JP3964302B2

JP3964302B2 - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP3964302B2
Application number: JP2002299875A
Authority: JP
Inventors: 直秀前田; 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: US20040100162A1; US20060097605A1; JP2004135473A; US7009324B2; US7466059B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流発電機あるいは電動機等の回転電機の回転子構造に関するものであり、特に爪状磁極同士の磁束漏洩を防止するための磁石の取り付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転子構造において、隣り合う爪状磁極の間には、その対向する側面同士で、磁束の漏洩を減少する向きに着磁された直方体形状の磁石が固着されており、この磁石は遠心力を軽減するための保持具を用いて取り付けられている。
このように、ロータコアの爪状磁極に磁束漏洩防止用の磁石を取り付けると、爪状磁極の重量が増加するために、ロータの回転による遠心力や、発電時のステータとの磁気吸引力によって、各爪状磁極は、その先端部がロータコイル及びステータ方向に往復する如く、それぞれ扇動する。
【０００３】
これにより、爪状磁極間の磁石に荷重が加わって、磁石に歪みが生じたり、あるいは磁石が破損することがあり得る。
これらの対策として、爪状磁極毎に、爪状磁極の内周面及び側面側を覆う如く構成して、磁石３０を固着したものがある。
ここで、互いに隣り合う磁石同士は、磁石間隙間を設けている。
これによって、爪状磁極と磁石とがそれぞれ扇動するので、磁石に荷重が加わらずに、磁石の破損を防ぐことができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、爪状磁極同士の漏洩磁束を低減するように着磁されたフェライト磁石が、各爪状磁極の両側面２個ずつ配置されるものもある。
この磁石は、ロータの回転時に上記磁石に加わる遠心力を、自身の変形により吸収する磁石保持部材によって、外周側が互いに広がるように傾斜する如く、爪状磁極に支持されていることで、遠心力に対して強い構造としている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１３６９１３号公報（第３，４頁）
【特許文献２】
特開２００１−８６７１５公報（第６頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
爪状磁極に永久磁石を取り付ける目的は、隣り合う爪状磁極の側面同士や内径面からの磁束の漏洩を軽減することにより、回転電機の出力を向上することである。
しかし、逆に磁石を取り付けることにより、爪状磁極全体の重量が増加し、爪状磁極にかかるロータの回転による遠心力が増加する。
【０００７】
特に、爪状磁極の先端の方の重量が増加すると、ステータの方向へ広がる変形が増大するようになってしまう。
したがって、破損防止のためにロータとステータ間のエアギヤップを大きくする必要が出てくる。
しかし、このエアギャップは出力と大きな関係を有しており、エアギャップが小さいほど出力は増加する。
したがって更なる出力向上を目指すためには、爪状磁極の変形を抑える様に磁石を固定する必要がある。
【０００８】
また磁石を爪状磁極に取り付けるための磁石保持部材にも、爪状磁極の変形や、ロータの回転数の変化により影響が及び、爪状磁極が振動することにより、磁石保持部材や磁石自身が破損したり、あるいは逸脱する惧れがある。
さらには、現在の爪状磁極に磁石を取り付ける構造は、組み立て時にポールコア同士において、磁石位置の干渉が起きてしまう為に組立性がよくなかったという問題点もあった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、爪状磁極同士の磁束漏洩防止用の磁石の取り付け構造を工夫することにより、ロータの回転による遠心力を低減し、又、爪状磁極の変形及び振動を低減するとともに、ロータの組み立て時の工作性を向上させることができる回転子構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る回転電機の回転子は、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有するものであって、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを有し、爪状磁極の両側面に磁石が当接するように磁石アセンブリが各爪状磁極に装着されており、磁石アセンブリの形状は周方向では当該磁石アセンブリが取り付けられた爪状磁極の根元側において太くなった台形形状に形成することにより、磁石アセンブリの重心が爪状磁極の中央部より根元部側に来るように形成されているものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施形態による交流発電機あるいは電動機等の回転電機全体を示す側面断面図であり、図において、この回転電機は、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から構成されたケース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に固定されたランドル型のロータ７と、このロータ７の両端面に固定されたファン５と、ケース３内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、ロータ７に電流を供給するスリップリング９と、このスリップリング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１３と、このヒートシンク１３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１４とを備えている。
【００１２】
ロータ７は、電流を流して磁束を発生する円筒状のロータコイル１５と、このロータコイル１５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１６とを備えている。
ステータ８は、ステータコア１７と、このステータコア１７に巻回され、ロータ７の回転に伴ってロータコイル１５からの磁束の変化で交流が生じるステータコイル１８とを備えている。
ポールコア１６は、一対の交互に噛み合った第１のポールコア体１９及び第２のポールコア体２０から構成されている。
【００１３】
ポールコア体１９及びポールコア体２０は、通常鉄製であり、ロータコイル１５が巻装される円筒部１９ａ，２０ａと、この円筒部１９ａ，２０ａが突設された円盤状の根元部１９ｂ，２０ｂより成る。
根元部１９ｂ，２０ｂの外縁には、ロータコイル１５の外周とステータ８の内周との間の位置に、相互に噛み合う爪状磁極２１，２２をそれぞれ複数有している。
【００１４】
爪状磁極２１，２２は、根元部１９ｂ，２０ｂ側の厚み及び幅が大きく、先端側にいくに従って厚み及び幅が細くなる形状である。
爪状磁極２１，２２の内周面は、先端にいくにつれ厚みが薄くなり、外周面は、ステータ８の内周面に沿った弧状である。
爪状磁極２１，２２は、ロータ７の周方向に対して台形状の２つの側面を有する。
【００１５】
各爪状磁極２１，２２は、その先端を向かい合わせて交互に噛み合わせられるので、爪状磁極２１，２２の内周面の傾斜が周方向に互い違いで並ぶことになる。
また、爪状磁極２１，２２の側面は、根元側から先端側にいくにつれて先端側が細くなるように爪状磁極２１，２２の中心側に傾いている。
【００１６】
次に動作について説明する。
図示しないバッテリから、ブラシ１０，スリップリング９を通じてロータコイル１５に電流が供給されて磁束が発生し、第１のポールコア体１９の爪状磁極２１にはＮ極が着磁され、第２のポールコア体２０の爪状磁極２２にはＳ極が着磁される。
【００１７】
一方、エンジンの回転力によってプーリ４が回転され、シャフト６によってロータ７が回転するため、ステータコイル１８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１４によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
逆に、それぞれの交流端子に電圧をかけることにより、モ一タとしての役割をすることもできる。
【００１８】
図２は、ロータ部分を示す部分斜視図であり、図において、爪状磁極２１，２２同士の漏洩磁束を低減するように着磁されたネオジウム磁石２３が、各爪状磁極２１の両側面に２個ずつ、又、各爪状磁極２２の両側面に２個ずつ配置される。
この２つの磁石２３は、磁石保持部材２４によって、爪状磁極２１，２２に支持されており、磁石２３と磁石保持部材２４により磁石アセンブリ２５が構成されている。
【００１９】
この磁石保持部材２４は、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）のプレートより折り曲げて形成するので、容易に製作できる。
磁石アセンブリ２５の形状は、周方向面では根元側が太くなった台形板状になっており、磁石アセンブリ２５の重心２５Ｇが、爪状磁極２１，２２の中央部よりも根元部に来るように配置されている。
又、磁石アセンブリ２５の爪状磁極２１，２２と接する側面もまた、磁極に沿うような形の台形形状に形成されている。
そして、磁石アセンブリ２５は爪状磁極２１，２２に固定するために、接着剤等が使用される。
【００２０】
すなわち、爪状磁極２１，２２の内周面と、磁石保持部材２４の内周部の間に接着剤等が塗布される。
なお、爪状磁極２１，２２と磁石保持部材２４の両者共金属であるため、これらを溶接によって固定しても良い。
このような形状を取ることにより、磁石アセンブリ２５の重心２５Ｇを剛性の高い爪状磁極２１，２２の根元側に設定し、変動の大きい爪状磁極２１，２２の先端側の重量が軽減される。
【００２１】
この状態でロータ７を回転させた場合、変動の大きい爪状磁極２１，２２の先端部にかかる遠心力が、従来例に比べて軽減し、変動の小さい根元部に多くかかるようになる。
したがって、爪状磁極２１，２２は根元部を支点とする片持ち支持となるために、先端部にかかる遠心力が軽減されることで、先端部の変動が抑制され、ロータ７とステータ８間のエアギャップを小さくすることが可能になる。これにより、回転電機の出力の向上を図ることができる。
【００２２】
上記のように本発明においては、磁石アセンブリ２５の重心２５Ｇを剛性が高く変形の小さな爪状磁極２１，２２の根元側にもってくることで、爪状磁極２１，２２の変形を小さくでき、さらに振動による変異も小さくできるために、磁石保持部材２４の破損や、磁石アセンブリ２５が外れることがなく、更にロータ７とステータ８の間のエアギャップを小さくすることができ、出力向上を図ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、磁石アセンブリの形状が、爪状磁極の側面全体を覆う形態で構成されており、更にその重心を根元側にもってくるような形状を取っていたが、この実施の形態２では、磁石アセンブリの重心だけでなく、磁石アセンブリ自体を爪状磁極の根元方向に設置し、磁石アセンブリ全体が根元側にあるようにするものである。
即ち図３に示すように、爪状磁極２１にはその根元部１９ｂ側の側面部両側にのみ磁石アセンブリ２５ａ，２５ａを設置するとともに、爪状磁極２２にはその根元部２０ｂ側の側面部両側にのみ磁石アセンブリ２５ｂ，２５ｂを設置するものである。
【００２４】
以上のように構成することにより、爪状磁極２１，２２にかかる遠心力が根元側のみ増加するため、爪状磁極２１，２２の先端にかかる遠心力が軽減され、変動が少なくなり、上記実施の形態１よりも更にロータとステータ８の間のエアギャップを小さくでき、出力を向上させることができる。
また上記実施の形態１においては、隣り合う爪状磁極２１，２２間に２個の磁石アセンブリ２５が存在しており、磁石保持部材２４の厚さも磁石アセンブリ２個分の厚さとなっていたが、本実施形態では、爪状磁極２１，２２間に１個の磁石アセンブリしか存在しないので、磁石保持部材２４の厚さも半分となり、ネオジウム磁石２３を大きく構成することができ、側面方向からの磁束漏洩に対して有効に対処することができる。
【００２５】
更に、ロータ７を組み立てる場合において、実施の形態１とは異なり、爪状磁極２１，２２間に１個の磁石アセンブリしか存在しないので、向かい合う磁石アセンブリが干渉せずに組み立てることができ、工作性が向上する。
上記のように、磁石アセンブリ２５は重心だけでなく、外形が爪状磁極２１，２２の根元側にくる形状にすることで、根元側のみに磁石アセンブリが装着され、爪状磁極２１，２２の先端の変形がさらに小さくなり、また組付け時に磁石同士の干渉もなくなる。
さらには爪状磁極２１，２２間に単１の磁石保持部材２４しかないので、磁石２３を大きくでき、出力を向上させることができる。
【００２６】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるロータ部分を示す部分斜視図、図５は爪状磁極部分を示す斜視図である。
本実施形態においては、爪状磁極２１，２２の両側面に沿って、根元側面まで磁石保持部材を延長するものである。この延長部分を爪状磁極２１，２２に接着剤等を用いて接着したり、あるいは溶接を行うことにより設置する。
このように構成することにより、上記実施の形態１，２に比べて、磁石アセンブリを強固に固定でき、さらに爪状磁極２１，２２の周方向の回動を抑制することができる。
【００２７】
さらにこの延長部分にも磁石２３を配置することが可能になり、さらに磁束漏洩を軽減することが可能となる。
上記のように本実施形態によれば、磁石アセンブリ２５が爪状磁極２１，２２の根元部にまで延長されているので、爪状磁極２１，２２の周方向の回動もなく、堅固に取り付け可能になり、又、磁石２３が軸方向に延長されることで、より磁束の漏洩を防ぐことができ、出力を向上させることができる。
【００２８】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるロータ部分を示す部分斜視図、図７は爪状磁極部分を示す斜視図である。
本実施形態においては、実施の形態３に比べ、さらに磁石保持部材２４を延長し、爪状磁極２１，２２の根元部１９ｂ，２０ｂまで延長し、磁石保持部材２４を曲げて固定するものである。
以上のように構成することにより、実施の形態３と同様の効果を奏するとともに、軸方向に固定面を持ってくることができるため、磁石アセンブリ２５の軸方向の移動も防止することができる。
【００２９】
さらに、爪状磁極２１，２２と磁石アセンブリ２５の固定部が軸面に出てくるために、爪状磁極２１，２２に磁石アセンブリ２５を取り付ける際、磁石保持部材２４の弾性変形によって装着することができ、組立工作性が向上する。
上記のように本実施形態によれば、磁石アセンブリ２５の磁石保持部材２４をポール背面部まで延長することで、磁石アセンブリ２５の軸方向への移動を抑制でき、外部方向に固定位置ができるために、取り付け、固定が容易になる。
【００３０】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５によるロータ部分を示す部分斜視図であり、本実施形態においては、実施の形態４に示した、延長した磁石保持部材２４をさらに延長し、その両端点ａを溶接して接合固定するものである。その後、実施の形態４と同様に爪状磁極２１，２２に固定する。
以上のように構成することにより、磁石保持部材２４の剛性が向上する。
【００３１】
上記のように、磁石保持部材２４がポール背面部で溶接により接合されて固定されているので、磁石保持部材２４の剛性が上昇し、より堅固に固定できる。
【００３２】
実施の形態６．
図９この発明の実施の形態６によるロータ部分を示す部分斜視図、図１０は同じく側面断面図である。
本実施形態においては、爪状磁極２１，２２の内周面（爪状磁極２１，２２の裏側）からの磁束漏洩を低減するために、さらに爪状磁極２１，２２とロータコイル１５との間にもネオジウム磁石２３を追加するものである。
以上のように構成することにより、更に出力を向上させることができる。
また、爪状磁極２１，２２の裏側に磁石２３を追加装着しているので、遠心力によって磁石２３が飛散するなどの問題はない。
【００３３】
以上のように本実施形態によれば、ポールコアの隣り合う爪状磁極２１，２２間の磁束の漏洩を防ぐための磁石２３を設けるとともに、爪状磁極２１，２２の内径側からの磁束の漏洩を防止する磁石２３を設け、これらの磁石２３を爪状磁極２１，２２に固定するための磁石保持部材２４を有する磁石アセンブリ２５を設置することにより、磁束の漏洩を減少させることができ、出力を向上させることができる。
又、上記構成と実施の形態１〜５に示した構成とを組み合わせることにより、さらに効果的に出力を向上させることができる。
【００３４】
更に、上記各実施の形態１〜６では、界磁コイルは回転子内に内含され、爪状磁極とともに回転し、ブラシを介して界磁電流を界磁コイルに供給するタイプのものについて示したが、界磁コイルをブラケットに固定し、エアギャップより回転界磁を供給するブラシを有しないタイプの発電機にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る回転電機の回転子によれば、電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有するものであって、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを有し、爪状磁極の両側面に磁石が当接するように磁石アセンブリが各爪状磁極に装着されており、磁石アセンブリの形状は周方向では当該磁石アセンブリが取り付けられた爪状磁極の根元側において太くなった台形形状に形成することにより、磁石アセンブリの重心が爪状磁極の中央部より根元部側に来るように形成されているので、爪状磁極の変形を小さくでき、更に振動による変位も小さくできるため、磁石保持部材の破損、あるいは磁石アセンブリの脱落を防止することができ、ロータとステータとの間のエアギャップを小さくできるので、出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機を示す側面断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるロータ部分を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるロータ部分を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるロータ部分を示す斜視図である。
【図５】爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるロータ部分を示す斜視図である。
【図７】爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図８】爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図９】爪状磁極部分を示す斜視図である。
【図１０】爪状磁極部分を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１５ロータコイル、１９第１のポールコア体、１９ｂ，２０ｂ根元部、
２０第２のポールコア体、２１，２２爪状磁極、２３磁石、２４磁石保持部材、
２５，２５ａ，２５ｂ磁石アセンブリ。

Claims

電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有する回転電機の回転子において、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を上記爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを有し、上記爪状磁極の両側面に上記磁石が当接するように上記磁石アセンブリが各爪状磁極に装着されており、上記磁石アセンブリの形状は周方向では当該磁石アセンブリが取り付けられた上記爪状磁極の根元側において太くなった台形形状に形成することにより、上記磁石アセンブリの重心が上記爪状磁極の中央部より根元部側に来るように形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
電流を流して磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合った爪形状の爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体とから構成されたポールコアとを有する回転電機の回転子において、漏洩磁束を低減するための磁石と、この磁石を上記爪状磁極に支持させるための磁石保持部材とから構成される磁石アセンブリを有し、上記第１のポールコア体の爪状磁極の側面に上記磁石が当接するように上記磁石アセンブリを上記第１のポールコア体の爪状磁極の根元部側の側面部両側にのみ設置し、かつ上記第２のポールコア体の爪状磁極の側面に上記磁石が当接するように上記磁石アセンブリを上記第２のポールコア体の爪状磁極の根元部側の側面部両側にのみ設置したことを特徴とする回転電機の回転子。
上記磁石アセンブリが上記爪状磁極の根元部まで上記爪状磁極の側面に沿って延長して配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機の回転子。
上記磁石保持部材がポール背面部まで延長されて上記爪状磁極に取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の回転電機の回転子。
上記磁石保持部材同士が上記ポール背面部で接合されていることを特徴とする請求項４記載の回転電機の回転子。
上記爪状磁極の裏側に漏洩磁束を低減させるための磁石を追加して配置したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。