JP2009284648A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】積層鉄心の形状を変更することなく、耐振性、冷却性に優れ、口出し部の小型化（低層化）を可能とした回転電機を得る。
【解決手段】内周面に複数個の磁石が設けられ、中心軸のまわりに回転される椀状のフライホイールと、このフライホイールの内周面側に配設され放射状に突出された複数の磁極２１の外周面が上記磁石と対面するように形成された固定子鉄心２と、上記磁極にそれぞれ卷回された複数のコイル３と、上記固定子鉄心の中心軸方向一端面における上記コイルよりも径方向内側に設けられ上記複数のコイルの各巻始め線３ａ及び各巻終り線３ｂの結線処理並びに出力用リード線の接続を行う円環状の接続ホルダ４とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばフライホイールの回転により回転する磁石と電機子巻線との電磁誘導作用により発電する磁石発電機などとして好ましく用いることができる回転電機に関し、特に整線処理を含む口出し線構造の改良に関するものである。

従来の磁石発電機として、周方向に間隔をおいて軸線方向に引き出された発電コイルの第１相、第２相及び第３相のそれぞれ一対の口出し線のうち、第２相の口出し線、第３相の口出し線は、第１の保護チューブで被覆されており、この第１の保護チューブで被覆された、第２相の口出し線及び第３相の口出し線は、第１相の口出し線に向かって周方向に折曲されて、第１相の口出し線とともに束ねられ、束ねられた、第１相の口出し線、第２相の口出し線及び第３相の口出し線は、それぞれ上記周方向とは反対側に折曲されたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−１６６７５２号公報（第１頁、図１〜図２）

磁石発電機においては、低回転域の出力確保のため主にＹ（スター）結線仕様の固定子が用いられ、また高回転域の出力抑制のため主に△（デルタ）結線仕様の固定子が用いられるため、結線仕様により巻線条件及び結線方法が異なり、巻き線後の状態に応じた機種数に合せた複数のサブＡＳＳＹが必要であった。また、出力リード線の引き出し方向においても右出し／左出しの２仕様が存在することで、それに応じた整線処理を必要としていた。さらに、整線処理を巻線された磁極部上で実施していることで、その周辺は熱が篭り冷却性を著しく阻害していた。近年、磁石発電機には高出力化・小型化の要求があるため、口出し部の構造においても低層化が必要とされている。上記特許文献１のような従来の磁石発電機では部品点数を削減できるという効果が得られるものの、上記課題を解消することは困難であった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、固定子鉄心の形状を変更することなく、耐振性、冷却性に優れ、口出し部を小型化（低層化）し得る回転電機を提供することを目的としている。

この発明に係る回転電機は、内周面に複数個の磁石が設けられ、中心軸のまわりに回転される椀状のフライホイールと、このフライホイールの内周面に対向するように設けられた放射状に突出された複数の磁極を有する固定子鉄心と、上記磁極にそれぞれ卷回された複数のコイルと、上記固定子鉄心の上記中心軸方向の一端面における上記コイルよりも径方向内側に設けられ上記複数のコイルの各巻始め線及び各巻終り線の結線処理並びに出力用リード線の接続を行う円環状の接続ホルダとを備えるようにしたものである。

この発明においては、コイルの各巻始め線及び各巻終り線の結線処理並びに出力用リード線の接続を行う円環状の接続ホルダを固定子鉄心の中心軸方向一端面におけるコイルよりも径方向内側に設け、その接続ホルダ上で結線処理を行うようにしたことにより、固定子鉄心の形状を変更することなく、耐振性、冷却性に優れ、口出し部を小型化（低層化）することができる。

実施の形態１．
図１及び図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機としての磁石発電機の要部を概念的に示す図であり、図１は固定子の縦断面図、図２は図１に示された固定子を示す正面図である。なお、各図を通じて同一または相当部分については同一符号を付して説明する。図において、磁石発電機の固定子１は、放射状に突出された複数の磁極２１を有し、取付穴２ａを有する積層された固定子鉄心２と、上記磁極２１にそれぞれ卷回された複数のコイル（発電コイル）３と、固定子鉄心２の中心軸Ｏ方向の一端面（図１の右側端面）におけるコイル３よりも径方向内側に当設され、複数のコイル３の各巻始め線３ａ及び各巻終り線３ｂの結線処理並びに出力用リード線（図示省略）の接続を行う円環状の接続ホルダ４と、この接続ホルダ４を固定子鉄心２に固定する取付ボルト５などを備えている。

上記接続ホルダ４は、円環状に形成され周方向の複数個所に取付ボルト５の挿通穴４１ａが設けられ、該挿通穴４１ａの周囲部が取付ボルト５の座面部となる基材４１と、基材４１に対して絶縁材４２を介して固定され上記複数のコイル３の巻始め線３ａ及び巻終り線３ｂを例えば溶接、カシメ等によって接続するための上記コイル３または磁極２に対応して周方向に複数設けられた接続端子部４３と、この例では３相のデルタ結線を行うように上記複数の接続端子部４３を周方向に電気的に接続する複数のターミナル導体４４（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）とを備え、固定子鉄心２端面からの中心軸Ｏ方向の寸法は図１に示すようにコイル３の厚みＷと略同等かそれよりも小さく形成されている。なお、ターミナル導体４４は図２に示すように径方向内周側から例えば第１相（４４ａ）、第２相（４４ｂ）、第３相（４４ｃ）のように同心円の円弧状に離間して配設され、また、取付ボルト５の部分では径方向外側を迂回するように逃がして形成されている。

また、接続端子部４３は巻始め線３ａまたは巻終り線３ｂとの接続、あるいは図示省略している出力リード線との接続を容易にするために、中心軸Ｏの方向に突出されている。なお、出力リード線は、第１相〜第３相に対応した所望の接続端子部４３から、仕様に応じた所望の方向に引き出される。また、磁石発電機を構成する内周面に複数個の磁石が設けられ、中心軸Ｏのまわりに回転される椀状のフライホイール、内燃機関等の駆動源によりそのフライホイールを回転させる動力伝達機構、及びコイル３に誘起された交流電力を直流に整流するダイオード等、その他の構成は例えば上記特許文献１に示されるような従来公知の技術と同様のものを適宜選択して用いることができる部分であるので、図示及び詳細な説明を省略する。

次に動作について説明する。図示省略している内燃機関により同じく図示省略しているフライホイールが回転駆動されると、フライホイールに設けられた磁石による磁束が交番磁界として固定子１の磁極２１に作用し、磁極２１に卷回されたコイル３に電圧が誘起され、図２の例では３相交流電力として出力され、何れも図示省略している出力リード線及び整流ダイオードを介してバッテリー、その他各種電装品等の負荷に供給される。

一方、この発明の特徴部分である整線処理を含む出力リード線の口出し部は、固定子鉄心２の中心軸Ｏ方向一端面におけるコイル３の内側端部３ｉよりも径方向内側の空間を利用し、固定子鉄心２に直接取り付けられた円環状の接続ホルダ４を用いて構成され、複数のコイル３の各巻始め線３ａ及び各巻終り線３ｂの結線処理、並びに出力用リード線の接続は、その円環状の接続ホルダ４によって行われる。具体的には磁極２１部分から引き出されたコイル３の巻始め線３ａ及び巻終り線３ｂは、接続ホルダ４上の接続端子部４３に接続され、出力リード線も複数の接続端子部４３から選択されたものに接続される。

かかる構成では、略平坦面構造となるので、円弧状の複数のターミナル導体４４を含む接続ホルダ４の中心軸Ｏ方向の寸法がコイル３の厚みＷよりも小さく形成され、しかも従来の出力リード線を保持するための金属クランプも不要となるので、出っ張りがなくなる。また、固定子鉄心２は従来のものをそのまま使用できるので形状を変更する必要がない。さらに、接続ホルダ４は、取付ボルト５によって直接固定子鉄心２に固定され、該接続ホルダ４を構成する基材４１、絶縁材４２、接続端子部４３、ターミナル導体４４は一体化されているので耐振性を有し、各部材が円環部の中に面方向に分散されているので放熱性や冷却性が確保される。

上記のように実施の形態１においては、各磁極２１部分から引き出されている巻始め線３ａと巻終り線３ｂは結線仕様に応じて形成された円環状の接続ホルダ４上でターミナル導体４４ａ、４４ｂ、４４ｃに接続されている。従来はコイルエンド上で整線されていた口出し部が、コイル３の絶縁範囲よりも径方向内側で固定子鉄心２とは別体の接続ホルダ４上で接続されているので、コイル３が巻線された磁極２１部には十分な隙間があり、熱が篭ることもない。しかも、予てより課題とされた多様多機種の製造実態から、基本仕様のサブＡＳＳＹをベースにして、例えば結線仕様（デルタ結線、スター結線）に応じた結線用ターミナル形状に形成された複数の接続ホルダを準備することで、従来のバリエーションにも容易に対応でき、出力リード線（分配用ハーネス）との接続方法においても、接続ホルダ４上の接続端子部４３の任意の場所からの直出しやコネクタ端子化等により３６０度の任意の方向に引出すことが可能となる。

このように、実施の形態１によれば積層された固定子鉄心２の形状を変更することなく、耐振性、冷却性に優れ、口出し部の小型化（低層化）を可能とした回転電機を得ることができる。このため、耐久性も向上し製品の長寿命化を図ることができる。また、出力リード線の引き出し方向に制限はなく、仕様に応じて自由な方向を選択することができる。また、積層された固定子鉄心２内に別途貫通穴を設ける事で、出力リード線を反対面から引き出す事も可能となる。このように、巻線仕様から複数の整線処理、及び出力リード線の引き出し方向（角度）を実現できる。加えて、例えばコイル３同士またはコイル３と固定子鉄心２との耐圧不良が発生した場合、従来の構造では不良品扱いとしていたが、上記実施の形態１によれば、不良となった磁極部のみ巻線をし直すことが可能となるため、生産性も向上する。

更に、円環状の接続ホルダ４は、コイル３より径方向内側で、取付ボルト５で固定子鉄心２に対して直接、該固定子鉄心２と同時に固定されるため、従来品以上の剛性、耐振性が確保できる。また、近年、回転電機のコイルにおいては太線化、高密度化の巻線が進み、口出し構造（整線処理）を設置するスペースが少なくなってきているが、実施の形態１によれば図２に示されるように径方向に広がる面方向に設けているので整線処理のスペースを問題にすることなく実現できる。なお、上記構成においては、各コイル３の巻始め線３ａ、及び巻終り線３ｂを、全て接続端子部４３に接続しているので、接続工数が増えるものの、固定子鉄心２の取付穴２ａと接続ホルダ４の挿通穴４１ａを一致させることで角度基準が設定できるので、整線処理及び接続作業をロボットによって自動化することも容易であり、生産能力を従来と同等以上にすることができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る回転電機としての磁石発電機の要部である固定子を示す縦断面図である。この実施の形態２は、固定子１Ａの軽量化のために固定子鉄心２Ａの磁極よりも径方向中心部側を軸方向Ｏに対して減肉（段差設定）したものである。なお、その他の構成は実施の形態１と略同様であるので説明を省略する。
この実施の形態２は、かかる構成により、円環状の接続ホルダ４は減肉形成された段差の低い部分に設置されるので、整線処理（口出し構造）部が更に軸方向に短く構成でき、合せて取付ボルト５の低頭化も可能となるので、中心軸Ｏ方向の寸法が一層短縮された小型の磁石発電機を得ることができる。

なお、上記実施の形態１、２では、接続ホルダ４上の接続がデルタ結線の場合について説明したが、スター結線の場合でも同様に実施することができ、その場合でも同様の効果が期待できる。また、この発明を磁石発電機に適用した場合について説明したが、例えば電動機や電動発電機などであっても差し支えない。さらに、車両用に限定されないことは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係る回転電機としての磁石発電機の固定子を概念的に示す縦断面図である。 図１に示された固定子を示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機としての磁石発電機の要部である固定子を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１Ａ 固定子、 ２、２Ａ 固定子鉄心、 ２ａ 取付穴、 ２１ 磁極、 ３ コイル、 ３ａ 巻始め線、 ３ｂ 巻終り線、 ３ｉ 内側端部、 ４ 接続ホルダ、 ４１ 基材、 ４１ａ 挿通穴、 ４２ 絶縁材、 ４３ 接続端子部、 ４４（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ） ターミナル導体、 ５ 取付ボルト、 Ｏ 中心軸。

Claims (4)

1. 内周面に複数個の磁石が設けられ、中心軸のまわりに回転される椀状のフライホイールと、このフライホイールの内周面に対向するように設けられた放射状に突出された複数の磁極を有する固定子鉄心と、上記磁極にそれぞれ卷回された複数のコイルと、上記固定子鉄心の上記中心軸方向の一端面における上記コイルよりも径方向内側に設けられ上記複数のコイルの各巻始め線及び各巻終り線の結線処理並びに出力用リード線の接続を行う円環状の接続ホルダとを備えたことを特徴とする回転電機。
2. 上記接続ホルダは、上記複数のコイルの各巻始め線及び各巻終り線を接続するための周方向に設けられた複数の接続端子部と、３相のデルタ結線またはスター結線を行うように上記複数の接続端子部を周方向に電気的に接続する複数のターミナル導体とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 上記接続ホルダの上記中心軸方向の寸法は、上記コイルの厚みよりも薄く形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 上記固定子鉄心は、上記磁極よりも径方向内側部が中心軸方向に減肉されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の回転電機。

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