JP2702154B2

JP2702154B2 - ブラシレス交流発電機の回転子

Info

Publication number: JP2702154B2
Application number: JP63146834A
Authority: JP
Inventors: 義明本田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1988-06-16
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JPH01318532A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば自動車，小型船舶等に使用される交
流発電機に係り、特にルンデルタイプのブラシレス交流
発電機に使用される回転子に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車等に使用される交流発電機（オルタネー
タ）は、自動車の高級化及びエンジンルーム内の高密度
実装化により小形高出力の要求が一層厳しくなつてい
る。また、品質向上及びメンテナンスフリー化を含む長
寿命の要求もある。

このうち、交流発電機の小形高出力化は、従来、ステ
ータコイルの巻線技術（コイルの巻枠内占積率の向上）
やコイル冷却技術を向上させて行なつていた。しかし、
今日ではステータコイルの占積率をそれ以上向上させる
ことが幾何学的に困難となつており、これに代わるもの
としては、発電機を現状より高回転仕様にするほか、小
形高出力化に対応する有効な手段がなくなりつつある。
また長寿命化に関しては、摺動部であるブラシの摩耗寿
命が問題となるので、ブラシレスにすれば長寿命の要求
に応えることができる。

以上の要求に応えるものとして、今後のオルタネータ
は、高速回転形のブラシレス交流発電機へ移行しつつあ
る。

この種のブラシレス交流発電機は、特開昭62−189941
号公報等に開示されるように、円周方向に爪形磁極を複
数配設してなる１対のロータコアを有し、ロータコアの
一方を回転子軸に固定すると共に、他方を前記一方のロ
ータコアの爪形磁極に非磁性リングを介して結合し、一
方、界磁コイルは、爪形磁極とロータコアの中心部外周
との間に介在させつつ非回転状態で固定配置される。

このように界磁コイルが非回転式となるため、ブラシ
レス化を可能にするが、この種のブラシレス交流発電機
を今後更に高速化させていくには、次のような改善すべ
き点があつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

すなわち、従来のブラシレス交流発電機は、互いに噛
合う爪形磁極の内周面中央に非磁性リングを溶接により
固定して、１対のロータコアの爪形磁極同士を結合して
いるが、このような構造によれば、各ロータコアの爪形
磁極の先端部が拘束されていないため、高速回転（20,0
00rpm以上）になると、爪形磁極自身の自重による遠心
力で爪形磁極先端が広がる。その結果、ロータコアの外
周側に微少ギヤツプを保つて固定配置されるステータコ
アに爪形磁極が接触して火花が発生する事態が生じ、最
悪の場合は、交流発電機が破損する。

また、従来は、非磁性リングと全ての爪形磁極をラジ
アル方向から溶接する必要があり、作業性の面でも改善
すべき点があつた。

その他の爪形磁極同士の結合として、実公昭40−1313
3号公報に記載のように爪形磁極間に接着剤を充填する
ほかに、爪形磁極のステータコアに対向する部分以外
（爪形磁極の外径両端）にも接着剤を充填させる技術
や、実公昭50−25283号公報に記載のように爪形磁極の
各軸方向両端に中空円板をあてがって、この中空円板に
設けた複数の孔を介して該中空円板を爪形磁極の両端面
にカシメ固着，ねじ固着する技術が提案されている。

しかし、接着剤結合方式は、接着剤のため冷熱の繰り
返しで、接着剤強度低下が進行し、近年のような厳しい
耐高速性の要求に応えることができない。また、中空円
板によるカシメ固着，ねじ固着方式は、爪形磁極同士の
結合強化を図れるものの、爪形磁極のうちステータコア
と対向しない部分からステータコア側面への漏洩磁束が
増大し、出力性能の損失が生じるほかに、中空円板が回
転子重量を増大させる原因となる。

本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目的は、耐高
速性に優れ、しかも、組立の簡便化，漏洩磁束の抑制，
重量抑制を図り得る高出力のブラシレス交流発電機を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、円周方向に爪形磁極が複数配設される１対
のロータコアを有し、これらのロータコアの爪形磁極同
士が互いにギャップを保って噛合い、且つ前記ロータコ
アのうちで一方のロータコアが回転子軸に固定され、他
方のロータコアが前記一方のロータコアの爪形磁極に非
磁性の結合手段を介して結合されるブラシレス交流発電
機の回転子において、前記１対のロータコアの各爪形磁極の外径部で且つス
テータコアに対向する部分の両側に位置する非ステータ
コア対向部分を、前記ステータコア対向部分の径よりも
小径にし、この非ステータコア対向部分に非磁性の金属
製リングが圧入嵌めされて前記ロータコア同士が結合さ
れていることを特徴とする。

〔作用〕

上記構成によれば、１対のロータコアの爪形磁極のう
ち各先端側の外径部がこの外径部に圧入嵌めされた非磁
性の金属製リングにより拘束される構造となる。

その結果、回転子を高速回転させて爪形磁極に強い遠
心力が作用した場合でも、この非磁性リングの存在によ
って爪形磁極の外向きの広がりを防止する。

また、爪形磁極のうち非磁性リングが嵌め込まれた部
分（非ステータコア対向部分）は、ステータコアに対向
する外径部より小径にしてあるために、非ステータコア
対向部分からステータコアまでの距離を遠ざけて、非ス
テータコア対向部分からステータコア側面への漏れ磁束
を抑制すると共に、非磁性リングの圧入嵌めの個所は上
記のようにステータコアに対向する外径部より小径にし
てあるために、その分、非磁性リングを取付けても、回
転子の重量抑制を図れる。

さらに、非磁性の金属製リングを圧入嵌めにより爪形
磁極に取付けるので、溶接のような面倒な取付け作業を
不要として、組立作業の簡便化を図れる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
本実施例のロータコアの分解斜視図である。本実施例の
ブラシレス交流発電機は自動車用のものを例示する。

図中、1a,1bは１対のブラケツトで、ブラケツト1a,1b
間にステータコイル２付きのステータコア３が挾持固定
される。

４は本実施例の要部となる回転子で、回転子軸5,1対
のロータコア6,7及び２個の非磁性リング8,9等で構成さ
れる。

回転子軸５は、ブラケツト1a,1bの内側に配設された
軸受10,11により支持され、その一端に回転動力伝達用
のプーリ12が取付けられる。また、１対のロータコア6,
7は、夫々が外周方向に複数の爪形磁極6a,7aを配設して
なる。このうちロータコア６は、中心に筒形鉄心6bを有
し、筒形鉄6bの一端に爪形磁極6aが配設される。一方、
ロータコア７は、第２図に示すように環状体7bの一端に
爪形磁極7aを配設してなる。各ロータコア6,7は、夫々
の爪形磁極6a,7a同士が互いに微少間隙Ｇを保つて噛合
うが、このうち、ロータコア６は、回転子軸５に圧入固
定され、一方、ロータコア７は、非磁性リング8,9を介
してロータコア６の爪形磁極6aに結合固定される。

すなわち、１対のロータコア6,7同士の結合は、各爪
形磁極6a,7aの外径部で且つステータコア３に対向する
部分の両側に位置する非ステータコア対向部分を、ステ
ータコア対向部分よりも小径にし、この非ステータコア
対向部分に非磁性の金属製リング8,9を圧入嵌めするこ
とで、行なわれる。

ここで、ロータコア６とロータコア７の結合の詳細を
第２図に基づき説明する。

第２図に示すように、ロータコア６の爪形磁極6a及び
ロータコア７の爪形磁極7aの先端側の外径部（以下、先
端部外周とする）と根元側の外径部（以下、根元部外周
とする）には、リング嵌合用の切欠13,14及び15,16が形
成されている。このような切欠の存在によって、各爪形
磁極6a,7aの外径部で且つステータコア３に対向する部
分の両側に位置する非ステータコア対向部分を、ステー
タコア対向部分よりも小径にする。そして、一対のロー
タコア6,7の爪形磁極を噛合せつつ、爪形磁極6aの根元
部外周の切欠14と爪形磁極7aの先端部外周の切欠15に非
磁性リング８を軸方向から圧入固定し、一方、爪形磁極
6aの先端部外周の切欠13と爪形磁極7aの根元部外周の切
欠16に非磁性リング９を軸方向から圧入固定する。この
ようにして、第１図に示すように、爪形磁極6a,7aの外
周部両端に非磁性リング8,9が嵌合固定され、各非磁性
リング8,9を介して爪形磁極6a,7aが結合される。非磁性
リング8,9は、SUS,アルミ材からなる。

回転子４は、ブラケツト1a,1b内に組込まれると、そ
の爪形磁極6a,7aとステータコア３とが微少空隙を介し
て対向し合う。また、１対のロータコア6,7は回転子軸
５に片持される構造となり、ロータコア７の一端が開口
し、この開口を通して界磁コイル17付のヨーク18が爪形
磁極6a,7aの内側に内装される。ヨーク18は、ねじ19で
ブラケツト1bに固定される。界磁コイル17を非回転状態
で固定することで、ブラシレスが可能となる。爪形磁極
6a,7aは界磁コイル17の励磁により、一方がＮ極、他方
がＳ極で、これらが噛合うことで交互にＮ極,S極が配置
され、回転界磁極を構成する。

ブラケツト1bの外壁には、ステータコイル２で発生し
た３相交流を全波整流するダイオード20,出力電圧を一
定に制御するレギユレータ21が固定配置される。22,23
はロータコア6,7の背面に取付けた冷却フアンである。

このような構成よりなる車両用の交流発電機は、プー
リ５を介してエンジンからの回転力が入力され、回転子
軸５と共にロータコア6,7が一体に回転する。そして、
本実施例では、非磁性リング8,9によつて各爪形磁極6a,
7aの先端部外周が拘束されるので、高速回転時に爪形磁
極6a,7aに強い遠心力が働いても、爪形磁極6a,7aが外側
に広がることがなく、ステータコア３との接触を防止
し、高速回転性に優れたブラシレス形交流発電機を提供
することができる。

また、爪形磁極6a,7a同士の結合も非磁性リング8,9を
軸方向から爪形磁極外周両端に圧入嵌合するだけでよ
く、従来の如き非磁性リングをラジアル方向から溶接す
るという手法に較べ非常に簡単な方法で非磁性リングを
装着でき、この種発電機の組立作業性の向上化を図り得
る。

更に、その他の効果としては、非磁性リング8,9がロ
ータコア6,7の爪形磁極6a,7aの回転振れを抑制するの
で、いわゆる磁気音を低減することができる。また、１
対の非磁性リング8,9を爪形磁極6a,7aの外周部両端に設
けることで、次のようにして出力増大にも寄与できる。

第１に、従来爪形磁極の根元部からステータコア３側
面に漏れていた磁束（第１図の矢印Ａ）を非磁性リング
圧入個所の外径部を切欠13〜16によりステータコアに対
向する外径部より小径にすることで抑制でき、爪形磁極
6a,7aからステータコア３内周側に流れる有効磁束を増
加できる。第２に非磁性リング8,9の採用で高速回転時
の爪形磁極6a,7aの広がりや磁気音の問題を解消できる
ので、第１図に示す如く爪形磁極の角度αを大きくとれ
る。すなわち、角度αを大きくとると、磁極面積を大き
くとれるので、最大の磁性抵抗となつている爪形磁極6
a,7aとステータコア３内周間のギヤツプの磁路面積も大
きくでき、その結果、ギヤツプでの磁束密度が緩和さ
れ、磁気抵抗を減少させることができる。従つて、交流
発電機の高回転に加えて、前記有効磁束増大、磁気抵抗
減少によりブラシレス交流発電機の出力増大が図り得
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、耐高速性に優れ、しか
も、組立の簡便化，漏洩磁束の抑制，重量抑制を図り得
る高出力のブラシレス交流発電機を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は上
記実施例に用いる一対のロータコアの分解斜視図であ
る。４……回転子、５……回転子軸、6,7……ロータコア、6
a,7a……爪形磁極、8,9……非磁性リング、Ｇ……ギヤ
ツプ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円周方向に爪形磁極が複数配設される１対
のロータコアを有し、これらのロータコアの爪形磁極同
士が互いにギャップを保って噛合い、且つ前記ロータコ
アのうちで一方のロータコアが回転子軸に固定され、他
方のロータコアが前記一方のロータコアの爪形磁極に非
磁性の結合手段を介して結合されるブラシレス交流発電
機の回転子において、前記１対のロータコアの各爪形磁極の外径部で且つステ
ータコアに対向する部分の両側に位置する非ステータコ
ア対向部分を、前記ステータコア対向部分の径よりも小
さくし、この非ステータコア対向部分に非磁性の金属製
リングが圧入嵌めされて前記ロータコア同士が結合され
ていることを特徴とするブラシレス交流発電機の回転
子。