JPH03139149A - 車両用交流発電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両等に用いる交流発電機、特に回転子の磁
極表面の構造に関する。

（従来技術） 一般に２回転篭機は、固定子と回転子との間の空隙部に
おいて、電機子反作用によ５−て高調波磁界が生じるこ
とが知られている。また１回転角に対しては、スロット
リップルと言われる小磁束脈動が生ずる。この脈動は、
固定子と回転子との間の対向面間磁気抵抗が変化するこ
とに基づくものである。

これらの交番磁界は、積層板よりなる固定子には殆ど悪
影響を及ぼさないが、鋼塊よりなる回転子磁極に対して
はうず電流損失やヒステリシス損失をもたらす。

従来、かかるうず電流損失を低減する手段として１回転
子磁極や、その保持部材を積層板により構成することが
提案されている〔例えば、神鋼電機技報第１１９号、第
６８〜７０頁）。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、磁極を積層板とする上記従来技術におい
ては９部品点数が増大し、工程管理１組付工数が増加す
る。また、車両用交流発電機などにおいて用いる。いわ
ゆるランデル型磁極（第１図１第１実施例参照）におい
ては、その構造上から積層にすることが無理である。

本発明は、かかる問題点に鑑み、磁極におけるうず電／
Ａ損失を低減することができる車両用交流発電機を提供
しようとするものである。

〔課題の解決手段］ 本発明は、低炭素鋼製爪状磁極を有する。いわゆるラン
デル型回転子とこれに対面して配設した固定子とよりな
る車両用交流発電機において、上記回転子の磁極の表面
には表面うず電流の通路にあって妨げとなる凹凸表面を
設けてなり、かつ該凹凸表面における凸状面の面積は凹
凸表面の面積の２５％以上であることを特徴とする車両
用交流発電機にある。

本発明において、上記凹凸表面は、固定子に対面する磁
極表面に設ける。そして、凹凸表面においては、凹凸表
面の面積（Ｓ）に対する凸状面の面積（Ｔ）の面積比（
Ｒ）、即ちＲ＝Ｔ／Ｓが２５％以上であることが必要で
ある。２５％未満の場合には５回転子と固定子間の磁束
密度の好適域を外れてしまう。

また、ここに上記凹凸表面の面積（Ｓ）とは溝等により
凹凸表面を設けである部分の面積をいう、それ故、第８
図のごとく、中央付近に凹凸表面が設けていない部分は
算入しない。また、凸状面とは溝等の凹所の間に、固定
子側へ突出している部分の固定子との対向面である。

また、該凹凸表面は磁極表面の一部分に設けても良い。

かかる凹凸表面は、実施例に示すごとく溝、細孔等を形
成することにより設ける。

上記の溝は１回転子の回転方向に沿って、又はこれと直
角方向に、或いは両者の混合状態等で設ける。また５凹
凸表面の形成法としては、磁極鉄心材とは異なる第２の
部材を、金属微粒子の溶射などにより、磁極表面に凹凸
表面状に固着しても良い。また、超音波振動により磁性
金属粉を、衝撃圧着することもできる。

〔作　用〕

前記のごとく、交流発電機の回転子が回転すると３回転
子と固定子との間の空隙部での磁束の脈動によって、磁
極表面に平行にうず電流が生じる。

そして、このうず電流は、磁極材料の電気抵抗が大きい
程、小さくなる。

そして２本発明においては、磁極に前記面積比（Ｒ）を
有する凹凸表面を設けである。そのため凹凸表面によっ
てうず電流の流線が分断される。

それ故、該凹凸表面によって等価的に磁極表面の電気抵
抗が高くなる。その結果、うず電流損失が低下する。

〔効　果〕

したがって１本発明によれば、磁掘におけるうず電流損
失を低減することができる交流発電機を提供することが
できる。

［実施例〕 第１実施例 本発明の実施例にかかる交流発電機につき第１図〜第３
図により説明する。

本例の交流発電機は、第１図に示すごとく、コイルを巻
回した励磁巻線１２とその表面を包むように設けた磁極
１１とからなる回転子１と、該回転子ｌの外周に配設し
た固定子（図示略）とよりなる。また、上記磁極１１の
表面には凹凸表面としての溝２１が形成しである。

上記回転子１は、磁極１１の後方にファン１５を存する
。該磁極１１は１その幅が先端に向かって縮小する略台
形の爪状磁極である。

該磁極は、いわゆるランデル型多極爪状磁極であり、低
炭素鋼塊にて作製され、その表面は図示しない固定子鉄
心の内側面に対面している。上記固定子は、三相電機子
巻線を集中巻きした。板厚０．５〜１　ｕの積層板より
なる。また７固定子と磁極表面との間の空隙は、０．３
〜０．５ｍである。

上記溝２１は１回転方向に螺線状に形成しである。この
螺線状の溝２１は、第１図に示すごとく左右方向より交
互に入った各磁極１１に対してその回転方向に沿って１
本の螺線状となるよう設けである。

また、上記溝２１は、第２図に示すごとく、深さＡが約
０．５８価、溝ピッチＢが約０．９５１１１ｍ溝開口幅
Ｃが約０．５８＋ｍｎ、凸状面の幅りが０゜３７ｍｍで
ある。ここに１前記面積比Ｒは０．３７１０．９５＝３
９％で、また溝２１は３０〜６０度の開度を有するＶ形
である。

本例の交流発電機においては、固定子に対して回転子１
が回転すると１両者の間の空隙に存在する合成起磁力に
よる空隙磁束分布は、奇数次高調波磁束成分を有する歪
波となる。上記の空隙磁束分布は、磁極１１より固定子
鉄心に与えられる略正弦波起磁力分布と、これを受けて
固定子鉄心により回転子鉄心に与えられる略矩形状起磁
力分布とによって生ずる。

そして、上記奇数次高調波磁束は、前記磁ｐｉ１１の表
面に侵入するが、その際うず電流が発生するので、高調
波磁束は磁極表面近傍でうず電流用を生しせしめること
となる。

しかし、本例においては、磁極鉄心表面に凹凸表面とし
ての前記溝２１を設けているので、液溝２１が上記のご
とく表面に生ずるうず電流の流線を分断する。そのため
２磁極表面の等価電気抗が増大する。その結果、うず電
流損失が低減される。

上記うず電流低減効果について、第３図に、交流発電機
の回転数と発電効率との関係を示した。

同図より知られるご七＜、本例にかかる交流発電機（Ｘ
線）は、磁極に溝を有しない比較交流発電機（Ｙ線）に
比して１発電効率が優れていることが分る。

この点に関して、更に詳述すれば、同図は１２ボルト（
Ｖ）、１００アンペア（Ａ）クラスの車両用交流発電機
において、その人力パワーに対する出力パワーの比を、
効率として百分率で示したものである。同図より知られ
るごとく１例えば５０００ｒｐｍの回転においては、約
３．５％の効率アップを示している。

１００Ａクラス発電機の、この回転における出力パワー
は、１００　（Ａ）Ｘ１３．５　（Ｖ）＝１３５０Ｗで
あり１　この向上は約１５０Ｗの損失低減に相当する。

また、上記の効率向上効果のみならず２界磁巻線でのジ
ュール発熱損失が通常４０〜６０Ｗ程度であることを鑑
みると７　当該効果は無視できない１回転子の温度低減
効果をも生ずる。

第２実施例 上記第１実施例に示した交流発電機において更にその具
体例を説明する。

まず、うず電流損失低減効果を高めるためには溝２１は
その幅をできるだけ狭く、かつ多数設け。

しかも固定子と対面する全面に設けることが望ましい。

しかし２そこには加工上の制約が生じてくる。

かかる設計的な問題に対して１本例は磁極を下記のごと
く、設計しである。

即ち、第１には、爪状磁極の凸状面（第１図。

第２図）の面積を、飽和磁束密度に達しない面積に選ん
だ。つまり２通例回転子と固定子の間の空隙平均磁束密
度は５にガウス（Ｇａｕｓｓ）程度であり、磁極材軟鋼
の飽和磁束密度は２０にガウス程度である。

それ故５前記溝ピッ千Ｂに対する上記凸状面２０の幅Ｄ
（７）比（第２図参照）が、５／２０＝０゜２５以下に
なると、好適域を外れてしまう。そこで１本例では、溝
２１の溝ピッチＢが０．９５ｍｍ凸状面２０の幅りが０
．３７Ｍとし、前記面積比Ｒを０．３７１０．９５＝０
．３９となし、上記の境界０．２５よりも大きくしてい
る。

第２には、積層状態にある固定子鉄心の１枚の板厚みは
０．６ｍ＋ａとし、前記凸状面２０の幅りはこれよりも
小さい０．３７ｍｍとした。即ち、うず電流の発生は、
固定子鎖交磁束の主体である基本波成分の交番を妨げる
ため、固定子鉄心は板厚０゜６帥（通例０．５〜１．０
ｆｆ１１１）の仮を積層しである。本発明では、上記基
本波より周波数の高い高周波成分に対するうず電流を抑
制するものである。

それ故、原理上、上記のごとく１上記積層板の厚みに相
当する。上記凸状面２０の幅を小さくしたのである。

第３には、各磁極１１は、その平面形状が略台形で、そ
の断面は固定子鉄心側から遠ざかるにつれて、太くなる
形状を有する。そして、かかる断面形状とすることによ
り、凸状鉄心断面での起磁力損失を軽減する。これによ
り１固定子と磁極との空隙に大なる磁束を通ずるべき高
い磁位差を印加することができる。

第４には、溝２１の角度は、３０〜６０度にしたことに
ある。かかる角度とすることにより、溝加工が容易とな
り、製造コストも安い。その理由は、この角度とすると
、溝加工用の刃具強度に関する条件が最適となるため、
前記螺線状加工の切削バイトや、転造ローラの使用が容
易となるからである。

次に、第３実施例以下に、磁極の凹凸表面の構造につき
説明する。その他は３第１実施例と同様である。

第３実施例 本例は、第４図に示すごと＜、磁極１１の回転方向（矢
印）と直角方向に、第１実施例と同様のＶ状の溝２２を
設けたものである。

本例における前記面積比Ｒは、約４０％である。

第４実施例 本例は、第５図に示すごと＜、磁極１１の上面両側に回
転方向に沿った溝２１を、またその間の中央部分に第３
実施例と同様の溝２２を設けたものである。両溝２１，
２２とも、第１実施例と同様の■状溝である。

本例における前記面積比Ｒは１約４０％である。

第５実施例 本例は、第６Ａ図及び第６Ｂ図に示すごとく一旦Ｖ状の
溝２１を設け、その後この溝２１をつぶすものである。

即ち、第６Ａ図に示すごとく、まず第１実施例と同様に
、磁極１１の上面に溝２１を設ける。その後、先端平坦
面１１０を固定治具３１に当接固定し、サイジング治具
３２により、磁極１１の上面を押圧しながら、しごく。

これにより、溝２１がつぶされる。

その結果、第６Ｂ図に示すごとく２幅が極小となった線
状溝２１０が形成された。磁極１１が得られる。この線
状溝２１０は、外観状容易に目視できない程度に細くて
も良い。この線状溝２１０は、電磁現象として等価的に
電気抵抗となるもので２本発明における前記凹凸表面を
構成している。

本例における前記面積比Ｒは、約９０％である。

第６実施例 本例は、第７図に示すごとく、磁極１１の表面に多数の
凹状孔２５を穿設したものである。

上記凹状孔２５は９例えばレーザ光線を磁極１工上にス
ポット的に照射することにより形成できる。この凹状孔
２５は、直径約０．３ｍ、深さ約０．８ｍである。

上記凹状孔２５と、平面部分（非凹状孔部）との形成比
率は、前記のごとく、鉄の飽和磁束密度と、固定子と回
転子との間の空隙の磁束密度とから決められる好適領域
内とする。これにより、基本波磁束を減することなく、
磁極表面への等価電気抵抗を増すことができる。

本例における前記面積比Ｒは、約７５％である。

第７実施例 本例は、第８図に示すごとく、磁束変化の激しい磁極側
縁部にのみ、第１実施例と同様のＶ状の溝２６を設けた
ものである。

本例における前記面積比Ｒは、約３０〜８０％である。

第８実施例 本例は、第９図に示すごとく、溝２１及び磁極工１の表
面に磁性金属粉４１を混合した樹脂層４５を塗布、固着
したものである。

上記溝２１は、第１実施例と同様である。上記磁性金属
粉４１としては１粒径２００μｍの焼結磁性材を用いた
。また、樹脂としては、エポキシ樹脂を用いた。両者の
混合割合は、磁性金属ｍ８０％（容積比）、残部樹脂で
ある。

本例においては、磁極表面の防錆を兼ねて、磁極表面を
外観上平坦にすることができる。また溝２１による磁束
の僅かな低下を、この中に埋まっている磁性金属粉の導
磁性により補足することができる。

本例における前記面積比Ｒは、約３０〜４０％である。

また、上記第３実施例ないし第８実施例によれば、第１
実施例と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第１実施例の交流発電機を示し、第１
図はその要部斜視図、第２図は磁極の断面図、第３図は
実験データ線図、第４図及び第５図は第３実施例及び第
４実施例の磁極の斜視図。 第６Ａ図及び第６Ｂ図は第５実施例の磁極の側面図、第
７図及び第８図は第６実施例及び第７実施例の斜視回、
第９図は第８実施例の磁極の側面図である。 ・・・回転子 ・・・磁極。 ２２２６・・ ・・・凹状孔５ ・・・磁性金属粉 溝２ 出 願 人 日 本 電 装 株 式 仝電槽ゴ転畝 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低炭素鋼製爪状磁極を有する、いわゆるランデル型回転
   子とこれに対面して配設した固定子とよりなる車両用交
   流発電機において、上記回転子の磁極の表面には表面う
   ず電流の通路にあって妨げとなる凹凸表面を設けてなり
   、かつ該凹凸表面における凸状面の面積は凹凸表面の面
   積の２５％以上であることを特徴とする車両用交流発電
   機。