JPH04251553A - 交流発電機 - 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、交流発電機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシ付交流発電機においては、回転子
の爪状界磁極間に永久磁石を介在すると、爪状界磁極間
の大きな漏れ磁束を低減することができ、磁気回路の磁
束が増して発電効率の向上に大きく寄与する。ところが
、永久磁石に回転子巻線（界磁巻線）に発生する熱が伝
わると磁石特性が低下して、熱時にはその効果が減少す
る。これを防止するために、爪状界磁極と界磁巻線とを
離間させ誘導子型磁極とする方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合、磁
気回路のギャップ箇所が２ケ所／１ループであったもの
が４ケ所／１ループとなり著しく磁路抵抗が増加してし
まっていた。この発明の目的は、磁束を高めて発電効率
を向上させることができる交流発電機を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、回転軸に一
体回転可能に連結された軸連結部と、当該軸連結部の外
周側においてＳ極及びＮ極の爪状界磁極とを有するラン
ドル回転子と、前記ランドル回転子に離間して設けられ
、界磁巻線を巻装したスプールと、前記ランドル回転子
に離間して設けられ、出力巻線を巻装したステータコア
と、前記ランドル回転子の軸連結部又は前記スプールの
少なくともいずれか一方に設けられ、前記界磁巻線によ
る磁気回路に起磁力を付与するように着磁した起磁力付
与用永久磁石とを備えた交流発電機をその要旨とする。

【０００５】又、前記ランドル回転子の爪状界磁極の間
には近接する爪状界磁極と極性が等しくなるように着磁
した漏洩磁束低減用永久磁石を配置するのが好ましい。 又、前記ランドル回転子に設けた漏洩磁束低減用永久磁
石の外周には、非磁性材料よりなる飛出防止材を巻回す
るのが好ましい。又、前記ランドル回転子に設けた漏洩
磁束低減用永久磁石と前記漏洩磁束低減用永久磁石とを
樹脂磁石材料で成形するのが好ましい。

【０００６】

【作用】起磁力付与用永久磁石により、界磁巻線による
磁気回路に起磁力が付与される。よって、４つのギャッ
プを通過することによる磁路抵抗に対する補償が行われ
る。又、漏洩磁束低減用永久磁石により漏洩磁束の低減
が図られる。

【０００７】又、ランドル回転子の回転に伴い漏洩磁束
低減用永久磁石が遠心力を受けるが、飛出防止材により
飛び出しが防止される。又、ランドル回転子に設けた起
磁力付与用永久磁石と漏洩磁束低減用永久磁石とを樹脂
磁石材料で一体成形することにより製造が容易となる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１は、本発明を車両用交流発電機
に適用した例であり、図２には図１のＡ−Ａ断面を示す
。図１に示すように、この発電機は前側及び後側のフレ
ーム１，２よりなるハウジング本体３を備えている。 前側及び後側のフレーム１，２は両端に雄ねじ部４ａ，
４ｂを有するボルトスタッド４及びナット５を介して互
いに結合されている。

【０００９】ハウジング本体３の内部において後側フレ
ーム２には環状のスプール６が固定されている。このス
プール６には励磁電流供給用の界磁巻線７が巻装されて
いる。つまり、スプール６は界磁巻線７の巻枠と界磁磁
気回路の継鉄部とを兼ねている。そして、スプール６と
界磁巻線７とにより界磁励磁力が与えられる。又、ハウ
ジング本体３の内部において前側フレーム１の内壁部に
はステータコア（電機子鉄心）８が固定され、同ステー
タコア８には出力電流発生用の出力巻線（三相巻線）９
が巻装されている。さらに、出力巻線９は発電機内に内
蔵した整流装置に接続されている。

【００１０】一方、前側及び後側のフレーム１，２の中
心部には軸受凹部１ａ，２ａが形成され、この軸受凹部
１ａ，２ａにベアリング１０，１１が配置されている。 このベアリング１０，１１により回転軸１２が回転可能
に支持されている。この回転軸１２の前端部には、駆動
ベルト連結用のプーリ１３が固着され、機関からプーリ
１３に駆動力が伝達され、回転軸１２が回転するように
なっている。

【００１１】又、ハウジング本体３の内部における回転
軸１２にはランドル回転子１４が連結されている。図３
に示すように、ランドル回転子１４は軸連結部（界磁鉄
心ボス部）１５を有し、この軸連結部１５は円筒部１５
ａと円筒部１５ａの前端から外周側に延びる円板部１５
ｂとからなる。軸連結部１５の円筒部１５ａには回転軸
１２が連結され、回転軸１２が回転するとランドル回転
子１４も一体的に回転する。又、軸連結部１５の円板部
１５ｂの外周部には６個のＮ極となる爪状界磁極１６ａ
が形成されている。又、この爪状界磁極１６ａには外周
面に配置したメタルテンションテープ１７によってＳ極
となる爪状界磁極１６ｂが固定されている。爪状界磁極
１６ｂは爪状界磁極１６ａに対し噛み合うように交互に
離間して配置されている。

【００１２】メタルテンションテープ１７は帯状の非磁
性ステンレス鋼板であり、厚さが０．８ｍｍ程度である
。そして、メタルテンションテープ１７はランドル回転
子１４の表面に多点で溶着され回転子１４を緊縛してい
る。そして、図１に示すように、スプール６の内周側及
び前側には僅かに離間してランドル回転子１４の軸連結
部１５が配置されるとともに、スプール６とステータコ
ア８との間にはランドル回転子１４の爪状界磁極１６ｂ
，１６ａが配置されている。このとき、界磁巻線７によ
る起磁力により、図１に破線で示すように、磁束の流れ
が発生して磁気回路が形成される。この際、ランドル回
転子１４の爪状界磁極１６ａとステータコア８との間、
ステータコア８とランドル回転子１４の爪状界磁極１６
ｂとの間、ランドル回転子１４の爪状界磁極１６ｂとス
プール６との間、スプール６とランドル回転子１４の軸
連結部１５との間には、それぞれエアギャップが形成さ
れる。

【００１３】さらに、図１，３に示すように、前記ラン
ドル回転子１４の軸連結部１５における円筒部１５ａの
外周面には、硬磁性材料を含有した樹脂（以下、樹脂磁
石という）１８が全周にわたり成形されている。硬磁性
材料としては、希土類元素やフェライト焼成材が使用さ
れる。この樹脂磁石１８の着磁方向は、界磁巻線７によ
り形成される磁気回路に起磁力を付与する向きとなって
いる。即ち、図２に示すように、樹脂磁石１８は半径方
向における外周側にＳ極を、内周側にＮ極を着磁してい
る。

【００１４】又、ランドル回転子１４の爪状界磁極１６
ａと１６ｂの間にも樹脂磁石１９が形成されている。こ
の樹脂磁石１９は、磁気回路に対し爪状界磁極１６ａと
１６ｂの間の漏洩磁束を低減する向きに着磁されている
。即ち、図２に示すように、樹脂磁石１９は近接する爪
状界磁極１６ａ，１６ｂの極性とその極性が等しくなる
ように着磁されている。この樹脂磁石１８，１９の形成
は射出成形工程にて同時に行われ、その際、図３に示す
ように、双方をつなぐ成形樹脂通路２１にて、各空間に
樹脂が行きわたる構造としている。この樹脂成形通路２
０は無着磁となっている。これらの着磁は回転子部品状
態（回転軸１２の打ち込み前）にて、着磁用治具によっ
て簡単に行うことができる。尚、樹脂成形の際にメタル
テンションテープ１７は成形樹脂のシール構造部材とし
て働く。

【００１５】次に、上記のように構成された交流発電機
の作用を説明する。界磁巻線８が励磁されると、爪状界
磁極１６ａはＮ極に、爪状界磁極１６ｂはＳ極となり、
ステータコア（電機子鉄心）８に磁束が供給され磁気回
路が形成される。そして、出力巻線９から交流電流が出
力され、整流装置にて整流されて発電機の外部に送られ
る。

【００１６】樹脂磁石１９は、爪状界磁極１６ａ，１６
ｂ間の磁束漏れを防ぐ。よって、鉄心に与えられる磁束
は増加して、発電量は増加する。又、磁気回路中に介在
された樹脂磁石１８が界磁巻線７の起磁力に対し起磁力
を付与する。即ち、ランドル回転子１４は誘導子型であ
って界磁巻線７と回転子１４とが、空間的に離間して熱
絶縁しているので、上記樹脂磁石１９は昇温によって特
性低下することなく、本来ならば絶大なる磁束供給効果
を上げるわけであるが本構成のようにメタルテンション
テープ１７を設けたり、通常の回転子でのギャップ２ケ
所から４ケ所の誘導子方式にしたことで、ギャップでの
起磁力降下が著しく界磁起磁力が不足して、上記磁束供
給効果を上げることができない。しかしながら、樹脂磁
石１８により、例えば樹脂磁石１８の厚さを３ｍｍにす
ると約１５００ＡＴもの起磁力を与えることができ、ギ
ャップによる起磁力低下を十分補償することができる。

【００１７】これによって、メタルテンションテープ１
７の厚さを厚くとっても、又、４つのギャップとなって
も、通常のブラシ付発電機や発電機爪状磁極間に永久磁
石を介在したものよりも大幅に発電磁束を増やすことが
できる。特に、樹脂磁石１８の設置によって界磁巻線７
の起磁力を少なくすることができ界磁巻線７の発熱もさ
らに減らして、冷時・熱時の出力変化が非常に少なく、
かつ、高温雰囲気に対して強い発電機とすることができ
る。特にそのために、図示していない励磁電流制御回路
（界磁巻線７に流す電流を制御する回路）を反転励磁に
て制御する方式と組み合わせ、前記樹脂磁石１８の起磁
力の強さを高めることによって極めて少ない界磁巻線７
の起磁力で済み、従って、励磁発熱も約２０Ｗ程度に激
減し界磁巻線７の発熱による樹脂磁石１８の昇温の影響
はほとんどなくなる。

【００１８】このように本実施例では、ランドル回転子
１４の軸連結部１５において磁気回路に起磁力を付与す
るように着磁した樹脂磁石１８（起磁力付与用永久磁石
）を設けたので、発電効率を向上させることができる。 又、ランドル回転子１４の爪状界磁極１６ａ，１６ｂの
間に近接する界磁極の極性とその極性が等しくなるよう
に着磁した樹脂磁石１９（漏洩磁束低減用永久磁石）を
配置したので、漏洩磁束の低減が図られる。

【００１９】さらに、ランドル回転子１４の樹脂磁石１
９の外周には、非磁性材料よりなるメタルテンションテ
ープ１７（飛出防止材）を巻回したので、磁石１９の飛
出が防止される。さらには、樹脂磁石１８と樹脂磁石１
９とを樹脂磁石材料で一体成形したので容易に磁石を配
置することができる。

【００２０】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、図４，５に示すように、ランドル
回転子１４の軸連結部１５における円板部１５ｂの内面
部に樹脂磁石２１（起磁力付与用永久磁石）を形成して
もよい。又、スプール６に樹脂磁石（起磁力付与用永久
磁石）を形成してもよい。さらに、樹脂磁石２１（起磁
力付与用永久磁石）をランドル回転子１４の軸連結部１
５とスプール６の両方に配置してもよい。さらには、ラ
ンドル回転子１４又はスプール６に加えてメタルテンシ
ョンテープ１７の内周部に樹脂磁石（起磁力付与用永久
磁石）を設けてもよい。この際、樹脂磁石の磁束密度は
鉄の飽和磁束密度の１／３程度以下であるので、なるべ
く広面積のとれる箇所に、かつ、遠心力の比較的かかり
にくいところに設けるのが好ましい。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、磁
束を高めて発電効率を向上させることができる優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の交流発電機の断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】ランドル回転子の斜視図である。

【図４】別例の交流発電機の断面図である。

【図５】別例のランドル回転子の斜視図である。

【符号の説明】

６　　スプール、７　　界磁巻線、８　　ステータコア
、９　　出力巻線、１２　　回転軸、１４　　ランドル
回転子、１５　　連結部、１６ａ　　爪状界磁極、１６
ｂ　　爪状界磁極、１７　　磁石飛出防止材としてのメ
タルテンションテープ、１８　　起磁力付与用永久磁石
としての樹脂磁石、１９　　漏洩磁束低減用永久磁石と
しての樹脂磁石。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸に一体回転可能に連結された軸
   連結部と、当該軸連結部の外周側においてＳ極及びＮ極
   の爪状界磁極とを有するランドル回転子と、前記ランド
   ル回転子に離間して設けられ、界磁巻線を巻装したスプ
   ールと、前記ランドル回転子に離間して設けられ、出力
   巻線を巻装したステータコアと、前記ランドル回転子の
   軸連結部又は前記スプールの少なくともいずれか一方に
   設けられ、前記界磁巻線による磁気回路に起磁力を付与
   するように着磁した起磁力付与用永久磁石とを備えたこ
   とを特徴とする交流発電機。
2. 【請求項２】　　　　前記ランドル回転子の爪状界磁極
   の間には、近接する爪状界磁極と極性が等しくなるよう
   に着磁した漏洩磁束低減用永久磁石が配置されているも
   のである請求項１に記載の交流発電機。
3. 【請求項３】　　　　前記ランドル回転子に設けた漏洩
   磁束低減用永久磁石の外周には、非磁性材料よりなる飛
   出防止材が巻回されているものである請求項２に記載の
   交流発電機。
4. 【請求項４】　　　　前記ランドル回転子に設けた漏洩
   磁束低減用永久磁石と前記漏洩磁束低減用永久磁石とを
   樹脂磁石材料で成形した請求項２に記載の交流発電機。