回転電機
【課題】この発明は、磁石保持の信頼性を高めることができるとともに、磁石保持構造を簡素化し、磁石の組み付け性を高め、生産コストの低下および量産性を高めることができる回転電機およびその製造方法を得る。
【解決手段】第１及び第２磁石保持台座３０，４０が第１及び第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に対向する第２及び第１継鉄部２３，１９の部位に一体に突設され、第１及び第２磁石保持穴３１，４１が第１及び第２磁石保持台座３０，４０に穴中心を軸方向に一致させて軸方向の一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、Ｃ字状の円弧形の断面にあけられている。第１及び第２磁石ケース３６，４６が、第１及び第２永久磁石３３，４３に嵌着され、翼部３８，４８が湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で第１及び第２磁石保持穴３１，４１と嵌合部３４，４４との間に介装されている。
【解決手段】第１及び第２磁石保持台座３０，４０が第１及び第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に対向する第２及び第１継鉄部２３，１９の部位に一体に突設され、第１及び第２磁石保持穴３１，４１が第１及び第２磁石保持台座３０，４０に穴中心を軸方向に一致させて軸方向の一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、Ｃ字状の円弧形の断面にあけられている。第１及び第２磁石ケース３６，４６が、第１及び第２永久磁石３３，４３に嵌着され、翼部３８，４８が湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で第１及び第２磁石保持穴３１，４１と嵌合部３４，４４との間に介装されている。
【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、このような課題を解決するために、ランデル型の回転子の周方向に対向する爪状磁極間に永久磁石を配設する手段がとられていた（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、永久磁石をファンに一体に形成されたポケット内に保持させ、ポケットを第１ポールピースのボディの上面と第２ポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンを第１ポールピースに取り付け、ポケットを第２ポールピースのボディの上面と第１ポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンを第２ポールピースに取り付ける手段がとられていた（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−８５０４５号公報
【特許文献２】米国特許第４９５９５７７号明細書
【特許文献３】特表２００２−５２７０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２において、永久磁石を爪状磁極部間に保持するに当たっては、永久磁石を対向する爪状磁極部に対して高精度に位置決めする必要があり、磁石保持部材を付加し、或いは磁石保持用の溝を機械加工により爪状磁極部に形成することが必要となり、生産コストの高騰および量産性の低下をもたらしていた。また、高速回転時には、隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が生じるので、永久磁石に加わる遠心力を爪状磁極部間で保持する構造では、安定した永久磁石の保持が得られない。
【０００７】
特許文献３に記載のものでは、永久磁石を保持するポケットは一方のポールピースのボディと他方のポールピースのポールフィンガーとの間の嵌合空間に適合する概略矩形の断面形状に形成される。永久磁石を保持するポケットの保持を強固にするためには、ポールピースのポケットとの嵌合面を高精度に加工する必要がある。しかし、ポールピースのポケットとの嵌合面は平面或いは緩やかな曲面であり、高性能な工作機械によるポールピースの後加工が必要となり、膨大な加工コストおよび加工時間がかかってしまう。また、高速回転時には、爪状磁極部の先端が径方向外方に変位するので、永久磁石に加わる遠心力を爪状磁極部で保持する構造では、安定した永久磁石の保持が得られない。
【０００８】
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、遠心力に起因する爪状磁極部の先端部の変位や隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が磁石保持に直接影響せず、磁石保持の信頼性を高めることができるとともに、磁石保持構造を簡素化し、磁石の組み付け性を高め、生産コストの低下および量産性を高めることが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】
【０００９】
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、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、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所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。そして、本回転電機は、上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石保持穴と、断面がＣ字状の円弧形の嵌合部および該嵌合部の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突出する突出部からなる柱状体に作製され、該嵌合部を上記磁石保持穴に収納され、かつ該突出部を上記磁石保持穴の開口から突出させて配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、上記突出部の外周面を覆う形状の冠部および該冠部の両端から上記嵌合部の外周面を覆う形状に延出され、上記嵌合部の外周面の曲率半径より小径の曲率半径を有する一対の断面円弧状の翼部を有し、該冠部が上記突出部に嵌着され、かつ一対の該翼部が断面円弧の湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で上記磁石保持穴と上記嵌合部との間に介装された磁石ケースと、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、永久磁石が継鉄部側に保持されている。そこで、遠心力に起因する爪状磁極部の変位が永久磁石に影響しないので、永久磁石の保持が容易となり、磁石保持の信頼性が上がる。また、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置しているので、永久磁石に作用する遠心力が小さくなり、永久磁石の保持が容易となり、磁石保持の信頼性が上がる。また、永久磁石が磁石ケースに嵌着されているので、永久磁石の割れや欠けの発生が抑制される。
【００１１】
また、永久磁石が磁石ケースの一対の翼部の復元力を利用して支持されているので、磁石ケースの永久磁石への嵌着が容易となる。また、磁石保持穴をドリルやリーマなどの回転切削工具を用いて簡易に、高精度に作製でき、磁石ケースと磁石保持穴との嵌め合い部のがたつきを抑えることができる。さらに、磁石保持穴の穴方向を軸方向に向けているので、磁石ケースを軸方向から磁石保持穴に挿入することができ、磁石ケースの組み付け性が容易となる。これらのことから、生産コストの低下および量産性の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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分解斜視図、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磁石ケースの製造方法を説明する工程図、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おける永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図、図５および図６はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。
【００１３】
図１および図２において、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、回転軸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１３と、ケース４のフロント側に延出する回転軸１６の端部に固着されたプーリ６と、回転子１３の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子１３に対して一定のエアギャップを有して、回転子１３の外周を囲繞してケース４に固定された固定子１０と、回転軸１６のリヤ側に固定され、回転子１３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、を備えている。なお、図示していないが、固定子１０で生じた交流を直流に整流する整流器、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などがケース４内に配設されている。
【００１４】
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１３の回転に伴い、後述する界磁コイル１４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。
【００１５】
回転子１３は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル１４と、界磁コイル１４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１５と、ポールコア１５の軸心位置に貫装された回転軸１６と、を備えている。
ポールコア１５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１７，２１に分割構成されている。
【００１６】
第１ポールコア体１７は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴１８ａが軸心位置を貫通して形成された第１ボス部１８と、第１ボス部１８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１９と、第１継鉄部１９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２０とを有している。第１爪状磁極部２０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１９の外周部に周方向に等角ピッチで例えば８個配列されている。
【００１７】
第２ポールコア体２１は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴２２ａが軸心位置を貫通して形成された第２ボス部２２と、第２ボス部２２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２３と、第２継鉄部２３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２４とを有している。第２爪状磁極部２４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２３の外周部に周方向に等角ピッチで例えば８個配列されている。
【００１８】
このように構成された第１および第２ポールコア体１７，２１は、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせ、回転軸挿通穴１８ａ，２２ａに貫装された回転軸１６に固着されている。そして、ボビン（図示せず）に巻装された界磁コイル１４が、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３および第１および第２爪状磁極部２０，２４に囲まれた空間に装着されている。ここで、第１および第２ボス部１８，２２および第１および第２継鉄部１９，２３が、それぞれポールコア１５のボス部および一対の継鉄部に相当する。
【００１９】
永久磁石保持部としての第１磁石保持台座３０は、冷間鍛造製法により第１ポールコア体１７に一体成形される。この第１磁石保持台座３０が、各第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向する第１継鉄部１９の外周面上に一体に突設されている。第１磁石保持穴３１が、第１磁石保持台座３０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、穴中心に直交する断面がＣ字状の円弧形に形成されている。第１磁石保持穴３１を軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する第１軸方向開口３２は、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向している。
【００２０】
第１永久磁石３３は、断面がＣ字状の円弧形の嵌合部３４と、嵌合部３４の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面が台形の突出部３５と、を備えた柱状体に作製されている。嵌合部３４の半径は、第１磁石保持穴３１の半径よりほぼ第１磁石ケース３６の板厚分小さくなっている。
【００２１】
第１磁石ケース３６は、後述するように、ステンレス平板を屈曲成形して作製され、突出部３５の外形形状に適合する内形形状の断面コ字状の冠部３７と、冠部３７のコ字状の両端から嵌合部３４の外周を覆う形状に延出され、それぞれ所定の曲率半径の断面円弧状に形成された一対の翼部３８と、を備えている。翼部３８の内周面の曲率半径は、嵌合部３４の外周面の曲率半径より僅かに小さくなっている。この第１磁石ケース３６は、冠部３７を突出部３５に嵌着して第１永久磁石３３に外嵌状態に装着される。この時、一対の翼部３８は湾曲状態を拡大され、自身の弾性力により嵌合部３４の外周面を押圧し、一対の翼部３８の先端間に所定の隙間が確保されている。また、各翼部３８は、少なくともその断面円弧の中央側が嵌合部３４の外周面から離反している。これにより、第１永久磁石３３を第１磁石ケース３６内に保持した第１磁石モジュール３９が組み立てられる。
【００２２】
第１磁石モジュール３９は、一対の翼部３８で覆われた嵌合部３４を第１磁石保持穴３１に軸方向から挿入、保持される。この時、一対の翼部３８は、一対の翼部３８の先端間の隙間を縮小しつつ、かつ断面円弧の中央側が嵌合部３４の外周面に近接して、曲率半径が嵌合部３４の外周面の曲率半径に近づくように湾曲状態がさらに拡大され、第１永久磁石３３の嵌合部３４の外周面との密着面積が増大する。これにより、第１磁石モジュール３９が圧入状態で第１磁石保持穴３１に保持される。この時、翼部３８は復元力が蓄勢された状態で第１磁石保持穴３１と嵌合部３４との間に介装され、第１永久磁石３３が第１磁石保持穴３１に弾性支持される。また、冠部３７で覆われた突出部３５が、第１軸方向開口３２から突出し、第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向している。
【００２３】
永久磁石保持部としての第２磁石保持台座４０は、冷間鍛造製法により第２ポールコア体２１に一体成形される。この第２磁石保持台座４０が、各第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向する第２継鉄部２３の外周面上に一体に突設されている。第２磁石保持穴４１が、第２磁石保持台座４０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、穴中心に直交する断面がＣ字状の円弧形に形成されている。第２磁石保持穴４１を軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する第２軸方向開口４２は、第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向している。
【００２４】
第２永久磁石４３は、断面がＣ字状の円弧形の嵌合部４４と、嵌合部４４の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面が台形の突出部４５と、を備えた柱状体に作製されている。嵌合部４４の半径は、第２磁石保持穴４１の半径よりほぼ第２磁石ケース４６の板厚分小さくなっている。
【００２５】
第２磁石ケース４６は、同様に、ステンレス平板を屈曲成形して作製され、突出部４５の外形形状に適合する内形形状の断面コ字状の冠部４７と、冠部４７のコ字状の両端から延出され、それぞれ所定の曲率半径の断面円弧状に形成された一対の翼部４８と、を備えている。翼部４８の内周面の曲率半径は、嵌合部４４の外周面の曲率半径より僅かに小さくなっている。この第２磁石ケース４６は、冠部４７を突出部４５に嵌着して第２永久磁石４３に外嵌状態に装着される。この時、一対の翼部４８は湾曲状態を拡大され、自身の弾性力により嵌合部４４の外周面を押圧し、一対の翼部４８の先端間に所定の隙間が確保されている。また、各翼部４８は、少なくともその断面円弧の中央側が嵌合部４４の外周面から離反している。これにより、第２永久磁石４３を第２磁石ケース４６内に保持した第２磁石モジュール４９が組み立てられる。
【００２６】
第２磁石モジュール４９は、一対の翼部４８で覆われた嵌合部４４を第２磁石保持穴４１に軸方向から挿入、保持される。この時、一対の翼部４８は、一対の翼部４８の先端間の隙間を縮小しつつ、かつ断面円弧の中央側が嵌合部４４の外周面に近接して、曲率半径が嵌合部４４の外周面の曲率半径に近づくように湾曲状態がさらに拡大され、第２永久磁石４３の嵌合部４４の外周面との密着面積が増大する。これにより、第２磁石モジュール４９は圧入状態で第２磁石保持穴４１に保持される。この時、翼部４８は復元力が蓄勢された状態で第２磁石保持穴４１と嵌合部４４との間に介装され、第２永久磁石４３が第２磁石保持穴４１に弾性支持される。また、冠部４７で覆われた突出部４５が、第２軸方向開口４２から突出し、第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向している。
【００２７】
また、第１および第２永久磁石３３，４３は、着磁方向２５が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界２６の向きと反対となるように着磁配向されている。つまり、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電され、磁界２６が矢印方向に発生された場合、第１および第２永久磁石３３，４３は、磁界２６と逆向きに着磁配向される。ここでは、第１および第２永久磁石３３，４３の着磁方向２５は、径方向に一致しており、その着磁方向２５の延長線が対向する第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に向かっている。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界２６の向きが反転した設計の場合には、第１および第２永久磁石３３，４３も逆向きに着磁配向される。
【００２８】
つぎに、第１磁石ケース３６の製造方法について図３を参照しつつ説明する。ここで、薄板１００は、例えば厚さ０．５〜２ｍｍのステンレス平板である。第１金型１０１は、断面がＣ字状の円弧形の基部１０２と、基部１０２の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面台形の突部１０３とからなる柱状体に作製されている。そして、突部１０３は第１永久磁石３３の突出部３５と同等の外形形状に形成され、基部１０２は円弧形の半径が嵌合部３４の円弧形の半径より僅かに小径に形成されている。第２金型１０４の下面には、基部１０２の断面円弧形の中心から突部１０３の上端までの第１金型１０１の外形形状に対してほぼ薄板１００の板厚分大きな内形形状のプレス溝１０５が凹設されている。第３金型１０６の先端には、基部１０２の断面円弧形の中心から突部１０３の上端までの第１金型１０１の外形形状と同等の外形形状のプレス面１０７が形成されている。第４金型１０８には、基部１０２の断面円弧形の中心から突部１０３と逆側の一側半分の外形形状に対してほぼ薄板１００の板厚分大きな内形形状のプレス面１０９が凹設されている。
【００２９】
まず、図３の（ａ）に示されるように、薄板１００を第２金型１０４にセットし、第３金型１０６により薄板１００をプレスする。これにより、薄板１００がプレス面１０７に押圧され、図３の（ｂ）に示されるように、プレス溝１０５の溝形状に屈曲成形され、薄板１００の両端側が第２金型１０４から平行に延出している。ついで、第３金型１０６を取り外し、第１金型１０１が、図３の（ｃ）に示されるように、プレス溝１０５の溝形状に屈曲成形された薄板１００内に嵌着される。その後、図３の（ｃ）に示されるように、第４金型１０８により左右から薄板１００の第２金型１０４からの延出部をプレスする。これにより、薄板１００の第２金型１０４からの延出部がプレス面１０９に押圧され、第１金型１０１の基部１０２の外周面形状に屈曲成形される。ついで、薄板１００を第２金型１０４から取り外し、図３の（ｄ）に示される第１磁石ケース３６が得られる。
【００３０】
このように成形された第１磁石ケース３６を、図４に示されるように、一対の翼部３８を押し広げ、第１永久磁石３３を第１磁石ケース３６内に差し入れる。その後、一対の翼部３８の押し広げ力を解除して、第１磁石モジュール３９が組み立てられる。この時、冠部３７は突出部３５の外周面に密着状態に嵌着される。また、翼部３８の内周面の曲率半径が、嵌合部３４の外周面の曲率半径より小さいので、翼部３８は、湾曲状態を拡大されて、自身の弾性力により嵌合部３４に押圧状態に嵌着される。これにより、第１永久磁石３３が抜け落ちることなく第１磁石ケース３６に保持される。
なお、図示していないが、第２磁石ケース４６も同様に作製され、第２磁石モジュール４９も同様に組み立てられる。
【００３１】
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１３の界磁コイル１４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１７の第１爪状磁極部２０がＮ極に着磁され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４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を介して回転軸１６に伝達され、回転子１３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。
【００３２】
つぎに、磁束の動作について図５および図６を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル１４に通電されると、磁束２７が発生される。この磁束２７は、第１爪状磁極部２０からエアギャップ２９を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。そして、磁束２７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２４に対向するティース部からエアギャップ２９を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。ついで、第２爪状磁極部２４に入った磁束２７は、第２継鉄部２３、第２ボス部２２、第１ボス部１８、第１継鉄部１９を通って第１爪状磁極部２０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ポールコア体は限界設計されているので、界磁コイル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してしまう。
【００３３】
この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３３，４３は、界磁コイル１４の発生する磁界２６の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３の発生する磁界の向きは、界磁コイル１４の発生する磁界２６と逆向きである。この第１および第２永久磁石３３，４３から発生した磁束２８が固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ２９を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３３，４３は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に配設されており、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。そこで、磁束２８の大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子１３内部で閉じた磁気回路を形成する。
【００３４】
つまり、第１永久磁石３３から発生する磁束２８は、第１磁石保持台座３０から第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２爪状磁極部２４を通り、第１永久磁石３３に戻る。また、第２永久磁石４３から発生する磁束２８は、空隙を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２磁石保持台座４０を通り、第２永久磁石４３に戻る。
そこで、第１および第２永久磁石３３，４３の発生する磁束２８は、界磁コイル１４の発生する磁束２７と逆向きとなり、第１および第２ポールコア体１７，２１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。
【００３５】
この実施の形態１によれば、第１および第２永久磁石３３，４３を配設しているので、磁気飽和が解消され、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加することができる。特に、磁気飽和が顕著な低速アイドリング域での発電量を大幅に増大できる。
また、第１および第２永久磁石３３，４３は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３３，４３は、回転子１３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２０，２４の最外周面部に留まり、第１および第２永久磁石３３，４３を直接誘導加熱するように作用しない。その結果、第１および第２永久磁石３３，４３が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。
【００３６】
また、第１および第２永久磁石３３，４３が、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３３，４３の磁気回路が回転子内部で閉じた磁気回路となり、固定子１０に鎖交する磁束成分がなくなる。そこで、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３３，４３の誘起電圧の発生が抑制される。その結果、第１および第２永久磁石３３，４３の磁石量を増大させることができる。
【００３７】
また、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２継鉄部１９，２３に取り付けられている。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２爪状磁極部２０，２４の内径側に位置しているので、第１および第２永久磁石３３，４３にかかる遠心力が小さくなり、第１および第２永久磁石３３，４３の保持構造を簡略化できる。また、第１および第２永久磁石３３，４３は遠心力に対して大きく変位する第１および第２爪状磁極部２０，２４の影響を受けないので、第１および第２永久磁石３３，４３の保持が容易となる。これらのことから、第１および第２永久磁石３３，４３の保持の信頼性が向上される。
【００３８】
ここで、第１および第２ポールコア体１７，２１は冷間鍛造製法により作製されるので、高精度な磁石保持形状は得られにくい。そこで、高精度な磁石保持形状を得るには、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１７，２１にＮＣ加工機等を用いて削り加工を施す必要があった。
この実施の形態１では、磁石保持のための第１および第２磁石保持穴３１，４１の穴形状が断面Ｃ字状の円弧形の筒状であるので、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１７，２１に、ドリルやリーマなどの回転切削工具による簡便な追加工を施すことにより、高精度の穴寸法の第１および第２磁石保持穴３１，４１を形成できる。このように、第１および第２磁石保持穴３１，４１の嵌合面を回転切削工具による切削で作製でき、ＮＣ加工機などを使っての立体的な切削加工が必要ではなく、製造時間が短縮されると共に、製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、第１および第２磁石保持穴３１，４１の嵌合面の加工精度を高くすることができるので、第１および第２永久磁石３３，４３が組み込まれた第１および第２磁石モジュール３９，４９を第１および第２磁石保持穴３１，４１に、がたつき無く安定した状態で強固に保持することができる。そこで、回転子１３が高速回転しても、第１および第２磁石モジュール３９，４９が第１および第２磁石保持穴３１，４１から抜けて飛散し、第１および第２永久磁石３３，４３が損傷するような事態が回避される。
また、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２磁石ケース３６，４６に組み込まれているので、自動車のエンジンによる振動が車両用交流発電機１に加わっても、第１および第２永久磁石３３，４３の割れや欠けの発生が抑制される。
【００４０】
また、第１および第２磁石保持穴３１，４１が、穴中心を軸方向に一致させて、断面Ｃ字状の円弧形の筒状に作製され、第１および第２磁石モジュール３９，４９が軸方向から第１および第２磁石保持穴３１，４１に挿入、保持されている。そこで、第１および第２磁石モジュール３９，４９の保持構造が簡略化されると共に、組み付け性が上がり、生産コストの低下および量産性の向上が図られる。
【００４１】
また、第１および第２磁石保持穴３１，４１と第１および第２磁石ケース３６，４６との接触面が円筒面となるので、局部的な応力集中が無く、第１および第２磁石保持台座３０，４０の破損の発生が抑制される。
また、第１および第２永久磁石３３，４３が非磁性の第１および第２磁石ケース３６，４６を介して第１および第２磁石保持穴３１，４１に装着されているので、第１および第２永久磁石３３，４３の磁束の一部が第１および第２磁石保持台座３０，４０に漏れて第１および第２永久磁石３３，４３に戻る漏れ磁束が減少する。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３から対向する第２および第１爪状磁極部２４，２０に向かう磁束量が増大し、回転子内部への磁石磁束が増加され、磁気飽和緩和の効果が高められる。
【００４２】
また、第１および第２磁石ケース３６，４６がステンレス平板を屈曲成形して作製されているので、第１および第２永久磁石３３，４３の複雑な外形形状に適合する形状の第１および第２磁石ケース３６，４６を容易に、安価に作製できる。
【００４３】
また、ステンレス平板の弾性力（復元力）を利用して第１および第２磁石ケース３６，４６を第１および第２永久磁石３３，４３に嵌着し、かつ一対の翼部３８，４８の先端間に隙間を持たせている。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３および第１および第２磁石ケース３６，４６の加工誤差を吸収して、第１および第２磁石ケース３６，４６を第１および第２永久磁石３３，４３に簡易に嵌着できる。さらに、第１および第２磁石モジュール３９，４９と第１および第２磁石保持穴３１，４１との寸法誤差が第１および第２磁石ケース３６，４６の弾性力で吸収でき、両者の嵌め合い不良の発生が抑えられるとともに、第１および第２磁石モジュール３９，４９を第１および第２磁石保持穴３１，４１にがたつき無く保持できる。
【００４４】
また、第１磁石モジュール３９が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に突設された８個の第１磁石保持台座３０の全てに保持されて、第２磁石モジュール４９が周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に突設された８個の第２磁石保持台座４０の全てに保持されているので、第１および第２磁石モジュール３９，４９が等角ピッチに配列されている。そこで、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなり、第１および第２永久磁石３３，４３を配設することに起因する遠心力に対する重量的なアンバランスの発生が抑制される。ここで、磁石重心とは、第１永久磁石３３と第１磁石ケース３６とを含めた第１磁石モジュール３９の重心であり、第２永久磁石４３と第２磁石ケース４６とを含めた第２磁石モジュール４９の重心である。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３３，４３の突出部３５，４５が断面台形に形成されているものとしているが、突出部の断面は台形に限定されるものではない。特に、磁石の製造し易さから、断面が台形、正方形、長方形の四角形であることが好ましい。さらに、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていてもよい。第１および第２磁石ケース３６，４６の冠部３７，４７の形状は、第１および第２永久磁石３３，４３の突出部３５，４５の外形形状に適合するように形成される。
また、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２磁石ケース３６，４６により第１および第２磁石保持穴３１，４１に弾性支持されているものとしているが、さらに接着剤を用いて第１および第２永久磁石３３，４３を第１および第２磁石保持穴３１，４１に固着するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態１では、第１および第２磁石モジュール３９，４９が全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール３９，４９は全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設させる必要はなく、第１および第２磁石モジュール３９，４９の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石モジュール３９，４９を配置すればよい。
【００４７】
例えば、第１および第２磁石保持台座３０，４０の個数が８個であることから、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置の第１および第２磁石保持台座３０，４０を除く６個の第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール３９，４９を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、第１および第２磁石モジュール３９，４９をそれぞれ９０度の等角ピッチで第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００４８】
また、上記実施の形態１では、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０が周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０は周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設させる必要はなく、第１および第２磁石保持台座３０，４０の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石保持台座３０，４０を配置すればよい。ここで、磁石保持台座全体の重心とは、第１磁石保持台座３０、第１永久磁石３３および第１磁石ケース３６を含めた重心であり、第２磁石保持台座４０、第２永久磁石４３および第２磁石ケース４６を含めた重心である。
【００４９】
例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置を除く６箇所に第１および第２磁石保持台座３０，４０を設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール３９，４９を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、４個の第１および第２磁石保持台座３０，４０をそれぞれ９０度の等角ピッチで設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール３９，４９を配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００５０】
このように、第１１および第２磁石モジュール３９，４９の配設個数が変わっても、磁気的には、第１および第２永久磁石３３，４３の磁束は回転子内部で閉じているので、固定子に対して、磁気的なアンバランスも生じない。
【００５１】
実施の形態２．
図７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を示す分解斜視図、図８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図である。
【００５２】
この実施の形態２では、第１および第２永久磁石５０，５１が、上記実施の形態１における突出部３５，４５と同等の外形形状、即ち断面台形の柱状体に作製されている。第１および第２嵌合部材５２，５３が、鉄などの磁性材料を用い、上記実施の形態１における嵌合部３４，４４と同等の外形形状、即ち断面Ｃ字状の円弧形をなす柱状体に作製されている。そして、第１および第２永久磁石５０，５１の断面台形の底面を第１および第２嵌合部材５２，５３の断面円弧形の弦部で構成される平面に突き合わせて第１および第２磁石ケース３６，４６に装着して、第１および第２磁石モジュール５４，５５が組み立てられている。
【００５３】
第１および第２磁石モジュール５４，５５は、一対の翼部３８，４８で覆われた第１および第２嵌合部材５２，５３を第１および第２磁石保持穴３１，４１に軸方向から挿入、保持されている。この時、一対の翼部３８，４８は、一対の翼部３８，４８の先端間の隙間を縮小しつつ、曲率半径が第１および第２嵌合部材５２，５３の外周面の曲率半径に近づくように湾曲状態がさらに拡大され、第１および第２嵌合部材５２，５３の外周面に密接する。これにより、第１および第２磁石モジュール５４，５５は第１および第２磁石保持穴３１，４１に圧入・保持される。そして、翼部３８，４８は復元力が蓄勢された状態で第１および第２磁石保持穴３１，４１と第１および第２嵌合部材５２，５３との間に介装され、第１および第２嵌合部材５２，５３が第１および第２磁石保持穴３１，４１に弾性支持される。また、冠部３７，４７で覆われた第１および第２永久磁石５０，５１が、第１および第２軸方向開口３２，４２から突出し、第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に対向している。
【００５４】
また、第１および第２永久磁石５０，５１は、着磁方向２５が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界２６の向きと反対となるように着磁配向されている。
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。
【００５５】
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、第１および第２嵌合部材５２，５３が磁性材料で作製されているので、第１および第２永久磁石５０，５１と第１および第２磁石保持台座３０，４０との間の磁気抵抗が低減される。そこで、上記実施の形態１における第１および第２永久磁石３３，４３に代えて断面台形の柱状体に作製された第１および第２永久磁石５０，５１を用いることに起因する磁石磁路の磁気抵抗の増加が抑えられ、回転子の磁気飽和緩和の効果の低下が抑制される。
【００５６】
この実施の形態２によれば、第１および第２永久磁石５０，５１が断面台形の柱状体に作製されているので、磁石を製造しやすく、歩留まりを高くすることができる。
特に、異方性焼結磁石では、磁石粉末を高圧でプレス加圧し磁場配向しながら焼結体とする。そこで、対向する辺が平行な平面であると、プレス型内で磁石粉末に加わる圧力が均一となり、高密度の磁石を製造できる。また、このようにして得られた焼結体に砥石加工を施して焼結体を所望の外形形状に仕上げた後、所望の形状の磁石を切り出す場合、磁石形状が断面台形であれば、材料歩留まりが高くなる。この時、切り出し面を配向方向面に対して垂直とすることで、断面が台形の磁石が切り出されるので、生産性が高くなると共に、製造コストを低減できる。
【００５７】
また、上記実施の形態２では、第１および第２永久磁石５０，５１が断面台形に形成されているものとしているが、磁石の断面は台形に限定されるものではなく、断面が正方形や長方形の四角形であってもよい。さらに、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていてもよい。第１および第２磁石ケース３６，４６の冠部３７，４７の形状は、第１および第２永久磁石５０，５１の外形形状に適合するように形成される。
【００５８】
また、上記実施の形態２では、第１磁石モジュール５４が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に突設された８個の第１磁石保持台座３０の全てに保持されて、第２磁石モジュール５５が周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に突設された８個の第２磁石保持台座４０の全てに保持されているので、第１および第２磁石モジュール５４，５５が等角ピッチに配列されている。そこで、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなり、第１および第２永久磁石５０，５１を配設することに起因する遠心力に対する重量的なアンバランスの発生が抑制される。ここで、磁石重心とは、第１永久磁石５０と第１嵌合部材５２と第１磁石ケース３６とを含めた第１磁石モジュール５４の重心であり、第２永久磁石５１と第２嵌合部材５３と第２磁石ケース４６とを含めた第２磁石モジュール５５の重心である。
【００５９】
なお、上記実施の形態２では、第１および第２磁石モジュール５４，５５が全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール５４，５５は全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設させる必要はなく、第１および第２磁石モジュール５４，５５の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石モジュール５４，５５を配置すればよい。
【００６０】
例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置の第１および第２磁石保持台座３０，４０を除く６個の第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール５４，５５を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、第１および第２磁石モジュール５４，５５をそれぞれ９０度の等角ピッチで第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００６１】
また、上記実施の形態２では、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０が周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０は周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設させる必要はなく、第１および第２磁石保持台座３０，４０の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石保持台座３０，４０を配置すればよい。ここで、磁石保持台座全体の重心とは、第１磁石保持台座３０、第１永久磁石５０、第１嵌合部材５２および第１磁石ケース３６を含めた重心であり、第２磁石保持台座４０、第２永久磁石５１、第２嵌合部材５３および第２磁石ケース４６を含めた重心である。
【００６２】
例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置を除く６箇所に第１および第２磁石保持台座３０，４０を設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール５４，５５を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、４個の第１および第２磁石保持台座３０，４０をそれぞれ９０度の等角ピッチで設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール５４，５５を配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００６３】
このように、第１１および第２磁石モジュール５４，５５の配設個数が変わっても、磁気的には、第１および第２永久磁石５０，５１の磁束は回転子内部で閉じているので、固定子に対して、磁気的なアンバランスも生じない。
【００６４】
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。
また、上記各実施の形態では、磁石ケースがステンレス平板をプレス成形して作製されているものとしているが、磁石ケースはステンレスに限定されるものではなく、永久磁石を保持できる程度の嵌着力（弾性力）があればよく、例えば鉄などの金属やプラスチックを用いることができる。特に、磁石の磁束の一部が磁石保持台座に漏れて永久磁石に戻る漏れ磁束を減少させるには、磁石ケースの材料を非磁性材料とすることが好ましい。
【００６５】
また、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石の材料については説明していないが、ランデル型の回転子構造から永久磁石を配設するための大きなスペースは確保できない。そこで、小容積の磁石で十分な磁気飽和緩和効果を得るためには、エネルギー積ＢＨＭＡＸが３０ＭＧＯｅ以上の異方性焼結希土類磁石を用いることが好ましい。
【００６６】
また、上記各実施の形態では、第１および第２磁石保持穴３１，４１が、第１および第２磁石保持台座３０，４０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形に形成されているものとしているが、第１および第２磁石保持穴は必ずしも軸方向一端から他端に貫通している必要はなく、軸方向一端又は他端の少なくとも一方が開口していればよい。
また、第１および第２磁石保持穴の穴中心を必ずしも軸方向に一致させる必要はなく、軸方向に対して傾斜していてもよい。例えば、第１および第２磁石保持穴の穴中心を相対する第２および第１爪状磁極部の先端側の内周面と略平行にすればより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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分解斜視図である。
【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磁石ケースの製造方法を説明する工程図である。
【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おける永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図である。
【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おける磁束の流れを説明するための模式図である。
【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おける磁束の流れを説明するための模式図である。
【図７】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を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 固定子、１３ 回転子、１４ 界磁コイル、１５ ポールコア、１６ 回転軸、１７ 第１ポールコア体、１８ 第１ボス部、１９ 第１継鉄部、２０ 第１爪状磁極部、２１ 第２ポールコア体、２２ 第２ボス部、２３ 第２継鉄部、２４ 第２爪状磁極部、２９ エアギャップ、３０ 第１磁石保持台座（永久磁石保持部）、３１ 第１磁石保持穴、３２ 第１軸方向開口、３３ 第１永久磁石、３４ 嵌合部、３５ 突出部、３６ 第１磁石ケース、３７ 冠部、３８ 翼部、３９ 第１磁石モジュール、４０ 第２磁石保持台座（永久磁石保持部）、４１ 第２磁石保持穴、４２ 第２軸方向開口、４３ 第２永久磁石、４４ 嵌合部、４５ 突出部、４６ 第２磁石ケース、４７ 冠部、４８ 翼部、５０ 第１永久磁石、５１ 第２永久磁石、５２ 第１嵌合部材、５３ 第２嵌合部材、５４ 第１磁石モジュール、５５ 第２磁石モジュール。
【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、このような課題を解決するために、ランデル型の回転子の周方向に対向する爪状磁極間に永久磁石を配設する手段がとられていた（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、永久磁石をファンに一体に形成されたポケット内に保持させ、ポケットを第１ポールピースのボディの上面と第２ポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンを第１ポールピースに取り付け、ポケットを第２ポールピースのボディの上面と第１ポールピースのポールフィンガーの下面との間に圧入してファンを第２ポールピースに取り付ける手段がとられていた（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−８５０４５号公報
【特許文献２】米国特許第４９５９５７７号明細書
【特許文献３】特表２００２−５２７０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２において、永久磁石を爪状磁極部間に保持するに当たっては、永久磁石を対向する爪状磁極部に対して高精度に位置決めする必要があり、磁石保持部材を付加し、或いは磁石保持用の溝を機械加工により爪状磁極部に形成することが必要となり、生産コストの高騰および量産性の低下をもたらしていた。また、高速回転時には、隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が生じるので、永久磁石に加わる遠心力を爪状磁極部間で保持する構造では、安定した永久磁石の保持が得られない。
【０００７】
特許文献３に記載のものでは、永久磁石を保持するポケットは一方のポールピースのボディと他方のポールピースのポールフィンガーとの間の嵌合空間に適合する概略矩形の断面形状に形成される。永久磁石を保持するポケットの保持を強固にするためには、ポールピースのポケットとの嵌合面を高精度に加工する必要がある。しかし、ポールピースのポケットとの嵌合面は平面或いは緩やかな曲面であり、高性能な工作機械によるポールピースの後加工が必要となり、膨大な加工コストおよび加工時間がかかってしまう。また、高速回転時には、爪状磁極部の先端が径方向外方に変位するので、永久磁石に加わる遠心力を爪状磁極部で保持する構造では、安定した永久磁石の保持が得られない。
【０００８】
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、遠心力に起因する爪状磁極部の先端部の変位や隣り合う爪状磁極部間の相対的な変位が磁石保持に直接影響せず、磁石保持の信頼性を高めることができるとともに、磁石保持構造を簡素化し、磁石の組み付け性を高め、生産コストの低下および量産性を高めることが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】
【０００９】
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、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、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所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えている。そして、本回転電機は、上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石保持穴と、断面がＣ字状の円弧形の嵌合部および該嵌合部の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突出する突出部からなる柱状体に作製され、該嵌合部を上記磁石保持穴に収納され、かつ該突出部を上記磁石保持穴の開口から突出させて配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、上記突出部の外周面を覆う形状の冠部および該冠部の両端から上記嵌合部の外周面を覆う形状に延出され、上記嵌合部の外周面の曲率半径より小径の曲率半径を有する一対の断面円弧状の翼部を有し、該冠部が上記突出部に嵌着され、かつ一対の該翼部が断面円弧の湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で上記磁石保持穴と上記嵌合部との間に介装された磁石ケースと、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、永久磁石が継鉄部側に保持されている。そこで、遠心力に起因する爪状磁極部の変位が永久磁石に影響しないので、永久磁石の保持が容易となり、磁石保持の信頼性が上がる。また、永久磁石が爪状磁極部の内径側に位置しているので、永久磁石に作用する遠心力が小さくなり、永久磁石の保持が容易となり、磁石保持の信頼性が上がる。また、永久磁石が磁石ケースに嵌着されているので、永久磁石の割れや欠けの発生が抑制される。
【００１１】
また、永久磁石が磁石ケースの一対の翼部の復元力を利用して支持されているので、磁石ケースの永久磁石への嵌着が容易となる。また、磁石保持穴をドリルやリーマなどの回転切削工具を用いて簡易に、高精度に作製でき、磁石ケースと磁石保持穴との嵌め合い部のがたつきを抑えることができる。さらに、磁石保持穴の穴方向を軸方向に向けているので、磁石ケースを軸方向から磁石保持穴に挿入することができ、磁石ケースの組み付け性が容易となる。これらのことから、生産コストの低下および量産性の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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分解斜視図、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磁石ケースの製造方法を説明する工程図、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おける永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図、図５および図６はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における磁束の流れを説明するための模式図である。
【００１３】
図１および図２において、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、回転軸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１３と、ケース４のフロント側に延出する回転軸１６の端部に固着されたプーリ６と、回転子１３の軸方向の両端面に固定されたファン７と、回転子１３に対して一定のエアギャップを有して、回転子１３の外周を囲繞してケース４に固定された固定子１０と、回転軸１６のリヤ側に固定され、回転子１３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、を備えている。なお、図示していないが、固定子１０で生じた交流を直流に整流する整流器、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などがケース４内に配設されている。
【００１４】
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１３の回転に伴い、後述する界磁コイル１４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。
【００１５】
回転子１３は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル１４と、界磁コイル１４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１５と、ポールコア１５の軸心位置に貫装された回転軸１６と、を備えている。
ポールコア１５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１７，２１に分割構成されている。
【００１６】
第１ポールコア体１７は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴１８ａが軸心位置を貫通して形成された第１ボス部１８と、第１ボス部１８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１９と、第１継鉄部１９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２０とを有している。第１爪状磁極部２０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１９の外周部に周方向に等角ピッチで例えば８個配列されている。
【００１７】
第２ポールコア体２１は、外周面を円筒形状とし、回転軸挿通穴２２ａが軸心位置を貫通して形成された第２ボス部２２と、第２ボス部２２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２３と、第２継鉄部２３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２４とを有している。第２爪状磁極部２４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２３の外周部に周方向に等角ピッチで例えば８個配列されている。
【００１８】
このように構成された第１および第２ポールコア体１７，２１は、第１および第２爪状磁極部２０，２４を交互に噛み合わせ、かつ、第１ボス部１８の他端面を第２ボス部２２の一端面に突き合わせ、回転軸挿通穴１８ａ，２２ａに貫装された回転軸１６に固着されている。そして、ボビン（図示せず）に巻装された界磁コイル１４が、第１および第２ボス部１８，２２、第１および第２継鉄部１９，２３および第１および第２爪状磁極部２０，２４に囲まれた空間に装着されている。ここで、第１および第２ボス部１８，２２および第１および第２継鉄部１９，２３が、それぞれポールコア１５のボス部および一対の継鉄部に相当する。
【００１９】
永久磁石保持部としての第１磁石保持台座３０は、冷間鍛造製法により第１ポールコア体１７に一体成形される。この第１磁石保持台座３０が、各第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向する第１継鉄部１９の外周面上に一体に突設されている。第１磁石保持穴３１が、第１磁石保持台座３０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、穴中心に直交する断面がＣ字状の円弧形に形成されている。第１磁石保持穴３１を軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する第１軸方向開口３２は、第２爪状磁極部２４の先端側内周面と対向している。
【００２０】
第１永久磁石３３は、断面がＣ字状の円弧形の嵌合部３４と、嵌合部３４の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面が台形の突出部３５と、を備えた柱状体に作製されている。嵌合部３４の半径は、第１磁石保持穴３１の半径よりほぼ第１磁石ケース３６の板厚分小さくなっている。
【００２１】
第１磁石ケース３６は、後述するように、ステンレス平板を屈曲成形して作製され、突出部３５の外形形状に適合する内形形状の断面コ字状の冠部３７と、冠部３７のコ字状の両端から嵌合部３４の外周を覆う形状に延出され、それぞれ所定の曲率半径の断面円弧状に形成された一対の翼部３８と、を備えている。翼部３８の内周面の曲率半径は、嵌合部３４の外周面の曲率半径より僅かに小さくなっている。この第１磁石ケース３６は、冠部３７を突出部３５に嵌着して第１永久磁石３３に外嵌状態に装着される。この時、一対の翼部３８は湾曲状態を拡大され、自身の弾性力により嵌合部３４の外周面を押圧し、一対の翼部３８の先端間に所定の隙間が確保されている。また、各翼部３８は、少なくともその断面円弧の中央側が嵌合部３４の外周面から離反している。これにより、第１永久磁石３３を第１磁石ケース３６内に保持した第１磁石モジュール３９が組み立てられる。
【００２２】
第１磁石モジュール３９は、一対の翼部３８で覆われた嵌合部３４を第１磁石保持穴３１に軸方向から挿入、保持される。この時、一対の翼部３８は、一対の翼部３８の先端間の隙間を縮小しつつ、かつ断面円弧の中央側が嵌合部３４の外周面に近接して、曲率半径が嵌合部３４の外周面の曲率半径に近づくように湾曲状態がさらに拡大され、第１永久磁石３３の嵌合部３４の外周面との密着面積が増大する。これにより、第１磁石モジュール３９が圧入状態で第１磁石保持穴３１に保持される。この時、翼部３８は復元力が蓄勢された状態で第１磁石保持穴３１と嵌合部３４との間に介装され、第１永久磁石３３が第１磁石保持穴３１に弾性支持される。また、冠部３７で覆われた突出部３５が、第１軸方向開口３２から突出し、第２爪状磁極部２４の先端側内周面に対向している。
【００２３】
永久磁石保持部としての第２磁石保持台座４０は、冷間鍛造製法により第２ポールコア体２１に一体成形される。この第２磁石保持台座４０が、各第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向する第２継鉄部２３の外周面上に一体に突設されている。第２磁石保持穴４１が、第２磁石保持台座４０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する、穴中心に直交する断面がＣ字状の円弧形に形成されている。第２磁石保持穴４１を軸方向の一端から他端に至る全域に亘って径方向外方に開口する第２軸方向開口４２は、第１爪状磁極部２０の先端側内周面と対向している。
【００２４】
第２永久磁石４３は、断面がＣ字状の円弧形の嵌合部４４と、嵌合部４４の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面が台形の突出部４５と、を備えた柱状体に作製されている。嵌合部４４の半径は、第２磁石保持穴４１の半径よりほぼ第２磁石ケース４６の板厚分小さくなっている。
【００２５】
第２磁石ケース４６は、同様に、ステンレス平板を屈曲成形して作製され、突出部４５の外形形状に適合する内形形状の断面コ字状の冠部４７と、冠部４７のコ字状の両端から延出され、それぞれ所定の曲率半径の断面円弧状に形成された一対の翼部４８と、を備えている。翼部４８の内周面の曲率半径は、嵌合部４４の外周面の曲率半径より僅かに小さくなっている。この第２磁石ケース４６は、冠部４７を突出部４５に嵌着して第２永久磁石４３に外嵌状態に装着される。この時、一対の翼部４８は湾曲状態を拡大され、自身の弾性力により嵌合部４４の外周面を押圧し、一対の翼部４８の先端間に所定の隙間が確保されている。また、各翼部４８は、少なくともその断面円弧の中央側が嵌合部４４の外周面から離反している。これにより、第２永久磁石４３を第２磁石ケース４６内に保持した第２磁石モジュール４９が組み立てられる。
【００２６】
第２磁石モジュール４９は、一対の翼部４８で覆われた嵌合部４４を第２磁石保持穴４１に軸方向から挿入、保持される。この時、一対の翼部４８は、一対の翼部４８の先端間の隙間を縮小しつつ、かつ断面円弧の中央側が嵌合部４４の外周面に近接して、曲率半径が嵌合部４４の外周面の曲率半径に近づくように湾曲状態がさらに拡大され、第２永久磁石４３の嵌合部４４の外周面との密着面積が増大する。これにより、第２磁石モジュール４９は圧入状態で第２磁石保持穴４１に保持される。この時、翼部４８は復元力が蓄勢された状態で第２磁石保持穴４１と嵌合部４４との間に介装され、第２永久磁石４３が第２磁石保持穴４１に弾性支持される。また、冠部４７で覆われた突出部４５が、第２軸方向開口４２から突出し、第１爪状磁極部２０の先端側内周面に対向している。
【００２７】
また、第１および第２永久磁石３３，４３は、着磁方向２５が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界２６の向きと反対となるように着磁配向されている。つまり、図１に示されるように、界磁コイル１４に通電され、磁界２６が矢印方向に発生された場合、第１および第２永久磁石３３，４３は、磁界２６と逆向きに着磁配向される。ここでは、第１および第２永久磁石３３，４３の着磁方向２５は、径方向に一致しており、その着磁方向２５の延長線が対向する第１および第２爪状磁極部２０，２４の先端側の内周面に向かっている。なお、界磁コイル１４を流れる界磁電流が作る磁界２６の向きが反転した設計の場合には、第１および第２永久磁石３３，４３も逆向きに着磁配向される。
【００２８】
つぎに、第１磁石ケース３６の製造方法について図３を参照しつつ説明する。ここで、薄板１００は、例えば厚さ０．５〜２ｍｍのステンレス平板である。第１金型１０１は、断面がＣ字状の円弧形の基部１０２と、基部１０２の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突き出た断面台形の突部１０３とからなる柱状体に作製されている。そして、突部１０３は第１永久磁石３３の突出部３５と同等の外形形状に形成され、基部１０２は円弧形の半径が嵌合部３４の円弧形の半径より僅かに小径に形成されている。第２金型１０４の下面には、基部１０２の断面円弧形の中心から突部１０３の上端までの第１金型１０１の外形形状に対してほぼ薄板１００の板厚分大きな内形形状のプレス溝１０５が凹設されている。第３金型１０６の先端には、基部１０２の断面円弧形の中心から突部１０３の上端までの第１金型１０１の外形形状と同等の外形形状のプレス面１０７が形成されている。第４金型１０８には、基部１０２の断面円弧形の中心から突部１０３と逆側の一側半分の外形形状に対してほぼ薄板１００の板厚分大きな内形形状のプレス面１０９が凹設されている。
【００２９】
まず、図３の（ａ）に示されるように、薄板１００を第２金型１０４にセットし、第３金型１０６により薄板１００をプレスする。これにより、薄板１００がプレス面１０７に押圧され、図３の（ｂ）に示されるように、プレス溝１０５の溝形状に屈曲成形され、薄板１００の両端側が第２金型１０４から平行に延出している。ついで、第３金型１０６を取り外し、第１金型１０１が、図３の（ｃ）に示されるように、プレス溝１０５の溝形状に屈曲成形された薄板１００内に嵌着される。その後、図３の（ｃ）に示されるように、第４金型１０８により左右から薄板１００の第２金型１０４からの延出部をプレスする。これにより、薄板１００の第２金型１０４からの延出部がプレス面１０９に押圧され、第１金型１０１の基部１０２の外周面形状に屈曲成形される。ついで、薄板１００を第２金型１０４から取り外し、図３の（ｄ）に示される第１磁石ケース３６が得られる。
【００３０】
このように成形された第１磁石ケース３６を、図４に示されるように、一対の翼部３８を押し広げ、第１永久磁石３３を第１磁石ケース３６内に差し入れる。その後、一対の翼部３８の押し広げ力を解除して、第１磁石モジュール３９が組み立てられる。この時、冠部３７は突出部３５の外周面に密着状態に嵌着される。また、翼部３８の内周面の曲率半径が、嵌合部３４の外周面の曲率半径より小さいので、翼部３８は、湾曲状態を拡大されて、自身の弾性力により嵌合部３４に押圧状態に嵌着される。これにより、第１永久磁石３３が抜け落ちることなく第１磁石ケース３６に保持される。
なお、図示していないが、第２磁石ケース４６も同様に作製され、第２磁石モジュール４９も同様に組み立てられる。
【００３１】
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１３の界磁コイル１４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１７の第１爪状磁極部２０がＮ極に着磁され、第２ポールコア体２１の第２爪状磁極部２４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を介して回転軸１６に伝達され、回転子１３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。
【００３２】
つぎに、磁束の動作について図５および図６を参照しつつ説明する。
まず、界磁コイル１４に通電されると、磁束２７が発生される。この磁束２７は、第１爪状磁極部２０からエアギャップ２９を通って固定子鉄心１１のティース部に入る。そして、磁束２７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２４に対向するティース部からエアギャップ２９を通ってその第２爪状磁極部２４に入る。ついで、第２爪状磁極部２４に入った磁束２７は、第２継鉄部２３、第２ボス部２２、第１ボス部１８、第１継鉄部１９を通って第１爪状磁極部２０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ポールコア体は限界設計されているので、界磁コイル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してしまう。
【００３３】
この実施の形態１では、第１および第２永久磁石３３，４３は、界磁コイル１４の発生する磁界２６の向きと反対となるように着磁配向されている。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３の発生する磁界の向きは、界磁コイル１４の発生する磁界２６と逆向きである。この第１および第２永久磁石３３，４３から発生した磁束２８が固定子鉄心１１に鎖交するには、大きな磁気抵抗をもつエアギャップ２９を往復する必要がある。また、第１および第２永久磁石３３，４３は、第２および第１爪状磁極部２４，２０の内径側に配設されており、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面側に対してより短い磁路長で周回するように配設されている。そこで、磁束２８の大部分が、固定子鉄心１１に迂回することなく、回転子１３内部で閉じた磁気回路を形成する。
【００３４】
つまり、第１永久磁石３３から発生する磁束２８は、第１磁石保持台座３０から第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２爪状磁極部２４を通り、第１永久磁石３３に戻る。また、第２永久磁石４３から発生する磁束２８は、空隙を介して第１爪状磁極部２０に入り、第１継鉄部１９、第１ボス部１８、第２ボス部２２、第２継鉄部２３および第２磁石保持台座４０を通り、第２永久磁石４３に戻る。
そこで、第１および第２永久磁石３３，４３の発生する磁束２８は、界磁コイル１４の発生する磁束２７と逆向きとなり、第１および第２ポールコア体１７，２１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。
【００３５】
この実施の形態１によれば、第１および第２永久磁石３３，４３を配設しているので、磁気飽和が解消され、固定子１０に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加することができる。特に、磁気飽和が顕著な低速アイドリング域での発電量を大幅に増大できる。
また、第１および第２永久磁石３３，４３は、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３３，４３は、回転子１３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２０，２４の最外周面部に留まり、第１および第２永久磁石３３，４３を直接誘導加熱するように作用しない。その結果、第１および第２永久磁石３３，４３が加熱されて、熱減磁することが未然に防止される。
【００３６】
また、第１および第２永久磁石３３，４３が、第１および第２爪状磁極部２０，２４の内周面に対向するように配設されているので、第１および第２永久磁石３３，４３の磁気回路が回転子内部で閉じた磁気回路となり、固定子１０に鎖交する磁束成分がなくなる。そこで、無負荷無励磁における第１および第２永久磁石３３，４３の誘起電圧の発生が抑制される。その結果、第１および第２永久磁石３３，４３の磁石量を増大させることができる。
【００３７】
また、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２継鉄部１９，２３に取り付けられている。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２爪状磁極部２０，２４の内径側に位置しているので、第１および第２永久磁石３３，４３にかかる遠心力が小さくなり、第１および第２永久磁石３３，４３の保持構造を簡略化できる。また、第１および第２永久磁石３３，４３は遠心力に対して大きく変位する第１および第２爪状磁極部２０，２４の影響を受けないので、第１および第２永久磁石３３，４３の保持が容易となる。これらのことから、第１および第２永久磁石３３，４３の保持の信頼性が向上される。
【００３８】
ここで、第１および第２ポールコア体１７，２１は冷間鍛造製法により作製されるので、高精度な磁石保持形状は得られにくい。そこで、高精度な磁石保持形状を得るには、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１７，２１にＮＣ加工機等を用いて削り加工を施す必要があった。
この実施の形態１では、磁石保持のための第１および第２磁石保持穴３１，４１の穴形状が断面Ｃ字状の円弧形の筒状であるので、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１７，２１に、ドリルやリーマなどの回転切削工具による簡便な追加工を施すことにより、高精度の穴寸法の第１および第２磁石保持穴３１，４１を形成できる。このように、第１および第２磁石保持穴３１，４１の嵌合面を回転切削工具による切削で作製でき、ＮＣ加工機などを使っての立体的な切削加工が必要ではなく、製造時間が短縮されると共に、製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、第１および第２磁石保持穴３１，４１の嵌合面の加工精度を高くすることができるので、第１および第２永久磁石３３，４３が組み込まれた第１および第２磁石モジュール３９，４９を第１および第２磁石保持穴３１，４１に、がたつき無く安定した状態で強固に保持することができる。そこで、回転子１３が高速回転しても、第１および第２磁石モジュール３９，４９が第１および第２磁石保持穴３１，４１から抜けて飛散し、第１および第２永久磁石３３，４３が損傷するような事態が回避される。
また、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２磁石ケース３６，４６に組み込まれているので、自動車のエンジンによる振動が車両用交流発電機１に加わっても、第１および第２永久磁石３３，４３の割れや欠けの発生が抑制される。
【００４０】
また、第１および第２磁石保持穴３１，４１が、穴中心を軸方向に一致させて、断面Ｃ字状の円弧形の筒状に作製され、第１および第２磁石モジュール３９，４９が軸方向から第１および第２磁石保持穴３１，４１に挿入、保持されている。そこで、第１および第２磁石モジュール３９，４９の保持構造が簡略化されると共に、組み付け性が上がり、生産コストの低下および量産性の向上が図られる。
【００４１】
また、第１および第２磁石保持穴３１，４１と第１および第２磁石ケース３６，４６との接触面が円筒面となるので、局部的な応力集中が無く、第１および第２磁石保持台座３０，４０の破損の発生が抑制される。
また、第１および第２永久磁石３３，４３が非磁性の第１および第２磁石ケース３６，４６を介して第１および第２磁石保持穴３１，４１に装着されているので、第１および第２永久磁石３３，４３の磁束の一部が第１および第２磁石保持台座３０，４０に漏れて第１および第２永久磁石３３，４３に戻る漏れ磁束が減少する。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３から対向する第２および第１爪状磁極部２４，２０に向かう磁束量が増大し、回転子内部への磁石磁束が増加され、磁気飽和緩和の効果が高められる。
【００４２】
また、第１および第２磁石ケース３６，４６がステンレス平板を屈曲成形して作製されているので、第１および第２永久磁石３３，４３の複雑な外形形状に適合する形状の第１および第２磁石ケース３６，４６を容易に、安価に作製できる。
【００４３】
また、ステンレス平板の弾性力（復元力）を利用して第１および第２磁石ケース３６，４６を第１および第２永久磁石３３，４３に嵌着し、かつ一対の翼部３８，４８の先端間に隙間を持たせている。そこで、第１および第２永久磁石３３，４３および第１および第２磁石ケース３６，４６の加工誤差を吸収して、第１および第２磁石ケース３６，４６を第１および第２永久磁石３３，４３に簡易に嵌着できる。さらに、第１および第２磁石モジュール３９，４９と第１および第２磁石保持穴３１，４１との寸法誤差が第１および第２磁石ケース３６，４６の弾性力で吸収でき、両者の嵌め合い不良の発生が抑えられるとともに、第１および第２磁石モジュール３９，４９を第１および第２磁石保持穴３１，４１にがたつき無く保持できる。
【００４４】
また、第１磁石モジュール３９が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に突設された８個の第１磁石保持台座３０の全てに保持されて、第２磁石モジュール４９が周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に突設された８個の第２磁石保持台座４０の全てに保持されているので、第１および第２磁石モジュール３９，４９が等角ピッチに配列されている。そこで、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなり、第１および第２永久磁石３３，４３を配設することに起因する遠心力に対する重量的なアンバランスの発生が抑制される。ここで、磁石重心とは、第１永久磁石３３と第１磁石ケース３６とを含めた第１磁石モジュール３９の重心であり、第２永久磁石４３と第２磁石ケース４６とを含めた第２磁石モジュール４９の重心である。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３３，４３の突出部３５，４５が断面台形に形成されているものとしているが、突出部の断面は台形に限定されるものではない。特に、磁石の製造し易さから、断面が台形、正方形、長方形の四角形であることが好ましい。さらに、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていてもよい。第１および第２磁石ケース３６，４６の冠部３７，４７の形状は、第１および第２永久磁石３３，４３の突出部３５，４５の外形形状に適合するように形成される。
また、上記実施の形態１では、第１および第２永久磁石３３，４３が第１および第２磁石ケース３６，４６により第１および第２磁石保持穴３１，４１に弾性支持されているものとしているが、さらに接着剤を用いて第１および第２永久磁石３３，４３を第１および第２磁石保持穴３１，４１に固着するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態１では、第１および第２磁石モジュール３９，４９が全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール３９，４９は全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設させる必要はなく、第１および第２磁石モジュール３９，４９の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石モジュール３９，４９を配置すればよい。
【００４７】
例えば、第１および第２磁石保持台座３０，４０の個数が８個であることから、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置の第１および第２磁石保持台座３０，４０を除く６個の第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール３９，４９を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、第１および第２磁石モジュール３９，４９をそれぞれ９０度の等角ピッチで第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００４８】
また、上記実施の形態１では、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０が周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０は周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設させる必要はなく、第１および第２磁石保持台座３０，４０の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石保持台座３０，４０を配置すればよい。ここで、磁石保持台座全体の重心とは、第１磁石保持台座３０、第１永久磁石３３および第１磁石ケース３６を含めた重心であり、第２磁石保持台座４０、第２永久磁石４３および第２磁石ケース４６を含めた重心である。
【００４９】
例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置を除く６箇所に第１および第２磁石保持台座３０，４０を設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール３９，４９を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール３９，４９を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、４個の第１および第２磁石保持台座３０，４０をそれぞれ９０度の等角ピッチで設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール３９，４９を配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００５０】
このように、第１１および第２磁石モジュール３９，４９の配設個数が変わっても、磁気的には、第１および第２永久磁石３３，４３の磁束は回転子内部で閉じているので、固定子に対して、磁気的なアンバランスも生じない。
【００５１】
実施の形態２．
図７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を示す分解斜視図、図８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図である。
【００５２】
この実施の形態２では、第１および第２永久磁石５０，５１が、上記実施の形態１における突出部３５，４５と同等の外形形状、即ち断面台形の柱状体に作製されている。第１および第２嵌合部材５２，５３が、鉄などの磁性材料を用い、上記実施の形態１における嵌合部３４，４４と同等の外形形状、即ち断面Ｃ字状の円弧形をなす柱状体に作製されている。そして、第１および第２永久磁石５０，５１の断面台形の底面を第１および第２嵌合部材５２，５３の断面円弧形の弦部で構成される平面に突き合わせて第１および第２磁石ケース３６，４６に装着して、第１および第２磁石モジュール５４，５５が組み立てられている。
【００５３】
第１および第２磁石モジュール５４，５５は、一対の翼部３８，４８で覆われた第１および第２嵌合部材５２，５３を第１および第２磁石保持穴３１，４１に軸方向から挿入、保持されている。この時、一対の翼部３８，４８は、一対の翼部３８，４８の先端間の隙間を縮小しつつ、曲率半径が第１および第２嵌合部材５２，５３の外周面の曲率半径に近づくように湾曲状態がさらに拡大され、第１および第２嵌合部材５２，５３の外周面に密接する。これにより、第１および第２磁石モジュール５４，５５は第１および第２磁石保持穴３１，４１に圧入・保持される。そして、翼部３８，４８は復元力が蓄勢された状態で第１および第２磁石保持穴３１，４１と第１および第２嵌合部材５２，５３との間に介装され、第１および第２嵌合部材５２，５３が第１および第２磁石保持穴３１，４１に弾性支持される。また、冠部３７，４７で覆われた第１および第２永久磁石５０，５１が、第１および第２軸方向開口３２，４２から突出し、第２および第１爪状磁極部２４，２０の先端側内周面に対向している。
【００５４】
また、第１および第２永久磁石５０，５１は、着磁方向２５が、界磁コイル１４を流れる界磁電流が回転子１３の軸心と直交する平面において作る磁界２６の向きと反対となるように着磁配向されている。
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。
【００５５】
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、第１および第２嵌合部材５２，５３が磁性材料で作製されているので、第１および第２永久磁石５０，５１と第１および第２磁石保持台座３０，４０との間の磁気抵抗が低減される。そこで、上記実施の形態１における第１および第２永久磁石３３，４３に代えて断面台形の柱状体に作製された第１および第２永久磁石５０，５１を用いることに起因する磁石磁路の磁気抵抗の増加が抑えられ、回転子の磁気飽和緩和の効果の低下が抑制される。
【００５６】
この実施の形態２によれば、第１および第２永久磁石５０，５１が断面台形の柱状体に作製されているので、磁石を製造しやすく、歩留まりを高くすることができる。
特に、異方性焼結磁石では、磁石粉末を高圧でプレス加圧し磁場配向しながら焼結体とする。そこで、対向する辺が平行な平面であると、プレス型内で磁石粉末に加わる圧力が均一となり、高密度の磁石を製造できる。また、このようにして得られた焼結体に砥石加工を施して焼結体を所望の外形形状に仕上げた後、所望の形状の磁石を切り出す場合、磁石形状が断面台形であれば、材料歩留まりが高くなる。この時、切り出し面を配向方向面に対して垂直とすることで、断面が台形の磁石が切り出されるので、生産性が高くなると共に、製造コストを低減できる。
【００５７】
また、上記実施の形態２では、第１および第２永久磁石５０，５１が断面台形に形成されているものとしているが、磁石の断面は台形に限定されるものではなく、断面が正方形や長方形の四角形であってもよい。さらに、断面四角形の角部に面取り或いはアール加工が施されていてもよい。第１および第２磁石ケース３６，４６の冠部３７，４７の形状は、第１および第２永久磁石５０，５１の外形形状に適合するように形成される。
【００５８】
また、上記実施の形態２では、第１磁石モジュール５４が周方向に隣り合う第１爪状磁極部２０間の第１継鉄部１９の部位に突設された８個の第１磁石保持台座３０の全てに保持されて、第２磁石モジュール５５が周方向に隣り合う第２爪状磁極部２４間の第２継鉄部２３の部位に突設された８個の第２磁石保持台座４０の全てに保持されているので、第１および第２磁石モジュール５４，５５が等角ピッチに配列されている。そこで、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなり、第１および第２永久磁石５０，５１を配設することに起因する遠心力に対する重量的なアンバランスの発生が抑制される。ここで、磁石重心とは、第１永久磁石５０と第１嵌合部材５２と第１磁石ケース３６とを含めた第１磁石モジュール５４の重心であり、第２永久磁石５１と第２嵌合部材５３と第２磁石ケース４６とを含めた第２磁石モジュール５５の重心である。
【００５９】
なお、上記実施の形態２では、第１および第２磁石モジュール５４，５５が全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール５４，５５は全ての第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設させる必要はなく、第１および第２磁石モジュール５４，５５の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石モジュール５４，５５を配置すればよい。
【００６０】
例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置の第１および第２磁石保持台座３０，４０を除く６個の第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール５４，５５を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、第１および第２磁石モジュール５４，５５をそれぞれ９０度の等角ピッチで第１および第２磁石保持台座３０，４０に配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５のそれぞれの磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００６１】
また、上記実施の形態２では、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０が周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設されているものとしているが、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０は周方向に隣り合う第１および第２爪状磁極部２０，２４の間の全てに配設させる必要はなく、第１および第２磁石保持台座３０，４０の配設個数は要求性能とコストとを勘案して適宜選択すればよい。この場合、遠心力に対して重量的なアンバランスを生じさせないために、回転軸１６の中心から第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように第１および第２磁石保持台座３０，４０を配置すればよい。ここで、磁石保持台座全体の重心とは、第１磁石保持台座３０、第１永久磁石５０、第１嵌合部材５２および第１磁石ケース３６を含めた重心であり、第２磁石保持台座４０、第２永久磁石５１、第２嵌合部材５３および第２磁石ケース４６を含めた重心である。
【００６２】
例えば、要求性能とコストとを勘案して、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を６個とした場合には、回転軸１６の中心に対して点対称となる位置、即ち周方向に１８０度離れた位置を除く６箇所に第１および第２磁石保持台座３０，４０を設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール５４，５５を配設すればよい。これにより、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。また、第１および第２磁石モジュール５４，５５を保持する第１および第２磁石保持台座３０，４０のそれぞれの配設個数を４個とした場合には、４個の第１および第２磁石保持台座３０，４０をそれぞれ９０度の等角ピッチで設け、各第１および第２磁石保持台座３０，４０に第１および第２磁石モジュール５４，５５を配設すればよい。これによっても、回転軸１６の中心から第１および第２磁石保持台座３０、４０のそれぞれの磁石保持台座全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなる。
【００６３】
このように、第１１および第２磁石モジュール５４，５５の配設個数が変わっても、磁気的には、第１および第２永久磁石５０，５１の磁束は回転子内部で閉じているので、固定子に対して、磁気的なアンバランスも生じない。
【００６４】
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。
また、上記各実施の形態では、磁石ケースがステンレス平板をプレス成形して作製されているものとしているが、磁石ケースはステンレスに限定されるものではなく、永久磁石を保持できる程度の嵌着力（弾性力）があればよく、例えば鉄などの金属やプラスチックを用いることができる。特に、磁石の磁束の一部が磁石保持台座に漏れて永久磁石に戻る漏れ磁束を減少させるには、磁石ケースの材料を非磁性材料とすることが好ましい。
【００６５】
また、上記各実施の形態では、第１および第２永久磁石の材料については説明していないが、ランデル型の回転子構造から永久磁石を配設するための大きなスペースは確保できない。そこで、小容積の磁石で十分な磁気飽和緩和効果を得るためには、エネルギー積ＢＨＭＡＸが３０ＭＧＯｅ以上の異方性焼結希土類磁石を用いることが好ましい。
【００６６】
また、上記各実施の形態では、第１および第２磁石保持穴３１，４１が、第１および第２磁石保持台座３０，４０に、穴中心を軸方向に一致させて軸方向一端から他端に貫通し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形に形成されているものとしているが、第１および第２磁石保持穴は必ずしも軸方向一端から他端に貫通している必要はなく、軸方向一端又は他端の少なくとも一方が開口していればよい。
また、第１および第２磁石保持穴の穴中心を必ずしも軸方向に一致させる必要はなく、軸方向に対して傾斜していてもよい。例えば、第１および第２磁石保持穴の穴中心を相対する第２および第１爪状磁極部の先端側の内周面と略平行にすればより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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分解斜視図である。
【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磁石ケースの製造方法を説明する工程図である。
【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おける永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図である。
【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おける磁束の流れを説明するための模式図である。
【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おける磁束の流れを説明するための模式図である。
【図７】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を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における永久磁石の磁石ケースへの実装方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 固定子、１３ 回転子、１４ 界磁コイル、１５ ポールコア、１６ 回転軸、１７ 第１ポールコア体、１８ 第１ボス部、１９ 第１継鉄部、２０ 第１爪状磁極部、２１ 第２ポールコア体、２２ 第２ボス部、２３ 第２継鉄部、２４ 第２爪状磁極部、２９ エアギャップ、３０ 第１磁石保持台座（永久磁石保持部）、３１ 第１磁石保持穴、３２ 第１軸方向開口、３３ 第１永久磁石、３４ 嵌合部、３５ 突出部、３６ 第１磁石ケース、３７ 冠部、３８ 翼部、３９ 第１磁石モジュール、４０ 第２磁石保持台座（永久磁石保持部）、４１ 第２磁石保持穴、４２ 第２軸方向開口、４３ 第２永久磁石、４４ 嵌合部、４５ 突出部、４６ 第２磁石ケース、４７ 冠部、４８ 翼部、５０ 第１永久磁石、５１ 第２永久磁石、５２ 第１嵌合部材、５３ 第２嵌合部材、５４ 第１磁石モジュール、５５ 第２磁石モジュール。
【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、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、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所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、
上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石保持穴と、
断面がＣ字状の円弧形の嵌合部および該嵌合部の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突出する突出部からなる柱状体に作製され、該嵌合部を上記磁石保持穴に収納され、かつ該突出部を上記磁石保持穴の開口から突出させて配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、
上記突出部の外周面を覆う形状の冠部および該冠部の両端から上記嵌合部の外周面を覆う形状に延出され、上記嵌合部の外周面の曲率半径より小径の曲率半径を有する一対の断面円弧状の翼部を有し、該冠部が上記突出部に嵌着され、かつ一対の該翼部が断面円弧の湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で上記磁石保持穴と上記嵌合部との間に介装された磁石ケースと、を備え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、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、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所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、
上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石保持穴と、
断面がＣ字状の円弧形の柱状体に作製され、上記磁石保持穴に収納された磁性材料からなる嵌合部材と、
断面四角形の柱状体に作製され、上記嵌合部材の円弧形の弦部で構成される平面上に上記磁石保持穴の開口から突出するように配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、
上記永久磁石の外周面を覆う形状の冠部および該冠部の両端から上記嵌合部材の外周面を覆う形状に延出され、上記嵌合部材の外周面の曲率半径より小径の曲率半径を有する一対の断面円弧状の翼部を有し、該冠部が上記永久磁石に嵌着され、かつ一対の該翼部が断面円弧の湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で上記磁石保持穴と上記嵌合部材との間に介装された磁石ケースと、を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
上記磁石ケースは、金属薄板を屈曲成形して作製されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記磁石ケースは、非磁性材料で作製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】
上記永久磁石保持部が、全ての上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に突設され、
上記永久磁石が、上記回転軸の中心から上記磁石保持穴に保持された上記永久磁石のそれぞれの上記磁石ケースを含む磁石重心又は上記嵌合部材と上記磁石ケースとを含む磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように配置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】
上記永久磁石が上記永久磁石保持部の全てに保持され、
上記永久磁石が保持された上記永久磁石保持部は、上記回転軸の中心から上記永久磁石が保持された上記永久磁石保持部のそれぞれの永久磁石保持部全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように配置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、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、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所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、
上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石保持穴と、
断面がＣ字状の円弧形の嵌合部および該嵌合部の円弧形の弦部から一体に径方向外方に突出する突出部からなる柱状体に作製され、該嵌合部を上記磁石保持穴に収納され、かつ該突出部を上記磁石保持穴の開口から突出させて配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、
上記突出部の外周面を覆う形状の冠部および該冠部の両端から上記嵌合部の外周面を覆う形状に延出され、上記嵌合部の外周面の曲率半径より小径の曲率半径を有する一対の断面円弧状の翼部を有し、該冠部が上記突出部に嵌着され、かつ一対の該翼部が断面円弧の湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で上記磁石保持穴と上記嵌合部との間に介装された磁石ケースと、を備え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、上記ボス部の軸心位置に挿通された回転軸に固着されたポールコアと、上記ボス部、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所定のエアギャップを介して囲繞して配設された固定子と、を備えた回転電機において、
上記複数の爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に該継鉄部から一体に突設された永久磁石保持部と、
上記永久磁石保持部のそれぞれに穴方向を軸方向に向けて設けられ、軸方向の少なくとも一端が開口し、かつ径方向外方に開口する、断面がＣ字状の円弧形の磁石保持穴と、
断面がＣ字状の円弧形の柱状体に作製され、上記磁石保持穴に収納された磁性材料からなる嵌合部材と、
断面四角形の柱状体に作製され、上記嵌合部材の円弧形の弦部で構成される平面上に上記磁石保持穴の開口から突出するように配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向きと逆向きに着磁配向された永久磁石と、
上記永久磁石の外周面を覆う形状の冠部および該冠部の両端から上記嵌合部材の外周面を覆う形状に延出され、上記嵌合部材の外周面の曲率半径より小径の曲率半径を有する一対の断面円弧状の翼部を有し、該冠部が上記永久磁石に嵌着され、かつ一対の該翼部が断面円弧の湾曲状態を拡大されて復元力を蓄勢した状態で上記磁石保持穴と上記嵌合部材との間に介装された磁石ケースと、を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
上記磁石ケースは、金属薄板を屈曲成形して作製されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記磁石ケースは、非磁性材料で作製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】
上記永久磁石保持部が、全ての上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記一対の継鉄部の部位に突設され、
上記永久磁石が、上記回転軸の中心から上記磁石保持穴に保持された上記永久磁石のそれぞれの上記磁石ケースを含む磁石重心又は上記嵌合部材と上記磁石ケースとを含む磁石重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように配置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】
上記永久磁石が上記永久磁石保持部の全てに保持され、
上記永久磁石が保持された上記永久磁石保持部は、上記回転軸の中心から上記永久磁石が保持された上記永久磁石保持部のそれぞれの永久磁石保持部全体の重心に向かうベクトルの総和がゼロとなるように配置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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−５００７５（Ｐ２００９−５００７５Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１２９９２（Ｐ２００７−２１２９９２）
【出願日】平成１９年８月１７日（２００７．８．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１７日（２００７．８．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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