(57)【要約】【課題】簡素な構成にて小型軽量の車両用タンデム式回転電機を提供すること。【解決手段】車両用タンデム式回転電機のステータコイル２４、３４としてセグメント順次接合スーテタコイルを採用する。これにより、軸方向長を短縮して小型軽量で堅牢なタンデム式回転電機を実現することができる。【選択図】図１
2007028788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コイルが巻装されたランデル型ロータコアとステータコイルが巻装されたステータコアとをそれぞれ有するとともに前記ステータコアは前記ランデル型ロータコアの径方向外側に配置される第１ステータ・ロータペア及び第２ステータ・ロータペアと、前記第２ステータ・ロータペアの軸方向外側かつ前記第１ステータ・ロータペアから離れた側に配置されて前記両ステータコイルの発電電圧を整流する整流装置と、前記両ステータ・ロータペアの界磁電流を独立制御するコントローラとを備え、前記２つのランデル型ロータコアは、同一の回転軸に軸方向に隣接して固定されて車載エンジンにより駆動される車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペア及び第２ステータ・ロータペアのステータコイルは両方とも、前記ステータコアの各スロットにセグメント導体を軸方向一方側から挿通し、端部を順次接続してなるセグメント順次接続型ステータコイルからなることを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の車両用タンデム式回転電機において、
前記両ステータコイルはそれぞれ、
各スロットの互いに径方向に隣接する２つの導体収容位置を占有して形成されるコイル部のみにより構成されたセグメント順次接合ステータコイル構造を有することを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペアの第２ステータ・ロータペア側のコイルエンドの軸方向最突出部は、前記第２ステータ・ロータペアの第１ステータ・ロータペア側のコイルエンドの軸方向最突出部と周方向にずれて配置されていることを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか記載の車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペアの界磁コイルの軸方向中心位置は、前記第１ステータ・ロータペアのステータコアの軸方向中心位置よりも第２ステータ・ロータペア側にずれており、及び／又は、前記第２ステータ・ロータペアの界磁コイルの軸方向中心位置は、前記第２ステータ・ロータペアのステータコアの軸方向中心位置よりも第１ステータ・ロータペア側にずれていることを特徴とするタンデム式回転電機。
【請求項５】
請求項４記載の車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第１ハーフコア及び第２ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、
前記第２ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第３ハーフコア及び第４ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、
前記第２ハーフコア及び第３ハーフコアは、軸方向に密着していることを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項６】
請求項４記載の車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第１ハーフコア及び第２ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、
前記第２ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第３ハーフコア及び第４ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、
前記第２ハーフコア及び第３ハーフコアは、一体形成された一個の軟磁性コア部材からなることを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項７】
請求項５又は６記載の車両用タンデム式回転電機において、
前記第２ハーフコアの爪部及び前記第３ハーフコアの爪部は、ボス部の周面から周方向略同位置にて互いに接しつつ径方向外側へ延在した後、軸方向反対側に延在していることを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項８】
界磁コイルが巻装されたランデル型ロータコアとステータコイルが巻装されたステータコアとをそれぞれ有するとともに前記ステータコアは前記ランデル型ロータコアの径方向外側に配置される第１ステータ・ロータペア及び第２ステータ・ロータペアと、前記第２ステータ・ロータペアの軸方向外側かつ前記第１ステータ・ロータペアから離れた側に配置されて前記両ステータコイルの発電電圧を整流する整流装置と、前記両ステータ・ロータペアの界磁電流を独立制御するコントローラとを備え、前記２つのランデル型ロータコアは、同一の回転軸に軸方向に隣接して固定されて車載エンジンにより駆動される車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペアの第２ステータ・ロータペア側の各爪部の間の周方向ギャップ、及び／又は、前記第２ステータ・ロータペアの第１ステータ・ロータペア側の各爪部の間の周方向ギャップに配置されて遠心冷却風を生起する非磁性の遠心翼を有することを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【請求項９】
界磁コイルが巻装されたランデル型ロータコアとステータコイルが巻装されたステータコアとをそれぞれ有するとともに前記ステータコアは前記ランデル型ロータコアの径方向外側に配置される第１ステータ・ロータペア及び第２ステータ・ロータペアと、前記第２ステータ・ロータペアの軸方向外側かつ前記第１ステータ・ロータペアから離れた側に配置されて前記両ステータコイルの発電電圧を整流する整流装置と、前記両ステータ・ロータペアの界磁電流を独立制御するコントローラとを備え、前記２つのランデル型ロータコアは、同一の回転軸に軸方向に隣接して固定されて車載エンジンにより駆動される車両用タンデム式回転電機において、
前記第１ステータ・ロータペアのロータコアの外側端面にそれぞれ固定されて遠心方向への冷却風を形成する第１の冷却ファンと、
前記第２ステータ・ロータペアのロータコアの外側端面にそれぞれ固定されて遠心方向への冷却風を形成する第２の冷却ファンと、
前記第１ステータ・ロータペアのステータコアと前記第２ステータ・ロータペアのステータコアの中間に位置して径方向外側へ冷却風を排出する排気孔と、
を有し、
前記第１及び／又は第２の冷却ファンは、それぞれ前記ロータコアの軸方向内側へ冷却風を形成することを特徴とする車両用タンデム式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの回転軸と複数のステータ・ロータペアをもつ車両用タンデム式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つのランデル型ロータをタンデム結合して出力倍増を図った回転電機（以下、タンデム型回転電機ともいう）が下記の特許文献１ー７などに提案されている。このタンデム式ランデル型回転電機によれば、２つの発電電圧をそれぞれ独立制御可能に出力する回転電機をコンパクトに製造することができる。言い換えれば、２つの回転電機を別々に設置するのに比べて、製造費用及び設置スペースを大幅に削減することができる。このような２発電電圧を独自制御可能に発生することは、たとえば従来の１２Ｖ系に加えて４２Ｖ系などの高電圧を別に出力可能な２電圧型回転電機に特に好適である。
【０００３】
また、Ｕ字状セグメント導体をステータコアのスロットに挿通して順次接続してなるセグメント順次接合ステータコイルがたとえば本出願人の出願になる下記の特許文献８ー１５に記載されている。このセグメント順次接合ステータコイルはスロット占積率を大きくでき、かつステータコイルのコイルエンドを整形かつ縮小できる利点を有している。
【特許文献１】特開平１−１５７２５１号公報
【特許文献２】特開平５−１３７２９５号公報
【特許文献３】特開平５−３０８７５１号公報
【特許文献４】特開平５−５００３００号公報
【特許文献５】特開平６−２２５１８号公報
【特許文献６】特開平１１−９８７８９号公報
【特許文献７】特開２００５−１１７８４３号公報
【特許文献８】特開２００４−０４８９３９号公報
【特許文献９】特開２００４−０４８９４１号公報
【特許文献１０】特開２００４−０６４９１４号公報
【特許文献１１】特開２００４−０４８９６７号公報
【特許文献１２】特開２００４−０３２９８７号公報
【特許文献１３】特開２００４−０３２８８２号公報
【特許文献１４】特開２００４−０３２８８４号公報
【特許文献１５】特開２００４−０３２８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ランデル型ロータコアを軸方向に複数配置したタンデム式回転電機の欠点は、ランデル型ロータコアを採用する通常の車両用交流発電機に比較してその軸長が大幅に増大する点にあった。
【０００５】
この軸長の増加は回転軸の径方向撓みを増大させるため、ステータコアとロータコアとの間の径方向電磁ギャップを増大させる必要が生じた。しかし、このような径方向電磁ギャップの拡大は磁気回路の磁気抵抗の増加により回転電機の性能低下を招いた。また、この軸長の増加は回転質量の増加も招くため、振動低減のために回転軸の大径化や軸受け及びハウジングの強化が要求され、全体重量が増大するという問題も生じた。
【０００６】
このようにタンデム式回転電機が大きな軸方向長をもつことは、従来、２つのステータ・ロータペアを軸方向に配列することが必要なタンデム式回転電機では必然的に付随する解決できない問題と考えられており、このため、種々の利点をもつにもかかわらずタンデム式回転電機が普及しない要因となっていた。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、従来に比べて格段に体格特にその軸方向長を縮小可能な車両用タンデム式回転電機を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する各発明のタンデム式回転電機は、界磁コイルが巻装されたランデル型ロータコアとステータコイルが巻装されたステータコアとをそれぞれ有するとともに前記ステータコアは前記ランデル型ロータコアの径方向外側に配置される第１ステータ・ロータペア及び第２ステータ・ロータペアと、前記第２ステータ・ロータペアの軸方向外側かつ前記第１ステータ・ロータペアから離れた側に配置されて前記両ステータコイルの発電電圧を整流する整流装置と、前記両ステータ・ロータペアの界磁電流を独立制御するコントローラとを備え、前記２つのランデル型ロータコアは、同一の回転軸に軸方向に隣接して固定されて車載エンジンにより駆動される。
【０００９】
第１発明の車両用タンデム式回転電機では特に、前記第１ステータ・ロータペア及び第２ステータ・ロータペアのステータコイルは両方とも、前記ステータコアの各スロットにセグメント導体を軸方向一方側から挿通し、端部を順次接続してなるセグメント順次接続型ステータコイルからなることを特徴としている。
【００１０】
更に具体的に説明すると、本発明者は、タンデム式回転電機のすべてのステータコイルをセグメント順次接合ステータコイルとすれば、ステータコアから軸方向へ突出するステータコイルのコイルエンドの軸方向長を通常の巻線方式のステータコイルに比較して大幅に縮小することができることに気がついた。すなわち、出力に寄与しないコイルエンドの合計軸方向長が従来の２倍にもなるタンデム式回転電機に、コイルエンドの軸方向長が本質的に短いセグメント順次接合ステータコイル構造を適用すれば、タンデム式回転電機において二つのステータ・ロータペアの間の軸方向ギャップを減らすことができるため、出力低下を生じさせることなくタンデム式回転電機の軸方向長を縮小して回転質量の増大や回転軸の撓みの増大を抑止できる。その結果、ステータコアとロータコアとの間の径方向電磁ギャップを増大させる必要もなく、回転電機の励磁電流低減が可能となる。また、回転質量の低減のため回転軸の大径化や軸受け及びハウジングの強化を抑止することができ、全体の体格や重量を縮小、軽減することもできた。
【００１１】
好適な態様において、前記両ステータコイルはそれぞれ、各スロットの互いに径方向に隣接する２つの導体収容位置を占有して形成されるコイル部のみにより構成されるセグメント順次接合ステータコイル構造を有する。この態様によれば、種々のセグメント順次接合ステータコイル構造のうち、コイルエンドの軸方向突出長が最も短い構造のセグメント順次接合ステータコイル構造を採用したので、コイルエンドの軸方向長を一層短縮することができる。
【００１２】
好適な態様において、前記第１ステータ・ロータペアの第２ステータ・ロータペア側のコイルエンドの軸方向最突出部は、前記第２ステータ・ロータペアの第１ステータ・ロータペア側のコイルエンドの軸方向最突出部と周方向にずれて配置されている。すなわち、セグメント順次接合ステータコイルのコイルエンドの軸方向先端部は正確な一定の周方向ピッチで凹凸を繰り返す。したがって、軸方向に隣接する一対のコイルエンドの一方の上記凹凸と、他方の凹凸とを噛み合うように配置すれば、両コイルエンド間に空隙を確保しつつ両ステータコア間の軸方向ギャップを縮小することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記第１ステータ・ロータペアの界磁コイルの軸方向中心位置は、前記第１ステータ・ロータペアのステータコアの軸方向中心位置よりも第２ステータ・ロータペア側にずれており、及び／又は、前記第２ステータ・ロータペアの界磁コイルの軸方向中心位置は、前記第２ステータ・ロータペアのステータコアの軸方向中心位置よりも第１ステータ・ロータペア側にずれている。すなわち、この態様によれば、一対のロータコアが互いに接近するように軸方向に偏って配置されているため、界磁束量を減少させることなく一対のステータコアの軸方向外側（前後方向）へ突出する一対のコイルエンドの直下に遠心冷却ファンを配置することができ、ステータコイルを良好に冷却することができ、かつ、タンデム式回転電機の軸方向長を短縮することができる。
【００１４】
好適な態様において、前記第１ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第１ハーフコア及び第２ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、前記第２ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第３ハーフコア及び第４ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、前記第２ハーフコア及び第３ハーフコアは、軸方向に密着している。このようにすれば、第２ハーフコアの爪部から第３ハーフコアの爪部へ界磁束を流すことができるため、第２、第３ハーフコアの爪部からそのボス部へ延在する爪部の軸方向幅を縮小でき、その分だけ回転質量の低減及び軸方向長の圧縮が可能となる。
【００１５】
好適な態様において、前記第１ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第１ハーフコア及び第２ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、前記第２ステータ・ロータペアは、それぞれ異なる極性の爪部をもつ第３ハーフコア及び第４ハーフコアを軸方向に突き合わせて構成され、前記第２ハーフコア及び第３ハーフコアは、一体形成された一個の軟磁性コア部材からなる。すなわち、この態様によれば、従来４つのハーフコアにより構成されていたタンデム式回転電機のロータコアを３つのハーフコアにより実現することができるため、磁気抵抗の低減及び部品点数の削減を実現することができる。
【００１６】
好適な態様において、前記第２ハーフコアの爪部及び前記第３ハーフコアの爪部は、ボス部の周面から周方向略同位置にて互いに接しつつ径方向外側へ延在した後、軸方向反対側に延在している。すなわち、この態様では、一対のステータコアの間に形成されて一対のコイルエンドが配置されるステータコア間軸方向ギャップの径方向内側に位置して、第２ハーフコアの爪部と第３ハーフコアの爪部とを互いに接して又は互いに一体に周方向略同位置に配置する。このようにすれば、これら第２ハーフコア及び第３ハーフコアの爪部が効率よく遠心冷却風を生起するため、上記一対のコイルエンドを良好に冷却することができる。
【００１７】
第２発明の車両用タンデム式回転電機は特に、前記第１ステータ・ロータペアの第２ステータ・ロータペア側の各爪部の間の周方向ギャップ、及び／又は、前記第２ステータ・ロータペアの第１ステータ・ロータペア側の各爪部の間の周方向ギャップに配置されて遠心冷却風を生起する非磁性の遠心翼を有することを特徴としている。
【００１８】
すなわち、この態様では、第２ハーフコア及び第３ハーフコアの爪部を遠心翼とするとともに、周方向に一定ピッチで配列されるこれら爪部の間のギャップに非磁性の遠心翼を追設したので、上記ステータコア間軸方向ギャップに存在する一対のコイルエンドを一層良好に冷却することができる。
【００１９】
なお、この非磁性の遠心翼は、第１ハーフコアの爪部の先端と第４ハーフコアの爪部の先端とに両端支持することができる他、第２ハーフコアや第３ハーフコアに固定することもできる。
【００２０】
第３発明の車両用タンデム式回転電機では特に、前記第１ステータ・ロータペアのロータコアの外側端面にそれぞれ固定されて遠心方向への冷却風を形成する第１の冷却ファンと、前記第２ステータ・ロータペアのロータコアの外側端面にそれぞれ固定されて遠心方向への冷却風を形成する第２の冷却ファンと、前記第１ステータ・ロータペアのステータコアと前記第２ステータ・ロータペアのステータコアの中間に位置して径方向外側へ冷却風を排出する排気孔とを有し、前記第１及び／又は第２の冷却ファンは、それぞれ前記ロータコアの軸方向内側へ冷却風を形成することを特徴としている。
【００２１】
すなわち、この車両用タンデム式回転電機では、前側のロータコアの前端面に固定された第１の冷却ファンは軸方向後方への冷却風を生起するように形成され、後側のロータコアの後端面に固定された第２の冷却ファンは軸方向前方への冷却風を生起するように形成される。このようにすれば、前側のロータコア（第１ステータ・ロータペアのロータコア）の爪部間のギャップを通じて軸方向後方へ、後側のロータコア（第２ステータ・ロータペアのロータコア）の爪部間のギャップを通じて軸方向前方へ付勢された冷却風を生起することができるため、一対のステータコアの間のステータコア間軸方向ギャップに配置される一対のコイルエンドを良好に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の車両用タンデム式回転電機の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。ただし、本発明は下記の実施態様に限定されるものではなく、その他の公知技術又はそれと必要機能が等しい技術を組み合わせて本発明を構成しても良いことは当然である。
【００２３】
［実施形態１］
（全体構成の説明）
まず、実施形態１の車両用タンデム式回転電機の全体構造を模式断面図である図１を参照して以下に説明する。１はハウジング、２は第１回転電機部（第１ステータ・ロータペア）、３は第２回転電機部（第２ステータ・ロータペア）、４は回転軸、５はプーリ、６、７は軸受け、８は整流器、９はレギュレータ、１０はスリップリング給電機構である。
【００２４】
ハウジング１は、フロントハウジング１１と、センターハウジング１２と、リヤハウジング１３とからなり、スルーボルト１４で締結して構成されている。回転軸４は、軸受け６、７を介してハウジング１に支承されており、プーリ５がハウジング１から前方へ突出する回転軸４の前端部に固定されている。整流装置８、レギュレータ９及びスリップリング給電機構１０は第２回転電機部３のリヤ側にてリヤハウジング１３に固定されている。
【００２５】
第１回転電機部２は、本発明で言う第１ステータ・ロータペアであって、ランデル型ロータコア２１と、ランデル型ロータコア２１に個別に巻装された界磁コイル２２と、ランデル型ロータコア２１の径方向外側に配置されたステータコア２３と、ステータコア２３に巻装されたステータコイル２４とを有している。ランデル型ロータコア２１は、ボス部２１１と、ボス部２１１から径方向外側に延設された後、軸方向に延在する爪部２１２とをそれぞれ有する一対のハーフコア２１３、２１４のボス部２１１同士を突き合わせてなり、ボス部２１１には界磁コイル２２が巻装されている。ステータコア２３はフロントハウジング１１とセンターハウジング１２とにより挟設されており、ステータコア２３にはステータコイル２４が巻装されている。
【００２６】
第２回転電機部３は、ランデル型ロータコア３１と、ランデル型ロータコア３１に個別に巻装された界磁コイル３２と、ランデル型ロータコア３１の径方向外側に配置されたステータコア３３と、ステータコア３３に個別に巻装されたステータコイル３４とを有している。ランデル型ロータコア３１は、ボス部３１１と、ボス部３１１から径方向外側に延設された後、軸方向に延在する爪部３１２とをそれぞれ有する一対のハーフコア３１３、３１４のボス部３１１同士を突き合わせてなり、ボス部３１１には界磁コイル３２が巻装されている。ステータコア３３はセンターハウジング１２とリヤハウジング１３とにより挟設されており、ステータコア３３にはステータコイル３４が巻装されている。上記した第１回転電機部２及び第２回転電機部３は、典型的なランデル型ロータコアをもつ回転電機であって、その他の構造詳細は通常のランデル型回転電機と同じであるためこれ以上の説明は省略する。
【００２７】
したがって、このタンデム式回転電機のロータコアは、合計４つのハーフコア２１３、２１４、３１３、３１４を軸方向に配置してなる。この実施例では、軸方向中間に配置されるハーフコア２１４、３１３を互いに当接して配置しており、ハーフコア２１４とハーフコア３１３との間に空隙を設けていない。
【００２８】
（界磁回路の説明）
スリップリング給電機構１０は、一対のブラシが個別に接触する一対のスリップリングを有している。スリップリングの一つはバッテリの負極端子に接続され、他の一つはバッテリの正極端子から給電されている。界磁コイル２２、３２に通電される界磁電流は、ロータコア２１、３１側に固定された一対の界磁電流制御トランジスタにより個別に通電制御され、レギュレータ９はこれら一対のトランジスタの断続比を制御して界磁電流を個別に制御する。これにより、エンジンからベルトを通じてプーリを駆動してロータコア２１、３１を回転させると、ステータコイル２４、３４から異なる電圧でそれぞれ所望の大きさの直流電流を出力することができる。
【００２９】
（ステータコイル２４、３４の説明）
整流装置８は一対の三相全波整流器を有している。ステータコイル２４は三相星形接続された相巻線U、V、Wをもち、三相交流電圧を整流装置８の第１の三相全波整流器に出力し、この三相全波整流器は三相全波整流を行って外部の低電圧負荷に電流を出力する。ステータコイル３４は三相星形接続された相巻線U’、V’、W’をもち、三相交流電圧を整流装置８の第２の三相全波整流器に出力し、この三相全波整流器は三相全波整流を行って外部の高電圧負荷に電流を出力する。相巻線U、V、Wの発電電圧の位相と相巻線U’、V’、W’の発電電圧の位相は同じでもよく、ずれていてもよい。
【００３０】
この実施例では、第２回転電機部３のステータコイル３４は、第１回転電機部２のステータコイル２４よりも大きいターン数をもち、第１回転電機部２は低電圧用（１２V用）、第２回転電機部３は低電圧用（４２V用）とされ、第１回転電機部２は図示しない低電圧負荷に給電し、第２回転電機部３は図示しない高電圧負荷に給電している。また、この実施例では、常に給電が必要な重要電気負荷（常用電気負荷）は低電圧負荷として設計されて第１回転電機部２から給電され、高電圧負荷はすべて常に給電が必要ではない非優先電気負荷として設計されて第２回転電機部３から給電されている。
【００３１】
ステータコイル２４、３４について更に説明する。
【００３２】
この実施例では、ステータコイル２４、３４は公知のセグメント順次接合ステータコイル構造を採用している。このセグメント順次接合ステータコイル構造は、多数のＵ字状セグメント導体の一対の脚部（直線部）を互いに電気角π離れた二つのスロットに個別に軸方向一方側から挿通し、スロットから飛び出た各Ｕ字状セグメント導体の一対の先端部を順次接合して波巻き方式あるいは重ね巻き方式にて構成されている。このセグメント順次接合ステータコイルの構造についてはたとえば既述した上記特許文献などにより既に周知となっているため詳細説明については省略する。
【００３３】
この実施例では、ステータコイル２４、３４の各スロットに径方向に４つの導体収容位置を設け、毎相毎極当たりのスロット数は１としたが、１スロットには径方向に偶数個の導体収容位置を配置することができ、また毎相毎極当たりのスロット数を複数としてもよい。
【００３４】
たとえば、各スロットの径方向最内側及び最外側の導体収容位置に大セグメントの両脚部を挿通し、径方向二番目と三番目の導体収容位置に小セグメントの両脚部を挿通した２種類のセグメントを用いるセグメント順次接合ステータコイルを採用することができるが、これに限定されることなく公知の種々のセグメント順次接合ステータコイル構造を採用することができる。
【００３５】
上記２種類のセグメントを用いるセグメント順次接合ステータコイル構造にでは、ステータコア２３のスロット数をN1、ステータコア３３のスロット数をN２とすると、ステータコイル２４の各相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ、N１／３個の小セグメントとN１／３個の大セグメントをもち、ステータコイル２４の相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ、N１／３個の小セグメントを順次接続して構成された小コイル部と、N1／３個の大セグメントを順次接続して構成された大コイル部とを直列接続して構成されている。
【００３６】
したがって、反整流装置８側のステータコイル２４の各相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのターン数はそれぞれ２N１／３となるが、各相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの最初のセグメント導体と最後のセグメント導体はＵ字状ではなく、I字状に形成し、この最初のＩ字状セグメント導体は各相の引き出しリード線となり、この最後のＩ字状セグメント導体は中性点に接続される。
【００３７】
同じく、ステータコイル３４の各相巻線Ｕ’、Ｖ’、Ｗ’はそれぞれ、N２／３個の小セグメントとN２／３個の大セグメントをもつことができる。したがって、ステータコイル３４の相巻線Ｕ’、Ｖ’、Ｗ’はそれぞれ、N２／３個の小セグメントを順次接続して構成された小コイル部と、N２／３個の大セグメントを順次接続して構成された大コイル部とを直列接続して構成されている。
【００３８】
したがって、整流装置８側のステータコイル３４の各相巻線Ｕ’、Ｖ’、Ｗ’のターン数はそれぞれ２N２／３となるが、各相巻線Ｕ’、Ｖ’、Ｗ’の最初のセグメント導体と最後のセグメント導体はＵ字状ではなく、I字状に形成し、この最初のＩ字状セグメント導体は各相の引き出しリード線となり、この最後のＩ字状セグメント導体は中性点に接続される。
【００３９】
上記説明したように、この実施例の車両用タンデム式回転電機の一対のステータコイル２４、３４は両方ともセグメント順次接合ステータコイル構造を採用している。これにより、ステータコイル２４、３４の各一対のコイルエンドの軸方向長を短縮できるため、従来、軸方向長が長くなっていたタンデム式回転電機の軸方向長を大幅に短縮することができるため小型軽量化を図ることができるととともに、回転軸の撓みや有害な振動を低減することができる。
【００４０】
また、この実施例では、セグメント順次接合ステータコイル構造の採用によりコイルエンドの軸方向長を短縮できたので、軸方向中間に配置される第２ハーフコア２１４の爪部と第３ハーフコア３１３の爪部とをそれらの軸方向幅をいたずらに増大することなく軸方向に当接させることができるため、これら両爪部の間に周方向へ流れる冷却風漏れ通路が形成されるのを防止することができる。このため、第２ハーフコア２１４の爪部と第３ハーフコア３１３の爪部との回転によりこれら爪部が遠心翼として生起する空気流を良好に遠心方向へ吹き出すことができ、従来冷却が容易でなかったステータコア間軸方向ギャップの一対のコイルエンドを良好に冷却することができる。
【００４１】
なお、図１では、第２ハーフコア２１４の爪部総数と第３ハーフコア３１３の爪部総数とは同数とされ、両爪部の周方向位置も同じとされる。これにより、軸方向に並ぶ第２ハーフコア２１４の爪部と第３ハーフコアの爪部とは、一体の遠心翼を構成することができ、遠心冷却風を効率よく形成することができる。
【００４２】
更に、この実施形態では、第２ハーフコア２１４の爪部と第３ハーフコア３１３の爪部とが逆極性となるように界磁コイル２２、３２の通電方向が決定される。このようにすれば、たとえば第２ハーフコア２１４の爪部及び第３ハーフコア３１３の爪部と、第２ハーフコア２１４のボス部及び第３ハーフコア３１３のボス部との間に界磁束を流すための磁路の断面積を低減できるため、ロータコアのコンパクト化を実現することができる。すなわち、第２、第３ハーフコアの爪部からそのボス部へ延在する爪部の軸方向幅を縮小でき、その分だけ回転質量の低減及び軸方向長の圧縮が可能となる。
【００４３】
更に、この実施形態では、図１から明らかなように、界磁コイル２２の軸方向中心位置は、ステータコア２３の軸方向中心位置よりも第２ステータ・ロータペア３側（後方）にずれており、同時に界磁コイル３２の軸方向中心位置は、ステータコア３３の軸方向中心位置よりも第１ステータ・ロータペア側（前側）にずれている。すなわち、一対のロータコア２１、３１は互いに接近するように軸方向に偏って配置されている。このようにすれば、界磁束量を減少させることなく、ロータコア２１の前端面を後退させ、ロータコア３１の後端面を前進させることができるため、ロータコア２１の前端面に固定する前側の冷却ファン１０１をステータコイル２４の前側のコイルエンドの径方向内側に配置することができ、ロータコア３１の後端面に固定する後側の冷却ファン１０２をステータコイル３４の後側のコイルエンドの径方向内側に配置することができ、これらコイルエンドを良好に冷却することができる。
【００４４】
［実施形態２］
実施形態２の車両用タンデム式回転電機を、その軸方向断面図である図２を参照して説明する。この車両用タンデム式回転電機は実施形態１のそれと同一の基本構造をもつため、異なる点のみを重点的に説明する。
【００４５】
第１回転電機部２のランデル型ロータコア２１はハーフコア２０１、２０２とからなり、第２回転電機部３のランデル型ロータコア３１はハーフコア２０２、２０３とからなる。すなわち、この実施形態では、ランデル型ロータコア２１、３１は前側のハーフコア２０１と、中間のハーフコア２０２と、後側のハーフコア２０３とを軸方向に突き合わせて構成されている。ハーフコア２０１は図１のハーフコア２１３と同一形状をもち、ハーフコア２０３は図１のハーフコア３１４と同一形状をもつ。また、ハーフコア２０２は、図１のハーフコア２１４とハーフコア３１３とを一体化した形状をもつ。
【００４６】
したがって、中間のハーフコア２０２は周方向同位置にてボス部２０２０から最初径方向外側へ延在した爪基部（ポール部ともいう）２０２１と、この爪基部２０２１から互いに軸方向反対側へ延在する爪部２１２、３１２をもつ。このようにすれば、部品点数を低減できる他、界磁束磁路の磁気抵抗を減らすことができるため、励磁電流を低減することができる。
【００４７】
次に、この実施形態のステータコイル２４、３４を構成するセグメント順次接合ステータコイルを、図２に図示するように、各スロットの互いに径方向に隣接する２つの導体収容位置を占有する２層方式のセグメント順次接合ステータコイルを採用している。
【００４８】
この２層方式のセグメント順次接合ステータコイルについて図３を参照して更に詳しく説明する。図３は、ステータコア２３の４つのスロットを示す展開側面図であり、第Ｎ番目のスロット〜第Ｎ＋３番目のスロットが図示されている。各スロットは径方向に４つの導体収容位置（以下、層とも称する）をもち、各導体収容位置にそれぞれ一つのスロット導体部を収容している。なお、ここで言うスロット導体部とは、Ｕ字状セグメント導体の一本の脚部の中間部分を言う。Ｕ字状セグメント導体の脚部の先端部分はよく知られているようにスロットから飛び出して端部側のコイルエンドを構成し、スロットに入る前のＵ字状セグメント導体のＵ字状頭部及びそれに連なる脚部の基端部分は頭部側のコイルエンドを構成している。
【００４９】
図３に示すように、各スロットの３層、４層の導体収容位置に挿通される各セグメント導体は、それぞれ波巻きで巻装された２つの波巻きコイル３０１、３０２を構成し、各スロットの１層、２層の導体収容位置に挿通される各セグメント導体も、それぞれ波巻きで巻装された２つの波巻きコイル３０３、３０４を構成する。これら４つの波巻きコイル３０１〜３０４は図４に示すように直列接続されてU相コイルを構成する。同様に、V相コイル及びW相コイルも形成され、これらU相コイル、V相コイル及びW相コイルは星形接続されて三相のステータコイル２４が構成される。三相のステータコイル３４も同様に形成されるため、説明は省略する。
【００５０】
この実施形態では、上記したように２層方式のセグメント順次接合ステータコイルを径方向へ積み重ねて直列接続して各相コイルを構成したので、コイルエンドの軸方向突出長を最小とすることができる。つまり、たとえば図１に示す実施形態のセグメント順次接合ステータコイルのコイルエンドは、小セグメントの軸方向外側に少なくとも大セグメントの断面幅だけ軸方向に必要長さが加算される。これに対してこの実施形態では、このようなコイルエンドにおける小セグメントと大セグメントの重なりがないため、本質的にコイルエンドの軸方向長を短縮できるのでセグメント順次接合ステータコイルのコイルエンド軸方向長を更に縮小することができ、車両用タンデム式回転電機において特に好適である。
【００５１】
また、この実施形態では、図５に示すように、ステータコイル２４の後側のコイルエンド２４１の軸方向最突出部２４１０と、ステータコイル３４の前側のコイルエンド３４１の軸方向最突出部３４１０とは、周方向に略半ピッチづれて配列されている。なお、この実施形態では、コイルエンド２４１の軸方向最突出部２４１０は各セグメント導体のＵ字状頭部の先端部からなり、コイルエンド３４１の軸方向最突出部３４１０は各セグメント導体の脚部先端の溶接部からなるが、これに限定されるものではない。すなわち、この実施形態では、セグメント順次接合ステータコイルのコイルエンドの軸方向先端部が一定の周方向ピッチで凹凸を繰り返すことを利用して、ステータコア間軸方向ギャップにて軸方向に隣接する二つのコイルエンド２４１、３４１を互い違いに配置している。これにより、両コイルエンド２４１、３４１間に空隙を確保しつつ両ステータコア２３、３３間の軸方向ギャップを縮小することができる。
【００５２】
更に、この実施形態では、実施形態１の第２ハーフコア２１４と第３ハーフコア３１３を兼ねる中間のハーフコア２０２の爪部２１２、３１２が周方向同位置にて軸方向互いに逆向きに延在している。これにより、ハーフコア２０２の爪部２１２、３１２は周方向への冷却風の漏れがなく、良好に遠心方向へ冷却風を生起することができる。
【００５３】
更に、この実施形態では、図６に示すように、周方向所定位置のハーフコア２０２の爪部２１２、３１２及び爪基部２０２１と、それらに対して周方向へ所定ピッチ離れたハーフコア２０２の爪部２１２、３１２及び爪基部２０２１との中間に位置して、非磁性板からなる遠心翼３００を設けている。この非磁性の遠心翼３００の両端は、前側のハーフコア２０１の爪部２１２の先端と後側のハーフコア２０３の爪部３１２の先端とに両端支持されている。これにより、二つロータコア２１、３１の間の遠心翼の枚数を倍増することができるため、ステータコア間軸方向ギャップの一対のコイルエンドの冷却を格段に良好に行うことができる。なお、非磁性の遠心翼３００は、ハーフコア２０２の爪基部２０２１に固定しても良い。
【００５４】
更に、この実施形態では、図６に示すように、ハーフコア２０１の前端面に固定する前側の冷却ファン１０１を斜めに形成し、ハーフコア２０３の後端面に固定する後側の冷却ファン１０２も斜めに形成している。これにより、これら冷却ファンは遠心送風機能と、非磁性の遠心翼３００に向けて軸方向へ送風する軸方向送風機能とをもつことができるため、ステータコア間軸方向ギャップ間の一対のコイルエンドを更に良好に冷却することができる。なお、冷却風はステータコア間軸方向ギャップの一対のコイルエンドを冷却した後、排気口４００から外部に排出される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１のランデル型ロータコアをもつ車両用タンデム式回転電機の軸方向模式断面図である。
【図２】実施形態２の車両用タンデム式回転電機の軸方向断面図である。
【図３】図２のセグメント順次接合ステータコイルの一部を示す模式導体配置図である。
【図４】図２のセグメント順次接合ステータコイルの回路図である。
【図５】図２のセグメント順次接合ステータコイルのステータコア間軸方向ギャップにおけるコイルエンド配置図である。
【図６】図２のロータコアの配置を示す模式部分展開図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      ハウジング
２      第１回転電機部（第１ステータ・ロータペア）
３      第２回転電機部（第２ステータ・ロータペア）
５      プーリ
８      整流装置
９      レギュレータ
１０      スリップリング給電機構
１１      フロントハウジング
１２      センターハウジング
１３      リヤハウジング
１４      スルーボルト
２１      ランデル型ロータコア
２２      界磁コイル
２３      ステータコア
２４      ステータコイル
３１      ランデル型ロータコア
３２      界磁コイル
３３      ステータコア
３４      ステータコイル
１０１      冷却ファン
１０２      冷却ファン
２０１      ハーフコア
２０２      ハーフコア
２０３      ハーフコア
２１１      ボス部
２１２      爪部
２１３      ハーフコア
２１４      ハーフコア
２４１      コイルエンド
３００      遠心翼
３０１〜３０４      コイル
３１１      ボス部
３１２      爪部
３１３      ハーフコア
３１４      ハーフコア
３４１      コイルエンド
２０２０      ボス部
２０２１      爪基部
２４１０      軸方向最突出部
３４１０      軸方向最突出部
【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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【図６】
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