JPH05153759A - 界磁回転型回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】体格、重量当たりの出力比の向上が可能な界磁
回転型回転電機を提供する。 【構成】電機子鉄心４の内周面４０に所定のギャップを
隔てて対向する爪部６３の電機子鉄心対向面６４が、静
止時において爪部３の基端部６３ａより先端部６３ｂへ
向けて次第に径小に形成されている。爪部６３の先端部
６３ｂはその高速回転時に遠心力により遠心方向へ延び
て上記ギャップを縮小するが、元々、このギャップは爪
部３の基端部６３ａから先端部６３ｂへ次第に広幅とな
っているので、上記高速回転による遠心方向への変位に
より爪部６３の先端が電機子鉄心４の内周面４０に接触
することが防止される。したがって、上記高速回転時の
爪部６３先端の遠心方向への変位を見込んで上記ギャッ
プを広く設定する必要がなく、その分だけ平均ギャップ
長を縮小できるため、界磁束が増強され、出力が増強さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、爪付界磁鉄心を有する
界磁回転型回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用交流発電機としては、一般に、駆
動軸に一体回転可能に嵌装される爪付界磁鉄心に界磁コ
イルを巻装した同期発電機（以下、オルタネ−タともい
う）が多用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年における車両のエ
ンジンル−ムの狭小化及び車両電気負荷の増大のため
に、車両用交流発電機に対して体格、重量一定のままで
出力を増加することが要求されており、あるいは、出力
一定のままで体格、重量を削減することが要求されてい
る。このような体格、重量当たりの出力比の向上は回転
電機における基本的な要望である。

【０００４】本発明者は、爪付界磁鉄心を有する界磁回
転型回転電機では、遠心力などによる爪付界磁鉄心の爪
部の変位がその出力向上を妨げていることに気がつき、
それに基づいて本発明を創案した。本発明は、上記問題
点に鑑みなされたものであり、体格、重量当たりの出力
比の向上が可能な界磁回転型回転電機を提供することを
その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジング
と、該ハウジングに回転自在に嵌挿される駆動軸と、前
記ハウジングの周壁内面に支持される円筒状の電機子鉄
心と、該電機子鉄心に巻装される電機子コイルと、前記
駆動軸に一体回転可能に嵌装される爪付界磁鉄心と、前
記爪付界磁鉄心に配設されて界磁束を発生する界磁束発
生源とを備え、前記爪付界磁鉄心は、前記駆動軸に嵌着
される円筒状の基筒部と、該基筒部の両端から放射方向
に延在する端板部と、所定のギャップを隔てて前記電機
子鉄心の内周面に対向する電機子鉄心対向面をそれぞれ
有するとともに前記両端板部から周方向へ所定間隔を隔
てて交互に位置しかつそれぞれ軸方向へ延在する先細片
持ち形状で複数の爪部とを有する界磁回転型回転電機に
おいて、前記爪部の前記電機子鉄心対向面は、前記爪部
の基端側より先端側へ向けて次第に径小に形成されてい
ることを特徴としている。

【０００６】界磁束発生源として界磁コイルや永久磁石
を採用することができる。

【０００７】

【作用】爪付界磁鉄心の爪部は電機子鉄心内の円筒状空
間内へ電機子鉄心の内周面に沿って軸方向に延在する。
また、一方側の端板部から他方側の端板部へ延在する爪
部はＮ極となり、他方側の端板部から一方側の端板部へ
延在する爪部はＳ極となり、これらＮ極とＳ極とが周方
向に互いに所定間隔を隔てて交互に配設されている。

【０００８】特にこの発明では、電機子鉄心の内周面に
所定のギャップを隔てて対向する爪部の電機子鉄心対向
面が、静止時において爪部の基端側より先端側へ向けて
次第に径小に形成されている。爪部の先端側はその高速
回転時に遠心力により遠心方向へ変位して、上記ギャッ
プを縮小するが、元々、ギャップは爪部の基端側から先
端側へ次第に広幅とされているので、上記高速回転によ
る遠心方向への変位により爪部の先端が電機子鉄心の内
周面に接触することが防止される。

【０００９】したがって本発明の界磁回転型回転電機で
は、上記高速回転時の爪部先端の遠心方向への変位を見
込んで上記ギャップを広く設定する必要がなく、その分
だけ平均ギャップ長を縮小できるため、界磁束が増強さ
れ、出力が増強される。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、電機子
鉄心の内周面に所定のギャップを隔てて対向する爪部の
電機子鉄心対向面が、静止時において爪部の基端側より
先端側へ向けて次第に径小に形成されているので、爪部
の電機子鉄心対向面の径が静止時に一定である従来のも
のに比較して、爪部の電機子鉄心対向面と電機子鉄心の
内周面との間の平均ギャップ長を縮小することができ、
それにより同一出力では小型軽量化を実現でき、同一体
格では出力増加を実現することができる。

【００１１】

【実施例】本発明の界磁回転型回転電機の一実施例を図
１に示す。この発電機は、車両のエンジンル−ム内での
車両用エンジン（図示せず）前面に配装された三相交流
発電機いわゆるオルタネ−タであって、フロントハウジ
ング１とこのフロントハウジング１の後端開口に接合さ
れて内部空間Ｓを閉成するリヤハウジング２とからなる
ハウジングを有し、フロントハウジング１及びリヤハウ
ジング２には軸受３０により駆動軸３が回転自在に支承
されている。

【００１２】リヤハウジング２の周壁内面には円筒状の
電機子鉄心４が嵌入、固定されており、電機子鉄心４に
は電機子コイル５が巻装されている。駆動軸３には２個
の爪付界磁鉄心６、６が一体回転可能に嵌装されてお
り、爪付界磁鉄心６には界磁コイル（本発明でいう界磁
束発生源）７が嵌装されている。

【００１３】両爪付界磁鉄心６は、それぞれ、電機子鉄
心４の内部に位置して駆動軸３の中央部に嵌着される円
筒状の基筒部６１と、基筒部６１の両端からそれぞれ放
射方向に延在する端板部６２と、両端板部６２の先端部
から相手側の端板部６２に向けて軸方向に延び磁極を構
成する各同数の爪部６３とからなり、軸方向左側の基筒
部６１の右端面と軸方向右側の基筒部６１の左端面とは
接合されている。

【００１４】各爪部６３は、両端板部６２から周方向へ
所定間隔を隔てて交互に位置し、かつ、それぞれ軸方向
へ次第に先細形状となっている。電機子鉄心４の内周面
に所定のギャップｄを隔てて面する爪部６３の電機子鉄
心対向面６４は、従来の部分円筒面とは異なって部分円
錐面形状を有しており、爪部６３の基端側より先端側へ
向けて次第に径小に形成されている。

【００１５】界磁コイル７は基筒部６１に巻装され、爪
部６３は界磁コイル７を囲包している。駆動軸３のフロ
ントハウジング１外の前端部には車両用エンジン（図示
せず）により駆動されるプ−リ３１が嵌装されており、
爪付界磁鉄心６の両端板部６２には冷却ファン８が固定
されている。

【００１６】リヤハウジング２の後端面を囲包して樹脂
カバ−９がリヤハウジング２に固定され、リヤカバ−９
の内には界磁コイル７に界磁電流を給電するブラシ９１
が設けられ、駆動軸３にはこのブラシ９１に接触してス
リップリング９２が嵌装されている。また、リヤカバ−
９内には、界磁電流制御により出力を調整する電圧調整
器９３及び電機子コイル５からの出力電圧を三相全波整
流する整流器９４が配設されている。

【００１７】このオルタネ−タでは、従来と同様に、駆
動軸３の回転と界磁コイル７への界磁電流の通電により
電機子コイル５に三相交流電圧が生じ、それを整流装置
９４により整流するとともに、電圧調整器９３により界
磁電流を制御して発電電圧を調節している。以下、この
実施例の特徴を図２及び図３を用いて詳述する。

【００１８】図２は、静止時の爪付界磁鉄心６の状態を
示しており、爪部６３の電機子鉄心対向面６４と電機子
鉄心４の内周面４０とのギャップｄは、電機子鉄心４の
左端位置ａにおいてｄ１に形成され、電機子鉄心４の右
端位置ｂにおいてｄ２に形成され、電機子鉄心対向面６
４は爪部６３の基端部６３ａから先端部６３ｂへ向けて
直線的に径小となっている。ここでは、ｄ２−ｄ１＝約
０．１ｍｍに設定されている。

【００１９】図３は、想定した最高回転数（ここでは約
１８０００ｒｐｍ前後とする）で回転する時の爪付界磁
鉄心６の状態を示しており、爪部６３の基端部６３ａ及
び先端部６３ｂは遠心力により遠心方向へ延びる。ここ
で、先端部６３ｂは基端部６３ａよりも遠心方向へより
大幅に延び、その結果、電機子鉄心４の左端位置ａ及び
右端位置ｂにおいて最小幅ｄｍｉｎとなる。なお最小幅
ｄｍｉｎは必要最小限必要なクリアランスであり、ここ
ではほぼｄ１に相当する。

【００２０】図２及び図３の爪部６３、特にその電機子
鉄心対向面６４の形状と比較対照するために、従来の爪
部６３の形状を図６及び図７に示す。ただし、図６及び
図７における各部の符号は便宜上、図２及び図３のそれ
と同一とした。図６は、静止時の爪付界磁鉄心６の状態
を示しており、爪部６３の電機子鉄心対向面６４と電機
子鉄心４の内周面４０とのギャップｄは、電機子鉄心４
の左端位置ａから電機子鉄心４の右端位置ｂまでｄ４一
定となっている。

【００２１】図７は、上記最高回転数で回転する時の爪
付界磁鉄心６の状態を示しており、爪部６３の基端部６
３ａ及び先端部６３ｂは遠心力により遠心方向へ延び
る。ここで、先端部６３ｂは基端部６３ａよりも遠心方
向へより大幅に延びる。当然、運転における支障を考慮
して、電機子鉄心４の右端位置ｂと爪部６の電機子鉄心
対向面６４との間のギャップｄは上記最小幅ｄｍｉｎに
設定される。この時の電機子鉄心４の左端位置ａにおけ
るギャップｄをｄ３とする。

【００２２】以上の説明から明らかにわかるように、本
実施例によればギャップｄの平均幅を減らすことがで
き、それだけ界磁束を強化して出力電流の増加を可能と
することができる。今、爪部３の先端の遠心方向への延
び量をΔｄとし、便宜上、爪部３の基端部６３ａの延び
量を無視すると、図３及び図７の比較から、最高回転時
において、この実施例のギャップｄは従来より平均して
約０．５Δｄだけ縮小できることがわかる。また、図２
及び図６の比較から、この実施例のギャップｄは静止時
（すなわち起動時及び低速回転時）においても、従来よ
り平均して約０．５Δｄだけ縮小できることがわかる。

【００２３】上記したギャップｄの縮小効果を図４及び
図５に示す。図４は、低速回転時及び高速回転時におけ
るギャップ（エアギャップ）ｄと出力電流との相互関係
の一例を示す関係図である。ただし、界磁電流や他の定
格は一定とする。ここで、Ｐ１、Ｐ２はｄが０．３ｍｍ
の場合であり、高速回転時Ｐ１では出力電流は約１００
Ａ、低速回転時Ｐ２では出力電流は約６０Ａであった。

【００２４】一方、Ｐ３、Ｐ４はｄが０．５ｍｍの場合
であり、高速回転時Ｐ３では出力電流は約９５Ａ、低速
回転時Ｐ４では出力電流は約５３Ａであった。図５は、
回転数と爪部３の先端におけるギャップｄの変化との関
係の一例を示す関係図であり、回転中及び回転後におい
て爪部３の先端におけるギャップｄは縮小することがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の界磁回転型回転電機の一実施例を示す
断面図、

【図２】図１の爪部付近の静止時の断面図、

【図３】図１の爪部付近の回転時の断面図、

【図４】図１の回転電機のギャップと出力電流との関係
を示す関係図、

【図５】図１の回転電機の回転数と爪部先端の延び量Δ
ｄとの関係を示す関係図、

【図６】従来の界磁回転型回転電機の爪部付近の静止時
の断面図、

【図７】従来の界磁回転型回転電機の爪部付近の回転時
の断面図、

【符号の説明】

１、２はハウジング、３は駆動軸、４は電機子鉄心、５
は電機子コイル、６は爪付界磁鉄心、７は界磁コイル
（界磁束発生源）、６１は基筒部、６２は端板部、６３
は爪部、６４は電機子鉄心対向面、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングと、該ハウジングに回転自在に
   嵌挿される駆動軸と、前記ハウジングの周壁内面に支持
   される円筒状の電機子鉄心と、該電機子鉄心に巻装され
   る電機子コイルと、前記駆動軸に一体回転可能に嵌装さ
   れる爪付界磁鉄心と、前記爪付界磁鉄心に配設されて界
   磁束を発生する界磁束発生源とを備え、前記爪付界磁鉄
   心は、前記駆動軸に嵌着される円筒状の基筒部と、該基
   筒部の両端から放射方向に延在する端板部と、所定のギ
   ャップを隔てて前記電機子鉄心の内周面に対向する電機
   子鉄心対向面を有するとともに前記両端板部から周方向
   へ所定間隔を隔てて交互に位置しかつそれぞれ軸方向へ
   延在する先細片持ち形状で複数の爪部とを有する界磁回
   転型回転電機において、 前記爪部の前記電機子鉄心対向面は、前記爪部の基端側
   より先端側へ向けて次第に径小に形成されていることを
   特徴とする界磁回転型回転電機。