(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心と、
隣合う前記爪状磁極同士の側面間に配設され、その隣合う前記爪状磁極間の漏洩磁束を減少する極性の磁石と、
前記爪状磁極の側面外周部に前記磁石の遠心方向への移動を規制する鍔部とを有する回転子を備えた車両用交流発電機において、
前記磁石の外周面に当接する前記鍔部の面積が、前記爪状磁極の先端側より根元側の方が大きく設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
前記鍔部は、前記爪状磁極の軸方向中心位置から根元側の範囲のみに形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。
【請求項３】
前記鍔部は、前記爪状磁極の先端側から根元側へ向かって次第に面積が大きくなる略三角形状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機。
【請求項４】
前記磁石を保持して前記鍔部と前記磁石との間に介在される磁石保持器を有することを特徴とする請求項１〜３記載の何れかの車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランデル型鉄心の隣合う爪状磁極間に磁石が配設された車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ランデル型鉄心に界磁巻線を巻装して界磁回転子とする交流発電機がある。この交流発電機では、ランデル型鉄心の周方向に隣合う爪状磁極間に永久磁石を配設し、その隣合う爪状磁極間の漏洩磁束を減らして発電に寄与する有効磁束を増量させることにより出力向上を図る技術が提案されている（例えば、特開昭６１−８５０４５号公報、特開平５−５６６１６号公報参照）。また、この磁石併用型の回転子では、図８に示す様に、爪状磁極１００の側面外周部に鍔部１１０を設けることにより、高速回転時の遠心力によって永久磁石１２０が外側へ飛び出すのを防止する対策もなされている（特開平７−１２３６６４号公報参照）。なお、鍔部１１０は、爪状磁極１００の長手方向（図８の上下方向）全体に渡って根元側から先端側まで略同一幅に設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、回転子が高速回転すると、爪状磁極１００が遠心力の作用で根元部を支点として外径側へ拡がることが知られている。この時、爪状磁極１００に鍔部１１０を有する磁石併用型回転子では、永久磁石１２０の重量が鍔部１１０を通じて爪状磁極１００に加味された状態で遠心力が加わる。その結果、永久磁石１２０を併用しない回転子と比べると、爪状磁極１００に加わる遠心力が増大して爪状磁極１００の拡がりが大きくなるため、永久磁石１２０を併用しない回転子と同等の高速回転性を得ることは困難であった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、爪状磁極の耐遠心力を向上させて高速回転に耐え得る回転子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の手段によれば、磁石の外周面に当接する鍔部の面積が、爪状磁極の先端側より根元側の方が大きく設けられている。遠心力により爪状磁極が根元部を支点として外径側へ拡がる場合、先端側より根元側の方が拡がり量が小さいため、爪状磁極の拡がりに伴って、磁石は主に鍔部の根元側で保持されることになる。即ち、遠心力により爪状磁極が拡がると、磁石の重量を殆ど爪状磁極の根元側鍔部で受けることになるため、根元側の鍔部に対して先端側の鍔部の面積を相対的に小さくすることが可能である。これにより、爪状磁極の根元側に比べ遠心力により生じるモーメント荷重に大きな影響を与え、且つ拡がり量も大きい先端側の重量を根元側の重量と比較して相対的に低減できることから、爪状磁極の耐遠心力が向上する。
【０００５】
請求項２の手段によれば、鍔部は、爪状磁極の軸方向中心位置から根元側の範囲のみに形成されている。形状が複雑で、且つ磁石との当接面に高精度な平面度が要求される鍔部を爪状磁極の根元側のみに形成するため、爪状磁極を形成するための型構造を簡素化できる。その結果、型寿命を向上できるとともに、大幅な生産性向上、及びコストダウンが可能となる。
また、爪状磁極の先端側に鍔部を形成しないことで爪状磁極の先端側重量を低減できるため、爪状磁極の耐遠心力が向上する。更に、爪状磁極の根元側に比べて剛性が低い先端側に鍔部を形成しないことにより、高速回転時に生じる鍔部のびびりによる磁気音が大幅に低下する。
【０００６】
請求項３の手段によれば、鍔部は、爪状磁極の先端側から根元側へ向かって次第に面積が大きくなる略三角形状に設けられている。これにより、鍔部を含む爪状磁極のスキュー角度を大きくできるため、固定子への磁束脈動が小さくなって磁気音を大幅に低下することが可能となる。
【０００７】
請求項４の手段によれば、磁石を保持して鍔部と磁石との間に介在される磁石保持器を有する。これにより、爪状磁極の根元側鍔部のみで磁石を保持する構造（磁石の対角線上の略２か所で固定する構造）を採った場合でも、磁石の欠け等に対する配慮が少なくて済む。また、磁石が直接鍔部に当接する場合に比べて、鍔部と磁石との互いの当接面の平面度を高精度化する必要が無いため、生産性向上及びコストダウンが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の車両用交流発電機を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は爪状磁極の展開平面図である。
車両用交流発電機は、図２に示す様に、電機子として働く固定子１と、界磁として働く回転子２とを具備する。
固定子１は、図示しないハウジングの内周に固定された電機子鉄心３と、この電機子鉄心３に巻線された電機子巻線４とで構成される。
電機子鉄心３は、例えば、円環状の薄い鋼板を複数枚重ね合わせて形成され、内周側に多数のスロット（図示しない）が設けられている。
電機子巻線４は、例えば３個の独立したコイルをＹ結線またはΔ結線して電機子鉄心３の各スロットに挿入され、回転子２との相対回転運動によって各コイルに交流電圧が発生する。
【０００９】
回転子２は、回転軸５と、この回転軸５に固定された一対のランデル型鉄心６（以下鉄心６と略す）と、この鉄心６に巻線された界磁巻線７と、鉄心６に具備された複数の永久磁石８等より構成されている。
回転軸５は、ハウジングに固定された軸受（図示しない）を介して回転自在に支持され、エンジンの回転動力が伝達されて回転する。
鉄心６は、図３に示す様に、回転軸５の外周に嵌合する円筒状のボス部６Ａと、このボス部６Ａの外周から径方向外側へ拡大する側板部６Ｂと、この側板部６Ｂの外周部から軸方向へ向かって延びる複数の爪状磁極６Ｃとを有する。各鉄心６は、互いの爪状磁極６Ｃが噛み合う様に軸方向に対向して組付けられている。
【００１０】
また、爪状磁極６Ｃの側面外周部には、回転時に永久磁石８が遠心方向へ飛び出すのを防止するための鍔部６ａが設けられている。この鍔部６ａは、爪状磁極６Ｃの長手方向（図１の上下方向）全体に渡って周方向へ（隣合う爪状磁極６Ｃ側へ）突出して設けられている。但し、鍔部６ａの平面形状は、爪状磁極６Ｃの根元から先端へ向かって次第に小さくなる略三角形状に設けられている。言い換えれば、永久磁石８の外周面に当接する鍔部６ａの内周面の面積は、爪状磁極６Ｃの根元から先端へ向かって次第に小さくなっている。
従って、爪状磁極６Ｃの鍔部６ａを含む略三角形の外周側表面に対して、永久磁石８は爪状磁極６Ｃの根元側で先端側より深く外周側表面の両斜辺から入り込んでいる。
【００１１】
界磁巻線７は、ボビン９を介して各鉄心６のボス部６Ａの外周に巻線されている。この界磁巻線７は、図示しないリード線を通じて回転軸５の端部に設けられたスリップリング１０に接続され、そのスリップリング１０の外周面に摺接するブラシ（図示しない）を通じて車載バッテリから励磁電流が供給される。界磁巻線７に励磁電流が流れると、一方の鉄心６の各爪状磁極６Ｃが全てＳ極となり、他方の鉄心６の各爪状磁極６Ｃが全てＮ極となる。
【００１２】
永久磁石８は、隣合う爪状磁極６Ｃ同士の対向する側面間に配設され、爪状磁極６Ｃと対向する側面がその爪状磁極６Ｃと同極となる様（つまり、隣合う爪状磁極６Ｃ間の磁束の漏洩を減少する向き）に着磁されている。なお、永久磁石８として、汎用性に優れたフェライト焼結磁石や、焼結磁石に比べて比重の小さい樹脂磁石、あるいは希土類磁石等を使用することができる。
各鉄心６の軸方向端面には、遠心式の冷却ファン１１が溶接等により固定され、鉄心６と一体に回転することで冷却風を発生する。
【００１３】
次に、本実施例の作用及び効果を説明する。
エンジンの回転動力が伝達されて回転子２が高速回転すると、遠心力の作用により鉄心６の各爪状磁極６Ｃが根元部を支点として径方向外側へ拡がる。この時、爪状磁極６Ｃは、軸方向の中心位置（爪状磁極６Ｃの長手方向の長さＬの半分の位置）を境として先端側より根元側の方が拡がり量が小さいため、爪状磁極６Ｃの拡がりに伴って永久磁石８は主に根元側の鍔部６ａで保持されることになる。即ち、遠心力により爪状磁極６Ｃが拡がると、永久磁石８の重量を殆ど爪状磁極６Ｃの根元側鍔部６ａで受けることになるため、爪状磁極６Ｃの根元側鍔部６ａの面積Ｓ1 に対して先端側鍔部６ａの面積Ｓ2 を相対的に小さくすることが可能である。本実施例では、図１に示す様に、鍔部６ａの形状を爪状磁極６Ｃの根元から先端へ向かって次第に小さくなる略三角形状に形成している。
【００１４】
これにより、図８に示す従来の爪状磁極１００と比較して、先端側鍔部６ａの面積Ｓ2 が減少することで、遠心力により生じるモーメント荷重に大きな影響を与える爪状磁極６Ｃの先端側重量を低減できる。その結果、爪状磁極６Ｃの耐遠心力が向上して、永久磁石８を併用しない回転子と同等の高速回転性を得ることが可能となる。
また、本実施例では、鍔部６ａが略三角形状に形成されているため、鍔部６ａを含む爪状磁極６Ｃのスキュー角度（図１参照）を従来より大きくできる。その結果、固定子１への磁束脈動が小さくなって、磁気音を大幅に低下することが可能となる。
【００１５】
（第２実施例）
図４は爪状磁極６Ｃの展開平面図である。
本実施例は、爪状磁極６Ｃの先端側鍔部６ａの面積を更に小さくした一例を示すもので、爪状磁極６Ｃの先端部両側には鍔部６ａが形成されていない。この場合、爪状磁極６Ｃの先端側重量をより低減できるため、爪状磁極６Ｃの耐遠心力が更に向上する。
【００１６】
（第３実施例）
図５は爪状磁極６Ｃの展開平面図である。
本実施例は、爪状磁極６Ｃの軸方向中心位置より根元側のみ（図５のＬ／２の範囲内）に鍔部６ａを形成した一例を示すものである。この場合、形状が複雑で、且つ永久磁石８との当接面に高精度な平面度が要求される鍔部６ａを爪状磁極６Ｃの根元側のみに形成するため、爪状磁極６Ｃを形成するための型構造を簡素化できる。その結果、型寿命を向上できるとともに、大幅な生産性向上、及びコストダウンが可能となる。
また、爪状磁極６Ｃの先端側に鍔部６ａを形成しないことで爪状磁極６Ｃの先端側重量を低減できるため、爪状磁極６Ｃの耐遠心力が向上する。更に、爪状磁極６Ｃの根元側に比べて剛性が低い先端側に鍔部６ａを形成しないことにより、高速回転時に生じる鍔部６ａのびびりによる磁気音が大幅に低下する。
【００１７】
（第４実施例）
図６は磁石保持器１２の斜視図である。
本実施例は、図６に示す様な磁石保持器１２により永久磁石８を保持する一例を示すものである。
磁石保持器１２は、樹脂等の非磁性体により形成され、複数の永久磁石８の各々を保持する複数の保持部１２Ａと、この複数の保持部１２Ａを環状に連結する連結部１２Ｂとから成る。本実施例では、爪状磁極６Ｃの鍔部６ａと永久磁石８との間に保持部１２Ａが介在される（図７参照）ため、爪状磁極６Ｃの根元側鍔部６ａのみで永久磁石８を保持する構造（永久磁石８の対角線上の略２か所で固定する構造）を採った場合でも、永久磁石８の欠け等に対する配慮が少なくて済む。また、永久磁石８が直接鍔部６ａに当接する場合に比べて、鍔部６ａと永久磁石８との互いの当接面の平面度を高精度化する必要が無いため、生産性向上及びコストダウンが可能となる。
【００１８】
（変形例）
なお、以上に述べた実施例では、本発明の磁石として永久磁石８を用いたが、これを電磁石としても良い。
また、鍔部６ａは爪状磁極６Ｃを一体成形する他に、爪状磁極６Ｃに鍔部６ａを溶接等により接合しても良い。
更に、以上に述べた実施例では、磁石は永久磁石８と磁石保持器１２とが一体とされて爪状磁極６Ｃの鍔部６ａにより固定されるが、同様の鍔部６ａに保持板を溶接等により接合し、この保持板に磁石を接着等により接合して保持させても良い。かかる構成においても、磁石の遠心方向への移動を規制する鍔部６ａを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】爪状磁極の展開平面図である（第１実施例）。
【図２】固定子と回転子の半断面図である。
【図３】鉄心の断面図である。
【図４】爪状磁極の展開平面図である（第２実施例）。
【図５】爪状磁極の展開平面図である（第３実施例）。
【図６】磁石保持器の斜視図である（第４実施例）。
【図７】爪状磁極の断面図である（第４実施例）。
【図８】爪状磁極の展開平面図である（従来技術）。
【符号の説明】
２    回転子
６    ランデル型鉄心
６Ｃ  爪状磁極
６ａ  鍔部
８    永久磁石
１２    磁石保持器
【図１】
0003922754.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003922754.tif 000005
【図５】
0003922754.tif 000006
【図６】
0003922754.tif 000007
【図７】
0003922754.tif 000008
【図８】
0003922754.tif 000009