(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子と該固定子の発熱を冷却する液冷式冷却手段とを備え、前記回転子は、先端部分に複数個の爪部が形成され対向配置された１対の爪形磁極と、該爪形磁極を磁化させる界磁巻線と、前記爪形磁極の爪部間に固定された補助励磁用の永久磁石と、前記永久磁石を前記爪形磁極の爪部間に固定する磁石固定部を有し、前記固定子は、前記回転子と所定の間隔を隔てて配置され、前記爪形磁極の磁化により交流電圧を発生させる固定子巻線を有する車両用交流発電機において、
前記磁石固定部は前記爪形磁極の爪部端面から円周方向に延びるつば状に形成され、前記磁石固定部を前記回転子の主ギャップ面よりも半径方向内側に離間した位置に設け、該磁石固定部の半径方向内側に前記永久磁石を配置し、該磁石固定部の半径方向外側に磁気的空隙部を形成すると共に、前記爪形磁極表面の形状は前記磁石固定部の上面側幅と下面側幅をほぼ同等に形成したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項1に記載の車両用交流発電機において、前記固定子に前記回転子の全体を覆うように設けられ、前記固定子の発熱を冷却する液冷式冷却手段を備えたことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
回転子と固定子とを備え、前記回転子は、先端部分に複数個の爪部を形成した１対の対向配置された爪形磁極と、隣接する前記爪形磁極の間に配置された永久磁石と、前記永久磁石を前記爪形磁極の爪部間に固定配置する磁石固定部と、前記爪形磁極を磁化させる界磁巻線とから構成され、前記固定子は、前記回転子と所定の間隔を隔てて配置され、前記爪形磁極の磁化により交流電圧を発生させる固定子巻線有し、前記固定子の発熱を冷却する液冷式冷却手段を備えた車両用交流発電機において、
前記磁石固定部は前記爪形磁極の爪部端面から円周方向に延びるつば状に形成され、前記磁石固定部を前記回転子の主ギャップ面よりも半径方向内側に離間して設け、該磁石固定部の半径方向内側に前記永久磁石を配置し、該磁石固定部の半径方向外側に磁気的空隙部を形成すると共に、前記爪形磁極表面の形状は前記磁石固定部の上面側幅と下面側幅をほぼ同等に形成し、該永久磁石の外周面に、複合磁性材料からなる磁石保持部材を連続的に設け、前記永久磁石の最外周部分に相当する部分を非磁性体とし、該永久磁石の磁化方向面は磁性体の性質を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の前記磁石固定部の最外周部は、主ギャップ面から主ギャップ長の２〜３倍の距離離れて、内周側に配置されることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用交流発電機において、前記磁石固定部の最外周部は、前記爪磁極外周面と階段状に繋がっていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の前記磁石固定部は、一片の爪磁極端面に複数個に分けて配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の回転子において、前記爪形磁極根元部分の形状は角形形状であり、その部分の内周側空間部に前記磁石固定部を設け磁極間とほぼ同形状の前記永久磁石を配置したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
請求項１及び請求項３に記載の車両用交流発電機において、前記固定子に設けられた前記回転子の軸を支持する一対の軸受けと、前記回転子の軸の一方に固定されたプーリと、前記固定子の発熱を冷却する液冷方式の冷却手段とを設け、該冷却手段は、前記固定子のプーリ側軸受け外側の回転子近傍に冷却水が循環する冷却促進部を設けたことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の車両用交流発電機において、前記爪形磁極間で磁石に接する面に防食塗料を塗布した爪形磁極間に、前記永久磁石を配置したことを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用交流発電機に係り、特に自動車用発電装置として用いるのに好適な車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用交流発電機として、次のような公知例がある。まず、第一の公知例では回転子の冷却を促進するために、特開２０００−１２５５１３号公報に記載されているように、界磁巻線の発熱を固定側に伝えやすいように固定側に凸部機構を配置したものが開示されている。
【０００３】
第二の公知例では、爪磁極間に永久磁石を配置する場合に爪形磁極の内周側に磁石固定部を設けて、非磁性体の磁石保持器に永久磁石全体が覆われたものを爪磁極間に配置したものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記、第一の従来技術においては、永久磁石を爪磁極間に配置するための磁石固定部分が永久磁石上部に必要なため、永久磁石が無い爪形状に比べ爪磁極の表面積が大きくなる問題点がある。その結果、爪磁極表面で発生する渦電流損失が大きくなる問題が発生する。また、固定子コイルに近いところに配置されるため、固定子からの銅損による熱を受けやすく、永久磁石にネオジム磁石を用いた場合には、熱減磁の可能性が発生する。また、磁石位置を単純に下げようとすると、磁石固定部の径方向厚みが大きくなり、極間部の対向面積が増加するために、漏れ磁束が大きくなる問題点が発生する。逆に、爪磁極の爪表面積を同じようにした場合には、磁石の磁化方向長さが長くなり着磁がし難い問題が発生してくる。また、磁石が大きくなる問題が発生しコストアップにつながる。また、第二の従来技術に於いては回転子の発熱を固定側に伝えても熱伝導で水路に熱を伝えるためには水路までの距離が長く、回転子から水路までの熱抵抗は余り良くないと考えられる。
【０００５】
一方、液冷式車両用交流発電機は、冷却手段にファンを用いないことから機内を密閉構造にすることが可能である。この場合、回転子の発熱による冷却には空気を介して熱伝導によるものが主とした熱伝達経路となる。そのために、温度上昇を抑えるためには回転子部での発熱を低減する必要がある。回転子の熱源としては、界磁巻線の銅損と回転による機械損、爪磁極表面で発生する渦電流損がある。高速回転になると、この渦電流損失が大幅に増大する。そのために、渦電流損失の低減が重要となる。
【０００６】
本発明の第一の目的は、永久磁石を爪磁極間に配置する場合、永久磁石の適切な固定方法及び永久磁石の磁束の利用率向上を図った車両用交流発電機を提供することにある。
【０００７】
本発明の第二の目的は、液冷式車両用交流発電機において、高速回転における渦電流損失の増大を抑えることのできる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第三の目的は、回転子の発熱を水路に効率良く伝えることのできる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一、第二の目的を達成するために、固定子の爪形磁極の爪部間に固定された補助励磁用の永久磁石と、前記爪磁極の爪部端面から円周方向に延びるつば状の磁石固定部を有する車両用交流発電機において、前記磁石固定部を前記回転子の主ギャップ面よりも半径方向内側に離間した位置に設け、該磁石固定部の半径方向内側に前記永久磁石を配置し、該磁石固定部の半径方向外側に磁気的空隙部を形成したことを特徴とする。
【００１０】
なお、磁石固定部は、主ギャップ面すなわち爪磁極表面よりもギャップ長の２〜３倍の距離離れて内径側に設けるのが望ましい。また、磁石固定部を部分的に設けることで、極間の漏れ磁束を低下させ、出力の向上を図ることができる。
【００１１】
また、永久磁石の保持部材に、複合磁性材料を用いて永久磁石の磁化方向に接する面は磁性体、直角方向は非磁性体とすることで、永久磁石の利用効率向上を可能にしている。
【００１２】
上記の第三の目的を達成するために、本発明では、固定子のプーリ側軸受け外側の回転子近傍に冷却水が循環する冷却促進部を設けたものである。これにより、回転子の発熱を冷却水に効率良く伝達させることが出来るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例として冷却手段を完全液冷構造とした車両用交流発電機の１例を図１ないし図８により説明する。図１は車両用交流発電機の縦断面図であり、図２は水路の構造を示し、図３にエンジンを含めた駆動系及び冷却系統の全体構成を示す。まず、第１の実施例になる車両用交流発電機の構成について説明する。
【００１４】
図１は冷却手段を完全液冷構造とした車両用交流発電機の１例を示したものである。エンジンの動力を受けるプーリ１０２はシャフト１０１に固定され、２個のベアリングで支持されている。その２つのベアリングの中心部には回転子１が配置され、プーリ１０２の回転に同期して回転するようにシャフト１０１に固定されている。
【００１５】
回転子１には、爪形磁極１０８が設けられており、爪形磁極１０８の内周側には界磁巻線１０７が配置されている。また、回転子１の爪磁極間には高出力化を可能とする補助励磁用のネオジム永久磁石１１７が設けられている。先に述べた界磁巻線１０７には、回転子１に設けられたスリップリング１１０にブラシ１１１が摺動可能に取り付けられており、直流電流を通電できるように構成されている。永久磁石１１７の極性は界磁巻線１０７を励磁したときに作る磁極と同極が向かい合うように着磁されたものが配置される。
【００１６】
固定子２には、固定子コア１０５に三相の固定子巻線１０６が巻かれており、固定子コア１０５の外周部には水路１１４を設けたハウジング１１５が配置されている。フロントブラケット１０３には、回転子１の軸方向から熱伝導し易いように、水路１１４を設けた冷却促進部１１８が設けられている。この冷却促進部１１８は回転子と僅かなギャップ長を介して配置されている。また、反プーリ側の水路１１４はハウジング１１５に水路となる溝を設けたものにリアプレート１１２で蓋をすることで密閉水路を構成するようになっている。全体の水路としては、ハウジング１１５及びフロントブラケット１０３、リアプレート１１２により成り立っており、直列流路を構成している。
【００１７】
よって、ハウジング１１５内部で発生する磁気音、風音は外部には漏れ難い構造となっている。反プーリ側のリアブラケット１０４の内部には発電電圧を調整するための、ＩＣレギュレータ１１３と整流素子が挿入されたダイオードマイナスフィン１０９−と、ダイオードプラスフィン１０９＋が配置されている。このダイオードマイナスフィン１０９−は先に述べたリアプレート１１２の上に配置され、その上にダイオードプラスフィン１０９＋が配置されている。ここの説明では整流素子には、ダイオードを用いた説明を行ったが、ＭＯＳ-ＦＥＴのブリッジを用いても同様の性能は得られる。
【００１８】
先にも述べたが、ハウジング１１５の反プーリ側には整流素子を冷却するための水路１１４が設けられており、その水路１１４はリアプレート１１２によって水路が閉じられた構成となっている。先にも述べたように整流素子は、このリアプレート１１２に固定されている。リアブラケット１０４は整流素子の配置されたダイオードマイナスフィン１０９−及びダイオードプラスフィン１０９＋及びＩＣレギュレータ１１３を覆うようにハウジング１１５に固定されている。回転子１の冷却は、回転子１の軸方向端面とフロントブラケット１０３及びハウジング１１５の反プーリ側面との接する面に熱伝導が良好に行えるように冷却促進部１１８が配置されている。この冷却促進部１１８は回転子１に僅かなギャップで面対向するような形状を成している。また、先にも説明したように、その冷却促進部には水路１１４が設けられている。
【００１９】
回転子１の爪磁極間には先にも述べたように補助励磁用の永久磁石１１７及び界磁巻線１０７が配置されているが、残りの空間には樹脂１１６が充填されている。また、固定子２に於いても固定子巻線１０６とハウジング１１５の隙間及び固定子コア１０５内の巻線間にも樹脂１１６が充填されている。どちらの樹脂１１６も巻線で発生した損失による発熱を水路１１４に伝えやすくするものである。回転子１の樹脂は爪磁極間に配置した永久磁石の防湿と割れた場合の飛散防止及び永久磁石の固定にも効果がある。回転子１の樹脂は高速回転に耐えられなければならないため、固定子２に用いる樹脂とは材質が異なっても良い。
【００２０】
水路１１４はエンジン冷却水を分岐して循環する構成である。図２は、水路の構造を示したものであり、（Ａ）はジャケット３４の平面図、（Ｂ）はＦブラケット１０の正面を示している。ジャケット３４には、冷却水に入口と出口が構成されており、入口側を吸水口２２３、出口側を排水口２２５で示している。冷却水は、吸水口２２３から入り矢印３９のように直列流路に流れ排水口２２５から出ていく。
【００２１】
Ｆブラケット１０では水流が折り返せるように折り返し水路３６が形成されている。また、このときＦブラケット１０の内径側にも水路が形成されており、冷却水は、環状の仕切り部３８を越えてＦブラケットの内径側まで通る構造になっている。
【００２２】
次に、図３において、エンジン３００を含めた駆動系及び冷却系統の全体構成を示す。車両用交流発電機１００は、固定部１１０を介してエンジン３００に固定されている。車両用交流発電機１００の出力軸に固定されたプーリ１とエンジン３００のクランクプーリ３０２がベルト３０３で接続されている。
【００２３】
エンジン３００の冷却水を冷却するためのラジエータ２１０に対して、車両用交流発電機１００には並列に循環水路が構成されている。すなわち、ラジエータ２１０に並列に、エンジン３００の冷却水循環水路と車両用交流発電機１００の冷却水循環水路１１４とが、それぞれ最適の冷却能力を発揮するように独立して設けられている。この循環水路における水の循環は、エンジン３００の回転に連動するウォータポンプ２２０によってなされる。循環水路は、ラジエータ２１０の出口２１１側に接続されたポンプ２２０と吸水ホース２２２、ラジエータ２１０の入口２１２側に接続された排水ホース２２４を含んでいる。
【００２４】
次に、車両用交流発電機１００の動作について説明する。まず、界磁巻線１０７がブラシ１１１とスリップリング１１０を介して直流励磁された状態で、プーリ１０２が回転するとプーリ１０２に取り付けられた回転子１の爪形磁極１０８が回転し、固定子巻線１０６に３相の電圧が発生する。この３相電圧を先に述べたダイオードマイナスフィン１０９−及びダイオードプラスフィン＋に配置した整流素子ブリッジによって全波整流することで、直流電圧に変換することが可能となる。
【００２５】
先に述べたハウジング１１５に配置した水路１１４は、固定子コア１０５の外周に配置されており、発電時に発生する固定子コア１０５の鉄損や固定子巻線１０６で発生する銅損による温度上昇を抑えるように熱の伝達手段として用いられている。この水路１１４は整流素子の冷却用水路１１４及びフロントブラケット１０３の冷却促進部１１８に設けた水路１１４と直列に接続されている。回転子１の界磁巻線１０７の銅損によって発生する発熱は先に説明した回転子１の軸方向端面に設けた冷却促進部１１８により熱交換を行いフロントブラケット１０３に設けた水路１１４に熱が伝わる構成である。よって水路１１４は回転子全体を覆うように配置されている。このように、回転子１の全体を覆うように水路１１４を配置することで回転子１の冷却を良好に行えるだけではなく、磁気音の遮音等にも効果がある。
【００２６】
図４は、本発明の回転子１を軸方向から見た図を示したものである。手前の爪形磁極１０８をＮ極側、反対側をＳ極磁極として説明する。本発明の爪形磁極形状は、Ｎ極側爪形磁極１０８ＮとＳ極側爪形磁極１０８Ｓは全く同じ形状で構成されている。永久磁石１１７の飛び出しを防止するために、爪形磁極１０８の内周側には磁石固定部１１９が回転子の最外周面よりｄ１の距離だけ内周側に設けられている。また、磁石固定部の厚みはｈ１となっている。
【００２７】
ここで、磁石固定部１１９を爪磁極表面に設けない理由は、爪磁極表面付近に磁気的空隙部を形成するためである。爪磁極表面では回転によりスロットリプルによる渦電流損失が発生しているこの渦電流損失は、磁束密度の変動の大きさや回転速度によって大きくなる。また、爪磁極表面積が大きい場合には損失が比例して大きくなる。そこで、磁石固定部を内径側に配置し、爪磁極表面付近に磁気的空隙部を形成することで、この渦電流損失を低減するために爪磁極表面積を狭められる効果がある。このとき、磁石固定部がスロットリプルの影響を受けにくいように、主ギャップ長に対して２〜３倍の距離離して配置している。このとき爪形磁極１０８の根元部分の磁極幅をＷｐｓ、磁極間幅をＷｓとすると本発明の爪形磁極形状は、Ｗｐｓ＞Ｗｓの関係を成していることを特徴とする。
【００２８】
また、このとき回転子の爪形磁極のスキューは１スロットピッチスキューを採用している。この、磁石固定部１１９の径方向の厚みｈ１は１．０〜２．５ｍｍ程度としており回転時に永久磁石が飛び出さないようにするだけではなく、界磁巻線１０７に励磁を加えない状態で永久磁石１１７から固定子巻線１０６に漏れる漏れ磁束を低下する効果が有る。この磁石固定部１１９の径方向厚みｈ１を今回１．０〜２．５ｍｍとしたが、厚みをこれ以上大きくすると、爪形磁極間での漏れ磁束が大きくなり有効磁束が減少する。また、極間に配置できる永久磁石の厚みが薄くなり有効磁束が減少する。
【００２９】
図５は、爪形磁極間及び爪形磁極根元部に永久磁石を配置する場合について示したものである。今までの説明では、爪形磁極間に配置する永久磁石１１７は略長方形の形状であったが、根元部分に配置する永久磁石１２３は爪形磁極間根元部と同じ形状で構成され、爪形磁極内周側に磁石固定部１２４を設け、この部分で飛び出しを防止している。この扇形形状の永久磁石１２３の磁化方向は径方向であり、Ｎ極側の爪形磁極間に配置する場合にはＳ極が外周側で内周側はＮ極となる。また、爪形磁極の根元部形状は配置する永久磁石１２３と接する面が大きくなるように角形形状とし、配置する永久磁石１２３の上面端部が磁石固定部１２４に接する構造である。
【００３０】
以上の説明は、永久磁石１２３の上面にはカバー等の説明は省略したが外周側に非磁性体のカバーを配置しても良い。また、爪形磁極１０８と永久磁石１２３の接する面は防食処理を行うことで耐久性を向上出きる効果がある。ここで説明した、爪磁極端部に永久磁石１２３を配置した場合の特徴は、以下の通りである。（１）界磁巻線の減磁界を受けにくい。（２）固定子の発熱部から遠く、回転子の端部に配置されるため雰囲気温度が低い。（３）爪磁極の起き上がりが無く磁石の固定に安定している。（４）発電時の電機子反作用による減磁界を受けにくい。（５）渦電流が流れにくい場所にあり損失を発生しにくい。等である。
【００３１】
図６は、爪形磁極間に永久磁石１１７を配置した図を示したものである。Ｎ極側の爪形磁極を１０８Ｎ、Ｓ極側の爪形磁極を１０８Ｓとし、その内周側であって、内径側に永久磁石１１７の飛び出しを防止するための磁石固定部１１９を配置したものである。ここで、磁石固定部１１９を爪磁極の最外周に設けた場合には、回転中のスロットリプルによる渦電流が発生しやすくなるために、渦電流による損失が発生し、爪形磁極の温度上昇となり極間に配置した永久磁石が減磁する問題が発生する可能性がある。また、極間に配置される永久磁石が固定子に設けられた固定子コイルで発生する銅損による温度上昇で温度的に高い場所に近いところに置かれるため、同様に熱減磁の問題が発生しやすくなると考えられる。
【００３２】
本発明では、爪磁極表面で発生する渦電流損失を低減できるように、磁石固定部１１９を回転子の最外周面に配置するのではなく、爪磁極表面付近に磁気的空隙部を形成してスロットリプルの磁束変動を受けにくいように主ギャップ面より内径側に設けたものである。また、磁石固定部１１９は図からも分かるように爪表面とはなだらかに繋がるのではなく、比較的階段状に近い形状としている。
【００３３】
図７は、図６に示した爪形磁極間に永久磁石を配置した場合のＡ−Ａ'断面について示したものである。Ｎ極側の爪形磁極１０８ＮとＳ極側の爪形磁極１０８Ｓの間には永久磁石１１７が配置されている。永久磁石の固定用に設けた磁石固定部１１９は爪形磁極の最外周面よりもｄ１離れて配置する。また、磁石固定部１１９の厚みは永久磁石１１７が最高回転数で回転子が回転した場合にも永久磁石１１７が外周側に飛び出さないような機械的強度を持たせた厚みｈ１となる。そこで、この厚みｈ１は１．０〜２．５ｍｍ程度で構成される。
【００３４】
また、磁石固定部の幅ｔ１についても厚みｈ１とほぼ同じ寸法である。先に説明した磁石固定部上面と回転子の最外周面との距離ｄ１については、固定子のスロットリプルの影響を受けにくいように、主ギャップ長をｇ１とした場合ｇ１の２〜３倍の距離離せば磁束変動の影響を受けにくくなるためこの近辺の値が望ましい。また、磁気音に関しては爪磁極表面には従来用いられているベベルを設けた方が良く、ベベルの外周側から階段状に１段落として磁石固定部１１９を配置するのが望ましい。また、爪磁極表面の形状において上面側ｗ１を下面側ｗ２よりも狭くして、渦電流の流れる面積を低減することで、渦電流損失低減を図ることも可能である。
【００３５】
図８は今までに説明してきた回転子の外観を示したもので、磁石固定部が爪磁極表面ではなく、内径側に配置されている様子がよく分かる。詳細な説明は省略する。
【００３６】
図９は、図８に示した磁石固定部１１９を爪形磁極の両側に連続して設けるのではなく、部分的に２ヶ所に分けて設けたものである。図９の例ではＮ極側の爪形磁極１０８Ｎの左側磁石固定部１１９Ｎ−Ｌ１、１１９Ｎ−Ｌ２、Ｓ極側爪形磁極１０８Ｓの右側磁石固定部１１９Ｓ−Ｒ１、１１９Ｓ−Ｒ２、左側磁石固定部１１９Ｓ−Ｌ１、１１９Ｓ−Ｌ２である。この、爪形磁極１０８の内周側で内径側に設けた磁石固定部１１９に補助励磁用の永久磁石１１７（図示せず）は固定される。
【００３７】
図示しないが、爪形磁極の左右に設ける磁石固定部１１９の数が異なった場合についても、同様の効果があることは言うまでもなく、千鳥状に取り付けた場合には、対向する磁石固定部からの距離を広げ、固定子巻線のインダクタンスを低下させるようにできる。爪形磁極の先端部と根元部分は省略することが出来ないため、分割した場合には、先端部と根元部の最低２個は必要である。
【００３８】
以上、磁石固定部分を分割した内容について説明したが、この分割の目的は漏れ磁束の低減と固定子巻線のｑ軸インダクタンスの低減を狙ったもので、結果的には出力電流の向上効果がある。また、図８〜図９では爪形磁極根元部に配置する永久磁石１２３の固定部については図を省略したが、磁石固定部を設けて永久磁石１２３を配置しても良い。
【００３９】
次に、図１０を用いて爪形磁極間に配置する永久磁石１１７の外周部に複合磁性材料からなる磁石保持部材について説明する。図１０は、爪形磁極間に永久磁石１１７を配置した場合の軸中心部での断面図を示したものである。本発明の複合磁性材料は、磁性体の性質と非磁性体の性質を同じ金属上に形成できるもので、例えば１３Ｃｒ−Ｆｅや１７Ｃｒ−Ｆｅ等のものがある。これらは、本来磁性体の性質を持つもので、局部的に熱を加えて温度が１、１００℃程度になると非磁性体の性質を示すものである。また、材料によっては逆の性質を示すものもある。本発明では、磁性体と非磁性体の異なった性質を同一の板で現れれば良い。本実施例では、永久磁石１１７の底面を除く全ての面を先に説明した複合磁性材料で覆い、永久磁石の上面のみ熱処理により非磁性体とする。
【００４０】
また、永久磁石の磁化方向の面は磁性体であり、磁石保持部材１２０は永久磁石にほぼ完全に接するような形状である。このように、永久磁石１１７の磁化方向面を磁性体とすることで磁石の磁束は、磁性面を介して爪形磁極に接するため、磁石保持部材が無い場合と比べると有効磁束は増加する。また、永久磁石１１７の上面は非磁性体としているため永久磁石の上面部での漏れ磁束は増加しない。
【００４１】
また、図１０の下側に示した図は、爪形磁極の中心近辺で爪形磁極と磁石保持部材１２０に囲まれた永久磁石の断面を示したものであり、爪形磁極の下面に隙間が空いているものを示している。爪形磁極の根元に近い部分で有ればどちらか一方の爪形磁極の下面には隙間は空かないが、反対側の爪形磁極の下面は大きく空いてしまう。図示しないが、この爪形磁極の下面に出来る隙間に樹脂を充填してもよい。爪形磁極の下面に相当する部分は爪形磁極が外周部にあるため、飛び出すことはない。
【００４２】
また、磁石保持部材１２０を連結しないで個々の永久磁石に一対一で対応した保持部材を用いても、磁石の磁化方向面に相当する複合磁性材料の磁気特性は磁性体の性質とし、磁化方向と直角面は非磁性体の性質を示すようにしている。このように単体で、永久磁石１１７と磁石保持部材１２０を形成しても、先に説明したように爪磁極間に樹脂１１６を充填して、界磁巻線１０７での発熱を樹脂１１６を介して爪形磁極に伝えやすくしている。
【００４３】
図１０で説明した磁石保持部材の形状は永久磁石の形状に合わせた場合について説明したが、爪形磁極の下部に当たる部分に空間が空かないように構成したものを図１１に示す。図１０及び図１１に示した磁石保持部材１２０の爪形磁極との接する部分は磁性体で構成される。図１１の場合も、磁石保持部材１２０と界磁巻線１０７との間には熱伝導性の良い樹脂等を挿入しても良い。
【００４４】
以上説明したように、回転子の冷却を促進できるように冷却促進部１１８に水路１１４を設けることで、出力向上の効果がある。また、回転子の爪磁極間に永久磁石を固定する磁石固定部を爪磁極表面から離して配置することで、爪磁極表面で発生する渦電流損失を低減できる。また、回転子の内径側を樹脂モールドすることで、軸方向面に界磁巻線の熱が伝えやすくなり出力の向上効果及び、磁気音の低減が可能となる。また、永久磁石固定部を分割して設けることで漏れ磁束の低減効果、及びｑ軸インダクタンスの低減が図れ出力の向上効果がある。また、永久磁石の固定位置を回転子の外周面から主ギャップ長の２〜３倍の距離離すことで、無励磁時の固定子への漏れ磁束を低減できバッテリーの加充電を防止することが出来る。また、永久磁石の保持部材を磁性体と非磁性体の２つの性質を持つ複合磁性材料とすることで、漏れ磁束低減により出力向上効果がある。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば爪磁極内周側に設ける補助励磁用の永久磁石の固定部分を、爪磁極の外周面から、渦電流の影響を受けにくい位置に設けると共に、永久磁石の位置を固定子から離せることで固定子の発熱による熱を受けにくく出来る。また、爪磁極表面形状を狭くすることも可能となり高速回転時の渦電流損失を低減でき高速時の出力向上効果がある。また、回転子の内径側を樹脂モールドすることで、騒音低減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例になる車両用交流発電機の縦断面図である。
【図２】本発明の両用交流発電機における冷却水路の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例における、エンジンを含めた駆動系及び冷却系統の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例における回転子に設けた爪形磁極を軸方向から見た図である。
【図５】本発明の実施例における永久磁石固定部の説明図である。
【図６】本発明の実施例における永久磁石の配置の説明図である。
【図７】図６のＡ−Ａ'断面を示したものである。
【図８】本発明の実施例における回転子の外観を示した図である。
【図９】図８の回転子に対する、変形例を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例における永久磁石磁石保持部材について説明する図である。
【図１１】本発明の他の実施例における永久磁石磁石保持部材について説明する図である。
【符号の説明】
１…回転子、２…固定子、１０１…シャフト、１０２…プーリ、１０３…Ｆブラケット、１０４…リアブラケット、１０５…固定子コア、１０６…固定子巻線、１０７…界磁巻線、１０８…爪形磁極、１０９＋…ダイオードプラスフィン、１０９−…ダイオードマイナスフィン、１１０…スリップリング、１１１…ブラシ、１１２…リアプレート、１１３…ＩＣレギュレータ、１１４…水路、１１５…ハウジング、１１６…モールド樹脂、１１７…永久磁石、１１８…冷却促進部、１１９…磁石固定部、１２０…磁石保持部材、１２１…非磁性部、１２２…磁性部、１２３…永久磁石、１２４…磁石固定部。
【図１】
0003830779.tif 000002
【図２】
0003830779.tif 000003
【図３】
0003830779.tif 000004
【図４】
0003830779.tif 000005
【図５】
0003830779.tif 000006
【図６】
0003830779.tif 000007
【図７】
0003830779.tif 000008
【図８】
0003830779.tif 000009
【図９】
0003830779.tif 000010
【図１０】
0003830779.tif 000011
【図１１】
0003830779.tif 000012