JP3383251B2 - 車両用交流発電機の固定子 - Google Patents

車両用交流発電機の固定子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば内燃機関
により駆動される交流発電機に関し、特に、乗用車、ト
ラック等の乗り物に搭載される車両用交流発電機の固定
子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は従来の車両用交流発電機の側断面
図である。図９は従来の車両用交流発電機の固定子に適
用されるステータコアの正面図である。図１０は従来の
車両用交流発電機の回路図である。図に示された従来の
発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及び
リヤブラケット２から構成されたケース３と、このケー
ス３内に回転自在に設けられ一端部にプーリ４が固定さ
れたシャフト５と、このシャフト５に固定されたランド
ル型のロータ６と、このロータ６の両側に固定されたフ
ァン７と、ケース３の内壁面に固定されたステータ８
と、シャフト５の他端部に固定されロータ６に電流を供
給するスリップリング９と、スリップリング９に摺接す
るブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホル
ダ１１と、ステータ８と電気的に接続されステータ８で
生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホル
ダ１１に嵌着されたヒートシンク１３と、ヒートシンク
１３に接着されステータ８で生じた交流電圧の大きさを
調整するレギュレータ１４とを備えている。
【０００３】ロータ６は、電流を流して磁束を発生する
ロータコイル１５と、このロータコイル１５を覆い磁束
によって磁極が形成されるポールコア１６を備えてい
る。ポールコア１６は、一対の交互に噛み合った第１の
ポールコア体１７及び第２のポールコア体１８を備えて
いる。第１のポールコア体１７及び第２のポールコア体
１８は鉄製であり、かつ端部に爪状磁極１９、２０を有
している。隣り合う爪状磁極１９、２０間には、爪状磁
極１９、２０間で磁束が漏れないように、またロータコ
イル１５を冷却するための冷却通路となる隙間が形成さ
れている。
【０００４】ステータ８は、ステータコア２２と、この
ステータコア２２に導線が電気角３０度の位相差で巻回
された２組の三相ステータコイル２３とを備えている
（図９及び図１０参照）。ステータコア２２は、薄板鋼
板を等間隔に凹凸形状に打ち抜いて巻き重ね、あるいは
積層して円環形状に構成されている。ステータコア２２
の内周部には、軸線方向に延びたスロット２５及びティ
ース２４が形成されている。
【０００５】この例の場合には、２組の三相ステータコ
イル２３を有しており、ロータ６の磁極数が１２極であ
り、１極につき２×３相分が対応し、スロット２５及び
ティース２４が７２個形成されている。円環状のステー
タコア２２は機械角５度（３６０度／７２）の等間隔で
スロット２５が形成されている。このとき、１２極に均
等に７２スロットが対応するので、スロット２５は電気
角で３０度の均等間隔で形成されている。２組のＹ−Ｙ
結線した三相ステータコイル２３は、それぞれスロット
２５内に電気角で３０度の位相差で設けられ、かつ整流
器１２と電気的に接続されている。
【０００６】上記構成の車両用交流発電機では、バッテ
リ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通
じて、ロータコイル１５に電流が供給されて磁束が発生
し、第１のポールコア体１７の爪状磁極１９にはＮ極が
着磁され、第２のポールコア体１８にはＳ極が着磁され
る。
【０００７】一方、エンジンによってプーリ４は回転さ
れ、シャフト５とともにロータ６が回転する。このた
め、ステータコイル２３には回転磁界が与えられ、起電
力が生じる。この交流の起電力は、整流器１２を通って
直流に整流されるとともに、レギュレータ１４によって
その大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【０００８】この車両用交流発電機では、ステータコア
２２のスロット２５の数が、ステータコイル２３の組
数、相数及びロータ６の磁極の数について、１組、１
相、及び１磁極当たり１であり、ロータ６の隣り合う爪
状磁極１９、２０間に形成される漏れ磁束が、同一のテ
ィース２４を介して形成されることが少なく、ティース
２４に磁束が漏れる時間が短い。従って、漏れ磁束によ
って生じるステータコイル２３に対する有効磁束の減少
量が少なく、磁束の脈動が低減される。なお、上記車両
用交流発電機と同様の技術内容は、特開平４−２６３４
５号公報に示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
の車両用交流発電機では、ステータコア２２のスロット
数が７２個と多いので、ステータコイル２３をステータ
コア２２に挿入時、装着性が悪いという問題点があっ
た。
【００１０】また、従来の車両用交流発電機では、本願
の発明者が電磁界解析して作成した図１１（横軸のスロ
ット開口部間隔は３０度で電気角が等間隔であり、例え
ば２４度では２４度と３６度を繰り返す不等間隔を意味
する。縦軸は基本波に対するステータ起磁力高調波の割
合を示す。）に示すように、スロット開口部の間隔が均
等で電気角３０度の場合、磁束密度波形の空間第５次、
７次高調波は現れない。しかしながら、ステータ８の起
磁力高調波は、空間１１次及び１３次高調波が大きく、
ロータ６の起磁力高調波に１１次あるいは１３次高調波
があると、それぞれが干渉することによって磁束の脈動
抑制は十分ではなく、発生電圧の変動抑制が十分ではな
く、またロータ６の爪状磁極１９、２０とステータ８と
の間で磁気吸引力が生じ、ステータ８やケース３等が共
振することや、ロータ６の爪状磁極１９、２０が振動す
ることで、乗員にとって不快な音が生じるという問題点
があった。
【００１１】この発明は、かかる問題点を解決すること
を課題とするものであって、ステータコイルの装着性を
良好なものとし、さらに、磁束の脈動、及びステータと
ロータとの間の磁気吸引力に大きな影響を与える、高次
数のステータ起磁力高調波、及びステータスロット高調
波を低減でき、発生電圧の変動及び騒音を低減すること
ができる車両用交流発電機の固定子を得ることを目的と
する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る車両用交
流発電機の固定子は、内周に軸線方向に延びた複数のス
ロットが形成されたステータコア、及びスロットに組み
込まれた２組の３相ステータコイルを有するステータ
と、ステータの内側に回転自在に設けられ、電流を流し
て磁束を発生するロータコイル、及びロータコイルを覆
い磁束によって複数の爪状磁極が形成されるポールコア
を有するロータとを備え、スロットの数が、１相、１極
当たり２で、総数が７２以上である車両用交流発電機の
固定子であって、ステータコアは、スロットを形づくる
複数のティースがヨークの一側に複数形成された板状磁
性部材を積層して形成され、３相ステータコイルを形成
する複数の素線群が、スロット内に素線群の各素線が整
列して配置するように径方向から装着され、３相ステー
タコイルが内側となるように屈曲させて両端面を当接さ
せることにより輪状に連結されたものであり、スロット
間を区画する前記ティースの巾が不均等である。
【００１３】また、隣接して形成されたスロット開口部
の周方向空隙中心の相互間隔が、不均等に形成されてい
る。
【００１４】また、スロット開口部の間隔は電気角でα
度及び（６０−α）度の繰り返しであり、α度は、１６
乃至２９度の範囲にある。
【００１５】また、スロット開口部の間隔は電気角でα
度及び（６０−α）度の繰り返しであり、α度は、２２
乃至２４度の範囲にある。
【００１６】また、スロット開口部の間隔は電気角で２
４度及び３６度の繰り返しである。
【００１７】また、スロット間を区画するティースの先
端部に周方向に延びる突出部が形成され、突出部の突出
長さの長短により隣接したスロット開口部の周方向空隙
中心の相互間隔が変えられている。
【００１８】
【００１９】さらに、不均等な巾のティースにおいて、
巾の広いティースを周方向に概略垂直な面で分割するこ
とにより、輪状に連結されたステータコイルの当接面が
形成されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
車両用交流発電機の固定子に適用されるステータコアの
屈曲させる以前の構造を説明する斜視図である。図２は
ステータコアの製造工程を説明する工程断面図である。
図３はステータコアの製造工程を説明する斜視図であ
る。図４はステータコアの正面図である。図５はステー
タコアの部分的な拡大図である。図６はこの発明の車両
用交流発電機の回路図である。
【００２１】この発明のステータコア１２２は、図１に
示されるように所定の形状に打ち抜かれた板状磁性部材
であるＳＰＣＣ材が所定枚数積層されて直方体状に形成
されている。ヨーク１２３の一側には、従来と同じ総数
７２個のティース１２４が形成されている。隣接したテ
ィース１２４間には、各々台形形状のスロット１２５が
形成されている。
【００２２】そして、図２の（ａ）に示されるように、
インシュレータ４９がステータコア１２２のスロット１
２５に装着され、素線群３５Ａ、３５Ｂの各直線部を各
スロット１２５内に重ねて押し入れる。これにより、図
２の（ｂ）に示されるように、素線群３５Ａ、３５Ｂが
ステータコア１２２に装着される。この時、素線３０の
直線部３０ｂは、インシュレータ４９によりステータコ
ア１２２と絶縁されてスロット１２５内に径方向に４本
並んで収納されている。
【００２３】ついで、ステータコア１２２を図３に示す
ごとく丸め、その端面同士を当接させて溶接し、図２の
（ｃ）及び図４に示されるように、円筒状のステータコ
ア１２２を得る。ステータコア１２２を丸めることによ
り、スロット１２５は略矩形断面形状となり、その開口
部１２７は直線部３０ｂのスロット幅方向寸法より小さ
くなる。
【００２４】図５は本実施の形態のステータコア１２２
の要部拡大図である。本実施の形態においては、スロッ
ト１２５の合計数は従来と同じでロータ磁極が１２であ
りスロット数が７２であるが、隣接したスロット開口部
１２７の周方向空隙中心間隔が均等でない。すなわち、
各スロット１２５間を区画するティース１２４の先端部
に周方向に延びる突出部１２４ａが形成され、長く狭小
な突出部１２４ａと長さの短い突出部１２４ａにより隣
接したスロット開口部１２７の周方向空隙中心の相互間
隔が変えられている。
【００２５】そして、隣接したスロット開口部１２７の
周方向空隙中心の相互間隔は、電気角で２４度と３６度
とを繰り返すよう形成されている。これにより、巻装さ
れる２組の３相ステータコイルは図６に示されるように
電気角３６度の位相差をもつことになる。
【００２６】スロット開口部１２７の周方向空隙中心間
隔を、２４度と３６度を繰り返す不等間隔とすることに
より、図１１に示すように、従来の電気角３０度の場合
と比較して、磁束密度波形であるステータ８の起磁力高
調波は、空間５次、７次、１１次及び１３次の高調波で
バランスよく低減されこととなる。
【００２７】尚、この高調波の許容上限値は、乗員にと
って不快な音を生じさせない為には、一般に１３％程度
とされることが望ましい、そのため、スロット開口部１
２７の周方向空隙中心間隔は、１６度と４４度を繰り返
す不等間隔から、２９度と３１度を繰り返す不等間隔の
範囲であれば、概ね良好な結果を得ることができる。
【００２８】さらには、スロット開口部１２７の周方向
空隙中心間隔を、２２度と３８度を繰り返す不等間隔か
ら、２４度と３６度を繰り返す不等間隔の範囲とすれ
ば、高調波の上限値を８％程度とすることができ、すな
わち、５次、７次、１１次及び１３次の高調波をバラン
ス良く低減することができる。
【００２９】また、上記のように多スロットで狭小巾の
ティース１２４を多数有するステータコア１２２を、従
来のように円管状一体物でなく、積層直方体から円筒状
にする工程を経て形成することで、ステータコイルのス
テータコア１２２への装着性を良好なものとし、低コス
トで安定した品質の製品とすることができる。
【００３０】尚、本実施の形態のステータコア１２２
は、直方体から円筒状にするものであるが、必ずしも、
直方体に限ることはなく、ステータコイルの装着時に、
スロット開口部１２７が広がっている状態のものであれ
ば効果を得ることができ、例えば曲率大の円弧状のもの
を複数用意委して、曲率半径を小さくさせながら組み合
わせて連結しても同様の効果を得ることができる。
【００３１】実施の形態２．図７はこの発明の車両用交
流発電機の固定子の他の例を示すステータコアの要部拡
大図である。本実施の形態のステータコア２２２は、隣
り合うティース２２４の巾が、不均一に形成されてい
る。そして、各スロット２２５の巾を概略同じとしなが
ら、スロット開口部２２７の周方向空隙中心間隔を、２
４度と３６度を繰り返す不等間隔としている。
【００３２】そのため、スロット開口部２２７に形成さ
れた周方向に延びる突出部２２４ａの形状を各々同一と
することができる。そのため、実施の形態１で設けられ
ていた長く狭小な延出部を形成することなく、同様の効
果を得ることができる。
【００３３】さらに、本実施の形態においては、巾の広
いティース２２４を周方向に概略垂直な面２２４ｂで分
割し、この面２２４ｂを輪状に連結する際の当接面とし
ている。そして、この当接面２２４ｂを溶接することに
より、輪状のステータコア２２２を作製している。その
ため、当接面２２４ｂの作製が容易であるとともに、連
結作業がしやすく、さらには結合性の高いものを得るこ
とができる。
【００３４】
【発明の効果】この発明に係る車両用交流発電機の固定
子は、内周に軸線方向に延びた複数のスロットが形成さ
れたステータコア、及びスロットに組み込まれた２組の
３相ステータコイルを有するステータと、ステータの内
側に回転自在に設けられ、電流を流して磁束を発生する
ロータコイル、及びロータコイルを覆い磁束によって複
数の爪状磁極が形成されるポールコアを有するロータと
を備え、スロットの数が、１相、１極当たり２で、総数
が７２以上である車両用交流発電機の固定子であって、
ステータコアは、スロットを形づくる複数のティースが
ヨークの一側に複数形成された板状磁性部材を積層して
形成され、３相ステータコイルを形成する複数の素線群
が、スロット内に素線群の各素線が整列して配置するよ
うに径方向から装着され、３相ステータコイルが内側と
なるように屈曲させて両端面を当接させることにより輪
状に連結されたものであり、スロット間を区画する前記
ティースの巾が不均等である。そのため、ステータコイ
ルをステータコアに挿入時、装着性を良好とし、かつス
ロット内の各素線が容易に整列し、コイルの占有率が向
上する。そして、ステータコアが分割されているので装
着性がさらに良好となる。また、スロット間を区画する
ティースの巾が不均等で、ステータコアの剛性が低い場
合においても、ステータコアが分割されているので、高
精度に製作することが可能となり、さらには、長さの異
なる突出部を設けることなく、容易に目的の構成を得る
ことができる。
【００３５】また、隣接して形成されたスロット開口部
の周方向空隙中心の相互間隔が、不均等に形成されてい
る。そのため、スロット開口部の周方向空隙中心の相互
間隔が、不均等でステータコアの剛性が低い場合におい
ても、ステータコアが分割されているので、高精度に製
作することが可能となる。
【００３６】また、スロット開口部の間隔は電気角でα
度及び（６０−α）度の繰り返しであり、α度は、１６
乃至２９度の範囲にある。そのため、５次、７次、１１
次及び１３次の高調波をバランス良く低減することがで
き、信頼性が向上する。
【００３７】また、スロット開口部の間隔は電気角でα
度及び（６０−α）度の繰り返しであり、α度は、２２
乃至２４度の範囲にある。そのため、５次、７次、１１
次及び１３次の高調波を更にバランス良く低減すること
ができる。
【００３８】また、スロット開口部の間隔は電気角で２
４度及び３６度の繰り返しである。そのため、５次及び
１３次の高調波を最も良く低減することができ、信頼性
が向上する。
【００３９】また、スロット間を区画するティースの先
端部に周方向に延びる突出部が形成され、突出部の突出
長さの長短により隣接したスロット開口部の周方向空隙
中心の相互間隔が変えられている。そのため、部品追加
や大幅な設計変更なく、容易に目的の構成を得ることが
できる。
【００４０】
【００４１】さらに、不均等な巾のティースにおいて、
巾の広いティースを周方向に概略垂直な面で分割するこ
とにより、輪状に連結されたステータコイルの当接面が
形成されている。そのため、多スロットによる狭巾のテ
ィースの場合でも当接面の形成が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の車両用交流発電機の固定子に適用
されるステータコアの屈曲させる以前の構造を説明する
斜視図である。
【図２】 ステータコアの製造工程を説明する工程断面
図である。
【図３】 ステータコアの製造工程を説明する斜視図で
ある。
【図４】 ステータコアの正面図である。
【図５】 ステータコアの部分的な拡大図である。
【図６】 この発明の車両用交流発電機の回路図であ
る。
【図７】 この発明の車両用交流発電機の固定子の他の
例を示すステータコアの要部拡大図である。
【図８】 従来の車両用交流発電機の側断面図である。
【図９】 従来の車両用交流発電機の固定子に適用され
るステータコアの正面図である。
【図１０】 従来の車両用交流発電機の回路図である。
【図１１】 ステータ起磁力高調波の変化を示す図であ
る。
【符号の説明】
６ ロータ、８ ステータ、１５ ロータコイル、１６
ポールコア、２３ステータコイル、１２２，２２２
ステータコア、１２３ ヨーク、１２４，２２４ ティ
ース、１２４ａ，２２４ａ 突出部、１２５ スロッ
ト、１２７ スロット開口部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−155270（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−103052（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−26345（ＪＰ，Ａ) 独国特許出願公開19922794（ＤＥ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 19/22 H02K 1/16

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内周に軸線方向に延びた複数のスロット
    が形成されたステータコア、及び前記スロットに組み込
    まれた２組の３相ステータコイルを有するステータと、 前記ステータの内側に回転自在に設けられ、電流を流し
    て磁束を発生するロータコイル、及び前記ロータコイル
    を覆い磁束によって複数の爪状磁極が形成されるポール
    コアを有するロータとを備え、 前記スロットの数が、１相、１極当たり２で、総数が７
    ２以上である車両用交流発電機の固定子であって、 前記ステータコアは、前記スロットを形づくる複数のテ
    ィースがヨークの一側に複数形成された板状磁性部材を
    積層して形成され、前記３相ステータコイルを形成する
    複数の素線群が、前記スロット内に前記素線群の各素線
    が整列して配置するように径方向から装着され、該３相
    ステータコイルが内側となるように屈曲させて両端面を
    当接させることにより輪状に連結されたものであり、 前記スロット間を区画する前記ティースの巾が不均等で
    ある ことを特徴とする車両用交流発電機の固定子。
  2. 【請求項２】 隣接して形成されたスロット開口部の周
    方向空隙中心の相互間隔が、不均等に形成されている こ
    とを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の固定
    子。
  3. 【請求項３】 前記スロット開口部の間隔は電気角でα
    度及び（６０−α）度の繰り返しであり、前記α度は、
    １６乃至２９度の範囲にある ことを特徴とする請求項２
    記載の車両用交流発電機の固定子。
  4. 【請求項４】 前記スロット開口部の間隔は電気角でα
    度及び（６０−α）度の繰り返しであり、前記α度は、
    ２２乃至２４度の範囲にあることを特徴とする請求項２
    記載の車両用交流発電機の固定子。
  5. 【請求項５】 前記スロット開口部の間隔は電気角で２
    ４度及び３６度の繰り返しである ことを特徴とする請求
    項２記載の車両用交流発電機の固定子。
  6. 【請求項６】 前記スロット間を区画する前記ティース
    の先端部に周方向に 延びる突出部が形成され、前記突出
    部の突出長さの長短により隣接した前記スロット開口部
    の周方向空隙中心の相互間隔が変えられている ことを特
    徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の車両用交流発
    電機の固定子。
  7. 【請求項７】 前記不均等な巾のティースにおいて、巾
    の広いティースを周方向に概略垂直な面で分割すること
    により、前記輪状に連結されたステータコイルの当接面
    が形成されている ことを特徴とする請求項１記載の車両
    用交流発電機の固定子。
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