(57)【要約】【課題】組立作業性を向上させ、巻線間の短絡不良を低減し、固定子鉄心と巻線との絶縁性を向上させることのできる回転電機の固定子及びそれを用いた回転電機を実現することにある。【解決手段】そのために、固定子巻線は、複数本の連続線が巻枠に巻回され、平面状に押圧成形される固定子巻線の直線部をスロットと同数の溝部を設けた円筒部材に円環状に巻付け、円筒部材を円環状の固定子鉄心の内径側に挿入し、円筒部材の溝部とスロットを対向するように配置し、巻線組が固定子鉄心のスロット外で交互に折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に交互になるように巻装され、複数本の連続線の巻始め端末と巻終わり端末が、固定子の円環状に配列されたスロットを少なくとも一周以上巻装して重なり合うことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向に沿って交互にＮＳ極の複数磁極を有する回転子と、
前記回転子を囲み円環状に配置された固定子鉄心と、
前記固定子鉄心に装着された複数のスロットと、
前記スロットに装着された多相の固定子巻線を有する固定子と、
前記回転子及び前記固定子を支持するフレームとを有する回転電機であって、
前記スロットに挿入され、複数本の連続線が巻枠に巻回される前記固定子巻線は、平面状に押圧成形される前記固定子巻線の直線部を前記スロットと同数の溝部を設けた円筒部材に円環状に巻付け、前記円筒部材を円環状の前記固定子鉄心の内径側に挿入し、前記円筒部材の溝部と前記スロットを対向するように配置し、前記巻線組が上記固定子鉄心のスロット外で交互に折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に交互になるように巻装され、前記複数本の連続線の巻始め端末と巻終わり端末が、前記固定子の円環状に配列されたスロットを少なくとも一周以上巻装して重なり合うことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子巻線は、複数本の連続線を巻回した巻線組を２組以上、巻装し、前記巻線組の端末部が、固定子鉄心周方向に重なら無い様に、所定スロット数ずらして配置されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子鉄心のスロットは、オープンスロットであることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定子鉄心のスロットに固定子巻線を巻装後、前記スロット部に磁性クサビを挿入，固定したことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
回転方向に沿って交互にＮＳ極の複数磁極を有する回転子と、前記回転子を囲み円環状に配置された固定子鉄心と、前記固定子鉄心に設けられた複数のスロットと、前記スロットに装着された多相の固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子及び前記固定子を支持するフレームとを有する回転電機の製造方法であって、
前記固定子巻線は、複数本の連続線を巻枠に巻回した後、
前記固定子のスロットに挿入される巻線直線部を平面状に押圧成形し、
前記固定子スロットと同数の溝部を設けた円筒部材に前記押圧成形した巻線組を円環状に巻付け、
前記巻線組を巻付けた円筒部材を円環状の前記固定子鉄心の内径側に挿入し、
前記円筒部材の溝部と前記固定子のスロットとを対向するように配置し、
前記溝部に巻付けた巻線直線部を前記固定子のスロットに拡張挿入し、
前記巻線組が、上記固定子鉄心の前記スロットの外で交互に折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に交互に採るように巻装された巻線とし、
前記複数本の連続線の巻始め端末と巻終わり端末が、前記固定子の円環状に配列されたスロット部を少なくとも一周以上巻装して重なり合うようにすることを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項６】
前記固定子巻線は、複数本の連続線を巻回した巻線組を２組以上巻装し、前記巻線組の端末部が、前記固定子鉄心の周方向に重なら無い様に、所定スロット数ずらして配置することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の製造方法。
【請求項７】
前記固定子鉄心のスロットは、オープンスロットであることを特徴とする請求項５及び請求項６に記載の回転電機の製造方法。
【請求項８】
前記固定子鉄心のスロットに前記固定子巻線を巻装後、前記スロットに磁性クサビを挿入して固定したことを特徴とする請求項９に記載の回転電機の製造方法。
【請求項９】
回転方向に沿って交互にＮＳ極の複数磁極を有する回転子及び前記回転子を囲み円環状に配置された固定子鉄心に装着された複数のスロットからなる固定子を支持するフレームとを有する回転電機の前記スロットに装着された多層の固定子巻線であって、
前記固定子巻線は、複数本の連続線が巻枠に巻回され、平面状に押圧成形される前記固定子巻線の直線部を前記スロットと同数の溝部を設けた円筒部材に円環状に巻付け、前記円筒部材を円環状の前記固定子鉄心の内径側に挿入し、前記円筒部材の溝部と前記スロットを対向するように配置し、前記巻線組が上記固定子鉄心のスロット外で交互に折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に交互になるように巻装され、前記複数本の連続線の巻始め端末と巻終わり端末が、前記固定子の円環状に配列されたスロットを少なくとも一周以上巻装して重なり合うことを特徴とする固定子巻線。
【請求項１０】
前記固定子巻線は、複数本の連続線を巻回した巻線組を２組以上、巻装し、前記巻線組の端末部が、固定子鉄心周方向に重なら無い様に、所定スロット数ずらして配置されたことを特徴とする請求項９に記載の固定子巻線。
【請求項１１】
前記固定子鉄心のスロットはオープンスロットであり、前記固定子巻線は前記スロットに装着されることを特徴とする請求項９に記載の固定子巻線。
【請求項１２】
前記固定子鉄心のスロットに前記固定子巻線を巻装後、前記スロット部に磁性クサビが挿入されて、固定されることを特徴とする請求項９に記載の固定子巻線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関するもので、特に、車両等に搭載される発電機等の回転電機の固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば日本特許第２９２７２８８号に記載された従来の車両用交流発電機の固定子では、固定子巻線が、略Ｕ字状に成形された短尺の導体セグメントを固定子鉄心のスロットに挿入し、挿入後の導体セグメントの端部同士を接合している。
【０００３】
導体セグメントを用いた従来の構成に対して、特開２００１−２４５４４６号には、スロット内の導体占積率向上と製造の簡単化のために、ストレート形状の固定子鉄心に、ストレート形状に成形された巻線群を、スロット深さ方向に挿入し、後工程で固定子鉄心を円筒形状に曲げたものが開示されている。
【０００４】
巻線群の挿入は格段向上するものの、巻線群を挿入後、固定子鉄心を円筒状に曲げ成形する為、固定子鉄心の真円度が得られず、また、固定子鉄心の円筒接合部に隙間が生じる為、磁気騒音の悪化や出力の低下等の問題があった。また、固定子鉄心の円筒接合時の溶接熱により、スロット部に挿入した絶縁紙やコイルの絶縁被膜が損傷し、絶縁不良を発生させる要因となっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９２７２８８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４５４４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
日本特許第２９２７２８８号に記載された従来の車両用交流発電機では、多数の短尺の導体セグメントを固定子鉄心に挿入し、かつ、端部同士を溶接等により接合しなければならず、著しく作業性および絶縁性が悪く、また端部同士の接合時に、溶接融けによる接合部間の短絡が頻発し、量産性が著しく悪い等の問題点があった。
【０００７】
つまり、コイルエンド部は、多数の接合部から構成されており、接合部同士が短絡しやすく、コイル間の短絡不良が発生し易かった。また、多数の導体セグメントを固定子鉄心に挿入し、端部同士を溶接等により接合する為、多数の端部同士の位置決め等、著しく作業性が悪かった。
【０００８】
また、導体セグメントの接合端部は、絶縁被膜の除去が不完全の場合、溶接時に有機ガスが発生し、接合部の品質を低下させる要因となり、絶縁被膜の除去作業が、作業工数を増大させていた。
【０００９】
さらに、端部同士の接合時に、溶接融けによる接合部間の短絡が頻発し、量産品質を低下させていた。
【００１０】
また、特開２００１−２４５４４６号では、巻線群を挿入後、固定子鉄心を円筒状に曲げ成形し、突き合わせ接合する為、磁気騒音の悪化や出力の低下、さらに絶縁不良を発生させる問題点があった。
【００１１】
巻線群の挿入は格段向上するものの、巻線群を挿入後、固定子鉄心を円筒状に曲げ成形する為、固定子鉄心の真円度が得られず、また、固定子鉄心の円筒接合部に隙間が生じる為、磁気騒音の悪化や出力の低下等の問題があった。また、固定子鉄心の円筒接合時の溶接熱により、スロット部に挿入した絶縁紙やコイルの絶縁被膜が損傷し、絶縁不良を発生させる要因となっていた。
【００１２】
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、組立作業性が大幅に向上し、巻線間の短絡不良を低減し、また、固定子鉄心と巻線との間の絶縁性を向上させることができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、回転電機の固定子の巻線を複数本の連続線を巻枠に巻回した後、固定子スロット部に挿入される巻線直線部を平面状に押圧成形し、固定子スロットと同数の溝部を設けた円筒部材に前記押圧成形した巻線組を円環状に巻付け、前記巻線組を巻付けた円筒部材を前記円環状固定子鉄心の内径側に挿入し、前記円筒部材の溝部と前記固定子スロット部を対向せしめ、前記溝部に巻付けた巻線直線部を前記固定子スロット部に拡張挿入することで、前記巻線組が、上記固定子鉄心のスロット外で交互に折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に交互に採るように巻装された巻線で構成され、前記複数本の連続線の巻始め端末と巻終わり端末が、前記固定子の円環状に配列されたスロット部を少なくとも一周以上巻装して重なり合うものである。
【００１４】
また、この発明の回転電機の固定子は、複数本の連続線を巻回した巻線組を２組以上、巻装し、前記巻線組の端末部が、固定子鉄心周方向に重なら無い様に、所定スロット数ずらして配置したものである。
【００１５】
さらに、この発明の回転電機の固定子は、スロット部がオープンスロットである。
【００１６】
この発明の回転電機の固定子は、固定子鉄心のスロット部に固定子巻線を巻装後、前記スロット部に磁性クサビを挿入，固定したるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回転電機の固定子について、図示の実施形態により、詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図、図２はこの車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図３は図１の固定子鉄心を示す斜視図である。
【００１９】
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およびリヤブラケット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５と、このシャフト５に固定されたランデル型の回転子６と、回転子６の両側面に固定されたファン７と、ケース３の内壁面に固定された固定子８と、シャフト５の他端部に固定され回転子６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（図示せず）と、固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ（図示せず）とを備えている。
【００２０】
回転子６は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１２と、この回転子コイル１２を覆って設けられた一対のポールコア１３，１４とから構成されている。一対のポールコア体１３，１４は、鉄製で、爪状磁極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５に圧入されている。
【００２１】
固定子８は、軸方向に延びるスロット１５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１６と、固定子鉄心１６に巻装された多相固定子巻線１７と、各スロット１５内に装着されて多相固定子巻線１７と固定子鉄心１６とを電気的に絶縁する例えば絶縁紙などの絶縁部材１８とを備えている。多相固定子巻線１７は、１本の素線１９が、固定子鉄心１６の端面側で折り返されて、所定スロット数毎にスロット１５内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて巻装された巻線を複数備えている。ここでは、固定子鉄心１６には、回転子６の磁極数（１６）に対応して、多相固定子巻線２０（ここでは３相固定子巻線）を１組収容するように、９６のスロット１５が等間隔に形成されている。また、素線１９には、例えば絶縁被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。次に、上記構成の固定子８について説明する。図４から図１１は固定子巻線を構成する巻線組の製造工程を説明する図である。
【００２２】
先ず、図４に示されるように、１２本の長尺の素線１９を並列に巻枠２１に巻付ける。巻枠２１は、固定子のスロット部の直線部に対応する一対の巻駒２２，２３、固定子のコイルエンド部に対応する一対の巻駒２４，２５の４部品より構成される。巻枠２１の外周形状は、ほぼ亀甲形であり、巻駒２２，２３の巻線部には、固定子スロットと同一ピッチ寸法にて、素線１９を案内する溝が形成されている。溝の深さは、素線１９の線径の１／２未満である。
【００２３】
次に図５において、成形駒２６，２７を前記巻枠２１の両側より挟み込む。成形駒２６，２７の一部には、巻駒２２，２３と同等の案内溝が形成されている。次に、巻枠上の素線１９の一部が、成形駒２６，２７の溝に案内された状態で巻駒２２，２３を内側にずらし、素線１９の案内を解除すると伴に、巻枠軸方向に取り出す。また、巻駒２４，２５についても、同様に巻回された素線１９から巻枠軸方向に取り出す。次に、溝に素線１９が案内された状態で成形駒２６，２７を更に挟み込み、巻回された素線１９を平面状に成形する。図６に平面状に成形された素線１９の巻線組２８を示す。
【００２４】
次に図７において、巻線組２８が前記成形駒２７の溝に案内された状態で、挿入治具２９の外周溝３０に巻付けられる。なお、成形駒２７の材質は、シリコンゴム等の可撓性を有するものである。ここで、挿入治具２９の外径は、固定子鉄心１６の内径より、僅かに小である。また、挿入治具２９の外周溝は、固定子スロットと同一ピッチで形成されている。なお、本実施例では、溝３０の深さは、素線１９の線径の２倍以上である。
【００２５】
次に図８において、挿入治具２９に巻付けられた巻線組２８の両側コイルエンド部にカップ状の拘束治具３１，３２を装着する。なお、片方の拘束治具３１には、巻線組２８の端末部を逃げる切り欠き部が設けられている。また、拘束治具３１，３２の外径は、挿入治具２９の外径と同一である。次に挿入治具２９と巻線組２８と拘束治具３１，３２を一体化して、固定子鉄心１６の内径側に軸方向より挿入する。なお、挿入時、固定子鉄心１６のスロットと挿入治具２９の外周溝３０は、対向する位置に位置決めされている。また、スロットには、予め絶縁部材１８が挿入されている。
【００２６】
次に図９において、拘束治具３１，３２を取り外し、拡張治具３３，３４にて、巻線組２８をスロットに拡張挿入すると伴に、押圧治具３５，３６にて、コイルエンド部を軸方向に押し付ける。これにより、巻線組２８のスロット挿入部素線１９のピッチが、拡大し、スロットへの挿入が容易になる。なお、スロットの形状は、オープンスロットであり、素線１９の挿入を妨げることは無い。
【００２７】
次に図１０において、固定子スロット３７には、２ターン分の素線１９が挿入されている。また、スロット３７内径側には、クサビ３８が挿入固定され、素線１９が固定子鉄心１６の内径側に飛び出すことを防止している。なお、オープンスロットによる磁気回路の損失を改善する為、クサビ３８は、磁性体より構成される磁性クサビであることが望ましい。
【００２８】
次に、拡張治具３３，３４、押圧治具３５，３６、挿入治具２９、を取り除き、各素線１９の端部同士を結線して多相固定子巻線２０を形成し、素線１９間及び固定子鉄心１６との固定，絶縁を目的に絶縁樹脂を塗布，硬化させ、固定子８の製造は完了する。なお、絶縁樹脂の代わりに、スロット３７に挿入する絶縁部材１８及びクサビ３８を予め絶縁樹脂が含浸されたプリプレグシートを使用しても良い。
【００２９】
上記の車両用交流発電機では、多相固定子巻線２０は、１２本の素線１９（連続線）により作製されているので、従来の固定子のように、多数の短尺の導体セグメントを固定子鉄心に挿入し、端部同士を溶接等により接合する必要がなく、固定子の生産性を著しく向上させることができる。また、平面状の巻線組２８を円筒状に丸め、円環状の固定子鉄心１６に内径側より、挿入する為、多数の導体セグメントを１本ずつスロットに挿入する従来技術に比べて、固定子の組立作業性が大幅に向上する。また、コイルエンドが素線１９のターン部３９で構成されるので、コイルエンド部における接合箇所は、巻線組２８の巻始め及び巻終わり部の端部同士の接合部および渡り結線接合部のみとなり、接合カ所が著しく削減される。これにより、接合による絶縁被膜の消失に伴う短絡事故の発生が抑えられるので、優れた絶縁性が得られる。
【００３０】
また、固定子鉄心１６は、円環状であり、従来技術の様な、丸め工程や突き合わせ接合部が無い為、磁気騒音の低減や突き合わせ溶接に伴う絶縁不良の発生を解消できる。
【００３１】
また、素線１９が長方形断面に形成されている為、直線部をスロット３７内に収容したときに、直線部の断面形状がスロット形状に沿った形状となっており、挿入性が向上するとともに、スロット３７内における素線１９の占積率を高められ、また、素線１９から固定子鉄心１６への伝熱を向上させることができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態を示すもので、固定子鉄心１６に第１の巻線組２８を第１の実施形態の要領にて挿入後、更に第２の巻線組４０を挿入したものである。本実施形態では、第１の巻線組２８の端末部４１に対し、第２の巻線組４０の端末部４２を所定スロット（例えば、１２×ｎスロット）ずらして、挿入している。これによると、第１の実施形態に対し、スロット内の素線数が倍増し、出力向上が可能となる。また、端末部の挿入位置をずらすことで、端末及び渡り線接続時の短絡事故を低減できる。更に、固定子鉄心１６への挿入に使用する各種治具を共用化できるため、治具費用を低減できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る交流発電機及びその製造方法によれば、多相固定子巻線は、連続線により構成されるので、従来の固定子の様に、多数の導体セグメントの挿入及び端部を接合する必要がなく、固定子の組立作業性が大幅に向上する。また、接合個所が著しく削減するので、接合に伴う短絡事故が減少し、品質が向上する。更に、固定子鉄心が、一体の円環状で有る為、鉄心の丸め作業や突き合わせ部の溶接による磁気騒音や絶縁不良の増大を抑えられる。
【００３４】
また、本発明に係る交流発電機及びその製造方法によれば、固定子スロット内の素線数を増やせるので、出力が向上する。また、端末部が一箇所に集中せず、端末及び渡り線接続時の短絡事故を低減できる。
【００３５】
また、本発明に係る交流発電機及びその製造方法によれば、スロットへの素線の挿入性が向上すると伴に、スロット入り口での素線被膜の損傷を防止できる。
【００３６】
また、本発明４に係る交流発電機及びその製造方法によれば、オープンスロットによる磁気回路損失を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る車両用交流発電機の断面図である。
【図２】図１の固定子の斜視図である。
【図３】図１の固定子鉄心の斜視図である。
【図４】巻線工程の説明図である。
【図５】巻線組の平面状成形工程の説明図である。
【図６】平面状成形後の巻線組の状態図である。
【図７】平面状巻線組を円環状に巻付ける工程説明図ある。
【図８】円環状巻線組を固定子鉄心に挿入する工程を説明する断面図である。
【図９】円環状巻線組を固定子鉄心に挿入する工程説明図である。
【図１０】スロット部の素線挿入状態を説明する断面図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態に係る固定子の斜視図である。
【符号の説明】
１…フロントブラケット、２…リヤブラケット、６…回転子、８…固定子、
１６…固定子鉄心、１８…絶縁部材、１９…素線、２０…多相固定子巻線、２８…巻線組、２９…挿入治具、３１，３２…拘束治具、３７…スロット。
【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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