JP5150930B2 - アウタロータ型多極発電機 - Google Patents

Description

本発明は、アウタロータ型多極発電機に関し、特に、ステータ巻線の端部を接続するための端子の密集を回避してステータ巻線と端子との接続作業の自動化を容易にすることができる構造を有するアウタロータ型多極発電機に関する。

ステータコアの外周に設けられた多数の突極に巻回されたステータ巻線を有するステータと、突極に対向してステータの外周に配置された複数の永久磁石を有するロータとからなるアウタロータ型多極発電機が知られている。このアウタロータ型多極発電機には、多数の突極のすべてに巻かれたステータ巻線を三相交流を取り出す主巻線とするものの他、多数の突極のうちいくつか（例えば３つの突極）に巻回したステータ巻線を、主巻線に代えて単相交流を取り出すための補機巻線として構成したものがある。

例えば、特開平１１−１５０９０５号公報には、ステータコアの２７個の突極のうち、２４個の突極に三相交流出力用の主巻線を巻き、残りの３個の突極に補機巻線としてチャージ巻線、サブ巻線、およびＤＣ巻線を巻いたステータの構造を有するアウタロータ型多極発電機が記載されている。このアウタロータ型多極発電機では、ステータ巻線と外部導線とを接続するための接続端子をステータコアの絶縁用ボビンに嵌入固定しておき、ステータ巻線の引き出し部分をヒュージングで接続端子に接続可能にすることによって接続作業を容易にしている。

また、特開２００２−１６５３９７号公報には、２１個の突極のうち、１８個の突極に主巻線を巻く一方、２個の突極にＤＣ巻線を巻き、１個の突極にサブ巻線およびエキサイタ巻線を巻いたステータの巻線構造を有するアウタロータ型多極発電機が記載されている。このアウタロータ型多極発電機では、ステータコアのコア板積層方向に貫通する挿通孔をボビンに設け、ステータ巻線の引き出し部分を挿通孔の一方から他方へ通してボビンの側面に露出させ、この側面に配置された接続端子に接続している。
特開平１１−１５０９０５号公報 特開２００２−１６５３９７号公報

上記特許文献１、２に記載されたアウタロータ型多極発電機では、主巻線の間に複数の補機巻線を互いに隣接してまとめて配置しているので、三相主巻線の引き出し部分と単相補機巻線の引き出し部分とがステータコアの内周側に集中する。そして、この引き出し部分を外部導線に接続する接続端子も引き出し部分に近接配置するのが好都合であることから、ステータコアの内周側でボビン上に集中してしまう。例えば、三相主巻線用の接続端子が６個、単相補機巻線用の接続端子が６個、合わせて１２個もの接続端子がボビン側面の一部領域に集中する。

このように、ステータコアの内周側のボビン上に接続端子が集中して配置されていると、接続端子に接続される異種電圧の主巻線および補機巻線の絶縁処理が必要であるし、ステータ巻線を接続端子まで引き回す作業の自動化が困難である。 また、ステータ巻線と接続端子とを半田付けやヒュージング（熱かしめ）等で接続する場合、密集位置でのヒュージング等を避けるために、例えば、特許文献１に記載されているように、ボビン側面に直立させた接続端子にステータ巻線をヒュージングで接続する工程と、ヒュージング後、接続端子をボビン側面に沿わせて折り曲げるフォーミング工程とを設ける必要がある。狭い場所でヒュージングのための通電電極を接続端子に押しつける作業は自動化に適さないからである。

また、アウタロータ型多極発電機には、上述のように補機巻線を含まないタイプ（以下、「フル主巻線タイプ」という）と、補機巻線を含むタイプとがあり、いずれの場合にもボビンを共通使用できるのが好都合である。しかし、補機巻線を含まないようにすると、補機巻線があった位置に巻いた主巻線を、巻き始めまたは巻き始めの突極を３つまたいで距離が遠く離れた他の突極に巻回さなくてはならず、配線の自動化が容易ではない。つまり、フル主巻線タイプにボビンを共通使用することができない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボビン上に設けられる接続端子の密集化を回避して、ステータ巻線と接続端子との接続作業の自動化を図り、かつボビンの共通化を図ることができるアウタロータ型多極発電機を提供することにある。

本発明は、２４以上の「３」の整数倍の突極を外周に配した環状ステータコアと、絶縁性のボビンを介して前記突極に巻かれた三相主巻線とを有するアウタロータ型多極発電機において、３つの突極を間において配置される３つの突極のうち、少なくとも１つに、主巻線に代えて補機巻線が巻かれているとともに、前記補機巻線を２つ以下としたときは、残りの補機巻線が巻かれるべき位置の突極は巻線が巻かれずに空きとなっている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記ボビンが、前記環状ステータの内径側に張り出した領域を備え、該領域に前記主巻線および補機巻線を外部巻線にそれぞれ接続するための主巻線接続端子および補機巻線接続端子が固定されている点に第２の特徴がある。

さらに、本発明は、前記主巻線および補機巻線と前記主巻線接続端子および補機巻線接続端子とがヒュージングによって接合されている点に第３の特徴がある。

第１の特徴を有する発明によれば、主巻線を巻いた突極の少なくとも３つおきに補機巻線を配置し、補機巻線の引き出し部が、少なくとも突極３つ分離れた位置に引き出されるようにしたので、主巻線および補機巻線のそれぞれの引き出し部の密集を回避することができ、引き出し部の引き回しの自動化を図り易い。また、３つの補機巻線を設けることができるように、突極を３つ設けてそこには主巻線を巻かないようにしたので、三相主巻線のそれぞれから同じ巻き数分間引いた構成とすることができる。したがって、三相主巻線による各相の出力バランスを維持することができる。

また、主巻線の間で補機巻線を３つ連続した突極に巻く従来のステータでは、ボビンをフル主巻線タイプに流用すると、補機巻線があった位置に巻いた主巻線を、巻き始めまたは巻き始めの突極を３つまたいで遠く離れた突極に配線することになり、配線の自動化が容易ではない。第１の特徴を有する本発明では、補機巻線がないフル主巻線タイプでも、補機巻線が空いた突極に主巻線を巻いて、その主巻線をすぐ隣りに位置する突極に巻けばよいので、遠くまで主巻線を引き回すことがない。したがって、補機巻線の有無にかかわらず、同じ形式のボビンを共用することができる。

第２の特徴を有する本発明によれば、ボビン内周側の狭い領域でありながら、主巻線接続端子と補機巻線接続端子とが密集することがない。したがって、主巻線および補機巻線と、主巻線接続端子および補機巻線接続端子とのそれぞれの接続作業のためのスペースを十分に確保することができる。

第３の特徴を有する本発明によれば、接続端子や巻線の引き出し部が密集しないので、ヒュージングによって主巻線および補機巻線と主巻線接続端子および補機巻線接続端子とを接続する場合、ヒュージングの電極を挿入するのに十分なスペースを確保することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係るアウタロータ型多極発電機の正面図、図３は同背面図、図４は図３のＡ−Ａ位置での断面図である。図２〜図４において、アウタロータ１は、ボス２と、ボス２に接合されたロータヨーク３とを備える。ロータヨーク３は、全体に椀形状をなし、その椀形状の底部にはボス２の端部が嵌入される孔４が設けられている。一方、ロータヨーク３の周囲部分つまり椀形状の側壁部分５の内周面には界磁用の複数の永久磁石６が貼り付けられている。この例では、１８個の永久磁石６が、隣接するもの同士極性を反転して配置されている。ボス２は、図示しない駆動源つまりエンジンの出力軸端部と連結するためのテーパ孔７を有している。

アウタロータ１の内側には、ステータ８が配置される。ステータ８は、絶縁材料（例えば、合成樹脂）で形成されたボビン９と、ボビン９によって外周部分を除いた部分が絶縁被覆されたステータコア１０と、ボビン９による絶縁壁を介してステータコア１０の突極１１に巻かれたステータ巻線１２とからなる。ステータ巻線１２に関してはさらに後述する。

ステータコア１０は、内周寄りつまりアウタロータ１のボス２側に位置する環状の基部１０ａと基部１０ａから放射状に突き出した複数の突極１１とからなる。この例では、２７個の突極が形成されている。ステータコア１０は珪素鋼の薄板からコアプレートを打ち抜き成形し、打ち抜いたコアプレートを積層して形成される。コアプレートの成形時には、ボルト挿通孔１３も形成される。ボルト挿通孔１３は、ステータ８を、発電機の駆動源であるエンジンのクランクケース等にボルトを使って取り付けるために設けるものであり、この例では４カ所に設けられている。ボルトはステータコア１０とともにボビン９をも貫通させるので、ボビン９にもボルト挿通孔が形成される。

ボビン９はステータコア１０の基部１０ａを覆っている部分から内周寄りつまりボス２側にさらに延長された部位つまり接続端子保持部（保持領域）１４を有している。この接続端子保持部１４には、１２個の接続端子１５が設けられている。接続端子１５は、接続端子保持部１４の一方側つまりロータヨーク３の底部側に位置するヒュージング部分１５ａと、接続端子保持部１４の他方側に貫通して設けられたカプラピン１５ｂとからなる。ヒュージング部分１５ａはステータ巻線１２の引き出し部分を挟むことができるように鉤状に形成され、カプラピン１５ｂは図示しない外部導線側のカプラソケットに結合できるように平面状あるいは舌状に形成される。ヒュージングは前記鉤状のヒュージング部分１５ａに電極を押し当て、このヒュージング部分１５ａを加熱しつつ変形させステータ巻線１２を圧着するものである。

図３に示すように、接続端子１５は前記ボルト挿通孔１３に挟まれたそれぞれの領域に３個ずつ分散されて、合計１２個が設けられている。これら１２個の接続端子１５のうち、６個（１５−１〜１５−６）は三相交流出力用の主巻線の接続に用いられ、残りの６個（１５−７〜１５−１２）は補機巻線の接続に用いられる。接続端子１５のうち３個（１５−１〜１５−３）は主巻線の中性点となる接続端子であり、連結プレート１６で互いに連結されている。なお、この例は、ステータ巻線１２に補機巻線を含む場合であり、補機巻線を含まないフル主巻線タイプでは、補機巻線を接続していた位置の接続端子１５−７〜１５−１２は空きとなり、使用されない。

次に、ステータ巻線に関してステータの構成をさらに説明する。図１は、ステータ８の正面図、図５は側面図、図６はステータ巻線の配線図、図７はステータの展開図である。図１、図５において、ステータコア１０の２４個の突極１１（１個だけ符号を付している）にそれぞれ巻かれた主巻線１７（１７−１〜１７−２４）が三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）１組となって、合計８組配列されている。主巻線１７には、相を示す符号を付している。８組の主巻線１７のうち、主巻線１７−１、１７−２、１７−３がそれぞれＵ、Ｖ、Ｗ相の巻き始めのもの（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）であり、主巻線１７−２２〜１７−２４がそれぞれＵ、Ｖ、Ｗ相の巻き終わりのもの（Ｕ８、Ｖ８、Ｗ８）である。そして、主巻線１７−９（Ｗ３）と主巻線１７−１０（Ｖ４）との間では、突極１１が一つ分空けられ、その突極１１には第１補機巻線（ＥＸ巻線）１８が巻かれる。また、主巻線１７−１２（Ｕ４）と主巻線１７−１３（Ｗ５）との間では突極１１が一つ分空けられ、その突極１１には第２補機巻線（サブ巻線）１９が巻かれる。さらに、主巻線１７−１５（Ｖ５）と主巻線１７−１６（Ｕ６）との間でも突極１１が一つ分空けられ、そこには第３補機巻線（ＤＣ巻線）２０が巻かれる。

主巻線の配線を図６、図７を併せて参照し、説明する。図１、図６、図７に示すように、主巻線１７−１（Ｕ１）、１７−４（Ｕ２）、１７−７（Ｕ３）、１７−１２（Ｕ４）、１７−１４（Ｕ５）、１７−１６（Ｕ６）、１７−１９（Ｕ７）、１７−２２（Ｕ８）が直列に接続され、一端つまりＵ相の巻き始め引き出し線が接続端子１５−４に接続され、他端つまり巻き終わり引き出し線は中性接続端子１５−１に接続される。

また、主巻線１７−２（Ｖ１）、１７−５（Ｖ２）、１７−８（Ｖ３）、１７−１０（Ｖ４）、１７−１５（Ｖ５）、１７−１７（Ｖ６）、１７−２０（Ｖ７）、１７−２３（Ｖ８）が直列に接続され、一端つまりＶ相の巻き始め引き出し線が接続端子１５−５に接続され、他端つまり巻き終わり引き出し線は中性接続端子１５−２に接続される。

さらに、主巻線１７−３（Ｗ１）、１７−６（Ｗ２）、１７−９（Ｗ３）、１７−１２（Ｗ４）、１７−１３（Ｗ５）、１７−１８（Ｗ６）、１７−２１（Ｗ７）、１７−２４（Ｗ８）が直列に接続され、一端つまりＷ相の巻き始め引き出し線が接続端子１５−６に接続され、他端つまり巻き終わり引き出し線は中性接続端子１５−３に接続される。

第１補機巻線（ＥＸ巻線）１８は接続端子１５−７と１５−８にそれぞれ両端が接続され、第２補機巻線（サブ巻線）１９は接続端子１５−９と１５−１０にそれぞれ両端が接続される。また、第３補機巻線（ＤＣ巻線）２０は接続端子１５−１１と１５−１２にそれぞれ両端が接続される。

図７に示すように、ステータ巻線１２を展開すると、主巻線の巻き始め（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）と巻き終わり（Ｕ８、Ｖ８、Ｗ８）の間において、最も遠い位置に補機巻線の一つ（サブ巻線１９）を配置し、そこを中心に三相主巻線を１組おいた位置、つまり突極１１の３つ分を空けた位置の突極１１に残りの補機巻線つまりＥＸ巻線１８とＤＣ巻線２０をそれぞれ配置した。

つまり、巻き始めから三相主巻線を３組（突極１１の９つ分に主巻線を巻いた）配置した後、フル主巻線タイプであれば次のＵ相の主巻線が巻かれるべき位置の突極１１に、ＥＸ巻線１８を巻き、その次からの位置にある突極１１に、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相の順で主巻線を巻く。つまり、Ｕ相の主巻線が１カ所間引かれる。そして、その次に、フル主巻線タイプであれば次のＶ相の主巻線が巻かれるべき位置の突極１１に、サブ巻線１９を巻き、その次にＷ相、Ｕ相、Ｖ相の順で主巻線を巻く。つまりＶ相の主巻線が１カ所間引かれる。そして、その次に、フル主巻線タイプであればＷ相の主巻線が巻かれるべき位置の突極１１に、ＤＣ巻線２０を巻き、その次に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で主巻線を３組配置して巻き終わりとしている。つまり、Ｗ相が１カ所間引かれてＤＣ巻線２０が巻かれる。

この、主巻線の位置と補機巻線の位置を図１に関して見ると、主巻線１７のうち、巻き始めと巻き終わりの位置（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１とＵ８、Ｖ８、Ｗ８）に関してボビン９の中心を挟んで反対側に３つの補機巻線１８〜２０が配置される。つまり、ボビン９の中心に対して対称に配置した一方側の接続端子１５（１５−１〜１５−６）に主巻線１７の巻き始めおよび巻き終わりが近接し、反対側の接続端子１５（１５−７〜１５−１２）に補機巻線１８〜２０が近接するように配置を決定している。したがって、接続端子１５に対する主巻線１７および補機巻線１８〜２０の引き回し距離を短くできるし、ヒュージング等による接続作業のための十分なスペースを確保することができる。

主巻線１７は、上述のようにＵ相、Ｖ相、およびＷ相それぞれから均等に１回だけ巻き回数を間引いて（一つの突極に巻く所定回数を便宜上１巻きと呼ぶ）、補機巻線を配置したので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力バランスを崩すことなく、補機巻線から必要な単相電源を出力させることができる。なお、補機巻線を３つに限らず増減する場合であっても、出力バランスを崩さないように３巻きずつ、主巻線を間引くのがよい。すなわち、補機巻線をステータ巻線１２に含める場合、「３」の整数倍分、主巻線１７の巻き回数を間引く。したがって、補機巻線の間に主巻線を３つ、６つ等、「３」の整数倍分巻くことができる。したがって、本実施形態のステータでは、例えば、補機巻線を１巻きする場合でも、主巻線１７を３巻き分間引き、補機巻線を巻かない２つの突極１１は空けておく。

また、補機巻線の数を増減させる場合は、常に、ボビン９の中心に対称に配置した接続端子１５に主巻線の巻き始めと巻き終わり並びに補機巻線１８〜２０がそれぞれ分散して配置されるようにする。この場合、隣接する補機巻線同士あるいは主巻線の巻き始めおよび巻き始めと隣接する補機巻線との間隔は三相の主巻線１７を１組として少なくとも１巻き分（突極３つ分）あけるようにする。

例えば、図１、図７において、ＥＸ巻線１８を主巻線１７の巻き始め寄りに移動させる場合、主巻線１７−７（Ｕ３）が巻かれている位置に移動させることができる。また、ＤＣ巻線２０を主巻線１７の巻き終わり寄りに移動させる場合、主巻線１７−１８（Ｗ６）が巻かれている位置に移動させることができる。

なお、本実施例では、突極１１の数を「２７」とした例を説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、２４極や２７極等、三相出力が均等に得られるように「３」の整数数の突極１１を設けてステータ巻線１２を巻くことができる。

図８は、突極の数を増減したステータの例を示す模式図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ突極の数が「１２」、「１５」、「１８」、「２４」の例である。これらの図において、符号Ｕ、Ｖ、Ｗは、それぞれ主巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相が巻かれる突極を示し、符号ＥＸ、ＳＵＢ、ＤＣはそれぞれ補機巻線が巻かれる突極を示している。この図に示すように、いずれのステータ８においても補機巻線は主巻線を少なくとも３つ以上（「３」の整数倍）ずつ間において分散して配置されている。

図９は、上記アウタロータ型多極発電機を有する発電装置の一例を示すシステム構成図である。図９において、発電装置２１は、上述した構成のアウタロータ型多極発電機２２と、発電機２２の出力制御装置２３と、発電機２２を駆動するエンジン（図示せず）の点火ユニット２４とを備える。出力制御装置２３はインバータブロック２５とＣＰＵ２６とモータドライバ２７と制御電源装置２８とからなる。発電機２２の主巻線１７の三相出力はインバータブロック２５の整流回路２５１で整流され、さらにインバータ回路２５２で所定周波数（例えば商用電源の周波数）の交流に変換され、チョークコイル２５３およびノイズ除去フィルタ２５４等を経て単相交流として出力される。

サブ巻線１９の出力は制御電源装置２８に入力され、制御電源装置２８は直流５ボルト、８ボルトの制御電源を発生させる。制御電源はスロットルモータ２９やインバータブロック２５の電源として使用される。

ＤＣ巻線２０の出力は、整流回路３０で整流されて、図示しない表示用ＬＥＤ点灯用等の直流電源として使用される。

ＥＸ巻線１８の出力は点火ユニット２４に供給されて、点火用電源として使用される。

ＣＰＵ２６は、エンジン回転数やインバータブロック２５の出力電圧等に基づいてインバータブロック２５の制御を行うとともに、モータドライバ２７を制御してスロットルモータ２９を駆動する。

上記実施形態では、補機巻線１８〜２０を含むステータ８の構成を説明したが、このステータ８のボビン９は、補機巻線１８〜２０を含まないフル主巻線タイプにもそのまま共通部品として使用できる。例えば、図１に関して説明したステータ８において、ＥＸ巻線１８を巻いた突極１１にはＥＸ巻線１８に代えてＵ相の主巻線を巻き、サブ巻線１９を巻いた突極１１にはサブ巻線１９に代えてＶ相の主巻線を巻き、ＤＣ巻線２０を巻いた突極１１にはＤＣ巻線２０に代えてＷ相の主巻線を巻けばよい。フル主巻線タイプとしてボビン９を使用する場合は、接続端子１５−７〜１５−１２は空きとする。

以上、本発明を最良の実施形態に従って説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく、突極の数、補機巻線の数等、任意に変更して実施することができる。

本発明の一実施形態に係るアウタロータ型多極発電機に含まれるステータの正面図である。 本発明の一実施形態に係るアウタロータ型多極発電機の正面図である。 本発明の一実施形態に係るアウタロータ型多極発電機の背面図である。 本発明の一実施形態に係るアウタロータ型多極発電機の断面図である。 ステータの側面図である。 ステータ巻線の配線図である。 ステータの展開図である。 本発明の変形例に係る実施形態を示すステータの模式図である。 アウタロータ型多極発電機を有する発電装置の一例を示すシステム構成図である。

符号の説明

１…アウタロータ、 ６…永久磁石、 ８…ステータ、 ９…ボビン、 １０…ステータコア、 １１…突極、 １２…ステータ巻線、 １４…接続端子保持部、 １５…接続端子、 １７…主巻線、 １８…第１補機巻線、 １９…第２補機巻線、 ２０…第３補機巻線

Claims (3)

1. ２４以上の「３」の整数倍の突極を外周に配した環状ステータコアと、絶縁性のボビンを介して前記突極に巻かれた三相主巻線とを有するアウタロータ型多極発電機において、
   ３つの突極を間において配置される３つの突極のうち、少なくとも１つに、主巻線に代えて補機巻線が巻かれているとともに、
   前記補機巻線を２つ以下としたときは、残りの補機巻線が巻かれるべき位置の突極は巻線が巻かれずに空きとなっていることを特徴とするアウタロータ型多極発電機。
2. 前記ボビンが、前記環状ステータの内径側に張り出した領域を備え、該領域に前記主巻線および補機巻線を外部導線にそれぞれ接続するための主巻線接続端子および補機巻線接続端子が固定されていることを特徴とする請求項１記載のアウタロータ型多極発電機。
3. 前記主巻線および補機巻線と前記主巻線接続端子および補機巻線接続端子とがヒュージングによって接合されていることを特徴とする請求項２記載のアウタロータ型多極発電機。

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