(57)【要約】【課題】複雑な構造を要することなく回転子鉄心における渦電流の発生を回避することが可能な、いわゆるランデル型の発電機を提供する。【解決手段】発電機は、固定子１０と、回転軸２０と、第１及び第２の回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂと、回転子コイル４０と、を備える。回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、基部３２と、この基部３２から軸方向に沿って延びる複数の回転子磁極部３４と、を有し、その内側に回転子コイル４０が配置される。回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、軸方向に互いに積層される複数の単位板６０により構成される。各単位板６０は、互いに積層されて基部３２を構成する基板部６２と、互いに積層されて各回転子磁極部３４を構成する複数の磁極板部６４と、を一体に有する。【選択図】図１
2015006046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、前記磁性外周部の周囲に配置される基部と、この基部の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、中央に貫通穴を有して当該貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で当該回転軸の磁性外周部の周囲に配置される基板部と、この基板部の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各基板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成する、発電機。
【請求項２】
請求項１記載の発電機であって、前記各単位板の軸方向の積層により、前記各単位板の磁極板部の先端が前記固定子磁極の内側面である固定子磁極面に沿って並ぶように配列されて当該固定子磁極面と対向する回転子磁極面を形成する、発電機。
【請求項３】
請求項２記載の発電機であって、前記各磁極板部の先端が前記固定子磁極面に向かって径方向外向きに突出する鍔状部を構成する、発電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板が互いに同一の形状を有する、発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板の基板部のうち前記貫通穴を囲む部分は径方向内向きに傾斜しながら前記磁極板部と同じ側に延びる内側周縁部を構成し、これらの内側周縁部が軸方向に互いに積層される、発電機。
【請求項６】
請求項５記載の発電機であって、前記各内側周縁部の先端が前記回転軸の磁性外周部の外周面に密着するように当該内側周縁部の先端の径が設定されている、発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板は、磁性材料からなる単一の平板であって前記基板部及び前記各磁極板部を含むものを曲げ加工することによ成形されたものである、発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板は磁気焼鈍されたものである、発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板では、その両側面のうちの少なくとも一方の側面と端面とが絶縁被膜によって覆われている、発電機。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の発電機であって、各単位板の板厚は、発電機の回転周波数に各回転子鉄心の回転子磁極部の個数を乗じた磁極周波数と当該回転子鉄心の材質に対応するスキンデプス値以下であって当該磁極周波数の１０倍の周波数に対応するスキンデプス値以上の値である、発電機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の発電機であって、前記回転軸は、本体軸と、磁性材料からなり、前記本体軸の軸方向の少なくとも一部の領域において当該本体軸の周囲に配置されることにより前記磁性外周部を構成する磁性円筒体と、を含む、発電機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の発電機であって、非磁性絶縁材料からなる外側スペーサ及び内側スペーサを備え、前記外側スペーサが前記各回転子鉄心の回転子磁極部と前記回転子コイルとの間に介在し、前記内側スペーサが前記回転子コイルと前記回転軸との間に介在する、発電機。
【請求項１３】
請求項１２記載の発電機であって、前記各回転子鉄心を構成する単位板のうち少なくとも最も軸方向外側に位置する外側単位板の各磁極板部が遠心力で径方向外向きに広がるのを阻むようにこれらの磁極板部に跨るように装着される環状の拘束部材をさらに備える、発電機。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の発電機であって、前記各回転子鉄心は、磁性材料からなり、互いに隣接する単位板の基板部同士の間に介在する複数の磁性環状体をさらに有する、発電機。
【請求項１５】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、互いに周方向に並ぶように前記磁性外周部の周囲に配置される複数の分割基部と、各基部の外側端部から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、それぞれ、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って互いに積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、前記回転軸の磁性外周部の周囲に配置される分割基板部と、この分割基板部の外側端部から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各分割基板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の分割基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成する、発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のオルタネータ等に使用されるランデル型の発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のオルタネータ等に使用される発電機として、いわゆるランデル型のものが知られている（特許文献１及び２）。
【０００３】
その一例を図１２及び図１３に示す。ここに示されるランデル型発電機は、ほぼ中空円筒形の固定子１１０と、その固定子１１０の内側に当該固定子１１０と同軸で配置された回転軸１２０と、第１及び第２回転子鉄心１２１，１２２と、回転子コイル（励磁コイル）１２４と、フロントカバー１３０と、中空円筒状の枠体であるリアカバー１４０と、を備える。
【０００４】
前記固定子１１０は、磁性体コア１１２と、固定子コイル（ステータコイル）１１４と、を有する。磁性体コア１１２は、前記ケーシング１３０の内側面の複数の位置から内向きに延びるように配置され、前記固定子コイル１１４は各磁性体コア１１２の周囲に巻回されている。前記磁性体コア１１２は、通常、軸方向に互いに積層される多数枚の無方向性電磁鋼板（または珪素鋼板）により構成され、各電磁鋼板は０．５ｍｍ以下の厚みを有する。
【０００５】
前記回転軸１２０は、フロントカバー１３０およびリアカバー１４０に固定された軸受によって固定子１１０と同軸にかつ当該固定子１１０に対して回転可能に支持される。前記各回転子鉄心１２１，１２２は、それぞれ、前記回転軸１２０の外周面上に焼嵌めなどによって固着されるものであって、ドーナツ板状の基部１２６と、この基部１２６から軸方向に沿って突出する複数の爪状磁極（クローポールと呼ばれる）１２８と、を含む。両回転子鉄心１２１，１２２は、その磁極１２８が互いに反対側を向き、かつ、その磁極１２８が周方向に交互に並ぶように、すなわち櫛歯状に互いに噛み合うように、配置される。前記回転子コイル１２４は、前記回転軸１２０と前記各爪状磁極１２８との間に配置され、通電されることにより前記回転子鉄心１２１，１２２の各爪状磁極１２８に磁束を発生させる。
【０００６】
前記回転子コイル１２４は、前記回転軸１２０に設けられた中空孔や側溝を経由して、また図１４に示すように回転軸１２０の端部に設けられたスリップリング＝ブラシ１２９を通じて、外部の電源１５０につながり、この電源１５０から励磁電流の供給を受ける。これにより、回転子コイル１２４は、互いに櫛歯状に配置された両回転子鉄心１２１，１２２の爪状磁極１２８をＮ極とＳ極とに交互に励磁する。このように励磁された爪状磁極１２８が回転してＮ極とＳ極とが交互に入れ替わることで、固定子コイル１１４の内側を貫通する磁束線が交流的に変化し、これにより当該固定子コイル１１４を構成する導体に電位差が生じて、外部につながる負荷に電流を供給する。これがランデル型交流発電機の原理である。
【０００７】
前記のようなランデル型発電機の櫛歯状回転子磁極１２８は、その内側に配置される回転子コイル１２４の励磁によって界磁起磁力を調整することで回転速度及び回転出力に応じた磁束調整を容易に行うことが可能であるために、これまで主にエンジン自動車用発電機に多用されている。このような小型発電機では、通常、各櫛歯状（爪状）磁極（クローポール）１２８は、磁性体金属塊から鍛造加工（または特殊少量では切削加工）によって成形された単一の部材として基部１２６とともに一体に形成されている。すなわち、各回転子鉄心１２１，１２２は、通常、バルクの磁性鉄塊により構成される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／０４０２４７公報
【特許文献２】特開２０１１−１２０４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記のような塊状の回転子鉄心１２１，１２２を有する従来のランデル型発電機は、その使用態様によっては渦電流の発生による多大なエネルギー損失を生じるため、用途が著しく制限されるという課題がある。例えば、図１２及び図１３に示すような従来のランデル型発電機が仮に大型の発電機やハイブリッドカー、電気自動車など高出力・高効率が求められる製品分野に適用された場合、固定子コイル１１４に高調波を含むかなり大きな交流電流が流れることになり、この固定子コイル１１４が作る反磁界磁束線が回転子鉄心１２１，１２２の塊状磁極１２８に侵入して当該磁極１２８の表面および表面皮下に渦電流を生成し、これにより顕著なエネルギー損失を発生させるおそれがある。
【００１０】
また近年は、小型車についても、μ−ＨＶと呼ばれる、小型軽量、高燃費のエコ車の需要が高まっており、その軽量化を図るために発電専用のオルタネータを一時的にスタータモータや回生ブレーキに兼用することが検討されているが、当該オルタネータに図１２及び図１３に示すようなランデル型発電機を適用した場合も、固定子コイル１１４に外部から交流またはパルス電流が流されることにより回転子鉄心１２１，１２２の磁極１２８に交流磁束線が侵入することになる。これらの磁極１２８を構成する商用純鉄などの磁性体塊は、透磁率とともに電気伝導率も高いために、当該磁極１２８の内部に渦電流が生じて大きな（熱）損失を生み、効率を著しく低下させる。
【００１１】
前記のような渦電流の発生を抑止する手段として、回転子磁極を多数枚の電磁鋼板等からなる積層体により構成することが知られているが、前記のランデル型発電機を構成する複数の回転子磁極は共通する回転子鉄心の基部と一体につながっていて当該基部から軸方向に沿って櫛歯状に突出する複雑な形状（いわゆるクローポール）を有するものであるため、当該回転子磁極にそのまま従来の電磁鋼板等からなる積層構造を適用することは困難である。この点に関し、特許文献１には、回転子磁極を複数の部品に分割して、夫々を平面的な電磁鋼板の積層構造により構成することが開示されているが、かかる構造は各磁極について締結用のボルトを有する等、きわめて複雑で部品点数が多く、組立も困難である上、互いに積層される電磁鋼板の接合面同士の間に生じる空隙や締結具等の非磁性挿入物の使用に伴う実効磁気抵抗の劣化は回避できないため、実用性は乏しい。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、複雑な構造を要することなく回転子鉄心における渦電流の発生を回避することが可能な、いわゆるランデル型の発電機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】
【００１３】
本発明が提供する発電機は、それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、前記磁性外周部の周囲に配置される基部と、この基部の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備える。前記第１及び第２回転子鉄心は、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って積層される複数の単位板により構成される。各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、中央に貫通穴を有して当該貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で当該回転軸の磁性外周部の周囲に配置される基板部と、この基板部の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有する。前記各基板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成する。
【００１４】
この発電機では、第１及び第２回転子鉄心が、互いに軸方向に積層される複数枚の単位板により構成されているから、従来のように各回転子鉄心が単一の鉄塊で構成されるものに比べ、当該回転子鉄心における渦電流の発生が有効に抑止される。しかも、前記各単位板は、基板部及び複数の磁極板部を一体に有するように、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、各基板部及び各磁極板部がそれぞれ軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部及び回転子磁極部をそれぞれ構成するものであるから、複雑な締結構造や多数の組立用部品を要することなく、優れた渦電流防止特性を有する回転子鉄心が構築される。
【００１５】
さらに、本発明では、前記各単位板が同一の形状を有するものとすることが可能であり、これにより、各回転子鉄心の生産効率は飛躍的に高まる。
【００１６】
また、この発電機では、前記各単位板の軸方向の積層により、前記各単位板の磁極板部の先端が前記固定子磁極の内側面である固定子磁極面に沿って並ぶように配列されて当該固定子磁極面と対向する回転子磁極面を形成することが、可能である。このような回転子磁極面は、固定子磁極面からの円滑な磁束の進入を許容しながら渦電流の発生を有効に抑止する。
【００１７】
さらに、前記各磁極板部の先端が前記固定子磁極面に向かって径方向外向きに突出する鍔状部を構成するものであれば、磁束の流れはより円滑となる。
【００１８】
一方、前記各単位板の基板部のうち前記貫通穴を囲む部分は径方向内向きに傾斜しながら前記磁極板部と同じ側に延びる内側周縁部を構成し、これらの内側周縁部が軸方向に互いに積層されることが、より好ましい。これらの内側周縁部の積層によって、単位板の積層状態がより安定する。また、各内側周縁部の傾斜は、例えば当該周縁部が回転軸に対して直交する場合に比べて両者の対向面積を増やすことができ、これにより磁気抵抗を減らすことが可能である。
【００１９】
さらに、この場合において、前記各内側周縁部の先端が前記回転軸の磁性外周部の外周面に密着するように当該内側周縁部の先端の径が設定されることにより、当該内側周縁部と当該磁性外周部との間の磁気抵抗をより低減させることができるとともに、回転軸に対する第１及び第２回転子鉄心の位置も安定させることができる。
【００２０】
本発明に係る各単位板は、磁性材料からなる単一の平板であって前記基板部及び前記各磁極板部を含むものを曲げ加工（例えばプレス鍛造）することにより、容易に成形することが可能である。
【００２１】
各単位板は、優れた磁気特性を発揮するためには、磁気焼鈍されたものであることが、好ましい。具体的には、フェライト単相の金属組織を有する薄鉄板であって、平均結晶粒径が１００μｍ以上となるように８５０°Ｃ以上で焼鈍されたものが、好適である。
【００２２】
前記各単位板では、その両側面のうちの少なくとも一方の側面と端面とが絶縁被膜によって覆われていることが、好ましい。また、各単位板の具体的な材質については、良好な磁気特性を保有するもの、具体的には、励磁磁場１００００Ａ／ｍでの磁束密度が１．５Ｔ以上である純鉄または鉄合金であることが、好ましい。例えば次の条件のいずれかを満たす成分組成（ただし絶縁被膜を除く。）を有する鉄系材料が好適である。
【００２３】
Ａ．磁気特性に有害な不純物元素であるＣ，Ｐ，Ｓ、Ａｌの濃度がそれぞれ，Ｃ：０．０３％以下，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％以下であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる。
【００２４】
Ｂ．磁気特性に有害な不純物元素であるＣ，Ｐ，Ｓ、Ａｌの濃度がそれぞれ，Ｃ：０．０３％以下，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％以下であり、Ｍｎの濃度が０．１０〜０．５０であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる。
【００２５】
Ｃ．磁気特性に有害な不純物元素であるＣ，Ｐ，Ｓ、Ａｌの濃度がそれぞれ，Ｃ：０．０３％以下，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％以下であり、Ｍｎの濃度が０．１０〜０．５０％、Ｓｉの濃度が０．０５〜２．０％であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成を有する。
【００２６】
各単位板の板厚は、発電機の回転周波数（定格回転周波数）に各回転子鉄心の回転子磁極部の個数を乗じた磁極周波数と当該回転子鉄心の材質（電導率および透磁率）に対応するスキンデプス値以下であって当該磁極周波数の１０倍の周波数に対応するスキンデプス値以上の値であることが、好ましい。このような小さな板厚をもつ単位板の積層により、渦電流の発生がより有効に抑止される。
【００２７】
前記回転軸としては、例えば、本体軸と、磁性材料からなり、前記本体軸の軸方向の少なくとも一部の領域において当該本体軸の周囲に配置されることにより前記磁性外周部を構成する磁性円筒体と、を含むものが、好適である。
【００２８】
また、本発明に係る発電機は、非磁性絶縁材料からなる外側スペーサ及び内側スペーサを備え、前記外側スペーサが前記各回転子鉄心の回転子磁極部と前記回転子コイルとの間に介在し、前記内側スペーサが前記回転子コイルと前記回転軸との間に介在するものが、好適である。これらのスペーサは、回転軸に対する回転子コイル及び各回転子磁極部の位置を安定させることができる。
【００２９】
この場合、本発明に係る発電機は、前記各回転子鉄心を構成する単位板のうち少なくとも最も軸方向外側に位置する外側単位板の各磁極板部が遠心力で径方向外向きに広がるのを阻むようにこれらの磁極板部に跨るように装着される環状の拘束部材をさらに備えることが、好ましい。この拘束部材は、簡素な構造で前記各磁極板部の遠心力による変形を有効に抑えることができる。
【００３０】
また、前記各回転子鉄心は、磁性材料からなり、互いに隣接する単位板の基板部同士の間に介在する磁性環状体をさらに有することが好ましい。当該磁性環状体の介在は、単位板同士の積層により基板部同士の間にできる軸方向の間隙を有効に利用して回転子鉄心内の磁気抵抗を減らすことを可能にする。
【００３１】
本発明では、前記第１及び第２回転子鉄心の基部が回転子磁極部ごとに周方向に分割された構造であってもよい。すなわち、各回転子鉄心は、互いに周方向に並ぶように前記磁性外周部の周囲に配置される複数の分割基部と、各基部の外側端部から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有するものであってもよい。この場合も、当該第１及び第２回転子鉄心は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、互いに電気的に絶縁された状態で積層される複数の単位板により構成されることが可能である。この場合の各単位板は、前記回転軸の磁性外周部の周囲に配置される分割基板部と、この分割基板部の外側端部から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有していて、前記各分割基板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の分割基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成すれば、よい。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明によれば、複雑な構造を要することなく回転子鉄心における渦電流の発生を回避することが可能な、いわゆるランデル型の発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るランデル型発電機の要部を示す断面正面図である。
【図２】前記ランデル型発電機の要部を示す一部断面正面図である。
【図３】前記ランデル型発電機の第１及び第２回転子鉄心及び回転子コイルを示す斜視図である。
【図４】（ａ）は前記各回転子鉄心を構成する各単位板を形成するための原板を示す斜視図、（ｂ）は当該単位板を基部側から見た斜視図、（ｃ）は当該単位板を回転子磁極部側から見た斜視図である。
【図５】各種材料の回転周波数とスキンデプスとの関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は各単位板のテーパー周縁部の内側端と回転軸の磁性円筒の外周面との関係の例を示す断面図である。
【図７】前記回転子磁極部の外周部分についての変形例を示す断面側面図である。
【図８】前記変形例を示す一部断面正面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るランデル型発電機の要部を示す断面側面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】前記第２の実施の形態に係る第１及び第２回転子鉄心を構成する単位板の平面図である。
【図１２】従来のランデル型発電機の例を示す断面斜視図である。
【図１３】図１２に示すランデル型発電機の回転部分の斜視図である。
【図１４】図１２に示すランデル型発電機の回転子コイルに係る配線を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図８を参照しながら説明する。なお、ここに示される発電機は、電動機としても兼用可能なランデル型オルタネータに適したものであるが、本発明に係る発電機はこれに限らず、例えば発電専用に用いられるものや、回生ブレーキに兼用されるもの等についても広く適用が可能である。
【００３５】
図１及び図２は、前記第１の実施の形態に係るランデル型発電機を示したものである。この発電機は、その主要な構成要素として、固定子１０と、回転軸２０と、第１及び第２回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂと、回転子コイル４０と、これらを一括して収容する中空円筒状のケーシング５０と、を備える。
【００３６】
前記固定子１０は、固定子磁極を含む複数の固定子鉄心（ステータコア）１２と、各固定子鉄心１２に巻回される固定子コイル１４と、を有する。各固定子鉄心１２は、例えば、発電機の軸方向（後述の回転軸２０と平行な方向）に互いに積層された多数枚の電磁鋼板により構成され、内側に空間を囲むようにして互いに周方向に並ぶように、前記ケーシング５０の内周面上に配置される。
【００３７】
前記回転軸２０は、前記固定子１０に対して回転可能となるように当該固定子１０の内側に配置されるものであって、本体軸２２と、磁性円筒体２４と、を有する。前記本体軸２２は、図示されない両端部を有する。これらの端部は、前記ケーシング５０またはこれに固定されるカバーに設けられた軸受によって回転可能に（固定子１０に対して相対回転可能に）支持されている。前記磁性円筒体２４は、必要な磁気回路を形成することが可能な磁性材料からなり、前記本体軸２２の軸方向の少なくとも一部の領域（この実施の形態では両端部を除く領域）において、当該本体軸２２の外側に嵌められ固定されている。すなわち、この磁性円筒体２４は、回転軸２０の磁性外周部を構成する。この実施の形態では、前記磁性円筒体２４の両外側にそれぞれ押え用治具２６及び固定用ナット２８が配設されている。各固定用ナット２８は、本体軸２２に形成された図示されない雄ねじと螺合し、中央寄りに締め付けられることにより前記磁性円筒体２４を軸方向両外側から前記押え用治具２６を介して挟み込む。
【００３８】
なお、本発明に係る回転軸は、その軸方向の適当な領域に磁性外周部を有していればよく、必ずしも前記のような磁性円筒体２４を含むものに限定されない。例えば、回転軸に高い強度が要求されない場合には当該回転軸全体が磁性材料で構成されてもよいし、あるいは本体軸の表面に磁性外周部を構成する磁性被膜が施されてもよい。
【００３９】
前記第１及び第２回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、前記固定子１０の内側で前記回転軸２０とともに回転するように前記磁性円筒体２４の周囲に配置される。各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、基部３２と複数の回転子磁極部３４とを有する。基部３２は、前記磁性円筒体２４の周囲に配置され、各回転子磁極部３４は前記基部３２の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸２０の軸方向に沿って延びる。これらの回転子磁極部３４は、前記固定子１０の固定子磁極にその径方向内側から対面して当該固定子磁極と磁気的に結合されることが可能である。
【００４０】
前記両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、当該第１回転子鉄心３０Ａの回転子磁極部３４と当該第２回転子鉄心３０Ｂの回転子磁極部３４とが回転周方向に交互に並ぶように配置される。つまり、各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの櫛歯状磁極部３４が互いに噛み合うような対向配置で両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂが回転軸２０に沿って配設される。
【００４１】
前記回転子コイル（励磁コイル）４０は、軸方向については両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂとの間に介在し、径方向については各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの回転子磁極部３４の内側に位置するように設けられる。そして、電流の供給を受けることにより前記各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂおよび前記固定子鉄心の内部に磁束を発生させる。具体的には、回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂのうちの一方の回転子磁極部３４をＮ極、他方の回転子磁極部３４をＳ極として、そのＮ極→固定子鉄心→Ｓ極→磁性円筒体２４と循環する磁気回路を形成する。このようにして交互にＮ極とＳ極とが励磁された回転子磁極部３４が固定子１０に対して当該回転子磁極部３４の配列方向（すなわち周方向）に相対回転することにより、当該固定子１０の固定子コイル１４に起電力が与えられる。
【００４２】
この発電機の特徴として、前記各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、図３にも示すように、前記回転軸２０の軸方向に沿って互いに積層される複数の単位板６０により構成される。各単位板６０は、磁性材料からなり、図４に示すように単一の薄板により構成される。これらの単位板６０は互いに同一の形状とすることも可能であり、これにより回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの生産効率は飛躍的に高まる。
【００４３】
前記各単位板６０の基板部６２は、中央に貫通穴６３を有するドーナツ板状をなし、当該貫通穴６３に前記回転軸２０が挿通された状態でその磁性外周部である磁性円筒体２４の周囲に配置される。前記各磁極板部６４は、前記基板部６２の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸２０の軸方向に沿って延びる。各磁極板部６４の外向きの傾斜角度は、これら磁極板部６４が図１に示されるように互いに軸方向に積層されることを可能にする程度のものでよく、その具体的な角度は仕様に応じて自由に設定されることが可能である。
【００４４】
前記各基板部６２は、互いに電気的に絶縁された状態で前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの基部３２をそれぞれ構成し、前記各磁極板部６４は、互いに電気的に絶縁された状態で前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの各回転子磁極部３４を構成する。前記各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを構成する単位板６０同士は例えば適当な樹脂の含侵によって一体化されることが可能である。また、好ましくは、各単位板６０の両側面のうちの少なくとも一方の側面及び端面に絶縁被膜が施される。
【００４５】
なお、図１及び図３では便宜上各単位板６０の厚みを実際よりも大きく表わしているが、後述のように各単位板６０の実際の厚みは微小であり、よって図に示される枚数よりも多くの枚数（例えば２０枚から数十枚）の単位板６０によって各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂが構成される。
【００４６】
具体的に、各単位板６０の厚みは、発電機の回転周波数（定格回転周波数）に各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの回転子磁極部３４の個数（図２〜図４に示す例では５個）を乗じた磁極周波数ｆと当該回転子鉄心の材質（導電率および透磁率）に対応するスキンデプス値以下であって当該磁極周波数の１０倍の周波数に対応するスキンデプス値以上の値であることが、好ましい。前記スキンデプスδ（ｍ）は、電磁波が試料表面から１／ｅ程度まで侵入する深さであって、抵抗率をρ（Ω／ｍ）、透磁率をμ（Ｈ／ｍ）とすると、次式により与えられる。
【００４７】
δ＝［ρ／（π・ｆ・μ）］１／２
かかる関係から、図５に示すように、各種材料について当該周波数ｆ（ｋＨｚ）とスキンデプスδ（ｍｍ）との関係は一義的に決まる。従って、この関係から当該周波数ｆに対応するスキンデプスδ及び好適な単位板６０の厚みを決定することができる。
【００４８】
例えば、発電機の駆動周波数（一般には定格周波数）の帯域が高調波を含む５０Ｈｚ≦ｆ≦１ｋＨｚであり、各単位板６０が純鉄形材料により構成されているとするならば、各単位板６０の好適な厚みｔは０．１ｍｍ≦ｔ≦０．５ｍｍの範囲で設定されるのがよい。つまり、上限は５００μｍ程度、加工のし易さから、好ましくは、３００μｍ以下、より好ましくは、１００μｍ以下とされるのが、よい。ただし、圧延加工による厚み精度に限界があるため、３０μｍ以上に設定されるのが現実的である。このような小さな板厚をもつ単位板６０の積層が渦電流の発生の有効な抑止を可能にする。
【００４９】
前記各単位板６０の磁極板部６４の先端６５は、前記各単位板６０の軸方向の積層により、前記固定子１０の固定子磁極の内側面である固定子磁極面に沿って並ぶように配列され、これにより、当該固定子磁極面と対向する回転子磁極面を形成することが可能である。この回転子磁極面は、固定子磁極面からの円滑な磁束の進入を許容しながら渦電流の発生を有効に抑止する。
【００５０】
一方、前記各単位板６０の基板部６２のうち前記貫通穴６３を囲む部分は、径方向内向きに傾斜しながら前記磁極板部６４と同じ側に延びる内側周縁部６６を構成し、これらの内側周縁部６６も互いに軸方向に積層される。これらの内側周縁部６６の積層によって、単位板６０の積層状態がより安定する。また、各内側周縁部６６の傾斜は、例えば当該周縁部が回転軸に対して直交する場合に比べて両者の対向面積を増やすことができ、これにより磁気抵抗を減らすことが可能である。
【００５１】
さらに、この場合において、前記各内側周縁部６６の内側に回転軸２０を圧入するように、つまり、当該内側周縁部６６の先端が前記回転軸２０の磁性外周部である磁性円筒体２４の外周面に密着するように、当該内側周縁部６６の先端の径を設定することが可能であり、当該密着により、磁気抵抗をより低減させることができるとともに、回転軸に対する第１及び第２回転子鉄心の位置も安定させることができる。ここでいう密着とは、厳密なものでなくてもよく、図６（ａ）に示すように実際は内側周縁部６６の先端と磁性円筒体２４の外周面との間に隙間が存在していても、その隙間が微小であれば磁気抵抗を減らすことが可能である。さらに、同図（ｂ）に示すように各内側周縁部６６の配列に合せて前記磁性円筒体２４の外周面に段部２４ａが与えられることにより、磁気抵抗はさらに低減されることが可能である。
【００５２】
一方、前記各押え用治具２６の外周面２６ａには前記内側周縁部６６に対応するテーパが与えられている。このことは、当該押え用治具２６によって回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを軸方向両外側から拘束することを可能にする。
【００５３】
この発電機（いわゆるランデル型発電機）では、第１及び第２回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂが互いに軸方向に積層される複数枚の単位板６０により構成されているため、当該回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂにおける渦電流の発生が有効に抑止されるのに加え、複雑な締結構造や多数の組立用部品を要することなく、優れた渦電流防止特性を有する回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを容易に構築することが可能である。
【００５４】
例えば、この発電機は次の手順により効率的に製造されることが可能である。
【００５５】
１）各単位板６０の成形
前記各単位板６０は、磁性材料からなる単一の平板であって前記基板部６２及び前記各磁極板部６４を含む原板を用意してこれを曲げ加工（例えばプレス鍛造）することにより、容易に成形することが可能である。
【００５６】
例えば図４（ａ）に示す原板７０は、基板部６２に相当する中央の円形部分７２と、各磁極板部６４に相当する部分であって前記部分６２′から放射状に延びる複数の花弁状の部分７４と、を一体に有し、前記円形部分７２の中央には円形の貫通穴７３が形成されるとともに、その周縁部７６が放射状のスリット７８によって周方向に分割されている。この原板７０は、通常の板材から容易に打ち抜くことが可能である。そして、この原板７０を、その花弁状部分７４及び分割された貫通穴周縁部７６が同じ側に曲げられるようにプレス鍛造することによって、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すようなカップ状の単位板６０を成形することが可能である。この単位板６０では、前記円形部分７２、前記各花弁状部分７４、及び分割された周縁部７６がそれぞれ、基板部６２、各磁極板部６４、及び内側周縁部６６を構成する。
【００５７】
各単位板６０の材質としては、優れた磁気特性（飽和磁束密度、透磁率）と鍛造加工性を有しながら、電磁鋼板に比べて安価に入手できるもの、つまりは工業的に有利な材料を使うことが、好ましい。一般には純鉄系材料が好適である。具体的には、磁気特性に有害な不純物元素，Ｃ，Ｐ，Ｓ，これらの不純物濃度が、炭素（Ｃ）が３００ｐｐｍ以下、リン（Ｐ）が３００ｐｐｍ以下、硫黄（Ｓ）が３００ｐｐｍ以下の純鉄系合金であり、その両側面のうちの少なくとも一方の面及び切断端面が、絶縁被膜によって覆われていることが望ましい。さらに、Ｃは好ましくは２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、Ｐは好ましくは２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１５０ｐｐｍ以下である。製鋼過程において脱酸に有効な元素Ａｌは、Ｎの固定に有効な元素、介在物の形態を制御するために必要な元素であることから、含有不可避であるが、その量は、Ａｌ：０．０３％以下（０％を含まない）であることが好ましい。その他、本発明の作用を損なわない範囲で、以下の許容成分を添加することができる。一方、Ｃａ、ＲＥＭ（＝ランタノイド元素（ＬａからＬｎまでの１５元素））、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｐｂ、Ｂｉといった元素は、いずれも、硫化（Ｓ）化合物系介在物などを球状化させ、冷間加工性、打ち抜き加工性、被削性、耐疲労特性の劣化を低減させる効果がある。
【００５８】
前記不純物元素の総量は、０．０５％以下（０％を含まない）ことが好ましい。Ｃｒ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｎの元素も、鋼の変形能を向上させる作用を有する元素であるが、磁気特性を劣化させるため、これら不純物元素の総量は、０．０５％以下でないことが、望ましい。
【００５９】
磁気特性については、励磁磁場１００００Ａ／ｍでの磁束密度が１．５Ｔ以上である純鉄または鉄合金であることが、好ましい。例として、好ましい成分組成（ただし絶縁被膜を除く。）を以下に例示する。
【００６０】
Ａ．磁気特性に有害な不純物元素であるＣ，Ｐ，Ｓ、Ａｌの濃度がそれぞれ，Ｃ：０．０３％以下，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％以下であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる。
【００６１】
Ｂ．磁気特性に有害な不純物元素であるＣ，Ｐ，Ｓ、Ａｌの濃度がそれぞれ，Ｃ：０．０３％以下，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％以下であり、Ｍｎの濃度が０．１０〜０．５０であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる。
【００６２】
Ｃ．磁気特性に有害な不純物元素であるＣ，Ｐ，Ｓ、Ａｌの濃度がそれぞれ，Ｃ：０．０３％以下，Ｐ：０．０３％以下，Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％以下であり、Ｍｎの濃度が０．１０〜０．５０％、Ｓｉの濃度が０．０５〜２．０％であり、残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成を有する。
【００６３】
さらに、単位板６０に用いられる薄板材が冷間圧延により製造されるものである場合には、そのままでは所望の磁気特性が得られないため、磁気特性が回復しうる温度（一般には８５０°Ｃ以上）に加熱するいわゆる磁気焼鈍が行われるのがよい。この磁気焼鈍は、結晶粒を成長させることにより、飽和磁束密度などの磁気特性を向上させる。結晶粒のサイズとしては、平均結晶粒径１００μｍ以上であることが好ましく、これにより優れた磁気特性が得られる。
【００６４】
２）各単位板６０の成形
所定枚数の単位板６０を軸方向に積層することにより、第１及び第２回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂがそれぞれ構築される。このとき、各単位板６０の基板部６２が互いに軸方向に積層されて各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの基部３２を構成し、各磁極板部６４が互いに軸方向に積層されて各回転子磁極部３４を構成する。また、各単位板６０の内側周縁部６６も互いに軸方向に積層されることにより、単位板６０全体の積層状態を安定させる。この積層に伴い、花弁状の各磁極板部６４の先端６５が軸方向に並んで回転子磁極面を形成する。この回転子磁極面は、後のケーシング５０内への回転子の挿入によって、固定子磁極面と平行な姿勢で当該固定子磁極面と対向することが可能な面である。
【００６５】
これら単位板６０の積層において、互いに隣接する磁極板部６４同士及び内側周縁部６６同士は接触または近接するのに対し、基板部６２のうち内側周縁部６６よりも径方向外側に位置する部位同士の間には軸方向の間隙が残り、この間隙は前記磁極板部６４の径方向外向きの傾斜の角度が小さいほど大きくなる。この場合、当該間隙を埋めるように当該基板部６２同士の間に磁性材料からなる磁性環状体３６を介在させることにより、当該間隙を有効に利用して回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂ内の磁気抵抗を減らすことが可能である。
【００６６】
以上のようにして積層が完了した段階で、適当な樹脂の含浸などにより単位板６０同士の一体化、すなわち各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂが行われることが、好ましい。この一体化は、次の組立工程を著しく容易にする。
【００６７】
３）回転子の組立及び挿入
前記のようにして形成された両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂがその間に回転子コイル４０を挟んで対向配置され、この状態で当該鉄心３０Ａ，３０Ｂの中央の貫通穴に本体軸２２及び磁性円筒体２４からなる回転軸２０が挿通される。これにより、当該回転軸２０の周囲に両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂ及び回転子コイル４０が配置される。
【００６８】
この回転子コイル４０は、各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを構成する単位板６０のうち最も内側の単位板６０の磁極板部６４と内側周縁部６６との間に配置されるが、当該回転子コイル４０の内側面と内側周縁部６６との間（換言すれば回転子コイル４０と回転軸２０との間）及び当該回転子コイル４０の外側面と前記磁極板部６４との間にはそれぞれ図１に示すような内側スペーサ８１及び外側スペーサ８２が介在することが好ましい。これらのスペーサ８１，８２はいずれも回転軸２０を取り巻く環状をなす。内側スペーサ８１の内側面は、両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを構成する単位板６０の内側周縁部６６にそれぞれ対応する傾斜が与えられた第１テーパ面８１ａ及び第２テーパ面８１ｂを有する。外側スペーサ８２の外周面は、第１回転子鉄心３０Ａの単位板６０の磁極板部６４に対応する傾斜が与えられた第１のテーパ面８２ａと、第２回転子鉄心３０Ｂの単位板６０の磁極板部６４に対応する第２のテーパ面８２ｂと、含み、これらのテーパ面８２ａ，８２ｂが周方向に交互に並んでいる。両スペーサ８１，８２は、回転子コイル４０の位置を安定させるとともに、両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの軸方向の位置も安定させることができる。
【００６９】
このようにして回転軸２０の周囲に両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂ及び回転子コイル４０が配置された後、本体軸２２の軸方向両端部に押え用治具２６が装着され、さらにその両外側に固定用ナット２８が装着される。そして、この固定用ナット２８の締め付けにより、両押え用治具２６同士の間に磁性円筒体２４が挟み込まれるとともに、中央に回転子コイル４０及び両スペーサ８１，８２を挟んで両回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂが軸方向の両外側から拘束される。
【００７０】
このようにして組立てられた回転子全体がケーシング５０内の固定子１０の内側に挿入されることにより、発電機が完成する。
【００７１】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。例えば前記磁性環状体３６やスペーサ８１，８２は仕様に応じて適宜省略可能であるし、適当な変更、改良も可能である。
【００７２】
例えば、前記各磁極板部６４の先端について、図７に示すように当該先端が折り曲げられて前記固定子磁極面に向かって径方向外向きに突出する鍔状部６７が形成されてもよい。これらの鍔状部６７は、回転子磁極部３４から固定子磁極への磁束線の貫通を円滑にし、これにより、発電性能または電動性能の向上及び渦電流のさらなる抑止を可能にする。
【００７３】
さらに、図７及び図８に示されるように、前記各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを構成する単位板６０のうち少なくとも最も軸方向外側（図７では最も左側）に位置する外側単位板に環状の拘束部材８４が装着されることが、より好ましい。この拘束部材８４は、高張力材料からなり、前記外側単位板の各磁極板部６４に跨るように装着されることにより、これらの磁極板部６４が遠心力で径方向外向きに広がるのを阻む。この拘束部材８４は、簡素な構造で前記各磁極板部の遠心力による変形を有効に抑えることができる。
【００７４】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図９〜図１１を参照しながら説明する。
【００７５】
前記第１の実施の形態に係る回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、単一の基部３２とこれにつながる複数の回転子磁極部３４とを有するのに対し、第２の実施の形態に係る回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは、周方向に分割された複数の分割基部３２′と、各分割基部３２′から軸方向に沿って延びる複数の回転子磁極部３４と、を有する。換言すれば、各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂは周方向に分割された複数の分割体３０′により構成され、各分割体３０′は単一の分割基部３２′とこれにつながる単一の回転子磁極部３４とにより構成される。
【００７６】
この第２の実施の形態においても、前記各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂの各分割体３０′は互いに積層された複数の単位板９０により構成されることが可能である。各単位板９０は、前記第１の実施の形態に係る単位板６０と同様に、磁性材料からなる単一の板材により構成され、分割基板部９２と、この分割基板部９２の外側端部から径方向外向きに傾斜しながら軸方向に沿って延びる磁極板部９４と、を一体に有する。さらに、好ましくは、前記分割基板部９２のうちの内側部分が径方向内向きに傾斜しながら軸方向に沿って前記磁極板部６４と同じ側に延びる内側周縁部９６を構成する。
【００７７】
各単位板９０は、前記単位板６０と同様、例えば図１１に示すような平らな原板９０′を曲げ加工することにより形成されることが可能である。原板９０′は、分割基板部９２に相当する第１部分９２′と、前記磁極板部９４に相当する第２部分９４′と、を一体に有し、第１部分９２′のうち第２部分９４′と反対側の端部９６′は内側周縁部９６に相当する。従って、この原板９０′のうちの前記第２部分９４′及び前記端部９６′をプレス鍛造等によって曲げ加工することにより、前記単位板９０を形成することが可能である。
【００７８】
前記各単位板９０のうち、各分割基板部９２が互いに軸方向に積層されることにより各分割体３０′の分割基部３２′を構成し、各磁極板部９４が互いに積層されることにより各分割体３０′の回転子磁極部３４を構成し、これらの積層に伴って前記内側周縁部９６同士も軸方向に積層される。そして、その積層された単位板９０同士が例えば樹脂の含浸により一体化されることにより、各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂを構成する複数の分割体３０′が構築される。その積層の際、前記第１の実施の形態と同様、好ましくは、各分割基部３２′同士の間に磁性材料からなる分割環状体３６′が介設される。
【００７９】
このようにして構築された分割体３０′が回転軸２０の周囲に配列され、固定されることにより、各回転子鉄心３０Ａ，３０Ｂが形成される。その固定手段は特に問わないが、例えば回転軸２０の外周面（図では磁性円筒体２４の外周面）に各単位板９０の内側周縁部９６が差し込まれることが可能な溝が形成されることが、好ましい。また、周方向に互いに隣接する分割体３０′同士の間には非磁性材料からなるスペーサ８８が介在することが、好ましい。このスペーサ８８は、例えば、回転軸２０の両端部に装着される押え用治具２６あるいは内側スペーサ８１と一体に形成されることも、可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０    固定子
１２    固定子鉄心
１４    固定子コイル
２０    回転軸
２２    本体軸
２４    磁性円筒体
３０Ａ  第１回転子鉄心
３０Ｂ  第２回転子鉄心
３２    基部
３２′  分割基部
３４    回転子磁極部
３６    磁性環状体
３６′  分割環状体
４０    回転子コイル
５０    ケーシング
６０    単位板
６２    基板部
６３    貫通穴
６４    磁極板部
６５    磁極板部の先端
６６    内側周縁部
６７    鍔状部
８１    内側スペーサ
８２    外側スペーサ
８４    拘束部材
９０    単位板
９２    分割基板部
９４    磁極板部
９６    内側周縁部
【図１】
2015006046.tif 000003
【図２】
2015006046.tif 000004
【図３】
2015006046.tif 000005
【図４】
2015006046.tif 000006
【図５】
2015006046.tif 000007
【図６】
2015006046.tif 000008
【図７】
2015006046.tif 000009
【図８】
2015006046.tif 000010
【図９】
2015006046.tif 000011
【図１０】
2015006046.tif 000012
【図１１】
2015006046.tif 000013
【図１３】
2015006046.tif 000014
【図１４】
2015006046.tif 000015
【図１２】
2015006046.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月10日(2014.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
この出願の第１の発明に係る発電機では、さらに、前記各単位板の軸方向の積層により、前記各単位板の磁極板部の先端が前記固定子磁極の内側面である固定子磁極面に沿って並ぶように配列されて当該固定子磁極面と対向する回転子磁極面を形成する。このような回転子磁極面は、固定子磁極面からの円滑な磁束の進入を許容しながら渦電流の発生を有効に抑止する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、当該第１の発明に係る発電機では、前記各磁極板部の先端が前記固定子磁極面に向かって径方向外向きに突出する鍔状部を構成する。これにより、磁束の流れはより円滑となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、この出願に係る第２の発明では、前記各単位板の基板部のうち前記貫通穴を囲む部分は径方向内向きに傾斜しながら前記磁極板部と同じ側に延びる内側周縁部を構成し、これらの内側周縁部が軸方向に互いに積層される。これらの内側周縁部の積層によって、単位板の積層状態がより安定する。また、各内側周縁部の傾斜は、例えば当該周縁部が回転軸に対して直交する場合に比べて両者の対向面積を増やすことができ、これにより磁気抵抗を減らすことが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
この出願の第３の発明に係る発電機は、非磁性絶縁材料からなる外側スペーサ及び内側スペーサをさらに備え、前記外側スペーサが前記各回転子鉄心の回転子磁極部と前記回転子コイルとの間に介在し、前記内側スペーサが前記回転子コイルと前記回転軸との間に介在する。これらのスペーサは、回転軸に対する回転子コイル及び各回転子磁極部の位置を安定させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
また、この出願の第４の発明に係る発電機では、前記各回転子鉄心は、磁性材料からなり、互いに隣接する単位板の基板部同士の間に介在する磁性環状体をさらに有する。当該磁性環状体の介在は、単位板同士の積層により基板部同士の間にできる軸方向の間隙を有効に利用して回転子鉄心内の磁気抵抗を減らすことを可能にする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
一方、この出願の第５の発明に係る発電機は、前記第１及び第２回転子鉄心の基部が回転子磁極部ごとに周方向に分割された構造を有する。すなわち、各回転子鉄心は、互いに周方向に並ぶように前記磁性外周部の周囲に配置される複数の分割基部と、各基部の外側端部から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有する。この場合も、当該第１及び第２回転子鉄心は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、互いに電気的に絶縁された状態で積層される複数の単位板により構成される。この場合の各単位板は、前記回転軸の磁性外周部の周囲に配置される分割基板部と、この分割基板部の外側端部から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有していて、前記各分割基板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の分割基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、前記磁性外周部の周囲に配置される基部と、この基部の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、中央に貫通穴を有して当該貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で当該回転軸の磁性外周部の周囲に配置される基板部と、この基板部の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各基板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成し、
前記各単位板の軸方向の積層により、前記各単位板の磁極板部の先端が前記固定子磁極の内側面である固定子磁極面に沿って並ぶように配列されて当該固定子磁極面と対向する回転子磁極面を形成し、前記各磁極板部の先端が前記固定子磁極面に向かって径方向外向きに突出する鍔状部を構成する、発電機。
【請求項２】
請求項１記載の発電機であって、前記各単位板が互いに同一の形状を有する、発電機。
【請求項３】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、前記磁性外周部の周囲に配置される基部と、この基部の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、中央に貫通穴を有して当該貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で当該回転軸の磁性外周部の周囲に配置される基板部と、この基板部の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各基板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成し、
前記各単位板の基板部のうち前記貫通穴を囲む部分は径方向内向きに傾斜しながら前記磁極板部と同じ側に延びる内側周縁部を構成し、これらの内側周縁部が軸方向に互いに積層される、発電機。
【請求項４】
請求項３記載の発電機であって、前記各内側周縁部の先端が前記回転軸の磁性外周部の外周面に密着するように当該内側周縁部の先端の径が設定されている、発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板は、磁性材料からなる単一の平板であって前記基板部及び前記各磁極板部を含むものを曲げ加工することにより成形されたものである、発電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板は磁気焼鈍されたものである、発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の発電機であって、前記各単位板では、その両側面のうちの少なくとも一方の側面と端面とが絶縁被膜によって覆われている、発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の発電機であって、各単位板の板厚は、発電機の回転周波数に各回転子鉄心の回転子磁極部の個数を乗じた磁極周波数と当該回転子鉄心の材質に対応するスキンデプス値以下であって当該磁極周波数の１０倍の周波数に対応するスキンデプス値以上の値である、発電機。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の発電機であって、前記回転軸は、本体軸と、磁性材料からなり、前記本体軸の軸方向の少なくとも一部の領域において当該本体軸の周囲に配置されることにより前記磁性外周部を構成する磁性円筒体と、を含む、発電機。
【請求項１０】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、前記磁性外周部の周囲に配置される基部と、この基部の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、中央に貫通穴を有して当該貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で当該回転軸の磁性外周部の周囲に配置される基板部と、この基板部の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各基板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成し、
非磁性絶縁材料からなる外側スペーサ及び内側スペーサをさらに備え、前記外側スペーサが前記各回転子鉄心の回転子磁極部と前記回転子コイルとの間に介在し、前記内側スペーサが前記回転子コイルと前記回転軸との間に介在する、発電機。
【請求項１１】
請求項１０記載の発電機であって、前記各回転子鉄心を構成する単位板のうち少なくとも最も軸方向外側に位置する外側単位板の各磁極板部が遠心力で径方向外向きに広がるのを阻むようにこれらの磁極板部に跨るように装着される環状の拘束部材をさらに備える、発電機。
【請求項１２】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、前記磁性外周部の周囲に配置される基部と、この基部の外周において周方向に並ぶ複数の位置から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、中央に貫通穴を有して当該貫通穴に前記回転軸が挿通された状態で当該回転軸の磁性外周部の周囲に配置される基板部と、この基板部の外周においてその周方向に並ぶ複数の位置から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各基板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部は前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成し、
前記各回転子鉄心は、磁性材料からなり、互いに隣接する単位板の基板部同士の間に介在する複数の磁性環状体をさらに有する、発電機。
【請求項１３】
発電機であって、
それぞれが固定子磁極を含み内側に空間を囲むように周方向に配列された複数の固定子鉄心及び当該固定子鉄心に巻回された固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子に対して回転可能となるように当該固定子の内側に配置され、軸方向の少なくとも一部の領域において磁性材料からなる磁性外周部を有する回転軸と、
前記固定子の内側で前記回転軸とともに回転するように前記磁性外周部の周囲に配置される第１の回転子鉄心及び第２の回転子鉄心であって、各回転子鉄心が、互いに周方向に並ぶように前記磁性外周部の周囲に配置される複数の分割基部と、各基部の外側端部から前記回転軸の軸方向に沿って延び、前記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る複数の回転子磁極部と、をそれぞれ有し、第１回転子鉄心の回転子磁極部と第２回転子鉄心の回転子磁極部とが回転周方向に交互に並ぶように配置されるものと、
前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部の径方向内側に設けられて前記各回転子鉄心および前記固定子鉄心内に磁束を発生させる回転子コイルと、を備え、
前記第１及び第２回転子鉄心は、それぞれ、互いに電気的に絶縁された状態で前記回転軸の軸方向に沿って互いに積層される複数の単位板により構成され、各単位板は、磁性材料からなる単一の薄板により構成され、前記回転軸の磁性外周部の周囲に配置される分割基板部と、この分割基板部の外側端部から径方向外向きに傾斜しながら前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数の磁極板部と、を一体に有し、前記各分割基板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の分割基部をそれぞれ構成し、前記各磁極板部が前記軸方向に積層されることにより前記第１及び第２回転子鉄心の回転子磁極部をそれぞれ構成する、発電機。