(57)【要約】【課題】この発明は、ファンをスポット溶接する際に流れる大電流による磁界の永久磁石に作用する向きが永久磁石の残留磁束の向きと略直交するようにし、永久磁石の減磁を抑制する回転電機を得る。【解決手段】第１および第２永久磁石３０，３１が、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端面に軸方向に隣接し、かつ周方向に隣接する第１および第２爪状磁極部２０，２４の根元部間の軸方向端部側を避けて、第１および第２継鉄部側に保持されている。第１および第２永久磁石３０，３１は、軸方向に隣接する第１および第２爪状磁極部２０，２４と同じ極性となるように半径方向に着磁配向されている。【選択図】図２
2008245369.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、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両端面に抵抗溶接されたファンと、
を備えた回転電機において、
永久磁石が、上記複数の爪状磁極部のそれぞれの先端面に接触状態又は非接触状態に軸方向に隣り合って、かつ周方向に隣り合う上記爪状磁極部の根元部間の軸方向端部側を避けて、上記一対の継鉄部側に保持されており、
上記永久磁石のそれぞれは、軸方向に隣り合う上記爪状磁極部と同じ極性となるように略半径方向に着磁配向されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記永久磁石の着磁方向は、上記シャフトの軸心を含む断面において、外径側が軸方向に隣り合う上記爪状磁極部の先端面から離反する方向に傾斜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３】
上記永久磁石は、上記爪状磁極部の先端面に軸方向に隣り合う主永久磁石と、該主永久磁石の軸方向端部側に隣り合う副永久磁石とから構成され、
上記主永久磁石の着磁方向は、上記シャフトの軸心を含む断面において、半径方向に一致し、
上記副永久磁石の着磁方向は、上記シャフトの軸心を含む断面において、外径側が軸方向に隣り合う上記主永久磁石から離反する方向に傾斜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４】
上記永久磁石は、上記シャフトの軸心を含む断面において、上記爪状磁極部の先端面に隣り合う辺が半径方向に一致し、かつ軸端側の辺の外径側が上記爪状磁極部の先端面に近接する方向に傾斜する台形形状に形成されていることを特徴とする請求項１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、特に永久磁石を搭載し、かつファンが抵抗溶接されたランデル型の回転子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機に実装される従来のランデル型の回転子では、爪形磁極の爪部の端部付近における漏洩磁束を低減させ、発電効率を高めるために、回転ヨークの両端側で爪形磁極の隣り合う爪部間に略立方体の永久磁石が、対向する爪形磁極の爪部の先端に当接し、かつ該爪部と極性が等しくなるように配置されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３３４０２５９号公報（図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のランデル型の回転子では、ファンが回転ヨークの軸端面にスポット溶接（抵抗溶接）により固着されている。永久磁石は、隣り合う爪形磁極間に、対向する爪形磁極の先端面に当接し、かつ回転ヨークの軸端面に面位置を合わせて配設されているので、ファンをスポット溶接する際に流れる大電流による磁界が永久磁石に作用し、永久磁石を減磁させるという不具合があった。
【０００５】
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、ファンをスポット溶接する際に流れる大電流による磁界の永久磁石に作用する向きが永久磁石の残留磁束の向きと略直交するようにし、永久磁石の減磁を抑制す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】
【０００６】
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、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両端面に抵抗溶接されたファンと、を備えている。そして、永久磁石が、上記複数の爪状磁極部のそれぞれの先端面に接触状態又は非接触状態に軸方向に隣り合って、かつ周方向に隣り合う上記爪状磁極部の根元部間の軸方向端部側を避けて、上記一対の継鉄部側に保持されており、上記永久磁石のそれぞれは、軸方向に隣り合う上記爪状磁極部と同じ極性となるように略半径方向に着磁配向されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、永久磁石が、ファンのスポット溶接時に流れる大電流による磁界の向きがシャフトの軸心の垂線方向である半径方向に一致している爪状磁極部の根元部間の軸方向端部側を避けて配設されている。そこで、永久磁石に作用する磁界の向きが、永久磁石の残留磁束の向きとほぼ直交する方向となり、永久磁石の減磁が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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実装される回転子を示す上面図、図３は図２に示される回転子の要部拡大斜視図、図４はスポット溶接時に発生する磁界を説明するための図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図、図６は図４のＡ−Ａ断面におけるスポット溶接時に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。なお、図２および図４では、ファンが省略されている。
【０００９】
図１乃至図３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スポット溶接（抵抗溶接）により固定されたファン７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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、漏洩磁束を低減する第１および第２永久磁石３０，３１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。
【００１２】
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に穿設された第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。
【００１３】
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に穿設された第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。
【００１４】
このように構成された第１および第２ポールコア体１７，２１は、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、シャフト挿通穴に貫装されたシャフト１６に固着されている。そして、ボビン（図示せず）に巻装された界磁コイル１４が、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。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。
【００１５】
第１永久磁石３０は、例えば、ネオジウム・鉄・ボロン磁石などの焼結体を略直方体に成形して作製され、隣り合う第１爪状磁極部２０の根元部間の軸方向一端側を避けて、各第２爪状磁極部２４の先端面に軸方向に隣接して、第１継鉄部１９の上面に接着剤などにより固着され、磁気的に接続されている。このとき、第１永久磁石３０は、第２爪状磁極部２４と極性が等しくなるように、半径方向に着磁配向されている。また、第１継鉄部１９の軸方向一端側の上部には、第１永久磁石３０と隣り合う第１爪状磁極部２０とで囲まれた空間３２が形成されている。
【００１６】
第１永久磁石３１と同じものである第２永久磁石３１は、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間の軸方向他端側を避けて、各第１爪状磁極部２０の先端面に軸方向に隣接して、第２継鉄部２３の上面に接着剤などにより固着され、磁気的に接続されている。このとき、第２永久磁石３１は、第１爪状磁極部２０と極性が等しくなるように、半径方向に着磁配向されている。また、第２継鉄部２３の軸方向他端側の上部には、第２永久磁石３１と隣り合う第２爪状磁極部２４とで囲まれた空間３３が形成されている。
【００１７】
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極に着磁され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４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。
【００１８】
ここで、第１永久磁石３０が、隣り合う第１爪状磁極部２０の根元部間に、各第２爪状磁極部２４の先端面に軸方向に隣接して、第２爪状磁極部２４と極性が等しくなるように、第１継鉄部１９の上面に接着剤などにより固着されている。同様に、第２永久磁石３１が、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間に、各第１爪状磁極部２０の先端面に軸方向に隣接して、第１爪状磁極部２０と極性が等しくなるように、第２継鉄部２３の上面に接着剤などにより固着されている。そこで、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端部付近における漏洩磁束が低減され、発電効率が高められる。第１および第２永久磁石３０，３１が界磁コイル１４以外の起磁力源として第１および第２爪状磁極部２０，２４に起磁力を発生させ、トータルの磁束量を増大させ、発電効率が高められる。
【００１９】
つぎに、ファン７のスポット溶接時に発生する磁界について図４および図５を参照しつつ説明する。なお、図４では、溶接電流３５を１本の線で示しているが、実際には、ある程度拡がりをもつ。
【００２０】
ファン７が溶接部位３４で第２ポールコア体２１の軸端面にスポット溶接されたとする。溶接時の電極は、第１ポールコア体１７の軸方向一端面のシャフト１６の近傍に配置される。溶接電流３５は、図５中点線で示されるように、溶接部位３４から略垂直に第２ポールコア体２１に流れ込み、傾きを徐々に変えつつ軸方向一端側、かつ軸心側に流れ、界磁コイル１４の下部では軸心と略平行に流れる。この時、溶接電流３５は、第２継鉄部２３および第２ボス部２２内を軸方向他端面から界磁コイル１４の下部に至るまで、傾きが軸心と略平行から径方向下方となるまで徐々に変わり、その後軸心と略平行となるまで徐々に変わる経路を流れる。
【００２１】
溶接電流３５が流れることにより、磁界３６が発生する。図４中、溶接部位３４の右側では、磁界３６の向きが第２永久磁石３１の着磁方向３７と逆向きとなり、第２永久磁石３１を減磁させる要因となる。一方、溶接部位３４の左側では、磁界３６の向きが第２永久磁石３１の着磁方向３７と同方向となり、第２永久磁石３１の減磁の問題はない。
【００２２】
図６に示されるように、隣接する第２爪状磁極部２４の根元部間における第２継鉄部２３の上部空間での磁界３６の向きは、軸方向他端側では、径方向下方を向いている。そして、磁界３６とシャフト１６の軸心の垂線である半径方向とのなす角度が、溶接電流３５が上述の経路を流れることにより、軸方向他端側から一端側に行くに従い、徐々に大きくなり、第２継鉄部２３の軸方向一端では、ほぼ９０度となる。また、磁界３６の大きさは、軸方向他端側から一端側に行くに従い、徐々に小さくなる。従って、空間３３における磁界３６は、大きく、しかも径方向に向いているが、第２永久磁石３１に作用する磁界３６は、小さく、かつ径方向の着磁方向３７に略直交しているので、第２永久磁石３１の減磁が抑えられる。
【００２３】
なお、ファン７が複数箇所の溶接部位３４でスポット溶接された場合についても、同様に、第２永久磁石３１の減磁が抑えられる。また、ファン７を第１ポールコア体１７にスポット溶接した場合も、同様に、第１永久磁石３０の減磁が抑えられる。
【００２４】
この実施の形態１では、第１永久磁石３０が、隣り合う第１爪状磁極部２０の根元部間の軸方向一端側を避けて、各第２爪状磁極部２４の先端面に軸方向に隣接して、第２爪状磁極部２４と極性が等しくなるように、第１継鉄部１９の上面に配設されている。第２永久磁石３１が、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間の軸方向他端側を避けて、各第１爪状磁極部２０の先端面に軸方向に隣接して、第１爪状磁極部２０と極性が等しくなるように、第２継鉄部２３の上面に配設されている。そこで、ファン７をポールコア１５の軸端面にスポット溶接しても、第１および第２永久磁石３０，３１の減磁が抑えられ、第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端部付近における漏洩磁束を確実に低減することができる。
【００２５】
なお、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３０，３１が第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端面に隣接して配設されるものとしているが、隣接して配置されることは、微小の隙間を持って配設されること、接して配設されることを包含する。
【００２６】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図７に示されるように、第２永久磁石３１の着磁方向３７は、半径方向３８に対し、外径側が角度θだけ第１爪状磁極部２０の先端面から離反する方向に傾斜している。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。
【００２７】
上記実施の形態１では、第２永久磁石３１に作用する磁界３６は、半径方向３８と完全に直交するに至っていない。この実施の形態２では、第２永久磁石３１の着磁方向３７の外径側が、半径方向３８に対し角度θだけ第１爪状磁極部２０の先端面から離反する方向に傾斜しているので、磁界３６と着磁方向３７とのなす角度は、上記実施の形態１に比べて、直角に近づく。従って、ファン７のスポット溶接時、第２永久磁石３１はより減磁し難くなり、第１爪状磁極部２０の先端部付近での漏洩磁束をより低減することができる。
【００２８】
なお、図示していないが、第１永久磁石３０の着磁方向３７も、半径方向３８に対し、外径側が角度θだけ第２爪状磁極部２４の先端面から離反する方向に傾斜しているので、第１永久磁石３１はより減磁し難くなり、第２爪状磁極部２４の先端部付近での漏洩磁束をより低減することができる。
【００２９】
実施の形態３．
この実施の形態３では、図８に示されるように、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間に配設される永久磁石は、主永久磁石としての第２永久磁石３１と、副永久磁石４０と、から構成されている。副永久磁石４０は、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間に、第２永久磁石３１の他端側に隣接して、第１爪状磁極部２０と極性が等しくなるように、第２継鉄部２３の上面に接着剤などにより固着されている。副永久磁石４０の着磁方向３７は、半径方向３８に対し、外径側が角度θより大きな角度ψだけ第２永久磁石３１から離反する方向に傾斜している。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。
【００３０】
副永久磁石４０の着磁方向３７の外径側が半径方向３８に対し角度θより大きな角度ψだけ第２永久磁石３１から離反する方向に傾斜しているので、磁界３６と着磁方向３７との角度が、ほぼ直交し、副永久磁石４０の減磁が抑えられる。従って、減磁を抑えて永久磁石量を増やすことができ、第１爪状磁極部２０の先端部付近での漏洩磁束をより低減することができる。
【００３１】
なお、図示していないが、副永久磁石が、隣り合う第１爪状磁極部２０の根元部間に、第１永久磁石３０の一端側に隣接して、第２爪状磁極部２４と極性が等しくなるように、第１継鉄部１９の上面に接着剤などにより固着されている。副永久磁石の着磁方向３７は、半径方向３８に対し、外径側が角度ψだけ第１永久磁石３０から離反する方向に傾斜している。従って、軸方向一端側においても、減磁を抑えて永久磁石量を増やすことができ、第２爪状磁極部２４の先端部付近での漏洩磁束をより低減することができる。
【００３２】
実施の形態４．
この実施の形態４では、図９に示されるように、第２永久磁石４１は、第１爪状磁極部の先端面に隣接する軸方向一端側の端面がシャフト１６と直交する平面に一致し、軸方向幅が外径側ほど狭くなる断面台形に形成され、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間に、第１爪状磁極部２０と極性が等しくなるように、第２継鉄部２３の上面に接着剤などにより固着されている。第２永久磁石４１の着磁方向３７は、半径方向に一致している。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。
【００３３】
図６に示されるように、隣り合う第２爪状磁極部２４の根元部間における第２継鉄部２３の上部空間での磁界３６と半径方向３８とのなす角度は、同一軸方向位置では、外径側ほど小さくなる。言い換えれば、同一軸方向位置では、磁界３６の半径方向３８と直交する成分が内径側ほど大きくなり、永久磁石の内径側ほど減磁されにくい。
この実施の形態４では、第２永久磁石４１は、第１爪状磁極部２０の先端面に隣接する面がシャフト１６と直交する平面であり、外径側に先細りとなる断面台形に形成されているので、減磁されにくい径方向下方側の磁石量を増やすことができる。従って、軸方向他端側において、減磁を抑えて永久磁石量を増やすことができ、第１爪状磁極部２０の先端部付近での漏洩磁束をより低減することができる。
【００３４】
なお、図示していないが、第１永久磁石も、第２爪状磁極部２４の先端面に隣接する面がシャフト１６と直交する平面であり、外径側に先細りとなる断面台形に形成されている。従って、軸方向一端側においても、減磁を抑えて永久磁石量を増やすことができ、第１爪状磁極部２０の先端部付近での漏洩磁束をより低減することができる。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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実装される回転子を示す上面図である。
【図３】図２に示される回転子の要部拡大斜視図である。
【図４】スポット溶接時に発生する磁界を説明するための図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】図４のＡ−Ａ断面におけるスポット溶接時に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるスポット溶接時に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３におけるスポット溶接時に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４におけるスポット溶接時に発生する磁界の向きを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  固定子、１１  固定子鉄心、１２  固定子コイル、１３  回転子、１４  界磁コイル、１５  ポールコア、１６  シャフト、１７  第１ポールコア体、１８  第１ボス部、１９  第１継鉄部、２０  第１爪状磁極部、２１  第２ポールコア体、２２  第２ボス部、２３  第２継鉄部、２４  第２爪状磁極部、３１  第１永久磁石（主永久磁石）、３３  第２永久磁石（主永久磁石）、３７  着磁方向、３８  垂線、３９  エアギャップ、４０  副永久磁石、４１  第２永久磁石。
【図１】
2008245369.tif 000003
【図２】
2008245369.tif 000004
【図３】
2008245369.tif 000005
【図４】
2008245369.tif 000006
【図５】
2008245369.tif 000007
【図６】
2008245369.tif 000008
【図７】
2008245369.tif 000009
【図８】
2008245369.tif 000010
【図９】
2008245369.tif 000011