JP2002262513A - 車両用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システム - Google Patents
車両用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システムInfo
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- JP2002262513A JP2002262513A JP2001053518A JP2001053518A JP2002262513A JP 2002262513 A JP2002262513 A JP 2002262513A JP 2001053518 A JP2001053518 A JP 2001053518A JP 2001053518 A JP2001053518 A JP 2001053518A JP 2002262513 A JP2002262513 A JP 2002262513A
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- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】回転子を高速回転させることにより、車両用交
流発電機本体を小型化できる車両用交流発電機及び車両
用交流発電機用駆動伝達システムを提供する。 【解決手段】対向配置された一対の爪形磁極5A,5B
の径方向内側に界磁巻線6を巻回した回転子1と、固定
子鉄心14に固定子巻線15を巻回した固定子2とを備
えた車両用交流発電機に、回転子1の回転軸3と独立し
て、この回転軸3にその回転数を増速して伝達する駆動
伝達軸19を設ける。
流発電機本体を小型化できる車両用交流発電機及び車両
用交流発電機用駆動伝達システムを提供する。 【解決手段】対向配置された一対の爪形磁極5A,5B
の径方向内側に界磁巻線6を巻回した回転子1と、固定
子鉄心14に固定子巻線15を巻回した固定子2とを備
えた車両用交流発電機に、回転子1の回転軸3と独立し
て、この回転軸3にその回転数を増速して伝達する駆動
伝達軸19を設ける。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用交流発電機
及び車両用交流発電機用駆動伝達システムに係わり、特
に自動車用発電装置として好適な車両用交流発電機及び
車両用交流発電機用駆動伝達システムに関する。
及び車両用交流発電機用駆動伝達システムに係わり、特
に自動車用発電装置として好適な車両用交流発電機及び
車両用交流発電機用駆動伝達システムに関する。
【0002】
【従来の技術】通常、車両用交流発電機は、対向配置さ
れそれぞれ複数の爪部を設けた一対の爪形磁極と、これ
ら爪形磁極の爪部に対してその径方向内側に巻回された
界磁巻線とからなる回転子と、固定子鉄心に出力用の固
定子巻線を巻回した固定子とを有しており、界磁巻線に
通電すると、一対の爪形磁極がそれぞれN極及びS極に
磁化され、N極に磁化した爪形磁極から出た磁束は、固
定子の固定子鉄心を介してS極に磁化した爪形磁極に戻
る磁気回路を形成し、この磁気回路の磁束が固定子の固
定子巻線に差交し、また回転子が回転することにより、
固定子巻線に交流の誘起電圧が発生するようになってい
る。
れそれぞれ複数の爪部を設けた一対の爪形磁極と、これ
ら爪形磁極の爪部に対してその径方向内側に巻回された
界磁巻線とからなる回転子と、固定子鉄心に出力用の固
定子巻線を巻回した固定子とを有しており、界磁巻線に
通電すると、一対の爪形磁極がそれぞれN極及びS極に
磁化され、N極に磁化した爪形磁極から出た磁束は、固
定子の固定子鉄心を介してS極に磁化した爪形磁極に戻
る磁気回路を形成し、この磁気回路の磁束が固定子の固
定子巻線に差交し、また回転子が回転することにより、
固定子巻線に交流の誘起電圧が発生するようになってい
る。
【0003】ここで、このような車両用交流発電機は、
例えば自動車のエンジントランクルーム等、レイアウト
的な制約を受けつつ車両本体内に内蔵される関係上、小
型であることが望ましく、理論的には回転子を高速で回
転させられるようにすれば車両用交流発電機が小型化で
きることも知られている。すなわち、例えば同じ出力を
要求する場合、回転数を2倍にすることができれば、磁
極から出る磁束、あるいは界磁巻線の巻数は半分で足
り、その分巻線部分を小型化することができるので、全
体として車両用交流発電機を小型化することができる。
例えば自動車のエンジントランクルーム等、レイアウト
的な制約を受けつつ車両本体内に内蔵される関係上、小
型であることが望ましく、理論的には回転子を高速で回
転させられるようにすれば車両用交流発電機が小型化で
きることも知られている。すなわち、例えば同じ出力を
要求する場合、回転数を2倍にすることができれば、磁
極から出る磁束、あるいは界磁巻線の巻数は半分で足
り、その分巻線部分を小型化することができるので、全
体として車両用交流発電機を小型化することができる。
【0004】また、通常、回転子の回転軸と、この回転
子の駆動力を発現させるエンジンの出力軸とは、両軸に
それぞれ設けた発電機プーリとクランクプーリとの間に
ベルトを掛け回して接続されている。このとき、一般的
に、エンジンのクランクプーリは、発電機プーリよりも
その外径が大きく設定され、エンジン回転数は、2倍〜
3倍に増速されて回転子に伝達される。しかし、この2
倍〜3倍の増速比は、クランクプーリの許容外径、車両
用交流発電機の伝達トルクに必要なベルトの巻き付け角
度に基づく回転子側のプーリ外径、及びベルトの許容速
度等により設計的に制約され、上記のように、単にエン
ジンのクランクプーリと発電機プーリとをベルトで接続
する構造では、さらなる増速は難しい。
子の駆動力を発現させるエンジンの出力軸とは、両軸に
それぞれ設けた発電機プーリとクランクプーリとの間に
ベルトを掛け回して接続されている。このとき、一般的
に、エンジンのクランクプーリは、発電機プーリよりも
その外径が大きく設定され、エンジン回転数は、2倍〜
3倍に増速されて回転子に伝達される。しかし、この2
倍〜3倍の増速比は、クランクプーリの許容外径、車両
用交流発電機の伝達トルクに必要なベルトの巻き付け角
度に基づく回転子側のプーリ外径、及びベルトの許容速
度等により設計的に制約され、上記のように、単にエン
ジンのクランクプーリと発電機プーリとをベルトで接続
する構造では、さらなる増速は難しい。
【0005】そこで、回転子に伝達する回転数をさらに
増速させる増速機構を備えたものとして、例えば特開昭
60−22499号公報に記載のように、発電機プーリ
内に遊星歯車機構を設け、発電機プーリの回転数を回転
子の回転軸に増速して伝達する車両用交流発電機が提唱
されている。なお、この従来技術においては、例えば高
速回転時等に、発電機プーリと回転子の回転軸とを機械
的に切り離す電磁クラッチが発電機プーリに内蔵されて
いる。
増速させる増速機構を備えたものとして、例えば特開昭
60−22499号公報に記載のように、発電機プーリ
内に遊星歯車機構を設け、発電機プーリの回転数を回転
子の回転軸に増速して伝達する車両用交流発電機が提唱
されている。なお、この従来技術においては、例えば高
速回転時等に、発電機プーリと回転子の回転軸とを機械
的に切り離す電磁クラッチが発電機プーリに内蔵されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には、以下の課題が存在する。すなわち、上記従
来技術では、増速機構を用いて回転子を高速回転させる
ことはできるが、発電機プーリ内に遊星歯車機構を内蔵
した構造であるため、必然的に発電機プーリ外径が大き
くなる。さらに、この発電機プーリは、上記した電磁ク
ラッチをも内蔵しているため、車両用交流発電機全体と
しての小型化には不適当である。また、遊星歯車機構を
用いているため、部品点数が増加し生産コストが高くな
るという課題もある。
来技術には、以下の課題が存在する。すなわち、上記従
来技術では、増速機構を用いて回転子を高速回転させる
ことはできるが、発電機プーリ内に遊星歯車機構を内蔵
した構造であるため、必然的に発電機プーリ外径が大き
くなる。さらに、この発電機プーリは、上記した電磁ク
ラッチをも内蔵しているため、車両用交流発電機全体と
しての小型化には不適当である。また、遊星歯車機構を
用いているため、部品点数が増加し生産コストが高くな
るという課題もある。
【0007】本発明の目的は、回転子を高速回転させる
ことにより、車両用交流発電機本体を小型化できる車両
用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システム
を提供することにある。
ことにより、車両用交流発電機本体を小型化できる車両
用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システム
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、対向配置された一対の爪形磁極の
径方向内側に界磁巻線を巻回した回転子と、固定子鉄心
に固定子巻線を巻回した固定子とを備えた車両用交流発
電機において、前記回転子の回転軸と独立して設けら
れ、前記回転軸にその回転数を増速して伝達する駆動伝
達軸を備える。
るために、本発明は、対向配置された一対の爪形磁極の
径方向内側に界磁巻線を巻回した回転子と、固定子鉄心
に固定子巻線を巻回した固定子とを備えた車両用交流発
電機において、前記回転子の回転軸と独立して設けら
れ、前記回転軸にその回転数を増速して伝達する駆動伝
達軸を備える。
【0009】本発明においては、回転子の回転軸にその
回転数を増速して伝達する駆動伝達軸を回転子の回転軸
と独立して設けたので、例えば駆動伝達軸とエンジン出
力軸とをベルトにより接続する場合、上記したベルトの
許容速度や各プーリ許容外径等の設計的な制約を、エン
ジン出力軸に設けたクランクプーリと、駆動伝達軸に設
けた発電機プーリとの増速比を2倍〜3倍程度に設定す
ることで満たしつつ、かつこの駆動伝達軸の回転数をさ
らに増速して回転子を回転させることができる。すなわ
ち、前述したように、通常、エンジン出力軸の2倍〜3
倍程度の回転数で回転していた回転子をさらに増速させ
ることが可能となる。このような回転子の回転数を増速
させる構造として、例えば上記の駆動伝達軸を回転子の
回転軸に対して増速歯車列を介して連結する構造とした
場合、この増速歯車列の増速比を、例えば2倍程度に設
定すれば、エンジン回転数の4倍〜6倍(通常の2倍)
程度の回転数で回転子を回転させることが可能となる。
回転数を増速して伝達する駆動伝達軸を回転子の回転軸
と独立して設けたので、例えば駆動伝達軸とエンジン出
力軸とをベルトにより接続する場合、上記したベルトの
許容速度や各プーリ許容外径等の設計的な制約を、エン
ジン出力軸に設けたクランクプーリと、駆動伝達軸に設
けた発電機プーリとの増速比を2倍〜3倍程度に設定す
ることで満たしつつ、かつこの駆動伝達軸の回転数をさ
らに増速して回転子を回転させることができる。すなわ
ち、前述したように、通常、エンジン出力軸の2倍〜3
倍程度の回転数で回転していた回転子をさらに増速させ
ることが可能となる。このような回転子の回転数を増速
させる構造として、例えば上記の駆動伝達軸を回転子の
回転軸に対して増速歯車列を介して連結する構造とした
場合、この増速歯車列の増速比を、例えば2倍程度に設
定すれば、エンジン回転数の4倍〜6倍(通常の2倍)
程度の回転数で回転子を回転させることが可能となる。
【0010】また、駆動伝達軸に設ける発電機プーリ
は、通常の車両用交流発電機における回転子の回転軸に
設けられている発電機プーリと同等のもので足り、遊星
歯車機構及び電磁クラッチを内蔵したために発電機プー
リの外径が大きくなってしまう上記従来技術に対し、増
速機構を設けたことによる発電機全体としての大型化、
また部品点数増加による生産コスト上昇が抑制される。
は、通常の車両用交流発電機における回転子の回転軸に
設けられている発電機プーリと同等のもので足り、遊星
歯車機構及び電磁クラッチを内蔵したために発電機プー
リの外径が大きくなってしまう上記従来技術に対し、増
速機構を設けたことによる発電機全体としての大型化、
また部品点数増加による生産コスト上昇が抑制される。
【0011】以上により、本発明によれば、例えば同じ
出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜3
倍程度の回転数よりもさらに速い回転数で回転子を回転
させることができるので、その分、例えばその磁気回路
を小型化することによって、車両用交流発電機本体を全
体として小型化することが可能となる。
出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜3
倍程度の回転数よりもさらに速い回転数で回転子を回転
させることができるので、その分、例えばその磁気回路
を小型化することによって、車両用交流発電機本体を全
体として小型化することが可能となる。
【0012】また、車両用交流発電機を小型化せず、単
に通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転数より
もさらに速い回転数で回転子を回転させる場合には、同
一のエンジン回転数でも通常の車両用交流発電機と比較
して高出力の車両用交流発電機とすることができる。
に通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転数より
もさらに速い回転数で回転子を回転させる場合には、同
一のエンジン回転数でも通常の車両用交流発電機と比較
して高出力の車両用交流発電機とすることができる。
【0013】(2)上記(1)において、好ましくは、
前記駆動伝達軸は、増速歯車列を介して前記回転子の回
転軸に連結している。
前記駆動伝達軸は、増速歯車列を介して前記回転子の回
転軸に連結している。
【0014】(3)上記(2)において、好ましくは、
前記増速歯車列は、前記回転子の前記回転軸の長手方向
一端に配置されている。
前記増速歯車列は、前記回転子の前記回転軸の長手方向
一端に配置されている。
【0015】(4)上記(2)又は(3)において、ま
た好ましくは、前記増速歯車列の増速比を約2倍程度に
設定する。
た好ましくは、前記増速歯車列の増速比を約2倍程度に
設定する。
【0016】(5)上記(1)〜(4)のいずれか1つ
において、また好ましくは、前記一対の爪形磁極にそれ
ぞれ複数設けた爪部を前記回転子の周方向に連結する補
強リングをさらに設ける。
において、また好ましくは、前記一対の爪形磁極にそれ
ぞれ複数設けた爪部を前記回転子の周方向に連結する補
強リングをさらに設ける。
【0017】(6)上記(5)において、さらに好まし
くは、前記補強リングは、前記回転子の軸方向端部に設
けられ、前記複数の爪部間の空隙を覆うように略半球状
に形成されている。
くは、前記補強リングは、前記回転子の軸方向端部に設
けられ、前記複数の爪部間の空隙を覆うように略半球状
に形成されている。
【0018】(7)上記目的を達成するために、また本
発明は、対向配置された一対の爪形磁極の径方向内側に
界磁巻線を巻回した回転子を備えた車両用交流発電機
に、エンジンの駆動力をベルトを介して伝達する車両用
交流発電機用駆動伝達システムにおいて、前記エンジン
の出力軸の回転数を、前記回転子の回転軸に対し増速し
て伝達するアイドラプーリを設ける。
発明は、対向配置された一対の爪形磁極の径方向内側に
界磁巻線を巻回した回転子を備えた車両用交流発電機
に、エンジンの駆動力をベルトを介して伝達する車両用
交流発電機用駆動伝達システムにおいて、前記エンジン
の出力軸の回転数を、前記回転子の回転軸に対し増速し
て伝達するアイドラプーリを設ける。
【0019】通常、車両用交流発電機の回転子の回転軸
に備えられたプーリは、エンジン出力軸に設けられたク
ランクプーリとベルト等により直接接続されており、上
記設計的制約から、回転子の回転数は、せいぜいエンジ
ン回転数の2倍〜3倍程度に制約されていた。
に備えられたプーリは、エンジン出力軸に設けられたク
ランクプーリとベルト等により直接接続されており、上
記設計的制約から、回転子の回転数は、せいぜいエンジ
ン回転数の2倍〜3倍程度に制約されていた。
【0020】本発明においては、エンジンの出力軸の回
転数を、回転子の回転軸に対し、アイドラプーリを介し
増速して伝達するように構成することにより、エンジン
出力軸の回転数は、アイドラプーリに伝達される際に一
旦増速され、さらに回転子の回転軸に増速されて伝達さ
れるようにすることができる。このとき、例えばエンジ
ン出力軸に設けたクランクプーリと、アイドラプーリと
の増速比を2倍〜3倍程度に設定することにより、上記
したベルトの許容速度や各プーリ許容外径等の設計的な
制約は満たされ、同様にこの設計的制約の範囲内で、例
えば、アイドラプーリと、回転子の回転軸に設けた発電
機プーリとの増速比を2倍程度に設定すれば、エンジン
回転数の4倍〜6倍(通常の2倍)程度の回転数で回転
子を回転させることができる。
転数を、回転子の回転軸に対し、アイドラプーリを介し
増速して伝達するように構成することにより、エンジン
出力軸の回転数は、アイドラプーリに伝達される際に一
旦増速され、さらに回転子の回転軸に増速されて伝達さ
れるようにすることができる。このとき、例えばエンジ
ン出力軸に設けたクランクプーリと、アイドラプーリと
の増速比を2倍〜3倍程度に設定することにより、上記
したベルトの許容速度や各プーリ許容外径等の設計的な
制約は満たされ、同様にこの設計的制約の範囲内で、例
えば、アイドラプーリと、回転子の回転軸に設けた発電
機プーリとの増速比を2倍程度に設定すれば、エンジン
回転数の4倍〜6倍(通常の2倍)程度の回転数で回転
子を回転させることができる。
【0021】従って、本発明によれば、例えば同じ出力
を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程
度の回転数よりもさらに速い回転数で回転子を回転させ
ることができるので、例えば磁気回路を小型化すること
により、車両用交流発電機本体を小型化することが可能
となる。
を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程
度の回転数よりもさらに速い回転数で回転子を回転させ
ることができるので、例えば磁気回路を小型化すること
により、車両用交流発電機本体を小型化することが可能
となる。
【0022】また、車両用交流発電機本体を小型化せ
ず、単に通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転
数よりもさらに速い回転数で回転子を回転させる場合に
は、同一のエンジン回転数でも通常の車両用交流発電機
と比較して車両用交流発電機の出力を高出力化すること
ができる。
ず、単に通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転
数よりもさらに速い回転数で回転子を回転させる場合に
は、同一のエンジン回転数でも通常の車両用交流発電機
と比較して車両用交流発電機の出力を高出力化すること
ができる。
【0023】(8)上記(7)において、好ましくは、
前記アイドラプーリは、少なくとも前記エンジンの前記
出力軸と接続した第1プーリと、これと径が異なり前記
回転子の前記回転軸と接続した第2プーリとを備え、さ
らに前記第1プーリと前記第2プーリとの接続を断続す
るクラッチを設ける。
前記アイドラプーリは、少なくとも前記エンジンの前記
出力軸と接続した第1プーリと、これと径が異なり前記
回転子の前記回転軸と接続した第2プーリとを備え、さ
らに前記第1プーリと前記第2プーリとの接続を断続す
るクラッチを設ける。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図1は、本発明の車両用交流発電機
の第1の実施の形態の全体構造を表す断面図である。こ
の図1において、本実施の形態の車両用交流発電機は、
主な構成要素として回転子1と固定子2とを備えてい
る。この回転子1は、回転軸(シャフト)3と、この回
転軸3をその回転中心に挿通したヨーク4を有し、ヨー
ク4を介して回転子1の軸方向(図1中左右方向)に所
定間隔を隔てて対向配置され、それぞれ磁性体により構
成された一対の爪形磁極5A,5Bと、ヨーク4に巻回
した界磁巻線6とから構成されている。
を用いて説明する。図1は、本発明の車両用交流発電機
の第1の実施の形態の全体構造を表す断面図である。こ
の図1において、本実施の形態の車両用交流発電機は、
主な構成要素として回転子1と固定子2とを備えてい
る。この回転子1は、回転軸(シャフト)3と、この回
転軸3をその回転中心に挿通したヨーク4を有し、ヨー
ク4を介して回転子1の軸方向(図1中左右方向)に所
定間隔を隔てて対向配置され、それぞれ磁性体により構
成された一対の爪形磁極5A,5Bと、ヨーク4に巻回
した界磁巻線6とから構成されている。
【0025】なお、先の爪形磁極5A,5Bには、それ
ぞれ爪部7A,7Bが複数設けられている。これら爪部
7A,7Bは、図1に示すように、回転子1の周方向か
ら見て、回転子1の軸方向(図1中左右方向)に交互に
重なり合うように配置されており、上記したヨーク4に
巻回された界磁巻線6は、これら爪部7A,7Bに対
し、所定の間隙空間を隔てて回転子1の径方向内側に位
置している。
ぞれ爪部7A,7Bが複数設けられている。これら爪部
7A,7Bは、図1に示すように、回転子1の周方向か
ら見て、回転子1の軸方向(図1中左右方向)に交互に
重なり合うように配置されており、上記したヨーク4に
巻回された界磁巻線6は、これら爪部7A,7Bに対
し、所定の間隙空間を隔てて回転子1の径方向内側に位
置している。
【0026】上記した回転子1の回転軸3は、エンドブ
ラケット8A,8Bからなる発電機本体に対し、その一
方側(図1中左側)端部近傍をベアリング9Aに、他方
側(図1中左側)端部をベアリング9Bにより回転自在
に支持されている。また、この回転軸3の一方側(図1
中左側)端部には、ギア10がボルト11により締結さ
れており、他方側(図1中左側)端部近傍には、スリッ
プリング12が設けられている。
ラケット8A,8Bからなる発電機本体に対し、その一
方側(図1中左側)端部近傍をベアリング9Aに、他方
側(図1中左側)端部をベアリング9Bにより回転自在
に支持されている。また、この回転軸3の一方側(図1
中左側)端部には、ギア10がボルト11により締結さ
れており、他方側(図1中左側)端部近傍には、スリッ
プリング12が設けられている。
【0027】また、先のエンドブラケット8B内部に
は、スリップリング12の外周に摺接するようにブラシ
13が設けられており、これらブラシ13及びスリップ
リング12を介し、回転する回転子1の界磁巻線6に電
力を供給するようになっている。このように界磁巻線6
に通電することにより、前述の回転子1の爪形磁極5A
がS極に、爪形磁極5BがN極に磁化されるようになっ
ている。
は、スリップリング12の外周に摺接するようにブラシ
13が設けられており、これらブラシ13及びスリップ
リング12を介し、回転する回転子1の界磁巻線6に電
力を供給するようになっている。このように界磁巻線6
に通電することにより、前述の回転子1の爪形磁極5A
がS極に、爪形磁極5BがN極に磁化されるようになっ
ている。
【0028】前述した固定子2は、回転子1の径方向外
側(図1で見ると上下側)に、爪部7A,7Bと僅かな
空隙を隔てて先のエンドブラケット8A,8Bに挟持さ
れて設けられた固定子鉄心14と、この固定子鉄心14
に3相に巻回された出力用の固定子巻線15とから構成
され、回転子1はこの固定子2に対して相対的に回転す
るようになっている。すなわち、この固定子2において
は、上記のようにN極に磁化した爪形磁極5Bから出た
磁束が固定子鉄心14を介してS極に磁化した爪形磁極
5Aに戻る磁気回路を形成し、この磁気回路の磁束が固
定子巻線15に差交し、また回転子1が回転することに
より、固定子巻線15に交流の誘起電圧が発生するよう
になっている。
側(図1で見ると上下側)に、爪部7A,7Bと僅かな
空隙を隔てて先のエンドブラケット8A,8Bに挟持さ
れて設けられた固定子鉄心14と、この固定子鉄心14
に3相に巻回された出力用の固定子巻線15とから構成
され、回転子1はこの固定子2に対して相対的に回転す
るようになっている。すなわち、この固定子2において
は、上記のようにN極に磁化した爪形磁極5Bから出た
磁束が固定子鉄心14を介してS極に磁化した爪形磁極
5Aに戻る磁気回路を形成し、この磁気回路の磁束が固
定子巻線15に差交し、また回転子1が回転することに
より、固定子巻線15に交流の誘起電圧が発生するよう
になっている。
【0029】また、先のエンドブラケット8B内部に
は、整流回路16(後述の図7参照)及び電圧調整器1
7が設けられている。繁雑防止のため特に図示しない
が、整流回路16は、バッテリーのプラス電極に接続さ
れるバッテリー端子と、バッテリーのマイナス電極に接
続されるアース端子とを有し、上記のように固定子巻線
15で発生した交流の誘起電圧を整流し直流電圧に変換
するようになっている。また、電圧調整器17は、上記
図示しないバッテリーを充電するために、整流回路16
により整流された直流電圧が、例えば14.5V程度の
一定電圧に保たれるように、負荷電流と回転子1の回転
数に応じて界磁巻線6に通電する電流を制御するように
なっている。
は、整流回路16(後述の図7参照)及び電圧調整器1
7が設けられている。繁雑防止のため特に図示しない
が、整流回路16は、バッテリーのプラス電極に接続さ
れるバッテリー端子と、バッテリーのマイナス電極に接
続されるアース端子とを有し、上記のように固定子巻線
15で発生した交流の誘起電圧を整流し直流電圧に変換
するようになっている。また、電圧調整器17は、上記
図示しないバッテリーを充電するために、整流回路16
により整流された直流電圧が、例えば14.5V程度の
一定電圧に保たれるように、負荷電流と回転子1の回転
数に応じて界磁巻線6に通電する電流を制御するように
なっている。
【0030】なお、回転子1の軸方向(図1中左右方
向)両側には、固定子2及び整流回路16(後述の図7
参照)を空冷する冷却ファン18がそれぞれ設けられて
おり、その風量は、回転子1の回転数に比例して得られ
るようになっている。
向)両側には、固定子2及び整流回路16(後述の図7
参照)を空冷する冷却ファン18がそれぞれ設けられて
おり、その風量は、回転子1の回転数に比例して得られ
るようになっている。
【0031】上記構成の本実施の形態において、本発明
の最も大きな特徴は、先の回転子1の回転軸3にその回
転数を増速して伝達する駆動伝達軸19を回転子1の回
転軸3と独立して設けた2軸構造としたことである。
の最も大きな特徴は、先の回転子1の回転軸3にその回
転数を増速して伝達する駆動伝達軸19を回転子1の回
転軸3と独立して設けた2軸構造としたことである。
【0032】すなわち、図1に示すように、先に説明し
たエンドブラケット8Aの図1中左側には、ギアケース
20がボルト21により固定されており、このギアケー
ス20内に、先の駆動伝達軸19が、その両端をそれぞ
れベアリング22,23により回転自在に支持されて設
けられている。駆動伝達軸19におけるベアリング2
2,23の間には、ギア24が例えばキー等により固定
されており、このギア24は、回転子1の回転軸3に設
けられた先のギア10と噛合している。このとき、ギア
24,10のギア比(増速比)は、駆動伝達軸19の回
転が回転子1の回転軸3に増速されて伝達されるよう、
例えば2倍程度に設定する。
たエンドブラケット8Aの図1中左側には、ギアケース
20がボルト21により固定されており、このギアケー
ス20内に、先の駆動伝達軸19が、その両端をそれぞ
れベアリング22,23により回転自在に支持されて設
けられている。駆動伝達軸19におけるベアリング2
2,23の間には、ギア24が例えばキー等により固定
されており、このギア24は、回転子1の回転軸3に設
けられた先のギア10と噛合している。このとき、ギア
24,10のギア比(増速比)は、駆動伝達軸19の回
転が回転子1の回転軸3に増速されて伝達されるよう、
例えば2倍程度に設定する。
【0033】また、駆動伝達軸19の一方側(図1中左
側)端部には、発電機プーリ25が設けられ、この発電
機プーリ25は、繁雑防止のため特に図示しないが、例
えばエンジン出力軸に設けたクランクプーリ等とベルト
等により連結され、駆動伝達軸19にエンジン出力軸の
回転がベルトを介して伝達されるようになっている。
側)端部には、発電機プーリ25が設けられ、この発電
機プーリ25は、繁雑防止のため特に図示しないが、例
えばエンジン出力軸に設けたクランクプーリ等とベルト
等により連結され、駆動伝達軸19にエンジン出力軸の
回転がベルトを介して伝達されるようになっている。
【0034】なお、上記の図示しないエンジンのクラン
クプーリと、発電機プーリ25とのプーリ比は、前述し
た設計的制約の範囲内で、例えばエンジン出力軸の回転
数が約2倍〜3倍程度に増速されて駆動伝達軸19に伝
達されるように設定されている。
クプーリと、発電機プーリ25とのプーリ比は、前述し
た設計的制約の範囲内で、例えばエンジン出力軸の回転
数が約2倍〜3倍程度に増速されて駆動伝達軸19に伝
達されるように設定されている。
【0035】このギア10,24は、先のギアケース2
0とエンドブラケット8Aとの間の空間に内包され、ま
た、この空間には、ギア10,24が焼き付くことを防
止するため、潤滑油が封入されている。また、この潤滑
油の漏洩を防止するため、エンドブラケット8Aとギア
ケース20との間はOリング26によりシールされてお
り、また、エンドブラケット8A内における、上記の空
間と回転子1を内包する空間とを隔てる部分、すなわち
先のベアリング9Aの図1中右側部分は、ラビリンス2
7によりシールされている。
0とエンドブラケット8Aとの間の空間に内包され、ま
た、この空間には、ギア10,24が焼き付くことを防
止するため、潤滑油が封入されている。また、この潤滑
油の漏洩を防止するため、エンドブラケット8Aとギア
ケース20との間はOリング26によりシールされてお
り、また、エンドブラケット8A内における、上記の空
間と回転子1を内包する空間とを隔てる部分、すなわち
先のベアリング9Aの図1中右側部分は、ラビリンス2
7によりシールされている。
【0036】また、このギア10,24は、噛合による
騒音の低減への配慮から、例えば、はすば歯車等とする
のが好ましい。また、通常、回転子と固定子とのエアギ
ャップ長は0.4mm程度であるが、本実施の形態にお
いては、回転子1が高速回転する(詳細は後述)ため、
回転子1と固定子2とのエアギャップ長を、例えば0.
6mm程度に広げることにより、磁気音の低減を図るこ
とが望ましい。
騒音の低減への配慮から、例えば、はすば歯車等とする
のが好ましい。また、通常、回転子と固定子とのエアギ
ャップ長は0.4mm程度であるが、本実施の形態にお
いては、回転子1が高速回転する(詳細は後述)ため、
回転子1と固定子2とのエアギャップ長を、例えば0.
6mm程度に広げることにより、磁気音の低減を図るこ
とが望ましい。
【0037】上記において、前述したギア10,24
が、特許請求の範囲各項記載の増速歯車列を構成する。
が、特許請求の範囲各項記載の増速歯車列を構成する。
【0038】次に上記構成の本実施の形態の車両用交流
発電機の動作について説明する。上記のように、まず、
例えば図示しないエンジン等から動力を受けて回転する
回転子1の界磁巻線6に、ブラシ13及びスリップリン
グ12を介して電力が供給され、回転子1の爪形磁極5
AがS極に、爪形磁極5BがN極に磁化される。N極に
磁化した爪形磁極5Bから出た磁束は、固定子2におい
て、固定子鉄心14を介してS極に磁化した爪形磁極5
Aに戻る磁気回路を形成する。このとき、界磁巻線6が
作る磁気回路は、補助励磁用の永久磁石7の磁束が加わ
ることにより増磁される。そして、この磁気回路の磁束
は、固定子巻線15に差交し、回転子1の回転により固
定子鉄心15に3相に巻回された固定子巻線15に交流
の誘起電圧が発生する。
発電機の動作について説明する。上記のように、まず、
例えば図示しないエンジン等から動力を受けて回転する
回転子1の界磁巻線6に、ブラシ13及びスリップリン
グ12を介して電力が供給され、回転子1の爪形磁極5
AがS極に、爪形磁極5BがN極に磁化される。N極に
磁化した爪形磁極5Bから出た磁束は、固定子2におい
て、固定子鉄心14を介してS極に磁化した爪形磁極5
Aに戻る磁気回路を形成する。このとき、界磁巻線6が
作る磁気回路は、補助励磁用の永久磁石7の磁束が加わ
ることにより増磁される。そして、この磁気回路の磁束
は、固定子巻線15に差交し、回転子1の回転により固
定子鉄心15に3相に巻回された固定子巻線15に交流
の誘起電圧が発生する。
【0039】そして最終的に、発生した電圧は、整流回
路16により整流され直流電圧に変換されて図示しない
バッテリーに充電される。またこのとき、この整流回路
16により整流された直流電圧を図示しないバッテリー
に充電するために、発生電圧が例えば14.5V程度の
一定電圧に保たれるよう、負荷電流と回転子1の回転数
に応じて界磁巻線6に通電する電流を電圧調整器17に
より制御する。
路16により整流され直流電圧に変換されて図示しない
バッテリーに充電される。またこのとき、この整流回路
16により整流された直流電圧を図示しないバッテリー
に充電するために、発生電圧が例えば14.5V程度の
一定電圧に保たれるよう、負荷電流と回転子1の回転数
に応じて界磁巻線6に通電する電流を電圧調整器17に
より制御する。
【0040】ここで、このような車両用交流発電機は、
例えば自動車のエンジントランクルーム等、レイアウト
的な制約を受けつつ車両本体内に内蔵される関係上、小
型であることが望ましい。また、理論的には回転子を高
速で回転させられるようにすれば車両用交流発電機が小
型化できることも知られている。すなわち、例えば同じ
出力を要求する場合、回転数を2倍にすることができれ
ば、磁極から出る磁束、あるいは界磁巻線の巻数は半分
で足り、その分磁気回路を小型化することができるの
で、全体として車両用交流発電機を小型化することがで
きる。
例えば自動車のエンジントランクルーム等、レイアウト
的な制約を受けつつ車両本体内に内蔵される関係上、小
型であることが望ましい。また、理論的には回転子を高
速で回転させられるようにすれば車両用交流発電機が小
型化できることも知られている。すなわち、例えば同じ
出力を要求する場合、回転数を2倍にすることができれ
ば、磁極から出る磁束、あるいは界磁巻線の巻数は半分
で足り、その分磁気回路を小型化することができるの
で、全体として車両用交流発電機を小型化することがで
きる。
【0041】また、回転子1は、図示しないエンジンを
駆動源としており、通常、その回転軸とエンジンの出力
軸とは、両軸にそれぞれ設けた発電機プーリとクランク
プーリとの間にベルトを掛け回して接続されている。こ
のとき、一般的に、エンジンのクランクプーリは、発電
機プーリよりもその外径が大きく設定され、エンジン回
転数は、2倍〜3倍に増速されて回転子に伝達される。
しかし、この2倍〜3倍の増速比は、クランクプーリの
許容外径、車両用交流発電機の伝達トルクに必要なベル
トの巻き付け角度に基づく回転子側のプーリ外径、及び
ベルトの許容速度等により設計的に制約される。例え
ば、エンジン出力軸の最大回転数が7200[r/mi
n]で増速比を最も一般的な2.5倍に設定した場合、
車両用交流発電機側の発電機プーリの回転数は1800
0[r/min]となる。極一般的な値として、この発
電機プーリの外径がφ60[mm]であったとすると、
ベルトの周速は56.5[m/s]となり、ほぼその許
容限界速度(60[m/s])に達してしまう。また、
増速比を挙げるために、エンジンのクランクプーリの外
径を大きくすることも考えられるが、これはエンジント
ランクルーム内のレイアウト上難しく、発電機プーリの
外径を小さくすることもベルトの寿命を考えると難し
い。したがって、このように、単にエンジンのクランク
プーリと発電機プーリとをベルトで接続する構造では、
さらなる増速は難しい。
駆動源としており、通常、その回転軸とエンジンの出力
軸とは、両軸にそれぞれ設けた発電機プーリとクランク
プーリとの間にベルトを掛け回して接続されている。こ
のとき、一般的に、エンジンのクランクプーリは、発電
機プーリよりもその外径が大きく設定され、エンジン回
転数は、2倍〜3倍に増速されて回転子に伝達される。
しかし、この2倍〜3倍の増速比は、クランクプーリの
許容外径、車両用交流発電機の伝達トルクに必要なベル
トの巻き付け角度に基づく回転子側のプーリ外径、及び
ベルトの許容速度等により設計的に制約される。例え
ば、エンジン出力軸の最大回転数が7200[r/mi
n]で増速比を最も一般的な2.5倍に設定した場合、
車両用交流発電機側の発電機プーリの回転数は1800
0[r/min]となる。極一般的な値として、この発
電機プーリの外径がφ60[mm]であったとすると、
ベルトの周速は56.5[m/s]となり、ほぼその許
容限界速度(60[m/s])に達してしまう。また、
増速比を挙げるために、エンジンのクランクプーリの外
径を大きくすることも考えられるが、これはエンジント
ランクルーム内のレイアウト上難しく、発電機プーリの
外径を小さくすることもベルトの寿命を考えると難し
い。したがって、このように、単にエンジンのクランク
プーリと発電機プーリとをベルトで接続する構造では、
さらなる増速は難しい。
【0042】そこで、本実施の形態においては、回転子
1の回転軸3にその回転数を増速して伝達する駆動伝達
軸19を回転子1の回転軸3と独立して設け、駆動伝達
軸19を回転子1の回転軸3に対してギア24,10を
介して連結する構造としたので、例えば駆動伝達軸19
と図示しないエンジン出力軸とをベルト(図示せず)に
より接続する場合、そのベルトの許容速度や各プーリ許
容外径等の設計的な制約を、エンジン出力軸に設けたク
ランクプーリ(図示せず)と、駆動伝達軸19に設けた
発電機プーリ25との増速比を2倍〜3倍程度に設定す
ることで満たしつつ、かつこの駆動伝達軸19の回転数
をさらに増速して回転子1を回転させることができる。
すなわち、前述したように、通常、エンジン出力軸の2
倍〜3倍程度の回転数で回転していた回転子を、例えば
ギア24,10のギア比を2倍程度に設定することによ
り、エンジン回転数の4倍〜6倍(通常の2倍)程度の
回転数で回転子1を回転させることが可能となる。
1の回転軸3にその回転数を増速して伝達する駆動伝達
軸19を回転子1の回転軸3と独立して設け、駆動伝達
軸19を回転子1の回転軸3に対してギア24,10を
介して連結する構造としたので、例えば駆動伝達軸19
と図示しないエンジン出力軸とをベルト(図示せず)に
より接続する場合、そのベルトの許容速度や各プーリ許
容外径等の設計的な制約を、エンジン出力軸に設けたク
ランクプーリ(図示せず)と、駆動伝達軸19に設けた
発電機プーリ25との増速比を2倍〜3倍程度に設定す
ることで満たしつつ、かつこの駆動伝達軸19の回転数
をさらに増速して回転子1を回転させることができる。
すなわち、前述したように、通常、エンジン出力軸の2
倍〜3倍程度の回転数で回転していた回転子を、例えば
ギア24,10のギア比を2倍程度に設定することによ
り、エンジン回転数の4倍〜6倍(通常の2倍)程度の
回転数で回転子1を回転させることが可能となる。
【0043】以下に、上記構造により得られる作用を順
次説明する。 (1)車両用交流発電機の小型化 ここで、図2は、要求する出力を一定とし、エンジンか
ら車両用交流発電機への回転数の増速比を最も一般的な
値である2.5倍から順次上げていった場合倍の車両用
交流発電機の質量(計算値)の推移を表す図で、横軸に
エンジン出力軸の最大回転数を7200[r/min]
とした場合の回転子の最高回転数[r/min]、縦軸
に車両用交流発電機の質量[kg]をとっている。この
図2に示すように、要求する出力を一定とした場合、増
速比を上げていくと、車両用交流発電機の質量は線形的
に減少していく。これは、増速比の上昇とともに回転子
の最高回転数が線形的に上昇し、要求する出力が一定で
あるため、回転子の最高回転数の上昇に比例して車両用
交流発電機の磁気回路を小さくすることができるためで
ある。また、この図2を参照すると、一般的な増速比
2.5倍のときの車両用交流発電機の質量をM[kg]
としたとき、増速比をその2倍の5倍まで増速すれば車
両用交流発電機全体として約4割弱の軽量化が実現でき
る計算となる。
次説明する。 (1)車両用交流発電機の小型化 ここで、図2は、要求する出力を一定とし、エンジンか
ら車両用交流発電機への回転数の増速比を最も一般的な
値である2.5倍から順次上げていった場合倍の車両用
交流発電機の質量(計算値)の推移を表す図で、横軸に
エンジン出力軸の最大回転数を7200[r/min]
とした場合の回転子の最高回転数[r/min]、縦軸
に車両用交流発電機の質量[kg]をとっている。この
図2に示すように、要求する出力を一定とした場合、増
速比を上げていくと、車両用交流発電機の質量は線形的
に減少していく。これは、増速比の上昇とともに回転子
の最高回転数が線形的に上昇し、要求する出力が一定で
あるため、回転子の最高回転数の上昇に比例して車両用
交流発電機の磁気回路を小さくすることができるためで
ある。また、この図2を参照すると、一般的な増速比
2.5倍のときの車両用交流発電機の質量をM[kg]
としたとき、増速比をその2倍の5倍まで増速すれば車
両用交流発電機全体として約4割弱の軽量化が実現でき
る計算となる。
【0044】本実施の形態において、上記したように、
例えば回転子1をエンジン出力軸の回転数の約4倍〜6
倍程度で回転するように、エンジンのクランクプーリ、
発電機プーリ25間の増速比、及びギア10,24のギ
ア比を設定すれば、3割弱〜5割強の軽量化が実現でき
る計算となる。なお、車両用交流発電機の小型化と機械
的強度とを考慮すると、この増速比約4倍〜6倍程度が
妥当であると考えられる。
例えば回転子1をエンジン出力軸の回転数の約4倍〜6
倍程度で回転するように、エンジンのクランクプーリ、
発電機プーリ25間の増速比、及びギア10,24のギ
ア比を設定すれば、3割弱〜5割強の軽量化が実現でき
る計算となる。なお、車両用交流発電機の小型化と機械
的強度とを考慮すると、この増速比約4倍〜6倍程度が
妥当であると考えられる。
【0045】また、本実施の形態においては、駆動伝達
軸19に設ける発電機プーリ25は、通常の車両用交流
発電機における回転子の回転軸に設けられている発電機
プーリと同等のもので足り、遊星歯車機構及び電磁クラ
ッチを内蔵したために発電機プーリの外径が大きくなっ
てしまう上記従来技術に対し、増速機構を設けたことに
よる発電機全体としての大型化が抑制される。
軸19に設ける発電機プーリ25は、通常の車両用交流
発電機における回転子の回転軸に設けられている発電機
プーリと同等のもので足り、遊星歯車機構及び電磁クラ
ッチを内蔵したために発電機プーリの外径が大きくなっ
てしまう上記従来技術に対し、増速機構を設けたことに
よる発電機全体としての大型化が抑制される。
【0046】以上により、本実施の形態によれば、例え
ば同じ出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2
倍〜3倍程度の回転数よりもさらに速い回転数、例えば
エンジン回転数の4倍〜6倍程度の回転数で回転子1を
回転させることができるので、その分、例えばその磁気
回路を小型化することによって、車両用交流発電機本体
を全体として小型化することが可能となる。
ば同じ出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2
倍〜3倍程度の回転数よりもさらに速い回転数、例えば
エンジン回転数の4倍〜6倍程度の回転数で回転子1を
回転させることができるので、その分、例えばその磁気
回路を小型化することによって、車両用交流発電機本体
を全体として小型化することが可能となる。
【0047】(2)高出力化 本実施の形態においては、上記したように回転子1の回
転数を大きく向上させて出力を向上させることができる
ので、車両用交流発電機を小型化せず、単に通常のエン
ジン回転数の2倍〜3倍程度の回転数よりもさらに速い
回転数、例えばエンジン回転数の4倍〜6倍程度の回転
数で回転子を回転させる場合には、同一のエンジン回転
数でも通常の車両用交流発電機と比較して高出力の車両
用交流発電機とすることができる。
転数を大きく向上させて出力を向上させることができる
ので、車両用交流発電機を小型化せず、単に通常のエン
ジン回転数の2倍〜3倍程度の回転数よりもさらに速い
回転数、例えばエンジン回転数の4倍〜6倍程度の回転
数で回転子を回転させる場合には、同一のエンジン回転
数でも通常の車両用交流発電機と比較して高出力の車両
用交流発電機とすることができる。
【0048】ここで、図3は、要求する出力を一定と
し、エンジンから車両用交流発電機への回転数の増速比
が最も一般的な値である2.5倍の場合とその2倍の5
倍とした場合との、車両用交流発電機の発電電流を比較
する表す図で、横軸にエンジン回転数[r/min]、
縦軸に車両用交流発電機の発電電流[A]をとってい
る。この図3に示すように、通常の構造により、エンジ
ン出力軸の2.5倍程度で回転子を回転させる場合、エ
ンジン回転数がアイドル回転数(700[r/mi
n])のときの出力電流は、I1[A]となる。それに
対し、本実施の形態においては、例えばエンジン出力軸
の約5倍程度で回転子1を回転させる場合、エンジン回
転数がアイドル回転数のときの出力電流は、I1[A]
を大きく上回る。また、一般的な走行時の値である15
00[r/min]でエンジンを回転させる場合、エン
ジンの出力軸の2.5倍程度で回転子を回転させる場合
の出力電流は、I2[A]となるが、これは本実施の形
態(例えば、エンジン出力軸の約5倍程度で回転子1を
回転させる場合)においては、アイドル回転数近辺で得
られる。
し、エンジンから車両用交流発電機への回転数の増速比
が最も一般的な値である2.5倍の場合とその2倍の5
倍とした場合との、車両用交流発電機の発電電流を比較
する表す図で、横軸にエンジン回転数[r/min]、
縦軸に車両用交流発電機の発電電流[A]をとってい
る。この図3に示すように、通常の構造により、エンジ
ン出力軸の2.5倍程度で回転子を回転させる場合、エ
ンジン回転数がアイドル回転数(700[r/mi
n])のときの出力電流は、I1[A]となる。それに
対し、本実施の形態においては、例えばエンジン出力軸
の約5倍程度で回転子1を回転させる場合、エンジン回
転数がアイドル回転数のときの出力電流は、I1[A]
を大きく上回る。また、一般的な走行時の値である15
00[r/min]でエンジンを回転させる場合、エン
ジンの出力軸の2.5倍程度で回転子を回転させる場合
の出力電流は、I2[A]となるが、これは本実施の形
態(例えば、エンジン出力軸の約5倍程度で回転子1を
回転させる場合)においては、アイドル回転数近辺で得
られる。
【0049】一般的に、エンジンの最高回転数は700
0[r/min]近辺でアイドル回転数は700[r/
min]程度である。発電機としては、如何にこのアイ
ドル回転数で発電電流を確保できるかが重要な問題とな
るが、本実施の形態においては、この観点においても十
分な出力を得ることができる。
0[r/min]近辺でアイドル回転数は700[r/
min]程度である。発電機としては、如何にこのアイ
ドル回転数で発電電流を確保できるかが重要な問題とな
るが、本実施の形態においては、この観点においても十
分な出力を得ることができる。
【0050】また、車両用交流発電機は、一般的に、そ
の回転子を2000[r/min]程度で回転させられ
れば十分発電できる。本実施の形態においては、これは
エンジンを330〜500[r/min]程度で回転さ
せれば足り、例えば、大気汚染や地球温暖化現象抑制
等、環境保護の観点から自動車のアイドル回転数の低速
化に役立てることができる。
の回転子を2000[r/min]程度で回転させられ
れば十分発電できる。本実施の形態においては、これは
エンジンを330〜500[r/min]程度で回転さ
せれば足り、例えば、大気汚染や地球温暖化現象抑制
等、環境保護の観点から自動車のアイドル回転数の低速
化に役立てることができる。
【0051】(3)部品点数低減 また、本実施の形態においては、駆動伝達軸19に設け
る発電機プーリ25は、通常の車両用交流発電機におけ
る回転子の回転軸に設けられている発電機プーリと同等
のもので足り、遊星歯車機構及び電磁クラッチを内蔵し
たために部品点数が多くなってしまう上記従来技術に対
し、増速機構を設けたことによる発電機全体としての部
品点数の増加が抑制される。
る発電機プーリ25は、通常の車両用交流発電機におけ
る回転子の回転軸に設けられている発電機プーリと同等
のもので足り、遊星歯車機構及び電磁クラッチを内蔵し
たために部品点数が多くなってしまう上記従来技術に対
し、増速機構を設けたことによる発電機全体としての部
品点数の増加が抑制される。
【0052】(4)剛性向上 通常、発電機プーリには、上記したようにエンジンのク
ランクプーリとの間にベルトが掛け回されており、この
発電機プーリを設けた軸にはベルトの張力が作用するた
め、撓みが生じる。このとき、本実施の形態において
は、発電機プーリ25は、回転子1の回転軸3ではな
く、これに比べて長さの短い駆動伝達軸19に設けられ
ており、ベルトの張力を受けるシャフトである駆動伝達
軸19のたわみを小さく抑えることができる。
ランクプーリとの間にベルトが掛け回されており、この
発電機プーリを設けた軸にはベルトの張力が作用するた
め、撓みが生じる。このとき、本実施の形態において
は、発電機プーリ25は、回転子1の回転軸3ではな
く、これに比べて長さの短い駆動伝達軸19に設けられ
ており、ベルトの張力を受けるシャフトである駆動伝達
軸19のたわみを小さく抑えることができる。
【0053】(5)発電効率向上 また、特に小型化せず、固定子巻線15の本数を減らし
て太線化すれば、通常の構造に対して、出力特性を保っ
たまま固定子銅損を低減することが可能になり発電効率
向上の効果を狙うこともできる。
て太線化すれば、通常の構造に対して、出力特性を保っ
たまま固定子銅損を低減することが可能になり発電効率
向上の効果を狙うこともできる。
【0054】(6)ベルトの寿命短期化の防止 エンジン回転数を上げずに車両用交流発電機の回転数を
上昇させることができるので、同じ高速の回転数で回転
子1を回転させる場合、通常の車両用交流発電機と比較
してベルトの周速が遅くなり、回転子1の高速回転によ
るベルトの寿命短期化を防止することができる。
上昇させることができるので、同じ高速の回転数で回転
子1を回転させる場合、通常の車両用交流発電機と比較
してベルトの周速が遅くなり、回転子1の高速回転によ
るベルトの寿命短期化を防止することができる。
【0055】なお、本実施の形態においては、回転子1
が高速回転するため、前述した爪形磁極5A,5Bの片
持ちで支持された爪部7A,7Bが、遠心力により回転
子1の径方向外側(図1中上下側)に起き上がる可能性
がある。上記において、爪部7A,7Bの起き上がりを
防止する機械的な補強構造は特に説明しなかった。
が高速回転するため、前述した爪形磁極5A,5Bの片
持ちで支持された爪部7A,7Bが、遠心力により回転
子1の径方向外側(図1中上下側)に起き上がる可能性
がある。上記において、爪部7A,7Bの起き上がりを
防止する機械的な補強構造は特に説明しなかった。
【0056】ここで、図4は本発明の車両用交流発電機
の第1の実施の形態における回転子1に補強リング28
を設けて機械的補強を施した変形例の要部(回転子1及
び固定子2)を抽出して表す断面図、図5はその補強リ
ング28の全体構造を表す斜視図であり、先の図1と同
様の部分には同符合を付し説明を省略する。この図4及
び図5において、本変形例においては、各爪部7A,7
Bの回転子1の軸方向(図4中左右方向)両側端部に
は、段差部29,29が設けられている。この段差部2
9,29には、先の補強リング28,28が嵌合され例
えば溶接等により固定されており、隣接する爪部7A,
7Bの各先端部及び付根部(曲がり部)を連結してい
る。この補強リング28の材質としては、ステンレス鋼
やチタン等の防錆性のよい非磁性体が好ましく、また、
爪磁極5A,5Bの材質としては(回転子が、分割され
たヨークを有するいわゆる3ピース構造である場合、そ
のヨークも)、例えばJIS溶接構造用耐候性熱間圧延
鋼材SMA570(引っ張り強度570〜720[N/
mm2])相当品等、引張強度の大きい磁性体が望まし
い。その他の構成は、先の図1に示した構成と同様であ
る。
の第1の実施の形態における回転子1に補強リング28
を設けて機械的補強を施した変形例の要部(回転子1及
び固定子2)を抽出して表す断面図、図5はその補強リ
ング28の全体構造を表す斜視図であり、先の図1と同
様の部分には同符合を付し説明を省略する。この図4及
び図5において、本変形例においては、各爪部7A,7
Bの回転子1の軸方向(図4中左右方向)両側端部に
は、段差部29,29が設けられている。この段差部2
9,29には、先の補強リング28,28が嵌合され例
えば溶接等により固定されており、隣接する爪部7A,
7Bの各先端部及び付根部(曲がり部)を連結してい
る。この補強リング28の材質としては、ステンレス鋼
やチタン等の防錆性のよい非磁性体が好ましく、また、
爪磁極5A,5Bの材質としては(回転子が、分割され
たヨークを有するいわゆる3ピース構造である場合、そ
のヨークも)、例えばJIS溶接構造用耐候性熱間圧延
鋼材SMA570(引っ張り強度570〜720[N/
mm2])相当品等、引張強度の大きい磁性体が望まし
い。その他の構成は、先の図1に示した構成と同様であ
る。
【0057】本変形例においても、上記本発明の車両用
交流発電機の第1の実施の形態と同様の効果を得るとと
もに、回転子1が高速回転しても爪部7A,7Bが起き
上がることを防止することができる。
交流発電機の第1の実施の形態と同様の効果を得るとと
もに、回転子1が高速回転しても爪部7A,7Bが起き
上がることを防止することができる。
【0058】図6は本発明の車両用交流発電機の第1の
実施の形態における回転子1に補強リング28Aを設け
て機械的補強を施した他の変形例の要部(回転子1及び
固定子2)を抽出して表す断面図であり、先の図1と同
様の部分には同符合を付し説明を省略する。この図6に
おいて、本変形例においては、各爪部7A,7Bの先端
部分には、前述と同様の段差部29が設けられており、
各爪部7A,7Bの付根部分(曲がり部)には、その曲
面に沿って段差部29Aが設けられている。これら段差
部29,29Aは、回転子1の周方向において、その軌
跡が重なり合っている。そして、これら段差部29,2
9Aには、先の補強リング28A,28Aが嵌合され例
えば溶接等により固定されており、隣接する爪部7A,
7Bの各先端部及び付根部(曲がり部)を連結してい
る。すなわち、これら補強リング28A,28Aは、回
転子1の軸方向(図6中左右方向)両側端部に設けら
れ、複数の爪部7A,7B間の空隙を流線形に覆うよ
う、爪部7A,7Bの先端部分と付根部分との谷間を塞
ぎ、中央の抜けた略半球状(言いかえればお椀型)のよ
うな形状に形成されている。したがって、回転子1の軸
方向から見た側面形状は、凸凹のない円形となる。ま
た、この補強リング28Aの材質としても、ステンレス
鋼やチタン等の防錆性のよい非磁性体が好ましい。その
他の構成は、先の図1に示した構成と同様である。
実施の形態における回転子1に補強リング28Aを設け
て機械的補強を施した他の変形例の要部(回転子1及び
固定子2)を抽出して表す断面図であり、先の図1と同
様の部分には同符合を付し説明を省略する。この図6に
おいて、本変形例においては、各爪部7A,7Bの先端
部分には、前述と同様の段差部29が設けられており、
各爪部7A,7Bの付根部分(曲がり部)には、その曲
面に沿って段差部29Aが設けられている。これら段差
部29,29Aは、回転子1の周方向において、その軌
跡が重なり合っている。そして、これら段差部29,2
9Aには、先の補強リング28A,28Aが嵌合され例
えば溶接等により固定されており、隣接する爪部7A,
7Bの各先端部及び付根部(曲がり部)を連結してい
る。すなわち、これら補強リング28A,28Aは、回
転子1の軸方向(図6中左右方向)両側端部に設けら
れ、複数の爪部7A,7B間の空隙を流線形に覆うよ
う、爪部7A,7Bの先端部分と付根部分との谷間を塞
ぎ、中央の抜けた略半球状(言いかえればお椀型)のよ
うな形状に形成されている。したがって、回転子1の軸
方向から見た側面形状は、凸凹のない円形となる。ま
た、この補強リング28Aの材質としても、ステンレス
鋼やチタン等の防錆性のよい非磁性体が好ましい。その
他の構成は、先の図1に示した構成と同様である。
【0059】本変形例においても、上記本発明の車両用
交流発電機の第1の実施の形態と同様の効果が得られる
とともに、回転子1が高速回転した場合に爪部7A,7
Bが起き上がることを防止することができる。さらに本
実施の形態においては、前述の冷却ファン18等により
生じる爪形磁極5A,5B間での空気の流れ(乱流を含
む)に衝突し掻き乱すことを防止でき、騒音が発生する
ことを抑制することができる。
交流発電機の第1の実施の形態と同様の効果が得られる
とともに、回転子1が高速回転した場合に爪部7A,7
Bが起き上がることを防止することができる。さらに本
実施の形態においては、前述の冷却ファン18等により
生じる爪形磁極5A,5B間での空気の流れ(乱流を含
む)に衝突し掻き乱すことを防止でき、騒音が発生する
ことを抑制することができる。
【0060】なお、以上においては、冷却ファン18を
備えた空冷式の車両用交流発電機を例にとって説明した
が、以上説明した2軸構造及び補強リングを備える構造
は、ともに水冷式の車両用交流発電機にも適用可能であ
ることは言うまでもない。
備えた空冷式の車両用交流発電機を例にとって説明した
が、以上説明した2軸構造及び補強リングを備える構造
は、ともに水冷式の車両用交流発電機にも適用可能であ
ることは言うまでもない。
【0061】図7に、上記した2軸構造を水冷式車両用
交流発電機に適用した変形例の全体構造を表す断面図を
示した。なお、先の図1と同様の部分には同符合を付し
説明を省略する。この図7において、冷却促進部30
は、回転子1の冷却を促進するために設けたもので、回
転子側に設けたカップ状のディスク31と、このディス
ク31から熱を吸収する熱伝導部32とからなる。
交流発電機に適用した変形例の全体構造を表す断面図を
示した。なお、先の図1と同様の部分には同符合を付し
説明を省略する。この図7において、冷却促進部30
は、回転子1の冷却を促進するために設けたもので、回
転子側に設けたカップ状のディスク31と、このディス
ク31から熱を吸収する熱伝導部32とからなる。
【0062】また、本変形例においては、先のエンドブ
ラケット8Bに相当する部分は、ジャケット8Baにリ
アブラケット8Bbをボルト締結したものにより構成さ
れ、ジャケット8Baには、水路33,34が設けら
れ、水路33を流れる冷却水は、リアプレート35によ
り漏洩防止されている。すなわち、上記のディスク31
から熱伝導部32を介してジャケット8Baに流入した
熱は、これら水路33,34を通る冷却水に伝達され回
転子1が冷却されるようになっている。また、水路33
を流れる冷却水は、固定子2をも冷却し、水路34を流
れる冷却水は、整流回路16をも冷却するようになって
いる。その他の構成は、先の図1と同様である。本変形
例においても、同様の効果を得る。
ラケット8Bに相当する部分は、ジャケット8Baにリ
アブラケット8Bbをボルト締結したものにより構成さ
れ、ジャケット8Baには、水路33,34が設けら
れ、水路33を流れる冷却水は、リアプレート35によ
り漏洩防止されている。すなわち、上記のディスク31
から熱伝導部32を介してジャケット8Baに流入した
熱は、これら水路33,34を通る冷却水に伝達され回
転子1が冷却されるようになっている。また、水路33
を流れる冷却水は、固定子2をも冷却し、水路34を流
れる冷却水は、整流回路16をも冷却するようになって
いる。その他の構成は、先の図1と同様である。本変形
例においても、同様の効果を得る。
【0063】また、前述の2軸構造及び補強リングは、
このような水冷式の車両用交流発電機のみならず、例え
ば、隣接する各爪部間にそれぞれ補助励磁用の永久磁石
を介設した車両用交流発電機等、他の型の車両用交流発
電機等に対しても適用可能であることは言うまでもな
く、回転子と固定子とを備えた車両用交流発電機であれ
ば適用でき、同様の効果が得られる。
このような水冷式の車両用交流発電機のみならず、例え
ば、隣接する各爪部間にそれぞれ補助励磁用の永久磁石
を介設した車両用交流発電機等、他の型の車両用交流発
電機等に対しても適用可能であることは言うまでもな
く、回転子と固定子とを備えた車両用交流発電機であれ
ば適用でき、同様の効果が得られる。
【0064】また、上記において、駆動伝達軸19と回
転子1の回転軸3とをギア10,24により噛合して連
結する増速機構を例にとって説明したが、例えばベルト
や金属チェーン等により回転軸3及び駆動伝達軸19を
連結する構造としてもよく、これらの場合も同様の効果
を得る。
転子1の回転軸3とをギア10,24により噛合して連
結する増速機構を例にとって説明したが、例えばベルト
や金属チェーン等により回転軸3及び駆動伝達軸19を
連結する構造としてもよく、これらの場合も同様の効果
を得る。
【0065】本発明の車両用交流発電機用駆動伝達シス
テムの第1の実施の形態を図8及び図9を用いて説明す
る。本実施の形態は、車両用交流発電機内部で増速機を
持たない場合の車両用交流発電機の増速システムについ
て示したものである。図8は、本発明の車両用交流発電
機用駆動伝達システムの第1の実施の形態の全体構造を
表す概略図である。まず、この図8において、エンジン
出力軸(図示せず)に設けられたクランクプーリ36
は、第1プーリ36Aと、これより径の小さい第2プー
リ36Bとを有する2段構造となっている。その第1プ
ーリ36Aには、連続運転が必要となるエンジン冷却水
を循環させるためのウォータポンプ(図示せず)のウォ
ータポンププーリ37、及びパワステアリングポンプ
(図示せず)のパワステアリングポンププーリ38が第
1ベルト39により接続されている。また、第2プーリ
36Bには、断続運転ができることが好ましいエアコン
(図示せず)を駆動するためのエアコンプーリ40とア
イドラプーリ41とが第2ベルト42により接続されて
いる。
テムの第1の実施の形態を図8及び図9を用いて説明す
る。本実施の形態は、車両用交流発電機内部で増速機を
持たない場合の車両用交流発電機の増速システムについ
て示したものである。図8は、本発明の車両用交流発電
機用駆動伝達システムの第1の実施の形態の全体構造を
表す概略図である。まず、この図8において、エンジン
出力軸(図示せず)に設けられたクランクプーリ36
は、第1プーリ36Aと、これより径の小さい第2プー
リ36Bとを有する2段構造となっている。その第1プ
ーリ36Aには、連続運転が必要となるエンジン冷却水
を循環させるためのウォータポンプ(図示せず)のウォ
ータポンププーリ37、及びパワステアリングポンプ
(図示せず)のパワステアリングポンププーリ38が第
1ベルト39により接続されている。また、第2プーリ
36Bには、断続運転ができることが好ましいエアコン
(図示せず)を駆動するためのエアコンプーリ40とア
イドラプーリ41とが第2ベルト42により接続されて
いる。
【0066】このアイドラプーリ41は、第1プーリ4
1Aと、これより径の大きな第2プーリ41Bとを備
え、先の第2ベルト42は、この第1プーリ41Aに掛
け回されている。また、第2プーリ41Bは、第3ベル
ト43を介し、例えば一般的な1軸構造の車両用交流発
電機の発電機プーリ44に接続しており、この回転エネ
ルギーの一部が電気的なエネルギーに変換されるように
なっている。なお、第2プーリ41Bは、第1プーリ4
1Aに対する接続状態を、後述する電磁クラッチ45に
より断続されるようになっている。
1Aと、これより径の大きな第2プーリ41Bとを備
え、先の第2ベルト42は、この第1プーリ41Aに掛
け回されている。また、第2プーリ41Bは、第3ベル
ト43を介し、例えば一般的な1軸構造の車両用交流発
電機の発電機プーリ44に接続しており、この回転エネ
ルギーの一部が電気的なエネルギーに変換されるように
なっている。なお、第2プーリ41Bは、第1プーリ4
1Aに対する接続状態を、後述する電磁クラッチ45に
より断続されるようになっている。
【0067】上記構造により、エンジンのクランクプー
リ36が回転すると、図8に示した全てのプーリが回転
するようになっている。また、クランクプーリ36と接
続する各プーリ37,38,40,41Aの外径は、前
述した設計的制約に基づき、例えばクランクプーリ36
の回転数の3倍以下の回転数に増速されて回転するよう
に、クランクプーリ36よりも小さく構成されている。
リ36が回転すると、図8に示した全てのプーリが回転
するようになっている。また、クランクプーリ36と接
続する各プーリ37,38,40,41Aの外径は、前
述した設計的制約に基づき、例えばクランクプーリ36
の回転数の3倍以下の回転数に増速されて回転するよう
に、クランクプーリ36よりも小さく構成されている。
【0068】このとき、先のアイドラプーリ41の第1
プーリ41Aと、クランクプーリ36の第2プーリ36
Bとのプーリ比(増速比)は、前述の設計的制約から、
例えばクランクプーリ36の2倍〜3倍程度の回転数で
アイドラプーリ41が増速されて回転するように設定さ
れている。また、アイドラプーリ41の第2プーリ41
Bと、車両用交流発電機の回転子軸に設けられた発電機
プーリ44とのプーリ比は、例えばアイドラプーリ41
の2倍程度の回転数で発電機プーリ44が増速されて回
転するように設定されている。すなわちこの場合、発電
機プーリ44は、エンジン回転数の約4倍〜6倍程度
(通常の2倍程度)の回転数で回転するようになってい
る。
プーリ41Aと、クランクプーリ36の第2プーリ36
Bとのプーリ比(増速比)は、前述の設計的制約から、
例えばクランクプーリ36の2倍〜3倍程度の回転数で
アイドラプーリ41が増速されて回転するように設定さ
れている。また、アイドラプーリ41の第2プーリ41
Bと、車両用交流発電機の回転子軸に設けられた発電機
プーリ44とのプーリ比は、例えばアイドラプーリ41
の2倍程度の回転数で発電機プーリ44が増速されて回
転するように設定されている。すなわちこの場合、発電
機プーリ44は、エンジン回転数の約4倍〜6倍程度
(通常の2倍程度)の回転数で回転するようになってい
る。
【0069】ここで、上記したアイドラプーリ41に関
し、その詳細構造の断面図を表した図9を用いて説明す
る。この図9において、アイドラプーリ41の第1プー
リ41Aは、ベアリング46を介し、例えば自動車のエ
ンジントランクルーム内に設けられたエンジンブロック
等に固定された固定軸47に対して回転自在に設けられ
ている。アイドラプーリ41の第2プーリ41Bは、こ
の第1プーリ41Aの軸方向一方側(図9中右側)に設
けられており、スライドベアリング48及びベアリング
49を介し、固定軸47に対してその軸方向(図9中左
右方向)にスライド可能、かつ回転自在に設けられてい
る。また、この第2プーリ41Bは、磁性体により構成
されている。
し、その詳細構造の断面図を表した図9を用いて説明す
る。この図9において、アイドラプーリ41の第1プー
リ41Aは、ベアリング46を介し、例えば自動車のエ
ンジントランクルーム内に設けられたエンジンブロック
等に固定された固定軸47に対して回転自在に設けられ
ている。アイドラプーリ41の第2プーリ41Bは、こ
の第1プーリ41Aの軸方向一方側(図9中右側)に設
けられており、スライドベアリング48及びベアリング
49を介し、固定軸47に対してその軸方向(図9中左
右方向)にスライド可能、かつ回転自在に設けられてい
る。また、この第2プーリ41Bは、磁性体により構成
されている。
【0070】また、先の電磁クラッチ45は、第2プー
リ41Bの軸方向一方側(図9中右側)に設けられてお
り、固定軸47を緩挿した連結ばね50と、固定軸47
に例えば溶接等により固定された取付板51と、この取
付板51に固定的に取付けられ、磁性体により構成され
たヨーク52と、このヨーク52の内側で巻回された励
磁巻線53とから構成されている。
リ41Bの軸方向一方側(図9中右側)に設けられてお
り、固定軸47を緩挿した連結ばね50と、固定軸47
に例えば溶接等により固定された取付板51と、この取
付板51に固定的に取付けられ、磁性体により構成され
たヨーク52と、このヨーク52の内側で巻回された励
磁巻線53とから構成されている。
【0071】すなわち、励磁巻線53に電流が流れてい
ないとき、ヨーク52は磁化されないので連結ばね50
のばね力により、第2プーリ41Bは、第1プーリ41
Aに押付けられ、第1プーリ41Aとの摩擦により第1
プーリ41Aと共回りして車両用交流発電機の発電機プ
ーリ44に回転を伝達するようになっている。それに対
し、励磁巻線53に通電したとき、ヨーク52が磁化さ
れ、この磁力により連結ばね50を縮めて第2プーリ4
1Bをヨーク52に吸着することにより第1プーリ41
Aから切り離し、発電機プーリ44を無回転状態とし、
車両用交流発電機の発電を中断するようになっている。
このように、第1プーリ41A及び第2プーリ41B
は、電磁クラッチ45によりその接続状態を機械的に断
続されるようになっている。
ないとき、ヨーク52は磁化されないので連結ばね50
のばね力により、第2プーリ41Bは、第1プーリ41
Aに押付けられ、第1プーリ41Aとの摩擦により第1
プーリ41Aと共回りして車両用交流発電機の発電機プ
ーリ44に回転を伝達するようになっている。それに対
し、励磁巻線53に通電したとき、ヨーク52が磁化さ
れ、この磁力により連結ばね50を縮めて第2プーリ4
1Bをヨーク52に吸着することにより第1プーリ41
Aから切り離し、発電機プーリ44を無回転状態とし、
車両用交流発電機の発電を中断するようになっている。
このように、第1プーリ41A及び第2プーリ41B
は、電磁クラッチ45によりその接続状態を機械的に断
続されるようになっている。
【0072】なお、この例では繁雑防止のため特に図示
しなかったが、断続運転を可能とするために、エアコン
プーリ40においても、例えば上記のような電磁クラッ
チを設けることが望ましい。
しなかったが、断続運転を可能とするために、エアコン
プーリ40においても、例えば上記のような電磁クラッ
チを設けることが望ましい。
【0073】また、電磁クラッチ45のON/OFF
(すなわち、その励磁巻線52への通電のON/OF
F)は、例えばエンジントランクルーム内に備えられた
コントロールユニットからの指令信号により制御される
ようになっている。同様に、エアコンプーリ40に電磁
クラッチを設けた場合、これもコントロールユニットか
らの指令信号により制御されるように構成すれば足り
る。
(すなわち、その励磁巻線52への通電のON/OF
F)は、例えばエンジントランクルーム内に備えられた
コントロールユニットからの指令信号により制御される
ようになっている。同様に、エアコンプーリ40に電磁
クラッチを設けた場合、これもコントロールユニットか
らの指令信号により制御されるように構成すれば足り
る。
【0074】上記において、先の電磁クラッチ45が、
請求項8に記載の第1プーリと第2プーリとの接続を断
続するクラッチを構成する。
請求項8に記載の第1プーリと第2プーリとの接続を断
続するクラッチを構成する。
【0075】ここで、通常、車両用交流発電機の回転子
の回転軸に備えられたプーリは、エンジン出力軸に設け
られたクランクプーリとベルト等により直接接続されて
おり、前述した設計的制約から、回転子の回転数は、せ
いぜいエンジン回転数の2倍〜3倍程度に制約されてい
た。
の回転軸に備えられたプーリは、エンジン出力軸に設け
られたクランクプーリとベルト等により直接接続されて
おり、前述した設計的制約から、回転子の回転数は、せ
いぜいエンジン回転数の2倍〜3倍程度に制約されてい
た。
【0076】本実施の形態においては、エンジンの出力
軸の回転数を、発電機プーリ44に対し(すなわち、車
両用交流発電機に備えられた回転子の回転軸に対し)、
アイドラプーリ41を介し増速して伝達するように構成
することにより、エンジン出力軸の回転数は、アイドラ
プーリ41に伝達される際に一旦増速され、さらに発電
機プーリ44に増速されて伝達させることができる。こ
のとき、例えばエンジン出力軸に設けたクランクプーリ
36(厳密にはその第2プーリ36B)と、アイドラプ
ーリ41(厳密にはその第1プーリ41A)とのプーリ
比を、アイドラプーリ41がエンジン回転数の2倍〜3
倍程度で回転するように増速に設定する限りにおいて
は、上記したベルトの許容速度や各プーリ許容外径等の
設計的な制約は満たされる。このとき、同様にこの設計
的制約の範囲内で、例えば、アイドラプーリ(厳密には
その第2プーリ41B)と、車両用交流発電機の発電機
プーリ44とのプーリ比を、発電機プーリ44がアイド
ラプーリ41の2倍程度の回転数で回転するように増速
に設定すれば、エンジン回転数の4倍〜6倍(通常の2
倍)程度の回転数で車両用交流発電機に設けた回転子を
回転させることができる。
軸の回転数を、発電機プーリ44に対し(すなわち、車
両用交流発電機に備えられた回転子の回転軸に対し)、
アイドラプーリ41を介し増速して伝達するように構成
することにより、エンジン出力軸の回転数は、アイドラ
プーリ41に伝達される際に一旦増速され、さらに発電
機プーリ44に増速されて伝達させることができる。こ
のとき、例えばエンジン出力軸に設けたクランクプーリ
36(厳密にはその第2プーリ36B)と、アイドラプ
ーリ41(厳密にはその第1プーリ41A)とのプーリ
比を、アイドラプーリ41がエンジン回転数の2倍〜3
倍程度で回転するように増速に設定する限りにおいて
は、上記したベルトの許容速度や各プーリ許容外径等の
設計的な制約は満たされる。このとき、同様にこの設計
的制約の範囲内で、例えば、アイドラプーリ(厳密には
その第2プーリ41B)と、車両用交流発電機の発電機
プーリ44とのプーリ比を、発電機プーリ44がアイド
ラプーリ41の2倍程度の回転数で回転するように増速
に設定すれば、エンジン回転数の4倍〜6倍(通常の2
倍)程度の回転数で車両用交流発電機に設けた回転子を
回転させることができる。
【0077】従って、本実施の形態によれば、例えば同
じ出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜
3倍程度の回転数よりもさらに速い回転数、例えばエン
ジン回転数の4倍〜6倍程度の回転数で回転子を回転さ
せることができるので、例えば磁気回路を小型化するこ
とにより、車両用交流発電機本体を小型化することが可
能となる。
じ出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜
3倍程度の回転数よりもさらに速い回転数、例えばエン
ジン回転数の4倍〜6倍程度の回転数で回転子を回転さ
せることができるので、例えば磁気回路を小型化するこ
とにより、車両用交流発電機本体を小型化することが可
能となる。
【0078】また、車両用交流発電機本体を小型化せ
ず、単に通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転
数よりもさらに速い回転数、例えばエンジン回転数の4
倍〜6倍程度の回転数で回転子を回転させる場合には、
同一のエンジン回転数でも通常の車両用交流発電機と比
較して車両用交流発電機の出力を高出力化することがで
きる。
ず、単に通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転
数よりもさらに速い回転数、例えばエンジン回転数の4
倍〜6倍程度の回転数で回転子を回転させる場合には、
同一のエンジン回転数でも通常の車両用交流発電機と比
較して車両用交流発電機の出力を高出力化することがで
きる。
【0079】具体的には、例えば車両用交流発電機の回
転子がエンジン回転数の、例えば4倍〜6倍程度の回転
数で回転するように設定した場合、エンジンがアイドル
回転数を上記したように例えば700[r/min]と
すると、このエンジンアイドル回転時でも、回転子は2
800〜4200[r/min]程度の回転数を確保で
き、十分な大きさの電圧を出力することができる。
転子がエンジン回転数の、例えば4倍〜6倍程度の回転
数で回転するように設定した場合、エンジンがアイドル
回転数を上記したように例えば700[r/min]と
すると、このエンジンアイドル回転時でも、回転子は2
800〜4200[r/min]程度の回転数を確保で
き、十分な大きさの電圧を出力することができる。
【0080】また、車両用交流発電機は、一般的に、そ
の回転子を2000[r/min]程度で回転させられ
れば十分発電できる。本実施の形態においては、これは
エンジンを330〜500[r/min]程度で回転さ
せれば足り、例えば、大気汚染や地球温暖化現象抑制
等、環境保護の観点から自動車のアイドル回転数の低速
化に役立てることができる。
の回転子を2000[r/min]程度で回転させられ
れば十分発電できる。本実施の形態においては、これは
エンジンを330〜500[r/min]程度で回転さ
せれば足り、例えば、大気汚染や地球温暖化現象抑制
等、環境保護の観点から自動車のアイドル回転数の低速
化に役立てることができる。
【0081】また、エンジン回転数を上げずに車両用交
流発電機の回転数を上昇させることができるので、車両
用交流発電機の高速回転化によりベルトの寿命が縮むこ
とを防止できる。
流発電機の回転数を上昇させることができるので、車両
用交流発電機の高速回転化によりベルトの寿命が縮むこ
とを防止できる。
【0082】さらに、電磁クラッチ45により車両用交
流発電機(上記のエアコンプーリ40にクラッチを設け
た場合には、エアコンも含めて)への回転伝達を切り離
すことができる構成としたので、エンジンへの負荷を低
減することができ、低騒音、効率向上等の効果を得るこ
とができる。
流発電機(上記のエアコンプーリ40にクラッチを設け
た場合には、エアコンも含めて)への回転伝達を切り離
すことができる構成としたので、エンジンへの負荷を低
減することができ、低騒音、効率向上等の効果を得るこ
とができる。
【0083】また、アイドラプーリ41の第1プーリ4
1Aから第2プーリ41Bへの回転の伝達を断続するも
のとして、電磁クラッチ45を設けたので、自在に車両
用交流発電機のON/OFFを切換えることができる。
これにより、例えば、車両用交流発電機の回転数が高く
なった場合に切り離したり、自動車が加速するときには
車両用交流発電機への負荷を切り離すことにより、エン
ジンアイドル回転時から自動車が発車する際のフィーリ
ングを向上させるようにしたりすることができる。ま
た、例えば、自動車の加速時には車両用交流発電機への
負荷を切り離し、発電を中止することで加速性能向上及
び騒音低減を可能とし、減速時には車両用交流発電機に
回転を伝達し、運動エネルギーの一部を電気エネルギー
に変換することが可能となり、バッテリーのエネルギー
マネージメントをする上で有効に作用する。
1Aから第2プーリ41Bへの回転の伝達を断続するも
のとして、電磁クラッチ45を設けたので、自在に車両
用交流発電機のON/OFFを切換えることができる。
これにより、例えば、車両用交流発電機の回転数が高く
なった場合に切り離したり、自動車が加速するときには
車両用交流発電機への負荷を切り離すことにより、エン
ジンアイドル回転時から自動車が発車する際のフィーリ
ングを向上させるようにしたりすることができる。ま
た、例えば、自動車の加速時には車両用交流発電機への
負荷を切り離し、発電を中止することで加速性能向上及
び騒音低減を可能とし、減速時には車両用交流発電機に
回転を伝達し、運動エネルギーの一部を電気エネルギー
に変換することが可能となり、バッテリーのエネルギー
マネージメントをする上で有効に作用する。
【0084】なお、本実施の形態においては、アイドラ
プーリ41の第1プーリ41Aから第2プーリ41Bへ
の回転の伝達を断続するものとして、電磁クラッチ45
を例にとって説明したが、これに限られず、例えば高速
回転時にその遠心力により第1プーリ41Aと第2プー
リ41Bとの接続が切り離される遠心クラッチや、油圧
クラッチ等を用いてもよく、また、エンジン回転数を車
両用交流発電機に対し、通常よりも増速して伝達する限
りにおいては、アイドラプーリ41に必ずしも電磁クラ
ッチ45は必要なく、アイドラプーリを上記第1プーリ
41A及び第2プーリ41Bを一体的に構成した構造と
してもよく、上記と同様の回転数増速の効果がある。
プーリ41の第1プーリ41Aから第2プーリ41Bへ
の回転の伝達を断続するものとして、電磁クラッチ45
を例にとって説明したが、これに限られず、例えば高速
回転時にその遠心力により第1プーリ41Aと第2プー
リ41Bとの接続が切り離される遠心クラッチや、油圧
クラッチ等を用いてもよく、また、エンジン回転数を車
両用交流発電機に対し、通常よりも増速して伝達する限
りにおいては、アイドラプーリ41に必ずしも電磁クラ
ッチ45は必要なく、アイドラプーリを上記第1プーリ
41A及び第2プーリ41Bを一体的に構成した構造と
してもよく、上記と同様の回転数増速の効果がある。
【0085】また、繁雑防止のため特に図示しなかった
が、本実施の形態においても、通常と比べて車両用交流
発電機が高速回転するため、前述の補強リング28,2
8A等を設け、車両用交流発電機に設けた回転子を機械
的に強度補強することが望ましい。
が、本実施の形態においても、通常と比べて車両用交流
発電機が高速回転するため、前述の補強リング28,2
8A等を設け、車両用交流発電機に設けた回転子を機械
的に強度補強することが望ましい。
【0086】また、本実施の形態においても、先に説明
した本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態と同
様、永久磁石を用いた車両用交流発電機、空冷式の車両
用交流発電機、及び水冷式車両用交流発電機等に適用可
能であることは言うまでもない。
した本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態と同
様、永久磁石を用いた車両用交流発電機、空冷式の車両
用交流発電機、及び水冷式車両用交流発電機等に適用可
能であることは言うまでもない。
【0087】以上においては、前述した設計的制約等に
より、各プーリ間におけるプーリ比を全て2倍〜3倍程
度の範囲内として説明したが、例えばベルトの材質とし
てさらに高速耐久性を備えたものを用いた場合等、設計
的な許容値が変動した場合には、上記の範囲に厳密に限
られることはない。また、目安としてギア10,24の
ギア比を駆動伝達軸19の回転が回転子1に2倍程度に
増速されて伝達されるように設定したが、設計及び安全
上問題がなければ、さらに高いギア比としてもよい。
より、各プーリ間におけるプーリ比を全て2倍〜3倍程
度の範囲内として説明したが、例えばベルトの材質とし
てさらに高速耐久性を備えたものを用いた場合等、設計
的な許容値が変動した場合には、上記の範囲に厳密に限
られることはない。また、目安としてギア10,24の
ギア比を駆動伝達軸19の回転が回転子1に2倍程度に
増速されて伝達されるように設定したが、設計及び安全
上問題がなければ、さらに高いギア比としてもよい。
【0088】また、以上説明した各実施の形態及び変形
例は、例えば、界磁巻線が固定されたブラシレスタイプ
の車両用交流発電機等に対しても適用可能であり、この
場合も同様の効果が得られる。
例は、例えば、界磁巻線が固定されたブラシレスタイプ
の車両用交流発電機等に対しても適用可能であり、この
場合も同様の効果が得られる。
【0089】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、回転子
の回転軸にその回転数を増速して伝達する駆動伝達軸を
回転子の回転軸と独立して設けたので、例えば駆動伝達
軸とエンジン出力軸とをベルトにより接続する場合、ベ
ルトの許容速度や各プーリ許容外径等の設計的な制約
を、エンジン出力軸に設けたクランクプーリと、駆動伝
達軸に設けた発電機プーリとの増速比を2倍〜3倍程度
に設定することで満たしつつ、かつこの駆動伝達軸の回
転数をさらに増速して回転子を回転させることができ
る。すなわち、通常、エンジン出力軸の2倍〜3倍程度
の回転数で回転していた回転子をさらに増速させること
が可能となる。
の回転軸にその回転数を増速して伝達する駆動伝達軸を
回転子の回転軸と独立して設けたので、例えば駆動伝達
軸とエンジン出力軸とをベルトにより接続する場合、ベ
ルトの許容速度や各プーリ許容外径等の設計的な制約
を、エンジン出力軸に設けたクランクプーリと、駆動伝
達軸に設けた発電機プーリとの増速比を2倍〜3倍程度
に設定することで満たしつつ、かつこの駆動伝達軸の回
転数をさらに増速して回転子を回転させることができ
る。すなわち、通常、エンジン出力軸の2倍〜3倍程度
の回転数で回転していた回転子をさらに増速させること
が可能となる。
【0090】また、駆動伝達軸に設ける発電機プーリ
は、通常の車両用交流発電機における回転子の回転軸に
設けられている発電機プーリと同等のもので足り、遊星
歯車機構及び電磁クラッチを内蔵したために発電機プー
リの外径が大きくなってしまう上記従来技術に対し、増
速機構を設けたことによる発電機全体としての大型化、
また部品点数増加による生産コスト上昇が抑制される。
は、通常の車両用交流発電機における回転子の回転軸に
設けられている発電機プーリと同等のもので足り、遊星
歯車機構及び電磁クラッチを内蔵したために発電機プー
リの外径が大きくなってしまう上記従来技術に対し、増
速機構を設けたことによる発電機全体としての大型化、
また部品点数増加による生産コスト上昇が抑制される。
【0091】以上により、本発明によれば、例えば同じ
出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜3
倍程度の回転数よりもさらに速い回転数で回転子を回転
させることができるので、その分、例えばその磁気回路
を小型化することによって、車両用交流発電機本体を全
体として小型化することが可能となる。
出力を要求する場合、通常のエンジン回転数の2倍〜3
倍程度の回転数よりもさらに速い回転数で回転子を回転
させることができるので、その分、例えばその磁気回路
を小型化することによって、車両用交流発電機本体を全
体として小型化することが可能となる。
【0092】請求項7に記載の発明によれば、エンジン
の出力軸の回転数を、回転子の回転軸に対し、アイドラ
プーリを介し増速して伝達するように構成することによ
り、エンジン出力軸の回転数は、アイドラプーリに伝達
される際に一旦増速され、さらに、回転子の回転軸に増
速されて伝達されるようにすることができる。このと
き、例えばエンジン出力軸に設けたクランクプーリと、
アイドラプーリとの増速比を2倍〜3倍程度に設定する
ことにより、ベルトの許容速度や各プーリ許容外径等の
設計的な制約は満たされ、同様に、例えばアイドラプー
リの回転が回転子の回転軸に設けた発電機プーリに増速
されて伝達するよう、アイドラプーリ及び発電機プーリ
のプーリ比を設定すれば、例えば同じ出力を要求する場
合、通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転数よ
りもさらに速い回転数で回転子を回転させることができ
るので、例えば磁気回路を小型化することにより、車両
用交流発電機本体を小型化することが可能となる。
の出力軸の回転数を、回転子の回転軸に対し、アイドラ
プーリを介し増速して伝達するように構成することによ
り、エンジン出力軸の回転数は、アイドラプーリに伝達
される際に一旦増速され、さらに、回転子の回転軸に増
速されて伝達されるようにすることができる。このと
き、例えばエンジン出力軸に設けたクランクプーリと、
アイドラプーリとの増速比を2倍〜3倍程度に設定する
ことにより、ベルトの許容速度や各プーリ許容外径等の
設計的な制約は満たされ、同様に、例えばアイドラプー
リの回転が回転子の回転軸に設けた発電機プーリに増速
されて伝達するよう、アイドラプーリ及び発電機プーリ
のプーリ比を設定すれば、例えば同じ出力を要求する場
合、通常のエンジン回転数の2倍〜3倍程度の回転数よ
りもさらに速い回転数で回転子を回転させることができ
るので、例えば磁気回路を小型化することにより、車両
用交流発電機本体を小型化することが可能となる。
【図1】本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態
の全体構造を表す断面図である。
の全体構造を表す断面図である。
【図2】要求する出力を一定とし、エンジンから車両用
交流発電機への回転数の増速比を最も一般的な値である
2.5倍から順次上げていった場合倍の車両用交流発電
機の質量(計算値)の推移を表す図で、横軸はエンジン
出力軸の最大回転数を7200[r/min]とした場
合の回転子の最高回転数[r/min]、縦軸は車両用
交流発電機の質量[kg]を表す。
交流発電機への回転数の増速比を最も一般的な値である
2.5倍から順次上げていった場合倍の車両用交流発電
機の質量(計算値)の推移を表す図で、横軸はエンジン
出力軸の最大回転数を7200[r/min]とした場
合の回転子の最高回転数[r/min]、縦軸は車両用
交流発電機の質量[kg]を表す。
【図3】要求する出力を一定とし、エンジンから車両用
交流発電機への回転数の増速比が最も一般的な値である
2.5倍の場合とその2倍の5倍とした場合との、車両
用交流発電機の発電電流を比較する表す図で、横軸はエ
ンジン回転数[r/min]、縦軸は車両用交流発電機
の発電電流[A]を表す。
交流発電機への回転数の増速比が最も一般的な値である
2.5倍の場合とその2倍の5倍とした場合との、車両
用交流発電機の発電電流を比較する表す図で、横軸はエ
ンジン回転数[r/min]、縦軸は車両用交流発電機
の発電電流[A]を表す。
【図4】本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態
における回転子に補強リングを設けて機械的補強を施し
た変形例の要部を抽出して表す断面図である。
における回転子に補強リングを設けて機械的補強を施し
た変形例の要部を抽出して表す断面図である。
【図5】本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態
における回転子を機械的に補強した変形例に備えられた
補強リングの全体構造を表す斜視図である。
における回転子を機械的に補強した変形例に備えられた
補強リングの全体構造を表す斜視図である。
【図6】本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態
における回転子に補強リングを設けて機械的補強を施し
た他の変形例の要部を抽出して表す断面図である。
における回転子に補強リングを設けて機械的補強を施し
た他の変形例の要部を抽出して表す断面図である。
【図7】本発明の車両用交流発電機の第1の実施の形態
を水冷式車両用交流発電機に適用した変形例の全体構造
を表す断面図である。
を水冷式車両用交流発電機に適用した変形例の全体構造
を表す断面図である。
【図8】本発明の車両用交流発電機用駆動伝達システム
の第1の実施の形態の全体構造を表す概略図である。
の第1の実施の形態の全体構造を表す概略図である。
【図9】本発明の車両用交流発電機用駆動伝達システム
の第1の実施の形態に備えられたアイドラプーリに関の
詳細構造を表す断面図である。
の第1の実施の形態に備えられたアイドラプーリに関の
詳細構造を表す断面図である。
1 回転子 2 固定子 3 回転軸 5A,B 爪形磁極 6 界磁巻線 7A,B 爪部 10 ギア(増速歯車列) 14 固定子鉄心 15 固定子巻線 19 駆動伝達軸 24 ギア(増速歯車列) 28 補強リング 28A 補強リング 41 アイドラプーリ 41A 第1プーリ 41B 第2プーリ 45 電磁クラッチ(クラッチ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清野 博光 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田中 直行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5H002 AA08 AB07 AE07 5H607 BB02 BB07 BB14 BB26 CC03 DD07 DD19 EE24 EE28 FF22 GG01 GG08 5H619 AA03 AA05 BB02 BB06 BB17 PP02 PP05 PP21 PP30 PP31
Claims (8)
- 【請求項1】対向配置された一対の爪形磁極の径方向内
側に界磁巻線を巻回した回転子と、固定子鉄心に固定子
巻線を巻回した固定子とを備えた車両用交流発電機にお
いて、 前記回転子の回転軸と独立して設けられ、前記回転軸に
その回転数を増速して伝達する駆動伝達軸を備えたこと
を特徴とする車両用交流発電機。 - 【請求項2】請求項1記載の車両用交流発電機におい
て、前記駆動伝達軸は、増速歯車列を介して前記回転子
の回転軸に連結していることを特徴とする車両用交流発
電機。 - 【請求項3】請求項2記載の車両用交流発電機におい
て、前記増速歯車列は、前記回転子の前記回転軸の長手
方向一端に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4】請求項2又は3記載の車両用交流発電機に
おいて、前記増速歯車列の増速比を約2倍程度に設定し
たことを特徴とする車両用交流発電機。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項記載の車両用
交流発電機において、前記一対の爪形磁極にそれぞれ複
数設けた爪部を前記回転子の周方向に連結する補強リン
グをさらに設けたことを特徴とする車両用交流発電機。 - 【請求項6】請求項5記載の車両用交流発電機におい
て、前記補強リングは、前記回転子の軸方向端部に設け
られ、前記複数の爪部間の空隙を覆うように略半球状に
形成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】対向配置された一対の爪形磁極の径方向内
側に界磁巻線を巻回した回転子を備えた車両用交流発電
機に、エンジンの駆動力をベルトを介して伝達する車両
用交流発電機用駆動伝達システムにおいて、 前記エンジンの出力軸の回転数を、前記回転子の回転軸
に対し増速して伝達するアイドラプーリを設けたことを
特徴とする車両用交流発電機用駆動伝達システム。 - 【請求項8】請求項7記載の車両用交流発電機用駆動伝
達システムにおいて、前記アイドラプーリは、少なくと
も前記エンジンの前記出力軸と接続した第1プーリと、
これと径が異なり前記回転子の前記回転軸と接続した第
2プーリとを備え、さらに前記第1プーリと前記第2プ
ーリとの接続を断続するクラッチを設けたことを特徴と
する車両用交流発電機用駆動伝達システム。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001053518A JP2002262513A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 車両用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システム |
EP01121633A EP1237256A3 (en) | 2001-02-28 | 2001-09-12 | Drive force transmission for vehicle ac generator |
US09/953,439 US20020117935A1 (en) | 2001-02-28 | 2001-09-17 | Vehicle use AC generation system, vehicle use AC generator used therefor and drive force transmission system used therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001053518A JP2002262513A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 車両用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002262513A true JP2002262513A (ja) | 2002-09-13 |
Family
ID=18913976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001053518A Pending JP2002262513A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 車両用交流発電機及び車両用交流発電機用駆動伝達システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002262513A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007104800A (ja) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Denso Corp | 車両用回転電機 |
-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001053518A patent/JP2002262513A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007104800A (ja) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Denso Corp | 車両用回転電機 |
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