JP4123253B2

JP4123253B2 - ブラシレスオルタネータ

Info

Publication number: JP4123253B2
Application number: JP2005214154A
Authority: JP
Inventors: 元一黒田; 恭子東野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: US7514837B2; US20070018531A1; JP2007037233A

Description

この発明は、ブラシレスオルタネータに関し、特にボビン装置を構成するプレートの形状と、該プレート及び継鉄部の接合構造に関するものである。

従来のブラシレスオルタネータは、界磁コイルのボビン装置を有し、前記ボビン装置を構成する継鉄部に設けられた段差部にプレートの円筒部の一端が密接するように嵌合されるものであった。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−８０４４０号公報（第７頁、図２）

特許文献１に示されるブラシレスオルタネータでは、前記段差部の径方向凹み寸法が前記プレートの円筒部の径方向厚さ寸法より僅かに大きいことが示されるだけであり、この部位において磁束の流れが悪く磁気回路の効率を向上させることができなかった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、最適化された磁気回路を構成することにより出力電流が向上したブラシレスオルタネータを提供することを目的とする。

この発明に係るブラシレスオルタネータにおいては、シャフトを回転自在に支持するブラケットの内壁に固定され、回転子と径方向微小空隙０．２５ミリメートルを介して対向するリング形状を成す継鉄部と、この継鉄部の軸方向端部の内周の側面に設けられた段差部と、この段差部に固着され磁性体で構成された円筒部を有するプレートと、界磁コイルを巻回するために前記プレートの円筒部径方向外側を囲繞するように配設されたボビンと、前記回転子の外側に空隙を保持して設けられ前記界磁コイルにより発生した磁束が伝播する固定子とを備え、
継鉄部の内周面に設けられた段差部に固着される前記プレートの円筒部の径方向厚さ寸法は、前記円筒部における少なくとも前記継鉄部の段差部に固着される部分が1ミリメートルより大きく且つ２ミリメートル以下に形成されていると共に、前記継鉄部における前記回転子との径方向対向部の内径は前記プレートの円筒部の内径との差が０．４ミリメートル以上となるように小径に設定される。

磁束の流れ易さの改善を考慮してプレートの円筒部の径方向厚さ寸法を最適化したため、ブラシレスオルタネータの出力が向上する。更に、ブラシレスオルタネータに設けられた界磁コイルの温度上昇が抑制される。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスオルタネータが有する界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。図２は、前記ボビン装置に適用されるプレートの斜視図である。図３は、前記ボビン装置の要部拡大軸方向断面図である。図４は、プレートの径方向厚さ寸法を変化させた場合のブラシレスオルタネータの出力電流値を表したグラフである。図５は、前記ボビン装置の要部拡大軸方向断面図である。図１０は図１に示した界磁コイルのボビン装置を有するブラシレスオルタネータの軸方向断面図である。
まず、この発明の実施の形態1に係るブラシレスオルタネータの構造について述べる。
図１０において、回転子２はシャフト１７に設けられており、更にこの回転子２は磁束を伝える磁極鉄心３を有し、この磁極鉄心３は、第一磁極鉄心４及び第二磁極鉄心８から形成されている。該第一磁極鉄心４を構成する第一ボス部５は、軸心位置にシャフト１７を挿通するための挿通穴(図示せず)が設けられている。また前記ボス部５の一端から径方向外方にリング状の第一継鉄部６が延設され、更にこの継鉄部６の外周から軸方向他端側に第一爪状磁極部７が延設されている。尚、シャフト１７は第一磁極鉄心４の軸心に設けられている挿通穴（図示せず）に圧入されており、相対回転不能に取り付けられている。

一方、第二磁極鉄心８を構成する第二ボス部９は、第一磁極鉄心４と同様に軸心位置にシャフト１７を挿通するための挿通穴(図示せず)が設けられている。この第二ボス部９と径方向外側に微小空隙を介して、第二ブラケット２１に固着されており尚且つリング形状を成す第二継鉄部１０が配設されている。尚、前記第二継鉄部１０の軸方向端部にプレート３１及びボビン３２を介して界磁コイル１３が固定されている。更に、前記第二継鉄部１０の径方向外側に微小空隙を介して、第二爪状磁極部１１が配設されている。この第二爪状磁極部１１は、第一爪状磁極部７の径方向内周側に配設され非磁性体で作成されているリング１２を介して第一爪状磁極部７に固着され、第一爪磁極部７と噛み合うように配設されている。
尚、シャフト１７は第二磁極鉄心８の軸心に設けられている挿通穴（図示せず）に圧入され相対回転不能に取り付けられており、前記第二ボス部９の軸方向端面を第一ボス部５の軸方向他端面に突き合わせた状態で、相対回転不能に取り付けられている。

更に固定子１４は、固定子巻線１６が巻回された固定子鉄心１５を有し、回転子２の外周を囲繞するように配設されている。
第一ブラケット２０は第二ブラケット２１とともに、固定子鉄心１５の軸方向両端の肩部を挟んで通しボルト２３により、固定子鉄心１５を挟持している。そして、第一ブラケット２０が第一軸受１８を介してシャフト１７の一端側を回転自在に支持し、第二ブラケット２１が第二軸受１９を介してシャフト１７の他端側を回転自在に支持している。これにより、回転子２が、第一ブラケット２０及び第二ブラケット２１内に回転自在に配設されている。更に、プーリ２４は第一ブラケット２０から外部に延出するシャフト１７の一端に固着されており、エンジン（図示せず）により駆動されるようになっている。

このように構成されたブラシレスオルタネータ１では、電流がバッテリ（図示せず）から界磁コイル１３に供給されることにより、界磁コイル１３の周りに磁束Φが発生する。この磁束Φは、第二継鉄部１０から径方向内側に保持された微小空隙を通って第二ボス部９に伝わり、続いて該第二ボス部９に端面が突き合わされている第１ボス部５から第一継鉄部６及び第一爪状磁極部７を通って、回転子２の径方向外側に配設されている固定子１４を横切り、続いて磁束Φは第二爪状磁極部１１及びその径方向内側の微小空隙を通って最後に第二継鉄部１０に戻るという経路を流れる。このため、第一爪状磁極部７がＮ極に着磁され、第二爪状磁極部１１がＳ極に着磁される。

一方、プーリ２４がエンジンによって駆動されて該プーリ２４に直結するシャフト１７が回転し、それにより回転子２が回転する。その回転により、前記界磁コイル１３によって作られた磁界も回転し、その回転磁界を成す磁束Φは前述した経路を通って固定子鉄心１５に与えられ、交流起電力が固定子巻線１６に発生する。この交流の起電力によって固定子巻線１６に発生した交流の電流が整流器２２によって直流に整流され、バッテリ（図示せず）が充電される。
この時、界磁コイル１３は第二ブラケット２１に固着された第二継鉄部１０に装着されているので回転せず、第一ボス部５、第一継鉄部６及び第一爪状磁極部７が一体に形成された第一磁極鉄心４と、第二磁極鉄心８の第二ボス部９及び第二爪状磁極部１１とが回転することになる。

図１に示すように、ボビン装置３０は、第二ブラケット２１に固着される第二継鉄部１０と、スポット溶接で第二継鉄部１０に固着されたプレート３１と、第二継鉄部１０とプレート３１とにより構成された空間内に配設され界磁コイル１３が巻回されるボビン３２とから構成されている。尚、第二継鉄部１０は、断面矩形で尚且つリング状に形成されており、この第二継鉄部１０に前記プレート３１の円筒部３１０を強度良く固着するために、段差部１００が第二継鉄部１０の内周面を一端から軸方向長さｐにわたって大径化して環状に形成されている。

図２に示すように、プレート３１は、軟鋼板をプレス成形して作製され、円筒状の円筒部３１０と、円筒部３１０の軸方向一端から径方向外方へ円盤状の鍔部３１１が設けられている。また、ボビン３２は、ナイロン樹脂によって形成されており、前記円筒部３１の径方向外方に嵌合するための筒状の筒部３２０を有し、更に該筒部３２０の両端から径方向外方へ円盤状の第一延設部３２１及び第二延設部３２２が設けられている。

以下、前記ボビン装置３０を構成する各部材の寸法関係について説明する。
プレート３１の円筒部３１０の外径は、第二継鉄部１０の段差部１００の内径にほぼ等しく、鍔部３１１の外径は、第二継鉄部１０の外径にほぼ等しい。また、ボビン３２の筒部３２０の内径は、プレート３１の円筒部３１０の外径にほぼ等しく、ボビン３２の軸方向長さは、プレート３１の円筒部３１０の軸方向長さから段差部１００の軸方向長さ（ｐ）を減じた長さにほぼ等しい。さらに、ボビン３２の第一延設部３２１及び第二延設部３２２の径方向長さは、プレート３１の鍔部３１１の径方向長さとほぼ等しい。

界磁コイル１３の周りに発生した磁束Φ１は、第二継鉄部１０の最内径面に保持された微小空隙を通って第二ボス部９に流れる第一磁束成分Φ１１と、第二継鉄部１０に固着されたプレート３１の円筒部３１０を流れた後、該プレート３１の円筒部３１０の最内径面に保持されている微小空隙を通って第二ボス部９に流れる第二磁束成分Φ１２とに分けられる。

図３に示すように、段差部１００の径方向凹み寸法ｑ１は、第二継鉄部１０の最内径面から段差部最外径面までの距離を表している。前記凹み寸法ｑ１と前記プレート３１の円筒部３１０の径方向厚さ寸法ｔ１との差となる該寸法差ｗが０．４ミリメートル以上になるように小径に形成されており、これによりスポット溶接でプレート３１を段差部１００に固着する際に溶接痕３１２が生じても、その溶接痕３１２は第二継鉄部１０の内周から径方向内方に突出せず、回転子２の回転動作に影響を及ぼさないという効果が得られる。
また、第二継鉄部１０の最内径面に保持された微小空隙ｇの巾は０．２５ミリメートルで形成されており第二磁束成分Φ１２が通る微小空隙の巾よりも短いため、第1磁束成分Φ１１を流れる磁束量は、Φ１２を流れる磁束量よりも多い。

続いて図４は、ブラシレスオルタネータの回転子２の回転数を低速（１５００回転／分）、中速（２５００回転／分）高速（５０００回転／分）とした場合において、前記プレートの円筒部径方向厚さ寸法ｔを１ミリメートルから２ミリメートルまで増加させた時の、ブラシレスオルタネータ１の出力電流ｉとの関係を表したグラフである。該グラフは、横軸には前記厚さ寸法ｔが、縦軸には前記出力電流値ｉが表されている。
まず、前記厚さ寸法ｔがｔ２（ｔ２は１．０ミリメートル以下である）の範囲内にある場合について説明する。尚、前記厚さ寸法ｔが1ミリメートルの時のボビン装置３０を、図５に示す。
この場合、該円筒部３１０において第二磁束成分Φ２２が軸方向に流れる部分Ｐ２の径方向断面積Ｓ２は非常に狭くなる。前記回転数に依ることなく前記断面積Ｓ２を通過する磁束のチョークが発生し、第二磁束成分Φ２２の磁束量が減少する。その結果、総磁束量Φ２（図示しない）が減るために、前記出力電流ｉの値も減少している。

続いて、前記厚さ寸法ｔがｔ１（ｔ１は１．０ミリメートルより厚く１.６ミリメートル以下である）の範囲内にある場合について説明する。尚、図３に前記厚さ寸法ｔが１．６ミリメートルの時のボビン装置３０を示す。
この場合、該円筒部３１０において第二磁束成分Φ１２が軸方向に流れる部分Ｐ１の径方向断面積Ｓ１が増加するため、該部分Ｐ１における磁束のチョークが防止される。従って第二磁束成分Φ１２の磁束量は増加し、それに応じて総磁束量Φ１も増加するため、前記出力電流ｉの値は増加している。更に、前記厚さ寸法ｔを厚くしたことにより、界磁コイル１３にて発生する熱は、前記プレート３１の円筒部３１０から第二継鉄部１０を介してブラケットに放散されるため、界磁コイル１３の熱の上昇を抑制可能となる。

続いて、該プレート３１の円筒部３１０の径方向厚さ寸法ｔがｔ３（ｔ３は１．６ミリメートルより厚く２ミリメートル以下である）の範囲内にある場合について説明する。尚、この場合のボビン装置３０の構成については図示しない。
この場合は、前記厚さ寸法ｔが増加したため、界磁コイル１３の内径が大となり、界磁コイルの構成するコイル長が増加する。従って、界磁コイルの抵抗値が増加し、その結果、界磁コイルを流れる界磁電流値が減少するため、前記出力電流ｉの値が減少する。
尚、前記回転数が低速の場合は、前記厚さ寸法ｔが増加したことにより磁束量が増加した場合の前記出力電流値と、界磁コイル１３の抵抗値が増えたことにより界磁電流値が減少した場合の前記出力電流値とが相殺しているため、前記厚さ寸法ｔが１．６ミリメートルの場合と２ミリメートルの場合の前記出力電流ｉの値に変化が見られない。

続いて、該プレート３１の円筒部３１０の径方向厚さ寸法ｔがｔ４（ｔ４は２ミリメートルより厚い）の範囲内にある場合について説明する。尚、この場合のボビン装置３０の構成については図示しない。
この場合は、前記厚さ寸法ｔが増加したため、界磁コイル１３の内径が更に大となり、界磁コイルを構成するコイル長が更に増加する。従って、界磁コイルの抵抗値が増加し、その結果、界磁コイルを流れる界磁電流値が減少するため、前記出力電流ｉの値が減少する。

図４に示すように、前記厚さ寸法ｔを１．０ミリメートルより厚く且つ２．０ミリメートル以下に形成されたボビン装置を適用することにより、ブラシレスオルタネータはその回転数が低速（１５００回転／分）の場合における前記出力電流ｉの値を改善することが可能となる。更に、前記厚さ寸法ｔを１．６ミリメートルにすることにより、前記回転数が低速だけでなく中速（２５００回転／分）又は高速（５０００回転／分）の場合においても前記出力電流ｉの値が向上したブラシレスオルタネータを提供することが可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態では、この発明によるブラシレスオルタネータの一例として、前記継鉄部と前記円筒部とを接着材で固着したブラシレスオルタネータについて述べる。
図６は、この発明の実施の形態２に係るブラシレスオルタネータ用界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。以下図中において実施の形態１と同一の部分には同一符号を付して説明は省略する。

図６に示すように、リング形状を成す第二継鉄部１０に設けられている段差部１００の径方向内周面に接着材を塗布し、前記プレート３１の円筒部３１０の一端を段差部１００に圧入することにより、第二継鉄部１０とプレート３１との固着が可能となる。また、前記凹み寸法ｑ５とプレートの円筒部３１０の径方向厚さ寸法ｔ５が等しくなり、界磁コイル１３の線路長が短縮され、界磁コイル抵抗値が減り界磁電流値が増加し、前記出力電流ｉの値が増加する。従って、出力性能を優先させたコンパクトなブラシレスオルタネータの構成が可能となる。

実施の形態３．
本実施の形態では、この発明によるブラシレスオルタネータの一例として、前記継鉄部と前記円筒部とを螺合して固着したブラシレスオルタネータについて述べる。
図７は、この発明の実施の形態３に係るブラシレスオルタネータ用界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。以下図中において実施の形態１又は実施の形態２と同一の部分には同一符号を付して説明は省略する。

図７に示すように、前記段差部１００の径方向内周面と前記プレート３１の円筒部３１０の径方向外周面にはネジが切られており、該段差部１００の径方向内周面に雌ネジ１０１が、該円筒部３１０の径方向外周面には雄ネジ３１３が形成されている。この部分を螺合することにより、第二継鉄部１０とプレート３１との固着が可能となる。これにより、実施の形態２と同じ効果を得ることが可能で尚且つ該段差部１００と該プレート３１とをより強固に固着可能となる。

更に、前記段差部１００の径方向内周面に接着材を塗布した後に該第二継鉄部１０と前記プレート３１をすることにより、固着強度を更に向上させた構成にすることも可能である。

実施の形態４．
本実施の形態では、この発明によるブラシレスオルタネータの一例として、前記の予めナイロン樹脂で構成したボビンを用いないブラシレスオルタネータについて述べる。
図８はこの発明の実施の形態４に係るブラシレスオルタネータに設けられたボビン装置周りの軸方向断面図である。以下図中において実施の形態１又は実施の形態３と同一の部分には同一符号を付して説明は省略する。
図８に示すように、エポキシ樹脂からなる絶縁材が前記プレート３１の円筒部３１０の径方向外側と前記第二継鉄部１０の端面及び前記プレート３１の鍔部３１１の他端面に塗布されている。こうすることで、該ブラシレスオルタネータの部品数を削減でき、ナイロン樹脂で構成されたボビンの熱劣化を抑制することが可能となる。更に、塗布された絶縁材の厚みを抑えることができ、前記界磁コイル１３で発生した熱の伝導性が向上し、且つ該界磁コイル１３を巻回するスペースを大きく取ることが可能となる。

実施の形態５．
本実施の形態では、この発明によるブラシレスオルタネータの一例として、前記プレートの円筒部の形状を変更したブラシレスオルタネータについて述べる。
図９はこの発明の実施の形態５に係るブラシレスオルタネータに設けられたボビン装置周りの軸方向断面図である。以下図中において実施の形態１乃至実施の形態４と同一の部分には同一符号を付して説明は省略する。
図９において、プレート３1は、磁束Φ４２のチョークが発生する部分Ｐ４、即ち該プレート３１の円筒部３１０において段差部１００に固着される部分のみを部分的に大径化して形成されており、このようなプレートを用いることにより、磁束Φ４２のチョークを回避して総磁束となる磁束Φ４の値を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスオルタネータが有する界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。図1に示すボビン装置に適用されるプレートの斜視図である。図1に示すボビン装置の要部拡大軸方向断面図である。この発明の実施の形態１におけるプレートの径方向厚さ寸法を変化させた場合のブラシレスオルタネータの出力電流値を表したグラフである。図1に示すボビン装置の要部拡大軸方向断面図である。この発明の実施の形態２に係るブラシレスオルタネータが有する界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。この発明の実施の形態３に係るブラシレスオルタネータが有する界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。この発明の実施の形態４に係るブラシレスオルタネータが有する界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。この発明の実施の形態５に係るブラシレスオルタネータが有する界磁コイルのボビン装置の軸方向断面図である。図１に示した界磁コイルのボビン装置を有するブラシレスオルタネータの軸方向断面図である。

符号の説明

５第一ボス部、６第一継鉄部、７第一爪状磁極部、９第二ボス部、１０第二継鉄部、１１第二爪状磁極部、１２リング、１３界磁コイル、１５固定子鉄心、１６固定子巻線、１７シャフト、２１第二ブラケット、３０ボビン装置、３１プレート、３２ボビン、１００段差部、３１０円筒部、３１１鍔部、３２０筒部、３２１第一延設部、３２２第二延設部。

Claims

シャフトに設けられた回転子と、前記シャフトを回転自在に支持するブラケットの内壁に固定され、前記回転子と径方向微小空隙０．２５ミリメートルを介して対向するリング形状を成す継鉄部と、
この継鉄部の軸方向端部の内周の側面に設けられた段差部と、この段差部に固着され磁性体で構成された円筒部を有するプレートと、
界磁コイルを巻回するために前記プレートの円筒部径方向外側を囲繞するように配設されたボビンと、
前記回転子の外側に空隙を保持して設けられ前記界磁コイルにより発生した磁束が伝播する固定子とを備え、
前記プレートの円筒部の径方向厚さ寸法は、前記円筒部における少なくとも前記継鉄部の段差部に固着される部分が１ミリメートルより大きく且つ２ミリメートル以下に形成されていると共に、前記継鉄部における前記回転子との径方向対向部の内径は前記プレートの円筒部の内径との差が０．４ミリメートル以上となるように小径に設定されていることを特徴とするブラシレスオルタネータ。
プレートは、前記円筒部の軸方向一端に鍔部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスオルタネータ。
ボビンは、筒状に形成された筒部を有し、該筒部の両端部には径方向へ延設部が設けられている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレスオルタネータ。
プレートは、スポット溶接で前記段差部に固着される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のブラシレスオルタネータ。
プレートは、接着材で前記継鉄部に固着される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のブラシレスオルタネータ。
プレートは、前記継鉄部に螺合され固着される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のブラシレスオルタネータ。
絶縁材が、前記プレートの円筒部の径方向外側と前記継鉄部の軸方向端面及び前記プレートの鍔部の他端面に塗布されることによりボビンを構成してなる
ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか一に記載のブラシレスオルタネータ。
プレートの円筒部の径方向厚さ寸法は、１．６ミリメートルに形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載のブラシレスオルタネータ。