(57)【要約】【課題】  固定子巻線の接合部における通風抵抗を低減することができる車両用交流発電機を提供すること。【解決手段】  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る固定子鉄心３２とこの固定子鉄心３２に装備された固定子巻線とを有する固定子２と、回転子および固定子２を支持するフレームとを備える。固定子巻線は、２つの直線部とこれらの間をつなぐターン部とを含むほぼＵ字状の導体セグメントの端部同士を接合することによって形成されており、２つの導体セグメントに含まれて互いに接合される端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅを固定子２の径方向に対して斜めに配置する。【選択図】        図４
2006271015.tif 000002
【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る固定子鉄心と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、前記回転子および前記固定子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、２つの直線部とこれらの間をつなぐターン部とを含むほぼＵ字状の導体セグメントの端部同士を接合することによって形成されており、
２つの前記導体セグメントに含まれて互いに接合される前記端部を、前記固定子の径方向に対して斜めに配置する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、
前記導体セグメントはほぼ矩形断面を有しており、前記径方向に対して斜めに配置された前記端部のそれぞれに含まれて互いに隣接する周方向側面によって、前記径方向に対して斜めに向いたほぼ平坦な面が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３】
請求項１または２において、
前記回転子の軸方向端面には内周側から外周側に向けて冷却風を送出する冷却ファンが設けられており、
前記冷却風の送出方向に合わせて、２つの前記導体セグメントに含まれて互いに接合される前記端部の傾斜方向に設定することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項３において、
２つの前記導体セグメントに含まれて互いに接合される前記端部の傾斜方向は、前記径方向の外径側に配置された一方の前記端部が前記回転子の回転方向に対して前方にずれる向きであ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、
前記フレームは、前記導体セグメントの端部の外径側に冷却風吐出窓を有しており、
前記冷却風吐出窓の向きを、２つの前記導体セグメントに含まれて互いに接合される前記端部の配置の向きにほぼ一致させることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項６】
請求項５において、
前記固定子の周方向に沿って隣接する前記端部の間に形成される隙間を、２つの前記導体セグメントに含まれて互いに接合される前記端部の配置の向き沿って延長した位置に前記冷却風吐出窓を形成す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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、安全制御機器等の電気負荷の増加に伴って、車両用交流発電機にはますます発電能力の向上が求められている。このような発電能力向上の要請に応えるものとして、Ｕ字状の電気導体を規則的に並べて固定子のスロット内の電気導体を高占積率化することにより高出力化を図った回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような回転電機では、Ｕ字状の電気導体の各直線部を径方向に並べて互いに周方向反対側に捻った後に固定子鉄心の異なるスロットに挿入し、固定子鉄心の端面から突出した各直線部の先端側を周方向反対側に折り曲げ、さらに異なるスロットから突出した各直線部の先端部同士を接合することにより固定子巻線が形成されている。
【特許文献１】特開２００１−２０４１５１号公報（第２−５頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１等に開示された従来の車両用交流発電機では、固定子鉄心の端面から突出した直線部の先端部同士を接合して形成される各接合部は、固定子鉄心の径方向に沿った向きに配置されている。ところが、回転子の軸方向端面に取り付けられた冷却ファンによって発生する冷却風は、回転子の回転方向に対応して径方向からずれるため、固定子巻線に含まれる接合部における通風抵抗が増大するという問題があった。通風抵抗が増大すると、接合部の周辺を冷却風が通過する際に発生する干渉音が大きくなったり、冷却風の風量低下に伴って冷却性が悪化する原因となるため好ましくない。
【０００４】
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、固定子巻線の接合部における通風抵抗を低減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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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る固定子鉄心と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、回転子および固定子を支持するフレームとを備えており、固定子巻線は、２つの直線部とこれらの間をつなぐターン部とを含むほぼＵ字状の導体セグメントの端部同士を接合することによって形成され、２つの導体セグメントに含まれて互いに接合される端部を、固定子の径方向に対して斜めに配置している。このように、接合部を構成する端部同士が並ぶ方向を固定子の径方向に対して傾斜させることにより、回転子の回転に伴って発生する斜め方向の冷却風に対する通風抵抗を低減することができる。また、通風抵抗の低減に伴って、接合部の周辺を冷却風が通過する際に発生する干渉音を抑制したり、冷却風の風量増加による冷却性の向上が可能になる。
【０００６】
また、上述した導体セグメントはほぼ矩形断面を有しており、径方向に対して斜めに配置された端部のそれぞれに含まれて互いに隣接する周方向側面によって、径方向に対して斜めに向いたほぼ平坦な面が形成されていることが望ましい。これにより、接合部における通風抵抗をさらに低減することが可能になる。
【０００７】
また、上述した回転子の軸方向端面には内周側から外周側に向けて冷却風を送出する冷却ファンが設けられており、冷却風の送出方向に合わせて、２つの導体セグメントに含まれて互いに接合される端部の傾斜方向に設定することが望ましい。具体的には、上述した２つの導体セグメントに含まれて互いに接合される端部の傾斜方向は、径方向の外径側に配置された一方の端部が回転子の回転方向に対して前方にずれる向きであることが望ましい。これにより、内径側から外径側に冷却風を吐出して固定子巻線の冷却を行う内扇タイプの車両用交流発電機の通風抵抗を低減することが可能になり、干渉音低減とともに温度低下を実現することができる。
【０００８】
また、上述したフレームは、導体セグメントの端部の外径側に冷却風吐出窓を有しており、冷却風吐出窓の向きを、２つの導体セグメントに含まれて互いに接合される端部の配置の向きにほぼ一致させることが望ましい。また、上述した固定子の周方向に沿って隣接する端部の間に形成される隙間を、２つの導体セグメントに含まれて互いに接合される端部の配置の向き沿って延長した位置に冷却風吐出窓を形成することが望ましい。これらの工夫によって、固定子巻線とフレームの冷却風吐出窓を通って排出される冷却風の通風抵抗をさらに低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。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断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、整流器５等を含んで構成されている。
【００１０】
回転子３は、界磁として作用し、シャフト６と一体になって回転しており、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、送風装置としての斜流ファン１１および遠心ファン１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。ランデル型ポールコア７は、一組のポールコアを組合わせて構成されている。プーリ側の斜流ファン１１は、ポールコア７の端面に溶接などによって固着されており、この端面に対して鋭角の傾斜を持つブレードを有し、回転子３と一体になって回転する。反プーリ側の遠心ファン１２は、ポールコア７の端面に溶接などによって固着されており、この端面に対して直角のブレードを有する。
【００１１】
フレーム４は、フロントフレーム４ａとリアフレーム４ｂからなっており、その軸方向端面には冷却風吸入窓４１が、外周両肩部には、固定子２の第１コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂのそれぞれの径方向外側に対応して冷却風吐出窓４２が設けられている。フレーム４によって、回転子３および固定子２が支持される。
【００１２】
次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、固定子２の部分的な断面図である。図３は、固定子鉄心３２に装着される導体セグメント３３の模式的形状を示す斜視図である。固定子２は、電機子として作用し、固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成された複数のスロット３５内に配置された複数の電気導体としての導体セグメント３３によって構成された固定子巻線３１と、固定子鉄心３２と固定子巻線３１との間を電気絶縁するインシュレータ３４とを備えている。
【００１３】
図２に示すように、固定子鉄心３２には、多相の固定子巻線３１を収容できるように、内径側に開口を有する複数のスロット３５が形成されている。固定子鉄心３２のスロット３５に装備された固定子巻線３１は、１本１本の電気導体として把握することができ、複数のスロット３５のそれぞれの中には、偶数本（本実施形態では４本）の電気導体（直線部）が収容されている。また、一のスロット３５内の４本の電気導体は、固定子鉄心３２の径方向に関して内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。これら電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線３１が形成される。なお、本実施形態では、スロット３５内の電気導体は、第１コイルエンド群３１ａ側においては、連続線を配置することにより一端が接続され、また、第２コイルエンド群３１ｂ側においては、端部同士を接合することにより接続される。
【００１４】
各スロット３５内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の１本の他の電気導体と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するために、一のスロット３５内の所定の層の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の他の層の電気導体と対をなしている。例えば、一のスロット内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３２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内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３２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内の外中層の電気導体３３２ｂ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３２の軸方向の一方の端部において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。したがって、固定子鉄心３２の一方の軸方向端面側においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このように、固定子鉄心３２の一方の軸方向端面側においては、対をなす電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電気導体と内中層の電気導体との接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体との接続により端層コイルエンドが形成される。
【００１５】
一方、一のスロット３５内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３２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３５内の内端層の電気導体３３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット３５内の外端層の電気導体３３１ｂ’は、固定子鉄心３２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３５内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３２の軸方向の他方の端部において接合により接続される。具体的には、内端層の電気導体３３１ａ’の端部３３１ｄ’と内中層の電気導体３３２ａの端部３３２ｄとが互いに接合される。また、外中層の電気導体３３２ｂの端部３３２ｅと外端層の電気導体３３１ｂ’の端部３３１ｅ’とが互いに接合される。
【００１６】
したがって、固定子鉄心３２の他方の軸方向端面側においては、外端層の電気導体３３１ａ’と外中層の電気導体３３２ａとを接続する接合部３３ｄと、内端層の電気導体３３１ｂ’と内中層の電気導体３３２ｂとを接続する接合部３３ｅとが、径方向に対して斜め方向に並んでいる。このように固定子鉄心３２の他方の軸方向端面側においては、対をなす電気導体の接合部３３ｄ、３３ｅが、重複することなく並べて配置される。
【００１７】
さらに、それぞれの電気導体は、ほぼ矩形断面（平角断面）をもった一定の太さの電気導体を所定形状に成形したＵ字状の導体セグメントにより提供される。図３に示すように、内端層の電気導体と外端層の電気導体とが、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３３１により提供される。また、内中層の電気導体と外中層の電気導体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３３２により提供される。大セグメント３３１と小セグメント３３２とは基本導体セグメント３３を形成する。そして、基本導体セグメント３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子鉄心３２の周りを２周するコイルが形成される。
【００１８】
次に、固定子巻線３１に含まれる各接合部３３ｄ、３３ｅの詳細について説明する。図４は、各接合部３３ｄ、３３ｅの配置を示す固定子２の部分的な斜視図である。図５は、各接合部３３ｄ、３３ｅの配置を示す固定子２の平面図である。これらの図において、ａは一直線上に並んだ２つの接合部３３ｄ、３３ｅの方向を、ｂは固定子２の径方向を、θは方向ａと方向ｂのなす角をそれぞれ示している。また、図５において、ｃは回転子３の回転方向を示している。
【００１９】
図４および図５に示すように、一直線上に並んだ２つの接合部３３ｄ、３３ｅおよびこれらの接合部３３ｄ、３３ｅに含まれる４つの端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅは、径方向ｂに対して斜めに配置されている。すなわち、θ＞０となっている。また、それぞれの端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅは、互いに隣接する周方向側面（図５においてｆ、ｇで指し示される側面）によって、径方向ｂに対して斜めに向いたほぼ平坦な面が形成されている。
【００２０】
また、図５に部分的に示すように、回転子３にはポールコア７の軸方向端面に対して鋭角の傾斜を持つブレードを有する斜流ファン１１が取り付けられているが、この斜流ファン１１がｃ方向に回転すると、ｈ方向に送出される冷却風が発生する。本実施形態では、この冷却風の送出方向に合わせて、２つの接合部３３ｄ、３３ｅおよびこれらの接合部３３ｄ、３３ｅに含まれる４つの端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅの配置の傾斜方向が設定されている。具体的には、これらの配置の傾斜方向は、外径側に配置された接合部３３ｅ（あるいは端部３３１ｅ）になるほど回転子３の回転方向ｃに対して前方にずれる向きに設定されている。
【００２１】
さらに、本実施形態では、図５に部分的に示すように、フロントフレーム４ａに設けられた冷却風吐出窓４２の向き（冷却風吐出窓４２を区画しているフロントフレーム４ａの側壁の向き）を、周方向に隣接する２つの導体セグメント３３に含まれる２つの接合部３３ｄ、３３ｅおよびこれらの接合部３３ｄ、３３ｅに含まれる４つの端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅの配置の向きにほぼ一致させている。
【００２２】
また、周方向に沿って隣接する２つの接合部端部の間に形成される隙間を、２つの導体セグメント３３に含まれて互いに接合される２つの接合部３３ｄ、３３ｅおよびこれらの接合部３３ｄ、３３ｅに含まれる４つの端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅの配置の向きに沿って延長した位置に冷却風吐出窓４２を形成している。例えば、図５に示すように、周方向に隣接する２つの接合部３３ｅ（あるいは２つの接合部３３ｄ）によって囲まれた隙間ｊに着目したときに、この隙間を外周側であって２つの接合部３３ｄ、３３ｅの並びの向きを延長した位置に冷却風吐出窓４２が形成されている。
【００２３】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、固定子巻線３１の各接合部３３ｄ、３３ｅおよびこれらの接合部３３ｄ、３３ｅに含まれる４つの端部３３１ｄ、３３２ｄ、３３２ｅ、３３１ｅが並ぶ方向を固定子２の径方向に対して傾斜させているため、回転子３の回転に伴って発生する斜め方向の冷却風に対する通風抵抗を低減することができる。また、通風抵抗の低減に伴って、接合部３３ｄ、３３ｅの周辺を冷却風が通過する際に発生する干渉音を抑制したり、冷却風の風量増加による冷却性の向上が可能になる。
【００２４】
特に、各接合部３３ｄ、３３ｅが含まれる導体セグメント３３はほぼ矩形断面を有しており、各接合部３３ｄ、３３ｅに含まれて互いに隣接する周方向側面によって、径方向に対して斜めに向いたほぼ平坦な面が形成されている。これにより、接合部３３ｄ、３３ｅにおける通風抵抗をさらに低減することが可能になる。
【００２５】
また、本実施形態では、各接合部３３ｄ、３３ｅが並ぶ向きを、回転子３の回転によって発生する冷却風の送出方向に合わせて設定している。具体的には、径方向の外径側に配置された一方の接合部３３ｅ（あるいは端部３３１ｅ）になるほど回転子３の回転方向に対して前方にずれる向きに傾斜するように、各接合部３３ｄ、３３ｅが並ぶ向きが設定されている。これにより、内径側から外径側に冷却風を吐出して固定子巻線３１の冷却を行う内扇タイプの車両用交流発電機１の通風抵抗を低減することが可能になり、干渉音低減とともに温度低下を実現することができる。
【００２６】
また、フロントフレーム４ａにおいて導体セグメント３３の端部３３１ｅ等の外径側に設けられた冷却風吐出窓４２の向きを、２つの接合部３３ｄ、３３ｅが並ぶ向きにほぼ一致させたり、周方向に隣接する各接合部の間に形成される隙間を、接合部３３ｄ、３３ｅの配置の向き沿って延長した位置に形成したりすることにより、固定子巻線３１と冷却風吐出窓４２を通ってフロントフレーム４ａの外部に排出される冷却風の通風抵抗をさらに低減することが可能になる。
【００２７】
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、各接合部３３ｄ、３３ｅには電気絶縁を目的として粉体樹脂等で覆うようにしてもよい。このような場合であっても、周方向に隣接する接合部３３ｅの間あるいは周方向に隣接する接合部３３ｄの間に隙間が形成される場合には本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】固定子の部分的な断面図である。
【図３】固定子鉄心に装着される導体セグメントの模式的形状を示す斜視図である。
【図４】各接合部の配置を示す固定子の部分的な斜視図である。
【図５】各接合部の配置を示す固定子の平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  車両用交流発電機
２  固定子
３  回転子
４  フレーム
４ａ  フロントフレーム
４ｂ  リアフレーム
５  整流器
３１  固定子巻線
３３  導体セグメント
３３ｄ、３３ｅ  接合部
３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅ  端部
４２  冷却風吐出窓
【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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