(57)【要約】【課題】この発明は、界磁コイルが巻回されたボビンの回動を阻止しつつ永久磁石を保持できるようにし、界磁コイルの口出し線の断線などの発生を抑えて信頼性および耐久性を高め、かつ出力特性を向上できる回転電機を得る。【解決手段】嵌合溝３７が、溝方向を軸方向として、軸方向内方から軸方向外方に向って谷部３５の底部に延設され、回り止め部収納凹部３６が、第１継鉄部２１の嵌合溝３７の軸方向内方の開口縁部に凹設されている。永久磁石４１を保持する磁石保持台座４２が、嵌合部４６を嵌合溝３７に嵌着されて、径方向の移動を規制されて谷部３５に配設されている。そして、ボビンのフランジ部から軸方向外方に突設された回り止め部が、回り止め部収納凹部３６と嵌合溝３７から軸方向内方に延出する外形縮小部４５とで構成される空間内に収納され、ボビンのシャフト周りの回動が規制されている。【選択図】図８
2011010385.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、内径側に湾曲した谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部間のそれぞれの上記継鉄部の部位に形成され、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、上記ボス部に装着されたボビンに巻回されて、該ボス部、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囲繞するように配設された固定子と、
上記爪状磁極部の先端側内周面に対向するように上記谷部に配設された永久磁石と、を有する回転電機において、
上記谷部の底部に、溝方向を軸方向として、軸方向内方から軸方向外方に向って延設された嵌合溝と、
上記継鉄部の上記嵌合溝の軸方向内方の開口縁部に凹設された回り止め部収納凹部と、
上記嵌合溝に嵌着されて、径方向の移動を規制されて上記谷部に配設され、上記永久磁石を保持する磁石保持台座と、
上記ボビンのフランジ部から軸方向外方に突設された回り止め部と、を備え、
上記回り止め部が、上記回り止め部収納凹部と上記磁石保持台座とで構成される空間内に収納され、上記ボビンの上記シャフト周りの回動が規制されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記磁石保持台座は、上記嵌合溝に嵌着される嵌合部と、該嵌合部と一体に形成され、該嵌合溝から軸方向内方に延出する外形縮小部と、を有し、
上記回り止め部が、上記回り止め部収納凹部と上記外形縮小部とで構成される空間内に収納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】
上記嵌合溝に嵌着された上記嵌合部の軸方向外方の端面に当接して上記磁石保持台座の軸方向位置を決める係止部が該嵌合溝に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
組立位置決め用ガイドが上記回り止め部に突設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記磁石保持台座は、複数枚の磁性鋼板を積層して作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
上記複数枚の磁性鋼板は、それぞれ２箇所以上のカシメ部を有し、積層された該複数枚の磁性鋼板は、一方の該磁性鋼板の該カシメ部の凸部を隣の該磁性鋼板の該カシメ部の凹部に打ち込んで一体化されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【請求項７】
上記磁性鋼板の板厚は、０．３ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５又は請求項６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おける永久磁石の保持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、このような状況に鑑み、ランデル型の回転子の継鉄部に永久磁石を爪状磁極に対応するように配設して、ポールコアの磁気飽和を緩和し、発電量を増加していた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４４３４７号パンフレット（図１４）
【特許文献２】特開２００３−２４４８７５号公報（図８）
【特許文献３】特開平１０−１３６６２３号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された従来の車両用交流発電機では、永久磁石の配設によりポールコアの磁気飽和が緩和され、発電量を増加できるが、継鉄部間のボス部に装着されている界磁コイルが巻回されたボビンの回動防止については、何ら考慮されていなかった。そこで、従来の車両用交流発電機が高速回転され、ボビンに高角速度が付加されると、ボビンがボス部の軸周りに回動し、界磁コイルの口出し線の断線を誘発するという不具合があった。
【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、界磁コイルが巻回されたボビンの回動を阻止しつつ永久磁石を保持できるようにし、界磁コイルの口出し線の断線などの発生を抑えて信頼性および耐久性を高め、かつ出力特性を向上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、内径側に湾曲した谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部間のそれぞれの上記継鉄部の部位に形成され、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、上記ボス部に装着されたボビンに巻回されて、該ボス部、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囲繞するように配設された固定子と、上記爪状磁極部の先端側内周面に対向するように上記谷部に配設された永久磁石と、を有する。さらに、本回転電機は、上記谷部の底部に、溝方向を軸方向として、軸方向内方から軸方向外方に向って延設された嵌合溝と、上記継鉄部の上記嵌合溝の軸方向内方の開口縁部に凹設された回り止め部収納凹部と、上記嵌合溝に嵌着されて、径方向の移動を規制されて上記谷部に配設され、上記永久磁石を保持する磁石保持台座と、上記ボビンのフランジ部から軸方向外方に突設された回り止め部と、を備え、上記回り止め部が、上記回り止め部収納凹部と上記磁石保持台座とで構成される空間内に収納され、上記ボビンの上記シャフト周りの回動が規制されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ボビンの回り止め部が、継鉄部の嵌合溝の軸方向内方の開口縁部に凹設された回り止め部収納凹部と嵌合溝に嵌着された磁石保持台座とで構成される空間内に収納されるので、界磁コイルが巻回されたボビンの回動が阻止されるとともに、永久磁石を保持する磁石保持台座を回り止め部との干渉を回避して谷部に装着できる。そこで、界磁コイルの口出し線の断線などの発生が抑えられ、信頼性および耐久性が高められるとともに、出力特性が向上される。
【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を示す断面図である。
【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組み込まれる界磁コイルアッセンブリ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組み込まれる界磁コイルアッセンブリのボビンの要部を示す側面図である。
【図６】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実装される永久磁石アッセンブリの構成を説明する図である。
【図７】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ポールコアの谷部の構造を説明する斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリをポールコアに取り付ける方法を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁石保持台座とボビンの回り止め部との関係を説明する図である。
【図１３】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組み込まれる界磁コイルアッセンブリを示す斜視図である。
【図１４】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組み込まれる界磁コイルアッセンブリのボビンの要部を示す側面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図である。
【図１８】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における磁石保持台座とボビンの回り止め部との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【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を示す断面図、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組み込まれる界磁コイルアッセンブリを示す斜視図、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組み込まれる界磁コイルアッセンブリのボビンの要部を示す側面図である。図６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実装される永久磁石アッセンブリの構成を説明する図であり、図６の（ａ）は永久磁石の装着工程を示し、図６の（ｂ）は永久磁石の装着状態を示している。図７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ポールコアの谷部の構造を説明する斜視図、図８はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリをポールコアに取り付ける方法を説明する斜視図である。図９はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図であり、図９の（ａ）はその断面図を示し、図９の（ｂ）は正面図を示している。図１０はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図であり、図１０の（ａ）はその断面図を示し、図１０の（ｂ）は正面図を示している。図１１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図であり、図１１の（ａ）はその断面図を示し、図１１の（ｂ）は正面図を示している。図１２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁石保持台座とボビンの回り止め部との関係を説明する図であり、図１２の（ａ）はその断面図を示し、図１２の（ｂ）はその正面図を示している。
【００１１】
図１乃至図５において、回転電機としての車両用交流発電機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１５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１５の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子１５に対して一定のエアギャップを有して、回転子１５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１５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、固定子１０で生じた交流を直流に整流する整流器１３と、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１４と、を備えている。
【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１５の回転に伴い、後述する界磁コイル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１５は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル１７と、界磁コイル１７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１８と、ポールコア１８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１８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１９，２３に分割構成されている。
【００１４】
第１ポールコア体１９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２０と、第１ボス部２０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２１と、第１継鉄部２１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２２とを有している。第１爪状磁極部２２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２１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。
【００１５】
第２ポールコア体２３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２４と、第２ボス部２４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２５と、第２継鉄部２５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２６とを有している。第２爪状磁極部２６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２５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。
【００１６】
ボビン２８は、絶縁性樹脂からなる樹脂成型体であり、第１および第２ボス部２０，２４に外嵌状態に嵌装される巻胴部２９と、巻胴部２９の軸方向両端から径方向外方に延設された一対のフランジ部３０と、一対のフランジ部３０のそれぞれに等角ピッチで８つずつ突設された回り止め部３１と、一対のフランジ部３０の外周縁部から巻胴部２９に巻回された界磁コイル１７を覆うように延設されたカバー部３２と、を備えている。各回り止め部３１は、各フランジ部３０から軸方向外方に突設されたＹ字状の肉厚部に構成されている。そして、界磁コイル１７を構成する導線がボビン２８の巻胴部２９に多層に巻回され、界磁コイルアッセンブリ２７が作製される。
【００１７】
谷部３５が、図７に示されるように、周方向に隣り合う第１爪状磁極部２２間の各第１継鉄部２１の部位に、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。この内径側に湾曲した谷部３５は、その周方向幅が径方向内方に向って漸次狭くなり、かつ軸方向に第１継鉄部２１を貫通している。そして、回り止め部収納凹部３６が、谷部３５の界磁コイル１７側（軸方向内方）の縁部および第１継鉄部１９の谷部３５下方の軸方向内方の部位に、回り止め部３１の肉厚と同等の軸方向深さで、かつ回り止め部３１の外形形状に適合する内形形状に、凹設されている。さらに、断面優弧の嵌合溝３７が溝方向を軸方向として、軸方向内方から外方に向って所定の長さを有するように、谷部３５の底部側を拡張して形成されている。このとき、嵌合溝３７は、第１継鉄部２１の谷部３５を軸方向に貫通せず、軸方向に直交する係止部としての底面３７ａを有する。
【００１８】
なお、説明していないが、谷部３５、回り止め部収納凹部３６、および嵌合溝３７は、第２継鉄部２５にも同様に形成されている。
【００１９】
永久磁石アッセンブリ４０は、図６の（ｂ）に示されるように、永久磁石４１と、永久磁石４１を嵌着保持する磁石保持台座４２と、を備えている。永久磁石４１は、例えば、ネオジウム・鉄・ボロン系希土類焼結磁石を用いて、等脚台形の断面形状を有する所定長さの柱状体に作製されている。
【００２０】
磁石保持台座４２は、磁性材料を用い、等脚台形の上辺（短辺）と優弧の弦とを一致させた複合形状の断面形状を有し、永久磁石４１の長さに略等しい厚みの柱状体に構成されている。そして、断面等脚台形の柱状部からなる磁石保持部４３は、永久磁石アッセンブリ４０を谷部３５に装着した際に、谷部３５の周方向に相対する側面間に嵌着される形状に作製される。また、磁石嵌合溝４４が、溝方向を厚み方向として、かつ溝幅が深くなるにつれ漸次広くなる溝形状となるように、磁石保持部４３の断面等脚台形の下辺（長辺）で構成される底面に凹設されている。この磁石嵌合溝４４の溝形状は、永久磁石４１の断面等脚台形の下辺（長辺）で構成される底面側の断面形状に略一致している。
【００２１】
さらに、磁石保持台座４２は、断面優弧の柱状部の厚み方向の一側の外周縁部を所定厚み切り欠いて作製された、幅が優弧の弦から離反する方向に漸次狭くなる外形縮小部４５と、断面優弧の柱状部の残部からなる嵌合部４６と、を備える。外形縮小部４５の外形形状は、ボビン２８の回り止め部３１の二股部の内形形状に適合している。嵌合部４６は、谷部３５に形成された嵌合溝３７の溝長さに略等しい厚みを有し、その外形形状は、嵌合溝３７の溝形状に適合している。また、所定深さの切り欠き４７が、磁石保持台座４２の両側面に、かつ磁石保持部４３と外形縮小部４５および嵌合部４６との境界に、磁石保持台座４２の厚み方向の一側から他側に至るように延設されている。
【００２２】
そして、永久磁石４１が、図６の（ａ）に示されるように、磁石保持台座４２の厚み方向の一側から磁石嵌合溝４４に嵌め込まれ、永久磁石アッセンブリ４０が組み立てられる。これにより、永久磁石４１は、その底面を磁石嵌合溝４４の底面に接して、あるいは微小な隙間を持って相対して、磁石嵌合溝４４に嵌着され、磁気的に接続されて磁石保持台座４２に保持される。なお、永久磁石４１は磁石嵌合溝４４との間の嵌着力により磁石保持台座４２に保持されるが、必要に応じ接着剤を塗布してもよい。
【００２３】
このように組み立てられた永久磁石アッセンブリ４０は、図８に示されるように、第１ポールコア体１９の軸方向内方から、嵌合部４６を底面３７ａに当接するまで嵌合溝３７に嵌入し、第１ポールコア体１９の各谷部３５に装着される。このとき、永久磁石アッセンブリ４０は、嵌合溝３７の断面優弧の溝形状により径方向外方への移動が規制され、磁石保持部４３が谷部３５の周方向に相対する側面間に挿入され、周方向の移動が規制され、嵌合部４６が嵌合溝３７の底面３７ａに当接して軸方向外方への移動が規制される。
【００２４】
また、磁石保持台座４２は、嵌合部４６の外周面が嵌合溝３７の内周面に接して、あるいは微小な隙間を持って相対して、嵌合溝３７に嵌着され、磁気的に接続されて第１ポールコア体１９の各谷部３５に保持される。なお、磁石保持台座４２は磁石嵌合溝４４との間の嵌着力により谷部３５に保持されるが、必要に応じ接着剤を塗布してもよい。また、嵌合溝３７の形成時に嵌合溝３７の断面優弧の両端で構成される開口縁部に形成されるだれは、嵌合部４６を嵌合溝３７内に挿入する際に、切り欠き４７内に収納され、磁石保持台座４２の谷部３５への装着動作に影響しない。なお、永久磁石アッセンブリ４０は、第２ポールコア体２３の谷部３５に同様に装着される。
【００２５】
そして、永久磁石アッセンブリ４０が各谷部３５に装着された第１および第２ポールコア体１９，２３は、第１および第２爪状磁極部２２，２６を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部２０の他端面を第２ボス部２４の一端面に突き合わせ、シャフト挿通穴に貫装されたシャフト１６に固着され、回転子１５が組み立てられる。ここで、第１および第２ボス部２０，２４および第１および第２継鉄部２１，２５が、それぞれポールコア１８のボス部および一対の継鉄部に相当する。
【００２６】
このように組み立てられた回転子１５では、界磁コイルアッセンブリ２７が、第１および第２ボス部２０，２４をボビン２８の巻胴部２９内に挿通させて、第１および第２ボス部２０，２４、第１および第２継鉄部２１，２５および第１および第２爪状磁極部２２，２６に囲まれた空間に収納されている。そして、カバー部３２が巻胴部２９に巻回された界磁コイル１７を覆うように一対のフランジ部３０の外周縁部から延在し、界磁コイル１７と第１および第２爪状磁極部２２，２６との間の電気的な絶縁を確保している。また、ボビン２８の回り止め部３１が、第１および第２継鉄部２１，２５に形成された回り止め部収納凹部３６と嵌合溝３７から軸方向内方に延出する外形縮小部４５とにより形成されるスペース内に収納され、ボビン２８の回動が規制されるとともに、ボビン２８の周方向の位置決めが行われる。さらに、嵌合部４６の端面が回り止め部３１に当接し、永久磁石アッセンブリ４０の軸方向内方への移動が規制される。
【００２７】
ここで、永久磁石４１は、第１および第２爪状磁極部２２，２６の先端側内周面に対向するように各谷部３５に配設され、界磁コイル１７を流れる界磁電流が回転子１５の軸心と直交する平面において作る磁界の向きと反対となるように着磁配向されている。また、界磁コイル１７の口出し線１７ａは、図示していないが、第２ポールコア体２３の２つの谷部３５の底部に軸方向内方から外方に至るように凹設された引き出し溝から引き出され、スリップリング８に接続される。
【００２８】
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１５の界磁コイル１７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１９の第１爪状磁極部２２がＮ極に着磁され、第２ポールコア体２３の第２爪状磁極部２６がＳ極に着磁される。
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１５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１３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。
【００２９】
また、界磁コイル１７に通電されると、磁束が発生される。この磁束は、第１爪状磁極部２２からエアギャップ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２６に対向するティース部からエアギャップを通ってその第２爪状磁極部２６に入る。ついで、第２爪状磁極部２６に入った磁束は、第２継鉄部２５、第２ボス部２４、第１ボス部２０、第１継鉄部２１を通って第１爪状磁極部２２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してしまう。
【００３０】
この実施の形態１では、永久磁石４１は、界磁コイル１７の発生する磁界の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、永久磁石４１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を往復する必要がある。また、永久磁石４１は、第１および第２爪状磁極部２２，２６の内径側に配設されており、第１および第２爪状磁極部２２，２６の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。そこで、永久磁石４１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１５内部で閉じた磁気回路を形成する。
【００３１】
つまり、第１爪状磁極部２２間の谷部３５に配設された永久磁石４１から発生する磁束は、磁石保持台座４２から第１継鉄部２１、第１ボス部２０、第２ボス部２４、第２継鉄部２５および第２爪状磁極部２６を通り、永久磁石４１に戻る。また、第２爪状磁極部２６間の谷部３５に配設された永久磁石４１から発生する磁束は、隙間を介して第１爪状磁極部２２に入り、第１継鉄部２１、第１ボス部２０、第２ボス部２４、第２継鉄部２５および磁石保持台座４２を通り、永久磁石４１に戻る。
このように、永久磁石４１の発生する磁束は、界磁コイル１７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１９，２３を構成する磁性体の磁束密度を大幅に低減することができ、磁気飽和を解消することができる。
【００３２】
この実施の形態１によれば、断面優弧の嵌合溝３７が、溝方向を軸方向として軸方向内方から外方に向って、第１および第２ポールコア体１９，２３の各谷部３５の底部に形成され、回り止め部収納凹部３６が、第１および第２継鉄部２１，２５の谷部３５の軸方向内方の縁部に、Ｙ字状の回り止め部３１の外形形状に適合する内形形状に凹設されている。磁石保持台座４２は、嵌合溝３７の溝形状に適合する断面優弧の外形形状の嵌合部４６と、嵌合部４６の厚み方向の一側に、回り止め部３１の二股部の内形形状に適合する外形形状の外形縮小部４５と、を備えている。
【００３３】
そこで、磁石保持台座４２の嵌合部４６を嵌合溝３７に嵌着して永久磁石アッセンブリ４０を谷部３５に装着した第１および第２ポールコア体１９，２３に界磁コイルアッセンブリ２７を装着し、第１および第２ポールコア体１９，２３を一体化するだけで、回り止め部３１が回り止め部収納凹部３６と外形縮小部４５とにより形成される空間内に収納される。これにより、界磁コイルアッセンブリ２７のシャフト１６周りの回動が阻止される回転子１５を簡易に組み立てることができる。さらに、車両用交流発電機１が高速回転され、ボビン２８に高角速度が付加されても、界磁コイルアッセンブリ２７のシャフト１６周りの回動が阻止され、界磁コイル１７の口出し線１７ａの断線を防止することができる。
【００３４】
また、嵌合溝３７から軸方向内方に延出する外形縮小部４５を回り止め部３１と干渉しない形状に作製できるので、ボビン２８に従来品を用いることができ、低コスト化が図られる。さらに、磁石保持台座４２の軸方向内方の位置を界磁コイル１７側に近づけることができ、軸方向に関して、永久磁石４１と第１および第２爪状磁極部２２，２６との重なりを大きくできるので、永久磁石４１の発生する磁束が永久磁石４１と第１および第２爪状磁極部２２，２６との間を効率よく流れる。
【００３５】
また、嵌合溝３７は谷部３５を軸方向に貫通せず、軸方向に直交する三日月状の底面３７ａを有しているので、嵌合部４６の端面が底面３７ａに当接するまで嵌合部４６を嵌合溝３７に嵌入させることにより、磁石保持台座４２の軸方向位置が位置決めされる。さらに、回り止め部３１が嵌合溝３７に嵌合された嵌合部４６の軸方向内方に位置しているので、嵌合部４６が底面３７ａと回り止め部３１とにより軸方向の移動が規制される。
【００３６】
つぎに、磁石保持台座４２の具体的な構成について図９乃至図１２を参照しつつ説明する。
磁石保持台座４２は、図９に示されるように、磁性鋼板をプレス成形して得られた第１および第２薄板５０，５５を積層して作製されている。
第１薄板５０は、図１０の（ａ），（ｂ）に示されるように、幅が先端に向って狭くなり、その先端部が円弧形となる先細り形状に作製されている。そして、溝幅が先端に向って漸次広くなる凹溝５１が第１薄板５０の底部に凹設されている。また、一対のカシメ部５２が第１薄板５０の中央部に幅方向に離間して突設されている。さらに、切り欠き５３が第１薄板５０の両側部の長さ方向の中央部に凹設されている。なお、凹溝５１、カシメ部５２、および切り欠き５３は、第１薄板５０をプレス成形する際に同時に形成される。
【００３７】
第２薄板５５は、図１１の（ａ），（ｂ）に示されるように、幅が先端に向って狭くなる先細り形状と該先細り形状の先端側に連結された優弧形状との複合形状に作製されている。そして、溝幅が先端に向って漸次広くなる凹溝５６が第２薄板５５の底部に凹設されている。また、一対のカシメ部５７が第２薄板５５の中央部に幅方向に離間して突設されている。さらに、切り欠き５８が第２薄板５５の先細り形状と優弧形状との連結部の両側部に凹設されている。なお、凹溝５６、カシメ部５７、および切り欠き５８は、第２薄板５５をプレス成形する際に同時に形成される。
【００３８】
ここで、第１および第２薄板５０，５５は、切り欠き５３，５８の先端側を除いて同じ形状に作製されている。そして、第２薄板５５の切り欠き５８の先端側は、第１薄板５０の切り欠き５３の先端側より大形に作製されている。
【００３９】
そして、それぞれ所定枚数の第１および第２薄板５０，５５をプレス打ち抜き方向を揃えて重ね合わせる。このとき、第１および第２薄板５０，５５は、カシメ部５２（５７）の凸部が隣のカシメ部５２（５７）の裏面の凹部に嵌まり込んで位置決めされて積層される。そして、第１および第２薄板５０，５５の積層体を積層方向の両側から加圧し、カシメ部５２（５７）を塑性変形させてカシメ固定し、第１および第２薄板５０，５５の積層体を一体化し、磁石保持台座４２を作製する。
【００４０】
そして、凹溝５１，５６が積層方向に連なって磁石嵌合溝４４を構成し、切り欠き５３，５８が積層方向に連なって切り欠き４７を構成する。また、積層された第１および第２薄板５０，５５の切り欠き５３，５７の根元側が磁石保持部４３を構成する。さらに、積層された第１薄板５０の切り欠き５２の先端側が外形縮小部４５を構成し、積層された第２薄板５５の切り欠き５８の先端側が嵌合部４６を構成する。
【００４１】
このように作製された磁石保持台座４２は、図１２の（ａ），（ｂ）に示されるように、外形縮小部４５が、ボビン２８のＹ字状の回り止め部３１の二股部内に挿入され、ボビン２８の周方向の回動が規制される。
【００４２】
この実施の形態１によれば、磁石保持台座４２が磁性鋼板をプレス成形して得られた第１および第２薄板５０，５５を積層して作製されている。そこで、鋳造により作製する場合に比べ、磁石保持台座４２を安価に作製できる。また、磁石保持台座４２の形状変更にも簡易に対応でき、製造コストを削減できる。
【００４３】
また、第１および第２薄板５０，５５のそれぞれにカシメ部５２，５７を形成しているので、第１および第２薄板５０，５５の積層体を積層方向の両側から加圧するだけで一体化できる。そこで、第１および第２薄板５０，５５の積層体を一体化する溶接工程などが不要となり、製造コストを削減できる。さらに、第１および第２薄板５０，５５のそれぞれに２つのカシメ部５２，５７を形成しているので、第１および第２薄板５０，５５の積層工程での位置ずれの発生が抑えられ、高寸法精度の磁石保持台座４２を安価に作製することができる。
【００４４】
ここで、第１および第２薄板５０，５５の板厚について検討する。
第１および第２薄板５０，５５の材料となる磁性鋼板は製造工程上避けられない厚みのバラツキがある。そこで、第１および第２薄板５０，５５を積層した場合、厚みのバラツキが重畳され、寸法精度が悪化することになる。しかも、回転子１５には１６個の磁石保持台座４２が装着されているので、個々の磁石保持台座４２の寸法精度の悪化が車両用交流発電機１としての発電性能を低下させることにつながる。
【００４５】
また、板厚が０．３ｍｍより薄い鋼板は厚みのバラツキが大きくなると共に、積層枚数の増加をもたらす。そこで、第１および第２薄板５０，５５の積層枚数が増加し、寸法精度が悪化するとともに、作業性を低下させてしまう。一方、板厚が２．０ｍｍより厚い鋼板は厚みのバラツキが小さくなると共に、積層枚数を低減できる。しかしながら、板厚が２．０ｍｍより厚い鋼板を用いると、磁石保持台座４２、外形縮小部４５、および嵌合部４６の厚みを、谷部３５の嵌合溝３７の溝長さ、およびボビン２８の回り止め部３１の形状に高精度に合わせることができなくなる。特に、ボビン２８の回り止め部３１の形状は所望の耐遠心力性を有するように決められており、磁石保持台座４２側に寸法合わせが要求される。これらのことから、第１および第２薄板５０，５５の板厚は、０．３ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４６】
なお、上記実施の形態１では、永久磁石を全ての谷部に配設するものとしているが、永久磁石は任意の谷部を選択して配設するようにしてもよい。この場合、周方向にバランスよく永久磁石を配置することが望ましい。例えば、第１ポールコア体には永久磁石を配設せず、第２ポールコア体の全ての谷部に永久磁石を配設してもよい。また、第１および第２ポールコア体のそれぞれに、周方向の一つおきの谷部に永久磁石を配設してもよい。さらに、第１および第２ポールコア体のそれぞれに、周方向の一つおきの谷部に永久磁石アッセンブリを配設し、残る谷部には磁石保持台座のみを配設してもよい。このような構成をとることは、全ての谷部に永久磁石を配設した場合に比べ、出力が少し低下するものの、部品点数を削減でき、安価な構成で出力をあげることができる。
【００４７】
実施の形態２．
図１３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組み込まれる界磁コイルアッセンブリを示す斜視図、図１４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組み込まれる界磁コイルアッセンブリのボビンの要部を示す側面図である。図１５はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図であり、図１５の（ａ）はその断面図を示し、図１５の（ｂ）は正面図を示している。図１６はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図であり、図１６の（ａ）はその断面図を示し、図１６の（ｂ）は正面図を示している。図１７はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石アッセンブリの磁石保持台座の構成を説明する図であり、図１７の（ａ）はその断面図を示し、図１７の（ｂ）は正面図を示している。図１８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における磁石保持台座とボビンの回り止め部との関係を説明する図であり、図１８の（ａ）はその断面図を示し、図１８の（ｂ）はその正面図を示している。
【００４８】
図１３および図１４において、ボビン２８Ａは、絶縁性樹脂からなる樹脂成型体であり、第１および第２ボス部２０，２４に外嵌状態に嵌装される巻胴部２９と、巻胴部２９の軸方向両端から径方向外方に延設された一対のフランジ部３０と、一対のフランジ部３０のそれぞれに等角ピッチで配設された６つの回り止め部３１Ａおよび２つの口出し線係止部３３と、一対のフランジ部３０の外周縁部から巻胴部２９に巻回された界磁コイル１７を覆うように延設されたカバー部３２と、を備えている。
【００４９】
口出し線係止部３３は、各フランジ部３０から軸方向外方に突設されたＴ字状の肉厚部に構成され、１８０度ずれて配設されている。回り止め部３１Ａは、各フランジ部３０から軸方向外方に突設されたＹ字状の肉厚部からなる基部３４ａと、基部３４ａの二股部に突設されたＵ字状の組立位置決め用ガイド３４ｂと、から構成され、口出し線係止部３３間に等角ピッチで３つずつ配設されている。そして、界磁コイル１７を構成する導線がボビン２８Ａの巻胴部２９に多層に巻回され、界磁コイルアッセンブリ２７Ａが作製される。
【００５０】
磁石保持台座４２Ａは、図１５の（ａ），（ｂ）に示されるように、磁性材料を用い、等脚台形の上辺（短辺）と優弧の弦とを一致させた複合形状の断面形状を有し、永久磁石４１の長さに略等しい厚みの柱状体に構成されている。そして、断面等脚台形の柱状部からなる磁石保持部４３Ａは、磁石保持台座４２Ａを谷部３５に装着した際に、谷部３５の周方向に相対する側面間に嵌着される形状に作製される。また、磁石嵌合溝４４が、磁石保持部４３Ａの断面等脚台形の下辺（長辺）で構成される底面に凹設されている。
【００５１】
さらに、磁石保持台座４２Ａは、断面優弧の柱状部の厚み方向の一側の外周縁部を所定厚み切り欠いて作製された外形縮小部４５Ａと、断面優弧の柱状部の残部からなる嵌合部４６Ａと、を備える。外形縮小部４５Ａの外形形状は、ボビン２８Ａの回り止め部３１Ａの二股部の内形形状に適合している。嵌合部４６Ａは、谷部３５に形成された嵌合溝３７の溝長さに略等しい厚みを有し、その外形形状は、嵌合溝３７の溝形状に適合している。また、所定深さの切り欠き４７Ａが、磁石保持台座４２Ａの両側面の嵌合部４６Ａの断面優弧の両端部で構成される位置に、磁石保持台座４２Ａの厚み方向の一側から他側に至るように延設されている。
【００５２】
このように構成された磁石保持台座４２Ａは、磁性鋼板をプレス成形して得られた第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａを積層して作製されている。
【００５３】
第１薄板５０Ａは、図１６の（ａ），（ｂ）に示されるように、等脚台形形状と該等脚形状の先端側に連結された先細り形状との複合形状に作製されている。そして、溝幅が先端に向って漸次広くなる凹溝５１が第１薄板５０Ａの底部に凹設されている。また、一対のカシメ部５２が第１薄板５０Ａの中央部に幅方向に離間して突設されている。なお、凹溝５１、およびカシメ部５２は、第１薄板５０Ａをプレス成形する際に同時に形成される。
【００５４】
第２薄板５５Ａは、図１７の（ａ），（ｂ）に示されるように、等脚台形形状と該等脚台形形状の先端側に連結された優弧形状との複合形状に作製されている。そして、溝幅が先端に向って漸次広くなる凹溝５６が第２薄板５５Ａの底部に凹設されている。また、一対のカシメ部５７が第２薄板５５Ａの中央部に幅方向に離間して突設されている。さらに、切り欠き５８が第２薄板５５Ａの等脚台形形状と優弧形状との連結部の両側部に凹設されている。なお、凹溝５６、カシメ部５７、および切り欠き５８は、第２薄板５５Ａをプレス成形する際に同時に形成される。
【００５５】
そして、それぞれ所定枚数の第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａをプレス打ち抜き方向を揃えて重ね合わせる。このとき、第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａは、カシメ部５２（５７）の凸部が隣のカシメ部５２（５７）の裏面の凹部に嵌まり込んで位置決めされて積層される。そして、第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａの積層体を積層方向の両側から加圧し、カシメ部５２（５７）を塑性変形させてカシメ固定し、第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａの積層体を一体化し、磁石保持台座４２Ａを作製する。
【００５６】
そして、凹溝５１，５６が積層方向に連なって磁石嵌合溝４４を構成し、切り欠き５８が積層方向に連なって切り欠き４７を構成する。また、積層された第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａの等脚台形形状の積層部が磁石保持部４３Ａを構成する。さらに、積層された第１薄板５０Ａの先細り形状の積層部が外形縮小部４５Ａを構成し、積層された第２薄板５５Ａの優弧形状の積層部が嵌合部４６Ａを構成する。
【００５７】
このように作製された磁石保持台座４２Ａは、図１８の（ａ），（ｂ）に示されるように、外形縮小部４５Ａが、ボビン２８ＡのＹ字状の回り止め部３１Ａの二股部内に挿入され、ボビン２８Ａの周方向の回動が規制される。
【００５８】
この実施の形態２では、永久磁石４１が保持された磁石保持台座４２Ａは、第１および第２ポールコア体１９，２３のそれぞれに、径方向に相対する２つの谷部３５を除く６つの谷部３５に装着されている。そして、界磁コイルアッセンブリ２７Ａは、口出し線係止部３３が磁石保持台座４２Ａを装着していない谷部３５内に収納されるように第１および第２ポールコア体１９，２３に組み込まれる。また、回り止め部３１Ａが、谷部３５の軸方向内方の縁部に凹設された回り止め部収納凹部３６と嵌合溝３７から軸方向内方に延出する外形縮小部４５Ａとにより形成される空間内に収納される。さらに、界磁コイル１７の口出し線１７ａは、口出し線係止部３３に巻回されて谷部３５から延出され、スリップリング８に接続される。
【００５９】
この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態２では、組立位置決め用ガイド３４ｂが回り止め部３１ＡのＹ字状の基部３４ａの二股部にＵ字状に突設されているので、組立位置決め用ガイド３４ｂが磁石保持台座４２Ａの外形縮小部４５Ａに嵌り込むことによって、界磁コイルアッセンブリ２７Ａと第１および第２ポールコア体１９，２３との結合の際の位置精度を高めることが可能となり、組み付け不良の数を低減でき、生産性が高められる。さらに、回り止め部３１Ａの機械的強度が組立位置決め用ガイド３４ｂを基部３４ａに突設することにより高められ、信頼性が高められる。
また、磁石保持台座４２Ａが第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａを積層して構成されているので、第１および第２薄板５０Ａ，５５Ａの積層枚数を変えるだけで、組立位置決め用ガイド３４ｂとの干渉を回避することができる。
【００６０】
なお、上記各実施の形態では、第１および第２薄板に２つのカシメ部が形成されているものとしているが、カシメ部の個数は２個に限定されるものではない。特に、第１および第２薄板の積層工程での位置ずれの発生を抑える観点から、カシメ部の個数は２個以上とすることが好ましい。
また、上記各実施の形態では、磁石保持台座が磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、磁石保持台座は鋳造などにより作製されてもよい。
【００６１】
また、上記各実施の形態では、嵌合溝が断面優弧に形成されているものとしているが、嵌合溝の断面形状は、嵌合溝に嵌合される磁石保持台座の嵌合部の周方向および径方向の移動を規制できればよく、優弧に限定されるものではない。
また、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。
【符号の説明】
【００６２】
１０  固定子、１５  回転子、１６  シャフト、１７  界磁コイル、１８  ポールコア、１９  第１ポールコア体、２０  第１ボス部、２１  第１継鉄部、２２  第１爪状磁極部、２３  第２ポールコア体、２４  第２ボス部、２５  第２継鉄部、２６  第２爪状磁極部、２８，２８Ａ  ボビン、３０  フランジ部、３１，３１Ａ  回り止め部、３４ａ  基部、３４ｂ  組立位置決め用ガイド、３５  谷部、３６  回り止め部収納凹部、３７  嵌合溝、３７ａ  底面（係止部）、４１  永久磁石、４２，４２Ａ  磁石保持台座、４５，４５Ａ  外形縮小部、４６，４６Ａ  嵌合部、５０，５０Ａ  第１薄板、５２，５７  カシメ部、５５，５５Ａ  第２薄板。
【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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