JP2008148398A - 車両用交流発電機及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】
固定子巻線を容易に巻回することができ、固定子鉄心内での占積率を向上させる。また、コイルエンドが無くなる構造の為、巻線抵抗が低減できる。
【解決手段】
固定子鉄心は、回転子に対向した位置に固定子爪磁極が軸方向両側から夫々が交互に延びるようにして、複数の磁極を形成している。このような複雑な形状を容易に成形するために、固定子鉄心を表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成した。これにより、固定子鉄心内に環状に固定子巻線を巻回することができるので巻回が容易となり、固定子鉄心内での占積率を向上させることができる。また、コイルエンドが無くなる構造となる為、巻線抵抗値を低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に搭載される車両用交流発電機及び回転電機に関するものである。

回転電機としての車両用交流発電機に用いられている一般的な固定子は、周方向に複数のスロットが内周面に開口した固定子鉄心と、夫々のスロットに巻回された複数の固定子巻線によって構成されている。このため、幅の狭いスロット内に固定子巻線を巻回する作業が煩雑となり、作業性が悪いばかりでなく、スロット内での固定子巻線の占積率を向上させることができないといった問題があった。

そこで特許文献１に示すように、Ｕ字形状のセグメントコイルをスロット内に軸方向から挿入し、一端側を溶接することによって固定子巻線を巻回する方法が考えられている。この方法によれば、スロット内での固定子巻線の占積率を向上させることができる。

特開平１１−１５５２７０号公報

しかしながら、特許文献１は、セグメントコイルの一端側を溶接しなければならないため、作業性の面で問題が解決されていない。

本発明の目的は、固定子鉄心に固定子巻線を巻回しやすい車両用交流発電機及び回転電機を提供することにある。

本発明の車両用交流発電機は、固定子巻線を回転子の外周側に環状に巻回されると共に、固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、固定子巻線の周囲を包囲するように設けられ、更に固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成されていることを特徴としている。

また、本発明の回転電機は、軸方向に並ぶように３相以上の固定子を備え、回転子の軸方向両端側とその間の部分とで発生する磁束を異ならせたことを特徴としている。

また、本発明の回転電機は、軸方向に並ぶように３相以上の固定子を備え、軸方向両端に配置される相における固定子と、それ以外の相における固定子を異ならせたことを特徴としている。

本発明の車両用交流発電機及び回転電機は、固定子鉄心を圧粉鉄心にて構成しているので複雑な形状を容易に成形することが可能となる。このため、固定子巻線を容易に巻回することができる。

［第１実施例］
本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１は、車両用交流発電機の側面断面図である。図２は、車両用交流発電機を部分的に断面とした斜視図である。図３は、回転子と固定子を部分的に断面とした斜視図である。図４は、回転子の斜視図である。図５（ａ）は、固定子のみを部分的に断面とした斜視図である。図５（ｂ）は、固定子を内周側から見た図である。図６は、固定子の各相毎の斜視図である。図７（ａ）は、固定子における１つの相を取り出した斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の部品毎の斜視図である。

図１に示す本実施例の車両用交流発電機は、図１中左側に配置されるフロントブラケット１と図１中左側に配置されるリアブラケット２とを有しており、夫々のブラケットは、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈しているが、これらのフロントブラケット１及びリアブラケット２の内周側と外周側には、図２に示すように空気が流通するための複数の風穴３が開口している。

フロントブラケット１の径方向外周側部分の肉厚は、リアブラケット２側を肉厚Ａとし、底面側を肉厚ＢとするとＡ＞Ｂの関係となっている。また、リアブラケット２側の端部外周にはリアブラケット２が嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部１ａが形成されている。更にフロントブラケット１の軸方向端面側部分の肉厚Ｃは、肉厚Ａ＞肉厚Ｃ＞肉厚Ｂの関係となっている。

また、リアブラケット２の径方向外周側部分においてもフロントブラケット１と同様にフロントブラケット１側の肉厚Ｄ＜底部側の肉厚Ｅの関係となっていると共に、この肉厚Ｄ部分の端部内周には、フロントブラケット１の段差部１ａが嵌合可能な環状の段差からなる嵌合部２ａが形成されている。尚、リアブラケット２の厚肉Ｅ部分は、フロントブラケット１の肉厚Ｂよりも厚肉となっている。

加えて、フロントブラケット１及びリアブラケット２には、夫々、固定穴が開口する固定部４が径方向外周側に突出して一体に設けられており、これらの固定部４が図示しないボルトによって車両に取り付けられる。また、フロントブラケット１及びリアブラケット２は、アルミニウム合金によって成形されており、成形方法としてはダイキャストが用いられる。

リアブラケット２の軸方向端には、夫々のブラケットよりも薄肉のリアカバー５が取り付けられており、このリアカバー５は、夫々のブラケット同様、内部に収容空間を有する有底筒状、つまり、椀形状を呈している。このリアカバー５にも空気が流通するための風穴３が内周側や外周側に複数開口している。また、リアカバー５の外周側には、バッテリーに接続されるターミナル６が取り付けられている。尚、リアカバー５は、樹脂製、もしくは、アルミニウム合金製である。

フロントブラケット１及びリアブラケット２の軸方向外端部における径方向略中心位置には、夫々、軸受としてのボールベアリング７ａ，７ｂが取り付けられているが、フロントブラケット１に取り付けられるボールベアリング７ａは、リアブラケット２に取り付けられるボールベアリング７ｂよりも外径の大きなものが用いられている。

これらのボールベアリング７ａ，７ｂの内輪には、シャフト８が挿通され、このシャフト８はフロントブラケット１及びリアブラケット２に対して相対回転自在に支持されている。

また、シャフト８のフロントブラケット１側端には、回転伝達部材としてのプーリ９がボルトによって一体回転するように固定されており、このプーリ９には、図外のエンジンの回転が伝達されるクランクプーリから無端伝達帯としてのベルトによって回転が伝達される。このためシャフト８は、エンジンの回転数とプーリ９とクランクプーリのプーリ比に比例して回転する。

更にシャフト８のリアブラケット２側の端部には、シャフト８と一体に回転するよう２つのスリップリング１０が取り付けられており、夫々のスリップリング１０に押付けられた状態で摺動する２つのブラシ１１を介して電力が供給されるようになっている。

シャフト８の回転軸方向の略中央部には、磁性材料にて成形されたフロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒがシャフト８と一体に回転するよう別々にセレーション結合されており、また、フロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒは、軸方向に向かい合って当接した状態で軸方向の移動が規制されるべく、夫々のロータ部材
１２Ｆ，１２Ｒの外側端をシャフト８に形成した環状溝８ａ内に塑性流動させている。このようにシャフト８に固定されたフロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒによって回転子としてのロータ１２が構成される。

このロータ１２の回転軸方向における両端面には、外周側に複数の羽根を有する通風手段としての板状のファン１３Ｆ，１３Ｒが取り付けられており、ロータ１２と一体的に回転する。これらのファン１３Ｆ，１３Ｒは、回転することによる遠心力によって、内周側から外周側に空気を流通させるようになっている。尚、フロントブラケット１側のフロントファン１３Ｆは、リアブラケット２側のリアファン１３Ｒよりも羽根が小さく、流通させる空気の流量もフロントファン１３Ｆは、リアファン１３Ｒよりも少ない。

フロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒは、内周側に位置する軸部12ａと、外周側に位置する径方向断面がＬ字形状の複数の回転子爪磁極１２ｂとからなり、両ロータ部材１２Ｆ，１２Ｒの軸部１２ａの軸方向端部同士が向かい合って当接することでランデル型鉄心が構成される。軸部１２ａ外周と回転子爪磁極１２ｂ内周間には、界磁巻線１４が回転軸周りに巻装され、この界磁巻線１４の両端は、シャフト８に沿って延出して前述のスリップリング１０に夫々接続されている。このため、ブラシ１１からスリップリング１０を介して供給される直流電流は、界磁巻線１４を流れ、それに伴いロータ１２が磁化され、界磁巻線１４周りを周回するようロータ１２に磁路が形成される。尚、界磁巻線１４に供給される電流は、車両のバッテリー電圧より発電電圧が高くなったときに発電を開始するように、バッテリーの状態に応じて制御されるが、発電電圧を調整するための電圧制御回路としてのＩＣレギュレータ（図示せず）はリアカバー５の内部に配置された後述する整流回路１５に内蔵され、ターミナル６の端子電圧が常に一定電圧となるように制御している。

また、フロントブラケット１におけるの肉厚Ａ部分と肉厚Ｂ部分との間、及び、リアブラケット２における肉厚Ｄ部分と肉厚Ｅ部分との間に設けられた互いの段差１６Ｆ，16Ｒには、フロントブラケット１側からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順に配置された３相の固定子１７が挟持固定されている。尚、Ｕ相の固定子１７Ｕ及びＶ相の固定子１７Ｖは、フロントブラケット１の内周に全ての部分が収容されており、Ｗ相の固定子１７Ｗは、一部がフロントブラケット１の内周に収容され、その他の部分はリアブラケット２の内周に収容されていることから、固定子１７全体としては、フロントブラケット１との接触面積の方がリアブラケット２との接触面積より大きくなる。この固定子１７の各相間には、非磁性体の連結板１８が設けられており、この連結板１８によって絶縁されている。このように固定子１７は、内周がロータ１２の回転子爪磁極１２ｂの外周とわずかな隙間を介して対向するようになる。

また、固定子１７における１つの相は、磁性材料からなる固定子鉄心１７ａと、その内部に固定子鉄心１７ａに沿って周方向に環状に巻回された固定子巻線１７ｂとによって構成されており、夫々の相における固定子巻線１７ｂは、リアカバー５内に取り付けられた整流回路１５に接続されている。更に、この整流回路１５は、ターミナル６を介してバッテリーと接続している。

尚、整流回路１５は、複数のダイオードで構成されており、これらのダイオードに関しては、独立した３相コイルを構成しているため６個のダイオードで全波整流する構成となっている。

次に図３及び図４に基づいて、回転子としてのロータ１２の詳細について説明する。図３に示すようにロータ１２を構成するフロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材
１２Ｒは、軸部１２ａの軸方向外側端から径方向断面Ｌ字形状の回転子爪磁極１２ｂが周方向に複数、具体的には８つずつ設けられており、フロント側ロータ部材１２Ｆとリヤ側ロータ部材１２Ｒから延びる夫々の回転子爪磁極１２ｂが周方向に交互に配置されるので、回転子爪磁極１２ｂを全て合わせると１６の回転子爪磁極１２ｂから構成されている。つまり、本実施例におけるロータ１２の磁極数は、１６極となる。

これらの回転子爪磁極１２ｂは、図４に示すように軸部１２ａに位置する根元部１２ｂ−１の周方向幅Ａ′より、界磁巻線１４に対向する中間部１２ｂ−２の周方向幅Ｂ′の方が小さく、また、界磁巻線１４に対向する中間部１２ｂ−２の周方向幅Ｂ′より、先端部１２ｂ−３の周方向幅Ｃ′の方が小さい。つまり、Ａ′＞Ｂ′＞Ｃ′の関係が成り立つ。

また、根元部１２ｂ−１は、軸部１２ａに対応する範囲の軸方向に所定位置となる略中間位置にて界磁巻線１４側に向かって幅狭となるような第１テーパ部１２ｂ−４が回転子爪磁極１２ｂの径方向範囲の所定位置となる略中間位置から設けられており、更に根元部１２ｂ−１におけるロータ１２の軸方向端側には、外周側から内周側に向かって小径となるように傾斜した傾斜部１２ｂ−６が設けられている。尚、中間部１２ｂ−２は、第１テーパ部１２ｂ−４の幅狭となっている部分から軸方向に延びており、図３に示すように回転子爪磁極１２ｂの径方向幅は、先端に向かって幅狭となるように内周側が傾斜している。

更に、先端部１２ｂ−３にも先端に向かって幅狭となる第２テーパ部１２ｂ−５が設けられており、軸方向における第１テーパ部１２ｂ−４と第２テーパ部１２ｂ−５の間には、軸方向に並ぶ各相の固定子１７と対向する面積が大きく変化しないように略同一幅とした中間部１２ｂ−２が延びている。この中間部１２ｂ−２は、ほぼ界磁巻線１４に対向する範囲で設けられており、第１テーパ部１２ｂ−４と第２テーパ部１２ｂ−５のテーパ角度は、ほぼ同一角度となっている。このため、回転子爪磁極１２ｂ間に形成される隙間は、ほぼ同一幅となる。尚、図示していないが、回転子爪磁極１２ｂの反回転方向側縁に幅広の面取りを施してもよい。

このように形成されたフロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒは、間に界磁巻線１４を配置して、夫々の回転子爪磁極１２ｂが周方向に交互に位置するように軸部１２ａ端同士が当接した状態でシャフト８に固定される。

また、フロント側ロータ部材１２Ｆ，リヤ側ロータ部材１２Ｒの軸方向外側端には、夫々、フロントファン１３Ｆとリアファン１３Ｒが溶接等によって取り付けられる。このフロントファン１３Ｆ及びリアファン１３Ｒは、ロータ１２の回転により中心方向に空気が流通されるよう対称的なファンの配置となっている。フロントファン１３Ｆを例にとって説明とすると周方向に複数の突起が形成された金属板の突起部分における周方向一側をプレスにて略円弧状、かつ、略垂直に折り曲げて、半径方向に対して傾斜する傾斜面を有する羽根が一体成形されている。このように成形されたフロントファン１３Ｆとリアファン１３Ｒは、フロント側ロータ部材１２Ｆとリヤ側ロータ部材１２Ｒの軸方向外側端に溶接等によって一体的に固定される。以上、説明したフロントファン１３Ｆとリアファン13Ｒ及び回転子としてのロータ１２により通風手段が構成される。

次に図３，図５，図６，図７に基づいて固定子１７の詳細について説明する。前述したとおり、固定子１７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に構成され、図６に示すように、夫々の間には、非磁性体である樹脂材料によって構成された環状、具体的には、円板状の連結板１８を介して軸方向に一体化されている。尚、連結板１８の両側面には、周方向に等間隔に夫々４つずつの凸部１８１が設けられており、一側面の凸部１８１と他側面の凸部181は、それぞれが周方向において中間位置に位置するように４５度ずれた状態で設けられている。更に、これらの凸部１８１が嵌合可能な凹部１７１が固定子鉄心１７ａの両側面に設けられており、夫々を組み合わせることによって、図５に示すように夫々の相は、ロータ１２のピッチに合わせて電気角で１２０度ずつずれた状態で位置決めされる。

次にＵ相の固定子１７Ｕを例にして図７に基づいて１つの固定子について説明すると固定子１７Ｕは、固定子鉄心１７ａと固定子巻線１７ｂとから構成され、図７（ｂ）に示すよう固定子鉄心１７ａは、軸方向に２分割されている。分割された夫々の固定子鉄心構成部材１７ａ′，１７ａ″は、外周側に設けられた環状、かつ、径方向断面Ｌ字形状の外周部１７ａ−１と、外周部１７ａ−１の内周側に設けられた複数、具体的には、８つの径方向断面Ｌ字形状の固定子爪磁極１７ａ−２とから構成されている。このため、夫々の固定子鉄心構成部材１７ａ′，１７ａ″は、全体としては、径方向断面がコ字形状となる。また、固定子爪磁極１７ａ−２は、周方向側面が回転軸線に対して傾斜している。つまり、スキューが設定されているので、先細り形状となるように略台形に形成されている。

更に、夫々の固定子鉄心構成部材１７ａ′，１７ａ″の対向面には、凸部１７２と凹部１７３が隣り合ったかたちで４対設けられており、これらの凸部１７２は、固定子爪磁極１７ａ−２の周方向略中間部に設けられ、凹部１７３は、隣り合う固定子爪磁極１７ａ−２の間の周方向略中間部に設けられているので、夫々を嵌合させて位置決めすることにより、固定子爪磁極１７ａ−２が周方向に交互に配置され、電気角で１８０度ずれた全部で１６の固定子爪磁極１７ａ−２を有する固定子鉄心１７ａが構成される。つまり、本実施例における固定子１７の１相分の磁極数は、１６極となり、回転子１２の磁極数と同数となる。

尚、固定子鉄心構成部材１７ａ′，１７ａ″及び各相の固定子鉄心１７ａは、固定子爪磁極１７ａ−２間に形成される隙間に充填された樹脂によって連結固定されている。この樹脂部は、固定子爪磁極１７ａ−２の内側表面と略同じ面となるようになっている。このように各相の固定子鉄心１７ａを固定子爪磁極１７ａ−２間に充填される樹脂によって結合する必要があるため、連結板１８の内周側の位置は、外周部１７ａ−１の側面の範囲で当接し、固定子爪磁極１７ａ−２の側面には当接しないようになっているので、ある相の固定子爪磁極１７ａ−２間の隙間から他の相における固定子爪磁極１７ａ−２間の隙間に連続して樹脂が充填されている。

また、固定子鉄心構成部材１７ａ′，１７ａ″は、絶縁処理が施された鉄粉を型に充填し、圧縮することで成形され、更に磁気焼鈍が施される。このように固定子１７を、いわゆる圧粉鉄心とすることで渦電流が生じづらくなり、渦電流損を少なくすることができる。尚、この固定子鉄心構成部材１７ａ′，１７ａ″は、略同一形状に構成されており、別々の型を準備する必要はない。

固定子鉄心１７ａは、内部に外周部１７ａ−１に沿って周方向、かつ、環状に固定子巻線１７ｂが巻回される。この固定子巻線１７ｂの表面には、ワニス等で絶縁被覆が施されており、固定子巻線１７ｂの端末は、固定子鉄心１７ａにおける固定子爪磁極１７ａ−２の間を縫って、整流回路１５の端子１５ａに接続される。尚、固定子鉄心１７ａと固定子巻線１７ｂとの間には、絶縁部材である絶縁紙を配置するようにしてもよい。

本実施例においては、全ての相が同一のものとなるように固定子１７が構成されており、前述したように電気角で１２０度ずつずれた状態で各相間に非磁性体の連結板１８を配置し、固定子爪磁極１７ａ−２間に樹脂が充填されることで互いの相が動かないように位置決めされる。

次に本実施例の作動について説明する。

まず、エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ９に回転が伝達されるため、シャフト８を介して回転子としてのロータ１２を回転させる。ここでロータ１２に設けられた界磁巻線１４にスリップリング１０を介してブラシ１１から直流電流を供給すると界磁巻線１４の内外周を周回する磁束が生じるため、ロータ１２における回転子爪磁極１２ｂにＮ極、又は、Ｓ極が周方向に交互に形成される。この界磁巻線１４による磁束は、フロント側ロータ部材１２ＦのＮ極の回転子爪磁極１２ｂから固定子１７の軸方向一方側から延びる固定子爪磁極１７ａ−２をとおって固定子巻線１７ｂ周りに周回し、軸方向他方側から延びる固定子爪磁極１７ａ−２に到達する。更に、この磁束はリヤ側ロータ部材１２ＲのＳ極の回転子爪磁極１２ｂに到達することでロータ１２と固定子１７を周回する磁気回路が形成される。このように回転子にて生じた磁束が固定子巻線
１７ｂと鎖交するため、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子巻線１７ｂのそれぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては３相の交流誘起電圧が生じる。

このように発電された交流電圧は、整流回路１５によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧は約１４.３Ｖ 程度の一定電圧になるようにＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１４に供給する電流を制御することで達成している。

また、ロータ１２が回転する際には、フロントファン１３Ｆ及びリアファン１３Ｒもロータ１２と共に回転するので、図１の破線矢印にて示したように外部の空気を内周側である軸方向から取り入れ、外周方向に排出する空気の流れを形成する。

フロントファン１２Ｆは、回転することにより、フロントブラケット１におけるボールベアリング７ａの外周部分に設けられた内周側の風穴３から軸方向に外部の空気を吸い込み、吸い込まれた空気は、フロントファン１２Ｆの羽根によって生じる遠心力によって外周側に流動し、フロントブラケット１外周側の厚肉部分に設けられた外周側の風穴３から排出される。ここで固定子１７の軸方向一側面及び外周面は、フロントブラケット１に接触した状態で固定されているため、固定子１７に発生した熱は、フロントブラケット１に十分伝達され、更に、このフロントブラケット１の熱が伝達された箇所は、外周側の風穴３に向かって空気が流れる箇所に面して設けられているため、固定子１７を冷却することができる。

リアファン１２Ｒは、回転することにより、リアカバー５の外周側縁部に設けられた風穴３及び図示されていないリアカバー５の軸方向端面に開口する内周側の風穴から整流回路１５を経由して、リアブラケット２におけるボールベアリング７ｂの外周部分に設けられた内周側の風穴３から軸方向に外部の空気を吸い込み、吸い込まれた空気は、リアファン１２Ｒの羽根によって生じる遠心力によって外周側に流動し、リアブラケット２の外周側に設けられた外周側の風穴３から排出される。このため、フロントブラケット１と同様に固定子１７から生じる熱、及び、リアブラケット２に伝達された固定子１７の熱は、外周側の風穴３に向かって流れる空気によって冷却される。

更に、回転することに発生するフロントファン１３Ｆの圧力とリアファン１３Ｒの圧力との圧力差により、回転子１２の磁極間の隙間と回転子１２と固定子１７との隙間を空気が流通する。本実施例では、リアファン１３Ｒに発生する圧力が大きくなるため、フロントブラケット１側から回転子１２と固定子１７の間と回転子１２磁極間の隙間を通ってリアブラケット側に空気が流れ、回転子１２及び固定子１７は、冷却されることになる。

以上、第１実施例の構成について説明したが、第１実施例の作用効果を以下に示す。

第１実施例によれば、外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転することにより前記固定子巻線に電圧が誘起される車両用交流発電機であって、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられ、更に前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成されていることを特徴としている。このように固定子鉄心を圧粉鉄心にて構成したため、複雑な形状を容易に成形することができ、材料の歩留まりもよい。また、鉄粉の表面が絶縁処理されているため、渦電流の発生も極力抑えることができる。更に、固定子巻線は、回転子の外周側を環状に巻回すればよいので、作業性が大幅に向上し、占積率も向上させ、コイルエンドも無くなることにより、巻線抵抗を低減することが可能である。

また、本実施例によれば、固定子爪磁極に軸方向線に対して、スキューを設けたので、回転子に生じた磁束を滑らかに鎖交させることができ、磁気騒音を低減させることができる。

また、本実施例によれば、回転子爪磁極の少なくとも界磁巻線に対向する箇所の周方向幅が一定となるように構成したことを特徴としている。このため、回転子爪磁極が周方向に先細り形状となっているものに比べて、界磁巻線によって発生した磁束を鎖交させ易くすることができるので誘起される電圧を大きくすることができる。

また、本実施例によれば、前記回転子爪磁極の根元部は中間部に対して幅広に形成され、中間部は先端部よりも幅広に形成されており、前記中間部は、ほぼ一定幅に形成されている。このように中間部をほぼ一定幅とした場合、根元部にて磁気飽和が生じやすくなるが、根元部は幅広となっているので磁気飽和を緩和し、磁束量を増加することができる。また、根元部だけを幅広とした場合、隣り合う回転子爪磁極との間が狭くなるので磁束が漏れやすくなるが、根元部に対応して先端部は中間部よりも幅狭となっているので隣り合う回転子爪磁極の隙間を十分確保することができる。

また、本実施例によれば、外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転することにより前記固定子巻線に電圧が誘起される車両用交流発電機であって、前記回転子の磁極は１６極とし、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる１６極の固定子爪磁極を有し、更に前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成されている。尚、磁極は多ければ多いほど誘起電圧を上昇させることができるが、回転子の磁極数を多くし過ぎると磁極間が近づいてしまい漏洩磁束が大きくなってしまい、インダクタンスの増加や鉄損の増加となり、出力電流及び効率が下がってしまう。そこで出願人は、車両用交流発電機として出力電流と効率を大きくできる回転子の極数は１６極であることを見出した。また、固定子の磁極数は、回転子の磁極数とバランスさせて１６極とすることで出力される誘起電圧を向上させることができることがわかった。更に回転子をランデル型とした場合、回転子爪磁極が遠心力による変形で回転子１２と固定子１７が接触する不具合もあるが、回転子の極数が１６極までの場合は、回転子爪磁極の変形による回転子１２と固定子１７との接触は、問題とならないことがわかった。

また、本実施例によれば、フロントブラケットの径方向外周側部分の肉厚は、リアブラケット側が薄肉となっており、底面側が厚肉となっていると共に、リアブラケット側の端部外周がリアブラケットと嵌合部にて嵌合しているので、フロントブラケット及びリアブラケットの径方向外周側部分の厚肉部に設けた段差に少なくとも外周が接触するように夫々の固定子を配置し、表面積を確保するべく厚肉部に空気が流通する風穴を設けたので、固定子に発生した熱をブラケットに伝達し、固定子を十分冷却することができる。また、この風穴には、通風手段からの空気が流れるので冷却効果を向上させることができる。また、フロントブラケットとリアブラケットは、外周に設けた段差と内周に設けた段差によって嵌合部を形成して嵌合しているので、フロントブラケットとリアブラケットの熱交換が十分できる。また、固定子は、厚肉部を有するフロントブラケットに多く接するようになっているので、固定子が冷却されやすくなっている。尚、冷却効果を向上させるために風穴内に冷却フィンを設けてもよい。

また、本実施例によれば、各相の固定子巻線を整流回路に接続する際、固定子爪磁極間の隙間を通しているので、固定子鉄心に穴を開けたりすることを要しない。このため、安価で磁気回路に影響が出ないようにすることができる。尚、固定子爪磁極間の隙間には、非磁性体としての樹脂を充填しているので固定子巻線を保持することもでき、各相の固定子同士及び固定子鉄心構成部材を固定することもできる。更には、この樹脂によって固定子爪磁極を含む固定子の強度を向上させることも可能である。加えて、本実施例では樹脂と固定子爪磁極をほぼ同一面とするようにしたため、回転子が回転することによる風切り音を低減することもできる。尚、固定子爪磁極の表面は、樹脂によって被覆されないようにした方が回転子との隙間を小さくできるので磁束を通しやすくできる。

［第２実施例］
次に第２実施例を図８及び図９に基づいて説明する。図８（ａ）は、第１実施例における各相に誘起される電圧の出力波形である。図８（ｂ）は、第２実施例における各相に誘起される電圧の出力波形である。図９は、第２実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。尚、第１実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

先に説明したとおり、第１実施例の固定子１７は、連結板１８を介して複数相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の固定子鉄心１７ａが隣り合って配置されているが、いくら非磁性体の連結板１８を介していたとしても、隣り合う相の固定子鉄心１７ａに磁束が漏れてしまうことがある。このように磁束が隣の固定子鉄心１７ａに漏れた場合、軸方向両端に配置される相（Ｕ相とＷ相）の間に配置されるその他の相（Ｖ相）の固定子鉄心１７ａは、両側に磁束が漏れることになるため、図８（ａ）に示すように軸方向両端に配置される相（Ｕ相とＷ相）に比べて出力される誘起電圧が小さくなってしまう。このため、整流回路によって整流した後の直流電圧も大きくすることができない。

そこで、第２実施例では、図９に示すように回転子爪磁極１２ｂ間のＶ相固定子１７Ｖの部分に軸方向断面が略四角形の永久磁石１９を設けている。この永久磁石１９の極性は、界磁巻線１４に励磁したときに回転子爪磁極１２ｂに形成される磁極と同極が向かい合うように着磁されている。このため、Ｖ相固定子１７Ｖは、他の相に比べて、回転子爪磁極１２ｂ間の漏洩磁束が低下するので、誘起電圧が増大し、図８（ｂ）に示すように他の相に誘起される電圧とバランスさせることができる。このような永久磁石１９によってバランス手段が構成されており、磁石としては、フェライト磁石が用いられている。尚、この永久磁石１９の軸方向長さは、Ｖ相固定子１７Ｖの軸方向長さと同じとして対向させるとよいが、Ｖ相固定子１７Ｖの軸方向長さと完全に同じとする必要はなく、あくまでＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗに対して、Ｖ相固定子１７Ｖのバランスが保たれていればよい。

このように第２実施例では、軸方向両端に配置される相以外の相に誘起される電圧を他の相に誘起される電圧とバランスさせるバランス手段を有しているので、全ての相の誘起電圧がバランスし、それに伴って出力される誘起電圧を大きくすることができる。

また、第２実施例のバランス手段は、軸方向両端に配置される相以外の相に誘起される電圧を増大させる手段であるので、Ｕ相とＷ相の誘起電圧を低下させてＶ相とバランスさせるよりも全体としての誘起電圧を大きくすることができる。

また、第２実施例のバランス手段は、回転子爪磁極間であって、軸方向両端に配置される相以外の相に対向して少なくとも設けられた永久磁石によって構成されているので、回転子と固定子の形状を大きく変更しなくてもバランス機能を持たせることができる。

また、第２実施例の永久磁石は、軸方向両端に配置される相以外の相と対向する部位にのみ設けられているので、単純な形状の永久磁石によってバランス手段を構成することができる。このため、安価にバランス手段を構成することができる。

［第３実施例］
次に第３実施例を図１０に基づいて説明する。図１０は、第３実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第３実施例は、第２実施例と永久磁石１９の形状が異なるが、他の部分は、第２実施例とほぼ同一である。第３実施例の永久磁石１９は、軸方向断面が略Ｔ字形状となるようにＶ相固定子１７Ｖに対応する部分が厚肉でＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗに対応する部分が薄肉となっている。

このため、Ｖ相固定子１７Ｖは、他の相に比べて回転子爪磁極１２ｂ間の漏洩磁束が低下すると共に、Ｖ相固定子１７Ｖよりは漏洩磁束が大きくなるがＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗにおいても漏洩磁束を低減することができるので、全ての相の誘起電圧を増大させ、更に各相の誘起電圧をバランスさせることができる。

このように第３実施例の永久磁石は、軸方向両端に配置される相と対向する部位の磁力より、軸方向両端に配置される相以外の相と対向する部位の磁力の方が強くなるように構成されたので、各相の誘起電圧をバランスさせながら増大させることができる。具体的には、永久磁石を軸方向両端側が薄肉となるように構成したので夫々の回転子爪磁極間に１つずつの永久磁石を配置するだけでも誘起電圧をバランスさせ、かつ、増大させる作用効果を得ることが可能である。

［第４実施例］
次に第４実施例を図１１に基づいて説明する。図１１は、第４実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第３実施例は、第３実施例と永久磁石１９の形状が異なるが、他の部分は、第３実施例とほぼ同一である。第４実施例の永久磁石１９は、軸方向断面が外周側に向かって幅広となるような略台形状となっており、Ｖ相固定子１７Ｖに対応する部分が台形の内周側短辺と対応しており、この内周側短辺から外周側に向かって連続的に幅広となるようにテーパ状に軸方向幅が拡大している。このため、永久磁石１９は、Ｖ相固定子１７Ｖに対応する部分よりもＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗに対応する部分の方が薄肉となっている。

このため、第３実施例と同様にＶ相固定子１７Ｖが他の相に比べて回転子爪磁極１２ｂ間の漏洩磁束が低下すると共に、Ｕ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗにおいても漏洩磁束を低減することができる。更に第４実施例では、連続的に薄肉になっており、漏洩磁束の量に合わせて永久磁石１９の厚みを設定しているので、誘起電圧をバランスさせつつ、第３実施例よりも漏洩磁束の量を少なくすることができる。また、永久磁石１９が急激に薄肉となるような箇所がなくなることから永久磁石１９の強度も向上させることができる。

［第５実施例］
次に第５実施例を図１２に基づいて説明する。図１２は、第５実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第５実施例は、第２実施例及び第３実施例とは異なり、回転子爪磁極間に永久磁石１９を設けることでバランス手段を構成しているものではなく、Ｖ相固定子１７ＶをＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗに対して異ならせている。具体的にはＶ相固定子１７Ｖの固定子鉄心１７ａの軸方向長Ａ″をＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗの固定子鉄心１７ａの軸方向長Ｂ″より長くして、Ｕ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗの固定子鉄心１７ａと回転子としてのロータ１２との間を通過する磁束よりも、Ｖ相固定子１７Ｖの固定子鉄心１７ａとロータ１２との間を通過する磁束が流れやすくなることでバランス手段を構成したものである。尚、Ｖ相固定子１７Ｖの固定子鉄心１７ａは、軸方向寸法がＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗに比べて長いだけではなく、固定子爪磁極１７ａ−２の長さもＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗに比べて長くなっている。

このように、第５実施例は、軸方向両端に配置される相と回転子との間を通過する磁束よりも、それ以外の相と回転子との間を通過する磁束が通過しやすくするバランス手段を設けたので、全ての相の誘起電圧をバランスさせることができる。

特に第５実施例のバランス手段は、軸方向両端に配置される固定子鉄心よりも、それ以外の固定子鉄心の軸方向長が長くなるようにすることによって構成したため、新たな部材を付加することなく各相の誘起電圧をバランスさせることができる。

［第６実施例］
次に第６実施例を図１３に基づいて説明する。図１３は、第６実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第６実施例は、Ｖ相における固定子巻線１７ｂの巻数をＵ相及びＷ相における固定子巻線１７ｂの巻数よりも多くすることによってバランス手段を構成している。このため、Ｖ相の固定子鉄心１７ａには、Ｕ相及びＷ相に比べて固定子巻線１７ｂを多く巻回できるようになっているが、その他の部分は、第１実施例とほぼ同様であるため、説明を省略する。

このように、第６実施例のバランス手段は、軸方向両端に配置される相の固定子巻線よりも、それ以外の相における固定子巻線の巻数を多くしたので、変更する箇所を極力少なくしつつ、各相の誘起電圧をバランスさせることができる。尚、各相の固定子鉄心を変更せず、固定子巻線のみを変更してもよいが、出力させる誘起電圧をできるだけ大きくするには、図１３に示すように固定子鉄心における固定子巻線が巻回される環状空間をＵ相及びＷ相に比べてＶ相の方を大きくし、この環状空間に固定子巻線を最大限に巻回するとよい。

［第７実施例］
次に第７実施例を図１４に基づいて説明する。図１４（ａ）は、第７実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。図１４（ｂ）は、第７実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第７実施例は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように回転子爪磁極１２ｂと各相の固定子１７との径方向の隙間を、Ｖ相固定子１７Ｖと対向する位置の隙間ａが狭く、Ｕ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗと対向する位置の隙間ｂを広くすることにより、バランス手段を構成している。このバランス手段を構成するためにＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗと対向する全ての回転子爪磁極１２ｂの軸方向両端側をテーパ状に切り欠いているが、その他の部分は、第１実施例とほぼ同様であるので説明を省略する。このため、回転子爪磁極１２ｂの外周面の形状は、略台形状となるが、連続的な凸形状や、段付き状に凸形状としても構わない。

このように、第７実施例のバランス手段は、軸方向両端に配置される固定子鉄心の固定子爪磁極と回転子間の隙間よりも、それ以外の固定子鉄心の固定子爪磁極と回転子間の隙間の方を小さくし、軸方向両端に配置される相と回転子との隙間による磁気抵抗よりも、それ以外の相と回転子との隙間による磁気抵抗を小さくすることで磁束が通過しやすくなるので、全ての相の誘起電圧をバランスさせることができる。また、従来の回転子爪磁極に加工を施すだけでバランス手段を構成することができるので部品点数が多くならず、新たに設計し直す必要もない。特に回転子爪磁極の外周面の形状をテーパ形状もしくは、連続的な凸形状とすれば、回転子爪磁極に段差が形成されないため、遠心力が作用したとしても強度を維持することができる。

［第８実施例］
次に第８実施例を図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は、第８実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。図１５（ｂ）は、第８実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。図１５（ｃ）は、第８実施例における固定子巻線の結線の一例を示す図である。図１５（ｄ）は、第８実施例における固定子巻線の結線の一例を示す図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第８実施例は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子１７が一対設けられている。つまり、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように軸方向一端側から第１Ｕ相固定子１７Ｕ１，第１Ｖ相固定子１７Ｖ１，第１Ｗ相固定子１７Ｗ１，第２Ｕ相固定子１７Ｕ２，第２Ｖ相固定子１７Ｖ２，第２Ｗ相固定子１７Ｗ２の順で６つの固定子１７が連結板１８を介して並んでいる。また、これらの固定子１７における同相の固定子巻線１７ｂは、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）に示すように直列に接続されており、更に夫々の相は、図１５（ｃ）のようなスター結線となるように結線されていてもよく、図１５（ｄ）のようなΔ結線となるように結線されていてもよい。第８実施例は、このようにしてバランス手段が構成されている。

ここで前述したとおり、軸方向両端に配置される固定子よりも、それ以外の固定子の方が誘起電圧は大きく、特に１つの固定子が隣り合っているよりも、複数の固定子が隣り合っている方が磁束の漏れが大きい。このため、第１Ｕ相固定子１７Ｕ１と第２Ｗ相固定子１７Ｗ２は、軸方向端部に位置しているため、誘起電圧が最も大きく、次に第１Ｖ相固定子１７Ｖ１と第２Ｖ相固定子１７Ｖ２は、一端側には隣り合った固定子１７が１つしかなく、他端側は複数の固定子１７が配置されているので第１Ｕ相固定子１７Ｕ１と第２Ｗ相固定子１７Ｗ２よりも誘起電圧が小さくなる。また、第１Ｗ相固定子１７Ｗ１と第２Ｕ相固定子１７Ｕ２は、両端に複数の固定子１７が配置されているので第１Ｖ相固定子17V1と第２Ｖ相固定子１７Ｖ２よりも更に誘起電圧が小さくなる。このように各相の誘起電圧は、第１Ｕ相＝第２Ｗ相＞第１Ｖ相＝第２Ｖ相＞第１Ｗ相＝第２Ｕ相の関係となり、同相を直列に結線することにより各相の誘起電圧をバランスさせることが可能となる。

このように第８実施例のバランス手段は、固定子の各相は複数組設けられると共に、軸方向一端側から同じ相が同じ順序となるように配置され、同じ相となっている固定子巻線は、直列に接続されるようにしたので、一部の相の固定子巻線に誘起される電圧を低下させてバランスさせるのではなく、各相の固定子巻線に誘起される電圧を全体的に大きくした状態でバランスさせることができる。尚、この第８実施例においては、回転子爪磁極の間の固定子と対向する全範囲に第２実施例〜第４実施例とは異なる同一の厚さの永久磁石を設けたり、固定子鉄心の内周面と回転子爪磁極の外周面の間の隙間を極限まで小さくすることで更なる誘起電圧の向上も図ることができる。

［第９実施例］
次に第９実施例を図１６に基づいて説明する。図１６（ａ）は、第９実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。図１６（ｂ）は、相間ギャップ比率と誘起電圧の関係を示したグラフである。図１６（ｃ）は、相間ギャップ比率と電圧振幅の関係を示したグラフである。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第９実施例は、図１６（ａ）に示すように固定子１７における軸方向の各相間の隙間
Ｇ１を第１実施例よりも大きくすることでバランス手段を構成しており、連結板１８の代わりに樹脂を充填している。このように固定子１７における軸方向の各相間の隙間Ｇ１を大きくすることにより各相間の漏れ磁束を低減することができるが、回転子としてのロータ１２の軸方向長が決まっていることから、隙間Ｇ１を大きくしすぎると各相の固定子
１７の軸方向長Ｂ１が小さくなってしまう。

このため、隙間Ｇ１と固定子１７の軸方向長Ｂ１の比となる相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）と誘起電圧の関係について、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）に示すような実験を行った。図１６（ｂ）は、横軸を相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）とし、縦軸を各相毎の誘起電圧を平均して合わせた電圧値としたグラフである。この図１６（ｂ）によれば相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）が０.２ 以下では必要な誘起電圧を満足することができる。また、図１６（ｂ）の波形は、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）が０.１３〜０.１５をピークとして誘起電圧が下降し始める。以上のように相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）は、
０.２以下で満足な電圧を誘起させることができ、０.１５以下とすることが好ましく、特に０.１３以下とするとよい。

しかしながら、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）を小さくし過ぎると、図８（ａ）に示すようにＶ相の誘起電圧が低下するので各相の誘起電圧を合計した電圧値が低下してしまうことがある。ここで図１６（ｃ）には、横軸を相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）とし、縦軸を各相の誘起電圧を合計した電圧値の振幅としたグラフを示す。図１６（ｃ）によれば、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）が０.０５ 以下では、各相の誘起電圧を合計した電圧値の振幅が大きくなってしまい、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）が０.０５ 以上であれば、必要な誘起電圧を出力できる振幅とすることができる。また、相間ギャップ比率
(Ｇ１／Ｂ１)が０.０７ を超えたところから振幅が安定し始め、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）が０.１付近で振幅が安定する。

以上のように第９実施例は、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）を０.０５〜０.２とすることで、振幅の少ない誘起電圧を十分に出力できる。また、相間ギャップ比率（Ｇ１／
Ｂ１）を０.０７〜０.１５とすれば、誘起電圧を大きくすることができる。更には、相間ギャップ比率（Ｇ１／Ｂ１）を０.１〜０.１３とすることが望ましい。

［第１０実施例］
次に第１０実施例を図１７に基づいて説明する。図１７（ａ）は、第１０実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。図１７（ｂ）は、第１０実施例の回転子を外周側から見た図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１０実施例は、回転子としてのロータ１２における夫々の回転子爪磁極１２ｂの外周側表面に周方向に延びる断面矩形状の絶縁溝２０を設け、この絶縁溝２０内に樹脂等の非磁性体を充填している。また、この絶縁溝２０は、Ｕ相固定子１７ＵとＶ相固定子１７Ｖの間の連結板１８と対向する部分と、Ｖ相固定子１７ＶとＷ相固定子１７Ｗの間の連結板１８と対向する部分に設けられており、連結板１８の板厚よりも若干幅広に形成されている。尚、他の部分は、第１実施例とほぼ同様であるので説明を省略する。

このようにロータ１２における回転子爪磁極１２ｂに各相の固定子１７間に対向する位置に絶縁溝２０を設けているので、固定子１７からロータ１２の表面を経路として他の固定子に漏れてしまう磁束を低減することができ、各相の固定子１７から界磁巻線１４の周りを磁束が周回するようにすることができる。このため、各相の誘起電圧のバランスを保つことができる。よって、絶縁溝２０がバランス手段を構成する。また、この絶縁溝２０は、回転子爪磁極１２ｂの表面に生じる渦電流を低減することもでき、効率を向上させるといった作用効果も有する。

尚、第１０実施例においては、絶縁溝２０内に非磁性体を充填したが、回転子爪磁極
１２ｂの強度が十分確保できるならば、絶縁溝２０内に何も充填しなくても、空気が非磁性体の代わりとなるため、漏れ磁束を少なくでき、非磁性体を充填しない分、安価となるといった作用効果を得ることができる。

［第１１実施例］
次に第１１実施例を図１８に基づいて説明する。図１８（ａ）は、第１１実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。図１８（ｂ）は、第１１実施例の回転子爪磁極及び固定子爪磁極の配置を示す図である。図１８（ｃ）は、第１１実施例の回転子爪磁極及び固定子爪磁極の配置を示す他の様態図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１１実施例は、回転子としてのロータ１２をＵ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗに対応させて３つに分割している。そのうちの１つは、第１実施例におけるロータ１２を軸方向に１／３の長さとしたものであり、回転子爪磁極１２ｂの軸方向長さも第１実施例に比べて１／３程度に形成され、界磁巻線１４の巻数も少なくなっている。このように構成された３つの分割ロータ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗが隣り合った状態でロータ１２を構成する。

図１８（ｂ）に示すように固定子爪磁極１７ａ−２は、第１実施例と同様にＵ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗが電気角で１２０度周方向にずれた状態で配置されるが、回転子爪磁極１２ｂは、夫々の分割ロータ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗが電気角でずれのない同位相で配置される。

このようにロータ１２を固定子１７の相毎に分割したので磁束は、夫々が独立した状態で周回することになり、誘起電圧をバランスさせることができる。よって、分割ロータ
１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗがバランス手段を構成する。

尚、図１８（ｂ）では、各相の固定子爪磁極１７ａ−２を電気角で１２０度ずれた状態で配置し、分割ロータ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの回転子爪磁極１２ｂを電気角でずれのない状態で配置するようにしたが、図１８（ｃ）のように各相の固定子爪磁極１７ａ−２を電気角でずれのない状態に配置し、分割ロータ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの回転子爪磁極
１２ｂを電気角で１２０度ずれた状態で配置しても構わない。

［第１２実施例］
次に第１２実施例を図１９に基づいて説明する。図１９（ａ）は、第１２実施例における固定子爪磁極を示す図である。図１９（ｂ）は、固定子爪磁極間ギャップ比率と誘起電圧との関係を示したグラフである。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

図１９（ｂ）に示すように、固定子１７における固定子爪磁極１７ａ−２の間の隙間
Ｇｓと、固定子爪磁極１７ａ−２の軸方向略中間位置の周方向幅Ｂｓとの比である固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）を変更することによって、出力される誘起電圧に変化が生じることがわかった。尚、図１９（ｂ）は、固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度を一定とし、回転子は変更していない。

図１９（ｂ）によれば固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）を０.０５〜０.３とすることで必要な誘起電圧を出力することができる。特に誘起電圧は、固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）が０.１５付近でピークとなり、０.１５付近から固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）を大きくしても、小さくしても誘起電圧は下がってしまう。このため、図１９（ｂ）から明らかなように固定子爪磁極間ギャップ比率(Ｇｓ／Ｂｓ)を０.１〜０.２とすることで、より大きな電圧を誘起させることができる。

［第１３実施例］
次に第１３実施例を図２０に基づいて説明する。図２０（ａ）は、第１３実施例における回転子爪磁極を示す図である。図２０（ｂ）は、回転子爪磁極間ギャップ比率と誘起電圧との関係を示したグラフである。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

図２０（ｂ）に示すように、回転子としてのロータ１２における回転子爪磁極１２ｂの間の隙間Ｇｒと、回転子爪磁極１２ｂにおける軸方向略中間位置である中間部１２ｂ−２の周方向幅Ｂｒとの比である回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を変更することによって、出力される誘起電圧に変化が生じることがわかった。尚、図２０（ｂ）は、固定子は変更していない。

図２０（ｂ）によれば回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を０.３〜０.６とすることで必要な誘起電圧を出力することができる。特に誘起電圧は、回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）が０.４付近でピークとなり、０.４付近から回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を大きくしても、小さくしても誘起電圧は下がってしまう。このため、図２０（ｂ）から明らかなように回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を
０.３５〜０.４５とすることで、より大きな電圧を誘起させることができる。

尚、第１３実施例では、固定子側を変更せずに回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／
Ｂｒ）を変更して、誘起電圧を測定したが、第１２実施例のように固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）の変更があったとしても回転子爪磁極間ギャップ比率(Ｇｒ／Ｂｒ)と誘起電圧の傾向はほとんど変わらない。このため、固定子が変更されたとしても回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を上記数値範囲とすることで誘起電圧を向上させることができる。また、第１２実施例についても同様であり、回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）が変更されても固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）と誘起電圧の傾向はほとんど変わらない。以上のことから第１２実施例と第１３実施例の両方を満たした方がより誘起電圧を向上させることができる。

［第１４実施例］
次に第１４実施例を図２１に基づいて説明する。図２１（ａ）は、第１４実施例における固定子爪磁極を示す図である。図２１（ｂ）は、固定子爪磁極のスキュー角度と誘起電圧との関係を示したグラフである。図２１（ｃ）は、固定子爪磁極のスキュー角度と電圧振幅との関係を示したグラフである。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

図２１（ｂ）に示すように、固定子１７における固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度θ１とを変更することによって、出力される誘起電圧に変化が生じることがわかった。尚、図２１（ｂ）は、固定子爪磁極１７ａ−２の周方向幅Ｂｓ及び固定子爪磁極１７ａ−２間の隙間Ｇｓを一定とし、回転子は変更していない。

図２１（ｂ）によれば固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度θ１を５度以上とすることで必要な誘起電圧を出力することができる。特に誘起電圧は、スキュー角度θ１が１５度以下となると誘起電圧は下がり始める。また、図２１（ｃ）によれば固定子爪磁極17ａ−２のスキュー角度θ１が２０度以上となると電圧振幅が大きくなりすぎてしまい必要な誘起電圧を出力できなくなる。以上のことから、固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度θ１は、５度〜２０度とすることで必要な誘起電圧を出力することができ、特にスキュー角度θ１を１５度〜２０度とするとよい。

［第１５実施例］
次に第１５実施例を図２２に基づいて説明する。図２２（ａ）は、第１５実施例の固定子爪磁極の形状を示す図である。図２２（ｂ）は、第１５実施例の固定子爪磁極の形状を示す他の様態図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１５実施例は、Ｖ相固定子１７Ｖの固定子爪磁極１７ａ−２の形状をＵ相固定子17ＵとＷ相固定子１７Ｗの固定子爪磁極１７ａ−２の形状と異ならせている。具体的には、図２２（ａ）に示すようにＶ相固定子１７Ｖの固定子爪磁極１７ａ−２の表面積Ｓｖが、Ｕ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗの固定子爪磁極１７ａ−２の表面積Ｓよりも大きくなるように構成している。このように構成することによりＶ相固定子１７Ｖの誘起電圧を向上させてＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗとバランスさせることができる。このため、これらの固定子爪磁極１７ａ−２の形状がバランス手段を構成する。

また、図２２（ｂ）に示すようにＶ相固定子１７Ｖの固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度θｖが、Ｕ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗの固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度θよりも大きくなるように構成している。第１４実施例で示したように固定子爪磁極１７ａ−２のスキュー角度は、大きくなるに従って誘起電圧が大きくなる傾向にあるため、Ｖ相固定子１７Ｖの誘起電圧を向上させてＵ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗとバランスさせることができる。このため、これらの固定子爪磁極１７ａ−２の形状がバランス手段を構成する。

以上のように軸方向両端に配置される相とそれ以外の相における固定子爪磁極の形状を異ならせたことによってバランス手段を構成したことにより、各相の固定子に誘起される電圧をバランスさせることができる。

［第１６実施例］
次に第１６実施例を図２３に基づいて説明する。図２３（ａ）は、第１６実施例における車両用交流発電機の側面断面図である。図２３（ｂ）は、第１６実施例における固定子爪磁極を示す図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１６実施例は、第１実施例に対して、フロントブラケット１及びリアブラケット２と固定子１７が異なるが、その他の部位は第１実施例とほぼ同様であるので説明を省略する。

図２３（ａ）に示すように第１６実施例のフロントブラケット１は、径方向外周側部分の肉厚と底面側の肉厚がほぼ同じ肉厚となっており、外周側の風穴３が形成されていない点が異なる。また、このフロントブラケット１及びリアブラケット２は、夫々が嵌合しておらず、相手側のブラケットの方まで延びていない。このため、フロントブラケット１は、Ｕ相固定子１７Ｕのところが開口端縁となっており、リアブラケット２はＷ相固定子
１７Ｗのところが開口端縁となっている。

第１６実施例の固定子１７は、固定子爪磁極１７ａ−２間に形成される隙間に樹脂を充填しておらずフロントブラケット１及びリアブラケット２によって軸方向に挟持されることで各相の固定子１７を連結固定している。また、図２３（ｂ）に示すように固定子爪磁極１７ａ−２にスキューが設けられているため、固定子爪磁極１７ａ−２間の隙間は、Ｕ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗに渡って軸方向に連続することになる。

このように構成することにより、図２３（ａ）の破線矢印で示すようにフロントファン１３Ｆの回転によって、フロントブラケット１の内周側の風穴３から導入された空気は、遠心力によって外周側に流れるが、フロントブラケット１における外周側の風穴３は封止されているので外周側に流れることはできない。このため、空気は、固定子爪磁極１７ａ−２間に形成された軸方向に連続する隙間を流れ、リアファン１３Ｒの回転によって外周側に流れる空気を合流してリアブラケット２における外周側の風穴３から排出される。このように、固定子爪磁極１７ａ−２間に形成された隙間を流れる空気量が増大するため、固定子１７及び回転子としてのロータ１２を十分冷却することができる。尚、第１６実施例のフロントファン１３Ｆは、第１実施例と同様にリアファン１３Ｒより羽根が小さく、流れる空気量も少ないので、より固定子爪磁極１７ａ−２間の隙間を流れる空気量を増やすことができる。

［第１７実施例］
次に第１７実施例を図２４に基づいて説明する。図２４は、第１７実施例における車両用交流発電機の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１７実施例は、第１６実施例に対して、フロントファン１３Ｆが設けられておらず、リアファン１３Ｒの外径が固定子１７内周よりも外周側となるように大径となっている点が異なるが、その他の部位は第１６実施例とほぼ同様であるので説明を省略する。

図２４に示すように第１７実施例には、フロントファン１３Ｆが設けられていないため、リアファン１３Ｒのみによって空気の流れが生じる。このリアファン１３Ｒは、羽根の外周端が固定子１７内周よりも外周側となっているため、破線矢印で示すように遠心力によって内周側から外周側に空気を流動させる際、羽根と対向する固定子１７とロータ１２の間の隙間を通して、フロントブラケット１側からも空気を吸い込むことになる。このため、リアファン１３Ｒのみであっても固定子１７を十分冷却することができ、フロントファン１３Ｆを省略した分だけ安価な装置とすることも可能になる。

以上、第１６実施例及び第１７実施例は、夫々の該固定子爪磁極間には空気が流通する隙間が設けられ、該隙間は、固定子鉄心の軸方向一端側から他端側に連続しているので、軸方向両端にコイルエンドが存在しなくとも固定子を十分に冷却することができる。また、この隙間に対して、軸方向に空気を流通させる通風手段を備えることによって、より効果的に固定子を冷却することが可能となる。

［第１８実施例］
次に第１８実施例を図２５に基づいて説明する。図２５は、第１８実施例における回転子及び固定子の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１５実施例及び第１６実施例における各相の固定子１７は、フロントブラケット１及びリアブラケット２によって軸方向から挟持することで固定しているが、第１８実施例では、図２５に示すように各相の固定子１７の外周にアルミニウム合金等からなる非磁性体の補強リング２１を設けることで各相の固定子１７を一体化している。この補強リング
２１は、軸方向一端側が内周側に延びる断面略Ｌ字形状のリングを固定子１７の外周に嵌合させ、他端側を加締ることで他端側も内周側に折曲する。このため、補強リング２１は、固定子１７に固定された状態では、断面が略コの字形状となる。尚、補強リング２１は非磁性体に限らず磁性体を採用することも可能である。

このように補強リング２１を設けることにより、各相の固定子１７をフロントブラケット１とリアブラケット２の間に挟持する前にユニット化することができ、組み付けが容易になると共に、強度の弱い圧粉鉄心からなる固定子鉄心１７ａがフロントブラケット１とリアブラケット２の間に挟持される際に変形しないように強度を補強することもでき、耐振動強度も向上させることが可能である。

以上、第１実施例から第１８実施例には、回転電機としての車両用交流発電機について説明したが、以下に回転電機としてモータに用いた実施例について説明する。

［第１９実施例］
第１９実施例を図２６に基づいて説明する。図２６は、第１９実施例における回転電機の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

図２４における固定子１７は、第１実施例とほぼ同様であり、軸方向一端側からＵ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗの順で軸方向に並んで配置されている。これらの固定子１７は、中空円筒状のハウジング２２の内周に固定されている。

ハウジング２２の軸方向両端には、軸受としてのボールベアリング７ａ，７ｂが装着されており、これらのボールベアリング７ａ，７ｂによって、シャフト８がハウジング２２に対して回転自在に支持されている。

このシャフト８における固定子１７の内周と対向する位置には、回転子としてのロータ１２がシャフト８と一体回転するよう固定されている。このロータ１２は、Ｕ相固定子
１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗと同様にＵ相ロータ１２Ｕ，Ｖ相ロータ
１２Ｖ，Ｗ相ロータ１２Ｗに分割されており、これらの軸方向幅は、Ｕ相固定子１７Ｕ，Ｖ相固定子１７Ｖ，Ｗ相固定子１７Ｗとほぼ同様の幅となっている。

このように分割されたロータ１２は、第１実施例で用いられたランデル型ロータとは異なり、軸方向に積層された積層鋼板によって略円筒形状に成形された回転子鉄心２３の外周に複数の永久磁石２４が接着等固定されることで構成されている。これらの永久磁石
２４は、周方向に異なった磁極が交互に形成されるように配置される。尚、永久磁石２４の外周には、ロータ１２が回転した際に遠心力によって永久磁石２４が脱落しないように非磁性体の保持環を取り付けても構わない。更に回転子鉄心２３の外周に永久磁石２４を固定しなくとも回転子鉄心２３の周方向に複数の磁石挿入孔を設け、これらの磁石挿入孔に夫々、永久磁石２４を内蔵しても構わない。

更に、分割されたロータのうち、軸方向両端側のロータであるＵ相ロータ１２Ｕ及びＷ相ロータ１２Ｗよりも、それ以外のロータであるＶ相ロータ１２Ｖの磁力が強くなるように着磁されている。このように本実施例のロータ１２は、軸方向両端側とその間の部分とで発生する磁束を異ならせているものである。尚、磁束を異ならせるためには、永久磁石２４の大きさを変えても構わない。

次に本実施例の作動について説明する。

まず、各相の固定子１７内に巻回されている固定子巻線１７ｂに外部のインバータ（図示せず）から周期的に電流が供給される。これにより、固定子１７の各固定子爪磁極17ａ−２に磁束が発生するが、インバータにより通電を切り替えることで固定子１７の内周に回転磁界が生じるように制御される。このように固定子１７の内周に生じた回転磁界とロータ１２における夫々の永久磁石２４の位置によって、ロータに回転力が生じる。

ここで、第２実施例と同様に、夫々の相の固定子１７が隣り合って配置されているため、隣り合う相の固定子鉄心１７ａに磁束が漏れてしまうため、軸方向両端に配置される相（Ｕ相とＷ相）よりもその他の相（Ｖ相）の磁束が小さくなってしまう。しかしながら、Ｖ相に対向するＶ相ロータ１２Ｖの永久磁石２４が発生する磁束がＵ相ロータ１２Ｕ及びＷ相ロータ１２Ｗの永久磁石２４が発生する磁束よりも大きいため、全ての相の固定子
１７とロータ１２間の磁束バランスがとれる。このため、効率よく回転トルクを生じさせることができるといった作用効果が得られる。

尚、Ｕ相ロータ１２Ｕ，Ｖ相ロータ１２Ｖ，Ｗ相ロータ１２Ｗは、分割されているため、夫々の永久磁石２４の位置を周方向に異ならせてスキューさせることで更にトルク脈動のない滑らかな特性とすることができる。

［第２０実施例］
次に第２０実施例を図２７に基づいて説明する。図２７は、第２０実施例における回転電機の側面断面図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第２０実施例は、第１９実施例と固定子１７及びロータ１２だけが異なるがその他の部分は同一である。第２０実施例の固定子１７は、第５実施例と同様に軸方向両端に配置されるＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗの軸方向長さは、その間にあるＶ相固定子17Ｖよりも短くなっている。このため、Ｖ相固定子１７ＶからＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗに漏れる磁束分を補うことができ、各相の固定子１７の発生磁束をバランスさせることができる。

尚、軸方向両端に配置される相におけるＵ相固定子１７ＵとＷ相固定子１７Ｗと、それ以外の相におけるＶ相固定子１７Ｖを異ならせることによって各相の磁束アンバランスを調整しているので、第１９実施例のようにロータ１２を軸方向に分割させる必要はない。このため、本実施例のロータ１２は、回転子鉄心２３と永久磁石２４が軸方向に一体化されている。

本実施例は、このように構成することにより、第１９実施例と同様に効率よく回転トルクを生じさせることができるといった作用効果が得られる。

以上、本発明の各実施例について説明したが、他に採用可能な構成を以下に列挙する。

第１実施例では、フロントブラケット１のみ、径方向外周側部分の肉厚を底部の肉厚より厚くしたが、配置スペースさえ確保できれば、リアブラケット２もフロントブラケット１と同様に径方向外周側部分の肉厚を底部の肉厚より厚くしても構わない。このように構成することによって、より固定子１７の冷却効果を向上することができる。尚、各ブラケットにおける固定子１７の軸方向端部と嵌合している段差１６Ｆ，１６Ｒと対向する径方向外周側の風穴３の内周面にフィンや凹凸を設ければ、放熱面積が増大し、更なる冷却効果を得ることができる。

また、第１実施例では、回転子爪磁極１２ｂを根元部１２ｂ−１，中間部１２ｂ−２，先端部１２ｂ−３を形成するようにしたが、根元部１２ｂ−１から先端部１２ｂ−３にかけて連続的に傾斜するようにしても構わない。更に根元部１２ｂ−１から先端部１２ｂ−３にかけて周方向に同一幅とするようにしても構わない。加えて、回転子爪磁極１２ｂの外周側表面に渦電流を防止するための複数の周方向溝を設けても構わない。

また、第１実施例では、固定子１７を３相のものとして説明したが３相以上のものであっても構わない。このように相数を変えた場合には、各相間の位相が電気角で１２０度ではなく、相数に合わせて変更する必要がある。

また、第１実施例では、固定子巻線１７ｂにおける１つの線の断面形状を特定しなかったが、断面は円形であっても矩形状であっても構わない。尚、固定子鉄心１７ａ内での固定子巻線１７ｂの占積率を向上させるためには、固定子巻線１７ｂの断面を矩形状とする方がよく、断面は、長方形でも正方形でも構わない。このように、固定子巻線１７ｂの断面を矩形状とするならば、固定子鉄心１７ａ内の固定子巻線１７ｂの配置形状を同様に矩形状に合わせた形状とする方がよい。

また、第１実施例では、各相の固定子鉄心１７ａ及び連結板１８を周方向に位置決めするために固定子鉄心１７ａに凹部１７１を設け、連結板１８に凸部１８１を設けたが、凹部１７１と凸部１８１がなくとも治具を用いたり、目印をつけることで位置決めは可能である。このように固定子鉄心１７ａに凹部１７１を設けないようにすれば、磁路面積が減少及び隙間による磁気抵抗となる箇所がなくなる。

また、第１実施例では、各相の固定子１７を固定子するために固定子爪磁極１７ａ−２の間の隙間だけに樹脂を充填したが、固定子１７全体を樹脂等の非磁性体でモールドすることもできる。このように固定子１７全体をモールドすれば、各相を一体化することに加え、強度の弱い圧粉鉄心の耐振性及び強度が向上する。このとき、固定子爪磁極１７ａ−２の内周側、つまり、ロータ１２と対向する部位は、ロータ１２との間の隙間が大きくならないようにモールドしない方が望ましい。

また、第１実施例では、固定子爪磁極１７ａ−２の周方向両側にスキューを設けて、略台形状となるように構成したが、ロータ１２の回転方向は、一方向であるため、磁気音低減のためには、ロータ１２の回転方向と逆方向側だけにスキューを設けても構わない。このように固定子爪磁極１７ａ−２の片側だけにスキューを設けることで磁気騒音を低減しつつ、ロータ１２と対向する固定子爪磁極１７ａ−２の面積を拡大することができる。このため、固定子１７とロータ１２間に磁束が形成されやすくなり、誘起電圧を大きくすることができる。

また、第２実施例〜第４実施例では、回転子爪磁極１２ｂ間に配置される永久磁石１９にフェライト磁石を採用したが、ネオジウム（Ｎｄ）の粉体を、前駆体が親和性の良い性質を備えているバインダーで結着したものを用いても良い。ここで親和性の優れた前駆体とは、例えばＳｉＯ₂ の前駆体であるアルコキシシロキサンまたはアルコキシシランである。ネオジウム（Ｎｄ）の粉体は板状の形状を為しており、高さ方向であるＺ軸方向の値に対し、Ｘ軸やＹ軸方向の大きさが数倍以上であり、厚みが薄い形状をしている。ネオジウム（Ｎｄ）粉体のＸ軸やＹ軸方向の大きさは大きい方が良く、例えば、粉体のＸ軸またはＹ軸方向の大きさが４５μメータ以上の大きさの粉体を使用すると残留特性が良くなる。成形中にネオジウム（Ｎｄ）の粉体が割れるなどで細かくなり、小さい形状の粉体が混ざることはしかたないが、粉体の半分以上が４５μメータ以上の大きさ粉体であることが望ましく、さらには７割以上が４５μメータ以上の大きさの粉体であるとより好ましい磁石特性が得られる。９割以上が４５μメータ以上の大きさの粉体であるとさらにより好ましい結果が得られる。なおネオジウム（Ｎｄ）にさらにディスプロシウム（Ｄｙ）を若干含んでいると耐熱性が改善される。このディスプロシウム（Ｄｙ）を含むことにより、回転電機の温度が上昇しても良好な磁気特性が維持される。ディスプロシウム（Ｄｙ）の含有割合は数％程度で、多くても１０％以下である。以上述べたネオジム粉体にＳｉＯ₂を結着した磁石を用いることで安く、更に磁気特性及び耐熱性の向上効果が得られる。尚、このネオジウム（Ｎｄ）の粉体を結着した磁石を用いれば、形状を自由に形成することができるので第３実施例及び第４実施例における永久磁石の角部をなだらかに形成することも可能である。このようにすれば、漏れ磁束に合った形状に永久磁石を形づくることができる。

また、第５実施例では、３相の固定子１７を有するものについて説明したが、３相以上の固定子１７が設けられた場合には、軸方向中央部に配置される固定子１７から軸方向両端にいくに従って軸方向長が狭くなるようにする方がよい。このようにすれば、各相の固定子１７を漏れ磁束にあった軸方向長とすることができる。

また、第６実施例でも同様に、３相の固定子１７を有するものについて説明したが、３相以上の固定子１７が設けられた場合には、軸方向中央部に配置される固定子１７から軸方向両端にいくに従って固定子巻線１７ｂの巻数を小さくする方がよい。このようにすれば、各相の固定子１７を漏れ磁束にあった固定子巻線１７ｂの巻数とすることができる。

また、第７実施例では、回転子爪磁極１２ｂと各相の固定子１７との径方向の隙間を、Ｖ相固定子１７Ｖと対向する位置の隙間ａが狭く、Ｕ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子17Ｗと対向する位置の隙間ｂを広くするためにロータ１２の回転子爪磁極１２ｂの外表面を変更したが、Ｕ相固定子１７Ｕ及びＷ相固定子１７Ｗの内外周の径をＶ相固定子１７Ｖより大きくすることで隙間を調整することが可能である。

また、第８実施例では、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子１７を一対設けたが、可能であれば、３つ以上ずつ設けても構わない。尚、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の誘起電圧がバランスすればよいため、配置順序を適宜変更することも可能である。

また、第９実施例では、各相の固定子１７間に樹脂を充填したが、第１実施例と同様に厚めの連結板１８を配置しても構わない。このとき、連結板１８には、厚みがあるため、位置決め用の凸部１８１の代わりに凹部を設けることも可能となる。

また、第１０実施例では、断面矩形状の絶縁溝２０を設けたが絶縁溝２０の断面は、矩形状である必要はなく、例えば、Ｖ字形状，台形状，半円形状であっても構わない。

また、第１１実施例では、固定子爪磁極１７ａ−２、もしくは、回転子爪磁極１２ｂの一方の相間ピッチが０度となるようにし、他方の相間ピッチを１２０度としたが、各相は、独立しているので、固定子爪磁極１７ａ−２と回転子爪磁極１２ｂの相対位置が合っていれば、どの位置にあっても構わない。

また、第１６実施例及び第１７実施例では、遠心力によって内周側から外周側に空気が流動するファンを用いたが、フロントファン１３Ｆの代わりに軸流ファンを設け、軸方向に空気を流動させるようにしても構わない。更に、固定子爪磁極１７ａ−２の先端における角部に面取りを施すか、もしくは、アールを付けることにより各相の固定子爪磁極17ａ−２間の隙間を流れる空気の抵抗を減らすことができ、より冷却効果が向上する。加えて、固定子１７の空気流通部に放熱面積を拡大するフィンを設けてもよい。

また、第１８実施例では、補強リング２１を加締によって固定したが、固定子１７の外周をモールドすることにより、補強リングとしても構わない。このとき、モールドする材料としては、軸方向の力に耐えられる高硬度材料を用いた方がよい。更に、補強リングに冷却フィンを設ければ、更なる冷却効果を得ることができる。

また、第１９実施例及び第２０実施例では、ロータ１２、もしくは、固定子１７を変更することで磁束をバランスさせたが、軸方向両側に配置される固定子（Ｕ相固定子１７Ｕ，Ｗ相固定子１７Ｗ）の固定子巻線１７ｂに通電する電流より、それらの固定子の間に配置される相（Ｖ相固定子１７Ｖ）の固定子巻線１７ｂに通電する電流を大きくするようにインバータを制御することでも各相の固定子１７における磁束をバランスさせることができる。

次に、上記の各実施例から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。

（１）夫々の該固定子爪磁極間には空気が流通する隙間が設けられ、該隙間は、前記固定子鉄心の軸方向一端側から他端側に連続していることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、軸方向両端にコイルエンドが存在しなくとも固定子を十分に冷却することができる。

（２）前記回転子と前記固定子との間の隙間に軸方向に空気を流通させる通風手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、通風手段により隙間に空気を流通させているので、より効果的に固定子を冷却することが可能となる。

（３）前記固定子爪磁極は、軸方向線に対して、０度〜２０度のスキューが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、電圧振幅を少なくすることができるので、十分な誘起電圧を出力することができる。また、スキューを５度〜２０度とすることで更に大きな誘起電圧を出力することができ、更にスキュー角度を１５度〜２０度とするとより大きな誘起電圧を出力することができる。

（４）前記回転子爪磁極の根元部は中間部に対して幅広に形成され、中間部は先端部よりも幅広に形成されており、前記中間部は、ほぼ一定幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように中間部をほぼ一定幅とした場合、根元部にて磁気飽和が生じやすくなるが、根元部は幅広となっているので磁気飽和を緩和し、磁束量を増加することができる。また、根元部だけを幅広とした場合、隣り合う回転子爪磁極との間が狭くなるので磁束が漏れやすくなるが、根元部に対応して先端部は中間部よりも幅狭となっているので隣り合う回転子爪磁極の隙間を十分確保することができる。

（５）外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転することにより前記固定子巻線に電圧が誘起される車両用交流発電機であって、前記回転子の磁極は１６極とし、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる１６極の固定子爪磁極を有し、更に前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成されていることを特徴とする車両用交流発電機。尚、磁極は多ければ多いほど誘起電圧を上昇させることができるが、回転子の磁極数を多くし過ぎると磁極間が近づいてしまい漏洩磁束が大きくなってしまい、インダクタンスの増加や鉄損の増加となり、出力電流及び効率が下がってしまう。そこで出願人は、車両用交流発電機として出力電流と効率を大きくできる回転子の極数は１６極であることを見出した。また、固定子の磁極数は、回転子の磁極数とバランスさせて１６極とすることで出力される誘起電圧を向上させることができることがわかった。

（６）外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転することにより前記固定子巻線に電圧が誘起される車両用交流発電機であって、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、前記固定子爪磁極の軸方向略中心位置の幅／前記固定子爪磁極間の隙間の幅を０.０５〜０.３とし、更に前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成されていることを特徴とする車両用交流発電機。このように構成することにより、大きな誘起電圧が出力できることがわかった。特に誘起電圧は、固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）が０.１５付近でピークとなり、０.１５付近から固定子爪磁極間ギャップ比率(Ｇｓ／Ｂｓ)を大きくしても、小さくしても誘起電圧は下がってしまう。このため、固定子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｓ／Ｂｓ）を０.１〜０.２とすることで、より大きな電圧を誘起させることができる。

（７）前記回転子は、回転軸周りに巻回された界磁巻線と、該界磁巻線を包囲するように設けられ、前記固定子鉄心の爪磁極と対向する部位に回転子爪磁極を有する回転子鉄心と、からなるランデル型回転子として構成され、前記回転子爪磁極の軸方向略中心位置の幅／前記回転子爪磁極間の隙間の幅を０.３〜０.６としたことを特徴とする（６）に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、大きな誘起電圧が出力できることがわかった。特に誘起電圧は、回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）が０.４ 付近でピークとなり、０.４ 付近から回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を大きくしても、小さくしても誘起電圧は下がってしまう。このため、回転子爪磁極間ギャップ比率（Ｇｒ／Ｂｒ）を０.３５〜０.４５とすることで、より大きな電圧を誘起させることができる。

（８）前記固定子は、ブラケットによって軸方向に挟持され、その少なくとも軸方向一端側は、前記固定子巻線の外周位置よりも内周側にて前記ブラケットと当接すると共に、前記ブラケットにおける前記固定子と当接する部位と対向部位には、空気が流通可能な風穴が設けられ、更に該風穴に空気を流通するための通風手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、固定子巻線が固定子鉄心の軸方向両側に突出していないので固定子巻線の外周位置よりも内周側までブラケットを延ばすことができる。このため、コイルエンドが無くとも、固定子を十分冷却することができる。

（９）前記風穴には、冷却フィンが設けられていることを特徴とする（８）に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、固定子の冷却効果をより向上させることができる。

（１０）前記ブラケットは、椀状のフロントブラケットとリアブラケットに分割されており、前記フロントブラケットと前記リアブラケットは、互いに接触した状態で前記固定子を挟持していることを特徴とする（８）に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、フロントブラケットとリアブラケット間の熱交換が可能となり、固定子の全範囲を冷却することが可能となる。

（１１）前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、夫々の相の前記固定子巻線は、前記固定子爪磁極間の隙間を通して、前記固定子における軸方向一端側に延出されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、固定子鉄心に穴を開けたりすることを要せずに固定子巻線を固定子の外側に延出されることができる。このため、安価で磁気回路に影響が出ないようにすることができる。

（１２）前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、夫々の相における前記固定子爪磁極間の隙間には、連続して非磁性体が充填されて連結されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、各相の固定子を一体化することができるので、組み付けを容易にすることができる。

（１３）前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、夫々の相の前記固定子鉄心間には、非磁性体の連結板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、各相間の磁束の漏れを確実に低減することができる。

（１４）夫々の相の前記固定子鉄心と前記連結板には、夫々を周方向に位置決めするための位置決め部が設けられていることを特徴とする（１３）に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、各相の固定子鉄心を周方向に確実に位置決めすることができる。

（１５）前記固定子鉄心は、軸方向に２つに分割された固定子鉄心構成部材によって構成されており、夫々の該固定子鉄心構成部材は、同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、何種類もの固定子鉄心構成部材を製造する必要がないため、安価なものとすることができる。

（１６）前記固定子は、複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、夫々の前記固定子鉄心は、外周側を非磁性体にて一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、固定子爪磁極間に空気が流動可能な隙間を形成しつつ、夫々の固定子鉄心を一体化することができる。

（１７）前記固定子鉄心の外周側に設けられる前記非磁性体は、金属製である円環状の補強リングからなることを特徴とする（１６）に記載の車両用交流発電機。このように構成することにより、固定子鉄心を圧粉鉄心で成形したとしても強度を向上させることができる。

（１８）外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転する回転電機であって、前記固定子は、軸方向に並ぶ３相以上の前記固定子鉄心と前記固定子巻線を備え、前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回され、前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられており、軸方向両端に配置される相における前記固定子に供給する電流よりも、それ以外の相における前記固定子に供給する電流を大きくしたことを特徴とする回転電機。このように構成することにより、従来の回転電機の構造を大きく変更することなく、各相の固定子が発生する磁束をバランスさせることができる。

車両用交流発電機の側面断面図である。 車両用交流発電機を部分的に断面とした斜視図である。 回転子と固定子を部分的に断面とした斜視図である。 回転子の斜視図である。 固定子のみを部分的に断面とした斜視図及び固定子を内周側から見た図である。 固定子の各相毎の斜視図である。 固定子における１つの相を取り出した斜視図及び部品毎の斜視図である。 第１実施例における各相に誘起される電圧の出力波形及び各相に誘起される電圧の出力波形である。 第２実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。 第３実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。 第４実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図である。 第５実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。 第６実施例の回転子及び固定子の側面断面図である。 第７実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図及び回転子及び固定子の側面断面図である。 第８実施例の回転子及び固定子の側面を断面とした斜視図及び回転子及び固定子の側面断面図及び固定子巻線の結線を示す図である。 第９実施例の回転子及び固定子の側面断面図及び相間ギャップ比率と誘起電圧の関係を示したグラフ及び相間ギャップ比率と電圧振幅の関係を示したグラフである。 第１０実施例の回転子及び固定子の側面断面図及び回転子を外周側から見た図である。 第１１実施例の回転子及び固定子の側面断面図及び回転子爪磁極及び固定子爪磁極の配置を示す図及び回転子爪磁極及び固定子爪磁極の配置を示す他の様態図である。 第１２実施例における固定子爪磁極を示す図及び固定子爪磁極間ギャップ比率と誘起電圧との関係を示したグラフである。 第１３実施例における回転子爪磁極を示す図及び回転子爪磁極間ギャップ比率と誘起電圧との関係を示したグラフである。 第１４実施例における固定子爪磁極を示す図及び固定子爪磁極のスキュー角度と誘起電圧との関係を示したグラフ及び固定子爪磁極のスキュー角度と電圧振幅との関係を示したグラフである。 第１５実施例における固定子爪磁極を示す図である。 第１６実施例における車両用交流発電機の側面断面図及び固定子爪磁極を示す図である。 第１７実施例における車両用交流発電機の側面断面図である。 第１８実施例における回転子及び固定子の側面断面図である。 第１９実施例における回転子及び固定子の側面断面図である。 第２０実施例における回転子及び固定子の側面断面図である。

符号の説明

１ フロントブラケット
２ リアブラケット
３ 風穴
１２ ロータ（回転子）
１２ｂ 回転子爪磁極
１２ｂ−１ 根元部
１２ｂ−２ 中間部
１２ｂ−３ 先端部
１３Ｆ フロントファン
１３Ｒ リアファン
１４ 界磁巻線
１７ 固定子
１７ａ 固定子鉄心
１７ｂ 固定子巻線
１７ａ−２ 固定子爪磁極
１８ 連結板
１９ 永久磁石

Claims (20)

1. 外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、
   該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、
   前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転することにより前記固定子巻線に電圧が誘起される車両用交流発電機であって、
   前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、
   前記固定子鉄心は、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられ、
   更に前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 前記固定子は、軸方向に並ぶ３相以上の前記固定子鉄心と前記固定子巻線を備え、軸方向両端に配置される相以外の相に誘起される電圧を他の相に誘起される電圧とバランスさせるバランス手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. 前記バランス手段は、軸方向両端に配置される相以外の相に誘起される電圧を増大させる手段であることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
4. 前記回転子は、回転軸周りに巻回された界磁巻線と、該界磁巻線を包囲するように設けられ、前記固定子鉄心の爪磁極と対向する部位に回転子爪磁極を有する回転子鉄心と、からなるランデル型回転子として構成され、
   前記バランス手段は、前記回転子爪磁極間であって、軸方向両端に配置される相以外の相に対向して少なくとも設けられた永久磁石であることを特徴とする請求項３に記載の車両用交流発電機。
5. 前記永久磁石は、軸方向両端に配置される相以外の相と対向する部位にのみ設けられていることを特徴とする請求項４に記載の車両用交流発電機。
6. 前記永久磁石は、軸方向両端に配置される相と対向する部位の磁力より、軸方向両端に配置される相以外の相と対向する部位の磁力の方が強くなるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用交流発電機。
7. 前記永久磁石は、軸方向両端側が薄肉に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用交流発電機。
8. 前記バランス手段は、軸方向両端に配置される相と前記回転子との間を通過する磁束よりも、それ以外の相と前記回転子との間を通過する磁束が通過しやすくするものであることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
9. 軸方向両端に配置される前記固定子鉄心よりも、それ以外の前記固定子鉄心の軸方向長が長くなっていることを特徴とする請求項８に記載の車両用交流発電機。
10. 前記軸方向両端に配置される固定子鉄心の固定子爪磁極と前記回転子間の隙間よりも、それ以外の固定子鉄心の固定子爪磁極と前記回転子間の隙間の方が小さくなっていることを特徴とする請求項８に記載の車両用交流発電機。
11. 前記バランス手段は、前記軸方向両端に配置される相の固定子巻線よりも、それ以外の相における固定子巻線の巻数を多くすることによって構成されることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
12. 前記バランス手段は、前記軸方向両端に配置される相とそれ以外の相における前記固定子爪磁極の形状を異ならせたことを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
13. 前記バランス手段は、前記軸方向両端に配置される相における前記固定子爪磁極の表面積よりも、それ以外の相における前記固定子爪磁極の表面積の方が大きくなるように構成したことを特徴とする請求項１２に記載の車両用交流発電機。
14. 前記固定子爪磁極には、スキューが施され、
    前記バランス手段は、前記軸方向両端に配置される相における前記固定子爪磁極のスキュー角度よりも、それ以外の相における前記固定子爪磁極のスキュー角度の方が大きくなるように構成したことを特徴とする請求項１２に記載の車両用交流発電機。
15. 前記固定子は、軸方向に並ぶ複数相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線を備え、これらの相は複数組設けられると共に、軸方向一端側から同じ相が同じ順序となるように配置され、同じ相となっている前記固定子巻線は、直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
16. 前記固定子は、３相の前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを備え、
    前記固定子鉄心における相間の隙間／１相分の前記固定子鉄心の軸方向長さが０.１ 〜０.１３となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
17. 前記バランス手段は、前記回転子における隣り合う前記固定子鉄心の間に対向する部位に周方向に渡って設けられた、溝、もしくは、非磁性体の層であることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機。
18. 外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、
    該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、
    前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転する回転電機であって、
    前記固定子は、軸方向に並ぶ３相以上の前記固定子鉄心と前記固定子巻線を備え、
    前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、
    前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成され、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられており、
    前記回転子は、軸方向両端側とその間の部分とで発生する磁束を異ならせたことを特徴とする回転電機。
19. 前記回転子は、各相の前記固定子毎に独立して機能するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の回転電機。
20. 外周に複数の異なった磁束が交互に形成される回転子と、
    該回転子の外周と対向する部位に設けられた固定子鉄心と、該固定子鉄心内に巻回される固定子巻線とから構成される固定子とを有し、
    前記回転子が前記固定子鉄心に対して相対回転する回転電機であって、
    前記固定子は、軸方向に並ぶ３相以上の前記固定子鉄心と前記固定子巻線を備え、
    前記固定子巻線は、前記回転子の外周側に環状に巻回されると共に、
    前記固定子鉄心は、表面が絶縁処理された鉄粉を圧縮して成形される圧粉鉄心にて構成され、前記回転子と対向する部位に軸方向両側から夫々が交互に延びる固定子爪磁極を有し、かつ、前記固定子巻線の周囲を包囲するように設けられており、
    軸方向両端に配置される相における前記固定子と、それ以外の相における前記固定子を異ならせたことを特徴とする回転電機。

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