JPH11164499A

JPH11164499A - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JPH11164499A
Application number: JP3724498A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Umeda; 梅田　　敦司; Tsutomu Shiga; 志賀　　孜; Arata Kusase; 草瀬　　新
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-06-18
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JP3381608B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コイル抵抗を減少させたり、磁石を使用する
ことなく冷却性良好で高効率かつ低コストの小型高出力
の車両用発電機を提供すること。【解決手段】車両用交流発電機は、固定子と回転子を
含んでおり、この回転子は、界磁コイルと、円筒部７１
と外周方向に広がる継鉄部７２と界磁コイルを囲包する
ように折り曲げられた爪状磁極部７３とを有するランデ
ル型鉄心とを有している。固定子鉄心３２の軸方向長さ
Ｌ１と円筒部７１の軸方向長さＬ２の比率Ｌ１／Ｌ２は
１．２５〜１．７５の範囲であり、かつ、爪状磁極部７
３の外径Ｒ１と円筒部７１の外径Ｒ２との比率Ｒ２／Ｒ
１は０．５４〜０．６０の範囲に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は乗用車、トラック等
に搭載される車両用交流発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】車両
走行抵抗の低減のためのスラントノーズ化や車室内居住
空間の確保のニーズからエンジンルームは近年ますます
狭小化する中で、車両用交流発電機の搭載スペースに余
裕がなくなってきている。一方、燃費向上のためエンジ
ン回転は下げられ、車両用交流発電機の回転も下がって
いるが、その一方安全制御機器等の電気負荷の増加が求
められ、ますます発電能力の向上が求められている。即
ち小型で高出力の車両用交流発電機を安価に提供するこ
とが求められている。

【０００３】一般に、車両用交流発電機は、図２の従来
例に示すような円筒部、継鉄部、爪状磁極部を有するラ
ンデル型鉄心（以下、ポールコアと称す）を有した回転
子で構成される。この回転子の軸方向長さ（以下、軸長
と称す）で発電機の全長が決定されてしまうことから、
特にこの回転子の小型高性能化が望まれている。回転子
中を流れる磁束Φは、図２に示されるように円筒部から
継鉄部、爪状磁極部へと流れ、爪状磁極部から徐々に固
定子鉄心に磁束が流入する。

【０００４】回転子から発生する磁束Φは周知のよう
に、（回転子発生磁束Φ）＝（コイルＡＴ）／（各部磁気抵
抗の和）で示される。ここで、コイルＡＴは、界磁コイルに流れ
る電流値Ａとターン数Ｔの積であり、（コイルＡＴ）∝√（コイル断面積）（磁気抵抗）∝（磁路長さ）／（断面積）となる。

【０００５】従来の設計では、図２に示されるようにポ
ールコア各部の磁路断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は局部的な磁
束飽和をさけるため略同一に設計される。またコイルＡ
Ｔに必要な空間を確保するように各部寸法は決定され
る。このように設計された回転子の発生磁束に対応して
固定子鉄心の磁路断面は略同一とされ、巻線抵抗値から
スロット面積を決定し、結果的に固定子の軸長が決ま
る。このように決定された従来の磁気回路は、結果的に
ポールコア円筒部の軸長Ｌ２と固定子鉄心の軸長Ｌ１は
一般に略同一となる。

【０００６】出力向上のため回転子の発生磁束量を大き
くするためにはコイルＡＴを大きくするか、磁気抵抗を
小さくしなければならない。しかし従来の設計方法で
は、回転子の大きさを変えずに発生磁束を増加させよう
とした場合、コイルＡＴ増加のためコイル断面積を大き
く取るには各部の断面積を一様に小さくしなければなら
ない。また磁気抵抗低減のため磁路断面積を大きく取る
にはコイル断面積を小さくしなければならないため、結
局双方のトレードオフする範囲で従来は設計せざるを得
なかった。

【０００７】これに対し、エアギャップや固定子鉄心の
磁気抵抗を小さくすることを目的として、回転子の寸法
関係はそのままで、図３に示すように固定子鉄心の軸長
Ｌ１のみＬ２よりも大きめに取る設計方法もある。しか
し、固定子側の磁気抵抗を小さくして磁束を増加させよ
うとしても、回転子各部の磁気飽和で全体磁束が規制さ
れてしまうため磁束はあまり増加せず、重量あたりの出
力でみると固定子の重量増加分で相殺されてしまい、殆
ど効果をみることができない。

【０００８】一方従来の設計方法を無視して、例えば図
４に示されるように爪状磁極部の根元部断面Ｓ３を円筒
部断面Ｓ１や継鉄部断面Ｓ２より狭くして、無理矢理Ｓ
１、Ｓ２、及びコイル断面を大きく取ってコイルを巻き
込んだものもある。しかしこの場合、爪状磁極部の根元
部断面Ｓ３が磁束飽和を起こし、本来Ｓ１、Ｓ２では磁
束を十分流せる能力があるにも関わらずＳ３での磁気抵
抗が急激に増大し、全体の磁束量を減少させてしまう。
また、爪状磁極部で磁束が詰まってしまい軸方向に磁束
が漏洩するため、結局固定子鉄心に到達する磁束は著し
く減少し、かえって出力低下してしまう。

【０００９】このため、コイル抵抗を減少させ界磁電流
を増加させて少ない卷装面積でコイルＡＴを維持する方
法も取られているが、コイルの発熱量が増し冷却が成り
立たなくなる点や、励磁損が増加し発電効率が著しく悪
化する問題があった。また、特開昭６１−８５０４５号
公報では、爪状磁極間に磁石を挿入して漏洩磁束を防止
して回転子磁束量を増加させることを開示しているが、
これは磁石素材コスト、及びこれを固定するための保持
器のコストがかかり高価になる点や、磁石が遠心力で飛
散する問題点があり、実用化に至っていない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者は上記問題点が、
ポールコア磁路内を流れる磁束が常に一様であるとし
て、同一磁路断面で設計される点に起因していることを
発見した。図２、図４のＬ１＝Ｌ２の条件ではもちろん
磁束は一様に流れようとするため、従来のように同一磁
路断面で設計されなければならない。従って、その断面
は前述のように略同一でなければならず、磁路断面を増
加した場合、全てコイル断面を小さくする方向に作用
し、コイルＡＴが著しく低下してしまう。しかし、図３
のようにＬ１＞Ｌ２となった場合には、継鉄部が固定子
鉄心と対向するようになるため、継鉄部からも直接固定
子に流入するはずである。従って、爪状磁極部に流れる
磁束量は減少するため、爪状磁極部の根元部断面は小さ
くできるはずである。従って、図５に示すように円筒
部、継鉄部の断面Ｓ１、Ｓ２を大きく取り、かつ爪状磁
極部の根元部断面Ｓ３を小さくした場合、Ｓ１、Ｓ２で
増加した磁束は一部は継鉄部から直接固定子に流入し、
残りは爪状磁極部を通過して固定子に流入させることが
でき、すなわち結果的にコイル断面を確保しつつ磁路断
面が増加でき磁束量は飛躍的に増加できるはずであると
いうことを見出した。また継鉄部が固定子鉄心と対向す
る事は、同時に継鉄部から外部へ漏洩する磁束を極小と
する事を意味し、回転子の発生磁束の回収率を飛躍的に
増加できるはずである。

【００１１】図６に従来の等価磁気回路、図７に上記考
えに基づいた等価磁気回路を示す。これをみて判るよう
に、図６に対し、図７はｒ６、ｒ７の磁気抵抗が並列に
付加される。また継鉄部から外部へ漏洩する磁気抵抗ｒ
０はｒ７で肩代わりされるため、外部への漏洩磁束Φ
０’はほとんどないと考えることができる。従って、図
６では爪状磁極部が飽和してない場合ポールコア内に一
様の磁束Φ０が流れるのに対して、図７では爪状磁極部
を流れる磁束Φ１と継鉄部から直接固定子鉄心に流れ込
む磁束Φ２とに分流され、爪状磁極部を通る磁束Φ１は
Φ０に対し、 Φ１＝｛（ｒ６＋ｒ７）Φ０｝／（ｒ３＋ｒ４＋ｒ６＋
ｒ７）で表され、Φ１の磁束量は減少する。従ってこの割合で
爪状磁極部の磁路断面を小さくしても磁束飽和は発生せ
ず、全体の磁束量Φ０は減少しない。

【００１２】また図６ではｒ３が飽和して磁気抵抗が大
きくなった場合ｒ０を介して継鉄部分から外部へ漏洩し
てしまうが、図７ではｒ３が飽和してもｒ７を介して固
定子鉄心へ磁束を流入させることができ、爪状磁極部は
更に小さくできる。爪状磁極部の断面を小さくすること
はポールコア内の余空間を増加させることを意味する。
これを磁路断面の増加、コイル卷装面積の増加に最適に
配分すれば、従来の設計では得られない著しい出力向上
が期待できる。

【００１３】また並列に付加される磁気抵抗ｒ６、ｒ７
は固定子鉄心の軸長Ｌ１と円筒部軸長Ｌ２の差で変化す
るため、その差が大きいほど爪状磁極部の断面は小さく
でき更に出力向上が期待される。しかし、固定子鉄心の
軸長Ｌ１を増加させるとそれに比例して固定子重量が増
加する事から重量あたりの出力では極大値が存在するは
ずである。

【００１４】本発明は上記考えに基づき、固定子鉄心の
軸長Ｌ１を円筒部軸長Ｌ２より大きく取り、その際に各
部寸法を適正に取ることの相乗効果により、コイル抵抗
を減少させたり、磁石を使用することなく冷却性良好で
高効率かつ低コストの小型高出力の車両用発電機を提供
するものである。請求項１に記載の発明によれば、界磁
コイルと、該界磁コイルが巻装された円筒部と該円筒部
の軸方向位置から外周方向に広がる継鉄部と該継鉄部と
連結され前記界磁コイルを囲包するように形成された爪
状磁極部とを有するランデル型鉄心とからなる界磁回転
子と、該回転子の爪状磁極部外周に対向配置し、積層鉄
心と電機子コイルからなる固定子とを有する車両用交流
発電機において、前記固定子積層鉄心の軸長Ｌ１と円筒
形鉄心部の軸長Ｌ２の比率（Ｌ１／Ｌ２）は、１．２５
〜１．７５の範囲であり、かつ、前記ランデル型鉄心の
外径Ｒ１と円筒形鉄心部の外径Ｒ２との比率（Ｒ２／Ｒ
１）は、０．５４〜０．６０の範囲であることを特徴と
している。

【００１５】固定子積層鉄心の軸長Ｌ１と円筒部の軸長
Ｌ２の比率（Ｌ１／Ｌ２）を、１．０以上の１．２５〜
１．７５の範囲で設定しているため図３に示されるよう
にポールコア継鉄部を固定子鉄心に対向させることがで
き継鉄部より直接固定子鉄心に磁束を流入できる。これ
により爪状磁極部から流入する磁束を減少させることが
でき爪状磁極部の断面をこれに比例して小さくすること
ができる。これによりポールコアの余空間に余裕がで
き、コイル断面を確保しつつ爪状磁極部の外径Ｒ１と円
筒部の外径Ｒ２との比率（Ｒ２／Ｒ１）を、０．５４〜
０．６０の範囲で従来よりも大きな磁路断面を確保する
事ができ、界磁電流を大きくすることなく、小型で高効
率かつ高出力の発電機を提供できる。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、前記継鉄
部の軸方向厚さＸ２と前記爪状磁極部の根元部の径方向
厚さＸ１との比率（Ｘ１／Ｘ２）は０．５〜０．９の範
囲であることを特徴としている。前記比率に設定してい
るので、爪状磁極部の磁束密度を過不足なく適正値に設
定することができる。即ち、爪状磁極部の根元部の径方
向厚さＸ１を厚くしすぎてコイル断面を阻害することを
防止し、Ｘ１を薄くしすぎて、出力が低下することを防
止することができる。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、前記界磁
コイルの径方向断面は軸方向中心に対し略対称であり中
心位置に近いほど外径の大きい山形形状であることを特
徴としている。これによりコイル占積率を向上でき更に
出力を向上できる。請求項４に記載の発明によれば、前
記界磁コイルはシート状の樹脂含浸シートで囲包され、
少なくとも１つの前記爪状磁極部の内周面に当接してい
ることを特徴としている。コイルが爪状磁極部に当接し
ているので爪状磁極部の磁気力共振による騒音が発生す
ることを防止できる。従来に対し、爪状磁極部が薄く設
定し剛性が弱くなるため特に効果が大きい。またコイル
はシート状の絶縁物で囲包されていることを特徴として
いるので、爪状磁極部とコイル外径間の絶縁が十分保た
れるため、ポールコア余空間を最大限に利用でき更に出
力向上が図れる。加えて、前記シート状の絶縁物は樹脂
含浸シートであることを特徴としているので、接着剤等
を貼付しなくとも界磁コイルを固定することができる。

【００１８】請求項５に記載の発明によれば、前記車両
用交流発電機は界磁電流調節器を備え、該界磁電流調節
器のトランジスタは界磁コイルに対し高電位側に接続さ
れていることを特徴としているので、車両が稼働してな
い時に、界磁コイルに電位がかからないため、界磁コイ
ルとポールコア特に爪状磁極部との電食を防止できる。
このため界磁コイルとポールコア間のギャップは極小で
良いため、占積率を高めることができ更に出力を向上で
きる。

【００１９】請求項６に記載の発明によれば、前記固定
子鉄心はスロットを備え、前記電機子コイルは複数の電
気導体からなり、該電気導体は前記固定子のスロットの
深さ方向に対して互いに絶縁されて、スロットの奥に位
置する外層と開口部側に位置する内層とに二分されたも
のが一対以上配設され、異なるスロットの前記外層、内
層の導体が直列に接続されたことを特徴としている。

【００２０】上記構成とすることにより、電機子コイル
のコイルエンドが整列し、径方向の重なりが回避できる
ためコイルエンドが小さくでき、結果的に固定子の軸方
向全長を抑制することができる。このため、発電機外殻
を一定のままで固定子鉄心の軸長Ｌ１を円筒部軸長Ｌ２
より大きくとることができ、上記最適範囲を発電機外殻
の制約無しに設定でき小型高出力化が図れる。また、こ
れは同時にコイル長も抑制できるためコイル抵抗を大き
くすることなくＬ１を大きくすることができる。これに
より、銅損の増加を防止できるため高効率、高冷却の発
電機を提供できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】〔実施形態の構成〕図１、８、９
はこの発明の一実施形態を示したもので、図１は車両用
交流発電機の主要部を示した図で、図８、９は本実施形
態の車両用交流発電機の回転子の説明図である。

【００２２】その車両用交流発電機１は、電機子として
働く固定子２と界磁として働く回転子３、前記回転子、
固定子を支持するハウジング４、前記固定子に直接接続
され、交流電力を直流に変換する整流器５、界磁電流量
を増減し発電量を制御する電圧調整器１１等から構成さ
れている。界磁電流調節器としての電圧調整器１１は発
電機が非稼働時に界磁コイルに電位がかからないよう
に、界磁コイルに対し高電位側に接続されている。

【００２３】回転子３は、シャフト６と一体になって回
転するもので、一組のランデル型ポールコア７、冷却フ
ァン１２、界磁コイル８、スリップリング９、１０等に
よって構成されている。シャフト６は、プーリ２０に連
結され、自動車に搭載された走行用のエンジン（図示せ
ず）により回転駆動される。前記回転子３のポールコア
７は円筒部７１、継鉄部７２、爪状磁極部７３により構
成されている。界磁コイル８は、軸方向中心部が外径寸
法が大きく端部にゆくに従い外径寸法の小さい山形形状
をしており、外径寸法はポールコアの爪状磁極部７３に
沿った形状となっており、絶縁紙８１を介して爪状磁極
部７３の内径面に適当な圧縮力を持って当接されてい
る。絶縁紙８１はシート状の樹脂含浸シートを使用し界
磁コイル８を囲包しており、加熱処理により界磁コイル
８を固着している。なお界磁コイル８は帯状のシートを
螺旋状に巻いたり、花びら状のシートを上下から挟み込
むことで囲包される。

【００２４】固定子２は、固定子鉄心３２と、電機子コ
イル３３と、固定子鉄心３２と電機子コイル３３とを絶
縁するインシュレータ３４とで構成され、ハウジング４
により支えられている。固定子鉄心３２は、薄い鋼板を
重ね合わせて形成されている。上述したポールコア７が
ランデル型鉄心に、固定子鉄心３２が積層鉄心に対応し
ている。

【００２５】続いて磁気回路の詳細について図８、図９
を使用し説明する。ポールコア７の円筒部７１の軸長Ｌ
２は固定子鉄心３２の軸長Ｌ１より小さく設定し、その
比率（Ｌ１／Ｌ２）は１．２５〜１．７５の範囲で設定
されている。継鉄部７２の軸方向厚みはＸ２とし、その
断面積は円筒部７１の断面積を磁極対（本実施形態では
６）で割った面積に対し、略同一（±１０％の範囲）と
なるように設定されている。爪状磁極部７３の根元部の
径方向厚さＸ１はＸ２に対しその比率（Ｘ１／Ｘ２）を
０．５〜０．９の範囲に設定している。円筒部７１の外
径Ｒ２は爪状磁極部７３の外径Ｒ１に対し、その比率
（Ｒ２／Ｒ１）を０．５４〜０．６０の範囲で設定して
いる。

【００２６】円筒部７１の外径Ｒ２に対し、この断面積
からシャフト断面積（シャフト径Ｒ３は爪状磁極部外径
の１８％）を減じ、ポールコア極対数Ｐで割ったものを
基準断面積Ｓ１とした。Ｓ１＝｛π／（４Ｐ）｝（Ｒ２² −Ｒ３² ）爪状磁極部７３の磁極幅Ｗは爪状磁極部外径Ｒ１を極数
Ｐで割ったＷ＝πＲ１／（２Ｐ）に設定し、継鉄部７２の断面Ｓ２は軸方向厚さをＸ２と
した場合、Ｓ２＝Ｓ１＝Ｗ・Ｘ２となるように設定してある。

【００２７】また、ポールコア７の軸長Ｌ０は、一般的
に使用される比率である外径Ｒ１の５５％としている。
界磁コイル８は、円筒部７１、径鉄部７２、爪状磁極部
７３の内側面で形成される余空間に対し、一定の占積率
６８％で一定の抵抗値２．３Ωとなるように、コイル径
を選定した。

【００２８】固定子２は、外径寸法Ｒ４をポールコア７
の爪状磁極部外径Ｒ１の１２９％にした。固定子鉄心３
２の各部寸法は、断面積が前述のＳ１に対し漏れ磁束分
を考慮した一般的に使用される比率である６６％となる
ように設定している。電機子コイル３３は前記寸法で決
定されたスロット面積に対し、占積率４４％となるよう
にコイル径を選定した。

【００２９】またエアギャップδは車両用交流発電機で
一般的に使用される０．３５ｍｍとしている。その他爪
状磁極部７３の先端厚さ等詳細寸法は従来の車両用発電
機と同等比率で設定している。なお爪状磁極部７３の外
径Ｒ１は９２ｍｍとした。なお、電機子コイル３３は図
１６に示されるような２つの直線部２３２を持つ略Ｕ字
状の電気導体２３１からなる。図１７に示されるように
直線部２３２の片方はスロットの径方向の開口部側であ
る内径側に配置されて内層をなし、他方はスロットの奥
に位置する外径側に配置されて外層をなしている。さら
に電気導体２３１の各直線部２３２の端部を接続するタ
ーン部２３３はコイルエンドとしての部分である。そし
て複数の電気導体２３１は、コイルエンドが整列するよ
うに重ねて固定子鉄心３２のスロットの一方側端面から
挿入されている。そして、スロットの他方側端面から突
出した内層あるいは外層の各直線部２３２をそれぞれ固
定子鉄心３２の周方向に曲げ、１極分ずれた各電気導体
２３１の異なる層の各直線部２３２に結線することで電
機子コイル３３は構成されている。

【００３０】〔実施形態の作用効果〕固定子鉄心３２の
軸長Ｌ１とポールコア７の円筒部７１の軸長Ｌ２の比率
（Ｌ１／Ｌ２）を、１．２５〜１．７５の範囲で設定し
ているため、前述のようにポールコア継鉄部７２を固定
子鉄心３２に対向させることができ、継鉄部７２より直
接固定子鉄心３２に磁束を流入できる。これにより爪状
磁極部７３から流入する磁束を減少させることができ、
爪状磁極部断面をこれに比例して小さくすることができ
る。これによりポールコア７の余空間に余裕ができ、コ
イル断面を確保しつつ爪状磁極部７３の外径Ｒ１と円筒
部７１の外径Ｒ２との比率（Ｒ２／Ｒ１）を、従来より
も大きな磁路断面で確保する事ができ、更にこの比率を
最適値である０．５４〜０．６０の範囲に設定すること
により、従来に対し飛躍的に出力向上できる。

【００３１】また継鉄部７２の軸方向厚さＸ２と前記爪
状磁極部７３の根元部の径方向厚さＸ１との比率（Ｘ１
／Ｘ２）を１以下の０．５〜０．９の範囲で設定してい
るので、爪状磁極部７３の磁束密度を過不足なく適正値
に設定することができる。即ち、爪状磁極部７３を厚く
しすぎてコイル断面を阻害することを防止し、爪状磁極
部７３を薄くして、出力が低下することを防止すること
ができる。

【００３２】図１０、１１、１２は、本実施形態の効果
を確認した結果である。図１０は、縦軸にポールコア７
の円筒部７１の軸長Ｌ２と固定子鉄心３２の軸長Ｌ１と
の比率（Ｌ１／Ｌ２）を、横軸に爪状磁極部７３の外径
Ｒ１と円筒部７１の外径Ｒ２の比率（Ｒ２／Ｒ１）を取
り、その際の重量あたりの出力Ｋを等高線状に示した図
である。なお、重量あたりの出力Ｋは、発電機回転数２
０００ｒｐｍ、発電機電圧１３．５Ｖ熱時飽和時の最大
出力を回転子、固定子の重量和で割った値を示してい
る。

【００３３】図１１、１２は図１０の極大点近傍で、Ｌ
１／Ｌ２を固定してＲ２／Ｒ１を変更した場合、Ｒ２／
Ｒ１を固定してＬ２／Ｌ１を変更した場合をそれぞれ示
している。図１０に示されるように、Ｌ１／Ｌ２＝１の
近傍の従来範囲に対し、Ｌ１／Ｌ２、Ｒ２／Ｒ１双方を
大きくした領域で出力が増加し、Ｌ１／Ｌ２＝１．５、
Ｒ２／Ｒ１＝０．５６の近傍で極大値がえられる。これ
は従来範囲に対し、Ｌ１／Ｌ２の変更でＲ２／Ｒ１の最
適範囲が変わり、従来よりも大きな磁路断面、即ち円筒
部外径Ｒ２を大きく取った場合に最適点をとることで、
最大出力も更に向上できることを示している。但し、Ｌ
１／Ｌ２をある程度以上増加させると固定子２の重量が
増大してしまう。このため、従来に対し出力向上効果の
ある範囲はＬ１／Ｌ２が１．２５〜１．７５の範囲、Ｒ
２／Ｒ１が０．５４〜０．６０の範囲であることが判
る。

【００３４】また、図１０は従来のようにＬ１／Ｌ２の
み、Ｒ２／Ｒ１のみを変更しても殆ど効果がないばかり
か場合によってはかえって重量あたりの出力を低下させ
てしまうことも示している。本実施形態は双方を変更す
る相乗効果により従来にない出力特性をえることができ
る。図１３、１４、１５は、Ｌ１／Ｌ２をパラメータと
し、図１０より爪状磁極部外径Ｒ１＝９２ｍｍのもとで
円筒部外径Ｒ２を最適値に設定し、爪状磁極部７３の根
元部の径方向厚さＸ１を変更し、出力値をプロットした
結果である。図１３は、縦軸にポールコア７の円筒部７
１の軸長Ｌ２と固定子鉄心３２の軸長Ｌ１との比率（Ｌ
１／Ｌ２）を、横軸に爪状磁極部７３の根元部の径方向
厚さＸ１と継鉄部７２の軸方向厚さＸ２の比率（Ｘ１／
Ｘ２）を取り、その際の重量あたりの出力Ｋを等高線状
に示した図である。

【００３５】図１４、１５は図１３の極大点近傍で、Ｌ
１／Ｌ２を固定しＸ１／Ｘ２を変更した場合、Ｘ１／Ｘ
２を固定しＬ１／Ｌ２を変更した場合をそれぞれ示して
いる。図１３に示されるように、Ｌ１／Ｌ２の変更でＸ
１／Ｘ２の最適範囲が変わり、従来よりも爪状磁極部７
３の根元部の断面積、即ち爪状磁極部７３の根元部の径
方向厚さＸ１を小さい値で最適点を取ることができ、最
大出力も更に向上できることを示している。但し、Ｌ１
／Ｌ２をある程度以上増加させるとステータの重量が増
大してしまう。このため、従来に対し出力向上効果のあ
る範囲はＬ１／Ｌ２が１．２５〜１．７５の範囲、Ｘ１
／Ｘ２が０．５〜０．８５の範囲であることが判る。上
記比率に設定しているので、爪状磁極部７３の磁束密度
が過不足なく適正値に設定することができる。即ち、爪
状磁極部７３を厚くしすぎてコイル断面を阻害すること
を防止し、爪状磁極部７３を薄くしすぎて、出力が低下
することを防止することができる。

【００３６】また、図１３は従来のようにＬ１／Ｌ２の
み、Ｘ１／Ｘ２のみを変更しても殆ど効果がないばかり
か、場合によってはかえって重量あたりの出力を低下さ
せてしまうことも示している。本実施形態は双方を変更
する相乗効果により従来にない出力特性をえることがで
きる。上記の確認結果に示される最適範囲で本実施形態
は設定されているため回転子３を大きくすることなく従
来では設定不可能であった鉄断面、コイル断面を確保す
る事ができ、小型高出力化が達成できる。もちろんコイ
ル発熱量は従来と同等であるため界磁コイル８が高熱化
する問題もない。逆に固定子２の冷却フィンとして作用
するコイルエンドが冷却ファン１２と対向する面積が増
し、良好に電機子コイル３３が冷却される効果もある。

【００３７】また、本実施形態では界磁コイル８を略山
形としているので、コイルの卷装面積が増し、更に高出
力化が図れる。加えて、爪状磁極部７３の内周面に適当
な圧縮力をもって当接しているので、爪状磁極部７３の
磁気力共振による騒音が発生することを防止できる。従
って、爪状磁極部７３の剛性を気にすることなく根元厚
さを薄くでき騒音の制約無しに最高出力が得られる。ま
た本実施形態では、シート状の樹脂含浸シートである絶
縁紙８１によって界磁コイル８を囲包しているので、爪
状磁極部７３とコイル外径間の絶縁が十分保たれるた
め、ポールコア余空間を最大限に利用することができ、
更に出力アップできる。また、界磁コイル８の固着のた
めの接着剤が不要となり、設備が簡略化できる効果もあ
る。

【００３８】また、本実施形態では電圧調整器１１のト
ランジスタを界磁コイル８に対し高電位側に接続してい
るので、車両が稼働していないときはコイルに電位がか
からず電食を防止できる。このため前記のように山形の
コイルとしても環境性は悪化せず占積率を向上すること
ができる。また、電機子コイル３３は、Ｕ字状の電気導
体２３１を図１７のように整列して配列しているので、
コイルエンド部において導体が隙間をあけて周方向に均
一な紋様をなしている。一方、従来の固定子２のコイル
エンド部には、異なる位相間の電機子コイルが径方向に
重なりあう部分が存在し、発電機外殻の径方向内に収納
するためにはコイルエンド部の径方向の厚さを薄くしな
ければならなかった。このため、コイルエンド部の軸方
向の高さを高くして扁平状に形成し、径方向の厚さを薄
くすることが一般に用いられている。即ち、コイルエン
ド部の高さは、一定値以上を確保しなければならない。
この結果、固定子鉄心３２の軸長Ｌ１を増やすと、その
分の固定子２の軸方向の全長が長くなるため、発電機外
殻の軸方向空間内を変えずに固定子２を配置することが
難しくなる。これに対し、本実施形態のコイルエンド部
は、図１７に示すように径方向の厚さが同一であり、従
来に比べコイルエンド部の高さを低くすることができ
る。このため、発電機外殻を一定のままで固定子鉄心３
２の軸長Ｌ１を従来より大きくできるため、発電機外殻
の制約無しに上記最適範囲に設定でき、小型高出力化を
図ることができる。またこれは同時にコイル長も抑制で
きるためコイル抵抗を大きくすることなくＬ１を大きく
することができる。これにより銅損の増加を防止できる
ため高効率、高冷却の発電機を提供できる。

【００３９】〔その他の実施形態〕本実施形態では、固
定子鉄心３２の軸長Ｌ１とポールコア７の円筒部７１の
軸長Ｌ２の比率（Ｌ１／Ｌ２）を１．２５〜１．７５の
範囲に設定し、爪状磁極部７３の外径Ｒ１と円筒部７１
の外径Ｒ２との比率（Ｒ２／Ｒ１）を０．５４〜０．６
０の範囲に設定し、継鉄部７２の厚さＸ２と爪状磁極部
７３の根元部の厚さＸ１との比率（Ｘ１／Ｘ２）を０．
５〜０．９の範囲に設定している。図１０、図１３に示
すように、重量あたりの出力を高く安定させるために
は、これらの比率範囲を更に限定し、比率（Ｌ１／Ｌ
２）を１．４５〜１．５５に、比率（Ｒ２／Ｒ１）を
０．５４〜０．５８に、比率（Ｘ１／Ｘ２）を０．６〜
０．８７に設定すればよい。

【００４０】本実施形態では２．３Ωの抵抗値での結果
を示したが、他の抵抗値であってもＡＴの大きさが変わ
るだけで原理は同一であり同様の結果となるから、通常
の冷却ファンを使用する空冷方式の車両用発電機の冷却
能力の限界から一般的な値、すなわち１２Ｖ仕様におい
ては１．２〜３．６Ω、また２４Ｖ仕様においては４．
８〜１４．４Ωで本実施形態の設定の範囲が有効である
ことは言うまでもない。

【００４１】本実施形態では爪状磁極部７３の外径Ｒ１
が９２ｍｍの場合を示したが、体格が変わっても同様で
あり、Ｒ１が７０〜１１０ｍｍにおいて同様の設定範囲
が有効であることは言うまでもない。本実施形態では回
転子３の極数は１２極であるが、他の極数例えば１４、
１６極であっても同様の効果が得られることも言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の車両用交流発電機の主要部を示し
た断面図である。

【図２】ポールコア各部の磁路断面を略同一に設計した
従来の回転子中を流れる磁束を説明する図である。

【図３】固定子鉄心の軸長をポールコア円筒部の軸長よ
りも大きく設定した従来の回転子中を流れる磁束を説明
する図である。

【図４】ポールコアの爪状磁極部の根元部断面を円筒部
断面や継鉄部断面よりも狭く設定してコイル断面を大き
くした従来の回転子中を流れる磁束を説明する図であ
る。

【図５】ポールコアの爪状磁極部の根元部断面を円筒部
断面や継鉄部断面よりも狭く設定し、かつ固定子鉄心の
軸長をポールコア円筒部の軸長よりも大きく設定した本
発明の回転子を流れる磁束を説明する図である。

【図６】従来の回転子の等価磁気回路を示す図である。

【図７】本発明による回転子の等価磁気回路を示す図で
ある。

【図８】本実施形態の車両用交流発電機に含まれる回転
子のポールコアの断面図である。

【図９】本実施形態の車両用交流発電機に含まれる回転
子のポールコアを円筒部側からみた平面図である。

【図１０】本実施形態の効果を確認した結果を示す図で
ある。

【図１１】本実施形態の効果を確認した結果を示す図で
ある。

【図１２】本実施形態の効果を確認した結果を示す図で
ある。

【図１３】本実施形態の効果を確認した他の結果を示す
図である。

【図１４】本実施形態の効果を確認した他の結果を示す
図である。

【図１５】本実施形態の効果を確認した他の結果を示す
図である。

【図１６】電機子コイルを構成する略Ｕ字状の電気導体
の詳細形状を示す図である。

【図１７】図１６に示す電気状態によって構成した電機
子コイルの詳細形状を示す図である。

【符号の説明】

１車両用交流発電機２固定子３回転子６シャフト７ポールコア８界磁コイル９、１０スリップリング１２冷却ファン３２固定子鉄心３３電機子コイル３４インシュレータ７１円筒部７２継鉄部７３爪状磁極部８１絶縁紙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】界磁コイルと、該界磁コイルが巻装され
た円筒部と該円筒部の軸方向位置から外周方向に広がる
継鉄部と該継鉄部と連結され前記界磁コイルとを囲包す
るように形成された爪状磁極部とを有するランデル型鉄
心を備える界磁回転子と、該爪状磁極部の外周に対向配
置し、積層鉄心と電機子コイルからなる固定子とを有す
る車両用交流発電機において、前記固定子積層鉄心の軸方向長さＬ１と円筒部の軸方向
長さＬ２の比率（Ｌ１／Ｌ２）は、１．２５〜１．７５
の範囲であり、かつ、前記ランデル型鉄心の外径Ｒ１と円筒部の外径Ｒ２との
比率（Ｒ２／Ｒ１）は、０．５４〜０．６０の範囲であ
ることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】請求項１において、前記継鉄部の軸方向厚さＸ２と前記爪状磁極部の根元部
の径方向厚さＸ１との比率（Ｘ１／Ｘ２）は０．５〜
０．９の範囲であることを特徴とする車両用交流発電
機。
【請求項３】請求項１または２において、前記界磁コイルの軸方向断面は軸方向中心に対し略対称
であり中心位置に近いほど外径の大きい略山形形状であ
ることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】請求項３において、前記界磁コイルはシート状の樹脂含浸シートで囲包さ
れ、少なくとも１つの前記爪状磁極部の内周面に該当接
していることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記車両用交流発電機は界磁電流調節器を備え、該界磁
電流調節器のトランジスタは界磁コイルに対し高電位側
に接続されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記固定子鉄心はスロットを備え、前記電機子コイルは
複数の電気導体からなり、該電気導体は前記固定子のス
ロットの深さ方向に対して互いに絶縁されて、スロット
の奥に位置する外層と開口部側に位置する内層とに二分
されたものが一対以上配設され、異なるスロットの前記
外層、内層の導体が直列に接続されたことを特徴とする
車両用交流発電機。