(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板が積層されて積層方向の厚さが所定厚さの環状筒体に形成されて成る車両用交流発電機の固定子コアにおいて、
金属薄板が積層されて積層方向の厚さが上記所定厚さの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の厚さの環状筒体に形成されたコア構成体が複数積層されて上記所定厚さの環状筒体に形成された固定子コアであって、上記コア構成体は、積層された金属薄板同士が、上記所定厚さの１／Ｎの厚さの環状筒体の外周側あるいは内周側において溶接で固着されて形成され、上記固定子コアは、積層されたコア構成体同士が、上記所定厚さの環状筒体の外周側あるいは内周側において上記コア構成体の金属薄板の溶接箇所に対して周方向にずれた位置にて溶接で固着されて成ることを特徴とする車両用交流発電機の固定子コア。
【請求項２】
上記複数のコア構成体のうち少なくとも１つは、コア構成体の金属薄板の溶接箇所が、金属薄板の積層方向の上下間において不連続に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の固定子コア。
【請求項３】
金属薄板を積層して積層方向の厚さが所定厚さの環状筒体を形成し、金属薄板同士を固着して固定子コアを製造するようにした車両用交流発電機の固定子コアの製造方法において、
金属薄板を積層して積層された金属薄板同士を溶接で固着することによって積層方向の厚さが上記所定厚さの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の厚さの環筒状のコア構成体を予め複数個形成した後、これら複数個のコア構成体を複数積層して上記所定厚さの環状筒体を形成し、その後、コア構成体を形成する金属薄板同士の溶接箇所に対して周方向にずれた位置にてコア構成体同士を溶接で固着したことを特徴とする車両用交流発電機の固定子コアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載される交流発電機の固定子コア及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の車両用交流発電機の断面図である。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とリヤブラケット２がボルト３Ｂで接続されて構成されたケース３と、このケース３内に設けられ、一端部にベルトにより伝達されるエンジンの回転力を受けるプーリ４が固定されたシャフト５と、このシャフト５に固定されたランドル型の回転子６と、回転子の両側に固定されたファン６Ｆと、ケース３内の内壁面に固定された固定子７Ａ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８と、このスリップリング８に摺動する一対のブラシ９，９と、このブラシ９，９を収納したブラシホルダ１０と、固定子７Ａに電気的に接続され固定子７Ａで生じた交流を直流に整流する整流器１１と、ブラシホルダ１０に取付けられたヒートシンク１２と、このヒートシンク１２に接着され固定子７Ａで生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１３とを備えている。尚、１４ａ，１４ｂはベアリング、１５は交流発電機をエンジンに取り付けるためのブラケットである。
上記回転子６は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル６Ａと、回転子コイル６Ａを覆って設けられその磁束によって磁極が形成されるポールコア６Ｂとを備えている。ポールコア６Ｂは一対の交互に噛み合ったポールコア体６ｘ及びポールコア体６ｙとから構成されている。ポールコア体６ｘ，６ｙは鉄製で、かつ爪形状の爪状磁極６２，６２をそれぞれ有している。
上記固定子７Ａは、固定子コア１７Ａと、この固定子コア１７Ａに巻き回された導線で構成される固定子コイル１７Ｂとを備える。この固定子コイル１７Ｂには、回転子６の回転に伴い、回転子コイル６Ａからの磁束の変化で交流が生じる。
上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ９，９、スリップリング８を通じて回転子コイル６Ａに電流が供給されて磁束が発生する一方、エンジンによってプーリ４が駆動され、シャフト５によって回転子６が回転するため、固定子コイル１７Ｂには回転磁界が与えられ、固定子コイル１７Ｂには起電力が生じる。この交流の起電力は、整流器１１のダイオード１６，１６を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１３によりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【０００３】
図１４は従来の車両用ブラシレス交流発電機の断面図である。尚、図１３と同一又は同等の部位には同一符号を付してその説明を省略する。この車両用ブラシレス交流発電機の場合は、エンジンが始動されると、バッテリからの励磁電流がレギュレータ１３Ａを介して励磁コア１９に内蔵された励磁コイルに供給されるとともに、シャフト５の回転により回転子６のポールコア体６ｘ，６ｙが回転することで、固定子７Ａの固定子コイル１７Ｂに起電力が発生する。そして、この交流の起電力は、整流器１１のダイオード１６，１６を通って直流に整流されるとともに、レギュレータ１３Ａによりその大きさが調整されて、バッテリに充電される。
【０００４】
図１５は、図１３，図１４に示すような従来の車両用交流発電機に用いられる固定子コア１７Ａの一例を示す簡略斜視図である。固定子コア１７Ａは、図１６に示すような形状に打ち抜き形成された長尺な１本の鉄製の金属薄板１７ａを螺旋状に積層して環状筒体に形成した後に、環状筒体の外周側における数箇所で積層方向に延長するように溶接することで積層方向の厚さが所定厚さＳの固定子コア１７Ａが完成する。金属薄板１７ａは、積層後にスロット２０を構成する凹部１７ｂとボルトよけ溝２１を構成する凹部１７ｃと有するものである。尚、図１７は、固定子コア１７Ａの略平面図である。
図１５では環状筒体の環中心を基準としてほぼ９０°間隔で外周側に溶接箇所を４箇所設けた例を示している。一般には、コア組立体（ＡＳＳＹ）の強度的な問題から、溶接箇所は４箇所ほど設けられる。尚、溶接は、例えば、環状筒体をチャックなどで挟んで金属薄板１７ａ間を密着状態に固定した上で、環状筒体の積層方向に移動する治具を用いて環状筒体の外周の上端から下端にかけて一直線状に溶接される。
そして、図１５のように完成した固定子コア１７Ａの各スロット２０に第１相コイル、第２相コイル、第３相コイルが巻かれて３相交流を誘起する図１８に示すような固定子７Ａが完成する。尚、各１相分のコイルはスロット２個ずつ間隔を開けて巻かれている。また、コイルを構成する導線１７ｅは各スロット２０内において、図１９に示すように、ワニス２２で固定され、スロット２０の開口側は樹脂２３で封止されている。
また、図１６に示す形状に打ち抜き形成された長尺な金属薄板１７ａを螺旋状に積層することにより、固定子コア１７Ａの外周においては、金属薄板１７ａの積層方向に平行で上下に連続するように一直線状に複数のボルトよけ溝２１が設けられることになる。このボルトよけ溝２１は固定子コア１７Ａの環中心を基準として例えば１０°間隔で設けられる。
尚、上述のように長尺な金属薄板１７ａを螺旋状に積層して環状筒体に形成する他に、薄板リング状の金属薄板を複数枚積層して環状筒体を形成し、上記と同様に環状筒体の外周を数箇所溶接して所定厚さの固定子コアを組み立てる場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の固定子コア１７Ａによれば、環状筒体の外周において、金属薄板の積層方向に平行で環状筒体の上下端に連続するように一直線状に（即ち、上記ボルトよけ溝２１に沿って平行に）溶接をしていたので、回転子６と固定子７Ａ間の吸引力が固定子コア１７Ａにかかった場合、一直線状の溶接箇所が節となって、図２０に示すように、固定子７Ａ全体が径方向の振動モードを引き起こすという課題があった。
尚、図２１に示すように、実開昭５３−１４１４１０号に開示された固定子コア３０においては、一部に非溶接部３１を設ける構成が開示されている。これは、所定厚さＳの固定子コア３０の外周における数箇所の溶接箇所において上下方向に連続する溶接部３２が形成されているものである。しかし、これによれば、各溶接箇所において上下方向に連続する溶接部３２が集中して形成されており、溶接部３２が固定子コアの外周の周方向及び上下方向に分散されているとは言えないので、溶接部３２が節となって、節を消すことにならず、回転数が広範囲に及ぶ車両用発電機においてはさまざまな次数が存在しているので、いずれかの節となって依然として振動モードが生じるという課題がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、径方向振動の節を生じにくく、振動モードを低減できる固定子コア及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の固定子コアは、金属薄板が積層されて積層方向の厚さが所定厚さの環状筒体に形成されて成る車両用交流発電機の固定子コアにおいて、金属薄板が積層されて積層方向の厚さが上記所定厚さの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の厚さの環状筒体に形成されたコア構成体が複数積層されて上記所定厚さの環状筒体に形成された固定子コアであって、上記コア構成体は、積層された金属薄板同士が、上記所定厚さの１／Ｎの厚さの環状筒体の外周側あるいは内周側において溶接で固着されて形成され、上記固定子コアは、積層されたコア構成体同士が、上記所定厚さの環状筒体の外周側あるいは内周側において上記コア構成体の金属薄板の溶接箇所に対して周方向にずれた位置にて溶接で固着されて成る。
また、上記複数のコア構成体のうち少なくとも１つは、コア構成体の金属薄板の溶接箇所が、金属薄板の積層方向の上下間において不連続に設けられているものを用いてもよい。
尚、上記固定子コアは、金属薄板を積層して積層された金属薄板同士を溶接で固着することによって積層方向の厚さが上記所定厚さの１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の厚さの環筒状のコア構成体を予め複数個形成した後、これら複数個のコア構成体を複数積層して上記所定厚さの環状筒体を形成し、その後、コア構成体を形成する金属薄板同士の溶接箇所に対して周方向にずれた位置にてコア構成体同士を溶接で固着することにより製造する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１による固定子コアは、金属薄板が積層されて積層方向の厚さが所定厚さＳ（図１５参照）の１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の厚さの環状筒体に形成され、積層されて上記所定厚さＳの環状筒体を構成する複数のコア構成体より成るものである。この固定子コアは、まず、金属薄板を積層して積層方向の厚さが上記所定厚さＳの１／Ｎの厚さの環筒状のコア構成体を予め複数個形成した後、これら複数個のコア構成体を複数積層して所定厚さＳの環状筒体を形成し、その後、各コア構成体同士を固着することにより製造される。
【０００９】
【実施例】
実施例１
図１は金属薄板１７ａが積層されて積層方向の厚さＴが所定厚さＳ（図１２参照）の１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）の厚さの環状筒体に形成され、環状筒体の外周側の複数箇所で金属薄板１７ａが溶接７２で固着されたコア構成体７１を示す図である。尚、図１では、環中心を基準として４５°間隔で外周側に溶接７２の箇所を８箇所設ける例を示している。
本実施例１では、予め上記コア構成体７１を複数形成しておき、完成する固定子コア７の積層方向の厚さが所定厚さＳとなるように各コア構成体７１を図２に示すように積層した状態で、これら各コア構成体７１同士を環状筒体の外周側において溶接で固着することにより固定子コア７を製造する。尚、図２において、２０はスロット、２１はボルトよけ溝である。
また、図２では、３個のコア構成体７１により固定子コア７を構成する場合を示している。この場合、各コア構成体７１は、図１に示すように、外周側の８箇所において予め金属薄板１７ａの積層方向にそれぞれ平行に上下に延長する溶接７２，…によって金属薄板１７ａが固着されている。そして、図２に示すように、各コア構成体７１の溶接７２の箇所が一致するように、各コア構成体７１同士を積層した状態で、各コア構成体７１同士を固着するための溶接７４を行う。この溶接７４は、金属薄板１７ａ同士を固着するための上記溶接７２に対して周方向にずれた位置にて行う。尚、溶接は、例えば、環状筒体をチャックなどで挟んで金属薄板１７ａ間を密着状態に固定した上で、環状筒体の積層方向に移動する治具を用いて行えばよい。
以上により、複数のコア構成体７１を積層、固着して成る固定子コア７が完成する。
尚、本実施例１及び後述の各実施例においては、溶接はなるべくボルトよけ溝２１を避けて行うことが望ましい。ボルトよけ溝２１に溶接を行うと、ボルト３Ｂで前後ブラケット１，２を接続するときに、溶接の盛上がりが邪魔になる可能性があり、この溶接の盛上がりを削らなくてはならない場合があるからである。
【００１０】
上記実施例１による固定子コア７を備える発電機の電磁音を測定し、従来の固定子コア７Ａを備える発電機の電磁音と比較したところ、不快な高周波次数成分のピーク値が下がって、電磁音低減の効果が得られた。尚、固定子自身が共振振動する特徴的な周波数は主に３０次成分、３６次成分であるので、これら成分における効果を図３及び図４に示す。
図３は３０次成分の比較結果であり、実線Ｘは本実施の形態１による固定子コア７を備える発電機の３０次成分の電磁音のレベルを示し、破線Ｙは従来の固定子コア１７Ａを備える発電機の３０次成分の電磁音のレベルを示したものである。これによれば、特に、回転子が５０００回転付近のときの３０次成分（５０００(±α)×１／６０×３０（Ｈｚ））の電磁音レベル（ｄＢ）が従来と比べて顕著に低くなっていることがわかる。
また、図４は３６次成分の比較結果であり、実線Ｘは本実施の形態１による固定子コア７を備える発電機の３６次成分の電磁音のレベルを示し、破線Ｙは従来の固定子コア１７Ａを備える発電機の３６次成分の電磁音のレベルを示したものである。これによれば、３６次成分の電磁音レベルが従来と比べてほぼ全般的に低くなっていることがわかる。特に、回転子が２５００回転近辺のとき、３２００回転近辺のとき、４０００回転付近のときの３６次成分の電磁音レベルが従来と比べて顕著に低くなっていることがわかる。
従って、本実施例１による固定子コア７によれば、径方向振動の節を生じにくく、振動モードを低減できることがわかる。
【００１１】
実施例１の固定子コアによれば、複数のコア構成体７１より構成したので、溶接による剛性の高い部分を、積層方向（図の上下方向又は発電機に取付けられた場合は軸（シャフト）方向である）にも周方向にもランダムに分散して配置することが可能になり、径方向振動の節を生じにくく、振動モードを低減できる固定子コア７が得られる。
また、実施例１の固定子コアの製造方法によれば、複数のコア構成体７１を予め形成した後、各コア構成体７１同士を環状筒体の外周において溶接で固着するようにしたので、環状筒体の積層方向にも周方向にもランダムに分散するように溶接を行うことが可能となり、上述の効果を有する固定子コア７を容易に製造することができる。
【００１２】
実施例２
実施例１では、各コア構成体７１の溶接７２の箇所が一致するように、各コア構成体７１同士を積層した状態で、各コア構成体７１同士を固着するための溶接７４を行う例を示したが、図５に示すように、各コア構成体７１の溶接７２の箇所が周方向にずれるように各コア構成体７１同士を積層した状態で、各コア構成体７１同士を固着するための溶接７４は、周方向にずれた溶接７２と溶接７２との間の箇所において行うようにしてもよい。固定子コア７として見れば、各溶接箇所が、環状筒体における左上から右下に流れるように位置され、このように位置される溶接群７２４が、環状筒体の外周上において平行に複数設けられているものとなる。
また、溶接群７２４が、図６のように、環状筒体の外周上において、ジグザグに設けられるようにしてもよい。尚、この場合に用いるコア構成体７１に設ける溶接７２の間隔は図６のように設定する必要がある。
以上の実施例２によっても、溶接による剛性の高い部分は、積層方向にも周方向にもランダムに分散するので、実施例１と同様な効果を有する固定子コア７が得られ、このような固定子コア７を容易に製造することができる。
【００１３】
実施例３
上記各実施例では、各コア構成体７１の溶接７２は上下にほぼ垂直に延長して行なうものを示したが、図７に示すように、各コア構成体７１の金属薄板１７ａを固着するための斜めの溶接７２ａを行なっておき、これら各コア構成体７１の溶接７２ａの一端同士が一致するように各コア構成体７１を積層してから、適当な箇所において各コア構成体７１同士を溶接７４するようにしてもよい。
また、各コア構成体７１の上述の斜めの溶接７２ａの一端同士が一致しないように各コア構成体７１を積層してから、適当な箇所において各コア構成体７１同士を溶接７４するようにしてもよい。
以上の実施例３によっても、溶接による剛性の高い部分は、積層方向にも周方向にもランダムに分散するので、実施例１，２と同様な効果を有する固定子コア７が得られ、このような固定子コア７を容易に製造することができる。
【００１４】
実施例４
尚、各溶接７２あるいは７２ａの一端同士が一致しないように各コア構成体７１を積層するほうが、各溶接７２あるいは７２ａの一端同士を一致させて各コア構成体７１を積層するより効果が高くなると考えられるが、このように単純に各溶接７２あるいは７２ａの一端同士が一致しないように各コア構成体７１を積層する以外に、例えば、図８のように、溶接７２を行ったコア構成体７１と斜めの溶接７２ａを行ったコア構成体７１とを混在させて用いて、これら各溶接７２，７２ａの一端同士が一致しないように各コア構成体７１を積層するようにしてもよい。
以上の実施例４によっても、実施例１，２と同様な効果が得られる。
【００１５】
実施例５
上記各実施例では、３個のコア構成体７１により固定子コアを構成する場合を示したが、２個のコア構成体を用いる場合であっても、上記各実施例の態様を適用できる。例えば、図９〜図１１に示すように、２個のコア構成体８１により固定子コア７を構成してもよい。
以上の実施例５によっても、実施例１，２と同様な効果が得られる。
【００１６】
実施例６
上記各実施例においては、コア構成体７１は、金属薄板１７ａの積層方向の上下間において連続となるように金属薄板１７ａを溶接７２や斜めの溶接７２ａで固着しておくようにしたが、図１２に示すように、各コア構成体７１の金属薄板１７ａを、予め外周側の複数箇所において上下に不連続な溶接７２Ｘや溶接７２Ｙによって固着して形成しておき、各コア構成体７１の溶接７２Ｘや溶接７２Ｙの一端同士が一致しないように（あるいは一致するように）各コア構成体７１を積層してから、溶接７４を行うようにしてもよい。尚、図１２（ａ）は２本のほぼ垂直な溶接７２ｂ，７２ｂより成る上下に不連続な溶接７２Ｘの態様を、図１２（ｂ）は２本の斜めの溶接７２ｃ，７２ｃより成る上下に不連続な溶接７２Ｙの態様を示しており、溶接７２ｂ，７２ｂあるいは斜めの溶接７２ｃ，７２ｃは、積層方向においてラップする部分Ｒが生じるように行なう。
図１２に示すような、各コア構成体７１を用いるようにしても、上記各実施例と同様な効果が得られる。
【００１７】
尚、各実施例では、外周における各箇所の溶接を外周上においてほぼ等間隔に設ける例を示したが、必ずしも等間隔で設ける必要はなく、固定子コアとして一体化していればまばらであっても、隣接して設けても良い。また、コア構成体の金属薄板の溶接箇所も、金属薄板がはがれなければ溶接箇所の数は少なくても多くてもかまわない（大体３〜４箇所以上ぐらいが妥当と思われる）。
即ち、本発明は、複数のコア構成体を用い、溶接による剛性の高い部分が、周方向及び積層方向に分散するように溶接が施さればよく、これを実現できれば、溶接のバリエーションは問わない。
従って、４個以上のコア構成体により固定子コアを構成してもよい。
また、溶接は環状筒体の内周側に行うようにしてもよい。
尚、各実施例では長尺な金属薄板１７ａを螺旋状に積層して環状筒体に形成する場合について説明したが、本発明は、薄板リング状の金属薄板を複数枚積層して環状筒体を形成する場合にも適用できることはいうまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、径方向振動の節を生じにくく、振動モードを低減できる固定子コアが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例１の固定子コアを構成するコア構成体を示す略斜視図である。
【図２】  実施例１の固定子コアを示す略斜視図である。
【図３】  実施例１の固定子コアの効果を示す図である。
【図４】  実施例１の固定子コアの効果を示す図である。
【図５】  実施例２の固定子コアを示す略斜視図である。
【図６】  実施例２の固定子コアを示す略斜視図である。
【図７】  実施例３の固定子コアを示す略斜視図である。
【図８】  実施例４の固定子コアを示す略斜視図である。
【図９】  実施例５の固定子コアを示す略斜視図である。
【図１０】  実施例５の固定子コアを示す略斜視図である。
【図１１】  実施例５の固定子コアを示す略斜視図である。
【図１２】  実施例６を示す略斜視図である。
【図１３】  従来の車両用交流発電機の断面図である。
【図１４】  従来の車両用ブラシレス交流発電機の断面図である。
【図１５】  従来の固定子コアの一例を示す略斜視図である。
【図１６】  従来の固定子コアを構成する金属薄板を説明する図である。
【図１７】  従来の固定子コアの略平面図である。
【図１８】  従来の固定子の一例を示す斜視図である。
【図１９】  コイル導線とスロットとの関係を示す一部断面図である。
【図２０】  従来の課題を説明する図である。
【図２１】  従来の固定子コアの他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
７  固定子コア、１７ａ  金属薄板、７１，８１  コア構成体。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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