發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及被用作汽車的交流發(fā)電機等的倫德爾型發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為被用作汽車的交流發(fā)電機等的發(fā)電機，已知有所謂的倫德爾型發(fā)電機(專利文獻1及專利文獻2)。
[0003]圖12及圖13表示該倫德爾型發(fā)電機的一例。其中所示的倫德爾型發(fā)電機包括大致中空圓筒形的定子110、與該定子110同軸地設置在該定子110內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)動軸120、第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯121和122、轉(zhuǎn)子線圈(勵磁線圈)124、前蓋130以及作為中空圓筒狀的框體的后蓋140。
[0004]所述定子110具備磁芯112和定子線圈(stator coil) 114。磁芯112從所述外殼130的內(nèi)側(cè)面的多個位置向內(nèi)延伸而配置，所述定子線圈114卷繞在各磁芯112的周圍。所述磁芯112通常由在軸向上彼此層疊的多塊無方向性電磁鋼板(或硅鋼板)構(gòu)成，各電磁鋼板具有0.5mm以下的厚度。
[0005]所述轉(zhuǎn)動軸120以與定子110同軸且能相對于定子110轉(zhuǎn)動的方式被支承在固定于前蓋130及后蓋140的軸承上。所述各轉(zhuǎn)子鐵芯121、122分別通過熱套配合(shrinkfit)等方式固定到所述轉(zhuǎn)動軸120的外周面上，且包含環(huán)形板狀的基部126和從該基部126沿著軸向突出的多個爪狀磁極(被稱為爪極)128。兩個轉(zhuǎn)子鐵芯121、122被配置成使所述轉(zhuǎn)子鐵芯121的磁極128與所述轉(zhuǎn)子鐵芯122的磁極128彼此朝向相反側(cè)，且使該轉(zhuǎn)子鐵芯121的磁極128與該轉(zhuǎn)子鐵芯122的磁極128沿著周向交替地排列，也就是，使所述轉(zhuǎn)子鐵芯121的磁極128與所述轉(zhuǎn)子鐵芯122的磁極128呈梳齒狀地彼此嚙合。所述轉(zhuǎn)子線圈124被配置在所述轉(zhuǎn)動軸120與所述各爪狀磁極128之間，通過通電而使所述轉(zhuǎn)子鐵芯121、122的各爪狀磁極128產(chǎn)生磁通。
[0006]所述轉(zhuǎn)子線圈124經(jīng)由設置于所述轉(zhuǎn)動軸120的中空孔或側(cè)槽，另外如圖14所示，通過設置于轉(zhuǎn)動軸120端部的滑環(huán)及刷129而連接于外部的電源150，并接收由該電源150提供的勵磁電流。由此，轉(zhuǎn)子線圈124使彼此呈梳齒狀地配置的兩個轉(zhuǎn)子鐵芯121、122的爪狀磁極128交替地勵磁成N極和S極。通過上述方式被勵磁的爪狀磁極128轉(zhuǎn)動而使N極和S極交替地轉(zhuǎn)換，從而貫穿定子線圈114內(nèi)側(cè)的磁通線發(fā)生交流性的變化，由此在構(gòu)成該定子線圈114的導體中產(chǎn)生電位差，向連接于外部的負載提供電流。這就是倫德爾型交流發(fā)電機的原理。
[0007]如上所述的倫德爾型發(fā)電機的梳齒狀轉(zhuǎn)子磁極128利用配置在其內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子線圈124的勵磁來調(diào)整磁場磁動勢，從而能夠容易地進行與轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動輸出對應的磁通調(diào)整，因此至今為止，倫德爾型發(fā)電機廣泛被應用于汽車用發(fā)電機。對于此種小型發(fā)電機而言，各梳齒狀(爪狀)磁極(爪極)128通常作為由磁體金屬塊通過鍛造加工(或在特殊并極少數(shù)的情況下，通過切削加工)而成形的單一部件，與基部126形成為一體。S卩，各轉(zhuǎn)子鐵芯121、122通常由大塊(bulk)的磁性鐵塊構(gòu)成(參照專利文獻2)。
[0008]如上所述的具備塊狀的轉(zhuǎn)子鐵芯121、122的以往的倫德爾型發(fā)電機在某種使用狀態(tài)下會產(chǎn)生渦電流而導致巨大的能量損失，因此存在用途顯著受到限制的問題。例如，在將如圖12及圖13所示的以往的倫德爾型發(fā)電機應用于大型發(fā)電機或混合動力車、電動汽車等被要求高輸出、高效率的產(chǎn)品領域的情況下，由于包含諧波的巨大的交流電流流入定子線圈114，由該定子線圈114形成的退磁場磁通線有可能會侵入轉(zhuǎn)子鐵芯121、122的塊狀磁極128，在該磁極128的表面及表面層下生成渦電流，由此產(chǎn)生顯著的能量損失。
[0009]另外，近年來，對于小型車而言，被稱為μ-HV的小型輕量、油耗效率高的經(jīng)濟型汽車的需求也高漲，為了使其輕量化，正在研究將專用于發(fā)電的交流發(fā)電機暫且兼用作啟動電動機或再生制動器(regenerative brake)，但在將如圖12及圖13所示的倫德爾型發(fā)電機用作該交流發(fā)電機的情況下，也會造成交流或脈沖電流從外部流入定子線圈114，由此，交流磁通線侵入轉(zhuǎn)子鐵芯121、122的磁極128。由于構(gòu)成這些轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極128的商用純鐵等磁體塊的導磁率和導電率均高，因此在該磁極128的內(nèi)部產(chǎn)生渦電流而產(chǎn)生大量的(熱)損失，致使效率顯著降低。
[0010]作為抑制產(chǎn)生如上所述的渦電流的手段，已知由包含多塊電磁鋼板等的層疊體來構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極，但構(gòu)成所述倫德爾型發(fā)電機的多個轉(zhuǎn)子磁極具有復雜的形狀，即該多個轉(zhuǎn)子磁極一體地連接于它們所共享的轉(zhuǎn)子鐵芯的基部，并從該基部沿著軸向呈梳齒狀地突出(所謂的爪極)，因此，難以直接將以往的由電磁鋼板等構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)應用于該轉(zhuǎn)子磁極。關于這點，在專利文獻1中公開了將轉(zhuǎn)子磁極分割成多個零件，并由平坦的電磁鋼板的層疊結(jié)構(gòu)來構(gòu)成各零件，但該結(jié)構(gòu)具備固定連接各磁極的螺栓等，結(jié)構(gòu)極其復雜，零件數(shù)多，也難以組裝。而且，無法避免因彼此層疊的電磁鋼板的接合面之間產(chǎn)生的空隙或固定連接件等非磁性插入物的使用而導致的有效磁阻的降低。因此，該結(jié)構(gòu)缺乏實用性。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:國際專利公開公報W02011/040247號
[0014]專利文獻2:日本專利公開公報特開2011-120419號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供所謂的倫德爾型發(fā)電機，不具備復雜的結(jié)構(gòu)而能夠避免在轉(zhuǎn)子鐵芯中產(chǎn)生渦電流。
[0016]本發(fā)明提供的發(fā)電機包括:定子，具備多個定子鐵芯及卷繞于該定子鐵芯的定子線圈，所述多個定子鐵芯分別包含定子磁極，且以包圍內(nèi)側(cè)空間的方式沿著周向排列?’轉(zhuǎn)動軸，以能相對于所述定子轉(zhuǎn)動的方式配置于該定子的內(nèi)側(cè)，且在軸向的至少一部分的區(qū)域具備由磁性材料制成的磁性外周部；第一轉(zhuǎn)子鐵芯及第二轉(zhuǎn)子鐵芯，以在所述定子的內(nèi)側(cè)與所述轉(zhuǎn)動軸一起轉(zhuǎn)動的方式，配置于所述磁性外周部的周圍，各轉(zhuǎn)子鐵芯具備基部和多個轉(zhuǎn)子磁極部，所述基部配置于所述磁性外周部的周圍，所述多個轉(zhuǎn)子磁極部從在所述基部的外周上沿周向排列的多個位置起，沿著所述轉(zhuǎn)動軸的軸向延伸，且與所述定子磁極相向而能夠與該定子磁極磁耦合，其中，所述第一轉(zhuǎn)子鐵芯的轉(zhuǎn)子磁極部和所述第二轉(zhuǎn)子鐵芯的轉(zhuǎn)子磁極部沿著轉(zhuǎn)動周向交替地排列配置；以及轉(zhuǎn)子線圈，設置于所述第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯分別的轉(zhuǎn)子磁極部的徑向內(nèi)側(cè)，使所述各轉(zhuǎn)子鐵芯及所述定子鐵芯內(nèi)產(chǎn)生磁通。所述第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯由在彼此電絕緣的狀態(tài)下沿著所述轉(zhuǎn)動軸的軸向?qū)盈B的多塊單位板形成。各單位板由用磁性材料制成的單一的薄板形成，且一體地具備基板部和多塊磁極板部，所述基板部在中央具有貫穿孔，該基板部在所述轉(zhuǎn)動軸插通于該貫穿孔的狀態(tài)下配置于該轉(zhuǎn)動軸的磁性外周部的周圍，所述多塊磁極板部從在該基板部的外周上沿其周向排列的多個位置起，以向徑向外側(cè)傾斜的方式沿著所述轉(zhuǎn)動軸的軸向延伸。所述各基板部在所述軸向上層疊，從而分別形成所述第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯的基部，所述各磁極板部在所述軸向上層疊，從而分別形成所述第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯的轉(zhuǎn)子磁極部。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的倫德爾型發(fā)電機的主要部分的剖面正視圖。
[0018]圖2是表示所述倫德爾型發(fā)電機的主要部分的局部剖面正視圖。
[0019]圖3是表示所述倫德爾型發(fā)電機的第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯以及轉(zhuǎn)子線圈的立體圖。
[0020]圖4A是表示用于形成各單位板的原板的立體圖，所述各單位板用于形成所述各轉(zhuǎn)子鐵芯。
[0021]圖4B是從基部側(cè)觀察所述單位板的立體圖。
[0022]圖4C是從轉(zhuǎn)子磁極部側(cè)觀察所述單位板的立體圖。
[0023]圖5是表示各種材料的轉(zhuǎn)動頻率與集膚深度(skindepth)的關系的圖表。
[0024]圖6A是表示所述各單位板的錐形面周緣部的內(nèi)側(cè)端與轉(zhuǎn)動軸的磁性圓筒的外周面的關系的例子的剖視圖。
[0025]圖6B是表示所述各單位板的錐形面周緣部的內(nèi)側(cè)端與轉(zhuǎn)動軸的磁性圓筒的外周面的關系的例子的剖視圖。
[0026]圖7是表不所述轉(zhuǎn)子磁極部的外周部分的變形例的剖面?zhèn)纫晥D。
[0027]圖8是表示所述變形例的局部剖面正視圖。
[0028]圖9是表示本發(fā)明的第二實施方式所涉及的倫德爾型發(fā)電機的主要部分的剖面?zhèn)纫晥D。
[0029]圖10是表示所述第二實施方式所涉及的倫德爾型發(fā)電機的主要部分的剖面正視圖。
[0030]圖11是形成所述第二實施方式所涉及的第一及第二轉(zhuǎn)子鐵芯的單位板的俯視圖。
[0031]圖12是表示以往的倫德爾型發(fā)電機的例子的剖面