(57)【要約】【課題】来の３相交流発電機に対し△結線の適応は困難という課題があった。【解決手段】椀状のフライホイル１と、このフライホイル１の内周面に設けられた１６個の永久磁石２と、上記フライホイル内に設置されたステータ３から構成される。さらに、ステータ３は、永久磁石２と対向して設けられた１２個のティース４と、これらのティース４の３個おきに連続して巻かれ、磁石２との電磁誘導作用により発電するコイル５から構成される。【効果】コイル温度（自己発熱量）を大幅に低減し、小型化、高出力化を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
椀状のフライホイルと、
前記フライホイルの内周面に設けられた４ｎ（ｎは自然数）個の磁石と、
前記フライホイル内に設置されたステータとを備え、
前記ステータは、
前記磁石と対向して設けられた３ｎ個のティースと、
前記ティースの３個おきに連続して巻かれ、前記磁石との電磁誘導作用により発電するコイルと
を有することを特徴とする３相交流発電機。
【請求項２】
前記磁石は、希土類磁石又はフェライト磁石から構成された永久磁石である
ことを特徴とする請求項１記載の３相交流発電機。
【請求項３】
前記ステータのコアは、積層されたケイ素鋼板又は圧延鋼板から構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の３相交流発電機。
【請求項４】
前記磁石の数は、１６個であり、
前記ティースの数は、１２個である
ことを特徴とする請求項１記載の３相交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃エンジンにより駆動される３相交流発電機（３相磁石発電機）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流発電機の原理は、永久磁石を固定したフライホイルを内燃エンジンの動力により回転し、この永久磁石が成形する回転磁界がステータコイル（発電コイル）を切ることで電磁誘導作用によりステータコイルに電圧を誘起させる。この場合、フライホイルの回転方向には磁石が固定されておりＮ極、Ｓ極が等間隔に配置されているため、必要磁石数は２ｎ（ｎは正の整数（自然数））個となる。また、ステータコイルのティース数は３相交流発電機であるため、３ｍ（ｍは正の整数（自然数））個となる。
【０００３】
従来の３相交流発電機は、ｎ＝ｍの構成となっていた。すなわち、フライホイルに固定されている磁石数を２ｎ個とした場合、ステータコイルのティース数は３ｎ個となる。３相出力の結線方法としてはＹ結線を採用している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
大川光吉著「永久磁石磁気回路の設計・特性計算法〔ＩＩ〕活用編」総合電子リサーチ、１９８７年９月３０日第１版発行、第４７９頁−第４８１頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の３相交流発電機は、磁石数が２ｎ個、ティース数が３ｎ個、３相出力がＹ結線で、出力仕様特性を満たすことは可能であるが、自己発熱量が非常に高くなってしまう。この自己発熱量が高くなる要因の一つは、Ｙ結線にある。
【０００６】
一般的に、内燃エンジンにより駆動される３相交流発電機の出力側の結線方法としては、Ｙ結線、△結線が採用されている。Ｙ結線での出力電流は、図５に示すように、線電流Ｉｕ＝相電流Ｉｕ’となり、△結線での出力電流は、図６に示すように、線電流Ｉｕ／√３＝相電流Ｉｕ’となる。
【０００７】
このことから、△結線に比べ、Ｙ結線の方が１相間にかかる電流値が√３倍程度高くなる。ここで、自己発熱量はＩ２Ｒで求められる。Ｉは相電流、Ｒは巻線抵抗であり、自己発熱量は電流値に対し２乗倍となる。従って、Ｙ結線は△結線に比べ自己発熱量が高くなることから、自己発熱量をおさえる対策としては△結線の採用が理想とされる。しかし、△結線では低速回転時での出力電流が低下する。このため仕様を満たすことが不可能であることから、従来の３相交流発電機に対し△結線の適応は困難という問題点があった。
【０００８】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、自己発熱量を大幅に低減し、小型化、高出力化を図ることができる３相交流発電機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る３相交流発電機は、椀状のフライホイルと、このフライホイルの内周面に設けられた４ｎ（ｎは自然数）個の磁石と、上記フライホイル内に設置されたステータから構成される。さらに、上記ステータは、上記磁石と対向して設けられた３ｎ個のティースと、これらのティースの３個おきに連続して巻かれ、磁石との電磁誘導作用により発電するコイルから構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機の構成を示す図である。
【００１１】
この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機は、磁石が４ｎ個とティース数が３ｎ個の発電コイル構成を特徴としている。ｎ＝４とした場合、磁石数は１６個となり、ステータコイルのティース数は１２個となる。発電機出力側の結線は△結線、磁石使用量は従来例よりも増やす必要がある。
【００１２】
図１は、ｎ＝４の構造とした場合の３相交流発電機の構成を示す。
【００１３】
図１において、フライホイル１は、椀状の回転子である。永久磁石２は、１６個あり、フライホイル１の内周面に設けられている。この永久磁石２は、希土類磁石又はフェライト磁石である。
【００１４】
また、同図において、ステータ（固定子）３は、１２個のティース４を持っており、１相は４ティースで３相交流（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）が構成され、３相出力の結線方法として△結線を採用している。また、ステータ３は、圧延鋼板、又はケイ素鋼板の薄板を積層したステータコア（鉄心）とコイル（巻線）５により構成されている。
【００１５】
さらに、同図において、コイル５は、ステータコアのティース４に巻きつけられている。各相のコイル５は、３個おきのティース４に連続して巻かれており、巻線方向は同一方向となっており、磁石２との電磁誘導作用により発電する。
【００１６】
つぎに、この実施の形態１に係る３相交流発電機の動作特性について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図２は、この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機と従来例の出力電流特性を示す図である。また、図３は、この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機の出力電流を測定するための出力電流測定回路の構成を示す図である。
【００１８】
図３において、出力電流測定回路は、３相交流発電機（ＡＣＧ）に、整流回路１１と負荷１２を接続したものである。
【００１９】
この出力電流測定回路により測定される出力電流は、負荷１２の電圧を１４Ｖ一定とした際、負荷１２に流れる電流を測定した値である。
【００２０】
図２に示すように、出力電流は、３相交流発電機の回転速度が１３５０（ｒ／ｍｉｎ）、２３００（ｒ／ｍｉｎ）、６７５０（ｒ／ｍｉｎ）で測定した値である。この実施の形態１（本発明）と従来例では、ほぼ同等の特性となっている。
【００２１】
図４は、この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機と従来例のコイル温度（自己発熱量）特性を示す図である。
【００２２】
３相交流発電機の各回転速度１３５０（ｒ／ｍｉｎ）、２３００（ｒ／ｍｉｎ）、６７５０（ｒ／ｍｉｎ）でのピークのコイル温度を示している。測定条件としては、大気中で測定した結果を示す。
【００２３】
この実施の形態１（本発明）では、図４に示すように、従来例に比べ、コイル温度（自己発熱量）が大幅に低下していることが確認できる。回転速度１３５０（ｒ／ｍｉｎ）では３７℃、回転速度２３００（ｒ／ｍｉｎ）では１６７℃、回転速度６７５０（ｒ／ｍｉｎ）では２４７℃のコイル温度（自己発熱量）の低減効果を得られる。
【００２４】
すなわち、この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機は、３相出力側の結線にＹ結線でなく、△結線を採用した。これは上述したように相電流を低減することで自己発熱量を抑制するための必須条件である。磁石数が２ｎ個、ティース数が３ｎ個の従来例の構成に△結線を適用すると、低回転域での出力が大幅に低下する。そこで、△結線に本発明の構成を適用する。従来例の構成に比べ磁石数が２倍であることから、従来例の構成より周波数が２倍に増加する。この効果により低回転域での出力を増加させ、高回転域のピーク電流についても下げることが可能となる。磁石の使用量については、従来例の構成と同等の出力特性を必要とする場合、本発明の構成の方が従来例の構成より磁石の使用量は増加する。
【００２５】
この実施の形態１（本発明）の構成を３相交流発電機に適用することにより、コイル温度（自己発熱量）を大幅に低減し、小型化、高出力化を可能にする。
【００２６】
【発明の効果】
この発明に係る３相交流発電機は、以上説明したとおり、磁石の数を４ｎ個、ティースの数を３ｎ個とすることにより、コイル温度（自己発熱量）を大幅に低減し、小型化、高出力化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機と従来例の出力電流特性を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機の出力電流を測定するための出力電流測定回路を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る３相交流発電機と従来例のコイル温度特性を示す図である。
【図５】Ｙ結線を示す図である。
【図６】△結線を示す図である。
【符号の説明】
１  フライホイル、２  永久磁石、３  ステータ、４  ティース、５  コイル。
【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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