JP2548882B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、車両用交流発電機に関
し、特に爪状磁極を界磁回転子とする車両用交流発電機
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、ランデル型爪状磁極を界磁回転子
とする車両用交流発電機では、発電機の出力を向上させ
る一つの手段として、爪状磁極側面対向部間及び爪状磁
極と界磁コイルとの間での漏洩磁束が多いことに着目
し、この部分に鉄粉等の磁性材料を含んだ接着剤を充填
し、漏洩磁束と反対方向に着磁することにより前記漏洩
磁束を減らし、発電機の出力を向上させる技術が、例え
ば特開昭５４−１１６６１０号にて提案されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、鉄粉等の導電物質が巻線近傍に付着することによ
る耐圧の著しい劣化の生じる欠点や、充分な固着力を得
るため大量の接着材を混合する必要があるため巻線電磁
石がフル励磁される際、これに対抗できる最低限の抗磁
特性も得がたいという欠点がある。 【０００４】また、前記接着剤混練磁性体により爪状磁
極間の漏洩磁束は幾分減殺されるものの、界磁コイルが
接着剤で覆われて熱がこもり、その励磁力が低下する度
合が大きく、結果としてほとんど出力向上が望めず、ま
た、永久磁石の起磁力もその熱により低下し、漏洩磁束
の減殺能力が低下するという問題がある。そこで、本発
明は、漏洩磁束を効果的に低減し、界磁コイル及び永久
磁石の両磁束を合成して大幅に出力を向上させると共
に、界磁コイルの熱のこもりをなくして冷却性を向上し
熱のこもりに起因する界磁コイルの励磁力及び永久磁石
の起磁力の低下を防止することを目的とするものであ
る。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の車両用交流発電機は、出力用コイルが巻回さ
れた電機子鉄心内周側に配置されると共に、ランデル型
爪状磁極及び該磁極内周側で該磁極に囲包されるように
回転軸の周囲に設けられた筒状部の外周に巻装配置され
た界磁コイルを有する回転子を備えた車両用交流発電機
において、界磁コイルに励磁電流を流し前記爪状磁極を
磁化する巻線界磁磁気回路と、隣接する前記爪状磁極間
に配置された異方性永久磁石により前記爪状磁極を前記
巻線界磁磁気回路と対向磁性方向に磁化する永久磁石磁
気回路とを備え、前記界磁コイルの励磁電流遮断時は前
記永久磁石よりの磁束の一部が前記爪上磁極を有する回
転子内の前記筒状部を経て循環すると共に、他の一部が
前記電機子鉄心へ向かうようにし、前記励磁電流通電時
は前記永久磁石よりの磁束のほとんどが前記巻線界磁磁
気回路の磁束と共に前記電機子鉄心へ向かい相加わりあ
うようにすると共に、前記永久磁石は前記爪状磁極の根
本部の径方向厚み以下の径方向厚みを有し、該永久磁石
とこの内周側に配設された前記界磁コイルとの間には、
前記永久磁石と前記界磁コイルとを所定の径方向の間隙
をもって隔離する通風用空間が形成されている構成を採
用している。また、前記永久磁石は前記爪状磁極間の部
分が棒状に形成されるとよい。 【０００６】 【作用】励磁電流を通電することにより界磁コイルの生
じる磁束と異方性永久磁石の方向性を持つ強い磁束とは
加わり合って電機子鉄心内の出力用コイルに鎖交する。
界磁コイルと永久磁石との間に形成された通風用空間
は、永久磁石の径方向厚みが爪状磁極の根本部の厚み以
下であるので大きく形成され、その結果、界磁コイルの
熱のこもりをなくし、界磁コイルの熱が永久磁石に伝達
することを抑制し、かつ界磁コイルの熱の放熱を良好に
する。特に、この通風用空間を通風する冷却風は、旋回
しつつ永久磁石を冷却し、遠心力によりその外周部ほど
風速が大きくなるので、界磁コイルから永久磁石への伝
熱の遮断のみならず、永久磁石が十分に冷却され、磁石
の特性低下もほとんどなくなる。また、爪状磁極間の部
分が棒状の永久磁石は通風用空間を妨げず、該空間の形
成が容易となる。 【０００７】 【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。本発明において、車両用交流発電機としての基本
構成は従来の発電機と同一であるので、以下本発明の特
徴とする構成について説明する。図１は本発明になる車
両用交流発電機の第１実施例の構成を示す爪状磁極部の
円周方向部分縦断面図、図２は図１図示の矢印Ａ方向か
ら見た上面模式図、図３は本発明になる車両用交流発電
機の回転子を示す部分縦断面側面図、図４は本発明にな
る車両用交流発電機の特徴を説明する特性図である。こ
れらの図において、爪状磁極１の両側面に略つば状突部
５を形成してあり、このつば状突部外径面は回転子外径
面と同一面となっており、このつば状突部５の内径側に
永久磁石係合部５´を有し、棒状の永久磁石３はこの係
合部５´と爪状磁極側面部４とに接着剤により係合固着
されている。永久磁石３は、回転子外径面より外径側に
張り出すことなく、また爪状磁極内径面１´よりも内径
側に張り出すことなく設けられており、軸方向に関して
も爪状磁極先端より張り出すことなく配設されている。
そして図３に示すように、永久磁石３の径方向の厚みＬ
_M は、爪状磁極１の根本部１１の径方向厚みＬ _P 以下で
あり、また、永久磁石３と界磁コイル２との間には、径
方向に所定の間隙を有する通風用空間９が設けられてお
り、永久磁石３を設けた際にこもりやすい熱の放散を積
極的に行ない、永久磁石３と界磁コイル２とを十分に冷
却している。なお、界磁コイル２は回転軸８の周囲に設
けられた筒状部１０の外周囲に巻装配置されている。ま
た、永久磁石３は回転軸に対し周方向に着磁容易軸、径
方向に着磁困難軸を有するような異方性を有し周方向に
磁気の強い方向性を持ち、図１に示す如く、各爪状磁極
に本来の巻線により発生する磁極性と同極性が表れるよ
う、交互にＮ，Ｓ極とされている。ここで、永久磁石３
の厚みＬ _M を爪状磁極１の根本部１１の厚みＬ _P 以下と
しているので、通風用空間９を大きく有効に形成でき、
しかも、永久磁石３は異方性磁石であるので、上記厚み
Ｌ _M を薄くしても必要な磁束を確保することができる。
さらに前述の永久磁石３が係合するつば状突部５及び永
久磁石３は、容易に製造できる程度の粗い寸法精度とな
っており、接着剤６で相互に接着、固定されている。ま
た、この永久磁石３の磁気力については、界磁コイル２
の励磁電流を零として、永久磁石励磁のみにした場合に
発電機最高回転数において最大出力を取出すとき、車両
常用負荷（車両運転中に発電機に接続されている負荷）
の需要値とほぼ等しく、かつこれを越えることがないよ
うにその励磁力を調整してある。 【０００８】界磁コイル２の励磁電流が零で、回転子の
励磁力が永久磁石３の励磁のみの場合には、永久磁石の
磁束の大半は爪状磁極１を短絡回路として回転子内部で
循環し、循環しきれないわずかな磁束が電機子鉄心に向
かい、これにより発電作用を及ぼす。このときの発電出
力電流特性は図４にて実線で示す通りであり、発電機使
用回転域での出力電流Ｉ_M により車両常用負荷Ｉ_L の大
半をまかなえるため、負荷が常用負荷のみの場合は励磁
電流はわずかでよい。また永久磁石のみによる発電機出
力が車両常用負荷需要値を越えることがないので、蓄電
池電圧も励磁電流制御で確立せられるところの所定値以
上に上昇することはないので、本実施例ては永久磁石に
よる残留磁束を弱める、可逆励磁可能な専用のレギュレ
ータが不要となる。なお、第４図の特性は出力電圧が１
３．５Ｖ一定の場合で、点線は界磁コイル２による磁束
と永久磁石３による磁束とが加わり合うことによる発電
機出力電流特性を示す。コイル励磁が加わると永久磁石
磁束は鉄心を循環しきれなくなり、回転子鉄心の磁束と
相加わって電機子に向かう。すなわち、永久磁石３と巻
線界磁コイル２の両方の磁束が相加わって発電に作用す
ると共に、永久磁石３及び界磁コイル２の冷却性も悪化
せず、大幅な出力アップ効果が認められる。例えば、図
１０は１００Ａクラスの車両用交流発電機の爪状磁極間
に異方性フェライト磁石を介在してテストした例であ
り、１５００ｒｐｍ付近で約２倍もの出力アップ効果が
認められた。 【０００９】次に本発明になる車両用交流発電機の他の
実施例について説明する。図５は本発明の他の実施例１
の構成を示す爪状磁極部の円周方向部分縦断面図で、永
久磁石３は爪状磁極側面間全部には配設されておらず、
配設されている永久磁石３は弾性を有する磁石で、所定
の締め代、変形量による反力によって爪状磁極側面間に
支持，固定されている。 【００１０】図６は本発明の他の実施例２の構成を示す
爪状磁極部の部分上面図で、各爪状磁極側面間に挾持固
定する永久磁石３の大きさを各側面間毎に異ならせたも
のである。上記他の実施例１及び２は永久磁石３の励磁
力の調整を配設する永久磁石３の数、設け方によって行
うようにしたものである。図７（ａ），（ｂ）は本発明
の他の実施例３の構成を示す部分断面図で、爪状磁極側
面間に配設する永久磁石３が連結部材３１により連がっ
て一体に形成されている。 【００１１】図８は本発明の他の実施例４の構成を示す
部分断面図で爪状磁極側面部を凹字状にしてつば状突部
５が形成されている。また、図９は本発明の他の実施例
５の構成を示す部分断面図で爪状磁極側面部４が実質的
につば状突部５を形成するようにθ＞０°なるテーパ状
に形成されており、異方性永久磁石３は符号７で示す円
弧状磁場成形異方性を有する如く形成されている。な
お、この異方性永久磁石３は樹脂にて形成されてもよ
く、その樹脂中の含有磁性材料は、例えば、希土類のよ
うな強く着磁できるものが望ましい。 【００１２】 【発明の効果】上述のように構成された本発明になる車
両用交流発電機においては、強い磁束を有する異方性永
久磁石を隣合う爪状磁極間に配置したことにより爪状磁
極間に生じる漏洩磁束を効果的に減少させ、かつ、巻線
コイルの磁束に永久磁石の磁束のほとんどが相加わりあ
うようにし、両磁束を合成して出力巻線に鎖交させるこ
とにより大幅に発電出力を向上させることができ、ま
た、永久磁石の厚みを爪状磁極の根本部の厚み以下とし
て十分な通風用空間を形成し、永久磁石が界磁コイルに
対して通風用空間を介して離間させて配置されているの
で、界磁コイルの熱のこもりをなくして界磁コイル及び
永久磁石の冷却性を向上でき、熱による界磁コイルの励
磁力及び永久磁石の起磁力の低下を防止でき、もって安
定した発電出力を得ることができるという優れた効果を
有する。 【００１３】また、永久磁石の爪状磁極間の部分を棒状
に形成することにより、通風用空間を妨げることなく、
該空間を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明になる車両用交流発電機の第１実施例の
構成を示す爪状磁極の円周方向部分縦断面図である。 【図２】第１図図示の矢印Ａ方向から見た上面模式図で
ある。 【図３】本発明になる車両用交流発電機の部分断面側面
図である。 【図４】本発明になる車両用交流発電機の特性を説明す
る特性図である。 【図５】本発明の他の実施例１の部分縦断面図である。 【図６】本発明の他の実施例２の要部上面図である。 【図７】本発明の他の実施例３を示し、（ａ）は要部縦
断面図，（ｂ）は断面側面図である。 【図８】本発明の他の実施例４の要部縦断面図である。 【図９】本発明の他の実施例５の要部縦断面図である。 【図１０】本発明になる車両用交流発電機の発電特性の
一例を示す特性図である。 【符号の説明】 １ 爪状磁極 ２ 界磁コイル ３ 永久磁石９ 通風用空間 １０ 筒状部 ３１ 連結部材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−17298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−46650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−89110（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−28801（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 （１）出力コイルが巻回された電機子鉄心内周側に配置
   されると共に、ランデル型爪状磁極及び該磁極内周側で
   該磁極に囲包されるように回転軸の周囲に設けられた筒
   状部の外周囲に巻装配置された界磁コイルを有する回転
   子を備えた車両用交流発電機において、 前記界磁コイルに励磁電流を流し前記爪状磁極を磁化す
   る巻線界磁磁気回路と、 隣接する前記爪状磁極間に配置された異方性永久磁石に
   より前記爪状磁極を前記巻線界磁磁気回路と対向極性方
   向に磁化する永久磁石磁気回路とを備え、 前記界磁コイルの励磁電流遮断時は前記永久磁石よりの
   磁束の一部が前記爪状磁極を有する回転子内の前記筒状
   部を経て循環すると共に、他の一部が前記電機子鉄心に
   向かうようにし、前記励磁電流通電時は前記永久磁石よ
   りの磁束のほとんどが前記巻線界磁磁気回路の磁束と共
   に前記電機子鉄心へ向かい相加わりあうようにすると共
   に、 前記永久磁石は前記爪状磁極の根本部の径方向厚み以下
   の径方向厚みを有し、 該永久磁石 とこの内周側に配設された前記界磁コイルと
   の間には、前記永久磁石の内周面と前記界磁コイルの外
   周面とを所定の径方向の間隙をもって隔離する通風用空
   間が形成されている、車両用交流発電機。 （２）前記永久磁石は前記爪状磁極間の部分が棒状に形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の車両用交流発電機。