JP2010051052A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子巻線の引出線の耐震性を向上させることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用交流発電機１は、固定子鉄心３１とこの固定子鉄心３１に装備された電機子巻線３２とを有する固定子３と、固定子巻線３２のコイルエンド部から延びる引出線を介して接続される整流器５とを備える。引出線は、矩形断面を有する。また、引出線は、引出線が接続される整流器５の接合部との間に少なくとも１箇所の捻り部を有する。矩形断面の引出線に捻りを加えることにより、形状効果および加工硬化によって剛性を高めることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、複数の導体セグメントを接合することにより形成された固定子巻線を有する車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１、２に開示された固定子は、Ｕ字状の複数の導体セグメントを固定子鉄心の一方の端面側から挿入した後に、反挿入側の端部同士を接合することにより固定子巻線が形成されている。この固定子は、連続した導体を巻いて巻線を構成する場合に比べて、規則的に配置された巻線が形成しやすいという特長がある。
国際公開第９８／５４８２３号パンフレット 特開２００８−４８４８８号公報

ところで、特許文献１、２に開示された固定子巻線は、その一部から引き出された複数の引出線を介して整流装置に接続されるが、固定子巻線と整流装置との間隔が離れている場合や引出線の両端の周方向位置がずれている場合には、引出線の長さが長くなって振動等の外力を受けることによる断線等のおそれがあるという問題があった。また、他の部品を追加して引出線を固定することも考えられるが、部品点数増加や組付工数増加によるコスト増加を伴うとともに、他の部品を追加することによる通風抵抗の増大により冷却性が悪化するため、他の部品追加による引出線の固定は望ましい対策とはいえない。

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、固定子巻線の引出線の耐震性を向上させることができる車両用回転電機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は、固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された電機子巻線とを有する固定子と、固定子巻線のコイルエンド部から延びる引出線を介して接続される整流器とを備えており、引出線は、矩形断面を有し、引出線は、引出線が接続される整流器の接合部との間に少なくとも１箇所の捻り部を有している。矩形断面の引出線に捻りを加えることにより、形状効果および加工硬化によって剛性を高めることができるため、振動等の外力が加わった場合に変形を抑えることができ、耐震性を向上させることができる。

また、上述した電機子巻線は、固定子鉄心のスロットに収容された電気導体が径方向幅に比べて周方向幅が大きい矩形断面を有していることが望ましい。特に、上述した引出線は、コイルエンド部から引き出されて周方向に這い回し始める位置に捻り部を有することが望ましい。これにより、スロット内の電気導体から連続する引出線を捻ることにより、この引出線をコイルエンドの周方向に沿って這い回す場合に、矩形の長辺部分をコイルエンド部と対向させることができるため、引出線をコイルエンド部に接着する場合に接着面積を確保しやすくなり、接着安定性を高めるとともに耐震性をさらに向上させることができる。

また、複数の引出線をまとめて捻ることにより、これら複数の引出線に対応する１つの捻り部を形成することが望ましい。複数の引出線を同時に捻ってこれらの引出線をまとめることにより、複数の引出線を別々に配置する場合に比べて大幅に剛性を高めることができ、振動等の外力による変形を抑えて耐震性をさらに向上させることができる。

以下、本発明の車両用回転電機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、フレーム４、整流器５、レギュレータ１１等を含んで構成されている。この車両用交流発電機１は、エンジン（図示せず）から回転力を受けるプーリ２０を有する。プーリ２０は、シャフト６に回転子２とともに固定されている。回転子２は、一対のランデル型鉄心２１と界磁巻線２４とを有しており、エンジンによって回転駆動される。ランデル型鉄心２１の軸方向端面には冷却ファン２２、２３が設けられている。冷却ファン２２、２３は、フレーム４の軸方向の開口部４１から冷却風を内部に取り込み、取り込んだ冷却風を径方向の開口部４２に向けて吹き出す。この冷却風により、固定子３の固定子巻線３２や、固定子巻線３２に接続されて固定子巻線３２から出力される交流電圧を整流する整流器５や出力電圧を調整するレギュレータ１１等が冷却される。シャフト６は、フレーム４に回転自在に支持されており、反プーリ側の端部近傍にはスリップリングが設けられている。また、フレーム４には、回転子２の外周側に位置して固定子３が固定されている。

次に、固定子３の詳細について説明する。図２は、固定子巻線３２を構成するセグメント導体３０の斜視図である。また、図３は図２に示したセグメント導体３０の組み付け状態を示す斜視図である。固定子３は、電気導体としての複数のセグメント導体３０によって構成される固定子巻線３２と、この固定子巻線３２が装備される複数のスロット３１０が形成されている固定子鉄心３１と、固定子巻線３２と固定子鉄心３１とに挟まれた絶縁シート３４とを有する。上述した回転子２および固定子３はフレーム４によって支持されている。

固定子鉄心３１のスロット３１０に装備された固定子巻線３２は複数の電気導体により構成され、各スロット３１０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。これらの各電気導体は、ほぼ矩形断面形状を有している。また、一のスロット３１０内の４本の電気導体は、図３に示すように固定子鉄心３１の径方向に沿って内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配置されている。

一のスロット３１０内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット３１０内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心３１の軸方向の一方の端面側において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。

したがって、固定子鉄心３１の一方の端面側においては、外中層の電気導体３３２ｂと内中層の電気導体３３２ａとをターン部３３２ｃを経由して接続する連続線を、外端層の電気導体３３１ｂと内端層の電気導体３３１ａとをターン部３３１ｃを経由して接続する連続線が内包することとなる。このように、固定子鉄心３１の一方の端面側においては、対をなす電気導体の接続部としてのターン部３３２ｃが、同じスロット３１０内に収容された他の対をなす電気導体の接続部としてのターン部３３１ｃにより囲まれる。外中層の電気導体３３２ｂと内中層の電気導体３３２ａとの接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体３３１ｂと内端層の電気導体３３１ａとの接続により端層コイルエンドが形成される。

一方、一のスロット３１０内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の内端層の電気導体３３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット３１０内の外端層の電気導体３３１ｂ’は、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の外中層の電気導体３３２ｂとも対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３１の軸方向の他方の端面側において接続される。

したがって、固定子鉄心３１の他方の端面側においては、外端層の電気導体３３１ｂ’と外中層の電気導体３３２ｂとを接続する外側接合部３３３ｂと、内端層の電気導体３３１ａ’と内中層の電気導体３３２ａとを接続する内側接合部３３３ａとが、径方向および周方向に互いにずれた状態で配置されている。外端層の電気導体３３１ｂ’と外中層の電気導体３３２ｂとの接続、および内端層の電気導体３３１ａ’と内中層の電気導体３３２ａとの接続により、異なる同心円上に配置された２つの隣接層コイルエンドが形成される。

さらに、図２に示すように、内端層の電気導体３３１ａと外端層の電気導体３３１ｂとが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント３３１により提供される。また、内中層の電気導体３３２ａと外中層の電気導体３３２ｂとが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント３３２により提供される。基本となるＵ字状のセグメント導体３０は、大セグメント３３１と小セグメント３３２によって形成される。各セグメント３３１、３３２は、スロット３１０内に収容されて軸方向に沿って延びる部分を備えるとともに、軸方向に対して所定角度傾斜して延びる曲げ部としての斜行部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを備える。これら斜行部によって、固定子鉄心３１から軸方向の両端面に突出するリア側コイルエンド部３２Ｒとフロント側コイルエンド部３２Ｆが形成されており、回転子２の軸方向の両端面に取り付けられた冷却ファン２２、２３を回転させたときに生じる冷却風の通風路は、主にこれら斜行部の間に形成されている。また、この冷却風の通風路には、固定子巻線３２の引出し線も配置されている。

以上の構成を、全てのスロット３１０のセグメント導体３０について繰り返す。そして、反ターン部側のフロント側コイルエンド部３２Ｆにおいて、外端層の端部３３１ｅ’と外中層の端部３３２ｅ、並びに内中層の端部３３２ｄと内端層の端部３３１ｄ’とがそれぞれＴＩＧ溶接や超音波溶着等の手段によって接合されて外側接合部３３３ｂおよび内側接合部３３３ａが形成され、電気的に接続されている。

例えば、上述したセグメント導体３０を用いることにより２組の三相巻線が形成されており、これらの２組の三相巻線によって固定子巻線３２が構成されている。また、これら２組の三相巻線のそれぞれから３本、固定子巻線３２全体では合計で６本の引出線がリア側コイルエンド部３２Ｒからリア側に引き出されている。

図４は、引出線として用いられるセグメント導体の組み付け状態を示す斜視図である。図４に示すように、リア側コイルエンド部３２Ｒ側から引き出される引出線は、ターン部を有しない直線状のセグメント導体３０’を用いて形成されている。このセグメント導体３０’は、セグメント導体３０の一方の直線部をターン部で折り返さずにそのまま延長した形状を有している。したがって、図４に示すように、セグメント導体３０とともに固定子鉄心３１のスロット３１０に挿入して先端部側を折り曲げることにより、セグメント導体３０’の端部を他のセグメント導体３０の端部と接合することができ、容易に引出線を形成することができる。

ところで、本実施形態では、各引出線は、引出線が接続される整流器５の接合部との間に少なくとも１箇所の捻り部を有している。例えば、図１に示すように、整流器５には引出線を接合する接続ターミナル５１が設けられており、引出線の端部が接続ターミナル５１に溶接される場合（ねじ締めによる固定でもよい）には、この溶接による接合部までの範囲に少なくとも１箇所の捻り部が設けられている。

図５は、固定子巻線３２からリア側に引き出された引出線の概略を示す斜視図である。図５に示すように、固定子巻線３２のリア側コイルエンド部３２Ｒからは、６本の引出線Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂが引き出されている。これら６本の引出線Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ、Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂのそれぞれは、途中箇所（例えば１箇所）でほぼ９０°捻られた捻り部Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ、Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを有している。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、矩形断面の引出線に捻りを加えることにより、形状効果および加工硬化によって剛性を高めることができるため、振動等の外力が加わった場合に変形を抑えることができ、耐震性を向上させることができる。

一般には、図４や図５に示すように、引出線がリア側コイルエンド部３２Ｒから引き出される場合に、その引出開始位置からそのままリア側にシャフト６の平行に引き出されるとは限らない。引出開始位置と整流器５の接続ターミナル５１の周方向位置がずれている場合には、引出開始位置から引き出された引出線は、リア側コイルエンド部３２Ｒ表面に沿って周方向に這い回された後リア側に向きを変えて引き出されることになる。

図６〜図９は、リア側コイルエンド部３２Ｒ表面に沿って引出線を這い回す場合の捻り部の説明図である。一例として引出線Ｘｂについて説明するが、他の引出線についても同様である。これらの図において、引出線Ｘｂは、這い回し始める位置からリア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って延在し、さらにシャフト６と平行な向きに方向を代えてリア側に延在している。図６に示す例では、リア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って延在した後シャフト６と平行な向きに方向を変えた範囲に、捻り部Ｐｘが設けられている。図７に示す例では、リア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って延在した後シャフト６と平行な向きに方向を変える位置に、捻り部Ｐｘが設けられている。図８に示す例では、リア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って延在する範囲に、捻り部Ｐｘが設けられている。図９に示す例では、リア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って這い回し始める位置に、捻り部Ｐｘが設けられている。

図１０は、固定子３の部分的な断面を示す図である。図１０に示すように、スロット３１０に収容された電気導体が径方向幅に比べて周方向幅の方が大きい矩形断面を有する場合には、図９に示すように、リア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って這い回し始める位置に捻り部Ｐｘを設けることが望ましい。このような電気導体を用いて引出線Ｘｂ等を形成した場合には、そのまま捻らずにリア側コイルエンド部３２Ｒの表面に沿って這い回すと（例えば、図６や図７に示す場合）、矩形断面の短辺部分がリア側コイルエンド部３２Ｒの表面と対向することになり、広い接触面積を確保することができない。これに対し、這い回し始める位置に捻り部Ｐｘを設けると、図１１に示すように、矩形断面の長辺部分がリア側コイルエンド部３２Ｒの表面と対向することになり、広い接触面積を確保することが可能となる。したがって、引出線Ｘｂをリア側コイルエンド部３２Ｒに接着剤３５を用いて接着する場合の接着面積を確保しやすくなり、接着安定性を高めるとともに耐震性をさらに向上させることができる。

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、それぞれの引出線に１箇所の捻り部を設けたが、１本の引出線の２箇所以上に捻り部を設けるようにしてもよい。また、捻る角度は、ほぼ９０°に限らず、他の角度捻るようにしてもよい。図１２に示すように、複数の引出線をまとめて捻ることにより（図１２に示す例では３本）、これら複数の引出線に対応する１つの捻り部を形成するようにしてもよい。複数の引出線を同時に捻ってこれらの引出線をまとめることにより、複数の引出線を別々に配置する場合に比べて大幅に剛性を高めることができ、振動等の外力による変形を抑えて耐震性をさらに向上させることができる。

また、上述した実施形態では、発電動作を行う車両用交流発電機１について説明したが、固定子に回転磁界を発生させて回転子を駆動する発電電動機に本発明を適用することもできる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 固定子巻線を構成するセグメント導体の斜視図である。 図２に示したセグメント導体の組み付け状態を示す斜視図である。 引出線として用いられるセグメント導体の組み付け状態を示す斜視図である。 固定子巻線からリア側に引き出された引出線の概略を示す斜視図である。 リア側コイルエンド部表面に沿って引出線を這い回す場合の捻り部の説明図である。 リア側コイルエンド部表面に沿って引出線を這い回す場合の捻り部の説明図である。 リア側コイルエンド部表面に沿って引出線を這い回す場合の捻り部の説明図である。 リア側コイルエンド部表面に沿って引出線を這い回す場合の捻り部の説明図である。 固定子の部分的な断面を示す図である。 リア側コイルエンド部と引出線の断面図である。 引出線の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ 固定子
４ フレーム
５ 整流器
６ シャフト
３０ セグメント導体
３１ 固定子鉄心
３２ 固定子巻線
３１０ スロット

Claims (4)

1. 固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された電機子巻線とを有する固定子と、前記固定子巻線のコイルエンド部から延びる引出線を介して接続される整流器とを備える車両用回転電機において、
   前記引出線は、矩形断面を有し、
   前記引出線は、前記引出線が接続される前記整流器の接合部との間に少なくとも１箇所の捻り部を有することを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記電機子巻線は、前記固定子鉄心のスロットに収容された電気導体が径方向幅に比べて周方向幅が大きい矩形断面を有していることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項２において、
   前記引出線は、前記コイルエンド部から引き出されて周方向に這い回し始める位置に捻り部を有することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１において、
   複数の前記引出線をまとめて捻ることにより、これら複数の前記引出線に対応する１つの前記捻り部を形成することを特徴とする車両用回転電機。

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