(57)【要約】【課題】簡便な工程で磁石を着磁することができる回転電機の回転子の製造方法を提供すること。【解決手段】励磁コイル２１を巻回した鉄心部と、鉄心部の両端から径方向に延伸された一対のディスク部と、ディスク部の間に形成されるとともに回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する爪状磁極部と、隣接する２つの爪状磁極部の間であって爪状磁極部の周方向片側に配置された磁石２９とを備える回転電機の回転子の製造方法であって、磁石２９を爪状磁極部の間に組み付ける磁石組付工程よりも後に、鉄心部を通るとともに磁石の特性を変化させ得る着磁電流を流す着磁工程を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルを巻回した鉄心部と、前記鉄心部の両端から径方向に延伸された一対のディスク部と、前記ディスク部の間に形成されるとともに回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する爪状磁極部と、隣接する２つの前記爪状磁極部の間であって前記爪状磁極部の周方向片側に配置された磁石とを備える回転電機の回転子の製造方法において、
前記磁石を前記爪状磁極部の間に組み付ける磁石組付工程よりも後に、前記鉄心部を通るとともに前記磁石の特性を変化させ得る着磁電流を流す着磁工程を備えたことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記回転子は、前記ディスク部に溶接されたファンを備え、
前記ファンの溶接に必要な溶接電流を前記着磁工程における着磁電流として用いることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記着磁電流は、最大電流が流れる向きが前記磁石の配置に対応した一定方向であることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記着磁電流は、直流電流であることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記着磁電流は、２ＫＡ以上２００ＫＡ以下であることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記着磁電流は、前記爪状磁極部の間に配置された前記磁石の極性が、この磁石と対向する前記爪状磁極部と同じ極性になる向きに流されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の内燃機関により駆動される車両用交流発電機等の回転電機の回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機は、一般的に先端部分に複数のＮ極およびＳ極を持つ爪部を形成した一対の対向配置された爪形磁極と、この爪形磁極の内部に巻かれて爪形磁極に磁化力を発生させる励磁巻線とを含んで構成されている回転子を有している。また、車両用交流発電機は、この回転子とは一定のギャップを隔てて配置された固定子磁極を有している。
【０００３】
Ｎ極の爪形磁極の爪部から出た磁束は、固定子磁極を通り、Ｓ極の爪形磁極の爪部に戻る磁気回路を形成する。固定子磁極には固定子巻線が巻かれており、磁気回路の磁束が固定子巻線を差交することで、固定子巻線に誘導起電力が発生し、交流発電機として動作する。
【０００４】
以上のような構成においては、固定子巻線を差交する磁束が有効磁束として発電電圧に影響する。しかし、爪形磁極の爪部から出た磁束の一部は、固定子磁極に入らずに爪形磁極間で漏洩するため、発電効率を低下させる原因となっている。そこで、従来から、爪形磁極間に永久磁石を配置して漏洩磁束を低減し、発電効率を向上させるようにした車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【特許文献１】特開平７−３１２８５４号公報（第４−７頁、図１−１７）
【特許文献２】特許第３３４０２５９号公報（第４−７頁、図１−１６）
【特許文献３】特開平１１−９８７８７号公報（第３−７頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１〜３に開示されたような磁石つき回転子では、回転子を製造する工程の途中で切粉など磁性材の異物が発生すると、これが回転子に付着してしまい、その除去が容易でない。このため、加工の最終工程において磁石を着磁することで、回転子への異物付着を防止する方法が以前から知られていた。ところが、外部から着磁磁界を加えた場合、着磁磁束は、励磁コイルを巻回した鉄心部を通ってしまい、磁石に磁界がかかりにくい構造となっている。したがって、非常に強い磁界を外部から加える必要があり、そのためには大きな通電電流と、それに耐える着磁コイルを配置する必要があり、電源も含めて非常に大きな設備が必要であって、工程が複雑化するという問題があった。
【０００６】
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、簡便な工程で磁石を着磁することができる回転電機の回転子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の製造方法は、励磁コイルを巻回した鉄心部と、鉄心部の両端から径方向に延伸された一対のディスク部と、ディスク部の間に形成されるとともに回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する爪状磁極部と、隣接する２つの爪状磁極部の間であって爪状磁極部の周方向片側に配置された磁石とを備える回転電機の回転子の製造方法であって、磁石を爪状磁極部の間に組み付ける磁石組付工程よりも後に、鉄心部を通るとともに磁石の特性を変化させ得る着磁電流を流す着磁工程を備えている。これにより、個々の磁石近傍に着磁コイルを配置して複雑かつ全体で大きな磁界発生のための着磁装置を用いることなく、鉄心部に軸方向に着磁電流を流して磁界を形成するだけで磁石を着磁することができ、工程を簡便化することができる。また、最終段階で着磁することができるので、切削や移送時の金属切粉などの付着を防止することができる。
【０００８】
また、上述した回転子は、ディスク部に溶接されたファンを備え、ファンの溶接に必要な溶接電流を着磁工程における着磁電流として用いることが望ましい。励磁コイルと磁石を併用する回転子ではその発熱による温度上昇を解消するために冷却用のファンを備える構造が知られており、構造簡素化のため、鉄板を抵抗溶接する構成も知られている。このような構成では、ファン溶接電流を適切な値に設定するとともにその電流に適した溶接形状、溶接条件を設定することで、溶接電流が着磁工程における着磁電流を兼ねることが可能となる。したがって、溶接工程とは別に着磁工程を設けることなく磁石を着磁することができ、工程をさらに簡便化することができる。
【０００９】
また、上述した着磁電流は、最大電流が流れる向きが磁石の配置に対応した一定方向であることが望ましい。これにより、最大電流方向と磁石の配置の方向に対応した一定方向に常に着磁されるため、励磁コイルの励磁電流を一定方向に形成すればよく、回転子の製造が容易となる。
【００１０】
また、上述した着磁電流は、直流電流であることが望ましい。これにより、電流方向の誤りによる着磁方向の誤りを防止することができる。
【００１１】
また、上述した着磁電流は、２ＫＡ以上２００ＫＡ以下であることが望ましい。これにより、磁石を確実に着磁することができる。
【００１２】
また、上述した着磁電流は、爪状磁極部の間に配置された磁石の極性が、この磁石と対向する爪状磁極部と同じ極性になる向きに流されることが望ましい。これにより、工程を簡便化しつつ、磁石配置の目的である爪状磁極部間の磁束漏れを防止して出力向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用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、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フロント側ハウジング４、リヤ側ハウジング５、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８、プーリ９等を含んで構成されている。
【００１４】
回転子２は、回転方向に沿って交互にＮＳ磁極を形成する軸方向に折り曲げられた複数の爪状磁極を有する一対のポールコア２２、２３と、これら一対のポールコア２２、２３の間に配置された磁石２９と、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した励磁コイル２１と、回転軸２４とを有する。また、フロント側（プーリ９側）のポールコア２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式又は軸流式と遠心式を混合した冷却ファン２５が溶接（例えばプロジェクション溶接）によって取り付け固定されている。同様に、リヤ側のポールコア２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心式の冷却ファン２６が溶接等によって取り付け固定されている。磁石２９の具体的な配置や回転子２の製造方法については後述する。
【００１５】
回転軸２４のリヤ側には励磁コイル２１の両端に電気的に接続されたスリップリング２７、２８が形成されており、ブラシ装置６内のブラシ６１、６２をスリップリング２７、２８のそれぞれに押し当てた状態で組み付けることにより、整流装置７から励磁コイル２１に対して励磁電流が流れるようになっている。
【００１６】
固定子３は、回転子２に対して対向配置された固定子鉄心３１に形成された複数個のスロットに、三相の固定子巻線３２が所定間隔で巻装されている。整流装置７は、固定子３の三相の固定子巻線３２の出力電圧である三相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、所定の間隔で固定される正極側放熱板および負極側放熱板と、それぞれの放熱板に半田付け等によって取り付けられた複数個の整流素子とを含んで構成されている。
【００１７】
フロント側ハウジング４およびリヤ側ハウジング５は、上述した回転子２および固定子３を収納しており、回転子２が回転軸２４を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子２のポールコア２２、２３の外側に所定の隙間を介して配置された固定子３が固定されている。この固定子３の固定は、回転子２の回転方向に沿って等間隔に設けられた４箇所の支持部４２０にボルト３４を通して締め付けることにより行われる。
【００１８】
電圧調整器８は、励磁コイル２１に流す励磁電流を制御することにより車両用交流発電機１の出力電圧を調整するためのものであり、電気負荷と発電量とに応じて変化する出力電圧をほぼ一定に維持する。プーリ９は、エンジン（図示せず）の回転を車両用交流発電機１内の回転子２に伝えるためのものであり、回転軸２４の一方端（スリップリング２７等と反対側）にナット９１によって締め付け固定されている。また、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８を覆うように、これらを保護するリヤカバー９２が取り付けられている。
【００１９】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ９にエンジンからの回転が伝えられると回転子２が所定方向に回転する。このとき、励磁コイル２１に励磁電圧を印加することによりポールコア２２、２３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線３２に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置７の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
【００２０】
また、上述した回転子２の回転に伴って、一方のポールコア２２の端面に取り付けられた冷却ファン２５が回転するため、プーリ９側に設けられたフロント側ハウジング４の吸入口４４０を介して冷却風が車両用交流発電機１の内部に吸入され、この冷却風の軸方向成分によって励磁コイル２１が冷却されるとともに、径方向成分によって固定子巻線３２の前方のコイルエンドが冷却される。この冷却風はその後フロント側ハウジング４の吐出口４５０から排出される。
【００２１】
同様に、上述した回転子２の回転に伴って、他方のポールコア２３の端面に取り付けられた冷却ファン２６も回転するため、リヤカバー９２の吸入口を介して吸入された冷却風が、整流装置７あるいは電圧調整器８を冷却した後に、リヤ側ハウジング５の吸入口５４０を介して冷却ファン２６まで導かれ、この冷却風が径方向に排出されて、固定子巻線３２の後方のコイルエンドが冷却される。この冷却風はその後リア側ハウジング５の吐出口（図示せず）から排出される。
【００２２】
次に、回転子２に備わった磁石２９の詳細について説明する。図２は、回転子２の部分断面図であり、磁石２９の取り付け状態が示されている。また、図３は回転子２の部分的な横断面図である。図４は、回転子２の組み付け後の斜視図である。
【００２３】
本実施形態の回転子２に含まれる一方のポールコアは、励磁コイル２１が巻回された円柱形状の鉄心部２２Ａと、鉄心部２２Ａの軸方向端部から径方向に延伸するディスク部２２Ｂと、ディスク部２２Ｂから軸方向に延伸して他方のポールコア２３との間で交互にＮＳ磁極を形成する爪状磁極部２２Ｃとを有している。他方のポールコア２３についても同様であり、鉄心部２３Ａ、ディスク部２３Ｂ、爪状磁極部２３Ｃが含まれている。磁石２９は、隣接する２つの爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃの間であって、これらの爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃの片側に一つおきに配置されている（図４参照）。これら２つのポールコア２２、２３の各部と励磁コイル２１とによって回転子２側の磁気回路部が形成されている。
【００２４】
磁石２９は、爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃ間の磁束漏洩を阻害する方向、すなわち、励磁コイル２１によって発生して磁気回路部内を流れる磁束の向きと並列に、ＮＳ極が並ぶように配置されている。また、磁石２９の外周には非磁性材（例えばステンレス板）からなる磁石保護部材２９Ａが装着されている。この磁石保護部材２９Ａは、図２に示すように、軸方向に沿った両端部において径方向内側に磁石２９を内包するように延伸しており、その先端が励磁コイル２１の巻回あるいは保護を目的として設けられた保護部材（ボビン等）やポールコア２２、２３のディスク部２２Ｂ、２３Ｂの一部に弾性変形を伴って係止するようになっている。これにより、磁石２９を保護するとともに軸方向の位置決めを行うことが可能となる。磁石２９の径方向（遠心力が作用する向き）への移動は、ポールコア２２、２３の爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃを外径側を幅広に形成することで防止している。さらに、磁石保護部材２９Ａの磁石２９側の面（内周面）には樹脂塗装が施されており、傷がつきにくい工夫がなされている。
【００２５】
図５は、回転子２の製造工程を示す図である。回転子２の製造は以下の手順で行われる。まず、ポールコア２２、２３と励磁コイル２１が組み付けられる（ステップＳ１）。これらの組み付けは、ポールコア２２、２３と励磁コイル２１とを組み合わせた状態で、ポールコア２２、２３の鉄心部２２Ａ、２３Ａの貫通孔に回転軸２４を圧入することにより行われる。
【００２６】
次に、磁石２９をポールコア２２、２３の爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃの間に挿入することにより磁石２９の組付けが行われる（ステップＳ２）。その後、冷却ファン２５、２６の溶接と、励磁コイル２１の両端のスリップリング２７、２８への接合とが行われる（ステップＳ３）。
【００２７】
次に、励磁コイル２１の固定や保護を目的として励磁コイル２１の含浸処理が行われる（ステップＳ４）。また、ポールコア２２、２３やスリップリング２７、２８等の外径切削が行われ（ステップＳ５）、切削によって生じた切粉が除去される（ステップＳ６）。その後、回転のバランス修正（ステップＳ７）、回転子２の検査（ステップＳ８）が行われた後、回転子２が回収される（ステップＳ９）。
【００２８】
本実施形態では、その後、磁石２９の着磁工程が実施される（ステップＳ１０）。この着磁工程は、図４に示すように、一方のポールコア２３側から他方のポールコア２２側に磁石２９の特性を変化させ得る着磁電流を通電することにより行われる。矢印Ａで示される着磁電流は、主にポールコア２２、２３の鉄心部２２Ａ、２３Ａを通して流れる。この着磁電流の通電によって通電方向の周囲に沿って時計回り方向（矢印Ｍ）に磁界が発生するため、この磁界によって磁石２９が一方向に着磁される。この着磁を確実に行うためには、例えば、２ＫＡ以上２００ＫＡ以下の範囲の着磁電流を流すことが望ましい。また、磁石２９は励磁コイル２１に通電することによって発生する励磁磁界に対応する方向に着磁する必要がある。そのためには、２つの方向がある。その１つは、励磁コイル２１の巻き方向と、スリップリング２７、２８との結線の方向と、着磁電流方向とを一意に決める方法である。この場合スリップリング２７、２８の引き出し部と、励磁コイル２１の引き出し部とをそれぞれ正しい組合せで結線しなければならない。したがって、形状、色、長さなどによって区別する必要がある。区別するために、形状、色、長さなど部品を形成する手間が必要であるが、着磁電流は一定方向に流せばよい。もう１つは、任意に結線後、磁束計などで結線方向を検出する工程と、それに対応して着磁方向を変更する工程とを設ける方法である。磁石２９の磁極の向きが反対になる場合には、ポールコア２２からポールコア２３に向かって着磁電流を流してやればよい。検出する手段が必要であるが、部品を区別して形成する必要はない。
【００２９】
このように、本実施形態の回転子２の製造方法では、個々の磁石２９の近傍に着磁コイルを配置して複雑かつ全体で大きな磁界発生のための着磁装置を用いることなく、鉄心部２２Ａ、２３Ａに軸方向に着磁電流を流して磁界を形成するだけで磁石２９を着磁することができ、工程を簡便化することができる。また、最終段階で着磁することができるので、切削や移送時の金属切粉などの付着を防止することができる。
【００３０】
また、着磁電流は、最大電流が流れる向きが磁石２９の配置に対応した一定方向に設定されているため、最大電流方向と磁石２９の配置の方向に対応した一定方向に常に着磁される。このため、励磁コイル２１の励磁電流を一定方向に形成すればよく、回転子２の製造が容易となる。しかも、着磁電流は直流であり、これにより、電流方向の誤りによる着磁方向の誤りを防止することができる。着磁電流を２ＫＡ以上２００ＫＡ以下の範囲とすることにより、磁石２９を確実に着磁することができる。
【００３１】
また、着磁電流は、爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃの間に配置された磁石２９の極性が、この磁石２９と対向する爪状磁極部２２Ｃ、２３Ｃと同じ極性になる向きに流される。すなわち、図３に示すように、磁石２９のＮ極と爪状磁極部のＮ極とが対向し、磁石２９のＳ極と爪状磁極部のＳ極とが対向するように磁石２９が着磁される向きに着磁電流の向きが設定されている。これにより、工程を簡便化しつつ、磁石配置の目的である爪状磁極部間の磁束漏れを防止して出力向上を実現することができる。
【００３２】
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２９の着磁のみを目的に着磁工程（図５のステップＳ１０）を設けたが、本実施形態の回転子２のようにポールコア２２、２３の軸方向端面に冷却ファン２５、２６を有し、この冷却ファン２５、２６を溶接によって取り付ける場合には、溶接を行う際に流す溶接電流を着磁電流として用いるようにしてもよい。
【００３３】
図６は、回転子２の製造工程の変形例を示す図である。図６に示す製造工程は、図５に示した製造工程に含まれるステップＳ３のファン溶接、励磁コイル接合工程をステップＳ３’の励磁コイル接合工程に置き換えるとともに、ステップＳ１０の着磁工程をステップＳ１０’のファン溶接工程に置き換えた点が異なっている。ステップＳ１０’のファン溶接工程は、磁石２９の着磁工程も兼ねている。すなわち、ファン溶接電流を適切な値に設定するとともにその電流に適した溶接形状、溶接条件を設定することで、溶接電流が着磁工程における着磁電流を兼ねることが可能となる。これにより、溶接工程とは別に着磁工程を設けることなく磁石２９を着磁することができ、工程をさらに簡便化することができる。
【００３４】
上述した本発明では、簡便化を重視した構成となっているが、確実な着磁を狙うこともできる。本発明の構成、鉄心部に軸方向に着磁電流を流して磁界を形成する工程、と同時に、個々の磁石近傍に着磁コイルを配置して大きな磁界を形成する工程を、並行することで、磁石を確実に着磁することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】回転子の部分断面図である。
【図３】回転子の部分的な横断面図である。
【図４】回転子の組み付け後の斜視図である。
【図５】回転子の製造工程を示す図である。
【図６】回転子の製造工程の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  車両用交流発電機
２  回転子
３  固定子
４  フロント側ハウジング
５  リヤ側ハウジング
６  ブラシ装置
７  整流装置
８  電圧調整器
９  プーリ
２０Ａ  磁石保護部材
２１  励磁コイル
２２、２３  ポールコア
２２Ａ、２３Ａ  鉄心部
２２Ｂ、２３Ｂ  ディスク部
２２Ｃ、２３Ｃ  爪状磁極部
２４  回転軸
２５、２６  冷却ファン
２９  磁石
【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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