[发明专利]车辆用交流发电机

说明书

本发明涉及车辆用交流发电机，特别是降低交流发电机中的铁损而力图提高发电效率的交流发电机，其适用范围不仅包括通常的由发动机驱动的交流发电机，还包括在车辆制动时进行再生发电的能发电电力驱动的交流发电机或车辆行走电机的再生发电的交流发电机。

在近年来要求车辆低燃料费用的背景之下，力求提高交流发电机的发电效率。为了提高发电效率，须降低发电时的损失，必须降低占损失比例很大的铁损。

众所周知，对于同步发电机来说，其铁损Wf主要发生在定子铁中，如式(1)中所示，它是横切定子铁心的磁通变化频率f与最大磁密B的函数。

WF＝σh·f·Bm²+σe·f²·Bm²(1)

其中，第1项为磁滞损耗，第2项为涡流损耗，σ_k，σ_θ分别为由材料确定的常数。

因而，为了降低铁损Wf，须尽可能地降低上述频率f与最大磁密βm。

若以ω代表转子的角速度，则横切定子铁心的磁通量φ(t)，如式(2)中所示地包含有基本频率的2次、3次高次谐波成分。

Φ(t)＝Φ₀{sinωt+k₁sin(2ωt+σ₁)

           +k₂sin(3ωt+σ₂)……}     (2)

在磁通φ(t)的变化中出现高频成分的原因是由转子磁极所形成的磁场不是平滑的正弦变化，而是有畸变，这种高频成分实际使上述频率f变高，铁损增大。

为了使磁通变化成为平滑的，在过去采取的对策是在磁极铁心表面上倒棱，或加大磁极的扭斜等。另一方面，为了减小最大磁密则采用增大定子铁心截面积等办法。

可是，在磁极铁心上进行倒棱等办法反过来会因磁极铁心表面积减小而造成发电输出的降低，综合起来有其限度。

此外，增大定子铁心截面积的办法也会相应地使定子线圈的绕间减小，交流发电机的输出阻抗增大，从而使发电输出降低，综合起来，这种情况也是有限度的。

本发明可以解决这种问题，其目的是提供一种车辆用交流发电机，它可以不产生折衷综合极限地充分地减小磁通变化频率与最大磁密度，减小内部铁损而提高发电效率。

为了达到本发明的上述目的，本发明的交流发电机的特征是它设有：

在外周的周向上以一定间隔形成的由转子线圈激磁成交互不同极性的台扇型爪状磁极的转子。

配置在上述台扇型爪状磁极之间，在周向两侧面上与相邻的上述各台扇型爪状磁极分别磁比为有同一极性，并使朝向定子线圈的磁通在圆周方向成为光滑曲线地变化的永久磁铁，以及

把上述定子线圈上产生的交流电压变换成直流电压，由该定子线圈的电流给电池充电用的MOS型晶体管构成的整流换向装置。

利用这种结构，由于设在台扇型爪状磁极之间的永久磁铁使朝向定子线圈的磁通在圆周方向光滑地变化，可以除去磁通变化中的高频成分，减少定子铁心中的铁损。

而且，由于整流换向装置是用正向电阻小的MOS管构成的，整流换向装置(所谓整流器)的电压降低减少部分可使发电电压降低，最大磁密就与之正比例地降低，同样地定子铁心中的铁损就降低了。

进而，由于减少了整流换向装置发热，通过使散热片的小型化等可实现整流换向装置整体紧凑化。

此外，本发明的车辆用交流发电机可以是三相交流发电机，即，在上述结构中，以上述定子线圈作为3相线圈，把3对串联的MOS管并联在上述电池的端子之间，并把各相的上述定子线圈连接到这些成对的MOS管的连接点上。这样，就能使三相交流发电中的发电损失降低。

此外，上述MOS管最好是使用由SiC材料形成的器件。这是由于使用SiC材料的MOS管既能确保必要的耐压能力，与通常使用Si材料器件相比还能进一步降低导通电阻，进一步降低发电电压与最大磁密，并能使定子铁心中的铁损变成足够地小。

另外，在上述的车辆用交流发电机中，还可以把上述永久磁铁容纳在隔热性树脂材料制成的保持体内并设置在上述台肩型爪状磁极之间。这样，台肩型爪状磁极产生的热就不会传到设在保持体内的永久磁铁上，故能防止由于永久磁铁温度上升而产生高温退磁，使之即使在高温上也能取得保持磁通光滑变化的效果。