(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ径方向に設定された複数の導体収容位置を有して周方向所定ピッチで形成された複数のスロットを有する固定子鉄心と、
前記スロット内に収容される直線部、並びに、互いに略１磁極ピッチ離れた同一相の２つのスロット内の一対の前記直線部に両端部が連なるタ−ン部を必要個数だけそれぞれ有してそれぞれ１個のコイルを構成する多数の相巻線からなり且つ一つの前記直線部は一つの前記導体収容位置を占有する多相の固定子巻線と、
を備え、
前記固定子巻線は、径方向に隣接する２つの前記導体収容位置をそれぞれ占有するとともにそれぞれ多数の前記相巻線からなる複数の部分多相巻線により構成され、
径方向に隣接する２つの導体によって形成される前記相巻線は、巻始め端部から１周したところで、ひねりのないターン部を介して次の２周目がいままでの１周目と逆の順序で形成され、最後に巻終り端部に至る連続線からなり、
同一スロットにて相が等しい複数の前記相巻線は、前記固定子鉄心の外部にて互いの連続線の巻終り端部と巻始め端部のみを接合して直列に接続され、
前記タ−ン部の両端は、径方向に隣接する２つの前記導体収容位置に個別に収容される２つの前記直線部に個別に連なり、
同一の前記スロット内にて径方向に隣接するとともに同一の前記相巻線に含まれる一対の前記直線部は、前記固定子鉄心の同一端面側にて互いに周方向反対側に延在する一対の前記タ−ン部に別々に連なり、
各前記タ−ン部は、径方向に段差を有する中央部と、前記中央部により分けられる一対の半部とを有し、
前記両半部の一方は、前記タ−ン部の径方向厚さに略等しい距離だけ他方に対して径方向に変位して配設され、
任意相の前記タ−ン部の径内側の前記半部は、径方向にみて他相の前記タ−ン部の径外側の前記半部と交差し、
任意相の前記タ−ン部の径外側の前記半部は、径方向にみて他相の前記タ−ン部の径内側の前記半部と交差し、
前記導体収容位置は、一つの前記スロット内に径方向へ一列のみ配置されて周方向には一個のみ配置されている回転電機の固定子の製造方法であって、
それぞれ直線部とタ−ン部とを連ねてなる多数の相巻線を有する複数の部分多相巻線を作製する工程と、
前記部分多相巻線を縮径して前記固定子鉄心の回転子収容用の内周側キャビティにセットした後、縮径した前記部分多相巻線の前記直線部を前記スロットの内周側のスロット開口から前記スロット内へ挿入することにより、各前記部分多相巻線の前記直線部を前記スロット内に順次配置する工程と、
各前記部分多相巻線の同一相の各前記相巻線を直列接続する工程と、
を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の固定子の製造方法において
前記多相固定子巻線の前記直線部を前記スロット内に挿入した後、前記スロット開口に隣接するティースの先端を塑性変形して前記スロット開口を狭窄する工程を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車、トラック等あるいは船舶などに搭載される発電機などの回転電機の固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題対策として車両のアイドル回転数の低下や、燃費向上のための軽量化や、車室空間確保のためのエンジンルームの狭小化に対して、車両用交流発電機などの回転電機は、小型化、高出力化、高効率化をコスト増加を抑止しつつ実現することが要請されている。また、エンジンルーム内はカーシャンプーや塩水などの電解液や異物が飛来するので、車両用交流発電機などの回転電機は、これらに対する固定子巻線の絶縁確保も重要となっている。
【０００３】
これに対応する構成として、固定子巻線の整形工程において、コイルエンドでの各タ−ン部間の接触などによる絶縁不良機会の増大を減らして絶縁信頼性を高めつつ、コイルエンドを小さくする提案が、特開平１１−２９９１５３公報に示されている。
【０００４】
これによれば、スロットから引き出された各コイル素線は途中で内周側に折り返され、周方向の一方に向かって所定スロット数離れたスロットに引き込まれ、更に、各コイル素線の折り返し部は互いに周方向に順次に配列されている。
【０００５】
また、本出願人が有する特許公報２９２７２８８号公報は、複数の導体セグメントを用いて固定子巻線を形成し、コイルエンドでの導体セグメントの干渉を防止し、高占積率化による小型、高出力、高効率を実現する車両用交流発電機を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の公報に示されている固定子巻線のコイルエンド構造は、コイル素線を細くし、かつ、スロット内のコイル素線数を少なくした場合においてのみ、図８に示すようにコイルエンドにおけるコイル素線間の干渉を防止できるが、高出力化や高効率化のために、コイル素線を太くして高占積率にしようとすると、折り返し部及びその近傍でのコイル素線の周方向幅が広くなってしまうため、コイルエンドでの各コイル素線間の干渉を防止することは困難となる。もちろん、コイルエンドの径方向幅や軸方向長を増加することにより、コイルエンドの各コイル素線の干渉防止は可能であるが、コイルエンドの大型化に起因する回転電機の体格、重量の増大や抵抗損失の増大を招いてしまう。
【０００７】
また、後者の公報に示されている固定子巻線のコイルエンド構造は、多数の導体セグメントをそれぞれ接合せねばならない上、接合後の接合部の絶縁処理工程を追加が必要であるため、製造工程が煩雑化するという欠点を有している。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、回転電機の体格、重量の低減や、抵抗損失の低減による出力向上を製造工程の増加を抑止しつつ実現した回転電機の固定子及びその製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、それぞれ径方向に設定された複数の導体収容位置を有して周方向所定ピッチで形成された複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に収容される直線部、並びに、互いに略１磁極ピッチ離れた同一相の２つのスロット内の一対の前記直線部に両端部が連なるタ−ン部を必要個数だけそれぞれ有してそれぞれ１個のコイルを構成する多数の相巻線からなり且つ一つの前記直線部は一つの前記導体収容位置を占有する多相の固定子巻線とを備え、
前記固定子巻線は、径方向に隣接する２つの前記導体収容位置をそれぞれ占有するとともにそれぞれ多数の前記相巻線からなる複数の部分多相巻線により構成され、前記相巻線は、連続線からなり、各前記部分多相巻線に別々に含まれて相が等しい複数の前記相巻線は、前記固定子鉄心の外部にて互いに直列に接続され、前記タ−ン部の両端は、径方向に隣接する２つの前記導体収容位置に個別に収容される２つの前記直線部に個別に連なる回転電機の固定子の製造方法に適用される。
【００１０】
すなわち、本構成によれば、固定子巻線を複数の部分多相巻線に分割し、一つの部分多相巻線をスロットの径方向に隣接する二つの導体収容位置に収容するので、コイルエンドを大きくすることなくコイルエンドの各タ−ン部間の干渉を防止して絶縁信頼性を向上することができ、更にスロットの高占積率化を容易に実現することができる。
【００１１】
更に本構成によれば、各相巻線を連続線により構成しているので、接合工程の簡素化及び信頼性向上を実現することができる。なお、ここでいう「相巻線を連続線により構成する」とは、少なくとも相巻線の連続する３本以上の直線部が接合部を持たない単一の導体線を用いて相巻線を構成することを意味するものとする。
【００２５】
本発明では更に、複数のスロットを持つ固定子鉄心と、前記スロットに装備された多相の固定子巻線とを備える回転電機の固定子の製造方法において、それぞれ直線部とタ−ン部とを連ねてなる多数の相巻線を有する複数の部分多相巻線を作製する工程と、前記部分多相巻線を縮径して前記固定子鉄心の回転子収容用の内周側キャビティにセットした後、縮径した前記部分多相巻線の前記直線部を前記スロットの内周側のスロット開口から前記スロット内へ挿入することにより、各前記部分多相巻線の前記直線部を前記スロット内に順次配置する工程と、各前記部分多相巻線の同一相の各前記相巻線を直列接続する工程とを有することを特徴としている。
【００２６】
これにより、コイルエンドでの各素線の干渉を防止して信頼性を向上し、スロット内での高占積率化による高出力、高効率を可能とし、しかも接合部数を部分多相巻線の各位相の端末どうしのみとして製造コストを大幅に低減できる固定子とすることができる。
【００２７】
好適な態様において、前記多相固定子巻線の前記直線部を前記スロット内に挿入した後、前記スロット開口に隣接するティースの先端を塑性変形して前記スロット開口を狭窄する工程を有することを特徴としている。
【００２８】
これにより、さらに高占積率化を実現することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の固定子を用いた車両用回転電機の好適な態様を以下に説明する。
〔第一実施形態〕
この発明の車両用回転電機の第一実施形態を図１〜図６を参照して以下に説明する。
【００３０】
図１は本案の車両用交流発電機の軸方向半断面図、図２は第１の３相巻線のＸa相の部分斜視図、図３は第１の３相巻線のＸa相の巻線仕様図、図４はコイルエンドの軸方向から見たＸ相の部分平面図、図５は固定子
の部分断面図、図６は第１の３相巻線のコイルエンドの空間配置を示す模式配線図である。
【００３１】
この車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フレーム４を有している。固定子３は、三相電機子コイルである固定子巻線３１が巻装されてフレーム４の内周面に固定されたステータコア３２を有している。
【００３２】
回転子２のシャフトにはプーリ２０が固定されており、エンジンからの回転力がプーリ２０を通じて回転子２に伝達される。この状態で回転子２の界磁巻線８にスリップリング９、１０を介して励磁電流を流すことにより、回転子２のポールコア７１、７２に磁極が形成される。これにより、三相交流電圧が固定子巻線３１に発生する。この三相交流電圧は、図示しない整流器で整流された後、出力端子６を通じて出力される。
【００３３】
ポールコア７１、７２に固定された冷却ファン１１、１２は冷却風を生じさせ、この冷却風は、フレ−ム４の端壁に設けられた開口部４１から内部へ取り込まれ、周壁に設けられた開口部４２から外部へ排出される。
【００３４】
固定子巻線３１は、図５に示すように、固定子鉄心３２の所定数のスロット３５内にそれぞれインシュレータ３４を介して収容された２つの３相巻線３１ａ、３１ｂからなり、３相巻線３１ａ、３１ｂの互いに同相の相巻線は直列接続されている。更に説明すると、固定子巻線３１のＸ相の相巻線は、第１の３相巻線３１ａのＸ相相巻線であるＸa相巻線と、このＸa相巻線と同じスロット３５に収容される第２の３相巻線３１ｂのＸ相相巻線であるＸｂ相巻線とを直列接続して形成されている。固定子巻線３１のＹ、Ｚ相の相巻線も同様に形成される。
【００３５】
３相巻線３１ａのＸa相巻線について図２を参照して更に説明する。
【００３６】
３相巻線３１ａのＸa相巻線は、Ｘ相用のスロット３５内に配置される直線部３１１aと、直線部３１１aの両端に連なって固定子鉄心３２の軸方向両側に配置される一対のコイルエンド３１２aとからなり、連続線によって形成されている。
【００３７】
直線部３１１aは、Ｘ相用のスロット３５内にて径外側（スロット内奥側）に位置する外層３１ａ１、及び、径内側（スロット開口側）に位置する内層３１ａ２を有している。外層３１ａ１と内層３１ａ２とは、図４に示すように、直線部３１１aの径方向厚さ分だけ径方向へずれている。なお、図４では、３相巻線３１ａのＸa相巻線、別の三相巻線３１ｂのＸｂ相巻線を略円形断面の丸線で図示したが、これに限定されることなく、たとえばスロット占積率改善のために平形線形状としてもよいことはもちろんである。
【００３８】
コイルエンド３１２aは、所定数のターン部３１２ｃからなり、各タ−ン部３１２ｃの両端は、互いに回転子２のＮＳ磁極ピッチだけ離れた一対のＸ相用のスロット３５に個別に収容される外層３１ａ１及び内層３１ａ２の同一側の端部に連なっている。コイルエンド３１２aは、図４に示すようにたとえばターン部３１２Ｃの中央部にて塑性変形加工（捻り加工）により、上記外層３１ａ１と内層３１ａ２との径方向位置の差（すなわち直線部３１１aの径方向厚さ分）にほぼ等しい段差を与えられている。図４からわかるようにこの段差は固定子鉄心３２の一つのティースに隣接している。
【００３９】
更に、３相巻線３１ａのＸa相巻線は、図２に示すように、巻始めの端部３１２０から１周したところで、ひねりのないターン部３１２ｄを介して次の２周目がいままでの１周目と逆の順序で形成され、最後に巻終わり端部３１２１に至る。３相巻線３１ａのＸa相巻線の巻線仕様図を図３に示す。図３において、実線は外層３１ａ１を、破線は内層３１ａ２を示す。結局、この３相巻線３１ａのＸa相巻線の直線部３１１aは、Ｘ相用のスロット３５に径方向に２段に重ねて配置される。同様に、３相巻線３１ａのＹa相巻線、Ｚa相巻線が電気角１２０度づつずれた位置に形成される。
【００４０】
上述のように作製されたＸa相、Ｙa相、Ｚa相巻線は、一体に形成されて略円筒状の第１の３相巻線３１ａとされる。これらＸa相、Ｙa相、Ｚa相巻線は、コイルエンド（Ｘa相巻線では３１２a）にて空間的に干渉を生じない。この点を３相巻線３１ａのコイルエンドを模式的に示す図６を参照して以下に説明する。ただし、図６において、３相巻線３１ａのＸa、Ｙa、Ｚaの相巻線の直線部を３１１、コイルエンドを３１２、コイルエンド３１２のタ−ン部を３１２ｃとし、各タ−ン部３１２ｃはその中央部（捻り部）を境として径内側の半部ａと径外側の半部ｂとをもつものとする。
【００４１】
図６に示すように、Ｘa、Ｙa、Ｚaの相巻線のタ−ン部３１２の径内側の半部ａと径外側の半部ｂとは、半部ａ同士が空間的に干渉することなしに、かつ、半部ｂ同士が空間的に干渉することなしに、かつ半部ａと半部ｂとが空間的に干渉することなしに配置されている。
【００４２】
すなわち、同一のコイルエンドにおいて、各タ−ン部の半部ａは所定ギャップを隔てて互いに平行に軸方向及び周方向に延設され、各タ−ン部の半部ｂも所定ギャップを隔てて互いに平行に軸方向及び周方向に延設され、各タ−ン部はその中央部において径方向に段差を付与されている。各タ−ン部の中央部は、周方向に互いに所定ギャップを隔てて配列されている。
【００４３】
これにより、各タ−ン部間の空間的干渉（接触）なしにコイルエンドを小型化し、コイルエンドの総延長を短縮することができる。
【００４４】
なお、相巻線ｘに他相の相巻線ｙを組み合わせるには、固定子鉄心外にては、所定相の相巻線の径内側の直線部と径外側の直線部を径方向に距離を隔てた状態に開くことができるので、これを利用して両相巻線を組み合わせることが好ましいが、その他、３ないし６本の長い導体を１スロットピッチずつ離して平行配置した導体列を、一斉にタ−ン部の中央に相当する位置で折り曲げて、直線部とタ−ン部とを順次構成していき、最後にそれらを円筒状に丸めて部分多相巻線を作製することもできる。
【００４５】
このように形成された略円筒状の３相巻線３１ａの直線部（Ｘa相巻線では３１１a）は、そのスロット３５内の収容位置の径に等しい径をもち、このままでは固定子鉄心３２に収容できない。しかし、略円筒状に成形された第１の３相巻線３１ａは多くの隙間並びに弾性を有するので、これを径内方向へ弾性変形して縮径させ、この状態で固定子鉄心３２の内部に軸方向に押し込み、その後、スプリングバックにより、各直線部（Ｘa相巻線では３１１a）をスロットに挿入すればよい。
【００４６】
なお、この実施例では、図５に示すように、スロット両側のティース３２１からスロット３５の開口に張り出す爪３２２を予め径内側へ突出するように形成しておき、スロット３５の開口幅を確保している。
【００４７】
次に、第２の３相巻線３１ｂのＸｂ相巻線、Ｙｂ相巻線、Ｚｂ相巻線を同様に作製し、上記した第１の３相巻線３１ａと同様に第２の３相巻線３１ｂを形成し、スロット３５内に収容する。その後、スロット３５の開口は、この爪３２２をスロット３５の開口閉鎖方向へ塑性変形して狭小化される。
【００４８】
なお、爪３２２の塑性変形の際に、爪の塑性変形部分に集中的に通電して加熱することにより、塑性変形を容易化してもよい。
【００４９】
次に、Ｘa相巻線の巻終わり端部３１２１を、同じスロットのＸｂ相巻線の巻始め端部に接合して、Ｘ相巻線を完成させ、同様にＹ相巻線及びＺ相巻線を完成させる。これらＸ、Ｙ、Ｚ相巻線は、星形又はデルタ結線されて、スロットあたり４本の直線部をもつ三相電機子巻線３１となる。
【００５０】
（作用効果）
以上説明したこの実施形態によれば、連続線を用いて３相巻線３１ａ、３１ｂを構成する各相巻線（ Ｘa相、Ｙａ相、Ｚａ相、Ｘｂ相、Ｙｂ相、Ｚｂ相）のコイルエンドを互いに空間的に干渉することなしに配置するので、接合処理工程を大幅に簡略化しつつ、コイルエンド小型化による体格縮小、小型軽量化、抵抗損失低減を実現することができる。
【００５１】
また、上記したコイル収容後狭窄タイプのスロットを採用することにより高占積率化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の車両用交流発電機の半断面図である。
【図２】第一実施形態の固定子の第１の３相巻線のＸa相の部分斜視図である。
【図３】第一実施形態の固定子の第１の３相巻線のＸa相の巻線仕様図である。
【図４】第一実施形態の固定子のコイルエンドの軸方向から見たＸ相の部分平面図である。
【図５】第一実施形態の固定子の部分断面図である。
【図６】第一実施形態の３相巻線のコイルエンドの空間配置を示す模式配線図である。
【図７】従来の固定子のコイルエンドの軸方向から見た１相の部分平面図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  回転子
３  固定子
３１  固定子巻線
３１ａ  第１の３相巻線
３１１ａ  直線部
３１２ａ  コイルエンド
３１２ｃ  ターン部
３１ｂ  第２の３相巻線
【図１】
0004103300.tif 000002
【図２】
0004103300.tif 000003
【図３】
0004103300.tif 000004
【図４】
0004103300.tif 000005
【図５】
0004103300.tif 000006
【図６】
0004103300.tif 000007
【図７】
0004103300.tif 000008