(57)【要約】【課題】界磁コイルの放熱性の向上を図ることが出来る車両用交流発電機の提供。【解決手段】軸部１１２ａ、該軸部１１２ａの軸方向両端から外径方向に伸びる一対のディスク部１１２ｂ、および、該ディスク部１１２ｂから軸方向に伸びるように複数形成された爪磁極部１１２ｃを有するランデル型のロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒと、軸部１１２ａに外挿される胴部１７１、および該胴部１７１の両端からディスク部１１２ｂに沿って外径方向に伸びる一対のフランジ部１７２を有するコイルボビン１７と、コイルボビン１７の胴部１７１に巻回された界磁コイル１２と、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの爪磁極部１１２ｃの外周を囲むように対向配置され、電機子コイルが巻き回された鉄心を有するステータと、を備える車両用交流発電機に適用され、コイルボビン１７の熱伝導率が界磁コイル１２の熱伝導率よりも大きくなるように、コイルボビン１７の熱伝導率を設定した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部、該軸部の軸方向両端から外径方向に伸びる一対のディスク部、および、該ディスク部から軸方向に伸びるように複数形成された爪磁極部を有するランデル型のロータコアと、
前記軸部に外挿される胴部、および該胴部の両端から前記ディスク部に沿って外径方向に伸びる一対のフランジ部を有するコイルボビンと、
前記コイルボビンの前記胴部に巻回された界磁コイルと、
前記ロータコアの前記爪磁極部の外周を囲むように対向配置され、電機子コイルが巻き回された鉄心を有するステータと、を備える車両用交流発電機において、
前記コイルボビンの熱伝導率が前記界磁コイルの熱伝導率よりも大きくなるように、前記コイルボビンの熱伝導率を設定したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１の記載の車両用交流発電機において、
前記コイルボビンの熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ１５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように、前記コイルボビンを、金属フィラーを含む樹脂材で形成したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１の記載の車両用交流発電機において、
前記コイルボビンの熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるように、前記コイルボビンを、表面に絶縁処理が施された金属で形成したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用交流発電機において、
前記ロータコアの外半径Ａ、前記ロータコアの前記軸部の外半径Ｂおよび前記ディスク部から軸方向に伸びる前記爪磁極部の根元部径方向厚さＥが、（Ｂ＋Ｅ）／Ａ＞０．８０を満足し、かつ、前記ロータコアの前記ディスク部の軸方向厚さＣと前記ロータコアの軸長Ｄとの比率２Ｃ／Ｄが２Ｃ／Ｄ＞０．５５を満足することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項４の記載の車両用交流発電機において、
（Ｂ＋Ｅ）／Ａの値を０．８＜（Ｂ＋Ｅ）／Ａ＜０．８４とし、２Ｃ／Ｄの値を０．５５＜２Ｃ／Ｄ＜０．７０とした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のいずれか一項に記載の車両用交流発電機において、
前記前記軸部の両端から外径方向に伸びる前記ディスク部の軸方向厚さは、前記一対のディスク部の間隔が外径側ほど小さくなるように、外径側ほど厚くなっていることを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機のロータの構造としては、例えば、ランデル型爪磁極を有するロータコアに、コイルボビンを介して界磁コイルを巻き回した構造が知られている。コイルボビンは、界磁コイルが巻装される巻胴部と、巻胴部の両側に形成されるフランジ部とを備えている。
【０００３】
このような車両用交流発電機においては、界磁コイルに電流を流した際のジュール損による発熱のために、界磁コイルの温度が上昇して界磁コイルの抵抗が増大するという問題がある。界磁コイルの抵抗が増大すると、界磁コイルに流れる電流が減少するため、起磁力が減少して出力電流の低下を招く。
【０００４】
ジュール損による熱は界磁コイルからコイルボビンおよびロータコアを経路として放熱されるので、ジュール損による界磁コイルの温度上昇を低減するためには、放熱経路を構成する材料、すなわちロータコア、コイルボビンおよび界磁コイルの熱伝導率が重要となる。従来は、ロータコア、界磁コイル、コイルボビンの順序で熱伝導率が高く、コイルボビンの熱伝導率の低さが放熱の妨げとなっていた。従来のコイルボビンはナイロン樹脂などにより構成され、熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。
【０００５】
そのため、ロータコイルからの放熱を促進させて出力電流の向上を図るために、コイルボビンの巻胴部に貫通孔を形成し、その貫通孔に良熱伝導性ゴムからなる孔部材を保持させる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５３８４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら，特許文献１に記載のものでは、貫通孔に保持された良熱伝導性ゴムからなる孔部材の熱伝導率が高いだけであるため、依然としてコイルボビン本体の熱伝導率の低さが問題となり、十分な放熱性が期待できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、軸部、該軸部の軸方向両端から外径方向に伸びる一対のディスク部、および、該ディスク部から軸方向に伸びるように複数形成された爪磁極部を有するランデル型のロータコアと、軸部に外挿される胴部、および該胴部の両端からディスク部に沿って外径方向に伸びる一対のフランジ部を有するコイルボビンと、コイルボビンの胴部に巻回された界磁コイルと、ロータコアの爪磁極部の外周を囲むように対向配置され、電機子コイルが巻き回された鉄心を有するステータと、を備える車両用交流発電機に適用され、コイルボビンの熱伝導率が界磁コイルの熱伝導率よりも大きくなるように、コイルボビンの熱伝導率を設定したことを特徴とする。
なお、コイルボビンの熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ１５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように、コイルボビンを、金属フィラーを含む樹脂材で形成しても良いし、コイルボビンの熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるように、コイルボビンを、表面に絶縁処理が施された金属で形成しても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、界磁コイルの放熱性が向上し、車両用交流発電機の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態をなす車両用交流発電機の断面図を示す。
【図２】整流回路１１の一例を示す図である。
【図３】ロータ１１２の構造を説明するための断面図である。
【図４】コイルボビン１７の斜視図である。
【図５】放熱経路を説明する図である。
【図６】コイルボビン１７の熱伝導率と界磁コイル１２の温度上昇との関係を示す図である。
【図７】第２の実施の形態を説明する図である。
【図８】車両用交流発電機におけるロータでの磁束の流れを示す図である。
【図９】第３の実施の形態におけるロータコアの形状を示す図である。
【図１０】磁束経路における断面積に関係する寸法Ｂ，Ｃ，Ｅと、コイル巻装領域の断面積を表すＳとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図であって、車両用交流発電機１００の構成を示す断面図である。ロータ１１２が設けられたシャフト１８の先端にはプーリ１が取り付けられており、このプーリ１と不図示のエンジンの駆動軸に取り付けられたプーリとの間にはベルトが架け回されている。シャフト１８は、フロントブラケット１４に設けられたベアリング２Ｆと、リアブラケット１５に設けられたベアリング２Ｒとにより回転可能に支持されている。ロータ１１２と僅かなギャップを介して対向配置される固定子４は、フロントブラケット１４とリアブラケット１５によって挟持されるように保持されている。
【００１２】
ロータ１１２は、図３に示すようなランデル型回転子（爪磁極型回転子）を構成している。ロータ１１２は、フロントブラケット１４側からリアブラケット１５側へと延びるロータ爪磁極１１２ｃが形成されたフロント側ロータコア１１２Ｆと、逆方向へと延びるロータ爪磁極１１２ｃが形成されたリヤ側ロータコア１１２Ｒとを有している。ロータコア１１２Ｆのロータ爪磁極１１２ｃとロータコア１１２Ｒのロータ爪磁極１１２ｃとは、ロータ周方向に交互に配置されている。ロータ爪磁極１１２ｃの内側の軸部１１２ａには界磁コイル１２が巻回されるように配置されている。
【００１３】
シャフト１８の後端には界磁コイル１２に給電するためのスリップリング９が設けられている。このスリップリング９に接触するブラシ８を介して車両に搭載されたバッテリーから、界磁を発生するための電力が界磁コイル１２に給電される。ロータ１１２の前後端面には、ロータ１１２と同期して回転する冷却用のフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒが設けられている。
【００１４】
一方、固定子４は固定子コア２１と固定子巻線５とから構成され、ロータ１１２と僅かなギャップを介して対向配置されている。固定子コア２１は、フロントブラケット１４とリアブラケット１５によって前後から挟持されるように保持されている。固定子巻線５は三相巻線で構成されており、それぞれの巻線の口出し線は、整流回路１１に接続されている。整流回路１１はダイオード等の整流素子により構成され、全波整流回路を構成している。例えば、ダイオードを用いた場合、ダイオードのカソード端子はターミナル６に接続され、アノード側の端子は車両用交流発電機本体に電気的に接続される。なお、冷却のため風穴が設けられたリアカバー１０は、整流回路１１の保護カバーの役割を果たしている。
【００１５】
図２は、６つのダイオード１１１を用いて三相全波整流を行う整流回路１１の構成を示したものである。整流回路１１は、２つのダイオード１１１から成る直列回路を３組並列接続したものである。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線５は３相Ｙ結線で接続されており、その反中性点側の端子は直列接続されたダイオード１１１の接続点に接続されている。上側（プラス側）のダイオード１１１のカソードは共通となっており、バッテリー９９のプラス端子に接続されている。下側（マイナス側）のダイオード１１１のアノードはバッテリー９９のマイナス端子に接続されている。
【００１６】
次に、発電動作について説明する。上述したように、プーリ１とエンジン側プーリとはベルトで連結されており、エンジンの回転と共にロータ１１２が回転する。ロータ１１２に設けられた界磁コイル１２に電流が流れることで、ロータ爪磁極１１２ｃは磁化される。そのため、ロータ１１２が回転すると回転磁界が形成され、固定子巻線５に三相の誘導起電力が発生する。その電圧は上述した整流回路１１で全波整流され、直流電圧が発生する。この直流電圧のプラス側はターミナル６と接続されており、さらにバッテリー９９と接続されている。詳細は省略するが、整流後の直流電圧がバッテリーを充電するのに適した電圧となるように、界磁電流は制御されている。
【００１７】
図３を用いてロータ１１２の構造を説明する。シャフト１８の回転軸方向の略中央部には、磁性材料にて成形されたフロント側ロータコア１１２Ｆおよびリヤ側ロータコア１１２Ｒが、シャフト１８と一体に回転するよう別々にセレーション結合されている。フロント側ロータコア１１２Ｆおよびリヤ側ロータコア１１２Ｒは、軸部１１２ａが向かい合って当接するようにシャフト１８に取り付けられ、各ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの外側端をシャフト１８に形成した環状溝内に塑性流動させることで、軸方向の移動が規制されている。
【００１８】
ロータ１１２の回転軸方向における両端面には、前述したように外周側に複数の羽根を有する板状のファン７Ｆ，７Ｒが取り付けられており、ロータ１１２と一体的に回転する。これらのファン７Ｆ，７Ｒは、回転による遠心力によって、内周側から外周側に空気を流通させる。なお、フロントブラケット１４側のフロントファン７Ｆは、リアブラケット１５側のリアファン７Ｒよりも羽根が小さく、流通させる空気の流量もフロントファン７Ｆは、リアファン７Ｒよりも少ない。
【００１９】
フロント側ロータコア１１２Ｆ，リヤ側ロータコア１１２Ｒは、いずれも、内周側に位置する軸部１１２ａと、軸部１１２ａから外径方向に伸びるディスク部１１２ｂと，ディスク部１１２ｂから軸方向に伸びる複数のロータ爪磁極１１２ｃとを有する。上述したように、フロント側ロータコア１１２Ｆとリヤ側ロータコア１１２Ｒとは、各々の軸部１１２ａの軸方向端部同士が当接するようにシャフト１８に取り付けられることで、ランデル型鉄心を構成している。
【００２０】
軸部１１２ａの外周とロータ爪磁極１１２ｃの内周との間には、コイルボビン１７に巻装された界磁コイル１２が配置される。界磁コイル１２は、コイルボビン１７の胴部に回転軸回りに巻装されている。ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒと界磁コイル１２との間に介在するコイルボビン１７によって、界磁コイル１２の絶縁が保たれている。この界磁コイル１２を構成するコイル導体の両端は、シャフト１８に沿って延出し、前述のスリップリング９に夫々接続されている。よって、ブラシ８からスリップリング９を介して供給される直流電流は界磁コイル１２を流れ、それに伴いロータ１１２が磁化され、界磁コイル１２の周囲を周回する磁路がロータ１１２に形成される。
【００２１】
なお、界磁コイル１２に供給される電流は、車両のバッテリー電圧より発電電圧が高くなったときに発電を開始するように、バッテリー９９の状態に応じて制御される。この発電電圧を調整するための電圧制御回路としてのＩＣレギュレータ（図示せず）は、図１に示したリアカバー１０の内部に配置された整流回路１１に内蔵され、ターミナル６の端子電圧が常に一定電圧となるように制御している。
【００２２】
次に、図４を用いて、コイルボビン１７について説明する。コイルボビン１７は、界磁コイル１２が巻回される円筒状の胴部１７１と、胴部１７１の円筒両端に設けられたフランジ部１７２とにより構成されている。コイルボビン１７は、胴部１７１の内周にロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ａが嵌入されるように、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒに装着される。その結果、コイルボビン１７の胴部１７１は軸部１１２ａの周囲に接し、フランジ部１７２はロータコア１１２のディスク部１１２ｂに接している。
【００２３】
コイルボビン１７が非導電性材料で構成されている場合には，コイルボビン１７の胴部１７１には、界磁コイル１２が直接巻装される。また、コイルボビン１７が導電性材料で構成されている場合には、コイルボビン１７の表面に絶縁処理をした後に界磁コイル１２が巻回される。
【００２４】
図５は、界磁コイル１２で発生するジュール損による熱の放熱経路を説明する図である。界磁コイル１２で発生するジュール損による熱は、図５の矢印で示すように、界磁コイル１２からコイルボビン１７を通ってロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒのディスク部１１２ｂに伝達され、フロントブラケット１４側のフロントファン７Ｆと、リアブラケット１５側のリアファン７Ｒから放熱される。
【００２５】
ここで，放熱経路の熱伝導率について着目する。界磁コイル１２は，導体が複数回に整列に巻かれて構成されているが、ここでは理想化して一体のものとして考える。その場合、界磁コイル１２の熱伝導率は１．９Ｗ／ｍ・Ｋ程度となる。また、ロータ１１２を構成するロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒ（鉄心）の熱伝導率は８３Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。界磁コイル１２とロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの材料は，電磁気的特性に基づいて選ぶべきものであるので、界磁コイル１２とロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの熱伝導率の改善は困難である。
【００２６】
従来は、図５に示した放熱経路を構成する材料の熱伝導率の大小関係が、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒ＞界磁コイル１２＞コイルボビン１７となっており、界磁コイル１２の放熱の改善を図る上で、コイルボビン１７の熱伝導率の低さが妨げとなっていた。そこで、本実施の形態では、コイルボビン１７の熱伝導率を向上させることにより、界磁コイル１２の放熱の改善を図るようにした。上述したように、一体と理想化して求めた界磁コイル１２の熱伝導率は１．９Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるので、コイルボビン１７の熱伝導率を２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と設定すれば、「コイルボビン１７＞界磁コイル１２」が満たされ、界磁コイル１２の放熱性能の向上が図れる。
【００２７】
図６はコイルボビン１７の熱伝導率と界磁コイル１２の温度上昇との関係を示したものである。車両用交流発電機は、一般的に外径寸法によって２種類に分けられ、φ１２８タイプとφ１３９タイプとがある。図６の計算データはφ１３９タイプに関して示したものであるが、φ１２８タイプについても同様の関係を有している。図６に示すように、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度までにおいては、熱伝導率が大きくなるにつれて温度上昇は急激に小さくなり、熱伝導率が界磁コイル１２の熱伝導率＝１．９Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きくなる２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上では温度上昇は殆ど同程度となる。
【００２８】
従来のコイルボビンの熱伝導率は符号Ｆで示すような範囲となっており、界磁コイルの温度上昇は６５〜９５℃程度である。一方、コイルボビン１７の熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の場合には温度上昇は６０℃よりも低くなり、この条件であれば界磁コイルの１２の温度上昇を十分に抑制できることが示されている。
【００２９】
コイルボビン１７の熱伝導率を２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上に構成するために、本実施形態では、高熱伝導性樹脂をガラス繊維シートに含浸させ、キュアしたものでコイルボビン１７を構成するようにした。高熱伝導樹脂は、エポキシ系樹脂に金属性粒子を混合することで構成され、例えば、金属フィラー入りエポキシ樹脂などである。このように構成することで、コイルボビン１７の熱伝導率を５．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度にすることが可能である。また、エポキシ樹脂に添加する金属フィラーの量を増やすことで、熱伝導率のさらなる向上が期待できるが，成型加工性が劣ることになる。そのため，熱伝導率が１５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の樹脂を用いなければ，コイルボビン１７の構成が困難となる。
【００３０】
すなわち、エポキシ系樹脂に金属性粒子を混合して成る高熱伝導樹脂を用いてコイルボビン１７を製作する場合、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ１５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように金属製フィラーの量を設定する必要がある。そうすることで、コイルボビン１７の良好な成型加工性を保持しつつ、界磁コイル１２の温度上昇を従来よりも大きく低減することができる。
【００３１】
このように構成することにより、図５に示した放熱経路を構成する材料の熱伝導率の大小関係が、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒ＞コイルボビン１７＞界磁コイル１２となり、従来、放熱の妨げとなっていたコイルボビン１７の熱伝導率の低さが解消される。よって、界磁コイル１２で発生したジュール損は、コイルボビン１７とロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒを介して効果的にフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒに伝達され、ファン７Ｆ，７Ｒから放熱される。その結果、温度上昇による界磁コイル１２の抵抗上昇を低く抑えることができるので、界磁コイル１２を流れる電流が増加し、ロータの起磁力が増大することによる発電機出力の向上を図ることができる。例えば、コイルボビン１７の熱伝導率を５．０Ｗ／ｍ・Ｋとした場合、従来材のコイルボビンを用いた場合と比較して、電流値で約１０Ａの出力向上を図ることができる。
【００３２】
また、熱の通りやすさを表す指標として，熱抵抗がある。従来のロータ構成では，コイルボビン１７の熱抵抗が０．３５Ｋ／Ｗ、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの熱抵抗が０．０４Ｋ／Ｗと、コイルボビン１７の熱抵抗の大きさが放熱の妨げとなっていた。これに対して、本発明によれば、コイルボビン１７の熱抵抗を０．０１５Ｋ／Ｗ程度に抑制することができ、界磁コイル１２の温度上昇を十分に低減することが可能である。
【００３３】
なお、上述した実施形態では、コイルボビン１７を形成するための高熱伝導材料として高熱伝導性樹脂を用いたが、金属を用いることもできる。例えば、アルミニウムなどを用いて、ダイカストによりコイルボビン１７を製造する。この場合、電気的絶縁性のために、金属表面に薄膜状に絶縁コーティングの処理をする必要がある。このように形成した場合、金属部分は熱抵抗が非常に小さいので、コイルボビン１７の熱抵抗は、絶縁コーティング部分の熱抵抗によって決定される。
【００３４】
絶縁性を保つために絶縁コーティングの厚さを５０μｍ、絶縁コーティングの熱伝導率を０．２Ｗ／ｍ・Ｋとし、コイルボビン１７の厚みを１ｍｍとすれば、コイルボビン１７の金属部と絶縁コーティング部とをあわせた等価的な熱伝導率は約４Ｗ／ｍ・Ｋとなる。すなわち、先に述べたように熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば，界磁コイル１２の温度上昇が提言されて車両用交流発電機の出力が増大することが可能となることから、コイルボビン１７を金属に絶縁コーティングしたものを用いることで車両用交流発電機の出力を増大させることが可能となる。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図７は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、ロータ１１２の断面を示す図である。図７では、シャフト１８の中心軸に対して上側の部分のみを示した。なおーロータ１１２以外の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、磁性材料にて成形されたフロント側ロータコア１１２Ｆおよびリヤ側ロータコア１１２Ｒの形状が、第１の実施の形態に記載したロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒと異なる。具体的には、フロント側ロータコア１１２Ｆおよびリヤ側ロータコア１１２Ｒのディスク部１１２ｂは，外径方向に向かって徐々に軸方向の厚みが厚くなるよう構成されている。
【００３６】
すなわち、ディスク部１１２ｂの軸部１１２ａと接する部分の厚さをｔ１、ディスク部１１２ｂのロータ爪磁極１１２ｃと接する部分の厚さをｔ２とすると、ｔ１＜ｔ２のように設定されている。そのため、コイルボビン１７のフランジ部１７２が密着しているディスク部１１２ｂの面は、シャフト１８の軸に対して垂直ではなく斜めになっている。そのため、コイルボビン１７の胴部１７１とフランジ部１７２とで囲まれた界磁コイル１２の巻回空間は、その断面形状が台形状となっており、外径方向に対して狭まるような形状となっている。
【００３７】
一方、図３に示すロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒでは、フランジ部１７２と密着する面がシャフト１８の軸に対して垂直となっている。ところで、コイルボビン１７は、熱膨張や遠心力の作用により、全体が外径方向に膨らむように変形しようとする。しかし、図３に示す構造の場合、フランジ部１７２と密着する面がシャフト１８の軸に対して垂直となっているので、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒからコイルボビン１７に対して、コイルボビン１７の変形を防止するような作用を及ぼし難い。その結果、コイルボビン１７の外径方向への膨張を抑えることができず、コイルボビン１７の胴部１７１とロータコア軸部１１２ａとの密着性が低下し、界磁コイル１２からの放熱性が低下する恐れがある。
【００３８】
しかしながら、第２の実施の形態では、図７に示すような構成とすることで、コイルボビン１７が熱により膨張したり、コイルボビン１７に遠心力が作用したりした場合でも、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒとコイルボビン１７との密着性を維持することが可能となる。すなわち、コイルボビン１７は熱膨張や遠心力の作用により、全体が外径方向に膨らむように変形しようとしても、フランジ部１７２が密着しているディスク部１１２ｂの面が、図７に示すように斜めになっているため、その斜面によってコイルボビン１７の膨張が抑えられ、コイルボビン１７とロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒとの密着性が損なわれない。その結果、コイルボビン１７の熱膨張による密着の低下に起因する、界磁コイル１２からロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒへの放熱性の低下を防止することができる。
【００３９】
−第３の実施の形態−
次に、図８，図９を用いて、本発明による第３の実施の形態について説明する。図８は、界磁コイル１２に電流が流れた場合の、磁束の流れを説明する図である。界磁コイル１２に対して図８に示す方向に直流電流が流れると、主な磁束は、図８の太い実線で示すように、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの軸部１１２ａからディスク部１１２ｂおよびロータ爪磁極１１２ｃを介し、固定子４へ流入する。それぞれの経路における断面積は、磁気飽和を緩和するために、十分な大きさを確保する必要がある。
【００４０】
すなわち、図９における寸法Ｂ，ＣおよびＥを大きくすることが望まれる。図９において，寸法Ａはロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの外半径，寸法Ｂは軸部１１２ａの外半径、寸法Ｃはディスク部１１２ｂの厚さ、寸法Ｄはロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの軸長、寸法Ｅはロータ爪磁極１１２ｃの根元部分の径方向厚さを表す。なお、シャフト１８も、磁路の一部を構成するものとして考える。
【００４１】
ところで、車両用交流発電機は、車両への搭載性により外径および軸長の制約を受け、寸法ＡおよびＤを変更することはできない。そのため、十分な断面積を確保するために寸法Ｂ，Ｃ，Ｅを大きくすることは、界磁コイル１２を巻装する面積が減少することを意味する。
【００４２】
界磁コイル１２を巻装する面積が減少すると、ターン数を維持して従来と同等の起磁力を得るためには、界磁コイル１２のコイル導体に、線径の細い導体を選択する必要がある。その場合、界磁コイル１２の巻線抵抗が増大し、界磁コイル１２で発生するジュール損が増大する。その結果、界磁コイル１２の温度上昇により十分な起磁力を得ることができず、出力の向上が期待できないことになる。
【００４３】
そこで、第１の実施の形態で説明した熱伝導率の高いコイルボビン１７を用いれば、界磁コイル１２の温度上昇を抑制することができるので、図９における寸法Ｂ，Ｃ，Ｅを十分に大きくして、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの磁気飽和を十分に緩和させることが可能となる。すなわち、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの磁気飽和の緩和と、界磁コイル１２の温度上昇の抑制とを両立させることが可能となり、従来に対して出力を向上させることができる。
【００４４】
図１０は、磁束経路の断面積に関係する寸法Ｂ，Ｃ，Ｅと、コイル巻装領域の断面積を表すＳとの関係を示したものである。図１０において、横軸の２Ｃ／Ｄは、ロータ軸方向寸法Ｄに対する、フロント側とリヤ側とを合わせたディスク部１１２ｂの厚さ２Ｃの割合を表している。一方、縦軸の（Ｂ＋Ｅ）／Ａは、ロータ１１２の外半径Ａに対する、軸部１１２ａの半径Ｂとロータ爪磁極１１２ｃの径方向厚さＥとを合計したものの割合を示している。
【００４５】
界磁コイル収容スペースの断面積Ｓの値は寸法Ｃ，Ｂ，Ｅに依存しており、図１０に示した複数の曲線（Ｓ＝０．９、Ｓ＝０．６，・・・、Ｓ＝０．３で表される曲線）断面積Ｓが等しいところを結んだ等高線を示している。断面積Ｓは、横軸の右側へ行くほど小さくなり、また、縦軸の上側に行くほど小さくなる。なお、ここでは、Ｓはある値で規格化されている。
【００４６】
まず、ロータコア１１２Ｆ，１１２Ｒの磁気飽和を緩和するという観点で考えると、寸法Ｂ，Ｃ，Ｅに関して、（Ｂ＋Ｅ）／Ａ＞０．８かつ，２Ｃ／Ｄ＞０．５５を満足するように設定する必要がある。しかしながら、従来のロータ構成では、このような寸法Ｂ，Ｃ，Ｅに設定した場合、そのときの断面積Ｓは図１０から０．５〜０．６となり、この断面積Ｓに応じて界磁コイル１２の線径を設定すると巻線抵抗が大きくなりすぎて、界磁コイル１２の温度上昇により十分な起磁力を得ることができない。そのため、従来は、（Ｂ＋Ｅ）／Ａ≒０．８，２Ｃ／Ｄ≒０．５２程度に設定されているが、この場合には、磁気飽和が問題となり出力の向上が期待できなかった。
【００４７】
ここで、第１の実施の形態で説明した高熱伝導率のコイルボビン１７を適用すると、界磁コイル１２の温度上昇が抑えられるので、コイル導体に従来よりも細い導体を使用しても、使用時における巻線抵抗を従来と同等に抑えることができる。すなわち、従来よりも断面積Ｓを小さくすることができる。そのため、磁気飽和が十分緩和されるように、（Ｂ＋Ｅ）／Ａ＞０．８、かつ、２Ｃ／Ｄ＞０．５５のように構成して、界磁コイル１２の温度上昇は抑えられ、従来のように温度上昇による出力低下を招くことがない。
【００４８】
また、寸法Ｂ，Ｃ，Ｅを設定する場合には、界磁コイル１２が巻装できるだけのスペースを確保する必要があり、少なくともＳ＝０．３程度は必要となる。ここで、第１実施の形態に記載したコイルボビン１７を採用すると、断面積ＳをＳ＝０．３程度まで小さくすることが可能となる。すなわち、界磁コイル１２の線径を小さくしても温度上昇を抑えることができるため、Ｓ＝０．３程度あれば界磁コイルを巻装するスペースが確保される。よって、図１０から分かるように、０．８＜（Ｂ＋Ｅ）／Ａ＜０．８４、かつ、０．５５＜２Ｃ／Ｄ＜０．７０の範囲（図１０の破線で囲まれた領域）で選択すれば、磁気飽和と界磁コイルを巻装するスペースの確保の両立が可能である。
【００４９】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
４：固定子、５：固定子巻線、１２：界磁コイル、１７：コイルボビン、１８：シャフト、２１：固定子コア、１００：車両用交流発電機、１１２：ロータ、１１２ａ：軸部、１１２ｂ：ディスク部、１１２ｃ：ロータ爪磁極、１１２Ｆ：フロント側ロータコア、１１２Ｒ:リヤ側ロータコア、１７１：胴部、１７２：フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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