JP4496505B2

JP4496505B2 - 回転電機

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Publication number: JP4496505B2
Application number: JP2007238944A
Authority: JP
Inventors: 昭仁小池
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: JP2009072008A; US20090072652A1; US8008828B2

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される発電機等の回転電機に関する。

近年、車両の高品位化に伴い、エンジンに装着される車両用交流発電機においても、発電時に発生する磁気騒音の低減が要望されている。しかし、その一方で、安全制御機器等の電気負荷の増加が求められ、ますます発電能力の向上が求められている。このため、小型で低騒音、高出力の車両用交流発電機を安価に提供することが求められている。

このようなニーズに対応して、磁気騒音を低減する様々な手法が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された電機子巻線を備える固定子を有する回転電機において、電機子巻線が、複数の三相巻線を有し、三相巻線はΔ結線がなされており、このΔ結線がなされた三相巻線の各出力端に、他の三相巻線の各相を直列に結線したものが提案されている。この回転電機によれば、Δ結線がなされた一の三相巻線（Δ巻線）に他の三相巻線（Ｙ巻線）の各相が直列に結線されているため、これら複数組の三相巻線の発生電圧が異なる場合であっても循環電流が流れることを防止することができる。このため、循環電流による出力損失がなく、小型高出力かつ高効率の回転電機を実現することが可能になる。さらに、特許文献１には、磁気音を低減するための手段として、Δ巻線とＹ巻線とからなる電機子巻線を電気角でπ／６ずらして２組配置するようにした回転電機が提案されている。図９は、従来技術における電機子巻線の結線図である。
特開２００２−２４７７８７号公報

しかしながら、複数の三相巻線は、各相電流が互いに電気角でπ／６の位相差を有する状態で固定子鉄心に巻装することにより磁気騒音の主な発生原因である固定子の反作用起磁力の高調波成分を、複数の三相巻線によって互いに打ち消すことができ、磁気騒音の低減が可能となるが、固定子で発生した電流を交流から直流に変換する整流装置も２組必要となるので（図９参照）、その分コストが高くなってしまうという問題があった。また、固定子のスロット内での巻線配置は、Δ巻線のみのスロット、Ｙ巻線のみのスロットのようにΔ巻線とＹ巻線とがそれぞれ異なるスロットに配置されるものであり、磁気加振力のアンバランスにより磁気音低減効果が減少してしまうという問題があった。図１０は、従来技術における固定子鉄心のスロット内のΔ巻線とＹ巻線との配置状態を示す断面図である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、磁気音の低減効果が高く且つ低コストで実現可能な回転電機を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された電機子巻線を備える固定子を有する回転電機において、
前記電機子巻線は、複数の三相巻線を有し、一の前記三相巻線はΔ結線がなされてΔ巻線を構成し、他の前記三相巻線は、前記Δ巻線の各出力端に各相を直列に結線することによりＹ巻線を構成し、
前記一の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第１の巻線と第２の巻線とが直列に接続され且つ前記第１の巻線に対して前記第２の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記固定子鉄心のスロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成され、
前記他の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第３の巻線と第４の巻線とが直列に接続され且つ前記第３の巻線に対して前記第４の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記スロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成されたことにより、
Δ結線された前記一の三相巻線に対して、Ｙ結線された前記他の三相巻線が直列に結線され、
前記Δ巻線を構成する第１又は第２の巻線と前記Ｙ巻線を構成する第３又は第４の巻線とは、前記スロットの同一スロット内に混在する状態で配置され、
直列に結線された前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とに対して一組の整流器が結線されていることを特徴とする回転電機。

手段１によれば、Δ巻線を構成する一の三相巻線に、Ｙ巻線を構成する他の三相巻線の各相が直列に結線されているため、これら複数組の三相巻線の発生電圧が異なる場合であっても循環電流が流れることを防止することができ、循環電流による出力損失がなく、小型高出力かつ高効率の回転電機を実現することが可能になる。さらに、Δ巻線とＹ巻線とは、固定子鉄心のスロットがずらされて巻装され、その同一スロット内に混在する状態で配置されることによってΔ巻線とＹ巻線とのスロット毎の偏りが分散され、また、巻線毎に電気角が異なることになるので、磁気加振力のアンバランスが減少して磁気音が低減される。また、固定子で発生した電流を交流から直流に変換する整流装置を１組しか必要とされないため、低コストでの実現が可能である。

２．前記Δ巻線と前記Ｙ巻線との混在する割合が、前記固定子鉄心における前記各スロットともに同一であることを特徴とする手段１に記載の回転電機。

手段２によれば、Δ巻線とＹ巻線との混在する割合が、固定子鉄心における各スロットともに同一であるので、磁気加振力のアンバランスが確実に減少して磁気音がさらに低減される。

３．前記固定子鉄心の前記各スロット内で前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とが径方向に交互に配置されたことを特徴とする手段２に記載の回転電機。

手段３によれば、固定子鉄心の各スロット内でΔ巻線とＹ巻線とが径方向に交互に配置されているので、磁気加振力のアンバランスがより確実に減少して磁気音がさらに低減される。

４．前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とは、前記固定子鉄心における周方向の一定スロット毎に同一の配置状態が繰り返されていることを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の回転電機。

手段４によれば、Δ巻線とＹ巻線とは、固定子鉄心における周方向の一定スロット毎に同一の配置状態が繰り返されているので、磁気加振力のアンバランスがより確実に減少して磁気音がさらに低減される。

５．前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とは、前記固定子鉄心における周方向の２スロット毎に同一の配置状態が繰り返されていることを特徴とする手段４に記載の回転電機。

手段５によれば、Δ巻線とＹ巻線とは、固定子鉄心における周方向の２スロット毎に同一の配置状態が繰り返されているので、磁気加振力のアンバランスがより確実に減少して磁気音がさらに低減される。

６．円環状の固定子鉄心とこの固定子鉄心のスロットに装備された電機子巻線を備える固定子を有する回転電機において、
前記電機子巻線は、複数の三相巻線を有し、一の前記三相巻線はΔ結線がなされてΔ巻線を構成し、他の前記三相巻線は、前記Δ巻線の各出力端に各相を直列に結線することによりＹ巻線を構成し、
前記一の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第１の巻線と第２の巻線とが直列に接続され且つ前記第１の巻線に対して前記第２の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記固定子鉄心のスロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成され、
前記他の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第３の巻線と第４の巻線とが直列に接続され且つ前記第３の巻線に対して前記第４の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記スロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成されたことにより、
Δ結線された前記一の三相巻線に対して、Ｙ結線された前記他の三相巻線が直列に結線され、
前記Δ巻線を構成する第１又は第２の巻線と前記Ｙ巻線を構成する第３又は第４の巻線とは、前記スロットの同一スロット内に混在する状態で配置され、
直列に結線された前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とに対して一組の整流器が結線され、
前記Δ巻線部と前記Ｙ巻線部とが、前記スロット内において径方向に１列配置、かつ前記固定子鉄心の円環中心と同軸の多重環状に配列され、前記多重環の同一環において前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とが周方向に同数配置されると共に、一定ピッチで交互に配置していることを特徴とする回転電機。

手段６によれば、コアだけでなく、電機子巻線の剛性を高めることが出来ると共に、Δ巻線とＹ巻線の規則的な繰り返しとハ゛ランス配置により磁気加振力を低減し、磁気音を低減することが出来る。

７．前記電機子巻線は、複数の電気導体の端部同士を互いに接合することにより構成されることを特徴とする手段１乃至６のいずれかに記載の回転電機。

手段７によれば、巻線を固定子に組付た後で端部同士を互いに接合することによる巻線の形状効果によって剛性が高まるので、磁気音を低減することができる。また、電機子巻線を形成する際の電気導体の折り曲げや接合の作業を単純化することができ、製造設備の簡素化による飛躍的な低コスト化が可能になる。

８．前記電気導体は、矩形断面形状を有することを特徴とする手段７に記載の回転電機。

手段８によれば、固定子鉄心のスロット内導体占積率を高めることにより固定子と巻線の隙間が小さくなるので、固定子や巻線の振動を抑えることが出来る。

以下、本発明の回転電機を具体化した一実施形態の車両用交流発電機について図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、整流装置５等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２に装備された電機子巻線２３と、固定子鉄心２２と電機子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを含んで構成されている。固定子鉄心２２は、薄い鋼板を重ね合わせて構成されており、円環形状の内周側に複数個（本実施形態では例えば７２個）のスロットが形成されている。電機子巻線２３は、２組の三相巻線２３Ａ、２３Ｂを組み合わせることによって構成されており、これら２組の三相巻線２３Ａ、２３Ｂが固定子鉄心２２に形成された７２個のスロットに収納されている。電機子巻線２３の詳細については後述する。

回転子３は、シャフト６と一体になって回転するものであり、ランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、冷却用の斜流ファン１１及び遠心ファン１２等を含んで構成されている。シャフト６は、プーリ２０に連結され、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）によって回転駆動される。本実施形態では、回転子磁極数は１２に設定されており、１磁極ピッチに固定子鉄心２２の６個のスロットが対応している。

フレーム４は、固定子２及び回転子３を収容しており、回転子３がシャフト６を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。フレーム４は、フロントフレーム４Ａとリヤフレーム４Ｂとからなり、これらが複数本の締結ボルト４３によって締結されて上述した固定子２等の支持が行われる。整流装置５は、電機子巻線２３から延びるリード線が接続されており、電機子巻線２３から印加される三相交流電圧を三相全波整流して直流電圧に変換する。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞれの爪状磁極部が励磁され、電機子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは所定の直流電力が取り出される。

次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、電機子巻線２３の結線図である。上述したように、電機子巻線２３は、２組の三相巻線２３Ａ、２３Ｂによって構成されている。一方の三相巻線２３Ａは、互いに４スロット分（電気角で２π／３）ずらして巻装されたＸ−Ｕ相巻線２３Ａ１、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ａ２、Ｚ−Ｗ相巻線２３Ａ３をΔ結線することにより形成されている。また、Ｘ−Ｕ相巻線２３Ａ１は、Ｘ相巻線に対してＵ相巻線が直列に接続され且つ１スロット分（電気角でπ／６）ずらして巻装されている。同様に、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ａ２は、Ｙ相巻線に対してＶ相巻線が直列に接続され且つ１スロット分（電気角でπ／６）ずらして、Ｚ−Ｗ相巻線２３Ａ３は、Ｚ相巻線に対してＷ相巻線が直列に接続され且つ１スロット分（電気角でπ／６）ずらしてそれぞれ巻装されている。

他方の三相巻線２３Ｂは、互いに４スロット分ずらして巻装されたＸ−Ｕ相巻線２３Ｂ１、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２、Ｚ−Ｗ相巻線２３Ｂ３によって形成されている。また、Ｘ−Ｕ相巻線２３Ｂ１は、Ｘ相巻線に対してＵ相巻線が直列に接続され且つ１スロット分（電気角でπ／６）ずらして巻装されている。同様に、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２は、Ｙ相巻線に対してＶ相巻線が直列に接続され且つ１スロット分（電気角でπ／６）ずらして、Ｚ−Ｗ相巻線２３Ｂ３は、Ｚ相巻線に対してＷ相巻線が直列に接続され且つ１スロット分（電気角でπ／６）ずらしてそれぞれ巻装されている。

さらに、他方の三相巻線２３Ｂに含まれるＸ−Ｕ相巻線２３Ｂ１、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２、Ｚ−Ｗ相巻線２３Ｂ３のそれぞれの一方端であるＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線が、Δ結線された一方の三相巻線２３Ａの３つの出力端である結線部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃのそれぞれに直列に結線されており、Ｘ−Ｕ相巻線２３Ｂ１、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２、Ｚ−Ｗ相巻線２３Ｂ３のそれぞれの他方端であるＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線が整流装置５に接続されている。これにより、図２に示すように、Δ結線された一方の三相巻線２３Ａに対して、Ｙ結線された他方の三相巻線２３Ｂを直列に結線した状態が実現されている。

本実施形態においては、一方の三相巻線２３Ａに対して他方の三相巻線２３Ｂが直列に接続されているため、従来の車両用交流発電機のように高電圧側の三相巻線から低電圧側の三相巻線へ流れていた循環電流が発生せず、発電電流の減少や循環電流による発熱の増加を抑制することが可能になり、小型高出力かつ高効率の車両用交流発電機１を実現することができる。

また、従来の車両用交流発電機のように２組の三相巻線の発生電圧を一致させるようにそれぞれのターン数を決定する必要がないことから、２組の三相巻線２３Ａ、２３Ｂのそれぞれのターン数を任意の値に設定することが可能になり、設計の自由度が増すという効果もある。

また、一方の三相巻線２３Ａに対して他方の三相巻線２３Ｂは、電気角でπ／６の位相差を有するように配置されており、三相巻線２３Ａ、２３Ｂの各反作用起磁力が相互に打ち消し合うため、磁気騒音を低減することができる。また、２組の三相巻線２３Ａ、２３Ｂは直列に結線されているため、一方の三相巻線２３Ｂの出力端のみを整流装置５に接続することにより、出力電流を車両用交流発電機１の外部に取り出すことができる。このため、２組の三相巻線２３Ａ、２３Ｂを用いる場合であっても１組の全波整流回路を有する整流装置５を用いるだけでよく、２組の三相巻線のそれぞれに全波整流回路を対応させる場合に比べて、整流素子の個数を半分に減らすことができ、部品コストや組み付けコストの低減が可能になる。

次に、車両用交流発電機１において電機子巻線２３を形成している導体セグメントの構成及び固定子鉄心２２のスロット２５への配置について図面を参照しつつ説明する。図３は、電機子巻線２３を構成する導体セグメントの斜視図である。また、図４は図３に示した導体セグメントの組み付け状態を示す斜視図である。図５は、固定子の部分的な断面図である。図６及び図７は、固定子２の部分的な斜視図である。

本実施形態では、ほぼＵ字状であって矩形断面を有する複数の導体セグメント同士を接合することにより固定子の電機子巻線２３を形成している。すなわち、図３に示すように、固定子鉄心２２のスロット２５に装備された電機子巻線２３は複数の電気導体により構成され、各スロット２５には偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。また、一のスロット２５内の４本の電気導体は、図４及び図５に示すように固定子鉄心２２の径方向について内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。

一のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（６スロット）離れた他のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心２２の軸方向の一方の端面側において連続線を用いることにより、ターン部２３１ｃ、２３２ｃを経由することで接続される。

従って、固定子鉄心２２の一方の端面側においては、図７に示すように、外中層の電気導体２３２ｂと内中層の電気導体２３２ａとをターン部２３２ｃを経由して接続する連続線を、外端層の電気導体２３１ｂと内端層の電気導体２３１ａとをターン部２３１ｃを経由して接続する連続線が内包することとなる。このように、固定子鉄心２２の一方の端面側においては、対をなす電気導体の接続部としてのターン部２３２ｃが、同じスロット２５内に収容された他の対をなす電気導体の接続部としてのターン部２３１ｃにより囲まれる。外中層の電気導体２３２ｂと内中層の電気導体２３２ａとの接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体２３１ｂと内端層の電気導体２３１ａとの接続により端層コイルエンドが形成される。

一方、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂ’は、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂとも対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心２２の軸方向の他方の端面側において接続される。

従って、固定子鉄心２２の他方の端面側においては、図６に示すように、外端層の電気導体２３１ｂ’と外中層の電気導体２３２ｂとを接続する外側接合部２３３ｂと、内端層の電気導体２３１ａ’と内中層の電気導体２３２ａとを接続する内側接合部２３３ａとが、径方向及び周方向に互いにずれた状態で配置されている。外端層の電気導体２３１ｂ’と外中層の電気導体２３２ｂとの接続、及び内端層の電気導体２３１ａ’と内中層の電気導体２３２ａとの接続により、異なる同心円上に配置された２つの隣接層コイルエンドが形成される。

さらに、図３に示すように、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント２３１により提供される。また、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント２３２により提供される。基本となるＵ字状の導体セグメント２３０は、大セグメント２３１と小セグメント２３２によって形成される。各セグメント２３１、２３２は、スロット２５内に収容されて軸方向に沿って延びる部分を備えるとともに、軸方向に対して所定角度傾斜して延びる曲げ部としての斜行部２３１ｆ、２３１ｇ、２３２ｆ、２３２ｇを備える。これら斜行部によって、固定子鉄心２２から軸方向の両端面に突出するコイルエンド群が形成されており、回転子３の軸方向の両端面に取り付けられた斜流ファン１１及び遠心ファン１２を回転させたときに生じる冷却風の通風路は、主にこれら斜行部の間に形成されている。また、この冷却風の通風路には、電機子巻線２３のリード線２７も配置されている。

以上の構成を、全てのスロット２５の導体セグメント２３０について繰り返す。そして、反ターン部側のコイルエンド群において、外端層の端部２３１ｅ’と外中層の端部２３２ｅ、並びに内中層の端部２３２ｄと内端層の端部２３１ｄ’とがそれぞれ溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって接合されて外側接合部２３３ｂ及び内側接合部２３３ａが形成され、電気的に接続されている。

そして、上述した導体セグメント２３０を用いて構成される電機子巻線２３に、図２に示した結線状態や巻線仕様の内容が適用される。すなわち、本実施形態では、固定子鉄心２２の１磁極ピッチ分の６個のスロットのそれぞれには、互いに電気角がπ／６ずれた６相の巻線が形成されている。以下、スロット番号１〜６のスロット２５における巻線の配置について説明する。尚、スロット番号７〜７２についても同様の巻線配置が繰り返される。

図８に示すように、スロット番号１のスロット２５には、Δ巻線を構成する三相巻線２３Ａ（Ｘ−Ｕ相巻線２３Ａ１）のＸ相巻線が外端層及び内中層に収容され、Ｙ巻線を構成する他方の三相巻線２３Ｂ（Ｘ−Ｕ相巻線２３Ｂ１）のＸ相巻線が外中層及び内端層に収容されることにより、Δ巻線のＸ相巻線とＹ巻線のＸ相巻線とが同一スロット２５内で交互に配置される。

スロット番号２のスロット２５には、Δ巻線を構成する三相巻線２３Ａ（Ｘ−Ｕ相巻線２３Ａ１）のＵ相巻線が外端層及び内中層に収容され、Ｙ巻線を構成する他方の三相巻線２３Ｂ（Ｘ−Ｕ相巻線２３Ｂ１）のＵ相巻線が外中層及び内端層に収容されることにより、Δ巻線のＵ相巻線とＹ巻線のＵ相巻線とが同一スロット２５内で交互に配置される。

スロット番号３のスロット２５には、Δ巻線を構成する三相巻線２３Ａ（Ｚ−Ｗ相巻線２３Ａ３）のＺ相巻線が外中層及び内端層に収容され、Ｙ巻線を構成する他方の三相巻線２３Ｂ（Ｚ−Ｗ相巻線２３Ｂ３）に含まれるＺ相巻線が外端層及び内中層に収容されることにより、Δ巻線のＺ相巻線とＹ巻線のＺ相巻線とが同一スロット２５内で交互に配置される。

スロット番号４のスロット２５には、Δ巻線を構成する三相巻線２３Ａ（Ｚ−Ｗ相巻線２３Ａ３）のＷ相巻線が外中層及び内端層に収容され、Ｙ巻線を構成する他方の三相巻線２３Ｂ（Ｚ−Ｗ相巻線２３Ｂ３）のＷ相巻線が外端層及び内中層に収容されることにより、Δ巻線のＷ相巻線とＹ巻線のＷ相巻線とが同一スロット２５内で交互に配置される。

スロット番号５のスロット２５には、Δ巻線を構成する三相巻線２３Ａ（Ｙ−Ｖ相巻線２３Ａ２）のＹ相巻線が外端層及び内中層に収容され、Ｙ巻線を構成する他方の三相巻線２３Ｂ（Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２）のＹ相巻線が外中層及び内端層に収容されることにより、Δ巻線のＹ相巻線とＹ巻線のＹ相巻線とが同一スロット２５内で交互に配置される。

スロット番号６のスロット２５には、Δ巻線を構成する三相巻線２３Ａ（Ｙ−Ｖ相巻線２３Ａ２）のＶ相巻線が外端層及び内中層に収容され、Ｙ巻線を構成する他方の三相巻線２３Ｂ（Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２）のＶ相巻線が外中層及び内端層に収容されることにより、Δ巻線のＶ相巻線とＹ巻線のＶ相巻線とが同一スロット２５内で交互に配置される。

そして、隣り合うスロット２５の外端層、内中層にそれぞれ収容されたＸ相巻線及びＵ相巻線と、同じくＹ相巻線及びＶ相巻線と、外中層、内端層にそれぞれ収容されたＺ相巻線及びＷ相巻線とをそれぞれ直列に接続してＸ−Ｕ相巻線２３Ａ１、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ａ２、及びＺ−Ｗ相巻線２３Ａ３を構成し、これらをΔ結線することにより、一方の三相巻線２３Ａを形成することができる。

また、隣り合うスロット２５の外中層、内端層にそれぞれ収容されたＸ相巻線及びＵ相巻線と、同じくＹ相巻線及びＶ相巻線と、外端層、内中層にそれぞれ収容されたＺ相巻線及びＷ相巻線とをそれぞれ直列に接続してＸ−Ｕ相巻線２３Ｂ１、Ｙ−Ｖ相巻線２３Ｂ２、及びＺ−Ｗ相巻線２３Ｂ３を構成し、これらのＸ相巻線、Ｙ相巻線、及びＷ相巻線を三相巻線２３Ａの３つの結線部２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにそれぞれ直列に結線することにより、他方の三相巻線２３Ｂを形成することができる。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、Δ巻線を構成する一の三相巻線２３Ａに、Ｙ巻線を構成する他の三相巻線２３Ｂの各相が直列に結線されているため、これら複数組の三相巻線の発生電圧が異なる場合であっても循環電流が流れることを防止することができ、循環電流による出力損失がなく、小型高出力かつ高効率の回転電機を実現することが可能になる。さらに、Δ巻線とＹ巻線とは、固定子鉄心２２の各スロット２５内に混在する状態で配置されることによってΔ巻線とＹ巻線とのスロット毎の偏りが分散されるので、磁気加振力のアンバランスが減少して磁気音が低減される。また、図９に示す従来例では固定子で発生した電流を交流から直流に変換する整流装置が２組必要であったが、本実施形態では整流装置５が１組しか必要とされないため、低コストでの実現が可能である。

特に、本実施形態では、Δ巻線とＹ巻線との混在する割合が、固定子鉄心２２における各スロット２５ともに同一（Δ巻線とＹ巻線が２本ずつ）であるので、磁気加振力のアンバランスがより確実に減少して磁気音がさらに低減される。

また、固定子鉄心２２の各スロット２５内でΔ巻線とＹ巻線とが径方向に交互に配置されていることによっても、磁気加振力のアンバランスがより確実に減少して磁気音がさらに低減される。

また、Δ巻線とＹ巻線とは、固定子鉄心２２における周方向の一定スロット毎（２スロット毎）に同一の配置状態が繰り返されていることによっても、磁気加振力のアンバランスがより確実に減少して磁気音がさらに低減される。

また、電機子巻線２３は、複数の電気導体の端部同士を互いに接合することにより構成されている。よって、巻線を固定子に組付た後で端部同士を互いに接合することによる巻線の形状効果によって剛性が高まるので、磁気音を低減することができる。また、電機子巻線を形成する際の電気導体の折り曲げや接合の作業を単純化することができ、製造設備の簡素化による飛躍的な低コスト化が可能になる。

さらに、電気導体は、矩形断面形状を有している。よって、固定子鉄心のスロット内導体占積率を高めることにより固定子と巻線の隙間が小さくなるので、固定子や巻線の振動を抑えることが出来る。

尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。

例えば、上述した実施形態で示したΔ巻線とＹ巻線との固定子鉄心２２の各スロット２５内における配置態様は一例であり、Δ巻線とＹ巻線とが各スロット２５内に混在する状態で配置されていれば変更を施して実施しても構わない。

本発明は、磁気音の低減効果が高い回転電機を低コストで実現することが必要とされる場合に利用可能である。

本発明の一実施形態である車両用交流発電機の全体構成を示す図である。電機子巻線の結線図である。電機子巻線を構成する導体セグメントの斜視図である。図３に示した導体セグメントの組み付け状態を示す斜視図である。固定子の部分的な断面図である。固定子の部分的な斜視図である。固定子の部分的な斜視図である。本実施形態における固定子鉄心のスロット内のΔ巻線とＹ巻線との配置状態を示す断面図である。従来技術における電機子巻線の結線図である。従来技術における固定子鉄心のスロット内のΔ巻線とＹ巻線との配置状態を示す断面図である。

符号の説明

１車両用交流発電機
２固定子
３回転子
４フレーム
５整流装置
２２固定子鉄心
２３電機子巻線
２３Ａ三相巻線（Δ巻線）
２３Ｂ三相巻線（Ｙ巻線）
２５スロット

Claims

固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された電機子巻線を備える固定子を有する回転電機において、
前記電機子巻線は、複数の三相巻線を有し、一の前記三相巻線はΔ結線がなされてΔ巻線を構成し、他の前記三相巻線は、前記Δ巻線の各出力端に各相を直列に結線することによりＹ巻線を構成し、
前記一の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第１の巻線と第２の巻線とが直列に接続され且つ前記第１の巻線に対して前記第２の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記固定子鉄心のスロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成され、
前記他の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第３の巻線と第４の巻線とが直列に接続され且つ前記第３の巻線に対して前記第４の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記スロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成されたことにより、
Δ結線された前記一の三相巻線に対して、Ｙ結線された前記他の三相巻線が直列に結線され、
前記Δ巻線を構成する第１又は第２の巻線と前記Ｙ巻線を構成する第３又は第４の巻線とは、前記スロットの同一スロット内に混在する状態で配置され、
直列に結線された前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とに対して一組の整流器が結線されていることを特徴とする回転電機。
前記Δ巻線と前記Ｙ巻線との混在する割合が、前記固定子鉄心における前記各スロットともに同一であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記固定子鉄心の前記各スロット内で前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とが径方向に交互に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とは、前記固定子鉄心における周方向の一定スロット毎に同一の配置状態が繰り返されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機。
前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とは、前記固定子鉄心における周方向の２スロット毎に同一の配置状態が繰り返されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
円環状の固定子鉄心とこの固定子鉄心のスロットに装備された電機子巻線を備える固定を有する回転電機において、
前記電機子巻線は、複数の三相巻線を有し、一の前記三相巻線はΔ結線がなされてΔ巻線を構成し、他の前記三相巻線は、前記Δ巻線の各出力端に各相を直列に結線することによりＹ巻線を構成し、
前記一の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第１の巻線と第２の巻線とが直列に接続され且つ前記第１の巻線に対して前記第２の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記固定子鉄心のスロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成され、
前記他の三相巻線を構成する各相巻線は、同じ長さで構成された第３の巻線と第４の巻線とが直列に接続され且つ前記第３の巻線に対して前記第４の巻線が１スロット分の位相差を有するように前記スロットがずらされて前記固定子鉄心に巻装されて形成されたことにより、
Δ結線された前記一の三相巻線に対して、Ｙ結線された前記他の三相巻線が直列に結線され、
前記Δ巻線を構成する第１又は第２の巻線と前記Ｙ巻線を構成する第３又は第４の巻線とは、前記スロットの同一スロット内に混在する状態で配置され、
直列に結線された前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とに対して一組の整流器が結線され、
前記Δ巻線部と前記Ｙ巻線部とが、前記スロット内において径方向に１列配置、かつ前記固定子鉄心の円環中心と同軸の多重環状に配列され、前記多重環の同一環において前記Δ巻線と前記Ｙ巻線とが周方向に同数配置されると共に、一定ピッチで交互に配置していることを特徴とする回転電機。
前記電機子巻線は、複数の電気導体の端部同士を互いに接合することにより構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機。
前記電気導体は、矩形断面形状を有することを特徴とする請求項７に記載の回転電機。