JPH0442759A - 車両用交流発電機 - 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し、特に出力電流の脈
動成分を減少させるものである。

子巻線に対して、他方の三相電機子巻線を電気角で１５
０度だけ位置ずれさせて発電機の電機子コアに配置し、
各三相電機子巻線には全波整流器を接続して、さらに、
これら全波整流器を並列に接続している。

そして、上記構成により、各三相電機子巻線に発生し電
気角で１５０度の位相差をもつ２つの三相交流を、各全
波整流器で直流に変換し、これら２つの直流出力を合成
して発電機の出力とするものである。その際、１５０度
の位相差を持たせることで、出力のリップル分を低減さ
せている。

〔従来の技術〕

近年、車両の電気負荷は増加の一途であり、また、電気
回路の電子化に伴い、リップル等のノイズ及び変動の少
ない高品質な電源が必要とされてきている。

そして、実開昭６３−１７５６２号公報では、従来の溶
接用誘導子型発電機においては、２組のＹ結線された三
相電機子巻線を、一方の三相電機（発明が解決しようと
する課題〕 ところが、上記構成の発電機にあっては、２つのＹ結線
された三相電機子巻線を、電気角で１５０度の位相差を
もつよう位置ずれさせるために、通常一方の三相電機子
巻線を挿入するスロットに加え、他方の三相電機子巻線
を挿入するためＣコ、上記スロット−つ一つに対して、
電気角１５０１２に対応する所定の機械角だけずらした
別のスロットを設ける必要があり、スロット数が通常の
２倍となってまう。

このようにスロット数を２倍と丈ることは、電機子コア
の剛性の低下、スロット断面積の減少による巻線の挿入
困難等の不具合を生じ、特に小型のものにおいては、物
理的に電機子コアの設計ができないという問題がある。

そこで、本発明はスロット数を増加することなく、直流
出力のリップルを低減することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の車両用交流発電機に
おいては、Ｙ結線された第１の三相電機子巻線とΔ結線
された第２の三相電機子巻線とで電機子巻線を構成し、
これら第１、第２の三相電機子巻線を同一のスロットに
挿入する。

そして、各々の三相電機子巻線に整流手段を設けて、各
々の交流出力を直流に変換し、これら直流出力を合成し
て、発電機の出力とするものである。

また、発電機のシャフトに、複数個の回転磁極を設け、
回転磁極の径方向の寸法を小さくした小型の交流発電機
に用いると効果的である。

さらに、前記第１の三相電機子巻線に発生する線間電圧
、つまり、出力となる電圧は、相電圧の１１倍であり、
一方、前記第２の三相電機子巻線に発生する線間電圧は
、相電圧に等しいため、理論上、線間電圧を一致させる
には、第１の三相電機子巻線の巻数に対する第２の三相
電機子巻線の巻数の比を１：Ｊ了にすることが考えられ
るが、発電機が高速回転時には、前記第２の三相電機子
巻線に流れる電流が前記第１の三相電機子巻線に流れる
電流に対して大きくなる性質があるため、この巻線の巻
数をｆ了より大きくするとよい。

（作用〕 Ｙ結線された第１の三相電機子巻線とΔ結線された第２
の三相電機子巻線の各巻線を同しスロットに巻いた時、
これら第１、第２の巻線に発生する交流出力が、３０度
の位相差を持つことを利用して、これら交流出力をそれ
ぞれ独立した直流出力に変換する第１、第２の整流手段
の直流出力波形も同様に３０度の位相差を持つ。

つまり、第１の整流手段の出力波形の最小値に第２の整
流手段の出力波形の最大値が対応し、逆に第１の整流手
段の出力波形の最大値に第２の整流手段の出力波形の最
小値が対応するため、これらを合成した出力波形の最大
値と最小値との差は、上記第１、第２の整流手段−つ一
つの出力波形の最大値と最小値との差に対して減少する
。

また、複数個の回転磁極をシャフト上に、がっ軸方向に
隣合うよう配置することで回転磁極の径方向の寸法を小
さくし、これに応じて電機子コアの径方向の寸法を小さ
くしてた小型の発電機において、Ｙ結線された第１の三
相電機子巻線とΔ結線された第２の三相電機子巻線とを
同一のスロットに挿入する構成であれば、物理的に小型
の電機子コアに適応することができる。

また、第１の三相電機子巻線の巻数に対して、第２の三
相電機子巻線の巻数の比率をＦゴより大きくすることで
、発電機が高速回転時に第２の三相電機子巻線の抵抗値
が増加する。

（発明の効果〕 以上述べたように本発明においては、２つの三相電機子
巻線を同一スロットに挿入して、発電機の直流出力のリ
ップルを低減することができるので、スロット数を増加
させる必要がない。

また、上述のように、スロット数を増加させることなく
、つまり、電機子コアの径方向の寸法を拡大することな
く直流出力のリップルを低減することができるために、
複数の回転磁極をシャフト上に、かつ軸方向に隣合うよ
う配置することで径方向の寸法を小さくした小型の交流
発電機に通用でき、直流出力のリップルを容易に低減す
ることができる。

さらに、第２の三相電機子巻線の巻数を理論値より多く
することで、発電機が高速回転時には、第２の三相電機
子巻線のインダクタンスによる抵抗が増加して、そこに
流れる電流が、第１の三相電機子巻線の電流に対して大
きくなることなく、直流出力のリップルを安定して小さ
くすることができるという優れた効果がある。

〔実施例〕

以下、図に基づき本発明の実施例について説明する。

第１図において１は車両用交流発電機であり、バッテリ
２及び、電気負荷３へ電流を供給するものである。

１０はＹ結線された第１の三相電機子巻線であり、各相
の巻線１０１．１０２、及び１０３の一端Ｘ′　　ｙ′
　　Ｚ′を接続し、他端ｘ、ｙ、ｚを第１の整流手段を
なす全波整流器１１に接続している。

１２はΔ結線された第２の三相電機子巻線であり、各相
の巻線１２１．１２２、及び１２３の各端部Ｕとｗ’、
ｖとｕ’、ｗとＶ′をそれぞれ接続し、三箇所の接続点
を第２の整流手段をなす全波整流器１３に接続している
。

そして、第１、第２の三相電機子巻線１０．１２の各相
の巻線は、１０１と１２１．１０２と１２２．１０３と
１２３がそれぞれ、第６図に示す電機子コア１６の同一
のスロットに挿入されている。その巻線方法は、第１、
第２の三相電機子巻線１０．１２共に同じであり、巻線
１０１で説明すると、第７図に示すように、一端Ｘから
出発して、スロット１６４．１６７、・・・　１６１と
介し、他端χ′へ達するという波巻である。そして、巻
線１０２は、巻線１０１に対して電気角で１２０度遅れ
るスロットから、巻線１０３は２４０度遅れるスロット
からそれぞれ出発し、巻’ｂ９１０１同様に波巻で巻装
されている。

ここで、巻線の一端のｘ、ｙ、ｚ等は、任意の位置より
引き出すことができ、第１、第２の全波整流器１１．１
３の取り付は部位に応して引き出すようにする。

上記構成において、各三相電機子巻線１０．１２に発生
する電圧ベクトルを第２図及び第３図に示す。ここで、
第３図において、Δ結線のベクトル図をＹ結線で得られ
るベクトル図に変換したものを図中の破線で示している
。

第２図のベクトル図と、第３図の破線で示すベクトル図
とを比較すると、両者には３０度の位相差がある。

また、周知の如く、Δ結線された第２の三相電機子巻線
１２に発生する線間電圧は相電圧と等しく、Ｙ結線され
た第１の三相電機子巻線１０に発生する線間電圧は、そ
の大きさが相電圧のｆ１倍となることから、これら第１
、第２の三相電機子巻線１０．１２に発生する線間電圧
を一致させるために、（Ｙ結線される各相の巻線の巻数
）：（Δ結線される各相の巻線の巻数）＝１：、’下と
する。

つまり、上述のように第１、第２の三相電機子巻線１０
．１２を、同一のスロットに挿入することにより、第１
の電機子巻線１０に対して、第２の電機子巻線１２０線
間電圧の大きさが等しく、位相が３０度ずれた電圧が発
生する。

そして、第１の三相電機子巻線１０に発生した交流出力
が第１の全波整流器１１により直流出力に変換され、第
２の三相電機子巻線１２に発生した交流出力が第２の全
波整流器１３により直流出力に変換される。さらに、第
１、第２の全波整流器１１．１３は並列に接続されてあ
り、各々の直流出力が合成されて発電機１の出力電圧（
Ｂ点の電圧■ｌｌ）となる。

１４は界磁巻線、１５は電流調整装置であり、電圧調整
装置１５は、バッテリ２の電圧が所定値以下の時に界磁
巻ｖＡ１４に通電して発電機１を発電状態にし、一方、
バ・ノテリ２の電圧が所定値以上の時に界磁巻線１４の
通電電流を遮断して発電機１を発電停止状態にすること
で、バッテリ２の電圧を所定の電圧に制御するものであ
る。

次に、発電機１の出力電圧波形について説明する。

Ｙ結線された第１の三相電機子巻線１０の各相の出力波
形は、互いに１２０度の位相差をもつ正弦波となり、第
１の全波整流器１１の出力波形は図中Ｖ１１で示すよう
に直流となる。この直流出力Ｖｌ＋のり、プル（脈動）
は、Ｖ　ｚａｍｘ　　Ｖｌｌｍｉｎで示され、発電機１
に発生する正弦波の最大値をＥとし、ダイオードの順方
向の電圧降下をＯ（Ｖ）とすると以下のようになる。

Ｖ　ｌ１Ｉｎ□−Ｖ　ＩＩ＋ｎ１ｎ ＝Ｅ　（ｓｉｎ（π／３）　　５ｉｎ（ｘ／３））　　
Ｅ（ｓｉｎ（π／３＋π／６）−ｓｉｎ（−π／３＋π
／６）） −Ｅ（（ゴー３／２） ＃０．２３２Ｅ また、Ｖ　１１の平均値Ｖ　１１は、 ５ｉｎ（θ−π／３））　　）ｄ　θ 職１．　６５４Ｅ ここで、す、プル率を（Ｖｘｍａｘ　　Ｖｌ１ｍｉｒ＋
　）　／Ｖ　Ｈ１とすると、０．１４となる。

一方、Δ結線された第２の機子巻線１２の出力波形は、
前述のようにＹ結線された第１の三相電機子巻線１０の
出力波形に対して、大きさが等しく３０度の位相差をも
つ正弦波である。従って、第２の全波整流器１３の出力
波形は、第１の全波整流器１１の出力波形に対して、大
きさが等しく３０度の位相差をもつものである。

そして、これら第１、第２の全波整流器１１．１３の直
流出力を合成したもの、つまり、発電機１の出力電圧Ｖ
Ｂの波形を第５図に示す。

この出力電圧■８を示す波形のリンプル（脈動）はＶ　
Ｂｍａｘ　　Ｖｌ１７３、で示され、上記同様、発電機
１に発生する正弦波の最大値をＥとし、ダイオードの順
方向の電圧降下をＯ（Ｖ）とすると、以下のようになる
。

■Ｂ□Ｘ　　ＶＢｍｉｎ ＝Ｅ（ｓｉｎ（π／３）　−５ｉｎ（−７Ｚ／３）ｌ　
　Ｅ（ｓｉｎ（π／３＋π／１２）−ｓｉｎ（−π／３
＋π／１２）） ”＝：０．０５９Ｅ また、ＶＢの平均値■６は、 ５ｉｎ（θ−π／３））　　〕　ｄθ ζ１．７１２Ｅ さらに、リップル率は、（Ｖｌｓｍｘ　　Ｖ１ｍ□、、
）／Ｖｍ＝０．０３４となる。

従って、第１の全波整流器１１の直流出力のみでは０．
１４であったものが、第２の全波整流器１３の直流出力
を合成することによって、０．０３４まで低減すること
ができる。

従って、上記実施例においては、Ｙ結線された第１の三
相電機子巻線１０とΔ結線された第２の三相電機子巻線
１２を、電機子コア１６の同一スロットに挿入すること
で、発電機１の直流出力のリップルを低減することがで
きるため、従来のようにスロット数を増加する必要がな
い。

また、第１０図に示すように、界磁巻線１４が巻装され
る円筒状の回転磁極１８を２組、シャフト１７上に設け
た発電機１に用いることができる。

第１０図に示す発電機（以下、タンデム発電機と呼ぶ）
１においては、シャフト１７上に２組の回転磁極１８を
軸方向に隣合うように配置することで、回転磁極１８が
１つのものと同様の出力を得る場合に、回転磁極１８の
径方向の寸法は、１つのものに対して小さくすることが
でき、これに応じて電機子コア１６の径方向の寸法、及
び発電機１の径方向の寸法を小さくできるものである。

そして、回転磁極１８が径方向に小さくできることで、
高速回転が可能となるが、高速回転時には直流出力のリ
ップルが大きくなってしまう。

ここで、その直流出力のリップルを低減するために、従
来のように電機子コア１６のスロ７）に挿入される、Ｙ
結線された三相電機子巻線に対して、電気角で１５０度
ずらした部位に更に別のスロットを設け、別のＹ結線さ
れた三相電機子巻線を挿入することは困難であり、特に
小型のものにおいては、物理的に電機子コア１６の設計
ができなくなってしまう。そして、実際にタンデム発電
機にこの構成を採用するには、電機子コア１６の強度、
スロットの断面積等を考慮すると、電機子コア１６の径
方向の寸法を拡大する必要があり、タンデム発電機とし
てのメリットを損なってしまつ。

これＣ二対して、Ｙ結線された第１の三相電機子巻線１
０とΔ結線された第２の三相電機子巻線１２とであれば
、電機子コアの同一のスロットにこれらの巻線を挿入す
るため、スロット数も元のままでよ＜、電機子コア１６
の径方向の寸法を拡大することなく直流出力のリップル
を低減することができる。

従って、タンデム発電機のスロットを損なうことなく直
流出力のリップルを低減することができる。

また、発電機が高速回転時には、Δ結線された第２の三
相電機子巻線１２に流れる電流が、Ｙ結線された第１の
三相電機子巻線１０に流れる電流に対して、大きくなる
性質があり、この場合、低速回転時に対して、リップル
幅が大きくなってしまう。そこで、これに対処するため
に、第２の三相電機子巻線１２の各巻線１２１．１２２
．１２３の巻数を、第１の三相電機子巻線１０の各巻線
１０１．１０２．１０３の巻数に対して、ｆゴ倍より大
きくするとよい。

これにより、発電機が高速回転時には、第２の三相電機
子巻線１２の各巻線１２１．１２２．１２３のインダク
タンスによる巻線抵抗が増加し、電流を妨げて、リップ
ル幅の増大を防止することができる。

さらに、上記実施例において、第１、第２の三相電機子
巻線１０．１２を第９図に示すように、スロット内で互
いに逆方向に巻装することで、同じスロットに挿入され
る巻線同士（図中では１０１と１２１）において、スロ
ットの外部で重なり合う部分がなくなり、巻線が密に巻
かれないため冷却が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用交流発電機の一実施例を示す電
気回路図、第２図はＹ結線された第１の三相電機子巻線
の各相の巻線に発生する電圧を示すベクトル図、第３図
はΔ結線された第２の三相電機子巻線の各相の巻線に発
生する電圧を示すベクトル図、第４図はＹ結線された第
１の三相電機子巻線の各相の巻線に発生する電圧及び、
第１の整流器の出力電圧Ｖ　Ｉ　＋を示す波形図、第５
図はＹ結線された第１の三相電機子巻線の各相の巻線に
発生する電圧、Δ結線された第２の三相電機子巻線の各
相の巻線に発生する電圧及び、第１、第２の整流器の出
力電圧を合成した電圧Ｖｌｌをそれぞれ示す波形図、第
６図は電機子の要部を示す斜視・図、第７図は第１の三
相電機子巻線の巻線方法を示す模式図、第８図は第２の
三相電機子巻線の巻線方法を示す模式図、第９図は第１
、第２の三相電機子巻線の他の巻線方法を示す模式図、
第１０図はタンデム発電機を示す部分断面正面図である
。 １・・・車両用交流発電機、１０・・・Ｙ結線された第
１の三相電機子巻線、１０１〜１０３・・・第１の電機
子巻線の各相の巻線、１１・・・第１の整流手段をなす
第１の全波整流器、１２・・・Δ結線された第２の三相
電機子巻線、１２１〜１２３・・・第２の電機子巻線の
各相の巻線、１３・・・第２の整流手段をなす第２の全
波整流器、１４・・・界磁巻線、１６・・・電機子コア
、１７・・・シャフト　１８・・・回転磁極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のスロットを有する電機子コア（１６）と、
   Ｙ結線された第１の三相電機子巻線（１０）と、Δ結線
   された第２の三相電機子巻線（１２）とからなり、前記
   第１、第２の三相電機子巻線が同一の前記スロットに挿
   入される電機子と、前記第１の三相電機子巻線が接続さ
   れる第１の整流手段（１１）と、 前記第２の三相電機子巻線が接続されると共に、前記第
   １の整流手段と並列接続関係にある第２の整流手段（１
   ３）と、 前記電機子コアへ磁束を供給することで、前記第１、第
   ２の三相電機子巻線に交流出力を発生させる回転磁極（
   １４）とを備え、 前記第１、第２の三相電機子巻線に発生する交流出力は
   前記第１、第２の整流手段により、各々独立した直流出
   力に変換された後、合成されることを特徴とする車両用
   交流発電機。
2. （２）シャフト（１７）と、 このシャフト上で、かつ軸方向に隣合う複数個の円筒状
   の回転磁極（１８）と、 複数のスロットを有し、前記複数個の回転磁極の外周面
   に対して所定空隙を介して対向する筒状の電機子コアと
   、Ｙ結線された第１の三相電機子巻線と、Δ結線された
   第２の三相電機子巻線とからなり、前記第１、第２の三
   相電機子巻線が同一の前記スロットに挿入される電機子
   と、 前記第１の三相電機子巻線が接続される第１の整流手段
   と、 前記第２の三相電機子巻線が接続される第２の整流手段
   と、 前記第１、第２の三相電機子巻線に発生する交流出力は
   前記第１、第２の整流手段により、各々独立した直流出
   力に変換された後、合成されることを特徴とする車両用
   交流発電機。
3. （３）前記第１、第２の三相電機子巻線の巻数の比率に
   おいて、前記第１の三相電機子巻線の巻数に対して、前
   記第２の三相電機子巻線の巻数を√３より大きくするこ
   とを特徴とする請求項１又は、２記載の車両用交流発電
   機。