JP2002522002A - 電気機械、特に三相交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気機械、特に三相交流発電機が、ハウジング（１０）内に固定されたステータ（２１）と、軸（１３）に固定された、励磁コイル（２８）を備えたクローポール型ロータ（２３）とを有している。クローポール型ロータとハウジングを閉じている軸受シールド（１７）との間に、励磁コイル（２８）を励磁するための電気的なトランス（２９）が存在している。一次コイル（３０）はコア（３６、４１、４７）と共に、軸受シールド（１７）に配置されている。トランス（２９）の一次コイル（３０）と二次コイル（３１）とは、軸受シールド（１７）とクローポール型ロータ機構（２３）との間に配置されており、一次コイル（３０）は定置のコア（３６、４１、４７）内に配置され、二次コイル（３１）は回転するコア（３５、４２、４８）内に配置されていて、これらのコイルはエアギャップ（３８）を介して結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の電気機械、特に三相交流発電機
に関する。このような機械は、たとえば米国特許第３５２２５２０号明細書に基
づき公知である。ここでは励磁機構へのエネルギー供給は、回転するトランスと
して非常にコンパクトに形成されている。すなわち、トランスの一次コイルと二
次コイルとは、中実のステータ部材およびロータ部材内に存在している。しかし
、そうすることによってこの励磁機構の重量は比較的大きくなる。これは特に三
相交流発電機を自動車内に組み付ける場合に不利である。

【０００２】 発明の利点 これに対して請求項１の特徴部に記載した特徴を有する本発明による電気機械
は、励磁機構のためのトランスが非常にコンパクトに構成されて軽量であり、回
転するヨークと静止しているヨークとで異なる軟磁性材料を使用することにより
漏れインダクタンスの減少、特に磁気回路の最適化もしくはコストの低減が達成
されるという利点を有している。

【０００３】 本発明のその他の有利な構成は、請求項２以下、下記の説明および図面から明
らかである。

【０００４】 実施例の説明 図１に示した発電機は、ほぼポット状のハウジング１０を有しており、その底
部には玉軸受１２を受容するボス１１が形成されている。玉軸受１２内には、軸
１３の、内側に位置している端部が支承されている。軸の他方の端部は玉軸受１
４に支承されており、玉軸受１４はハウジングを駆動側で閉じている軸受シール
ド１７のボス１６内に配置されている。軸受シールド上には外方に向かって、ブ
リッジ型整流器（詳細に図示しない）のヒートシンク１８と調節器１９とがそれ
自体公知の形式で配置されている。全体が軸受キャップ２０によって閉じられて
いる。ハウジング１０内には、三相交流コイルを有するステータ２１が配置され
ている。

【０００５】 ハウジング１０のほぼ中心およびその内部においては、軸１３にそれ自体公知
の、いわゆるクローポール型ロータ機構(Klauenpollaeufersystem)２３が配置さ
れている。このクローポール型ロータ機構は、ポールホイール半部として形成さ
れ、爪（クロー）２４で終わった状態で軸１３に固定されている第１のポール薄
板２５と、別のポールホイール半部として爪２６内で終わっている第２のポール
薄板２７とから成っている。この場合、一方のポール薄板の爪２４の先端部は、
それぞれ他方のポール薄板の爪２６の間の隙間内に延びている。爪２４と２６は
、軸１３の長手方向軸線に対してほぼ平行に延びている。クローポール型ロータ
機構２３の爪の間には、励磁コイル２８がポールコア３２上に配置されており、
ポールコア３２は同様に軸１３上に固着している。

【０００６】 発電機の励磁機構にエネルギーを供給するためにトランス２９が設けられてい
る。トランス２９は、軟磁性コア３６上で外側に位置している環状の一次コイル
３０と、これに対して同軸的に、別の軟磁性コア３５上で内側に位置している同
様に環状の二次コイル３１とを有している。これらのコアは、軸１３の長手方向
軸線に対して直角に延びている同一平面内に位置している。この場合、内側に位
置しているコア３５は軸スリーブ３７上に固定されており、軸スリーブ３７は磁
気的に作用しないように軸１３上に固着している。外側に位置しているコア３６
とそのコイル３０とは、非磁性の保持リング３９に保持されて軸受シールド１７
の内側にねじ固定されている。トランス２９の部分は本発明にとって本質的であ
り、ここで詳しく説明する。

【０００７】 特に図２ａ〜ｄに示されているように、一次コイル３０と二次コイル３１とは
、環状の、いわゆるコア３５、３６内に位置している。これらのコアは、ポール
薄板２７と軸受シールド１７との間に配置されている。図２ａに示す実施例では
、断面がＵ字形の内側のコア３５は、軸１３に、たとえば軸１３を取り囲みこの
軸と一緒に回転するスリーブ３７に相対回動不能に配置されている。コア３５内
には回転する二次コイル３１が位置しているのに対し、一次コイル３０を備えた
、断面が同様にＵ字形の外側のコア３６は不動である。両コアの脚部の間には、
トランス２９の交番磁界によって貫通される半径方向のエアギャップ３８が形成
されている。さらに、外側に位置している不動のコア３６は、保持リング３９に
よって固持されている。この保持リング３９は、図１に示した実施例では軸受シ
ールド１７とねじ止めされている。

【０００８】 図２ｂに示した実施例では、コア（ここでは４１、４２で示されている）は軸
方向に互いに相並んで配置されており、同様に軸方向のエアギャップ４３を有し
ている。コアはやはりＵ字形断面を有しており、開いた両側が互いに向き合って
いる。一次コイル３０を備えたコア４１は、やはり軸受シールド１７と固く結合
されて、好ましくはねじ止めされている。図２ｃおよび図２ｄに示す実施例では
、コア３５および３６はＬ字形に形成されていて、同軸的に互いに上下に配置さ
れており、軸方向のエアギャップ３８ａもしくは３８ｂを有している。コア３５
および３６は、それぞれ高い周波数に適した、特に液体によって冷却される発電
機内に使用するための軟磁性材料から成る。さらに留意すべきは、図２ｃに示し
たＬ字形のコア３５および３６を有する例は、あらかじめ製作されたコイル３０
、３１を使用するか、もしくはコイル３０、３１を比較的容易に巻くことができ
るという利点を有していることである。図２ｄに示した例は、エアギャップ３８
ｂの表面が、直径を拡大することによって大きくされているので、磁気抵抗が少
ないという利点を有している。

【０００９】 ここでさらに言及したいのは、回転するコア３５も静止しているコア３６も、
有利には種々異なる材料から成ることである。すなわち静止しているコア３６は
、磁気的な品質は高いが強度が小さい、損失の少ないプレス材料から成り、回転
するコアは、強度はより高いが、磁気的な特性がより劣っている材料、たとえば
フェライトから成っている。

【００１０】 漏れインダクタンスを小さく抑えるために、一次コイルと二次コイルは図３ａ
に示す素線(Einzeldraehte)または図３ｂに示す帯状材料(Bandmaterial)から成
っていてよい。この場合、コア３５には絶縁シート３１ａと導電性シート３１ｂ
とが互いに重ねて巻き付けられる。

【００１１】 一次コイル３０の電気的な制御は、いわゆるＨブリッジ(H-Bruecke)の制御可
能な半導体４５を有するインバータ４４を介して、調節された交流電圧で行われ
る。二次側（二次コイル３１）では整流は、図４ａに示した、いわゆる２アーム
型整流器回路(Zweiweg-Gleichrichter-Schaltung)または図４ｂに示したブリッ
ジ型整流器回路(Gleichrichter-Bruecken-Schaltung)を介して行われる。二次コ
イル３１は励磁コイル２８と導電接続されている。それによってトランス２９は
励磁出力を励磁コイル２８に伝達する。

【００１２】 それ自体公知であるように、発電機の運転中は出力電圧が調節器１９により探
知され、インバータ４４が発電機の負荷に応じて所定の周波数で制御されて、し
かもトランス２９が負荷の増大に連れて上昇する励磁電流を二次側の整流器を介
して励磁コイル２８に通流させるようになっている。

【００１３】 図５には、回転するダイオードもしくは整流器モジュールの配置および固定の
変化実施例が示されている。つまりそれらは、たとえば図５ａに示したロータの
ポール薄板２７への固定、図５ｂに例示した二次コイル下のコイル体における固
定、図５ｃに示した軸に被せたスリーブ内における固定、および図５ｄに示した
トランス材料の凹部における固定である。

【００１４】 図６に示した実施例では、図１に示されているのとは異なり、内側に位置して
いるコア４７は軸受シールド１７に配置され固定されているのに対し、外側のコ
ア４８はポール薄板２７と共に回転するように配置されている。外側に位置して
いる二次コイル３１Ａは回転し、内側に位置している一次コイル３０Ａは定置で
ある。したがって、ここでは回転するコア４８は、ポール薄板２７の端面に固定
された保持リング４６に受容されている。

【００１５】 上述の手段により、トランス２９のコア材料は、特に自動車用発電機で発生す
る高い遠心力負荷時に押圧負荷のみを受ける。さらに、このような配置は、コア
の破損時に破片が発電機内室内に到達し得ないという利点をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】 いわゆるクローポール型発電機の断面図である。

【図２】 ａ〜ｄは、トランスコアの種々の構成を示した図である。

【図３】 ａおよびｂは、トランスコイルの種々の構成を示した図である。

【図４】 トランスのインバータおよびブリッジ型整流器の回路を一次側および二次側で
示した図である。

【図５】 ａ〜ｄは、ロータ内のダイオードのための固定の変化実施例を示した図である
。

【図６】 図１に示したクローポール型発電機をわずかに変更したクローポール型発電機
の半部断面図である。

【符号の説明】

１０ ハウジング、 １１，１６ ボス、 １２，１４ 玉軸受、 １３ 軸
、 １７ 軸受シールド、 １８ ヒートシンク、 １９ 調節器、 ２０ 軸
受キャップ、 ２１ ステータ、 ２３ クローポール型ロータ機構、 ２４，
２６ 爪、 ２５，２７ ポール薄板、 ２８ 励磁コイル、 ２９ トランス
、 ３０，３０Ａ 一次コイル、 ３１，３１Ａ 二次コイル、 ３１ａ 絶縁
シート、 ３１ｂ 導電性シート、 ３２ ポールコア、 ３５，３６，４７
コア、 ３７ 軸スリーブ、 ３８ エアギャップ、 ３９ 保持リング、 ４
１，４２ コア、 ４３ エアギャップ、 ４４ インバータ、 ４５ 半導体
、 ４６ 保持リング、 ４７，４８ コア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレクサンダー シェンディ ドイツ連邦共和国 アスペルク イン ド ルンヘッケン ２ (72)発明者 ハンス−ペーター グレーター ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン ダイ ムラーシュトラーセ ７ Ｆターム(参考） 5H619 AA01 AA03 AA07 BB02 BB06 BB10 BB17 PP21 PP36 PP38

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械、特に三相交流発電機であって、該三相交流発電機
   が、ハウジング内に固定されたステータ（２１）と、軸（１３）に固定されてい
   る、励磁コイル（２８）を備えたクローポール型ロータ（２３）と、このクロー
   ポール型ロータ（２３）に側方に接続されている、一次コイル（３０）および二
   次コイル（３１）を備えたトランス（２９）とを有しており、これらのコイルが
   それぞれ軟磁性材料から成るコア（３６、４１、４７；３５、４２、４８）に配
   置されていて、エアギャップ（３８）を介して互いに磁気的に結合されており、
   さらにトランス（２９）が励磁出力を励磁コイル（２８）に伝達し、しかもこの
   トランス（２９）が、クローポール型ロータ（２３）と三相交流発電機のハウジ
   ング（１０）を閉じている軸受シールド（１７）との間に配置されている形式の
   ものにおいて、 一次コイル（３０）が付属の定置のコア（３６、４１、４７）と共に軸受シー
   ルドに配置されていることを特徴とする、電気機械、特に三相交流発電機。
2. 【請求項２】 一次コイル（３０）を受容する定置のコア（３６）が半径方
   向外側に位置しており、半径方向内側に位置している、二次コイル（３１）を受
   容するコア（３５）が軸（１３）と共に回転可能に配置されている、請求項１記
   載の機械。
3. 【請求項３】 定置のコア（３６）と回転するコア（３５）とがＵ字形断面
   を有しており、脚部端部の間にエアギャップ（３８）が形成されている、請求項
   ２記載の機械。
4. 【請求項４】 回転するコア（３５）も定置のコア（３６）もＬ字形断面を
   有しており、一次コイル（３０）と二次コイル（３１）との間に両側でそれぞれ
   １つのエアギャップ（３８ａ、３８ｂ）が形成されている、請求項２記載の機械
   。
5. 【請求項５】 定置のコア（４１）と回転するコア（４２）とがＵ字形断面
   を有していて、軸方向に互いに相並んで配置されている、請求項２記載の機械。
6. 【請求項６】 回転するコア（３５、４２）と定置のコア（３６、４１）と
   が種々異なる材料から成る、請求項２から５までのいずれか１項記載の機械。
7. 【請求項７】 定置のコア（３６、４１）が、磁気的な品質は高いが、回転
   するコア（３５、４２）よりも強度が小さい、損失の少ない材料、特に焼結材料
   または粉末材料から成っている、請求項６記載の機械。
8. 【請求項８】 回転するコア（３５、４２）が、強度は高いが、定置のコア
   （３６、４１）よりも磁気的な特性が劣る材料、特にフェライトから成っている
   、請求項６記載の機械。
9. 【請求項９】 一次コイル（３０）と二次コイル（３１）とが帯状材料から
   成る、請求項１から８までのいずれか１項記載の機械。
10. 【請求項１０】 トランス（２９）の一次コイル（３０）の制御がインバー
    タ（４４）を介して行われ、これに対して二次コイル（３１）における交流の整
    流が整流回路、好ましくはブリッジ型整流器回路を介して行われる、請求項１か
    ら９までのいずれか１項記載の機械。
11. 【請求項１１】 回転するコア（３５）が、軸（１３）上に配置されたスリ
    ーブ（３７）上に支承されている、請求項２から１０までのいずれか１項記載の
    機械。
12. 【請求項１２】 定置のコア（４７）が半径方向内側に配置されており、回
    転するコア（４８）が半径方向外側に位置していて定置のコア（４７）と同一平
    面内に配置されている、請求項２記載の機械。
13. 【請求項１３】 外側に位置しているコア（３６、４８）が保持リング（３
    ９、４６）に受容されている、請求項２または１２記載の機械。
14. 【請求項１４】 外側に位置しているコア（４８）がクローポール型ロータ
    （２３）と共に回転し、しかも保持リング（４６）がクローポール型ロータ（２
    ３）に、好ましくはその端面に固定されている、請求項１３記載の機械。