JP2016063669A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の内部側の樹脂の流出を低減するシール構造を備えた回転電機を提供する。【解決手段】固定子鉄心６と固定子巻線７を有する固定子５を備え、固定子巻線は固定子巻線の端部である複数の丸導線を捻った口出し線部１０１を有し、固定子は鉄心の外周がブラケット１８の内周面に固定され、固定子巻線とブラケットとは高熱伝導部材２０によって注型されており、ブラケットの側面部には固定子巻線の口出し線部が通る孔部１０５が設けてあり、孔部にコイルシール１９が装着されており、固定子巻線の口出し線部は当該コイルシールの中を通って外部に引き出され、当該コイルシールの内径面には複数個所の突起１０２が設けられており、コイルシールの内部には高熱伝導部材が注入されているように回転電機１７を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関し、固定子巻線の引き出し線を例えばゴムブッシュのような絶縁材製のパッキンを介して外部に引き出すものに関する。殊に引き出し線とパッキンとの間に樹脂材を流し込んで、引き出し線とパッキンとの間の空間をシールするものに関する。

例えば特開平０４−０７５４４４号公報（特許文献１）に記載のものでは、壁部（例えば回転電機のブラケット）に形成されている挿通孔を通してコードを引出すようにした機器におけるコード引出し部のシール装置であって、壁部に設けた凹部内に予め樹脂を注入しておき、コードを挿通させながらパッキンによって凹部内のシール用樹脂を加工してコードと挿通孔との間の隙間に充填してシールを行なうようにしたものが記載されている。

特開平０４−０７５４４４号公報

このようなシール構造では、回転電機の内部側の樹脂の流れ出しによって内部の回転部分に悪影響を与える可能性があり、これを防止するために内部側の樹脂注入距離を長くとらなければならないという課題があった。

本発明はこの点に鑑みなされたもので、その目的は、回転電機の内部側の樹脂の流出を低減するシール構造を提供する点にある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、固定子鉄心と固定子巻線を有する固定子を備える回転電機において、前記固定子巻線は固定子巻線の端部である複数の丸導線を捻った口出し線部を有し、前記固定子は鉄心の外周がブラケットの内周面に固定され、前記固定子巻線と前記ブラケットとは高熱伝導部材によって注型されており、前記ブラケットの側面部には前記固定子巻線の口出し線部が通る孔部が設けてあり、前記孔部にコイルシールが装着されており、前記固定子巻線の口出し線部は当該コイルシールの中を通って外部に引き出され、当該コイルシールの内径面には複数個所の突起が設けられており、前記コイルシールの内部には前記高熱伝導部材が注入されていることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機の内部側の樹脂の流出を低減するシール構造を備えた回転電機を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

回転電機の一例である車両用交流発電機の全体構成を示す部分断面斜視図。 図１の車両用交流発電機のコイルシール部周辺を示す断面図。 実施例１の径方向に突起を有するコイルシールの断面図。 実施例１の径方向に突起を有するコイルシールと口出し線嵌合時の断面図。 実施例２の螺旋状の突起を有するコイルシールの断面図。 実施例２の螺旋状の突起を有するコイルシールと口出し線嵌合時の断面図。 実施例３の軸方向の突起を有するコイルシールの断面図。 実施例３の軸方向の突起を有するコイルシールと口出し線嵌合時の断面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、以下の説明では、回転電機の例として車両用交流発電機を用いて説明する。

図１、図２を用いて、車両用交流発電機の全体構成およびコイルシール構造について説明する。

図１は、回転電機である車両用交流発電機の全体構成を示す部分断面斜視図である。図２は車両用交流発電機のコイルシール部周辺を示す断面図である。

車両用交流発電機１７は、回転子４と、固定子５とを備えている。回転子４は、シャフト２の中心部に界磁巻線１０を備え、その両側に磁性材料からなる爪型形状のロータコア９が界磁巻線１０を両側から挟むように配置される。ロータコア９は、爪部が互いに対向し、かつ、一方の爪型磁極が他方の爪型磁極にかみ合うように配置され、固定子５に発生する誘起電圧を上昇させ、電力を出力している。

回転子４は、固定子５の内周側に、わずかなギャップを介して対向配置されている。フロントベアリング３およびリヤベアリング８の内輪にシャフト２が挿通されることで、回転子４は回転自在に支持される。

固定子５は、固定子鉄心６と固定子巻線７から構成される。固定子鉄心６は、環状に形成された薄板鋼板が複数枚積層され、内周側には突出した歯部（ティース）とからなり、各歯部の間にスロットが形成されている。各々のスロットに各相の固定子巻線７が複数のティースをまたいで夫々のスロットに挿入され、装着される。

固定子５はコアの外周面をセンターブラケット１８の内周面に焼嵌等により固定される。 センターブラケット１８は、フロントブラケット１４と整流装置１５の金属プレートにより挟まれ保持されている。センターブラケット１８には、冷媒通路２１が形成されている。冷媒通路に水（不凍液）や油などの冷媒を流すことで、固定子５および整流装置１５とＩＣレギュレータ１５２を冷却し、高出力化に対応した冷却システムを構成することができる。

前述したとおり、固定子５は固定子鉄心６と固定子巻線７から構成されるが、車両用交流発電機で最も大きな発熱源である固定子巻線７を効果的に冷却するため、固定子巻線７とセンターブラケット１８の間は高熱伝導部材２０としての樹脂が充填されている。固定子巻線７の熱エネルギーは高熱伝導部材２０を介してセンターブラケット１８へ伝わり、冷媒通路２１を流れる冷媒によって吸熱・冷却される構造としている。

なお、ここでいう「高熱伝導部材２０としての樹脂材」とは、成分すべてが樹脂であるものに限定されず、高熱伝導の材質を含むものであってもよい。すなわち、高熱伝導部材２０は、樹脂材、または、高熱伝導材を混入した樹脂材であればよい。

高熱伝導部材２０は固定子５をセンターブラケット１８へ装着した後に成型装置等により充填される。固定子巻線７は巻線端部である複数の丸導線を捻った口出し線部１０１を有し、センターブラケット１８は口出し線部１０１が通る孔部１０５を有し、高熱伝導部材２０を充填する際に孔部１０５から高熱伝導部材２０が漏れ出ないようコイルシール１９で気密を保持する構造としている。具体的には、ゴム材製のコイルシール１９の外面が、センターブラケット１８の孔１０５に密着するように取り付けられ、このコイルシール１９の中を固定子巻線７の口出し線部１０１が挿通し、外部に引き出される。

この状態で、高熱伝導部材２０を充填するとその一部はコイルシール１９の内部にも注入され、注入圧力を受けて外側に広がる力を受け、コイルシール１９は孔部１０５の内周面に押し付けられ密着する。これにより、コイルシール外周からの高熱伝導部材２０の漏れは抑制される。

コイルシール１９内に注入された高熱伝導部材２０はコイルシール１９内の突起によりその外側へ向かう流れが制限され、コイルシール１９の外側端部に至るまでには、突起による絞り効果により、その流れが止まるように調整される。

シャフト２の一方の端部には、プーリ１が取り付けられている。シャフト２の他方の端部には、スリップリング１１が設けられ、ブラシ１２と接触し界磁巻線１０に電力を供給している。更に、回転子４のロータコア９のリヤ側端面には、外周側に複数の羽根を有する冷却ファンであるリヤファン１３が設けられ、回転することによる遠心力によって、リヤファン１３の回転により、冷却風がリヤカバー１６の吸気窓から導入され、回転子４を軸方向に通過し、フロントブラケット１４の排気窓から冷却風の経路が形成され、界磁巻線１０およびロータコア９の冷却を空冷式で行っている。本実施例の場合はリヤ側からフロント側に冷却風を通過させる形態となっているが、ロータコア９のフロント側端部にフロントファンを設けて、フロント側からリヤ側に冷却風を流すことも可能であるが、本実施例の構成上でリヤ部に整流装置１５およびＩＣレギュレータ（図示せず）が装着されているため、回転子４で放熱された熱風が導入されないような構成としている。

次に発電動作について説明する。

まず、エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ１に回転トルクが伝達されるため、シャフト２を介して回転子４を回転させる。ここで、回転子４に設けられた界磁巻線１０にスリップリング１１を介してブラシ１２から直流電流を供給すると、界磁巻線１０の内外周を周回する磁束が生じるため、回転子４におけるロータコア９のフロント側とリヤ側にＮ極、またはＳ極が周方向に交互に形成される。この界磁巻線１０による磁束は、ロータコア９のフリント側のＮ極から固定子鉄心６を通って固定子巻線７の周りを周回し、回転子４のロータコア９のリヤ側のＳ極に到達することで回転子４と固定子５を周回する磁気回路が形成される。このように回転子にて生じた磁束が固定子巻線７と鎖交するため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線７のそれぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては３相の交流誘起電圧が生じる。

このように発電された交流電圧は、ダイオード等の整流素子で構成された整流装置１５によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧は一定電圧になるようにＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１０に供給する電流を制御することで達成している。

次に、図３、図４を用いて、本実施例の回転電機の固定子巻線の端部である口出し線部の気密を保持するコイルシール１９の形状について説明する。図３は、本実施例に係る、径方向に突起部を有するコイルシール１９の断面図である。図４は径方向に突起部を有するコイルシール１９と口出し線部１０１嵌合時の断面図である。

コイルシール１９は、固定子巻線７の端部である複数の丸導線を捻った口出し線部１０１とセンターブラケット１８の前記口出し線部１０１が通る孔部１０５との間に挿入される形で装着される。前記コイルシール１９は、固定子巻線７とセンターブラケット１８の間に充填される高熱伝導部材２０が漏れ出ることを防いでおり、該高熱伝導部材が充填された後はセンターブラケット１８と口出し線部１０１を絶縁する役割を果たしている。コイルシール１９の形状は、外径面はセンターブラケットの孔部１０５によって、内径面は口出し線部１０１の形状によって決まる。

本発明の実施例による口出し線部１０１は４本の丸導線を捻った構造としている。図３に示す実施例１のコイルシール１９の内径面は、径方向に複数の突起１０２を設けた形状となっている。この形状は断面が一様な円状の被シール材（丸導線）にも有効である。図４に示すように、複数の丸導線を捻った口出し線部はその断面が一様な円状ではなく、コイルシール１９と夫々の丸導線の間に隙間が生じる。そのため、高熱伝導部材２０の漏れを防止するために径方向に設けた突起１０２の数を増やしたり、突起の山を高くしたりする（内径を小さく絞る）と良い。このように構成すると、前述したような隙間を低減することができる。

また、コイルシール１９は金型等に加硫したゴムを投入することで成型しており、成型後は金型を軸方向に引き抜くことで取り出す。このとき突起は自らの弾性で圧縮され、型から抜ける。

次に、図５、図６を用いて、コイルシール１９の別の構成例について説明する。

図５は、本実施例に係る、螺旋状の突起部を有するコイルシール１９の断面図である。図６は、螺旋状の突起部を有するコイルシールと口出し線部嵌合時の断面図である。

図５に示す本実施例のコイルシール１９の形状は内径面に螺旋状の突起１０３を設けた構造としている。この形状は軸方向に対して径方向の断面が連続して回転する形状となり、ねじを締めるように回転させながら挿入することが出来るため、複数の丸導線を捻った口出し線部に有効であり、低挿入力で作業が可能である。そして、コイルシール１９に設けた螺旋状の突起１０３と、複数の丸導線を捻った口出し線部１０１の螺旋形状を合致させる度合いにより、図６に示すようにコイルシール１９の内径面と口出し線部１０１には大きな隙間を調整できる。このためコイル成形樹脂の流れ込み量が調整され、シール長さを調整できる。

また、前述した図３に示す実施例１のコイルシール１９と同じく、螺旋状に突起を設けることによりコイルシール１９のところどころに絞りが設けられ、軸方向の成形樹脂の流れが調整できるという効果がある。

次に、図７、図８を用いて、コイルシール１９の別の構成例について説明する。

図７は本実施例に係るコイルシール１９の断面図、図８はこのコイルシール１９と口出し線部嵌合時の断面図である。

コイルシール１９は図７に示すように、固定子巻線７の巻線の端部である４本の丸導線を捻った口出し線部１０１と接する内径面に、軸方向に長い突起１０４を有する形状となっている。

なお、コイルシール１９の内径面において、径方向に設ける軸方向に長い突起１０４の数量に制限はなく、１個でも複数個でも良いが、被シール部である複数の丸導線を捻った口出し線部１０１を構成する丸導線の数量と同数の突起が設けられることが望ましい。本実施例の場合、口出し線部１０１は４本の丸導線を捻った構造としており、図７に示すコイルシール１９は４個の軸方向に長い突起１０４を有する構造となっている。

軸方向に長い突起１０４の軸方向の長さに制限はないが、ひとつひとつが夫々の丸導線１本以上を跨げるだけの長さを有することが望ましい。実施例４の場合は、口出し線部１０１は４本の丸導線を捻った構造としており、図７に示すコイルシール１９に設けられた軸方向の突起１０４は少なくともひとつのコイルを跨げる長さを有する構造となっている。

図７のようなコイルシール１９は、一般的に金型等に加硫したゴムを投入することで成型している。本実施例であるコイルシール１９の内径面の形状は従来のコイルシールの製造工程内で容易に成型可能であるため、コストを増加させることなく安価にコイルシール１９の内径側に軸方向に長い突起１０４の形成が可能である。

コイルシール１９の形状は、外径はセンターブラケット孔部１０５によって、内径面は口出し線部１０１の形状によって決まるが、本実施例は口出し線部１０１の形状と挿入性と生産性に着目したものである。

コイルシール１９の生産時においては、内径面に設ける突起を軸方向に長い形状とすることにより、金型等に加硫したゴムを投入することで成型する方法において、従来と同じく成型後は金型を軸方向に引き抜くことで取り出すことが容易に可能であるため、結果として、コストを増加させることなく安価にコイルシール１９の内径面に軸方向に長い突起１０４の形成が可能である。

コイルシール１９の口出し線部１０１への挿入時においては、第一、第二、第三の径方向の突起１０２を設けたコイルシール１９と比較して軸方向へ突起を設けた方が複数の丸導線を捻った口出し線部１０１の螺旋形状に習う力が働くため、低挿入力で作業が可能である。かくして軸方向の突起１０４を設けたコイルシール１９が最も安定した、より少ない挿入力で挿入可能であった。また、コイルシール自体の成型時に成型方から抜く際軸方向に交差する突起成分がないため、型から簡単に抜ける効果もある。

固定子巻線７への高熱伝導部材２０の充填時においては、図８に示すように軸方向に設けた突起１０４が少なくともひとつのコイルを跨げる長さを有していれば、口出し線部１０１の夫々の丸導線の隙間に、軸方向に設けた突起１０４が嵌合する断面が必ず存在し、結果として安定したシール性を得ることが可能である。

以上説明したように、本実施例によれば、コイルシール１９の内径面に口出し線部１０１を構成する丸導線の数量と同数の軸方向に長い突起１０４を、少なくともひとつのコイルを跨げる長さで設けることで、小型で高出力化に適した高品質の車両用交流発電機を提供することができる。

上述の各実施例では、回転電機の一例として車両用交流発電機について説明を行ったが、回転力を出力するモータや、発電と駆動を兼ねたモータジェネレータ等にも適用することができる。特にモータにおいては、ハイブリッド自動車や電動四輪駆動車の駆動用モータ、ポンプを駆動するためのモータ等へも同様に適用できる。

近年、車両内の電気機器の需要の増加およびＨＶやＥＶの大型車への適用等が進み、発電機やモータ等の回転電機における高出力化および小型化が求められている。

回転電機における高出力化の手法として、構成部品の冷却媒体を従来の空気から熱伝導率の高い水（不凍液）や油等を用いた冷却システムで構成する方法が多く取られている。

この場合、冷却媒体を通過させる経路と被冷却部である発熱源とをシール部品で隔離する必要がある。

しかしながら、車両用の回転電機において多く使用される複数の丸導線を捻った端部である口出し線部は、断面形状が周方向、軸方向の双方に凹凸を有するため、この部位のシールが必要な場合は複雑な形状のシール部品を使用しなければならないという課題がある。また、複雑な形状のシール部品はコストが高く、生産性も低い上、製造工程において難作業となってしまうという課題がある。

上述の各実施例によれば、上記の課題に対し、複数の丸導線を捻った気密性を必要とする口出し線部について、高生産性・低挿入力で高気密性を有するコイルシールを備えた回転電機を提供することができる。

なお、本発明は、上述の各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した各実施例は、本発明の理解を容易に説明するためのものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ プーリ
２ シャフト
３ フロントベアリング
４ 回転子
５ 固定子
６ 固定子鉄心
７ 固定子巻線
８ リヤベアリング
９ ロータコア
１０ 界磁巻線
１１ スリップリング
１２ ブラシ
１３ リヤファン
１４ フロントブラケット
１５ 整流装置
１６ リヤカバー
１７ 車両用交流発電機
１８ センターブラケット
１９ コイルシール
２０ 高熱伝導部材
２１ 冷媒通路
１０１ 口出し線部
１０２ コイルシールの径方向突起部
１０３ コイルシールの螺旋状突起部
１０４ コイルシールの軸方向突起部
１０５ センターブラケット孔部

Claims (12)

1. 固定子鉄心と固定子巻線を有する固定子を備える回転電機において、
   前記固定子巻線は固定子巻線の端部である複数の丸導線を捻った口出し線部を有し、
   前記固定子は鉄心の外周がブラケットの内周面に固定され、
   前記固定子巻線と前記ブラケットとは高熱伝導部材によって注型されており、
   前記ブラケットの側面部には前記固定子巻線の口出し線部が通る孔部が設けてあり、
   前記孔部にコイルシールが装着されており、
   前記固定子巻線の口出し線部は当該コイルシールの中を通って外部に引き出され、
   当該コイルシールの内径面には複数個所の突起が設けられており、
   前記コイルシールの内部には前記高熱伝導部材が注入されている回転電機。
2. 請求項１に記載した回転電機において、
   前記突起が、環状の突起である回転電機。
3. 請求項１に記載した回転電機において、
   前記突起が、螺旋状の突起である回転電機。
4. 請求項２に記載した回転電機において、
   前記前記環状の突起が軸方向に複数設けられている回転電機。
5. 請求項３に記載した回転電機において、
   前記螺旋状の突起が周方向に複数個設けられている回転電機。
6. 固定子鉄心と固定子巻線を有する固定子を備える回転電機において、
   前記固定子巻線は固定子巻線の端部である複数の丸導線を捻った口出し線部を有し、
   前記固定子は口出し線部が通る孔部を備えたセンターブラケット等に装着され、
   前記固定子巻線とセンターブラケットの間に高熱伝導部材を有し、
   前記孔部から高熱伝導部材が漏れ出ないようコイルシールで気密を保持し、
   該コイルシールは固定子巻線の端部である複数の丸導線を捻った口出し線部と接する内径面に、軸方向に長い突起を有する回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機において、
   前記コイルシールの内径面に、前記軸方向に長い突起を複数個有する回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機において、
   前記軸方向に長い突起の数が、捻られた丸導線の数と同数である回転電機。
9. 請求項７または８に記載の回転電機において、
   前記コイルシールの径方向に複数個配置された軸方向に長い突起のひとつひとつが夫々の丸導線１本以上を跨げるだけの長さを有する回転電機。
10. 請求項９に記載の回転電機において、
    前記回転子が、回転軸周りに巻回された界磁巻線を有し、
    前記ロータコアが前記界磁巻線を包囲した回転電機。
11. 請求項１０に記載の回転電機において、
    前記固定子が、内周面に向かって開口する複数のスロットを有する環状の固定子鉄心と、前記複数のスロットに絶縁シートを介して巻回された固定子巻線とを有する回転電機。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の回転電機において、
    前記高熱伝導部材が、樹脂材、または、高熱伝導材を混入した樹脂材である回転電機。