JP2833159B2

JP2833159B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP2833159B2
Application number: JP2149165A
Authority: JP
Inventors: 誠司林; 正人花井; 利明堀田; 慶一郎伴在
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2013-12-09
Also published as: JPH0442759A; US5274322A

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。

〔従来の技術〕

近年、車両の電機負荷は増加の一途であり、また、電
機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、一方の三相電機子巻線に対して、他方の三
相電機子を電気角で150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度の位相差を持つ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。

〔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
挿入するために、上記スロット一つ一つに対して、電気
角150度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を２倍とすることは、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じスロットに巻いた
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の整流手段一つ
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、かつ軸方向
に隣合うように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
うように配置することで径方向の寸法を小さくした小型
の交流発電機に適用でき、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大
きくすることで、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、電機負荷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′と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1
0、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ｘ′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、巻線101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、13
の取り付け部位に応じ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
る第１の三相電機子巻線10に発生する線間電圧は、その
大きさが相電圧のとなることから、これら第１、第２の三相電機子巻線1
0、12に発生する線間電圧を一致させるために（Ｙ結線
された各相の巻線の巻数）：（Δ結線される各相の巻線
の巻数）とする。

つまり、上述のように第１、第２の三相電機子巻線1
0、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12の線間電
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
V_B）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線
14に通電して発電機１を発電状態にし、一方、バッテリ
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結縁された第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V₁₁のリップル（脈動）は、V
_11max−V_11min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０
〔Ｖ〕とすると以下のようになる。

また、V₁₁の平均値▲▼は、ここで、リップル率を（V_11max−V_11min）／▲▼
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V_Bを示す波形のリップル（脈動）はV
_Bmax−V_Bmin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０〔Ｖ〕とすると、以下のようになる。

V_Bmax−V_Bmin ＝Ｅ｛sin（π/3）−sin（−π/3）｝−Ｅ｛sin（π/3＋π/12）−sin（−π/3 ＋π/12）｝ ≒0.059E また、V_Bの平均値▲▼は、さらに、リップル率は、（V_Bmax−V_Bmin）／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のスロットに挿入される、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、物理的な電機子コア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ことには、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う。

これに対して、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く、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、タンデム発電機のメリ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、10
3の巻数に対して、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V₁₁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V_B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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伴在慶一郎愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内 (56)参考文献特開平４−29547（ＪＰ，Ａ) 特開平４−8140（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−145471（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 19/00 - 19/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。