JP2007330018A

JP2007330018A - タンデム型交流発電機の回転子

Info

Publication number: JP2007330018A
Application number: JP2006158512A
Authority: JP
Inventors: Takuzo Mukai; 向井　　拓三; Arata Kusase; 草瀬　　新
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US20070284963A1

Abstract

【課題】簡素な構造により体格当たりの出力増大が可能なタンデム型交流発電機の回転子を提供すること。
【解決手段】後側ランデル型ロータコア５の後端面に回転軸６を囲んで窪み部５２３が凹設される。これにより、後側の軸受け８又は回転軸６の径大段差部６１などを後側ランデル型ロータコア５に近接配置できるため、前側の軸受け７と後側の軸受け８との間の軸受け間距離を短縮することができ、その分だけ、回転子の許容最大回転数を増大することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、タンデム型交流発電機の回転子の改良に関し、特にその高速回転性能の改善に関する。

一対のランデル型ロータコアを同一回転軸にタンデム配置し、各ランデル型ロータコアに対してそれぞれステータを対面配置させたタンデム型交流発電機が、下記の特許文献１、２に提案されている。このタンデム型交流発電機は、単一発電機によりそれぞれ独立制御可能な２つの発電電圧を出力できるため、車両用２電源系の発電回路を簡素化することができる。
特開平５−８３９０６号公報特開平５−１２２９９７号公報

しかしながら、上記した従来のタンデム型交流発電機では、一対の軸受け間に２つのランデル型ロータコアが縦続配置されるため、回転子の軸受け間距離が長くなり、かつ、回転慣性質量が増大するため、その許容最大回転数を大きくできないという問題があった。良く知られているように、回転電機の出力はランデル型ロータコアの外周面の周速に大きな相関をもつため、許容最大回転数が低いということは、その分だけ出力が低下する結果、必要出力を得るためには、ランデル型ロータコアの外径増大又は軸方向長増大は許容最大回転数の減少を要求する。また、許容最大回転数を増大するには回転軸径を増大することも効果的であるが、回転軸径の増大は、ランデル型ロータコアの界磁束量の減少による出力低下を招くという欠点や軸受けが大型化するという欠点を派生させた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構造により体格当たりの出力増大が可能なタンデム型交流発電機の回転子を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明は、ロータコイルが巻装されるボス部と、前記ボス部の軸方向両端からそれぞれ放射状に突出する複数の柱部と、前記各柱部の先端部から軸方向へ延在して前記ロータコイルを囲む爪状磁極部とをそれぞれ有する前側ランデル型ロータコア及び後側ランデル型ロータコアと、前記前側ランデル型ロータコアの前記ボス部の前端面に近接する前側の軸受けと、前記後側ランデル型ロータコアの前記ボス部の後端面に近接する後側の軸受けと、前記両ランデル型ロータコアが前記両軸受けの間にタンデム配置されて嵌着、固定された回転軸とを備えるタンデム型交流発電機の回転子に適用される。この種のタンデム型交流発電機の回転子は良く知られている。

本発明では特に、前記両ランデル型ロータコアの少なくとも一方が、前記回転軸を囲んでリング状に凹設された窪み部を有することを特徴としている。このようにすれば、この窪み部に軸受け機構の一部又は全部を収容したり、あるいは、回転軸のストッパ用の径大段差部を収容したりすることができるため、回転子の軸受け間距離低減によりその危険速度を向上させて許容最大回転数を増大することができる。その結果として、出力増大を期待することができる。

好適な態様において、前記窪み部は、近接する前記軸受けよりも径大に形成され、前記窪み部側の前記軸受けは、前記窪み部が形成された前記ボス部と軸方向において重なっている。このようにすれば、回転子の軸受け間距離低減によりその危険速度を向上させて許容最大回転数を増大することができ、出力増大を実現することができる。

好適な態様において、前記窪み部は、前記前側の軸受けよりも径小の前記後側の軸受けに近接して前記後側ランデル型ロータコアのボス部の後端面にのみ凹設されている。このようにすれば、相対的に小型の軸受け側に窪み部を設けるため、窪み部への軸受け収容が容易となり、かつ、窪み部を小型化できるため、後側ランデル型ロータコアの界磁束回路の設計が容易となる。

好適な態様において、前記窪み部は、前記両ランデル型ロータコアのうち前記ボス部の外径が大きい側の前記ランデル型ロータコアにのみ形成される。このようにすれば、相対的にボス部の外形が大きいランデル型ロータコアに窪み部を設けるため、ボス部における磁路断面積の確保が容易となる。

好適な態様において、前記窪み部は、前記両ランデル型ロータコアのうち前記最大界磁束量が小さい側の前記ランデル型ロータコアにのみ形成される。これにより、もともと最大界磁束量が小さく、ボス部の磁路断面積が小さいため、窪み部による界磁束量減少問題の解決が容易となる。

好適な態様において、前記回転軸は、前記窪み部に収容される回転軸変位規制用の径大段差部をもつ。これにより、径大段差部を設けるにもかかわらず、回転子の軸受け間距離の増大を抑止することができる。

好適な態様において、前記ロータコイルは、前記径大段差部から径方向外側に突出する中継端子から給電される。これにより、径大段差部に中継端子を配置するにもかかわらず、回転子の軸受け間距離の増大を抑止することができる。

本発明のタンデム型交流発電機の回転子を用いた車両用交流発電機の実施態様を以下に説明する。ただし、本発明の下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等の必要機能を有する他の技術を組み合わせて実現してもよい。この実施形態の車両用交流発電機を図１、図２を参照して説明する。図１は、その軸方向模式断面図であり、図２はその要部拡大軸方向断面図である。

（全体構成）
全体構造を図１を参照して以下に説明する。

１はハウジング、２は前側ステータ、３は後側ステータ、４は前側ランデル型ロータコア、５は後側ランデル型ロータコア、６は回転軸、７は前側の軸受け、８は後側の軸受け、９はスルーボルト、１０は整流器、１１は出力ターミナル、１２はレギュレータ、１３はスリップリング、１４はブラシ、１５、１６はロータコイル、１７は前側冷却ファン、１８は後側冷却ファン、１９はプーリーである。

ハウジング１は、フロントハウジングとリヤハウジングとをスルーボルト９で締結して構成されている。ハウジング１の内周面には前側ステータ２及び後側ステータ３が軸方向に所定距離隔ててお固定されている。

前側ランデル型ロータコア４は前側ステータ２の径方向内側に、後側ランデル型ロータコア５は後側ステータ３の径方向内側に配置されている。

前側ランデル型ロータコア４及び後側ランデル型ロータコア５は、回転軸６に相対回転不能に圧入されている。回転軸６は、前側の軸受け７及び後側の軸受け８を介してハウジング１に回転自在に支承されている。前側ランデル型ロータコア４及び後側ランデル型ロータコア５は前側の軸受け７と後側の軸受け８との間にタンデム配置（縦続配置）されている。

前側ステータ２及び後側ステータ３の出力は、整流器１０により整流された後、出力ターミナル１１から出力される。レギュレータ１２は、スリップリング１３及びブラシ１４を通じて前側ランデル型ロータコア４に巻かれたロータコイル１５、及び、後側ステータ３に巻かれたロータコイル１６に励磁電流を通電する。

前側冷却ファン１７は前側ランデル型ロータコア４の前端面に、後側冷却ファン１８は後側ランデル型ロータコア５の後端面に固定されて冷却空気流を形成する。前側の軸受け７から前方に突出する回転軸６の前端部にはプーリー１９が装着されている。

この種のタンデム型交流発電機の基本構造及び基本動作自体は公知事項であるため、これ以上の説明は省略する。

（前側ランデル型ロータコア４及び後側ランデル型ロータコア５の構造）
この実施形態の特徴をなす前側ランデル型ロータコア４及び後側ランデル型ロータコア５の構造を図２を参照して以下に詳しく説明する。

前側ランデル型ロータコア４は、軟鉄鍛造品からなり、回転軸６に嵌着固定された一対のポールコア４１、４２を組み合わせてなる。ポールコア４１は、円筒状のボス部４１１と、ボス部４１１の前端から放射状に突出した後、後方へ延在する必要個数の爪状磁極部４１２とからなる。ポールコア４２は、円筒状のボス部４２１と、ボス部４２１の後端から放射状に突出した後、前方へ延在する必要個数の爪状磁極部４２２とからなる。

後側ランデル型ロータコア５は、軟鉄鍛造品からなり、回転軸６に嵌着固定された一対のポールコア５１、５２を組み合わせてなる。ポールコア５１は、円筒状のボス部５１１と、ボス部５１１の前端から放射状に突出した後、後方へ延在する必要個数の爪状磁極部５１２とからなる。ポールコア５２は、円筒状のボス部５２１と、ボス部５２１の後端から放射状に突出した後、前方へ延在する必要個数の爪状磁極部５２２とからなる。

ポールコア４２の後端面は、ポールコア５１の前端面に密着されている。ランデル型ロータコアの構造自体は周知であるため、これ以上の説明は省略する。

回転軸６は、他の部位よりも径大に径大された径大段差部６１をもち、径大段差部６１は、後側の軸受け８の前端と、ポールコア５２のボス部５２１の後端面に接して前側ランデル型ロータコア４や後側の軸受け８の後方変位を規制している。また、同様の目的にて、カラー６２が、前側の軸受け７とポールコア４１のボス部４１１の前端面との間に介設されている。

（ロータコイルへの通電線配置）
３個のスリップリング１３からロータコイル１５、１６への励磁電流の通電は、回転軸６内の埋設された３本の通電線（図示省略）を通じて行われる。この通電線は、回転軸６の径大段差部６１の外周面から放射状に突出する３本の中継端子（一本のみ図示）２０により、ロータコイル１５、１６から延在するロータコイル引き出し線２１に接続される。径大段差部６１の径が大きいため、上記通電線を埋設するための溝又は孔や中継端子２０を設置することによる回転軸６の強度低下が防止される。

（ポールコア５２の詳細構造）
この実施形態は、図２に示すように、後側ランデル型ロータコア５のポールコア５２が、そのボス部５２１の後端面に位置して窪み部５２３を有している点をその特徴としている。この窪み部５２３の形成は、必要な最大界磁束量が後側ランデル型ロータコア５内に流すための磁路断面積を確保しつつ行われる。

窪み部５２３について説明する。窪み部５２３は、回転軸６が貫通するボス部５２１の貫通孔の周囲に形成された略円形浅底の凹部である。窪み部５２３には、径大段差部６１及び中継端子２０が収容されている。更に、後側の軸受け８の前端面は、ポールコア５２のボス部５２１の後端面より前に配置されている。

上記磁路断面積確保要求に応えるため、この実施例では、後側ランデル型ロータコア５のボス部５１１、５２１を、前側ランデル型ロータコア４のボス部４１１、４１２よりも径大に形成している。これにより、ボス部５２１における磁路断面積を容易に確保することができる。

ただし、後側ランデル型ロータコア５のボス部５１１、５２１の径大化は、ロータコイル１６のターン数の減少や、爪状磁極部の磁路断面積の低減を招く。このため、この実施形態では、後側ランデル型ロータコア５を最大界磁束量が小さい小出力側、前側ランデル型ロータコア４を最大界磁束量が大きい大出力側としている。

また、この実施形態では、窪み部５２３を相対的に径小の後側の軸受け８に近接して形成している。これにより、窪み部５２３は径大な前側の軸受け７の一部を収容する必要がないため、その径を小さくすることができる。

更に、この実施形態では、ロータコイル１６の軸方向中心位置は、ポールコア５２よりもポールコア５１側に偏設されている。これにより、ボス部５２１のうち、窪み部５２３の径方向外側の位置において最大界磁束量を通過させるための磁路断面積の確保が容易となる。

その他、この実施形態のタンデム型交流発電機の回転子構造によれば従来より軸受け間距離を短縮することができるので、既述した種々の効果を奏することができる。これらの効果については再既述を省略する。

実施形態のタンデム型交流発電機の軸方向模式断面図である。図１のタンデム型交流発電機の要部拡大軸方向断面図である。

符号の説明

１ハウジング
２前側ステータ
３後側ステータ
４前側ランデル型ロータコア
５後側ランデル型ロータコア
６回転軸
７前側の軸受け
８後側の軸受け
９スルーボルト
１０整流器
１１出力ターミナル
１２レギュレータ
１３スリップリング
１４ブラシ
１５ロータコイル
１６ロータコイル
１７前側冷却ファン
１８後側冷却ファン
１９プーリー
２０中継端子
２１ロータコイル引き出し線
４１ポールコア
４２ポールコア
５１ポールコア
５２ポールコア
６１径大段差部
６２カラー
４１１ボス部
４１２爪状磁極部
４２１ボス部
４２２爪状磁極部
５１１ボス部
５１２爪状磁極部
５２１ボス部
５２２爪状磁極部
５２３窪み部

Claims

ロータコイルが巻装されるボス部と、前記ボス部の軸方向両端からそれぞれ放射状に突出する複数の柱部と、前記各柱部の先端部から軸方向へ延在して前記ロータコイルを囲む爪状磁極部とをそれぞれ有する前側ランデル型ロータコア及び後側ランデル型ロータコアと、
前記前側ランデル型ロータコアの前記ボス部の前端面に近接する前側の軸受けと、
前記後側ランデル型ロータコアの前記ボス部の後端面に近接する後側の軸受けと、
前記両ランデル型ロータコアが前記両軸受けの間にタンデム配置されて嵌着、固定された回転軸と、
を備えるタンデム型交流発電機の回転子において、
前記両ランデル型ロータコアの少なくとも一方は、前記回転軸を囲んでリング状に凹設された窪み部を有することを特徴とするタンデム型交流発電機の回転子。
請求項１記載のタンデム型交流発電機の回転子において、
前記窪み部は、近接する前記軸受けよりも径大に形成され、
前記窪み部側の前記軸受けは、前記窪み部が形成された前記ボス部と軸方向において重なっていることを特徴とするタンデム型交流発電機の回転子。
請求項１記載のタンデム型交流発電機の回転子において、
前記窪み部は、前記前側の軸受けよりも径小の前記後側の軸受けに近接して前記後側ランデル型ロータコアのボス部の後端面にのみ凹設されているタンデム型交流発電機の回転子。
請求項１記載のタンデム型交流発電機の回転子において、
前記窪み部は、前記両ランデル型ロータコアのうち前記ボス部の外径が大きい側の前記ランデル型ロータコアにのみ形成されるタンデム型交流発電機の回転子。
請求項１記載のタンデム型交流発電機の回転子において、
前記窪み部は、前記両ランデル型ロータコアのうち前記最大界磁束量が小さい側の前記ランデル型ロータコアにのみ形成されるタンデム型交流発電機の回転子。
請求項１記載のタンデム型交流発電機の回転子において、
前記回転軸は、前記窪み部に収容される回転軸変位規制用の径大段差部をもつタンデム型交流発電機の回転子。
請求項６記載のタンデム型交流発電機の回転子において、
前記ロータコイルは、前記径大段差部から径方向外側に突出する中継端子から給電されるタンデム型交流発電機の回転子。