JP6671521B1

JP6671521B1 - 車両用回転電機

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Publication number: JP6671521B1
Application number: JP2019006565A
Authority: JP
Inventors: 達生川島; 吉澤　敏行; 敏行吉澤; 将之坂口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: FR3092711A1; JP2020115726A; FR3092711B1; DE102019206272A1

Abstract

【課題】粘着剤または嫌気性接着剤によって永久磁石を複数の爪状磁極間に位置決めすることができ、回転子の重量増加を抑制する車両用回転電機を提供する。【解決手段】車両用回転電機は、固定子と、固定子の内周側に対向して配置され、複数の爪状磁極を有する一対の回転子鉄心と周方向に隣接する複数の爪状磁極の間に配置された永久磁石とを有する回転子と、を備え、永久磁石は、粘着剤または嫌気性接着剤により複数の爪状磁極の間に位置決めされ、爪状磁極に固定されたものである。【選択図】図６

Description

本願は、車両用回転電機に関するものである。

従来から、例えば車両用回転電機では、回転子を構成するランデル型の爪状磁極と固定子との間で磁束を確実に受け渡すため、これらの爪状磁極の側面間に永久磁石を介在させて爪状磁極間の磁束の漏洩を防止する技術が公知となっている。
このような従来技術として、回転子を構成する一対の回転子鉄心の爪状磁極の側面に機械加工により溝を設け、その溝により永久磁石を拘束する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、その他の従来技術として、回転子の軸方向端面全体を覆うように、回転子に固定された円盤状の保持部を用いて永久磁石を拘束する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

このような車両用回転電機の回転子においては、永久磁石は最終的にワニスなどの接着剤を用いて固定されることが一般的であるが、接着剤が硬化するまでの間、永久磁石を仮固定することを目的として爪状磁極に溝部または保持部品が備わっている。

特表２００９−５３８１０７号公報特許第４４９２６５８号公報

しかしながら、例えば前述した特許文献１のような溝部を備えたロータでは、永久磁石を挿入するために永久磁石と溝に隙間が存在せねばならず、挿入後も永久磁石はその隙間の分、厳密には固定されないため、永久磁石の正確な位置決めができない問題があった。
また、前述した特許文献２の車両用交流発電機では、回転子の軸方向端面全体を覆うように回転子に固定された別部品の保持部を用いて永久磁石を拘束しており、部品点数が増え、回転子の重量が増加し、結果的に回転子の性能が低下するという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、粘着剤または嫌気性接着剤によって永久磁石を複数の爪状磁極間に位置決めして固定することができ、回転子の重量増加を抑制する車両用回転電機を提供することを目的とする。

本願に開示される車両用回転電機は、固定子と、前記固定子の内周側に対向して配置され、複数の爪状磁極を有する一対の回転子鉄心と周方向に隣接する複数の前記爪状磁極の間に配置された永久磁石とを有する回転子と、前記永久磁石の軸方向端面部側面及び内径側の下面を覆うように設けられ、前記永久磁石の外径側を押えるための押え部を有する磁石ホルダと、を備え、前記永久磁石は、粘着剤または嫌気性接着剤により複数の前記爪状磁極の間に位置決めされ、前記爪状磁極に固定されており、前記押え部は、前記磁石ホルダの軸方向の一方側端部から他方側端部まで連続して一繋ぎに設けられたものである。

本願に開示される車両用回転電機によれば、粘着剤または嫌気性接着剤によって永久磁石を複数の爪状磁極間に位置決めして固定することができ、回転子の重量増加を抑制する車両用回転電機が得られる。

実施の形態１による車両用回転電機を示す断面図である。実施の形態１による車両用回転電機を示す正面図である。図１に示す車両用回転電機の回転子の側面図である。図３に示す回転子の側面拡大図である。図４のＡ−Ａ線断面をＡ方向から見た時の側面図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。図５の変形例を示す側面図である。実施の形態２による車両用回転電機の回転子を示す断面図である。実施の形態３による車両用回転電機の回転子を示す側面図である。実施の形態３による車両用回転電機の回転子を示す断面図である。実施の形態３による車両用回転電機の永久磁石と磁石ホルダ部分を示す上面図である。図１１の変形例を示す上面図である。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

図１は、実施の形態１による車両用回転電機の断面図であり、図２は、実施の形態１による車両用回転電機の正面図である。また、図１は、図２のＡ−Ａ線に沿って矢印の方向から視た断面図を示している。また、図２は、図１の制御装置３のカバー３８を取り外した状態を示している。
図１および図２において、車両用回転電機１は、回転電機本体２と、回転電機本体２に搭載された制御装置３とを有する制御装置一体型回転電機であり、例えば、内燃機関により駆動される車両に搭載される。この実施の形態１では、車両用回転電機１は、ブラシ付の交流発電電動機（ＡＣモータジェネレータ）として構成されている。

回転電機本体２は、筒状の固定子４と、固定子４の内側空間部に配置され固定子４に対して回転可能な回転子５と、固定子４及び回転子５を支持するケース６とを有している。ケース６は、固定子４をその軸方向両端部で挟持するフロントブラケット７及びリヤブラケット８と、このフロントブラケット７とリヤブラケット８との間に装架され、フロントブラケット７とリヤブラケット８とを互いに接近する方向に締め付ける複数の締結ボルト９とを有している。フロントブラケット７とリヤブラケット８は金属製である。略椀形状のフロントブラケット７及びリヤブラケット８の底部には、吸気孔がそれぞれ複数形成され、同様にフロントブラケット７およびリヤブラケット８の外周両肩部には排気孔が複数形成されている。

固定子４は、フロントブラケット７及びリヤブラケット８との間に挟持されて前述の締結ボルト９により締め付けられた筒状の固定子鉄心１０と、この固定子鉄心１０に設けられた電機子巻線としての固定子巻線１１とを有している。この実施の形態１に於いては、固定子巻線１１は、車両用回転電機１の電機子巻線を構成している。固定子巻線１１は、それぞれスター結線またはデルタ結線からなる１つもしくは複数の３相交流巻線により構成されている。

回転子５は、回転子５の軸線上に配置された回転子軸１２と、この回転子軸１２の軸方向の中間部に固定された一対の回転子鉄心１３と、これらの回転子鉄心１３により包囲された界磁巻線としての回転子巻線１４とを有している。一対の回転子鉄心１３は、所謂、クローポール型磁極を構成している。この一対の回転子鉄心１３は鉄製であり、それぞれ、例えば８つの爪状磁極が外周縁に周方向に等角ピッチで回転子軸１２の軸方向に突設され、爪状磁極を噛み合わせるように対向して回転子軸１２に固定されている。回転子巻線１４は、一対の磁極鉄心により包囲されている。

回転子軸１２は、フロントブラケット７及びリヤブラケット８を貫通し、フロントブラケット７及びリヤブラケット８のそれぞれに設けられた一対の軸受１５を介して回転自在に支持されている。回転子鉄心１３の外周部は、固定子４の内周部に所定の間隙を介して対向している。また、回転子鉄心１３の軸方向両端部には、回転子５と一体に回転される送風用の一対の冷却ファン１６が設けられている。

回転子軸１２のフロントブラケット７側の軸方向端部には、プーリ１７が固定されている。プーリ１７は、車両に搭載された内燃機関（図示せず）の回転軸と連動する伝達ベルト（図示せず）が巻き掛けられ、この伝達ベルトを介して車両用回転電機１と内燃機関との間で動力の授受を行なう。また、回転子軸１２のリヤブラケット８側の軸方向端部近傍には、回転子軸１２の回転に応じた信号を発生する回転位置検出センサ１８と、回転子巻線１４に電気的に接続された一対のスリップリング１９が設けられている。これらのスリップリング１９は、回転子軸１２の外周部を囲む環状の導電性部材により構成されている。

導電性材料により構成された一対のブラシ２０は、リヤブラケット８に固定されたブラシホルダ２１に保持され、各々のスリップリング１９に接触する方向に一対の押圧ばね２２によりそれぞれ付勢されている。ブラシ２０とスリップリング１９は、回転子５の回転にともなって摺動接触し、界磁電流をブラシ２０とスリップリング１９を介して回転子巻線１４に供給する。

制御装置３は、固定子巻線１１に電気的に接続された２個のパワーモジュール構成体２３と、直流電源としての車載バッテリ（図示せず）からの直流電力を調整して界磁電流として回転子巻線１４に供給する１個の界磁回路部２４と、パワーモジュール構成体２３と界磁回路部２４を制御する１個の制御回路部２５と、パワーモジュール構成体２３と界磁回路部２４と制御回路部２５との間で制御信号の送受信を行うための信号中継装置２６とを有している。制御装置３は、後述するように、リヤブラケット８の軸方向端部に固定されており、絶縁樹脂により構成されたカバー３８により覆われている。また、制御回路部２５には、外部機器（例えば内燃機関制御ユニットなど）との間で信号の送受信を行うための外部接続用コネクタ２７が設けられている。

制御回路部２５は、制御回路を有する制御基板２５１を備え、この制御基板２５１は樹脂２５２により保護されている。この制御回路部２５には、信号中継装置２６を通じて回転位置検出センサ１８からの信号が送信されると共に、外部接続用コネクタ２７を介して内燃機関制御ユニットなどの外部機器からの信号が送信される。制御回路部２５は、これらの送信された信号による情報に基づいて、界磁回路部２４及びパワーモジュール構成体２３にそれぞれ設けられたスイッチング素子をスイッチング制御する。

界磁回路部２４は、モールド樹脂によりモールドされたスイッチング素子などの電子部品により構成されており、制御回路部２５によりスイッチング素子がスイッチング制御され、回転子巻線１４への界磁電流を調整する。界磁回路部２４には、冷却フィン２４２を備えたヒートシンクが設けられている。界磁回路部２４により調整された界磁電流は、回転子巻線１４に供給されて回転子巻線１４に直流磁界を発生させる。回転子巻線１４に発生した直流磁界による磁束は、回転子５の周面に於いて一方の回転子鉄心１３から他方の回転子鉄心１３に至るように流れ、その間に固定子巻線１１と鎖交する。また、図２に示すように、界磁回路部２４はフランジ部２４１により固定されている。

同一構成の２個のパワーモジュール構成体２３は、電力変換回路を構成する６個のスイッチング素子を備えたパワーモジュール３０をそれぞれ備えている。パワーモジュール３０は、樹脂３４により固定されている。また、固定子巻線１１は、パワーモジュール構成体２３まで延在しており、巻線端１１１がパワーモジュール構成体２３と接続されている。これらのスイッチング素子により構成された電力変換回路は、バッテリ(図示せず)からの直流電力を交流電力に変換して固定子巻線１１に供給するインバータ回路として動作し、または、固定子巻線１１からの交流電力を直流電力に変換してバッテリを充電すると共に車載機器に直流電力を供給するコンバータ回路として動作する。

電力変換回路を構成するスイッチング素子は、例えば、パワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子により構成される。２個のパワーモジュール構成体２３は、２組の電機子巻線に１対１で対応する３相電力変換回路を構成している。また、パワーモジュール構成体２３には、冷却フィン３２３を備えたヒートシンク３２が設けられている。また、図２に示すように、パワーモジュール構成体２３は、信号端子５０、５６および交流端子５５を備えており、フランジ部５１により固定されている。

信号中継装置２６は、パワーモジュール構成体２３と界磁回路部２４のそれぞれに電気的に接続された信号中継用部材２８と、この信号中継用部材２８に設けられ、制御回路部２５に接続される信号中継用接続部２９とを有している。パワーモジュール構成体２３及び界磁回路部２４と制御回路部２５との間の信号の送受信は、前述のように構成された信号中継装置２６を介して行われる。

次に、実施の形態１による車両用回転電機１の回転子５について詳細に説明する。
図３は、図１に示す車両用回転電機の回転子の側面図であり、永久磁石を配置する前の状態を示す。図３に示すように、回転子５は、一対の回転子鉄心１３のそれぞれの爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃが互いに噛み合うように構成されている。例えば、一つの爪状磁極７０ｂと隣り合う爪状磁極７０ｃの周方向側面によって空隙Ｗ１が形成される。この空隙Ｗ１に永久磁石を配置することで、爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃと固定子４との間で確実に磁束を受け渡すことが可能となる。

図４は、実施の形態１による車両用回転電機の回転子の側面拡大図である。図４は、回転子５の側面から見た展開図であり、爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃと永久磁石４０ａ、４０ｂのみを示した簡易図面である。図４に示すように、爪状磁極７０ａと７０ｂとの間に永久磁石４０ａが配置されており、爪状磁極７０ｂと７０ｃとの間に永久磁石４０ｂが配置されている。図４において、紙面上方向は、プーリ１７が組み付けられるフロント側であり、紙面下方向は、制御装置３が組み付けられるリヤ側である。

また、図５は、図４のＡ−Ａ線断面をＡ方向から見た時の側面図であり、図６は図４のＢ−Ｂ断面図である。図５、図６に示すように、爪状磁極７０ａ、７０ｂには、遠心力によって永久磁石４０ａが飛散しないように鍔部７１ａおよび７１ｂが形成されている。永久磁石４０ａは、例えば両面テープなどの粘着剤６０により、爪状磁極７０ａ、７０ｂ間に位置決めされ、爪状磁極７０ａ、７０ｂの鍔部７１ａ、７１ｂに、仮固定されている。永久磁石４０ａは、粘着剤６０による仮固定により正確に位置決めされる。永久磁石４０ａと爪状磁極７０ａ、７０ｂとの間には空隙Ｗ２があり、ここに例えばワニスなどの接着層（図示なし）が浸透し、硬化することで永久磁石４０ａが完全に固定される。つまり、永久磁石４０ａと複数の爪状磁極７０ａ、７０ｂとの間にはそれぞれ接着層（図示なし）が設けられ、永久磁石４０ａは、接着層（図示なし）を硬化促進工程により反応させることで固定される。実施の形態１による車両用回転電機１によれば、薄く軽量である粘着剤６０により永久磁石４０ａの位置決めができるため、回転子５の重量の増加を抑制することができる。

ここで、接着剤（図示なし）は、加熱、硬化剤の投与、ＵＶ照射等の硬化促進工程により反応させることで固定されるものである。一方、粘着剤６０は、例えば水、溶剤、熱などを使用せずに常温で短時間、僅かな圧力を加えるだけで接着するものであり、硬化促進工程などの反応を含まないものである。

図７は、図５の変形例を示す側面図である。図７に示すように、粘着剤６０は、永久磁石４０ａと鍔部７１ａ、７１ｂとの間の一部に空隙Ｗ３ができるように配置されてもよい。これにより、回転子５の重量増加をさらに抑制し、また、この空隙Ｗ３に例えばワニスなどの接着層（図示なし）が浸透することによって、永久磁石４０ａと鍔部７１ａ、７１ｂとの接着面積が増え、永久磁石４０ａの固定力を増加することができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２による車両用回転電機の回転子を示す断面図であり、具体的には、実施の形態１の説明で用いた図４におけるＢ−Ｂ線の断面図である。図８に示すように、実施の形態２において粘着剤６０は、永久磁石４０ａの側面と爪状磁極７０ａまたは７０ｂの側面との間に配置される。これにより、永久磁石４０ａが爪状磁極７０ａと爪状磁極７０ｂ間に位置決めされ、仮固定される。このように、粘着剤６０は、永久磁石４０ａと爪状磁極７０ａ、７０ｂとの間であれば配置される位置を変えても同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３による車両用回転電機の回転子を示す側面図であり、具体的には、実施の形態１の説明で用いた図４におけるＡ−Ａ線断面をＡ方向から見た時の側面図である。また、図１０は、実施の形態３による車両用回転電機の回転子を示す断面図であり、具体的には、実施の形態１の説明で用いた図４におけるＢ−Ｂ線の断面図である。
図９および図１０に示すように、実施の形態３の車両用回転電機１は、回転子５に設けられた永久磁石４０ａが割れた場合にバラバラになり、飛散することを防ぐとともに組立時の搬送性を向上させるための磁石ホルダ４１が備えられている。

磁石ホルダ４１は、永久磁石４０ａの軸方向両端部側面及び内径側(図の下側)の面を覆っており、永久磁石４０ａの３面以上を覆うように設けられている。さらに、磁石ホルダ４１には、永久磁石４０ａの外径側(図の上側)を押えるための押え部４２及び搬送時の永久磁石４０ａの位置決め用の突起部４３が備えられている。これにより、組立時に永久磁石４０ａを確実に位置決めした状態で任意の位置に組み付けることができ、また、永久磁石４０ａが割れてもバラバラに飛散することなくその場に留めることができる。また、磁石ホルダ４１、押え部４２、突起部４３は樹脂で構成されており、体積も小さく軽量化されている。

図１１は、実施の形態３による車両用回転電機の永久磁石と磁石ホルダ部分を示す上面図である。図１１に示すように、両面テープなどの粘着剤６０は永久磁石４０ａの外径側に設けられているため、磁石ホルダ４１の押え部４２は粘着剤６０に干渉しないように永久磁石４０ａの軸方向両端部にそれぞれ設けられている。

また、図１２は、図１１に示した永久磁石と磁石ホルダ部分の変形例を示す上面図である。図１２に示すように、両面テープなどの粘着剤６０が鍔部７１ａ、７１ｂに密着する部分のみに備わっているため、磁石ホルダ４１の押え部４２は、磁石ホルダ４１の軸方向の一方側端部から他方側端部まで連続して一繋ぎに設けられている。

実施の形態４．
実施の形態４では、仮固定に両面テープなどの粘着剤６０を使用する代わりとして、加熱、硬化剤の投与、ＵＶ照射などの硬化を促進する工程を含まない接着剤、例えば嫌気性の瞬間接着剤などを使用する。前述の工程では組立の工数が増え、生産性の悪化またはコストアップにつながる。また、硬化剤が後工程のワニスなどに溶け出し、悪影響を及ぼす可能性もある。両面テープなどの粘着剤６０に比べると接着するまでの時間が必要になるが、粘着剤６０よりも固定力が強いため、回転子５の搬送時などに永久磁石４０ａ、４０ｂが落下する可能性が低くなる。

以上のように、実施の形態１から実施の形態４による車両用回転電機１によれば、固定子４と、この固定子４の内周側に対向して配置され、複数の爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃを有する一対の回転子鉄心１３と周方向に隣接する複数の爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃの間に配置された永久磁石４０ａ、４０ｂとを有する回転子５と、を備え、永久磁石４０ａ、４０ｂは、粘着剤６０または嫌気性接着剤により複数の爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃの間に位置決めされ、爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃに固定されている。

また、図１に示すように、一対の回転子鉄心１３は、回転子軸１２に圧入される円筒状のボス部７２とボス部７２の軸方向端部から径方向外側に延びるディスク部７３とを有しており、複数の爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃは、ディスク部７３の外周端から互いに噛み合うように軸方向に延在して設けられている。また、爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃの周方向端部には鍔部７１ａ、７１ｂが設けられており、粘着剤６０または嫌気性接着剤が、永久磁石４０ａ、４０ｂと鍔部７１ａ、７１ｂとの間または永久磁石４０ａ、４０ｂと爪状磁極７０ａ、７０ｂ、７０ｃの側面との間に設けられている。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１車両用回転電機、２回転電機本体、３制御装置、４固定子、５回転子、６ケース、７フロントブラケット、８リヤブラケット、９締結ボルト、１０固定子鉄心、１１固定子巻線、１１１巻線端、１２回転子軸、１３回転子鉄心、１４回転子巻線、１５軸受、１６冷却ファン、１７プーリ、１８回転位置検出センサ、１９スリップリング、２０ブラシ、２１ブラシホルダ、２２押圧ばね、２３パワーモジュール構成体、２４界磁回路部、２５制御回路部、２６信号中継装置、２７外部接続用コネクタ、２８信号中継用部材、２９信号中継用接続部、３０パワーモジュール、３２ヒートシンク、３２３、２４２冷却フィン、３４樹脂、３８カバー、５０、５６信号端子、５５交流端子、５１、２４１フランジ部、４０ａ、４０ｂ永久磁石、４１磁石ホルダ、４２押え部、４３突起部、６０粘着剤、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ爪状磁極、７１ａ、７１ｂ鍔部、７２ボス部、７３ディスク部、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３空隙、２５１制御基板、２５２樹脂

Claims

固定子と、
前記固定子の内周側に対向して配置され、複数の爪状磁極を有する一対の回転子鉄心と周方向に隣接する複数の前記爪状磁極の間に配置された永久磁石とを有する回転子と、
前記永久磁石の軸方向端面部側面及び内径側の下面を覆うように設けられ、前記永久磁石の外径側を押えるための押え部を有する磁石ホルダと、を備え、
前記永久磁石は、粘着剤または嫌気性接着剤により複数の前記爪状磁極の間に位置決めされ、前記爪状磁極に固定されており、
前記押え部は、前記磁石ホルダの軸方向の一方側端部から他方側端部まで連続して一繋ぎに設けられたことを特徴とする車両用回転電機。
一対の前記回転子鉄心は、回転軸に圧入される円筒状のボス部と前記ボス部の軸方向端部から径方向外側に延びるディスク部とを有しており、
複数の前記爪状磁極は、前記ディスク部の外周端から互いに噛み合うように軸方向に延在して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機。
前記爪状磁極の周方向端部には鍔部が設けられており、
前記粘着剤または前記嫌気性接着剤が、前記永久磁石と前記鍔部との間または前記永久磁石と前記爪状磁極の側面との間に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用回転電機。
前記永久磁石と複数の前記爪状磁極との間には接着層が設けられており、
前記永久磁石は、前記接着層を硬化促進工程により反応させることで固定されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用回転電機。
前記磁石ホルダは、前記永久磁石の位置決め用の突起部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用回転電機。