JPS63274335A - 電機子コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば交流発電機のステータＧこ用し）られ
る電機子コイルに関する。

〔従来の技術〕

従来、車両用交流発電機のステータコイルは、ステータ
コアに３相交流巻線となるように、電気角度１２０°ピ
ツチで、複数本を束にして、巻装している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のものでは、ロータコイルによ
り発生する回転磁界が、ステータコイルに作用する時に
、ポールコアの爪間で、磁束が漏れ、回転磁束を有効に
、ステータコイルに作用させることができないという問
題点がある。

そこで、本件出願人は、銅からなる導体に、並列に例え
ば鉄からなる強磁性体を、貼り付けることで、強磁性体
に磁束を流すことで、電機子コイに作用する磁束を効率
的に利用し、電機子コイルの高出力化を計るものを考え
た。

しかしながら、該電機子コイルを更に高出力化するにあ
たり、主磁束に起因する渦電流損を低減する必要が新た
に生じてきた。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、 偏平状の導体（３）と、 この導体の面積の大きい面の両方に電気的に接続されて
いる１対の強磁性体（５ａ、５ｂ、６ａ。

６ｂ）とを備え、 前記導体の面積の大きい面を界磁極の磁束の流れとほぼ
並行に設けたことを特徴とする電機子コイルとすること
である。

〔作用〕

導体を、面積の大きい面が界磁の磁束に対して、はぼ並
行に配置することで、導体が磁束と対向する面を少なく
でき、かつ、導体の両側に１対の強磁性体を設けること
で、強磁性体が磁束と対向する面を少なくでき、渦電流
の発生を少なくしている。

〔発明の効果］ 上述したように、電機子コイルは界磁の磁束を通りやす
くし、磁束を有効に利用できると共に、導体に渦電流が
発生するのを少なくしつつ、かつ強磁性体にも電流を流
すことで、コイルの出力効率アップを計ることができる
という優れた効果がある。

〔実施例］ 以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（ｄ）は本発明
による電機子コイルの素線１の第１実施例をそれぞれ示
す正面図。

平面図、側面図、斜視図である。

素線１は、第２図に示す如く、銅板１００の両端でかつ
中心部に、鉄板１０１，１０２の両端部１０１ａ、１０
２ａを溶接した後（×印テ示す）、所定の形状（点線で
示しである）１０３に打ち抜く。

そして、素線ｌは、第１図に示される様に、折り曲げる
。つまり、一端のコイルエンド部２よりふた又に分けて
、上線３と下線４とをそれぞれ形成する。また、上線３
の１対の鉄板部５ａ、５ｂと下線４の１対の鉄板部６ａ
、６ｂとが、互いにほぼ並行になるように、上線の鉄板
部５ａ、５ｂ。

下線の鉄板部６ａ、６ｂの両端での素線ｌを折り曲げて
いる。さらに、素線１は鉄板部５ａ、５ｂ。

６ａ、６ｂの端面側から、互いに離れて拡がり、上線３
のコイルエンド部３ａと下線４のコイルエンド部４ａと
は、素線１の端部を折り曲げて、並行に形成されている
。

そして、上線３と下線４との間に、筒状の絶縁板７を挿
入すると共に、素線１の上線３と下線４との間に、３相
交流の場合、３の倍数である複数個の他の上線３もしく
は下線４が配置される。また、それぞれ異なった上線３
のコイルエンド３ａと下線４のコイルエンド４ａとを、
絶縁板７の端面より外側で溶接し、波巻きとして、３相
交流巻きのステータコイル８を、周方向に多数本の素線
１を配置するように、第３図に示す如く、筒状に形成し
である。

また、ステークコイル８は、素線１が径方向外周側に、
素線ｌの厚みがあるように設けである。

そして、ステータコイル８は、素線ｌを円筒状に結線後
、ステータコア１０内に、絶縁シートｌ１を介して、挿
入される。また、鉄板部５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂはステ
ータコア１０の軸方向長とほぼ同じであり、ステータコ
ア１０と鉄板部５ａ。

５ｂ、６ａ、６ｂとが対向するように、設けられている
。

そして、ステータコイル８は、素線ｌが互いに接触しな
いように、第４図に示す先端テーパ状のビン９をコイル
エンド部３ａ、４ａ間に挿入して、上線３の外周側（ス
テータコアｌＯを除く）に、筒状に絶縁用の第１の樹脂
１２ａと、素線１の両端（コイルエンド部２．３ａ、４
ａ）に、第２の樹脂１２ｂとを用いて、固定している。

そして、第１．第２の樹脂１２ａ、１２ｂにより、ピン
９をはずした後も、素線１間に隙間を設けている。

次に、第５図に示す本発明の電機子コイルを利用したス
テータコイル８を用いた車両用交流発電機について説明
すると、シャフト２０の一端には、図示しないベルトを
介して、内燃機関により駆動されるプーリ２１が固定さ
れ、外周には、永久磁石２３の磁性を交互に変えて固定
したロータ２２が設けられている。ロータ２２の端面に
は、冷却ファン２５．２６がそれぞれ取付けられている
。

そして、シャフト２０は、フロントハウジング２７、リ
アハウジング２８に組み込まれたボールベアリング２９
により回転自在に保持されている。

また、上述したステータコイル８を巻装したステータコ
ア１０は、フロントハウジング２７とリアハウジング２
８との間に挟まれ、スルーボルト３０を通すことで、ハ
ウジング２７．２８内に固定されることとなる。

この時、フロントハウジング２７．リアハウジング２８
には、それぞれ周方向にリング状のフロントリム２７ａ
とリアリム２８ａが一体に形成されており、これらリム
２７ａ、２８ａにより、ステータコイル８の両端のコイ
ルエンド部２．３ａ。

４ａの内側が支持されることとなる。また、第１の樹脂
１２ａ、第２の樹脂１２ｂは、フロントハウジング２７
．リアハウジング２８の内周面に当接することになる。

また、３２は出力端子である。

作動は、従来の交流発電機と同様であり、図示せぬベル
トからブー１Ｊ２１に回転力が与えられると、シャフト
２０が回転し、該シャフト２０に固、定されたロータ２
２が回転して、永久磁石２３より与えられた磁場によっ
て回転磁界を発生する。

この回転磁界は、一方の永久磁石２３の表面がらステー
タコイル８に流れ、ステータコアｌＯを経由して磁性の
異なる他方の永久磁石２３を通って、磁束が流れる。

この時、ステークコイル８には、上述した如く、上線３
間、下線４間に、それぞれ鉄板部５ａ、５ｂ、６ａ、６
ｂが配置されているため、第６図に示す磁場解析の結果
からも明らかな如く、鉄板部５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂを
磁束が通りやすくなり、つまり漏れ磁束が少なくなり、
上線３．下線４に作用する磁束量を多くすることができ
る。

従って、ステータコイル８には、磁石２３により発生す
る磁束を、有効にステータコイル８に流すことができ、
ステータコイル８に発生する交流起電力を多く出力する
ことができる。

そして、ステータコイル８に誘導された交流起電力は、
図示せぬ全波整流器によって整流され、出力端子３２よ
り出力され、この出力は、界磁電流を制御する周知の電
圧制御装置によって、一定電圧に保たれる。

また、上線３．下線４を、永久磁石２３に対向する面の
厚みが薄く、径方向（磁束の流れる方向）の厚みを厚く
して、かつ主磁束の集中する鉄を２分割し、上線３の両
側に鉄板部５ａ、５ｂが鉄板部５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ
に渦電流が、非常に生じにくくなる。

つまり、第７図および第８図を参照して説明すると、第
７図は鉄板５と上胴線３との溶接部の部分断面図である
。磁石２３の主磁束Φ１を鉄５によって導びくことがで
きるが、主磁束Φ１の変動により、該コイルにはＷｅ　
（Ｗ）＝Ｗ、、＋Ｗ、、＋Ｗ、３＋Ｗ、４の渦電流損失
が発生する。ここで、Ｗｅ、、Ｗｅ、はそれぞれ銅３．
鉄５に発生する主磁束Φ１による渦電流損＋　Ｗ　ｅ３
１　Ｗ”はそれぞれ銅３．鉄５に発生する漏れ磁束Φ２
による渦電流損である。

これに対し、本発明の電機子コイルでは同一断面積、即
ち高さり、鉄中Ｌ　Ｆｅ、銅１Ｊｔｃｕで鉄に発生する
渦電流損Ｗｅを半減させる構造を提供することにある。

第８図はその概念図であり、第７図と同じ主磁束Φ１を
確保しながら、渦電流…を減らすために、主磁束Φ１が
集中する鉄板５を２分割し、上銅線３の両側に５ａ、５
ｂの鉄板が溶接される構造となっている。これは渦電流
が導体中、即ちｔＦｅの２乗に比例することを利用して
いる。

つまり、第７図では主磁束Φ、に起因する渦電流Ｗ＠＋
は（ｔＦｅ）”に比例し、第８図では（１／２ｔＦｅ）
　”＋（１／２ｔＦｅ）　”　＝１／２　（ｔｈｅ）　
”に比例することになり、渦電流を半減できることがわ
かる。

また、素線ｌにおける界磁部（ａ）（第１図（ｂ）参照
）は、鉄板部と銅板とを導体するため、例えば鉄板と銅
板の断面積が同じであれば、抵抗値が約４１５に減少し
、電流がステータコイル８に多く流れると共に、素線ｌ
に電流が流れた時に発生する熱は、抵抗値が大きくなる
非界磁部（ｂ、ｃ）のほうに集中し、特にコイル間の隙
間、ローフ２２に設けられた冷却ファン２５．２６によ
って発生した冷却風が通過することによって、この非界
磁部付近、つまり、露出部１３ａ、１３ｂ近辺を、効率
よ（冷却できる。

本発明の電機子コイルを、車両用交流発電機に適用した
が、円筒型回転電機（特にスロットレスタイプ）の電機
子、ティースレスモークの電機子の電機子コイルとして
も利用できる。

次に、第９図、第１０図に本発明電機子コイルの第２実
施例を示す。

磁石２３の主磁束Φ１に対して、銅３（ｒｌｌｌ／４ｔ
ｃｕ）と鉄５（中１／４ｔＦｅ）を４分割し、漏れ磁束
Φ２に対して銅を４分割（１／４　ｈ）した場合を示し
ており、この時の総渦電流損は第６図と同じ磁束が与え
られた場合、Ｗｅ、＋Ｗｅ２十Ｗｅ、＋Ｗｅ、が、１／
４　（Ｗｅ、＋Ｗｅ２十Ｗ　６５　＋ｗ　ｅ　ａ　）と
大巾に低減できることになる。

ここで、Ｗｅ、、Ｗｅ、はそれぞれ銅３．鉄５に発生す
る主磁束Φ１による渦電流損、　Ｗ　ｅ　ｉ、　Ｗ　ｅ
　ａはそれぞれ＆ｌ１１３．鉄５に発生する漏れ磁束Φ
２による渦を流用である。

また、本発明では主磁束を充分に確保するために、漏れ
磁束方向の鉄５を分割しないことも特徴としている。す
なわち、第７図の場合、銅渦電流損はＷｅ、＝ （ｆ：周波数（Ｈｚ）、Ｂ、：主磁束Φ１による磁束密
度（Ｔ）、Ｌｃｕ：鋼中（ｍ）、ｈ：コイル高（ｍ）、
ｆ：界磁部（ｍ）、ｐｃｕ：ｗ４抵抗率（Ω・ｍ））と
Ｗｅ、＝ の和で示され、鉄渦電流損も同様にＷｅ、＝（ρＦｅ：
鉄抵抗率（Ω・ｍ）とＷｅ、＝ＯρＰＢ との和で示されることから、同じ磁束２周波数の場合、
主磁束に対しては鋼中ｔａｕと鉄中ｔＦｅを分割したほ
うが損失は小さくなり、漏れ磁束に対してはコイル高り
を分割したほうが損失は小さくなることがわかる。

第１１図および第１２図に本発明電機子コイルの第３実
施例を説明する。この第３実施例では、損失の集中する
銅３を主磁束Φ１に対し４分割し、漏れ磁束Φオに対し
４分割した場合であり、鉄５を両側から挟むことにより
分割した銅３の分散を防ぐ役目を持つ。この場合、総渦
電流用はｌ／４（Ｗｅ、＋２Ｗｅ、＋Ｗｅ、＋４Ｗｅａ
　）に低減できる。

第１３図に示す第４実施例では、第１１図の分割コイル
を丸型巻線３とし、コイル占積率を高めるために鉄５を
挟んで成形後、鉄５と銅線７を電気的に接続すること（
溶接、フュージング等）によって製造される。また、こ
の場合には総渦電流値をｌ／４　（Ｗｅ、＋２Ｗｅ、＋
Ｗｅ３＋４Ｗｅ４　）に低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）は本発明
電機子コイルの素線の第１実施例をそれぞれ示す正面図
、平面図。 側面図、斜視図、第２図は素線を作る前の銅板と鉄板を
示す斜視図、第３図は電機子（ステータ）を示す横断面
図、第４図はピンを示す斜視図、第５図は本発明電機子
を適用した車両用交流発電機の部分断面正面図、第６図
は第５図の発電機における永久磁石の磁束分布を示す模
式図、第７図は従来の電機子コイルの渦電流損を示す模
式図、第８図は第１実施例の電機子コイルの渦電流損を
示す模式図、第９図は第２実施例の電機子コイルの渦電
流…を示す模式図、第１０図は第２実施例の電機子コイ
ルを示す斜視図、第１１図は第３実施例の電機子コイル
の渦電流損を示す模式図、第１２図は第３実施例の電機
子コイルを示す斜視図、第１３図は第４実施例の電機子
コイルの渦電流損を示す模式図である。 ｌ・・・巻線、２・・・コイルエンド部、３・・・上線
、４・・・下線、５ａ、５ｂ・・・１対の鉄板部、６ａ
、６ｂ・・・１対の鉄板部、１０・・・ステータコア、
２２・・・ロータ、２３・・・磁石。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏平状の導体（３）と、 この導体の面積の大きい面の両方に電気的に接続されて
   いる１対の強磁性体（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ）とを備
   え、 前記導体の面積の大きい面を界磁極の磁束の流れとほぼ
   並行に設けたことを特徴とする電機子コイル。
2. （２）前記導体を、径方向に対して、面積の大きい面が
   並行に配置されるように筒状に形成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の電機子コイル。
3. （３）筒状の導体の内側に、界磁を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の電機子コイル。
4. （４）前記導体は、界磁の磁束に垂直方向に、複数個分
   解したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   機子コイル。
5. （５）前記１対の強磁性体間に設けられた導体は、界磁
   の磁束方向に対し、複数個に分割したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電機子コイル。
6. （６）前記導体は、複数の丸線よりなり、１対の強磁性
   体間に押圧され、成形される特許請求の範囲第５項記載
   の電機子コイル。