发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及被用作汽车的交流发电机等的伦德尔型发电机。
【背景技术】
[0002]以往，作为被用作汽车的交流发电机等的发电机，已知有所谓的伦德尔型发电机(专利文献1及专利文献2)。
[0003]图12及图13表示该伦德尔型发电机的一例。其中所示的伦德尔型发电机包括大致中空圆筒形的定子110、与该定子110同轴地设置在该定子110内侧的转动轴120、第一及第二转子铁芯121和122、转子线圈(励磁线圈)124、前盖130以及作为中空圆筒状的框体的后盖140。
[0004]所述定子110具备磁芯112和定子线圈(stator coil) 114。磁芯112从所述外壳130的内侧面的多个位置向内延伸而配置，所述定子线圈114卷绕在各磁芯112的周围。所述磁芯112通常由在轴向上彼此层叠的多块无方向性电磁钢板(或硅钢板)构成，各电磁钢板具有0.5mm以下的厚度。
[0005]所述转动轴120以与定子110同轴且能相对于定子110转动的方式被支承在固定于前盖130及后盖140的轴承上。所述各转子铁芯121、122分别通过热套配合(shrinkfit)等方式固定到所述转动轴120的外周面上，且包含环形板状的基部126和从该基部126沿着轴向突出的多个爪状磁极(被称为爪极)128。两个转子铁芯121、122被配置成使所述转子铁芯121的磁极128与所述转子铁芯122的磁极128彼此朝向相反侧，且使该转子铁芯121的磁极128与该转子铁芯122的磁极128沿着周向交替地排列，也就是，使所述转子铁芯121的磁极128与所述转子铁芯122的磁极128呈梳齿状地彼此啮合。所述转子线圈124被配置在所述转动轴120与所述各爪状磁极128之间，通过通电而使所述转子铁芯121、122的各爪状磁极128产生磁通。
[0006]所述转子线圈124经由设置于所述转动轴120的中空孔或侧槽，另外如图14所示，通过设置于转动轴120端部的滑环及刷129而连接于外部的电源150，并接收由该电源150提供的励磁电流。由此，转子线圈124使彼此呈梳齿状地配置的两个转子铁芯121、122的爪状磁极128交替地励磁成N极和S极。通过上述方式被励磁的爪状磁极128转动而使N极和S极交替地转换，从而贯穿定子线圈114内侧的磁通线发生交流性的变化，由此在构成该定子线圈114的导体中产生电位差，向连接于外部的负载提供电流。这就是伦德尔型交流发电机的原理。
[0007]如上所述的伦德尔型发电机的梳齿状转子磁极128利用配置在其内侧的转子线圈124的励磁来调整磁场磁动势，从而能够容易地进行与转动速度及转动输出对应的磁通调整，因此至今为止，伦德尔型发电机广泛被应用于汽车用发电机。对于此种小型发电机而言，各梳齿状(爪状)磁极(爪极)128通常作为由磁体金属块通过锻造加工(或在特殊并极少数的情况下，通过切削加工)而成形的单一部件，与基部126形成为一体。S卩，各转子铁芯121、122通常由大块(bulk)的磁性铁块构成(参照专利文献2)。
[0008]如上所述的具备块状的转子铁芯121、122的以往的伦德尔型发电机在某种使用状态下会产生涡电流而导致巨大的能量损失，因此存在用途显著受到限制的问题。例如，在将如图12及图13所示的以往的伦德尔型发电机应用于大型发电机或混合动力车、电动汽车等被要求高输出、高效率的产品领域的情况下，由于包含谐波的巨大的交流电流流入定子线圈114，由该定子线圈114形成的退磁场磁通线有可能会侵入转子铁芯121、122的块状磁极128，在该磁极128的表面及表面层下生成涡电流，由此产生显著的能量损失。
[0009]另外，近年来，对于小型车而言，被称为μ-HV的小型轻量、油耗效率高的经济型汽车的需求也高涨，为了使其轻量化，正在研究将专用于发电的交流发电机暂且兼用作启动电动机或再生制动器(regenerative brake)，但在将如图12及图13所示的伦德尔型发电机用作该交流发电机的情况下，也会造成交流或脉冲电流从外部流入定子线圈114，由此，交流磁通线侵入转子铁芯121、122的磁极128。由于构成这些转子铁芯的磁极128的商用纯铁等磁体块的导磁率和导电率均高，因此在该磁极128的内部产生涡电流而产生大量的(热)损失，致使效率显著降低。
[0010]作为抑制产生如上所述的涡电流的手段，已知由包含多块电磁钢板等的层叠体来构成转子磁极，但构成所述伦德尔型发电机的多个转子磁极具有复杂的形状，即该多个转子磁极一体地连接于它们所共享的转子铁芯的基部，并从该基部沿着轴向呈梳齿状地突出(所谓的爪极)，因此，难以直接将以往的由电磁钢板等构成的层叠结构应用于该转子磁极。关于这点，在专利文献1中公开了将转子磁极分割成多个零件，并由平坦的电磁钢板的层叠结构来构成各零件，但该结构具备固定连接各磁极的螺栓等，结构极其复杂，零件数多，也难以组装。而且，无法避免因彼此层叠的电磁钢板的接合面之间产生的空隙或固定连接件等非磁性插入物的使用而导致的有效磁阻的降低。因此，该结构缺乏实用性。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1:国际专利公开公报W02011/040247号
[0014]专利文献2:日本专利公开公报特开2011-120419号
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于提供所谓的伦德尔型发电机，不具备复杂的结构而能够避免在转子铁芯中产生涡电流。
[0016]本发明提供的发电机包括:定子，具备多个定子铁芯及卷绕于该定子铁芯的定子线圈，所述多个定子铁芯分别包含定子磁极，且以包围内侧空间的方式沿着周向排列?’转动轴，以能相对于所述定子转动的方式配置于该定子的内侧，且在轴向的至少一部分的区域具备由磁性材料制成的磁性外周部；第一转子铁芯及第二转子铁芯，以在所述定子的内侧与所述转动轴一起转动的方式，配置于所述磁性外周部的周围，各转子铁芯具备基部和多个转子磁极部，所述基部配置于所述磁性外周部的周围，所述多个转子磁极部从在所述基部的外周上沿周向排列的多个位置起，沿着所述转动轴的轴向延伸，且与所述定子磁极相向而能够与该定子磁极磁耦合，其中，所述第一转子铁芯的转子磁极部和所述第二转子铁芯的转子磁极部沿着转动周向交替地排列配置；以及转子线圈，设置于所述第一及第二转子铁芯分别的转子磁极部的径向内侧，使所述各转子铁芯及所述定子铁芯内产生磁通。所述第一及第二转子铁芯由在彼此电绝缘的状态下沿着所述转动轴的轴向层叠的多块单位板形成。各单位板由用磁性材料制成的单一的薄板形成，且一体地具备基板部和多块磁极板部，所述基板部在中央具有贯穿孔，该基板部在所述转动轴插通于该贯穿孔的状态下配置于该转动轴的磁性外周部的周围，所述多块磁极板部从在该基板部的外周上沿其周向排列的多个位置起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴的轴向延伸。所述各基板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的基部，所述各磁极板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部。
【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的伦德尔型发电机的主要部分的剖面正视图。
[0018]图2是表示所述伦德尔型发电机的主要部分的局部剖面正视图。
[0019]图3是表示所述伦德尔型发电机的第一及第二转子铁芯以及转子线圈的立体图。
[0020]图4A是表示用于形成各单位板的原板的立体图，所述各单位板用于形成所述各转子铁芯。
[0021]图4B是从基部侧观察所述单位板的立体图。
[0022]图4C是从转子磁极部侧观察所述单位板的立体图。
[0023]图5是表示各种材料的转动频率与集肤深度(skindepth)的关系的图表。
[0024]图6A是表示所述各单位板的锥形面周缘部的内侧端与转动轴的磁性圆筒的外周面的关系的例子的剖视图。
[0025]图6B是表示所述各单位板的锥形面周缘部的内侧端与转动轴的磁性圆筒的外周面的关系的例子的剖视图。
[0026]图7是表不所述转子磁极部的外周部分的变形例的剖面侧视图。
[0027]图8是表示所述变形例的局部剖面正视图。
[0028]图9是表示本发明的第二实施方式所涉及的伦德尔型发电机的主要部分的剖面侧视图。
[0029]图10是表示所述第二实施方式所涉及的伦德尔型发电机的主要部分的剖面正视图。
[0030]图11是形成所述第二实施方式所涉及的第一及第二转子铁芯的单位板的俯视图。
[0031]图12是表示以往的伦德尔型发电机的例子的剖面