形成された嵌合溝に嵌着するものとしているが、両者の嵌着構造は断面台形の凸部と凹部の嵌着構造のものに限定されるものではなく、永久磁石が少なくとも径方向および周方向の移動を規制されて磁石保持具に保持されていればよい。そして、永久磁石の断面形状も、台形に限定されるものではなく、嵌合溝の溝形状に合わせて適宜設定される。【００５６】
また、上記各実施の形態では、ファンが基部を抵抗溶接によりポールコアの軸方向両端面に固着して取り付けられているものとしているが、基部のポールコアへの固着方法は抵抗溶接に限定されるものではなく、例えばカシメによる固着でもよい。
また、上記各実施の形態では、基部、ブレードおよび熱伝導板からなるファンが単一の板金を切断加工および曲げ加工して作製されているものとしているが、別部品として作製された基部、ブレードおよび熱伝導板を溶接、接着などにより一体化してファンを作製してもよい。【００５７】
また、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石の材料について説明していないが、磁束密度の高いネオジウム・鉄・ボロン磁石やサマリウムコバルト磁石などの焼結された希土類磁石を用いることが好ましい。
また、上記各実施の形態では、第１および第２谷部が第１および第２継鉄部に形成された第１および第２ポールコア体を用いるものとしているが、第１および第２谷部が第１および第２継鉄部に形成されていない第１および第２ポールコア体を用いてもよい。この場合、第１および第２磁石保持具を第２および第１爪状磁極部の先端側内周面に相対するように第１および第２継鉄部の外周面に直接保持させればよい。
【図１】
2009122586.tif 000003
【図２】
2009122586.tif 000004
【図３】
2009122586.tif 000005
【図４】
2009122586.tif 000006
【図５】
2009122586.tif 000007
【図６】
2009122586.tif 000008
【図７】
2009122586.tif 000009
【図８】
2009122586.tif 000010
【図９】
2009122586.tif 000011
【図１０】
2009122586.tif 000012
【図１１】
2009122586.tif 000013
【図１２】
2009122586.tif 000014
【図１３】
2009122586.tif 000015
【図１４】
2009122586.tif 000016
【図１５】
2009122586.tif 000017
【国際調査報告】
2009122586.tif 000018
2009122586.tif 000019
2009122586.tif 000020
2009122586.tif 000021