JP3767135B2

JP3767135B2 - 回転電機の回転子の製造方法

Info

Publication number: JP3767135B2
Application number: JP31207197A
Authority: JP
Inventors: 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JPH11150902A; US6157111A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、隣り合う爪状磁極間に爪状磁極間の磁束の漏洩を減少するために配設された磁極間部材を備えた回転電機の回転子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来の車両用交流発電機の側断面図、図１２は図１１の回転子の斜視図であり、この交流発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２で構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランデル型の回転子７と、回転子７の両側面に固定されたファン５と、ケース３の内壁面に固定されたステータ８と、シャフト６の他端部に固定され回転子７に電流を供給するスリップリング９と、スリップリング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に接続されステータ８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７と、このヒートシンク１７に接着されステータ８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８とを備えている。
【０００３】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って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１４と、ポールコア１４に設けられた磁極間部材１９とを備えている。
ポールコア１４は一対の交互に噛み合った第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２で構成されている。第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２は鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極２３、２４をそれぞれ有している。直方体形状の酸化物磁石で構成された磁極間部材１９は隣り合う各爪状磁極２３、２４間に、これらの爪状磁極２３、２４間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁されて固着されている。つまり、Ｎ極に磁化された爪状磁極２３に対向する側が磁極間部材１９のＮ極面となり、Ｓ極に磁化された爪状磁極２４に対向する側が磁極間部材１９のＳ極面となるように磁極間部材１９が固着され、隣り合う各爪状磁極２３、２４間で漏洩して、交流発電機の発電に寄与していない無効磁束を減少することができ、交流発電機の発電効率を高めている。
ステータ８は、ステータコア１５と、このステータコア１５に導線が巻回され回転子７の回転に伴い回転子コイル１３からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１６とを備えている。
【０００４】
上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア体２１の爪状磁極２３にはＮ極が磁化され、第２のポールコア体２２の爪状磁極２４にはＳ極が磁化される。
一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト６によって回転子７が回転するため、ステータコイル１６には回転磁界が与えられ、ステータコイル１６には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１８によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【０００５】
また、回転子コイル１３で発生した磁束の多くはＮ極に磁化された第１のポールコア体２１の爪状磁極２３からステータ８に入り、ステータ８の内部を通ってＳ極に磁化された爪状磁極２４から第２のポールコア体２２の内部に入り、再び第１のポールコア体２１の爪状磁極２３からステータ８に入る、図１１において矢印Ａに示す方向の閉回路を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機の回転子７では、爪状磁極２３、２４間に磁極間部材１９を設けることで、回転子コイル１３で発生したより多くの磁束がポールコア１４を通過することになり、それだけポールコア１４には多くの渦電流が生じてしまい、鉄損が増加してしまうという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、ポールコアでの鉄損を低減し、出力効率が向上した回転電機の回転子を簡単に製造することができる回転電機の回転子の製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の回転子の製造方法では、交互に噛み合い、薄い鋼板を積層してなる第１及び第２の爪状磁極間に、これらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された磁極間部材を一体に結合してリング状の磁極体を形成し、次に、この磁極体の内部に、電流を流して磁束を発生する回転子コイルを収納した後、この磁極体の両端面にそれぞれ第１及び第２のポールベースを接合する。
【０００９】
また、磁極間部材は、磁性部材で構成された磁性部と、この磁性部を覆っている非磁性部とから構成されたものである。
【００１０】
また、磁極間部材の外周面には爪状磁極が半径外側方向に移動するのを防止する係止部を形成したものである。
【００１１】
また、回転子の外周面には磁極間部材及び爪状磁極が半径外側方向に移動するのを防止する非磁性部材を設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の車両用交流発電機の回転子の製造方法について説明するが、図１１及び図１２と同一または相当部分は同一符号を付して説明する。
参考例１．
図１はこの発明の参考例１の車両用交流発電機の回転子３０の斜視図、図２は図１に組み込まれた磁極間部材３１の側面図、図３は図１に組み込まれた第２のポールコア体３２の斜視図、図４は図３の第２のポールコア体３２の側断面図である。
この回転子３０は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って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３３と、ポールコア３３に設けられ蛇行周回して冠状に形成された磁極間部材３１とを備えている。
【００１３】
ポールコア３３は一対の交互に噛み合った第１のポールコア体３４及び第２のポールコア体３２で構成されている。第１のポールコア体３４は、第１のポールベース３５と、この第１のポールベース３５に０．８ｍｍ程度の薄い鋼板を回転子３０の軸線方向に積層して構成されＮ極に磁化される爪状磁極３６とを有している。第２のポールコア体３２は、第２のポールベース３７と、このポールベース３７に０．８ｍｍ程度の薄い鋼板を回転子３０の軸線方向に積層して構成されＳ極に磁化される第２の爪状磁極３８とを有している。爪状磁極３６、３８は共に隅部Ｂが溶接されて鋼板同士が結合しており、またその根元部Ｃが溶接されてポールベース３５、３７に接合されている。
【００１４】
磁極間部材３１は隣り合う各爪状磁極３６、３８間に、これらの爪状磁極３６、３８間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁されて固着されている。つまり、Ｎ極に磁化された爪状磁極３６に対向する側が磁極間部材３１のＮ極面となり、Ｓ極に磁化された爪状磁極３８に対向する側が磁極間部材３１のＳ極面となるように磁極間部材３１が固着され、隣り合う爪状磁極２３、２４間で漏洩して交流発電機の発電に寄与していない無効磁束を減少することができ、交流発電機の発電効率を高めている。磁極間部材３１は外周部に形成された磁性部３９と、内周部に形成されているとともに隣接した磁性部３９同士を接続する非磁性部４０とを有している。
磁性部３９はポリアミド系樹脂にフェライト系鉄粉が混入された磁性樹脂を射出成形して蛇行周回した冠状の樹脂部材を形成し、この樹脂部材のうち外周側のみに磁界を印加、着磁して形成されている。なお、着磁されなかった樹脂部材の部分は非磁性部４０となる。
【００１５】
ステータ８は、ステータコア１５と、このステータコア１５に導線が巻回され回転子３０の回転に伴い回転子コイル１３からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１６とを備えている。
【００１６】
次に、上記構成の車両用交流発電機の動作について説明する。バッテリ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア体３４の爪状磁極３６にはＮ極の磁極が形成され、第２のポールコア体３２の爪状磁極３８にはＳ極の磁極が形成される。一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト６によって回転子３０が回転するため、ステータコイル１６には回転磁界が与えられ、ステータコイル１６には起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１８によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【００１７】
また、回転子コイル１３で発生した磁束の多くはＮ極に磁化された第１のポールコア体３４の爪状磁極３６からステータ８に入り、ステータ８の内部を通ってＳ極に磁化された爪状磁極３８から第２のポールコア体３２の内部に入り、再び第１のポールコア体３４の爪状磁極３６からステータ８に入り、所謂閉回路を形成する。そして、回転子コイル１３で発生した多くの磁束はポールコア３３を通過するが、爪状磁極３６、３８は薄い鋼板を積層して構成されており、ポールコア３３での渦電流の発生を低減することができ、鉄損が低減して発電効率が向上する。
また、磁極間部材３１として、脆弱な酸化物磁石、化合物磁石を用いず、成形、加工が容易な磁性樹脂を用いており、簡単に磁極間部材３１を形成することができる。
【００１８】
参考例２．
図５はこの発明の参考例２の車両用交流発電機の回転子５０の斜視図、図６は図５に組み込まれた磁極間部材５１の側面図である。
この磁極間部材５１は、ポリアミド系樹脂にフェライト系鉄粉が混入した磁性樹脂が磁化された磁性部材からなる磁性部５２と、この磁性部５２を覆いポリアミド系樹脂からなる非磁性部５３とから構成されている点が参考例１と異なる。
【００１９】
この参考例では、磁性樹脂を射出成形して樹脂部材を形成し、次にこの樹脂部材を磁化して磁性部５２を形成する。その後、磁性部５２を型内に配置した状態でポリアミド系樹脂を射出成形して磁性部５２を非磁性部５３で覆った磁極間部材５１を形成する。
参考例１では、材料コストの高い磁性樹脂が磁極間部材５１の全体に用いられているのに対して、この参考例では磁性部５２のみに限られており、回転子コイルの製造コストが低減される。
また、磁性樹脂で構成された磁性部５２の代わりに酸化物磁石、化合物磁石を用いてもよい。また、非磁性部５３として非磁性の金属を用いてもよい。
【００２０】
実施の形態１．
図７は実施の形態１の車両用交流発電機の回転子の製造方法に関し、回転子に組み込まれる磁極体６０及び第１及び第２のポールベース６１、６２の分解斜視図である。
この回転子は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って設けられた磁極体６０と、この磁極体６０の両端面にそれぞれ固定された第１のポールベース６１及び第２のポールベース６２とを備えている。
磁極体６０は、０．８ｍｍ程度の薄い鋼板を回転子の軸線方向に積層して構成されＮ極に磁化される三角形状の第１の爪状磁極６３と、０．８ｍｍ程度の薄い鋼板を回転子の軸線方向に積層して構成されＳ極に磁化される三角形状の第２の爪状磁極６４と、第１の爪状磁極６３と第２の爪状磁極６４との間に固着された磁極間部材６５とを備えている。
【００２１】
磁極間部材６５は、これらの爪状磁極６３、６４間の磁束の漏洩を減少する向きに固着されており、また蛇行周回して環状に形成されている。また、磁極間部材６５は、実施の形態１の磁極間部材３１と同じ磁性樹脂を材料として用いており、また外周部に形成された磁性部６６と、内周部に形成されているとともに隣接した磁性部６６同士を接続する非磁性部６７とを有している。
【００２２】
磁極体６０の一方の端面には第１のポールベース６１の凹部６８に係合される突起６９が形成され、磁極体６０の他方の端面には第２のポールベース６２の凹部７０に係合される突起７１が形成されている。
【００２３】
この磁極体６０は、鋼板を積層し、隅部Ｂを溶接して鋼板同士が結合された第１及び第２の爪状磁極６３、６４を予め形成し、その後この爪状磁極６３、６４を金型内に配置し、金型内に磁性樹脂を射出成形することで、爪状磁極６３、６４と磁極間部材６５とが一体化されている。
参考例１、２の爪状磁極３６、３８では、積層した鋼板同士を強固に結合するために隅部の溶接作業に時間を要したが、この実施の形態では、鋼板同士の接合は溶接による仮止めでよく、樹脂の射出成形時に鋼板同士は樹脂で強固に結合され、面倒な溶接作業は軽減される。また、リング状の磁極体６０の内部に回転子コイル１３を収納した後、磁極体６０の両端部をそれぞれ第１のポールベース６１、第２のポールベース６２で溶接により接合することで、回転子を簡単に製造することができる。なお、この場合磁極間部材６５の材質は成形樹脂材であるが、成形金属材や、焼結材を用いてもよい。
【００２４】
参考例３．
図８はこの発明の参考例３の車両用交流発電機の回転子の第２のポールコア体８０の斜視図であり、鉄製の第２のポールコア体８０の爪状磁極８１の表面及び第１のポールコア体の爪状磁極の表面に周方向に延びた凹凸部であるスリット８２が形成されている点が参考例１と異なる。
この参考例では、従来の爪状磁極２３、２４の表面にスリットを形成するだけで、鉄損を低減することができ、交流発電機の発電効率を向上させることができる。なお、凹凸部としてはスリットに限定されるものではなく、複数個の突起を爪状磁極２３、２４の表面に形成してもよい。なお、この場合磁極間部材６５の材質は成形樹脂材であるが、成形金属材が焼結材を用いてもよい。
【００２５】
参考例４．
図９はこの発明の参考例４の車両用交流発電機の回転子９０の斜視図であり、参考例１の回転子３０の外周部には、カーボン繊維を基材として樹脂が含浸された非磁性部材であるテープ９１が巻回されている。このため、回転子９０の回転による磁極間部材３１及び爪状磁極３６、３８の半径外側方向の移動を確実に防止することができ、耐遠心力性が向上する。
なお、テープ９１の代わりに非磁性金属からなる複数個のリングを用いてもよい。
【００２６】
参考例５．
図１０はこの発明の参考例の車両用交流発電機の回転子１００の要部拡大断面図であり、この参考例では、磁極間部材１０１の外周部にテーパ状の係止部１０３が形成されており、この係止部１０３により回転子１００の回転により第１及び第２の爪状磁極１０２が半径外側方向に移動するのを防止している。
なお、上記各参考例及び実施の形態では回転電機の回転子として車両用交流発電機の回転子について説明したが、この発明は例えば電動機の回転子にも適用することができるのは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
この発明に係る回転電機の回転子の製造方法によれば、交互に噛み合い、薄い鋼板を積層してなる第１及び第２の爪状磁極間に、これらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された磁極間部材を一体に結合してリング状の磁極体を形成し、次に、この磁極体の内部に、電流を流して磁束を発生する回転子コイルを収納した後、この磁極体の両端面にそれぞれ第１及び第２のポールベースを接合するので、鋼板同士は磁極間部材で結合され、鋼板同士を接合して爪状磁極を形成する面倒な溶接作業が軽減される。また、磁極体の両端面を第１及び第２のポールベースで接合することで、簡単に回転子を製造することができる。
【００２８】
また、磁極間部材は、磁性部材で構成された磁性部と、この磁性部を覆っている非磁性部とで構成したので、磁極間部材の一部のみに材料コストの高い磁性部材を用いることにより、回転子の製造コストが低減される。
【００２９】
また、磁極間部材の外周面に爪状磁極が半径外側方向に移動するのを防止する係止部を形成したので、回転子の回転時に爪状磁極が半径外側方向に離脱することは防止され、耐遠心力性が向上する。
【００３０】
また、外周面に磁極間部材及び爪状磁極が半径外側方向に移動するのを防止する非磁性部材を設けたので、回転子の回転時に磁極間部材及び爪状磁極が半径外側方向に離脱することは防止され、耐遠心力性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考例１の車両用交流発電機の回転子の斜視図である。
【図２】図１の磁極間部材の側面図である。
【図３】図１の第２のポールコア体の斜視図である。
【図４】図１の第２のポールコア体の側面図である。
【図５】この発明の参考例２の車両用交流発電機の回転子の斜視図である。
【図６】図５の磁極間部材の側面図である。
【図７】この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の回転子の製造方法に係わる回転子の要部分解斜視図である。
【図８】この発明の参考例３の車両用交流発電機の回転子の第２のポールコア体の斜視図である。
【図９】この発明の参考例４の車両用交流発電機の回転子の斜視図である。
【図１０】この発明の参考例５の車両用交流発電機の回転子の要部断面図である。
【図１１】従来の車両用交流発電機の断面図である。
【図１２】図１１の回転子の斜視図である。
【符号の説明】
３０，５０，９０，１００回転子、３１，５１，６５，１０１磁極間部材、３２，８０第２のポールコア体、３３ポールコア、３４第１のポールコア体、３５第１のポールベース、３６，６３，１０２第１の爪状磁極、３７第２のポールベース、３８，６４第２の爪状磁極、３９，５２，６６磁性部、４０，５３，６７非磁性部、６０磁極体、６１第１のポールベース、６２第２のポールベース、８２スリット（凹凸部）、９１テープ（非磁性部材）、１０３係止部。

Claims

交互に噛み合い、薄い鋼板を積層してなる第１及び第２の爪状磁極間に、これらの爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された磁極間部材を一体に結合してリング状の磁極体を形成し、
次に、この磁極体の内部に、電流を流して磁束を発生する回転子コイルを収納した後、この磁極体の両端面にそれぞれ第１及び第２のポールベースを接合する
回転電機の回転子の製造方法。
磁極間部材は、磁性部材で構成された磁性部と、この磁性部を覆っている非磁性部とから構成された請求項１に記載の回転電機の回転子の製造方法。
磁極間部材の外周面には爪状磁極が半径外側方向に移動するのを防止する係止部が形成された請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子の製造方法。
外周面には磁極間部材及び爪状磁極が半径外側方向に移動するのを防止する非磁性部材が設けられた請求項１ないし請求項３の何れかに記載の回転電機の回転子の製造方法。