(57)【要約】【課題】アンバランス量を十分に低減することができる回転電機の回転子および磁石式交流発電機の回転子を提供すること。【解決手段】永久磁石３４が外周に配置され、回転により発生する回転磁界で固定子２に起電力を誘起して発電がなされる磁石式交流発電機１００において、回転子３は、永久磁石３４より回転中心側に設けられ、貫通穴３２Ａが形成されるとともに回転時のアンバランス量を低減するバランス調整用ねじ穴３２Ｂを有する貫通穴形成部材３２と、貫通穴形成部材３２の貫通穴３２Ａに貫通させる回転軸４０とを備える。回転軸４０は、貫通穴３２Ａの一部に嵌合するインロー部４２と、貫通穴３２Ａの残りの部分に圧入されるローレット加工部４４とを有する。【選択図】        図１
2004336965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と交差する回転磁界を回転により発生する回転電機の回転子において、
回転時に発生するアンバランス量を低減する低減部を有するとともに貫通穴が形成された貫通穴形成部材と、
前記貫通穴形成部材の貫通穴に貫通させる回転軸と、
を備え、前記回転軸は、前記貫通穴の一部に嵌合するインロー部と、前記貫通穴の残りの部分に圧入されるローレット加工部とを有することを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
永久磁石が外周に配置され、回転により発生する回転磁界で固定子に起電力を誘起して発電がなされる磁石式交流発電機の回転子において、
前記永久磁石より回転中心側に設けられ、貫通穴が形成されるとともに回転時のアンバランス量を低減する低減部を有する貫通穴形成部材と、
前記貫通穴形成部材の貫通穴に貫通させる回転軸と、
を備え、前記回転軸は、前記貫通穴の一部に嵌合するインロー部と、前記貫通穴の残りの部分に圧入されるローレット加工部とを有することを特徴とする磁石式交流発電機の回転子。
【請求項３】
請求項２において、
前記貫通穴形成部材に設けられた貫通穴は小径部と大径部とを有する段付き構造であり、前記小径部と前記インロー部とがすきまばめ嵌合であることを特徴とする磁石式交流発電機の回転子。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記貫通穴形成部材の大径部穴の一部には、前記ローレット加工部が圧入される際に切り取られた切り粉の受け部が形成されることを特徴とする磁石式交流発電機の回転子。
【請求項５】
請求項２において、
前記貫通穴形成部材に設けられた貫通穴は、前記インロー部に対応する小径部と、前記ローレット加工部に対応する大径部とを有する段付き構造であり、
前記大径部の軸方向長さを前記ローレット加工部の軸方向長さよりも長く設定することを特徴とする磁石式交流発電機の回転子。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれかにおいて、
前記インロー部の軸方向長さが、前記貫通穴形成部材の軸方向長さの１／４以上に設定されていることを特徴とする磁石式交流発電機の回転子。
【請求項７】
請求項２〜４のいずれかにおいて、
前記貫通穴形成部材が非磁性体で構成されていることを特徴とする磁石式交流発電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される回転電機の回転子および磁石式交流発電機の回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電機等の回転軸に取り付けられる貫通穴形成部材の固定は、ランデル型ポールコアを貫通穴形成部材とする車両用交流発電機の回転子にみられるように、回転軸に加工されたローレット部に貫通穴形成部材を圧入することにより行われている（例えば、特許文献１参照。）。このような回転子では、適正な固定力を得るために、貫通穴形成部材の内径は回転軸外径よりも大きく、かつ、ローレット部外径よりも小さく設定されている。しかしながら、ローレット部にて貫通穴形成部材を固定する構造においては、ローレット部の加工精度や組み付け治具の精度により回転軸の芯に対して貫通穴形成部材の芯がずれて圧入されてしまうことがある。芯がずれると、回転子のアンバランス量が増し、必然的にバランス調整が必要となるため、磁気的に影響の少ない貫通穴形成部材外周部近傍にドリルによる穴加工を行って対応していた。
【０００３】
また、貫通穴形成部材のその他の固定方法を採用した発電機としては、永久磁石を用いたランデル型ポールコアをキーを用いた嵌め合い嵌合にて回転軸と結合するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この構造では、キー溝加工がされた回転軸が用いられ、このキー溝にキーを嵌合させた状態で貫通穴形成部材が回転軸に組み付けられ、固定される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２０７７１６号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２０９８２５号公報（第３−４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された車両用交流発電機の回転子では、ローレット部による固定に起因するアンバランス量の増大を、貫通穴形成部材外周部近傍の穴加工によって調整しているが、回転子の小型化等のために磁極面積の拡大を図って永久磁石を貫通穴形成部材の外周部に配置して回転磁界を発生させる構造を採用しようとすると、貫通穴形成部材の外周部を永久磁石が覆うため、外周部でのバランス調整ができない状況にある。このため、貫通穴形成部材の軸方向端面で行う僅かなバランス調整で対応することになり、アンバランス量の低減が十分にできない場合がでるという問題があった。特に、高回転タイプの車両用交流発電機では、回転子のアンバランス量が大きいと、振動が増加して信頼性を低下させる要因となるため、アンバランス量が大きく調整困難なものは不良品となっていた。また、軸方向端面で行うバランス調整は、外周部近傍で行う場合に比べて穴加工の削り量が多くなるため、加工に手間がかかっていた。
【０００６】
また、上述した特許文献２に開示された発電機では、回転軸にキー溝加工が必要となり、回転軸の強度低下が発生するため、回転軸に大きな曲げモーメントや振動が作用するような使用条件下での採用は難しい。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、アンバランス量を十分に低減することができる回転電機の回転子および磁石式交流発電機の回転子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の回転子は、固定子と交差する回転磁界を回転により発生しており、回転時に発生するアンバランス量を低減する低減部を有するとともに貫通穴が形成された貫通穴形成部材と、貫通穴形成部材の貫通穴に貫通させる回転軸とを備え、回転軸は、貫通穴の一部に嵌合するインロー部と、貫通穴の残りの部分に圧入されるローレット加工部とを有している。
【０００８】
また、本発明の磁石式交流発電機の回転子は、永久磁石が外周に配置され、回転により発生する回転磁界で固定子に起電力を誘起して発電がなされる磁石式交流発電機の回転子であり、永久磁石より回転中心側に設けられ、貫通穴が形成されるとともに回転時のアンバランス量を低減する低減部を有する貫通穴形成部材と、貫通穴形成部材の貫通穴に貫通させる回転軸とを備え、回転軸は、貫通穴の一部に嵌合するインロー部と、貫通穴の残りの部分に圧入されるローレット加工部とを有している。
【０００９】
貫通穴形成部材の貫通穴に対する回転軸のローレット加工部の圧入が、回転軸に設けられたインロー部を貫通穴に嵌合させた状態で行われるため、回転軸を貫通穴形成部材に組み付けるときの芯ずれを大幅に低減することができ、組み付け後のアンバランス量を十分に低減することが可能になる。このため、組み付け後のバランス調整が不要になったり、必要な場合であっても貫通穴形成部材の端面において十分に行うことができ、調整不能による廃却をなくすことが可能になる。
【００１０】
また、上述した貫通穴形成部材に設けられた貫通穴は小径部と大径部とを有する段付き構造であり、小径部とインロー部とがすきまばめ嵌合であることが望ましい。これにより、回転子に作用する外力を減らして貫通穴形成部材や回転軸の変形を低減することができるとともに、ローレット部の貫通穴に対する圧入が容易になる。
【００１１】
また、上述した貫通穴大径部の一部には、ローレット加工部が圧入される際切り取られた切り粉の受け部が形成されることが望ましい。これにより、圧入抵抗の増加による作業性の悪化や、切り粉がローレット加工部と貫通穴内周面との間に侵入することによる芯ずれの発生を防止することが可能になる。
【００１２】
また、上述した貫通穴形成部材に設けられた貫通穴は、インロー部に対応する小径部と、ローレット加工部に対応する大径部とを有する段付き構造であり、大径部の軸方向長さをローレット加工部の軸方向長さよりも長く設定することが望ましい。これにより、大径部の一部であって回転軸の反圧入側端部に形成された空間を、ローレット加工部が圧入される際切り取られた切り粉の受け部として用いることが可能になり、圧入抵抗の増加による作業性の悪化や、切り粉がローレット加工部と貫通穴内周面との間に侵入することによる芯ずれの発生を防止することが可能になる。
【００１３】
また、上述したインロー部の軸方向長さが、貫通穴形成部材の軸方向長さの１／４以上に設定されていることが望ましい。これにより、インロー部による位置決めを確実に行うことができ、芯ずれおよびこれに伴うアンバランス量のさらなる低減が可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の磁石式交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、一実施形態の磁石式交流発電機の部分断面図である。また、図２は本実施形態の磁石式交流発電機の側面図であり、図１に示す構造を右方向から見た図が示されている。
【００１５】
図１に示す磁石式交流発電機１００は、フレーム１、固定子２、回転子３を含んで構成されている。フレーム１は、固定子２を固定するとともに回転子３を回転自在に支持する。固定子２は、固定子鉄心と２０と、この固定子鉄心に周方向に沿って形成された複数のスロットに巻装された固定子巻線２２とを有している。
【００１６】
また、回転子３は、回転することによって固定子２と交差する回転磁界を発生するためのものであり、貫通穴形成部材３２、永久磁石３４、スペーサ３６、保護ケース３８、回転軸４０を含んで構成されている。
貫通穴形成部材３２は、中心に貫通穴３２Ａが形成されたほぼ円柱形状を有している。また、貫通穴形成部材３２の軸方向両端面のそれぞれには、回転子３の組み付け終了時にバランス調整を行うことによりアンバランス量を低減する低減部としてのバランス調整用ねじ穴３２Ｂが複数箇所（例えば６箇所）に設けられている。
【００１７】
永久磁石３４は、貫通穴形成部材３２の外周面全体を覆うように周方向に沿って複数個（例えば６個）が配置されている。各永久磁石３４は、軸方向に垂直な断面が円弧形状に形成されており、径方向に沿って着磁されている。具体的には、周方向に隣接する各永久磁石３４の着磁方向が互いに反対となるように、すなわち、一の永久磁石３４の外周側がＮ極に内周側がＳ極になるように着磁されている場合には、その周方向に沿って両端部に配置された別の永久磁石３４は外周側がＳ極に内周側がＮ極になるように着磁されている。
【００１８】
スペーサ３６は、永久磁石３４の一方の軸方向端部に配置されており、永久磁石３４の位置ずれを防いでいる。このスペーサ３６は、樹脂材料あるいはアルミニウム等の非磁性体材料で形成されている。
保護ケース３８は、各永久磁石３４の全体を外周部から覆うことにより、永久磁石３４の割れ、欠け時の飛散から保護するためのものである。例えば、保護ケース３８は、底面に穴が形成されたカップ形状を有する非磁性体材料（例えばステンレス）によって形成されており、スペーサ３６と反対側から軸方向に沿って各永久磁石３４の外周部を覆うように装着され、その後、端部をスペーサ３６に沿って内径側に折り曲げることにより、永久磁石３４の露出面がなくなるように組み付けられる。
【００１９】
回転軸４０は、貫通穴形成部材３２に設けられた貫通穴３２Ａに貫通させることにより、貫通穴形成部材３２に対する組み付けが行われる。
図３は、回転軸４０の詳細形状を示す図である。また、図４は貫通穴形成部材３２の貫通穴３２Ａの詳細形状を示す図である。図５は、貫通穴形成部材３２に回転軸４０を組み付けた詳細構造を示す図である。図６は、回転軸４０と貫通穴形成部材３２との間に形成される受け部を示す図である。
【００２０】
これらの図に示すように、回転軸４０は、貫通穴形成部材３２の貫通穴３２Ａの一部に嵌合する嵌合面となるインロー部４２と、貫通穴３２Ａの残りの部分に圧入されるローレット加工部４４とを有している。ローレット加工部４４の外径Ｄ１は、インロー部４２の外径Ｄ２よりも大きく設定されている。また、貫通穴形成部材３２の貫通穴３２Ａは、ローレット加工部４４に対応する大径部３２Ｃと、インロー部４２に対応する小径部３２Ｄをとからなる段付き構造を有している。大径部３２Ｃの直径Ｄ３は、ローレット加工部４４の外径Ｄ１よりも小さく設定されているが、回転軸４０と貫通穴形成部材３２との間で所望の固定強度が得られるよう、大径部３２Ｃの内径Ｄ３とローレット加工部４４の外径Ｄ１を適宜調整することができる。なお、この調整は、ローレット加工部４４の軸方向長さＬ１を変更することによっても行うことが可能である。
【００２１】
また、小径部３２Ｄの内径Ｄ４は、インロー部４２の外径Ｄ２とほぼ同じに設定されている。例えば、小径部３２Ｄとインロー部４２とガタのでない程度のすきまばめ嵌合（たとえばＨ６，ｇ４嵌合）となるように、これらの値が設定されている。なお、回転軸４０と貫通穴形成部材３２との間の固定力をさらに強くした場合には、インロー部４２と小径部３２Ｄとの間に生じる僅かな隙間に浸透して固着する嫌気性の接着剤等を塗布した状態で貫通穴形成部材３２に対する回転軸４０の組み付けを行うようにしてもよい。
【００２２】
また、本実施形態では、図５に示すように、インロー部４２の軸方向長さＹが貫通穴形成部材３２の軸方向長さＸの１／４以上になるように設定されている。これにより、ローレット加工部４４を大径部３２Ｃに圧入する際の芯ずれの発生を抑えることが可能になる。
【００２３】
また、貫通穴３２Ａの大径部３２Ｃの軸方向長さＬ２は、回転軸４０のローレット加工部４４の軸方向長さＬ１よりも長くなるように設定されている。このため、ローレット加工部４４の反圧入側端部には、大径部３２Ｃと回転軸４０の外径部との間に隙間が形成され、この隙間が、ローレット加工部４４を大径部３２Ｃに圧入する際に生じる大径部３２Ｃ内周面の切り粉を収容する受け部５０となる。
【００２４】
このような構造を有する回転子３では、貫通穴形成部材３２と回転軸４０にとの間に芯ずれがほとんどないため、貫通穴形成部材３２の加工精度を確保しておけば、回転子３の組み付け後のアンバランス量は小さくなる。当然ながら、貫通穴形成部材３２の外周面に取り付けられる永久磁石３４の加工精度も問題になるが、一般には総型砥石で加工されるため高い寸法精度で加工することができ、しかも、最外周部を保護ケース３８で圧入固定することで永久磁石３４を貫通穴形成部材３２の外周面に密着することができ、回転子３全体としてのアンバランス量も小さくなる。
【００２５】
回転子３を組み付け後に、仮にバランス調整が必要になった場合であっても、貫通穴形成部材３２の端面に設けられたバランス調整用ねじ穴３２Ｂに、バランサー用ねじ５２を挿入することで、容易かつ十分にバランス調整が可能となる。なお、バランス調整は、バランサー用ねじ５２を用いる代わりに、ピンを圧入したり、穴加工によって行うようにしてもよい。
【００２６】
このように、本実施形態の磁石式交流発電機１００では、貫通穴形成部材３２の貫通穴３２Ａに対する回転軸４０のローレット加工部４４の圧入が、回転軸４０に設けられたインロー部４２を貫通穴３２Ａに嵌合させた状態で行われるため、回転軸４０を貫通穴形成部材３２に組み付けるときの芯ずれを大幅に低減することができ、組み付け後のアンバランス量を十分に低減することが可能になる。このため、組み付け後のバランス調整が不要になったり、必要な場合であっても貫通穴形成部材３２の端面において十分に行うことができ、調整不能による廃却をなくすことが可能になる。
【００２７】
また、貫通穴形成部材３２に設けられた貫通穴３２Ａを小径部３２Ｄと大径部３２Ｃとを有する段付き構造とし、小径部３２Ｄとインロー部４２とをすきまばめ嵌合とすることにより、回転子３に作用する外力を減らして貫通穴形成部材３２や回転軸４０の変形を低減することができるとともに、ローレット部４４の貫通穴３２Ａに対する圧入が容易になる。
【００２８】
また、貫通穴３２Ａの一部には、ローレット加工部４４の圧入時に切り取られた切り粉の受け部５０が形成されており、圧入抵抗の増加による作業性の悪化や、切り粉がローレット加工部４４と貫通穴３２Ａの内周面との間に侵入することによる芯ずれの発生を防止することが可能になる。
【００２９】
また、インロー部４２の軸方向長さＹを、貫通穴形成部材３２の軸方向長さＸの１／４以上に設定することにより、インロー部４２による位置決めを確実に行うことができ、芯ずれおよびこれに伴うアンバランス量を格段に小さくすることが可能になる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば上述した実施形態では、磁石式交流発電機１００の回転子３について説明したが、界磁巻線を用いた交流発電機やその他の回転電機に本発明を適用することができる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、磁気回路を構成する上で貫通穴形成部材として鉄心を用いたが磁気回路の変更や軽量化等で、例えばアルミニウム、チタン、樹脂のような非磁性材を用いた場合も同様の効果が得られる。また、加工性のいい材料とすることで、バランス調整用ねじ穴３２Ｂの加工を容易にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の磁石式交流発電機の部分断面図である。
【図２】本実施形態の磁石式交流発電機の側面図である。
【図３】回転軸の詳細形状を示す図である。
【図４】磁極鉄心の貫通穴の詳細形状を示す図である。
【図５】磁極鉄心に回転軸を組み付けた詳細構造を示す図である。
【図６】回転軸と磁極鉄心との間に形成される受け部を示す図である。
【符号の説明】
１  フレーム
２  固定子
３  回転子
２０  固定子鉄心
２２  固定子巻線
３２  磁極鉄心
３２Ａ  貫通穴
３２Ｂ  バランス調整用ねじ穴
３２Ｃ  大径部
３２Ｄ  小径部
３４  永久磁石
３６  スペーサ
３８  保護ケース
４０  回転軸
４２  インロー部
４４  ローレット加工部
５０  受け部
５２  バランサー用ねじ
【図１】
2004336965.tif 000003
【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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