JPH11262230A - 磁束整流電気機器 - Google Patents

磁束整流電気機器

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JPH11262230A
JPH11262230A JP11016685A JP1668599A JPH11262230A JP H11262230 A JPH11262230 A JP H11262230A JP 11016685 A JP11016685 A JP 11016685A JP 1668599 A JP1668599 A JP 1668599A JP H11262230 A JPH11262230 A JP H11262230A
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rotor
magnetic flux
coil
poles
magnet
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Dokou Antoine Akemakou
アントワーヌ アクマクー ドクー
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating

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、永久磁石と励磁コイルによる二重励磁を行
わせる。 【解決手段】 磁気閉回路を選択的に形成する手段は、
ロータ２の周方向に自ら閉じた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反対の周方向に局部的
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のロータ部分内に収容されており、端部が
第２の対のロータ極を構成する第２のロータ部分のまわ
りにコイルが巻かれており、ロータは、前記第１ロータ
部分および第２ロータ部分と共に周方向の磁気伝達通路
を形成する第３のロータ部分を、隣接する第１ロータ部
分と第２ロータ部分との間において備えている。

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更に増している。
【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、
特に所定のレンジ内で変化するエネルギーを送るよう
に、実質的にゼロの値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
わせることを目的とする。
【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、該手段が、ロータの周方向に自ら閉じた磁束を発生
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反対の周方向に
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、
端部が第２の対のロータ極を構成する第２のロータ部分
のまわりにコイルが巻かれており、ロータが、前記第１
ロータ部分および第２ロータ部分と共に周方向の磁気伝
達通路を形成する第３のロータ部分を、隣接する第１ロ
ータ部分と第２ロータ部分との間に備えていることを特
徴とする、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、次のような非限定的
で、好ましい特徴を有する。
【０００９】第２ロータ部分は、磁束を発生するように
なっている２つの励磁用コイル有し、磁束の一方は、ロ
ータの内側を向き、他方は、ロータの外側を向くように
なっている。
【００１０】ロータは、一連の交互に配置された第１部
分と第２部分とを、その周辺に沿って有する。
【００１１】第２ロータ部分は、ほぼＵ字形であり、そ
の２つの分岐部に、励磁用コイルを受ける。
【００１２】第３ロータ部分は、ロータの極から所定の
距離にあり、ロータの半径よりもかなり短い半径方向の
距離だけ延びている。
【００１３】第１ロータ部分、第２ロータ部分、および
第３ロータ部分は、単一コアによって構成されている。
【００１４】ロータは、磁石のそれぞれの対の間に設け
られた少なくとも２つの別個のヨーク要素によって形成
されており、前記磁石によって共に接合されている
【００１５】本発明は、自動車用オルタネータを構成す
る上記電気機器を更に提案するものである。
【００１６】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。
【００１７】
【発明の実施の形態】まず図１（ａ）および図１（ｂ）
には、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。
【００１８】ステータ１は、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とで、連続した環状構造体を構成するコア
１２を有する。
【００１９】偶数のノッチ１３が等しい回転角に離間す
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。
【００２０】ロータ２は、一連の磁気的に分離された個
々の構造体によって構成されている。これら構造体は、
別体とするか、または好ましくは一体とされる。この構
造体は、説明を簡潔にするために、図１（ａ）および図
１（ｂ）には、個々の構造体として示されており、２つ
の分岐部２１１、２１２を備えたＵ字形の第１の構造体
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に
等しく、これら構造体は、分岐部の他に更にベース２１
３を含む。
【００２１】２つの分岐部２１１、２１２のまわりに
は、それぞれの励磁コイル２１５、２１６が巻かれてお
り、これらのコイルは、後により詳細に説明するよう
に、反対方向に２つの磁束を発生するよう、相互に接続
されている。
【００２２】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。
【００２３】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２２
１、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。三相電気機器の場合、ステー
タのノッチ１３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。
【００２４】構造体２１と２２とは、強磁性材料の中間
部材２３によって相互に接続されている。中間部材２３
は、磁気コネクタを形成すると共に、構造体２１および
２２の半径方向の寸法よりかなり小さいステータの半径
方向の寸法部分（この寸法は、図１（ａ）および図１
（ｂ）におけるステータの高さに対応する）を占めてい
る。
【００２５】ここに示されているように、接続部材２３
は、Ｕ字形部材２１のベース２１３の実質的な高さだけ
延び、これら部材の上に、２つの励磁用コイル２１５、
２１６の外側部分に必要な空間を残すことが好ましい。
【００２６】極の必要な数に従い、ロータの種々の部品
を連続したグループとして配置されたＮ個の組に設ける
ことができる。
【００２７】次に、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照
して、作動原理が上記のようになっている回転電気機
器、本例ではオルタネータの作動について説明する。
【００２８】まず、励磁コイル２１５、２１６内に励磁
用電流がない状況（図１ａ）を検討する。
【００２９】この場合、永久磁石２２５によって発生さ
れる磁束は、部材２２１、２２２、磁気コネクタ２３、
およびＵ字形部材２１のベース部分２１３を通過する閉
じた回路に従う。
【００３０】この結果、図１（ａ）における矢印Ｆ１で
示されるこの磁束は、漏れ磁束として無視できる程度に
伝達される場合を除き、ステータへは伝えられない。従
って、このオルタネータは、励磁されていない状態にあ
り、ステータコイルは、実質的に電流を送ることはな
い。
【００３１】（磁束方向Ｆ１に対し）上流側端部でコイ
ル２１５内に下向きの磁束が発生し、下流側コイル２１
６で上向きの磁束が発生されるような方向に励磁用コイ
ル２１５、２１６に電流が供給される場合、ロータとス
テータとの間で、３つの主な磁束が循環する。
【００３２】矢印Ｆ１で示される第１の磁束は、図１
（ｂ）に示すような反時計回り方向に、２つの隣接する
ステータの極の間でＵ字形部材２１の分岐部２１１、２
１２およびベース２１３を流れる。
【００３３】矢印Ｆ３で示す第２の磁束は、部材２１の
左側分岐部２１１、磁気コネクタ部分２３および磁石２
２５に隣接する部材２２２を通り、更にステータの２つ
の隣接する極の間で、ステータを通って時計回り方向に
流れる。
【００３４】永久磁石２２５によって発生される磁束
は、反対方向の磁束（磁束Ｆ３）と磁気コネクタ２３で
合流する。この磁束は、磁石に隣接する２つの部材２２
１、２２２、および２つの隣接するステータの極を、後
により詳細に説明するように、少なくとも部分的に循環
する（反時計回り方向の磁束Ｆ４）。
【００３５】最後に、磁気２２５および励磁コイル２１
５、２１６により、相補的な同一極性の磁束Ｆ５が発生
する。
【００３６】このように、ロータ２の上に一連のＮ極と
Ｓ極が形成され、ステータコイルは、電流を発生するこ
とができる。
【００３７】ロータコイル２１５、２１６のレベルにお
けるロータ電流の大きさは、電気機器の一般的な励磁レ
ベルを直接決定し、この励磁レベルは、前記電流の単調
関数として変化する。
【００３８】より正確に説明すれば、ロータ電流がない
場合（図１ａ）、励磁もない（上記参照）。
【００３９】他方、磁気コネクタ２３において、左側に
向かって流れる磁束の絶対値が、ロータ電流がない状態
で隣接する永久磁石によって発生される磁束の絶対値に
等しい場合、前記永久磁石によって発生される磁束のす
べてが、ステータに向けてダイバートされる。
【００４０】こうして電気機器は最大限に励磁され、可
変ロータ電流を発生するようオルタネータ内に設けられ
た手段は、ロータ電流に対応する電流を最大電流とする
ようになっている。
【００４１】これにより、ゼロ値から所定の最大値まで
変化する単一方法の励磁電流を使って、ゼロの励磁から
最大の励磁まで、電流の単調関数として変化する励磁が
得られる。
【００４２】従って、従来の二重励磁電気機器において
必要な励磁に従い、双方向の電流を発生するＨ型の電子
スイッチングブリッジまたは同等な装置を省略すること
が可能である。このような省略により、単一半導体スイ
ッチングデバイスで構成できるスイッチング手段のコス
トが大幅に低減される。
【００４３】次に図２および図３を参照し、本発明にか
かわる電気機器のロータの詳細な実施例について説明す
る。
【００４４】いずれのケースにおいても、図１（ａ）お
よび図１（ｂ）を参照して説明した強磁性部材は、単一
コア２０内で組み合わされる。
【００４５】図２は、８つの極と、２つの径方向に対抗
する永久磁石２２５と、２対の励磁用コイル２１５、２
１６を備えたロータを示す。
【００４６】図１（ａ）および図１（ｂ）の部材に対応
する強磁性部材には、符号を付してある。ロータシャフ
トを受けるようになっている中心ボア２０ａのまわりの
コア２０部分は、Ｕ字形部材２１のベース２１３および
磁気コネクタ２３を構成し、これら磁気コネクタ２３
は、前記ボアとコイル２１５、２１６の外側部分を受け
るノッチの底部との間に、小さい径方向の寸法部分を有
する。
【００４７】図２のロータが、三相オルタネータ用であ
る場合、ステータは、ステータの三相コイルが嵌合され
た２４個の、好ましくは等しい回転角に離間されたノッ
チを有する。
【００４８】図３は、１２０度の等しい回転角に離間さ
れた１２個の極と、３対の励磁コイル２１５、２１６を
備えたロータを示す。この場合、好ましくは等しい回転
角に離間されたノッチを３６個備える三相電気機器用の
ステータが設けられる。
【００４９】次に、図４および図５を参照し、図２およ
び図３に示されたロータコアの変形例について説明す
る。
【００５０】図４は、２つの磁石２２５の間で延び、連
続する円筒形構造体を形成するように、組み立て時に２
つの磁石に接合されるようになっている２つのセクタ２
０Ａ、２０Ｂとして、ロータのコア２０が形成されてい
ることを示す。
【００５１】図５において、３つのセクタ２０Ａ、２０
Ｂおよび２０Ｃが設けられており、これらは、３つの磁
石により接合され、ロータを形成している。
【００５２】このように、ロータをＮ個のセクタ（Ｎは
極の必要な数によって代わる）に分離したことは、コイ
ルの製造が容易となり、単一の円筒コアよりも種々のセ
クタを容易に別個に巻くことができるという点で有利で
ある。
【００５３】励磁電流がない場合、磁石からの磁束は、
それ自身の上で閉じるので、電気機器の組み立て中に、
アセンブリライン上で生じ得るような、ロータが強磁性
部材に吸着されるという危険がなくなるという本発明の
別の利点にも注目されたい。
【００５４】当然ながら、本発明は、上に説明し、図示
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、上記実施例を、任意に変
形または変更できるかについて理解しうると思う。
【００５５】特に、ロータに磁気構造体とコイル構造体
の任意の組み合わ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
設けたりすることができる。
【００５６】この場合、コイルと磁石とは、励磁電流の
ない場合に磁石によって発生される周方向のほとんど
を、コイルの最大磁束がブロックできるようになってい
る。
【００５７】各コイル構造体は、巧妙に配置されたコイ
ルを１個しか含んでいなくてもよい。
【００５８】各磁気構造体は、２つ以上の磁石を有する
ことができる。これら磁石からの磁束は、コイルによる
励磁がない場合に、ロータ内の周方向の磁束の必要な効
果を得るように結合する。
【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であり、（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】本発明に係わる多相電気機器のロータ・ステー
タシステムの略断面図である。
【図３】本発明の第２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４】図２からのロータのコアの一実施例の略断面図
である。
【図５】図３からのロータのコアの一実施例の略断面図
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 ２０ａ，２０ｂ セクター ２１ 第１のＵ字形構造体 ２２ 永久磁石構造体 ２３ コネクタ ２１１、２１２ 分岐部 ２１３ ベース ２１５、２１６ 励磁コイル ２２１、２２２ 部材 ２２５ 永久磁石 Ｆ１、Ｆ２ 磁束 Ｆ３ 磁束 Ｆ４ 反時計回り方向の磁束、 Ｆ５ 相補的な同一極性の磁束

Claims (8)

    【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
    方向に自ら閉じた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反対の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（２１４）（２１５）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、端部が第２の対のロータ極を構成する第
    ２のロータ部分（２１）のまわりにコイルが巻かれてお
    り、前記ロータが、前記第１ロータ部分および第２ロー
    タ部分と共に周方向の磁気伝達通路を形成する第３のロ
    ータ部分（２３）を、隣接する第１ロータ部分と第２ロ
    ータ部分との間において備え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ロータ部分（２１）が、磁束を発生
    するようになっている２つの励磁用コイル（２１５）
    （２１６）を有し、磁束の一方がロータ（１）の内側を
    向き、他方がロータ（１）の外側を向いていることを特
    徴とする、請求項１記載の電気機器。
  3. 【請求項３】 ロータ（１）が、一連の交互に配置され
    た第１部分（２２）と第２部分（２１）を、その周辺に
    沿って有することを特徴とする、請求項１または２記載
    の電気機器。
  4. 【請求項４】 第２ロータ部分（２１）が、ほぼＵ字形
    であり、その２つの分岐部（２１１）（２１２）の各々
    に、励磁用コイル（２１５）（２１６）を受けているこ
    とを特徴とする、請求項１〜３の電気機器。
  5. 【請求項５】 前記第３ロータ部分（２３）が、ロータ
    の極から所定の距離にあり、ロータの半径よりもかなり
    短い半径方向の距離だけ延びてい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】 第１ロータ部分（２２）、第２ロータ部
    分（２１）および第３ロータ部分（２３）が、単一コア
    （２０）によって構成されてい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】 ロータが、磁石（２２５）のそれぞれの
    対の間に設けられた少なくとも２つの別個のヨーク要素
    （２０ａ）（２０ｂ）；（２０ａ）（２０ｂ）（２０
    ｃ）によって形成されており、かつ前記磁石によって共
    に接合されてい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。
  8. 【請求項８】 自動車用オルタネータ状となっているこ
    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。
JP01668599A 1998-01-26 1999-01-26 磁束整流電気機器 Expired - Lifetime JP4452342B2 (ja)

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JPH11262230A true JPH11262230A (ja) 1999-09-24
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