JP2013051784A

JP2013051784A - 発電機

Info

Publication number: JP2013051784A
Application number: JP2011187615A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ito; 秀明伊藤; Hitoshi Watanabe; 仁之渡辺
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-03-14

Abstract

【課題】第１コイルの間に第２コイルが不均等に配置された場合であっても、第１コイルおよび第２コイルの磁気バランスの均等化ができ、磁気音や振動を低減できる発電機を提供する。
【解決手段】複数の交流負荷用コイル６５（第２コイル）のうち、ステータコア１７の中心軸を挟んで直流負荷用コイル６０（第１コイル）と対向する交流負荷用コイル６５を磁気バランス調整コイル６５Ａとし、直流負荷用コイル６０に流れる電流値をａアンペアとし、直流負荷用コイル６０の巻数をαとし、磁気バランス調整コイル６５Ａに流れる電流値をｂアンペアとし、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数をβとしたとき、電流値ａを電流値ｂで除算し、巻数αを乗算した後、小数点以下を四捨五入して得られた値と、巻数βの値とが同じになるように巻数αおよび巻数βを設定したことを特徴としている。
【選択図】図３

Description

この発明は、主に自動二輪車に用いられる発電機に関するものである。

自動二輪車には、マグネットを備えた発電機が用いられている。例えば、特許文献１には、エンジン始動装置（スタータ）と発電装置（ＡＣＧ）とを兼ねた始動発電機が記載されている。
この始動発電機は、複数組の多相コイルを備え、モータおよび発電機として機能する巻線構造を有しており、始動発電機がモータとして機能する場合に使用されるモータコイルと、モータコイルの間に各相の巻線が均等に配設され、始動発電機が発電機として機能する場合に使用される発電コイルとを備えている。

モータコイルおよび発電コイルが巻装された固定子の周囲には、マグネットを有する回転子が配設された構成となっており、回転子はエンジンのクランクシャフトに直結されている。エンジン始動時にはモータコイルに通電することによりスタータモータとして機能し、エンジン始動後は発電コイルに誘導起電力が生じることにより発電機として機能するようになっている。

ところで、モータコイルおよび発電コイルを有する始動発電機では、エンジン始動後の発電時に、モータコイルと発電コイルとの磁気バランスが悪くなるという問題がある。具体的には、始動発電機の発電は発電コイルのみを用いて行われるため、モータコイルはオープン状態となる。このため、モータコイルと発電コイルとの誘導起電力に差が発生し、コイルに流れる電流とコイルのターン数との積で定義されるアンペアターン数は、モータコイルと発電コイルとの間で相違することとなる。これにより、モータコイルと発電コイルとの磁気バランスが悪化して磁気音や振動が発生する。

この磁気バランスの悪化は、始動発電機に限られず、複数のコイルを有する種々の回転電機に共通して発生することが知られている。例えば、直流負荷および交流負荷に電流を供給する発電機の場合、直流負荷に電流を供給するための直流負荷用コイル（請求項の「第１コイル」に相当。）と、交流負荷に電流を供給するための交流負荷用コイル（請求項の「第２コイル」に相当。）とを備えている。

このような直流負荷および交流負荷に電流を供給する発電機では、直流負荷と交流負荷との消費電力差により、直流負荷用コイルと交流負荷用コイルとの間でアンペアターン数に相違が発生する。これにより、直流負荷用コイルと交流負荷用コイルとの磁気バランスが悪化して磁気音や振動が発生する。

上述のような磁気バランスの悪化を抑制して、各コイルの磁気バランスの均等化を図るために、特許文献１では、モータコイルの間に発電コイルを均等に配置している。このようにモータコイルの間に発電コイルを均等に配置することで、発電時に発電コイルの各巻線によって発生する力が互いに相殺される形となり、発電時における磁気バランスの均等化を図ることが可能になる。

国際公開第２００３／０３４５７３号

しかし、上記の従来技術にあっては、以下の課題が残されている。
例えば、各コイルが巻回されるティースや第１コイル、第２コイルの個数の関係から、第１コイルの間に第２コイルを均等に配置できない場合がある。すなわち、ティースを１２個備え、第１コイルを５個備え、第２コイルを７個備えた発電機では、第１コイルの間に第２コイルを均等に配置できない。このように、第１コイルの間に第２コイルが不均等に配置された発電機では、各コイルの配設位置による磁気バランスの均等化ができないため磁気音や振動が発生するおそれがある。

そこで本発明は、第１コイルの間に第２コイルが不均等に配置された場合であっても、第１コイルおよび第２コイルの磁気バランスの均等化ができ、磁気音や振動を低減できる発電機の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発電機は、ステータ本体部から前記ステータ本体部の径方向に沿うように延びる４個以上の偶数個のティースを備えたステータコアと、前記複数のティースのうち一部の前記ティースに集中巻方式により巻装され、第１負荷に電流を供給するための第１コイルと、前記第１コイルが巻装された前記一部のティース以外の前記ティースに集中巻方式により巻装され、第２負荷に電流を供給するための第２コイルと、を備え、前記第２コイルの個数が前記第１コイルの個数の整数倍でなく、且つ前記第１コイルと前記第２コイルとが不均等に配置された発電機において、前記複数の第２コイルのうち、前記ステータコアの中心軸を挟んで前記第１コイルと対向する前記第２コイルを磁気バランス調整コイルとし、前記第１コイルに流れる電流値をａアンペアとし、前記第１コイルの巻数をαとし、前記磁気バランス調整コイルに流れる電流値をｂアンペアとし、前記磁気バランス調整コイルの巻数をβとしたとき、前記電流値ａを前記電流値ｂで除算し、前記第１コイルの巻数αを乗算した後、小数点以下を四捨五入して得られた値と、前記磁気バランス調整コイルの巻数βの値とが同じになるように、前記第１コイルの巻数αおよび前記磁気バランス調整コイルの巻数βを設定したことを特徴としている。

本発明によれば、ａ／ｂ×αで得られる値の小数点以下を四捨五入して得られた値と、磁気バランス調整コイルの巻数βの値とが同じになるように第１コイルの巻数αおよび磁気バランス調整コイルの巻数βを設定することで、第１コイルのアンペアターン数α×ａと、磁気バランス調整コイルのアンペアターン数β×ｂとを略同一に設定できる。これにより、ステータ本体部の中心軸を挟んで対向する全てのコイルの誘導起電力を略同一に設定できる。したがって、第１コイルの間に第２コイルが不均等に配置された場合であっても、第１コイルおよび第２コイルの磁気バランスの均等化ができ、磁気音や振動を低減できる。

また、本発明の請求項２に係る発電機は、少なくとも２個の前記第１コイルが周方向に隣り合うように配置されて第１コイル群を少なくとも２個形成し、これら第１コイル群間に、前記第２コイルが不均等に配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、第１コイルのコイル群を形成することにより、第１コイルが周方向に隣り合うように配置されるとともに第２コイルも周方向に隣り合うように配置できる。これにより、第１コイルおよび第２コイルを分散して配置した場合と比較して各ティースへの巻線のわたりの長さを短縮できるので、容易に各コイルを形成でき低コストなステータを形成できる。そして、複数の第１コイル群を有し、第１コイルの間に第２コイルが不均等に配置された場合であっても、第１コイルおよび第２コイルの磁気バランスの均等化ができ、磁気音や振動を低減できる。

また、本発明の請求項３に係る発電機は、前記ティースを１２個設け、前記各ティースに周回り一方向に向かって順に１番から１２番まで番号を付したとき、周回り一方向に向かって１番、２番、６番、７番、８番ティースに、この順で巻線を集中巻方式にて巻回することにより前記第１コイルを形成し、周回り一方向に向かって３番、４番、５番、９番、１０番、１１番、１２番ティースに、この順で巻線を集中巻方式にて巻回することにより前記第２コイルを形成し、前記第２コイルのうち、前記１２番ティースに形成した前記第２コイルが前記磁気バランス調整コイルであることを特徴としている。

本発明によれば、１２個のティースを有し、５個の第１コイルを有し、７個の第２コイルを有するステータを備えた発電機に好適である。

実施形態の発電機の平面図である。実施形態の発電機の側面断面図である。直流負荷用コイルおよび交流負荷用コイルの説明図である。直流負荷用コイルおよび交流負荷用コイルの模式図である。自動二輪車に発電機を適用した時の接続回路図である。縦軸を磁気音の音圧とし、横軸をロータの回転数とした場合の磁気音の音圧の変化を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態の発電機について、図１および図２を参照して説明をする。
図１に示すように、発電機１は、例えば自動二輪車に用いられるアウタロータ型の発電機であって、エンジンのクランクシャフト（不図示）と同期回転するフライホイール２の先端に固定されたロータ３と、エンジンブロック（不図示）に固定されるステータ４とを備えている。

図２に示すように、フライホイール２は略円盤状の本体を有する部材であり、中央にはボス部２ａが突出形成されている。ボス部２ａの中央にはキー溝２ｃを有する貫通孔２ｂが形成されている。貫通孔２ｂにはクランクシャフトが挿入され、不図示のキーを使用してフライホイール２とクランクシャフトとの相対回転が規制された状態で、ナット等により固定される。
フライホイール２の本体には軸方向に沿って貫通し、雌ネジが形成されたネジ孔２ｄが形成されている。このネジ孔２ｄにボルト２７が螺入され、ロータ３がフライホイール２に固定される。

（ロータ）
ロータ３は、アルミ等の金属部材により形成された有底筒状のロータヨーク３０を有している。このロータヨーク３０の底壁３１の中央には、貫通孔３１ｂが形成されている。この貫通孔３１ｂには、フライホイール２のボス部２ａおよびクランクシャフトが挿入される。
また、ロータヨーク３０の底壁３１には、軸方向に底壁３１を貫通する複数のボルト挿通孔３２が周方向に沿って略等間隔に形成されている。ボルト挿通孔３２には、底壁３１の内側（図２における左側）からボルト２７が挿入され、フライホイール２のネジ孔２ｄに螺入されている。これにより、ロータ３とフライホイール２とが、相対回転が規制された状態で締結固定され、クランクシャフトの回転と同期してロータ３が回転可能となっている。

図１に示すように、ロータヨーク３０の周壁３３には、内周面側に複数のマグネット８（本実施形態では４個）が設けられている。マグネット８は、周方向に沿って磁極が交互となるように配置されている。マグネット８には、例えばフェライト磁石が使用されており、接着材等によりロータヨーク３０の周壁３３に固定される。マグネット８は、後述するステータ４のティース１６の先端と所定のエアギャップを確保するように離間しており、径方向で対向した状態で配置される。

（ステータ）
ステータ４は、ロータヨーク３０の周壁３３の内側に配置されたステータコア１７を有している。ステータコア１７は、例えば電磁鋼板等の板部材を軸線方向に積層して形成したものであり、円環状のステータ本体部１７ａを備えている。
ステータ本体部１７ａの中央には、フライホイール２のボス部２ａおよびクランクシャフトとの干渉を回避するため、逃げ孔１７ｂが形成されている。

ステータ本体部１７ａの逃げ孔１７ｂの径方向外側には、ボルト挿通孔２０と、ハーネス挿通孔５２とが形成されている。
ボルト挿通孔２０は、不図示のボルトを挿通してステータ４をエンジンブロックに締結固定するためのものであり、周方向に沿って複数箇所（本実施形態では２箇所）形成されている。
ハーネス挿通孔５２は、ステータ４の両主面を軸方向に貫通するように形成されており、後述するハーネス２６が挿入されて保持されている。

また、ステータコア１７は、複数（本実施形態では１２本）のティース１６を有している。ティース１６は、ステータ本体部１７ａから放射状に、かつステータ本体部１７ａの径方向に沿うように延びており、周方向に等間隔に１２本形成されている。そして、ティース１６の先端は、ロータヨーク３０の周壁３３に設けられたマグネット８と径方向で対向した状態になっている。

ステータ４は、ティース１６の延出方向に沿うように外方に向かって引き出されるハーネス２６を備えている。
ハーネス２６は、３本のリード線１９を備えている。具体的には、後述する直流負荷ＬＤ（図５参照）に電流を供給するための直流負荷用出力線１９Ａ、後述する交流負荷ＬＡ（図５参照）に電流を供給するための交流負荷用出力線１９Ｂ、およびアースに接続されるＧＮＤ線１９Ｃの３本のリード線１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃにより構成されている。

リード線１９は、銅等の撚線により形成された芯線と、芯線を覆う絶縁被覆とにより構成されている。絶縁被覆は、例えば架橋ポリエチレン等の耐油性および耐熱性に優れた材質により形成されている。

図２に示すように、ステータコア１７には、インシュレータ４０が装着されている。
インシュレータ４０は、樹脂等の絶縁部材により形成されており、ステータコア１７のティース１６と、後述する直流負荷用コイル６０（第１コイル）および交流負荷用コイル６５（第２コイル）との間の電気的絶縁を図るためのものである。

インシュレータ４０は、ステータコア１７の外面に装着されて、ティース１６の周囲を覆うように形成されている。また、インシュレータ４０は二分割構造とされ、ステータコア１７を軸方向の一端側（図２における右側）から覆う第１のインシュレータ４０Ａと、ステータコア１７を軸方向の他端側（図２における左側）から覆う第２のインシュレータ４０Ｂと、によって構成されている。
なお、第１のインシュレータ４０Ａと第２のインシュレータ４０Ｂとは、同一形状に形成されている。したがって、以下の説明では、第１のインシュレータ４０Ａ（以下、単に「インシュレータ４０Ａ」という。）について説明をし、第２のインシュレータ４０Ｂについては説明を省略している。

インシュレータ４０Ａは、ティース１６に対応した位置に形成されたボビン部４１を備えている。
ボビン部４１は、ティース１６の外周面を覆う巻胴保護部４１ａと、ティース１６の先端側を覆う歯保護部４１ｂと、により構成されている。巻胴保護部４１ａは、断面略Ｕ字状に形成されている。歯保護部４１ｂは、巻胴保護部４１ａの先端縁部において、巻胴保護部４１ａと直交するようにフランジ状に張り出し形成されている。

複数のボビン部４１は、基端側が立壁部４３によって接続されている。
立壁部４３は、ステータ本体部１７ａ（図１参照）の軸方向の端面と直交するように立設されている。立壁部４３は、軸方向から見て略正１２角形状に形成されており、ステータ本体部１７ａの周方向に沿うように延在している。

インシュレータ４０Ａは、立壁部４３の内径側において、中間端子１３および接続端子１４を保持する端子保持部４４を備えている。詳細は後述するが、中間端子１３は、交流負荷用出力線１９Ｂ、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５を電気的に接続するものである。また、接続端子１４は、直流負荷用出力線１９Ａおよび直流負荷用コイル６０を電気的に接続するものである。

端子保持部４４は、ハーネス２６が挿通されるハーネス挿通孔５２を挟んで周方向における両側に形成されている。端子保持部４４は、インシュレータ４０Ａおよびインシュレータ４０Ｂがステータコア１７に装着されたときに、ステータコア１７を貫通するように形成される。
周方向における一方向側（図１における右側）の端子保持部４４ａには、中間端子１３が配置されている。周方向における他方向側（図１における左側）の端子保持部４４ｂには、接続端子１４が配置されている。中間端子１３および接続端子１４は、軸方向に沿ってステータコア１７を貫通し、かつインシュレータ４０Ａ，４０Ｂによってステータコア１７から電気的に絶縁された状態で配置される。

また、インシュレータ４０Ａの立壁部４３よりも内径側であって、ステータ本体部１７ａの主面上には、アース端子１５が配置されている。アース端子１５は、平板状の金属部材であり、軸方向に沿って立設された端子接合部１５ａと、ステータ本体部１７ａの主面に当接する端子本体部１５ｂと、を備えている。端子接合部１５ａには、ＧＮＤ線１９Ｃおよび後述する交流負荷用コイル６５が、例えばハンダ等により接合されている。

端子本体部１５ｂには締結孔１５ｃが形成されている。アース端子１５は、ステータ４を不図示のボルトでエンジンブロックに締結固定する際に、締結孔１５ｃを介してステータ本体部１７ａと共締めされて固定されるようになっている。これにより、交流負荷用コイル６５およびＧＮＤ線１９Ｃは、アース端子１５、ステータコア１７およびエンジンブロックを介してアースに接続される。

（直流負荷用コイルおよび交流負荷用コイル）
図３は、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５の説明図である。
なお、図３では、中間端子１３の周方向における一方向側（図３における右側）に配置されたティース１６を１番ティースとし、周回り一方向（図３における時計回り方向）に向かって、各ティース１６に１番から１２番まで順に番号を付している。以下の説明では、必要に応じ、各ティース１６に付した番号を使用して説明する。

図３に示すように、ステータ４の各ティース１６には、上述したインシュレータ４０を介して直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５が巻装されている。直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５は、銅等からなる巻線（直流負荷用コイル巻線６０ａおよび交流負荷用コイル巻線６５ａ）が、各ティース１６に集中巻方式により巻装されている。

直流負荷用コイル６０は、後述するレギュレータＲを介して直流負荷ＬＤおよびバッテリＢ（いずれも図５参照）に接続されており、直流負荷ＬＤおよびバッテリＢに発電された電流を供給している。また、交流負荷用コイル６５は、交流負荷ＬＡ（図５参照）に接続されており、交流負荷ＬＡに発電された電流を供給している。

このような直流負荷用コイル６０と交流負荷用コイル６５とを有する発電機１では、直流負荷ＬＤと交流負荷ＬＡとの消費電力により、直流負荷用コイル６０の個数、および交流負荷用コイル６５の個数が設定される。本実施形態の発電機１では、直流負荷用コイル６０の個数は５個に設定され、交流負荷用コイル６５の個数は７個に設定されている。

図４は、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５の模式図である。
図４に示すように、１番、２番、６番、７番、８番ティースの各ティース１６（図３参照）に、合計５個の直流負荷用コイル６０が巻装されている。
図３に示すように、ステータ４には、１番および２番ティースに巻装された２個の直流負荷用コイル６０からなる直流負荷用コイル群６１が形成されている。また、ステータ４には、６番〜８番ティースに巻装された３個の直流負荷用コイル６０からなる直流負荷用コイル群６１が形成されている。このように、ステータ４には、中心軸Ｏを挟んで対向する２個の直流負荷用コイル群６１が形成されている。

直流負荷用コイル６０は、以下のように各ティース１６に巻装されている。
直流負荷用コイル６０を形成する直流負荷用コイル巻線６０ａの一端部は、ステータ本体部１７ａにおけるハーネス２６の引き出し側（図３の紙面の裏側）で中間端子１３に接続されている。

中間端子１３に接続された一端部は、直流負荷用コイル巻線６０ａの巻き始めとなっている。そして、直流負荷用コイル巻線６０ａは、１番ティース、２番ティースの順にそれぞれ所定の巻数で巻回されて、直流負荷用コイル６０を形成している。さらに、直流負荷用コイル巻線６０ａは、３番〜５番ティースを渡った後、６番ティース、７番ティース、８番ティースの順にそれぞれ所定の巻数で巻回されて、直流負荷用コイル６０を形成している。
直流負荷用コイル巻線６０ａの巻数をαとすると、巻数αは直流負荷ＬＤ（図５参照）の消費電力に基づいて決定される。本実施形態では、直流負荷用コイル巻線６０ａの巻数α＝４１ターンに設定されている。

また、図４に示すように、３番、４番、５番、９番、１０番、１１番、１２番ティースの各ティース１６に、合計７個の交流負荷用コイル６５が巻装されている。
図３に示すように、ステータ４には、３番〜５番ティースに巻装された３個の交流負荷用コイル６５からなる交流負荷用コイル群６６が形成されている。また、ステータ４には、９番〜１２番ティースに巻装された４個の交流負荷用コイル６５からなる交流負荷用コイル群６６が形成されている。このように、ステータ４には、中心軸Ｏを挟んで対向する２個の交流負荷用コイル群６６が形成されている。

交流負荷用コイル６５は、以下のように各ティース１６に巻装されている。
交流負荷用コイル６５を形成する交流負荷用コイル巻線６５ａの一端部６５ｂは、ステータ本体部１７ａの主面上に配置されたアース端子１５の端子接合部１５ａに接続されている。

アース端子１５に接続された一端部６５ｂは、交流負荷用コイル巻線６５ａの巻き始めとなっている。そして、交流負荷用コイル巻線６５ａは、３番ティース、４番ティース、５番ティースの順にそれぞれ所定の巻数で巻回されて、交流負荷用コイル６５を形成している。さらに、交流負荷用コイル巻線６５ａは、４番〜６番ティースを渡った後、９番ティース、１０番ティース、１１番ティース、１２番ティースの順にそれぞれ所定の巻数で巻回されて、交流負荷用コイル６５を形成している。

交流負荷用コイル巻線６５ａの巻数は、交流負荷ＬＡ（図５参照）の消費電力に基づいて決定される。本実施形態では、３〜５番ティースおよび９番〜１１番ティースの交流負荷用コイル巻線６５ａの巻数は４３ターンに設定されている。なお、詳細は後述するが、１２番ティースに形成される交流負荷用コイル６５は、他の交流負荷用コイル６５とは巻数が異なる磁気バランス調整コイル６５Ａとなっている。

（接続回路）
上述の構成の発電機１では、以下のように発電される。
エンジンが始動されると、フライホイール２の先端に固定されたロータ３は、ステータ４の外側で、クランクシャフトおよびフライホイール２の回転と同期して回転する。このとき、ロータの周壁３３の内周面に固定されたマグネット８は、ティース１６の先端と径方向で対向した状態で、ロータ３とともに回転する。これにより、マグネット８から発生し、直流負荷用コイル６０内および交流負荷用コイル６５内を通過する磁束は、時間的に変化する。この磁束の変化によって直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５に誘導起電力が発生し、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５に交流電流が発電される。

図５は、自動二輪車に発電機１を適用した時の接続回路図である。
図５に示すように、直流負荷用コイル６０に流れる交流電流は、接続端子１４および直流負荷用出力線１９Ａ（いずれも図１参照）を介して外部に供給される。
直流負荷用コイル６０は、レギュレータＲを介して直流負荷ＬＤとバッテリＢとに電気的に接続されており、直流負荷用コイル６０に流れる交流電流は、レギュレータＲを介して直流負荷ＬＤおよびバッテリＢに供給されている。

レギュレータＲは、直流負荷用コイル６０から発電された交流電流を直流電流に変換する機能を有している。また、レギュレータＲは、直流負荷用コイル６０からの発電量が過多となった場合でも、バッテリＢが過充電とならないように電流供給量を制御する機能を有している。なお、直流負荷ＬＤは、例えばテールランプやウインカーランプ、ホーン等である。また、直流負荷ＬＤの消費電力に対応して直流負荷用コイル６０に流れる電流値をａとすると、本実施形態では電流値ａ＝２．２Ａとなっている。

直流負荷用コイル６０から発電された交流電流は、レギュレータＲにより直流電流に変換された後、直流負荷ＬＤに供給されるようになっている。また、レギュレータＲはバッテリＢに接続されており、過充電とならないようにバッテリＢを充電している。このように、直流負荷用コイル６０がレギュレータＲを介して、直流負荷ＬＤおよびバッテリＢに電気的に接続されることで、直流負荷用コイル６０から直流負荷ＬＤに電流が供給されるとともに、バッテリＢが充電されている。

また、交流負荷用コイル６５に流れる交流電流は、中間端子１３および交流負荷用出力線１９Ｂを介して外部に供給される。
直流負荷用コイル６０は、不図示のスイッチ等を介して交流負荷ＬＡに電気的に接続されており、交流負荷用コイル６５に流れる交流電流は、交流負荷ＬＡに供給されている。なお、交流負荷ＬＡは、例えばインバータが内蔵されたヘッドランプ等である。また、交流負荷ＬＡの消費電力に対応して交流負荷用コイル６５に流れる電流値をｂとすると、本実施形態では電流値ｂ＝４．２Ａとなっている。

ここで、上述のとおり、直流負荷用コイル６０の個数は５個であり、交流負荷用コイル６５の個数は７個であることから、交流負荷用コイル６５の個数は直流負荷用コイル６０の整数倍とはなっていない。したがって、交流負荷用コイル６５は、直流負荷用コイル６０の間に均等に配置することができない。
具体的には、図３に示すように、２個の直流負荷用コイル群６１の間に、３個の交流負荷用コイル６５からなる交流負荷用コイル群６６と、４個の交流負荷用コイル６５からなる交流負荷用コイル群６６とが配置されている。すなわち、直流負荷用コイル６０の間に配置された２個の交流負荷用コイル群６６を形成する交流負荷用コイル６５の数が、一方は３個であり、他方は４個であるため不均等となっている。

このように、交流負荷用コイル６５が直流負荷用コイル６０の間に不均等に配置されると、交流負荷用コイル６５および直流負荷用コイル６０の磁気バランスの均等化ができない。したがって、ロータ３の回転時に、直流負荷用コイルと交流負荷用コイルとの磁気バランスが悪化し、磁気音や振動が発生するおそれがある。
そこで、以下のように、複数の交流負荷用コイル６５のうち１個を磁気バランス調整コイルとし、直流負荷用コイル６０と交流負荷用コイル６５との磁気バランスの均等化を図っている。
以下に磁気バランス調整コイル６５Ａについて説明する。

（磁気バランス調整コイル）
磁気バランスの悪化は、直流負荷用コイル６０と交流負荷用コイル６５とのアンペアターン数の差によって発生する。ここで、アンペアターン数は、コイルに流れる電流とコイルのターン数との積で定義される。
本実施形態では、中心軸Ｏを挟んで対向する６番ティースと１２番ティース以外は、対向する各ティース１６に同種のコイルが巻装されている。したがって、６番ティースと１２番ティース以外の対向する各ティース１６は、アンペアターン数が同一となっている。したがって、６番ティースに巻装される直流負荷用コイル６０と、１２番ティースに巻装される交流負荷用コイル６５とのアンペアターン数を略同一に設定することにより、対向する全てのコイルのアンペアターン数を略同一に設定できる。これにより、磁気バランスの均等化ができる。
そこで、図３に示すように、１２番ティースに形成された交流負荷用コイル６５を磁気バランス調整コイル６５Ａとし、磁気バランスの均等化を図っている。

直流負荷用コイル６０に流れる電流値をａアンペアとし、直流負荷用コイル６０の巻数をαとしたとき、６番ティースに巻装される直流負荷用コイル６０のアンペアターン数は、
α×ａ・・・（１）
で設定される。
また、磁気バランス調整コイル６５Ａに流れる電流値をｂアンペアとし、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数をβとしたとき、１２番ティースに巻装される磁気バランス調整コイル６５Ａのアンペアターン数は、
β×ｂ・・・（２）
で設定される。

そして、直流負荷用コイル６０のアンペアターン数α×ａと、磁気バランス調整コイルのアンペアターン数β×ｂとを略同一に設定することで、磁気バランスの均等化を図ることができる。
すなわち、
α×ａ≒β×ｂ・・・（３）
を満たすように、直流負荷用コイル６０の巻数αおよび磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数βを設定することで、磁気バランスの均等化ができる。

上述のとおり、直流負荷ＬＤおよび交流負荷ＬＡの消費電力に基づいて、直流負荷用コイル６０には電流値ａ＝２．２アンペアの電流が流れ、磁気バランス調整コイル６５Ａには電流値ｂ＝４．２アンペアの電流が流れている。また、直流負荷用コイル６０の巻数α＝４１ターンに設定されている。
したがって、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数βは、
β≒ａ／ｂ×α・・・（４）
により設定される。

ここで、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数βは、整数で設定される必要がある。したがって、（４）式にａ＝２．２アンペア、ｂ＝４．２アンペア、巻数α＝４１ターンの各値を代入し、（４）式から得られた値の小数点以下を四捨五入することにより、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数βを設定している。これにより、本実施形態における磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数βは、２１ターンに設定される。

（磁気音の測定）
続いて、上述のステータを使用して、磁気バランス調整コイル６５Ａによる磁気バランスの均等化の効果を検証した。効果の検証は、ロータ３を回転させたときの磁気音の音圧を測定することにより行った。
［実施例１］

直流負荷用コイル６０には電流値ａ＝２．２アンペアの電流が流れ、磁気バランス調整コイル６５Ａには電流値ｂ＝４．２アンペアの電流が流れていた。
また、直流負荷用コイル６０の巻数αを４１ターンに設定し、交流負荷用コイル６５の巻数を４３ターンに設定した。
また、（４）式から得られた値の小数点以下を四捨五入することにより、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数βを２１ターンに設定した。
［比較例１］

直流負荷用コイル６０には電流値ａ＝２．２アンペアの電流が流れ、磁気バランス調整コイル６５Ａには電流値ｂ＝４．２アンペアの電流が流れていた。
また、直流負荷用コイル６０の巻数αを４１ターンに設定し、交流負荷用コイル６５の巻数を４３ターンに設定した。
１２番ティースには磁気バランス調整コイル６５Ａを設けず、巻数が４３ターンの交流負荷用コイル６５を巻装した。
［比較例２］

直流負荷用コイル６０には電流値ａ＝２．２アンペアの電流が流れ、磁気バランス調整コイル６５Ａには電流値ｂ＝４．２アンペアの電流が流れていた。
また、直流負荷用コイル６０の巻数αを４１ターンに設定し、交流負荷用コイル６５の巻数を４３ターンに設定した。
比較例２では、マグネット８に着磁をしておらず、回転時に各コイルに誘導起電力が発生しないようになっている。すなわち、比較例２は、磁気バランスが擬似的に均等化された理想的な発電機１とした。

（磁気音測定結果）
図６は、縦軸を磁気音の音圧とし、横軸をロータ３の回転数とした場合の磁気音の音圧データの変化を示すグラフである。なお、磁気バランスが擬似的に均等化された比較例２の音圧データに近いほど、磁気バランスが良好であるといえる。
実施例１の磁気音の音圧データは、広範囲の回転数にわたって、磁気バランス調整コイル６５Ａを設けていない比較例１の磁気音の音圧データよりも低くなっていることが確認できる。すなわち、実施例１は、磁気バランス調整コイル６５Ａを設けることで磁気バランスの均等化がなされ、磁気音が低減されたことが確認できる。

（効果）
本実施形態によれば、直流負荷用コイル６０に流れる電流値ａを磁気バランス調整コイル６５Ａに流れる電流値ｂで除算し、直流負荷用コイル６０の巻数αを乗算した後、小数点以下を四捨五入して得られた値と、磁気バランス調整コイルの巻数βの値とが同じになるように、直流負荷用コイル６０の巻数αおよび磁気バランス調整コイルの巻数βを設定している。これにより、直流負荷用コイル６０のアンペアターン数α×ａと、磁気バランス調整コイルのアンペアターン数β×ｂとを略同一に設定できるので、ステータ本体部１７ａの中心軸Ｏを挟んで対向する全てのコイルの誘導起電力を略同一に設定できる。したがって、直流負荷用コイル６０の間に交流負荷用コイル６５が不均等に配置された場合であっても、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５の磁気バランスの均等化ができ、磁気音や振動を低減できる。

また、本実施形態によれば、直流負荷用コイル６０の直流負荷用コイル群６１を形成することにより、直流負荷用コイル６０が周方向に隣り合うように配置されるとともに、交流負荷用コイル６５も周方向に隣り合うように配置できる。これにより、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５を分散して配置した場合と比較して、各ティース１６への直流負荷用コイル巻線６０ａおよび交流負荷用コイル巻線６５ａのわたりの長さを短縮できる。したがって、容易に各コイルを形成でき、低コストなステータ４を形成できる。そして、複数の直流負荷用コイル群６１を有し、直流負荷用コイル６０の間に交流負荷用コイル６５が不均等に配置された場合であっても、直流負荷用コイル６０および交流負荷用コイル６５の磁気バランスの均等化ができ、磁気音や振動を低減できる。

また、本実施形態によれば、１２個のティース１６を有し、５個の直流負荷用コイル６０を有し、７個の交流負荷用コイル６５を有するステータ４を備えた発電機１に好適である。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本実施形態では、請求項の第１コイルを直流負荷用コイル６０とし、請求項の第２コイルを交流負荷用コイル６５とし、複数の交流負荷用コイル６５のうち１個を磁気バランス調整コイル６５Ａに設定した。しかし、請求項の第１コイルを交流負荷用コイル６５とし、請求項の第２コイルを直流負荷用コイル６０とし、複数の直流負荷用コイル６０のうち１個を磁気バランス調整コイルに設定してもよい。

本実施形態では、請求項の第１コイルを直流負荷用コイル６０とし、請求項の第２コイルを交流負荷用コイル６５とし、複数の交流負荷用コイル６５のうち１個を磁気バランス調整コイル６５Ａに設定した。しかし、磁気バランス調整コイル６５Ａの個数は１個に限られることはない。

本実施形態では、発電機１として１２個のティース１６を有し、５個の直流負荷用コイル６０を有し、７個の交流負荷用コイル６５を有する４極の発電機１を例に説明をした。しかし、発電機１のティース数、直流負荷用コイル６０の個数、交流負荷用コイル６５の個数、および極数等はこれに限られることはなく、偶数個のティース１６を備える限り、種々の設計変更が可能である。

本実施形態では、直流負荷用コイル６０には電流値ａ＝２．２アンペアが流れ、磁気バランス調整コイル６５Ａには電流値ｂ＝４．２アンペアが流れていた。また、直流負荷用コイル６０の巻数α＝４１ターンとし、交流負荷用コイル６５の巻数を４３ターンとし、磁気バランス調整コイル６５Ａの巻数β＝２１ターンと設定した。しかし、電流値ａ、電流値ｂ、巻数α、巻数βの各値は上述の値に限定されることはない。
直流負荷用コイル６０に流れる電流値ａを磁気バランス調整コイル６５Ａに流れる電流値ｂで除算し、直流負荷用コイル６０の巻数αを乗算した後、小数点以下を四捨五入して得られた値と、磁気バランス調整コイルの巻数βの値とが同じになるように各値を種々設定することで、本発明の効果が得られる。

本実施形態では、マグネット８はフェライトマグネットであったが、フェライトマグネットに限定されることはなく、例えばネオジム等の希土類からなるマグネットであってもよい。

本実施形態では、発電機１の一例として、アウタロータ型の発電機を例に説明したが、本発明の適用はこれに限られることはなく、例えばインナロータ型の発電機や、三相のスタータジェネレータ等に適用してもよい。

１発電機
１６ティース
１７ステータコア
１７ａステータ本体部
６０直流負荷用コイル（第１コイル）
６１直流負荷用コイル群（第１コイル群）
６０ａ直流負荷用コイル巻線（巻線）
６５交流負荷用コイル（第２コイル）
６５ａ交流負荷用コイル巻線（巻線）
６５Ａ磁気バランス調整コイル
ａ直流負荷用コイルに流れる電流値（第１コイルに流れる電流値）
ｂ交流負荷用コイルに流れる電流値（第２コイルに流れる電流値）
ＬＤ直流負荷（第１負荷）
ＬＡ交流負荷（第２負荷）
α 直流負荷用コイルの巻数（第１コイルの巻数）
β 交流負荷用コイルの巻数（第２コイルの巻数）
Ｏ中心軸

Claims

ステータ本体部から前記ステータ本体部の径方向に沿うように延びる４個以上の偶数個のティースを備えたステータコアと、
前記複数のティースのうち一部の前記ティースに集中巻方式により巻装され、第１負荷に電流を供給するための第１コイルと、
前記第１コイルが巻装された前記一部のティース以外の前記ティースに集中巻方式により巻装され、第２負荷に電流を供給するための第２コイルと、
を備え、
前記第２コイルの個数が前記第１コイルの個数の整数倍でなく、且つ前記第１コイルと前記第２コイルとが不均等に配置された発電機において、
前記複数の第２コイルのうち、前記ステータコアの中心軸を挟んで前記第１コイルと対向する前記第２コイルを磁気バランス調整コイルとし、
前記第１コイルに流れる電流値をａアンペアとし、
前記第１コイルの巻数をαとし、
前記磁気バランス調整コイルに流れる電流値をｂアンペアとし、
前記磁気バランス調整コイルの巻数をβとしたとき、
前記電流値ａを前記電流値ｂで除算し、前記第１コイルの巻数αを乗算した後、小数点以下を四捨五入して得られた値と、前記磁気バランス調整コイルの巻数βの値とが同じになるように、前記第１コイルの巻数αおよび前記磁気バランス調整コイルの巻数βを設定したことを特徴とする発電機。
請求項１に記載の発電機であって、
少なくとも２個の前記第１コイルが周方向に隣り合うように配置されて第１コイル群を少なくとも２個形成し、
これら第１コイル群間に、前記第２コイルが不均等に配置されていることを特徴とする発電機。
請求項２に記載の発電機であって、
前記ティースを１２個設け、
前記各ティースに周回り一方向に向かって順に１番から１２番まで番号を付したとき、
周回り一方向に向かって１番、２番、６番、７番、８番ティースに、この順で巻線を集中巻方式にて巻回することにより前記第１コイルを形成し、
周回り一方向に向かって３番、４番、５番、９番、１０番、１１番、１２番ティースに、この順で巻線を集中巻方式にて巻回することにより前記第２コイルを形成し、
前記第２コイルのうち、前記１２番ティースに形成した前記第２コイルが前記磁気バランス調整コイルであることを特徴とする発電機。