JP3502589B2 - 交流発電機 - Google Patents

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、例えば乗用車、ト
ラック等の乗り物に搭載される車両用交流発電機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図２０は従来の車両用交流発電機の断面
図、図２１は図２０の回転子の斜視図である。この発電
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
内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト６
と、このシャフト６に固定されたランドル型の回転子１
０７と、回転子１０７の両側面に固定されたファン１０
５ａ、１０５ｂと、ケース３内の内壁面に固定された固
定子１０８と、シャフト６の他端部に固定され回転子１
０７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の表面に摺動する一対のブラシ１０と、このブラ
シ１０を収納したブラシホルダ１１と、固定子１０８に
電気的に接続され固定子１０８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、固
定子１０８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュ
レータ１８とを備えている。

【０００３】回転子１０７は、電流を流して磁束を発生
する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆っ
て設けられその磁束によって磁極が形成されるポールコ
ア１１４とを備えている。ポールコア１１４は一対の交
互に噛み合った第１のポールコア部１２１及び第２のポ
ールコア部１２２から構成されている。第１のポールコ
ア部１２１及び第２のポールコア部１２２は、鉄製で、
軸線方向に対して垂直面である円盤部２０１、２０２
と、この円盤部２０１、２０２から軸線方向に互いに対
向して延設された先細り形状の爪状磁極１２３、１２４
と、円盤部２０１，２０２同士を接続しかつ周囲が回転
子コイル１３で覆われた円筒部２００とから構成されて
いる。

【０００４】図２２は図２０の固定子１０８の斜視図、
図２３は図２２の固定子鉄心１１５の斜視図、図２４は
固定子鉄心１１５の要部平面図である。固定子１０８
は、回転子コイル１３からの回転磁界が通るとともに複
数の鋼板が積層されてなる固定子鉄心１１５と、出力電
流が流れる３相の固定子巻線１１６とから構成されてい
る。固定子鉄心１１５は、環状のコアバック８２と、こ
のコアバック８２から周方向において等分間隔で半径内
側方向に延びた複数のティース８１とから構成されてい
る。隣合うティース８１間の全部で３６箇所に形成され
たスロット８３には３相の固定子巻線１１６が収まる。
ティース８１は、固定子１０８の周方向に突出し先端部
８５と、先端部８５と鉄心バック８２とを接続した柱部
８６とから構成されている。隣接するティース８１の先
端部８５同士との間には開口部８４と呼ばれる隙間が形
成されている。

【０００５】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
じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生
し、磁界を生じる。一方、エンジンによってプーリ４は
駆動され、シャフト６によって回転子１０７が回転する
ため、固定子鉄心１１５には回転磁界が与えられ、固定
子巻線１１６には起電力が発生し、車両用交流発電機に
接続された外部負荷によって出力電流が発生する。

【０００６】ところで、回転子コイル１３によって生じ
た磁束Ａは、Ｎ極に励磁された第１のポールコア部１２
１から出た後、回転子１０７と固定子１０８との間のエ
アギャップを介して固定子鉄心１１５のティース８１に
入る。この磁束Ａは、その後コアバック８２を通り、隣
接したティースからエアギャップを介してＳ極に励磁さ
れた第２のポールコア部１２２に流れる。発電機の出力
を決定する磁束量は回転子１０７による回転磁界の起磁
力と磁束Ａの磁気回路の磁気抵抗によって決定される。
従って、同一起磁力の場合、この磁気回路をいかに磁気
抵抗の小さい形状とするかが重要な点となる。

【０００７】また、起磁力を向上させるには、ＡＴ（界
磁電流Ｉ×回転子コイル１３の導線の巻数ｎ）を大きく
する必要があるが、このＡＴはポールコア１１４内の回
転子コイル１３の設置スペースで定まる。回転子１０７
全体の大きさが制限されている場合、設置スペースを大
きくするとそれと引き替えにポールコア１１４の磁路断
面積が小さくなってしまい、結果的には上述の磁気抵抗
が大きくなり、ポールコア１１４を通過する磁束量が減
少してしまい、起磁力が増大しない。また、導線の断面
積ｓ及び巻数ｎを一定の状態で界磁電流Ｉを大きくして
起磁力を増大させようとした場合、回転子コイル１３の
銅損によって回転子コイル１３の温度が上昇し、その温
度上昇により回転子コイル１３の導線の抵抗も上昇して
界磁電流Ｉが減少してしまい、やはり起磁力が増大しな
い。

【０００８】一方、特開平１１−１６４４９９号公報に
は、図２５に示すように、固定子鉄心１１５の軸線方向
長さＬ１と円筒部２００の軸線方向長さＬ２の比率Ｌ１
/Ｌ２を１．２５〜１．７５の範囲として、円盤部２０
１、２０２を固定子鉄心１１５に対向して円盤部２０
１、２０２から固定子鉄心１１５に直接磁束Ａが流入し
てポールコア１１４の磁路断面積を増大し、併せて爪状
磁極１２３、１２４の外径Ｒ１と円筒部２００の外径Ｒ
２との比率を０．５４〜０．６０として円筒部２００の
磁路断面積を増大して起磁力の増大を図ったものが開示
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このも
のの場合、数値設定は発電機の重量当たりの出力の向上
を図ったものであり、低速回転時では磁気飽和により出
力が低下するという問題点があった。また、円盤部２０
１、２０２を固定子鉄心１１５に対向して面積を増大さ
せてラップ量を増加させたことにより、冷却風の通路で
ある爪状磁極１２３、１２４間の谷部４１０の通路断面
積が小さくなって、回転子１０７内部の流れ抵抗が大き
くなり、高い界磁電流Ｉが回転子コイル１３に流れた場
合、回転子コイル１３の冷却が不十分で、回転子コイル
１３の導線の抵抗が上昇して界磁電流Ｉが減少してしま
い、出力が増大しないという問題点があった。

【００１０】この発明は、上記の問題点を解決すること
を課題とするものであって、磁路断面積が増大して磁束
量が増大でき、また回転子コイルの銅損も小さくて出力
を向上させることができる交流発電機を得ることを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る交流発電機は、ポールコアの円盤部の軸線方向の長さ
Ｌ１と、この円盤部と径方向において重なる固定子鉄心
の長さＬ２との比率（Ｌ２/Ｌ１）は、０．３以上であ
り、またポールコアの爪状磁極の外径Ｒ１とポールコア
の円筒部の外径Ｒ２との比率（Ｒ２/Ｒ１）は、０．５
０≦（Ｒ２ / Ｒ１）＜０．５４の範囲である。

【００１２】この発明の請求項２に係る交流発電機で
は、回転子の両円盤部には形状が異なる第１のファン及
び第２のファンが取り付けられており、前記第１のファ
ンと前記第２のファンとの回転により生じる圧力差で前
記回転子と固定子との間を冷却風が流れるようになって
いる。

【００１３】この発明の請求項３に係る交流発電機で
は、回転子の両円盤部には形状がほぼ同一である第１の
ファン及び第２のファンが取り付けられており、前記第
１のファンと前記第２のファンとの吸気側の通風抵抗が
異なることで生じる圧力差で前記回転子と固定子との間
を冷却風が流れるようになっている。

【００１４】この発明の請求項４に係る交流発電機で
は、少なくとも回転子コイルの外周面、及び回転子コイ
ルと円盤部との間には樹脂が設けられている。

【００１５】この発明の請求項５に係る交流発電機で
は、固定子巻線は、導線が固定子鉄心の端面側のスロッ
ト外で折り返されて周方向に並んだ延出部で構成された
コイルエンドが形成されているとともに、所定スロット
数毎に前記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層
とを交互に採るように連続して巻装された固定子巻線部
を複数有している。

【００１６】この発明の請求項６に係る交流発電機で
は、コイルエンドには高熱伝導性の樹脂を備えている。

【００１７】この発明の請求項７に係る交流発電機で
は、固定子の軸線方向の全長は、回転子のポールコアの
軸線方向の全長よりも小さい。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１に係る車両用交流発電機の断面図、図２は
図１の車両用交流発電機の回転子の斜視図、図３は図１
の固定子の斜視図、図４は図１の固定子の巻線図、図５
は図１の交流発電機の電気回路図である。なお、図３に
おいては、各相の口出線、中性点引き出し線は省略され
ている。

【００１９】この交流発電機は、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内に設けられ一端部にプーリ
４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定さ
れたランデル型の回転子７と、回転子７の両側面に固定
された第１のファン５ａ及び第２のファン５ｂと、ケー
ス３の内壁面に固定された固定子８と、シャフト６の他
端部に固定され回転子７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に摺動する一対のブラシ１０
と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、固
定子８に電気的に接続され固定子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１７と、このヒートシンク１７に接着さ
れ固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュ
レータ１８とを備えている。固定子８の軸線長さは回転
子７の軸線長さよりも短い。また、リア側の第２のファ
ン５ｂの径方向の寸法はフロント側の第１のファン５ａ
の径方向の寸法よりも大きい。

【００２０】回転子７は、電流を流して磁束を発生する
回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って設
けられその磁束によって磁極が形成されるポールコアと
から構成されている。ポールコアは一対のポールコア部
２０、２１から構成されている。シャフト６に固着され
た鉄製のポールコアは、回転子コイル１３が巻装された
円筒部３００と、この円筒部３００の両端部から径方向
に延びた円盤部３０１、３０２と、円盤部３０１、３０
２から軸線方向に延びてそれぞれ８つの爪状磁極２２、
２３とから構成されている。この爪状磁極２２、２３は
回転子コイル１３を覆っているとともに、周方向に等角
ピッチで、かつかみ合うように対向している。また、回
転子コイル１３の外周面、及び回転子コイル１３と円盤
部３０１、３０２との間には高熱伝導性のワニスである
樹脂４００が含浸されている。

【００２１】固定子８は、軸方向に延びるスロット１５
ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層
鉄心からなる固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装
された３相固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装
着されて３相固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気
的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。２組
の巻線アッセンブリ９０Ａ、９０Ｂを備えた３相固定子
巻線１６は、１本の導線３０が、固定子鉄心１５の端面
側のスロット１５ａ外で折り返されて、所定スロット数
毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層
とを交互に採るように波巻きされて巻装された複数の巻
線部から構成されている。

【００２２】３相固定子巻線１６は、固定子鉄心１５の
両端面からそれぞれ突出した、フロント側コイルエンド
１６ａ及びリア側コイルエンド１６ｂを有している。コ
イルエンド１６ａ、１６ｂは、複数の放熱部である延出
部３０ａから構成されている。同一形状の延出部３０ａ
は周方向に、かつ径方向に互いに離間して２列となって
整然と配列されている。なお、ここでは、固定子鉄心１
５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相固
定子巻線１６を２組収容するように、スロット１５ａが
９６箇所に等間隔に形成されている。また、導線３０
は、例えば絶縁被覆された長方形の断面を有する長尺の
銅線材が用いられている。

【００２３】次に、１相分の固定子巻線部１６１の巻線
構造について図４を参照して具体的に説明する。１相分
の固定子巻線部１６１は、それぞれ１本の導線３０から
なる第１ないし第４巻線部３１〜３４から構成されてい
る。そして、第１巻線部３１は、１本の導線３０を、ス
ロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、ス
ロット１５ａ内の外周側から１番目の位置と外周側から
２番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成され
ている。また、第２巻線部３２は、導線３０を、スロッ
ト番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロッ
ト１５ａ内の外周側から２番目の位置と外周側から１番
目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されてい
る。また、第３巻線部３３は、導線３０を、スロット番
号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１
５ａ内の外周側から３番目の位置と外周側から４番目の
位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。
第４巻線部３４は、導線３０を、スロット番号の１番か
ら９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の外
周側から４番目の位置と外周側から３番目の位置とを交
互に採るように波巻きして構成されている。そして、各
スロット１５ａ内には、導線３０が長方形断面の長手方
向を径方向に揃えて径方向に１列に４ターン並んで配列
されている。

【００２４】そして、固定子鉄心１５の一端側におい
て、スロット番号の１番から延出する第１巻線部３１の
端部３１ａと、スロット番号の９１番から延出する第３
巻線部３３の端部３３ｂとが接合され、さらにスロット
番号の１番から延出する第３巻線部３３の端部３３ａ
と、スロット番号の９１番から延出する第１巻線部３１
の端部３１ｂとが接合されて、２ターンの巻線部が形成
されている。また、固定子鉄心１５の他端側において、
スロット番号の１番から延出する第２巻線部３２の端部
３２ａと、スロット番号の９１番から延出する第４巻線
部３４の端部３４ｂとが接合され、さらにスロット番号
の１番から延出する第４巻線部３４の端部３４ａと、ス
ロット番号の９１番から延出する第２巻線部３２の端部
３２ｂとが接合されて、２ターンの巻線部が形成されて
いる。

【００２５】さらに、スロット番号の６１番と６７番と
から固定子鉄心１５の一端側に延出する第２巻線部３２
の導線３０の部分が切断され、スロット番号の６７番と
７３番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１巻
線部３１の導線３０の部分が切断される。そして、第１
巻線部３１の切断端３１ｃと第２巻線部３２の切断端３
２ｃとが接合されて、第１ないし第４巻線部３１〜３４
を直列接続してなる４ターンで１相分の固定子巻線部１
６１が形成されている。なお、第１巻線部３１の切断端
３１ｃと第２巻線部３２の切断端３２ｃとの接合部が渡
り結線接続部となり、第１巻線部３１の切断端３１ｄと
第２巻線部３２の切断端３２ｄとがそれぞれ口出し線
（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。同様にして、導線３
０が巻装されるスロット１５ａを１つずつずらして６相
分の固定子巻線部１６１が形成されている。そして、図
５に示されるように、固定子巻線部１６１が３相分ずつ
星型結線されて２組の３相固定子巻線部１６０を形成
し、各３相固定子巻線部１６０がそれぞれ整流器１２に
接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続
されて合成される。

【００２６】次に、固定子８の組立方法について図６な
いし図１５を参照しつつ具体的に説明する。まず、図６
に示されるように、１２本の長尺の導線３０を同時に同
一平面上で雷状に折り曲げ形成する。ついで、図７に矢
印で示されるように、直角方向に治具で折り畳んでゆ
き、図８に示される巻線アッセンブリ９０Ａを作製す
る。さらに、同様にして、図９に示されるように、渡り
結線および口出し線を有する巻線アッセンブリ９０Ｂを
作製する。

【００２７】なお、各導線３０は、図１０に示されるよ
うに、延出部３０ａで連結された直線部３０ｂが６スロ
ットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り
曲げ形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂ
が、延出部３０ａにより、導線３０の幅（Ｗ）分ずらさ
れている。巻線アッセンブリ９０Ａ、９０Ｂは、このよ
うなパターンに形成された２本の導線３０を図１１に示
されるように６スロットピッチずらして直線部３０ｂを
重ねて配列された導線対が１スロットピッチずつずらし
て６対配列されて構成されている。そして、導線３０の
端部が巻線アッセンブリ９０Ａ、９０Ｂの両端の両側に
６本ずつ延出されている。また、延出部３０ａが巻線ア
ッセンブリ９０Ａ、９０Ｂの両側部に整列されて配列さ
れている。その後、帯状の巻線アッセンブリ９０Ａ、９
０Ｂが環状に成形し易くするために、巻線アッセンブリ
９０Ａ、９０Ｂは３００℃で１０分間アニール処理が施
される。

【００２８】また、台形形状のスロット３６ａが所定の
ピッチ（電気角で３０°）で形成されたＳＰＣＣ材を所
定枚数積層し、その外周部をレーザ溶接して、図１２に
示されるように、直方体の積層体３６を作製する。

【００２９】そして、図１３の（ａ）に示されるよう
に、インシュレータ１９が積層体３６のスロット３６ａ
に装着され、２つの巻線アッセンブリ９０Ａ、９０Ｂの
各直線部を各スロット３６ａ内に重ねて押し入れる。こ
れにより、図１３の（ｂ）に示されるように、２つの巻
線アッセンブリ９０Ａ、９０Ｂが積層体３６に装着され
る。この時、導線３０の直線部３０ｂは、インシュレー
タ１９により鉄心３６と絶縁されてスロット１５ａ内に
径方向に４本並んで収納されている。また、２つの巻線
アッセンブリ９０Ａ、９０Ｂは、図１４に示されるよう
に、重なって積層体３６に装着されている。その後、積
層体３６を丸め、その端面同士を当接させて溶接して固
定子鉄心１５を得る。このとき、図１３の（ｃ）に示さ
れるように、スロット３６ａ（固定子鉄心のスロット１
５ａに相当）は略矩形断面形状となり、その開口部３６
ｂ（スロット１５ａの開口部１５ｂに相当）は直線部３
０ｂのスロット幅方向寸法より小さくなる。そして、図
４に示される結線方法に基づいて、各導線３０の端部同
士を結線して３相固定子巻線１６を形成し、図１５に示
される固定子８を得る。

【００３０】このように構成された車両用交流発電機で
は、電流がバッテリ(図示せず）からブラシ１０および
スリップリング９を介して回転子コイル１３に供給さ
れ、磁束が発生される。この磁束により、一方のポール
鉄心２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポー
ル鉄心２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、
エンジンの回転トルクがベルトおよびプーリ４を介して
シャフト６に伝達され、回転子７が回転される。そこ
で、多相固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、多相固
定子巻線１６に起電力が発生する。この交流の起電力が
整流器１２を通って直流に整流されるとともに、その大
きさがレギュレータ１８により調整され、バッテリに充
電される。

【００３１】そして、リヤ側においては、第２のファン
５ｂの回転により、外気が整流器１２のヒートシンクお
よびレギュレータ１８のヒートシンク１７にそれぞれ対
向して設けられた吸気孔２ａを通じて吸い込まれ、シャ
フト６の軸に沿って流れて整流器１２およびレギュレー
タ１８を冷却し、その後第２のファン５ｂにより遠心方
向に曲げられて３相固定子巻線１６のリヤ側のコイルエ
ンド１６ｂを冷却し、排気孔２ｂから外部に排出され
る。一方、フロント側においては、第１のファン５ａの
回転により、外気が吸気孔１ａから軸方向に吸い込ま
れ、その後第１のファン５ａにより遠心方向に曲げられ
て３相固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド１６
ａを冷却し、排気孔１ｂから外部に排出される。

【００３２】また、回転子７の円盤部３０２には円盤部
３０１に固定された第１のファン５ａと比較して径方向
の寸法が大きい第２のファン５ｂが取り付けられている
ので、ケース３内では回転子７を境にしてリア側がフロ
ント側よりも圧力が小さくなる。そのため、回転子７と
固定子８との間の隙間にはフロント側からリア側に冷却
風が流れるので、回転子７及び固定子８はより効率良く
冷却される。なお、この実施の形態では、リア側では、
吸気孔２ａから排気孔１ｂまでの間に整流器１２、ブラ
シ１１、レギュレータ１８等が配置されており、フロン
ト側と比較して通風抵抗が大きいので、回転子７の両円
盤部３０１、３０２に径方向の寸法が同一である第１の
ファン及び第２のファンを取り付けた場合でも、ケース
３内では回転子７を境にしてリア側がフロント側よりも
圧力が低く、回転子７と固定子８との間の隙間にフロン
ト側からリア側に冷却風が流れ、回転子７が冷却され
る。

【００３３】また、回転子コイル１３の外周面、及び回
転子コイル１３と円盤部３０１、３０２との間には高熱
伝導性のワニスである樹脂４００が含浸されているの
で、樹脂４００による熱伝導性で回転子コイル１３の冷
却性が向上し、銅損による界磁電流の低下を抑制でき
る。

【００３４】ところで、上記構成の車両用交流発電機で
は、図１６に示すように、円盤部３０１、３０２の軸線
方向の長さＬ１と、この円盤部３０１、３０２と径方向
において重なる固定子鉄心１５の長さＬ２とのラップ率
（Ｌ２/Ｌ１）は、０．３以上で構成されている。その
ため、爪状磁極２２、２３から固定子鉄心１５に磁束が
流入するとともに円盤部３０１、３０２からも直接固定
子鉄心１５に磁束が流入することができ、磁路断面積が
増大して固定子巻線１６を鎖交する磁束量が増大する。

【００３５】図１７は、特性上重要である低速回転であ
る２０００ｒｐｍにおいて、ラップ比率と、磁束量、回
転子コイル１３に流れる界磁電流Ｉ及び出力との関係を
本願の発明者が実験により求めた図であり、この図から
もラップ率が大きくなると磁路断面積が大きくなり、磁
気抵抗が小さくなって磁束量φが大きくなることが分か
る。また、界磁電流Ｉはラップ率が大きくなると、回転
子７の冷却風の経路である爪状磁極２２、２３間の谷部
４０１の通路断面積が小さくなり、回転子７内を流れる
冷却空気量が減少し、回転子コイル１３の銅損によって
回転子コイル１３の温度が上昇して抵抗が大きくなり所
定の値をピークに減少することが分かる。結果的には、
出力は磁束量の増加分を界磁電流の低下による起磁力減
少によって相殺されるため、出力はラップ比率（Ｌ２/
Ｌ１）を大きくしても０．３のときをピークに飽和現象
になる。

【００３６】図１８はラップ率（Ｌ２/Ｌ１）が例えば
０．３のときの爪状磁極２２、２３の外径Ｒ１と円筒部
３００の外径Ｒ２との比率（Ｒ２/Ｒ１）と、磁束量φ
と、起磁力ＡＴとの関係を本願の発明者が実験により求
めたときの図である。通常使用される起磁力である１２
００〜２０００ＡＴの内、回転子コイル１３の導線の線
径Ｄを０．９０ｍｍ、０．９５ｍｍ、１．００ｍｍの３
種類の時の起磁力ＡＴをパラメータとして関係を示し
た。この図から０．５０〜０．５４の範囲で安定的に高
出力を得ることが分かる。

【００３７】また、コイルエンド１６ａ、１６ｂは、同
一形状の延出部３０ａが周方向にかつ径方向に互いに離
間して２列となって整然と配列されて構成されているの
で、回転子７内の冷却風の流れが阻害されることはな
い。また、全周にわたってコイルエンド１６ａ、１６ｂ
は均等に冷却されるとともに、通風抵抗も低く、コイル
エンド１６ａ、１６ｂの冷却性が向上し、また風騒音が
低減される。また、コイルエンド１６ａ、１６ｂの先端
面では凹凸が少なくなり、スペース効率が高くなる。

【００３８】なお、この車両用交流発電機は、３相、１
６極で、固定子鉄心１５のスロット１５ａの数が９６で
あり、固定子鉄心１５のスロット数は、毎極、毎相当た
り２であるので、スロット数が増加し、それだけコイル
エンド１６ａ、１６ｂの延出部３０ａが増加し、コイル
エンド１６ａ、１６ｂの外気との接触面積が増大するの
で、コイルエンド１６ａ、１６ｂの冷却性が向上し、固
定子巻線１６の高温化を抑制し、さらに出力向上に寄与
している。

【００３９】実施の形態２．図１９（ａ）はこの発明の
実施の形態２の車両用交流発電機の固定子８の斜視図で
あり、固定子８のコイルエンド１６ａ、１６ｂを高熱伝
導性の樹脂２５で一体にモールドしてある。樹脂２５
は、熱伝導率が０．５（Ｗ/mk）のエポキシ樹脂（主
剤）と熱伝導率が３．５（Ｗ/mk）のアルミナとを１：
４の割合で混合したものである。なお、この図では各相
の口出し線、中性点引き出し線は省略されている。この
実施の形態では、コイルエンド１６ａ、１６ｂには熱伝
導性の高い樹脂２５で表面がフラットに設けられている
ので、回転子７内の冷却風がコイルエンド１６ａ、１６
ｂと干渉して流れることもなく円滑に迂回して流れ、回
転子７の冷却性が向上する。また、コイルエンド１６
ａ、１６ｂの温度分布が均一化し、固定子巻線１６の高
温化を抑制することができる。

【００４０】また、図１９（ｂ）に示すように、固定子
８の軸線方向の全長は、回転子７のポールコアの軸線方
向の全長よりも小さいので、遠心方向に流れる第１のフ
ァン５ａ、第２のファン５ｂの冷却風がコイルエンド１
６ａ、１６ｂを覆った樹脂２５に直接衝突することなく
円滑に流れ、固定子８及び回転子７の冷却性が向上す
る。

【００４１】なお、上記実施の形態の固定子巻線１６で
は、導線３０を所定スロット数毎にスロット内でスロッ
ト深さ方向に内層と外層とを交互に採るように連続して
巻装し、コイルエンド１６ａ、１６ｂでは周方向にかつ
径方向に互いに離間して２列となって整然と延出部３０
ａが配列されているが、勿論このものに限定されない。
例えば、軸線方向に２重に重ねられた延出部が周方向に
配列されるものでもよい。また、上記実施の形態では、
導線３０が４ターンの３相固定子巻線１６について説明
したが、更に低速で高出力が要求される場合は、例えば
導線のターン数を６ターン、８ターンとし、コイルエン
ドの延出部を周方向に３列、４列になるようにしてもよ
い。また、上記各実施の形態では、１６極の磁極数に対
して、固定子のスロット数を９６スロットとしたが、１
２極の磁極数に対しては、３相で７２個のスロット、２
０極の磁極数に対しては１２０のスロットを採用しても
よい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１に係る交流発電機によれば、回転方向に沿ってＮ極、
Ｓ極を交互に形成する回転子と、この回転子を囲った固
定子とを備え、前記回転子は、電流を流して磁束を発生
する回転子コイルと、この回転子コイルが巻装された円
筒部、この円筒部の両端部から径方向に延びた円盤部及
び円盤部から軸線方向に延びて前記回転子コイルを覆い
前記磁束により前記Ｎ極、前記Ｓ極に着磁される複数の
爪状磁極から構成されたポールコアとを含み、前記固定
子は、周方向に間隔をおいて軸線方向に延びて複数形成
されたスロットを有する固定子鉄心と、この固定子鉄心
に装着された固定子巻線とを含む交流発電機であって、
前記円盤部の軸線方向の長さＬ１と、この円盤部と径方
向において重なる前記固定子鉄心の長さＬ２との比率
（Ｌ２/Ｌ１）は、０．３以上であり、また前記爪状磁
極の外径Ｒ１と前記円筒部の外径Ｒ２との比率（Ｒ２/
Ｒ１）は、０．５０≦（Ｒ２ / Ｒ１）＜０．５４の範囲
であるので、爪状磁極から固定子鉄心に磁束が流入する
とともに円盤部からも直接固定子鉄心に磁束が流入する
ことができ、磁路断面積が増大して磁束量が増大でき、
また回転子コイルの銅損も小さくて出力を向上させるこ
とができる。

【００４３】この発明の請求項２に係る交流発電機によ
れば、回転子の両円盤部には形状が異なる第１のファン
及び第２のファンが取り付けられており、前記第１のフ
ァンと前記第２のファンとの回転により生じる圧力差で
前記回転子と固定子との間を冷却風が流れるようになっ
ているので、回転子コイルは積極的に冷却され、銅損に
よる界磁電流の低下を抑制できる。

【００４４】この発明の請求項３に係る交流発電機によ
れば、回転子の両円盤部には形状がほぼ同一である第１
のファン及び第２のファンが取り付けられており、前記
第１のファンと前記第２のファンとの吸気側の通風抵抗
が異なることで生じる圧力差で前記回転子と固定子との
間を冷却風が流れるようになっているので、回転子コイ
ルは積極的に冷却され、銅損による界磁電流の低下を抑
制できる。

【００４５】この発明の請求項４に係る交流発電機によ
れば、回転子コイルの外周面、及び回転子コイルと円盤
部との間には少なくとも樹脂が設けられているので、樹
脂による熱伝導性で回転子コイルの冷却性が向上し、銅
損による界磁電流の低下を抑制できる。

【００４６】この発明の請求項５に係る交流発電機によ
れば、固定子巻線は、導線が固定子鉄心の端面側のスロ
ット外で折り返されて周方向に並んだ延出部で構成され
たコイルエンドが形成されているとともに、所定スロッ
ト数毎に前記スロット内でスロット深さ方向に内層と外
層とを交互に採るように連続して巻装された固定子巻線
部を複数有しているので、コイルエンドの整列が可能と
なり、回転子内の冷却風の流れが阻害されることなく回
転子の冷却性が向上する。また、コイルエンドの冷却性
が向上し、固定子巻線の高温化を抑制することができ
る。

【００４７】この発明の請求項６に係る交流発電機によ
れば、コイルエンドには高熱伝導性の樹脂を備えている
ので、コイルエンドの冷却性が向上し、固定子巻線の高
温化を抑制することができる。

【００４８】この発明の請求項７に係る交流発電機によ
れば、固定子の軸線方向の全長は、回転子のポールコア
の軸線方向の全長よりも小さいので、ファンの冷却風が
例えばコイルエンドで妨げられることなく円滑に流れ、
固定子及び回転子の冷却性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発
電機の断面図である。

【図２】 図１の回転子の斜視図である。

【図３】 図１の固定子の斜視図である。

【図４】 図１の固定子の巻線図である。

【図５】 図１の車両用交流発電機の回路図である。

【図６】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線の
製造途中の図である。

【図７】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線の
製造途中の図である。

【図８】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線を
構成する巻線アッセンブリの平面図である。

【図９】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線を
構成する巻線アッセンブリの平面図である。

【図１０】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線
を構成する導線の要部を示す斜視図である。

【図１１】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線
を構成する導線の配列を説明する図である。

【図１２】 図１の車両用交流発電機の固定子鉄心の構
造を説明する図である。

【図１３】 図１の車両用交流発電機の固定子の製造工
程を説明する工程断面図である。

【図１４】 図１の車両用交流発電機の３相固定子巻線
が積層体に装着された状態を示す平面図である。

【図１５】 図１の車両用交流発電機の固定子の断面図
である。

【図１６】 図１の固定子鉄心とポールコアとの位置関
係を説明するための図である。

【図１７】 ２０００ｒｐｍにおける、ラップ比率と、
磁束量、回転子コイルに流れる界磁電流及び出力との関
係図である。

【図１８】 爪状磁極の外径Ｒ１と円筒部の外径Ｒ２と
の比率（Ｒ２/Ｒ１）と、磁束量φとの関係図である。

【図１９】 （ａ）はこの発明の実施の形態２の固定子
の斜視図、（ｂ）は実施の形態２の車両用交流発電機の
要部断面図である。

【図２０】 従来の車両用交流発電機の断面図である。

【図２１】 図２０の回転子の斜視図である。

【図２２】 図２０の固定子の斜視図である。

【図２３】 図２２の固定子鉄心の斜視図である。

【図２４】 図２２の固定子鉄心の要部正面図である。

【図２５】 従来の車両用交流発電機の固定子鉄心とポ
ールコアとの位置関係を説明するための図である。

【符号の説明】

７ 回転子、８ 固定子、１３ 回転子コイル、１５
固定子鉄心、１５ａスロット、１６ ３相固定子巻線、
１６ａ フロント側コイルエンド（第１のコイルエン
ド）、１６ｂ リヤ側コイルエンド（第２のコイルエン
ド）、２０，２１ ポールコア部、２２，２３ 爪状磁
極、２５ 樹脂、３０ 導線、３０ａ延出部、３００
円筒部、３０１，３０２ 円盤部、３００ 樹脂。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−164499（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−243673（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−37519（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−107644（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−168266（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−236705（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−97844（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 1/24 H02K 1/32 H02K 3/12 H02K 9/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極を交互に形
   成する回転子と、 この回転子を囲った固定子とを備え、 前記回転子は、電流を流して磁束を発生する回転子コイ
   ルと、この回転子コイルが巻装された円筒部、この円筒
   部の両端部から径方向に延びた円盤部及び円盤部から軸
   線方向に延びて前記回転子コイルを覆い前記磁束により
   前記Ｎ極、前記Ｓ極に着磁される複数の爪状磁極から構
   成されたポールコアとを含み、 前記固定子は、周方向に間隔をおいて軸線方向に延びて
   複数形成されたスロットを有する固定子鉄心と、この固
   定子鉄心に装着された固定子巻線とを含む交流発電機で
   あって、 前記円盤部の軸線方向の長さＬ１と、この円盤部と径方
   向において重なる前記固定子鉄心の長さＬ２との比率
   （Ｌ２/Ｌ１）は、０．３以上であり、また前記爪状磁
   極の外径Ｒ１と前記円筒部の外径Ｒ２との比率（Ｒ２/
   Ｒ１）は、０．５０≦（Ｒ２ / Ｒ１）＜０．５４の範囲
   である交流発電機。
2. 【請求項２】 回転子の両円盤部には形状が異なる第１
   のファン及び第２のファンが取り付けられており、前記
   第１のファンと前記第２のファンとの吸気側の通風抵抗
   が異なることで生じる圧力差で前記回転子と前記固定子
   との間を冷却風が流れるようになっている請求項１に記
   載の交流発電機。
3. 【請求項３】 前記回転子の両円盤部には形状がほぼ同
   一である第１のファン及び第２のファンが取り付けられ
   ており、前記第１のファンと前記第２のファンとの吸気
   側の通風抵抗が異なることで生じる圧力差で前記回転子
   と前記固定子との間を冷却風が流れるようになっている
   請求項１に記載の交流発電機。
4. 【請求項４】 少なくとも回転子コイルの外周面、及び
   回転子コイルと円盤部との間には高熱伝導性の樹脂が設
   けられている請求項１ないし請求項３の何れかに記載の
   交流発電機。
5. 【請求項５】 固定子巻線は、導線が固定子鉄心の端面
   側のスロット外で折り返されて周方向に並んだ延出部で
   構成されたコイルエンドが形成されているとともに、所
   定スロット数毎に前記スロット内でスロット深さ方向に
   内層と外層とを交互に採るように連続して巻装された固
   定子巻線部を複数有している請求項１ないし請求項４の
   何れかに記載の交流発電機。
6. 【請求項６】 コイルエンドには、高熱伝導性の樹脂を
   備えている請求項５の何れかに記載の交流発電機。
7. 【請求項７】 固定子の軸線方向の全長は、回転子のポ
   ールコアの軸線方向の全長よりも小さい請求項１ないし
   請求項６の何れかに記載の交流発電機。