(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線素線を固定子鉄心に形成された複数のスロットに挿入することにより固定子を製造する車両用交流発電機の固定子の製造方法であって、
各スロット位置に対応するように配置される複数本の前記巻線素線について、
帯状の巻枠の外周に、各巻線素線を、前記各巻線素線が前記巻枠を一周したときに複数スロット分ずらした位置になるように、螺旋状に巻き回して帯状に形成することにより、前記複数本の巻線素線を帯状に形成し、前記各巻線素線の対応する部位が互いに並行な状態とする第１の工程と、
前記第１の工程で巻き付けられた帯状の前記巻線素線から前記巻枠を抜き取る第２の工程と、
を有することを特徴とする車両用交流発電機の固定子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の工程で形成された帯状の前記巻線素線を、直線形状の前記固定子鉄心に形成された前記スロットに挿入する第３の工程と、
前記固定子鉄心を帯状の前記巻線素線とともに環状に成形する第４の工程と、
を備えることを特徴とする車両用交流発電機の固定子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
非環状形状を有する前記巻枠は、前記スロットの間隔に一致するように配置されたスロット拘束部およびコイルエンド拘束部を備えることを特徴とする車両用交流発電機の固定子の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記スロット拘束部および前記コイルエンド拘束部は、前記巻枠に対して挿抜可能であることを特徴とする車両用交流発電機の固定子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記巻線素線は、互いに電気角で６０°異なる６種からなり、コイルエンド部を形成する際に３スロット分ずらしながら、螺旋状に巻き回したことを特徴とする車両用交流発電機の固定子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記巻線素線は、互いに電気角で３０°異なる１２種からなり、コイルエンド部を形成する際に６スロット分ずらしながら、螺旋状に巻き回したことを特徴とする車両用交流発電機の固定子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記第１の工程において、前記巻枠を回転させながら、前記巻枠に前記巻線素線を巻き回すことを特徴とする車両用交流発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、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の固定子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の車両は、走行抵抗低減のためのスラントノーズ化や、車室内居住空間の確保のニーズからエンジンルームが狭くなっており、車両用交流発電機の車載スペースも余裕がなくなってきている。また、燃費向上のためにエンジンの回転数は下げられ、車両用交流発電機の回転数も低くなっている。しかし、その一方で、安全制御機器等の電気負荷が増加しており、発電能力の向上が望まれている。以上のことから、最近では、小型で高出力の車両用交流発電機を安価に提供することが求められている。
【０００３】
また、エンドユーザの省エネルギー指向等に伴って小型車の人気が高まっており、小型発電機の要求や、配線の軽量化等の理由による高電圧発電機の要求など、近年ますます多様な仕様の発電機が求められている。
従来、車両用交流発電機に一般に求められる固定子巻線は、連続線を固定子鉄心に装着する構造が採用されており、このような固定子巻線を用いて小型化、高出力化、低騒音化等を実現するために種々の改良案が提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭５４−６６４０６号公報には、スロットの外において固定子巻線のコイルエンドが交叉して長くなることを防止するために集中巻線を外層から順に挿入するようにした交流機が開示されている。
また、特許公報第２９２７２８８号には、固定子巻線のスロット内における占積率を向上させるとともに、スロット外においては回転子との共働により高い冷却性を確保したセグメント技術を用いた車両用交流発電機が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平１１−２９９１５３号公報には、セグメントの接合を避けるために同等の巻線構造を連続線を用いて実現した車両用交流発電機が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開昭５４−６６４０６号公報に開示された交流機では、巻線を外層から内層へと順に挿入することによりコイルエンドの交叉がなくなるが、スロット内においても外層のコイルエンドに対応する巻線がスロットの外層に配置されるとともに内層のコイルエンドに対応する巻線がスロットの内層に配置されるため、スロット内に巻線が挿入されない無駄な空間が生じてしまい、占積率が低下するという問題があった。逆に、スロット内の無駄な空間を排除して占積率を上げようとすると、結局コイルエンドが交叉することになる。
【０００７】
また、上述した特許公報第２９２７２８８号に開示された車両用交流発電機では、固定子巻線を構成する複数のセグメント同士を接合する工程が必要になるため、製造が容易でないという問題があった。しかも、小型で低出力の発電機や高電圧出力の発電機あるいは低速回転で十分な出力電流が得られるような発電機などの多彩な用途に対応するためには、通常は固定子巻線の巻線数を増やす手法が用いられる。ところが、このような巻線数の増加に対応するためにはセグメント数を増やす必要があり、セグメントを固定子鉄心に装着した後のセグメント成形が複雑になるとともに各セグメントの接合作業が複雑になるという問題があった。
【０００８】
また、上述した特開平１１−２９９１５３号公報では、固定子巻線のコイルエンド形状を中心に説明されているが、実際に固定子鉄心に連続線を巻き回して固定子巻線を製造する工程を考えると巻線工程が複雑になって製造が容易ではないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、固定子巻線の高い占積率を実現することができ、製造が容易な車両用交流発電機の固定子の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機の固定子の製造方法は、巻線素線を固定子鉄心に形成された複数のスロットに挿入することにより固定子を製造する車両用交流発電機の固定子の製造方法であって、各スロット位置に対応するように配置される複数本の巻線素線について、帯状の巻枠の外周に、各巻線素線を、各巻線素線が巻枠を一周したときに複数スロット分ずらした位置になるように、螺旋状に巻き回して帯状に形成することにより、複数本の巻線素線を帯状に形成し、各巻線素線の対応する部位が互いに並行な状態とする第１の工程と、このようにして形成された帯状の巻線素線から巻枠を抜き取る第２の工程とを有している。巻線素線を巻枠に対して帯状に巻き付けた後にこの巻枠を抜き取ってホームコイルを形成し、このホームコイルを固定子鉄心の各スロットに挿入することにより固定子を製造することができるため、各スロットに直接巻線素線を巻き回して固定子を製造する場合に比べて、製造工程を大幅に簡略化することができる。
【００１７】
また、上述した第２の工程で形成された帯状の巻線素線を、直線形状の固定子鉄心に形成されたスロットに挿入する第３の工程と、固定子鉄心を帯状の巻線素線とともに環状に成形する第４の工程とを備えることが望ましい。これにより、非環状形状（例えば、直線形状）を有する固定子鉄心の一方向から帯状に巻き回された巻線素線を挿入することができるため、製造工程をさらに簡略化することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、整流装置５等を含んで構成されている。
【００１９】
固定子２は、固定子鉄心２２と、連続線によって形成された固定子巻線２３と、固定子鉄心２２と固定子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを含んで構成されている。固定子鉄心２２は、薄い鋼板を重ね合わせた積層型を有しており、その内周面に開口を有する複数のスロット２５が形成されている。例えば、本実施形態の固定子巻線２３では、線径が１．３ｍｍの被覆導線を２本１組として、８組（１６本）の被覆導線が１スロット内に収納されている。また、固定子巻線２３は、互いに電気角が６０゜異なる６種類（Ｚ１、Ｙ１、Ｘ１、Ｚ２、Ｙ２、Ｘ２）の巻線素線２３０を含んで構成されている。Ｘ１とＸ２の各巻線素線２３０は、互いに１８０゜異なる電気角を有している。同様に、Ｙ１とＹ２の各巻線素線２３０は、互いに１８０゜異なる電気角を有している。Ｚ１とＺ２の各巻線素線２３０は、互いに１８０゜異なる電気角を有している。
【００２０】
図２は、６種類の巻線素線２３０の関係を示す図であり、それぞれの巻線素線２３０の向きが電気角に対応している。Ｘ１の巻線素線２３０は、Ｚ１やＹ１の各巻線素線２３０と電気角で６０°異なる位置に形成されている。また、Ｘ２の巻線素線２３０は、Ｘ１の巻線素線２３０に対して電気角で１８０°異なる位置に形成されている。なお、図２において、Ｚ１、Ｘ１、Ｙ１、Ｚ２、Ｘ２、Ｙ２のそれぞれは６種類の巻線素線２３０のそれぞれの巻始まりに対応しており、Ｚ１’、Ｘ１’、Ｙ１’、Ｚ２’、Ｘ２’、Ｙ２’のそれぞれは６種類の巻線素線２３０のそれぞれの巻終わりに対応している。
【００２１】
回転子３は、シャフト６と一体になって回転するものであり、１組のランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、冷却用の斜流ファン１１および遠心ファン１２等を含んで構成されている。シャフト６は、プーリ２０に連結され、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）によって回転駆動される。
【００２２】
ランデル型のポールコア７は、一組のコアを組み合わせることにより構成されている。各コアは、シャフト６に組み付けられた円筒状のボス部７１と、ボス部７１の一方の軸方向端面から径方向に延びるディスク部７２と、ディスク部７２の外周部から軸方向に沿ってボス部７１側に延びる複数の爪状磁極部７３とによって構成されている。各コアは、それぞれの爪状磁極部７３を互い違いに向かい合わせるようにして組み付けられる。界磁コイル８は、絶縁紙８１を介してポールコア７の爪状磁極部７３の内径側に適当な圧縮力をもって当接されている。絶縁紙８１は、樹脂を含浸したシートからなり、界磁コイル８を包囲しており、加熱処理によって界磁コイル８を固着するとともに、ポールコア７と界磁コイル８との間の電気絶縁を担っている。
【００２３】
プーリ２０側に配置されたポールコア７のディスク部７２の端面には、冷却用の斜流ファン１１が溶接等により固定されている。また、反プーリ２０側（スリップリング側）に配置されたポールコア７のディスク部７２の端面には、遠心ファン１２が溶接等により固定されている。斜流ファン１１の投影面積（回転方向に投影したブレードの面積）は、遠心ファン１２のブレードの投影面積よりも小さく設定されている。
【００２４】
フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３がシャフト６を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。フレーム４は、フロントフレーム４Ａとリヤフレーム４Ｂとからなり、これらが複数本の締結ボルト（図示せず）によって締結されて上述した固定子２等の支持が行われる。また、フレーム４は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓４１が、軸方向端面に吸入窓４２がそれぞれ設けられている。
【００２５】
リアフレーム４Ｂの外側には、整流装置５や電圧調整装置５１、ブラシ装置５２が取り付けられ、これらを覆うようにリヤカバー５３が取り付けられる。整流装置５は、固定子巻線２３から延びる引出し線が接続されており、印加される三相交流電圧を三相全波整流して直流電圧に変換する。
【００２６】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞれの爪状磁極部７３が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは所定の直流電力が取り出される。
【００２７】
次に、固定子２の詳細について説明する。上述したように、固定子鉄心２２に形成されたスロット２５内には８組１６本の被覆導線が収容されているが、その内容は内周寄りに配置された４組８本の内層の被覆導線と外周寄りに配置された４組８本の外層の被覆導線に分類される。１つのスロット２５に着目すると電気角が互いに１８０°異なる２種類の巻線素線２３０が組み合わされており、一方の巻線素線２３０が外周寄りの４組の被覆導線として、他方の巻線素線２３０が内周寄りの４組の被覆導線としてそれぞれ一つのスロット２５内に収容されている。
【００２８】
図３は、固定子２の部分的な断面である。図３に示すように、各スロット２５内には、８組１６本の巻線素線２３０が収容されている。また、各スロット２５内では、外周寄りに配置された４組８本の巻線素線２３０と、外周寄りに配置された４組８本の巻線素線２３０とが含まれており、図３では、それぞれについて異なる向きのハッチングが付されている。
【００２９】
図４は、固定子２の巻線仕様図である。また、図５は図４に示した巻線仕様を満たす固定子巻線２３を形成する際の巻線素線２３０の巻装順を示す図である。図４に示すように、Ｚ１、Ｙ１、Ｘ１等の各巻線素線２３０は、全体として、固定子鉄心２２のプーリ側端面に突出した３６組のコイルエンド部２３Ｄと、固定子鉄心２２の反プーリ側端面に突出した３６組のコイルエンド部２３Ｒと、固定子鉄心２２の各スロット２５内に収容された３６組のスロット部とを有している。また、各スロット２５には、内周寄りに配置された８本の巻線素線２３０と、外周寄りに配置された８本の巻線素線２３０とが含まれており、各巻線素線２３０のスロット部は、内周寄りのスロット内層部２３ＳＮと、外周寄りのスロット外層部２３ＳＧとに分けて考えることができる。
【００３０】
なお、図５において、プーリ側のコイルエンド部２３Ｄには「１」から「３６」まで配置順に番号が付されており、それぞれの番号に対応するコイルエンド部２３ＤがＤ１〜Ｄ３６と表記されている。同様に、反プーリ側のコイルエンド部２３Ｒには「１」〜「３６」まで配置順に番号が付されており、それぞれの番号に対応するコイルエンド部２３ＲがＲ１〜Ｒ３６と表記されている。スロット２５内に収容されたスロット内層部２３ＳＮとスロット外層部２３ＳＧには各スロット２５の配置順に「１」〜「３６」の番号が付されており、それぞれの番号に対応するスロット内層部２３ＳＮがＳＮ１〜ＳＮ３６と表記され、スロット外層部２３ＳＧがＳＧ１〜ＳＧ３６と表記される。また、スロット部の番号（ＳＮ○○、ＳＧ○○）に対応するスロット２５をＳ○○と表すものとする。以下では、これらの表記を用いて説明を行う。
【００３１】
図４および図５に示すように、Ｚ１の巻線素線２３０は、ＳＧ２２から巻始めて、Ｄ１９、ＳＮ１９、Ｒ１６の順に巻き回されている。また、Ｚ１の巻線素線２３０と１スロット分隣接して配置されたＸ１の巻線素線２３０は、ＳＧ２３から巻始めて、Ｄ２０、ＳＮ２０、Ｒ１７の順に巻き回されている。Ｘ１の巻線素線２３０と１スロット分隣接して配置されたＹ１の巻線素線２３０は、ＳＧ２４から巻始めて、Ｄ２１、ＳＮ２１、Ｒ１８の順に巻き回されている。Ｙ１の巻線素線２３０と１スロット分隣接して配置されたＺ２の巻線素線２３０は、ＳＧ２５から巻始めて、Ｄ２２、ＳＮ２２、Ｒ１９の順に巻き回されている。Ｚ２の巻線素線２３０と１スロット分隣接して配置されたＸ２の巻線素線２３０は、ＳＧ２６から巻始めて、Ｄ２３、ＳＮ２３、Ｒ２０の順に巻き回されている。Ｘ２の巻線素線２３０と１スロット分隣接して配置されたＹ２の巻線素線２３０は、ＳＧ２７から巻始めて、Ｄ２４、ＳＮ２４、Ｒ２１の順に巻き回されている。
【００３２】
図６は、固定子巻線２３の巻始め部分の概略を示す図である。上述したように、Ｚ１、Ｘ１、Ｙ１、Ｚ２、Ｘ２、Ｙ２のそれぞれの巻線素線２３０は、Ｓ２２〜Ｓ２７で示される各スロット２５の位置に対応するように巻き回された後に、プーリ側のコイルエンド部２３Ｄを形成する際に３スロット分ずれた位置に折り返されて、Ｓ１９〜Ｓ２４で示される各スロット２５の位置に対応するように巻き回される。このようにして、プーリ側のコイルエンド部２３Ｄと反プーリ側のコイルエンド部２３Ｒにおいて３スロット分ずらしながら、６種類の巻線素線２３０が螺旋状に巻き回される。
【００３３】
また、このようにして６種類の巻線素線２３０を順番に螺旋状に巻き回していって一端のスロット１〜６に達すると、巻装方向が反転される。本実施形態では、巻装方向を反転した後、６種類の巻線素線２３０を順番に螺旋状に巻き回していって他端のスロット１〜６に達したときにも巻装方向が反転され、最終的に同じスロット２５に対して同じスロット外層部２３ＳＧの巻線素線２３０と同じスロット内層部２３ＳＮの巻線素線２３０がそれぞれ４回ずつ巻装される。したがって、３６個のスロット２５のそれぞれには、合計で８組１６本の巻線素線２３０が収容される。
【００３４】
但し、図４に示すように、両端に位置するＳ１〜Ｓ６で示される６個のスロット２５と、Ｓ７〜Ｓ３６で示されるそれ以外の３０個のスロット２５では、スロット内の巻線素線２３０、即ちスロット部の内部での配置関係において相違する。
【００３５】
具体的には、図４において左端に位置するスロットＳ１〜Ｓ６で示される６個のスロット２５では、図５に示すように、スロット内層部２３ＳＮ（ＳＮ１〜ＳＮ６）には２組４本の巻線素線２３０が収容され、Ｓ１〜Ｓ３で示される３個のスロット２５のスロット外層部２３ＳＧ（ＳＮ１〜ＳＮ３）には巻線素線２３０が収容されず、Ｓ４〜Ｓ６で示される３個のスロット２５のスロット外層部２３ＳＧ（ＳＧ４〜ＳＧ６）には４本８組の巻線素線２３０が収容されている。
【００３６】
一方、図４において右端に位置するＳ１〜Ｓ６で示される６個のスロット２５では、図５に示すように、スロット内層部２３ＳＮ（ＳＮ１〜ＳＮ６）には２組４本の巻線素線２３０が収容され、Ｓ４〜Ｓ６で示される３個のスロット２５のスロット外層部２３ＳＧ（ＳＮ４〜ＳＮ６）には巻線素線２３０が収容されず、Ｓ４〜Ｓ６で示される３個のスロット２５のスロット外層部２３ＳＧ（ＳＧ１〜ＳＧ３）には４組８本の巻線素線２３０が収容されている。
【００３７】
これらのうち、スロット内層部２３ＳＮに収容される巻線素線２３０は、周方向に沿って一方向に延びたコイルエンド２３Ｄ、２３Ｒがつながっている。これに対し、Ｓ７〜Ｓ３６で示される３０個のスロット２５には、それぞれが２組４本の巻線素線２３０からなるスロット内層部２３ＳＮとスロット外層部２３ＳＧの両方が収容されており、それぞれにつながったコイルエンド２３Ｄ、２３Ｒが周方向に沿って両側に延びている。
【００３８】
なお、本実施形態では、スロット部に含まれる各巻線素線２３０が、他の１つのスロット２５に収容された異なる層のスロット部のみと直列接続されている場合には、このスロット部を「特異スロット部」と称し、特異スロット部以外のスロット部を「通常スロット部」と称するものとする。この特異スロット部が配置されるスロット２５を「特異スロット」と称し、通常スロット部だけが配置されるスロット２５を「通常スロット」と称するものとする。
【００３９】
本実施形態では、図４に示したように、両端に特異スロットが配置され、その間に通常スロットが配置されている固定子巻線２３を実現するために、６本の巻線素線２３０を螺旋状に一方向に向かって巻き回す動作を特異スロットに到達した際に折り返すことにより繰り返している。これにより、特異スロット部が両端に配置された帯状のホームコイルが形成される。したがって、このホームコイルを環状に成形し、両端の特異スロット部を重ね合わせることにより、固定子巻線２３を形成することができる。
【００４０】
この場合、図７に示すように、Ｓ１〜Ｓ６（図７では「１」〜「６」）で示される６個の特異スロット２５に関しては、ホームコイルにおける内層（Ｎ）外層（Ｇ）の関係が崩れてしまい、内層外層が入り組んだ配置になってしまうとともに、それぞれにつながったコイルエンド２３Ｄ、２３Ｒに関しても配置に乱れが生じてしまうが、全周に対しごく一部分であるため、上述した高占積率化、低抵抗化、冷却性向上等の効果への影響は小さい。
【００４１】
図８は、帯状のホームコイルの形成に必要な巻枠と、この巻枠を用いたホームコイルの製造方法を示す図である。また、図９は図８に示した巻枠１００の側面図である。
図８に示すように、巻枠１００は、所定の厚みを有する巻枠本体１１０と、スロット２５の間隔にほぼ一致するように配置された複数のスロット拘束部１２０、１２２およびコイルエンド拘束部１３０、１３２を含んで構成されている。複数のスロット拘束部１２０、１２２は、スロット外層部２３ＳＧおよびスロット内層部２３ＳＮの形状を成形するためものであり、それぞれの隣接間隔Ａが隣接スロット間隔にほぼ等しい値に設定されている。一方のスロット拘束部１２０と他方のスロット拘束部１２２との間の間隔Ｂが固定子鉄心２２の軸方向の厚みと同じあるいは若干これよりも大きな値に設定されている。また、一方のコイルエンド拘束部１３０はプーリ側のコイルエンド部２３Ｄの形状を成形するためのものであり、他方のコイルエンド拘束部１３２は反プーリ側のコイルエンド部２３Ｒの形状を成形するためのものである。上述したスロット拘束部１２０、１２２およびコイルエンド拘束部１３０、１３２のそれぞれは、巻枠本体１１０に対して挿抜可能な状態で取り付けられている。
【００４２】
このような巻枠１００に６種類の巻線素線２３０を螺旋状に巻き回すことにより、図５に示した巻装順「１」〜「１５」あるいは巻装順「１５」〜「３７」等によって一方向に巻き回される巻線素線２３０を同一層の巻線素線とした場合に、隣接するコイルエンド部２３Ｄ同士あるいはコイルエンド部２３Ｒ同士が互いに交差等により干渉しない巻線形状を実現することができる。なお、図８では、Ｙ２の巻線素線２３０に着目した場合であって、図５に示した巻装順で「３３」〜「４１」あるいは「７７」〜「８５」に対応したホームコイルの右端近傍の状態が示されている。
【００４３】
実際に上述したホームコイルを製造する場合には、巻枠１００を固定しておいて、その周囲で巻線機を螺旋状に回転させながら６種類の巻線素線２３０を巻き付けるようにしてもよいが、６種類の巻線素線２３０の引き出し口を固定しておいて、巻枠１００を回転させながらその前後位置を移動させるようにしてもよい。この場合には、巻枠１００の回転動作と移動動作を制御するだけであるため、巻線工程の簡略化が可能になる。このようにして巻枠１００を用いてホームコイルを形成した後、巻枠本体１１０からスロット拘束部１２０、１２２およびコイルエンド拘束部１３０、１３２を抜き取り、さらに巻枠本体１１０を抜き取ることにより、帯状のホームコイルが形成される。その後、このホームコイルをその両端に位置する特異スロット部を重ね合わせるようにして環状に成形した後、固定子鉄心２２の内周側から各スロット２５に挿入する。
【００４４】
図１０は、本実施形態の固定子巻線２３の結線状態を示す図である。６種類の巻線素線２３０は、相互の電気角が図２に示した関係を有するため、これらを図１０に示すように結線することにより、全体としてＹ結線を行うことができる。このような結線を行うことにより、固定子巻線２３が完成する。
【００４５】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、コイルエンド部で干渉しないように固定子巻線２３を形成することができる。特に、スロット２５内に６種類の巻線素線２３０を規則正しく配置することによる高占積率化を図ることができるとともに、コイルエンド部の長さを短くして低抵抗の固定子巻線２３を形成することによる高出力化が可能になる。
【００４６】
また、本実施形態では、回転子３の軸方向端面に内扇ファンとしての冷却ファン１１、１２が備わっており、固定子巻線２３のコイルエンド部に対向した位置に冷却風の吐出窓４１が形成されているため、干渉しない形状に形成されたコイルエンドを通って流れる冷却風の通風抵抗を極端に低減することができ、冷却性を大きく向上させることができる。
【００４７】
また、６種類の巻線素線２３０として連続線を用いることができるため、短いセグメント導体同士を接合する場合に比べて接合箇所の数を減らすことができ、製造が容易となる。特に、巻線数の増減等による巻線仕様の変更が容易であるため、多彩な出力特性を実現することができ、小型発電機や高電圧発電機などの要求に応えることも容易となる。
【００４８】
また、６種類の巻線素線２３０を螺旋状に巻枠１００に巻き付けるだけで帯状のホームコイルを形成し、これを環状に変形して固定子鉄心２２の各スロット２５に挿入することにより固定子巻線２３を形成することができるため、複雑な巻線工程が不要であって、製造の簡略化が可能になる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、帯状に形成したホームコイルを環状に変形した後固定子鉄心２２の各スロット２５に挿入して固定子巻線２３を形成しているため、必ずしもスロット外層部２３ＳＧよりも内周側に全てのスロット内層部２３ＳＮが配置される必要はなく、図３に示すように、互いの境界線が入り組むよう、不規則に配置されていてもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、線径が１．３ｍｍの巻線素線２３０を２本並列接続して用いたが、必ずしも２本の巻線素線２３０を並列接続して用いる必要はなく、１本の巻線素線２３０を単独で用いる場合や３本以上の巻線素線２３０を並列接続するようにしてもよい。また、断面形状が円形の巻線素線２３０の代わりに断面形状が長方形あるいは正方形の角線を用いるようにしてもよい。この場合には、スロット２５内において巻線素線２３０を規則正しく配置することにより、スロット２５内での占積率をさらに高めることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、６種類の巻線素線２３０の全てについて同じ巻回数に設定しているが、整流装置５に接続するための引き出し位置等によっては、いずれかの巻線素線２３０の巻回数を減らすようにしてもよい。例えば、図５に示したＹ２の巻線素線２３０について、巻装順「８３」で巻き付け作業を終了してＳ３６のスロット２５から巻終わり部分を引き出すようにしてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、６種類の巻線素線２３０の巻装作業が終了してから、Ｘ１およびＸ２のそれぞれの巻線素線２３０の巻始まり同士、Ｙ１およびＹ２のそれぞれの巻線素線２３０の巻始まり同士、Ｚ１およびＺ２のそれぞれの巻線素線２３０の巻始まり同士を接合して図１０に示したＹ結線の固定子巻線２３を形成するようにしたが、これらの接合部が予め一部に含まれる連続線を用いるようにしてもよい。すなわち、上述したＸ１の巻線素線２３０とＸ２の巻線素線２３０のそれぞれの長さを合計したほぼ２倍の長さを有する巻線素線２３０’を半分に折り曲げて使用し、この折り曲げ部から延びる２本の導体を、Ｘ１およびＸ２の巻線素線２３０として用いる。Ｙ１およびＹ２の巻線素線２３０やＺ１およびＺ２の巻線素線２３０についても同様である。これにより、巻装作業終了後に行われる３箇所の接合部に対する接合工程を省略することができ、製造工程のさらなる簡略化が可能になる。
【００５３】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の車両用交流発電機は、上述した第１の実施形態の車両用交流発電機に含まれる固定子巻線の巻線方法を変更したものである。具体的には、上述した第１の実施形態では、固定子巻線２３を波巻によって実現したが、本実施形態では、固定子巻線が集中巻によって実現されている。
【００５４】
図１１は、本実施形態の固定子巻線２３の巻線仕様図である。また、図１２は図１１に示した固定子巻線２３を形成する際の巻線素線の巻装順を示す図である。
図１２に示すように、本実施形態の固定子巻線２３は、同じスロット２５に対して４回集中巻する巻装作業を順番に６スロット分ずつずらしていくことにより形成される。具体的には、例えばＺ１の巻線素線に着目すると、まずＳＮ１とＳＮ４を用いて４回の集中巻が行われ、次にＲ４を通ってＳＮ７に到達した後このＳＮ７とＳＧ１０を用いて４回の集中巻が行われる。このようにして、順番に６スロット分ずらして４回の集中巻を繰り返すことにより、最終的にＳＧ３４で巻終わる。Ｚ１以外の巻線素線についても同様であり、最終的にＸ１の巻線素線がＳＧ３５で、Ｙ１の巻線素線がＳＧ３６で、Ｚ２の巻線素線がＳＧ１で、Ｘ２の巻線素線がＳＧ２で、Ｙ２の巻線素線がＳＧ３でそれぞれ巻終わる。
【００５５】
上述したような集中巻を行った場合にも、両端に特異スロット部が配置され、その間に通常スロット部が配置された帯状のホームコイルが形成される。この帯状のホームコイルは、環状に変形されて固定子鉄心２２の各スロット２５に挿入される。
【００５６】
図１３は、本実施形態の固定子巻線の結線図である。第１の実施形態と同様に、６種類の巻線素線は、相互の電気角が図２に示した関係を有しており、これらを図１３に示すように結線することにより、全体としてＹ結線を行うことができる。特に、特異スロットＳ１からＺ１の巻線素線の巻始まりとＺ２の巻線素線の巻終わりが引き出されるため、これらを接合する際に生じる巻線素線の引き回しが不要となる。同様に、特異スロットＳ２からＸ１の巻線素線の巻始まりとＸ２の巻線素線の巻終わりが、特異スロットＳ３からＹ１の巻線素線の巻始まりとＹ２の巻線素線の巻終わりがそれぞれ引き出されるため、これらを接合する際に生じる巻線素線の引き回しが不要となる。
【００５７】
このように、本実施形態の車両用交流発電機では、コイルエンドで干渉しないように固定子巻線２３を形成することにより、第１の実施形態の車両用交流発電機と同様に、固定子巻線の高占積率化、高出力化、冷却性向上が可能になる。また、巻線数の増減等による巻線仕様の変更が容易であるため、多彩な出力特性を実現することができ、小型発電機や高電圧発電機などの要求に応えることも容易となる。また、本実施形態では集中巻を採用することにより、固定子鉄心２２の各軸方向端面では、プーリ側のコイルエンド部の並びが同一方向になるとともに反プーリ側のコイルエンド部の並びが同一方向になるため、異なる相のコイルエンドの干渉をさらに低減することができる。なお、本実施形態では、第１の実施形態での特徴に加え、特異スロットには特異スロット部だけが配置されるという構成となる。
【００５８】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、環状形状を有する固定子鉄心２２を用い、その内周側から各スロット２５に環状に形成されたホームコイルを挿入して固定子２を形成するようにしたが、図１４に示すような直線形状（あるいは直線形状以外の非環状形状）の固定子鉄心２２Ａの各スロット２５Ａに、図４あるいは図１１に示した巻線仕様となるように形成された帯状のホームコイルをインシュレータ２４とともに挿入した後、全体を環状に成形するようにしてもよい。
【００５９】
図１５は、直線状の固定子鉄心２２Ａに帯状のホームコイルを挿入した後に環状に成形された固定子の部分的な形状を示す図である。直線状の固定子鉄心２２Ａの端部同士が突き合わされてほぼＣ型形状の固定子が形成されるため、この固定子の一部には固定子鉄心の突き合わせ部分に対応するスリット２３１が形成される。
【００６０】
また、上述した各実施形態では、一つの三相巻線によって固定子巻線が形成される場合について説明したが、複数の多相巻線を組み合わせて固定子巻線を形成するようにしてもよい。例えば、図１６に示すように、固定子鉄心２２の各スロット２５において、外層側に第１の多相巻線２３３を配置し、内層側に第２の多相巻線２３４を配置して２組の多相巻線２３３、２３４からなる固定子巻線を形成するようにしてもよい。このような複数の多相巻線を備え、そのれぞの多相巻線をスロット２５の径方向に沿って分離可能に配置することにより、例えば複数種類の出力電圧を有する多電圧発電機を容易に実現することができるようになる。
【００６１】
あるいは、図１７に示すように、固定子鉄心２２の各スロット２５において、第１の多相巻線２３５とこの外周を覆うように巻装された第２の多相巻線２３６とを用いて、これら２組の多相巻線２３５、２３６からなる固定子巻線を形成するようにしてもよい。このように、スロット２５の径方向に沿った断面において、一方を他方に包含するようにして複数の多相巻線を備えることによっても、例えば複数種類の出力電圧を有する多電圧発電機を容易に実現することができるようになる。また、このような固定子巻線は、第１の多相巻線２３５に対応する帯状の第１のホームコイルを形成した後に、その上に続けて第２の多相巻線２３６に対応する帯状の第２のホームコイルを形成し、その後この二重に形成された第１および第２のホームコイルを環状に成形して固定子鉄心２２の各スロット２５に挿入して形成することができるため、２種類の多相巻線を用いた固定子巻線の製造工程を大幅に簡略化することができる。
【００６２】
また、上述した各実施形態では、互いの電気角が３０°ずつずれた３相巻線を６本の巻線素線を用いて形成するようにしたが、互いの電気角が３０°ずつずれた６相巻線を１２本の巻線素線を用いて形成するようにしてもよい。これにより、発電時に発生する磁気騒音の低減が可能になるとともに、相数が増えることによるコイルエンドの重なり具合のさらなる低減による冷却性の向上や、多様な巻線仕様への対応が容易となる等の効果はさらに顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】６種類の巻線素線の関係を示す図である。
【図３】固定子の部分的な断面である。
【図４】固定子の巻線仕様図である。
【図５】巻線素線の巻装順を示す図である。
【図６】固定子巻線の巻始め部分の概略を示す図である。
【図７】固定子巻線のホームコイル形成時の内外層の位置関係を示す図である。
【図８】帯状のホームコイルの形成に必要な巻枠とこの巻枠を用いたホームコイルの製造方法を示す図である。
【図９】図８に示した巻枠の側面図である。
【図１０】第１の実施形態の固定子巻線の結線状態を示す図である。
【図１１】最２の実施形態の固定子巻線の巻線仕様図である。
【図１２】図１１に示した固定子巻線を形成する際の巻線素線の巻装順を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の固定子巻線の結線図である。
【図１４】直線状に形成された固定子鉄心の形状を示す図である。
【図１５】直線状の固定子鉄心に帯状のホームコイルを挿入した後に環状に成形された固定子の部分的な形状を示す図である。
【図１６】複数の多相巻線を含む固定子巻線の巻装状態を示す図である。
【図１７】複数の多相巻線を含む固定子巻線の他の巻装状態を示す図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  固定子
３  回転子
４  フレーム
５  整流装置
２２  固定子鉄心
２３  固定子巻線
２５  スロット
１００  巻枠
１１０  巻枠本体
１２０、１２２  スロット拘束部
１３０、１３２  コイルエンド拘束部
【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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【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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