(57)【要約】【課題】ステータにおけるスロット内でのステータコイルの占積率を向上すると共に、ステータコイルをスロット内に巻装しやすくすることができる。【解決手段】本発明は、コアを円環状のアウターコアと、周期的にステータコイルが巻装される複数のスロットが外周側に開口するインナーコアとによって構成し、スロットをステータコイルが一列に並ぶように内周側から外周開口端までが略同一幅に形成した。このため、スロット内でのステータコイルの占積率を向上させることができる。また、夫々のスロットの外周開口部を周方向に離間させることができるので、ステータコイルの巻装時に誤って隣のスロットに挿入されてしまうといったことを防止でき、容易にステータコイルをスロット内に巻装することができる。【選択図】図４
2007295763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側に開口するスロットを周方向に複数有する磁性体からなるインナーコアと、
該インナーコアの外周側に配置されて、前記スロット周りに磁路を形成する円環状のアウターコアと、
前記スロットに周期的に巻装されるステータコイルと、
を有する回転電機のステータであって、
前記スロットは、前記ステータコイルが一列に並ぶように内周側から外周開口端までが略同一幅に形成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
前記スロット間に設けられるティースの外周端は、内周側に対して周方向に幅が広くなるように構成されると共に、
前記アウターロータの内周には、前記ティースの外周端の形状に対応するよう内周側開口部が外周側底部に対して周方向に幅の狭い凹部が形成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機のステータにおいて、
前記各ティースは、独立して設けられ、前記インナーコアは、複数の前記ティースによって構成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項４】
請求項２に記載の回転電機のステータにおいて、
前記各ティースの外周端は、前記アウターコアの前記凹部に圧入されていることを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
前記各ティースの外周端面は、円弧状に形成され、前記アウターコアにおける前記各ティースの外周端面の当接箇所も対応して円弧状に形成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項６】
外周側に開口するスロットを周方向に複数有する磁性体からなるインナーコアと、
該インナーコアの外周側に配置されて、前記スロット周りに磁路を形成する円環状のアウターコアと、
前記スロットに周期的に巻装されるステータコイルと、
を有する回転電機のステータであって、
前記スロット間には、前記ステータコイルの装着箇所の内周位置から外周端にかけて、外周側が幅広となる略扇形のティースが設けられ、前記スロットの周方向幅は、１本分の前記ステータコイルの幅より大きく、２本分の前記ステータコイルの幅より小さいことを特徴とする回転電機のステータ。
【請求項７】
駆動源によって回転駆動される駆動軸と、
周方向に複数の異なる磁極を交互に形成し、前記駆動軸と一体的に回転する回転子と、
外周側に開口するスロットを周方向に複数有する磁性体からなるインナーコアと、該インナーコアの外周側に配置されて、前記スロット周りに磁路を形成するアウターコアと、前記スロットに周期的に巻装されるステータコイルとを有するステータと、
を有する交流発電機であって、
前記スロットは、前記ステータコイルが一列に並ぶ幅に内周側から外周開口端までが略平行に形成されていることを特徴とする交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機のステータ及び交流発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機が搭載されるものとして、自動車を例にとって説明すると、近年、自動車は、車両そのものの大きさを大きくせずに車室内を広くする傾向にある。そのため、各部品は、狭い空間内に搭載しなければならず小型化が要望されている。しかしながら、回転電機としては、効率を維持、または、向上させた上で小型化しなければならない。このような小型化と高効率化の両立の要望は、自動車に限らず、他の製品においても同様である。
【０００３】
ここで回転電機の小型化と高効率化を両立させるために、従来から固定子に設けられたスロット内に巻装されるステータコイルの高占積率化が要望されている。しかしながら、ステータコアと回転子との間で磁路が形成し易くするために、ステータコアにおける最内周側のスロット幅をステータコイルの巻装部分のスロット幅に対して狭くする必要があることから、内周側から絶縁被覆が施されたステータコイルを傷付けずに挿入するのには限度があった。
【０００４】
そこで、特許文献１に示すようにステータコアを、外周に複数のスロットが開口するインナーコアと、インナーコアの外周に装着される円筒状のアウターコアとに分割し、ステータコイルをインナーコアの外周からスロット内に装着した後、アウターコアを装着して固定子を構成することで、スロット内でのステータコイルの占積率を向上させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９５６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１においては、スロット内に複数層にステータコイルが巻装されているので、隣り合うステータコイル同士の間に生じてしまう隙間が相対的に多くなってしまう。ここでスロットの幅を狭くして一列にステータコイルが並ぶように巻装することが考えられるが、特許文献１のスロットは、外周側の方が内周側よりも周方向幅の大きな略扇形となっているため、ステータコイルを一列に並ぶように巻装しても、ステータコイル間の隙間を少なくすることはできない。このため、スロット内でのステータコイルの占積率を向上させることはできない。更に、ステータコイルが一列に並ぶようにスロット数を増やすと、スロットの外周開口部の周方向幅が大きくなっていた場合、ステータコイルの巻装時に誤って隣のスロットに挿入されてしまうといった問題も生じてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、スロット内でのステータコイルの占積率を向上すると共に、ステータコイルをスロット内に巻装しやすい回転電機のステータ及び交流発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機のステータにおけるスロットは、ステータコイルが一列に並ぶように内周側から外周開口端までが略同一幅に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の回転電機のステータにおけるスロット間には、ステータコイルの装着箇所の内周位置から外周端にかけて、外周側が幅広となる略扇形のティースが設けられ、スロットの周方向幅は、１本分の前記ステータコイルの幅より大きく、２本分のステータコイルの幅より小さいことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の交流発電機に用いられるステータのスロットは、ステータコイルが一列に並ぶ幅に内周側から外周開口端までが略平行に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ステータにおけるスロット内でのステータコイルの占積率を向上すると共に、ステータコイルをスロット内に巻装しやすくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明における回転電機が用いられる一実施の形態として、自動車用交流発電機を説明する。図１は自動車用交流発電機の全体構成の側面断面図である。
【００１３】
駆動軸１の一端側には、回転伝達部材としてのプーリー２がボルト３により一体的に回転するよう固定されており、駆動源としてのエンジン等からベルト等の無端伝達帯を介してプーリー２に回転力が伝達される。尚、回転伝達部材をスプロケットとし、無端伝達帯をチェーンとすることも可能である。
【００１４】
駆動軸１の軸方向略中央の部位には、所定間隔を開けて２つのセレーション４ａ，４ｂが形成されており、これらのセレーション４ａ，４ｂには回転子としてのランデル型鉄心５が一体回転可能に挿入されている。このランデル型鉄心５は、２つの磁性部材５ａ，
５ｂによって構成され、夫々の磁性部材５ａ，５ｂは、駆動軸１における夫々のセレーション４ａ，４ｂと噛み合って相対回転を規制する挿入穴６ａ，６ｂを有する軸部７ａ，
７ｂと、該軸部７ａ，７ｂの軸部の一端に設けられたプレート部８ａ，８ｂと、該プレート部８ａ，８ｂから略軸方向に伸びる先細り形状の複数の爪９（実施例では夫々のプレート部８ａ，８ｂから５本ずつ設けられている。）を有し、夫々の磁性部材５ａ，５ｂは、互いに向き合うよう爪９が交互に配置されると共に、軸部７ａ，７ｂの端部同士が当接して駆動軸１に固定される。尚、夫々の磁性部材５ａ，５ｂは、両端の材料を駆動軸１に形成された環状溝１０ａ，１０ｂに塑性流動させることにより軸方向の移動が規制されている。
【００１５】
ランデル型鉄心５の軸部７ａ，７ｂと爪９の間には絶縁被覆が施された界磁コイル１１が巻装されており、この界磁コイル１１の両端末線は、駆動軸１の他端側に設けられた２つのスリップリング１２にそれぞれ接続され、ブラシ１３を介して必用な発電が得られるべく制御された界磁電流が外部から供給される。界磁コイル１１に電流が供給されると界磁コイル１１の周りに磁界が生じてランデル型鉄心５に磁路が形成される。
【００１６】
回転子としてのランデル型鉄心５の外周には、所定の隙間を介して磁性体からなるステータコア１４が配置されており、該ステータコア１４の周方向に複数設けられたスロット１５内には複数相（本実施形態においては６相）の絶縁被覆が施されたステータコイル
１６が巻装されている。このため、界磁コイル１１に電流が供給されるとランデル型鉄心５とステータコア１４に跨って磁路が形成されるため、回転子が回転することによってステータコイル１６には交流電圧が発生する。尚、ステータコイル１６の断面は円形である。
【００１７】
ステータコイル１６に発生した３相交流電圧は、プーリー２と軸方向反対側に設けられた整流回路としての正側ダイオードと負側ダイオードによって整流され、出力端子２８からは直流電流が取り出される。尚、負側ダイオードは、負極側放熱板１７ａに設けられ、正側ダイオードは、負極側放熱板１７ａに絶縁された状態で重ねられる正極側放熱板17ｂに固定されている。
【００１８】
ステータコア１４は、プーリー１側に設けられた椀状のフロントハウジング１８及びスリップリング１２側に設けられた椀状のリヤハウジング１９間に図外のボルトによって挟持固定されている。フロントハウジング１８及びリヤハウジング１９の外周側には、車両に固定するためのブラケット１８ａ，１９ａが夫々のハウジング１８，１９に設けられると共に、内周側には駆動軸１を回転自在に支持するための軸受としてのボールベアリング２１ａ，２１ｂが夫々のハウジング１８，１９に固定されている。また、リヤハウジング１９には、スリップリング１２，ブラシ１３，整流素子，負極側放熱板１７ａ，正極側放熱板１７ｂ等を保護するべく内部に収容するリヤカバー２０がボルトによって固定されている。これらのフロントハウジング１８及びリヤハウジング１９及びリヤカバー２０は、非磁性体のアルミニウム合金にて成形されている。
【００１９】
次に本発明の実施例としてのステータの詳細を図２，図３，図４に基づいて説明する。図２は、ステータコイルが巻装されたステータの斜視図であり、図３（ａ）は、ステータにおけるインナーコアの斜視図、図３（ｂ）は、ステータにおけるアウターコアの斜視図である。また、図４は、ステータのスロット部を断面として拡大した図である。
【００２０】
図２及び図３の（ａ），（ｂ）に示すようにステータ２２は、内周に配置されるインナーコア１４ａと、インナーコア１４ａの外周に配置されるアウターコア１４ｂとからなるステータコア１４と、インナーコア１４ａに巻装されるステータコイル１６とによって構成されている。
【００２１】
図３（ａ）に示すようにインナーコア１４ａは、複数のティース２３が放射状に複数
（本実施例では７２）配置されることにより、各ティース２３間に外周側に放射状に開口する溝形状のスロット１５が周方向に複数（本実施例では７２）形成されており、このスロット１５は、内周側についても外周側より周方向に狭い幅で開口している。つまり、各ティース２３は、独立して設けられており、図４に示すように各ティース２３の内周側の端部には、周方向両側に突出するようにティースブリッジ２６が形成される。また、各ティース２３の外周端面は、インナーコア１４ａ全体として外周面が円筒形状となるように円弧状に形成されている。
【００２２】
スロット１５は、ステータコイル１６が挿入できないティースブリッジ２６を除く内周側から外周開口端にかけて略同一幅のまま直線的に延びており、隣り合うティース２３の周方向側面同士は、略平行となる。また、スロット１５内には、絶縁紙２５が巻かれた状態でステータコイル１６が巻装されるが、ステータコイル１６の幅は、スロット１５の１本分の幅より大きく、ステータコイル１６の２本分の幅より小さい幅、つまり、ステータコイル１６がスロット１５内で一列に並ぶように形成されている。このようにスロット
１５を形成することで各ティース２３は、ステータコイル１６が挿入できないティースブリッジ２６を除いて外周端側が内周側に対して周方向に幅広となる略扇形となる。
【００２３】
次にアウターコア１４ｂについて説明する。アウターコア１４ｂは、磁粉に絶縁材および結着材としての樹脂等の材料を被覆し、その後、成形型により圧縮を施すことにより成形されるいわゆる圧粉磁心にて構成されている。
【００２４】
図３（ｂ）に示すようにアウターコア１４ｂは、環状の円筒形状、つまり、円環状に形成され、内周側におけるインナーコア１４ａの各ティース２３の対応部分には全て内周側に開口する凹部２４が放射状に軸方向に沿って形成されている。また、この凹部２４は、ティース２３の外周端の形状に対応するよう内周側開口部が外周側底部に対して周方向に幅の狭く、外周側底面がティース２３の外周端面と同様に円弧状となった略扇形に形成されている。このように形成された凹部２４内には、インナーコア１４ａの各ティース２３外周端が装着される。。
【００２５】
このように構成されたインナーコア１４ａとアウターコア１４ｂは、ステータコイル
１６が巻装されたインナーコア１４ａの各ティース２３の外周側をアウターコア１４ｂの凹部２４に夫々、軸方向から圧入することで固定して図２に示すようなステータコア１４を構成する。
【００２６】
次に図１と図４に基づいて、自動車用交流発電機の作動及びステータコアに形成される磁路について説明する。
【００２７】
自動車用交流発電機が発電を行うには、まず、プーリー２にエンジン等の駆動源からベルトを介して回転力を伝達する。このプーリー２の回転により駆動軸１を介して回転子としてのランデル型鉄心５とその内部に装着された界磁コイル１１がステータコア１４に対して回転する。このように単に回転子が回転している状態では、発電は行われないが、外部からブラシ１３及びスリップリング１２を介して界磁コイル１１に直流電流が供給されると界磁コイル１１の周りに磁界が形成される。そこで界磁コイル１１を囲むようにランデル型鉄心５が設けられ、爪９が軸方向両端側から周方向に交互に延びているので、周方向に隣り合う爪９同士には、異なった磁極が形成される。
【００２８】
ここで、ランデル型鉄心５に形成される磁束は、爪９の先端で行き場を失うため、周方向に隣り合う爪９に流れようとするが、周方向に隣り合う爪９の間の隙間よりも爪９の外周面と対向するインナーコア１４ａにおけるティース２３との間の隙間の方が小さいため、ほとんどの磁束は、ティース２３側に流れる。
【００２９】
また、ティース２３の内周側の隣り合うティースブリッジ２６同士は離れているため、図４に示すティース２３に流れた磁束は、アウターコア１４ｂを経由して別のティース
２３に流れ、更に回転子としてのランデル型鉄心５に戻るような磁路が形成される。この際、ティース２３とアウターコア１４ｂがもともと別部材であるため、磁路が形成されずらくなるが、ティース２３の外周側端の周方向幅が大きくなっているので磁路面積が拡大されて十分な磁路を形成することができる。このようにステータコイル１６周りに磁路が形成されることによってステータコイル１６には電圧が生じる。尚、ランデル型鉄心５は、回転しており、ステータコイル１６は３相となっているため、発電される電圧は３相交流電圧となるが整流回路によって全波整流され、直流電圧に変換される。このように発電された直流電力は、出力端子２８を介して図外のバッテリーに供給される。尚、各ティース２３は、磁路が形成されることにより、回転子側に吸引されるが、凹部２４の内周側開口部の周方向幅がティース２３の外周端の周方向幅より小さくなっているため、ティース２３の内側への移動は極力阻止される。
【００３０】
また、車両の負荷容量及びバッテリーの残量に応じて、界磁コイル１１に供給される電流が制御され、過剰に電力を供給することによるバッテリーの寿命の低下を防止している。このようにステータコイル１６に生じる電力は、バッテリーの状態や回転数等に応じて可変する。
【００３１】
次に図５〜図７に基づいてステータコアの製造方法について説明する。図５は、インナーコアの原形を断面として拡大した図である。図６は、インナーコアの原形にステータコイルを巻装した図である。図７は、インナーコアの原形にアウターコアを固定した図である。
【００３２】
まず、絶縁被覆が施された磁粉を成形型に入れて圧縮することにより、図５に示すようなインナーコア１４ａの原形が成形される。この原形は、各ティース２３が内周側にて接続されて、全てのティース２３が環状に一体化されている。また、各ティース２３同士が接続される箇所の外周側は、夫々、凹状となっており、この凹状部分は、インナーコア
１４ａの原形を成形する際に成形型によって同時に成形される。尚、この凹状部分を挟んで周方向両側には、各ティース２３から周方向に突出する部分が設けられているが、この部位が最終的にはティースブリッジ２６となる。
【００３３】
このように成形されたインナーコア１４ａの原形に図６に示すようにステータコイル
１６を巻装する。ステータコイル１６は、一列に並んだ４本の束となって絶縁紙２５が巻かれた状態でインナーコア１４ａの外周側から挿入し、隣り合う６つのスロット１５内に６相分のコイルが分布巻きとしての波巻きで巻装されている。
【００３４】
次に図７に示すようにインナーコア１４ａにおける各ティース２３がアウターコア14ｂの凹部２４内に固定されるようにインナーコア１４ａの外周に軸方向からアウターコア
１４ｂを圧入により装着して、図８（ｂ）に示すようにインナーコア１４ａとアウターコア１４ｂを一体化する。尚、インナーコア１４ａとアウターコア１４ｂは、隙間無く密着させた方が磁路を形成しやすくできるため、圧入の際、アウターコア１４ｂが若干変形するくらいがよい。
【００３５】
このように製造されたステータコア１４は、インナーコア１４ａの内周にて各ティース２３同士が連結された状態となっているが、図４に示すようその連結部を切削加工により取り除く。このため、各ティース２３は、ティースブリッジ２７が形成された状態で切り離される。尚、切削加工を行う際には、各ティース２３が変形してしまわぬよう各ティース２３間に冶具を介在させる必用がある。
【００３６】
以上、本発明の実施例について説明したが、本実施例の作用効果を以下に示す。
【００３７】
本実施例によれば、ステータコアをインナーコアとアウターコアとで構成し、インナーコアに設けられるスロットをステータコイルが一列に並ぶように内周側から外周開口端までが略同一幅に形成した。このため、ステータコイル断面の径とスロットの周方向幅を近づければステータコイル間に生じてしまう隙間を極力少なくすることができ、スロット内でのステータコイルの占積率を向上させることができる。また、夫々のスロットの外周開口部を周方向に離間させることができるので、ステータコイルの巻装時に誤って隣のスロットに挿入されてしまうといったことを防止でき、容易にステータコイルをスロット内に巻装することができる。更には、別部材で構成されるインナーコアとアウターコアの接続箇所の面積を出来るだけ大きくすることができるので磁束が流れづらくなってしまうのを極力防止することができる。加えて、インナーコアにおけるアウターコアとの接続箇所の強度を向上することもできる。
【００３８】
また、本実施例によれば、スロット間に設けられるティースの外周端は、内周側に対して周方向に幅が広くなるように構成されると共に、アウターコアの内周には、ティースの外周端の形状に対応するよう内周側開口部が外周側底部に対して周方向に幅の狭い凹部を形成した。このため、各ティースが回転子側に吸引されたとしても、凹部の内周側開口部の周方向幅がティースの外周端の周方向幅より小さくなっているため、ティースの内側への移動を極力阻止することができ、確実に磁路面積を確保することができる。このように構成することは、隣り合うティースの内周側にて磁路が形成されないよう各ティースを独立して設けた場合には特に有効である。
【００３９】
また、本実施例によれば、各ティースの外周端をアウターコアの凹部に圧入した。このため、ティースとアウターコアの隙間を極力無くし、ティースと凹部が３つの面で接触することになるため、できるだけ多くの磁路面積を確保することができる。また、アウターコアに対するティースの揺動も防止することができる。
【００４０】
また、本実施例によれば、各ティースの外周端面を円弧状に形成し、アウターコアにおける各ティースの外周端面の当接箇所も対応して円弧状に形成した。このため、ティースとアウターコアの接触面積を出来るだけ多くすることができるので、多くの磁路面積を確保することができる。
【００４１】
また、本実施例のステータコアを交流発電機に用いているので、発電効率が向上する。
【００４２】
また、本実施例によれば、アウターコアを圧粉磁心で構成したので複雑な形状を容易に成形することができると共に、磁粉の表面に絶縁被膜が施されているため、渦電流の発生を抑制することもできる。
【００４３】
以上、本実施例は、回転電機として自動車用交流発電機を用いて説明したが、発電機に限らずモータにて適用することが可能である。
【００４４】
また、本実施例では、アウターコアの内周にインナーコアのティースが挿入される凹部を形成したが、凹部が無くとも、互いを固定することは可能である。
【００４５】
また、本実施例では、ステータコイルの断面を円形としたが、断面を多角形状とすることも可能である。特に断面を四画形状とすることにより、スロット内でのステータコイルの占積率を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施例では、アウターコアを圧粉鉄心で構成したが、夫々の面同士が絶縁した状態で積層された積層鋼板によって構成することも可能である。この場合、圧粉鉄心に対して、各部の強度を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施例では、インナーコアとアウターコアを圧入にて固定したが溶接等の別の方法にて固定することも可能である。
【００４８】
また、本実施例では、スロットを放射状に形成したが多少、周方向に傾斜して設けても構わない。また、その際、スロットは直線的となっていなくても構わず、曲線となっていても構わない。
【００４９】
また、本実施例では、各ティースを独立して構成したが、内周側にて夫々のティースを連結しても構わない。この場合、インナーコアが一体の部材となるため、製造が容易となると共に、各ティースの内周側への移動を防止することもできるが、連結した部分に磁束がとおりづらくなるよう薄肉とする必要がある。
【００５０】
また、本実施例では、各ティースの外周端面と凹部の外周側底面を円弧状に形成したが平面であっても構わない。
【００５１】
また、本実施例では、インナーコアの原形をアウターコアに組み付けて、その後、切削加工により最終的なステータとしたが、インナーコアをもともと複数のティースによって構成し、夫々のティースをアウターコアに組み付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】回転電機としての自動車用交流発電機の全体構成の側面断面図である。
【図２】ステータコイルが巻装された本実施例のステータの斜視図である。
【図３】本実施例のステータにおけるインナーコア及びアウターコアの斜視図である。
【図４】本実施例のステータのスロット部を断面として拡大した図である。
【図５】本実施例のインナーコアの原形を断面として拡大した図である。
【図６】本実施例のインナーコアの原形にステータコイルを巻装した図である。
【図７】本実施例のインナーコアの原形にアウターコアを固定した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１４…ステータコア、１４ａ…インナーコア、１４ｂ…アウターコア、１５…スロット、１６…ステータコイル、２２…ステータ、２３…ティース、２４…凹部、２６…ティースブリッジ。
【図１】
2007295763.tif 000003
【図２】
2007295763.tif 000004
【図３】
2007295763.tif 000005
【図４】
2007295763.tif 000006
【図５】
2007295763.tif 000007
【図６】
2007295763.tif 000008
【図７】
2007295763.tif 000009