(57)【要約】      （修正有）【課題】ステータの全てのコイルにオイルを十分供給し、冷却効率を向上させる。【解決手段】三相交流発電機１０は、クランクシャフトと一体的に回転をするアウタロータと、該アウタロータに対向するステータ１６とを有する。ステータ１６はＵ、Ｖ、Ｗ相の各相が２組の直列コイルの並列接続により形成される。コイル３２は、配置箇所により、２以上の異なる線径の導線で形成され、導線の引き出し箇所である留め金具４０の近傍のコイル３２ｖ1，３２ｕ3を含む直列コイルの導線の線径を大径にする。温度上昇の低いステータ１６の下端のコイル３２ｗ2を含む直列コイルの導線の線径は小径にする。【選択図】図１
2009081934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと一体的に回転をするロータと、
前記ロータに対向するステータと、
を有する内燃機関の三相交流発電機において、
前記ステータを構成する複数のコイルは、配置箇所により、２以上の異なる線径の導線で形成され、
使用状態において、全ての前記コイルの導線が同径で形成される場合に、温度上昇の最も高くなる箇所のコイルの導線は、最も大径の導線であることを特徴とする三相交流発電機。
【請求項２】
請求項１記載の三相交流発電機において、
前記ステータのコイルはＵ、Ｖ、Ｗ相の各相が２組の直列コイルの並列接続により形成され、
前記直列コイルは、同径の導線で形成されていることを特徴とする三相交流発電機。
【請求項３】
クランクシャフトと一体的に回転をするロータと、
前記ロータに対向するステータと、
を有する内燃機関の三相交流発電機において、
前記ステータを構成する複数のコイルは、配置箇所により、２以上の異なる線径の導線で形成され、
導線の引き出し箇所に最も近いコイルの導線の線径が最も大径であることを特徴とする三相交流発電機。
【請求項４】
請求項３記載の三相交流発電機において、
前記ステータの下端のコイルを含む直列コイルの導線の線径は最も小径であることを特徴とする三相交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトと一体的に回転をするロータと、ロータに対向するステータとを有する内燃機関の三相交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等で内燃機関を有する車両には、内燃機関のクランクシャフトに連結された発電機が設けられており、クランクシャフトの回転に連動して発電を行い、車両補機への電力供給及びバッテリの充電を行う。このような発電機としては、一般的に三相交流発電機が用いられる。
【０００３】
自動二輪車等ではスペース的な制約があり、内燃機関本体のみならず発電機についても小型化及び軽量化が要求されている。発電機を小型化すると、放熱する表面積が小さくなって放熱量が減少し、高温化して発電効率が低下する傾向がある。
【０００４】
このため、特許文献１記載の冷却装置では、ロータの内周面と、隣接する２個のコイルとによって三方を囲まれた隙間を指向してオイルを噴出して冷却し、発電機の冷却の効率化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３７６９１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関に用いられる三相交流発電機では、スペース的な制約があることから、外的な要因によって箇所によって放熱効果が異なり、一様な冷却をしていたのでは温度上昇に偏りが生じ、冷却効果が不十分になる。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、温度上昇の偏りが少なく、効率的な冷却が可能となる三相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】
【０００８】
本発明に係る三相交流発電機は以下の特徴を有する。
【０００９】
第１の特徴：クランクシャフトと一体的に回転をするロータと、前記ロータに対向するステータとを有する内燃機関の三相交流発電機において、前記ステータを構成する複数のコイルは、配置箇所により、２以上の異なる線径の導線で形成され、使用状態において、全ての前記コイルの導線が同径で形成される場合に、温度上昇の最も高くなる箇所のコイルの導線は、最も大径の導線であることを特徴とする。
【００１０】
このように、温度上昇の最も高くなる箇所のコイルの導線の線径を、最も大径にすることにより、放熱する表面積が大きくなるとともに、導体抵抗が小さくなり、その部分の温度上昇が抑制される。したがって、温度上昇の偏りが少なくなり、効率的な冷却が可能となる。
【００１１】
第２の特徴：前記ステータのコイルはＵ、Ｖ、Ｗ相の各相が２組の直列コイルの並列接続により形成され、前記直列コイルは、同径の導線で形成されていることを特徴とする。これにより、直列コイルを１本の導線で連続的に巻回することができ、簡便構成となる。
【００１２】
第３の特徴：クランクシャフトと一体的に回転をするロータと、前記ロータに対向するステータとを有する内燃機関の三相交流発電機において、前記ステータを構成する複数のコイルは、配置箇所により、２以上の異なる線径の導線で形成され、導線の引き出し箇所に最も近いコイルの導線の線径が最も大径であることを特徴とする。導線の引き出し箇所は、放熱が阻害されて温度上昇の程度が高い。この箇所のコイルの導線の線径を最も大径にすることにより、放熱する表面積が大きくなるとともに、導体抵抗が小さくなり、その部分の温度上昇が抑制される。したがって、温度上昇の偏りが少なく、効率的な冷却が可能となる。
【００１３】
第４の特徴：前記ステータの下端のコイルを含む直列コイルの導線の線径は最も小径であることを特徴とする。ステータの下端のコイルは、下方からオイルが掻き揚げられて、該オイルが当たって冷却されることから、小径の導線を用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る三相交流発電機によれば、温度上昇の最も高くなる箇所のコイルの導線の線径を、最も大径にすることにより、放熱する表面積が大きくなるとともに、導体抵抗が小さくなり、その部分の温度上昇が抑制される。したがって、温度上昇の偏りが少なくなり、効率的な冷却が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る三相交流発電機について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図５を参照しながら説明する。本実施の形態に係る三相交流発電機１０は、例えば自動二輪車に搭載される小型軽量のものである。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る三相交流発電機１０は、内燃機関の本体ケース１２の側面に取り付けられており、全体を覆うカバー１４と、該カバー１４に取り付けられたステータ１６と、クランクシャフト１８の端部の軸心Ｃにボルト２０で固定されたアウタロータ２２とを有する。
【００１７】
カバー１４は、カップ形状であり、本体ケース１２から図２における左側のＸ１方向に突出している。カバー１４の内腔におけるＸ１方向端部には、略放射形状の複数のリブ１４ａ（図３参照）が設けられている。
【００１８】
クランクシャフト１８には、本体ケース１２の孔１２ａで回転自在に軸支されており、図示しないコンロッド及びピストンが連結されている。クランクシャフト１８の先端部１８ａは先細りのテーパ形状になっている。先端部１８ａにおける軸心部には、雌ねじが設けられた有底のねじ穴１８ｂが設けられている。クランクシャフトの一部は下部のオイルを掻き上げて、三相交流発電機１０等に当てて潤滑及び冷却をする。
【００１９】
三相交流発電機１０は、さらにクランクシャフト１８に対してベアリング２４により回転自在に軸支されている歯車体２６と、アウタロータ２２と歯車体２６との間に設けられたクラッチ２８とを有する。歯車体２６は、図示しないスタータモータに噛合している。
【００２０】
ステータ１６は６極構造であって、それぞれのティース３０に対してコイルが巻回されている。これらのコイルは、相及び配置により、例えばコイル３２ｕ1と表し、又は代表的にコイル３２とも記す。各コイル３２は導線（例えば、エナメル被覆の銅線）が巻回されることにより形成されている。
【００２１】
ステータ１６の中心部は、カバー１４の支持柱３４に一部が嵌合して位置決めされており、ボルト３６により固定されている。ステータ１６には、導線を引き出す３本のハーネス３８ａ、３８ｂ及び３８ｃが接続されており、留め金具４０によりまとめて固定されている。留め金具４０は、ステータ１６の中心のボスにおける図１の右側（Ｙ２方向）やや下方にビスにより固定されている。
【００２２】
アウタロータ２２は、中心のボス部４２と、ステータ１６の周囲に配置される筒体４４と、これらのボス部４２と筒体４４とを接続する端面板４６と、筒体４４の内周面に設けられた１８個のマグネット４８とを有する。アウタロータ２２及びクランクシャフト１８は、正面視（図１参照）で時計方向に回転する。筒体４４はフライホイールの作用を持つ。端面板４６には複数の肉抜き孔４６ａが設けられている。
【００２３】
ボス部４２及び筒体４４は、端面板４６からＸ１方向にそれぞれ突出しており、その突出長さはボス部４２よりも筒体４４の方がやや長い。ボス部４２と筒体４４との間の空間にはステータ１６が配置されている。マグネット４８とステータ１６との隙間は微小である。アウタロータ２２のマグネット４８とステータ１６のコイル３２は、環状に配置されて対向している。
【００２４】
ボス部４２は、図２における右側のＸ２方向に開口する孔４２ａを有する。該孔４２ａは、Ｘ２方向に向かって拡径するテーパ形状であり、クランクシャフト１８の先端部１８ａに隙間なく嵌合して、偏心なく位置決めされる。先端部１８ａとボス部４２との接続箇所にはスペーサ５０が挿入されている。孔４２ａは、ボルト２０の外径に応じてＸ１方向にも開口している。
【００２５】
ボルト２０は、ボス部４２の孔４２ａ及びスペーサ５０を通り、クランクシャフト１８のねじ穴１８ｂに螺設しており、アウタロータ２２をクランクシャフト１８に固定している。ボルト２０のヘッド２０ａは、筒体４４及びステータ１６の端面よりもややＸ１方向に突出しておりカバー１４の内面に近い。
【００２６】
カバー１４には、オイル通路６０及びオイル噴出口６４が設けられている。
【００２７】
オイル通路６０は、第１通路６０ａ、第２通路６０ｂ及び第３通路６０ｃからなる。第１通路６０ａは、カバー１４における下部で図２の横方向（Ｘ方向）に延在しており、Ｘ２方向の端部開口は、本体ケース１２に設けられたオイル供給路６８に連通している。オイル供給路６８は図示しないオイルポンプに接続されており、加圧されたオイルが供給される。
【００２８】
第２通路６０ｂは、カバー１４におけるＸ１方向の端面板において縦方向に延在しており、下部は第１通路６０ａの端部に連通している。第２通路６０ｂは、正面視で三相交流発電機１０の中央に設けられている。図１に示すように、カバー１４の側面において、第２通路６０ｂが設けられる下端部には、強度及び該第２通路６０ｂの断面積を確保するための肉盛部７４が設けられている。
【００２９】
図１に示すように、オイル噴出口６４は、第３通路６０ｃのＹ１方向端部近傍に設けられており、ステータ１６の上部の一部に対してオイルを噴出することができる。
【００３０】
オイルはオイル噴出口６４から噴出された後、リブ１４ａ（図３参照）によって案内されて中心に集まって下方へ流れ、フライホイール側に該オイルを導き、該フライホイールの回転力によってステータ１６に当てて冷却する。また、オイルの一部はステータ１６の下部に流れて冷却をすることができる。つまり、リブ１４ａは基本的にはカバー１４の補強部材であるが、オイルの案内部材としても作用する。また、オイル噴出口６４から噴出されたオイルの一部はフライホイールとしての筒体４４により回転力が与えられて、各コイル３２にも当たって冷却することができる。
【００３１】
オイル噴出口６４から噴出されたオイルは、外部に漏れることなくカバー１４によって底面部に集められ、図示しない回収手段を通ってオイルポンプに戻される。
【００３２】
図４に示すように、ステータ１６は並列三相Δ結線である。つまり、Ｕ相には、直列のコイル３２ｕ1、３２ｕ2、３２ｕ3の組と、直列のコイル３２ｕ4、３２ｕ5、３２ｕ6の組が並列に接続されている。Ｖ相には、直列のコイル３２ｖ1、３２ｖ2、３２ｖ3の組と、直列のコイル３２ｖ4、３２ｖ5、３２ｖ6の組が並列に接続されている。Ｗ相には、直列のコイル３２ｗ1、３２ｗ2、３２ｗ3の組と、直列のコイル３２ｗ4、３２ｗ5、３２ｗ6の組が並列に接続されている。直列の３個のコイル３２は、１本の連続な導線が巻回されて形成されており、直列コイル内の導線は同径である。これらの各コイル３２の配置は、図１に示すとおりである。つまり、直列コイル構成する３つのコイル３２は隣接配置され、並列の２組の直列コイルは、１８０°離れた位置に配置されている。
【００３３】
ステータ１６の各コイル３２は、発電に伴って電流が流れることにより発熱をして、そのままでは温度が相当に上昇してしまい、発電効率が低下する傾向がある。そこで、上記のとおり、オイルの噴出により冷却をし、さらに、クランクシャフトの一部により下方のオイルが掻き上げて飛散させ、冷却をしている。
【００３４】
ところで、ステータ１６の各コイル３２は、電気的には同じ作用を奏するのであるが、外的な要因によって箇所によって放熱効果が異なり、温度上昇に偏りが生じ、冷却効果が不十分になる傾向がある。
【００３５】
本願発明者は、各コイル３２を全て同径の導線で形成した場合に、各コイルの温度上昇を計測した。この結果を図５に示す。図５は中心点が１４０℃であり、外方に向かうに従って高温となるグラフである。図５における実線７０は、三相交流発電機を自動二輪車のエンジンに搭載した使用状態における温度分布を示し、比較として、三相交流発電機の単体における温度分布を破線７２で示す。
【００３６】
図５に示すように、実線７０では、３時方向の位置、具体的にはコイル３２ｖ1及びコイル３２ｕ3の部分の温度上昇が最も高かった。これは、これらの部分には留め金具４０及びハーネス３８ａ、３８ｂ、３８ｃが配設されており、放熱効果に劣るためであると考えられる。
【００３７】
また、図５における下側で、６時方向の位置、具体的にはコイル３２ｗ2の部分の温度は相当に低かった。これは、クランクシャフトの一部により下方のオイルが掻き上げられて飛散し、コイル３２ｗ2が最もよくオイルを受けて熱が奪われたためと考えられる。０時方向の位置のコイル３２Ｗ3も相当に温度が低いが、これは、オイル噴出口６４の近傍に配置されているためと考えられる。
【００３８】
本実施の形態に係る三相交流発電機１０におけるステータ１６では、図４に示すように、Ｕ相における直列のコイル３２ｕ1、３２ｕ2、３２ｕ3の組、及びＶ相における直列のコイル３２ｖ1、３２ｖ2、３２ｖ3の組の導線を他のコイル３２よりも大径の導線を用いる。図４における線の太さは、各コイル３２の導線の太さを模式的に表している。なお、Ｗ相における直列のコイル３２コイル３２ｗ1、３２ｗ2、３２ｗ3の組についても、Ｕ相及びＶ相とのバランスをとるために大径の導線を用いているが、設計条件により細径の導線を用いてもよい。
【００３９】
他のコイル３２ｕ4、３２ｕ5、３２ｕ6、３２ｖ4、３２ｖ5、３２ｖ6、３２ｗ4、３２ｗ5、３２ｗ6は細い同径の導線を用いている。
【００４０】
これにより、少なくとも、温度上昇の最も高いコイル３２ｖ1及びコイル３２ｕ3は、大径の導線が用いられることから、表面積が大きくなるとともに、導体抵抗が小さくなって発熱自体が小さく、これらの部分の温度上昇が抑えられ、温度上昇の偏りが少なくなる。これにより効率的な冷却が可能となる。また、図示を省略するが、Ｖ相における直列のコイル３２ｖ1、３２ｖ2、３２ｖ3については、他の部分よりも小径の導線を用いてもよい。コイル３２ｗ2は温度が相当に低く、小径の導線で足りるためである。同様に、オイル噴出口６４の近傍に配置される直列のコイル３２ｗ1，３２ｗ2、３２ｗ3についても小径の導線を用いてもよい。ただし、オイル噴出口６４は設計条件により配置が異なるので、これに対応した位置のコイル３２の導線を小径にするとよい。
【００４１】
上述したように、本実施の形態に係る三相交流発電機１０では、使用状態において全てのコイル３２の導線が同径で形成される場合と比較して、温度上昇の最も高くなる箇所のコイル３２ｖ1及び３２ｕ3の線径を大径にしている。これにより、各コイル３２の温度上昇の偏りが少なく、効率的な冷却が可能となる。
【００４２】
コイル３２について、直列の３つは全て同径の導線を用いると説明したが、設計条件によっては、コイル毎に導線径を換えてもよい。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る三相交流発電機１０は、効率的な冷却が可能であって小型化が可能であり、自動二輪車等に好適に適用可能である。
【００４４】
本発明に係る三相交流発電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態に係る三相交流発電機の正面図である。
【図２】本実施の形態に係る三相交流発電機の断面側面図である。
【図３】カバーの一部断面裏面図である。
【図４】ステータの結線図である。
【図５】自動二輪車に搭載された使用状態において、全ての前記コイルの導線が同径で形成される場合の三相交流発電機の温度分布図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…三相交流発電機                        １２…本体ケース
１４…カバー                                １４ａ…リブ
１６…ステータ                              １８…クランクシャフト
２２…アウタロータ                          ３０…ティース
３２…コイル                                ４８…マグネット
６０…オイル通路                            ６４…オイル噴出口
【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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