回転電機
【課題】第１及び第２の３相交流巻線の相巻線を構成する導線を特定の巻線構造でステータコアに巻装して、ロータが低速に回転しているときでも発電効率を低下させることなく出力電流を増大させることのできる回転電機を得る。
【解決手段】それぞれ、３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃ，３２Ｄ〜３２ＦをＹ結線されて、互いの間の電気角位相差が３０度となるように構成された第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを有するステータ８を備え、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線３０のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する導線３０のうちの一つが各スロット１５ｂに挿通され、同一のスロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流を合成したスロット電流において、同一のスロットを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うようにした。
【解決手段】それぞれ、３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃ，３２Ｄ〜３２ＦをＹ結線されて、互いの間の電気角位相差が３０度となるように構成された第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを有するステータ８を備え、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線３０のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する導線３０のうちの一つが各スロット１５ｂに挿通され、同一のスロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流を合成したスロット電流において、同一のスロットを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車等に搭載される交流発電機や始動電動機などの回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用交流発電機は、回転方向に極性が交互に異なるように配置した複数の界磁極を有する回転子と、複数のスロットが形成された固定子鉄心、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコアに巻装された３つの相巻線をＹ結線して構成された第１及び第２の３相交流巻線を備えるステータと、回転子の回転に応じて第１及び第２の３相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器と、を備え、相巻線が、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコアに巻装された２つのコイル巻線部を直列に接続して構成され、第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度となっている（例えば、特許文献１参照）。
以下では、相巻線のそれぞれが、互いの間の電気角位相が異なる２つのコイル巻線部を直列に接続して構成され、かつ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるように３つの相巻線をＹ結線して構成した３相交流巻線を千鳥Ｙ巻線とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６４４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、千鳥Ｙ巻線において、各相巻線を構成する２つのコイル巻線部を、電気角位相をそろえて直列に接続されるように巻きなおして構成した３相交流巻線を通常Ｙ巻線とする。なお、第１及び第２の３相交流巻線を通常Ｙ巻線とする車両用交流発電機は従来から広く普及しており、第１及び第２の３相交流巻線を通常Ｙ巻線とする車両用交流発電機を一般の車両用交流発電機とする。
【０００５】
そして、第１及び第２の３相交流巻線を千鳥Ｙ巻線とするものの他、第１及び第２の３相交流巻線を短節巻のもとを含む従来の車両用交流発電機では、通常Ｙ巻線を用いた一般の車両交流用発電機に比べ、巻線係数が小さくなるために等価巻数が小さくなる。つまり、従来の車両用交流発電機では、インダクタンスが低下して起電力が低下する。また、従来の車両用交流発電機は、電機子反作用が、一般の車両用交流発電機より小さくなることが知られている。
【０００６】
以上を総合的に考慮すると、従来の車両用交流発電機では、一般の車両用交流発電機に比べ、ロータが低速で回転する領域では、整流器の出力（電流）が低下し、ロータが高速で回転する領域では、整流器の出力が増加するというのが従来の知見である。
【０００７】
特許文献１には、従来の車両用交流発電機が発電を行ったときに、整流器の出力（電流）をどのように流すかについては、また、３相交流巻き線を千鳥Ｙ巻線とすることで、出力特性がどのようになるかについては、何ら触れられていいない。
【０００８】
そして、車両用交流発電機及び一般の車両交流発電機がそれぞれ搭載された車両のそれぞれでは、エンジンの回転に同期するロータの回転速度（角速度）が所定の大きさになるまでは、回転速度が増大するにつれて整流器の出力も増大するが、整流器の出力はロータの回転速度が所定の速さより速くなると略飽和する。
【０００９】
例えば車両が所定以上の速さで走行している場合、ロータは高速で回転するので、整流器の整流出力により充電される蓄電池は、車両に用いられている電気機器を駆動するのに十分な電力を供給可能である。一方、エンジンがアイドリング状態にある場合など、エンジンが低速に回転しているときはロータの回転も低速であるので、整流器の出力は小さなものとなる。つまり、ロータが低速で回転し続ける場合、蓄電池の充電が電力消費に対して追い付かなくなり、蓄電池があがってしまう恐れがある。このため、ロータが低速で回転しているときの整流器の出力を増大させることが重要である。
【００１０】
各相巻線の巻数を増やして各相巻線の起電力を増大させることで、ロータが低速に回転しているときでも整流器の出力を増大させることは可能となるが、この場合、各相巻線の抵抗が増大して発電効率が低下してしまう。
【００１１】
本出願人は、この不具合を解消するための鋭意努力を重ねた結果、千鳥Ｙ巻線を用いた発電機において、各相巻線の巻数を増やさなくても第１及び第２の３相交流巻線の相巻線を特定の巻線構造でステータコアに巻装することで、ロータが低速に回転しているときに、整流器の出力が増大することを見出し、本願を発明した。
【００１２】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、第１及び第２の３相交流巻線の相巻線を構成する導線を特定の巻線構造でステータコアに巻装して、ロータが低速に回転しているときでも発電効率を低下させることなく出力電流を増大させることのできる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、２ｎ個（但し、ｎは正の整数）の界磁極を有するロータと、隣り合うティースにより区画されたスロットが周方向に所定のピッチで２ｎ×６個形成されたステータコア、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコアに巻装された３つの相巻線をＹ結線して構成された第１及び第２の３相交流巻線を備えるステータと、ロータの回転に応じて第１及び第２の３相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器とを備え、第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度であり、第１の３相交流巻線の３つの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線の３つの相巻線を構成する導線のうちの一つが各スロットに挿通され、同一のスロットを通る導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一のスロットを通る各導線を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による回転電機によれば、同一のスロットを通る導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一のスロットを通る各導線を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成されている。これにより、各相巻線の巻線数を増やすことなく、言い換えれば、各相巻線の抵抗の増大による発電効率の低下を招くことなくロータが低速回転しているときの整流器の出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【図４】比較用交流発電機の回路図である。
【図５】比較用交流発電機の電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機、及び比較用交流発電機のそれぞれの整流器の出力電流特性を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機のスロット電流の時間波形の一例を示す図である。
【図９】比較用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【００１８】
図１および図２において、回転電機としての車両用交流発電機１００Ａは、アルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着されたランデル型のロータ７と、ロータ７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されたステータ８と、ステータ８で生じた交流出力を直流出力に整流する整流器１２と、を備えている。
【００１９】
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に軸まわりに回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、車両のエンジンの回転トルクを、ベルト(図示せず)を介してシャフト６に伝達できるようになっている。そして、シャフト６は、エンジンの回転に同期して回転する。すなわち、ロータ７がエンジンの回転に同期して回転する。また、ロータ７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固定され、一対のブラシ１０が、このスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。ステータ８で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７に接着されている。
【００２０】
整流器１２は、図２に示されるように、２つの３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂにより構成されている。
そして、３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂのそれぞれは、プラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２とを直列に接続してなるダイオード対を並列に３対接続して構成され、ケース３内に装着されている。
【００２１】
ロータ７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１３と、この界磁巻線１３を覆うように設けられ、界磁巻線１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０，２１とから構成される。一対のポールコア２０，２１は、鉄製で、それぞれ２つの爪状磁極２２，２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設されている。一対のポールコア２０，２１は、爪状磁極２２，２３をかみ合わせて対向するようにシャフト６に固定されている。なお、爪状磁極２２，２３が界磁極に相当している。界磁極がエンジンの回転に同期するシャフト６にとりつけられているので、回転磁界がエンジンの回転に同期して発生する。
【００２２】
ステータ８は、ステータコア１５と、ステータコア１５に巻装された電機子巻線１６Ａと、を備えている。この電機子巻線１６Ａは、それぞれ、前述の千鳥Ｙ巻線により構成した第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを備え、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相が３０度異なるように構成されている。
【００２３】
第１の３相交流巻線３１Ａは、図２に示されるように、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコア１５に巻装された３つの相巻線（ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃ）をＹ結線して構成されている。そして、ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃのそれぞれは、互いの間の電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装された２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ，３２ｄ、及び３２ｅ，３２ｆを直列に接続して構成されている。
また、第２の３相交流巻線３１Ｂは、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコア１５に巻装された３つの相巻線（ａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆ）をＹ結線して構成されている。そして、ａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆのそれぞれは、互いの間の電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装された２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ，３２ｊ、及び３２ｋ，３２ｌを直列に接続して構成されている。
【００２４】
各相巻線３２Ａ〜３２Ｃにおいて、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅの一端が外部との電力のやり取りをするための取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなり、コイル巻線部３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの一端が、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅの他端に連結され、コイル巻線部３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの他端が接続されて中性点を構成する。そして、各取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａのそれぞれが、３相全波整流器１２Ａを構成するプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２の接続部のそれぞれに結線されている。
【００２５】
各相巻線３２Ｄ〜３２Ｆにおいて、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋの一端が外部との電力のやり取りをするための取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなり、コイル巻線部３２ｈ，３２ｊ，３２ｌの一端が、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋの他端に連結され、コイル巻線部３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの他端が接続されて中性点を構成する。そして、各取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａのそれぞれが、３相全波整流器１２Ｂを構成するプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２の接続部のそれぞれに結線されている。
【００２６】
また、整流器１２の出力が蓄電池２８および電気負荷２９に供給されるように整流器１２と蓄電池２８及び電気負荷２９に接続されている。
【００２７】
また、図１に示されるように、ファン５（内扇ファン）がロータ７の軸方向の両端に固定されている。そして、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂが電機子巻線１６Ａのフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ａ、１６ｂ近傍のフロントブラケット１およびリヤブラケット２の部位に設けられている。
【００２８】
次いで、電機子巻線１６Ａの巻線構造について図２及び図３を参照しつつ説明する。
説明の便宜上、図３中、爪状磁極２２，２３の位置はステータコア１５の軸方向にずらして図示している。
【００２９】
ステータコア１５は、周方向に等角ピッチで径方向に延びるように形成された複数個のティース１５ａを備える円筒状に作製され、スロット１５ｂが隣接するティース１５ａの間に区画されたている。ティース１５ａ及びスロット１５ｂの数は、界磁極の数×６個の条件を満たす数に設定される。ここでは界磁極の数を４とし、スロット１５ｂの数を２４として説明する。
【００３０】
また、図３中、１〜２４はスロット番号を示している。また、電機子巻線１６Ａの巻線構造をわかりやすくするため、１番〜６番のスロット１５ｂを２４番のスロット１５ｂの右側に新たに１’〜６’番のスロット１５ｂを図示しているが、１’〜６’のスロット１５ｂは１〜６のスロット１５ｂと同一であり、２４番のスロット１５ｂは１番のスロット１５ｂに隣接している。ここで、４つの界磁極（２対のＮ極及びＳ極）に対してスロット１５ｂが２４個形成されているので１つの界磁極当たりのスロット数が６となり、スロット１５ｂは電気角で３０度のピッチで配列されていることになる。
【００３１】
まず、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃからなる第１の３相交流巻線３１Ａの巻線構造について説明する。
ａ相巻線３２Ａは、コイル巻線部３２ａ及びコイル巻線部３２ｂから構成されている。また、ｂ相巻線３２Ｂは、コイル巻線部３２ｃ及びコイル巻線部３２ｄから構成されている。また、ｃ相巻線３２Ｃは、コイル巻線部３２ｅ及びコイル巻線部３２ｆから構成されている。
コイル巻線部３２ａ〜３２ｆは、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製された導線３０を、以下に説明するようにステータコア１５に巻装して構成されている。
【００３２】
まず、ａ相巻線３２Ａの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ａの導線３０は、ステータコア１５のリヤ側（以下、単にリヤ側とする）に取出部Ｘａを配置され、リヤ側から１番のスロット１５ｂを通ってステータコア１５のフロント側（以下、単にフロント側とする）に延出して、７番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、７番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して１３番のスロット１５ｂまで渡され、１３番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して１９番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、１９番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて１番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように１，７，１３，１９番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、例えば、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００３３】
また、コイル巻線部３２ｂの導線３０は、端部をリヤ側に配置され、リヤ側から２４番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して６番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、６番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して１２番のスロット１５ｂまで渡されて１２番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出され、次いで１８番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、１８番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて２４番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように６，１２，１８，２４番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
また、１８番から延出されたａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００３４】
そして、ａ相巻線３２Ａは、１９番のスロット１５ｂから延出しているコイル巻線部３２ａの端部と２４番のスロット１５ｂから延出されているコイル巻線部３２ｂの端部とを接続して構成されている。つまり、ａ相巻線３２Ａは、互いの間の電気角位相差が３０度異なる２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂを直列に連結されたもので構成されている。
【００３５】
次いで、ｂ相巻線３２Ｂの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ｃを構成する導線３０は、リヤ側に取出部Ｙａを配置され、リヤ側から２１番のスロット１５ｂを通ってステータコア１５のフロント側に延出して３番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、３番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して９番のスロットまで渡されている。さらに、導線３０は、９番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出されて１５番のスロット１５ｂまで渡され、１５番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて２１番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように３，９，１５，２１番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００３６】
また、コイル巻線部３２ｄの導線３０は、一端をリヤ側に配置され、リヤ側から２０番のスロット１５ｂを通ってステータコア１５のフロント側に延出して２番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、２番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して折り返されて８番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、８番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出されて１４番のスロット１５ｂまで渡されて１４番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて２０番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように２，８，１４，２０番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
１４番から延出されたｂ相巻線３２Ｂのコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００３７】
そして、ｂ相巻線３２Ｂは、１５番のスロット１５ｂから延出しているコイル巻線部３２ｃの端部と２０番のスロット１５ｂから延出されているコイル巻線部３２ｄの端部とを接続して構成されている。つまり、ｂ相巻線３２Ｂは、互いの間の電気角位相差が３０度異なる２つのコイル巻線部３２ｃ，３２ｄが直列に接続されて構成されている。
【００３８】
次いで、ｃ相巻線３２Ｃの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ｅの導線３０は、リヤ側に取出部Ｚａを配置され、リヤ側から１７番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して２３番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、２３番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して５番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、５番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出されて１１番のスロット１５ｂまで渡され、１１番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて１７番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように５，１１，１７，２３番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００３９】
また、コイル巻線部３２ｆの導線３０は、リヤ側に一端を配置され、リヤ側から１６番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して２２番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、２２番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して４番のスロット１５ｂまで渡されている。次いで導線３０は、４番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出され、さらに１０番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて１６番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように４，１０，１６，２２番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
また、１０番から延出されたｃ相巻線３２Ｃのコイル巻線部３２ｆを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００４０】
そして、ｃ相巻線３２Ｃは、１１番のスロット１５ｂから延出しているコイル巻線部３２ｅの端部と１６番のスロット１５ｂから延出されているコイル巻線部３２ｆの端部とを接続して構成されている。つまり、ｃ相巻線３２Ｃは、互いの間の電気角位相差が３０度異なる２つのコイル巻線部３２ｅ，３２ｆが直列に接続されて構成されている。
【００４１】
そして、１８番から延出されたコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０の端部、１４番から延出されたコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部、及び１０番から延出されたコイル巻線部３２ｆを構成する導線３０の端部を接続して中性点を形成することで第１の３相交流巻線３１Ａが構成される。
【００４２】
以上の第１の３相交流巻線３１Ａについてまとめると、第１の３相交流巻線３１Ａは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２ＣをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの波巻（全節巻の波巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００４３】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、第１の３相交流巻線３１Ａは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれの巻数は等しくなっている。
そして、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれの取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなっている。
【００４４】
次いで、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆからなる第２の３相交流巻線３１Ｂの巻線構造について説明する。
ａ相巻線３２Ｄは、コイル巻線部３２ｇ及びコイル巻線部３２ｈを直列に接続して構成されている。また、ｂ相巻線３２Ｅは、コイル巻線部３２ｉ及びコイル巻線部３２ｊを直列に接続して構成されている。また、ｃ相巻線３２Ｆは、コイル巻線部３２ｋ及びコイル巻線部３２ｌを直列に接続して構成されている。
コイル巻線部３２ｇ〜３２ｌは、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製された導線３０が、以下に説明するようにステータコア１５に全節巻の波巻で巻装されて構成されている。
【００４５】
コイル巻線部３２ｇ〜コイル巻線部３２ｌは、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜コイル巻線部３２ｆをスロット１５ｂの番号が進む方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。
【００４６】
つまり、第２の３相交流巻線３１Ｂは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２ＦをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成するコイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの波巻（全節巻の波巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００４７】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、第２の３相交流巻線３１Ｂは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれの巻数は等しくなっている。
そして、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのそれぞれの取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなっている。
なお、３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃと同様、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを電気角位相差が１２０度となるようにＹ結線して、３相交流巻線３１Ｂが構成されている。
【００４８】
また、スロット１５ｂは電気角で３０度のピッチで配列されているので、ａ相巻線３２Ａ，３２Ｄ、ｂ相巻線３２Ｂ，３２Ｅ、及びｃ相巻線３２Ｃ，３２Ｆのそれぞれの互いの間の電気角位相差は３０度となる。言い換えれば、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相差が３０度となる。
【００４９】
以上のように構成された電機子巻線１６Ａのコイル巻線部３２ａ〜３２ｌは、以下のようにスロット群に巻装されていることになる。
まず、第１の３相交流巻線３１Ａを構成する６つのコイル巻線部３２ａ〜３２ｆは、それぞれ異なる６つのスロット群に巻装される。また、第２の３相交流巻線３１Ｂを構成する６つのコイル巻線部３２ｇ〜３２ｌが、それぞれ異なるスロット群に巻装される。
【００５０】
また、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれを構成する２つのコイル巻線部が、それぞれ、第２の３相交流巻線３１Ｂを構成する１つの相巻線を構成する１つのコイル巻線部ともう一つの相巻線を構成する１つのコイル巻線部とが巻装されるスロット群に巻装される。つまり、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｅを構成する導線の一つが各スロット１５ｂに挿通される。
【００５１】
このように構成された車両用交流発電機１００Ａでは、電流が蓄電池２８からブラシ１０およびスリップリング９を介して界磁巻線１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、ポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、ポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、ロータ７が回転される。そこで、電機子巻線１６Ａに回転磁界が与えられ、電機子巻線１６Ａに交流の起電力が発生する。この起電力による交流電流（交流出力）が３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂを通って直流に整流されるとともに、その大きさが電圧調整器１８により調整され、蓄電池２８に充電され、電気負荷２９に供給される。
【００５２】
次いで、それぞれを千鳥Ｙ巻線にされた２つの３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂにより電機子巻線１６Ａを構成したことを特徴とする車両用交流発電機１００Ａの効果を確認したので以下にその内容を具体的に説明する。
試験では、以下に説明する比較用交流発電機を用意し、車両用交流発電機１００Ａ、及び比較用交流発電機のそれぞれにおいて、ロータ７の回転速度を変化させたときの整流器１２の出力電流を測定した。なお、整流器１２の出力電流は、３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂの出力電流を足し合わせたものとする。
また、車両用交流発電機１００Ａと同様、比較用交流発電機の界磁極の数は説明の便宜上４として説明しているが、実際には界磁極の数を１６としたものを用いている。
【００５３】
次いで、比較用交流発電機について図４及び図５を参照しつつ説明する。
図４は比較用交流発電機の回路図、図５は比較用交流発電機の電機子巻線の構成を説明する展開図である。
なお、図４及び図５において、車両用交流発電機１００Ａの構成と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
図４及び図５において、比較用交流発電機１１０の電機子巻線７０は、互いに電気角位相が１２０度ずれたａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２ＣをＹ結線して構成される３相交流巻線７１Ａ、及び互いに電気角位相が１２０度ずれたａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２ＦをＹ結線して構成される３相交流巻線７１Ｂを有し、２つの３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂの間の電気角位相が３０度ずらされている。
ａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃのそれぞれは、全節巻の波巻でステータコア１５に巻装された導線３０により構成されている。
ａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２Ｆのそれぞれは、全節巻の波巻でステータコア１５に巻装された導線３０により構成されている。
【００５５】
以下、電機子巻線７０の巻線構造について図５を参照しつつ説明する。
まず、３相交流巻線７１Ａの巻線構造について説明する。
ａ相巻線７２Ａは、車両用交流発電機１００Ａのａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ａが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを通るようにステータコア１５に巻装されている。このとき、ａ相巻線７２Ａは、コイル巻線部３２ａの長さの倍となるように、言い換えれば、ａ相巻線７２Ａは、合計６周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００５６】
また、ｂ相巻線７２Ｂは、車両用交流発電機１００Ａのｂ相巻線３２Ｂのコイル巻線部３２ｃが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを通るようにステータコア１５に巻装されている。このとき、ｂ相巻線７２Ｂは、合計６周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００５７】
また、ｃ相巻線７２Ｃは、車両用交流発電機１００Ａのｃ相巻線３２Ｃのコイル巻線部３２ｅが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを通るようにステータコア１５に巻装されている。このとき、ｃ相巻線７２Ｃは、合計６周するようにステータコア１５に巻装されている。
そして、３相交流巻線７１Ａは、ａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃの互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２ＣをＹ結線したもので構成されている。
【００５８】
次いで、３相交流巻線７１Ｂの巻線構造について説明する。
ａ相巻線７２Ｄ〜ｃ相巻線７２Ｆは、ａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃをスロット１５ｂの番号が進む方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。
そして、３相交流巻線７１Ｂは、ａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２Ｆの互いの間の位相差が１２０度となるようにａ相巻線７２Ｄ〜ｃ相巻線７２ＦをＹ結線したもので構成されている。以上のように構成された３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂの間の電気角位相差は３０度となる。また、各スロット１５ｂには、２つの３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂを構成する６つの相巻線７２Ａ〜７２Ｆを構成する導線３０のうちの一つの導線３０のみが挿通されている。
比較用交流発電機１１０の他の構成は、車両用交流発電機１００Ａと同様である。
【００５９】
そして、ロータ７の回転速度を１２００（ｒ／ｍｉｎ）から６０００（ｒ／ｍｉｎ）まで変化させて各発電機の出力電流を測定した結果を図６に示す。
図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機、及び比較用交流発電機のそれぞれの整流器の出力電流特性を示す図である。
図６では、ロータ７の回転速度を横軸にとり、出力電流を縦軸にとっている。
以下、車両用交流発電機１００Ａの整流器１２の出力電流、及び比較用交流発電機１１０の整流器１２の出力電流のそれぞれを、単に車両用交流発電機１００Ａの出力電流、及び比較用交流発電機１１０の出力電流のそれぞれとする。
【００６０】
車両用交流発電機１００Ａの出力電流特性は、ロータ７の回転速度が１２００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）の手前までの領域では、ロータ７の回転速度の増大に伴って、所定の傾きで増大し、ロータ７の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）の手前から、ロータ７の回転速度の増大量に対する出力電流の増加量の割合が徐々に減少し、さらに、ロータ７の回転速度が４０００（ｒ／ｍｉｎ）以上でおおよそ飽和した。
【００６１】
比較用交流発電機１１０の出力電流特性は、ロータ７の回転速度が１２００〜１５００（ｒ／ｍｉｎ）以下の領域では、ロータ７の回転速度の増大に伴って、発電機毎に所定の傾きで増大し、ロータ７の回転速度が１５００（ｒ／ｍｉｎ）を超えると、ロータ７の回転速度の増大量に対する出力電流の増加量の割合が徐々に減少し、さらに、ロータ７の回転速度が４０００（ｒ／ｍｉｎ）以上では小さな傾きで出力電流が増加した。
【００６２】
ロータ７の回転速度が１２００〜１５００（ｒ／ｍｉｎ）のとき、車両用交流発電機１００Ａと比較用交流発電機１１０の出力電流の大きさは略同じとなっている。また、ロータ７の回転速度が１５００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）の領域において、車両用交流発電機１００Ａの出力電流増大の傾きは、比較用交流発電機１１０の出力電流増大の傾きよりも大きくなった。
【００６３】
そして、ロータ７の回転速度を１２００（ｒ／ｍｉｎ）から２０００（ｒ／ｍｉｎ）に増大させたとき、車両用交流発電機１００Ａの出力電流と比較用交流発電機１１０の出力電流との差は徐々に広がり、ロータ７の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）のときに、車両用交流発電機１００Ａの出力電流は、比較用交流発電機１１０の出力電流より８（Ａ）程度大きくなった。
【００６４】
また、ロータ７の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）の手前あたりから、車両用交流発電機１００Ａ及び比較用交流発電機１１０ともに、出力電流の増大の傾きが徐々に小さくなった。このとき、車両用交流発電機１００Ａの方が傾きの減少の割合が大きく、ロータ７の回転速度が増大するにつれて、徐々に車両用交流発電機１００Ａと比較用交流発電機１１０の出力電流の差が縮まった。そして、ロータ７の回転速度が３５００（ｒ／ｍ）よりやや大きくなったところで、車両用交流発電機１００Ａの出力電流が比較用交流発電機１１０の出力電流より小さくなった。
【００６５】
ここで、前述したように、車両用交流発電機１００Ａのように、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを千鳥Ｙ巻線とした発電機では、各相巻線を位相ずれのない巻線で構成した通常Ｙ巻線で３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂを構成した比較用交流発電機１１０に比べ、ロータ７が低速で回転する場合に起電力が低下し、ロータ７が高速に回転する場合に出力電流が増加するというのが従来の知見である。
【００６６】
本出願人は鋭意努力の結果、それぞれ千鳥Ｙ巻線からなる第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを、電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装することで、従来の知見とは逆の現象が発生することを発見した。つまり、車両用交流発電機１００Ａでは、ロータ７が低速で回転している場合の出力電流が比較用交流発電機１１０より増大し、ロータ７が高速で回転している場合の出力電流は比較用交流発電機１１０より低下するという結果を得た。具体的には、ロータ７の回転速度が３５００（ｒ／ｍｉｎ）程度より遅い領域では、車両用交流発電機１００Ａの出力電流は、比較用交流発電機１１０の出力電流より同等以上となった。
【００６７】
このように、１５００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）を含む広範囲のロータ７の回転速度の領域に対して、車両用交流発電機１００Ａの出力電流は、比較用交流発電機１１０の出力電流より大きくなっている。ロータ７の回転速度が１５００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）の範囲にあるとき、エンジンがアイドリング状態となる車両は広く普及している。上記の結果は、エンジンがアイドリング状態にあるときの車両用交流発電機１００Ａの電流出力が、比較用交流発電機１１０に対して増大することを意味している。
【００６８】
次いで、上記測定結果について検討する。
本出願人は、ロータ７が１５００〜３５００（ｒ／ｍｉｎ）という低速で回転しているときの車両用交流発電機１００Ａの出力電流が、比較用交流発電機１１０の出力電流より大きくなる原因を発見すべく、車両用交流発電機１００Ａ及び比較用交流発電機１１０のそれぞれについて、各相巻線に流れる電流を測定した。
【００６９】
図７はこの発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
図７は、例えば、ロータ７（エンジン）の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）程度のときの車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形であり、横軸は時間であり、縦軸は出力電流［Ａ］である。
【００７０】
出力電流は、電気角で３６０°相当する機械角度だけ回転子７が回転するのに要する時間を基本周期として、周期変動する。
【００７１】
ここで、各相巻線３２Ａ〜３２Ｆの出力電流が３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂにより流されたり遮断されたりするのに起因して、基本周期の５倍の周期で変動する５次高調波が基本周期を周期とする基本波にのる。各相巻線３２Ａ〜３２Ｆの出力電流は、基本波に５次高調波が乗ったものの方が、基本波に対して大きくなるものと思料される。
【００７２】
ここで、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれを流れる電流は、取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａのそれぞれを流れる電流であり、図７では、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線のそれぞれを流れる電流を、ｘ，ｙ，ｚのそれぞれとして記載する。同様に、第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線のそれぞれを流れる電流は、取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａのそれぞれを流れる電流であり、図７では、第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのそれぞれを流れる電流を、ｕ，ｖ，ｗのそれぞれとして記載する。
【００７３】
また、同一スロット１５ｂに挿入されている導線３０の部位を流れる電流を合成した（足した）ものをスロット電流とする。
なお、各スロット１５ｂには、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのいずれかを構成する導線３０と第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのいずれかを構成する導線３０が同一スロット１５ｂに挿入されるので、スロット電流は、電流ｘ，ｙ，ｚのいずれか一つと、電流ｕ，ｖ，ｗのいずれか一つを合成した電流となる。
図７に示されるように、例えば、電流ｘとｕ、電流ｙとｖ、及び電流ｚとｗのそれぞれでは、５次高調波成分が互いに逆位相になっている区間が多いのがわかる。
【００７４】
次いで、車両用交流発電機のスロット電流の時間波形について説明する。
図８はこの発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機のスロット電流の時間波形の一例を示す図である。
【００７５】
図８は、第１の３相交流巻線３１Ａのａ相巻線３２Ａと、第２の３相交流巻線３１Ｂのｂ相巻線３２Ｄに流れる電流ｘ，ｕに特化して図示しているが、電流ｙ，ｖ、及び電流ｚ，ｗの関係も同様に説明される。
【００７６】
上述したように、電流ｘと電流ｕに含まれる５次高調波成分は、おおよそ互いに逆位相になっている。
そして、例えば、車両用交流発電機１００Ａの第１の３相交流巻線のａ相巻線３２Ａと第２の３相交流巻線のａ相巻線３２Ｄを構成する導線３０が所定スロット１５ｂに挿入されている場合、電流ｘと電流ｕの合成電流であるスロット電流は、電流ｘと電流ｕの５次高調波成分が互いに打ち消される。これにより、スロット電流（ｕ＋ｘ）の５次高調波成分は、図８に示されるように大幅に小さくなり、スロット電流は、基本波に近いものとなる。
なお、例えば、同一スロット１５ｂに第１の３相交流巻線のｂ相巻線３２Ｂと第２の３相交流巻線のｂ相巻線３２Ｅを構成する導線３０が挿入されている場合にも、電流ｙと電流ｖの合成電流であるスロット電流は、電流ｙと電流ｖの５次高調波成分が互いに打ち消される。
【００７７】
次いで、比較用交流発電機１１０の各相巻線７２Ａ〜７２Ｆに流れる電流の時間波形について説明する。
図９は比較用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
【００７８】
図９に示されるように、比較用交流発電機１１０でも、電流ｘ，ｙ，ｚのそれぞれ、及び電流ｕ，ｖ，ｗのそれぞれには、５次高調波が含まれている。
ここで、比較用交流発電機１１０において、スロット１５ｂには、３相交流巻線７１Ａのａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃ、及び３相交流巻線７１Ｂのａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２Ｆのいずれかを構成する導線３０のいずれか１本だけが挿入されている。即ち、各スロット１５ｂのスロット電流は、スロット１５ｂに挿入されている一本の導線３０に流れる電流に等しくなる。従って、スロット電流において、５次高調波成分が打ち消されることはない。
【００７９】
以上のように、車両用交流発電機１００Ａは、各複数のスロット１５ｂに、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線３０の一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する導線３０の一つが通過するように構成されている。これにより、車両用交流発電機１００Ａの特定の複数のスロット１５ｂのそれぞれのスロット電流においては、同一スロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が打ち消される点で、車両用交流発電機１００Ａと比較用交流発電機１１０とが異なっている。
【００８０】
詳細な因果関係は不明であるが、車両用交流発電機１００Ａでは、特定の複数のスロット１５ｂのそれぞれの合成電流において、同一スロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が打ち消されるのに起因して、比較用交流発電機１１０と比較して、ロータ７が低速回転にあるときの出力電流が増大するものと考えられる。
【００８１】
この実施の形態１の車両用交流発電機１００Ａによれば、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを構成する相巻線３２Ａ〜３２Ｆのそれぞれが、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコア１５に巻装されたコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ，３２ｄ、３２ｅ，３２ｆを直列に接続して構成され、第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度となっている。さらに、車両用交流発電機１００Ａは、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線３０のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する導線３０のうちの一つが各スロットに挿通され、同一のスロット１５ｂを通る導線３０に流れる電流を合成した合成電流において、同一のスロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うようにされている。
【００８２】
これにより、各相巻線３２Ａ〜３２Ｃ，３２Ｄ〜３２Ｆの巻数を増やすことなしに、ロータ７が低速で回転する領域での整流器１２の出力電流を増大させることができる。つまり、各相巻線３２Ａ〜３２Ｃ，３２Ｄ〜３２Ｆの抵抗が増大して発電効率が低下することを回避しつつ蓄電池２８があがるのを防止できる。
【００８３】
なお、上記実施の形態１では、ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃ、及びａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆのそれぞれを構成する２つのコイル巻線部は、電気角位相差が３０度となるように直列に接続するものとして説明したが、２つのコイル巻線部は電気角位相差を３０度として直列に接続するものに限定されず、必要に応じて３０度以外の電気角位相差で直列に接続しても本願の効果は得られる。
【００８４】
また、直列に接続するコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ，３２ｄ、・・・、３２ｋ，３２ｌのそれぞれの巻数は等しくなっているので、コイルエンドにコイル巻線部３２ａ〜３２ｌが集中されず、コイル巻線部３２ａ〜３２ｌの巻線性が良くなる。
【００８５】
また、全節巻の波巻で導線３０をステータコア１５にステータコア１５を３周するように巻装して構成されるものとして説明したが、各コイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、１周や２周、または４周以上周回するようにステータコア１５に巻装されているものでもよい。
【００８６】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【００８７】
図１０において、車両用交流発電機１００Ｂの電機子巻線１６Ｂの基本構成は、電機子巻線１６Ａの基本構成と各相巻線３２Ａ〜３２Ｆの巻線方法を除いて同様である。
電機子巻線１６Ｂは、電機子巻線１６Ａと同様、それぞれ、前述の千鳥Ｙ巻線により構成した第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを備え、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相が３０度異なるように構成されている。
そして、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれが、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻（全節巻の波巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００８８】
以下、ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃからなる第１の３相交流巻線３１Ａの巻線構造について説明する。
【００８９】
まず、ａ相巻線３２Ａの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ａを構成する導線３０は、リヤ側に取出部Ｘａを配置され、ステータコア１５のリヤ側から１番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して、１９番のスロット１５ｂまで渡されている。以下、同様に、導線３０は、１番と１９番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【００９０】
さらに、１９番のスロット１５ｂのリヤ側に延出された導線３０が、１３番のスロット１５ｂまで渡され、１３番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、７番のスロット１５ｂまで渡され、７番のスロット１５ｂに通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、１３番と７番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
以上のように、コイル巻線部３２ａが構成されている。
【００９１】
コイル巻線部３２ｂは、一端をリヤ側に配置され、コイル巻線部３２ａを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に１スロット分ずらしてステータコア５に巻装されたもので構成されている。即ち、コイル巻線部３２ｂは、導線３０を２４番と１８番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで１２番と６番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回して構成されている。
そして、６番から延出された導線３０の他端が、中性点を構成する部位となる。
以上のように、コイル巻線部３２ｂが構成されている。
【００９２】
そして、コイル巻線部３２ａを構成する導線３０のうち、７番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部と、２４番のコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０のうち、スロット１５ｂのリヤ側に配置される端部とを連結することで、コイル巻線部３２ａ，３２ｂが直列に接続されてａ相巻線３２Ａが構成される。
【００９３】
次いで、ｂ相巻線３２Ｂの巻線構造について説明する。
ｂ相巻線３２Ｂを構成するコイル巻線部３２ｃ，３２ｄは、ａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ａ，３２ｂを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に４スロット分ずらしてステータコア１５に巻回したもので構成されている。
コイル巻線部３２ｃを構成する導線３０のうち、３番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部と、コイル巻線部３２ｄを構成する導線３０のうち、２０番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部とが連結されており、ｂ相巻線３２Ｂが、直列に接続されたコイル巻線部３２ｃ，３２ｄにより構成される。また、２番から延出されたｂ相巻線３２Ｂのコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００９４】
ｃ相巻線３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ｅ，３２ｆは、ａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ａ，３２ｂを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に８スロット分ずらしてステータコア１５に巻回したもので構成されている。
コイル巻線部３２ｅを構成する導線３０のうち、２３番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部と、コイル巻線部３２ｆを構成する導線３０のうち、１６番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部とが連結されており、ｃ相巻線３２Ｃが、直列に接続されたコイル巻線部３２ｅ，３２ｆにより構成される。２２番から延出されたｃ相巻線３２Ｃのコイル巻線部３２ｅを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００９５】
そして、６番から延出されたコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０の端部、２番から延出されたコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部、及び２２番から延出されたコイル巻線部３２ｆを構成する導線３０の端部を接続して中性点を形成することで第１の３相交流巻線３１Ａが構成される。
そして、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれと外部との電力をやり取りするための取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ａのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
【００９６】
以上の第１の３相交流巻線３１Ａについてまとめると、第１の３相交流巻線３１Ａは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２ＣをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻（全節巻の重ね巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００９７】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、第１の３相交流巻線３１Ａは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれの巻数は等しくなっている。
【００９８】
次いで、電機子巻線１６Ｂのａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆからなる第２の３相交流巻線３１Ｂの巻線構造について説明する。
【００９９】
電機子巻線１６Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成するコイル巻線部３２ｇ〜コイル巻線部３２ｌは、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆをスロット１５ｂの番号が進む方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。但し、２４番の次の番号は１番とする。
【０１００】
つまり、３相交流巻線３１Ｂでは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２ＦをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成するコイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻（全節巻の重ね巻）でステータコア１５に巻装されている。
【０１０１】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、３相交流巻線３１Ｂは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれの巻数は等しくなっている。
そして、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのそれぞれの取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ｂのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
なお、３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃと同様、３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆの間の電気角位相差は１２０度となるのはいうまでもない。
【０１０２】
また、スロット１５ｂは電気角で３０度のピッチで配列されているので、ａ相巻線３２Ａ，３２Ｄ、ｂ相巻線３２Ｂ，３２Ｅ、及びｃ相巻線３２Ｃ，３２Ｆのそれぞれの互いの間の電気角位相差は３０度となる。言い換えれば、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相差が３０度となる。
【０１０３】
上記のように構成された電機子巻線１６Ｂでは、実施の形態１で説明した電機子巻線１６Ａと同様、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｅを構成する導線の一つが各スロット１５ｂに挿通される。従って、発電時、特定の複数のスロット１５ｂのそれぞれでの合成電流においては、同一スロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消される。
【０１０４】
従って、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１０５】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【０１０６】
図１１において、車両用交流発電機１００Ｃの電機子巻線１６Ｃは、互いの間の電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装された第１及び第２の３相交流巻線３１Ｃ，３１Ｄにより構成されている。
【０１０７】
第１の３相交流巻線３１Ｃは、それぞれ導線３０を５／６界磁極ピッチの短節巻の重ね巻でステータコア１５に巻装して構成した３つの相巻線（ａ相巻線３２Ｇ〜ｃ相巻線３２Ｉ）を有し、相巻線３２Ｇ〜３２Ｉを互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにＹ結線して構成されている。
また、第２の３相交流巻線３１Ｄは、それぞれ導線３０を５／６界磁極ピッチの短節巻の重ね巻でステータコア１５に巻装して構成した３つの相巻線（ａ相巻線３２Ｊ〜ｃ相巻線３２Ｌ）を有し、相巻線３２Ｊ〜相巻線３２Ｆを互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにＹ結線して構成されている。
なお、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉ、３２Ｊ〜３２Ｌは、導線３０が、以下に説明するようにステータコア１５に短節巻で巻装されたもので構成されている。
【０１０８】
以下、電機子巻線１６Ｃの巻線構造について説明する。
まず、第１の３相交流巻線３１Ｃの巻線構造について説明する。
ａ相巻線３２Ｇの導線３０は、取出部Ｘａをリヤ側に配置されて、リヤ側から１９番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して２４番のスロット１５ｂに渡され、２４番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、１９番と２４番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【０１０９】
さらに、導線３０は、２４番のスロット１５ｂの延出側が１８番のスロット１５ｂまで渡されて１８番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、１３番のスロット１５ｂまで渡され、１３番のスロット１５ｂに通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、１８番と１３番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【０１１０】
さらに、導線３０の１３番のスロット１５ｂからの延出側が、７番のスロット１５ｂまで渡されている。そして、導線３０は、７番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、１２番のスロット１５ｂまで渡され、１２番のスロット１５ｂに通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、７番と１２番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【０１１１】
さらに、導線３０の１２番のスロット１５ｂからの延出側が、６番のスロット１５ｂまで渡されて、６番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、１番のスロット１５ｂまで渡され、１番のスロット１５ｂにフロント側から通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、６番と１番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回され、巻回された導線３０の端部が６番のスロット１５ｂのリヤ側から延出されている。
そして、１番から延出されたａ相巻線３２Ｇを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【０１１２】
ｂ相巻線３２Ｈは、ａ相巻線３２Ｇを構成する導線３０を、スロット１５ｂの番号が戻る方向に４スロット分ずらしてステータコア１５に巻装されたものと同一となっている。即ち、導線３０を、１５番と２０番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで１４番と９番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで３番と８番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、さらに２番と２１番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回して構成されている。２１番から延出されたｂ相巻線３２Ｈを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【０１１３】
ｃ相巻線３２Ｉの導線３０は、ａ相巻線３２Ｇを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に８スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したものと同一となっている。即ち、導線３０を、１１番と１６番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで１０番と５番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで２３番と４番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、さらに２２番と１７番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回して構成されている。
１７番から延出されたｃ相巻線３２Ｉを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【０１１４】
そして、第１の３相交流巻線３１Ｃは、ａ相巻線３２Ｇの１番のスロット１５ｂ側の端部、ｂ相巻線３２Ｈの２１番のスロット１５ｂ側の端部、及びｃ相巻線３２Ｉの１７番のスロット１５ｂ側の端部を接続して中性点を形成することで第１の３相交流巻線３１Ｃが構成される。
そして、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉの中性点を構成する導線３０の一端とは逆側の他端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉと外部との間の電力をやりとりするための取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ａのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
【０１１５】
次いで、第２の３相交流巻線３１Ｄの巻線構造について説明する。
第２の３相交流巻線３１Ｄのａ〜ｃ相巻線３２Ｊ〜３２Ｌの導線３０は、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉをスロット１５ｂの番号が戻る方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。
【０１１６】
ａ〜ｃ相巻線３２Ｊ〜３２Ｌの中性点とは逆側の端部が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｊ〜３２Ｌと外部との間の電力をやりとりするための取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ｂのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
【０１１７】
以上のように構成された電機子巻線１６Ｃは、第１の３相交流巻線３１Ｃの３つの相巻線３２Ｇ〜３２Ｉを構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｄの３つの相巻線３２Ｊ〜３２Ｋを構成する導線の一つが各スロット１５ｂに挿通される。
【０１１８】
また、第１の３相交流巻線３１Ｃのａ相巻線３２Ｇについて考えると、１，６，７，１２，１３、１８、１９及び２４番のスロット１５ｂを利用して５／６極ピッチの短節巻でステータコア１５に巻装されている。
【０１１９】
また、車両用交流発電機１００Ａの第１の３相交流巻線３１Ａのａ相巻線３２Ａについて考えると、コイル巻線部３２ａ，３２ｂが１，６，７，１２，１３、１８、１９及び２４番のスロット１５ｂを利用して巻装されている。
【０１２０】
従って、車両用交流発電機１００Ａ，１００Ｃを比較したとき、同じ番号のスロット１５ｂを利用して巻装されたａ相巻線３２Ｇ及びａ相巻線３２Ａは電磁気的に等価なものである。つまり、車両用交流発電機１００Ａ，１００Ｃのそれぞれのロータ７が回転したとき、界磁極による回転磁界によって誘起される交流の出力電流、及びａ相巻線３２Ｇ，３２Ａのそれぞれに流れる電流によって発生する磁界は同じものとなる。
【０１２１】
同様に、第１の３相交流巻線３１Ｃのｂ相巻線３２Ｈ及びｃ相巻線３２Ｉは、車両用交流発電機１００Ａの第１の３相交流巻線３１Ａのｂ相巻線３２Ｂ及びｃ相巻線３２Ｃが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを利用してステータコア１５に巻装されており、ｂ及びｃ相巻線３２Ｈ，３２Ｉとｂ及びｃ相巻線３２Ｂ，３２Ｃとは電磁気的に等価なものである。
【０１２２】
また、第２の３相交流巻線３１Ｄのａ相巻線３２Ｊ〜ｃ相巻線３２Ｌは、車両用交流発電機１００Ａの第２の３相交流巻線３１Ｂのａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆと同じ番号のスロット１５ｂを利用してステータコア１５に巻装されており、ａ相巻線３２Ｊ〜ｃ相巻線３２Ｌとａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆは、電磁気的に等価なものである。つまり、電機子巻線１６Ｃは電機子巻線１６Ａと電磁気的に等価なものとなる。
【０１２３】
以上のことから、車両用交流発電機１００Ｃによれば、複数のスロット１５ｂにおいて、同一のスロット１５ｂを通る導線３０に流れる５次高調波電流が互いに打ち消し合う電流が発電時に流される。
従って、車両用交流発電機１００Ｃによれば、車両用交流発電機１００Ａと同様、ロータ７が低速に回転している場合に、整流器１２の出力を従来の発電機の出力電流に比べて増大させることができる。
さらに、車両用交流発電機１００Ｃは、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌを短節巻としたことによって、コイルエンド寸法を短くでき、これにより、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌの巻線抵抗を小さくすることができる。
【０１２４】
なお、上記実施の形態３では、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌは、導線３０を短節巻の重ね巻でステータコア１５に巻装して構成されるものとして説明したが、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌは、導線３０を短節巻の波巻でステータコア１５に巻装して構成されているものでもよい。
【０１２５】
また、上記各実施の形態では、説明の便宜上、界磁極の数が４で、スロット１５ｂの数が２４個の車両用交流発電機１００Ａ〜１００Ｃについて説明した。しかし、界磁極の数が２ｎ（但し、ｎは正の整数）であり、スロット１５ｂ数が２ｎ×６個を満たすものであれば、界磁極の数、及びスロット１５ｂの数は特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよい。
【０１２６】
また、上記各実施の形態では、回転電機として、車両用交流発電機１００Ａ〜１００Ｃを例にあげて説明したが、ロータ７、ステータ８、及び整流器１２と同様の構成のロータ、ステータ、及び整流器を有する交流電動機を回転電機として適用することができる。
【０１２７】
また、上記各実施の形態では、導線３０は、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製されるものとして説明したが、導線はこのものに限定されず、例えば、矩形断面などの他の断面形状でもよく、また、銅以外の金属を材料として作製されていてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
７ ロータ、８ ステータ、１２ 整流器、１５ ステータコア、１５ａ ティース、１５ｂ スロット、２２，２３ 爪状磁極（界磁極）、３０ 導線、３１Ａ，３１Ｃ 第１の３相交流巻線、３１Ｂ，３１Ｄ 第２の３相交流巻線、３２Ａ〜３２Ｉ 相巻線、３２ａ〜３２ｌ コイル巻線部、１００Ａ〜１００Ｃ 車両用交流発電機（回転電機）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車等に搭載される交流発電機や始動電動機などの回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用交流発電機は、回転方向に極性が交互に異なるように配置した複数の界磁極を有する回転子と、複数のスロットが形成された固定子鉄心、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコアに巻装された３つの相巻線をＹ結線して構成された第１及び第２の３相交流巻線を備えるステータと、回転子の回転に応じて第１及び第２の３相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器と、を備え、相巻線が、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコアに巻装された２つのコイル巻線部を直列に接続して構成され、第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度となっている（例えば、特許文献１参照）。
以下では、相巻線のそれぞれが、互いの間の電気角位相が異なる２つのコイル巻線部を直列に接続して構成され、かつ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるように３つの相巻線をＹ結線して構成した３相交流巻線を千鳥Ｙ巻線とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６４４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、千鳥Ｙ巻線において、各相巻線を構成する２つのコイル巻線部を、電気角位相をそろえて直列に接続されるように巻きなおして構成した３相交流巻線を通常Ｙ巻線とする。なお、第１及び第２の３相交流巻線を通常Ｙ巻線とする車両用交流発電機は従来から広く普及しており、第１及び第２の３相交流巻線を通常Ｙ巻線とする車両用交流発電機を一般の車両用交流発電機とする。
【０００５】
そして、第１及び第２の３相交流巻線を千鳥Ｙ巻線とするものの他、第１及び第２の３相交流巻線を短節巻のもとを含む従来の車両用交流発電機では、通常Ｙ巻線を用いた一般の車両交流用発電機に比べ、巻線係数が小さくなるために等価巻数が小さくなる。つまり、従来の車両用交流発電機では、インダクタンスが低下して起電力が低下する。また、従来の車両用交流発電機は、電機子反作用が、一般の車両用交流発電機より小さくなることが知られている。
【０００６】
以上を総合的に考慮すると、従来の車両用交流発電機では、一般の車両用交流発電機に比べ、ロータが低速で回転する領域では、整流器の出力（電流）が低下し、ロータが高速で回転する領域では、整流器の出力が増加するというのが従来の知見である。
【０００７】
特許文献１には、従来の車両用交流発電機が発電を行ったときに、整流器の出力（電流）をどのように流すかについては、また、３相交流巻き線を千鳥Ｙ巻線とすることで、出力特性がどのようになるかについては、何ら触れられていいない。
【０００８】
そして、車両用交流発電機及び一般の車両交流発電機がそれぞれ搭載された車両のそれぞれでは、エンジンの回転に同期するロータの回転速度（角速度）が所定の大きさになるまでは、回転速度が増大するにつれて整流器の出力も増大するが、整流器の出力はロータの回転速度が所定の速さより速くなると略飽和する。
【０００９】
例えば車両が所定以上の速さで走行している場合、ロータは高速で回転するので、整流器の整流出力により充電される蓄電池は、車両に用いられている電気機器を駆動するのに十分な電力を供給可能である。一方、エンジンがアイドリング状態にある場合など、エンジンが低速に回転しているときはロータの回転も低速であるので、整流器の出力は小さなものとなる。つまり、ロータが低速で回転し続ける場合、蓄電池の充電が電力消費に対して追い付かなくなり、蓄電池があがってしまう恐れがある。このため、ロータが低速で回転しているときの整流器の出力を増大させることが重要である。
【００１０】
各相巻線の巻数を増やして各相巻線の起電力を増大させることで、ロータが低速に回転しているときでも整流器の出力を増大させることは可能となるが、この場合、各相巻線の抵抗が増大して発電効率が低下してしまう。
【００１１】
本出願人は、この不具合を解消するための鋭意努力を重ねた結果、千鳥Ｙ巻線を用いた発電機において、各相巻線の巻数を増やさなくても第１及び第２の３相交流巻線の相巻線を特定の巻線構造でステータコアに巻装することで、ロータが低速に回転しているときに、整流器の出力が増大することを見出し、本願を発明した。
【００１２】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、第１及び第２の３相交流巻線の相巻線を構成する導線を特定の巻線構造でステータコアに巻装して、ロータが低速に回転しているときでも発電効率を低下させることなく出力電流を増大させることのできる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、２ｎ個（但し、ｎは正の整数）の界磁極を有するロータと、隣り合うティースにより区画されたスロットが周方向に所定のピッチで２ｎ×６個形成されたステータコア、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコアに巻装された３つの相巻線をＹ結線して構成された第１及び第２の３相交流巻線を備えるステータと、ロータの回転に応じて第１及び第２の３相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器とを備え、第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度であり、第１の３相交流巻線の３つの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線の３つの相巻線を構成する導線のうちの一つが各スロットに挿通され、同一のスロットを通る導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一のスロットを通る各導線を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による回転電機によれば、同一のスロットを通る導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一のスロットを通る各導線を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成されている。これにより、各相巻線の巻線数を増やすことなく、言い換えれば、各相巻線の抵抗の増大による発電効率の低下を招くことなくロータが低速回転しているときの整流器の出力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【図４】比較用交流発電機の回路図である。
【図５】比較用交流発電機の電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機、及び比較用交流発電機のそれぞれの整流器の出力電流特性を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機のスロット電流の時間波形の一例を示す図である。
【図９】比較用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【００１８】
図１および図２において、回転電機としての車両用交流発電機１００Ａは、アルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着されたランデル型のロータ７と、ロータ７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されたステータ８と、ステータ８で生じた交流出力を直流出力に整流する整流器１２と、を備えている。
【００１９】
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に軸まわりに回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、車両のエンジンの回転トルクを、ベルト(図示せず)を介してシャフト６に伝達できるようになっている。そして、シャフト６は、エンジンの回転に同期して回転する。すなわち、ロータ７がエンジンの回転に同期して回転する。また、ロータ７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固定され、一対のブラシ１０が、このスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。ステータ８で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７に接着されている。
【００２０】
整流器１２は、図２に示されるように、２つの３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂにより構成されている。
そして、３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂのそれぞれは、プラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２とを直列に接続してなるダイオード対を並列に３対接続して構成され、ケース３内に装着されている。
【００２１】
ロータ７は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１３と、この界磁巻線１３を覆うように設けられ、界磁巻線１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０，２１とから構成される。一対のポールコア２０，２１は、鉄製で、それぞれ２つの爪状磁極２２，２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設されている。一対のポールコア２０，２１は、爪状磁極２２，２３をかみ合わせて対向するようにシャフト６に固定されている。なお、爪状磁極２２，２３が界磁極に相当している。界磁極がエンジンの回転に同期するシャフト６にとりつけられているので、回転磁界がエンジンの回転に同期して発生する。
【００２２】
ステータ８は、ステータコア１５と、ステータコア１５に巻装された電機子巻線１６Ａと、を備えている。この電機子巻線１６Ａは、それぞれ、前述の千鳥Ｙ巻線により構成した第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを備え、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相が３０度異なるように構成されている。
【００２３】
第１の３相交流巻線３１Ａは、図２に示されるように、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコア１５に巻装された３つの相巻線（ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃ）をＹ結線して構成されている。そして、ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃのそれぞれは、互いの間の電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装された２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ，３２ｄ、及び３２ｅ，３２ｆを直列に接続して構成されている。
また、第２の３相交流巻線３１Ｂは、互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにステータコア１５に巻装された３つの相巻線（ａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆ）をＹ結線して構成されている。そして、ａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆのそれぞれは、互いの間の電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装された２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ，３２ｊ、及び３２ｋ，３２ｌを直列に接続して構成されている。
【００２４】
各相巻線３２Ａ〜３２Ｃにおいて、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅの一端が外部との電力のやり取りをするための取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなり、コイル巻線部３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの一端が、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅの他端に連結され、コイル巻線部３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの他端が接続されて中性点を構成する。そして、各取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａのそれぞれが、３相全波整流器１２Ａを構成するプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２の接続部のそれぞれに結線されている。
【００２５】
各相巻線３２Ｄ〜３２Ｆにおいて、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋの一端が外部との電力のやり取りをするための取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなり、コイル巻線部３２ｈ，３２ｊ，３２ｌの一端が、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋの他端に連結され、コイル巻線部３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの他端が接続されて中性点を構成する。そして、各取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａのそれぞれが、３相全波整流器１２Ｂを構成するプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２の接続部のそれぞれに結線されている。
【００２６】
また、整流器１２の出力が蓄電池２８および電気負荷２９に供給されるように整流器１２と蓄電池２８及び電気負荷２９に接続されている。
【００２７】
また、図１に示されるように、ファン５（内扇ファン）がロータ７の軸方向の両端に固定されている。そして、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂが電機子巻線１６Ａのフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ａ、１６ｂ近傍のフロントブラケット１およびリヤブラケット２の部位に設けられている。
【００２８】
次いで、電機子巻線１６Ａの巻線構造について図２及び図３を参照しつつ説明する。
説明の便宜上、図３中、爪状磁極２２，２３の位置はステータコア１５の軸方向にずらして図示している。
【００２９】
ステータコア１５は、周方向に等角ピッチで径方向に延びるように形成された複数個のティース１５ａを備える円筒状に作製され、スロット１５ｂが隣接するティース１５ａの間に区画されたている。ティース１５ａ及びスロット１５ｂの数は、界磁極の数×６個の条件を満たす数に設定される。ここでは界磁極の数を４とし、スロット１５ｂの数を２４として説明する。
【００３０】
また、図３中、１〜２４はスロット番号を示している。また、電機子巻線１６Ａの巻線構造をわかりやすくするため、１番〜６番のスロット１５ｂを２４番のスロット１５ｂの右側に新たに１’〜６’番のスロット１５ｂを図示しているが、１’〜６’のスロット１５ｂは１〜６のスロット１５ｂと同一であり、２４番のスロット１５ｂは１番のスロット１５ｂに隣接している。ここで、４つの界磁極（２対のＮ極及びＳ極）に対してスロット１５ｂが２４個形成されているので１つの界磁極当たりのスロット数が６となり、スロット１５ｂは電気角で３０度のピッチで配列されていることになる。
【００３１】
まず、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃからなる第１の３相交流巻線３１Ａの巻線構造について説明する。
ａ相巻線３２Ａは、コイル巻線部３２ａ及びコイル巻線部３２ｂから構成されている。また、ｂ相巻線３２Ｂは、コイル巻線部３２ｃ及びコイル巻線部３２ｄから構成されている。また、ｃ相巻線３２Ｃは、コイル巻線部３２ｅ及びコイル巻線部３２ｆから構成されている。
コイル巻線部３２ａ〜３２ｆは、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製された導線３０を、以下に説明するようにステータコア１５に巻装して構成されている。
【００３２】
まず、ａ相巻線３２Ａの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ａの導線３０は、ステータコア１５のリヤ側（以下、単にリヤ側とする）に取出部Ｘａを配置され、リヤ側から１番のスロット１５ｂを通ってステータコア１５のフロント側（以下、単にフロント側とする）に延出して、７番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、７番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して１３番のスロット１５ｂまで渡され、１３番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して１９番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、１９番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて１番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように１，７，１３，１９番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、例えば、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００３３】
また、コイル巻線部３２ｂの導線３０は、端部をリヤ側に配置され、リヤ側から２４番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して６番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、６番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して１２番のスロット１５ｂまで渡されて１２番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出され、次いで１８番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、１８番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて２４番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように６，１２，１８，２４番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
また、１８番から延出されたａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００３４】
そして、ａ相巻線３２Ａは、１９番のスロット１５ｂから延出しているコイル巻線部３２ａの端部と２４番のスロット１５ｂから延出されているコイル巻線部３２ｂの端部とを接続して構成されている。つまり、ａ相巻線３２Ａは、互いの間の電気角位相差が３０度異なる２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂを直列に連結されたもので構成されている。
【００３５】
次いで、ｂ相巻線３２Ｂの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ｃを構成する導線３０は、リヤ側に取出部Ｙａを配置され、リヤ側から２１番のスロット１５ｂを通ってステータコア１５のフロント側に延出して３番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、３番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して９番のスロットまで渡されている。さらに、導線３０は、９番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出されて１５番のスロット１５ｂまで渡され、１５番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて２１番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように３，９，１５，２１番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００３６】
また、コイル巻線部３２ｄの導線３０は、一端をリヤ側に配置され、リヤ側から２０番のスロット１５ｂを通ってステータコア１５のフロント側に延出して２番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、２番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して折り返されて８番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、８番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出されて１４番のスロット１５ｂまで渡されて１４番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて２０番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように２，８，１４，２０番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
１４番から延出されたｂ相巻線３２Ｂのコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００３７】
そして、ｂ相巻線３２Ｂは、１５番のスロット１５ｂから延出しているコイル巻線部３２ｃの端部と２０番のスロット１５ｂから延出されているコイル巻線部３２ｄの端部とを接続して構成されている。つまり、ｂ相巻線３２Ｂは、互いの間の電気角位相差が３０度異なる２つのコイル巻線部３２ｃ，３２ｄが直列に接続されて構成されている。
【００３８】
次いで、ｃ相巻線３２Ｃの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ｅの導線３０は、リヤ側に取出部Ｚａを配置され、リヤ側から１７番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して２３番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、２３番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して５番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、５番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出されて１１番のスロット１５ｂまで渡され、１１番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて１７番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように５，１１，１７，２３番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００３９】
また、コイル巻線部３２ｆの導線３０は、リヤ側に一端を配置され、リヤ側から１６番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して２２番のスロット１５ｂまで渡されている。さらに、導線３０は、２２番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出して４番のスロット１５ｂまで渡されている。次いで導線３０は、４番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出され、さらに１０番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出されて１６番のスロット１５ｂに戻っている。導線３０は、このように４，１０，１６，２２番のスロット１５ｂからなるスロット群に挿通されて、３周するようにステータコア１５に巻装されている。
また、１０番から延出されたｃ相巻線３２Ｃのコイル巻線部３２ｆを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００４０】
そして、ｃ相巻線３２Ｃは、１１番のスロット１５ｂから延出しているコイル巻線部３２ｅの端部と１６番のスロット１５ｂから延出されているコイル巻線部３２ｆの端部とを接続して構成されている。つまり、ｃ相巻線３２Ｃは、互いの間の電気角位相差が３０度異なる２つのコイル巻線部３２ｅ，３２ｆが直列に接続されて構成されている。
【００４１】
そして、１８番から延出されたコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０の端部、１４番から延出されたコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部、及び１０番から延出されたコイル巻線部３２ｆを構成する導線３０の端部を接続して中性点を形成することで第１の３相交流巻線３１Ａが構成される。
【００４２】
以上の第１の３相交流巻線３１Ａについてまとめると、第１の３相交流巻線３１Ａは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２ＣをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの波巻（全節巻の波巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００４３】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、第１の３相交流巻線３１Ａは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれの巻数は等しくなっている。
そして、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれの取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなっている。
【００４４】
次いで、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆからなる第２の３相交流巻線３１Ｂの巻線構造について説明する。
ａ相巻線３２Ｄは、コイル巻線部３２ｇ及びコイル巻線部３２ｈを直列に接続して構成されている。また、ｂ相巻線３２Ｅは、コイル巻線部３２ｉ及びコイル巻線部３２ｊを直列に接続して構成されている。また、ｃ相巻線３２Ｆは、コイル巻線部３２ｋ及びコイル巻線部３２ｌを直列に接続して構成されている。
コイル巻線部３２ｇ〜３２ｌは、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製された導線３０が、以下に説明するようにステータコア１５に全節巻の波巻で巻装されて構成されている。
【００４５】
コイル巻線部３２ｇ〜コイル巻線部３２ｌは、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜コイル巻線部３２ｆをスロット１５ｂの番号が進む方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。
【００４６】
つまり、第２の３相交流巻線３１Ｂは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２ＦをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成するコイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの波巻（全節巻の波巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００４７】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、第２の３相交流巻線３１Ｂは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれの巻数は等しくなっている。
そして、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのそれぞれの取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなっている。
なお、３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃと同様、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを電気角位相差が１２０度となるようにＹ結線して、３相交流巻線３１Ｂが構成されている。
【００４８】
また、スロット１５ｂは電気角で３０度のピッチで配列されているので、ａ相巻線３２Ａ，３２Ｄ、ｂ相巻線３２Ｂ，３２Ｅ、及びｃ相巻線３２Ｃ，３２Ｆのそれぞれの互いの間の電気角位相差は３０度となる。言い換えれば、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相差が３０度となる。
【００４９】
以上のように構成された電機子巻線１６Ａのコイル巻線部３２ａ〜３２ｌは、以下のようにスロット群に巻装されていることになる。
まず、第１の３相交流巻線３１Ａを構成する６つのコイル巻線部３２ａ〜３２ｆは、それぞれ異なる６つのスロット群に巻装される。また、第２の３相交流巻線３１Ｂを構成する６つのコイル巻線部３２ｇ〜３２ｌが、それぞれ異なるスロット群に巻装される。
【００５０】
また、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれを構成する２つのコイル巻線部が、それぞれ、第２の３相交流巻線３１Ｂを構成する１つの相巻線を構成する１つのコイル巻線部ともう一つの相巻線を構成する１つのコイル巻線部とが巻装されるスロット群に巻装される。つまり、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｅを構成する導線の一つが各スロット１５ｂに挿通される。
【００５１】
このように構成された車両用交流発電機１００Ａでは、電流が蓄電池２８からブラシ１０およびスリップリング９を介して界磁巻線１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、ポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、ポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、ロータ７が回転される。そこで、電機子巻線１６Ａに回転磁界が与えられ、電機子巻線１６Ａに交流の起電力が発生する。この起電力による交流電流（交流出力）が３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂを通って直流に整流されるとともに、その大きさが電圧調整器１８により調整され、蓄電池２８に充電され、電気負荷２９に供給される。
【００５２】
次いで、それぞれを千鳥Ｙ巻線にされた２つの３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂにより電機子巻線１６Ａを構成したことを特徴とする車両用交流発電機１００Ａの効果を確認したので以下にその内容を具体的に説明する。
試験では、以下に説明する比較用交流発電機を用意し、車両用交流発電機１００Ａ、及び比較用交流発電機のそれぞれにおいて、ロータ７の回転速度を変化させたときの整流器１２の出力電流を測定した。なお、整流器１２の出力電流は、３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂの出力電流を足し合わせたものとする。
また、車両用交流発電機１００Ａと同様、比較用交流発電機の界磁極の数は説明の便宜上４として説明しているが、実際には界磁極の数を１６としたものを用いている。
【００５３】
次いで、比較用交流発電機について図４及び図５を参照しつつ説明する。
図４は比較用交流発電機の回路図、図５は比較用交流発電機の電機子巻線の構成を説明する展開図である。
なお、図４及び図５において、車両用交流発電機１００Ａの構成と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
図４及び図５において、比較用交流発電機１１０の電機子巻線７０は、互いに電気角位相が１２０度ずれたａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２ＣをＹ結線して構成される３相交流巻線７１Ａ、及び互いに電気角位相が１２０度ずれたａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２ＦをＹ結線して構成される３相交流巻線７１Ｂを有し、２つの３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂの間の電気角位相が３０度ずらされている。
ａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃのそれぞれは、全節巻の波巻でステータコア１５に巻装された導線３０により構成されている。
ａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２Ｆのそれぞれは、全節巻の波巻でステータコア１５に巻装された導線３０により構成されている。
【００５５】
以下、電機子巻線７０の巻線構造について図５を参照しつつ説明する。
まず、３相交流巻線７１Ａの巻線構造について説明する。
ａ相巻線７２Ａは、車両用交流発電機１００Ａのａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ａが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを通るようにステータコア１５に巻装されている。このとき、ａ相巻線７２Ａは、コイル巻線部３２ａの長さの倍となるように、言い換えれば、ａ相巻線７２Ａは、合計６周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００５６】
また、ｂ相巻線７２Ｂは、車両用交流発電機１００Ａのｂ相巻線３２Ｂのコイル巻線部３２ｃが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを通るようにステータコア１５に巻装されている。このとき、ｂ相巻線７２Ｂは、合計６周するようにステータコア１５に巻装されている。
【００５７】
また、ｃ相巻線７２Ｃは、車両用交流発電機１００Ａのｃ相巻線３２Ｃのコイル巻線部３２ｅが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを通るようにステータコア１５に巻装されている。このとき、ｃ相巻線７２Ｃは、合計６周するようにステータコア１５に巻装されている。
そして、３相交流巻線７１Ａは、ａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃの互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２ＣをＹ結線したもので構成されている。
【００５８】
次いで、３相交流巻線７１Ｂの巻線構造について説明する。
ａ相巻線７２Ｄ〜ｃ相巻線７２Ｆは、ａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃをスロット１５ｂの番号が進む方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。
そして、３相交流巻線７１Ｂは、ａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２Ｆの互いの間の位相差が１２０度となるようにａ相巻線７２Ｄ〜ｃ相巻線７２ＦをＹ結線したもので構成されている。以上のように構成された３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂの間の電気角位相差は３０度となる。また、各スロット１５ｂには、２つの３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂを構成する６つの相巻線７２Ａ〜７２Ｆを構成する導線３０のうちの一つの導線３０のみが挿通されている。
比較用交流発電機１１０の他の構成は、車両用交流発電機１００Ａと同様である。
【００５９】
そして、ロータ７の回転速度を１２００（ｒ／ｍｉｎ）から６０００（ｒ／ｍｉｎ）まで変化させて各発電機の出力電流を測定した結果を図６に示す。
図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機、及び比較用交流発電機のそれぞれの整流器の出力電流特性を示す図である。
図６では、ロータ７の回転速度を横軸にとり、出力電流を縦軸にとっている。
以下、車両用交流発電機１００Ａの整流器１２の出力電流、及び比較用交流発電機１１０の整流器１２の出力電流のそれぞれを、単に車両用交流発電機１００Ａの出力電流、及び比較用交流発電機１１０の出力電流のそれぞれとする。
【００６０】
車両用交流発電機１００Ａの出力電流特性は、ロータ７の回転速度が１２００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）の手前までの領域では、ロータ７の回転速度の増大に伴って、所定の傾きで増大し、ロータ７の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）の手前から、ロータ７の回転速度の増大量に対する出力電流の増加量の割合が徐々に減少し、さらに、ロータ７の回転速度が４０００（ｒ／ｍｉｎ）以上でおおよそ飽和した。
【００６１】
比較用交流発電機１１０の出力電流特性は、ロータ７の回転速度が１２００〜１５００（ｒ／ｍｉｎ）以下の領域では、ロータ７の回転速度の増大に伴って、発電機毎に所定の傾きで増大し、ロータ７の回転速度が１５００（ｒ／ｍｉｎ）を超えると、ロータ７の回転速度の増大量に対する出力電流の増加量の割合が徐々に減少し、さらに、ロータ７の回転速度が４０００（ｒ／ｍｉｎ）以上では小さな傾きで出力電流が増加した。
【００６２】
ロータ７の回転速度が１２００〜１５００（ｒ／ｍｉｎ）のとき、車両用交流発電機１００Ａと比較用交流発電機１１０の出力電流の大きさは略同じとなっている。また、ロータ７の回転速度が１５００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）の領域において、車両用交流発電機１００Ａの出力電流増大の傾きは、比較用交流発電機１１０の出力電流増大の傾きよりも大きくなった。
【００６３】
そして、ロータ７の回転速度を１２００（ｒ／ｍｉｎ）から２０００（ｒ／ｍｉｎ）に増大させたとき、車両用交流発電機１００Ａの出力電流と比較用交流発電機１１０の出力電流との差は徐々に広がり、ロータ７の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）のときに、車両用交流発電機１００Ａの出力電流は、比較用交流発電機１１０の出力電流より８（Ａ）程度大きくなった。
【００６４】
また、ロータ７の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）の手前あたりから、車両用交流発電機１００Ａ及び比較用交流発電機１１０ともに、出力電流の増大の傾きが徐々に小さくなった。このとき、車両用交流発電機１００Ａの方が傾きの減少の割合が大きく、ロータ７の回転速度が増大するにつれて、徐々に車両用交流発電機１００Ａと比較用交流発電機１１０の出力電流の差が縮まった。そして、ロータ７の回転速度が３５００（ｒ／ｍ）よりやや大きくなったところで、車両用交流発電機１００Ａの出力電流が比較用交流発電機１１０の出力電流より小さくなった。
【００６５】
ここで、前述したように、車両用交流発電機１００Ａのように、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを千鳥Ｙ巻線とした発電機では、各相巻線を位相ずれのない巻線で構成した通常Ｙ巻線で３相交流巻線７１Ａ，７１Ｂを構成した比較用交流発電機１１０に比べ、ロータ７が低速で回転する場合に起電力が低下し、ロータ７が高速に回転する場合に出力電流が増加するというのが従来の知見である。
【００６６】
本出願人は鋭意努力の結果、それぞれ千鳥Ｙ巻線からなる第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを、電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装することで、従来の知見とは逆の現象が発生することを発見した。つまり、車両用交流発電機１００Ａでは、ロータ７が低速で回転している場合の出力電流が比較用交流発電機１１０より増大し、ロータ７が高速で回転している場合の出力電流は比較用交流発電機１１０より低下するという結果を得た。具体的には、ロータ７の回転速度が３５００（ｒ／ｍｉｎ）程度より遅い領域では、車両用交流発電機１００Ａの出力電流は、比較用交流発電機１１０の出力電流より同等以上となった。
【００６７】
このように、１５００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）を含む広範囲のロータ７の回転速度の領域に対して、車両用交流発電機１００Ａの出力電流は、比較用交流発電機１１０の出力電流より大きくなっている。ロータ７の回転速度が１５００〜２０００（ｒ／ｍｉｎ）の範囲にあるとき、エンジンがアイドリング状態となる車両は広く普及している。上記の結果は、エンジンがアイドリング状態にあるときの車両用交流発電機１００Ａの電流出力が、比較用交流発電機１１０に対して増大することを意味している。
【００６８】
次いで、上記測定結果について検討する。
本出願人は、ロータ７が１５００〜３５００（ｒ／ｍｉｎ）という低速で回転しているときの車両用交流発電機１００Ａの出力電流が、比較用交流発電機１１０の出力電流より大きくなる原因を発見すべく、車両用交流発電機１００Ａ及び比較用交流発電機１１０のそれぞれについて、各相巻線に流れる電流を測定した。
【００６９】
図７はこの発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
図７は、例えば、ロータ７（エンジン）の回転速度が２０００（ｒ／ｍｉｎ）程度のときの車両用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形であり、横軸は時間であり、縦軸は出力電流［Ａ］である。
【００７０】
出力電流は、電気角で３６０°相当する機械角度だけ回転子７が回転するのに要する時間を基本周期として、周期変動する。
【００７１】
ここで、各相巻線３２Ａ〜３２Ｆの出力電流が３相全波整流器１２Ａ，１２Ｂにより流されたり遮断されたりするのに起因して、基本周期の５倍の周期で変動する５次高調波が基本周期を周期とする基本波にのる。各相巻線３２Ａ〜３２Ｆの出力電流は、基本波に５次高調波が乗ったものの方が、基本波に対して大きくなるものと思料される。
【００７２】
ここで、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれを流れる電流は、取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａのそれぞれを流れる電流であり、図７では、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線のそれぞれを流れる電流を、ｘ，ｙ，ｚのそれぞれとして記載する。同様に、第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線のそれぞれを流れる電流は、取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａのそれぞれを流れる電流であり、図７では、第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのそれぞれを流れる電流を、ｕ，ｖ，ｗのそれぞれとして記載する。
【００７３】
また、同一スロット１５ｂに挿入されている導線３０の部位を流れる電流を合成した（足した）ものをスロット電流とする。
なお、各スロット１５ｂには、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのいずれかを構成する導線３０と第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのいずれかを構成する導線３０が同一スロット１５ｂに挿入されるので、スロット電流は、電流ｘ，ｙ，ｚのいずれか一つと、電流ｕ，ｖ，ｗのいずれか一つを合成した電流となる。
図７に示されるように、例えば、電流ｘとｕ、電流ｙとｖ、及び電流ｚとｗのそれぞれでは、５次高調波成分が互いに逆位相になっている区間が多いのがわかる。
【００７４】
次いで、車両用交流発電機のスロット電流の時間波形について説明する。
図８はこの発明の実施の形態１に係る発明の車両用交流発電機のスロット電流の時間波形の一例を示す図である。
【００７５】
図８は、第１の３相交流巻線３１Ａのａ相巻線３２Ａと、第２の３相交流巻線３１Ｂのｂ相巻線３２Ｄに流れる電流ｘ，ｕに特化して図示しているが、電流ｙ，ｖ、及び電流ｚ，ｗの関係も同様に説明される。
【００７６】
上述したように、電流ｘと電流ｕに含まれる５次高調波成分は、おおよそ互いに逆位相になっている。
そして、例えば、車両用交流発電機１００Ａの第１の３相交流巻線のａ相巻線３２Ａと第２の３相交流巻線のａ相巻線３２Ｄを構成する導線３０が所定スロット１５ｂに挿入されている場合、電流ｘと電流ｕの合成電流であるスロット電流は、電流ｘと電流ｕの５次高調波成分が互いに打ち消される。これにより、スロット電流（ｕ＋ｘ）の５次高調波成分は、図８に示されるように大幅に小さくなり、スロット電流は、基本波に近いものとなる。
なお、例えば、同一スロット１５ｂに第１の３相交流巻線のｂ相巻線３２Ｂと第２の３相交流巻線のｂ相巻線３２Ｅを構成する導線３０が挿入されている場合にも、電流ｙと電流ｖの合成電流であるスロット電流は、電流ｙと電流ｖの５次高調波成分が互いに打ち消される。
【００７７】
次いで、比較用交流発電機１１０の各相巻線７２Ａ〜７２Ｆに流れる電流の時間波形について説明する。
図９は比較用交流発電機の各相巻線に流れる電流の時間波形を示す図である。
【００７８】
図９に示されるように、比較用交流発電機１１０でも、電流ｘ，ｙ，ｚのそれぞれ、及び電流ｕ，ｖ，ｗのそれぞれには、５次高調波が含まれている。
ここで、比較用交流発電機１１０において、スロット１５ｂには、３相交流巻線７１Ａのａ〜ｃ相巻線７２Ａ〜７２Ｃ、及び３相交流巻線７１Ｂのａ〜ｃ相巻線７２Ｄ〜７２Ｆのいずれかを構成する導線３０のいずれか１本だけが挿入されている。即ち、各スロット１５ｂのスロット電流は、スロット１５ｂに挿入されている一本の導線３０に流れる電流に等しくなる。従って、スロット電流において、５次高調波成分が打ち消されることはない。
【００７９】
以上のように、車両用交流発電機１００Ａは、各複数のスロット１５ｂに、第１の３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線３０の一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する導線３０の一つが通過するように構成されている。これにより、車両用交流発電機１００Ａの特定の複数のスロット１５ｂのそれぞれのスロット電流においては、同一スロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が打ち消される点で、車両用交流発電機１００Ａと比較用交流発電機１１０とが異なっている。
【００８０】
詳細な因果関係は不明であるが、車両用交流発電機１００Ａでは、特定の複数のスロット１５ｂのそれぞれの合成電流において、同一スロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が打ち消されるのに起因して、比較用交流発電機１１０と比較して、ロータ７が低速回転にあるときの出力電流が増大するものと考えられる。
【００８１】
この実施の形態１の車両用交流発電機１００Ａによれば、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを構成する相巻線３２Ａ〜３２Ｆのそれぞれが、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコア１５に巻装されたコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ，３２ｄ、３２ｅ，３２ｆを直列に接続して構成され、第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度となっている。さらに、車両用交流発電機１００Ａは、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する導線３０のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する導線３０のうちの一つが各スロットに挿通され、同一のスロット１５ｂを通る導線３０に流れる電流を合成した合成電流において、同一のスロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うようにされている。
【００８２】
これにより、各相巻線３２Ａ〜３２Ｃ，３２Ｄ〜３２Ｆの巻数を増やすことなしに、ロータ７が低速で回転する領域での整流器１２の出力電流を増大させることができる。つまり、各相巻線３２Ａ〜３２Ｃ，３２Ｄ〜３２Ｆの抵抗が増大して発電効率が低下することを回避しつつ蓄電池２８があがるのを防止できる。
【００８３】
なお、上記実施の形態１では、ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃ、及びａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆのそれぞれを構成する２つのコイル巻線部は、電気角位相差が３０度となるように直列に接続するものとして説明したが、２つのコイル巻線部は電気角位相差を３０度として直列に接続するものに限定されず、必要に応じて３０度以外の電気角位相差で直列に接続しても本願の効果は得られる。
【００８４】
また、直列に接続するコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ，３２ｄ、・・・、３２ｋ，３２ｌのそれぞれの巻数は等しくなっているので、コイルエンドにコイル巻線部３２ａ〜３２ｌが集中されず、コイル巻線部３２ａ〜３２ｌの巻線性が良くなる。
【００８５】
また、全節巻の波巻で導線３０をステータコア１５にステータコア１５を３周するように巻装して構成されるものとして説明したが、各コイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、１周や２周、または４周以上周回するようにステータコア１５に巻装されているものでもよい。
【００８６】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【００８７】
図１０において、車両用交流発電機１００Ｂの電機子巻線１６Ｂの基本構成は、電機子巻線１６Ａの基本構成と各相巻線３２Ａ〜３２Ｆの巻線方法を除いて同様である。
電機子巻線１６Ｂは、電機子巻線１６Ａと同様、それぞれ、前述の千鳥Ｙ巻線により構成した第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを備え、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相が３０度異なるように構成されている。
そして、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれが、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻（全節巻の波巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００８８】
以下、ａ相巻線３２Ａ〜ｃ相巻線３２Ｃからなる第１の３相交流巻線３１Ａの巻線構造について説明する。
【００８９】
まず、ａ相巻線３２Ａの巻線構造について説明する。
コイル巻線部３２ａを構成する導線３０は、リヤ側に取出部Ｘａを配置され、ステータコア１５のリヤ側から１番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して、１９番のスロット１５ｂまで渡されている。以下、同様に、導線３０は、１番と１９番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【００９０】
さらに、１９番のスロット１５ｂのリヤ側に延出された導線３０が、１３番のスロット１５ｂまで渡され、１３番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、７番のスロット１５ｂまで渡され、７番のスロット１５ｂに通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、１３番と７番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
以上のように、コイル巻線部３２ａが構成されている。
【００９１】
コイル巻線部３２ｂは、一端をリヤ側に配置され、コイル巻線部３２ａを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に１スロット分ずらしてステータコア５に巻装されたもので構成されている。即ち、コイル巻線部３２ｂは、導線３０を２４番と１８番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで１２番と６番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回して構成されている。
そして、６番から延出された導線３０の他端が、中性点を構成する部位となる。
以上のように、コイル巻線部３２ｂが構成されている。
【００９２】
そして、コイル巻線部３２ａを構成する導線３０のうち、７番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部と、２４番のコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０のうち、スロット１５ｂのリヤ側に配置される端部とを連結することで、コイル巻線部３２ａ，３２ｂが直列に接続されてａ相巻線３２Ａが構成される。
【００９３】
次いで、ｂ相巻線３２Ｂの巻線構造について説明する。
ｂ相巻線３２Ｂを構成するコイル巻線部３２ｃ，３２ｄは、ａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ａ，３２ｂを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に４スロット分ずらしてステータコア１５に巻回したもので構成されている。
コイル巻線部３２ｃを構成する導線３０のうち、３番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部と、コイル巻線部３２ｄを構成する導線３０のうち、２０番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部とが連結されており、ｂ相巻線３２Ｂが、直列に接続されたコイル巻線部３２ｃ，３２ｄにより構成される。また、２番から延出されたｂ相巻線３２Ｂのコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００９４】
ｃ相巻線３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ｅ，３２ｆは、ａ相巻線３２Ａのコイル巻線部３２ａ，３２ｂを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に８スロット分ずらしてステータコア１５に巻回したもので構成されている。
コイル巻線部３２ｅを構成する導線３０のうち、２３番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部と、コイル巻線部３２ｆを構成する導線３０のうち、１６番のスロット１５ｂのリヤ側に配置される端部とが連結されており、ｃ相巻線３２Ｃが、直列に接続されたコイル巻線部３２ｅ，３２ｆにより構成される。２２番から延出されたｃ相巻線３２Ｃのコイル巻線部３２ｅを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【００９５】
そして、６番から延出されたコイル巻線部３２ｂを構成する導線３０の端部、２番から延出されたコイル巻線部３２ｄを構成する導線３０の端部、及び２２番から延出されたコイル巻線部３２ｆを構成する導線３０の端部を接続して中性点を形成することで第１の３相交流巻線３１Ａが構成される。
そして、コイル巻線部３２ａ，３２ｃ，３２ｅのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃのそれぞれと外部との電力をやり取りするための取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ａのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
【００９６】
以上の第１の３相交流巻線３１Ａについてまとめると、第１の３相交流巻線３１Ａは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２ＣをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻（全節巻の重ね巻）でステータコア１５に巻装されている。
【００９７】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、第１の３相交流巻線３１Ａは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成する２つのコイル巻線部３２ａ，３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ，及び３２ｅ，３２ｆの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ａ〜３２ｆのそれぞれの巻数は等しくなっている。
【００９８】
次いで、電機子巻線１６Ｂのａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆからなる第２の３相交流巻線３１Ｂの巻線構造について説明する。
【００９９】
電機子巻線１６Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成するコイル巻線部３２ｇ〜コイル巻線部３２ｌは、ａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃを構成するコイル巻線部３２ａ〜３２ｆをスロット１５ｂの番号が進む方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。但し、２４番の次の番号は１番とする。
【０１００】
つまり、３相交流巻線３１Ｂでは、互いの間の電気角位相差が１２０°となるようにステータコア１５に巻装されたａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２ＦをＹ結線して構成されている。ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成するコイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれは、導線３０を界磁極のピッチに等しいピッチの重ね巻（全節巻の重ね巻）でステータコア１５に巻装されている。
【０１０１】
また、直列に接続された２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差は３０度となっている。即ち、３相交流巻線３１Ｂは、各ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆを構成する２つのコイル巻線部３２ｇ，３２ｈ、３２ｉ、３２ｊ，及び３２ｋ，３２ｌの間の電気角位相差を３０°とする千鳥Ｙ巻線により構成されている。なお、コイル巻線部３２ｇ〜３２ｌのそれぞれの巻数は等しくなっている。
そして、コイル巻線部３２ｇ，３２ｉ，３２ｋのそれぞれの一端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆのそれぞれの取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ｂのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
なお、３相交流巻線３１Ａのａ〜ｃ相巻線３２Ａ〜３２Ｃと同様、３相交流巻線３１Ｂのａ〜ｃ相巻線３２Ｄ〜３２Ｆの間の電気角位相差は１２０度となるのはいうまでもない。
【０１０２】
また、スロット１５ｂは電気角で３０度のピッチで配列されているので、ａ相巻線３２Ａ，３２Ｄ、ｂ相巻線３２Ｂ，３２Ｅ、及びｃ相巻線３２Ｃ，３２Ｆのそれぞれの互いの間の電気角位相差は３０度となる。言い換えれば、第１及び第２の３相交流巻線３１Ａ，３１Ｂの間の電気角位相差が３０度となる。
【０１０３】
上記のように構成された電機子巻線１６Ｂでは、実施の形態１で説明した電機子巻線１６Ａと同様、第１の３相交流巻線３１Ａの３つの相巻線３２Ａ〜３２Ｃの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｂの３つの相巻線３２Ｄ〜３２Ｅを構成する導線の一つが各スロット１５ｂに挿通される。従って、発電時、特定の複数のスロット１５ｂのそれぞれでの合成電流においては、同一スロット１５ｂを通る導線３０を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消される。
【０１０４】
従って、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１０５】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における電機子巻線の構成を説明する展開図である。
【０１０６】
図１１において、車両用交流発電機１００Ｃの電機子巻線１６Ｃは、互いの間の電気角位相が３０度異なるようにステータコア１５に巻装された第１及び第２の３相交流巻線３１Ｃ，３１Ｄにより構成されている。
【０１０７】
第１の３相交流巻線３１Ｃは、それぞれ導線３０を５／６界磁極ピッチの短節巻の重ね巻でステータコア１５に巻装して構成した３つの相巻線（ａ相巻線３２Ｇ〜ｃ相巻線３２Ｉ）を有し、相巻線３２Ｇ〜３２Ｉを互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにＹ結線して構成されている。
また、第２の３相交流巻線３１Ｄは、それぞれ導線３０を５／６界磁極ピッチの短節巻の重ね巻でステータコア１５に巻装して構成した３つの相巻線（ａ相巻線３２Ｊ〜ｃ相巻線３２Ｌ）を有し、相巻線３２Ｊ〜相巻線３２Ｆを互いの間の電気角位相差が１２０度となるようにＹ結線して構成されている。
なお、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉ、３２Ｊ〜３２Ｌは、導線３０が、以下に説明するようにステータコア１５に短節巻で巻装されたもので構成されている。
【０１０８】
以下、電機子巻線１６Ｃの巻線構造について説明する。
まず、第１の３相交流巻線３１Ｃの巻線構造について説明する。
ａ相巻線３２Ｇの導線３０は、取出部Ｘａをリヤ側に配置されて、リヤ側から１９番のスロット１５ｂを通ってフロント側に延出して２４番のスロット１５ｂに渡され、２４番のスロット１５ｂを通ってリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、１９番と２４番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【０１０９】
さらに、導線３０は、２４番のスロット１５ｂの延出側が１８番のスロット１５ｂまで渡されて１８番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、１３番のスロット１５ｂまで渡され、１３番のスロット１５ｂに通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、１８番と１３番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【０１１０】
さらに、導線３０の１３番のスロット１５ｂからの延出側が、７番のスロット１５ｂまで渡されている。そして、導線３０は、７番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、１２番のスロット１５ｂまで渡され、１２番のスロット１５ｂに通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、７番と１２番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回されている。
【０１１１】
さらに、導線３０の１２番のスロット１５ｂからの延出側が、６番のスロット１５ｂまで渡されて、６番のスロット１５ｂに通されてフロント側に延出し、次いで、１番のスロット１５ｂまで渡され、１番のスロット１５ｂにフロント側から通されてリヤ側に延出している。以下、同様に、導線３０は、６番と１番のスロット１５ｂを通るように所定ターン巻回され、巻回された導線３０の端部が６番のスロット１５ｂのリヤ側から延出されている。
そして、１番から延出されたａ相巻線３２Ｇを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【０１１２】
ｂ相巻線３２Ｈは、ａ相巻線３２Ｇを構成する導線３０を、スロット１５ｂの番号が戻る方向に４スロット分ずらしてステータコア１５に巻装されたものと同一となっている。即ち、導線３０を、１５番と２０番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで１４番と９番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで３番と８番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、さらに２番と２１番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回して構成されている。２１番から延出されたｂ相巻線３２Ｈを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【０１１３】
ｃ相巻線３２Ｉの導線３０は、ａ相巻線３２Ｇを構成する導線３０をスロット１５ｂの番号が戻る方向に８スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したものと同一となっている。即ち、導線３０を、１１番と１６番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで１０番と５番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、ついで２３番と４番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回し、さらに２２番と１７番のスロット１５ｂを通すように環状に所定ターン巻回して構成されている。
１７番から延出されたｃ相巻線３２Ｉを構成する導線３０の端部が、中性点を構成する部位となる。
【０１１４】
そして、第１の３相交流巻線３１Ｃは、ａ相巻線３２Ｇの１番のスロット１５ｂ側の端部、ｂ相巻線３２Ｈの２１番のスロット１５ｂ側の端部、及びｃ相巻線３２Ｉの１７番のスロット１５ｂ側の端部を接続して中性点を形成することで第１の３相交流巻線３１Ｃが構成される。
そして、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉの中性点を構成する導線３０の一端とは逆側の他端が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉと外部との間の電力をやりとりするための取出部Ｘａ，Ｙａ，Ｚａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ａのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
【０１１５】
次いで、第２の３相交流巻線３１Ｄの巻線構造について説明する。
第２の３相交流巻線３１Ｄのａ〜ｃ相巻線３２Ｊ〜３２Ｌの導線３０は、ａ〜ｃ相巻線３２Ｇ〜３２Ｉをスロット１５ｂの番号が戻る方向に１１スロット分ずらしてステータコア１５に巻装したもので構成されている。
【０１１６】
ａ〜ｃ相巻線３２Ｊ〜３２Ｌの中性点とは逆側の端部が、ａ〜ｃ相巻線３２Ｊ〜３２Ｌと外部との間の電力をやりとりするための取出部Ｕａ，Ｖａ，Ｗａとなり、図示しない３相全波整流器１２Ｂのプラス側ダイオードｄ１とマイナス側ダイオードｄ２との接続部のそれぞれに結線されている。
【０１１７】
以上のように構成された電機子巻線１６Ｃは、第１の３相交流巻線３１Ｃの３つの相巻線３２Ｇ〜３２Ｉを構成する導線のうちの一つ、及び第２の３相交流巻線３１Ｄの３つの相巻線３２Ｊ〜３２Ｋを構成する導線の一つが各スロット１５ｂに挿通される。
【０１１８】
また、第１の３相交流巻線３１Ｃのａ相巻線３２Ｇについて考えると、１，６，７，１２，１３、１８、１９及び２４番のスロット１５ｂを利用して５／６極ピッチの短節巻でステータコア１５に巻装されている。
【０１１９】
また、車両用交流発電機１００Ａの第１の３相交流巻線３１Ａのａ相巻線３２Ａについて考えると、コイル巻線部３２ａ，３２ｂが１，６，７，１２，１３、１８、１９及び２４番のスロット１５ｂを利用して巻装されている。
【０１２０】
従って、車両用交流発電機１００Ａ，１００Ｃを比較したとき、同じ番号のスロット１５ｂを利用して巻装されたａ相巻線３２Ｇ及びａ相巻線３２Ａは電磁気的に等価なものである。つまり、車両用交流発電機１００Ａ，１００Ｃのそれぞれのロータ７が回転したとき、界磁極による回転磁界によって誘起される交流の出力電流、及びａ相巻線３２Ｇ，３２Ａのそれぞれに流れる電流によって発生する磁界は同じものとなる。
【０１２１】
同様に、第１の３相交流巻線３１Ｃのｂ相巻線３２Ｈ及びｃ相巻線３２Ｉは、車両用交流発電機１００Ａの第１の３相交流巻線３１Ａのｂ相巻線３２Ｂ及びｃ相巻線３２Ｃが通るスロット１５ｂの番号と同じ番号のスロット１５ｂを利用してステータコア１５に巻装されており、ｂ及びｃ相巻線３２Ｈ，３２Ｉとｂ及びｃ相巻線３２Ｂ，３２Ｃとは電磁気的に等価なものである。
【０１２２】
また、第２の３相交流巻線３１Ｄのａ相巻線３２Ｊ〜ｃ相巻線３２Ｌは、車両用交流発電機１００Ａの第２の３相交流巻線３１Ｂのａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆと同じ番号のスロット１５ｂを利用してステータコア１５に巻装されており、ａ相巻線３２Ｊ〜ｃ相巻線３２Ｌとａ相巻線３２Ｄ〜ｃ相巻線３２Ｆは、電磁気的に等価なものである。つまり、電機子巻線１６Ｃは電機子巻線１６Ａと電磁気的に等価なものとなる。
【０１２３】
以上のことから、車両用交流発電機１００Ｃによれば、複数のスロット１５ｂにおいて、同一のスロット１５ｂを通る導線３０に流れる５次高調波電流が互いに打ち消し合う電流が発電時に流される。
従って、車両用交流発電機１００Ｃによれば、車両用交流発電機１００Ａと同様、ロータ７が低速に回転している場合に、整流器１２の出力を従来の発電機の出力電流に比べて増大させることができる。
さらに、車両用交流発電機１００Ｃは、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌを短節巻としたことによって、コイルエンド寸法を短くでき、これにより、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌの巻線抵抗を小さくすることができる。
【０１２４】
なお、上記実施の形態３では、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌは、導線３０を短節巻の重ね巻でステータコア１５に巻装して構成されるものとして説明したが、各相巻線３２Ｇ〜３２Ｌは、導線３０を短節巻の波巻でステータコア１５に巻装して構成されているものでもよい。
【０１２５】
また、上記各実施の形態では、説明の便宜上、界磁極の数が４で、スロット１５ｂの数が２４個の車両用交流発電機１００Ａ〜１００Ｃについて説明した。しかし、界磁極の数が２ｎ（但し、ｎは正の整数）であり、スロット１５ｂ数が２ｎ×６個を満たすものであれば、界磁極の数、及びスロット１５ｂの数は特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよい。
【０１２６】
また、上記各実施の形態では、回転電機として、車両用交流発電機１００Ａ〜１００Ｃを例にあげて説明したが、ロータ７、ステータ８、及び整流器１２と同様の構成のロータ、ステータ、及び整流器を有する交流電動機を回転電機として適用することができる。
【０１２７】
また、上記各実施の形態では、導線３０は、絶縁被覆された円形断面の銅線で作製されるものとして説明したが、導線はこのものに限定されず、例えば、矩形断面などの他の断面形状でもよく、また、銅以外の金属を材料として作製されていてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
７ ロータ、８ ステータ、１２ 整流器、１５ ステータコア、１５ａ ティース、１５ｂ スロット、２２，２３ 爪状磁極（界磁極）、３０ 導線、３１Ａ，３１Ｃ 第１の３相交流巻線、３１Ｂ，３１Ｄ 第２の３相交流巻線、３２Ａ〜３２Ｉ 相巻線、３２ａ〜３２ｌ コイル巻線部、１００Ａ〜１００Ｃ 車両用交流発電機（回転電機）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｎ個（但し、ｎは正の整数）の界磁極を有するロータと、
隣り合うティースにより区画されたスロットが周方向に所定のピッチで２ｎ×６個形成されたステータコア、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるように上記ステータコアに巻装された３つの相巻線をＹ結線して構成された第１及び第２の３相交流巻線を備えるステータと、
上記ロータの回転に応じて第１及び第２の３相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器と
を備え、
上記第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度であり、
上記第１の３相交流巻線の上記３つの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び上記第２の３相交流巻線の上記３つの相巻線を構成する導線のうちの一つが各上記スロットに挿通され、
同一の上記スロットを通る上記導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一の上記スロットを通る上記導線を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記相巻線のそれぞれは、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコアに巻装されたコイル巻線部を直列に接続して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記３つの相巻線のそれぞれは、５／６界磁極ピッチの短節巻で上記ステータコアに巻装されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
上記３つの相巻線のそれぞれは、短節巻の重ね巻で上記ステータコアに巻装されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項１】
２ｎ個（但し、ｎは正の整数）の界磁極を有するロータと、
隣り合うティースにより区画されたスロットが周方向に所定のピッチで２ｎ×６個形成されたステータコア、及びそれぞれ、互いの間の電気角位相差が１２０度となるように上記ステータコアに巻装された３つの相巻線をＹ結線して構成された第１及び第２の３相交流巻線を備えるステータと、
上記ロータの回転に応じて第１及び第２の３相交流巻線に誘起される交流出力を整流する整流器と
を備え、
上記第１及び第２の３相交流巻線の間の電気角位相差が３０度であり、
上記第１の３相交流巻線の上記３つの相巻線を構成する導線のうちの一つ、及び上記第２の３相交流巻線の上記３つの相巻線を構成する導線のうちの一つが各上記スロットに挿通され、
同一の上記スロットを通る上記導線に流れる電流を合成した合成電流において、同一の上記スロットを通る上記導線を流れる電流に含まれる５次高調波電流が互いに打ち消し合うように構成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記相巻線のそれぞれは、互いの間の電気角位相が異なるようにステータコアに巻装されたコイル巻線部を直列に接続して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記３つの相巻線のそれぞれは、５／６界磁極ピッチの短節巻で上記ステータコアに巻装されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
上記３つの相巻線のそれぞれは、短節巻の重ね巻で上記ステータコアに巻装されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１３０１５１（Ｐ２０１２−１３０１５１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８９６９（Ｐ２０１０−２７８９６９）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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