JP2005012887A

JP2005012887A - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP2005012887A
Application number: JP2003172819A
Authority: JP
Inventors: Fumio Komura; 文雄小村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: US6900572B2; US20040256943A1; JP3903964B2

Abstract

【課題】固定子巻線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、多数のスロット３５が形成された固定子鉄心３２と、スロット３５に径方向に複数収容されて固定子鉄心３２に巻かれて固定子巻線をなすセグメント導体３３と、スロット３５内にセグメント導体３３とともに収容されてその一部がスロット３５の外部に露出してセグメント導体３３と固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保するとともにセグメント導体３３のスロット外導体部の折り曲げ形状に対応する変形部３４Ａを有するインシュレータ３４とを備えている。
【選択図】図３

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（固定子巻線）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。電気導体と固定子鉄心との間の電気絶縁が確保できなくなると、これらの間で電気短絡を生じて発電異常を起こすおそれがあり、耐環境性の悪化につながるため、何らかの対策が必要になる。
【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、固定子巻線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、多数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロット内に収容されるスロット内導体部と、スロット内導体部につながるとともにスロットから露出して設けられてスロットから遠ざかるにつれて周方向に折り曲げられるスロット外導体部とを有し、スロットに径方向に複数収容されて固定子鉄心に巻かれて固定子巻線をなすセグメント導体と、スロット内にセグメント導体とともに収容され、その一部がスロットの外部に露出して、セグメント導体と固定子鉄心との間の電気絶縁を確保するとともに、スロット外導体部が折れ曲がり接触すると容易に周方向に変形する変形部を有する環状の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セグメント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、電気絶縁部材の変形部が周方向に変形し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、セグメント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、固定子巻線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。このため、固定子巻線と固定子鉄心との間で電気短絡を生じて発電異常を起こすこともなく、耐環境性の悪化を防止することができる。
【０００７】
また、本発明の回転電機の固定子は、多数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロット内に収容されるスロット内導体部と、スロット内導体部につながるとともにスロットから露出して設けられてスロットから遠ざかるにつれて周方向に折り曲げられるスロット外導体部とを有し、スロットに径方向に複数収容されて固定子鉄心に巻かれて固定子巻線をなすセグメント導体と、スロット内にセグメント導体とともに収容され、その一部がスロットの外部に露出して、セグメント導体と固定子鉄心との間の電気絶縁を確保するとともに、スロット外導体部の折り曲げ形状に対応する変形部を有する環状の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セグメント導体が周方向に曲げられた場合であっても、電気絶縁部材の変形部がもともとこのセグメント導体の折り曲げ形状に合わせて形成されているため、電気絶縁部材が破れることがなく、セグメント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、固定子巻線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。このため、固定子巻線と固定子鉄心との間で電気短絡を生じて発電異常を起こすこともなく、耐環境性の悪化を防止することができる。
【０００８】
また、上述した変形部は、スロット外導体部に対して固定子鉄心の周方向に沿って形成されていることが望ましい。これにより、セグメント導体が周方向に折り曲げられたときに発生する電気絶縁部材の破れや破損を有効に防止することが可能になる。
【０００９】
また、上述した変形部は、環状外側に膨らむ凸部であることが望ましい。これにより、折り曲げられたセグメント導体の周囲を覆うことが可能になり、部分的にセグメント導体と固定子鉄心とが近づくことを防止することができる。
また、上述した凸部は、固定子鉄心の端面から遠ざかるにつれて膨らむ量が多くなるように形成されていることが望ましい。これにより、セグメント導体の折り曲げ形状に合わせて凸部を形成することができ、電気絶縁部材の先端部が無理に押し広げられることを防止することができる。
【００１０】
また、上述したスロットに径方向に収容される複数のセグメント導体のそれぞれのスロット外導体部は、径方向に隣接するスロット外導体部が互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられ、凸部は、互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられた複数のスロット外導体部のそれぞれに対応して形成されていることが望ましい。これにより、径方向に隣接するセグメント導体が互いに周方向反対側に折り曲げられたときに、電気絶縁部材が周方向両側に押し広げられることにより発生する破れや破損を防止す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、一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る。図４は、固定子３に備わったセグメント導体の詳細形状を示す斜視図である。図５は、固定子３に備わったインシュレータの詳細形状を示す部分的な斜視図である。図６は、固定子３の内周側から見た部分的な側面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図９は、図６のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【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（図４）、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（図２）。それぞれのセグメント導体３３は、スロット３５内に収容されるスロット内導体部３３Ａと、スロット内導体部３３Ａにつながるとともにスロット３５から露出して設けられてスロット３５から遠ざかるにつれて周方向に折り曲げられるスロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃとを有している。このような形状を有するセグメント導体３３が、スロット３５に径方向に複数収容されて固定子鉄心３２に巻かれて固定子巻線３１をなしている。
【００１７】
図７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（スロット内導体部３３Ａ）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２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内のスロット内導体部３３Ａは、固定子鉄心３２の径方向に沿って内層と外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スロット内導体部３３Ａ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、各セグメント導体３３のスロット内導体部３３Ａおよびスロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃ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３および図５に示すように、固定子鉄心３２内にセグメント導体３３のスロット内導体部３３Ａとともに収容され、その一部がスロット３５の外部に露出して、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している。このインシュレータ３４は、スロット３５内に収容された２本のスロット内導体部３３Ａを覆うように環状に形成されている。
【００２０】
また、インシュレータ３４の軸方向端部は、スロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃの折り曲げ形状に対応する変形部３４Ａを有している。この変形部３４Ａは、スロット外導体部３３Ｂあるいは３３Ｃの周囲を覆って環状外側に膨らむ凸部であり、スロット外導体３３Ｂ、３３Ｃに対して固定子鉄心３２の周方向に沿って、しかも、固定子鉄心３２の軸方向端面から遠ざかるにつれて膨らむ量が多くなるように形成されている（図８、図９）。また、図３および図５に示すように、一のスロット３５に収容される２本のセグメント導体３３の各スロット外導体部３３Ｃ（３３Ｂ）は、径方向に隣接する他方のスロット外導体部３３Ｃ（３３Ｂ）と互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられており、互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられたそれぞれのスロット外導体部３３Ｃ（３３Ｂ）に対応して複数の変形部３４Ａが形成されている。
【００２１】
このように、固定子鉄心３２の端面から突出したセグメント導体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、インシュレータ３４の変形部３４Ａがもともとこのセグメント導体３３の折り曲げ形状に合わせて形成されているため、インシュレータ３４Ａが破れることがなく、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、固定子巻線３１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。このため、固定子巻線３１と固定子鉄心３２との間で電気短絡を生じて発電異常を起こすこともなく、耐環境性の悪化を防止することができる。
【００２２】
また、インシュレータ３４の変形部３４Ａは、セグメント導体３３のスロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃに対して固定子鉄心３２の周方向に沿って形成されているため、セグメント導体３３が周方向に折り曲げられたときに発生する電気絶縁部材の破れや破損を有効に防止することが可能になる。
【００２３】
また、変形部３４Ａを環状外側に膨らむ凸部とすることにより、折り曲げられたセグメント３３の周囲を覆うことが可能になり、部分的にセグメント導体３３と固定子鉄心３２とが近づくことを防止することができる。
また、変形部３４Ａを形成する凸部は、固定子鉄心３２の端面から遠ざかるにつれて膨らむ量が多くなるようになっており、これにより、セグメント導体３３の折り曲げ形状に合わせてこの凸部を形成することができ、インシュレータ３４の先端部が無理に押し広げられることを防止することができる。
【００２４】
また、スロット３５に径方向に収容される複数のセグメント導体３３のそれぞれのスロット外導体部３３Ｃ（３３Ｂ）に対応して変形部３４Ａが形成されているため、径方向に隣接するセグメント導体３３が互いに周方向反対側に折り曲げられたときに、インシュレータ３４が周方向両側に押し広げられることにより発生する破れや破損を防止することが可能になる。
【００２５】
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、上述した実施形態では、スロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃの折り曲げ形状に対応する形に形成された変形部３４Ａを有するインシュレータ３４を用いたが、スロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃが折れ曲がり接触したときに容易に周方向に変形する変形部を有するインシュレータを用いるようにしてもよい。
【００２６】
図１０は、変形部の形状を変更した変形例のインシュレータを用いた固定子を内周側から見た部分的な側面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。図１２は、図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図であり、セグメント導体３３を折り曲げる前の状態が示されている。図１３は、図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図であり、セグメント導体３３を折り曲げる前の状態が示されている。図１４は、図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図であり、セグメント導体３３を折り曲げた後の状態が示されている。図１５は、変形例のインシュレータの詳細形状を示す固定子の部分的な斜視図である。
【００２７】
これらの図において、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（スロット内導体部３３Ａ）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４本の電気導体が収容されている。
具体的には、一のスロット３５内のスロット内導体部３３Ａは、固定子鉄心３２の内径側から径方向外側に向かって内端層、内中層、外中層、外端層の順で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スロット内導体部３３Ａとスロット３５の内壁面の間にインシュレータ１３４が配置されている。
【００２８】
インシュレータ１３４は、固定子鉄心３２内にセグメント導体３３のスロット内導体部３３Ａとともに収容され、その一部がスロット３５の外部に露出して、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している。このインシュレータ１３４は、スロット３５内に収容された４本のスロット内導体部３３Ａを覆うように環状に形成されている。
【００２９】
また、インシュレータ１３４の軸方向端部は、スロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃが折れ曲がり接触すると容易に固定子鉄心３２の周方向に変形する変形部１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄを有している。これらの変形部１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄは、スロット外導体部３３Ｂあるいは３３Ｃの周囲に形成された凸部であり、スロット外導体３３Ｂ、３３Ｃに対して固定子鉄心３２の周方向に沿って、しかも、固定子鉄心３２の軸方向端面から遠ざかるにつれて膨らむ量が多くなるように形成されている（図１２、図１３）。また、スロット外導体部３３Ｃを折り曲げる前後の状態を示している図１３および図１４からわかるように、一のスロット３５に収容される４本のセグメント導体３３の各スロット外導体部３３Ｃは、径方向に隣接する他方のスロット外導体部３３Ｃと互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられており、互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられたそれぞれのスロット外導体部３３Ｃに少なくとも一つの変形部１３４Ａ等が対応するように４つの変形部１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄが形成されている。
【００３０】
このように、固定子鉄心３２の端面から突出したセグメント導体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、インシュレータ１３４の各変形部１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄが固定子鉄心３２の周方向に変形し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の端部が破れることがなく、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、固定子巻線３１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。このため、固定子巻線３１と固定子鉄心３２との間で電気短絡を生じて発電異常を起こすこともなく、耐環境性の悪化を防止することができる。
【００３１】
また、上述した実施形態は、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、１３４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。
【図面の簡単な説明】
【図１】一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】固定子に備わったセグメント導体の詳細形状を示す斜視図である。
【図５】固定子に備わったインシュレータの詳細形状を示す部分的な斜視図である。
【図６】固定子の内周側から見た部分的な側面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図６のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】変形部の形状を変更した変形例のインシュレータを用いた固定子を内周側から見た部分的な側面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１５】変形例のインシュレータの詳細形状を示す固定子の部分的な斜視図である。
【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インシュレータ
３４Ａ、１３４Ａ、１３４Ｂ、１３４Ｃ、１３４Ｄ変形部
３５スロット

Claims

多数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記スロット内に収容されるスロット内導体部と、前記スロット内導体部につながるとともに前記スロットから露出して設けられて前記スロットから遠ざかるにつれて周方向に折り曲げられるスロット外導体部とを有し、前記スロットに径方向に複数収容されて前記固定子鉄心に巻かれて固定子巻線をなすセグメント導体と、
前記スロット内に前記セグメント導体とともに収容され、その一部が前記スロットの外部に露出して、前記セグメント導体と前記固定子鉄心との間の電気絶縁を確保するとともに、前記スロット外導体部が折れ曲がり接触すると容易に周方向に変形する変形部を有する環状の電気絶縁部材と、
を備えることを特徴とする回転電機の固定子。
多数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記スロット内に収容されるスロット内導体部と、前記スロット内導体部につながるとともに前記スロットから露出して設けられて前記スロットから遠ざかるにつれて周方向に折り曲げられるスロット外導体部とを有し、前記スロットに径方向に複数収容されて前記固定子鉄心に巻かれて固定子巻線をなすセグメント導体と、
前記スロット内に前記セグメント導体とともに収容され、その一部が前記スロットの外部に露出して、前記セグメント導体と前記固定子鉄心との間の電気絶縁を確保するとともに、前記スロット外導体部の折り曲げ形状に対応する変形部を有する環状の電気絶縁部材と、
を備えることを特徴とする回転電機の固定子。
請求項１または２において、
前記変形部は、前記スロット外導体部に対して前記固定子鉄心の周方向に沿って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、
前記変形部は、環状外側に膨らむ凸部であ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、
前記凸部は、前記固定子鉄心の端面から遠ざかるにつれて膨らむ量が多くなるように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４または５において、
前記スロットに径方向に収容される複数の前記セグメント導体のそれぞれの前記スロット外導体部は、径方向に隣接する前記スロット外導体部が互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられ、
前記凸部は、互いに反対向きとなるように周方向に折り曲げられた複数の前記スロット外導体部のそれぞれに対応して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。