JP2000069729A

JP2000069729A - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP2000069729A
Application number: JP11257501A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Umeda; 梅田　　敦司; Tsutomu Shiga; 志賀　　孜; Arata Kusase; 草瀬　　新
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2000-03-03
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3405280B2

Abstract

(57)【要約】【課題】車両用交流発電機として十分な出力を得るこ
と。【解決手段】固定子は、９６のスロットを有してい
る。回転子は１６の磁極を有しており、回転子の磁極数
に対して６倍のスロットが固定子に形成される。かかる
構成では、車両用交流発電機として実用的な出力が確保
される。特にスロット内に２本あるいは４本の導体を配
置した構成においても十分な出力を得ることができる。
なお、スロットは９７としてもよく。磁極数１２の回転
子に対応して７２のスロットを固定子に設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は乗り物の内燃機関に
より駆動される車両用交流発電機に関し、例えば乗用
車、トラック等に搭載される車両用交流発電機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両走行抵抗の低減のためのスラントノ
ーズ化や、車室内居住空間の確保のニーズからエンジン
ルームが近年ますます狭小化する中で、車両用交流発電
機の搭載スペースに余裕がなくなってきている。一方、
燃費向上のためエンジン回転は下げられ車両用交流発電
機の回転も下がっている。しかしその一方で、安全制御
機器等の電気負荷の増加が求められ、ますます発電能力
の向上が求められている。即ち小型で高出力の車両用交
流発電機を安価に提供することが求められている。

【０００３】また車外騒音低減の社会的要請や、車室内
静粛性向上による商品性向上の狙いから近年ますますエ
ンジン騒音が低下してきており、比較的高速で回転する
補機、とりわけ車両用交流発電機のファン騒音や、磁気
的騒音が耳につきやすい状況となってきた。

【０００４】導体バーなどと呼ばれるＵ字型の電気導体
を用いて車両用交流発電機の固定子巻線を構成するもの
として、特開昭６２−２７２８３６号、特開昭６３−２
７４３３５号、特開昭６４−５３４０号が提案されてい
る。しかし、かかる構成では、固定子鉄心が周方向に沿
って積層されて円筒形に形成されるため、磁束通過方向
に関して磁気的な抵抗が増加し、所要の性能を実現でき
ない。また、実用的な強度の確保など解決すべき多くの
課題を抱えている。

【０００５】また、ＷＯ９２／０６５２７にも車両用交
流発電機の固定子に導体バーを用いた構成が提案されて
いる。ここに示された構成によれば、１つのスロット内
に４本の電気導体がスクエアに配置されている。

【０００６】さらに、ＵＳＰ２９２８９６３には、固定
子に導体バーを用い、ランデル型の界磁回転子を持った
交流発電機が提案されている。しかし、ここに開示され
た構成では、スロットあたりの導体数は２本であり、低
回転での出力を得ることが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のごと
き従来技術の問題点に鑑み、今日の車両用交流発電機に
要求される性能を満足しうる高い実用性を備えた改良さ
れた車両用交流発電機を提供することを目的とする。

【０００８】本発明の他の目的は、小型、高出力、低騒
音を兼ね備えた車両用交流発電機を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によると、車両に
必要な出力特性を得ることができる。

【００１０】

【実施の形態】次に、この発明を適用した車両用交流発
電機を図に示す実施例に基づいて説明する。（第一実施例の構成）図１から図８はこの発明の第一実
施例を示したものである。図１は特に自動車用に適合さ
れた車両用交流発電機の主要部を示した図である。図２
から図８は本実施例の固定子の説明図である。

【００１１】この車両用交流発電機１は、電機子として
働く固定子２、界磁として働く回転子３、回転子３と固
定子２とを支持するフレ−ム４、および固定子２に生じ
る交流電力を直流電力に変換する整流器５を有してい
る。この整流器５の出力は１２Ｖのバッテリに接続され
ている。回転子３は、シャフト６と一体になって回転す
るもので、一対のランデル型ポールコア７、冷却ファン
１１、界磁コイル８、スリップリング９、１０、および
１６個の永久磁石５１によって構成されている。

【００１２】永久磁石５１は、図示せぬ磁石保持器によ
って連結されている。

【００１３】ポールコア爪間に介在された永久磁石５１
は、直方体のフェライト磁石を使用している。その寸法
は、磁極間幅を８ｍｍ、軸方向長さを２４ｍｍ、径方向
長さを９ｍｍに設定してある。また、界磁コイルは、平
角導体を使用し、抵抗値を１．８Ω、ターン（Ｔ）数を
３３０Ｔに設定してある。また、永久磁石５１には、湿
式異方性磁石を用い、−３０°Ｃ下でフル励磁した際に
５％以下の減磁特性に抑制できる磁石材を用いている。

【００１４】また、ポールコアのボス部の径はφ５０ｍ
ｍであり、シャフト６の径はφ１７ｍｍに設定してい
る。このポールコアのボス部の断面積よりシャフト６の
断面積を引いた断面積を極対数で割ったものを基準とし
て、略同一となるように各部磁極断面積を設定してい
る。

【００１５】シャフト６の端部には、プーリが固定され
ている。プーリは、自動車に搭載された走行用のエンジ
ン（図示せず）により回転駆動される。

【００１６】ランデル型コア７は、一対のポールコアに
より構成されている。コア７は、シャフト６に組付られ
たボス部７１、ボス部の両端より径方向に延びる２つの
ディスク部７２、及びディスク部７２の先端に配列され
た１６個の爪状磁極７３を有する。

【００１７】フレーム４には、その軸方向の両端に、冷
却空気の吸入孔４１、４２が開設されている。さらに、
フレーム４には、その外周部に、冷却空気の吐出孔４
３、４４が開設されている。吐出孔４３、４４は、コイ
ルエンド３１に対向して２列の環状に配列されている。
また、プーリの外径はフレ−ム４の軸方向端面の吸入孔
４１の外径よりも大きく設定されている。

【００１８】固定子２は、固定子鉄心３２、固定子巻線
を構成する複数の導体セグメント３３、及び固定子鉄心
３２と導体セグメント３３との間を電気絶縁するインシ
ュレータ３４で構成され、フレ−ム４により支えられて
いる。固定子鉄心３２は、薄い鋼板を重ね合わせた積層
型のもので、その内周面には複数のスロット３５が形成
されている。

【００１９】ひとつのスロット３５内には、２本の矩形
状の電気導体が、内層導体、外層導体として挿入されて
いる。これら電気導体は、導体セグメント３３によって
提供されている。導体セグメント３３は、Ｕ字状、ある
いはＶ字状と呼び得る形状である。

【００２０】固定子巻線は電気接続された多数の導体セ
グメント３３により構成されている。固定子鉄心３２の
軸方向端面の一方に導体セグメント３３のターン部３３
ｃが配置され、その他方に接合部３３ｄが配置されてい
る。接合部３３ｄは、異なる導体セグメント３３の端部
を接続して形成されている。導体セグメント３３は、固
定子鉄心３２の両端に突出して、それぞれコイルエンド
３１を形成している。そして、複数の導体セグメント３
３が、固定子鉄心３２上に環状に配列される結果、環状
のコイルエンド群が形成されている。

【００２１】導体セグメント３３のうち、固定子鉄心３
２から延び出す稜線部３３ｅは外層、内層で逆方向に傾
斜している。コイルエンド群の中で隣接する導体セグメ
ント３３の間には電気絶縁が確保できる所定の隙間が設
けられている。

【００２２】コイルエンド３１には、回転子３のポール
コア７のディスク部７２が対向している。

【００２３】なお、この導体セグメント３３の絶縁皮膜
はあっても無くとも良い。

【００２４】またインシュレータ３４は図４に示される
ように、固定子鉄心３２と導体セグメント３３との間、
スロット内の各電気導体の間を絶縁すべくＳ字形状に配
置されている。

【００２５】また、固定子鉄心３２の先端歯部は固定子
鉄心３２の製作時又は導体セグメント３３挿入後の押し
曲げ等により加工硬化を加えている。

【００２６】上記固定子巻線は、Ｘ、Ｙ，Ｚの３相巻線
を有している。各相の一方の巻線端３３ｆは、軸方向に
延び出しており、整流器５に設けられた整流素子５２の
電極部５３に直接、ヒュージング溶接等により電気接続
されている。巻線端３３ｆには、振動を吸収し、応力の
伝達を緩和するために、断面積を狭めた部分３３ｇが形
成されている。

【００２７】各相の他方の巻線端は図２２に示すように
中性点３３ｋとして直接又は導体を介して電気接続され
ている。

【００２８】固定子巻線の製造工程を説明する。

【００２９】Ｕ字状の導体セグメント３３は、図３に示
すように、内層側導体部３３ａと外層側導体部３３ｂと
ターン部３３ｃとで構成されている。このセグメント３
３は銅平板から折り曲げ、プレス等で製作される。

【００３０】複数の導体セグメント３３は、固定子鉄心
３２の軸方向端面の同一側に複数のターン部３３ｃが揃
うように重ねられる。そして、図４に示すように外層側
導体部３３ｂがスロット３５の深さ方向の奥側に、内層
側導体部３３ａがスロット３５の深さ方向の手前側に位
置するように挿入される。その結果、略平行なスロット
３５の側壁に、電気導体の両側面がインシュレータ３４
を介して対向するように圧入される。

【００３１】一方、固定子鉄心３２の他端側には、複数
の導体セグメント３３の端部が、内層、外層として突出
して配列される。そして、図５に示すように、内層と外
層とが周方向に反対方向に曲げられる。内層と外層とは
所定のスロット数だけ曲げられる。その後、異なる層の
異なる導体セグメント３３の端部どうしが接合され、接
合部３３ｄが形成される。この接合部３３ｄとしては、
電気導通するように超音波溶着、アーク溶接、ろう付け
等を採用できる。

【００３２】本実施例では回転子３の磁極数を１６に設
定してあり、固定子鉄心３２のスロット数を９６に設定
し、固定子巻線は３相巻線を構成している。ステータ外
径はφ１３０ｍｍであり、内径はφ１０２ｍｍに設定し
てある。この固定子鉄心２３の積厚は３４ｍｍであり、
板厚０．５ｍｍのＳＰＣＣ材を積層し、レーザ溶接等で
固着している。スロットは電気角で３０°ピッチに相当
する３．７５°ピッチで等間隔で設定している。その形
状は、側面を平行とした略矩形状であり、その側面幅は
１．８ｍｍ、奥行きは１０ｍｍ、背厚は３．５ｍｍ、開
口幅は０．８ｍｍに設定されている。また、先端歯先部
の径方向厚さは０．５ｍｍに設定されている。

【００３３】このスロット内に挿入される電気導体は、
厚さ１．６ｍｍ、幅４．５ｍｍであり、角部には０．６
ｍｍ以下のＲが取ってある。スロットと電気導体との間
には、約１００μｍの厚さのインシュレータ３４が介在
している。

【００３４】具体的結線例を図６、図７、図８を使用し
て説明する。図６、図７の下側の渡り線部はセグメント
のターン部３３ｃであり、上側が接合部３３ｄである。
図中実線は内層の電気導体、一点鎖線は外層の電気導体
を示す。

【００３５】まず、３相巻線のうちのＸ相について説明
する。スロット番号の４番から６スロットおきに９４番
まで（４番、１０番、１６番……９４番）が第１のスロ
ット群を成している。これらに隣接する５番から６スロ
ットおきに９５番まで（５番、１１番、１７番……９５
番）が第２のスロット群を成している。

【００３６】第１スロット群に収容された複数の導体セ
グメント３３によって形成される第１巻線は、２本の波
巻巻線を含んでいる。また、第２スロット群に収容され
た複数の導体セグメント３３によって形成される第２巻
線は、２本の波巻巻線を含んでいる。

【００３７】これら第１巻線と第２巻線とは、２つの結
線部１０２と、１つの結線部１０３とを経由して直列接
続されている。第２巻線の２本の波巻巻線は、結線部１
０３によって反転して直列接続されている。そして、そ
の両端それぞれに、結線部１０２によって第１巻線の波
巻巻線が直列接続されている。そして、第１巻線の２つ
の端部が、巻線端Ｘと、巻線端Ｘ’として引き出され
る。

【００３８】なお、結線部１０２は、５スロット離れた
スロット内に収容された内層電気導体と外層電気導体と
を接続している。結線部１０３は、６スロット離れたス
ロット内に収容された同じ層の電気導体を接続してい
る。

【００３９】この結果、Ｘ相は、電気角で３０°位相が
ずれた第１巻線と第２巻線とが直列接続されて構成され
る。そして、第１巻線が２Ｔ、第２巻線が２Ｔであるこ
とから、４Ｔの固定子巻線が構成される。同様にして、
電気角１２０°ピッチでＹ相、Ｚ相が形成され、図８に
示すようにこれらの３相が星形結線されている。

【００４０】なお上記実施例では、Ｘ相の第１スロット
群と、Ｙ相の第１スロット群と、Ｚ相の第１スロット群
とが第１スロット組に属し、Ｘ相の第２スロット群と、
Ｙ相の第２スロット群と、Ｚ相の第２スロット群とが第
２スロット組に属する。そして、これらスロット組に装
備された巻線は、コイルエンドにおいてすべてが均等に
外部に露出しており、均等に冷却風にさらされる。そし
て、電気的に隣接する２つの巻線が直列接続されて交流
として合成されており、２組のスロット組により提供さ
れる６つの巻線が、３相結線されている。また、これら
巻線はコイルエンド間に隙間をもっているため、風下側
に配置されるコイルエンドであっても十分に風にさらさ
れる。このため、巻線毎の放熱に寄与する表面積の差が
ほとんどない。つまり、３相の多相交流発電機として、
２倍の相数である６相に相当する巻線を含むにもかかわ
らず、すべての巻線が均等な冷却条件に置かれる。

【００４１】なお、図５、図６、図７に示した固定子巻
線では、導体セグメント３３のターン部３３ｃが固定子
鉄心３２の一方の端面側に配列され、整流器５に接続さ
れる巻線端３３ｆが固定子鉄心３２の他方の端面側から
引き出されている。（実施例の作用効果）上記構成とすることにより、内層
に位置する複数の導体セグメント３３の稜線部３３ｅの
傾斜方向を同一方向とすることができ、しかも外層に位
置する複数の導体セグメント３３の稜線部３３ｅの傾斜
方向を同一方向とすることができる。

【００４２】このため、多相の固定子巻線をコイルエン
ドで干渉無く配置できる。よって、スロット内における
電気導体の占積率を向上して高出力化できる。しかも、
コイルエンドにおいて隣接する電気導体の間には、電気
絶縁が確保できる隙間が設けられるので温度上昇が大幅
に抑制される。特に本実施例では、ランデル型回転子の
軸方向端部に内扇ファンとしての冷却ファン１１を設
け、コイルエンド３１の外周側に対応してフレーム４に
通気孔としての吐出孔４３、４４を設けているため、コ
イルエンド群内を通ってフレーム外周部に向けて抜ける
冷却風の通風抵抗を極端に低減でき、冷却性を大きく向
上させることができる。

【００４３】また、隣接するスロット群の巻線を直列接
続して固定子巻線とすることで、スロットあたりの電気
導体数を少なくしてコイルエンドでの導体間の隙間を確
保しつつ、車両用発電機に必要なＴ数を得ることができ
る。

【００４４】回転子の磁極数の３倍のスロット数で固定
子を設計する従来方式の場合、スロット内の電気導体数
以上のＴ数を得ることはできない。一般に、車両用交流
発電機では、定格０．５〜２．５ｋｗのものが使用され
る。このような出力を、車載可能な所定の体格の制限、
エンジン回転数の制限の下で実現しようとした場合、少
なくとも固定子巻線は３Ｔ以上必要である。これより小
さいＴ数を設定した場合、図９の破線に示されるように
低速回転では出力が出ず、高速のみ出力が大きく出てし
まい車両用交流発電機として不適切な特性となってしま
う。

【００４５】例えば、スロット数を回転子の磁極数の３
倍とし、スロットあたり電気導体数を２本として、固定
子巻線のＴ数を２Ｔとした比較例と、本実施例の出力特
性を図９の破線と実線に示す。従来方式では回転頻度の
高い車両アイドル回転数付近での低下が著しく車両用発
電機として成立しない。必然的に、スロットあたりの電
気導体数を増加させなければならない。しかし、１本の
電気導体の断面積が同じである限り、コイルエンドの隙
間減少による通風性の悪化、冷却性の悪化という問題が
生じる。また、電気導体の組み付け工数の増加にともな
う製造コストの増加の問題がある。逆に、１本の電気導
体の断面積を下げてＴ数を増すと、巻線のインピ−ダン
スが高くなるので高出力化が不可能となる。

【００４６】これに対し、本実施例では、スロット数を
極数の３倍以上とし、隣接するスロットの導体を直列に
接続する部分を設けているので、スロットあたりの導体
数は最少である２本とすることができる。具体的には、
１６極の磁極数に対して３相発電機として必要な３倍の
４８個のスロット数だけでなく、さらに倍の９６個のス
ロット数を確保している。例えば、１２極に対しては３
相で、７２個のスロットを採用してもよい。これによ
り、コイルエンドに隙間を形成して通風による冷却性を
確保でき、製造コストを増加することなくスロット内の
占積率を向上させ、低回転から車両に必要な出力特性を
得ることができる。

【００４７】また電気角が３０°ずれた第１巻線と第２
巻線とを直列接続しているので、起磁脈動力を低減でき
るため磁気騒音の大幅な低減ができる効果もある。

【００４８】しかも、第１巻線と第２巻線とは、コイル
エンドにおいては均等に外部に露出しており、均等に冷
却風にさらされている。しかも、コイルエンド間には、
そこを横切る通風を可能とするための隙間が確保されて
いるため、高い冷却性が得られる。この関係は、６つの
スロット群に収容された６つの巻線のすべてについて実
現されており、すべての巻線が均等に冷却される。

【００４９】また、図６、図７の結線方法では、２層化
した内層側電気導体と外層側電気導体を交互に接続する
ため、各相の渡り線部分の長さは結果的に同一とするこ
とができるので各相の巻線の電気抵抗値は均一となる。
加えて、固定子巻線のインダクタンスはスロット内の位
置によって異なるが本実施例では内層側電気導体の数と
外層側電気導体の数とが各相で同一であるため、インダ
クタンスは略同一とすることができる。即ち、インピー
ダンスが均一化できることにより局部的な発熱を防止で
きる。

【００５０】またコイルエンドの軸方向高さも飛躍的に
低減でき、結果的に従来の固定子巻線に対し抵抗値を略
半減できる。これにより、低インピーダンス化によって
小型高出力化を図ることができると共に、発熱量低減に
よる温度低減、高効率化をも達成できる。

【００５１】更にコイルエンド高さの低減にともない、
固定子２の軸方向長さを抑制できる。この結果、フレー
ム４の角部の丸みを大きくできる。この結果、体格が丸
い車両用交流発電機を構成でき、機械的剛性の向上を図
ることができる。さらに、車載時に、他の部品との干渉
を回避することができるという効果がある。

【００５２】また、コイルエンドの冷却性が大幅に向上
することから、ファンの小型化が実現できる。さらに、
コイルエンド群としては、表面の凹凸が平滑化されるこ
と、一様な繰り返し紋様が形成されること、及びコイル
エンド内を冷却風が横切ることで、冷却風との間で生ず
るファン騒音を大幅に低減することができる。

【００５３】また、導体セグメント３３のターン部３３
ｃと反対側から巻線端３３ｆを取り出しているので、タ
ーン部３３ｃは同一形状とすることができる。このた
め、ターン部３３ｃ以外の直線部の長さを変えて巻線端
３３ｆや結線部１０２、１０３の形成に対応できる。よ
って直線部の長さのみ異なる導体セグメント３３を製作
すればよいので、生産工数を大巾に下げることができ、
安価な設備で対応できる。

【００５４】また電気導体の断面形状の矩形化により、
高占積率化が可能であると共に、プレス等での導体セグ
メントの作成も可能であり、素材、加工コストの低減を
図ることができる。

【００５５】また、電気導体と固定子鉄心との間の対向
面積が大きくなるので、伝熱が良好となり電気導体の温
度が更に低減できる効果がある。また、固定子全体の剛
性が高まることから磁気音を抑える効果もある。また、
電気導体自体の剛性があがることから、コイル間の隙間
の管理が容易である。その結果、電気導体の絶縁皮膜の
廃止、電気導体の固着材の廃止が可能となり、高信頼性
で低コストの発電機が提供できる。また、巻線端部の剛
性も高まることから、従来必要であった整流器５の端子
台を廃止でき、直接、整流素子５２に接続することも可
能になるので、更にコスト低減効果がある。

【００５６】また、スロット内を、単線の電気導体を、
内外に２層化して収容しているため、組付が容易とな
る。しかも、接合箇所は径方向に１ヶ所であるから他の
接合箇所との重なりがなくなり、溶接等の工程が容易に
なり、生産性が向上する。よって低コストの発電機を提
供できる。更に、１組の整流器で構成できるため、電気
部品が簡素化でき、低コスト化できる効果もある。

【００５７】また、ランデル型回転子であることから、
冷却ファンに鉄材が使用できるので、高速回転に対する
耐久性がセ−レント型回転子よりも優れる。セ−レント
型回転子では、軸方向端面に磁極が並ぶので、この軸方
向端面に設ける部材は、磁束短絡防止のためにアルミや
樹脂などの非磁性材を使用しなければならないからであ
る。このような高速耐久性の高さにより、プ−リ比を高
く設定することができるので、エンジンのアイドリング
回転時の回転子の回転数を高くして出力を向上できる。
また、ファンの材料費や加工費が安く、さらにポ−ルコ
アとの接合手段にも安価なヒュ−ジング溶接などが採用
できることにより、製造コストの低減効果もある。（第二実施例）図１０から図１２に第二実施例を示す。
第一実施例では、固定子鉄心３２の端面の片側に導体セ
グメント３３のターン部３３ｃを設けていたが、第二実
施例ではターン部３３ｃで分離された導体セグメントを
用いる。そして、固定子鉄心３２の両側に接合部を配置
した点が異なる。

【００５８】図１１に図示されるように、導体セグメン
ト３３は、スロット３５内に挿入される略直線状部分で
ある内部導体３３ｈと、この内部導体の両側おいて固定
子鉄心３２の軸方向両側に延びる略直線状部分である外
部導体３３ｉを有してなる。

【００５９】この外部導体３３ｉは磁極ピッチの約半分
の距離を周回する角度と長さを持っている。外部導体３
３ｉは図１０に示すようにコイルエンド３１としての稜
線部を形成している。そして、内層、外層の稜線部３３
ｉの傾きが逆になるように複数の導体セグメント３３が
スロット内に挿入されている。また、固定子鉄心３２
は、図１２に示されるように歯先先端部３２ａをＵ字状
またはＪ字状とした半製品から製造される。固定子鉄心
３２は、複数の導体セグメント３３をスロット内に挿入
した後、径方向から歯先先端部３２ａに加工治具を押し
当てるなどして歯先先端部３２ａに塑性加工を加えて、
スロットの内周側開口を狭めて製造される。このように
することで、径方向内側からの導体セグメント３３の挿
入が可能となり、予め導体セグメントを最終形状に加工
することができ、組付けが容易となる。

【００６０】また、導体セグメントを挿入した後、導体
セグメントを径方向内側から圧縮してスロット形状に合
わせて変形させることで、更に高い占積率を得ることが
できる。また、塑性加工により歯先先端部が加工硬化す
るため、導体セグメント３３のスプリングバックによる
歯先変形を防止できる効果もある。

【００６１】なお、導体セグメント３３は予め加工する
こととしたが、スロット内に収納した後折り曲げ加工し
ても良い。（第三実施例）第一、第二実施例では内外層の電気導体
を一対のみ、即ちスロットあたりの電気導体数を２Ｔと
したが、導体セグメントの挿入工程を繰り返すなどの手
段により、電気導体を二対以上としてもよい。この場合
も、図１３に示すように、異なる相のコイルエンド間の
干渉は、第一実施例と同様に回避できる。このため、上
記実施例と同様に高い占積率、高い冷却効率、低い騒音
などの効果が得られる。更にスロットあたりの電気導体
数が増えるので、低いエンジン回転数から発電を開始で
き、低速回転時の発電量を増加させることができる。

【００６２】図１４には、内外層の電気導体を二対、つ
まりスロットあたりの導体数が４Ｔの場合のインシュレ
ータの配置を示す。

【００６３】更に、内外層の電気導体を二対以上設ける
ことで、スロット数の設定、結線箇所等を変えることに
より、任意のＴ数を構成することができる。（第四実施例）第一から第三実施例では、電気角で３０
°の位相差をもつ２つのスロット群に収容された巻線を
直列接続することにより、スロットあたりのＴ数を増や
すとともに、磁気音の主成分である極対数の６倍次数成
分をキャンセルして騒音低減を図っている。つまり、交
流の状態で、２つの巻線の出力を合成している。

【００６４】これに対し、図１５、１６の固定子巻線展
開図、および図１７の回路図に示すように、電気角で３
０°の位相差をもつ２組の三相巻線をそれぞれの整流器
で整流した後、合成して出力する点が異なる。つまり、
直流の状態で、２つの巻線の出力を合成している。

【００６５】具体的結線例を図１５、図１６、図１７を
使用して説明する。図１５、図１６の下側の渡り線部は
セグメントターン部３３ｃとなり、上側が結線部３３ｄ
となる。図中実線は内層電気導体、一点鎖線は外層電気
導体を示す。

【００６６】まず、Ｘ相の第１巻線と第２巻線について
説明する。スロット番号の４番から６スロットおきに９
４番まで（４番、１０番、１６番……９４番）が第１の
スロット群を成している。これらに隣接する５番から６
スロットおきに９５番まで（５番、１１番、１７番……
９５番）が第２のスロット群を成している。

【００６７】第１スロット群に形成される第１巻線は、
図１５に示す巻線端Ｘ１と、Ｘ１’とを有する。第１巻
線は、巻線端Ｘ１と、Ｘ１’との間に敷設された反転結
線部で直列接続された２本の波巻巻線を含んでいる。

【００６８】第２スロット群に形成される第２巻線は、
図１６に示す巻線端Ｘ２と、Ｘ２’とを有し、第１巻線
と同様に形成されている。

【００６９】さらに、同様にして、電気角で１２０°離
れてＹ相、Ｚ相が形成されている。これら各相について
も、第１巻線と第２巻線が形成されている。

【００７０】そして、これら６本の巻線は、図１７に示
すように結線される。Ｘ、Ｙ、Ｚ相の３つの第１巻線が
星型結線されて第１整流器に接続される。Ｘ、Ｙ、Ｚ相
の３つの第２巻線が星型結線されて第２整流器に接続さ
れる。第１整流器の直流出力と、第２整流器の直流出力
とは並列に接続され、直流出力が合成される。

【００７１】これにより、２Ｔの３相巻線の直流出力を
合計して取り出すので、低回転域での出力不足を改善す
ることができる。更に、内外層電気導体を二対以上配置
する第三実施例と組み合わせることで、４Ｔ以上を実現
でき、低回転域での発電不足の問題を解消できる。ま
た、電気角が異なる２つの巻線を直列接続することが不
要であるから、導体セグメントの形状を同一にすること
ができ、導体セグメントの生産効率が更に向上できる。
磁気音の主成分である極対数の６倍次数成分をキャンセ
ルして騒音低減が達成される効果も得られる。

【００７２】なお上記実施例では、Ｘ相の第１スロット
群と、Ｙ相の第１スロット群と、Ｚ相の第１スロット群
とが第１スロット組に属し、Ｘ相の第２スロット群と、
Ｙ相の第２スロット群と、Ｚ相の第２スロット群とが第
２スロット組に属する。そして、これらスロット組に装
備された巻線がそれぞれ異なる多相固定子巻線として多
相結線され、それぞれ別々に整流されて、その後直流と
して並列接続されて合成されている。（その他の実施例）上記第一実施例では、固定子２の端
面の片側でのみ導体セグメントを接合したが、両側で接
合してもよい。例えば、複数の導体セグメントのターン
部を、固定子鉄心３２の両側に分散して配置することが
できる。この場合、接合部の間隔を広くでき、溶接等の
接合工程が容易になる効果がある。

【００７３】上記第二実施例で採用した図１２に図示さ
れる固定子鉄心３２と、第一実施例で採用した図３に図
示される導体セグメント３３とを組み合わせることがで
きる。

【００７４】また、図１２の固定子鉄心３２を採用する
場合には、導体セグメントをスロットに挿入しつつ、挿
入が完了したスロットから順番に塑性加工を実施するこ
とができる。これにより、生産効率を飛躍的に向上でき
る。

【００７５】電気導体としては、複数の素線からなる矩
形断面の電気導体を採用できる。

【００７６】上記の実施例では、電気導体は銅製であ
る。これに代えて、アルミ、鉄等を用いることができ
る。かかる材質の選定により、素材コストの低減、鋳
物、ダイカストで導体セグメントを製造でき、生産工程
が容易となる効果がある。

【００７７】また、電気導体の断面は、矩形としたが、
丸断面であってもよい。また、矩形と丸との複合でもよ
い。たとえば、スロット内を矩形とし、スロット外を丸
とすることができる。この場合、高い占積率、高い冷却
性能の効果が得られる。また逆に、スロット内を丸と
し、スロット外を矩形とすれば、コイルエンドにおける
電気導体間の隙間を十分確保でき、冷却風の通風抵抗を
低減して冷却性能を大幅に向上できる。なお、矩形断面
の電気導体は、扁平形状と言い得る形状である。

【００７８】導体セグメント３３に絶縁皮膜を設け、イ
ンシュレータをスロットの内壁に沿ってＵ字型に配置し
ても良い。この場合、インシュレータ形状が単純化でき
る効果がある。また、固定子鉄心３２を絶縁処理してイ
ンシュレータを廃止しても良い。この場合、導体セグメ
ント３３をスロットに挿入する時に、インシュレータが
ずれて絶縁不良を起こすことを防止できる。

【００７９】固定子巻線は、３相以上の多相巻線であっ
ても良い。多相巻線であっても、固定子鉄心３２に規則
的に巻線を形成でき、巻線形状を複雑にすることがな
い。３相以上とすることで、出力電圧のさらなる低ノイ
ズ化、低リップル化を図ることができる。

【００８０】固定子巻線は、三角結線されてもよい。こ
れは車両が必要とする発電量の特性に応じて、適宜、選
択できる。

【００８１】回転子として、永久磁石を持たない回転子
を採用してもよい。また、永久磁石の励磁のみによる回
転子であってもよい。

【００８２】回転子の両端面に冷却ファンを設けてもよ
い。例えば図１８に示す構成を採用できる。この実施例
では、回転子のフロント側端面にも冷却ファン１２が装
備される。かかる構成によると、良好な冷却特性が得ら
れる。なお、ランデル型回転子では、ポールコアのディ
スク部で風を発生するため、図１に示す片方の冷却ファ
ン１１だけでも必要な冷却性が得られるが、両側に冷却
ファンを設けた場合、更に車両用交流発電機としての体
格を小型化できる効果がある。

【００８３】また、図１９に示す構成を採用してもよ
い。回転子３の冷却ファンが設置されていない端面に、
フレーム４の吸入孔４１の外周部の内壁面４５を近接さ
せて対向させている。これにより、ポールコア７のディ
スク部７２をファンと見立てて、内壁面４５がシュラウ
ドの役割を担う。このため、ディスク部７２の送風能力
が増す。従って、冷却ファンを両側に設ける場合に比べ
て、部品点数、加工工数を増やすことなく、同等の冷却
性能を達成でき、更に小型化できる。

【００８４】図２３に示すように、巻線端３３ｆを、タ
ーン部３３ｃと同じ側に設けてもよい。これにより、接
合部での溶接などによる接合工程において、巻線端３３
ｆが邪魔にならず、しかも同一パターンの繰り返し接合
となるから、生産工程が容易となる。

【００８５】以上に述べた実施例では、回転子の磁極数
の６倍の数のスロットを設けている。そして、隣接する
２つのスロットに収容された電気導体を直列接続する箇
所を設けることで、一連の巻線のターン数を４Ｔとし
た。これは、３相の２倍スロット直列巻線と呼ぶことが
できる。これに代えて、例えばスロット数を磁極数の９
倍としてもよい。そして、隣接する３つのスロットに収
容された電気導体を直列接続する箇所を設けることで、
６Ｔとすることができる。これは、３相の３倍スロット
直列巻線と呼ぶことができる。また、同一スロット内の
導体を直列接続しないで、並列接続させる箇所を設ける
ことにより、５Ｔとするなど奇数のターン数に設定する
こともできる。スロット数の増加によりさらに多いター
ン数に設定してもよい。

【００８６】また、固定子鉄心３２に設けるスロット数
は、上記倍スロット構成よりさらに１スロットだけ多く
してもよい。例えば、９７本のスロットを固定子鉄心３
２に形成してもよい。この場合の結線を説明する展開図
を図２０、図２１に示す。図中、実線は内層電気導体、
一点鎖線は外層電気導体を示す。この構成によると、結
線部１０４、１０５の形状、特に高さを他のコイルエン
ドを同じにすることができる。図６、図７に図示される
結線では、結線部１０２、１０３は、他のコイルエンド
とは異なる高さを持っており、異なる形状の電気導体を
必要とするとともに、接合工程の複雑化を招く。

【００８７】隣接するスロットの異なる層をなす電気導
体を接続する結線部１０４は、他のコイルエンドと同じ
傾斜と高さを持っている。このため、Ｕ字状の導体セグ
メントの製作にあたって、直線部の長さを統一でき、導
体セグメントの生産工程が容易になる。更に、同じ層の
電気導体を接続するための結線部１０５は、通常の繰り
返しと同じ形状とすることができるので、結線工程が容
易になる。

【００８８】この構成では、図２０、図２１の巻線端Ｘ
などの引出し側に、Ｕ字状の導体セグメントのターン部
を配置してもよい。ターン部の広がりがすべてスロット
６本分に統一化されるため、セグメントの生産工程が容
易になる効果もある。

【００８９】また、固定子には、電気絶縁を確保するた
めの絶縁性樹脂をコーティングをしてもよい。かかる樹
脂は、含浸樹脂とも呼ばれる。かかる樹脂は、巻線の電
気絶縁性を高めるため、あるいは固定子状のセグメント
等を相互に固着して固定するために有効である。なお、
樹脂のコーティングにあたっては、コイルエンド群内へ
の通風性を損なわないように付与することが望ましい。
ただし、樹脂によってコイルエンド間の隙間がいくぶん
塞がれることがあってもよい。かかる構成にあっても、
コイルエンド群において各セグメントの間に隙間が維持
されることで、放熱に寄与する表面積を広く確保するこ
とができ高い冷却性を得ることができる。

【００９０】以上に説明した実施例によると、コイルエ
ンドの干渉を抑制でき、固定子巻線の高占積率化が図
れ、出力を向上する効果がある。更に、異なるスロット
の内外層に位置する導体を直列に接続しているのでスロ
ット内位置に起因する各相巻線の導体長さ、漏れインダ
クタンスは各相で均一化される。このためコイルを流れ
る電流が均一化され、各相の発熱量も同じとなるため、
局部的な固定子巻線の発熱や起磁力アンバランスを防止
でき、温度低減、低騒音化が図れる。また、隣接するス
ロットを直列接続する固定子巻線とすることで、スロッ
トあたりの導体数を少なくしてコイルエンドでの導体間
の隙間を確保しつつ車両用発電機に必要な低回転時の出
力を得るためのターン数を得ることができる。特に、上
述の実施例では、電気角が３０度異なる２組の三相固定
子巻線を構成しているから、電気磁気的な騒音を抑制す
る効果があるとともに、実質的には電気的な位相が異な
る６つの巻線の出力を合成しているので、整流後の直流
電力に含まれるリップル成分が少なく、高品質の電力を
供給できる。しかも、セグメントを用いて固定子巻線を
構成し、スロット内においては深さ方向にのみ電気導体
を積層して収容している。このため、一様な形状をもっ
た複数のコイルエンドを一様に配列することができ、電
気的に位相が異なる複数の巻線を、コイルエンドにおい
てはそれぞれ均等に外部に露出させ、冷却風に対して均
等にさらすことができる。しかも、コイルエンドにおい
ては複数の導体セグメントが互いに離間しているので、
放熱のための十分な表面積が確保される。さらには冷却
風が横切って流れることで優れた放熱性が実現される。
これらの作用により、複数の巻線毎の冷却性のばらつき
をなくしながら、高い放熱性、冷却性を実現することが
でき、電気導体の断面積向上に伴う電気抵抗の低下と相
まって、小型化、高出力化に適合可能な車両用交流発電
機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第一実施例の縦断面図である。

【図２】図２は第一実施例の固定子の外観図である。

【図３】図３は第一実施例の導体セグメント３３の斜視
図である。

【図４】図４は第一実施例の固定子の部分的な断面図で
ある。

【図５】図５は第一実施例の固定子の両端面のコイルエ
ンドを示す斜視図である。

【図６】図６は固定子巻線の結線状態を示す展開図であ
って、１番目から４８番目のスロットを示している。

【図７】図７は固定子巻線の結線状態を示す展開図であ
って、４９番目から９６番目のスロットを示している。
図６と図７は、Ｖ−Ｖ線、ＶＩ−ＶＩ線で環状に接続さ
れて一連の固定子巻線を示している。

【図８】図８は車両用交流発電機の回路図である。

【図９】図９は車両用交流発電機の出力特性を示すグラ
フである。

【図１０】図１０は第二実施例の固定子の部分的な外観
図である。

【図１１】図１１は第二実施例の導体セグメント３３の
斜視図である。

【図１２】図１２は第二実施例の固定子の部分的な断面
図である。

【図１３】図１３は第三実施例の固定子のコイルエンド
を示す斜視図である。

【図１４】図１４は第三実施例の固定子の部分的な断面
図である。

【図１５】図１５は第四実施例の固定子巻線の結線状態
を示す展開図である。

【図１６】図１６は第四実施例の固定子巻線の結線状態
を示す展開図である。図１５と図１６とは、ＶＩＩ−Ｖ
ＩＩ線、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で環状に接続されて一連
の固定子巻線を示している。

【図１７】図１７は第四実施例の車両用交流発電機の回
路図である。

【図１８】図１８は、その他の実施例の縦断面図であ
る。

【図１９】図１９は、その他の実施例の縦断面図であ
る。

【図２０】図２０は他の実施例の固定子巻線の結線状態
を示す展開図である。

【図２１】図２１は他の実施例の固定子巻線の結線状態
を示す展開図である。図２０と図２１とは、ＩＸ−ＩＸ
線、Ｘ−Ｘ線で環状に接続されて一連の固定子巻線を示
している。

【図２２】図２２は第一実施例の固定子巻線端を示す斜
視図である。

【図２３】図２３はその他の実施例の固定子巻線端を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１車両用交流発電機２固定子３回転子３１コイルエンド３２固定子鉄心３３導体セグメント３４インシュレータ３５スロット４フレーム５整流器６シャフト７ポールコア８界磁コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成
する界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄
心、及びこの固定子鉄心に装備された多相固定子巻線を
備える固定子とを有する車両用交流発電機において、前記界磁回転子は、前記Ｎ極および前記Ｓ極を提供する
複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心を備え、前記固定子鉄心は、積層板を貫いて延びる複数のスロッ
トが形成された積層鉄心を備え、前記固定子鉄心のスロット数を９６に設定したことを特
徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成
する界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄
心、及びこの固定子鉄心に装備された多相固定子巻線を
備える固定子とを有する車両用交流発電機において、前記界磁回転子は、前記Ｎ極および前記Ｓ極を提供する
複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心を備え、前記固定子鉄心は、積層板を貫いて延びる複数のスロッ
トが形成された積層鉄心を備え、前記固定子鉄心のスロット数を９７に設定したことを特
徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】請求項１または２記載の車両用交流発電
機において、前記回転子の磁極数を１６に設定したことを特徴とする
車両用交流発電機。
【請求項４】回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成
する界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄
心、及びこの固定子鉄心に装備された多相固定子巻線を
備える固定子とを有する車両用交流発電機において、前記界磁回転子は、前記Ｎ極および前記Ｓ極を提供する
複数の爪状磁極を有するランデル型鉄心を備え、前記固定子鉄心は、積層板を貫いて延びる複数のスロッ
トが形成された積層鉄心を備え、前記固定子鉄心のスロット数を７２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４記載の車両用交流発電機におい
て、前記回転子の磁極数を１２に設定したことを特徴とする
車両用交流発電機。
【請求項６】請求項１から５のいずれか記載の車両用
交流発電機において、電気導体が、前記スロット内に一対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７】請求項１から５のいずれか記載の車両用
交流発電機において、電気導体が、前記スロット内に一対以上配置されている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】請求項１から７のいずれか記載の車両用
交流発電機において、前記多相固定子巻線は、複数の導体セグメントを接合し
て形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。