(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械、特に自動車用のジェネレータであって、円周に沿って軸方向に方位づけられていると共に周方向で交互に極性を変化する電磁的に励磁される磁極（３７，３８）の形態をとってステータ（４０）又はロータ（３９）内に設けられた、電気的に励磁される多数の単独磁極から成る界磁系と、漂遊磁束を減少させるために互い違いに磁性の変化する磁極（３７，３８）間の間隙（４２）内に挿入された永久磁石（４３）とが設けられている形式のものにおいて、
永久磁石（４３）が、両側を磁極溝（４６，４７）内に保持される１つの励磁不能の保持エレメント（４４）によってそれぞれ保持され、しかも一方の磁極溝（４６）の縦辺が一方の磁極（３７）内に加工成形されており、かつ他方の磁極溝（４７）の縦辺が逆極つまり隣接した磁極（３８）内に加工成形されていて、保持エレメント（４４）が各永久磁石（４３）を、ロータ（３９）の場合にはステータ（４０）に対して半径方向で、或いはステータ（４０）の場合にはロータ（３９）に対して半径方向で、前記保持エレメントのベース域（５２）で被覆しており、かつ該ベース域（５２）の対置した両端部に、屈曲されたストラップ（５４）を有しており、該ストラップが、挿入された前記永久磁石（４３）の軸方向端面に対して緊締力を及ぼすようになっていることを特徴とする、電気機械。
【請求項２】
屈曲されたストラップ（５４）がその両端部に夫々１つの終端域（５６）を有し、各終端域が前記ストラップ（５４）から屈曲されて１つの永久磁石（４３）を部分的に囲んでおり、しかも該永久磁石（４３）が軸方向では前記ストラップ（５４）によって緊締されている一方、ベース域（５２）と両終端域（５６）との間にも緊締されている、請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
永久磁石（４３）が、保持エレメント（４４）のベース域（５２）に沿って接着剤（６０）によって接着されている、請求項１記載の電気機械。
【請求項４】
保持エレメント（４４）のベース域（５２）が、少なくとも一方の軸方向端部で先細りにされている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項５】
１つの磁極（３７）と１つの対極、つまり磁極（３８）との間の間隙（４２）内における、保持エレメント（４４）と永久磁石（４３）とから成る各構成群（５８）の軸方向位置が、前記構成群（５８）の各軸方向端部で少なくとも一方の磁極溝（４６，４７）の横断面を１つの狭窄部（６２）によって狭めることによって確保されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機械。
【請求項６】
ステータ（４０）又はロータ（３９）が軸方向外向きの両端面に、等しい角度間隔をとって隔てられた殊に切欠部として形成された複数の基準エレメント（５０）を、工具に対する磁極（３７，３８）の方位整合を可能にするために有しており、しかも前記基準エレメント（５０）の角度間隔値が殊に、各端面当り角度３６０゜と磁極（３７，３８）の個数との商に等しい、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１に発明の上位概念として規定したように、円周に沿って軸方向に方位づけられていると共に周方向で交互に極性を変化する電磁的に励磁される磁極の形態をとってステータ又はロータ内に設けられた、電気的に励磁される多数の単独磁極から成る界磁系と、漂遊磁束を減少させるために互い違いに磁性の変化する磁極間の間隙内に挿入された永久磁石とを備えた形式の電気機械、特に自動車用のジェネレータに関する。
【０００２】
前記形式の電気機械、特にクロー磁極形ジェネレータは一般に公知である。米国特許第５７ ４７ ９１３号明細書に基づいて、複数の永久磁石を有するクロー磁極形構造のロータを装備した形式の、ジェネレータとしての電気機械が公知になっている。当該特許明細書に開示されている永久磁石は、隣り合った２つの逆極性のクロー形磁極間の間隙に取付けられている。前記永久磁石は、クロー形磁極が軸方向で見て、張出し部をもった実質的にＴ形断面形状を有するように取付けられている。組立状態では前記永久磁石は、磁極のＴ形横断面の張出し部の下位に位置しているので、ロータの回転時に永久磁石に起因した遠心荷重が磁極の張出し部に作用し、かつ該張出し部によって吸収される。
【０００３】
当該特許明細書に開示されている永久磁石の取付け方式の欠点は、２つの順次に続く２つの逆極性の磁極間の間隔が、Ｔ形横断面の張出し部によって減少され、こうして隣接した２つの逆極性の張出し部間の漂遊磁束が増大されていることである。漂遊磁束の増加は、漂遊磁束に対抗して作用すべき永久磁石の使用に矛盾することになる。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載した構成手段を備えた本発明の電気機械、特にジェネレータ、もしくは自動車用のクロー磁極形ジェネレータの場合には、従来技術とは異なって、２つの逆極性の磁極間の間隔を減少させることなしに、隣り合った２つの逆極性の磁極間の間隙内に永久磁石を挿入することが可能である。これを達成するために、特に励磁不能の１つの保持エレメントによってそれぞれ保持された永久磁石が、互い違いの磁極間の間隙内に挿嵌されている。前記保持エレメント自体は両側を溝内に保持されており、しかも一方の溝の縦辺が１つのＮ磁極内に切削成形され、かつ他方の溝の縦辺が隣接した１つのＳ磁極内に切削成形されている。
【０００５】
独立請求項に記載した構成手段の有利な実施形態及び改良は、従属請求項に記載した手段によって得られる。
【０００６】
容易に変形できる比較的肉薄の保持エレメントを使用することによって、回転負荷下における永久磁石と保持エレメントとの間の面圧は僅かになる。そればかりでなく保持エレメントは、永久磁石をロータ内におけるその半径方向位置並びに軸方向位置に確保する。
【０００７】
各保持エレメントに対して永久磁石を軸方向で確保する手段は、保持エレメントのベース域から、軸方向運動を制限するストラップが屈曲されている点にある。その場合、屈曲されたストラップが、挿入された永久磁石の軸方向端面に対して緊締力を及ぼすことが可能である。屈曲されたストラップを延長して該屈曲ストラップから終端域を屈曲させて、永久磁石を少なくとも部分的に囲むようにすることによって、永久磁石を軸方向で前記ストラップによって緊締する一方、ベース域と両終端域との間に緊締することも可能である。
【０００８】
別の構成手段は、保持エレメントの、実質的に扁平であるにすぎないベース域に沿って接着剤によって永久磁石を固着する点にある。この手段によっても、永久磁石の軸方向位置並びに半径方向位置の固定的な確保が得られる。
【０００９】
保持エレメントのベース域が、少なくとも一方の軸方向端部で先細りにされている場合には、ベース域を永久磁石と共に磁極溝内へ挿入することが簡便になる。永久磁石と共に保持エレメントの軸方向位置をロータ内に簡単に固定する手段は、保持エレメントと永久磁石とから成る各構成群の各軸方向端部で少なくとも一方の磁極溝の横断面を、かしめによって狭めることによって得ることができる。各クロー形磁極の両フランクは、磁極溝が、正確に規定された位置を占めるように加工されねばならない。
【００１０】
夫々１つの磁極車円盤を起点として延びるＮ極性とＳ極性のクロー形磁極のＮ極及びＳ極の磁極フランクの加工を単純にするために、ステータ又はロータは磁極車円盤の軸方向外向きの両端面に、等しい角度間隔をとって隔てられた複数の基準エレメントを有している。該基準エレメントは、工具、例えば溝切り工具、に対する磁極の方位整合を可能にする。
【００１１】
実施例の説明
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１２】
なお図面中、同一構成要素もしくは同等に作用する構成要素には同一の符号を付して示した。
【００１３】
本発明の理解を助けるために、図１２には、公知のクロー磁極形ジェネレータの概括的な構造が図示されているが、その場合の説明は主要構成要素の説明に限られる。クロー磁極形ジェネレータ２０はケーシング２２を有し、該ケーシング内に駆動軸２４が軸支されている。前記ケーシング２２の外部に位置している駆動軸２４の端部には、ベルト車２６が装着されており、該ベルト車を介して、例えばＶベルトによって駆動軸２４が磁極コア２８と共に駆動される。ケーシング２２の内部では、駆動軸２４には界磁巻線３０が捩れ不能に固着されており、かつ、同じく駆動軸２４に装着されたスリップリング３２を介して、比較的小さな励磁電流を給電される。界磁巻線３０は両側方で、駆動側の磁極車半部３４とブラシ側の磁極車半部３５とによって包囲されている。駆動側の磁極車半部３４は、駆動軸２４に対して垂直に延びる磁極車円盤３６と、駆動軸２４の長手方向に延びるクロー形磁極３７とから構成されている。ブラシ側の磁極車半部３５は、やはり駆動軸２４に対して垂直に延びる磁極車円盤３６と、駆動軸２４の長手方向に延びるクロー形磁極３８とから構成されている。各磁極車半部３４，３５は、周方向で均等な相互間隔をおいて配置された多数の磁極３７，３８を有しており、その場合、磁極の個数はジェネレータの使用目的に関連している。
【００１４】
駆動軸２４は、両磁極車半部３４，３５、磁極コア２８及び界磁巻線３０と相俟って１つのロータ３９を形成している。
【００１５】
図１２から容易に推考できるように、互いに対置する両磁極車半部３４，３５の磁極３７，３８は相互に噛合っているので、界磁巻線３０の付勢時には磁極車の周方向で見てＳ磁極とＮ磁極が交互に形成される。
【００１６】
両磁極車半部３４，３５の磁極３７，３８に対して半径方向に間隔をおいて定置のステータ４０が配置されており、該ステータは例えば三相ステータ巻線４１を有している。ステータ４０は、複数の相互に絶縁された溝付き薄板から成り、該溝付き薄板は、互いに圧搾されて１つの固定的な成層薄板を形成している。図１２では部分的に図示したにすぎないステータ巻線４１のワインディングが溝内に埋込まれている。運転中に磁束が生じ、該磁束は、界磁巻線３０のコア、いわゆる磁極コア２８から、磁極車円盤３６及び一方の磁極車半部３４の磁極３８を経てステータ４０へ流れ、其処から他方の磁極車半部３５の隣接した磁極３７へ流れ、かつ磁極車円盤３６を経て磁極コア２８へ流れ、これによって磁気回路が再び閉じられる。従来慣用のジェネレータではその場合、２つの隣接した磁極３７，３８間の間隙４２（図１参照）内に著しい漂遊磁束が発生する。
【００１７】
この漂遊磁束を回避もしくは減少させるために、この間隙内に、漂遊磁束に対抗して作用する永久磁石４３を挿入することが企図された。
【００１８】
図１には、クロー磁極形ジェネレータ２０における両磁極車半部３４，３５相互の組付け位置が図示されている。本図面から判るように、本例では全部で６個の磁極３７，３８を夫々備えた両磁極車円盤３６が同軸に対向配置されている。一方の磁極車半部３４の磁極３７は、他方の磁極車半部３５の２つの磁極３８の空隙内に位置している。
【００１９】
その場合に磁極車半部３４の１つの磁極３７と磁極車半部３５の１つの磁極３８との間にそれぞれ生じる間隙４２内に永久磁石４３が、励磁不能の保持エレメント４４を介して配置される（図１０も参照）。保持エレメント４４はその場合、円周に沿って対置する磁極溝４６，４７内に押込まれる。前記の磁極溝４６，４７はその場合、図１から良く判るように、磁極３７，３８のフランク４８から切削成形されている。
【００２０】
各磁極車半部３４，３５の全ての左側フランク４８相互及び全ての右側フランク４８相互が、工具によるフランク４８の加工後に等しい角度間隔を有するようにするために、電気機械のステータ４０、つまり図１に示すように、各磁極車半部３４，３５が、軸方向外向きの端面に、等しい角度間隔で隔たった基準エレメント５０を有しているのが有利である。殊に有利には切欠部から成る該基準エレメント５０を基準として、磁極車半部３４，３５、ひいてはクロー形の磁極３７，３８が、フランク加工工具に対して方位づけられる。基準エレメント５０の間隔は、角度３６０゜と、各磁極車半部３４，３５の端面当りの磁極３７，３８の個数との商に等しいのが有利である。前記基準エレメント５０は例えば、いわゆる長穴であってもよい。
【００２１】
図２には、保持エレメント４４の第１実施例が図示されている。該保持エレメント４４は、各軸方向端部にストラップ５４を有するベース域５２から形成される。各ストラップ５４はベース域５２から屈曲もしくは湾曲されている。ベース域５２から離反した方の、ストラップ５４の各端部には、同じく屈曲もしくは湾曲された終端域５６が位置している。ストラップ５４の終端域５６はこの場合、ベース域５２に対面した面を有している。図２に図示した保持エレメント４４は、両軸方向端部で先細りにされたベース域５２を有している。この先細りは、磁極３７，３８の磁極溝４６，４７内への保持エレメント４４の押込みを容易にする。保持エレメント４４のベース域５２は、少なくとも一方の軸方向端部で先細りにされているのが有利である。
【００２２】
図３には、図２に示した保持エレメント４４によって受容可能な直方体状の永久磁石４３が図示されている。
【００２３】
図４には、第１実施例による保持エレメント４４と永久磁石４３とを予め組立てて成る構成群５８が図示されている。この前以て組立てられた構成群５８では永久磁石４３は、前記のベース域５２と、２つのストラップ５４と、同じく２つの終端域５６とによって大部分を包囲されている。永久磁石４３はその場合、両ストラップ５４によって軸方向で緊締されている一方、ベース域５２と両終端域５６との間でも永久磁石４３は緊締されている。
【００２４】
図５には、図４に基づいて既に説明した保持エレメント４４と永久磁石４３とから成る構成群５８の原理的な組立状態が図示されている。ベース域５２は、両軸方向端部に先細りを有してはいるが、該先細りは、図４の場合とは異なって、ベース域５２の、対角線方向で対置する２つの角隅に斜め面取りを行うことによって形成されている。
【００２５】
図６には、１つの保持エレメント４４と１つの永久磁石４３とから成る構成群５８の側面図が図示されている。すでに述べた構成群とは相異して本実施例の重要な点は、ストラップ５４とベース域５２との間に夫々鋭角が形成されていることである。ベース域５２とストラップ５４との成す角度で作用するモーメントは永久磁石４３を少なくとも緊締せねばならない。構成群５８が組付け状態で遠心加速度ａｒｏｔを受けると、永久磁石４３は両終端域５６によって、ベース域５２に対して付加的に緊締される。
【００２６】
図７には、１つの保持エレメント４４と１つの永久磁石４３とから成る構成群５８の第２実施例が図示されている。この場合永久磁石４３は接着剤６０によって、保持エレメント４４のベース域５２に接着されている。
【００２７】
図８には、構成群５８の第３実施例が図示されている。すでに第１実施例に基づいて既知になっているように、ベース域５２を起点として屈曲されたストラップ５４は、永久磁石４３の両端で該永久磁石に対して軸方向クランプ力を生じる。この軸方向クランプ力と、永久磁石４３と両ストラップ５４との間で作用する摩擦作用とによって、ベース域５２に対する永久磁石４３の位置が保持される。
【００２８】
図９に基づいて、保持エレメント４４と永久磁石４３とから成る１つの構成群５８を、互い違いの磁極３７，３８間の間隙４２内へどのように押込むかが判る。その場合ベース域５２の、軸方向に方位づけられた条片状に張出すサイドエッジ６１が、磁極溝４６，４７内へ挿入され、しかも該磁極溝に対して平行に整合されている。
【００２９】
図１０には、保持エレメント４４と永久磁石４３とから成る構成群５８が、組付け位置で２つの磁極３７，３８間の間隙４２内に位置する状態が図示されている。保持エレメント４４のベース域５２は、その条片状のサイドエッジ６１によって、向かい合って対置する磁極溝４６，４７内へ押込まれる。運転中に前記構成群５８が、相互に対して固定的に配置された磁極車半部３４，３５から解離することがあり得ないようにするために、Ｎ磁極とＳ磁極との間の間隙４２内における構成群５８の軸方向位置は、構成群５８の各軸方向端部で少なくとも一方の磁極溝４６，４７の横断面を、それぞれ１つの狭窄部６２により狭めることによって確保されている。永久磁石４３はその場合、半径方向で見てステータ４０寄りで１つのベース域５２によって被覆されている。
【００３０】
最後に図１１には、ロータ３９内に組付けたのち構成群５８が２つの磁極３７，３８間にどのように位置するかが横断面図で図示されている。永久磁石４３に起因した遠心力負荷はその場合容易に判るように、永久磁石４３をカバーする保持エレメント４４のベース域５２へ伝達される。保持エレメント４４と永久磁石４３とに起因した遠心力は、やはりベース域５２の条片状のサイドエッジ６１を介して磁極溝４６へ伝達され、ひいては磁極車半部３４，３５の磁極３７，３８へ伝達される。
【００３１】
当業者ならば容易に判るように、保持エレメント４４を介して永久磁石４３をこのように固定することは、図示のようにロータ３９の場合に可能であるばかりでなく、電磁的に励磁される複数の磁極が円周に沿って軸方向に方位づけられておりかつ極性が周方向で交互に変化する構造形式を有するステータ４０の場合にも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  クロー磁極形ジェネレータのロータの斜視図である。
【図２】  本発明による保持エレメントの第１実施例の斜視図である。
【図３】  図２に示した保持エレメントのために設けられているような永久磁石の斜視図である。
【図４】  保持エレメントと永久磁石とから成る前もって組立てられた構成群の斜視図である。
【図５】  図４に示した構成群の僅かな変化態様の斜視図である。
【図６】  図４に示した構成群の側面図である。
【図７】  １つの構成群の第２実施例の斜視図である。
【図８】  構成群の第３実施例の斜視図である。
【図９】  第１実施例による構成群と、磁極溝に対する組立直前の配置状態とを示す斜視図である。
【図１０】  組立完了後の状態を示す斜視図である。
【図１１】  図１０のＸＩ−ＸＩ断面線に沿った断面図である。
【図１２】  一部断面して示した公知のクロー磁極形ジェネレータの斜視図である。
【符号の説明】
２０  クロー磁極形ジェネレータ、２２  ケーシング、２４  駆動軸、２６  ベルト車、２８  磁極コア、３０  界磁巻線、３２  スリップリング、３４  駆動側の磁極車半部、３５  ブラシ側の磁極車半部、３６  磁極車円盤、３７，３８  クロー形の磁極、３９  ロータ、４０  ステータ、４１  三相ステータ巻線、４２  間隙、４３  永久磁石、４４  保持エレメント、４６，４７  磁極溝、４８  磁極のフランク、５０  基準エレメント、５２  ベース域、５４  ストラップ、５６  終端域、５８  構成群、６０  接着剤、６１  条片状のサイドエッジ、６２  狭窄部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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