JP4440275B2 - 三相回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、鉄心に複数の三相巻線が巻装された電機子を有する、例えば磁石発電機である三相回転電機に関する。

従来、２つの三相巻線を同一のスロットに巻装した車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この車両用交流発電機では、三相巻線を構成する各相の巻線部は、予めウェーブ状に導線が巻き取られ、鉄心本体から放射状に延設された複数のティース間に形成されたスロットに挿入されて固定子鉄心に巻装されている。

特開２００６−８７２４８号公報（第７頁の[００２８]、図２）

この車両用交流発電機では、上記巻線部は、上記公報の図２に示すように、導線が９個のスロットを跨いだ状態で固定子鉄心の周囲方向に沿って巻回された、所謂分布巻きで固定子鉄心に巻装されている。
この分布巻きで構成された巻線部の場合、導線は固定子鉄心の端面から突出して９個のスロットを跨いで次のスロットに渡っているために、導線の周長が長くなってしまい、重量が重いとともに、巻線部の電気抵抗が増大し、巻線部から構成された発電コイルの発電効率が低いという問題点があった。
また、固定子鉄心の端面から突出した発電コイルのコイルエンドの高さが高く、固定子鉄心に発電コイルが巻装された固定子の軸線方向の寸法が大きいという問題点もあった。

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、小形、軽量化できるとともに、運転効率が向上した回転電機を得ることを目的とするものである。

この発明に係る三相回転電機では、鉄心本体から放射状に複数のティースが延設された鉄心と、この鉄心に巻装された、各相の巻線部からなる複数組の三相巻線とを有する電機子を備えた三相回転電機において、各前記三相巻線は、前記巻線部が所定の前記ティースを飛び越えて各ティース毎にそれぞれ導線を連続的に集中巻きされてデルタ結線で接続されて構成されているとともに、それぞれ前記導線の巻回数及び巻回方向が同じであって、かつ内層側と外層側とに分けて巻装されている。

また、この発明に係る三相回転電機では、鉄心本体から放射状に複数のティースが延設された鉄心と、この鉄心に巻装された、各相の巻線部からなる複数組の三相巻線とを有する電機子を備えた三相回転電機において、各前記三相巻線は、前記巻線部が所定の前記ティースを飛び越えて各ティース毎にそれぞれ導線を連続的に集中巻きされてデルタ結線で接続されて構成されているとともに、それぞれ前記導線の巻回数及び巻回方向が同じであって、かつ内径側と外径側とに分けて巻装されている。

この発明による三相回転電機によれば、小形、軽量化できるとともに、運転効率が向上する。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の磁石発電機を示す正面図、図２は図１の磁石発電機の側断面図、図３は図１の磁石発電機を示す電気回路図である。
回転電機である、この磁石発電機は、内燃機関と連結された回転子１と、この回転子１の内側に設けられた電機子である固定子２とを備えている。
回転子１は、椀状のフライホイール３と、このフライホイール３の内壁面に固定された複数の永久磁石４とを有している。この回転子１は、回転軸線Ａ−Ａを中心として回転する。
永久磁石４は、フライホイール３の筒状部の内周面に、回転軸線Ａ−Ａの周りに、互いに等角度間隔でモールド成形材５（図１では省略されている）により固定されている。
複数個の永久磁石４は、隣接する永久磁石４が互いに逆極性に着磁されており、永久磁石４の内側空間では、交互に方向が変化する磁界を発生するようになっている。

固定子２は、中空円柱状の固定子鉄心６と、発電コイル７とを有している。表面全体が絶縁膜で覆われた固定子鉄心６は、円環状の鉄心本体８と、この鉄心本体８から周方向に等分間隔で径外側方向に放射状に突出した複数個のティース９とを有している。
固定子鉄心６には、周方向に間隔をおいて複数の貫通孔１０が形成されている。この貫通孔１０には取付ボルト（図示せず）が貫通し、非回転体であるブラケット（図示せず）に螺着することで、固定子２は、ブラケットに固定される。

鉄心である固定子鉄心６は、冷間圧延鋼板であるドーナツ円板状の磁性薄板鋼板（例えばＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板）からなる中板を回転軸線Ａ−Ａの方向に沿って多数枚積層して構成された積層体１２と、この積層体１２の両側面にそれぞれ密着して重ねられた端板１３とを有している。

発電コイル７は、図３に示すように、固定子鉄心６に巻装された、第１の三相巻線１４と第２の三相巻線１５とから構成されている。ぞれぞれの第１の三相巻線１４、第２の三相巻線１５は、バッテリ１７及びヘッドライト等の電気負荷２２に並列接続された整流器１６に電気的に接続されている。
第１の三相巻線１４は、図４及び図５に示すように、内層側に巻装されており、第２の三相巻線１５は、外層側に巻装されている。

図６は第１の三相巻線１４の結線図、図７は固定子鉄心６に巻装された第１の三相巻線１４の巻線状態を示す巻線図である。
内層側の第１の三相巻線１４は、Ｕ相巻線部１８ｕ、Ｖ相巻線部１８ｖ及びＷ相巻線部１８ｗのそれぞれの端部がデルタ結線されている。
Ｕ相巻線部１８ｕは、Ｎｏ．１のティース９から反時計回りに２つずつティース９を飛び越えてＮｏ．４、Ｎｏ．７、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１６の各ティース９に導線を連続的に集中巻きして構成されている。
同様に、Ｖ相巻線部１８ｖは、Ｎｏ．２のティース９から反時計回りに２つずつティース９を飛び越えてＮｏ．５、Ｎｏ．８、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１４及びＮｏ．１７の各ティース９に導線を連続的に集中巻きして構成されている。
また、Ｗ相巻線部１８ｗは、Ｎｏ．３のティース９から反時計回りに２つずつティース９を飛び越えてＮｏ．６、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１５及びＮｏ．１８の各ティース９に導線を連続的に集中巻きして構成されている。
第１の三相巻線１４は、Ｕ相巻線部１８ｕ、Ｖ相巻線部１８ｖ及びＷ相巻線部１８ｗのそれぞれの端部がデルタ結線で接続されており、この接続部から出力線２３を通じて整流器１６と接続されている。

外層側の第２の三相巻線１５は、Ａ相巻線部１９ａ、Ｂ相巻線部１９ｂ及びＣ相巻線部１９ｃのそれぞれの端部がデルタ結線されている。
Ａ相巻線部１９ａ、Ｂ相巻線部１９ｂ及びＣ相巻線部１９ｃについても、Ｕ相巻線部１８ｕ、Ｖ相巻線部１８ｖ及びＷ相巻線部１８ｗと同様に、反時計回りに２つずつティース９を飛び越えて各ティース９に導線を連続的に集中巻きして構成されている。
第２の三相巻線１５は、Ａ相巻線部１９ａ、Ｂ相巻線部１９ｂ及びＣ相巻線部１９ｃのそれぞれの端部がデルタ結線で接続されており、この接続部から各相の出力線２３を通じて整流器１６と接続されている。
Ａ相巻線部１９ａ、Ｂ相巻線部１９ｂ及びＣ相巻線部１９ｃの各導線の各巻回数は、Ｕ相巻線部１８ｕ、Ｖ相巻線部１８ｖ及びＷ相巻線部１８ｗの各導線の各巻回数と同数である。

このように、ティース９の数は、１８であり、同一相の巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、２つずつティース９を飛び越えて導線をティース９に集中巻きして構成されており、また各相の巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃは１ティース９ずつ周方向にずらした位置関係にある。
なお、図８に示すように、第１の三相巻線１４及び第２の三相巻線１５にそれぞれ接続された整流器１６を並列接続し、この並列接続された整流器１６にバッテリ１７、電気負荷２２を並列接続してもよい。

上記構成の磁石発電機では、内燃機関により回転駆動される回転軸に連動してフライホイ−ル３が回転し、その際に永久磁石４により生じる交番磁界により、第１の三相巻線１４及び第２の三相巻線１５には電力が生じる。この際の交流出力は、整流器１６で整流され、車載バッテリ１７及び電気負荷２２に給電される。

以上説明したように、この実施の形態の磁石発電機によれば、第１の三相巻線１４及び第２の三相巻線１５は、同一相の各巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃが２つのティース９を飛び越えて各ティース９毎にそれぞれ導線を集中巻きして構成されているので、固定子鉄心６の端面を渡る導線の長さは短くなり、それだけ導線の全長は大幅に短縮される。
従って、磁石発電機は、軽量化できるとともに巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃの電気抵抗が低減され、発電効率が向上する。
また、固定子鉄心６の端面から突出した発電コイル７のコイルエンドの高さが小さくなり、固定子２の軸線方向の寸法も短縮され、小形化される。

また、第１の三相巻線１４は、内層側に巻装され、第２の三相巻線１５は、外層側に巻装され、各ティース９のそれぞれに異なる三相巻線の導線が集中巻きされているので、各相巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれぞれの始点及び終点の位置を自由に設定することが可能となり、各相巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれぞれの端部同士の結線作業が容易となり、コスト低減を図ることができる。

また、Ａ相巻線部１９ａ、Ｂ相巻線部１９ｂ及びＣ相巻線部１９ｃの各導線の各巻回数は、Ｕ相巻線部１８ｕ、Ｖ相巻線部１８ｖ及びＷ相巻線部１８ｗの各導線の各巻回数と同数であるので、第１の三相巻線１４及び第２の三相巻線１５は、ほぼ同じ出力で発電され、従ってそれぞれ同一仕様の整流器１６に接続される。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２の磁石発電機の要部断面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。
この実施の形態では、三相巻線は、第１の三相巻線１４は、外径側に巻装され、第２の三相巻線１５は、内径側に巻装されている。
他の構成は、実施の形態１と同じである。
この実施の形態では、第１の三相巻線１４は、外径側に巻装され、第２の三相巻線１５は、内径側に巻装され、各ティース９のそれぞれに異なる三相巻線１４，１５の導線が集中巻きされているので、各相巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれぞれの始点及び終点の位置を自由に設定することが可能となり、各相巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃのそれぞれの端部同士の結線作業が容易となり、コスト低減を図ることができる。

なお、上記各実施の形態では、第１の三相巻線１４、第２の三相巻線１５は、整流器
１６と個別に電気接続された磁石発電機について説明したが、図１１に示すように、第１の三相巻線１４、第２の三相巻線１５は、各相の出力線２３により並列接続され、この並列接続された、第１及び第２の三相巻線１４，１５が整流器１６と接続された磁石発電機であってもよい。
また、各相巻線部１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃがＹ結線された第１及び第２の三相巻線１４，１５にも、この発明は適用できる。
また、固定子鉄心６のティース９の数は１８に限定されるものではなく、３ｎ（ｎ：任意の整数）あればよい。
また、回転電機である、磁石発電機以外の発電機、または電機子が回転する電動機にも、この発明は適用できる。
また、三相巻線が３組以上鉄心に巻装された回転電機であってもよい。

この発明の実施の形態１の磁石発電機を示す正面図である。 図１の磁石発電機の側断面図である。 図１の磁石発電機の電気回路図である。 図１の磁石発電機の要部正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。 図１の発電コイルの第１の三相巻線を示す結線図である。 図１の固定子鉄心に巻装された第１の三相巻線の巻線状態を示す巻線図である。 図１の磁石発電機と異なる例の電気回路図である。 この発明の実施の形態２の磁石発電機を示す要部正面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態１，２の磁石発電機と異なる例の電気回路図である。

符号の説明

２ 固定子（電機子）、６ 固定子鉄心（鉄心）、７ 発電コイル、８ 鉄心本体、９ ティース、１４ 第１の三相巻線、１５ 第２の三相巻線、１６ 整流器、１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 巻線部、２３ 出力線。

Claims (5)

1. 鉄心本体から放射状に複数のティースが延設された鉄心と、この鉄心に巻装された、各相の巻線部からなる複数組の三相巻線とを有する電機子を備えた三相回転電機において、
   各前記三相巻線は、前記巻線部が所定の前記ティースを飛び越えて各ティース毎にそれぞれ導線を連続的に集中巻きされてデルタ結線で接続されて構成されているとともに、それぞれ前記導線の巻回数及び巻回方向が同じであって、かつ内層側と外層側とに分けて巻装されていることを特徴とする三相回転電機。
2. 鉄心本体から放射状に複数のティースが延設された鉄心と、この鉄心に巻装された、各相の巻線部からなる複数組の三相巻線とを有する電機子を備えた三相回転電機において、
   各前記三相巻線は、前記巻線部が所定の前記ティースを飛び越えて各ティース毎にそれぞれ導線を連続的に集中巻きされてデルタ結線で接続されて構成されているとともに、それぞれ前記導線の巻回数及び巻回方向が同じであって、かつ内径側と外径側とに分けて巻装されていることを特徴とする三相回転電機。
3. 各前記三相巻線は、個別に整流器に電気的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の三相回転電機。
4. 各前記三相巻線は、各相の前記巻線部の出力線が互いに並列接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の三相回転電機。
5. 前記電機子は、磁石発電機の固定子であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の三相回転電機。

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