JPS6111066B2

JPS6111066B2 -

Info

Publication number: JPS6111066B2
Application number: JP52085466A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Inagaki; Yoshuki Hatsutori; Masahiro Taguchi
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1986-04-01
Also published as: DE2830883C2; DE2830883A1; US4201930A; JPS5420310A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は交流発電機、更に詳しくは主として自
動車に装備され車載エンジンによつて駆動される
回転子として一対の爪形磁極で励磁巻線を抱持す
る所謂ランデル型回転子を備える、多相、特に三
相交流発電機に関するもので、その目的とすると
ころは、出力低下を招くことなく磁気騒音を大幅
に低減し得る回転子磁極構造を提供することにあ
る。

周知のごとく、この種三相交流発電機（以下
ACGと略称する）は第１図に示すごとき構造を
基本構成としているのが一般的である。

第１図において、１は円筒状の電機子鉄心、２
は該鉄心１に巻装された三相の電機子巻線であり
これらがなす電機子系はハウジングＨ，Ｈに担持
されている。３は一方のハウジングＨに内蔵され
前記電機子巻線２の出力を直流に変換する三相全
波整流装置である。ランデル型回転子Ｒはハウジ
ングＨ，Ｈに回転自在に支承され、図示しないエ
ンジンのクランク軸によりベルト、プーリＱを介
して駆動されるもので、電機子鉄心１に微小空隙
Ｇを介して対向する一対の爪形磁極４Ｎ，４Ｓお
よび該両磁極に抱持されこれら磁極を互いに異極
性に励磁する円筒状の励磁巻線５を包含する。Ｗ
は冷却フアンである。

今、励磁巻線５に励磁電流が流れると一対の爪
形磁極４Ｎ，４Ｓが互いに異極性に励磁され（添
字Ｎ，Ｓは極性を示す）、電機子鉄心１に向けて
磁束Φが流れる。

一般にこの種のACGにおける磁極４Ｎ，４Ｓ
の電機子鉄心１と対向した面の形状は平面的に画
くと第２図に示すごとく２等辺台形となつてい
る。尚、同図中、１１は電機子鉄心１の歯部を示
す。

また、爪形磁極４Ｎ，４Ｓの形状の第２図の公
知例では、二等辺台形底辺長Ｌを極ピツチより若
干短かくすると共に二等辺対辺長ｌを電機子鉄心
１の歯部１１幅と等しくとり１スロツトスキユー
とするのが電磁気学的に正常であり、効率もよく
斜傾率を１スロツトスキユーとすることにより磁
気的な振動音も低くできるとされている。

しかるに、上述のACGにおいても、負荷時に
発生する磁気音が比較的回転数の低い領域におい
て異常音（騒音）として取扱われている。

磁気音は負荷時に発生する特有のもので、電機
子反作用による磁束変動に基づきローレンツ力が
爪形磁極、電機子鉄心間に加振力として働き電機
子鉄心、ハウジング等が振動することによつて発
生することが知られている。

本発明者らは、騒音となる磁気音の発生原因を
究明して磁気騒音の低減を図るべく全力を傾注し
種々な実験研究を繰返した結果、遂に本発明を完
成したのであり、以下に詳述する。

本発明者の実験によれば、一般のACGにおい
て、磁気音の周波数分析を行なつたところ、騒音
として問題となる音の周波数は各爪形磁極の極数
をＰとした場合、ACG回転数の6P倍（通常Ｐ＝
６であることより実質的には36倍）の成分である
ことが判明した。

そこで、磁気音が負荷時に発生する特有のもの
であることにかんがみ負荷時の事象をつぶさに審
究した。

第１図に示す一般ACGにおいて、励磁巻線５
に励磁電流が流れると電機子鉄心１の歯部１１を
磁束Φが通過する。この状態で、回転子Ｒ、従つ
て爪形磁極４Ｎ，４Ｓを第２図中矢印の方向に回
転させ、電機子鉄心１の歯部１１の磁束変動を観
測すると、第３図の実線Ａのごとき正弦波形とな
る（このときを以下励磁・無負荷時と称す）。つ
づいて、ACGの出力端子に負荷抵抗を接続する
と（このときを以下負荷時と称す）電機子鉄心１
に巻かれている電機子巻線２に電流が流れる。こ
の電流の逆起電力により電機子鉄心１の歯部１１
の磁束変動は第３図中破線Ｂのごとく歪んだ波形
となる。前記の励磁・無負荷時の磁束変動波形Ａ
および負荷時の磁束変動波形Ｂをフーリエ変換す
ると第４図の実線および破線，のようにな
る。この第４図において、励磁・無負荷時の磁束
変動に対し、負荷時は前記のレベルがのよ
うに減少し、さらには、の３倍の周波数成分
が新しく発生してきている。ここにおいて、
、の周波数は、ACGの回転数ＮにACGの爪
形磁極４Ｎの極数Ｐ（磁極４Ｓも同じ数である）
を乗じた周波数Ｎ・Ｐである。従つての周波数
は３NPとなる。磁束Φによるローレンツ（加振
力）ＦはＦ∝Φ^２の関係があるため、電機子鉄心
１の歯部１１は磁極方向にローレンツ力Ｆを受け
ることとなる。

しかして上記のごとく、磁束Φの変動がＮ・
Ｐ、3N・Ｐの周波数成分をもつことから Φ＝（sin2π・NPt、sin2π・3NPt）Ｆ∝Φ^２＝（sin2π・2NPt、sin2π・4NPt、 sin2π・6NPt）〔〓例えばΦ＝Asin2π・NPt＋Bsin2π・3NPtの
ときは Φ^２＝１／２（A²＋B²）−（Ａ／２^２−AB）cos2π・ 2NPt−AB・cos2π・4NPt−Ｂ／２²cos2π ・6NPt〕なる関係式が成立し、加振力Ｆは 2N・Ｐ、4N・Ｐ、6N・Ｐの周波数成分を持つことになる。

実際には、そのうちの6N・Ｐ成分とACGの固
有振動数とが一致して磁気騒音となつているもの
と推察され、先の磁気音の周波数分析結果と一致
する。

しかも、上記式から明らかなごとく、加振力の
6N・Ｐ成分は磁束変動における3N・Ｐの成分に
起因していることがわかる。

以上のことより、磁束変動の3N・Ｐ成分を減
らせば加振力の6N・Ｐ成分が低下し、結果とし
て磁気騒音を低減させることができることを見い
だしたのである。

そして、負荷時の磁束変動が3N・Ｐの周波数
成分をできるだけ含まないようにする手段として
励磁・無負荷時の磁束変動波形を特殊な形状にす
ることに着目した。つまり、第５図において、実
線Ｃにて示すごとく励磁・無負荷時の磁束変動を
従前の波形（破線にて示す第５図の正弦波）に
対して歪ませて、フーリエ変換した際、3N・Ｐ
の周波数成分（破線）が、従前のACGの負荷
時における3N・Ｐ周波数成分（第４図の）対
して逆位相で存在するようになすものである。

かくすれば、あらかじめ（無負荷時に）歪んで
いる波形となり、これは負荷時において更に磁束
変動波形が歪んだ際あたかも正弦波形になるよう
にするわけである。

すなわち歪みでもつて歪みを取るものであり、
負荷時に歪んで悪い波形にならんとするものを、
あらかじめ無負荷時に、あえて、歪ませておき、
負荷時に更に歪んだときに、悪い波形にならぬよ
うにするものである。

特に、本発明では、製作面、組付面、一般
ACGとの互換性等を考慮し、第５図に示すあら
かじめ歪んだ磁束変動波形Ｃを爪形磁極の形状を
変更することによつて得る。

そのため、本発明では、各爪形磁極において、
電機子鉄心との対向面の形状を、基本的には台形
状であるものの、対辺が底辺に対して回転方向に
偏位せる不等辺台形にすることを特徴とする。そ
して、このようにする理由は、第５図において波
形Ｉを波形Ｃに近づけるには、両波形のピーク点
のみを考えた場合、波形Ｃの方が波形Ｉよりも若
干位相が進んでいるのであるから、波形Ｉがピー
クになる位置を現波形Ｉよりも時間的に進むよう
に磁極形状を変えれば良いことに着目できたから
である。

上記構成の本発明により、出力低下を来たさな
いで磁気騒音を大幅に低減できることを以下に説
明する。

第６図に、本発明における爪形磁極４Ｎ，４Ｓ
の電機子鉄心との対向面の平面形状の一例を示す
通り、各爪形磁極４Ｎ，４Ｓは基本的には台形状
であつて、対辺が底辺に対して矢印方向（回転方
向）に偏位せる不等辺台形をなしている。

今仮に、ACGの基本的体格が、電機子鉄心Ｉ
内径＝97mm、回転子Ｒ外径（爪形磁極４Ｎ，４Ｓ
外径）＝96.4mmで、かつ極数Ｐ＝６の各爪形磁極
４Ｎ，４Ｓにおける磁極表面仕様が第７図に示す
通り、台形の高さ（電機子鉄心１の軸方向幅と実
質的に同じ）Ｔ＝24mm、底辺長Ｌ＝23mm、対辺長
ｌ＝５mmになつている標準型である場合、第７図
に示すごとく、本発明による磁極表面形状（実
線）は従来一般の磁極表面形状（２点鎖線）に比
して対辺が底辺に対して矢印方向（回転方向）へ
Ｄだけ偏位せる不等辺台形になる。

まず、上記偏位量を種々変化させた場合に、
ACGの出力および加振力がどのように推移する
のかを計測した結果を第８図に示す。第８図はＮ
＝3000rpmの全負荷時における特性を示してお
り、縦軸に、出力(A)の実測値および一般ACGの
加振力を100％とした場合の比率が、横軸に偏位
量Ｄ（mm）がそれぞれとつてある。

第８図から明瞭なごとく、Ｄ＝１〜９mmの全範
囲において、出力は60A〜52Aへと変化しわずか
に出力低下傾向が認められるものの、加振力は75
％〜20％となり大幅に低減している。特に、Ｄ＝
２〜６mmの範囲においては出力がほとんど低下す
ることなく、加振力が大幅に低下しており、この
範囲で顕著な効果が得られることが理解されよ
う。

次に、上記の加振力低減により、磁気音で問題
となる音（騒音）の周波数成分（6N・Ｐ）の音
圧レベルdB(A)を確実に低減し得ることを第９図
に示す。

第９図において、Ｄ＝０mmの曲線（実線）は一
般公知のACGの音圧レベルであり、これに対
し、本発明によるものは代表例としてＤ＝３mm
（破線）、Ｄ＝６mm（１点鎖線）の２例で示してあ
るごとく、2000〜4000rpmの低回転数領域におい
て10dB(A)も音圧レベルが低減している。

従つて、本発明によれば、出力をさほど低下さ
せることなく、磁気騒音を大幅に低減させること
ができるのである。

しかして本発明では、爪形磁極４Ｎ，４Ｓの形
状を変更することとなるため、この形状変更によ
つて新たに騒音が誘発されないことが肝要であ
る。

そのため、本発明のACG（Ｄ＝６mm）と一般
公知のACG（Ｄ＝０mm）とにおいて、全負荷時
に発せられる全騒音を比較したのが第１０図であ
る。この第１０図から明らかなごとく、本発明の
ACGは一般のACGに比して全騒音が第９図に対
応して低減している。従つて、爪形磁極の形状変
更によつて新たな騒音を誘発することなく磁気騒
音のみを大幅に低減させ得ることを確認できた。

なお、上記実施例では、爪形磁極４Ｎ，４Ｓの
形状が完全な不等辺台形である場合について詳述
したが、各角部を円弧状にするとか、対辺を円弧
状にするとか、対辺と対辺とを結ぶ傾斜辺を非線
形にするなど、設計上、製作上の問題等で適宜選
定される形状は、上述の本発明の趣旨を逸脱しな
い限り、全て本発明でいう不等辺台形に包含され
ることは勿論である。

以上のごとく、本発明においては、各爪形磁極
において電機子鉄心との対向面の形状を底辺に対
して対辺が回転方向に偏位せる不等辺台形にして
いるから、出力をさほど低下させることなく磁気
騒音を大幅に低減させることができるという優れ
た効果がある。しかも、本発明によれば、爪形磁
極の形状を変更するだけであるため、一般ACG
との互換性もあり、かつ本質的には台形状である
ことより爪形磁極自体も鍛造によつて容易に作製
することができるという実益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来周知の交流発電機の縦断面図、第
２図は前記発電機における爪形磁極表面の展開
図、第３図〜第５図は本発明の案出過程の説明に
供する磁束変動波形図、第６図は本発明による爪
形磁極の一例を示す磁極表面の展開図、第７図は
本発明による爪形磁極の一つの各部寸法を説明す
るための図、第８図〜第１０図は本発明になる交
流発電機の性能を従来周知の交流発電機と比較し
て示す特性図である。１……電機子鉄心、２……電機子巻線、Ｒ……
回転子、４Ｎ，４Ｓ……爪形磁極、Ｇ……空隙。

Claims

【特許請求の範囲】

１電機子鉄心と、該鉄心に巻装された電機子巻
線と、互いに異極性に励磁される一対の爪形磁極
を含み前記電機子鉄心に微小空隙を介して対向す
る回転子とを備え、前記各爪形磁極は前記電機子
鉄心との対向面の形状が、底辺に対して対辺が回
転方向に偏位せる不等辺台形をなしていることを
特徴とする交流発電機。