(57)【要約】【課題】  複数の巻線組を有する固定子巻線であっても容易に巻装できる。もしくは、用途に応じて複数の巻線組の導通状態を変更できる。【解決手段】  第１の３相巻線１９１１における巻線組１９Ｕａ，１９Ｖａ，１９Ｗａと第２の３相巻線１９１２における巻線組１９Ｕｂ，１９Ｖｂ，１９Ｗｂを異ならせ、スイッチ２１によって使用する巻線を切り換えるようにした。このため、用途に応じて使用する巻線を変更することが可能となる。また、固定子鉄心１８をクローポール型としたので複数の巻線組を有する固定子巻線１９であっても容易に巻装できる。【選択図】図７
2008278567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力の各相の電力をそれぞれ発生する３組の相巻線を有する第１と第２の３相固定子巻線と、
前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容する溝と、複数の固定子爪とを有する固定子磁極を、回転軸方向に並べて有している固定子と、
前記固定子磁極の内側に回転可能に保持され、前記第１と第２の３相固定子巻線に鎖交する磁束を発生する界磁巻線と、前記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、前記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有する回転子と、
前記第１の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
前記第２の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路と、を備えており、
各固定子磁極の前記溝には前記第１と第２の３相固定子巻線の対応する相の相巻線がそれぞれ収納されている、ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
３相交流電力の各相の電力をそれぞれ発生する３組の相巻線を有する第１の３相固定子巻線と、
３相交流電力の各相の電力をそれぞれ発生する３組の相巻線を有する第２の３相固定子巻線と、
前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容するための溝と、内側を向く磁束授受面を有し周方向に配置された複数の固定子爪とを有する固定子磁極を、有している固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に保持され、前記第１と第２の３相固定子巻線に鎖交する磁束を発生する界磁巻線と、前記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、前記３組の固定子磁極鉄心がそれぞれ有する前記固定子爪の磁束授受面に対向する面を有し、前記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有する回転子と、
前記第１の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
前記第２の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路と、
前記回転子の界磁巻線に電流を供給するための発電制御回路と、を備えており、
周方向に形成された各固定子磁極鉄心の前記溝には前記第１と第２の３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線がそれぞれ収納され、前記各固定子磁極が有する複数の固定子爪の一方の磁束授受面から入った磁束が前記溝に収納された第１と第２の相巻線と鎖交して前記複数の固定子爪の他方の磁束授受面から出るための磁気回路が前記各固定子磁極に形成される、ことを特徴とする自動車に搭載された回転電機。
【請求項３】
３相交流電力の各相の電力を発生する第１の相巻線を３組有してなる第１の３相固定子巻線と、
前記第１の相巻線より少ない巻き数で３相交流電力の各相の電力を発生する第２の相巻線を３組有してなる第２の３相固定子巻線と、
前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容するための形成された溝と、内側を向く磁束授受面を有し周方向に配置された複数の爪とを有する固定子磁極を、３組回転軸方向に並べて配置してなる固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に保持され、前記第１と第２の３相固定子巻線に鎖交する磁束を発生する界磁巻線と、前記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、前記３組の固定子磁極がそれぞれ有する前記固定子爪の磁束授受面に対向する面を有し、前記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有する回転子と、
前記第１の３相固定子巻線が発生する３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
前記第２の３相固定子巻線が発生する３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路と、
前記回転子の界磁巻線に供給される電流を制御するための発電制御回路と、
前記第１および第２の半導体ブリッジ回路が出力する直流電力を外部に出力するための直流端子と、
前記第１の半導体ブリッジ回路または前記第２の半導体ブリッジ回路から前記直流端子へ供給される直流電力の出力を停止する停止装置と、
を備えており、
各固定子磁極の前記溝には前記第１と第２の３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線がそれぞれ収納され、前記各固定子磁極鉄心が有する複数の固定子爪の一方の磁束授受面から入った磁束が前記溝に収納された第１と第２の相巻線と鎖交して前記複数の固定子爪の他方から出るための磁気回路が前記各固定子磁極鉄心に形成される、ことを特徴とする自動車に搭載された回転電機。
【請求項４】
３相交流電力の各相の電力をそれぞれ発生する３組の相巻線を有する第１と第２の３相固定子巻線を有し、
回転軸方向に並べて配置された３相の各相にそれぞれ対応する３組の固定子磁極を有し、
各固定子磁極は、複数の爪をそれぞれ有する複数個の固定子鉄心と、前記複数個の固定子鉄心により形成され前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容する溝と、前記溝内に設けられた前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線を有し、
前記複数個の固定子鉄心はそれぞれ同数の前記爪を有し、それぞれの固定子鉄心の前記爪と爪との間に切り欠きを形成し、
前記複数個の固定子鉄心は、それぞれの固定子鉄心の爪が回転軸方向に沿った互いに逆方向に延びると共に、互いの爪が相手方の切り欠きの位置に配置される位置関係で固定されており、
前記固定子鉄心の内側には回転子が回転可能に保持され、
前記回転子は磁束を発生するための界磁巻線と、前記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、前記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有しており、
前記第１の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
前記第２の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路と、を備えており、
前記第１の半導体ブリッジ回路と前記第２の半導体ブリッジ回路の直流出力を外部に供給するためのターミナルを有している、ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１乃至４の内の１つに記載の回転電機において、回転子が有する回転子爪の個数と各固定子磁極が有する爪の数が等しいことを特徴とする車載用の回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至４の内の１つに記載の回転電機において、
前記第１と第２の３相固定子巻線の巻数は、同数であることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至４の内の１つに記載の回転電機において、
前記回転電機には直流電力を外部に出力するためのターミナルおよび発電制御回路が設けられていると共に前記第１の半導体ブリッジ回路の出力端が第１のスイッチ手段を介して前記ターミナルに接続されており、
前記第１の３相固定子巻線の巻き数が前記第２の３相固定子巻線の巻数より多く巻かれており、
前記回転子が低速回転状態において、前記発電制御回路により、前記第１のスイッチ手段は導通状態となり、前記第１の半導体ブリッジ回路の出力が前記ターミナルに供給され、
前記回転子が高速回転状態において、前記発電制御回路により、前記第１のスイッチ手段は開放状態となり、前記第２の半導体ブリッジ回路の出力が前記ターミナルに供給される、ことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機において、
前記発電制御回路は界磁電流値を制御するためのスイッチングトランジスタを有し、
前記第１のスイッチ手段の切り換え動作時に、上記スイッチングトランジスタを遮断して前記界磁電流値を遮断することを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１乃至４の内の１つに記載の回転電機において、
前記固定子巻線は、断面形状が略四角形状であることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項１乃至４の内の１つに記載の回転電機において、
前記各固定子磁極が有する溝に前記固定子巻線を保持するためのボビンが設けられ、
前記ボビンは周方向に設けられた２つの凹部を有し、
前記ボビンの１つの凹部には第１の３相固定子巻線が巻回されており、
前記ボビンの他の凹部には第２の３相固定子巻線が巻回されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
交流電力を発生する３組の相巻線を有する第１の３相固定子巻線と、
交流電力を発生する３組の相巻線を有し各相巻線が前記第１の３相固定子巻線と直列に接続された第２の３相固定子巻線と、
前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容する溝と、複数の固定子爪とを有する固定子磁極を、回転軸方向に並べて有している固定子と、
前記固定子磁極の内側に回転可能に保持され、磁束を発生する界磁巻線と、前記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、前記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有する回転子と、
前記第１の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
前記第２の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路と、
前記第１の半導体ブリッジ回路あるいは前記第２の半導体ブリッジ回路の出力を外部に出力するターミナルとを備え、
各固定子磁極の前記溝には前記第１と第２の３相固定子巻線の相巻線がそれぞれ収納されている、ことを特徴とする車載用交流発電機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回転電機において、
発電制御回路が設けられ、
さらに前記第２の半導体ブリッジ回路と前記ターミナルとの間にスイッチが設けられ、
回転子が低速で回転している状態で前記発電制御回路は前記スイッチを導通状態とすることを特徴とする車載用交流発電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転電機において、
回転子が低速で回転している状態から高速の回転状態に変化したことにより、前記発電制御回路は前記スイッチを導通状態から遮断状態に切り換えることを特徴とする車載用交流発電機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回転電機において、
回転子が低速で回転している状態から高速の回転状態に変化したとき、前記発電制御回路は界磁電流を遮断する制御を行い、次に前記発電制御回路は前記スイッチを導通状態から遮断状態に切り換え、その後前記発電制御回路は界磁電流を再び供給することを特徴とする車載用交流発電機。
【請求項１５】
交流電力を発生する３組の相巻線を有する第１の３相固定子巻線と、
交流電力を発生する３組の相巻線を有し各相巻線が前記第１の３相固定子巻線と直列に接続された第２の３相固定子巻線と
前記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容する溝と、複数の固定子爪とを有する固定子磁極を、回転軸方向に並べて有している固定子と、
前記固定子磁極の内側に回転可能に保持され、磁束を発生する界磁巻線と、前記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、前記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有する回転子と、
前記第１の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
前記第２の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路とを備え、
各固定子磁極の前記溝には前記第１と第２の３相固定子巻線の相巻線がそれぞれ収納されていて、
前記第１の半導体ブリッジ回路あるいは前記第２の半導体ブリッジ回路からそれぞれ外部に異なる直流電圧が供給されることを特徴とする車載用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子巻線を備えた回転電機に関し、特に自動車に搭載される交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は固定子と回転子とを有し、固定子は、多数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロットに設けられた固定子巻線とから構成されている。上記固定子巻線はスター結線あるいはデルタ結線された複数個の相巻線から構成されている。一般的に、上記スター結線あるいはデルタ結線された相巻線全体が一組の３相固定子巻線を構成し、上記３相固定子巻線の出力は整流回路あるいはインバータ回路からなる電力変換回路によって直流電力に変換される。
【０００３】
回転電機、特に自動車に搭載された交流発電機おいて、より望ましい電気的特性を得ようとする場合に、固定子巻線に電気的特性を変えるための第２の巻線を設ける場合がある。
【０００４】
特許文献１は、固定子のスロット内に設けられた第１の３相巻線に加えて上記スロット内に第２の３相巻線を設けた自動車用の交流発電機を示す。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６４４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回転電機、特に自動車に搭載された交流発電機において、より望ましい特性を得ようとして固定子巻線に電気的特性を変えるための第２の巻線を設けようとした場合、スロット数などの関係があり、好ましい巻き数の巻線を設けることが難しく、結果として、良好な電気的特性の回転電機、特に自動車に搭載される交流発電機が得られない問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、より良好な電気的特性の回転電機、特に自動車に搭載される交流発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、
交流電力の各相の電力をそれぞれ発生する３組の相巻線を有する第１と第２の３相固定子巻線と、
上記第１と第２の前記３相固定子巻線の対応する１つの相の相巻線をそれぞれ収容する溝と、複数の固定子爪とを有する固定子磁極鉄心を、回転軸方向に並べて有している固定子鉄心と、
上記固定子鉄心の内側に回転可能に保持され、上記第１と第２の３相固定子巻線に鎖交する磁束を発生する界磁巻線と、上記界磁巻線の外周側に配置されて軸方向に交互に延びると共に、上記界磁巻線の発生する磁束により交互に異なる極性に磁化される複数個の回転子爪とを有する回転子と、
上記第１の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第１の半導体ブリッジ回路と、
上記第２の３相固定子巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換する第２の半導体ブリッジ回路と、を備えており、
各相固定子鉄心の上記溝には上記第１と第２の３相固定子巻線の対応する相の相巻線がそれぞれ収納される、回転電機を提供することである。
【０００９】
その他の特徴は以下の実施の形態の中で説明する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より良好な電気的特性の回転電機、特に自動車に搭載される交流発電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［第１実施例］
次に本発明における回転電機が用いられる製品の一実施形態として、自動車に搭載される車両用交流発電機を例にとり、図１〜図６に基づいて説明する。図１は、車両用交流発電機の側面断面図である。図２は、回転子と固定子の斜視図である。図３は、図２におけるＵ相の固定子を取り除いた状態の斜視図である。図４は、Ｕ相の固定子磁極の斜視図である。図５は、Ｕ相の固定子磁極において軸方向両端に配置される固定子鉄心の構成部材を取り除いた状態の斜視図である。図６は、各巻線の接続状態を示す回路図である。
【００１２】
図１は、本発明の１つ実施の形態である車両用交流発電機の断面図で、車両用交流発電機１は、図１中左側に配置されるフロントブラケット２と図１中左側に配置されるリアブラケット３とを有している。夫々のブラケットは、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。これらのブラケットには、空気が流通するための様々な形状の穴が多数設けられている。また、フロントブラケット２及びリアブラケット３には、夫々、固定穴４が開口する固定部５が径方向外周側に突出して一体に設けられており、これらの固定部５が図示しないボルトによって車両に取り付けられる。
【００１３】
リアブラケット３の軸方向端には、夫々のブラケットよりも薄肉のリアカバー６が取り付けられており、このリアカバー６は、夫々のブラケット同様、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。このリアカバー６の軸方向外側端にも空気が流通するための穴が複数設けられている。また、その外周側にバッテリ２０に接続されるターミナル７が取り付けられ、車両用交流発電機１の固定子巻線に誘起された交流電力を整流して作られた直流電力が直流端子である上記ターミナル７を介してバッテリ２０に供給される。
【００１４】
フロントブラケット２及びリアブラケット３の軸方向外端部における径方向略中心位置には、夫々、軸受として作用するボールベアリング８ａ，８ｂが取り付けられている。この実施の形態ではフロントブラケット２に取り付けられるボールベアリング８ａは、リアブラケット３に取り付けられるボールベアリング８ｂよりも外径の大きなものが用いられている。これらのボールベアリング８ａ，８ｂの内輪には、シャフト９が挿通され、このシャフト９はフロントブラケット２及びリアブラケット３に対して回転自在に支持されている。
【００１５】
また、シャフト９のフロントブラケット２側端には、回転伝達部材としてのプーリ１０がボルトによって一体回転するように固定されており、このプーリ１０には、図外のエンジンの回転が伝達されるクランクプーリから無端伝達帯としてのベルトによって回転が伝達される。このためシャフト９は、エンジンの回転数とプーリとクランクプーリのプーリ比に比例して回転する。
【００１６】
更にシャフト９のリアブラケット３側の端部には、シャフト９と一体に回転するよう２つのスリップリング１１が取り付けられており、夫々のスリップリング１１に押付けられた状態で摺動する２つのブラシ１２を介して電力が供給されるようになっている。
【００１７】
シャフト９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のロータ部材１３Ｆ，リヤ側のロータ部材１３Ｒがシャフト９と一体に回転するよう別々にセレーション結合されており、また、フロント側ロータ部材１３Ｆ，リヤ側ロータ部材１３Ｒは、軸方向に向かい合って当接した状態で軸方向の移動が規制されるべく、夫々のロータ部材の外側端をシャフト９に形成した環状溝内に塑性流動させている。このようにシャフト９に固定されたフロント側ロータ部材１３Ｆ，リヤ側ロータ部材１３Ｒによって回転子としての回転子１３が構成される。
【００１８】
この回転子１３の回転軸方向におけるリアカバー６側端面には、外周側に複数の羽根を有する通風手段としての板状のファン１４が取り付けられており、回転子１３と一体的に回転する。尚、このファン１４の最外径は、回転子１３の外径よりも大径となっており、ファン１４の内周側にある空気を回転による遠心力で外周側に流通させる。
【００１９】
フロント側ロータ部材１３Ｆ，リヤ側ロータ部材１３Ｒは、内周側に位置する軸部13ａと、外周側に位置する軸方向断面がＬ字形状の爪１３ｂとをそれぞれ有している。また、フロント側ロータ部材１３Ｆとリヤ側ロータ部材１３Ｒは、両ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの軸部１３ａの軸方向端部同士が向かい合って当接することでランデル型鉄心が構成される。軸部１３ａの外周と爪１３ｂ内周との間には、界磁巻線１５が回転軸の周方向に巻装され、この界磁巻線１５の両端は、シャフト９に沿って延出して前述のスリップリング
１１に夫々電気的に接続されている。このため、ブラシ１２からスリップリング１１を介して供給される直流電流は、界磁巻線１５を流れ、それに伴い回転子１３が磁化され、界磁巻線１５の周りを周回するよう回転子１３に磁路が形成される。
【００２０】
界磁巻線１５に供給される開示電流の大きさは、上記バッテリ２０の充電状態やエンジンの負荷状態に基づき制御される。バッテリ２０の充電状態は例えばバッテリの端子電圧に基づいて判断され、エンジンの負荷状態はエンジン制御に取り込まれたアクセルペタルの踏み込み状態に基づいて判断される。例えばアクセルペタルが急に大きく踏み込まれた急加速状態では、車両の加速制御が優先され、エンジン負荷を低減するために発電機能は抑えられる。発電電力の制御は界磁電流の制御によって行われ、界磁電流を制御するための発電制御回路はリアカバー６の内側に設けられている。発電制御回路は後述する。車両の加速制御が優先されると界磁電流値を小さくし、交流発電機１がエンジンに及ぼすエンジン負荷を小さくする。これらの制御は上位の制御装置である、エンジン制御装置からの指令により行われる。
【００２１】
フロントブラケット２とリアブラケット３の軸方向に向かい合う箇所には、環状の段差が形成されており、この段差には、図２に示すように周方向にＵ相磁極１７Ｕ，Ｖ相磁極１７Ｖ，Ｗ相磁極１７Ｗに分割されたクローポール型の固定子１７が狭持されて固定されている。このように固定子１７を周方向に分割してフロントブラケット２とリアブラケット３間に配置したので各固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗの間にはファン１４によって生じる空気の流れが通過するべく、通風路としての隙間が形成される。尚、この隙間により、各固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗの各相の電気的な位相を調整することができる。また、固定子１７の内周面は、回転子１３の爪１３ｂの外周面とわずかな隙間を介して対向する。
【００２２】
固定子１７は、固定子鉄心１８と固定子巻線１９とによって構成されており、固定子巻線１９は、リアカバー６内に取り付けられた制御部１６に接続されている。制御部１６は、直流端子であるターミナル７を介してバッテリ２０と接続している。制御部１６には、複数のダイオードで構成された整流機能を有する半導体ブリッジ回路が設けられており、この半導体ブリッジ回路によって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子巻線１９に誘起された３相交流電圧は、全波整流されて直流に変換され、ターミナル７に供給される。
【００２３】
次に図１及び図３に基づいて回転子１３の詳細を説明する。フロント側のロータ部材
１３Ｆ，リヤ側のロータ部材１３Ｒには、軸部１３ａの軸方向外側端から一旦固定子方向に延びその後軸方向に延びる形状、すなわち断面Ｌ字形状の爪１３ｂが回転子１３の周方向に複数、詳細には夫々１０個ずつ設けられ、全部で２０個の爪１３ｂが設けられている。これらの爪１３ｂは、ほぼ同じ形状に形成されており、径方向に略同一幅に延びると共に、軸方向には先端が幅狭となるような先細り形状で軸方向に延びた形状を成している。また、この爪１３ｂにおける先細り形状部分の反回転方向側縁には幅広の面取りが施されている。このように形成されたフロント側ロータ部材１３Ｆおよびリヤ側ロータ部材13Ｒは、間に界磁巻線１５を配置して、夫々の爪１３ｂが周方向に交互に位置するように軸部１３ａ端同士が当接した状態でシャフト９に固定される。
【００２４】
すなわち上記回転子１３は、回転子の軸部１３ａの径方向の外周に界磁巻線１５が設けられており、上記界磁巻線１５を取り囲むようにフロント側のロータ部材１３Ｆとリヤ側のロータ部材１３Ｒが設けられ、上記フロント側のロータ部材１３Ｆとリヤ側のロータ部材１３Ｒから回転軸方向に交互に延びる爪１３ｂが回転子の周方向に全周に渡って設けられている。上記界磁巻線１５に界磁電流が供給されることにより上記界磁巻線１５は磁束を発生し、上記交互に回転軸方向に延びる爪１３ｂは、上記磁束により交互に異なる極性に磁化される。
【００２５】
リヤ側ロータ部材１３Ｒの軸方向外側端には、図１に示すようなファン１４が溶接等によって取り付けられている。このファン１４は、周方向に複数の突起が形成された金属板の突起部分における周方向一側をプレスにて略円弧状、かつ、略垂直に折り曲げて半径方向に対して傾斜する傾斜面を有する羽根が一体成形された遠心ファンである。このため、ファン１４が回転すると図１に示す矢印で示す方向、つまり、内周側から外周側に空気が流れる。
【００２６】
次に図２乃至図５に基づいてクローポール型の固定子１７の詳細について説明する。図２に示すように固定子１７は先に述べたフロントブラケット２とリアブラケット３の段差に、機械的に連結されない状態で、Ｕ相の固定子として作用するＵ相磁極１７Ｕ，Ｖ相の固定子として作用するＶ相磁極１７Ｖ，Ｗ相の固定子として作用するＷ相磁極１７Ｗに分割されて挟持固定されている。本実施例では３相交流回転電機としたため、固定子１７は３個の固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗにより構成され、各固定子磁極は機械的な配置バランスから約１２０度間隔で配置されている。
【００２７】
更に固定子１７における磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗの詳細な構造について、図４に示したＵ相の磁極１７Ｕを例にとって説明する。固定子１７における夫々の磁極１７Ｕ，
１７Ｖ，１７Ｗは、固定子鉄心１８と、固定子鉄心１８内に巻回される固定子巻線１９にて構成されている。
【００２８】
固定子鉄心１８は、軸方向に分割された一対の固定子コア１８１からなり、更に、夫々の固定子コア１８１は、軸方向に分割された一対の固定子鉄心構成部材１８２からなる。つまり、固定子鉄心１８は、４つの固定子鉄心構成部材１８２からなり、夫々の固定子鉄心構成部材１８２は、ほぼ同一形状を成している。
【００２９】
これらの固定子鉄心構成部材１８２は、表面が絶縁部材でコーティングされた鉄粉を圧縮して固めた圧粉鉄心にて構成されており、そのうちの１つは、円弧状に形成された帯状部分１８２ａと、この帯状部分１８２ａの軸方向一端から内周側に張り出すように設けられた固定子ヨーク１８２ｂと、固定子ヨーク１８２ｂの内周側から軸方向に延びる３つの爪磁極１８２ｃとが一体に成形されることで構成される。
【００３０】
３つの爪磁極１８２ｃは、ほぼ同じ形状であり、先細りとなる略台形状に形成され、固定子ヨーク１８２ｂの周方向一端から略等間隔に配置され、固定子ヨーク１８２ｂの周方向他端側には爪磁極１８２ｃが配置されていない。このように構成された２つの固定子鉄心構成部材１８２の爪磁極１８２ｃ同士が交互に配置されるように軸方向から組み合わせることによって固定子コア１８１が形成され、更に２つの固定子コア１８１同士が左右対称となるように軸方向から組み合わせることによって６つの爪磁極１８２ｃを有する固定子鉄心１８が構成される。このとき、各固定子鉄心構成部材１８２の対向する爪磁極182c同士を接触させることで機械的な強度向上に寄与すると共に、磁束の利用率が向上し出力向上の効果もある。尚、夫々の爪磁極１８２ｃにおける周方向最大幅Ｗｓと回転子１３における爪１３ｂにおける周方向最大幅Ｗｒは、ほぼ等しくなっている。
【００３１】
また、固定子ヨーク１８２ｂにおける爪磁極１８２ｃ間の周方向略中心位置、つまり、固定子コア１８１を構成する相手側の固定子鉄心構成部材１８２における爪磁極１８２ｃの先端が位置する位置に凹部１８３が設けられている。この凹部１８３は、略半円形状に切り欠かれており、相手側の固定子鉄心構成部材１８２における爪磁極１８２ｃからの漏れ磁束の低減と、固定子巻線１９のインダクタンスを低減する効果を有している。また、この凹部１８３に嵌合可能な凸部を有するプレートで軸方向から固定子鉄心構成部材182を挟み込むことで周方向の位置合わせを行うこともできる。
【００３２】
このように構成された固定子鉄心１８内には、巻線を円筒状に巻き付けたものを楕円状に変形させ、更に周方向に湾曲させて鞍状に成形した図５に示すような固定子巻線１９が巻回されている。この固定子巻線１９は、２つの巻線組１９ａ，１９ｂからなり、夫々は、独立して巻回されており、巻線の断面形状は、略四角形状の平角線が用いられている。また、夫々の巻線組１９ａ，１９ｂは、絶縁するためのワニスや接着剤によって巻線組単位で巻線同士が簡易的に固着され、更に夫々の巻線組毎に絶縁部材としての絶縁紙が巻かれる。固定子１７には上記巻線組１９ａとして後述する巻線組１９Ｕａ，巻線組１９Ｖａ，巻線組１９Ｗａが設けられており、また巻線組１９ｂとして巻線組１９Ｕｂ，巻線組
１９Ｖｂ，巻線組１９Ｗｂが設けられている。上記巻線組１９Ｕａ，巻線組１９Ｖａ，巻線組１９Ｗａはスター結線されて１つの巻線組１９ａを作り、また巻線組１９Ｕｂ，巻線組１９Ｖｂ，巻線組１９Ｗｂはスター結線されて他の１つの巻線組１９ｂを作っている。
【００３３】
巻線組１９ａ，１９ｂのうちの１つである巻線組１９ａについて説明すると、巻線組
１９ａは、図５に示すような径方向に幅狭で軸方向に幅広となるような扁平状に巻回されており、周方向両端に形成される一対のコイルエンド部１９１と、両コイルエンド部191の間にある一対の周方向巻回部１９２とを有している。更に巻線組１９ａに重なりあうように巻線組１９ｂが、巻線組１９ａと同じように成形される。
【００３４】
重なりあわせた巻線組１９ａ，１９ｂにおける夫々の周方向巻回部１９２は、別々の固定子コア１８１の帯状部分１８２ａと爪磁極１８２ｃの間に配置されるように固定子鉄心構成体１８２を巻線組１９ａ，１９ｂの周りに組み付ける。このため、固定子鉄心１８の爪磁極１８２ｃは、巻線組１９ａ，１９ｂの内側開口及び巻線組１９ａ，１９ｂの外側を通り、回転子１３側に突出することになる。尚、固定子コア１８１を構成する固定子鉄心構成部材１８２は、周方向一端に爪磁極１８２ｃを有しているが周方向他端には爪磁極
１８２ｃを有していないため、夫々の巻線組１９ａ，１９ｂのコイルエンド部１９１は、固定子鉄心１８の周方向一端側には大きく突出するが、固定子鉄心１８の周方向他端側にはほとんど突出しないようになっている。このように構成することで固定子１７における爪磁極数を出来るだけ多くすることができる。ここで発電機の特性としては、固定子の磁極数に対する回転子の磁極数の比は大きい方がよいが、本実施例の場合は、固定子１７の磁極数が１８で回転子１３の磁極数が２０となっているので固定子の磁極数に対する回転子の磁極数の比を０.９と比較的大きくすることができる。
【００３５】
また、Ｖ相の固定子磁極１７Ｖ及びＷ相の固定子磁極１７ＷもＵ相の固定子磁極１７Ｕと同様に構成されるので、固定子１７の爪磁極１８２ｃの数は、全部で１８となる。このため、回転子１３の爪１３ｂの数が２０であるのに対して、固定子１７の爪磁極１８２ｃの数は１８であり、回転子１３の磁極に対して、固定子１７の磁極は、２つ少なくなっている。尚、固定子１７の爪磁極１８２ｃと回転子１３の爪１３ｂの周方向幅は、ほぼ等しくなっているので、固定子１７の爪磁極１８２ｃが２つ少ない分の幅が各固定子磁極17Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ間の隙間となる。
【００３６】
次に図６を用いて、夫々の固定子巻線組の接続について説明する。
【００３７】
本実施の形態では、固定子巻線１９は第１と第２の２組の３相巻線１９１１と１９１２を有する。第１の３相巻線１９１１はスター結線された、Ｕ相巻線組１９Ｕａ，Ｖ相巻線組１９Ｖａ，Ｗ相巻線組１９Ｗａで構成されている。また第２の３相巻線１９１２は同じくスター結線された、Ｕ相巻線組１９Ｕｂ，Ｖ相巻線組１９Ｖｂ，Ｗ相巻線組１９Ｗｂで構成されている。尚、第１の３相巻線１９１１を構成する各相巻線は、固定子鉄心１８の内側すなわち回転子側に配置された、図１から図５に示す、巻線組１９ａであり、第２の３相巻線１９１２を構成する各相巻線は、固定子鉄心１８の外側すなわち回転子から遠い側に配置された、図１から図５に示す、巻線組１９ｂである。また、図６に示す実施例では、全ての巻線組の巻数は同じ巻数であり、例えば７ターンである。
【００３８】
第１の３相巻線１９１１は３相交流電力を発生し、発生した３相交流電力は半導体素子により構成される半導体ブリッジ回路１６ａにより直流電力に変換される。この実施の形態では半導体ブリッジ回路１６ａはダイオードで構成されており、第１の３相巻線1911の出力端は６つのダイオードＤ１ａ〜Ｄ６ａで構成される半導体ブリッジ回路１６ａに接続されている。半導体ブリッジ回路１６ａは全波整流回路として動作し、第１の３相巻線
１９１１で発電された交流電圧は全波整流され直流電圧に変換される。また、第２の３相巻線１９１２も３相交流電力を出力し、出力された３相交流電力は６つのダイオードD1b〜Ｄ６ｂで構成される全波整流回路からなる半導体ブリッジ回路により直流電力に変換される。このように第１と第２の３相巻線１９１１や１９１２で発生した交流電力は、整流回路１６ａと１６ｂとでそれぞれ整流され、直流電力に変換される。変換された直流電力は直流端子であるターミナル７に供給される。
【００３９】
発電制御回路４２は界磁巻線１５に供給される界磁電流を制御する機能を有しており、Ｓ端子を介して検知されたバッテリ４０の端子電圧が、Ｃ端子で受信するエンジン制御装置などの上位の制御装置から指令された目標電圧に近づく方向に、界磁電流を制御する。すなわち、Ｃ端子を介して送られてくる目標電圧に対し、Ｓ端子を介して入力されるバッテリ２０の端子電圧が低い場合、交流発電機の発電電圧を上げる方向である、界磁電流を増やす方向に制御する。一方Ｓ端子を介して入力されるバッテリ２０の端子電圧がＣ端子を介して送られてくる目標電圧に達している場合は、発電の必要が無いので、界磁電流を押さえるあるいは界磁電流の供給を停止する。
【００４０】
発電制御回路４２はまた充電系統に異常が生じた場合に充電警告灯を点灯するためのＬ端子を備えており、上記異常が生じた場合はＬ端子を介して充電警告灯を点灯する。この実施の形態ではＬ端子およびＣ端子の接続を省略する。
【００４１】
次に本実施例の作動について説明する。まず、エンジンの運転に伴ってクランクシャフトからベルトを介して図１に示すプーリ１０に回転が伝達され、シャフト９を介して回転子１３を回転させる。ここで回転子１３に設けられた界磁巻線１５にブラシ１２とスリップリング１１を介してから直流電流を供給すると界磁巻線１５の内外周を周回する磁束が生じるため、回転子１３が有する複数の爪１３ｂが交互にＮ極とＳ極を形成する。この界磁巻線１５による磁束は、フロント側ロータ部材１３ＦのＮ極の爪１３ｂから固定子鉄心１８の一方側の爪磁極１８２ｃをとおって固定子巻線１９と鎖交し、他方側の爪磁極182cに到達する。更に、この磁束はリヤ側ロータ部材１３ＲのＳ極の爪１３ｂに到達することで回転子１３と固定子１７を周回する磁気回路が形成される。このような磁気回路が各相毎に生じるため、回転子１３の回転に基づいて固定子巻線１９に３相の交流誘起電圧が発生する。尚、本実施例の場合には、固定子巻線１９が２つの巻線組１９ａ，１９ｂによって構成されているので、回転子１３の回転に伴って、各相における夫々の巻線組１９ａ，１９ｂに夫々、交流電圧が誘起される。
【００４２】
図６において、第１の３相巻線組１９１１に誘起された交流電圧は第１の半導体ブリッジ回路１６ａ、本実施形態では全波整流回路、によって全波整流されて直流電圧に変換される。また第２の３相巻線１９１２に誘起された交流電圧は第２の半導体ブリッジ回路
１６ｂ、本実施形態では全波整流回路、によって全波整流されて直流電圧に変換される。更に、整流された夫々の直流電圧は合流して、直流端子であるターミナル７を介してバッテリ２０に送られる。上記誘起電圧の大きさは、界磁電流と回転子１３の回転速度に連動して変化するので、接続されているバッテリ電圧を所定の電圧に保持するには、回転速度に応じて界磁巻線１５に通電する電流を制御する必要がある。界磁巻線１５に通電する電流の制御は、図１の制御部１６に内蔵された発電制御回路によって行われる。
【００４３】
本実施の形態では交流電力から直流電力へ変換するための半導体ブリッジ回路１６ａ，１６ｂはダイオードで構成される全波整流回路である。ダイオードを使用した全波整流回路は低価格で、特別な制御回路が要らないので本実施の形態に関して最適である。しかし、ダイオード以外にＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴなどのスイッチング機能を有する半導体素子を用いたブリッジ回路を使用しても良い。上記ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴなどの半導体素子を用いたブリッジ回路は素子自身が高価であり、また各素子自身を導通および遮断する駆動回路や制御回路が必要であり、装置が大きくなるとともに高価格となる。一方、これらの素子を使用すると単に整流するだけでなく、固定子巻線に流れる交流電流を制御できるので、より多機能な制御が可能となる効果がある。
【００４４】
図１で、回転子１３が回転する際には、ファン１４も回転子１３と共に回転するが、ファン１４が回転子１３のリアカバー６側にしか設けられていないので、図１における破線の矢印にて示すように外部の空気は、フロントブラケット２に開口した穴から流入し、固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ間に形成された夫々の隙間を通過して、リアブラケット３の径方向外側に開口する穴から流出すると共に、リアブラケット３，リアカバー６の軸方向端に開口した穴からも流入し、フロントブラケット２側から流入した空気と合流してリアブラケット３の径方向外側に開口する穴から流出する。このため、固定子１７，回転子１３，制御部１６が冷却されることとなるが、特に固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ間の隙間から突出した固定子巻線１９が通過する空気によって冷却されるので、固定子
１７を十分に冷却することができる。
【００４５】
上記実施の形態における作用効果を以下に示す。第１実施例の回転電機によれば、固定子は、両端から軸方向に交互に延びる複数の爪磁極を有するクローポール型の固定子鉄心と、該固定子鉄心内に周方向に巻装される複数相の固定子巻線とを有し、前記固定子巻線の１つの相は、複数の巻線組からなり、該巻線組を隔てた複数箇所に出力部を備えているので、複数の巻線組を有する固定子巻線であっても、巻線を鞍状に周回させるだけでよいため、容易に巻装できる。
【００４６】
また、第１実施例の回転電機によれば、巻線組の巻数を同数としている。このため、流れる電流を分流することができる。特に第１実施例は、１つの相の固定子巻線における巻線組は、夫々が独立した整流回路で整流されて直流電圧に変換されたあとに並列に接続しているので各整流回路を流れる電流値を少なくすることができるので総合損失を低減することができる。本実施例では整流回路をダイオードによって構成しており、各ダイオードを流れる電流値を少なくすることができれば、ダイオードの総合損失を低減することができる。例えば、５０Ａ通電時のオン電圧が０.８Ｖ、１００Ａ通電時のオン電圧が０.９Ｖと仮定した場合、並列に流した場合の方が０.８／０.９＝０.８９ となるため、約１１％少なくすることができる。
【００４７】
また、第１実施例の回転電機によれば、固定子巻線を断面円形状の線よりも占積率が大きくなるような断面非円形状である平角線によって構成したので、固定子鉄心内での固定子巻線の占積率を大きくでき、効率を向上させることができる。
【００４８】
また、第１実施例の回転電機によれば、巻線組が固定子鉄心内に巻装される形状にワニスや接着剤等で一体化された状態で固定子鉄心内に装着されているので、固定子鉄心内に巻線組を装着する際に巻線組の夫々の線がばらばらになってしまうことがなく、容易に固定子鉄心内に装着することができる。
【００４９】
また、第１実施例の回転電機によれば、巻線組の間に絶縁部材としての絶縁紙を介在させているので、各巻線組の電気的な絶縁を確実なものとすることができる。
【００５０】
また、第１実施例の回転電機によれば、各相の固定子磁極を周方向に配置したので、各相の発電電圧をバランスさせることができる。特に本実施例では、各相の固定子磁極を分割したので固定子巻線のコイルエンドを冷却する効果もある。更には、夫々の固定子磁極間の隙間に冷却風を流せば冷却効果が高まる。
【００５１】
また、第１実施例の回転電機によれば、固定子の軸方向に固定子巻線が突出することがないので、回転子よりも外径が大径のファンを用いることも可能である。尚、本実施例は、ファンが１つであったとしても、回転子の軸方向両端側から外周側へと空気が流れるので整流回路と固定子を十分に冷却することができる。
【００５２】
また、第１実施例の回転電機によれば、固定子鉄心が固定子巻線毎に分割されているので、相単位での部品交換が可能になる。このため、不具合が発生しても最低限の部品交換で保守が可能になるといった作用効果もある。
【００５３】
第１実施例で、発明を回転電機の一例である車両用交流発電機に適用した例を説明したが、さらに発明を車両用交流発電機に適用した第２実施例について、図７に基づいて説明する。図７は、第２実施例における各巻線の接続状態を示す回路図である。尚、第１実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。
【００５４】
第２実施例は、第１の３相巻線１９１１における巻線組１９Ｕａ，１９Ｖａ，１９Ｗａと第２の３相巻線１９１２における巻線組１９Ｕｂ，１９Ｖｂ，１９Ｗｂとは同じターン数ではなく、巻き数が異なっている。本実施例では、第１の３相巻線１９１１における巻線組１９Ｕａ，１９Ｖａ，１９Ｗａの巻数を１０ターンとしており、第２の３相巻線1912における巻線組１９Ｕｂ，１９Ｖｂ，１９Ｗｂの巻数を５ターンとしている。界磁巻線
１５に通電している電流に対する、各巻線の誘起電圧は巻き数により異なり、各巻線に鎖交する磁束量が同じであるとすると第１と第２の巻線に誘起される誘起電圧の比は巻き数比に比例する。本実施の形態では、第１の３相巻線１９１１の誘起電圧は第２の３相巻線１９１２に誘起される誘起電圧の２倍となる。
【００５５】
第１の３相巻線１９１１の誘起電圧は第１の半導体ブリッジ回路１６ａによって直流に変えられて出力される。また第２の３相巻線１９１２に誘起された交流電圧は第２の半導体ブリッジ回路１６ｂによって直流電圧に変換される。第１の半導体ブリッジ回路１６ａの出力と第２の半導体ブリッジ回路１６ｂの出力は、切換手段としてのスイッチ２１により選択的に直流端子であるターミナル７に接続される。このスイッチ２１は、例えば接点を有するリレーであっても良いし、半導体素子で構成されていても良い。エンジンの回転速度に応じてこのスイッチ２１は切り換わるようになっている。具体的には、エンジンが低速回転となっているときには、スイッチ２１がＳＷ１とターミナル７とを接続し、エンジンが所定回転速度以上の高速回転となるとスイッチ２１がＳＷ２とターミナル７とを接続するように動作する。その他の構成は、第１実施例と同様であり、界磁巻線１５を流れる界磁電流を制御する発電制御回路４２は図６の端子に加えスイッチ２１を制御するためのＲ端子を有している。発電制御回路の詳細は後述する。
【００５６】
車両用交流発電機に要求される発電特性は、回転子の回転速度が低速の運転域から高速の運転域まで十分な発電電流が出力される特性であることが望ましい。しかしながら、固定子巻線が１種類である場合、回転子の回転速度によって発電性能が異なるので低速域から高速域まで全領域に渡って良好な発電特性を有することが難しい。全域で要求仕様を満足しようとするとどちらかでオーバスペック（仕様の満足し過ぎ）となる可能性がある。例えば、固定子巻線の巻数を増加させると低速回転での発電電圧が高くなり、発電開始回転速度は低く、低速回転特性は良好である。しかし巻線抵抗の増加とインダクタンスの増加により、低速回転域の発電特性が良好となっても、高速回転域での出力増加が押さえられ特性となる。また、その反対に、固定子巻線の巻数を少なくした場合、低速回転域の発電電圧が不十分となるが、高速回転域には発電電流が回転速度の増加と共に増加する発電特性となる。このように一種類の固定子巻線では、エンジンの低速回転と高速回転域の両域で良好な発電特性を得ることが難しい。
【００５７】
本実施の形態では、この２つの発電特性に着目し、低速回転域での発電に適した巻線と高速回転域での発電に適した巻線の２種の巻線を備えている。上述したとおり、第１の３相巻線１９１１が低速回転域に用いられる巻線であり、第２の３相巻線１９１２が高速回転域で用いられる巻線である。
【００５８】
このように本実施の形態は、エンジン回転速度に基づいて、エンジン回転速度が低速回転域、例えば所定の回転速度以下ではスイッチ２１の接点ＳＷ１が直流端子であるターミナル７と接続するので、ターン数の多い固定子巻線である巻線組１９Ｕａ，１９Ｖａ，
１９Ｗａで構成された第１の３相巻線１９１１が発電に使用される。上述のとおり、巻線組１９Ｕａ，１９Ｖａ，１９Ｗａの各巻回数は１０ターンである。エンジンが所定の回転速度を超えた領域では、スイッチ２１により接点ＳＷ２とターミナル７とが接続され、巻回数の少ない、５ターンで巻回された巻線組１９Ｕｂ，１９Ｖｂ，１９Ｗｂで構成された第２の３相巻線１９１２が発電に使用される。このため、エンジンの低速回転域でも良好な発電特性が得られ、更に高速回転域でも良好な発電特性が得られる。
【００５９】
尚、スイッチ２１を切換るときには、ＳＷ１とＳＷ２の端子間に電圧が発生しないように、界磁巻線１５の電流を一旦、非通電状態としてスイッチ２１を切り換え、スイッチ
２１の切り換えが終了した時点で界磁巻線１５に再度電流を通電するようにしている。この様にすることで、スイッチ２１の接点の耐久性を向上させることが出来る。具体的な制御回路は後述する。
【００６０】
以上のとおり、第２実施例の回転電機は、巻線組の巻数を異ならせたので、エンジン回転速度の領域に合わせた電気特性を得ることが可能となる。また、異なる巻線組をエンジン回転速度の領域に合わせて切り換えるので、車両用交流発電機として使用する場合に、各巻線間での干渉を防ぐことが可能となっている。また半導体ブリッジ１６ａや１６ｂで直流に変換された後で切り換えているので、切換手段が簡単となる。
【００６１】
また、第２の実施形態では、車両用交流発電機は、回転子の回転域に応じて、発電する巻線組を変更するようにしている。このため、低回転時にも良好な発電が可能で、更に高回転時に十分な発電電流が得られる発電特性とすることが可能となる。また、第２の実施形態では、車両用交流発電機は、発電する巻線組の変更時に、界磁巻線への通電を停止させ、発電電圧を低下または停止した状態で、上記切り換えを行うようにしている。このため、巻線組の切り換えを行う際に接点間に電圧が発生することがなく、結果的に切換手段としてのスイッチの接点の耐久性を向上させることができる。
【００６２】
図６および図７の実施の形態では巻線組１９１１や１９１２のそれぞれに対して半導体ブリッジ回路１６ａや１６ｂが設けられており、上記各半導体ブリッジ回路１６ａや16ｂで直流変換された出力が、上記各巻線組の発電電力を外部に出力するために共通に使用されている直流端子であるターミナル７に供給される。このため巻線組１９１１と巻線組
１９１２との間での干渉を抑えることができる。
【００６３】
図７の実施の形態では通常は巻線組１９１１と巻線組１９１２とを運転領域に応じて切り換えて使用するが、一方に断線などの不具合が生じた場合には正常な方を本来の使用領域を超えて使用することで、自動車の直流電力の不足による影響を小さくできる。たとえば近くに居住地が無い地域で巻線組１９１１または巻線組１９１２に異常が生じた場合、正常な巻線組を使用することで、不完全ではあるが車の運転を長時間維持することができる。
【００６４】
図８は図６と図７で説明した発電制御回路４２の具体的な回路図である。発電制御回路４２は演算部４２２と記憶部４２４を有するマイクロコンピュータと入力部４２６と出力部４２８と界磁巻線１５に供給する界磁電流を制御するためのスイッチングトランジスタ４３８とダイオード４４０を有している。演算部４２２は記憶部４２４に記憶されているプログラムによって動作するが、その動作内容を機能別に分けてあたかも機能別の処理回路が存在するかのごとく図式化した。図式化した処理部は、目標電圧演算部４３０，差分演算部４３２，界磁電流演算部４３４，ＰＷＭ出力部４３６，異常診断部４４２，回転速度演算部４４４，切換制御部４４６，発電中断部４４８である。なお、図６に記載の実施形態では上記機能の内、回転速度演算部４４４，切換制御部４４６，発電中断部４４８の機能は使用されない。
【００６５】
入力部４２６のＣ端子にエンジン制御装置などの上位の制御回路からバッテリ端子の目標電圧を表す信号が例えばパルス列で送られてくる。Ｃ端子で受けた信号に基づき目標電圧演算部４３０でバッテリ端子の目標電圧が求められる。入力部４２６のＳ端子には実際のバッテリの端子電圧が入力され、差分演算部４３２で実際のバッテリ端子電圧と目標電圧とが比較され、その差分が演算される。界磁電流演算部４３４は上記差分演算部４３２で求められた差分に基づいて界磁電流を制御するための値、実際のバッテリ電圧がバッテリ端子の目標電圧に近づくようにフィードバック制御が行われる。界磁電流演算部４３４の出力に基づきＰＷＭ出力部４３６はパルスワイドモデュレーション制御を行い、スイッチングトランジスタ４３８の導通時間と遮断時間がＰＷＭ出力部４３６により制御され、界磁巻線１５を流れる界磁電流が制御される。
【００６６】
端子Ｂにはターミナル７の直流電圧が供給され、スイッチングトランジスタ４３８の導通時に端子Ｂから界磁巻線１５を介して電流が流れる。次にスイッチングトランジスタ
４３８が遮断状態となると界磁巻線１５を流れていた電流はダイオード４４０を介する閉回路を流れる。この界磁巻線１５とダイオード４４０の閉回路を流れる電流は急速に減衰するが、スイッチングトランジスタ４３８が再び導通状態となるので、端子Ｂから界磁巻線１５に再び電流が供給され、界磁巻線１５を流れる電流は増加する。上述の動作を繰り返すので、スイッチングトランジスタ４３８の導通時間と遮断時間をＰＷＭ出力部４３６により制御することで、界磁巻線１５を流れる界磁電流が制御される。なお図１で説明した如く、界磁巻線１５にはブラシ１２とスリップリング１１を介して界磁電流が供給される。図８の端子ＳＲ１とＳＲ２は上記ブラシ１２にそれぞれ接続されている。
【００６７】
上記界磁電流演算部４３４が差分演算部４３２の出力に加えＳ端子からの実際のバッテリ端子電圧の値に基づいて界磁電流をフィードバックしても良い。この場合差分演算部
４３２の出力が同じであっても、バッテリ端子電圧の絶対値に基づいてフィードバック制御の比例分を変えることができ、より高性能のあるいは安定した制御が可能となる。
【００６８】
次に図７に示す実施形態に関する発電制御回路４２の動作を図８と図９を用いて説明する。図８における目標電圧演算部４３０，界磁電流演算部４３４，ＰＷＭ出力部４３６，スイッチングトランジスタ４３８の基本動作は同じである。図９は図８で説明した発電制御回路４２の基本動作を説明する図で、エンジン回転速度を低速回転から高速回転まで緩やかに変化させた状態の制御を示している。但しバッテリの電気負荷は一定と仮定する。
【００６９】
図９（Ａ）および（Ｃ）は第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２の使用状況を示しており、図８−２（Ａ）で矢印４６２は第１の３相巻線１９１１が使用される領域であり、矢印４６４は第２の３相巻線１９１２が使用される領域である。また図９(Ｃ)で矢印４６６は第２の３相巻線１９１２が使用される領域であり、矢印４６８は第１の３相巻線１９１１が使用される領域である。図９（Ｂ）および（Ｄ）は界磁巻線１５に供給される界磁電流の値や制御状態を示している。
【００７０】
エンジン回転速度が低い状態では図９（Ａ）の矢印４６２で示す如く第１の３相巻線
１９１１が使用され、エンジンの回転速度の増加に基づき図９（Ｂ）のグラフ４７２に示す如く界磁電流は減少する。エンジン回転速度が値Ｎ３まで上昇すると、図７のスイッチ２１を切り換えるために界磁電流の供給を停止する。この停止により発電電圧が非常に小さくまたは略ゼロになる。永久磁石が全く備えられていない回転子では発電電圧はゼロとなる。
【００７１】
図９に示す回転速度演算部４４４はスイッチ２１の端子ＳＷ１とＳＷ２の出力を取り込む。端子ＳＷ１とＳＷ２の内の端子ＳＷ２は開放されているのでその端子の電圧はエンジン回転速度と界磁電流に基づいている。ＰＷＭ出力部４３６から界磁電流値の情報を受け、界磁電流値と開放されている端子の電圧によりエンジン回転速度を求めることができる。
【００７２】
エンジン回転速度が図９（Ａ）と（Ｂ）に示す値Ｎ３になると、切換制御部４４６は発電中断部４４８に指令を出す。ソフトウエア処理による発電の中断処理制御が始まる。発電中断部４４８では中断フラグを立て、さらに発電中断部４４８からＰＷＭ出力部４３６に界磁電流停止の指令が送られる。ソフトウエア処理では発電停止中を示す発電停止フラグを立てる。上記指令すなわち発電停止フラグによりＰＷＭ出力部４３６はスイッチングトランジス４３８を強制的に遮断する。この動作により第１と第２の３相巻線１９１１と１９１２の出力電圧が急速に低下する。上記回転速度演算部４４４はＰＷＭ出力部４３６の出力および端子ＳＷ１とＳＷ２の電圧を検知し、発電電圧が所定値以下の状態になったことを検知する。この状態で切換制御部４４６は端子Ｒにスイッチ２１の切換信号を出力する。これにより端子ＳＷ１は開放状態に変わり、また開放されていた端子ＳＷ２が接続状態となる。
【００７３】
スイッチ２１の切り換えが終わるとすぐに、あるいはエンジンの回転速度Ｎ３より高い回転速度である回転速度Ｎ４になると、図９に示す切換制御部４４６は発電中断部４４８に発電開始の指令、すなわち上記中断フラグをリセットする。続いて発電停止のフラグをリセットする。また界磁電流演算部４３４に発電出力を取り出す３相巻線が第１の３相巻線１９１１から第２の３相巻線１９１２に切り換わったことを連絡する。
【００７４】
上記２つのフラグのリセットにより、図９（Ｂ）のグラフ４７４に示す如く、再び界磁巻線１５に界磁電流が供給される。第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２との切換領域４７３では、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２とのターン数が異なるので界磁電流は不連続のグラフとなる。すなわち図９（Ａ）に矢印４６２で示す第１の３相巻線１９１１の使用領域では界磁電流演算部４３４は第１の３相巻線１９１１の特性に基づいてバッテリ端子電圧のフィードバック制御を行い、矢印４６４で示す第２の３相巻線１９１２の使用領域では界磁電流演算部４３４は第２の３相巻線１９１２の特性に基づいて界磁電流を図９（Ｂ）のグラフ４７４の如く制御し、バッテリの端子電圧を目標電圧に近づけるようにフィードバック制御する。上記制御では２種のフラグを使用して制御しているので、制御の途中でエンジン回転速度が変化しても、制御が不安定になることが無い。
【００７５】
次にエンジン回転速度が高速回転の状態からゆっくりと下げてきた場合の動作を説明する。なおこの場合バッテリの電気負荷は略変わらないと仮定する。
【００７６】
エンジン回転速度が高い状態では図９（Ｃ）の矢印４６６で示す如く第２の３相巻線
１９１２が使用され、エンジンの回転速度の減少に基づき図９（Ｄ）のグラフ４７６に示す如く界磁電流は減少する。エンジン回転速度が値Ｎ２まで低下すると、図７のスイッチ２１を切り換えるために界磁電流の供給を停止する。この停止により発電電圧が非常に小さくなる。永久磁石が全く備えられていない回転子では発電電圧はゼロとなる。
【００７７】
図８に示す回転速度演算部４４４はスイッチ２１の端子ＳＷ１とＳＷ２の出力を取り込む。端子ＳＷ１とＳＷ２の内の開放されている端子ＳＷ１の電圧はエンジン回転速度と界磁電流に基づいているので、ＰＷＭ出力部４３６から界磁電流値の情報を受け、界磁電流値と開放されている端子の電圧によりエンジン回転速度を求めることができる。
【００７８】
図９（Ｃ）と（Ｄ）で、エンジン回転速度が値Ｎ２になると、切換制御部４４６は発電中断部４４８に指令を出し、ソフトウエア処理で発電中断フラグを立て、発電中断部448はＰＷＭ出力部４３６に界磁電流停止の指令を出す。ソフトウエア処理では発電停止フラグを立てる。上記指令すなわち発電停止フラグによりＰＷＭ出力部４３６はスイッチングトランジス４３８を強制的に遮断する。この動作により第１と第２の３相巻線１９１１と１９１２の出力電圧が急速に低下する。上記回転速度演算部４４４はＰＷＭ出力部４３６の出力および端子ＳＷ１とＳＷ２の電圧を検知し、発電電圧が所定値以下の状態になったことを検知すると、切換制御部４４６は端子Ｒにスイッチ２１の切換信号を出力する。これにより端子ＳＷ２は開放状態に変わり、また開放されていた端子ＳＷ１が接続状態となる。
【００７９】
スイッチ２１の切り換えが終わるとすぐに、あるいはエンジンの回転速度が値Ｎ１に達すると、図８に示す切換制御部４４６は発電中断部４４８に発電開始の指令、すなわち発電中断フラグのリセットさらに発電停止フラグのリセットを行う。また界磁電流演算部
４３４に発電出力を取り出す３相巻線が第２の３相巻線１９１２から第１の３相巻線1911に切り換わったことを連絡する。図８−２（Ｃ）に矢印４６６で示す第２の３相巻線1912の使用領域では界磁電流演算部４３４は第２の３相巻線１９１１の特性に基づいて図９
（Ｄ）の界磁電流のグラフ４７６に基づきバッテリ端子電圧のフィードバック制御を行う。図９（Ｃ）に矢印４６８で示す第１の３相巻線１９１１の使用領域では界磁電流演算部４３４は第１の３相巻線１９１１の特性に基づいて図９（Ｄ）に示す界磁電流のグラフ
４７８の如く制御し、バッテリの端子電圧を目標電圧に近づけるようにフィードバック制御する。
【００８０】
スイッチ２１の切り換え時は図９（Ｂ）や図９（Ｃ）にグラフ４７３や４７７で示す如く、界磁電流が停止され、発電電圧が低くまたはゼロに抑えられる。これによりスイッチ２１で安全に切り換えられると共に、スイッチ２１は長期間の使用に耐えられる。
【００８１】
上記実施の形態では、エンジン回転速度の増加の場合と低下の場合とで上記切換領域においてヒステリシス特性となるように切換境界条件を変えているので、制御が安定化する。
【００８２】
次に回転電機としての第３の実施の形態について、図１０に基づいて説明する。図１０は第３の実施の形態における各巻線の接続状態を示す回路図である。尚、他の実施の形態と同一の符号の部分は、略同じ構造で略同じ作用を為し、略同じ効果を有する。
【００８３】
第３の実施の形態では、回転子１３は、第１及び第２の実施の形態で説明した回転子
１３と同様に、界磁巻線１５を有するルンデル型の回転子であり、界磁電流は後述する制御回路５２によって制御される。制御回路５２による界磁電流の制御に基づき第１の３相巻線１９１１には３相交流電力が誘起される。上記３相交流電力は第１の半導体ブリッジ回路１６ａで整流され、その出力はスイッチ５６を介して直流端子であるターミナル７に供給される。また第２の３相巻線１９１２は第２の半導体ブリッジ回路１６ｂで整流され、その出力はスイッチ５８を介して直流端子であるターミナル７に供給される。
【００８４】
本実施の形態では、第１の３相巻線１９１１が主な発電動作用の巻線として使用され、第２の３相巻線１９１２は発電用あるいはモータ用固定子巻線として使用される。第２の３相巻線１９１２を発電用あるいはモータ用として使用する場合、スイッチ５８が導通状態となる。第２の３相巻線１９１２はインバータ回路からなる第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに接続されており、第２の半導体ブリッジ回路１６ｂはスイッチ５８およびターミナル７を介してバッテリ２０に接続されている。第２の半導体ブリッジ回路１６ｂはトランジスタＴｒ１からＴｒ６の６個のトランジスタからなるインバータ回路が構成されている。スイッチ５８が導通状態で第２の半導体ブリッジ回路１６ｂであるインバータの直流端子とバッテリ２０は電気的に接続され、バッテリ２０から半導体ブリッジ回路１６ｂへあるいは半導体ブリッジ回路１６ｂからバッテリ２０へ電流が流れる。なおトランジスタＴｒ１からＴｒ６はＭＯＳトランジスタであり、順方向バイアスにおけるコレクタとエミッタ間の電位差が小さいので、電源電圧の低い本実施形態では最適である。ＭＯＳトランジスタの代わりにＩＧＢＴ素子も使用可能であるが、順方向バイアス時のコレクタとエミッタ間の電位差が大きい。従って電源電圧が高い場合にはＭＯＳトランジスタの代わりにＩＧＢＴ素子使用する方が望ましい。
【００８５】
回転している回転子の磁極位置は磁極位置検出装置５４で検出され、回転している回転子の磁極位置より進み側となる回転磁界が第２の３相巻線１９１２によって発生するように第２の半導体ブリッジ回路１６ｂを制御すると、バッテリ２０から第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに電流が供給され、回転子はモータとしてトルクを発生する。一方回転している回転子の磁極位置より遅れ側となる回転磁界が第２の３相巻線１９１２によって発生するように第２の半導体ブリッジ回路１６ｂを制御すると、第２の半導体ブリッジ回路
１６ｂからバッテリ２０に電流が供給され、回転子１３および第２の３相巻線１９１２は発電機として動作する。
【００８６】
図１１は制御回路５２の具体的回路構成を示す。第１の３相巻線１９１１による発電制御は上述の制御と略同じである。記憶部４２４と演算部４２２とにより構成されるマイクロコンピュータの制御は、記憶部４２４に記憶されているコンピュータプログラムに基づいて行われ、その基本機能は図示のとおりである。図８と同じ符号は略同じ構成および略同じ作用効果であり、略同じ効果を有する。図１１で、制御部５０４は車載された上位の制御装置から入力部４２６の端子Ｍを介して指令を受け、この指令に基づき第１の３相巻線１９１１による発電制御を行う場合、出力部の端子Ｒ１とＲ２を介して図１０のスイッチ５６とスイッチ５８を制御し、スイッチ５６が導通、スイッチ５８が遮断状態となる。
【００８７】
入力部４２６の端子Ｃを介してエンジン制御装置などの上位の制御装置からバッテリの目標電圧を表す信号を受け、目標電圧演算部４３０で目標電圧が求められる。入力部426の端子Ｓを介してバッテリ２０の端子電圧を受け、バッテリ２０の端子電圧と目標電圧が比較され、その差電圧が差分演算部４３２で演算される。界磁電流演算部４３４は上記差電圧に基づき界磁巻線１５へ供給する界磁電流を演算により求め、ＰＷＭ出力部４３６によりスイッチングトランジスタ４３８の導通と遮断の時間を決定し、図８で説明したように、スイッチングトランジスタ４３８を制御する。この制御により、界磁巻線１５を流れる界磁電流が制御される。なお端子Ｂはターミナル７に接続され、バッテリ２０の端子電圧が供給されている。
【００８８】
次に図１０の第２の３相巻線１９１２を使用して発電制御を行う場合を説明する。この状態は、制御部５０４は出力部の端子Ｒ１とＲ２を介して図１０のスイッチ５６とスイッチ５８を制御し、スイッチ５６が遮断、スイッチ５８が導通状態となる。上述の如く回転している回転子の磁極位置は磁極位置検出装置５４で検出され、磁極位置検出部５０２で磁極位置検出装置５４の出力信号を受け、回転速度と磁石位置を検知する。回転している回転子１３の磁極位置より遅れ側となる回転磁界が第２の３相巻線１９１２によって発生するように第２の半導体ブリッジ回路１６ｂを制御すると、第２の半導体ブリッジ回路
１６ｂからバッテリ２０に電流が供給され、回転子１３および第２の３相巻線１９１２は発電機として動作する。上述の回転子の磁極位置より遅れ側となる回転磁界が第２の３相巻線１９１２によって発生するように第２の半導体ブリッジ回路１６ｂを制御するために、制御部５０４からドライバー回路５０６にトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を制御するためのタイミング信号が送られる。これら信号がドライバー回路５０６から出力部４２８の端子Ｄ１〜Ｄ６を介してトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のベースに加えられ、半導体ブリッジ１６ｂがインバータ回路として制御される。発電電圧は界磁巻線１５を流れる界磁電流で制御され、界磁電流の制御方法は上述のとおりである。すなわち図８で説明したごとく、バッテリ２０の目標電圧に近づくように、界磁巻線１５に供給される界磁電流が制御される。
【００８９】
なお、発電機として第１の３相巻線１９１１を使用するか第２の３相巻線１９１２を使用するかは図８で説明した如く回転子１３の回転速度で決めることができる。磁極位置検出部５０２が検知した回転子１３の回転速度に基づいて、図９で説明したのと同じように、第１と第２の３相巻線１９１１や１９１２の動作領域を制御できる。また入力部４２６の端子Ｍを介して送られてくる上位の制御装置からの指令に基づいて、第１と第２の３相巻線１９１１や１９１２の動作領域を選択する方法であっても良い。
【００９０】
次に回転子１３がモータとして動作する場合を説明する。この場合上位の制御装置であるエンジン制御装置から、モータとして制御せよとの指令が入力部４２６の端子Ｍに送られてくる。この指令に基づき、制御部５０４から出力部４２８の端子Ｒ１と端子Ｒ２を介してスイッチ５６と５８に制御信号が加えられ、スイッチ５６は開放し、スイッチ５８は導通状態となる。入力部４２６の端子Ｍを介してモータの発生すべき要求トルクが受信され、要求トルクの値に基づき、まず界磁巻線１５に供給される界磁電流が決められる。界磁電流の大きさは制御回路５０８からＰＷＭ出力部４３６に送られ、ＰＷＭ出力部４３６によりスイッチングトランジスタ４３８が制御され所定の界磁電流が界磁巻線１５に供給される。
【００９１】
回転子１３の回転速度および回転子１３の磁極位置が磁極位置検出装置５４の出力に基づき磁極位置検知部５０２で検知される。検知された回転子１３の回転速度と磁極位置に基づき、スイッチングトランジスタ４３８のスイッチングタイミングが演算され、ドライバー回路５０６から出力部４２８の端子Ｄ１〜Ｄ６を介して駆動信号がスイッチングトランジスタ４３８のベース端子に供給される。スイッチングトランジスタ４３８が上記タイミングで制御され、第２の３相巻線１９１２に３相電力が供給され、回転子の回転より進み側の回転磁界が発生する。回転子１３にはモータとして動作するための回転トルクが発生する。
【００９２】
ここで例えばモータとして運転する場合、大きなトルクを発生する特性とするためには固定子巻線１９の巻数を増加させる必要がある。固定子巻線１９の巻数を増加させると巻線の抵抗値とインダクタンスが増加し、回転子１３の高速回転域での発電電流が低下する電気特性となる。そこで、第２の３相巻線１９１２をモータ専用として使用し、モータとしての要求トルクを発生するのに適した巻数を選択することが望ましい。このようにすれば第１の３相巻線１９１１は発電機専用巻線として、発電特性に適した巻数を選択することが出来る。
【００９３】
更に、第２の３相巻線１９１２はインバータ回路に接続されていることから、低回転時に昇圧して発電させることも可能である。尚、モータとして使用していない状態であって、回転子１３の高速回転時に、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２の両方に電圧が誘起され、第２の３相巻線１９１２の誘起電圧でターミナル７の端子電圧の上昇する恐れがある。高速回転時にスイッチ５８をオフして、バッテリ２０と第２の３相巻線１９１２の正側入力／出力部とを非導通状態とすることで過電圧がバッテリ２０に加わることを防止することができる。
【００９４】
スイッチ５６や５８の動作切り換え時に、図８と図９で説明した如く、スイッチ５６や５８の端子を保護するために、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２の両方の発電を低く抑えるあるいは発電を停止することが望ましい。図１１の発電中断部４４８は、上述の如く界磁電流の供給を停止して、発電出力を低くするための回路である。既に図８や図９で説明の如く動作する。
【００９５】
次に回転電機としてのさらに他の実施の形態を、図１２に示す回路図に基づいて説明する。上述および後述の実施の形態と同一の符号は、略同じ構成および略同じ作用効果を示す。
【００９６】
本実施の形態では、固定子巻線は１つの結線例えばスター結線で構成されており、第１の３相巻線１９１１を構成するＵ相巻線組１９Ｕａ，Ｖ相巻線組１９Ｖａ，Ｗ相巻線組
１９Ｗａと、第２の３相巻線１９１２を構成するＵ相巻線組１９Ｕｂ，Ｖ相巻線組19Ｖｂ，Ｗ相巻線組１９Ｗｂとを各相毎に夫々直列に接続されている。尚、第１の３相巻線1911だけの出力部は、第１の半導体ブリッジ回路１６ａに接続されており、第１の３相巻線
１９１１と第２の３相巻線１９１２の両方の直列巻線による出力は、第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに供給される。また、全ての巻線組の巻数は同数としても良いし、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２とで巻線数を変えても良い。なお、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２との巻き数を同じとすると、第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに供給される電圧は、第１の半導体ブリッジ回路１６ａに供給される電圧の約２倍となる。上述のとおり、第１の３相巻線１９１１の各相の巻線と第２の３相巻線
１９１２の各相の巻線とは夫々直列に接続されているので、第２の半導体ブリッジ回路
１６ｂに供給される各相の電圧は第１と第２の３相巻線の各相巻線が誘起する電圧のベクトル和となる。本実施の形態では、各相における各巻線のベクトルが略同じ位相となるので、第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに供給される各相の電圧は誘起電圧の単純な和となる。
【００９７】
図１２に記載の実施形態では、電圧の異なる２つのバッテリ２０ａと２０ｂとを有している。例えば第１のバッテリ２０ａは１４Ｖ系電圧を蓄電できる能力を有し、第２のバッテリ２０ｂは２４Ｖ系電圧を蓄電できる能力を有している。第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２とに対して同一の回転子が使用され、回転子に設けられている界磁巻線１５に流れる界磁電流を発電制御回路４４で制御することにより、第１の３相巻線
１９１１と第２の３相巻線１９１２が発電する出力電圧が制御される。
【００９８】
発電制御回路４４は各バッテリの端子電圧を検知するための端子ＣａとＣｂとを有しており、第１のバッテリ２０ａの端子電圧が上記端子Ｃａに加えられ、第２のバッテリ20ｂの端子電圧が上記端子Ｃｂに加えられる。また第１の半導体ブリッジ回路１６ａの出力は、スイッチ６２ａを介して、第１のバッテリ２０ａに直流電圧を供給するためのターミナル７ａに供給される。また第２の半導体ブリッジ回路１６ｂの出力は、スイッチ６２ｂを介して、第２のバッテリ２０ｂに直流電圧を供給するためのターミナル７ｂに供給される。スイッチ６２ａとスイッチ６２ｂの導通および遮断動作は、発電制御回路４４により制御される。
【００９９】
界磁巻線１５は、第１のバッテリ２０ａの端子電圧、もしくは第２のバッテリ２０ｂの端子電圧の一方を基準に界磁電流を制御することとなり、発電制御回路４４のバッテリ電圧を検知するための端子Ｃａ，Ｃｂに送られてくる電圧を上記スイッチ６２ｂ，６２ａの動作に対応して選択し、選択された一方のバッテリの端子電圧に基づいて発電の制御を行う。場合によっては上記スイッチ６２ｂ，６２ａの両方を導通状態として、第１と第２の両バッテリ２０ａと２０ｂに同時に直流電流を供給することが可能である。その場合は第１と第２のバッテリの端子電圧の内目標電圧に近い方の端子電圧に基づいて界磁巻線１５に供給される界磁電流が制御される。このように目標電圧に近い方のバッテリの端子電圧に基づいて発電電圧を制御することで、バッテリの過充電を防止できる。
【０１００】
またどちらかのバッテリを選択的に充電する場合は、第１のバッテリ２０ａと第２のバッテリ２０ｂの蓄電状態をそれぞれの端子電圧に基づいて監視し、バッテリ電圧の低下割合から蓄電量の少ないバッテリを選択し、選択したバッテリの端子電圧に基づいて発電制御を行う。この場合、上記スイッチ６２ｂ，６２ａの内、蓄電量の少ないバッテリに対応するスイッチが導通状態となる。したがって第１の半導体ブリッジ回路１６ａと第２の半導体ブリッジ回路１６ｂの内、蓄電量の少ないバッテリに対応した半導体ブリッジ回路の出力が上記スイッチを介して蓄電量の少ないバッテリに供給される。
【０１０１】
図１２の発電制御回路４４の具体的な電気回路を図１３に示す。記憶部４２４と演算部４２２とはマイクロコンピュータを実現し、記憶部４２４に記憶されたプログラムに従いマイクロコンピュータは演算処理する。演算部４２２の各ブロックは、上記演算処理の代表的な機能を示している。バッテリ選択部４４５は入力端子部４２６の端子ＳａとＳｂに入力される第１と第２のバッテリの端子電圧に基づき、優先的に充電すべきバッテリを選択する。例えば上述の如く、バッテリの端子電圧の目標電圧と上記入力された各バッテリの端子電圧に基づき蓄電量の少ないバッテリを選択し、優先的に充電すべきバッテリとするようにしても良い。
【０１０２】
バッテリの選択情報は、入力を選択するための選択部４３１と、利用する固定子巻線の出力を選択するための切換制御部４４６とに送信される。上記選択部４３１は入力部426の端子ＳａとＳｂに入力されるバッテリ端子電圧の内利用すべき端子電圧を選択する。選択されたバッテリの端子電圧を実電圧として目標端子電圧と比較する。目標電圧演算部
４３０，差分演算部４３２，界磁電流演算部４３４，ＰＷＭ出力部４３６，トランジスタ４３６による界磁電流の制御方法は、図８で説明のとおりであり、説明を省略する。
【０１０３】
利用する固定子巻線の出力を選択するための切換制御部４４６は図１２のスイッチ62ａと６２ｂとの導通や遮断動作を制御する信号を出力部４２８の端子ＲａやＲｂから出力する。これらの端子からの信号は図１１のＲ１やＲ２と同様である。例えばスイッチがリレーである場合は、上記信号はリレーを駆動する電流であり、スイッチが半導体スイッチであれば、半導体スイッチを制御するためのベース電流やゲート電流である。図７のスイッチ２１や図１０のスイッチ５６や５８と同様に、スイッチ６２ａと６２ｂの導通や遮断動作時には、スイッチの接点に電流が流れていない方が良いので、図１３の発電中断部448で一時的に発電を停止する。この停止動作は図８および図９により説明したとおりであり、ここでの説明は省略する。
【０１０４】
以上のように図１２に記載の実施形態では、複数の出力部が異なる端子電圧のバッテリに接続され、同一の発電機で端子電圧の異なるバッテリを充電することが可能となる。また、界磁巻線への供給電流を制御するための発電制御回路４４は、選択されたバッテリの端子電圧に基づいて制御するので、端子電圧が異なる両方のバッテリの充電を制御できる。また、夫々のバッテリ電圧を監視して切換手段を切り換えるようすることで、放電量の大きいバッテリを優先的に充電することが可能となる。発電機が１つなので、全体システムが簡単であり、安価である。
【０１０５】
さらに他の実施の形態を、図１４に基づいて説明する。他の実施の形態と同一称呼，同一符号は略同じ作用を為し、略同じ構成である。本実施の形態では、直列接続された第１と第２の３相巻線の出力で１個のバッテリ２０を充電する。ここで直列接続された第１と第２の３相巻線は図１２に記載されている構成と基本的には同じである。相違する点は、直列接続された第１と第２の３相巻線の発電特性が、エンジン回転速度が低回転速度領域の発電特性に適するように構成されており、第１の３相巻線の出力が、エンジン回転速度が高速回転速度領域の圧電特性の合うように第１の３相巻線が作られている点である。第１の３相巻線の出力端は第１の半導体ブリッジ回路１６ａに接続され、第１の３相巻線から出力される３相交流は第１の半導体ブリッジ回路１６ａで直流に返還され、直流端子であるターミナル７からバッテリ２０に供給される。第２の３相巻線の出力端は第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに接続され、第２の３相巻線で誘起されて３相交流は第２の半導体ブリッジ回路１６ｂで整流され、直流端子であるターミナル７からバッテリ２０に供給される。上記第２の半導体ブリッジ回路１６ｂとターミナル７との間にスイッチ２５が設けられており、発電制御回路４２により、スイッチ２５が導通あるいは遮断制御される。
【０１０６】
スイッチ２５は、回転子１３の回転速度が低速回転域の条件で導通し、回転子１３の回転速度が高速回転域で遮断すなわち開放する。従ってエンジンの回転速度が所定の値以下の低速運転で、Ｕ相巻線組１９Ｕａ，Ｖ相巻線組１９Ｖａ，Ｗ相巻線組１９Ｗａからなる第１の３相巻線１９１１とＵ相巻線組１９Ｕｂ，Ｖ相巻線組１９Ｖｂ，Ｗ相巻線組19Ｗｂからなる第２の３相巻線１９１２の直列接続された両巻線で発電した交流電圧が上記第２の半導体ブリッジ回路１６ｂに入力され、上記第２の半導体ブリッジ回路１６ｂで直流に変換され、ターミナル７に供給される。ターミナル７に供給された直流電流はバッテリ
２０に供給される。ターミナル７の端子電圧は上記第１の半導体ブリッジ回路１６ａの入力電圧より高いので、上記第１の半導体ブリッジ回路１６ａは逆バイアス状態となり、電気的に遮断状態となる。スイッチ２５が導通状態では上記第１の半導体ブリッジ回路16ａは常に逆バイアス状態となり、遮断状態となる。
【０１０７】
エンジン回転速度が上昇するにつれて、発電制御回路４２は界磁電流を減少させ、エンジン回転速度の上昇に伴う発電電圧の増加を抑え、発電電圧を所定の電圧以下に抑える。エンジン回転速度がさらに増加すると、発電制御回路４２はスイッチ２５を開放する。上記第２の半導体ブリッジ回路１６ｂからターミナル７に供給される電圧が停止されるので、上記第１の半導体ブリッジ回路１６ａは逆バイアス状態から順バイアス状態に変わる。Ｕ相巻線組１９Ｕａ，Ｖ相巻線組１９Ｖａ，Ｗ相巻線組１９Ｗａからなる第１の３相巻線１９１１の交流出力が上記第１の半導体ブリッジ回路１６ａに供給され、上記第１の半導体ブリッジ回路１６ａで整流された直流電圧がターミナル７を介してバッテリ２０に供給される。スイッチ２５の開放時、直列接続された第１と第２の３相巻線の発電電圧から第１の３相巻線の発電電圧に切り換わるので、発電電圧を上げることが必要であり、界磁電流を急増する。その後回転速度の増加と共に界磁電流を減少する。
【０１０８】
電圧制御回路４２の具体的な回路構成、および動作は図８の回路構成と同じである。図８の回路において、回転速度演算部４４４で回転子１３の回転速度を検知し、回転子１３の回転速度が低速回転域の状態で、切換制御部４４６は出力部４２８の端子ＲＯを介してスイッチ２５を導通する信号を出力する。図８の端子Ｓには図１４のバッテリ２０の端子電圧が供給され、先に図８に基づいて説明した如く、図１４のバッテリ２０の端子電圧が目標電圧になるようにフィードバック制御される。
【０１０９】
さらに他の実施の形態を図１５に基づき説明する。他の実施の形態と同一称呼，同一符号は略同じ作用を為し、略同じ構成である。本実施の形態は図６に記載の実施の形態とほとんど同じ構成でほとんど同じ動作を為す。図６に示す実施の形態と図１５に示す実施の形態との相違は、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２の中性点同士を電気的に接続している点である。このように第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線1912の中性点同士を電気的に接続すると、例えば一部の巻線が切れてしまったとしても、切れていない他の巻線を利用することができる。従って発電電圧の減少は切れた巻線にかかわる電圧のみであり、電圧の減少を最小限に抑えることができる。
【０１１０】
例えば、図１５に記載の回路で、第１の３相巻線１９１１のＵ相の巻線が切れてしまった場合を想定して説明する。第１の３相巻線１９１１からの出力電圧は、Ｕ相の分が欠けてしまうが、図１５に記載の回路で、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線１９１２の中性点同士を接続されているので、切れてしまった第１の３相巻線１９１１におけるＵ相の巻線の代わりに第２の３相巻線１９１２のＵ相の巻線を代用することができる。このため、第２の３相巻線１９１２が第１の３相巻線１９１１の９０％程度の出力を得ることが可能となる。また図６や図１５の回路で、第１の３相巻線１９１１と第２の３相巻線
１９１２の各相にアンバランスがある場合、磁気音発生の原因となる。図１５の如く、第１と第２の３相巻線の中性点を互いに接続すると、磁気音を低減する効果があり、発電機としての信頼性を向上できる効果が有る。
【０１１１】
次に固定子磁極の他の実施の形態について、図１６乃至図１９に基づいて説明する。図１６は、他の実施の形態における回転子１３と固定子１７の斜視図である。図１７は、図１６の実施の形態の回転子１３を取り除いた状態である固定子の斜視図である。図１８は、Ｕ相の固定子磁極１７Ｕと回転子１３の斜視図であるが、回転子の爪磁極形状の理解を助けるため、Ｕ相の固定子磁極１７Ｕと回転子１３との軸方向の位置関係はずれて記載している。図１９は、Ｕ相の固定子磁極の一部を断面とした斜視図である。尚、他の実施例と同一称呼，同一の符号は略同一構成であり、略同じ作用を為す。
【０１１２】
図１６乃至図１９に記載の実施の形態は、図１に記載の実施の形態に対し、固定子１７の構造が異なっており、さらに回転子の磁極となる爪１３ｂの数が異なる。その他の構成はほぼ同様である。尚、図６乃至図１５に記載の回路および図６乃至図１５を用いて行った説明は、図１６乃至図１９に記載の実施の形態に適用できる。
【０１１３】
図１６乃至図１９に記載の実施の形態では、固定子１７は、環状に形成された固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗが軸方向に配置されている。また、夫々の固定子磁極間には、非磁性体である樹脂材料によって構成された環状、具体的には、円板状の連結板２６が設けられており、この連結板２６によって各固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗが連結されている。尚、図示されていないが、連結板２６の両側面には、周方向に等間隔に複数の凸部が設けられており、これらの凸部が各固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗの両側面に設けられた凹部に嵌合可能することで、夫々の固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗは、電気角で６０度、もしくは、１２０度ずつずれた状態で位置決めされるようになっている。
【０１１４】
上記固定子磁極１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗは、固定子鉄心１８と固定子巻線１９とから構成され、図１９に示すように夫々の固定子鉄心１８は、軸方向に分割された一対の環状の固定子コア１８１からなり、夫々の固定子コア１８１は、ほぼ同一形状を成している。尚、夫々の固定子コア１８１は、非磁性体である樹脂等をモールドすることにより一体化されている。
【０１１５】
固定子コア１８１は、例えば圧粉鉄心にて構成されており、一対の固定子コア１８１における軸方向両端から相手側の固定子コア１８１に向かって軸方向に交互に延びるように爪磁極１８２ｃが周方向等間隔に一体成形されている。これらの爪磁極１８２ｃは、例えば１つの固定子コア１８１に６個設けられているので、１相の固定子鉄心１８は、１２個の爪磁極１８２ｃを有することになる。また、各爪磁極１８２ｃは、ほぼ同じ形状であり、先細りとなる略台形状に形成されている。この実施の形態では１２個の爪磁極１８２ｃを有するが、爪磁極１８２ｃは１２個から２０個の間の個数が望ましい。すなわち１２個あるいは１６個あるいは２０個が自動車用の交流発電機に適している。また爪磁極182cの数と回転子の爪の数が一致している。また爪磁極１８２ｃの数と回転子の爪の数とを一致させることで、出力アップ，効率向上が図れる。
【０１１６】
本実施の形態では、図１６乃至図１８に示すように爪１３ｂが固定子鉄心１８の爪磁極１８２ｃと同数である。自動車用交流発電機では爪の数は、１２個から２０個が最適である。爪の数が多くなると各爪の周方向の距離が短くなり、磁気回路の断面積が小さくなる。回転子の各爪は、軸方向に並ぶＵ相とＶ相とＷ相からなる固定子巻線の磁束を通すこととなる。上記固定子１７のＵ相とＶ相とＷ相と鎖交する磁束が全て回転子１３の各爪の根元を通ることとなる。従って回転子１３の各爪の根元の断面積を大きくすることが必要である。爪の数が多くなると、上述の通り、回転子１３の各爪の根元の断面積を大きくすることが困難となる。従って爪の数は２０個以下が作りやすい。できれば１２個か１６個が良い。回転子１３の各爪と固定子１７の対向する爪とで磁気回路を構成することが必要で、固定子１７と回転子１３の対向するそれぞれの爪間で磁束が全て授受されることが理想である。しかし、固定子１７の爪と対向する回転子１３の爪との間にはギャップが必要であり、回転子１３が高速回転すると、回転子１３の爪は遠心力の影響を受けて外側に広がる心配があることから、上記固定子１７の爪と対向する回転子１３の爪との間の距離を狭くすることは危険である。このため上記固定子１７の爪と対向する回転子１３の爪との間の磁気抵抗が大きくなり、漏れ磁束が生じる。爪の数が多くなると、周方向の爪が接近し、回転子１３の爪間の磁束の漏れが多くなる。これらの点から自動車用の交流発電機では回転子１３の爪数が１２個か１６個か２０個が作り易く、特に１２個か１６個が作り易い。なお、回転子１３の爪数と固定子１７の各相の爪数とを一致させることが、発電量を多くする上で望ましい。この実施形態では回転子１３の爪数が１２個となっている。すなわち、フロント側ロータ部材１３Ｆとリヤ側ロータ部材１３Ｒの夫々に６個ずつの爪１３ｂが設けられている。また、固定子鉄心１８の爪磁極１８２ｃの周方向最大幅Ｗｓと、これらの爪１３ｂの周方向最大幅Ｗｒは、ほぼ等しくなっている。固定子磁極１７Ｕと１７Ｖと１７Ｗにはそれぞれ同数の爪磁極１８２ｃが設けられている。爪磁極は軸方向に延びると共にその両サイドが斜めになっている。両サイドが斜めとなることで、回転子１３の爪との対抗面積の変化を穏やかにすることができ、発電電圧の脈動を低減できる。もし固定子磁極の爪磁極１８２ｃの両サイドが回転軸に平行な直線形状であると、回転子１３の回転に伴う、回転子側の爪と固定子の爪磁極との対向面積はステップ上に変化する。すなわち重なっていない状態で回転子側の爪のサイドと固定子の爪磁極のサイドが接近し、回転子側の爪のサイドと固定子の爪磁極のサイドが全域にわたり一度に重なる状態となり、また重なっていた状態からさらに回転子が回転すると回転子側の爪のサイドと固定子の爪磁極のサイドが全域にわたり一度に重ならない状態となる。本実施の形態では、回転子側の爪と固定子の爪磁極との対向面積は徐々に増加しまた徐々に減少するように変化する。このため発電電圧が滑らかに変化し、高調波が減少する。磁気音などのノイズも減少する。
【０１１７】
次に固定子磁極１７Ｕや１７Ｖや１７Ｗについて説明する。固定子磁極１７Ｕや１７Ｖや１７Ｗは図１６や１７に示す如く、軸方向に並べて配置されているが、各固定子磁極は全て同じ構造であり、同じ作用を為し、同じ効果を奏するので、代表して固定子磁極17Ｕについて説明する。
【０１１８】
図１９はＵ相の固定子磁極１７Ｕを示し、構造を説明するために一部端面を示している。固定子磁極１７Ｕは、２つの固定子鉄心である第１の固定子鉄心１８１２と第２の固定子鉄心１８２２とを有している。これら第１および第２の固定子鉄心１８１２と１８２２とは同じ形状をしているが一方を１８０度回転させて繋ぎ合わせている。第１および第２の固定子鉄心１８１２と１８２２との間には溝１８０２が形成されている。溝１８０２は回転子１３の回転軸に対し垂直の面に存在し、この溝内に固定子巻線である第１の３相巻線第１の３相巻線１９１１のＵ相巻線１９Ｕａおよび第２の３相巻線１９１２のＵ相巻線１９Ｕｂが配置される。
【０１１９】
上記第１の固定子鉄心１８１２は、６個の爪１８１４を全周に亘り等間隔で有しており、また第２の固定子鉄心１８２２は６個の爪１８２４を全周に亘り等間隔で有している。この実施例では第１と第２の固定子鉄心の爪数の合計は１２個となり、回転子の爪数と一致している。上記第１と第２の固定子鉄心の爪は回転子の爪との間で磁束を授受するための磁束授受面１８１６あるいは１８２６を有している。回転子１３は図１６と図１８に記載の如く、交互に極性が異なる爪を有しており、上記回転子１３の各爪は、３相の固定子磁極１７Ｕと１７Ｖと１７Ｗの各爪の磁束授受面に対向しこれら固定子の各爪と磁束の授受を行う磁束授受面を有している。上記第１の固定子鉄心は各第１の爪１８１４の間に切り欠き部１８１８を有している。上記各切り欠き部１８１８に第２の固定子鉄心の各第２の爪１８２４が配置される。また上記第２の固定子鉄心は各第２の爪１８２４の間に切り欠き部１８２８を有し、上記各切り欠き部１８２８に第１の固定子鉄心の各第１の爪1814が配置される。上記各切り欠き部１８１８と各第２の爪１８２４との間の距離をできるだけ長くすることで、上記各切り欠き部１８１８と各第２の爪１８２４との間の短絡磁束を少なくし、発電電力の向上が可能となる。同様に上記各切り欠き部１８２８と各第１の爪
１８１４との間の距離をできるだけ長くすることで、上記各切り欠き部１８２８と各第１の爪１８１４との間の短絡磁束を少なし、発電電力の向上が可能となる。
【０１２０】
各固定子磁極の固定子鉄心１８は、それぞれ溝１８０２を有しており、図１９に示す如く、上記溝１８０２には別々に巻回された固定子巻線１９Ｕａと１９Ｕｂが設けられている。隣接する第１の爪１８１４と第２の爪１８２４との内の一方の爪で回転子１３の爪から受けた磁束が固定子巻線１９Ｕａと１９Ｕｂと鎖交し、他方の爪から回転子１３の爪に送出する。回転子１３が回転すると、次は隣接する第１の爪１８１４と第２の爪１８２４との内の他方の爪から磁束を受け、磁束が固定子巻線１９Ｕａと１９Ｕｂと鎖交し、一方の爪から磁束を送出する。このように回転子１３が回転することにより、固定子巻線19Uaと１９Ｕｂとに鎖交する磁束の方向が逆転し、固定子巻線１９Ｕａと１９Ｕｂとに電圧が誘起される。
【０１２１】
図１９の実施の形態では第１の固定子鉄心１８１２と第２の固定子鉄心１８２２とを同形状とすることで、量産性が向上する。しかし、必ずしも第１と第２の固定子鉄心1812と１８２２とを同形状とする必要は無く、交互に軸方向に延びる第１の爪１８１４と第２の爪１８２４との内側に溝１８０２が形成され、溝１８０２に固定子巻線が配置される構造であれば、交流発電機として使用できる。自動車用の交流発電機は小型で高効率であることが特に好ましく、図１９に構造は固定子巻線が単純構造であり、生産性が優れている。また固定子巻線が単純構造であるので固定子巻線１９の占積率が向上する。
【０１２２】
更に図１６から図１９に記載の実施形態で、固定子巻線１９の断面形状を略四角形状の平角線とすることで占積率を向上させることができる。図２０及び図２１に基づいて固定子巻線１９の断面を略四角形状に成形する方法について説明する。図２０（ａ）に示す工程で、平角線に成形される前の断面が円形状の表面被覆線を巻型２７に巻回する。この巻型２７は、円筒状の巻回部２７ａの軸方向一端に例えば円板状の鍔部２７ｂを有する構成となっている。このため、鍔部２７ｂに巻線を押し付けながら整列させて巻回することができる。尚、図２０に示すように固定子巻線１９Ｕａと１９Ｕｂとの一対の巻線組を隣接させて一緒に巻回部２７ａに巻回して固定子巻線を作っても良い。また固定子巻線19Ｕａと１９Ｕｂとを別々に製造しても良い。すなわち巻線組毎に分けて巻回部２７ａに巻回させてもよい。
【０１２３】
次に図２０（ｂ）に示す工程で、巻回部２７ａの外周面を摺動可能に構成された成形型２８によって巻線を鍔部２７ｂ側に押付けて巻線の断面が楕円となるように潰す。この成形型２８は、内周に巻回部２７ａが挿入される円板状の押圧部２８ａと、この押圧部28ａに軸方向一端が一体成形された円筒状の基部２８ｂとを有する構成となっており、基部
２８ｂにおける押圧部２８ａと軸方向他端側から荷重を加えることで、押圧部２８ａが巻回部２７ａの外周面上を摺動するようになっている。
【０１２４】
次に図２０（ｂ）に示すように巻回部２７ａの外周側にローラー２９を配置し、図２０（ｃ）に示すようにローラー２９を回転させながら楕円状に潰された巻線を外周側から少しずつ押圧する。このため、巻線の断面形状を円形から略四角形状に成形される。成形終了後、巻型２７から図２０（ｄ）に示すような巻線が取り外される。この取り出された巻線は、夫々の巻線組１９ａと１９ｂが独立して巻回され、図示されていないがそれぞれの巻線端が外に出ている形状となっている。
【０１２５】
例えば、巻線に自己融着線を用いた場合には、通電することで加熱され、夫々の巻線組は、成形状態を維持するように仮成形することができる。また、仮成形は、ワニスや接着剤等で簡易固定してもよい。更に成形された夫々の巻線組を隣り合わせて重ねた状態で外周を樹脂等の絶縁材料によってモールドすることで本成形が行われる。
【０１２６】
本成形された固定子巻線１９を固定子鉄心１８内に組み付けた状態を図２１に示す。夫々の巻線組１９Ｕａと１９Ｕｂを一体化させているので、巻線、もしくは、巻線組がばらばらになってしまうことがなく、固定子鉄心１８内への固定子巻線１９の組付性、すなわち生産性を向上させることができる。尚、組付性を考慮しなければ、固定子鉄心１８内へ固定子巻線１９を装着した後に樹脂によって固定子鉄心１８内及び固定子巻線１９をモールドするようにしてもよい。
【０１２７】
また、巻線の絶縁についての別の方法としては、固定子鉄心１８の固定子巻線１９が巻装される部分に粉末塗装による絶縁膜を形成してもよい。このような粉末絶縁処理を行えば、樹脂によるモールドを行わなくても仮成形した巻線をそのまま固定子鉄心１８内に装着することができる。
【０１２８】
更に、固定子巻線１９の絶縁に関し、他の実施方法として、樹脂によるモールドや粉末絶縁処理の代わりにボビンや絶縁紙を用いて絶縁することもできる。以下に図２２及び図２３に基づいてボビンを用いて固定子巻線１９を生産する方法を説明する。
【０１２９】
図２２において、ボビン３０は、円筒状の胴部３０ａと、この胴部３０ａの両端に設けられた大径円板状の折り曲げ部３０ｂと、この折り曲げ部３０ａの軸方向略中央部分に設けられた小径円板状のセパレータ３０ｃとから構成されている。折り曲げ部３０ｂは、外周側が内周側より薄肉となるように先細り形状となっている。また、ボビン３０は、比較的耐熱性があり、吸水性の少ない材料であるポリアミド系樹脂が適しているが、絶縁性材料であれば他の材料も適用することが可能である。
【０１３０】
このように構成されたボビン３０の折り曲げ部３０ｂとセパレータ３０ｃの間に図２２（ａ）に示すように夫々別々の巻線組１９ａ，１９ｂを巻回して一対の巻線組が形成される。この説明では、巻線組１９ａと巻線組１９ｂのターン数を異ならせている。更に図
２２（ｂ）に示すように折り曲げ分３０ｂを相手側の折り曲げ部３０ｂ側に折り曲げて夫々の巻線組１９ａ，１９ｂの外周側と重なるようにしている。図２３に固定子鉄心１８内に巻線が巻回された図２２（ｂ）のボビンを装着した状態を示す。このようにすることにより夫々の巻線組１９ａ，１９ｂの電気的絶縁と巻線の保護を両立することができ、信頼性を向上させることができる。尚、折り曲げ部３０ｂを他の部分に比べて薄肉としたり、熱で変形させて曲がるようにすると折り曲げ部３０ｂを曲げ易くすることができる。
【０１３１】
以上、各実施例について説明したが、他に適用可能な構成を以下に列挙する。上記実施例では、占積率を大きくするために、固定子巻線の断面が矩角形状となる平角線を用いたが、断面円形状の線よりも占積率が大きくなるような断面非円形状として楕円等を採用することもできる。尚、占積率の向上を考慮しなければ、断面が円形の巻線を用いてもよい。また、連続した巻線とせず、Ｕ字型の分断コイルを長手方向から差し込んで、反対側で分断コイル同士を溶接や加締めによって接続してループコイルとしても良い。
【０１３２】
また、上記実施の形態では、固定子巻線を型巻きの後、固定子鉄心内に配置する方法を説明したが、例えば、軸方向中央に位置する一対の固定子コアに、図５に示すような状態となるように固定子巻線を直巻きし、その後、他の固定子コアを固定しても構わない。
【０１３３】
また、上記実施例では、回転電機の代表的な例として車両用交流発電機について説明したが、車両用交流発電機に最も適しているが、回転子に回転駆動力を生じさせるモータであっても構わない。尚、モータとしては、同期モータや誘導モータに本発明を採用することが可能である。また、回転子としては、回転子鉄心の表面、もしくは、内部に永久磁石を設けた永久磁石を有する回転子や、界磁巻線に電流を通電することで磁界を生じさせる回転子，誘導モータに用いられるかご型の回転子等を用いることが可能である。
【０１３４】
また、上記実施例では、固定子鉄心を圧粉鉄心によって構成したが、積層鉄心を使用しても良い。積層の鉄心を使用することで、渦電流の影響を抑えることが可能となる。
【０１３５】
また、固定子鉄心における爪磁極や、固定子巻線における巻線組のターン数等は用途に応じて任意に変更することができる。尚、固定子の爪磁極数を変更するには、回転子における爪の数のそれに応じて変更する必要がある。
【０１３６】
また、上記実施例では、固定子巻線を固定子鉄心に組み付ける前に一体化する方法として、樹脂によってモールドする方法やボビンを用いて一体化する方法を説明したが、非磁性体の線材を巻線組の外周に巻き付けて一体化しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明に係る車両用交流発電機の側面断面図である。
【図２】図１に示す回転子と固定子の斜視図である。
【図３】図２におけるＵ相の固定子を取り除いた状態の斜視図である。
【図４】図１に示すＵ相の固定子磁極の斜視図である。
【図５】図４において固定子鉄心構成部材を取り除いた状態の斜視図である。
【図６】図１に示す実施形態における各巻線の接続状態を示す回路図である。
【図７】他の実施の形態である、各巻線の接続状態を示す回路図である。
【図８】発電制御回路を示す回路図である。
【図９】界磁電流の制御を説明する図である。
【図１０】他の実施の形態である、各巻線の接続状態を示す回路図である。
【図１１】図１０に示す、界磁電流の制御を説明する図である。
【図１２】他の実施の形態である、各巻線の接続状態を示す回路図である。
【図１３】図１２に示す、界磁電流の制御を説明する図である。
【図１４】他の実施の形態である、各巻線の接続状態を示す回路図である。
【図１５】他の実施の形態である、各巻線の接続状態を示す回路図である。
【図１６】図１における、回転子と固定子磁極の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１７】図１６における固定子磁極の斜視図である。
【図１８】図１６におけるＶ相とＷ相とを取り除いた斜視図である。
【図１９】Ｕ相固定子磁極の斜視図である。
【図２０】固定子巻線の成形方法を示す図である。
【図２１】図２０に示す方法で成形したＵ相固定子巻線を装着したＵ相固定子磁極の斜視図である。
【図２２】固定子巻線の他の製造方法を示す図である。
【図２３】図２２に示す方法で成形したＵ相固定子巻線を装着したＵ相固定子磁極の斜視図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１３  回転子
１５  界磁巻線
１７  固定子
１８  固定子鉄心
１９  固定子巻線
１９ａ，１９ｂ  巻線組
２０  バッテリ
２１，２２，２３，２５  スイッチ（切換手段）
３０  ボビン
１８２ｃ  爪磁極
【図１】
2008278567.tif 000003
【図２】
2008278567.tif 000004
【図３】
2008278567.tif 000005
【図４】
2008278567.tif 000006
【図５】
2008278567.tif 000007
【図６】
2008278567.tif 000008
【図７】
2008278567.tif 000009
【図８】
2008278567.tif 000010
【図９】
2008278567.tif 000011
【図１０】
2008278567.tif 000012
【図１１】
2008278567.tif 000013
【図１２】
2008278567.tif 000014
【図１３】
2008278567.tif 000015
【図１４】
2008278567.tif 000016
【図１５】
2008278567.tif 000017
【図１６】
2008278567.tif 000018
【図１７】
2008278567.tif 000019
【図１８】
2008278567.tif 000020
【図１９】
2008278567.tif 000021
【図２０】
2008278567.tif 000022
【図２１】
2008278567.tif 000023
【図２２】
2008278567.tif 000024
【図２３】
2008278567.tif 000025