JP2000032719A - 車両用交流発電機 - Google Patents
車両用交流発電機Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/02—Details
- H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
- H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
- H02K21/044—Rotor of the claw pole type
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- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基端側から先端側に向かって漸次肉薄の爪状
磁極でも、バッテリーの過充電を防止でき、かつ高効
率、高出力の出力電圧を得ることができる車両用交流発
電機を得る。 【解決手段】 磁石の残留磁束密度をＢｒ、爪状磁極２
３の先端側短辺から基端側長辺までの長さをＬ、前記長
辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長辺の一
端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長辺の他
端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、爪状磁極２３の
基端側の厚さをｔ１、爪状磁極２３の先端側の厚さをｔ
２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成した。
磁極でも、バッテリーの過充電を防止でき、かつ高効
率、高出力の出力電圧を得ることができる車両用交流発
電機を得る。 【解決手段】 磁石の残留磁束密度をＢｒ、爪状磁極２
３の先端側短辺から基端側長辺までの長さをＬ、前記長
辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長辺の一
端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長辺の他
端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、爪状磁極２３の
基端側の厚さをｔ１、爪状磁極２３の先端側の厚さをｔ
２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、隣り合う爪状磁
極間に爪状磁極間の磁束の漏洩を減少するために配設さ
れた磁石を備えた車両用交流発電機に関するものであ
る。
極間に爪状磁極間の磁束の漏洩を減少するために配設さ
れた磁石を備えた車両用交流発電機に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図１１は特開平４−２５５４５１号公報
に記載された車両用交流発電機の回転子の爪状磁極の斜
視図であり、ステータと対面する爪状磁極５０は、先端
側短辺、基端側長辺及び二つの斜辺からなる略台形形状
をしており、隣接した爪状磁極５０の側面５０ａ間に爪
状磁極５０間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された
磁石（図示せず）が介在している。そして、この爪状磁
極５０は、バッテリーの過充電を防止し、かつ高効率、
高出力の車両用交流発電機を得るために下式が成立する
ように構成されている。
に記載された車両用交流発電機の回転子の爪状磁極の斜
視図であり、ステータと対面する爪状磁極５０は、先端
側短辺、基端側長辺及び二つの斜辺からなる略台形形状
をしており、隣接した爪状磁極５０の側面５０ａ間に爪
状磁極５０間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された
磁石（図示せず）が介在している。そして、この爪状磁
極５０は、バッテリーの過充電を防止し、かつ高効率、
高出力の車両用交流発電機を得るために下式が成立する
ように構成されている。
【０００３】 ０．２≦Ｂｒ（Ｌ／Ｗ・ＣＯＳθ）≦０．８ 但し、Ｂｒは磁石の残留磁束密度（単位テラス）、Ｌは
爪状磁極５０の先端側短辺から基端側長辺までの長さ、
Ｗは爪状磁極５０の基端側の長辺長、２θは二つの斜辺
のなす角度である。
爪状磁極５０の先端側短辺から基端側長辺までの長さ、
Ｗは爪状磁極５０の基端側の長辺長、２θは二つの斜辺
のなす角度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の車両用交流
発電機では、バッテリーの過充電を防止し、かつ高効率
高出力の車両用交流発電機を得ることができるものの、
爪状磁極５０の側面５０ａが先端側から基端側まで一定
の厚さｔであり、下記のような問題点があった。
発電機では、バッテリーの過充電を防止し、かつ高効率
高出力の車両用交流発電機を得ることができるものの、
爪状磁極５０の側面５０ａが先端側から基端側まで一定
の厚さｔであり、下記のような問題点があった。
【０００５】イ．回転子コイルで生じた磁束は、爪状磁
極５０の基端部から先端部に向かいながら隙間を介して
外側にあるステータに流れる。そのため、爪状磁極５０
は、爪状磁極５０の先端部に向かって先細で肉厚が漸次
薄くてよいが、爪状磁極５０の先端側と基端側とでは厚
みが同じであり、それだけ先端側の重量が大きくなり、
遠心力により爪状磁極５０が外側に変位し易い。 ロ．一般には、磁束の流れを考慮して爪状磁極の厚みは
先端側に向かって漸次肉薄になっており、基端側から先
端側まで一定の厚さの爪状磁極５０は特注で製作しなけ
ればならず、製作コストが嵩む。
極５０の基端部から先端部に向かいながら隙間を介して
外側にあるステータに流れる。そのため、爪状磁極５０
は、爪状磁極５０の先端部に向かって先細で肉厚が漸次
薄くてよいが、爪状磁極５０の先端側と基端側とでは厚
みが同じであり、それだけ先端側の重量が大きくなり、
遠心力により爪状磁極５０が外側に変位し易い。 ロ．一般には、磁束の流れを考慮して爪状磁極の厚みは
先端側に向かって漸次肉薄になっており、基端側から先
端側まで一定の厚さの爪状磁極５０は特注で製作しなけ
ればならず、製作コストが嵩む。
【０００６】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、基端側から先端側に
向かって漸次肉薄の爪状磁極でも、バッテリーの過充電
を防止でき、かつ高効率、高出力の出力電圧を得ること
ができる車両用交流発電機を得ることを目的とする。
ることを課題とするものであって、基端側から先端側に
向かって漸次肉薄の爪状磁極でも、バッテリーの過充電
を防止でき、かつ高効率、高出力の出力電圧を得ること
ができる車両用交流発電機を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る車両用交流発電機では、磁石の残留磁束密度をＢｒ、
爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さをＬ、
前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長
辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長
辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前記爪状
磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端側の厚
さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成されている。
る車両用交流発電機では、磁石の残留磁束密度をＢｒ、
爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さをＬ、
前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長
辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長
辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前記爪状
磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端側の厚
さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成されている。
【０００８】また、請求項２に係る車両用交流発電機で
は、隣り合う各爪状磁極間の全てに磁石及びこの磁石を
覆った樹脂からなる覆い部で構成された柱状の介在部を
備えた磁性体が蛇行周回して設けられている。
は、隣り合う各爪状磁極間の全てに磁石及びこの磁石を
覆った樹脂からなる覆い部で構成された柱状の介在部を
備えた磁性体が蛇行周回して設けられている。
【０００９】また、請求項３に係る車両用交流発電機で
は、介在部と爪状磁極との間には隙間が形成されてい
る。
は、介在部と爪状磁極との間には隙間が形成されてい
る。
【００１０】また、請求項４に係る車両用交流発電機で
は、磁性体は、磁石を支持するとともに爪状磁極の内側
に設けられた円筒形状の支持部を有している。
は、磁性体は、磁石を支持するとともに爪状磁極の内側
に設けられた円筒形状の支持部を有している。
【００１１】また、請求項５に係る車両用交流発電機で
は、支持部は弾性を有している。
は、支持部は弾性を有している。
【００１２】また、請求項６に係る車両用交流発電機で
は、介在部と支持部とはインサートモールド成形により
一体的に形成されている。
は、介在部と支持部とはインサートモールド成形により
一体的に形成されている。
【００１３】また、請求項７に係る車両用交流発電機で
は、支持部、及び介在部の覆い部はポリアミド系樹脂で
構成されている。
は、支持部、及び介在部の覆い部はポリアミド系樹脂で
構成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
車両用交流発電機の側断面図、図２は図１の回転子の斜
視図、図３は図２の磁性体の斜視図、図４は図２の図Ｉ
Ｖ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は図２のＶ−Ｖ線に沿う
断面図、図６は爪状磁極の部分斜視図、図７は図２の磁
性体の正面図、図８は図２の磁性体に埋設された磁石の
斜視図である。
車両用交流発電機の側断面図、図２は図１の回転子の斜
視図、図３は図２の磁性体の斜視図、図４は図２の図Ｉ
Ｖ−ＩＶ線に沿う断面図、図５は図２のＶ−Ｖ線に沿う
断面図、図６は爪状磁極の部分斜視図、図７は図２の磁
性体の正面図、図８は図２の磁性体に埋設された磁石の
斜視図である。
【００１５】この車両用交流発電機は、アルミニウム製
のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成
されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部に
プーリ４が固定されシャフト６と、このシャフト６に固
定されたランデル型の回転子７と、この回転子７の両側
面に固定されたファン５と、ケース３の内壁面に固定さ
れたステータ８と、シャフト６の他端部に固定され回転
子７に電流を供給するスリップリング９と、スリップリ
ング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０
を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に
接続されステータ８で生じた交流を直流に整流する整流
器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク
１７と、このヒートシンク１７に接着されステータ８で
生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８と
を備えている。
のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成
されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部に
プーリ４が固定されシャフト６と、このシャフト６に固
定されたランデル型の回転子７と、この回転子７の両側
面に固定されたファン５と、ケース３の内壁面に固定さ
れたステータ８と、シャフト６の他端部に固定され回転
子７に電流を供給するスリップリング９と、スリップリ
ング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０
を収納したブラシホルダ１１と、ステータ８に電気的に
接続されステータ８で生じた交流を直流に整流する整流
器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク
１７と、このヒートシンク１７に接着されステータ８で
生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８と
を備えている。
【００１６】図２の回転子７は、電流を流して磁束を発
生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆
って設けられその磁束によって磁極が形成されるポール
コア１４と、回転子コイル１３を覆った磁性体３１とを
備えている。ポールコア１４は一対の交互に噛み合った
第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２と
から構成されている。第１のポールコア体２１及び第２
のポールコア体２２は鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極２
３、２４をそれぞれ有している。
生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆
って設けられその磁束によって磁極が形成されるポール
コア１４と、回転子コイル１３を覆った磁性体３１とを
備えている。ポールコア１４は一対の交互に噛み合った
第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体２２と
から構成されている。第１のポールコア体２１及び第２
のポールコア体２２は鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極２
３、２４をそれぞれ有している。
【００１７】磁性体３１は、爪状磁極２３の裏面に形成
された段部２３ａに当接する段部３２ａを有しかつ半径
方向に変位可能な弾性を有する円筒状の支持部３２と、
この支持部３２上に蛇行周回した磁性部３３とを有して
いる。磁性部３３は隣り合う各爪状磁極２３、２４の側
面２３ａ，２４ａ間に設けられた柱状の介在部３４と、
介在部３４同士を接続したつなぎ部３５とを有してい
る。介在部３４は、図８に示した磁石３６と、この磁石
３６を覆った覆い部３７とから構成されている。覆い部
３７内の磁石３６はＮ極に着磁される爪状磁極２３に磁
石３６のＮ極面が対面し、Ｓ極に着磁される爪状磁極２
４に磁石３６のＳ極面が対面するように配設されてい
る。この介在部３４は隣接した爪状磁極２３、２４との
間で隙間ａが形成されている。この磁性体３１は、磁石
３６を金型内に配置した状態で金型内にポリアミド系樹
脂を射出したインサートモールド成形により、支持部３
２と磁性部３３とが一体化されて形成されている。
された段部２３ａに当接する段部３２ａを有しかつ半径
方向に変位可能な弾性を有する円筒状の支持部３２と、
この支持部３２上に蛇行周回した磁性部３３とを有して
いる。磁性部３３は隣り合う各爪状磁極２３、２４の側
面２３ａ，２４ａ間に設けられた柱状の介在部３４と、
介在部３４同士を接続したつなぎ部３５とを有してい
る。介在部３４は、図８に示した磁石３６と、この磁石
３６を覆った覆い部３７とから構成されている。覆い部
３７内の磁石３６はＮ極に着磁される爪状磁極２３に磁
石３６のＮ極面が対面し、Ｓ極に着磁される爪状磁極２
４に磁石３６のＳ極面が対面するように配設されてい
る。この介在部３４は隣接した爪状磁極２３、２４との
間で隙間ａが形成されている。この磁性体３１は、磁石
３６を金型内に配置した状態で金型内にポリアミド系樹
脂を射出したインサートモールド成形により、支持部３
２と磁性部３３とが一体化されて形成されている。
【００１８】ステータ８は、ステータコア１５と、この
ステータコア１５に導線が巻回され回転子７の回転に伴
い回転子コイル１３で生じた磁束の変化で交流が生じる
ステータコイル１６とを備えている。
ステータコア１５に導線が巻回され回転子７の回転に伴
い回転子コイル１３で生じた磁束の変化で交流が生じる
ステータコイル１６とを備えている。
【００１９】上記構成の車両用交流発電機の回転子７
は、回転子コイル１３が予め支持部３２内に収められた
状態で、蛇行周回した磁性部３３を挟むようにして磁性
体３１の両側から爪状磁極２３、２４を押し込むように
して組み立てられる。爪状磁極２３、２４の側面２３
ａ、２４ａと介在部３４との間には隙間ａが形成されて
いるので、爪状磁極２３、２４の押し込み時に介在部３
４に衝突して磁石３６が破損するようなことは防止され
る。
は、回転子コイル１３が予め支持部３２内に収められた
状態で、蛇行周回した磁性部３３を挟むようにして磁性
体３１の両側から爪状磁極２３、２４を押し込むように
して組み立てられる。爪状磁極２３、２４の側面２３
ａ、２４ａと介在部３４との間には隙間ａが形成されて
いるので、爪状磁極２３、２４の押し込み時に介在部３
４に衝突して磁石３６が破損するようなことは防止され
る。
【００２０】上記構成の車両用交流発電機では、バッテ
リ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通
じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生
し、第１のポールコア体２１の爪状磁極２３にはＮ極が
着磁され、第２のポールコア体２２の爪状磁極２４には
Ｓ極が着磁される。一方、エンジンによってプーリ４は
駆動され、シャフト６によって回転子７が回転するた
め、ステータコイル１６には回転磁界が与えられ、ステ
ータコイル１６には起電力が生じる。この交流の起電力
は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レ
ギュレータ１８によりその大きさが調整されて、バッテ
リに充電される。
リ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通
じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生
し、第１のポールコア体２１の爪状磁極２３にはＮ極が
着磁され、第２のポールコア体２２の爪状磁極２４には
Ｓ極が着磁される。一方、エンジンによってプーリ４は
駆動され、シャフト６によって回転子７が回転するた
め、ステータコイル１６には回転磁界が与えられ、ステ
ータコイル１６には起電力が生じる。この交流の起電力
は、整流器１２を通って直流に整流されるとともに、レ
ギュレータ１８によりその大きさが調整されて、バッテ
リに充電される。
【００２１】回転子７の回転に伴い、爪状磁極２３、２
４とともに、磁石３６には遠心力が作用するが、この荷
重に対しては主に円筒形状の支持部３２で支持され、磁
石３６には荷重が加わらず、遠心力により磁石３６が破
損するようなことはない。
４とともに、磁石３６には遠心力が作用するが、この荷
重に対しては主に円筒形状の支持部３２で支持され、磁
石３６には荷重が加わらず、遠心力により磁石３６が破
損するようなことはない。
【００２２】また、回転子７の組立時に磁性体３１の支
持部３２は爪状磁極２３、２４により内側に押される結
果、磁性体３１の支持部３２は半径内側方向に微小変位
しているが、回転子７の回転時には遠心力により支持部
３２は半径外側方向に変位する結果、組立時に磁性体３
１の支持部３２に生じた残留応力は減少される。
持部３２は爪状磁極２３、２４により内側に押される結
果、磁性体３１の支持部３２は半径内側方向に微小変位
しているが、回転子７の回転時には遠心力により支持部
３２は半径外側方向に変位する結果、組立時に磁性体３
１の支持部３２に生じた残留応力は減少される。
【００２３】図９は爪状磁極２３の斜視図であり、この
爪状磁極２３は下式が成立するように構成されている。 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ 但し、Ｂｒは磁石３６の残留磁束密度（単位テラス）、
Ｌは爪状磁極２３の先端側短辺から基端側長辺までの長
さ、Ｗは基端側の周方向長さ、２θは二つの斜辺のなす
角度、ｔ１は爪状磁極２３の基端側の厚さ、ｔ２は爪状
磁極２３の先端側の厚さである。
爪状磁極２３は下式が成立するように構成されている。 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ 但し、Ｂｒは磁石３６の残留磁束密度（単位テラス）、
Ｌは爪状磁極２３の先端側短辺から基端側長辺までの長
さ、Ｗは基端側の周方向長さ、２θは二つの斜辺のなす
角度、ｔ１は爪状磁極２３の基端側の厚さ、ｔ２は爪状
磁極２３の先端側の厚さである。
【００２４】次に、上記の式の算出根拠について説明す
る。爪状磁極２３では磁束は爪状磁極２３の基端部から
先端部に向かいながら、ギャップを介して径方向にある
ステータ８へ流れる。このとき、磁束の一部は周方向に
ある隣接した爪状磁極２４の側面２４ａに向かって漏れ
る。この磁束は車両用交流発電機の発電には寄与しな
い。この発電に寄与しない漏洩磁束の発生を防止するた
めに、磁石３６は爪状磁極２３と爪状磁極２４との間に
配設されており、またＮ極に着磁される爪状磁極２３に
磁石３６のＮ極面が対面し、Ｓ極に着磁される爪状磁極
２４に磁石３６のＳ極面が対面している。
る。爪状磁極２３では磁束は爪状磁極２３の基端部から
先端部に向かいながら、ギャップを介して径方向にある
ステータ８へ流れる。このとき、磁束の一部は周方向に
ある隣接した爪状磁極２４の側面２４ａに向かって漏れ
る。この磁束は車両用交流発電機の発電には寄与しな
い。この発電に寄与しない漏洩磁束の発生を防止するた
めに、磁石３６は爪状磁極２３と爪状磁極２４との間に
配設されており、またＮ極に着磁される爪状磁極２３に
磁石３６のＮ極面が対面し、Ｓ極に着磁される爪状磁極
２４に磁石３６のＳ極面が対面している。
【００２５】ところで、回転子コイル１３に電流が流さ
れて無いときに、磁石３６だけによる磁束は、爪状磁極
２３の基端部の断面（Ｗ×ｔ１）で飽和しなければステ
ータ８には殆ど流れず、ゼロ励磁発生電圧（回転子コイ
ル１３がゼロ励磁状態としたときの磁石３６だけの発電
機の出力電圧）は低い。そして、爪状磁極２３の基端部
の断面が飽和すると、ステータ８側へ流れる磁束が急激
に増加してそれによるゼロ励磁発生電圧が加速度的に増
大すると考えられる。
れて無いときに、磁石３６だけによる磁束は、爪状磁極
２３の基端部の断面（Ｗ×ｔ１）で飽和しなければステ
ータ８には殆ど流れず、ゼロ励磁発生電圧（回転子コイ
ル１３がゼロ励磁状態としたときの磁石３６だけの発電
機の出力電圧）は低い。そして、爪状磁極２３の基端部
の断面が飽和すると、ステータ８側へ流れる磁束が急激
に増加してそれによるゼロ励磁発生電圧が加速度的に増
大すると考えられる。
【００２６】今、回転子コイル１３がゼロ励磁状態のと
き、爪状磁極２３、２４間の磁石３６の磁束が爪状磁極
２３の基端部の断面（Ｗ×ｔ１）を先端部に向かって通
過し、その磁束が爪状磁極２３の左右両側面２３ａに全
て流れたとすると、式（１）が成立する。 Ｂｉ・Ｗ・ｔ＝２Ｂｒ・Ｓ１・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 但し、Ｂｉは爪状磁極２３の基端部の断面の磁束密度、
Ｂｒは磁石３６の残留磁束密度、Ｓ１は爪状磁極２３の
側面２３ａの面積である。この面積Ｓ１は式（２）で表
され、そのＳ１の式を（１）式に代入することで、爪状
磁極２３の基端部の断面の磁束密度Ｂｉを求める式
（３）が成立し、これをＸとおく。 Ｓ１＝｛（ｔ１＋ｔ２）／２｝×（Ｌ／ｃｏｓθ）・・・・・・・（２） Ｂｉ＝｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃｏｓθ）＝Ｘ・（３）
き、爪状磁極２３、２４間の磁石３６の磁束が爪状磁極
２３の基端部の断面（Ｗ×ｔ１）を先端部に向かって通
過し、その磁束が爪状磁極２３の左右両側面２３ａに全
て流れたとすると、式（１）が成立する。 Ｂｉ・Ｗ・ｔ＝２Ｂｒ・Ｓ１・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 但し、Ｂｉは爪状磁極２３の基端部の断面の磁束密度、
Ｂｒは磁石３６の残留磁束密度、Ｓ１は爪状磁極２３の
側面２３ａの面積である。この面積Ｓ１は式（２）で表
され、そのＳ１の式を（１）式に代入することで、爪状
磁極２３の基端部の断面の磁束密度Ｂｉを求める式
（３）が成立し、これをＸとおく。 Ｓ１＝｛（ｔ１＋ｔ２）／２｝×（Ｌ／ｃｏｓθ）・・・・・・・（２） Ｂｉ＝｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃｏｓθ）＝Ｘ・（３）
【００２７】図１０は回転子７の回転数が５０００ｒｐ
ｍの条件下で、Ｘをパラメータとしてゼロ励磁発生電圧
を実測したときの図である。この図から分かるように、
Ｘ＝２．０（テスラ）の近傍で変曲点が見出され、この
変曲点を越えると、ゼロ励磁発生電圧は加速度的に増大
する。
ｍの条件下で、Ｘをパラメータとしてゼロ励磁発生電圧
を実測したときの図である。この図から分かるように、
Ｘ＝２．０（テスラ）の近傍で変曲点が見出され、この
変曲点を越えると、ゼロ励磁発生電圧は加速度的に増大
する。
【００２８】爪状磁極２３の磁束密度分布を調べたとき
に、爪状磁極２３の基端部は、他の部位と比べて磁束密
度が高く、磁束密度が飽和値に達することが実験で確か
められており、かつ変曲点でのＸ＝２．０、即ちＢｉ＝
２．０の値は爪状磁極２３の材料である鉄の磁束飽和密
度の値と略一致している。このことから、爪状磁極２３
の基端部の断面が飽和するまでは、ステータ８側には流
れず、基端部の断面の磁束密度が飽和密度を越えると、
ステータ８側へ流れる有効磁束が急激に増加し、この結
果、ゼロ励磁発生電圧が加速度的に増大するということ
が実測データからも証明されたことになる。
に、爪状磁極２３の基端部は、他の部位と比べて磁束密
度が高く、磁束密度が飽和値に達することが実験で確か
められており、かつ変曲点でのＸ＝２．０、即ちＢｉ＝
２．０の値は爪状磁極２３の材料である鉄の磁束飽和密
度の値と略一致している。このことから、爪状磁極２３
の基端部の断面が飽和するまでは、ステータ８側には流
れず、基端部の断面の磁束密度が飽和密度を越えると、
ステータ８側へ流れる有効磁束が急激に増加し、この結
果、ゼロ励磁発生電圧が加速度的に増大するということ
が実測データからも証明されたことになる。
【００２９】なお、上記の実測データは回転子７の回転
数が５０００ｒｐｍの条件下で行ったが、回転数を変え
た場合、ゼロ励磁発生電圧の値が回転数に比例して変化
するだけで、変曲点の位置は略一定である。
数が５０００ｒｐｍの条件下で行ったが、回転数を変え
た場合、ゼロ励磁発生電圧の値が回転数に比例して変化
するだけで、変曲点の位置は略一定である。
【００３０】このことから、爪状磁極２３の基端部の断
面の磁束密度が２．０以下になるように爪状磁極２３を
設計することで、発電機のゼロ励磁発生電圧値を適性な
値の範囲内に収めることができ、バッテリーの過充電を
防止できる。
面の磁束密度が２．０以下になるように爪状磁極２３を
設計することで、発電機のゼロ励磁発生電圧値を適性な
値の範囲内に収めることができ、バッテリーの過充電を
防止できる。
【００３１】ところで、磁石３６を爪状磁極２３、２４
間に介在させることは、漏洩磁束を減少させ、発電機の
出力効率を向上させることになるが、回転子７の重量を
増大させる点では好ましくはない。図１０には、回転子
７の回転数が１０００ｒｐｍの条件下で、Ｘをパラメー
タとして（無負荷飽和電圧）／（スケルトン重量）を実
測したときの値が示されている。ここで、無負荷飽和電
圧とはステータコイル１６に電流が流れていない状態の
ときの発電機の出力電圧をいう。また、スケルトン重量
とは発電機の中で磁気回路を構成する部材の重量、具体
的には主に回転子７のポールコア体１４及びステータコ
ア１５の重量である。
間に介在させることは、漏洩磁束を減少させ、発電機の
出力効率を向上させることになるが、回転子７の重量を
増大させる点では好ましくはない。図１０には、回転子
７の回転数が１０００ｒｐｍの条件下で、Ｘをパラメー
タとして（無負荷飽和電圧）／（スケルトン重量）を実
測したときの値が示されている。ここで、無負荷飽和電
圧とはステータコイル１６に電流が流れていない状態の
ときの発電機の出力電圧をいう。また、スケルトン重量
とは発電機の中で磁気回路を構成する部材の重量、具体
的には主に回転子７のポールコア体１４及びステータコ
ア１５の重量である。
【００３２】この図から分かるように、Ｘの値が０．３
までは、磁石３６の重量増大に伴う磁束の増大により、
上記漏洩磁束を減少させるものの、単位重量当たりの発
電機の出力電圧は低下している。Ｘの値が０．３を越え
ると、磁石３６の重量の増大に伴う磁束の増大による漏
洩磁束の減少化の影響が現れ、比例的に単位重量当たり
の発電機の出力電圧が増大する。なお、上記実測では回
転子７の回転数が１０００ｒｐｍの条件下で行ったが、
回転数を変えた場合でも、Ｘの値が０．３の近傍で単位
重量当たりの発電機の出力電圧が最低値を示すことには
変わりが無い。
までは、磁石３６の重量増大に伴う磁束の増大により、
上記漏洩磁束を減少させるものの、単位重量当たりの発
電機の出力電圧は低下している。Ｘの値が０．３を越え
ると、磁石３６の重量の増大に伴う磁束の増大による漏
洩磁束の減少化の影響が現れ、比例的に単位重量当たり
の発電機の出力電圧が増大する。なお、上記実測では回
転子７の回転数が１０００ｒｐｍの条件下で行ったが、
回転数を変えた場合でも、Ｘの値が０．３の近傍で単位
重量当たりの発電機の出力電圧が最低値を示すことには
変わりが無い。
【００３３】例えば、Ｂｒ＝０．３９Ｔ、重量１８０ｇ
のネオジウム鉄系プラスチック磁石を、ｔ１＝１０．４
ｃｍ、ｔ２＝２．５ｃｍ、Ｗ＝Ｌ＝２７ｃｍ、θ＝２１
゜の爪状磁極に適用したところ、Ｘ＝０．５３で、磁石
を用いないときと比較して、有効磁束量（ステータに流
れる磁束量）が約１３％向上し、（無負荷飽和電圧／ス
ケルトン重量）で約６％向上した。一方、Ｘ＝０．３３
の場合では、５．５×１０−３（Ｖ／ｋｇ）と磁石を用
いないときと略同等であった。
のネオジウム鉄系プラスチック磁石を、ｔ１＝１０．４
ｃｍ、ｔ２＝２．５ｃｍ、Ｗ＝Ｌ＝２７ｃｍ、θ＝２１
゜の爪状磁極に適用したところ、Ｘ＝０．５３で、磁石
を用いないときと比較して、有効磁束量（ステータに流
れる磁束量）が約１３％向上し、（無負荷飽和電圧／ス
ケルトン重量）で約６％向上した。一方、Ｘ＝０．３３
の場合では、５．５×１０−３（Ｖ／ｋｇ）と磁石を用
いないときと略同等であった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１の車両用交流発電機によれば、磁石の残留磁束密度を
Ｂｒ、爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さ
をＬ、前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び
前記長辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び
前記長辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前
記爪状磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端
側の厚さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成したので、基端側から先端
側に向かって漸次肉薄の爪状磁極においても、バッテリ
ーの過充電を防止でき、かつ高効率、高出力の車両用交
流発電機を得ることができる。
１の車両用交流発電機によれば、磁石の残留磁束密度を
Ｂｒ、爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さ
をＬ、前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び
前記長辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び
前記長辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前
記爪状磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端
側の厚さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成したので、基端側から先端
側に向かって漸次肉薄の爪状磁極においても、バッテリ
ーの過充電を防止でき、かつ高効率、高出力の車両用交
流発電機を得ることができる。
【００３５】また、請求項２の車両用交流発電機によれ
ば、隣り合う各爪状磁極間の全てに、磁石及びこの磁石
を覆った樹脂からなる覆い部で構成された柱状の介在部
を備えた磁性体が蛇行周回して設けたので、磁石に負荷
される遠心力に対して磁性体全体で支持され、遠心力に
より磁石が破損するといったことを防止できる。
ば、隣り合う各爪状磁極間の全てに、磁石及びこの磁石
を覆った樹脂からなる覆い部で構成された柱状の介在部
を備えた磁性体が蛇行周回して設けたので、磁石に負荷
される遠心力に対して磁性体全体で支持され、遠心力に
より磁石が破損するといったことを防止できる。
【００３６】また、請求項３の車両用交流発電機によれ
ば、介在部と爪状磁極との間には隙間が形成されている
ので、磁性体の両側から爪状磁極を組み込む途中で介在
部に爪状磁極が衝突して破損してしまうといったことを
防止できる。また、爪状磁極の周方向の寸法精度は高い
精度でなくてもよく、それだけ爪状磁極を簡単に形成で
きる。
ば、介在部と爪状磁極との間には隙間が形成されている
ので、磁性体の両側から爪状磁極を組み込む途中で介在
部に爪状磁極が衝突して破損してしまうといったことを
防止できる。また、爪状磁極の周方向の寸法精度は高い
精度でなくてもよく、それだけ爪状磁極を簡単に形成で
きる。
【００３７】また、請求項４の車両用交流発電機によれ
ば、磁性体は、磁石を支持するとともに爪状磁極の内側
に設けられた円筒形状の支持部を有しているので、磁性
体の耐遠心力強度が大幅に向上する。
ば、磁性体は、磁石を支持するとともに爪状磁極の内側
に設けられた円筒形状の支持部を有しているので、磁性
体の耐遠心力強度が大幅に向上する。
【００３８】また、請求項５の車両用交流発電機によれ
ば、支持部は弾性を有しているので、磁性体および爪状
磁極の製作寸法誤差があっても、その誤差を吸収して磁
性体の両側から爪状磁極が組み込まれる。
ば、支持部は弾性を有しているので、磁性体および爪状
磁極の製作寸法誤差があっても、その誤差を吸収して磁
性体の両側から爪状磁極が組み込まれる。
【００３９】また、請求項６の車両用交流発電機によれ
ば、介在部と支持部とはインサートモールド成形により
一体的に形成されているので、介在部と支持部とは簡単
に一体化される。
ば、介在部と支持部とはインサートモールド成形により
一体的に形成されているので、介在部と支持部とは簡単
に一体化される。
【００４０】また、請求項７の車両用交流発電機によれ
ば、支持部、及び介在部の覆い部はポリアミド系樹脂で
構成されているので、低コストで弾性および絶縁性が優
れた支持部および覆い部を得ることができる。
ば、支持部、及び介在部の覆い部はポリアミド系樹脂で
構成されているので、低コストで弾性および絶縁性が優
れた支持部および覆い部を得ることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１の車両用交流発電機
の側断面図である。
の側断面図である。
【図２】 図１の回転子の斜視図である。
【図３】 図２の磁性体の斜視図である。
【図４】 図２の図ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】 図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】 図１の爪状磁極の部分斜視図である。
【図７】 図２の磁性体の正面図である。
【図８】 図２の磁性体に埋設された磁石の斜視図であ
る。
る。
【図９】 図１の爪状磁極の斜視図である。
【図１０】 Ｘとゼロ励磁発生電圧との関係、及びＸと
（無負荷飽和電圧／スケルトン重量）との関係を示す図
である。
（無負荷飽和電圧／スケルトン重量）との関係を示す図
である。
【図１１】 従来の回転子の爪状磁極の斜視図である。
７ 回転子、８ ステータ、１３ 回転子コイル、２１
第１のポールコア体、２２ 第２のポールコア体、３
１ 磁性体、３３，磁性部、３４ 介在部、３５ つな
ぎ部、３６ 磁石、３７ 覆い部、ａ 隙間。
第１のポールコア体、２２ 第２のポールコア体、３
１ 磁性体、３３，磁性部、３４ 介在部、３５ つな
ぎ部、３６ 磁石、３７ 覆い部、ａ 隙間。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１０月２０日（１９９８．１０．
２０）
２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る車両用交流発電機では、磁石の残留磁束密度をＢｒ、
爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さをＬ、
前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長
辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長
辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前記爪状
磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端側の厚
さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ1・
ｃｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成されている。
る車両用交流発電機では、磁石の残留磁束密度をＢｒ、
爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さをＬ、
前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長
辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長
辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前記爪状
磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端側の厚
さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ1・
ｃｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】図９は爪状磁極２３の斜視図であり、この
爪状磁極２３は下式が成立するように構成されている。
爪状磁極２３は下式が成立するように構成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】今、回転子コイル１３がゼロ励磁状態のと
き、爪状磁極２３、２４間の磁石３６の磁束が爪状磁極
２３の基端部の断面（Ｗ×ｔ１）を先端部に向かって通
過し、その磁束が爪状磁極２３の左右両側面２３ａに全
て流れたとすると、式（１）が成立する。
き、爪状磁極２３、２４間の磁石３６の磁束が爪状磁極
２３の基端部の断面（Ｗ×ｔ１）を先端部に向かって通
過し、その磁束が爪状磁極２３の左右両側面２３ａに全
て流れたとすると、式（１）が成立する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１の車両用交流発電機によれば、磁石の残留磁束密度を
Ｂｒ、爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さ
をＬ、前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び
前記長辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び
前記長辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前
記爪状磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端
側の厚さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ1・
ｃｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成したので、基端側から先端
側に向かって漸次肉薄の爪状磁極においても、バッテリ
ーの過充電を防止でき、かつ高効率、高出力の車両用交
流発電機を得ることができる。
１の車両用交流発電機によれば、磁石の残留磁束密度を
Ｂｒ、爪状磁極の先端側短辺から基端側長辺までの長さ
をＬ、前記長辺の周方向長さをＷ、前記短辺の一端及び
前記長辺の一端を結ぶ一方の斜辺と前記短辺の他端及び
前記長辺の他端を結ぶ他方の斜辺のなす角度を２θ、前
記爪状磁極の基端側の厚さをｔ１、前記爪状磁極の先端
側の厚さをｔ２と表したときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ1・
ｃｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成したので、基端側から先端
側に向かって漸次肉薄の爪状磁極においても、バッテリ
ーの過充電を防止でき、かつ高効率、高出力の車両用交
流発電機を得ることができる。
Claims (7)
- 【請求項１】 電流を流して磁束を発生する回転子コイ
ルと、この回転子コイルを覆って設けられ前記磁束によ
り着磁されるとともに交互に噛み合った爪形状の爪状磁
極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポー
ルコア体と、隣り合う各前記爪状磁極間に設けられ前記
爪状磁極間の磁束の漏洩を減少する向きに着磁された磁
石とを含む回転子を備えた車両用交流発電機であって、 前記磁石の残留磁束密度をＢｒ、前記爪状磁極の先端側
短辺から基端側長辺までの長さをＬ、前記長辺の周方向
長さをＷ、前記短辺の一端及び前記長辺の一端を結ぶ一
方の斜辺と前記短辺の他端及び前記長辺の他端を結ぶ他
方の斜辺のなす角度を２θ、前記爪状磁極の基端側の厚
さをｔ１、前記爪状磁極の先端側の厚さをｔ２と表した
ときに、 ０．３≦｛Ｂｒ・（ｔ１＋ｔ２）・Ｌ｝／（Ｗ・ｔ・ｃ
ｏｓθ）≦２．０ の関係が成立するように構成された車両用交流発電機。 - 【請求項２】 隣り合う各爪状磁極間の全てには、磁石
及びこの磁石を覆った樹脂からなる覆い部で構成された
柱状の介在部を備えた磁性体が蛇行周回して設けられた
請求項１に記載の車両用交流発電機。 - 【請求項３】 介在部と爪状磁極との間には隙間が形成
された請求項２に記載の車両用交流発電機。 - 【請求項４】 磁性体は、磁石を支持するとともに爪状
磁極の内側に設けられた円筒形状の支持部を有している
請求項２または請求項３に記載の車両用交流発電機。 - 【請求項５】 支持部は弾性を有している請求項４に記
載の車両用交流発電機。 - 【請求項６】 介在部と支持部とはインサートモールド
成形により一体的に形成された請求項４または請求項５
に記載の車両用交流発電機。 - 【請求項７】 支持部、及び介在部の覆い部はポリアミ
ド系樹脂で構成された請求項６に記載の車両用交流発電
機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10194336A JP2000032719A (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 車両用交流発電機 |
| US09/209,444 US6034464A (en) | 1998-07-09 | 1998-12-11 | Vehicle alternator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10194336A JP2000032719A (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 車両用交流発電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000032719A true JP2000032719A (ja) | 2000-01-28 |
Family
ID=16322903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10194336A Pending JP2000032719A (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 車両用交流発電機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6034464A (ja) |
| JP (1) | JP2000032719A (ja) |
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| WO2011067962A1 (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-09 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 車両用回転電機 |
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| FR2861225B1 (fr) * | 2003-09-05 | 2011-03-11 | Valeo Equip Electr Moteur | Machine electrique tournante polyphasee telle qu'un alternateur ou alterno-demarreur, notamment pour vehicule automobile |
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| US6806617B1 (en) * | 2004-02-18 | 2004-10-19 | Visteon Global Technologies, Inc. | Claw-pole alternator enhancing pole surface |
| US10069448B2 (en) * | 2016-06-10 | 2018-09-04 | Denso International America, Inc. | HVAC actuator |
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|---|---|---|---|---|
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| US5543676A (en) * | 1995-03-16 | 1996-08-06 | Ford Motor Company | Rotating electrical machine with magnetic inserts |
| JPH09163700A (ja) * | 1995-12-08 | 1997-06-20 | Mitsubishi Electric Corp | 交流発電機 |
| JP3265967B2 (ja) * | 1996-02-09 | 2002-03-18 | 株式会社デンソー | 交流発電機 |
-
1998
- 1998-07-09 JP JP10194336A patent/JP2000032719A/ja active Pending
- 1998-12-11 US US09/209,444 patent/US6034464A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
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