JP2017534238A - 回転電気機械用のロータ - Google Patents

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Abstract

本発明は、中央シャフトと、シャフトに対して同軸である環状コアと、コアの周囲に径方向に延在する巻線と、コア及び巻線の各側に軸方向に配設された第1ポールホイール及び第2ポールホイールと、を備えた、回転電気機械用のロータに関する。ロータにおいて、各ポールホイールは、底部がポールホイールに接しているとともに、aとして示される第1側部とbとして示される第2側部とを備えた三角形状の複数の歯を備え、1−(a/b)の比率は0乃至0.5、又は0乃至−0.5であり、ポールホイールのうちの一方の歯の頂部が、他方のポールホイールの歯の頂部に隣接する底部の端部との間において等距離にある、ことが特徴とされている。

Description

本発明は、特に自動車用の、オルタネータやオルタネータ・スタータ等の回転電気機械用のロータに関する。
本発明は、
‐中央シャフトと、
‐前記シャフトと同軸の環状コアと、
‐前記コアの周囲に径方向に延在する巻線と、
‐前記コアと前記巻線の両側に軸方向に配設された2つのマグネットホイールと、
を備えた、特に自動車用の、オルタネータやオルタネータ・スタータ等の回転電気機械のロータに特に適用される。
文献US 2007/0024153号は、2つのマグネットホイールを有するロータについて記載している。各マグネットホイールは、複数の歯により構成されている。各歯の頂部はオフセットされているとともに、各歯の側部はわずかに湾曲している。歯の頂部のオフセット及び歯の側部の湾曲により、ロータにより生成される磁気ノイズが削減される。しかしながら、このような構成は、2つのマグネットホイール間の磁気ショートを回避しつつ磁気ノイズの総量を十分に削減するものではない。
本発明の目的は、このような不都合を排除し、且つ、磁気ショートを制限しつつ磁気ノイズの総量を削減可能なオルタネータ用のロータを提案することである。
本発明の目標はこのような不都合を排除することである。
この目的のために、第1の実施態様によれば、本発明は回転電気機械のロータに関し、このロータは、
‐中央シャフトと、
‐前記シャフトに対して同軸である環状コアと、
‐前記コアの周囲に径方向に延在する巻線と、
‐前記コア及び前記巻線の両側に軸方向に配設された第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールと、を備え、
各マグネットホイールは三角形状の複数の歯を備え、
‐前記複数の歯においては、底部が前記マグネットホイールに接しており、且つ、前記複数の歯は、aとして示される第1側部と、bとして示される第2側部とを備え、
‐1−a/bの比率は、0乃至0.5又は0乃至−0.5であり、
‐前記マグネットホイールのうちの一方の前記歯の頂部は、他方のマグネットホイールの前記歯の頂部に隣接する底部の端部との間において等距離にある。
このような構成により、磁気ショートを回避すべく、他方のマグネットホイールの近傍の歯に対する、一方のマグネットホイールの歯の頂部との間における十分な距離が維持されつつ、磁気ノイズが削減される。
2つのマグネットホイールが組み付けられると、一方のマグネットホイールの2つの隣接する底部の、他方のマグネットホイールの歯の頂部の周囲における距離が計測される。
一実施形態によれば、シャフトは駆動部を備え、前記駆動部の径方向平面に従う断面は非平滑であり、前記シャフトが前記第1マグネットホイール及び前記第2マグネットホイールと一体的に回転するように、前記駆動部は前記ロータの部品の固定のためのボアに軸方向に押し込まれる。
一実施形態によれば、比率は、0.1乃至0.3又は−0.1乃至−0.3である。他の実施形態によれば、比率は、0.1乃至0.5又は−0.1乃至−0.5であるか、0.3乃至0.5又は−0.3乃至−0.5であるか、0.4乃至0.5又は−0.4乃至−0.5のいずれかである。
一実施形態によれば、第1マグネットホイールの比率は0乃至−0.5、例えば、−0.1乃至−0.3であり、第2マグネットホイールの比率は0乃至−0.5、例えば、−0.1乃至−0.3である。
比率が0以外である場合、三角形の底部に対して垂直であるとともにその中央を通過する直線と、第1側部と第2側部とにより形成される角度の二等分線と、の間にオフセットが存在する。回転方向に対して、オフセットは先立つか遅れるかのいずれかである。
一実施形態によれば、第1マグネットホイールの比率は0乃至0.5、例えば0.1乃至0.3であり、第2マグネットホイールの比率は0乃至0.5、例えば0.1乃至0.3である。本実施形態において、第1マグネットホイールは回転方向に対して遅れるとともに、第2ホイールも回転方向に対して遅れる。
一実施形態によれば、第1マグネットホイールの比率は0乃至−0.5、例えば−0.1乃至−0.3であり、第2マグネットホイールの比率は0乃至0.5、例えば0.1乃至0.3である。本実施形態において、第1マグネットホイールは回転方向に対して先立ち、第2ホイールも回転方向に対して遅れる。
一実施形態によれば、第1マグネットホイールの比率は0乃至0.5、例えば0.1乃至0.3であり、第2マグネットホイールの比率は0乃至−0.5、例えば−0.1乃至−0.3である。本実施形態において、第1マグネットホイールは回転方向に対して遅れ、第2ホイールも回転方向に対して先立つ。
一実施形態によれば、第1マグネットホイールの歯の底部の端部と、第2マグネットホイールの歯の底部の近位端部との間の距離は、第1マグネットホイールの歯の底部又は第2マグネットホイールの歯の底部の幅の半分より大きい。
したがって、このような距離により、第1マグネットホイールと第2マグネットホイールとの間にショートが起こることが回避される。
一実施形態によれば、2つのマグネットホイールが組み付けられると、マグネットホイールそれぞれの歯の頂部は、他方のマグネットホイールの歯の頂部に隣接する底部の端部との間において等距離にある。
したがって、第1マグネットホイールと第2マグネットホイールは、同一の構成を有している。
一実施形態によれば、第1側部又は第2側部は、丸みを帯びた縁部を備えている。
したがって、丸みを帯びた縁部は、2つのマグネットホイールの2つの歯と歯の衝突を防ぐとともに、磁気ノイズの総量を削減する。
一実施形態によれば、ロータは更にマグネットを備え、前記マグネットは、第1及び第2マグネットホイールそれぞれに属する2つの隣接した歯と歯の間に配設されている。
また、上記とは別個に又は上記と組み合わせて、本発明は、
‐中央シャフトと、
‐前記シャフトに対して同軸である環状コアと、
‐前記コアの周囲に径方向に延在する巻線と、
‐前記コア及び前記巻線の両側に軸方向に配設された第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールと、
を備えた回転電気機械のロータであって、
各マグネットホイールは、三角形状の複数の歯を備え、前記複数の歯においては、底部が前記マグネットホイールに接しており、且つ、前記複数の歯は、第1側部と第2側部とを備え、前記第1マグネットホイールの各第1側部は、前記第2マグネットホイールの第2側部に、歯間空間において対向しており、
前記第1又は第2マグネットホイールのうちの一方の歯は、aとして示される前記第1側部の長さが、bとして示される前記第2側部の長さより厳密に長くなっており、
前記第1又は第2マグネットホイールのうちの他方の歯は、a’として示される前記第1側部の長さが、b’として示される前記第2側部の長さより厳密に短くなっている、ロータに関する。
一実施形態によれば、前記第1マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a/b)に等しいR1として示される比率を有しており、前記第2マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a’/b’)に等しいR2として示される比率を有しており、R1は絶対値としてR2に等しい。
このような構成により、爪と爪の間において一定の幅を有することが可能となる。
一実施形態において、前記比率R1及びR2は0以外であるようになっており、各比率は0.8に等しいかこれより小さく、特に0.5に等しいかこれより小さい。
一実施形態によれば、ロータは更にマグネットを備え、前記マグネットは、前記第1及び第2マグネットホイールそれぞれに属する2つの隣接した歯と歯の間に配設されている。
一実施形態によれば、特に略平行六面体形状を有する前記マグネットは、平行な縁部を有している。
また、上記とは別個に又は上記と組み合わせて、本発明は、
‐中央シャフトと、
‐前記シャフトに対して同軸である環状コアと、
‐前記コアの周囲に径方向に延在する巻線と、
‐前記コア及び前記巻線の両側に軸方向に配設された第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールと、
を備えた回転電気機械のロータであって、
各マグネットホイールは、三角形状の複数の歯を備え、複数の歯においては、底部が各マグネットホイールに接しており、且つ、複数の歯は、aとして示される第1側部とbとして示される第2側部とを備え、
前記第1マグネットホイールの前記複数の歯は、前記第1側部と前記第2側部との間に長さにおける差が存在するようになっており、
前記第1及び第2マグネットホイールは、前記ロータの回転方向に対して遅れる、ロータに関する。
一実施形態によれば、前記第1マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a/b)に示される等しいR1として比率を有しており、前記第2マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a’/b’)に等しいR2として示される比率を有しており、R1はR2に等しい。
一実施形態によれば、前記比率R1及びR2は0以外であるようになっており、各比率は0.8に等しいかこれより小さく、特に0.5に等しいかこれより小さい。
一実施形態によれば、ロータは更にマグネットを備え、前記マグネットは、前記第1及び第2マグネットホイールそれぞれに属する2つの隣接した歯と歯の間に配設されている。
また、上記とは別個に又は上記と組み合わせて、本発明は、
‐中央シャフトと、
‐前記シャフトに対して同軸である環状コアと、
‐前記コアの周囲に径方向に延在する巻線と、
‐前記コア及び前記巻線の両側に軸方向に配設された第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールと、
を備えた回転電気機械のロータであって、
各マグネットホイールは、三角形状の複数の歯を備え、複数の歯においては、底部が各マグネットホイールに接しており、且つ、複数の歯は、aとして示される第1側部とbとして示される第2側部とを備え、
前記第1マグネットホイールの前記複数の歯は、前記第1側部と前記第2側部との間に長さにおける差が存在するようになっており、
前記第1及び第2マグネットホイールは、前記ロータの回転方向に対して先立つ、ロータに関する。
一実施形態によれば、前記第1マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a/b)に等しいR1として示される比率を有しており、前記第2マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a’/b’)に等しいR2として示される比率を有しており、R1はR2と異なっている。
変形例として、R1はR2に等しい。
一実施形態において、前記比率R1及びR2は、−0.8乃至−0.26、特に−0.5乃至−0.26であるようになっている。
一実施形態によれば、ロータは更にマグネットを備え、前記マグネットは、前記第1及び第2マグネットホイールそれぞれに属する2つの隣接した歯と歯の間に配設されている。
最後に、本発明は、上述のロータを備えた回転電気機械に関する。
本発明の他の利点、目的及び特徴は、添付図面を参照しつつ以下の説明から明らかになるであろう。以下の説明は、本発明の説明のために提供され何らこれを制限するものではない。
本発明の主題であるロータの第1の特定実施形態による第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールの歯の概略図であって、ロータを横方向からみたときの図。 本発明の主題であるロータの第2の特定実施形態による第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールの歯の概略図であって、ロータを横方向からみたときの図。 本発明の主題であるロータの第3の特定実施形態による第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールの歯の概略図であって、ロータを横方向からみたときの図。 本発明の主題であるロータの第4の特定実施形態による第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールの歯の概略図であって、ロータを横方向からみたときの図。 2つのロータのノイズの測定グラフ図。 対称的な歯と非対称的な歯の概略図。 一方のマグネットホイールの歯の、他方のマグネットホイールの2つの歯に対する埋設状態の概略図。 2つのマグネットホイールの2つの歯の埋設状態と、2つのマグネットホイールが組み付けられたときに有する最小のオフセットを示す図。 本発明の主題であるロータの第5の特定実施形態による第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールの歯の概略図であって、ロータを横方向からみたときの図。 本発明の主題であるロータの第6の特定実施形態による第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールの歯の概略図であって、ロータを横方向からみたときの図。
図1は第1実施形態を示す。より具体的には、本図は、第1マグネットホイールの爪とも呼ばれる歯と、第2マグネットホイールの歯とを示している。歯は、底部と第1側部と第2側部とからなる三角形状を有している。三角形の頂部は、第1側部及び第2側部により形成されている。
ロータは、2つのマグネットホイールを有し、これらのマグネットホイールは、組み付けられると、歯が対面状態で整合して互いに隣接するようになっている。第1マグネットホイールの歯の頂部と、第2マグネットホイールの隣接する底部との間の距離がxで示されている。第1マグネットホイールの底部と、第2マグネットホイールの隣接する頂部との間の距離がyで示されている。本図において、歯の頂部は、歯の三角形の第1側部の端部のうちの一方に対応している。
c及びc’として示される歯の底部は、マグネットホイール(図示せず)に接している。直線D1は、底部cに対して垂直であるとともにこの底部cの中央を通過している。同様に、直線D1’は底部c’に対して垂直であるとともにこの底部c’の中央を通過している。
歯の三角形状は、歯の頂部を通過する直線D2と直線D1との間にオフセットが存在することを示している。同様に、本図には、歯の頂部を通過する直線D2’と直線D1’との間のオフセットを示している。直線D2及びD2’は、直線D1及びD1’に対してそれぞれ平行である。
オフセットは、歯の第1側部aとこの歯の第2側部bとの間の長さにおける差に由来している。実際に、第1側部a、a’は、第2側部b、b’より大きい。1−a/b(又は1−a’/b’)の比率は、所望とされる歯の形状に応じて可変である。この比率は、0乃至‐0.5又は0乃至0.5、或いはこの範囲に含まれる他のいずれの値にも変化し得る。
例えば、a=19.58mmであり、b=13.58mmである。比率は、1−19.58/13.85=‐0.41である。
第1側部a、a’は、丸みを帯びた縁部を備えている。第2側部b、b’は、リッジにより構成された縁部である。
矢印Fは、ロータの回転方向を示している。
直線D1に対する直線D2のオフセットは、矢印Fの方向上にある。
図2は第2実施形態を示す。本図は、直線D1に対する直線D2のオフセットを示している。このオフセットは、矢印Fの方向とは逆の方向にある。本図は、第1側部a、a’が第2側部b、b’より小さいことを除いて、図1と同一の特徴を有している。
図3は第3実施形態を示す。本図において、第1マグネットホイールの歯は、第2側部bと同一の第1側部aにより構成されている。第1マグネットホイールの歯の直線D1及びD2は一体となっている。
第2マグネットホイールの歯は、第2側部b’より大きい第1側部a’を有している。この差により、直線D2’とD1’との間のオフセットが生じる。直線D2’は、矢印Fの方向に対して直線D1’の前方にある。
図4は第4実施形態を示す。本図において、第2マグネットホイールの歯は、第2側部bと同一の第1側部aにより構成されている。第2マグネットホイールの直線D1’及びD2’は一体となっている。
第1マグネットホイールの歯は、第2側部bより大きい第1側部aを有している。この差により、直線D1とD2との間のオフセットが生じる。直線D2は、矢印Fの方向に対して直線D1の後方にある。
図5は、磁気ノイズの総量の測定グラフ図である。グラフのY軸はデシベルを示し、X軸は毎分回転数を示している。測定は、半無響チャンバ(semi-anechoic chamber)において実施される。
デッドルームとも呼ばれる半無響チャンバは、床を除く全ての壁面が二面角体で被覆された実験室である。これらの二面角体は音波を吸収し、且つ(壁部における反響のない)自由野状態を再現するため、測定を妨げ得るエコーが生じることがない。このような二面角体は、一般的に、音波を吸収する多孔性材料(ポリマー気泡体、ガラスファイバー)により構成されている。
このようなチャンバは、オルタネータの音響出力を計算するために使用される。
測定を実施するために、更なる要素、すなわち、
‐オルタネータを固定する構造体と、
‐オルタネータの周囲から1mの円弧に配置された20個のマイクロホンと、
‐電気モータと、
‐タコメータと、
‐オートマトンと、
‐バッテリと、
‐電子電荷と、
‐信号発生器と、
‐測定ソフトウエア:LMS(Louvain Measurement System(登録商標))と、
が必要である。
チャンバ内で計算されるパワーは、オルタネータの全周に配設された20個のマイクロホンによって測定された(Paにおける)音圧に基づくソフトウェアによって実施される計算の結果である。このような圧力測定は、マイクロホンの異なる位置に対する装置の回転数に応じて実施される(例えば、マイクロホンの位置は、規格NF EN ISO 3745から導き出される)。
計算は、以下の式により実施される(近似は規格により定義される):
Figure 2017534238
ここで、
Figure 2017534238
本図は、
‐複数のマグネットホイールを有するオルタネータであって、その各歯が第2側部と同一の第1側部により構成されているオルタネータと、
‐複数のマグネットホイールを有するオルタネータであって、マグネットホイールのうちの一方は、第2側部bより第1側部aが大きい歯を有しているオルタネータと、
の2つの測定の比較を示している。
グラフは、2つのオルタネータのデシベル(dB)における差がおよそ12dBあることを示している。本発明の主題に相当するオルタネータの構成は最適化されており、磁気ノイズの総量のおよそ10%を削減することが可能である。
図6は、どのように比率の計算をするかを示している。2つの歯が示され、一方は対称であり一方は非対称である。対称的な歯から非対称な歯へと、2.15°の変化がある。対称的な歯の角度αは60°であり、非対称的な歯のそれは57.85°である。角度βは同一であり、すなわち60°である。対称的な歯における角度γは60°であり、非対称的な歯におけるそれは62.15°である。
比率の計算:
Figure 2017534238
比率:
Figure 2017534238
比率の計算は図5における計算に対応し、ここで、オルタネータは、各第1側部aが第2側部bより大きい歯を有するマグネットホイールを備えている。
図7は、磁気ショートの回避に貢献する本発明の別の態様を示している。
一実施形態によれば、マグネットホイールの歯の頂部は、当該歯の頂部の両側に配置された2つの歯の近位底部から等距離にある。2xとして示された長さは、このマグネットホイールの2つの隣接する歯の底部の2つの近位端部の間の距離に相当する。
図8は、2つのマグネットホイールが組み付けられたときの埋設状態におけるオフセットを示している。第1マグネットホイールの歯の底部cの端部と第2マグネットホイールの歯の底部c’の近位端部との間の、εとして示される距離は、第1マグネットホイールの歯の底部c又は第2マグネットホイールの歯の底部c’の幅の半分より大きい。この特徴により、第1マグネットホイールと第2マグネットホイールとの磁気ショートが回避される。
図9は、第5実施形態を示す。本図において、第2マグネットホイールの歯は、第2側部b’より小さい第1側部a’を有している。この差により、直線D2’とD1’との間のオフセットが生じる。直線D2’は、矢印Fで示される回転方向に対して直線D1’の前方にある。
第1マグネットホイールの歯は、第2側部bよりも大きい第1側部aを有している。この差により、直線D1とD2との間のオフセットが生じる。直線D2は、矢印Fの方向に対して直線D1の後方にある。
したがって、本実施形態において、第1マグネットホイールは回転方向に対して遅れ、第2ホイールは回転方向に対して先立つ。図示例において、2つのマグネットホイールのオフセット値は、絶対値として同じである。換言すれば、2つのマグネットホイールは絶対値として同じ比率を有している。これにより、距離x及びyが等しいという効果が得られる。これにより、平行六面体形状を有するマグネットを爪と爪の間に挿入することができる。
図10は、第5実施形態と同一であるが、第1マグネットホイールが回転方向に対して先立ち第2マグネットホイールが回転方向に対して遅れるという点でのみ異なる第6実施形態を示している。実際に、第2マグネットホイールは第2側部b’より大きい第1側部a’を有し、第1マグネットホイールは第2側部bより小さい第1側部aを有している。
図9及び10の実施形態は、マグネットホイールのうちの一方が回転方向に対して先立つ歯を有しているとともに、マグネットホイールのうちの他方が回転方向に対して遅れる歯を有しているという点において共通している。各マグネットホイールのオフセットが絶対値として同じ値を有している場合、マグネットホイールとマグネットホイールの間に一定幅(x、y)の空間が存在することとなる。
a、a’ 歯の第1側部
b、b’ 歯の第2側部
c、c’ 歯の底部

α 歯の第1側部と底部との間に形成される角度
β 第1側部と第2側部との間に形成される角度
γ 歯の第2側部と底部との間に形成される角度

F ロータの回転方向

X 一方のマグネットホイールの底部の端部と、他方のマグネットホイールの最も近接した第1側部の端部との間の距離

Y 一方のマグネットホイールの端部と、他方のマグネットホイールの最も近接した底部の端部との間の距離

D1、D1’ 底部に垂直であってこの中央を通過する直線
D2、D2’ 第1側部と第2側部とにより形成される角度の二等分線

Claims (9)

  1. 回転電気機械のロータ(10)であって、
    ‐中央シャフトと、
    ‐前記シャフトに対して同軸である環状コアと、
    ‐前記コアの周囲に径方向に延在する巻線と、
    ‐前記コア及び前記巻線の両側に軸方向に配設された第1マグネットホイール及び第2マグネットホイールと、を備え、
    各マグネットホイールは、三角形状の複数の歯を備え、
    前記複数の歯においては、底部(c、c’)が前記マグネットホイールに接しており、
    前記複数の歯は、第1側部(a、a’)と第2側部(b、b’)とを備え、
    前記第1マグネットホイールの各第1側部(a、a’)は、前記第2マグネットホイールの第2側部(b、b’)に、歯間空間において対向しており、
    前記第1又は第2マグネットホイールのうちの一方の歯は、前記第1側部(a、a’)の長さが前記第2側部(b、b’)の長さより厳密に長くなるよう構成されており、
    前記第1又は第2マグネットホイールのうちの他方の歯は、前記第1側部(a、a’)の長さが前記第2側部(b、b’)の長さより厳密に短くなるよう構成されている、
    ことを特徴とするロータ。
  2. 前記第1マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a/b)に等しい比率R1を有しており、前記第2マグネットホイールの前記複数の歯は、1−(a’/b’)に等しい比率R2を有している、
    請求項1に記載のロータ。
  3. 絶対値として、R1はR2に等しく且つゼロ以外であり、前記比率は、0.8に等しいかこれより小さく、特に0.5に等しいかこれより小さい、
    請求項2に記載のロータ。
  4. 前記第1マグネットホイールの歯の前記底部の端部と前記第2マグネットホイールの歯の前記底部の近位端部との間の距離は、前記第1マグネットホイールの歯の底部又は前記第2マグネットホイールの歯の底部の幅の半分より大きい、
    請求項1乃至3の一項に記載のロータ。
  5. 前記マグネットホイールの前記歯の前記第1側部(a、a’)又は前記第2側部(b、b’)は、丸みを帯びた縁部を備えている、
    請求項1乃至4の一項に記載のロータ。
  6. 前記シャフトは駆動部を備え、
    前記駆動部の径方向平面に従う断面は非平滑であり、
    前記駆動部は、前記シャフトが前記第1マグネットホイール及び前記第2マグネットホイールと一体的に回転するように、前記ロータの部品の固定のためのボアに軸方向に押し込まれる、
    請求項1乃至5の一項に記載のロータ。
  7. マグネット(1)を備え、
    前記マグネットは、前記第1及び第2マグネットホイールそれぞれに属する2つの隣接した歯の間に配設されている、
    請求項1乃至6の一項に記載のロータ。
  8. 前記マグネットは平行な縁部を有している、
    請求項7に記載のロータ。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のロータを備えた、例えばオルタネータである、自動車用の回転電気機械。
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