JP2008109739A - 車両用回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】製造設備の小型化や段取りの簡素化が可能であり、絶縁性確保が容易な車両用回転電機の固定子を提供すること。
【解決手段】軸方向に沿って複数の積層体３１０、３２０、３３０を積層して固定することにより構成された円筒形状の固定子鉄心３１と、固定子鉄心３１に形成された複数のスロットに巻装される固定子巻線とが備わっている。複数の積層体３１０、３２０、３３０のそれぞれは、積層された複数枚のコアシートからなり、このコアシートは、周方向に沿って分割された複数の分割コアシートからなり、一の積層体について、複数の分割コアシートの周方向に沿った分割位置を一致させている。
【選択図】図２

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機の固定子に関する。

従来から、車両用交流発電機等の回転電機の固定子として、帯状の鉄板を円筒状に巻き付けて積層して溶接する固定子鉄心を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、１層分のコアシートを２分割し、この分割位置を交互にずらして配置しながら積層することで構成された固定子鉄心を用いるものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−３７９５１号公報（第４−９頁、図１−１６） 米国特許第５２５６９２６号明細書（第１−３頁、図１−５）

ところで、特許文献１に開示された固定子に用いられる固定子鉄心は、帯状の鉄板を円筒状に巻き付けるための設備が大型化し、高価であるとともに帯状の鉄板搬入等の段取りに手間がかかるという問題があった。また、特許文献２に開示された固定子に用いられる固定子鉄心は、隣接する各層のコアシートの周方向位置が異なるため、各スロットの側面を構成する各コアシートの位置が微妙にずれて凹凸となり、絶縁性の低下を招くという問題があった。例えば、防錆用の塗装をする場合には特に凸部のエッジで塗装が薄くなってコアシートの素材が露出しやすくなる。また、スロット内にインシュレータ（絶縁部材）を挿入してコアシートと固定子巻線との間の電気絶縁を確保する場合には、このインシュレータが凸部のエッジに当たって破損しやすくなる。絶縁性低下は出力性能低下や耐久性低下をもたらすため好ましくない。

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、製造設備の小型化や段取りの簡素化が可能であり、絶縁性確保が容易な車両用回転電機の固定子を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機の固定子は、軸方向に沿って複数の積層体を積層して固定することにより構成された円筒形状の固定子鉄心と、固定子鉄心に形成された複数のスロットに巻装される固定子巻線とを有しており、複数の積層体のそれぞれは、積層された複数枚のコアシートからなり、コアシートは、周方向に沿って分割された複数の分割コアシートからなり、一の積層体について、複数の分割コアシートの周方向に沿った分割位置を一致させている。複数の分割コアシートの分割位置を一致させることにより、積層された分割コアシートにおける各スロットの壁面の凹凸をなくすことができ、凸部のエッジを少なくすることによって絶縁性の確保が容易となる。また、分割コアシートを用いることにより、帯状の鉄板を円筒状に巻き付けるような大型の製造設備が不要になり、製造設備の小型化や段取りの簡素化が可能になる。

また、上述した分割コアシートの周方向に沿った分割位置は、複数の積層体のそれぞれについて異なる位置に設定されており、複数の積層体のそれぞれを固定することにより、周方向にずらして配置された複数の分割コアシートを相互に固定することが望ましい。複数の積層体を相互に固定することで周方向に配置された複数の分割コアシートの固定も行っているため、複数の分割コアシートを相互に固定する必要がなく、分割コアシートの形状（特に合わせ面）や固定構造の簡素化が可能となる。

また、上述した複数の積層体のそれぞれは、外周部が複数の分割コアシートの合わせ面において凹凸のない円筒形状を有していることが望ましい。これにより、分割コアシートのつなぎ部分への水の浸入や滞留を防止することができ、耐環境性を向上させることができる。

また、上述した分割コアシートにはリベットを貫通させるためのリベット穴が形成されており、複数の積層体の固定は、リベット穴に貫通させたリベットによって行われることが望ましい。これにより、外周部に凹凸のない複数の積層体の固定が容易となる。

また、本発明の車両用回転電機の固定子は、軸方向に沿って複数のコアシートを積層することにより構成された円筒形状の固定子鉄心と、固定子鉄心に形成された複数のスロットに巻装される固定子巻線とを有しており、コアシートは、周方向に沿って分割された複数の分割コアシートからなり、複数の分割コアシートの周方向に沿った分割位置を、隣接する複数枚毎に異ならせている。複数の分割コアシートの分割位置を一致させることにより、積層された分割コアシートにおける各スロットの壁面の凹凸をなくすことができ、凸部のエッジを少なくすることによって絶縁性の確保が容易となる。また、分割コアシートを用いることにより、帯状の鉄板を円筒状に巻き付けるような大型の製造設備が不要になり、製造設備の小型化や段取りの簡素化が可能になる。また、複数の分割コアシートの周方向に沿った分割位置を隣接する複数枚毎に異ならせているため、固定子鉄心全体についてみると分割コアシートの分割位置が周方向ずれるため、分割位置を全て一致させた場合に比べて強度的に弱く、かつ、水が浸入しやすい分割位置を周方向に分散させることができる。

また、周方向に沿って分割された複数の分割コアシートは、同一形状を有することが望ましい。これにより、分割コアシートの部品点数を減らすとともに生産性を向上させることが可能となる。

また、上述した固定子鉄心は、複数の分割コアシートを周方向に並べた形状を有して周方向に連続した非分割コアシートが軸方向端面の一方あるいは両方に配置されていることが望ましい。これにより、固定子鉄心をフレームにボルト等で締め付ける際に、隣接する分割コアシートの間に微小段差があった場合であってもこの微小段差が原因で不均一な締め付け荷重が発生することを防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機として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造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、フロント側フレーム４、リヤ側フレーム５、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８、プーリ９等を含んで構成されている。

回転子２は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線２１を、それぞれが６個の爪部を有する界磁鉄心２２、２３によって、回転軸２４を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側（プーリ９側）の界磁鉄心２２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン２５が溶接等によって取り付け固定されている。同様に、リヤ側の界磁鉄心２３の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン２６が溶接等によって取り付け固定されている。

固定子３は、固定子鉄心３１と、三相の固定子巻線３２と、固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間を電気絶縁する絶縁部材としてのインシュレータ３３とを備えている。固定子鉄心３１の構造については後述する。

整流装置７は、固定子３の三相の固定子巻線３２の出力電圧である三相交流を整流して直流出力を得るためのものであり、所定の間隔で固定される正極側放熱板および負極側放熱板と、それぞれの放熱板に半田付け等によって取り付けられた複数個の整流素子とを含んで構成されている。

フロント側フレーム４およびリヤ側フレーム５は、上述した回転子２および固定子３を収納しており、回転子２が回転軸２４を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子２の界磁鉄心２２、２３の外側に所定の隙間を介して配置された固定子３が固定されている。この固定子３の固定は、回転子２の回転方向に沿って等間隔に設けられた４箇所の支持部４２０にボルト３４を通して締め付けることにより行われる。

電圧調整器８は、界磁巻線２１に流す励磁電流を制御することにより車両用交流発電機１の出力電圧を調整するためのものであり、電気負荷と発電量とに応じて変化する出力電圧をほぼ一定に維持する。プーリ９は、エンジン（図示せず）の回転を車両用交流発電機１内の回転子２に伝えるためのものであり、回転軸２４の一方端（スリップリング等と反対側）にナット９１によって締め付け固定されている。また、ブラシ装置６、整流装置７、電圧調整器８を覆うように、これらを保護するリヤカバー１０が取り付けられている。

次に、固定子鉄心３１の詳細について説明する。図２は、固定子鉄心３１の側面図である。また、図３は固定子鉄心３１の平面図である。図２に示すように、本実施形態の固定子鉄心３１は、それぞれが複数層のコアシートからなり、軸方向（回転軸２４あるいは円筒形状の固定子鉄心３１の中心軸）に沿って積層される３つの積層体３１０、３２０、３３０からなっている。各コアシートは、鋼板（例えば鉄板）により形成されている。

図３に示すように、積層体３１０には、内周側に開口を有する複数のスロット３１１が形成されている。また、積層体３１０を構成する複数枚のコアシート３１０Ａは、中心角が１２０°の同じ形状を有する３つの分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄからなっている。

図４は、分割コアシート３１０Ｂの拡大図である。図４に示すように、分割コアシート３１０Ｂは、１１個のスロット３１１を有している。分割コアシート３１０Ｂの両端部のそれぞれは、他の分割コアシート３１０Ｃ、３１０Ｄの端部と突き合わされたときに１つのスロット３１１が形成されるように、スロット３１１を周方向に２分割した形状を有している。また、分割コアシート３１０Ｂには、３スロット間隔で４個のリベット穴３１２が形成されている。積層体３１０において、複数枚の分割コアシート３１０Ｂの周方向位置は全て同じに設定されており、４個のリベット穴３１２のそれぞれが貫通している。

積層体３１０に含まれる他の分割コアシート３１０Ｃ、３１０Ｄも上述した分割コアシート３１０Ｂと同じ形状および配置状態を有している。また、３つの分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄのそれぞれの外周部は合わせ面において凹凸のない円弧形状を有しており、分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄのそれぞれを複数枚ずつ積層して周方向に並べたときに、外周部全体が凹凸のない円筒形状となる。

上述した説明では積層体３１０について詳述したが、他の積層体３２０、３３０も同様の構造を有している。但し、これら３つの積層体３１０、３２０、３３０は、組み付ける際に互いに周方向位置（分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄのそれぞれの合わせ面の位置）が３０°異なるように配置されている。上述したリベット穴３１２は３０°間隔（３スロット間隔が３０°間隔に相当する）で形成されており、互いの周方向位置をずらしてもそれぞれのリベット穴３１２が貫通するようになっている。この貫通したリベット穴３１２に、全体で１２本のリベット３４０を通した後にリベット３４０の反挿入側の端部を変形させることにより、３つの積層体３１０、３２０、３３０相互の固定および各積層体を構成する複数枚の分割コアシートの固定が行われる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１の固定子３に用いられる固定子鉄心３１では、複数の分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの分割位置を一致させることにより、積層された分割コアシートにおける各スロット３１１の壁面の凹凸をなくすことができ、凸部のエッジを少なくすることによって絶縁性の確保が容易となる。

図５は、固定子鉄心３１のスロット３１１の部分的な拡大断面図である。図６は、帯状の鉄板を円筒状に巻き付けることで製造される従来の固定子鉄心のスロットの部分的な拡大断面図であり、比較のために示されている。本実施形態では、積層体３１０に含まれる３つの分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄのそれぞれが周方向位置を一致させた状態で積層される。したがって、同一形状を有する分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄを同一の製造工程で製造する場合を想定すると、積層体３１０の各スロット３１１についてはその壁面の凹凸をなくすことができる。他の積層体３２０、３３０についても同様であり、結局、積層体３１０、３２０、３３０のそれぞれの境界において生じる段差部が残るだけであり、凹凸の程度を最小限に抑えることができる。したがって、スロット３１１の壁面の凸部にインシュレータ３３が当たって破損することを低減することができる。また、スロット３１１内に防錆用の塗装をする場合には、凸部のエッジで塗装が薄くなって分割コアシートの素材が露出することを防止することができる。

また、分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄを用いることにより、帯状の鉄板を円筒状に巻き付けるような大型の製造設備が不要になり、製造設備の小型化や段取りの簡素化が可能になる。

また、複数の積層体３１０、３２０、３３０を相互に固定することで周方向に配置された複数の分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの固定も行っているため、複数の分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄを相互に固定する必要がなく、分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの形状（特に合わせ面）や固定構造の簡素化が可能となる。

また、複数の積層体３１０、３２０、３３０のそれぞれは、外周部が複数の分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの合わせ面において凹凸のない円筒形状を有している。これにより、分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄのつなぎ部分とその外周側のフロント側フレーム４との間への水の浸入や滞留を防止することができ、耐環境性を向上させることができる。

また、分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄにはリベット穴３１２が形成されており、複数の積層体３１０、３２０、３３０の固定は、これらのリベット穴３１２に貫通させたリベット３４０によって行われる。これにより、外周部に凹凸のない複数の積層体３１０、３２０、３３０の固定が容易となる。

また、周方向に沿って分割された複数の分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄは、同一形状を有している。これにより、分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの部品点数を減らすとともに生産性を向上させることが可能となる。

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。上述した実施形態では、３つの積層体３１０、３２０、３３０を積層させて固定子鉄心３１を構成したが、積層させる積層体の数は３以外であってもよい。例えば、図７には２つの積層体を積層させる場合が、図８には５つの積層体を積層させる場合がそれぞれ示されている。

また、積層体の数と各積層体のコアシートを構成する分割コアシートの数は必ずしも一致させる必要はない。例えば図２および図３に示すように３つの分割コアシートを組み合わせて構成される積層体を３つではなく２つ組み合わせて固定子鉄心３１を構成するようにしてもよい。また、各積層体を構成するコアシートの数は、積層体毎に異ならせるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、各積層体をリベット３４０を用いて相互に固定するようにしたが、他の固定手段、例えば外周部の溶接によって各積層体を固定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、３つの積層体３１０、３２０、３３０を積層させて固定子鉄心３１を構成したが、両端の積層体３１０、３３０の外側に非分割コアシートを追加するようにしてもよい。図９は、非分割コアシートが追加された固定子鉄心の側面図である。図９に示す固定子鉄心３１は、図２等に示した構成に対して、積層体３１０の軸方向端面に非分割コアシート３５０を追加し、積層体３３０の軸方向端面に非分割コアシート３５２を追加した点が異なっている。非分割コアシート３５０、３５２は、３つの分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄを周方向に並べた形状を有し、周方向に連続している。これらの非分割コアシート３５０、３５２は、図２等に示した構成に対して新たに追加する場合の他に、積層体３１０、３３０を構成する分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの一部を置き換えるようにしてもよい。また、非分割コアシート３５０、３５２のそれぞれは、１枚の鋼板により構成される場合の他、複数枚の鋼板を重ねて構成するようにしてもよい。

図１０は、非分割コアシート３５０、３５２が追加された固定子鉄心３１をフロント側フレーム４に組み付けた状態を示す部分的な拡大図である。固定子鉄心３１の軸方向端面の一部がボルト３４によってフロント側フレーム４の支持部４２０に締め付けられるが、ボルト３４の当接位置と、固定子鉄心３１の積層体３１０、３３０を構成する分割コアシート３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄの分割位置とが一致し、この分割位置において微小段差があると、ボルト３４の締め付け荷重が２つの分割コアシートに均等に加わらなくなってしまうおそれがある。上述した非分割コアシート３５０、３５２を追加することで、このような不均一な締め付け荷重の発生を防止（あるいは不均一な締め付け荷重を低減）することができる。なお、上述した説明では、固定子鉄心３１の軸方向両端に２つの非分割コアシート３５０、３５２を追加したが、ボルト３４が当接する側（リア側）に一方の非分割コアシート３５０のみを追加するようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。 固定子鉄心の側面図である。 固定子鉄心の平面図である。 分割コアシートの拡大図である。 固定子鉄心のスロットの部分的な拡大断面図である。 帯状の鉄板を円筒状に巻き付けることで製造される従来の固定子鉄心のスロットの部分的な拡大断面図である。 固定子鉄心の変形例を示す側面図である。 固定子鉄心の変形例を示す側面図である。 固定子鉄心の変形例を示す側面図である。 非分割コアシートが追加された固定子鉄心をフロント側フレームに組み付けた状態を示す部分的な拡大図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ 固定子
４ フロント側フレーム
５ リヤ側フレーム
６ ブラシ装置
７ 整流装置
８ 電圧調整器
９ プーリ
３１ 固定子鉄心
３２ 固定子巻線
３３ インシュレータ
３１０、３２０、３３０ 積層体
３１０Ａ コアシート
３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ 分割コアシート
３１１ スロット
３１２ リベット穴
３４０ リベット
３５０、３５２ 非分割コアシート

Claims (7)

1. 軸方向に沿って複数の積層体を積層して固定することにより構成された円筒形状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に形成された複数のスロットに巻装される固定子巻線とを有する車両用回転電機の固定子において、
   前記複数の積層体のそれぞれは、積層された複数枚のコアシートからなり、
   前記コアシートは、周方向に沿って分割された複数の分割コアシートからなり、
   一の前記積層体について、前記複数の分割コアシートの周方向に沿った分割位置を一致させたことを特徴とする車両用回転電機の固定子。
2. 請求項１において、
   前記分割コアシートの周方向に沿った分割位置は、前記複数の積層体のそれぞれについて異なる位置に設定されており、
   前記複数の積層体のそれぞれを固定することにより、周方向にずらして配置された前記複数の分割コアシートを相互に固定することを特徴とする車両用回転電機の固定子。
3. 請求項１または２において、
   前記複数の積層体のそれぞれは、外周部が前記複数の分割コアシートの合わせ面において凹凸のない円筒形状を有していることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
4. 請求項３において、
   前記分割コアシートにはリベットを貫通させるためのリベット穴が形成されており、
   前記複数の積層体の固定は、前記リベット穴に貫通させたリベットによって行われることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
5. 軸方向に沿って複数のコアシートを積層することにより構成された円筒形状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に形成された複数のスロットに巻装される固定子巻線とを有する車両用回転電機の固定子において、
   前記コアシートは、周方向に沿って分割された複数の分割コアシートからなり、
   前記複数の分割コアシートの周方向に沿った分割位置を、隣接する複数枚毎に異ならせることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   周方向に沿って分割された前記複数の分割コアシートは、同一形状を有することを特徴とする車両用回転電機の固定子。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記固定子鉄心は、前記複数の分割コアシートを周方向に並べた形状を有して周方向に連続した非分割コアシートが軸方向端面の一方あるいは両方に配置されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
   

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