(57)【要約】【課題】爪状磁極の内径面からの磁束の漏洩を軽減させ、出力を向上させるとともに、爪状磁極の変形及び振動を低減する。【解決手段】磁束を発生するロータコイル１５と、このロータコイル１５を覆って設けられ、交互に噛み合うように突出される爪状磁極２１，２２をそれぞれ有する第１のポールコア体１９及び第２のポールコア体２０から構成されたポールコアと、爪状磁極２１，２２の内径面側からの磁束の漏洩を低減する磁石３１と、この磁石３１を爪状磁極２１，２２に支持する磁石保持部材３２からなる磁石アセンブリ３３を備えるようにする。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有する回転電機の回転子において、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を上記爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを上記爪状磁極の内径面に配置したことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
上記磁石アセンブリの重心が上記爪状磁極の中央部より根元部側にくるように上記磁石アセンブリを形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
上記磁石アセンブリ全体が上記爪状磁極の根元部側に装着されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
上記磁石保持部材が上記爪状磁極の根元部まで延長されて上記爪状磁極に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
上記爪状磁極の内径側に上記磁石の軸方向移動を防止するための係止部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
上記磁石保持部材の端部と上記爪状磁極とを接合することにより、上記磁石の軸方向移動を防止したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
上記磁石保持部材がポール背面部まで延長されて上記爪状磁極に取り付けられるとともに、上記磁石保持部材同士が上記ポール背面部で接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
上記爪状磁極の内径側に上記磁石アセンブリを押し付けて固定するためのリングを設けたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流発電機あるいは電動機等の回転電機の回転子構造に関するものであり、特に爪状磁極の内径面側からの磁束漏洩を防止する磁石、およびこの磁石の取り付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転子構造において、隣り合う爪状磁極の間には、その対向する側面同士で、磁束の漏洩を減少する向きに着磁された直方体形状の磁石が固着されており、この磁石は遠心力を軽減するための保持具を用いて取り付けられている。
このように、ロータコアの爪状磁極に磁束漏洩防止用の磁石を取り付けると、爪状磁極の重量が増加するために、ロータの回転による遠心力や、発電時のステータとの磁気吸引力によって、各爪状磁極は、その先端部がロータコイル及びステータ方向に往復する如く、それぞれ扇動する。
【０００３】
これにより、爪状磁極間の磁石に荷重が加わって、磁石に歪みが生じたり、あるいは磁石が破損することがあり得る。
これらの対策として、爪状磁極毎に、爪状磁極の内周面及び側面側を覆う如く構成して、磁石を固着したものがある。
ここで、互いに隣り合う磁石同士は、磁石間隙間を設けている。
これによって、爪状磁極と磁石とがそれぞれ扇動するので、磁石に荷重が加わらずに、磁石の破損を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、爪状磁極同士の漏洩磁束を低減するように着磁されたフェライト磁石が、各爪状磁極の両側面に２個ずつ配置されるものもある。
この磁石は、ロータの回転時に上記磁石に加わる遠心力を、自身の変形により吸収する磁石保持部材によって、外周側が互いに広がるように傾斜する如く、爪状磁極に支持されていることで、遠心力に対して強い構造としている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１‐１３６９１３号公報（第３，４頁）
【特許文献２】
特開２００１‐８６７１５公報（第６頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般の回転電機の回転子で出力を向上させるためには、ロータとステータのエアギャップを小さくする方法と、磁極からの磁束漏洩を無くす方法が考えられる。
磁極からの磁束漏洩防止手段として最も簡単な方法は、漏洩部つまり爪状磁極の磁極間や内径面に永久磁石を取り付けることである。
そして、永久磁石を固定するためには、磁石保持部材が必要であるが、爪状磁極間に磁石を取り付ける場合には、磁石にそのものに遠心力が掛かり、磁石が外れないようにするために、磁石保持部材も遠心力に耐えられるようにする必要がある。
【０００７】
また、上記の従来技術では、特別な形状をとることで遠心力に強い構造としている。
しかしこの場合、磁石保持部材自体も重くなり、爪状磁極全体として重量が増加してしまい、この結果爪状磁極の変形が大きくなるという問題点があった。
又、爪状磁極がステータと接触すると、回転電機が破壊してしまうため、これを防止するためにエアギャップを大きく取る必要が生じるというような問題点もあった。
【０００８】
そこで、回転電機の簡易な出力向上の方法として、爪状磁極の内径面側からの磁束漏洩を防止するために内径面に磁石を取り付ける方法が考えられる。
この方法は磁石の回転加速度による力を受けるが、遠心力は爪状磁極が受け止めるために、固定のための磁石保持部材は、磁石を爪状磁極間に固定するための保持部材よりも簡易なものでよく、しかも軽量化できる。
したがって、磁石を取り付けることによる爪状磁極の重量の増加が軽減でき、結果的にエアギャップを小さくできる。
【０００９】
また、爪状磁極の内径面に磁石を取り付けることで、円周方向の固定は爪状磁極によりなされるが、これと並行して軸方向に対して位置規制部を設けることで、磁石の軸方向のずれを無くすと同時に、組み立て性の向上を図ることができる。
本発明では、磁石を爪状磁極の内径側に取り付けるとともに、その取り付け構造を工夫することにより、更なる遠心力による変形の低減や軸方向への移動の防止を図ることを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転電機の回転子は、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有するものであって、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを爪状磁極の内径面に配置したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施形態による交流発電機あるいは電動機等の回転電機全体を示す側面断面図である。
図において、この回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３内に設けられ、一端部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランドル型のロータ７と、このロータ７の両端面に固定されたファン５と、ケース３内の内壁面に固定されたステータ８と、シャフト６の他端部に固定され、ロータ７に電流を供給するスリップリング９と、このスリップリング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に接続され、ステータ８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１３と、このヒートシンク１３に接着され、ステータ８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１４とを備えている。
【００１２】
ロータ７は、電流を流して磁束を発生する円筒状のロータコイル１５と、このロータコイル１５を覆って設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１６とを備えている。
ステータ８は、ステータコア１７と、このステータコア１７に巻回され、ロータ７の回転に伴ってロータコイル１５からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１８とを備えている。
ポールコア１６は、一対の交互に噛み合った第１のポールコア体１９及び第２のポールコア体２０から構成されている。
【００１３】
ポールコア体１９及びポールコア体２０は、通常鉄製であり、ロータコイル１５が巻装される円筒部１９ａ，２０ａと、この円筒部１９ａ，２０ａが突設された円盤状の根元部１９ｂ，２０ｂより成る。
根元部１９ｂ，２０ｂの外縁には、ロータコイル１５の外周とステータ８の内周との間の位置に、相互に噛み合う爪状磁極２１，２２をそれぞれ複数有している。
【００１４】
爪状磁極２１，２２は、根元部１９ｂ，２０ｂ側の厚み及び幅が大きく、先端側にいくに従って厚み及び幅が細くなる形状である。
爪状磁極２１，２２の内周面は、先端にいくにつれ厚みが薄くなり、外周面は、ステータ８の内周面に沿った弧状である。
爪状磁極２１，２２は、ロータ７の周方向に対して台形状の２つの側面を有する。
【００１５】
各爪状磁極２１，２２は、その先端を向かい合わせて交互に噛み合わせられるので、爪状磁極２１，２２の内周面の傾斜が周方向に互い違いで並ぶことになる。
また、爪状磁極２１，２２の側面は、根元側から先端側にいくにつれて先端側が細くなるように爪状磁極２１，２２の中心側に傾いている。
【００１６】
次に動作について説明する。
図示しないバッテリから、ブラシ１０，スリップリング９を通じてロータコイル１５に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア体１９の爪状磁極２１にはＮ極が着磁され、第２のポールコア体２０の爪状磁極２２にはＳ極が着磁される。
【００１７】
一方、エンジンの回転力によってプーリ４が回転され、シャフト６によってロータ７が回転するため、ステータコイル１８には起電力が生じる。
この交流の起電力は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１４によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
逆に、それぞれの交流端子に電圧をかけることにより、モ一タとしての役割をすることもできる。
【００１８】
図２はロータ部分を示す斜視図、図３は図２のＡ方向から見た正面図、図４は爪状磁極１個部分を示す斜視図、図５は同じく軸方向断面図である。
図に示すように、各爪状磁極２１，２２の内径面側からの漏洩磁束を低減するために着磁されたネオジウム磁石３１が、各爪状磁極２１の内径面に１個ずつ配置されるとともに、各爪状磁極２２の内径面にも１個ずつ配置される。
この磁石３１は、磁石保持部材３２によって保持されており、これら磁石３１及び磁石保持部材３２によって、磁石アセンブリ３３を構成している。
【００１９】
この磁石保持部材３２は厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）のプレートを折り曲げることにより形成するので容易に製作できる。
この磁石３１の形状は、爪状磁極２１，２２の内径面２３ａ，２４ａと同様、台形板状に形成されており、磁石保持部材３２は爪状磁極２１，２２の両側面で固定されるようになっている。
又、磁石アセンブリ３３を爪状磁極２１，２２に固定するために、接着剤等が使用される。
即ち、爪状磁極２１，２２の両側面と磁石保持部材３２の内側側面の間に接着剤等を塗布し両者を結合させる。
なお、爪状磁極２１，２２と磁石保持部材３２の両者が金属である場合、これらを溶接によって固定しても良い。
【００２０】
以上のように、磁石３１を取り付けることにより、爪状磁極２１，２２の内径面からの磁束の漏洩を軽減することができ、出力向上を図ることができる。
またこの磁石３１にかかる遠心力は、直接爪状磁極２１，２２の内側に掛かるために、磁石保持部材３２によって、磁石３１にかかる遠心力を受ける必要がない。
このため、従来例よりも磁石保持部材３２を頑丈に製作する必要はなく、磁石保持部材３２の側面部を削る等により、軽量化を図ることができる。
【００２１】
これにより、相対的に爪状磁極２１，２２にかかる重量を軽減でき、遠心力による変形を小さく抑えることが可能になる。
この結果、ロータ７とステータ８間のエアギャップを小さくすることが可能となり、回転電機の出力の向上を図ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による回転電機の爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。
本実施形態においては、実施の形態１と比べてネオジウム磁石３１の軸方向の形状も台形形状等に製作するものである。
即ち、磁石アセンブリ３３の重心が、剛性の高い爪状磁極２１，２２の中央部より根元部１９ｂ，２０ｂ側に位置するような形状にすることにより、変動の大きい爪状磁極２１，２２の先端の重量が軽減するように構成するものである。
【００２３】
この状態でロータ７を回転させた場合、変動の大きい爪状磁極２１，２２の先端部にかかる遠心力が、従来例に比べて軽減することとなり、変動の小さい根元部に遠心力がより多くかかるようになる。
したがって、爪状磁極２１，２２は根元部を支点とする片持ち支持となるために、先端部にかかる遠心力が軽減されることで、先端部の変動が抑制されることとなり、ロータ７とステータ８間のエアギャップを小さくすることが可能になる。
これにより回転電機の出力の向上を図ることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による回転電機の爪状磁極部分を示す斜視図である。
上記実施の形態２においては、磁石アセンブリ３２の形状が爪状磁極２１，２２の側面全体を覆うように形成されており、爪状磁極２１，２２の重心が根元側に位置するような形状をとっていたが、本実施形態においては、図７に示すように、磁石アセンブリ３２の重心のみならず、磁石アセンブリ３２自体を爪状磁極２１，２２の根元方向に縮小されるように形成するものである。
即ち、磁石アセンブリ３２全体が根元部１９ｂ，２０ｂ側に位置するように構成するものである。
【００２５】
以上のように構成することにより、爪状磁極２１，２２にかかる遠心力は、根元部１９ｂ，２０ｂ側のみ増加するため、爪状磁極２１，２２の先端において、磁石３１の遠心力がかからなくなるため、爪状磁極２１，２２の変動が少なくなり、上記実施の形態２の場合よりも更にエアギャップを小さくでき、出力を向上させることができる。
【００２６】
以上のように本実施形態によれば、磁石アセンブリ３２の重心だけでなく、外形そのものが爪状磁極２１，２２の根元部１９ｂ，２０ｂ側に位置することにより、爪状磁極２１，２２にかかる遠心力が、磁極で最も剛性の高い根元部１９ｂ，２０ｂ側のみ増加するようになる。
これにより、爪状磁極２１，２２の先端部において、遠心力の影響が軽減され、変動が少なくなり、上記実施の形態２の場合よりも更にロータ７とステータ８間のエアギャップを小さくでき、出力を向上させることができる。
【００２７】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による回転電機の爪状磁極部分を示す斜視図である。
図に示すように、爪状磁極２１の両側面に沿って根元部１９ｂ側面まで磁石保持部材３２を延長する。
そして、この延長部分を爪状磁極２１に接着剤等を用いて接着したり、あるいは溶接することにより、固定する。
この結果、固定部分の面積が増加し上記実施形態の場合よりも強固に固定され、さらにロータ周方向の回動を抑制することができる。
【００２８】
図９は別の形態による爪状磁極部分を示す斜視図であり、爪状磁極２１に磁石アセンブリ３３を固定するために、可能な限り大きな面積で爪状磁極２１と磁石アセンブリ３３を接合することにより、軸方向の移動を防止できる。
また、爪状磁極２１自体を加工しないため、磁気回路の設計が容易になる。
【００２９】
実施の形態５．
本実施形態においては、爪状磁極２１，２２に磁石アセンブリ３３を爪状磁極２１，２２の軸方向に固定するための係止部を設けたものである。これにより、磁石３１の軸方向の移動を容易に防止でき、さらにロータ７の組み立て時の磁石３１の位置を決定し易くなり、組み立て性が向上する。
そして、磁石３１を軸方向に移動させないための保持機構を備えることで、回転電機の振動による磁石３１の離脱を防ぎ易くなる。
【００３０】
図１０はこの発明の実施の形態５による回転電機の爪状磁極部分を示す軸方向断面図であり、爪状磁極２１の内径側の一部に突部３４を設けることにより、磁束漏洩防止用の磁石３１の軸方向の移動を防止する係止部を設定したものである。これにより、磁石３１のロータ軸方向の離脱を防げるだけでなく、組み立て時の位置決めのガイドとして利用することもでき、組み立て性の向上につながる。
【００３１】
図１１は別の形態による爪状磁極部分を示す軸方向断面図であり、磁石３１の軸方向の固定をするために磁石保持部材３２の一部を延長して、この延長部３２ａの端部と爪状磁極２１とを溶接又は接着剤等で接合したものである。
これにより、磁石アセンブリ３３と爪状磁極２１がより強固に固定され、磁石３１の軸方向の移動を防止できる。
また図１１の形態によれば、爪状磁極２１，２２に対して加工を加える必要がないため、磁気回路の設計に際し、従来のものをそのまま応用できる利点がある。
【００３２】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による回転電機の爪状磁極部分を示す斜視図である。図において、さらに磁石保持部材３２を延長し、爪状磁極２１，２２の根元部１９ｂまで延長して、磁石保持部材３２を曲げて爪状磁極２１に固定するものである。
このように、ポール背面部で両側の磁石保持部材３２を折り曲げて接合し、爪状磁極２１を囲い込むように構成する。
これにより、強固に固定されるとともに、軸方向に固定面を持ってくることができるため、磁石アセンブリ３３の軸方向の移動も防止することができる。
【００３３】
さらに、爪状磁極２１，２２と磁石アセンブリ３３の固定部が軸面に出てくるために、組み付け時のポールコア１９，２０への固定の際、磁石保持部材３２の弾性変形を利用することができるため、組立工作性が向上する。
このように本実施形態によれば、磁石保持部材３２がポール背面部まで延長されて爪状磁極２１，２２に取り付けられるとともに、磁石保持部材３２同士がポール背面部で接合されるようにしたものである。
以上のように構成することにより、磁石３１の軸方向の移動を爪状磁極２１，２２の根元部１９ｂ，２０ｂで支えることができるため、より強固に固定できるとともに、端面に固定面を持ってくることができるため、固定のための接合が容易となる。
【００３４】
実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７によるロータ部分を示す正面図、図１４は爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。図において、爪状磁極２１，２２の内径側に、磁石アセンブリ３３を押し付け固定し、更には爪状磁極２１，２２自体を支持するための円筒形状のリング３５を取り付けたものである。
これにより、爪状磁極２１，２２に磁石アセンブリ３３を押し付けることができ、強固に磁石アセンブリ３３を固定できる。
尚、リング３５としては、円筒形状のもの以外でも、爪状磁極２１，２２の外形に沿った形状のものであってもよい。
【００３５】
更に上記各実施形態１〜７では、界磁コイルは回転子内に内含され、爪状磁極とともに回転し、ブラシを介して界磁電流を界磁コイルに供給するタイプのものについて示したが、界磁コイルをブラケットに固定し、エアギャップより回転界磁を供給するブラシを有さないタイプの発電機にも上記構成は適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る回転電機の回転子によれば、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有するものであって、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを爪状磁極の内径面に配置したので、爪状磁極の内径面からの磁束の漏洩を軽減させ、出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機を示す側面断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による回転電機のロータ部分を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ方向から見た正面図である。
【図４】爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図５】爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４による爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態４による爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態５による爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態６による爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態７によるロータ部分を示す正面図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による爪状磁極部分を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
１５  ロータコイル、１９  第１のポールコア体、２０  第２のポールコア体、２１，２２  爪状磁極、３１  磁石、３２  磁石保持部材、３３  磁石アセンブリ、３５  リング。
【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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