(57)【要約】【課題】この発明は、素鉄心の曲げ変形工程に伴い生じる不具合をできる限り抑制して、過大な投資をすることなく高品質、高性能の交流発電機を得る。【解決手段】この交流発電機は、回転子と、この回転子を囲って設けられ軸線方向に沿って延びたスロット３４が周方向に所定ピッチで複数形成された固定子鉄心１５、及びこのスロット３４に装着された固定子巻線１６を有する固定子８とを備え、固定子鉄心１５は、各薄板鋼板に形成された凹凸部３２同士を嵌合して各薄板鋼板を積層、一体化して構成された直方体形状の素鉄心を、曲げ変形して端面同士を突き合わせ接合して形成される交流発電機において、凹凸部３２は、素鉄心の曲げ変形の際に生じる、固定子鉄心１５の、圧縮応力を受ける内径側の圧縮領域４２と引っ張り応力を受ける外径側の引っ張り領域４１との境界線４０上に形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
この回転子を囲って設けられ軸線方向に沿って延びたスロットが周方向に所定ピッチで複数形成された固定子鉄心、及びこのスロットに装着された固定子巻線を有する固定子とを備え、
前記固定子鉄心は、各薄板鋼板に形成された凹凸部同士を嵌合して各薄板鋼板を積層、一体化して構成された直方体形状の素鉄心を、曲げ変形して端面同士を突き合わせ接合して形成される回転電機において、
前記凹凸部は、前記素鉄心の曲げ変形の際に生じる、前記固定子鉄心の、圧縮応力を受ける内径側の圧縮領域と引っ張り応力を受ける外径側の引っ張り領域との境界線上に形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記スロットの底面には、切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子鉄心は、車両用交流発電機の固定子鉄心であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各薄板鋼板に形成された凹凸部同士を嵌合して各薄板鋼板を積層、一体化して構成された固定子鉄心を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各薄板鋼板に形成された凹凸部同士を嵌合して各薄板鋼板を積層、一体化して構成された直方体形状の素鉄心を、曲げ変形して端面同士を突き合わせ接合して形成される固定子鉄心を備えた車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、表面に接着剤の皮膜を有する各薄板鋼板にプレス加工により凹凸部を形成し、この後薄板鋼板を積層した後所定の条件下で加熱及び加圧することにより、一体化した素鉄心を円筒形状に変形して固定子鉄心を形成している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９１１４２号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記車両用交流発電機の固定子鉄心では、各薄板鋼板を一体化するために、薄板鋼板の表面に施された接着剤の加熱、及び積層方向に加圧することが必要で、コスト、工数共に増大するという問題点があった。
また、積層方向寸法に関しても、接着剤の溶融程度の把握が必要で、隣接した薄板鋼板相互の隙間の管理が複雑となり、安定した製品を得ることが困難であった。
また、接着後、素鉄心を曲げ変形する際に、定着した接着剤の損傷・脱落のおそれもあった。
一方で、固定子鉄心の一体化を確実に強固にするために外周側面の大半を溶接することも想定されるが、この方策は、大量生産品においては現実的でない。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、新たな設備を備えることなく素鉄心の曲げ変形に伴い生じる不具合を抑制でき、高品質、高性能の回転電機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る回転電機では、回転子と、この回転子を囲って設けられ軸線方向に沿って延びたスロットが周方向に所定ピッチで複数形成された固定子鉄心、及びこのスロットに装着された固定子巻線を有する固定子とを備え、前記固定子鉄心は、各薄板鋼板に形成された凹凸部同士を嵌合して各薄板鋼板を積層、一体化して構成された直方体形状の素鉄心を、曲げ変形して端面同士を突き合わせ接合して形成される回転電機において、前記凹凸部は、前記素鉄心の曲げ変形の際に生じる、前記固定子鉄心の、圧縮応力を受ける内径側の圧縮領域と引っ張り応力を受ける外径側の引っ張り領域との境界線上に形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る回転電機によれば、新たな設備を備えることなく隣接した薄板鋼板同士の結合力の低下が抑制されて、品質及び性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す断面図、図２は図１の固定子鉄心１５が形成される前段階の素鉄心３０を示す斜視図、図３Ａは図２の素鉄心３０に固定子巻線１６が装着されたときの部分構成図、図３Ｂは図３Ａの素鉄心３０が曲げ変形された後の固定子８の構成図である。
回転電機である、この交流発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランデル型の回転子７と、回転子７の両側面に固定されたファン５と、ケース３の内壁面に固定された固定子８とを備えている。
また、交流発電機は、シャフト６の他端部に固定され回転子７に電流を供給するスリップリング９と、スリップリング９に摺動する一対のブラシ１０と、このブラシ１０を収納したブラシホルダ１１と、固定子８に電気的に接続され固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２と、ブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７と、このヒートシンク１７に接着され固定子８で生じる交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８とを備えている。
【０００９】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆って設けられその磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成されている。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで、かつかみ合うように対向してシャフト６に固着されている。
【００１０】
固定子８は、軸線方向に沿って延びるスロット３４が周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心からなる固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６とを備えている。
固定子鉄心１５は、図４に示すように、複数枚の薄板鋼板３７を積層して構成されている。各薄板鋼板３７には、凹凸部３２が形成されており、凹凸部３２の凸部位が隣接した凹凸部３２の凹部位に嵌合して各薄板鋼板３７同士は、結合されている。
また、フロントブラケット１及びリヤブラケット２の軸線方向の両側部では、吸気孔１ａ、２ａが形成され、フロントブラケット１及びリヤブラケット２の肩部では、排気孔１ｂ、２ｂが形成されている。
【００１１】
固定子鉄心１５には、直方体形状の素鉄心３０を曲げ変形して両端面同士を突き合わせ、溶融接合したときに生じる突き合わせ溶接部３６が形成されている。突き合わせ溶接部３６は、スロット３４間のティース３３に形成されている。
また、固定子鉄心１５の周側面にも、隣接した薄板鋼板３７同士を溶融接合したときに生じる積層溶接部３１が周方向に間隔をおいて複数形成されている。
突き合わせ溶接部３６及び積層溶接部３１は、ＣＯ２レーザ溶接により固定子鉄心１５の軸線方向に沿って全長に渡って連続的に形成されている。
【００１２】
上記構成の車両用交流発電機の固定子８は、次の手順で製造される。
先ず、複数の薄板鋼板３７を隣接した凹凸部３２同士が嵌合するように積層して素鉄心３０を形成する。
次に、この直方体形状の素鉄心３０の周側面にＣＯ２レーザ溶接により積層溶接部３１を形成して薄板鋼板３７同士を一体化する。
この次に、インシュレータ（図示せず）を素鉄心３０のスロット３４側に載置し、その後帯状の固定子巻線１６の導線３５をスロット３４内に押し入れて素鉄心３０に固定子巻線１６を装着する。
最後に、直方体形状の素鉄心３０を円筒形状に曲げ変形し、素鉄心３０のティース３３の分断面同士を突き合わせて溶融接合して突き合わせて溶接部３６を形成する。
【００１３】
上記構成の車両用交流発電機では、電流がバッテリ(図示せず）からブラシ１０及びスリップリング９を介して回転子コイル１３に供給され、磁束が発生する。この磁束により、一方のポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルト及びプーリ４を介してシャフト６に伝達され、回転子７が回転される。
この結果、固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、固定子巻線１６に起電力が発生する。この交流の起電力は、回転子７に流れる電流を調整するレギュレータ１８によりその大きさが調整される。また、この交流の起電力により生じる交流は、整流器１２を通って直流に整流されて、バッテリに充電される。
【００１４】
ところで、図５は直方体形状の素鉄心３０を曲げ変形した際の固定子鉄心１５に生じる応力分布を示す図である。
この図から分かるように、固定子鉄心１５の外径側では、矢印方向に引っ張り応力が生じ、固定子鉄心１５の内径側では、矢印方向に圧縮応力が生じる。
このため、固定子鉄心１５には、引っ張り応力が生じる引っ張り領域４１と圧縮応力が生じる圧縮領域４２が存在し、各薄板鋼板３７は、引っ張り領域４１では周方向に僅かながら引き伸ばされ、圧縮領域４２では周方向に僅かながら圧縮される。
【００１５】
上記凹凸部３２は、引っ張り領域４１と圧宿領域４２との境界線４０上に形成されている。
また、圧縮領域４２において、各スロット３４の底面には切り欠き部４３が形成されている。
この切り欠き部４３により、素鉄心３０を円筒形状に曲げ変形する際に、圧縮領域４２での曲げ変形量の大部分は切り欠き部４３で吸収され、それだけ凹凸部３２には圧縮応力が及びにくい。
なお、図２では、切り欠き部４３は省略されている。
【００１６】
図６Ａ、図６Ｂは凹凸部３２が引っ張り領域４１、即ち固定子鉄心１５の外径側に形成されたときの凹凸部３２の変形を示す説明図である。
各薄板鋼板３７の凹凸部３２の凹部位では、開口部が拡がる方向に応力が加わり（図６Ａ）、開口部は拡がり、変形する（図６Ｂ）。この結果、薄板鋼板３７の凹凸部３２の凸部位と、この凸部位と嵌合する、隣接した薄板鋼板３７の凹凸部３２の凹部位との間では、周方向において隙間が生じてしまい、隣接した薄板鋼板３７同士の結合力が低下する。  また、凹凸部３２の凹部位のコーナ部４４では亀裂４５が生じ易く、亀裂４５が生じた場合には、結合力を復元することは困難となる。
【００１７】
図７Ａ、図７Ｂは凹凸部３２が圧宿領域４２、即ち固定子鉄心１５の内径側に形成されたときの凹凸部３２の変形を示す説明図である。
各薄板鋼板３７の凹凸部３２の凹部位では、隣接した凹凸部３２の凸部位を押し上げる方向に応力が加わり（図７Ａ）、隣接した薄板鋼板３７間で隙間が生じ、薄板鋼板３７同士の結合力が低下する（図７Ｂ）。
なお、薄板鋼板３７の凹凸部３２は、プレス加工で形成されるが、加工上、コーナ部４４は凹凸部３２の凸部位の角よりも大きめのＲ形状となる傾向もあり、この場合にはさらに押し上げる方向の力が増大する。
【００１８】
この実施の形態による固定子鉄心１５では、凹凸部３２は、引っ張り領域４１と圧縮領域４２との境界線４０上に形成されているので、凹凸部３２には、引っ張り応力及び圧縮応力を受ける領域とともに、応力を殆ど生じない、即ち変形しない部位も存在し、全体として、隣接した薄板鋼板３７同士の結合力の低下は最小限に抑制される。
従って、積層溶接部３１以外の領域においても、素鉄心３０を曲げ変形した際の薄板鋼板３７間の隙間の発生、及び薄板鋼板３７の周方向及び径方向の位置ずれが抑制される結果、磁気騒音、磁気回路の歪みが低減され、交流発電機の品質及び性能が向上する。
【００１９】
なお、凹凸部３２の形状、配置等は、一例であり、図に示されたものに限定されない。  また、境界線４０についても、図５では直線状に示しているが、薄板鋼板３７の剛性、厚み等で存在する位置はさまざまで、また様態も波線等の様々な様態があるが、図５中では理解の為に可視化して一例を表現したものである。
また、固定子鉄心１５のスロット３４内に固定子巻線１６を収納した後、固定子鉄心１５を円筒形状に曲げ変形しているが、曲げ変形した後に、固定子巻線１６をスロット３４内に圧入するようにしてもよい。
また、この固定子巻線１６についても、整列している必要はなく、様々な様態の固定子巻線でもよい。
また、この発明は、車両用交流発電機の固定子鉄心１５に限定されるものではなく、車両用以外の交流発電機の固定子鉄心であってもよいし、また電動機の固定子鉄心であってもよい。
また、素鉄心３０については、２以上に分割されたブロック体同士を連結して構成されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す断面図である。
【図２】図１の固定子鉄心が形成される前段階の素鉄心を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２の素鉄心に固定子巻線が装着されたときの部分構成図である。
【図３Ｂ】図３Ａの素鉄心が曲げ変形された後の固定子の構成図である。
【図４】図１の固定子鉄心の部分断面図である。
【図５】図２の素鉄心を曲げ変形した際の固定子鉄心に生じる応力分布図である。
【図６Ａ】凹凸部が引っ張り領域に形成されたときの凹凸部に生じる応力分布を示す図である。
【図６Ｂ】凹凸部が引っ張り領域に形成されたときの凹凸部の変形を示す説明図である。
【図７Ａ】凹凸部が圧縮領域に形成されたときの凹凸部に生じる応力分布を示す図である。
【図７Ｂ】凹凸部が圧縮領域に形成されたときの凹凸部の変形を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
７  回転子、８  固定子、１５  固定子鉄心、１６  固定子巻線、３０  素鉄心、３２  凹凸部、３４  スロット、３７  薄板鋼板、４０  境界線、４１  引っ張り領域、４２  圧縮領域、４３  切り欠き部。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2008187823.tif 000006
【図４】
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【図５】
2008187823.tif 000008
【図６Ａ】
2008187823.tif 000009
【図６Ｂ】
2008187823.tif 000010
【図７Ａ】
2008187823.tif 000011
【図７Ｂ】
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