(57)【要約】【課題】小型、高出力かつ低コストに対応した車両用交流発電機を実現する。【解決手段】固定子鉄心３２には、２つの星形結線３相巻線が装備される。ひとつのスロット内には、径方向に４層をなすように電気導体が配置される。１相の巻線は、第１層と第２層との間をつなぐ複数のターン部３３ｃ１と、第３層と第４層との間をつなぐ複数のターン部３３ｃ２とを有する。これらターン部３３ｃ１、３３ｃ２は規則的に配列される。１相の巻線は、第１層と第１層とをつなぐ同層のタ−ン部３３ａ１をひとつ有する。１相の巻線は、同層のターン部３３ａ１の径方向に隣接して位置し、第２層と第３層とをつなぐタ−ン部３３ｂ１、３３ｂ２を２つ有している。さらに、１相の巻線は、出力線３１１１、３１１２を有する。この結果、各相の巻線は、固定子鉄心３２を２周周回するように配置された１本の連続線によって提供される。【選択図】　　　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する複数の爪状磁極を持つ界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄心、及びこの固定子鉄心に形成された複数のスロットの径方向深さに複数層装備された多相の固定子巻線を備える固定子とを有する車両用交流発電機において、
前記多相固定子巻線の各相巻線は連続線よりなり、前記各相巻線は前記回転子のＮＳ極の磁極ピッチに対応して離間したスロット内の同一の層を直列接続する同層の渡り部を１箇所有し、その他は前記回転子のＮＳ極の磁極ピッチに対応して離間したスロット内の異なる層を直列接続する渡り部を有して前記固定子鉄心の軸方向両側にコイルエンドを形成してい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に記載の車両用交流発電機において、
前記渡り部は斜行部とターン部とからなり、前記同層の渡り部以外では隣り合う層の斜行部は互いに斜行方向が逆向きであり、前記同層の渡り部に径方向に隣接する渡り部のターン部は、他の渡り部のターン部に対してスロットの径方向深さが１層分異なった位置で前記斜行部間を直列接続し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に記載の車両用交流発電機において、
前記同層間での渡り部に径方向に隣接する渡り部は出力線となることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記同層間渡り部のターン部は径方向に略円環形状を有す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から４のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記固定子巻線の各相の出力線は、隣接したスロットの同一層から引き出してあ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から５のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
略Ｕ字導体が、前記同層間の渡り部におり返しを持ち、コイルバネ状にねじられて所定の磁極ピッチ離れたスロットに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７】
請求項１から６のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記スロットは、前記ＮＳ極の磁極ピッチに対応して離間した第一スロット群と、前記第一スロット群に隣接して電気角３０度ずれた第二スロット群を有し、前記第一スロット群に第一多相巻線が配置され、前記第二スロット群に第二多相巻線が配置され、第一多相巻線と第二多相巻線とからそれぞれ出力を取り出していることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項８】
複数の爪状磁極を有する回転子と、
複数のスロットを有する固定子鉄心と前記スロット内に複数の層をなして支持され複数の相巻線を含む多相巻線を形成する固定子巻線とを備え、
前記相巻線の各々は、連続線によって構成されるとともに、
前記固定子鉄心の両端においてコイルエンドを形成し、磁極ピッチ離れた異なる前記スロット内に収容された層をつなぐ渡り部を備え、
前記渡り部は、異なる前記スロットに収容された同じ層をつなぐ唯一の同層接続渡り部と、異なる前記スロットに収容された異なる層をつなぐ他の渡り部とを備え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記載の車両用交流発電機において、
前記渡り部の各々は、互いに逆方向に傾斜して延びる一対の斜行部と、それら斜行部をつなぐターン部とを有し、
前記同層接続渡り部と径方向に隣接する中間接続渡り部は、前記同層接続渡り部以外の前記渡り部によってつながれる一対の層とは１層分だけ異なる一対の層をつなぐことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１０】
請求項９記載の車両用交流発電機において、
前記同層接続渡り部は、前記スロットの径方向一端に位置する第１層の間をつなぎ、
前記同層接続渡り部と径方向に隣接する前記中間接続渡り部は、第２層と第３層の間をつなぎ、
他の前記渡り部は、第１層と第２層とをつなぐ第１群の渡り部と、第３層と第４層とをつなぐ第２群の渡り部とを有す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又は１０記載の車両用交流発電機において、
前記同層接続渡り部の前記斜行部と、前記同層接続渡り部と径方向に隣接する前記中間接続渡り部の前記斜行部は平行に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１２】
請求項９から１１のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記同層接続渡り部と他の前記渡り部とは、それらの間に軸方向端部に向けて拡がる隙間を形成す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から１２のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記相巻線の各々は前記同層接続渡り部の径方向内側又は外側に配置された出力線を有することを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記同層渡り部はほぼ円形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１５】
請求項８から１４のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記相巻線の各々は、互いに隣接するスロットの同じ層から引き出された出力線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８から１５のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記連続線は前記同層接続渡り部のためのターン部を有するほぼＵ字状の線を有し、前記連続線は、積層された波巻巻線として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１７】
請求項８から１６のいずれかに記載の車両用交流発電機において、
前記スロットは、
第１群をなす複数のスロットと、
前記第１群から電気角で３０度ずれている第２群をなす複数のスロットとを備え、
前記固定子巻線は、
前記第１群のスロットに収容された第１の多相巻線と、
前記第２群のスロットに収容された第２の多相巻線とを有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】
【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てエンジンによって駆動される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題対策として、燃費向上のために車両エンジン本体の軽量化が求められている。その一方で、ドライバビリティ向上のためにエンジン駆動トルクの増加が求められている。これらの要請とその対策の結果、同一排気量であってもエンジン振動が大きくなる傾向にある。一方、エンジンによって駆動される車両用交流発電機は、エンジン本体にブラケットなどを介して直接取り付けられるので、エンジンからの振動が伝達されやすい。このため、耐振動性の向上が必要である。また、車両のアイドル回転数の低下や、車室内空間確保のためのエンジンルームの狭小化といった要請に対し、車両用交流発電機には高出力化、小型化、高効率化といった改良に加えてエンジンルーム内の温度上昇に対する耐熱性の向上も求められている。さらに車外騒音低減の社会的要請や、車室内静粛性向上による商品性向上の狙いから、車両用交流発電機の低騒音化も必要である。よって、以上のような各種の性能向上を、安価に提供することが求められている。
【０００３】
これに対し、特開平１１−１５５２７０号（特許文献１）には、複数の導体セグメントによって固定子巻線を形成し、異なるスロットからの異なる層の導体セグメントどうしを接続することにより、高占積率、低抵抗な巻線を形成し、また２つの３相巻線をひとつの固定子に配置することにより、小型、高出力かつ低騒音に対応した車両用交流発電機が示されている。しかし、セグメントどうしの接続には溶接が必要であり、スロット内のセグメント数が増加するにつれて、溶接のための加工機の数の増加、溶接工程の増加、絶縁処理工程の増加、などの課題がある。また、スロット内のセグメント数が増加するにつれて、溶接部間距離が短くなるので、溶接部どうしが短絡しやすくなるという課題がある。
【０００４】
また、特許第３１５５５３４号（特許文献２）には、固定子鉄心１周分の長さの巻線を複数個配置し、互いに接合して１相分の巻線としている車両用交流発電機の固定子が示されている。この巻線のひとつの相は、図１６に示す配置を有し、１相あたり、３箇所の溶接点ＷＥＬＤを有する。しかし、溶接のための加工機、溶接工程、絶縁処理工程などのためコストが高くなる。また、溶接部のためにコイルエンドが高くなるので小型化の妨げになる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５５２７０号
【０００６】
【特許文献２】特許第３１５５５３４号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術では、依然として多くの溶接接合が必要であるという問題点がある。また、接合箇所が所定の範囲に密集する結果、その接合が困難となるという問題点もある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑み、車両用交流発電機において、安価に高出力、小型、かつ低騒音の固定子巻線を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、車両用交流発電機において、異なるスロットからの異なる層の導体を連続線での巻線とし、セグメントの溶接を無くすことにより、小型、高出力かつ低コストに対応した車両用交流発電機を実現することである。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、コイルエンドの形状の工夫により耐熱性の向上を実現することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、スロット内の導体本数が増加してもコイルエンドでの短絡を防止することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、出力線の接合を多相巻線の相間での接合のみとすることにより、安価に高出力化、小型化を実現できる固定子巻線を提供することである。
【００１３】
本発明のなおさらに別の目的は、位相ずれのある固定子巻線を用いることにより騒音を低減することである。
【００１４】
【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によれば、回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する複数の爪状磁極を持つ界磁回転子と、該回転子と対向配置された固定子鉄心、及びこの固定子鉄心に形成された複数のスロットの径方向深さに複数層装備された多相の固定子巻線を備える固定子とを有する車両用交流発電機において、前記多相固定子巻線の各相巻線は連続線よりなり、前記各相巻線は前記回転子のＮＳ極の磁極ピッチに対応して離間したスロット内の同一の層を直列接続する同層の渡り部を１箇所有し、その他は前記回転子のＮＳ極の磁極ピッチに対応して離間したスロット内の異なる層を直列接続する渡り部を有して前記固定子鉄心の軸方向両側にコイルエンドを形成していることを特徴としている。これにより、コイルエンド渡り部における接合部が存在しないので、製造コストの低減に寄与できる。
【００１５】
請求項２によれば、請求項１に記載の車両用交流発電機において、前記渡り部は斜行部とターン部とからなり、前記同層の渡り部以外では隣り合う層の斜行部は互いに斜行方向が逆向きであり、前記同層の渡り部に径方向に隣接する渡り部のターン部は、他の渡り部のターン部に対してスロットの径方向深さが１層分異なった位置で前記斜行部間を直列接続していることを特徴としている。これにより、渡り部の斜行部の表面に沿って流れる冷却風が出力線に向かって流れ、整流素子につながっている出力線の冷却性を向上できるので、素子への熱影響を低減でき耐熱性の向上に寄与できる。
【００１６】
請求項３によれば、請求項１に記載の車両用交流発電機において、前記同層間での渡り部に径方向に隣接する渡り部は出力線となることを特徴としている。これにより、渡り部の斜行部の表面に沿って流れる冷却風により、整流素子につながっている出力線の冷却性を向上できるので、素子への熱影響を低減でき耐熱性の向上に寄与できる。
【００１７】
請求項４によれば、請求項１から３のいずれかに記載の車両用交流発電機において、前記同層間渡り部のターン部は径方向に略円環形状を有することを特徴としている。これにより、多相巻を行う際に起きる同層間渡り部同士での干渉を防ぐことができコイルエンド高さを低くできるので、コイルエンドの電気抵抗を低減でき、小型化、高出力化に寄与できる。
【００１８】
請求項５によれば、請求項１から４のいずれかに記載の車両用交流発電機において、前記固定子巻線の各相の出力線は、隣接したスロットの同一層から引き出してあることを特徴としている。これにより、出力線間の距離が短くなり、出力線での多相巻線の相間結線が容易になり、製造コストを低減できる。また、出力線を這いまわしてくる必要がないので、耐振動性が向上できる。
【００１９】
請求項６によれば、請求項１から５のいずれかに記載の車両用交流発電機において、略Ｕ字導体が、前記同層間の渡り部におり返しを持ち、コイルバネ状にねじられて所定の磁極ピッチ離れたスロットに配置されていることを特徴としている。これにより、特許第３１５５５３４号に示されているように素線を雷状に折り曲げ形成し、直角方向に冶具にて折り畳んでゆく方法にくらべ、コイル成形が容易になり、製造コストを低減できる。
【００２０】
請求項７によれば、請求項１から６のいずれかに記載の車両用交流発電機において、前記スロットは、前記ＮＳ極の磁極ピッチに対応して離間した第一スロット群と、前記第一スロット群に隣接して電気角３０度ずれた第二スロット群を有し、前記第一スロット群に第一多相巻線が配置され、前記第二スロット群に第二多相巻線が配置され、第一多相巻線と第二多相巻線とからそれぞれ出力を取り出していることを特徴としている。これにより、コイルエンドの剛性を高めることによって耐振性を向上できるとともに、２つの多相巻線を電気角３０度ずらして配置することにより、発電に伴う磁気騒音を低減できる。
【００２１】
請求項８によると、車両用交流発電機は、複数の爪状磁極を有する回転子と、複数のスロットを有する固定子鉄心と前記スロット内に複数の層をなして支持され複数の相巻線を含む多相巻線を形成する固定子巻線とを備え、前記相巻線の各々は、連続線によって構成されるとともに、前記固定子鉄心の両端においてコイルエンドを形成し、磁極ピッチ離れた異なる前記スロット内に収容された層をつなぐ渡り部を備え、前記渡り部は、異なる前記スロットに収容された同じ層をつなぐ唯一の同層接続渡り部と、異なる前記スロットに収容された異なる層をつなぐ他の渡り部とを備える。この構成によると相巻線を連続線によって提供することができる。
【００２２】
請求項９によると、渡り部の各々は、互いに逆方向に傾斜して延びる一対の斜行部と、それら斜行部をつなぐターン部とを有し、前記同層接続渡り部と径方向に隣接する中間接続渡り部は、前記同層接続渡り部以外の前記渡り部によってつながれる一対の層とは１層分だけ異なる一対の層をつなぐ。この構成によると相巻線を連続線によって提供することができる。
【００２３】
請求項１０によると、前記同層接続渡り部は、前記スロットの径方向一端に位置する第１層の間をつなぎ、　前記同層接続渡り部と径方向に隣接する前記中間接続渡り部は、第２層と第３層の間をつなぎ、　他の前記渡り部は、第１層と第２層とをつなぐ第１群の渡り部と、第３層と第４層とをつなぐ第２群の渡り部とを有する。この構成によると４ターンの相巻線を連続線によって提供することができる。
【００２４】
請求項１１によると、前記同層接続渡り部の前記斜行部と、前記同層接続渡り部と径方向に隣接する前記中間接続渡り部の前記斜行部は平行に配置されている。
【００２５】
請求項１２によると、前記同層接続渡り部と他の前記渡り部とは、それらの間に軸方向端部に向けて拡がる隙間を形成する。
【００２６】
請求項１３によると、前記相巻線の各々は前記同層接続渡り部の径方向内側又は外側に配置された出力線を有する。
【００２７】
請求項１４によると、前記同層渡り部はほぼ円形に形成されている。
【００２８】
請求項１５によると、前記相巻線の各々は、互いに隣接するスロットの同じ層から引き出された出力線を有する。
【００２９】
請求項１６によると、前記連続線は前記同層接続渡り部のためのターン部を有するほぼＵ字状の線を有し、前記連続線は、積層された波巻巻線として形成されている。
【００３０】
請求項１７によると、前記スロットは、第１群をなす複数のスロットと、前記第１群から電気角で３０度ずれている第２群をなす複数のスロットとを備え、前記固定子巻線は、前記第１群のスロットに収容された第１の多相巻線と、前記第２群のスロットに収容された第２の多相巻線とを有する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した交流発電機の実施形態を説明する。以下の実施形態では、本発明を車両用交流発電機に適用した。車両用交流発電機は、車両の走行用エンジンによって駆動される。
【００３２】
〔第一実施形態〕
図１から図１４は本発明の第一実施形態を示す。図１において、車両用交流発電機１は、フレーム４を有する。フレーム４は、エンジンに取り付けられる。車両用交流発電機１は、プーリ２０を備える。プーリ２０には、図示されないベルトが掛けられ、エンジンの回転が伝達される。プーリ２０は、回転子２のシャフトに固定されている。回転子２は、フレーム４に回転可能に支持されている。この結果、エンジンによって回転子２が回転駆動される。
【００３３】
回転子２は、界磁巻線８を有する。界磁巻線８は、スリップリング９、１０に接続されている。スリップリング９、１０は、ブラシ装置に接続され、ブラシ装置は、界磁電流を制御する回路に接続されている。界磁電流制御回路は、出力端子６の出力電圧を制御する電圧制御装置でもある。界磁巻線８には、スリップリング９、１０を介して励磁電流が流される。回転子２は、対をなすランデル型のポールコア７１、７２を有する。ポールコア７１，７２は、複数の爪状磁極を有する。界磁巻線８に通電されると、ポールコア７１、７２の磁極が、Ｎ極、Ｓ極に励磁される。ポールコア７１、７２の軸方向両端には、冷却ファン１１、１２が固定されている。冷却ファン１１、１２は、回転子２が回転すると、径方向に流れる冷却風を生成する。この結果、フレ−ム４内には、軸方向端面に開設された開口部４１からフレーム４内部へ取り込まれ、径方向外側面に開設された開口部４２から外部へ排出される冷却風の流れと、その通風経路が形成される。
【００３４】
フレーム４には、回転子２の磁極に対向するように固定子３が固定されている。固定子３は、固定子巻線３１と固定子鉄心３２とを有する。固定子鉄心３２は、珪素鋼板を軸方向に向けて多層に積層して構成される。固定子鉄心３２は、一連の帯状材料を巻いて形成することができる。固定子鉄心３２は、複数の環状の材料を積層して形成されてもよい。固定子鉄心３２は、円筒状に形成される。図６において、固定子鉄心３２は、ほぼ等間隔に配置された複数のスロットを有する。この実施例では、９６本のスロットが設けられる。各スロットは、軸方向両端に開口し径方向に延びる端部開口と、固定子鉄心３２の径方向内側に開口し軸方向に延びる細長い径方向開口とを有する。径方向開口は、固定子巻線３１を装着した後にその開口の周方向の幅を狭めるように加工されてもよい。さらに、固定子鉄心３２は、積層平板をＣ字型に巻くことによって環状に形成されてもよい。
【００３５】
複数のスロットは、それぞれが複数のスロットを含む複数の群に分類することができる。この実施形態では、第１群と、第２群とが構成される。第２群は、第１群から電気角で３０度ずれて配置されている。
【００３６】
固定子巻線３１は、固定子鉄心３２のスロットにインシュレータ３４を介して装備されている。図１に示すように、固定子巻線３１は、スロット内に複数の層をなして収容される収容部と、２つのスロット間をつなぐ渡り部と、出力線とを有する。固定子鉄心３２の軸方向両端には、複数の渡り部と、出力線とがコイルエンド部として突出して配置されている。固定子鉄心３２の軸方向一端には、出力線が配置された第一コイルエンド部３１ａが配置される。固定子鉄心３２の他端には、第二コイルエンド部３１ｂが配置される。なお、渡り部は、スロットから軸方向に向けて周方向に傾いて延びだす２つの斜行部と、それら斜行部の間をつなぐターン部とを有している。
【００３７】
図５、図６に示すように、第一コイルエンド部３１ａは、環状の全体のうち、そのほとんどの範囲を占めるＣ字状の範囲に渡って、渡り部が内外２重に規則的に配列されている。これらの規則的配列範囲では、第１層と第２層とをつなぐターン部３３ｃ１と、第３層と第４層とをつなぐターン部３３ｃ２とが配列されている。なお、層を示す番号は、径方向内側から外側へ向かう順序で示されている。第一コイルエンド部３１ａは、その一部の範囲において、複雑な形状をもった渡り部と出力線３１１とを有している。これらの複雑で、不規則な形状をもった渡り部は、ターン部３３ａ、３３ｂとして示されている。ターン部３３ａは、第１層と第１層とをつないでいる。よって、ターン部３３ａは、同層の渡り部をつなぐターン部として、同層の渡り部のタ−ン部と呼ばれる。図６には、６相分の巻線うちの１相分が図示されている。ターン部３３ａ１は第１層と第１層とをつないでいる。同層の渡り部に対して径方向に隣接して、ターン部３３ｂが配置されている。ターン部３３ｂは、第２層と第３層とをつなぐ。ターン部３３ｂは、他の規則的な渡り部のターン部３３ｃに対してスロットの径方向深さが１層分異なった位置で斜行部間を直列接続している。出力線３１１は、１相の巻線の両端に相当する２つの出力線３１１１、３１１２を有する。１相分の２つの出力線３１１１、３１１２は、第４層に配置され、１ピッチ分、すなわち６スロット分だけ周方向に離れている。図６において、１相分の巻線は、２つの中間接続ターン部３３ｂ１、３３ｂ２を有している。これら中間接続ターン部部３３ｂ１、３３ｂ２は、１ピッチ分、すなわち６スロット分だけ周方向に離れており、径方向に関して、同層接続ターン部３３ａ１と出力線３１１１、３１１２との間に位置している。
【００３８】
固定子巻線３１の１相分の巻線に着目すると、図６に示すように、第一コイルエンド部３１ａに、スロットの径方向深さが同層の渡り部のタ−ン部３３ａ１、同層の渡り部に径方向に隣接し、他の渡り部のターン部に対してスロットの径方向深さが１層分異なった位置で斜行部間を直列接続しているタ−ン部３３ｂ１、タ−ン部３３ｂ２、離間したスロット内の異なる層を直列接続する渡り部のタ−ン部３３ｃ、出力線３１１１、出力線３１１２が配置されている。
【００３９】
図１３は、固定子３の部分的な斜視図である。図１４は、固定子３に収容された１相分の巻線の配置を示す配線図である。図１３は、同層渡り部と、中間接続渡り部と、出力線とが配置される範囲を図示している。図１４は、図１３と同じ範囲を図示している。図１３、図１４には、Ｘ相に関連する部位が符号を付して指示されている。図１３、図１４には、ターン部３３ａ１と、ターン部３３ｂ１、３３ｂ２と、出力線３１１１、３１１２とが指示されている。
【００４０】
図１３、図１４に図示されるように、同層渡り部のターン部３３ａ１につながる斜行部３３ａ１１と、その径方向外側に位置する中間接続渡り部のターン部３３ｂ１につながる斜行部３３ｂ１２とは、傾斜方向が同じである。図１３、図１４に図示される斜行部３３ａ１１と、斜行部３３ｂ１２とは、ほぼ平行である。他の範囲では、径方向に隣接する２つの斜行部は、傾斜方向が反対であり、互いに交差している。図１３、図１４に図示されるように、中間接続渡り部は、第２層と第３層とを接続するから、最初の同層渡り部３３ａ１と、最後の規則的な渡り部３３ｃ１との間には、隙間が形成される。図１３には、同層渡り部３３ａ１と、渡り部３３ｃ１との間に、軸方向外側へ向けて広がる三角形の隙間が形成される。この隙間は、第１層の軸方向延長上に位置する。
【００４１】
図７に示すように、第二コイルエンド部３１ｂは、環状の全体に渡って、渡り部が内外２重に規則的に配列されている。また、第二コイルエンド部３１ｂには、図７に示すように、離間したスロット内の異なる層を直列接続する渡り部のターン部３３ｄが配置されている。第１層と第２層とがターン部３３ｄ１によって接続され、第３層と第４層とがターン部３３ｄ２によって接続されている。
【００４２】
以上に述べた固定子巻線３１は、複数の相巻線を備える。実施形態では６相巻線である。各相巻線は、固定子鉄心３２を周方向に４往復する長さを有する連続線である。各相巻線は、略Ｕ字状に曲げられた電気導体の２本の腕を、固定子鉄心３２上をその周方向に対して波状に蛇行しながら２周するように配置することで、４ターンの巻線として形成される。複数の相巻線は、多相巻線を形成するように接続される。実施形態では、複数の相巻線は、複数の多相巻線を形成する。この実施形態では、図８に示されるように、星形結線された２つの三相巻線として接続される。これら２つの三相巻線は、互いに電気角で３０度ずれている。一方の三相巻線は、中性点接続端Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１と、３つの出力端Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２とを有する。他方の三相巻線は、中性点接続端Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１と、３つの出力端Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２とを有する。出力端Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２は、整流回路５に接続される。
【００４３】
なお、この実施形態では、回転子のＮＳ極の磁極数は各８個であり、合計１６極である。固定子巻線３１を構成する第一の三相巻線は、図８に示すように、Ｘ相と、電気角が１２０度づつ異なるＹ相、Ｚ相を有する。第二の三相巻線は、第一の三相巻線から電気角３０度ずれた位置に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する。さらに、固定子鉄心３２のスロット数は９６個、周方向に隣接する回転子のＮＳ極の磁極ピッチに対応するスロット間隔は６スロットピッチ（６ＳＬＯＴＳ）である。
【００４４】
図９は、２つのスロット内における固定子巻線３１の収容部の配置と、それらの間をつなぐ渡り部の配置を示している。渡り部の径方向に関する位置は、径方向内側から、一点鎖線、破線、実線、２点鎖線の順で図示されている。図１０に示すように同層の渡り部のターン部３３ａ１は、径方向に関して略円環形状となるように形成される。従ってターン部３３ａ１は、周方向に沿って見ると、円形あるいはＰ字型と呼びうる形状を呈する。この結果、図１３に図示されるように複数の同層接続渡り部を互いに干渉することなく配列することができる。図１１に示すように出力線３１１は隣接したスロットの同一層に配置される。この実施形態では、出力線３１１は第４層に配置される。
【００４５】
以上に説明した車両用交流発電機１の固定子２は、以下の工程によって製造される。この実施形態では、６相分の固定子巻線の加工を同時進行的に進めてゆくが、以下の説明では、１相分に着目して説明する。なお、実際の製造方法においては、６相分電気導体が並べられて同時に加工が進められる。
【００４６】
固定子巻線３１は、図２、図３、図４に示す工程を経て製造される。まず、図２に図示されるように、１相分に相当する長さをもった電気導体３０を略Ｕ字状に曲げる。電気導体３０は、連続線である。この際に形成されるＵ字状曲げ部が、同層接続渡り部のターン部３３ａ１を形成する。電気導体３０は、矩形断面を有する。電気導体３０の両端は、出力線３１１１、３１１２に相当する。
【００４７】
次に、電気導体３０は、治具３００を用いて波巻コイルに成形される。この巻線工程においては、Ｕ字状導体３０の二本の腕部を治具３００に螺旋状に巻き付ける。図３、図４に図示されるように、ターン部を順次形成しながら巻線工程が進められる。図３、図４の工程を繰り返すことで固定子鉄心３２を１周する長さの帯状巻線が形成されると、中間接続渡り部を形成する。中間接続渡り部は、Ｕ字状導体３０の二本の腕部を治具３００に巻くことなく、治具３００の同一側面上で１ピッチ進めるように波状に変形させることで形成される。中間接続渡り部を形成した後、再び図３、図４に図示される工程を固定子鉄心３２の１周分だけ繰り返す。この結果、略Ｕ字導体３０はコイルバネ状にねじられる。図２から図４の工程によって形成された巻線は、波巻帯状巻線とも呼びうる形状となる。図３と図４の工程を繰り返すことで得られる波巻帯状巻線は、固定子鉄心３２の周方向２周分に相当する長さを有する。
【００４８】
次に、波巻帯状巻線は、固定子鉄心３２を２周するように筒状に２回巻かれる。この結果、同層接続ターン部３３ａ１と、出力線３１１１、３１１２が径方向に重複するようにして配置される。筒状に巻かれた巻線は、固定子鉄心３２の径方向内側からスロット内に装着され、固定子鉄心３２に固定される。このとき、固定子鉄心３２のスロット間に設けられたティース先端を変形させ、スロットの開口を狭くすることも可能である。
【００４９】
巻線治具３００は、図１２に図示されるように、３本の平板状の治具３０１、３０２、３０３によって構成することができる。平板状の治具３０１、３０２、３０３は、長方形の断面を有し、波巻帯状巻線の巻線方向に沿って所定の長さを有している。治具３０１、３０２、３０３は、それらの長手方向を巻線方向に一致させて、かつ互いに平行に配置される。治具３０２と治具３０１との間、および治具３０２と治具３０３との間には電気導体３０を収容可能な隙間が設けられ、これらの隙間が第２層および第３層に対応させられる。図１２には、図３に対応する巻線工程が図示されている。同層接続渡り部のターン部３３ａ１を端部に配置して、ターン部３３ｃ１を有する巻線が治具３０１上に形成される。次に、中間接続渡り部のターン部３３ｂ１、３３ｂ２が治具３０２上に形成される。Ｕ字状導体３０を治具３０１に巻き付ける巻方向と、中間接続渡り部のターン部３３ｂ１、３３ｂ２を形成するときにＵ字状導体３０を治具３０２に巻き付ける巻方向とは逆方向である。この後、Ｕ字状導体３０は治具３０３に巻き付けられ、治具３０３上にターン部３３ｃ２を有する巻線が形成される。中間接続渡り部のターン部３３ｂ１、３３ｂ２を形成するときにＵ字状導体３０を治具３０２に巻き付ける巻方向と、Ｕ字状導体３０を治具３０３に巻き付ける巻方向とは逆方向である。よって、巻線工程において、電気導体を治具に巻き付ける方向は、中間接続渡り部のターン部を形成するために、その前後で反転される。このように図１２の治具を用いる場合には、図３、図４で説明したターン部３３ｂを形成するための同層加工工程が、第２治具への逆方向巻き付け工程によって実現される。この構成によれば、略Ｕ字導体の長さを調節することによってスロット内に入る導体の本数を変更することができる。多相巻線の場合は、全相同時にコイルバネ状にねじって形成することができる。
【００５０】
〔実施形態の作用効果〕
以上の構成により、回転子２が回転する時に界磁巻線８に通電すると、回転磁界が形成され、これが固定子３に鎖交する。この結果、固定子巻線３１には交流が発生する。交流は、固定子巻線３１の出力線３１１から取り出され、整流器５によって整流される。この結果、出力端子６からは直流が取り出される。出力端子６には車載電気負荷およびバッテリなどが接続され、これら機器に直流電力が供給される。
【００５１】
実施形態では、導体接合部数が多相巻線の相間結線のみとなり、溶接のためのコストの減少が可能である。さらに多相巻線の相間結線以外の溶接部がなくなるために、コイルエンド高さが低くなり、コイルエンドの電気抵抗を低減できるので、高出力化、小型化に寄与できる。また、出力線の引き出し位置が隣接しており多相巻線の相間結線が容易となるので、工数の低減を実現でき、また、引き出し線の這いまわしの必要がないので耐振動性を向上できる。冷却風が出力線に向かって流れ、整流素子につながっている出力線の冷却性を向上できるので、素子への熱影響を低減でき耐熱性の向上に寄与できる。各相の略Ｕ字導体の長さを変更することにより、巻線の長さを変更することができ、容易にスロット内導体の本数の変更が可能となりスロット内導体の本数変更時にかかるコストの低減を実現できる。例えば、固定子鉄心を３周するように形成し、配置することで、１スロットあたり６本の導体を配置でき、固定子鉄心を４周するように形成し、配置することで、１スロットあたり８本の導体を配置できる。
【００５２】
〔第二実施形態〕
第一実施形態では、スロット数を９６個としたが、図１２に示すようにスロット数を４８個としてもよい。この場合、周方向に隣接する回転子のＮＳ極の磁極ピッチに対応するスロット間隔は３スロットピッチ（３ＳＬＯＴＳ）である。この構成によっても、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
〔その他の実施形態〕
また、ＮＳ極の磁極数や直列接続する隣接スロット数は、必要とする出力特性などに応じて、適宜、選定できる。また、巻線の結線は、Ｙ結線でなく△結線、あるいは両者の複合結線であってもよい。
【００５４】
なお、同層接続渡り部を第４層に配置し、出力線を第１層に配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示した部分断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の固定子巻線の１相分の略Ｕ字導体の平面図である。
【図３】本発明の第一実施形態の固定子巻線の１相分の略Ｕ字導体のねじり成形の途中段階を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態の固定子巻線の１相分の略Ｕ字導体のねじり成形の途中段階を示す斜視図である。
【図５】本発明の第一実施形態の固定子を軸方向に見た平面図である。
【図６】本発明の第一実施形態の１相分の固定子巻線の配置を示す配線図である。
【図７】本発明の第一実施形態の固定子を軸方向に図５の反対側から見た平面図である。
【図８】本発明の第一実施形態の固定子の２つの巻線を示す回路図である。
【図９】本発明の第一実施形態の固定子巻線の配置を示す部分断面図である。
【図１０】本発明の第一実施形態の同層間渡り部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第一実施形態の固定子巻線の出力線の配置を示す平面図である。
【図１２】本発明の第一実施形態の固定子巻線のための巻線治具を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第一実施形態の固定子巻線を示す部分的な斜視図である。
【図１４】本発明の第一実施形態の固定子巻線を示す部分的な配線図であって、図１３に図示された巻線のうちの１相分を示す。
【図１５】本発明の第二実施形態の固定子巻線の配置を示す部分的な断面図である。
【図１６】従来の１相分の固定子巻線の配置を示す配線図である。
【符号の説明】
１　　　車両用交流発電機
２　　　回転子
３　　　固定子
３１　　固定子巻線
３１ａ　第一コイルエンド
３１ｂ　第二コイルエンド
３３ａ　渡り部のタ−ン部
３３ｂ　渡り部のタ−ン部
３３ｃ　渡り部のタ−ン部
３３ｄ　渡り部のタ−ン部
３１１　固定子巻線の出力線
３２　　固定子鉄心
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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