(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歯状部に三相巻線を施した電機子鉄心と、前記電機子鉄心の内側に配置した回転方向に空心部と非空心磁気通路部とを配列したインダクター回転子を有する磁気回路において、
前記電機子鉄心は磁性フレームでインダクター回転子と磁気的に連接し、界磁巻線は該連接経路部に鎖交させるように外部に設けており、かつ
前記インダクターの空心部は、前記回転子の最外径面より内側に配置され、その結果形成される外径と空心部との鉄心つなぎ部つまり円筒肉厚部は、その幅λにおいて、前記電機子鉄心歯状部の歯先厚μより薄く、かつ材料板厚よりも厚くして、薄厚部分円筒状部を形成するとともに、
前記電機子鉄心歯状部の幅αと歯先の幅γと、前記非空心磁気通路部の幅βとは、
α＜β≦γとしたことを特徴とする円筒状インダクター回転機。
【請求項２】
前記薄厚部分円筒状部は、その内周側を放射状スポークにて支持されており、該スポーク部幅δは前記電機子鉄心歯状部の幅αよりも実質的に無視できる程度に小さく前記鉄心つなぎ部の幅λと同程度に小さいことを特徴とする請求項１項記載の円筒状インダクター回転機。
【請求項３】
前記インダクターの非空心磁気通路部には、磁石を嵌装して、閉塞効果と界磁強化の効果をもたせたことを特徴とする請求項１項乃至３項記載の円筒状インダクター回転機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期回転機一般に適用されるものであるが、とりわけ高速回転を必要とする車両用交流発電機に有用な技術である。
【０００２】
【発明の目的】
車両においてエンジンに装着された回転機は、エンジン回転の変動に伴い音色が変化する特質がある。特に高回転になるとその周波数が高くなり他の音色と聞き分けられるようになり気に触るものである。本発明はコストや出力を犠牲にすることもなく高速回転時でも静粛な回転機を提供することを目的としている。
【０００３】
【従来の技術】
従来車両用交流発電機としては励磁力を集中巻装して高励磁力が印加できる点で好適の、爪形塊状磁極を有する同期発電機が重用されて来たが、最近は励磁制御用トランジスタのＦＥＴ化などにより高励磁電流が可能となり、この方式に固執する必要は薄れてきた。また一方駆動は高速化の一途にあり、前記爪形磁極では高速回転したときの風切り騒音が著しく大きくなってしまう問題があり、せいぜい連続使用では最大１８０００ｒｐｍ程度までが限度であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
更に高速化を可能とするために回転子騒音の低減を図るものである。そのためには回転子の凹凸など空気流れの抵抗で生じる圧力変動、仕事を減らせばよい。具体的には空気力学的円筒化をはかればよく非磁気材料の別部材を外装することが考えられるが、これだとコストアップとなり、また磁極を延長してしまうと出力低下してしまうことが予想される。すなわち本発明は磁気回路を工夫してコストアップや性能低下を伴わないように回転子の円筒化を図ることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述課題に対して次のように解決を図るものである。
【０００６】
請求項１では、電機子鉄心の内側に配置した回転子は、前記電機子鉄心は磁性フレームでインダクター回転子と磁気的に連接し、界磁巻線は該連接経路部に鎖交させるように外部に設けており、かつその内側において回転方向に交互に空心部と非空心磁気通路部とを配列した円筒状インダクターを形成しており、かつ、前記外径と空心部との鉄心つなぎ部つまり円筒部の肉厚λは、前記電機子鉄心歯状部の歯先厚μよりも薄くかつ材料板厚ｔよりも厚くして、薄厚部分円筒状部を形成し、かつ前記電機子鉄心歯状部の幅αと、前記非空心磁気通路部の幅βとは、α＜β＜（非空心磁気通路部ピッチ／２）としている。
【０００７】
この構成により前記課題が次のように解決される。
【０００８】
つまり、回転子外周を円筒状とし、該円筒状部を伝わって漏れる磁束を、該円筒板厚部を狭めλとするとともに、前記非空心部すなわち前記インダクターの磁気通路の幅βの方は前記磁束の発信源である電機子鉄心の歯の幅αよりも広く低飽和としているので、主磁束は前記狭い通路の厚さλの円筒状部の方でなく広い磁気通路幅βのインダクターの方に導かれてその磁束の漏れは抑制される。また前記インダクターの磁気通路の幅βは、前記電機子鉄心の歯状部の歯先幅μよりも幅が狭いため、前記インダクターが電機子鉄心の異なる歯状部の歯先にまたがって漏洩するいわゆる千鳥漏れ磁束が少なくなる。
【０００９】
なおこのように非空心部の幅を鉄心歯状部なみに狭くすると非空心部の外径である電機子鉄心との対向部磁束密度が著しく増加してしまうことも考えられるが、前述のように円筒外周も磁性体そのもので形成されているので、適度に前記非空心部より広がるいわゆる磁束のフリンジングが形成されて、前記円筒部がない時のような電機子対向部の局部的高飽和を避けることができる。すなわち、風切音対策の理想として爪状磁極の回転子でなく円筒状回転子とするにあたり、コスト面より同一材質のインダクターでこれを形成し、それによる生じる漏れ磁束増加は、円筒状つなぎ部の肉厚寸法や非空心部寸法配分を工夫することにより防いでいる。すなわち円筒状回転子の具現化を図る課題を解決している。
【００１０】
また請求項２では、前述課題に対して次のように解決を図るものである。つまり、前記薄厚部分円筒状部は、その内周側を放射状スポークにて支持されており、該スポーク部幅δは前記電機子鉄心歯状部の幅αよりも実質的に無視できる程度に小さく前記円筒部の肉厚λと同程度に小さくしている。この構成により前記課題が次のように解決される。
【００１１】
つまり、前記空心部の円筒部が風圧で振動して騒音を発生したり、空心部が細分化されるので空洞共振しにくくなるのでより騒音が低下する。このスポーク部は前記円筒部と同様に幅狭なので磁束が漏れにくいので出力低下させることもない。
【００１２】
また請求項３では前述課題に対して次のように解決を図るものである。つまり、前記インダクターの非空心磁気通路部には、磁石を嵌装して、閉塞効果と界磁強化をしている。この構成により前記課題が次のように解決される。
【００１３】
つまり、空洞部が少なくなるので騒音がより小さくなる。しかも界磁強化すると同一性能で比較すると回転子が小型に設計できるから、回転周速が低下し、より静粛性が保証されるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例について説明する。図１は本案を車両用交流発電機に適用した例である。外径がφ７８で、積層厚３５ｍｍの電機子鉄心１は幅αが８．７ｍｍの６個の歯状部２をもち、それぞれに６回巻きの三相電機子巻線３が施されている。前記歯状部２の先端歯先４すなわち回転子５との対向部の幅γは１５．７ｍｍであり、該先端歯先４の厚さμは約１ｍｍとしている。該電機子鉄心１の六つの歯状部２を二分する配置で前記鉄心１の３スロットピッチで２００回巻きの界磁巻線６が施されている。これら電機子巻線３と界磁巻線６は図２に示す三相全波整流回路７に構成されている。更に前記電機子鉄心１の内径部には、コアシート単品の板厚０．３５ｍｍの積層電磁鋼鈑よりなる外径φ３０ｍｍ，積層長さ３０ｍｍの円筒状回転子インダクター８が配置されており、図示無きφ８ｍｍのシャフト、ならびに図示なき駆動手段にて回転される構成となっている。前記インダクター８は、外周円筒部９の肉厚０．５ｍｍおよびこれと内央部をつなぐ厚さ０．５ｍｍのスポーク部１０、およびインダクタ−７として磁気通路になる主磁束通路部分１１を除いて板が打ち抜かれており、全体として積層された状態で空心部１２が形成されている。
【００１５】
次に上記構成によるところの作動について説明する。前記電機子鉄心１に施された界磁巻線４は電機子鉄心１の半数ずつにＮ極Ｓ極を発生し、前記のように回転位置により磁束の導通性の異なるように磁気的異方性を形成されたインダクター７は、これらの各極とそれぞれ順に対向しつつ回転し、その結果各電機子鉄心１の磁束を脈動させるので、電機子巻線３には交流電圧を誘導することとなり【図２】の結線により三相発電機として作用することとなる。回転子インダクター５の外形は前記のように円筒状となっているので外形部で風を切ることもなく静粛となる。同一磁性材料を打ちぬくのみで円筒形状を形成しているから第二部品組みつけをするような場合にたいしてそれらが省略され、きわめて簡素かつ低コストでできる。また円筒部を同一磁性材料で構成しているものの、その厚さを実質磁束漏れが無視できる程度すなわち電機子鉄心の歯先厚μよりも薄くしているので、磁束漏れは実質無視できる。またこの部分において板厚よりも幅を大きくとっているから断面２次モーメントも大きく変形も少ない。また非空心部すなわちインダクターの磁気通路部の幅は前記磁束の発信源である電機子鉄心の歯の幅αよりも広く低飽和としているので、主磁束は前記狭い通路の厚さλの円筒状部６の方でなく広い磁気通路幅βのインダクター７の方に導かれてその磁束の漏れは抑制される。また前記インダクターの磁気通路の幅βは、前記電機子鉄心の歯状部の歯先幅μよりも幅が狭いため、前記インダクターが電機子鉄心の異なる歯状部の歯先にまたがって漏洩するいわゆる千鳥漏れ磁束が少なくなる。このように非空心部の幅を鉄心歯状部なみに狭くすると非空心部の外径である電機子鉄心との対向部磁束密度が著しく増加してしまうことも考えられるが、前述のように円筒外周も磁性体そのもので形成されているので、適度に前記非空心部より広がるいわゆる磁束のフリンジングが形成されて、前記円筒部がない時のような電機子対向部の局部的高飽和を避けることができる。
【００１６】
すなわち、風切音対策の理想として爪状磁極の回転子でなく円筒状回転子とするにあたり、コスト面より同一材質のインダクターでこれを形成し、それによる生じる漏れ磁束増加は、円筒状つなぎ部の肉厚寸法や非空心部寸法配分を工夫することにより防いでいる。
【００１７】
すなわち本発明の目的とするコストや出力の悪化を回避しつつ高速回転での風切騒音の低い、車両用交流発電機を提供できることとなった。
【００１８】
［第２の実施形態］
次に第２の実施例を図３に示す。前記第１実施例では界磁巻線６を電機子鉄心１にもうけていたが、ここに示すものでは電機子鉄心１は磁性フレーム１７で回転子インダクター８と磁気的に連接し、界磁巻線６は該連接経路部に鎖交させるように外部に設けている。このようにすると界磁起磁力が電機子の巻線スペースに制約されることがなくなり強化できるので、前記円筒状の肉厚部をその分厚くすることができ頑丈にできる。このため図４に示すように空心部の一部に磁石１８を嵌装することができ、空心部が閉塞されて風切騒音が低下する。なおこの場合は複数の空心部の中央に配置して閉塞しているのみであるが、これにより両端に空心を分室化することで共鳴抑制ができるという効果がある。またインダクターの磁束主通路部と電気的に１８０度離れた位置に磁石を介在して反対極性を配置していることで出力向上効果が著しく、逆に回転子を小型化できて表面周辺速度も低下でき、そのため風切騒音も更に低減するという効果がある。
【００１９】
［その他の実施形態］
前記実施例には２極対の例を示したが、本願のように外周を円筒化したものでは更に多極にすればするほど従来の爪状磁極のものに対してその効果の差は顕著となる。ただし１極あたりの漏れ磁束がどうしても無視できなくなるから、自ずとその極数には限度があることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明となる第１実施例の説明図である。
【図２】図１に示す第１実施例の電機子巻線の結線図である。
【図３】第２実施例の回転機全体構造である。
【図４】第２実施例の回転子と電機子の説明図である。
【符号の説明】
１  電機子鉄心
２  歯状部
３  電機子巻線
４  先端歯先
５  回転子
６  界磁巻線
９  円筒状部
１０  スポーク部
１１  非主磁束通路（空心部）
１２  空心部
１８  磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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