JP2001359246A - 車両用回転電機の固定子、およびその製造方法 - Google Patents

車両用回転電機の固定子、およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力化しつつ、低コストな車両用回転電機
の固定子を実現することを目的とする。 【解決手段】 ティース２は内周側先端に径方向突起２
０１を有し、ティース２のコアバック３と連結する根元
部は周方向の両側に切り欠き２１を有し、ティース２の
切り欠き２１間の幅は、突起２０１の根元幅以上である
ことを特徴としている。かかる構成によると、ティース
２の磁路面積がコアバック３への途中で狭くなることに
よる磁気抵抗の増大がない。しかも、長尺の薄板鋼板１
０からティース２とコアバック３を持つ複数列の帯状鋼
板１０を製作することができ、帯状鋼板１０の材料歩留
まり向上と、帯状鋼板１０の製造工数を低減するととも
に、切り欠き２０１により螺旋状に巻き取る時の加工性
も向上して工数低減が可能となる。

Description

【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
に搭載される車両用回転電機に関し、例えば交流発電機
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車両用の回転電機を安価に提供す
るため、その主要部品である固定子の鉄心は、材料の歩
留まり向上と、製造スピードの向上のため、帯状鋼板を
螺旋状に巻き取り形成されるヘリカル型鉄心が一般的で
ある。また、近年の高出力化要求に対応して、固定子鉄
心のスロットに配置される導体コイルの高占積率化も求
められている。
【０００３】例えば、従来の車両用回転電機としての交
流発電機では、以下に述べるような固定子の構造が採ら
れていた。
【０００４】すなわち、特開平１１−２９９１３６号公
報に示されているように、まず長尺の薄板鋼板を打ち抜
きプレス加工によってティースとコアバックを持つ複数
列の帯状鋼板を、同時に製作する。この時、材料歩留ま
りを高めるために、一方の帯状鋼板のティースが他方の
帯状鋼板のスロット内に収まるように配置されて加工さ
れる。次にこの帯状鋼板を螺旋状に巻き取り、スロット
位置を合わせて必要厚さぶんまで積層した状態で、溶接
やかしめなどによって固定して形成される。以上によ
り、材料コストを低減すると共に、１度に複数列の帯状
鋼板を形成できるので製造工数も低減でき、低コスト化
を実現していた。
【０００５】また、特開昭４８−２４２０４号公報に
は、螺旋形に巻き込む時の鋼板への応力緩和のために、
ティース幅をコアバックに向かう途中から狭くして、つ
まりスロット幅を途中から広くするものが示されてい
る。これにより、螺旋状に巻き取る時の材料歪みを低減
して、精度よく円筒状の固定子鉄心を形成している。
【０００６】なお、発電機の磁気回路において、回転子
外周と固定子内周間のエアギャップが最も磁気抵抗が大
きいので、この部位の磁気抵抗を低減すべく、固定子鉄
心の内周にあるティース先端は他のティースよりも磁路
面積を増やしている。具体的には、ティース先端の周方
向の幅を広くする突起を周方向両側に設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年の高出力化要求に
対応した導体コイルの高占積率化に伴い、従来よりも狭
いスロット面積にして、そのぶんだけ磁気抵抗低減のた
めに磁路であるでティースの面積を広く設定するように
なった。よって、特開平１１−２９９１３６号公報に示
されるように、一方の帯状鋼板のティースが他方の帯状
鋼板のスロット内に収まるように配置をすることが、特
に周方向幅の広いティース先端においてできなくなる。
以上により、材料コストおよび製造工数の低減を図るこ
とが困難となるという問題があった。
【０００８】これに対し、特開昭４８−２４２０４号公
報のように、ティースの幅を途中から狭くしてあれば、
一方の帯状鋼板のティース先端部が他方の帯状鋼板のス
ロット内の広くなっている部分に配置することができる
ので、上記の問題点は解決できる。しかし、ここに示さ
れているように、ティースの磁路面積をティースの径方
向途中から狭くすると、磁気抵抗が大きく増加し、固定
子鉄心を流れる磁束が大幅に減少する。以上により、出
力が低下するという問題がある。
【０００９】また、一般に外径が９０ｍｍから１４０ｍ
ｍの固定子鉄心を持つ車両用交流発電機において、積層
鋼板の厚さは０．５ｍｍから１．０ｍｍが用いられる
が、このような板厚の鋼板から打ち抜きプレスによって
ティースやスロットを形成するためには、打ち抜きしろ
（以下、「クリアランス」と称す）が必要となる。よっ
て、一方の帯状鋼板のティース先端を他方の帯状鋼板の
スロット内に配置することが、さらに困難となる。
【００１０】一方、鋼板の厚さを薄くすれば、クリアラ
ンスを設けずにせん断によって帯状鋼板を形成できるも
のの、０．２ｍｍ以下にすると、剛性が低いためにせん
断加工の時に材料の端が引きずられ、特にティース先端
の突起は形状がだれて所望の突起長さを形成できず、よ
って回転子からの入り口部での磁路面積を確保できな
い。以上により、出力が低下するという問題があった。
【００１１】本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、高
出力化しつつ、低コストな車両用回転電機の固定子を実
現することを目的とする。
【００１２】さらに詳しくは、本発明は、固定子鉄心を
積層形成している帯状鋼板の材料歩留まりを向上させ、
帯状鋼板の製造工数を低減しつつ、固定子鉄心の磁気抵
抗の上昇の抑制と、固定子コイルの高占積率化を実現す
ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、コアバックと前記コア
バックに所定間隔で配置されたティースとを有する帯状
鋼板を、前記コアバックを外周側にし、前記ティースを
内周側にして螺旋状に巻き重ねて形成された固定子鉄心
と、前記固定子鉄心の隣接する前記ティースと前記コア
バックとによって形成されるスロット内に配置された導
体コイルとを有する車両用回転電機の固定子において、
前記ティースの内周側先端には周方向突起が、そして前
記ティースの前記コアバックと連結される根元部には周
方向の少なくとも一方に切り欠きが設けられ、前記ティ
ースの前記切り欠きに対応する周方向の幅は、前記突起
の根元部の周方向幅以上であることを特徴としている。
【００１４】かかる構成によると、ティースの磁路面積
がコアバックへの途中でティース先端の突起の根元幅よ
り狭くなることによる磁気抵抗の増大がない。しかも、
長尺の薄板鋼板からティースとコアバックを持つ複数列
の帯状鋼板を製作することができ、帯状鋼板の材料歩留
まり向上と、帯状鋼板の製造工数を低減するとともに、
切り欠きにより螺旋状に巻き取る時の加工性も向上して
工数低減が可能となる。
【００１５】請求項２に記載の発明では、前記スロット
の前記切り欠きは、前記帯状鋼板を螺旋状に巻き取る前
において前記突起と略同一形状であり、巻き取り後の前
記切り欠きが径方向に狭小化していることを特徴として
いる。かかる構成では、クリアランスを設けず加工を行
えるので材料歩留まりが向上するとともに、巻き取りに
よる切り欠きの狭小化によりティースからコアバックへ
の磁気抵抗を低減できる。
【００１６】請求項３に記載の発明では、前記スロット
の周方向に対向している壁面は平行であることを特徴と
している。かかる構成では、スロット内の導体を整列し
て配置し易くして、高占積率化による高出力を実現でき
る。
【００１７】請求項４に記載の発明では、前記スロット
内に配置された導体コイルは、スロット形状に沿った略
矩形断面を有することを特徴としている。これによれ
ば、スロット内の導体コイルの占積率を高くすることが
できる。
【００１８】請求項５に記載の発明では、前記帯状鋼板
の厚さは０．２ｍｍを越え、０．５ｍｍ未満であること
を特徴としているる。かかる構成では、クリアランスを
設けないプレスせん断加工を実施し易くなるのでコスト
低減ができると共に、薄くしすぎてティース先端の突起
の形状だれが生じることを防止できる。
【００１９】請求項６に記載の発明では、前記帯状鋼板
は、長尺の薄板鋼板を２枚重ねて同時にプレス成形する
ことにより、前記コアバックによって連結される前記テ
ィースが形成されることを特徴としている。かかる構成
では、必要な積層数の帯状鋼板の製作時間を短縮でき、
製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】請求項７に記載の発明では、前記帯状鋼板
は、長尺の薄板鋼板をローラ間にはさみこみ、連続して
前記コアバックによって連結される前記ティースが形成
されることを特徴としている。かかる構成では、連続し
て高速に帯状鋼板を製作することができるので、必要な
積層数の帯状鋼板の製作時間を短縮でき、製造コストの
低減を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明は車両用回転電機として、
発電機あるいは電動機に利用することができる。例え
ば、エンジンに搭載固定されてエンジンによって回転駆
動される車両用交流発電機に利用できる。また、エンジ
ンに搭載固定されて、補助動力を供給する電動機にも利
用できる。以下、この発明の車両用回転電機を車両用交
流発電機に適用した実施例を図に基づいて説明する。
【００２２】（第一実施形態）図１〜図５はこの発明の
第一実施形態を示したもので、図１は固定子鉄心の軸方
向端面の部分拡大図、図２は一条の鋼板から積層用帯状
鋼板を形成する説明図、図３は帯状鋼板を曲げながら螺
旋状に巻き取る説明図、図４は帯状鋼板が積層された固
定子鉄心の斜視図、図５は固定子鉄心に導体コイルが巻
装された状態の部分断面図である。
【００２３】固定子鉄心１は、コアバック３によって連
結されたティース２を所定間隔で配置している厚さ０．
３５ｍｍの帯状鋼板１０を積層して溶接やカシメなどの
機械的固定によって構成される。積層工程においては、
図３に示すように、帯状鋼板１０のティース２の先端２
０が内周側になるように螺旋状に巻き取られる。
【００２４】図５に示すように、隣り合ったティース２
の間のスロット６内には、絶縁シート４を介して複数の
導体コイル５が配置され、図示しない界磁回転子からテ
ィース２へ流れ込む交番磁束によってこの導体コイル５
に起電力を生ずる。ティース２とコアバック３との連結
部には、周方向に切り欠き２１が形成されている。ま
た、図１に示すように、切り欠き２１に挟まれたティー
ス根元寸法Ｂは、ティース２の先端２０の周方向突起２
０１に挟まれた根元部の近傍の周方向最小幅寸法Ａ以上
に設定してある。また、スロット６内のティース２によ
って形成される周方向の対向壁面２３、２４は、帯状鋼
板１０を螺旋状に巻回した後は平行となっている。
【００２５】さらに、内周突起２０１の形状は、スロッ
ト６の切り欠き２１を含む奥部２１０の形状と略同一で
ある。これは、図２に示すように、２本の帯状鋼板１０
を長尺の薄板鋼板１００から形成する時、一方の帯状鋼
板１０のティース２の先端２０と、他方の帯状鋼板１０
の奥部２１０とがせん断によってクリアランスなしで打
ち抜き成形されるからである。なお、このせん断加工を
容易にするため、ティース２の側面部にはプレス打ち抜
きのためのクリアランス２００を設けてある。
【００２６】また、切り欠き２１は、帯状鋼板１０を螺
旋状に巻き取ることによって、図２の成形時に比べ、図
１、３に示すように径方向のギャップが狭くなる。
【００２７】以上により、ティース２の磁路面積は、テ
ィース先端２０の突起２０１の根元部が最も狭い。即
ち、ティース先端２０の突起２０１の根元部からコアバ
ック３に至る磁路面積が、突起２０１の根元部より狭く
ならない。しかも、巻き取りにより切り欠き２１の径方
向のギャップが狭くなるので、この部分の磁気抵抗の増
加を抑制できる。さらに、帯状鋼板１０の厚さを０．３
５ｍｍにしているので、突起２０１の形状だれによる磁
気抵抗の増加を防止できる。
【００２８】また、一方の帯状鋼板１０のティース先端
２０の突起２０１と、他方の帯状鋼板１０の奥部２１０
とをせん断によってクリアランスなしで打ち抜き成形す
ることが、０．３５ｍｍの薄板であることと相まって容
易となるので、材料歩留まりが向上し、材料のコスト低
減ができる。さらに、１枚の長尺の薄板鋼板１００から
複数の帯状鋼板１０を同時に成形できること、および切
り欠き２１によって帯状鋼板１０の巻き取り易さも向上
し、製造コストを低減できる。
【００２９】また、スロット６の周方向壁２３、２４を
平行とすることによって、図５に示すように導体コイル
の整列配置を容易にし、高占積率化による高出力化がで
きる。
【００３０】以上により、低コスト化と、高出力化を達
成する車両用交流発電機の固定子を実現できる。
【００３１】（その他の実施形態）図６から図９は、本
発明の他の実施形態を示している。
【００３２】図６に示すように、導体コイルを平行壁の
スロット形状に沿った矩形断面を持つものにしてもよ
い。これにより、スロット内における導体コイルをさら
に高占積率化できるので、さらなる出力向上が可能であ
る。
【００３３】図７に示すように、薄板鋼板を２枚に重ね
て、同時にプレス加工してもよい。これにより、所定の
積層数の帯状鋼板１０の製作時間を短縮できるので、製
造コストを低減できる。もちろん、より薄い鋼板を３枚
以上に重ねてもよい。なお、鋼板を薄くすることによ
り、鉄損低減による高出力化の効果も得ることができ
る。
【００３４】図８に示すように、対向する２つのローラ
ーにパンチとダイを形成し、この間に薄板鋼板を挟み込
むことによって、連続して帯状鋼板１０を成形してもよ
い。これにより、連続的に高速で帯状鋼板１０を製作で
きるので、所定の積層数の帯状鋼板１０の製作時間を短
縮でき、製造コストを低減できる。
【００３５】また、第一実施形態では、薄板鋼板の厚さ
を０．３５ｍｍとしたが、０．２ｍｍを越え、０．５ｍ
ｍ未満であれば、クリアランスを設けずに複数の帯状鋼
板１０を同時に成形してコスト低減し、しかもティース
先端２０の突起２０１の形状だれによる磁気抵抗の増大
を防止して高出力化を保持できる。
【００３６】なお、図９に示すように、必要な導体コイ
ル数を２分割し、各々の出力を合成して出力する様にし
てもよい。この構成では、薄板綱板の単位長さあたりの
スロット数が倍になるとともにスロットの幅が半分にな
る。これにより、切り欠き数が増えるので帯状鋼板をさ
らに精度よく螺旋状に巻き取ることができ、製造コスト
の低減が可能である。
【００３７】なお、図１０に示すように、プレス打ち抜
きの為のクリアランス２００ａをティース２の一方に形
成してもよい。これにより、クリアランス２００ａの幅
を広く設定できるので、この部分のプレス打ち抜き加工
を容易にするとともに、その後の図８に示すローラー等
を使ったせん断加工によって、確実に２つの帯状鋼板を
製作できる。以上により、工程の容易化と加工ばらつき
の低減により、コスト低減を図ることができる。
【００３８】また、図１１に示すように、ティース２の
根本部に切り欠きがなくなるまで、クリアランス２００
ｂの幅をさらに広く設けてもよい。以上により、同様に
工程の容易化と加工ばらつきの低減により、さらなるコ
スト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車両用交流発電機の固定子鉄
心の第一実施形態を示す軸方向端面の部分拡大図であ
る。
【図２】本発明の第一実施形態に係る長尺の薄板鋼板か
ら帯状鋼板を形成する説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る帯状鋼板を曲げな
がら螺旋状に巻き取る説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る固定子鉄心の斜視
図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る固定子の部分断面
図である。
【図６】他の実施形態の固定子の部分断面図である。
【図７】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【図８】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【図９】他の実施形態の固定子の部分断面図である。
【図１０】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【図１１】他の実施形態の帯状鋼板の形成図である。
【符号の説明】
１ 固定子鉄心 １０ 帯状鋼板 １００ 薄板鋼板 ２ ティース ２０ 先端 ２０１ 突起 ２１ 切り欠き ３ コアバック ４ 絶縁シート ５ 導体コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 3/34 Ｈ０２Ｋ 3/34 Ｃ 15/02 15/02 Ｅ Ｇ Ｆターム(参考） 5H002 AA06 AA07 AA09 AB01 AB06 AC00 AC02 AE01 AE07 5H603 AA09 BB02 BB05 BB12 CA05 CB02 CB26 CC05 CC17 CE01 CE02 FA02 5H604 AA08 BB01 BB03 BB08 BB14 CC01 CC05 CC13 DB26 PB03 5H615 AA01 BB02 BB05 BB14 PP01 PP08 PP10 PP11 PP13 QQ02 RR02 SS03 SS05 SS11 SS15 SS16 TT13

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コアバックと前記コアバックに所定間隔
    で配置されたティースとを有する帯状鋼板を、前記コア
    バックを外周側にし、前記ティースを内周側にして螺旋
    状に巻き重ねて形成された固定子鉄心と、 前記固定子鉄心の隣接する前記ティースと前記コアバッ
    クとによって形成されるスロット内に配置された導体コ
    イルとを有する車両用回転電機の固定子において、 前記ティースの内周側先端には周方向突起が、そして前
    記ティースの前記コアバックと連結される根元部には周
    方向の少なくとも一方に切り欠きが設けられ、 前記ティースの前記切り欠きに対応する周方向の幅は、
    前記突起の根元部の周方向幅以上であることを特徴とす
    る車両用回転電機の固定子。
  2. 【請求項２】 前記スロットの前記切り欠きは、前記帯
    状鋼板を螺旋状に巻き取る前において前記突起と略同一
    形状であり、巻き取り後の前記切り欠きが径方向に狭小
    化していることを特徴とする請求項１に記載の車両用回
    転電機の固定子。
  3. 【請求項３】 前記スロットの周方向に対向している壁
    面は平行であることを特徴とする請求項１または２に記
    載の車両用回転電機の固定子。
  4. 【請求項４】 前記スロット内に配置された導体コイル
    は、スロット形状に沿った略矩形断面を有することを特
    徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車両用
    回転電機の固定子。
  5. 【請求項５】 前記帯状鋼板の厚さは０．２ｍｍを越
    え、０．５ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１か
    ら４のいずれか１つに記載の車両用回転電機の固定子。
  6. 【請求項６】 前記帯状鋼板は、長尺の薄板鋼板を２枚
    重ねて同時にプレス成形することにより、前記コアバッ
    クによって連結される前記ティースが形成されることを
    特徴とする請求項５に記載の車両用回転電機の固定子の
    製造方法。
  7. 【請求項７】 前記帯状鋼板は、長尺の薄板鋼板をロー
    ラ間にはさみこみ、連続して前記コアバックによって連
    結される前記ティースが形成されることを特徴とする請
    求項５に記載の車両用回転電機の固定子の製造方法。
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