JP2007014192A - 損失低減手段を有する回転式電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転式電気装置において、渦電流損失を低減するとともに、出力電流を低減させないようにする。
【解決手段】 回転式電気装置において、ステータは、電流損失となる渦電流を発生する。渦電流路を長くして、飽和しないようにすることにより、電流損失が低減する。本発明は、突片（１）に、突片（１）の高さの１／２を超えない深さを有する空洞部であるスロット（２）を形成することを提案している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転式電気装置に関し、特に、損失低減手段を有する自動車のオルタネータに関する。

より詳しく言うと、本発明は、回転式電気装置、特に、ロータ及びステータを有する自動車のオルタネータに関する。ステータは、ケーシングと、フィールド巻き線及びアーマチャ巻線用の複数の凹入部と、隣接する凹入部を分離する突片とを有している。

各突片は、突片をステータのケーシングに連結するベースと、ロータと対向する端面とを備えている。少なくとも１つの突片の端面には、前記凹入部を区切る突片の両端にある縁間の中央において、所定の角度位置とされた少なくとも１つのスロットを備えている。

スロットは、孔となっており、回転式電気装置の回転軸と直交する径方向の深さは、回転式電気装置の回転軸及び前記径方向と直交する円周方向におけるスロットの幅よりも大である。

フランス国特許公開第2,784,518号公報には、上述した種類の回転式電気装置が記載されている。この回転式電気装置において、ステータは、磁気ノイズを低減する分割突片を備えている。この公報において、ステータの突片に形成されたスロットの径方向の深さは、突片の端面とベースとの間の距離、すなわち高さの最大値とほぼ等しくなっている。

このような回転式電気装置において、ロータが回転すると、ステータにより、すなわち、ロータの回転により、磁束が発生する。この磁束により、ステータの突片に渦電流が発生する。抵抗損（鉄心損失）を生じる電流密度及びステータの磁気材料熱は、部材を流れる電流路の抵抗と反比例する。そのため、部材にスロットを形成すると、電流はスロットの周りを流れ、電流ループが長くなり、電流路の抵抗が増す。そのため、渦電流損失は、スロットにより低減される。
フランス国特許公開第2,784,518号公報

しかし、スロットが形成されて、突片の断面が小さくなるので、オルタネータにより供給される電流は小さくなる。これは、磁束を生じる面が小さくなったためであり、それにより磁束が減少し、電流も小さくなる。

本発明の目的は、上述した欠点を解消することにある。

本発明による回転式電気装置は、ロータ及びステータを備え、ステータは、ケーシングと、アーマチャ巻線を収容する複数の凹入部と、隣接する凹入部を分離する突片とを備え、各突片は、突片をステータのケーシングに連結するベースと、ロータと対向する端面とを備え、少なくとも１つの突片の端面に、凹入部を区切る突片の両端にある縁間の中央に、所定の角度で形成された少なくとも１つの空洞部を設け、空洞部により、電流路が長くなって、渦電流損失が低減するようになっている。

より詳しく言うと、空洞部は、端面からベースまでの突片の高さの半分に対応する最大値以下の深さで、径方向に延びる少なくとも１つの孔を備えている。

このような特徴により、分割突片を有しない回転式電気装置と比べて、渦電流損が低減する。

また、このような特徴により、突片の断面が過度に小とならずに、フランス国特許公開第2,784,518号公報に記載されている分割突片を有する回転式電気装置と比べて、電流量が過度に小とならない。

本発明による非限定的な実施例において、本発明は、次に示す特徴の１つ、それらの組み合わせ、または全てを有している。
−空洞部の深さの最大値は、突片の高さの２５％〜３５％である。
−空洞部の深さの最大値は、突片の高さのほぼ１／３である。
−ステータの全ての突片は、少なくとも１つの空洞部を備えている。
−端面における空洞部の幅は、前記端面の幅の１％〜５０％であり、空洞部及び端面の幅は、装置の回転軸及び径方向と直交する円周方向におけるものである。
−前記少なくとも１つの空洞部は、突片の端面に開口するスロットであり、装置の回転軸と直交する面において、スロットの底部の断面は、丸みを帯びている。
−スロットは、突片のベースから端面へ向かって広がっているおおむね台形状となっており、装置の回転軸と直交する面において、スロットの断面は、少なくとも１８０°の円弧をなしている。
−少なくとも１つの突片は、端面に複数のスロットを有し、そのうちの少なくとも１つのスロットの深さは、前記最大値よりも小である。
−突片における少なくとも１つのスロットは、他のスロットとは異なる深さを有している。
−前記他のスロットの深さは、前記最大値よりも大である。
−少なくとも１つの突片は、装置の回転軸、及び前記中央スロットの径方向と直交する円周方向において、所定の深さの中央スロットと、前記中央スロットの両側に形成された２つの側方スロットとを有している。

本発明の他の特徴及び利点は、図面を用いて行う非限定的な種々の実施例から明らかになると思う。

図１は、空洞部であるスロット（２）をそれぞれ有する複数の突片（１）とケーシング（５）とを有するオルタネータのような回転式電気装置のステータの部分断面図である。隣接する各突片（１）の間には、例えば、銅製のアーマチャ巻線（８）が収容された凹入部（７）が形成されている。回転式電気装置の種類に基づいて、巻線（８）は、フィールド巻線の場合もある。

図２に示すように、突片（１）は、端面（３）を有している。端面（３）は、回転式電気装置の回転軸と同軸である回転円筒体の一部となっている。突片（１）のベース（４）により、突片（１）は、ステータのケーシング（５）に連結されている。

ステータの突片（１）の高さＨは、ステータの突片（１）の端面（３）から、突片（１）のベース（４）への径方向の距離により定められている。すなわち、高さＨは、ステータの突片（１）の全てのベース（４）を通り、回転式電気装置の回転軸を軸として有する外側円筒部（Ｃ１）から、突片（１）の全ての端面（３）を通り、外側円筒部（Ｃ１）と同軸である内側円筒部（Ｃ２）への距離により定められている。

ステータの突片（１）は、突片（１）の高さＨの半分以下である径方向の深さｈを有するスロット（２）を備えている。深さｈは、高さＨの２５％〜３５％、または約１／３（３３％）であるのが好ましい。

スロット（２）は、突片（１）のベース（４）において実線で示す渦電流ループ（９）の方向が変化しないように、過度に深くはなっていない。また、出願人による種々の実験では、突片（１）の端部（６）（選択的に膨張部を含む）の周辺にある材料の磁気飽和が、突片（１）のベース（４）よりも大であるため、渦電流損に対するスロット（２）の最適な深さｈは、約１／３であることがわかった。このようにして、回転式電気装置の効率が改善されるとともに、鉄損失は低減する。

また、図２の実施例において、突片（１）は、他の部分と比べて、拡大されている端部（６）を有している。図２の実施例によれば、回転式電気装置の回転軸と直交する円周方向におけるスロット（２）の幅ｗは、同じく円周方向における端部（６）の幅Ｗの半分以下となっている。

このように、スロット（２）の幅ｗは、過度に広くはなっていないため、突片（１）を径方向に流れる磁束は、スロット（２）により妨害されることはない。

図３に示す第２の実施例によれば、スロット（２）は、丸みを帯びた形状の底部（１０）を有している。

スロット（２）の底部（１０）を丸くすることにより、渦電流密度が、スロット（２）の底部（１０）周辺で高くならない。このため、限定された空間において、高電流流路による熱が制限される。丸みを帯びた形状とすることにより、熱を防止でき、ステータをなす材料を劣化させない。

図４は、第３の実施例を示し、回転式電気装置の回転軸と直交する面において、スロット（２）の断面は、突片（１）のベース（４）から、端面（３）へ向かって広がる台形状となっている。また、第２の実施例と同じく、スロット（２）の底部（１０）は、丸みを帯びている。この場合、スロット（２）の底部（１０）の丸みは、１８０°よりも大きい角度の円弧となっている。

例えば、打ち抜き加工やレーザ切断加工により、スロット（２）を、このような形状に容易に加工できる。従って、このステータの製造コストが抑えられる。

図５に示す第４の実施例によれば、突片（１）は、深さが異なる複数のスロット（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）を備えている。第１の側方スロット（２ａ）及び第２の側方スロット（２ｂ）は、中央スロット（２ｃ）の各側方に形成されている。中央スロット（２ｃ）の深さは、側方スロット（２ａ）（２ｂ）よりも深く、また、突片（１）の高さＨの半分以上である。

複数のスロットを形成することにより、渦電流ループが長くなり、電流密度がかなり低くなる。また、磁気の？ノイズが低減するという利点も生じる。これは、回転式電気装置において、磁気誘導の変化が磁性部材、特にステータにおける磁気ノイズを発生するためである。すなわち、ステータの突片（１）に複数のスロットを形成することにより、磁気ノイズの周波数は、可聴範囲外の高周波となり、磁気ノイズが低減する。

近接する側方スロット（２ａ）（２ｂ）の深さは、突片（１）の高さの半分以下であるが、そうでなくてもよい。この場合、側方スロット（２ａ）（２ｂ）は、中央スロット（２ｃ）に対し、対称となっている。中央スロット（２）は、円周方向において、突片（１）の端面（３）のほぼ中央に形成されている。複数のスロットを、上記の間隔とは異なるように端面（３）に形成してもよい。

中央スロット（２ｃ）を、最も深くすることにより、突片（１）のベース（４）を通過する磁束を干渉することがない。スロットの深さ及び位置をランダムとすることにより、磁気ノイズの高調波及び密度が良好に分布する。

図６に示す第５の実施例によれば、突片（１）は、径方向の深さｈが、突片（１）の高さＨの半分以下である空洞部（ＺＥ）を備えている。

一般的に言うと、本発明によれば、空洞部（ＺＥ）は、第１〜第４の実施例に示したスロットとおおむね同様に機能する１つまたはそれ以上のスロットを備えている。図６に示すように、空洞部（ＺＥ）は、２つのスロット（２ｄ）（２ｅ）を備えている。

集中巻線型の回転式多相電気装置の場合、図６の実施例に示す本発明を適用するのが好ましい。このような回転式電気装置において、突片（１）の端面（３）に開口している１つまたはそれ以上のスロットからなる空洞部を設けると、例えば巻線工程時に、突片（１）の機械的強度が低下して曲がってしまい、突片（１）が破損する場合がある。

第５の実施例において、スロット（２ｄ）（２ｅ）は、突片（１）のリブにより分離されている。また、スロット（２ｅ）は、突片（１）の端面（３）に開口しておらず、突片（１）の機械的強度を高めている。他の実施例において、スロット（２ｅ）を、突片（１）の端面（３）に開口させてもよい。

他の実施例によれば、全ての突片（１）は、少なくとも１つの空洞部であるスロットを備えており、渦電流損及び磁気ノイズを低減させることができ、その構成は、本発明に関連する全ての電気装置に適用できるものである。

ある実施例においては、スロットまたは空洞部は、打ち抜きまたはレーザ切断により形成される。

本発明による回転式電気装置のステータの部分断面図である。 図１に示す第１の実施例による突片の断面図である。 本発明の第２の実施例による突片の断面図である。 本発明の第３の実施例による突片の断面図である。 本発明の第４の実施例による突片の断面図である。 本発明の第５の実施例による突片の断面図である。

符号の説明

１ 突片
２、２ｄ、２ｅ スロット
２ａ、２ｂ 側方スロット
２ｃ 中央スロット
３ 端面
４ ベース
５ ケーシング
６ 端部
７ 凹入部
９ 渦電流ループ

Claims (11)

1. ロータ及びステータを有する回転式電気装置であって、ステータは、ケーシング（５）と、アーマチャ巻線（８）を収容する複数の凹入部（７）と、隣接する凹入部（７）を分離する突片（１）とを備え、前記各突片（１）は、この突片（１）をステータの前記ケーシング（５）に連結するベース（４）と、ロータと対向する端面（３）とを備え、少なくとも１つの突片（１）の端面（３）に、凹入部（７）を区切る突片（１）の両端にある縁間の中央に、所定の角度で形成された少なくとも１つの空洞部を設け、この空洞部により、電流路が長くなって、渦電流損失が低減するようになっており、かつ
   前記空洞部は、端面（３）からベース（４）までの突片（１）の高さの半分に対応する最大値以下の深さで、径方向に延びる少なくとも１つの孔を備えていることを特徴とする装置。
2. 空洞部における前記最大値は、突片（１）の高さの２５％〜３０％である、請求項１記載の装置。
3. 空洞部における前記最大値は、突片（１）の高さのほぼ１／３である、請求項２記載の装置。
4. ステータの全ての突片（１）は、少なくとも１つの空洞部を備えている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
5. 端面（３）における空洞部の幅は、端面（３）の幅の１％〜５０％であり、空洞部及び端面（３）の幅は、装置の回転軸及び径方向と直交する円周方向におけるものである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
6. 前記空洞部は、突片（１）の端面（３）に開口するスロット（２）であり、装置の回転軸と直交する面において、スロット（２）の底部（１０）の断面は、丸みを帯びている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. スロット（２）は、突片（１）のベース（４）から端面（３）へ向かって広がるおおむね台形状となっており、装置の回転軸と直交する面において、スロット（２）の断面は、少なくとも１８０°の円弧をなしている、請求項６記載の装置。
8. 少なくとも１つの突片（１）は、端面（３）に複数のスロット（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）を有し、そのうちの少なくとも１つのスロットの深さは、前記最大値よりも小である、請求項６または７記載の装置。
9. 突片（１）における少なくとも１つのスロットは、他のスロットとは異なる深さを有している、請求項８記載の装置。
10. 前記他のスロットの深さは、前記最大値よりも大である、請求項９記載の装置。
11. 少なくとも１つの突片（１）は、装置の回転軸及び前記中央スロット（２ｃ）の径方向と直交する円周方向において、所定の深さである中央スロット（２ｃ）と、前記中央スロット（２ｃ）の両側に形成された２つの側方スロット（２ａ）（２ｂ）とを有している、請求項９または１０記載の装置。

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