JPH11262229A - 磁束整流電気機器 - Google Patents

磁束整流電気機器

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JPH11262229A
JPH11262229A JP11016488A JP1648899A JPH11262229A JP H11262229 A JPH11262229 A JP H11262229A JP 11016488 A JP11016488 A JP 11016488A JP 1648899 A JP1648899 A JP 1648899A JP H11262229 A JPH11262229 A JP H11262229A
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magnetic flux
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electric device
excitation
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Dokou Antoine Akemakou
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高価な半導体スイッチングブリッジを使用す
ることなく、励磁電流を反転できるようにする。 【解決手段】 前記磁気閉回路を選択的に形成する手段
は、ロータの周方向に磁束を発生するようになっている
少なくとも１つの励磁用永久磁石２２５と、この磁石に
よって発生される磁束と同じ周方向に局部的な可変磁束
を発生するようになっている少なくとも１つの励磁コイ
ルとを含み、磁石は、第１の対のロータ極を構成する第
１のロータ部分２２内に収容され、コイルは、第２の対
のロータ極を構成する第２のロータ部分２１内に収容さ
れ、前記ロータ部分２２と２１とは、磁気を伝えない領
域によって互いに分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転電気機器に関
し、より詳しくは、自動車用オルタネータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の自動車用オルタネータを構成する
単相または多相発電機は、一般に１つのステータを有
し、このステータ内で、励磁コイルを支持するロータが
回転するようになっている。このコイルは、ロータシャ
フトの突出した部分に設けられた２つのスリップリング
と接触するブラシに接続されている。
【０００３】欧州特許公開第0707374号公報は、効率性
を改善するために、永久磁石およびコイルによって、ロ
ータの励磁用（この励磁を一般に二重励磁と称す）の磁
界を発生するようになっており、磁石からの磁束を低減
または実質的に解消するように、励磁方向を選択的に反
転する励磁コイルスイッチング手段によって、アーマチ
ュアによって送られる電流を制御するようになっている
回転電気機器を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような励磁電流の
方向を反転したいという要求により、いわゆるＨ型半導
体スイッチングブリッジを使用しなければならない。こ
のスイッチングブリッジは、コストが高く、回転電気機
器のユニットコストを大としている。
【０００５】本発明の課題は、上記欠点を解消し、装
置、特にコイルにより変化する単一方向の励磁により、
所定のレンジ内で変化するエネルギーを送るように、実
質的にゼロから最大値まで、コイルによって変化する励
磁により出力電流を調節できる、二重励磁による回転電
気機器、例えばオルタネータを提案することにある。従
って、本発明は、特にゼロ値から最大値まで変化する励
磁を必要としないが、ゼロでない値から最大値まで変化
する励磁で充分である状況で、二重励磁を行うことを目
的とする。
【０００６】本発明の別の課題は、上記タイプの電気機
器において、磁石とコイルとによる相当するレベルの励
磁と組み合わされた所定の数のロータ極に対して必要と
される磁石の数を低減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って本発明は、ステー
タとロータとを含み、ステータが、少なくとも１対のノ
ッチ内に収容された少なくとも１つのアーマチュアコイ
ルを含み、ロータがアーマチュアコイルの一部のまわり
に、磁気閉回路を選択的に形成するための手段を含み、
この手段がロータの周方向に磁束を発生するようになっ
ている少なくとも１つの励磁用永久磁石と、この磁石に
よって発生される磁束と同じ周方向に局部的な可変磁束
を発生するようになっている少なくとも１つの励磁コイ
ルとを含み、磁石が、第１の対のロータ極を構成する第
１のロータ部分内に収容されており、コイルが、第２の
対のロータ極を構成する第２のロータ部分内に収容され
ており、前記ロータ部分が、ほぼ磁気を伝えない領域に
よって互いに分離されている磁束整流電気機器を提供す
るものである。
【０００８】本発明の電気機器は、次の非限定的な特徴
を有する。第２のロータ部分は、２つの極を構成すると
共に、少なくとも１つの励磁コイルを受ける２つの分岐
部を備える、ほぼＵ字形の強磁性部分を有する。
【０００９】第２のロータ部分は、前記分岐部を接合す
るＵ字形部分のベースのまわりに設けられた単一の励磁
コイルを有し、この励磁コイルは、磁石またはその各々
によって発生される磁束と同じように、ほぼ周方向に伝
搬する磁束を発生するようになっている。
【００１０】第２のロータ部分は、磁束を発生するよう
になっているＵ字形部分の前記分岐部のまわりに設けら
れた２つの励磁コイルを有し、前記磁束のうちの１つは
ロータの内部に向き、他方の磁束はロータの外側に向い
ている。
【００１１】ロータは、その周辺に沿って交互に配置さ
れた第１部分と第２部分とを有する。
【００１２】前記第１ロータ部分の各々は、関連する磁
石のそれぞれの両側に２つの強磁性部分を有する。
【００１３】第１のロータ部分の前記強磁性部分は、単
一コアの一部を形成している。
【００１４】磁気を伝えない領域は、空気ギャップであ
る。
【００１５】磁気を伝えない領域は、磁気を伝えない材
料、例えばプラスチック材料を含む。
【００１６】本発明は、更に自動車用オルタネータを構
成する上記のような電気機器を提供するものである。
【００１７】添付図面を参照し、単なる非限定的例とし
て示した本発明の好ましい実施例を読めば、本発明の上
記以外の特徴、目的および利点がより明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１（ａ）および図１（ｂ）は、
本発明に係わる単相または多相電気機器、例えばオルタ
ネータのステータ１の一部、およびそれに対応するロー
タ２の一部を展開略図として示している。
【００１９】ステータ１は、その全体が、従来どおり
に、アーマチュアコイル１４の一部を受けるよう内周部
に設けられた複数のノッチ１３と、連続した環状構造体
を構成するコア１２を有する。
【００２０】偶数のノッチ１３が等しい回転角で離間す
るように、偶数のノッチ１３が分散されており、これら
ノッチ１３の間に、極１５が残されている。
【００２１】ロータ２は、一連の磁気的に分離された個
々の構造体、すなわち、セルによって構成されており、
これら構造体は、２つの分岐部２１１、２１２を備える
Ｕ字形の第１の強磁性構造体２１を含み、分岐部の自由
端は、２つの外部に突出する極を構成し、これらの極の
回転角方向のピッチは、単相電気機器の場合、ロータの
極１５の回転角方向のピッチと等しく、またこれら構造
体は、分岐部の他にベース２１３を含んでいる。
【００２２】ベース２１４のまわりには、励磁コイル２
１４が巻かれている。このコイルは、図１（ａ）および
図１（ｂ）に示されるように、内部で左側から右側に磁
束を発生するよう、励磁電源（図示せず）に接続されて
いる。
【００２３】上記のような複数の等しい回転角だけ離間
したＵ字形構造体を設けることが好ましい。
【００２４】Ｕ字形構造体２１の間には、同じ数の永久
磁石構造体２２が、交互に配置されている。各構造体
は、２つの強磁性部材２２１と２２２との間に固定され
た１つの永久磁石２２５を含み、ステータに向く強磁性
部材の面は、極を構成し、Ｕ字形構造体２１１の極と部
材２２１、２２２の極とは、ロータの外周部のまわりに
等しい回転角だけ離間している。
【００２５】三相電気機器の場合、ステータのノッチ１
３の数は、上記のように構成されたロータの極の数の３
倍となっている。
【００２６】構造体２１と２２とは、ロータのほぼ全高
（すなわち円筒形ロータの場合、軸方向の寸法）だけ延
びているギャップ３０によって離間している。
【００２７】極の必要な数に従い、連続したグループと
して配置されたＮ個の組に、ロータの種々の部品を設け
ることができる。
【００２８】次に、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照
して、作動原理が上記のとおりである回転電気機器、本
例ではオルタネータの作動について、参照して説明す
る。
【００２９】まず、励磁コイル２１４内に励磁電流が流
れていない状況（図１ａ）を検討する。
【００３０】この場合、永久磁石２２５によって発生さ
れる磁束の一部分Ｆ１は、それぞれのアーマチュア部分
１４のまわりの関連する部材２２１および２２２を通っ
て閉ループを流れ、当該アーマチュアコイル内に、最小
のアーマチュア電流を発生できる。
【００３１】磁石により総合的に発生される磁束の別の
部分Ｆ２は、ロータに沿った屈曲した通路に従い、この
磁束Ｆ２は、アーマチュアの巻線内で電流を発生するこ
とにも寄与する。
【００３２】このような状況は、磁石２２５によって発
生される磁束Ｆ１およびＦ２に対応する電気機器の最小
励磁状態の１つである。図１（ｂ）は、ロータの励磁コ
イル２１４が励磁電流を搬送する状況を示す。
【００３３】各コイルは、磁石２２５によって発生され
る磁束Ｆ１と同じ方向（ここではステータ１内の右側か
ら左側への方向）に、関連するアーマチュアコイル部分
１４のまわりの閉ループに従った第１磁束部分Ｆ３を発
生する。
【００３４】コイルによって発生された磁束は、上記磁
束Ｆ２に加わり、より大きい磁束Ｆ２’を形成し、この
磁束Ｆ２’も、アーマチュア電流を増加することに寄与
する。
【００３５】励磁コイル２１４内の電流が最大のとき
に、ステータへのエネルギーの伝達は最大となる。
【００３６】従って、磁界コイル２１４内を流れる単一
方向電流をゼロ値から最大値までの間で制御することに
より、ゼロでない最小値から最大値まで変化するエネル
ギーのステータへの伝達を行う。
【００３７】当然ながら、磁石２２５およびコイル２１
４によってそれぞれ発生される磁束の値を変えることに
より、最大値と最小値との比を変えることができる。
【００３８】これにより、ゼロ値から所定の最大値まで
変化する単一方向の励磁電流を使用し、所定レンジ内で
電流の単調関数として変化する電気機器が得られる。
【００３９】従って、従来の二重励磁電気機器におい
て、必要な励磁に従って双方向電流を発生していたＨ型
電子スイッチングブリッジまたは同様な回路を省略でき
る。これにより、単一の半導体スイッチングデバイスか
ら構成できるスイッチグ手段のコストを大幅に低減でき
る。
【００４０】次に、図２を参照して、本発明に係わるロ
ータ・ステータシステムの別の実施例について説明す
る。
【００４１】この実施例は、各Ｕ字形構造体２１が単一
コイル２１４を含まず、その代わりに、Ｕ字形部分のそ
れぞれの分岐部２１１および２１２のまわりに設けられ
た２つのコイル２１５、２１６を含むという点で、図１
（ａ）、図１（ｂ）に示された実施例とは異なってい
る。
【００４２】この場合、図２における高さ方向（すなわ
ち円筒形ロータに対する半径方向）のＵ字形構造体２１
の寸法をより大きくできることに留意されたい。図１
（ａ）および図１（ｂ）で、コイル２１４の下方部分に
対して自由に残されている空間は、本実施例では不要と
なっている。
【００４３】コイル２１５が下向きの磁束を発生し、コ
イル２１６が上向きの磁束を発生するような方向の電流
が、直列または並列に、同じセルのコイル２１５、２１
６に給電されるようになっている。
【００４４】励磁電流がない場合のこの実施例の作動
は、図１（ａ）に示した実施例の作動と同じであるの
で、再度説明はしない。
【００４５】励磁電流がある場合の作動は、図１ｂの作
動に類似しており、同じ種類の磁束Ｆ１、Ｆ２’および
Ｆ３を発生する。また、それぞれＦ４およびＦ５として
示す２つのコイル２１５、２１６における漏れ磁束は、
ステータへのエネルギーの伝達に有効に寄与し、このエ
ネルギーの伝達通路は、ステータの対応するノッチのま
わりを通っている。
【００４６】図１（ｂ）では、コイル２１４の下方部分
のまわりのこのコイルの漏れ磁束は、明らかになくな
る。
【００４７】従って、この第２実施例では、電気機器の
効率が上昇する。
【００４８】次に、図３を参照して、本発明に係わる電
気機器の詳細な実施例について説明する。
【００４９】ステータ１はそれ自身、従来のタイプのも
のであり、更に従来どおりに配置された種々の三相コイ
ル部分を収容する、等しい回転角だけ離間された３６個
のノッチを有する。
【００５０】ロータ２は、図１（ａ）および図１（ｂ）
に示したタイプの３つのＵ字形コイルセル２１を有し、
これらのセル２１は、３つの永久磁石セル２２と交互に
配置され、１２個のＮ極とＳ極が交互に配置されたロー
タを構成している。
【００５１】ロータの単一の中心コアに、磁石セル部分
２２１、２２２が組み合わされている。
【００５２】コイルセルのＵ字形部分２１１、２１２、
２１３は、セル２２から磁気的に分離されている。実際
には、これら部分は図示していない適当な磁気部品によ
って、上記コアに接合できる。
【００５３】この点に関し、本説明に関連して、隣接す
るセルの間の極めて限られた磁気結合だけを保証するギ
ャップとして、隣接するセル間のギャップ３０の概念を
理解するべきである。従って、このギャップは、空気ギ
ャップまたは磁気材料、特にプラスチック材料によって
部分的または完全に満たされたギャップとすることがで
きる。
【００５４】図示していない実施例では、適当な機械的
手段を使用し、複数の交互に配置される個々のセル２１
と２２とを組み立てることによって、ロータ２を得るこ
とができる。
【００５５】当然ながら、本発明は、本明細書に説明し
た実施例のみに限定されるものでなく、当業者であれ
ば、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施例を、任意
に変更または変形しうると思う。
【００５６】特に、ロータ内に磁気構造体とコイル構造
体との任意の組み合せを設けることができる。例えば、
磁気構造体の各対の間に２つ以上のコイル構造体を設け
たり、コイル構造体の各対の間に、２つ以上の磁気構造
体を設けることができる。
【００５７】この場合、ロータの周辺に交互に配置され
たＮ極とＳ極を保持するように、コイルと磁石とが配列
される。
【００５８】各磁石構造体２２は、２つ以上の磁石を有
することができ、これら磁石からの磁束は組み合わされ
るので、ロータ上で隣接するＮ極とＳ極とを発生させる
磁束の必要な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、磁界コイルが非励磁状態にある、本
発明の第１実施例を構成する回転電気機器のロータ・ス
テータシステムの展開略図、（ｂ）は、磁界コイルが励
磁状態にある、（ａ）に類似した図である。
【図２】磁界コイルが励磁状態にある、本発明の第１実
施例を構成する回転電気機器のロータ・ステータシステ
ムの展開略図である。
【図３】図１（ａ）および図１（ｂ）に従ったロータ・
ステータシステムの詳細な実施例の略断面図である。
【符号の説明】
１ ステータ ２ ロータ １２ コア １３ ノッチ １４ アーマチュアコイル １５ 極 ２１ 第１の強磁性構造体 ２２ 永久磁石構造体 ２１１、２１２ 分岐部 ２１３ ベース ２１４ 励磁コイル ２１５、２１６ コイル ２２１、２２２ 部材 ２２５ 永久磁石 Ｆ１、Ｆ２ 磁束 Ｆ３ 磁束 Ｆ４、Ｆ５ 漏れ磁束

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステータ（１）とロータ（２）とを含
    み、ステータが、少なくとも１対のノッチ（１３）内に
    収容された少なくとも１つのアーマチュアコイル（１
    ４）を含み、ロータが、アーマチュアコイルの一部のま
    わりに、磁気閉回路を選択的に形成するための手段を含
    む、磁束整流電気機器において、 前記磁気閉回路を選択的に形成する手段が、ロータの周
    方向に磁束を発生するようになっている少なくとも１つ
    の励磁用永久磁石（２２５）と、この磁石によって発生
    される磁束と同じ周方向に局部的な可変磁束を発生する
    ようになっている少なくとも１つの励磁コイル（２１
    ４）；（２１５）（２１６）とを含み、磁石が、第１の
    対のロータ極を構成する第１のロータ部分（２２）内に
    収容されており、コイルが、第２の対のロータ極を構成
    する第２のロータ部分（２１）内に収容されており、か
    つ前記ロータ部分（２２）（２１）が、ほぼ磁気を伝え
    ない領域によって互いに分離されていることを特徴とす
    る、磁束整流電気機器。
  2. 【請求項２】 第２のロータ部分（２１）が、２つの極
    を構成すると共に、少なくとも１つの励磁コイル（２１
    ４）；（２１５）（２１６）を受ける２つの分岐部（２
    １１）（２１２）を備えた、ほぼＵ字形の強磁性部分を
    有することを特徴とする、請求項１記載の電気機器。
  3. 【請求項３】 第２のロータ部分（２１）が、前記分岐
    部（２１１）（２１２）を接合するＵ字形部分のベース
    （２１３）のまわりに設けられた単一の励磁コイル（２
    １４）を有し、この励磁コイルが、磁石（２２５）また
    はその各々によって発生される磁束と同じように、ほぼ
    周方向に伝搬する磁束を発生するようになっていること
    を特徴とする、請求項１記載の電気機器。
  4. 【請求項４】 第２のロータ部分（２１）が、磁束を発
    生するようになっているＵ字形部分の前記分岐部（２１
    １）（２１２）のまわりに設けられた２つの励磁コイル
    （２１５）（２１６）を有し、前記磁束のうちの１つ
    が、ロータ（１）の内部に向き、他方の磁束が、ロータ
    （１）の外側に向いていることを特徴とする、請求項２
    記載の電気機器。
  5. 【請求項５】 ロータ（１）が、その周辺に沿って交互
    に配置された第１部分（２２）と第２部分（２１）とを
    有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記
    載の電気機器。
  6. 【請求項６】 前記第１ロータ部分（２２）が、関連す
    る磁石（２２５）のそれぞれの両側に２つの強磁性部分
    （２２１）（２２２）を有することを特徴とする、請求
    項１〜５のいずれかに記載の電気機器。
  7. 【請求項７】 第１のロータ部分（２２）の前記強磁性
    部分（２２１）（２２２）が、単一コアの一部を形成し
    ていることを特徴とする、請求項６記載の電気機器。
  8. 【請求項８】 磁気を伝えない領域が、空気ギャップで
    あることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載
    の電気機器。
  9. 【請求項９】 磁気を伝えない領域が、磁気を伝えない
    材料、例えばプラスチック材料を含むことを特徴とす
    る、請求項１〜７のいずれかに記載の電気機器。
  10. 【請求項１０】 自動車用オルタネータであることを特
    徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電気機器。
JP01648899A 1998-01-26 1999-01-26 磁束整流電気機器 Expired - Lifetime JP4173936B2 (ja)

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FR9800780 1998-01-26
FR9800780A FR2774228B1 (fr) 1998-01-26 1998-01-26 Machine electrique a double excitation, et notamment alternateur de vehicule automobile

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DE (1) DE69933250T2 (ja)
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