(57)【要約】【課題】  ロータの磁極対の数を増やすことによってステータの出力充電電流を制限する充電装置を提供する。【解決手段】  磁気充電装置において、磁極対の数と磁石のサイズを用いてステータの電流出力を制限する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電装置の交流発電機であって、
複数の永久磁石を側壁の内面に取り付けたロータと、
該ロータの内側に取り付けられるステータであって、複数の磁極が周囲から半径方向外側に延びる中心コアを含み、前記磁極はそれぞれ、該中心コアから外側に延びる半径方向延在部材と、該半径方向延在部材の端部に配置される端部部材とを有するステータと、
該ステータの前記半径方向延在部材に巻かれる複数の巻線と、
前記端部部材と前記磁石との間の空隙であって、前記ロータが前記ステータの周囲を回転し、磁界を生じ、該ステータの前記巻線に電流を誘導することを可能にする空隙と
を備え、
前記磁石はそれぞれ、所望の出力に必要な磁束に依存する円弧長さを有する、充電装置の交流発電機。
【請求項２】
前記磁石は円周状に配置され、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶように半径方向に磁化される請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項３】
前記磁石は、接着剤または他の固定手段によって前記ロータ側壁の前記内面に取り付けられる請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項４】
前記巻線は、３相充電装置の前記ステータ磁極に巻かれる３本の線を含む請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項５】
前記巻線は、２つ置きの磁極に巻かれる第１の巻線と、次の露出した磁極に巻かれる第２の巻線と、最後の露出した磁極に巻かれる第３の巻線とを含む請求項４に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項６】
前記磁極の数を増やすことにより、前記磁界が変化する頻度が高まり、高いエンジン回転数において電流を低い値に制限するのに役立つ請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項７】
前記磁極の数を増やすことにより、前記ステータの巻線の本数を少なくすることができる請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項８】
前記ステータの巻線の本数を少なくすることにより、より大きな線径を前記ステータの製造に使用することができ、温度を下げるのに役立つ請求項７に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項９】
前記ステータの巻線の本数を少なくすることにより、前記ステータをより低費用で製造することができる請求項７に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１０】
前記磁極の数を増やすことにより、前記ステータの巻線の本数を少なくすることができる請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１１】
前記磁極の数を増やすことにより、前記ステータのピーク電流を小さくする請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１２】
前記電流を小さくすることにより、該交流発電機のコネクタの寿命を延ばす請求項１１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１３】
前記磁極の数を増やすことにより、前記ロータを回転させるのに必要なトルクを低減する
請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１４】
前記磁極の数を増やすことは、該交流発電機の動作温度の低下を生じ、該交流発電機の信頼性を高める請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１５】
前記磁極の数を増やすことは、希土類磁石を用いる場合に前記ステータの積層数を減らす請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１６】
前記磁極の数を増やすことは、セラミック、ネオジム、サマリウムコバルトおよびアルニコを含むあらゆる種類の磁性体を用いて行うことができる請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１７】
前記ステータは複数の鋼積層体で作られる請求項１に記載の充電装置の交流発電機。
【請求項１８】
磁極対の数を増やすことによって出力電流を制限することができる永久磁石充電装置であって、
複数の永久磁石を内面に取り付けたロータと、
該ロータの内側に取り付けられるステータであって、複数の磁極が周囲から半径方向外側に延びる中心コアを含み、前記磁極はそれぞれ、該中心コアから外側に延びる半径方向延在部材と、該半径方向延在部材の端部に配置される端部部材とを有するステータと、
該ステータの前記半径方向延在部材に巻かれる複数の巻線であって、第１の巻線が２つ置きの磁極に巻かれ、第２の巻線が次の露出した磁極に巻かれ、第３の巻線が最後の露出した磁極に巻かれる複数の巻線と、
前記端部部材と前記磁石との間の空隙であって、前記ロータが前記ステータの周囲を回転し、磁界を生じ、該ステータの前記巻線に電流を誘導することを可能にする空隙と
を備え、
前記磁石はそれぞれ、前記磁極の前記端部部材の長さに略等しい円弧長さを有する永久磁石充電装置。
【請求項１９】
バッテリーの充電または発電を必要とする複数の異なる電力機器および車両に組み込まれることができる請求項１８に記載の永久磁石充電装置。
【請求項２０】
充電装置の出力充電電流を制御または制限する方法であって、
ロータの内側にステータを取り付ける工程であって、前記ロータは、側壁の内面に取り付けられた複数の永久磁石を有し、前記ステータは、複数の磁極が周囲から半径方向外側に延びる中心コアを有し、前記磁極はそれぞれ、該中心コアから外側に延びる半径方向延在部材と、該半径方向延在部材の端部に配置される端部部材とを有する、取り付ける工程と、
少なくとも１つの長さの銅線を、前記ステータの前記半径方向延在部材の周囲の複数の巻線に巻く工程と、
前記ロータを前記ステータの周囲で回転させて、変化する磁界を生じるとともに、前記ステータの前記巻線に電流を誘導する工程と、
前記磁石の数を増やしてサイズを小さくして、前記ステータの前記巻線からの前記出力充電電流を小さくする、磁石の数を増やす工程と
を含む、充電装置の出力充電電流を制御または制限する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流発電機（オルタネータ）に関し、特に、磁極対の数を増やすことによってステータの出力電流を制限することができる永久磁石交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型内燃機関の電気系統は通常点火装置および充電装置を備える。電気系統がバッテリーを含まない場合、電気系統の交流発電機が発電機（磁気）のように動作し、エンジンが動作している限りＡＣ電力を生成する。電気系統がバッテリーを含む場合、交流発電機に整流装置が結合されて、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、バッテリーに蓄電して、エンジンが動作していないときにもアクセサリ類への給電に使用できるようにする。
【０００３】
交流発電機は、電力を生成して内燃機関に供給する。交流発電機は通常、ステータおよびロータを含む。ステータは通常、コアから外側に延びる複数の磁極に巻かれた複数の巻線を含む。ステータはロータの内側に取り付けられ、ロータの側壁の内面には複数の磁石が取り付けられる。ロータの回転により磁界が生じ、ステータの巻線に電流が誘導される。
【０００４】
小型内燃機関用の永久磁石充電装置は当業者によく知られている。ステータの出力充電電流を制御または制限する方法にはいくつかある。ステータの電流出力を制限する現在の方法には、ロータに取り付けられる磁石のサイズおよび磁束を小さくすることが含まれる。磁束を小さくすることの欠点の１つは、エンジン速度が遅い、例えばアイドリング状態（１，０００ＲＰＭ）である場合、充電装置が、電気系統の一部であり得る全ての電気アクセサリ類に給電するのに十分な出力を供給しないことである。充電装置出力を小さくする別の方法は、ステータの巻線の本数を増やすことによって、ステータのインダクタンスを大きくして電流出力を小さくすることである。インダクタンスは、導体に或る量の電流を流した場合の経時的な電圧上昇の尺度である。インダクタンスを大きくすることによって、電流は、磁界の変化と同時に高い値まで上昇することができない。このように充電装置の電流出力を制限することに伴う問題の１つは、巻線に同等の線径を用いた場合のステータの直流（ＤＣ）抵抗の上昇である。抵抗の上昇は、充電装置の製造に必要とされる他の材料の最高動作温度を超える動作温度を生じる可能性があり、よって信頼性の低い充電装置を作り出してしまう。ステータの抵抗を低くするためには、線の断面積を大きくすること、すなわちより線径の大きい線を用いることが必要である。より大きな線径の使用は、充電装置を設置する面積に制限があるため、常に可能であるわけではない。より大きな線径の使用はまた、ステータを製造する上で、例えばより線径の大きい線をステータの絶縁材料に巻き付けることができるか、あるいは単純に線径の大きい線をステータの磁極指の周囲に形成することができるかという問題を生じる可能性がある。これらの問題もまた、１つの方法または別の方法で全て対処することができるが、そうした方法は、ほとんど全ての場合において、ステータの製造費用を引き上げ、ひいては充電装置の費用を高くする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、従来技術の充電装置よりも信頼性および費用効果が高く、かつ、ロータの磁極対の数を増やすことによってステータの出力充電電流を制限する充電装置に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
磁極対の数および磁石のサイズの増大を用いて、充電装置の電流出力を制限する。本発明は、充電装置の磁極対の数を増やすことによってステータの出力電流を制限することができる永久磁石交流発電機を構成する。
【０００７】
本発明の多極充電装置は、複数の永久磁石を側壁の内面に等角度間隔で取り付けたロータを含む。磁石は円周状に配置され、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶように半径方向に磁化される。磁石は、エポキシまたは他の固定手段によってロータの側壁の内面に取り付けられる。本充電装置はまた、ロータの内側に取り付けられるステータを備える。ステータは、複数の磁極が周囲から外側に延びる中心コアを含む。磁極はそれぞれ、中心コアから外側に延びる半径方向延在部材と、半径方向延在部材の端部に位置する端部部材とを有する。各端部部材は、半径方向延在部材の幅よりも大きな長さを有する。少なくとも１つの長さの線が、ステータの磁極の半径方向延在部材に巻かれて巻線を構成する。端部部材と磁石の間には空隙が存在し、ロータがステータの周囲を回転することを可能にする。ロータがステータの周囲を回転することにより、ステータの磁極に変化する磁界が生じ、ステータの巻線に電流が誘導される。それぞれの磁石の円弧長さは、充電装置に必要な磁束出力の量に依存する。
【０００８】
多極充電装置のステータは、異なる数の磁極、異なる長さの磁極、ならびに軸方向および／または半径方向に延びる磁極を含む複数の異なる磁極構成を備えることができる。
本発明の充電装置は、バッテリーの充電および／または発電を必要とする複数の異なる電力機器および車両に組み込まれることができる。
【０００９】
本発明はまた、ステータの巻線を増やすか、あるいは磁束を小さくせずとも充電装置の電流出力を制限する方法を提供する。本発明は、複数の磁極を提供して、ステータの電流出力を制限する。ロータの磁極の数を増やすことにより、エンジンの回転数に対して充電装置の磁界が変化する頻度が高まる。磁界の変化の速度が増すことにより、ステータにおいて誘導される電流は、エンジンの回転数が上昇しても高い値まで上昇することができない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の様々な他の特徴、目的、および利点が、以下の発明を実施するための最良の形態、添付の特許請求の範囲および添付図面から当業者には明らかにされるであろう。
ここで図面を参照すると、図１は、従来技術の交流発電機充電装置１０の底面図である。この従来技術の充電装置１０は、複数の永久磁石１４を側壁１８の内面１６に等角度間隔で固着させたロータ１２を含む。各磁石１４は、逆の極性を有するように半径方向に磁化される。従来技術の充電装置１０はまた、ロータ１２の内側に取り付けられるステータ２０を含む。ステータ２０は、複数の磁極２４が外側に延びるとともに周囲に円周状に配置される中心コア２２を有する。磁極２４は、磁石１４と同じ極ピッチで離間していることが好ましい。磁極２４はそれぞれ、中心コア２２から外側に延びる半径方向延在部材２６と、半径方向延在部材２６の端部に位置する端部部材２８とを有する。各端部部材２８は、半径方向延在部材２６の幅３２よりも大きな長さ３０を有する。複数の巻線３４が、ステータ２０の磁極２４の半径方向延在部材２６に巻かれる。少なくとも１つの長さの線が、ステータ２０の磁極２４に巻かれて巻線３４を構成する。端部部材２８と磁石１４の間には空隙３８が存在し、ロータ１２がステータ２０の周囲を回転することを可能にする。ロータ１２と、ロータの側壁１８の内面１６に取り付けられた複数の永久磁石１４とがステータ２０の周囲を回転することにより、変化する磁界が生じ、ステータ２０の巻線３４に電流が誘導される。それぞれの磁石１４の円弧長さ４０は、ステータ磁極２４の端部部材２８の長さ３０よりも大きい。
【００１１】
本発明は、充電装置の磁極対の数を増やすことによってステータの出力電流を制限する
ことができる永久磁石交流発電機を構成する。図２は、本発明の多極充電装置４２の底面図である。充電装置４２は、複数の永久磁石４６を側壁５０の内面４８に等角度間隔で固着させたロータ４４を含む。磁石４６は円周状に配置され、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶように半径方向に磁化される。磁石４６は、接着剤によってロータ側壁５０の内面４８に固定される。
【００１２】
本充電装置４２はまた、ロータ４４の内側に取り付けられるステータ５２を備える。ステータ５２は積層体からなることが好ましい。ステータ５２は、複数の磁極５６が周囲から外側に延びる中心コア５４を含む。磁極５６は、中心コア５４の周囲に円周状に配置される。コア５４の周囲および磁極５６は、絶縁材料によって中心コア５４から電気的に絶縁されていることが好ましい。磁極５６は、磁石４６と同じ極ピッチで離間していることが好ましい。磁極５６はそれぞれ、中心コア５４から外側に延びる半径方向延在部材５８と、半径方向延在部材５８の端部に位置する端部部材６０とを有する。各端部部材６０は、半径方向延在部材５８の幅６４よりも大きな長さ６２を有する。複数の巻線６６が、ステータ５２の磁極５６の半径方向延在部材５８に巻かれる。少なくとも１つの長さの線が、ステータ５２の磁極５６に巻かれて巻線６６を構成する。本充電装置４２は、ステータ磁極５６に巻かれる３本の巻線６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃを含む３相充電装置であることが好ましい。３本の巻線６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃはそれぞれ、２つ置きの磁極に巻かれる。第１の巻線６６Ａは２つ置きの磁極に巻かれ、第２の巻線６６Ｂは次の露出した磁極に巻かれ、第３の巻線６６Ｃは最後の露出した磁極に巻かれる。端部部材６０と磁石４６の間には空隙６８が存在し、ロータ４４がステータ５２の周囲を回転することを可能にする。ロータ４４と、ロータの側壁５０の内面４８に取り付けられた複数の永久磁石４６とがステータ５２の周囲を回転することにより、磁界が生じ、ステータ５２の巻線６６に電流が誘導される。それぞれの磁石４６の円弧長さ７０は、所望の出力に必要な磁束に依存する。
【００１３】
充電装置のステータは、異なる数の磁極、異なる長さの磁極、ならびに軸方向および／または半径方向に延びる磁極を含む複数の異なる磁極構成を備えることができる。したがって、本発明のステータは、任意数の磁極、異なる長さの磁極、ならびに軸方向および／または半径方向に延びる磁極を有することができる。
【００１４】
本発明の充電装置は、バッテリーの充電および／または発電を必要とする、芝刈り機、ＡＴＶ、スノーモービル、個人用船舶、オートバイ、発電機等のような複数の異なる電力機器または車両に組み込まれることができる。
【００１５】
本発明はまた、ステータの巻線を増やすか、あるいは磁束を小さくせずとも充電装置の電流出力を制限する方法を提供する。本発明は、複数の磁極を提供して、ステータの電流出力を制限する。ロータの磁極の数を増やすことにより、エンジンの回転数に対して充電装置の磁界が変化する頻度が高まる。磁界の変化の速度が増すことにより、ステータにおいて誘導される電流は、エンジンの回転数が上昇しても高い値まで上昇することができない。
【００１６】
本発明の充電装置は、即座には明らかとならないかもしれない多くの利点を提供する。これらの利点のいくつかとして以下のものが挙げられる。１）磁極の数を増やすことにより、磁界が変化する頻度が高まり、高いエンジン回転数において電流を低い値に制限するのに役立つ。２）磁石の頻度を高めることにより、ステータに対する回転数も少なくすることができる。３）ステータの巻線の本数を少なくすることにより、より大きな線径をステータの製造に用いることができ、温度を下げるのに役立つ。４）ステータの巻線の本数を少なくすることにより、ステータをより低費用で製造することができる。５）磁極の数を増やすことにより、ステータを流れる電流が高い値まで上昇しないため、ピーク電流を
小さくすることができる。６）複数の磁極により電流を小さくすることにより、コネクタの寿命を延ばすことができる。７）磁極の数を増やすと、ロータの回転に必要なトルクが低減する。８）充電装置の動作温度が低くなることにより、より信頼性の高い充電装置が提供される。９）希土類磁石を用いる場合、磁極の数を増やすことにより、積層数も低減することができる。１０）複数の磁極にすることは、セラミック、ネオジム、サマリウムコバルトおよびアルニコを含むあらゆる種類の磁性体を用いて行うことができる。
【００１７】
本発明を、好適な実施形態を参照して説明してきたが、本発明は、上記に記載した特定の実施形態に制限されるものではないことを理解されたい。したがって、当業者は、本発明の精神または意図から逸脱することなく特定の置換、変更、修正、および省略を行うことができることを理解するであろうことを認識されたい。したがって、上記の説明は、単なる例示として意図され、本発明は、本発明の主題に対する全ての相当の均等物を含むものとして解釈され、添付の特許請求の範囲に記載される発明の範囲を制限すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術の充電装置の従来技術のステータおよびロータの組立体の底面図である。
【図２】本発明の多極充電装置のステータおよびロータの組立体の一実施形態の底面図である。
【符号の説明】
【００１９】
４２  多極充電装置、４４  ロータ、４６  永久磁石、４８  内面、５２  ステータ、５４  中心コア、５６  磁極、５８  半径方向延在部材、６０  端部部材、６６  巻線、６８  空隙。
【図１】
2005304291.tif 000003
【図２】
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【外国語明細書】
2005304291.tif 000005
2005304291.tif 000006
2005304291.tif 000007
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2005304291.tif 000009
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