(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子巻線の出力線に電気的に接続された整流装置と、前記整流装置と前記回転子と前記固定子とを支持するフレームとを備える車両用交流発電機において、
前記固定子巻線は、前記固定子鉄心の一方の端面側に電気導体の複数のターン部を配列して形成された第１コイルエンド群と、前記固定子鉄心の他方の端面側に前記電気導体の曲げ部とこの曲げ部の端部の接続部とを配列して形成された第２コイルエンド群とを有し、位相の異なる１２相の前記巻線素線からなり、
前記巻線素線の両端は、前記第１コイルエンド群または前記第２コイルエンド群の一部として、前記ターン部または前記曲げ部に沿って形成されて、コイルエンド端部に引き出された引出し部を有し、
互いに電気角で１８０度位相が異なる一対の前記巻線素線を直列接続する第１接続部と、前記第１接続部以外に、互いに電気角で３０度位相が異なる前記巻線素線を、対応する前記引出し部において直列接続する第３接続部とを形成することで、互いに電気角で１２０度位相が異なる３相の巻線群を形成し、
前記巻線群は、対応する前記引出し部近傍において互いに両端とともに前記整流装置に接続される第２接続部を形成することでΔ結線を形成し、
前記第２接続部近傍に前記第１接続部を配置して構成された３つの接続部群を、互いに交差しないように周方向の３個所に分散配置したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記第３接続部は、前記第１接続部近傍に配置された対応する前記引出し部から、前記コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部の端部を接合して形成されており、隣接する前記接続部群の間に互いに交差しないように３個所に分散配置したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかにおいて、
前記第２接続部の少なくとも一部は、前記第１接続部近傍に配置された対応する前記引出し部から、前記コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部の端部を接合して形成されることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記這い回し部は、絶縁材料からなる接合剤によって、前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群に固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記第１接続部は、複数の前記ターン部の一つとして一体的に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項１において、
前記フレームの前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群の外径端における内高が内径端における内高よりも小さいか同じであり、
前記第３接続部およびこれを形成する這い回し部が前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群よりも内径側に形成され、
前記第２接続部およびこれを形成する前記コイルエンド端部に沿った這い回し部が前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群よりも外径側に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項７】
回転駆動される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子巻線の出力線に電気的に接続された整流装置と、前記整流装置と前記回転子と前記固定子とを支持するフレームとを備える車両用交流発電機において、
前記固定子巻線は、前記固定子鉄心の一方の端面側に電気導体の複数のターン部を配列して形成された第１コイルエンド群と、前記固定子鉄心の他方の端面側に前記電気導体の曲げ部とこの曲げ部の端部の接続部とを配列して形成された第２コイルエンド群とを有し、位相の異なる６ｎ相の巻線素線からなり、
前記巻線素線の両端は、前記第１コイルエンド群または前記第２コイルエンド群の一部として、前記ターン部または前記曲げ部に沿って形成されて、コイルエンド端部に引き出された引出し部を有し、
互いに電気角で１８０度位相が異なる一対の前記巻線素線を直列接続する第１接続部を形成することで、互いに電気角で１２０度位相が異なる３相の巻線群を形成し、
前記巻線群は、対応する前記引出し部近傍において互いに両端とともに前記整流装置に接続される第２接続部を形成することでΔ結線を形成し、
前記第２接続部近傍に前記第１接続部を配置して構成された３つの接続部群を、互いに交差しないように周方向の３個所に分散配置し、
前記整流装置は、整流素子と、前記整流素子と前記出力線とを接続する端子と、前記端子を保持する絶縁材料からなる端子台とを備え、
前記巻線群のそれぞれは、前記引出し部近傍において両端を軸方向に延伸して前記出力線を形成し、
前記端子は、前記出力線が接続されることで前記第２接続部となるように形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
請求項７において、
前記固定子巻線は、位相が異なる１２相の前記巻線素線からなり、
前記巻線群のそれぞれは、前記第１接続部以外に、互いに電気角で３０度位相が異なる前記巻線素線を、対応する前記引出し部において直列接続する第３接続部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項９】
請求項８において、
前記第３接続部は、前記第１接続部近傍に配置された対応する前記引出し部から、前記コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部の端部を接合して形成されており、隣接する前記接続部群の間に互いに交差しないように３個所に分散配置したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかにおいて、
前記第２接続部の少なくとも一部は、前記第１接続部近傍に配置された対応する前記引出し部から、前記コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部の端部を接合して形成されることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記這い回し部は、絶縁材料からなる接合剤によって、前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群に固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれかにおいて、
前記第１接続部は、複数の前記ターン部の一つとして一体的に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１３】
請求項８において、
前記フレームの前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群の外径端における内高が内径端における内高よりも小さいか同じであり、
前記第３接続部およびこれを形成する這い回し部が前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群よりも内径側に形成され、
前記第２接続部およびこれを形成する前記コイルエンド端部に沿った這い回し部が前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群よりも外径側に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１４】
回転駆動される回転子と、前記回転子と対向配置された固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子巻線の出力線に電気的に接続された整流装置と、前記整流装置と前記回転子と前記固定子とを支持するフレームとを備える車両用交流発電機において、
前記固定子巻線は、前記固定子鉄心の一方の端面側に電気導体の複数のターン部を配列して形成された第１コイルエンド群と、前記固定子鉄心の他方の端面側に前記電気導体の曲げ部とこの曲げ部の端部の接続部とを配列して形成された第２コイルエンド群とを有し、
前記固定子巻線は、位相の異なる６ｎ相の巻線素線からなり、前記巻線素線を接続してなる３相の巻線群を形成しており、
前記３相の巻線群のそれぞれは、一対の巻線素線を逆相の状態で直列接続する第１接続部を有し、
前記固定子巻線は、前記第１コイルエンド群または前記第２コイルエンド群の一部として、前記ターン部または前記曲げ部に沿って形成されて、コイルエンド端部に引き出され、前記整流装置に接続されて第２接続部を形成することにより前記３相の巻線群をΔ結線する引出部を有し、
前記第２接続部の少なくとも一部につながる引出部は、前記コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部を有し、
前記第１接続部および前記第２接続部からなる３つの接続部群は、互いに周方向に離間して配置されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記固定子巻線は、位相が異なる１２相の前記巻線素線からなり、
前記巻線群のそれぞれは、前記第１接続部以外に、前記第１接続部により接続された巻線の一方の引出部と、他の前記第１接続部により接続された巻線の他方の引出部とを直列接続する第３接続部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第３接続部は、前記コイルエンド端部に沿って這い回された前記引出部の一部である這い回し部の端部を接合して形成されており、隣接する前記接続部群の間に互いに交差しないように３個所に分散配置したことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれかにおいて、
前記這い回し部は、絶縁材料からなる接合剤によって、前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群に固定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれかにおいて、
前記第１接続部は、複数の前記ターン部の一つとして一体的に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１９】
請求項１６において、
前記フレームの前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群の外径端における内高が内径端における内高よりも小さいか同じであり、
前記第３接続部およびこれを形成する這い回し部が前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群よりも内径側に形成され、
前記第２接続部およびこれを形成する前記コイルエンド端部に沿った這い回し部が前記第１コイルエンド群あるいは前記第２コイルエンド群よりも外径側に形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれかにおいて、
前記整流装置は、整流素子と、前記整流素子と前記出力線とを接続する端子と、前記端子を保持する絶縁材料からなる端子台とを備え、前記端子は、前記出力線としての前記引出部が接続されることで前記第２接続部となるように形成されていることを特徴とする車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の車両は、走行抵抗低減のためのスラントノーズ化や、車室内居住空間の確保のニーズからエンジンルームが狭くなっており、車両用交流発電機の車載スペースも余裕がなくなってきている。また、燃費向上のためにエンジンの回転数は下げられ、車両用交流発電機の回転数も低くなっている。しかし、その一方で、安全制御機器等の電気負荷が増加しており、発電能力の向上が望まれている。以上のことから、最近では、小型で高出力の車両用交流発電機を安価に提供することが求められている。
【０００３】
また、エンドユーザの省エネルギー指向等に伴って小型車の人気が高まっており、小型発電機の要求や、配線の軽量化等の理由による高電圧発電機の要求など、近年ますます多様な仕様の発電機が求められている。
【０００４】
従来、車両用交流発電機に一般に求められる固定子巻線は、連続線を固定子鉄心に装着する構造が採用されており、このような固定子巻線を用いて小型化、高出力化、低騒音化等を実現するために種々の改良案が提案されている。
【０００５】
例えば、特許公報第２９２７２８８号には、固定子巻線のスロット内における占積率を向上させるとともに、スロット外においては回転子との共働により高い冷却性を確保したセグメント技術を用いた車両用交流発電機が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、小型低出力発電機、高電圧発電機あるいは低速回転での発電状態の維持等の多様な要求に対応するためには、一般には固定子巻線の巻数を増やすという手法が用いられる。ところが、上述したセグメント技術を用いた車両用交流発電機では、セグメント数の増加に伴って、セグメント装着後のセグメント成形が複雑になるとともに、セグメント接合作業が複雑かつ困難になるという問題があった。
【０００７】
また、セグメントを用いて固定子巻線を形成する場合には、占積率を上げるためにセグメント断面積を大きくするとともに、極力セグメント数を低減するため１スロット当たりのセグメント数を極力減らす傾向にあるため、従来の連続線によって構成した固定子巻線に比べて、巻線１本当たりの導体断面積が大きくなってしまう。このため、セグメント同士の接続部自体が大きくなってこの部分の質量が増加するとともに、接合部とこれにつながる配線部とが交錯してしまい、振動断線が起こりやすいという問題があった。また、コイルエンドの大型化や接合に伴う這い回し部の質量増加による振動断線の発生等が起こりやすくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、固定子巻線の接合作業が容易であり、振動断線の発生を防止することができる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、回転駆動される回転子と、回転子と対向配置された固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線とを有する固定子と、固定子巻線の出力線に電気的に接続された整流装置と、整流装置と回転子と固定子とを支持するフレームとを備えている。固定子巻線は、固定子鉄心の一方の端面側に電気導体の複数のターン部を配列して形成された第１コイルエンド群と、固定子鉄心の他方の端面側に電気導体の曲げ部とこの曲げ部の端部の接続部とを配列して形成された第２コイルエンド群とを有し、位相の異なる６ｎ相の巻線素線からなる。巻線素線の両端は、第１コイルエンド群または第２コイルエンド群の一部として、ターン部または曲げ部に沿って形成されて、コイルエンド端部に引き出された引出し部を有する。互いに電気角で１８０度位相が異なる一対の巻線素線を直列接続する第１接続部を形成することで、互いに電気角で１２０度位相が異なる３相の巻線群を形成している。この巻線群は、対応する引出し部近傍において互いに両端とともに整流装置に接続される第２接続部を形成することでΔ結線を形成し、この第２接続部近傍に第１接続部を配置して構成された３つの接続部群を、互いに交差しないように周方向の３個所に分散配置している。
【００１０】
本発明によれば、３つの接続部群が回転周方向に分散配置されており、これらが半径方向および軸方向に重ならないため、電気導体の接合部とそれにつながる配線部とが交錯することによる振動断線を回避することができる。また、過大に質量が集中することによる振動断線等を回避することができる。これにより、振動断線の対策のための部材や構造が最小限ですむため、コイルエンド全体を小さくすることができる。また、各接続部群が集中配置されないため、部分的にコイルエンドが大きくなることを防止することができる。さらに、コイルエンドとの隙間を確保するために、フレームを部分的あるいは全体的に大きくする必要がないため、車両用交流発電機全体の小型化が可能になる。また、各接続部群が離間することにより、接合時の作業性を向上させることができる。
【００１１】
上述した固定子巻線は、位相が異なる１２相の巻線素線からなり、巻線群のそれぞれは、第１接続部以外に、互いに電気角で３０度位相が異なる巻線素線を、対応する引出し部において直列接続する第３接続部を有することが望ましい。巻線素線の相数が１２相と多くなる場合には各巻線素線間の接続部（第１、第２、第３接続部）の数も多くなるが、各接続部群が周方向に分散配置されるため、各接続部も離間して配置される。したがって、上述した振動断線の回避やコイルエンドの小型化等の効果がさらに顕著になる。
【００１２】
上述した第３接続部は、第１接続部近傍に配置された対応する引出し部から、コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部の端部を接合して形成されており、隣接する接続部群の間に互いに交差しないように３個所に分散配置することが望ましい。各接続部群だけでなく、第３接続部もこれらの接続部群に対して回転周方向に分散配置されるため、さらに上述した振動断線の回避やコイルエンドの小型化等の効果を高めることができる。
【００１３】
また、上述した第２接続部の少なくとも一部は、第１接続部近傍に配置された対応する引出し部から、コイルエンド端部に沿って這い回された這い回し部の端部を接合して形成することが望ましい。第２接続部の少なくとも一部が第１接続部から離れた位置に配置されるため、接続部群内の構造がさらに分散され、さらに上述した振動断線の回避やコイルエンドの小型化等の効果を高めることができる。
【００１４】
また、上述した這い回し部は、絶縁材料からなる接合剤によって、第１コイルエンド群あるいは第２コイルエンド群に固定されていることが望ましい。這い回し部を固定しているため、太い電気導体を用いた場合であっても、振動による断線等を防止することができる。
【００１５】
また、上述した第１接続部は、複数のターン部の一つとして一体的に形成されていることが望ましい。第１接続部が電気導体の一部となるため、接合代や接合スペースが不要になり、固定子巻線の小型化が可能になる。また、接続に伴う配線部分も不要になるため、接続に必要な配線部も不要になり、第１接続部の質量を最小限にすることができ、質量過大による振動断線等を防止することができる。
【００１６】
また、上述したフレームの第１コイルエンド群あるいは第２コイルエンド群の外径端における内高が内径端における内高よりも小さいか同じであり、第３接続部およびこれを形成する這い回し部が第１コイルエンド群あるいは第２コイルエンド群よりも内径側に形成され、第２接続部およびこれを形成するコイルエンド端部に沿った這い回し部が第１コイルエンド群あるいは第２コイルエンド群よりも外径側に形成されていることが望ましい。第３接続部およびこれを形成する這い回し部が第１、第２コイルエンド群よりも内径側に形成されるため、這い回し部を最短距離で形成することができ、この部分の質量を最小に抑えることができる。また、出力線を取り出す部分は、元々コイルエンド群とフレームとの隙間が小さくないため、出力線を引き出すために特にフレームを大きくする必要がなく、フレームを含めた固定子巻線周辺の構造を小型化することができる。
【００１７】
また、上述した整流装置は、整流素子と、整流素子と出力線とを接続する端子と、端子を保持する絶縁材料からなる端子台とを備え、巻線群のそれぞれは、引出し部近傍において両端を軸方向に延伸して出力線を形成し、端子は、出力線が接続されることで第２接続部となるように形成されていることが望ましい。第２接続部がコイルエンド群から離れた整流装置内に形成されるため、コイルエンド群周辺の接合代や接合スペースあるいは接続に伴う配線部等が不要になって配線部の質量が最小限ですむため、質量過大による振動断線等を防止することができるとともに、固定子巻線の小型化が可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、整流装置５等を含んで構成されている。
【００２０】
固定子２は、固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２に形成された複数のスロット（例えば本実施形態では９６個）内に備わった電気導体としての複数の導体セグメントを相互に接合することにより形成された固定子巻線２３と、固定子鉄心２２と固定子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを含んで構成されている。固定子鉄心２２は、薄い鋼板を重ね合わせて構成されている。固定子巻線２３の詳細については後述する。
【００２１】
回転子３は、シャフト６と一体になって回転するものであり、ランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、冷却用の斜流ファン１１および遠心ファン１２等を含んで構成されている。シャフト６は、プーリ２０に連結され、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）によって回転駆動される。
【００２２】
ランデル型のポールコア７は、一組のコアを組み合わせることにより構成されている。各コアは、シャフト６に組み付けられた円筒状のボス部７１と、ボス部７１の一方の軸方向端面から径方向に延びるディスク部７２と、ディスク部７２の外周部から軸方向に沿ってボス部７１側に延びる複数の爪状磁極部７３とによって構成されている。各コアは、それぞれの爪状磁極部７３を互い違いに向かい合わせるようにして組み付けられる。界磁コイル８は、絶縁紙８１を介してポールコア７の爪状磁極部７３の内径側に適当な圧縮力をもって当接されている。絶縁紙８１は、樹脂を含浸したシートからなり、界磁コイル８を包囲しており、加熱処理によって界磁コイル８を固着するとともに、ポールコア７と界磁コイル８との間の電気絶縁を担っている。
【００２３】
プーリ２０側に配置されたポールコア７のディスク部７２の端面には、冷却用の斜流ファン１１が溶接等により固定されている。また、反プーリ２０側（スリップリング側）に配置されたポールコア７のディスク部７２の端面には、遠心ファン１２が溶接等により固定されている。斜流ファン１１の投影面積（回転方向に投影したブレードの面積）は、遠心ファン１２のブレードの投影面積よりも小さく設定されている。
【００２４】
フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３がシャフト６を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。フレーム４は、フロントフレーム４Ａとリヤフレーム４Ｂとからなり、これらが複数本の締結ボルト４３によって締結されて上述した固定子２等の支持が行われる。また、フレーム４は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓４１が、軸方向端面に吸入窓４２がそれぞれ設けられている。
【００２５】
リアフレーム４Ｂの外側には、整流装置５や電圧制御装置５１、ブラシ装置５２が取り付けられ、これらを覆うようにリヤカバー５３が取り付けられる。
【００２６】
整流装置５は、固定子巻線２３から延びる出力線が接続されており、固定子巻線２３から印加される三相交流電圧を三相全波整流して直流電圧に変換する。整流装置５の詳細な構造については後述する。
【００２７】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞれの爪状磁極部７３が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは所定の直流電力が取り出される。
【００２８】
次に、固定子巻線２３を構成する電気導体について説明する。図２は、固定子巻線２３を構成する導体セグメントの斜視図である。また、図３は図２に示した導体セグメントの組み付け状態を示す斜視図である。図４は、導体セグメントの形成過程を示す図である。
【００２９】
固定子鉄心２２のスロット２５に装備された固定子巻線２３は複数の電気導体により構成され、各スロット２５には偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。また、一のスロット２５内の４本の電気導体は、図３に示すように固定子鉄心２２の径方向について内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。
【００３０】
一のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心２２の軸方向の一方の端面側において連続線を用いることにより、ターン部２３１ｃ、２３２ｃを経由することで接続される。
【００３１】
したがって、固定子鉄心２２の一方の端面側においては、外中層の電気導体２３２ｂと内中層の電気導体２３２ａとをターン部２３２ｃを経由して接続する連続線を、外端層の電気導体２３１ｂと内端層の電気導体２３１ａとをターン部２３１ｃを経由して接続する連続線が内包することとなる。このように、固定子鉄心２２の一方の端面側においては、対をなす電気導体の接続部としてのターン部２３２ｃが、同じスロット２５内に収容された他の対をなす電気導体の接続部としてのターン部２３１ｃにより囲まれる。外中層の電気導体２３２ｂと内中層の電気導体２３２ａとの接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体２３１ｂと内端層の電気導体２３１ａとの接続により端層コイルエンドが形成される。
【００３２】
一方、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂ’は、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂとも対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心２２の軸方向の他方の端面側において接続される。
【００３３】
したがって、固定子鉄心２２の他方の端面側においては、外端層の電気導体２３１ｂ’と外中層の電気導体２３２ｂとを接続する外側接合部２３３ｂと、内端層の電気導体２３１ａ’と内中層の電気導体２３２ａとを接続する内側接合部２３３ａとが、径方向および周方向に互いにずれた状態で配置されている。外端層の電気導体２３１ｂ’と外中層の電気導体２３２ｂとの接続、および内端層の電気導体２３１ａ’と内中層の電気導体２３２ａとの接続により、異なる同心円上に配置された２つの隣接層コイルエンドが形成される。
【００３４】
さらに、図２に示すように、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント２３１により提供される。また、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント２３２により提供される。基本となるＵ字状の導体セグメント２３０は、大セグメント２３１と小セグメント２３２によって形成される。各セグメント２３１、２３２は、スロット２５内に収容されて軸方向に沿って延びる部分を備えるとともに、軸方向に対して所定角度傾斜して延びる曲げ部としての斜行部２３１ｆ、２３１ｇ、２３２ｆ、２３２ｇを備える。これら斜行部によって、固定子鉄心２２から軸方向の両端面に突出する第１コイルエンド群２３ａが形成されており、回転子３の軸方向の両端面に取り付けられた斜流ファン１１および遠心ファン１２を回転させたときに生じる冷却風の通風路は、主にこれら斜行部の間に形成されている。また、この冷却風の通風路には、固定子巻線２３の引出し線（後述する）も配置されている。
【００３５】
以上の構成を、全てのスロット２５の導体セグメント２３０について繰り返す。そして、反ターン部側のコイルエンド群２３ｂにおいて、外端層の端部２３１ｅ’と外中層の端部２３２ｅ、並びに内中層の端部２３２ｄと内端層の端部２３１ｄ’とがそれぞれ溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって接合されて外側接合部２３３ｂおよび内側接合部２３３ａが形成され、電気的に接続されている。
【００３６】
次に、導体セグメント２３０の形成過程の詳細について説明する。上述したように導体セグメント２３０には、大セグメント２３１と小セグメント２３２が含まれており、以下の説明では大セグメント２３１に着目して説明を行うものとする。
【００３７】
大セグメント２３１は、図４に示すように、矩形状の断面を有する銅線からなるＵ字状の導体２３１’をＡ方向に変形させて形成したターン部２３１ｃおよび斜行部２３１ｆに連なる２つの直線部２３１ａ、２３１ｂを、固定子鉄心２２のスロット２５にインシュレータ２４を介在させた状態で挿入し、反ターン部側をＢ方向に折り曲げて斜行部２３１ｇを形成した後、その先端部分である端部２３１ｄ、２３１ｅを別に挿入された小セグメント２３２の端部に接合することにより構成されている。
【００３８】
実際には、図３に示すように、反ターン部側の斜行部が形成される前の大セグメント２３１と小セグメント２３２を、固定子鉄心２２の軸方向端面の同一側にターン部２３１ｃ、２３２ｃが揃うように重ね、大セグメント２３１はスロット２５の奥側に、小セグメント２３２はスロット２５の開口側に位置するように挿入する。これらの大セグメント２３１と小セグメント２３２は、平角被覆導線を折り曲げ、プレス等でほぼＵ字型形状に成形して製作され、ほぼ平行なスロット２５の側面に、大セグメント２３１と小セグメント２３２のそれぞれの両側面がインシュレータ２４を介して当接するように圧入される。その後、図２に示すように、ターン部２３１ｃ、２３２ｃと斜行部２３１ｆ、２３２ｆによって形成される第１のコイルエンド群２３ａとは反対側に位置する端部２３１ｄ、２３２ｄを互いに隣接するもの同士が反対側に位置するように周方向に折り曲げた後、異層の大セグメント２３１の端部２３１ｄと小セグメント２３２の端部２３２ｄ同士が電気導通するように超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等で接合され、その接合された端部２３１ｄ、２３２ｄと斜行部２３１ｇ、２３２ｇによって第２コイルエンド群２３ｂが形成される。
【００３９】
次に、固定子巻線２３の巻線仕様について詳細に説明する。図５は、固定子巻線２３を構成する１２相の巻線素線の関係を示す図であり、それぞれの巻線素線の向きが電気角に対応している。また、図６は１２相の巻線素線の結線状態を示す図である。図７および図８は、図６に示す結線状態を実現する実際の巻線仕様を示す図である。
【００４０】
１２相の巻線素線のそれぞれは、上述した導体セグメント２３０の端部同士を接合して周方向に直列に一巡させることにより構成されている。各巻線素線は、互いに電気角で３０°異なる位置に形成されている。それぞれの相巻線をｘ１、ｖ１、ｙ１、ｗ１、ｚ２、ｕ２、ｘ２、ｖ２、ｙ２、ｗ２、ｚ１、ｕ１とする。また、図５において、それぞれの巻線素線の一方の引出部（巻始まり部分）をＸ１、Ｖ１、Ｙ１、Ｗ１、Ｚ２、Ｕ２、Ｘ２、Ｖ２、Ｙ２、Ｗ２、Ｚ１、Ｕ１とし、他方の引出部（巻終わり部分）をＸ１′、Ｖ１′、Ｙ１′、Ｗ１′、Ｚ２′、Ｕ２′、Ｘ２′、Ｖ２′、Ｙ２′、Ｗ２′、Ｚ１′、Ｕ１′とする。
【００４１】
図６に示すように、巻線素線ｘ１、巻線素線ｘ２、巻線素線ｕ１、巻線素線ｕ２が直列接続されて第１の巻線群ｘ−ｕが構成されている。この中で、巻線素線ｘ１と巻線素線ｘ２は、互いに電気角が１８０°ずれており、異型の導体セグメント（後述する）によって構成される相間接合線を介して逆相の状態で接続される。また、巻線素線ｕ１と巻線素線ｕ２は、互いに電気角が１８０°ずれており、異型の導体セグメントによって構成される相間接合線を介して逆相の状態で接続される。これらの相間接合線によって第１接続部２０５１が構成されている。また、巻線素線ｘ２の一方の引出部Ｘ２と巻線素線ｕ１の他方の引出部Ｕ１′とが接続されている。この相間接合部によって第３接続部２０５３が構成されている。
【００４２】
同様に、巻線素線ｙ１、巻線素線ｙ２、巻線素線ｖ１、巻線素線ｖ２が直列接続されて第２の巻線群ｙ−ｖが構成されている。この中で、巻線素線ｙ１と巻線素線ｙ２は、互いに電気角が１８０°ずれており、異型の導体セグメントによって構成される相間接合線を介して逆相の状態で接続される。また、巻線素線ｖ１と巻線素線ｖ２は、互いに電気角が１８０°ずれており、異型の導体セグメントによって構成される相間接合線を介して逆相の状態で接続される。これらの相間接合線によって第１接続部２０５１が構成されている。また、巻線素線ｙ２の一方の引出部Ｙ２と巻線素線ｖ１の他方の引出部Ｖ１′とが接続されている。この相間接合部によって第３接続部２０５３が構成されている。
【００４３】
巻線素線ｚ１、巻線素線ｚ２、巻線素線ｗ１、巻線素線ｗ２が直列接続されて第２の巻線群ｚ−ｗが構成されている。この中で、巻線素線ｚ１と巻線素線ｚ２は、互いに電気角が１８０°ずれており、異型の導体セグメントによって構成される相間接合線を介して逆相の状態で接続される。また、巻線素線ｗ１と巻線素線ｗ２は、互いに電気角が１８０°ずれており、異型の導体セグメントによって構成される相間接合線を介して逆相の状態で接続される。これらの相間接合線によって第１接続部２０５１が構成されている。また、巻線素線ｚ２の一方の引出部Ｚ２と巻線素線ｗ１の他方の引出部Ｗ１′とが接続されている。この相間接合部によって第３接続部２０５３が構成されている。
【００４４】
図９は、各巻線素線の引出部と相間接合線を実現するために用いられる異型セグメントを示す斜視図である。なお、以下では、巻線素線ｘ１と巻線素線ｘ２とを接続する第１接合部２０５１に着目して説明するが、他の巻線素線間を接続する第１接合部２０５１についても同様である。
【００４５】
図３に示したように、引出部Ｘ１等が引き出されない通常の導体セグメントには、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとがターン部２３１ｃを介して接続された大セグメント２３１と、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとがターン部２３２ｃを介して接続された小セグメント２３２とが含まれており、これらの端部同士を接合することにより巻線素線ｘ１やｘ２が形成されている。
【００４６】
また、２２番目のスロット２５の外端層の電気導体から延びる引出部Ｘ２′と１６番目のスロット２５の内中層の電気導体から延びる引出部Ｘ１とが、図９に示すように、異型セグメント２３０ａによって構成される第１接合部２０５１によって接続されている。なお、本実施形態では、第１接合部２０５１を１つの異型セグメント２３０ａで構成したが、ターン部を有しない導体セグメントを用いて別々に引き出した後にそれらの端部同士を接合するようにしてもよい。
【００４７】
また、１６番目のスロット２５の内端層の電気導体から延びる引出部Ｘ２は、ターン部を有しない異型セグメント２３０ｂを用いて引き出され、対応する他の引出部Ｕ１′と所定位置で接合されて第３接続部２０５３を形成する。
【００４８】
同様に、２２番目のスロット２５の外中層の電気導体から延びる引出部Ｘ１′は、ターン部を有しない異型セグメント２３０ｃを用いて引き出され、対応する他の引出部Ｗ２とともに固定子巻線２３の出力線として引き出され、整流装置５において接続されて第２接続部２０５２を形成する。
【００４９】
図１０は、各巻線素線の引出部の引出位置を示す図である。また、図１１は第１、第２、第３接続部の周方向の配置状態とこれらの各接続部に至るまでの這い回し部の状態を示す図である。図１２は、固定子２の部分的な側面図であり、一部の接続部と引出部の軸方向の配置状態を示す図である。
【００５０】
第１接続部２０５１および第２接続部２０５２からなる３つの接続部群２０６１、２０６２、２０６３は互いに周方向に離間している。また、第３接合部２０５３はコイルエンドに沿って内径側を這い回した這い回し部２０７によって、隣接する接続部群のほぼ中間に配置されて、例えばＴＩＧ溶接によって接合されている。したがって、３つの接続部群２０６１、２０６２、２０６３のみならず第３接続部２０５３も含めて互いに周方向に離間している。また、第３接続部２０５３につながる這い回し部２０７や第２接続部２０５２につながる這い回し部２０８は、エポキシ樹脂等の絶縁材を用いてコイルエンドに固着されている。
【００５１】
次に、整流装置５の詳細について説明する。図１３は、整流装置５の正面図であり、リヤ側から見た状態が示されている。また、図１４は整流装置５の裏面図であり、フレーム４側から見た状態が示されている。図１５は、整流装置５に含まれる端子台の詳細形状を示す図である。
【００５２】
図１３および図１４に示すように、整流装置５は、端子台５１を挟んで軸方向に離間して配置されたプラス電極５７とマイナス電極５８を備えている。これらの各電極５７、５８は、冷却フィンとしての機能を有している。プラス電極５７のフレーム側表面には、３個のプラス側整流素子５３がリード５３ａをフレーム側に向けて装着されており、それぞれのリード５３ａが端子台５１から突出した端子５２に接合端５２１にてＴＩＧ溶接により接合されている。また、マイナス電極５８のリヤ側表面には、３個のマイナス側整流素子５５がリード５５ａをリヤ側に向けて装着されており、それぞれのリード５５ａが端子台５１から突出した端子５２に接合端５２２にてＴＩＧ溶接により接合されている。
【００５３】
また、端子台５１は、一組となるプラス側整流素子５３とマイナス側整流素子５５に対応する３個の端子５２を有している。各端子５２は、それぞれ２個の引出接合部５２３を備えており、これら２個の引出接合部５２３は互いに端子５２内で電気的に接続されている。したがって、第２接続部２０５３を構成する２本の引出部（例えば巻線素線ｗ２の一方の引出部Ｗ２と巻線素線ｘ１の他方の引出部Ｘ１′）を、一の端子５２に備わった２個の引出接合部５２３に接合することにより、これら２つの引出部との間の接合が行われる。このようにして３つの第２接続部２０５３を形成することによりΔ結線が行われる。また、この２個の引出接合部５２３は、上述した接合端５２１、５２２にも端子５２内で電気的に接合されているため、この第２接合部２０５２を形成すると同時に、一組のプラス側整流素子５３とマイナス側整流素子５５と２本の引出部との間の接合も行われる。
【００５４】
なお、本実施形態では、固定子巻線２３の各引出部を整流装置５の各引出接合部５２３にＴＩＧ溶接によって接合しているが、ねじ止め等によって電気的に接続するようにしてもよい。また、本実施形態の整流装置５では、図１３および図１４に示すように、プラス電極５７には３個の整流素子未装着部５４が形成されており、マイナス電極５８には３個の整流素子未装着部５６が形成されている。これらの整流素子未装着部５４、５６を用いることにより、最大で６対（１２個）の整流素子を装着することができる。これにより、様々な出力仕様、固定子巻線仕様に対応する整流装置を、１種類のプラス電極５７およびマイナス電極５８を用いて構成することができ、プレス工程に使用する型の種類を減らしたり、品番管理および段取り工数の低減等が可能になる。さらに、本実施形態の端子台５１は、それぞれの端子５２に、未接合端５２６と露出した連結部５２７を備えているため、連結部５２７を切断した後に、未接合端５２６に整流素子を接合することで、整流素子を追加することができる。これにより、１種類の端子台５１を用いて、複数の仕様の整流装置を構成することができるようになる。
【００５５】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、３つの接続部群２０６１、２０６２、２０６３が回転周方向に分散配置されており、これらが半径方向および軸方向に重ならないため、電気導体の各接合部とそれにつながる配線部とが交錯することによる振動断線を回避することができる。また、過大に質量が集中することによる振動断線等を回避することができる。これにより、振動断線の対策のための部材や構造が最小限ですむため、コイルエンド全体を小さくすることができる。また、各接続部群２０６１、２０６２、２０６３が集中配置されないため、部分的にコイルエンドが大きくなることを防止することができる。さらに、コイルエンドとの隙間を確保するために、フレーム４を部分的あるいは全体的に大きくする必要がないため、車両用交流発電機１全体の小型化が可能になる。また、各接続部群２０６１、２０６２、２０６３が離間することにより、接合時の作業性を向上させることができる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、フレーム４の第１コイルエンド群の外径端における内高を内径端における内高よりも小さいか同じに設定するとともに、第２接続部２０５２およびこれを形成するコイルエンド端部に沿った這い回し部２０８が第１コイルエンド群よりも外径側に形成されていることが望ましい。出力線を取り出す部分は、元々コイルエンド群とフレーム４との隙間が小さくないため、出力線を引き出すために特にフレーム４を大きくする必要がなく、フレーム４を含めた固定子巻線２３周辺の構造を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】固定子巻線を構成する導体セグメントの斜視図である。
【図３】図２に示した導体セグメントの組み付け状態を示す斜視図である。
【図４】導体セグメントの形成過程を示す図である。
【図５】固定子巻線を構成する１２相の巻線素線の関係を示す図である。
【図６】１２相の巻線素線の結線状態を示す図である。
【図７】図６に示す結線状態を実現する実際の巻線仕様を示す図である。
【図８】図６に示す結線状態を実現する実際の巻線仕様を示す図である。
【図９】各巻線素線の引出部と相間接合線を実現するために用いられる異型セグメントを示す斜視図である。
【図１０】各巻線素線の引出部の引出位置を示す図である。
【図１１】第１、第２、第３接続部の周方向の配置状態とこれらの各接続部に至るまでの這い回し部の状態を示す図である。
【図１２】固定子の部分的な側面図であり、一部の接続部と引出部の軸方向の配置状態を示す図である。
【図１３】整流装置の正面図である。
【図１４】整流装置の裏面図である。
【図１５】整流装置に含まれる端子台の詳細形状を示す図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  固定子
３  回転子
４  フレーム
５  整流装置
２３  固定子巻線
２０５１  第１接合部
２０５２  第２接合部
２０５３  第３接合部
【図１】
0003551148.tif 000002
【図２】
0003551148.tif 000003
【図３】
0003551148.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003551148.tif 000006
【図６】
0003551148.tif 000007
【図７】
0003551148.tif 000008
【図８】
0003551148.tif 000009
【図９】
0003551148.tif 000010
【図１０】
0003551148.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003551148.tif 000013
【図１３】
0003551148.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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