JP2003525006A - 電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ケーシング内に配置された、固定子巻線を支持する固定子と、軸に支承されたクローポール型ロータシステムと、該クローポール型ロータシステムによって取り囲まれた、特に前記軸上に配置された励磁コイルとを有する電気機械特に交流発電機であって、前記クローポール型ロータシステムが、ポールホイール半部として構成された２つのポールリングを有しており、これらのポールリングが、互いに向き合ってかみ合うクローに続いている形式のものに関する。本発明によれば、クローポール（１５，１５′）が、軸側に配置された、非磁石性の鋼薄板より成る、一体的に形成された環状の閉鎖ストラップ形クロー（３０）によって、互いに堅固に結合されており、この際に、前記閉鎖ストラップ形クローが成形された接続部材（３１）を備えて構成されていて、該接続部材（３１）がクロー中間室（１９）を満たすことが提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、電気機械、特に自動車の交流発電機に関する。

【０００２】 従来の技術 自動車においてスタータバッテリーの充電並びに車載電源網の電気的な消費器
に電流供給するために、発電機特に交流発電機若しくはオルタネータを設けるこ
とは公知である。交流発電機の中央の構成部材は、ロータ軸上に配置された、高
回転数で回転するクローポール型ロータシステムである。このクローポール型ロ
ータシステムは、同様に軸上に配置された励磁コイルを有している。クローポー
ル型ロータシステムは、互いに逆の極性の２つのクローポールホイールより構成
されており、これらのクローポールホイールの極（クロー）は交互に互いにかみ
合っている。この場合、クローポールは磁気的に互いに分離されていて、それと
同時にロータ軸に相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）配置されてい
る。

【０００３】 交流発電機を運転する際に不都合な雑音が発生する。この場合、原因となる２
つの雑音源が区別される。いわゆる「機械的な雑音」としては、電磁石力によっ
て生ぜしめられるクローポールの振動の連続である雑音放射が挙げられる。さら
にまた、クロー中間室を貫流する空気若しくはクロー中間室内に生じる空気渦流
が、空気力学的な雑音源、流過雑音を生ぜしめる。

【０００４】 クローポールロータ内で励磁コイル側に存在する、例えば溶接継ぎ目によって
クローポールに結合された減衰ストラップ（Ｄａｅｍｐｆｕｎｇｓｂａｎｄ）に
よって、クローポールの振動を阻止し、それによって磁気的な雑音発生を阻止す
ることは公知である。しかしながらこのような方法によって流過雑音は低下せし
められない。

【０００５】 さらにまた、２つの隣接し合うクロー間のクロー中間室を、接合された非磁気
的な部材によって閉鎖し、それによって流過雑音を低下させることは公知である
。このような解決策において欠点であるのは、高回転数において不十分である遠
心力強度である。さらにまた、このような方法によるクローポールの振動減衰は
不十分である。

【０００６】 ＵＳ Ｒｅ．３６０３８号明細書に開示された、クロー中間室を閉鎖するため
のクローポールキーは、非磁性の材料有利にはプラスチックより成っているか、
又はアルミニウム或いは高級鋼等の非磁性の金属より成っている。非磁性の金属
より成るクローポールキーの構成において、このクローポールは、ダイカスト、
圧縮又は冷間鍛造によって製造され、クロー中間室内に押し込められ、そこで機
械的に保持される。同じ明細書に、本発明によるクローポールキーのリングとし
ての一体的な実施例も開示されている。この構成は、流過雑音を低下させるが、
クローポールキーをポールリング若しくはポールクローに実際に固定するという
ことが欠けており、クローの振動及びひいては磁気的な雑音放射を低下させるこ
とはできない。さらにこのような公知の技術のいては製造コストが高いという欠
点がある。何故ならば、固定装置をそのままポールリングに固定することができ
るようにするために、クローポールキーは、嵌め合い精度に関連して非常にわず
かな公差で製造する必要があるからである。さらにまたプラスチックを使用する
ことによって、高い摩耗が生じ、これに対して、圧力、圧縮又は冷間鍛造による
非磁性材料の加工コストは非常に高い。

【０００７】 発明の利点 これに対して、請求項１に記載された特徴部を有する本発明による装置は、閉
鎖ストラップ形クローを有するクローポールロータが設けられていて、この閉鎖
ストラップ形クローは流過雑音も磁気雑音も減少させ、この際に、閉鎖ストラッ
プ形クローは簡単かつ安価な形式で溶接技術によって製造可能である。

【０００８】 非磁性材料より成る薄鋼板より一体的に製造することができる閉鎖ストラップ
形クローが開発されている。本発明による閉鎖ストラップ形クローは、クローポ
ール型ロータシステムの組み立て時に励磁コイルとポールホイールとの間の軸側
に挿入される。この場合、閉鎖ストラップ形クローは、隣接し合う２つのクロー
ポールの中間室を充填する、薄鋼板より成形された多数の接続部材を有し、この
場合、薄鋼板背部がクローポールの後ろ側に、つまりクローポールと励磁コイル
との間に延びている。

【０００９】 有利な実施例によれば、閉鎖ストラップ形クローはオーステナイト材料より製
造されている。

【００１０】 さらにまた、閉鎖ストラップ形クローとクローポールとの間の堅固な結合は、
溶接技術、有利にはレーザー溶接技術によって製造される。溶接継ぎ目を設ける
ための特に適した箇所は、クローポールのクロー側面と閉鎖ストラップ形クロー
の接続部材との間に設けられている。何故ならば、この箇所には比較的大きい接
触面が構成されているからである。

【００１１】 有利な実施例は、折り曲げられた多数の舌片を備えた、閉鎖ストラップ形クロ
ーの両側の構成である。これらの舌片は、完全に組み立てられた状態で半径方向
で、第１のポールホイールのクロー基部と第２のポールホイールのクロー先端部
との間に存在しており、この場合、舌片は有利な形式でクロー基部によって閉鎖
されている。さらに高い遠心力強度を得るために、この領域に付加的に、つまり
閉鎖ストラップ形クローの舌片とポールホイールのクロー基部との間を付加的に
溶接される。

【００１２】 本発明による閉鎖ストラップ形クローは、一方では接続部材によってクロー中
間室を充填し、他方ではクローポールの互いの堅固な結合を形成することによっ
て、閉鎖ストラップ形クロー及び減衰ストラップの機能を同時に満たす。これに
よって、本発明による閉鎖ストラップ形クローは、磁気的な雑音放射も流過雑音
も効果的に低下させる。

【００１３】 さらにまたクローポールを頑丈に結合することによって、回転数に関連したク
ローポールの半径方向の撓みは著しく減少される。このような半径方向の撓みは
短時間で発電機全体を損傷させるか又は完全に破壊させることになる。これによ
って、交流発電機の耐用年数が著しく延長されるだけではない。むしろ、このよ
うな効果は、固定子孔とポールホイールとの間の作業空気ギャプが減少され、そ
れによってより高い出力が得られることによって、構造的に利用される。

【００１４】 これに対して、非磁性の薄鋼板より成る本発明による閉鎖ストラップ形クロー
の構成は、製造が簡単で安価であるという利点を有している。何故ならば、ダイ
カスト又は冷間鍛造等の面倒でコストのかかる加工作業を、例えば安価なレーザ
ー溶接によって置き換えられるからである。しかも一体的な構造は、組み立てコ
ストを著しく減少される。また、溶接継ぎ目を形成する際に、薄鋼板に所定の程
度だけ公差補償を設けることができ、これによって、閉鎖ストラップ形クロー及
びポールホイールの精度に対する要求を減少させ、それと同時に良好な嵌め合い
精度を得ることができる。

【００１５】 また、拡大されたロータ表面を介して、効果的な熱導出及びひいてはロータの
良好な冷却が得られる。

【００１６】 図面 本発明を以下に図示の実施例を用いて詳しく説明する。

【００１７】 図１は、従来のクローポール型ロータシステムを有する交流発電機の部分断面
図、 図２は、図１に示した従来のクローポール型ロータシステムの側面図、 図３は、本発明の第１実施例による閉鎖ストラップ形クロー（Ｋｌａｕｅｎｖ
ｅｒｓｃｈｌｕｓｓｂａｎｄ）を備えたクローポールロータシステムを有する交
流発電機の部分断面図、 図４は、本発明の実施例による閉鎖ストラップ形クローを備えた、図３に示し
たクローポールロータシステムの側面図、 図５は、本発明の１実施例による閉鎖ストラップ形クローの製造工程の段階を
示しており、この場合、（Ａ）は、閉鎖ストラップ形クローに加工しようとする
薄鋼板の種々異なる製造段階中の平面図、（Ｂ）は側面図、 図６は、本発明の１実施例による完成された閉鎖ストラップ形クローを示す図
である。

【００１８】 実施例の説明 図１に示した交流発電機は、その基本構造において公知の構造を有している。
本発明にとって重要な発電機部分だけ、つまり主にロータの構成部分だけが示さ
れている。発電機若しくはオルタネーターは、ロータ軸１０を有していて、この
ロータ軸１０上にはコア１１が取り付けられている。コア１１上には、励磁コイ
ル１２が同軸的に、かつ相対回動不能に巻き付けられている。コア１１と励磁コ
イル１２とは、同様にロータ軸１０上に取り付けられた、互いに逆の極性を有す
る２つのポールホイール１３及び１３′によって取り囲まれる。ポールホイール
１３，１３′は、それぞれ１つのポールリング１４，１４′を有しており、これ
らのポールリングは、軸方向に延びるフィンガー状のクローポール１５，１５′
を備えて構成されている。ポールホイール１３，１３′は、ポールリング１４′
上に同間隔で配置されたクローポール１５，１５′が互いに交互にかみ合うよう
に配置されている。この部分図では、クローポールロータシステムを取り囲む、
固定子巻線を支持する固定子積層鉄心は図示されていない。

【００１９】 図２には、閉鎖ストラップ形クローなしの従来のクローポール型ロータシステ
ムの一部の側面図が示されている。駆動側とは反対側に配置されたポールホイー
ル１３の２つのクローポール１５と、駆動側のポールホイール１３′の１つのク
ローポール１５′とが図示されている。駆動側のポールホイール１３′のクロー
ポール１５′は、クローポール１５の隙間に無接触で係合する。この場合、駆動
側のポールホイール１３′のクローポール１５′のクロー先端部１７′が、駆動
側とは反対側のポールホイール１３のクロー基部１６に向けられていて、駆動側
とは反対側のポールホイール１３のクローポールのクロー先端部１７は、その逆
側に向けられている。隣接し合う２つのクローポール１５と１５′との間には、
クロー中間室１９が配置されており、このクロー中間室１９は、それぞれ互いに
平行に延びる２つのクロー側面１８，１８′によって制限される。クロー側面１
８，１８′は、ロータ軸１０に関連して角度α若しくはα′だけ軸方向に傾けら
れている。

【００２０】 このような従来の構造では、上述のように、クロー中間室１９を貫流する空気
に基づいて空気力学的な雑音発生、流れ雑音を生ぜしめる。不都合な雑音発生の
ためのその他の原因は、クローポール１５，１５′の振動である。このクローポ
ール１５，１５′の振動は、電磁石的な相互作用に基づいて生じるので、「磁気
騒音」とも称呼される。２つの種類の雑音発生は、冒頭に述べた形式の交流発電
機において得ようとする回転数が高くなるにつれて次第に大きくなる。

【００２１】 その他の問題は、高い回転数の影響下で、クローポールが半径方向で湾曲（拡
開）することである。このような湾曲によって短時間で発電機全体が破壊に至る
ことになる。

【００２２】 前記２つの種類の雑音並びにクローポールの湾曲は、本発明による閉鎖鎖状鎖
状形クローポールによって軽減される。図３には、本発明による閉鎖ストラップ
形クロー３０を有するクローポール型ロータシステム備えた交流発電機が図示さ
れている。図１と同じ構成部材は、同じ符号で示されている。閉鎖ストラップ形
クロー３０の構造の大部分は、この図３ではクローポールによって覆われている
。図面では、クローポール１５と励磁コイル１２との間に配置された閉鎖ストラ
ップ形クロー３０の後ろ側の薄鋼板背部３３だけが見えている。

【００２３】 図４には、本発明による閉鎖ストラップ形クロー３０が挿入されたクローポー
ルシステムの側面図が示されている。この変化実施例では、クロー側面１８及び
１８′によって制限されたクロー中間室１９が、挿入された、オーステナイト薄
鋼板より成形された接続部材３１によって充填されている。この場合、図示の実
施例で直方体状に形成された接続部材３１の長い方向側３２が、クローポール１
５，１５′のクロー側面１８，１８′に接続している。閉鎖ストラップ形クロー
３０の接続部材３１は、クローポール１５，１５′の後ろ側と励磁コイル１２と
の間に延びる薄鋼板３３によって互いに結合される。軸方向で、閉鎖ストラップ
形クロー３０は両側で、折り曲げられた舌片３４を有しており、これらの舌片３
４は、ポールホイール１３，１３′のクロー基部１６，１６′に隣接している。
閉鎖ストラップ形クローは、有利な形式でポールホイール１３，１３′に接続さ
れており、この場合、溶接継ぎ目は有利な形式でクロー側面１８，１８′と、接
続部材３１の長い方の側３２との間に取り付けられている。付加的に舌片３４と
クロー基部１６，１６′との間を溶接することができる。

【００２４】 図４に示した側面図によれば、本発明による閉鎖ストラップ形クローが完全に
組み付けられたクローポールロータシステムに設けられた開口がシールされてい
るので、ロータが回転する際に空気がクロー中間室内に流入することはない。さ
らにまた、このクローポール型ロータシステムは閉鎖ストラップ形クロー３０と
共に、クローポール１５，１５′及び接続部材３１の領域内でほぼ滑らかな表面
を有しているので、空気渦流がこの領域と固定子との間で著しく減少される。こ
のような形式で、空気力学的な流れ雑音が効果的に抑制される。さらにまた、接
続部材３１と、クロー側面１８，１８′とが、比較的大きい共通の接触面を有し
ているので、溶接によって、この領域でクローポール１５，１５′の著しく形状
の安定した結合が得られる。これによって、クローポール１５，１５′の振動及
びひいては磁気雑音発生を効果的に阻止することができる。

【００２５】 図５には、本発明による閉鎖ストラップ形クロー３０の製造について説明され
ている。この場合、Ａは、製造工程の種々異なる段階における閉鎖ストラップ形
クロー３０の平面図、Ｂは側面図である。オーステナイト材料より成る薄鋼板ス
トリップ３５をから、まず接続部材３１を適当な工具によってプレ成形する。こ
の際に、接続部材３１の形の成形並びに、接続部材３１を薄鋼板ストリップ３５
に位置決めすることは、クローポール１５，１５′の与えられた形状に合わせら
れる。実際の実施例では、接続部材は直方体の形状を有しており、この場合、直
方体の長い方の側３２は、薄鋼板縁部に対して角度＋α及び−αだけ傾斜して配
置されている。この角度は、ロータ軸１０に対するクロー側面１８，１８′の軸
方向傾斜角度に相当する（図２及び図４）。次の段階で、薄鋼板３５の両側が切
断され、この際にそれぞれ、隣接し合う２つの接続部材３１によって形成される
開放角度内に切欠３６が切断形成される。これらの切欠３６は、図示の実施例で
はほぼ半円形の形状を有している。切欠３６は、ポールホイール半部を組み付け
る際にクローポール１５，１５′の面取りされた後ろ側を受容するために使用さ
れる。隣接し合う２つの直方体状の接続部材３１によって形成される閉鎖された
角度の側方では、切欠３６の切断形成時に薄鋼板ストリップ３５の両側に舌片３
４が形成される。これらの舌片３４は、製造プロセスの次の段階で、接続部材３
１側の薄鋼板側に向かって直角に折り曲げられる。同じ段階で、適当な成形工具
を介して帯材のローリング（転造）が行われ、この場合、薄鋼板背部３３が内側
に位置し、接続部材３１及び舌片３４が外側に向けて配置される。次いで、閉鎖
ストラップ形クローの両端部が溶接又はハードはんだ付け（Ｈａｒｔｌｏｅｔｅ
ｎ）によって互いに結合され、これによって閉鎖されたリング状が形成される。
完成した閉鎖ストラップ形クロー３０の側面図が図６に示されている。

【００２６】 クローポール形ロータを組み付ける際に、閉鎖ストラップ形クロー３０が、２
つのポールホイール半部間に挿入され、クロー側面１８及び１８′の領域内で溶
接される。この場合、所定の外周部における溶接継ぎ目で公差補償が形成される
ので、閉鎖ストラップ形クロー３０の製造精度に対する要求は比較的小さくて済
む。しかもポールホイール１３及び１３′のクローポール１５及び１５′の領域
における不規則性も良好に補償される。最適に、閉鎖鎖状クロー３０の舌片３４
とクロー基部１６との間で付加的な溶接結合が形成される。

【００２７】 全体として、本発明は、簡単及び安価な形式で薄鋼板より製造される一体的な
閉鎖ストラップ形クローが形成される。本発明による閉鎖鎖状クローは、磁気雑
音も流れ雑音も効果的に低下せしめられ、それと同時に、回転数に基づくクロー
ポールの拡開が減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のクローポール型ロータシステムを備えた交流発電機の一部断面した部分
図である。

【図２】 図１に示した従来のクローポール型ロータシステムの側方部分図である。

【図３】 本発明の１実施例による閉鎖ストラップ形クローを備えたクローポール型ロー
タシステムを有する交流発電機の一部断面した部分図である。

【図４】 本発明の第２実施例による閉鎖ストラップ形クローを備えた、図３に示したク
ローポール型ロータシステムの側方部分図である。

【図５】 本発明の１実施例による閉鎖ストラップ形クローの製造方法の段階を示す図で
あって、（Ａ）は、閉鎖ストラップ形クローに成形しようとする薄鋼板の平面図
、（Ｂ）は側面図である。

【図６】 本発明の１実施例による完成された閉鎖ストラップ形クローを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AA08 AB05 AB08 AC02 AC06 AC08 AE02 5H619 AA03 AA05 AA10 BB02 BB06 BB17 PP02 PP04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に配置された、固定子巻線を支持する固定子と
   、軸に支承されたクローポール型ロータシステムと、該クローポール型ロータシ
   ステムによって取り囲まれた、特に前記軸上に配置された励磁コイルとを有する
   電気機械特に交流発電機であって、前記クローポール型ロータシステムが、ポー
   ルホイール半部として構成された２つのポールリングを有していて、これらのポ
   ールリングが、互いに向き合ってかみ合うクローに続いている形式のものにおい
   て、 クローポール（１５，１５′）が、軸側に配置された、非磁石性の鋼薄板より
   成る、一体的に形成された環状の閉鎖ストラップ形クロー（３０）によって、互
   いに堅固に結合されており、この際に、前記閉鎖ストラップ形クローが成形され
   た接続部材（３１）を備えて構成されていて、該接続部材（３１）がクロー中間
   室（１９）を満たしていることを特徴とする、電気機械。
2. 【請求項２】 閉鎖ストラップ形クローがオーステナイト材料より成ってい
   る、請求項１記載の電気機械。
3. 【請求項３】 閉鎖ストラップ形クローが、溶接技術有利にはレーザー溶接
   技術でクローポール（１５，１５′）に結合されている、請求項１又は２記載の
   電気機械。
4. 【請求項４】 閉鎖ストラップ形クロー（３０）が、接続部材（３１）の領
   域内でクローポール（１５）のクロー側面（１８）に溶接されている、請求項１
   から３までのいずれか１項記載の電気機械。
5. 【請求項５】 閉鎖ストラップ形クロー（３０）が側方に折り曲げられた舌
   片（３４）を有していて、これらの舌片が、ポールホイール半部（１３）のクロ
   ー基部（１６）によって閉鎖されている、請求項１から４までのいずれか１項記
   載の電気機械。
6. 【請求項６】 閉鎖ストラップ形クロー（３０）が舌片（３４）の領域内で
   クロー基部（１６）と溶接されている、請求項１から５までのいずれか１項記載
   の電気機械。