(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用交流発電機において、
固定子鉄心及びこの固定子鉄心に巻回された固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子に空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、
前記回転子は、対向配置された一対の爪磁極と、この爪磁極に装着された界磁巻線と、前記爪磁極に装着された複数の永久磁石とを備えており、
前記一対の爪磁極のそれぞれには、前記回転子の回転方向を向いた側面と、片持ち支持された根元部と、回転子径方向の厚みが前記根元部よりも薄い先端部とを備えた複数の爪部が形成され、一方の前記爪磁極の前記爪部と他方の前記爪磁極の前記爪部は回転子回転方向に交互に配置されており、
前記永久磁石は、磁極面が回転子回転方向を向き、回転子径方向の厚みが前記爪部の先端部よりも厚く形成されており、磁極面が前記爪部の側面に対向するように回転子回転方向に隣接する前記爪部間に配置されており、
前記爪部の側面と前記永久磁石の磁極面との間には、前記爪部の側面に対する前記永久磁石の磁極面の非対向部位と接触し、前記爪部の側面に対する前記永久磁石の磁極面の非対向部位から出る磁束を前記爪部に流入させる補助磁極部が設けられている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１記載の車両用交流発電機において、前記補助磁極部は、前記爪部と一体成形されており、前記永久磁石の磁極面を覆って前記磁極面の全面に接触していることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１記載の車両用交流発電機において、前記補助磁極部は、前記永久磁石の磁極面と前記爪部の側面との間に介設され、前記永久磁石の磁極面を覆って前記磁極面の全面に接触する補助磁極板であることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項２記載の車両用交流発電機において、前記補助磁極部は、その前記回転子の径方向内側の幅寸法に比べ、前記回転子の径方向外側の幅寸法の方が相対的に厚く形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の車両用交流発電機において、前記爪部は、前記永久磁石を保持する磁石保持部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の車両用交流発電機において、前記永久磁石の少なくとも前記回転子の径方向外側に保護部材を配設したことを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用交流発電機に係り、特に補助励磁用の永久磁石を備えた車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、車両用交流発電機は回転子と固定子から構成され、一般的に、回転子は、対向配置された一対の爪形磁極と、これら爪形磁極にそれぞれ複数設けられた爪部に対してその径方向内側に巻回され、電流を流すことにより先の一対の爪形磁極をＮ極及びＳ極に磁化させる界磁巻線とからなる。また、固定子は、固定子鉄心に出力用の固定子巻線を巻回したもので、先の回転子はこの固定子に対して相対的に回転するようになっている。
【０００３】
このような構造により、Ｎ極に磁化した爪形磁極から出た磁束は、固定子鉄心を介してＳ極に磁化した爪形磁極に戻る磁気回路を形成し、この磁気回路の磁束が固定子の固定子巻線に鎖交し、また回転子が回転することにより、固定子巻線に交流の誘起電圧が発生するようになっている。
【０００４】
ここで、このような構造の車両用交流発電機においては、例えば爪形磁極間に補助励磁用の永久磁石を介在させることにより、爪形磁極間での漏洩磁束を減じるとともに、界磁巻線の磁束を増磁させ、発電機の出力を向上させることが行われている。このように、爪形磁極間に補助励磁用の永久磁石を配置した車両用交流発電機としては、例えば、特開平１１−３１８０６４号公報に記載された車両用交流発電機等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
通常、爪形磁極の爪部は、その先端部を軽量化するため、回転子の軸方向の断面形状が先端が細くなるようにほぼ三角形状に形成されている。これは、爪形磁極の爪部が片持ち支持構造であるため、回転子が高速回転する場合等に、爪部の先端部が遠心力により回転子の径方向外側へ起き上がることを防止するように配慮されているためである。そのため、回転子の径方向の厚みが比較的厚い永久磁石を爪形磁極間に配置した場合には、永久磁石の回転子の周方向の側面（すなわち磁極面）に爪部と接触しない部分が生じ、永久磁石の作る磁気回路への磁気抵抗が増大するため、永久磁石の磁束が有効に活用されていない場合がある。
【０００６】
上記従来技術においても、爪部の回転子の軸方向の断面形状が先端が細くなるようにほぼ三角形状となっている。また、この従来技術においては、回転子の径方向の厚みが比較的薄い永久磁石を用いているが、爪部の永久磁石との接触面形状に対しては特に考慮されておらず、やはり爪部の先端部付近において、永久磁石の磁極面に爪部と接触しない部分が存在し、永久磁石の磁束が有効に活用されていない可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、爪磁極間に配置した永久磁石の磁束を有効に活用することにより、出力を向上することができる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、車両用交流発電機において、固定子鉄心及びこの固定子鉄心に巻回された固定子巻線を備えた固定子と、前記固定子に空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、前記回転子は、対向配置された一対の爪磁極と、この爪磁極に装着された界磁巻線と、前記爪磁極に装着された複数の永久磁石とを備えており、前記一対の爪磁極のそれぞれには、前記回転子の回転方向を向いた側面と、片持ち支持された根元部と、回転子径方向の厚みが前記根元部よりも薄い先端部とを備えた複数の爪部が形成され、一方の前記爪磁極の前記爪部と他方の前記爪磁極の前記爪部は回転子回転方向に交互に配置されており、前記永久磁石は、磁極面が回転子回転方向を向き、回転子径方向の厚みが前記爪部の先端部よりも厚く形成されており、磁極面が前記爪部の側面に対向するように回転子回転方向に隣接する前記爪部間に配置されており、前記爪部の側面と前記永久磁石の磁極面との間には、前記爪部の側面に対する前記永久磁石の磁極面の非対向部位と接触し、前記爪部の側面に対する前記永久磁石の磁極面の非対向部位から出る磁束を前記爪部に流入させる補助磁極部を設ける。
【０００９】
前述のように、通常、爪形磁極の爪部は、回転子の軸方向の断面形状が先端が細くなるようにほぼ三角形状に形成されているため、回転子の径方向の厚みが比較的厚い永久磁石を爪形磁極間に配置した場合には、永久磁石の回転子の周方向の側面（磁極面）に爪部と接触しない部分が生じる。すなわち、永久磁石の作る磁気回路への磁気抵抗が増大するため、永久磁石の磁束が有効に活用されない場合がある。
【００１０】
そこで本発明においては、先端が細くなるように形成された爪部の側面に対する永久磁石の非対向部（すなわち前述した爪部側面に生じる永久磁石の磁極面に接触しない部分）と接触する補助磁極部を設け、この補助磁極部により、従来、爪部側面の永久磁石の磁極面に接触していなかった部分から出る磁束を爪部に流入させるようにする。これにより、永久磁石から出た磁束は、ほぼ全てが爪部に入るので、永久磁石の作る磁気回路に作用する磁気抵抗を小さくすることができる。したがって、爪磁極間に配置した永久磁石の磁束を有効に活用することができ、車両用交流発電機の出力を向上することができる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記補助磁極部は、前記爪部と一体成形されており、前記永久磁石の磁極面を覆って前記磁極面の全面に接触している。
【００１２】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記補助磁極部は、前記永久磁石の磁極面と前記爪部の側面との間に介設され、前記永久磁石の磁極面を覆って前記磁極面の全面に接触する補助磁極板である。
【００１３】
（４）上記（２）において、また好ましくは、前記補助磁極部は、その前記回転子の径方向内側の幅寸法に比べ、前記回転子の径方向外側の幅寸法の方が相対的に厚く形成されている。
【００１５】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、さらに好ましくは、前記爪部は、前記永久磁石を保持する磁石保持部を有する。
【００１９】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、前記永久磁石の少なくとも前記回転子の径方向外側に保護部材を配設する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態の全体構造を表す断面図である。
この図１において、本実施の形態の車両用交流発電機は、主な構成要素として回転子１と固定子２とを備えている。この回転子１は、シャフト（回転軸）３と、このシャフト３をその回転中心に挿通したヨーク４と、同様にシャフト３をその回転中心に挿通し、ヨーク４を介して回転子１の軸方向（図１中左右方向）に所定間隔を隔てて対向配置され、それぞれ磁性体により構成された一対の爪形磁極５Ａ，５Ｂと、ヨーク４に巻回した界磁巻線６とから構成されている。
【００２１】
なお、先の爪形磁極５Ａ，５Ｂには、それぞれ爪部５Ａａ，５Ｂａが複数設けられている。これら爪部５Ａａ，５Ｂａは、図１に示すように、回転子１の周方向から見て、回転子１の軸方向（図１中左右方向）に交互に重なり合うように配置されており、回転子１の周方向に隣接する各爪部５Ａａ，５Ｂａ間には、それぞれ補助励磁用の永久磁石７が介在して配置されている。また、上記したヨーク４に巻回された界磁巻線６は、これら爪部５Ａａ，５Ｂａに対し、所定の間隙空間を隔てて回転子１の径方向内側に位置している。
【００２２】
上記したシャフト３は、エンドブラケット８Ａ，８Ｂからなる発電機本体に対し、その一方側（図１中左側）端部近傍をベアリング９Ａに、他方側（図１中左側）端部をベアリング９Ｂにより回転自在に支持されている。また、このシャフト３の一方側（図１中左側）端部には、プーリ１０がボルト１１により締結されており、他方側（図１中左側）端部近傍には、スリップリング１２ａ，１２ｂが設けられている。なお、プーリ１０は、例えば、図示しないエンジンのクランクプーリ等とベルト等により連結されている。
【００２３】
また、先のエンドブラケット８Ｂ内部には、スリップリング１２ａ，１２ｂの外周に摺接するようにブラシ１３ａ，１３ｂが設けられており、これらブラシ１３ａ，１３ｂ及びスリップリング１２ａ，１２ｂを介し、回転する回転子１の界磁巻線６に電力を供給するようになっている。このように界磁巻線６に通電することにより、前述の回転子１の爪形磁極５ＡがＳ極に、爪形磁極５ＢがＮ極に磁化されるようになっている。
【００２４】
前述した固定子２は、回転子１の径方向外側（図１で見ると上下側）に、爪部５Ａａ，５Ｂａと僅かな空隙を隔てて先のエンドブラケット８Ａ，８Ｂに挟持されて設けられた固定子鉄心１４と、この固定子鉄心１４に３相に巻回された出力用の固定子巻線１５とから構成され、回転子１はこの固定子２に対して相対的に回転するようになっている。すなわち、この固定子２においては、上記のようにＮ極に磁化した爪形磁極５Ｂから出た磁束が固定子鉄心１４を介してＳ極に磁化した爪形磁極５Ａに戻る磁気回路を形成し、この磁気回路の磁束が固定子巻線１５に差交し、また回転子１が回転することにより、固定子巻線１５に交流の誘起電圧が発生するようになっている。
【００２５】
また、先のエンドブラケット８Ｂ内部には、整流回路１６及び電圧調整器１７が設けられている。整流回路１６は、バッテリー（図示せず）のプラス電極に接続されるバッテリー端子１８と、バッテリー（図示せず）のマイナス電極に接続されるアース端子１９とを有し、上記のように固定子巻線１５で発生した交流の誘起電圧を整流し直流電圧に変換するようになっている。また、電圧調整器１７は、上記図示しないバッテリーを充電するために、整流回路１６により整流された直流電圧が、例えば１４．５Ｖ程度の一定電圧に保たれるように、負荷電流と回転子１の回転数に応じて界磁巻線６に通電する電流を制御するようになっている。
【００２６】
なお、回転子１の軸方向（図１中左右方向）両側には、固定子２及び整流回路１６を空冷する冷却ファン２０ａ，２０ｂがそれぞれ設けられており、その風量は、回転子１の回転数に比例して得られるようになっている。
【００２７】
上記構成の本実施の形態において、本発明の最も大きな特徴は、前述した回転子１の爪部５Ａａ，５Ｂａを、永久磁石７の回転子１の周方向側面（すなわち磁極面）全面と接触するような形状としたことである。
【００２８】
ここで、図２は爪部５Ａａの詳細構造を表す側面図、図３は爪部５Ａａ，５Ｂａと永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図１中III−III断面による断面図である。なお、図３には、繁雑防止のため、爪部５Ａａ，５Ｂａを１極分づつ図示した。
すなわち、これら図２及び図３に示すように、爪部５Ａａ，５Ｂａは、その回転子１の周方向両側部分を除き、図２中破線で示したように従来と同様、回転子１の軸方向（図２中左右方向）の断面が先端方向（図２中右方向）に向かって細くなるような三角形状に形成されている。永久磁石７は、その回転子１の周方向（図３中左右方向）側面（磁極面）がほぼ長方形状に形成されており、前述のように爪部５Ａａ，５Ｂａの回転子１の軸方向（図２中左右方向）に重なり合った部分の間に介設されている。
【００２９】
このとき、爪部５Ａａ，５Ｂａの回転子１の周方向（図３中左右方向）両側の側面（すなわち、爪部５Ａａ，５Ｂａの重なり合った部分）には、永久磁石７の両磁極面全面と接触する補助磁極部２１が設けられている。この補助磁極部２１は、本実施の形態においては、永久磁石７の磁極面とほぼ同型状をなすように形成され、永久磁石７に対して密着するようになっている。なお、爪部５Ａａ，５Ｂａにおける回転子１の周方向（図３中左右方向）両端の回転子１の径方向外側（図３中上側）には、突起状のつば部２２が設けられており、回転子１の回転により永久磁石７が飛び出すことを防止するように配慮されている。
【００３０】
次に上記構成の本実施の形態の車両用交流発電機の動作について説明する。
上記のように、まず、例えば図示しないエンジン等から動力を受けて回転する回転子１の界磁巻線６に、ブラシ１３ａ，１３ｂ及びスリップリング１２ａ，１２ｂを介して電力が供給され、回転子１の爪形磁極５ＡがＳ極に、爪形磁極５ＢがＮ極に磁化される。Ｎ極に磁化した爪形磁極５Ｂから出た磁束は、固定子２において、固定子鉄心１４を介してＳ極に磁化した爪形磁極５Ａに戻る磁気回路を形成する。このとき、界磁巻線６が作る磁気回路は、補助励磁用の永久磁石７の磁束が加わることにより増磁される。そして、この磁気回路の磁束は、固定子巻線１５に鎖交し、回転子１の回転により固定子鉄心１５に３相に巻回された固定子巻線１５に交流の誘起電圧が発生する。
【００３１】
そして最終的に、発生した電圧は整流回路１６により整流され直流電圧に変換されて図示しないバッテリーに充電される。またこのとき、この整流回路１６により整流された直流電圧を図示しないバッテリーに充電するために、発生電圧が例えば１４．５Ｖ程度の一定電圧に保たれるよう、負荷電流と回転子１の回転数に応じて界磁巻線６に通電する電流を電圧調整器１７により制御する。
【００３２】
ここで、本実施の形態の作用を以下に順次説明する。
（１）高出力化
通常、爪形磁極の爪部は、回転子の軸方向の断面形状が先端が細くなるようにほぼ三角形状に形成されているため、回転子の径方向の厚みが比較的厚い永久磁石を爪形磁極間に配置した場合には、永久磁石の磁極面に爪部と接触しない部分が生じる。すなわち、永久磁石の作る磁気回路への磁気抵抗が増大するため、永久磁石の磁束が有効に活用されない場合がある。
【００３３】
そこで本実施の形態においては、爪形磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ，５Ｂａを永久磁石７の磁極面全面と接触するように形成したので、永久磁石７から出た磁束のほぼ全てを爪部５Ａａ，５Ｂａに流入させることができる。これにより、永久磁石７の作る磁気回路に作用する磁気抵抗を小さくすることができ、永久磁石７の磁束を有効に活用することができるので、車両用交流発電機の出力を向上することができる。
【００３４】
（２）低価格化
また、本実施の形態においては、上記（１）の作用により、永久磁石７を小型化しても、その磁束が有効に活用され効率的に出力を向上させることができるので、車両用交流発電機の製造コストを低減させることもできる。
【００３５】
（３）高温減磁の抑制
例えば、補助励磁用の永久磁石としてネオジム磁石を用いた場合、温度が上昇すると非可逆減磁ポイントの屈曲点が変化するため、パーミアンス係数が低いと磁束密度が低くなる場合（高温減磁）がある。この場合、従来のように、永久磁石の磁極面の全面に接触しない爪形磁極を用いると、その永久磁石の磁極面の爪形磁極に接触しない部分の磁束に対する磁気抵抗が大きくなるので、部分的にパーミアンス係数が下がる場合があった。
【００３６】
ここで、その磁極が磁性体に接していない永久磁石の動作点と、両磁極が磁性体に接している磁石の動作点とでは、通常、両磁極が磁性体に接している磁石の方が、そのパーミアンス係数が高く、動作点の磁束密度は高くなる。本実施の形態においては、永久磁石７の両磁極が全面爪形磁極５Ａ，５Ｂ（厳密には補助磁極部２１）に接触しているので、高温減磁に対しての影響を小さくすることができ、永久磁石７の減磁に対する余裕度を上げることができる。
【００３７】
（４）永久磁石の着磁容易化
車両用交流発電機の製造方法としては、金属屑等の鉄粉の付着防止等への配慮から、補助励磁用の永久磁石を未着磁の状態で爪形磁極間に配置し、回転子の回転バランスを調整した後、回転子の製造工程の最終段階で例えば外部の着磁ヨーク（図示せず）等により永久磁石を着磁することが一般的に行われている。本実施の形態においては、このような場合、永久磁石７の回転子１の周方向側面の全面に磁性体で構成された爪形磁極５Ａ，５Ｂ（厳密には爪部５Ａａ，５Ｂａ）が接触しているため、未着磁の永久磁石７に対し十分な磁束を通すことができ、永久磁石７の着磁作業を容易にすることができる。
【００３８】
なお、以上説明してきた本実施の形態においては、先の図３に示したように、爪部５Ａａ，５Ｂａに設けた補助磁極部２１を、その厚み（図３中左右方向の幅）がほぼ一定となるように形成したが、図４に示すように、その先端側（すなわち図４中下側、言いかえれば回転子１の径方向内側）の幅寸法Ｗ１と比較して、若干、付根側（すなわち図４中上側、言いかえれば回転子１の径方向外側）の幅Ｗ２が相対的に厚くなるように補助磁極部２１’を形成することにより、補助磁極部の機械的強度を向上させることができるとともに、永久磁石７から流入する磁束の流れを円滑化することができる。
【００３９】
また、この図４において、つば部２２’には面取りが施されており（ベベルが設けられており）、回転子１の回転する際の各爪部５Ａａ，５Ｂａと固定子鉄心１４との磁気的な断続が円滑になる。これにより固定子２と各爪部５Ａａ，５Ｂａとの間の空隙における磁束脈動が減少するので、磁気的振動を抑制し、騒音を低減させることができる。
なお、図４は、先に説明した第１の実施の形態の図３中Ａ部に相当する部分の詳細構造を表す拡大図である。
【００４０】
本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態を図５を用いて説明する。
図５は、本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図３に対応する図である。なお、図３と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図５においても図３と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ1，５Ｂａ1を１極分づつ図示した。
繁雑防止のため特に図示しないが、爪部５Ａａ1，５Ｂａ1は、従来のように、上記つば部２２の部分を除き、その回転子１の軸方向（図５中紙面直交方向）の断面形状が先端が細くなるようにほぼ三角形状に形成されている。そして図５に示すように、本実施の形態においては、このような形状の爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と永久磁石７との間に、永久磁石７の磁極面全面と接触し、磁性体により構成された補助磁極板２３を介設している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
本実施の形態においては、上記のように、爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と永久磁石７との間に永久磁石７の磁極面全面と接触する補助磁極板２３を介在させることにより、永久磁石７から出た磁束は、ほぼ全てが補助磁極板２３を介して爪形磁極５Ａ，５Ｂに入るので、永久磁石７の作る磁気回路に作用する磁気抵抗を小さくすることができる。したがって、第１の実施の形態と同様、爪磁極５Ａ，５Ｂ間に配置した永久磁石７の磁束を有効に活用することができ、車両用交流発電機の出力を向上することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態における永久磁石７の着磁の際には、予め永久磁石７の着磁面（図５中左右両面）に補助磁極板２３を接着したものを隣接する爪部５Ａａ1，５Ｂａ1間に配置し、その後外部の着磁ヨーク（図示せず）により着磁する。この着磁は、前にも説明したように、冷却ファン２０ａ，２０ｂ（図１参照）の取付け及びバランス取りを行った後、回転子１の製造工程の最終段階で行うのが望ましい。このような手順を踏むことで、金属屑等の鉄粉の付着を防止することができ、信頼性の高い車両用交流発電機とすることができる。
【００４３】
本発明の車両用交流発電機の第３の実施の形態を図６を用いて説明する。
図６は、本発明の車両用交流発電機の第３の実施の形態に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ2，５Ｂａ2と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図３に対応する図である。なお、図３と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図６においても図３と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ2，５Ｂａ2を１極分づつ図示した。
繁雑防止のため特に図示しないが、爪部５Ａａ2，５Ｂａ2を、その回転子１の径方向内側（図６中下側）の面が、回転子１の径方向外側（図６中上側）の面に対して略平行となるように形成している。すなわち、爪部５Ａａ2，５Ｂａ2の全体の厚みは、先端部から根元部までほぼ同じで、その回転子１の軸方向（図６中紙面直交方向）の断面形状は、ほぼ長方形状に形成されている。
【００４４】
このような構造により、永久磁石７の回転子１の周方向（図６中左右方向）側面（磁極面）は、磁性体により構成された爪部５Ａａ2，５Ｂａ2に対し全面密着している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、同様の効果を得る。
【００４５】
なお、本実施の形態は、例えば建設機械等に用いる車両用交流発電機に好適である。すなわち、爪部５Ａａ2，５Ｂａ2は、先端部を根元部とほぼ同じ厚みで形成したため、先端部の重量が、第１及び第２の実施の形態に用いた爪部５Ａａ，５Ｂａ，５Ａａ1，５Ｂａ1と比較して重いため、回転子１（図１参照）の回転により回転子１の径方向外側（図６中上側）に起き上がる可能性があるが、例えば建設機械等に用いる車両用交流発電機等は、通常３０００〜４０００ｒｐｍ程度の比較的小さい回転数で定速回転するため、遠心力に対して爪部５Ａａ2，５Ｂａ2の付け根部分に働く応力が小さく、爪部５Ａａ2，５Ｂａ2が上記のように起き上がる可能性は小さい。また、上記形状の本実施の形態における爪部５Ａａ2，５Ｂａ2においては、永久磁石７から流入する磁束の流れが円滑となるので、高い出力が要求される建設機械等に用いる車両用交流発電機に好適となる。
【００４６】
また、この第３の実施の形態の車両用交流発電機を高速回転させる場合、図７に示すように、各爪部５Ａａ２，５Ｂａ２を、例えばその回転子１の径方向内側から略リング状の連結リング２４で連結すればよい。この連結リング２４は、各爪部５Ａａ２，５Ｂａ２に対し、それぞれネジ２５により固定されている（固定方法としては、特にこれに限られず、例えば溶接等により固定してもよい）。このとき、連結リング２４は非磁性体で、ネジ２５は磁性体で構成することが望ましい。なお、図７では、繁雑防止のため永久磁石７は図示省略している。
【００４７】
ここで、永久磁石７の少なくとも回転子１の径方向外側に保護部材として磁石カバーを配置することにより、何らかの理由により永久磁石７が割れてしまった場合、回転子１の回転によりに割れた永久磁石７が回転子１から飛び出すことを防止することができる。
以下に、本発明の車両用交流発電機に磁石カバーを設けた変形例を順次説明する。
【００４８】
図８は、先に説明した本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に磁石カバーを設けた変形例に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ，５Ｂａと永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図３に対応する図である。なお、図３と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図８においても図３と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ，５Ｂａを１極分づつ図示した。
この図８において、永久磁石７の回転子１の径方向外側の面は、これとほぼ同形状の磁石カバー２６と密着している。この磁石カバー２６は、爪磁極５Ａ，５Ｂ間に配置した永久磁石７の磁束が有効に作用するように、例えばステンレス等の防錆性のよい非磁性体で構成するのが望ましい。本変形例においては、磁石カバー２６が爪部２２に保持されており、このように磁石カバー２６を設けた場合も、永久磁石７の磁極面全面が爪形磁極５Ａ，５Ｂ（厳密には爪部５Ａａ，５Ｂａ）と接触している。
【００４９】
図９は、先に説明した本発明の車両用交流発電機の第３の実施の形態に磁石カバーを設けた変形例に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ2，５Ｂａ2と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図６に対応する図である。なお、図６と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図９においても図６と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ2，５Ｂａ2を１極分づつ図示した。
この図９においても、先に図８を用いて説明した変形例と同様、永久磁石７の回転子１の径方向外側の面は、これとほぼ同形状の磁石カバー２６と密着している。この磁石カバー２６は、爪磁極５Ａ，５Ｂ間に配置した永久磁石７の磁束が有効に作用するように、例えばステンレス等の防錆性のよい非磁性体で構成するのが望ましい。本変形例においては、磁石カバー２６が爪部２２に保持されており、このように磁石カバー２６を設けた場合も、永久磁石７の磁極面全面が爪形磁極５Ａ，５Ｂ（厳密には爪部５Ａａ2，５Ｂａ2）と接触している。
【００５０】
なお、本変形例においても、先の図７で説明した連結リング２４により各爪部５Ａａ2，５Ｂａ2を連結すれば、回転子１を高速で回転させる場合にも対応できる。
【００５１】
以上２つの変形例においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、何らかの理由により永久磁石７が割れてしまった場合、回転子１の回転によりに割れた永久磁石７が回転子１から飛び出すことを防止することができる。
【００５２】
また、以上２つの変形例における永久磁石７の着磁の際には、予め永久磁石７の回転子１の径方向外側の面に磁石カバー２６を接着したものを隣接する爪形磁極５Ａ，５Ｂ間に配置し、その後外部の着磁ヨーク（図示せず）により着磁する。前述したように、この着磁は回転子１の製造工程の最終段階で行うのが望ましく、この場合、金属屑等の鉄粉の付着を防止することができ、信頼性の高い車両用交流発電機とすることができる。
【００５３】
なお、以上２つの変形例においては、板状の磁石カバー２６で永久磁石７の回転子１径方向外側の面を保護する構造としたが、これに限られる必要はない。すなわち、永久磁石７の磁極面以外の面は磁気特性に影響を与えないため、磁石カバーは、例えば磁極面以外の４面を囲んでしまうような形状としてもよく、要は磁石カバーの形状は、その技術的思想を逸脱しない範囲で種々に変形させて構わない。以下に、このような永久磁石７の磁極面以外の４面を囲む磁石カバーを設けた本発明の車両用交流発電機の変形例を図１０及び図１１を用いて説明する。
【００５４】
図１０は先に説明した本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に磁石カバーを設けた変形例に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図５に対応する図である。図１１はこの磁石カバーの全体構造を表す斜視図である。なお、図１０において、図５と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図１０においても図５と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ1，５Ｂａ1を１極分づつ図示した。
これら図１０及び図１１に示すように、磁石カバー２６Ａは永久磁石７の磁極面以外の４面を囲むような枠形形状で、永久磁石７の磁極面以外の４面と極力密着するように、その内周側壁面は精度よく加工されている。また、この磁石カバー２６Ａも、爪磁極５Ａ，５Ｂ間に配置した永久磁石７の磁束が有効に作用するように、例えばステンレス等の防錆性のよい非磁性体で構成するのが望ましい。本変形例においても、磁石カバー２６Ａが爪部２２に保持されており、このように磁石カバー２６Ａを設けた場合も、永久磁石７の磁極面全面が爪形磁極５Ａ，５Ｂ（厳密には爪部５Ａａ1，５Ｂａ1）と接触している。
【００５５】
本変形例においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、何らかの理由により永久磁石７が割れてしまった場合、回転子１の回転によりに割れた永久磁石７が回転子１から飛び出すことを防止することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態における永久磁石７の着磁の際には、まず、枠状に形成された磁石カバー２６Ａの内周側に未着磁の永久磁石７を差し込み、この状態で永久磁石７の磁極面に補助磁極板２３，２３を配置する。図１０からも分かるように、補助磁極板２３の寸法は、磁石カバー２６Ａの回転子１の周方向（図１０中左右方向）側面とほぼ同一で、永久磁石７は、磁石カバー２６Ａと補助磁極板２３，２３とを例えば溶接等により接続して構成された箱の内壁面に精度よく収まっている。
【００５７】
そして、磁石カバー２６Ａ、補助磁極板２３，２３、及び永久磁石７を一体的に組立てた状態で、これを補助磁極板２３，２３が爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と接触するように、隣接する爪部５Ａａ1，５Ｂａ1間に配置し、その後外部の着磁ヨーク（図示せず）により着磁する。この着磁も前述と同様、回転子１の製造工程の最終段階で行うのが望ましい。このような手順を踏むことで、金属屑等の鉄粉の付着を防止することができ、信頼性の高い車両用交流発電機とすることができる。
【００５９】
また、上記した磁石カバー２６，２６Ａは、先に説明した第１〜第３の実施の形態と、任意に組合せ可能であることは言うまでもない。
【００６０】
またここで、爪部の回転子周方向側面、補助磁極部、及び補助磁極板等、永久磁石と接触する部分に永久磁石を機械的に保持する磁石保持部を設けることにより、未着磁時の永久磁石が爪磁極間から脱落することを防止でき、回転子の組立作業、永久磁石の着磁作業等の作業性を向上させることができる。
以下に、本発明の車両用交流発電機に磁石保持部を設けた変形例を順次説明する。
【００６１】
図１２は、先に説明した本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に磁石保持部を設けた変形例に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ3，５Ｂａ3と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図３に対応する図である。なお、図３と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図１２においても図３と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ3，５Ｂａ3を１極分づつ図示した。
この図１２に示すように、本変形例においては、各補助磁極部２１Ａの回転子１の径方向内側（図１２中下側）端部には、それぞれ磁石保持部２１Ａａが、爪部２２との間に永久磁石７を挟み込むように設けられている。このように磁石保持部２１Ａａを設けた場合も、永久磁石７の磁極面全面が爪形磁極５Ａ，５Ｂ（厳密には爪部５Ａａ3，５Ｂａ3）と接触している。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、本変形例の磁石保持部２１Ａａは、先に説明した第３の実施の形態にも適用可能であることは言うまでもない。
【００６２】
図１３は、先に説明した本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に磁石保持部を設けた変形例に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図５に対応する図である。なお、図５と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図１３においても図５と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ1，５Ｂａ1を１極分づつ図示した。
この図１３に示すように、本変形例においては、各補助磁極板２３Ａの回転子１の径方向内側（図１３中下側）端部には、それぞれ磁石保持部２３Ａａが、爪部２２との間に永久磁石７を挟み込むように設けられている。このように磁石保持部２３Ａａを設けた場合も、永久磁石７の磁極面全面が補助磁極板２３Ａと接触している。その他の構成は第２の実施の形態と同様である。
【００６３】
図１４は、先に説明した本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に磁石保持部を設けた他の変形例に備えられた爪磁極５Ａ，５Ｂの爪部５Ａａ1，５Ｂａ1と永久磁石７との配置関係を表す図で、先の図５に対応する図である。なお、図５と同様の部分には同符合を付し説明を省略するとともに、必要に応じて先の各図も参照する。また、この図１４においても図５と同様、繁雑防止のため爪部５Ａａ1，５Ｂａ1を１極分づつ図示した。
この図１４に示すように、本変形例においては、各補助磁極板２３Ｂの回転子１の径方向内側（図１３中下側）及び外側（図１３中上側）端部には、それぞれ磁石保持部２３Ｂａ，２３Ｂｂが、永久磁石７を挟み込むように設けられている。そして、爪部２２により、磁石保持部２３Ｂｂは保持されている。このように磁石保持部２３Ｂａ，２３Ｂｂを設けた場合も、永久磁石７の磁極面全面が補助磁極板２３Ｂと接触している。その他の構成は第２の実施の形態と同様である。
【００６４】
なお、図１３及び図１４を用いて説明した２つの本変形例における永久磁石７の着磁の際には、予め永久磁石７の着磁面（図１３及び図１４中左右両面）に補助磁極板２３Ａ，２３Ｂを接着したものを隣接する爪部５Ａａ1，５Ｂａ1間に配置し、その後外部の外部の着磁ヨーク（図示せず）により着磁する。この着磁も、前述と同様、回転子１の製造工程の最終段階で行うのが望ましい。このような手順を踏むことで、金属屑等の鉄粉の付着を防止することができ、信頼性の高い車両用交流発電機とすることができる。また特に、図１４で説明した変形例においては、補助磁極板２３Ｂの図中上下方向の形状がほぼ同様であるため、永久磁石７の着磁面に補助磁極板２３Ｂを接着したものを爪形磁極５Ａ，５Ｂ間に配置する際、その上下方向の向きを気にしなくてもよく、作業性が向上する。
【００６５】
以上３つの変形例においても、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、未着磁時の永久磁石７が爪磁極５Ａ，５Ｂ間から界磁巻線６側に脱落することを防止でき、回転子１の組立作業、永久磁石７の着磁作業等の作業性を向上させることができる。
【００６６】
なお、実際には加工公差、面粗度等により厳密に永久磁石の磁極面全面と接触するように、爪部の回転子周方向側面、補助磁極部、及び補助磁極板等を形成することは難しく、ミクロ的に見た場合、爪部の回転子周方向側面、補助磁極部、及び補助磁極板等と永久磁石の磁極面全面とは、完全に接触していない（ほぼ覆っているにとどまる）可能性もあるが、これらのような場合も、爪部の回転子周方向側面、補助磁極部、及び補助磁極板等と、永久磁石の磁極面全面とは、事実上ほぼ接触していると考えることができ、ほぼ同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、先の図４を用いて説明した補助磁極部２１’の強度補強及び磁束の流れの円滑化、つば部２２’の騒音低減の構造は、以上説明してきた各実施の形態及び変形例にも適用可能であることは言うまでもない。
【００６８】
さらに、以上は、回転する界磁巻線６に対し、ブラシ１３ａ，１３ｂを設けて電力を供給する型の車両用交流発電機を例にとって説明したが、例えば界磁巻線が固定されたブラシレスタイプの車両用交流発電機等に対しても、本発明は適用可能であり、要は爪磁極間に永久磁石を配置するもので有れば同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６９】
また、永久磁石７が回転子１の回転等により回転子１外に飛び出すことを防止する構造としては、つば部２２，２２’等を設ける構造としたが、これに限られず、例えば爪部の回転子周方向の幅寸法を、回転子径方向内側よりも外側を広くし、その回転子周方向の幅寸法を、回転子径方向外側よりも内側を広く形成した台形状の永久磁石を爪部間に配置する構造とすれば、つば部２２，２２’は省略することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、永久磁石から出た磁束は、ほぼ全てが爪部に入るので、永久磁石の作る磁気回路に作用する磁気抵抗を小さくすることができる。したがって、爪磁極間に配置した永久磁石の磁束を有効に活用することができ、車両用交流発電機の出力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態の全体構造を表す断面図である。
【図２】本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に備えられた爪部の詳細構造を表す側面図である。
【図３】本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に備えられた爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図１中III−III断面による断面図である。
【図４】本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に備えられた補助磁極部の補強及び磁束の流れの円滑化、騒音低減の構造を設けた変形例の構造を表す図で、図３中Ａ部に相当する部分の拡大図である。
【図５】本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図３に対応する図である。
【図６】本発明の車両用交流発電機の第３の実施の形態に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図３に対応する図である。
【図７】本発明の車両用交流発電機の第３の実施の形態に備えられた各爪部を連結リングで連結した変形例の詳細構造を表す斜視図である。
【図８】本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に磁石カバーを設けた変形例に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図３に対応する図である。
【図９】本発明の車両用交流発電機の第３の実施の形態に磁石カバーを設けた変形例に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図６に対応する図である。
【図１０】本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に磁石カバーを設けた変形例に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図５に対応する図である。
【図１１】図１０に示した磁石カバーの全体構造を表す斜視図である。
【図１２】本発明の車両用交流発電機の第１の実施の形態に磁石保持部を設けた変形例に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図３に対応する図である。
【図１３】本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に磁石保持部を設けた変形例に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図５に対応する図である。
【図１４】本発明の車両用交流発電機の第２の実施の形態に磁石保持部を設けた他の変形例に備えられた爪磁極の爪部と永久磁石との配置関係を表す図で、図５に対応する図である。
【符号の説明】
１                回転子
２                固定子
５Ａ，Ｂ          爪形磁極
５Ａａ，Ｂａ      爪部
５Ａａ1，Ｂａ1    爪部
５Ａａ2，Ｂａ2    爪部
５Ａａ3，Ｂａ3    爪部
６                界磁巻線
７                永久磁石
１４              固定子鉄心
１５              固定子巻線
２１              補助磁極部
２１’            補助磁極部
２１Ａ            補助磁極部
２１Ａａ          磁石保持部
２３              補助磁極板
２３Ａ，Ｂ        補助磁極板
２３Ａａ          磁石保持部
２３Ｂａ，ｂ      磁石保持部
２４              連結リング（連結部材）
２６              保護部材（保護カバー）
２６Ａ            保護部材（保護カバー）
【図１】
0003740375.tif 000002
【図２】
0003740375.tif 000003
【図３】
0003740375.tif 000004
【図４】
0003740375.tif 000005
【図５】
0003740375.tif 000006
【図６】
0003740375.tif 000007
【図７】
0003740375.tif 000008
【図８】
0003740375.tif 000009
【図９】
0003740375.tif 000010
【図１０】
0003740375.tif 000011
【図１１】
0003740375.tif 000012
【図１２】
0003740375.tif 000013
【図１３】
0003740375.tif 000014
【図１４】
0003740375.tif 000015