JP3855839B2

JP3855839B2 - 車両用交流回転電機

Info

Publication number: JP3855839B2
Application number: JP2002134249A
Authority: JP
Inventors: 拓三向井; 憲安猪俣; 新草瀬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP2003324917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期回転機一般に適用されるものであるが、とりわけ高速回転を必要とする車両用交流発電電動機や充電用発電機に適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に回転機は回転数が高いほど高出力化できるので、特に車両装着用などの小型軽量を要するものでは従来から高速化を不断に追求してきた。ところが、高速化のためにブラシの磨耗や、通気に混じる異物による損耗などにより、ブラシ方式では、１８０００ｒｐｍ程度が実用的限界であった。
【０００３】
そこで、実開昭６３−１７５６２号公報には溶接用発電機などブラシレス方式が記載されており、この方式の採用を検討したところブラシレスである点はよいものの、電機子巻線と界磁巻線がラップする為に、電機子鉄心に電機子巻線と界磁巻線を巻装する時の巻線作業が困難であり、電機子巻線と界磁巻線がラップにより軸長大であり、小型化高出力の電機子が提供出来ないという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に対して次のように解決を図るものである。
【０００５】
まず、請求項１に示す構成では、電機子巻線および界磁巻線を巻回した電機子鉄心と、突極を有する誘導子からなる回転子とを備えた回転機において、前記電機子巻線は前記界磁巻線の巻装ピッチを三相電機子巻線の不均一（電気角の２π／３以下）に配置し、開いた空間に界磁巻線を配置している。
【０００６】
また、三相電機子の巻線巻装ピッチは電気角の２π／３でバランスしている、この状態では界磁巻線を配置するスペースは少なく充分の励磁ＡＴを確保することは難しい、それで第４図のように中心相に対して両側の相のティースを中心に寄せて、三相の巻線ピッチを不均一（電気角の２π／３以下）とすれば、界磁巻線のスペースを確保できる。
【０００７】
さらに、三相の巻線ピッチを不均一により三相がアンバランスになるのでティース先端幅Ｔの中心は変えずにピッチを電気角の２π／３として、先端部の肉厚を厚くすれば問題ない。
【０００８】
また、界磁巻線は、電機子鉄心の軸方向に巻く必要があり又、回転子及び軸受け等の部品との干渉防止のために巻線形状を鞍型にする事が最適な設計である。
【０００９】
界磁巻線としては単一巻線と複数巻線とする場合がある、単一巻線の場合は巻幅が大きくなり軸長大となるために、２つの巻線を鞍型にする。特に、１つを反対向きに組み込むのが小型化に最適といえる。
【００１０】
請求項５に示す構成では、界磁巻線は前記電機子鉄心にトロイダル状に巻装している。この構成により、界磁巻線の巻装の周回長が極端に短くなるので、同一励磁電圧に対して引きこむ界磁電流を一定につまり界磁巻線抵抗をそのまま保ったとしても細い線を用いて沢山巻回できるので、界磁巻線起磁力が大きく稼げることとなる。
【００１１】
さらに、電機子巻線をトロイダル上に巻回することにより環状鉄心の外側にも鉄心が設けられ、内径外径の両鉄心により磁気回路の磁気抵抗を下げることができる。その上トロイダルであるために巻線の周回長が減る。このことは同一電機子に巻装できる界磁巻線の量を増すことが出来る、すなわち界磁起磁力を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
車両走行用エンジンに搭載した発電機について、図１ないし図５を参照してその構成を説明する。
【００１３】
フロントハウジング１とリアハウジング２は、フロント軸受け３及びリア軸受け４によって、シャフト５を回転自在に支持している。このシャフト５には、突極の歯状部を有する誘導子６が設けられている。誘導子６の歯状部の数は、界磁巻線９の巻装ピッチに対して２つとなっている。
【００１４】
次に、フロントハウジング１の内周に設けられた電機子鉄心７について説明する。この電機子鉄心７は、外周を構成する円弧部７１と、この円弧部７１の内周から内側に伸びるティース部７２とからなり、円弧部７１が周方向に２分割されている。また、２分割された円弧部７１が互いに当接する端面は、凹凸嵌合されるように、凹部７１ａと凸部７１ｂがそれぞれ形成されている。
【００１５】
ティース部７２は、図３に示す如く、ティース先端７３ａがティース部の周方向幅の中心に対して対象形状となっている２つの第１のティース７３と、これら第１のティース７３の両側にそれぞれ設けられる第２、第３のティース７４、７５から構成させる。第２、第３のティース７４、７５は、それぞれの周方向幅の中心と、第１のティース７３の周方向幅の中心とが、π／３よりも小さい電気角で配置されている。なお、第２、第３のティース７４、７５のティース先端７４ａ、７５ａ幅Ｔの周方向幅の中心では、第１のティース７３の周方向幅の中心とが、π／３となるように、一方側に偏って（一方側を他方よりも長くして）形成されている。
【００１６】
従って、第１のティース７３と第２、第３のティース７４，７５との間の空間に対して、隣接する第２、第３のティース７４，７５間の空間が大きく確保されている。
【００１７】
２分割された電機子鉄心７のティース７２，７３，７４にそれぞれ巻装された三相電機子巻線８は界磁巻線２の巻装ピッチ毎に、三相電機子巻線は１セットずつ配置されている。また、誘導子６の歯状部の数は、界磁巻線９の巻装ピッチに対して２つとなっている。さらに、界磁巻線１６，１７は鞍型に電機子巻線８を覆うように巻装されて、電機子鉄心７のティース７２，７３，７４と円弧部７１の内周面との間に挟まれるように収納される。そして、電機子鉄心７の凹凸合わせ７１ａ、７１ｂにて位置決めされて、外周部の溶接により一体化される。
【００１８】
つまり、図４に示す如く、電機子鉄心７にはスロットが６個、換言すればティース部（誘導子側の歯状部と区別する為にティース部と表現する）が、Ｘ相ティースと電気角２π／３以下のＹ、Ｚ相ティースが合計６個あり、電機子巻線８は該ティースにいわゆる集中巻きしてあり、６個の収納スロットのうち２個には、界磁巻線９が上半周と下半周を周回して収納されている。
【００１９】
三相電機子の巻線巻装ピッチは電気角の２π／３でバランスしている、この状態では界磁巻線を配置するスペースは少なく充分の励磁ＡＴ（アンペアターン）を確保することは難しいが、上述の如く、図４のように中心相に対して両側の相のティースを中心に寄せて、三相の巻線ピッチを不均一（電気角の２π／３以下）とすれば、界磁巻線９のスペースを確保できる（隣接する第２、第３のティース７４，７５間の空間を大きく確保）。
【００２０】
なお、三相の巻線ピッチを不均一により三相がアンバランスになるので、上述の如く、ティース先端幅Ｔの中心は変えずにピッチを電気角の２π／３として、先端部の周方向幅を大きくすれば問題ない。
【００２１】
電機子巻線８は、界磁巻線９のピッチすなわち半周反面において端子Ｘ１，Ｘ２を有するＸ相巻線や，他にＹ，Ｚの三相電機子巻線を有しており、他の半周反面においては端子Ｕ１，Ｕ２を有するＵ相巻線や，他にＶ，Ｗの三相巻線を有しており、これらは図５に示すように、三相結線されて、整流器１２に接続されている。また、界磁巻線９は、それぞれの界磁巻線９１，９２が直列接続されて、レギュレータ１３に接続されている。さらに、出力端子１１は、図示せぬバッテリに接続されている。
【００２２】
図６に示す他の実施例においては、電機子鉄心７の円弧部７１と、各ティース７３，７４，７５を分割しており、各ティースに電機子巻線８をそれぞれ直巻した後に、円弧部７１に各ティースを凹凸嵌合させて固定するようにしてもよい。
【００２３】
界磁巻線９は、電機子鉄心７の軸方向に巻く必要があり又、回転子及び軸受け等の部品との干渉防止のために巻線形状を鞍型にする事が最適な設計である。また、界磁巻線９としては単一巻線と複数巻線とする場合があり、単一巻線の場合は巻幅が大きくなり軸長大となるために、図３のように、２つの巻線を鞍型にし１つを反対向きに組み込むのが小型化に最適といえる。この時、鞍型巻線の絶縁・固定のため外周は耐熱テープで巻装する。
【００２４】
また、回転子の前後の部品大小により、前後の鞍型が異なる場合もある。電機子巻線後に界磁巻線９を組み込む方式の場合、電機子鉄心７を２つに分割して、位置決めにより組み付けする。
【００２５】
界磁巻線９は電機子鉄心７にトロイダル状に巻装している。すなわち、界磁巻線９の巻装の周回長が極端に短くなるので、同一励磁電圧に対して引きこむ界磁電流を一定につまり界磁巻線抵抗をそのまま保ったとしても細い線を用いて多く巻回できるので、界磁巻線起磁力が大きく稼げることとなる。このため、従来技術に述べたようなこの種の誘導子型回転の界磁巻線起磁力が小さいという問題点が解消する。
【００２６】
また、電機子鉄心７は、その内側と外側に前記誘導子対抗面を有し、かつ電機子巻線８を鉄心７にトロイダル状に巻装している。すなわち、電機子巻線８をトロイダル状に巻回することにより、環状鉄心の外側にも鉄心が設けられ、内径外径の両鉄心により磁気回路の磁気抵抗を下げることができる。その上、トロイダルであるために巻線の周回長が減る。このことは同一電機子に巻装できる界磁巻線の量を増すことが出来る、すなわち界磁起磁力を高めることができるようになるので、従来の問題点の直接的解決にもつながるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明となる実施例の縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例の横断面図である。
【図３】図１に示す電機子鉄心の一部を示す正面図である。
【図４】図１に示す電機子鉄心の組み付け前の分解斜視図である。
【図５】電機子巻線の結線図である。
【図６】第２実施例の電機子鉄心の組み付けを示す正面図である。
【符号の説明】
１フロントフレーム
２リアフレーム
５シャフト
６誘導子
７電機子鉄心
７１円弧部
７２ティース部
８電機子
９界磁巻線

Claims

三相電機子巻線および界磁巻線を巻回した電機子鉄心と、突極を有する誘導子からなる回転子とを備えた回転電機において、
前記三相電機子巻線の巻装ピッチを不均一とし、界磁巻線を電機子鉄心内に巻装し、前記電機子鉄心には、複数のティースを有し、このティースの中心相に対して両側の相のティースを中心に寄せて、三相の巻線ピッチを不均一（電気角の２π／３以下）とすることで、界磁巻線を収納するスペースを確保し、
前記界磁巻線は、鞍型に巻装された単一コイル又は複数コイルを前記電機子鉄心に配置したものであり、
前記鞍型に巻装された界磁巻線は、２分割された電機子鉄心の外周部とティース部との間に固定されていることを特徴とする車両用交流回転電機。
前記電機子鉄心は、周方向に２分割とし、凹凸の位置決めを有す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。
前記ティースのティース先端幅Ｔの中心は変えずに、ピッチを電気角の２π／３として、先端部の周方向幅を設定するようにしたことを特徴とする請求項１もしくは２記載の車両用交流回転電機。
前記鞍型に巻装された界磁巻線は、電機子巻線上もしくは側面に、周方向に２分割されて巻装されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用交流回転電機。
前記電機子鉄心は、その内側と外側に前記誘導子対抗面を有し、かつ電機子巻線を前記鉄心にトロイダル状に巻装したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用交流回転電機。