JP2004297964A

JP2004297964A - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP2004297964A
Application number: JP2003089511A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Onishi; 和芳大西
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: US6972506B2; JP4001040B2; US20040189134A1

Abstract

【課題】電気導体と固定子鉄心との間の電気絶縁を確保することができる回転電機の固定子を提供すること。
【解決手段】回転電機としての車両用交流発電機の固定子３は、複数のスロット３５が周方向に並んで配置された固定子鉄心３２と、一部がスロット３５内に収容され、残りが固定子鉄心３２の軸方向端面から突出して周方向に曲げられたセグメント導体３３と、スロット３５の内壁面とセグメント導体３３の外周面との間に配置され、スロット３５の内周面に沿ってセグメント導体３３の外周面を一周する間に少なくとも２箇所で重ねられた重複部を有するインシュレータ３４とを備える。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の回転電機の固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用交流発電機の固定子には、電気導体と固定子鉄心との間の電気絶縁を行うためにインシュレータ（電気絶縁部材）が用いられている。固定子鉄心の端面から露出した電気導体が巻線形成のために周方向に折り曲げられるとインシュレータの端部が押し広げられて破れるおそれがあり、このような破れ防止のためにインシュレータの端部にスリットが設けられた車両用交流発電機の固定子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。インシュレータの一部にスリットを設けることにより、固定子鉄心のスロット内で径方向に隣接する電気導体が互いに周方向反対側に折り曲げられた場合であっても、インシュレータの端部全体が無理に押し広げられることがなく、必要な部分のみが押し広げられることになるため、インシュレータの端部が破れることを防止することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７８０５７号公報（第３−４頁、図１−９）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示された従来の車両用交流発電機の固定子は、インシュレータの端部にスリットが設けられているため、このスリット部分において電気導体と固定子鉄心との間の距離が近くなり、これらの間が短絡しやすくなって十分な電気絶縁を確保することができないという問題があった。また、少しでも良好な電気絶縁を確保しようとすると、スリットの長さを短くすることになるが、スリット先端が固定子端面よりも外側になると、電気導体の曲げにともなってスリット端部が破れやすくなる。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電気導体と固定子鉄心との間の電気絶縁を確保することができる回転電機の固定子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の固定子は、複数のスロットが周方向に並んで配置された固定子鉄心と、一部がスロット内に収容され、残りが固定子鉄心の軸方向端面から突出して周方向に曲げられた電気導体と、スロットの内壁面と電気導体の外周面との間に配置され、スロットの内周面に沿って電気導体の外周面を一周する間に少なくとも２箇所で重ねられた重複部を有する電気絶縁部材とを備えている。固定子鉄心の端面から突出した電気導体が周方向に曲げられて電気絶縁部材が周方向に押し広げられた場合であっても、重複部において重なった部分がずれてこの広がり分を吸収することができるため、電気絶縁部材が破れることがなく、しかも、重なった部分がずれるだけであるためこの重複部を通して電気導体と固定子鉄心とが接近して短絡しやすくなることもなく、電気導体と固定子鉄心との間の電気絶縁を確保することが可能になる。
【０００７】
また、上述した電気絶縁部材は、重複部において互いに分離された複数のシート材からなることが望ましい。これにより、単純な形状のシート材を組み合わせて一のスロットに挿入する電気絶縁部材を形成することが可能になり、部品形状の簡素化による製造の容易化およびこれに伴う部品コストの低減が可能になる。
【０００８】
また、上述した重複部は、連続したシート材を折り返すことにより形成されていることが望ましい。これにより、電気導体と固定子鉄心との間に確実に電気絶縁部材を介在させることが可能になり、電気絶縁を確保をさらに確実なものとすることができる。
【０００９】
また、上述した電気導体は、矩形断面を有しており、重複部は、スロットに収容された複数の電気導体の周囲を２分する２箇所に設けられていることが望ましい。これにより、重複部で挟まれた電気絶縁部材の幅がほぼ等しくなり、電気導体を曲げた際に重複部の重なった部分をほぼ同じ量ずらすことができ、各重複部において電気絶縁部材が破れることをさらに防止することが可能になる。また、電気絶縁部材を複数のシート材で形成した場合には、各シート材の形状を同じにすることができ、電気絶縁部材の製造の容易化を図ることが可能になる。
【００１０】
また、上述した重複部は、複数の電気導体の周囲の内周端および外周端に形成されていることが望ましい。これにより、電気絶縁を確保しつつ、周方向に沿ってほぼ均等に電気絶縁部材を押し広げることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、ハウジング４、整流器５等を含んで構成されている。
【００１２】
回転子２は、界磁として作用し、シャフト６と一体になって回転しており、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、送風装置としての斜流ファン１１および遠心ファン１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連結されており、車両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。
【００１３】
ハウジング４は、フロントハウジング４ａとリアハウジング４ｂからなっており、その軸方向端面には吸入孔４１が、外周両肩部には、固定子３の第１コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂのそれぞれ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。
【００１４】
整流器５は、固定子３から出力される交流電圧を直流に変換する整流作用を行っており、車両用交流発電機１の反プーリ側の端部に設けられている。
次に、固定子３の詳細について説明する。図２は、固定子３を外側から見た展開図である。また、図３は固定子３の部分的な斜視図であり、フロント側（整流器５と反対側）から見た状態が示されている。
【００１５】
固定子３は、薄い鋼板を重ね合わせて形成された固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成された複数のスロット３５に収容された固定子巻線３１と、固定子鉄心３２と固定子巻線３１との間に配置された電気絶縁部材としてのインシュレータ３４とを備えている。
【００１６】
固定子巻線３１は、複数のＵ字状のセグメント導体３３によって構成されている。Ｕ字状のセグメント導体３３の一対の直線部を、所定ピッチ離れた固定子鉄心３２の２つのスロット３５に挿入し、先端部を周方向に沿って所定位置まで折り曲げて、他のセグメント導体３３の先端部と順次接合することにより、多相巻線としての固定子巻線３１が形成される。
【００１７】
図４は、固定子３の部分的な断面図である。図５は、固定子鉄心３２から露出したインシュレータ３４の形状を示す部分的な斜視図である。
図４に示すように、固定子鉄心３２の各スロット３５に収容されたセグメント導体３３は、１本１本の電気導体として把握することができ、各スロット３５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。
【００１８】
具体的には、一のスロット３５内の電気導体は、固定子鉄心３２の径方向に関して内側（スロット３５の内周側開口部側）から内端層、内中層、外中層、外端層の順に一列に配列されており、その全体をスロット３５の内壁面に沿って覆うように各電気導体とスロット３５の内壁面の間にインシュレータ３４が配置されている。また、各電気導体には、絶縁皮膜３７として、ポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。
【００１９】
インシュレータ３４は、図５に示すように、固定子鉄心３２の両端面から所定長さだけ軸方向に突出して設けられている。これにより、スロット３５から突出した各電気導体と固定子鉄心３２の各端面との間の電気絶縁状態を確保している。また、インシュレータ３４は、スロット３５の内周側開口部および外周側壁面近傍において互いに分離された２枚のシート材としての分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂを組み合わせることにより構成されている。一方の分割インシュレータ３４Ａは、スロット３５に収容された４本の電気導体の一方の周方向側面全体と、内端層の電気導体の内周側側面の半分以上と、外端層の電気導体の外周側側面の半分以上とを覆うコの字形状を有している。また、他方の分割インシュレータ３４Ｂは、スロット３５に収容された４本の電気導体の他方の周方向側面全体と、内端層の電気導体の内周側側面の半分以上と、外端層の電気導体の外周側側面の半分以上とを覆うコの字形状を有している。これら２つの分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂは、内端層の電気導体の内周側側面と外端層の電気導体の外周側側面のそれぞれにおいて部分的に重複した重複部３４Ｃ、３４Ｄを形成している。また、これら２つの分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂは、固定子鉄心３２の軸方向端面から所定量突出しており、各電気導体と固定子鉄心３２の軸方向端面との間の距離が確保されている。
【００２０】
このように、本実施形態の固定子３に含まれるインシュレータ３４は、スロット３５の内周面に沿って４本の電気導体の外周面を一周する間に２箇所で重ねられた２枚の分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂとによって構成されており、固定子鉄心３２の端面から突出した電気導体としてのセグメント導体３３が周方向に曲げられてインシュレータ３４が周方向に押し広げられた場合であっても、径方向両端部の重複部３４Ｃ、３４Ｄにおいて重なった部分がずれてこの広がり分を吸収することができるため、インシュレータ３４が破れることを防止することができる。しかも、重なった部分がずれるだけであるためこの重複部３４Ｃ、３４Ｄを通してセグメント導体３３と固定子鉄心３２とが接近して短絡しやすくなることもなく、セグメント導体３３と固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保することが可能になる。
【００２１】
特に、上述したインシュレータ３４は、重複部３４Ｃ、３４Ｄにおいて互いに分離された２つのシート材である分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂからなっており、単純な形状のシート材を組み合わせて一のスロット３５に挿入するインシュレータ３４を形成することが可能になり、部品形状の簡素化による製造の容易化およびこれに伴う部品コストの低減が可能になる。
【００２２】
また、上述したセグメント導体３３を構成する電気導体は、矩形断面を有しており、インシュレータ３４の重複部３４Ｃ、３４Ｄは、スロット３５に収容された４本の電気導体の周囲を２分する２箇所（内周端と外周端）に設けられているため、重複部３４Ｃ、３４Ｄで挟まれた分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂのそれぞれの幅がほぼ等しくなり、電気導体を曲げた際に重複部３４Ｃ、３５Ｄの重なった部分をほぼ同じ量ずらすことができ、各重複部３４Ｃ、３４Ｄにおいてインシュレータ３４が破れることをさらに防止することが可能になる。また、各分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂを同じ形状にすることができ、分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂの製造の容易化を図ることが可能になる。
【００２３】
また、分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂの各重複部３４Ｃ、３４Ｄは、４本の電気導体の周囲の内周端および外周端に形成されているため、電気絶縁を確保しつつ、周方向に沿ってほぼ均等に分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂのそれぞれを押し広げることが可能になる。
【００２４】
〔第２の実施形態〕
上述した実施形態では、スロット３５の開口部近傍と最奥部（最外周部）において分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂを重複させたが、スロット３５の周方向側面において重複させるようにしてもよい。
【００２５】
図６は、第２の実施形態の固定子の部分的な断面図である。図７は、固定子鉄心３２から露出したインシュレータの形状を示す部分的な斜視図である。
本実施形態のインシュレータ１３４は、スロット３５の２つの周方向側面のほぼ中央において互いに分離された２枚の分割インシュレータ１３４Ａ、１３４Ｂを組み合わせることにより構成されている。一方の分割インシュレータ１３４Ａは、スロット３５に収容された内端層および内中層の２本の電気導体と外中層の電気導体の一部を覆うコの字形状を有している。また、他方の分割インシュレータ１３４Ｂは、スロット３５に収容された外端層および外中層の２本の電気導体と内中層の電気導体の一部を覆うコの字形状を有している。これら２つの分割インシュレータ１３４Ａ、１３４Ｂは、内中層の電気導体と外中層の電気導体の境界近傍において部分的に重複した重複部１３４Ｃ、１３４Ｄを形成している。また、これら２つの分割インシュレータ１３４Ａ、１３４Ｂは、図７に示すように、固定子鉄心３２の軸方向端面から所定量突出しており、各電気導体と固定子鉄心３２の軸方向端面との間の距離が確保されている。
【００２６】
このように、固定子鉄心３２の端面から突出した電気導体としてのセグメント導体３３が周方向に曲げられてインシュレータ１３４が周方向に押し広げられた場合であっても、周方向側面のほぼ中央に設けられた各重複部１３４Ｃ、１３４Ｄにおいて重なった部分がずれてこの広がり分を吸収することができるため、インシュレータ１３４が破れることがなく、しかも、各重複部１３４Ｃ、１３４Ｄの重なった部分がずれるだけであるためこの重複部１３４Ｃ、１３４Ｄを通してセグメント導体３３と固定子鉄心３２とが接近して短絡しやすくなることもなく、セグメント導体３３と固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保することが可能になる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した第１の実施形態では、２枚の分割インシュレータ３４Ａ、３４Ｂのそれぞれの端部同士を重ね合わせることにより２つの重複部３４Ｃ、３４Ｄを形成するようにしたが、重複部３４Ｃ、３４Ｄの少なくとも一方を、１枚のシート材を折り返すことにより形成した重複部３４Ｅに置き換えるようにしてもよい（第２の実施形態についても同様である）。
【００２８】
図８は、１枚のシート材を折り返すことにより形成した重複部３４Ｅの断面図である。図８に示すように、重複部３４Ｅは、インシュレータ２３４の一部を所定長さ分折り返すことにより形成されている。セグメント３３が周方向に折り曲げられてインシュレータ２３４が周方向に押し広げられた場合であっても、重複部３４Ｅにおいて折り返された部分が広げられてインシュレータ２３４全体の広がり分を吸収することができるため、インシュレータ２３４が破れることがなく、しかも、セグメント導体３３と固定子鉄心３２とが接近して短絡しやすくなることもなく、セグメント導体３３と固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保することが可能になる。
【００２９】
また、上述した各実施形態は、車両用交流発電機の固定子に含まれるインシュレータ３４等について説明したが、車両用交流発電機以外の回転電機の固定子に含まれるインシュレータについても同様に本発明を適用することができる。
また、上述した各実施形態では、一のスロット３５に挿入されるインシュレータを２枚の分割インシュレータを組み合わせることにより構成したが、３枚以上の分割インシュレータを組み合わせて構成するようにしてもよい。この場合には、隣接する分割インシュレータの端部同士を重ね合わせて重複部を形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】固定子を外側から見た展開図である。
【図３】固定子の部分的な斜視図である。
【図４】固定子の部分的な断面図である。
【図５】固定子鉄心から露出したインシュレータの形状を示す部分的な斜視図である。
【図６】第２の実施形態の固定子の部分的な断面図である。
【図７】固定子鉄心から露出したインシュレータの形状を示す部分的な斜視図である。
【図８】１枚のシート材を折り返すことにより形成した重複部の断面図である。
【符号の説明】
１車両用交流発電機
２回転子
３固定子
４ハウジング
５整流器
３１固定子巻線
３２固定子鉄心
３３セグメント導体
３４、１３４、２３４インシュレータ
３４Ａ、３５Ｂ、１３４Ａ、１３４Ｂ分割インシュレータ
３４Ｃ、３４Ｄ、３４Ｅ、１３４Ｃ、１３４Ｄ重複部
３５スロット

Claims

複数のスロットが周方向に並んで配置された固定子鉄心と、一部が前記スロット内に収容され、残りが前記固定子鉄心の軸方向端面から突出して周方向に曲げられた複数の電気導体と、
前記スロットの内壁面と前記電気導体の外周面との間に配置され、前記スロットの内周面に沿って前記複数の電気導体の外周面を一周する間に少なくとも２箇所で重ねられた重複部を有する電気絶縁部材と、
を備えることを特徴とする回転電機の固定子。
請求項１において、
前記電気絶縁部材は、前記重複部において互いに分離された複数のシート材からなることを特徴とする回転電機の固定子。
請求項１において、
前記重複部は、連続したシート材を折り返すことにより形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記電気導体は、矩形断面を有しており、
前記重複部は、前記スロットに収容された前記複数の電気導体の周囲を２分する２箇所に設けられていることを特徴とする回転電機の固定子。
請求項４において、
前記重複部は、前記複数の電気導体の周囲の内周端および外周端に形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。