(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で、製造しやすく、発電効率が高い、低コストのステータと、そのようなステータを有する発電機を提供する。【解決手段】この車両用交流発電機は、巻線型ステータとロータとを有する。巻線型ステータは、ステータと複数のワイヤとを有する。ステータは、その内周に配置された複数の放射状溝を有する。複数のワイヤ２０のそれぞれは、第一端２１と、第二端２２と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイル２３とを有する。各波状コイルが交互の直線部２３１と湾曲部２３２とで形成される。各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれ、これにより、溝のそれぞれがワイヤで埋められる。ロータは、同軸形体にて巻線型ステータの中に置かれる。【選択図】図２
2016015870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用交流発電機において、
巻線型ステータとロータとを備え、
前記巻線型ステータは、
ステータであって、
環状体であって、前記環状体の内周から半径方向内方に突出する複数の分離柱を有し、前記分離柱のそれぞれの端は、その二側面にて延在して複数の磁気シューを形成する、環状体と、
前記分離柱同士の間に画定される複数の放射状溝であって、前記溝のそれぞれは、前記複数の磁気シューの近接する２つの磁気シューの間に画定される開口を有する、複数の放射状溝と、を有する、ステータと、
前記ステータのための複数のワイヤであって、各ワイヤは、
第一端と、
第二端と、
前記第一端と前記第二端との間に位置する複数の波状コイルであって、各波状コイルが交互の直線部と湾曲部とで形成される、複数の波状コイルと、を有する、複数のワイヤと、を備え、
各ワイヤの前記直線部は、前記ワイヤの前記第一端から始まり、前記ステータの対応する溝に順次埋め込まれ、これにより、前記ステータの前記複数の溝のそれぞれが前記ワイヤで埋められ、前記複数の溝のそれぞれの幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、前記複数の溝の前記開口の幅は、前記ワイヤの前記直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、これにより、前記ワイヤの前記直線部は、前記開口から前記溝に直接埋め込まれ得るものであり、
前記ロータは、第一爪磁極片と、対向する第二爪磁極片とを有し、前記第一爪磁極片は、複数のＮ極爪体を有し、前記第二爪磁極片は、前記第一爪磁極片の前記複数のＮ極爪体と同数のＳ極爪体を有し、前記第一爪磁極片と前記第二爪磁極片とが互いに結合されるとき、前記第一爪磁極片の前記複数のＮ極爪体と前記第二爪磁極片の前記複数のＳ極爪体は、互いに近接し、別々に配置され、
前記ロータは、同軸形体にて前記巻線型ステータの中に置かれる、車両用交流発電機。
【請求項２】
前記ステータは、７２から９６の溝を有する、請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記ワイヤの前記複数の波状コイルは、湾曲方向が同じ湾曲部を６から８有する、請求項１または２に記載の発電機。
【請求項４】
前記ワイヤの前記複数の波状コイルは、湾曲方向が同じ湾曲部を１２から１６有する、請求項１または２に記載の発電機。
【請求項５】
前記ワイヤの前記直線部の断面は、正方形、長方形、または楕円形である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項６】
前記開口の寸法は、１．３ｍｍ〜２．０ｍｍである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項７】
前記各ワイヤの直線部は、前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に前方方向に順次埋め込まれて前記ステータを巡り、それから前記ステータの前記対応する溝に順次逆方向に埋め込まれ、前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出することで、前記対応する溝のそれぞれが二層のワイヤを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項８】
前記各ワイヤの第二端が別のワイヤの前記第一端に直列に接続され、前記別のワイヤの前記直線部は、その前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に前方方向に順次埋め込まれて前記ステータを巡り、それから前記ステータの前記対応する溝に順次逆方向に埋め込まれ、前記別のワイヤの前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出することで、前記対応する溝のそれぞれが四層のワイヤを有する、請求項７に記載の発電機。
【請求項９】
前記各ワイヤの直線部は、前記ワイヤの前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に前方方向に順次埋め込まれて前記ステータを巡り、前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出し、前記第二端が別のワイヤの前記第一端に直列に更に接続され、前記別のワイヤの前記直線部は、その前記第一端から始まり、前記ステータの前記対応する溝に逆方向に順次埋め込まれ、前記別のワイヤの前記第二端とともに前記対応する溝の一つから突出することで、前記対応する溝のそれぞれが二層のワイヤを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１０】
各溝は二層から八層のワイヤを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本発明は、２０１４年７月１日の台湾出願１０３１２２７８２「車両用交流発電機」の優先権の利益を主張し、その内容は本明細書に参照して組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、車両用交流発電機に関し、特に車両用三相交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００３】
交流発電機は、機械エネルギーを交流電気エネルギーに変換するために用いられる。車両用交流発電機では、エンジンの出力が発電機のロータをステータ内で回転するよう駆動し、エンジンの機械エネルギーを電気エネルギーに変換して、蓄電池に充電する。そして蓄電池は、電気エネルギーを車両の電気部品に供給する。
【０００４】
車両用交流発電機は、典型的には環状のステータおよびロータを有する。ステータ内のロータの高速回転により、ステータに巻かれたワイヤによって磁界が形成されることで、ワイヤ内に誘導起電力（電圧）が発生する。概して、交流発電機によって出力される電圧は、ステータリング内のコイル群の数に比例する。したがって、ステータリングに巻かれたワイヤの密度が高いほど、発電機の発電が高くなる。
【０００５】
折曲および巻線が、従来の発電機におけるコイル巻線に通常用いられる。高い発電を達成するために、多数のコイルが用いられ、したがって巻線および折曲が複雑になる。また、そのような巻線には、コイルに十分なスペースを提供するために、大きなステータリングが必要になる。しかしながら、従来の巻線には欠点がある。例えば、ステータリングの長溝の幅が、多数のワイヤを受け取るために大きくなければならず、受け取ったワイヤは必然的に無秩序に配置され、結果として多数のエアギャップができる。図１は従来のステータ巻線の部分断面図であり、ステータ１内の各溝１１は多本数のワイヤ１３を受け取り、斜線はワイヤと溝壁の間もしくは異なるワイヤ同士の間のエアギャップを表す。これらのエアギャップは、発電効率を下げる磁気抵抗の不所望な増大につながる。さらに、ステータリングは大きいため、対応するロータもまた、二者を互いに嵌合できるように大きくなければならず、それらを備える発電機の寸法が増す。発電機が大きいと、車両の利用可能スペースが制限される。
【０００６】
米国特許８，２９６，９２６は、ステータの溝内のワイヤ密度が高い、交流発電機の小さなステータを開示している。ステータには、断面が長方形の銅線（平銅線）が要求される。銅線は、Ｕ形／Ｖ形のワイヤユニットに曲げられ、その後ステータリングの溝に挿入され、そしてワイヤユニットの端が二つずつ半田付けされ、回路を形成する。したがって、ワイヤが整列配置されることで、効果的にエアギャップが減少し、ワイヤ密度が上がり、磁気抵抗が下がる（図１０および図１１参照）。しかしながら、そのような構造には短所がある。ワイヤの挿入作業が完了した後、多数のワイヤ端がステータリングから突出してしまう。例えば、９６の溝を有し、各溝が二つのワイヤユニットを有するステータリングにおいては、ワイヤ挿入が完了した後、総計３８４のワイヤ端と１９２の半田接合部ができる。そのようなステータを製造する工程は、複雑でコストがかかる。さらに、そのようなステータに使われる平銅線は、丸銅線よりも高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上を踏まえて、小型で、製造しやすく、発電効率が高い、低コストのステータと、そのようなステータを有する発電機が必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態では、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備えた、交流発電機のステータのワイヤが提供される。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、ステータの内周に配置される複数の放射状溝を有するステータと、ステータの複数のワイヤとを備えた、交流発電機の巻線型ステータが提供される。各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備える。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれることで、各溝にワイヤが埋め込まれる。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態では、環状体を有する、交流発電機のステータが提供される。半径方向内方に突出する複数の分離柱が、環状体の内周に設けられる。各分離柱の端は、その二側面から延在し、複数の磁気シュー(magnetic shoes)を形成する。複数の放射状溝は、分離柱同士の間に画定され、各溝は、近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する。各溝の幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、溝の開口の幅は、ワイヤが開口から溝に直接埋め込まれるように、ワイヤのワイヤ直径よりもわずかに大きい。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態では、ステータと、ステータの複数のワイヤを備えた、交流発電機の巻線型ステータが提供される。ステータは、環状体と、環状体の内周に設けられた半径方向内方に突出する複数の分離柱とを有する。各分離柱の端は、その二側面から延在して複数の磁気シューを形成する。複数の放射状溝は、分離柱同士の間に画定される。各溝は、近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する。ステータの複数のワイヤはそれぞれ、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備え、各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。（ワイヤの第一端から始まる）各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれて、ステータの複数の溝のそれぞれがワイヤで埋め込まれる。複数の溝のそれぞれの幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、複数の溝の開口の幅は、ワイヤの直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、ワイヤの直線部が開口から溝に直接埋め込まれる。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態では、交流発電機の巻線型ステータを製造する方法が提供される。本方法は、以下の工程を備える。（１）ステータの内周に配置される複数の放射状溝を有するステータを提供する工程、（２）ステータの複数のワイヤを提供し、各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備え、各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される工程、および（３）各ワイヤの直線部を、ステータの対応する溝に順次埋め込むことで、各溝にワイヤが埋め込まれる工程。
【００１３】
本発明の更に別の実施形態では、交流発電機の巻線型ステータを製造する方法が提供され、以下の工程を備える。（１）環状体の内周に提供された、半径方向内方に突出する複数の分離柱を有する環状体で、各分離柱の端はその二側面から延在して複数の磁気シューを形成する環状体と、分離柱同士の間に画定された複数の放射状溝で、各溝は近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する放射状溝と、を備えたステータを提供する工程、（２）各ワイヤが第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備え、各波状コイルは交互の直線部と湾曲部とで形成される、ステータの複数のワイヤを提供する工程、および（３）ワイヤの第一端から始まる、各ワイヤの直線部を、ステータの対応する溝に埋め込むことで、ステータの複数の溝のそれぞれにワイヤを埋め込み、複数の溝の各幅は一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、複数の溝の開口の幅は、ワイヤの直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、ワイヤの直線部が開口から溝に直接埋め込まれる工程。
【００１４】
本発明の更に別の実施形態では、巻線型ステータと、ロータとを備えた車両用交流発電機が提供される。巻線型ステータは、ステータの内周に配置された複数の放射状溝を有するステータと、ワイヤとを備える。各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルと、を備える。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれ、各溝にワイヤが埋め込まれる。ロータは、第一爪磁極片と、対向する第二爪磁極片とを有する。第一爪磁極片は、複数のＮ極爪体を有し、第二爪磁極片は、第一爪磁極片の複数のＮ極爪体と同数のＳ極爪体を有する。第一爪磁極片と第二爪磁極片が互いに結合される際、第一爪磁極片の複数のＮ極爪体と第二爪磁極片の複数のＳ極爪体は、互いに近接し、別々に配置される。ロータは、同軸形体にて交流発電機ステータ巻線に置かれる。
【００１５】
本発明の更に別の実施形態では、巻線型ステータとロータとを備えた車両用交流発電機が提供される。巻線型ステータは、環状体および複数のワイヤを有するステータを備える。半径方向内方に突出する複数の分離柱が、環状体の内周に設けられる。各分離柱の端は、その二側面から延在して複数の磁気シューを形成する。複数の放射状溝は、分離柱同士の間に画定される。各溝は、近接する分離柱の端によって形成される磁気シュー同士の間に画定される開口を有する。各ワイヤは、第一端と、第二端と、第一端と第二端との間に位置する複数の波状コイルとを備える。各波状コイルは、交互の直線部と湾曲部とで形成される。ワイヤの第一端から始まる各ワイヤの直線部は、ステータの対応する溝に順次埋め込まれることで、ステータの複数の溝のそれぞれにワイヤが埋め込まれる。複数の溝のそれぞれの幅は、一本のワイヤのみ受け入れる余地があり、複数の溝の開口の幅は、ワイヤの直線部のワイヤ直径よりもわずかに大きく、ワイヤの直線部が開口から溝に直接埋め込まれる。ロータは、第一爪磁極片と、対向する第二爪磁極片とを備える。第一爪磁極片は、複数のＮ極爪体を有し、第二爪磁極片は、第一爪磁極片の複数のＮ極爪体と同数のＳ極爪体を有する。第一爪磁極片と第二爪磁極片が互いに結合されるとき、第一爪磁極片の複数のＮ極爪体と第二爪磁極片の複数のＳ極爪体は、互いに近接し、別々に配置される。ロータは、同軸形体にて巻線型ステータに置かれる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のステータ巻線の部分断面図。
【図２】本発明の一実施形態によるステータのワイヤの概略構造図。
【図３】ステータのワイヤを製造するためのワイヤテンプレートの概略構造図。
【図４Ａ】平坦化治具の概略上面図。
【図４Ｂ】平坦化治具の概略側面図。
【図４Ｃ】ワイヤが平坦化治具によって平坦化される様子を示す概略側面図。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるステータリングの概略構造図。
【図５Ｂ】図５Ａの部分拡大図。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるステータ巻線の概略図であり、ワイヤが、溝の二つのグループに前方方向に順次埋め込まれる様子を示している。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態によるステータ巻線の概略図であり、図６Ａに示すようにワイヤが溝の二つのグループに前方方向に埋めこまれた後、それらが逆方向に埋め込まれる様子を示している。
【図７】本発明の一実施形態による巻線型ステータの部分断面図。
【図８】本発明の別の実施形態による巻線型ステータの部分断面図。
【図９】本発明の一実施形態による交流発電機のロータの分解図。
【図１０】本発明の一実施形態による車両用交流発電機の概略図であり、ロータは、同軸形体にて巻線型ステータに置かれる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の特徴、主題、利点、および効果は、本発明の実施形態および添付の図面を参照して、以下に詳細に述べられる。下記の説明に引用される図面は、図示する目的のみを意図し、必ずしも実施形態の実際の比率や正確な配置を示すものではないと解される。したがって、図面に示す比率や配置は、本発明の範囲を限定または制限するものと解釈するべきではない。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態による車両用交流発電機のステータのワイヤの概略図である。図２に示すように、ワイヤ２０は、第一端２１と、第二端２２と、第一端２１と第二端２２との間に位置する複数の波状コイル２３とを備え、各波状コイル２３は、交互の複数の直線部２３１と複数の湾曲部２３２とによって形成される。例えば、波状コイル２３は、（複数の）直線部２３１と（複数の）湾曲部２３２とで形成される正弦形と見なしてよい。ワイヤ２０の波状コイルの数はまた、例えば、図２における下方に開口する湾曲部２３２の数であると見なしてもよい（図２には、８つの湾曲部２３２がある）。ワイヤ２０の波状コイルの数は、６から８でもよく、もしくは、例えば１２から１６など、より大きな巻き数でもよい。ワイヤ２０の材料については、断面が円形のエナメル銅が典型的に用いられる。或いは、ステータが組み立てられた後のワイヤ密度を上げるために、ワイヤ２０の直線部２３１を、治具を用いてプレスして平らにし、直線部２３１の断面を、側面が平面である正方形、長方形、楕円形などにしてもよい。そのようなアプローチの利点は、ステータ溝のワイヤ密度を上げるために（エアギャップ比を下げるために）平面のワイヤを用いるアプローチと比べて、平らな銅線を用いるコストが、一般的な丸銅線を用いて、後に部分的にプレスして平らにするコストよりも、はるかに高いということにある。これは、ワイヤがステータの溝に巻かれる際、ステータ溝内にない湾曲部にはエアギャップ比の問題がなく、本発明の部分的に平坦化したワイヤを使用することによって、平らなワイヤを用いるのと同じく、ワイヤ密度を上昇させてワイヤ間のエアギャップ比を下げるという効果を達成することができるだけではなく、製造コストを効果的に節約することができるためである。確かに、平らなワイヤは、望ましい発電効率を追求するために直接用いることができる。この場合、直線部２３１および湾曲部２３２両方の断面が、側面が平面である、正方形、長方形、楕円形などとなる。
【００１９】
所望の形状のワイヤ２０は、図３に示したようなワイヤテンプレート８００を用いて実施してもよい。ワイヤの製造工程において、長い直線のワイヤは、ワイヤテンプレート突起８１０の形成された輪郭に沿って曲げられ、ワイヤテンプレート突起８１０の隙間８２０を通ってうねり曲がるのを交互に為される。ワイヤテンプレート突起８１０の輪郭は、上記の製造工程を通して、図２に示すようにワイヤ２０の直線部２３１と湾曲部２３２の形状に従う形状を有するので、交互の直線部２３１と湾曲部２３２とを有する所望の波状コイル２３が形成される。
【００２０】
更に、ワイヤ２０が完成した後、例えば図４Ａから図４Ｃの平坦化治具９００によって示すように、平坦化治具を使って直線部２３１の平坦化を実施し、直線部２３１の断面を非円形状にしてもよい。図４Ａは、平坦化治具９００の上面図であり、平坦化治具９００は、ワイヤ２０の直線部２３１を受け取るための挟持溝９１０を有する。さらに、図４Ｂに示すように、ワイヤ２０の直線部２３１（円形断面）が平坦化治具９００の挟持溝９１０の内部に置かれてもよく、ワイヤ２０は、その側面からプレスされて、必要な形状または大きさに平坦化されてもよい。それによって、図４Ｃに示すワイヤ２０の直線部２３１の平坦化（非円形）形状を得ることができる。この場合は、ワイヤ２０は、湾曲部２３２が丸い形状のままである、部分的に平坦化されたワイヤである。
【００２１】
図５Ａは、本発明の一実施形態によるステータの構造である。図５Ａに示すように、ステータ３０は、環状体３１を有しており、分離柱３２によって分離される複数の放射状細長溝３３が、ステータの内周に配置されている。溝３３の数は、例えば、７２から９６（図５では９６）である。分離柱３２の端は、その二側面からわずかに突出し、磁気シュー３４を形成しており、溝３３の開口３５は、二つの磁気シュー３４同士の間に形成される。概して、ステータ３０は、例えば、冷延スチール板（SPCC）、シリコンスチール、もしくは他の類似した材料などの、望ましい電界および磁界特性を有する材料で作られている。電気絶縁材３６は、ステータの細長溝３３の表面に敷設されてもよい。図５Ｂに示すように、電気絶縁材３６においては、シート状の材料が折られ、ステータ３０内部の放射状細長溝３３の表面の形に嵌合し、溝３３に直接埋め込まれ、溝３３の表面を覆う。電気絶縁材３６は、プレスされた板紙、プラスチックフィルム、ポリエステルフィルム、アラミド紙、およびエポキシ樹脂などの材料で作ることができる。
【００２２】
ステータ３０の複数の細長溝３３はワイヤ２０の巻線に用いられる。特に、ワイヤ２０の波状コイル２３の各直線部２３１は、ワイヤ２０の第一端２１から始まり、ステータ３０の対応する溝３３に順次埋め込まれ、対応する溝の一つからワイヤ２０の第二端が突出する。この場合、溝３３は、ワイヤ２０の一つの埋め込み層を有する。ワイヤ２０の複数の層を、同じ溝に埋め込むと、発電を増加させることができる。ステータ３０の巻線作業は、多本数の波状ワイヤ２０をステータ３０のすべての溝３３に組み込むことで完了し、各溝３３がワイヤを有する。ステータ３０の巻線作業は、本発明による例示的な実施形態として、下記に更に詳細に例示する。
【００２３】
図６Ａおよび図６Ｂでは、本発明のステータ３０の巻線のために波状ワイヤ２０が用いられている。この実施形態は、二つの三相発電を有する巻線型ステータを製造する仕方を示す。９６の溝を有するステータ３０と１６のコイルを有するワイヤ２０が提供される。発電の各相については、２つの巻線と３２の溝３３が含まれ、各巻線については、１６の溝が含まれる。言い換えれば、もし第１および第２の溝と、対応する溝（つまり、第７溝および第８溝、第１３溝および第１４溝、・・・第９１溝および第９２溝）が第一相用であるとすれば、第３および第４溝と、対応する溝（つまり、第９溝および第１０溝、第１５溝および第１６溝、・・・第９３溝および第９４溝）は第二相用であり、第５および第６溝と、対応する溝（つまり、第１１溝および第１２溝、第１７溝および第１８溝、・・・第９５溝および第９６溝）は、第三相用である。この場合、９６の溝３３は、ステータ３０の周りに円を形成する。
【００２４】
図６Ａに示すように、ワイヤ２０ａのコイルの直線部２３１ａはワイヤ２０ａの第一端２１ａから始まり、ステータ３０の複数の溝３３の一つから第１溝に埋め込まれるように始まる。次に、直線部２３１ａは、前方方向に（例えば時計回りに）第７溝、第１３溝、第１９溝、第２５溝、・・・第９１溝まで順次埋め込まれて、ステータ３０の環状体３１の周全体へのワイヤの巻線が完了する。ワイヤ２０ａが第９１溝（図６Ａの矢印Ａに対応する溝）から突出するとき、ワイヤ２０ａの１６のコイルのうち８つのコイルは溝の外に残される（図示せず）。さらに、ワイヤ２０ｂの第１端２１ｂから始まるワイヤ２０ｂの直線部２３１ｂは、ワイヤ２０ａの直線部２３１ａを有する溝に近接する溝（図６Ａの第１溝から時計回り方向で２６番目の溝）に埋め込まれる。次に、各直線部２３１ｂは、対応する溝に前方方向に（例えば時計回りに）順次埋め込まれ、２０番目の溝（図６Ａの矢印Ｂに対応する溝）に巻かれ、そこから突出することで、前方方向への周全体の巻線が完了する。この場合、ワイヤ２０ｂの１６のコイルのうち８つのコイルは溝の外に残される（図示せず）。次に、図６Ｂを参照して、第９１溝から始まる、ワイヤ２０ａのもう一方の直線部２３１ａが、前方の巻線より埋め込まれたワイヤを有する対応する溝３３に、逆方向（矢印Ａの方向、例えば反時計回り）に埋め込まれ、ステータ３０の周全体への逆巻線の後、第二端２２ａは第９１溝から突出する。同様に、第２０溝から始まる、ワイヤ２０ｂのもう一方の直線部２３１ｂは、前方の巻線より埋め込まれたワイヤを有する対応する溝３３に、逆方向（矢印Ｂの方向、すなわち反時計回り）に埋め込まれ、ステータ３０の周全体への逆巻線の後、第二端２２ｂは第２０溝から突出する。このように、ワイヤ２０ａとワイヤ２０ｂは、ステータ３０の周りに二周（一周は前方に、もう一周は後方に）別々に巻かれ、一相用の二本のワイヤ（２０ａ、２０ｂ）の巻線が完了し（ワイヤ２０ａと２０ｂの各巻線は同一相用である）、四つのワイヤ端、つまり第一端２１ａおよび２１ｂと第二端２２ａおよび２２ｂは、ステータ３０の溝３３の外に残される。続いて、前述のやり方に基づいて、ワイヤ２０が、第二相用の次の２グループの溝（第３溝と第４溝および対応する溝）と、第三相用の更に次の２グループの溝（第５溝と第６溝および対応する溝）に順次埋め込まれることで、発電巻線の三相を有するステータ巻線が完了する。この実施形態において、ステータ３０の各溝３３は、ワイヤ２０の二層の直線部２３１を有する。
【００２５】
しかしながら、発電を増加させ、発電効率を向上させるために、溝は、ワイヤ２０の直線部２３１の二層のみを受け取るのに限定されない。例えば、前述した第一相用の二グループの溝では、ワイヤ２０ａと２０ｂのワイヤ端の第二端がそれぞれ突出する溝において、同じワイヤ２０ａと２０ｂがさらに埋め込まれ、ステータ３０の周りに前方方向に同じように巻かれ、そして同じワイヤがステータ３０の周りに逆方向に巻かれることで、対応する溝への巻線が完了する。本実施形態において、ステータ３０の各溝は四層のワイヤを有する。かくして、二つの第一端２１ａ、二つの第一端２１ｂ、二つの第二端２２ａ、二つの第二端２２ｂ、すなわち合計八つのワイヤ端は、溝３３の外に残される。このように、ワイヤは、第二相の巻線と第三相の巻線用の対応する溝に続けて埋め込まれることで、単一の溝３３が四層のワイヤ２０の直線部２３１を有する、三相の交流発電のステータ巻線が二セット完了する。続いて、同じ相の同じグループの２本のワイヤ２０同士が、半田付けなどで、互いに直列に接続される。例えば、第９１溝のワイヤ２０ａの第二端２２ａは、半田付けによって、第９１溝の別のワイヤ２０ａの第一端２１ａへ直列に接続することができる。最終的に、三相用のワイヤはＹ結線もしくは星形結線に半田付けされる。
【００２６】
本発明の実施形態に開示するステータ巻線および巻線型ステータの構造は、ステータリングの溝から突出するワイヤ端の数および異なるワイヤ端の半田継ぎ手の数を大幅に減らすという利点を有する。例えば、前述の実施形態において、溝が四層のワイヤを有する二つの三相巻線のステータ３０は、合計１２のワイヤ２０を有し、したがって、合計２４のワイヤ端を有する（１２の第一ワイヤ端２１と１２の第二ワイヤ端２２）。同じフェイズ用の第一端２１と第二端２２は直列に接続される必要があるため、二つの三相巻線のワイヤ２０は、合計６の半田継ぎ手を有する。その後、もし二つの三相巻線がＹ結線によって半田付けされるならば、二つの追加の半田継ぎ手が必要になる。かくして、本実施形態の巻線型ステータは合計８つの半田継ぎ手を有する。米国特許８，２９６，９２６に開示されるような、ステータリングもまた９６の溝を有し、各溝もまた四層のワイヤを有する巻線型ステータと比較すると、本発明の上記の実施形態は、構造を大幅に単純化し、ワイヤ端の数を３８４から２４に減らし、半田継ぎ手の数を１９２から８に減らす。
【００２７】
本発明のステータ３０の溝３３中のワイヤ２０の層の数は、上記の実施形態の四層のワイヤに限定されない。実際、もし必要であれば、溝３３の深さを増すことによって、そこに埋め込まれるワイヤ２０の数は、例えば８または１６層のワイヤまで増やすことができる。この場合、発電効率は、迅速かつ効果的に高めることができる。
【００２８】
さらに、本発明の実施形態に用いられるワイヤ２０は、１６のコイルを有するワイヤに限られない。例えば、８つのコイルを有するワイヤを代わりに用いてもよい。ステータ３０の溝が４つのワイヤを有する相での巻線については、８つのコイルを有する４つのワイヤが必要とされる。
【００２９】
加えて、ワイヤ２０の構造および巻線によって、ワイヤ２０の多数の直線部２３１が、ステータ３０の単一の溝３３に埋め込まれ、溝３３の半径方向に沿って直線に配置されることが可能になる。したがって、ワイヤ２０はそれぞれ、溝３３の二つの側面の分離柱３２に接触もしくは近接しており、かくしてエアギャップが比較的小さくなる（図７の斜線参考）。図７の溝３３中のワイヤ２０の直線部２３１は、図１に示す従来技術における乱れた配置と比較すると、整列して配置される。図７に示すエアギャップは、図１のエアギャップよりも明らかに小さいため、本発明の磁界は、従来技術と比較して、すべてのワイヤ２０の直線部２３１の断面を、より均一に通過する。図８に示すように、もしワイヤの直線部が更に平坦化されると、溝３３内のエアギャップは、更に減らすことができ、発電効率を更に向上することができる。さらに、本発明の実施形態を基づいて、ステータ３０の溝３３をより小さな幅で提供することができ、よって溝の数を増やすことができる。したがって、ステータが小型化し、同時に、発電用のワイヤのグループの数が増え、発電効率が向上する。
【００３０】
概して、磁気シューが大きくなるほど、磁気漏れ現象が少なくなり、発電機の効率が高くなる。それぞれが小さい溝を多数有するステータでは、磁気シューの大きさを縮小すると、理論的には磁気漏れ現象が増え得る。かくして、そのようなステータでは、磁気シューの大きさは、溝開口と比較してあまり小さくないと推測される。例えば、米国特許８，２９６，９２６の図１０に示すように、分離柱の端部の磁気シューが、溝開口をほとんどふさいでいる。
【００３１】
本発明の一実施形態では、ステータ３０の溝３３の幅は、単一のワイヤ２０のみを受け取るように設計されており、したがって、溝３３の溝幅は、ワイヤ２０の直径よりもわずかに大きい。分離柱３２の端は、溝３３の幅に近い溝３３の開口３５を作る大きさの磁気シュー４２を有することで、ワイヤ２０の直線部２３１は、開口３５から、直接そして完全に、溝３３に埋め込まれ得る。発電の効率については、驚くべきことに、巻線が本発明の上記の実施形態によって完了した後の発電効率は、米国特許８，２９６，９２６のように、磁気シューのサイズが大きく、溝開口がほとんど閉じている場合に近い。例えば、実験に基づくと、同じステータの大きさでは、従来技術における大きな磁気シューの場合の０．８ｍｍの溝開口と、本発明による小さな磁気シューの場合の１．３ｍｍから２．０ｍｍの溝開口は、同様の効率を有する。ロータの回転速度が１６００ｒｐｍという条件では、前者は６２．９Ａの電流を出力することができ、一方後者は６３．８Ａの電流を出力することができる。後者は、前者よりもむしろ効率がよい。かくして、本発明の一実施形態によれば、ステータ３０の分離柱３２の端に形成される磁気シュー３４の大きさは、溝３３の開口３５の大きさを増やすよう減らしてもよい。
【００３２】
ステータ３０の磁気シュー３４の大きさが、溝３３の開口３５の大きさを増やすために減らされる、本発明による前述のステータ構造の利点は、ステータリングへのワイヤ２０の巻線が、比較的簡単になるということである。特に、溝開口がワイヤ２０のワイヤ直径よりも小さいとき、ワイヤ２０の巻線に挿入方式を取り入れなければならず、巻線を効率的に行うことができない。本発明の比較的幅の広い溝開口３５によって、ワイヤ２０の直線部２３１全体を、溝３３に直接、ステータリングの半径方向に埋め込むことが簡単になる。それによって、巻線の複雑さを大幅に減らし、巻線スピードを上げ、引き込み線治具を用いた自動巻線を可能にする。かくして、生産効率が向上する。
【００３３】
上記に図示した本発明のステータ巻線構造は、ロータ構造と組み合わされて、例えば図９に示すロータ５の構造のような車両用交流発電機アセンブリを形成する。交流発電機のロータ５は、ステータ（図示せず）に対して回転可能である。ロータ５は、回転軸５１、スリップリング５２、ベアリング５３、磁界コイル５４、第一爪磁極片５５、および第二爪磁極片５６を含む。本発明の巻線型ステータは、ロータ５を同軸形体に囲んでいる。車両用蓄電池からの電力がスリップリング５２を介して磁界コイル５４に供給されるとき、第一爪磁極片５５および第二爪磁極片５６は、電磁誘導の効果のもと、磁化されて磁界を発生させる。ロータ５がエンジンからのパワーによって駆動され、巻線型ステータに対して回転するとき、磁界の方向もまたロータ５の回転とともに変化する。この場合、ステータコイルは電磁誘導による交流を発生させる。
【００３４】
特に、電流がロータ５の磁界コイル５４を通過するとき、第一爪磁極片５５および第二爪磁極片５６は、電磁誘導によってＮ極およびＳ極に磁化され得る。この場合、近接する爪磁極片の各対の爪体５５１、５６１は、磁界を発生させることができる。ロータ５の回転中、電磁誘導がまたさらに、磁界の方向とステータ巻線中のワイヤ２０との間に起こり、交流を発生させる。
【００３５】
さらに、図９に示すように、ロータ５の第一爪磁極片５５は、４、６、もしくは８つの爪体５５１を有してよく、第二爪磁極片５６もまた、４、６、もしくは８つの爪体５６１を有してよく、ここで、第一爪磁極片５５の爪体５５１の数は、第二爪磁極片５６の爪体５６１の数と同じである。
【００３６】
第一爪磁極片５５および第二爪磁極片５６は、互いに係合するように磁極に結合され、第一爪磁極片５５の爪体５５１と第二爪磁極片５６の爪体５６１は互いに対になって近接し、別々に配置される。以上で述べたように、電流がロータの磁極コイルを通るとき、第一爪磁極片５５は、電磁誘導によってＮ極に磁化することができ、第二爪磁極片５６は、電磁誘導によってＳ極に磁化することができる。したがって、磁力線が、一対の近接する、Ｎ極を形成する第一爪磁極片５５の爪体５５１と、Ｓ極を形成する第二爪磁極片５６の爪体５６１のそれぞれの間に発生し、磁界を形成することができる。もし磁界コイル５４が前述の磁極コイルと対向する方向に巻かれるよう配置されると、第一爪磁極片５５は、電磁誘導によってＳ極に磁化され、第二爪磁極片５６は、電磁誘導によってＮ極に磁化される。同様に、磁力線はまた、一対の近接する、Ｓ極を形成する第一爪磁極片５５の爪体５５１と、Ｎ極を形成する第二爪磁極片５６の爪体５６１のそれぞれの間に発生し、磁界を形成することができる。
【００３７】
図１０は、本発明の実施形態による車両用交流発電機の概略図である。図１０に示すように、また前述の内容で述べたように、ロータ５は、巻線型ステータ３０の中心で受け取られ、同軸形体になる。ロータ５は、巻線型ステータ３０に対して回転可能であり、それによって、巻線型ステータのワイヤが、磁界の変化によって誘導電流を発生することが可能になり、よって電流をさらに出力し、発電目標を達成する。
【００３８】
上記に例示するロータ５の構造で形成される車両用交流発電およびステータ巻線の前述の構造は、小型構造を有し、また、高い発電効率という特徴を有する。一方、本発明は、製造手順およびオートメーションを単純化し、製造コストを下げることができる。
【００３９】
前述の実施形態は、本発明の技術概念および特徴を例示することで、当業者は、本明細書に開示される内容を把握することができ、従って本発明を実施することができる。しかしながら、実施形態は、本発明の範囲を制限することを意図されるものではないと解される。したがって、本発明の精神および原理から逸れることなく、開示された実施形態に為されるすべての等価の改良例および変形例は、添付の特許請求の範囲に属するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2016015870.tif 000009
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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