(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する複数の爪状磁極を持つ界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄心、及びこの固定子鉄心に形成された複数のスロットに装備された多相の固定子巻線を備える固定子と、前記回転子と固定子とを支持するフレームとを有する車両用交流発電機において、
前記固定子巻線は、前記スロットの深さ方向に内層および外層として二対以上の対をなして配列される内部導体と、前記スロットの軸方向の両端面に延び出して配置された第一と第二コイルエンド導体が形成されており、
前記第一コイルエンドは、全周に渡って、前記ＮＳ磁極のピッチよりも狭いピッチで離れたスロット内の異なる層の前記内部導体をつなぐ渡り線のみであり、
前記第二コイルエンドは、前記ＮＳ磁極のピッチだけ離れたスロット内の異なる層の前記内部導体をつなぐ渡り線であって、
前記固定子巻線の各相の出力線は、前記第一コイルエンドから引き出して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、
前記固定子巻線は、ターン部を持つ複数の導体セグメントにより形成され、
前記導体セグメントは、前記コイルエンドにおいて、他の導体セグメントと交差する斜行部と、斜行部の先端部とを形成しており、
前記第一コイルエンドには前記ターン部が配置され、
前記第二コイルエンドには他の導体セグメントの先端部どうしの接合部が配置されたことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用交流発電機において、
隣接する前記スロットの前記内部導体が直列につながり、ひとつの相の固定子巻線を形成していることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項２、又は３のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
隣接する２つの前記スロットに配置されて直列につながれた導体セグメントは、前記第一コイルエンドにおいての互いに逆の周方向にのびることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記スロットは、前記ＮＳ磁極のピッチに対応して離間した第一スロット群と、前記第一スロット群に隣接して電気角３０度ずれた第二スロット群を有し、前記第一スロット群に第一多相巻線が配置され、前記第二スロット群に第二多相巻線が配置され、第一多相巻線と第二多相巻線とが独立して出力を取り出されてい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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗用車、トラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題対策として燃費向上のために車両エンジン本体の軽量化を行いつつも、ドライバビリティ向上のためにエンジン駆動トルクを増加することにより、同一排気量であってもエンジン振動が大きくなる傾向にある。一方、エンジンによって駆動される車両用交流発電機は、エンジン本体にブラケットなどを介して直接取り付けられるので、エンジンからの振動が伝達されやすいので、耐振動性の向上が必要である。また、車両のアイドル回転数の低下や、車室空間確保のためのエンジンルームの狭小化に対し、車両用交流発電機には高出力化や小型化も求められている。さらに車外騒音低減の社会的要請や、車室内静粛性向上による商品性向上の狙いから、車両用交流発電機の低騒音化も必要である。以上の性能向上を、安価に提供することが求められているのは言うまでもない。
【０００３】
これに対し、ＷＯ９８／５４８２３には、複数の導体セグメントによって固定子巻線を形成し、異なるスロットからの異なる層の導体セグメントどうしを接続することにより、高占積率、低抵抗な巻線を形成し、また２つの３相巻線をひとつの固定子に配置することにより、小型、高出力かつ低騒音に対応した車両用交流発電機が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ここには、耐振性について、特に車両用交流発電機の中でも、発電機能部でありながら剛性の弱い部分である固定子巻線のコイルエンドについての耐振性向上については、示されていない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、車両用交流発電機において、コイルエンド剛性を高めことにより、耐振性向上することを目的とする。また、本発明は、固定子巻線と整流器とをつなぐ出力線の耐振性向上することを目的とする。さらに、固定子巻線の抵抗を低減することにより、高出力化を安価に実現できる固定子巻線を提供することを目的とする。また、位相ずれのある固定子巻線を用いることにより騒音を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１によれば、回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する複数の爪状磁極を持つ界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄心、及びこの固定子鉄心に形成された複数のスロットに装備された多相の固定子巻線を備える固定子と、前記回転子と固定子とを支持するフレームとを有する車両用交流発電機において、前記固定子巻線は、前記スロットの深さ方向に内層および外層として二対以上の対をなして配列される内部導体と、前記スロットの軸方向の両端面に延び出して配置された第一と第二コイルエンド導体が形成されており、前記第一コイルエンドは、全周に渡って、前記ＮＳ磁極のピッチよりも狭いピッチで離れたスロット内の異なる層の前記内部導体をつなぐ渡り線のみであり、前記第二コイルエンドは、前記ＮＳ磁極のピッチだけ離れたスロット内の異なる層の前記内部導体をつなぐ渡り線であって、前記固定子巻線の各相の出力線は、前記第一コイルエンドから引き出してあることを特徴としている。これにより、第一コイルエンドの高さを低くすることができるので、コイルエンドの剛性を高めることによって、耐振性を向上できる。また第一コイルエンドの電気抵抗値を低減できるので、発熱損失を下げて高出力化に寄与できる。コイルエンド高さを低くできる第一コイルエンドから整流器までの距離をより長く確保できるので、出力線の曲げＲを大きく設けることにより、出力線の耐振性を向上できる。
【０００７】
請求項２によれば、請求項１に記載の車両用交流発電機において、前記固定子巻線は、複数の導体セグメントにより形成され、前記導体セグメントは、前記コイルエンドにおいて、他の導体セグメントと交差する斜行部と、斜行部の先端部とを形成しており、前記第一コイルエンドには前記ターン部が配置され、前記第二コイルエンドには他の導体セグメントの先端部どうしの接合部が配置されたことを特徴としている。これにより、第一コイルエンドは導体セグメントのターン部形成による加工硬化が加わるので、さらに剛性を高めることができ、耐振性を向上できる。
【０００８】
請求項３によれば、請求項２に記載の車両用交流発電機において、隣接する前記スロットの前記内部導体が直列につながり、ひとつの相の固定子巻線を形成していることを特徴としている。これにより、第一コイルエンドにおいて、磁極ピッチよりも狭いピッチで離間しているスロット内導体をつなぐことが容易になり、製造コストを低減できる。
【００１０】
請求項４によれば、請求項２、又は３のいずれかに記載の車両用交流発電機において、隣接する２つの前記スロットに配置されて直列につながれた導体セグメントは、前記第一コイルエンドにおいての互いに逆の周方向にのびることを特徴としている。これにより、第一コイルエンドにおいて、磁極ピッチよりも狭いピッチで離間しているスロット内導体をつなぐことがさらに容易になり、安価にコイルエンドの剛性を高めることができ、耐振性を向上できる。
【００１１】
請求項５によれば、請求項１から４のいずれかに記載の車両用交流発電機において、前記スロットは、前記ＮＳ磁極のピッチに対応して離間した第一スロット群と、前記第一スロット群に隣接して電気角３０度ずれた第二スロット群を有し、前記第一スロット群に第一多相巻線が配置され、前記第二スロット群に第二多相巻線が配置され、第一多相巻線と第二多相巻線とが独立して出力を取り出されていることを特徴としている。これにより、コイルエンドの剛性を高めることによって耐振性を向上できるとともに、位相の異なる巻線を直列につないで形成した２つの多相巻線を電気角３０度ずらして配置することにより、発電に伴う磁気騒音をさらに低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の車両用交流発電機を図に示す各実施例に基づいて説明する。
【００１３】
〔第一実施形態〕
図１から図６はこの発明の第一実施形態を示したもので、図１は本案の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図、図２は固定子巻線の１相の部分的仕様図、図３は図２に基づく部分的な巻線の模式図、図４は２つの巻線群の位相関係図、図５はすべての巻線の相を含めた仕様図、図６は巻線の出力線の側面図である。
【００１４】
車両用交流発電機１はエンジンからの回転力がプーリ２０に伝えられて、このプーリに固定されている回転子２が回転する。この状態で回転子２の界磁巻線８にスリップリング９、１０を介して励磁電流を流すことによって、ポールコア７１、７２にＮＳ磁極が形成されるため、固定子巻線３１に交流電圧を発生させることができ、固定子巻線３１の出力線３１１が整流器５に接続され、整流器５の出力端子６から所定の直流電流が取り出される。ポールコア７１、７２に固定された冷却ファン１１、１２により、冷却風はフレ−ム４の軸方向の開口部４１から内部へ取り込まれ、径方向の開口部４２から外部へ排出される。
【００１５】
固定子巻線３１は、固定子鉄心３２のスロットにインシュレータ３４を介して装備されている。また、固定子巻線３１は、２本のＵ字状の導体セグメントを複数組合せて形成されており、図２に示すように、第一コイルエンド３１ａにタ−ン部３３ａが配置され、第二コイルエンド３１ｂに接合部３３ｂが配置されている。なお、この実施形態では、ＮＳ磁極数は各８個であり、巻線は図３に示すように２組の３相巻線が配置されている。これにより、スロット数は９６個、周方向に隣接するポールコアのＮＳ磁極ピッチに対応するスロット間隔は６スロットピッチである。
【００１６】
図２、３において、導体セグメントの径方向位置は、内径側から、一点鎖線、破線、全線、２点鎖線の順番である。第一コイルエンド３１ａにおいて、導体セグメントは、ターン部３３ａを頂点としてＮＳ磁極ピッチよりも狭い５スロットピッチだけ離間したスロットに挿入され、しかもスロット内の異なる径方向位置に配置してある。これに対し、第二コイルエンド３１ｂでは、ＮＳ磁極ピッチに対応した６スロットピッチだけ離間したスロットにある導体セグメントを接合している。これを繰り返すことにより、隣接する２つのスロットの各２本の導体が直列接続され、第１の３相巻線の中のＸ相が形成される。同様に電気角が１２０度づつ異なるＹ相、Ｚ相が形成されて、第１の３相巻線となる。この第１の３相巻線に電気角３０度ずれた位置に、同様にして第２の３相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｚ相）が形成される。ひとつのスロットに注目すると、第１の巻線と第２の巻線が配置されており、たとえば図３におけるＸ相の巻線Ｘ１とＵ相の巻線Ｕ１とは、同じスロットに配置された巻線である。
【００１７】
〔実施形態の作用効果〕
ＮＳ磁極ピッチに相当する６スロットピッチで離間したスロットに各相の巻線を配置した従来の巻線仕様図を、図９（Ｘ相のみ）、図１０（全巻線）に示す。第一コイルエンド３１ａを比較すると、本願発明では５スロットピッチ離間したスロットに導体セグメントが配置されているので、第一コイルエンド３１ａの斜行部の長さをこのスロットピッチ比率で短くすることができる。このため、コイルエンド高さを同比率で低くすることができる。以上により、コイルエンド３１ａの耐振性を向上することができる。さらに、巻線の長さを短くすることができるので、発電時の発熱損失を低減し、効率向上、出力向上が可能となる。
【００１８】
また、コイルエンド３１ａの高さを低くすることができるので、図６に示すように、出力線３１１の曲げＲを、整流器の位置を変えずに、従来よりも大きくすることができる。よって、出力線３１の振動吸収を改善できるので、この部位での断線不良を抑制できる。
【００１９】
また、図３に示すように、位相のずれた巻線を直列に結合して１相とし、これをＹ結線しているので、いわゆる千鳥結線により、発電時の固定子からの電機子反作用を分散させて、磁気騒音を低減するとともに、電気角３０度ずらせた２つの千鳥結線の３相巻線を配置しているので、磁気加振力の相殺効果によりさらに磁気騒音を低減できる。
【００２０】
〔第二実施形態〕
第一実施形態では、スロット数を従来の２倍としたが、図７に示すように従来のスロット数の場合であってもよい。この時、ＮＳ磁極ピッチに対応する３スロットよりも狭い２スロット間をつなぐように一方のコイルエンド３１ａを形成し、第一実施形態と同様にコイルエンドの高さを低くすることによって、コイルエンドおよび出力線の耐振性を向上できる。
【００２１】
〔第三実施形態〕
第一実施形態では、隣り合う２つのスロット内の導体を直列接続したが、図８に示すように、隣り合う３つのスロット内の導体を直列接続しつつ、ターン部側のコイルエンド３１ａにおいて、ＮＳ磁極ピッチよりも短いスロットピッチのスロット内の導体をつなぐようにしてもよい。図８には、
ＮＳ磁極数が各々６、固定子スロット数が７２、ＮＳ磁極ピッチが６スロットピッチの場合について、例示してあり、１相あたりの導体数は、略８本である。この場合も、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
〔その他の実施形態〕
上記の実施形態では、ターン部を持つ複数の導体セグメントにより、固定子巻線を形成したが、連続線を用いて、一方のコイルエンドをＮＳ磁極ピッチで離間するスロットの導体をつなぎ、他方のコイルエンドをＮＳ磁極ピッチよりも狭いスロットの導体をつないで、巻線を形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
また、ＮＳ磁極数や直列接続する隣接スロット数は、必要とする出力特性などに応じて、適宜、選定できる。また、巻線の結線は、Ｙ結線でなく△結線、あるいは両者の複合結線であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示した図である。
【図２】第一実施形態の固定子巻線の１相の部分的仕様図である。
【図３】第一実施形態の図２に基づく部分的な巻線の模式図である。
【図４】第一実施形態の固定子の２つの巻線群の位相関係図である。
【図５】第一実施形態のすべての固定子巻線を含めた仕様図である。
【図６】第一実施形態の固定子巻線の出力線の側面図である。
【図７】第二実施形態の部分的な固定子巻線の模式図である。
【図８】第三実施形態の固定子巻線の１相の部分的仕様図である。
【図９】従来の固定子巻線の１相の部分的仕様図である。
【図１０】従来のすべての固定子巻線を含めた仕様図である。
【符号の説明】
１…車両用交流発電機、
２…固定子、
３…回転子、
３１…コイルエンド、
３１ａ…第一コイルエンド、
３１ｂ…第二コイルエンド、
３１１…固定子巻線の出力線、
３２…固定子鉄心、
４…フレーム。
【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】
0003858698.tif 000009
【図９】
0003858698.tif 000010
【図１０】
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