巻線構造及び磁石式発電機
【課題】同一の電機子巻線の構造から選択的に出力特性を変更することができる巻線構造を備えた磁石式発電機を得る。
【解決手段】電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、前記電機子巻線は、三相電機子巻線を複数回路有して構成し、前記三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を２つ以上に分割し夫々のコイル群に接続端子（Ｔ１〜７，Ｔ９，Ｔ１１，Ｔ１３〜２２，Ｔ２４， Ｔ２６，Ｔ２８〜３０）を設けるとともに、各相巻線における一つのコイル群に中間接続端子（Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２，Ｔ２３，Ｔ２５，Ｔ２７）を設け、前記各相巻線同士について前記接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続して結線することで、接続の仕方（ハーネス３０の選択）で出力電圧特性を調整可能とする。
【解決手段】電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、前記電機子巻線は、三相電機子巻線を複数回路有して構成し、前記三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を２つ以上に分割し夫々のコイル群に接続端子（Ｔ１〜７，Ｔ９，Ｔ１１，Ｔ１３〜２２，Ｔ２４， Ｔ２６，Ｔ２８〜３０）を設けるとともに、各相巻線における一つのコイル群に中間接続端子（Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２，Ｔ２３，Ｔ２５，Ｔ２７）を設け、前記各相巻線同士について前記接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続して結線することで、接続の仕方（ハーネス３０の選択）で出力電圧特性を調整可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機の電機子巻線、界磁巻線等における巻線構造に関し、特に、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線について接続する巻線構造、及びこの巻線構造を備えた磁石式発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機の電機子巻線の巻線構造においては、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアに対して、各突極に順次巻線を巻回し、三相の場合は三つのコイル群を形成することが行われていた。
例えば、界磁に永久磁石を使用した磁石式発電機（三相同期発電機）の場合、スロット数や巻線数ターンの設計値、磁石寸法等により出力電圧電流が決められるが、従来、設定された所望の電圧仕様に基づいたスロット数や巻線数ターンを有する電機子コアが製造されることが行われていた。
【０００３】
したがって、従来の構造であると、出力電圧電流の仕様を変更する場合には、界磁マグネット仕様、スロット数、巻線数等を設計変更し、それに応じた電機子コアを製造することが必要であった。
すなわち、磁石式発電機においては、必要とする出力電圧特性により、それぞれ対応した電機子コア仕様と同じく界磁マグネット仕様を用意しなければならなかった。これは、電機子巻線と界磁側マグネットの仕様が一種類で可変することができないからである。そのため、磁石式発電機における種々の出力電圧仕様に対して、磁石発電機の巻線及びマグネット配置の仕様が多種となり、多種の在庫及び金型・製造設備治具等を用意しなければならず、量産効果を出しにくいという現象が生じていた。
【０００４】
また、三相電機子巻線について、各電機子巻線に中間タップを設ける構造が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平５−３２８６４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の三相電機子巻線は、電機子巻線で電源に接続されている巻線数ターンには、ターン数比率の分担以上に電圧が印加され、キャリヤ周波数が高くパルス幅変調のインバータで回転電機が運転された場合は、回転電機の端子には立ち上り時間の速くピーク値の高い電圧が印加されることがあり、回転電機に使用している電機子巻線の寿命が短くなるため、電源に接続されている電機子巻線の寿命が一部に偏ることがないよう、使用時間毎に端子を切り替えて、電機子巻線の寿命を平均的にすると共に片寄りをなくして寿命を延ばすものである。すなわち、特許文献１に記載された中間タップを設ける構造は、電機子巻線に中間タップを設けることにより、選択的な出力特性の変更を目的としたものでない。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、電機子巻線に接続端子を設ける構造により、同一の電機子巻線の構造により選択的に出力特性を変更することができる巻線構造及びこの巻線構造を有する磁石式発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の請求項１の巻線構造は、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線に対して、スロット毎に前記巻線両端に接続端子を設け、所望とする出力特性に合わせて、外部接続電線により前記巻線の前記接続端子同士を選択接続して成ることを特徴としている。
【０００８】
本発明の請求項２は、電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、前記電機子巻線のスロット毎にその両端に設けた接続端子と、前記電機子巻線の前記接続端子を、所望とする出力電圧電流に合わせて選択接続する外部接続電線とを具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項３は、電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、前記電機子巻線は、三相電機子巻線を複数回路有して構成し、前記三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を２つ以上に分割し夫々のコイル群に接続端子を設けるとともに、各相巻線における一つ又は複数のコイル群に中間接続端子を設け、前記各相巻線同士について前記接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続して結線して成ることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項４は、請求項２の磁石式発電機において、前記接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成することを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項５は、請求項３の磁石式発電機において、前記接続端子及び中間接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成することを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項６は、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁石式発電機において、前記外部接続電線は、前記接続端子を選択的に接続することで、各電機子巻線を直並列に接続可能として成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の巻線構造によれば、巻線に対して複数の接続端子を設けることで、接続端子に対する外部接続電線の接続の仕方を変えることで、巻線についての選択的な接続が可能となり、発電機や電動機の電機子巻線や界磁巻線において、複数通りの出力特性を得ることができる。
【００１４】
本発明の磁石式発電機によれば、外部接続電線の接続の仕方を変えることで、複数通りの出力電圧電流特性を有する構造とすることができる。
したがって、固定子電機子巻線を共通にしたまま、出力電圧仕様を複数通りに容易に切り換えることができるため、電機子巻線を備えたステータ構造体を量産し易くなり、結果として発電機の製造コストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
本発明は、発電機や電動機の巻線構造に関するものであるが、以下、磁石式発電機の電機子巻線構造に適用した例について、図１乃至図１２を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るアウタロータ型の磁石式発電機のステータ構造体１の正面説明図である。図２及び図３は、磁石式発電機のステータ構造体１の側面説明図及び背面説明図である。また、図４及び図５は、ステータコアの展開図及び等価回路図である。
【００１７】
本発明の巻線構造を備えたステータ構造体１は、４つのボルト貫通孔１１を貫通するボルトによって、例えば発電機の駆動源であるエンジンのクランクケース等に取り付けられる。ステータ構造体１の外周側には、エンジンの出力軸端部に連結されて回転する有底円筒状のロータヨーク（図示せず）が配置されている。ロータヨークの内側面には界磁用の複数の永久磁石が取り付けられており、このロータヨーク及びステータ構造体１によってアウタロータ型の磁石式発電機が構成される。
【００１８】
ステータ構造体１は、スロット数に対応する複数の突極が周囲に配された環状のステータコア１０と、周方向に４分割されて全体として環状体を成すカプラ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）を備えて構成されている。
ステータコア１０は、環状の基部と、この基部から放射状に突出形成された３０個の突極とから構成される。ステータコア１０は珪素鋼の薄板からコアプレートを打ち抜き成型し、これを複数重ねることで構成されている。
図１は、カプラ２０をステータコア１０に取り付け、このステータコア１０の突極に合成樹脂等の絶縁材料からなるボビンを介してステータ巻線５を巻回し、更に、各突極を巻回したステータ巻線５の端部（引き出し口）をカプラ２０の所定位置に装着された導電性の各接続端子２５に接続することでターミナルＴ１〜Ｔ３０が構成された状態のステータ構造体１を示している。
接続端子２５は、各ターミナルＴ１〜Ｔ３０に装着可能な形状の導電性の金属片（専用端子）で構成され、ステータ巻線５の端部を接続固定してステータ巻線５に対するタップとしての接続端子若しくは中間接続端子が形成できるようになっている。
【００１９】
ステータ構造体１には、図５の等価回路図に示すように、ステータコア１０の３０個の突極にそれぞれ巻かれた主巻線における５個の突極に対応する巻線を１組とした三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の２回路が構成されている。すなわち、突極Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５をそれぞれ巻回するＵ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃでＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する１つ目の三相回路が形成され、突極Ｕ６〜Ｕ１０，Ｖ６〜Ｖ１０，Ｗ６〜Ｗ１０をそれぞれ巻回するＵ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆでＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する２つ目の三相回路が形成されている。そして、Ｕ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃ，Ｕ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆの所望位置には、接続端子及び中間接続端子としてのターミナルＴ１〜Ｔ３０が形成されている。接続端子及び中間接続端子の形成位置については後述する。
なお、主巻線の三相出力は、インバータ回路（図示せず）で所定周波数の交流に変換される等、目的に合わせた変換処理を経て電極負荷に提供される。
【００２０】
次に、Ｕ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃ，Ｕ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆにおける接続端子及び中間接続端子としてのターミナルＴ１〜Ｔ３０の位置について、図１、図４及び図５を参照して説明する。
突極Ｕ１を巻回する巻線５１ａの両端に接続端子となるターミナルＴ１，Ｔ２を形成する。突極Ｕ２を巻始めとし突極Ｕ５で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ａの両端に接続端子となるにターミナルＴ７（突極Ｕ２側），Ｔ１３（突極Ｕ５側）を形成し、突極Ｕ２の反ターミナルＴ７形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ８を形成する。
突極Ｖ１を巻回する巻線５１ｂの両端に接続端子となるターミナルＴ３，Ｔ４を形成する。突極Ｖ２を巻始めとし突極Ｖ５で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｂの両端に接続端子となるにターミナルＴ９（突極Ｖ２側），Ｔ１４（突極Ｖ５側）を形成し、突極Ｖ２の反ターミナルＴ９形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ１０を形成する。
突極Ｗ１を巻回する巻線５１ｃの両端に接続端子となるターミナルＴ５，Ｔ６を形成する。突極Ｗ２を巻始めとし突極Ｗ５で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｃの両端に接続端子となるにターミナルＴ１１（突極Ｗ２側），Ｔ１５（突極Ｗ５側）を形成し、突極Ｗ２の反ターミナルＴ１１形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ１２を形成する。
【００２１】
突極Ｕ６を巻回する巻線５１ｄの両端に接続端子となるターミナルＴ１６，Ｔ１７を形成する。突極Ｕ７を巻始めとし突極Ｕ１０で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｄの両端に接続端子となるにターミナルＴ２２（突極Ｕ７側），Ｔ２８（突極Ｕ１０側）を形成し、突極Ｕ７の反ターミナルＴ２２形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ２３を形成する。
突極Ｖ６を巻回する巻線５１ｅの両端に接続端子となるターミナルＴ１８，Ｔ１９を形成する。突極Ｖ７を巻始めとし突極Ｖ１０で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｅの両端に接続端子となるにターミナルＴ２４（突極Ｖ７側），Ｔ２９（突極Ｖ１０側）を形成し、突極Ｖ７の反ターミナルＴ２４形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ２５を形成する。
突極Ｗ６を巻回する巻線５１ｆの両端に接続端子となるターミナルＴ２０，Ｔ２１を形成する。突極Ｗ７を巻始めとし突極Ｗ１０で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｆの両端に接続端子となるにターミナルＴ２６（突極Ｗ７側），Ｔ３０（突極Ｗ１０側）を形成し、突極Ｗ７の反ターミナルＴ２６形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ２７を形成する。
上述したように、Ｕ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃ，Ｕ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆに接続端子及び中間接続端子（ターミナルＴ１〜Ｔ３０）を設けることにより、図１のステータ構造体１の等価回路図は図５のようになる。
【００２２】
したがって、図５の等価回路において、各接続端子及び中間接続端子（ターミナルＴ１〜Ｔ３０）に対して、外部接続電線にて電機子巻線の選択的組み合わせを換えるように接続すれば、出力端に複数種類の出力電圧を得ることができる。
【００２３】
次に、外部接続電線による電機子巻線の第１の接続例について、図６及び図７により説明する。
図６におけるターミナルＴ１〜Ｔ３０に対して、Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ２８，Ｔ２９，Ｔ３０を外部接続電線３０Ａで接続し、これらを中性点端子（Ｎ−２）に接続する一方、Ｔ１とＴ７、Ｔ２とＴ８，Ｔ１６とＴ２２、Ｔ１７とＴ２３を外部接続電線３０Ａによりそれぞれ接続し、Ｔ１，Ｔ７，Ｔ１６，Ｔ２２をＵ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｒ−１）に、Ｔ２，Ｔ８を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｒ−２）に接続する。
そして、Ｔ３とＴ９、Ｔ４とＴ１０，Ｔ１８とＴ２４、Ｔ１９とＴ２５を外部接続電線３０Ａによりそれぞれ接続し、Ｔ３，Ｔ９，Ｔ１８，Ｔ２４をＶ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｗ−１）に、Ｔ４，Ｔ１０を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｗ−２）に接続する。
また、Ｔ５とＴ１１、Ｔ６とＴ１２，Ｔ２０とＴ２６、Ｔ２１とＴ２７を外部接続電線３０Ａによりそれぞれ接続し、Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ２０，Ｔ２６をＷ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｌ−１）に、Ｔ６，Ｔ１２を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｌ−２）に接続する。
【００２４】
その結果、外部接続電線３０Ａで電機子巻線間が接続されたステータ構造体１の等価回路図は、図７のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、２個のコイルが並列に接続された部分に３個のコイルを直列に接続して構成されるコイル群同士を並列に接続して各相の回路が構成される（第１の接続例）。
【００２５】
次に、外部接続電線による電機子巻線の第２の接続例について、図８及び図９により説明する。
図８におけるターミナルＴ１〜Ｔ３０に対して、Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ２８，Ｔ２９，Ｔ３０を外部接続電線３０Ｂで接続し、これらを中性点端子（Ｎ−２）に接続する一方、Ｔ２とＴ７、Ｔ１７とＴ２２を外部接続電線３０Ｂによりそれぞれ接続し、Ｔ１とＴ１６をＵ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｒ−１）に、Ｔ８を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｒ−２）に接続する。
そして、Ｔ４とＴ９、Ｔ１９とＴ２４を外部接続電線３０Ｂによりそれぞれ接続し、Ｔ３，Ｔ１８をＶ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｗ−１）に、Ｔ１０を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｗ−２）に接続する。
また、Ｔ６とＴ１１、Ｔ２１とＴ２６を外部接続電線３０Ｂによりそれぞれ接続し、Ｔ５，Ｔ２０をＷ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｌ−１）に、Ｔ１２を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｌ−２）に接続する。
【００２６】
その結果、外部接続電線３０Ｂで電機子巻線間が接続されたステータ構造体１の等価回路図は、図９のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、２個のコイルが直列に接続された部分に更に３個のコイルを直列に接続して構成されるコイル群同士を並列に接続（５個のコイル同士を並列に接続）して各相の回路が構成される（第２の接続例）。
第２の接続例によれば、第１の接続例に比較して各相におけるＵ１，Ｕ２、Ｕ６，Ｕ７、Ｖ１，Ｖ２、Ｖ１，Ｖ６、Ｗ１，Ｗ６部分が並列から直列に置き換わっているので、出力電圧をその分だけ大きくすることができる。
【００２７】
続いて、外部接続電線による電機子巻線の第３の接続例について、図１０及び図１１により説明する。
図１０におけるターミナルＴ１〜Ｔ３０に対して、Ｔ２８，Ｔ２９，Ｔ３０を外部接続電線３０Ｃで接続し、これらを中性点端子（Ｎ−２）に接続する一方、Ｔ２とＴ７、Ｔ１３とＴ１６、Ｔ１７とＴ２２を外部接続電線３０Ｃによりそれぞれ接続し、Ｔ１をＵ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｒ−１）に、Ｔ２３を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｒ−２）に接続する。
そして、Ｔ４とＴ９、Ｔ１４とＴ１８，Ｔ１９とＴ２４を外部接続電線３０Ｃによりそれぞれ接続し、Ｔ３をＶ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｗ−１）に、Ｔ２５を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｗ−２）に接続する。
また、Ｔ６とＴ１１、Ｔ１５とＴ２０，Ｔ２１とＴ２６を外部接続電線３０Ｃによりそれぞれ接続し、Ｔ５をＷ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｌ−１）に、Ｔ２７を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｌ−２）に接続する。
【００２８】
その結果、外部接続電線３０Ｃで電機子巻線間が接続されたステータ構造体１の等価回路図は、図１１のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、１０個のコイルが直列に接続して各相の回路が構成される（第３の接続例）。
第３の接続例によれば、各相において１０個のコイルが直列に接続されるので、第２の接続例に比較して略倍程度の出力電圧を得ることができる。
【００２９】
第１乃至第３の接続例における外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、図１２に示すような予め所望の箇所が接続された配線束（外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの３種類の配線回路にそれぞれ対応する配線束）であるハーネス３０で構成される。ハーネス３０は、電機子接続側に４本の分岐配線３１が形成され、負荷接続側に２本の分岐配線３２が形成されている。各分岐配線３１端には、Ｔ２８〜Ｔ３０及びＴ１〜Ｔ４に接続する円弧の一部を構成する湾曲状のコネクタ３３、Ｔ５〜Ｔ１２に接続するコネクタ３４、Ｔ１３〜Ｔ１９に接続するコネクタ３５、Ｔ２０〜Ｔ２７に接続するコネクタ３６がそれぞれ接続されている。また、各分岐配線３２端には、上述した端子（Ｒ−１）（Ｗ−１）（Ｌ−１）に接続するためのターミナル端子３７、及び、端子（Ｒ−２）（Ｗ−２）（Ｌ−２）（Ｎ−２）に接続するためのターミナル端子３８がそれぞれ接続されている。
【００３０】
上記構造により、ハーネス３０のコネクタ３３，３４，３５，３６を図３のステータ構造体１のカプラ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）に円弧状に設けられた各ターミナルＴ１〜Ｔ３０に対応するように差し込むように接続し、ターミナル端子３７，３８を負荷側に接続すれば、所望の電機子巻線回路（配線回路が異なる外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対応する配線回路）を有する電機子巻線を得ることができる。
したがって、外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対応する配線回路を有するハーネス３０を接続（配線回路が異なるハーネス３０を選択）するだけで、ステータ構造体１における電機子巻線構造が同一であっても異なる電機子巻線回路を得ることができる。
【００３１】
第１乃至第３の接続例の電機子巻線をそれぞれ有するインバータ式の磁石式発電機についての無負荷出力電圧特性を図１３に示す。図１３は、発電機において、回転数（２５００ｒｐｍ、３５００ｒｐｍ、３８００ｒｐｍ）に対する三相整流後の直流電圧を測定したグラフである。出力電圧は回転数に比例し、第３の接続例γ（システム出力電圧ＡＣ２３０Ｖ，５０Ｈｚ用）、第２の接続例β（システム出力電圧ＡＣ１２０Ｖ，６０Ｈｚ用）、第１の接続例α（システム出力電圧ＡＣ１００Ｖ，５０／６０Ｈｚ用）の順に傾きが高い出力電圧の特性が得られる。
【００３２】
上述した第１乃至第３の接続例で示したように、ターミナルＴ１〜Ｔ３０に対する外部接続電線における接続の仕方（ハーネス３０の選択）を変えることで、各コイル群（電機子巻線）を直並列に接続可能として複数通りの出力電圧特性を得ることができる。
したがって、固定子電機子巻線部分の構造を共通にしたまま、外部接続電線による接続で出力電圧仕様を複数通りに容易に切り換えることができるため、出力特性に応じた電機子巻線の製造が不要となる。その結果、ステータ構造体１における電機子巻線の製造工程において、他の電圧仕様に切り換えるための段取り替えが発生しないため、段取り替え工程が削減され、多品種管理のコストも削減できる効果がある。
【００３３】
また、一つの電機子巻線仕様で全ての電圧タイプに対応できるため、造り溜めができる。したがって、原材料費が安くなっている時期を見計らい適時生産を計画して、造り溜めをすることにより電機子巻線の量産を可能とし、実質的な製造コストの削減が期待でできるという利点もある。
また、タップを設けることができる接続端子（専用端子）やカプラ構造であれば、その部分を除く電機子巻線を巻く部分を他の仕様にも使用できるので、他仕様が必要となった場合に接続端子とカプラの金型のみで他仕様の製造ができるので、最小の金型投資で済ませることが可能となる。
【００３４】
上述した磁石式発電機の例では、図５に示したように、三相の電機子巻線を２回路有し、三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を１つのコイルと、４つのコイルとに分割している。夫々のコイル群に対しては、Ｕ相の場合、接続端子（Ｔ１，Ｔ２）（Ｔ７，Ｔ１３）を設けるとともに、４つのコイル群側に中間接続端子Ｔ８を設けている。そして、各相巻線同士について接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続してスター結線の構造を構成している。
この構造に対して、コイル毎（電機子巻線のスロット毎）にその両端に接続端子を設けるようにしてもよい。この場合、コイル１個毎に外部接続電線により接続することが可能となるので、回路構成について多彩なバリエーションを得ることができ、それに応じて種々の出力特性が得られる。
【００３５】
また、上記例では、界磁に永久磁石を使用した磁石式発電機について適用した例を説明したが、発電機や電動機の電機子巻線構造、電動機の界磁巻線等における巻線構造に適用することで、外部接続電線による接続の仕方を調整して出力特性を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電機子巻線構造を備えたステータ構造体の正面説明図である。
【図２】ステータ構造体の側面説明図である。
【図３】ステータ構造体の背面説明図である。
【図４】ステータの展開図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電機子巻線構造の等価回路図である。
【図６】本発明の一実施形態において第１の接続例を適用した電機子巻線構造の接続状態を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態において第１の接続例を適用した電機子巻線構造の等価回路図である。
【図８】本発明の一実施形態において第２の接続例を適用した電機子巻線構造の接続状態を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態において第２の接続例を適用した電機子巻線構造の等価回路図である。
【図１０】本発明の一実施形態において第３の接続例を適用した電機子巻線構造の接続状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態において第３の接続例を適用した電機子巻線構造の等価回路図である。
【図１２】本発明の電機子巻線構造で使用するハーネスの外観説明図である。
【図１３】第１乃至第３の接続例を適用した電機子巻線構造を有する磁石式発電機における回転数に対する三相整流後の出力電圧特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ステータ構造体、 ５…ステータ巻線、 ５ａ…Ｕ相巻線、 ５ｂ…Ｖ相巻線、 ５ｃ…Ｗ相巻線、 ５ｄ…Ｕ相巻線、 ５ｅ…Ｖ相巻線、 ５ｆ…Ｗ相巻線、 １０…ステータコア、 ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）…カプラ、 ２５…接続端子（中間接続端子）、 ３０…ハーネス、 ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…外部接続電線、 ３３，３４，３５，３６…コネクタ、 ５１ａ，５２ａ，…巻線、 ５１ｂ，５２ｂ…巻線、 ５１ｃ，５２ｃ…巻線、 ５１ｄ，５２ｄ…巻線、 ５１ｅ，５２ｅ…巻線、 ５１ｆ，５２ｆ…巻線、 Ｔ１〜Ｔ３０…ターミナル（接続端子、中間接続端子）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機の電機子巻線、界磁巻線等における巻線構造に関し、特に、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線について接続する巻線構造、及びこの巻線構造を備えた磁石式発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機の電機子巻線の巻線構造においては、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアに対して、各突極に順次巻線を巻回し、三相の場合は三つのコイル群を形成することが行われていた。
例えば、界磁に永久磁石を使用した磁石式発電機（三相同期発電機）の場合、スロット数や巻線数ターンの設計値、磁石寸法等により出力電圧電流が決められるが、従来、設定された所望の電圧仕様に基づいたスロット数や巻線数ターンを有する電機子コアが製造されることが行われていた。
【０００３】
したがって、従来の構造であると、出力電圧電流の仕様を変更する場合には、界磁マグネット仕様、スロット数、巻線数等を設計変更し、それに応じた電機子コアを製造することが必要であった。
すなわち、磁石式発電機においては、必要とする出力電圧特性により、それぞれ対応した電機子コア仕様と同じく界磁マグネット仕様を用意しなければならなかった。これは、電機子巻線と界磁側マグネットの仕様が一種類で可変することができないからである。そのため、磁石式発電機における種々の出力電圧仕様に対して、磁石発電機の巻線及びマグネット配置の仕様が多種となり、多種の在庫及び金型・製造設備治具等を用意しなければならず、量産効果を出しにくいという現象が生じていた。
【０００４】
また、三相電機子巻線について、各電機子巻線に中間タップを設ける構造が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平５−３２８６４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の三相電機子巻線は、電機子巻線で電源に接続されている巻線数ターンには、ターン数比率の分担以上に電圧が印加され、キャリヤ周波数が高くパルス幅変調のインバータで回転電機が運転された場合は、回転電機の端子には立ち上り時間の速くピーク値の高い電圧が印加されることがあり、回転電機に使用している電機子巻線の寿命が短くなるため、電源に接続されている電機子巻線の寿命が一部に偏ることがないよう、使用時間毎に端子を切り替えて、電機子巻線の寿命を平均的にすると共に片寄りをなくして寿命を延ばすものである。すなわち、特許文献１に記載された中間タップを設ける構造は、電機子巻線に中間タップを設けることにより、選択的な出力特性の変更を目的としたものでない。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、電機子巻線に接続端子を設ける構造により、同一の電機子巻線の構造により選択的に出力特性を変更することができる巻線構造及びこの巻線構造を有する磁石式発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の請求項１の巻線構造は、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線に対して、スロット毎に前記巻線両端に接続端子を設け、所望とする出力特性に合わせて、外部接続電線により前記巻線の前記接続端子同士を選択接続して成ることを特徴としている。
【０００８】
本発明の請求項２は、電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、前記電機子巻線のスロット毎にその両端に設けた接続端子と、前記電機子巻線の前記接続端子を、所望とする出力電圧電流に合わせて選択接続する外部接続電線とを具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項３は、電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、前記電機子巻線は、三相電機子巻線を複数回路有して構成し、前記三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を２つ以上に分割し夫々のコイル群に接続端子を設けるとともに、各相巻線における一つ又は複数のコイル群に中間接続端子を設け、前記各相巻線同士について前記接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続して結線して成ることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項４は、請求項２の磁石式発電機において、前記接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成することを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項５は、請求項３の磁石式発電機において、前記接続端子及び中間接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成することを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項６は、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁石式発電機において、前記外部接続電線は、前記接続端子を選択的に接続することで、各電機子巻線を直並列に接続可能として成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の巻線構造によれば、巻線に対して複数の接続端子を設けることで、接続端子に対する外部接続電線の接続の仕方を変えることで、巻線についての選択的な接続が可能となり、発電機や電動機の電機子巻線や界磁巻線において、複数通りの出力特性を得ることができる。
【００１４】
本発明の磁石式発電機によれば、外部接続電線の接続の仕方を変えることで、複数通りの出力電圧電流特性を有する構造とすることができる。
したがって、固定子電機子巻線を共通にしたまま、出力電圧仕様を複数通りに容易に切り換えることができるため、電機子巻線を備えたステータ構造体を量産し易くなり、結果として発電機の製造コストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
本発明は、発電機や電動機の巻線構造に関するものであるが、以下、磁石式発電機の電機子巻線構造に適用した例について、図１乃至図１２を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るアウタロータ型の磁石式発電機のステータ構造体１の正面説明図である。図２及び図３は、磁石式発電機のステータ構造体１の側面説明図及び背面説明図である。また、図４及び図５は、ステータコアの展開図及び等価回路図である。
【００１７】
本発明の巻線構造を備えたステータ構造体１は、４つのボルト貫通孔１１を貫通するボルトによって、例えば発電機の駆動源であるエンジンのクランクケース等に取り付けられる。ステータ構造体１の外周側には、エンジンの出力軸端部に連結されて回転する有底円筒状のロータヨーク（図示せず）が配置されている。ロータヨークの内側面には界磁用の複数の永久磁石が取り付けられており、このロータヨーク及びステータ構造体１によってアウタロータ型の磁石式発電機が構成される。
【００１８】
ステータ構造体１は、スロット数に対応する複数の突極が周囲に配された環状のステータコア１０と、周方向に４分割されて全体として環状体を成すカプラ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）を備えて構成されている。
ステータコア１０は、環状の基部と、この基部から放射状に突出形成された３０個の突極とから構成される。ステータコア１０は珪素鋼の薄板からコアプレートを打ち抜き成型し、これを複数重ねることで構成されている。
図１は、カプラ２０をステータコア１０に取り付け、このステータコア１０の突極に合成樹脂等の絶縁材料からなるボビンを介してステータ巻線５を巻回し、更に、各突極を巻回したステータ巻線５の端部（引き出し口）をカプラ２０の所定位置に装着された導電性の各接続端子２５に接続することでターミナルＴ１〜Ｔ３０が構成された状態のステータ構造体１を示している。
接続端子２５は、各ターミナルＴ１〜Ｔ３０に装着可能な形状の導電性の金属片（専用端子）で構成され、ステータ巻線５の端部を接続固定してステータ巻線５に対するタップとしての接続端子若しくは中間接続端子が形成できるようになっている。
【００１９】
ステータ構造体１には、図５の等価回路図に示すように、ステータコア１０の３０個の突極にそれぞれ巻かれた主巻線における５個の突極に対応する巻線を１組とした三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の２回路が構成されている。すなわち、突極Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５をそれぞれ巻回するＵ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃでＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する１つ目の三相回路が形成され、突極Ｕ６〜Ｕ１０，Ｖ６〜Ｖ１０，Ｗ６〜Ｗ１０をそれぞれ巻回するＵ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆでＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する２つ目の三相回路が形成されている。そして、Ｕ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃ，Ｕ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆの所望位置には、接続端子及び中間接続端子としてのターミナルＴ１〜Ｔ３０が形成されている。接続端子及び中間接続端子の形成位置については後述する。
なお、主巻線の三相出力は、インバータ回路（図示せず）で所定周波数の交流に変換される等、目的に合わせた変換処理を経て電極負荷に提供される。
【００２０】
次に、Ｕ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃ，Ｕ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆにおける接続端子及び中間接続端子としてのターミナルＴ１〜Ｔ３０の位置について、図１、図４及び図５を参照して説明する。
突極Ｕ１を巻回する巻線５１ａの両端に接続端子となるターミナルＴ１，Ｔ２を形成する。突極Ｕ２を巻始めとし突極Ｕ５で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ａの両端に接続端子となるにターミナルＴ７（突極Ｕ２側），Ｔ１３（突極Ｕ５側）を形成し、突極Ｕ２の反ターミナルＴ７形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ８を形成する。
突極Ｖ１を巻回する巻線５１ｂの両端に接続端子となるターミナルＴ３，Ｔ４を形成する。突極Ｖ２を巻始めとし突極Ｖ５で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｂの両端に接続端子となるにターミナルＴ９（突極Ｖ２側），Ｔ１４（突極Ｖ５側）を形成し、突極Ｖ２の反ターミナルＴ９形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ１０を形成する。
突極Ｗ１を巻回する巻線５１ｃの両端に接続端子となるターミナルＴ５，Ｔ６を形成する。突極Ｗ２を巻始めとし突極Ｗ５で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｃの両端に接続端子となるにターミナルＴ１１（突極Ｗ２側），Ｔ１５（突極Ｗ５側）を形成し、突極Ｗ２の反ターミナルＴ１１形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ１２を形成する。
【００２１】
突極Ｕ６を巻回する巻線５１ｄの両端に接続端子となるターミナルＴ１６，Ｔ１７を形成する。突極Ｕ７を巻始めとし突極Ｕ１０で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｄの両端に接続端子となるにターミナルＴ２２（突極Ｕ７側），Ｔ２８（突極Ｕ１０側）を形成し、突極Ｕ７の反ターミナルＴ２２形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ２３を形成する。
突極Ｖ６を巻回する巻線５１ｅの両端に接続端子となるターミナルＴ１８，Ｔ１９を形成する。突極Ｖ７を巻始めとし突極Ｖ１０で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｅの両端に接続端子となるにターミナルＴ２４（突極Ｖ７側），Ｔ２９（突極Ｖ１０側）を形成し、突極Ｖ７の反ターミナルＴ２４形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ２５を形成する。
突極Ｗ６を巻回する巻線５１ｆの両端に接続端子となるターミナルＴ２０，Ｔ２１を形成する。突極Ｗ７を巻始めとし突極Ｗ１０で巻き終わりとするように巻回する巻線５２ｆの両端に接続端子となるにターミナルＴ２６（突極Ｗ７側），Ｔ３０（突極Ｗ１０側）を形成し、突極Ｗ７の反ターミナルＴ２６形成側に中間接続端子としてのターミナルＴ２７を形成する。
上述したように、Ｕ相巻線５ａ，Ｖ相巻線５ｂ，Ｗ相巻線５ｃ，Ｕ相巻線５ｄ，Ｖ相巻線５ｅ，Ｗ相巻線５ｆに接続端子及び中間接続端子（ターミナルＴ１〜Ｔ３０）を設けることにより、図１のステータ構造体１の等価回路図は図５のようになる。
【００２２】
したがって、図５の等価回路において、各接続端子及び中間接続端子（ターミナルＴ１〜Ｔ３０）に対して、外部接続電線にて電機子巻線の選択的組み合わせを換えるように接続すれば、出力端に複数種類の出力電圧を得ることができる。
【００２３】
次に、外部接続電線による電機子巻線の第１の接続例について、図６及び図７により説明する。
図６におけるターミナルＴ１〜Ｔ３０に対して、Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ２８，Ｔ２９，Ｔ３０を外部接続電線３０Ａで接続し、これらを中性点端子（Ｎ−２）に接続する一方、Ｔ１とＴ７、Ｔ２とＴ８，Ｔ１６とＴ２２、Ｔ１７とＴ２３を外部接続電線３０Ａによりそれぞれ接続し、Ｔ１，Ｔ７，Ｔ１６，Ｔ２２をＵ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｒ−１）に、Ｔ２，Ｔ８を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｒ−２）に接続する。
そして、Ｔ３とＴ９、Ｔ４とＴ１０，Ｔ１８とＴ２４、Ｔ１９とＴ２５を外部接続電線３０Ａによりそれぞれ接続し、Ｔ３，Ｔ９，Ｔ１８，Ｔ２４をＶ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｗ−１）に、Ｔ４，Ｔ１０を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｗ−２）に接続する。
また、Ｔ５とＴ１１、Ｔ６とＴ１２，Ｔ２０とＴ２６、Ｔ２１とＴ２７を外部接続電線３０Ａによりそれぞれ接続し、Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ２０，Ｔ２６をＷ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｌ−１）に、Ｔ６，Ｔ１２を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｌ−２）に接続する。
【００２４】
その結果、外部接続電線３０Ａで電機子巻線間が接続されたステータ構造体１の等価回路図は、図７のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、２個のコイルが並列に接続された部分に３個のコイルを直列に接続して構成されるコイル群同士を並列に接続して各相の回路が構成される（第１の接続例）。
【００２５】
次に、外部接続電線による電機子巻線の第２の接続例について、図８及び図９により説明する。
図８におけるターミナルＴ１〜Ｔ３０に対して、Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ２８，Ｔ２９，Ｔ３０を外部接続電線３０Ｂで接続し、これらを中性点端子（Ｎ−２）に接続する一方、Ｔ２とＴ７、Ｔ１７とＴ２２を外部接続電線３０Ｂによりそれぞれ接続し、Ｔ１とＴ１６をＵ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｒ−１）に、Ｔ８を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｒ−２）に接続する。
そして、Ｔ４とＴ９、Ｔ１９とＴ２４を外部接続電線３０Ｂによりそれぞれ接続し、Ｔ３，Ｔ１８をＶ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｗ−１）に、Ｔ１０を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｗ−２）に接続する。
また、Ｔ６とＴ１１、Ｔ２１とＴ２６を外部接続電線３０Ｂによりそれぞれ接続し、Ｔ５，Ｔ２０をＷ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｌ−１）に、Ｔ１２を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｌ−２）に接続する。
【００２６】
その結果、外部接続電線３０Ｂで電機子巻線間が接続されたステータ構造体１の等価回路図は、図９のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、２個のコイルが直列に接続された部分に更に３個のコイルを直列に接続して構成されるコイル群同士を並列に接続（５個のコイル同士を並列に接続）して各相の回路が構成される（第２の接続例）。
第２の接続例によれば、第１の接続例に比較して各相におけるＵ１，Ｕ２、Ｕ６，Ｕ７、Ｖ１，Ｖ２、Ｖ１，Ｖ６、Ｗ１，Ｗ６部分が並列から直列に置き換わっているので、出力電圧をその分だけ大きくすることができる。
【００２７】
続いて、外部接続電線による電機子巻線の第３の接続例について、図１０及び図１１により説明する。
図１０におけるターミナルＴ１〜Ｔ３０に対して、Ｔ２８，Ｔ２９，Ｔ３０を外部接続電線３０Ｃで接続し、これらを中性点端子（Ｎ−２）に接続する一方、Ｔ２とＴ７、Ｔ１３とＴ１６、Ｔ１７とＴ２２を外部接続電線３０Ｃによりそれぞれ接続し、Ｔ１をＵ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｒ−１）に、Ｔ２３を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｒ−２）に接続する。
そして、Ｔ４とＴ９、Ｔ１４とＴ１８，Ｔ１９とＴ２４を外部接続電線３０Ｃによりそれぞれ接続し、Ｔ３をＶ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｗ−１）に、Ｔ２５を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｗ−２）に接続する。
また、Ｔ６とＴ１１、Ｔ１５とＴ２０，Ｔ２１とＴ２６を外部接続電線３０Ｃによりそれぞれ接続し、Ｔ５をＷ相における電機子巻線全ターンからの出力電圧を得るための端子（Ｌ−１）に、Ｔ２７を前記出力電圧の分圧を得るための中間タップとしての端子（Ｌ−２）に接続する。
【００２８】
その結果、外部接続電線３０Ｃで電機子巻線間が接続されたステータ構造体１の等価回路図は、図１１のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、１０個のコイルが直列に接続して各相の回路が構成される（第３の接続例）。
第３の接続例によれば、各相において１０個のコイルが直列に接続されるので、第２の接続例に比較して略倍程度の出力電圧を得ることができる。
【００２９】
第１乃至第３の接続例における外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、図１２に示すような予め所望の箇所が接続された配線束（外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの３種類の配線回路にそれぞれ対応する配線束）であるハーネス３０で構成される。ハーネス３０は、電機子接続側に４本の分岐配線３１が形成され、負荷接続側に２本の分岐配線３２が形成されている。各分岐配線３１端には、Ｔ２８〜Ｔ３０及びＴ１〜Ｔ４に接続する円弧の一部を構成する湾曲状のコネクタ３３、Ｔ５〜Ｔ１２に接続するコネクタ３４、Ｔ１３〜Ｔ１９に接続するコネクタ３５、Ｔ２０〜Ｔ２７に接続するコネクタ３６がそれぞれ接続されている。また、各分岐配線３２端には、上述した端子（Ｒ−１）（Ｗ−１）（Ｌ−１）に接続するためのターミナル端子３７、及び、端子（Ｒ−２）（Ｗ−２）（Ｌ−２）（Ｎ−２）に接続するためのターミナル端子３８がそれぞれ接続されている。
【００３０】
上記構造により、ハーネス３０のコネクタ３３，３４，３５，３６を図３のステータ構造体１のカプラ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）に円弧状に設けられた各ターミナルＴ１〜Ｔ３０に対応するように差し込むように接続し、ターミナル端子３７，３８を負荷側に接続すれば、所望の電機子巻線回路（配線回路が異なる外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対応する配線回路）を有する電機子巻線を得ることができる。
したがって、外部接続電線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに対応する配線回路を有するハーネス３０を接続（配線回路が異なるハーネス３０を選択）するだけで、ステータ構造体１における電機子巻線構造が同一であっても異なる電機子巻線回路を得ることができる。
【００３１】
第１乃至第３の接続例の電機子巻線をそれぞれ有するインバータ式の磁石式発電機についての無負荷出力電圧特性を図１３に示す。図１３は、発電機において、回転数（２５００ｒｐｍ、３５００ｒｐｍ、３８００ｒｐｍ）に対する三相整流後の直流電圧を測定したグラフである。出力電圧は回転数に比例し、第３の接続例γ（システム出力電圧ＡＣ２３０Ｖ，５０Ｈｚ用）、第２の接続例β（システム出力電圧ＡＣ１２０Ｖ，６０Ｈｚ用）、第１の接続例α（システム出力電圧ＡＣ１００Ｖ，５０／６０Ｈｚ用）の順に傾きが高い出力電圧の特性が得られる。
【００３２】
上述した第１乃至第３の接続例で示したように、ターミナルＴ１〜Ｔ３０に対する外部接続電線における接続の仕方（ハーネス３０の選択）を変えることで、各コイル群（電機子巻線）を直並列に接続可能として複数通りの出力電圧特性を得ることができる。
したがって、固定子電機子巻線部分の構造を共通にしたまま、外部接続電線による接続で出力電圧仕様を複数通りに容易に切り換えることができるため、出力特性に応じた電機子巻線の製造が不要となる。その結果、ステータ構造体１における電機子巻線の製造工程において、他の電圧仕様に切り換えるための段取り替えが発生しないため、段取り替え工程が削減され、多品種管理のコストも削減できる効果がある。
【００３３】
また、一つの電機子巻線仕様で全ての電圧タイプに対応できるため、造り溜めができる。したがって、原材料費が安くなっている時期を見計らい適時生産を計画して、造り溜めをすることにより電機子巻線の量産を可能とし、実質的な製造コストの削減が期待でできるという利点もある。
また、タップを設けることができる接続端子（専用端子）やカプラ構造であれば、その部分を除く電機子巻線を巻く部分を他の仕様にも使用できるので、他仕様が必要となった場合に接続端子とカプラの金型のみで他仕様の製造ができるので、最小の金型投資で済ませることが可能となる。
【００３４】
上述した磁石式発電機の例では、図５に示したように、三相の電機子巻線を２回路有し、三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を１つのコイルと、４つのコイルとに分割している。夫々のコイル群に対しては、Ｕ相の場合、接続端子（Ｔ１，Ｔ２）（Ｔ７，Ｔ１３）を設けるとともに、４つのコイル群側に中間接続端子Ｔ８を設けている。そして、各相巻線同士について接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続してスター結線の構造を構成している。
この構造に対して、コイル毎（電機子巻線のスロット毎）にその両端に接続端子を設けるようにしてもよい。この場合、コイル１個毎に外部接続電線により接続することが可能となるので、回路構成について多彩なバリエーションを得ることができ、それに応じて種々の出力特性が得られる。
【００３５】
また、上記例では、界磁に永久磁石を使用した磁石式発電機について適用した例を説明したが、発電機や電動機の電機子巻線構造、電動機の界磁巻線等における巻線構造に適用することで、外部接続電線による接続の仕方を調整して出力特性を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電機子巻線構造を備えたステータ構造体の正面説明図である。
【図２】ステータ構造体の側面説明図である。
【図３】ステータ構造体の背面説明図である。
【図４】ステータの展開図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電機子巻線構造の等価回路図である。
【図６】本発明の一実施形態において第１の接続例を適用した電機子巻線構造の接続状態を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態において第１の接続例を適用した電機子巻線構造の等価回路図である。
【図８】本発明の一実施形態において第２の接続例を適用した電機子巻線構造の接続状態を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態において第２の接続例を適用した電機子巻線構造の等価回路図である。
【図１０】本発明の一実施形態において第３の接続例を適用した電機子巻線構造の接続状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態において第３の接続例を適用した電機子巻線構造の等価回路図である。
【図１２】本発明の電機子巻線構造で使用するハーネスの外観説明図である。
【図１３】第１乃至第３の接続例を適用した電機子巻線構造を有する磁石式発電機における回転数に対する三相整流後の出力電圧特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ステータ構造体、 ５…ステータ巻線、 ５ａ…Ｕ相巻線、 ５ｂ…Ｖ相巻線、 ５ｃ…Ｗ相巻線、 ５ｄ…Ｕ相巻線、 ５ｅ…Ｖ相巻線、 ５ｆ…Ｗ相巻線、 １０…ステータコア、 ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）…カプラ、 ２５…接続端子（中間接続端子）、 ３０…ハーネス、 ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…外部接続電線、 ３３，３４，３５，３６…コネクタ、 ５１ａ，５２ａ，…巻線、 ５１ｂ，５２ｂ…巻線、 ５１ｃ，５２ｃ…巻線、 ５１ｄ，５２ｄ…巻線、 ５１ｅ，５２ｅ…巻線、 ５１ｆ，５２ｆ…巻線、 Ｔ１〜Ｔ３０…ターミナル（接続端子、中間接続端子）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線に対して、スロット毎に前記巻線両端に接続端子を設け、所望とする出力特性に合わせて、外部接続電線により前記巻線の前記接続端子同士を選択接続して成る
ことを特徴とする巻線構造。
【請求項２】
電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、
前記電機子巻線のスロット毎にその両端に設けた接続端子と、
前記電機子巻線の前記接続端子を、所望とする出力電圧電流に合わせて、選択接続する外部接続電線と
を具備することを特徴とする磁石式発電機。
【請求項３】
電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、
前記電機子巻線は、三相電機子巻線を複数回路有して構成し、
前記三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を２つ以上に分割し夫々のコイル群に接続端子を設けるとともに、各相巻線における一つ又は複数のコイル群に中間接続端子を設け、
前記各相巻線同士について前記接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続して結線して成る
ことを特徴とする磁石式発電機。
【請求項４】
前記接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成する請求項２に記載の磁石式発電機。
【請求項５】
前記接続端子及び中間接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成する請求項３に記載の磁石式発電機。
【請求項６】
前記外部接続電線は、前記接続端子を選択的に接続することで、各電機子巻線を直並列に接続可能として成る請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁石式発電機。
【請求項１】
スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線に対して、スロット毎に前記巻線両端に接続端子を設け、所望とする出力特性に合わせて、外部接続電線により前記巻線の前記接続端子同士を選択接続して成る
ことを特徴とする巻線構造。
【請求項２】
電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、
前記電機子巻線のスロット毎にその両端に設けた接続端子と、
前記電機子巻線の前記接続端子を、所望とする出力電圧電流に合わせて、選択接続する外部接続電線と
を具備することを特徴とする磁石式発電機。
【請求項３】
電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、
前記電機子巻線は、三相電機子巻線を複数回路有して構成し、
前記三相電機子巻線の各相巻線のコイル群を２つ以上に分割し夫々のコイル群に接続端子を設けるとともに、各相巻線における一つ又は複数のコイル群に中間接続端子を設け、
前記各相巻線同士について前記接続端子及び中間接続端子を所望の出力電圧電流に合わせて選択的に接続して結線して成る
ことを特徴とする磁石式発電機。
【請求項４】
前記接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成する請求項２に記載の磁石式発電機。
【請求項５】
前記接続端子及び中間接続端子は、磁石式発電機の固定子側の電機子巻線に装着されたカプラに設けた専用端子でタップを構成する請求項３に記載の磁石式発電機。
【請求項６】
前記外部接続電線は、前記接続端子を選択的に接続することで、各電機子巻線を直並列に接続可能として成る請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の磁石式発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１１５０４１（Ｐ２０１０−１１５０４１Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８６４４３（Ｐ２００８−２８６４４３）
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月７日（２００８．１１．７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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