(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの異なる各スロットにそれぞれ挿通された多数の導体セグメントの端部を一対ずつ溶融接合して接合端部を形成することにより巻線を構成する導体セグメント接合型の回転電機の製造方法において、
前記接合端部は、前記導体セグメント対の端部の溶融部を前記コアの周方向一方側に付勢しつつ固化することにより、前記接合端部を周方向一方側に偏って膨設された形状に形成することを特徴とする導体セグメント接合型の回転電機の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の導体セグメント接合型の回転電機の製造方法において、
前記導体セグメント対の端部をア−クに対して周方向に相対移動させつつ前記溶融部の固化を行うことを特徴とする導体セグメント接合型の回転電機の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の導体セグメント接合型の回転電機の製造方法において、
前記溶融部に磁界を印加しつつア−ク電流を通電して前記磁界及びアーク電流に起因する電磁力により前記溶融部を周方向一方側へ付勢することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項４】
コアの異なる各スロットにそれぞれ挿通された多数の導体セグメントの端部を一対ずつ溶融接合して形成された溶融痕を、前記導体セグメントの端部に有する導体セグメント接合型の回転電機において、
前記溶融痕は、周方向一方側に偏って膨設されていることを特徴とする導体セグメント接合型の回転電機。
【請求項５】
請求項４記載の導体セグメント接合型の回転電機において、
前記溶融痕は、前記溶融痕に連続する前記一対の導体セグメントの径方向長さよりも短い径方向長さを有することを特徴とする導体セグメント接合型の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関する。より好ましくは、回転電機の固定子の構造に関し、エンジンによって駆動される例えば車両用交流発電機において好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題対策のための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といった目的を達成するために、エンジンによって駆動される発電機などの回転電機は、小型化、高出力化を求められている。
【０００３】
これに対し、ＷＯ９８／５４８２３号公報は、断面角形の多数の導体セグメントをスロットに挿通してから、各導体セグメントの端部を一対づつ接合して固定子巻線を形成することにより、高占積率化により低抵抗の固定子巻線を実現し、上記要求に対応した車両用交流発電機を実現することを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報の回転電機では、各対の導体セグメントの端部同士は溶接により接合されているため、溶融痕すなわち溶融後固化した接合端部が、元の一対の導体セグメントの端縁から周方向にも径方向にもはみ出す。これは、溶融部がその表面張力により球形化（半球化）しようとするためである。このため、周方向に隣接する各接合端部間の隙間（周方向隙間ともいう）が縮小されて短絡しやすくなる。
【０００５】
この接合端部を樹脂被覆して電気絶縁性を確保することも考えられるが、上述した周方向隙間が狭いと、この周方向隙間が樹脂により埋められてしまい、接合端部間を流れる冷却風が阻害されて冷却性能が低下するという新たな問題が生ずる。なお、冷却風の流れを阻害することは、単に冷却性の低下による出力低下だけでなく、飛来した電解液や異物を外部へ排出する効果も低下することになるので耐環境性も悪化することとなる。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであり、接合端部における電気絶縁性及び冷却性を向上可能な導体セグメント接合型の回転電機及びその製造方法を提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００７】
また、本発明は、上記問題の解決のために接合端部を小型化可能な導体セグメント接合型の回転電機及びその製造方法を提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の導体セグメント接合型の回転電機の製造方法によれば、接合端部は、導体セグメント対の端部の溶融部を周方向一方側に付勢しつつ固化する。このようにすると、溶融痕すなわち接合端部を周方向一方側に偏って膨設された形状に形成することができ、溶融痕の周方向寸法を小さくすることができる。これにより、隣接する２つの溶融痕間の周方向隙間を拡大することができる。
【０００９】
以下、周方向隙間が拡大する理由について、本発明者らは以下に推察する。
【００１０】
周方向一方側に付勢されない場合、この溶融部はその表面張力により導体セグメント対の端部に略半球状に形成され、周方向に元の導体セグメント対の端部の端縁より両側に膨らんでしまう。
【００１１】
これに対し、本発明のように溶融部を周方向一方側に付勢すると、上記付勢がない場合に周方向他方側に膨らんでいた溶融部は上記付勢により周方向一方側すなわち導体セグメント対の端部上に移動する。このとき、溶融液は周方向一方側へ上記付勢がない場合よりも更に膨らむが、その表面張力のためにこの膨らみの増大は抑制される。結局、溶融部の付勢がある場合はそれが無い場合よりも軸方向にみて溶融部がより角形に近づく（図４参照）。このため、溶融部を固化して形成された溶融痕すなわち接合端部は周方向寸法が短縮され、隣接する接合端部間の周方向隙間が拡大して電気絶縁性の向上を図ることができる。
【００１２】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の導体セグメント接合型の回転電機の製造方法において更に、導体セグメント対の端部をア−クに対して周方向に相対移動させつつ溶融部の固化を行う。
【００１３】
このようにすれば、溶融液はア−クの移動に応じてアークに引かれるようにしてそれを追うように移動する（これを本発明では溶融部がア−クで付勢されるというものとする）ので、請求項１記載の効果を製造工程の複雑化を抑止しつつ実現することができる。
【００１４】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の導体セグメント接合型の回転電機の製造方法において更に、溶融部に磁界を印加しつつア−ク電流を通電して磁界及びアーク電流に起因する電磁力により溶融部を周方向一方側へ付勢し、この状態で溶融部の固化を行うので、請求項１記載の効果を製造工程の複雑化を抑止しつつ実現することができる。
【００１５】
請求項４記載の導体セグメント接合型の回転電機では、多数の導体セグメントの端部を一対ずつ溶融接合して形成された溶融痕が、周方向一方側に偏って膨設した形状を有するので、請求項１記載と同様の作用効果を奏することができる。
【００１６】
請求項５記載の構成によれば請求項４記載の導体セグメント接合型の回転電機において更に、溶融痕は、溶融痕に連続する一対の導体セグメントの径方向長さよりも短い径方向長さを有するので、接合部が径方向に隣接する場合でも接合端部間の径方向隙間を確保することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
溶融部の形成は、ア−ク電流の通電、レ−ザ−光などの加熱ビ−ムの照射などの非接触局部加熱技術により形成されることが好適である。
【００１８】
以下、車両用交流発電機に適用した本発明の導体セグメント接合型の回転電機の実施例を図面を参照して説明する。
【００１９】
【実施例】
実施例の車両用交流発電機を図１〜図９を参照して説明する。図１は、この車両用交流発電機の全体構成を示す軸方向断面図である。図２はその固定子巻線を形成する導体セグメントの斜視図、図３（ａ）は導体セグメントの接合前の端部を示す斜視図、図３（ｂ）は導体セグメントの接合部の斜視図、図４は接合部の形状説明図、図５は固定子を接合部側の軸方向から見た全体図、図６は図５の部分拡大図、図７は固定子を径外側へ向けて見た場合の部分平面図、図８は溶接装置を示す模式斜視図、図９はアーク溶接状態を示す説明図である。
（全体構成）
車両用交流発電機１は、図１に示すように、エンジンからの回転力を受けるプーリ２０を有する。プーリ２０はシャフトに回転子２とともに固定されている。
【００２０】
回転子２は、一対のポールコア７１、７２を組み合わせたランデル型鉄心と界磁巻線８を有し、フレ−ム４に回転自在に支承されている。ポールコア７１、７２の軸方向端面には冷却ファン１１、１２が固定されている。
【００２１】
固定子３は、固定子巻線３１と、フレーム４に固定された積層鉄心からなる固定子鉄心３２とを有し、固定子鉄心３２は固定子巻線３１が巻装される複数のスロットを有している。
【００２２】
シート状のインシュレータ３４は、固定鉄心３２のスロットの内壁面に沿って配設されている。スロット内の固定子巻線３１は、自らの絶縁皮膜とインシュレータ３４とによって固定子鉄心３２から電気的に絶縁されている。
（固定子巻線３１の説明）
固定子巻線３１は、図２に示すように、多数のＵ字状の導体セグメント３３を所定の規則に則って各スロットに挿通し、これら導体セグメント３３の端部を所定の規則に則って一対づつ接合することにより構成されている。なお、各導体セグメント３３の一対の脚部は異なるスロットに挿通されている。この実施例では、導体セグメント３３は、図２に模式的に図示するように、一対の脚部が一つのスロットの最深位置及び他のスロットの最浅位置に個別に挿通される大回り状の導体セグメント３３ａと、一対の脚部が一つのスロットの最深位置隣接の中間位置及び他のスロットの最浅位置隣接の中間位置に個別に挿通される小回り状の導体セグメント３３ｂとの２種類を主として有し、これらの導体セグメント３３ａ、３３ｂの端部を一対ずつ接合して固定子巻線３１を形成している。
【００２３】
各導体セグメント３３は、異なるスロットに個別に挿通される一対のスロット導体部３３０と、頭部をなすターン部３３ｃと、一対の斜行部３３ｄと、一対の端部３３ｅと、一対の斜行部３３ｆとを有し、一対の斜行部３３ｄはターン部３３ｃと一対のスロット導体部３３０との間に個別に設けられ、一対の斜行部３３ｆは一対の端部３３ｅと一対のスロット導体部３３０との間に個別に設けられている。ターン部３３ｃは、それに続く斜行部３３ｄとともに図１に示すコイルエンド３１ａを形成し、端部３３ｅはそれに続く斜行部３３ｆとともに図１に示す第２コイルエンド３１ｂを形成している。
（接合部３３ｇの説明）
互いに隣接する導体セグメント３３、３３の一対の端部３３ｅ同士の接合は、この実施例ではＴｉＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ−Ｇａｓ）溶接によって接合されている。
【００２４】
溶融前を示す図３（ａ）に示すように、各一対の端部３３ｅの面取り部３３０ｅと反対同士を接触させた状態で隣接させた後、タングステン電極を接近させてアークをタングステン電極と上記一対の端部３３ｅ間に発生させることによって一対の端部３３ｅを局所的に溶融させた後、再び固化させ、これにより、径方向に隣接する一対の端部３３ｅに、固化後を示す図３（ｂ）に示すように、粒状の溶接痕からなる接合部（本発明で言う接合端部）３３ｇを形成する、。
【００２５】
結局、固定子鉄心３２の各スロットの最深位置およびそれに隣接する中間位置のスロット導体部３３０に斜行部３３ｆを通じて連続する各一対の端部３３ｅが溶接されて各接合部３３ｇが形成され、同様に、固定子鉄心３２の各スロットの最浅位置およびそれに隣接する中間位置のスロット導体部３３０に斜行部３３ｆを通じて連続する各一対の端部３３ｅが溶接されて各接合部３３ｇが形成され、形成された各接合部３３ｇは２重円環状に配置される（図５参照）。
【００２６】
固化後、接合部３３ｇの周方向の厚さＴは、図４に示すように、導体セグメント３３の厚さｔよりも大きくなる。また、接合部３３ｇの径方向長さＷは、接合された２本の導体セグメント３の先端部の面取り部３３０ｅ以外の径方向長さＷ’×２よりも大きくなるが、２本の導体セグメント３３の径方向長さｗ×２よりも小さくなる。さらに、接合部３３ｇは、周方向一方側へのみ膨設され、周方向他方側へは膨設されない。
【００２７】
接合部３３ｇを周方向一方側へのみ膨設させるために、アーク生成中にタングステン電極を接合部３３ｇの膨出側へ相対移動させる。たとえば、図８に示すように、タングステン電極１００と被溶接部材である導体セグメント３３の端部３３ｅとの間にアークを発生させた状態で、固定子３を載置した固定台１０１を一方向へ回転駆動させることにより、上記相対移動を実現することができる。
【００２８】
アークによって溶融している導体は、アークが直接触れている部分の流動性が最も高い。また、図９に示すように電極１００からのアーク電流Ｉによる右ねじ方向の磁界Φによって、溶融部に縮まろうとする電磁的ピンチ効果が生じ、流動性が高いことと相まって溶融部はアークの進行方向に引っ張られる。これらの作用により、図６に示すように、接合部３３ｇは固定子３の回転方向の後方へ膨設される。図６において、３３１は、周方向に隣接する接合部３３ｇ、３３ｇ間の周方向隙間であり、３３２は径方向に隣接する接合部３３ｇ、３３ｇ間の径方向隙間である。
【００２９】
このようにして形成された周方向一方側に膨設された接合部３３ｇを一個だけ取り出してみた形状を図４に示す。
【００３０】
図８に示す回転機構によって固定子３を回転させながら連続してアークを発生させた場合、アークの進行方向の端面側にアークが最後まで当たっているので、溶融導体がこちらに移動する。この時、接合部３３ｇの最大膨らみ高さＨは、固定子３を回転させないで単発溶接した場合に周方向両側に溶融導体が表面張力によって形成されるべき高さをｈとすれば、図４に示すように、表面張力によって２×ｈよりも低く抑えられるので、反アーク進行方向の端面からの接合部３３ｇの周方向厚さＴ＝ｔ＋Ｈは、回転させない場合の周方向高さｔ＋２ｈより小さくなる。また、径方向長さＷも、面取り部３３０ｅを設けているために先端部の長さｗ’×２よりも大きくなるが、２本の導体セグメントの径方向長さｗ×２よりも小さくなる。
【００３１】
すなわち、端部３３ｅをタングステン電極に対して、端部３３ｅの周方向一方側へ相対移動することにより、溶融痕すなわち接合部３３ｇが導体セグメント３３の端部３３ｅの周方向端面の一方に偏在する。更に、接合部３３ｇは軸方向上面から見ると、アークの進行方向になびくようにして略Ｄ字形状をなし、接合部の軸方向断面は、端部３３ｅに先端付近の一方に膨出部を持つｑ字形状をなしている。
【００３２】
接合部３３ｇの形成後、図７に示すように、絶縁樹脂３６で接合部３３ｇを被覆し、周方向に隣接する接合部３３ｇ、３３ｇ間には冷却媒体としての空気を流すための隙間を形成する。
（作用効果）
車両用交流発電機１のプーリ２０は、車両の走行用エンジンによって回転駆動されて、このプーリ２０に固定されている回転子２が回転する。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って、ポールコア７１、７２にＮ、Ｓ磁極が形成されるため、固定子巻線３１に交流電圧を発生させることができ、整流器５の出力端子６からの所定の直流電流が取り出される。ポールコア７１、７２に固定された冷却ファン１１、１２により、冷却風はフレーム４の軸方向の開口部４１から内部へ取り込まれ、径方向の開口部４２から外部へ排出される。
【００３３】
この実施例では、溶接中にア−ク炎に対して端部３３ｅを相対移動させることにより溶融部を周方向一方側に偏って膨設すると、この時に溶融部に作用する表面張力の作用によって、溶融部の周方向一方側への突出高さＨが上記相対移動させない場合の周方向一方側への突出高さｈの２倍より小さくなるという現象が生じ、その結果として周方向に隣接する接合部３３ｇ、３３ｇ間の隙間を相対回転しない場合の接合部３３ｇ’、３３ｇ’間の隙間より大きくすることができ、絶縁性を向上することができる。また、上記隙間の増大により、この隙間を通過する空気流量を増大することができ、冷却性を向上することもできる。更に、外部から混入した異物がこの隙間に滞留して電気的に悪影響を及ぼすのを抑止することができる。
（変形態様）
・実施例で用いたＵ字状の導体セグメント３３の代わりに、図１０に示すようなターン部のない導体セグメント３３１を用い、この導体セグメント３３１の両端部３３１ｅを実施例の方法で接合することができる。この場合でも、実施例と同じ効果を得ることができる。
【００３４】
・実施例ではスロットあたりの導体セグメント数を４として２列の環状の接合部を形成したが、所望の出力性能に合わせて導体セグメント数を変化させて、接合部の環状列数を変えてもよい。
【００３５】
・実施例では導体セグメントの端部３３ｅに面取り部３３０ｅを設けたが、図１１に示す端部３３１ｅのように、接合される２本の径方向長さを他の部分の導体セグメントよりも短く設定してもよい。これにより、接合部の径方向長さをさらに短縮できるので、径方向に隣接する接合部間の短絡防止の効果を、より高めることができる。
【００３６】
・導体セグメント３３の断面形状は、円形、楕円形、多角形などを採用してもよい。
【００３７】
・実施例ではＴｉｇ溶接を用いたが、非接触方式であれば、プラズマ溶接、ＭｉＧ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｅｒｔ−Ｇａｓ）溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接などを用いてもよい。
【００３８】
・接合部の溶融部を周方向一方側に偏らせるために、上記相対回転の代わりに、接合部３３ｇを傾斜させて溶融部をその自重により偏らせてもよい。たとえば接合部３３ｇの周方向一方側を下方、他方を上方としてもよい。
【００３９】
・接合部の溶融部を周方向一方側に偏らせるために、上記相対回転の代わりに、溶接部に風圧などの圧力を加えながら溶接してもよい。
【００４０】
・接合部の溶融部を周方向一方側に偏らせるために、上記相対回転の代わりに、溶融部に対しＨの方向に磁界Ｈを形成してもよい。この場合、図１２に示すアーク電流Ｉの向きとによって、フレミングの左手法則によりＦの向きに電磁力を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の車両用交流発電機の全体構造を示す軸方向断面図である。
【図２】固定子巻線を構成する導体セグメントの斜視図である。
【図３】（ａ）は導体セグメントの接合前の端部を示す斜視図、（ｂ）は導体セグメントの接合後の接合部の斜視図である。
【図４】ア−クを接合部に対して相対移動させる場合の接合部の斜視図である。
【図５】固定子の接合部側の軸方向から見た側面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】固定子を内径側から見た部分平面図である。
【図８】溶接機構を示す模式斜視図である。
【図９】アーク溶接状態を示す部分拡大図である。
【図１０】変形態様における導体セグメントを示す斜視図である。
【図１１】変形態様における導体セグメントの端部を示す斜視図である。
【図１２】変形態様を示す直流磁界下ア−ク溶接方式を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  固定子
３  回転子
３２  固定子鉄心
３３  導体セグメント
３３ｅ  端部
３３ｇ  接合部
３４  インシュレータ
４  フレーム
１００  電極
【図１】
0003769990.tif 000002
【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】
0003769990.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003769990.tif 000011
【図１１】
0003769990.tif 000012
【図１２】
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