(57)【要約】 【課題】  ボビンをコアに一体成形した回転電気の電機子において、コイルの放熱性を向上させる。【解決手段】  放射状に突出する矩形断面の複数の磁極歯８２を備えたコア８と、磁極歯８２の矩形断面部分の周囲に一体成形されたボビン９と、このボビン９上に巻回されたコイル１０とからなる回転電気の電機子において、ボビン９は、磁極歯８２の矩形断面の辺上で凸状に湾曲して形成される。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状に突出する矩形断面の複数の磁極歯を備えたコアと、前記磁極歯の矩形断面部分の周囲に一体成形された絶縁材料からなるボビンと、このボビン上に巻回されたコイルとからなる回転電機用電機子において、
前記ボビンは、前記磁極歯の矩形断面の辺上で凸状に湾曲して形成されたことを特徴とする回転電機用電機子。
【請求項２】
前記ボビンは射出成形により磁極歯と一体成形されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用電機子。
【請求項３】
前記コイルに樹脂を含浸させたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用電機子。
【請求項４】
前記コイルは自己融着線からなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用電機子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動モータ等の回転電機のロータ又はステータとなる電機子に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）では、内燃機関のクランク軸にフライホイール兼用のロータを固定し、このロータに固定された永久磁石がステータに対向した位置で回転することで車両に必要な交流電力を作る永久磁石式交流発電機が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一般に交流発電機のステータは、金属板を積層した放射状に突出する磁極歯を有するステータヨーク（コア）と、このステータヨークの各磁極歯に嵌め込まれた絶縁材料からなるボビンと、このボビン上に巻回されたコイルから構成される。ロータはステータの磁極歯に対向する永久磁石を備える。ロータの回転によってコイルに起電力を生じる。磁極歯のコイル巻回部分は矩形断面であり、コ字状断面のボビンが上下両側から装着される。
【０００４】
ところで、大型の交流発電機はその出力増加に伴って、コイル温度が過度に上昇する傾向にあり、ともするとコイル被膜の耐熱温度（約２２０℃）を超える場合がある。発電機の発電効率を高めるためには、コイル表面から放熱させると共に、コイル内面側の磁極歯を通してコアを介して効率よく放熱することにより、コイル被膜温度が耐熱温度以下になるようにしなければならない。しかしながら、交流発電機のステータは一般に、コアとは別体のボビンがコアに装着されるために、ボビン内面とコア外面の間に微少な間隙（空気）が生じ、この間隙が断熱層として作用してコイルからコア側への放熱性が低下する。
【０００５】
このような問題に対し、最近では、上記間隙に含浸樹脂を流し込んだステータやコアにボビンを一体成形したステータも開発されている。前者のステータは、含浸樹脂の充填により断熱層が減少するため、コイル温度はほぼコイル被膜耐熱温度まで下がることが発明者らの実験で確認されている。また後者のステータは、一体成形化により断熱層そのものが無くなるため、コイル温度はコイル被膜温度以下まで下がりボビンからコアへの熱伝達性が格段に向上することが確認されている。
【０００６】
しかしながら、これらのステータは、ボビンとコア間の熱伝達性はある程度向上するものの、その後のコイルの巻き回しによって生じる、コイルとボビン外面との間の間隙により、コイルからボビンへの熱伝達性が遮られ、コイルの放熱性向上が充分図られない。
【０００７】
【特許文献１】特願２００４−１９５４３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような現状を考慮したものであって、ボビンをコアに一体成形した回転電機の電機子において、各磁極歯に巻き回されるコイルとボビンとの間で高い密着度を達成して放熱性を高め出力向上を図った電機子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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、放射状に突出する矩形断面の複数の磁極歯を備えたコアと、前記磁極歯の矩形断面部分の周囲に一体成形された絶縁材料からなるボビンと、このボビン上に巻回されたコイルとからなる回転電機用電機子において、前記ボビンは、前記磁極歯の矩形断面の辺上で凸状に湾曲して形成されたことを特徴とする回転電機用電機子を提供する。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の回転電機用電機子において、前記ボビンは射出成形により磁極歯と一体成形されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の回転電機用電機子において、前記コイルに樹脂を含浸させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１の回転電機用電機子において、前記コイルは自己融着線からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、ボビンとコアとを一体成形してなる回転電機用電機子において、ボビンを磁極歯の矩形断面の辺上（例えば４辺全て）で凸状に湾曲して形成したことにより、この上に巻き回されるコイルとボビンとの密着度が高まり、コイルからボビンを介しコアへの放熱性が向上する。
【００１４】
請求項２の発明によれば、樹脂材料の射出成形により所望形状のボビンが容易に形成できる。磁極歯は放射方向外側が張り出した平面視Ｔ字型であり、一体成形にあたっては、この磁極歯のＴ字の張り出し部分が金型に接して位置決めやコアの支持に利用できる。なお、コアは、磁性材料からなる金属薄板を積層して形成する。
【００１５】
請求項３の発明によれば、前記磁極歯の周囲に巻回されるコイルの巻線間に樹脂が含浸されるため、コイル内でのコイル巻線間の空隙がなくなり、放熱性がさらに高まる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、前記コイルは自己融着線からなるため、熱によってコイル同士が接合し合い、巻線間の空気が除去されて放熱性がさらに高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る電機子を備えた回転電機の縦断面図である。ここでは回転電機は、内燃機関に装備される磁石式発電機として、また電機子はその発電機のステータとして例示される。
【００１８】
この実施形態の発電機１は、その駆動源をエンジン（図示せず）のクランクシャフト２とし、テーパ付けされたその端部にナット３を介して嵌合される一体型ロータ４を備える。尚、図中５は、クランクシャフト２と一体型ロータ４との間で回転滑りを生じないための廻り止め（キー）である。
【００１９】
一体型ロータ４は、クランクシャフト２に嵌合するボス部４１と、ボス部４１の軸方向一端に設けられたフランジ部４１ａを介してボス部４１に一体化されたカップ状のロータ部４２と、フランジ部４１ａを介してボス部４１に一体化された円筒状のクラッチ外輪部４３とによって構成されている。ロータ部４２は、その内壁面４２ａに周方向に隔置された複数の永久磁石６を備えている。
【００２０】
ロータ部４２はその軸方向一端（ボス部４１のフランジ部４１ａ側）に底壁部４２ｂを備えており、所謂カップ形を有している。ボス部４１とロータ部４２とはボス部側のフランジ部４１ａとロータ部側の底壁部４２ｂを介して一体化されており、その材料は同一である。
【００２１】
ボス部４１のフランジ部４１ａよりエンジン側には、ベアリング１１を介してクランクシャフト２に回転可能に支持されるフライホィール１２と、ワンウェイクラッチ１３がそれぞれ設けられる。ワンウェイクラッチ１３は、クランクシャフト２の回転をロータ４を介してフライホィール１２側に伝達するものであって、クランクシャフト２の回転数を越えてフライホィール１２が回転する状況下においては、フライホィール１２が空転し、その回転力がロータ４側に伝わらないようになっている。このワンウェイクラッチ１３は、複数のローラ１４とこれらローラ１４を支持するローラホルダ１５からなるクラッチ内輪部１３ａ、および前出のクラッチ外輪部４３とによって構成される。
【００２２】
クラッチ外輪部４３は、前述したように、一体型ロータ４のボス部４１のフランジ部４１ａの外端からエンジン側（図で左側）に突出した円筒形状を有し、同材料でフランジ部４１ａに一体化されている。そしてこの円筒部分の内側に、クラッチ内輪部１３ａのローラ１４を配するようになっている。クラッチ外輪部４３のエンジン側の端部には、ローラ１４がクラッチ外輪部４３から飛び出さないようにするためのカバー１６が装着される。
【００２３】
ロータ４の内部には、ロータ回転によって交流電力を生じるステータ７が配置される。ステータ７は、磁性材料からなるリング状薄板を多数積層させたコア（ステータヨーク）８を有する。コア８は放射状に突出する磁極歯８２（図３参照）を有する。この磁極歯８２は矩形断面であり、この矩形断面部分に、例えば射出成形等によりボビン９が一体成形される。ボビン９周りにコイル１０が巻回される。なお、ボビン９は、各磁極歯８２の根本部分を連結した円環部９ａ（図２）と一体のインシュレータの一部として形成しても良い。コイル１０の巻回部がボビン９となる。
【００２４】
図２は上記ステータ７の平面図である。また、図３はボビン９を一体成形する前のコア８の平面図である。
【００２５】
図３に示すように、コア８は、円形の本体部８１と、その外周に放射状に突出する多数の磁極歯８２とを一体で備えており、これらは前述したように薄板を多数積層することによって形成される。本体部８１はその中央にクランクシャフト２を通すための開口部８３を有する。各磁極歯８２は、矩形断面のコイル巻回部８４と、その外側端に接続する頭部８５とからなり、平面視で略Ｔ字形状を有する。本体部８１の外側には各隣接する磁極歯８２、８２間にスロット８６が形成される。
【００２６】
以上のように形成されたコア８を、所定部分をマスキングした状態で射出成形用の金型の中に配置し、金型内にボビン９となる絶縁性樹脂材料を射出することにより、ボビン９はコア８と一体成形される。
【００２７】
図４は、以上のようにしてコア８とボビン９とを一体化したステータ７（コイル１０を除く）の外観斜視図である。また、図５は同ステータ７の平面図であり、図６はその側面図である。
【００２８】
ボビン９は、矩形断面のコイル巻回部８４の上下左右４側面を覆うように形成される。本体部８１の外周側の円環部９ａの上面には、各磁極歯８２間の渡り線を引っ掛けるための係止突起９１が同じく射出成形で一体成形される。渡り線とは、１つの磁極歯８２にコイル１０を巻回した後、その巻線を連続して次の磁極歯８２に巻回する時の磁極歯間を渡るコイル部分のことである。渡り線がスロット部分を通過すると磁極歯８２へのコイル巻回し動作に支障を来たし、巻回しのターン数が減ってスロット８６内のコイル占積率が低下する。本実施形態では各磁極歯８２の根元に係止突起９１を設けているため、各磁極歯８２にコイル１０を巻回した後、その巻線を係止突起９１に引掛けて次の磁極歯８２に渡らせることができる。これにより渡り線がスロット８６を通過することがなくなりコイル占積率を上げることができる。
【００２９】
なお、Ｔ字状磁極歯８２の頭部８５の外面には対向するロータ側の永久磁石６とのギャップを極力小さくするためにインシュレータは形成されない。
【００３０】
図７は、本発明に係る一体成形ボビンの断面図である。
図示したように、矩形断面の磁極歯８２のコイル巻回部８４の各辺を覆ってボビン９が例えば射出成形で一体形成される。ボビン９は、矩形断面のコイル巻回部８４の各辺を連続して覆うとともに、各辺上で凸状に湾曲して形成される。
【００３１】
図８は、ボビン上にコイル１０を巻回した状態の磁極歯の断面を示す。図８において（ａ）は、本実施形態によるボビン一体型磁極歯８２にコイル１０を巻回した状態を示し、（ｂ）は従来のコイル巻回状態を示す。
【００３２】
上述したように、本実施形態による磁極歯８２は、コイル巻回部８４の外周に一体形成されるボビン９が、その外周に亘ってなだらかな曲線が連続するように凸状に形成されるため、その後のコイル巻き回し工程では、巻き回されたコイル１０がボビン９の表面によく密着し、ボビン９・コイル１０間に隙間を生じない。これに対し、比較例として（ｂ）に示したボビン９０では、その側面が平坦であるために、巻き回されるコイル１０の巻線の線径が太くなるほど巻線の剛性が大きくなって、コイル１０はボビン側面９１から浮き上がり、隙間９２を生じるようになる。この結果、発電機作動状態においては、高温化したコイル１０からボビン９０への熱伝達が磁極歯側面で隙間９２を介して行われることとなり、隙間９２は断熱層として作用するため、図８（ａ）に示したコイルボビン９よりも放熱性が低下することになる。
【００３３】
図９は、発電機作動時のコイル温度測定試験の結果を示している。図９において、（ａ）は、ボビン側面が平坦（ストレート）になるようにボビンとコアを一体成形したものにおいて、コイル１０を巻回した後、コイル１０の巻線同士の密着性を高めるため粉体塗装を施したステータのコイル温度を示し、（ｂ）は本実施形態に関連し、ボビン側面が凸状に湾曲するようにボビンとコアを一体成形したものにおいて、コイル１０を巻回した後、（ａ）と同様に粉体塗装を施したステータのコイル温度を示している。このグラフからも明らかなように、ボビン側面を凸状に湾曲させたステータは、ボビン側面が平坦な従来のステータによりも約２２度低いコイル温度を示しており、高い放熱性を有することが確認された。なお、コイル１０の巻線同士の密着性を高めるための他の手段としては、巻回後、粉体塗装に代えて浸漬法によりコイル１０の巻線間に樹脂を含浸させる方法やコイル巻線として自己融着線を用いる方法があるが、これらの方法を採用するステータにおいても、予めボビン側面を凸状に湾曲させることにより高い放熱性を達成する。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、ボビンとコアとを一体成形してなる回転電機用電機子において、磁極歯の矩形断面のコイル巻回部の各側面に一体成形されるボビンの表面を凸状に湾曲して形成したことにより、その後、この上に巻回されるコイルとボビンとの密着度が高まり、コイルからボビンを介しコアへの放熱性が向上し、回転電機作動中のコイル温度を低下させることができる。これにより、コイル温度が上昇する回転電機の高出力化にも対処することができる。なお、本実施形態では、特に高出力で線径の太いコイル巻線（１．０ｍｍφ以上）に対し有効である。
【００３５】
磁極歯８２のコイル巻回部８４の側面に加えて、上下面上に被覆形成されるボビン部分もまたその輪郭は凸状に湾曲しているが、上下面の面積が側面の面積に比べ格段に小さいことから、従来同様この部分を平坦面にし、側面のみを凸状に湾曲形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の利用例として、ステータ側にコイルが備わる発電機に限らず、ロータ側にコイルが備わる発電機、あるいは電動モータのロータやステータ等、ボビンを介してコアにコイルが巻回される回転電機の全般に本発明の電機子を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る電機子を備えた回転電機の縦断面図。
【図２】図１のステータの平面図。
【図３】図１のステータにおいてボビンを一体成形する前のコアの平面図。
【図４】図３に示すコアとボビンとを一体したステータの外観斜視図。
【図５】図４のステータの平面図。
【図６】図４のステータの側面図。
【図７】図５のＡ−Ａ線に沿う磁極歯の縦断面図。
【図８】コイルを巻回した状態の磁極歯の断面を示し、同図（ａ）は本実施形態によるボビン一体型磁極歯にコイルを巻回した状態を示し、同図（ｂ）は従来のコイル巻回状態を示す図。
【図９】発電機作動時のコイル温度測定試験の結果を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１：発電機、２：クランクシャフト、３：ナット、４：ロータ、
５：廻り止め、６：マグネット、７：ステータ、８：コア、
９：ボビン、９ａ：円環部、１０：コイル、１１：ボールベアリング、
１２：フライホィール、１３：ワンウェイクラッチ、
１３ａ：クラッチ内輪部、１４：ローラ、１５：ローラホルダ、
１６：カバー、４１：ボス部、４１ａ：フランジ部、４２：ロータ部、
４２ａ：内壁面、４２ｂ：底壁部、４３：クラッチ外輪部、
８１：本体部、８２：磁極歯、８３：開口部、８４：コイル巻回部、
８５：頭部、８６：スロット、９０：ボビン、９１：係止突起、
９２：隙間。
【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】
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