JPH04222438A - 車両用ブラシレス回転電機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用ブラシレス回転
電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平２−１７８４６号公報に
おいては、ブラケット内に油性冷却液を流入させて、こ
の流入した油性冷却液で界磁巻線を直接冷却するように
した自動車用ブラシレス型交流発電機（前者の従来技術
）が記載されている。また、特開平１−２７４６４０号
公報においては、ブラケット内にエンジン冷却水が流れ
る冷却水通路を形成して、この冷却水通路を流れるエン
ジンの冷却水で間接的に界磁巻線や電機子巻線を冷却す
るようにした自動車用ブラシレス型交流発電機（後者の
従来技術）が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来技術においては、内外周の形状が歪なランデル型爪
状磁極を持つ回転子が冷却液の抵抗を受けながら回転す
ることとなるため、複数の爪状磁極の側面部による冷却
液の攪拌抵抗が生じて回転子の回転に対する機械損失が
増加するという課題があった。

【０００４】一方、後者の従来技術においては、ランデ
ル型爪状磁極を持つ回転子の周囲にエンジン冷却水が存
することはないので、複数の爪状磁極によるエンジン冷
却水の攪拌作用はないが、界磁巻線や電機子巻線が直接
冷却液で冷却される構造ではないため、前者の従来技術
と比較して冷却効果が劣るという課題があった。

【０００５】また、従来より、ブラシレス型交流発電機
においては、複数の爪状磁極間に磁束が漏洩するため、
界磁巻線の起磁力に対して電機子巻線の出力効率、すな
わち、発電効率が悪いという課題もあった。

【０００６】本発明の目的は、電機子巻線や界磁巻線の
冷却効果に優れ、機械損失を抑制し、性能を向上した車
両用ブラシレス回転電機の提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（請求項１）　　上記課
題を解決する為、本発明の車両用ブラシレス回転電機は
、ハウジングに固定された電機子巻線と、前記ハウジン
グに固定され、前記電機子巻線の内側に配設された界磁
巻線と、前記電機子巻線の内側でしかも前記界磁巻線の
外周側に配設され、前記界磁巻線の起磁力により励磁さ
れる一方の爪状磁極、およびこの一方の爪状磁極に歯合
し、前記界磁巻線の起磁力により前記一方の爪状磁極と
異なる極性に励磁される他方の爪状磁極を有し、前記ハ
ウジングに回転自在に支持された誘導子形回転子と、前
記ハウジング内に充満して、前記界磁巻線および前記電
機子巻線を冷却する電気絶縁性の冷却用流体とを備え、
前記誘導子形回転子は、前記一方の爪状磁極と前記他方
の爪状磁極との間の磁束の漏洩を防ぐ永久磁石を有し、
隣設する前記一方の爪状磁極と前記他方の爪状磁極との
間に充填して、隣設する前記一方の爪状磁極および前記
他方の爪状磁極の内外周表面を滑らかに形成する充填部
材を備えた技術手段を採用した。

【０００８】（請求項２）　　前記界磁巻線は、この界
磁巻線を正負両方向に通電制御する通電制御器に接続さ
れている。

【０００９】

【作用】（請求項１）　　ハウジング内に満たされた冷
却用流体が電機子巻線や界磁巻線の周囲に充満すると、
電機子巻線や界磁巻線が冷却用流体と直接接触すること
により電気子巻線や界磁巻線に生じた熱が奪われ冷やさ
れる。また、永久磁石を含む充填部材を隣設する一方の
爪状磁極と他方の爪状磁極との間に充填することにより
、隣設する一方の爪状磁極および他方の爪状磁極の内外
周表面が滑らかになるので、誘導子形回転子、とくに爪
状磁極による冷却用流体の攪拌作用は小さくなる。なお
、充填部材が永久磁石を設けているので、一方の爪状磁
極と他方の爪状磁極との間の磁束の漏洩が少なくなると
ともに、それ自体の発生する磁束により電機子巻線へ向
かう有効磁束が増加する。また、永久磁石は界磁巻線と
離れており、しかも界磁巻線が冷却用流体により冷却さ
れるので、界磁巻線の発熱の影響による永久磁石の特性
の低下もない。

【００１０】（請求項２）　　隣設する一方の爪状磁極
と他方の爪状磁極との間に永久磁石が存在する車両用ブ
ラシレス回転電機、中でも車両用ブラシレス型交流発電
機は、磁極と界磁巻線とにギャップがあるため、磁気抵
抗が増加し、本来電機子巻線で発電しなくても良いとき
に永久磁石の磁束により電機子巻線で発電がなされる。 このため、発電する際には正方向に界磁巻線を通電する
通電制御器によって、界磁巻線を負方向に通電して界磁
巻線の起磁力により永久磁石の磁束を打ち消すことによ
り、電機子巻線での発電を抑制する。

【００１１】

【発明の効果】（請求項１）　　電機子巻線や界磁巻線
を冷却用流体により直接冷却することによって、電機子
巻線や界磁巻線の冷却効果を改善することができる。ま
た、冷却用流体の攪拌作用が小さくなるので、誘導子形
回転子の回転に対する機械損失を減少することができ、
車両用ブラシレス回転電機の駆動効率を向上することが
できる。さらに、永久磁石が、隣設する一方の爪状磁極
と他方の爪状磁極との間に介在しているので有効磁束が
増加するため性能を向上できる。

【００１２】（請求項２）　　隣設する一方の爪状磁極
と他方の爪状磁極との間に永久磁石が介在するものにお
いて、本来電機子巻線で発電しなくても良いときに発電
を抑制することができる。

【００１３】

【実施例】本発明の車両用ブラシレス回転電機の一実施
例を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は自動車
用ブラシレス型交流発電機を示した図で、図２および図
３はその自動車用ブラシレス型交流発電機の要部を示し
た図で、図４はその自動車用ブラシレス型交流発電機の
電気回路図である。

【００１４】自動車用ブラシレス型交流発電機Ａは、ハ
ウジング１内に固定される電機子巻線２および界磁巻線
３と、ハウジング１内で回転自在に支持される誘導子形
回転子４と、ハウジング１内に充満される冷却用油６と
、界磁巻線３に通電するレギュレータ７とを備えてなる
。

【００１５】ハウジング１は、冷却用油６を内部に溜め
るとともに、この冷却用油６を内部に吸入して流動させ
て発熱部材から吸熱させるための吸入口および吐出口（
何れも図示せず）を備える。

【００１６】電機子巻線２は、積層鉄心２１に導線を三
相に巻装してなり、回転軸４０と同軸を有するようにハ
ウジング１の胴部内壁１１側にリング状に配設されてい
る。この電機子巻線２は、誘導子形回転子４との相対回
転運動により交流電圧が発生する。

【００１７】界磁巻線３は、回転軸４０と同軸を有する
ように、且つ、電機子巻線２より回転軸４０寄りの内方
位置である、ハウジング１の側部内壁１２側にリング状
に配設されている。

【００１８】誘導子形回転子４は、界磁巻線３を包囲す
る断面コの字状を呈し、歯合配置される一方の爪状磁極
４１と他方の爪状磁極４２と、一方の爪状磁極４１と他
方の爪状磁極４２との間に充填された永久磁石５とを備
えている。プーリー４３および冷却用油６の攪拌用の羽
根４４を装着した回転軸４０と、一方の爪状磁極４１、
他方の爪状磁極４２は、図２に示すように、リング状の
保持用部材４５（非磁性体）によって連結され、ろう付
けにより機械的に接合されている。尚、一方の爪状磁極
４１、他方の爪状磁極４２の外周側には、誘導子形回転
子４の遠心力による永久磁石５の飛び出しを防止するた
め、永久磁石５の外方への移動を規制する係合部４６、
４７が形成されている。

【００１９】永久磁石５は、本発明の充填部材であって
、ナイロン、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ粉末材料を用いて製造され
た樹脂磁石である。この永久磁石５は、一方の爪状磁極
４１、他方の爪状磁極４２間に漏洩磁束が減る向きに板
状に分割して充填成形することにより、誘導子形回転子
４の内外周表面をほぼ平坦に形成している。尚、永久磁
石５の外周面と爪状磁極４１および４２の外周面とは、
図３に示すように、０．８ｍｍ程度の差の段違いとされ
、窪み５１が形成される。この窪み５１は、冷却用油６
が僅かに誘導子形回転子４の表面を流れるような螺子ポ
ンプ作用を持たせている。さらに、誘導子形回転子４の
内周面（界磁巻線３の外周と対向する内周面）にも、僅
かな窪みを形成して螺子ポンプ作用により冷却用油６の
流れを助けている。

【００２０】また、永久磁石５は、界磁巻線３の励磁力
に対して滅磁することなく、ほぼ積層鉄心２１を貫通し
得る有効磁束の半分を供給可能となるように、その厚み
と磁路断面において充分な寸法および特性値が選定され
ている。

【００２１】冷却用油６は、本発明の冷却用流体であり
、電気絶縁を呈し、電機子巻線２、界磁巻線３、および
誘導子形回転子４を直接冷却する。

【００２２】レギュレータ７は、本発明の通電制御器で
あり、図４に示すように、正負両方向に界磁巻線３の通
電制御が可能な反転制御するものである。

【００２３】つぎに、自動車用ブラシレス型交流発電機
Ａの作用を述べる。

【００２４】プーリー４３がエンジンにより回転駆動さ
れると、回転軸４０および誘導子形回転子４が回転する
。そして、ハウジング１内には冷却用油６が満たされて
いるので誘導子形回転子４は冷却用油６内を回転するこ
ととなる。

【００２５】電機子巻線２や界磁巻線３で生じた熱は、
冷却用油６に吸収され、電機子巻線２や界磁巻線３は冷
やされる。尚、歯合配置される一方の爪状磁極４１と他
方の爪状磁極４２との間に充填された永久磁石５が誘導
子形回転子４の内外周表面をほぼ平坦にしているので、
誘導子形回転子４が冷却用油６を切ることによる冷却用
油６の攪拌作用は少なくなり、誘導子形回転子４の回転
に対する機械損失は少なくなる。

【００２６】また、界磁巻線３が正方向に通電されると
、界磁巻線３に起電力が発生する。このとき、一方の爪
状磁極４１、他方の爪状磁極４２が界磁巻線３の起磁力
により、例えば一方の爪状磁極４１がＮ極に、他方の爪
状磁極４２はＳ極に励磁される。そして、永久磁石５に
より、一方の爪状磁極４１と他方の爪状磁極４２との間
の漏洩磁束を軽減するとともに、永久磁石５自体が発生
する磁束を積層鉄心２１に作用する磁束に加えることに
よって電機子巻線２で交流電圧が発生する。バッテリ（
図示せず）が満充電で電機子巻線２の発電が不要な場合
には、一方の爪状磁極４１と他方の爪状磁極４２との間
に配される永久磁石５の発生する磁束と同じ大きさの磁
束を反対方向に発生させる様に、レギュレータ７により
界磁巻線３に負方向に通電して永久磁石５が積層鉄心２
１に作用する磁束をゼロにして電機子巻線２の発電を抑
える。

【００２７】本実施例の効果を以下に述べる。

【００２８】（あ）正負方向に界磁巻線３に通電するレ
ギュレータ７によって、本来の励磁の大きさと同じ大き
さで逆方向に励磁して、そのときにトータル発生する磁
束をゼロにできればよい訳であるので、必然の理として
積層鉄心２１に貫通すべき磁束の約半分を永久磁石５に
負わせることができる。換言すれならば、従来公知技術
の励磁手段によって、２倍の磁束を得ることができる訳
である。つまり、永久磁石５が発生する磁束の分、積層
鉄心２１を貫通する有効磁束が増加するので発電効率は
向上する。

【００２９】（い）誘導子形回転子４の表面は凹凸が少
なく滑らかな平坦面としているので、冷却用油６との摩
擦が少なく誘導子形回転子４に対する機械損失が少ない
。また、冷却用油６で電機子巻線２および界磁巻線３が
直接冷やされるので冷却効率に優れる。

【００３０】（う）電機子巻線２、界磁巻線３の冷却に
よる効率の向上と、有効磁束数の増加による効率効果と
により車両用交流発電機Ａの高効率化が図れ、車両の低
燃費化に有効に寄与する。

【００３１】（変形例）上記実施例では、冷却用流体と
して冷却用油６を用いたが、他の液体でも良く、また、
液体以外に空気等の気体でも良い。

【００３２】上記実施例では、本発明の構成を自動車用
ブラシレス型交流発電機に用いたが、始動用電動機に適
用しても良い。

【００３３】上記実施例では、充填部材を複数の永久磁
石５のみで構成したが、充填部材を複数の永久磁石と非
磁性体とから構成しても良い。また、筒状部材により複
数の爪状磁極と永久磁石とを包み込んでも良い。

【００３４】上記実施例では、充填部材を複数の永久磁
石５で構成したが、充填部材を１つの永久磁石で構成し
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた自動車用ブラシレス型交流発電
機を示した断面図である。

【図２】自動車用ブラシレス型交流発電機の要部を示し
た拡大図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】自動車用ブラシレス型交流発電機の電気回路図
である。

【符号の説明】

Ａ　　自動車用ブラシレス型交流発電機（車両用ブラシ
レス回転電機） １　　ハウジング ２　　電機子巻線 ３　　界磁巻線 ４　　誘導子形回転子 ５　　永久磁石（充填部材） ６　　冷却油（冷却用流体） ７　　レギュレータ（通電制御器） ４１　　一方の爪状磁極 ４２　　他方の爪状磁極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ハウジングに固定された電機子巻線と
   、前記ハウジングに固定され、前記電機子巻線の内側に
   配設された界磁巻線と、前記電機子巻線の内側でしかも
   前記界磁巻線の外周側に配設され、前記界磁巻線の起磁
   力により励磁される一方の爪状磁極、およびこの一方の
   爪状磁極に歯合し、前記界磁巻線の起磁力により前記一
   方の爪状磁極と異なる極性に励磁される他方の爪状磁極
   を有し、前記ハウジングに回転自在に支持された誘導子
   形回転子と、前記ハウジング内に充満して、前記界磁巻
   線および前記電機子巻線を冷却する電気絶縁性の冷却用
   流体とを備え、前記誘導子形回転子は、前記一方の爪状
   磁極と前記他方の爪状磁極との間の磁束の漏洩を防ぐ永
   久磁石を有し、隣設する前記一方の爪状磁極と前記他方
   の爪状磁極との間に充填して、隣設する前記一方の爪状
   磁極および前記他方の爪状磁極の内外周表面を滑らかに
   形成する充填部材を備えたことを特徴とする車両用ブラ
   シレス回転電機。
2. 【請求項２】　　前記界磁巻線は、この界磁巻線を正負
   両方向に通電制御する通電制御器に接続されていること
   を特徴とする請求項１に記載の車両用ブラシレス回転電
   機。