(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相毎にそれぞれ一方の巻線と他方の巻線とに二分割されて、その一方の巻線と他方の巻線とが並列接続され、
前記一方の巻線の方が前記他方の巻線より巻き数が多く、且つ前記一方の巻線の方が前記他方の巻線より線径が太く設けられると共に、前記一方の巻線の抵抗値が前記他方の巻線の抵抗値より略同等以下となることを特徴とする車両用発電機の電機子巻線。
【請求項２】
請求項１に記載した車両用発電機の電機子巻線において、
前記一方の巻線の方が前記他方の巻線より先に固定子鉄心のスロットに挿入されていることを特徴とする車両用発電機の電機子巻線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の電機子巻線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に車両用発電機では、ステータコイルの巻き数に応じて出力特性（回転数と出力電流との関係）が大きく変化する。例えば、図６の出力曲線Ａに示す様に、低速域での発電能力を重視する場合にはステータコイルの巻き数を多くすることが有効であり、また、図６の出力曲線Ｂに示す様に、高速域での発電能力を重視する場合にはステータコイルの巻き数を少なくすることが有効である。
一方、近年では、例えばエンジンの低アイドル化とともに、巡行時のエンジン回転数を低減して省燃費化を図るために、図６の出力曲線Ｃに示す様な出力特性（即ち、出力曲線Ａに対しては、低速域での出力低下を最小限に抑えつつ、高速域での出力を向上させる。あるいは出力曲線Ｂに対しては、高速域での出力低下を最小限に抑えつつ、低速域での出力を向上させる）が得られる車両用発電機を実現する必要性が高まっている。
そこで、特公昭４２−７７２１号公報、及び実公昭６１−３２４１号公報では、巻き数が異なる２つのステータコイルの合成特性を得ることでユーザーからの要求仕様に応える出力特性を実現する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の各公報に開示されたステータコイルは、引出し端子数が多くなるため信頼性が得られ難い。また、電気負荷の増加に伴って発電機の出力向上の要求が大きくなると、発電機での発熱量も増加してステータコイルの温度上昇を引き起こしている。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、発電機の信頼性向上を実現できる電機子巻線の提供、及びその電機子巻線の温度低減を図ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の手段によれば、一方の巻線の方が他方の巻線より巻き数（以下ターン数と言う）が多く設定されている。そこで、一方の巻線のターン数をｎ回、他方の巻線のターン数を（ｎ−１）回とすると、各相毎の電機子巻線は、それぞれｎターンと（ｎ−１）ターンとの中間、即ち（ｎ−１／２）ターンの特性が得られることになる。この結果、（ｎ−１）ターンの出力特性に対して、高速域での出力低下を最小限に抑えつつ、低速域での出力向上を図ることが可能となる。また、ｎターンの出力特性に対して、低速域での出力低下を最小限に抑えつつ、高速域での出力向上を図ることが可能となる。
【０００５】
また、一方の巻線の方が他方の巻線より線径が太く設けられているため、ターン数の多い一方の巻線の内部抵抗が低下して発熱を抑えることができる。
そして、一方の巻線と他方の巻線とを並列接続としたことにより、電機子巻線の引出し端子数を少なくできるため、信頼性の高い発電機を提供できる。また、引出し端子数の低減に伴って工数を減らすことができることからコストダウンを図ることができる。
更に、一方の巻線の抵抗値が他方の巻線の抵抗値より略同等以下であるため、例えば約３０００ｒｐｍ以下の低速回転域では、ターン数の多い一方の巻線の発熱が抑えられることにより、電機子巻線の温度上昇を低減できる。
【０００６】
請求項２の手段によれば、請求項１に記載した車両用発電機の電機子巻線において、線径の太い一方の巻線の方を他方の巻線より先に固定子鉄心のスロットに挿入している。この場合、他方の巻線の後から一方の巻線をスロットに挿入する場合よりスロット内の挿入空間を広く利用でき、挿入性が良好となる。また、線径の細い巻線の方が太い巻線より発熱量が大きいため、線径の細い他方の巻線を線径の太い一方の巻線の後から挿入してスロット内の中心側（回転子側）に配置した方が冷却性の面で効率的である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の車両用発電機の電機子巻線を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は固定子鉄心のスロットに挿入された電機子巻線の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。
【０００９】
本実施例の電機子巻線１は、Ｙ結線あるいはΔ結線（結線方法については後述する）された３つの波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚから成り、各波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚがそれぞれ一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 と他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 とに２分割されて２層巻きされている。具体的には、一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 と他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 が周方向に３０度ずれた状態でステータコア２（固定子鉄心）の同一スロット３（Ｎo.１〜３６）に挿入されている（図２参照）。但し、各波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚは、図１に示す様に、一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 の方が他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 より先にスロット３内に挿入されるとともに、一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 の方が他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 よりターン数が１回だけ多く設定され、且つ一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 の方が他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 より線径が太く設定されている。
【００１０】
ここで、各波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚの巻線方法を図３の巻線図に基づいて説明する。
なお、ステータコア２のスロット３は、全部で３６個設けられており、そのスロットＮo.を図３の上部に付す（但し、１６〜３０の番号は省略している）。
ａ）波巻コイルＸ
一方のコイルＸ1 は、Ｎo.１スロットより巻き始めてｎターン後にＮo.３４スロットで巻き終わり、他方のコイルＸ2 は、Ｎo.４スロットより巻き始めて（ｎ−１）ターン後にＮo.１スロットで巻き終わる。
ｂ）波巻コイルＹ
一方のコイルＹ1 は、Ｎo.３スロットより巻き始めてｎターン後にＮo.３６スロットで巻き終わり、他方のコイルＹ2 は、Ｎo.６スロットより巻き始めて（ｎ−１）ターン後にＮo.３スロットで巻き終わる。
ｃ）波巻コイルＺ
一方のコイルＺ1 は、Ｎo.５スロットより巻き始めてｎターン後にＮo.２スロットで巻き終わり、他方のコイルＺ2 は、Ｎo.８スロットより巻き始めて（ｎ−１）ターン後にＮo.５スロットで巻き終わる。
【００１１】
以上の様に巻線した後、各一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 および各他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 の端末を接続して図４に示すＹ結線、あるいは図５に示すΔ結線とする。
具体的には、各コイルの端末を以下の様に接続する。
なお、一方のコイルＸ1 の端末をＸ1-1 およびＸ1-34、他方のコイルＸ2 の端末をＸ2-4 およびＸ2-1 、一方のコイルＹ1 の端末をＹ1-3 およびＹ1-36、他方のコイルＹ2 の端末をＹ2-6 およびＹ2-3 、一方のコイルＺ1 の端末をＺ1-5 よびＺ1-2 、他方のコイルＺ2 の端末をＺ2-8 およびＺ2-5 とする。
【００１２】
ａ）図４に示すＹ結線の場合。
Ｘ点……Ｘ1-1 とＸ2-1 とを接続する。
Ｙ点……Ｙ1-3 とＹ2-3 とを接続する。
Ｚ点……Ｚ1-5 とＺ2-5 とを接続する。
Ｎ点……Ｘ1-34、Ｘ2-4 、Ｙ1-36、Ｙ2-6 、Ｚ1-2 およびＺ2-8 を接続する。
ｂ）図５に示すΔ結線の場合。
ＺＸ点…Ｘ1-1 、Ｘ2-1 、Ｚ1-2 およびＺ2-8 を接続する。
ＸＹ点…Ｘ1-34、Ｘ2-4 、Ｙ1-3 およびＹ2-3 を接続する。
ＹＺ点…Ｙ1-36、Ｙ2-6 、Ｚ1-5 およびＺ2-5 を接続する。
【００１３】
（本実施例に対する比較例）
図７はスロットに挿入された電機子巻線（比較例）の断面図である。
この比較例の電機子巻線１０は、本実施例の電機子巻線１と同様、Ｙ結線あるいはΔ結線（結線方法については後述する）された３つの波巻コイルｘ、ｙ、ｚから成り、各波巻コイルｘ、ｙ、ｚがそれぞれ一方のコイルｘ1 、ｙ1 、ｚ1 と他方のコイルｘ2 、ｙ2 、ｚ2 とに２分割されて２層巻きされている。具体的には、一方のコイルｘ1 、ｙ1 、ｚ1 と他方のコイルｘ2 、ｙ2 、ｚ2 が周方向に３０度ずれた状態でステータコア２（固定子鉄心）の同一スロット３（Ｎo.１〜３６）に挿入されている（図８参照）。但し、各波巻コイルｘ、ｙ、ｚは、図７に示す様に、一方のコイルｘ1 、ｙ1 、ｚ1 の方が他方のコイルｘ2 、ｙ2 、ｚ2 よりターン数が１回だけ多く設定されている。また、一方のコイルｘ1 、ｙ1 、ｚ1 と他方のコイルｘ2 、ｙ2 、ｚ2 の線径は同一である。
【００１４】
ここで、各波巻コイルｘ、ｙ、ｚの巻線方法を図９の巻線図に基づいて説明する。
なお、ステータコア２のスロット３は、全部で３６個設けられており、そのスロットＮo.を図９の上部に付す（但し、１６〜３０の番号は省略している）。
ａ）波巻コイルｘ
一方のコイルｘ1 は、Ｎo.１スロットより巻き始めてｎターン後にＮo.３４スロットで巻き終わり、他方のコイルｘ2 は、Ｎo.４スロットより巻き始めて（ｎ−１）ターン後にＮo.１スロットで巻き終わる。
ｂ）波巻コイルｙ
一方のコイルｙ1 は、Ｎo.３スロットより巻き始めてｎターン後にＮo.３６スロットで巻き終わり、他方のコイルｙ2 は、Ｎo.６スロットより巻き始めて（ｎ−１）ターン後にＮo.３スロットで巻き終わる。
ｃ）波巻コイルｚ
一方のコイルｚ1 は、Ｎo.５スロットより巻き始めてｎターン後にＮo.２スロットで巻き終わり、他方のコイルｚ2 は、Ｎo.８スロットより巻き始めて（ｎ−１）ターン後にＮo.５スロットで巻き終わる。
【００１５】
以上の様に巻線した後、各一方のコイルｘ1 、ｙ1 、ｚ1 および各他方のコイルｘ2 、ｙ2 、ｚ2 の端末を接続して図１０に示すＹ結線、あるいは図１１に示すΔ結線とする。
具体的には、各コイルの端末を以下の様に接続する。
なお、一方のコイルｘ1 の端末をｘ1-1 およびｘ1-34、他方のコイルｘ2 の端末をｘ2-4 およびｘ2-1 、一方のコイルｙ1 の端末をｙ1-3 およびｙ1-36、他方のコイルｙ2 の端末をｙ2-6 およびｙ2-3 、一方のコイルｚ1 の端末をｚ1-5 よびｚ1-2 、他方のコイルｚ2 の端末をｚ2-8 およびｚ2-5 とする。
【００１６】
ａ）図１０に示すＹ結線の場合。
ｘ点……ｘ1-1 とｘ2-1 とを接続する。
ｙ点……ｙ1-3 とｙ2-3 とを接続する。
ｚ点……ｚ1-5 とｚ2-5 とを接続する。
Ｎ点……ｘ1-34、ｘ2-4 、ｙ1-36、ｙ2-6 、ｚ1-2 およびｚ2-8 を接続する。
ｂ）図１１に示すΔ結線の場合。
ｚｘ点…ｘ1-1 、ｘ2-1 、ｚ1-2 およびｚ2-8 を接続する。
ｘｙ点…ｘ1-34、ｘ2-4 、ｙ1-3 およびｙ2-3 を接続する。
ｙｚ点…ｙ1-36、ｙ2-6 、ｚ1-5 およびｚ2-5 を接続する。
【００１７】
（第１実施例の効果）
各波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚを一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 と他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 とに２分割して、その巻線回数（ターン数）を一方のコイルＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 が他方のコイルＸ2 、Ｙ2 、Ｚ2 より１回だけ多く設定したことにより、各波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚは、それぞれｎターンと（ｎ−１）ターンとの中間、即ち（ｎ−１／２）ターンの特性を得ることができる。具体的には、図６の出力曲線Ｃに示すように、（ｎ−１）ターンの時に得られる出力特性（図６の出力曲線Ｂ）に対して、高速域での出力低下を最小限に抑えつつ、且つ低速域での出力向上を図ることができる。言い換えれば、ｎターンの時に得られる出力特性（図６の出力曲線Ａ）に対して、低速域での出力低下が小さく、且つ高速域での出力向上を図ることができる。
【００１８】
また、ｎターンと（ｎ−１）ターンの巻線は、各相毎に並列接続されているため、図４に示す様なＹ結線の場合に、ｎターン巻線の中性点と（ｎ−１）ターン巻線の中性点とが接続（短絡）されたのと等価になる。これにより、ｎターンと（ｎ−１）ターンそれぞれの中性点を接続（短絡）せず、何れかの中性点から中性点ダイオード（図示しない）を介して出力を取り出す場合に対して、出力向上を図ることができる。さらに、一方のコイルＸ1 と他方のコイルＸ2 とを並列接続としたことにより、電機子巻線１の引出し端子数を少なくできるため、信頼性の高い発電機を提供できる。また、引出し端子数の低減に伴って工数を減らすことができることからコストダウンを図ることも可能である。
本実施例では、一方のコイルＸ1 の方が他方のコイルＸ2 より線径を太くしたことにより、比較例に示した線径が同一の場合と比べて、ターン数の多い一方のコイルＸ1 の内部抵抗が低下して発熱を抑えることができる。
【００１９】
また、本実施例では、線径の太い一方のコイルＸ1 を先にスロット３に挿入してから線径の細い他方のコイルＸ2 をスロット３に挿入しているため、挿入性が良好であり、挿入不良を低減できる。つまり、図１２に示すように、線径の細い他方のコイルＸ2 を先にスロット３に挿入してから線径の太い一方のコイルＸ1 をスロット３に挿入した場合、スロット３内の外周寄りにデッドスペースが出来にくいものの、先に挿入した線径の細い他方のコイルＸ2 がスロット３内で整然と整列するとは限らないため、スロット３内に線径の細い他方のコイルＸ2 が挿入された後から線径の太い一方のコイルＸ1 を挿入するのは不利になりがちである。そこで、図１に示したように、線径の太い一方のコイルＸ1 を先にスロット３に挿入してから線径の細い他方のコイルＸ2 を挿入した方がスロット３内の挿入空間を有効に使うことができるため、容易にスロット３内へ挿入することができる。
【００２０】
また、この場合、線径の細い他方のコイルＸ2 がスロット３内で中心側（回転子側）に偏在するため、冷却性の面で効率的であると言える。即ち、線径の細いコイルの方が太いコイルより発熱量が大きいため、その発熱量の大きい他方のコイルＸ2 がスロット３内で中心側に偏在することで冷却風が当たり易くなり、その結果、冷却性が向上する。
【００２１】
（第２実施例）
本実施例は、一方のコイルＸ1 の抵抗値Ｒx1が他方のコイルＸ2 の抵抗値Ｒx2より略同等以下となる様に、一方のコイルＸ1 と他方のコイルＸ2 の各線径が設定されている。但し、一方のコイルＸ1 の方が他方のコイルＸ2 より線径が太く、且つターン数も多い。
一方のコイルＸ1 の抵抗値Ｒx1を他方のコイルＸ2 の抵抗値Ｒx2より略同等以下とするためには、一方のコイルＸ1 の線径と他方のコイルＸ2 の線径との間に下記の数式に示す関係が成立する。なお、各コイルＸ1 、Ｘ2 のターン数と線径を以下の記号で表す。
一方のコイルＸ1 ：ターン数ｎ、線径φx1
他方のコイルＸ2 ：ターン数ｎ−１、線径φx2（但しφx1＞φx2）
また、線材である銅の伝導率をρcu  、１ターン当たりの銅線の長さをＬとする。
【００２２】
【数１】
0003684681.tif 000002
【００２３】
ここで、各コイルＸ1 、Ｘ2 の線径と電機子巻線１の温度との関係を図１３に示す。但し、図中の実線グラフａは、スロット内の断面積に対する銅線の断面積合計の比率（導体占積率）が一定となるφx1とφx2との関係を示し、破線グラフｂは、一方のコイルＸ1 が７ターン、他方のコイルＸ2 が６ターンの場合の上記数式▲１▼の関係を示し、実線グラフｃは、導体占積率が一定となるφx1とφx2との組み合わせ（実線グラフａ）での測温結果である。
【００２４】
この図１３に示すグラフでは、破線グラフｂの上側がＲx1＞Ｒx2となる領域であるため、Ｒx1をＲx2より略同等以下とするためには、破線グラフｂより下側での使用が必要である。また、実線グラフａより上側は導体占積率が高くなる領域であるため、実際には導体占積率が一定となる実線グラフａに沿ったφx1とφx2との組み合わせが選択される（但し、実用的には実線グラフａより下側でのφx1とφx2との組み合わせを選択することもできる）。
これらの結果、電機子巻線の温度低減に効果があるのは、実線グラフａと破線グラフｂとの交点となるφx1とφx2との組み合わせ（φx1≒１．４、φx2≒１．３）、あるいはその交点よりφx1が大となる実線グラフａで示されるφx1とφx2との組み合わせ（例えば、下記の表１に示すＣ及びＤの組み合わせ）である。
【００２５】
【表１】
0003684681.tif 000003
【００２６】
なお、実線グラフｃの測温結果では、Ａ点に対し、Ｂ点でも十分に温度低減の効果は認められ、その時のＲx1とＲx2との関係を見ても、Ｒx1がＲx2の略＋２．５％である。従って、Ｒx1とＲx2が略同等という範囲は、Ｂ点よりもＡ点寄りの範囲である＋４％程度まで含めて言うことができる。
この様に、Ｒx1がＲx2より略同等以下となるφx1とφx2との組み合わせを選択することにより、出力向上の実現とともに電機子巻線１の温度低減を達成できる。
本実施例の場合、φx1＞φx2の条件で一方のコイルＸ1 と他方のコイルＸ2 の各長さを適宜変更することによって一方のコイルＸ1 の抵抗値Ｒx1を他方のコイルＸ2 の抵抗値Ｒx2より略同等以下とすることも可能である。
【００２７】
〔変形例〕
本実施例では、２分割された各波巻コイルＸ、Ｙ、Ｚを２層状態で各スロット３に挿入しているが（即ち、本実施例では３０度ずれた状態で一方のコイルＸ1 と他方のコイルＸ2 とを同一スロット３に挿入している）、一方のコイルＸ1 と他方のコイルＸ2 とがずれることなく、同一スロット３に挿入することも可能である。
また、本実施例では、一方のコイルＸ1 と他方のコイルＸ2 とのターン数を１回だけ異なるように設定しているが、１回に限ることなく、２回以上異なるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロットに挿入された電機子巻線の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。
【図２】スロットに挿入された電機子巻線を内周側から見た展開図である。
【図３】電子機巻線のコイル図である。
【図４】電機子巻線の結線方法（Ｙ結線）を示す結線図である。
【図５】電機子巻線の結線方法（Δ結線）を示す結線図である。
【図６】電機子巻線の出力特性を示す出力曲線図である。
【図７】スロットに挿入された電機子巻線の断面図である（比較例）。
【図８】スロットに挿入された電機子巻線を内周側から見た展開図である（比較例）。
【図９】電子機巻線のコイル図である（比較例）。
【図１０】電機子巻線の結線方法（Ｙ結線）を示す結線図である（比較例）。
【図１１】電機子巻線の結線方法（Δ結線）を示す結線図である（比較例）。
【図１２】スロットに挿入された電機子巻線の断面図である。
【図１３】電機子巻線の線径とコイル温度との関係を示すグラフである（第２実施例）。
【符号の説明】
１  電機子巻線
２  ステータコア（固定子鉄心）
３  スロット
Ｘ1 、Ｙ1 、Ｚ1   一方のコイル（一方の巻線）
Ｘ2 、Ｙ2 、Ｚ2   他方のコイル（他方の巻線）
【図１】
0003684681.tif 000004
【図２】
0003684681.tif 000005
【図３】
0003684681.tif 000006
【図４】
0003684681.tif 000007
【図５】
0003684681.tif 000008
【図６】
0003684681.tif 000009
【図７】
0003684681.tif 000010
【図８】
0003684681.tif 000011
【図９】
0003684681.tif 000012
【図１０】
0003684681.tif 000013
【図１１】
0003684681.tif 000014
【図１２】
0003684681.tif 000015
【図１３】
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