(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（１）とロータ（２）とを含み、ステータが、少なくとも１対のノッチ（１３）内に収容された少なくとも１つのアーマチュアコイル（１４）を含み、ロータが、アーマチュアコイルの一部のまわりに、磁気閉回路を選択的に形成するための手段を含む、磁束整流電気機器において、
Ａ．前記磁気閉回路を選択的に形成する手段が、ロータの周方向に磁束を発生するようになっている少なくとも１つの励磁用永久磁石（２２５）と、この磁石によって発生される磁束と同じ周方向に局部的な可変磁束を発生するようになっている少なくとも１つの励磁コイル（２１４）；（２１５）（２１６）とを含むこと、
Ｂ．磁石が、第１の対のロータ極を構成する第１のロータ部分（２２）内に収容されていること、
Ｃ．コイルが、第２の対のロータ極を構成する第２のロータ部分（２１）内に収容されていること、
Ｄ．前記ロータ部分（２２）（２１）が、磁気を伝えない領域によって互いに分離されていること、および
Ｅ．第２のロータ部分（２１）が、２つの極を構成すると共に、少なくとも１つの励磁コイル（２１４）；（２１５）（２１６）を受ける２つの分岐部（２１１）（２１２）を備えたＵ字形の強磁性部分を有することを特徴とする磁束整流電気機器。
【請求項２】
第２のロータ部分（２１）が、前記分岐部（２１１）（２１２）を接合するＵ字形部分のベース（２１３）のまわりに設けられた単一の励磁コイル（２１４）を有し、この励磁コイルが、磁石（２２５）またはその各々によって発生される磁束と同じように、周方向に伝搬する磁束を発生するようになっていることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
【請求項３】
第２のロータ部分（２１）が、磁束を発生するようになっているＵ字形部分の前記分岐部（２１１）（２１２）のまわりに設けられた２つの励磁コイル（２１５）（２１６）を有し、前記磁束のうちの１つが、ロータ（１）の内部に向き、他方の磁束が、ロータ（１）の外側に向いていることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
【請求項４】
ロータ（１）が、その周辺に沿って交互に配置された第１のロータ部分（２２）と第２のロータ部分（２１）とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気機器。
【請求項５】
前記第１のロータ部分（２２）が、関連する磁石（２２５）のそれぞれの両側に２つの強磁性部分（２２１）（２２２）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気機器。
【請求項６】
第１のロータ部分（２２）の前記強磁性部分（２２１）（２２２）が、単一コアの一部を形成していることを特徴とする請求項５記載の電気機器。
【請求項７】
磁気を伝えない領域が、空気ギャップであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の電気機器。
【請求項８】
磁気を伝えない領域が、磁気を伝えない材料を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電気機器。
【請求項９】
自動車用オルタネータであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電気機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電気機器に関し、より詳しくは、自動車用オルタネータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用オルタネータを構成する単相または多相発電機は、一般に１つのステータを有し、このステータ内で、励磁コイルを支持するロータが回転するようになっている。このコイルは、ロータシャフトの突出した部分に設けられた２つのスリップリングと接触するブラシに接続されている。
【０００３】
欧州特許公開第0707374号公報は、効率性を改善するために、永久磁石およびコイルによって、ロータの励磁用（この励磁を一般に二重励磁と称す）の磁界を発生するようになっており、磁石からの磁束を低減または実質的に解消するように、励磁方向を選択的に反転する励磁コイルスイッチング手段によって、アーマチュアによって送られる電流を制御するようになっている回転電気機器を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような励磁電流の方向を反転したいという要求により、いわゆるＨ型半導体スイッチングブリッジを使用しなければならない。このスイッチングブリッジは、コストが高く、回転電気機器のユニットコストを大としている。
【０００５】
本発明の課題は、上記欠点を解消し、装置、特にコイルにより変化する単一方向の励磁により、所定のレンジ内で変化するエネルギーを送るように、実質的にゼロから最大値まで、コイルによって変化する励磁により出力電流を調節できる、二重励磁による回転電気機器、例えばオルタネータを提案することにある。
従って、本発明は、特にゼロ値から最大値まで変化する励磁を必要としないが、ゼロでない値から最大値まで変化する励磁で充分である状況で、二重励磁を行うことを目的とする。
【０００６】
本発明の別の課題は、上記タイプの電気機器において、磁石とコイルとによる相当するレベルの励磁と組み合わされた所定の数のロータ極に対して必要とされる磁石の数を低減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従って本発明は、ステータとロータとを含み、ステータが、少なくとも１対のノッチ内に収容された少なくとも１つのアーマチュアコイルを含み、ロータがアーマチュアコイルの一部のまわりに、磁気閉回路を選択的に形成するための手段を含み、この手段がロータの周方向に磁束を発生するようになっている少なくとも１つの励磁用永久磁石と、この磁石によって発生される磁束と同じ周方向に局部的な可変磁束を発生するようになっている少なくとも１つの励磁コイルとを含み、磁石が、第１の対のロータ極を構成する第１のロータ部分内に収容されており、コイルが、第２の対のロータ極を構成する第２のロータ部分内に収容されており、前記ロータ部分が、ほぼ磁気を伝えない領域によって互いに分離されている磁束整流電気機器を提供するものである。
【０００８】
本発明の電気機器は、次の非限定的な特徴を有する。
第２のロータ部分は、２つの極を構成すると共に、少なくとも１つの励磁コイルを受ける２つの分岐部を備える、ほぼＵ字形の強磁性部分を有する。
【０００９】
第２のロータ部分は、前記分岐部を接合するＵ字形部分のベースのまわりに設けられた単一の励磁コイルを有し、この励磁コイルは、磁石またはその各々によって発生される磁束と同じように、ほぼ周方向に伝搬する磁束を発生するようになっている。
【００１０】
第２のロータ部分は、磁束を発生するようになっているＵ字形部分の前記分岐部のまわりに設けられた２つの励磁コイルを有し、前記磁束のうちの１つはロータの内部に向き、他方の磁束はロータの外側に向いている。
【００１１】
ロータは、その周辺に沿って交互に配置された第１部分と第２部分とを有する。
【００１２】
前記第１ロータ部分の各々は、関連する磁石のそれぞれの両側に２つの強磁性部分を有する。
【００１３】
第１のロータ部分の前記強磁性部分は、単一コアの一部を形成している。
【００１４】
磁気を伝えない領域は、空気ギャップである。
【００１５】
磁気を伝えない領域は、磁気を伝えない材料、例えばプラスチック材料を含む。
【００１６】
本発明は、更に自動車用オルタネータを構成する上記のような電気機器を提供するものである。
【００１７】
添付図面を参照し、単なる非限定的例として示した本発明の好ましい実施例を読めば、本発明の上記以外の特徴、目的および利点がより明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明に係わる単相または多相電気機器、例えばオルタネータのステータ１の一部、およびそれに対応するロータ２の一部を展開略図として示している。
【００１９】
ステータ１は、その全体が、従来どおりに、アーマチュアコイル１４の一部を受けるよう内周部に設けられた複数のノッチ１３と、連続した環状構造体を構成するコア１２を有する。
【００２０】
偶数のノッチ１３が等しい回転角で離間するように、偶数のノッチ１３が分散されており、これらノッチ１３の間に、極１５が残されている。
【００２１】
ロータ２は、一連の磁気的に分離された個々の構造体、すなわち、セルによって構成されており、これら構造体は、２つの分岐部２１１、２１２を備えるＵ字形の第１の強磁性構造体２１を含み、分岐部の自由端は、２つの外部に突出する極を構成し、これらの極の回転角方向のピッチは、単相電気機器の場合、ロータの極１５の回転角方向のピッチと等しく、またこれら構造体は、分岐部の他にベース２１３を含んでいる。
【００２２】
ベース２１４のまわりには、励磁コイル２１４が巻かれている。このコイルは、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、内部で左側から右側に磁束を発生するよう、励磁電源（図示せず）に接続されている。
【００２３】
上記のような複数の等しい回転角だけ離間したＵ字形構造体を設けることが好ましい。
【００２４】
Ｕ字形構造体２１の間には、同じ数の永久磁石構造体２２が、交互に配置されている。各構造体は、２つの強磁性部材２２１と２２２との間に固定された１つの永久磁石２２５を含み、ステータに向く強磁性部材の面は、極を構成し、Ｕ字形構造体２１１の極と部材２２１、２２２の極とは、ロータの外周部のまわりに等しい回転角だけ離間している。
【００２５】
三相電気機器の場合、ステータのノッチ１３の数は、上記のように構成されたロータの極の数の３倍となっている。
【００２６】
構造体２１と２２とは、ロータのほぼ全高（すなわち円筒形ロータの場合、軸方向の寸法）だけ延びているギャップ３０によって離間している。
【００２７】
極の必要な数に従い、連続したグループとして配置されたＮ個の組に、ロータの種々の部品を設けることができる。
【００２８】
次に、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、作動原理が上記のとおりである回転電気機器、本例ではオルタネータの作動について、参照して説明する。
【００２９】
まず、励磁コイル２１４内に励磁電流が流れていない状況（図１ａ）を検討する。
【００３０】
この場合、永久磁石２２５によって発生される磁束の一部分Ｆ１は、それぞれのアーマチュア部分１４のまわりの関連する部材２２１および２２２を通って閉ループを流れ、当該アーマチュアコイル内に、最小のアーマチュア電流を発生できる。
【００３１】
磁石により総合的に発生される磁束の別の部分Ｆ２は、ロータに沿った屈曲した通路に従い、この磁束Ｆ２は、アーマチュアの巻線内で電流を発生することにも寄与する。
【００３２】
このような状況は、磁石２２５によって発生される磁束Ｆ１およびＦ２に対応する電気機器の最小励磁状態の１つである。
図１（ｂ）は、ロータの励磁コイル２１４が励磁電流を搬送する状況を示す。
【００３３】
各コイルは、磁石２２５によって発生される磁束Ｆ１と同じ方向（ここではステータ１内の右側から左側への方向）に、関連するアーマチュアコイル部分１４のまわりの閉ループに従った第１磁束部分Ｆ３を発生する。
【００３４】
コイルによって発生された磁束は、上記磁束Ｆ２に加わり、より大きい磁束Ｆ２’を形成し、この磁束Ｆ２’も、アーマチュア電流を増加することに寄与する。
【００３５】
励磁コイル２１４内の電流が最大のときに、ステータへのエネルギーの伝達は最大となる。
【００３６】
従って、磁界コイル２１４内を流れる単一方向電流をゼロ値から最大値までの間で制御することにより、ゼロでない最小値から最大値まで変化するエネルギーのステータへの伝達を行う。
【００３７】
当然ながら、磁石２２５およびコイル２１４によってそれぞれ発生される磁束の値を変えることにより、最大値と最小値との比を変えることができる。
【００３８】
これにより、ゼロ値から所定の最大値まで変化する単一方向の励磁電流を使用し、所定レンジ内で電流の単調関数として変化する電気機器が得られる。
【００３９】
従って、従来の二重励磁電気機器において、必要な励磁に従って双方向電流を発生していたＨ型電子スイッチングブリッジまたは同様な回路を省略できる。これにより、単一の半導体スイッチングデバイスから構成できるスイッチグ手段のコストを大幅に低減できる。
【００４０】
次に、図２を参照して、本発明に係わるロータ・ステータシステムの別の実施例について説明する。
【００４１】
この実施例は、各Ｕ字形構造体２１が単一コイル２１４を含まず、その代わりに、Ｕ字形部分のそれぞれの分岐部２１１および２１２のまわりに設けられた２つのコイル２１５、２１６を含むという点で、図１（ａ）、図１（ｂ）に示された実施例とは異なっている。
【００４２】
この場合、図２における高さ方向（すなわち円筒形ロータに対する半径方向）のＵ字形構造体２１の寸法をより大きくできることに留意されたい。
図１（ａ）および図１（ｂ）で、コイル２１４の下方部分に対して自由に残されている空間は、本実施例では不要となっている。
【００４３】
コイル２１５が下向きの磁束を発生し、コイル２１６が上向きの磁束を発生するような方向の電流が、直列または並列に、同じセルのコイル２１５、２１６に給電されるようになっている。
【００４４】
励磁電流がない場合のこの実施例の作動は、図１（ａ）に示した実施例の作動と同じであるので、再度説明はしない。
【００４５】
励磁電流がある場合の作動は、図１ｂの作動に類似しており、同じ種類の磁束Ｆ１、Ｆ２’およびＦ３を発生する。また、それぞれＦ４およびＦ５として示す２つのコイル２１５、２１６における漏れ磁束は、ステータへのエネルギーの伝達に有効に寄与し、このエネルギーの伝達通路は、ステータの対応するノッチのまわりを通っている。
【００４６】
図１（ｂ）では、コイル２１４の下方部分のまわりのこのコイルの漏れ磁束は、明らかになくなる。
【００４７】
従って、この第２実施例では、電気機器の効率が上昇する。
【００４８】
次に、図３を参照して、本発明に係わる電気機器の詳細な実施例について説明する。
【００４９】
ステータ１はそれ自身、従来のタイプのものであり、更に従来どおりに配置された種々の三相コイル部分を収容する、等しい回転角だけ離間された３６個のノッチを有する。
【００５０】
ロータ２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示したタイプの３つのＵ字形コイルセル２１を有し、これらのセル２１は、３つの永久磁石セル２２と交互に配置され、１２個のＮ極とＳ極が交互に配置されたロータを構成している。
【００５１】
ロータの単一の中心コアに、磁石セル部分２２１、２２２が組み合わされている。
【００５２】
コイルセルのＵ字形部分２１１、２１２、２１３は、セル２２から磁気的に分離されている。実際には、これら部分は図示していない適当な磁気部品によって、上記コアに接合できる。
【００５３】
この点に関し、本説明に関連して、隣接するセルの間の極めて限られた磁気結合だけを保証するギャップとして、隣接するセル間のギャップ３０の概念を理解するべきである。従って、このギャップは、空気ギャップまたは磁気材料、特にプラスチック材料によって部分的または完全に満たされたギャップとすることができる。
【００５４】
図示していない実施例では、適当な機械的手段を使用し、複数の交互に配置される個々のセル２１と２２とを組み立てることによって、ロータ２を得ることができる。
【００５５】
当然ながら、本発明は、本明細書に説明した実施例のみに限定されるものでなく、当業者であれば、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施例を、任意に変更または変形しうると思う。
【００５６】
特に、ロータ内に磁気構造体とコイル構造体との任意の組み合せを設けることができる。例えば、磁気構造体の各対の間に２つ以上のコイル構造体を設けたり、コイル構造体の各対の間に、２つ以上の磁気構造体を設けることができる。
【００５７】
この場合、ロータの周辺に交互に配置されたＮ極とＳ極を保持するように、コイルと磁石とが配列される。
【００５８】
各磁石構造体２２は、２つ以上の磁石を有することができ、これら磁石からの磁束は組み合わされるので、ロータ上で隣接するＮ極とＳ極とを発生させる磁束の必要な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、磁界コイルが非励磁状態にある、本発明の第１実施例を構成する回転電気機器のロータ・ステータシステムの展開略図、（ｂ）は、磁界コイルが励磁状態にある、（ａ）に類似した図である。
【図２】磁界コイルが励磁状態にある、本発明の第１実施例を構成する回転電気機器のロータ・ステータシステムの展開略図である。
【図３】図１（ａ）および図１（ｂ）に従ったロータ・ステータシステムの詳細な実施例の略断面図である。
【符号の説明】
１      ステータ
２      ロータ
１２    コア
１３    ノッチ
１４    アーマチュアコイル
１５    極
２１    第１の強磁性構造体
２２    永久磁石構造体
２１１、２１２    分岐部
２１３    ベース
２１４    励磁コイル
２１５、２１６    コイル
２２１、２２２    部材
２２５    永久磁石
Ｆ１、Ｆ２    磁束
Ｆ３    磁束
Ｆ４、Ｆ５    漏れ磁束
【図１】
0004173936.tif 000002
【図２】
0004173936.tif 000003
【図３】
0004173936.tif 000004