[发明专利]旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及车辆用交流发电机等旋转电机，特别是，涉及搭载永久磁铁的朗德耳型(Lundell type)的转子结构。

背景技术

采用朗德耳型转子的车辆用交流发电机，在汽车中已经使用了几十年。并且，由于近年来的环境问题，车载的电气安装件的负荷急剧增加，要求朗德耳型转子的发电量进一步增加。

当在现有技术的设计范围内应对这一要求时，发电机会大型化。发电机的大型化增大了发电机的重量及配置空间，是不理想的。另外，众所周知，发电机的大型化导致转子惯性的增加，发动机的速度变动和发电机的惯性矩相互作用，会产生导致皮带振动或滑动等新的课题。

从而，要求保持发电机主体的尺寸现状不变，使发电机的容量增大。

过去，为了解决这种课题，采用在朗德耳型转子的对向的爪状磁极之间配置永久磁铁的方法(例如，参照专利文献1、2)。

进而，作为磁铁的安装方法，已知有将U字形的磁铁嵌入到爪状磁极的爪尖内、保持在爪状磁极上的方法(例如，参照专利文献3)，或者，在卷绕到转子铁心的凸台部上的圆筒状的励磁线圈的外周部上配置环状磁铁，利用爪状磁极保持磁铁的方法(例如，参照专利文献4)。

这样，在现有技术的车辆用交流发电机中，提出了各种保持永久磁铁的方法的方案，但是，为了实际应用这些永久磁铁的保持方法，必须(1)提高永久磁铁的保持的可靠性，(2)抑制无负荷、无励磁的感应电压，(3)避免由于定子狭槽感应的高频磁场引起的磁铁的热退磁。

下面，对各种因素进行说明。

(1)关于永久磁铁的保持强度

在利用经由皮带和带轮传递的发电机的旋转力驱动的车辆用交流发 电机中，最大以接近18,000～20,000rpm的高速旋转。因此，即使每一极配置几g左右的小磁铁，也会在磁铁上施加超过几十Kgf的极大的离心力。

对此，在现有技术的磁铁保持方法中，利用爪状电极本身保持施加到磁铁上的离心力。在这种磁铁保持方法中，有必要以极高的精度精加工磁铁及爪部两者的接合面，使两者处于面接触状态。即，当两者点接触时，局部应力集中到磁铁上，磁铁会破损。并且，由于提高磁铁的加工精度在批量产品中是困难的，所以，也可以代之以采取利用SUS板或树脂模等确保磁铁的外形精度等措施，但是，会增大成本。

另外，关于卷绕励磁线圈的问题，磁极铁心是将在轴向方向上分成的两个部分组合起来的，但是，其组合精度也必须要求很高。为了确保这些部件的精度，在现实当中，在转子的批量制造时的成本显著上升。

进而，即使这样对于静态的形状精度下工夫，在车辆用交流发电机中，磁铁的保持依然困难。

即，由于车辆用交流发电机配置在发动机室内，处于摄氏一百几十度的高温环境下，由于热膨胀/收缩，发生几十微米的位移。

另外，即使在不将磁铁保持在爪状磁极上的状态下，也会施加大的离心力，爪前端部向外周侧膨胀50～100μm左右。并且，伴随着发动机旋转速度的增减，爪状磁极发生像振翅一样的位移。由于爪状磁极具有悬臂梁式的结构，所以，其位移在前端部大，在爪的根部侧小，相邻的爪状磁极彼此的距离也发生变化。

从而，当想要即使在这种爪状磁极存在着由于热及离心力引起的动态位移的情况下也用均等的面保持磁铁时，需要对磁铁保持结构采取很多措施。

另外，磁铁本身或保护磁铁的罩，由于因爪状磁极的位移而产生滑动磨损，所以，有必要长期地确保强度可靠性。

因此，目前的现状是，为了反抗作用到磁铁上的离心力而将磁铁保持在爪状磁极上，需要进一步下很多工夫，希望将磁铁保持在爪状磁极之外。因此，为了避免在磁铁保持中的磁铁与爪状磁极的相对位移造成 的影响，提出了将在径向方向上磁化的磁铁在朗德耳型磁极铁心的轴端部配置到磁轭外周侧的现有技术中的改进型的磁铁保持结构的方案(例如，参照专利文献5)。

(2)关于在无负荷、无励磁时的感应电压

但是，在上述现有技术中的改进型的磁铁保持结构中，存在着无负荷、无励磁时的感应电压的问题。

在这种现有技术的改进型的磁铁保持结构中，由于磁铁配置在转子的表面附近，所以，磁铁的主磁通或者漏磁通不在转子内闭合，具有与定子直接互连的成分。