JP2001161050A - 液冷型車両用回転電機 - Google Patents
液冷型車両用回転電機Info
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Abstract
優れた固定子巻線冷却性を実現し、その結果として単位
電流当たりの体格を大幅縮小可能な液冷型車両用回転電
機を提供すること。 【解決手段】内周面に固定子鉄心32が密着、固定され
る金属製のフレーム4内に冷却液が流されていわゆるフ
レーム液冷型回転電機であって、固定子巻線33を、上
述したU字導体順次接続型固定子巻線で構成する。これ
により、従来の液冷型車両用回転電機に比較して格段に
優れた固定子巻線冷却性を実現し、その結果として単位
電流当たりの体格を大幅に小型化することができる。
Description
燃機関により駆動される液冷型車両用回転電機に関し、
例えば乗用車、トラック等に搭載される液冷型車両用回
転電機に関する。
り、アイドルストップシステムやエンジン加速アシスト
などを行うことが要望されている。
心が当接、固定されるフレ−ムを冷却液で冷却するフレ
ーム液冷型回転電機を提案している。
子鉄心への伝熱冷却性に劣る点から最も高温となる固定
子巻線のコイルエンドを樹脂等の絶縁物で囲包し、この
絶縁物を冷却液で冷却するコイルエンド液冷型車両用回
転電機を提案している、本出願人に出願になる特公第2
927288号は、多数のU字状の導体セグメントを固
定子鉄心の各一対のスロットに貫挿し、スロットから飛
び出た各導体セグメントの一対の先端部を順次接続して
固定子巻線(以下、U字導体順次接続型固定子巻線とも
いう)を形成した車両用交流発電機(以下、U字導体順
次接続型車両用交流発電機ともいう)を提案している。
の小型化、電気負荷容量の増大、エンジンアイドル回転
数の低下から車両用交流発電機の小型化と大電流化が必
要となっているが、これらは固定子巻線の最大電流及び
電流密度の増大とそれによる固定子巻線の温度上昇がそ
の許容限界を超えてしまうという問題を生じている。逆
に言えば、固定子巻線冷却能力限界により、回転電機の
体格が決定されてしまうと言える。
アイドルストップシステムやエンジン加速アシストなど
を行う発電電動機の場合、大トルクを必要とするため発
電時よりも格段に大きい大電流を固定子巻線に流す必要
があり、その結果、この発電電動機における上記固定子
巻線温度上昇問題は、専用発電機におけるそれに比較し
て格段に深刻となっている。
固定子巻線の冷却性を向上を図るべく、上述したフレー
ム液冷型回転電機を採用することは可能であるが、本発
明者らの実験によれば、同一条件において上述のフレー
ム液冷型回転電機の固定子巻線温度は従来のロータ固定
ファンによる開放空冷型車両用回転電機のそれに対して
それほど低くはならず、その結果、液冷システム採用に
よる構成複雑化という不利益増加の割に得られる固定子
巻線冷却効果が大きくなく、このことが液冷型車両用交
流発電機の実用化の大きなネックとなっていた。
その外部を液冷する上述のコイルエンド液冷型車両用交
流発電機は、コイルエンド表面部分は別として、多重に
重なったコイルエンド内部のギャップに樹脂を十分に浸
透させることが容易でないため、コイルエンド内部に位
置する導体の冷却が不十分となるという問題、及び、樹
脂とコイルエンドとの熱膨張率差に起因して樹脂にクラ
ックが生じ、コイルエンド内部に冷却液(通常水)が浸
透してアース等が発生するという問題が実用上のネック
となっていることがわかった。
は、固定子巻線の冷却性向上による格段の小型化を実現
することは困難であることがわかった。
あり、従来の液冷型車両用回転電機に比較して格段に優
れた固定子巻線冷却性を実現し、その結果として単位電
流当たりの体格を大幅縮小可能な液冷型車両用回転電機
を提供することをその目的としている。
回転電機は、内周面に固定子鉄心が密着、固定される金
属製のフレーム内に冷却液が流されていわゆるフレーム
液冷型回転電機であって、固定子巻線を、上述したU字
導体順次接続型固定子巻線で構成したので、従来の液冷
型車両用回転電機に比較して格段に優れた固定子巻線冷
却性を実現し、その結果として単位電流当たりの体格を
大幅に小型化することができる。
も発熱量が大きく、最も高温となる固定子巻線と最も低
温の冷却液との間の放熱経路は、固定子巻線(その表面
を被覆する絶縁樹脂膜を含む)、固定子巻線とスロット
内表面との間に隔設される電気絶縁性のインシュレー
タ、固定子鉄心、フレ−ム、冷却液の順となる。
ち、格段に伝熱抵抗が大きいのは、固定子巻線のスロッ
ト内の部分(以下、スロット導体部ともいう)とインシ
ュレータとの間の伝熱抵抗であった。
固定子巻線は丸線形状のコイル導体を巻線機で1ターン
づつ巻装して構成するため、いわゆる一定値以上のスロ
ット占積率を得ることが難しく、スロット内に不可避的
に大きな空きスペースが生じてしまう。
固定子巻線のコイルエンドではコイル導体が多重に重な
るため径方向に大きく膨らむが、固定子鉄心の両側のコ
イルエンド収容空間の限られた容積によりコイルエンド
中のコイル導体本数が制約され、この制約によっても上
記スロット占積率が制限され、スロット内に大きな空き
スペースが不可避的に生じてしまう。
るスロット導体部表面を除いて、ほとんどのスロット導
体部は高い伝熱抵抗をもつスロットの空きスペースによ
り被われているとみなすことができ、その結果、フレー
ム液冷構造を採用するにもかかわらず、固定子巻線の温
度はインシュレータ表面や固定子鉄心の温度に比較して
格段に高くなってしまう。
合、固定子巻線のスロット導体部とインシュレータとの
間の伝熱抵抗の低減が極めて重要となり、この低減を実
現しない限り、冷却液はフレーム及び固定子鉄心を冷や
すには有効ではあるが、最も冷却必要性が高い固定子巻
線の冷却にそれほど効果が生じないわけである。
のであり、フレーム液冷型車両用回転電機にU字導体順
次接続型固定子巻線を採用することにより上記問題が解
決できることに着目した点に特徴がある。
巻線は、多数のU字導体を個別に一端側からスロットへ
挿通するので、従来より格段に断面積が大きく、かつ、
スロット断面形状に合わせて空きスペースが生じにくい
断面形状(通常は平角線)のU字導体を採用することが
でき、その結果、スロット占積率を向上し、スロット内
の空きスペースを従来より格段に削減することができ
る。
ト内のスロット導体部の本数を減らすことができ、各ス
ロット導体部をインシュレータに直接接触させて各スロ
ット導体部の放熱抵抗を低減することが容易となり、そ
の上、各スロット導体部の放熱抵抗のばらつきを減らす
ことができる。
わずかな空きスペースを挟んで隣接するスロット導体部
を通じて、あるいは直接に、スロット内周面に密着する
インシュレータに接触することができ、スロット導体部
とインシュレータ間の伝熱抵抗を格段に低減して、スロ
ット導体部の熱を良好に冷却液に放散することができ
る。
須構成要素ではなく、スロット表面に対する固定子巻線
のスロット導体部の電気絶縁性さえ確保できれば省略可
能であり、一層の伝熱抵抗低減が実現する。
巻線は、上記大きなスロット占積率により同一体格の回
転電機に巻装した従来の巻線型固定子巻線に比較して格
段に大きな導体断面積をもつので、固定子巻線抵抗の低
減により一層の固定子巻線温度低下を図ったり、更なる
大電流化を図ったりすることができる。
のコイルエンドは上記公報からわかるように、そのコイ
ルエンドの必要収容スペースが小さいので、回転電機の
コイルエンド収容スペースの限界から、スロット占積率
が制約されることはなく、この点からも従来の巻線型固
定子巻線をもつ液冷型車両用回転電機とは異なり、スロ
ットの空きスペースの削減による固定子巻線の温度低下
効果が損なわれることがない。
ット占積率は通常、50%以下である。これは、巻線作
業上、スロット導体部の断面積を大型化することができ
ず、1スロット内に多数ターンのスロット導体部を収容
する必要があり、必然的に、空きスペースが大きくな
り、かつ、インシュレータから離れたスロット導体部が
多数生じて放熱抵抗が悪化してしまう。なお、巻線型固
定子巻線の巻線作業では、各ターンのスロット導体部は
スロットの内周側の開口からスロット内へ一々挿入され
るため、大断面積のスロット導体部を用いることは困難
である。
でスロット断面積が同じとした場合、巻線型固定子巻線
に比較して上述のようにスロット導体部の断面積を格段
に増大することができるため、固定子巻線自身の熱容量
を大きくすることができるため、瞬時的な大電流通電時
における固定子巻線の温度上昇を抑止することができ
る。
冷型車両用回転電機において更に、55%以上のスロッ
ト占積率を有し、導体セグメントは平角線からなる。
子巻線温度を低減できる小型高出力の液冷型車両用回転
電機を実現することができる。すなわち、スロット断面
は略長方形形状を有しているので、平角線を用いれば、
スロット導体部のほとんどすべての表面は隣接する他の
スロット導体部を通じてあるいは直接にスロット内壁又
はそれを電気絶縁するためのインシュレータを介して固
定子鉄心に略密着することになり、請求項1の効果を更
に向上させることができる。
体セグメントの剛性が強化され、コイルエンド形状のば
らつきが小さくなることからフレ−ム内周面とコイルエ
ンド外周面の距離のばらつきが小さくなるため、ばらつ
きを考慮する必要が無く、フレ−ム内周面を最小化、即
ち発電機が小型化することができる。
の液冷型車両用回転電機において更に、この回転電機を
密閉構造とするので、固定子巻線の温度上昇の低下及び
小型高出力化の実現に加えて、耐環境性を格段に向上す
ることができる。
の液冷型車両用回転電機において更に、スロット内のす
べての導体セグメントは、スロット内表面にインシュレ
ータを挟んで密着する。このようにすれば、すべてのス
ロット導体部(導体セグメントのスロット収容部分)
は、インシュレータを介して固定子鉄心に直接伝熱放熱
することができ、一部のスロット導体部の温度が局部的
に上昇して、一部の固定子巻線の温度がその絶縁皮膜の
耐熱温度を超えることがない。
の液冷型車両用回転電機において更に、固定子のスロッ
ト数は、回転子の磁極数の相数倍よりも多くされる。
ない構成のため、分布巻き、並列巻等、相数よりも多く
のスロットを有する巻線としても占積率は低下しない。
また導体セグメントは周方向に重ならない構成のため、
スロット内壁との接触を確保できる。従って、占積率、
スロット導体とスロットの接触を低下させるとなくスロ
ット数を増加させることによりスロット内壁の表面積を
増加させることができるため、熱伝達量を増加させるこ
とができ、固定子巻線の温度上昇を一層抑止することが
できる。
の液冷型車両用回転電機において更に、互いに離間して
配列されたコイルエンドの各導体セグメントは絶縁材に
て充填かつ囲包され、かつ、この絶縁材を介してフレ−
ムに密接する。
物をコイルエンドの導体セグメント間の隙間に良好に浸
透させることができ、コイルエンド各部の熱を樹脂を通
じてフレームに良好に伝熱することができる。
いので、樹脂のクラック等が生じてもコイルエンドにお
けるアースやショートなどの不具合が生じない。
冷型車両用回転電機において更に、最大発電電流値より
も大きい電流を固定子巻線に通電してエンジン始動を行
う発電電動機に適用される。
線の温度上昇を許容温度以下に抑止しつつ大きな電動ト
ルクを発生することができる。
は、エンジン始動や加速時のバッテリ電力によるトルク
アシストのために電動動作されるが、この時の最大電動
電流値は最大発電電流の数倍に達する場合がある。ただ
し、このような電動動作は比較的短期間である。したが
って、エンジン始動やトルクアシストを行う車両用発電
電動機は短時間大電流通電時の固定子巻線の温度上昇抑
止が重要となる。
たように従来より格段ににスロット占積率が高いU字導
体順次接続型固定子巻線を採用しているので、スロット
導体部の放熱抵抗が小さい上に、スロット内のスロット
導体部の質量が従来より格段に大きいので、スロット導
体部自体の熱容量が大きく、従来より格段に大きい瞬時
的大電流通電に耐えることができ、エンジン始動や大ト
ルクアシストといった場合に必要な短時間の大トルク発
生を回転電機体格の増大なしに実現することができる。
好適な態様を以下の実施例により更に詳細に説明する。
参照して説明する。 (全体構成)図1は車両用発電電動機として動作する液
冷型車両用回転電機の主要部の軸方向断面図を示し、図
2はその径方向部分断面図を示す。
して働く固定子2、界磁子として働く回転子3、及び、
固定子2及び回転子3を支持するフレ−ム4を有してい
る。
に連結されるシャフト6に嵌着、固定され、一対のラン
デル型ポールコア7、両ポールコア7を連結する連結リ
ング71、両ポールコア7に磁束を発生させる界磁コイ
ル31、固定ヨーク72を有している。
に開口する輪状溝に嵌着され、固定ヨーク72の前端面
はフレ−ム4の端面に密着、固定されている。界磁コイ
ル31の電流が形成する界磁磁界は、主として、固定ヨ
ーク72からその径内側のポールコア7に入り、ポール
コア7の爪部から後述する固定子2の固定子鉄心32、
残りのポールコア7を経由して固定ヨーク72に戻る。
2が、内周面に固定子2が固定されるフロントフレーム
42と、その後端開口を閉鎖するリヤフレーム43とを
有し、フロントフレーム42は外部から導入される冷却
水の通路41を内部に有している。
を構成する複数の導体セグメント33、及び固定子鉄心
32を導体セグメント33との間を電気絶縁するインシ
ュレータ34を有し、その外周面はフロントフレーム4
2の内周面に密着して嵌入されている。
り、その内周部には多数のスロット35が周方向等ピッ
チで形成されている。各スロット35内には、断面略長
方形の2本の導体セグメント33の一方の脚部が径内側
及び径外側に別れて嵌挿されている。
ロット35に挿通される一対の脚部と、両脚部の各基端
に連なる曲部33cとを有し、曲部33cは固定子鉄心
32の後端面から後方へ突出し、両脚部の先端部は固定
子鉄心32の前端面から前方へ突出している。なお、こ
れら両脚部のうち、スロット35内の部分はスロット導
体部とも呼び、固定子鉄心32の前端面から突出する上
記両脚部の先端部は、飛出部とも呼ぶものとする。図2
に示すように、各スロット35には、径内側のスロット
導体部33aと、径外側のスロット導体部33bの2本
がそれぞれ収容されている。周方向へ曲げられた各飛出
部の先端部は一対づつ溶接されて接合部33dとなり、
これにより固定子巻線の相巻線が構成される。したがっ
て、上記した曲部33cはリヤ側のコイルエンド35
を、上記したフロント側の飛出部はフロント側のコイル
エンド36を構成している。
の隙間を有している。固定子巻線は、X、Y、Zの星型
接続三相巻線からなり、各相巻線の一端はコンバータ5
を通じて図示しないバッテリに接続されている。 (固定子巻線の説明)固定子巻線の詳細を図3〜図9を
参照して更に詳細に説明する。ただし、図3〜図9にお
ける各部材には図1〜図2に示す各部材とは独立に符号
を付す。
ルであって、導体セグメントをなす多数のU字状導体1
433や後述する所定数のI字状導体の先端部同士をス
テータコア(固定子鉄心)1410の一端側(飛出部
側)で順次して接合することにより作製されている。
された平角銅線からなり、スロットSに径方向二層に挿
入されている。U字状導体1433は、図4に示すよう
に、曲部側コイルエンドをなす一個の曲部1433c、
互いに約電気角π離れた一対のスロットに個別に収容さ
れた一対のスロット導体部1433r、スロット導体部
1433rの端から延在して飛出部側コイルエンドをな
す一対の飛出部1433sをもち、飛出部1433sの
先端部1433dは接合部を構成している。
コア側に位置する頂点1433pとなっており、曲部1
433cは頂点1433pから周方向両側に電気角0.
5πずつ軸方向及び周方向に延設されている。同様に、
飛出部1433sも周方向に電気角0.5πだけ折れ曲
がっている。
cの頂点1433pで径方向に屈曲されており、これに
より、曲部1433cの一半と、それに繋がる一方のス
ロット導体部1433rと、それに繋がる一つの飛出部
1433sとからなるU字状導体1433の一半(すな
わち径外側導体1421)は、曲部1433cの他の一
半と、それに繋がる他方のスロット導体部1433r
と、それに繋がる一つの飛出部1433sとからなるU
字状導体1433の他の一半(すなわち径内側導体14
22)に対して、約U字状導体1433の略径方向長だ
け径方向に変位している。
410の一対のスロットS内に一方側から貫挿され、ス
ロットSの他方側に突出したU字状導体1433の一対
の飛出部1433sを周方向に折り曲げた後、各飛出部
1433sの先端部(接合部)1433dを一対ずつ溶
接することにより波巻きの星型接続の三相ステータコイ
ル(固定子巻線)1420としている。なお、更に細か
く説明すると、図5に示すように、スロットSの径外側
導体1421の飛出部1433sの先端部1433d
と、スロットSの径内側導体1422の飛出部1433
sの先端部1433dとが、溶接されている。なお、図
4では、飛出部1433sは実線にてその周方向折り曲
げ前が示され、二点鎖線にて折り曲げ後が示されてい
る。図4により、各U字状導体1433の曲部1433
cはステータコア1410の一方側に配置され、飛出部
1433sは他方側に配置されていることがわかる。
タコイル1420の部分斜視図を図5に示し、その展開
図を図6に示す。1434はインシュレータである。た
だし、層間絶縁板1660,1670の図示は省略す
る。
極、18スロットとした場合のU相コイルの配線展開図
を図7に示す。
イル1433Xと、破線で図示する波巻きコイル143
3Yを直列接続してなる。波巻コイル1433Xと波巻
コイル1433Yとは位相が電気角πずれて配置されて
いる。波巻きコイル1433Xの一端部は、I字状導体
1436とされている。
に、一つの飛出部1436s、一つのスロット導体部1
436r、一つの半曲部1436c、本発明でいう引き
出し導体(出力引き出し線)をなす引き出し導体部14
36zからなる。I字状導体1436は、一本の直線状
の導体セグメントを波巻きコイル1433Xの最初のス
ロットSに挿通し、その飛出部1436sを曲げて、飛
出部1436sの先端部1436dを波巻きコイル14
33Xの最初のU字状導体1433の先端部1433d
に溶接してなる。半曲部1436cは通常の曲部143
3cの半分のピッチだけ周方向に曲げられている。引き
出し導体部1436zは、曲部1433cよりも反ステ
ータコア1410側にて曲部1433cに対して所定ギ
ャップを隔てつつ、半曲部1436cの一端から必要な
角度だけ周方向へ延在し、その後、径外側に延設された
後、更にハウジング1600の周壁部1603に固定さ
れた図示しないコネクタに接続されている。この構成に
より、引き出し導体としての引き出し導体部1436z
は曲部側コイルエンド群Bの曲部1433cに軸方向に
近接して設けられる。波巻きコイル1433Xの他端部
も、I字状導体1437とされている。
37s、一つのスロット導体部1437r、一つの半曲
部1437c、連結導体部1437zからなる。I字状
導体1437は、一本の直線状の導体セグメントを波巻
きコイル1433Xの最後のスロットSに挿通し、その
飛出部1437sを曲げて、飛出部1437sの先端部
1437dを波巻きコイル1433Xの最後のU字状導
体1433の先端部1433dに溶接してなる。
通常の曲部1433cの半分のピッチだけ周方向に延在
している。連結導体部1437zは、半曲部1437c
の先端から曲部1433cの反ステータコア1410側
を曲部1433cとの間で所定ギャップを隔てつつ必要
な角度だけ周方向に延設されており、その先端部143
7yは波巻きコイル1433Yの最初のスロットSに挿
通されるI字状導体1439の半曲部1439cの先端
1439yに接合される。なお、このI字状導体143
9の構成は連結導体部1437zを除いてI字状導体1
437と同じであるので説明を省略する。1439dは
I字状導体1439の飛出部1439sの先端部(接合
部)であり、波巻きコイル1433Yの最初のU字状導
体1433の飛出部1433sの先端部1433dに溶
接されている。波巻きコイル1433Yの他端部も、I
字状導体1438とされている。
38s、一つのスロット導体部1438r、一つの半曲
部1438c、中性点導体部1438zからなる。この
I字状導体1438は、一本の直線状の導体セグメント
を波巻きコイル1433Yの最後のスロットSに挿通
し、その飛出部1438sを曲げて、飛出部1438s
の先端部を波巻きコイル1433Yの最後のU字状導体
1433の先端部1433dに溶接してなる。半曲部1
438cは通常の曲部1433cの半分のピッチだけ周
方向に延在している。中性点導体をなすU相の中性点導
体部1438zは、曲部1433cの反ステータコア1
410側にて曲部1433cに対して所定ギャップを隔
てつつ、半曲部1438cの一端から必要な角度だけ周
方向に延在している。
導体部1438zもそれぞれ、上記したU相のI字状導
体1438の中性点導体部1438zと同一構造をも
つ。ただし、各相の中性点導体部1438zは、軸方向
において重なりつつ周方向に延設された後、それらの先
端部1438mが溶接されて中性点となる。
436z、連結導体部1437z、中性点導体部143
8zは、曲部側コイルエンド群Bの側に、更に好適には
曲部側コイルエンド1433cの軸方向外側に近接して
設けられる。 (他の特徴及び効果) (1)フレーム液冷型車両用回転電機における導体セグ
メントのスロット導体部の冷却効果向上について 上記説明したこの実施例の液冷型車両用回転電機によれ
ば、平角線からなる導体セグメント33により構成した
U字導体順次接続型固定子巻線を採用しているので、ス
ロット占積率を向上し、かつ、すべてのスロット導体部
をインシュレータを介してあるいはそれに代替可能な絶
縁機能部材を介してスロット内面に密接できるので、各
スロット導体部を均一かつ良好に冷却することができ、
固定子鉄心32、フロントフレーム42を通じて冷却水
により良好に冷却することができる。 (2)フレーム液冷型車両用回転電機におけるスロット
数増大による導体セグメント冷却効果向上について スロット数を回転子の界磁極極数(ポールコア爪数)の
3倍以上、たとえば32極の磁極数に対しては三相発電
機として最低な3倍の96個のスロット数ではなく19
2個のスロット数、あるいは24極の磁極数に対しては
144個のスロットを採用している。この多スロット構
造の採用により、導体セグメント33のスロット導体部
とスロット内壁面とのインシュレータを介しての接触面
積を増加させることができ、導体セグメント33の放熱
性を更に向上することができる。 (3)フレーム液冷型車両用回転電機を密閉型とした場
合のコイルエンドの冷却効果向上について フレーム液冷型の回転電機であっても密閉型では、固定
子コイルのコイルエンドはスロット導体部を通じてスロ
ット内に熱を伝熱により放散せざるを得ず、その結果、
コイルエンド35、36の温度が開放空冷型のものとは
逆にコイルエンドの温度が最も高くなってしまう。
固定子コイル構造を採用したフレーム液冷型の回転電機
では、従来の巻線型固定子コイルよりもコイルエンドの
径方向厚さ及び軸方向突出長を格段に低減できるので、
固定子巻線全体に占めるスロット導体部の割合を増大す
ることができ、スロット導体部のように固定子鉄心32
に伝熱冷却できず、スロット導体部を通じて固定子鉄心
32に放熱するコイルエンドの体積及びスロット導体部
からの平均のコイルエンド延設長さ(伝熱距離)を減ら
して、このコイルエンドにおける導体セグメント33の
温度上昇を従来より格段に低減することができる。
子コイルよりも大きい分、導体セグメント33のコイル
エンドの部分の断面積をスロット導体部の断面積よりも
大きくすることができるので、これにより伝熱抵抗を低
減してコイルエンド35、36の熱を従来より格段にス
ロット導体部に伝達することもでき、これによってもコ
イルエンドの温度を低減することができる。
ド部分の温度上昇問題の更なる改善のために、導体セグ
メントのコイルエンド部分の断面積をスロット導体部の
断面積により大きくして、一層のコイルエンド温度低下
を図ることもできる。
ことなく、密閉構造を採用することができるので、耐環
境性を従来の開放空冷構造に比して格段に向上すること
ができる。 (4)その他の付随効果について コイルエンド35、36の軸方向長低減にともない回転
機の軸長を短縮することができ、回転電機の体格を小型
化することができる。この実施例では、フレ−ム4とコ
イルエンド35、36の外周面とのギャップを2mm以
上とし、コイルエンド35、36の交流磁界によるフレ
−ム4の渦電流損を低減している。コイルエンド35、
36は径内側に向けて曲げて、上記ギャップを更に拡大
してもよい。また、導体セグメント33の剛性が大きい
ので、導体セグメント33間の隙間の管理が容易とな
り、コイルエンド35、36の形状ばらつきも小さくす
ることができ、導体セグメント33の絶縁皮膜の省略も
可能となる。 (5)スロット占積率について、 この実施例では、導体セグメントを平角線とすることに
より、70%以上のスロット占積率を実現した。また、
この平角線形状の導体セグメントを2本、あるいは4
本、径方向に並べてスロットに挿入した。このようにす
れば、スロット内のすべての導体セグメントはスロット
内表面にインシュレータを挟んで密着し、更にその上、
この平角線形状の導体セグメントの少なくとも2〜3面
は熱放散先であるスロット内面にインシュレータを挟ん
で密着することができ、導体セグメント(特にそのスロ
ット導体部)と固定子鉄心との間の伝熱断面積が巻線型
固定子コイルに比較して格段に向上し、従来のフレーム
液冷型の回転電機において固定子コイル温度低減のネッ
クとなっていた、固定子コイルと固定子鉄心との間の伝
熱抵抗を従来より格段に引き下げることができる。
ての導体セグメントは、スロット内表面にインシュレー
タを挟んで密着する。このようにすれば、すべてのスロ
ット導体部(導体セグメントのスロット収容部分)は、
インシュレータを介して固定子鉄心に直接伝熱放熱する
ことができ、一部のスロット導体部の温度が局部的に上
昇して、一部の固定子巻線の温度がその絶縁皮膜の耐熱
温度を超えることがない。 (6)エンジン始動を行う発電電動機への適用 発電に比較して格段に大きい電流が一時的に流れるエン
ジン始動において、本構成では従来の巻線型固定子コイ
ルに比較して全体体格一定で固定子コイルのみの質量増
大を図ることができるので、固定子コイルの大きい熱容
量により固定子コイルの過渡的な温度上昇を低減でき
る。 (7)その他の態様 この液冷型車両用回転電機は、従来のオルタネータ同様
にベルトやチェーンを介してクランクシャフトに連結し
てもよく、あるいは直結、あるいはギヤ機構を通じてク
ランクシャフトに連結できることはもちろんである。
専用機又は電動専用機としてもよく、回転子構造や固定
子巻線方式は適宜選択可能である。
を図10に示す。
型車両用回転電機において、フロント側のコイルエンド
36を良熱伝導性の樹脂300でモ−ルドし、フロント
フレーム42の内周面及び内端面に密着させた点をその
特徴としている。
6を構成する各導体セグメント33は互いにばらつきが
少ない隙間で互いに分離されているので、この隙間に流
動性の樹脂300を浸透させてコイルエンド36を樹脂
モ−ルドすることが容易に行える。
300を通じてフレ−ム4に放散することができ、冷却
性がスロット導体部よりも劣るコイルエンド36の温度
低下を促進することができる。また、樹脂300は冷却
液に直接接触しないので、樹脂300にクラック等が生
じてもアースやショートなどの問題が生じにくい。
5に施すこともできる。
を図11〜図13に示す。
型車両用回転電機に対して、1スロットあたりの導体セ
グメント33の数を4本とし、2つの固定子巻線三相巻
線1001、1002と、2つのコンバータ1003、
1004を設けた点が異なっている。このようにすれ
ば、回路系を二系統形成するので、信頼性を向上でき
る。
を図14に示す。
型車両用回転電機において、フレ−ム4の内周面に冷却
水の通路41に連通する開口410、410を設け、固
定子鉄心32の外周面に冷却水を直接接触させた点が異
なっている。Oリング500は開口410、410の両
側にて、水封を行う。このようにすれば更に固定子巻線
の冷却効果を向上できる。
を以下に説明する。
型車両用回転電機において、インシュレータ34を変更
した点が異なっている。
ミナなど樹脂よりも良好な熱伝導性を有する非磁性、電
気絶縁性の微粉末を、樹脂、たとえばポリイミドなどに
混ぜて成形されている。
磁束を減らしたり、かつ鉄損や銅損やそれによる発熱を
増大することなく、本発明のフレーム液冷型構造で残る
伝熱冷却上のネックとなるインシュレータ34の伝熱抵
抗を従来の全樹脂製のものに比較して格段に低減するこ
とができ、更なる固定子コイルの温度低減を図ることが
できる。
断面図である。
形状を示す模式斜視図である。
図である。
形状を示す模式斜視図である。
向断面図である。
向断面図である。
図である。
向断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】冷却液が内部を流れるフレームと、 外周面が前記フレ−ムの内周面に密着して前記フレ−ム
に固定される固定子鉄心と、 前記固定子鉄心に貫設されスロットに巻装される多相の
固定子巻線と、 前記固定子の内周面に電磁結合可能に対面しつつ前記フ
レ−ムに回転可能に支持される回転子と、 を備える車両用交流発電機において、 前記固定子巻線は、U字形状を有して表面が絶縁処理さ
れた多数の導体セグメントの一対の脚部を前記固定子鉄
心の一端側から前記スロットに挿通し、前記固定子鉄心
の他端側に飛び出した前記導体セグメントの先端部を一
対ずつ接合してなることを特徴とする液冷型車両用回転
電機。 - 【請求項2】請求項1記載の液冷型車両用回転電機にお
いて、 55%以上のスロット占積率を有し、前記導体セグメン
トは平角線からなることを特徴とする車両用交流発電
機。 - 【請求項3】請求項1記載の液冷型車両用回転電機にお
いて、 前記回転子、前記固定子鉄心及び固定子巻線からなる固
定子は、前記固定子の内周面に電磁結合可能に対面しつ
つ前記フレ−ムに回転可能に支持される回転子ととも
に、前記フレ−ムに密閉されることを特徴とする液冷型
車両用回転電機。 - 【請求項4】請求項1記載の液冷型車両用回転電機にお
いて、 前記スロット内のすべての前記導体セグメントは、前記
スロット内表面にインシュレータを挟んで密着すること
を特徴とする液冷型車両用回転電機。 - 【請求項5】請求項1記載の液冷型車両用回転電機にお
いて、 前記回転子は周方向に極性交互に所定ピッチで配列され
た界磁極を有し、前記固定子のスロット数は、前記回転
子の界磁極数の相数倍よりも大きく設定されることを特
徴とする液冷型車両用回転電機。 - 【請求項6】請求項1記載の液冷型車両用回転電機にお
いて、 前記コイルエンドの各前記導体セグメントは、互いに離
間して配列され、 前記コイルエンドは、絶縁材にて充填かつ囲包され、 前記絶縁材は、前記フレ−ムに密接することを特徴とす
る液冷型車両用回転電機。 - 【請求項7】請求項1記載の液冷型車両用回転電機にお
いて、 最大発電電流値よりも大きい電動電流を前記固定子巻線
に通電する発電電動機からなることを特徴とする液冷型
車両用回転電機。
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