JP2003125550A

JP2003125550A - 直流電動機

Info

Publication number: JP2003125550A
Application number: JP2002308537A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Umeda; 梅田　　敦司; Tsutomu Shiga; 志賀　　孜; Arata Kusase; 草瀬　　新
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】固定子鉄心３２には、スロット３５一つ
あたり（４ｎ＋２）本（ｎ：自然数）の電気導体３３が
配置され、固定子鉄心３２の軸方向端面の一方に形成さ
れ電気導体３３どうしの接続部を多重に配置してなる第
一コイルエンド群３１ａと、固定子鉄心３２の軸方向端
面の他方に形成され重ね巻の巻線と波巻の巻線とが混在
するスロット３５一つあたり（４ｎ＋２）ターンの固定
子巻線を形成するように電気導体３３どうしを接続して
なる第二コイルエンド群３２ａとを備えることを特徴と
している。これにより、重ね巻の巻線と波巻の巻線とを
混在させることにより、車両用交流発電機１の巻線とし
てのターン数を確保しつつ、コイルエンド群３１ａ、３
２ａにおける電気導体３３間の干渉を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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構造と
して、１つの相の巻線をつぎめのない連続線を用いて構
成するものが知られている。また、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）多数のセグメントを用い、セグメントの端部を接
合して一連の巻線を構成する構造が知られている。

【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、国際公開第９２／０６５２７号パンフレ
ット（１９９２）に記載の構成が知られている。上記従
来技術には、セグメント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る。
そして、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てスロット内に
配置し、これらを接合することによって１相あたり４タ
ーンの波巻き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】国際公開第９２／０６
５２７号パンフレット（１９９２）では、図１３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４ターンの波巻巻線を形成
している。図１２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１２の実線は図１３のＡの位置に挿入されてい
る電気導体で構成される１ターンの巻線を表し、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
対応している。

【０００５】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、固
定子鉄心を１周する１ターンの巻線が形成される。

【０００６】しかし、この従来技術では、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周する波巻巻線が形成される。このため、各周の波巻
巻線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。この従来技
術では、１周めと２周めとを接続する異形セグメント１
００、２周めと３周めとを接続する異形セグメント１０
１および３周めと４周めとを接続する異形セグメント１
０２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。従
って、この従来技術では、１相の４ターンの巻線を形成
するためには、合計５本の異形セグメントを必要とす
る。このように、従来技術の構成ではスロット内に配置
される電気導体の数、すなわちターン数「Ｔ」に対して
「Ｔ＋１」本の異形セグメントを必要とする。このよう
なターン数より多い異形セグメントを必要とする構成で
は、セグメントの配置作業を煩雑として、生産性を低下
させる。

【０００８】また、従来技術の内外複層、周方向複列の
電気導体配置では、大きい断面積のスロットが求めら
れ、相対的に磁束を通すティースの断面積を減少させざ
るをえない。これでは、鎖交する磁束が減少してしま
う。また、コイルエンドにおける基本セグメントの干渉
を回避して、基本セグメントをコイルエンドにおいて規
則的に配列するためには、スロット内において電気導体
が径方向に偶数の層をなすように配置する必要がある
が、径方向２層、周方向２列を基本とする従来技術で
は、４ターン以上の多ターンを実現が困難である。

【０００９】例えば、周方向を３列とすると６ターンを
構成できるが、大きな幅のスロットが求められ、相対的
にティースの断面積が減少するという問題点がある。さ
らに、セグメントを接合する接合部の周方向の間隔が小
さくなり、接合部間の絶縁が困難となる。このため、周
方向の列を２列以上とする構成は実用上の問題がある。

【００１０】また、径方向の層を４層とすると、８ター
ンが可能であるが、４の倍数の電気導体を１スロット内
に収容するため、特定のターン数の巻線しか構成できな
い。これではターン数の自由度が低く、車両用交流発電
機に必要とされる出力特性を実現することができないこ
とがあった。また、上記従来技術では、セグメントを用
いて固定子巻線を重ね巻（ループ巻）にすることができ
るという旨の記載がある。しかし、上記従来技術には、
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。

【００１１】本発明は、コイルエンドにおける基本セグ
メントの干渉を回避しながら、要求される出力特性を満
足し得る巻線をもった車両用交流発電機の固定子を提供
することを目的とする。本発明は、コイルエンドにおけ
る基本セグメントの干渉を回避しながら、求められる所
定のターン数をもった車両用交流発電機の固定子を提供
することを目的とする。

【００１２】本発明は、異形セグメントの数を少なくす
ることを目的とする。本発明は、コイルエンドにおける
セグメントの接合部の近接を抑えることを目的とする。
本発明は、奇数ターンの巻線を備えた車両用交流発電機
の固定子を提供することを目的とする。

【００１３】本発明は、複数のセグメントの接合作業が
容易な車両用交流発電機の固定子を提供することを目的
とする。本発明は、作業者の手作業によることなく、大
量生産に適した自動化された装置によって複数のセグメ
ントの接合作業を遂行可能な車両用交流発電機の固定子
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、固定子巻線に含まれる
一の相の巻線（３１５）は、重ね巻の巻線（３１１、３
１３）と波巻の巻線（３１２、３２４）とを接続して構
成されており、一つのスロット（３５）内には、重ね巻
の巻線（３１１、３１３）の一部を構成する電気導体
（３３）と、波巻の巻線（３１２、３２４）の一部を構
成する電気導体（３３）とが配置されていることを特徴
としている。

【００１５】これにより、重ね巻の巻線（３１１、３１
３）と、波巻の巻線（３１２、３２４）とを混在させて
ひとつの相の巻線（３１５）を構成しているから、要求
される出力特性を実現することができる。請求項２に記
載の発明においては、スロット（３５）一つあたり（４
ｎ＋２）本（ｎ：自然数）の電気導体（３３）が配置さ
れていることを特徴としている。これにより、（４ｎ＋
２）本（６、１０、１４……）といった、奇数の倍数の
電気導体（３３）をスロット（３５）内に配置して巻線
を構成できる。

【００１６】請求項４に記載の発明においては、電気導
体（３３）どうしの接続は、第一コイルエンド群（３１
ａ）においては連続線を用いてなされており、第二コイ
ルエンド群（３１ｂ）においては接合によってなされて
いることを特徴としている。これにより、各電気導体
（３３）はＵ字状のセグメント（３３１、３３２、３３
３）として形成される。そして、第一コイルエンド群
（３１ａ）においては、Ｕ字状セグメント（３３１、３
３２、３３３）のターン部（３３１ｃ、３３２ｃ、３３
３ｃ）で電気導体（３３）どうしが接続されることとな
る。また、第二コイルエンド群（３１ｂ）においては、
電気導体（３３）どうしは接合によって接続されること
となるが、電気導体（３３）どうしの接合は第二コイル
エンド群（３１ｂ）に集中させることができるので、製
造工程を容易にすることが可能となる。

【００１７】請求項５に記載の発明では、スロット（３
５）内において電気導体（３３）は径方向にのみ配列さ
れ、第一コイルエンド群（３１ａ）において電気導体
（３３）は一のスロット（３５）内での径方向最外層側
からの配列順番と他のスロット（３５）内での径方向最
内層側からの配列順番とが同じである電気導体（３３）
どうしが接続されており、第二コイルエンド群（３１
ｂ）において電気導体（３３）は一のスロット（３５）
内での径方向最外層側から交互に周方向逆向きに延ばさ
れ異なるスロット（３５）から伸びて径方向に隣接して
いる電気導体（３３）どうしが接続されていることを特
徴としている。

【００１８】これにより、第二コイルエンド群（３１
ｂ）においては、重ね巻（３１１、３１３）と波巻（３
１２、３１４）とが混在した巻線（３１５）を形成する
ための接合部が径方向に並んでいる電気導体（３３）の
端部どうしとなるので、接合工程をさらに容易にでき
る。また、スロット（３５）あたりの電気導体（３３）
数が最も少ない６本の場合でＵ字状のセグメントを用い
た構成では、第一コイルエンド群（３１ａ）において、
一のスロット（３５）の最外径層と他のスロット（３
５）の最内径層にある電気導体が大セグメント（３３
１）により形成され、最外径層より１層だけ内側にある
電気導体と他のスロット（３５）の最内径層より１層だ
け外側にある電気導体が中セグメント（３３２）により
形成され、最外径層より２層だけ内側にある電気導体と
他のスロット（３５）の最内径層より２層だけ外側にあ
る電気導体が小セグメント（３３３）により形成され
る。

【００１９】よって、大セグメント（３３１）と中セグ
メント（３３２）と小セグメント（３３３）のターン部
（３３１ｃ、３３２ｃ、３３３ｃ）を成形後、３本をそ
ろえて同時にスロット（３５）に導入できる。また、大
セグメント（３３１）と中セグメント（３３２）と小セ
グメント（３３３）のターン部（３３１ｃ、３３２ｃ、
３３３ｃ）を同時に成形することも可能である。また、
このように固定子巻線を構成すると、大セグメント（３
３１）と中セグメント（３３２）と小セグメント（３３
３）と形状が異なる異形セグメントを５本に抑えること
ができる。以上により、さらに生産性を高め、製造コス
トを低減できる。

【００２０】請求項６に記載の発明では、波巻の巻線
（３１２、３１４）は重ね巻の巻線（３１１、３１３）
に取り囲まれていることを特徴としている。請求項７に
記載の発明では、固定子巻線はスロット（３５）一つあ
たりのターン数が（４ｎ＋２）ターン（ｎ：自然数）で
あることを特徴としている。これにより、車両用交流発
電機（１）の所望の出力を得るために、奇数の倍数のタ
ーンの固定子巻線を必要とする場合にも、コイルエンド
（３１ａ、３１ｂ）において干渉なく、規則的な接続に
よって巻線を構成することができる。

【００２１】請求項８に記載の発明では、固定子巻線は
スロット（３５）一つあたりのターン数が（２ｎ＋１）
ターン（ｎ：自然数）である巻線に２分割され、この２
分割された巻線は並列接続されていることを特徴として
いる。これにより、車両用交流発電機（１）の所望の出
力を得るために、奇数ターンの固定子巻線を必要とする
場合にも、コイルエンド（３１ａ、３１ｂ）において干
渉なく、規則的な接続によって巻線を構成することがで
きる。

【００２２】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００２３】

【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形態に基づいて説明する。

【００２４】（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８は本実施形態の固定子の
説明図である。

【００２５】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。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
ンデル型ポールコア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。

【００２６】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１
２個の爪状磁極部７３により構成されている。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の第一
コイルエンド群３１ａと第二コイルエンド群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。

【００２７】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３
２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。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。

【００２８】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６本）の電気導体が収容されてい
る。また、一のスロット３５内の６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第１層、第２
層、第３層、第４層、第５層、第６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、異なるスロット３５内の電気導体は、コイ
ルエンド部において接続されている。固定子鉄心３２の
一方の端部のコイルエンド部においては、２つの電気導
体を連続した導体により形成することで、その連続部に
よって２つの電気導体が接続されている。また、固定子
鉄心３２の一方の端部のコイルエンド部においては、２
つの電気導体の端部を接合することにより、２つの電気
導体が接続されている。

【００２９】各スロット３５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３５内の１本の他の
電気導体と対をなしている。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３５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３５内の他の
層の電気導体と対をなしている。

【００３０】例えば、一のスロット３５内の第１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３５内の第６層の
電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロ
ット３５内の第２層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３
２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３５内の第５層の電気導体３３２ｂと、そして一の
スロット３５内の第３層の電気導体３３３ａ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３５内の第４層の電気導体３３３ｂと対をなし
ている。従って、スロット内に収容された電気導体は、
径方向に関して対称に位置する電気導体と対をなすよう
に、偶数の層をなして配置されている。

【００３１】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、３３３
ｃを経由することで接続される。従って固定子鉄心３２
の一方の端部においては、第３層の電気導体と第４層の
電気導体とを接続する連続線を、第２層の電気導体と第
５層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。
また、第２層の電気導体と第５層の電気導体とを接続す
る連続線を、第１層の電気導体と第６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３５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。第３層の電気導体
と第４層の電気導体との接続により内層コイルエンドが
形成され、第２層の電気導体と第５層の電気導体との接
続により中層コイルエンドが形成され、第１層の電気導
体と第６層の電気導体との接続により外層コイルエンド
が形成される。

【００３２】一方、一のスロット３５内の第２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３５内の第１層の
電気導体３３１ａ’とも対をなしている。また、一のス
ロット３５内の第３層の電気導体３３３ａ’は、固定子
鉄心３２の反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３５内の第４層の電気導体３３３ｂ’と対
をなし、一のスロット３５内の第５層の電気導体３３２
ｂは、固定子鉄心３２の反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３５内の第６層の電気導体３
３１ｂ’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。

【００３３】従って、固定子鉄心３２の他方の端部にお
いては、第１層の電気導体と第２層の電気導体とを接続
する接合部と、第３層の電気導体と第４層の電気導体と
を接続する接合部と、第５層の電気導体と第６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。第
１層の電気導体と第２層の電気導体との接続、第３層の
電気導体と第４層の電気導体との接続、および第５層の
電気導体と第６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。

【００３４】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
なく径方向に並べて配置される。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、第１層の電気導体と第６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３３
１により提供される。そして、第２層の電気導体と第５
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
てなる中セグメント３３２により提供され、第３層の電
気導体と第４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３３３により提供され
る。

【００３５】大セグメント３３１と中セグメント３３２
と小セグメント３３３とは基本セグメント３３を構成す
る。そして、基本セグメント３３を規則的にスロット３
５に配置して、固定子鉄心３２の周りを４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、１周めと２周めとを接続するターン部、２
周めと３周めとを接続するターン部及び３周めと４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１相あたり５本とな
る。

【００３６】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から図８を使用して説明する。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。また、上段がターン部を配列してなる第一コ
イルエンド群３１ａであり、下段が接合部を配列してな
る第二コイルエンド群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す。

【００３７】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。第二コイルエンド群３１ｂにおいて、一のスロット
から出た第２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
ら出た第１層の電気導体の端部と、また、一のスロット
から出た第６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
ら出た第５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ターンの重ね巻の第１巻線３１１が形
成される。

【００３８】また、図５に示すように、第二コイルエン
ド群３１ｂにおいて、一のスロットから出た第４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第３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１タ
ーンの波巻の第２巻線３１２が形成される。同様に、図
６に示すように、スロットあたり２ターンの重ね巻の第
３巻線３１３が形成され、図７に示すように、スロット
あたり１ターンの波巻の第４巻線３１４が形成される。

【００３９】これら図４から図７の巻線３１１〜３１４
は、図８に示すように、第１巻線３１１の端部ＸＸ１と
第２巻線３１２の端部ＸＸ２と、第２巻線３１２の端部
ＸＸ３と第３巻線３１３の端部ＸＸ４と、第３巻線３１
３の端部ＸＸ５と第４巻線３１４の端部ＸＸ６とが連結
される。そして、スロットあたり６ターンの巻線３１５
が形成される。

【００４０】このＸ相の巻線では、基本セグメント３３
である大セグメント３１１、中セグメント３１２および
小セグメント３１３とは形状が異なっている異形セグメ
ントは、第１巻線３１１の端部ＸＸ１と第２巻線３１２
の端部ＸＸ２とを連結するターン部を有するセグメント
３３５、第２巻線３１２の端部ＸＸ３と第３巻線３１３
の端部ＸＸ４とを連結するターン部を有するセグメント
３３６、第３巻線３１３の端部ＸＸ５と第４巻線３１４
の端部ＸＸ６とを連結するターン部を有するセグメント
３７、巻線端Ｘ１を有するセグメント３３８および巻線
端Ｘ２を有するセグメント３３９の５つである。異形セ
グメントが５つに抑えられることは、次のように説明で
きる。

【００４１】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
４番のスロット３５に挿入されている中セグメント３３
２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。また、図５に示す第２巻線３１２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３３３のターン部３３３ｃを切断することによって得
ることができる。

【００４２】同様に、図６に示す第３巻線３１３は、規
則的に接合してできる環状の巻線において、１番と４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、そして図７に示す第４巻線３１４
は、１番と４番のスロット３５に挿入されている小セグ
メント３３３のターン部３３３ｃを切断することによっ
て得ることができる。

【００４３】そして、切断した端部どうしを、上述のよ
うに適当に接合することにより、１本の巻線３１５を形
成している。このように、４つの環状の巻線を４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、巻線３１５を形成できる。そ
のため、必要な異形セグメントは５つである。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９に示すようにこれらの３相
が星形結線される。図８に示した巻線では、整流器５に
つながる巻線端Ｘ１は、第一コイルエンド群３１ａ側か
ら軸方向に取り出されている。

【００４４】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３３３の
ターン部３３３ｃをＵ字状の中セグメント３３２のター
ン部３３２ｃが囲むように、そしてＵ字状の中セグメン
ト３３２のターン部３３２ｃをＵ字状の大セグメント３
３１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の一のスロットの第１層に、中セグメント
３３２の一方の電気導体３３２ａは前記一のスロットの
第２層に、小セグメント３３３の一方の電気導体３３３
ａは前記一のスロットの第３層に挿入される。また、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第６層に、中セグメント３３２の
他方の電気導体も前記他のスロットの第５層に、小セグ
メント３３３の他方の電気導体も前記他のスロットの第
４層に挿入される。

【００４５】その結果、図２に示すように一のスロット
には最内層側から、上述の電気導体として直線部３３１
ａ、３３２ａ、３３３ａ、３３３ｂ’、３３２ｂ’、３
３１ｂ’が一列に配置される。ここで、３３３ｂ’、３
３２ｂ’、３３１ｂ’は１磁極ピッチずれた他のスロッ
ト３５内の電気導体と対をなしている大中小の各セグメ
ントの直線部である。

【００４６】挿入後、第二コイルエンド群３１ｂにおい
て、第１層、第６層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、第２層、第５層
の電気導体は、中セグメント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。
そして、第３層、第４層の電気導体は、小セグメント３
３３が開く方向に接合部３３３ｄ、３３３ｅが１．５ス
ロット分傾けられる。

【００４７】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、第二コイルエン
ド群３１ｂにおいて、第１層の接合部３３１ｄ’と第２
層の接合部３３２ｄとが、そして、第３層の接合部３３
３ｄ’と第４層の接合部３３３ｅ’とが，そして、第５
層の接合部３３２ｅと第６層の接合部３３１ｅ’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、電気的に接続される。

【００４８】なお、基本セグメント３３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３
３１、中セグメント３３２、小セグメント３３３は個別
に成形しても良いし、銅平板から３本を同時に成形して
も良い。また、各セグメント３３１〜３３３は直線の平
角断面を持つ電気導体をひねって形成してもよい。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。

【００４９】この実施形態では、スロット３５内に径方
向に配列された４ｎ＋２本（ｎ：自然数、本実施形態で
はｎ＝１）の電気導体を１ユニットとして、これを一つ
のスロット３５内に配置する構成を採用している。そし
て、固定子鉄心３２の一方の端部においては、一つのス
ロット３５からでる内層側ｍ本の電気導体を固定子鉄心
３２の全周に渡って一方向に傾斜させ、一つのスロット
３５から出る外層側ｍ本の電気導体を固定子鉄心３２の
全周に渡って他方向に傾斜させている。また、固定子鉄
心３２の他方の端部においては、一つのスロット３５か
ら出る４ｎ＋２本の電気導体を各層毎に固定子鉄心３２
の全周にわたって交互方向に傾斜させている。

【００５０】この形状を採用することにより、ほとんど
の電気導体を、多重に配置されたＵ字状の基本セグメン
ト３３によって提供している。なお、適所に異形セグメ
ントが装着されている。なお、ｍ＝（４ｎ＋２）／２で
ある。これら基本セグメント３３のｍ重に配置されたタ
ーン部で、一方のコイルエンド群が形成されている。ま
た、これらのセグメントの固定子鉄心３２から突出する
端部で、他方のコイルエンド群が形成されている。

【００５１】この他方のコイルエンド群においては、複
数のセグメントの先端部が接合されている。特に、この
実施形態では、複数の接合部は、コイルエンド群の表面
に露出して、多重の環状に配置される。すなわち、すべ
ての接合部は、コイルエンド群の最も外側に配置され、
規則的に配列されている。このため、すべての接合部に
対して外側から接合装置を直接に到達させることができ
る。しかも、接合部への接合装置の位置決めを確実に行
うことができ、接合工程の高度な自動化が可能となる。

【００５２】この接合部はｍ重の環状をなすように配列
されており、反対側のコイルエンド群において、ｍ重に
配置されたセグメントのターン部と共同して、一連の固
定子巻線を形成する。しかも、一つの相の固定子巻線の
中に、重ね巻の巻線と波巻の巻線とが混在する。すなわ
ちこの実施形態では、一方のコイルエンド群において
は、所定ピッチ離れた２つのスロット３５内の内外方向
対称層の２つの電気導体をｍ重に配置されたターン部に
より接続し、他方のコイルエンド群においては、所定ピ
ッチ離れた２つのスロット３５内の隣接する層の２つの
電気導体を接続するという構成を採用することで、重ね
巻の巻線と波巻の巻線とが混在する固定子巻線を形成し
ている。

【００５３】（第一実施形態の作用効果）上記構成とす
ることにより、第一コイルエンド群３１ａおよび第二コ
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６ターンの巻線
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５本のみで済み、他はすべて基本セグメ
ント３３の配置で巻線を構成できる。

【００５４】また、第二コイルエンド群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。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。

【００５５】さらに、セグメント３３は第一コイルエン
ド群３１ａにおいて、大セグメント３３１が中セグメン
ト３３２を、中セグメント３３２が小セグメント３３３
を囲むように３重のターン部を形成している。そのた
め、３本のセグメントをそろえて同時にスロットに導入
できることや、ターン部の成形加工において３本を同時
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。

【００５６】また、本実施形態の巻線は、第３層と第４
層の電気導体により形成される波巻の巻線を、第１層、
第２層、第４層、第６層の電気導体により形成される重
ね巻の巻線が取り囲むように構成されている。上記の実
施形態によると、重ね巻の巻線と、波巻の巻線とを接続
して１相の巻線を構成しているため、所要の出力特性を
得ることができる。

【００５７】しかも、重ね巻の巻線により得られる多い
ターン数と、波巻の巻線により得られる少ないターン数
とを組み合わせることで、重ね巻だけでは得られないタ
ーン数を実現することができる。さらに、上記実施形態
によると、異形セグメントの使用数を少なくすることが
できる。また、一方のコイルエンド部にセグメントの接
合部を集中させているため、接合作業が容易である。

【００５８】このように上記実施形態によると、優れた
生産性と、必要な出力特性とを両立することができる。

【００５９】（第二実施形態）第一実施形態より多いタ
ーン数の巻線は、以下のようにして実現することができ
る。

【００６０】第一実施形態では、スロット内の電気導体
の数Ｎ＝ターン数（Ｔ）＝６としたが、スロット内の電
気導体の数Ｎ＝４ｎ＋２（ｎ：自然数）の場合に、同様
の構成を適用することができる。例えば、ｎ＝２とし
て、スロット内の電気導体を１０本として１相の巻線を
構成することができる。この第２実施形態では、第一実
施形態の基本セグメント３３を更に２本のＵ字状のセグ
メントで囲むようにして５重のターン部を形成するよう
にする。図１０はスロットあたりの電気導体数が１０本
の場合の第一コイルエンド群３１ａを示す模式図であ
る。５重に重ねられたＵ字状のセグメントのうち、最内
側セグメントで波巻、内側から２重目と３重目のセグメ
ント及び内側から４重目と５重目のセグメントで重ね巻
の巻線を形成する。そして、これらを第一実施形態と同
様に異形セグメントで接続することにより、１本の巻線
を得ることができる。なお、追加される２本のＵ字状セ
グメントによって、２環の重ね巻の巻線が形成されるの
で、増加する異形セグメントの数は２である。

【００６１】スロットあたりの電気導体数が、１４本、
１８本というように、増加した場合も、外側に追加され
る２本ずつのＵ字状セグメントで重ね巻を形成すること
で、同様の巻線を得ることができる。また、スロットあ
たりの電気導体数が４本増加するごとに、異形セグメン
トの数は２ずつ増加する。このようにして得られた巻線
においても、各層の電気導体を同一方向に傾斜させるこ
とができるため、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４ｎ＋２ターンの巻線を形成
することができる。この時、異形セグメントは１相あた
り２ｎ＋３本のみで済み、他はすべて基本セグメント３
３の配置で巻線を構成できる。

【００６２】また、第二コイルエンド群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、２ｎ＋１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。

【００６３】さらに、セグメントをそろえて同時にスロ
ットに導入できることや、ターン部の成形加工において
複数本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。

【００６４】（第三実施形態）第一及び第二実施形態に
おいては、スロットあたりターン数が偶数である場合を
示した。しかし、車両用交流発電機の所望の出力を得る
ために、スロットあたりのターン数を奇数としたい場合
には、以下のようにして巻線を構成することがきる。

【００６５】第一実施形態における第１巻線３１１と第
二巻線３１２とを直列に接続したものと、第三巻線３１
３と第四巻線３１４とを直列にしたものとを並列に接続
することにより、図１１に示すように、スロットあたり
３ターンの巻線を接続したものを得ることができる。こ
のように、スロットあたり４ｎ＋２（ｎ：自然数）本の
電気導体から構成される複数の巻線を２分割し、並列接
続することにより、スロットあたり２ｎ＋１ターン、す
なわち奇数ターンの巻線を得ることができる。

【００６６】これにより、セグメント制作および巻線工
程の生産性を向上させ、製造コストの低減をすることが
できるとともに、奇数ターンの巻線を得ることができ
る。

【００６７】（他の実施形態）第一から第三の実施形態
においては基本セグメント３３の形状を、一のセグメン
トのターン部が他のセグメントのターン部を囲む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、第一から第三の実施形態においてセグメントのタ
ーン部により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、複数
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、一の接合部を他の接合部が囲むように位置する。

【００６８】また、一方のコイルエンドにおいて、一の
接合部を他の接合部が囲み、他方のコイルエンドにおい
て、径方向に隣接する電気導体をＵ字状セグメントで接
続した構成としてもよい。なお、上記第一から第三の実
施形態では、引出線は第一コイルエンド群３１ａ側に設
けたが、引出線を接合部側である第二コイルエンド群３
１ｂに設けても構わない。

【００６９】また、回転子３の極数、固定子巻線の相
数、固定子の極数は、要求される出力特性などに応じて
設定することができる。例えば、１６極の回転子、５相
の固定子巻線など任意のものを採用することができる。
また、固定子の極数を、回転子の極数ｐと、固定子巻線
の相数ｎとに対して、通常の数の２倍としてもよい。例
えば、１２極の回転子と、３相の固定子巻線とに関し
て、７２本のスロットを備える固定子鉄心を用いること
ができる。かかる構成においては、３相結線された固定
子巻線を２組構成することができる。そして、各組の出
力を合成することにより、所要の出力特性を得ることが
できる。また同一出力の下では、電気導体の断面積を小
さくできるため、セグメントの加工が容易になる。

【００７０】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。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、
占積率の観点から少なくともスロット３５内に収容され
る直線部３３１ａ、３３１ｂ、３３２ａ、３３２ｂ、３
３３ａおよび３３３ｂが平角断面であることが望まれし
いが、丸断面でもよい。

【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】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図で
ある。

【図８】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図で
ある。

【図９】第一実施形態の回路図である。

【図１０】第二実施形態の固定子の第一コイルエンド群
の模式図である。

【図１１】第三実施形態の回路図である。

【図１２】従来技術の部分的な巻線仕様図である。

【図１３】従来技術のスロット３５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…ハウジング、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…冷却ファン、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…基本セグメント、３４…インシュレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草瀬新愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H603 AA09 BB02 BB09 BB12 CA01 CA05 CB03 CB04 CB18 CC03 CC17 CD05 CD06 CD22 CD24 CE02 5H619 AA05 BB02 BB17 PP01 PP14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスロット（３５）を持つ固定子鉄
心（３２）と、前記固定子鉄心（３２）に装備された複
数の電気導体（３３）を接続してなる固定子巻線とを有
する車両用交流発電機の固定子において、前記固定子巻線に含まれる一の相の巻線（３１５）は、
重ね巻の巻線（３１１、３１３）と波巻の巻線（３１
２、３２４）とを接続して構成されており、一つの前記スロット（３５）内には、前記重ね巻の巻線
（３１１、３１３）の一部を構成する前記電気導体（３
３）と、前記波巻の巻線（３１２、３２４）の一部を構
成する前記電気導体（３３）とが配置され、かつ前記重
ね巻の巻線と、前記波巻の巻線とを直列接続して１相の
巻線を構成してい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】前記スロット（３５）一つあたり（４ｎ
＋２）本（ｎ：自然数）の前記電気導体（３３）が配置
されてい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。
【請求項３】前記重ね巻の巻線により得られる多いタ
ーン数と、前記波巻の巻線により得られる少ないターン
数とを組み合わせることを特徴とする請求項１もしくは
請求項２に記載の車両用交流発電機。
【請求項４】複数のスロット（３５）を持つ固定子鉄
心（３２）と、前記固定子鉄心（３２）に装備された複
数の電気導体（３３）を接続してなる固定子巻線とを有
する車両用交流発電機の固定子において、前記固定子鉄心（３２）には、前記スロット（３５）一
つあたり（４ｎ＋２）本（ｎ：自然数）の前記電気導体
（３３）が配置され、前記固定子鉄心（３２）の軸方向端面の一方に形成さ
れ、前記電気導体（３３）の接続部を多重に配置してな
る第一コイルエンド群（３１ａ）と、前記固定子鉄心（３２）の軸方向端面の他方に形成され
る第二コイルエンド群（３１ｂ）とを備え、前記第二コイルエンド群（３１ｂ）において、前記電気
導体（３３）は、重ね巻の巻線（３１１、３１３）と波
巻の巻線（３１２、３１４）とが混在するように接続さ
れ、かつ前記重ね巻の巻線と、前記波巻の巻線とを直列
接続して１相の巻線を構成していることを特徴とする車
両用交流発電機の固定子。
【請求項５】前記電気導体（３３）の接続は、前記第
一コイルエンド群（３１ａ）においては、ターン部（３
３１ｃ、３３２ｃ、３３３ｃ）によりなされており、前記第二コイルエンド群（３１ｂ）においては、接合に
よってなされていることを特徴とする請求項４に記載の
車両用交流発電機の固定子。
【請求項６】前記スロット（３５）内において前記電
気導体（３３）は径方向にのみ配列され、前記第一コイルエンド群（３１ａ）において、前記電気
導体（３３）は、一のスロット（３５）内での径方向最
外層側からの配列順番と他のスロット（３５）内での径
方向最内層側からの配列順番とが同じである前記電気導
体（３３）が接続されており、前記第二コイルエンド群（３１ｂ）において、前記電気
導体（３３）は、一のスロット（３５）内での径方向最
外層側から交互に周方向逆向きに延ばされ、異なるスロ
ット（３５）から伸びて径方向に隣接している前記電気
導体（３３）が接続されていることを特徴とする請求項
４または請求項５に記載の車両用交流発電機の固定子。
【請求項７】前記波巻の巻線（３１２、３１４）は前
記重ね巻の巻線（３１１、３１３）に取り囲まれている
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つ
に記載の車両用交流発電機の固定子。
【請求項８】前記固定子巻線は、前記スロット（３
５）一つあたりのターン数が（４ｎ＋２）ターン（ｎ：
自然数）であることを特徴とする請求項２から請求項７
のいずれか１つに記載の車両用交流発電機の固定子。
【請求項９】前記固定子巻線は、前記スロット（３
５）一つあたりのターン数が（２ｎ＋１）ターン（ｎ：
自然数）である巻線に２分割され、この２分割された巻
線は並列接続されていることを特徴とする請求項２から
請求項７のいずれか１つに記載の車両用交流発電機の固
定子。