(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアバックと前記コアバックに所定間隔で配置されたティースとを有する帯状鋼板を、前記コアバックを外周側にし、前記ティースを内周側にして螺旋状に巻き重ねて形成された固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の隣接する前記ティースと前記コアバックとによって形成されるスロット内に配置された導体コイルとを有する車両用回転電機の固定子において、
前記ティースの内周側先端には周方向突起が、そして前記ティースの前記コアバックと連結される根元部には周方向の少なくとも一方に切り欠きが設けられ、前記ティースの前記切り欠きに対応する周方向の幅は、前記突起の根元部の周方向幅以上であることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
【請求項２】
前記スロットの前記切り欠きは、前記帯状鋼板を螺旋状に巻き取る前において前記突起と略同一形状であり、巻き取り後の前記切り欠きが径方向に狭小化していることを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機の固定子。
【請求項３】
前記スロットの周方向に対向している壁面は平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用回転電機の固定子。
【請求項４】
前記スロット内に配置された導体コイルは、スロット形状に沿った略矩形断面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車両用回転電機の固定子。
【請求項５】
前記帯状鋼板の厚さは０．２ｍｍを越え、０．５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の車両用回転電機の固定子。
【請求項６】
前記帯状鋼板は、長尺の薄板鋼板を２枚重ねて同時にプレス成形することにより、前記コアバックによって連結される前記ティースが形成されることを特徴とする請求項５に記載の車両用回転電機の固定子の製造方法。
【請求項７】
前記帯状鋼板は、長尺の薄板鋼板をローラ間にはさみこみ、連続して前記コアバックによって連結される前記ティースが形成されることを特徴とする請求項５に記載の車両用回転電機の固定子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗用車、トラック等に搭載される車両用回転電機に関し、例えば交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用の回転電機を安価に提供するため、その主要部品である固定子の鉄心は、材料の歩留まり向上と、製造スピードの向上のため、帯状鋼板を螺旋状に巻き取り形成されるヘリカル型鉄心が一般的である。また、近年の高出力化要求に対応して、固定子鉄心のスロットに配置される導体コイルの高占積率化も求められている。
【０００３】
例えば、従来の車両用回転電機としての交流発電機では、以下に述べるような固定子の構造が採られていた。
【０００４】
すなわち、特開平１１−２９９１３６号公報に示されているように、まず長尺の薄板鋼板を打ち抜きプレス加工によってティースとコアバックを持つ複数列の帯状鋼板を、同時に製作する。この時、材料歩留まりを高めるために、一方の帯状鋼板のティースが他方の帯状鋼板のスロット内に収まるように配置されて加工される。次にこの帯状鋼板を螺旋状に巻き取り、スロット位置を合わせて必要厚さぶんまで積層した状態で、溶接やかしめなどによって固定して形成される。以上により、材料コストを低減すると共に、１度に複数列の帯状鋼板を形成できるので製造工数も低減でき、低コスト化を実現していた。
【０００５】
また、特開昭４８−２４２０４号公報には、螺旋形に巻き込む時の鋼板への応力緩和のために、ティース幅をコアバックに向かう途中から狭くして、つまりスロット幅を途中から広くするものが示されている。これにより、螺旋状に巻き取る時の材料歪みを低減して、精度よく円筒状の固定子鉄心を形成している。
【０００６】
なお、発電機の磁気回路において、回転子外周と固定子内周間のエアギャップが最も磁気抵抗が大きいので、この部位の磁気抵抗を低減すべく、固定子鉄心の内周にあるティース先端は他のティースよりも磁路面積を増やしている。具体的には、ティース先端の周方向の幅を広くする突起を周方向両側に設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の高出力化要求に対応した導体コイルの高占積率化に伴い、従来よりも狭いスロット面積にして、そのぶんだけ磁気抵抗低減のために磁路であるでティースの面積を広く設定するようになった。よって、特開平１１−２９９１３６号公報に示されるように、一方の帯状鋼板のティースが他方の帯状鋼板のスロット内に収まるように配置をすることが、特に周方向幅の広いティース先端においてできなくなる。以上により、材料コストおよび製造工数の低減を図ることが困難となるという問題があった。
【０００８】
これに対し、特開昭４８−２４２０４号公報のように、ティースの幅を途中から狭くしてあれば、一方の帯状鋼板のティース先端部が他方の帯状鋼板のスロット内の広くなっている部分に配置することができるので、上記の問題点は解決できる。しかし、ここに示されているように、ティースの磁路面積をティースの径方向途中から狭くすると、磁気抵抗が大きく増加し、固定子鉄心を流れる磁束が大幅に減少する。以上により、出力が低下するという問題がある。
【０００９】
また、一般に外径が９０ｍｍから１４０ｍｍの固定子鉄心を持つ車両用交流発電機において、積層鋼板の厚さは０．５ｍｍから１．０ｍｍが用いられるが、このような板厚の鋼板から打ち抜きプレスによってティースやスロットを形成するためには、打ち抜きしろ（以下、「クリアランス」と称す）が必要となる。よって、一方の帯状鋼板のティース先端を他方の帯状鋼板のスロット内に配置することが、さらに困難となる。
【００１０】
一方、鋼板の厚さを薄くすれば、クリアランスを設けずにせん断によって帯状鋼板を形成できるものの、０．２ｍｍ以下にすると、剛性が低いためにせん断加工の時に材料の端が引きずられ、特にティース先端の突起は形状がだれて所望の突起長さを形成できず、よって回転子からの入り口部での磁路面積を確保できない。以上により、出力が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高出力化しつつ、低コストな車両用回転電機の固定子を実現することを目的とする。
【００１２】
さらに詳しくは、本発明は、固定子鉄心を積層形成している帯状鋼板の材料歩留まりを向上させ、帯状鋼板の製造工数を低減しつつ、固定子鉄心の磁気抵抗の上昇の抑制と、固定子コイルの高占積率化を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、コアバックと前記コアバックに所定間隔で配置されたティースとを有する帯状鋼板を、前記コアバックを外周側にし、前記ティースを内周側にして螺旋状に巻き重ねて形成された固定子鉄心と、前記固定子鉄心の隣接する前記ティースと前記コアバックとによって形成されるスロット内に配置された導体コイルとを有する車両用回転電機の固定子において、前記ティースの内周側先端には周方向突起が、そして前記ティースの前記コアバックと連結される根元部には周方向の少なくとも一方に切り欠きが設けられ、前記ティースの前記切り欠きに対応する周方向の幅は、前記突起の根元部の周方向幅以上であることを特徴としている。
【００１４】
かかる構成によると、ティースの磁路面積がコアバックへの途中でティース先端の突起の根元幅より狭くなることによる磁気抵抗の増大がない。しかも、長尺の薄板鋼板からティースとコアバックを持つ複数列の帯状鋼板を製作することができ、帯状鋼板の材料歩留まり向上と、帯状鋼板の製造工数を低減するとともに、切り欠きにより螺旋状に巻き取る時の加工性も向上して工数低減が可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、前記スロットの前記切り欠きは、前記帯状鋼板を螺旋状に巻き取る前において前記突起と略同一形状であり、巻き取り後の前記切り欠きが径方向に狭小化していることを特徴としている。かかる構成では、クリアランスを設けず加工を行えるので材料歩留まりが向上するとともに、巻き取りによる切り欠きの狭小化によりティースからコアバックへの磁気抵抗を低減できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、前記スロットの周方向に対向している壁面は平行であることを特徴としている。かかる構成では、スロット内の導体を整列して配置し易くして、高占積率化による高出力を実現できる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、前記スロット内に配置された導体コイルは、スロット形状に沿った略矩形断面を有することを特徴としている。これによれば、スロット内の導体コイルの占積率を高くすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、前記帯状鋼板の厚さは０．２ｍｍを越え、０．５ｍｍ未満であることを特徴としているる。かかる構成では、クリアランスを設けないプレスせん断加工を実施し易くなるのでコスト低減ができると共に、薄くしすぎてティース先端の突起の形状だれが生じることを防止できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、前記帯状鋼板は、長尺の薄板鋼板を２枚重ねて同時にプレス成形することにより、前記コアバックによって連結される前記ティースが形成されることを特徴としている。かかる構成では、必要な積層数の帯状鋼板の製作時間を短縮でき、製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、前記帯状鋼板は、長尺の薄板鋼板をローラ間にはさみこみ、連続して前記コアバックによって連結される前記ティースが形成されることを特徴としている。かかる構成では、連続して高速に帯状鋼板を製作することができるので、必要な積層数の帯状鋼板の製作時間を短縮でき、製造コストの低減を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は車両用回転電機として、発電機あるいは電動機に利用することができる。例えば、エンジンに搭載固定されてエンジンによって回転駆動される車両用交流発電機に利用できる。また、エンジンに搭載固定されて、補助動力を供給する電動機にも利用できる。以下、この発明の車両用回転電機を車両用交流発電機に適用した実施例を図に基づいて説明する。
【００２２】
（第一実施形態）
図１〜図５はこの発明の第一実施形態を示したもので、図１は固定子鉄心の軸方向端面の部分拡大図、図２は一条の鋼板から積層用帯状鋼板を形成する説明図、図３は帯状鋼板を曲げながら螺旋状に巻き取る説明図、図４は帯状鋼板が積層された固定子鉄心の斜視図、図５は固定子鉄心に導体コイルが巻装された状態の部分断面図である。
【００２３】
固定子鉄心１は、コアバック３によって連結されたティース２を所定間隔で配置している厚さ０．３５ｍｍの帯状鋼板１０を積層して溶接やカシメなどの機械的固定によって構成される。積層工程においては、図３に示すように、帯状鋼板１０のティース２の先端２０が内周側になるように螺旋状に巻き取られる。
【００２４】
図５に示すように、隣り合ったティース２の間のスロット６内には、絶縁シート４を介して複数の導体コイル５が配置され、図示しない界磁回転子からティース２へ流れ込む交番磁束によってこの導体コイル５に起電力を生ずる。ティース２とコアバック３との連結部には、周方向に切り欠き２１が形成されている。また、図１に示すように、切り欠き２１に挟まれたティース根元寸法Ｂは、ティース２の先端２０の周方向突起２０１に挟まれた根元部の近傍の周方向最小幅寸法Ａ以上に設定してある。また、スロット６内のティース２によって形成される周方向の対向壁面２３、２４は、帯状鋼板１０を螺旋状に巻回した後は平行となっている。
【００２５】
さらに、内周突起２０１の形状は、スロット６の切り欠き２１を含む奥部２１０の形状と略同一である。これは、図２に示すように、２本の帯状鋼板１０を長尺の薄板鋼板１００から形成する時、一方の帯状鋼板１０のティース２の先端２０と、他方の帯状鋼板１０の奥部２１０とがせん断によってクリアランスなしで打ち抜き成形されるからである。なお、このせん断加工を容易にするため、ティース２の側面部にはプレス打ち抜きのためのクリアランス２００を設けてある。
【００２６】
また、切り欠き２１は、帯状鋼板１０を螺旋状に巻き取ることによって、図２の成形時に比べ、図１、３に示すように径方向のギャップが狭くなる。
【００２７】
以上により、ティース２の磁路面積は、ティース先端２０の突起２０１の根元部が最も狭い。即ち、ティース先端２０の突起２０１の根元部からコアバック３に至る磁路面積が、突起２０１の根元部より狭くならない。しかも、巻き取りにより切り欠き２１の径方向のギャップが狭くなるので、この部分の磁気抵抗の増加を抑制できる。さらに、帯状鋼板１０の厚さを０．３５ｍｍにしているので、突起２０１の形状だれによる磁気抵抗の増加を防止できる。
【００２８】
また、一方の帯状鋼板１０のティース先端２０の突起２０１と、他方の帯状鋼板１０の奥部２１０とをせん断によってクリアランスなしで打ち抜き成形することが、０．３５ｍｍの薄板であることと相まって容易となるので、材料歩留まりが向上し、材料のコスト低減ができる。さらに、１枚の長尺の薄板鋼板１００から複数の帯状鋼板１０を同時に成形できること、および切り欠き２１によって帯状鋼板１０の巻き取り易さも向上し、製造コストを低減できる。
【００２９】
また、スロット６の周方向壁２３、２４を平行とすることによって、図５に示すように導体コイルの整列配置を容易にし、高占積率化による高出力化ができる。
【００３０】
以上により、低コスト化と、高出力化を達成する車両用交流発電機の固定子を実現できる。
【００３１】
（その他の実施形態）
図６から図９は、本発明の他の実施形態を示している。
【００３２】
図６に示すように、導体コイルを平行壁のスロット形状に沿った矩形断面を持つものにしてもよい。これにより、スロット内における導体コイルをさらに高占積率化できるので、さらなる出力向上が可能である。
【００３３】
図７に示すように、薄板鋼板を２枚に重ねて、同時にプレス加工してもよい。これにより、所定の積層数の帯状鋼板１０の製作時間を短縮できるので、製造コストを低減できる。もちろん、より薄い鋼板を３枚以上に重ねてもよい。なお、鋼板を薄くすることにより、鉄損低減による高出力化の効果も得ることができる。
【００３４】
図８に示すように、対向する２つのローラーにパンチとダイを形成し、この間に薄板鋼板を挟み込むことによって、連続して帯状鋼板１０を成形してもよい。これにより、連続的に高速で帯状鋼板１０を製作できるので、所定の積層数の帯状鋼板１０の製作時間を短縮でき、製造コストを低減できる。
【００３５】
また、第一実施形態では、薄板鋼板の厚さを０．３５ｍｍとしたが、０．２ｍｍを越え、０．５ｍｍ未満であれば、クリアランスを設けずに複数の帯状鋼板１０を同時に成形してコスト低減し、しかもティース先端２０の突起２０１の形状だれによる磁気抵抗の増大を防止して高出力化を保持できる。
【００３６】
なお、図９に示すように、必要な導体コイル数を２分割し、各々の出力を合成して出力する様にしてもよい。この構成では、薄板綱板の単位長さあたりのスロット数が倍になるとともにスロットの幅が半分になる。これにより、切り欠き数が増えるので帯状鋼板をさらに精度よく螺旋状に巻き取ることができ、製造コストの低減が可能である。
【００３７】
なお、図１０に示すように、プレス打ち抜きの為のクリアランス２００ａをティース２の一方に形成してもよい。これにより、クリアランス２００ａの幅を広く設定できるので、この部分のプレス打ち抜き加工を容易にするとともに、その後の図８に示すローラー等を使ったせん断加工によって、確実に２つの帯状鋼板を製作できる。以上により、工程の容易化と加工ばらつきの低減により、コスト低減を図ることができる。
【００３８】
また、図１１に示すように、ティース２の根本部に切り欠きがなくなるまで、クリアランス２００ｂの幅をさらに広く設けてもよい。以上により、同様に工程の容易化と加工ばらつきの低減により、さらなるコスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車両用交流発電機の固定子鉄心の第一実施形態を示す軸方向端面の部分拡大図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る長尺の薄板鋼板から帯状鋼板を形成する説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る帯状鋼板を曲げながら螺旋状に巻き取る説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る固定子鉄心の斜視図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る固定子の部分断面図である。
【図６】他の実施形態の固定子の部分断面図である。
【図７】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【図８】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【図９】他の実施形態の固定子の部分断面図である。
【図１０】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【図１１】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【符号の説明】
１  固定子鉄心
１０  帯状鋼板
１００  薄板鋼板
２  ティース
２０  先端
２０１  突起
２１  切り欠き
３  コアバック
４  絶縁シート
５  導体コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003656733.tif 000010
【図１０】
0003656733.tif 000011
【図１１】
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