JP3590623B2 - 車両用交流回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で不等ピッチに形成された固定子鉄心と、各相の巻線が隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を千鳥接続されてなる３相固定子巻線とを備えた固定子を搭載した車両用交流回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両用交流回転電機においては、車両エンジンルームが益々狭小化する中で、搭載スペースに余裕がなくなってきている反面、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。
【０００３】
特開２００２−１６９４９０号公報には、複数の導体セグメントによって固定子巻線を形成し、固定子鉄心に形成するスロット数を通常の２倍とし、異なるスロットからの異なる層の導体セグメント同士を接続することにより、高占積率化と冷却性向上によって固定子巻線の低抵抗化を実現し、小型・高出力を達成する車両用交流回転電機が示されている。
【０００４】
この従来の車両用交流回転電機では、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で固定子鉄心に等角ピッチ（電気角で３０°）に形成されている。つまり、スロットは、電気角の位相が異なる６つのスロット群を構成する。また、回転子の磁極数が１６の場合、スロット数は９６となる。
そして、４番、１０番、１６番・・・８８番、９４番のスロットが第１スロット群を形成し、５番、１１番、１７番・・・８９番、９５番のスロットが第２スロット群を形成する。また、６番、１２番、１８番・・・９０番、９６番のスロットが第３スロット群を形成し、１番、７番、１３番・・・８５番、９１番のスロットが第４スロット群を形成する。また、２番、８番、１４番・・・８６番、９２番のスロットが第５スロット群を形成し、３番、９番、１５番・・・８７番、９３番のスロットが第６スロット群を形成する。
そして、第１スロット群と第２スロット群とがＸ相巻線を収容する。また、第３スロット群と第４スロット群とがＹ相巻線を収容する。また、第５スロット群と第６スロット群とがＺ相巻線を収容する。
そして、固定子巻線１１０は、図２３に示されるように、Ｘ相巻線１１０Ｘ、Ｙ相巻線１１０ＹおよびＺ相巻線１１０ＺをＹ結線して構成されている。
【０００５】
固定子鉄心には、Ｕ字状の導体セグメントが１磁極ピッチに相当する６スロット離れた２つのスロットに２本ずつ収容される。そして、６スロット離れた２つのスロットに収容された導体セグメントを直列に接続して、固定子鉄心を１周する単位巻線としての１２本の波巻巻線が構成されている。つまり、各スロット群には、２本の波巻巻線が収容されている。
【０００６】
ここで、第１スロット群には、２本の波巻巻線１００ａ、１０１ａが収容され、第２スロット群には、２本の波巻巻線１００ｂ、１０１ｂが収容されている。そして、第１スロット群に収容された波巻巻線１００ａと第２スロット群に収容された波巻巻線１００ｂとが直列に接続されて部分巻線１００を構成し、第１スロット群に収容された波巻巻線１０１ａと第２スロット群に収容された波巻巻線１０１ｂとが直列に接続されて部分巻線１０１を構成している。さらに、部分巻線１００、１０１が並列に接続されてＸ相巻線１１０Ｘを構成している。
なお、Ｙ相巻線１１０Ｙ、Ｚ相巻線１１０Ｚも、Ｘ相巻線１１０Ｘと同様に構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の車両用交流回転電機は、低速から高速までの比較的広い回転域で駆動される。特に、エンジン回転が低いアイドリング状態から常用域における高調波の電磁騒音は、エンジンや補機の騒音とは周波数が異なり、人間の聴感的に不快な騒音として聞こえる。
【０００８】
従来の車両用交流回転電機は、スロットが電気角で３０°の等角ピッチで、毎極毎相当たり２個の割合で形成されており、固定子巻線の各相の巻線が電気角で３０°の位相差をもつ波巻巻線を直列に接続して構成されているので、運転時に大きな６ｆの電磁加振力が発生してしまう。そこで、この６ｆの電磁加振力の高調波成分の電磁騒音が大きくなり、搭乗者に不快感を与えてしまう、という課題があった。
また、この従来の車両用交流回転電機は、ベルトを介してエンジンのシャフトに連結され、インバータにより制御されて、エンジンに始動トルクを発生させるような用途に適用できる。この場合、６ｆの電磁加振力による振動がベルトに伝達され、ベルト寿命を悪化させる、という課題もあった。特に、低回転において、インバータユニットで制御されて電力を供給するインバータモード時に、６ｆの電磁加振力の高調波成分が固定子の共振点と一致するため、ベルト寿命の悪化が促進される、という課題もあった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で不等ピッチに形成された固定子鉄心に、巻線を１磁極ピッチに相当するスロット数毎のスロットに収容するように巻装し、固定子巻線の各相の巻線を隣り合うスロット群に収容された巻線同士を接続して構成するようにし、発生する６ｆの電磁加振力を低減して、低電磁騒音かつ低振動の車両用交流回転電機を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用交流回転電機は、スロットが毎極毎相当たり２の割合で設けられた環状の固定子鉄心、および、上記固定子鉄心に装着された３相固定子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転自在に設けられ、磁束を発生する回転子とを備えた車両用交流回転電機において、上記３相固定子巻線を構成するＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線は、それぞれ隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を直列に接続して構成され、上記スロットは、スロット開口部の中心線間の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチ（３０°＜α°＜３５°）に形成され、直列に接続される上記第１および第２固定子巻線は、上記スロット開口部の中心線間の間隔をα°とする隣り合う上記スロット群に巻装されているものである。
【００１３】
また、直列に接続される上記第１固定子巻線と第２固定子巻線との位相差α°は、電気角で略３２．５°である。
【００１４】
また、プーリおよびベルトを介してエンジンに連結され、該エンジンを始動させる始動電動機および該エンジンにより駆動されて発電する発電機として動作するように構成されているものである。
【００１５】
また、上記プーリおよびベルトを介して上記エンジンにより駆動される発電動作時に、低速回転速度域でインバータにより制御されて発電する発電モードを有するように構成されているものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子鉄心の要部を示す端面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図である。
【００１７】
図１において、車両用交流回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット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、この回転子７の軸方向両端部に固定されたファン５と、回転子７を包囲するようにケース３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て回転子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の表面に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収容するブラシホルダ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に取り付けられて、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。
【００１８】
そして、回転子７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１３と、この界磁巻線１３を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とを備えている。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ最外径面形状を略台形形状とする６個の爪状磁極２２、２３が外周縁部に周方向に等角ピッチで突設されてなり、これらの爪状磁極２２、２３を噛み合わせるように対向させてシャフト６に固着されている。つまり、この回転子７の磁極数は１２である。
また、固定子８は、爪状磁極２２、２３の外周面と固定子鉄心１５の内周面との間に均一なエアギャップを形成するようにフロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されている。
【００１９】
ついで、固定子８の具体的な構成について、図２乃至図５を参照しつつ説明する。
固定子８は、磁性鋼板の積層体からなる円筒状の固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６とから構成されている。
固定子鉄心１５には、内周側に開口するスロット１５ａが周方向に７２個形成されている。即ち、スロット１５ａは毎極毎相当たり２個の割合で形成されている。そして、スロット１５ａは、図３に示されるように、ティース１５ｃの周方向幅を変えて、スロット開口部１５ｂの中心線の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチに形成されている。ここでは、α°＝３４°としている。なお、中心線は、固定子鉄心１５の軸心と直交する平面で、スロット開口部１５ｂの周方向中央と固定子鉄心１５の軸心とを結ぶ直線である。
【００２０】
つぎに、固定子巻線１６の構造について説明する。
まず、図５の（ａ）に示されるように、絶縁被覆された円形断面の連続銅線からなる２本の導体線３２を所定回巻回して環状の第１巻線ユニット３３ａを作製し、引き続いて所定回巻回して環状の第２巻線ユニット３３ｂを作製する。ついで、図５の（ｂ）に示されるように、第１および第２巻線ユニット３３ａ、３３ｂを、隣り合うスロット収容部３４ａをコイルエンド部３４ｂにより内周側および外周側で交互に連結する星形に成形し、２本の導体線３２からなる第１および第２星形巻線ユニット３４Ａ、３４Ｂを作製する。ついで、第１および第２星形巻線ユニット３４Ａ、３４Ｂを連結している導体線３２の部位で折り返し、図５の（ｃ）に示されるように、スロット収容部３４ａが重なり、かつ、コイルエンド部３４ｂが径方向に相対するように第１および第２星形巻線ユニット３４Ａ、３４Ｂを重ね合わせ、星形巻線ユニット３５を作製する。
【００２１】
このように作製された星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを１番、７番・・・６７番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を１番と７番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてａ相巻線３０ａとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを２番、８番・・・６８番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を２番と８番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｄ相巻線３０ｄとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを３番、９番・・・６９番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を２１番と２７番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｃ相巻線３０ｃとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを４番、１０番・・・７０番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を２２番と２８番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｆ相巻線３０ｆとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを５番、１１番・・・７１番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を１１番と１７番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｂ相巻線３０ｂとなる。さらに、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを６番、１２番・・・７２番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を１２番と１８番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｅ相巻線３０ｅとなる。
【００２２】
そして、７番のスロット１５ａから延出するａ相巻線３０ａの巻線端と、２番のスロット１５ａから延出するｄ相巻線３０ｄの巻線端とが、コイルエンド部３４ｂの上部（固定子鉄心１５の軸方向外側）を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合される。これにより、ａ相巻線３０ａとｄ相巻線３０ｄとが直列に接続されたＸ相巻線１６Ｘが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのａ相巻線３０ａとｄ相巻線３０ｄとが、電気角で３４°の千鳥接続されている。
【００２３】
また、１７番のスロット１５ａから延出するｂ相巻線３０ｂの巻線端と、１２番のスロット１５ａから延出するｅ相巻線３０ｅの巻線端とが、同様に、コイルエンド部３４ｂの上部を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合される。これにより、ｂ相巻線３０ｂとｅ相巻線３０ｅとが直列に接続されたＹ相巻線１６Ｙが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｂ相巻線３０ｂとｅ相巻線３０ｅとが、電気角で３４°の千鳥接続されている。
【００２４】
また、２７番のスロット１５ａから延出するｃ相巻線３０ｃの巻線端と、２２番のスロット１５ａから延出するｆ相巻線３０ｆの巻線端とが、同様に、コイルエンド部３４ｂの上部を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合される。これにより、ｃ相巻線３０ｃとｆ相巻線３０ｆとが直列に接続されたＺ相巻線１６Ｚが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｃ相巻線３０ｃとｆ相巻線３０ｆとが、電気角で３４°の千鳥接続されている。
【００２５】
さらに、８番のスロット１５ａから延出するｄ相巻線３０ｄの巻線端と、１８番のスロット１５ａから延出するｅ相巻線３０ｅの巻線端と、２８番のスロット１５ａから延出するｆ相巻線３０ｆの巻線端とが、同様に、コイルエンド部３４ｂの上部を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合されて中性点Ｎを構成している。これにより、Ｘ相巻線１６Ｘ、Ｙ相巻線１６ＹおよびＺ相巻線１６ＺをＹ結線してなる固定子巻線１６（三相交流巻線）が形成される。
【００２６】
ここで、ａ相巻線３０ａ、ｂ相巻線３０ｂおよびｃ相巻線３０ｃの残っている巻線端がそれぞれＸ相巻線１６Ｘ、Ｙ相巻線１６ＹおよびＺ相巻線１６Ｚの口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺを構成している。また、各巻線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆのコイルエンド部３４ｂが固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド１６ｆ、１６ｒを構成している。
【００２７】
なお、ａ相巻線３０ａは２本の導体線３２を一括して巻装しているので、同ターン数の巻線を並列に接続して構成されている。また、ａ相巻線３０ａは、１つのスロット１５ａから延出した導体線３２の束が周方向の両側に半分づつ振り分けられて巻装されている。他の巻線３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆも同様に構成されている。
そして、ａ相、ｂ相およびｃ相巻線３０ａ、３０ｂ、３０ｃはそれぞれ電気角で１２０°の位相差が与えられ、ｄ相、ｅ相およびｆ相巻線３０ｄ、３０ｅ、３０ｆはそれぞれ電気角で１２０°の位相差が与えられている。
このように構成された固定子８は、口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが整流器１２に接続されて図４に示される回路を構成している。
【００２８】
ついで、この実施の形態１による作用効果について説明する。
従来の車両用交流回転電機で問題となっている電磁騒音および振動は、６ｆ（ｆ：基本波周波数）の電磁加振力に起因している。その発生原因は、空間０次、時間±６次の電磁加振力であることが知られている。ここで、時間高調波次数の負符号は、基本波回転磁界の回転方向と反対方向、すなわち基本波回転磁界方向を正相として逆相を意味する。
そこで、この電磁加振力を空隙磁束密度高調波に分離すると、主に以下の高調波の相互作用により発生していると考えられる。
（ａ）空間５次時間−１次高調波と空間５次時間５次高調波との相互作用
（ｂ）空間７次時間１次高調波と空間７次時間７次高調波との相互作用
（ｃ）空間３次時間３次高調波と空間３次時間−３次高調波との相互作用
（ｄ）空間１次時間１次高調波と空間１次時間−５次高調波との相互作用
【００２９】
ここで、空間５次時間−１次高調波あるいは空間７次時間１次高調波は、固定子の起磁力高調波および固定子のスロット高調波である。また、空間５次時間５次高調波および空間７次時間７次高調波は、回転子の起磁力高調波である。そして、回転子がクローポール形状であれば、軸方向に空間５次時間５次高調波は（３６０／５）°毎に、また空間７次時間７次高調波は（３６０／７）°毎に位相が反転するため、一般に、この回転子の起磁力高調波は大きくならない。従って、（ａ）および（ｂ）により発生する電磁加振力は大きくならない。
一方、空間３次時間３次高調波は、（３６０／３）°毎に位相が反転するが、クローポールのピッチはこの１２０°の位相が反転するところまでないことが多い。従って、この空間３次時間３次高調波は他と比較して非常に大きくなる。また、空間１次時間１次高調波は基本波であり、やはり大きい。このことから、空間３次時間−３次高調波あるいは空間１次時間−５次高調波の大きさが６ｆの電磁加振力の大きさを左右することになる、と推考される。
【００３０】
上記の内容を考慮した上で、空間３次時間−３次高調波について考えると、この高調波は、固定子の空間５次時間−１次高調波と回転子のスロット高調波（パーミアンス高調波）との相互作用が支配的であることがわかる。即ち、固定子の空間５次時間−１次高調波を低減することにより、６ｆの電磁加振力を小さくできることがわかる。
また、同様に、空間１次時間−５次高調波について考えると、この高調波も、固定子の空間５次時間−１次高調波と回転子のスロット高調波の２倍調波との相互作用が支配的であると考えられる。従って、この場合も、固定子の空間５次時間−１次高調波を低減することにより、６ｆの電磁加振力を小さくできることがわかる。
【００３１】
ここで、固定子８の不等ピッチ角度（α）を変えた場合において、基本波に対する固定子空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波の含有率を図６および図７に示す。図６および図７において、横軸は不等ピッチ角度（α°）である。また、図６はティース先端幅：スロット開口部幅＝２：１の固定子鉄心を用いた場合、図７はティース先端幅：スロット開口部幅＝３：１の固定子鉄心を用いた場合である。なお、一般に、固定子鉄心は、ティース先端幅とスロット開口部幅との関係が、２≦（ティース先端幅／スロット開口部幅）≦３の範囲となるように作製されている。
【００３２】
図６から、基本波に対する固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、α°≒３２°で極小値をとり、基本波に対する固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、α°≒３３°で極小値をとる。そして、固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、３０°＜α°＜３４°で、等角ピッチ（α°＝３０°）の固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率より低くなっている。また、固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、３０°＜α°＜３６．５°で、等角ピッチ（α°＝３０°）での固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より低くなっている。
そして、α°＝３４°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率はα°＝３０°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率と同等であるが、α°＝３４°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率がα°＝３０°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より大幅に低くなっているので、α°＝３４°における６ｆの電磁加振力は、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力より低減できる。
【００３３】
一方、図７から、基本波に対する固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、α°≒３２．５°で極小値をとり、基本波に対する固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、α°≒３５．５°で極小値をとる。そして、固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、３０°＜α°＜３５°で、等角ピッチ（α°＝３０°）の固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率より低くなっている。また、固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、３０°＜α°≦４０°で、等角ピッチ（α°＝３０°）の固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より低くなっている。
そして、α°＝３５°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率はα°＝３０°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率と同等であるが、α°＝３５°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率がα°＝３０°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より大幅に低くなっているので、α°＝３５°における６ｆの電磁加振力は、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力より低減できる。
【００３４】
このことから、２≦（ティース先端幅／スロット開口部幅）≦３の範囲となるように作製されている固定子鉄心において、α°を３１°≦α°≦３４°に設定することで、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力より確実に低減できることがわかる。
【００３５】
この実施の形態１によれば、α°を３４°に設定しているので、６ｆの電磁加振力が従来技術に比べて低減され、低電磁騒音で、かつ、低振動の車両用交流回転電機が得られる。そこで、本車両用交流回転電機を搭載した車両においては、乗客に不快感を与えることもなく、ベルト寿命を長くすることができる。
また、Ｘ相巻線１６Ｘ、Ｙ相巻線１６ＹおよびＹ相巻線１６Ｙが、それぞれ電気角で３４°の位相差を有する２つの巻線を直列に接続して構成されている。そこで、２つの巻線が電気角で３４°を有する隣接するスロット１５ａ間で直列に接続されるので、２つの巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００３６】
なお、上記実施の形態１では、図４に示されるように、３つのダイオードブリッジを備えた整流器１２を用い、固定子巻線１６の口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺを各ダイオードブリッジの中点に結線するものとしているが、４つのダイオードブリッジを備えた整流器を用い、固定子巻線１６の口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺを各ダイオードブリッジの中点に結線し、さらに中性点Ｎを残る１つのダイオードブリッジの中点に結線するようにしても良い。この場合、車両用交流回転電機の高回転域において、固定子巻線１１の中性点電圧から効率的に出力を取り出すことができ、高出力化が図られる。
【００３７】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図９はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図、図１０および図１１はそれぞれこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線における１相分の巻線の構造を説明する要部斜視図、図１２はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
なお、図９において、実線はリヤ側の配線を示し、点線はフロント側の配線を示し、黒丸は接合部を示している。
【００３８】
図８において、固定子４０は、磁性鋼板の積層体を円筒状に成形された固定子鉄心４１と、固定子鉄心４１に巻装された固定子巻線４２とから構成されている。
固定子鉄心４１には、スロット４１ａが内周側に開口するように周方向に、電気角で３２．５°と２７．５°とを交互に採る不等ピッチで９６個形成されている。この固定子４０は１６極の磁極を有する回転子を装備する車両用交流回転電機に搭載されるもので、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成されている。
固定子巻線４２は、後述するように、互いに電気角で３２．５°の位相差をもつ第１および第２固定子巻線としてのａ相巻線とｄ相巻線とが接合部４９ａ−ｄで直列に接続されたＸ相巻線４２Ｘと、互いに電気角で３２．５°の位相差をもつ第１および第２固定子巻線としてのｂ相巻線とｅ相巻線とが接合部４９ｂ−ｅで直列に接続されたＹ相巻線４２Ｙと、互いに電気角で３２．５°の位相差をもつ第１および第２固定子巻線としてのｃ相巻線とｆ相巻線とが接合部４９ｃ−ｆで直列に接続されたＺ相巻線４２ＺとをＹ結線（交流結線）して形成された三相交流巻線に構成されている。
【００３９】
ついで、固定子巻線４２を構成する１相分の巻線構造について図９乃至図１１を参照しつつ説明する。
大導体セグメント４５は、絶縁被覆された短尺の矩形断面の銅線を略Ｕ字状に折り曲げ成形されたもので、一対のスロット収容部４５ａが略Ｖ字状のターン部４５ｂにより連結されて構成されている。
また、小導体セグメント４６は、絶縁被覆された短尺の矩形断面の銅線を略Ｕ字状に折り曲げ成形されたもので、一対のスロット収容部４６ａが略Ｖ字状のターン部４６ｂにより連結されて構成されている。
なお、説明の便宜上、各スロット４１ａには、図９に示されるように、１番から９６番のスロット番号を付し、各スロット４１ａ内の導体セグメント４５、４６のスロット収容部４５ａ、４６ａの収容位置を内周側から１番地、２番地、３番地および４番地とする。
【００４０】
そして、小導体セグメント４６が、固定子鉄心４１のリヤ側から１磁極ピッチに相当する６スロット離れた各スロット対（スロット番号ｎ番と（ｎ＋６）番とのスロット対）に挿入される。この時、各スロット対において、小導体セグメント４６が、ｎ番のスロット４１ａ内の２番地と、（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の３番地とに挿入される。ついで、大導体セグメント４５が、固定子鉄心４１のリヤ側から６スロット離れた各スロット対（スロット番号ｎ番と（ｎ＋６）番とのスロット対）に挿入される。この時、各スロット対において、大導体セグメント４５が、ｎ番のスロット４１ａ内の１番地と、（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の４番地とに挿入される。
そして、各スロット対の２番地と４番地とからフロント側に延出する大導体セグメント４５および導体セグメント４６の開放端部側が図９中時計回り方向に曲げられ、各スロット対の１番地と３番地とからフロント側に延出する大導体セグメント４５および小導体セグメント４６の開放端部側が図９中反時計回り方向に曲げられる。ここで、４本のスロット収容部４５ａ、４６ａが径方向に１列に並んで各スロット４１ａ内に収容されている。
【００４１】
ついで、ｎ番のスロット４１ａ内の２番地からフロント側に延出する小導体セグメント４６の開放端部４６ｃと（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の１番地からフロント側に延出する大導体セグメント４５の開放端部４５ｃとを径方向に重ねてＴＩＧ溶接により接合する。同様に、ｎ番のスロット４１ａ内の４番地からフロント側に延出する大導体セグメント４５の開放端部４５ｃと（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の３番地からフロント側に延出する小導体セグメント４６の開放端部４６ｃとを径方向に重ねてＴＩＧ溶接により接合する。これにより、図９に示されるように、６スロット毎のスロット４１ａに巻回された２ターンの重ね巻き巻線が２つ形成される。この２つの重ね巻き巻線が１相分の巻線に相当する。
【００４２】
ここで、固定子鉄心４１のリヤ側においては、図１０に示されるように、ターン部４５ｂがターン部４６ｂを取り囲むように２層に構成されたコイルエンド部が６スロットピッチ（６Ｐ）で周方向に配列されている。一方、固定子鉄心４１のフロント側においては、図１０に示されるように、開放端部４５ｃ、４６ｃの接合部４３（コイルエンド部）が離間して径方向に１列に並んで、２列となって６スロットピッチで周方向に配列されている。
また、矩形断面の異形導体セグメント４７、４８が、図１１に示されるように、１番および７番のスロット４１ａにのみ挿入されている。この異形導体セグメント４７は、後述する相巻線の結線用および中性点結線用に用いられ、異形セグメント４８は口出し線用として用いられる。
【００４３】
なお、図９では、１相分の巻線のみが固定子鉄心４１に巻装されているが、実際には、このように巻装された１相分の巻線が、挿入するスロット４１ａを１スロットづつずらして、６相分巻装されている。つまり、ａ相巻線が１番、７番・・・９１番のスロット群に巻装され、ｄ相巻線が２番、８番・・・９２番のスロット群に巻装され、ｃ相巻線が３番、９番・・・９３番のスロット群に巻装され、ｆ相巻線が４番、１０番・・・９４番のスロット群に巻装され、ｂ相巻線が５番、１１番・・・９５番のスロット群に巻装され、ｅ相巻線が６番、１２番・・・９６番のスロット群に巻装されている。
そして、ａ相巻線、ｂ相巻線およびｃ相巻線が互いに電気角で１２０°の位相差を有し、ｄ相巻線、ｅ相巻線およびｆ相巻線が互いに電気角で１２０°の位相差を有している。また、ｄ相巻線、ｅ相巻線およびｆ相巻線が、ａ相巻線、ｂ相巻線およびｃ相巻線に対してそれぞれ電気角で３２．５°の位相差を有している。
【００４４】
そして、１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８の端部とがａ相巻線の巻線端を構成している。また、８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、１４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部とがｄ相巻線の巻線端を構成している。また、１１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、１７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８の端部とがｂ相巻線の巻線端を構成している。また、１８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、２４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部とがｅ相巻線の巻線端を構成している。また、２１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、２７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８の端部とがｃ相巻線の巻線端を構成している。さらに、２８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、３４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部とがｆ相巻線の巻線端を構成している。
【００４５】
ついで、図１２に示されるように、１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部４９ａ−ｄを構成している。これにより、ａ相巻線とｄ相巻線とを直列に接続したＸ相巻線４２Ｘが形成される。つまり、ａ相巻線とｄ相巻線とは、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４６】
また、１１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、１８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部４９ｂ−ｅを構成している。これにより、ｂ相巻線とｅ相巻線とを直列に接続したＹ相巻線４２Ｙが形成される。つまり、ｂ相巻線とｅ相巻線とは、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４７】
また、２１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、２８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部４９ｃ−ｆを構成している。これにより、ｃ相巻線とｆ相巻線とを直列に接続したＺ相巻線４２Ｚが形成される。つまり、ｃ相巻線とｆ相巻線とは、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４８】
さらに、１４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、２４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、３４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、中性点Ｎを構成している。これにより、Ｘ相巻線４２Ｘ、Ｙ相巻線４２ＹおよびＺ相巻線４２ＺをＹ結線してなる三相交流巻線からなる固定子巻線４２が得られる。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４９】
そして、７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８がＸ相巻線４２Ｘの口出し線ＯＸとなる。また、１７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８がＹ相巻線４２Ｙの口出し線ＯＹとなる。さらに、２７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８がＺ相巻線４２Ｚの口出し線ＯＺとなる。
このように作製された固定子４０は、車両用交流回転電機に搭載され、口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが整流器１２に接続されて、図４と等価の電気回路を構成する。
【００５０】
この実施の形態２においては、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成され、隣り合うスロット群に巻装された巻線同士、即ち電気角で３２．５°の位相差を有する巻線同士を直列に接続してＸ相巻線４２Ｘ、Ｘ相巻線４２ＹおよびＸ相巻線４２Ｚを構成しているので、固定子の空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波がさらに低減でき、低電磁騒音で、かつ、低振動の車両用交流回転電機が得られる。
また、２つの巻線が電気角で３２．５°を有する隣接するスロット４１ａ間で直列に接続されるので、従来技術に比べて、２つの巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００５１】
ここで、不等ピッチ角度（α°）を２７．５°、３０．０°、３２．５°、３５°とした固定子鉄心を用いた固定子の磁界解析検討結果を図１３および図１４に示す。
図１３および図１４から、α°＝３２．５°における６ｆの電磁加振力が、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力の６７％に低減できることがわかる。また、α°＞３５°の場合には、６ｆの電磁加振力の低減効果がないことがわかる。
【００５２】
実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図１６はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図である。なお、図１６において、実線はリヤ側の配線を示し、点線はフロント側の配線を示し、黒丸は接合部を示している。また、固定子鉄心４１は、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で、電気角で３２．５°と２７．５°とを交互に採る不等ピッチで形成されている。
【００５３】
この実施の形態３による固定子巻線５４を構成する１相分の巻線構造について図１６を参照しつつ説明する。
ａ相巻線５４ａは、それぞれ絶縁被覆された矩形断面の連続銅線からなる１本の導体線５５からなる第１乃至第６巻線６１〜６６から構成されている。そして、第１巻線６１は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、１番地と２番地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６２は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、２番地と１番地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６３は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、３番地と４番地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４巻線６４は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、４番地と３番地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５巻線６５は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、５番地と６番地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６巻線６６は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、６番地と５番地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４１ａ内には、導体線５５が矩形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に６本並んで配列されている。
なお、第１乃至第６巻線６１〜６６はそれぞれ導体線５５の両端をＴＩＧ溶接により接合して１ターンの波巻き巻線となっている。また、第２巻線６２、第４巻線６４および第６巻線６６は、第１巻線６１、第３巻線６３および第５巻線６５に対してそれぞれ電気角で１８０°ずらして反転巻装されている。
【００５４】
そして、固定子鉄心４１のリヤ側において、９１番と１番とのスロット４１ａから延出する第１、第３および第５巻線６１、６３、６５の導体線５５の部位を切断し、１番と７番とのスロット４１ａから延出する第２、第４および第６巻線６２、６４、６６の導体線５５の部位を切断する。ついで、９１番のスロット４１ａの４番地から延出する第３巻線６３の切断端と、１番のスロット４１ａの１番地から延出する第１巻線６１の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。また、９１番のスロット４１ａの６番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１番のスロット４１ａの３番地から延出する第３巻線６３の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。また、１番のスロット４１ａの４番地から延出する第４巻線６４の切断端と、７番のスロット４１ａの１番地から延出する第２巻線６２の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。また、１番のスロット４１ａの６番地から延出する第６巻線６６の切断端と、７番のスロット４１ａの３番地から延出する第４巻線６４の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。さらに、９１番のスロット４１ａの２番地から延出する第１巻線６１の切断端と、１番のスロット４１ａの２番地から延出する第２巻線６２の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。これにより、第１乃至第６巻線６１〜６６が直列に接続された６ターンの波巻き巻線（ａ相巻線５４ａ）が形成される。そして、１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、このａ相巻線５４ａの両端部となる。
【００５５】
同様にして、導体線５５が巻装されるスロット４１ａを１スロットづつずらしてｄ相巻線、ｃ相巻線、ｆ相巻線、ｂ相巻線およびｅ相巻線が形成される。
なお、ａ相巻線５４ａが１番、７番・・・９１番のスロット群に巻装され、ｄ相巻線が２番、８番・・・９２番のスロット群に巻装され、ｃ相巻線が３番、９番・・・９３番のスロット群に巻装され、ｆ相巻線が４番、１０番・・・９４番のスロット群に巻装され、ｂ相巻線が５番、１１番・・・９５番のスロット群に巻装され、ｅ相巻線が６番、１２番・・・９６番のスロット群に巻装されている。また、ｄ相巻線、ｅ相巻線およびｆ相巻線は、ａ相巻線５４ａ、ｂ相巻線およびｃ相巻線に対してそれぞれ電気角で３２．５°の位相差を有している。
【００５６】
ここで、２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｂ相巻線の両端部となる。１１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｂ相巻線の両端部となる。１２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｅ相巻線の両端部となる。２１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、２７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｃ相巻線の両端部となる。２２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、２８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｆ相巻線の両端部となる。
【００５７】
ついで、２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部５７ａ−ｄを構成している。これにより、ａ相巻線とｄ相巻線とを直列に接続したＸ相巻線５４Ｘが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのａ相巻線とｄ相巻線とが、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。
【００５８】
また、１２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部５７ｂ−ｅを構成している。これにより、ｂ相巻線とｅ相巻線とを直列に接続したＹ相巻線５４Ｙが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｂ相巻線とｅ相巻線とが、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。
【００５９】
また、２２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、２７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部５７ｃ−ｆを構成している。これにより、ｃ相巻線とｆ相巻線とを直列に接続したＺ相巻線５４Ｚが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｃ相巻線とｆ相巻線とが、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。
【００６０】
そして、８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端と、１８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端と、２８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、中性点Ｎを構成している。これにより、Ｘ相巻線５４Ｘ、Ｙ相巻線５４ＹおよびＺ相巻線５４ＺをＹ結線してなる三相交流巻線からなる固定子巻線５４が得られる。
【００６１】
そして、１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端がＸ相巻線５４Ｘの口出し線ＯＸとなる。また、１１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端がＹ相巻線５４Ｙの口出し線ＯＹとなる。また、２１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端がＺ相巻線５４Ｚの口出し線ＯＺとなる。
このように作製された固定子５０は、車両用交流回転電機に搭載され、口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが整流器１２に接続されて、図４と等価の電気回路を構成する。
【００６２】
ここで、固定子巻線５４は図１７に示される巻線アッセンブリ５６を用いて構成することができる。
この巻線アッセンブリ５６は、１スロットピッチで平行に配列された１２本の導体線５５を、同時に同一平面上で雷状に折り畳んで作製される。
雷状に折り畳まれた各導体線５５は、図１８に示されるように、ターン部５５ｂで連結された直線状のスロット収容部５５ａが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面上パターンに折り曲げ成形されている。そして、隣り合うスロット収容部５５ａが、ターン部５５ｂにより、導体線５５の幅（ｗ）分ずらされている。
巻線アッセンブリ５６は、このように折り曲げ成形された２本の導体線５５を図１９に示されるように６スロットピッチずらしてスロット収容部５５ａを重ねられて配列された導体線５５の対が、１スロットピッチづつずらして６対配列されて構成されている。
このように構成された巻線アッセンブリ５６が３層に重ねられて固定子鉄心４１に装着される。各導体線５５は６スロット数毎にスロット４１ａ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巻装され、図１６における第１乃至第６巻線６１〜６６を構成する。そして、図１６に示される結線方法に基づいて結線され、第１乃至第６巻線６１〜６６を直列に接続してなる６ターンの巻き巻き巻線からなるａ相巻線、ｂ相巻線、ｃ相巻線、ｄ相巻線、ｅ相巻線、ｆ相巻線が構成される。
【００６３】
この実施の形態３においても、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成され、電気角で３２．５°の位相差を有する巻線同士を直列に接続してＸ相巻線５４Ｘ、Ｘ相巻線５４ＹおよびＸ相巻線５４Ｚを構成しているので、固定子の空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波がさらに低減でき、低電磁騒音で、かつ、低振動の車両用交流回転電機が得られる。
また、２つの巻線が電気角で３２．５°を有する隣接するスロット４１ａ間で直列に接続されるので、従来技術に比べて、２つの巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００６４】
また、固定子巻線５４が巻線アッセンブリ５６で構成されているので、固定子鉄心４１の両端側で、同一形状に形成されたターン部５５ｂ（コイルエンド部）が径方向および周方向に互いに離間して、径方向に１列に重なって、１スロットピッチで周方向に３列となって整然と配列されて、整列状態のフロント側およびリヤ側のコイルエンド５４ｆ、５４ｒを構成している。従って、固定子５０の剛性が高められ、電磁騒音および振動がさらに低減される。
【００６５】
実施の形態４．
図２０はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機を示す縦断面図、図２１はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図、図２２はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機の発電出力特性を示す図である。
【００６６】
図２０および図２１において、車両用交流回転電機７０は、ベルト駆動式回転電機であり、回転子７がシャフト６に固着されてフロントブラケット１とリヤブラケット２とに回転自在に支持され、固定子５０が回転子７を囲繞するようにフロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されて取り付けられている。一対のスリップリング９がシャフト６のリヤ側に装着され、ブラシホルダ１１がシャフト６のリヤ側外周に位置するようにリラブラケット２の内壁面に取り付けられ、さらに一対のブラシ１０がスリップリング９に摺接するようにブラシホルダ１１内に配設されている。この車両用交流回転電機７０は、プーリ４およびベルト（図示せず）を介してエンジン６９に連結されている。
【００６７】
インバータユニット７１は、シャフト６のリヤ側端部外周に位置するようにリヤブラケット２の外壁面に取り付けられている。このインバータユニット７１は、６個のスイッチング素子７３と各スイッチング素子７３に並列に接続されたダイオード７４とからなるインバータモジュール７２と、インバータモジュール７２に並列に接続されたコンデンサ７５と、スイッチング素子７３をＯＮ／ＯＦＦ制御するための電子部品が実装された制御装置としての制御回路基板７６とを備えている。このコンデンサ７５は、インバータモジュール７２を流れる電流を平滑する役割を有する。
【００６８】
インバータモジュール７２は、並列に接続されたスイッチング素子７３およびダイオード７４の２組を直列に接続したものを、並列に３つ配置してヒートシンク７７上に実装されて構成されている。また、制御回路基板７６が絶縁性樹脂によりヒートシンク７７に一体に成型された樹脂成型部７８内に収納されている。そして、固定子巻線５４の各口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが、直列に接続されたスイッチング素子７３の中間点にそれぞれ接続されている。
【００６９】
このインバータモジュール７２は、スイッチング素子７３のスイッチング動作が制御回路基板７６により制御される。そして、車両用交流回転電機７０は、電力が供給されて始動電動機として動作し、エンジン６９を始動させる。また、車両用交流回転電機７０は、エンジン６９の始動後、エンジン６９により駆動されて、交流発電機として動作し、三相交流電圧を発生する。
さらに、車両用交流回転電機７０の駆動用電源である３６Ｖ系の第１バッテリ８０がインバータモジュール７２に並列に接続されている。車両用交流回転電機７０は、第１バッテリ８０により高電圧（３６Ｖ）で運転される。また、車両に搭載される電気負荷は一般的に１２Ｖを定格としているため、１２Ｖ系の第２バッテリ８１が搭載されている。そこで、第２バッテリ８１を充電できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２がインバータモジュール７２に並列に接続されている。
【００７０】
この実施の形態４では、制御回路基板７６に実装された制御回路が、各スイッチング素子７３をＯＮ／ＯＦＦ制御し、第１バッテリ８０の直流電力から三相交流電力を発生させる。この三相交流電力が固定子巻線５４に供給され、回転子７の界磁巻線１３に回転磁界が与えられ、回転子７が回転駆動される。そして、回転子７の回転力がプーリ４およびベルトを介してエンジン６９に伝達され、エンジン６９が回転駆動、即ち始動される。
そして、エンジン６９が始動されると、エンジン６９の回転力がベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達される。これにより、回転子７が回転駆動され、固定子巻線５４に三相交流電圧が誘起される。制御回路は、回転信号（ｆ）に基づいて回転子７の回転速度をモニターしており、図２２に示されるように、回転速度が２５００ｒ／ｍｉｎ未満の時に、各スイッチング素子７３をＯＮ／ＯＦＦ制御し、インバータモードにより車両用交流回転電機７０を発電させる。そして、図２２に示されるように、回転速度が２５００ｒ／ｍｉｎとなった時に、各スイッチング素子７３をＯＦＦとし、オルタネータモードにより車両用交流回転電機７０を発電させる。この発電状態において、インバータモジュール７２は直列接続された２つのダイオード７４の組が並列に３組接続された三相全波整流回路となり、固定子巻線５４に誘起された三相交流電圧がインバータユニット７１により直流に整流される。そして、インバータユニット７１で整流された直流電力により、第１バッテリ８０が充電される。また、インバータユニット７１で整流された直流電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２により１２Ｖに変換されて第２バッテリ８１に供給される。
【００７１】
ここで、トルク伝達プーリ比は２．５程度であり、一般的なエンジン機関常用回転数を７００〜１０００ｒ／ｍｉｎとすると、車両用交流回転電機７０の常用回転速度は１７５０〜２５００ｒ／ｍｉｎとなる。
そこで、車両用交流回転電機７０は、固定子５０の共振点がある低速回転側でインバータモード発電で運転されることになり、電磁騒音を悪化させ、かつ、電磁振動を励起させることになる。
しかし、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成され、電気角で３２．５°の位相差を有する巻線同士を直列に接続してＸ相巻線５４Ｘ、Ｘ相巻線５４ＹおよびＸ相巻線５４Ｚを構成しているので、固定子５０の空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波が低減され、電磁騒音および振動を低減させることができる。その結果、不快な騒音の発生を抑え、ベルトの長寿命化が図られる車両用交流回転電機が得られる。
【００７２】
なお、上記実施の形態４では、上記実施の形態３による固定子５０を用いるものとしているが、上記実施の形態１、２により固定子８、４０を用いても同様の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００７４】
この発明によれば、スロットが毎極毎相当たり２の割合で設けられた環状の固定子鉄心、および、上記固定子鉄心に装着された３相固定子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転自在に設けられ、磁束を発生する回転子とを備えた車両用交流回転電機において、上記３相固定子巻線を構成するＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線は、それぞれ隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を直列に接続して構成され、上記スロットは、スロット開口部の中心線間の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチ（３０°＜α°＜３５°）に形成され、直列に接続される上記第１および第２固定子巻線は、上記スロット開口部の中心線間の間隔をα°とする隣り合う上記スロット群に巻装されているので、固定子の空間５次高調波および空間７次高調波を低減でき、不快な騒音および振動の発生要因である６ｆの電磁加振力を低減できる車両用交流回転電機が得られる。さらに、６ｆの電磁加振力を低減できるとともに、第１および第２固定子巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００７７】
また、直列に接続される上記第１固定子巻線と第２固定子巻線との位相差α°は、電気角で略３２．５°であるので、６ｆの電磁加振力をさらに低減できる。
【００７８】
また、プーリおよびベルトを介してエンジンに連結され、該エンジンを始動させる始動電動機および該エンジンにより駆動されて発電する発電機として動作するように構成されているので、６ｆの電磁加振力に起因する電磁騒音および電磁振動が低減される。
【００７９】
また、上記プーリおよびベルトを介して上記エンジンにより駆動される発電動作時に、低速回転速度域でインバータにより制御されて発電する発電モードを有するように構成されているので、インバータ発電モード時における６ｆの電磁加振力の増大を抑えて、ベルトの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子鉄心の要部を示す端面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子巻線を構成する星形巻線ユニットの製造方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における基本波に対する固定子空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波の含有率を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における基本波に対する固定子空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波の含有率を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線における１相分の巻線の構造を説明する要部斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線における１相分の巻線の構造を説明する要部斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る車両用交流回転電機における６ｆの電磁加振力と不等ピッチ角度との関係を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る車両用交流回転電機における６ｆの電磁加振力と不等ピッチ角度との関係を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する巻装アッセンブリを示す側面図である。
【図１８】図１７に示される巻線アッセンブリを構成する導体線の要部を説明する斜視図である。
【図１９】図１７に示される巻線アッセンブリを構成する導体線の配列を説明する斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機を示す縦断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図である。
【図２２】この発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機の発電出力特性を示す図である。
【図２３】従来の車両用交流回転電機における固定子巻線の結線構造を説明する図である。
【符号の説明】
４ プーリ、７ 回転子、８、４０、５０ 固定子、１５、４１ 固定子鉄心、１５ａ、４１ａ スロット、１６、４２、５４ 固定子巻線（３相固定子巻線）、１６Ｘ、４２Ｘ、５４Ｘ Ｘ相巻線、１６Ｙ、４２Ｙ、５４Ｚ Ｙ相巻線、１６Ｚ、４２Ｙ、５４Ｚ Ｚ相巻線、６９ エンジン、７２ インバータモジュール。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で不等ピッチに形成された固定子鉄心と、各相の巻線が隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を千鳥接続されてなる３相固定子巻線とを備えた固定子を搭載した車両用交流回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両用交流回転電機においては、車両エンジンルームが益々狭小化する中で、搭載スペースに余裕がなくなってきている反面、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。
【０００３】
特開２００２−１６９４９０号公報には、複数の導体セグメントによって固定子巻線を形成し、固定子鉄心に形成するスロット数を通常の２倍とし、異なるスロットからの異なる層の導体セグメント同士を接続することにより、高占積率化と冷却性向上によって固定子巻線の低抵抗化を実現し、小型・高出力を達成する車両用交流回転電機が示されている。
【０００４】
この従来の車両用交流回転電機では、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で固定子鉄心に等角ピッチ（電気角で３０°）に形成されている。つまり、スロットは、電気角の位相が異なる６つのスロット群を構成する。また、回転子の磁極数が１６の場合、スロット数は９６となる。
そして、４番、１０番、１６番・・・８８番、９４番のスロットが第１スロット群を形成し、５番、１１番、１７番・・・８９番、９５番のスロットが第２スロット群を形成する。また、６番、１２番、１８番・・・９０番、９６番のスロットが第３スロット群を形成し、１番、７番、１３番・・・８５番、９１番のスロットが第４スロット群を形成する。また、２番、８番、１４番・・・８６番、９２番のスロットが第５スロット群を形成し、３番、９番、１５番・・・８７番、９３番のスロットが第６スロット群を形成する。
そして、第１スロット群と第２スロット群とがＸ相巻線を収容する。また、第３スロット群と第４スロット群とがＹ相巻線を収容する。また、第５スロット群と第６スロット群とがＺ相巻線を収容する。
そして、固定子巻線１１０は、図２３に示されるように、Ｘ相巻線１１０Ｘ、Ｙ相巻線１１０ＹおよびＺ相巻線１１０ＺをＹ結線して構成されている。
【０００５】
固定子鉄心には、Ｕ字状の導体セグメントが１磁極ピッチに相当する６スロット離れた２つのスロットに２本ずつ収容される。そして、６スロット離れた２つのスロットに収容された導体セグメントを直列に接続して、固定子鉄心を１周する単位巻線としての１２本の波巻巻線が構成されている。つまり、各スロット群には、２本の波巻巻線が収容されている。
【０００６】
ここで、第１スロット群には、２本の波巻巻線１００ａ、１０１ａが収容され、第２スロット群には、２本の波巻巻線１００ｂ、１０１ｂが収容されている。そして、第１スロット群に収容された波巻巻線１００ａと第２スロット群に収容された波巻巻線１００ｂとが直列に接続されて部分巻線１００を構成し、第１スロット群に収容された波巻巻線１０１ａと第２スロット群に収容された波巻巻線１０１ｂとが直列に接続されて部分巻線１０１を構成している。さらに、部分巻線１００、１０１が並列に接続されてＸ相巻線１１０Ｘを構成している。
なお、Ｙ相巻線１１０Ｙ、Ｚ相巻線１１０Ｚも、Ｘ相巻線１１０Ｘと同様に構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の車両用交流回転電機は、低速から高速までの比較的広い回転域で駆動される。特に、エンジン回転が低いアイドリング状態から常用域における高調波の電磁騒音は、エンジンや補機の騒音とは周波数が異なり、人間の聴感的に不快な騒音として聞こえる。
【０００８】
従来の車両用交流回転電機は、スロットが電気角で３０°の等角ピッチで、毎極毎相当たり２個の割合で形成されており、固定子巻線の各相の巻線が電気角で３０°の位相差をもつ波巻巻線を直列に接続して構成されているので、運転時に大きな６ｆの電磁加振力が発生してしまう。そこで、この６ｆの電磁加振力の高調波成分の電磁騒音が大きくなり、搭乗者に不快感を与えてしまう、という課題があった。
また、この従来の車両用交流回転電機は、ベルトを介してエンジンのシャフトに連結され、インバータにより制御されて、エンジンに始動トルクを発生させるような用途に適用できる。この場合、６ｆの電磁加振力による振動がベルトに伝達され、ベルト寿命を悪化させる、という課題もあった。特に、低回転において、インバータユニットで制御されて電力を供給するインバータモード時に、６ｆの電磁加振力の高調波成分が固定子の共振点と一致するため、ベルト寿命の悪化が促進される、という課題もあった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で不等ピッチに形成された固定子鉄心に、巻線を１磁極ピッチに相当するスロット数毎のスロットに収容するように巻装し、固定子巻線の各相の巻線を隣り合うスロット群に収容された巻線同士を接続して構成するようにし、発生する６ｆの電磁加振力を低減して、低電磁騒音かつ低振動の車両用交流回転電機を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用交流回転電機は、スロットが毎極毎相当たり２の割合で設けられた環状の固定子鉄心、および、上記固定子鉄心に装着された３相固定子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転自在に設けられ、磁束を発生する回転子とを備えた車両用交流回転電機において、上記３相固定子巻線を構成するＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線は、それぞれ隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を直列に接続して構成され、上記スロットは、スロット開口部の中心線間の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチ（３０°＜α°＜３５°）に形成され、直列に接続される上記第１および第２固定子巻線は、上記スロット開口部の中心線間の間隔をα°とする隣り合う上記スロット群に巻装されているものである。
【００１３】
また、直列に接続される上記第１固定子巻線と第２固定子巻線との位相差α°は、電気角で略３２．５°である。
【００１４】
また、プーリおよびベルトを介してエンジンに連結され、該エンジンを始動させる始動電動機および該エンジンにより駆動されて発電する発電機として動作するように構成されているものである。
【００１５】
また、上記プーリおよびベルトを介して上記エンジンにより駆動される発電動作時に、低速回転速度域でインバータにより制御されて発電する発電モードを有するように構成されているものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子鉄心の要部を示す端面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図である。
【００１７】
図１において、車両用交流回転電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット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、この回転子７の軸方向両端部に固定されたファン５と、回転子７を包囲するようにケース３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て回転子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の表面に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収容するブラシホルダ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に取り付けられて、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。
【００１８】
そして、回転子７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１３と、この界磁巻線１３を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とを備えている。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ最外径面形状を略台形形状とする６個の爪状磁極２２、２３が外周縁部に周方向に等角ピッチで突設されてなり、これらの爪状磁極２２、２３を噛み合わせるように対向させてシャフト６に固着されている。つまり、この回転子７の磁極数は１２である。
また、固定子８は、爪状磁極２２、２３の外周面と固定子鉄心１５の内周面との間に均一なエアギャップを形成するようにフロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されている。
【００１９】
ついで、固定子８の具体的な構成について、図２乃至図５を参照しつつ説明する。
固定子８は、磁性鋼板の積層体からなる円筒状の固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６とから構成されている。
固定子鉄心１５には、内周側に開口するスロット１５ａが周方向に７２個形成されている。即ち、スロット１５ａは毎極毎相当たり２個の割合で形成されている。そして、スロット１５ａは、図３に示されるように、ティース１５ｃの周方向幅を変えて、スロット開口部１５ｂの中心線の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチに形成されている。ここでは、α°＝３４°としている。なお、中心線は、固定子鉄心１５の軸心と直交する平面で、スロット開口部１５ｂの周方向中央と固定子鉄心１５の軸心とを結ぶ直線である。
【００２０】
つぎに、固定子巻線１６の構造について説明する。
まず、図５の（ａ）に示されるように、絶縁被覆された円形断面の連続銅線からなる２本の導体線３２を所定回巻回して環状の第１巻線ユニット３３ａを作製し、引き続いて所定回巻回して環状の第２巻線ユニット３３ｂを作製する。ついで、図５の（ｂ）に示されるように、第１および第２巻線ユニット３３ａ、３３ｂを、隣り合うスロット収容部３４ａをコイルエンド部３４ｂにより内周側および外周側で交互に連結する星形に成形し、２本の導体線３２からなる第１および第２星形巻線ユニット３４Ａ、３４Ｂを作製する。ついで、第１および第２星形巻線ユニット３４Ａ、３４Ｂを連結している導体線３２の部位で折り返し、図５の（ｃ）に示されるように、スロット収容部３４ａが重なり、かつ、コイルエンド部３４ｂが径方向に相対するように第１および第２星形巻線ユニット３４Ａ、３４Ｂを重ね合わせ、星形巻線ユニット３５を作製する。
【００２１】
このように作製された星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを１番、７番・・・６７番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を１番と７番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてａ相巻線３０ａとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを２番、８番・・・６８番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を２番と８番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｄ相巻線３０ｄとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを３番、９番・・・６９番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を２１番と２７番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｃ相巻線３０ｃとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを４番、１０番・・・７０番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を２２番と２８番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｆ相巻線３０ｆとなる。また、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを５番、１１番・・・７１番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を１１番と１７番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｂ相巻線３０ｂとなる。さらに、星形巻線ユニット３５が、各スロット収容部３４ａを６番、１２番・・・７２番のスロット１５ａに収容するように、かつ、その巻線端を１２番と１８番のスロット１５ａから延出するように、固定子鉄心１５に装着されてｅ相巻線３０ｅとなる。
【００２２】
そして、７番のスロット１５ａから延出するａ相巻線３０ａの巻線端と、２番のスロット１５ａから延出するｄ相巻線３０ｄの巻線端とが、コイルエンド部３４ｂの上部（固定子鉄心１５の軸方向外側）を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合される。これにより、ａ相巻線３０ａとｄ相巻線３０ｄとが直列に接続されたＸ相巻線１６Ｘが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのａ相巻線３０ａとｄ相巻線３０ｄとが、電気角で３４°の千鳥接続されている。
【００２３】
また、１７番のスロット１５ａから延出するｂ相巻線３０ｂの巻線端と、１２番のスロット１５ａから延出するｅ相巻線３０ｅの巻線端とが、同様に、コイルエンド部３４ｂの上部を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合される。これにより、ｂ相巻線３０ｂとｅ相巻線３０ｅとが直列に接続されたＹ相巻線１６Ｙが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｂ相巻線３０ｂとｅ相巻線３０ｅとが、電気角で３４°の千鳥接続されている。
【００２４】
また、２７番のスロット１５ａから延出するｃ相巻線３０ｃの巻線端と、２２番のスロット１５ａから延出するｆ相巻線３０ｆの巻線端とが、同様に、コイルエンド部３４ｂの上部を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合される。これにより、ｃ相巻線３０ｃとｆ相巻線３０ｆとが直列に接続されたＺ相巻線１６Ｚが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｃ相巻線３０ｃとｆ相巻線３０ｆとが、電気角で３４°の千鳥接続されている。
【００２５】
さらに、８番のスロット１５ａから延出するｄ相巻線３０ｄの巻線端と、１８番のスロット１５ａから延出するｅ相巻線３０ｅの巻線端と、２８番のスロット１５ａから延出するｆ相巻線３０ｆの巻線端とが、同様に、コイルエンド部３４ｂの上部を引き回されて１つにまとめられ、締め金３１で一体化され、ハンダにより接合されて中性点Ｎを構成している。これにより、Ｘ相巻線１６Ｘ、Ｙ相巻線１６ＹおよびＺ相巻線１６ＺをＹ結線してなる固定子巻線１６（三相交流巻線）が形成される。
【００２６】
ここで、ａ相巻線３０ａ、ｂ相巻線３０ｂおよびｃ相巻線３０ｃの残っている巻線端がそれぞれＸ相巻線１６Ｘ、Ｙ相巻線１６ＹおよびＺ相巻線１６Ｚの口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺを構成している。また、各巻線３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆのコイルエンド部３４ｂが固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド１６ｆ、１６ｒを構成している。
【００２７】
なお、ａ相巻線３０ａは２本の導体線３２を一括して巻装しているので、同ターン数の巻線を並列に接続して構成されている。また、ａ相巻線３０ａは、１つのスロット１５ａから延出した導体線３２の束が周方向の両側に半分づつ振り分けられて巻装されている。他の巻線３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆも同様に構成されている。
そして、ａ相、ｂ相およびｃ相巻線３０ａ、３０ｂ、３０ｃはそれぞれ電気角で１２０°の位相差が与えられ、ｄ相、ｅ相およびｆ相巻線３０ｄ、３０ｅ、３０ｆはそれぞれ電気角で１２０°の位相差が与えられている。
このように構成された固定子８は、口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが整流器１２に接続されて図４に示される回路を構成している。
【００２８】
ついで、この実施の形態１による作用効果について説明する。
従来の車両用交流回転電機で問題となっている電磁騒音および振動は、６ｆ（ｆ：基本波周波数）の電磁加振力に起因している。その発生原因は、空間０次、時間±６次の電磁加振力であることが知られている。ここで、時間高調波次数の負符号は、基本波回転磁界の回転方向と反対方向、すなわち基本波回転磁界方向を正相として逆相を意味する。
そこで、この電磁加振力を空隙磁束密度高調波に分離すると、主に以下の高調波の相互作用により発生していると考えられる。
（ａ）空間５次時間−１次高調波と空間５次時間５次高調波との相互作用
（ｂ）空間７次時間１次高調波と空間７次時間７次高調波との相互作用
（ｃ）空間３次時間３次高調波と空間３次時間−３次高調波との相互作用
（ｄ）空間１次時間１次高調波と空間１次時間−５次高調波との相互作用
【００２９】
ここで、空間５次時間−１次高調波あるいは空間７次時間１次高調波は、固定子の起磁力高調波および固定子のスロット高調波である。また、空間５次時間５次高調波および空間７次時間７次高調波は、回転子の起磁力高調波である。そして、回転子がクローポール形状であれば、軸方向に空間５次時間５次高調波は（３６０／５）°毎に、また空間７次時間７次高調波は（３６０／７）°毎に位相が反転するため、一般に、この回転子の起磁力高調波は大きくならない。従って、（ａ）および（ｂ）により発生する電磁加振力は大きくならない。
一方、空間３次時間３次高調波は、（３６０／３）°毎に位相が反転するが、クローポールのピッチはこの１２０°の位相が反転するところまでないことが多い。従って、この空間３次時間３次高調波は他と比較して非常に大きくなる。また、空間１次時間１次高調波は基本波であり、やはり大きい。このことから、空間３次時間−３次高調波あるいは空間１次時間−５次高調波の大きさが６ｆの電磁加振力の大きさを左右することになる、と推考される。
【００３０】
上記の内容を考慮した上で、空間３次時間−３次高調波について考えると、この高調波は、固定子の空間５次時間−１次高調波と回転子のスロット高調波（パーミアンス高調波）との相互作用が支配的であることがわかる。即ち、固定子の空間５次時間−１次高調波を低減することにより、６ｆの電磁加振力を小さくできることがわかる。
また、同様に、空間１次時間−５次高調波について考えると、この高調波も、固定子の空間５次時間−１次高調波と回転子のスロット高調波の２倍調波との相互作用が支配的であると考えられる。従って、この場合も、固定子の空間５次時間−１次高調波を低減することにより、６ｆの電磁加振力を小さくできることがわかる。
【００３１】
ここで、固定子８の不等ピッチ角度（α）を変えた場合において、基本波に対する固定子空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波の含有率を図６および図７に示す。図６および図７において、横軸は不等ピッチ角度（α°）である。また、図６はティース先端幅：スロット開口部幅＝２：１の固定子鉄心を用いた場合、図７はティース先端幅：スロット開口部幅＝３：１の固定子鉄心を用いた場合である。なお、一般に、固定子鉄心は、ティース先端幅とスロット開口部幅との関係が、２≦（ティース先端幅／スロット開口部幅）≦３の範囲となるように作製されている。
【００３２】
図６から、基本波に対する固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、α°≒３２°で極小値をとり、基本波に対する固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、α°≒３３°で極小値をとる。そして、固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、３０°＜α°＜３４°で、等角ピッチ（α°＝３０°）の固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率より低くなっている。また、固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、３０°＜α°＜３６．５°で、等角ピッチ（α°＝３０°）での固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より低くなっている。
そして、α°＝３４°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率はα°＝３０°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率と同等であるが、α°＝３４°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率がα°＝３０°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より大幅に低くなっているので、α°＝３４°における６ｆの電磁加振力は、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力より低減できる。
【００３３】
一方、図７から、基本波に対する固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、α°≒３２．５°で極小値をとり、基本波に対する固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、α°≒３５．５°で極小値をとる。そして、固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率は、３０°＜α°＜３５°で、等角ピッチ（α°＝３０°）の固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率より低くなっている。また、固定子の空間７次時間１次高調波の含有率は、３０°＜α°≦４０°で、等角ピッチ（α°＝３０°）の固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より低くなっている。
そして、α°＝３５°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率はα°＝３０°における固定子の空間５次時間−１次高調波の含有率と同等であるが、α°＝３５°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率がα°＝３０°における固定子の空間７次時間１次高調波の含有率より大幅に低くなっているので、α°＝３５°における６ｆの電磁加振力は、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力より低減できる。
【００３４】
このことから、２≦（ティース先端幅／スロット開口部幅）≦３の範囲となるように作製されている固定子鉄心において、α°を３１°≦α°≦３４°に設定することで、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力より確実に低減できることがわかる。
【００３５】
この実施の形態１によれば、α°を３４°に設定しているので、６ｆの電磁加振力が従来技術に比べて低減され、低電磁騒音で、かつ、低振動の車両用交流回転電機が得られる。そこで、本車両用交流回転電機を搭載した車両においては、乗客に不快感を与えることもなく、ベルト寿命を長くすることができる。
また、Ｘ相巻線１６Ｘ、Ｙ相巻線１６ＹおよびＹ相巻線１６Ｙが、それぞれ電気角で３４°の位相差を有する２つの巻線を直列に接続して構成されている。そこで、２つの巻線が電気角で３４°を有する隣接するスロット１５ａ間で直列に接続されるので、２つの巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００３６】
なお、上記実施の形態１では、図４に示されるように、３つのダイオードブリッジを備えた整流器１２を用い、固定子巻線１６の口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺを各ダイオードブリッジの中点に結線するものとしているが、４つのダイオードブリッジを備えた整流器を用い、固定子巻線１６の口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺを各ダイオードブリッジの中点に結線し、さらに中性点Ｎを残る１つのダイオードブリッジの中点に結線するようにしても良い。この場合、車両用交流回転電機の高回転域において、固定子巻線１１の中性点電圧から効率的に出力を取り出すことができ、高出力化が図られる。
【００３７】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図９はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図、図１０および図１１はそれぞれこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線における１相分の巻線の構造を説明する要部斜視図、図１２はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
なお、図９において、実線はリヤ側の配線を示し、点線はフロント側の配線を示し、黒丸は接合部を示している。
【００３８】
図８において、固定子４０は、磁性鋼板の積層体を円筒状に成形された固定子鉄心４１と、固定子鉄心４１に巻装された固定子巻線４２とから構成されている。
固定子鉄心４１には、スロット４１ａが内周側に開口するように周方向に、電気角で３２．５°と２７．５°とを交互に採る不等ピッチで９６個形成されている。この固定子４０は１６極の磁極を有する回転子を装備する車両用交流回転電機に搭載されるもので、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成されている。
固定子巻線４２は、後述するように、互いに電気角で３２．５°の位相差をもつ第１および第２固定子巻線としてのａ相巻線とｄ相巻線とが接合部４９ａ−ｄで直列に接続されたＸ相巻線４２Ｘと、互いに電気角で３２．５°の位相差をもつ第１および第２固定子巻線としてのｂ相巻線とｅ相巻線とが接合部４９ｂ−ｅで直列に接続されたＹ相巻線４２Ｙと、互いに電気角で３２．５°の位相差をもつ第１および第２固定子巻線としてのｃ相巻線とｆ相巻線とが接合部４９ｃ−ｆで直列に接続されたＺ相巻線４２ＺとをＹ結線（交流結線）して形成された三相交流巻線に構成されている。
【００３９】
ついで、固定子巻線４２を構成する１相分の巻線構造について図９乃至図１１を参照しつつ説明する。
大導体セグメント４５は、絶縁被覆された短尺の矩形断面の銅線を略Ｕ字状に折り曲げ成形されたもので、一対のスロット収容部４５ａが略Ｖ字状のターン部４５ｂにより連結されて構成されている。
また、小導体セグメント４６は、絶縁被覆された短尺の矩形断面の銅線を略Ｕ字状に折り曲げ成形されたもので、一対のスロット収容部４６ａが略Ｖ字状のターン部４６ｂにより連結されて構成されている。
なお、説明の便宜上、各スロット４１ａには、図９に示されるように、１番から９６番のスロット番号を付し、各スロット４１ａ内の導体セグメント４５、４６のスロット収容部４５ａ、４６ａの収容位置を内周側から１番地、２番地、３番地および４番地とする。
【００４０】
そして、小導体セグメント４６が、固定子鉄心４１のリヤ側から１磁極ピッチに相当する６スロット離れた各スロット対（スロット番号ｎ番と（ｎ＋６）番とのスロット対）に挿入される。この時、各スロット対において、小導体セグメント４６が、ｎ番のスロット４１ａ内の２番地と、（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の３番地とに挿入される。ついで、大導体セグメント４５が、固定子鉄心４１のリヤ側から６スロット離れた各スロット対（スロット番号ｎ番と（ｎ＋６）番とのスロット対）に挿入される。この時、各スロット対において、大導体セグメント４５が、ｎ番のスロット４１ａ内の１番地と、（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の４番地とに挿入される。
そして、各スロット対の２番地と４番地とからフロント側に延出する大導体セグメント４５および導体セグメント４６の開放端部側が図９中時計回り方向に曲げられ、各スロット対の１番地と３番地とからフロント側に延出する大導体セグメント４５および小導体セグメント４６の開放端部側が図９中反時計回り方向に曲げられる。ここで、４本のスロット収容部４５ａ、４６ａが径方向に１列に並んで各スロット４１ａ内に収容されている。
【００４１】
ついで、ｎ番のスロット４１ａ内の２番地からフロント側に延出する小導体セグメント４６の開放端部４６ｃと（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の１番地からフロント側に延出する大導体セグメント４５の開放端部４５ｃとを径方向に重ねてＴＩＧ溶接により接合する。同様に、ｎ番のスロット４１ａ内の４番地からフロント側に延出する大導体セグメント４５の開放端部４５ｃと（ｎ＋６）番のスロット４１ａ内の３番地からフロント側に延出する小導体セグメント４６の開放端部４６ｃとを径方向に重ねてＴＩＧ溶接により接合する。これにより、図９に示されるように、６スロット毎のスロット４１ａに巻回された２ターンの重ね巻き巻線が２つ形成される。この２つの重ね巻き巻線が１相分の巻線に相当する。
【００４２】
ここで、固定子鉄心４１のリヤ側においては、図１０に示されるように、ターン部４５ｂがターン部４６ｂを取り囲むように２層に構成されたコイルエンド部が６スロットピッチ（６Ｐ）で周方向に配列されている。一方、固定子鉄心４１のフロント側においては、図１０に示されるように、開放端部４５ｃ、４６ｃの接合部４３（コイルエンド部）が離間して径方向に１列に並んで、２列となって６スロットピッチで周方向に配列されている。
また、矩形断面の異形導体セグメント４７、４８が、図１１に示されるように、１番および７番のスロット４１ａにのみ挿入されている。この異形導体セグメント４７は、後述する相巻線の結線用および中性点結線用に用いられ、異形セグメント４８は口出し線用として用いられる。
【００４３】
なお、図９では、１相分の巻線のみが固定子鉄心４１に巻装されているが、実際には、このように巻装された１相分の巻線が、挿入するスロット４１ａを１スロットづつずらして、６相分巻装されている。つまり、ａ相巻線が１番、７番・・・９１番のスロット群に巻装され、ｄ相巻線が２番、８番・・・９２番のスロット群に巻装され、ｃ相巻線が３番、９番・・・９３番のスロット群に巻装され、ｆ相巻線が４番、１０番・・・９４番のスロット群に巻装され、ｂ相巻線が５番、１１番・・・９５番のスロット群に巻装され、ｅ相巻線が６番、１２番・・・９６番のスロット群に巻装されている。
そして、ａ相巻線、ｂ相巻線およびｃ相巻線が互いに電気角で１２０°の位相差を有し、ｄ相巻線、ｅ相巻線およびｆ相巻線が互いに電気角で１２０°の位相差を有している。また、ｄ相巻線、ｅ相巻線およびｆ相巻線が、ａ相巻線、ｂ相巻線およびｃ相巻線に対してそれぞれ電気角で３２．５°の位相差を有している。
【００４４】
そして、１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８の端部とがａ相巻線の巻線端を構成している。また、８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、１４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部とがｄ相巻線の巻線端を構成している。また、１１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、１７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８の端部とがｂ相巻線の巻線端を構成している。また、１８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、２４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部とがｅ相巻線の巻線端を構成している。また、２１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、２７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８の端部とがｃ相巻線の巻線端を構成している。さらに、２８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部と、３４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４７の端部とがｆ相巻線の巻線端を構成している。
【００４５】
ついで、図１２に示されるように、１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部４９ａ−ｄを構成している。これにより、ａ相巻線とｄ相巻線とを直列に接続したＸ相巻線４２Ｘが形成される。つまり、ａ相巻線とｄ相巻線とは、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４６】
また、１１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、１８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部４９ｂ−ｅを構成している。これにより、ｂ相巻線とｅ相巻線とを直列に接続したＹ相巻線４２Ｙが形成される。つまり、ｂ相巻線とｅ相巻線とは、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４７】
また、２１番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、２８番のスロット４１ａの１番地および２番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部４９ｃ−ｆを構成している。これにより、ｃ相巻線とｆ相巻線とを直列に接続したＺ相巻線４２Ｚが形成される。つまり、ｃ相巻線とｆ相巻線とは、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４８】
さらに、１４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、２４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７と、３４番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形導体セグメント４７とが、コイルエンド部（ターン部４５ｂ、４６ｂ）の上部を引き回されて、異形導体セグメント４７の端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、中性点Ｎを構成している。これにより、Ｘ相巻線４２Ｘ、Ｙ相巻線４２ＹおよびＺ相巻線４２ＺをＹ結線してなる三相交流巻線からなる固定子巻線４２が得られる。また、異形導体セグメント４７の端部は、矩形断面の長辺で構成される側面を互いに突き合わせて溶接されている。
【００４９】
そして、７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８がＸ相巻線４２Ｘの口出し線ＯＸとなる。また、１７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８がＹ相巻線４２Ｙの口出し線ＯＹとなる。さらに、２７番のスロット４１ａの３番地および４番地からリヤ側に延出する異形セグメント４８がＺ相巻線４２Ｚの口出し線ＯＺとなる。
このように作製された固定子４０は、車両用交流回転電機に搭載され、口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが整流器１２に接続されて、図４と等価の電気回路を構成する。
【００５０】
この実施の形態２においては、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成され、隣り合うスロット群に巻装された巻線同士、即ち電気角で３２．５°の位相差を有する巻線同士を直列に接続してＸ相巻線４２Ｘ、Ｘ相巻線４２ＹおよびＸ相巻線４２Ｚを構成しているので、固定子の空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波がさらに低減でき、低電磁騒音で、かつ、低振動の車両用交流回転電機が得られる。
また、２つの巻線が電気角で３２．５°を有する隣接するスロット４１ａ間で直列に接続されるので、従来技術に比べて、２つの巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００５１】
ここで、不等ピッチ角度（α°）を２７．５°、３０．０°、３２．５°、３５°とした固定子鉄心を用いた固定子の磁界解析検討結果を図１３および図１４に示す。
図１３および図１４から、α°＝３２．５°における６ｆの電磁加振力が、α°＝３０°における６ｆの電磁加振力の６７％に低減できることがわかる。また、α°＞３５°の場合には、６ｆの電磁加振力の低減効果がないことがわかる。
【００５２】
実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図１６はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図である。なお、図１６において、実線はリヤ側の配線を示し、点線はフロント側の配線を示し、黒丸は接合部を示している。また、固定子鉄心４１は、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で、電気角で３２．５°と２７．５°とを交互に採る不等ピッチで形成されている。
【００５３】
この実施の形態３による固定子巻線５４を構成する１相分の巻線構造について図１６を参照しつつ説明する。
ａ相巻線５４ａは、それぞれ絶縁被覆された矩形断面の連続銅線からなる１本の導体線５５からなる第１乃至第６巻線６１〜６６から構成されている。そして、第１巻線６１は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、１番地と２番地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６２は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、２番地と１番地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６３は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、３番地と４番地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４巻線６４は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、４番地と３番地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５巻線６５は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、５番地と６番地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６巻線６６は、１本の導体線５５をスロット番号１番から９１番まで６スロット毎のスロット４１ａに、６番地と５番地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４１ａ内には、導体線５５が矩形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に６本並んで配列されている。
なお、第１乃至第６巻線６１〜６６はそれぞれ導体線５５の両端をＴＩＧ溶接により接合して１ターンの波巻き巻線となっている。また、第２巻線６２、第４巻線６４および第６巻線６６は、第１巻線６１、第３巻線６３および第５巻線６５に対してそれぞれ電気角で１８０°ずらして反転巻装されている。
【００５４】
そして、固定子鉄心４１のリヤ側において、９１番と１番とのスロット４１ａから延出する第１、第３および第５巻線６１、６３、６５の導体線５５の部位を切断し、１番と７番とのスロット４１ａから延出する第２、第４および第６巻線６２、６４、６６の導体線５５の部位を切断する。ついで、９１番のスロット４１ａの４番地から延出する第３巻線６３の切断端と、１番のスロット４１ａの１番地から延出する第１巻線６１の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。また、９１番のスロット４１ａの６番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１番のスロット４１ａの３番地から延出する第３巻線６３の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。また、１番のスロット４１ａの４番地から延出する第４巻線６４の切断端と、７番のスロット４１ａの１番地から延出する第２巻線６２の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。また、１番のスロット４１ａの６番地から延出する第６巻線６６の切断端と、７番のスロット４１ａの３番地から延出する第４巻線６４の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。さらに、９１番のスロット４１ａの２番地から延出する第１巻線６１の切断端と、１番のスロット４１ａの２番地から延出する第２巻線６２の切断端とをＴＩＧ溶接により接合する。これにより、第１乃至第６巻線６１〜６６が直列に接続された６ターンの波巻き巻線（ａ相巻線５４ａ）が形成される。そして、１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、このａ相巻線５４ａの両端部となる。
【００５５】
同様にして、導体線５５が巻装されるスロット４１ａを１スロットづつずらしてｄ相巻線、ｃ相巻線、ｆ相巻線、ｂ相巻線およびｅ相巻線が形成される。
なお、ａ相巻線５４ａが１番、７番・・・９１番のスロット群に巻装され、ｄ相巻線が２番、８番・・・９２番のスロット群に巻装され、ｃ相巻線が３番、９番・・・９３番のスロット群に巻装され、ｆ相巻線が４番、１０番・・・９４番のスロット群に巻装され、ｂ相巻線が５番、１１番・・・９５番のスロット群に巻装され、ｅ相巻線が６番、１２番・・・９６番のスロット群に巻装されている。また、ｄ相巻線、ｅ相巻線およびｆ相巻線は、ａ相巻線５４ａ、ｂ相巻線およびｃ相巻線に対してそれぞれ電気角で３２．５°の位相差を有している。
【００５６】
ここで、２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｂ相巻線の両端部となる。１１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｂ相巻線の両端部となる。１２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｅ相巻線の両端部となる。２１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、２７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｃ相巻線の両端部となる。２２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、２８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、ｆ相巻線の両端部となる。
【００５７】
ついで、２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部５７ａ−ｄを構成している。これにより、ａ相巻線とｄ相巻線とを直列に接続したＸ相巻線５４Ｘが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのａ相巻線とｄ相巻線とが、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。
【００５８】
また、１２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、１７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部５７ｂ−ｅを構成している。これにより、ｂ相巻線とｅ相巻線とを直列に接続したＹ相巻線５４Ｙが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｂ相巻線とｅ相巻線とが、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。
【００５９】
また、２２番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端と、２７番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、接合部５７ｃ−ｆを構成している。これにより、ｃ相巻線とｆ相巻線とを直列に接続したＺ相巻線５４Ｚが形成される。つまり、第１および第２固定子巻線としてのｃ相巻線とｆ相巻線とが、電気角で３２．５°の千鳥接続されている。
【００６０】
そして、８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端と、１８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端と、２８番のスロット４１ａの５番地から延出する第６巻線６６の切断端とが、コイルエンド部の上部を引き回され、端部同士を突き合わされ、ＴＩＧ溶接により接合され、中性点Ｎを構成している。これにより、Ｘ相巻線５４Ｘ、Ｙ相巻線５４ＹおよびＺ相巻線５４ＺをＹ結線してなる三相交流巻線からなる固定子巻線５４が得られる。
【００６１】
そして、１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端がＸ相巻線５４Ｘの口出し線ＯＸとなる。また、１１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端がＹ相巻線５４Ｙの口出し線ＯＹとなる。また、２１番のスロット４１ａの５番地から延出する第５巻線６５の切断端がＺ相巻線５４Ｚの口出し線ＯＺとなる。
このように作製された固定子５０は、車両用交流回転電機に搭載され、口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが整流器１２に接続されて、図４と等価の電気回路を構成する。
【００６２】
ここで、固定子巻線５４は図１７に示される巻線アッセンブリ５６を用いて構成することができる。
この巻線アッセンブリ５６は、１スロットピッチで平行に配列された１２本の導体線５５を、同時に同一平面上で雷状に折り畳んで作製される。
雷状に折り畳まれた各導体線５５は、図１８に示されるように、ターン部５５ｂで連結された直線状のスロット収容部５５ａが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面上パターンに折り曲げ成形されている。そして、隣り合うスロット収容部５５ａが、ターン部５５ｂにより、導体線５５の幅（ｗ）分ずらされている。
巻線アッセンブリ５６は、このように折り曲げ成形された２本の導体線５５を図１９に示されるように６スロットピッチずらしてスロット収容部５５ａを重ねられて配列された導体線５５の対が、１スロットピッチづつずらして６対配列されて構成されている。
このように構成された巻線アッセンブリ５６が３層に重ねられて固定子鉄心４１に装着される。各導体線５５は６スロット数毎にスロット４１ａ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巻装され、図１６における第１乃至第６巻線６１〜６６を構成する。そして、図１６に示される結線方法に基づいて結線され、第１乃至第６巻線６１〜６６を直列に接続してなる６ターンの巻き巻き巻線からなるａ相巻線、ｂ相巻線、ｃ相巻線、ｄ相巻線、ｅ相巻線、ｆ相巻線が構成される。
【００６３】
この実施の形態３においても、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成され、電気角で３２．５°の位相差を有する巻線同士を直列に接続してＸ相巻線５４Ｘ、Ｘ相巻線５４ＹおよびＸ相巻線５４Ｚを構成しているので、固定子の空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波がさらに低減でき、低電磁騒音で、かつ、低振動の車両用交流回転電機が得られる。
また、２つの巻線が電気角で３２．５°を有する隣接するスロット４１ａ間で直列に接続されるので、従来技術に比べて、２つの巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００６４】
また、固定子巻線５４が巻線アッセンブリ５６で構成されているので、固定子鉄心４１の両端側で、同一形状に形成されたターン部５５ｂ（コイルエンド部）が径方向および周方向に互いに離間して、径方向に１列に重なって、１スロットピッチで周方向に３列となって整然と配列されて、整列状態のフロント側およびリヤ側のコイルエンド５４ｆ、５４ｒを構成している。従って、固定子５０の剛性が高められ、電磁騒音および振動がさらに低減される。
【００６５】
実施の形態４．
図２０はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機を示す縦断面図、図２１はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図、図２２はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機の発電出力特性を示す図である。
【００６６】
図２０および図２１において、車両用交流回転電機７０は、ベルト駆動式回転電機であり、回転子７がシャフト６に固着されてフロントブラケット１とリヤブラケット２とに回転自在に支持され、固定子５０が回転子７を囲繞するようにフロントブラケット１とリヤブラケット２とに挟持されて取り付けられている。一対のスリップリング９がシャフト６のリヤ側に装着され、ブラシホルダ１１がシャフト６のリヤ側外周に位置するようにリラブラケット２の内壁面に取り付けられ、さらに一対のブラシ１０がスリップリング９に摺接するようにブラシホルダ１１内に配設されている。この車両用交流回転電機７０は、プーリ４およびベルト（図示せず）を介してエンジン６９に連結されている。
【００６７】
インバータユニット７１は、シャフト６のリヤ側端部外周に位置するようにリヤブラケット２の外壁面に取り付けられている。このインバータユニット７１は、６個のスイッチング素子７３と各スイッチング素子７３に並列に接続されたダイオード７４とからなるインバータモジュール７２と、インバータモジュール７２に並列に接続されたコンデンサ７５と、スイッチング素子７３をＯＮ／ＯＦＦ制御するための電子部品が実装された制御装置としての制御回路基板７６とを備えている。このコンデンサ７５は、インバータモジュール７２を流れる電流を平滑する役割を有する。
【００６８】
インバータモジュール７２は、並列に接続されたスイッチング素子７３およびダイオード７４の２組を直列に接続したものを、並列に３つ配置してヒートシンク７７上に実装されて構成されている。また、制御回路基板７６が絶縁性樹脂によりヒートシンク７７に一体に成型された樹脂成型部７８内に収納されている。そして、固定子巻線５４の各口出し線ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが、直列に接続されたスイッチング素子７３の中間点にそれぞれ接続されている。
【００６９】
このインバータモジュール７２は、スイッチング素子７３のスイッチング動作が制御回路基板７６により制御される。そして、車両用交流回転電機７０は、電力が供給されて始動電動機として動作し、エンジン６９を始動させる。また、車両用交流回転電機７０は、エンジン６９の始動後、エンジン６９により駆動されて、交流発電機として動作し、三相交流電圧を発生する。
さらに、車両用交流回転電機７０の駆動用電源である３６Ｖ系の第１バッテリ８０がインバータモジュール７２に並列に接続されている。車両用交流回転電機７０は、第１バッテリ８０により高電圧（３６Ｖ）で運転される。また、車両に搭載される電気負荷は一般的に１２Ｖを定格としているため、１２Ｖ系の第２バッテリ８１が搭載されている。そこで、第２バッテリ８１を充電できるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２がインバータモジュール７２に並列に接続されている。
【００７０】
この実施の形態４では、制御回路基板７６に実装された制御回路が、各スイッチング素子７３をＯＮ／ＯＦＦ制御し、第１バッテリ８０の直流電力から三相交流電力を発生させる。この三相交流電力が固定子巻線５４に供給され、回転子７の界磁巻線１３に回転磁界が与えられ、回転子７が回転駆動される。そして、回転子７の回転力がプーリ４およびベルトを介してエンジン６９に伝達され、エンジン６９が回転駆動、即ち始動される。
そして、エンジン６９が始動されると、エンジン６９の回転力がベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達される。これにより、回転子７が回転駆動され、固定子巻線５４に三相交流電圧が誘起される。制御回路は、回転信号（ｆ）に基づいて回転子７の回転速度をモニターしており、図２２に示されるように、回転速度が２５００ｒ／ｍｉｎ未満の時に、各スイッチング素子７３をＯＮ／ＯＦＦ制御し、インバータモードにより車両用交流回転電機７０を発電させる。そして、図２２に示されるように、回転速度が２５００ｒ／ｍｉｎとなった時に、各スイッチング素子７３をＯＦＦとし、オルタネータモードにより車両用交流回転電機７０を発電させる。この発電状態において、インバータモジュール７２は直列接続された２つのダイオード７４の組が並列に３組接続された三相全波整流回路となり、固定子巻線５４に誘起された三相交流電圧がインバータユニット７１により直流に整流される。そして、インバータユニット７１で整流された直流電力により、第１バッテリ８０が充電される。また、インバータユニット７１で整流された直流電力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ８２により１２Ｖに変換されて第２バッテリ８１に供給される。
【００７１】
ここで、トルク伝達プーリ比は２．５程度であり、一般的なエンジン機関常用回転数を７００〜１０００ｒ／ｍｉｎとすると、車両用交流回転電機７０の常用回転速度は１７５０〜２５００ｒ／ｍｉｎとなる。
そこで、車両用交流回転電機７０は、固定子５０の共振点がある低速回転側でインバータモード発電で運転されることになり、電磁騒音を悪化させ、かつ、電磁振動を励起させることになる。
しかし、スロット４１ａが毎極毎相当たり２個の割合で形成され、電気角で３２．５°の位相差を有する巻線同士を直列に接続してＸ相巻線５４Ｘ、Ｘ相巻線５４ＹおよびＸ相巻線５４Ｚを構成しているので、固定子５０の空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波が低減され、電磁騒音および振動を低減させることができる。その結果、不快な騒音の発生を抑え、ベルトの長寿命化が図られる車両用交流回転電機が得られる。
【００７２】
なお、上記実施の形態４では、上記実施の形態３による固定子５０を用いるものとしているが、上記実施の形態１、２により固定子８、４０を用いても同様の効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００７４】
この発明によれば、スロットが毎極毎相当たり２の割合で設けられた環状の固定子鉄心、および、上記固定子鉄心に装着された３相固定子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転自在に設けられ、磁束を発生する回転子とを備えた車両用交流回転電機において、上記３相固定子巻線を構成するＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線は、それぞれ隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を直列に接続して構成され、上記スロットは、スロット開口部の中心線間の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチ（３０°＜α°＜３５°）に形成され、直列に接続される上記第１および第２固定子巻線は、上記スロット開口部の中心線間の間隔をα°とする隣り合う上記スロット群に巻装されているので、固定子の空間５次高調波および空間７次高調波を低減でき、不快な騒音および振動の発生要因である６ｆの電磁加振力を低減できる車両用交流回転電機が得られる。さらに、６ｆの電磁加振力を低減できるとともに、第１および第２固定子巻線を直列に接続する結線スペースが広くなり、結線作業性が向上される。
【００７７】
また、直列に接続される上記第１固定子巻線と第２固定子巻線との位相差α°は、電気角で略３２．５°であるので、６ｆの電磁加振力をさらに低減できる。
【００７８】
また、プーリおよびベルトを介してエンジンに連結され、該エンジンを始動させる始動電動機および該エンジンにより駆動されて発電する発電機として動作するように構成されているので、６ｆの電磁加振力に起因する電磁騒音および電磁振動が低減される。
【００７９】
また、上記プーリおよびベルトを介して上記エンジンにより駆動される発電動作時に、低速回転速度域でインバータにより制御されて発電する発電モードを有するように構成されているので、インバータ発電モード時における６ｆの電磁加振力の増大を抑えて、ベルトの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子鉄心の要部を示す端面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機に適用される固定子巻線を構成する星形巻線ユニットの製造方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における基本波に対する固定子空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波の含有率を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る車両用交流回転電機における基本波に対する固定子空間５次時間−１次高調波および空間７次時間１次高調波の含有率を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線における１相分の巻線の構造を説明する要部斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子巻線における１相分の巻線の構造を説明する要部斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る車両用交流回転電機における６ｆの電磁加振力と不等ピッチ角度との関係を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る車両用交流回転電機における６ｆの電磁加振力と不等ピッチ角度との関係を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する１相分の巻線の巻装状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機の固定子巻線を構成する巻装アッセンブリを示す側面図である。
【図１８】図１７に示される巻線アッセンブリを構成する導体線の要部を説明する斜視図である。
【図１９】図１７に示される巻線アッセンブリを構成する導体線の配列を説明する斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機を示す縦断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機における電気回路を示す回路図である。
【図２２】この発明の実施の形態４に係る車両用交流回転電機の発電出力特性を示す図である。
【図２３】従来の車両用交流回転電機における固定子巻線の結線構造を説明する図である。
【符号の説明】
４ プーリ、７ 回転子、８、４０、５０ 固定子、１５、４１ 固定子鉄心、１５ａ、４１ａ スロット、１６、４２、５４ 固定子巻線（３相固定子巻線）、１６Ｘ、４２Ｘ、５４Ｘ Ｘ相巻線、１６Ｙ、４２Ｙ、５４Ｚ Ｙ相巻線、１６Ｚ、４２Ｙ、５４Ｚ Ｚ相巻線、６９ エンジン、７２ インバータモジュール。
Claims (4)
- スロットが毎極毎相当たり２の割合で設けられた環状の固定子鉄心、および、上記固定子鉄心に装着された３相固定子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転自在に設けられ、磁束を発生する回転子とを備えた車両用交流回転電機において、
上記３相固定子巻線を構成するＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線は、それぞれ隣り合うスロット群に巻装された第１および第２固定子巻線を直列に接続して構成され、上記スロットは、スロット開口部の中心線間の間隔が電気角でα°と（６０−α）°とを交互に採る不等ピッチ（３０°＜α°＜３５°）に形成され、直列に接続される上記第１および第２固定子巻線は、上記スロット開口部の中心線間の間隔をα°とする隣り合う上記スロット群に巻装されていることを特徴とする車両用交流回転電機。 - 直列に接続される上記第１固定子巻線と第２固定子巻線との位相差α°は、電気角で略３２．５°であることを特徴とする請求項１記載の車両用交流回転電機。
- プーリおよびベルトを介してエンジンに連結され、該エンジンを始動させる始動電動機および該エンジンにより駆動されて発電する発電機として動作するように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用交流回転電機。
- 上記プーリおよびベルトを介して上記エンジンにより駆動される発電動作時に、低速回転速度域でインバータにより制御されて発電する発電モードを有するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の車両用交流回転電機。
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