JP6641600B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車やトラック等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機の回転子に関する。

従来の回転電機として、固定子巻線が巻装された固定子と、該固定子と電磁ギャップを隔てて径方向に対向して回転可能に配置された回転子とを備えたものが知られている。そして、回転電機の回転子として、回転軸に固定される円筒状のボス部、及び、該ボス部の外周側に配置されて周方向交互に異なる極性の磁極が形成される複数の爪状磁極部を有する界磁コアと、前記ボス部の外周側に巻装されて通電により起磁力を発生する界磁巻線と、を備えたランデル型回転子が知られている。

そして、特許文献１には、軸方向に複数枚の軟磁性板が積層された積層体からなり、界磁コアの爪状磁極部外周側に配置された筒状の磁極筒部（筒状部材）が開示されている。この筒状部材は、外径側表面に、爪状磁極部の輪郭形状に対応した凸部と、隣り合う爪状磁極部の間の空隙に対応した凹部とを有し、凸部と凹部がスロープ状に接続されている。これにより、回転子が回転した際に、固定子に作用する磁束の変動を緩和して磁気騒音を低減することが可能とされている。

また、特許文献２には、丸孔やスリットを有する帯板状の軟磁性長尺板を、螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層することによりロータコアを形成する技術が記載されている。

特開２００９−１４８０５７号公報 特開２００１−３５９２６３号公報

ところで、特許文献１に記載された筒状部材のように、界磁コアの爪状磁極部の外周側に配置される部材は、真円度が取れていない場合には、爪状磁極部の外周面に対して浮き（隙間）がある箇所と、浮きが無い箇所が存在する。そのため、耐震強度的に強固な部分とそうでない部分とが存在することとなる。特に、振動による爪状磁極部のビビリ音は、ランデル型モータの性能悪化要因として取り上げられることも多い。特許文献１の場合には、往々にしてこのような状況が起きやすい。この状況では、浮きのある箇所で、エアギャップによる磁気抵抗が強くなり、磁力低下も併発している。

また、特許文献２に記載の技術は、丸孔やスリットを有する帯板状の軟磁性長尺板を、螺旋状に巻き重ねることによって、円筒形状のロータコアを作製するものである。このような場合には、潰した（塑性変形させた）部分に応力集中係数の増加が起こり、強度設計上良くないことは自明である。また、潰した部分に隙間が形成されるため、磁気回路構成部品としての能力が低下することになり、磁性体が粗になり、磁気的性能低下が起こることも自明である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、爪状磁極部の外周側に配置される筒状部材と爪状磁極部との間の隙間を無くすことにより、磁気抵抗の低減によるトルクの向上と、爪状磁極部の振動による強度低下の回避を実現し得るようにした回転電機の固定子を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
筒状のボス部（３２１）、前記ボス部の軸方向端部から周方向所定ピッチで径方向外側に突出する複数のディスク部（３２２）、及び、各前記ディスク部の外周端部から前記ボス部の外周側へ軸方向に突出し、周方向交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部（３２３）を有する界磁コア（３２）と、
前記ボス部の外周側に巻装されて通電により起磁力を発生する界磁巻線（３３）と、
周方向に隣接する前記爪状磁極部の間に形成された、軸方向から傾斜した方向に延在する隙間に配置された永久磁石（３４）と、
前記爪状磁極部の外周を覆うように配置された筒状部材（３５）と、を備え、車両に搭載される回転電機の回転子（３０）において、
前記永久磁石は、径方向外側の端面が前記筒状部材の内周面から離間し、且つ周方向両側の端面が前記爪状磁極部の周方向側面にそれぞれ当接した状態で保持されており、
前記筒状部材は、軸方向に積層された複数の鋼の板（３６）により構成され、定常状態における内径（Ｄ１）が前記爪状磁極部の外径（Ｄ２）よりも小さく、
前記鋼は、前記車両の運転時と運転停止時の温度変化によって、焼き入れされた後に焼き戻しされた状態となってマルテンサイト組織を形成する材料で構成されている。

この構成によれば、筒状部材は、軸方向に積層された複数の鋼の板により構成され、定常状態における内径が爪状磁極部の外径よりも小さくされている。そのため、爪状磁極部の外周に筒状部材を装着した際に、爪状磁極部の外周面に筒状部材の内周面が押圧しつつ密着した状態になり、爪状磁極部と筒状部材との間に隙間（エアギャップ）が形成されない。これにより、磁気抵抗の低減によるトルクの向上と、爪状磁極部の振動による強度低下の回避を実現することができる。また、筒状部材を構成する鋼は、車両の運転時と運転停止時の温度変化によって、焼き入れされた後に焼き戻しされた状態となってマルテンサイト組織を形成する材料で構成されている。そのため、材料組成を自動的に修復させることができる。これにより、熱劣化を省いた高いレベルで製品の強度を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記筒状部材は、前記爪状磁極部の外周に装着されたときの軸長（Ｌ１）が定常状態における軸長（Ｌ２）よりも小さくされ、且つ軸方向に隣接する少なくとも一部の前記鋼の板の間に隙間を有する。この構成によれば、筒状部材の装着時に、筒状部材が磁気的に密な構造とすることができる。また、筒状部材の軸方向の振動を抑制することができる。なお、鋼の板の間の隙間は、鋼の板の表面に設けられる絶縁皮膜の間の微小な隙間であっても、ある程度の振動抑制効果を得ることができる。また、筒状部材を爪状磁極部の外周に装着する際に、筒状部材を固定する部材を設けることなく、筒状部材と爪状磁極部の接触面の摩擦係数を高くすることによって、軸方向の位置固定をするようにしてもよい。この際、通例エアギャップとなる爪状磁極部の外周表面に形成される切削痕による凹凸を利用すると、自在に凹凸を形成することができるためなお良い。

上記課題を解決するためになされた請求項３に記載の発明は、
筒状のボス部（３２１）、前記ボス部の軸方向端部から周方向所定ピッチで径方向外側に突出する複数のディスク部（３２２）、及び、各前記ディスク部の外周端部から前記ボス部の外周側へ軸方向に突出し、周方向交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部（３２３）を有する界磁コア（３２）と、
前記ボス部の外周側に巻装されて通電により起磁力を発生する界磁巻線（３３）と、
周方向に隣接する前記爪状磁極部の間に形成された、軸方向から傾斜した方向に延在する隙間に配置された永久磁石（３４）と、
前記爪状磁極部の外周を覆うように配置された筒状部材（３７）と、を備え、車両に搭載される回転電機の回転子（３０）において、
前記永久磁石は、径方向外側の端面が前記筒状部材の内周面から離間し、且つ周方向両側の端面が前記爪状磁極部の周方向側面にそれぞれ当接した状態で保持されており、
前記筒状部材は、螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層された鋼の線（３８，３９）により構成され、定常状態における内径（Ｄ３）が前記爪状磁極部の外径（Ｄ４）よりも小さく、
前記鋼は、前記車両の運転時と運転停止時の温度変化によって、焼き入れされた後に焼き戻しされた状態となってマルテンサイト組織を形成する材料で構成されている。

この構成によれば、筒状部材は、螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層された鋼の線により構成され、定常状態における内径が前記爪状磁極部の外径よりも小さくされている。そのため、爪状磁極部の外周に筒状部材を装着した際に、爪状磁極部の外周面に筒状部材の内周面が押圧しつつ密着した状態になり、爪状磁極部と筒状部材との間に隙間（エアギャップ）が形成されない。これにより、磁気抵抗の低減によるトルクの向上と、爪状磁極部の振動による強度低下の回避を実現することができる。また、筒状部材を構成する鋼は、車両の運転時と運転停止時の温度変化によって、焼き入れされた後に焼き戻しされた状態となってマルテンサイト組織を形成する材料で構成されている。そのため、材料組成を自動的に修復させることができる。これにより、熱劣化を省いた高いレベルで製品の強度を確保することができる。さらに、筒状部材を装着する際に、筒状部材の径を拡げて爪状磁極部の外周に装着することができるので、筒状部材の取り付け作業が容易になる。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記筒状部材は、前記爪状磁極部の外周に装着されたときの軸長（Ｌ３）が前記筒状部材の自然長（Ｌ４）よりも小さくされ、且つ軸方向に隣接する少なくとも一部の前記鋼の線の間に隙間を有する。この構成によれば、筒状部材の軸方向の振動を抑制することができる。なお、筒状部材の爪状磁極部への装着については、上記請求項２と同様である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項において、前記鋼は、炭素量が０．４〜１．０５％のものである。本発明の回転子を搭載するモータなどの回転電機は、マイナスから１００℃以上の温度変化の激しい環境で使用されるものである。そのため、本発明を採用することで、使用温度範囲内で発熱源である爪状磁極部の表面や、隣接する発熱源の永久磁石、また固定子からの熱を受ける筒状部材は、低温焼き戻しの効果が発揮され、組成を自動的に修復することができる。遠心力や温度変化による応力による歪みは、アイドルストップ始動の大電流により、大きな鉄損、銅損により熱せられ、筒状部材は特に高温にさらされる。通例、１００〜２００℃を限界として設計される発熱源の発熱を受ける、熱容量が低くて薄い本発明の筒状部材は、それと同等となることが明白である。この条件と、車両放置時の冷却とを繰り返すことで、車両使用時の材料劣化と、車両非使用時の低温焼き戻しが繰り返され、材料組成が自動的に元に戻り、製品の強度が熱劣化を省いた高いレベルで確保される。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項において、前記筒状部材は、軸方向に隣接する前記鋼同士が内周側で連結固定されている。この構成によれば、自重や衝撃荷重入力時、焼き戻しによる組成変化時において、筒状部材がバラバラになろうとする不具合の発生を防止することができる。このような示唆のない上記の特許文献１，２では、特に材料選定を低温焼き戻しがなされる、炭素量０．６％以上の材料で作製してしまった場合、軸方向寸法が定まらない可能性がある。特許文献１，２に示される材料の炭素量は、電磁気的性質の内容示唆を考えると、炭素量０．１％以下であることが想定できる。なお、固定手段としては、例えば溶接や接着剤などを採用することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項において、前記筒状部材は、軸方向に隣接する前記鋼同士が外周側で連結固定されている。この構成によれば、筒状部材の外周面で接着剤などで固着させることにより、錆の発生を防止することができる。なお、固定手段としては、ワニスや接着剤などを採用することができる。また、熱すると接着される自己融着着機能を有する材料でもよい。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

実施形態１に係る回転子が搭載された回転電機の軸方向断面図である。 実施形態１に係る回転子の斜視図である。 実施形態１に係る回転子の筒状部材を外した状態の斜視図である。 実施形態１に係る回転子の筒状部材を外した状態の軸方向から見た正面図である。 実施形態１に係る筒状部材の定常状態の斜視図である。 実施形態１に係る筒状部材の爪状磁極部外周に装着した時の状態を示す斜視図である。 実施形態１における界磁コアと筒状部材の寸法の関係を示す説明図である。 変形例１における界磁コアと筒状部材の寸法の関係を示す説明図である。 実施形態１において爪状磁極部外周に装着された筒状部材と爪状磁極部の状態を示す説明図である。 実施形態１に係る回転子において遠心力が作用したときの爪状磁極部が変形した状態を示す説明図である。 炭素量０．４％の鋼に関して焼き入れを行った後の焼き戻し温度と降伏点との関係を示す特性図である。 焼き入れを行った後の焼き戻し温度と、棒材を梁として扱い、梁の長手方向と垂直に破断力を掛けた時の破断応力との関係を示す特性図である。 実施形態２に係る回転子の斜視図である。 実施形態２に係る筒状部材の定常状態の斜視図である。 実施形態２に係る筒状部材の爪状磁極部外周に装着した時の状態を示す斜視図である。 実施形態２において爪状磁極部外周に筒状部材が接着された状態を示す説明図である。 変形例２において爪状磁極部外周に筒状部材が接着された状態を示す説明図である。 変形例３に係る回転子の斜視図である。

以下、本発明に係る回転電機の回転子の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１に係る回転電機の回転子について図１〜図１２を参照して説明する。実施形態１の回転子は、例えば車両用交流発電機（回転電機）に搭載されるものであって、図１に示すように、ハウジング１０、固定子２０、回転子３０、界磁コイル給電機構、整流器４５等を含んで構成されている。

ハウジング１０は、それぞれ一端が開口した有底円筒状のフロントハウジング１１とリアハウジング１２とからなる。フロントハウジング１１とリアハウジング１２は、開口部同士が接合された状態でボルト１３により締結されている。固定子２０は、周方向に配列された図示しない複数のスロット及びティースを有する円環状の固定子コア２１と、固定子コア２１のスロットに巻装された三相の相巻線よりなる電機子巻線２５とを有する。この固定子２０は、フロントハウジング１１とリアハウジング１２の周壁内周面に、軸方向に挟持された状態で固定されている。

回転子３０は、固定子２０の径方向内側に配置されており、ハウジング１０に一対の軸受け１４，１４を介して回転自在に支持された回転軸３１に一体回転可能に設けられている。この回転子３０は、一対のポールコア３２ａ，３２ｂと界磁巻線３３とを有するランデル型回転子であり、回転軸３１の前端部に固定されたプーリ３１Ａを介して、車両に搭載された図示しないエンジンによって回転駆動される。界磁巻線給電機構は、界磁巻線３３に給電するための装置であり、一対のブラシ４１、一対のスリップリング４２及びレギュレータ４３等を有する。

以上の構成を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ３１Ａにエンジンからの回転力が伝えられると、回転子３０が回転軸３１と共に所定方向に回転する。この状態で、ブラシ４１からスリップリング４２を介して回転子３０の界磁巻線３３に励磁電圧を印加することにより、第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂの第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂが励磁されて、回転子３０の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。これにより、固定子２０の電機子巻線２５に回転磁界が付与されることで、電機子巻線２５に交流の起電力を発生させる。電機子巻線２５で発生した交流の起電力は、整流器４５を通って直流電流に整流された後、図示しないバッテリに供給される。

次に、実施形態１の回転子３０の特徴構成について図１〜図１０を参照して詳しく説明する。実施形態１の回転子３０は、図２〜図４に示すように、ハウジング１０に一対の軸受け１４，１４を介して回転自在に支持される回転軸３１と、回転軸３１の外周に嵌合固定された一対のポールコア３２ａ，３２ｂよりなる界磁コア３２と、界磁コア３２のボス部３２１に巻装された界磁巻線３３と、界磁コア３２の周方向に隣接する爪状磁極部３２３の間に配置された複数の永久磁石３４と、界磁コア３２の爪状磁極部３２３の外周を覆うように配置された筒状部材３５と、を有する。この回転子３０は、固定子２０の内周側に径方向に対向して回転可能に設けられている。

界磁コア３２は、図１及び図３に示すように、回転軸３１の前側（図１の左側）に固定された第１ポールコア３２ａと、回転軸３１の後側（図１の右側）に固定された第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。第１ポールコア３２ａは、界磁巻線３３の径方向内側にて界磁束を軸方向に流す円筒状の第１ボス部３２１ａと、第１ボス部３２１ａの軸方向前端部から周方向所定ピッチで径方向外側へ突出して界磁束を径方向に流す第１ディスク部３２２ａと、各第１ディスク部３２２ａの外周端部から第１ボス部３２１ａの外周側へ界磁巻線３３を囲むように軸方向に突出して固定子コア２１と磁束の授受をする第１爪状磁極部３２３ａとからなる。

そして、第２ポールコア３２ｂも第１ポールコア３２ａと同一形状を有する。但し、第２ポールコア３２ｂの第２ボス部は３２１ｂ、第２ディスク部は３２２ｂ、第２爪状磁極部は３２３ｂと付番されている。これら第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂは、軟磁性体からなる。

第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂは、第１爪状磁極部３２３ａと第２爪状磁極部３２３ｂを互い違いに向かい合わせるようにして、第１ポールコア３２ａの軸方向後端面と第２ポールコア３２ｂの軸方向前端面とが接触した状態に組み付けられている。これにより、第１ポールコア３２ａの第１爪状磁極部３２３ａと第２ポールコア３２ｂの第２爪状磁極部３２３ｂとが周方向交互に配置されている。第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂは、それぞれ８個の爪状磁極部３２３をもち、実施形態１では、１６極（Ｎ極：８、Ｓ極：８）のランデル型回転子コアを形成している。

界磁巻線３３は、第１及び第２ボス部３２１ａ，３２１ｂの外周面に界磁コア３２と電気的に絶縁された状態で巻装されており、第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂに囲まれている。この界磁巻線３３は、図示しない界磁電流制御回路から界磁電流Ｉｆが通電されることによってボス部３２１に起磁力を発生させる。これにより、第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂの第１爪状磁極部３２３ａと第２爪状磁極部３２３ｂにそれぞれ異なる極性の磁極が形成される。実施形態１の場合には、第１爪状磁極部３２３ａがＳ極に磁化され、第２爪状磁極部３２３ｂがＮ極に磁化される。

この場合、界磁巻線３３により界磁コア３２のボス部３２１に発生した磁束は、例えば第１ポールコア３２ａの第１ボス部３２１ａから第１ディスク部３２２ａ、第１爪状磁極部３２３ａに流れた後、第１爪状磁極部３２３ａから固定子コア２１を経由して第２ポールコア３２ｂの第２爪状磁極部３２３ｂに流れ、第２爪状磁極部３２３ｂから第２ディスク部３２２ｂ、第２ボス部３２１ｂを経由して第１ボス部３２１ａに戻る磁気回路を形成する。この磁気回路は、回転子３０の逆起電力を生む磁気回路である。

そして、図３に示すように、周方向交互に配置された第１爪状磁極部３２３ａと第２爪状磁極部３２３ｂの間には、軸方向斜めに延在する隙間が形成されており、各隙間には永久磁石３４が１個ずつ配置されている。各永久磁石３４は、長方体形状の外形を有し、磁化容易軸が周方向に向けられて、周方向両側の端面（磁束流入出面）が第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂの周方向側面にそれぞれ当接した状態で第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂに保持されている。これにより、各永久磁石３４は、その極性が界磁巻線３３の励磁によって第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂに交互に現れる極性と一致するように配置されている。

筒状部材３５は、図２、図４〜図７に示すように、軸方向に積層されたリング状の複数の鋼板（軟磁性体）３６により円筒状に形成されており、界磁コア３２の爪状磁極部３２３の外周面を覆うように接触して界磁コア３２と同軸状に配置されている。この筒状部材３５は、軸方向幅が爪状磁極部３２３の軸方向長さと同じ程度にされている。よって、筒状部材３５は、爪状磁極部３２３の外周面の全域を覆う大きさに形成されている。

筒状部材３５は、図７に示すように、定常状態（装着前の外力が掛かっていない状態）における内径Ｄ１が爪状磁極部３２３の外径Ｄ２よりも小さくされている。この筒状部材３５は、爪状磁極部３２３の外周面に圧入により嵌合されており、爪状磁極部３２３の外周面に対して所定圧力が作用した状態で固定されている。これにより、図９に示すように、爪状磁極部３２３ａが製造公差により内径側にずれて隙間Ｓが形成されていても、筒状部材３５と爪状磁極部３２３ａとの機械的、電気的結合がなされ、磁気的結合の促進や振動力の低減が実現される。

なお、実施形態１のようなランデル型回転子では、図１０に示すように、回転子３０の回転時に発生する遠心力によって爪状磁極部３２３が変形する。また、振動によっても爪状磁極部３２３の付け根から爪状磁極部３２３が延びているので、類似したモードのビビリ振動が発生し、遠心力と振動の総力となって、爪状磁極部３２３の応力お増大させる。実施形態１の場合には、筒状部材３５の内径面がばねのように爪状磁極部３２３を抑えるため、振動のダンパー効果が得られる。

図８に示す変形例１のように、筒状部材３５に内径側へ凸となる歪み部３５Ａを形成しておけば、歪み部３５Ａの押圧力が爪状磁極部３２３の外周面にばねのように作用するので、より良好なダンパー効果を得ることができる。

また、実施形態１の筒状部材３５は、図５及び図６に示すように、爪状磁極部３２３の外周に装着されたときの軸長Ｌ１が定常状態における軸長Ｌ２よりも小さくされている。即ち、筒状部材３５が爪状磁極部３２３の外周に装着されたときには、磁気的に密な構造とするために、軸方向に隣接する鋼板３６が密着していることが望ましい。また、筒状部材３５は、筒状部材３５の軸方向の振動を抑制するために、軸方向に隣接する少なくとも一部の鋼板３６の間に隙間を有するようにされている。

筒状部材３５を構成する鋼板３６は、リング板状の磁性体と、磁性体の表裏両面を覆う電気的絶縁層とからなる。よって、複数の鋼板３６が積層されてなる筒状部材３５は、磁性体と電気的絶縁層とが軸方向に交互に積層された構造を有する。これにより、筒状部材３５での渦電流損を低減化することができる。

磁性体は、炭素量が０．４〜１．０５％の磁性材料で形成されている。炭素を含む鉄は、簡潔にいうと、焼き入れや加工により硬化された後、焼き戻しの工程を経てマルテンサイト組織を形成し、高強度となる。このことは、常識的に広く知られている。この組織を用いることで構造材として理想的な態様にすることは、本発明において有効である。即ち、本発明において、マルテンサイト組織を十分に形成し得ない電磁軟鉄は、適した材料ではないといえる。

実施形態１の鋼板３６においては、マルテンサイト系ステンレスや、それと同等以上の強度をもつ鋼炭素鋼群が適している。図１１は、炭素量０．４％の鋼に関して焼き入れを行った後の焼き戻し温度と降伏点との関係を示す特性図である。図１１より、炭素量が０．４％であるものは、温度２００℃で応力が増加されることが確認できる。よって、炭素量が０．４％あれば効果が確認されているといえる。

また、図１２は、焼き入れを行った後の焼き戻し温度と、棒材を梁として扱い、梁の長手方向と垂直に破断力を掛けた時の破断応力との関係を示す特性図である。この破断応力は、爪状磁極部３２３や永久磁石３４の力を受けたときに、筒状部材３５が破断するかどうかに近い応力の掛かり方である。これによると、一般的に磁性体として採用されるＳ１０Ｃクラスの低炭素鋼とは離れた炭素量をもつ高炭素鋼は、２００℃程度で最も優れた破断応力値をもつ。

また、破断力を伴うとなれば、炭素量１．３５％以下の範囲であると、実施形態１に係る回転電機の設置部位付近の８０〜２００℃程度の温度範囲は、焼き戻し温度として適している。このため、遠心力や磁石、回転子の磁極部表面等の高エネルギ体の鉄損等による発熱により部分的に加熱され、動作中に焼き戻しがなされることで、上記炭素量の範囲内の部材は、理想的状態に自生される。

上記より、炭素量０．４％〜１．０５％を含む鉄系材料が、筒状部材３５の鋼板３６に最も適しているといえる。また、好ましくは、ＪＩＳ記号でＳＫ、ＳＵＰ、ＳＷＲＨ、ＳＷＲＳ等に分類されるものであり、それぞれ炭素工具鋼、硬鋼線材、ピアノ線材、マルテンサイト系ステンレスと呼ばれるものである。

以上のように構成された実施形態１の回転子３０によれば、筒状部材３５は、軸方向に積層された複数の鋼板３６により構成され、定常状態における内径Ｄ１が爪状磁極部３２３の外径Ｄ２よりも小さくされている。そのため、爪状磁極部３２３の外周に筒状部材３５を装着した際に、爪状磁極部３２３の外周面に筒状部材３５の内周面が押圧しつつ密着した状態になり、爪状磁極部３２３と筒状部材３５との間に隙間（エアギャップ）が形成されない。これにより、磁気抵抗の低減によるトルクの向上と、爪状磁極部３２３の振動による強度低下の回避を実現することができる。

また、実施形態１では、筒状部材３５は、爪状磁極部３２３の外周に装着されたときの軸長Ｌ１が定常状態における軸長Ｌ２よりも小さくされ、且つ軸方向に隣接する少なくとも一部の鋼板３６の間に隙間を有する。この構成によれば、筒状部材３５の装着時に、筒状部材３５が磁気的に密な構造とすることができるとともに、筒状部材３５の軸方向の振動を抑制することができる。

また、実施形態１では、筒状部材３５を構成する鋼板３６は、炭素量が０．４〜１．０５％の磁性材料で形成されている。そのため、車両の運転時と運転停止時とで温度変化の激しい環境で使用される回転電機において、車両の運転時の材料劣化と、車両の運転停止時の低温焼き戻しが繰り返されることにより、材料組成を自動的に修復させることができる。これにより、熱劣化を省いた高いレベルで製品の強度を確保することができる。

〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転子３０について図１３〜図１８を参照して説明する。実施形態２に係る回転子３０は、基本的構成が実施形態１と同じであるが、筒状部材３７の構成だけが実施形態１のものと異なる。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する要素については同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

実施形態２の筒状部材３７は、螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層された鋼線３８により構成されている。この筒状部材３７は、定常状態（装着前の外力が掛かっていない状態）における内径Ｄ３（図１４）が爪状磁極部３２３の外径Ｄ４（図１３）よりも小さくされている。この筒状部材３７は、爪状磁極部３２３の外周面に圧入により嵌合されており、爪状磁極部３２３の外周面に対して所定の圧力が作用した状態で固定されている。これにより、爪状磁極部３２３が製造公差により内径側にずれて隙間Ｓが形成されていても、筒状部材３７と爪状磁極部３２３との機械的、電気的結合がなされ、磁気的結合の促進や振動力の低減が実現される（図９参照）。

また、筒状部材３７は、図１４及び図１５に示すように、爪状磁極部３２３の外周に装着されたときの軸長Ｌ３が筒状部材３７の自然長（装着前の外力が掛かっていない状態の軸長）よりも小さくされている。これにより、筒状部材３７が爪状磁極部３２３の外周に装着されたときには磁気的に密な構造となる。また、筒状部材３７は、筒状部材３７の軸方向の振動を抑制するために、筒状部材３７の軸方向に隣接する少なくとも一部の鋼線３８の間に隙間を有するようにされている。

筒状部材３７を構成する鋼線３８は、円形断面の鋼線材と、鋼線材の外周面を覆う電気的絶縁層とからなる。鋼線材は、上記実施形態１と同様に、炭素量が０．４〜１．０５％の磁性材料で形成されている。また、筒状部材３７は、図１６に示すように、爪状磁極部３２３の外周面と筒状部材３７の内周面との間に塗布された樹脂接着剤３９により、軸方向に隣接する鋼線３８同士が内周側で連結固定されている。

以上のように構成された実施形態２の回転子３０によれば、筒状部材３７は、螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層された鋼線３８により構成され、定常状態における内径Ｄ３が爪状磁極部３２３の外径Ｄ４よりも小さくされている。そのため、爪状磁極部３２３と筒状部材３７との間に隙間（エアギャップ）が形成されないので、磁気抵抗の低減によるトルクの向上と、爪状磁極部３２３の振動による強度低下の回避を実現することができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

さらに、実施形態２では、筒状部材３７は、樹脂接着剤３９により、軸方向に隣接する鋼線３８同士が内周側で連結固定されているので、自重や衝撃荷重入力時、焼き戻しによる組成変化時において、筒状部材３７がバラバラになろうとする不具合の発生を防止することができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態２では、筒状部材３７は、軸方向に隣接する鋼線３８同士が内周側で連結固定されているが、図１７に示す変形例２のように、筒状部材３７の外周面に塗布された樹脂接着剤３９などにより、軸方向に隣接する鋼線３８同士を外周側で連結固定するようにしてもよい。また、実施形態１の筒状部材３５に対しても、軸方向に隣接する鋼板３６同士を、実施形態２のように、樹脂接着剤などで連結固定するようにしてもよい。

また、上記の実施形態２では、筒状部材３７を構成する鋼線３８が円形断面のものであるが、これに代えて、図１８に示す変形例３のように、矩形断面の鋼線３８Ａを採用してもよい。

また、上記の実施形態では、本発明に係る回転子３０を車両用交流発電機に適用した例を説明したが、車両に搭載される回転電機としての電動機や、さらには発電機と電動機を選択的に使用し得る回転電機にも本発明を適用することができる。

１…車両用交流発電機（回転電機）、 ３０…回転子、 ３２…界磁コア、 ３２１…ボス部、 ３２１ａ…第１ボス部、 ３２１ｂ…第２ボス部、 ３２２…ディスク部、 ３２２ａ…第１ディスク部、 ３２２ｂ…第２ディスク部、 ３２３…爪状磁極部、 ３２３ａ…第１爪状磁極部、 ３２３ｂ…第２爪状磁極部、 ３３…界磁巻線、 ３４…永久磁石、 ３５，３７…筒状部材、 ３６…鋼板、 ３８，３８Ａ…鋼線。

Claims (7)

1. 筒状のボス部（３２１）、前記ボス部の軸方向端部から周方向所定ピッチで径方向外側に突出する複数のディスク部（３２２）、及び、各前記ディスク部の外周端部から前記ボス部の外周側へ軸方向に突出し、周方向交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部（３２３）を有する界磁コア（３２）と、
   前記ボス部の外周側に巻装されて通電により起磁力を発生する界磁巻線（３３）と、
   周方向に隣接する前記爪状磁極部の間に形成された、軸方向から傾斜した方向に延在する隙間に配置された永久磁石（３４）と、
   前記爪状磁極部の外周を覆うように配置された筒状部材（３５）と、を備え、車両に搭載される回転電機の回転子（３０）において、
   前記永久磁石は、径方向外側の端面が前記筒状部材の内周面から離間し、且つ周方向両側の端面が前記爪状磁極部の周方向側面にそれぞれ当接した状態で保持されており、
   前記筒状部材は、軸方向に積層された複数の鋼の板（３６）により構成され、定常状態における内径（Ｄ１）が前記爪状磁極部の外径（Ｄ２）よりも小さく、
   前記鋼は、前記車両の運転時と運転停止時の温度変化によって、焼き入れされた後に焼き戻しされた状態となってマルテンサイト組織を形成する材料で構成されている回転電機の回転子。
2. 請求項１において、
   前記筒状部材は、前記爪状磁極部の外周に装着されたときの軸長（Ｌ１）が定常状態における軸長（Ｌ２）よりも小さくされ、且つ軸方向に隣接する少なくとも一部の前記鋼の板の間に隙間を有する回転電機の回転子。
3. 筒状のボス部（３２１）、前記ボス部の軸方向端部から周方向所定ピッチで径方向外側に突出する複数のディスク部（３２２）、及び、各前記ディスク部の外周端部から前記ボス部の外周側へ軸方向に突出し、周方向交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部（３２３）を有する界磁コア（３２）と、
   前記ボス部の外周側に巻装されて通電により起磁力を発生する界磁巻線（３３）と、
   周方向に隣接する前記爪状磁極部の間に形成された、軸方向から傾斜した方向に延在する隙間に配置された永久磁石（３４）と、
   前記爪状磁極部の外周を覆うように配置された筒状部材（３７）と、を備え、車両に搭載される回転電機の回転子（３０）において、
   前記永久磁石は、径方向外側の端面が前記筒状部材の内周面から離間し、且つ周方向両側の端面が前記爪状磁極部の周方向側面にそれぞれ当接した状態で保持されており、
   前記筒状部材は、螺旋状に巻き重ねて軸方向に積層された鋼の線（３８，３９）により構成され、定常状態における内径（Ｄ３）が前記爪状磁極部の外径（Ｄ４）よりも小さく、
   前記鋼は、前記車両の運転時と運転停止時の温度変化によって、焼き入れされた後に焼き戻しされた状態となってマルテンサイト組織を形成する材料で構成されている回転電機の回転子。
4. 請求項３において、
   前記筒状部材は、前記爪状磁極部の外周に装着されたときの軸長（Ｌ３）が前記筒状部材の自然長（Ｌ４）よりも小さくされ、且つ軸方向に隣接する少なくとも一部の前記鋼の線の間に隙間を有する回転電機の回転子。
5. 請求項１〜４の何れか一項において、
   前記鋼は、炭素量が０．４〜１．０５％のものである回転電機の回転子。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、
   前記筒状部材は、軸方向に隣接する前記鋼同士が内周側で連結固定されている回転電機の回転子。
7. 請求項１〜５の何れか一項において、
   前記筒状部材は、軸方向に隣接する前記鋼同士が外周側で連結固定されている回転電機の回転子。

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