JP2009261056A - 車両用交流発電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まり向上、加工費用の削減、ポールコアの固定力の向上が可能な車両用交流発電機の回転子を提供すること。
【解決手段】回転子２は、貫通穴が設けられたポールコア２２、２３と、ポールコア２２、２３の軸方向端面に接触した状態で配置されるカラー３５、３６と、軸方向と直交する向きに形成された複数の溝３７、３８を有する回転軸２４とを備える。カラー３５、３６と複数の溝３７、３８とが対向して配置されているとともに、カラー３５、３６を外周部から押圧して変形させることによりカラー３５、３６と複数の溝３７、３８とを結合させている。
【選択図】図２

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の回転子に関する。

車両用交流発電機の回転子は、回転軸の外周に軸方向の溝を設けることでポールコアの回転方向の動きを防止するとともに、ポールコア内径よりも大きい外径を有する円筒状の段付部を回転軸に設けることで軸方向の動きを防止している（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の方法として、回転軸の軸方向の溝の両端に軸方向と直交する方向の複数の溝を設け、ポールコアの冷却ファン固定側の面を軸方向にかしめてポールコア内径近傍を部分的に変形させてこれら複数の溝に食い込ませることで、ポールコアの軸方向の動きを防止する手法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００７−２１５２９４号公報（図１） 特開２００８−５４４２８号公報（図１）

ところで、特許文献１に開示された回転子では、回転軸に段付部を設ける必要があるため、回転軸を製造するために、外径が大きい材料を用いたり、段付部を設けるための加工が必要になり、材料の歩留まりが悪い、あるいは加工費用が高いなどの問題があった。

また、特許文献２に開示された回転子では、ポールコア端面に軸方向の荷重を加えて回転軸と直交する方向の溝に肉を食い込ませてポールコアの軸方向の動きを防止しているが、ポールコア端面近傍の肉の変形は端面から遠い部分が小さくなるため、ポールコア端面から遠い側の溝には肉が食い込みにくくなり、ポールコアの軸方向の固定力が低下するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、歩留まり向上、加工費用の削減、ポールコアの固定力の向上が可能な車両用交流発電機の回転子を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機の回転子は、貫通穴が設けられたポールコアと、ポールコアの軸方向端面に接触した状態で配置される環状部材と、軸方向と直交する向きに形成された複数の溝を有する回転軸とを備え、環状部材と複数の溝とが対向して配置されているとともに、環状部材を外周部から押圧して変形させることにより環状部材と複数の溝とを結合させている。環状部材を外周部から押圧して変形させることにより、環状部材の内周側の肉を複数の溝に均一に食い込ませてこれらを結合することができるため、ポールコアの固定力を向上させることができる。また、回転軸に段付部を設ける必要がないため、外径が大きい材料を用いたり、段付部を設けるための加工が不要であり、材料の歩留まり向上や加工費用の削減が可能となる。

また、上述した環状部材は、ポールコアの軸方向両端面のそれぞれに対応して２個が備わっており、回転軸に設けられた複数の溝は、２個の環状部材のそれぞれに対応して少なくとも２組が備わっていることが望ましい。これにより、ポールコアを軸方向に沿って両側から挟み込んだ状態で軸方向の動きを確実に防止することができる。

また、上述した回転軸は、ポールコアの貫通穴に対応する位置に、軸方向の複数の溝を有することが望ましい。これにより、軸方向に加えて回転方向についても確実にポールコアの動きを防止することができる。

また、上述した２つの環状部材の少なくとも一方は、ポールコアと一体形成されていることが望ましい。これにより、部品点数の低減によるさらなるコストダウンが可能となる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フロント側フレーム４、リヤ側フレーム５、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８、プーリ９等を含んで構成されている。

回転子２は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線２１を、それぞれが複数個の爪部を有する界磁鉄心としての一組のポールコア２２、２３によって、回転軸２４を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側（プーリ９側）のポールコア２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン２５が溶接等によって取り付け固定されている。同様に、リヤ側のポールコア２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン２６が溶接等によって取り付け固定されている。回転子２の詳細な構造、特にポールコア２２、２３の固定構造については後述する。

固定子３は、固定子鉄心３１と、三相の固定子巻線３２と、固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間を電気絶縁する絶縁部材としてのインシュレータ３３とを備えている。

整流装置７は、固定子３の三相の固定子巻線３２の出力電圧である三相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、所定の間隔で固定される正極側放熱板および負極側放熱板と、それぞれの放熱板に半田付け等によって取り付けられた複数個の整流素子とを含んで構成されている。

フロント側フレーム４およびリヤ側フレーム５は、上述した回転子２および固定子３を収納しており、回転子２が回転軸２４を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子２のポールコア２２、２３の外側に所定の隙間を介して配置された固定子３が固定されている。この固定子３の固定は、回転子２の回転方向に沿って等間隔に設けられた４箇所の支持部４２０にボルト３４を通して締め付けることにより行われる。

電圧調整器８は、界磁巻線２１に流す励磁電流を制御することにより車両用交流発電機１の出力電圧を調整するためのものであり、電気負荷と発電量とに応じて変化する出力電圧をほぼ一定に維持する。プーリ９は、エンジン（図示せず）の回転を車両用交流発電機１内の回転子２に伝えるためのものであり、回転軸２４の一方端（スリップリング等と反対側）にナット９１によって締め付け固定されている。また、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８を覆うように、これらを保護するリヤカバー１０が取り付けられている。

次に、回転子２のポールコア２２、２３の固定構造について説明する。図２は、回転子２の断面図であり、回転軸２４の中心軸に対して上半分の構造が示されている。図２に示すように、ポールコア２２、２３は、中心に貫通穴が設けられている。これらのポールコア２２、２３は、２個が一組となって互いの爪状磁極が回転方向に隣接するように組み付けられる。カラー３５、３６は、金属材料によって形成された環状部材であって、組付時にポールコア２２、２３のそれぞれの軸方向端面（冷却ファン２５あるいは２６が固定される側）に接触した状態で配置される。

回転軸２４は、軸方向と直交する向きに形成された二組の複数の溝３７、３８と、軸方向に平行な向きであって二組の複数の溝３７、３８の間に形成された複数の溝３９、４０と、端部近傍に形成されたスリップリング４１、４２とを有する。図２に示した例では、ポールコア２２、２３の貫通穴に対応する位置に複数の溝３９、４０が二組設けられているが、これらを連続させて一組の複数の溝としたり、それぞれをさらに分散させて三組以上の複数の溝を形成するようにしてもよい。

この回転子２は、組付状態において、一方のカラー３５と一方の組の複数の溝３７とが対向して配置され、他方のカラー３６と他方の組の複数の溝３８とが対向して配置されている。これらの組付後にカラー３５、３６を外周部から押圧してかしめにより変形させることにより、カラー３５、３６の押圧位置の内周側の肉を複数の溝３７、３８の谷の部分に食い込ませることで、カラー３５、３６と複数の溝３７、３８とを結合させている。このようにして、カラー３５、３６の軸方向の位置が固定されるため、これらに挟まれた一組のポールコア２２、２３の軸方向の動きを防止することができる。

また、複数の溝３９、４０が形成された部位を回転方向に見ると、各溝からなる凹部とその間の凸部を含む凹凸形状となっているが、この凸部の外径はポールコア２２、２３の中心に設けられた貫通穴の内径よりも大きく設定されている。これにより、ポールコア２２、２３の中心の貫通穴に回転軸２４を圧入した際に、複数の溝３９、４０と対応するポールコア２２、２３の内周面の肉をこれら複数の溝３９、４０に食い込ませることができ、一組のポールコア２２、２３の回転方向の動きを防止することができる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、カラー３５、３６を外周部から押圧してかしめて変形させることにより、カラー３５、３６の内周側の肉を複数の溝３７、３８に均一に食い込ませてこれらを結合することができるため、ポールコア２２、２３の軸方向の固定力を向上させることができる。また、回転軸２４に段付部を設ける必要がないため、外径が大きい材料を用いたり、段付部を設けるための加工が不要であり、材料の歩留まり向上や加工費用の削減が可能となる。

また、カラー３５、３６は、ポールコア２２、２３の軸方向両端面のそれぞれに対応して２個が備わっており、回転軸２４に設けられた複数の溝３７、３８は、これら２個のカラー３５、３６のそれぞれに対応して少なくとも２組が備わっているため、ポールコア２２、２３を軸方向に沿って両側から挟み込んだ状態でこれらのポールコア２２、２３の軸方向の動きを確実に防止することができる。

また、回転軸２４は、ポールコア２２、２３の貫通穴に対応する位置に、軸方向に平行な複数の溝３９、４０を有しているため、軸方向に加えて回転方向についても確実にポールコア２２、２３の動きを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、カラー３５、３６をポールコア２２、２３と別部材で構成したが、図３に示すように、一方のポールコア２２Ａとその一部としてのカラー３５Ａとを一体形成するとともに、他方のポールコア２３Ａとその一部としてのカラー３６Ａとを一体形成するようにしてもよい。従来から、ポールコアは、量産化を考慮して冷間鍛造によって製造している。このため、冷間鍛造に用いる型の形状を変更するだけで、ポールコア２２Ａ、２３Ａにその一部としての一体化したカラー３５Ａ、３６Ａを追加することができる。これにより、部品点数の低減によるさらなるコストダウンが可能となる。

また、上述した実施形態では、ポールコア２２、２３の軸方向両端に２個のカラー３５、３６と２組の複数の溝３７、３８を設けたが、プーリ９側はナット９１で締め付け固定することによりポールコア２２、２３の軸方向に沿った動きを防止することができるため、プーリ９側の複数の溝３７を省略するようにしてもよい。

また、図３に示した変形例では、両方のカラー３５Ａ、３６Ａをポールコア２２Ａ、２３Ａと一体形成したが、いずれか一方のカラーのみをポールコアと一体形成するようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。 回転子の断面図である。 カラーとポールコアとを一体化した回転子の断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ 固定子
４ フロント側フレーム
５ リヤ側フレーム
６ ブラシ装置
７ 整流装置
８ 電圧調整器
９ プーリ
１０ リヤカバー
２１ 界磁巻線
２２、２２Ａ、２３、２３Ａ ポールコア
２４ 回転軸
２５、２６ 冷却ファン
３５、３５Ａ、３６、３６Ａ カラー
３７、３８、３９、４０ 複数の溝
９１ ナット

Claims (4)

1. 貫通穴が設けられたポールコアと、
   前記ポールコアの軸方向端面に接触した状態で配置される環状部材と、
   軸方向と直交する向きに形成された複数の溝を有する回転軸と、
   を備え、前記環状部材と前記複数の溝とが対向して配置されているとともに、前記環状部材を外周部から押圧して変形させることにより前記環状部材と前記複数の溝とを結合させたことを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
2. 請求項１において、
   前記環状部材は、前記ポールコアの軸方向両端面のそれぞれに対応して２個が備わっており、
   前記回転軸に設けられた前記複数の溝は、２個の前記環状部材のそれぞれに対応して少なくとも２組が備わっていることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
3. 請求項１または２において、
   前記回転軸は、前記ポールコアの貫通穴に対応する位置に、軸方向の複数の溝を有することを特徴とする車両用交流発電機の回転子。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記２つの環状部材の少なくとも一方は、前記ポールコアと一体形成されていることを特徴とする車両用交流発電機の回転子。

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