(57)【要約】車載用および既存車両の「取り外し交換」装備改良のためのコンパクト高出力オルタネータとしての使用に特に適した、機械的エネルギーと電気的エネルギーとを変換する装置。装置は、永久磁石を備えたロータと、巻線を備えたステータと、冷却システムとを含む。ロータ変位を最小化することと、許容できないロータ変位を吸収することとによって、ロータ磁石がステータと衝突するのを防止するメカニズムを開示する。冷却システムは冷却媒体フローを少なくとも一つの巻線および磁石との熱接触に導き、また、ステータ・コアを通る少なくとも一つの通路を含む。さまざまな開放系および閉鎖系冷却システムを説明する。例えば、巻線のエンドターンを緩く巻くこと、非同期エアフロー源の使用、および／又は、ステータを通って延び巻線と熱接触する管路を通して冷却媒体を導くこととによって、冷却を促進する。
2007524335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー変換装置であって、
円筒型ケーシング、および前記ケーシングの内部に配置された所定数の永久磁石含むロータであって、前記ケーシングの軸周りを回転するようにされたロータと、
コアおよび少なくとも一つの導電巻線を含むステータであって、
前記コアは、ほぼ円筒型の外周面と、およびそこに形成された所定数のスロットとを含み、
前記巻線は、前記スロットを通って前記コア周りに巻かれており、
前記ステータは、前記ロータケーシングの前記内部に同心円状に配置され、前記ステータ・コアの周囲面は、前記ロータ磁石に近接して前記磁石から所定のギャップ距離隔てて配置され、前記ロータとステータとの相対的運動によって前記磁石からの磁束流が前記ステータの巻線と相互作用して前記巻線の中に電流を誘起する、ステータと、
前記ステータ・コアを通る少なくとも一つの通路を含み、冷却媒体の流れを、前記巻線および磁石の少なくとも一つと熱接触するように導く冷却システムとを
含む装置。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記ステータの巻線は、前記コアから外側に張り出したエンドターンを含み、前記エンドターンとコアとの間にスペースを備えている、装置。
【請求項３】
請求項１の装置であって、エンドプレートをさらに含み、
前記ステータは前記エンドプレートに取り付けられており、
前記ロータは、前記エンドプレートに対して回転するように取り付けられている、
装置。
【請求項４】
請求項３の装置であって、前記冷却システムには、さらに、前記エンドプレートを通り前記ステータ・コアの通路と流体連通している、少なくとも第一通路がさらに含まれる、装置。
【請求項５】
請求項１の装置であって、前記冷却システムには、さらに、前記ロータを通り前記ステータ・コアの通路と流体連通している、少なくとも第一通路が少なくとも含まれる、装置。
【請求項６】
請求項２の装置であって、前記冷却システムには、さらに、前記ロータを通り前記ステータ・コアの通路と流体連通している、少なくとも第一通路が少なくとも含まれる、装置。
【請求項７】
請求項５の装置であって、前記冷却システムには、前記ロータとともに回転するように取り付けられて、冷却媒体を前記ステータ・コアの通路を通って移動させるよう配置されたファンがさらに含まれる、装置。
【請求項８】
請求項６の装置であって、前記冷却システムには、前記ロータとともに回転するように取り付けられて、冷却媒体を前記ステータ・コアの通路を通って移動させるように配置されたファンがさらに含まれる、装置。
【請求項９】
請求項４の装置であって、前記冷却媒体はエアであり、前記冷却システムには、前記エンドプレートの通路および前記ステータ・コアの通路を通してエアを移動させるために配置された強制エア供給源がさらに含まれる、装置。
【請求項１０】
請求項１の装置であって、外力に反応してロータの位置が動くのを防止するように配置され、前記磁石と前記ステータとが衝突するのを回避するように、前記ステータに前記所定距離より近接して配置された少なくとも一つの緩衝材をさらに含む装置。
【請求項１１】
請求項３の装置であって、前記装置は、前記エンドプレートに回転可能に連結されたシャフトをさらに含み、前記ロータは、前記シャフトともに回転するように前記シャフトに連結されている装置。
【請求項１２】
請求項１１の装置であって、
前記シャフトは、前記シャフトの両端の間に前記ステータに対し所定の位置に配置されたテーパ部分を含み、前記テーパ部分の径は所定のテーパ度を持ち、
前記ロータは、前記シャフトの前記テーパ部分のテーパ度に対応する所定のテーパ度を持つ中心貫通穴を含み、
前記シャフトは、シャフトのテーパ部分が前記ロータ穴に保持されるように、前記ロータのテーパ穴に軸通しされ、前記ロータのテーパ穴とシャフトのテーパ部分とが協働して、前記シャフトおよび前記ステータに対し前記ロータを位置決めする、
装置。
【請求項１３】
請求項９の装置であって、前記強制エア供給源は前記ロータの回転に対し非同期のファンを含む、装置。
【請求項１４】
請求項１の装置であって、前記冷却システムには、前記ステータ・コアの通路を通って延び前記巻線と熱接触する管路が含まれる、装置。
【請求項１５】
請求項１の装置であって、前記ステータ・スロットとロータ磁石との少なくとも一つの前記配置は、前記ステータの前記軸に対し所定量だけ傾斜している、装置。
【請求項１６】
請求項２の装置であって、前記冷却システムには、前記ステータ・コアの通路を通って延び前記巻線のエンドターンと熱接触する管路が含まれる、装置。
【請求項１７】
請求項１６の装置であって、前記管路と前記巻線のエンドターンとを結合している、熱伝導性で電気絶縁性のある構成材をさらに含む装置。
【請求項１８】
請求項１６の装置であって、前記管路は、前記巻線のエンドターンとともに熱伝導性があり電気絶縁性の材料によって被包される、装置。
【請求項１９】
請求項１の装置であって、前記巻線のエンドターンは、前記ステータ・コアの通路を通って流れる冷却媒体の前記通り道に配置される、装置。
【請求項２０】
請求項１４の装置であって、前記管路に熱的に接続されている冷却フィンをさらに含む装置。
【請求項２１】
請求項１４の装置であって、冷却媒体が液体である、装置。
【請求項２２】
請求項１の装置であって、前記ステータの巻線は、前記ステータ・コアの通路を通流する冷却媒体の前記通り道の中へ曲がり込むエンドターンを備える、装置。
【請求項２３】
請求項１の装置であって、前記冷却媒体はエアであり、前記ステータ・コアの通路を通してエアを移動させるために配置された強制エア供給源をさらに含む装置。
【請求項２４】
請求項１の装置であって、シャフトと、第一および第二エンドプレートと、外部ケーシングをさらに含み、
前記ロータケーシング、ステータ・コア、および外部ケーシングは前記シャフトと同心円状になっており、
前記シャフトは、前記第一および第二エンドプレートと回転可能に連結されており、
前記ステータは、前記第二エンドプレートに取り付けられており、
前記ロータは、前記第一エンドプレートと第二エンドプレートとの間で前記外部ケーシング内に、前記シャフトにこれとともに回転するように結合されている、
装置。
【請求項２５】
請求項１１の装置であって、
前記シャフトは、前記シャフトの両端の間に、前記ステータに対して所定の位置に配置されたテーパ部分を含み、前記テーパ部分の径は所定のテーパ度を持ち、
前記ロータは、前記シャフトの前記テーパ部分のテーパ度に対応する所定のテーパ度を持つ中心貫通穴を含み、
前記シャフトは、前記ロータのテーパ穴に軸通しされ、シャフトのテーパ部分が、前記ロータの穴に保持され、前記テーパされたロータの穴とテーパされたシャフト部分との協働により、前記シャフトおよび前記ステータに対して前記ロータを位置決めする、
装置。
【請求項２６】
請求項１１の装置であって、
前記ロータは、エンドキャップ、円筒型ケーシング、および前記ケーシングの前記内部に配置された所定数の永久磁石を含み、
前記ケーシングとエンドキャップとは一体化ユニットとして形成されている、
装置。
【請求項２７】
請求項２６の装置であって、前記ロータおよびシャフトが一体化ユニットで形成される、装置。
【請求項２８】
請求項２４の装置であって、
前記ロータは、エンドキャップ、第一および第二端を持つ円筒型ケーシング、および前記ケーシングの前記内部の前記第二端近くに配置されたに所定数の永久磁石を含み、
前記ロータエンドキャップは、前記シャフト上に、前記シャフトとともに回転するように同心円状に取り付けられ、前記ケーシングの前記第一端に結合されて、前記ケーシングを前記シャフトと同軸に配置し、前記エンドキャップとシャフトとの前記取付け箇所は、前記シャフト上の軸方向の所定位置に置かれており；前記磁石と前記エンドキャップ／シャフトの前記取り付け箇所との間の前記軸方向距離が、前記磁石と前記ロータケーシング第一端との間の前記軸方向距離よりも短く、前記巻線が通る前記ステータ・コア・スロット近傍の前記ケーシング内部の前記軸方向長さが、前記シャフト近傍の前記ケーシング内部の前記軸方向長さよりも大きくなるように、前記ロータエンドキャップが形成されている、
装置。
【請求項２９】
請求項２４の装置であって、冷却システムは、前記ステータ・コアの通路と流体連通し、前記ロータを通る通路をさらに含む、装置。
【請求項３０】
請求項２５の装置であって、冷却媒体の流れが、前記ステータ・コアの通路を通って前記巻線の少なくとも一部に熱接触し、前記ロータ通路を通って前記磁石と熱接触するよう導かれるように、前記通路が配置されている、装置。
【請求項３１】
請求項２４の装置であって、前記第一および第二エンドプレートとそれぞれ協働して前記第一および第二エンドプレートを前記外部ケーシングに押し付ける連結ロッドをさらに含む装置。
【請求項３２】
請求項２４の装置であって、前記第二エンドプレートは、前記ステータ・コアの通路と流体連通し冷却媒体の流れを可能にしている、少なくとも第一通路を含む、装置。
【請求項３３】
請求項３２の装置であって、前記冷却媒体はエアであり、前記冷却システムは、前記エンドプレート通路および前記ステータ・コアの通路を通してエアを移動させるように配置された強制エア供給源をさらに含む、装置。
【請求項３４】
請求項３３の装置であって、前記強制エア供給源は、前記シャフトに対し非同期である、装置。
【請求項３５】
請求項３３の装置であって、前記強制エア供給源は電気ファンを含む、装置。
【請求項３６】
請求項３５の装置であって、前記電気ファンは前記第二エンドプレートに搭載されている、装置。
【請求項３７】
請求項３３の装置であって、前記強制エア供給源は、前記第二エンドプレートに通ずる管路を含み、前記第二エンドプレートから離れた場所からエアを供給する、装置。
【請求項３８】
請求項３３の装置であって、前記第一エンドプレートはシールされ、前記第二エンドプレートは、少なくとも２つの別個のエア通路を持ち、前記装置はさらに、前記エンドプレートの通路の一つに通じる第一エア流路と、前記エンドプレートの他方の通路に通じる第二エア流路とを持つ二重壁のシュノーケルを含む管路を備え、前記強制エア供給源は、一方のシュノーケル・エア流路を通してエアを取入れて、前記エンドプレートの通路の一つと、ロータおよびステータ・コアと、もう一方のエンドプレート通路とを通してエアを移動させ、他方のシュノーケル・エア流路を通して排気するように配置された、装置。
【請求項３９】
請求項３８の装置であって、前記強制エア供給源は、それぞれ反対角に設定され同心円状に配置された羽を備えるファンを含み、一方の羽は、エアを、前記取入れ用のシュノーケル・エア流路と通じている前記エンドプレートの通路中へエアを推進するように位置合わせされ、前記他方の羽は、前記他方のエンドプレート通路からエアを排出するように位置合わせされた、装置。
【請求項４０】
請求項３３の装置であって、前記強制エア供給源は、前記シャフトとともに回転するよう配置されたファンを含む、装置。
【請求項４１】
請求項３２の装置であって、
前記第一エンドプレートは、前記ロータ通路と流体連通する通路を含み、
第一冷却媒体フロー経路が、前記第二エンドプレート通路と第一エンドプレート通路との間に、前記ステータ・コアの通路およびロータ通路を通って設けられ、
第二冷却媒体フロー経路が、前記第二エンドプレート通路と第二エンドプレート通路との間に、前記ロータケーシングと前記外部ケーシングとの間の前記スペースを通って設けられる、
装置。
【請求項４２】
請求項３２の装置であって、
前記第二エンドプレートは第二通路を含み、
冷却媒体フロー経路が、前記ステータ・コアの通路、前記ロータ通路、および前記ロータケーシングと前記外部ケーシングとの間の前記スペースを通って、前記第二エンドプレートの第一通路と第二通路との間に設けられる、装置。
【請求項４３】
請求項２４の装置であって、前記第一および第二エンドプレートはシールされており、前記ケーシングは熱交換器を含む、装置。
【請求項４４】
請求項４３の装置であって、冷却媒体を前記ロータおよびステータ・コアに循環させて前記熱交換器と接触させるため、前記シャフトとともに回転するように配置された内部ファンを含む装置。
【請求項４５】
請求項１の装置であって、前記冷却システムは、
前記ステータ・コアの通路を通るエアフローの前記通り道の中に、前記コアから外側に張り出して配置された、緩く巻いた巻線のエンドターン、
前記ステータ・コアの通路を通る前記エアフローの一部を、前記磁石と熱接触している素子上に導くための、前記ロータを通る通路、
ロータ回転に対して非同期のエアフロー源、
前記ステータ・コアの通路を通る前記エアフローの一部を、前記巻線のエンドターンおよび磁石の少なくとも一つとの熱接触に導くためのデフレクタ、
前記ステータ・コアの通路を通して延び、前記巻線のエンドターンと熱的に接触している管路、および
遠隔源からのエアを供給するため、前記ステータ・コアの通路と通じている管路
の少なくとも一つをさらに含む装置。
【請求項４６】
パワー変換装置であって、
第一および第二エンドプレートと、
前記第一と第二エンドプレートとに、回転可能に取り付けられたシャフトと、
前記シャフトと同心円状に配置され、前記第一と第二エンドプレートとの間に結合された円筒型外部ケーシングと、
前記第一および第二エンドプレートの間に、前記シャフトと同心円状に、前記外部ケーシングの内部に配置された円筒形ケーシングを備え、前記シャフトとともに回転するように前記シャフトに結合されたロータであって、
前記ケーシングの前記内部に配置された所定数の永久磁石を含むロータと、
コアおよび一つ以上の導電巻線を含むステータであって、
前記コアは、表面に形成された所定数のスロットと、前記スロットを通り前記コア周りに巻かれた前記巻線とを備えたほぼ円筒型の外周面を持つ、ステータとを
含み、
前記ステータ・コアは、前記第二エンドプレートに固定されており、前記ロータケーシングと同心円状に前記ロータケーシングの内部に、前記ロータ磁石に近接して前記磁石から所定のギャップ距離隔てて配置されている外周面を備え、前記ロータとステータとの相対的運動が、前記磁石と前記ステータの巻線との間の電磁気的相互作用をもたらす、
装置。
【請求項４７】
請求項４６の装置であって、前記ロータを通る少なくとも一つの通路と前記ステータ・コアを通る少なくとも一つの通路とを含む、冷却媒体の流れを前記巻線に導くための冷却システムをさらに含む装置。
【請求項４８】
請求項４６の装置であって、外力に反応してロータの位置が動くのを防止するように配置され、前記磁石と前記ステータとが衝突するのを回避するように、前記ステータに前記所定距離より近接して配置された少なくとも一つの緩衝材をさらに含む装置。
【請求項４９】
請求項４６の装置であって、前記第一および第二エンドプレートの各々は、前記シャフトを同心円状に保持するためのベアリングを内部に配置した中心開口部と、前記外部ケーシングを位置決めし取り付けるための、前記中心開口部と同心円状の取付部を含み、前記第二エンドプレートは、前記開口部と同心円状の、前記第一エンドプレートに向かって軸方向に突き出た中央ハブを含み、前記ステータ・コアは前記第二エンドプレートのハブに固定されている、装置。
【請求項５０】
シャフト、ステータおよびロータを含むパワー変換装置であって、前記シャフト、ステータおよびロータは同軸に配置され、前記ロータは前記シャフトに取り付けられ、前記ステータは少なくとも一つの巻線を含み、前記ロータは、前記ステータに近接して前記ステータから所定のギャップ距離隔てて配置された複数の永久磁石を含み、前記ロータとステータとの相対的運動によって、前記磁石からの磁束流が、前記ステータの巻線と相互作用し前記ステータ巻線の中に電流を誘起する装置であって、
前記シャフトは、前記シャフトの両端の間に、前記ステータに対し所定の位置に配置されたテーパ部分を含み、前記テーパ部分の直径は所定のテーパ度を持ち、
前記ロータは、前記シャフトの前記テーパ部分のテーパ度に対応する所定テーパ度の中心貫通穴を含み、
前記シャフトは、シャフトのテーパ部分が前記ロータ穴に保持されるように、前記ロータのテーパ穴に軸通しされ、前記ロータのテーパ穴とシャフトのテーパ部分とが協働して、前記シャフトおよび前記ステータに対し前記ロータを位置決めする、
装置。
【請求項５１】
請求項５０の装置であって、前記所定テーパ度は、７インチ長さあたり１インチ径から１６インチ長さあたり１インチ径までの範囲である、装置。
【請求項５２】
請求項５０の装置であって、前記所定テーパ度は、おおよそ１フィート長さあたり１インチ程度の径である、装置。
【請求項５３】
請求項５０の装置であって、前記シャフト、ロータおよびステータの整列を協働して維持している、第一および第二エンドプレート、外部ケーシング、および複数の連結ロッドをさらに含み、
前記シャフトは、前記エンドプレートと軸方向に整列し、前記エンドプレートによって回転可能に保持され、
前記ステータは、前記エンドプレートの一つに固定され、該エンドプレートに対し所定の配置を保持し、
前記外部ケーシングは、前部および後部のエンドプレートを外部ケーシングに押し付けるように配置されたれ連結ロッドによって、前記前部および後部のエンドプレートの間に配置された、
装置。
【請求項５４】
請求項５０の装置であって、
前記ロータは、エンドキャップおよび円筒型ケーシングを含み、前記磁石は前記ケーシングの前記内部側に配置され、
前記ステータは、前記ロータケーシングの内部に配置された、
装置。
【請求項５５】
請求項５０の装置であって、
前記ステータは、前部および後部側面と、面部に所定数のスロットを形成するほぼ円筒型の外周面とを含むコアを包含し、
前記ステータの巻線は、少なくとも片側の端面において、前記巻線が、第一スロットを通過し、前記コア側面を越えて外側に張り出すエンドターンを形成し、前記エンドターンと端面との間にスペースを設け、次に別のスロットを通過して戻るようにして、前記コア周りに巻かれる、装置。
【請求項５６】
請求項５０の装置であって、ファンと、前記ファンによって移動されるエアを前記巻線のエンドターン上を循環させるようにそれぞれ配置されたエア通路とをさらに含む装置。
【請求項５７】
請求項５０の装置であって、前記ファンは電気的に駆動される、装置。
【請求項５８】
請求項５０の装置であって、前記シャフト、ロータ、およびステータの整列を協働して維持する前部エンドプレート、後部エンドプレート、外部ケーシングをさらに含み、前記エア通路は、前記後部エンドプレートを通る少なくとも一つのエア通路と、前記ステータ・コアを通る少なくとも一つのエア通路と、前記ロータエンドキャップを通る少なくとも一つのエア通路と、前記前部エンドプレートを通る少なくとも一つのエア通路とを含む、装置。
【請求項５９】
請求項５０の装置であって、前記ロータエンドキャップは、前記ケーシングに結合している周囲部分と、前記テーパ穴を備えた中央ハブと、前記周囲部分を前記中央ハブに結合し、結合部分を通る少なくとも一つのエア通路を含む結合部分とを備える、装置。
【請求項６０】
請求項５０の装置であって、前記結合部分は、複数のクロスアームを含む、装置。
【請求項６１】
請求項５０の装置であって、前記クロスアームは、前記ロータケーシングの前記軸に対して非垂直角に配置されており、前記ケーシングの内部の前記軸方向の長さは、前記ケーシング筒に近接する部分の方が前記シャフトに近接する部分よりも大きい、装置。
【請求項６２】
請求項５０の装置であって、前記ロータエンドキャップは、前記シャフトのテーパ部分が前記ロータ穴に保持されたときに、前記シャフトのテーパ部分が前記ロータケーシングの前記内部にあるように形成される、装置。
【請求項６３】
請求項５０の装置であって、ロータエンドキャップの少なくとも一部は、前記ロータケーシングに対し９０°以外の角度で配置され、このため前記シャフトへの前記ロータの前記接続点と前記磁石との間の前記軸方向距離は、前記ロータケーシングの前記軸方向長さより小さい、装置。
【請求項６４】
請求項５０の装置であって、前記ロータ・ハブが前記ロータケーシングの前記内部中に配置されるように、前記ロータエンドキャップの接続部分が形成される、装置。
【請求項６５】
パワー変換装置であって、
第一および第二エンドプレートと、
前記エンドプレートと同心円状にかつ垂直に配置された回転可能なシャフトと、
エンドキャップ、第一および第二端を持つ円筒型ケーシング、および、前記第二端に近接して前記ケーシングの前記内部に配置された所定数の磁石を含むロータであって、前記ロータエンドキャップは、前記シャフトとともに回転するように前記シャフトと同心円状に該シャフトに取り付けられ、前記ケーシングを前記シャフトと同軸に配置するように、前記ケーシングの前記第一端に接合されており、前記エンドキャップとシャフトとの前記取付け部は前記シャフトの所定の軸方向位置にある、ロータと、
コアと少なくとも一つの導電巻線とを含むステータであって、
前記コアは、第一および第二側面と、面内に所定数のスロットを形成するほぼ円筒型の外周面とを含み、
前記巻線は、前記スロットを通し前記コアの周りに巻かれており、
前記ステータは、前記エンドプレートの一つに取り付けられ、前記ロータケーシングの前記内部に前記シャフトおよびロータケーシングと同心円状に配置されており、前記ステータ・コア外周面は、前記ロータ磁石に近接して前記磁石から所定のギャップ距離隔てて配置され、前記ロータとステータとの相対的運動によって前記磁石からの磁束流が前記ステータの巻線と相互作用して前記巻線の中に電流を誘起する、ステータと、
前記シャフトと同心円状であって、前記第一および第二エンドプレートに結合されている外部ケーシングと、
を含み、
前記ロータエンドキャップは、前記磁石と、エンドキャップおよびシャフトの前記取付け部との間の前記軸方向距離が、前記磁石と前記ロータケーシング第一端との間の前記軸方向距離より小さく、前記巻線が通された前記ステータ・コア・スロットの近傍での前記ケーシング内部の前記軸方向長さが、前記シャフト近傍での前記ケーシング内部の前記軸方向長さより大きくなるように形成された、
装置。
【請求項６６】
シャフト、ステータおよびロータを含むパワー変換装置であって、前記シャフト、ステータおよびロータは、同軸に配置され、前記ロータが前記シャフトに取り付けられて配置され、前記ステータは、少なくとも一つの巻線を含み、前記ロータは、前記ステータに近接して、前記ステータから所定のギャップ距離隔てて配置された複数の永久磁石を含み、前記ロータとステータとの相対的運動によって前記磁石からの磁束流が前記ステータの巻線と相互作用して前記巻線の中に電流を誘起し、
前記ステータは、前部および後部側面と、面内に所定数のスロットを形成するほぼ円筒型の外周面を含むコアとを包含し、
前記ステータの巻線は、少なくとも片側の端面において、前記巻線が、第一スロットを通過し、前記コア側面の外側に張り出すエンドターンを形成し、前記エンドターンと端面との間にスペースを設け、次に別のスロットを通過して戻るようにして、前記コア周りに巻かれ、これによって前記巻線中に発生した熱の放散を促進する、
装置。
【請求項６７】
シャフト、少なくとも一つの巻線を含むステータ、および、複数の永久磁石を含むロータを備えるパワー変換装置であって、前記シャフト、ステータおよびロータは、同軸に配置され、前記ロータは、外力がない状態で、前記磁石を前記ステータから所定のギャップ距離隔てて前記ステータに近接させつつ、前記ステータに対し所定の位置に配置されるように前記ロータが前記シャフトに取り付けられ、これによって、前記ロータとステータとの相対的運動によって前記磁石からの磁束流が前記ステータの巻線と相互作用して前記巻線の中に電流を誘起し、前記変換装置は、外力に反応して、前記ロータの位置が前記ステータに対する前記所定位置から所定量を超えて逸脱するのを防止するため配置された一つ以上の緩衝材をさらに含み、これによって前記磁石と前記ステータとの衝突が回避される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、発明者Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｙ．ＬａｆｏｎｔａｉｎｅおよびＨａｒｏｌｄ  Ｃ．Ｓｃｏｔｔによって２００３年７月１０日に出願された、米国仮出願番号に対して優先権を主張する。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は機械的エネルギーと電気的エネルギーとを変換するための機械、具体的には、永久磁石を使った車載用のコンパクト高出力オルタネータに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、オルタネータは、回転するシャフトに取り付けられ、静止したステータに対し同心円状に配置されたロータを含む。これに換えて、静止したロータを回転するステータ内部に同心円上に配置することができる。普通、エンジン又はタービンのような外部エネルギー源が、直接、又はプーリ・ベルトのような中間システムを介して回転素子を駆動する。ステータおよびロータの双方は一連の極を持つ。ロータ又はステータのいずれかが磁場を生成し、これが他方構造体の極の巻線と相互作用する。磁場が巻線を遮ると電流が発生し、適当な負荷に供給される、誘起された電流は一般的にブリッジ整流器に印加され、時として調整されて、出力として供給される、場合によっては、調整された出力信号はインバータに印加され、ＡＣ出力を供給する。
【０００４】
反対に、巻線に適切な電気信号を供給すれば、装置はモータとして機能することができる。
【０００５】
慣例的に、車載用途に用いられるオルタネータは、エンジンの外側に搭載されたハウジングと、ハウジングに収納された３相巻線を持つステータと、ハウジングのステータ内部に回転可能に支持された、ベルト駆動のクローポール型（例、ルンデル）ロータとを含む。しかしながら、このようなクローポール型のオルタネータのパワー出力は、オルタネータのサイズに直接比例し、パワー出力を増加するために、従来型のオルタネータはそのサイズを相当に大きくしなければならない。従って、自動車のスペース制限により、エアコン、冷凍、又は通信装置のような用途で、例えば、５ｋＷのような高出力に、このようなオルタネータを使うことは多くの場合困難である。さらに、クロー型の発電機には、電圧調整を回転磁界の調整によっている不利点がある。このような調整はすべての巻線に影響する。従って、個別巻線の電圧調整および制御は実行できない。
【０００６】
さらに、クローポール型のロータは、巻線を有し、比較的重く（多くの場合、事実上オルタネータの総重量の半分を占める）、かなりの慣性を生じる。このような慣性は、実質的に、エンジンを加速するたびにエンジンに負荷を与える。これによりエンジンの効率が低下することになりやすく、燃料消費の増加をもたらす。オルタネータの回転部品の質量と直径とを低減することにより、エンジンが耐えなければならない全体的な慣性が低減され、これにより燃費効率が向上することになろう。永久磁石・オルタネータは、原則的には、全体的な慣性を低減するのに適している。従来のルンデル型オルタネータのものと比較して、同等量の電力を供給しつつ、回転部品の質量および直径は低減される。
【０００７】
また、車載用オルタネータの慣性低減により、オルタネータを加速するため必要なエンジン馬力が低減される。節約された馬力は、当然ながら、車両の駆動トレインに加わり、より大きな車両推進力をもたらす。これは、例えば、競争用エンジンの発生馬力を制限する規則と折り合いをつけなければならない競争用自動車技術者にとっては大きな関心事であろう。駆動車輪に利用できる馬力のたとえわずかな向上であっても、大きな競争上の利点をもたらすことができる。
【０００８】
さらに、このような慣性は、電気又はハイブリッド車両のような用途では問題となる可能性がある。ハイブリッド車は、所定閾値以上のスピード（例、３０ｋｐｈ、一般的には、ガソリン・エンジンが最も効率的なＲＰＭ範囲に対応する）では車両を推進するためにガソリン・エンジンを使用する。同様に、いわゆる「マイルドハイブリッド」では、スタータ発電機を用い、運転者がアクセル・ペダルを踏んだときのイニシアル・バースト推進力を提供して、車を運行中ストップした際に、燃料を節約し排気ガスを削減するためエンジンを切り易くしている。このようなマイルドハイブリッド・システムでは、一般的に、高圧（例、４２ボルト）電気システムの使用が意図されている。このようなシステムのオルタネータは、引き続く車両停止特に交通信号の合間に、スタータ発電機を駆動してイニシアル・バースト推進力を提供するために、バッテリを十分なレベルに再充電できなければならない。しかして、相対的に高出力、低慣性のオルタネータが必要となる。
【０００９】
一般に、電気制御およびドライブ・システム、空調および車両中の装置のため、より多くの電力が求められている。このことは、特に、冷却、建設用途および軍用のような、リクレーション、産業輸送用途についていえる。
【００１０】
例えば、自動車業界には、機械や油圧でなく、インテリジェント電気制御および駆動システムを採用して、車両エンジンへの馬力荷重を低減して燃費効率を向上させようとする傾向がある。このようなシステムは、例えば、ステアリングサーボ（通常、ステアリングの是正が必要なときだけアクチブになる）、ショックアブソーバ、（フィードバックを使って、ショックアブソーバの硬さを道路およびスピード状態に合わせ調整する）、エアコン（コンプレッサを、一定の温度を維持するため必要な最低速度で動作させる）に関連して用いられる。このような電気制御およびドライブ・システムの使用によって、自動車電力システムに対する需要は増加することになろう。
【００１１】
同様に、移動冷却システムを電気的に駆動することが望ましい。例えば、（車両エンジンのｒｐｍに関係なく）冷却システムを任意の速度で駆動することにより効率を向上することができる。さらに、電気的に駆動するシステムによって、さまざまの構成品、例えば、コンプレッサ（エンジン上に）、コンデンサ（大気に曝されるよう配置）および蒸発器（冷却槽内に配置）を接続しているホースを、家庭用冷蔵庫又はエアコンと類似の、ハーメチックシールされた電気駆動システムで置き換えることができる。そのため、このような用途における電気駆動装置のため必要な電力レベルを、車両電力システムが供給できることが望まれる。
【００１２】
また、既存車両の装備改良のため「取り外し交換」可能な高電力オルタネータに対する特定の必要性もある。一般的には、車両のエンジン・ルームには、オルタネータを収容するため限られた容積のスペースしかない。代替オルタネータが、このような利用可能スペースにはめ込むことができないものであれば、その据付けは、可能であるとしても相当に複雑な作業となり、通常、ラジエータ、緩衝材等の主要部品の取り外し、追加のブラケット、ベルトおよびハードウエアの据付けが必要となる。従って、代替オルタネータは、元のスペースにはめ込むことができ、元のハードウエアとインタフェースできることが望ましい。
【００１３】
一般に、永久磁石・オルタネータはよく知られている。このようなオルタネータは、永久磁石を使って必要な磁場を生成する。永久磁石発電機は、従来型の巻線磁場発電機よりもずっと軽量で小型のものが多い。永久磁石・オルタネータの例が特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、および特許文献６に記載されている。
【００１４】
「外部」永久磁石・ロータおよび「内部」ステータを採用することによって、特に軽量でコンパクトな永久磁石・オルタネータを実現することができる。ロータは、内部表面に高エネルギーの永久磁石を配置した中空の円筒型ケーシングを含む。ステータは、ロータケーシング内部にこれと同心円状に配置される。ロータのステータ周り回転により、永久磁石から磁束流が生じ、ステータの巻線と相互作用しこれに電流を誘起する。このようなオルタネータの例が、前記の特許文献２および特許文献４に記載されている。
【００１５】
このような永久磁石・オルタネータ中のステータは、適切な形状の個別薄板鋼鉄の積層品および化学合成品で妥当に構成され、これらは、巻線を受け入れる歯型とスロットとを持つ円筒体中として、一体に溶接又はエポキシ接着されている。積層体のそれぞれの層が軸方向および回転方向双方に沿って配置され、得られる歯型とスロットが軸方向に配列（配置）されるようになっている。軸方向に整列された歯型とスロットとにより生成される電気出力の波形はその本質として方形波である。
【００１６】
しかしながら、出力との同期化に依存する制御システムを採用している用途においては、波側面が傾斜を持つ出力波は、制御タイミングを向上するという利点があろう。
【００１７】
永久磁石発電機により供給される電力は、ロータの速度により大きく変化する。多くの用途において、ロータ速度の変化は、例えば、自動車のエンジン速度の変動、又は負荷特性の変化によるものでよく起こることである。このため、通常、電子制御システムが採用されている。永久磁石・オルタネータおよびこれらに対する制御システムの例が、前記特許文献１に記載されている。他の制御システムの例が特許文献７に記載されている。
【００１８】
しかしながら、このような永久磁石・オルタネータでは、効率は、磁石とステータを分離している「エアギャップ」に逆比例する。多くの場合、このようなギャップは千分の２０から４０インチの範囲である。このように狭小なスペース／許容差によって、永久磁石・オルタネータには、特にオルタネータに加わる外力に起因するロータの変位によって生じる磁石とステータとの間の破壊的衝突（クラッシング）が起こりやすい。自動車用途では、例えば、エンジン振動（特にディーゼルエンジンの起動時）、コーナリング、凸凹道又は地形の往き来、および他の種の衝撃による、比較的に厳しい外部力が当たり前である。従って、ロータ変位を最小限に抑え、容認できないロータ変位を吸収してロータ磁石がステータと衝突するのを防止するメカニズムを含んだオルタネータが必要である。
【００１９】
モータ・シャフト端のテーパを使用して取付金具の中心取りをすること、例えば、芝刈機ブレードのモータ・シャフトへの取付けが知られている。従来方法では、このようなテーパは、シャフトの端部だけに設けられる。シャフト端部表面に軸方向にタップされた穴が設けられる。取付金具には、対応するテーパされた開口部をもつハブが含まれる。但し、通常、のある開口部は取付けハブの中途にまで（通り抜けでなく）達しているだけである、すなわち、実際は、より小さな穴径に対する皿穴である。取付金具は、取付金具ハブの穴を通してシャフト端部面の穴にねじ止めされたボルトで固定される。テーパ接続は、シャフト上の取付金具の中心取りをしやすくするが、シャフト端への金具取付けは、事実上片持ち取付けになり振動発振に対し脆弱となる。
【００２０】
さらに、コンパクト高出力オルタネータが発生させる熱も問題となる可能性がある。特に、比較的低いエンジンｒｐｍにおいて高レベルの電力を発生させる用途についてこのことが言える。ファンの送風量はファンｒｐｍの二乗に比例する。オルタネータがよりコンパクトでより効率的になるにつれ、多量なレベルの熱が発生する。永久磁石は特にオーバーヒートによる損傷を受けやすく、高負荷、高温状態で、このような磁石は消磁されるおそれがある。同様に、コントローラ中に用いられている電子部品は熱による損傷を受けやすい。従って、熱蓄積を放散するための方策を開発しなければならない。
【００２１】
発電機セット中の熱発生素子（例、整流器）を冷却するため空気流を使うことは知られている。このような冷却の例が、前記特許文献４に記載されている。従来方式では、ロータが取り付けられているのと同じシャフトで駆動されるファンで空気流が生成される。しかし、各種の自動車用途では、低ｒｐｍで相当量の熱が発生している。
【００２２】
一般には、直径をかなり縮小して、慣性の低減を達成することになろう。これにより、慣性を低減されたオルタネータ冷却への高い必要性が生じることになる。これらオルタネータの質量および全体直径、両方の低減により、従来型の冷却方法は役立たなくなることになろう。
【００２３】
構成部品の外気曝露がオルタネータの動作に有害であるような状況においては、パーマネント型オルタネータを完全にシールできる冷却技法が望まれる。このことは、特に、軍用、あるいは、ほとんどの砂中に見られる鉄粉との親和性によって磁石に有害となるおそれのあるざらついた塵埃環境に曝される一切の用途にとっての関心事項である。
【００２４】
また、電力レベルだけでなく、車載用に課されるスペースおよび耐久力上の制限に対応できるオルタネータが必要となる。例えば、車両の運転によって、ロータ軸に垂直な力が発生することが多く、時として、ロータとステータとが衝突するほど強いことがある。ロータとステータとはわずかなエアギャップで隔てられているだけであり、外力が、ロータのギャップを超えた横方向の動きを生じさせることがあり、衝突が起こることになる。
【特許文献１】米国特許第５６２５２７６号明細書
【特許文献２】米国特許第５７０５９１７号明細書
【特許文献３】米国特許第５８８６５０４号明細書
【特許文献４】米国特許第５９２９６１１号明細書
【特許文献５】米国特許第６０３４５１１号明細書
【特許文献６】米国特許第６４４１５２２号明細書
【特許文献７】米国特許第６０１８２００号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２５】
（発明の要約）
本発明は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するための、特に有益な機械を提供する。
【００２６】
本発明のさまざまな様態は、電力レベルだけでなく、車載用に課されるスペースおよび耐久力上の制限に対応できる、永久磁石を用いたコンパクトなパワー変換装置を提供する。本発明の別の様態は、既存車両の装備改良のための「取り外し交換」高電力オルタネータを提供する。
【００２７】
本発明他の様態は、ロータの変位を最低限に抑えた、永久磁石使用のコンパクトな高パワー変換装置を提供し、装置は、容認できないロータ変位を吸収し、ロータ磁石がステータと衝突するのを防止するメカニズムを含む。
【００２８】
本発明の別の様態において、パワー変換装置は、ロータと、ステータと、冷却システムとを含む。
【００２９】
ロータは、円筒型ケーシング、およびケーシングの内部に配置された所定数の永久磁石を含み、ケーシングの軸周りに回転するようにされている。
【００３０】
ステータは、コアおよび少なくとも一つの導電巻線を含む。コアは、一般に、所定数のスロットが形成されている円筒体外周面を含む。巻線はスロットを通してコアに巻かれる。
【００３１】
ステータは、同心円状にロータケーシングの内部に配置され、ステータ・コア周囲表面は、ロータ磁石に近接して磁石から所定のギャプ距離隔てて配置され、ロータとステータとの相対的運動により磁石からの磁束流がステータの巻線と相互作用して巻線に電流を誘起するようにする。
【００３２】
冷却システムは、冷却媒体フローを、巻線および磁石の少なくとも一つとの熱接触に導き、また、ステータ・コアを通過する少なくとも一つの経路を含む。
【００３３】
本発明の他の様態によって、以下の一つ以上の方法により冷却を促進する；巻線のエンドターンを緩く巻き、実質的に巻線の表面積を増やす；ステータの巻線の少なくとも一部の上を通す空気流を設定する（望ましくは、緩く巻いたエンドターンを通り抜けるようにして）；磁石と熱接触している素子上に空気流の一部を流す；ロータが取り付けられているシャフトと非同期の源泉から空気流を供給する、例、電気ファン；および、冷却液を流して巻線のエンドターンと熱接触させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以降、添付図面の図と関連させて本発明を説明する、なお、同じ記号表示は、同じ要素を表す。
【００３５】
（例示的好適実施形態の詳細な説明）
図１、２、３、および４を参照すると、本発明の各種の様態による機械的エネルギーと電気的エネルギーとの間の変換装置、例えば、オルタネータ１００は、望ましくはテーパされた出張った部分３１０とねじ切りされた部分３１２とを含むシャフト１１０；ロータ１１２；ステータ１１４、前部エンドプレート１１６；前部ベアリング１１８；ジャムナット１２０；後部エンドプレート１２２；リングを保持する後部シャフト１２３；後部ベアリング１２４；後部ジャムナット１２５；リングを保持する後部鏡版１２７；電気ファン１２６；外部ケーシング１２８；およびそれぞれの連結ロッド１３０を含む。ロータ１２０は、シャフト１１０に取り付けられシャフトともに回転する。ステータ１１４は、わずかなエアギャップ４１２でロータ１１２と隔てられて、ロータ１１２内部に近接して支持されている。前部エンドプレート１１６、前部ベアリング１１８、後部ベアリング１２４、後部エンドプレート１２２、外部ケーシング１２８および連結ロッド１３０は、シャフト１１０、ロータ１１２およびステータ１１４の整列を維持するための支持アセンブリとして協働している。シャフト１１０は、ベアリング１１８および１２４に支持され、これらは、それぞれ、前部エンドプレート１１６および後部エンドプレート１２２に取り付けられており、シャフト１１０を、エンドプレートと同心円状にこれらに対し垂直に、回転可能なように維持、整列させている。ロータ１１２は、回転のためシャフト１１０に取り付けられ、テーパされたシャフト部分の組み合わさって確実に位置設定される。後部エンドプレート１２２は、ステータ１１４を支持、位置設定して、ステータを、シャフト１１０とロータ１１２とに適切に整列させてロータ１１２内部に配置する。外部ケーシング１２８はその軸（望ましくは円筒型）に対して垂直な端面を持ち、前部エンドプレート１１６と後部エンドプレート１２２との間に配置される。連結ロッド１３０は、エンドプレート１１６および１２２を外部ケーシング１２８に押し付け、各部品を一致、整列させている。
【００３６】
典型的な車載オルタネータ用途において、プーリ１３２はシャフト１１０の端部に取り付けられる。エンジン（図示せず）からの動力は、適当なベルト・ドライブ（図示せず）を介してプーリ１３２に、従ってシャフト１１０に伝えられる。そこでシャフト１１０は、ロータ１１２をステータ１１４の周りに回転させる。ロータ１１２は磁場を発生させ、磁場はステータ１１４上の巻線と相互作用する。磁場が巻線を遮ると電流が発生し、適当な負荷に供給される。誘起された電流は、通常ブリッジ整流器に印加され、時として調整され、出力として供給される。場合によっては、調整された出力信号はインバータに印加され、ＡＣ出力を供給する。
【００３７】
シャフト１１０は、一般に、円筒型で所定の直径（例、３／４インチ）持ち、プーリ１３２を取り付けるためのより大きな直径部分（例、７／８インチ）、前部ベアリング１１８（例、１１／４インチ）、ロータ１１２（テーパ部分３１０）およびジャムナット１２０（ねじ部分３１２、例１インチ）を備える。テーパされた出張り部分３１０はシャフト１１０条の所定の位置に配置され、所定のテーパ度を保持する、すなわち、直径は、最小直径（ほぼねじ切り部分３１２の径と等しい）から、所定の長さ単位あたり量で、妥当には、７インチ長さあたり１インチから６インチ長さあたり１インチの範囲内、望ましくは１フィートあたり１インチの割で増加される。テーパ部分３１０は、望ましくは、比較的狭い許容差、例えば、プラス又はマイナス０．００４°に保持される。テーパ度は、ロータ固定後の望ましくない軸方向動きを防止するため十分な直径の変化度でありながら、シャフト１１０とロータ１１２との間の十分な接触表面積を確保するよう選定される。
【００３８】
ロータ１１２は、望ましくは、エンドキャップ３１４、円筒型ケーシング３１６およびケーシング３１６の内部側壁に配置された交互に極配置された所定数（例、１２対）の永久磁石３１８を含む。図７Ｄおよび７Ｅは、エンドキャップ３１４および円筒型ケーシングの別の構成内容を示す。
【００３９】
ロータエンドキャップ３１４は、適切にほほオープン状になっており、周囲部分３２１、各クロスアーム３２２、およびシャフト１１０との結合を担う中央ハブ３２４を含む。周囲部分３２１に囲まれ、クロスアーム３２２および中央ハブ３２４に隣り合い、エンドキャップ３１４を通るそれぞれのエア通路３２３が設けられている。必要に応じ、クロスアーム３２２をファン羽に構成し内部チャンバ３２０の冷却を促進することができる。後記で、さらに十分に説明するが、ロータ・ハブ３２４は、シャフトのテーパ部分３１０に対応する所定のテーパ度（例、１フィートあたり１インチ）を持つ貫通穴３２６を含む。組立てとして、シャフト１１０は、ねじ切りシャフト部分３１２の直ぐ前で、シャフトのテーパ部が穴３２６に受け止められるようにして、穴３２６を通して軸受けされる。ねじ切りシャフト部３１２はジャムナット１２０と協働して、ロータ１１２を、シャフト１１０上に確実に位置決めする。一般に、クロスアーム３２２の太さは、予期される荷重に耐える能力を保ちつつできるだけ細く（重量と材料コストとを低減するため）するように、妥当には、最も細い部分で３／８から５／８インチの範囲で、適切に選定される。ロータケーシング３１６は、実際上、エンドキャップ３１４による片持ちになるので、必要な太さはケーシング３１６の長さに比例する。ロータ・ハブ３２４は、穴３２６の近くでは、シャフトのテーパ部分３１０との十分な接触面積が得られるように、適当に厚く、妥当にはおおよそ１１／２インチ厚程度とする。
【００４０】
円筒型ロータケーシング３１６は、所定外径および厚さの「軟磁性」（比較的、磁束流透過性のある）材料（例、鉛を含まない鋼鉄）で形成される。一般に、電気出力を最大化するために、磁石３１８の内側方向面で定義される円の直径ＤＡＧ（図４）（本明細書で、エアギャプ径ということがある）は、オルタネータ１００に適用される全体的サイズ制限範囲で、できるだけ大きいことが望ましい。例えば、多くの車載用途において、オルタネータ１００は、長さ５インチ、直径は利用可能なスペースに適合する大きさ以下でなければならない。ケーシング３１６の厚さは、予期される荷重に耐える能力を持ち、磁石３１８からの磁束密度がケーシングを飽和させないようにしながら、できるだけ薄くなるよう（重量と材料コストとを低減するため）適切に選定する。ケーシング３１６の厚さは、妥当には、１／８から１／２インチ、通常は、３／１６から１／４インチの範囲で、図１−４の実施形態では３／１６インチである。
【００４１】
磁石３１８は、望ましくは、少なくとも５キロガウスの、望ましくは８から１１キロガウスの磁束密度を持ち、ネオジム鉄ホウ素又はサマリウムコバルトのような希土類合金で適切に形成された高エネルギー・プロダクト磁石を含む。このような希土類材料は非常に高価なことが多く、従って、使用材料の量を最少にすることが望ましい。しかしながら、同時に、高磁束密度を生成することが望まれる。好適な実施形態において、磁石８０２は比較的薄く、例えば、おおよそ０．１から０．１５インチの厚さであるが、０．７５インチ幅で、約１インチから２．５インチ長さの比較的大きな面積を提供し、使用される高エネルギー・プロダクト磁石の量を低減している。
【００４２】
磁石３１８を、任意の適切な方法で、ケーシング３１６に固定することができる。例えば、磁石３１８をケーシング３１６に接着剤で貼り付けることができる。ケーシング３１６の内部における磁石３１８の配置は、特に、磁石３１８が磁力によってケーシング３１６に保持される点で有利であり、接着剤が無効になっても、磁石の多くはそのままに留まることになる。必要に応じ、より低いパワー密度が許容可能な一部の用途においては、軟磁性の代用極３１８Ａを、一組の永久磁石極の代わりに用いることができる。
【００４３】
ステータ１１４は、コア３２８および導電巻線３３０（図３、概略的にだけ示す）適切に含む。図４で良く分かるように、コア３２８はほぼ円筒型であり、軸方向に刻み目のある、すなわち所定数の歯型４０２とスロット４０４とを含む外周面を持つ。コア３２８は、望ましくは、ほぼオープン状で（後記で説明する全液体冷却型オルタネータを除く）、コア３２８の円筒型内部表面４０７で境界設定される中央開口部４０８を持つ。
【００４４】
コア３２８の一つの実施形態は、表面４０７から半径方向内側に延びるクロスアーム４０８を適切に含む。クロスアーム４０８は、コア３２８の後部エンドプレート１２２への据付けを容易にするための通し穴４１０を適切に含む。図３で良く分かるように、穴４１０を通しタップ穴３５０に留められたそれぞれのボルトによって、ステータ・コア３２８を後部エンドプレート１２２に固定することができる。
【００４５】
コア３２８は、軟磁性材料、例えば、無方向性、低損失（鉛含有無し）鉄鋼の薄いシートの積層体であって、所望の形状に切断又はパンチされ、揃えられ、接合された（例、高精度治具で一体に溶接又はエポキシ接着され、所定配列の別々の積層構造を保持した）積層体を適切に含む。通常、それぞれの積層体は、図４Ｄに示すように、形成された歯型およびスロットの状態がまっすぐでコア軸に平行になるようにして軸方向回転周りに配列（配置）される。
【００４６】
しかしながら、出力との同期に依存する制御システムを用いている用途においては、特定の、例えば傾斜した波形側線を持つ、電気出力波を持つことは、制御タイミングを向上させるために有益である。このことは、ロータ磁石とコア歯型との間の漸進的な（徐々の）相互作用を構築することにより達成できる。例えば、磁石３１８に対して傾いた辺、例えば、通常らせん形状で示される辺を持つ歯型とスロットとを用いることによって、このような漸進的相互作用を得ることができる。積層コアに対し、引き続く各々の積み重ねをわずかずつ漸進的にラジアルによじり、溶接又はエポキシ接着の後の最終結果が、積層体の前面から背面にかけた歯型のラジアル位置が所定のオフセット幅を持つ積層体となるようにして、このような歯型およびスロットを形成することができる。好適な実施形態において、このオフセット幅は一歯型分に等しい（例、前面の「ｎ番目」の歯型を背面の「ｎ＋１番目」の歯型に揃える）。オフセットの所定幅は、約１歯型分相当以下の任意のオフセット幅とすることができ、望ましくは、約０．０１から１歯型分に相当する範囲とする。３２９として表したコア３２８のこのような「傾斜を付けたコア」の実施形態の例を図４Ｅに示す。（以降、特に区分する場合を除き、コア３２８への言及は、軸方向に整列したコア３２８の実施形態と傾斜を付けた実施形態３２９との双方を意味するものとする。）
図４Ｆに示すように、クロスアーム４０８が省かれている場合（例、傾斜付きコア３２９の図）、（クロスアーム４０８の代わりに）、位置決め肩および通し穴４２６（クロスアームの穴４１０に相当する）を含む装着リング４１２を使い、ボルト３５２と協働で（クロスアーム４０８の代わりに）コア３２８を後部エンドプレートに固定することができる。ほとんどの場合、装着ボルト３５２に十分なトルクを加えれば、装着リング４１２および後部エンドプレート１２２に対するコア３２８の回転を適切に防止できる。但し、必要に応じ、例えば、エポキシ、ピン、又はキーのような妥当な固定方法を組み込んで、積層体を使用する際の回転防止の助力とすることができる。
【００４７】
ロータ磁石およびコア歯型の漸進的（徐々の）相互作用は、ステータ歯型に対し磁石３１８の辺を傾斜させることによっても得られる。例として、傾斜した辺を持つ磁石を使ったロータを図４Ｈに示す。対照のため、軸方向に整列した辺を持つ磁石を使ったロータを図４Ｇに示す。傾斜付きコアの場合のように、オフセットの所定幅は、約１歯型分相当幅以下の任意の適切なオフセット幅とすることができ、望ましくは、約０．０１から１歯型分に相当する範囲である。
【００４８】
巻線３３０は、適切に絶縁された導電体、望ましくは、モータ用ワニス銅線で形成され、コア３２８に巻き付けられ、それぞれのスロット４０４を通り、コア３２８の外部側面沿いに所定数の歯型４０２を回って、別のスロット４０４を通って戻る。コア３２８の両側側面沿いにスロット４０４の外側に伸びている巻線３３０の一部を、本明細書では、それぞれ、前側エンドターン３３２Ａおよび後側エンドターン３３２Ｂという（まとめてエンドターン３３２という）。従来方法では、巻線３３０のエンドターン３３２を、コア３２８の側面に固く引き付け、巻線の量（従ってインピーダンス）を最小化している。しかしながら、後記で論ずるように、本発明の一つの様態によって、エンドターン３３２を緩く巻き、エンドターン３３２をコア３２８から外側に伸ばして、多くのワイヤとコア３２８との間にエア・スペースを取ることによって、冷却を促進することができる。
【００４９】
必要に応じ、前記スコット他の米国特許第５，６２５，２７６に記載されているように、巻線３３０を、所定数の位相および／又は独立したグループに分離することができる。
【００５０】
アセンブリでは、ステータ１１４は、ロータ１１２と同軸に配置され、ロータ１１２の内部チャンバ３２０内に近接して保持される。後記で説明するように、後部エンドプレート１２２は、ステータ１１４を搭載、位置決めして、ロータ１１２の内部チャンバ３２０内に適切に整列させている。ステータ・コア３２８の周囲表面は、（図４Ｂでよく分かるように）磁石３１８の内向き面からわずかの所定エアギャップ４１２で隔てられている。エアギャップ４１２は、妥当には、千分の２０から４０インチの範囲であり、図１−４の実施形態においては、おおよそ千分の３０インチ程度、例えば千分の３１インチである。従って、ケーシング３１６の磁石３１８面での内径と、ステータ３２８の外径とは、望ましくは、狭い許容差を保って整列を維持する。ロータ１１２とステータ１１４とを注意深く配列し、オルタネータに対する外力による、構成要素の正常位置からの変位を閾値より低く保つことが重要である。
【００５１】
前記のように、シャフト１１０、ロータ１１２、およびステータ１１４の整列は、前部エンドプレート１１６、前部ベアリング１１８、後部ベアリング１２４、後部エンドプレート１２２、外部ケーシング１２８および連結ロッド１３０を含む軸受け構造により実現される。ベアリング１１８および１２４は、実際上、シャフト１１０と軸受け構造との間の回転可能接続点をそれぞれ提供している。ベアリング１１８および１２４、従ってシャフト１１０は、同心円状に且つエンドプレート１１６および１２２それぞれと垂直に配置されている。ロータ１１２は、望ましくは、テーパされたロータ・ハブの貫通穴３２６およびテーパされたシャフト部分３１０の協働によって、シャフト１１０に対し正確に位置付けされる。ステータ１１４は、後部エンドプレート１２２によって、シャフト１１０に対し、従ってロータ１１２に対して位置付け整列される。エンドプレート１１６および１２２の整列は、外部ケーシング１２８および連結ロッド１３０によって維持される。
【００５２】
前部エンドプレート１１６は、妥当には、ほぼ円筒型で；中央部に配置された、端ぐり３３６のある同軸開口部３３４を含むハブ；開口部３３４の中心から所定の半径方向距離に配置され等しい角距離に分配された、連結ロッドを受けるためのそれぞれ（例、８個）のタップ穴３３７を含む周囲部分１３３；および、周囲部分１３３をハブ３３３に連結し、各エア通路１３６を境界設定しているそれぞれ（例、４個）のクロスアーム；を包含する。前部エンドプレート１１６は、高度の許容差（例、端ぐり３３６に対してはプラス、マイナス０．０００８ＴＹＰ、転結棒穴３３７のパターン、外部ケース肩、装着穴のパターンといった他の特質については０．００５ＴＹＰ）で寸法取り、機械加工され、妥当には、金属、例えばアルミニウム鋳造品で形成され、シャフト１１０およびロータ１１２の回転により生ずる回転荷重、および、プーリ１３２に対するベルトの引っ張りから生ずる側面荷重に耐えるのに十分な強さを保持させるものとする。前部ベアリング１１８は、端ぐり３３６にきっちりと支えられ、例えば適当な留めリング３３８によって適切に保持されている。前部エンドプレート１１６は、このように前部ベアリング１１８を中央シャフト１１０に対して位置決めしている。
【００５３】
後部エンドプレート１２２は、後部ベアリング１２４を支え、位置決めし、ステータ・コア３２８を装着、位置決めし、ファン１２６に適切な据付け面を提供している。後部エンドプレート１２２は、径の小さな前方部分３４２と中央を通る開口部３４４と一般に後方に向け円筒型の外部部分３４６とを有する段付き中央ハブ３４０を含み、望ましくは前部エンドプレート１１６と同一の外径を有し、それぞれのクロスアーム３４８によってハブ３４０に結合されている。また、後記で説明するように、後部エンドプレート１２２は、隣接するクロスアーム３４８で区切られたそれぞれのエア通路３２７、外側部分３４６、およびハブ３４０を適切に含む。円筒型外側部分３４６には、前部エンドプレート１１６におけるタップ穴３３７のように、中心から同じ半径方向距離、同じ角度配置でそれぞれの通し穴３５０が設けられる。ステータ・クロスアームの穴４１０（又は取り付けカラー穴４１６）に対応する所定数（例４個）のタップ穴が、突き出し部３４０の段付き面に設けられる。小さな直径部分３４２の外径は、ステータ開口部４０６の径にほほ等しく（だが、わずかに小さく）、後部エンドプレートの部分３４２をステータ開口部４０６内にぴったりとはめ込めるようにしてある。後部エンドプレート１２２は、高度の許容差（例、中央開口部３４４に対してはプラス、マイナス０．０００８ＴＹＰ、転結棒穴３５０のパターン、外部ケース肩、装着穴のパターンといった他の特質については０．００５ＴＹＰ）で寸法取り、機械加工され、妥当には、金属、例えばアルミニウム鋳造品で形成されている。後部ベアリング１２４は、後部エンドプレートのハブ３４０の開口部３４４内にぴったりとはまり、シャフト１１０の中心取りをしている。
【００５４】
ステータ・コア３２８は、直径を減じたハブの部分３４２をステータ開口部４０６にぴったりはめ込んで、ハブ３４０に搭載されており、ステータの後部側面はハブのステップに接している。コア３２８がクロスアーム４０８を含む場合には、クロスアームがハブ３４０に適切に隣接する。コア３２８がクロスアーム４０８を含まない場合には（例、傾斜をつけたコア３２９）、コアの内部表面４０７が、直径の小さなハブ部分３４２と向き合うことになる。ステータ・コア３２８は、穴４１０（又は４１６）を軸通しされタップ穴３５０に締め付けられたそれぞれのボルト３５２によって、後部エンドプレート１２２に固定される。ステータ１１４は、シャフト１１０に対して確実に位置決めされ、整列されている。
【００５５】
本発明の一つの実施形態において、ロータ１１２は、シャフト１１０に対し、確実に位置決めされ整列される。さらに具体的には、前記したように、シャフトは、ねじ切り部分１３４の直ぐ前、前部ベアリング１１８と後部ベアリング１２４との間に所定のテーパされた（妥当には、７インチ長さあたり１インチ直径、から１６インチ長さあたり１インチ直径、望ましくは、１フィートあたり１インチ）部分３１０を含む。シャフトのテーパ部分３１０の最小直径は、妥当には、ねじ切り部分１３４の直径よりわずかに大きい。ロータ・ハブ３２４は、シャフト部分３１０のテーパに対応する所定のテーパを持つ通し穴３２６を含む。テーパ貫通穴３２６の最大直径は、シャフトのテーパ部分３１０の最大直径に対応（例、ほぼ等しいかわずかに小さい）し、テーパ貫通穴３２６の最小直径は、シャフトのテーパ部分３１０の最小直径に対応（例、ほぼ等しいかわずかに小さい）する。ハブ３２４の軸方向寸法は、完全据え付けしたときに、シャフトの部分３１０の端をわずかに超えるようにする、ハブ３２４の軸方向寸法は、完全据え付けしたときに、シャフトの部分３１０の端をわずかに超えるようにする。組立てとして、シャフト１１０は、シャフトのテーパ部分３１０が、穴３２６に受け止められるように穴３２６に軸通しされる。ねじ切りシャフト部３１２とジャムナット１２０との協働により、ロータ・ハブのテーパ面３２６を、軸方向にシャフト部分１３２のテーパされた擦れ接触面中に、双方の面が合体するまで押し込む。こうして、ロータ１１２は、強力な機械的結合により、シャフト上に正確に位置付けされ中心取りされ整列される。
【００５６】
エンドプレート１１６および１２２は、外部ケーシング１２８および連結ロッド１３０によって相互に整列されるので、シャフト１１０（およびテーパ部分３１０）は、ベアリング１１８および１２４によってエンドプレート１１６および１２２と整列され、ステータ１１４は、エンドプレート１２２によってシャフト１１０に対し正確に位置付け、整列され、また、シャフト１１０うえのロータ１１２の正確な位置合わせおよび心合わせによって、ロータ１１２とステータ１１４との相対的位置設定と心合わせが得られる。
【００５７】
車載用途において、オルタネータ１１０は、比較的に厳しい加速度にさらされ、回転ケース中に内在する慣性モメントによるロータ１１２の変形および／又は変位を生じやすい。このような加速度は、例えば、エンジン振動（特にディーゼル・エンジンの始動時）、コーナリング、凸凹道又は地形の往き来、および他の種の衝撃に起因する。永久磁石・オルタネータ１００の効率は、磁石をステータから隔てている「エアギャップ」４１２の幅に逆比例する。前に述べたように、エアギャップ４１２は、妥当には千分の２０から４０インチの範囲であり、図１−４の実施形態においては、おおよそ千分の３０インチ程度で例えば千分の３１インチである。ロータ１１２がぶつかって、おそらくは破壊的衝突を起こすのに、エアギャップ４１２の幅を超える変位を要するだけである。さらに、いろいろな理由、例えば、オルタネータ１００の作動中の慣性を最小化するために、ロータ１１２はできるだけ軽いことが望ましい。これらにより、ロータ１１２は、このような力による変形を受けやすい傾向がある。
【００５８】
図５Ａを参照すると、外力がかからない場合、ロータ１１２はシャフト１１０と同心円状でこれに垂直であり、ロータケーシング３１６は、シャフト１１０と同軸の所定正常位置（線５０２および５０４で規定される）にあり、ロータエンドキャップ３１４の前方縁面（エンドプレート１１６に最も近い）は、シャフト１１０の軸と垂直の所定正常位置（線５０６で規定される）にある。通常、シャフト１１０の軸と平行して加わる外部力の成分は、ロータ１１２の配列にほとんど影響を及ぼさないことが多く、ロータエンドキャップ３１４、および、ロータ・ハブ３２４とテーパされたシャフト部分３１０とジャムナット１２０の協働は十分に強く、ロータ１１２の軸方向移動又は変形に耐えるが、どのみち、軸方向変形に対する許容範囲は大きい。しかしながら、シャフト１１０に垂直方向に、ロータ１１２を変形させるのに十分な強さの成分を持つ外部力が負荷されることが多い。外力によるロータ１１２のたわみに加えて、実際問題として、製造工程における限度（許容差）に起因して、ロータ１１２にごくわずかの直径差ができる（円筒型ケーシング３１６が、シャフト１１０と絶対的に平行でなくなる）ことが多く、回転中円錐状揺動を起こし、同心円状のエアギャップがさらに低減する。
【００５９】
さらに具体的には、シャフト１１０の軸と垂直な加速度を負荷されたとき、ロータケーシング３１６は、その円筒型状を維持することが多い。しかしながら、ロータエンドキャップ３１４に歪みが現れる。事実上、ロータ１１２は、エンドキャップ３１４とシャフト１１０とが結合した「片持ち」である（概略的に、アンカー（片持ち）点５０８として示す）。垂直方向加速度に反応して、ロータ１１２は、事実上、アンカー点５０８の周りを力の方向に旋廻心軸で回転する。所定正常位置からの最大歪は、ロータ１１２の、アンカー点５０８から最も遠い部分、すなわち、ケーシング３１６の（後部）先端部と、エンドキャップ３１４の外周部（エンドキャップ３１４とケーシング３１６が接合されている箇所）とで生じる。磁石３１８近傍の歪がエアギャプ４１２幅、すなわち千分の３１インチを超えた場合には、磁石３１８がステータ１１４にぶつかり、破壊的衝突を起こすおそれがある。円形を外れた揺動がエアギャップ４１２を超える基準からの逸脱を起こせば、同様な問題が発生する。
【００６０】
例えば、図５Ｂに示すように、上向きの加速度に反応して、ロータ１１２は、事実上、（図示のように時計回り方向へ）下向き旋廻軸で回転することになる。ロータケーシング３１６の上側は、事実上シャフト１１０方向、内側に旋回し、先端部は、５１０で概要的に示した量だけ所定正常位置５０２から内側に歪むことになる。同様に、エンドキャップ３１４の上側周辺部は、５１２で概略的に示した量だけ所定正常位置５０６から後方に移動する。逆に、ロータケーシング３１６の下側の先端部は５１４で概要的に示した量だけ所定正常位置５０２から外側に歪むことになり、同様に、エンドキャップ３１４の下側周辺部は、５１６で概略的に示した量だけ所定正常位置５０６から前方に移動する。円筒型ロータケーシング３１６はその形状を維持するので、対応する上側および下側の部分の歪の量は実質的に釣り合っている、すなわち、歪５１０と５１２とは、それぞれ歪５１４と５１６とに実質的に釣り合っている（多くの幾何構成が等しい）。
【００６１】
反対方向からの力は鏡像的な歪を生じることになる。例えば、図５Ｃに示すように、下向きの加速度に反応して、ロータ１１２は、事実上、（図示のように時計反対回り方向へ）上向き旋廻軸で回転することになる。ロータケーシング３１６の上側は、事実上シャフト１１０方向に内側に旋回し、先端部は、５１８で概要的に示した量だけ所定正常位置５０４から内側に歪むことになる。同様に、エンドキャップ３１４の上側周辺部は、５２０で概略的に示した量だけ所定正常位置５０６から後方に移動する。逆に、ロータケーシング３１６の下側の先端部は５２２で概要的に示した量だけ所定正常位置５０２から外側に歪むことになり、同様に、エンドキャップ３１４の上側周辺部は、５２４で概略的に示した量だけ所定正常位置５０６から前方に移動する。前記と同様、円筒型ロータケーシング３１６はその形状を維持するので、対応する上側および下側の部分の歪の量は実質的に釣り合っている（多くの幾何構成が等しい）、すなわち、歪５１８と５２０とは、それぞれ歪５２２と５２４とに実質的に釣り合ったエッセイである。
【００６２】
本発明のさらなる様態によって、磁石３１８の変位がエアギャップ４１２を超える前に、所定正常位置からのロータの歪を制止する一つ以上の緩衝材を配置することによって衝突を防止する。ケーシング３１６又はエンドキャップ３１４の一つ又は両方と相互作用する緩衝材を、ロータ１１２の内部又は外部のいずれか、又は双方に配置することができる。ロータケーシング３１６はその形状を維持するので、エアギャップの幅に対応する所定限度を超えるケーシング３１６又はエンド３１４の内側又は外側いずれかへの歪みを防げて、衝突を防止することができる。緩衝材は、比較的滑らかで弾力性がある材料で、所定の変形量に達すると、最大荷重（例２０Ｇの重力）に対応するロータ１１２の歪みを制止するような、所定のデュロメータ硬度を持つ材料で形成される。このような材料の例には、テフロン（登録商標）、ガラス含浸テフロン（登録商標）およびオイル含浸焼結青銅がある。緩衝材を、例えば、後部エンドプレート１１２、前部エンドプレート１１６又は他の支持構造（例、連結ロッド１３０）の構成部分に配置することができ、ロータ１１２の一部を受け支え面として用いることができる。これに換えて、緩衝材をロータ１１２に配置し、受け支え面として支持構造体の外部面を使うことができ、又は、場合によっては、磁石３１８とステータ１１４との間のエアギャップ４１２中にこれを挿入することができる。緩衝材は、対応する受け支え面から所定幅だけ離して配置され、本明細書では、この距離を「支えギャップ」ともいい、例えば０．０１インチとする。支えギャップは、支えギャッププラス緩衝材の変形最大量が磁気エアギャップ４１２より小さくなるように選定する。さらに、緩衝材と相互作用する受け支え面を、例えば、摩擦低減処理および／又は硬化処理することができる。例として、クロム又は何か他の種類の金属亜鉛タイプの仕上げを用いることができる。
【００６３】
前記のように、磁石３１８とステータ１１４の衝突を、ロータケーシング３１６の内側への歪を防ぐことによって回避することができる。図６Ａおよび８を参照すると、後部エンドキャップ１１２上に、ほぼ円筒型状の肩６０２を、ロータケーシング３１６の端部内側まで進め延ばして、すなわち、ロータの内部チャンバ３２０に入れ込んで形成することができる。肩６０２の外径は、ロータケーシング３１６の内径より所定量だけ小さい。円筒型状緩衝材６０４は肩６０２周りに配置される。かくて、緩衝材６０４の外部面はロータケーシング３１６と同軸となり、ロータケーシング３１６の内周面から、支えギャップ６０６分だけ離れている。緩衝材６０４は、所定の変形量に達すると、ロータケーシング３１６の歪を制止するような、所定のデュロメータ硬度を持つ材料で形成されている。支えギャップ６０６は、磁気エアギャップ４１２より十分に小さく選定され、緩衝材６０４の上に横たわるロータケーシング３１６の内部表面が緩衝材６０４と接触し、磁石３１８がステータ・コア３１４に接触する前に、緩衝材６０４が最大量に変形する、すなわち、支えギャッププラス緩衝材６０４の変形最大量は、磁気エアギャップ４１２より小さい。必要に応じ、ロータケーシング３１６の受け支え面に、表面処理、例えば、クロム、金属亜鉛層又は陽極酸化硬化層６０８を設けることができる。
【００６４】
これに換えて、図６Ｂに示すように、ロータケーシング３１６の内径とほぼ等しい外径を持つ円筒型緩衝材６１０を、ロータケーシング３１６の内側表面に貼付（例、接着剤貼付）することができる。緩衝材６０４Ａの内側面は、後部端の肩６０２（受け支え面として機能する）の外面から、支えギャップ６０６分だけ隔てられることになる。必要に応じ、肩６０２の受け支え面上に、表面処理６０８Ａを施すことができる。
【００６５】
一部の用途においては、ロータケーシング３１６の口周りに設けたカラー又はスリーブの形の緩衝材（又は表面処理）を用いるのが望ましいことがある。このような構造の例を図６Ｃに示す。所定の長さおよび厚さの円筒型体６１４とリップ６１６とを持つカラー緩衝材６１２を、ロータケーシング３１６の口に貼付（例えばエポキシ接着）することができる。カラー緩衝材６１２は、後部エンドプレート１２２の協働を得て、磁石３１８とステータ１１４との衝突を防止する。カラー体６１４は、肩６０２（カラー体６１４に対し受け支え面として機能する）の側壁面から支えギャップ６０６分だけ隔てられている。必要に応じ、適切な支えギャップ６０６Ａによって後部エンドプレート１２２から隔てられているリップ６１６の端面を、後部エンドプレート１２２の即壁面と協力させて、ロータケーシング３１６の歪に対する追加保護処置を設けることができる。
【００６６】
一般に、ロータ１１２への搭載量はできるだけ少なくして、ロータ重量を、従って慣性を最小限に抑えることが望ましい。しかしながら、場合によっては、組立ての容易性から図６Ｂ又は６Ｃの実施形態が望ましいことがある。
【００６７】
前記のように、ロータケーシング３１６の外側への歪を防ぐことによって、磁石３１８とステータ１１４の衝突を回避することができる。図６Ｄおよび８を参照すると、ロータケーシング３１６と同軸であるが、ロータケーシング３１６の外径より所定量だけ大きな内径を持つほぼ円筒型の肩６１８が、後部エンドキャップ１２２に設けられ、前方に延び出てロータケーシング３１６の端部を包み込んでいる。円筒型緩衝材６２０は、肩６１８の内部側壁面に貼付（例、接着剤貼付）されており、ロータケーシング３１６と同軸に位置付けされている。緩衝材６２０の内径は、支えギャップ６２２と等量分だけロータケーシング３１６の外径より大きい。ロータケーシング３１６の外部表面は、受け支え面として機能する。必要に応じ、ロータケーシング３１６の受け支え面上に表面処理６０８Ｂを施すことができる。
【００６８】
緩衝材を他の支持構造に配置し、ロータ１１２の一部を受け支え面としてとして使用することができる。例えば、図６Ｅおよび８を参照すると、それぞれの円筒型緩衝スリーブ６２４は、一つ以上の（望ましくは各々の）連結ロッド１３０と同軸に配置されている。緩衝スリーブ６２４の外径は、ロータ３１６に最も近接しているスリーブの表面が、適切な支えギャップ６２６の分だけケーシング３１６から隔てられるように選定される。緩衝スリーブ６２４を連結ロッド１３０に取り付けることができるが、望ましくは回転できるようにする、すなわち、連結ロッド１３０を軸としたローラー機能を持たせる。緩衝スリーブ６２４が回転することにより、磨耗が低減され、緩衝材の寿命を延ばすことができよう。ロータケーシング３１６周りの反対側の連結ロッドどうし（相互に１８０°間隔）の少なくとも２つのセットに緩衝スリーブ６２４を配置することで、シャフト１１０を横切るどの方向からのロータ１１２への力にも対抗することができる。
【００６９】
また、緩衝材を、ロータエンドキャップ３１４の前方表面に向けて、前部エンドプレート１１６に配置することができる。図６Ｆおよび８を参照すると、環状の緩衝材６２８が、前部エンドプレート１１６の内部側壁面に貼付（例、接着剤貼付）されており、ロータケーシング３１６と同軸に位置付けされている。緩衝材６２８の内径および外径は、望ましくは、エンドキャップ３１４の外周部（例、ブラケット）に対応するように選定される。妥当には、緩衝材６２８をはめ込み位置決めするための環状溝６３０が前部エンドプレート１１６の内部壁面に設けられる。また、必要に応じ、前部エンドプレート１１６の内部壁面に、他の位置決め構造（例、突起部又は肩）を設けて、緩衝材６２８を設置することもできる。但し、このような突起部のプロフィールは、緩衝材６２８の最大たわみより適切に低くする。緩衝材６２８の厚さ方向は、ロータエンドキャップ３１４に面しているが、適切な支えギャップ６３２分だけエンドキャップ３１４から隔てられるように選定する。ロータエンドキャップの前方表面（前部エンドプレート１１６に最も近い）は、受け支え面として機能する。ロータエンドキャップ３１４の前縁（前部エンドプレート１１６に最も近い）の所定正常位置からの前進程度を抑えることによって磁石３１８とステータ１１４との衝突を防ぐことができる。必要に応じ、ロータエンドキャップ３１４の受け支え面に表面処理６０８Ｂを施すことができる。
【００７０】
ある場合には、（例、緩衝スリーブ６２２の場合）、最初から緩衝材６０４を受け支え面と接触させておくこと、すなわち、初期支えギャップゼロが望ましいことがある。このような場合、受け支え面と緩衝材との間の関連する運動および相互作用により緩衝材が減耗されて、最後には適切な支えギャップが出来上がるような緩衝材の材料を選択することができよう。
【００７１】
ある場合には、緩衝材の薄いバンドを磁石３１８とステータ１１４との間のエアギャップ４１２に挿入するのが望ましいことがある。例えば、図６Ｇおよび８を参照すると、比較的丈夫で実質上磁気的に透明な材料（例、テフロン（登録商標）テープ）の薄いバンド６３４が、ステータ１１４の外部面（刻み目のある円筒体の側面）の後部縁沿いに（後部エンドプレート１２２に最も近い縁）エアギャップ４１２内に配置されている。バンド６３４は、バンド６３４の所与の厚さにおいて、最大荷重での全体圧縮を回避し、磁石３１８がステータ１１４に衝突するのを防止するのに十分なデュロメータ硬度を持つ材料で作製される。さらに、バンド６３４は比較的低い摩擦係数のものが望ましい。必要に応じ、磁石３１８にクロム表面処理を施して、摩擦をさらに低減することができる。
【００７２】
緩衝材を使い、ロータ１１２が所定正常位置から屈曲可能な範囲を制限し衝突の可能性を防止することに加えて、外力の影響および製造許容差による直径差を最小化することが望ましい。
【００７３】
本発明の別の様態によって、シャフト１１０に対し垂直方向の力の成分に反応して生じる、ロータケーシング３１６（磁石３１８）の所定正常位置からの歪、および部品の直径差による揺動は、磁石３１８とアンカー点との軸方向距離を短縮することにより低減できる。これは、ステータの巻線３３０のために内部キャビティ３２０に十分なスペースを確保しながら、エンドキャップ３１４の形状を設定して、ロータケーシング３１６の最前端（前部エンドプレート１１６に最も近い）を、ケーシング３１６内部の磁石３１８により近付いたアンカー点に結合することによって実現できる。ロータエンドキャップ３１４の少なくとも一部（例、クロスアーム３２２）は、ロータケーシング３１６（従ってシャフト１１０）に対し、事実上９０°以外の角度となることになる。角度付けした部分を直線（例、エンドキャップ３１４の一部がほぼ円錐形のように）又は曲線（例、エンドキャップ３１４の一部がほぼベル形状のように）とすることができる。
【００７４】
前記のように、ロータ１１２は、事実上、ロータエンドキャップ３１４とシャフト１１０の結合点（図５のアンカー点５０８）で片持ちされている。外力による、所定正常位置からの最大歪みは、ロータ１１２のアンカー点から最も遠い部分、すなわち、ケーシング３１６の末端部（後部）およびエンドキャップ３１４の外周部（エンドキャップ３１４とケーシング３１６が結合している箇所）で発生する。同様に、直径差揺動による正常経路からの最大の逸脱は、ロータ１１２のアンカー点から最も遠い部分、すなわち、ケーシング３１６の末端部（後部）で生じる。許容差に起因する直径差状態は、ケーシング３１６の所定位置からの円錐変位をもたらす、すなわち、ロータ１１２がステータ１１４上のある点の周りを回転するすると、ロータケーシング３１６が、ステータ１１４上のその点に近付いたり離れたりする。ステータ上の点のピボット点からの軸方向距離（例、「平板型」ハブのピボット点５０８からロータケーシング３１６の後端部までの軸方向距離）が大きいほど、ケーシング３１６の相対的運動も大きくなる。例えば、図７Ａおよび７Ｂに示すように、ピボット点からの軸方向距離Ｘ１において、許容差に起因する直径差状態によって、Ｗ１量のステータへの遠近揺動が生じることになる。しかしながら、より短い距離Ｘ２（例、円錐型ハブのピボット点７０８からロータケーシング３１６の後端部までの軸方向距離）においては、より小さな変動量Ｗ２が見られることになる。従って、アンカー点を、ロータケーシング３１６の後端部（および磁石３１８）のより近くに移動することによって、磁石３１８およびステータ１１４近傍での揺動が低減される。
【００７５】
図７Ａを参照すると、揺動を低減したロータ７１２は、アンカー（片持ち）点７０８を設定しているハブ７２４を持ちロータケーシング３１６の内部に配置されたエンドキャップ７１４を含む。アンカー点７０８は、シャフト１１０軸沿いに、ケーシング３１６の前方端（前部エンドプレート１１６に最も近い）から、所定距離Ｄ１だけ、後方に移されている。典型的な車載用途において、ケーシング３１６の直径は、妥当には、２１／２から５インチの範囲であり、望ましくは、４１／２インチであり、また、ケーシング３１６の長さは、妥当には３から６インチの範囲であり、望ましくは、５インチである。距離Ｄ１は、妥当には１／２から１インチの範囲であり、望ましくは、３／４インチである。特定の軍用および商業車両（例、ハマー）において、ケーシング３１６の直径は、妥当には５から８インチの範囲であり、望ましくは６１／２インチであり、また、ケーシング３１６の長さは妥当には１／２から１０インチの範囲であり、望ましくは、７インチである。距離Ｄ１は、妥当には３／４から２インチの範囲であり、望ましくは、１１／２インチである。
【００７６】
ロータエンドキャップ７１４の形状を設定して、内部キャビティ３２０にステータの巻線３３０を収容するのに十分なスペースを備えながら、ケーシング３１６の前方端をハブ７２４に結合する。例えば、図７Ａの実施形態において、エンドキャップ７１４は、円錐型部分７２６（これに複数（例、３個）の開口部を含めて、事実上、前向角のクロスアームを設けることができる）、およびクロスアーム７２２を、ケーシング３１６の前方端に結合している一般に環状の周囲部分７２８を含む。周囲部分７２８は、ケーシング３１６からシャフト１１０に向け垂直方向に、所定の寸法、妥当には１／２インチから２インチ、望ましくは３／４インチ、張り出している。このように、内部チャンバ３２０は、ステータ・コア３２８の刻み目のある外周部、および巻線３３０の近傍でさらに前方に張り出している。
【００７７】
図７Ｃは、図７Ａに示したものと類似のハブであるが、外部面７２９がシャフト１１０と垂直に接合しており、断面積を大幅に増加させている。この増加は、エンドキャップ７１４の強度を増大し、図５に概要を示した歪に対する抵抗力向上を助けている。図７Ｃでは、ケーシング３１６はエンドキャップ７１４に溶接７３１されている。
【００７８】
図７Ｄは、単一の一体化ユニット７３２として形成されたエンドキャップ７１４およびケーシング３１６の両方を示す。ユニット７３２は、妥当には、鋳造されてから機械加工されており、さらに強度を増大している。また、ユニット７３２を、例えば鋼鉄の単一ビレットから全体的に機械加工することもできる。
【００７９】
図７Ｅは、エンドキャップ７１４、ケーシング３１６およびシャフト１１０の３つすべてが、単一ユニット７３３として鋳造され、機械加工されたものを示す。この構成では、シャフト部分および内部ケーシングの両方が一体で機械加工されることになるので、最高の強度と整列が可能となり、揺動を最小化することができる。この構成には、部品数と組立て時間とを削減できる利点もある。また、ユニット７３３を鋼鉄の単一ビレットから全体的に機械加工して、鋳造の必要性を省くことができる。
【００８０】
図８に概略的に示すように、さまざまな緩衝材の組み合わせを、形状設定したロータエンドキャップとともに用いることができる。
【００８１】
前記のように、コンパクト高出力オルタネータが発生させる熱も問題となるおそれがある。ステータの巻線は、適切に絶縁された電気導体、例えばモータ用ワニス銅線で形成され、ステータ・コア周囲部のそれぞれのスロットを通し、所定数の歯型をまわして巻かれる。ロータは、ステータに対し回転するので、ロータ磁石が生成する磁場が、巻線と相互作用して電流を発生させる。しかしながら、巻線には特性があって巻線を通る電流が熱を発生し、これを放散しなければならない。従来の方法では、ステータ・コアの周りに硬く巻き付け、巻線の長さ、従ってインピーダンスを最小化し、冷却を行うエアフローは、ロータに対する原動力、例えば、ロータが取り付けられたシャフトにより駆動されるファンによって供給される。従って、低いｒｐｍではエアフローはほとんど供給されない。
【００８２】
しかしながら、例えば、ハイブリッド車のようなさまざまな車載用途で、低いｒｐｍ、例えばアイドリング回転速度において、比較的に高レベルの電力への需要、およびこれに伴う冷却への高い必要性が生じることがある。運転者がアクセル・ペダルを踏んだときにイニシアル・バースト推進力を与えるためスタータ発電機又は他の電気モータを用いて、自動車が運行中にストップした際、燃料を節約し、排気ガスを削減するためエンジンを停止しやすくしている場合、このことは特に当てはまる。さらに、コンパクト高出力オルタネータでは、比較的小さな面積でかなりの熱レベルが発生する。オルタネータ部品のエア冷却の有効性は、オルタネータを流通するエア量の関数である。コンパクト高出力オルタネータでは、所定電力に対しエアフローのため利用可能な断面積は、従来方式のオルタネータで使えるものよりも小さい。従って、エア冷却の効率はより低くなりやすい。しかしながら、永久磁石は、特にオーバーヒートによる損傷を受けやすく、高負荷、高温状態で、このような磁石は消磁されることがある。同様に、コントローラ中で用いられる電子部品は熱損傷を受けやすい。しかして、従来型の冷却技法は、このようなコンパクト高出力オルタネータ、特に車載用途に対しては不適切であることが多い。
【００８３】
本発明の他の様態によって、以下の一つ以上の方法により冷却を促進する；巻線のエンドターン３３２を緩く巻き、実質的に巻線３３０の表面積を増やす；ステータの巻線の少なくとも一部の上を通す空気流を設定する（望ましくは、ゆる巻きにしたエンドターンを通り抜けるようにして）；磁石３１８と熱接触している素子上に空気流の一部を流して（例、ロータケーシング３１６上）磁石３１８を冷却する；ロータが取り付けられているシャフトと非同期の源泉からエアフローを供給する、例、電気ファン；および、冷却流体を流して巻線のエンドターン３３２と熱接触させる（望ましくは、ステータ・コアとほぼ同心円状でループに配置され、前部エンドターン３３２Ａおよび／又は後部エンドターン３３２Ｂと熱接触する一つ以上の部分を含む、熱伝導性管路を通して）。
【００８４】
図３および４に関連して前記したように、巻線３３０は、それぞれのスロット４０４を通り、コア３２８の外部側面沿いに所定数の歯型４０２を回って、エンドターン３３２を形成し、そこで別のスロット４０４に戻るようにして巻かれる。さらに詳しくは、図９Ａ、１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、巻線３３０の各々は、絶縁電線（例、モータ用ワニス銅線）個別素線の少なくとも一つの関連線束を含む。従来の方法と対比すると、エンドターン３３２は、（ステータ・コアの側面に対して巻線のエンドターンを固く引き付けてコストおよびインピーダンスを最小化するのでなく）ステータ・コアの側面を緩くいろいろな線束とコア側面との間にエア・スペースを付けて巻かれている。緩くステータ外側に延ばした巻線のエンドターンがもたらす非効率性は、オープンな巻線構造の露呈した表面積がもたらす冷却能力の増大に比較すると取るに足りないものと判断される。望ましくは、図１０Ａでよく分かるように、それぞれのエンドターン３３２は、ステータ側面３２８から異なった距離で張り出しており、エアフローに対する格子状構造を呈している。エンドターン３３２は、ステータ側面３２８から、妥当には０から１１／２インチ、望ましくは１／４から１インチの範囲の距離を延び出している。例えば、隣り合うエンドターンは、徐々に増えながら異なる距離で外側に延び出し、例えば、半インチ分ずつ増えながらステータから張り出すことになる。図１０の実施形態において、第一エンドターン１００２は、ステータ側面３２８から、ほぼ第一所定距離分、例えば、１／２インチ張り出している。次に隣り合うエンドターン１００４は、ステータ側面３２８から、ほぼ増分だけ増えた距離、例えば、３／４インチ張り出している。同様に、その次の隣のエンドターン１００６は、ステータ側面３２８から、ほぼさらに増分だけ増えた距離、例えば、１インチ張り出している。妥当には、このパターンが繰り返される。図１０Ｂに示すように、この処置は傾斜つきコア３２９に対しても同じく有効である。
【００８５】
必要に応じ、各位相に対応するそれぞれのエンドターン３３２に、ステータ側面３２８からの異なる張り出し距離を張り出させることによって格子パターンを構成することができ、３相システムに対しては位相Ａ，Ｂ、およびＣのエンドターンが、妥当には、それぞれほぼ１／２インチ、３／４インチおよび１インチの張り出し距離を持つようにする。
【００８６】
図９Ａを参照すると、冷却エアフローは、後部エンドプレート１２２の（隣り合った後部エンドプレートクロスアーム３４８、外周部分３４６およびハブ３４０で区切られた）エア通路９０２、ステータ中央開口部４０６、ロータ・エア通路３２３および前部エンドプレートエア通路１３６を含む冷却システムを用いることによって、（望ましくは、緩く巻かれた前側および後ろ側のエンドターン３３２Ａおよび３３２Ｂを通って）ステータの巻線３３０に導かれる。後部エンドプレートエア通路９０２を通り抜けたエアは、適切な関連配置および経路設定、又は、図９の実施形態のように、後部デフレクタ９０４との協働によって、巻線３３０（後ろ側エンドターン３３２Ｂ）に向かいこれにあたる。同様に、ステータ中央開口部４０６を通り抜けたエアは、適切な関連配置および経路設定、又は、図９の実施形態のように、前部デフレクタ９０６との協働によって、巻線３３０（前側エンドターン３３２Ａ）に向かいこれにあたる。望ましくは、後部エンドプレート１２２の背面に搭載された非同期の強制エア供給源、例えば電気ファン１２６が使われる。好適な実施形態において、従来方式のファンも回転させるため、シャフト１１０のプーリ１３２と前部エンドプレート１１６との間に取り付けられる。各種のエア通路の断面、形状（コーナー部および縁部）および関連配置を、望ましくは、エア流減速の最小化、およびエンドターン３３２へのエアフローを最大化するように選定する。
【００８７】
さらに具体的には、概要を矢印９１０で示す冷却エア（好ましくは非同期のファン１２６による強制エア）は、エンドプレートエア通路９０２を通ってオルタネータ１００内に導入される。エアフロー９１０は後部リフレクタ９０４にぶつかり、半径方向外側に向きを変えられる。別な経路でステータ中央開口部４０６を流れたエアは外部へ向かいステータ・コア３２８周りを流れる。好適な実施形態において、外側に向きを変えられたエアは、巻線３３０の緩く巻かれた後ろ側エンドターン３３２Ｂの間のスペースにぶつかり、その間を通って流れる。エアフロー９１０は、そこで流れ９１４および９１６それぞれに分かれる。エンドターン３３２Ｂを抜けた後、エア流９１４は、ステータ中央開口部４０６を通って流れ、前部デフレクタ９０６にぶつかり、前側の緩く巻かれたエンドターン３３２Ａ、ロータ路３２３に向かいこれらを通り、そこで前部エンドプレート１１６のエア通路１３６を通ってオルタネータ１００から抜け出る。ステータ中央開口部４０６は最大径の通路となっており最も抵抗が少ないので、エア流９１４はエアフロー９１０の大部分を含む。後ろ側エンドターン３３２Ｂを抜けた後、エア流９１６は、ロータケーシング３１６の外側周りを流れ、そこで前部エンドプレート１１６のエア通路１３６を通ってオルタネータ１００から抜け出る。エア流９１６は、磁石３１８へ冷却を供する。
【００８８】
後部リフレクタ９０４は、ぶつかってくるエア流９１０に所定の方向付けを与える素子を含み、エア流を、巻線３３０（望ましくは、後ろ側巻線３３２Ｂ）上に向かわせ、巻線３３０が発生させる熱を放散させる。リフレクタ９０４の直径および所定方向付けは、エア流速の過剰な減衰をもたらすことなく、できるだけ多くのエアを巻線に効果的に向かわせるように選定される。後部デフレクタ９０４は、妥当には、中央に開口部のあるほぼ円錐又は皿形状で、後部エンドプレートのハブ３４０と同心円状に配置され、エアフロー中に尖部を向けて配置される。後部デフレクタ９０４は、好ましくは、ステータ中央開口部４０６の外周又はその直ぐ下に置かれ、後部エンドプレートエア通路９０２を通り抜けたエア流９１０の通路の中に半径方向外側に張り出している。後部リフレクタ９０４を、例えば、金属薄板、又はプラスチックのような、比較的固い任意の適切な材料で形成することができ、また、後部エンドプレート１２２と一体化して形成することができる。別個のデフレクタ部品を使用するか、あるいは後部エンドプレート１２２にデフレクタ機能を組み込むかは、主としてコストの問題である。
【００８９】
同様に、前部デフレクタ９０６は、妥当には、ぶつかってくるエア流９１４に所定の方向付けを与える素子を含み、エア流を、巻線３３０（望ましくは、前側巻線３３２Ａ）上に向かわせ、巻線３３０が発生させる熱を放散させる。リフレクタ９０６の直径および所定方向付けは、エア流速の過剰な減衰をもたらすことなく、できるだけ多くのエアを巻線に効果的に向かわせるように選定される。前部デフレクタ９０６は、妥当には、エアフロー中に尖部を向けて配置された中央に開口部のあるほぼ円錐又は皿形状で素子を含む。前部デフレクタ９０６は、ロータ・ハブ３２４（シャフト１１０）と同心円状であり、妥当には、ロータ１１２とともに回転し、ステータ中央開口部４０６を抜け出るエア流９１４の通路の中に、半径外部方向に延びだしている。前部デフレクタ９０６を、例えば、金属薄板、又はプラスチックのような、比較的固い任意の適切な材料で形成することができ、また、ロータ１１２又はジャムナット１２０と一体化して形成することができる。別個のデフレクタ部品を使用するか、あるいはロータ１１２又はジャムナット１２０にデフレクタ機能を組み込むかは、主としてコストの問題である。図９Ａの実施形態において、前部デフレクタ９０６は、妥当には、外周がステータ中央開口部４０６との通路のほぼ３／４に張り出すような外径を持つ。
【００９０】
必要に応じ、デフレクタ９０６および９０４に加え（又は、場合によってはその代わりに）、エンドターン３３２をエア流れ中に曲げ出すことによって、熱交換効率を増加させることができる。さらに具体的には、図１１を参照すると、エンドターン３３２は、ステータ中央開口部４０６の周囲を超えて、開口部を通るエア流の通路の中に、内側に曲げ出されている。
【００９１】
前記のように、図９Ａの実施形態において、従来型の同期ファン９０８が、シャフト１１０のプーリ１３２と前部エンドプレート１１６との間に、回転するように取り付けられている。ファン９０８は、事実上、エアをオルタネータ１００に引き入れる陰圧を生成する。しかしながら、オルタネータ１００は、アイドリング又はアイドリング少し上の速度で高レベルの電力を発生させることがある。シャフト１１０と同期して回転するファン９０８は、通常、このような状態で十分な冷却のためのエアフローを供給することができない。シャフト１１０と非同期で動作する電気ファン１２６は、エアをオルタネータ１００を通して押し入れる正圧を与えて、補助冷却を適切に提供する。
【００９２】
前記のように、ファン１２６は、後部エンドプレート１２２の背面に搭載される。一般に、オルタネータ１００を通るエアフローを最大化することが望ましい。従って、ファン１２６は、望ましくは、オルタネータ１００のサイズ上の制限を考慮して、ゼロ圧で最大の立方フィート／分（ＣＦＭ）を供給するものを選択する。市販のファンを用いることができる。但し、望ましくは、ファン１２６は、オルタネータ外部ケース１２８にほぼ等しい羽サイズを持つ永久磁石・ファンである。
【００９３】
強制エアに加えて、あるいはその代わりに、冷却に流体を使用することは、低いエアフロー、又は高度の発熱、および砂塵、高湿又は他の過酷な条件下では、利点となる。
【００９４】
例えば、ある場合には、コイル・エンドターン３３２の流体冷却によってエア冷却を補完することが有益となる。一般に、電気的絶縁を維持しながら、冷却流体をエンドターン３３２との温度接触に導く。例えば、前側エンドターン３３２Ａおよび／又は後ろ側エンドターン３３２Ｂと熱接触するよう配置された、一つ以上の部分を含む熱伝導性管路を通して、冷却流体を送流することができる。管路の一部は、妥当には、エンドターン３３２の形状に沿って進み、例えば、ほぼステータ・コアと同心円状に、エンドターンに近接して配置された、ほぼ円形又は螺旋形ループを含む。管路は、オルタネータ中に見られる高い温度に耐えることができ、選択した冷却媒体と反応性のない、任意の熱伝導性材料で形成することができる。適切な材料には、例えば、銅、およびアルミニウム管が含まれる。管路は、好ましくは、例えばエンジニアリング・エポキシのような電気絶縁性の熱伝導体によって、隣接するエンドターンと熱的に接続されている。冷却流体は、適切な温度および流体特性を持つ任意の流体、望ましくは液体、とすることができる。一例に、従来のエンジン冷却水がある。車載用途において、望ましくは、エンジン冷却水は、ラジエータを出た後、直ぐにオルタネータに向けられることになろう。
【００９５】
図９Ｂおよび９Ｅを参照すると、好適な実施形態において。冷却流体は、管路（例、銅管）９１８を通ってエンドターン３３２トン熱接触に向けられる。管路９１８は、妥当には、引き入れ口９２２、軸方向部分９５０、９５８および９６６、径方向部分９５２、９５６、９６０、および９６４、ならびにループ部分９５４および９６２を含む。ループ部分９５４および９６２は、各々、ステータ・コア３２８の軸周りに中心を置き、エンドターン３３２が形成する環輪（例、スロット４０４の底部とコア３２８の外周の範囲）に対応する輪径の、一つ以上の円形又はらせん回転部を含む。管路の部分９５２、９５４および９５６は、すべて、ステータ・コア３２８の軸と垂直な面内（前面と平行）で、前側エンドターン３３２Ａの直前に適切に配置される。管路の部分９６０および９６２および９６４は、同様に、すべて、ステータ・コア３２８の軸と垂直な面内（後ろ面と平行）で、後ろ側エンドターン３３２Ｂの直後に適切に配置される。軸方向部分９５０および９５８は、ステータ中央開口部４０６を通って適切に配管される。軸方向部分９５０および９６６は後部エンドプレート内の通路９０２を通って適切に配管される。冷却液は、取り入れ口９２２から流入し、部分９５０、９５２、９５４、９５６、９５８、９６０、９６２、９６４および９６６を順に通り、出口９２４を通って流出する。
【００９６】
管路９１８は、電気絶縁性の熱伝導体９２０（例、エンジニアリング・エポキシ）によって、隣り合うエンドターン３３２と熱的に接続されている。材料９２０は、適切にエンドターン３３２、ループ部分９５４および９６２、および、径方向部分９５２、９５６、９６０および９６４の一部を適切に被包している。材料９２０はエンドターン３３２から冷却媒体に熱を伝えるが、同時に電気絶縁を提供する。
【００９７】
図９Ｂの実施形態において、磁石３１８は、エア流９１６を使って冷却される。エア流９１６は、ロータケーシング３１６の外側周辺を流れ、前部エンドプレート１１６中のエア通路１３６を通ってオルタネータ１００から抜け出る。エアフローはファン９０８によって供給される。図９Ａに示すように、非同期のファン１２６を使って磁石３１８の冷却を高めることができる。
【００９８】
必要に応じ、管路９１８を通る冷却液も使って磁石３１８を冷却し、原則的にクローズドシステムとすることができる。管路９１８を通る冷却液の流れにより冷却されたエアフローを、磁石３１８に導く。
【００９９】
図９Ｃおよび９Ｄを参照すると、それぞれの、熱伝導性の熱交換フィン９２２が具備され、熱的に管路９１８に接続されている。フィン９２２は、適切に熱伝導性の被包材９２０に組み込まれている。フィン９２２は、中央開口部４０６へ径方向に適切に延び出している。
【０１００】
ロータ１１２の前面には、それぞれの羽が配置され遠心ファン９２６を形成している。ファン９２６は、エアフロー９１６を発生させ、エアは、ステータ・コアの中央開口部４０６を通って、熱交換フィン９２２の上を流れ、ロータ１１２のエンドプレート中の開口部３２３を通って引き込まれ、ロータケーシング３１６の外部を回って強制的に流される。ロータケーシング３１６の外側周囲を流れた後、エアフローは、通路９２８に導かれて、中央開口部４０６に戻る。ロータケーシング３１６の外側を回ったエアフローは、磁石３１８が生成した熱を、被包材９２０に内蔵された熱交換フィン９２２全体に運搬する。このようにして、冷却管９１８を流れる流体冷却剤は、ステータ３２８の巻線および磁石３１８の両方が発生させた熱を運び去る。
【０１０１】
外部源からエア流通の必要が無くなるので、オルタネータは、Ｏリング９３０およびプラグ９３２を使って適切にシールされる。このことは、永久磁石・オルタネータの動作に有害な汚染物質の、すべてではなくともほとんどを遮断する利点をもたらす。必要に応じ、逆止め弁又は片透過膜（図示せず）をオルタネータの最低部に設置して、生じうる溜まり水排出の助力とすることができる。さらに多くのエアフローが必要な場合は、非同期のファン１２６を据え付けることができる。
【０１０２】
環境によっては、例えば、砂塵、高湿、又は他の過酷な条件下では、おそれのある外部からの汚染に対して、エア冷却オルタネータをシールすることができる。本発明の別の様態では、内部エアフローと、熱交換器として機能するオルタネータ外部ケース上への外部冷却エアフローとを別個に設定することによって、シールされたエア冷却オルタネータを提供する。内部および外部のエアフローは、内部用および外部用ファンにより適切に供給される。内部エアフローは、ステータ・コイル、ロータおよび熱交換器内部に導かれ、コイルおよび磁石から熱交換器に熱を運ぶ。外部エアフローは、交換器の外側に向けられ、熱を放散する。必要に応じ、外部エアフローの発生源をオルタネータから離して設置し、例えば、プレナム又はシュノーケルを通し供給することができる。
【０１０３】
図１２を参照すると、シールされたオルタネータの第一実施形態は以下を含む；シャフト１１０；シールされた前部エンドプレート１２０２；前部ベアリング１１８；ステータ１１４；前向きロータ１２０４；ジャムナット１２０；内部ファン１２０６；後部ベアリング１２４；シールされた後部エンドプレート１２０８；熱交換器１２１０；外部ファン１２１２およびエア取り入れ口１２１４を備えたファン・ハウジング１２１３。（この実施形態においては、連結ロッド１３０（図示せず）は、図４と同様に外部に配置される）前部エンドプレート１２０２は、前部ベアリング１１８およびステータ・コア３２８を装着するための段付き中央ハブ１２１４を適切に含む（概して、図３の実施形態中の後部エンドプレートハブ３４０に類似）。シャフト１１０のテーパ部分３１０は、前部エンドプレート１２０２から所定の軸方向距離に配置される（ほぼロータ１２０４の軸方向長さに対応）。ロータ１２０４は、基本的にはロータ１１２と同じであるが、ロータ１１２の前向きの配置に合わせるため、ハブ３２４のテーパの向きが逆になっている。図３の実施形態のように、ロータ１２０４は、回転するようにシャフト１１０に取り付けられ、ハブ３２４とシャフトのテーパ部分３１０との協働により、正確に位置決めされてシャフトに心合わせされ、ステータ１１４は、ロータ１２０４内に近接して保持され、ロータ１２０４から、わずかなエアギャップ４１２だけ隔てられている。熱交換器１２１０は、ほぼ円筒型で、シャフト１１０と同軸に、ロータケーシング３１６の外側に配置されている。前部エンドプレート１２０２と、ベアリング１１８および１２４と、熱交換器１２１０と、後部エンドプレート１２０８とは、ステータ１１４、ロータ１２０４および内部ファン１２０６を取り囲む密閉コンパートメントを提供している。
【０１０４】
図１２および１３Ａを参照すると、熱交換器１２１０は、適切に、円筒型セパレータ（ケーシング）１２１６を含み、径方向に延び出たそれぞれ内側および外側フィン、１２１８および１２２０を有し、すべて熱接触している。熱交換器１２１０は、妥当には、アルミニウム又は鋼鉄のような熱伝導性材料の一体押出し鋳造である。これに換えて、図１３Ｂで示すように、製作を容易にするため、第二材料、例えばアルミニウムで形成され、円筒体１２１６の内側の面をカバーする複数の（例、１２個、一つだけを示す）の別個の（妥当には、押出し鋳造の）フィン部分１２１８Ａ（各々が所定のアーク長さ）と、円筒体１２１６の外側の面をカバーする複数の（例、１２個、一つだけを示す）の別個の（妥当には、押出し鋳造の）フィン部分１２２０Ａとを備えた、第一材料、例えば鋼鉄で形成された分離型円筒型ケーシングによって熱交換器１２１０を形成することができる。例えば、１２個の３０°分割フィン、又は４個の９０°分割フィンを用いることができる。分割フィン１２１６Ａおよび１２２０Ａは、それぞれ、接着剤（第一および第二材料の熱膨張率差異に適応できる柔軟性を持つもの）によって、ケーシング１２１６に、温度接触を保って適切に固定される。
【０１０５】
熱交換器１２１０は、ロータケーシング３１６と同軸で、その径方向外側に配置される。それぞれの軸方向チャンネル１２２６は、隣り合う内側フィン１２１８、ケーシング１２１６およびロータケーシング３１６の外部面で境界設定される。後記で説明するように、チャンネル１２２６を通るエアフローは、ロータ１１２および巻線３３０から、内側フィン１２１８（およびケーシング１２１６）へ熱を運ぶ。そこで、熱は、フィン１２１８から外側フィン１２２０に伝えられる。外側フィン１２２０（およびケーシング１２１６）上を通るエアフローを使って熱が放散される。
【０１０６】
図１２でよく分かるように、熱交換器１２１０は、望ましくは、外側フィン１２２０上のエアフローを促進するための円筒型外部カバー１２２２を含む。カバー１２２２は、セパレータ（ケーシング）１２１６と同軸に、径方向、熱交換器外側フィン１２２０の外部に配置される。カバー１２２２は、外部ファン・ハウジング１２１３内部にこれと適切に組み合わされその後端部を適切に固定され、前方端部には、熱交換器１２１０のための流出口１２２４を備えている。それぞれの軸方向チャンネル１２２８は、ファン・ハウジング１２１３の内部に通じており、しかして、隣り合う外側フィン１２２０、ケーシング１２１６および熱交換器カバー１２２２により境界設定される。
【０１０７】
内部ファン１２１２は、ロータ１１２に適切に取り付けられるか又は一体化されており、ステータ・コイル３３０（望ましくは、エンドターン３３２を通って）とロータ１１２とに向かい、熱交換器１２１０の内側チャンネル１２２６を通り抜ける内部エアフローを生成する。さらに具体的には、内部ファン１２１２は、エアを外部に推進し、ロータ１１２の内部に陰圧を生成するよう構成されており、概要を矢印１２３０で示すように、エア流を強制的にチャンネル１２２６を通して、ロータケーシング３１６（従って磁石３１８）を冷却し、内側熱伝達フィン１２１８とケーシング１２１６とに熱を搬送する。エア流１２３０は、チャンネル１２２６を抜け出し、前側エンドターン３３２Ａを通って、ステータ中央開口部４０６に流れる。ステータ開口部４０６の後ろ側を抜け出たエアフローは後ろ側エンドターン３３２Ｂを通る流れに導かれる。これは、デフレクタ１２３２を使って適切に実行される。エンドターン３２２Ｂを流れ通った後、エア流は、ロータ開口部３２３を通って流れ、ファン１２０６によって再循環される。ステータ・コイル３３０および磁石３１８の熱は、このようにして放散され、熱交換器の内側フィン１２１８に搬送される。フィン１２１８は、ケーシング１２１６および外側フィン１２２０に熱接触しており、熱はフィン１２１８から外側フィン１２２０に伝達される。熱は、外側フィン１２２０（およびケーシング１２１６）上のエアフローを使って放散される。
【０１０８】
概要を矢印１２３４で示すように、外部ファン１２１２によって、外側フィン１２２０上を通るエアフローが適切に生成される。取入れ口１２１４を通して供給される外部エアは、ファン１２１２の回転によって、ハウジング１２１３内を外部に向けて推進され、強制的にチャンネル１２２８を通され、最後には出口１２２４を通って放出される。必要に応じ、出口１２２４およびファン・ハウジングの取り入れ口２１４にフィルタ（図示せず）を設けることができる。
【０１０９】
場合によっては、シール型オルタネータ・ユニットから離れた場所にあるエア源からの加圧された外部エアを用いることが望ましいことがある。このような実施形態１４００を図１４に示す。シール型オルタネータ１４００は、オルタネータ１２００と実質的に類似しているが、専用外付けファン１２１２を駆動する代わりに、オルタネータ１４００では、後部ハウジング１４０２を用いてその内室が熱交換器の外側チャンネル１２２８に連通し、プレナム１４０４、およびリモート・ファン１４０６のような適切な遠隔の加圧エア源と協働している点が異なる。外部エアフロー１２３４は、リモート・ファン１４０６によって供給され、プレナム１４０４を通って導かれ、ハウジング内室１４０２をおよびチャンネル１２２８を通って、最後には、出口１２２４から放出される。
【０１１０】
特に砂塵、高湿、又は他の過酷な条件での使用に適応させた別の実施形態は、過酷さの低い遠隔のエア源から冷却エアを供給するための二重壁のシュノーケルと協働する、局所的にシールされたオルタネータを採用している。図１５を参照すると、局所的にシールされたオルタネータ１５００が、シュノーケル１５０２と協力している。オルタネータ１５００は、妥当には、図１−４に関連して説明したオルタネータ１００とほとんどの点で似ている。但し、前部エンドプレート１１６Ａ（前部エンドプレート１１６に類似）および前部ベアリング１１８Ａ（前部ベアリング１１８に類似）はシールされており、後部エンドプレート１２２Ａ（後部エンドプレート１２２に類似）は、エア通路９０２に加えて別個の外部エア通路１５０４のセットを含み、（図４の実施形態と同様に）連結ロッド１３０は外部ケーシング１２８の外側に配置されている。さらに、オルタネータ１５００は、エア止め１５０６を含み、後記で説明するように、それぞれのエアフローを分離している。エア止め１５０６は、妥当には、フェルトで形成されるか、あるいは、後部エンドプレート１２２Ａと一体で形成される。
【０１１１】
シュノーケル１５０２は、妥当には、内部および外部壁それぞれ１５１２および１５１４で形成される、ほぼ垂直ほぼ円筒型の内部および外部煙突状の部分（それぞれ１５１２Ａおよび１５１４Ａ）と、水平方向の内部および外部接続部分（それぞれ１５１２Ｂおよび１５１４Ｂ）とを含む。どのような設置方式においても、エア流速を最大化するため、垂直および水平部分の数を最低数に抑える。内部壁１５１２（および内部接続部分１５１２Ｂの取付け口近辺）は、エンドプレート内部通路９０２と外部通路１５０４との間に配置され、内部壁１５１２の外径は通路１５０４の内径より適切に小さいか又はこれと等しく、内部壁１５１２の内径は通路９０２の外径より大きいか又はこれと等しい。エンドプレートの通路１５０４と連通する取入れエア流路１５１６は、外部壁１５１２と内部壁１５１４とで境界設定される。エンドプレートの通路９０２と連通する取出しエア流路１５２０は内部壁１５１２の中に限定される。取入れエア流路１５１６および取出しエア流路１５２０は、それぞれ第一および第二エアフィルタで適切にキャップされている。流入フィルタ１５１８は、オルタネータに取り入れられるエアを実効的にろ過する。流出フィルタ１５２０は、オルタネータが作動していないときに、排出口を通して塵埃がオルタネータに入り込むのを防止する。内部煙突部分１５１２Ａは、妥当には、外部壁１５１４によって限定される外部煙突部分１５１４Ａを超えて延び出している。取入れエア流路１５１６および流出エア流路１５２０（フィルタ１５１８および１５２２）は、ともに所定の高さより上に配置され、オルタネータ１５００が搭載されている車両が往来する最大水深に対応している。適切なデフレクタ１５２４エア通路９０２の間の上に適切に配置され、流出エア流路からの排出エアが取入れエア流路１５１６に持ち込まれるのを最小化する。
【０１１２】
シュノーケル１５０２は、アダプタ板１５０３の使用を介して、オルタネータ１５００の後部エンドプレート１２２Ａに固定される。図１５の実施形態において、シュノーケル１５０２とエンドプレート１２２Ａとは連結ロッド１３０により固定されている。これに換えて、外部接続部分１５１４Ｂの取付け口を後部エンドプレート１２２Ａの周囲にプレスばめし、必要に応じ、金属バンド固定することができる。いずれの場合においても、望ましくは、適切なシーリング材、ガスケット又はＯリング（図示せず）を用いて、基本的に防水のシールを設定する。電気ファン１２６は、ロータ１１２の内部に陰圧を生成するよう構成された羽を持ち、アダプタ板１５０３（妥当には、それぞれのエア通路を通したディスク形）上の、内部接続部分１５１２Ｂの内側位置に適切に設置される。
【０１１３】
ファン１２６は、冷却媒体通路沿いにエアを循環させ、冷却エアフロー１５２６を生成する。エアは、フィルタ１５１８を通して取り入れられ、取り入れられたエア１５０４は、横向きの外部接続部分１５１４Ｂ、後部エンドプレート１２２Ａの外側エア通路１５０４、外部ケーシング１２８と外部ロータケーシング３１６との間のスペース、ロータエンドキャップ３１４の通路３２３、エンドターン３３２Ａ上を通り、ステータ・コア３２８の開口部、エンドターン３３２Ｂ上を通り、後部エンドプレート１２２Ａの内側エア通路９０２を通り、ファン１２６を通って、シュノーケルの内部接続部分１５１２Ｂ、流出エア流路１５２０およびフィルタ１５２２を通って流れる。オルタネータ１５００は、このように局所的にシールされ、シュノーケル１５０２で限定される深さまで水に沈めることができる。
【０１１４】
ファン１２６を従来型の電気ファンとすることができる。但し、ファン１２６による冷却媒体の循環を最大化することが望ましい。エネルギー投入に関してはたいして違いのない、非常な高馬力の永久磁石・ファンの設計が開発され、相対的に小さな軸方向寸法でありながら、エア流速および圧力増加のため大きな径の羽の使用が容易になった。
【０１１５】
従って、利用可能なスペースに特に最適化されたファンの使用が望ましい。次に図１６Ａを参照すると、このようなファンの第一実施形態は以下のものを含む；ステータ・フレーム１６０２；ステータ・コア１６０４および巻き千１６０６；前部および後部ファン・ベアリング１６０８および１６１０；およびファン１６１２。ステータ・フレーム１６０２は、ほぼ円筒型のボディ１６１５を適切に含み、その中心に配置されたファン・ベアリング１６０８および１６１０を適切に含む。ステータ・フレーム１６０２は、シャフト１１０と同心円状に後部エンドプレート１２２Ａに適切に固定される。ファンのステータ・コア１６０４は、妥当には、ほぼ円筒型で、ステータ・フレーム・ボディ１６１５周りに配置される。
【０１１６】
ファン１６１２は、妥当には、エンジニアリング・プラスチック、アルミニウム又は他の適切な材料の鋳造ファン・ボディ１６１４、ファン・ロータ１６１６および保持留め具１６１８を含む。ファン・ボディ１６１４は、妥当には、垂直の中心内部シャフト１６２４を持ち（ベアリング１６０８および１６１０により回転可能に保持されている）それぞれの通路１６２６を形成するそれぞれのクロスアームによってボディ１６１４に結合されている、中心ハブ１６２３を適切に含む。通路１６２６は、シュノーケルの内部接続部分１５１２Ｂと連通している。必要に応じ、シュノーケル内部壁１５１２とファン・ロータエンドキャップ１６１２との間に、妥当には、フェルト又は低摩擦材料で形成されたエア止め１６２５を設けて、流入と流出通路との間のエアの移動を最小化することができる。
【０１１７】
ファン・モータ１６１６は、ファン・ボディ１６１４に適切に固定され（エポキシ接着又は他の適切な固定方法）その内部に配置されたそれぞれの磁石１６３２を含む。磁石１６３２は、ファンのステータ・コア１６０４に近接し、わずかなエアギャップだけ隔てて配置され、ファン・ステータの巻線１６０６と電気機械的に相互作用する。巻線１６０６に印加される電気信号は、磁石１６３２すなわちファン１６１２の相対運動をもたらす。電力を、オルタネータ１５００が発生させた電力から内部的に供給することができ、あるいは、外部源（例、車両バッテリ）から供給することができる。ファンの羽１６３４は、シュノーケル外部接続部分１５１４Ｂから後部エンドプレートの措置側通路１５０４を通してエアを移動させるように配置される。可能な最大外径の羽を配置することによって、最大のエア流動量と圧力とを供給する。ファンの羽は、後部エンドプレート１２２Ａの外側通路１５０４を通してエア流１５２６を推進する。そこで、エア流１５２６は、図１５に関連して説明したように、オルタネータ１５００の内部を通って循環し、後部エンドプレート１２２Ａの内側エア通路９０２を通って抜け出し、ファン１６００の通路１６２６を通り、図１５に関連して説明したように、アダプタ・プレート１５３０Ａに適切に固定されたシュノーケル内部接続部１５１２Ｂ、流出エア通路１５２０およびフィルタ１５２２を通って排出される。
【０１１８】
必要に応じ、ファン羽に、それぞれ、エンドプレートの内側および外側通路、９０２と１５０４とに位置合わせして違った角度の部分を持たせ、通路１５０４にはエアを押し入れ、通路９０２からはエアを引き出すよう構成することができる。図１７を参照すると、ファン１７００は、さらにコンパクトなステータ・フレーム１７０２（妥当には、エア通路のない）と、同心円状の内部および外部円筒体、それぞれ１７０６（円筒ボディ１６３０に類似）および１７０８を含むファン・ロータ１７０４とを使用している。ファン羽の第一セット１７１０（概して羽１６３４に類似）は、外部円筒体１７０８の外側に具備される（これを外部円筒体１７０９に結合している）。ファン羽の第二セット１７１２は円筒体１７０６と１７０８とを結合している。
【０１１９】
外部円筒体１７０８は、は、妥当には、内部シュノーケル壁１５１２と同心円状でほぼ同じ直径を持つ。ファン羽１７１０（図１６の実施形態中の羽１６３４と同様）は、シュノーケルの外部接続部分１５１４Ｂから後部エンドプレートの外側通路１５０４を通るエアを移動するように配置される。円筒体１７０６および１７０８は、エンドプレートの内側通路９０２が円筒体に囲まれるように配置される（例、円筒体１７０６の外径は通路９０２の内径より小さいかこれと等しく、通路９０２の外径は外部円筒体１７０８の内径より小さいかこれと等しい）。ファン羽１７１２は、通路９０２に陰圧が生成されるように（すなわち、通路９０２を通ってエアがオルタネータ１５００から引き出されるように）ファン羽１７１０と比較して逆向き角をしている。ファン・ロータ１６１４Ａのエンドプレート１２２Ａ側の側面は、エンドプレート１２２から、精密な許容差で、概要を１７１４として示す比較的わずかのエアギャップ、妥当には．０１インチから．０５インチ、望ましくは．０３インチだけ隔てられている。ギャップ１７１４は十分小さいので、通路の間のエアの移動は重要ではない。ファンが回転すると、外側の環ではオルタネータ内部へ、内側の環では外部への圧力を生み出し、オルタネータを冷却するために必要な流れを生成する。
【０１２０】
砂塵、高湿又は他の過酷な条件（例、砂漠又は農業用途）においては、オルタネータに取り入れるエアをろ過することが望ましい。塵埃および浮遊する汚染物質は、磨損性を持つおそれがあり、砂塵のほとんどは、鉄化合物を持ち運びこれが（オルタネータおよび／又はファン中の）永久磁石に蓄積するおそれがある。流入フィルタを用い、実効的にオルタネータに取り入れられるエアをろ過する。流出フィルタを用い、オルタネータが非作動時に、排出口を通って塵埃がオルタネータに入り込むのを防止する。望ましくは、排出エアがオルタネータの取入れ口に入り込むのを最小化するための処置を備える任意の適切なろ過方式を採用することができる。例えば、図１８Ａの実施形態において、ファン１６００Ｂ（オルタネータ１５００内に陰圧を生成するように配置された羽を持つ）を、円筒型中央ダクトおよび同心円状の皿形状デフレクタ１８０８を含むハウジング１８００内に配置する。ファン１２６は、フレーム１２６Ａ上に、同心円状にダクト１８０２内に（妥当には、これを通る通路とともに、外周をダクト１８０２の内部に適合させて）適切に搭載される。フレーム１２６Ａをハウジング１８００と一体化することができる。ダクト１８０２は、片側端をエンドプレート１２２Ａの側壁に近接して配置され、他方は閉鎖されており、エンドプレートの中心側および外周側通路、９０２と１５０４との間にこれらと同心円状に適切に配置される。ダクト１８０２の外径は、妥当には、通路１５９４の内径より小さいかこれと等しく、ダクト１８０２の内径は、通路９０２の外径より大きいかこれと等しい。ダクト９０２は、流入および流出エア流路、それぞれ１８１０および１８０４の境界を設定している。流出エア流路１８０４は、ダクト１８０２の内部にあり、オルタネータエンドプレート１２２Ａの内側通路９０２と連通しており、排出口１８０５を通して径方向に排気する。リング・タイプのエアフィルタ１８０６は、ダクト１８０２と同心円状であり、流出エア流路１８０４の出口に配置される。デフレクタ１８０８は、ダクト１８０２の外部周りに配置され、取入れ面口１８１２を持つ。リング・タイプ・エアフィルタ１８１４は、ダクト１８０２と同心円状で、注入エア流路１８１０内に配置される。デフレクタ１８０８は、ダクト１８０２とともに、流入エア流路１８１０の境界を設定している。取入れ面口を持つデフレクタ１８０８は、排出エアのオルタネータ１５００への取入れを最小化する機能をする。
【０１２１】
また、エア取入れ口を介する、排出エアのオルタネータ１５００中への持込みを、エア取入れと排出とを関連させた処置によって最小化することができる。例えば、図１８Ｂおよび１８Ｃにおいて、流入エア流路は、ダクト１８０２の径方向に外部に開いており、流出エア流路は、後方軸方向に開いている。図１８Ｂの実施形態において、流入および流出フィルタ１８１４および１８０６は、双方ともリング・タイプ・フィルタである。ダクト１８０２は、階段になった（直径の大きい）部分１８０２Ｂを含み、その側壁は、エンドプレート１２２Ａと協働して、流入エア流路の境界を設定している。図１８Ｃの実施形態において、流入フィルタ１８１４はリング・タイプ・フィルタであり、流出フィルタ１８０６は平板タイプのフィルタである。この場合、ダクト１８０２の外側に配置された環状板１８２０とエンドプレート１２２Ａとの協力によって、流入エア流路の境界が設定されている。必要に応じ、ダクト１８０２と板１８２０をファン・フレーム１２６Ａの一体部分とすることができる。
【０１２２】
オルタネータから離れた場所からエアを取り入れることが望ましい場合があり、例えばオルタネータ近辺の環境温度が望ましい温度よりも高い場合である。図１５の実施形態においては、シュノーケルを使い、後部に取付け、最初の部分をオルタネータの軸方向に延ばすことによって、これを実現した。用途によっては軸方向延長のためのスペースが限られており、オルタネータの軸に対し直角方向に延びたエア取入れダクトを備えることが望まれる。図１９を参照すると、妥当には概して図１８Ｃの実施形態と同様であるが、但し、接線方向に延び、エアフィルタ１９０６で適切にキャップされた延長部１９０４を持つ管路１９０２を含むこういった直角方向のダクトを持つオルタネータが、平板１８２０およびリング・タイプ・フィルタのオルタネータに換えて採用されている。
【０１２３】
また、フィルタを、図１６および１７の最適化されたファンにも用いることができる。例えば、図２０Ａを参照すると、ファン１６００をほぼ円筒型のファ・ハウジング２０００内に同心円状に配置することができる。ハウジング２０００は、内側に延び、隣接のファン・ロータエンドキャップ１６１４を仕切り、エンドキャップ１８１４からわずかなギャップ２００４だけで隔てられた円筒壁００２を適切に含む。壁２００２の直径は、妥当にはロータ・ボディ１６３０とエア通路１６２４のものの間であり、望ましくは、ボディ１６３０と等しい直径である。壁２００２はそれぞれ流入および流出エア流路２００６および２００８の境界を設定している。ギャップ２００４は十分小さいので、エア流路２００６と２００６との間での一切のエア移動は問題にならない。流入エア流路２００６は、壁２００２の外側にあり、ファン羽１６３４から最終的にはエンドプレートの外側通路１５０４に連通しており、壁２００２と同心円状のリング・タイプ・エアフィルタ２０１０を支えるようにされた取入れ口を含む。流出エア流路は、壁２００２の内側にあり、ファン１６００の通路１６２６、１６２０および１６２２から、最終的にはオルタネータエンドプレート１２２Ａの内側通路９０２に連通している。流出流路２００６は、妥当には平板タイプ・フィルタのフィルタ２００９を通して排気する。ファンのエアフロー２０１０を逆流させる機能を備え、屈曲性ゴム管２０１２又は他の適切な材料を使って、エア流路２００８をさらに環境的におだやかな場所に延ばして、非常に過酷な条件下でオルタネータ近くで利用できるエアよりも低温のエアをオルタネータ１５００に供給することができる。同様に、図２０Ｂを参照すると、ファン１７００をファン・ハウジング２０００内部に同心円状に配置することもできる。このような場合、壁２００２の外径は、妥当には円筒体１７０９のものと等しい。
【０１２４】
前記のように、オルタネータ巻線に誘起された電流は、通常ブリッジ整流器に印加され、場合により調整され、出力として供給される。時によっては、調整された出力信号は、ＡＣ出力を供給するためインバータに印加される。さらにロータ速度の変化又は負荷特性の変化を調整するために、電子制御システムを用いることができる。このような電子システムに使われる部品は熱損傷を受けやすいものが多い。従って、電子部品（特に動作中に熱を発生させる部品）を、最も低温のエアの通路、例えば、エア取り入れ口の近辺に置いたダイカストのヒートシンク中に配置することが望ましい。例えば、図２１Ａおよび２１Ｂを参照すると、熱発生部品２１００は、ヒートシンク２１０２に装着（圧入）され、次にヒートシンクは、オルタネータエンドプレート１２１Ａのエア通路１５０４内に取り付けられている。ヒートシンク２１０２は、軽量で熱伝導性の材料、例えばアルミニウムで形成（例、機械又は押出し加工）されており、直角方向（例、垂直方向）の冷却フィン２１０６を持つメインリブ２１０４と、両方の端部にそれぞれ固定タブ２１０８とを含む。部品２１００は、メインリブ２１０４に適切に装着される。ヒートシンク２１０２は、冷却エアフロー（概要を１５２６で示す）がフィン２１０６の上およびその間を走るように、エンドプレートの通路１５０４内にうまく納まるように形作られている。ヒートシンク２１０２は、タブ２１０８を通してエンドプレート１２１Ａにネジ止めされるそれぞれのネジ２１１０によってエンドプレート１２１Ａに固定される。
【０１２５】
これに換えて、電子部品を保持するヒートシンクを、ファン・ハウジング（例、１８００、２０００）、シュノーケル（例、１５０２）、プレナム（例、１４０２）又はオルタネータと協働する類似の箇所内の流入エア流路に配置することができる。例えば、部品２２００は、ヒートシンク２２０２に装着され、次にヒートシンクはファン・ハウジング２０００の流入エア流路中に取り付けられている。ヒートシンク２２０２は、妥当には、軽量の熱伝導性材料、例えばアルミニウムで形成（例、機械又は押出し加工）され、ベース２２０４、および直角方向（例、垂直方向）の冷却フィン２２０６を持つ、くし形状である。部品２２００は、ベース２２０４に適切に装着される。概要を１５２６で示した冷却エアフローは、フィルタ２０１０を通り、それぞれの冷却フィン２２０６を通り、後部エンドプレート通路１５０４を通ってオルタネータの中へ流れる。
【０１２６】
図１２−１４に関連して説明した実施形態のような、シールされたユニットにおいては、熱を発生させるパワー部品は、望ましくは、シールされたオルタネータの外部、例えば、外側チャンネル１２２８内の熱交換カバー２２２上に取り付けたヒートシンクに配置する。
【０１２７】
図２３Ａおよび２３Ｂを参照すると、熱発生電気部品をヒートプレートに装着し、図９Ｂおよび９Ｃで概要を示したオルタネータ冷却液を、オルタネータに入る前に使って低温の液流をヒートプレート２３０２に通すことができる。熱発生部品２３０３は、ヒートプレート２３０２に適切に固定される。図２３Ｂにおいて、２３０２および２３０３をオルタネータの外部に設置することによって、オルタネータのシール性を維持していることに注目されたい。
【０１２８】
本発明を様々な例示的実施形態に関連させて説明しているが、本発明は示された特定の形態に限定されるものでなく、本発明の精神から逸脱することなく、本発明の他の実施形態を創出できると思われる。以下の請求内容に述べるように、本発明に基づき、設計および配置中の部品、材料、値、構造および他の様態の変形を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】図１は、本発明によるオルタネータの第一実施形態の正面図である（簡明化のため巻線は除去している）。
【図２】図２は、図１のオルタネータの側面図である。
【図３】図３は、図１および図２のオルタネータの（図２の線ＢＢに沿って得た）概略断面図である（概略的に巻線を示す）。
【図４Ａ】図４Ａは、図１、図２および図３のオルタネータの（図２の線ＣＣに沿って得た）概略断面図である（明確化のため概略的にだけ巻線を示す）。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１、図２および図３のオルタネータの連結ロッドをケース外部に変更したものの（図２の線ＣＣに沿って得た）概略断面図である（明確化のため概略的にだけ巻線を示す）。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａの一部の拡大図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、軸方向に輪状に配列されたステータ・コアの等角図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、傾斜を付けたステータ・コアの等角図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、図４Ｅの傾斜を付けたステータ・コアの搭載方法を示した断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、軸方向に揃った辺を持つ磁石を使ったロータの等角図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、傾斜を付けた辺を持つ磁石を使ったロータの等角図である。
【図５Ａ】図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃ（まとめて図５という）は、外力に反応するロータの動きの概略的説明図である。
【図５Ｂ】図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃ（まとめて図５という）は、外力に反応するロータの動きの概略的説明図である。
【図５Ｃ】図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃ（まとめて図５という）は、外力に反応するロータの動きの概略的説明図である。
【図６Ａ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｃ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｄ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｅ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｆ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図６Ｇ】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、および６Ｇ（まとめて図６という）は、それぞれ、本発明によるオルタネータの、ロータとステータとの間の破壊的衝突を防止するためのメカニズムの実施形態の概略断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、外力によるロータ変位を低減するため円錐状エンドキャップを持つロータを用いたオルタネータの概略断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ロータの揺動を表す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、外力によるロータ変位を低減するため大幅に増大した断面積のエンドキャップを持つロータを用いたオルタネータの概略断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、溶接されたロータ・ケースを持つロータを用いたオルタネータの概略断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、ロータとシャフトを一体化した成形品を用いたオルタネータの概略断面図である。
【図８】図８は、図７Ａのロータと、図６の破壊的衝突の防止メカニズムの組合わせとを用いたオルタネータの概略断面図（部分図）である。明確化のため、図面中の各種ギャップ・スペースを誇張してある。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の一つの様態によるエア冷却を用いたオルタネータの概略断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の別の様態により、磁石に対するエア冷却、およびコイルのエンドターンに対する液体冷却を用いたオルタネータの概略断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の一つの様態によって、シールされたオルタネータにすべて液体冷却だけを用いたオルタネータの概略断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、液体冷却オルタネータ中の熱伝導被包材、冷却チューブおよび熱移送フィン配置の詳細断面図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、液体冷却オルタネータ中の冷却チューブの適切な経路設定の詳細である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、軸方向に配列されたステータおよびステータの巻線のエンドターンの簡単な概略平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、傾斜を付けたステータおよびステータの巻線のエンドターンの簡単な概略平面図である。
【図１１】図１１は、ステータの巻線のエンドターンをエア流中に曲げ出した、ステータおよびステータの巻線のエンドターンの簡単な概略斜視図である。
【図１２】図１２は、熱交換器と、内部および外部ファンとを用いたシール形オルタネータの第一実施形態の概略断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａおよび１３Ｂ（まとめて図１３という）は、それぞれ、熱交換器の実施形態の概略図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａおよび１３Ｂ（まとめて図１３という）は、それぞれ、熱交換器の実施形態の概略図である。
【図１４】図１４は、換気装置を通して供給される外部からのエア流を持つシール型オルタネータ・ユニットの第一実施形態の概略断面図である。
【図１５】図１５は、二重シュノーケルを通して供給される外部からのエア流を持つ部分シール型オルタネータ・ユニットの第一実施形態の概略断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａおよび１６Ｂ（まとめて図１６という）は、それぞれ、最適化したファンの実施形態を利用した、図１５のオルタネータの概略断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａおよび１６Ｂ（まとめて図１６という）は、それぞれ、最適化したファンの実施形態を利用した、図１５のオルタネータの概略断面図である。
【図１７】図１７は、最適化したファンの別の実施形態を利用した、図１５のオルタネータの概略断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃ（まとめて図１８という）は、それぞれ、図１５のオルタネータとともに使用するのに適したエア流のろ過方式の実施形態の概略図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃ（まとめて図１８という）は、それぞれ、図１５のオルタネータとともに使用するのに適したエア流のろ過方式の実施形態の概略図である。
【図１８Ｃ】図１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃ（まとめて図１８という）は、それぞれ、図１５のオルタネータとともに使用するのに適したエア流のろ過方式の実施形態の概略図である。
【図１９】図１９は、オルタネータの軸と横方向のエア管路を用いた、図１５のオルタネータとともに使用するのに適したファン・ハウジングの背面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、それぞれ、図１６および１７の最適化したファンとともに使用するのに適したフィルタ・システムの概略説明図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、それぞれ、図１６および１７の最適化したファンとともに使用するのに適したフィルタ・システムの概略説明図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、それぞれ、図１６および１７の最適化したファンとともに使用するのに適したフィルタ・システムの概略説明図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、エア冷却オルタネータのエンドプレート内に搭載されている電気部品の概略側断面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２１Ａの搭載の（図２１ＡのＡ−Ａ方向からの）横断背面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、エア冷却オルタネータのファン・ハウジング中に搭載された電気部品を示す概略側断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２Ａの電気部品マウントを示す等角斜視図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、オルタネータ液体冷却を共用する、エンドターン液体冷却型オルタネータ中に搭載された電気部品を示す断面図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、オルタネータ液体冷却を共用する、全液体冷却型オルタネータ中に搭載された電気部品を示す断面図である。
【図１】
2007524335.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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