JP2003244875A - オールタネータ用回転子アセンブリ - Google Patents

オールタネータ用回転子アセンブリ

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JP2003244875A
JP2003244875A JP2003015961A JP2003015961A JP2003244875A JP 2003244875 A JP2003244875 A JP 2003244875A JP 2003015961 A JP2003015961 A JP 2003015961A JP 2003015961 A JP2003015961 A JP 2003015961A JP 2003244875 A JP2003244875 A JP 2003244875A
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Anthony Militello
ミリテロ アンソニー
Timothy York Michael
ティモシー ヨーク マイケル
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  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石を含むハイブリッド設計の回転子ア
センブリを有する自動車用オールタネータを提供する。 【解決手段】 オールタネータ用回転子アセンブリは、
励磁巻線を限定している電線を含む。第１の磁極片及び
第２の磁極片は、各々、回転軸及び半径方向外側の縁を
限定している全体的に円形のボディを有する。複数の磁
極指が、各磁極片の半径方向外側の縁の周りに放射状に
離間し、該縁から回転軸に平行に軸方向に伸びている。
各磁極片は、磁極指間の半径方向外側の縁の周りに放射
状に離間している複数の取付け表面を含む。複数の永久
磁石は、取付け表面上に位置決めされている。複数のカ
バーは、それから伸びるタブを含み、永久磁石の１つを
実質的に包み込む。第１及び第２の磁極片の取付け表面
はリブを含み、リブはタブと係合してカバーを取付表面
に確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、自動車用オールタ
ネータに関し、特に、回転子上に取付けられている永久
磁石を含むハイブリッド設計の回転子アセンブリに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、特に乗用車及び軽トラックを
含むモータビークル（以下、自動車という）応用に使用
するようになっているオールタネータに関する。これら
のデバイスは、典型的には、自動車の内燃機関のクラン
クシャフトに接続された滑車に巻かれた駆動ベルトによ
って機械的に駆動される。ベルトがオールタネータ上の
滑車を駆動し、オールタネータは内部回転子アセンブリ
を回転させて交流（ＡＣ）電力を生成する。この交流電
力は直流（ＤＣ）に整流され、自動車の電気母線及び蓄
電池へ供給される。
【０００３】オールタネータは数十年にわたって自動車
に使用されてきたが、現今の自動車の設計、コスト、及
び性能に対する要求から、オールタネータの設計をより
効率的にすることが益々強調されてきている。今日の自
動車の特色は、装備される電気システム及びアクセサリ
の数が劇的に増加していることである。これらの電気デ
バイスは、室内及び室外照明、空調システム、益々精巧
になってきている動力伝達制御システム、自動車安定性
システム、トラクション制御システム、及びアンチロッ
クブレーキシステムを含む。自動車オーディオ及びテレ
マチックスシステムも、自動車の電気系統にさらなる要
求をもたらす。自動車のオールタネータの出力容量につ
いてのさらなる挑戦は、電気支援式パワーステアリング
及び電気ブレーキングシステムが一般的に採用されてき
たことである。これらの設計挑戦を組合わせると自動車
の電気系統に対する要望は広く変化するようになり、こ
の要望の変化は、オールタネータを駆動している、そし
て種々の駆動条件によって変化する機関の動作速度には
無関係である。
【０００４】自動車のオールタネータに大きい電気的出
力を供給させる挑戦の他にも、ボンネット内の容積が制
限されているためにオールタネータのサイズを、及び自
動車の燃費に関連してオールタネータの質量を最小にす
ることを含む制約も存在している。
【０００５】これらのデバイスの設計者は、電気出力を
高めるように努力する他に、機関駆動ベルトから供給さ
れる機械的パワーを電力出力に変換する効率を高めるよ
うにも努力している。この効率を改善することは、直ち
に自動車の総合熱効率の改善に、従って燃費の改善につ
ながる。そして最後に、大量生産される自動車のための
全ての成分の場合と同様に、これらの成分を元の機器製
造業者へ競争的にオッファーする際に残された要因の１
つはコストである。
【０００６】従来のオールタネータの電力出力を増加さ
せるために使用されてきた１つの方法は、１つまたはそ
れ以上の永久磁石を回転子の外面に取付けて、かなり強
い磁場を発生させることである。永久磁石と巻かれた励
磁コイルとの組合わせ効果により、機械は実質的により
多くの電力出力を発生することが可能になる。しかしな
がら、回転子は25,000ＲＰＭまでの速度で回転し、且つ
さまざまな環境状態に曝されるので、永久磁石を回転子
上に確保することが問題になる。
【０００７】磁石を回転子上に確保する１つの方法は、
互いにかみ合わせた磁極片の指を長くして対向する磁石
の上を外向きに伸びるようにし、接している磁極片上に
磁石を保持することである。しかしながら、このように
すると、回転子が急速にスピンした時に指に応力が加わ
って指を回転子と固定子との間の空隙の中へ外向きにた
わませる。回転子と固定子とが互いに近づけば近づく程
電力出力は高くなるので、回転子と固定子との間の距離
は極めて近接するように制御されている。指が外側へた
わむようであれば、オールタネータは大きい空隙を有す
るように設計せざるを得ず、それはオールタネータの電
力出力を低下させることになる。
【０００８】更に、永久磁石は一般にもろく、サイズを
公差内に留めるためには高価な研磨操作を必要とするの
で、永久磁石を回転子上にロックできるように成形する
ことは困難であり、且つ高価になる。
【０００９】従って、オールタネータの電力出力を増加
させるために回転子上に取付けられている永久磁石を有
し、永久磁石が回転子の構造的な頑丈さに影響を与え
ず、且つ永久磁石のサイズ及び形状に厳格な公差を必要
としないようなオールタネータ回転子アセンブリに対す
る要望が存在している。
【００１０】
【発明の概要】本発明の第１の観点においては、回転子
アセンブリは、第１及び第２の磁極を含む。各磁極は、
磁極の周りに放射状に離間し且つ磁極の周縁から軸方向
に伸びている複数の磁極指と、これらの磁極指の周りに
放射状に離間し且つ磁極間に位置している複数の取付け
表面とを有している。組立てられた状態においては、磁
極片は、磁極指が公知の“爪形磁極”形態に交互配列さ
れるように取付けられる。永久磁石は取付け表面上に位
置決めされ、これらの永久磁石を実質的に包み込んで磁
極片に確保するためのカバーが設けられる。
【００１１】本発明の別の観点においては、各カバーは
それから伸びるタブを含み、取付け表面はリブを含む。
リブは、タブの上にステーク（staked）されてカバーを
取付け表面に確保し、永久磁石をその中に包み込む。
【００１２】本発明の更に別の観点においては、第１の
磁極片の各磁極指の先端は、第２の磁極片の磁極指の間
に伸びて第２の磁極片の取付け表面上に位置し、第２の
磁極片の各磁極指の先端は、第１の磁極片の磁極指の間
に伸びて第１の磁極片の取付け表面上に位置している。
これらの先端は、カバーと係合して永久磁石を取付け表
面上に更に確保するようになっている。
【００１３】本発明の更に別の観点においては、永久磁
石は、接着剤を用いてカバー内に確保される。
【００１４】本発明の更に別の観点においては、カバー
は、非磁性材料で作られる。
【００１５】本発明の付加的な便益及び長所は、以下の
添付図面に基づく好ましい実施の形態の説明から明白に
なるであろう。
【００１６】
【実施の形態】図１に示す従来技術のオールタネータ構
成では、オールタネータ１０はハウジング１２内に収容
されている。オールタネータ回転子シャフト１４は、転
がり要素軸受１６、１８によって支持されている。ベル
トによって駆動される滑車２０は、回転子シャフト１４
の突き出た前端に固定されている。ファン２２がシャフ
ト１４と共に回転し、オールタネータ１０から熱を除去
するための冷却空気流を供給する。オールタネータの前
側磁極片２４及び後側磁極片２６はシャフト１４と共に
回転し、軸方向に伸びる爪形指２８及び３０をそれぞれ
有している。指２８及び３０はインタレースされて、公
知の“爪形磁極”回転子を構成している。励磁巻線３２
は、磁極片２４と２６との間に形成された空洞内に担持
される。直流励磁信号は、１対のスリップリング３４及
び３６、及びそれぞれのブラシを通して励磁巻線３２に
印加される。
【００１７】磁極片２４及び２６、巻線３２、及びスリ
ップリング３４及び３６を含む回転子アセンブリ３８
は、回転子アセンブリの回転と共に回転する交番極性磁
場を発生する。スリップリング３４及び３６には直流励
磁信号が印加されるのであるが、磁極２４及び２６が１
つおきにインタレースされているので、回転子アセンブ
リ３８の周りに放射状に配置されている静止コア４０に
は交番極性磁場が提示される。回転子アセンブリ３８に
よってコア４０の巻線を横切って提示される交番極性磁
場の運動が、公知のように電気を発生させる。
【００１８】コア４０内に生成されたオールタネータ１
０の電気エネルギ出力は整流用ダイオード（図示してな
い）に印加され、多分自動車の配電母線に接続される前
に濾波されて電力調整デバイスに導かれる。適切なレベ
ルの直流電圧を励磁巻線３２へ印加して、オールタネー
タ１０から出力される交流（コア４０の巻線設計に依存
して、単相または多相の形状であることができる）に所
望のＲＭＳ値を生じさせるために、電圧調整器として知
られる精巧な制御システムが使用される。
【００１９】図２に、本発明の回転子アセンブリ４２を
示す。回転子アセンブリ４２は、転がり要素軸受によっ
て支持されている回転子シャフト４４を含む。第１及び
第２の磁極片４６及び４８は、各々、全体的に円形のボ
ディを有し、そして回転軸５０及び半径方向外縁５２を
限定している。第１及び第２の磁極片４６及び４８はシ
ャフト４４と共に回転し、軸方向に伸びる磁極指５４を
有している。励磁巻線５６は、磁極４６と４８との間に
形成される空洞内のボビン５８上に担持される。直流励
磁信号は、１対のスリップリング６０及び６２、及びそ
れぞれのブラシを通して励磁巻線５６に印加される。
【００２０】磁極指５４は、第１及び第２の磁極片４６
及び４８の、半径方向外縁５２の周りに放射状に離間し
ており、外縁５２から回転軸５０に平行に軸方向に伸び
ている。第１及び第２の磁極片４６及び４８は、各々、
磁極指５４の間の半径方向外縁５２の周りに放射状に離
間した複数の取付け表面６４を含んでいる。永久磁石６
６は、図３に示すように、第１及び第２の磁極片４６及
び４８の各取付け表面６４上に１つの久磁石６６が位置
するように、第１及び第２の各磁極片４６及び４８の周
縁５２に配置されている。
【００２１】図４に示す好ましい実施の形態では、各永
久磁石６６はカバー６８によって実質的に包み込まれて
いる。各カバー６８は、磁極片４６の取付け表面６４に
取付けられて、その中に１つの永久磁石６６を確保する
ようになっている。カバー６８を回転子アセンブリ３８
上に取付けた時にカバー６８が永久磁石を完全に包み込
むように、カバー６８は５つの面と、１つの開いた面と
を有する箱を限定することが好ましい（図５参照）。代
替として、カバー６８は、永久磁石の一部を露出させる
ような開口を含むことができる。
【００２２】好ましくは、各カバー６８は、永久磁石６
６の１つをその中に受入れるようになっている空洞７０
を含む。カバー６８は、側から伸びるタブ７２を更に含
む。好ましくは、カバー６８はプラスチックまたは非磁
性金属で形成するが、カバー６８は永久磁石６６のＮ極
から永久磁石６６のＳ極まで磁路を作らないような如何
なる材料で作ることもできることを理解されたい。更
に、カバー６８は、それが極めて薄い限り、磁性金属で
作ることもできる。薄い磁気カバー６８は、オールタネ
ータ４２の効率を低下させるような僅かな磁路を作る
が、それ以外は永久磁石６６を回転子アセンブリ３８上
に確保して満足できるように働く。
【００２３】第１及び第２の磁極片４６及び４８の取付
け表面６４は、カバー６８のタブ７２と係合するように
なっている。好ましくは、ステーキングツールを使用し
てタブ７２に近接する取付け表面６４の金属をタブ７２
の上へしわ寄せ（plow）し、カバー６８を定位置に確保
する。代替として、図６に示すように、第１及び第２の
磁極片４６及び４８の取付け表面６４にリブ７４を設
け、これらのリブ７４をタブ７２上へステークしてカバ
ー６８を表面６４上に確保する。永久磁石はカバー６８
の空洞７０内に保持され、それによって表面６４上に保
持される。本発明は、カバー６８に変形可能なタブを設
け、取付け表面６４内に形成されたリブの間にそれらを
ステークするように実施することも可能である。
【００２４】好ましい実施の形態では、永久磁石６６
は、接着剤によってカバー６８の空洞７０内に保持され
る。接着剤を使用することによって、振動、機械的負
荷、その他の力による永久磁石の機械的応力の量が減少
する。更に、永久磁石６６がカバー６８によって取付け
表面６４に保持されるので、永久磁石６６に厳格な公差
は要求されない。
【００２５】永久磁石６６のサイズ及び形状の変動は、
永久磁石６６とカバー６８の空洞７０との間に隙間を許
容することによって補償することができる。この隙間
は、永久磁石６６をカバー６８内に配置する時に、接着
剤で充填される。従って、永久磁石６６の公差はそれ程
厳格でなくともよく、また製造に高価な研磨操作を必要
としないので永久磁石６６のコストを大幅に低下させる
ことができる。エポキシのような接着剤が好ましいので
あるが、特定の環境及び応用の状態に適するどのような
接着剤をも使用することができる。代替として、永久磁
石６６のサイズ及び各カバー６８内の空洞７０のサイズ
は、永久磁石６６をカバー６８の空洞７０内に挿入する
時に締まり嵌めを生ずるようにして、永久磁石６６をカ
バー６８内に摩擦的に保持するようにすることができ
る。
【００２６】カバー６８は、永久磁石６６に保護を与え
ることもできる。典型的には、永久磁石６６は極めても
ろく、カバー６８は永久磁石６６の破損を防ぎ、また回
転子アセンブリ４２が高速で回転する時に、永久磁石６
６のチップまたは脱落片が回転子アセンブリ４２内に飛
散するのを防ぐ。
【００２７】図７に示す第１の好ましい実施の形態にお
いては、第１及び第２の磁極片４６及び４８の磁極指５
４は、互いの取付け表面６４上まで伸びていない。代替
として、図８に示す第２の好ましい実施の形態では、第
１及び第２の各磁極片４６及び４８の磁極指５４’は、
互いの取付け表面６４上まで伸びて該表面６４上に配置
されているカバー６８と係合する。磁極指５４’の先端
７６はカバー６８と係合し、カバー６８を取付け表面６
４に保持するための付加的な力を与える。磁極指５４’
のこの付加的な支持により、カバー６８はそれ程頑丈で
なく設計することも、または磁極指５４’が付加的な支
持を与えない場合よりも軽く且つ弱い材料で設計するこ
とも可能になる。
【００２８】この第２の好ましい実施の形態の磁極指５
４’は永久磁石６６に付加的な保護を与え、ステークさ
れたリブ７４はカバー６８及び永久磁石６６が磁極指５
４’に外向きの応力を加える（アセンブリ４２が高速回
転する時に磁極指５４’を外向きにたわませる）ことを
阻止する。たわみの危険性が存在しないので、回転子と
固定子との間の空隙を小さくすることができ、それによ
ってオールタネータ１０の電力密度を増加させることが
できる。
【００２９】以上に説明した永久磁石保持は、純粋な永
久磁石回転子を有する電気機械と共に、または励磁巻線
を含まない電機子と共に使用することもできる。
【００３０】以上の説明は本発明の好ましい実施の形態
に関するものであるが、本発明は、特許請求の範囲から
逸脱することなく変更、変形、及び変化が可能であるこ
とを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的な従来技術のオールタネータの断面図で
ある。
【図２】従来技術のオールタネータの回転子アセンブリ
の分解斜視図である。
【図３】回転子アセンブリの斜視図であって、その上に
配置された永久磁石を示している。
【図４】図３と類似する図であって、永久磁石の上に配
置されたカバーを示している。
【図５】本発明のカバーの斜視図である。
【図６】回転子アセンブリの部分端面斜視図であって、
カバーのタブ及びカバーを確保するためにステークされ
た磁極片のリブを示している。
【図７】磁極指がカバー上まで伸びていない第１の好ま
しい実施の形態の部分断面図である。
【図８】磁極指がカバー上まで伸びて、カバーと係合し
ている第２の好ましい実施の形態の部分断面図である。
【符号の説明】
１０ オールタネータ １２ ハウジング １４ 回転子シャフト １６、１８ 転がり軸受 ２０ 滑車 ２２ ファン ２４ 前側磁極片 ２６ 後側磁極片 ２８、３０ 爪形指 ３２ 励磁巻線 ３４、３６ スリップリング ３８ 回転子アセンブリ ４０ 静止コア ４２ 回転子アセンブリ ４４ 回転子シャフト ４６ 第１の磁極片 ４８ 第２の磁極片 ５０ 回転軸 ５２ 外縁 ５４ 磁極指 ５６ 励磁巻線 ５８ ボビン ６０、６２ スリップリング ６４ 取付け表面 ６６ 永久磁石 ６８ カバー ７０ 空洞 ７２ タブ ７４ リブ ７６ 磁極指の先端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンソニー ミリテロ アメリカ合衆国 ミシガン州 48197 イ プシランティ ソーンヒル ドライヴ 7752 (72)発明者 マイケル ティモシー ヨーク アメリカ合衆国 ミシガン州 48118 チ ェルシー ナサンズ トレイル 1511 Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AB07 AB08 AE02 5H622 AA03 CB05 PP05 PP19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オールタネータ用回転子アセンブリであ
    って、 励磁巻線を限定している電線と、 回転軸及び半径方向外側の縁を限定している全体的に円
    形のボディを有する第１の磁極片と、 上記半径方向外側の縁の周りに放射状に離間し、且つ該
    縁から上記回転軸に平行に軸方向に伸びている複数の磁
    極指と、 上記半径方向外側の縁上に位置決めされている複数の永
    久磁石と、 上記永久磁石の１つを実質的に包み込み、上記第１の磁
    極片の半径方向外側の縁に取付けられて上記永久磁石を
    上記第１の磁極片に確保している複数のカバーと、を備
    えていることを特徴とする回転子アセンブリ。
  2. 【請求項２】 中心、上記第１の磁極片の回転軸と同軸
    である回転軸及び半径方向外側の縁を限定している全体
    的に円形のボディを有する第２の磁極片と、 上記半径方向外側の縁の周りに放射状に離間し、且つ該
    縁から上記回転軸に平行に上記第２の磁極片の軸方向に
    伸びている複数の磁極指と、 上記第２の磁極片の半径方向外側の縁上に位置決めされ
    ている複数の永久磁石と、 上記永久磁石の１つを実質的に包み込み、上記第２の磁
    極片の半径方向外側の縁に取付けられて上記永久磁石を
    上記第２の磁極片に確保している複数のカバーと、を更
    に備えている請求項１に記載の回転子アセンブリ。
  3. 【請求項３】 上記第１及び第２の磁極片は、各々、上
    記磁極指間の上記半径方向外側の縁の周りに放射状に離
    間した複数の取付け表面を含み、上記各取付表面上に上
    記複数の永久磁石の１つが位置決めされている請求項２
    に記載の回転子アセンブリ。
JP2003015961A 2002-01-24 2003-01-24 オールタネータ用回転子アセンブリ Pending JP2003244875A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/057034 2002-01-24
US10/057,034 US6747384B2 (en) 2002-01-24 2002-01-24 Alternator hybrid magnet rotor design

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US (1) US6747384B2 (ja)
JP (1) JP2003244875A (ja)
DE (1) DE10302440A1 (ja)
FR (1) FR2835114A1 (ja)
GB (1) GB2390487B (ja)

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