(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸に枢着されこれと一体に回転する界磁鉄心と、この界磁鉄心上に配設された円環状の導体巻き枠と、この導体巻き枠に多数列、多数層に巻回された導体とを備えた回転子であって、多数層の最内層から最外層までの整列導体相互間隙間のうち少なくとも深層部の導体相互隙間が均一な熱硬化性樹脂層で充填され、その加熱硬化により導体相互間を互いに保持するものであり、上記均一に設けられる樹脂が整列導体相互間隙間を占める範囲は整列導体相互間隙間より小さいことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
巻き枠の中空胴体部外周囲に導体相互間に位置するよう凸部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
巻き枠に収納される多数層導体は断面が多角形状を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
巻き枠へ導体線を巻き回す直前において上記導体線に対し熱硬化性樹脂材を施す工程と、上記熱硬化性樹脂材を施された導体線を上記巻き枠に多数列、多数層に巻き回した後、全体を加熱し上記樹脂を硬化させ導体相互間を互いに保持する工程とを備え、上記導体線に対し施される樹脂の量は、整列導体相互間隙間を占める範囲が整列導体相互間隙間より小さくなるように調整されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導体を、多数列、多数層に巻き回しする回転電機の回転子及びその製造方法に関するもので、特に車両等に搭載される交流発電機の回転子巻線及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機の回転子においては、車両における電気負荷の増大等で、より大きな発電機出力が要求されるようになっている。このため、導体を多数列、多数層に巻回して空間効率を高めた構成を採用するようになっており、また、導体線を所定回数巻き回したのち、巻き枠から露出した箇所、すなわち最外層外周側から樹脂を塗布、滴下等して、熱や異物から導体線を保護している。さらに回転による遠心力の影響に対処するため、最外周に保護テープを全周に亘って巻いて耐遠心性を確保している。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
一方、従来の多層巻きコイルにおいては、筒状部に貫通孔を多数設け、ワニスにどぶ漬けしたり、滴下含浸することでコイルの深い箇所にまでワニスを浸透させて安定化させる構成のものがある。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
しかし、このような従来の回転子の製造方法では、例えば巻き枠から露出した外周面から樹脂を塗布するとしても、多数層の場合、その後の加熱により樹脂が最内層までは行き渡らず、コイル相互間に空気を介在した状態で固定されてしまい、熱や擦れなどにさらされる欠点があった。また、どぶ漬けや滴下含浸で導体相互間に樹脂を浸透させる方法は、巻き枠に複数の浸漬用孔を設けなくてはならず、回転体に用いられる巻き枠としての強度が確保できず、変形、破損のおそれがあった。さらにこのような巻き枠の変形により多数列、多数層の導体の整列状態が変化し、導体が損傷することで発電機自体の不具合につながることが考えられる。
【０００５】
また、数十層など、かなりの多層で密に巻かれたコイルの場合は、含浸用孔から含浸してもコイル相互間に含浸ワニスを一様に行き渡らせるのは実際上かなり困難なものであった。それは、多層で高密度に整列された巻線では、大半が、互い違いにずれて隣接、密着した状態、いわゆる俵巻きになっており、深層部（巻き終わった状態で、周りを巻線で深く囲まれた巻線範囲）まで粘性樹脂が浸入して行く通路が形成され難いからである。また、多数列についても、かなりの多数であればそれに応じて相応の孔を巻き枠の筒状部に設けなくてはならず、内周側に鉄心が配される場合は絶縁性への懸念も生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３８３１４３号公報
【特許文献２】実開昭６１−２００２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、多数列、多数層の巻線が施された回転子が車両搭載により連続回転駆動された場合においても、多数層導体のくずれ、損傷等を抑制し、信頼性を確保した回転電機の回転子を得ることである。
また、この発明の目的は、巻線の冷却性能を向上して、巻き数当たりの出力を向上させることができる回転電機の回転子を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る車両用交流発電機の回転子においては、回転軸と、この回転軸に枢着されこれと一体に回転する界磁鉄心と、この界磁鉄心上に配設された円環状の導体巻き枠と、この導体巻き枠に多数列、多数層に巻回された導体とを備えた回転子であって、多数層の最内層から最外層までの整列導体相互間隙間のうち少なくとも深層部の導体相互隙間が均一な熱硬化性樹脂層で充填され、その加熱硬化により導体相互間を互いに保持するものであり、上記均一に設けられる樹脂が整列導体相互間隙間を占める範囲は整列導体相互間隙間より小さいことを特徴とするものである。
【０００９】
またこの発明に係る車両用交流発電機の回転子の製造方法においては、巻き枠へ導体線を巻き回す直前において上記導体線に対し熱硬化性樹脂材を施す工程と、上記熱硬化性樹脂材を施された導体線を上記巻き枠に多数列、多数層に巻き回した後、全体を加熱し上記樹脂を硬化させ導体相互間を互いに保持する工程とを備え、上記導体線に対し施される樹脂の量は、整列導体相互間隙間を占める範囲が整列導体相互間隙間より小さくなるように調整されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
これにより、持続的な回転振動の付加による多数層導体のくずれ、損傷を抑制することができ、比較的簡単な手段にて熱伝導率が格段に向上し、巻き数あたりの出力が増大する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図１はこの発明の実施の形態１を示す車両用交流発電機の回転子の断面図である。
図２（ａ）はこの発明の実施の形態１を示す巻き枠部分の要部拡大断面図である。
図２（ｂ）は図２（ａ）の導体線周りの拡大図である。
図３（a）はこの発明の回転子の巻線製造方法を示す巻き回し工程図である。
図３（b）は同じく巻線製造方法の加熱硬化工程を示す概念図である。
図４はこの発明の実施の形態２を示す巻き枠部分の要部拡大断面図である。
図５（ａ）はこの発明の実施の形態３を示す巻き枠部分の要部拡大断面図である。
図５（ｂ）は図４（ａ）の導体線周りの拡大図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における回転電機の回転子を示すものであり、図２はその巻き枠部分の要部拡大図である。この実施形態１では、回転電機として車両用交流発電機が用いられる。図１、図２において、回転子１は、車両の内燃機関等から図示しないベルトを掛けられて回転駆動される回転軸２を備えている。また回転軸２に嵌着される一対の爪状磁極形界磁鉄心３を有している。
【００１３】
この一対の界磁鉄心３は、外周に互いに相手側に湾曲して延びる複数の磁極爪３aとこれと一体に形成された鉄心筒状部３bを有し、互いの磁極爪３aを交互に噛み合わせるように対向して配置されている。対向する磁極爪３aの内側には、界磁巻線４が挟持されている。界磁巻線４は断面コ字型の円環状の巻き枠５とこの巻き枠５に巻き回される導体線６からなり、導体線６は、例えば直径0.8ｍｍの丸線導体で二十数列、十数層というように、多数列、多数層で密に巻かれている。導体線６は巻き枠５の中空胴体部５１とこの中空胴体部５１の軸両端から径方向に延びる円盤状の側面部５２とで囲まれる空間に樹脂７と共に密に収納される。上記中空胴体部５１の内周側には界磁鉄心３の鉄心筒状部３bが圧入状態で設けられる。
【００１４】
このように構成された車両用交流発電機の回転子においては、前述したように図示しない内燃機関等によりベルトを介して回転子が持続して回転され、遠心力が加わることになる。また、導通、発電が行われることにより導体線６、界磁鉄心３等から発熱が生じる。
【００１５】
次に、上記回転子の界磁巻線の製造方法の一例を説明する。  
図３は、巻き枠５内に導体線６を樹脂７と共に密に巻回する製造工程を示すもので、以下の工程から構成されている。
【００１６】
（イ）第一工程（図３（ａ）参照）
図３（a）は本発明を実施するために用いられる巻線装置の概要図であり、図中５は上述した巻き枠、６は導体線であり、上記巻き枠５の反時計方向回転により、図示しない送り出しボビンから所定のテンションを持って巻回される。１１は巻線ノズルであり、その先端部に樹脂７を内蔵したホッパー１３が設けられている。
絶縁樹脂成形により作られた巻き枠５へ導体線６を巻き回す直前において、中空胴体部５１の接線方向に延びた導体線６単体に対し、ホッパー１３からエポキシ樹脂等の流動性のある絶縁樹脂材７を施すと共に、巻き枠５を回転させて導体線６を巻き回す。図３(a)では巻き枠５は軸直行断面で、導体線６が最内層から巻かれる様子を示している。
【００１７】
（ロ）第二工程（図３（ｂ）参照）
上記導体線６を樹脂７と共に巻き枠５に巻き回した後、全体を加熱炉９内で加熱し、施した樹脂７を硬化させる。
上記の如き回転電機の回転子の製造方法によれば、巻き枠５内で軸方向に隣接する導体線相互間やその外周側に上層として隣接する導体線との間等に適正量の樹脂７を配することができ、多数列、多数層の巻き枠内に満遍なく均一に構成することが可能となる。
【００１８】
また、巻き回しの都度、樹脂を導体に施すので、所望の巻き箇所において樹脂を自由に増減でき、少なくとも深層部に満遍なく均一に施すことは勿論、様々なパターンを安価に製造することができる。
なお、上記は、巻き枠に巻き回した段階で加熱しているが、加熱硬化は、鉄心に組み付けた後であってもよい。
また、従来と異なり、樹脂７が導体相互間に満遍なく介在されて遠心力に対抗するので、最終工程として導体最外層外周側に保護テープを巻く等の必要性は特別な場合以外はなくなる。
【００１９】
以上のように、この発明の実施形態１によれば、巻き枠５に巻かれた導体線６相互間の隙間に樹脂７が満遍なく均一に構成されるので、遠心力に抵抗して確実に導体線６を所定位置に維持できる。また、導体線６同士が互いに擦れて断線する不具合もなくなる。また、巻き枠５に収納された導体線６の周囲に介される空気が殆んどなくなるので、熱伝導が飛躍的に向上し、樹脂（空気の約１０倍の熱伝導率を有する）を介して主たる熱伝導が行われるため、巻き枠内導体温度を低下させ、巻き数当たりの発電機の出力を向上させることができるものである。
【００２０】
なお、ここでは、導体の周囲に介される余分な空気が樹脂に置き換わることが重要で、必ずしも樹脂が１００％つまっていることを目指すものではない。
また、この発明によれば、周りを巻線で深く囲まれた巻線範囲、すなわち界磁巻線の深層部２２における熱伝導が促進されるので、内にこもって出口のなかった熱の排出が可能となる。これにより、回転による移動空気で冷却される非深層部（巻き終わった状態で近くの周辺に巻き枠或は外界が存在する巻線範囲）２３と上記深層部との熱的差異が縮まり、冷却平準化、ひいては全体巻線の冷却効率が向上する。
【００２１】
なお、巻かれる巻線は一続きの連続体であり、ある高熱部位の存在で全体の冷却効率が低下してしまう傾向があり、この点から上記冷却平準化は冷却効率の著しい向上に繋がるものである。
均一に設けられる樹脂が整列導体相互間隙間を占める範囲は、整列導体相互間隙間すなわち樹脂を除く導体相互間より小さくなる範囲に密に設けることが望ましく、これにより、充填される樹脂７は必要最低限の量に調整されて、製造コスト、熱効率、空間効率を悪化させないようにすることができる。
【００２２】
また、上記実施例では導体線６が直径0.8ｍｍの丸線であるが、直径0.5ｍｍ以上の線であればほぼ同様の効果を得ることができる。これは、導体相互間の空間にそれぞれ設けられる樹脂の断面積がある程度必要なことから導かれる。また、層数が10層以上になると、熱が放散され難く、含浸樹脂も全面に行き渡らない深層部２２が構成されるようになるが、この発明によれば、このような深層部２２においても確実に巻線導体の信頼性と温度改善をはかることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示すものである。図４において、中空胴体部５１の外周面上（鉄心筒状部３bと反対側）に、波状の連続した凸部５５を設け、これに巻き回される導体線６が満遍なく嵌合するようにしたものである。この凸部５５は巻き枠５の成型時に使用される導体線６の大きさ（直径）に合わせて同時に樹脂成形により形成される。
【００２４】
この発明の実施の形態２によれば、上記中空胴体部５１の外周面と導体線６の最内層（第一層）との間の隙間を、あらかじめ小さいものにでき（通常、２層目以降の導体相互間の隙間より大きい隙間になる）、その分、施される樹脂の量を少なく適正な量とできる。また、鉄心の真近において余分な樹脂が介されないので、熱的に良好で、コストも低減される。
【００２５】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態ではいずれも導体６が丸線の場合を示したが、これは入手容易で汎用性がある理由に基づくものである。しかしながら図５に示すように、断面が六角形等の非丸線、多角形状であっても、巻き枠内に密に巻き回すものにおいて、導体相互間にいずれかの隙間が生じる状況に変わりはなく、これを用いることによっても所期の目的を達成できる。また、断面矩形等の導体線で、面と面が互いに対面し整列巻きされる場合は、その面の相互間空間は比較的小さいものとなるが、現実的にも電気絶縁的にも巻線表面角に必ずアール形状が構成されることから、この部位においては丸線同士と同様の構成となり、また、この断面多角形状の導体の場合であっても、丸線断面直径0.5ｍｍ以上に相当する大きさであれば同様に効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、この発明に係る回転電機の回転子は、車両用の交流発電機の回転子のみならず、多数列、多数層に導体の巻き回しを行う他のあらゆる回転電機の回転子に広く用いられるものである。
【符号の説明】
【００２７】
１  回転子、    ２  回転軸、    ３  界磁鉄心、    ４  界磁巻線、    ５  巻き枠、    ６  導体線、    ７  樹脂、    １１  巻線ノズル、
１３  ホッパー、    ２２  深層部、    ２３  非深層部、
５１  中空胴体部、    ５５  凸部。 
【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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