JPH03226251A - 車両用交流発電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両用交流発電機に関するもので、特に車両
用交流発電機のステータコイル巻装構造に関するもので
ある。

（従来の技術） 従来より、車両用交流発電機は、車両の電気装置、電気
制御装置の利用増大および取付スペースの節約等にとも
ない高出力化および小型化が要求されている。

交流発電機の高出力化の一手段として冷却効率の向上を
図る従来のものでは、例えば特開昭６３−５９７４４号
公報に示されるように、巻装されるステータコイル群間
に隙間を設けて、この隙間に冷却ファンを対向させて該
隙間を通風路にすることにより冷却効率を改善したもの
が知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、車両用交流発電機の従来のステータコイル巻装
構造によれば、重ね巻方式、波巻方式のいずれの巻装方
式の場合も、３相コイルの各相のコイルがステータコア
の３個のティースを取り巻くように３個のティース毎に
まとめて巻装する構成であるため、３相コイルの各相の
コイルがオーバーラツプして重なる部分が増え、その分
コイル長さが延長されて発熱量が増大し、熱効率が低下
するという問題がある。

例えば第８図および第９図に示すように、従来のもので
は、円筒状フレーム１の内周壁に固定されるステータ２
が断面Ｔ字状の３２個のティース３を環状に配し、個々
のティース３は軸方向に延びるとともに径内方向に突き
出され、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の各コイルｘ、ｙ、ｚはそれ
ぞれ３個のティース３を１単位として巻回され、該コイ
ルｘ、ｙ、Ｚがティース３にＸ相、Ｙ相、２相の巻順序
により巻回されているため、重ね巻方式、波巻方式のい
ずれの巻装方式の場合もティース３の軸方向前端と軸方
向後端の両方でコイルｘ、ｙ、ｚが互いに覆い合うラッ
プ代を有するので、コイル長さが延長されるとともにコ
イル露出面積が減少し外気との接触面積が縮小されて冷
却効果が不充分であった・ 本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、ステータコイルの３相の各相コイルのオーバー
ラツプ巻装代を少なくする巻装構造にすることで、ステ
ータコイルの露出面を増やして外気との接触面積を大に
し冷却効率を高め高出力化を図るようにした車両用交流
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） そのために、本発明の車両用交流発電機は、回転自在な
ロータと、このロータに固定されるボールコアと、この
ボールコアに巻装され、励磁電流により励磁されるロー
タコイルと、このロータコイルと対向する外周位置に固
定されるステータコアと、このステータコアに位相を変
えて巻回される３相ステータコイルと、前記ロータと同
期して回転し前記ステータコイルを冷却する内扇型冷却
ファンとを備えた車両用交流発電機であって。

前記ステータコアの内周にはロータコイルの２磁極ピッ
チにつき周方向に３個のティースを有するように該ティ
ースが環状にかつ等間隔で配設され、各ティースには３
相ステータコイルのうちの１相のステータコイルのみが
巻回されることを特徴とする。

（作用） 本発明の車両用交流発電機では、電気角２π（ｒａｄ）
中にステータのティースが３個形成される構成であるか
ら、従来のものに比べてティースの個数が６個から３個
に半減し、かつ個々のティースに各相のコイルが巻回さ
れる構成であるため、例えば第１図と第９図を比較する
と明らかなように、各位相の巻装コイルがオーバーラツ
プされる割合が減り、コイル周囲の冷却風接触露出面積
が増えて冷却効果が増大する。

（実施例） 本発明の車両用交流発電機の第１の実施例を第１図〜第
４図に基づいて説明する。

まず発電機の構造について第３図に基づいて説明し、次
いでステータコイルの巻装構造について詳述することに
する。

第３図において、ボルト１０等により相互に固定される
フロントフレーム１２とリヤフレーム１３の内周には、
周知の如くステータコア１５とこれに巻かれたステータ
コイル１６から構成されるステータ１４が固定されてい
る。

ステータコイル１６に電磁誘導により起電力を発生する
ためのロータコイル１７は、金属製ボビンに巻回されて
一対の爪付ボールコア１８．１９に挟持されて固定され
ている。ボールコア１８．１９を機械的に固定するシャ
フト２０は、ベアリング２１．２２により回転自在に支
持される。これらのベアリング２１．２２が取付けられ
る円筒状のベアリングボックス２３．２４は、それぞれ
フロントフレーム１２、リヤフレーム１３の側面中央部
に取付けられている。

シャフト２０の前端には図示しないエンジンからの回転
駆動力が伝達されるブーリジ５がナット２６およびワッ
シャ２７により締付固定されている。シャフト２０の後
端には、前記ロータコイル１７に導体３０を介して電気
的に接続されるスリップリング３１．３２がリヤフレー
ム１３の外部にて取付けられている。

そして、前記ボールコア１８．１９の両側面には、ステ
ータ内径よりも小径の冷却ファン３４．３５がシャフト
軸線と同心円上にかつそれぞれのファンブレードがボー
ルコア１８．１９の軸方向前方、軸方向後方にそれぞれ
向けて固定されている。冷却ファン３４．３５は、ロー
タコイル１７およびステータコイル１６を冷却するため
の冷却風通路を形成するようにロータ回転方向に傾斜さ
せた斜流式形状になっている。ベアリング２２の近傍で
あって冷却ファン３５と対向する位置には、冷却風を発
電機内部に吸入するための吸入窓３７が形成されている
。またフロントフレーム１２には冷却後の温風を吐出す
る吐出窓３８が形成されている。

次に、ステータコイル１６の巻装状態について第１図、
第２図および第４図に基づいて説明する。

ステータコア１５は、円環状になっており、その内周側
に断面Ｔ字状のティース４１が所定間隔をなして複数突
出している。そしてこれら隣接するティース４１間に形
成されるティース間溝部にステータコイル１６が巻装さ
れている。ステータコイル１６の３相のコイルｘ、ｙ、
ｚは互いに異なるティース間溝部に巻装され、各ティー
ス間溝部にて、第１図（ｂ）に示すように、Ｘとｙ、　
ｙと２．２とＸのコイルが分割分布して２層状に巻装さ
れる。ティース４１の個数は、該ティース４１の径内側
に対向するボールコア１８．１９の内部のロータコイル
によって形成される磁極の２磁極ピッチにつき３個のテ
ィース４１ａ、４１ｂ、４１ｃが形成され、総数が３倍
数のティース４１が円環状に形成されている。

本実施例のステータコイル巻装方式は、重ね巻方式のも
ので、３相コイルの巻装順序は、次の通りである。まず
第２図に示すように、Ｘ相コイルＸをティース４１ａの
周囲に巻装した後、隣のティース４１ｂ、４１ｃの間隔
を置いて次のティース４１ａの周囲に巻装し、次いで順
次２個のティース４１ｂ、４１ｃの間隔を置いて以下同
様に巻装を繰り返す。Ｘ相コイルＸの巻装後、ティース
４１ｂの周囲にＹ相コイルｙを巻装し、次いで２つのテ
ィース４１ｃ、４１ａを間隔に置いて隣合うティース４
１ｂにＹ相コイルｙを巻装し、順次同様に円環状にＹ相
コイルｙを巻装する。Ｙ相コイルｙの巻装後は、Ｚ相コ
イルＺをティース４１Ｃに巻装し、次いで２個のティー
ス４１ａ、４１ｂを間隔に置いて次の隣合うティース４
１ｃにＺ相コイルＺを巻装し、以下同様に巻装を繰り返
す。

このようにして巻装されたステータコイル１６は、第１
図（ａ）、（ｂ）に示すように、ティース４１ａと４１
ｂ間のティース間溝部には溝奥部にＸ相コイルＸ、溝浅
部にＹ相コイルｙが巻装され、ティース４１ｂと４１ｃ
の間のティース間溝部には溝奥部にＹ相コイルｙ、溝浅
部にＺ相コイルＺが巻装され、ティース４１ｃと４１ａ
の間のティース間溝部には溝奥部にＸ相コイルＸ、溝浅
部にＺ相コイルＺがそれぞれ２層状に巻装されている。

Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の各コイルｘ、ｙ、ｚは、個々のティ
ース４１ａ、４１ｂ、４１ｃの周囲に重ね巻により巻装
されている。

このステータコイルの巻装構造によると、第４図に示す
ように、ステータコイル１６の巻コイル前端部１６ａ、
後端部１６ｂのそれぞれの間に不等の大きさの隙間Ａ、
Ｂが形成される。この隙間Ａ、Ｂが形成されることによ
り、該隙間が冷却風の通り抜は路となり、隙間によって
形成される冷却風接触のためのコイル露出面積が大きい
分だけ冷却効果が大となる。

前述の構成によれば、ロータコイルの２磁極ピッチ間に
ステータコア１５の内周には等間隔に３個のティース４
１ａ、４１ｂ、４１ｃを設け、これらのティース４１ａ
、４１ｂ、４１ｃを円環状に配し、隣り合うティース間
溝部に順次Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の巻線を施す構成であるた
め、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相のコイルに３相起電力を相起する
。このステータコイル巻装構造の場合、巻！疑ピッチは
２／３磁極ピッチとなるので、１磁極ピッチであった従
来のステータコイル巻装構造に比べ、ｌ相当たりのコイ
ル全長の抵抗値が２／３に低減されるため、同一負荷電
流を流した場合に発生する損失は（電流■）２　（抵抗
Ｒ）の関係から約６７％に減少し、発熱量が減って温度
上昇割合が低減される。

また、この重ね巻方式の場合の従来例と本実施例とを第
５図に基づいて対比すると、本実施例のものでは、周方
向に区画的にコイルを巻回可能であるが、従来例の巻回
方式であると、Ｘ相、Ｙ相、２相の各相相互のラップ部
Ｌ１を生じる。したがって、本実施例のものでは基本的
には多数巻コイルのラップ部は生じないので、コイル全
長当たりの冷却風接触露出面積比率が増大し、さらに、
ステータコイルｘ、ｙ、ｚの径内側に設けた冷却ファン
３４．３５によりこのコイル両端部に冷却風を当てるこ
とにより冷却効果が向上する。

さらには、本実施例では、第１図に示すように、ボール
コア１８．１９とステータコア１５のティース４１ａ、
４１ｂ、４１ｃとの間の空隙長についてコア爪中央部１
９ａよりもコア爪両縁端部１９ｂを凹状に形成している
ため、第１図に示す空隙長Ｃよりも空隙長りを大にして
いるので、前記冷却ファン３４．３５による冷却風の渦
流が発生し、ボールコア１８．１９およびステータコア
１５表面の冷却性が向上するとともに、風通しが良くな
り、冷却風通路拡大にともないコイル前端部およびコイ
ル後端部での冷却風逃し効果が生じ、コイル前端部およ
び後端部の冷却性も一層向上される。前述の隙間Ａ、隙
間Ｂと空隙長Ｃ１空隙長りとを併有する冷却風通路が形
成されるから、風通しが良くなり風波は性が格段に向上
するので、放熱面積が大きくなり冷却効果は大きい。ま
た隙間Ａ、隙間Ｂの大きさは不等の大きさであるから、
冷却ファン風圧によるビッヂノイズ（単色周波数成分風
切り音）をも生じにくい。

前記重ね巻方式に代えて波巻方式のステータコイル巻装
構造のものに本発明を適用することはもちろんである。

波巻方式の巻装コイルについては、例えば第６図に示す
ように、従来例ではコイル端部の前端および後端の両方
にラップ部Ｌ２が形成される。しかし、本発明の実施例
のものでは、コイル後端部側は各相のコイルｘ、ｙ、ｚ
が各ティース毎に区画して巻かれるのでラップ部が生成
されない。このため、この波巻方式の本発明の実施例に
おいてもコイル前端部で巻回コイルの重合部が生じない
ので、コイル平均単位長当たりの冷却風接触露出面積が
増大される。

以上説明した如く、本発明の実施例による発電機によれ
ば、ステータコイルの露出面積の増大により冷却が効果
的に行なわれるとともに、従来よりも全長の短いコイル
により同一巻数が可能となり、さらにはティース間溝部
にコイルが２層巻となりコイル巻漏洩箇所が半減するた
め漏洩リアリタンスが半減し、低速から中速ないし高速
に至る鋭い立ち上がりの出力特性が得られる。さらには
ステータ内径の鉄部対向面積率が高められ、空隙力が増
大される。またティースの個数が従来のものより半減さ
れるので、磁気音主成分３６次が大幅に減るかあるいは
耳障りでない低周波となる。

さらに磁極表面の磁束脈動周波数が半減し、渦電流損失
が１／４に減少される等の効果がある。

前記第３図に示す実施例では、冷却ファン３４．３５の
位置をステータコイル１６の径内側に設けたが、これに
代えて、第７図に示す実施例のように、ステータコイル
１６の前方側に冷却ファン５０を設けるようにした内扇
ファン型のものでもよい。すなわち、前方の冷却ファン
５０は、ボールコア１８の前端側面に固定され、冷却フ
ァン取付位置がステータコイル１６の前方径内部であっ
てファンブレード先端５０ａがステータコイル１６の前
方正面さらには径外側に延びている。この冷却ファン５
０により冷却風は主に矢印Ｅ方向に流れることにより、
前述したステータコイル１６の冷却風接触面積の大きな
ステータコイルの巻装構造と相俟って冷却作用が一層増
大される効果があＬ　　Ｊ＋−和　竺り硼ｒ＋＋１−イ
　笛つ副ｔｊ＝ナノ、小し実質的に同一の構成部分につ
いては同一符号を付し、説明を省略する。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の車両用交流発電機によれば
、ロータコイルにより生成される磁極の２磁極ピッチに
つき周方向に３個のティースを設ける構成であるから、
同一磁極数につきステータコイルのティースの数を半分
に減らし、かつ個々のティースに各相のステータコイル
を巻回する構成であるから、各相のコイルがオーバーラ
ツプして重なる部分が減り、冷却風の接触面積が増大し
て冷却効率が上昇し、高出力化を図ることができるとい
う効果がある。またステータのティースの個数が従来の
ものに比べ半減されるため、磁気音による騒音が低減さ
れ、効率アップを図ることができるという副次的効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例によるステータコイルの
巻装状態の一部を表わす概略構成図、第１図（ｂ）はそ
のステータコアのティース間溝部に巻装されるステータ
コイル断面を表わす概略断面構成図、第２図はステータ
コイルの巻装状態を表わすコイル巻線展開図、第３図は
交流発電機を表わす断面図、第４図は第１図に示すステ
ータの部分展開外観図、第５図は重ね巻方式による従来
例と本発明の実施例によるものとを対比して説明するた
めの説明図、第６図は波巻方式による従来例と本発明の
実施例のものとを対比して説明するための説明図、第７
図は本発明の他の実施例による交流発電機を表わす部分
切欠断面図、第８図は従来例によるステータをあられす
正面図、第９図は第８図に示すＩＸ部分の拡大図である
。 　４ ５ ６ ７ １８、 ０ ステータ、 ステータコア、 ステータコイル、 ロータコイル、 ・・・　ボールコア、 シャフト（ロータ）、 ａ、４１ｂ、４１ｃ） ティース、 Ｘ相ステータコイル、 Ｙ相ステータコイル、 Ｚ相ステータコイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転自在なロータと、このロータに固定されるボ
   ールコアと、このボールコアに巻装され、励磁電流によ
   り励磁されるロータコイルと、このロータコイルと対向
   する外周位置に固定されるステータコアと、このステー
   タコアに位相を変えて巻回される３相ステータコイルと
   、前記ロータと同期して回転し前記ステータコイルを冷
   却する内扇型冷却ファンとを備えた車両用交流発電機で
   あって、 前記ステータコアの内周には前記ロータコイルの２磁極
   ピッチにつき周方向に３個のテイースを有するように該
   テイースが環状にかつ等間隔で配設され、各テイースに
   は３相ステータコイルのうちの１相のステータコイルの
   みが巻回されることを特徴とする車両用交流発電機。