(57)【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、
嵌合部、および嵌合部の上部に形成された磁石保持部を有し、該嵌合部を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、
上記磁石保持台座は、上記嵌合部の軸方向内方の端面を上記磁石保持部の軸方向内方の端面に対して軸方向外方に変位させて形成された段差部および上記磁石保持部の上面の周方向両側部に突設された位置決め用突起を有し、
上記ボビンは、上記回り止め部を上記回り止め部収納凹部と上記段差部とで構成される空間内に収納させて周方向の移動を規制されて上記回転子に装着され、
上記永久磁石は、矩形の底面を有する四角柱に作製され、該底面を上記磁石保持部の上面に載せて上記位置決め用突起により周方向の移動のみを規制されて配置され、径方向外方から被せられたカバーを該磁石保持台座に固着して、周方向、軸方向、および径方向の移動を規制されて該磁石保持台座に保持されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
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、
嵌合部、および嵌合部の上部に形成された磁石保持部を有し、該嵌合部を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、
上記磁石保持台座は、上記嵌合部の軸方向内方の端面を上記磁石保持部の軸方向内方の端面に対して軸方向外方に変位させて形成された段差部を有し、
上記ボビンは、上記回り止め部を上記回り止め部収納凹部と上記段差部とで構成される空間内に収納させて周方向の移動を規制されて上記回転子に装着され、
上記永久磁石は、矩形の底面を有する四角柱に作製され、該底面を上記磁石保持部の上面に載せて配置され、径方向外方から被せられたカバーを該磁石保持台座に固着して、周方向、軸方向、および径方向の移動を規制されて該磁石保持台座に保持され、
受け面が、上記磁石保持部の軸方向外方の端面の周方向両端部が接するように上記谷部の周方向に相対する壁面に形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
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、
嵌合部、および嵌合部の上部に形成された磁石保持部を有し、該嵌合部を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、
上記磁石保持台座は、上記嵌合部の軸方向内方の端面を上記磁石保持部の軸方向内方の端面に対して軸方向外方に変位させて形成された段差部を有し、
上記ボビンは、上記回り止め部を上記回り止め部収納凹部と上記段差部とで構成される空間内に収納させて周方向の移動を規制されて上記回転子に装着され、
上記永久磁石は、矩形の底面を有する四角柱に作製され、該底面を上記磁石保持部の上面に載せて配置され、径方向外方から被せられたカバーを該磁石保持台座に固着して、周方向、軸方向、および径方向の移動を規制されて該磁石保持台座に保持されて永久磁石アッセンブリを構成し、
上記永久磁石アッセンブリは、上記嵌合部が上記嵌合溝に嵌着された状態で、その周方向中心を通り、上記シャフトの軸心を含む第１平面について面対称に、かつその軸方向中心を通り、上記シャフトの軸心と直交する第２平面について面対称に構成され、上記第１平面内および上記第２平面内において、モーメントが作用しないように構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
上記磁石保持台座は、上記磁石保持部の周方向両側面が上記谷部の周方向に相対する壁面に接するように構成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】
上記カバーは、上記磁石保持部を軸方向に挿通されたリベットにより上記磁石保持台座に固着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】
上記リベットの軸方向内方の頭部が上記カバーと面一になっ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】
上記磁石保持台座は、上記継鉄部の上記嵌合溝の底部の上記回り止め部収納凹部側の縁部をカシメて上記ポールコアに固着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６にいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
上記嵌合部は、その外形形状が軸方向内方から軸方向外方に向って漸次小さくなる先細り形状に形成され、上記嵌合溝は、内形形状が軸方向内方から軸方向外方に向って漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【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部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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８７４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された従来の車両用交流発電機では、永久磁石の保持構造の耐遠心力性を高めるために、永久磁石を磁石ホルダの上面に形成された断面台形の磁石嵌合溝に嵌合させて磁石ホルダに保持させている。そのため、永久磁石の断面形状が例えば台形となり、永久磁石の体積を大きくできないので、永久磁石を配設することによる発電量の増加効果が少なくなってしまう。
また、特許文献１に記載された従来の車両用交流発電機では、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ので、回転子が高速回転され、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り止め部との干渉を回避しつつ、大体積の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、発電量を増加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、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、嵌合部、および嵌合部の上部に形成された磁石保持部を有し、該嵌合部を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、を備えている。そして、上記磁石保持台座は、上記嵌合部の軸方向内方の端面を上記磁石保持部の軸方向内方の端面に対して軸方向外方に変位させて形成された段差部および上記磁石保持部の上面の周方向両側部に突設された位置決め用突起を有し、上記ボビンは、上記回り止め部を上記回り止め部収納凹部と上記段差部とで構成される空間内に収納させて周方向の移動を規制されて上記回転子に装着され、上記永久磁石は、矩形の底面を有する四角柱に作製され、該底面を上記磁石保持部の上面に載せて上記位置決め用突起により周方向の移動のみを規制されて配置され、径方向外方から被せられたカバーを該磁石保持台座に固着して、周方向、軸方向、および径方向の移動を規制されて該磁石保持台座に保持されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、磁石保持台座の嵌合部の軸方向内方の端面を軸方向外方に変位させて段差部を形成し、ボビンの回り止め部を回り止め部収納凹部と段差部とによる空間内に収納させている。そこで、ボビンの回動が阻止され、界磁コイルの口出し線の断線などの発生が抑えられる。また、磁石保持部を界磁コイルに近づけることができ、永久磁石の発生する磁束が永久磁石と爪状磁極部との間を効率よく流れ、発電量の増大が図られる。
また、永久磁石が底面を矩形とする四角柱に作製されているので、永久磁石の体積を増大でき、発電量の増大が図られる。さらに、永久磁石を包み込むように装着されたカバーを磁石保持台座に固着して、永久磁石が磁石保持台座に保持されているので、磁石保持部の上面全体を永久磁石の載置面とすることができ、永久磁石の体積の更なる増大が可能となり、発電量の一層の増大が図られる。
【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要部斜視図である。
【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適用される回転子のポールコアに永久磁石アッセンブリを取り付けた状態を軸方向内方から見た図である。
【図９】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のポールコアに永久磁石アッセンブリを取り付けた状態を軸方向内方から見た図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される磁石保持台座を示す正面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される磁石保持台座を示す側面図である。
【図１２】この発明の実施の形態５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１３】この発明の実施の形態６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１４】この発明の実施の形態７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を軸方向内方から見た図である。
【図１５】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される回転子のポールコアに永久磁石アッセンブリを取り付けた状態を軸方向内方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
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）は正面図を示し、図６の（ｂ）は断面図を示している。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要部斜視図、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適用される回転子のポールコアに永久磁石アッセンブリを取り付けた状態を軸方向内方から見た図である。
【００１２】
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。
【００１３】
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１７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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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２１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。
【００１９】
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。
【００２０】
永久磁石アッセンブリ４０は、図６の（ａ），（ｂ）に示されるように、永久磁石４１と、永久磁石４１を保持する磁石保持台座４２と、永久磁石４１を磁石保持台座４２に固定するカバー４７およびリベット４８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、底面を矩形とする所定高さの四角柱に作製されている。ここで、永久磁石４１の底面の隣り合う２辺のそれぞれに沿った方向を幅方向および長さ方向とする。また、永久磁石アッセンブリ４０が配設された回転子１５においては、永久磁石４１の幅方向、長さ方向、および高さ方向は、回転子１５の周方向、軸方向、および径方向となる。
【００２１】
磁石保持台座４２は、鉄、鉄合金などの磁性材料を用いて鋳造により一体物に作製され、断面等脚台形の磁石保持部４３と、断面優弧の嵌合部４４と、磁石保持部４３の断面等脚台形の短辺（上辺）と嵌合部４４の断面優弧の弦とを連結する連結部４５と、を有する。
断面等脚台形の長辺（下辺）により構成される磁石保持部４３の上面が、磁石載置面４３ａとなる。この磁石載置面４３ａは、永久磁石４１と同等の幅と長さを有する矩形に形成されている。なお、磁石保持部４３の断面等脚台形の長辺が磁石載置面４３ａの幅である。また、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、断面等脚台形の平行でない対辺により構成される側面が谷部３５の周方向に相対する側面に接する形状に作製される。さらに、リベット挿通穴４６が磁石保持部４３の中心位置を長さ方向に貫通するように形成されている。
【００２２】
嵌合部４４は、嵌合溝３７に圧入、固着できる断面形状に形成されている。そして、嵌合部４４と連結部４５は、磁石保持部４３より短い長さに形成され、長さ方向の一側に窪む段差部５１を形成している。
カバー４７は、ステンレスなどの非磁性材料の平板をプレス成形して作製され、磁石保持台座４２の磁石載置面４３ａに載置された永久磁石の上面、長さ方向に対向する両端面、および幅方向に対向する両側面を覆う冠部４７ａ、冠部４７ａから磁石保持部４３の長さ方向に対向する両端面を覆うように延在する鍔部４７ｂ、および鍔部４７ｂにあけられたリベット挿通穴４７ｃを有する。
【００２３】
そして、永久磁石４１が、磁石保持台座４２の磁石載置面４３ａに載置され、カバー４７が、冠部４７ａで永久磁石４１を包み込むように装着される。ついで、リベット４８がリベット挿通穴４７ｃと磁石保持部４３に形成されたリベット挿通穴４６と挿入され、リベット４８の頭部をカシメて、永久磁石アッセンブリ４０が組立てられる。これにより、永久磁石４１は、カバー４７により幅方向、長さ方向、および高さ方向の移動を規制され、かつ磁石載置面４３ａに接して磁気的に接続状態に磁石保持台座４２に保持される。
【００２４】
このように組み立てられた永久磁石アッセンブリ４０は、第１ポールコア体１９の軸方向内方から、嵌合部４４を底面３７ａに当接するまで嵌合溝３７に圧入し、図８に示されるように第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の側面が谷部３５の周方向に相対する側面に接し、周方向の移動が規制され、嵌合部４４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。
また、磁石保持台座４２は、嵌合部４４の外周面が嵌合溝３７の内周面に接して、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、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、回り止め部３１により、永久磁石アッセンブリ４０の軸方向内方への抜けが阻止される。
【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、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（図示せず）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１９，２３は限界設計されているので、界磁コイル１７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する。
【００３０】
ここで、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ので、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。これにより、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量を増加することができる。
また、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配設されているので、永久磁石４１は、回転子１５の最外周面に対して径方向内方に位置している。そこで、固定子スロット高調波は第１および第２爪状磁極部２２，２６の最外周面部に留まり、永久磁石４１を直接誘導加熱するように作用しない。その結果、永久磁石４１が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。
【００３１】
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、嵌合部４４および連結部４５の長さ方向一側（軸方向内方）の端面を磁石保持部４３の長さ方向一側の端面に対して長さ方向他側（軸方向外方）に所定量変位させて、長さ方向一側に窪む段差部５１を形成している。
【００３２】
そこで、磁石保持台座４２の嵌合部４４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と磁石保持台座４２の段差部５１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。
【００３３】
また、磁石保持台座４２に段差部５１を設けているので、磁石保持部４３を回り止め部３１との干渉を回避して軸方向内方に延在でき、永久磁石４１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る。そこで、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て、発電量を増大することができる。
【００３４】
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４４の端面が底面３７ａに当接するまで嵌合部４４を嵌合溝３７に圧入させることにより、磁石保持台座４２の軸方向位置を位置決めできる。さらに、回り止め部３１が嵌合溝３７に嵌合された嵌合部４４の軸方向内方に位置しているので、永久磁石アッセンブリ４０の軸方向内方への抜けが阻止される。
【００３５】
永久磁石４１が底面を矩形とする四角柱に作製されているので、永久磁石４１の体積を大きくでき、発電量を増大することができるとともに、歩留まりが高くなり、製造コストが削減できる。
永久磁石４１を磁石保持台座４２の磁石載置面４３ａに載置し、永久磁石４１を包み込むように装着されたカバー４７を磁石保持台座４２に固着して、永久磁石４１を磁石保持台座４２に保持させているので、楔状の磁石保持溝などの磁石保持構造を磁石保持台座４２の磁石保持部４３に形成する必要がなく、磁石保持台座４２の作製が容易となる。また、磁石保持部４３の上面全体を磁石載置面４３ａとして利用できるので、磁石載置面４３ａを底面とする四角柱に永久磁石４１を作製でき、永久磁石４１の体積が大きくなり、発電量を増大することができる。
【００３６】
リベット４８を用いてカバー４７を磁石保持台座４２に固着しているので、永久磁石アッセンブリ４０の組立性が向上する。
カバー４７がステンレスなどの非磁性材料で作製されているので、永久磁石４１で発生した磁束がカバー４７を介して磁石保持台座４２に戻ることがなく、永久磁石４１で発生した磁束を効率的に利用することができる。
【００３７】
磁石保持台座４２の断面優弧の嵌合部４４を、第１および第２ポールコア体１９，２３の各谷部３５の底部に溝方向を軸方向として形成された断面優弧の嵌合溝３７に嵌合させて、磁石保持台座４２を第１および第２ポールコア体１９，２３に保持させているので、簡易な構造で、高耐遠心力性を有する磁石保持台座４２の保持構造を実現できる。
磁石保持台座４２を第１および第２ポールコア体１９，２３に保持させたときに、磁石保持部４３の幅方向の両側面が第１および第２ポールコア体１９，２３の谷部３５の周方向に相対する壁面に接するようになっているので、磁石保持台座４２の周方向の移動が規制される。そこで、磁石保持台座４２の耐角加速度性が向上し、永久磁石アッセンブリ４０の保持強度が高められ、信頼性が高められる。
【００３８】
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、発電量が少し低下するものの、部品点数を削減でき、低コスト化が図られる。
【００３９】
また、上記実施の形態１では、カバーがリベットにより磁石保持台座に固着されているものとしているが、カバーの磁石保持台座への固着手段はリベットに限定されるものではなく、例えばカバーを磁石保持台座に半田により固着してもよいし、カバーの弾性を利用してカバーを磁石保持台座に弾性的に固着してもよい。
また、上記実施の形態１では、カバーをステンレスなどの非磁性材料で作製するものとしているが、カバーの材料は非磁性材料に限定されるものではなく、例えば鉄などの磁性材料でもよい。
【００４０】
実施の形態２．
図９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のポールコアに永久磁石アッセンブリを取り付けた状態を軸方向内方から見た図である。
【００４１】
この実施の形態２では、図９に示されるように、嵌合部４４を嵌合溝３７に嵌合して磁石保持台座４２を谷部３５に配設した後、第１ポールコア体１９の嵌合溝３７の底部の回り止め部収納凹部３６側の縁部をカシメて、嵌合部４４と嵌合溝３７との嵌合強度を高めている。なお、図示していないが、嵌合部４４を嵌合溝３７に嵌合して磁石保持台座４２を谷部３５に配設した後、第２ポールコア体２３の嵌合溝３７の底部の回り止め部収納凹部３６側の縁部がカシメられている。
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。
【００４２】
この実施の形態２によれば、第１および第２ポールコア体１９，２３の嵌合溝３７の底部の回り止め部収納凹部３６側の縁部に形成されたカシメ部４９により、嵌合部４４と嵌合溝３７との嵌合強度が高められているので、磁石保持台座４２の耐遠心力性が高められ、優れた信頼性が得られる。
【００４３】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機に適用される磁石保持台座を示す正面図である。
【００４４】
図１０において、磁石保持台座４２Ａは、一対の位置決め用突起４３ｂが磁石載置面４３ａの幅方向両端に長さ方向に延在するように突設された磁石保持部４３Ａと、嵌合部４４と、連結部４５と、を備えている。
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。
【００４５】
この実施の形態３によれば、一対の位置決め用突起４３ｂが磁石保持部４３Ａの磁石載置面４３ａの幅方向両端に長さ方向に延在するように突設されているので、永久磁石４１の位置決めが容易となり、永久磁石アッセンブリの組立性が向上する。
【００４６】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される磁石保持台座を示す側面図である。
【００４７】
図１１において、磁石保持台座４２Ｂは、磁石保持部４３と、断面優弧の中心位置は長さ方向の一側から他側に向って一定であり、その半径が長さ方向の一側から他側に向って漸次小さくなるように形成された嵌合部４４Ｂと、連結部４５と、を備えている。また、図示していないが、第１および第２ポールコア体の谷部に形成される嵌合溝は、断面優弧の中心位置は軸方向内方から外方に向って一定であり、その半径が軸方向内方から外方に向って漸次小さくなる溝形状に形成されている。
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。
【００４８】
この実施の形態４によれば、嵌合部４４Ｂの断面優弧の半径が長さ方向の一側から他側に向って漸次小さくなっているので、嵌合部４４Ｂの外形形状が先細り形状となっている。さらに、嵌合溝の断面優弧の半径が軸方向内方から外方に向って漸次小さくなっているので、嵌合溝の内形形状が先細り形状となっている。そこで、嵌合部４４Ｂの嵌合溝への圧入がし易くなり、回転子の組立性が向上する。
【００４９】
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５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１２の（ａ）は正面図を示し、図１２の（ｂ）は断面図を示している。
【００５０】
図１２において、磁石保持台座４２Ｃは、磁石保持部４３と、嵌合部４４Ｃと、連結部４５Ｃと、を備えている。嵌合部４４Ｃおよび連結部４５Ｃは、磁石保持部４３より短い長さに形成され、磁石保持部４３に対して長さ方向の両側に同じだけ窪む段差部５１を形成している。
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。
【００５１】
この実施の形態５では、永久磁石アッセンブリ４０Ｃは、第１および第２ポールコア体１９，２３の谷部３５に配設された際に、シャフト１６の軸心を含み、永久磁石アッセンブリ４０Ｃの幅方向の中心を通る平面について面対称、かつシャフト１６の軸心と直交し、永久磁石アッセンブリ４０Ｃの長さ方向（軸方向）の中心を通る平面について面対称となっている。そこで、遠心力が永久磁石アッセンブリ４０Ｃに作用したときに、シャフト１６の軸心と直交し、永久磁石アッセンブリ４０Ｃの長さ方向（軸方向）の中心を通る平面において、嵌合部４４Ｃの断面優弧の中心周りに永久磁石アッセンブリ４０Ｃを回動させるモーメント、さらにはシャフト１６の軸心を含み、永久磁石アッセンブリ４０Ｃの幅方向の中心を通る平面において、嵌合部４４Ｃの長さ方向の中央位置における断面優弧の中心周りに永久磁石アッセンブリ４０Ｃを回動させるモーメントが発生しにくくなる。その結果、永久磁石アッセンブリ４０Ｃの倒れが抑制される。
【００５２】
実施の形態６．
図１３はこの発明の実施の形態６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１３の（ａ）は正面図を示し、図１３の（ｂ）は断面図を示している。
【００５３】
図１３において、磁石保持台座４２Ｄは、例えば磁性鋼板をプレス成形して得られた薄板を積層して作製されており、磁石保持部４３Ｄと、嵌合部４４と、連結部４５と、を備えている。そして、磁石保持部４３Ｄは、リベット挿通穴４６Ｄの両端の外径がリベット４８の頭部より大径となっている。また、カバー４７Ｄは、鍔部４７ｂのリベット挿通穴４７ｃ周りの部位を窪ませて形成された凹部４７ｄを有する。
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。
【００５４】
この実施の形態６では、永久磁石４１が、磁石保持部４３Ｄの磁石載置面４３ａに載置され、カバー４７Ｄが、冠部４７ａで永久磁石４１を包み込むように装着される。ついで、リベット４８がカバー４７Ｄのリベット挿通穴４７ｃと磁石保持部４３Ｄに形成されたリベット挿通穴４６と挿入され、リベット４８の頭部をカシメて、永久磁石アッセンブリ４０Ｄが組立てられる。このとき、カバー４７Ｄの凹部４７ｄがリベット挿通穴４６Ｄの大径部に入り込み、リベット４８の頭部が凹部４７ｄ内に入り込む。そして、リベット４８の頭部がカバー４７Ｄの鍔部４７ｂの表面と面一となる。
【００５５】
この実施の形態６によれば、リベット４８の頭部がカバー４７Ｄの鍔部４７ｂと面一となっているので、回転子を組み立てた際に、リベット４８とボビン２８との干渉がなくなり、磁石保持部４３Ｄ、すなわち永久磁石４１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る。そこで、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、発電量を増大することができる。
【００５６】
また、磁石保持部４３Ｄ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る。そこで、永久磁石４１の大きさを一定とすれば、嵌合溝の溝長さを短くすることができ、嵌合溝を加工するための型寿命を向上できる。また、嵌合溝の溝長さを一定とすれば、永久磁石４１の体積を増やすことができ、発電量を増大できる。
また、磁石保持台座４２Ｄが薄板を積層して作製されているので、薄板の抜き形状を変えるだけで両端を大径とするリベット挿通穴４６Ｄを形成でき、磁石保持台座を鋳造で作製する場合に比べ、製造コストを削減できる。
【００５７】
実施の形態７．
図１４はこの発明の実施の形態７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を軸方向内方から見た図、図１５はこの発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される回転子のポールコアに永久磁石アッセンブリを取り付けた状態を軸方向内方から見た図である。
【００５８】
図１４において、軸方向に直交する受け面５０が、第１継鉄部２１の谷部３５の周方向に相対する側面に形成されている。また、受け面５０は、図示していないが、第２継鉄部２５の谷部３５の周方向に相対する側面に形成されている。
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。
【００５９】
この実施の形態７では、図１５に示されるように、永久磁石アッセンブリ４０は、第１ポールコア体１９の軸方向内方から、嵌合部４４を底面３７ａに当接するまで嵌合溝３７に圧入し、第１ポールコア体１９の各谷部３５に装着される。また、永久磁石アッセンブリ４０は、第２ポールコア体２３の各谷部３５にも同様に装着される。このとき、嵌合部４４は底面３７ａに接し、磁石保持部４３の長さ方向他側の端面の幅方向両端部が受け面５０に接している。
【００６０】
この実施の形態７によれば、嵌合部４４は底面３７ａに接し、磁石保持部４３の長さ方向他側の端面の幅方向両端部が受け面５０に接しているので、永久磁石アッセンブリ４０の軸方向外方への移動を確実に阻止できる。さらに、シャフト１６の軸心を含み、永久磁石アッセンブリ４０の幅方向の中心を通る平面において、嵌合部４４の長さ方向の中央位置における断面優弧の中心周りに永久磁石アッセンブリ４０を回動させるモーメントが受け面５０に受けられ、永久磁石アッセンブリ４０の倒れが阻止される。
【００６１】
なお、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、２０  第１ボス部、２１  第１継鉄部、２２  第１爪状磁極部、２４  第２ボス部、２５  第２継鉄部、２６  第２爪状磁極部、２８  ボビン、３０  フランジ部、３１  回り止め部、３５  谷部、３６  回り止め部収納凹部、３７  嵌合溝、３７ａ  底面、４１  永久磁石、４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ  磁石保持台座、４３，４３Ａ，４３Ｄ  磁石保持部、４３ａ  磁石載置面、４４，４４Ｂ，４４Ｃ  嵌合部、４７，４７Ｄ  カバー、４８  リベット、５０  受け面、５１  段差部。
【図１】
0005328826.tif 000002
【図２】
0005328826.tif 000003
【図３】
0005328826.tif 000004
【図４】
0005328826.tif 000005
【図５】
0005328826.tif 000006
【図６】
0005328826.tif 000007
【図７】
0005328826.tif 000008
【図８】
0005328826.tif 000009
【図９】
0005328826.tif 000010
【図１０】
0005328826.tif 000011
【図１１】
0005328826.tif 000012
【図１２】
0005328826.tif 000013
【図１３】
0005328826.tif 000014
【図１４】
0005328826.tif 000015
【図１５】
0005328826.tif 000016