JP5361851B2 - 回転電機 - Google Patents
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以下では、相巻線のそれぞれが、互いの間の電気角位相が異なる2つのコイル巻線部を直列に接続して構成され、かつ、互いの間の電気角位相差が120度となるように3つの相巻線をY結線して構成した3相交流巻線を千鳥Y巻線とする。
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構成を示す断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の回路図、図3はこの発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
そして、3相全波整流器12A,12Bのそれぞれは、プラス側ダイオードd1とマイナス側ダイオードd2とを直列に接続してなるダイオード対を並列に3対接続して構成され、ケース3内に装着されている。
また、第2の3相交流巻線31Bは、互いの間の電気角位相差が120度となるようにステータコア15に巻装された3つの相巻線(a相巻線32D〜c相巻線32F)をY結線して構成されている。そして、a相巻線32D〜c相巻線32Fのそれぞれは、互いの間の電気角位相が30度異なるようにステータコア15に巻装された2つのコイル巻線部32g,32h、32i,32j、及び32k,32lを直列に接続して構成されている。
説明の便宜上、図3中、爪状磁極22,23の位置はステータコア15の軸方向にずらして図示している。
a相巻線32Aは、コイル巻線部32a及びコイル巻線部32bから構成されている。また、b相巻線32Bは、コイル巻線部32c及びコイル巻線部32dから構成されている。また、c相巻線32Cは、コイル巻線部32e及びコイル巻線部32fから構成されている。
コイル巻線部32a〜32fは、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製された導線30を、以下に説明するようにステータコア15に巻装して構成されている。
コイル巻線部32aの導線30は、ステータコア15のリヤ側(以下、単にリヤ側とする)に取出部Xaを配置され、リヤ側から1番のスロット15bを通ってステータコア15のフロント側(以下、単にフロント側とする)に延出して、7番のスロット15bまで渡されている。さらに、導線30は、7番のスロット15bを通ってリヤ側に延出して13番のスロット15bまで渡され、13番のスロット15bを通ってフロント側に延出して19番のスロット15bまで渡されている。さらに、導線30は、19番のスロット15bを通ってリヤ側に延出されて1番のスロット15bに戻っている。導線30は、このように1,7,13,19番のスロット15bからなるスロット群に挿通されて、例えば、3周するようにステータコア15に巻装されている。
また、18番から延出されたa相巻線32Aのコイル巻線部32bを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
コイル巻線部32cを構成する導線30は、リヤ側に取出部Yaを配置され、リヤ側から21番のスロット15bを通ってステータコア15のフロント側に延出して3番のスロット15bまで渡されている。さらに、導線30は、3番のスロット15bを通ってリヤ側に延出して9番のスロットまで渡されている。さらに、導線30は、9番のスロット15bを通ってフロント側に延出されて15番のスロット15bまで渡され、15番のスロット15bを通ってリヤ側に延出されて21番のスロット15bに戻っている。導線30は、このように3,9,15,21番のスロット15bからなるスロット群に挿通されて、3周するようにステータコア15に巻装されている。
14番から延出されたb相巻線32Bのコイル巻線部32dを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
コイル巻線部32eの導線30は、リヤ側に取出部Zaを配置され、リヤ側から17番のスロット15bを通ってフロント側に延出して23番のスロット15bまで渡されている。さらに、導線30は、23番のスロット15bを通ってリヤ側に延出して5番のスロット15bまで渡されている。さらに、導線30は、5番のスロット15bを通ってフロント側に延出されて11番のスロット15bまで渡され、11番のスロット15bを通ってリヤ側に延出されて17番のスロット15bに戻っている。導線30は、このように5,11,17,23番のスロット15bからなるスロット群に挿通されて、3周するようにステータコア15に巻装されている。
また、10番から延出されたc相巻線32Cのコイル巻線部32fを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
そして、コイル巻線部32a,32c,32eのそれぞれの一端が、a〜c相巻線32A〜32Cのそれぞれの取出部Xa,Ya,Zaとなっている。
a相巻線32Dは、コイル巻線部32g及びコイル巻線部32hを直列に接続して構成されている。また、b相巻線32Eは、コイル巻線部32i及びコイル巻線部32jを直列に接続して構成されている。また、c相巻線32Fは、コイル巻線部32k及びコイル巻線部32lを直列に接続して構成されている。
コイル巻線部32g〜32lは、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製された導線30が、以下に説明するようにステータコア15に全節巻の波巻で巻装されて構成されている。
そして、コイル巻線部32g,32i,32kのそれぞれの一端が、a〜c相巻線32D〜32Fのそれぞれの取出部Ua,Va,Waとなっている。
なお、3相交流巻線31Aのa〜c相巻線32A〜32Cと同様、a〜c相巻線32D〜32Fを電気角位相差が120度となるようにY結線して、3相交流巻線31Bが構成されている。
まず、第1の3相交流巻線31Aを構成する6つのコイル巻線部32a〜32fは、それぞれ異なる6つのスロット群に巻装される。また、第2の3相交流巻線31Bを構成する6つのコイル巻線部32g〜32lが、それぞれ異なるスロット群に巻装される。
試験では、以下に説明する比較用交流発電機を用意し、車両用交流発電機100A、及び比較用交流発電機のそれぞれにおいて、ロータ7の回転速度を変化させたときの整流器12の出力電流を測定した。なお、整流器12の出力電流は、3相全波整流器12A,12Bの出力電流を足し合わせたものとする。
また、車両用交流発電機100Aと同様、比較用交流発電機の界磁極の数は説明の便宜上4として説明しているが、実際には界磁極の数を16としたものを用いている。
図4は比較用交流発電機の回路図、図5は比較用交流発電機の電機子巻線の構成を説明する展開図である。
なお、図4及び図5において、車両用交流発電機100Aの構成と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
a〜c相巻線72A〜72Cのそれぞれは、全節巻の波巻でステータコア15に巻装された導線30により構成されている。
a〜c相巻線72D〜72Fのそれぞれは、全節巻の波巻でステータコア15に巻装された導線30により構成されている。
まず、3相交流巻線71Aの巻線構造について説明する。
a相巻線72Aは、車両用交流発電機100Aのa相巻線32Aのコイル巻線部32aが通るスロット15bの番号と同じ番号のスロット15bを通るようにステータコア15に巻装されている。このとき、a相巻線72Aは、コイル巻線部32aの長さの倍となるように、言い換えれば、a相巻線72Aは、合計6周するようにステータコア15に巻装されている。
そして、3相交流巻線71Aは、a〜c相巻線72A〜72Cの互いの間の電気角位相差が120度となるようにa〜c相巻線72A〜72CをY結線したもので構成されている。
a相巻線72D〜c相巻線72Fは、a〜c相巻線72A〜72Cをスロット15bの番号が進む方向に11スロット分ずらしてステータコア15に巻装したもので構成されている。
そして、3相交流巻線71Bは、a〜c相巻線72D〜72Fの互いの間の位相差が120度となるようにa相巻線72D〜c相巻線72FをY結線したもので構成されている。以上のように構成された3相交流巻線71A,71Bの間の電気角位相差は30度となる。また、各スロット15bには、2つの3相交流巻線71A,71Bを構成する6つの相巻線72A〜72Fを構成する導線30のうちの一つの導線30のみが挿通されている。
比較用交流発電機110の他の構成は、車両用交流発電機100Aと同様である。
図6はこの発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機、及び比較用交流発電機のそれぞれの整流器の出力電流特性を示す図である。
図6では、ロータ7の回転速度を横軸にとり、出力電流を縦軸にとっている。
以下、車両用交流発電機100Aの整流器12の出力電流、及び比較用交流発電機110の整流器12の出力電流のそれぞれを、単に車両用交流発電機100Aの出力電流、及び比較用交流発電機110の出力電流のそれぞれとする。
本出願人は、ロータ7が1500〜3500(r/min)という低速で回転しているときの車両用交流発電機100Aの出力電流が、比較用交流発電機110の出力電流より大きくなる原因を発見すべく、車両用交流発電機100A及び比較用交流発電機110のそれぞれについて、各相巻線に流れる電流を測定した。
図7は、例えば、ロータ7(エンジン)の回転速度が2000(r/min)程度のときの車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形であり、横軸は時間であり、縦軸は出力電流[A]である。
なお、各スロット15bには、第1の3相交流巻線31Aのa〜c相巻線32A〜32Cのいずれかを構成する導線30と第2の3相交流巻線31Bのa〜c相巻線32D〜32Fのいずれかを構成する導線30が同一スロット15bに挿入されるので、スロット電流は、電流x,y,zのいずれか一つと、電流u,v,wのいずれか一つを合成した電流となる。
図7に示されるように、例えば、電流xとu、電流yとv、及び電流zとwのそれぞれでは、5次高調波成分が互いに逆位相になっている区間が多いのがわかる。
図8はこの発明の実施の形態1に係る発明の車両用交流発電機のスロット電流の時間波形の一例を示す図である。
そして、例えば、車両用交流発電機100Aの第1の3相交流巻線のa相巻線32Aと第2の3相交流巻線のa相巻線32Dを構成する導線30が所定スロット15bに挿入されている場合、電流xと電流uの合成電流であるスロット電流は、電流xと電流uの5次高調波成分が互いに打ち消される。これにより、スロット電流(u+x)の5次高調波成分は、図8に示されるように大幅に小さくなり、スロット電流は、基本波に近いものとなる。
なお、例えば、同一スロット15bに第1の3相交流巻線のb相巻線32Bと第2の3相交流巻線のb相巻線32Eを構成する導線30が挿入されている場合にも、電流yと電流vの合成電流であるスロット電流は、電流yと電流vの5次高調波成分が互いに打ち消される。
図9は比較用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
ここで、比較用交流発電機110において、スロット15bには、3相交流巻線71Aのa〜c相巻線72A〜72C、及び3相交流巻線71Bのa〜c相巻線72D〜72Fのいずれかを構成する導線30のいずれか1本だけが挿入されている。即ち、各スロット15bのスロット電流は、スロット15bに挿入されている一本の導線30に流れる電流に等しくなる。従って、スロット電流において、5次高調波成分が打ち消されることはない。
図10はこの発明の実施の形態2に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
電機子巻線16Bは、電機子巻線16Aと同様、それぞれ、前述の千鳥Y巻線により構成した第1及び第2の3相交流巻線31A,31Bを備え、第1及び第2の3相交流巻線31A,31Bの間の電気角位相が30度異なるように構成されている。
そして、第1及び第2の3相交流巻線31A,31Bを構成するコイル巻線部32a〜32fのそれぞれが、導線30を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻(全節巻の波巻)でステータコア15に巻装されている。
コイル巻線部32aを構成する導線30は、リヤ側に取出部Xaを配置され、ステータコア15のリヤ側から1番のスロット15bを通ってフロント側に延出して、19番のスロット15bまで渡されている。以下、同様に、導線30は、1番と19番のスロット15bを通るように所定ターン巻回されている。
以上のように、コイル巻線部32aが構成されている。
そして、6番から延出された導線30の他端が、中性点を構成する部位となる。
以上のように、コイル巻線部32bが構成されている。
b相巻線32Bを構成するコイル巻線部32c,32dは、a相巻線32Aのコイル巻線部32a,32bを構成する導線30をスロット15bの番号が戻る方向に4スロット分ずらしてステータコア15に巻回したもので構成されている。
コイル巻線部32cを構成する導線30のうち、3番のスロット15bのリヤ側に配置される端部と、コイル巻線部32dを構成する導線30のうち、20番のスロット15bのリヤ側に配置される端部とが連結されており、b相巻線32Bが、直列に接続されたコイル巻線部32c,32dにより構成される。また、2番から延出されたb相巻線32Bのコイル巻線部32dを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
コイル巻線部32eを構成する導線30のうち、23番のスロット15bのリヤ側に配置される端部と、コイル巻線部32fを構成する導線30のうち、16番のスロット15bのリヤ側に配置される端部とが連結されており、c相巻線32Cが、直列に接続されたコイル巻線部32e,32fにより構成される。22番から延出されたc相巻線32Cのコイル巻線部32eを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
そして、コイル巻線部32a,32c,32eのそれぞれの一端が、a〜c相巻線32A〜32Cのそれぞれと外部との電力をやり取りするための取出部Xa,Ya,Zaとなり、図示しない3相全波整流器12Aのプラス側ダイオードd1とマイナス側ダイオードd2との接続部のそれぞれに結線されている。
そして、コイル巻線部32g,32i,32kのそれぞれの一端が、a〜c相巻線32D〜32Fのそれぞれの取出部Ua,Va,Waとなり、図示しない3相全波整流器12Bのプラス側ダイオードd1とマイナス側ダイオードd2との接続部のそれぞれに結線されている。
なお、3相交流巻線31Aのa〜c相巻線32A〜32Cと同様、3相交流巻線31Bのa〜c相巻線32D〜32Fの間の電気角位相差は120度となるのはいうまでもない。
図11はこの発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
また、第2の3相交流巻線31Dは、それぞれ導線30を5/6界磁極ピッチの短節巻の重ね巻でステータコア15に巻装して構成した3つの相巻線(a相巻線32J〜c相巻線32L)を有し、相巻線32J〜相巻線32Fを互いの間の電気角位相差が120度となるようにY結線して構成されている。
なお、a〜c相巻線32G〜32I、32J〜32Lは、導線30が、以下に説明するようにステータコア15に短節巻で巻装されたもので構成されている。
まず、第1の3相交流巻線31Cの巻線構造について説明する。
a相巻線32Gの導線30は、取出部Xaをリヤ側に配置されて、リヤ側から19番のスロット15bを通ってフロント側に延出して24番のスロット15bに渡され、24番のスロット15bを通ってリヤ側に延出している。以下、同様に、導線30は、19番と24番のスロット15bを通るように所定ターン巻回されている。
そして、1番から延出されたa相巻線32Gを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
17番から延出されたc相巻線32Iを構成する導線30の端部が、中性点を構成する部位となる。
そして、a〜c相巻線32G〜32Iの中性点を構成する導線30の一端とは逆側の他端が、a〜c相巻線32G〜32Iと外部との間の電力をやりとりするための取出部Xa,Ya,Zaとなり、図示しない3相全波整流器12Aのプラス側ダイオードd1とマイナス側ダイオードd2との接続部のそれぞれに結線されている。
第2の3相交流巻線31Dのa〜c相巻線32J〜32Lの導線30は、a〜c相巻線32G〜32Iをスロット15bの番号が戻る方向に11スロット分ずらしてステータコア15に巻装したもので構成されている。
従って、車両用交流発電機100Cによれば、車両用交流発電機100Aと同様、ロータ7が低速に回転している場合に、整流器12の出力を従来の発電機の出力電流に比べて増大させることができる。
さらに、車両用交流発電機100Cは、各相巻線32G〜32Lを短節巻としたことによって、コイルエンド寸法を短くでき、これにより、各相巻線32G〜32Lの巻線抵抗を小さくすることができる。
Claims (3)
- 2n個(但し、nは正の整数)の界磁極を有するロータと、
隣り合うティースにより区画されたスロットが周方向に所定のピッチで2n×6個形成されたステータコア、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が120度となるように上記ステータコアに巻装された3つの相巻線をY結線して構成された第1及び第2の3相交流巻線を備えるステータと、
上記ロータの回転に応じて第1及び第2の3相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器と
を備え、
上記第1及び第2の3相交流巻線の間の電気角位相差が30度であり、
上記第1の3相交流巻線の上記3つの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び上記第2の3相交流巻線の上記3つの相巻線を構成する導線のうちの一つが各上記スロットに挿通され、
同一の上記スロットを通る上記導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一の上記スロットを通る上記導線を流れる電流に含まれる5次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成され、
上記相巻線のそれぞれは、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコアに巻装されたコイル巻線部を直列に接続して構成され、
上記コイル巻線部のそれぞれの巻数が等しくなっていることを特徴とする回転電機。 - 上記3つの相巻線のそれぞれは、5/6界磁極ピッチの短節巻で上記ステータコアに巻装されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 上記3つの相巻線のそれぞれは、短節巻の重ね巻で上記ステータコアに巻装されていることを特徴とする請求項2に記載の回転電機。
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