JP2009005419A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転電機の固定子巻線に誘導されるリアクタンス分を低減させることによって出力を増加させる。
【解決手段】
固定子鉄心は、回転子に対向した位置に固定子爪磁極が軸方向両側から各々が交互に延びるようにして、複数の磁極を形成し、固定子爪磁極の先端部と固定子外周との空隙距離を長くすることにより、固定子巻線に誘導されるリアクタンス分を低減させる。固定子鉄心の爪磁極の先端部から、爪磁極の周方向の中心上に対向する固定子鉄心の外周部材間の磁気抵抗が、先端部が対向する固定子鉄心の外周部材間の磁気抵抗より大きくなるようにする。
【選択図】図９

Description

本発明は、発電機やモータ等の回転電機に関するものである。

発電機やモータ等の固定子は、回転軸芯に向けて開口し、かつ周方向に並べて配置される複数のスロットを形成した固定子鉄心と、前記各々のスロットに巻回された複数の固定子巻線とによって構成されている。

このような構成の回転電機は、幅の狭いスロット内に固定子巻線を巻回することが必要で、作業性が悪い問題があった。

特許文献１には、三相同期発電機において固定子に回転軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、内側に磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして軸方向に重ね合わせたように構成する技術が開示されている。この文献による開示技術ではコイルの巻線作業を簡略化することで、生産性を向上している。但し、特性向上については言及されていない。また特許文献１に開示の発電機は、回転子に各相毎に分割された永久磁石を用いる構造であり、以下に説明する自動車用の発電機の如く回転速度が広範囲に渡って変化するタイプには使用できない。

特開２００５−１５１７８５号公報

作業性の向上と共に回転電機においては特性改善が重要である。上記文献では特性改善について検討されていない。

本発明の目的は出力性能に優れた回転電機を提供することにある。

本発明は、回転軸周りに巻回された界磁巻線と、該界磁巻線を包囲するように設けられ、固定子鉄心の爪磁極と対向する部位に回転爪磁極を有する回転子鉄心と、
前記回転子の外周側に環状に巻回される固定子巻線と、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から各々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられた固定子鉄心とからなる回転電機であって、
前記固定子巻線に流れる電流により発生する前記固定子鉄心の爪磁極の先端部から前記固定子鉄心の外周部材を通過する鎖交磁束量を抑えて、前記固定子巻線に誘導されるリアクタンス分を低減させることによって達成される。

本発明は、回転軸周りに配置された界磁磁石と、該界磁磁石を保持するように設けられ、固定子鉄心の爪磁極と対向する部位に界磁磁極を配置した回転子鉄心と、前記回転子の外周側に環状に巻回される固定子巻線と、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から各々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられた固定子鉄心とからなる回転電機であって、
前記固定子巻線に流れる電流により発生する前記固定子鉄心の爪磁極の先端部から前記固定子鉄心の外周部材を通過する鎖交磁束量を抑えて、前記固定子巻線に誘導されるリアクタンス分を低減させることによって達成される。

本発明の好ましくは、固定子鉄心の爪磁極の先端部から、前記爪磁極の周方向の中心上に対向する前記固定子鉄心の外周部材間の磁気抵抗が、前記先端部が対向する前記固定子鉄心の外周部材間の磁気抵抗より大きくなるようにすることによって達成される。

本発明の好ましくは、固定子鉄心爪磁極と対向する前記固定子鉄心の外周部材が、前記固定子鉄心の爪磁極の先端部より軸方向側に位置させることによって達成される。

本発明の好ましくは、固定子鉄心の爪磁極と対向する前記固定子鉄心の外周部材の形状は、軸方向に方形状、又は三角形状、又は台形状、又は円弧状に形成することによって達成される。

本発明の好ましくは、回転子の磁束が鎖交する前記固定子鉄心の爪磁極は、前記鎖交する磁束によって磁気飽和がない断面積の範囲にあって、取り付け部の断面積に比較して先端部の断面積を小さくすることによって達成される。

本発明の好ましくは、固定子鉄心の爪磁極の周方向の高さは、先端部から軸方向に向かって高くなるように構成することによって達成される。

本発明の好ましくは、先端部から軸方向の高さは、連続して変化するように形成することによって達成される。

本発明の好ましくは、先端部から軸方向の高さは、階段状に変化するように形成することによって達成される。

本発明の好ましくは、先端部から軸方向の高さの変化は、前記固定子巻線に対向する面側に形成することによって達成される。

本発明の好ましくは、回転子の爪磁極の根元部は中間部に対して幅広に形成され、中間部は先端部よりも幅広に形成されており、前記中間部は、ほぼ一定幅に形成することによって達成される。

本発明によれば、出力性能に優れた回転電機を得ることができる。

以下に説明する実施の形態では、回転子に電磁石を使用すると共に界磁巻線を各相毎に対応して設けるのではなく共通に使用する構造としているので、界磁巻線のターン数を多くでき、低速回転における出力特性が改善できる効果がある。

更にまた以下の実施の形態では、リアクタンスを低減することで、出力特性を大きく改善できる。特に高速回転においてはリアクタンスの影響が大きくなり、高速回転の特性が改善される。車両用の交流発電機では回転子の回転速度が広範囲に変化する。従って広範囲の変化に対応した特性の改善が望まれる。

［第１実施例］
本発明の回転電機の一実施形態である車両用交流発電機を図１〜図７に基づいて説明する。図１は、車両用交流発電機の側面断面図である。図２は、車両用交流発電機を部分的に断面とした斜視図である。図３は、回転子と固定子を部分的に断面とした斜視図である。図４は、回転子の斜視図である。図５（ａ）は、固定子のみを部分的に断面とした斜視図である。図５（ｂ）は、固定子を内周側から見た図である。図６は、固定子の各相毎の斜視図である。図７（ａ）は、固定子における１つの相を取り出した斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の部品毎の斜視図である。

図１に示す本実施例の車両用交流発電機は、図中左側に配置されるフロントブラケット１と図中左側に配置されるリアブラケット２とを有しており、各々のブラケットは、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈しているが、これらのフロントブラケット１及びリアブラケット２の内周側と外周側には、図２に示すように空気が流通するための複数の風穴３が開口している。

フロントブラケット１の径方向外周側部分の肉厚は、リアブラケット２側を肉厚Ａとし、底面側を肉厚ＢとするとＡ＞Ｂの関係となっている。また、リアブラケット２側の端部外周にはリアブラケット２が嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部１ａが形成されている。更にフロントブラケット１の軸方向端面側部分の肉厚Ｃは、肉厚Ａ＞肉厚Ｃ＞肉厚Ｂの関係となっている。

また、リアブラケット２の径方向外周側部分においてもフロントブラケット１と同様にフロントブラケット１側の肉厚Ｄ＜底部側の肉厚Ｅの関係となっていると共に、この肉厚Ｄ部分の端部内周には、フロントブラケット１の段差部１ａが嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部２ａが形成されている。尚、リアブラケット２の厚肉Ｅ部分は、フロントブラケット１の肉厚Ｂよりも厚肉となっている。

フロントブラケット１及びリアブラケット２には、各々固定穴が開口する固定部４が径方向外周側に突出して一体に設けられており、これらの固定部４が図示しないボルトによって車両に取り付けられる。また、フロントブラケット１及びリアブラケット２は、アルミニウム合金によって成形されており、成形方法としてはダイキャストが用いられる。

リアブラケット２の軸方向端には、各々のブラケットよりも薄肉のリアカバー５が取り付けられており、このリアカバー５は、各々のブラケット同様、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。このリアカバー５にも空気が流通するための風穴３が内周側や外周側に複数開口している。また、リアカバー５の外周側には、バッテリーに接続されるターミナル６が取り付けられている。尚、リアカバー５は、樹脂製、もしくは、アルミニウム合金製である。

フロントブラケット１及びリアブラケット２の軸方向外端部における径方向略中心位置には、各々、軸受としてのボールベアリング７ａ，７ｂが取り付けられているが、フロントブラケット１に取り付けられるボールベアリング７ａは、リアブラケット２に取り付けられるボールベアリング７ｂよりも外径の大きなものが用いられている。

これらのボールベアリング７ａ，７ｂの内輪には、シャフト８が挿通され、このシャフト８はフロントブラケット１及びリアブラケット２に対して相対回転自在に支持されている。

フロントブラケット１側端には、回転伝達部材としてのプーリ９がボルトによって回転するように固定されている。図外のエンジンの回転がベルトにより上記プーリ９に伝達され、上記シャフト８が回転する。

シャフト８のリアブラケット２側の端部には、シャフト８と一体に回転するよう２つのスリップリング１０が取り付けられており、各々のスリップリング１０に押付けられた状態で摺動する２つのブラシ１１を介して電力が供給されるようになっている。

シャフト８の回転軸方向の略中央部には、磁性材料にて成形されたフロント側ロータ部材１２Ｆとリヤ側ロータ部材１２Ｒが固定されており、これら部材はシャフト８と一体に回転する。フロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒは、軸方向に向かい合って当接した状態で軸方向の移動が規制されるべく、各々のロータ部材１２Ｆ，１２Ｒの外側端をシャフト８に形成した環状溝８ａ内に塑性流動させている。ロータ１２はシャフト８に固定された上記フロント側ロータ部材１２Ｆとリヤ側ロータ部材１２Ｒを有している。

このロータ１２の回転軸方向における両端面には、外周側に複数の羽根を有する通風手段としての板状のファン１３Ｆ，１３Ｒが取り付けられており、ロータ１２と一体的に回転する。これらのファン１３Ｆ，１３Ｒは、回転することによる遠心力によって、内周側から外周側に空気を流通させるようになっている。

フロント側ロータ部材１２Ｆやリヤ側ロータ部材１２Ｒは、内周側に位置する軸部１２ａと、外周側に位置する径方向断面がＬ字形状の複数の回転子爪磁極１２ｂとからなり、両ロータ部材１２Ｆ，１２Ｒの軸部１２ａの軸方向端部同士が向かい合って当接することでランデル型鉄心が構成される。軸部１２ａ外周と回転子爪磁極１２ｂ内周間には、界磁巻線１４が回転軸周りに巻装され、この界磁巻線１４の両端は、シャフト８に沿って延出して前述のスリップリング１０に各々接続されている。このため、ブラシ１１からスリップリング１０を介して供給される直流電流は、界磁巻線１４を流れ、それに伴いロータ１２が磁化される。ロータ１２はエンジン回転速度に基づいて回転するので、発電電圧は上記エンジン回転速度と界磁巻線１４に供給される界磁電流に応じて変わる。エンジン回転速度にかかわらず、バッテリーの状態に応じた発電電圧が得られるように制御回路により、界磁巻線に供給される界磁電流が制御される。上記制御回路はこの回転電機のリア側に設けられている。上記制御回路は例えば一般に知られているＩＣレギュレータ（図示せず）であり、リアカバー５の内部に配置されており、上記ＩＣレギュレータは整流回路１５を有している。発電された交流電力は上記整流回路１５で全波整流されることにより直流に変換され、ターミナル６から出力される。

フロントブラケット１におけるの肉厚Ａ部分と肉厚Ｂ部分との間、及び、リアブラケット２における肉厚Ｄ部分と肉厚Ｅ部分との間に設けられた互いの段差１６Ｆ，１６Ｒには、フロントブラケット１側からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順に配置された３相の固定子１７が挟持固定されている。尚、Ｕ相の固定子１７Ｕ及びＶ相の固定子１７Ｖは、フロントブラケット１の内周に全ての部分が収容されており、Ｗ相の固定子１７Ｗは、一部がフロントブラケット１の内周に収容され、その他の部分はリアブラケット２の内周に収容されていることから、固定子１７全体としては、フロントブラケット１との接触面積の方がリアブラケット２との接触面積より大きくなる。この固定子１７の各相間には、非磁性体の連結板１８が設けられており、この連結板１８によって絶縁されている。このように固定子１７は、内周がロータ１２の回転子爪磁極１２ｂの外周とわずかな隙間を介して対向するようになる。

また、固定子１７における１つの相は、磁性材料からなる固定子鉄心１７２と、その内部に固定子鉄心１７２に沿って周方向に環状に巻回された固定子巻線１７３とによって構成されており、各々の相における固定子巻線１７３は、リアカバー５内に取り付けられた整流回路１５に接続されている。更に、この整流回路１５は、ターミナル６を介してバッテリーと接続している。

尚、整流回路１５は、複数のダイオードで構成されており、これらのダイオードに関しては、独立した３相コイルを構成しているため６個のダイオードで全波整流する構成となっている。

次に図３及び図４に基づいて、回転子としてのロータ１２の詳細について説明する。図３に示すようにロータ１２を構成するフロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒは、軸部１２ａの軸方向外側端から径方向断面Ｌ字形状の回転子爪磁極１２ｂが周方向に複数、具体的には８つずつ設けられており、フロント側ロータ部材１２Ｆとリヤ側ロータ部材１２Ｒから延びる各々の回転子爪磁極１２ｂが周方向に交互に配置されるので、回転子爪磁極１２ｂを全て合わせると１６の回転子爪磁極１２ｂから構成されている。つまり、本実施例におけるロータ１２の磁極数は、１６極となる。

これらの回転子爪磁極１２ｂは、図４に示すように軸部１２ａに位置する根元部１２ｂ−１の周方向幅Ａ′より、界磁巻線１４に対向する中間部１２ｂ−２の周方向幅Ｂ′の方が小さく、また、界磁巻線１４に対向する中間部１２ｂ−２の周方向幅Ｂ′より、先端部１２ｂ−３の周方向幅Ｃ′の方が小さい。つまり、Ａ′＞Ｂ′＞Ｃ′の関係が成り立つ。

また、根元部１２ｂ−１は、軸部１２ａに対応する範囲の軸方向に所定位置となる略中間位置にて界磁巻線１４側に向かって幅狭となるような第１テーパ部１２ｂ−４が回転子爪磁極１２ｂの径方向範囲の所定位置となる略中間位置から設けられており、更に根元部１２ｂ−１におけるロータ１２の軸方向端側には、外周側から内周側に向かって小径となるように傾斜した傾斜部１２ｂ−６が設けられている。尚、中間部１２ｂ−２は、第１テーパ部１２ｂ−４の幅狭となっている部分から軸方向に延びており、図３に示すように回転子爪磁極１２ｂの径方向幅は、先端に向かって幅狭となるように内周側が傾斜している。

更に、先端部１２ｂ−３にも先端に向かって幅狭となる第２テーパ部１２ｂ−５が設けられており、軸方向における第１テーパ部１２ｂ−４と第２テーパ部１２ｂ−５の間には、略同一幅の中間部１２ｂ−２が延びている。この中間部１２ｂ−２は、ほぼ界磁巻線１４に対向する範囲で設けられており、第１テーパ部１２ｂ−４と第２テーパ部１２ｂ−５のテーパ角度は、ほぼ同一角度となっている。このため、回転子爪磁極１２ｂ間に形成される隙間は、ほぼ同一幅となる。尚、図示していないが、回転子爪磁極１２ｂの反回転方向側縁に幅広の面取りを施してもよい。

このように形成されたフロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒは、間に界磁巻線１４を配置して、各々の回転子爪磁極１２ｂが周方向に交互に位置するように軸部１２ａ端同士が当接した状態でシャフト８に固定される。

また、フロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒの軸方向外側端には、各々、フロントファン１３Ｆとリアファン１３Ｒが溶接等によって取り付けられる。このフロントファン１３Ｆ及びリアファン１３Ｒは、ロータ１２の回転により中心方向に空気が流通されるよう対称的なファンの配置となっている。フロントファン１３Ｆを例にとって説明とすると周方向に複数の突起が形成された金属板の突起部分における周方向一側をプレスにて略円弧状、かつ、略垂直に折り曲げて、半径方向に対して傾斜する傾斜面を有する羽根が一体成形されている。このように成形されたフロントファン１３Ｆとリアファン１３Ｒは、フロント側ロータ部材１２Ｆとリヤ側ロータ部材１２Ｒの軸方向外側端に溶接等によって一体的に固定される。以上、説明したフロントファン１３Ｆとリアファン１３Ｒ及び回転子としてのロータ１２により通風手段が構成される。

次に図３，図５，図６，図７に基づいて固定子１７の詳細について説明する。前述したとおり、固定子１７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に構成され、図６に示すように、各々の間には、非磁性体である樹脂材料によって構成された環状、具体的には、円板状の連結板１８を介して軸方向に一体化されている。尚、連結板１８の両側面には、周方向に等間隔に各々４つずつの凸部１８１が設けられており、一側面の凸部１８１と他側面の凸部１８１は、それぞれが周方向において中間位置に位置するように４５度ずれた状態で設けられている。更に、これらの凸部１８１が嵌合可能な凹部１７１が固定子鉄心１７２の両側面に設けられており、各々を組み合わせることによって、図５に示すように各々の相は、ロータ１２のピッチに合わせて電気角で１２０度ずつずれた状態で位置決めされる。

次にＵ相の固定子１７Ｕを例にして図７に基づいて１つの固定子について説明する。Ｖ相やＷ相についても構造はＵ相の固定子と同じであり、同様の作用効果を奏する。固定子１７Ｕは、固定子鉄心１７２と固定子巻線１７３とから構成され、図７（ｂ）に示すよう固定子鉄心１７２は、軸方向に２分割されている。分割された各々の固定子鉄心構成部材１７４，１７５は、外周側に設けられた環状、かつ、径方向断面Ｌ字形状の外周部１７４１，１７５１と、この外周部の内周側に設けられた複数、具体的には、８つの径方向断面Ｌ字形状の固定子爪磁極１７４２，１７５２とから構成されている。このため、各々の固定子鉄心構成部材１７４，１７５は、全体としては、径方向断面がコ字形状となる。また、固定子爪磁極１７４２，１７５２は、周方向側面が回転軸線に対して傾斜している。つまり、スキューが設定されているので、先細り形状となるように略台形に形成されている。

更に、各々の固定子鉄心構成部材１７４，１７５の対向面には凸部１７４４と凹部１７４５，凸部１７５４と凹部１７５５が隣り合ったかたちで４対設けられており、これらの凸部１７４４，１７５４は、固定子爪磁極１７４２の周方向略中間部に設けられる。前記凹部１７４５，１７５５は、隣り合う固定子爪磁極１７４２，１７５２の間の周方向略中間部に設けられているので、各々を嵌合させて位置決めすることにより、固定子爪磁極１７４２と１７５２が周方向に交互に配置されることになり、電気角で１８０度ずれた全部で１６の固定子爪磁極を有する固定子鉄心１７２が構成される。つまり、本実施例における固定子１７の１相分の磁極数は１６極となり、回転子１２の磁極数と同数となる。

尚、固定子鉄心構成部材１７４，１７５及び各相の固定子鉄心１７２は固定子爪磁極１７４２，１７５２間に形成される隙間に充填された樹脂によって連結固定されている。この樹脂部は、固定子爪磁極１７４２，１７５２内側表面と略同じ面となるようになっている。

このように各相の固定子鉄心１７２を固定子爪磁極１７４２，１７５２間に充填される樹脂によって結合する必要があるため、連結板１８の内周側の位置は外周部１７４１，１７５１の側面の範囲で当接し、固定子爪磁極１７４２，１７５２の側面には当接しないようになっている。従って、ある相の固定子爪磁極１７４２，１７５２間の隙間から他の相における固定子爪磁極１７４２，１７５２間の隙間を通して連続して樹脂を充填することが出来る。

また、固定子鉄心構成部材１７４，１７５は絶縁処理が施された鉄粉を型に充填し、圧縮することで成形され、更に磁気焼鈍が施される。このように固定子１７を、いわゆる圧粉鉄心とすることで渦電流が生じづらくなり、渦電流損を少なくすることができる。

尚、この固定子鉄心構成部材１７４，１７５は略同一形状に構成されており、別々の型を準備する必要はない。

固定子鉄心１７２は、内部に外周部１７４１，１７５１に沿って周方向、かつ、環状に固定子巻線１７３が巻回される。この固定子巻線１７３の表面には、ワニス等の絶縁被覆が施されており、固定子巻線１７３の端末は、固定子鉄心１７２における固定子爪磁極１７４２，１７５２の間を縫って、整流回路１５の端子１５ａに接続される。

尚、固定子鉄心１７２と固定子巻線１７３との間には絶縁部材である絶縁紙を配置するようにしてもよい。

本実施例においては、全ての相が同一のものとなるように固定子１７が構成されており、前述したように電気角で１２０度ずつずれた状態で各相間に非磁性体の連結板１８を配置し、固定子爪磁極１７４２，１７５２間に樹脂が充填されることで互いの相が動かないように位置決めされる。

次に本実施例の作動について説明する。

まず、エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ９に回転が伝達されるため、シャフト８を介して回転子としてのロータ１２を回転させる。ここでロータ１２に設けられた界磁巻線１４にスリップリング１０を介してブラシ１１から直流電流を供給すると界磁巻線１４の内外周を周回する磁束が生じるため、ロータ１２における回転子爪磁極１２ｂにＮ極、又は、Ｓ極が周方向に交互に形成される。

この界磁巻線１４による磁束は、フロント側ロータ部材１２ＦのＮ極の回転子爪磁極１２ｂから固定子１７の軸方向一方側から延びる固定子爪磁極１７４２，１７５２をとおって固定子巻線１７３周りに周回し、軸方向他方側から延びる固定子爪磁極１７４２，１７５２に到達する。

更に、この磁束はリヤ側ロータ部材１２ＲのＳ極の回転子爪磁極１２ｂに到達することでロータ１２と固定子１７を周回する磁気回路が形成される。このように回転子にて生じた磁束が固定子巻線１７ｂと鎖交するため、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子巻線１７３のそれぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては３相の交流誘起電圧が生じる。

このように発電された交流電圧は、整流回路１５によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧は約１４.３Ｖ 程度の一定電圧になるようにＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１４に供給する電流を制御することで達成している。

また、ロータ１２が回転する際には、フロントファン１３Ｆ及びリアファン１３Ｒもロータ１２と共に回転するので、図１の破線矢印にて示したように外部の空気を内周側である軸方向から取り入れ、外周方向に排出する空気の流れを形成する。

フロントファン１２Ｆは、回転することにより、フロントブラケット１におけるボールベアリング７ａの外周部分に設けられた内周側の風穴３から軸方向に外部の空気を吸い込み、吸い込まれた空気は、フロントファン１２Ｆの羽根によって生じる遠心力によって外周側に流動し、フロントブラケット１外周側の厚肉部分に設けられた外周側の風穴３から排出される。ここで固定子１７の軸方向一側面及び外周面は、フロントブラケット１に接触した状態で固定されているため、固定子１７に発生した熱は、フロントブラケット１に十分伝達され、更に、このフロントブラケット１の熱が伝達された箇所は、外周側の風穴３に向かって空気が流れる箇所に面して設けられているため、固定子１７を冷却することができる。

リアファン１２Ｒは回転することにより、リアカバー５の外周側縁部に設けられた風穴３及び図示されていないリアカバー５の軸方向端面に開口する内周側の風穴から整流回路１５を経由して、リアブラケット２におけるボールベアリング７ｂの外周部分に設けられた内周側の風穴３から軸方向に外部の空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、リアファン１２Ｒの羽根によって生じる遠心力によって外周側に流動し、リアブラケット２の外周側に設けられた外周側の風穴３から排出される。このため、フロントブラケット１と同様に固定子１７から生じる熱、及び、リアブラケット２に伝達された固定子１７の熱は、外周側の風穴３に向かって流れる空気によって冷却される。

更に、前記ファンが回転することによって発生するフロントファン１３Ｆの圧力とリアファン１３Ｒの圧力との圧力差により、回転子１２の磁極間の隙間と回転子１２と固定子１７との隙間を空気が流通する。

本実施例では、リアファン１３Ｒに発生する圧力が大きくなるため、フロントブラケット１側から回転子１２と固定子１７の間と回転子１２磁極間の隙間を通ってリアブラケット側に空気が流れ、回転子１２及び固定子１７は、冷却されることになる。

上記第１実施例によれば、固定子巻線を回転子の外周側に環状に巻回する構成なので、巻線作業性が大幅に向上し、占積率も向上させ、コイルエンドも無くなることで巻線抵抗を低減することが可能である。

また、回転子は、界磁巻線を有していることから界磁磁束を用途に応じて変更することが可能で、外部制御も容易となる。

また、本実施例によれば、固定子爪磁極に軸方向線に対して、スキューを設けたので、回転子に生じた磁束を滑らかに鎖交させることができ、磁気騒音を低減させることができる。

また、本実施例によれば、回転子爪磁極の少なくとも界磁巻線に対向する箇所の周方向幅が一定となるように構成したことを特徴としている。この構造により、回転子爪磁極が周方向に先細り形状となっているものに比べて、界磁巻線によって発生した磁束を鎖交させ易くすることができるので誘起される電圧を大きくすることができる。

また、本実施例によれば、前記回転子爪磁極の根元部は中間部に対して幅広に形成され、中間部は先端部よりも幅広に形成されており、前記中間部は、ほぼ一定幅に形成されている。軸方向に並ぶ各相の固定子と対向する面積が大きく変化しないように中間部をほぼ一定幅とした場合、根元部にて磁気飽和が生じやすくなるが、根元部は幅広となっているので磁気飽和を緩和し、磁束量を増加することができる。また、根元部だけを幅広とした場合、隣り合う回転子爪磁極との間が狭くなるので磁束が漏れやすくなるが、根元部に対応して先端部は中間部よりも幅狭となっているので隣り合う回転子爪磁極の隙間を十分確保することができる。

また、本実施例によれば、界磁巻線と１６極の磁極を有するランデル型の回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から各々が交互に延びる１６極の固定子爪磁極を有している。

尚、磁極は多ければ多いほど誘起電圧を上昇させることができるが、回転子の磁極数が多過ぎると磁極間が近づいてしまい漏洩磁束が大きくなってしまう。従って、固定子側を通過する有効磁束が減少し、結果的に出力及び効率が下がってしまう。

そこで発明者等は、回転電機として出力と効率を大きくできる回転子の極数を１２〜２４極であることを見出した。また、固定子の磁極数についても回転子の磁極数とバランスさせて１２〜２４極とすることで出力を向上させることができることがわかった。

更に回転子をランデル型とした場合、回転子爪磁極が遠心力によって変形し固定子との接触やコアズレや爪磁極の破損といった不具合もあるが、回転子の極数が２４極までの場合は、回転子爪磁極の変形は、磁極数が増加すると磁極根元の周方向寸法及び磁極周方向寸法も小さくなり、爪磁極の自重が極数に比例して減少するので、遠心力に対する応力及び変形は大きくならないので、問題とならないことがわかった。尚、更に出力を向上させるには、回転子の極数を１６〜２４極とするとよいことがわかっており、特に１６極とすることで最も出力を向上させることができた。

また、固定子の磁極数についても、回転子の磁極数と同様の傾向を示し、極数を１６〜２４極とするとよいことがわかった。特に回転子の磁極数と同様に固定子の磁極数を１６極とすることで最も出力を向上させることができた。このような結果に基づき、本実施例では、回転子の磁極数及び固定子の磁極数を１６極としている。

また、本実施例によれば、フロントブラケットの径方向外周側部分の肉厚は、リアブラケット側が薄肉で、底面側を厚肉としてリアブラケットに嵌合させているので、回転電機に掛かる外力をフロントブラケット及びリアブラケットで吸収することで固定子に掛かる外力を軽減することができる。

また、フロントブラケット及びリアブラケットの径方向外周側部分の厚肉部に設けた段差に少なくとも外周が接触するように各々の固定子を配置し、放熱面積を確保するべく厚肉部に空気が流通する風穴を設けたので、固定子に発生した熱をブラケットに伝達し、固定子を十分冷却することができる。

また、この風穴には、通風手段からの空気が流れるので冷却効果を向上させることができる。また、フロントブラケットとリアブラケットは、外周に設けた段差と内周に設けた段差によって嵌合部を形成して嵌合しているので、フロントブラケットとリアブラケットの熱交換が十分できる。

また、固定子は、厚肉部を有するフロントブラケットに多く接するようになっているので、固定子が冷却されやすくなっている。尚、冷却効果を向上させるために風穴内に冷却フィンを設けてもよい。

また、本実施例によれば、各相の固定子巻線を整流回路に接続する際、固定子爪磁極間の隙間を通しているので、固定子鉄心に穴を開けたりすることを要しない。このため、安価で磁気回路に影響が出ないようにすることができる。尚、固定子爪磁極間の隙間には、非磁性体としての樹脂を充填しているので固定子巻線を保持することもでき、各相の固定子同士及び固定子鉄心構成部材を固定することもできる。

更には、この樹脂によって固定子爪磁極を含む固定子の強度を向上させることも可能である。加えて、本実施例では樹脂と固定子爪磁極をほぼ同一面とするようにしたため、回転子が回転することによる風切り音を低減することもできる。尚、固定子爪磁極の表面は、樹脂によって被覆されないようにした方が回転子との隙間を小さくできるので磁束を通しやすくできる。

［第２実施例］
ところで、第１の実施例では、図７の構成から解るように、固定子鉄心構成部材１７４と１７５の外周面の厚みは、嵌合のための凸部１７４４，１７５４と凹部１７４５，１７５５以外は略一定にしている。この構成による回転子１２で発生する磁束の流れを以下に説明する。

図８は固定子鉄心構成部材１７５とその固定子爪磁極１７５２と固定子鉄心構成部材１７４とその固定子爪磁極１７４２と固定子巻線１７３の部分を示す図である。

第１の実施例において、フロント側ロータ部材１２Ｆとリア側ロータ部材１２Ｒから延びる回転子爪磁極１２ｂには交互にＮ極，Ｓ極の磁束が発生し、固定子爪磁極１７４２，１７５２に鎖交しする。その磁束が回転に応じて時間的に変化しながら、固定子巻線１７３の外周にある固定子鉄心１７２による磁路を周回することにより、固定子巻線１７３に交流誘起電圧を発生させる。

図８は、隣り合う２つの固定子爪磁極１７５２，１７４２を例に、固定子爪磁極１７５２の対向位置の回転子爪磁極１２ｂが、Ｎ極の磁束ΦＮと、Ｓ極の磁束ΦＳにおける磁束の流れを示している。Ｎ極の磁束ΦＮは、固定子爪磁極１７５２，隣接する固定子爪磁極１７４２，回転子爪磁極１２ｂのＳ極で磁路ができ、Ｓ極の磁束ΦＳは、固定子爪磁極１７４２，隣接する固定子爪磁極１７５２，回転子爪磁極１２ｂのＮ極で磁路ができる。そして、回転子１２が連続的に回転すると、固定子巻線１７３に磁束ΦＮ，ΦＳが交互に周回することにより、交流誘起電圧が得られ、固定子巻線１７３に交流電流Ｉａｌｔが流れる。

ところで、固定子巻線１７３に交流電流Ｉａｌｔが流れると、固定子巻線１７３を周回する磁束ΦＬが発生する。この磁束ΦＬは、次の２つの磁束経路を通ると考えられる。すなわち固定子爪磁極１７５２と１７４２間の周方向ギャップ（同時に図示してないが固定子爪磁極１７５２からギャップを介して回転子爪磁極表面に入射し、回転子磁極表面からギャップを介して固定子爪磁極１７４２を通過する磁路）を通過して固定子鉄心構成部材１７４，固定子鉄心構成部材１７５の磁路で周回する磁路を通過する磁束ΦＬ２と先端部１７５２ａ、これと対向する固定子鉄心構成部材１７４間の空隙、固定子鉄心構成部材１７４，固定子鉄心構成部材１７５の磁路で周回して通過する磁束ΦＬ１である。

このため固定子巻線１７３の電流により発生する磁束ΦＬはΦＬ１とΦＬ２の和となる。磁束ΦＬ２は周方向ギャップＬｇｈの大きさで左右される。

この空隙磁束ΦＬの変化率ΔΦＬ／Δｔは、交流電流における抵抗、すなわちリアクタンス分となり、固定子巻線１７３と等価的に直列接続となって電圧降下が生じ、交流誘起電圧が電圧降下分だけ小さくなる。このリアクタンス分による電圧降下は、すべての固定子爪磁極で生ずるので、図９の１６極の固定子１７では、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各々で１６倍の電圧降下が生ずることになる。また、このリアクタンス分は、回転子１２の回転数が高くなるほど空隙磁束ΦＬの変化率ΔΦＬ／Δｔが大きく、リアクタンス分が増大し、高速回転で得られる発電出力が妨げられて小さくなる。

リアクタンス分を発生する空隙磁束ΦＬの量は、磁気理論から空隙距離Ｌｇに反比例することが知られている。磁束ΦＬ２は周方向空隙距離Ｌｇｈが長いと小さくなり、磁束ΦＬ１も空隙距離Ｌｇ１が長いと小さくなる。

そこで、第２の実施例は、図８で示した固定子爪磁極１７５２の先端部１７５２ａから固定子鉄心構成部材１７５の対向部１７４３の空隙磁束ΦＬ１を小さくするため、空隙距離Ｌｇ１を長くする構成にしている。

図９，図１０及び図１１は、第２実施例である。第１実施例と同一部分は同一符号で示している。図９は、Ｕ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗの固定子１７と回転子１２とシャフト８を組み合わせた図、図１０は固定子１７を内周面からみた図、図１１（ａ）は１相分の固定子爪磁極の一つを、内周面から見た図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の断面図、図１１（ｃ）は空隙距離比率と出力電流との関係のグラフである。

図９，図１０において、固定子１７は、Ｕ相１７Ｕ，Ｖ相１７Ｖ，Ｗ相１７Ｗの３相で構成され、それぞれの固定子爪磁極は、ロータ１２のピッチに合わせて電気角で１２０度ずつずれた状態で位置決めされている。Ｕ相１７Ｕ，Ｖ相１７Ｖ，Ｗ相１７Ｗの各々の間には、図６と同様に非磁性体である樹脂材料によって構成された環状の連結板を介して軸方向に一体化されている。

図９，図１０において、Ｕ相固定子１７Ｕを例にして、固定子１７の構成について詳細に説明する。なお、以下で説明する以外の構成，動作は、回転子１２を含めて、第１実施例と同じである。

固定子１７Ｕは固定子鉄心１７２と固定子巻線１７３から構成され、固定子鉄心１７２は軸方向に２分割されている。分割された各々の固定子鉄心構成部材１７４，１７５は、外周側に設けられた環状、かつ、径方向断面Ｌ字形状の外周部１７４１，１７５１と、この外周部の内周側に設けられた複数、具体的には、８つの径方向断面Ｌ字形状の固定子爪磁極１７４２，１７５２とから構成されている。このため、各々の固定子鉄心構成部材１７４，１７５は、全体としては、径方向断面がコ字形状となる。また、固定子爪磁極１７４２，１７５２は、周方向側面が回転軸線に対して傾斜している。つまり、スキューが設定されているので、先細り形状となるように略台形に形成されている。そして、固定子爪磁極１７４２と１７５２は周方向に電気角１８０度で交互に配置され、固定子鉄心構成部材１７４の固定子爪磁極１７４２が８、固定子鉄心構成部材１７５の固定子爪磁極１７５２が８の全部で１６の固定子爪磁極を有する固定子１７Ｕが構成される。これより、第２の実施例においても、固定子１７の１相分の磁極数は１６極となり、回転子１２の磁極数と同数となる。

固定子１７Ｕを構成する固定子鉄心構成部材１７４と１７５は、固定子爪磁極１７４２が隣り合う部分、及び固定子爪磁極１７５２が隣り合う部分において、固定子爪磁極１７４２，１７５２がＬ字形状に立ち上がる部分より軸方向に凹状部１７４３，１７５３に形成されている。このことは、固定子爪磁極１７４２の先端部１７４２ａが固定子鉄心構成部材１７５が凹状部１７５３部分に対向し、固定子爪磁極１７５２の先端部１７５２ａが固定子鉄心構成部材１７４が凹状部１７４３に対向していることになる。

図１１は、固定子爪磁極１７５２について、（ａ）は内径側から見た図、（ｂ）は軸方向の中心部Ａ−Ａ断面を示す図である。（ｂ）から解るように、固定子鉄心構成部材１７４，１７５は略コの字形状であり、この内側に固定子巻線１７３が配置されている。

固定子鉄心構成部材１７５の固定子爪磁極１７５２の先端部１７５２ａと固定子鉄心構成部材１７４までの空隙距離Ｌｇが、実施例１における距離Ｌｇ１（固定子鉄心構成部材の背面に凹部が存在しない形状、即ち固定子鉄心構成部材の軸方向鉄心の途中で凹部が終わっている形状）に比較して、図８や図１１で詳述する構造では固定子鉄心構成部材の背面部にまで凹状部１７４３が形成されている。これによりＬｇ２と距離が長くなっている。前述のように、空隙距離Ｌｇが長くなると、空隙磁束ΦＬが少なくなるので、回転子１２の回転数に応じた空隙磁束ΦＬの変化率ΔΦＬ／Δｔ、すなわちリアクタンス分を小さくでき、高速回転での発電出力の減少を抑制することができる。

発明者等の検討結果によれば、図１１（ｂ）より固定子巻線１７３の径方向高さ寸法Ｌｇ１を基準とし、空隙距離Ｌｇ２とＬｇ１の比率である空隙距離比率として、出力電流との関係を実験した結果を図１１（ｃ）に示す。

図１１（ｃ）によれば、回転子の回転速度が１８００ｒ／min では空隙距離比率０.５〜１.５の範囲が最もよく、また回転子の回転速度が６０００ｒ／min ではリアクタンスの影響を受けるため、空隙距離比率（Ｌｇ２／Ｌｇ１）１.０〜２.０の範囲で出力電流が最大となる傾向である。本実施例である車両用交流発電機では回転子の回転速度が１８００ｒ／min と６０００ｒ／min との両回転域におよぶ広範囲で使用されるため、この使用範囲全体で出力特性が好ましい特性となることが重要である。両回転域で総合的に判断した場合の好ましい条件は、空隙距離比率（Ｌｇ２／Ｌｇ１）が、０.８〜１.５の範囲であり、低速回転域と高速回転域で好ましい出力特性が得られる。また、６０００ｒ／min 以上の高回転域を必要とする場合は、空隙距離比率（Ｌｇ２／Ｌｇ１）を１.５以上とすると高い出力電流が得られる。

図１１（ｃ）によれば、例えば回転子の回転速度が１８００ｒ／min の場合は空隙距離比率（Ｌｇ２／Ｌｇ１）が０.６〜１.０付近に最高域があり、その最高域から（Ｌｇ２／Ｌｇ１）がゼロに近づくにつれて出力電流が減少する大きな原因はリアクタンスの増加と思われる。一方上記最高域から（Ｌｇ２／Ｌｇ１）が高くなる方向で出力電流が減少する大きな原因は磁気抵抗の増加による磁束の減少と考えられる。これらを総合的に考慮することが望ましい。

第２の実施例によれば、固定子爪磁極１７４２，１７５２から対向する固定子鉄心構成部材１７４，１７５までの空隙距離Ｌｇ１を長くしているので、空隙磁束ΦＬ１を少なくできる。その結果、固定子巻線１７３に流れる電流によって生ずる空隙磁束ΦＬの時間変化が小さくなるので、固定子巻線１７３と等価的に直列接続となるリアクタンスが小さくでき、発電出力の低下を防止できる効果がある。

また、図９，図１０から解るように、固定子巻線１７３の近辺に空隙部が形成されるので、冷却風の通路が形成され、固定子巻線１７３の温度上昇を抑制できる効果がある。

なお、図９に示したように、３相交流発電機の固定子１７としては、Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗの固定子鉄心構成部材についても同様に成形されたものが、軸方向に一体化して構成される。

図１２は、固定子１７Ｕを構成する固定子鉄心構成部材１７４と１７５を、凹状に成形するための他の形状を示す図である。図１１（ａ）では台形状に成形したが、図１２（ａ）は方形状、図１２（ｂ）は円弧状に成形されている。図１２においても、図１１と同等の効果を得ることができる。

［第３実施例］
図１３は第３実施例で、固定子爪磁極１７５２について、図１１（ｂ）と同様、軸方向の中心部Ａ−Ａ断面を示す図である。

第２実施例で述べたリアクタンス分を発生する空隙磁束ΦＬの量は、磁気理論から空隙距離Ｌｇの長さに比例すると同時に、空隙に面する磁気鉄心の断面積Ｓｇに反比例する。

そこで図１３では、固定子爪磁極１７５２の厚みを、固定子巻線１７３に対向する面をＬｃ１とＬｃ２の２段形状にし、爪磁極先端部１７５２ａをＬｃ２と薄くしている。これにより、固定子爪磁極１７５２の根元側の断面積Ｓｇ１より先端部１７５２ａの断面積Ｓｇ２が小さくなるように成形してある。なお、固定子爪磁極１７５２は、周方向側面が回転軸線に対して傾斜するスキューが設定されているので、厚みＬｃ１とＬｃ２に比例した断面積にはなっていない。固定子爪磁極１７５２の形状以外の構成，動作は第２の実施例と同じであり、同一部分は同一符号で示してある。

固定子爪磁極先端部１７５２ａの断面積をＳｇ２と小さくしているので空隙磁束ΦＬ１を少なくできる。その結果、固定子巻線１７３に流れる電流によって生ずる空隙磁束ΦＬ１の時間変化が小さくなるので、固定子巻線１７３と等価的に直列接続となるリアクタンスが小さくでき、高速回転での発電出力の低下を防止できる効果がある。

また、段付形状により周方向空隙距離Ｌｇｈと垂直面に対応する固定子爪磁極１７４２と１７５２の側面の断面積も小さくなるため磁束ΦＬ２の低減効果もあり、高速回転での発電出力の低下を防止できる効果がある。

なお、図８では、爪磁極１７５２を固定子巻線１７３方向に薄くしているため、先端部１７５２ａと対向する固定子鉄心構成部材１７４までの空隙距離Ｌｇ１が、Ｌｇ１からＬｇ３と長くすることができ、実施例１で得られる効果との相乗効果を得ることができる。

また、固定子巻線１７３の近辺に空隙部が形成されるので、冷却風の通路が形成され、固定子巻線１７３の温度上昇を抑制できる効果がある。

図１４は、固定子爪磁極先端部１７５２ａの断面積を小さくする他の形状を示す。図１４（ａ）は固定子巻線１７３方向の形状を、固定子爪磁極１７５２全体にわたって連続的に薄く、図１４（ｂ）は固定子爪磁極１７５２途中から連続的に薄く、図１４（ｃ）は３段に分けて薄く形成してある。

図１４によれば、図１３と同等の効果が得られる。

ところで、図１３や図１４に示したように、固定子爪磁極１７５２の厚さを薄くすると、図８で説明したように隣り合って対向する固定子爪磁極１７５２と１７４２の側面の断面積が減少する。

磁気鉄心には固有の最大磁束密度が決められており、断面積が小さいほど磁束量が少ないところで飽和磁束密度に達する。そのため、上述のように断面積が減少すると、交流誘起電圧を発生させる磁束ΦＮ，ΦＳによっては、固定子爪磁極１７５２，１７４２で飽和現象が生じ、所定の交流誘起電圧が得られない場合が生ずる。そこで、図４に示した回転子爪磁極１２ｂで発生する磁束により、固定子爪磁極１７５２での飽和が生じないように、隣り合う固定子爪磁極１７５２の側面の断面積を確保し、かつ図１３や図１４に開示した先端部１７５２ａの断面積Ｓｇの形状を決定することが望ましい。

第２，第３実施例を別々に説明したが、２つの改善点を組み合わせることにより、さらに空隙磁束ΦＬを低減することができる。

第２，第３実施例において、固定子鉄心１７２の素材には言及していないが、成形上有利な絶縁処理が施された鉄粉を型に充填し、圧縮することで成形され、更に磁気焼鈍を施した素材、また、渦電流の低減に有利な磁気材料、中でも電磁鋼板を積層して成形した素材を使用することができる。また、積層構造による図１４（ｃ）に示した階段状の固定子爪磁極１７５２の形成は、円周方向に積層し、階段部分毎に異なった積層枚数で形成することもできる。

以上、本発明の各実施例について説明したが、他に採用可能な構成を以下に列挙する。

上記した各実施例では、回転電機の一実施形態として車両用交流発電機について説明を行ったが、回転力を出力するモータや、発電と駆動を兼ねたモータジェネレータ等にも適用することができる。特にモータとしては、ハイブリット自動車や電動四輪駆動車の駆動用モータ，ポンプを駆動するためのモータ等への適用が考えられる。

第１，第２，第３実施例では、フロントブラケット１のみ、径方向外周側部分の肉厚を底部の肉厚より厚くしたが、配置スペースさえ確保できれば、リアブラケット２もフロントブラケット１と同様に径方向外周側部分の肉厚を底部の肉厚より厚くしても構わない。このように構成することによって、より固定子１７の冷却効果を向上することができる。尚、各ブラケットにおける固定子１７の軸方向端部と嵌合している段差１６Ｆ，１６Ｒと対向する径方向外周側の風穴３の内周面にフィンや凹凸を設ければ、放熱面積が増大し、更なる冷却効果を得ることができる。

また、第１，第２，第３実施例では、回転子爪磁極１２ｂを根元部１２ｂ−１，中間部１２ｂ−２，先端部１２ｂ−３を形成するようにしたが、根元部１２ｂ−１から先端部１２ｂ−３にかけて連続的に傾斜するようにしても構わない。更に根元部１２ｂ−１から先端部１２ｂ−３にかけて周方向に同一幅とするようにしても構わない。加えて、回転子爪磁極１２ｂの外周側表面に渦電流を防止するための複数の周方向溝を設けても構わない。

また、第１，第２，第３実施例では、固定子１７を３相のものとして説明したが３相以上のものであっても構わない。このように相数を変えた場合には、各相間の位相が電気角で１２０度ではなく、相数に合わせて変更する必要がある。

また、第１，第２，第３実施例では、固定子巻線１７３における１つの線の断面形状を特定しなかったが、断面は円形であっても矩形状であっても構わない。尚、固定子鉄心１７２内での固定子巻線１７３の占積率を向上させるためには、固定子巻線１７３の断面を矩形状とする方がよく、断面は、長方形でも正方形でも構わない。このように、固定子巻線１７３の断面を矩形状とするならば、固定子鉄心１７２内の固定子巻線１７３の配置形状を同様に矩形状に合わせた形状とする方がよい。

また、第１，第２，第３実施例では、各相の固定子鉄心１７２及び連結板１８を周方向に位置決めするために固定子鉄心１７２に凹部１７１を設け、連結板１８に凸部１８１を設けたが、凹部１７１と凸部１８１がなくとも別途位置決め治具を用いたり、目印をつけることで位置決めは可能である。このように固定子鉄心１７２に凹部１７１を設けないようにすれば、磁路面積が減少する箇所がなくなる。

また、第１，第２，第３実施例では、各相の固定子１７を固定子するために固定子爪磁極１７４２，１７５２の間の隙間だけに樹脂を充填したが、固定子１７全体を樹脂等の非磁性体でモールドすることもできる。このように固定子１７全体をモールドすれば、各相を一体化することに加え、強度の弱い圧粉鉄心の耐振性及び強度が向上する。このとき、固定子爪磁極１７４２，１７５２の内周側、つまり、ロータ１２と対向する部位は、ロータ１２との間の隙間が大きくならないようにモールドしない方が望ましい。

また、第１，第２，第３実施例では、固定子爪磁極１７４２，１７５２の周方向両側にスキューを設けて、略台形状となるように構成したが、ロータ１２の回転方向は、一方向であるため、磁気音低減のためには、ロータ１２の回転方向と逆方向側だけにスキューを設けても構わない。このように固定子爪磁極１７４２，１７５２の片側だけにスキューを設けることで磁気騒音を低減しつつ、ロータ１２と対向する固定子爪磁極１７４２，１７５２の面積を拡大することができる。このため、固定子１７とロータ１２間に磁束が形成されやすくなり、誘起電圧を大きくすることができる。

また、第１，第２，第３実施例では、固定子鉄心構成部材１７４，１７５は、絶縁処理が施された鉄粉を型に充填し、圧縮することで成形され、更に磁気焼鈍が施される。このように固定子１７を、いわゆる圧粉鉄心としたが、渦電流の低減のために板状の鋼板を積層した積層構造にすることもできる。板状の鋼板としては電磁鋼板（珪素鋼板）などが適している。

また、第１，第２，第３実施例では、固定子爪磁極１７４２，１７５２と、対向する固定子鉄心構成部材１７４，１７５の間は空隙にしているが、この空隙間が非磁性材料で連結されていても作用，効果は同等である。

次に、上記の各実施例から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。

（１）前記固定子は、軸方向に並ぶ複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線を備え、これらの相は複数組設けられると共に、軸方向一端側から同じ相が同じ順序となるように配置され、同じ相となっている前記固定子巻線は、直列に接続されることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の回転電機。

（２）前記固定子は、ブラケットによって軸方向に挟持され、その少なくとも軸方向一端側は、前記固定子巻線の外周位置よりも内周側にて前記ブラケットと当接すると共に、前記ブラケットにおける前記固定子と当接する部位と対向部位には、空気が流通可能な風穴が設けられ、更に該風穴に空気を流通するための通風手段が設けられていることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の回転電機。このように構成することにより、固定子巻線が固定子鉄心の軸方向両側に突出していないので固定子巻線の外周位置よりも内周側までブラケットを延ばすことができる。このため、コイルエンドが無くとも、固定子を十分冷却することができる。

（３）前記風穴には、冷却フィンが設けられていることを特徴とする（２）に記載の回転電機。このように構成することにより、固定子の冷却効果をより向上させることができる。

（４）前記ブラケットは、椀状のフロントブラケットとリアブラケットに分割されており、前記フロントブラケットと前記リアブラケットは、互いに接触した状態で前記固定子を挟持していることを特徴とする（２）に記載の回転電機。このように構成することにより、フロントブラケットとリアブラケット間の熱交換が可能となり、固定子の全範囲を冷却することが可能となる。

（５）前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、各々の相の前記固定子鉄心間には、非磁性体の連結板が設けられていることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の回転電機。このように構成することにより、各相間の磁束の漏れを確実に低減することができる。

（６）各々の相の前記固定子鉄心と前記連結板には、各々を周方向に位置決めするための位置決め部が設けられていることを特徴とする（５）に記載の回転電機。このように構成することにより、各相の固定子鉄心を周方向に確実に位置決めすることができる。

（７）前記固定子鉄心は、軸方向に２つに分割された固定子鉄心構成部材によって構成されており、各々の該固定子鉄心構成部材は、同一形状であることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の回転電機。このように構成することにより、何種類もの固定子鉄心構成部材を製造する必要がないため、安価なものとすることができる。

（８）前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、各々の前記固定子鉄心は、外周側を非磁性体にて一体化されていることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の回転電機。このように構成することにより、固定子爪磁極間に空気が流動可能な隙間を形成しつつ、各々の固定子鉄心を一体化することができる。

（９）前記固定子鉄心の外周側に設けられる前記非磁性体は、金属製である円環状の補強リングからなることを特徴とする（８）に記載の回転電機。このように構成することにより、固定子鉄心を圧粉鉄心で成形したとしても強度を向上させることができる。

回転電機の一実施形態としての車両用交流発電機の側面断面図である。 回転電機の一実施形態としての車両用交流発電機を部分的に断面とした斜図である。 回転子と固定子を部分的に断面とした斜視図である。 回転子の斜視図である。 固定子のみを部分的に断面とした斜視図及び固定子を内周側から見た図である。 固定子の各相毎の斜視図である。 固定子における１つの相を取り出した斜視図及び部品毎の斜視図である。 固定子の鎖交磁束を説明する図である。 第２の実施例の実施例における回転子と固定子を組み合わせた斜視図である。 第２の実施例の実施例における固定子を内径側から見た図である。 第２の実施例の実施例における固定子爪磁極を内径側と中心断面から見た図と空隙距離と出力電流との関係のグラフである。 第２の実施例における固定子の爪磁極を内径側から見た形状を示す図である。 第３の実施例における固定子爪磁極の中心断面図である。 第３の実施例における固定子爪磁極の中心断面から見た形状を示す図である。

符号の説明

１ フロントブラケット
２ リアブラケット
３ 風穴
１２ ロータ（回転子）
１２ｂ 回転子爪磁極
１２ｂ−１ 根元部
１２ｂ−２ 中間部
１２ｂ−３ 先端部
１３Ｆ フロントファン
１３Ｒ リアファン
１４ 界磁巻線
１７ 固定子
１８ 連結板
１７２ 固定子鉄心
１７３ 固定子巻線
１７４，１７５ 固定子鉄心構成部材
１７４２，１７５２ 固定子爪磁極
１７４３，１７５３ 対向部
１７５２ａ 先端部

Claims (11)

1. 回転軸の周方向に巻回された界磁巻線と、該界磁巻線の作る磁束により交互に逆方向に磁化される爪磁極を回転軸の周方向に配置した状態で有している回転子鉄心と、前記回転子の外周側に環状に巻回される固定子巻線と、前記回転子と対向する位置に軸方向両側から各々が交互に延びる固定子爪磁極を供えた固定子鉄心とを有し、
   前記固定子鉄心は、固定子爪磁極の先端部の近傍の固定子鉄心が固定子鉄心の背面部まで達する窪みを有していることを特徴とする回転電機。
2. 回転軸周りに配置された界磁磁石と、該界磁磁石を保持するように設けられ、固定子鉄心の爪磁極と対向する部位に界磁磁極を配置した回転子鉄心と、前記回転子の外周側に環状に巻回される固定子巻線と、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から各々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられた固定子鉄心とからなる回転電機であって、
   前記固定子巻線に流れる電流により発生する前記固定子鉄心の爪磁極の先端部から前記固定子鉄心の外周部材を通過する鎖交磁束量を抑えて、前記固定子巻線に誘導されるリアクタンス分を低減させたことを特徴とする回転電機。
3. 前記固定子鉄心の爪磁極の先端部から、前記爪磁極の周方向の中心上に対向する前記固定子鉄心の外周部材間の磁気抵抗が、前記先端部が対向する前記固定子鉄心の外周部材間の磁気抵抗より大きくなるように構成されたことを特徴とする請求項１もしくは２記載の回転電機。
4. 前記固定子鉄心爪磁極と対向する前記固定子鉄心の外周部材が、前記固定子鉄心の爪磁極の先端部より軸方向側に位置する構成であることを特徴とする請求項１もしくは２記載の回転電機。
5. 前記固定子鉄心の爪磁極と対向する前記固定子鉄心の外周部材の形状は、軸方向に方形状、又は三角形状、又は台形状、又は円弧状に形成されていること特徴とする請求項４に記載の回転電機。
6. 前記回転子の磁束が鎖交する前記固定子鉄心の爪磁極は、前記鎖交する磁束によって磁気飽和がない断面積の範囲にあって、取り付け部の断面積に比較して先端部の断面積が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１もしくは２記載の回転電機。
7. 前記固定子鉄心の爪磁極における周方向の高さは、先端部から軸方向に向かって高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１もしくは２記載の回転電機。
8. 前記先端部から軸方向の高さは、連続して変化するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
9. 前記先端部から軸方向の高さは、階段状に変化するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
10. 前記先端部から軸方向の高さの変化は、前記固定子巻線に対向する面側に形成されることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の回転電機。
11. 前記回転子の爪磁極の根元部は中間部に対して幅広に形成され、中間部は先端部よりも幅広に形成されており、前記中間部は、ほぼ一定幅に形成されていることを特徴とする請求項１もしくは２記載の回転電機。

Images