JP2005328689A - 回転電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
固定子巻線の端部および固定子鉄心のスロット内の隙間に、熱伝導率が比較的高い電気絶縁部材を確実に充填させる場合、スロットの内部に予め装着された固定子巻線の移動を防止する。
【解決手段】
固定子の射出成型時、スロット２２ａの内部のみではなく、固定子鉄心２２の内周面側にも、熱伝導率が比較的高い電気絶縁部材２６を充填し、固定子鉄心２２の内周面側を電気絶縁部材２６によってモールドする。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機及びその製造方法に関する。

回転電機、例えば車両用交流発電機では、固定子の外径や軸方向長を変えることなく出力と発電効率を向上させるために、固定子巻線の端部及び固定子鉄心のスロット内の隙間に、熱伝導率が比較的高い電気絶縁樹脂を充填している。これにより、車両用交流発電機では、固定子巻線から発生する熱を、固定子の外周に設置されたブラケットに効率良く伝達し、ブラケットを冷却する冷媒、例えばエンジンの冷却水によって冷却している。このような回転電機としては、例えば特許文献１乃至３に記載されたものが従来から知られている。

特開２０００−２０９８１３号公報 特開２００２−１９１１４９号公報 特開平８−２８３４４８号公報

電気絶縁樹脂は、固定子鉄心のスロットに固定子巻線を装着した状態で射出成型により充填される。しかし、回転電機の生産性を高めるために、電気絶縁樹脂の射出圧が高く設定されている。このため、電気絶縁樹脂の射出時、予め固定子鉄心のスロットに装着された固定子巻線が射出圧の影響を受けて移動し、スロットの開口部から固定子鉄心の外側に押し出されてしまうことがある。特にスロット数が多い小型の回転電機、例えば車両用交流発電機ではスロット内の隙間が比較的小さいので、射出圧の影響が大きくなり、固定子巻線が押し出され易い。従って、固定子に回転子を組み込んで回転電機として組み立てて動作させた場合には、電気絶縁樹脂の充填によって押し出された部分と回転子の外周側が干渉しないようにする必要がある。また、固定子鉄心の内径の寸法精度を向上させるために、固定子鉄心の内周面を切削加工する場合には、押し出された固定子巻線が切削加工によって傷つかないようにする必要がある。

また、固定子巻線のスロット内における固定子巻線の占有率が高い回転電機では、固定子巻線の一方側の端部から注入された電気絶縁部材がスロットの内部を通って、固定子巻線の他方側の端部に充填され難く、生産性が低下する。このため、生産性を向上させるための工夫が必要である。

本発明は、電気絶縁部材の充填による固定子巻線の移動を防止することができる回転電機の製造方法を提供する。また、本発明は、電気絶縁部材が固定子巻線の両端部に充填され易い回転電気の製造方法を提供する。

本発明の基本的な特徴は、電気絶縁部材を前記固定子鉄心の内周面側に充填し、電気絶縁部材によって固定子鉄心の内周面側をモールドすることにある。

本発明によれば、固定子鉄心の内周面側に電気絶縁部材を充填するので、スロット内の固定子巻線に対して、固定子鉄心の内周側からも電気絶縁部材の射出圧をかけることができ、固定子巻線の射出圧による移動を防止することができる。すなわち固定子巻線に一方側からかかっていた圧力を低く抑えることができる。また、本発明によれば、固定子鉄心の内周面側に電気絶縁部材を充填するので、固定子巻線の一方側の端部から注入された電気絶縁部材が固定子巻線の他方側の端部に充填され易くなる。

また、本発明は、上記製造方法によって製造された回転電機を提供する。

本発明によれば、電気絶縁部材の充填による固定子巻線の移動を防止することができるので、回転電機の組み立て動作させた場合、電気絶縁樹脂の充填によって押し出された部分と回転子の外周側が干渉することがない。また、本発明によれば、固定子鉄心の内径の寸法精度を向上させるために、固定子鉄心の内周面を切削加工する場合には、押し出された固定子巻線が切削加工によって傷つかないようにすることができる。従って、本発明によれば、信頼性の高い回転電機を製造することができる回転電機の製造方法を提供することができる。

また、本発明によれば、固定子巻線の一方側の端部から注入された電気絶縁部材が固定子巻線の他方側の端部に充填され易くなるので、回転電機の生産性を向上させることができる回転電機の製造方法を提供することができる。

さらに、本発明によれば、上記製造方法によって製造された回転電機を提供することができる。

本発明に係る回転電機の製造方法の代表的な最良の実施形態は次の通りである。すなわち固定子鉄心のスロット内に固定子巻線を装着した状態で、熱伝導性を有する電気絶縁部材を、固定子巻線の固定子鉄心から軸方向両方向に突出したコイルエンド部に充填し、電気絶縁部材によってコイルエンド部をモールドするにあたり、電気絶縁部材を固定子鉄心の内周面側に充填し、電気絶縁部材によって固定子鉄心の内周面側をモールドする回転電機の製造方法にある。

また、本発明に係る回転電機の代表的な最良の実施形態は次の通りである。すなわち固定子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに装着された固定子巻線と、この固定子巻線の固定子鉄心から軸方向両方向に突出したコイルエンド部をモールドする電気絶縁部材とを有する固定子を備え、電気絶縁部材は、熱伝導性を有するものであって、固定子鉄心の内周面側をモールドしている回転電機にある。

本発明の第１実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。本実施例では、自動車の内燃機関であるエンジンによって駆動され、車載補機の駆動電力を発電する車両用交流発電機に本発明を適用した場合を例にとり説明するが、他の回転電機にも本発明を適用することができる。

図１において１はプーリであり、エンジンとベルト（図示せず）によって機械的に接続されている。エンジンの駆動力をプーリ１によって受けることにより、ベアリング３，４によって回転可能に保持された回転子２が固定子５の内周側で回転することができる。回転子２は、複数の爪部を有する爪形磁極６，７を備えている。爪形磁極６，７は、互いの爪部が噛み合うように対向配置されている。これにより、回転子２の回転方向には、爪形磁極６の爪部（Ｎ極或いはＳ極の一方）と爪形磁極７の爪部（Ｎ極或いはＳ極の他方）が交互に配列される。対をなす爪形磁極６，７の爪部の内周側には界磁巻線（図示省略）が巻かれている。爪形磁極６，７の中心部分には軸方向両方に延びる回転軸２ａが設けられている。

回転軸２ａの一方側端部の先端にはプーリ１が固定され、その他方側端部にはスリップリング１０，１１が設けられている。スリップリング１０，１１は界磁巻線と電気的に接続されている。スリップリング１０，１１の外周表面上にはブラシ８，９が押圧されている。ブラシ８，９はスリップリング１０，１１と摺動接触することにより、車載電源であるバッテリ（図示せず）或いは自己動作によって得られた発電電力を、界磁巻線の励磁電力としてスリップリング１０，１１に供給する。これにより、界磁巻線が励磁され、これによって得られた磁束が固定子５側と鎖交することによって、固定子５側に電圧が誘起され、電力が発生する。

尚、回転子２の回転方向に隣接する爪部間には、増磁に寄与するための永久磁石が配置される場合もある。また、回転子２の軸方向一方側（爪形磁極７の側端）には、冷却媒体である外気を機外から導入して機内循環させ、再び機外に排出するための冷却ファン２ｂが設けられている。

回転子２に所定の空隙を介して対向配置された固定子５は、軸方向に連続したスロット２２ａを周方向に複数有する固定子鉄心２２を備えている。スロット２２ａは固定子鉄心２２の内周側に開口部２２ｂを有している。スロット２２ａの内部には、固定子巻線２３を構成する複数の巻線導体２３ａが装着されている。スロット２２ａの内部であって、巻線導体２３ａ（固定子巻線２３）と固定子鉄心２２との間には、巻線導体２３ａと固定子鉄心２２との間を電気的に絶縁するための絶縁部材であるスロットライナ２４が設けられている。スロット２２ａの開口部２２ｂの近傍には、開口部２２ｂをスロット２２ａの内部側から塞ぎ、スロット２２ａの内部に装着された巻線導体２３ａが開口部２２ｂから固定子鉄心２２の外部に飛び出すことを防止するための阻止部材２５が設けられている。スロット２２ａの内部には、熱伝導率が比較的高い電気絶縁部材２６（斜線で示す）が充填されている。

電気絶縁部材２６は、スロットライナ２４及び阻止部材２５とスロット２２ａの内面との間の隙間、スロットライナ２４及び阻止部材２５と巻線導体２３ａとの間の隙間、開口部２２ｂ、すなわち阻止部材２５よりも固定子鉄心２２の径方向内側から固定子鉄心２２の内周表面よりも固定子鉄心２２の径方向外側の部分に充填されている。開口部２２ｂから固定子鉄心２２の内周側に露呈する電気絶縁部材２６の表面は、固定子鉄心２２の内周表面とほぼ面一になっている。本実施例では、阻止部材２５を境にしてその両側に電気絶縁部材２６が充填されている。

固定子鉄心２２の軸方向両端部から軸方向両方向に突出した固定子巻線２３の端部、すなわちコイルエンド部２０Ａ，２０Ｂにはそれぞれ電気絶縁部材２６Ａ，２６Ｂが充填されている。電気絶縁部材２６Ａ，２６Ｂは、スロット２２ａの内部に充填された電気絶縁部材２６と同様の電気絶縁性樹脂である。コイルエンド部２０Ａ，２０Ｂはそれぞれ電気絶縁部材２６Ａ，２６Ｂによってモールドされている。電気絶縁部材２６Ａ，２６Ｂはコイルエンド部２０Ａ，２０Ｂの全外周を覆って、固定子鉄心２２を内側に保持するハウジング２１の内周面に密着している。

電気絶縁部材２６，２６Ａ，２６Ｂは、前述したように、熱伝導率が比較的高いものであって、発電時、固定子巻線２３（巻線導体２３ａ）から発生した熱をハウジング２１及び固定子鉄心２２に熱伝達するものである。これにより、本実施例では、固定子巻線２３に発生した熱をハウジング２１から、ハウジング２１の周壁２１ｂに設けられた通路１３を流れる冷却媒体に伝達する熱経路と、固定子鉄心２２からハウジング２１を介して、通路１３を流れる冷却媒体に伝達する熱経路を形成している。

ハウジング２１の周壁２１ｂには、軸方向一端側（リア側であって、プーリ１側とは反対側をいう）が開放した通路１３を備えている。通路１３は、周壁２１ｂにに沿って周方向及び軸方向に連続して延びた帯状のものである。ハウジング２１の外周部には、冷却媒体供給口１２と冷却媒体排出口１６が軸方向に並設されている。冷却媒体供給口１２及び冷却媒体排出口１６は通路１３と連通している。冷却媒体供給口１２に連通する通路１３の部分と、冷却媒体排出口１６に連通する通路１３の部分は、仕切板によって仕切られている。これにより、冷却媒体は、冷却媒体供給口１２を介して通路１３に供給され、通路１３を周方向に流通した後、冷却媒体排出口１６を介して排出される。冷却媒体には、エンジンを冷却する冷却水（不凍液）を用いている。すなわち車両用交流発電機はエンジンの冷却系統に組み込まれている。

ハウジング２１（周壁２１ｂ）の軸方向他方側（フロント側であって、プーリ１側をいう）の開口端はブラケット１４によって塞がれている。ハウジング２１(周壁２１ｂ)の軸方向一方側の端部には側壁２１ｃが設けられている。側壁２１ｃのコイルエンド部２０Ｂと対向する部位には、製造時、電気絶縁部材２６，２６Ａ，２６Ｂである電気絶縁性樹脂を注入するための注入孔２１ａが形成されている。注入孔（射出口）２１ａは、軸方向に貫通する貫通孔である。側壁２１ｃの軸方向一方側（リア側）には、通路１３の開放端を塞ぐ端板２７が設けられている。端板２７の軸方向一方側（リア側）は、カバー２８によって覆われている。

カバー２８と端板２７によって形成された空間には、前述したブラシ８，９、これらを保持するためのホルダ、界磁巻線に供給される界磁電流を制御する電圧調整器１７、前述したスリップリング１０，１１、固定子巻線２３に発生した三相交流電力を直流電力に整流する整流器１５が設けられている。１８は、整流器１５に接続され（図示せず）整流後の直流電力を車両側に供給するために設けられたものであり、車両側配線と車両用発電機とを電気的に接続するための端子である。

このように、本実施例では、冷却媒体を通路１３に循環させることにより、効率良く固定子に発生した熱を冷却している。これにより、本実施例では、高出力で信頼性の高い車両用交流発電機を実現している。

次に、本実施例の車両用交流発電機における電気絶縁部材２６の射出成型について説明する。図３に示すように、ハウジング２１の内側に、固定子巻線２３が装着された固定子鉄心２２を保持した状態で注入孔（射出口）２１ａから、すなわちコイルエンド部２０Ｂ側から、電気絶縁部材２６である電気絶縁性樹脂を注入する。注入された電気絶縁性樹脂は、スロット２２ａの内部を通ってコイルエンド部２０Ａ側に供給され、コイルエンド部２０Ａに充填されると共に、スロット２２ａの内部の隙間に充填され、さらにはコイルエンド部２０Ｂに充填される。

ここで、電気絶縁部材２６の充填作業においては、特にスロット２２ａの内部を通過する際、その通過できる面積が少ないため、おのずと電気絶縁部材２６の圧力が上昇し、結果的には、図４に示すように、巻線導体２３ａや阻止部材２５が開口部２２ｂから固定子鉄心２２の外部に飛び出す。このため、回転子２を組み込んで車両用交流発電機として動作させた場合、固定子５の内周側で回転する回転子２の外周面と接触する恐れがある。また、固定子鉄心２２の内周面の寸法精度を向上させるために、固定子鉄心２２の内周面を切削加工する場合には、飛び出した巻線導体２３ａや阻止部材２５を切削加工によって傷つけてしまう恐れがある。

そこで、本実施例では、図５に示すように、固定子鉄心２２の内周面側にも電気絶縁部材２６を充填し、固定子鉄心２２の内周面側を電気絶縁部材２６によってモールドしている。これにより、本実施例では、電気絶縁部材２６の通過できる面積を増加することができるので、スロット２２ａの内部を通過する電気絶縁部材２６の圧力を低く抑えることができ、巻線導体２３ａ（固定子巻線２３）の移動を抑制することができる。尚、本実施例では、電気絶縁部材２６によって固定子鉄心２２の内周面側をモールドした後、固定子鉄心２２の内周面側をモールドした電気絶縁部材２６を、図２に示すように、除去しているが、図５に示すように、残しておいてもよい。

本発明の第２実施例を図６，図７に基づいて説明する。

前述した第１実施例では、巻線導体２３ａとして、線材の軸方向断面が略円形の丸線を用いた場合を例にとり説明した。本実施例においては、線材の軸方向断面が略矩形の角線を用いた場合について説明する。

車両用交流発電機の発電効率を向上させるためには、固定子巻線２３の断面積をできる限り大きくする、すなわちスロット２２ａの内部を占める固定子巻線２３の断面積の割合をできる限り大きくすることが考えられる。この場合、スロット２２ａの空間が元々少ないこともあり、電気絶縁部材２６を充填できる面積が少なく、スロット２２ａの内部を通して電気絶縁部材２６をコイルエンド部の一方側からコイルエンド部の他方側に供給することが厳しい。また、固定子巻線２３の線材として角線を用いた場合、固定子巻線２３として丸線を用いた場合よりもスロット２２ａ内の隙間が狭いので、電気絶縁部材２６を充填したときに線材に加わる圧力は、固定子巻線２３として丸線を用いた場合よりも大きくなり、線材がスロット２２ａから外れ易い。

そこで、本実施例では、図７に示すように、線材の軸方向断面が略矩形の角線を用いた４本の巻線導体２３ａを、スロット２２ａの深さ方向に並べてスロット２２ａの内部に装着する場合においても、前例と同様に、固定子鉄心２２の内周面側にも電気絶縁部材２６を充填し、固定子鉄心２２の内周面側を電気絶縁部材２６によってモールドしている。これにより、本実施例では、コイルエンド部の一方側から注入された電気絶縁部材２６をコイルエンド部の他方側に確実に充填することができる。スロット２２ａ内の各角線は、軸方向断面の長手方向の対向する２辺が固定子鉄心２２の径方向（スロット２２ａの深さ方向）と同方向となり、軸方向断面の短手方向対向する２辺が固定子鉄心２２の周方向（スロット２２ａの幅方向）と同方向になるように、スロット２２ａに挿入されている。すなわち各角線は、スロット２２ａの深さ方向（固定子鉄心２２の径方向）に対して縦長に配置されるように、スロット２２ａに挿入されている。

尚、本実施例の場合、スロット２２ａの内部の隙間が狭いため、スロット２２ａの内部を、注入した電気絶縁部材２６が十分に充填されない場合も考えられるが、元々、スロット２２ａの内部における固定子巻線２３の占める割合が高くなっているので、固定子巻線２３の冷却に与える影響は小さい。

また、本実施例の車両用交流発電機は、電動四輪駆動車の電動機の電源として用いられるものである。電動四輪駆動車は、前輪又は後輪のいずれか一方をエンジンで駆動し、そのいずれか他方を電動機（電動力）で駆動するものであり、電動機の電源として、エンジンによって駆動される車両用交流発電機を用いたものである。電動機の電源となる車両用交流発電機は、車両の運転状態に応じて、最大出力である約４２ｖと０ｖとの間で出力が可変するように制御される。電動機として直流電動機を用いた場合、車両用交流電動機の出力は直接、電動機の固定子巻線に供給される。従って、直流式電動四輪駆動車では、車両の運転状態に応じて車両用交流発電機の出力が可変制御されることにより、これに追従して電動機の出力（トルク）が可変される。電動機として交流電動機を用いた場合、車両用交流電動機の出力はインバータを介して電動機の固定子巻線に供給される。従って、交流式電動四輪駆動車では、車両の運転状態に応じて車両用交流発電機の出力とインバータの出力が可変制御されることにより、これに追従して電動機の出力（トルク）が可変される。

本発明の第３実施例を図８に基づいて説明する。

前述した第１及び第２実施例では、固定子鉄心２２の内周面側をモールドした電気絶縁部材２６の内周面の軸方向断面形状が円環状になるように、固定子鉄心２２の内周面側に電気絶縁部材２５を充填した場合を例にとり説明した。本実施例においては、固定子鉄心２２の内周面側をモールドした電気絶縁部材２６の内周面の軸方向断面形状が多角形状になるように、固定子鉄心２２の内周面側に電気絶縁部材２６を充填し、固定子鉄心２２の内周面側を電気絶縁部材２６によってモールドしている。これにより、本実施例では、固定子鉄心２２の内周面側に充填される電気絶縁部材２６の充填量を低減することができると共に、電気絶縁部材２６の充填時、成型治具を固定子鉄心２２の内周面に接触させて成型治具の位置決めを容易に行うことができる。

本発明の第１実施例である車両用交流発電機の構成を示す断面図。 図１の軸方向断面であって、固定子部分の拡大して示す部分断面図。 図１の車両用交流発電機の製造方法を説明するための断面図。 不良例を示す部分断面図。 図１の車両用交流発電機の製造方法を説明するためのものであって、図３の軸方向の断面を拡大して示す部分断面図。 本発明の第２実施例である車両用交流発電機の固定子部分の構成を拡大して示す部分断面図。 図６の車両用交流発電機の製造方法を説明するための部分断面図。 本発明の第３実施例である車両用交流発電機の固定子部分の構成を拡大して示す部分断面図。

符号の説明

５…固定子、２０Ａ，２０Ｂ…コイルエンド部、２２…固定子鉄心、２２ａ…スロット、２３…固定子巻線、２６，２６Ａ，２６Ｂ…電気絶縁部材。

Claims (13)

1. 固定子鉄心のスロット内に固定子巻線を装着した状態で、熱伝導性を有する電気絶縁部材を、前記固定子巻線の前記固定子鉄心から軸方向両方向に突出したコイルエンド部に充填し、
   前記電気絶縁部材によって前記コイルエンド部をモールドする
   にあたり、
   前記電気絶縁部材を前記固定子鉄心の内周面側に充填し、
   前記電気絶縁部材によって前記固定子鉄心の内周面側をモールドする
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
2. 請求項１に記載の回転電機の製造方法において、
   前記電気絶縁部材を前記コイルエンド部に充填する際、前記電気絶縁部材を、前記コイルエンド部の一方側から注入し、前記スロットを通過させて前記コイルエンド部の他方側に充填する
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機の製造方法において、
   前記コイルエンド及び前記固定子鉄心の内周面側を前記電気絶縁部材によってモールドした後、前記固定子鉄心の内周面側をモールドする前記電気絶縁部材を切削により除去する
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の回転電機の製造方法において、
   前記固定子鉄心の内周面側を前記電気絶縁部材によってモールドする際、前記固定子鉄心の内周面側をモールドする前記電気絶縁部材の軸方向断面の内周側形状が円環状をなすように、前記固定子鉄心の内周面側を前記電気絶縁部材によってモールドする
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
5. 請求項１又は２に記載の回転電機の製造方法において、
   前記固定子鉄心の内周面側を前記電気絶縁部材によってモールドする際、前記固定子鉄心の内周面側をモールドする前記電気絶縁部材の軸方向断面の内周側形状が多角形状をなすように、前記固定子鉄心の内周面側を前記電気絶縁部材によってモールドする
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
6. 固定子鉄心と、
   該固定子鉄心のスロットに装着された固定子巻線と、
   該固定子巻線の前記固定子鉄心から軸方向両方向に突出したコイルエンド部をモールドする電気絶縁部材と
   を有する固定子を備え、
   前記電気絶縁部材は
   熱伝導性を有するものであって、
   前記固定子鉄心の内周面側をモールドしている
   ことを特徴とする回転電機。
7. 固定子鉄心と、
   該固定子鉄心のスロットに装着された固定子巻線と、
   該固定子巻線の前記固定子鉄心から軸方向両方向に突出したコイルエンド部をモールドする電気絶縁部材と
   を有する固定子を備え、
   前記スロットには、その開口部を内側から塞ぐ閉塞部材が設けられており、
   前記電気絶縁部材は、
   熱伝導性を有するものであって、
   前記閉塞部材を境にしてその両側に充填されている
   ことを特徴とする回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機において、
   前記閉塞部材は、前記スロットの開口部からの前記固定子巻線の飛び出しを防止するための阻止部材である
   ことを特徴とする回転電機。
9. 請求項７に記載の回転電機において、
   前記閉塞部材は、前記固定子鉄心と前記固定子巻線とを電気的に絶縁するスロット絶縁部材である
   ことを特徴とする回転電機。
10. 請求項７乃至９のいずれかに記載の回転電機において、
    前記閉塞部材の前記開口部側に充填された前記電気絶縁部材は、前記固定子鉄心の内周面側にモールドされた前記電気絶縁部材を前記固定子鉄心の内周表面まで除去することによって得られる
    ことを特徴とする回転電機。
11. 請求項６乃至１０のいずれかに記載の回転電機において、
    前記固定子は、周壁及び該周壁の軸方向一方側に設けられた側壁からなるハウジングの内側に固定されており、
    前記側壁の前記コイルエンド部と対向する部位には、前記電気絶縁部材を注入するための孔が設けられている
    ことを特徴とする回転電機
12. 請求８に記載の回転電機において、
    前記固定子巻線は、線材の軸方向の断面形状が略円形の丸線である
    ことを特徴とする回転電機。
13. 請求９に記載の回転電機において、
    前記固定子巻線は、線材の軸方向の断面形状が略矩形の角線である
    ことを特徴とする回転電機。
    

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