JP2010166788A - 単相交流発電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増加を抑制して、多極化を高い線積率で図ることができ、かつフリクションの低減を図ることができる単相交流発電機及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】単相交流発電機１は、右巻きポール３２Ａと左巻きポール３２Ｂとを交互に複数配列したステータ３を有している。各ポール３２Ａ、３２Ｂは、コイル５Ａ、５Ｂを巻回した分割コア部４２を中心コア部４１に対して配設してなる。コイル５Ａ、５Ｂは、分割コア部４２における周方向Ｃの側面に略平行に並ぶ状態で複数層に巻回してある。分割コア部４２同士の間に形成されたスロット４５内には、右巻きポール３２Ａを構成するコイル５Ａと、左巻きポール３２Ｂを構成するコイル５Ｂとが略平行に隣接して配置されている。複数のポール３２Ａ、３２Ｂは、１本のコイル５Ａ、５Ｂを連続して巻回してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、単相交流の発電を行うよう構成した交流発電機及びその製造方法に関する。

例えば、二輪自動車等に用いる交流発電機は、Ｎ極及びＳ極の永久磁石を周方向に交互に複数配列して構成したアウターロータと、アウターロータの内周側に配置し、巻線を巻回したポールを周方向に複数配列して構成したステータとを有している。そして、例えば、エンジン等による回転駆動力を受けてロータが回転する際には、複数のポールに対して、Ｎ極の永久磁石による磁界とＳ極の永久磁石による磁界とが繰り返し交互に対向配置されることによって、複数のポールに巻回した巻線に交流電圧の発電を行っている。

上記交流発電機においては、ステータにおける各ポールとアウターロータにおける各磁極との間に生じるコギングトルク等のフリクション（回転損失等）を低減させるために、磁極数（ポール数）を１２極程度に増やすことなどが行われている。しかし、多極化を行うと、所望の出力性能を得るために、線積率（ポール同士の間のスロット内におけるコイルの占有率）を増加させる必要が生じ、コイルが巻回できなくなる問題が生じる。
そこで、各ポールを中心コア部に対して分割し、各ポールごとにコイルの巻回を行った後、中心コア部に組み付けることが考えられる。
なお、例えば、特許文献１の分割コアユニットにおいては、１本の巻線を、ステータコアを歯極単位で分割して形成した各分割コアに対して連続して巻回することが開示されている。

特開２００２−５８１８１号公報

しかしながら、各ポールごとにコイルの巻回を行った後、中心コア部に組み付ける場合には、各ポールにおけるコイル同士を結線するために、それぞれターミナル（金具）等が必要になる。そのため、特に、線積率の向上を図って、多極の交流発電機に同様の手法を採用しようとすると、部品点数が多大になり、製造コストが増大してしまう。
また、特許文献１の技術は、３相交流モータに用いるステータについての技術であり、単相交流発電機において、線積率の向上を図って例えば１６極以上の多極化を図ろうとする場合には、採用することができない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、製造コストの増加を抑制して、多極化を高い線積率で図ることができ、かつフリクション（摩擦損失等）の低減を図ることができる単相交流発電機及びその製造方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、Ｎ極の磁界形成部とＳ極の磁界形成部とを周方向に交互に複数配列してなるアウターロータと、該アウターロータの内周側に配置し、中心コア部の回りにコイルの巻回を行った磁界交番用ポールを周方向に複数配列してなるステータとを有し、
上記各磁界交番用ポールに対して、上記Ｎ極の磁界形成部と上記Ｓ極の磁界形成部とが交互に対向配置されることによって、単相の交流発電を行うよう構成した単相交流発電機において、
上記複数の磁界交番用ポールは、上記中心コア部に対して複数に分割した分割コア部の基端部に形成した嵌合部を、上記中心コア部の外周側に形成した被嵌合部に嵌合してなると共に、上記分割コア部に対して鎖交する状態で上記コイルを右巻き方向に巻回した右巻きポールと、上記分割コア部に対して鎖交する状態で上記コイルを左巻き方向に巻回した左巻きポールとを周方向に交互に複数配設してなり、
隣接する上記分割コア部において互いに対向する周方向の一対の側面は、略平行に形成してあり、
上記コイルは、上記分割コア部における周方向の側面に略平行に並ぶ状態で巻回してあり、
上記分割コア部同士の間に形成されたスロット内には、上記右巻きポールを構成するコイルと、上記左巻きポールを構成するコイルとが略平行に隣接して配置されており、
２つ以上の上記磁界交番用ポールは、１本のコイルを連続して巻回してなることを特徴とする単相交流発電機にある（請求項１）。

本発明の単相交流発電機は、製造コストの増加を抑制して、例えば１６極以上の多極化を高い線積率で図ることができ、かつフリクション（摩擦損失等）の低減を図ることができるものである。
具体的には、本発明の単相交流発電機においては、線積率の向上を図るために、複数の磁界交番用ポールを分割コア部から構成し、２つ以上の分割コア部に対して１本のコイルを連続して巻回している。これにより、ポール数（アウターロータの磁極数）が多く、磁界交番用ポール（分割コア部）同士の間隔が狭いステータを備えた単相交流発電機を形成する場合においても、各分割コア部単体に対してコイルの巻回を行うことができる。そのため、各分割コア部に対してコイルの巻回を容易に行うことができ、ステータの生産性を向上させることができる。また、２つ以上の分割コア部に対して１本のコイルを連続して巻回することにより、コイル同士の接続箇所を減少させることができ、ステータの製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明の単相交流発電機においては、隣接する分割コア部（右巻きポールと左巻きポール）において互いに対向する周方向の一対の側面を略平行に形成しており、各分割コア部に対して、その周方向の側面に略平行に並ぶ状態で巻回してコイルを形成している。そして、中心コア部に対して複数の分割コア部（磁界交番用ポール）を嵌合して、ステータを形成した状態においては、分割コア部同士の間に形成されたスロット内には、右巻きポールを構成するコイルと、左巻きポールを構成するコイルとが略平行に隣接して配置されている。これにより、スロット内において、右巻きポールを構成するコイルと、左巻きポールを構成するコイルとの間に、ほとんど隙間が形成されないようにすることができ、ステータにおける線積率（スロット内におけるコイルの占有率）を効果的に向上させることができる。そのため、単相交流発電機におけるフリクション（回転損失等）を低減させることができる。

それ故、本発明の単相交流発電機によれば、製造コストの増加を抑制して、例えば１６極以上の多極化を高い線積率で図ることができ、かつフリクション（摩擦損失等）の低減を図ることができる。

第２の発明は、Ｎ極の磁界形成部とＳ極の磁界形成部とを周方向に交互に複数配列してなるアウターロータと、該アウターロータの内周側に配置し、中心コア部の回りにコイルの巻回を行った磁界交番用ポールを周方向に複数配列してなるステータとを有し、
上記各磁界交番用ポールに対して、上記Ｎ極の磁界形成部と上記Ｓ極の磁界形成部とが交互に対向配置されることによって、単相の交流発電を行うよう構成した単相交流発電機の製造方法において、
上記ステータを構成するステータコアを、上記中心コア部と、上記磁界交番用ポールの数と同じ数の分割コア部とに分割形成しておき、
２つ以上の上記分割コア部に対し、該各分割コア部に対して鎖交すると共に該各分割コア部における周方向の側面に略平行に並ぶ状態で１本の上記コイルを連続して巻回して、複数のコイル巻回体を形成するコイル巻回工程と、
上記中心コア部の外周側に形成した被嵌合部に、上記複数のコイル巻回体における各分割コア部の基端部に形成した嵌合部を嵌合して、上記コイルを右巻き方向に巻回した右巻きポールと上記コイルを左巻き方向に巻回した左巻きポールとを周方向に交互に複数配設し、上記分割コア部同士の間に形成されたスロット内に、上記右巻きポールを構成するコイルと、上記左巻きポールを構成するコイルとを略平行に隣接して配置するポール配設工程とを含むことを特徴とする単相交流発電機の製造方法にある（請求項６）。

本発明の単相交流発電機の製造方法は、上記優れた作用効果を奏する単相交流発電機の製造に適した方法である。
本発明の製造方法においては、まず、ステータを構成するステータコアを、中心コア部と、磁界交番用ポールの数と同じ数の分割コア部とに分割形成しておく。そして、コイル巻回工程として、２つ以上の分割コア部に対し、各分割コア部に対して鎖交すると共に各分割コア部における周方向の側面に略平行に並ぶ状態で１本のコイルを連続して巻回して、複数のコイル巻回体を形成する。このとき、コイル巻回体は、２つ以上の右巻きポールと、２つ以上の左巻きポールとに対して、それぞれ１本のコイルを連続して巻回して形成することができ、右巻きポールと左巻きポールとに対して、１回又は複数回連続して１本のコイルを連続して巻回して形成することもできる。

上記コイル巻回体を予め形成することにより、ポール数（アウターロータの磁極数）が多く、磁界交番用ポール（分割コア部）同士の間隔が狭いステータを備えた単相交流発電機を形成する場合においても、各分割コア部単体に対してコイルの巻回を行うことができる。そのため、各分割コア部に対してコイルの巻回を容易に行うことができ、ステータの生産性を向上させることができる。また、２つ以上の分割コア部に対して１本のコイルを連続して巻回することにより、コイル同士の接続箇所を減少させることができ、ステータの製造コストの低減を図ることができる。
なお、コイル巻回体を形成するときには、分割コア部同士の間に、適切な間隔を形成しておくことにより、ステータを形成したときに各磁界交番用ポール同士の間に形成する適切な長さの渡り線を確保することができる。

次いで、ポール配設工程として、中心コア部における被嵌合部に、複数のコイル巻回体における各分割コア部の嵌合部を嵌合する。また、コイルを右巻き方向に巻回した右巻きポールとコイルを左巻き方向に巻回した左巻きポールとを周方向に交互に複数配設する。そして、各分割コア部においては、周方向の側面に略平行に並ぶ状態でコイルが巻回されていることにより、分割コア部同士の間に形成されたスロット内には、右巻きポールを構成するコイルと、左巻きポールを構成するコイルとを略平行に隣接して配置される。これにより、スロット内において、右巻きポールを構成するコイルと、左巻きポールを構成するコイルとの間に、ほとんど隙間が形成されないようにすることができ、ステータにおける線積率（スロット内におけるコイルの占有率）を効果的に向上させることができる。そのため、フリクション（回転損失等）を低減させることができる単相交流発電機を製造することができる。

それ故、本発明の単相交流発電機の製造方法によれば、製造コストの増加を抑制して、多極化を高い線積率で図ることができ、かつフリクション（摩擦損失等）の低減を図ることができる単相交流発電機を効率よく製造することができる。

実施例における、単相交流発電機のステータを、軸方向から見た状態で示す図で、右巻きコイルについて軸方向一方側の端面に配置した渡り線の配置状態を示す断面説明図。 実施例における、単相交流発電機のステータを、軸方向から見た状態で示す図で、左巻きコイルについて軸方向他方側の端面に配置した渡り線の配置状態を示す断面説明図。 実施例における、軸方向から見た状態の単相交流発電機の一部を拡大して示す断面説明図。 実施例における、磁界交番用ポールを周方向から見た状態で示す断面説明図。 実施例における、中心コア部に設けた各ターミナルにおける結線状態を、径方向から見た状態で模式的に示す断面説明図。 実施例における、単相交流発電機をエンジンに組み付けた状態を示す断面説明図。 実施例における、単相交流発電機による交流発電電圧をレギュレータ制御する高速レギュレータ回路を示す概略的な回路図。 実施例における、コイル巻回工程において右巻きコイルを形成する状態を示す断面説明図。 実施例における、右巻きコイル巻回体を配置用治具から取り外して、複数の右巻きポールを円周状に並べた状態を示す断面説明図。 実施例における、左巻きコイル巻回体を配置用治具から取り外して、複数の左巻きポールを円周状に並べた状態を示す断面説明図。 実施例における、中心コア部を示す断面説明図。 実施例における、中心コア部に対して右巻きコイル巻回体を配設した状態を示す断面説明図。 実施例における、他のコイル巻回体を示す説明図。 実施例における、他のコイル巻回体を示す説明図。

上述した単相交流発電機及びその製造方法における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第２の発明において、上記中心コア部における被嵌合部と、上記分割コア部における嵌合部との嵌合は、圧入によって嵌合するだけでなく、溶接、接着等を行って嵌合することもできる。

第１の発明において、上記すべての右巻きポールは、上記１本のコイルとしての右巻きコイルを連続して巻回してなり、上記すべての左巻きポールは、上記１本のコイルとしての左巻きコイルを連続して巻回してなることが好ましい（請求項２）。また、第２の発明において、上記コイル巻回工程においては、上記右巻きポールの数と同じ数の上記分割コア部に、上記１本のコイルとしての右巻きコイルを連続して巻回して、右巻きコイル巻回体を形成し、かつ上記左巻きポールの数と同じ数の上記分割コア部に、上記１本のコイルとしての左巻きコイルを連続して巻回して、左巻きコイル巻回体を形成し、上記ポール配設工程においては、上記中心コア部における上記被嵌合部に、上記右巻コイル巻回体における各分割コア部の上記嵌合部を嵌合して、上記すべての右巻きポールを形成し、かつ上記中心コア部における上記被嵌合部に、上記左巻コイル巻回体における各分割コア部の上記嵌合部を嵌合して、上記すべての左巻きポールを形成することが好ましい（請求項７）。
これらの場合には、ステータにおけるコイルの接続箇所を、右巻きコイルと左巻きコイルとの接続箇所のみとすることができ、ステータの製造コストを格段に低減させることができる。

第１の発明において、上記右巻きコイルにおいて上記複数の右巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線は、上記ステータの軸方向一方側の端面に配置してあり、上記左巻きコイルにおいて上記複数の左巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線は、上記ステータの軸方向他方側の端面に配置してあり、上記右巻きコイルの一方の巻線端部と、上記左巻きコイルの一方の巻線端部とは、上記中心コア部の内部を軸方向に貫通して設けたターミナルによって結線してあることが好ましい（請求項３）。第２の発明において、上記ポール配設工程においては、上記右巻きコイルにおいて上記複数の右巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線を、上記ステータの軸方向一方側の端面に配置し、上記左巻きコイルにおいて上記複数の左巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線を、上記ステータの軸方向他方側の端面に配置し、上記ポール配設工程の後には、上記右巻きコイルの一方の巻線端部と、上記左巻きコイルの一方の巻線端部とを、上記中心コア部の内部を軸方向に貫通して設けたターミナルによって結線する結線工程を行うことが好ましい（請求項８）。
これらの場合には、複数の右巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線と、複数の左巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線とを、無駄な弛みのない適切な長さに容易に形成することができる。

また、第１、第２の発明において、上記磁界交番用ポールの数は、１６個、１８個、２０個、２２個又は２４個のいずれかであることが好ましい（請求項４、９）。
これらの場合には、コイルの巻回が容易で、多極化、高線積率化及び低フリクション化を図ることができる。
また、上記磁界形成部の極数は、上記磁界交番用ポールの数と同じ数である１６極、１８極、２０極、２２極又は２４極のいずれかとすることが好ましい。

また、第１の発明において、上記コイルにおける出力側の巻線端部は、バッテリー充電回路及びランプ点灯回路に接続してあり、上記バッテリー充電回路は、上記単相交流発電機における上記コイルとバッテリーとの間に接続したバッテリー充電用スイッチング素子と、該バッテリー充電用スイッチング素子がオンしたときにバッテリー電圧の制御をする充電制御回路とを有しており、上記ランプ点灯回路は、上記単相交流発電機における上記コイルとランプとの間に接続したランプ点灯用スイッチング素子と、該ランプ点灯用スイッチング素子がオンしたときにランプ点灯の制御をする点灯制御回路とを有しており、上記バッテリー充電用スイッチング素子と、上記ランプ点灯用スイッチング素子とは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）から構成することが好ましい（請求項５）。

この場合には、多極化した単相交流発電機によって発電した単相交流電圧に対して、高速でバッテリー充電用スイッチング素子及びランプ点灯用スイッチング素子を動作させることができ、バッテリー充電及びランプ点灯の切換動作を安定して行うことができる。
なお、単相交流発電機によって発電した単相交流電圧は、プラス側の電圧をバッテリー充電に用い、マイナス側の電圧をランプ点灯に用いることができる。

以下に、本発明の単相交流発電機及びその製造方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の単相交流発電機１は、図１、図３に示すごとく、Ｎ極の磁界形成部２２ＮとＳ極の磁界形成部２２Ｓとを周方向Ｃに交互に複数配列してなるアウターロータ２と、アウターロータ２の内周側に配置し、中心コア部４１の回りにコイル５の巻回を行った磁界交番用ポール３２を周方向Ｃに複数配列してなるステータ３とを有している。単相交流発電機１は、各磁界交番用ポール３２に対して、Ｎ極の磁界形成部２２ＮとＳ極の磁界形成部２２Ｓとが交互に対向配置されることによって、単相の交流発電を行うよう構成してある。

図１〜図３に示すごとく、複数の磁界交番用ポール３２は、中心コア部４１に対して複数に分割した分割コア部４２の基端部に形成した嵌合部４２１を、中心コア部４１の外周側に形成した被嵌合部４１１に嵌合してなると共に、分割コア部４２に対して鎖交する状態でコイル５を右巻き方向Ｔ１に巻回した右巻きポール３２Ａと、分割コア部４２に対して鎖交する状態でコイル５を左巻き方向Ｔ２に巻回した左巻きポール３２Ｂとを周方向Ｃに交互に複数配設してなる。隣接する分割コア部４２において互いに対向する周方向Ｃの一対の側面４２３は、略平行に形成してある。コイル５は、分割コア部４２における周方向Ｃの側面４２３に略平行に並ぶ状態で複数層に巻回してある。分割コア部４２同士の間に形成されたスロット４５内には、右巻きポール３２Ａを構成するコイル５Ａと、左巻きポール３２Ｂを構成するコイル５Ｂとが略平行に隣接して配置されている。そして、２つ以上の磁界交番用ポール３２は、１本のコイル５を連続して巻回してなる。

以下に、本例の単相交流発電機１及びその製造方法につき、図１〜図１４を参照して詳説する。
図６に示すごとく、本例の単相交流発電機１は、車両（本例では二輪車）のエンジンのクランクシャフト１１の回転を受けて発電を行うものであり、発電を行った電力によりバッテリーの充電、ランプ類の点灯等を行うために用いる。また、本例の交流発電機１によって発電した電力は、エンジンにおけるシリンダーへ加圧した燃料を供給するための電動式の燃料ポンプを駆動するために用いることもできる。本例のロータ２は、エンジンのクランクシャフト１１に連結されている。また、ステータ３は、エンジン等に取り付けるハウジング１０に固定されている。

図３に示すごとく、本例のアウターロータ２において、Ｎ極の磁界形成部２２ＮはＮ極の永久磁石であり、Ｓ極の磁界形成部２２ＳはＳ極の永久磁石である。中心コア部４１及び複数の分割コア部４２は、軟磁性の鉄材料等を用いて形成してある。また、Ｎ極の磁界形成部２２Ｎ及びＳ極の磁界形成部２２Ｓは、円筒状ヨーク２１の内周側に配設してある。
各分割コア部４２の回り（径方向Ｒに直交する方向の回り、周方向Ｃの一対の側面４２３及び軸方向Ｌの一対の端面）には、絶縁性の樹脂からなるボビン４２２が設けてある。また、このボビン４２２は、中心コア部４１の外周側に対向する位置にも形成してある。なお、図４は、磁界交番用ポール３２を周方向Ｃから見た状態の断面で示す。
また、コイル５は、絶縁被膜を形成した銅線等の導体からなる。

各分割コア部４２は、中心コア部４１の外周側に配置される部分が扇型形状を有している。そして、中心コア部４１に配設した分割コア部４２同士の間には、周方向Ｃの一対の側面４２３が略平行なスロット４５が形成される。また、中心コア部４１の被嵌合部４１１は、径方向Ｒの外方に向かうに連れて幅が縮小する溝形状を有しており、分割コア部４２の嵌合部４２１は、上記溝形状に沿った突起形状を有している。
本例のすべての右巻きポール３２Ａは、１本のコイル５としての右巻きコイル５Ａを連続して巻回してなり、本例のすべての左巻きポール３２Ｂは、１本のコイル５としての左巻きコイル５Ｂを連続して巻回してなる。

また、図１に示すごとく、右巻きコイル５Ａにおいて複数の右巻きポール３２Ａ同士の間に掛け渡す渡り線５１は、ステータ３の軸方向一方側の端面３０１に配置してあり、図２に示すごとく、左巻きコイル５Ｂにおいて複数の左巻きポール３２Ｂ同士の間に掛け渡す渡り線５１は、ステータ３の軸方向他方側の端面３０２に配置してある。ここで、図１においては、右巻きコイル５Ａにおいて、ステータ３の軸方向一方側の端面３０１に配置した渡り線５１を２点鎖線で示し、図２においては、左巻きコイル５Ｂにおいて、ステータ３の軸方向他方側の端面３０２に配置した渡り線５１を２点鎖線で示す。

本例のステータ３は、２０個の磁界交番用ポール３２を有しており、アウターロータ２は、２０極の磁界形成部２２Ｎ又は２２Ｓ（１０個のＮ極と１０個のＳ極）を有している。
図１、図２、図５に示すごとく、右巻きコイル５Ａの一方の巻線端部５１１Ａと、左巻きコイル５Ｂの一方の巻線端部５１１Ｂとは、中心コア部４１の内部を軸方向Ｌに貫通して設けた結線用ターミナル４３Ａによって結線してある。この結線用ターミナル４３Ａは、中心コア部４１との間の絶縁を行う絶縁材４３２と、絶縁材４３２の中心部に設けた金属導体４３１とから構成されている。

また、図５に示すごとく、右巻きコイル５Ａの他方の巻線端部５１２Ａは、中心コア部４１の軸方向一方側の端面３０１において、出力側の端部として、出力用ターミナル４３Ｂを介して後述する高速レギュレータ回路７に接続してある。出力用ターミナル４３Ｂは、中心コア部４１との間の絶縁を行う絶縁材４３２と、絶縁材４３２の中心部に設けた金属導体４３１とから構成されている。
また、左巻きコイル５Ｂの他方の巻線端部５１２Ｂは、中心コア部４１の内部を軸方向Ｌに貫通して設けたグラウンド用ターミナル４３Ｃによって、中心コア部４１の軸方向他方側の端面３０２から軸方向一方側の端面３０１へ引き出され、グラウンド電位に接続してある。グラウンド用ターミナル４３Ｃは、ステータコア３１（中心コア部４１及び複数の分割コア部４２）をグラウンド電位にするよう、中心コア部４１に導体を直接設けることによって形成されている。

なお、本例のステータ３においては、中心コア部４１の形状を変更することにより、被嵌合部４１１の形状を容易に変更することができる。また、分割コア部４２の形状を変更することにより、ステータ３の外径寸法を容易に変更することができる。

図７に示すごとく、本例の単相交流発電機１は、バッテリー７３の充電とランプ７４の点灯との切換を高速に行う高速レギュレータ回路７によって制御する。
具体的には、同図に示すごとく、右巻きコイル５Ａにおける出力側（他方）の巻線端部５１２Ａは、バッテリー充電回路７１及びランプ点灯回路７２に接続してある。
バッテリー充電回路７１は、単相交流発電機１におけるコイル５とバッテリー７３との間に接続したバッテリー充電用スイッチング素子７１１と、バッテリー充電用スイッチング素子７１１がオンしたときにバッテリー７３の電圧のレギュレータ制御をする充電制御回路７１２とを有している。また、ランプ点灯回路７２は、単相交流発電機１におけるコイル５とランプ７４との間に接続したランプ点灯用スイッチング素子７２１と、ランプ点灯用スイッチング素子７２１がオンしたときにランプ７４の点灯のレギュレータ制御をする点灯制御回路７２２とを有している。なお、ランプ７４としては、ライト、スピードメータ等のランプ類がある。また、バッテリー７３には、種々の補機、計器類等の負荷７５が接続される。
本例の単相交流発電機１によって発電した単相交流電圧は、単相の正弦波電圧のうち、プラス側の電圧をバッテリー充電に用い、マイナス側の電圧をランプ点灯に用いる。

そして、本例においては、バッテリー充電用スイッチング素子７１１と、ランプ点灯用スイッチング素子７２１とは、ＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）から構成している。これにより、多極化した単相交流発電機１によって発電した単相交流電圧に対して、高速でバッテリー充電用スイッチング素子７１１及びランプ点灯用スイッチング素子７２１を動作させることができ、バッテリー充電及びランプ点灯の切換動作を安定して行うことができる。

次に、本例の単相交流発電機１を製造する方法について詳説する。
単相交流発電機１のステータ３を製造するに当たっては、まず、ステータ３を構成するステータコア３１を、中心コア部４１と、磁界交番用ポール３２の数と同じ数の分割コア部４２とに分割形成しておく（図８、図１１参照）。また、各分割コア部４２においては、軟磁性のコア材料部分（複数に積層した電磁鋼板等）に、絶縁性の樹脂からなるボビン４２２を形成しておく。

次いで、図８に示すごとく、コイル巻回工程として、右巻きポール３２Ａの数と同じ数の分割コア部４２に、１本のコイル５としての右巻きコイル５Ａを連続して巻回して、右巻きコイル巻回体６Ａを形成する。このとき、右巻きコイル５Ａは、分割コア部４２に対して鎖交すると共に分割コア部４２における周方向Ｃの側面４２３に略平行に並ぶ状態で複数層に巻回する。本例では、配置用治具８に対して、１０個の分割コア部４２を、渡り線５１を形成するための所定の間隔を空けて配置し（本例では直線状に並べて配置し）、１本の右巻きコイル５Ａを連続して各分割コア部４２に右巻き方向Ｔ１に巻回して、１つの右巻きコイル巻回体６Ａを形成する。図９には、右巻きコイル巻回体６Ａを配置用治具８から取り外して、中心コア部４１に配置するための円周状に複数の右巻きポール３２Ａを並べた状態を示す。

また、コイル巻回工程として、左巻きポール３２Ｂの数と同じ数の分割コア部４２に、１本のコイル５としての左巻きコイル５Ｂを連続して巻回して、左巻きコイル巻回体６Ｂを形成する。このとき、左巻きコイル５Ｂは、右巻きコイル５Ａの場合と同様に、分割コア部４２に対して鎖交すると共に分割コア部４２における周方向Ｃの側面４２３に略平行に並ぶ状態で複数層に巻回する。図１０には、左巻きコイル巻回体６Ｂを配置用治具８から取り外して、中心コア部４１に配置するための円周状に複数の左巻きポール３２Ｂを並べた状態を示す。

このように、各コイル巻回体６Ａ、６Ｂを予め形成することにより、ポール数（アウターロータ２の磁極数）が多く、磁界交番用ポール３２（分割コア部４２）同士の間隔が狭いステータ３を備えた単相交流発電機１を形成する場合においても、各分割コア部４２の単体に対してコイル５Ａ、５Ｂの巻回を行うことができる。そのため、各分割コア部４２に対してコイル５Ａ、５Ｂの巻回を容易に行うことができ、ステータ３の生産性を向上させることができる。また、右巻きコイル５Ａを形成する分割コア部４２のすべて、及び左巻きコイル５Ｂを形成する分割コア部４２のすべてに対して、それぞれ１本のコイル５Ａ、５Ｂを連続して巻回することにより、右巻きコイル５Ａと左巻きコイル５Ｂとの接続箇所を結線用ターミナル４３Ａの１箇所にすることができ、ステータ３の製造コストの低減を図ることができる。

次いで、ポール配設工程として、中心コア部４１における被嵌合部４１１に、複数のコイル巻回体６Ａ、６Ｂにおける各分割コア部４２の嵌合部４２１を嵌合する。本例においては、中心コア部４１の軸方向Ｌの端面から各分割コア部４２の嵌合部４２１を被嵌合部４１１へ圧入する。
また、本例においては、図１２に示すごとく、中心コア部４１の軸方向一方側の端面３０１から、右巻きコイル巻回体６Ａにおける各分割コア部４２の嵌合部４２１を、中心コア部４１の各被嵌合部４１１に対して１つおきに同時に圧入する。そして、すべての右巻きポール３２Ａが形成され、右巻きポール３２Ａ同士の間に掛け渡された各渡り線５１は、複数の分割コア部４２の軸方向一方側の端面３０１に配置される（図５参照）。また、中心コア部４１の軸方向他方側の端面３０２から、左巻きコイル巻回体６Ｂにおける各分割コア部４２の嵌合部４２１を、中心コア部４１において、１つおきに残された各被嵌合部４１１に対して同時に圧入する。そして、すべての左巻きポール３２Ｂが形成され、左巻きポール３２Ｂ同士の間に掛け渡された各渡り線５１は、複数の分割コア部４２の軸方向他方側の端面３０２に配置される（図５参照）。

こうして、図１、図２に示すごとく、コイル５を右巻き方向Ｔ１に巻回した右巻きポール３２Ａとコイル５を左巻き方向Ｔ２に巻回した左巻きポール３２Ｂとが周方向Ｃに交互に複数配設される。そして、図３に示すごとく、各分割コア部４２においては、周方向Ｃの側面４２３に略平行に並ぶ状態で複数層にコイル５が巻回されていることにより、分割コア部４２同士の間に形成されたスロット４５内には、右巻きポール３２Ａを構成する右巻きコイル５Ａと、左巻きポール３２Ｂを構成する左巻きコイル５Ｂとが略平行に隣接して配置される。これにより、スロット４５内において、右巻きコイル５Ａと左巻きコイル５Ｂとの間にほとんど隙間が形成されないようにすることができ、ステータ３における線積率（スロット４５内におけるコイル５の占有率）を効果的に向上させることができる。そのため、フリクション（回転損失等）を効果的に低減させることができる単相交流発電機１を製造することができる。

その後、結線工程として、中心コア部４１の軸方向一方側の端面３０１において、右巻きコイル５Ａの一方の巻線端部５１１Ａと、左巻きコイル５Ｂの一方の巻線端部５１１Ｂとを、中心コア部４１の内部を軸方向Ｌに貫通して設けた結線用ターミナル４３Ａによって結線する（図１、図２、図５参照）。また、中心コア部４１の軸方向他方側の端面３０２において、右巻きコイル５Ａの他方の巻線端部５１２Ａを出力用ターミナル４３Ｂに接続する。また、中心コア部４１の軸方向他方側の端面３０２において、左巻きコイル５Ｂの他方の巻線端部５１２Ｂをグラウンド用ターミナル４３Ｃに接続する。
このように、右巻きポール３２Ａ同士の間に掛け渡す渡り線５１をステータ３の軸方向一方側の端面３０１に配置し、左巻きポール３２Ｂ同士の間に掛け渡す渡り線５１をステータ３の軸方向他方側の端面３０２に配置することにより、右巻きポール３２Ａ同士の間に掛け渡す各渡り線５１と、左巻きポール３２Ｂ同士の間に掛け渡す各渡り線５１とを、無駄な弛みのない適切な長さに容易に形成することができる。

それ故、本例の単相交流発電機１によれば、製造コストの増加を抑制して、多極化を高い線積率で図ることができ、かつフリクション（摩擦損失等）の低減を図ることができる。また、本例の製造方法によれば、かかる作用効果を有する単相交流発電機１を効率よく製造することができる。

図１３、図１４は、他のコイル巻回体６Ｃ、６Ｄ、６Ｅを形成する状態を模式的に示す図である。
例えば、図１３に示すごとく、コイル巻回工程においては、２つ以上の右巻きポール３２Ａに１本のコイル５を連続して巻回して形成したコイル巻回体６Ｃと、２つ以上の左巻きポール３２Ｂに１本のコイル５を連続して巻回して形成したコイル巻回体６Ｄとに形成することができる。そして、複数に形成したコイル巻回体６Ｃ、６Ｄを中心コア部４１に配設した後、各コイル巻回体６Ｃ、６Ｄにおけるコイル５の巻線端部同士を接続することができる。
また、例えば、図１４に示すごとく、コイル巻回工程においては、右巻きポール３２Ａと左巻きポール３２Ｂとに１回又は複数回連続して１本のコイル５を連続して巻回して、複数のコイル巻回体６Ｅを形成することもできる。この場合にも、複数に形成したコイル巻回体６Ｅを中心コア部４１に配設した後、各コイル巻回体６Ｅにおけるコイル５の巻線端部同士を接続することができる。

１ 単相交流発電機
２ アウターロータ
２２Ｎ Ｎ極の磁界形成部
２２Ｓ Ｓ極の磁界形成部
３ ステータ
３１ ステータコア
３２ 磁界交番用ポール
３２Ａ 右巻きポール
３２Ｂ 左巻きポール
４１ 中心コア部
４１１ 被嵌合部
４２ 分割コア部
４２１ 嵌合部
４３Ａ 結線用ターミナル
４３Ｂ 出力用ターミナル
４３Ｃ グラウンド用ターミナル
４５ スロット
５ コイル
５Ａ 右巻きコイル
５Ｂ 左巻きコイル
５１ 渡り線
６Ａ 右巻きコイル巻回体
６Ｂ 左巻きコイル巻回体
７ 高速レギュレータ回路
７１ バッテリー充電回路
７１１ バッテリー充電用スイッチング素子
７１２ 充電制御回路
７２ ランプ点灯回路
７２１ ランプ点灯用スイッチング素子
７２２ 点灯制御回路
７３ バッテリー
７４ ランプ
Ｔ１ 右巻き方向
Ｔ２ 左巻き方向
Ｌ 軸方向
Ｃ 周方向

Claims (9)

1. Ｎ極の磁界形成部とＳ極の磁界形成部とを周方向に交互に複数配列してなるアウターロータと、該アウターロータの内周側に配置し、中心コア部の回りにコイルの巻回を行った磁界交番用ポールを周方向に複数配列してなるステータとを有し、
   上記各磁界交番用ポールに対して、上記Ｎ極の磁界形成部と上記Ｓ極の磁界形成部とが交互に対向配置されることによって、単相の交流発電を行うよう構成した単相交流発電機において、
   上記複数の磁界交番用ポールは、上記中心コア部に対して複数に分割した分割コア部の基端部に形成した嵌合部を、上記中心コア部の外周側に形成した被嵌合部に嵌合してなると共に、上記分割コア部に対して鎖交する状態で上記コイルを右巻き方向に巻回した右巻きポールと、上記分割コア部に対して鎖交する状態で上記コイルを左巻き方向に巻回した左巻きポールとを周方向に交互に複数配設してなり、
   隣接する上記分割コア部において互いに対向する周方向の一対の側面は、略平行に形成してあり、
   上記コイルは、上記分割コア部における周方向の側面に略平行に並ぶ状態で巻回してあり、
   上記分割コア部同士の間に形成されたスロット内には、上記右巻きポールを構成するコイルと、上記左巻きポールを構成するコイルとが略平行に隣接して配置されており、
   ２つ以上の上記磁界交番用ポールは、１本のコイルを連続して巻回してなることを特徴とする単相交流発電機。
2. 請求項１において、上記すべての右巻きポールは、上記１本のコイルとしての右巻きコイルを連続して巻回してなり、上記すべての左巻きポールは、上記１本のコイルとしての左巻きコイルを連続して巻回してなることを特徴とする単相交流発電機。
3. 請求項２において、上記右巻きコイルにおいて上記複数の右巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線は、上記ステータの軸方向一方側の端面に配置してあり、上記左巻きコイルにおいて上記複数の左巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線は、上記ステータの軸方向他方側の端面に配置してあり、
   上記右巻きコイルの一方の巻線端部と、上記左巻きコイルの一方の巻線端部とは、上記中心コア部の内部を軸方向に貫通して設けたターミナルによって結線してあることを特徴とする単相交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記磁界交番用ポールの数は、１６個、１８個、２０個、２２個又は２４個のいずれかであることを特徴とする単相交流発電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記コイルにおける出力側の巻線端部は、バッテリー充電回路及びランプ点灯回路に接続してあり、
   上記バッテリー充電回路は、上記単相交流発電機における上記コイルとバッテリーとの間に接続したバッテリー充電用スイッチング素子と、該バッテリー充電用スイッチング素子がオンしたときにバッテリー電圧の制御をする充電制御回路とを有しており、
   上記ランプ点灯回路は、上記単相交流発電機における上記コイルとランプとの間に接続したランプ点灯用スイッチング素子と、該ランプ点灯用スイッチング素子がオンしたときにランプ点灯の制御をする点灯制御回路とを有しており、
   上記バッテリー充電用スイッチング素子と、上記ランプ点灯用スイッチング素子とを、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）から構成したことを特徴とする単相交流発電機。
6. Ｎ極の磁界形成部とＳ極の磁界形成部とを周方向に交互に複数配列してなるアウターロータと、該アウターロータの内周側に配置し、中心コア部の回りにコイルの巻回を行った磁界交番用ポールを周方向に複数配列してなるステータとを有し、
   上記各磁界交番用ポールに対して、上記Ｎ極の磁界形成部と上記Ｓ極の磁界形成部とが交互に対向配置されることによって、単相の交流発電を行うよう構成した単相交流発電機の製造方法において、
   上記ステータを構成するステータコアを、上記中心コア部と、上記磁界交番用ポールの数と同じ数の分割コア部とに分割形成しておき、
   ２つ以上の上記分割コア部に対し、該各分割コア部に対して鎖交すると共に該各分割コア部における周方向の側面に略平行に並ぶ状態で１本の上記コイルを連続して巻回して、複数のコイル巻回体を形成するコイル巻回工程と、
   上記中心コア部の外周側に形成した被嵌合部に、上記複数のコイル巻回体における各分割コア部の基端部に形成した嵌合部を嵌合して、上記コイルを右巻き方向に巻回した右巻きポールと上記コイルを左巻き方向に巻回した左巻きポールとを周方向に交互に複数配設し、上記分割コア部同士の間に形成されたスロット内に、上記右巻きポールを構成するコイルと、上記左巻きポールを構成するコイルとを略平行に隣接して配置するポール配設工程とを含むことを特徴とする単相交流発電機の製造方法。
7. 請求項６において、上記コイル巻回工程においては、上記右巻きポールの数と同じ数の上記分割コア部に、上記１本のコイルとしての右巻きコイルを連続して巻回して、右巻きコイル巻回体を形成し、かつ上記左巻きポールの数と同じ数の上記分割コア部に、上記１本のコイルとしての左巻きコイルを連続して巻回して、左巻きコイル巻回体を形成し、
   上記ポール配設工程においては、上記中心コア部における上記被嵌合部に、上記右巻コイル巻回体における各分割コア部の上記嵌合部を嵌合して、上記すべての右巻きポールを形成し、かつ上記中心コア部における上記被嵌合部に、上記左巻コイル巻回体における各分割コア部の上記嵌合部を嵌合して、上記すべての左巻きポールを形成することを特徴とする単相交流発電機の製造方法。
8. 請求項７において、上記ポール配設工程においては、上記右巻きコイルにおいて上記複数の右巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線を、上記ステータの軸方向一方側の端面に配置し、上記左巻きコイルにおいて上記複数の左巻きポール同士の間に掛け渡す渡り線を、上記ステータの軸方向他方側の端面に配置し、
   上記ポール配設工程の後には、上記右巻きコイルの一方の巻線端部と、上記左巻きコイルの一方の巻線端部とを、上記中心コア部の内部を軸方向に貫通して設けたターミナルによって結線する結線工程を行うことを特徴とする単相交流発電機の製造方法。
9. 請求項６〜８のいずれか一項において、上記磁界交番用ポールの数は、１６個、１８個、２０個、２２個又は２４個のいずれかであることを特徴とする単相交流発電機の製造方法。

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