(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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有する車両用交流発電機の固定子において、
前記固定子巻線は、電気導体よりなる複数のセグメントを接合して構成されており、
前記セグメントは、規則的な形状の基本セグメントと、前記基本セグメントと形状を異にする異形セグメントとから構成され、
前記基本セグメントは、ターン部を有するＵ字状であり、
前記固定子鉄心の軸方向端面の一方に、前記セグメントのターン部を配置してなる第１コイルエンド群が形成され、
前記固定子鉄心の軸方向端面の他方に、重ね巻を形成するように前記セグメントの端部を接合して複数の隣接層コイルエンドを形成してなる第２コイルエンド群が形成され、
前記基本セグメントを規則的にスロットに配置して前記固定子鉄心のまわりを２周するコイルが形成され、前記基本セグメントとは形状の異なる異形セグメントで、前記固定子巻線の引出線と１周めと２周めとを接続するターン部とが構成されることを特徴とする車両用交流発電機の固定子。
【請求項２】
前記第１コイルエンド群は、一のセグメントのターン部を他のセグメントのターン部が囲むように配置してな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。
【請求項３】
前記スロット内には、４本を最小とする偶数本の電気導体が径方向にのみ配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用交流発電機の固定子。
【請求項４】
前記第２コイルエンド群における接合部は、２重、３重または４重の環状に配置されていることを特徴とする請求項３記載の車両用交流発電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関により駆動される交流発電機に関し、乗用車、トラック等あるいは船舶などの乗り物に搭載可能な車両用交流発電機の固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機の固定子の巻線工程において、連続線を用いるのではなく、あらかじめヘアピン状に屈曲した（以下、この屈曲した部分をターン部と称する）多数の電気導体よりなるセグメントを用い、固定子のスロットへの挿入工程とセグメントどうしの接合とによって巻線を構成する方法がある。この構成では接合箇所が多いので、製造コストを低減するためには接合工程の自動化が不可欠であった。
【０００３】
セグメントを用いた車両用交流発電機の固定子としては、国際公開９２／０６５２７に記載の構成が知られている。国際公開９２／０６５２７には、セグメントどうしの接合部を固定子鉄心の片側に環状に配置し、半田付けや溶接による接合を自動化しやすくする構成が提案されている。ここに示された構成によれば、スロット内に４本のセグメントが配置され、個々の巻線の反転接続部や中間接続部に対応したセグメントをあらかじめ個別に作成し、これらを接合することによって固定子巻線を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
国際公開９２／０６５２７では、図２１のように、ひとつのスロット内の外層側と内層側に２本ずつ配置されたセグメントを使って波巻を形成している。図２０に１相分の巻線仕様図を示す。ここで、図の中央横一列に並ぶ数字はスロット番号を表す。また、図２０の実線は図２１のＡの位置に挿入されている電気導体を表し、同様に１点鎖線はＢ、２点鎖線はＣ、そして破線はＤの位置に挿入されている電気導体を表す。
【０００５】
この巻線を構成する複数のセグメントには、同じ長さ、同じ形状を持った複数の基本セグメント１０５が含まれている。この基本セグメント１０５は、その２本の直線部が、基本の１磁極ピッチ離れたスロット内にそれぞれ位置するように配置される。そして、複数の基本セグメントが規則的に配置され、規則的に接合されることで、一連のコイルが形成される。
【０００６】
しかし、この巻線では、１つのスロット内に４本の電気導体が収容されるため、固定子鉄心を４周する波巻コイルが形成される。このため、各周の波巻コイルを直列接続するために、基本セグメント１０５とは異なる形状の異形セグメントを用いている。この巻線では、１周めと２周めとを接続する異形セグメント１００、２周めと３周めとを接続する異形セグメント１０１および３周めと４周めとを接続する異形セグメント１０２を用いている。
【０００７】
さらに、巻線の出力端としての２本の引出線Ｘ１、Ｘ２を形成するために、２本の異形セグメント１０３と異形セグメント１０４とが用いられている。
【０００８】
従って、この従来技術の巻線では、１相のコイルを形成するためには、合計５本の異形セグメントを必要とする。
【０００９】
しかも、この巻線では、２本の引出線Ｘ１、Ｘ２が１磁極ピッチ離れて配置される。これは引出線Ｘ１、Ｘ２はともにスロットの外層側に配置された電気導体であるため、他のＹ相、Ｚ相の基本セグメントとの干渉を避けるために必要である。
【００１０】
上述のように、従来技術の巻線では、１相のコイルを形成するためには、少なくとも５本の異形セグメントを必要とする。このことは以下のように説明することができる。国際公開９２／０６５２７においては、１つの固定子鉄心のスロットに４本のセグメントを挿入して接続部１０６で接続することにより巻線にして、固定子鉄心の周りを４周する巻線が形成されている。
【００１１】
固定子鉄心の周りを１周する環状の巻線環を形成するためのセグメントの挿入工程、セグメント端部の接合工程は全てのセグメントについて同一である。上記のスロットと同じスロットについてもう１周分の別の環状巻線を、そして、上記２周分の巻線と３スロットずらした位置でさらに２周分の巻線を形成し、計４周分の環状の巻線を形成する。
【００１２】
この固定子鉄心の周りを４周する環状の巻線を１本の巻線とするためには、各環について１箇所（４環で計４箇所）で切断し、他の環の切断部と接続する必要がある。異形セグメントは、他の環との接続部を有する３本および出力端としての引出部を有する２本の計５本必要になる。
【００１３】
この５本の異形セグメントは、基本の１磁極ピッチ間のコイルエンドに集中して設けることはできない。なぜなら、上述のように、４周分の環状の巻線は互いに３スロット分だけ位置がずれた２組に分かれ、４つの環が径方向に並んでいるコイルエンドで重なることはないからである。
【００１４】
勿論、スロットあたりのセグメントを上記例の半分の２本にすれば、異形セグメントを１磁極ピッチ間のコイルエンドに集中させることは可能である。しかし、スロットあたりのターン数を減らしたのでは、車両用交流発電機として必要な低速回転域での出力を十分に確保できない。
【００１５】
この図２０に示す構成では、内層側から出た電気導体と外層側から出た電気導体とを接合部１０６で接合している。そのため、各スロットから出た電気導体は、内層側および外層側では全て同一の方向に傾斜しており、隣り合うスロットから出た電気導体どうしが干渉し合うことはない。
【００１６】
また、国際公開９２／０６５２７の固定子巻線においては、接合部１０６は、固定子鉄心の片側において、１つの環状に配置されているので、特に固定子の体格が小さくなると接合部どうしの距離が近接して、接合工程が難しくなる。
【００１７】
以上、異形セグメントの増加および接合部間隔の縮小により、セグメントの固定子鉄心への組み付け工程が煩雑になり、製造コストが高くなるため、当初の目的を達成できない。
【００１８】
また、国際公開９２／０６５２７では、セグメントを用いて固定子巻線を重ね巻（ル−プ巻）にすることができるという旨の記載がある。しかし、国際公開９２／０６５２７には、セグメントを用いた重ね巻を実施することが可能な程度の記載がされていない。
【００１９】
本発明は、少ない周回数でスロットあたりのターン数を確保する固定子を提供することを目的とする。
【００２０】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、セグメントを使用した巻線工程を容易にする固定子を提供することを目的とする。
【００２１】
詳しくは、本発明は、スロットあたりのターン数を確保しつつ、特異なセグメントが少ない固定子を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、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有する車両用交流発電機の固定子において、
前記固定子巻線は、電気導体よりなる複数のセグメントを接合して構成されており、
前記セグメントは、規則的な形状の基本セグメントと、前記基本セグメントと形状を異にする異形セグメントとから構成され、
前記基本セグメントは、ターン部を有するＵ字状であり、
前記固定子鉄心の軸方向端面の一方に、前記セグメントのターン部を配置してなる第１コイルエンド群が形成され、
前記固定子鉄心の軸方向端面の他方に、重ね巻を形成するように前記セグメントの端部を接合して複数の隣接層コイルエンドを形成してなる第２コイルエンド群が形成され、
前記基本セグメントを規則的にスロットに配置して前記固定子鉄心のまわりを２周するコイルが形成され、前記基本セグメントとは形状の異なる異形セグメントで、前記固定子巻線の引出線と１周めと２周めとを接続するターン部とが構成されることを特徴とする車両用交流発電機の固定子である。
【００２３】
請求項２は、前記第１コイルエンド群は、一のセグメントのターン部を他のセグメントのターン部が囲むように配置してな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である。
【００２４】
請求項３は、前記スロット内には、４本を最小とする偶数本の電気導体が径方向にのみ配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用交流発電機の固定子である。
【００２５】
請求項４は、前記第２コイルエンド群における接合部は、２重、３重または４重の環状に配置されていることを特徴とする請求項３記載の車両用交流発電機の固定子である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の車両用交流発電機を図に示す各実施例に基づいて説明する。〔第一実施形態〕
図１から図７はこの発明の第一実施形態を示したもので、図１は車両用交流発電機の主要部断面、図２から図６は本実施形態の固定子の説明図である。
【００２７】
車両用交流発電機１は、電機子として働く固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２並びに回転子３を支持するハウジング４と、交流電力を直流電力に変換する整流器５を備えて構成されている。
【００２８】
回転子３は、シャフト６と一体になって回転するもので、ランデル型ポ−ルコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、冷却ファン１１、１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連結され、自動車に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。
【００２９】
ランデル型ポールコア７は一組のポールコアを組合わせて構成されている。ランデル型ポールコア７は、シャフト６に組付られたボス部７１およびボス部７１の両端より径方向に延びるディスク部７２、及び１２個の爪状磁極部７３により構成されている。
【００３０】
ハウジング４の軸方向端面には吸入孔４１が設けられている。 そして、ハウジング４の外周両肩部には、固定子２の第１コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂとの径方向外側に対応して冷却風の排出孔４２が設けられている。
【００３１】
固定子２は、固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成されたスロット３５内に配置された複数の電気導体により構成される固定子巻線と、固定子鉄心３２と電気導体との間を電気絶縁するインシュレータ３４とにより構成される。
【００３２】
図２は固定子２の部分的な断面図、図３は固定子鉄心３２に装着されるセグメント３３の模式的形状を示す斜視図である。図２に示すように、固定子鉄心３２には、多相の固定子巻線を収容できるように、複数のスロット３５が形成されている。本実施形態では、回転子３の磁極数に対応して、３相の固定子巻線を収容するように、３６本のスロット３５が、等間隔に配置されている。
【００３３】
固定子鉄心３２のスロット３５に装備された固定子巻線は、１本１本の電気導体として把握することができ、複数のスロット３５のそれぞれの中には、偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。また、一のスロット内の４本の電気導体は、固定子鉄心３２の径方向に関して内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。これら電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線が形成される。なお、本実施形態では、スロット３５内の電気導体は、固定子鉄心３２の両端のコイルエンド部において、一端は連続線を配置することにより、他端は接合により接続される。
【００３４】
各スロット内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット内の１本の他の電気導体と対をなしている。
【００３５】
特に、コイルエンド部における複数の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するために、一のスロット内の所定の層の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット内の他の層の電気導体と対をなしている。
【００３６】
例えば、一のスロット内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。
【００３７】
そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心３２の軸方向の一方の端部において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。
【００３８】
従って固定子鉄心３２の一方の端部においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このように、固定子鉄心３２の一方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続により端層コイルエンドが形成される。
【００３９】
一方、一のスロット内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた、他のスロット内の内端層の電気導体３３１ａ' とも対をなしている。同様に、一のスロット内の外端層の電気導体３３１ｂ' は、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３２の軸方向の他方の端部において接合により接続される。
【００４０】
従って、固定子鉄心３２の他方の端部においては、外端層の電気導体と外中層の電気導体とを接続する接合部と、内端層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。外端層の電気導体と外中層の電気導体との接続、および内端層の電気導体と内中層の電気導体との接続により隣接層コイルエンドが形成される。
【００４１】
このように固定子鉄心３２の他方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、重複することなく並べて配置される。
【００４２】
さらに、複数の電気導体は、平角断面をもった電気導体を所定形状に成形したセグメントにより提供される。図３に図示されるように、内端層の電気導体と外端層の電気導体とが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント３３１により提供される。そして、内中層の電気導体と外中層の電気導体とが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント３３２により提供される。
【００４３】
大セグメント３３１と小セグメント３３２とは基本セグメント３３を形成する。そして、基本セグメント３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子鉄心３２の周りを２周するコイルが形成される。しかし、固定子巻線の引出線を構成するセグメントおよび１周めと２周めとを接続するターン部は基本セグメント３３とは形状の異なる異形セグメントで構成される。そして、本実施形態の場合、異形セグメントの本数は３本となる。１周めと２周めとの接続は端層と中層の接続となるが、この接続により異形コイルエンドが形成される。
【００４４】
巻線仕様図を３相巻線のうちの１相であるＸ相について、図４、図５、図６を使用して説明する。外端層を１点鎖線、外中層を破線、内中層を実線、内端層を２点鎖線で示す。また、上段がタ−ン部を配列してなる第１コイルエンド群３１ａであり、下段が接合部を配列してなる第２コイルエンド群３１ｂである。また、図の中央に横一列に並ぶ数字はスロット番号を表し、他の巻線仕様図においても同様である。
【００４５】
まず、図４に示すように、セグメント３３はスロット番号の１番から３スロットおきに配置される。第２コイルエンド群３１ｂにおいて、一のスロットから出た外中層の電気導体の端部は固定子鉄心３２の時計周り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロットから出た外端層の電気導体の端部と、また、一のスロットから出た内端層の電気導体の端部は固定子鉄心３２の時計周り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロットから出た内中層の電気導体の端部と接合される。そして、スロットあたり２タ−ンの重ね巻の第１巻線３１１が形成される。
【００４６】
同様に、図５に示すように、スロットあたり２タ−ンの重ね巻の第２巻線３１２が形成される。
【００４７】
これら図４、図５の巻線３１１および巻線３１２は、図６に示すように、第１巻線３１１の端部３３ｍと第２巻線３１２の端部３３ｎとが連結され、スロットあたり４タ−ンの巻線３１５が形成される。
【００４８】
ここで、第１巻線３１１の端部３３ｍと第２巻線３１２の端部３３ｎとを連結するターン部を有するセグメントは、基本セグメント３３である大セグメント３１１および小セグメント３１２とは形状が異なっている。
【００４９】
このＸ相の巻線では、異形セグメントは、第１巻線３１１の端部３３ｍと第２巻線３１２の端部３３ｎとを連結するターン部を有するセグメント、巻線端Ｘ１を有するセグメントおよび巻線端Ｘ２を有するセグメントの３つである。異形セグメントが３つに抑えられることは、次のように説明できる。
【００５０】
図４に示す第１巻線３１１は、上述のように規則的に接合してできる環状の巻線において、１番と３４番のスロット３５に挿入されている小セグメント３３２のターン部３３２ｃを切断することによって得ることができる。
【００５１】
同様に、第２巻線３１２は、規則的に接合してできる環状の巻線において、１番と３４番のスロット３５に挿入されている大セグメント３３１のターン部３３１ｃを切断することによって得ることができる。そして、ターン部３３１ｃの切断部の一方とターン部３３２ｃの切断部の一方とを直列に連結し、それぞれの切断部の他方を巻線端とすることにより、１本の巻線３１５を形成している。このように、２つの環状の巻線を２箇所で切断し、一の環の切断部と他の環の切断部とを接続して１本の巻線にすることで、４ターンの重ね巻の巻線３１５を形成できる。そのため、必要な異形セグメントは３つである。
【００５２】
また、この異形セグメントは、第１コイルエンド群３１ａの１磁極ピッチ間に集中して設けることができる。本実施形態では、ターン部３３１ｃが第１巻線３１１を形成し、ターン部３３２ｃｃが第２巻線３１２を形成するからである。
Ｘ相と同様にして、互いに１２０度ずつ位相の異なるスロットにＹ相、Ｚ相が形成される。Ｘ相の巻線端Ｘ１、および図示せぬＹ相、Ｚ相の巻線端Ｙ１、Ｚ１は、整流器５に接続され、巻線端Ｘ２は中性点として図示せぬＹ２、Ｚ２と接続される。そして、図７に示すようにこれらの３相が星形結線される。図６に示した巻線では、整流器５につながる巻線端Ｘ１は、第１コイルエンド群３１ａ側から軸方向に取り出されている。
【００５３】
固定子巻線の製造工程を以下に説明する。基本セグメント３３は、Ｕ字状の小セグメント３３２のターン部３３２ｃをＵ字状の大セグメント３３１のターン部３３１ｃが囲むように揃えられ、固定子鉄心３２の軸方向側面の一方側から挿入される。その際、大セグメント３３１の一方の電気導体３３１ａは固定子鉄心３２の一のスロットの内端層に、小セグメント３３２の一方の電気導体３３２ａは前記一のスロットの内中層に、そして、大セグメント３３１の他方の電気導体３３１ｂは固定子鉄心３２の前記一のスロットから時計方向に１磁極ピッチ離れた他のスロットの外端層に、小セグメント３３２の他方の電気導体も前記他のスロットの外中層に挿入される。
【００５４】
その結果、図２に示すように一のスロットには内端層側から、上述の電気導体として直線部３３１ａ、３３２ａ、３３２ｂ' 、３３１ｂ' が一列に配置される。ここで、３３２ｂ' 、３３１ｂ' は１磁極ピッチずれた他のスロット内の電気導体と対をなしている大小のセグメントの直線部である。
【００５５】
挿入後、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、端層側に位置している電気導体は、大セグメント３３１が開く方向に接合部３３１ｄ、３３１ｅが１．５スロット分傾けられる。そして、中層の電気導体は、小セグメント３３２が閉じる方向に接合部３３２ｄ、３３２ｅが１．５スロット分傾けられる。
【００５６】
以上の構成を、全てのスロット３５のセグメント３３について繰り返す。そして、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、外端層の接合部３３１ｅ' と外中層の接合部３３２ｅとが、そして、内中層の接合部３３２ｄと内端層の接合部３３１ｄ' とが溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって接合され、電気的に接続されている。
【００５７】
なお、このセグメントは銅平板から、プレス等で略Ｕ字型形状に成形される。大セグメントと小セグメントは個別に成形しても良いし、銅平板から２本を同時に成形しても良い。また、セグメントは直線の平角断面を持つ電気導体をひねって形成される。ターン部の形状は、図３に示すようなコの字形に限らず、円弧状としてもよい。
〔第一実施形態の作用効果〕
上記構成とすることにより、第１コイルエンド群３１ａおよび第２コイルエンド群３１ｂにおいて、各層の電気導体は同一方向に傾斜している。そのため、同じ層のセグメントどうしが干渉することなく、スロットあたり４タ−ンの重ね巻の巻線３１５を形成することができる。この時、異形セグメントは１相あたり３本のみで済み、他はすべて基本セグメント３３の配置で重ね巻の巻線を構成できる。
【００５８】
また、第２コイルエンド群３１ｂに接合部を揃えることができ、作業性を改善できる。その一方で多数の接合部を、２重の環状に等間隔に配置できる。そのため、接合部間の距離の近接を抑制でき、溶接などの接合工程を容易にできる。たとえば、溶接装置の位置決め、溶接したい部位への位置合わせなどが容易になるなど、生産性の向上が可能である。
【００５９】
さらに、セグメント３３は大セグメント３３１が小セグメント３３２を囲むように２重のタ−ン部を形成しているので、両者をそろえて同時にスロットに導入できることや、タ−ン部の成形加工において両者を同時に製作することも可能であるので、生産性をより向上させることができる。
【００６０】
また、不規則な形状となる異形セグメントを第１コイルエンド３１ａの１磁極ピッチ間に集中した部分に設けることによっても、生産性を向上することができる。
【００６１】
以上により、セグメントを使用した固定子において、セグメント製作および巻線工程の生産性を向上させ、製造コストの低減をすることができる。
〔第二実施形態〕
第１実施形態では、スロットあたり４ターンの巻線３１５を示した。しかし、車両が要求される出力特性に応じ、スロットあたりの電気導体数を多くしたいという要求は、以下の第２から第４の実施形態のようにして実現することができる。
【００６２】
第一実施形態では、スロットあたりの電気導体数を４本とした巻線の構造を示したが、スロットあたりの電気導体数を４本を単位とした巻線３１６を巻線３１５の径方向に積層することができる。これによって一のスロットに形成された複数個の４ターンの巻線を直列に接続することができる。
【００６３】
スロットあたりの電気導体数が８本の場合の第１コイルエンド群３１ａの模式的な断面を図８に、また１相分の巻線仕様図を図９、図１０に示す。図９は外端層側から４層分形成される巻線を表し、外端層側から第１層を１点鎖線、第２層を破線、第３層を実線、第４層を２点鎖線で示す。また、図１０は第５層から第８層で形成される巻線を表し、外端層側から第５層を１点鎖線、第６層を破線、第７層を実線、第８層を２点鎖線で示す。図９の巻線および図１０の巻線は第一実施形態と同様にして形成される。そして、巻線端ＸＸ１と巻線端ＸＸ２とをつなぐターン部を持つセグメントを１本配置することにより、図９、図１０の巻線は直列に接続される。
【００６４】
この場合も、第２コイルエンド群３１ｂに接合部を揃えることができ、作業性を改善できる。その一方で多数の接合部を４重の環状に等間隔に配置できる。そのため、第一実施形態と同様に接合工程の生産性を確保できる。また、この実施形態では異形セグメントは１相あたり５本必要となるが、第一実施形態と同様に、それらの異形セグメントは第１コイルエンド群３１ａの１磁極ピッチの間に集中させることができる。
〔第三実施形態〕
第一実施形態では、スロットあたりの電気導体数を４本とした巻線３１５の構造を示したが、スロットあたりの電気導体数を４の倍数の場合として、第１コイルエンド群３１ａで巻線３１５が巻線３１７に多重に囲まれるようにセグメントのターン部を配置してもよい。
【００６５】
この場合、外端層側の２本と内端層側の２本、さらに隣接する２本ずつを順次組み合わせて第一実施形態と同様の巻線を複数形成し、これらを直列に接続する。スロットあたりの導体数が８本の場合の第１コイルエンド群３１ａの模式的断面を図１１に、また１相分の巻線仕様図を図１２、図１３に示す。第１層から第８層のうち、図１２は第３層から第６層の構成を示し、図１３は第１層、第２層、第７層、第８層の構成を示している。
【００６６】
図１２において、外端層側から第３層を１点鎖線、第４層を破線、第５層を実線、第６層を２点鎖線で示す。また、図１３において、外端層側から第１層を１点鎖線、第２層を破線、第７層を実線、第８層を２点鎖線で示す。図９の巻線および図１０の巻線は第一実施形態と同様にして形成される。図１２の巻線端ＸＸ３、図１３の巻線端ＸＸ４をつなぐタ−ン部を持つセグメントを１本配置することにより、図１２、図１３の巻線は直列に接続される。
【００６７】
以上により、第２コイルエンド群３１ｂに接合部を揃えることができ、作業性を改善できる。その一方で多数の接合部を４重の環状に等間隔に配置できる。そのため、第一実施形態と同様に接合工程の生産性を確保できる。また、この実施形態においても異形セグメントは１相あたり５本必要となるが、第一実施形態および第２実施形態と同様に、それらの異形セグメントは第１コイルエンド群３１ａの１磁極ピッチの間に集中させることができる。
〔第四実施形態〕
第一実施形態では、スロットあたりの電気導体数を４本とした固定子巻線の構造を示したが、スロットあたりの電気導体数を６本として、一方のコイルエンドで２つのＵ字状の小セグメント３３２、３３３を径方向に配置し、それらを１つの大セグメント３３１が囲む構造としてもよい。
【００６８】
図１４は、第１コイルエンド群３１ａの模式的な断面図であり、外端層側から第１層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層とする。第１層と第６層とで端層３３１ａ、３３１ｂ' を形成し、第２層と第３層とで中層３３２ａ、３３２ｂ' を、そして、第４層と第５層とで他の中層３３３ａ、３３３ｂ' を形成する。第１層と第６層とによって外端層間をつなぐタ−ン部が形成され、その内側に第２層と第３層、および第４層と第５層をつなぐタ−ン部が配置されている。巻線仕様図を１相分を代表例として、図１５、図１６に示す。
【００６９】
図１５、図１６において、外端層側から第１層を１点鎖線、第２層を細い破線、第３層を細い実線、第４層を２点鎖線、第５層を太い破線、第６層を太い実線で示す。図１５に示す第１巻線３１３および図１６に示す第２巻線３１４は、スロットあたり３ターンの重ね巻の巻線を形成する。第１巻線３１３の巻線端ＸＸ５、第２巻線３１４の巻線端ＸＸ６をつなぐタ−ン部を持つセグメントを１本配置することにより、図１５、図１６の巻線は直列に接続される。
【００７０】
この場合も、巻線仕様図より明らかなように、第２コイルエンド群３１ｂに接合部を揃えることができ、作業性を改善できる。その一方で多数の接合部を３重の環状に等間隔に配置できるため、第一実施形態と同様に接合工程の生産性を向上できる。
【００７１】
また、本実施形態では、１相あたりの異形セグメントは第１巻線３１３の端部ＸＸ５と第２巻線３１４の端部ＸＸ６との接続部を有するセグメント、巻線端Ｘ１を有するセグメントおよび巻線端Ｘ２を有するセグメントの３本である。また、異形セグメントは第一実施形態から第三実施形態と同様に、第１コイルエンド群３１ａの１磁極ピッチの間に集中させることができる。
〔その他の実施形態〕
第一実施形態においては、第１巻線３１１と第２巻線３２２とを接続する異形セグメントは、内端層と外中層との接続とし、外端層と内中層とを引出線とした。しかし、第１巻線３１１と第２巻線３２２とを接続する異形セグメントは、外端層と内中層との接続とし、内端層と外中層とを引出線としてもよい。
【００７２】
また、第一実施形態においては基本セグメント３３の形状を、一方のコイルエンドにおいて、大セグメント３３１のターン部３３１ｃが小セグメント３３２のターン部３３２ｃを囲むＵ字状とした。しかし、棒状のセグメントをスロット３５に挿入し、第一実施形態においてターン部を経由して連続線を用いて接続していた部分を接合により接続してもよい。この場合は、双方のコイルエンドにおいて、電気導体が接合により接続されて電気巻線を形成する。そして、その接合部は一方のコイルエンドにおいては、内層側と外層側の２層の環状に並んで位置し、他方のコイルエンドにおいては、外中層の電気導体と内中層の電気導体との接合部を外端層の電気導体と内端層の電気導体との接合部が囲むように位置する。
【００７３】
また、一方のコイルエンドにおいて、外中層の電気導体と内中層の電気導体との接合部を、外端層の電気導体と内端層の電気導体との接合部が囲み、他方のコイルエンドにおいて、外端層の電気導体と外中層の電気導体と、および内端層の電気導体と内中層の電気導体とを連続線で接続した構成としてもよい。
【００７４】
なお、上記第一から第四の実施形態では、引出線は第１コイルエンド群３１ａ側に設けたが、引出線を接合部側である第２コイルエンド群３１ｂに設けても構わない。
【００７５】
第四実施形態では、導体数が６本としたが、導体数が６＋４Ｎ（Ｎ：自然数）の場合も、内端層と外端層がタ−ン部でつながり、他は径方向に並んでいる層がタ−ン部でつながっていれば、同様の巻線構造を適用できる。
【００７６】
上記の実施形態では、回転子３は１２極の爪状磁極を持ち、固定子２のスロットを３６個としているが、極数が変更され、それに伴いスロット数が変更された場合にも、同様の形態の巻線構造を適用できる。例えば、スロット数を２倍にして２つの三相巻線群を形成し、これらの出力を合成してもよい。
【００７７】
また、スロットを周回する巻線が複数個あるときに、それらを接続して１本の巻線を形成するが、それらの接続の組合せは任意である。すなわち、車両から要求される出力特性に応じ、直列接続でも、並列接続でも、または直列と並列の複合接続でもよい。図１７は直列と並列の複合接続を示したものである。図１７はスロットあたり８ターンの巻線を形成した実施形態、例えば第二実施形態において、第１巻線３１１の端部３３ｍと第２巻線の端部３３ｎとをそれぞれ棒状のセグメントを用いて形成し、それら第１巻線３１１と第２巻線３２２とを並列に接続している。そして、それを他の４ターン分の巻線と直列に接続して、それらの両端を出力として各相の巻線を形成している。
【００７８】
また、図１８に示すように、各相それぞれ２つの巻線を形成する場合に、星形結線の巻線を２組作り、各々の整流器によって直流に変換した後、直流出力を合成してもよい。
【００７９】
上記実施形態では、スロット数が３６の場合を示したが、スロット数が倍になった実施形態においても同様に巻線を形成することができる。スロット数が倍になった場合の回路図を図１９に示す。図１９に示す例では、お互いに電気角で３０°異なる巻線を、上記実施形態と同様に形成し、それらを直列に接続してＸ相、Ｙ相、Ｚ相のそれぞれの巻線を形成している。また、お互いに電気角で３０°異なる巻線のそれぞれを星形結線して、各々の整流器によって直流に変換した後、直流出力を合成してもよい。なお、スロットが３倍以上に設定される場合も、同様の巻線を形成できる。
【００８０】
なお、上記実施形態では、固定子巻線はＸ相、Ｙ相、Ｚ相を星形結線して形成したが、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相を三角結線して形成してもよい。あるいは、２つ以上の整流器を用いて整流後の直流出力を合成する場合に、星形結線と三角結線とを組合わせてもよい。
【００８１】
また、異形セグメントの数は、固定子鉄心の周回数より１多い数となるので、第一実施形態および第四実施形態で説明したようなスロットを周回する巻線３１１、３１２、３１３、３１４のような巻線の個数より１多い数だけ必要となる。上記巻線３１１、３１２、３１３、３１４は固定子鉄心１周あたり複数ターンの巻線であるので、ターン数を維持しつつ、異形セグメントの本数を抑えることができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、セグメントは平角断面のものを用いたが、少なくともスロット内に収容される直線部３３１ａ、３３１ｂ、３３２ａおよび３３２ｂが平角断面であればよく、その他の部分は丸線断面でもよい。
【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断面図である。
【図２】第一実施形態の固定子の部分的な断面図である。
【図３】第一実施形態のセグメントの模式的斜視図である。
【図４】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図５】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図６】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図７】第一実施形態の回路図である。
【図８】第二実施形態の固定子の第１コイルエンド群の簡略図である。
【図９】第二実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図１０】第二実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図１１】第三実施形態の固定子の第１コイルエンド群の簡略図である。
【図１２】第三実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図１３】第三実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図１４】第四実施形態の固定子の第１コイルエンド群の簡略図である。
【図１５】第四実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図１６】第四実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図である。
【図１７】他の実施形態の回路図である。
【図１８】他の実施形態の回路図である。
【図１９】他の実施形態の回路図である。
【図２０】従来の実施形態の部分的な巻線仕様図である。
【図２１】従来の実施形態のスロット内での電気導体の配置を示した図である。
【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−ム
６  シャフト
７  ポールコア
８  界磁コイル
９、１０  スリップリング
１１、１２  ファン
３１  コイルエンド
３１ａ  第１コイルエンド群
３１ｂ  第２コイルエンド群
３２  固定子鉄心
３３  セグメント
３４  インシュレータ
【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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