專利名稱：車用交流發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車用交流發(fā)電機，該發(fā)電機具有倫德爾(Lundell)型轉子和配置在相鄰的磁極爪形極塊之間的永久磁體。
例如，JP-A61-85045中給出的常規(guī)車用交流發(fā)電機具有一個帶一對倫德爾型磁極的場轉子和一個繞在磁極磁心上的場線圈。在該交流發(fā)電機中，永久磁體配置在周邊相鄰的倫德爾型磁極的爪形極塊之間，以通過減少穿過爪形極塊的漏磁通而增大輸出，從而增大對發(fā)電有效的磁通。在該現(xiàn)有技術的車用交流發(fā)電機中，每一個永久磁體實際上配置在大致彼此平行的爪形極塊的側表面之間的整個區(qū)域，或者說，通過適當確定永久磁體的數(shù)目和排列方式來調整永久磁體的磁場強度，使得場電流為零時輸出電壓不會超過適合電池充電的充電電壓。
目前，在許多現(xiàn)代車輛中，車輛的正常電負荷已逐步增加，其與最大電負荷之差已非常小，因此，在許多情況下，對磁場強度進行的上述調整是不須要的，即使是采用強磁體也是如此。采用永久磁體增加了費用。因此須要通過增加輸出來抵消由于采用永久磁體而造成的費用增加?，F(xiàn)有技術中采用了非常多的永久磁體，或者采用了數(shù)目少于上述磁場強度調整所需要的永久磁體。
針對以上問題作出了本發(fā)明，因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種車用交流發(fā)電機，該發(fā)電機增加了每單位重量永久磁體的輸出，并可獲得良好的經(jīng)濟效益和耐高速運轉的能力。
這種交流發(fā)電機包括一個轉子和若干永久磁體。轉子有一對倫德爾型磁極，每個磁極上設有多個爪形磁塊，磁極彼此軸向相對配置，極塊彼此銜接。每個永久磁體都配置在周邊相鄰的爪形磁塊的相對側表面之間，并被磁化，使之能減少穿過爪形極塊的漏磁通。每個永久磁體配置在爪形極塊的縱向中間部位，其長度與爪形極塊長度之比處在50％至80％范圍。
由于垂直于轉子軸線的爪形極塊的截面面積朝著爪形極塊末端方向減小，因此爪形極塊的磁阻朝著爪形極塊末端方向增大。于是，在永久磁體長度與爪形極塊側表面長度之比大于80％的區(qū)域中，磁通很難穿過相鄰爪形極塊的側表面。由于在所述比例小于50％的區(qū)域磁通很容易穿過相鄰爪形極塊的側表面，因此磁通能流向無永久磁體的區(qū)域。于是，如果將永久磁體配置在漏磁通密度基本上在最大值處展平的區(qū)域，并且永久磁體長度與爪形極塊長度之比處在50％至80％范圍，就能最有效地消除漏磁通，而用于發(fā)電的磁通就能增大。
按照本發(fā)明第一方面的交流發(fā)電機中，將每個永久磁體配置成使其重心與基本上對應于沿脊部方向的相對側表面之間的中間位置相合。
轉子轉動時，有一離心力作用在永久磁體上，這時，由離心力造成的負荷也作用在按圓周方向處于永久磁體相對兩側的相鄰爪形極塊上。由于永久磁體的重心基本上處在相鄰爪形極塊側表面的中間，因此由離心力造成的負荷大致均勻地分布到爪形極塊上，于是增強了爪形極塊耐受轉動的強度。
參看以下的詳細說明書、所附權利要求書及附圖，可以更清楚地了解本發(fā)明的其他目的、特點以及本發(fā)明有關部件的功能。附圖中

圖1是本發(fā)明的車用交流發(fā)電機的側剖面圖；圖2A是表明爪形極塊與永久磁體之間位置關系的解說圖；圖2B是爪形極塊和永久磁體的剖面圖；圖3是用于解釋漏磁通的爪形極塊的平面示意圖；圖4是漏磁通密度隨著與爪形極塊側表面中間的距離變化的曲線圖；圖5是用于說明本發(fā)明交流發(fā)電機效應的曲線圖6是設有永久磁體的交流發(fā)電機與不設永久磁體的同等交流發(fā)電機輸出電流的比較曲線圖；圖7A是表明本發(fā)明第二實施例的爪形極塊與永久磁體之間位置關系的解說圖；圖7B是該第二實施例的爪形極塊和永久磁體的剖面圖；圖8A是表明本發(fā)明第三實施例的爪形極塊與永久磁體之間位置關系的解說圖；圖8B是該第三實施例的爪形極塊和永久磁體的剖面圖。
以下參照附圖對本發(fā)明最佳實施例的車用交流發(fā)電機進行說明。
(第一實施例)車用交流發(fā)電機1包括一個作為電樞的定子(將在后面描述)、一個作為產(chǎn)生磁場裝置的轉子(也將在后面描述)、和一個容納定子及轉子的外殼2。
外殼2包括前蓋2A和后蓋2B，均用鋁模制成，并以多個大頭螺栓3和螺帽4在其端面將其彼此連接在一起。
定子包括壓在外殼2中固定定位的定子心5和繞在其上的電樞繞組6。
定子心由多層環(huán)形薄鋼片疊置而成，其內周開有多個槽(未示出)。
電樞繞組6接成Y形或△形，插在定子心5的槽中。轉子相對于定子旋轉時，在電樞繞組6中產(chǎn)生交流電壓。
轉子的轉軸8上加有從發(fā)動機經(jīng)皮帶輪7傳來的旋轉力，軸8上固定壓合有一對倫德爾磁極9，場線圈10繞在倫德爾磁極9上，并有多個永久磁體11固定到該倫德爾磁極9上。
轉軸8支承在軸承14和15上轉動，軸承14和15分別固定在前蓋2A和后2B的支承座12和13上。皮帶輪7裝在前蓋2A外面的軸8的一端，并由一鎖緊螺帽16緊緊固定在軸8上。
一對倫德爾磁極9中的每一個都有一個柱形承座9a和多個形成在承座9a外圓周上的爪形極塊9b。該對倫德爾磁極9的承座9a分別從場線圈10的相對端壓合在繞線架17的腔中，使其爪形極塊9b銜接在場線圈10的外圓周上。
場線圈10經(jīng)引線10a和10b接到兩個固定在軸8圓周上的匯流環(huán)18和19上。勵磁電流從電池(未示出)經(jīng)兩個電刷20和21引入場線圈10，兩電刷分別與匯流環(huán)18和19的外圓周滑動接觸。勵磁電流流過場線圈10時，一對倫德爾磁極9之中一個的爪形極塊9b成為S極，而另一倫德爾磁極9的爪形極塊9b則成為N極。
離心式冷卻風扇22通過焊接等方法分別固定在一對倫德爾磁極9的軸向相對端，以在倫德爾磁極9旋轉時產(chǎn)生冷卻氣流。
如圖2A和2B所示，永久磁體11配置在相鄰爪形極塊9b的相對側表面9c之間，并以粘接等方式牢牢固定就位。將每一永久磁體11磁化成使其周邊相對端各自的極性分別與和該周邊相對端鄰接的爪形極塊9b的極性相同。各永久磁體11設置在相鄰爪形極塊9b之間形成的平行六面體空間的縱向中間部位。永久磁體11的長度與爪形極塊9b的側表面9c的長度之比，其范圍在50％至80％之間，最好為65％。永久磁體11配置成使其重心大致在相對側表面9c之間的平行六面體空間的中間。換句話說，永久磁體11的軸向中間應與周邊相鄰的爪形極塊9b之間的平行六面體空間的軸向中間位置重合，如圖2A所示。
一些電器件裝在后蓋2B的外表面并用端蓋24罩住。這些器件包括匯流環(huán)18和19、電刷20和21、對電樞繞組6中感應出的交流電進行整流的整流器23、以及用于保持車用交流發(fā)電機的端電壓在所需限度內的電壓調節(jié)器(未示出)。
以下說明本實施例的車用交流發(fā)電機的工作過程。
發(fā)動機通過V形皮帶(未示出)和皮帶輪7將轉動功率傳給軸8以驅動轉子旋轉。勵磁電流從電池經(jīng)電刷20和21及匯流環(huán)18和19通入場線圈10，磁化爪形極塊9b，使倫德爾型磁極9之一的爪形極塊9b成為S極，而另一個倫德爾型磁極9的爪形極塊9b成為N極。表示場線圈10產(chǎn)生的磁通的磁力線從一個倫德爾型磁極9的爪形極塊9b經(jīng)過定子心5通向另一個倫德爾型磁極9的爪形極塊9b。如果在周邊相鄰的爪形極塊9b之間不安放永久磁體11(如圖3所示)，則漏磁通就會穿過周邊相鄰的爪形極塊9b的側表面9c。
如圖4所示，實驗給出的測量數(shù)據(jù)證明，當周邊相鄰的爪形極塊9b之間不安放永久磁體11時，漏磁通密度的最大值出現(xiàn)在相鄰爪形極塊9b之間的空間的軸向中間，也就是相對于定子心5的軸線中間，并朝著側表面的相對端急驟下降。
從這些測量數(shù)據(jù)可以注意到，永久磁體11對減少漏磁通而增加輸出的作用并不相應于永久磁體11的量，即使將長度等于爪形極塊9b側表面9c的全部長度的永久磁體11配置在周邊相鄰的爪形極塊9b之間也是如此。
在本實施例中，將永久磁體11配置在相鄰爪形極塊9b之間的平行六面體空間中漏磁通密度最高的區(qū)域，以便更有效地減少漏磁通。更具體說，將長度為m的永久磁體11配置在相鄰爪形極塊9b之間的長度為1的平行六面體空間的縱向中間部分，從而將該空間，即爪形極塊9b的側表面9c，分成長度為1/2的兩個相等部分，如圖3所示，而比例m/l則處于50％至80％的范圍，如圖5所示。
圖5示出比輸出增量△I/W隨比例m/l變化的測量數(shù)據(jù)，其中△I為輸出電流增量，W為永久磁體11的重量，即，△I/W是每單位重量永久磁體11的輸出增量△I。由圖5明顯可見，比例m/l的值處在50％至80％范圍時的比輸出增量△I/W大于m/l值為100％時的比輸出增量△I/W。當比值m/l為65％左右時，比輸出增量△I/W達到最大值，該最大值比m/l為100％時的比輸出增量△I/W約大40％。輸出電流增量△I是因為用了永久磁體11而獲得的輸出電流的增加，如圖6所示。
比值m/l在50％至80％范圍的比輸出電流增量△I/W基本上展平在最大值的主要原因將在下文說明。
由于垂直于轉子軸的爪形極塊9b的截面面積朝著末端減小，因此其磁阻增大。于是當比值m/l大于80％時，磁通很難穿過周邊相鄰的爪形極塊9b的側表面9c。由于在比值m/l小于50％的范圍磁通能很容易地穿過周邊相鄰的爪形極塊9b的側表面9c，因此磁通能夠流向不面對永久磁體的區(qū)域。由此可知，當比值m/l處在50％至80％范圍時，能最有效地消除漏磁通，于是可增加用于發(fā)電的有效磁通。考慮到制造公差和永久磁體的老化(磁力下降)，最好取比例m/l的值在55％至75％的范圍。
上述第一實施例的效果如下該第一實施例增大了比輸出增量，即增大了每單位重量永久磁體11的輸出增量，因此只須用較輕的永久磁體11，其重量較現(xiàn)有技術中同等車用交流發(fā)電機中所用的永久磁體輕20％至50％。于是，第一實施例的車用交流發(fā)電機的耐高速運轉的能力得以增強。
由于重量較輕使作用在永久磁體11上的離心力較小，因此倫德爾型磁極9的耐轉動強度得以增大。
此外，由于減少了永久磁體11的需用量，其費用得以降低，因此該車用交流發(fā)電機1的經(jīng)濟效益極佳。
用普通的燒結鐵氧體磁體作為永久磁體11較為經(jīng)濟。用比重較燒結鐵氧體磁體更小的樹脂磁體(resin magnet)作為永久磁體11可減小作用在其上的離心力，從而進一步提高了倫德爾磁極9的耐轉動強度。
由于每一塊永久磁體11均配置成使其重心大致處于相鄰爪形極塊9b的相對側表面9c之間的平行六面體空間的中間，因此由離心力產(chǎn)生的負荷在周邊相鄰的爪形極塊9b上分布均勻，這就提高了倫德爾型磁極9的強度。
(第二實施例)以下參照圖7A和7B描述本發(fā)明的第二個實施例。圖7A是表明爪形極塊9b與永久磁體11之間位置關系的解說圖；圖7B是永久磁體11和爪形極塊9b沿垂直于轉子軸的平面剖視的剖面圖。
如圖7B所示，爪形極塊9b有相對的傾斜側表面9c，其梯形剖面成錐狀沿徑向朝著內表面；永久磁體11也有相對的傾斜側表面11a，其梯形剖面成錐狀沿徑向朝著外表面，且與周邊相鄰的爪形極塊9b之間的空間的剖面相合。
對永久磁體11和爪形極塊9b作這樣的安排使永久磁體11在轉子高速旋轉時不致于因離心力而從倫德爾磁極9上徑向脫開。
(第三實施例)以下參照圖8A和8B描述本發(fā)明的第三個實施例。圖8A是表明爪形極塊9b與永久磁體11之間位置關系的解說圖；圖8B是永久磁體11和爪形極塊9b的剖面圖。
如圖8B所示，永久磁體11被樹脂殼25罩住，該樹脂殼由非磁性樹脂模制成。樹脂殼25可防止由于爪形極塊9b對永久磁體11磨損而可能產(chǎn)生的微粒的飛濺。樹脂殼25作為抵抗因車輛振動而造成的沖擊的減震器件，可防止永久磁體11碎裂。
在爪形極塊9b的相對側表面9c中形成肩部9f，肩部9f與樹脂殼25的外沿嚙合住。該肩部9f可防止永久磁體11在轉子高速旋轉時因離心力的作用而從倫德爾磁極9上徑向飛出。
以上參照幾個具體實施例對本發(fā)明作了描述。但是應當了解，在不違背所附權利要求書中所述的本發(fā)明的基本精神和范圍下，可對本發(fā)明的這些具體實施例作出各種修改。因此很明顯，本文以上對本發(fā)明的說明只是說明性的，而不是限制性的。
權利要求
1.一種車用交流發(fā)電機，包括轉子(8)，具有多個沿周邊配置的極塊(9b)；和永久磁體(11)，各配置在相鄰兩個所述極塊(9b)的相對側表面形成的空間中，且被磁化，以消除穿過爪形極塊的漏磁通；其中每個所述永久磁體(11)都配置在所述空間的縱向中間部分，其長度與所述空間長度之比處在50％至80％的范圍。
2.如權利要求1所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述永久磁體(11)都配置在漏磁通密度基本上在最大值處展平的區(qū)域。
3.如權利要求1所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述永久磁體(11)都配置成使其重心與所述空間中間位置基本上重合。
4.如權利要求1所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，所述轉子(8)包括彼此軸向相對配置的一對極心，每個極心有所述極塊(9b)的一半，由其延伸而互相銜接。
5.如權利要求4所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，所述永久磁體(11)為燒結鐵氧體磁體。
6.如權利要求4所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，所述永久磁體(11)為樹脂磁體。
7.如權利要求4所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述爪形極塊(9b)具有相對的傾斜表面，形成梯形剖面的所述空間，該剖面沿徑向向外方向成錐狀，而每個所述永久磁體(11)也具有梯形剖面，該剖面沿徑向朝著外表面成錐狀，且與所述空間相合。
8.如權利要求4所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述永久磁體(11)的長度與所述空間長度之比處在55％至75％的范圍。
9.如權利要求8所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述永久磁體(11)都配置成使其重心與所述空間中間位置基本上重合。
10.如權利要求9所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，所述永久磁體(11)為燒結鐵氧體磁體。
11.如權利要求10所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述爪形極塊(9b)具有相對的傾斜側表面，形成在相鄰兩個所述爪形極塊之間的梯形剖面的所述空間，該剖面沿徑向向外方向成錐狀，而每個所述永久磁體(11)也具有梯形剖面，該剖面沿徑向朝著外表面成錐狀，且與所述空間相合。
12.如權利要求4所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述永久磁體(11)的長度與所述空間的長度之比為65％。
13.如權利要求12所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，所述永久磁體(11)為燒結鐵氧體磁體。
14.如權利要求13所述的車用交流發(fā)電機，其特征在于，每個所述爪形極塊(9b)具有相對的傾斜側表面，形成在相鄰兩個所述爪形極塊之間的梯形剖面的所述空間，該剖面沿徑向向外方向成錐狀，而每個所述永久磁體(11)也具有梯形剖面，該剖面沿徑向朝著外表面成錐狀，且與所述空間相合。
全文摘要
一種車用交流發(fā)電機，具有一對倫德爾型磁極(9)和多個永久磁體(11)，每個磁極(9)有多個爪形極塊(9b)。每個永久磁體(11)配置在由周邊相鄰的爪形極塊(9b)的相對側表面形成的空間中間，且被磁化成使其周邊相對端各自的極性與爪形極塊的極性相同。每個永久磁體(11)的長度與爪形極塊(9b)之間形成的空間的長度之比處在50％至80％的范圍。
文檔編號H02K19/22GK1152206SQ9611091
公開日1997年6月18日 申請日期1996年8月10日 優(yōu)先權日1995年8月11日
發(fā)明者石川博章 申請人:日本電裝株式會社