JP2000134887A - 交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、出力電圧を向上させる交流発電
機を得る。 【解決手段】 基部５１のティース部５２に対向した外
周部に形成された凹部５４の深さをｈ、基部５１の幅を
ｈｃ、ティース部５２の幅をｂｔとしたときに ｈ／ｈｃ＜０．２であり、かつ１．２０＜ｈｃ／ｂｔ＜
１．３０ の関係が成立するように固定子コア５０を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋼板が積層さ
れ、かつ基部及び基部から軸心方向に突出した複数のテ
ィース部から構成された固定子コアを備えた交流発電機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の車両用交流発電機の側断面
図、図７は図６の固定子の斜視図、図８は図７の固定子
コアの斜視図である。この車両用発電機は、アルミニウ
ム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から
構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端
部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト
６に固定されたランドル型の回転子７と、回転子７の両
側面に固定されたファン５と、ケース３内の内壁面に固
定された固定子８と、シャフト６の他端部に固定され回
転子７に電流を供給するスリップリング９と、スリップ
リング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１
０を収納したブラシホルダ１１と、固定子８に電気的に
接続され固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器
１２と、ブラシホルダ１１に嵌着され、固定子８で生じ
た交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８とを備
えている。

【０００３】回転子７は、電流を流して磁束を発生する
回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って設
けられその磁束によって磁極が形成されるポールコア１
４とを備えている。ポールコア１４は一対の交互に噛み
合った第１のポールコア体２１及び第２のポールコア体
２２とから構成されている。第１のポールコア体２１及
び第２のポールコア体２２は鉄製で、かつ爪形状の爪状
磁極２３、２４をそれぞれ有している。

【０００４】固定子８は、回転子７による回転磁界が通
る固定子コア１５と、この固定子コア１５に導線が巻回
されて構成され出力電流が流れる固定子コイル１６とか
ら構成されている。上記固定子コア１５は、打ち抜き加
工して等分間隔で複数のティース片を有する帯状の鋼板
をティース片の先端が中心に指向するように螺旋状に湾
曲しながら積層して製造される。この固定子コア１５
は、基部３０及び基部３０から軸心方向に突出した複数
のティース部３１とから構成されている。隣接したティ
ース部３１間にはスロット３２があり、このスロット３
２に導線が巻回されている。

【０００５】上記構成の車両用交流発電機では、バッテ
リ（図示せず）からブラシ１０、スリップリング９を通
じて回転子コイル１３に電流が供給されて磁束が発生
し、磁界を生じる。一方、エンジンによってプーリ４は
駆動され、シャフト６によって回転子７が回転するた
め、固定子コア１５には回転磁界が与えられ、固定子コ
イル１６には起電力が生じる。

【０００６】回転子コイル１３で生じた磁束Ａは、Ｎ極
に励磁された第１のポールコア体２１から出た後、回転
子７と固定子８との間のエアギャップを介して固定子コ
ア１５のティース部３１に入る。この磁束Ａは、その後
基部３０を通り、隣接したティース部３１からエアギャ
ップを介して、Ｓ極に励磁された第２のポールコア体２
２に流れる。発電機の出力を決定する磁束量は、回転子
７による回転磁界の起磁力と磁束Ａの磁気回路の磁気抵
抗によって決まる。従って、同一起磁力の場合、この磁
気回路をいかに磁気抵抗の小さい形状とするかが重要な
点となる。

【０００７】上記構成の車両用交流発電機では、図９に
示すように、ティース部３１を通過する磁束Ａは、ティ
ース部３１の根元部で左右に分岐されて基部３０を通過
するため、ティース部３１と対向する基部３０の外周部
Ｂは磁気回路として不要であり、固定子コア１５の軽量
化のためにはむしろ不要であり、そのためその外周部Ｂ
に軸線方向に延びた凹部３３が形成されている。なお、
この凹部３３は帯状の鋼板を螺旋状に湾曲するときの治
具の被係合部としての機能も有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の車両用交流
発電機では、固定子コア１５の軽量化のため、及び治具
の被係合部として凹部３３が固定子コア１５に形成され
ているが、この凹部３３が一定の大きさを越えると磁気
通路の狭小化により、磁気抵抗が大きくなってしまい、
磁束量が小さくなり、発電機の出力電圧が低下するとい
う問題点があった。

【０００９】また、固定子コア１５は、帯状の鋼板を螺
旋状に湾曲、積層して製造されるが、この鋼板は図１０
に示すように、枠部４０とこの枠部４０から直角方向に
延びた複数のティース片４１とから構成されている。そ
のため、鋼板の湾曲変形の際に、ティース片４１の隅部
と枠部４０の外側に形成された溝部４２とを結ぶＣの箇
所に応力が集中し、その箇所Ｃで大きな塑性変形が生
じ、固定子コア１５は、基部３０を一辺とする内角が不
均一な多角形状となり、固定子コア１５の内径部の真円
度が悪く、回転子７と固定子コア１５との間のエアギャ
ップの寸法が不均一となり、エアギャップで生じる磁束
密度波形が乱れ、発電出力が悪化するという問題点もあ
った。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、出力電圧を向上させ
ることができる交流発電機を得ることを目的とするもの
である。

【００１１】この発明の請求項１に係る発明は、固定子
コアの基部のティース部に対向した外周部に形成された
凹部の深さをｈ、基部の幅をｈｃ、ティース部の幅をｂ
ｔとしたときに ｈ／ｈｃ＜０．２であり、かつ１．２０＜ｈｃ／ｂｔ＜
１．３０ の関係が成立するように固定子コアを構成したものであ
る。

【００１２】また、請求項２に係る発明では、枠部及び
枠部から直角に延びた複数のティース片からなる帯状の
鋼板を螺旋状に湾曲、積層して構成されている。

【００１３】また、請求項３に係る発明では、凹部の隅
部には曲率中心が基部側にある曲面部が形成されてい
る。

【００１４】また、請求項４に係る発明では、ティース
部と基部とが交差する隅部には滑らかな曲面部が形成さ
れている。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１の車両用交流発電機の固定子コア５０の要
部平面図を示す。なお、以下の説明において図６ないし
図１０と同一または相当部分は同一符号を付して説明す
る。この固定子コア５０は、打ち抜き加工して等分間隔
で複数のティース片を有する帯状の鋼板をティース片の
先端が中心に指向するように螺旋状に湾曲しながら積層
して製造される。この固定子コア５０は、基部５１及び
基部５１から軸心方向に突出した複数のティース部５２
から構成されている。基部５１のティース部５２に対向
した外周部には凹部５４が形成されている。隣接したテ
ィース部５２間にはスロット５３があり、このスロット
５３に導線が巻回される。

【００１６】この車両用交流発電機では、Ｎ極に励磁さ
れた第１のポールコア体２１から出た磁束は、回転子７
と固定子８との間のエアギャップを介して固定子コア５
０のティース部５２から入り、基部５１を通り、隣接し
たティース部５２からエアギャップを介して、Ｓ極に励
磁された第２のポールコア体２２に流れる閉磁気回路と
なる。この時、磁気回路に流れて、発電機の出力を決定
する磁束Ａの量は、回転子７による回転磁界の起磁力と
磁気回路の磁気抵抗によって決まる。つまり、起磁力
は、磁気抵抗の大きさと磁束量との積で定まり、同一起
磁力の場合、磁束Ａの量をより大きくするには、磁気回
路の磁気抵抗をより小さくしなければならない。

【００１７】本出願人は、磁気回路の磁気抵抗をより小
さくするために固定子コア５０の形状に着目した。つま
り、適切な形状を設定するためには、凹部５４による磁
路の収縮、並びにティース部５２及び基部５１の磁束密
度のバランスを考慮する必要があり、凹部５４の深さｈ
と基部５１の幅ｈｃとの比（ｈ／ｈｃ）、基部５１の幅
ｈｃとティース部５２の幅ｂｔとの比（ｈｃ／ｂｔ）に
着目した。これらの（ｈ／ｈｃ）、（ｈｃ／ｂｔ）を選
定するに当り、回転子７の起磁力が１８００ＡＴ、固定
子コア５０の外径がφ１２８ｍｍ、固定子コア５０の内
径がφ１００．２ｍｍ、固定子コア５０の軸線方向の長
さが２７ｍｍの条件下で磁束量を計算で求めた。

【００１８】図２は（ｈ／ｈｃ）＝０．１８（ｈ＝０．
８ｍｍ、ｈｃ＝４．５ｍｍ、）の下で、（ｈｃ／ｂｔ）
を変化させたときの磁束量の計算値を示している。この
図から（ｈｃ／ｂｔ）は最適値が存在していることが分
かる。この場合、（ｈｃ／ｂｔ）＝１．２５（ｈｃ＝
４．５ｍｍ、ｂｔ＝３．６ｍｍ）近傍で磁束量が最大で
あり、この値は３８５００×１０^−８Ｗｂであった。

【００１９】更に、（ｈ／ｈｃ）＝０、 ０．１、
０．２、 ０．３のそれぞれの場合について、同様に計
算した結果を図３に示す。この結果より分かるように、
（ｈｃ／ｂｔ）＝１．２５の近辺に磁束量の最適値が存
在し、（ｈ／ｈｃ）は当然小さくなる程、つまり凹部５
４の深さｈが大きくなる程磁束量は小さくなる。そし
て、各（ｈ／ｈｃ）の磁束量の最大値（図３における点
線）に注目すると、（ｈ／ｈｃ）＝０．２以上の領域で
は磁束量の最大値は急激に減少し、（ｈ／ｈｃ）＝０．
２以下の値では、磁束量の最大値はそれ程大きく上昇し
ない。これは、（ｈ／ｈｃ）が小さく、即ち凹部５４が
小さくなれば、磁束の通る磁路幅は大きくなるものの、
平均磁路として、遠回りになるため、ある程度以上（ｈ
／ｈｃ）を小さくしても磁束量上昇の効果は小さいと考
察される。 従って、（ｈ／ｈｃ＜０．２）、かつ、１．２０＜（ｈ
ｃ／ｂｔ）＜１．３０ の関係を有する固定子コア５０の形状とすれば、磁束量
が増大し、出力向上が可能な交流発電機を得ることがで
きる。

【００２０】参考として、（ｈ／ｈｃ）＝０．３６（ｈ
＝１．５ｍｍ、ｈｃ＝４．２ｍｍ、）、（ｈｃ／ｂｔ）
＝１．１１（ｈｃ＝４．２ｍｍ、ｂｔ＝３．８ｍｍ）の
関係を有し、他の構成は実施の形態１と同一である従来
の固定子コア１５の磁束量を算出したところ、３６６０
０×１０^−８Ｗｂの値を得た。実施の形態１の例では、
前述したように、（ｈ／ｈｃ）＝０．１８（ｈ＝０．８
ｍｍ、ｈｃ＝４．５ｍｍ、）、（ｈｃ／ｂｔ）＝１．２
５（ｈｃ＝４．５ｍｍ、ｂｔ＝３．６ｍｍ）のとき、磁
束量は３８５００×１０^−８Ｗｂであり、従来例と比較
して磁束量が５．２％増大した。

【００２１】この効果を確認するために、交流発電機の
回転子８の回転数が１０００ｒｐｍの時の無負荷時端子
電圧を従来例とともに測定した。図４はその測定結果を
示すものである。例えば起磁力が１８００ＡＴ時のと
き、従来例の場合では発生電圧が１４．５ｖであるのに
対して、実施の形態１の例では１５．４ｖであり、約５
％出力電圧が向上したことが確認された。

【００２２】また、他の例として、回転子８の回転数が
１３００ｒｐｍの時の全負荷時を測定したとき、従来例
では交流発電機の発生電流が２０Ａであるのに対して、
実施の形態１の例では２２．５Ａであり、約１０％出力
が向上したことが確認された。

【００２３】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２の固定子コア６０の部分平面図を示す。この実施の
形態では、基部６１の外周部に形成された凹部６２の隅
部には曲率中心が基部６１側にある曲面部６３が形成さ
れている。また、ティース部６３と基部６４とが交差す
る隅部にも滑らかな曲面部６５が形成されている。この
固定子コア６０を構成する鋼板は、ティース片の根元部
の隅部に滑らかな曲線部が形成されている。また、帯状
の鋼板の枠部に形成された溝部の隅部に曲率中心が枠部
側にある曲線部が形成されている。

【００２４】この実施の形態では、帯状の鋼板を螺旋状
に湾曲、積層して製造されるが、ティース片の根元部に
曲線部が形成されているので、湾曲変形の際に根元部へ
の応力集中が防止され、変形後の鋼板の真円度が向上
し、固定子コア６０の真円度は向上する。また、溝部の
隅部にも曲線部が形成されているので、湾曲変形の際に
隅部への応力集中も防止され、変形後の鋼板の真円度が
さらに向上し、固定子コア６０の真円度はさらに向上す
る。このように、固定子コア６０の真円度が向上するの
で、回転子７と固定子コア６０との間のエアギャップの
寸法が全周にわたって均一となり、エアギャップで生じ
る磁束密度波形の乱れを防止できる。

【００２５】なお、実施の形態１の固定子コア５０及び
実施の形態２の固定子コア６０を各サンプル数ｎ＝１０
で試作したところ、内径部の最大値と最小値との差が固
定子コア５０の場合約５０μｍであったのに対して、固
定子コア６０では約３０μｍであり、この試作結果から
も固定子コア６０の真円度がより向上したことが確認さ
れた。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１に係る交流発電機では、固定子コアの基部のティース
部に対向した外周部に形成された凹部の深さをｈ、基部
の幅をｈｃ、ティース部の幅をｂｔとしたときに、 ｈ／ｈｃ＜０．２であり、かつ１．２０＜ｈｃ／ｂｔ＜
１．３０ の関係が成立するように固定子コアを構成したので、磁
気抵抗が低減され、出力が向上する。

【００２７】また、請求項２に係る交流発電機では、固
定子コアは枠部及び枠部から直角に延びた複数のティー
ス片からなる帯状の鋼板を螺旋状に湾曲、積層して構成
されているので、固定子コアは能率よく製造することが
できる。

【００２８】また、請求項３に係る交流発電機では、固
定子コアの凹部の隅部には曲率中心が基部側にある曲面
部が形成されているので、鋼板を湾曲して製造される固
定子コアの真円度が向上し、回転子と固定子コアとの間
のギャップが全周にわたって均一化し、出力が向上す
る。

【００２９】また、請求項４に係る交流発電機では、テ
ィース部と基部とが交差する隅部には滑らかな曲面部が
形成されているので、鋼板を湾曲して製造される固定子
コアの真円度が向上し、回転子と固定子コアとの間のギ
ャップが全周にわたって均一化し、出力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の交流発電機の要部
平面図である。

【図２】 実施の形態１の固定子コアの（ｈｃ／ｂｔ）
と磁束との関係を示す図である。

【図３】 実施の形態１の固定子コアの（ｈｃ／ｂｔ）
と磁束との関係を（ｈ／ｈｃ）を変化させて示す図であ
る。

【図４】 実施の形態１の交流発電機を無負荷飽和電圧
測定を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態２の交流発電機の要部
平面図である。

【図６】 従来の交流発電機の断面図である。

【図７】 図６の固定子の斜視図である。

【図８】 図７の固定子コアの斜視図である。

【図９】 図８の要部平面図である。

【図１０】 図６の固定子の鋼板の一部平面図である。

【符号の説明】

５０，６０ 固定子コア、５１，６１ 基部、５２，６
４ ティース部、５３スロット、５４，６２ 凹部、６
３，６５ 曲面部、Ａ 磁束。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流を流して磁束を発生する回転子コイ
   ル、この回転子コイルを覆って設けられ前記磁束により
   着磁されるポールコアを含む回転子と、 この回転子を囲って設けられ前記回転子による回転磁界
   が通る円筒状の固定子コア、この固定子コアに導線が巻
   回されて構成され交流が生じる固定子コイルを含む固定
   子とを備え、 前記固定子コアは、鋼板が積層され、かつ基部及び基部
   から軸心方向に突出した複数のティース部から構成され
   た交流発電機であって、 前記基部の前記ティース部に対向した外周部に形成され
   た凹部の深さをｈ、基部の幅をｈｃ、ティース部の幅を
   ｂｔとしたときに ｈ／ｈｃ＜０．２であり、かつ１．２０＜ｈｃ／ｂｔ＜
   １．３０ の関係が成立するように前記固定子コアが構成された交
   流発電機。
2. 【請求項２】 固定子コアは、枠部及び枠部から直角に
   延びた複数のティース片からなる帯状の鋼板を螺旋状に
   湾曲、積層して構成された請求項１に記載の交流発電
   機。
3. 【請求項３】 凹部の隅部には曲率中心が基部側にある
   曲面部が形成された請求項１または請求項２に記載の交
   流発電機。
4. 【請求項４】 ティース部と基部とが交差する隅部には
   滑らかな曲面部が形成された請求項１ないし請求項３の
   何れかに記載の交流発電機。