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公開番号2020115726
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200730
出願番号2019006565
出願日20190118
発明の名称車両用回転電機
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人ぱるも特許事務所,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 1/27 20060101AFI20200703BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【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
特許請求の範囲【請求項1】
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、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たことを特徴とする車両用回転電機。
続きを表示(約 680 文字)【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
前記永久磁石の3面以上を覆う磁石ホルダが設けられた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。
【請求項6】
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5に記載の車両用回転電機。
【請求項7】
前記磁石ホルダは、前記永久磁石の外径側を押えるための押え部を有しており、
前記押え部は、前記永久磁石の軸方向両端部に設けられたことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の車両用回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本願は、車両用回転電機に関するものである。
続きを表示(約 9,500 文字)【背景技術】
【0002】
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)。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特表2009−538107号公報
特許第4492658号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、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たものである。
【発明の効果】
【0008】
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。
【図面の簡単な説明】
【0009】
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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【符号の説明】
【0038】
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

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