(57)【要約】【解決手段】自動車用、及び既存車両への“取外し交換”後付け用の、小型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。本発明の様々な態様により、永久磁石オルタネータのロータに加わるラジアル荷重の問題に対処しながら永久磁石オルタネータの出力を大幅に増大させる手段が提供される。本発明の別の態様によれば、２つの異なる電圧での発電が可能となる。本発明の一態様によれば、磁気フリンジングを利用することで軸長を増すことなく出力性能を格段に増大することができる。本発明の一態様によれば、永久磁石装置に見られるコギングを、気流に悪影響を与えることなく除去又は低減する、傾斜積層体を装着するのに有効な手段が提供される。本発明の別の態様によれば、ロータを２つ備える永久磁石装置における対向磁石を径方向にずらすことでコギングを低減する。【選択図】図２Ｅ
2011512118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、第１ステータと、第２ステータと、第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータとを備え、ロータケーシングが前記軸に装着されて、前記軸、ステータ、及びロータケーシングが同軸上に配置され、前記第１及び第２ステータは、それぞれ少なくとも１つの巻線を有し、
前記第１ロータは、更に、前記第１ロータに結合され、前記第１ステータに近接して配置され、前記第１ステータから所定の第１ギャップ長で離された複数の第１永久磁石を有し、前記第１ステータ及び第１ロータの相対移動により、前記磁石からの磁束が磁気的に第１ステータの巻線と相互作用し、
前記第２ロータは、更に、前記第２ロータに結合され、前記第２ステータに近接して配置され、前記第２ステータから所定の第２ギャップ長で離された複数の第２永久磁石を有し、前記第２ステータ及び第２ロータの相対移動により、前記磁石からの磁束が磁気的に第２ステータの巻線と相互作用し、
前記複数の第１及び第２永久磁石は、それぞれ、所定の第１及び第２ステータ端面間長さよりも大きい所定の長さを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
更に、前記巻線及び磁石のうち少なくとも１つと熱接触するように、冷却媒体の流れを導く冷却システムを備え、前記冷却システムは、所定の流路を通り且つ所定の流速以上の充分な量の冷却媒体の流れを生成し、発生する熱を拡散し、前記磁石の温度を所定の破壊的レベル未満に維持することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
第１及び第２ステータのスロット並びに各永久磁石のうち少なくとも１つの配置は、前記第１及び第２ステータの中心軸に対して、所定量だけ傾斜していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記第１コアの側面における前記スロットの径方向の位置は、前記第２コアの側面における前記スロットの径方向の位置からずれていることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記軸は、所定の直径を有し、且つ、前記軸の両端間において前記第１及び第２ステータに対して所定の位置に配置された軸テーパ部を有し、前記軸テーパ部の直径は、直径の最小値から、前記軸の所定の直径よりも大きい所定の直径の最大値まで、所定のテーパに従って変化し、
前記第１及び第２ロータは、ハブと、前記軸の少なくとも１つの軸テーパ部のテーパに対応する所定のテーパを有する中央貫通孔とを有し、テーパが形成された前記貫通孔の直径は、前記軸の所定の直径よりも大きい貫通孔直径の最小値から、所定の貫通孔直径の最大値まで、所定のテーパに従って変化し、
前記第１及び第２ロータのハブは、前記貫通孔の内面と前記軸テーパ部の外面とが嵌め合い接触して、前記軸テーパ部が前記貫通孔内に受け入れられることによって、前記軸が前記ハブの貫通孔内で支えられ且つ前記ハブの貫通孔を貫通して配置され、テーパが形成された前記第１及び第２ロータの孔が前記軸テーパ部に面接触することによって、前記軸並びに前記第１及び第２ステータに対して軸方向及び径方向の両方について前記第１及び第２ロータが位置決めされ、前記軸と共に回転するように前記第１及び第２ロータが軸に結合されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記第１及び第２ロータ並びに軸は、単一体を構成することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
更に、第１端板を備え、前記第１ロータは前記第１端板に装着され、前記第１ステータは、前記第１端板に対して相対回転するように装着されていることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項８】
前記軸は、前記第１端板に回転可能に結合されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記第１及び第２ロータは、円筒型のケーシングを前記軸に結合するエンドキャップを有し、前記ケーシング及びエンドキャップは、単一体を構成することを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記冷却システムは、更に、前記所定の流路と流体的に連絡され、前記第１端板を貫通する少なくとも第１の通路を有することを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１１】
前記冷却システムの冷却媒体は空気であり、冷却システムは、更に、空気が前記第１端板の通路及び前記所定の流路を通って移動するように配置された強制空気供給部を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記強制空気供給部は、前記第１ステータの回転に対して非同期のファンを含むことを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記冷却システムは、更に、前記第１ステータのコアを貫通する少なくとも１つの通路と、前記第１ステータのコアの通路と流体的に連絡され、前記第１ロータを貫通する第１の通路とを有することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項１４】
前記冷却システムは、更に、冷却媒体が前記第１ステータのコアの通路を通って移動するように配置され、前記第１ロータと共に回転するように装着されたファンを有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記ステータの巻線は、前記第１ステータのコアの通路を通る冷却媒体の流れの経路内に向けて曲げられた巻端部を有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
前記冷却システムは、更に、前記第１ステータと第１ロータとの間に配置され、冷却媒体の流れを前記第１ステータの通路から巻線の巻端部に熱接触させるように導く偏向面を有することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
更に、第２端板を備え、前記第２ロータは前記第２端板に装着され、前記第２ステータは、前記第２端板に対して相対回転するように装着されていることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項１８】
前記軸は、前記第２端板に回転可能に結合されていることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記冷却システムは、更に、前記所定の流路と流体的に連絡され、前記第２端板を貫通する少なくとも第２の通路を有することを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
前記冷却システムの冷却媒体は空気であり、冷却システムは、更に、空気が前記第２端板の通路及び前記所定の流路を通って移動するように配置された強制空気供給部を有することを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記強制空気供給部は、前記第２ステータの回転に対して非同期のファンを含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記冷却システムは、更に、第２ステータのコアを貫通する少なくとも１つの通路と、前記第２ステータのコアの通路と流体的に連絡され、前記第２ロータを貫通する通路を有することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項２３】
前記冷却システムは、更に、冷却媒体が前記第２ステータのコアの通路を通って移動するように配置され、前記第２ロータと共に回転するように装着されたファンを有することを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記第２ステータの巻線は、前記第２ステータのコアの通路を通る冷却媒体の流れの経路内に向けて曲げられた巻端部を有することを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２５】
前記冷却システムは、更に、前記第２ステータと第２ロータとの間に配置され、冷却媒体の流れを前記第２ステータの通路から巻線の巻端部に熱接触させるように導く偏向面を有することを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２６】
前記冷却システムは、更に、前記第１及び第２ロータ間に配置されたロータ偏向部を有することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項２７】
更に、第２端板と、外部ケーシングとを備え、前記第１及び第２ロータのケーシング、第１及び第２ステータのコア、並びに外部ケーシングは、前記軸と同心であり、前記軸は、前記第１及び第２端板に回転可能に結合され、前記第２ロータは前記第２端板に装着され、前記第１及び第２ステータは、前記外部ケーシング内の前記第１及び第２端板間において前記軸と共に回転するように前記軸に結合されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項２８】
前記冷却システムは、前記第１及び第２ステータのコアを貫通する通路と、前記第１及び第２ステータのコアの通路と流体的に連絡され、前記第１及び第２ロータを貫通する通路とを有することを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記第１及び第２ロータの通路は、これにより導かれる冷却媒体の流れが、第１端板の通路を通り、前記第１ステータの第１巻線巻端部に熱接触し、前記第１ステータのコアの通路を通り、前記第１ステータの第２巻線巻端部に熱接触し、前記第２ステータの第１巻線巻端部に熱接触し、前記第２ステータのコアの通路を通り、前記第２ステータの第２巻線巻端部に熱接触し、第２端板の通路を通ると共に、前記第１及び第２磁石に熱接触するように配置されていることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
更に、前記第１及び第２端板と協働して、前記第１及び第２端板を前記外部ケーシングに押圧する各タイロッドを備え、前記第１及び第２端板、外部ケーシング、並びにタイロッドが協働して、前記軸、第１及び第２ロータ、並びに第１及び第２ステータを整列状態に維持することを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記冷却システムの冷却媒体は空気であり、冷却システムは、更に、空気が前記第１及び第２端板の通路並びに前記第１及び第２ステータのコアの通路を通って移動するように配置された少なくとも１つの強制空気供給部を有することを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項３２】
前記強制空気供給部は、少なくとも１つの電動ファンを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項３３】
電動ファンは、前記第１及び第２端板に装着されていることを特徴とする請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
前記強制空気供給部は、前記軸と共に回転するように配置された少なくとも１つのファンを含むことを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項３５】
前記第１ロータ及び第１ステータの組と、第２ロータ及び第２ステータの組は、独立した電気出力を構成することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３６】
前記独立出力は、それぞれ、直流電流と交流電流とを供給するように構成されていることを特徴とする請求項３５記載の装置。
【請求項３７】
前記第１ロータ及びステータの組と、第２ロータ及びステータの組は、１２ＶＤＣに最適な出力電圧範囲と、１１０ＶＡＣに最適な第２の独立した電圧範囲を供給するように構成されていることを特徴とする請求項３５記載の装置。
【請求項３８】
前記磁石の端面間長さは、磁気フリンジングステータを形成するような大きさであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３９】
対向する前記磁石は、コギングを低減するように、径方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４０】
前記第１及び第２ステータの積層体は、コギングを低減するように、傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４１】
前記第１及び第２ステータは複数の巻線を有し、これら巻線の巻端部は、前記コアから異なる距離で外側に張り出して、前記冷却媒体の流れの経路に格子状構造を形成することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４２】
前記巻端部は、前記コアの周縁部側面から外側に張り出して、前記巻端部とコアの周縁部側面との間に空間を形成して、前記巻線で発生する熱の拡散を容易にすることを特徴とする請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
前記第１及び第２ロータ並びに前記第１及び第２ステータは、車両用の小型高出力オルタネータとして協働して機能することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４４】
前記第１及び第２ロータ並びに前記第１及び第２ステータは、既存の車両に後付けされる小型高出力オルタネータとして協働して機能することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４５】
前記第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータは、加速による装置変形に耐えるように設計されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４６】
前記第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータは、装置のモーメントアーム長が低減され、これにより前記複数のロータの変形が減少するように設計されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４７】
軸と、第１ステータと、第２ステータと、第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータとを備え、ロータケーシングが前記軸に装着されて、前記軸、ステータ、及びロータケーシングが同軸上に配置され、前記第１及びと第２ステータは、少なくとも１つの巻線を有し、
前記第１ロータは、前記第１ステータに近接して配置され、前記第１ステータから所定のギャップ長で離された複数の第１永久磁石を有し、前記第１ステータ及び第１ロータの相対移動により、前記磁石からの磁束が磁気的に第１ステータの巻線と相互作用し、
前記第２ロータは、前記第２ステータに近接して配置され、前記第２ステータから所定のギャップ長で離された複数の第２永久磁石を有し、前記第２ロータ及び第２ステータの相対移動により、前記磁石からの磁束が磁気的に第２ステータの巻線と相互作用し、
前記複数の第１及び第２永久磁石は、それぞれ、第１及び第２ステータの各々の所定の端面間長さよりも大きい所定の長さを有し、
更に、任意の面に結合するための４つのラグを備え、
前記第１及び第２ステータのスロット並びに各永久磁石のうち少なくとも１つの配置は、前記第１及び第２ステータの中心軸に対して、所定量だけ傾斜し、
前記第１ロータ及びステータの組と、第２ロータ及びステータの組は、独立した出力電圧を構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４８】
前記独立出力電圧は、直流電流及び交流電流を含むことを特徴とする請求項４７記載の装置。
【請求項４９】
前記第１ロータ及び第１ステータの組と、第２ロータ及び第２ステータの組は、１２ＶＤＣに最適な出力電圧範囲と、１１０ＶＡＣに最適な第２の独立した電圧範囲を供給するように構成されたことを特徴とする請求項４８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
永久磁石発電機が供給する電力は、ロータの速度に大きく左右される。多くの用途において、例えば、自動車のエンジン速度変動や負荷特性の変化により、ロータの速度が変わることはよくある。従って通常は、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及びその制御システムの一例は、前述の米国特許第５，６２５，２７６号（Ｓｃｏｔｔ等、１９９７年４月２９日発行）に記載されている。その他の制御システムの例は、米国特許第６，０１８，２００号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ等、２０００年１月２５日発行）に記載されている。本明細書中の本発明の実施形態の開示内容に関連する限りにおいて、前述の文献は、これを参照することにより、あらゆる目的のために本明細書中に完全に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
このような永久磁石オルタネータにおいては、磁石をステータから離間する「空隙（ａｉｒ  ｇａｐ）」に効率が反比例する。かかる空隙は、０．０２０〜０．０４０インチの範囲であることが多い。ステータが生成する出力は（図１Ｆに関連して以下で更に定義する）空隙直径の二乗に比例するため、特定の用途では可能であるように空隙直径を最大限とすれば特に有利である。
【０００３】
自動車用途のオルタネータは、通常、取付具、より一般には取付ラグとして知られるものを備えており、これを用いてオルタネータを中間ブラケットによりエンジンブロックに締結し、また、後述する手段によってベルトの滑りを防ぎながら、オルタネータが適正に機能できるようにしている。Ｊ１８０又はヒンジ型取付部材としてよく知られる（３点取付部材としても知られる）構成は、この目的のために３つの取付ラグを備える。取付ラグのうち２つは、オルタネータの前部及び後部に位置し軸方向に整列されている。整列された２つのラグは、これらを貫通するボルト及び取付ブラケットを用いてエンジン上の対応する構造物に締結され、実質的にヒンジとして働く。３つ目の取付ラグは、一般に上側調節ラグとして知られ、通常はオルタネータの前側部分に位置し、先の２つのラグとは径方向の反対側にある。上側調節ラグはネジジャッキを備える装置に装着され、先の２つのラグにより形成されるヒンジ回りにオルタネータを回動し、適正なベルト張力が得られる位置でオルタネータをロックする。この種のブラケットの全てに常にネジジャッキが存在するわけではなく、無い場合は、通常は木製の棒であるレバーを用いてヒンジ回りにオルタネータを回動させてから、簡易なブラケット及びその目的用に作られた固定締結部材により締結する。いずれの場合もオルタネータは電気系の発電部品として、また、オルタネータのプーリから対応の駆動プーリ、通常は、エンジンクランク軸プーリに架け渡された自動車ベルトのテンショナーとして機能する。ある種のエンジン、通常は大型ディーゼル車では、クランク軸プーリに代えて、内部で噛合う補助駆動軸にプーリが設けられ、オルタネータの駆動に用いられる。
【０００４】
オルタネータを取り付け、駆動ベルトに張力を付加する手段としては有効でも、Ｊ１８０規格では３点のみで取り付けるため、オルタネータの大部分は片持ち支持されたままとなる。３つの取付ラグのみでは、オルタネータは、片持ち部分がホイッピング（ｗｈｉｐｐｉｎｇ：鞭のようにしなる振動）に晒され、これにより加速の影響が増大する。通常は、こういった破壊的な力は、ガソリン及びディーゼルエンジンのいずれの用途においてもみられるが、ディーゼルエンジンの始動時に最も激しくなる。また、例えば路面の凹みや同様の危険物に当たったときなど、車両が急激に方向を変えたときには激しい加速にも晒される。こういった力の影響で、オルタネータの予測寿命は大きく短縮される。
【０００５】
近年の自動車ベルト工学の進展により、自動ベルトテンショナー・アセンブリが開発されている。これは、一体的なねじりバネを用いてベルトに必要な張力を付加することにより、オルタネータがベルトテンショナーとして機能しなくてもよくするものである。この構成では、オルタネータのラグは固定ブラケットに固着され、ヒンジ及びネジジャッキは不要となっている。自動ベルトテンショナーの使用により、適切なベルト張力が常に適正に与えられるという利点が得られたが、Ｊ１８０型ヒンジ取付部材や３点取付ラグを利用する変形品を用いたオルタネータにおいては、オルタネータにおける取付ラグのない部分が依然としてホイッピングに晒されるため、破壊的なｇ力がやはり観察される。
【０００６】
このような破壊的な力を更に低減させる試みとして、自動車技術者協会（ＳＡＥ）は、オルタネータをエンジンに締結する方法として、パッドマウント（Pad Mount）オルタネータ仕様案（ＳＡＥ文書２００２−０１−１２８２）を発行した。パッドマウント・オルタネータ仕様案には、第２−１版から第２−４版まで４版ある。第２−１版及び第２−４版はまだ広く受け入れられておらず、将来の使用向けであるが、第２−２版及び第２−３版は大型車両用エンジン製造各社に概して受け入れられ、現在オルタネータは、この提案された規格に準じて製造されている。後述するように、パッドマウント・オルタネータは、オルタネータをエンジンブロックに固着する取付ラグを４つ使用する。破壊的な力の低減を図るため、第４の取付ラグを備えたＪ１８０型取付部材の変形も開発されている。いずれの場合もオルタネータは、エンジンに４箇所にて固着される。ＳＡＥのパッドマウント規格もＪ１８０の４点取付型も、オルタネータ締結に用いられる取付ラグ間の距離が一定のため、オルタネータの全径が物理的に制限される。現在のところ、全径が制限されると、パッドマウント・オルタネータにおけるオルタネータ出力を増大する唯一の効果的手段は、全軸長を長くすることである。この方法では、出力増加が軸長に比例したものに限られる。従って、ＳＡＥパッドマウント規格、更には、あらゆる４点取付式オルタネータによる規定の構造に適合しながらオルタネータ出力を増大させる方法を開発することが非常に望ましい。
【０００７】
永久磁石オルタネータの回転部分は、永久磁石が接着されたロータからなる。オルタネータの全径が制限される任意の用途においては、出力を大幅に増大する１つの方法は、ステータの全長を長くすることである。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等の出願に記載のように、この種のオルタネータのロータは一端が開放しているため実質的には片持ち支持となり、過酷なラジアル荷重が加わると歪みを生じる。従ってこの種のオルタネータの有効長さは、永久磁石がステータと衝突するのを防ぐためにロータが耐えることのできるラジアル荷重量により制限される。永久磁石ロータはほとんどの荷重に耐えるよう設計することができるが、寸法や全重量に実用上は制限があり、一定の長さを越えるとこの方法は実現不可能となりやすい。従って、ロータ長に制限されることなく出力が大幅に増大される永久磁石装置の設計が望ましい。
【０００８】
近年、電力供給網から離隔して電動ツールを駆動する需要が着実に増えている。１１０ＶＡＣなどの電力供給線の電圧の使用が現実的に不可能、又は完全に利用不可能な場所で、修理機器を用いて業務を行なう現場作業担当者にとってこの要求は切実である。この問題の解決に用いられる１つの方法は、発電機装置を使用して、ハンドドリル、電動丸鋸、又は診断用機器などに必要なＡＣ電力を発電することである。この方法は、発電機装置に必要なメンテナンスが大変であり、また、現場作業担当者の行なう仕事に直接関係のない大きく重たい装置を搬送するのが不便であるという欠点がある。一方、車両内にあるオルタネータが車両システム用のＤＣ電力と外部機器用のＡＣ電力の双方を供給することができれば、発電機装置を所有するコストと負担が無くなる。１台のオルタネータが例えば１２ＶＤＣの車両用電力と１１０ＶＡＣの電力を発電することを考えると、オルタネータが１２ＶＤＣ発電用に最適化されている場合は、電圧を１１０にまで上げる、又は逆に、オルタネータが１１０ＶＡＣ発電用に最適化されている場合は、電圧を１２ＶＤＣにまで下げざるを得ず、その非効率性が問題となる。従って、特定の作業用に最適化された独立した出力電圧又は電流構成用に、複数の電気出力が可能なオルタネータを製作することは、特に有益と言える。特に、１２ＶＤＣ用に最適化された出力電圧範囲及び１１０ＶＡＣ用に最適化された第２の独立した電圧範囲。
【０００９】
磁気フリンジングの影響はよく知られており、これを利用して永久磁石装置の出力を高めることができる。永久磁石オルタネータにおいては、任意の用途で利用可能な全軸長が制約されると、オルタネータのステータ軸長が制約される。これは、オルタネータ内のステータ付属品に加えて、前後の端板、ロータ、及び全巻線に必要な隙間もまた全て、制約された軸長と同一の軸長を有さなければならないからである。永久磁石装置においては、オルタネータの全長に影響を及ぼすことなく磁石の長さをステータの両端面を越えて長くする条件があり得る。この方法で形成される磁気フリンジングはステータを越えて延び、やはりステータを越えて延びる巻線巻端部を遮断する。その結果、ステータ端面を越えて延びる巻線と磁束が相互作用し、それによりステータの任意の長さに対してより多くの電力が発生する。従って、ステータの任意の長さに対して出力を高める手段として磁気フリンジングを利用するオルタネータの設計が望ましいと言える。
【００１０】
永久磁石装置には、望ましくないコギング効果が現れやすい。コギング効果は、磁石のＮ極及びＳ極が交互に、互いに隙間を有するようにロータ回りの径方向に等間隔に配置されている永久磁石オルタネータの構造の必然的結果として生じる。ステータは歯を備え、スロットは磁石の配置に一致している。静止状態では、永久磁石から発生する磁界が生む力によって、磁石がステータ上の対応する歯の上に真っすぐに整列しやすくなる。ロータが回転し始めると、アセンブリのポテンシャルエネルギーが増加するため、永久磁石から発生する磁界が回転に抗する力を生む。回転が続くにつれ、永久磁石が隣接するステータ歯間の隙間の中間点に整列されたときにポテンシャルエネルギーが最大点に達する。この中間点から、さらなる回転が加速を生み、磁石が再びステータの隣接する歯の上に真っすぐ整列したときに加速が終わる。この減速と次の加速によって、永久磁石オルタネータに見られるコギング効果が生まれる。但し重要なのは、このサイクルがオルタネータの回転に用いられるエネルギーに与える正味の影響はゼロであることである。永久磁石オルタネータのコギングは、幾つかの望ましくない特性につながる。これらの影響のうち２つは審美的なものに過ぎない。即ち１つ目は、サイレンのようにも聞こえる高音を発することであり、２つ目は、永久磁石の磁界が生む抵抗力によってオルタネータを自在に回転させることができない点である。従来のランデル型オルタネータは、励起場が存在せず自在に回転するため、永久磁石オルタネータは、正常に機能していないように感じられる。より有害な第３の影響は、大型の永久磁石オルタネータにおいて見られるもので、コギングの加速と減速で振動が発生し、これにより年月を経るうちオルタネータの部品が恒久的に摩耗する可能性がある。この加速と減速は、また、オルタネータを回転する駆動ベルトにも望ましくない力を及ぼし、その使用寿命を短縮する。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等の出願には、傾斜ステータの使用によりコギングを低減することが記載されている。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等の出願で触れられているように、傾斜ステータを締結する手段として、押さえリングを使用することができる。
【００１１】
押さえリング及びその締結具は、その構造の性質上、中央のコアに向けて突出し、気流に悪影響を及ぼす可能性がある。適正な冷却流体流を維持するため、その流れを妨げる障害物、少ない方が有利である。従って、気流に悪影響を及ぼすことなく、傾斜ステータを締結する手段を製作することは有益と言える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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特に有益な装置を提供するものである。幾つかの実施形態は、ＳＡＥパッドマウント規格が規定する制約内で運転する改良されたオルタネータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の様々な態様により、永久磁石オルタネータのロータに加わるラジアル荷重の問題に対処しながら永久磁石オルタネータの出力を大幅に増大する手段が提供される。
【００１４】
本発明の別の態様は、２つの異なる電圧での発電を可能にし、代替的実施形態においては、オルタネータの少なくとも１つの出力が直流電流であり、もう一つの出力が交流電流である。
【００１５】
直径及び全軸長が制限される用途においては、本発明の一態様により、磁気フリンジングを利用することで軸長を増加することなく出力性能を格段に高めることができる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、気流に悪影響を与えることなく、永久磁石装置に発生するコギングを除去又は低減する、傾斜積層体を取り付ける有効な手段が提供される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、ロータを２つ備える永久磁石装置における対向磁石を径方向にずらすことでコギングを低減する。
【００１８】
本発明の一態様は、軸と、第１ステータと、第２ステータと、第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータとを備える電力変換装置を含む。ロータケーシングを軸に装着し、軸、ステータ、及びロータケーシングを同軸上に配置してもよい。第１及び第２ステータは、それぞれ少なくとも１つの巻線を有する。第１ロータは、更に、第１ロータに結合され、第１ステータに近接して配置され、第１ステータから所定の第１ギャップ長で離された複数の第１永久磁石を有し、第１ステータ及び第１ロータの相対移動により、磁石からの磁束が磁気的に第１ステータの巻線と相互作用する。また、第２ロータは、更に、第２ロータに結合され、第２ステータに近接して配置され、第２ステータから所定の第２ギャップ長で離された複数の第２永久磁石を有し、第２ステータ及び第２ロータの相対移動により、磁石からの磁束が磁気的に第２ステータの巻線と相互作用する。複数の第１及び第２永久磁石は、それぞれ、所定の第１及び第２ステータ端面間長さを越える所定の各長さを有する。
【００１９】
本発明の別の態様は、巻線及び磁石のうち少なくとも１つと熱接触するように、冷却媒体の流れを導く冷却システムを備える。冷却システムは、所定の流路を通り且つ所定の流速以上の充分な量の冷却媒体の流れを生成し、発生する熱を拡散し、磁石の温度を所定の破壊的レベル未満に維持する。第１及び第２ステータのスロット並びに各永久磁石のうち少なくとも１つの配置は、第１及び第２ステータの中心軸に対して、所定量だけ傾斜している。また、第１コアの側面におけるスロットの径方向の位置は、第２コアの側面におけるスロットの径方向の位置からずれている。一実施形態において、軸は、所定の直径を有し、且つ、軸の両端間において第１及び第２ステータに対して所定の位置に配置された軸テーパ部を有する。軸テーパ部の直径は、直径の最小値から、軸の所定の直径よりも大きい所定の直径の最大値まで、所定のテーパに従って変化する。第１及び第２ロータは、ハブと、軸の少なくとも１つの軸テーパ部のテーパに対応する所定のテーパを有する中央貫通孔とを有する。テーパが形成された貫通孔の直径は、軸の所定の直径よりも大きい貫通孔直径の最小値から、所定の貫通孔直径の最大値まで、所定のテーパに従って変化する。第１及び第２ロータのハブは、貫通孔の内面と軸テーパ部の外面とが嵌め合い接触して、軸テーパ部が貫通孔内に受け入れられることによって、軸がハブの貫通孔内で支えられ且つハブの貫通孔を貫通して配置され、テーパが形成された第１及び第２ロータの孔が軸テーパ部に面接触することによって、軸並びに第１及び第２ステータに対して軸方向及び径方向の両方について第１及び第２ロータが位置決めされ、軸と共に回転するように第１及び第２ロータが軸に結合される。一実施形態において、第１及び第２ロータ並びに軸は、単一体を構成していてもよい。第１ロータは、第１端板に装着されていてもよく、第１ステータは、第１端板に対して相対回転するように装着される。
【００２０】
別の実施形態において、軸は、第１端板に回転可能に結合されている。第１及び第２ロータは、円筒型のケーシングを軸に結合するエンドキャップを有し、ケーシング及びエンドキャップは、単一体を構成する。
【００２１】
本発明の一態様において、冷却システムは、更に、所定の流路と流体的に連絡され、第１端板を貫通する少なくとも第１の通路を有する。冷却システムの冷却媒体は空気であってもよく、冷却システムは、更に、空気が第１端板の通路及び所定の流路を通って移動するように配置された強制空気供給部を有する。強制空気供給部は、第１ステータの回転に対して非同期のファンを含む。別の実施形態において、冷却システムは、更に、第１ステータのコアを貫通する少なくとも１つの通路と、第１ステータのコアの通路と流体的に連絡され、第１ロータを貫通する第１の通路とを有する。
【００２２】
一実施形態において、冷却システムは、更に、冷却媒体が第１ステータのコアの通路を通って移動するように配置され、第１ロータと共に回転するように装着されたファンを有する。ステータの巻線は、第１ステータのコアの通路を通る冷却媒体の流れの経路内に向けて曲げられた巻端部を有する。加えて、冷却システムは、更に、第１ステータと第１ロータとの間に配置され、冷却媒体の流れを第１ステータの通路から巻線の巻端部に熱接触させるように導く偏向面を有する。別の実施形態は、第２端板を備え、第２ロータは第２端板に装着され、第２ステータは、第２端板に対して相対回転するように装着されている。軸は、第２端板に回転可能に結合されていてもよい。
【００２３】
冷却システムは、更に、所定の流路と流体的に連絡され、第２端板を貫通する少なくとも第２の通路を有していてもよい。
【００２４】
別の実施形態において、冷却システムの冷却媒体は空気であり、冷却システムは、更に、空気が第２端板の通路及び所定の流路を通って移動するように配置された強制空気供給部を有する。強制空気供給部は、第２ステータの回転に対して非同期のファンを含んでいてもよい。冷却システムは、更に、第２ステータのコアを貫通する少なくとも１つの通路と、第２ステータのコアの通路と流体的に連絡され、第２ロータを貫通する通路を有していてもよい。また、冷却システムは、更に、冷却媒体が第２ステータのコアの通路を通って移動するように配置され、第２ロータと共に回転するように装着されたファンを有していてもよい。第２ステータの巻線は、第２ステータのコアの通路を通る冷却媒体の流れの経路内に向けて曲げられた巻端部を有する。加えて、冷却システムは、更に、第２ステータと第２ロータとの間に配置され、冷却媒体の流れを第２ステータの通路から巻線の巻端部に熱接触させるように導く偏向面を有する。代替的実施形態においては、冷却システムは、更に、第１及び第２ロータ間に配置されたロータ偏向部を有する。さらなる実施形態は、更に、第２端板と、外部ケーシングとを備えていてもよく、第１及び第２ロータケーシング、第１及び第２ステーのタコア、並びに外部ケーシングは、軸と同心であり、軸は、第１及び第２端板に回転可能に結合され、第２ロータは第２端板に装着され、第１及び第２ステータは、外部ケーシング内の第１及び第２端板間において軸と共に回転するように軸に結合されている。
【００２５】
冷却システムは、第１及び第２ステータのコアを貫通する通路と、第１及び第２ステータのコアの通路と流体的に連絡され、第１及び第２ロータを貫通する通路とを有していてもよい。第１及び第２ロータ通路は、これにより導かれる冷却媒体の流れが、第１端板の通路を通り、第１ステータの第１巻線巻端部に熱接触し、第１ステータのコアの通路を通り、第１ステータの第２巻線巻端部に熱接触し、第２ステータの第１巻線巻端部に熱接触し、第２ステータのコアの通路を通り、第２ステータの第２巻線巻端部に熱接触し、第２端板の通路を通ると共に、第１及び第２磁石に熱接触するように配置されていてもよい。別の実施形態は、第１及び第２端板と協働して、第１及び第２端板を外部ケーシングに押圧する各タイロッドを備え、第１及び第２端板、外部ケーシング、並びにタイロッドが協働して、軸、第１及び第２ロータ、並びに第１及び第２ステータを整列状態に維持する。冷却媒体は空気であり、冷却システムは、空気が第１及び第２端板の通路並びに第１及び第２ステータのコアの通路を通って移動するように配置された少なくとも１つの強制空気供給部を有していてもよい。強制空気供給部は、少なくとも１つの電動ファンを含んでいてもよい。電動ファンは、第１及び第２端板に装着されていてもよい。代替的実施形態においては、強制空気供給部は、軸と共に回転するように配置された少なくとも１つのファンを含む。
【００２６】
加えて、第１ロータ及び第１ステータの組と、第２ロータ及び第２ステータの組は、独立した電気出力を構成してもよい。独立出力は、それぞれ、直流電流と交流電流とを供給するように構成されていてもよい。例えば、第１ロータ及びステータの組と、第２ロータ及びステータの組は、１２ＶＤＣに最適な出力電圧範囲と、１１０ＶＡＣに最適な第２の独立した電圧範囲を供給するように構成される。
【００２７】
代替的実施形態においては、磁石の端面間長さは、磁気フリンジングステータを形成するような大きさである。また、対向する磁石は、コギングを低減するように、径方向にずれて配置されていてもよい。第１及び第２ステータの積層体は、コギングを低減するように、傾斜して配置されていてもよい。
【００２８】
代替的実施形態においては、第１及び第２ステータは複数の巻線を有し、これら巻線の巻端部は、コアから異なる距離で外側に張り出して、冷却媒体の流れの経路に格子状構造を形成する。巻端部は、コアの周縁部側面から外側に張り出して、巻端部とコアの周縁部側面との間に空間を形成して、巻線で発生する熱の拡散を容易にする。一実施形態においては、第１及び第２ロータ並びに第１及び第２ステータは、車両用の小型高出力オルタネータとして協働して機能する。あるいは、第１及び第２ロータ並びに第１及び第２ステータは、既存の車両に後付けされる小型高出力オルタネータとして協働して機能する。
【００２９】
また、第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータは、加速による装置変形に耐えるように設計されている。第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータは、装置のモーメントアーム長が低減され、これにより複数のロータの変形が減少するように設計されている。
【００３０】
本発明の代替的実施形態は、軸と、第１ステータと、第２ステータと、第１ロータ及びこれと反対方向を向く第２ロータとを備える電力変換装置を含む。ロータケーシングが軸に装着されて、軸、ステータ、及びロータケーシングが同軸上に配置される。第１及び第２ステータは、少なくとも１つの巻線を有する。第１ロータは、第１ステータに近接して配置され、第１ステータから所定のギャップ長で離された複数の第１永久磁石を有し、第１ステータ及び第１ロータの相対移動により、磁石からの磁束が磁気的に第１ステータの巻線と相互作用する。また、第２ロータは、第２ステータに近接して配置され、第２ステータから所定のギャップ長で離された複数の第２永久磁石を有し、第２ロータ及び第２ステータの相対移動により、磁石からの磁束が磁気的に第２ステータの巻線と相互作用する。複数の第１及び第２永久磁石は、それぞれ、第１及び第２ステータの各々の所定の端面間長さよりも大きい所定の長さを有する。加えて、装置を任意の面に結合するため４つのラグを備えていてもよい。第１及び第２ステータのスロット並びに各永久磁石のうち少なくとも１つの配置は、第１及び第２ステータの中心軸に対して、所定量だけ傾斜し、第１ロータ及びステータの組と、第２ロータ及びステータの組は、独立した出力電圧を構成する。これら独立出力電圧は、直流電流及び交流電流を含んでいてもよい。例えば、第１ロータ及び第１ステータの組と、第２ロータ及び第２ステータの組は、１２ＶＤＣに最適な出力電圧範囲と、１１０ＶＡＣに最適な第２の独立した電圧範囲を供給するように構成されている。
【００３１】
本明細書中における本発明の記載は、例示及び説明に過ぎず、請求の範囲に記載の発明を限定するものではないと理解すべきである。
【００３２】
以下、本発明を添付図面の図に基づいて説明する。図中、同一の符号は、同一の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の参考として、パッドマウント・オルタネータの既存の実施形態を示す正面図である。図１Ａは、Ｂ−Ｂ線に沿う切り取り図を含む。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのパッドマウント・オルタネータの上面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａのパッドマウント・オルタネータの背面図（図１ＢのＣ−Ｃ矢視図）である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａ及び図１Ｂのパッドマウント・オルタネータの概略断面図（図１ＢのＤ−Ｄ線）である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａ及び図１Ｂのパッドマウント・オルタネータの概略断面図（図１ＢのＥ−Ｅ線）である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ａ及び図１Ｂのパッドマウント・オルタネータの詳細図（図１ＥのＦ−Ｆで囲む円）である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、図１Ａ及び図１Ｂのパッドマウント・オルタネータの概略断面図（図１ＡのＡ−Ａ線）である。
【図１Ｈ】図１Ｈは、図１Ａ及び図１Ｂのパッドマウント・オルタネータの概略断面図（図１ＡのＡ−Ａ線）であり、直径を大きくしたロータを示す。
【図１Ｉ】図１Ｉは、図１Ａ及び図１Ｂのパッドマウント・オルタネータの概略断面図（図１ＡのＡ−Ａ線）であり、軸長を長くしたロータを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に係るパッドマウント・オルタネータの第１実施形態の正面図であり、反対方向を向く一体的な２つのロータを使用して出力を増加させる方法を示す（図２Ａは、Ｇ−Ｇ線に沿う切り取り図を含む）。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのパッドマウント・オルタネータの上面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａのオルタネータの背面図（図４ＢのＩ−Ｉ矢視図）である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｂのオルタネータの断面図（Ｊ−Ｊ線）である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ａ及び図２Ｂのパッドマウント・オルタネータの概略断面図（図２ＡのＨ−Ｈ線）である。
【図３Ａ】図３Ａは、反対方向を向く一体的で直径及び長さが等しい２つのロータを使用して出力を最大化させる、本発明に係るオルタネータの第２実施形態の正面図である。図３Ａは、Ｋ−Ｋ線に沿う切り取り図を含む。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのオルタネータの上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａのオルタネータの背面図（図３ＢのＭ−Ｍ矢視図）である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ａ及び図３Ｂのオルタネータの概略断面図（図３ＡのＮ−Ｎ線）である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ａ及び図３Ｂのオルタネータの概略断面図（図３ＡのＬ−Ｌ線）である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、反対方向を向く一体的で直径が等しく長さが異なる２つのロータを使用して出力を最大化させる、図３Ａ及び図３Ｂのオルタネータの概略断面図（図３ＡのＬ−Ｌ線）であり、長さの異なるステータ群及びロータ群を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、オルタネータのロータ（図１Ａ〜図１Ｉのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、オルタネータのロータ（図１Ａ〜図１Ｉのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、オルタネータのロータ（図１Ａ〜図１Ｉのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、反対方向を向く一体的で直径及び長さが等しいロータ（図３Ａ〜図３Ｄのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、反対方向を向く一体的で直径及び長さが等しいロータ（図３Ａ〜図３Ｄのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、反対方向を向く一体的で直径及び長さが等しいロータ（図３Ａ〜図３Ｄのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、反対方向を向く一体的で直径が異なるロータ（図２Ａ〜図２Ｅのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、反対方向を向く一体的で直径が異なるロータ（図２Ａ〜図２Ｅのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｉ】図４Ｉは、反対方向を向く一体的で直径が等しく長さが異なるロータ（図３Ｆのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図４Ｊ】図４Ｊは、反対方向を向く一体的で直径が等しく長さが異なるロータ（図３Ｆのオルタネータ）にかかるラジアル荷重の影響を示す簡略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、２つの個別のロータを使用して任意の直径に対する出力を最大化させる、本発明に係るオルタネータの第５実施形態の正面図である。図５Ａは、Ｏ−Ｏ線に沿う切り取り図を含む。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのオルタネータの上面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５ＡのオルタネータのＱ−Ｑ線に沿う背面図である（図５Ｃは、Ｔ−Ｔ線に沿う切り取り図を含む）。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５ＢのオルタネータのＲ−Ｒ線に沿う断面図である（図５Ｄは、Ｕ−Ｕ線に沿う切り取り図を含む）。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５ＢのオルタネータのＳ−Ｓ線に沿う部分断面図である（図５Ｅは、Ｖ−Ｖ線に沿う切り取り図を含む）。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ａ及び図５Ｂのオルタネータの（図５ＡのＰ−Ｐ線に沿う）概略断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、近接した２つの個別ロータを任意で備えた図５Ａ及び図５Ｂのパッドマウント・オルタネータの（図５ＡのＰ−Ｐ線に沿う）概略断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、磁気フリンジングを利用し出力を最大化させる、本発明に係るパッドマウント・オルタネータの第６実施形態の正面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、（図６ＡのＸ−Ｘ線に沿う）概略断面図であり、磁石の張出部を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、永久磁石オルタネータの傾斜ステータの締結方法を詳細に示す詳細図である。
【図８Ａ】図８Ａは、磁石位置をずらせた２つのロータの詳細図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８ＡのＹ−Ｙ線に沿う２つのロータの詳細切り取り図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１Ａ〜図１Ｇを参照すると、Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等に記載されるように、永久磁石装置において電力出力を最大化するには、ステータ及びロータの直径など、特定の寸法を最大化することが望ましい。言い換えると、サイズやハウジング、取付による制約を考えると、コア１５６の歯１５８の外半径回りの円直径を最大化することが望ましい。この直径を本明細書では空隙直径Ｄａｇ（図１Ｆ参照）と称する。上述のように、自動車技術者協会（ＳＡＥ）は、第２−１版〜第２−４版まで、車両用途に相応しい４つの取付規格を提案している。ボルト１０３，１０７間及びボルト１０５，１０９間の径方向の間隔が１９０．０ｍｍで、ボルト１０３，１０５間及びボルト１０７，１０９間の軸方向の間隔が１２６．３ｍｍである図１Ｂに示す取付孔パターンは、ＳＡＥパッドマウント第２−３版に従うもので、トラック用途においてよく見られる。図１Ａは、取付ブラケット１０１に接するオルタネータ１００の取付面１１１を示す。同取付ブラケットは、オルタネータに必要な径方向間隙を維持している。ＳＡＥの提案によれば最小限で７０．０ｍｍとされるが通常は１０２ｍｍが使用される。本明細書中では、別段示さない限り、寸法は全てインチで表す。
【００３５】
パッドマウント用途において取付ボルト１０３，１０５，１０７，１０９を考慮した場合、現在のところ出力を増大させる方法が２つある。第１は、図１Ｈから最もよく分かるように、干渉を避けるためロータの全長が取付ボルトの軸方向の間隔内に収まるようにしてロータの直径を増加するものである。第２の方法は、図１Ｉから最もよく分かるように、取付ボルトの径方向の間隔と干渉しないようなロータ直径を選択し、ロータの全長を増加させるものである。２つの方法のうち、直径を増加させる方が望ましい。これは、ロータの長さを大きくしても出力は長さに比例して増加するだけなのに対し、直径の場合出力はこれの二乗に比例して増加するからである。
【００３６】
従来のオルタネータ製造各社は、ステータ及び電機子の全径がＳＡＥの提案する径方向の間隔内に収まるようオルタネータを設計してきた。これは、一部には、従来のオルタネータでは電機子の分だけ全径が増すためで、つまり従来のオルタネータでは、出力を僅かに増加させるだけのために直径の増加が許容範囲を越えることになってしまう。この結果、直径よりも軸長を増加させる方法が採られてきた。図１Ｇは、オルタネータの、取付ボルトの径方向の間隔による制約下において、オルタネータの中心軸から取り得る最大空隙直径を表す寸法補助線１１３を示す。現実には、ロータの最大可能半径は、各取付ボルトを囲む端板１２６材料により更に小さくなる。出力増大方法としては、空隙直径全長を増加するのが好ましいが、取り得る全軸長が限られているため、潜在的出力には限りがある。逆に言うと、空隙直径が縮小されるために、出力向上のためのロータ軸長増加には限りがある。従って、潜在的出力を最大化するには、１つのパッドマウント・オルタネータ中で直径及び軸長の双方を増加することが望ましい。
【００３７】
図１Ａ〜図１Ｇを参照すると、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、即ちオルタネータ１００は、ＳＡＥの提案するパッドマウント規格の第２−３版に適合するものであるが、好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４（図１Ｇから最もよく分かる）とを備える軸１１０と、ロータ１１６と、ステータ１１８と、前端板１２０と、前部軸受１２２と、後端板１２６と、後部軸固定リング１２８と、後部軸受１３０と、外部ケーシング１３２と、各タイロッド１３４とを備える。ロータ１１６は軸１１０に装着され軸と共に回転する。ステータ１１８は、ロータ１１６内にぴったり受け入れられ、ロータ１１６から小さな空隙ＡＧにて隔てられている。前端板１２０、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板１２６、外部ケーシング１３２、及びタイロッド１３４は、支持組立体として協働し、軸１１０、ロータ１１６、及びステータ１１８を整列状態に維持している。軸１１０は軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板１２０及び後端板１２６に装着され、軸１１０を回転可能に維持し、端板と同心かつ垂直に調整する。ロータ１１６は、軸１１０に装着されて回転し、ジャムナット１２４により軸方向に固定され、テーパ軸部１１２との協働で確実に位置決めされる。後端板１２６は、ステータ１１８を、ロータ１１６内で軸１１０及びロータ１１６に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング１３２（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板１２０と後端板１２６との間に配置される。タイロッド１３４は、端板１２０，１２６を外部ケーシング１３２に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【００３８】
通常の自動車用オルタネータ用途においては、プーリ１３６、ファン１３８、及びナット１４０が軸１１０端部に装着されている。エンジン（図示せず）からの動力は、適切なベルト駆動（図示せず）を介しプーリ１３６に、即ち軸１１０に伝達される。かくして、軸１１０に付与されたトルクによりロータ１１６がステータ１１８回りを回転する。ロータ１１６は磁界を発生させ、これがステータ１１８上の巻線と相互作用する。磁界が巻線を交差する際に電流が発生し、適切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（調整される場合もある）に印加され、出力として供給される。場合によっては、調整出力信号がインバータに印加されてＡＣ出力が供給される。
【００３９】
図１Ｇから最もよく分かるように、ロータ１１６は、エンドキャップ１４２と、円筒型ケーシング１４４と、ケーシング１４４の内側壁内に配置された所定数（例えば８組）の交互に両極を有する永久磁石１４６とを備えるのが好ましい。
【００４０】
図１Ｄから最もよく分かるように、ロータエンドキャップ１４２は、好適には実質的に開口し、周縁部１３１と、各クロスアーム１４８と、軸１１０に接続するための中心ロータハブ１５０とを備える。周縁部１３１、隣接するクロスアーム１４８、及び中心ハブ１５０により画定される各通風路１５２がエンドキャップ１４２を貫通して設けられている。中心ロータハブ１５０は、軸部１１２のテーパに対応する所定のテーパ（例えば１フィート当たり１インチ）を有する貫通孔１５４を備える。組立時には、ネジ軸部１１４の直前で軸テーパ部１１２が孔１５４内に受けとめられるようにして、軸１１０が孔１５４に支えられる。ネジ軸部１１４は、ジャムナット１２４と協働し、ロータ１１６を確実に軸１１０上に位置決めする。一般に、クロスアーム１４８の厚みは、（重量及び材料費を抑えるため）可能な限り薄く、かつ予測荷重に耐え得るよう適宜選択され、好適には、最も薄い箇所で３／８〜５／８インチの範囲である。ロータケーシング１４４は、実質的にエンドキャップ１４２から片持ち状に突出しているため、必要な厚みはケーシング１４４の長さに比例する。ロータハブ１５０は、孔１５４近傍においては、テーパ軸部１１２と適切に面接触するに充分な、好適には約１．５インチの厚みを有することが好ましい。
【００４１】
ステータ１１８は、好適には、コア１５６及び導電巻線１７０からなる。コア１５６は、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。図１Ｅ及び図１Ｆから最もよく分かるように、コア１５６は、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯１５８及びスロット１６０を備える。歯は通常軸方向に整列されるが、ある種の制御システムにおいて波形タイミングを得る必要がある場合、及び／又は、軸方向整列の積層体で見られるコギング効果を無くすため、後述するように、歯の端から端までの規定のずれ量分（好適には１歯分だがこれに限られない）積層体を漸進的に傾斜させてもよい。気流に悪影響を与えず傾斜ステータを固定する方法については後述する。コア１５６は、中心開口部１６２を有して実質的に開口しているのが好ましく、好適には、取付ボルト１６８を用いた後端板１２６への取付が容易となるよう、クロスアーム１６４及び軸方向貫通孔１６６を備える。後述するように、径方向スロットを用いて、中央開口部１６２を通る気流を最適化するように積層体を取り付けてもよい。
【００４２】
好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線１７０は、各スロット１６０を通ってコア１５６の側面に沿って外側に向かい、所定数の歯１５８回りに巻かれてから別のスロット１６０に再び通されて、コア１５６上に設けられている。
【００４３】
組立時には、ステータ１１８は、ロータ１１６と同軸上に配置され、ロータ１１６の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、後端板１２６は、ステータ１１８を、ロータ１１６の内部室内で正しく整列されるように取り付け、位置決めする。ステータコア１５６の周面は、磁石１４６の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（図１Ｆから最もよく分かる）。空隙ＡＧは、好適には０．０２０〜０．０４０インチの範囲であり、図１Ａ〜図１Ｉの実施形態では、約０．０３０インチ、例えば０．０３１インチである。従って、ケーシング１４４の内径、磁石１４６、及びステータコア１５６の外径を厳密な公差内に保って整列状態を維持することが好ましい。ロータ１１６及びステータ１１８を注意深く調整し、オルタネータにかかる外力による各要素の正常位置からの位置ずれを閾値以下に保つことが重要である。
【００４４】
上述のように、軸１１０、ロータ１１６、及びステータ１１８の整列状態は、前端板１２０、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板１２６、外部ケーシング１３２、及びタイロッド１３４からなる軸受構造により達成される。実質的には、軸受１２２，１３０がそれぞれ軸１１０と軸受構造との間の回転可能な接続点を成している。軸受１２２，１３０、即ち軸１１０は、端板１２０，１２６それぞれと同心かつ垂直に配置される。ロータ１１６は、好ましくは、ロータハブのテーパ付き貫通孔１５４及びテーパ軸部１１２の協働により、軸１１０に対して確実に位置決めされる。ステータ１１８は、後端板１２６により、軸１１０、即ちロータ１１６に対して位置決めされ、整列される。端板１２０，１２６の整列状態は、外部ケーシング１３２及びタイロッド１３４により維持される。
【００４５】
前端板１２０は、好適には概ね円筒形状で、中央に配置されたハブ１７４を備え、同ハブは、同軸開口部１７６と、開口部１７６の中心から所定の径方向距離を隔てて等角度間隔で離間するように配置されタイロッド１３４を受け入れる（例えば４つの）各座ぐり孔１８０を含む周縁部１７８と、周縁部１７８をハブ１７４に接続し各通風路１８４を画定する（例えば４つの）各クロスアーム１８２とを備える。前端板１２０は、高精度に寸法設計及び機械加工され（例えば開口部１７６は、±０．０００８ＴＹＰ、タイロッド孔１８０パターン、外部ケース肩部、取付孔パターンなどその他の形状は、±０．００５ＴＹＰ）、好適には、鋳造アルミニウムなどの金属から形成され、軸１１０及びロータ１１６の回動から生まれる回転荷重だけでなく、ベルトがプーリ１３６を引っ張る結果生まれる横方向荷重にも耐えるに充分な強度を有するべきである。前部軸受１２２は、軸受スリーブ１８６内にぴったり受け入れられる。前端板１２０及び軸１１０から軸受１２２に伝わる荷重によってかかるストレスを分散させるために用いられる軸受スリーブ１８６。軸受スリーブ１８６は、前部軸受１２２及び軸１１０を位置決めする。
【００４６】
後端板１２６は、後部軸受１３０を担持し位置決めし、ステータ１１８を取り付け、位置決めする。後端板１２６は、好適には段差つき中心ハブ１８８を備え、同ハブは、前方縮径部１９０と、これを貫通する中央開口部１９２と、好ましくは、前端板１２０と同一の外形を有し各クロスアーム１４５にてハブ１８８に接続された後方に向かう概ね円筒形状の外周部１９４とを有する。円筒型外周部１９４には、前端板１２０の座ぐり孔１８０のものと同一の中心からの径方向距離及び角度配置にある各タップ穴１９６が設けられている。突出部１８８の段差面には、ステータのクロスアーム孔１６６に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴１９６が設けられている。縮径部１９０の外径は、クロスアーム１６４上の同心円状径方向位置決め部１９８の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、後端板部１９０がステータ１１８のクロスアーム１６４上の同心円状径方向位置決め部１９８内にぴったり受け入れられる。後端板１２６は、高精度に寸法設計及び機械加工され（例えば開口部１９２は、±０．０００８ＴＹＰ、タップ穴１９６パターン、外部ケース肩部、取付孔パターンなどその他の形状は、±０．００５ＴＹＰ）、好適には、鋳造アルミニウムなどの金属から形成される。後部軸受１３０は、後端板ハブ１８８の開口部１９２内にぴったり受け入れられ、これにより軸１１０を中心に位置決めする。ステータ１１８はハブ１８８上に装着され、縮径ハブ部１９０がステータ１１８のクロスアーム１６４上の同心円状径方向位置決め部１９８内にぴったり受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔１６６内で支えられ、タップ穴１９６内に固定された各ボルト１６８は、ステータ１１８を後端板１２６に固定している。ステータ１１８は、かくして、軸１１０に対して確実に位置決めされ、整列される。端板１２０，１２６は、外部ケーシング１３２及びタイロッド１３４により互いに整列されて保たれ、軸１１０（及びテーパ部１１２）は、軸受１２２，１３０により端板１２０，１２６に対して整列されて保たれ、ステータ１１８は、端板１２６により軸１１０に確実に位置決めされ、整列されるため、ロータ１１６の確実な位置決め及び軸１１０中心への位置決めにより、ロータ１１６とステータ１１８も相対的に位置決めされ、整列される。
【００４７】
ステータの任意の長さに対して、永久磁石装置のステータ及びロータの直径、より厳密に言えば、空隙直径Ｄａｇを増加させると、出力が大幅に増大する（出力が直径の二乗分増大する）。
【００４８】
図１Ｈを参照すると、空隙直径を増加させると、ロータ及びステータの直径を増加させる以外にいかなる部品も変更することなく、オルタネータ１００の出力が大幅に増大する。オルタネータ１４７もＳＡＥの提案するパッドマウント規格の第２−３版に適合するものであるが、好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４（図１Ｈから最もよく分かる）とを備える軸１１０と、ロータ１１５と、ステータ１２３と、前端板１２０と、前部軸受１２２と、後端板１２６と、後部軸固定リング１２８と、後部軸受１３０と、外部ケーシング１３２と、各タイロッド１３４とを備える。
【００４９】
ロータ１１５は、軸１１０に装着され軸１１０と共に回転する。ロータ１１５は、ロータ１１６の直径より大きな直径を有し、寸法補助線１１３を越えて延びている。ロータ１１６と同様に、ロータ１１５は、エンドキャップ１１７と、円筒型ケーシング１１９と、ケーシング１１９の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石１２１とからなる。ロータエンドキャップ１１７は、好適には実質的に開口し、周縁部１３７と、各クロスアーム（図示せず）と、軸１１０に接続するための中心ロータハブ１３９とを備える。周縁部１３７、隣接するクロスアーム（図示せず）、及び中心ハブ１３９により画定される各通風路１５２がエンドキャップ１１７を貫通して設けられている。中心ロータハブ１３９は、軸部１１２のテーパに対応する所定のテーパ（例えば１フィート当たり１インチ）を有する貫通孔１４１を備える。組立時には、ネジ軸部１１４の直前で軸テーパ部１１２が孔１４１内に受けとめられるようにして、軸１１０が孔１４１内で支えられる。ネジ軸部１１４は、ジャムナット１２４と協働し、ロータ１１５を確実に軸１１０上に位置決めする。一般に、クロスアーム（図示せず）の厚みは、（重量及び材料費を抑えるため）可能な限り薄く、かつ予測荷重に耐え得るよう適宜選択され、好適には、最も薄い箇所で３／８〜５／８インチの範囲である。ロータケーシング１１９は、実質的にエンドキャップ１１７から片持ち状に突出しているため、必要な厚みはケーシング１１９の長さに比例する。ロータハブ１３９は、孔１４１近傍においては、テーパ軸部１１２と適切に面接触するに充分な、好適には、約１．５インチの厚みを有することが好ましい。ロータ１１５は、物理的及び機能的なあらゆる面においてオルタネータ１００のロータ１１６と同様である。
【００５０】
ステータ１２３の直径は、ロータ１１５の直径増加分に相当する分だけ増えており、これにより空隙直径Ｄａｇが増加している。ステータ１２３は、好適には、コア（図示せず）及び導電巻線１７０からなる。ステータコアは、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。コアは、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯及びスロットを有し（図１Ｅ参照）、中心開口部１２７を有して実質的に開口しているのが好ましく、好適には、取付ボルト１６８を用いた後端板１２６への取付が容易となるよう、クロスアーム（図示せず）及び軸方向貫通孔１２９を備える。好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線１７０は、各スロット（図示せず）を通ってコア（図示せず）の側面に沿って外側に向かい、所定数の歯（図示せず）回りに巻かれてから別のスロット（図示せず）に再び通されて、コア（図示せず）上に設けられている。
【００５１】
組立時には、ステータ１２３は、ロータ１１５と同軸上に配置され、ロータ１１５の内部空洞内にぴったり受け入れられる。ステータコア（図示せず）の周面は、磁石１２１の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。空隙ＡＧは、好適には、０．０２０〜０．０４０インチの範囲であり、図１Ａ〜図１Ｉの実施形態では、約０．０３０インチ、例えば０．０３１インチである。従って、ケーシング１１９の内径、磁石１２１、及びステータ１２３の外径を厳密な公差内に保って整列状態を維持することが好ましい。ロータ１１６及びステータ１１８を注意深く調整し、オルタネータにかかる外力による各要素の正常位置からの位置ずれを閾値以下に保つことが重要である。
【００５２】
ステータ１２３はハブ１８８上に装着され、縮径ハブ部１９０がステータ１１８のクロスアーム（図示せず）上の同心円状径方向位置決め部１９８内に受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔１２９内で支えられ、タップ穴１９６内に固定された各ボルト１６８は、ステータ１２３を後端板１２６に固定している。ステータ１２３は、かくして、軸１１０に対して確実に位置決めされ、整列される。端板１２０，１２６は、外部ケーシング１３２及びタイロッド１３４により互いに整列されて保たれ、軸１１０（及びテーパ部１１２）は、軸受１２２，１３０により端板１２０，１２６に対して整列されて保たれ、ステータ１２３は、端板１２６により軸１１０に確実に位置決めされ、整列されるため、ロータ１１５の確実な位置決めと軸１１０中心への位置決めにより、ロータ１１６とステータ１１８も相対的に位置決めされ、整列される。ステータ１２３は、物理的及び機能的なあらゆる面においてオルタネータ１００のステータ１１８と同様である。
【００５３】
永久磁石装置の出力を向上させる第２の方法は、ロータ及びステータ両方の軸長を長くすることで達成される。出力増加は長さの増加分に対して直線的に変化するため、ロータ及びステータを長くするのはあまり望ましくない方法である。しかし、ある種の用途においては、ロータ及びステータを長くすることが出力増大の唯一可能な方法である場合もある。長さを大きくする場合のその他の短所としては、Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等に記載されるように、エンジン取付などの用途において、片持ち設置によってオルタネータにかかる力によりロータの長さが事実上制限されることである。
【００５４】
図１Ｉを参照すると、オルタネータ１３３もＳＡＥの提案するパッドマウント規格の第２−３版に適合するものであるが、好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４（図１Ｈから最もよく分かる）とを備える軸１６７と、ロータ１３５と、ステータ１３７と、前端板１２０と、前部軸受１２２と、後端板１４９と、後部軸固定リング１２８と、後部軸受１３０と、外部ケーシング１３２と、各タイロッド１３４とを備える。
【００５５】
ロータ１３５の外径は、ロータケーシング１７５と後端板１４９との間に間隙が維持されるよう設定されている。ロータ１３５は、軸１６７に装着され軸１１０と共に回転する。ロータ１３５は、エンドキャップ１７７と、円筒型ケーシング１７５と、ケーシング１７５の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石１７３とからなる。ロータエンドキャップ１７７は、好適には実質的に開口し、周縁部１７９と、各クロスアーム（図示せず）と、軸１６７に接続するための中心ロータハブ１８１とを備える。周縁部１７９、隣接するクロスアーム（図示せず）、及び中心ハブ１８１により画定される各通風路１８３がエンドキャップ１７７を貫通して設けられている。中心ロータハブ１８１は、軸部１１２のテーパに対応する所定のテーパ（例えば１フィート当たり１インチ）を有する貫通孔１８３を備える。組立時には、ネジ軸部１１４の直前で軸テーパ部１１２が孔１８３内に受けとめられるようにして、軸１６７が孔１８３内で支えられる。ネジ軸部１１４は、ジャムナット１２４と協働し、ロータ１３５を確実に軸１６７上に位置決めする。一般に、クロスアーム（図示せず）の厚みは、（重量及び材料費を抑えるため）可能な限り薄く、かつ予測荷重に耐え得るよう適宜選択され、好適には、最も薄い箇所で５／８〜５３／４インチの範囲である。ロータケーシング１７５は、実質的にエンドキャップ１７７から片持ち状に突出しているため、必要な厚みはケーシング１７７の長さに比例する。ロータハブ１８１は、孔１８３近傍においては、テーパ軸部１１２と適切に面接触するに充分な、好適には、約１．５インチの厚みを有することが好ましい。ロータ１３５は、物理的及び機能的なあらゆる面においてオルタネータ１００のロータ１１６と同様である。
【００５６】
後端板１４９は、後部軸受１３０を担持し位置決めし、ステータ１３７を取り付け、位置決めする。後端板１４９は、ステータ１３７の長さ増加分を受け入れるための後方延長部１５１を備え、好適には段差つき中心ハブ１５３を備え、同ハブは、前方縮径部１５５と、これを貫通する中央開口部１５７と、好ましくは、前端板１２０と同一の外形を有し後方に向かう概ね円筒形状の外周部１５９とを有する。円筒型外周部１５９には、前端板１２０の座ぐり孔１８０のものと同一の中心からの径方向距離及び角度配置にある各タップ穴１６１が設けられている。突出部１５３の段差面には、ステータ１３７のクロスアーム孔１６５に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴１６３が設けられている。縮径部１５５の外径は、クロスアーム（図示せず）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず）の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、後端板部１５５がステータ１３７のクロスアーム（図示せず）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず）内にぴったり受け入れられる。後端板１４９は、高精度に寸法設計及び機械加工され（例えば開口部１５７は、±０．０００８ＴＹＰ、タップ穴１６３パターン、外部ケース肩部、取付孔パターンなどその他の形状は、±０．００５ＴＹＰ）、好適には、鋳造アルミニウムなどの金属から形成される。後部軸受１３０は、後端板ハブ１５３の開口部１５７内にぴったり受け入れられ、これにより軸１６７を中心に位置決めする。ステータ１３７はハブ１５３上に装着され、縮径ハブ部１５５がステータ１３７のクロスアーム（図示せず）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず）内にぴったり受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔１６５内で支えられ、タップ穴１６３内に固定された各ボルト１６９は、ステータ１３７を後端板１４９に固定している。ステータ１３７は、かくして、軸１６７に対して確実に位置決めされ、整列される。端板１２０，１４９は、外部ケーシング１３２及びタイロッド１３４により互いに整列されて保たれ、軸１６７（及びテーパ部１１２）は、軸受１２２，１３０により端板１２０，１４９に対して整列されて保たれ、ステータ１３７は、端板１４９により軸１６７に確実に位置決めされ、整列されるため、ロータ１３５の確実な位置決めと軸１６７中心への位置決めにより、ロータ１３５とステータ１３７も相対的に位置決めされ、整列される。
【００５７】
ステータ１３７は、ロータ１３５の長さ増加分に対応して長さが大きく、好適には、コア（図示せず）及び導電巻線１７０からなる。ステータコアは、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。コアは、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯及びスロットを有し（図１Ｅ参照）、中心開口部１７１を有して実質的に開口しているのが好ましく、好適には、取付ボルト１６９を用いた後端板１４９への取付が容易となるよう、クロスアーム（図示せず）及び軸方向貫通孔１６５を備える。好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線１７０は、各スロット（図示せず）を通ってコア（図示せず）の側面に沿って外側に向かい、所定数の歯（図示せず）回りに巻かれてから別のスロット（図示せず）に再び通されて、コア（図示せず）上に設けられている。
【００５８】
組立時には、ステータ１３７は、ロータ１３５と同軸上に配置され、ロータ１３５の内部空洞内にぴったり受け入れられる。ステータコア（図示せず）の周面は、磁石１７３の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（図１Ｆ参照）。空隙ＡＧは、好適には、０．０２０〜０．０４０インチの範囲であり、図１Ｉの実施形態では、約０．０３０インチ、例えば０．０３１インチである。従って、ロータケーシング１７５の内径、磁石１７３、及びステータ１３７の外径を厳密な公差内に保って整列状態を維持することが好ましい。ロータ１３５及びステータ１３７を注意深く調整し、オルタネータにかかる外力による各要素の正常位置からの位置ずれを閾値以下に保つことが重要である。
【００５９】
上述のように、ＳＡＥの提案するパッドマウント規格に適合するオルタネータは、取付ボルト孔パターンにより制限される。製造各社は、空隙直径Ｄａｇを増大してロータ及びステータを軸方向の取付ボルト間に嵌めこむか、又は、これより大幅に直径の小さなロータ及びステータを利用し、これまでのように取付ボルトの径方向の間隔間に収めるかのいずれかである。次に図２Ａ〜図２Ｅを参照するが、同図は、反対方向のロータケーシングを組み合わせることにより、ＳＡＥの提案するパッドマウント規格に対する適合性を維持しつつオルタネータ出力を劇的に増大させる方法を図示している。
【００６０】
好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４とを備える軸２０２、ジャムナット１２４、前端板２０４、前部軸受１２２、軸受スリーブ１７６、後部軸受１３０、後部軸固定リング１２８、外部ケーシング１３２、及び各タイロッド１３４など、オルタネータ２００は、オルタネータ１００に見られるものと類似の特徴を多く有している。後端板２０６を延長して、後部ステータ２１７及びロータ部２０９を省略している。
【００６１】
ロータ２０１は、ロータ１１６と同様に、ロータ端板１３４と類似の、但し、反対方向を向き直径の異なる２つのロータケーシング部２０７，２０９を有し中心に位置決めされた、支持板２０３を有する。ロータケーシング部２０９は、取付ボルト１０５，１０９を避けるのに充分なだけ縮径されている。前端板２０６は、前端板１２０と異なり、前部ステータ２１５を取り付け、位置決めすると共に、前部軸受１２２を担持し位置決めしている。
【００６２】
ステータ２１５，２１７は、好適には、それぞれのコア２８８，２９０及びそれぞれの導電巻線２７２，２５４からなる。コア２８８，２９０は、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。図２Ｄから最もよく分かるように、コア２８８，２９０は、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯１５８及びスロット１６０を備える。両ステータ２１５，２１７は、実質的に開口しているのが好ましく、ステータ２１５は、中央開口部２６６を有し、好適には、取付ボルト２４６を用いた前端板２０４への取付が容易となるよう、クロスアーム２２４、径方向位置決め部２２２、及び軸方向貫通孔２２０を備え、ステータ２１７は、中央開口部２６２を有し、好適には、取付ボルト２４６を用いた後端板２４８への取付が容易となるよう、クロスアーム２８６、径方向位置決め部２８４、及び軸方向貫通孔２４０を備える。後述するように、径方向スロットを用いて、中央開口部２６２，２６６を通る気流を最適化するように積層体を取り付けてもよい。
【００６３】
好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線２５４，２７２は、各スロット１６０を通ってコア２８８，２９０の側面に沿って外側に向かい、所定数の歯１５８回りに巻かれてから別のスロット１６０に再び通されて、コア２８８，２９０上に設けられている。
【００６４】
組立時には、ステータ２１５，２１７は、ロータ２０１と同軸上に配置され、ロータ２０１の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、後端板２０６が後部ステータ２１７を、また前端板２０４が前部ステータ２１５を、ロータ２０１の内部室内で正しく整列されるように取り付け、位置決めする。ステータコア２８８，２９０の周面は、磁石２１１，２１３の内側面から、所定の小さな空隙直径Ｄａｇにより隔てられている（図１Ｆから最もよく分かる）。
【００６５】
前端板２０４は、好適には段差つき中心ハブ２０８を備え、同ハブは、前方縮径部２１０と、これを貫通する中央開口部２１２と、各クロスアーム２５２にてハブ２０８に接続される概ね円筒形状の外周部２１４とを有する。円筒型外周部２１４には、各座ぐり孔２１６が設けられている。突出部２０８の段差面には、ステータのクロスアーム孔２２０に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴２１８が設けられている。縮径部２１０の外径は、クロスアーム２２４上の同心円状径方向位置決め部２２２の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、前端板部２１０がステータ２１５のクロスアーム２２４上の同心円状径方向位置決め部２２２内にぴったり受け入れられる。前部軸受スリーブ１７６は、前端板ハブ２０８の座ぐり部２２６内にぴったり受け入れられ、これにより軸２０２を中心に位置決めする。ステータ２１５はハブ２０８上に装着され、縮径ハブ部２１０がステータ２１５のクロスアーム２２４上の同心円状径方向位置決め部２２２内にぴったり受け入れられ、ステータの前方側壁がハブ段差上に接する。孔２２０内で支えられ、タップ穴２１８内に固定された各ボルト２９３は、ステータ２１５を前端板２０４に固定している。ステータ２１５は、かくして、軸２０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【００６６】
後端板２０６は、後部ロータ部２０９及びステータ２１７を追加した結果増えた軸方向の長さを収容するため、円筒型延長部２４８を有し、これが後部軸受１３０を担持し位置決めし、ステータ２１７を取り付け、位置決めする。円筒型延長部２４８は、ステータ２１７を取り付けた結果増大するストレスを支持するに足る適正な強度を有していなければならない。後端板２０６は、好ましくは、前端板２０４と同一の外形を有する、後方に向かう概ね円筒形状の外周部２３４を備え、円筒型延長部２４８は、好適には、前方縮径部２３０及びこれを貫通する中央開口部２３２を有し各クロスアーム２４４により接続される段差つき中心ハブ２０８を備える。円筒型外周部２３４には、前端板２０４の座ぐり孔２１６のものと同一の中心からの径方向距離及び角度配置にある各タップ穴２３６が設けられている。突出部２２８の段差面には、ステータのクロスアーム孔２４０に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴２３８が設けられている。縮径部２３０の外径は、クロスアーム２８６上の同心円状径方向位置決め部２８４の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、後端板縮径部２３０がステータ２１７のクロスアーム２８６上の同心円状径方向位置決め部２８４内にぴったり受け入れられる。後部軸受１３０は、後端板ハブ２２８の開口部２３２内にぴったり受け入れられ、これにより軸２０２を中心に位置決めする。ステータ２１７はハブ２２８上に装着され、縮径ハブ部２３０がステータ２１７のクロスアーム２８６上の同心円状径方向位置決め部２８４内にぴったり受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔２４０内で支えられ、タップ穴２３８内に固定された各ボルト２４６は、ステータ２１７を後端板２０６に固定している。ステータ２１７は、かくして、軸２０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【００６７】
ロータ２０１は、軸２０２に装着され軸と共に回転する。ステータ２１５，２１７は、ロータ２０１内にぴったり受け入れられ、ロータ２０１からは、それぞれの空隙ＡＧにて隔てられている。前端板２０４、軸受スリーブ１８６、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板２０６、外部ケーシング１３２、及びタイロッド１３４が支持組立体として協働し、軸２０２、ロータ２０１、及びステータ２１５，２１７を整列状態に維持している。軸２０２は軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板２０４及び後端板２０６に装着され軸２０２を回転可能に維持し、端板と同心かつ垂直に調整する。ロータ２０１は、軸２０２に装着されて回転し、テーパ軸部１１２との協働で確実に位置決めされる。前端板２０４は、ステータ２１５を、ロータ２０１内で軸２０２及びロータ２０１に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。後端板２０６は、ステータ２１７を、ロータ２０１内で軸２０２及びロータ２０１に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング１３２（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板２０４と後端板２０６との間に配置される。タイロッド１３４は、端板２０４，２０６を外部ケーシング１３２に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【００６８】
図２Ｅを参照すると、オルタネータ２００に進入する冷却気流２７８は、後端板２０６に設けられた（隣接する後端板クロスアーム２４４、外側部分２４８、及びハブ２２８により画定される）通風路２６０、ステータ２１７の中央開口部２６２、ロータ通風路２６４、ステータ巻線２７２上（好適には緩く巻かれた前側及び後側それぞれの巻端部２７４，２７６を介して）、ステータ２１５の中央開口部２６６、及び前端板通風路２６８よりなる冷却システムを採用することにより、ステータ巻線２５４上に（好適には緩く巻かれた前側及び後側それぞれの巻端部２５６，２５８を介して）導かれる。後端板通風路２６０に進入する気流２７８は巻線２５４（後側巻端部２５８）に当たり、ステータの中央開口部２６２から出る空気は巻線２５４（前側巻端部２５６）に当たるよう、適切な相対配置や輪郭により、又は、図２Ｅの実施形態のように、軸に装着された後部偏向部２７０により導かれる。ロータ通風路２６４から出る空気は、後側巻端部２７６を介しステータ２１５の巻線２７２に当たるように導かれる。後側巻端部２７６を通過した後、ロータ偏向部２８２によりステータ２１５の中央開口部２６６に向けて導かれ、さらに前側巻端部２７４上へ、そして前端板２０４通風路２６８を通過させられる。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等で概説されているような電動ファンなど、非同期の強制空気供給部を端板２０６の後側に取り付け気流を強めてもよい。好適な実施形態では、遠心ファン１３８がプーリ１３６と前端板２０４との間に、軸２０２と共に回転するように装着されている。様々な通風路の断面形状、輪郭（曲がり部や角部）及び相対配置は、流速低下を最小限に抑え、かつステータ２１７の巻端部２５８，２５６及びステータ２１５の巻端部２７４，２７６上の気流を最大化するように選択するのが好ましい。
【００６９】
具体的には、概して矢印２７８で示す冷却空気は、端板通風路２６０を通してオルタネータ２００内に導入される。気流２７８は後側巻端部２５８に当たる。気流２７８は、その後、流れ２８０，２８２のそれぞれに分岐する。巻端部２５８を出た後、気流２８０は、ステータ２１７の中央開口部２６２を通過し、後部軸偏向部２７０に当たってから、緩く巻かれた前側巻端部２５６を通るように導かれ、気流２８０は、その後ロータ通風路２６４に進入しステータ２１５の巻端部２７６に当たり、ロータ偏向部２８２の助けによりステータ２１５の中央開口部２６６に入るように導かれた後、前端板２０４の通風路２６８を通ってオルタネータ２００から外へ出る。気流２８２は、後側巻端部２５８を出た後、ロータケーシング部２０９、次いでロータ部分２０７の外側と円筒部２４８及び外部ケース１３２の内側との間を通り、ステータ２１５の前側巻端部２７４に当たった後、前端板２０４の通風路２６８を通ってオルタネータ２００から外へ出る。気流２８２は、磁石２１３，２１１及び前側巻端部２７４を冷却する。気流２８０は、巻端部２５８，２５６及び２７６を冷却する。
【００７０】
ロータケーシングが全長に渡って片持ち支持されているとロータが過度の変形を受ける可能性があるが、上述のように、反対方向のロータケーシングを使用することにより、そのような可能性なしにオルタネータ出力を大幅に高める条件が得られる。ＳＡＥパッドマウント・オルタネータの場合、反対向きのロータケーシングの一端側で取付ボルトを適正に避けるように縮小したロータ直径を使用することが特に有利となる。ロータ直径をロータの全長に渡って大きくすることができる用途においては、その使途用の最大限の出力が得られる。オルタネータ３００は、長さが大きく軸方向の直径が単一のため、ＳＡＥの提案するパッドマウント規格に適合する使途においては使用できないが、ＳＡＥのＪ１８０規格やその他類似の取付方法など、様々なその他の取付用途には適している。
【００７１】
図３Ａ〜図３Ｅを参照すると、オルタネータ３００は、オルタネータ２００に見られるものと類似の特徴を多く有しているが、最も注目すべきなのは、反対方向のロータが同等の直径を有することである。オルタネータ３００は、好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４とを備える軸３０２と、ジャムナット１２４と、前端板３０４と、前部軸受１２２と、後端板３０６と、後部軸受１３０と、後部軸固定リング１２８と、外部ケーシング３０８と、各タイロッド３１０とを備える。ロータ３２６は、反対方向を向き直径の等しい２つのロータケーシング部３３２，３３４を有するロータケーシング３３０の中心に位置決めされた支持板３２８を有する。
【００７２】
ステータ３４０，３４２は、好適には、それぞれのコア３１２，３１４及びそれぞれの導電巻線３１６，３１８からなる。コア３１２，３１４は、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。図３Ｄから最もよく分かるように、コア３１２，３１４は、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯１５８及びスロット１６０を備える。両ステータ３４０，３４２は、実質的に開口しているのが好ましく、ステータ３４０は、中央開口部３２０を有し、好適には、取付ボルト３５９を用いた前端板３０４への取付が容易となるよう、クロスアーム３４９、径方向位置決め部３５１、及び軸方向貫通孔３２２を備え、ステータ３４２は、中央開口部３２４を有し、好適には、取付ボルト３１３を用いた後端板３０６への取付が容易となるよう、クロスアーム３５３、径方向位置決め部３５５、及び軸方向貫通孔３９３を備える。
【００７３】
好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線３１６，３１８は、各スロット１６０を通ってコア３１２，３１４の側面に沿って外側に向かい、所定数の歯１５８回りに巻かれてから別のスロット１６０に再び通されて、コア３１２，３１４上に設けられている。
【００７４】
組立時には、ステータ３４０，３４２は、ロータ３２６と同軸上に配置され、ロータ３２６の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、後端板３０６が後部ステータ３４２を、また前端板３０４が前部ステータ３４０を、ロータ３２６の内部室内で正しく整列されるように取り付け、位置決めする。ステータ３４０，３４２の周面は、磁石３３６，３３８の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。
【００７５】
前端板３０４は、好適には段差つき中心ハブ３９７を備え、同ハブは、前方縮径部３１７と、これを貫通する中央開口部３９５と、各クロスアーム３２５にてハブ３２３に接続される概ね円筒形状の外周部３２１とを有する。前端板通風路３３１は、外周部３２１、ハブ３２３、及びクロスアーム３２５により画定される。円筒型外周部３２１には、各座ぐり孔３２７が設けられている。突出部３９７の段差面には、ステータのクロスアーム孔３２２に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴３４４が設けられている。縮径部３１７の外径は、クロスアーム３４９上の同心円状径方向位置決め部３５１の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、縮径部３１７がステータ３４０のクロスアーム３４９上の同心円状径方向位置決め部３５１内にぴったり受け入れられる。前部軸受スリーブ１８６は、前端板ハブ３９７の座ぐり部３４６内にぴったり受け入れられ、これにより軸３０２を中心に位置決めする。ステータ３４０はハブ３９７上に装着され、縮径ハブ部３１７がステータ３４０のクロスアーム３４９上の同心円状径方向位置決め部３５１内にぴったり受け入れられ、ステータの前方側壁がハブ段差上に接する。孔３２２内で支えられ、タップ穴３４４内に固定された各ボルト３５９は、ステータ３４０を前端板３０４に固定している。ステータ３４０は、かくして、軸３０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【００７６】
後端板３０６は、後部軸受１３０を担持し位置決めし、ステータ３４２を取り付け、位置決めする。後端板３０６は、好適には段差つき中心ハブ３４８を備え、同ハブは、前方縮径部３５０と、これを貫通する中央開口部３５２と、好ましくは、前端板３０４と同一の外形を有し各クロスアーム３５６によりハブ３４８に接続される、概ね円筒形状の外周部３５４とを有する。外周部３５４、クロスアーム３５６、及びハブ３４８が後端板３０６の通風路３５８を形成している。円筒型外周部３５４には、前端板３０４の座ぐり孔３２７のものと同一の中心からの径方向距離及び角度配置にある各タップ穴３６０が設けられている。ハブ３４８の段差面突出部には、ステータのクロスアーム孔３９３に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴３６２が設けられている。縮径部３５０の外径は、ステータ３４２のクロスアーム３５３上の同心円状径方向位置決め部３５５の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、縮径部３５０をステータ３４２のクロスアーム３５３上の同心円状径方向位置決め部３５５内にぴったり受け入れることができる。後部軸受１３０は、後端板ハブ３４８の開口部３５２内にぴったり受け入れられ、これにより軸３０２を中心に位置決めする。ステータ３４２はハブ３４８上に装着され、縮径ハブ部３５０がステータ３４２のクロスアーム３５３上の同心円状径方向位置決め部３５５内にぴったり受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔３９３内で支えられ、タップ穴３６２内に固定された各ボルト３１３は、ステータ３４２を後端板３０６に固定している。ステータ３４２は、かくして、軸３０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【００７７】
ロータ３２６は、軸３０２に装着され軸と共に回転する。ステータ３４０，３４２は、ロータ３２６内にぴったり受け入れられ、ロータ３２６からは小さな空隙ＡＧにて隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。前端板３０４、軸受スリーブ１８６、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板３０６、外部ケーシング３０８、及びタイロッド３１０が支持組立体として協働し、軸３０２、ロータ３２６、及びステータ３４０，３４２を整列状態に維持している。軸３０２は、軸受スリーブ１８６及び軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板３０４及び後端板３０６に装着され軸３０２を回転可能に維持し、端板３０４，３０６に同心かつ垂直に調整する。ロータ３２６は、軸３０２に装着されて回転し、テーパ軸部１１２との協働で確実に位置決めされる。前端板３０４は、ステータ３４０を、ロータ部３３２内で軸３０２及びロータ３２６に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。後端板３０６は、ステータ３４２を、ロータ部３３４内で軸３０２及びロータ３２６に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング３０８（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板３０４と後端板３０６との間に配置される。タイロッド３１０は、端板３０４，３０６を外部ケーシング３０８に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【００７８】
再び図３Ｅを参照すると、冷却気流は、後端板３０６の通風路３５８、ステータ３４２の中央開口部３２４、ロータ通風路３２９、ステータ３４０の中央開口部３２０、及び前端板通風路３３１よりなる冷却システムを採用することにより、ステータ３４２のステータ巻線３１８上に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部３６４，３６６を介して）導かれる。後端板通風路３５８に進入する空気は巻線３１８の後側巻端部３６４に当たり、ステータの中央開口部３２４から出る空気は巻線３１８（前側巻端部３６６）に当たるよう、適切な相対配置や輪郭により、又は、図３Ｅの実施形態のように、軸に装着された後部偏向部３３３により導かれる。ロータ通風路３２９から出る空気は、ステータ３４０の巻線３１６に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部３３５，３３７を介して）当たるように導かれる。後側巻端部３３５を通過した後、ロータ偏向部３３９によりステータ３４０の中央開口部３２０に向けて導かれ、さらに前側巻端部３３７上へ、そして前端板３０４の通風路３３１を通過させられる。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等で概説されているような電動ファンなど、非同期の強制空気供給部を後端板３０６の後側に取り付け気流を強めてもよい。好適な実施形態では、遠心ファン１３８がプーリ１３６と前端板３０４との間に、軸３０２と共に回転するように装着されている。様々な通風路の断面形状、輪郭（曲がり部や角部）及び相対配置は、流速低下を最小限に抑え、かつステータ３４２の巻端部３６４，３６６及びステータ３４２の巻端部３３５，３３７上の気流を最大化するように選択するのが好ましい。
【００７９】
具体的には、概して矢印３４１で示す冷却空気は、後端板通風路３５８を通してオルタネータ３００内に導入される。気流３４１は後側巻端部３６４に当たる。気流３４１は、その後、流れ３４３，３４５のそれぞれに分岐する。巻端部３６４を出た後、気流３４３は、ステータ３４２の中央開口部３２４を通過し、後部軸偏向部３３３に当たり、緩く巻かれた前側巻端部３６６と、ロータ通風路３２９とを通るように導かれ、ステータ３４０の巻端部３３５に当たり、ロータ偏向部３３９の助けによりステータ３４０の中央開口部３２０に入るように導かれた後、一部巻端部３３７に当たってから、前端板３０４の通風路３３１を通ってオルタネータ３００から外へ出る。気流３４５は、後側巻端部３６４を出た後、ロータケーシング３０３の外側と外部ケーシング３０８の内側との間を流れ、ステータ３４０の前側巻端部３３７に当たってから、前端板３０４の通風路３３１を通ってオルタネータ３００から外へ出る。気流３４５は、磁石３３６，３３８及び巻端部３６４，３３７を冷却する。気流３４３は、巻端部３６４，３６６，３３５、及び３３７を冷却する。
【００８０】
例えば車両システムに電力供給するための１２ＶＤＣと遠隔地で使用するノコギリやドリルなどの機器に電力供給するための１１０ＶＡＣを供給するように構成された単一装置など、出力電圧及び／又は電流が複数ある可能性のある構成と共に用いられる複数の電気出力を供給する単一装置に対して高い需要がある。図３Ａ〜図３Ｅにおいて説明したオルタネータのステータは、個別に巻線を設けて所望用途にぴったり一致する電圧範囲を供給することができる。例えばステータ３４２は、１２ＶＤＣの車両システム電力にぴったり一致するように最適化でき、ステータ３４０は、１１０ＶＡＣ電力要件にぴったり一致するように最適化できる。サイズの等しい２つのステータを用いたこのやり方では、例えば１２ＶＤＣの車両システム電力供給時にステータ３４０が余剰能力を有してしまうという欠点がある。通常、現代のトラックが車両システム電力供給用に必要とするのは、８０アンペア以下である。ステータ３４０，３４２が同サイズであると、ステータ３４０が２５０〜３５０アンペアを発電可能であることも予測不可能ではない。そのような特定の構成においては、１７０〜２７０アンペアの電力がつまるところ「無駄」になってしまう。従って、ある種の用途においては、出力最適化のためにステータの長さが異なる方が有利である場合がある。具体的には、ステータ３４２を車両要件の８０アンペアによりぴったり適合するように短くし、ステータ３４０を１１０ＶＡＣシステム用に最大アンペア数を供給できるよう長くすることができる。
【００８１】
図３Ｆを参照すると、オルタネータ３５７は、好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４とを備える軸３０９と、ジャムナット１２４と、前端板３０４と、前部軸受１２２と、後端板３０６と、後部軸受１３０と、後部軸固定リング１２８と、外部ケーシング３０８と、各タイロッド３１０とを備える。ロータ３６８は、反対方向を向き直径の等しい２つのロータケーシング部３７４，３７６を有しロータケーシング３７２内で中央からオフセットして位置決めされた支持板３７０を有する。ロータ部３７４及びステータ３８２は、ロータ部３７６及びステータ３８４より長い。
【００８２】
ステータ３８２，３８４は、好適には、コア及びそれぞれの導電巻線３９２，３９４からなる。ステータ３８２，３８４のコアは、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。ステータ３８２，３８４のコアは、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯及びスロット（図示せず、図３Ｄを参照）を備える。両ステータ３８２，３８４は、実質的に開口しているのが好ましく、ステータ３８２は、中央開口部３９６を有し、好適には、取付ボルト３０１を用いた前端板３０４への取付が容易となるよう、クロスアーム（図示せず、図３Ｄを参照）、径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄを参照）、及び軸方向貫通孔３９８を備え、ステータ３８４は、中央開口部３０３を有し、好適には、取付ボルト３０７を用いた後端板３０６への取付が容易となるよう、クロスアーム（図示せず、図３Ｄを参照）、径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄを参照）、及び軸方向貫通孔３０５を備える。
【００８３】
好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線３９２，３９４は、各スロットを通ってコアの側面に沿って外側に向かい、所定数の歯回りに巻かれてから別のスロットに再び通されて、ステータ３８２，３８４のコア上に設けられている。
【００８４】
組立時には、ステータ３８２，３８４は、ロータ３６８と同軸上に配置され、ロータ３６８の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、後端板３０６が後部ステータ３８４を、また前端板３０４が前部ステータ３８２を、ロータ３６８の内部室内で正しく整列されるように取り付け、位置決めする。ステータコア３８２，３８４の周面は、磁石３７８，３８０の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。
【００８５】
前端板３０４は、前述のように、好適には、前方縮径部３１７を有する段差つき中心ハブ３９７を備える。突出部３９７の段差面には、ステータのクロスアーム孔３９８に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴３４４が設けられている。縮径部３１７は、クロスアーム（図示せず、図３Ｄを参照）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄを参照）の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、前端板部３０４がステータ３８２のクロスアーム（図示せず、図３Ｄを参照）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄを参照）内にぴったり受け入れられる。前部軸受スリーブ１８６は、前端板ハブ３９７の座ぐり部３４６内にぴったり受け入れられ、これにより軸３０９を中心に位置決めする。ステータ３８２はハブ３９７上に装着され、縮径ハブ部３１７がステータ３８２のクロスアーム（図示せず、図３Ｄを参照）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄを参照）内にぴったり受け入れられ、ステータの前方側壁がハブ段差上に接する。孔３９８内で支えられ、タップ穴３４４内に固定された各ボルト３０１は、ステータ３８２を前端板３０４に固定している。ステータ３８２は、かくして、軸３０９に対して確実に位置決めされ、整列される。
【００８６】
後端板３０６は、ステータ３８４を取り付け、位置決めする。後端板３０６は、好適には、前方縮径部３５０を有する段差つき中心ハブ３４８を備える。ハブ３４８の段差面突出部には、ステータのクロスアーム孔３０５に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴３６２が設けられている。縮径部３５０の外径は、ステータ３８２のクロスアーム（図示せず、図３Ｄ参照）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄ参照）の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、後端板３０６の縮径部３５０をステータ３８２のクロスアーム（図示せず、図３Ｄ参照）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄ参照）内にぴったり受け入れることができる。後部軸受１３０は、後端板ハブ３４８の開口部３５２内にぴったり受け入れられ、これにより軸３０９を中心に位置決めする。ステータ３８４はハブ３４８上に装着され、縮径ハブ部３５０がステータ３８４のクロスアーム（図示せず、図３Ｄ参照）上の同心円状径方向位置決め部（図示せず、図３Ｄ参照）内にぴったり受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔３０５内で支えられ、タップ穴３６２内に固定された各ボルト３０７は、ステータ３８２を後端板３０６に固定している。ステータ３８２は、かくして、軸３０９に対して確実に位置決めされ、整列される。
【００８７】
ロータ３２６は、軸３０９に装着され軸と共に回転する。ステータ３８２，３８４は、ロータ３６８内にぴったり受け入れられ、ロータ３６８からは小さな空隙ＡＧにて隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。前端板３０４、軸受スリーブ１８６、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板３０６、外部ケーシング３０８、及びタイロッド３１０が支持組立体として協働し、軸３０９、ロータ３６８、及びステータ３８２，３８４を整列状態に維持している。軸３０９は軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板３０２及び後端板３０６に装着され軸３０９を回転可能に維持し、端板３０４，３０６に同心かつ垂直に調整する。ロータ３６８は、軸３０９に装着されて回転し、テーパ軸部１１２との協働で確実に位置決めされる。前端板３０４は、ステータ３８４を、ロータ部３７４内で軸３０９及びロータ３６８に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。後端板３０６は、ステータ３８４を、ロータ部３７６内で軸３０９及びロータ３６８に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング３０８（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板３０４と後端板３０６との間に配置される。タイロッド３１０は、端板３０４，３０６を外部ケーシング３０８に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【００８８】
再び図３Ｆを参照すると、冷却気流は、後端板３０６の通風路３５８、ステータ３８４の中央開口部３０３、ロータ通風路３１５、ステータ３８２の中央開口部３９６、及び前端板通風路３３１よりなる冷却システムを採用することにより、ステータ３８４のステータ巻線３９４上に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部３１１，３１３を介して）導かれる。後端板通風路３５８に進入する空気は巻線３９４の後側巻端部３１１に当たり、ステータの中央開口部３０３から出る空気は巻線３９４（前側巻端部３１３）に当たるよう、適切な相対配置や輪郭により、又は、図３Ｆの実施形態のように、軸に装着された後部偏向部３１７により導かれる。ロータ通風路３１５から出る空気は、ステータ３８２の巻線３９２に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部３１９，３２１を介して）当たるように導かれる。後側巻端部３１９を通過した後、ロータ偏向部３４７によりステータ３８２の中央開口部３９６に向けて導かれ、さらに前側巻端部３２１上へ、そして前端板３０４の通風路３３１を通過させられる。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等で概説されているような電動ファンなど、非同期の強制空気供給部を後端板３０６の後側に取り付け気流を強めてもよい。好適な実施形態では、遠心ファン１３８がプーリ１３６と前端板３０４との間に、軸３０９と共に回転するように装着されている。様々な通風路の断面形状、輪郭（曲がり部や角部）及び相対配置は、流速低下を最小限に抑え、かつステータ３８４の巻端部３１１，３１３及びステータ３８２の巻端部３１９，３２１上の気流を最大化するように選択するのが好ましい。
【００８９】
具体的には、概して矢印３４１で示す冷却空気は、後端板通風路３５８を通してオルタネータ３５７内に導入される。気流３４１は後側巻端部３１１に当たる。気流３４１は、その後、流れ３４３，３４５のそれぞれに分岐する。巻端部３１１を出た後、気流３４３は、ステータ３８４の中央開口部３０３を通過し、後部軸偏向部３１７に当たり、緩く巻かれた前側巻端部３１３と、ロータ通風路３１５とを通るように導かれ、ステータ３８２の巻端部３１９に当たり、ロータ偏向部３４７の助けによりステータ３８２の中央開口部３９６に入るように導かれた後、一部巻端部３２１に当たってから、前端板３０４の通風路３３１を通ってオルタネータ３５７から外へ出る。気流３４５は、後側巻端部３１１を出た後、ロータケーシング３７２の外側と外部ケーシング３０８の内側との間を流れ、ステータ３８２の前側巻端部３２１に当たった後、前端板３０４の通風路３３１を通ってオルタネータ３５７から外へ出る。気流３４５は、磁石３７８，３８０及び巻端部３１１，３２１を冷却する。気流３４３は、巻端部３１１，３１３，３１９、及び３２１を冷却する。
【００９０】
図２及び図３に記載される本発明の実施形態は、ロータケーシング及びロータ端板の物理的構成の性質上、加速時のロータ変形が大きく抑えられるという付随的利点を伴う。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等に記載の通り、ロータの最大長は、磁石とロータとの間の破壊的衝突につながる重大な変形を避けるためにロータ端板が有効に耐えることのできる荷重量により制限される。
【００９１】
図４Ａ〜図４Ｃを参照すると（より明確にするため大幅に簡略化している）、外力のない状態では、オルタネータ１００のロータ１１６は、軸１１０に対して同心かつ垂直である。ロータケーシング１４４は、軸１１０と同軸の公称の正常位置（線４０２，４０４で示す）にあり、ロータエンドキャップ１４２の（前端板に最も近い）前縁は、軸１１０の中心軸に対して、垂直の、公称の正常位置（線４０６で示す）にある。軸１１０の軸と平行に加わる通常の外力成分は、傾向として、ロータ１１６の配置にほとんど影響を与えない。ロータエンドキャップ１４２、及び、ロータハブ（図示せず）、テーパ軸部１１２、及びジャムナット（図示せず）の協働構造は、ロータ１１６の軸方向移動又は歪みに耐えるに充分な強度を有する。また、いずれにしろ、軸方向の歪みは許容範囲が大きい。しかし、軸１１０の中心軸に対して、垂直方向に加わる外力は適正に考慮しておかなければ、充分な強さで加わるとロータ１１６の歪みにつながる。
【００９２】
具体的には、ロータ１１６は、ロータエンドキャップ１４２と軸１１０との結合点（ピボット（片持ち）点４０８として概略図示）を越えた箇所にある質量中心（重心）４０３を有し、軸１１０に対して垂直方向に加速が加わると、モーメントアームが生じる。このことは、完全に垂直ではなくても、結果として軸１１０に加わる加速に垂直方向の成分が存在する場合にも当てはまる。軸１１０の中心軸に対して垂直方向に加速が加わると、ロータケーシング１４４は、その円筒形状により、変形に耐える傾向があるが、ロータエンドキャップ１４２において歪みが顕著になる場合がある。ロータ１１６は実質的に片持ち支持されており、垂直方向の加速に対しては、ロータ１１６は、実質的にピボット点４０８回りを枢動する。ロータ１１６のピボット点４０８から最も離れた部分、即ちケーシング１４４の先端（後端）、及びエンドキャップ１４２の外周（エンドキャップ１４２とケーシング１４４の結合部）において、公称の正常位置からの歪みが最大となる。磁石１４６近傍での歪みが例えば０．００３１インチの空隙ＡＧを越えれば、磁石１４６がステータ１１８に衝突し、破壊的に干渉する可能性がある。
【００９３】
例えば図４Ｂに示すように、上向きの加速に対し、ロータ１１６は、実質的に下方に（誇張して明示するように時計方向に）枢動する。ロータケーシング１４４の上側は、事実上、軸１１０に向かって内側に枢動し、先端は、公称の正常位置４０２から、概して４１０で示す量だけ内側に歪む。エンドキャップ１４２の上側外周は、同様に、その公称の正常位置４０６から概して４１２で示す量だけ後方に移動する。逆に、ロータケーシング１４４の下側先端は、公称の正常位置４０２から、概して４１４で示す量だけ外側に歪み、エンドキャップ１４２の下側外周は、同様に、その公称の正常位置４０６から概して４１６で示す量だけ前方に移動する。円筒型ロータケーシング１４４は、その形状を維持する傾向があるので、対応する上側及び下側部分の歪み量は、実質的に釣り合う。即ち、歪み量４１０，４１２は、それぞれ歪み量４１４，４１６と実質的に釣り合う。
【００９４】
反対方向から力が加わると鏡像関係の歪みが生じる。例えば図４Ｃに示すように、下向きの加速に対し、ロータ１１６は、実質的に上方に（図示するように反時計方向に）枢動する。ロータケーシング１４４の下側は、事実上、軸１１０に向かって内側に枢動し、先端は、公称の正常位置４０４から、概して４１８で示す量だけ内側に歪む。エンドキャップ１４２の下側外周は、同様に、その公称の正常位置４０６から概して４２０で示す量だけ後方に移動する。逆に、ロータケーシング１４４の上側先端は、公称の正常位置４０２から、概して４２２で示す量だけ上側に歪み、エンドキャップ１４２の上側外周は、同様に、その公称の正常位置４０６から概して４２４で示す量だけ前方に移動する。この場合も、円筒型ロータケーシング１４４は、その形状を維持するので、対応する上側及び下側部分の歪み量は、実質的に釣り合う。即ち、歪み量４１８，４２０は、それぞれ歪み量４２２，４２４と実質的に釣り合う。
【００９５】
上述のように、軸１１０に対する垂直方向の加速は、その度合いが充分大きければ、磁石１４６がステータ１１８に衝突しかねない程度にロータ１１６を歪ませる傾向がある。ロータの歪みの問題は、軸長、厳密に言えばモーメントアームの長さが長くなるほど大きくなる。機械系はいずれもそうであるように、いかなる加速に対してもロータが破壊的歪みに耐えるよう設計することは可能である。しかしそうすれば、実用上、歪みに耐えるためにロータが非常に分厚い端板やケーシングを有することが必要となり、重量が重視される自動車その他の用途においては大変望ましくない。図３において説明したように、反対方向のロータを用いることによって、磁石とステータ間の衝突につながる変形をロータに起こさせることなく出力を劇的に増加することが可能である。
【００９６】
図４Ｄ〜図４Ｆを参照すると（より明確にするため大幅に簡略化している）、オルタネータ３００のロータ３２６は、反対方向を向く２つの円筒型ケーシング部３３２，３３４を形成する単一の円筒型ロータケーシング３３０の軸中心に同軸上に配置された支持板３２８を備える。円筒型ケーシング部３３２は、ケーシング部３３２の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石３３６を有する。円筒型ケーシング部３３４もまた、ケーシング部３３４の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石３３８を有する。ロータ３２６のロータ支持板３２８は、ケーシング３３０内の中心に位置決めされているため、ロータ３２６の質量中心４０３は、ピボット点４０８に位置する。オルタネータに加速が加わると、ロータ３２６のロータケーシング部３３２は、ピボット点４０８回りに反時計方向（４２６方向）に歪みやすい。ロータ３２６のロータケーシング部３３４は、ピボット点４０８回りに時計方向（４２８方向）に歪みやすい。ロータケーシング３３０は、円筒形状のために変形によく耐え、またロータ３２６の質量中心４０３がピボット点４０８に位置することから、荷重は、支持板３２８本体を通る経路４３０を介して軸１１０に伝わりやすい。支持板３２８を通じて伝達される力は、支持板３２８本体を越えては伝わらないので、モーメントアームは生じず、従ってロータ３２６に大きな変形は生じない。
【００９７】
図２Ａ〜図２Ｅに関して上述したように、ＳＡＥの提案するパッドマウント規格に適合しながら出力を劇的に増大させる方法について詳述した。このロータ構造は、また、過酷な加速による変形にも耐え得るという利点を有する。
【００９８】
図４Ｇ及び図４Ｈを参照すると（より明確にするため大幅に簡略化している）、オルタネータ２００のロータ２０１は、反対方向を向き直径の異なる２つのロータからなる。ロータ２０１は、反対方向を向く２つの円筒型ケーシング部２０７，２０９（直径が小さい）を形成する二段円筒型ロータケーシング２０５の軸中心に同軸上に配置された支持板２０３を備える。円筒型ケーシング部２０７は、ケーシング部２０７の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石２１１を有する。円筒型ケーシング部２０９もまた、ケーシング部２０９の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石２１３を有する。ロータ２０１のロータ支持板２０３は、ケーシング２０５内の中心に位置決めされているが、ロータ部２０７の直径がロータ部２０９のそれよりも大きいため質量がやや大きく、これによりロータ２０１の質量中心４０３は、ピボット点４０８よりやや左に位置する。ここで重要なのは、ロータ部２０７及び２０９間の質量差は比較的小さく、加速時に生じるモーメントアームも、オルタネータ１００のそれよりもはるかに小さいため、当然のことながら歪みも小さい。オルタネータ２００に加速が加わると、ロータ２０１のロータケーシング部２０７は、ピボット点４０８回りに反時計方向（４２６方向）に歪みやすい。ロータ２０１のロータケーシング部２０９は、ピボット点４０８回りに時計方向（４２８方向）に歪みやすい。ロータケーシング２０１は、円筒形状のために変形によく耐え、またロータ２０１の質量中心４０３がピボット点４０８より僅かに左に位置するだけであることから、小さなモーメントアームしか生じず、荷重は、ロータ支持板２０３に僅かな変形を与えるのみで軸１１０に伝わりやすい。
【００９９】
２種類の電圧出力を必要とする用途においては、個別の出力を利用してオルタネータを最適化することが有益である。長さの異なるステータを有し異なる電圧でアンペア出力するオルタネータを製作すれば、最適化を実現できる。このような用途においては、加速時に表れる質量中心長さが大きくなることによる変形に充分耐えるようロータ支持板を設計することができる。
【０１００】
図４Ｉ及び図４Ｊを参照すると（より明確にするため大幅に簡略化している）、外力のない状態では、オルタネータ３０９のロータ３６８は、軸３０９に対して同心かつ垂直である。ロータケーシング３７２は、軸３０９と同軸の公称の正常位置（線４３２，４３６で示す）にあり、ロータケーシング３７２の（前端板３０４に最も近い）前縁は、軸３０９の中心軸に対して、垂直の、公称の正常位置（線４３８で示す）にあり、ロータケーシング３７２の（後端板３０６に最も近い）後縁は、やはり軸３０９の中心軸に対して、垂直の、公称の正常位置（線４４０で示す）にある。軸３０９の中心軸に対して、平行に加わる通常の外力成分は、傾向として、ロータ３６８の配置にほとんど影響を与えない。ロータ支持板３７０、及び、ロータハブ（図示せず）、テーパ軸部１１２、及びジャムナット（図示せず）の協働構造は、ロータ３６８の軸方向移動又は歪みに耐えるに充分な強度を有する。また、いずれにしろ、軸方向の歪みは許容範囲が大きい。しかし、軸３０９の中心軸に対して、垂直方向の外力は適正に考慮しておかなければ、充分な強さで加わるとロータ３６８の歪みにつながる。
【０１０１】
具体的には、ロータ３６８は、ロータ支持板３７０と軸３０９との結合点（ピボット点４０８として概略図示）を越えた箇所にある質量中心（重心）４０３を有し、軸３０９に対して垂直方向に加速が加わると、長さが異なることからモーメントアーム（片持ち）が生じる。このことは、完全に垂直ではなくても、結果として軸３０９に加わる加速に垂直方向の成分が存在する場合にも当てはまる。軸３０９の中心軸に対して垂直方向に加速が加わると、ロータケーシング３７２は、その円筒形状により、変形に耐える傾向があるが、ロータ支持板３７０において歪みが顕著になる場合がある。ロータ３６８は実質的に片持ち支持されており、垂直方向の加速に対しては、ロータ３６８は、実質的にピボット点４０８回りを枢動する。ロータ３６８のピボット点４０８から最も離れた部分、即ちロータケーシング３７２の先端（ロータ部３７４）において、公称の正常位置からの歪みが最大となる。磁石３７８近傍での歪みが例えば０．００３１インチの空隙ＡＧを越えれば、磁石３７８がステータ３８２に衝突し、破壊的に干渉する可能性がある。例えば図４Ｊに示すように、上向きの加速に対し、ロータ３６８は、実質的に下方に（誇張して明示するように時計方向に）枢動する。ロータ部３７４の上側は、事実上、公称の正常位置４３２から、概して４４２で示す量だけ下方に枢動する。ロータ部３７４の下側は、事実上、公称の正常位置４３４から、概して４４４で示す量だけ下方に枢動する。逆に、ロータ部３７６の上側は、公称の正常位置４３２から、概して４４６で示す量だけ上方に歪み、ロータ部３７６の下側は、公称の正常位置４３２から、概して４４８で示す量だけ上方に歪む。ロータ部３７４は、ピボット点４０８から最も離れているため、ロータ３６８の任意の回動量に対する歪み量が最大となる。従ってロータ支持板３７０は、磁石３７８とステータ３８２間の破壊的衝突の原因となる変形に耐えるに足る強度を有していなければならない。
【０１０２】
図２及び図３で説明したオルタネータは、単一のロータ支持板に反対方向を向くロータケーシングを使用しており、出力増大及び耐変形力の双方において特に有利である。相当の加速が加わったときの変形に耐えることはできないが、単一の軸上に反対方向に配置されたそれぞれ個別の端板及びロータケーシングからなる２つの独立したロータによって、オルタネータ３００と同程度の出力増加が得られる。各ロータケーシングは、実質的には片持ち支持されているため、適正に設計し、かつ、ロータ及び板素材として、ロータ磁石と各ステータ間の衝突につながる破壊的変形に耐えるものを選択するように注意しなければならない。
【０１０３】
図５Ａ〜図５Ｆを参照すると、オルタネータ５００は、好適には、２つのテーパ突出部５０４，５０６と２つのネジ部５０８，５１０とを備える軸５０２と、２つのジャムナット５１２，５１４と、前端板５１６と、前部軸受１２２と、軸受スリーブ１８６と、後端板５１８と、後部軸固定リング１２８と、後部軸受１３０と、２つのロータ５３０，５３２と、ステータ５６８，５７０と、気流導入用通風孔５２２を含む外部ケーシング５２０と、各タイロッド５２４とを備える。ファン５３７，５３９と通風孔５２２との協働により、オルタネータ５００の発熱部品を冷却する。２つのロータ５３０，５３２は、いずれも、図５Ｆから最もよく分かるように、好ましくは、それぞれのエンドキャップ５３４，５３６と、円筒型ケーシング５３８，５４０と、ケーシング５３８の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石５４２と、ケーシング５４０の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石５４４とからなる。
【０１０４】
図５Ｄ及び図５Ｅから最もよく分かるように、ロータ５３０，５３２は、好適には実質的に開放し、各周縁部５４６，５４８、各クロスアーム５５０，５５２、及び軸５０２に接続するための各中心ロータハブ５５４，５５６を備える。周縁部５４６、隣接するクロスアーム５５０、及び中心ハブ５５４により画定される各通風路５５８がロータ５３０のエンドキャップ５３４を貫通して設けられている。周縁部５４８、隣接するクロスアーム５５２、及び中心ハブ５５６により画定される各通風路５６０がロータ５３２のエンドキャップ５３６を貫通して設けられている。中心ロータハブ５５４，５５６は、軸部５０４，５０６のテーパに対応する所定のテーパ（例えば１フィート当たり１インチ）を有する貫通孔５６２，５６４をそれぞれ備える。組立時には、ネジ軸部５０８，５１０の直前で軸テーパ部５０４，５０６が両孔５６２，５６４内に受けとめられるようにして、軸５０２が孔５６２，５６４内で支えられる。ネジ軸部５０８，５１０は、ジャムナット５１４，５１６と協働し、ロータ５３０，５３２を確実に軸５０２上に位置決めする。前述のように、クロスアーム５５０，５５２の厚みは、（重量及び材料費を抑えるため）可能な限り薄く、かつ予測荷重に耐え得るよう適宜選択される。
【０１０５】
ステータ５６８，５７０は、好適には、それぞれのコア５８３，５８５及びそれぞれの導電巻線５７２，５７４からなる。ステータ５６８，５７０のコアは、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。ステータ５６８，５７０のコアは、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯１５８及びスロット１６０を備える。両ステータ５６８，５７０は、実質的に開口しているのが好ましく、ステータ５６８は、中央開口部５７６を有し、好適には、取付ボルト５８０を用いた前端板５１６への取付が容易となるよう、クロスアーム５７５、径方向位置決め部５７７、及び軸方向貫通孔５７８を備え、ステータ５７０は、中央開口部５８２を有し、好適には、取付ボルト５８６を用いた後端板５１８への取付が容易となるよう、クロスアーム５７９、径方向位置決め部５８１、及び軸方向貫通孔５８４を備える。
【０１０６】
好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線５７２，５７４は、各スロット１６０を通ってコアの側面に沿って外側に向かい、所定数の歯１５８回りに巻かれてから別のスロット１６０に再び通されて、ステータ５６８，５７０のコア５８３，５８５上に設けられている。
【０１０７】
組立時には、ステータ５６８は、ロータ５３０と同軸上に配置され、ロータ５３０の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、前端板５１６は、前部ステータ５６８を、ロータ５３０の内部室内で正しく整列されるよう取り付け、位置決めし、ステータ５７０は、ロータ５３２と同軸上に配置されロータ５３２の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、後端板５１８は、後部ステータ５７０を、ロータ５３２の内部室内で正しく整列されるように取り付け、位置決めする。ステータ５６８，５７０の周面は、磁石５４２，５４４の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。
【０１０８】
前端板５１６は、好適には段差つき中心ハブ５９２を備え、同ハブは、前方縮径部５９４と、これを貫通する中央開口部５９６と、好ましくは、後端板５１８と同一の外形を有し各クロスアーム５０１にてハブ５９２に接続される概ね円筒形状の外周部５９８とを有する。円筒型外周部５９８には、各座ぐり孔５０３が設けられている。ハブ５９２の段差面には、ステータのクロスアーム孔５７８に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴５５３が設けられている。縮径部５９４は、ステータ５６８のクロスアーム５７５上の同心円状径方向位置決め部５７７の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、前端板部５９４がステータ５６８のクロスアーム５７５上の同心円状径方向位置決め部５７７内にぴったり受け入れられる。前部軸受スリーブ１８６は、前端板ハブ５９２の座ぐり部５０５内にぴったり受け入れられ、これにより軸受１２２及び軸５０２を中心に位置決めする。ステータ５６８はハブ５９２上に装着され、縮径ハブ部５９４がステータ５６８のクロスアーム５７５上の同心円状径方向位置決め部５７７内に受け入れられ、ステータの前方側壁がハブ段差上に接する。孔５７８内で支えられ、タップ穴５５３内に固定された各ボルト５８０は、ステータ５６８を前端板５１６に固定している。ステータ５１６は、かくして、軸５０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【０１０９】
後端板５１８は、後部軸受１３０を担持し位置決めし、ステータ５７０を取り付け、位置決めする。後端板５１８は、好適には段差つき中心ハブ５０９を備え、同ハブは、前方縮径部５１１と、これを貫通する中央開口部５１３と、好ましくは、前端板５１６と同一の外形を有し各クロスアーム５１７によりハブ５０９に接続される概ね円筒形状の外周部５１５とを有する。円筒型外周部５１５には、前端板５１６の座ぐり孔５０３のものと同一の中心からの径方向距離及び角度配置にある各タップ穴５１９が設けられている。ハブ５０９の段差面突出部には、ステータのクロスアーム孔５８４に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴５９１が設けられている。縮径部５１１の外径は、クロスアーム５７９上の同心円状径方向位置決め部５８１の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、後端板部５１１をステータ５７０のクロスアーム５７９上の同心円状径方向位置決め部５８１内にぴったり受け入れることができる。後部軸受１３０は、後端板ハブ５０９の開口部５１３内にぴったり受け入れられ、これにより軸５０２を中心に位置決めする。ステータ５７０はハブ５０９上に装着され、縮径ハブ部５１１がステータ５７０のクロスアーム５７９上の同心円状径方向位置決め部５８１内に受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔５８４内で支えられ、タップ穴５９１内に固定された各ボルト５８６は、ステータ５７０を後端板５１８に固定している。ステータ５７０は、かくして、軸５０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【０１１０】
ロータ５３０，５３２は、軸５０２に装着され軸と共に回転する。ステータ５６８，５７０は、ロータ５３０，５３２内にぴったり受け入れられ、ロータ５３０，５３２からは小さな空隙ＡＧにて隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。前端板５１６、軸受スリーブ１８６、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板５１８、外部ケーシング５２０、及び各タイロッド５２４が支持組立体として協働し、軸５０２、ロータ５３０，５３２、及びステータ５６８，５７０を整列状態に維持している。軸５０２は、軸受スリーブ１８６及び軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板５１６及び後端板５１８に装着され軸５０２を回転可能に維持し、端板と同心かつ垂直に調整する。ロータ５３０，５３２は、軸５０２に装着されて回転し、テーパ軸部５０４，５０６との協働で確実に位置決めされる。前端板５１６は、ステータ５６８を、ロータ５３０内で軸５０２及びロータ５３０に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。後端板５１８は、ステータ５７０を、ロータ５３２内で軸５０２及びロータ５３２に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング５２０（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板５１６と後端板５１８との間に配置される。タイロッド５２４は、端板５１６，５１８を外部ケーシング５２０に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【０１１１】
再び図５Ｆを参照すると、冷却気流は、空気導入用通風孔５２２、ロータ間隙間５３１、ロータ通風路５６０，５５８、ステータの中央開口部５８０，５８２、隣接する後端板クロスアーム５１７と、外側部５１５と、ハブ５０９とにより画定される後端板５１８通風路５３３、隣接する後端板クロスアーム５０１と、外側部５９８と、ハブ５９２とにより画定される前端板５１６通風路５３５、及びファン５３７，５３９よりなる冷却システムを採用することにより、ステータ５６８のステータ巻線５７２上に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部５２３，５２５を介して）、及び、ステータ５７０のステータ巻線５７４上に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部５２７，５２９を介して）導かれる。外部ケース５２０の空気導入用通風孔５２２を通ってロータ５３０，５３２間のロータ間隙間５３１に進入した空気は分岐して、気流の半分はロータ通風路５６０に進入し、もう半分はロータ通風路５５８に進入する。ロータ通風路５６０から出た気流は、ステータ巻線５７４の前側巻端部５２９上に導かれる。前側巻端部５２９を通過後、気流は、ロータ偏向部５９０の助けによってステータ５７０の中央開口部５８２に進入し、その後、適切な相対配置や輪郭により、又は、図５Ｄの実施形態のように、後部偏向部５３５により、ステータ巻線５７４の緩く巻かれた後側巻端部５２７上に導かれる。気流は、次いで、後端板５１８の隣接する後端板クロスアーム５１７、外側部５１５、及びハブ５０９により画定される通風路５３３に進入し、軸５０９にナット５８９で装着されたファン５３９により送風される。ロータ通風路５５８から出る気流は、ステータ巻線５７２の後側巻端部５２３上に導かれる。後側巻端部５２３を通過後、気流は、偏向部５４１の助けによってステータ５６８の中央開口部５８０に進入し、その後、適切な相対配置や輪郭により、又は、図５Ｄの実施形態のように、前部偏向部５８７により、ステータ巻線５７４の緩く巻かれた前側巻端部５２５上に導かれる。気流は、次いで、前端板５１６の隣接する前端板外側部５９８、クロスアーム５０１、及びハブ５９２により画定される通風路５３５に進入し、ファン５３７により送風される。好適な実施形態では、遠心ファン５３７がプーリ１３６と前端板５１６との間に、軸５０２と共に回転するように取り付けられ、遠心ファン５３９がナット５８９と後端板５１８との間に、軸５０２と共に回転するように装着されている。様々な通風路の断面形状、輪郭（曲がり部や角部）及び相対配置は、流速低下を最小限に抑え、かつステータ５６８の巻端部５２３，５２５及びステータ５７０の巻端部５２７，５２９上の気流を最大化するように選択するのが好ましい。
【０１１２】
具体的には、概して矢印５４１で示す冷却空気は、空気導入用通風孔５２２を通してオルタネータ５００内に導入され、ロータ間隙間５３１に進入する。気流５４３は、４つの気流経路５４５，５４７，５４９、及び５５１に明確に分岐する。気流５４５は、ロータ通風路５５８に進入し、ステータの巻端部５２３に当たる。巻端部５２３を通過した後、気流５４５は、ロータ空気偏向部５４１により再び導かれて、ステータ５６８の開口部５７６に進入する。気流５４５は、次いで、前端板空気偏向部５８７によって巻端部５２５上に再び導かれた後、ファン５３７により送風されて通風路５３５を介しステータ５００から出る。気流５４７は、ロータケーシング５３８と外部ケース５２０との間を移動して、ロータケーシング５３８に接合された磁石５４２を冷却する。気流５４７は、次いで巻端部５２５に当たり、その後通風路５３５に入り、ファン５３７によって送風されてオルタネータ５００を出る。気流５４９は、ロータ通風路５６０に進入し、ステータの巻端部５２９に当たる。巻端部５２９を通過した後、気流５４９は、ロータ空気偏向部５９０により再び導かれて、ステータ５７０の開口部５８２に進入する。気流５４９は、次いで、後端板空気偏向部５３５によって巻端部５２７上に再び導かれた後、ファン５３９により送風されて通風路５３３を介しステータ５００から出る。気流５５１は、ロータケーシング５４０と外部ケース５２０との間を移動して、ロータケーシング５４０に接合された磁石５４４を冷却する。気流５５１は、次いで巻端部５２７に当たり、その後通風路５３３に入り、ファン５３９によって送風されてオルタネータ５００を出る。気流５４５，５４７は、前側の部品、特に、巻端部５２３，５２５及び磁石５４２を冷却し、気流５４９，５５１は、後側の部品、特に、巻端部５２９，５２７及び磁石５４４を冷却する。
【０１１３】
オルタネータ５００の部品冷却には有効であるが、空気導入孔５２２は、全ての用途において設置可能とは限らず、その場合は、オルタネータ３００のものと同様の気流経路を利用しなければならない。
【０１１４】
図５Ｇを参照すると、オルタネータ５５５は、好適には、２つのテーパ突出部５５９，５６１と２つのネジ部５６１，５９３とを備える軸５５７と、２つのジャムナット５１２，５１４と、前端板５１６と、前部軸受１２２と、軸受スリーブ１８６と、後端板５１８と、後部軸固定リング１２８と、後部軸受１３０と、２つのロータ５２６，５２８と、ステータ５６８，５７０と、外部ケース５７３と、各タイロッド５９５とを備える。２つのロータ５３０，５３２は、いずれも、図５Ｇから最もよく分かるように、好ましくは、それぞれのエンドキャップ５３４，５３６と、円筒型ケーシング５３８，５４０と、ケーシング５３８の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石５４２と、ケーシング５４０の内部壁内に配置された所定数（例えば８組）の両極を交互に有する永久磁石５４４とからなる。
【０１１５】
ロータ５３０，５３２は、好適には実質的に開放し、各周縁部５４６，５４８、各クロスアーム５５０，５５２、及び軸５０２に接続するための各中心ロータハブ５５４，５５６を備える。周縁部５４６、隣接するクロスアーム５５０、及び中心ハブ５５４により画定される各通風路５５８がエンドキャップ５３４を貫通して設けられている。周縁部５４８、隣接するクロスアーム５５２、及び中心ハブ５５６により画定される各通風路５６０がエンドキャップ５３６を貫通して設けられている。中心ロータハブ５５４，５５６は、軸部５５９，５６１のテーパに対応する所定のテーパ（例えば１フィート当たり１インチ）を有する貫通孔５６２，５６４をそれぞれ備える。組立時には、ネジ軸部５６１，５６３の直前で軸テーパ部５５９，５６１が両孔５６２，５６４内に受けとめられるようにして、軸５０２が孔５６２，５６４内で支えられる。ネジ軸部５６１，５６３は、ジャムナット５１４，５１６と協働し、ロータ５３０，５３２を確実に軸５０２上に位置決めする。前述のように、クロスアーム５５０，５５２の厚みは、（重量及び材料費を抑えるため）可能な限り薄く、かつ予測荷重に耐え得るよう適宜選択される。ロータ５３０，５３２は、ロータ５３０がテーパ部５５９に嵌め合わされて、ロータ５３２がテーパ部５６１に嵌め合わされた状態で組み立てた後に、小さな隙間５６５が残るように、軸５５７上に軸方向に近接して装着される。これにより、トルクが各ボルト５１２，５１４に付与されたとき、ロータ間に適正な隙間が存在することで、確実にロータを完全に嵌め合わせることができる。ロータ通風路５５８，５６０は、連続的な冷却流体路が形成されるように組立時に整列される。
【０１１６】
ステータ５６８，５７０は、好適には、それぞれのコア５８３，５８５及びそれぞれの導電巻線５７２，５７４からなる。ステータ５６８，５７０のコアは、好適には、非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料を所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された薄シートの積層体からなる（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）。ステータ５６８，５７０のコアは、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち所定数の歯１５８及びスロット１６０を備える。両ステータ５６８，５７０は、実質的に開口しているのが好ましく、ステータ５６８は、中央開口部５７６を有し、好適には、取付ボルト５８０を用いた前端板５１６への取付が容易となるよう、クロスアーム５７５、径方向位置決め部５７７、及び軸方向貫通孔５７８を備え、ステータ５７０は、中央開口部５８２を有し、好適には、取付ボルト５８６を用いた後端板５１８への取付が容易となるよう、クロスアーム５７５、径方向位置決め部５８１、及び軸方向貫通孔５８４を備える。
【０１１７】
好適には、絶縁導電体、好ましくは、ワニス処理したモータ銅線から形成される巻線５７２，５７４は、各スロット１６０を通ってコアの側面に沿って外側に向かい、所定数の歯１５８回りに巻かれてから別のスロット１６０に再び通されて、ステータ５６８，５７０のコア５８３，５８５上に設けられている。
【０１１８】
組立時には、ステータ５６８は、ロータ５３０と同軸上に配置され、ロータ５３０の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、前端板５１６は、前部ステータ５６８を、ロータ５３０の内部室内で正しく整列されるよう取り付け、位置決めし、ステータ５７０は、ロータ５３２と同軸上に配置されロータ５３２の内部空洞内にぴったり受け入れられる。後述するように、後端板５１８は、後部ステータ５７０を、ロータ５３２の内部室内で正しく整列されるように取り付け、位置決めする。ステータ５６８，５７０の周面は、磁石５４２，５４４の内側面から、所定の小さな空隙ＡＧにより隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。
【０１１９】
前端板５１６は、好適には段差つき中心ハブ５９２を備え、同ハブは、前方縮径部５９４と、これを貫通する中央開口部５９６と、好ましくは、後端板５１８と同一の外形を有し各クロスアーム５０１にてハブ５９２に接続される概ね円筒形状の外周部５９８とを有する。円筒型外周部５９８には、各座ぐり孔５０３が設けられている。ハブ５９２の段差面には、ステータのクロスアーム孔５７８に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴５５３が設けられている。縮径部５９４は、ステータ５６８のクロスアーム５７５上の同心円状径方向位置決め部５７７の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、前端板部５９４がステータ５６８のクロスアーム５７５上の同心円状径方向位置決め部５７７内にぴったり受け入れられる。前部軸受スリーブ１８６は、前端板ハブ５９２の座ぐり部５０５内にぴったり受け入れられ、これにより軸受１２２及び軸５０２を中心に位置決めする。ステータ５６８はハブ５９２上に装着され、縮径ハブ部５９４がステータ５６８のクロスアーム５７５上の同心円状径方向位置決め部５７７内にぴったり受け入れられ、ステータの前方側壁がハブ段差上に接する。孔５７８内で支えられ、タップ穴５５３内に固定された各ボルト５８０は、ステータ５６８を前端板５１６に固定している。ステータ５１６は、かくして、軸５０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【０１２０】
後端板５１８は、後部軸受１３０を担持し位置決めし、ステータ５７０を取り付け、位置決めする。後端板５１８は、好適には段差つき中心ハブ５０９を備え、同ハブは、前方縮径部５１１と、これを貫通する中央開口部５１３と、好ましくは、前端板５１６と同一の外形を有し各クロスアーム５１７によりハブ５０９に接続される概ね円筒形状の外周部５１５とを有する。円筒型外周部５１５には、前端板５１６の座ぐり孔５０３のものと同一の中心からの径方向距離及び角度配置にある各タップ穴５１９が設けられている。ハブ５０９の段差面突出部には、ステータのクロスアーム孔５８４に対応する所定数（例えば４つ）のタップ穴５９１が設けられている。縮径部５１１の外径は、クロスアーム５７９上の同心円状径方向位置決め部５８１の直径とほぼ同等の（但しやや小さい）ため、後端板部５１１をステータ５７０のクロスアーム５７９上の同心円状径方向位置決め部５８１内にぴったり受け入れることができる。後部軸受１３０は、後端板ハブ５０９の開口部５１３内にぴったり受け入れられ、これにより軸５０２を中心に位置決めする。ステータ５７０はハブ５０９上に装着され、縮径ハブ部５１１がステータ５７０のクロスアーム５７９上の同心円状径方向位置決め部５８１内にぴったり受け入れられ、ステータの後方側壁がハブ段差上に接する。孔５８４内で支えられ、タップ穴５１９内に固定された各ボルト５８６は、ステータ５７０を後端板５１８に固定している。ステータ５７０は、かくして、軸５０２に対して確実に位置決めされ、整列される。
【０１２１】
ロータ５３０，５３２は、軸５０２に装着され軸と共に回転する。ステータ５６８，５７０は、ロータ５３０，５３２内にぴったり受け入れられ、ロータ５３０，５３２からは小さな空隙ＡＧにて隔てられている（例えば図１Ｆ参照）。前端板５１６、軸受スリーブ１８６、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板５１８、外部ケーシング５２０、及びタイロッド５２４が支持組立体として協働し、軸５０２、ロータ５３０，５３２、及びステータ５６８，５７０を整列状態に維持している。軸５０２は、軸受スリーブ１８６及び軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板５１６及び後端板５１８に装着され軸５０２を回転可能に維持し、端板と同心かつ垂直に調整する。ロータ５３０，５３２は、軸５０２に装着されて回転し、テーパ軸部５５７，５５９との協働で確実に位置決めされる。前端板５１６は、ステータ５６８を、ロータ５３０内で軸５０２及びロータ５３０に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。後端板５１８は、ステータ５７０を、ロータ５３２内で軸５０２及びロータ５３２に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング５２０（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板５１６と後端板５１８との間に配置される。タイロッド５９７は、端板５１６，５１８を外部ケーシング５７３に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【０１２２】
再び図５Ｇを参照すると、冷却気流は、後端板５１８の通風路５３３、ステータ５７０の中央開口部５８２、ロータ通風路５５８，５６０、ステータ５６８の中央開口部５７６、及び前端板通風路５３５よりなる冷却システムを採用することにより、ステータ５７０のステータ巻線５７４上に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部５２７，５２９を介して）導かれる。後端板通風路５３３に進入する空気は巻線５１８の後側巻端部５２７に当たり、ステータの中央開口部５８２から出る空気は巻線５７４（前側巻端部５２９）に当たるよう、適切な相対配置や輪郭により、又は、図５Ｇの実施形態のように、ロータ偏向部５９０により導かれる。ロータ通風路５５８，５６０から出る空気は、ステータ５６８の巻線５７２上に（好適には緩く巻かれた後側及び前側それぞれの巻端部５２３，５２５を介して）当たるように導かれる。後側巻端部５２３を通過した後、ロータ偏向部５４１によりステータ５６８の中央開口部５７６に向けて導かれ、さらに前側巻端部５２５上へ、そして前端板５１６の通風路５３５を通過させられる。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等で概説されているような電動ファンなど、非同期の強制空気供給部を後端板５１８の後側に取り付け気流を強めてもよい。好適な実施形態では、遠心ファン１３８がプーリ１３６と前端板５１６との間に、軸５５７と共に回転するように装着されている。様々な通風路の断面形状、輪郭（曲がり部や角部）及び相対配置は、流速低下を最小限に抑え、かつステータ５７０の巻端部５２７，５２９及びステータ５７０の巻端部５２３，５２５上の気流を最大化するように選択するのが好ましい。
【０１２３】
具体的には、概して矢印５６７で示す冷却空気は、後端板通風路５３３を通してオルタネータ５５５内に導入される。気流５６７は後側巻端部５２７に当たる。気流５６７は、その後、流れ５７１，５６９のそれぞれに分岐する。巻端部５２７を出た後、気流５７１は、ステータ５７０の中央開口部５８２を通過し、ロータ偏向部５９０に当たり、緩く巻かれた前側巻端部５２９と、ロータ通風路５５８，５６０を通るように導かれ、次いでロータ偏向部５４１の助けによりステータ５６８の巻端部５２３に当たり、ステータ５６８の中央開口部５７６に入るように導かれた後、一部巻端部５２５に当たり、前端板５１６の通風路５３５を通ってオルタネータ５５５から外へ出る。気流５６９は、後側巻端部５２７を出た後、ロータケーシング５３８，５４０の外側と外部ケース５７３の内側との間を通り、ステータ５６８の前側巻端部５２５に当たった後、前端板５１６の通風路５３５を通ってオルタネータ５５５から外へ出る。気流５６９は、磁石５４４，５４２及び巻端部５７４，５２５を冷却する。気流５７１は、巻端部５２７，５２９，５２３及び５２５を冷却する。
【０１２４】
磁気フリンジングの影響はよく知られており、これを利用して永久磁石装置の出力を高めることができる。従来の永久磁石装置では、磁石の長さが概してステータの長さと同等である。ステータの両面を越えるように磁石の長さを延長することができる条件があれば、磁気フリンジングがステータを越えて延びるように発生し、やはりステータを越えて延びる巻線巻端部を遮断する。従って、一実施形態においては、永久磁石は、所定のステータ端面間長さを越える所定の長さを有し、ステータが複数ある実施形態においては、複数組の永久磁石の所定の長さがそれぞれのステータ端面間長さを越えるようにしてもよい。その結果、巻線と相互作用する磁束が全体的に増え、それによりステータの任意の長さに対して生成される電力が増える。
【０１２５】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、オルタネータ６００は、ＳＡＥの提案するパッドマウント規格第２−３版に適合し、ロータ６０２を除いて、あらゆる点でオルタネータ１００と非常に類似しており、本発明の様々な態様に従って、好ましくは、テーパ突出部１１２とネジ部１１４（図１Ｅから最もよく分かる）とを備える軸１１０と、ステータ１１８と、前端板１２０と、前部軸受１２２と、ジャムナット１２４と、後端板１２６と、後部軸固定リング１２８と、後部軸受１３０と、外部ケーシング１３２と、各タイロッド（図示せず）とを備える。ロータ６０２は、軸１１０に装着され軸１１０と共に回転する。ステータ１１８は、ロータ６０２内にぴったり受け入れられ、ロータ６０２からは小さな空隙ＡＧ（例えば図１Ｆ参照）にて隔てられている。前端板１２０、軸受スリーブ１８６、前部軸受１２２、後部軸受１３０、後端板１２６、外部ケーシング１３２、及びタイロッド（図示せず）は、支持組立体として協働し、軸１１０、ロータ６０２、及びステータ１１８を整列状態に維持している。軸１１０は軸受１２２，１３０により維持され、これら軸受は、それぞれ前端板１２０及び後端板１２６に装着され軸１１０を回転可能に維持し、端板と同心かつ垂直に調整する。ロータ６０２は、軸１１０に装着されて回転し、テーパ軸部１１２との協働で確実に位置決めされる。後端板１２６は、ステータ１１８を、ロータ１１６内で軸１１０及びロータ６０２に対して、正しく整列して配置されるように取り付け、位置決めする。外部ケーシング１３２（好適には円筒型）は、自身の中心軸に対して垂直の端面を有し、前端板１２０と後端板１２６との間に配置される。タイロッド（図示せず）は、端板１２０，１２６を外部ケーシング１３２に押圧し、各部品を直角及び整列状態に維持している。
【０１２６】
図６Ｂから最もよく分かるように、ロータ６０２は、エンドキャップ６０４と、円筒型ケーシング６０６と、ケーシング６０６の内側壁内に配置された所定数（例えば８組）の交互に両極を有する永久磁石６０８とを備えるのが好ましい。
【０１２７】
磁石６０８は、ステータ１１８のステータ端面６１０，６１２を越えて延びている。ステータ端面６０４，６０６の両側からはみ出る長さが等しく、３／１６〜５／１６インチの範囲であるのが理想的である。これより長いと、磁気的な利点が少なくオルタネータの全体コストが増すだけである。希土類磁石は、永久磁石オルタネータの中でも最も高い部品であるため、所望出力を得るのに必要な最小量の磁石材料のみ用いるのが有利である。
【０１２８】
Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等に記載されているように、永久磁石装置の運転中にコギングによる望ましくない影響が表れる可能性がある。デュアルロータ式オルタネータの場合、ステータ、ロータ、及び磁石の全長が増しているためコギングの影響が非常に大きくなる。積層体を傾斜させることでこれらの影響を大部分除去できる。希土類磁石の性質上、即ち、永久消磁を防ぐため磁石は、一定の温度（キュリー温度）以下に保たなければならないため、冷却流体への影響を抑えながら後端板への傾斜ステータ装着を可能にする方法を開発することが有益である。
【０１２９】
図７Ａ〜図７Ｆを参照すると、ステータ７００は、好適には、コア７０２及び導電巻線（図示せず）を有する非配向・低損失（無鉛）鋼などの軟磁性材料の薄シートの積層体からなる。ステータ７００は、ステータ７００を端板７２０に締結するのに相応しいクロスアーム７０８及び円筒型貫通孔７１８を含む径方向位置決め部７１０を有し、コア７０４の円筒型内面７０６により画定される中央開口部７０４により実質的に開口しているのが好ましい。積層シートは、概ね円筒形状で、外周面に軸方向の刻み目、即ち、所望形状に切断又は穿孔し、整列及び結合された（例えば精密治具内で溶接又はエポキシ樹脂接着し、個別の層を整列状態に維持する）所定数の歯７１４及びスロット７１６を備える。
【０１３０】
図７Ｂから最もよく分かるように、円筒型貫通孔７１８は、隣接シートの漸進的傾斜により軸方向の総断面積が減少しており、この貫通孔では、傾斜ステータを取り付けることができない。断面積が漸進的に減少し、点７２４において干渉するため、取付ボルト７２２を端板７２０まで孔７１８内で支え、かつ垂直性を保つことは不可能である。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等に記載されているような、ステータ７００を保持するための締付リングを用いるのも、ステータ中央開口部７０６の冷却流体に対する有効な中央開口直径が小さくなるため理想的とは言えない。図７Ｃから最もよく分かるように、締付リング７３２を用いて、ボルト７２２との協働によりステータ７００を固定している。この結果、締付部材７３２による縮径部７３４が生じる。
【０１３１】
傾斜ステータにおける円筒型貫通孔断面積の漸進的減少の問題を解消し気流を最大化するため、クロスアーム７１０が径方向スロット穴７２６を有して、コア７００の端板７２０への取付を容易とするのが好適である。Ｌａｆｏｎｔａｉｎｅ等に記載されているように、ステータ面７２８からステータ面７３０までの総傾斜角度は、ステータの積層体の隣接歯間で形成される角度であるのが理想的である（図７Ａ参照）。従って、傾斜角度を算出するには、ステータの歯数を３６０度で割る。歯数が４８のステータの場合、傾きは、３６０／４８、即ち７．５０°となる。貫通孔７３２内にボルト７２２用の適度の隙間を確実に設けるため、径方向スロット７２６に外接する円弧は、所望の傾き（歯数４８のステータの場合７．５０°）により形成される角度と同等又はこれよりやや大きくなければならない（図７Ｅ及び図７Ｆ参照）。図７Ｇから最もよく分かるように、径方向スロット状貫通孔７３２により、取付ボルト７２２を孔７３８内に挿入し、かつ端板７２０の取付面７３４に対して、垂直に保つことができる。径方向スロットの場合、円筒型貫通孔であれば利用可能な締付面の一部が失われるため、ステータ７００に加わる締付力を分散させるためにワッシャー７３６を備えると有利である。ステータ７００のこの取付方法により、ステータ７００の中央開口部を通過する冷却流体用の断面積を可能な限り最大とすることができる。
【０１３２】
上述のように、ステータの積層体を一歯分いっぱいに傾けることにより、コギングを無くすことができる。この角度分の傾斜を有するステータにおいては、ロータの回転時に磁石と傾いた巻線の双方が相互作用するため、磁束強度が減少する。デュアルロータ構造では、磁束強度に悪影響を与えずにコギングを低減する独自の条件を得ることができる。
【０１３３】
図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、ロータ８００は、円筒型ロータケース８０２、中央支持板８０４、及び磁石８０６，８０８を備える。磁石８０６は、円筒型ロータケース８０２内で径方向に等間隔に配置されている。磁石８０８も円筒型ロータケース８０２内で径方向に等間隔に配置されている。磁石８０８は、ロータケース８０２内で、磁石８０８の軸方向に沿う一端縁が成す寸法補助線８１０が磁石８０６をその中心軸において二分割するように位置している。
【０１３４】
本発明は、その精神や主要な特徴から逸脱することなく、その他の具体的形態で実施することができる。前述の実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内で行われる変更は、全て、請求の範囲内に包含される。
【図１Ａ】
2011512118.tif 000003
【図１Ｂ】
2011512118.tif 000004
【図１Ｃ】
2011512118.tif 000005
【図１Ｄ】
2011512118.tif 000006
【図１Ｅ】
2011512118.tif 000007
【図１Ｆ】
2011512118.tif 000008
【図１Ｇ】
2011512118.tif 000009
【図１Ｈ】
2011512118.tif 000010
【図１Ｉ】
2011512118.tif 000011
【図２Ａ】
2011512118.tif 000012
【図２Ｂ】
2011512118.tif 000013
【図２Ｃ】
2011512118.tif 000014
【図２Ｄ】
2011512118.tif 000015
【図２Ｅ】
2011512118.tif 000016
【図３Ａ】
2011512118.tif 000017
【図３Ｂ】
2011512118.tif 000018
【図３Ｃ】
2011512118.tif 000019
【図３Ｄ】
2011512118.tif 000020
【図３Ｅ】
2011512118.tif 000021
【図３Ｆ】
2011512118.tif 000022
【図４Ａ】
2011512118.tif 000023
【図４Ｂ】
2011512118.tif 000024
【図４Ｃ】
2011512118.tif 000025
【図４Ｄ】
2011512118.tif 000026
【図４Ｅ】
2011512118.tif 000027
【図４Ｆ】
2011512118.tif 000028
【図４Ｇ】
2011512118.tif 000029
【図４Ｈ】
2011512118.tif 000030
【図４Ｉ】
2011512118.tif 000031
【図４Ｊ】
2011512118.tif 000032
【図５Ａ】
2011512118.tif 000033
【図５Ｂ】
2011512118.tif 000034
【図５Ｃ】
2011512118.tif 000035
【図５Ｄ】
2011512118.tif 000036
【図５Ｅ】
2011512118.tif 000037
【図５Ｆ】
2011512118.tif 000038
【図５Ｇ】
2011512118.tif 000039
【図６Ａ】
2011512118.tif 000040
【図６Ｂ】
2011512118.tif 000041
【図７Ａ】
2011512118.tif 000042
【図７Ｂ】
2011512118.tif 000043
【図７Ｃ】
2011512118.tif 000044
【図７Ｄ】
2011512118.tif 000045
【図７Ｅ】
2011512118.tif 000046
【図７Ｆ】
2011512118.tif 000047
【図７Ｇ】
2011512118.tif 000048
【図８Ａ】
2011512118.tif 000049
【図８Ｂ】
2011512118.tif 000050
【国際調査報告】
2011512118.tif 000051
2011512118.tif 000052
2011512118.tif 000053