(57)【要約】【課題】発生する磁束を増大させ、車両用交流発電機の高電圧化・高出力化を実現する。【解決手段】車両用交流発電機は、回転するロータと、ロータの周囲に対向配置されるステータとを備える。ロータは、回転中心から周囲に突出するように設けられる複数の突極１１と、複数の突極１１に巻かれる複数の界磁コイル１２とを有する。複数の界磁コイル１２には、隣接する突極１１が互いに逆極性になるように電流が流される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロータと、
前記ロータの周囲に対向配置されるステータとを備え、
前記ロータは、回転中心から周囲に突出するように設けられる複数の突極と、前記複数の突極に巻かれる複数の界磁コイルとを有し、
前記複数の界磁コイルには、隣接する前記突極が互いに逆極性になるように電流が流される
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用交流発電機であって、
前記複数の界磁コイルは、複数の群に区分され、前記群に含まれる前記界磁コイルは直列に接続され、前記群同士は並列に接続される
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用交流発電機であって、
前記突極は、電磁鋼鈑である
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、トラック（貨物自動車）などの大型車両用の車両用交流発電機に関し、特に、そのロータ界磁巻線に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機（オルタネータ）は、交流発電機本体と、交流発電機本体が出力する交流を直流に変換する整流器とを備える。交流発電機本体は、ロータとステータから構成されている。エンジンによってロータを駆動することにより、交流発電機本体が発電する。
【０００３】
図５に示すように、オルタネータは、ロータコイル５０を含むロータ５と、ステータコア２１及びステータコイル２２を含むステータ２４と、ロータ５のシャフトに設けられたプーリ６と、ロータコイル５０に励磁電流を供給するためのブラシ７とを備える。
【０００４】
図６に示すように、ステータ２４は、ステータコア２１とステータコイル２２で構成され、フロントカバー２５及びリアカバー２６（何れも図５参照）によって支持される。ステータコア２１は薄い鉄板を重ね合わせたもので、その内側には複数のスロット（溝）２３が設けられ、ここにステータコイル２２が入るようになっている。ステータコア２１は、ロータ５のポールコア（磁極）から出た磁束がステータコイルと有効に交差するように作られた磁束の通路である。ステータコア２１には３個の独立したステータコイル２２が巻かれており、ロータ５の回転に伴い交流電圧が発生する。ステータコイル２２の接続は、一般にはＹ結線である。
【０００５】
図７は、クローポール型と呼ばれるロータ５の斜視図を示し、図８は、その正面図を示す。ロータ５は、中央に配されるロータコイル５０と、ロータコイル５０を上下から挟み、かつ、その周囲（円周）を爪型の突起で囲むように配される２つの磁極５１、５１と、ロータコイル５０及び磁極５１、５１の中心を貫通するシャフト５２とを備える。磁極５１は６〜８個の爪を備える。図９は、ロータコイル５０の斜視図を示す。ロータコイル５０には、シャフト５２が挿通する貫通孔５０ａが形成される。
【０００６】
ロータ５は、図８に示すようにさらに、ロータコイル５０を励磁するための電流を供給する２個のスリップリング５３、５３を備える。スリップリング５３は、銅や黄銅、ステンレスなどでできたリングと、リングとシャフト５２の間に設けられる絶縁物で構成されている。リングの円周上をブラシ７が摺動してロータコイル５０に電流を供給する。
【０００７】
ロータコイル５０に電流が供給されると、２つの磁極５１、５１はそれぞれ異なる極性に磁化される。図７及び図８の磁極５１、５１の爪に示されたＮは磁石のＮ極を示し、Ｓは磁石のＳ極を示す。ロータの周囲には、磁極５１の爪の数に相当するＮ極とＳ極が交互に発生する。シャフト５２の末端に設けられたプーリ６がベルトを介してエンジンからの動力を受けて回転し、これによりステータのコイルを貫く磁界（磁束）が変動し、起電力が発生する。
【０００８】
オルタネータが出力する電圧は、その回転数（エンジン回転数に対応）に応じて変化する。このため、図示しないボルテージレギュレータと呼ばれる制御装置が出力電圧を監視し、オルタネータの出力電圧を調整している。ボルテージレギュレータにより、刻々と変化する運転状況下においても自動車の電装部品が正常に作動する電圧（乗用車では１２Ｖ）で電力が供給されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−０８６６６８号公報
【特許文献２】特開２００２−０６４９５０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８３５３５号公報
【特許文献４】特許第４８６７９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、乗用車業界に於いて、電圧制御や発電制御付きオルタネータが用いられるとともに、車載システムの高電圧化・高出力化による燃費向上の取り組みが加速している。
【００１１】
乗用車と同様に、トラックにおいても同様の技術・取り組みが望まれるが、トラックの使用電圧は２４Ｖであり、乗用車よりも電圧が高いという特徴がある。電磁誘導により生じる起電力の大きさは磁界の変化の割合に比例することから、トラックの使用電圧に応じてオルタネータのさらなる高電圧化を図るためには、ロータコイル５０に流す電流（ロータ界磁電流）を増加し、ステータコイル２２を貫く磁束を増大させる必要がある。
【００１２】
しかし、上記従来のクローポール型のオルタネータでは、ロータコイル５０に流す電流を増加させることは困難である。電流を増加させるには、ロータコイル５０に加える電圧を高くする（高電圧化）か、又はロータコイル５０の抵抗を小さくする（抵抗の低減化）必要がある。トラックの使用電圧は２４Ｖであり、無条件に高くすることはできず、高電圧化による対応は難しい。
【００１３】
一方、コイル巻数を減らして巻線抵抗を減らせば電流は増加するが、発生する磁界はロータ界磁電流とロータコイル５０の巻数の積に比例することから、界磁電流が増大してもコイル巻数との積は変わらず、結局発生磁界は増大しない。ロータの中央に制約された空間しか許されないクローポール型のロータにおいては、界磁電流とロータコイルの巻数のトレードオフ関係で磁束を増大させることが困難である。
【００１４】
また、従来のオルタネータには、界磁電流を増やすとロータ自体に磁束飽和が発生し、このため高電圧化・高出力化が困難であるという問題もある。クローポール型のロータの磁極は鋳鉄製であるが、その飽和磁束密度は低いため界磁電流増加により磁束飽和が発生し易く、高電圧化・高出力化を行なうことができない。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、オルタネータのロータが発生する磁束を増大させ、高電圧化・高出力化を可能とした車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る車両交流発電機は、回転するロータと、ロータの周囲に対向配置されるステータとを備える。ロータは、回転中心から周囲に突出するように設けられる複数の突極と、これら複数の突極に巻かれる複数の界磁コイルとを有する。複数の界磁コイルには、隣接する突極が互いに逆極性になるように電流が流される。
【００１７】
複数の界磁コイルは、複数の群に区分されてもよい。この場合、各群に含まれる界磁コイルは直列に接続され、複数の群同士は並列に接続される。
【００１８】
また、突極は、電磁鋼鈑であることが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、中央に集中した連続コイルを置くクローポール型ではなく、突極（ロータスロット）毎に界磁コイルを巻く新規の構造のロータを採用したので、ロータが発生する磁束を増大させることができる。これにより、車両用交流発電機（オルタネータ）の高電圧化・高出力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るロータの正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るロータアッセンブリの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るロータの界磁コイルを２群に分けた場合の接続図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るロータの界磁コイルを４群に分けた場合の接続図である。
【図５】オルタネータの斜視図である。
【図６】ステータの斜視図である。
【図７】クローポール型のロータの斜視図である。
【図８】クローポール型のロータの正面図である。
【図９】ロータコイルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るロータ１の正面図を示す。図２は、本発明の一実施形態に係るロータアッセンブリ（界磁コイル）の斜視図を示す。なお、オルタネータ及びステータの構造は、図５及び図６に示したものと同様であるため、共通する構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２２】
ロータアッセンブリは、回転中心に設けられたロータコア１０と、ロータコア１０から周囲に突出するように設けられる複数（図の例では１６個）の突極１１と、突極１１にそれぞれ巻かれる界磁コイル１２とを備える。ロータコア１０には、シャフト５２が挿通する貫通孔１４が設けられる。
【００２３】
ロータ１は、界磁コイル１２を励磁するための電流を供給する２個のスリップリング１３，１３を備える。スリップリング１３は、銅や黄銅、ステンレスなどでできたリングと、リングとシャフト５２の間に設けられる絶縁物で構成されている。リングの円周上をブラシ７が摺動して界磁コイル１２に電流を供給する。
【００２４】
突極１１は、電磁鋼鈑を積層することにより構成されている。
【００２５】
界磁コイル１２に電流が供給されると、隣接する突極１１が互いに逆極性に磁化される。図１の突極１１に示されたＮは磁石のＮ極を示し、Ｓは磁石のＳ極を示す。ロータの周囲には、突極１１の数に相当するＮ極とＳ極が交互に発生する。シャフト５２の末端に設けられたプーリ６がベルトを介してエンジンからの動力を受けて回転し、これによりステータコイル２２を貫く磁界（磁束）が変動し、起電力が発生する。
【００２６】
本実施形態に係るロータでは、隣接する突極１１が互いに逆極性になる。このようにするために、隣接する突極１１の界磁コイル１２を巻く方向を互いに反対にする。この場合、界磁コイル１２の全てを直列に接続することができる。
【００２７】
あるいは、界磁コイル１２を、突極１１の極性（Ｎ極、Ｓ極）に応じて複数の群に区分し、同じ群に含まれる界磁コイル１２を直列に接続し、直列に接続された界磁コイル１２の群同士を並列に接続する。並列接続の際には隣接する突極１１が互いに逆極性に磁化されるように群同士を接続する。
【００２８】
図３は、図２の１６個の界磁コイル１２を８個ずつの２群に分けた例を示す。Ｎ極の８個の突極１１の界磁コイル１２が直列接続されてなるコイル群Ｌ１と、Ｓ極の８個の突極１１の界磁コイル１２が直列接続されてなるコイル群Ｌ２に分けられている。これらが並列に接続される。
【００２９】
図４は、図２の１６個の界磁コイル１２を４個ずつの４群に分けた例を示す。Ｎ極の８個の突極１１の界磁コイル１２がさらに２群に分けられ、それぞれ直列接続されてなるコイル群Ｌ３及びＬ４と、Ｓ極の８個の突極１１の界磁コイル１２がさらに２群に分けられ、それぞれ直列接続されてなるコイル群Ｌ５及びＬ６が、並列に接続される。
【００３０】
本実施形態によれば、ロータ中央に１つの連続コイルを置くクローポール型ではなく、突極（ロータスロット）毎に界磁コイルを巻く構造とするとともに、この構造により得られる複数の界磁コイルを２並列或いは４並列など並列して巻くことで巻線抵抗を低減することができる。これにより、界磁コイルに流れる電流（ロータ界磁電流）及び発生する磁束を増大させ、ステータコイルに発生する電圧を高くすることができる。例えば、６０Ｖを超える電圧の発生が可能であり、車載システムの高電圧化・高出力化を実現できる。
【００３１】
クローポール型のロータにおいては、界磁電流とロータコイルの巻数のトレードオフ関係で磁束を増大させることが困難であったが、本実施形態によれば界磁コイルの巻数を減らさずに巻線抵抗を低減しているので、クローポール型におけるトレードオフの問題は生じない。
【００３２】
本実施形態では、突極の材質を電磁鋼鈑として、磁束の飽和を解消している。クローポール型のロータの磁極は鋳鉄製であるが、その飽和磁束密度は低いため界磁電流増加により磁束飽和が発生しやすかったが、本実施形態にはそのような問題はない。
【００３３】
本実施形態に係るオルタネータによれば、車両制動時における回生電力量（バッテリー充電量）を増大させることができる。バッテリーの大容量化又は二次電池の併用により、蓄電量を増大させることができる。オルタネータの発電制御頻度を増大させることができる。また、システムの燃費を向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の車両用交流発電機は、様々な車両で用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ロータコア
１１  突極（ロータスロット）
１２  界磁コイル
１３  スリップリング
１４  貫通孔
Ｌ１〜Ｌ６  複数の界磁コイルが直列に接続されたコイル群
【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】
2016086482.tif 000009
【図８】
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【図９】
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