JPS644296Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は発電出力／重量比特性を改良し、小
型、軽量化を計る車輌用交流発電機に関する。

〔従来の技術〕

まず従来公知の車輌用交流発電機の１例を第１
図および第２図にて説明する。第１図において１
は界磁子で、界磁巻線２を備えており刷子装置３
を経て３相全波整流装置４より供給される直流電
流により励磁されると共に、図示していない外部
の駆動装置によりプーリ５が駆動され、これに直
結したシヤフト６に固定された該界磁子が回転す
る。該シヤフトを回転自在に支える軸受７，８は
それぞれフレーム９，１０に設けられ、該フレー
ムは３相電機子巻線１１の施されたステータコア
（以下ステータと称す）１２を両側から挟持し、
該ステータをフレームに対し固定すると共に、イ
ンロ面１３，１４によりステータコア１２及びフ
レーム９，１０各々のセンターが合致させてい
る。

前記の如く回転せらるる界磁子により前記ステ
ータコアに回転磁界が与えられることにより、前
記３相電機子巻線１１に３相交流が発生せしめら
れる。電機子巻線１１は３相全波整流装置４に結
線されており、前記３相交流は直流に変換され、
１部が前記刷子装置３を経て界磁子への励磁電流
となると共に、他は図示していない出力端子へと
導かれ、発電機出力として外部に導かれる。この
種の従来構成の特徴は、第１図及び第２図に示す
如く２つのインロ面１３，１４により、ステータ
コア１２及びフレーム９，１０の各々のセンター
を合致させているため、フレーム９，１０の中心
と、ステータコア１２の中心とが合致しにくく、
ステータコア１２の外周側を拡げて、フレーム
９，１０が当接する締代を必要以上に多く確保し
て、フレーム９，１０の中心と、ステータコア１
２の中心とを合致させる必要があるため、必然的
に、ステータ背部が厚くなつてしまうのが現状で
あつた。つまり、該ステータの背部１５の幅相当
寸法Ｂが、ステータテイース１６の幅相当寸法Ａ
に対し従来品はＢ＞1.5×Ａなる関係に製作され
ていた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のものでは、界磁磁極
１極分についての、ステータテイース部１６の磁
路断面積に対して、ステータ背部１５の磁路断面
積が、必要以上に大きい。すなわち換言すると、
ステータ背部は従来必要以上に厚く、発電機出力
の割に重量大という欠点がある。

そこで、本件出願人は、従来、ステータコアテ
イース部磁路断面積に比してステータコア周辺部
（背部）の磁路断面積が必要以上に大きく、発電
機の発電出力／重量比の低いものであつたのを、
ステータの磁路断面積を考慮して、以下のように
考察した。

まず、ステータコアと界磁磁極の磁気回路とし
ての作動を説明する。理解を容易にするために、
第３図及び第４図に示すようにセーレントポール
型の矩形状界磁磁極（ステータコアと対向する面
が矩形状）の場合を述べる。第３図で界磁子磁極
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｌ等によりステー
タは励磁され、第３図、第４図の破線に示す如
く、磁束がステータテイース部１６ａ，１６ｂ…
…、また１５ａ，１５ｂ……等を通過する。図示
の如く、界磁子磁極２１ａまたは２２ａ等のＮ極
より発した磁束はステータ背部１５において２手
に分かれて各々相隣り合う界磁磁極Ｓ極へと向つ
て走る。今第３図の位置に界磁磁極があるときに
は、１５ａ，１５ｄ，１５ｇ等のステータ背部の
磁束密度が高くなり、また界磁磁極がさらに回転
し、第４図の位置にあるときには、１５ｂ，１５
ｅ，１５ｈ等のステータ背部の磁束密度が高くな
るように界磁子の回転方向に沿つてステータ背部
１５ａ，１５ｂ……等は順に磁束密度の疎密が或
る間隔で交番する。

以上の状況より、定性的にある与えられたステ
ータテイース部１６の幅相当寸法Ａに対して、最
適のステータ背部１５の幅相当寸法Ｂは、ほぼス
テータテイース部１６ａ，１６ｂ，１６ｃである
３つのテイース部の総和磁路断面積（界磁子磁極
と対向するステータテイース部である）の1/2が
ステータ背部１５ａ等の磁路断面積と等しくなる
ように与えられるはずである。ステータの軸方向
積層厚は、ステータテイース部１６、ステータ背
部１５とも同一であるから、寸法ＡとＢが３×Ａ
×1/2＝ＢすなわちＢ＝1.5×Ａなる関係のとき、
ステータテイース部１６、ステータ背部１５の磁
束密度は平均的にほぼ等しくなり、出力／重量比
は最大となると考えられる。

以上は界磁磁極が矩形状の場合であり、第５図
に示す如く、概略台形状界磁磁極の場合には、図
中１６e′，１６f′，１６g′の斜線部に示す如くス
テータコアテイース部１６ｅ，１６ｇ等は、１６
ｆ等に対して界磁磁極２１ｂ等と対向する面積が
略半分となる（図に於いて界磁磁極のテイース部
に直面する領域１６e′〜１６g′のみ斜線を付して
あるが、図示の台形領域全面が磁極端面２１ｂを
形成している）。

従つて、ステータ背部１５ｂ，１５ｅ，１５ｈ
等の最大磁束は前述第３図、第４図に示した矩形
状界磁磁極の場合に比べ略2/3となる。従つて、
ステータテイース部１６、ステータ背部１５の寸
法Ａ，Ｂの最適関係はＢ≒1.5×Ａ×2/3すなわち
Ｂ≒Ａにて与えられるはずである。

従つて、上述した従来のものにおいて、界磁磁
極が略台形状の場合には、本件出願人は、Ａ≒Ｂ
とすることで、重量当たりの出力が最大になると
理論的に考えた。

ところが、上述の如く、従来のものでは、ステ
ータ背部を小さくすることはできなく、ステータ
背部を小さくして、重量当りの出力を上昇させる
ことは不可能であつた。

そこで、本件考案者は、第１のフレームと、第
２のフレームとを単一のインロ面にて相互に固定
し、かつステータコア外径面を第１のフレームも
しくは第２のフレームの内径面の少なくとも一方
と密着嵌合させることで、第１、第２のフレーム
で、ステータコアの外周部を固定する際の締代を
非常に小さくさせ、結果的にステータコア背部を
小さくするものである。

そして、ステータコア背部を小さくできること
で、本件考案者が、Ａ／Ｂの比率を変えて、重量
当りの出力を測定してみると、Ａ／Ｂ≒１の時よ
りも、1.1≦Ａ／Ｂ≦1.46とすると、重量当りの
出力が増大することを見出した。

〔考案が解決しようとする問題点〕

そこで、本考案は、 界磁子１の１磁極２１，２２あたりに３個のス
テータコアテイース部１６を有すると共に、ステ
ータコアと対向する側の磁極がほぼ台形形状であ
る車輌用３相交流発電機において、 前記ステータコアを第１のフレームと第２のフ
レームで固定、支持し、該第１のフレームもしく
は第２のフレームの内径面の少なくとも一方が前
記ステータコア外径面と密着嵌合して、該ステー
タコアと当該フレームが相互に固定されると共
に、前記第１のフレームと第２のフレームが単一
のインロ面にて相互に固定され、かつ 前記ステータコアテイース部幅寸法Ａ１６とス
テータコア背部幅寸法Ｂ１５とを 1.1≦Ｂ／Ａ≦1.46 の関係に設定して成る車輌用交流発電機とするこ
とである。

〔作用〕

上述の如く、第１のフレームと第２のフレーム
が単一のインロ面にて相互に固定し、かつステー
タコア外径面を第１のフレームもしくは第２のフ
レームの内径面の少なくとも一方に密着嵌合させ
ることで、ステータコアの中心と、第１、第２の
フレームの中心を容易に合致できるため、所定の
締代だけでよく、ステータコアの背部を小さくで
きる。

〔考案の効果〕

以上述べたように、本考案においては、ステー
タコア背部を小さくできることで、ステータコア
テイース部幅寸法Ａとステータコア背部幅寸法Ｂ
との比Ｂ／Ａを、1.1≦Ｂ／Ａ≦1.46とでき、重
量当りの出力を大幅に向上させて、軽量で高出力
の車輌用交流発電機を得ることができるという優
れた効果がある。

〔実施例〕

以下、本考案を図に示す一実施例について説明
する。

第６図は本考案車輌用３相交流発電機の断面図
を示すもので、１は界磁子で、界磁巻線２を備え
ており、刷子装置３を経て３相全波整流装置４よ
り供給される直流電流により励磁されると共に、
図示していない外部の駆動装置によりプーリ５が
駆動され、これに直結したシヤフト６に固定され
た該界磁子１が回転する。該シヤフト６を回転自
在に支える軸受７，８はそれぞれフレーム９，１
０に設けられている。フレーム９は３相電機子巻
線１１の施されたステータ１２を覆うとともに該
ステータ外周面にて該ステータを嵌合固定すると
共にさらに、フレーム１０とインロ面１４にて合
致させられ、ボルト１７によりフレーム９，１０
は固定され、前記ステータコア１２、フレーム
９，１０のセンターが合致されている。

前述の如く図示していないエンジン等の外部動
力により駆動回転される界磁子１は、後述の刷子
装置３を経て環状に巻装された界磁巻線２へと導
入される直流励磁電流により励磁され、該界磁子
外周部の爪状磁極２２に交互にＮ，Ｓ極を得てい
るから、前記ステータ内径面に配列されたステー
タテイース部は界磁子が回転することにより、第
３図および第４図に示す如く、交番磁界を受け、
前記３相電機子巻線１１に３相交流が発生する。
当該３相電機子巻線端は、３相全波整流装置４に
導かれ、前記３相交流は直流へと変換されその１
部は前記刷子装置３へと導かれ前記の励磁電流と
なると共に、他方大部分が、図示していない出力
端子へと導かれ、外部にとり出される。

次に、第８図に、車輌用交流発電機（12極
12V50Aクラス）において、界磁子磁極２１ａに
対向するステータテイースの数が３つの場合で、
かつステータと対向する界磁子磁極２１ａの形状
が、概略台形状であるもので、ステータテイース
部幅相当寸法Ａと、ステータコアテイース部幅寸
法Ｂとの比Ｂ／Ａを変化させた場合の、出力／発
電機重量の比の変化を試験した結果を示す。図で
示されるように、従来の範囲は領域１８に示すＢ
＞1.6Aの範囲であつたが、本考案による範囲で
は出力／重量比が従来範囲のものに比して向上し
ており、特に点１９の値（約1.31）の場合は飛躍
的な向上が認められる。1.1≦Ｂ／AA≦1.46の、
斜線部領域２０の範囲であればその効果は認めら
れるが、好ましくは２重斜線部で示す領域２１
（1.2≦Ｂ／Ａ≦1.4）の範囲であれば、その効果
は著しい。

そして、本実施例では、ランデル型に極車輌用
３相交流発電機（12V50Aクラス）で、上述した
第８図の結果を基に、重量当たりの出力を最大と
すべく、Ｂ／Ａ＝1.31となるように、第７図に示
す如く、当該ステータコア１２は、ステータテイ
ース部１６の幅相当寸法Ａを3.2（mm）、ステータ
背部１５の幅相当寸法Ｂを4.2（mm）としている。

また、上述のように、ステータ背部１５の幅寸
法を小さくすると、従来の如く、ステータコア１
２の両端を１対のフレーム９，１０で挟んで、ス
テータコア１２を固定できない場合があるが、上
述した第６図にて示すように、ステータ外周部を
フレーム９あるいは１０で覆い、フレーム９およ
び１０を相互に１つのインロ面にてつき合わせ固
定する。ステータは前記フレーム９あるいは１０
のいずれかに嵌合固定する。すなわち両フレーム
間の連結を直接行いステータ背部を介さないの
で、ステータ背部の幅Ｂに対し強度面での大きさ
を確保する必要はなくなる。

さらに、ステータコア１２を挟むことができな
い時に、第６図の構成とすることで、以下に述べ
る付随した効果が生じるものである。

第９図は、前述の12極車輌用交流発電機
（12V50Aクラス）について、発電機回転数
（rpm）に対する騒音（dB−Ａ）の変化を示すグ
ラフである。従来の構成だと図中細線実線に示す
如き曲線である。Ａ＝3.3mm、Ｂ＝4.2mmとして本
考案のステータ仕様とすることによりステータ剛
性は従来のものに対して幾分ダウンする為に、磁
気力に基づく騒音が幾分増加するが（図中破線）、
これに前記本考案実施例で記載したステータ外周
面をフレームで覆いフレームと嵌合させる構成に
よりステータを固定すると、図中太線実線の如く
著しく騒音が低減することが認められた。3500
（rpm）以下のピーク値において、従来のものに
対して約７（dB−Ａ）低減している。

すなわち、Ｂ／Ａの最適化およびステータコア
の固定を本考案実施例に示した構成とすること
で、ステータ内径、ステータ積厚、ステータ寸法
Ａが同一の従来の12極車輌用３相交流発電機
（12V50Aクラス）のものに対して、出力／重量
比を約10％増加し、また3500（rpm）以下のピー
ク騒音値（dB−Ａ）を約13％低減することがで
きた。

本考案は前記実施例以外にも種々適用可能であ
るが、例えば次の例が注意される。

前記実施例ではステータ外周部を平坦な円筒
面としているが、凹凸の面で形成した場合凹凸
部平均外径面が、本実施例の外径面に相当す
る。

(2) またステータテイース部はステータ半径方向
で概略同一幅であるが、これが概略曲線状の形
状を為し、半径方向でその幅が変化する場合、
その平均幅が本件におけるステータテイース幅
相当寸法Ａに該当する。

前記実施例ではステータが均一積層厚となつ
ているが、積層間に接着材の如き非磁性体が存
在し、あるいは積層構成のバラツキにより不均
一積層厚となつている場合でも本考案の構成は
有効であることは言うまでもない。又、ステー
タコアをアルミニウム製ハウジング（フレーム
のこと）の中に埋込んでコアをハウジング１２
に固定するコア固定構造を採用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の車輌用３相交流発電機の断
面図、第２図は第１図に示した車輌用３相交流発
電機のステータコアの要部を示す正面図、第３図
はステータコア、界磁磁極および磁極の流れの関
係を示す平断面図、第４図は第３図における界磁
磁極を１ステータスロツトピツチ回転した位置に
おける磁束の流れを示す断面図、第５図は第４図
に対応するところの、第６図に示した本考案実施
例における平断面図、第６図は本考案の構成を有
する実施例で、ランデル型の車輌用３相交流発電
機の断面図、第７図は、第３図の発電機に用いる
本考案によるステータコア（Ｂ寸法減少）の要部
を示す正面図、第８図および第９図は本考案の効
果を示し、第８図はステータ寸法比（Ｂ／Ａ）対
（出力／発電機重量）特性を示し、第９図は発電
機回転数対騒音特性の比較例を示すものである。 １……界磁子、２……界磁巻線、９，１０……
フレーム、１１……３相電機子巻線、１２……ス
テータコア、１３，１４……インロ面、１５……
ステータコア背部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１
５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ……ステ
ータコア背部、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，
１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ……ステータコ
アテイース部、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１
ｌ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｌ……界磁磁
極、Ｎ……界磁Ｎ極、Ｓ……界磁Ｓ極、Ａ……ス
テータテイース部幅相当寸法、Ｂ……ステータ背
部幅相当寸法。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 界磁子１の１磁極２１，２２あたりに３個のス
   テータコアテイース部１６を有すると共に、ステ
   ータコアと対向する側の磁極がほぼ台形形状であ
   る車輌用３相交流発電機において、 前記ステータコアを第１のフレームと第２のフ
   レームで固定、支持し、該第１のフレームもしく
   は第２のフレームの内径面の少なくとも一方が前
   記ステータコア外径面と密着嵌合して、該ステー
   タコアと当該フレームが相互に固定されると共
   に、前記第１のフレームと第２のフレームが単一
   のインロ面にて相互に固定され、かつ 前記ステータコアテイース部幅寸法Ａ１６とス
   テータコア背部幅寸法Ｂ１５とを 1.1≦Ｂ／Ａ≦1.46 の関係に設定して成る車輌用交流発電機。