JP7427509B2 - 交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は交流発電機に関し，より詳細には，三相と単相の同時出力が可能な交流発電機の改良に関する。

工事現場や各種イベント会場などの特に屋外において，電力により稼働する各種の作業機，照明器具，映像・音響機器，その他の機器（本明細書において単に「負荷」という。）を使用する場合，このような負荷に対する電力の供給源としてエンジン等の原動機を備えた発電機が使用されている。

そして，このような発電機にあっては，使用する負荷の入力形式の違いを考慮して，三相出力と，単相出力のいずれも行うことができるものが提案されている。

このように，三相出力と単相出力のいずれも行うことができるように構成された交流発電機として，図９に示すように，三相巻線ｕ，ｖ，ｗのうちの１相の巻線ｖの中性点Ｏから１００／１１５の位置に中間タップＴを設けると共に，このＶ相巻線と逆位相に，前記中間タップＴに誘起される電圧と等しい電圧を誘起する単相巻線ｎを追加し，中間タップＴ，中性点Ｏ，及び単相巻線に接続した端子Ｎで単相３線出力が得られるように構成した交流発電機が提案されている（特許文献１参照）。

また，上記特許文献１に記載の交流発電機では単相巻線ｎを含めた総巻線量が多く，電機子コイルが大型化する点に鑑み，本願の出願人は，単相巻線ｎ量の減少を可能とした交流発電機として，図１０（Ａ）に示すように，三相巻線ｕ，ｖ，ｗと単相巻線ｎを備えた構成，及び，三相巻線ｕ，ｖ，ｗのうちのいずれか１相〔図１０（Ａ）の例ではＶ相〕に中間タップＴを設けた点については特許文献１に記載の発明と構成を共通するが，前記単相巻線ｎを，この単相巻線ｎによって誘起される誘起電圧のベクトル和が，前記基準巻線ｖの誘起電圧（１１５Ｖ）に対し１／２（５７．５Ｖ）で，且つ，前記基準巻線ｖの誘起電圧に対し１８０°の位相差を生じるよう前記単相巻線ｎを構成し，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗの各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗを，三相出力部とし，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗのうち前記基準巻線ｖを除く他の２巻線ｕ，ｗの各出力端子Ｕ，Ｗと前記単相巻線ｎの出力端子Ｎを，単相３線出力部と成すと共に，前記基準巻線ｖに設けた前記中間タップＴと前記中性点Ｏとを，単相２線出力部とした交流発電機を既に出願している（特許文献２参照）。

この特許文献２に記載の交流発電機では，特許文献１の交流発電機の結線（図９参照〕との比較において，単相巻線量を大幅に減量しつつ，三相，単相３線，及び，単相２線の同時出力を可能として，一例として，図１０（Ｂ）のベクトル図に示すように，Ｕ，Ｖ，Ｗ端子から三相２００Ｖの電圧を，Ｕ，Ｎ，Ｗ端子から単相２００Ｖの電圧を，Ｔ，Ｏ端子から単相１００Ｖの電圧を得ることができる。

更に上記特許文献２に記載の交流発電機では，図１０（Ｂ）のベクトル図に示すようにＵ－Ｎ端子間，あるいはＷ－Ｎ端子間においても単相１００Ｖの電圧を得ることができ，Ｕ－Ｎ端子間及びＷ－Ｎ端子間をそれぞれ単相２線出力部とすることができる。一方，Ｕ，Ｎ端子を介して出力される単相１００Ｖの電圧の出力波形，及びＷ，Ｎ端子を介して出力される単相１００Ｖの電圧の出力波形が，いずれ共に左右非対称の形状となっており，正弦波形に対し歪んだ波形となっており，接続された負荷の種類によっては正常な動作が阻害され，場合によっては負荷が損傷する危険性があることに鑑み，本願の出願人は，ステータコアのスロットに対する三相巻線の挿入ピッチに対し，単相巻線の挿入ピッチを狭くすることで，Ｕ－Ｎ端子を介して出力される単相１００Ｖの電圧の出力波形，及びＷ－Ｎ端子を介して出力される単相１００Ｖの電圧の出力波形を正弦波形に近付けることを提案している（特許文献３参照）。

特開２００６－２０４００５号公報 特開２０１５－２０１９１８号公報 特開２０１６－１４９８９２号公報

前掲の特許文献３に記載の交流発電機では，ステータコアのスロットに三相巻線ｕ，ｖ，ｗ及び単相巻線ｎを取り付ける際に，三相巻線ｕ，ｖ，ｗの挿入ピッチよりも単相巻線ｎの挿入ピッチを狭くすることで，三相巻線ｕ，ｖ，ｗと単相巻線ｎの挿入ピッチを共通とした場合に比較して，Ｕ－Ｎ端子間，及びＮ－Ｗ端子間の出力波形の歪を改善して，正弦波形に近付けることに成功している。

しかし，機種によって多少の違いは生じるものの，前述した三相巻線ｕ，ｖ，ｗの挿入ピッチに対し，単相巻線ｎの挿入ピッチを狭くしただけでは，正弦波形に対するＵ－Ｎ端子間，及びＮ－Ｗ端子間の出力波形の波形歪率は，最も歪みの少ないものであっても依然として負荷運転時の波形歪率で８%程度存在しており，未だ改善の余地がある。

なお，ここで，出力波形の波形歪率は，
波形歪率（%）＝（高調波の実効値／基本波の実効値）×１００
として求めることができ，出力波形の基本波（基本周波数の正弦波）に対して，高調波（基本周波数以外の正弦波）がどの程度含まれるかを表した実測値であり，波形歪率が小さい程，出力波形は基本波である正弦波に近い波形となる。

そこで，本発明は，先に特許文献３として紹介した交流発電機の更なる改良を目的としてなされたもので，図１０（Ａ）に示したように，基準巻線ｖに対し誘起電圧のベクトル和が１／２で，１８０°の位相差を有する単相巻線ｎを設けた交流発電機において，基準巻線ｖ以外のいずれかの相（ｕ又はｗ）の巻線に設けられた出力端子（Ｕ又はＷ）と，単相巻線ｎに設けられた出力端子Ｎ間（Ｕ－Ｎ端子間，及びＮ－Ｗ端子間）で得られる電圧の出力波形を，より歪の少ない，正弦波形に近い波形として出力可能な交流発電機を提供することを目的とする。

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。

上記目的を達成するために，本発明の交流発電機は，
ステータコア１２のスロット１４に，三相巻線ｕ，ｖ，ｗの各エレメントコイル２１，２２に設けた一対の挿入部（２１ａ，２１ｂ；２２ａ，２２ｂ）を所定の挿入ピッチＰ１で挿入して，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗを，中性点Ｏを中心に１２０°の位相差のＹ結線となるよう前記ステータコア１２に取り付けると共に，前記中性点Ｏに接続された単相巻線ｎの各エレメントコイル３１，３２に設けた一対の挿入部（３１ａ，３１ｂ；３２ａ，３２ｂ）を所定の挿入ピッチＰ２（Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ）で前記スロット１４に挿入して，前記単相巻線ｎを，該単相巻線ｎによって誘起される誘起電圧のベクトル和が，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗのうちのいずれか１相（実施例においてＶ相）の巻線である基準巻線ｖの誘起電圧（１１５Ｖ）に対し１／２で，且つ，前記基準巻線ｖの誘起電圧に対し１８０°の位相差を生じるように取り付けて形成されたステータ１０を備え，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗの各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ間より所定電圧（一例として２００Ｖ）の三相出力を取り出し可能に構成されていると共に，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗのうち前記基準巻線ｖを除く他の２巻線ｕ，ｗの一方の出力端子（Ｕ又はＷ）と前記単相巻線ｎの出力端子Ｎ間（Ｕ－Ｎ端子間，及びＮ－Ｗ端子間）を，前記所定電圧に対し約１／２の電圧を出力する単相２線出力部とした交流発電機において，
前記単相巻線ｎを，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗの前記挿入ピッチＰ１よりも狭い挿入ピッチＰ２ａで挿入された複数のエレメントコイル３１から成る第１単相セットコイル３０ａと，前記第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａよりも更に狭い挿入ピッチＰ２ｂで挿入された複数のエレメントコイル３２から成る第２単相セットコイル３０ｂの組み合わせにより形成したことを特徴とする（請求項１）。

前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗの前記挿入ピッチＰ１を１０ピッチとし，前記単相巻線を，８ピッチの挿入ピッチＰ２ａで挿入された複数のエレメントコイル３１から成る前記第１単相セットコイル３０ａと，６又は４ピッチの挿入ピッチＰ２ｂで挿入された複数のエレメントコイル３２から成る前記第２単相セットコイル３０ｂの組み合わせにより形成するものとしても良い（請求項２）。

前記単相２線出力部が，正弦波形に対する波形歪率が５%未満の波形で電圧を出力するよう構成することが好ましい（請求項３）。

上記構成の交流発電機において，前記三相巻線ｕ，ｖ，ｗ及び前記単相巻線ｎは，共に分布巻きとすることができる（請求項４）。

以上で説明した本発明の構成により，本発明の交流発電機では，特許文献３として紹介した交流発電機において負荷時における単相の電圧の出力波形の波形歪率が８%程度あった単相２線出力部の出力電圧を，５％未満の波形歪率という，正弦波に極めて近い波形で出力することができた。

その結果，出力波形の歪に伴う，負荷（接続機器）の性能低下や故障等の発生をより確実に防止することができた。

また，単相巻線ｎを構成する第１単相セットコイル３０ａの挿入ピッチＰ２ａ（８ピッチ）と，第２単相セットコイル３０ｂの挿入ピッチＰ２ｂ（６又は４ピッチ）がいずれも三相巻線ｕ，ｖ，ｗの挿入ピッチＰ１（１０ピッチ）よりも狭く，しかも，第２単相セットコイル３０ｂの挿入ピッチＰ２ｂが，第１単相セットコイル３０ａの挿入ピッチＰ２ａよりも更に狭く形成されていることにより，単相巻線ｎのエレメントコイル３１，３２の周長が短くなることで，使用する銅線の全長を短くすることができ，発電機全体の軽量化，小型化が可能であると共に，使用材料の減少に伴う低コスト化を実現することができた。

更に，このような挿入ピッチの減少は，分布巻とした場合であっても，隣接する第１単相セットコイル３０ａと第２単相セットコイル３０ｂ同士が重なることを防止，あるいは重なり部分を少なくすることができ，その結果，コイルエンドの膨らみを抑制でき，発電機全体の小型化を図ることができると共に，重なり部分が減ることで，重なり合う部分を相互に絶縁するための絶縁紙の取付作業に要する労力が軽減されると共に，ステータコア１２の１つのスロット１４に挿入しなければならないエレメントコイル２１，２２，３１，３２の数が減ることで，スロット１４に対する挿入作業時の労力についても軽減することができた。

ステータの説明図。 巻線の説明図であり，（Ａ）は三相巻線，（Ｂ）は単相巻線の説明図。 実施例１の交流発電機におけるステータコアの展開図であり，（Ａ）は三相巻線（Ｖ相），（Ｂ）は単相巻線の取付状態をそれぞれ示す。 実施例２の交流発電機におけるステータコアの展開図であり，（Ａ）は三相巻線（Ｖ相），（Ｂ）は単相巻線の取付状態をそれぞれ示す。 実施例１の交流発電機の出力波形を示したグラフであり，（Ａ）はＵ－Ｎ出力端子間，（Ｂ）はＮ－Ｗ出力端子間の波形を示す。 実施例２の交流発電機の出力波形を示したグラフであり，（Ａ）はＵ－Ｎ出力端子間，（Ｂ）はＮ－Ｗ出力端子間の波形を示す。 比較例１の交流発電機の出力波形を示したグラフであり，（Ａ）はＵ－Ｎ出力端子間，（Ｂ）はＮ－Ｗ出力端子間の波形を示す。 比較例２の交流発電機の出力波形を示したグラフであり，（Ａ）はＵ－Ｎ出力端子間，（Ｂ）はＮ－Ｗ出力端子間の波形を示す。 特許文献１の交流発電機におけるステータの結線図（特許文献１の図１に対応）。 特許文献２及び３の交流発電機におけるステータの説明図であり，（Ａ）は結線図，（Ｂ）はベクトル図。

〔交流発電機の基本構造〕
前述したように，本発明は，本件特許出願の出願人の先願特許である前掲の特許文献２に記載の交流発電機，及びこの特許文献２に記載の交流発電機の改良に関する特許文献３に記載の交流発電機の更なる改良に関するものであり，本発明の交流発電機が備えるステータの基本構造は，図１０（Ａ）に示したステータと同様，中性点Ｏに三相巻線であるＵ相巻線ｕ，Ｖ相巻線ｖ，Ｗ相巻線ｗのそれぞれの一端を接続すると共に，電気角１２０°の位相差でＹ結線した構成を備えている。

従って，この構成により，Ｕ相巻線ｕの他端に接続された出力端子Ｕ，Ｖ相巻線ｖの他端に接続された出力端子Ｖ，Ｗ相巻線ｗの他端に接続された出力端子Ｗ，及び中性点Ｏを介して，所定の定格電圧，一例として本実施例では２００Ｖの三相出力が得られるように構成されている。

また，本発明の交流発電機のステータには，前述した三相巻線ｕ，ｖ，ｗの他に，三相巻線ｕ，ｖ，ｗのいずれか１相（本実施例ではＶ相）の巻線ｖを基準巻線とし，この基準巻線ｖの誘起電圧に対し，ベクトル和において１／２で且つ１８０°の位相差を有する誘起電圧を発生する単相巻線ｎの一端を中性点Ｏに接続すると共に，この単相巻線ｎの他端に出力端子Ｎを接続している点においても前述した特許文献２及び３の交流発電機のステータと共通の構造を有している。

なお，図１０（Ａ）の構成では，三相巻線ｕ，ｖ，ｗ中，Ｖ相巻線ｖを前述の基準巻線としているが，その他の相（Ｕ相，Ｗ相）の巻線ｕ，ｗのいずれかをこの基準巻線としても良い。

また，図１０（Ａ）では，便宜的に三相巻線ｕ，ｖ，ｗのそれぞれと単相巻線ｎを単一の巻線として示したが，これらの巻線は，後述するように所定のベクトル和の誘起電圧が発生するように，複数の巻線を組み合わせて構成されている。

このようなステータの構成により，各相の線間電圧（出力端子Ｕ－Ｖ，Ｖ－Ｗ，Ｗ－Ｕ間の電圧）は図示の構成においてそれぞれ２００Ｖであり，従って，各相の電圧は約１１５Ｖ（２００Ｖ／√３）となる。

また，単相巻線ｎに接続された出力端子Ｎと中性点Ｏ間の電圧（出力端子Ｎ，Ｏ間の電圧）はＶ相電圧（１１５Ｖ）に対して１／２の５７．５Ｖで，従って出力端子Ｕ－Ｎ，Ｗ－Ｎ間の電圧は約１００Ｖ（５７．５Ｖ×√３）である。

なお，図１０（Ａ）を参照して説明した特許文献２に記載の交流発電機では，単相２線１００Ｖの電圧を，基準巻線ｖに設けた中間タップＴと中性点Ｏ間で得るものとしていたことから，基準巻線ｖに中間タップＴを設ける構成となっているが，本願の交流発電機では，後述するようにＵ－Ｎ端子間，及びＷ－Ｎ端子間を単相２線１００Ｖの電圧を出力する単相２線出力部とすることから，基準巻線ｖに中間タップＴを設ける必要はないが，本発明の交流発電機においても，前記中間タップＴを設けても良い。

以上のように構成される交流発電機のステータ１０は，図１に示すステータコア１２に対し，前述した三相巻線ｕ，ｖ，ｗと単相巻線ｎを，一例として図３に示す所定のパターンで取り付けることにより形成される。

このステータコア１２は，図示の例では中央にロータ４０が挿入される開口が形成された円筒状に形成されており，その内周に巻線を挿入するための溝であるスロット１４と，このスロット１４間に形成されたティース１５を備えており，ステータコア１２の前記スロット１４に三相巻線ｕ，ｖ，ｗと単相巻線ｎを挿入することにより取り付けできるように構成されている。

ステータコア１２に取り付ける巻線は，図２（Ａ），（Ｂ）に示すように，三相巻線ｕ，ｖ，ｗ及び単相巻線ｎのいずれ共に，所定の巻数で巻かれたエレメントコイル（２１，２２，３１，３２）を複数組み合わせて構成されている。

このうちの三相巻線ｕ，ｖ，ｗは，一例として図２（Ａ）に示すように４つのエレメントコイル２１を４段直列に接続した第１三相セットコイル２０ａと，５つのエレメントコイル２２を５段直列に接続した第２三相セットコイル２０ｂの組合せによって構成されており，図３（Ａ）に示したステータコア１２の展開図のように，第１三相セットコイル２０ａと第２三相セットコイル２０ｂをステータコア１２の周方向に交互に計４個取り付けて三相巻線ｕ，ｖ，ｗ〔図３（Ａ）にはＶ相の三相巻線ｖのみを表示〕が形成されている。

また，単相巻線ｎは，一例として図２（Ｂ）に示すように，４つのエレメントコイル３１を４段直列に接続した第１単相セットコイル３０ａと，３つのエレメントコイル３２を３段直列に接続した第２単相セットコイル３０ｂの組合せにより構成されており，図３（Ｂ）に示すように第１単相セットコイル３０ａと第２単相セットコイル３０ｂをステータコア１２の周方向に交互に計４個取り付けて単相巻線ｎが形成されている。

なお，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の数と，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の数は，図示の例に限定されず，各種の組合せを採用することが可能であり，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の数に対し，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の数が多くなる組合せであっても良い。

前述したセットコイル２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂを構成する各エレメントコイル（２１，２２，３１，３２）には，図２に示すようにそれぞれ，ステータコア１２のスロット１４内に挿入される直線状の部分である一対の挿入部（２１ａ，２１ｂ；２２ａ，２２ｂ；３１ａ，３１ｂ；３２ａ，３２ｂ）が設けられていると共に，ステータコア１２に取り付けた際，ステータコア１２の両端より突出するコイルエンド（２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄ，３１ｃ，３１ｄ，３２ｃ，３２ｄ）が設けられている。

このように，三相，単相の各巻線を構成する各エレメントコイル２１，２２，３１，３２にそれぞれ設けられている一対の挿入部（２１ａ，２１ｂ；２２ａ，２２ｂ；３１ａ，３１ｂ；３２ａ，３２ｂ）が，所定の挿入ピッチでステータコア１２のスロット１４に挿入されることにより，三相巻線ｕ，ｖ，ｗと単相巻線ｎがステータコア１２に取り付けられている。

図示の例において，各エレメントコイル２１，２２，３１，３２は，それぞれ１段毎に１スロットずつずらして取り付ける「分布巻」としているが，この構成に限定されず，集中巻等の既知の各種の方法で取り付け可能である。

前掲の三相巻線ｕ，ｖ，ｗの挿入ピッチＰ１を構成するエレメントコイル２１，２２の挿入ピッチＰ１は，第１三相セットコイル２０ａ，第２三相セットコイル２０ｂ共に共通で，本実施形態では三相巻線ｕ，ｖ，ｗを構成するエレメントコイル２１，２２の挿入ピッチＰ１を，いずれも１０ピッチ（挿入部２１ａ－２１ｂ間，２２ａ－２２ｂ間にそれぞれ１０個のティースを介在させたピッチ）で取り付けている。

一方，単相巻線ｎを構成するエレメントコイル３１，３２の挿入ピッチＰ２ａ，Ｐ２ｂは，第１単相セットコイル３０ａを構成するエレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａと，第２単相セットコイル３０ｂを構成するエレメントコイル３２の挿入ピッチＰ２ｂでそれぞれ異なるピッチを採用しており，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａを，三相巻線ｕ，ｖ，ｗのエレメントコイル２１，２２の挿入ピッチＰ１よりも狭いピッチと成すと共に，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の挿入ピッチＰ２ｂを，前記第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａよりも更に狭くしている。

図３（Ｂ）に示す実施形態では，第１単相セットコイル３０ａの各エレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａを８ピッチ（挿入部３１ａ－３１ｂ間にそれぞれ８個のティースを介在させたピッチ）とすると共に，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の挿入ピッチＰ２ｂを６ピッチ（挿入部３１ａ－３１ｂ間にそれぞれ６個のティースを介在させたピッチ）として，ステータコア１２に取り付けている。

なお，単相巻線ｎを構成するエレメントコイル３１，３２の挿入ピッチＰ２ａ，Ｐ２ｂは，図３（Ｂ）に示す例に限定されず，一例として図４（Ｂ）に示すように，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチを８ピッチ，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の挿入ピッチを４ピッチとしても良く，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａが，三相巻線ｕ，ｖ，ｗのエレメントコイル２１，２２の挿入ピッチＰ１よりも狭く，かつ，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の挿入ピッチＰ２ｂが，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチＰ２ａよりも更に狭くなる挿入ピッチであれば良い。

〔効果確認試験〕
（１）試験の目的
本発明の構成を備えた三相交流発電機のＵ－Ｎ端子間およびＮ－Ｗ端子間の出力波形が，前掲の特許文献３の三相交流発電機のＵ－Ｎ端子間およびＮ－Ｗ端子間の出力波形に比較して，歪が低減されていることを確認する。

（２）試験方法
三相巻線ｕ，ｖ，ｗを図３（Ａ），図４（Ａ）〔図３（Ａ），図４（Ａ）ではＶ相巻線ｖのみを示し，電気角で１２０°位相で取り付ける点を除き同様の取り付け状態となるＵ相巻線ｕ及びＷ相巻線ｗについては記載を省略した。〕に示す状態で取り付けたステータコア１２に対し，単相巻線ｎの取り付け状態を変化させて，交流発電機のＵ－Ｎ端子間およびＮ－Ｗ端子間の出力波形の歪を観察した。

実施例，比較例共に，単相巻線ｎを，４つ（４段）のエレメントコイル３１によって構成された第１単相セットコイル３０ａと，３つ（３段）のエレメントコイル３２によって構成された第２単相セットコイル３０ｂをステータコア１２の周方向に交互に合計４個，取り付けて構成した。

実施例の交流発電機として，
実施例１：第１単相セットコイル３０ａを，挿入ピッチＰ２ａが８ピッチのエレメントコイル３１で形成し，第２単相セットコイル３０ｂを，挿入ピッチＰ２ｂが６ピッチのエレメントコイル３２で形成したもの〔図３（Ｂ）参照〕，
実施例２：第１単相セットコイル３０ａを，挿入ピッチＰ２ａが８ピッチのエレメントコイル３１で形成し，第２単相セットコイル３０ｂを，挿入ピッチＰ２ｂが４ピッチのエレメントコイル３２で形成したもの〔図４（Ｂ）参照〕，
をそれぞれ準備した。

比較例の交流発電機として，
比較例１：第１単相セットコイル３０ａと第２単相セットコイル３０ｂを，いずれも挿入ピッチＰ２ａ，Ｐ２ｂが６ピッチのエレメントコイル３１，３２で形成したもの，
比較例２：第１単相セットコイル３０ａと第２単相セットコイル３０ｂを，いずれも挿入ピッチＰ２ａ，Ｐ２ｂが４ピッチのエレメントコイル３１，３２で形成したもの，
をそれぞれ用意した。

なお，実施例及び比較例の単相巻線ｎの挿入ピッチのパターンを下記の表１に一覧形式で示す。

（３）試験結果
実施例の交流発電機のＵ－Ｎ端子間及びＮ－Ｗ端子間の出力波形をそれぞれ図５（実施例１），図６（実施例２）に，比較例の交流発電機のＵ－Ｎ端子間及びＮ－Ｗ端子間の出力波形をそれぞれ図７（比較例１），及び図８（比較例２）に示す。

また，表２に，出力波形の歪算出値を測定した結果を示す。

ここで，計算で求めた出力波形（図５～図８）はロータが１回転したときに出力される波形（２波長分）であることから，この２波長分の波形をスロット数（本実施例では５４）で分割し，分割した各点において，振幅及び波長が同じ基準正弦波との差を求め，その差の絶対値を合計して前述の歪算出値を求めた。

この歪算出値は，その数値が大きいほど，基準正弦波とのズレが大きい波形であること，すなわち，波形が歪んでいるということを示している。

なお，下記の表２は，Ｕ－Ｎ端子間の出力波形の歪算出値と，Ｎ－Ｗ端子間の出力波形の歪算出値の合計値（平均値）を求め，歪算出値が小さい（正弦波形とのズレが小さい）ものから順に記載した。

（４）考察
上記比較例１，２の結果から，従来技術として説明した特許文献３に記載の交流発電機のように，単相巻線の挿入ピッチを三相巻線の挿入ピッチよりも狭くする構成の採用だけでは，出力波形は依然として改善する余地のある歪を有するものであった。

これに対し，第１単相セットコイル３０ａのエレメントコイル３１の挿入ピッチを８ピッチ，第２単相セットコイル３０ｂのエレメントコイル３２の挿入ピッチを６又は４ピッチとして，異なる２つの挿入ピッチＰ２ａ，Ｐ２ｂを組み合わせた実施例１及び２の交流発電機では，いずれも比較例１，２のものに比較して，出力波形の歪を大幅に改善できることが確認されており，一例として，別途測定した負荷運転時の波形歪率（％）において，比較例１，２において約８％の波形歪率が存在していたものが，実施例１，２では，いずれも波形歪率を５％未満に低減することができた。

１０ ステータ
１２ ステータコア
１４ スロット
１５ ティース
２０ａ 第１三相セットコイル
２０ｂ 第２三相セットコイル
２１，２２ エレメントコイル（三相巻線用）
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 挿入部
２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄ， コイルエンド
３０ａ 第１単相セットコイル
３０ｂ 第２単相セットコイル
３１，３２ エレメントコイル（単相巻線用）
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 挿入部
３１ｃ，３１ｄ，３２ｃ，３２ｄ， コイルエンド
４０ ロータ
ｕ Ｕ相巻線
ｖ Ｖ相巻線（基準巻線）
ｗ Ｗ相巻線
ｎ 単相巻線
Ｕ 出力端子（Ｕ相）
Ｖ 出力端子（Ｖ相）
Ｗ 出力端子（Ｗ相）
Ｎ 出力端子（単相巻線の）
Ｏ 中性点
Ｔ 中間タップ
Ｐ１ 挿入ピッチ（三相巻線の）
Ｐ２ａ 挿入ピッチ（第１単相セットコイル用エレメントコイルの）
Ｐ２ｂ 挿入ピッチ（第２単相セットコイル用エレメントコイルの）

Claims (4)

1. ステータコアのスロットに，三相巻線の各エレメントコイルに設けた一対の挿入部を所定の挿入ピッチで挿入して，前記三相巻線を，中性点を中心に１２０°の位相差のＹ結線となるよう前記ステータコアに取り付けると共に，前記中性点に接続された単相巻線の各エレメントコイルに設けた一対の挿入部を所定の挿入ピッチで前記スロットに挿入して，前記単相巻線を，該単相巻線によって誘起される誘起電圧のベクトル和が，前記三相巻線のうちのいずれか１相の巻線である基準巻線の誘起電圧に対し１／２で，且つ，前記基準巻線の誘起電圧に対し１８０°の位相差を生じるように取り付けて形成されたステータを備え，前記三相巻線の各出力端子間より所定電圧の三相出力を取り出し可能に構成されていると共に，前記三相巻線のうち前記基準巻線を除く他の２巻線の一方の出力端子と前記単相巻線の出力端子間を，前記所定電圧に対し約１／２の電圧を出力する単相２線出力部とした交流発電機において，
   前記単相巻線を，前記三相巻線の前記挿入ピッチよりも狭い挿入ピッチで挿入された複数のエレメントコイルから成る第１単相セットコイルと，前記第１単相セットコイルのエレメントコイルの挿入ピッチよりも更に狭い挿入ピッチで挿入された複数のエレメントコイルから成る第２単相セットコイルの組み合わせにより形成したことを特徴とする交流発電機。
2. 前記三相巻線の前記挿入ピッチを１０ピッチとし，前記単相巻線を，８ピッチの挿入ピッチで挿入された複数のエレメントコイルから成る前記第１単相セットコイルと，６又は４ピッチの挿入ピッチで挿入された複数のエレメントコイルから成る前記第２単相セットコイルの組み合わせにより形成したことを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
3. 前記単相２線出力部を，正弦波形に対する波形歪率が５%未満の波形で電圧を出力するよう構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の交流発電機。
4. 前記三相巻線及び前記単相巻線が，共に分布巻きされていることを特徴とする請求項１～３いずれか１項記載の交流発電機。
   

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