(57)【要約】【課題】  従来よりも鉄損を低減できる車両用交流発電機の提供を課題とする。【解決手段】  上記課題は、積層鋼板で作られ、ティースとスロットとを有する固定子鉄心、およびスロットに配置された固定子巻線を有する固定子を備えた車両用交流発電機において、板厚が０.０５〜０.３０mmの鋼板のティースに相当する部位およびスロットに相当する部位をエッチング加工により形成することにより、解決できる。特に鋼板は、結晶粒子を有する珪素鋼板であることが好ましい。【選択図】図３
2009038843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転動力を受けて回転する回転子と、
該回転子に空隙を介して対向配置された固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備え、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起される固定子と、を有し、
前記固定子鉄心は、鋼板を加工して得られた複数の鉄心板が、該鉄心板の板厚方向に積層されて形成されたものであり、
前記鉄心板の各部位のうち、少なくとも前記回転子に近接した部位の前記加工が施された断面の形状は、前記鉄心板を板厚方向に２等分する面に対してほぼ対称である、
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において、
前記鋼板の板厚は０.０５〜０.３０mmである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記鋼板は電磁鋼板であり、Ｃを０.００１〜０.０６０重量％、Ｍｎを０.１〜０.６重量％、Ｐを０.０３重量％以下、Ｓを０.０３重量％以下、Ｃｒを０.１ 重量％以下、Ａｌを０.８ 重量％以下、Ｓｉを０.５〜７.０重量％、Ｃｕを０.０１〜０.２０重量％、含有してなり、残部が不可避な不純物およびＦｅからなる、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記固定子鉄心の積層方向に隣接する前記鉄心板の間には、前記固定子鉄心の積層方向における厚さが前記鉄心板の板厚よりも薄い前記絶縁被膜が施されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用交流発電機において、
前記固定子鉄心の積層方向における前記絶縁皮膜の厚さは０.０１〜０.２μｍである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１に記載の車両用交流発電機において、
前記回転子は、前記固定子に近接した複数の爪形回転磁極を有する鉄心、および該鉄心に巻装された界磁巻線を備えたルンデル型回転子であり、
前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面には複数の溝が形成されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
請求項６に記載の車両用交流発電機において、
前記複数の溝は、前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面の表面がエッジング加工により剥ぎ取られて形成されたものである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
回転動力を受けて回転する回転子と、
該回転子に空隙を介して対向配置された固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備え、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起される固定子と、を有し、
前記固定子鉄心は、鋼板を加工して得られた複数の鉄心板が、該鉄心板の板厚方向に積層されて形成されたものであり、さらには、前記回転子に近接して周方向に配置された複数の固定磁極および該固定磁極の間を前記回転子の側とは反対側において接続する継鉄から構成されており、
前記鉄心板の各部位のうち、少なくとも前記磁極を形成する部位の前記加工が施された断面の形状は、前記鉄心板を板厚方向に２等分する面に対してほぼ対称である、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項８に記載の車両用交流発電機において、
前記継鉄は、前記鉄心板が、前記回転子の回転軸の延びる方向と同じ方向に積層されて形成された円筒形鉄心部であり、
前記固定磁極は、前記継鉄の前記回転子の側の周面に沿って周方向に配置され、かつ前記継鉄の前記回転子の側から前記回転子に向かって延びる歯形鉄心部であるとともに、前記継鉄の前記回転子の側の周面に沿って前記鉄心板が、前記回転子の回転軸の延びる方向と同じ方向に積層されて形成されており、
前記固定子巻線は、前記周方向に隣接する固定磁極の間に収納された巻線導体により構成されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両用交流発電機において、
前記回転子は、前記固定子に近接した複数の爪形回転磁極を有する鉄心、および該鉄心に巻装された界磁巻線を備えたルンデル型回転子である、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車両用交流発電機において、
前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面には複数の溝が形成されており、
前記複数の溝は、前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面の表面がエッジング加工により剥ぎ取られて形成されたものである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１２】
請求項８に記載の車両用交流発電機において、
前記固定子鉄心は、前記継鉄および前記固定磁極を備えた複数の鉄心ユニットが、前記回転子の回転軸の延びる方向と同じ方向に組み合わされて構成されたものであり、
前記鉄心ユニットのそれぞれにおける継鉄は、前記鉄心板が、前記回転子の径方向に積層されて形成された短環形鉄心部であり、
前記鉄心ユニットのそれぞれにおける固定磁極は、前記継鉄の前記回転子の側の周面に沿って周方向に配置され、かつ前記継鉄の前記回転子の側から前記回転子の側に延び、さらには、その延びた先端に、前記継鉄の前記回転子の側の周面に沿って周方向に配置されて前記回転子に最も近接した複数の爪部を有する爪形鉄心部であり、
前記鉄心ユニットのそれぞれにおける複数の爪部は、前記回転子との対向方向に前記鉄心板が積層されて形成されており、
前記固定子巻線は、前記鉄心ユニットのそれぞれにおいて、前記継鉄と前記複数の爪部との間に収納された巻線導体により構成されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の車両用交流発電機において、
前記回転子は、前記固定子に近接した複数の爪形回転磁極を有する鉄心、および該鉄心に巻装された界磁巻線を備えたルンデル型回転子である、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車両用交流発電機において、
前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面には複数の溝が形成されており、
前記複数の溝は、前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面の表面がエッジング加工により筋状に剥ぎ取られて形成されたものである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１５】
請求項１２に記載の車両用交流発電機において、
前記複数の爪部の前記回転子との対向面には、複数の方向に延びた複数の溝が形成されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１６】
請求項１５に記載の車両用交流発電機において、
前記複数の溝は、前記回転子との対向面の表面がエッジング加工により剥ぎ取られて形成されたものである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１７】
請求項１２に記載の車両用交流発電機において、
前記鉄心ユニットのそれぞれには隣り合う鉄心ユニットとの締結部が設けられている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１８】
請求項１５に記載の車両用交流発電機において、
前記溝の深さは前記鉄心板の板厚よりも浅い、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１９】
請求項８に記載の車両用交流発電機において、
前記固定子鉄心は、前記継鉄および前記固定磁極を備えた複数の鉄心ユニットが、前記回転子に沿って周方向に組み合わされて構成されたものであり、
前記鉄心ユニットのそれぞれにおける継鉄は、前記鉄心板が、前記回転子の径方向に積層されて形成された短円弧形鉄心部であり、
前記鉄心ユニットのそれぞれにおける固定磁極は、前記継鉄の前記回転子の側の円弧面に沿って周方向に配置され、かつ前記継鉄の前記回転子の側から前記回転子の側に延び、さらには、その延びた先端に、前記継鉄の前記回転子の側の周面に沿って周方向に配置されて前記回転子に最も近接した複数の爪部を有する爪形鉄心部であり、
前記鉄心ユニットのそれぞれにおける複数の爪部は、前記回転子との対向方向に前記鉄心板が積層されて形成されており、
前記固定子巻線は、前記鉄心ユニットのそれぞれにおいて、前記継鉄と前記複数の爪部との間に収納された巻線導体により構成されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２０】
請求項１９に記載の車両用交流発電機において、
前記回転子は、前記固定子に近接した複数の爪形回転磁極を有する鉄心、および該鉄心に巻装された界磁巻線を備えたルンデル型回転子である、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２１】
請求項２０に記載の車両用交流発電機において、
前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面には複数の溝が形成されており、
前記複数の溝は、前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面の表面がエッジング加工により筋状に剥ぎ取られて形成されたものである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２２】
請求項１９に記載の車両用交流発電機において、
前記複数の爪部の前記回転子との対向面には、複数の方向に延びた複数の溝が形成されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２３】
請求項２２に記載の車両用交流発電機において、
前記複数の溝は、前記回転子との対向面の表面がエッジング加工により剥ぎ取られて形成されたものである、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２４】
請求項２２に記載の車両用交流発電機において、
前記溝の深さは前記鉄心板の板厚よりも浅い、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２５】
回転動力を受けて回転する回転子と、
該回転子に空隙を介して対向配置された固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備え、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起される固定子と、を有し、
前記固定子鉄心は、鋼板から得られた複数の鉄心板を、該鉄心板の板厚方向に積層することにより形成されており、
前記鉄心板の厚さは０.０５〜０.３０mmであり、
前記鉄心板の板厚（mm）×前記鉄心板の枚数（枚）÷前記鉄心板の積層方向における前記固定子鉄心の高さ（mm）×１００で定義される積層鉄心密度（％）は９０.０〜９９.９％である、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２６】
回転動力を受けて回転する回転子と、
該回転子に空隙を介して対向配置された固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備え、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起される固定子と、を有し、
前記固定子鉄心は、鋼板を加工して得られた複数の鉄心板を、該鉄心板の板厚方向に積層することにより形成されており、
前記鉄心板の各部位のうち、少なくとも前記回転子に近接した部位における軸線であって、前記鉄心板の板厚方向に直行し、かつ前記鉄心板の前記加工が施された断面に向かって延びる中心軸線の方向は、前記鉄心板の前記加工が施された断面に至るまでほぼ同じ方向を向いている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２７】
回転動力を受けて回転する回転子と、
該回転子に空隙を介して対向配置された固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備え、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起される固定子と、を有し、
前記固定子鉄心は、鋼板から得られた複数の鉄心板を、該鉄心板の板厚方向に積層することにより形成されており、
前記固定子鉄心の各部位のうち、少なくとも前記回転子と対向する磁極部の、前記鉄心板の積層によって形成される積層断面には、エッチングによる加工が施されている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２８】
回転動力を受けて回転する回転子と、
該回転子に空隙を介して対向配置された固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備え、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起される固定子と、を有し、
前記固定子鉄心は、鋼板をエッチングすることにより得られた複数の鉄心板を、該鉄心板の板厚方向に積層して形成したものであると共に、前記エッチングによる加工部が、少なくと前記回転子と対向する磁極部の、前記鉄心板の積層によって形成される積層断面に設けられている、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２９】
固定子鉄心、および該固定子鉄心に装着された固定子巻線を備えた固定子に空隙を介して対向配置された回転子が、回転動力を受けて回転し、前記回転子からの磁束の作用により前記固定子巻線に電圧が誘起されことによって発電する車両用交流発電機の製造方法であって、
前記固定子鉄心を構成する複数の鉄心板を、鋼板を成形して得る成形工程と、
前記複数の鉄心板を、前記鉄心板の板厚方向に積層して前記固定子鉄心を製造する積層工程と、
前記固定子鉄心に前記固定子巻線を巻装する巻装工程と、
前記固定子と前記回転子とを組み合わせる組合工程と、を含み、
前記成形工程では、前記鉄心板の前記回転子に近接される部位を、少なくともエッチング加工により成形する、
ことを特徴とする車両用交流発電機の製造方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の車両用交流発電機の製造方法において、
板厚が０.０５〜０.３０mmの鋼板から前記複数の鉄心板を得る、
ことを特徴とする車両用交流発電機の製造方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載の車両用交流発電機の製造方法において、
前記回転子として、前記固定子に近接した複数の爪形回転磁極を有する鉄心、および該鉄心に巻装された界磁巻線を備えたルンデル型回転子を用意し、前記爪形回転磁極における前記固定子との対向面に複数の溝をエッチング加工により形成する加工工程を含む、
ことを特徴とする車両用交流発電機の製造方法。
【請求項３２】
請求項２９に記載の車両用交流発電機の製造方法において、
前記固定子鉄心の前記回転子に近接する部位の前記回転子と対向する面の表面に、複数溝をエッチング加工により形成する加工工程を含む、
ことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３３】
請求項３２に記載の車両用交流発電機の製造方法において、
前記加工工程を前記成形工程において同時に行う、
ことを特徴とする車両用交流発電機の製造方法。
【請求項３４】
請求項２９に記載の車両用交流発電機の製造方法において、
前記成形工程は、
前記鋼板にレジストを塗布する工程と、
前記固定子鉄心の形状を前記レジストに露光して現像してから、前記固定子鉄心の形状に基づいて前記レジストの一部を除去する工程と、
前記鋼板の前記レジストが除去された箇所をエッチング液により溶解して前記固定子鉄心の形状と同形状を有する前記鉄心板を製作する工程と、
前記鉄心板に残った前記レジストを除去する工程と、を含む、
ことを特徴とする車両用交流発電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用交流発電機およびその製造方法に関し、代表的には、車両用交流発電機の鉄損を低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄損の低減に関する背景技術としては、たとえば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１には、固定子鉄心とハウジングとの間に空隙を形成し、ハウジングに固定子鉄心を圧入する際の固定子鉄心に加わる応力を緩和し、鉄損を低減する、という技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２乃至１０には、磁性体をエッチングにより加工する、という技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０１４２８号公報
【特許文献２】特開２０００−１９７３２０号公報
【特許文献３】特開２００４−２８１７３７号公報
【特許文献４】特開２００５−３００２１１号公報
【特許文献５】特開２００２−０７８２９６号公報
【特許文献６】特開２００５−１６０２３１号公報
【特許文献７】特開平１１−１５５２６３号公報
【特許文献８】特開平０９−１１７０８３号公報
【特許文献９】特開平０５−２８４６９７号公報
【特許文献１０】特開平０９−２７５００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、車両用交流発電機には発電出力および発電効率の向上が要求されている。このような背景には、車載補機の動力源を電動化することによって、エンジンに対する負荷を軽減し、エンジンの排ガス中に含まれるＮＯｘを低減させる、あるいはエンジンの燃費を向上させるなどの狙いがある。
【０００６】
車両用交流発電機の発電出力および発電効率を向上させるための一手段としては、たとえば背景技術のように、固定子鉄心に加わる応力を低減し、固定子鉄心の鉄損を低減することが考えられる。ところが、最近になって、排ガスに対する規制が地球環境への配慮からますます厳しくなっている。また、最近になって、燃費向上に対する要求が燃料費の高騰から一段と高くなっている。このため、最近では、背景技術よりも固定子鉄心の鉄損をさらに低減して発電出力および発電効率をさらに向上できる車両用交流発電機の出現が強く望まれている。
【０００７】
ところで、鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との和で表わすことができる。ヒステリシス損は、交番磁界により磁心の磁区が向きを変えるときに生じる損失であり、ヒステリシス曲線の内部の面積に依存する。また、渦電流損は、磁束の変化によって鉄心の表面に生じる渦電流による。
【０００８】
車両用交流発電機の固定子鉄心においては、薄い鋼板を打ち抜くことにより得られた複数の電磁鋼板を積層して磁気回路を形成することにより、渦電流損を低減している。ところが、最近の研究において、薄い鋼板を打ち抜くことにより得られた電磁鋼板では、切断部分の結晶構造が変形して磁気特性が劣化し、前述のヒステリシス曲線の内部の面積が大きくなるという事実が判明した。この結果、薄い鋼板を打ち抜くことにより得られた電磁鋼板を車両用交流発電機の固定子鉄心に用いたのでは、鉄損が改善されず、発電出力および発電効率も改善されない、という結論に達した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の代表的なものは、従来よりも鉄損を低減できる車両用交流発電機およびその製造方法を提供する。
【００１０】
ここに、本発明の代表的なものは、鋼板を加工して得られ、板厚方向に複数積層して固定子鉄心を構成する鉄心板の各部位のうち、少なくとも、固定子鉄心と対向する回転子に近接した部位、すなわち固定子鉄心の回転子と対向する磁極部分を形成する部位を、エッチングにより加工することを特徴とする。
【００１１】
この結果、固定子鉄心の回転子と対向する磁極部には、鉄心板の積層によって形成されるとともに、エッチングによる加工が施された積層断面が形成される。エッチングによる加工が施された鉄心板の断面の形状は、鉄心板を板厚方向に２等分する面に対してほぼ対称になる。また、エッチングによる加工が施された鉄心板の部位における軸線、すなわち鉄心板の板厚方向に直行し、かつ鉄心板のエッチングによる加工が施された断面に向かって延びる中心軸線の方向は、鉄心板のエッチングによる加工が施された断面に至るまでほぼ同じ方向を向く。
【００１２】
本発明の代表的なものによれば、固定子鉄心を構成する鉄心板にエッチングによる加工を施したので、鉄心板の回転子に近接し、固定子鉄心の磁極部を形成する部位、すなわち回転子との間で磁束の授受に大きく寄与する部位の加工部分における結晶構造の変形を抑制して、鉄心板の当該部位における磁気特性の劣化を抑制できる。これにより、本発明の代表的なものによれば、ヒステリシス曲線の内部の面積が大きくなるという現象を抑制できる。
【００１３】
なお、ここでは、本発明の代表的な特徴および効果について説明したが、本発明のそれ以外の特徴および効果については、以下の発明を実施するための最良の形態において説明する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の代表的なものによれば、ヒステリシス曲線の内部の面積が大きくなるという現象を抑制できるので、車両用交流発電機の鉄損を従来よりも低減できる。
【００１５】
車両用交流発電機の鉄損の低減は、車両用交流発電機の発電出力および発電効率の向上に大きく寄与し、車載補機の動力源の電動化に大きく貢献できる。延いては、エンジンの排ガス中に含まれるＮＯｘの低減（地球環境に及ぼす影響の低減）、および燃費の向上に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本実施例では、自動車に搭載されて、内燃機関であるエンジンにより駆動され、車載電源であるバッテリの充電、電気負荷である車載補機の電源に用いられる車両用交流発電機に本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
以下に説明する構成は、自動車以外の発電機に適用しても構わない。特に発電出力および発電効率の向上が必要な発電機に対して好適である。
【００１９】
また、以下に説明する構成は、エンジンの始動（電動機）とバッテリの充電および車載補機の電源（発電機）とを兼ね備えた回転電機、あるいはエンジンの始動および加速時の駆動アシスト（電動機）とバッテリの充電および車載補機の電源（発電機）とを兼ね備えた回転電機、もしくはエンジンにより駆動される車輪（主輪）とは異なる車輪（従輪）を駆動する電動機（車両の制動時、回生を行う発電機を兼ねる場合もある）に適用しても構わない。これらの場合、後述する整流回路は、スイッチング素子により構成され、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路に置き換わる。
【００２０】
なお、以下に説明する実施例では、方向を示す用語を、回転軸を用いて次の通り定義して用いることにする。ここで、軸方向とは、回転軸が延びる方向を示す。また、径方向とは、回転軸に対して直交する軸が延びる方向を示す。さらに、周方向とは、回転軸が回転する方向を示す。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１実施例を図１乃至図６に基づいて説明する。
【００２２】
まず、図１乃至図３を用いて、本実施例の車両用交流発電機の構成を説明する。
【００２３】
本実施例の車両用交流発電機１は、図１に示すように、図中左側に配置されたフロントブラケット２、および図中右側に配置されたリアブラケット３からハウジングが構成されている。それらのブラケットは、収容空間を有する有底の筒体、すなわち椀形状に成形された部材である。
【００２４】
フロントブラケット２およびリアブラケット３の壁には、外壁側（外部）と内壁側（収容空間）とを連通する複数の孔が開口している。複数の孔は、後述する冷却ファンの回転によって給排される空気をハウジングの内外に流通させるための通気孔である。孔の形状は様々である。
【００２５】
フロントブラケット２およびリアブラケット３の外壁には、その壁面から径方向外側に向かって突出する固定部５が一体に設けられている。固定部５には、軸方向に貫通する固定孔４が形成されている。ボルト（図示省略）が固定孔４に挿通され、ボルトが動力源の筐体、たとえばエンジンの筐体の側部のネジ孔に螺合されることにより、固定部５は動力源の筐体に固定される。これにより、車両用交流発電機１は動力源の筐体に取り付けられた状態で動力源と機械的に連結される。
【００２６】
リアブラケット３のフロントブラケット２側とは反対側の軸方向端部には、ブラケットよりも薄肉のリアカバー６が取り付けられている。リアカバー６は、リアブラケット３のフロントブラケット２側とは反対側の軸方向端面を軸方向から覆う部材であり、ブラケットのそれぞれと同様に、収容空間を有する有底の筒体、すなわち椀形状に成形された部材である。
【００２７】
リアカバー６の軸方向に面する壁には、外壁側（外部）と内壁側（収容空間）とを連通する複数の孔が開口している。複数の孔は、後述する冷却ファンの回転によってハウジングの内外に給排される空気をリアカバー６の内外に流通させるための通気孔である。孔の形状は様々である。
【００２８】
リアカバー６の軸方向に面する壁の外周部の一部にはターミナル７が取り付けられている。ターミナル７は、後述する整流器に電気的に接続され、整流された直流電圧を外部に取り出すためのものであり、リアカバー６を軸方向の収納空間から外部に向って軸方向に突出している。ターミナル７の先端部は、図示省略したハーネス（電気ケーブル）を介して車載バッテリに電気的に接続される。
【００２９】
フロントブラケット２の軸方向に面する壁の略中央部にはボールベアリング８ａの外輪が取り付けられている。リアブラケット３の軸方向に面する壁の略中央部にはボールベアリング８ｂの外輪が取り付けられている。ボールベアリング８ａの外径はボールベアリング８ｂの外径よりも大きい。ボールベアリング８ａ，８ｂの内輪にはシャフト９が挿通されている。これにより、シャフト９はフロントブラケット２およびリアブラケット３に対して回転自在に支承される。
【００３０】
シャフト９のフロントブラケット２側の先端部にはプーリ１０がボルトにより固定されている。これにより、シャフト９はプーリ１０と一体に回転する。プーリ１０は回転伝達部材であり、動力源、たとえばエンジンのクランク軸に取り付けられたプーリに、無端伝達帯であるベルトを介して連結されている。これにより、動力源の回転動力がベルトを介してプーリ１０に伝達される。
【００３１】
シャフト９は、動力源の回転数にプーリ１０とクランク軸のプーリとのプーリ比を掛算した回転数、すなわちプーリ１０とクランク軸のプーリとのプーリ比に応じて動力源の回転数に比例増加した回転数により回転する。ここで、本実施例の車両用交流発電機１は最高回転速度が１００００乃至１０００００回／分、好ましくは、１０００乃至２００００回／分である。
【００３２】
シャフト９のリアブラケット３側端部であり、ボールベアリング８ｂよりもフロントブラケット２側とは反対側に延伸した部位の外周表面上には２つのスリップリング１１が軸方向に並設されている。スリップリング１１は環状円形の導電性部材であり、シャフト９と一体に回転する。
【００３３】
２つのスリップリング１１のそれぞれの外周表面上にはカーボン製のブラシ１２が配置されている。ブラシ１２は直方体形の導電性部材であり、スリップリング１１側とは反対側からスリップリング１１に押し付けられ、スリップリング１１に摺動接触している。これにより、回転するスリップリング１１に対して、固定されたブラシ１２が電気的に接続され、両者間において電力が授受される。
【００３４】
シャフト９の軸方向の略中央部には磁極鉄心（回転子鉄心あるいは界磁鉄心）１３Ｉが嵌合されている。磁極鉄心１３Ｉはフロント側およびリヤ側のロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの対から構成されている。ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒは、磁性部材を加工および成形することにより得られたものであり、互いに軸方向に対向した状態でそれぞれ個別にシャフト９にセレーション結合されている。ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの対向側とは反対側（軸方向外側）端部は、シャフト９の軸方向の対応する部位に形成された環状溝内に塑性流動されている。これにより、ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒは軸方向に当接した状態で軸方向の移動が規制される。
【００３５】
ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒは、それぞれ、軸部１３ａおよび複数の爪形磁極部１３ｂから構成されている。軸部１３ａは、複数の爪形磁極部１３ｂよりも径方向内側に位置してシャフト９の外周表面上に嵌合された部位であり、形状が短円筒（直径よりも高さが短い円筒）状の鉄心部である。複数の爪形磁極部１３ｂは、軸部１３ａよりも径方向外側に位置して軸部１３ａと一体に形成された部位であり、周方向の断面形状がＬ字状の鉄心部である。また、複数の爪形磁極部１３ｂは、軸部１３ａの外周側において周方向に等間隔に配置され、ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの対向側とは反対側端部（軸方向外側端部）における軸部１３ａの外周表面上から垂直にかつ放射状に延びるとともに、その途中からロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの対向側に向かってほぼ直角に折れ曲がり、軸方向に延びている。複数の爪形磁極部１３ｂの折れ曲がって軸方向に延びる部位は、ちょうど鉤の手の指先にある爪部に相当し、根元から先端に延びるにしたがって径方向の厚さおよび周方向の幅が徐々に狭くなる先細り形状になっている。
【００３６】
なお、本実施例では、これ以降、複数の爪形磁極部１３ｂの折れ曲がって軸方向に延びる部位のことを爪部と記述する。爪部は、回転磁極の各部位のうち、後述する固定子１７に対して最も近接する部位であり、固定子１７との間で磁束を受け渡しする磁気的な端末部である。
【００３７】
ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒは、それらの対向方向における軸部１３ａの端面同士が軸方向に向かい合って当接し、かつ互いの爪部が間隔を空けて周方向に交互に配置されるように、互いの爪形磁極部１３ｂが噛み合わされることにより、ルンデル型の回転子１３を形成している。ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒのそれぞれに６個の爪形磁極部１３ｂが形成されているので、回転子１３の極数は１２極になる。
【００３８】
爪部の外周側（後述する固定子１７との対向側）は、径方向から見た平面形状が三角形状あるいは台形状の曲面（シャフト９の軸中心を中心とした円弧面）になっている。爪部の外周表面上には複数の凹部および複数の凸部が形成されている。凹部および凸部は軸方向に交互に配置され、それぞれ、周方向に連続して延びている。これにより、爪部の外周表面上には複数の筋状の溝が形成される。
【００３９】
溝（凹凸部）は、爪部の外周表面に流れる渦電流を減少させ、鉄損の一つである渦電流損を減少させるために形成されている。溝（凹凸部）は、機械的な加工、たとえば切削の他、エッチング加工を爪部の外周表面上に施し、爪部の外周表面を剥ぎ取るようにして形成してもよい。
【００４０】
なお、機械加工では、一方向に直線状に延びる溝を形成できる。一方、エッチング加工では、どのような形状の溝でも形成できる。微細な溝も形成できる。たとえば０.５mmの溝を１mmのピッチで加工する場合、エッチング加工を用いれば、機械加工よりも溝の深さを浅くできるので、量産性を向上させることができる。鉄損の一つである渦電流損を減少させて効率を向上させるために爪部の外周表面に形成される溝をエッチング加工により形成した場合、溝幅を０.１mm以下にできるので、磁気回路の等価的なギャップ長の低下が無く、渦電流を効率よく低減できる。
【００４１】
爪部の外周表面の回転方向側とは反対側（回転方向の後側）の縁（回転方向に延びながら軸方向に延びるスキュー部分）には面取り部（ベベル加工）１３ｃが施されている。爪部の回転方向側とは反対側の縁では、固定子の最内周側と回転子の最外周側との間の空隙における磁束密度が大きく、回転中のスロットリプルによる磁束密度の変動も大きい。磁束密度の変動が大きくなると、鉄損の一つである渦電流損失が磁束密度の変動の二乗に比例して大きくなり、効率が低下する。これを解決するためには、爪部の回転方向側とは反対側の縁近傍の磁束密度の均一化を図り、磁束密度の変動を小さくする必要がある。そこで、本実施例では、爪部の回転方向側とは反対側の縁近傍における、固定子の最内周側と回転子の最外周側との間の空隙を大きくなり、爪部の回転方向側とは反対側の縁近傍の磁束密度が均一化されるように、爪部の回転方向側とは反対側の縁に面取り部１３ｃを設けている。
【００４２】
面取り部１３ｃの周方向の幅は爪部の根元から先端にわたって一定である。径方向に垂直な平面に対する面取り部１３ｃの角度は、爪部のスキュー部分の回転軸に対する角度と等しい。このように、面取り部１３ｃの角度と爪部のスキュー部分の角度とを等しくすることにより、騒音を低減できる。本実施例では、爪部の回転方向側とは反対側（回転方向の後側）の縁（スキュー部分）のみに面取り部１３ｃを設けたが、爪部の回転方向側（回転方向の前側）の縁（スキュー部分）に設けてもよい。この場合、面取り部の周方向の幅は面取り部１３ｃの周方向の幅よりも小さくなる。
【００４３】
軸方向に突き合わされた軸部１３ａの外周面上（軸部１３ａの最外周面と爪部の最内周面との間の空隙）には、絶縁製のボビンを介して界磁巻線１５が周方向に複数巻かれている。界磁巻線１５の両端は、それぞれ、ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの一方（スリップリング１１側に配置される方）の爪形磁極部１３ｂ間を介して外部に導出され、スリップリング１１に電気的に接続されたリード配線と電気的に接続されている。これにより、ブラシ１２の一方に供給された界磁電流はスリップリング１１の一方およびリード配線の一方を介して界磁巻線１５に流れ、界磁巻線１５を励磁する。この後、界磁電流は界磁巻線１５からリード配線の他方およびスリップリング１１の他方を介してブラシ１２の他方に流れる。界磁電流によって界磁巻線１５が励磁されると、ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒの一方の爪形磁極部１３ｂはＮ極に、その他方の爪形磁極部１３ｂはＳ極にそれぞれ磁化され、回転磁極が形成される。
【００４４】
ロータ部材１３Ｆのロータ部材１３Ｒとの対向側とは反対側の側端面にはファン１４ａが取り付けられている。ロータ部材１３Ｒのロータ部材１３Ｆとの対向側とは反対側の側端面にはファン１４ｂが取り付けられている。ファン１４ａ，１４ｂは、複数の羽根の内周側に流通した空気を遠心力で羽根の外周側に流通させる遠心ファンであり、ロータ部材１３Ｆ，１３Ｒと一体的に回転する。これにより、フロントブラケット２に形成された複数の通風孔のうち、羽根の外径よりも内側の位置にある複数の通風孔を介して機内に空気が流入し、羽根の外径よりも外側の位置にある複数の通風孔を介して機外に空気が流出する。また、リアカバー６に設けられた複数の通風孔、およびリアブラケット３に形成された複数の通風孔のうち、羽根の外径よりも内側の位置にある複数の通風孔を介して機内に空気が流入し、リアブラケット３に形成された複数の通風孔のうち、羽根の外径よりも外側の位置にある複数の通風孔を介して機外に空気が流出する。冷却媒体として機内に取り込まれた外気は、後述する固定子１７、後述する整流回路１６、および図示省略された電圧調整器（ＩＣレギュレータ）などを冷却する。
【００４５】
ファン１４ａは、ロータ部材１３Ｆに溶接される環状円板（基板）と、環状円板の外周側に一体に形成された複数の突起板（羽根）とを備えた金属製のファンである。複数の突起板はファン１４ａの環状円板の外周側から径方向に延び、周方向に放射状に配置されている。複数の突起板の先端部分の面（環状円板側とは反対側）はプレス加工で略円弧状に成形され、径方向に垂直な面に対して一方向に傾斜するように、かつロータ部材１３Ｆに取り付けられた際、ロータ部材１３Ｆ側とは反対側に配置されるように、環状円板に対して略直角に折り曲げられている。
【００４６】
ファン１４ｂは、ロータ部材１３Ｒに溶接される環状取付金具と、環状取付金具の溶接部が露出してその他の部分が埋め込まれるように、インサートモールド工法により成形された樹脂成形体とを備えた樹脂製のファンである。樹脂成形体は、溶接部が露出するように環状取付金具を埋め込んだ環状円板（基板）と、環状円板の片面（ロータ部材１３Ｒへの取付面とは反対側の面）の外周側に一体に形成された複数の羽根とを備えている。複数の羽根は環状円板に対して垂直に設けられた板状部材であり、環状円板の外周側から内周側に向って径方向に延び、内周側に近づくにしたがって一方向に徐々に湾曲しているとともに、周方向に放射状に配置されている。
【００４７】
回転可能に軸支された磁極鉄心１３Ｉ（回転子１３）の外周側には固定子１７が対向配置されている。磁極鉄心１３Ｉ（回転子１３）の外周側と固定子１７の内周側との間にはわずかな空隙が設けられている。固定子１７は、固定子１７側の磁路を構成する固定子鉄心１８、および固定子鉄心１８に流れる磁束によって電圧が誘起される固定子巻線１９を備え、フロントブラケット２およびリアブラケット３の対向側軸方向端部の間に軸方向両側から挟持されて固定されている。
【００４８】
固定子鉄心１８は、図３（ｂ）に示すように、環状円筒鉄心部であるコアバック１８１と、歯形状鉄心部であり、コアバック１８１の内周側に設けられた複数のティース１８２とを備えている。
【００４９】
コアバック１８１は、固定子１７の最外周の位置に設けられ、複数のティース１８２の間を繋いで複数のティース１８２の間を磁気的に接続する部位であり、継鉄とも呼ばれる場合もある。コアバック１８１の軸方向両端部の外周には段差が形成されている。段差は環状に形成され、フロントブラケット２およびリアブラケット３の対向側軸方向端部に設けられた環状の段差に係合されている。これにより、コアバック１８１は、その外周表面が外部に露出するように、フロントブラケット２およびリアブラケット３によって軸方方向両側から狭持される。この結果、フロントブラケット２およびリアブラケット３によって固定子１７が固定される。
【００５０】
複数のティース１８２はコアバック１８１と一体に形成されており、コアバック１８１の内周側から径方向内側（回転子１３側）に向って放射状に突出するように、周方向に等間隔に配置されている。複数のティース１８２の先端（内周端）には周方向両方向に末広がり状に延出する延出部が設けられている。複数のティース１８２は、磁極鉄心１３Ｉに最も近接した固定磁極を構成しており、磁極鉄心１３Ｉとの間で磁束を受け渡しする磁気的な端末部である。
【００５１】
周方向に隣接するティース１８２の間には、固定子巻線１９を収容するためのスロット１８３が形成されている。固定子巻線１９は、固定子鉄心１８の軸方向両端部からスロット１８３の外部に導出されて折り返し、再びスロット１８３の内部に導入される部分、すなわち固定子鉄心１８の軸方向両端の側面の対向領域にコイルエンド部が形成されるように、スロット１８３に収納されている。
【００５２】
なお、後述するが、固定子鉄心１８は、図３（ａ）に示すように、コアバック１８１に対応する部位およびティース１８２に対応する部位を備えた形状の薄肉の鋼板が軸方向に複数積層されて構成されている。
【００５３】
固定子巻線１９は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の相巻線がスター（Ｙ）結線あるいはデルタ（△）結線されて構成されている。三相の相巻線は、それぞれ、リアカバー６内に取り付けられた整流回路１６に電気的に接続されている。整流回路１６はターミナル７を介して、バッテリを含む車載電気負荷に電気的に接続されている。整流回路１６は、２つのダイオードが直列に接続された１相分の直列回路が３相分、並列に接続されて構成されたブリッジ回路である。固定子巻線１９に誘起された三相交流電圧は整流回路１６により全波整流されて直流電圧に変換される。変換された直流電圧はターミナル７を介して、バッテリを含む車載電気負荷に供給される。
【００５４】
なお、本実施例では、整流回路１６をダイオードブリッジ回路により構成した場合を例に挙げて説明したが、ダイオードをＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ）などのスイッチング半導体に置き換えたブリッジ回路により整流回路１６を構成しても構わない。
【００５５】
固定子鉄心１８に対する固定子巻線１９の巻装方法はさまざまである。本実施例では分布波巻きを採用している。分布波巻きは、所定ピッチ（回転磁極ピッチ）に応じて周方向に離間する複数のスロット１８３に巻装された相巻線が波状に複数のスロット１８３の間を渡るように巻装する方法である。具体的には、第１番目のスロット１８３からいくつかのスロット１８３を跨いで第２番目のスロット１８３に至る場合には固定子鉄心１８の軸方向一方側端部に巻線の渡り部が配置され、第２番目のスロット１８３からいくつかのスロット１８３を跨いで第３番目のスロット１８３に至る場合には固定子鉄心１８の軸方向他方側端部に巻線の渡り部が配置される、という状態を周方向に交互に繰り返して巻装する方法である。
【００５６】
また、所定ピッチ（回転磁極ピッチ）に応じて周方向に離間する複数のスロット１８３に対して分布波巻きの相巻線を構成する方法としては二つある。その一つは、離間する複数のスロット１８３に対して、連続した巻線導体をスロットの順番にしたがってスロット１８３の内周側（スロット開口部）から挿入して相巻線を構成する方法である。もう一つは、Ｕ字形状あるいはＶ字形状に成形された複数のセグメント導体を、それぞれ、異なった、離間する二つのスロット１８３に対して軸方向から挿入し、セグメント導体の周方向の配列順にしたがって周方向に隣接配置されたセグメント導体の隣接側端末の間を溶接して相巻線を構成する方法である。本実施例では、後者を採用した場合を例に挙げて説明するが、前者を採用しても構わない。
【００５７】
なお、固定子巻線１９の巻装方法としては、分布波巻きの他に、所定ピッチ（回転磁極ピッチ）に応じて周方向に離間する二つのスロットの間に巻線導体を複数巻回し、同相のもの同士を電気的に接続して相巻線を構成する分布重ね巻き、あるいはティースを挟んで周方向に隣接する二つのスロットの間に巻線導体を複数巻回し、同相のもの同士を電気的に接続して相巻線を構成する集中巻きなどがある。これらを分布波巻きに替えて採用しても構わない。
【００５８】
固定子巻線１９を構成する巻線導体には、中心軸に垂直な断面が円形の丸線、中心軸に垂直な断面が矩形の平角線、中心軸に垂直な断面が六角形などの多角形の角線、丸線を相対方向から潰して平角状に成形した成形線などがある。本実施例では巻線導体として平角線を用いた場合を例に挙げて説明するが、丸線，多角形の角線、および成形線など、他の巻線導体を用いても構わない。巻線導体として角線を採用すれば、スロット１８３内において巻線導体を整列させて巻けるので、スロット１８３内における固定子巻線１９の占積率が向上し、高効率化を達成できる。これと同様の効果は、スロット１８３内において丸線を潰すようにしても得られる。
【００５９】
固定子巻線１９を構成する巻線導体の表面にはエナメル絶縁被覆が施されている。複数のスロット１８３のそれぞれには、固定子鉄心１８と固定子巻線１９との間を絶縁するための絶縁紙が装着されている。
【００６０】
次に、本実施例の車両用交流発電機１の動作について説明する。
【００６１】
エンジンが始動され、エンジンのクランクシャフトからベルトおよびプーリ１０を介してシャフト９にエンジンの回転動力が伝達されると、回転子１３が回転する。この状態でブラシ１２からスリップリング１１およびリード配線を介して界磁巻線１５に直流電流が供給されると、界磁巻線１５の周方向断面の中心を軸として界磁巻線１５の内外周を周回する磁束が生じる。これにより、ロータ部材１３Ｌ，１３Ｒの一方がＮ極に、他方がＳ極に磁化され、Ｎ極側の爪磁極部１３ｂから、回転子１３と固定子１７との間に空隙、Ｎ極側の爪磁極部１３ｂの爪部に対向するティース１８２、コアバック１８１、Ｓ極側の爪磁極部１３ｂの爪部に対向するティース１８２、および回転子１３と固定子１７との間に空隙を経由し、Ｓ極側の爪磁極部１３ｂに至る磁気回路が形成される。このように磁気回路が形成されると、界磁巻線１５の励磁により生じた磁束は、スロット１８３に収納された巻線導体に鎖交する。これにより、スロット１８３に収納された巻線導体には交流電流が流れ交流電圧が誘起される。この結果、固定子巻線１９からは三相の交流電圧が出力される。
【００６２】
固定子巻線１９から出力された三相の交流電圧は、整流回路１６によって全波整流され直流電圧に変換される。変換された直流電圧はターミナル７を介して、バッテリを含む車載電気負荷に供給される。
【００６３】
なお、固定子巻線１９に誘起される交流電圧の大きさは、界磁巻線１５に供給される界磁電流および回転子１３の回転数に連動して変化する。バッテリを含む車載電気負荷に供給される電圧を一定にするためには、回転子１３の回転数に応じて界磁巻線１５に供給される界磁電流を制御する。界磁巻線１５に供給される界磁電流の制御は、図示省略した電圧調整器（ＩＣレギュレータ）によって行われる。電圧調整器（ＩＣレギュレータ）は整流回路１６に内蔵されて、あるいは整流回路１６とは別体に設けられてリアカバー６の内側に配置されている。
【００６４】
次に、図３（ａ）に示す鋼板の構成およびその製造方法について説明する。
【００６５】
車両用交流発電機に用いられる鋼板の板厚は通常、０.３０〜０.６mmである。これに対して本実施例の鋼板の板厚は、一般的な車両用交流発電機に用いられる鋼板の板厚よりも薄く、０.０５〜０.３０mm、好ましくは０.１〜０.２mmである。本実施例では、珪素鋼板にエッチング加工を施し、図３（ａ）に示す形状の鋼板、すなわちコアバック１８１およびティース１８２と同じ形状を有する鋼板を成形している。エッチング加工は鋼板全体に施すことが好ましいが、発電機の特性に影響を及ぼす特定部位、少なくとも回転子１３に最も近接したティース１８２の内周端面（積層断面であり、回転子１３との対向面）を形成する部位に施してもよい。
【００６６】
なお、本実施例では、エッジングとしてフォトエッチングを採用しているが、この他のエッジングを採用しても構わない。
【００６７】
従来、鋼板の成形には一般的にパンチング加工が採用されている。しかし、パンチング加工では、鋼板の縁部（加工断面）が塑性変形し、バリ，ダレ，つぶれなどの歪みが生じてしまう。一方、エッチング加工では、塑性変形がほとんど無く、バリ，ダレ，つぶれなどの歪みが生じない。エッジング加工により成形された複数の鋼板は鉄心板として、板厚方向に積層される。これにより、少なくともティース１８２の内周端面にエッチング加工部が施された固定子鉄心１８を得ることができる。
【００６８】
鋼板の各部位のうち、少なくとも回転子１３に最も近接したティース１８２の内周端面を形成する部位のエッジング加工が施された断面形状は、鉄心板を板厚方向に２等分する面に対してほぼ対称である。換言すれば、鋼板の当該部位における軸線、すなわち鉄心板の板厚方向に直行し、かつ鉄心板のエッチングによる加工が施された断面に向かって延びる中心軸線の方向は、鉄心板のエッチングによる加工が施された断面に至るまでほぼ同じ方向を向いている。この点、鋼板をパンチング加工により成形する従来では、塑性変形によって生じるバリ，ダレ，つぶれなどの歪みにより、上記中心軸がずれたり、上記加工断面の形状が非対称になる。
【００６９】
エッジング加工により成形された鋼板を用いた本実施例の固定子鉄心１８では、鋼材板厚（mm）×枚数（枚）÷鉄心高さ（mm）×１００を積層鉄心密度（％）と定義すると、積層鉄心密度は、９０.０〜９９.９％であり、好ましくは９３.０〜９９.９％である。詳細には、鋼板の枚数が８０〜４００（枚）であり、固定子鉄心１８の高さが２０〜１００mmである。
【００７０】
なお、積層鉄心密度を向上させる手段としては、機械的に積層された固定子鉄心を圧縮することが考えられる。しかし、そのような手段では、鉄損が増加してしまい好ましくない。本実施例では、そのような手段を講じることなく、積層鉄心密度を向上させるものである。
【００７１】
鋼板は以下の組成を有する。すなわち
Ｃ  ：０.００１〜０.０６０重量％
Ｍｎ：０.１〜０.６重量％
Ｐ  ：０.０３重量％以下
Ｓ  ：０.０３重量％以下
Ｃｒ：０.１重量％以下
Ａｌ：０.８重量％以下
Ｓｉ：０.５〜７.０重量％
Ｃｕ：０.０１〜０.２０重量％
を含有し、残部が不可避な不純物およびＦｅからなる。不可避な不純物は酸素や窒素のガス成分などである。
【００７２】
鋼板は、好ましくは、結晶粒子を有する珪素鋼板（電磁鋼板）であり、以下の組成を有する。すなわち
Ｃ  ：０.００２〜０.０２０重量％
Ｍｎ：０.１〜０.３重量％
Ｐ  ：０.０２重量％以下
Ｓ  ：０.０２重量％以下
Ｃｒ：０.０５重量％以下
Ａｌ：０.５重量％以下
Ｓｉ：０.８〜６.５重量％
Ｃｕ：０.０１〜０.１重量％
を含有し、残部が不純物およびＦｅからなる。
【００７３】
珪素鋼板の組成を決定する場合、特に鉄損の低減という観点から決定する場合、ＳｉとＡｌとの含有量が重要である。このような観点からＡｌ／Ｓｉを規定した場合、その比は０.０１〜０.６０に規定されることが好ましい。より好ましくは０.０１〜０.２０に規定される。
【００７４】
なお、車両用交流発電機はその種類によって、珪素鋼板の珪素濃度が０.８〜２.０重量％である車両用交流発電機と、４.５〜６.５重量％である車両用交流発電機に使い分けることができる。
【００７５】
また、珪素鋼板の磁束密度は、珪素の含有量を下げることによって向上する。本実施例では１.８〜２.２Ｔにできる。
【００７６】
さらに、珪素の含有量が少ない場合、圧延加工性が向上する。これにより、鋼板の板厚を薄くできるので、鉄損が減少する。一方、珪素の含有量が多い場合、圧延加工性が低下するものの、珪素を圧延加工の後に含有させるなどの工夫を施すことにより解決され、鉄損が減少する。
【００７７】
さらにまた、珪素鋼板に含有される珪素の濃度分布は、珪素鋼板の厚み方向に対してほぼ均一に分散させてもよいが、部分的に高くしてもよい。たとえば珪素鋼板の厚み方向に対して内部よりも表面部を高くする。
【００７８】
積層された鋼板と鋼板との間には、鋼板の板厚よりも薄い０.０１〜０.２μｍの厚さの絶縁被膜が介在している。
【００７９】
なお、車両用交流発電機はその種類によって、積層された鋼板と鋼板との間に介在する絶縁被膜の厚さが０.１〜０.２μｍ、好ましくは０.１２〜０.１８μｍである車両用交流発電機と、０.０１〜０.０５μｍ、好ましくは０.０２〜０.０４μｍである車両用交流発電機とを使い分けることができる。
【００８０】
また、絶縁被膜の厚さが０.１〜０.２μｍである場合、絶縁被膜には有機や無機の膜を用いることが好ましい。絶縁被膜の材料には有機材料，無機材料、これらを混合したハイブリット材料を用いることができる。
【００８１】
さたに、絶縁被膜の厚さが０.０１〜０.０５μｍである場合、絶縁被膜には酸化被膜を用いることが好ましい。特に鉄系の酸化被膜が好ましい。
【００８２】
このように、本実施例では、珪素鋼板の板厚の薄肉化にあわせて絶縁被膜の厚さも薄くしている。これは以下の理由による。
【００８３】
従来、電磁鋼板の絶縁皮膜は、パンチング加工後でも絶縁性が維持できると同時に、パンチング加工性そのものを向上させるための潤滑性，鋼板の密着性，パンチング加工後の焼鈍における耐熱性、積層された電磁鋼鈑を溶接して鉄心を形成する際の溶接性など、絶縁性以外の特性も加味して、絶縁皮膜の厚みや成分を調整していた。このため、絶縁被膜の厚さは０.３μｍ程度であった。
【００８４】
しかし、本実施例のように、珪素鋼板を薄肉化した場合には、磁束密度が低下しないように、絶縁皮膜の厚さも薄くする必要がある。これは、薄肉化した珪素鋼板に、従来と同様な厚さの絶縁被膜を用いると、絶縁皮膜の体積率が珪素鋼板の体積率に対して相対的に増加するからである。
【００８５】
したがって、本実施例では、珪素鋼板の板厚の薄肉化にあわせて絶縁被膜の厚さも薄くしている。電磁鋼板を薄くする場合、一般的には絶縁被膜の厚みを厚くするが、本実施例はそのような考え方とは全く異なり、電磁鋼板を薄くしても絶縁被膜を厚くぜず、むしろ電磁鋼板とともに厚みを薄くする、という考え方のものである。これにより、本実施例では積層鉄心密度も向上する。
【００８６】
本実施例の車両用交流発電機１は、固定子鉄心１８の直径が１００〜３００mm、最大出力が２００ｋｗ以下であり、可変速運転される。このような構成を有する本実施例の車両用交流発電機１は、最高回転速度の運転域が２００００回／分（rpm）程度である車両用交流発電機への適用が好ましい。
【００８７】
回転速度と鉄損との間には、回転速度が上昇すれば上昇するほど、磁束の交番周波数が高くなり、鉄損が増加する、という関係がある。このため、回転速度が速い車両用交流発電機は回転速度が遅い回転電機よりも鉄損が増加する傾向にある。したがって、車両用交流発電機では、そのような点を考慮し、珪素鋼板における珪素の含有量を検討する必要がある。
【００８８】
なお、珪素鋼板に含有される珪素は、溶解法によって電磁鋼板に均一的に添加するようにしてもよいが、表面改質またはイオン注入，ＣＶＤ（ケミカルベーパデポジット）などの方法によって電磁鋼板に局部的、たとえば電磁鋼板の内部よりも表面部に添加されるようにしてもよい。
【００８９】
また、本実施例の電磁鋼板は、固定子１７を構成し、かつティース１８２およびスロット１８３を有する固定子鉄心１８に使用されることを前提としたものであり、その板厚が０.０５〜０.３０mm、エッチング加工によりティース１８２およびスロット１８３の形成が可能なものである。
【００９０】
エッチング加工は、幅が１００〜３００cmである電磁鋼板にレジストを塗布し、電磁鋼板にティース１８２およびスロット１８３の形状を露光して現像し、ティース１８２およびスロット１８３の形状に基づいてレジストを除去し、エッチング液によりレジストの除去された箇所を溶解して電磁鋼板を固定子鉄心の形状に成形し、この後、残ったレジストを除去する、という工程で行われる。
【００９１】
車両用交流発電機は、希土類磁石の適用、三次元磁界解析を用いた最適設計などにより高効率化・高性能化が進められている。車両用交流発電機のさらなる高効率化・高性能化を進めるためには新たな材料技術の開発が必要とされている。固定子鉄心の材料である電磁鋼板についても、珪素鋼板に代表されるように、磁束密度が高く、鉄損の低い材料の開発が進められている。
【００９２】
鉄損の低減に有利とされる珪素鋼板の薄肉化は、珪素鋼板の圧延加工性の悪さ、珪素鋼板を打ち抜く際のプロセスであるパンチング加工性の悪さなどから、工業規模で大幅なコストの増加を伴わずに実現することは不可能とされてきた。このため、高効率・高性能の中小型車両用交流発電機に使用する電磁鋼板として珪素鋼板を使用する場合、珪素鋼板の板厚は０.５０mmと０.３５mmが中心になり、永らくの間、珪素鋼板の薄肉化の進展はなかった。
【００９３】
しかしながら、本実施例では、珪素鋼板の成形にパンチング加工を使用せず、エッチング加工を使用したことにより、工業規模で大幅なコストの増加を伴わずに、珪素鋼板の薄肉化を可能とし、鉄損の低減を実現した。
【００９４】
本実施例では、固定子鉄心の鉄損の低減を実現するために、鉄損の小さい珪素鋼板を使用に加え、圧延加工を考慮した珪素含有量の調整，珪素鋼板の圧延加工を考慮した板厚の薄肉化，エッチング加工の適用による珪素鋼板の成形，積層鉄心を構成する一枚一枚の珪素鋼板の鉄損の低減、珪素鋼板と珪素鋼板との間に形成される絶縁皮膜を考慮した積層鉄心の鉄損の低減などを考慮している。
【００９５】
金型を用いた打ち抜き加工法であるパンチング加工では、切断部近傍に加工硬化層、バリやダレ（以下、「バリなど」と呼称する）と称される塑性変形層が形成され、残留歪や残留応力が発生する。パンチング加工時に発生する残留応力は、分子磁石の配列の規則性を破壊、すなわち磁区を破壊し、鉄損を著しく増大させる。残留応力を除去するためには焼鈍工程が必要となる。しかし、焼鈍工程は、固定子鉄心の製造コストのさらなる増加をもたらす。
【００９６】
これに対して本実施例では、塑性変形層が形成されることはほとんどなく、残留歪や残留応力が発生することもない。したがって、結晶粒子の配列状態を乱すこともほとんど無く、分子磁石の配列、すなわち磁区の配列の損傷を防止でき、磁気特性であるヒステリシス特性の劣化も防止できる。
【００９７】
また、固定子鉄心１８は、加工された珪素鋼板を積層して形成される。積層される珪素鋼板の残留歪や残留応力の発生を抑制することによって、固定子鉄心１８の磁気特性をさらに向上させることができる。
【００９８】
したがって、本実施例の車両用交流発電機は、低鉄損化，高出力化，小型軽量化を実現できる。また、車両用交流発電機に使用する電磁鋼板は、エッジ部分にバリなどがほとんどない良好なものである。
【００９９】
バリなどは塑性変形層の一つであり、切断部に沿って鋼板の平面方向から空間方向に鋭利に突出するため、電磁鋼板の表面に形成される絶縁皮膜を破り、積層される鋼板の間の絶縁を破壊する場合がある。
【０１００】
また、バリなどによって、積層される鋼板の間に不要な空隙が作られるため、積層鉄心密度の増加が阻害され、その結果、磁束密度が低下する。磁束密度の低下は、車両用交流発電機の小型軽量化を阻害する。
【０１０１】
電磁鋼鈑を積層後、鉄心を板厚方向に圧縮してバリなどを潰し、積層鉄心密度を向上させることも考えられるが、加圧圧縮によって残留応力が増加して鉄損が増加するし、バリなどによる絶縁破壊の問題も残る。
【０１０２】
本実施例では、バリなどがほとんど発生しないので、加圧圧縮することなく、積層鉄心密度を向上させることができ、絶縁破壊を起こすこともない。したがって、本実施例では鉄損を低減できる。
【０１０３】
珪素鋼板における珪素の含有量が６.５重量％であると、理論上、最も鉄損が低い。しかし、珪素の含有量が増えると圧延加工性やパンチング加工性が著しく悪くなる。このため、鉄損が多少高くても、圧延加工性やパンチング加工性を考慮し、珪素鋼板における珪素の含有量を約３.０重量％とするのが主流である。
【０１０４】
本実施例では、珪素鋼板の板厚を０.３mm以下にできるので、珪素の含有量を２.０重量％以下としても鉄損を低くできる。
【０１０５】
従来、珪素鋼板の板厚を０.３mm以下にする場合、珪素鋼板の製造には圧延，焼鈍などの特別の工程が必要であった。これに対して、本実施例の珪素鋼板の製造では、そのような特別の工程を必要としないので、珪素鋼板の製造コストを低減できる。また、本実施例の固定子鉄心の製造では、パンチング加工を必要としないので、さらに製造コストを低減できる。
【０１０６】
なお、固定子鉄心の主力材料である珪素鋼板とは別の磁性材としてアモルファス材料が知られている。アモルファス材料は、極薄電磁材料として特殊な用途で限定的に使用されるものであり、極めて高価なものである。しかも、アモルファス材料は、溶融金属を急速に凝固させ箔体として製造される特殊なプロセスを有するため、０.０５mm厚程度またはこれ以下の超薄肉で３００mm幅程度の極少量の製造は可能であるが、これ以上の板厚や板幅の材料の製造には工業規模では不可能とされている。
【０１０７】
このように、アモルファス材料は、硬く脆い材質で薄すぎるため、パンチング加工ができず、化学成分の制限から磁束密度が低いなどの理由から、固定子鉄心の材料として主力になり得ない。
【０１０８】
本実施例の電磁鋼鈑は、そのようなアモルファス材料とは異なり、結晶粒子を有するものである。
【０１０９】
また、本実施例の電磁鋼板は、低鉄損化に有利な薄肉化，歪の低減，高出力化，小型軽量化に有利な寸法精度の向上と、高磁束密度化に有利な鉄心積層密度の向上とを同時に実現できるものでもある。
【０１１０】
本実施例によれば、鉄損の低減とともに、高出力化，小型軽量化を実現できる固定子鉄心を提供できる。
【０１１１】
ここで、電磁鋼板の板厚と鉄損との関係を図４に示す。
【０１１２】
図４から明らかなように、板厚と鉄損との間には、板厚が厚くなれば厚くなるほど鉄損が高くなる、という関係がある。
【０１１３】
珪素鋼板の板厚のうち、一般的な珪素鋼板の板厚は、圧延加工やパンチング加工性を考慮して０.５０mmと０.３５mmとの２種類である。
【０１１４】
固定子鉄心の製造に広く用いられる２種類の板厚の珪素鋼板では、鉄損を低減するために圧延と焼鈍とを施す必要がある。また、さらなる薄肉化を実現するためには、対象となる固定子鉄心の形状や大きさによって繰り返す回数は異なるが、圧延と焼鈍とを繰り返す必要がある。このように、一般的な珪素鋼板では、薄肉化を実現するために、圧延、焼鈍などの特別の工程を追加する必要がある。したがって、一般的な珪素鋼板では、製造コストが高くなる。
【０１１５】
本実施例の固定子鉄心は製造コストを低減でき、珪素鋼板の加工上の問題も解決できるので、工業規模での大量生産が可能となる。
【０１１６】
本実施例では、０.０５〜０.３０mmの板厚の珪素鋼板を用いて固定子鉄心を製造している。好ましくは、０.１〜０.２mmの板厚の珪素鋼板を使用し、エッチング加工を用いて固定子鉄心の形状に成形する。
【０１１７】
なお、図４には、参考までに、アモルファス材料の板厚の領域も示している。アモルファス材料は、溶融金属を急速に凝固させ箔体として製造される特殊なプロセスを有するので、０.０５  mm程度の板厚またはそれ以下の超薄肉の板厚の製造には適していが、これ以上の板厚の製造には、急速な冷却が困難になるので不向きである。また、板幅も３００mm幅程度の狭いものしか製造ができず、特殊な製造プロセスも相俟って製造コストが著しく高くなる。
【０１１８】
また、アモルファス材料は鉄損を低くできるが、磁束密度も低くなる。これは、急速冷却により凝固させるという特殊な製造プロセスが関係して、化学成分に制限があるためである。
【０１１９】
本実施例では、アモルファス材料を使用することなく、結晶粒子を有する珪素鋼板を使用する。
【０１２０】
次に、珪素鋼板の代表的な製造プロセスについて説明する。
【０１２１】
電磁鋼板に成り得る鋼板材料を製鋼する。たとえば以下の組成を有する鋼板材料を用いる。すなわち
Ｃ  ：０.００５重量％
Ｍｎ：０.２重量％
Ｐ  ：０.０２重量％
Ｓ  ：０.０２重量％
Ｃｒ：０.０３重量％
Ａｌ：０.０３重量％
Ｓｉ：２.０重量％
Ｃｕ：０.０１重量％
を含有し、残部がＦｅおよび若干の不純物からなる鋼板材料を用いる。
【０１２２】
そして、鋼板材料を、連続鋳造，熱間圧延，連続焼鈍，酸洗，冷間圧延，連続焼鈍を施すことにより、板幅５０〜２００cm、ここでは特に板幅５０cm，板厚０.２mmの珪素鋼板を製造する。
【０１２３】
また、珪素鋼板の表面に、さらに４.５〜６.５重量％の珪素を添加し、鉄損を低減するようにしてもよい。
【０１２４】
この後、厚さ０.１μｍの有機樹脂を珪素鋼板の表面にコーティグし、絶縁被膜が施された珪素鋼板を製造する。
【０１２５】
あるいは特別な絶縁被膜コーティグを行わず、厚さ０.０１〜０.０５μｍの酸化被膜を珪素鋼板の表面に形成してもよい。
【０１２６】
なお、絶縁被膜のコーティグは、エッチング加工の後に施されることが好ましい。
【０１２７】
また、珪素鋼板は、平板状あるいはコイル状もしくはロール状に形成される。
【０１２８】
次に、固定子鉄心の代表的な製造プロセスについて説明する。
【０１２９】
まず、製造された珪素鋼板に前処理を施し、珪素鋼板の表面にレジストを塗布する。次に、レジストに対して、マスクを用いてティースの形状およびスロットの形状を露光して現像し、ティースの形状およびスロットの形状に基づいてレジストを除去する。次に、エッチング液により加工する。この後、残ったレジストを除去し、所望のティースの形状およびスロットの形状を有する珪素鋼板を製造する。こうした製造には、例えばフォトエッチング加工が有効であり、金属マスクを用いた微細孔を精密に加工する方法を使用することも有効である。
【０１３０】
次に、製造された所望のティースの形状およびスロットの形状を有する珪素鋼板を複数枚積層し、溶接などを用いて、積層された珪素鋼板を固定することにより、固定子鉄心を製造する。
【０１３１】
なお、溶接にあたっては、ファイバーレーザー等の入熱の少ない溶接を施すことが好ましい。
【０１３２】
また、平板状あるいはコイル状もしくはロール状に形成された珪素鋼板から、回転子鉄心および固定子鉄心を同時に採取することもでき、複数の形状の鉄心を同時に採取することも可能である。
【０１３３】
ティースの形状およびスロットの形状を有する珪素鋼板をエッチング加工により成形することによって、極めて高い加工精度、たとえば誤差として±１０μｍ以下、好ましくは±５μｍ以下で、所望の形状のティースおよびスロットを有する珪素鋼板を製造することが可能である。
【０１３４】
また、真円度で誤差を表現すると、３０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。真円度とは、円形部分の幾何学的円からの狂いの大きさをいい、円形部分を二つの同心の幾何学的円で挟んだときの両円の間の領域が最小となる場合の半径の差をいう。
【０１３５】
ここで、珪素鋼板における珪素含有量と鉄損との関係を図５に示す。
【０１３６】
図５から明らかなように、珪素の含有量が６.５重量％である珪素鋼板が最も鉄損が小さい。しかしながら、６.５重量％と多量の珪素が有されている珪素鋼板では、圧延加工が難しく、所望の厚さの珪素鋼板の製造が困難になる。圧延加工性は、電磁鋼鈑に含有される珪素が多くなれば多くなるほど悪化する傾向にある。このような背景から、本実施例では、鉄損と圧延加工性とのバランスを考慮して、３.０重量％の珪素が含有された珪素鋼板を用いている。
【０１３７】
本実施例では、珪素鋼板の板厚を薄肉化して珪素鋼板の鉄損を低減し、珪素の含有量に基づく鉄損の影響度を小さくしている。
【０１３８】
したがって、本実施例の珪素鋼板は、圧延加工性が良好になるとともに、板厚を薄肉化することにより、鉄損の影響度が大きい珪素鋼板における珪素の含有量の自由度が大きくなる。これにより、珪素鋼板における珪素の含有量を０.５〜７.０重量％の範囲にすることができ、０.８〜２.０重量％と４.５〜６.５重量％というように、極端に異なる含有量の珪素鋼板を、固定子鉄心の仕様または車両用交流発電機の用途によって、使い分けすることができる。
【０１３９】
次に、図６，図７を用いて、珪素鋼板の加工断面形状を説明する。図６は、エッチング加工による代表的な加工断面形状を示す。図７は、パンチング加工による代表的な加工断面形状を示す。
【０１４０】
図６（ａ）に示すように、珪素鋼板をエッチング加工した方は、酸液で溶解された加工断面近傍にバリなどの塑性変形層は存在せず、加工断面を珪素鋼板の板厚方向の平面に対して、ほぼ垂直に形成できる。
【０１４１】
また、先端的なフォトエッチング加工では、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、溶解部の形状の制御が可能である。すなわち所定のテーパーを形成できたり、板厚方向に対して垂直な方向に凹凸を形成できたりする。ここで、図６（ｂ）は円弧状の凸断面、（ｃ）は円弧状の凹断面、（ｄ）はＶ字型の凸断面である。
【０１４２】
エッチング加工された珪素鋼板は、その加工による残留応力がほぼ０であり、塑性変形層がほとんど存在せず、板厚方向に対する塑性変形量も、また、加工断面近傍の塑性変形量もほぼ０である。
【０１４３】
また、エッチング加工では、珪素鋼板の加工断面の形状を制御することができ、加工による残留応力がほぼ０、また、加工断面近傍の塑性変形量がほぼ０の切断断面形状を形成することができる。
【０１４４】
さらに、エッチング加工では、珪素鋼板の微細な結晶組織，機械的特性，表面部を最適な状態にできる。これにより、珪素鋼板の結晶組織の異方性や、これに基づく磁気特性の異方性を勘案し、固定子鉄心の磁気特性を最適にできる。
【０１４５】
一方、図７に示すように、珪素鋼板をパンチング加工した方は、塑性加工時のせん断応力によって、加工断面近傍は著しく変形し、１０〜１００μｍ程度のバリ，ダレ，つぶれが形成される。
【０１４６】
また、パンチング加工では、珪素鋼板の板厚方向の寸法精度が金型の寸法精度で制限され、通常は珪素鋼板の板厚に対して５％前後の空隙でせん断されるので、珪素鋼板の板厚方向の寸法精度が低下する。また、パンチング加工では、量産時、金型の損耗で経時的に精度が低下する。さらに、パンチング加工では、薄肉化された珪素鋼板ほど加工が困難になる。
【０１４７】
しかし、エッチング加工を適用した本実施例では、そのような加工精度の問題も解決され、経時的な精度の低下も解消される。
【０１４８】
エッチング加工にあたっては、ティースおよびスロットの形状を所定のパターンを使用して露光するとき、電磁鋼板の圧延方向に関するマークまたは基準孔を設けることが好ましい。
【０１４９】
電磁鋼板を積層する場合、圧延方向に対する電磁鋼板の平均化が、車両用交流発電機の特性を向上させる上で必要である。たとえば圧延方向に対して所定量、マークまたは基準孔の位置を変え、電磁鋼板を積層する際、マークまたは基準孔の位置を揃えることで、車両用交流発電機の磁気特性が向上する。
【０１５０】
以上、固定子鉄心１８を形成する電磁鋼板の構成およびその製造方法について説明したが、回転子１３についても磁気特性の改善の観点から、厚さが０.０５〜０.３０mmの鋼板を積層して磁極鉄心１３Ｉを形成することが望ましい。しかし、ルンデル型の回転子１３では、高速回転時に大きな遠心力が爪磁極部１３ｂに作用しても、爪磁極部１３ｂの変形ができるだけ抑えられるように、厚板を曲げて磁極鉄心１３Ｉを製造している。このようなことから、本実施例では、爪磁極部１３ｂの固定子１７との対向面に、エッチング加工によって溝を設けている。これにより、本実施例では、規則的な結晶配置の破壊を防止でき、ヒステリシス損の増大を防止できる。
【０１５１】
パンチング加工による鋼板の成形では、鋼板が薄くなればなるほど切断部の乱れ、例えばつぶれ、バリ，ダレが大きなり、ヒステリシス損が増大する。また、パンチング加工では、円または直線といった単純な形状しか加工できない。その理由は、パンチング加工に必要な金型を複雑な曲線に形成することが極めて困難なためである。さらに、金型を研磨する場合、複雑な曲線形状を有する金型はうまく研磨できない。このため、パンチング加工では、渦電流損を低減する目的で電磁鋼板を薄くすることはできるが、ヒステリシス損が増大し、鉄損を低減できない。これに対して、エッチング加工は、ヒステリシス損を低く抑え、渦電流損を低減できる。
【０１５２】
本実施例の車両用交流発電機１は、爪磁極部１３ｂの固定子１７との対向面に設けた溝をエッチング加工により形成したので、車両用交流発電機全体の効率をさらに向上させることができる。エッチング加工は、鋼板内の規則的な結晶配置の破壊を防止し、ヒステリシス損を低減する効果の他に、加工精度の大幅向上によって車両用交流発電機の特性を改善する効果がある。また、固定子鉄心１８と磁極鉄心１３Ｉとの間のギャップの形状が高精度になるように、固定子鉄心１８および磁極鉄心１３Ｉの互いの対向部位にエッチング加工を施すことにより、効率向上のみならず、脈動の低減などの性能向上や騒音特性の改善などの効果が期待できる。
【０１５３】
また、固定子巻線は三相巻線であることが好ましい。三相巻線を使用すれば車両用交流発電機の効率が向上する。これに加え、固定子鉄心をエッチング加工すれば車両用交流発電機全体の効率がさらに向上する。
【０１５４】
さらに、本実施例では、固定子鉄心の積層鉄心密度が９０.０〜９９.９％である。好ましくは９３.０〜９９.９％である。積層鉄心密度は、機械的に積層された鉄心を圧縮することにより向上させることもできる。しかし、積層された鉄心を圧縮する方法では、鉄損が増加するので好ましくない。本実施例では、そのような特別な工程を設けることなく積層鉄心密度を向上させることができる。
【実施例２】
【０１５５】
本発明の第２実施例を図８乃至１２に基づいて説明する。
【０１５６】
なお、前例と同様の構成には、前例と同様の符号を付して同様の称呼を用い、その説明を省略する。
【０１５７】
まず、図８乃至図１１を用いて、固定子１７の構成を説明する。
【０１５８】
本実施例では、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の各相毎に、図９に示す鉄心ユニットが構成され、各相の鉄心ユニットが軸方向に並設されることにより、一つの固定子１７が構成されている。以下の説明では、Ｕ相の固定子１７Ｕについて説明するが、他の相の固定子も同様の構成になっている。
【０１５９】
Ｕ相固定子１７Ｕはその構成要素として、前例と同様に、固定子鉄心１８Ｕおよび固定子巻線１９Ｕを備えている。しかし、固定子鉄心１８Ｕの形状および固定子巻線１９Ｕの巻装状態は前例とは大きく異なる。
【０１６０】
固定子鉄心１８Ｕは、軸方向に二分割された固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂの対が軸方向に対向して構成されている。固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂは、それぞれ、環状短円筒鉄心部であるコアバック１８４と、爪形状磁極鉄心部であり、コアバック１８４の内周側に設けられた複数の固定子爪磁極１８５とを備え、全体的には、周方向の断面形状がコ字状になるように構成されている。
【０１６１】
コアバック１８４はＵ相固定子１７Ｕの最外周の位置に設けられ、複数の固定子爪磁極１８５の間を磁気的に接続する部位である。
【０１６２】
複数の固定子爪磁極１８５はコアバック１８４と一体に形成された部位であり、周方向の断面形状がＬ字状の鉄心部である。また、複数の固定子爪磁極１８５は、コアバック１８４の内周側において周方向に等間隔に配置され、コアバック１８４の内周側から径方向内側（回転子１３側）に向かって垂直かつ放射状に延びるとともに、途中から固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂの対向側に向かってほぼ直角に折れ曲がり、軸方向に延びている。複数の固定子爪磁極１８５の折れ曲がって軸方向に延びる部位は、ちょうど鉤の手の指先にある爪部に相当し、根元から先端に延びるにしたがって周方向の幅が徐々に狭くなる先細り形状（スキュー形状）になっている。
【０１６３】
なお、本実施例では、これ以降、複数の固定子磁極１８５の折れ曲がって軸方向に延びる部位のことを爪部と記述する。爪部は、固定磁極の各部位のうち、回転子１３６に対して最も近接する部位であり、回転子１３との間で磁束を受け渡しする磁気的な端末部である。
【０１６４】
固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂは、それらの対向方向におけるコアバック１８４の端面同士が軸方向に向かい合って当接し、かつ互いの爪部が間隔を空けて周方向に交互に配置されるように、互いの固定子爪磁極１８５が噛み合わされることにより、クローポール型あるいはクローティース型の１８５のＵ相固定子１７Ｕを形成している。固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂのそれぞれに６個の固定子爪磁極１８５が形成されているので、Ｕ相固定子１７Ｕの極数は１２極になり、回転子の磁極数と同数となる。
【０１６５】
固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂは、その内部に固定子巻線１９Ｕが装着された状態でコアバック１８４同士の当接部を溶接する、あるいは固定子爪磁極１８５の間に形成された隙間に樹脂などを充填してモールドすることにより固定される。また、コアバック１８４同士の当接面に係合部、たとえば凹凸を形成する、あるいは目印を設けることにより、両部材の周方向の位置決めが容易になる。
【０１６６】
爪部の内周側（回転子１３との対向側）は、径方向から見た平面形状が三角形状あるいは台形状の曲面（シャフト９の中心軸を中心とした円弧面）になっている。爪部の内周正面上には複数の凹部および複数の凸部が形成されている。凹部および凸部は軸方向および周方向に交互に配置されている。軸方向に交互に配置された凹凸部は、それぞれ、周方向に連続して延びている。周方向に交互に配置された凹凸部は、爪部の先端から根元に向かって、爪部のスキュー形状に沿うように放射状に連続して延びている。これらにより、爪部の内周表面上には複数の交差の溝が形成される。
【０１６７】
なお、後述するが、固定子鉄心１８Ｕは、コアバック１８４に対応する部位および固定子磁極１８５に対応する部位を備えた形状の薄肉の鋼板がその板厚方向に複数積層されて構成されている。また、固定子鉄心１８Ｕの周方向の断面形状がコ字状であるので、コアバック１８４および固定子磁極１８５の爪部の積層方向は径方向、固定子磁極１８５の爪部とコアバック１８４を繋ぐ部分の積層方向は軸方向になる。
【０１６８】
固定子巻線１９Ｕ（Ｕ相巻線）は、コアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との間に形成された空間に環状に巻装されている。固定子巻線１９Ｕを構成する巻線導体には、中心軸に垂直な断面が円形の丸線、中心軸に垂直な断面が矩形の平角線、中心軸に垂直な断面が六角形などの多角形の角線，丸線を相対方向から潰して平角状に成形した成形線のいずれかを採用している。ここで、巻線導体として角線を採用すれば、コアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間内において巻線導体を整列させて巻けるので、コアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との空間内における固定子巻線１９Ｕの占積率が向上し、高効率化を達成できる。これと同様の効果は、コアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間内において丸線を潰すようにしても得られる。
【０１６９】
固定子巻線１９Ｕを構成する巻線導体の表面にはエナメル絶縁被覆が施されている。コアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との空間には、固定子鉄心１８Ｕと固定子巻線１９Ｕとの間を絶縁するための絶縁紙が装着されている。また、固定子鉄心１８Ｕと固定子巻線１９Ｕとの間を絶縁は、樹脂成型品（非磁性体）であるボビンに固定子巻線１９Ｕを巻装し、これをコアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との空間に装着することでも確保できる。
【０１７０】
固定子鉄心１８Ｕは、前例と同様に、厚さが０.０５〜０.３０mmの鋼板を積層することにより構成されている。
【０１７１】
本実施例の鋼板は、図１０に示すように、エッチング加工によって成形されている。鋼板は、環状に形成された環状円板部１８６と、環状円板部１８６の内周側から径方向内側に向かって放射状に突出し、周方向に等間隔に配置された６つの凸状板部１８７とを備えている。環状円板部１８６は最終的にはコアバック１８４となり、コアバック１８４と同じ形状に成形されている。凸状板部１８７は最終的には固定子爪磁極１８５となり、固定子爪磁極１８５と同じ形状に成形されている。
【０１７２】
凸状板部１８７の表面にはスリット加工が施され、複数の凹凸部が形成されている。複数の凹凸部は、前述した交差溝を形成するものであり、凸状板部１８７の周方向の幅方向に延びる複数の幅方向溝と、凸状板部１８７の先端から根元に向かって放射状に径方向に延びる複数の放射状溝とを、交差するように形成している。これらの溝は、鋼板をエッチング加工すると同時にエッチング加工により成形している。それぞれの溝の深さは、鋼板の板厚よりも浅い。それらの溝をエッチング加工により成形すると、溝の深さを非常に浅く加工できる。また、それらの溝をエッチング加工により成形すると、溝を鋼板の成形と同時に成形でき、製造工程をできるだけ少なくできるが、製造工程のし易さを考慮し、鋼板の製造工程と溝の製造工程を分けてもよい。また、磁気回路の設計をする際、周波数が低い場合には溝の深さを深くする方が渦電流の低減効果が大きい。この場合、完全に溝を細く刳り抜いてもよいが、連続した鋼板となるように、交差する溝の形状を工夫する必要がある。
【０１７３】
以上のように、本実施例では凸状板部１８７に溝を設け、渦電流を防止している。凸状板部１８７に溝を設けない場合は、鋼板を曲げて成形した固定子爪磁極１８５の表面に渦電流が自由に流れる。交差溝は、凸状板部１８７の表面に流れる渦電流を減少させ、鉄損の一つである渦電流損を減少させるために形成されている。また、交差溝は、エッチング加工を凸状板部１８７の表面上に施し、凸状板部１８７の表面を剥ぎ取るようにして形成している。
【０１７４】
本実施例のように、積層鋼板の表面に渦電流を阻害する溝をエッチング加工すれば、鉄損の低減に加え、渦電流損失の低減，複雑な曲線形状の加工が可能になり、特性改善や性能向上が可能となる。溝のピッチと深さは渦電流の低減に関係しており、溝幅を狭くできれば磁気的な特性の劣化を最小限に抑えることができる。本実施例では、エッチング加工により溝を成形しているので、溝の幅を非常に小さくできる。これに対して、プレスや研磨などの機械加工では、砥石の先端を細くするためには限界があり、０.１mm程度の溝加工は不可能である。また、プレス加工では、押圧する反対側の面が突出するので、積層鋼板で構成されるものには使用することができない。
【０１７５】
なお、交差溝は、積層される全ての鋼板に設ける必要はなく、少なくとも回転子に最も近接する鋼板の回転子と対向する面に設ければよい。このようにしても渦電流の低減に寄与できる。交差溝を設ける鋼板の枚数は、車両用交流発電機の仕様に応じて決定すればよい。
【０１７６】
環状円板部１８６には複数の締結部２０が設けられている。締結部２０は、環状円板部１８６の板面（側面）の一方を板厚方向に押圧して窪ませ、板面（側面）の他方を板厚方向に突出させたものである。また、締結部２０は、周方向の６箇所に等間隔に形成されており、周方向に隣り合う凸状板部１８７の間の周方向の中間位置に配置されている。鋼板の締結部２０の窪みに、積層される別の鋼板の突部を係合することにより、積層される複数の鋼板を一体化できる。これを積層枚数分行う。
【０１７７】
締結部２０により一体化されて積層された複数の鋼板は、凸状板部１８７が鋼板の板厚方向に直角に折り曲げられるとともに、環状円板部１８６が凸状板部１８７と同じ方向に直角に折り曲げられる。これにより、コアバック１８４および固定子爪磁極１８５を備えた固定子鉄心部材１８ａ，１８ｂが形成される。
【０１７８】
なお、積層された鋼板を折り曲げる場合、外側に配置される鋼板と内側に配置される鋼板は大きさおよび曲げる位置が異なる。このため、本実施例では、大きさを変えた鋼板を積層した状態で環状円板部１８６および凸状板部１８７を折り曲げている。このようにすれば、積層面にズレが生じることがなく、積層面を揃えることができる。また、エッチング加工を用いれば複数の型を準備する必要がないため、大きさの異なる鋼板を安価に製造できる。
【０１７９】
また、別の方法としては、同じ大きさの鋼板を積層し、折り曲げた箇所の積層面を切削加工して積層面を揃えることもできる。さらには、鋼板を積層した後に折り曲げるのではなく、鋼板を一枚づつ折り曲げる位置を変えて折り曲げ、その後、鋼板を積層するようにしてもよい。このように、後で積層するようにすれば、折り曲げる部分の曲率をできるだけ小さくすることができるので、固定子爪磁極１８５をできるだけ大きな面積で回転子に近づけることができる。これにより、回転子から固定子爪磁極１８５へ流れる磁束量を増やすことできる。
【０１８０】
以上のように、固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂは製造される。この後、予め環状に巻回された固定子巻線１９をボビンや絶縁紙などによって一体化し、これを一対の固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂのコアバック１８４の内周側と固定子爪磁極１８５の外周側との空間内に装着する。
【０１８１】
そして、固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂの当接部分を外周から溶接し、両者を一体に固定する。これにより、Ｕ相の固定子１７Ｕを製造できる。Ｖ相の固定子１７Ｖ，Ｗ相の固定子１７Ｗについても同様に製造できる。固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂを一体に固定する方法としては、互いの固定子爪磁極１８５の間の隙間に樹脂を充填して固定する方法もある。
【０１８２】
最後に、各相の固定子１７Ｕ〜１７Ｗを、環状のスペーサ２１を介して軸方向に並設することにより、一つの固定子１７を構成できる。スペーサ２１は非磁性体であり、軸方向に隣り合う鉄心ユニットの間の磁束の行き来を防止するために設けられている。スペーサ２１としては、渦電流を防止するために、非金属である樹脂などを採用することが望ましい。
【０１８３】
また、スペーサ２１の軸方向両側の側面には複数の凸部が設けられている。複数の凸部は、軸方向に隣接する固定子の締結部２０（凹部側）に係合されるように、締結部２０と同じ間隔を持って周方向に配置され、かつスペーサ２１の側面の一方の凸部と他方の凸部とで周方向の配置位置が異なっている。各相の固定子１７Ｕ〜１７Ｗは、スペーサ２１の凸部に締結部２０が係合されることにより、周方向の位置が決められる。各相の固定子１７Ｕ〜１７Ｗの周方向の位置は、回転子の磁極に対して、電気角で３相巻線の電気的位相が１２０度ずつずれるように配置されている。
【０１８４】
以上のように製造された固定子１７は、その後、図１２に示すように、内周側に空隙を介して回転子１３が回転自在に対向配置された状態で、図８に示すように、フロントブラケット２およびリアブラケット３に設けられた環状の段差に軸方向から狭持され、固定される
次に、図８および図１２を用いて回転子の構成を説明する。
【０１８５】
前例では、周方向に隣接する爪形磁極部１３ｂの爪部の間には他の磁性体を設けていなかったが、本実施例では、周方向に隣接する爪形磁極部１３ｂの爪部の間に永久磁石２２を挿入している。永久磁石２２は、周方向に隣接する爪形磁極部１３ｂの爪部の間で界磁巻線１５が作る磁束の漏れを抑え、爪形磁極部１３ｂの磁束を爪部から固定子１７側に流れやすくするために設けられている。これにより、車両用交流発電機の発電出力を向上させることができる。永久磁石２２には、比較的耐熱性に優れたものを用いる必要があるため、フェライト磁石やネオジウム磁石などが採用される。永久磁石は、車両用交流発電機に対する発電特性の要求に合わせて用いればよく、車両用交流発電機の仕様によっては用いる必要がない場合もある。
【０１８６】
本実施例では、各相の固定子１７Ｕ〜１７Ｗの間にスペーサ２１を設け、軸方向に隣接する相への磁束の漏れを防止している。しかし、実際には、軸方向に隣接する相に漏れる磁束もある。このため、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の順で各相の固定子１７Ｕ〜１７Ｗを軸方向に配置した場合、中央に配置されるＶ相固定子１７Ｖでは、Ｕ相固定子１７ＵおよびＷ相固定子１７Ｗの両方に磁束が漏れ、Ｕ相固定子１７ＵおよびＷ相固定子１７Ｗに比べて出力が小さくなる。このような固定子１７のアンバランスは、爪形磁極部１３ｂの爪部の間に配置される永久磁石２２をＶ相固定子１７Ｖに対向する部分だけに設けることで解消できる。
【０１８７】
次に、車両用交流発電機における磁束の経路について説明する。
【０１８８】
界磁巻線１５の励磁によって生じた磁束は、Ｎ極側の爪形磁極部１３ｂの爪部から、固定子１７の軸方向一方側から延びる固定子爪磁極１８５を通って固定子巻線１９の周りを周回し、軸方向他方側から延びる固定子爪磁極１８５に到達し、最終的には、Ｓ極側の爪形磁極部１３ｂの爪部に到達する磁気回路を流れる。これにより、界磁巻線１５の励磁によって生じた磁束は各相の固定子巻線１９と鎖交する。この結果、各相の固定子巻線１９には交流電流が流れ、交流電圧が誘起される。
【０１８９】
なお、鋼板を積層して構成された固定子爪磁極１８５は爪形磁極部１３ｂからの吸引力を受ける。このため、固定子爪磁極１８５は、積層した鋼板同士を接合させておく必要がある。たとえば固定子爪磁極１８５における積層面を樹脂などの非磁性体でモールドしたり、接着剤によって接着したりすることが考えられる。
【０１９０】
以上説明したように、本実施例では、前例と同様に鉄損を低減できる。また、本実施例では、複数種類の鋼板を成形する際、エッチング加工によって成形しているので、複数の成形型を準備する必要がなく、固定子１７を安価に製造できる。さらに、厚めの鋼板を曲げた場合、その角部には歪が生じる。この歪は、積層される鋼板の密着性を低下させ、しかも鉄損の増大を招く。しかし、本実施例では、厚さが０.０５〜０.３０mmの鋼板を積層しているので、鉄損の増大を招くことがなく、最終的な機械加工時の加工性や密着性なども向上する。
【０１９１】
また、本実施例では、渦電流損を低減するための溝（凹凸部）をエッチング加工により鋼板に成形しているので、非常に細くかつ浅い溝（凹凸部）を鋼板成形でき、渦電流損の低減効果を大きくできる。
【実施例３】
【０１９２】
次に、本発明の第３実施例である車両用交流発電機を図１３乃至１７に基づいて説明する。
【０１９３】
なお、前例と同様の構成には、前例と同様の符号を付して同様の称呼を用い、その説明を省略する。
【０１９４】
まず、図１３乃至図１６を用いて、固定子１７の構成を説明する。
【０１９５】
前例では、固定子１７を、Ｕ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗを軸方向に並設して形成した。これに対して、本実施例では、固定子１７を、図１４および１５に示すように、図１６に示す鉄心ユニット、すなわちＵ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗを周方向に約１２０度間隔で並設して形成している。Ｕ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗは、図１３に示すように、周方向に位置決めされた状態で、フロントブラケット２およびリアブラケット３の環状の段差により軸方向から狭持され固定されている。
【０１９６】
以下の説明では、Ｕ相固定子１７Ｕについて説明するが、他の相の固定子も同様の構成になっている。
【０１９７】
Ｕ相固定子１７Ｕはその構成要素として、前例と同様に、固定子鉄心１８および固定子巻線１９を備えている。
【０１９８】
固定子鉄心１８は、軸方向に二分割された第１固定子鉄心構成部材１８８の対が軸方向に対向して構成されている。また、第１固定子鉄心構成部材１８８は、軸方向に二分割された第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂの対が軸方向に対向して構成されている。すなわち本実施例の固定子鉄心１８は、４つの同一形状をなした第２固定子鉄心構成部材から構成されている。
【０１９９】
第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂは、それぞれ、円弧状に形成された帯状鉄心部１８９ａと、帯状鉄心部１８９ａ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１８９ｂと、固定子ヨーク１８９ｂの内周側から軸方向に延びる固定子爪磁極１８５とを備えている。帯状鉄心部１８９ａ、固定子ヨーク１８９ｂおよび固定子爪磁極１８５は一体に形成されている。
【０２００】
固定子爪磁極１８５は、第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂのそれぞれに対して３つ設けられており、どれも同じ形状になっている。固定子爪磁極１８５の径方向から見た平面形状は、前例の爪部と同様に、先細り形状（スキュー形状）である三角形状あるいは台形状になっている。固定子爪磁極１８５は、固定子ヨーク１８９ｂの周方向一端から周方向に等間隔に配置されおり、固定子ヨーク１８９ｂの周方向他端には配置されないようになっている。
【０２０１】
第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂは、それらの対向方向における帯状鉄心部１８９ａの端面同士が軸方向に向かい合って当接し、かつ互いの固定子爪磁極１８５が間隔を空けて周方向に交互に配置されるように、互いの固定子爪磁極１８５が噛み合わされることにより、第１固定子鉄心構成部材１８８を形成している。
【０２０２】
また、２つの第１固定子鉄心構成部材１８８は左右対称となるように、すなわち第２固定子鉄心構成部材１８ｂ同士の端面が軸方向に向かい合って当接するように、かつ第２固定子鉄心構成部材１８ｂに設けられた固定子爪磁極１８５同士が当接するように、軸方向に並設されることにより、Ｕ相固定子１７Ｕを形成している。本実施例では、固定子鉄心構成部材１８ｂの固定子爪磁極１８５同士を接触させているので、機械的な強度を向上させることができるとともに、磁束の利用率が向上して出力が向上する。
【０２０３】
固定子爪磁極１８５の内周側表面（回転子１３との対向面）には、渦電流を防止するために、前例と同様に、凹凸部による交差溝が形成されている。
【０２０４】
帯状鉄心部１８９ａの内周側と、固定子ヨーク１８９ｂと、固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間には、巻線導体を円筒状に巻き付けたものを楕円状に変形させ、さらに周方向に湾曲させて鞍状に成形した固定子巻線１９が巻回されている。巻線導体には、中心軸に垂直な断面が円形の丸線、中心軸に垂直な断面が矩形の平角線、中心軸に垂直な断面が六角形などの多角形の角線、丸線を相対方向から潰して平角状に成形した成形線のいずれかを採用している。ここで、巻線導体として角線を採用すれば、帯状鉄心部１８９ａの内周側と、固定子ヨーク１８９ｂと、固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間内において巻線導体を整列させて巻けるので、帯状鉄心部１８９ａの内周側と、固定子ヨーク１８９ｂと、固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間内における固定子巻線１９の占積率が向上し、高効率化を達成できる。これと同様の効果は、帯状鉄心部１８９ａの内周側と、固定子ヨーク１８９ｂと、固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間内において丸線を潰すようにしても得られる。
【０２０５】
固定子巻線１９を構成する巻線導体の表面にはエナメル絶縁被覆が施されている。帯状鉄心部１８９ａの内周側と、固定子ヨーク１８９ｂと、固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間には、固定子鉄心１８と固定子巻線１９との間を絶縁するための絶縁紙が装着されている。また、固定子鉄心１８と固定子巻線１９との間を絶縁は、樹脂成型品（非磁性体）であるボビンに固定子巻線１９を巻装し、これを帯状鉄心部１８９ａの内周側と、固定子ヨーク１８９ｂと、固定子爪磁極１８５の外周側との間の空間に装着することでも確保できる。
【０２０６】
また、固定子巻線１９は、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、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。
【０２０７】
周方向巻回部１９２は、別々の第１固定子鉄心構成部材１８８の帯状鉄心部１８９ａと固定子爪磁極１８５との間に配置されるように、第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂを固定子巻線１９の周りに組み付ける。このため、固定子爪磁極１８５は、固定子巻線１９の内周側開口および外周側を通り、回転子１３側に突出することになる。第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂの周方向一端には固定子爪磁極１８５を有するが、周方向他端には固定子爪磁極１８５がない。このため、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。このような構成によれば、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。本実施例では、Ｖ相固定子１７ＶおよびＷ相固定子１７ＷもＵ相固定子１７Ｕと同様に、６つの固定子爪磁極１８５を備えた構成になるので、固定子１７の固定子爪磁極１８５の数は全部で１８極となる。
【０２０８】
次に、図１３および図１４に用いて、回転子１３の構成を説明する。
【０２０９】
回転子１３は、図１３および１４に示すように、周方向に隣接する爪形磁極部１３ｂの爪部の間に永久磁石を装着していない。また、回転子１３の爪形磁極部１３ｂの数が２０となっている。本実施例では、回転子１３の爪形磁極部１３ｂの数が２０であるのに対して、固定子１７の固定子爪磁極１８５の数が１８であり、回転子１３の磁極に対して、固定子１７の磁極が２つ少ない。ここで、車両用交流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。本実施例の場合、固定子１７の磁極数が１８で回転子１３の磁極数が２０であるので、固定子の磁極数に対する回転子の磁極数の比を０.９と比較的大きくできる。固定子１７の固定子爪磁極１８５と回転子１３の爪形磁極部１３ｂの周方向幅はほぼ等しい。このため、固定子１７の固定子爪磁極１８５が２つ少ない分の幅は、各相の固定子１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗの間の周方向における隙間となる。
【０２１０】
また、本実施例では、回転子１３のリアブラケット３側にのみファン１４ｂを設けている。また、ファン１４ｂの外径は回転子１３の外径よりも大きい。ファン１４ｂは、内周側から外周側に冷却風を流すためのものである。このため、回転子１３の軸方向両側にファン１４ｂを設けても冷却風が効果的に固定子１７のまわりを通過しない。そこで、本実施例では、回転子１３よりも外径が大きなファン１４ｂを回転子１３のリアブラケット３側のみに設け、各相の固定子１７の間を冷却風が通過するようにさせている。このような構成によれば整流回路１６も冷却できる。
【０２１１】
次に、図１７を用いて、固定子１７の製造方法を説明する。
【０２１２】
なお、本実施例においても、前例と同様に、厚さが０.０５〜０.３０mmの鋼板を積層することにより固定子鉄心１８が構成されている。
【０２１３】
本実施例の固定子鉄心１８に使用する鋼板は、エッチング加工により図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す形状に成形される。ここで、図１７（ａ）に示す鋼板は、固定子鉄心１８の最も内側に配置されるものを示す。図１７（ｂ）に示す鋼板は、固定子鉄心１８の最も外側に配置されるものを示す。それらの鋼板を比較してわかるように、固定子鉄心１８の内側に配置される鋼板と外側に配置される鋼板とでは、少しずつ形状が異なっている。これは、前例と同様に、最終的に積層した状態で鋼板を一方向に折り曲げた際、積層面を揃えるためである。
【０２１４】
エッチング加工により成形された鋼板の形状は、基本的には、前例の鋼板の形状を周方向にほぼ３等分した形状であり、具体的には１２０度よりも、固定子巻線１９のコイルエンド部１９１の分だけ小さい角度で分割された形状になる。鋼板は、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、円弧状に形成された円弧状板部１８６１と、この円弧状板部１８６１における内周側に突出する３つの凸状板部１８７を有する形状に成形される。最終的には、円弧状板部１８６１が帯状鉄心部１８９ａおよび固定子ヨーク１８９ｂ、凸状板部１８７が固定子爪磁極１８５になる。凸状板部１８７は、前例と同様に、固定子爪磁極１８５の形状と一致している。また、図１７（ａ）と図１７（ｂ）とを比較すれば明らかなように、両者間では、凸状板部１８７の径方向の突出長および円弧状板部１８６１の周方向幅が若干異なっている。
【０２１５】
図１７（ａ）に示すように、固定子鉄心１８の最も内側に配置される鋼板の凸状板部１８７の表面にはスリット加工が施され、複数の凹凸部が形成されている。複数の凹凸部は、前述した交差溝を形成するものであり、凸状板部１８７の周方向の幅方向に延びる複数の幅方向溝と、幅方向溝に対して略垂直に延びる複数の垂直溝とを形成している。これらの溝は、鋼板をエッチング加工すると同時にエッチング加工により成形している。それぞれの溝の深さは鋼板の板厚よりも浅い。また、図１７（ａ）のＡ−Ａ′断面で示したように、溝の幅は底部側よりも開口側が若干広くなっている。
【０２１６】
一方、図１７（ｂ）に示すように、固定子鉄心１８の最も外側に配置される鋼板の凸状板部１８７の表面には凹凸を設けていない。これは、固定子鉄心１８の外周側では、渦電流の影響が少ないからである。積層される鋼板において、凸状板部１８７の表面に凹凸を成形するか否かは、車両用交流発電機の仕様に応じて変更することが可能である。車両用交流発電機の仕様によっては、全ての鋼板の凸状板部１８７の表面に凹凸を成形しても構わない。溝（凹凸部）の効果は前例と同様である。
【０２１７】
円弧状板部１８６１には複数の締結部２０が設けられている。締結部２０の構成は前例と同様である。締結部２０は、周方向の３箇所に等間隔に形成されており、周方向に隣り合う凸状板部１８７の間の周方向の中間位置に配置されている。
【０２１８】
締結部２０により一体化されて積層たれた複数の鋼板は、凸状板部１８７が鋼板の板厚方向に直角に折り曲げられるとともに、円弧状板部１８６１の外周側もが凸状板部１８７と同じ方向に直角に折り曲げられる。図１７（ｃ）には、凸状板部１８７および円弧状板部１８６１を折り曲げた状態を正面から状態を示す。図１７（ｃ）から判るように、全ての鋼板の形状を変化させているので、積層面は同一面となるように揃っている。積層鋼板の製作にあたっては、同じ大きさの鋼板を積層し、折り曲げた箇所の積層面を切削加工して積層面を揃えてもよいし、鋼板を積層した後に折り曲げるのではなく、折り曲げる位置を変えて鋼板を一枚づつ折り曲げ、その後、鋼板を積層してもよい。以上により、第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂを製造する。
【０２１９】
その後、周方向に湾曲させた楕円状、すなわち鞍状に巻回された固定子巻線１９をボビンや絶縁紙などによって一体化し、その内周側から２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂを挿入する。この時、２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂは、固定子ヨーク１８９ｂの外側同士を軸方向に当接させた状態で、帯状鉄心部１８９ａ側から固定子巻線１９の内周に挿入される。２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂを固定子巻線１９の内周に挿入するにあたっては、両者の帯状鉄心部１８９ａの当接部位を予め溶接などで一体化してもよいが、固定子巻線１９の内周に挿入した後に一体化しても構わない。固定子巻線１９の内周に挿入した後に２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂを一体化する場合には、２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂを固定子爪磁極１８５側から固定子巻線１９の内周に挿入することもできる。
【０２２０】
なお、２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂを固定子巻線１９の内周に挿入するにあたっては、２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂの帯状鉄心部１８９ａの軸方向幅を短く形成し、外側に配置される２つの第２固定子鉄心構成部材１８ａの帯状鉄心部１８９ａの軸方向幅をその分長く形成しておくと、２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂの帯状鉄心部１８９ａ側からの挿入が容易になる。
【０２２１】
次に、固定子巻線１９の内周に挿入した２つの第２固定子鉄心構成部材１８ｂの帯状鉄心部１８９ａにおける積層面のそれぞれに対して、第２固定子鉄心構成部材１８ａにおける帯状鉄心部１８９ａの積層面を当接させて、その当接部分を溶接などで固着し、２つの第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂを一体に固定する。これにより、図１６に示すように、Ｕ相固定子１７Ｕを製造できる。Ｖ相固定子１７Ｖ、Ｗ相固定子１７Ｗについても同様に製造できる。２つの第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂを一体に固定する方法としては、互いの固定子爪磁極１８５間の隙間に樹脂を充填して固定する方法もある。また、固定子爪磁極１８５は、積層した鋼板同士を接合させておく必要がある。その接合方法としては、固定子爪磁極１８５における積層面を樹脂などの非磁性体でモールドして接合する方法、接着剤により接着する方法などがある。
【０２２２】
また、第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂの帯状鉄心部１８９ａ同士の接合には別な方法も適用できる。図１８を用いて以下に説明する。
【０２２３】
図１８に示すように、第２固定子鉄心構成部材１８ａの帯状鉄心部１８９ａにおける積層面は、図中右側に示すとおり、の軸方向幅が長い鋼板と短い鋼板が交互に積層されている。一方、第２固定子鉄心構成部材１８ａの帯状鉄心部１８９ａにおける積層面は、軸方向幅が長い鋼板と短い鋼板が、第２固定子鉄心構成部材１８ａとは全く逆になるように積層されている。これにより、帯状鉄心部１８９ａ同士を軸方向に突き合わせ、帯状鉄心部１８９ａの積層面から延びる長い鋼板を交互に重ねて接合できる。このような接合によれば、磁束が通り易くなり、効率を向上できる。また、帯状鉄心部１８９ａの積層面から延びる長い鋼板を交互に重ねて接合できる理由としては、エッチング加工を用いていることに大きな要因がある。エッチング加工を用いれば、ダレやバリなどがない高精度な加工面を得ることができる。したがって、図１８に示すような接合ができる。また、固定子１７は、最終的には、図１３に示すように、フロントブラケット２とリアブラケット３によって軸方向から挟持されて固定されるので、第２固定子鉄心構成部材１８ａ，１８ｂ同士がバラバラにならずに組み付けることができる。これにより、帯状鉄心部１８９ａにおける積層面同士の溶接を省くこともできる。
【０２２４】
次に、図１８及び図１９を用いて、固定子爪磁極１８５に発生する渦電流対策を説明する。
【０２２５】
渦電流は、固定子爪磁極１８５の表面で円を描くように発生する。このため、一方向に設けた溝では、溝を設けない方向には流れやすくなるため、十分な効果が得られない。従来の溝加工は旋盤やネジ切り機などの回転を利用していたため、同一方向の加工しかできなかった。しかし、エッチング加工を用いれば自由にパターンを選択できる。たとえば図１８における図中下側に示す拡大図のように、板厚よりも浅く、さらに溝幅も非常に狭くした格子状の加工ができる。本実施例では、溝ピッチ０.３mm、溝幅５０μｍの縦横の溝を数多く設けているので、渦電流の低減効果が大きい。
【０２２６】
なお、エッチング加工を用いれば、溝のパターンは格子状に限らず、様々なパターンを採用できる。その代表例を図１９に示す。図１９（ａ）に示すパターンは、略十字形のものを並べて配置し、略十字形のパターンの位置を列によって異ならせている。詳細に説明すると、一列目の隣り合う略十字形のパターンの中間に２列目の略十字形のパターンが位置するようになっている。略十字形のパターン以外にも図１９（ｂ）に示すような渦巻き形状のものや、図１９（ｃ）に示すような略Ｌ字形のパターンを対向させて略四角形状のパターンとしたもの、さらには、線で構成するのではなく、図１９（ｄ）に示すような星形の溝としても同様の効果が得られる。以上説明したように、渦電流は、２種類以上の方向を持つパターンを複数の溝で構成すると効果的に低減できる。さらに、渦電流は、それらのパターンの配列が、一方向には連続し、他の方向には位相差をもって構成されるとより効果的に低減できる。
【０２２７】
以上説明したように、本実施例によれば、前例と同様の作用効果が得られる。また、本実施例では、前例のように、各相の固定子１７を軸方向に並設せず、周方向に並設しているので、各相間における磁束のバラツキを抑制できる。加えて、本実施例では、各相の固定子１７の間にファン１４ｂによる冷却風を流すことができるので、固定子１７の冷却性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２８】
【図１】第１実施例における車両用交流発電機の側面断面である。
【図２】第１実施例における回転子を斜視図で表したものである。
【図３】第１実施例における回転子固定子鉄心を説明した図である。
【図４】電磁鋼板の板厚と鉄損との関係を示す図である。
【図５】珪素鋼板における珪素含有量と鉄損との関係を示す図である。
【図６】エッチング加工による代表的な加工断面形状を示す図である。
【図７】パンチング加工による代表的な加工断面形状を示す図である。
【図８】第２実施例における車両用交流発電機の側面断面である。
【図９】第２実施例における１つの相の固定子を斜視図で表したものである。
【図１０】第２実施例における固定子鉄心を構成する鋼板を示す図である。
【図１１】第２実施例における３相分の固定子を斜視図で表したものである。
【図１２】第２実施例における固定子と回転子を斜視図で表したものである。
【図１３】第３実施例における車両用交流発電機の側面断面である。
【図１４】第３実施例における固定子と回転子を斜視図で表したものである。
【図１５】第３実施例における固定子のみを斜視図で表したものである。
【図１６】第３実施例における１つの相の固定子を斜視図で表したものである。
【図１７】第３実施例における固定子鉄心を構成する鋼板を示す図である。
【図１８】第３実施例における固定子鉄心の他の実施形態を示す図である。
【図１９】エッチング加工を用いて成形した他の溝パターンを示す図である。
【符号の説明】
【０２２９】
１  車両用交流発電機
１３  回転子
１３ｂ  爪磁極部
１５  界磁巻線
１７  固定子
１８  固定子鉄心
１９  固定子巻線
２０  締結部
１８１  コアバック
１８２  ティース
１８３  スロット
１８５  固定子爪磁極
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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