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Patent Searching and Data


Title:
DYNAMO- ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/028228
Kind Code:
A1
Abstract:
A dynamo-electric machine in which reliability of holding a permanent magnet is enhanced while reducing the assembling steps, and no-load non-exciting induction voltage can be suppressed by avoiding thermal demagnetization of the permanent magnet. In the rotary electric machine, first and second magnet base mount portions are projecting from first and second yoke portions opposing the inner circumferential surface on each distal end side of second and first claw pole portions. A magnet containing portion extends radially outward and integrally from the outer circumferential part of a pair of flanges of a bobbin, extends to the side of the first and second yoke portions opposing the inner circumferential surface on each distal end side of the first and second claw pole portions, and is held by the first and second magnet base mount portions. First and second permanent magnets are contained and held in first and second magnet containing portions, arranged opposite to the inner circumferential surface on each distal end side of the second and first claw pole portions, and the first and second permanent magnets are magnetized reversely to the direction of a magnetic field formed by a field coil.

Inventors:
YOSHIZAWA, Toshiyuki (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 10, 1008310, JP)
吉澤 敏行 (〒10 東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内 Tokyo, 1008310, JP)
INOUE, Masaya (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 10, 1008310, JP)
井上 正哉 (〒10 東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内 Tokyo, 1008310, JP)
SHINKAWA, Kanji (Limited 1-13-5, Kudankita, Chiyoda-k, Tokyo 73, 1020073, JP)
新川 寛治 (〒73 東京都千代田区九段北一丁目13番5号 三菱電機エンジニアリング株式会社内 Tokyo, 1020073, JP)
MORITA, Masao (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 10, 1008310, JP)
守田 正夫 (〒10 東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内 Tokyo, 1008310, JP)
Application Number:
JP2008/055687
Publication Date:
March 05, 2009
Filing Date:
March 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku Tokyo, 10, 1008310, JP)
三菱電機株式会社 (〒10 東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 Tokyo, 1008310, JP)
YOSHIZAWA, Toshiyuki (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 10, 1008310, JP)
吉澤 敏行 (〒10 東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内 Tokyo, 1008310, JP)
INOUE, Masaya (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 10, 1008310, JP)
井上 正哉 (〒10 東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内 Tokyo, 1008310, JP)
SHINKAWA, Kanji (Limited 1-13-5, Kudankita, Chiyoda-k, Tokyo 73, 1020073, JP)
新川 寛治 (〒73 東京都千代田区九段北一丁目13番5号 三菱電機エンジニアリング株式会社内 Tokyo, 1020073, JP)
MORITA, Masao (7-3 Marunouchi 2-chome, Chiyoda-k, Tokyo 10, 1008310, JP)
International Classes:
H02K1/24; H02K19/22
Foreign References:
JPH11150897A
JP2003244875A
JP2000341918A
JPH08308190A
JP2002199678A
Attorney, Agent or Firm:
SOGA, Michiharu et al. (S. Soga & Co, 8th Floor Kokusai Building,1-1, Marunouchi 3-chome, Chiyoda-k, Tokyo 05, 1000005, JP)
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Claims:
 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シャフトに固着されたポールコアと、上記ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部および上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴部の軸方向両端部から径方向外方に延在する一対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、上記巻枠に巻回され、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、
 磁石収納部が、上記巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方のフランジ部の外周部から一体に軸方向外方に延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部側に延在し、
 永久磁石が、上記磁石収納部に収納、保持されて、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向して配置され、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ていることを特徴とする回転電機。
 磁石台座部が、上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向する上記継鉄部の部位に突設され、
 上記磁石収納部が、上記磁石台座部に保持されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
 嵌合凹部が上記磁石台座部の上記爪状磁極部と対向する部位に軸方向に延設され、上記永久磁石を収納、保持した上記磁石収納部が上記嵌合凹部に嵌着、保持されていることを特徴とする請求項2記載の回転電機。
 上記磁石台座部の上面が上記シャフトの軸心を中心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成され、上記永久磁石が収納、保持された上記磁石収納部が上記磁石台座部の上面に接着、保持されていることを特徴とする請求項2記載の回転電機。
 上記永久磁石は、上記シャフトの軸心に直交する断面が略四角形の柱状体に作製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。
 上記永久磁石は、上記シャフトの軸心に直交する断面が円形の柱状体に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。
 上記永久磁石は、少なくとも上記磁石台座部との対向面および軸方向両端面が埋設されて上記磁石収納部にインサート成形されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の回転電機。
 谷部が周方向に隣り合う上記爪状磁極部の間のそれぞれの上記継鉄部の部位に内径側に凸状に湾曲して形成され、
 磁性体が上記永久磁石の内径側に位置して該永久磁石とともに上記磁石収納部内に収納、保持され、
 上記磁石収納部が上記谷部に嵌合されて上記継鉄部に保持されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
 上記磁石収納部に収納、保持されている上記永久磁石と上記磁性体とが二色成形されていることを特徴とする請求項8記載の回転電機。
 永久磁石収納部と磁性体収納部とが上記磁石収納部内に径方向に並んで画成され、
 上記永久磁石が上記永久磁石収納部に収納、保持され、上記磁性体が上記磁性体収納部に収納、保持されていることを特徴とする請求項8記載の回転電機。
 上記磁性体が塊状体で作製されていることを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の回転電機。
 上記磁性体が磁性板の積層体で作製されていることを特徴とする請求項8又は請求項10記載の回転電機。
Description:
回転電機

 この発明は、車両用交流発電機などの回 電機に関するものであり、特に、永久磁石 搭載したランデル型の回転子構造に関する のである。

 ランデル型の回転子を用いる車両用交流 電機は、数十年にわたって自動車に使用さ てきた。そして、近年の環境問題から車載 れる電装品の負荷が急増しており、ランデ 型の回転子の発電量のより一層の増加が求 られている。この要求に従来の設計範囲で 応しようとすると、発電機が大型化してし う。発電機の大型化は発電機の重量や配置 ペースを増大し、好ましくない。また、発 機の大型化は回転子慣性の増加を招き、エ ジンの速度変動と発電機の慣性トルクが相 作用し、ベルトの振動やすべりを招くとい 新たな課題を発生させることが知られてい 。これらのことから、発電機本体のサイズ 大型化することなく、発電機容量を増大さ ることが求められている。

 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対向する爪状磁極部 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)。さらに、磁石の 着方法としては、U字状の磁石を爪状磁極部 爪先に嵌め込んで爪状磁極部に保持させる 法(例えば、特許文献3参照)がある。

 このように、従来の車両用交流発電機に いては、永久磁石を保持する方法が種々提 されているが、これらの永久磁石保持方法 実用に供するには、(1)永久磁石の保持の信 性を高めること、(2)組立性を簡易にするこ 、(3)永久磁石の熱減磁を回避すること、(4) 負荷無励磁の誘起電圧を抑制することが必 となる。

 以下、各要因について説明する。
(1)永久磁石の保持強度について
 ベルトおよびプーリを介して伝達されるエ ジンの回転力により駆動される車両用交流 電機では、最大、18,000~20,000rpm近くの高速で 回転する。そのため、1極当たり数g程度の小 な磁石を配設しても、数十Kgfを超える極め 大きな遠心力が磁石に加わる。

 これに対し、従来の磁石保持方法では、 状磁極部そのもので磁石に加わる遠心力を 持させようとしていた。従来の磁石保持方 では、磁石および爪状磁極部の双方の接合 る面を極めて高精度に仕上げて、両者を面 触状態にする必要がある。つまり、両者が あたりで接すると、磁石に局所応力が集中 、磁石が破損してしまう。そして、磁石の 工精度を高くすることは量産品では困難で るので、代わりにSUSのプレートなどで磁石 外形精度を確保する手立てを講じることも 能であるが、コストの膨大につながる。

 また、界磁コイルを巻装する都合上、ポー コアは軸方向に2分割されたものを組み合わ せているが、その組み合わせ精度も高める必 要がある。これらの部品精度を確保すること は、現実的には回転子の量産製造時のコスト を著しく上昇する。さらには、このように静 的な形状精度を工夫しても、車両用交流発電 機では、なお磁石保持が困難である。すなわ ち、車両用交流発電機は、エンジンルーム内 に配置されるために、摂氏百数十度の高温環 境下に置かれ、熱膨脹/収縮によって数十μm 変位が発生する。
 また、爪状磁極部には、磁石を保持しない 態でも、大きな遠心力が加わり、爪先端部 外周側に50~100μm程度膨らむ。そして、エン ン回転速度の増減に伴い、爪状磁極部は、 ばたくように変位する。爪状磁極部は片持 梁構造のため、その変位は先端部が大きく 爪根元側では小さくなり、隣接する爪状磁 部同士の距離も変化する。

 したがって、このような爪状磁極部の熱 よび遠心力の動的な変位があっても、磁石 均一な面で保持しようとすると、磁石保持 造には多大な工夫を要する。また、磁石本 あるいは磁石を保護するカバーは爪状磁極 の変位により摺動磨耗するので、強度信頼 を長期的に確保する必要がある。

 これらのことから、磁石に作用する遠心 に抗して爪状磁極部に磁石を保持させるに 、さらに多くの工夫を要するのが現状であ 、磁石を爪状磁極部以外に保持させること 望ましい。そこで、磁石保持における磁石 爪状磁極部との相対変位による影響を回避 るために、磁石をランデル型ポールコアの 端部で継鉄部外周側に配設する従来の改良 の磁石保持構造が提案されている(例えば、 特許文献4参照)。

(2)組立性について
 特許文献1,2などの爪状磁極部間に永久磁石 配設する手段での組立は、ポールコアが軸 向に分割された状態で永久磁石を一つずつ り付けることになる。しかし、爪状磁極部 での永久磁石の軸方向の位置は、ポールコ 体を一つに組み合わせるとき位置ずれが生 やすく、磁極間の磁石位置のアンバランス 生じる。これにより、回転子自体のバラン 取り工程が増え、回転中の磁束のアンバラ スによる電磁音が発生する課題がある。
 特許文献3,4などの爪状磁極部の爪先側に永 磁石を配設する手段では、磁石を一つずつ り付けることとなり、磁石個数分だけ取り け工数が増加する。

(3)永久磁石の減磁について
 固定子のスロット高調波磁束は固定子スロ ト数×回転数/秒の周波数成分を有する為に 2~3KHzの高周波磁界である。このような状況 、磁石を爪状磁極部間に保持させ、あるい U字状の磁石を爪状磁極部の先端に嵌め込ん で保持させた場合、磁石あるいは磁石保持金 具の一部が固定子側からみて回転子表面に露 出する。そして、この露出する磁石あるいは 磁石保持金具がスロット高調波による高周波 磁界により誘導加熱されてしまう。一部でも 誘導加熱されて局所的に高温になると、熱は 磁石全体に伝熱して磁石が熱減磁するという 課題がある。

 同様に、従来の改良型の磁石保持構造にお ても、磁石あるいは磁石保持金具の一部が 定子側からみて回転子表面に露出しており 磁石の熱減磁の問題がある。
 また、ランデル型回転子を搭載した発電機 は、界磁コイルの発熱があり、この熱は回 子を介して、永久磁石に伝わり磁石の温度 昇が大きくなり、熱減磁するという課題が る。

(4)無負荷無励磁における誘起電圧について
 上述の従来の改良型の磁石保持構造では、 負荷無励磁における誘起電圧の問題がある この従来の改良型の磁石保持構造では、磁 が回転子の表面近傍に配置されているので 磁石の主磁束あるいは漏れ磁束は回転子内 閉じることなく、固定子に直接鎖交する成 を有することになる。

 漏れ磁束レベルでも、500rpm程度のエンジ アイドリング領域で1~2V程度相当の磁束を発 生する設計となる。しかし、自動車用エンジ ンは1:10程度の可変速範囲を持つため、例え エンジン最高回転数がアイドリングの10倍と なると、1~2Vの磁石の誘起電圧は車両の系統 圧を超えて、他の車載機器に悪影響を及ぼ 。これを抑制するには、界磁の電源を両極 として、高速では界磁電流を逆に流して磁 を弱める、いわゆる逆界磁が必要となる。 流の流れる方向が1方向から2方向となると、 単純なチョッパ制御ではなくH型ブリッジを んだ双方回路となり、素子数が増加し、製 コストが上昇するという課題がある。また この逆界磁は通常界磁と違いエンジン回転 上昇に対応して迅速に立ち上げる必要があ が、界磁は数A程度の少ない電流で制御でき よう数百ターンというインピーダンスの高 コイルであるため、瞬時に逆界磁電流を流 ことは難しいという現状がある。これを回 する為に界磁のターン数を減らすと、制御 源の電流値そのものも増加し、制御素子容 が増加し、製品コストが上昇するというあ たな課題を生じる。

特開昭61-85045号公報

米国特許第4959577号明細書

米国特許第5543676号明細書

特開2004-153994号公報

 このように、永久磁石をランデル型ポール アに保持させるには、永久磁石の保持の信 性を高め、組立工数を減らし、永久磁石の 減磁を回避し、無負荷無励磁の誘起電圧を 制する、ことが必要となる。
 しかし、上述の従来の磁石保持構造は、こ らの4つの課題に対する十分な対策ができて いないことから、実用に供されていない。

 この発明は、このような課題を解決するた になされたものであって、下記の特徴を有 る回転電機を得ることを目的とする。
 (1)保持構造を強化し、特に遠心力に対して きく変化する爪状磁極部の先端の変位や爪 磁極部間の相対的な変位が磁石保持に直接 響しない。
 (2)磁石保持が容易であり、組立工数を減ら る。
 (3)温度範囲の広い車載発電機において、軸 よび回転子の熱膨張に対する爪間の軸方向 変位が磁石保持に直接影響しない。
 (4)固定子スロット高調波磁束の進入によっ 永久磁石が誘導加熱されにくい。
 (5)回転子界磁コイルの発熱を断熱し、永久 石が加熱されにくい。
 (6)磁石量を相当ふやしても無負荷無励磁の 起電圧がでにくい。
 (7)磁石および磁石保持材の追加による慣性 ーメントの増加が小さく、慣性トルクがで くい。

 この発明による回転電機は、ボス部、該 ス部の軸方向両端縁部から径方向外方に延 された一対の継鉄部、および該一対の継鉄 のそれぞれから交互に軸方向に延設され、 み合って周方向に配列された複数の爪状磁 部を有し、上記ボス部の軸心位置に挿通さ たシャフトに固着されたポールコアと、上 ボス部に外嵌状態に嵌装された巻胴部およ 上記一対の継鉄部の内壁面に沿って該巻胴 の軸方向両端部から径方向外方に延在する 対のフランジ部を有する樹脂製の巻枠と、 記巻枠に巻回され、上記ボス部、上記一対 継鉄部、および上記複数の爪状磁極部に囲 れた空間内に収納された界磁コイルと、を する回転子と、上記回転子を所定のエアギ 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、磁石収納部が、上 巻枠の一対のフランジ部の少なくとも一方 フランジ部の外周部から一体に軸方向外方 延設されて、上記爪状磁極部の先端側の内 面に対向する上記継鉄部側に延在し、永久 石が、上記磁石収納部に収納、保持されて 上記爪状磁極部の先端側の内周面に対向し 配置され、上記界磁コイルの作る磁界の向 と逆向きに着磁配向されている。

 この発明によれば、永久磁石は巻枠の磁 収納部に収納、保持された状態で、爪状磁 部の先端側の内周面に対向して配置されて る。そこで、遠心力や熱膨張に起因する爪 磁極部の変位が永久磁石に影響しないので 磁石の保持構造が強化され、爪状磁極部の 位に起因する永久磁石の割れや欠けの発生 抑制されるとともに、永久磁石の保持も容 となる。永久磁石は巻枠に保持されており 組立時、界磁巻線と一体でポールコアに組 付けることができ、組立工数が削減され、 立性が向上される。また、永久磁石が爪状 極部の内径側に位置しているので、永久磁 の配設に伴う慣性モーメントの増加が小さ なる。さらに、永久磁石に作用する遠心力 小さくなり、永久磁石の保持が容易となる

 また、永久磁石が爪状磁極部の先端側の内 面に対向して配置されているので、永久磁 が爪状磁極部の内径側に位置し、固定子ス ット高調波により直接誘導加熱されず、熱 磁を未然に防止できる。また、永久磁石は 枠により界磁巻線およびポールコアと断熱 れているので、界磁巻線よる発熱の伝熱影 を受けにくく、磁石温度が上昇せず、熱減 を防止できる。
 さらに、永久磁石が界磁コイルの作る磁界 向きと逆向きに着磁配向されているので、 久磁石による磁界回路が回転子内部で閉じ ように形成され、磁石量を増やしても、無 荷無励磁の誘起電圧の発生が抑制される。

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。 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斜視図で ある。 この発明の実施の形態1に係る車両用交 流発電機において永久磁石が組み込まれた巻 枠を示す斜視図である。 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。 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。 この発明の実施の形態1に係る車両用交 流発電機における界磁アンペアターン(AT)と 定子鎖交磁束量の関係を表す図である。 この発明の実施の形態1に係る車両用交 流発電機における回転数に対する発電量を示 す図である。 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斜視図で ある。 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の構成を説明す る分解斜視図である。 この発明の実施の形態3に係る車両用 流発電機を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態3に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態4に係る車両用 流発電機に適用される回転子の構成を説明 る分解斜視図である。 この発明の実施の形態4に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態5に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態6に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態7に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態8に係る車両用 流発電機を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態8に係る車両用 流発電機に適用される回転子を示す斜視図 ある。 この発明の実施の形態8に係る車両用 流発電機に適用されるポールコア体を示す 視図である。 この発明の実施の形態8に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態10に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す一部破断斜視図である。 この発明の実施の形態11に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態12に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。 この発明の実施の形態13に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。

 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 流発電機を模式的に示す断面図、図2はこの 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斜視図、図3はこの 明の実施の形態1に係る車両用交流発電機に いて永久磁石が組み込まれた巻枠を示す斜 図、図4および図5はそれぞれこの発明の実 の形態1に係る車両用交流発電機における磁 の流れを説明するための模式図である。

 図1乃至図3において、車両用交流発電機1 、それぞれ略椀形状のアルミ製のフロント ラケット2とリヤブラケット3とからなるケ ス4と、シャフト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 た回転子13と、ケース4のフロント側に延出 るシャフト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に対して一定の空隙を有して 、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、シャフト16のリヤ側に固定 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 うにケース4内に配設された一対のブラシ9 、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 する電圧調整器などがケース4内に配設され ている。

 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 、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 。

 回転子13は、巻枠25に巻回され、励磁電流 が流されて磁束を発生する界磁コイル14と、 磁コイル14と巻枠25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 シャフト16と、を備えている。ポールコア15 、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。

 第1ポールコア体17は、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もの であり、外周面を円筒形状とし、シャフト挿 通穴が軸心位置に穿設された第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 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、隣り合う第1爪状磁極部20 間の第1継鉄部19の部位に一体に突設された第 1磁石台座部30とを有している。第1爪状磁極 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 19の外周部に周方向に等角ピッチで例えば8 配列されている。

 第2ポールコア体21は、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もの であり、外周面を円筒形状とし、シャフト挿 通穴が軸心位置に穿設された第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 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、隣り合う第2爪状磁極部24 間の第2継鉄部23の部位に一体に突設された第 2磁石台座部32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つ 列されている。

 ここで、第1磁石台座部30の外周面は、第2爪 状磁極部24の先端側内周面と略平行な傾斜面 作製されている。なお、第1磁石台座部30は 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、隣り合う第1爪状磁極部20間の 第1継鉄部19の部位の外周面に接着剤などによ り固着され、磁気的に接続されてもよい。
 同様に、第2磁石台座部32の外周面は、第1爪 状磁極部20の先端側内周面と略平行な傾斜面 作製されている。なお、第2磁石台座部32は 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、隣り合う第2爪状磁極部24間の 第2継鉄部23の部位の外周面に接着剤などによ り固着され、磁気的に接続されてもよい。

 巻枠25は、ナイロン66などの樹脂を用いて モールド成形されたもので、円筒状の巻胴部 25a、および巻胴部25aの軸方向両端部から径方 向外方に延在する一対のフランジ部25bを有す る。さらに、巻枠25は、一方のフランジ部25b 外周部に周方向に離間して、かつ軸方向外 に一体に延設された第1磁石収納部26と、他 のフランジ部25bの外周部に周方向に離間し 、かつ軸方向外方に一体に延設された第2磁 石収納部27とを有している。第1磁石収納部26 、周方向に等角ピッチで例えば8つ配列され 、第2磁石収納部27は、第1磁石収納部26に対し て半ピッチずれて、周方向に等角ピッチで例 えば8つ配列されている。第1および第2磁石収 納部26,27は、それぞれ、巻胴部25aの軸心と直 する断面が台形のコ字状の筒状体に作製さ 、軸方向内方がフランジ部25bにより塞口さ ている。

 この巻枠25は、巻胴部25aを第1および第2ボ ス部18,22に外嵌状態に装着し、一対のフラン 部25bを第1および第2継鉄部19,23の内壁面に沿 わせて、第1および第2ポールコア体17,21に組 込まれる。そして、各第1磁石収納部26が、 2爪状磁極部24のそれぞれの先端側内周面に 向する第1磁石台座部30の外周面上に延在す 。また、各第2磁石収納部27が、第1爪状磁極 20のそれぞれの先端側内周面に対向する第2 石台座部32の外周面上に延在する。第1およ 第2磁石収納部26,27は、それぞれ、軸方向外 に向かって巻胴部25aの軸心から離反する方 に傾斜している。この第1および第2磁石収 部26,27の断面コ字状の底辺で構成される底面 の傾斜角度は、それぞれ第2および第1爪状磁 部24,20の先端側内周面の傾斜角度にほぼ一 している。

 第1永久磁石31は、両端面と平行な断面形 を台形とし、中心軸線を含む断面形状を平 四辺形とする角柱体に作製され、第1磁石収 納部26の軸方向外方の開口から第1磁石収納部 26内に収納、保持される。そして、第1磁石収 納部26が第1磁石台座部30の外周面に接着剤な により固着され、第1永久磁石31と第1磁石台 座部30とが磁気的に接続されている。このと 、各第1永久磁石31の断面コ字状の頂辺で構 される上面は、第1磁石収納部26から露出し 第2爪状磁極部24の先端側内周面と所定の隙 をもって略平行となっている。

 第2永久磁石33は、両端面と平行な断面形 を台形とし、中心軸線を含む断面形状を平 四辺形とする角柱体に作製され、第2磁石収 納部27の軸方向外方の開口から第2磁石収納部 27内に収納、保持される。そして、第2磁石収 納部27が第2磁石台座部32の外周面に接着剤な により固着され、第2永久磁石33と第2磁石台 座部32とが磁気的に接続されている。このと 、各第2永久磁石33の断面コ字状の頂辺で構 される上面は、第2磁石収納部27から露出し 第1爪状磁極部20の先端側内周面と所定の隙 をもって略平行となっている。

 また、第1および第2永久磁石31,33は、着磁 方向35が、界磁コイル14を流れる界磁電流が 転子13の軸心と直交する平面において作る磁 界34の向きと反対となるように着磁配向され 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34が矢印方向に発 された場合、第1および第2永久磁石31,33は、 界34と逆向きに着磁配向される。たとえば 第1および第2永久磁石31,33の着磁方向35は、 方向に一致しており、その着磁方向35の延長 線が対向する第1および第2爪状磁極部20,24の 端側の内周面に向かっている。なお、界磁 イル14を流れる界磁電流が作る磁界34の向き 反転した設計の場合には、第1および第2永 磁石31,33も逆向きに着磁配向される。

 このように構成された回転子13を組み立 るには、まず界磁コイル14を巻枠25の巻胴部2 5aに巻回し、第1および第2永久磁石31,33を第1 よび第2磁石収納部26,27の軸方向外方の開口 ら第1および第2磁石収納部26,27内に挿入する この時、第1および第2永久磁石31,33は、第1 よび第2磁石収納部26,27に接着剤などにより 着されてもよい。これにより、図3に示され ように、界磁コイル14が巻装され、第1およ 第2永久磁石31,33が第1および第2磁石収納部26 ,27に収納、保持された巻枠25を得る。

 ついで、第1ボス部18および第2ボス部22を 方向両側から巻胴部25a内に差し入れて、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る。そして、シャフト16 第1および第2ボス部18,22のシャフト挿入穴に 圧入し、第1および第2ポールコア体17,21がシ フト16により固着され、一体化する。

 巻枠25は、巻胴部25aが第1および第2ボス部 18,22に外嵌状態に装着され、一対のフランジ 25bが第1および第2継鉄部19,23の内壁面に沿う ように組み付けられている。そして、第1お び第2磁石収納部26,27が第2および第1爪状磁極 部24,20の先端側内周面に対向する第1および第 2磁石台座部30,32の外周面上に延在し、接着剤 などにより第1および第2磁石台座部30,32の外 面上に固着される。このようにして組み立 た回転子13においては、第1および第2永久磁 31,33は、シャフト16の軸心と直交する断面が 台形で、シャフト16の軸心を含む断面が平行 辺形となるように配設されている。

 また、巻枠25に巻装された界磁コイル14は 、第1および第2ボス部18,22、第1および第2継鉄 部19,23、第1および第2爪状磁極部20,24、および 第1および第2磁石台座部30,32に囲まれた空間 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 に相当する。また、軸方向において、第1お よび第2爪状磁極部20,24の先端側がそれぞれ第 2および第1継鉄部23,19と重なっている。

 つぎに、このように構成された車両用交 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 より、第1ポールコア体17の第1爪状磁極部20 N極に着磁され、第2ポールコア体21の第2爪 磁極部24がS極に着磁される。一方、エンジ の回転トルクがベルト(図示せず)およびプー リ6を介してシャフト16に伝達され、回転子13 回転される。そこで、回転磁界が固定子10 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、 流器で直流電流に整流され、バッテリが充 され、或いは電気負荷に供給される。

 つぎに、磁束の動作について図4および図5 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34 aが発生される。この磁束34aは、第1爪状磁極 20からエアギャップ40を通って固定子鉄心11 ティース部に入る。そして、磁束34aは、固 子鉄心11のティース部からコアバック部を って周方向に移動し、隣の第2爪状磁極部24 対向するティース部からエアギャップ40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34a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 ア体は限界設計されているので、界磁コイ の発生する磁界により磁気飽和し、回転子 発生する磁束が減少してしまう。

 この実施の形態1では、第1および第2永久 石31,33は、界磁コイル14の発生する磁界34の 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31,33の発生す る磁界の向きは、界磁コイル14の発生する磁 34と逆向きである。この第1および第2永久磁 石31,33から発生した磁束36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40を往復する必要がある。また、第1およ び第2永久磁石31,33は、第2および第1爪状磁極 24,20の内径側に配設されており、第1および 2爪状磁極部20,24の内周面側に対してより短 磁路長で周回するように配設されている。 こで、磁束36の大部分が、固定子鉄心11に迂 回することなく、回転子内部で閉じた磁気回 路を形成する。

 つまり、第1永久磁石31から発生する磁束3 6は、第1磁石台座部30から第1継鉄部19、第1ボ 部18、第2ボス部22、第2継鉄部23および第2爪 磁極部24を通り、第1永久磁石31に戻る。ま 、第2永久磁石33から発生する磁束36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磁石台座部32を通り、第2永久磁石33に戻 る。そこで、第1および第2永久磁石31,33の発 する磁束36は、界磁コイル14の発生する磁束3 4aと逆向きとなり、第1および第2ポールコア 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。

 ついで、このように構成された車両用交 発電機1を用いて、界磁アンペアターン(界 AT)に対する固定子鎖交磁束量および回転数 対する発電量を測定し、その結果を図6およ 図7に示す。また、比較のために、第1およ 第2永久磁石31,33を省略した従来装置を作製 、界磁アンペアターン(界磁AT)に対する固定 鎖交磁束量および回転数に対する発電量(直 流電流A)を測定し、その結果を図6および図7 示す。なお図6中、実線が本発明品を示し、 線が従来装置を示している。

 図6から、界磁ATの小さい領域では、車両 交流発電機1と従来装置との差が小さく、磁 気飽和が始まる領域を超えると、車両用交流 発電機1と従来装置との差が大きくなること わかる。すなわち、第1および第2永久磁石31, 33を配設することが、磁気飽和を解消し、固 子10に鎖交する磁束量を増大させることに ながることがわかる。同様に、図7から、車 用交流発電機1では、従来装置に対し、特に 低速回転域で大きな発電量が得られることが 分かる。

 つまり、従来装置では、磁気飽和に起因 て界磁の起磁力のうち3割以上が回転子の磁 気回路で消費され、磁束量の増大が困難とな っていた。一方、この実施の形態1では、上 の通り、磁気飽和が解消されるので、固定 10に鎖交する磁束が増加し、発電量が増加し たものと推考される。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 大できることが確認された。

 第1および第2ポールコア体17,21は、一般に 冷間鍛造製法でつくられるため、第1および 2磁石台座部30,32の形状や寸法精度を高める とは鍛造だけでは難しく、3次元のNC加工機 どによって立体的な切削加工が必要で、加 時間を要する。この実施の形態1では、第1お よび第2永久磁石31,33を、樹脂製の巻枠25の第1 および第2磁石収納部26,27に収納、保持させた 状態で、第1および第2磁石台座部30,32の外周 上に固着しているので、第1および第2磁石台 座部30,32の形状や寸法の精度を下げることが きる。従って、3次元のNC加工機等を用いた 削加工が不要となり、製造時間を短縮でき と共に、製造コストを下げることができる

 着磁状態の第1および第2永久磁石31,33を1 ずつ第1および第2磁石台座部30,32に取り付け ことは、極めて煩雑であるとともに、装置 全てを非磁性化するなどの手立てが必要と る。この実施の形態1では、第1および第2永 磁石31,33は、巻枠25の第1および第2磁石収納 26,27に収納、保持された状態で、第1および 2磁石台座部30,32に取り付けられるので、界 コイル14を第1および第2ポールコア体17,21に み付ける工程で、同時に第1および第2永久 石31,33を第1および第2磁石台座部30,32に取り けることができ、組み立て工程を削減し、 立製を向上できる。また、巻枠25は非磁性体 であるので、第1および第2永久磁石31,33を第1 よび第2磁石収納部26,27に収納しやすくなる さらに、ロボットや自動機による巻枠25の ンドリングは容易であり、装置の全てを非 性化する必要がなくなる。

 また、第1および第2永久磁石31,33が第1およ 第2磁石収納部26,27に収納、保持された状態 、第1および第2継鉄部19,23に突設された第1お よび第2磁石台座部30,32に取り付けられている 。そこで、遠心力や熱膨張に起因する第1お び第2爪状磁極部20,24の相対的変化が磁石保 に影響せず、磁石保持構造が強化され、磁 保持の信頼性が高められる。
 また、第1および第2永久磁石31,33は、樹脂製 の第1および第2磁石収納部26,27に収納、保持 れているので、第1および第2磁石台座部30、3 2に対して第1および第2磁石収納部26,27が緩衝 的な役割を持つ。そこで、遠心力により、 1および第2永久磁石31,33が移動したとしても 、磁石の割れや飛散の発生が抑制される。

 第1および第2磁石収納部26,27の軸方向内方が フランジ部25bにより塞口されているので、第 1および第2永久磁石31,33がフランジ部25bによ 界磁コイル14側と隔離される。そこで、界磁 コイル14から放射された熱の第1および第2永 磁石31,33への飛来がフランジ部25bにより遮断 される。また、第1および第2磁石収納部26,27 断面コ字状の底辺が第1及び第2永久磁石31,33 第1および第2磁石台座部30,32との間に介装さ れているので、界磁コイル14での発熱のポー コア15を介して第1および第2永久磁石31,33へ 伝熱経路が遮断される。そこで、界磁コイ 14での発熱に起因する第1および第2永久磁石 31,33の温度上昇が少なくなり、熱減磁を抑制 ることが出来る。
 また、第1および第2永久磁石31,33が第2およ 第1爪状磁極部24,20の先端側の内周面に対向 て配置されているので、第1および第2永久磁 石31,33が第2および第1爪状磁極部24,20の内径側 に位置し、固定子スロット高調波により直接 誘導加熱されず、熱減磁を未然に防止できる 。

 また、第1および第2永久磁石31,33が、第2 よび第1爪状磁極部24,20の先端側内周面に対 するように配設されているので、第1および 2永久磁石31,33の磁気回路が回転子内部で閉 た磁気回路となり、固定子10に鎖交する磁 成分がなくなる。そこで、無負荷無励磁に ける第1および第2永久磁石31,33の誘起電圧の 生が抑制される。その結果、第1および第2 久磁石31,33の磁石量を増大させることができ る。

 また、第1および第2永久磁石31,33が第2およ 第1爪状磁極部24,20の内径側に位置している で、第1および第2永久磁石31,33を配設するこ に起因する慣性モーメントの増加を小さく き、慣性トルクが大きくなることも抑制で る。
 また、第1および第2永久磁石31,33が角柱体に 作製されているので、砥石を用いて磁石母材 から第1および第2永久磁石31,33を効率よく切 出すことができ、材料歩留まりが高められ 。

 実施の形態2.
 図8はこの発明の実施の形態2に係る車両用 流発電機に適用される回転子を示す斜視図 図9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の構成を説明す る分解斜視図である。

 図8および図9において、第1磁石台座部30A 、隣り合う第1爪状磁極部20間の第1継鉄部19 部位に一体に突設され、その外周面は第1ポ ールコア体17Aの軸心を中心軸線とする円筒面 に形成されている。そして、第1ポールコア 17Aの軸心と直交する断面が台形の嵌合凹部 しての第1嵌合溝28が、その底面を第2爪状磁 部24の先端側の内周面と略平行な傾斜面と るように、かつ溝方向を第1ポールコア体17A 軸心と平行にして、第2爪状磁極部24の先端 の内周面に相対する第1磁石台座部30Aの外周 面の部位に凹設されている。そして、第1永 磁石31は、第1磁石収納部26に収納、保持され た状態で、軸方向内方から第1嵌合溝28に嵌着 されている。この時、第1磁石収納部26は、第 1磁石台座部30Aに接着剤などにより固着され もよい。

 また、第2磁石台座部32Aは、隣り合う第2爪 磁極部24間の第2継鉄部23の部位に一体に突設 され、その外周面は第2ポールコア体21Aの軸 を中心軸線とする円筒面に形成されている そして、第2ポールコア体21Aの軸心と直交す 断面が台形の嵌合凹部としての第2嵌合溝29 、その底面を第1爪状磁極部20の先端側の内 面と略平行な傾斜面とするように、かつ溝 向を第2ポールコア体21Aの軸心と平行にして 、第1爪状磁極部20の先端側の内周面に相対す る第2磁石台座部32Aの外周面の部位に凹設さ ている。そして、第2永久磁石33は、第2磁石 納部27に収納、保持された状態で、軸方向 方から第2嵌合溝29に嵌着されている。この 、第2磁石収納部27は、第2磁石台座部32Aに接 剤などにより固着されてもよい。
 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。

 従って、この実施の形態2によれば、上記実 施の形態1と同様に効果が得られる。
 この実施の形態2による回転子13Aでは、第1 よび第2永久磁石31,33が収納、保持された第1 よび第2磁石収納部26,27が、第1および第2磁 台座部30A,32Aに凹設された第1および第2嵌合 28,29に嵌着、保持されている。そこで、第1 よび第2永久磁石31,33の径方向外方への移動 第1および第2嵌合溝28,29との嵌合により構造 に阻止されるので、第1および第2永久磁石31 ,33が長期的に安定して第1および第2磁石台座 30A,32Aに保持される。また、第1および第2永 磁石31,33と第1および第2磁石台座部30A,32Aと 間に介装している第1および第2磁石収納部26, 27が緩衝層として機能し、第1および第2永久 石31,33の割れの発生が抑制される。

 実施の形態3.
 図10はこの発明の実施の形態3に係る車両用 流発電機を模式的に示す断面図、図11はこ 発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機 おいて永久磁石が組み込まれた巻枠を示す 視図である。

 図10および図11において、第1磁石台座部30 Bは、隣り合う第1爪状磁極部20間の第1継鉄部1 9の部位に一体に突設され、その外周面は第1 ールコア体17Bの軸心を中心軸線とする円筒 に接する平坦面に形成されている。第1磁石 収納部26Bは、巻枠25Bの巻胴部25aの軸心と直交 する断面が台形のコ字状の筒状体に作製され 、軸方向内方がフランジ部25bにより塞口され ている。第1磁石収納部26Bのコ字状の筒状体 底面が巻胴部25aの軸心を中心軸線とする円 面に接する平坦面に形成されている。第1永 磁石31Bは、両端面と平行な断面形状を台形 し、断面台形の底辺で構成する底面が端面 直交する平坦面とし、断面台形の頂辺で構 する上面が第2爪状磁極部24の先端側の内周 と略平行な傾斜面とする角柱体に作製され いる。そして、第1永久磁石31Bは、第1磁石 納部26Bの軸方向外方の開口から第1磁石収納 26B内に収納、保持される。第1磁石収納部26B が第2爪状磁極部24の先端側の内周面に相対す る第1磁石台座部30Bの外周面に接着剤などに り固着されている。

 第2磁石台座部32Bは、隣り合う第2爪状磁極 24間の第2継鉄部23の部位に一体に突設され、 その外周面は第2ポールコア体21Bの軸心を中 軸線とする円筒面に接する平坦面に形成さ ている。第2磁石収納部27Bは、巻枠25Bの巻胴 25aの軸心と直交する断面が台形のコ字状の 状体に作製され、軸方向内方がフランジ部2 5bにより塞口されている。第2磁石収納部27Bの コ字状の筒状体の底面が巻胴部25aの軸心を中 心軸線とする円筒面に接する平坦面に形成さ れている。第2永久磁石33Bは、両端面と平行 断面形状を台形とし、断面台形の底辺で構 する底面が端面と直交する平坦面とし、断 台形の頂辺で構成する上面が第1爪状磁極部2 0の先端側の内周面と略平行な傾斜面とする 柱体に作製されている。そして、第2永久磁 33Bは、第2磁石収納部27Bの軸方向外方の開口 から第2磁石収納部27B内に収納、保持される 第2磁石収納部27Bが第1爪状磁極部20の先端側 内周面に相対する第2磁石台座部32Bの外周面 に接着剤などにより固着されている。
 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。

 従って、この実施の形態3によれば、上記実 施の形態1と同様に効果が得られる。
 この実施の形態3による回転子13Bでは、第1 よび第2永久磁石31B,33Bが、両端面と平行な断 面形状を台形とし、断面台形の底辺で構成す る底面が端面と直交する平坦面に形成され、 第1および第2磁石収納部26B,27Bのコ字状の筒状 体の底面が巻胴部25aの軸心を中心軸線とする 円筒面に接する平坦面に形成されている。そ こで、第1および第2永久磁石31B,33Bを巻胴部25a の軸心と平行に移動させるだけで、第1およ 第2磁石収納部26B,27Bに挿入できる。そこで、 第1および第2永久磁石31B,33Bの第1および第2磁 収納部26B,27Bへの組み付け作業が容易となる 。

 また、第1および第2磁石収納部26B,27Bと第1 および第2磁石台座部30B,32Bとの接合面が、第1 および第2ポールコア体17B,21Bの軸心を中心軸 とする円筒面に接する平坦面に形成されて る。そこで、ポールコア15Bの組み立て作業 さらには第1および第2磁石収納部26B,27Bと第1 および第2磁石台座部30B,32Bとの接合作業が容 となる。

 なお、上記実施の形態3では、第1および 2永久磁石を収納、保持した第1および第2磁 収納部を第1および第2磁石台座部の外周面に 接着剤などにより固着するものとしているが 、上記実施の形態2と同様に、第1および第2磁 石台座部の外周面に第1および第2嵌合溝を凹 し、第1および第2永久磁石を収納、保持し 第1および第2磁石収納部を第1および第2嵌合 に嵌着するようにしてもよい。この場合、 1および第2嵌合溝の断面台形の底辺で構成 る底面はシャフトの軸心と直交する円筒面 接する平坦面に形成される。

 また、上記実施の形態1~3では、第1および 第2永久磁石が端面と平行な断面を台形とす 角柱体に作製されているものとしているが 第1および第2永久磁石の端面と平行な断面形 状は台形に限定されるものではなく、正方形 や長方形の四角形であってもよい。この場合 、第1および第2磁石収納部の断面形状、およ 第1および第2嵌合溝の溝形状も、第1および 2永久磁石の端面と平行な断面形状に適合す る形状に形成されることは言うまでもないこ とである。なお、永久磁石の断面四角形の角 部に面取り或いはアール加工が施されていて もよいことは言うまでもないことである。

 また、上記実施の形態1~3では、磁石収納 の軸方向外方が開口され、軸方向内方が塞 されているものとしているが、磁石収納部 軸方向内方が開口され、軸方向外方が塞口 れていてもよい。この場合、永久磁石は磁 収納部に軸方向内方から収納され、永久磁 の軸方向外方への飛び出しが抑制される。

 実施の形態4.
 図12はこの発明の実施の形態4に係る車両用 流発電機に適用される回転子の構成を説明 る分解斜視図、図13はこの発明の実施の形 4に係る車両用交流発電機において永久磁石 組み込まれた巻枠を示す斜視図である。

 図12および図13において、第1嵌合溝28Cは 第1ポールコア体17Cの軸心と直交する断面をC 字状の円弧形とし、穴中心を第2爪状磁極部24 の先端側の内周面と略平行とするように、第 2爪状磁極部24の先端側の内周面に相対する第 1磁石台座部30Cの外周面の部位に凹設されて る。第1磁石収納部26Cは、巻枠25Cの巻胴部25a 軸心と直交する断面がC字状の円弧形の筒状 体に作製され、軸方向内方がフランジ部25bに より塞口されている。この第1磁石収納部26C 中心軸線の傾斜角度は、第2爪状磁極部24の 端内周面の傾斜角度にほぼ一致している。

 第1永久磁石31Cは、両端面と平行な断面形 状を円形とし、中心軸線を含む断面形状を平 行四辺形とする円柱体に作製され、第1磁石 納部26Cの軸方向外方の開口から第1磁石収納 26C内に収納、保持される。そして、第1永久 磁石31Cは、第1磁石収納部26Cに収納、保持さ た状態で、軸方向内方から第1嵌合溝28Cに嵌 されている。この時、各第1永久磁石31Cの外 周面の一部が、第1磁石収納部26Cから露出し 第2爪状磁極部24の先端側内周面と所定の隙 をもって略平行となっている。また、第1磁 収納部26Cは、第1嵌合溝28Cに接着剤などによ り固着されてもよい。

 第2嵌合溝29Cは、第2ポールコア体21Cの軸 と直交する断面をC字状の円弧形とし、穴中 を第1爪状磁極部20の先端側の内周面と略平 とするように、第1爪状磁極部20の先端側の 周面に相対する第2磁石台座部32Cの外周面の 部位に凹設されている。第2磁石収納部27Cは 巻胴部25aの軸心と直交する断面がC字状の円 形の筒状体に作製され、軸方向内方がフラ ジ部25bにより塞口されている。この第2磁石 収納部27Cの中心軸線の傾斜角度は、第1爪状 極部20の先端側内周面の傾斜角度にほぼ一致 している。

 第2永久磁石33Cは、両端面と平行な断面形状 を円形とし、中心軸線を含む断面形状を平行 四辺形とする円柱体に作製され、第2磁石収 部27Cの軸方向外方の開口から第2磁石収納部2 7C内に収納、保持される。そして、第2永久磁 石33Cは、第2磁石収納部27Cに収納、保持され 状態で、軸方向内方から第2嵌合溝29Cに嵌着 れている。この時、各第2永久磁石33Cの外周 面の一部が、第2磁石収納部27Cから露出し、 1爪状磁極部20の先端内周面と所定の隙間を って略平行となっている。また、第2磁石収 部27Cは、第2嵌合溝29Cに接着剤などにより固 着されてもよい。
 なお、他の構成は上記実施の形態2と同様に 構成されている。

 従って、この実施の形態4によれば、上記実 施の形態2と同様の効果が得られる。
 この実施の形態4によれば、第1および第2嵌 溝28C,29Cは断面C字状の筒状に形成されてい ので、第1および第2嵌合溝28C,29Cを冷間鍛造 法のみで成形できる。また、必要があれば 成型後の第1および第2ポールコア体17C,21Cに リルやリーマなどの回転切削工具を用いて 加工を施すことで、第1および第2嵌合溝28C,29 Cの穴寸法精度を高めることができる。この 加工は、回転切削工具を第1および第2ポール コア体17C,21Cに対して軸方向に移動させるだ ですみ、第1および第2嵌合溝28C,29Cの寸法の 精度化を簡易に、安価に、短時間で行うこ ができる。また、第1および第2永久磁石31C,33 Cは円柱体に形成されているので、金型成形 あるいは外形切削によって簡易に、安価に 高寸法精度で作製できる。

 第1および第2嵌合溝28C,29Cおよび第1および 第2永久磁石31C,33Cを高寸法精度で作製できる で、第1および第2永久磁石31C,33Cを第1および 第2嵌合溝28C,29Cにがたつき無く、安定して保 でき、高速回転時における磁石の飛散の発 を防止できる。第1および第2嵌合溝28C,29Cと 1および第2永久磁石31C,33Cとの嵌着面が円筒 であるので、局所的な応力集中がなく、第1 および第2第1磁石台座部30C,32Cおよび第1およ 第2永久磁石31C,33Cの損傷の発生を抑制できる 。さらに、第1および第2嵌合溝28C,29Cと第1お び第2永久磁石31C,33Cとの間に介装している第 1および第2磁石収納部26C,27Cが緩衝層として機 能し、第1および第2永久磁石31C,33Cの割れの発 生を抑制できる。

 また、第1および第2磁石収納部26C,27Cが変 して第1および第2嵌合溝28C,29Cと第1および第 2永久磁石31C,33Cとの寸法誤差を吸収できるの 、加工精度を過度に高精度に監理する必要 なく、製造コストを低減することができる

 実施の形態5.
 図14はこの発明の実施の形態5に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。
 図14において、第1および第2永久磁石31,33が 枠25Dにインサート成形されている。そして 第1および第2永久磁石31,33は、それぞれ台形 断面の頂辺で構成される上面のみを露出する ように各第1および第2磁石収納部26D,27Dに埋設 されている。
 なお、他の構成は上記実施の形態1,2と同様 構成されている。

 従って、この実施の形態5によれば、上記実 施の形態1,2と同様の効果が得られる。
 この実施の形態5によれば、第1および第2永 磁石31,33が巻枠25Dにインサート成形されて るので、第1および第2永久磁石31,33が巻枠25D 組み込まれて一部品としてハンドリングで 、組立性が高められる。また、第1および第 2永久磁石31,33は、それぞれ台形断面の頂辺で 構成される上面のみを露出するように各第1 よび第2磁石収納部26D,27Dに埋設されているの で、第1および第2永久磁石31,33の軸方向への び出しが防止でき、巻枠25Dの磁石保持強度 高められる。さらに、第1および第2永久磁石 31,33の露出面積が少なくなり、第1および第2 久磁石31,33が損傷し、飛散することが防止で きる。

 実施の形態6.
 図15はこの発明の実施の形態6に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。
 図15において、第1および第2永久磁石31B,33B 巻枠25Eにインサート成形されている。そし 、第1および第2永久磁石31B,33Bは、それぞれ 形断面の頂辺で構成される上面側を露出す ように各第1および第2磁石収納部26E,27Eに埋 されている。
 なお、他の構成は上記実施の形態3と同様に 構成されている。

 従って、この実施の形態6によれば、上記実 施の形態3と同様の効果が得られる。
 また、この実施の形態6によれば、第1およ 第2永久磁石31B,33Bが巻枠25Eにインサート成形 されている。さらに、第1および第2永久磁石3 1B,33Bは、それぞれ台形断面の頂辺で構成され る上面側を露出するように各第1および第2磁 収納部26E,27Eに埋設されている。そこで、上 記実施の形態5と同様の効果が得られる。

 実施の形態7.
 図16はこの発明の実施の形態7に係る車両用 流発電機において永久磁石が組み込まれた 枠を示す斜視図である。
 図16において、第1および第2永久磁石31C,33C 巻枠25Fにインサート成形されている。そし 、第1および第2永久磁石31C,33Cは、それぞれ 周面の一部を露出するように各第1および第2 磁石収納部26F,27Fに埋設されている。
 なお、他の構成は上記実施の形態4と同様に 構成されている。

 従って、この実施の形態7によれば、上記実 施の形態4と同様の効果が得られる。
 また、この実施の形態7によれば、第1およ 第2永久磁石31C,33Cが巻枠25Fにインサート成形 されている。さらに、第1および第2永久磁石3 1C,33Cは、それぞれ外周面の一部を露出するよ うに各第1および第2磁石収納部26F,27Fに埋設さ れている。そこで、上記実施の形態5と同様 効果が得られる。

 なお、上記実施の形態5~7では、第1および 第2永久磁石が第2および第1爪状磁極部の先端 側内周面と相対する部位を露出するように巻 枠の第1および第2磁石収納部にインサート成 されているものとしているが、第1および第 2永久磁石は、少なくとも、軸方向の両端面 よび第1および第2磁石台座部との対向面が埋 設されていればよく、例えば第1および第2永 磁石の全体が埋設されるようにインサート 形されてもよい。

 実施の形態8.
 図17はこの発明の実施の形態8に係る車両用 流発電機を模式的に示す断面図、図18はこ 発明の実施の形態8に係る車両用交流発電機 適用される回転子を示す斜視図、図19はこ 発明の実施の形態8に係る車両用交流発電機 適用されるポールコア体を示す斜視図、図2 0はこの発明の実施の形態8に係る車両用交流 電機において永久磁石が組み込まれた巻枠 示す斜視図である。

 図17乃至図20において、ポールコア15Dは、第 1および第2ポールコア体17D,21Dに分割構成され ている。巻枠25Gの第1磁石収納部26Gには、第1 久磁石31と第1磁性体43とが収納、保持され 第2磁石収納部27Gには、第1永久磁石33と第2磁 性体44とが収納、保持されている。
 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。

 以下、実施の形態8による車両用交流発電機 の変更部分について具体的に説明する。
 第1ポールコア体17Dには、周方向に隣り合う 第1爪状磁極部20の間のそれぞれの第1継鉄部19 の部位に内径側に向かって凸状に湾曲するU 状の第1谷部41が形成されている。同様に、 2ポールコア体21Dには、周方向に隣り合う第2 爪状磁極部24の間のそれぞれの第2継鉄部23の 位に内径側に向かって凸状に湾曲するU字状 の第2谷部42が形成されている。
 巻枠25Gのフランジ部25bから軸方向外方に延 された第1および第2磁石収納部26G,27Gは、内 側を第1および第2谷部41,42の底部内面形状に 適合する湾曲面形状とする馬蹄形の筒状体に 作製されている。そして、第1および第2磁石 納部26G,27Gの軸方向内方がフランジ部25bによ り塞口され、軸方向外方および外径側が開口 されている。

 第1磁性体43は、鉄、鉄系磁性合金などの 性材を用いて冷間鍛造法や引き抜き加工な により、側面を第1永久磁石31の底面に密接 る平坦面とし、周面を第1磁石収納部26Gの内 径側の内周面に適合する湾曲面形状とする断 面D字状の柱状体に作製されている。同様に 第2磁性体44は、鉄、鉄系磁性合金などの磁 材を用いて冷間鍛造法や引き抜き加工など より、側面を第2永久磁石33の底面に密接す 平坦面とし、周面を第2磁石収納部27Gの内径 の内周面に適合する湾曲面形状とする断面D 字状の柱状体に作製されている。

 つぎに、回転子13Dの組立方法について説明 る。
 まず、第1および第2磁性体43,44の側面を第1 よび第2永久磁石31,33の底面に接着剤などに り固着する。ついで、界磁コイル14を巻枠25G の巻胴部25aに巻回し、一体化された第1永久 石31と第1磁性体43とを第1磁石収納部26Gの軸 向外方の開口から第1磁石収納部26G内に挿入 る。さらに、一体化された第2永久磁石33と 2磁性体44とを第2磁石収納部27Gの軸方向外方 の開口から第2磁石収納部27G内に挿入する。 の時、第1および第2永久磁石31,33および第1お よび第2磁性体43,44は、第1および第2磁石収納 26G,27Gに接着剤などにより固着されてもよい 。これにより、図20に示されるように、界磁 イル14、第1および第2永久磁石31,33、および 1および第2磁性体43,44が装着された巻枠25Gを 得る。

 ついで、第1ボス部18および第2ボス部22を 方向両側から巻胴部25a内に差し入れて、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る。そして、シャフト16 第1および第2ボス部18,22のシャフト挿入穴に 圧入し、第1および第2ポールコア体17D,21Dがシ ャフト16により固着され、一体化され、回転 13Dを得る。

 ここで、巻枠25Gは、巻胴部25aが第1および 第2ボス部18,22に外嵌状態に装着され、一対の フランジ部25bが第1および第2継鉄部19,23の内 面に沿うように組み付けられている。そし 、第1および第2磁石収納部26G,27Gがその内径 を第1および第2谷部41,42の底部内面に密接さ て第1および第2谷部41,42内に延在し、接着剤 などにより第1および第2谷部41,42の内面に固 される。また、第1および第2永久磁石31,33が 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。

 つぎに、第1および第2永久磁石31,33から発 生する磁束の流れについて説明する。まず、 第1永久磁石31から発生する磁束は、第1磁性 43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31に戻る。また、第2永久磁石33か ら発生する磁束は、空隙を介して第1爪状磁 部20に入り、第1継鉄部19、第1ボス部18、第2 ス部22、第2継鉄部23および第2磁性体44を通り 、第2永久磁石33に戻る。そこで、第1および 2永久磁石31,33の発生する磁束は、界磁コイ 14の発生する磁束と逆向きとなり、第1およ 第2ポールコア体17D,21D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。

 従って、この実施の形態8によれば、上記実 施の形態1と同様の効果が得られる。
 また、ランデル型のポールコアにおいては 爪状磁極部相当部が継鉄部から径方向外方 延出する形状のコア体を冷間鍛造法により 型した後、継鉄部から径方向外方に延出す 爪状磁極部相当部を略直角に折り曲げて爪 磁極部を形成している。この実施の形態8に よる第1および第2ポールコア体17D,21Dでは、第 1および第2谷部41,42が第1および第2継鉄部19,23 形成されている。そこで、コア体の成型時 、第1および第2谷部41,42を第1および第2継鉄 19,23に形成すれば、爪状磁極部相当部を折 曲げやすくなり、爪状磁極部相当部の折り げ工程での歩留まりを高めることはできる

 第1および第2谷部41,42を冷間鍛造法により形 成した場合、第1および第2谷部41,42の寸法精 を高めることは難しい。しかし、第1および 2永久磁石31,33と第1および第2磁性体43,44とが 第1および第2磁石収納部26G,27Gに収納、保持さ れて第1および第2谷部41,42に嵌合されるので 樹脂製の第1および第2磁石収納部26G,27Gが変 して第1および第2谷部41,42の寸法精度の悪化 吸収できる。そこで、第1および第2ポール ア体17D,21Dの寸法精度を過度に高める必要が く、製造コストを低減することができる。
 また、第1および第2永久磁石31,33が第1およ 第2磁性体43,44とともに第1および第2谷部41,42 配設されているので、高価な第1および第2 久磁石31,33の体積を必要最小限にでき、低コ スト化が図られる。

 実施の形態9.
 上記実施の形態8では、永久磁石(第1および 2永久磁石31,33)と磁性体(第1および第2磁性体 43,44)とを別々の部品として作製しているが、 この実施の形態9では、永久磁石と磁性体と ダブルモールド(二色成形)により一体成形し て1部品として作製している。
 従って、この実施の形態9によれば、上記実 施の形態9と同様の効果が得られるとともに 部品点数が削減され、永久磁石と磁性体と 接着剤などにより固着、一体化する工程が 要となり、回転子の組立工程を短縮できる

 実施の形態10.
 上記実施の形態8では、第1および第2磁性体4 3,44が磁性材の塊状体で作製されているもの しているが、この実施の形態10では、図21に されるように、第2磁性体44Aが磁性材の薄板 44aを積層一体化した積層体で作製されている 。なお、図示していないが、第1磁性体も磁 材の薄板の積層体で作製されている。
 従って、この実施の形態10によれば、上記 施の形態8と同様に効果が得られる。
 また、この実施の形態10によれば、第1およ 第2磁性体を磁性材の薄板44aの積層体で作製 しているので、プレス成形により積層される 薄板44aを簡易に作製でき、第1および第2磁性 の製造が容易となる。また、半円形の平面 状に打ち抜かれた薄板44aを軸方向に積層し 第1および第2磁性体を作製しているので、 板44aをプレス成形する金型が1種類で済み、 コスト化が図られる。

 実施の形態11.
 図22はこの発明の実施の形態11に係る車両用 交流発電機において永久磁石が組み込まれた 巻枠を示す斜視図である。
 図22において、巻枠25Hの一方のフランジ部25 bから軸方向外方に延設された第2磁石収納部2 7Hは、外径側の永久磁石収納部27aと内径側の 性体収納部27bとに画成されている。そして 第2永久磁石33が永久磁石収納部27a内に収納 保持され、第2磁性体44が磁性体収納部27b内 収納、保持されている。なお、図示してい いが、巻枠25Hの他方のフランジ部25bから軸 向外方に延設された第1磁石収納部26Hも、外 径側の永久磁石収納部と内径側の磁性体収納 部とに画成されている。そして、第1永久磁 31が永久磁石収納部内に収納、保持され、第 1磁性体43が磁性体収納部内に収納、保持され ている。
 なお、他の構成は上記実施の形態8と同様に 構成されている。

 従って、この実施の形態11によれば、上記 施の形態8と同様の効果が得られる。
 また、この実施の形態11によれば、第1およ 第2永久磁石31,33と第1および第2磁性体43,44と が永久磁石収納部と磁性体収納部とに別々に 収納されているので、樹脂製の第1および第2 石収納部26H,27Hが変形して第1および第2永久 石31,33および第1および第2磁性体43,44の寸法 度の悪化を吸収できる。そこで、第1および 第2永久磁石31,33および第1および第2磁性体43,4 4の寸法精度を過度に高める必要がなく、製 コストを低減することができる。

 実施の形態12.
 上記実施の形態8では、第1および第2永久磁 31,33を用いるものとしているが、この実施 形態12では、図23に示されるように、第1およ び第2永久磁石31B,33Bを用いている。
 従って、この実施の形態12においても、上 実施の形態8と同様の効果が得られる。

 実施の形態13.
 図24はこの発明の実施の形態13に係る車両用 交流発電機において永久磁石が組み込まれた 巻枠を示す斜視図である。
 図24において、巻枠25Iの一方のフランジ部25 bから軸方向外方に延設された第2磁石収納部2 7Iは、その軸方向外方のみが開口されている そして、第2永久磁石33と第2磁性体44とが第2 磁石収納部27Iに収納、保持されている。また 、図示していないが、巻枠25Iの他方のフラン ジ部25bから軸方向外方に延設された第1磁石 納部26Iも、その軸方向外方のみが開口され いる。そして、第2永久磁石33と第2磁性体44 が第2磁石収納部27Iに収納、保持されている
 なお、他の構成は上記実施の形態8と同様に 構成されている。

 従って、この実施の形態13によれば、上記 施の形態8と同様の効果が得られる。
 この実施の形態13によれば、第1および第2永 久磁石31,33の上面が樹脂製の第1および第2磁 収納部26I,27Iにより覆われている。そこで、 1および第2爪状磁極部20,24の先端側が遠心力 などにより揺動して第1および第2永久磁石31,3 3に当たっても、第1および第2磁石収納部26I,27 Iが緩衝層となり、第1および第2永久磁石31,33 損傷の発生が抑制される。仮に、第1および 第2永久磁石31,33が損傷しても、第1および第2 久磁石31,33の破片の飛散が抑制される。

 なお、上記実施の形態8~13では、磁石収納部 の軸方向外方が開口され、軸方向内方が塞口 されているものとしているが、磁石収納部の 軸方向内方が開口され、軸方向外方が塞口さ れていてもよい。この場合、永久磁石および 磁性体は磁石収納部に軸方向内方から収納さ れ、永久磁石および磁性体の軸方向外方への 飛び出しが抑制される。
 また、上記実施の形態8~13では、永久磁石お よび磁性体を磁石収納部に軸方向外方から挿 入するものとしているが、巻枠のモールド成 型時に、永久磁石および磁性体を磁石収納部 にインサート成形するようにしてもよい。

 また、上記各実施の形態では、全ての周 向に隣り合う爪状磁極部の間に位置する継 部の部位に永久磁石を配設するものとして るが、永久磁石は全ての周方向に隣り合う 状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に配 する必要はなく、任意の周方向に隣り合う 状磁極部の間に位置する継鉄部の部位に配 してもよい。この場合、磁気的なバランス よび機械的なバランスを考慮して永久磁石 配設することが好ましい。例えば、第1ポー ルコア体には永久磁石を配設せず、第2ポー コア体の全ての周方向に隣り合う爪状磁極 の間に位置する継鉄部の部位に永久磁石を 設してもよい。また、第1および第2ポールコ ア体のそれぞれにおいて、1つおきの周方向 隣り合う爪状磁極部の間に位置する継鉄部 部位に配設してもよい。この構成を採用す ことにより、車両用交流発電機の出力を調 でき、永久磁石の個数の削減に伴うコスト 減が図られる。

 また、上記各実施の形態では、第1および 第2永久磁石が、界磁コイルを流れる界磁電 が回転子の軸心と直交する平面において作 磁界の向きと反対となるように着磁配向さ ている。そして、第1および第2永久磁石の着 磁方向は径方向に完全に一致している。しか し、第1および第2永久磁石の着磁方向は径方 に完全に一致する必要はなく、例えば、第1 および第2永久磁石の着磁方向が対向する第2 よび第1爪状磁極部の先端側内周面に直交す るように着磁配向してもよい。この場合、第 1および第2永久磁石の着磁方向が磁束の向き より沿う方向となり、また、第1および第2 久磁石の第2および第1爪状磁極部の内周面側 の磁極面積を最大利用でき、磁束量を増やす ことができる。

 また、上記各実施の形態では、車両用交 発電機について説明しているが、この発明 、車両用交流発電機に限らず、車両用電動 や車両用発電電動機などの回転電機に適用 ても、同様の効果を奏する。