JP3303773B2 - 車両用交流発電機の固定子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関により駆
動される交流発電機に関し、乗用車、トラック等あるい
は船舶などの乗り物に搭載可能な車両用交流発電機の固
定子に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用交流発電機の固定子の巻線工程に
おいて、連続線を用いるのではなく、あらかじめヘアピ
ン状に屈曲した（以下、この屈曲した部分をターン部と
称する）多数の電気導体よりなるセグメントを用い、固
定子のスロットへの挿入工程とセグメントどうしの接合
とによって巻線を構成する方法がある。この構成では接
合箇所が多いので、製造コストを低減するためには接合
工程の自動化が不可欠であった。

【０００３】セグメントを用いた車両用交流発電機の固
定子としては、国際公開９２／０６５２７に記載の構成
が知られている。国際公開９２／０６５２７には、セグ
メントどうしの接合部を固定子鉄心の片側に環状に配置
し、半田付けや溶接による接合を自動化しやすくする構
成が提案されている。ここに示された構成によれば、ス
ロット内に４本のセグメントが配置され、個々の巻線の
反転接続部や中間接続部に対応したセグメントをあらか
じめ個別に作成し、これらを接合することによって固定
子巻線を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】国際公開９２／０６５
２７では、図２１のように、ひとつのスロット内の外層
側と内層側に２本ずつ配置されたセグメントを使って波
巻を形成している。図２０に１相分の巻線仕様図を示
す。ここで、図の中央横一列に並ぶ数字はスロット番号
を表す。また、図２０の実線は図２１のＡの位置に挿入
されている電気導体を表し、同様に１点鎖線はＢ、２点
鎖線はＣ、そして破線はＤの位置に挿入されている電気
導体を表す。

【０００５】この巻線を構成する複数のセグメントに
は、同じ長さ、同じ形状を持った複数の基本セグメント
１０５が含まれている。この基本セグメント１０５は、
その２本の直線部が、基本の１磁極ピッチ離れたスロッ
ト内にそれぞれ位置するように配置される。そして、複
数の基本セグメントが規則的に配置され、規則的に接合
されることで、一連のコイルが形成される。

【０００６】しかし、この巻線では、１つのスロット内
に４本の電気導体が収容されるため、固定子鉄心を４周
する波巻コイルが形成される。このため、各周の波巻コ
イルを直列接続するために、基本セグメント１０５とは
異なる形状の異形セグメントを用いている。この巻線で
は、１周めと２周めとを接続する異形セグメント１０
０、２周めと３周めとを接続する異形セグメント１０１
および３周めと４周めとを接続する異形セグメント１０
２を用いている。

【０００７】さらに、巻線の出力端としての２本の引出
線Ｘ１、Ｘ２を形成するために、２本の異形セグメント
１０３と異形セグメント１０４とが用いられている。従
って、この従来技術の巻線では、１相のコイルを形成す
るためには、合計５本の異形セグメントを必要とする。
しかも、この巻線では、２本の引出線Ｘ１、Ｘ２が１磁
極ピッチ離れて配置される。これは引出線Ｘ１、Ｘ２は
ともにスロットの外層側に配置された電気導体であるた
め、他のＹ相、Ｚ相の基本セグメントとの干渉を避ける
ために必要である。

【０００８】上述のように、従来技術の巻線では、１相
のコイルを形成するためには、少なくとも５本の異形セ
グメントを必要とする。このことは以下のように説明す
ることができる。国際公開９２／０６５２７において
は、１つの固定子鉄心のスロットに４本のセグメントを
挿入して接続部１０６で接続することにより巻線にし
て、固定子鉄心の周りを４周する巻線が形成されてい
る。

【０００９】固定子鉄心の周りを１周する環状の巻線環
を形成するためのセグメントの挿入工程、セグメント端
部の接合工程は全てのセグメントについて同一である。
上記のスロットと同じスロットについてもう１周分の別
の環状巻線を、そして、上記２周分の巻線と３スロット
ずらした位置でさらに２周分の巻線を形成し、計４周分
の環状の巻線を形成する。

【００１０】この固定子鉄心の周りを４周する環状の巻
線を１本の巻線とするためには、各環について１箇所
（４環で計４箇所）で切断し、他の環の切断部と接続す
る必要がある。異形セグメントは、他の環との接続部を
有する３本および出力端としての引出部を有する２本の
計５本必要になる。この５本の異形セグメントは、基本
の１磁極ピッチ間のコイルエンドに集中して設けること
はできない。なぜなら、上述のように、４周分の環状の
巻線は互いに３スロット分だけ位置がずれた２組に分か
れ、４つの環が径方向に並んでいるコイルエンドで重な
ることはないからである。

【００１１】勿論、スロットあたりのセグメントを上記
例の半分の２本にすれば、異形セグメントを１磁極ピッ
チ間のコイルエンドに集中させることは可能である。し
かし、スロットあたりのターン数を減らしたのでは、車
両用交流発電機として必要な低速回転域での出力を十分
に確保できない。この図２０に示す構成では、内層側か
ら出た電気導体と外層側から出た電気導体とを接合部１
０６で接合している。そのため、各スロットから出た電
気導体は、内層側および外層側では全て同一の方向に傾
斜しており、隣り合うスロットから出た電気導体どうし
が干渉し合うことはない。

【００１２】また、国際公開９２／０６５２７の固定子
巻線においては、接合部１０６は、固定子鉄心の片側に
おいて、１つの環状に配置されているので、特に固定子
の体格が小さくなると接合部どうしの距離が近接して、
接合工程が難しくなる。以上、異形セグメントの増加お
よび接合部間隔の縮小により、セグメントの固定子鉄心
への組み付け工程が煩雑になり、製造コストが高くなる
ため、当初の目的を達成できない。

【００１３】また、国際公開９２／０６５２７では、セ
グメントを用いて固定子巻線を重ね巻（ル−プ巻）にす
ることができるという旨の記載がある。しかし、国際公
開９２／０６５２７には、セグメントを用いた重ね巻を
実施することが可能な程度の記載がされていない。本発
明は、少ない周回数でスロットあたりのターン数を確保
する固定子を提供することを目的とする。

【００１４】本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、セグメントを使用した巻線工程を
容易にする固定子を提供することを目的とする。詳しく
は、本発明は、スロットあたりのターン数を確保しつ
つ、特異なセグメントが少ない固定子を提供するもので
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、複数のスロットを持つ固定子鉄心とスロットに装備
された多相の固定子巻線とを有する車両用交流発電機の
固定子において、固定子巻線は電気導体よりなる複数の
セグメントを接合して構成されており、固定子鉄心の軸
方向端面の一方に形成され、電気導体よりなる一のセグ
メントのタ−ン部を他のセグメントのタ−ン部が囲むよ
うに配置してなる第１コイルエンド群と、固定子鉄心の
軸方向端面の他方に形成され、重ね巻を形成するように
セグメントの端部を接合してなる第２コイルエンド群と
を備えることを特徴としている。これにより、重ね巻に
よって車両用交流発電機の巻線としてのターン数を確保
しつつ、コイルエンド群におけるセグメント間の干渉を
防止できるとともに、接合部を固定子の軸方向の片側に
そろえることができるので、製造工程が容易となる。

【００１６】請求項２の発明によれば、請求項１におい
て、スロット内においてセグメントは径方向にのみ配列
され、第１コイルエンド群において、前記セグメント
は、一のスロット内での径方向外端層からの配列順番と
他のスロット内での径方向内端層からの配列順番とが同
じである電気導体がタ−ン部でつながっていることを特
徴としている。これにより、たとえばスロットあたりの
電気導体数が最も少ない４本の場合、第１コイルエンド
群において、一のスロットの最外径層と他のスロットの
最内径層にある電気導体が大セグメントにより形成さ
れ、最外径層より１層だけ内側にある電気導体と他のス
ロットの最内径層より１層だけ外側にある電気導体が小
セグメントにより形成される。よって、大セグメントと
小セグメントのタ−ン部を成形後、両者をそろえて同時
にスロットに導入できる。また、大セグメントと小セグ
メントのタ−ン部を同時に成形することも可能である。
以上により、さらに生産性を高め、製造コストを低減で
きる。

【００１７】請求項３の発明によれば、請求項１または
請求項２において、セグメントは、第２コイルエンド群
において、一のスロット内からのセグメントが交互に周
回方向に逆向きに延ばされ、異なるスロットから延びて
径方向に並んでいる２つのセグメントの端部が接合され
ていることを特徴としている。これによれば、溶接など
の接合工程の時に接合部以外でのセグメント間の干渉が
防止され、また、重ね巻を形成するための接合部が径方
向に並んでいるセグメントの端部どうしとなるので、接
合工程をさらに容易にできる。

【００１８】請求項４の発明によれば、請求項１から請
求項３のいずれかにおいて、セグメントは、規則的な形
状の基本セグメントと、基本セグメントと形状を異にす
る異形セグメントから構成され、異形セグメントは一方
のコイルエンド群の１磁極ピッチ間に集中した部分に設
けられていることを特徴としている。これによれば、不
規則な形状となる異形セグメントを第１コイルエンド群
の１磁極ピッチ間に集中した部分に設けることにより、
巻線の生産性を向上させ、生産コストを低減することが
できる。

【００１９】請求項５の発明によれば、巻線の電気導体
は、固定子鉄心のスロット内においては、径方向に関し
て配列されており、径方向に関して配列された内外の中
層と、これら中層を囲んで配列された内外の端層とを含
む複数の層を形成し、固定子鉄心の一方の端部において
は、所定ピッチ離れて位置する内中層と外中層とを接続
する複数の中層コイルエンド、および、所定ピッチ離れ
て位置する内端層と外端層とを接続し、それぞれが前記
中層コイルエンドを囲むように配置された複数の端層コ
イルエンドを形成し、固定子鉄心の他方の端部において
は、所定ピッチ離れて位置する前記中層と前記端層とを
接続する複数の隣接層コイルエンドを形成していること
を特徴としている。

【００２０】また、請求項６の発明によれば、巻線の電
気導体は、固定子鉄心の一方の端部においては、所定ピ
ッチ離れて位置する前記内中層と前記外端層、又は前記
外中層と前記内端層を接続する１つの異形コイルエンド
を形成していることを特徴としている。また、請求項７
の発明によれば、巻線の電気導体は、異形コイルエンド
と隣接する残る外中層と前記内端層、又は前記内中層と
前記外端層は、他の巻線への接続線、又は出力線を形成
していることを特徴としている。

【００２１】また、請求項８の発明によれば、巻線の電
気導体は、連続した電気導体よりなる複数のセグメント
を接合して形成されており、複数の前記セグメントは、
中層コイルエンドを形成する小セグメントと、端層コイ
ルエンドを形成する大セグメントと、異形コイルエンド
を形成する異形セグメントとを含んでおり、隣接層コイ
ルエンドは、複数のセグメントの端部を接合して形成さ
れていることを特徴としている。

【００２２】このようにして巻線を形成することによ
り、電気導体間の接合を、固定子鉄心の一方の端部側に
揃えることができる。また、第１コイルエンドを形成す
る小セグメントは第２コイルエンドを形成する第セグメ
ントに囲まれているので、両者を揃えてスロットに挿入
することができる。さらに、大小のセグメントを同時に
成形することも可能であるため、製造工程が容易とな
る。

【００２３】請求項９の発明では、巻線の電気導体は、
内外の中層に対して径方向に配置されるとともに、内外
の端層で囲まれた他の内外の中層をさらに備えることを
特徴としている。また、請求項１０の発明では、巻線の
径方向に積層された他の巻線をさらに備え、それらの巻
線が接続されて巻線を形成することを特徴としている。
また、請求項１１の発明では、巻線を囲むように配置さ
れた他の巻線をさらに備え、それらの巻線が接続されて
巻線を形成することを特徴としている。

【００２４】このように電気導体を配置することによ
り、スロットに挿入される電気導体数を４より多くした
いときでも、セグメントの同時挿入や、固定子巻線の片
側への接合部の集中などの点で製造工程は容易となる。
また、固定子鉄心には、電気的に位相が異なる複数の前
記巻線が装備されていることが望ましい。電気的に位相
の異なる複数の巻線を装備することにより、安定した出
力を得ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の車両用交流発電
機を図に示す各実施例に基づいて説明する。 〔第一実施形態〕図１から図７はこの発明の第一実施形
態を示したもので、図１は車両用交流発電機の主要部断
面、図２から図６は本実施形態の固定子の説明図であ
る。

【００２６】車両用交流発電機１は、電機子として働く
固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２並び
に回転子３を支持するハウジング４と、交流電力を直流
電力に変換する整流器５を備えて構成されている。回転
子３は、シャフト６と一体になって回転するもので、ラ
ンデル型ポ−ルコア７、界磁コイル８、スリップリング
９、１０、冷却ファン１１、１２を備えている。シャフ
ト６は、プーリ２０に連結され、自動車に搭載された走
行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。

【００２７】ランデル型ポールコア７は一組のポールコ
アを組合わせて構成されている。ランデル型ポールコア
７は、シャフト６に組付られたボス部７１およびボス部
７１の両端より径方向に延びるディスク部７２、及び１
２個の爪状磁極部７３により構成されている。ハウジン
グ４の軸方向端面には吸入孔４１が設けられている。 そ
して、ハウジング４の外周両肩部には、固定子２の第１
コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂとの
径方向外側に対応して冷却風の排出孔４２が設けられて
いる。

【００２８】固定子２は、固定子鉄心３２と、固定子鉄
心３２に形成されたスロット３５内に配置された複数の
電気導体により構成される固定子巻線と、固定子鉄心３
２と電気導体との間を電気絶縁するインシュレータ３４
とにより構成される。図２は固定子２の部分的な断面
図、図３は固定子鉄心３２に装着されるセグメント３３
の模式的形状を示す斜視図である。図２に示すように、
固定子鉄心３２には、多相の固定子巻線を収容できるよ
うに、複数のスロット３５が形成されている。本実施形
態では、回転子３の磁極数に対応して、３相の固定子巻
線を収容するように、３６本のスロット３５が、等間隔
に配置されている。

【００２９】固定子鉄心３２のスロット３５に装備され
た固定子巻線は、１本１本の電気導体として把握するこ
とができ、複数のスロット３５のそれぞれの中には、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。また、一のスロット内の４本の電気導体は、固定子
鉄心３２の径方向に関して内側から内端層、内中層、外
中層、外端層の順で一列に配列されている。これら電気
導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子
巻線が形成される。なお、本実施形態では、スロット３
５内の電気導体は、固定子鉄心３２の両端のコイルエン
ド部において、一端は連続線を配置することにより、他
端は接合により接続される。

【００３０】各スロット内の１本の電気導体は、所定の
磁極ピッチ離れた他のスロット内の１本の他の電気導体
と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数
の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するため
に、一のスロット内の所定の層の電気導体は、所定の磁
極ピッチ離れた他のスロット内の他の層の電気導体と対
をなしている。

【００３１】例えば、一のスロット内の内端層の電気導
体３３１ａは、固定子鉄心３２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、一のスロット内の
内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３２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内の外中
層の電気導体３３２ｂと対をなしている。

【００３２】そして、これらの対をなす電気導体は、固
定子鉄心３２の軸方向の一方の端部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。従って固定子鉄心３２の一方の端
部においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体と
を接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気
導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このよう
に、固定子鉄心３２の一方の端部においては、対をなす
電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の
対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電
気導体と内中層の電気導体とを接続により中層コイルエ
ンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体
とを接続により端層コイルエンドが形成される。

【００３３】一方、一のスロット内の内中層の電気導体
３３２ａは、固定子鉄心３２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
内の外端層の電気導体３３１ｂ' は、固定子鉄心３２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
内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そし
て、これらの電気導体は固定子鉄心３２の軸方向の他方
の端部において接合により接続される。

【００３４】従って、固定子鉄心３２の他方の端部にお
いては、外端層の電気導体と外中層の電気導体とを接続
する接合部と、内端層の電気導体と内中層の電気導体と
を接続する接合部とが、径方向に並んでいる。外端層の
電気導体と外中層の電気導体との接続、および内端層の
電気導体と内中層の電気導体との接続により隣接層コイ
ルエンドが形成される。

【００３５】このように固定子鉄心３２の他方の端部に
おいては、対をなす電気導体の接続部が、重複すること
なく並べて配置される。さらに、複数の電気導体は、平
角断面をもった電気導体を所定形状に成形したセグメン
トにより提供される。図３に図示されるように、内端層
の電気導体と外端層の電気導体とが、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。そして、内中層の電気導体と外中層の電気導
体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。

【００３６】大セグメント３３１と小セグメント３３２
とは基本セグメント３３を形成する。そして、基本セグ
メント３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子
鉄心３２の周りを２周するコイルが形成される。しか
し、固定子巻線の引出線を構成するセグメントおよび１
周めと２周めとを接続するターン部は基本セグメント３
３とは形状の異なる異形セグメントで構成される。そし
て、本実施形態の場合、異形セグメントの本数は３本と
なる。１周めと２周めとの接続は端層と中層の接続とな
るが、この接続により異形コイルエンドが形成される。

【００３７】巻線仕様図を３相巻線のうちの１相である
Ｘ相について、図４、図５、図６を使用して説明する。
外端層を１点鎖線、外中層を破線、内中層を実線、内端
層を２点鎖線で示す。また、上段がタ−ン部を配列して
なる第１コイルエンド群３１ａであり、下段が接合部を
配列してなる第２コイルエンド群３１ｂである。また、
図の中央に横一列に並ぶ数字はスロット番号を表し、他
の巻線仕様図においても同様である。

【００３８】まず、図４に示すように、セグメント３３
はスロット番号の１番から３スロットおきに配置され
る。第２コイルエンド群３１ｂにおいて、一のスロット
から出た外中層の電気導体の端部は固定子鉄心３２の時
計周り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロットか
ら出た外端層の電気導体の端部と、また、一のスロット
から出た内端層の電気導体の端部は固定子鉄心３２の時
計周り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロットか
ら出た内中層の電気導体の端部と接合される。そして、
スロットあたり２タ−ンの重ね巻の第１巻線３１１が形
成される。

【００３９】同様に、図５に示すように、スロットあた
り２タ−ンの重ね巻の第２巻線３１２が形成される。こ
れら図４、図５の巻線３１１および巻線３１２は、図６
に示すように、第１巻線３１１の端部３３ｍと第２巻線
３１２の端部３３ｎとが連結され、スロットあたり４タ
−ンの巻線３１５が形成される。

【００４０】ここで、第１巻線３１１の端部３３ｍと第
２巻線３１２の端部３３ｎとを連結するターン部を有す
るセグメントは、基本セグメント３３である大セグメン
ト３１１および小セグメント３１２とは形状が異なって
いる。このＸ相の巻線では、異形セグメントは、第１巻
線３１１の端部３３ｍと第２巻線３１２の端部３３ｎと
を連結するターン部を有するセグメント、巻線端Ｘ１を
有するセグメントおよび巻線端Ｘ２を有するセグメント
の３つである。異形セグメントが３つに抑えられること
は、次のように説明できる。

【００４１】図４に示す第１巻線３１１は、上述のよう
に規則的に接合してできる環状の巻線において、１番と
３４番のスロット３５に挿入されている小セグメント３
３２のターン部３３２ｃを切断することによって得るこ
とができる。同様に、第２巻線３１２は、規則的に接合
してできる環状の巻線において、１番と３４番のスロッ
ト３５に挿入されている大セグメント３３１のターン部
３３１ｃを切断することによって得ることができる。そ
して、ターン部３３１ｃの切断部の一方とターン部３３
２ｃの切断部の一方とを直列に連結し、それぞれの切断
部の他方を巻線端とすることにより、１本の巻線３１５
を形成している。このように、２つの環状の巻線を２箇
所で切断し、一の環の切断部と他の環の切断部とを接続
して１本の巻線にすることで、４ターンの重ね巻の巻線
３１５を形成できる。そのため、必要な異形セグメント
は３つである。

【００４２】また、この異形セグメントは、第１コイル
エンド群３１ａの１磁極ピッチ間に集中して設けること
ができる。本実施形態では、ターン部３３１ｃが第１巻
線３１１を形成し、ターン部３３２ｃｃが第２巻線３１
２を形成するからである。Ｘ相と同様にして、互いに１
２０度ずつ位相の異なるスロットにＹ相、Ｚ相が形成さ
れる。Ｘ相の巻線端Ｘ１、および図示せぬＹ相、Ｚ相の
巻線端Ｙ１、Ｚ１は、整流器５に接続され、巻線端Ｘ２
は中性点として図示せぬＹ２、Ｚ２と接続される。そし
て、図７に示すようにこれらの３相が星形結線される。
図６に示した巻線では、整流器５につながる巻線端Ｘ１
は、第１コイルエンド群３１ａ側から軸方向に取り出さ
れている。

【００４３】固定子巻線の製造工程を以下に説明する。
基本セグメント３３は、Ｕ字状の小セグメント３３２の
ターン部３３２ｃをＵ字状の大セグメント３３１のター
ン部３３１ｃが囲むように揃えられ、固定子鉄心３２の
軸方向側面の一方側から挿入される。その際、大セグメ
ント３３１の一方の電気導体３３１ａは固定子鉄心３２
の一のスロットの内端層に、小セグメント３３２の一方
の電気導体３３２ａは前記一のスロットの内中層に、そ
して、大セグメント３３１の他方の電気導体３３１ｂは
固定子鉄心３２の前記一のスロットから時計方向に１磁
極ピッチ離れた他のスロットの外端層に、小セグメント
３３２の他方の電気導体も前記他のスロットの外中層に
挿入される。

【００４４】その結果、図２に示すように一のスロット
には内端層側から、上述の電気導体として直線部３３１
ａ、３３２ａ、３３２ｂ' 、３３１ｂ' が一列に配置さ
れる。ここで、３３２ｂ' 、３３１ｂ' は１磁極ピッチ
ずれた他のスロット内の電気導体と対をなしている大小
のセグメントの直線部である。挿入後、第２コイルエン
ド群３１ｂにおいて、端層側に位置している電気導体
は、大セグメント３３１が開く方向に接合部３３１ｄ、
３３１ｅが１．５スロット分傾けられる。そして、中層
の電気導体は、小セグメント３３２が閉じる方向に接合
部３３２ｄ、３３２ｅが１．５スロット分傾けられる。

【００４５】以上の構成を、全てのスロット３５のセグ
メント３３について繰り返す。そして、第２コイルエン
ド群３１ｂにおいて、外端層の接合部３３１ｅ' と外中
層の接合部３３２ｅとが、そして、内中層の接合部３３
２ｄと内端層の接合部３３１ｄ' とが溶接、超音波溶
着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって接合され、
電気的に接続されている。

【００４６】なお、このセグメントは銅平板から、プレ
ス等で略Ｕ字型形状に成形される。大セグメントと小セ
グメントは個別に成形しても良いし、銅平板から２本を
同時に成形しても良い。また、セグメントは直線の平角
断面を持つ電気導体をひねって形成される。ターン部の
形状は、図３に示すようなコの字形に限らず、円弧状と
してもよい。 〔第一実施形態の作用効果〕上記構成とすることによ
り、第１コイルエンド群３１ａおよび第２コイルエンド
群３１ｂにおいて、各層の電気導体は同一方向に傾斜し
ている。そのため、同じ層のセグメントどうしが干渉す
ることなく、スロットあたり４タ−ンの重ね巻の巻線３
１５を形成することができる。この時、異形セグメント
は１相あたり３本のみで済み、他はすべて基本セグメン
ト３３の配置で重ね巻の巻線を構成できる。

【００４７】また、第２コイルエンド群３１ｂに接合部
を揃えることができ、作業性を改善できる。その一方で
多数の接合部を、２重の環状に等間隔に配置できる。そ
のため、接合部間の距離の近接を抑制でき、溶接などの
接合工程を容易にできる。たとえば、溶接装置の位置決
め、溶接したい部位への位置合わせなどが容易になるな
ど、生産性の向上が可能である。

【００４８】さらに、セグメント３３は大セグメント３
３１が小セグメント３３２を囲むように２重のタ−ン部
を形成しているので、両者をそろえて同時にスロットに
導入できることや、タ−ン部の成形加工において両者を
同時に製作することも可能であるので、生産性をより向
上させることができる。また、不規則な形状となる異形
セグメントを第１コイルエンド３１ａの１磁極ピッチ間
に集中した部分に設けることによっても、生産性を向上
することができる。

【００４９】以上により、セグメントを使用した固定子
において、セグメント製作および巻線工程の生産性を向
上させ、製造コストの低減をすることができる。 〔第二実施形態〕第１実施形態では、スロットあたり４
ターンの巻線３１５を示した。しかし、車両が要求され
る出力特性に応じ、スロットあたりの電気導体数を多く
したいという要求は、以下の第２から第４の実施形態の
ようにして実現することができる。

【００５０】第一実施形態では、スロットあたりの電気
導体数を４本とした巻線の構造を示したが、スロットあ
たりの電気導体数を４本を単位とした巻線３１６を巻線
３１５の径方向に積層することができる。これによって
一のスロットに形成された複数個の４ターンの巻線を直
列に接続することができる。スロットあたりの電気導体
数が８本の場合の第１コイルエンド群３１ａの模式的な
断面を図８に、また１相分の巻線仕様図を図９、図１０
に示す。図９は外端層側から４層分形成される巻線を表
し、外端層側から第１層を１点鎖線、第２層を破線、第
３層を実線、第４層を２点鎖線で示す。また、図１０は
第５層から第８層で形成される巻線を表し、外端層側か
ら第５層を１点鎖線、第６層を破線、第７層を実線、第
８層を２点鎖線で示す。図９の巻線および図１０の巻線
は第一実施形態と同様にして形成される。そして、巻線
端ＸＸ１と巻線端ＸＸ２とをつなぐターン部を持つセグ
メントを１本配置することにより、図９、図１０の巻線
は直列に接続される。

【００５１】この場合も、第２コイルエンド群３１ｂに
接合部を揃えることができ、作業性を改善できる。その
一方で多数の接合部を４重の環状に等間隔に配置でき
る。そのため、第一実施形態と同様に接合工程の生産性
を確保できる。また、この実施形態では異形セグメント
は１相あたり５本必要となるが、第一実施形態と同様
に、それらの異形セグメントは第１コイルエンド群３１
ａの１磁極ピッチの間に集中させることができる。 〔第三実施形態〕第一実施形態では、スロットあたりの
電気導体数を４本とした巻線３１５の構造を示したが、
スロットあたりの電気導体数を４の倍数の場合として、
第１コイルエンド群３１ａで巻線３１５が巻線３１７に
多重に囲まれるようにセグメントのターン部を配置して
もよい。

【００５２】この場合、外端層側の２本と内端層側の２
本、さらに隣接する２本ずつを順次組み合わせて第一実
施形態と同様の巻線を複数形成し、これらを直列に接続
する。スロットあたりの導体数が８本の場合の第１コイ
ルエンド群３１ａの模式的断面を図１１に、また１相分
の巻線仕様図を図１２、図１３に示す。第１層から第８
層のうち、図１２は第３層から第６層の構成を示し、図
１３は第１層、第２層、第７層、第８層の構成を示して
いる。

【００５３】図１２において、外端層側から第３層を１
点鎖線、第４層を破線、第５層を実線、第６層を２点鎖
線で示す。また、図１３において、外端層側から第１層
を１点鎖線、第２層を破線、第７層を実線、第８層を２
点鎖線で示す。図９の巻線および図１０の巻線は第一実
施形態と同様にして形成される。図１２の巻線端ＸＸ
３、図１３の巻線端ＸＸ４をつなぐタ−ン部を持つセグ
メントを１本配置することにより、図１２、図１３の巻
線は直列に接続される。

【００５４】以上により、第２コイルエンド群３１ｂに
接合部を揃えることができ、作業性を改善できる。その
一方で多数の接合部を４重の環状に等間隔に配置でき
る。そのため、第一実施形態と同様に接合工程の生産性
を確保できる。また、この実施形態においても異形セグ
メントは１相あたり５本必要となるが、第一実施形態お
よび第２実施形態と同様に、それらの異形セグメントは
第１コイルエンド群３１ａの１磁極ピッチの間に集中さ
せることができる。 〔第四実施形態〕第一実施形態では、スロットあたりの
電気導体数を４本とした固定子巻線の構造を示したが、
スロットあたりの電気導体数を６本として、一方のコイ
ルエンドで２つのＵ字状の小セグメント３３２、３３３
を径方向に配置し、それらを１つの大セグメント３３１
が囲む構造としてもよい。図１４は、第１コイルエンド
群３１ａの模式的な断面図であり、外端層側から第１
層、第２層、第３層、第４層、第５層、第６層とする。
第１層と第６層とで端層３３１ａ、３３１ｂ' を形成
し、第２層と第３層とで中層３３２ａ、３３２ｂ' を、
そして、第４層と第５層とで他の中層３３３ａ、３３３
ｂ' を形成する。第１層と第６層とによって外端層間を
つなぐタ−ン部が形成され、その内側に第２層と第３
層、および第４層と第５層をつなぐタ−ン部が配置され
ている。巻線仕様図を１相分を代表例として、図１５、
図１６に示す。

【００５５】図１５、図１６において、外端層側から第
１層を１点鎖線、第２層を細い破線、第３層を細い実
線、第４層を２点鎖線、第５層を太い破線、第６層を太
い実線で示す。図１５に示す第１巻線３１３および図１
６に示す第２巻線３１４は、スロットあたり３ターンの
重ね巻の巻線を形成する。第１巻線３１３の巻線端ＸＸ
５、第２巻線３１４の巻線端ＸＸ６をつなぐタ−ン部を
持つセグメントを１本配置することにより、図１５、図
１６の巻線は直列に接続される。

【００５６】この場合も、巻線仕様図より明らかなよう
に、第２コイルエンド群３１ｂに接合部を揃えることが
でき、作業性を改善できる。その一方で多数の接合部を
３重の環状に等間隔に配置できるため、第一実施形態と
同様に接合工程の生産性を向上できる。また、本実施形
態では、１相あたりの異形セグメントは第１巻線３１３
の端部ＸＸ５と第２巻線３１４の端部ＸＸ６との接続部
を有するセグメント、巻線端Ｘ１を有するセグメントお
よび巻線端Ｘ２を有するセグメントの３本である。ま
た、異形セグメントは第一実施形態から第三実施形態と
同様に、第１コイルエンド群３１ａの１磁極ピッチの間
に集中させることができる。 〔その他の実施形態〕第一実施形態においては、第１巻
線３１１と第２巻線３２２とを接続する異形セグメント
は、内端層と外中層との接続とし、外端層と内中層とを
引出線とした。しかし、第１巻線３１１と第２巻線３２
２とを接続する異形セグメントは、外端層と内中層との
接続とし、内端層と外中層とを引出線としてもよい。

【００５７】また、第一実施形態においては基本セグメ
ント３３の形状を、一方のコイルエンドにおいて、大セ
グメント３３１のターン部３３１ｃが小セグメント３３
２のターン部３３２ｃを囲むＵ字状とした。しかし、棒
状のセグメントをスロット３５に挿入し、第一実施形態
においてターン部を経由して連続線を用いて接続してい
た部分を接合により接続してもよい。この場合は、双方
のコイルエンドにおいて、電気導体が接合により接続さ
れて電気巻線を形成する。そして、その接合部は一方の
コイルエンドにおいては、内層側と外層側の２層の環状
に並んで位置し、他方のコイルエンドにおいては、外中
層の電気導体と内中層の電気導体との接合部を外端層の
電気導体と内端層の電気導体との接合部が囲むように位
置する。

【００５８】また、一方のコイルエンドにおいて、外中
層の電気導体と内中層の電気導体との接合部を、外端層
の電気導体と内端層の電気導体との接合部が囲み、他方
のコイルエンドにおいて、外端層の電気導体と外中層の
電気導体と、および内端層の電気導体と内中層の電気導
体とを連続線で接続した構成としてもよい。なお、上記
第一から第四の実施形態では、引出線は第１コイルエン
ド群３１ａ側に設けたが、引出線を接合部側である第２
コイルエンド群３１ｂに設けても構わない。

【００５９】第四実施形態では、導体数が６本とした
が、導体数が６＋４Ｎ（Ｎ：自然数）の場合も、内端層
と外端層がタ−ン部でつながり、他は径方向に並んでい
る層がタ−ン部でつながっていれば、同様の巻線構造を
適用できる。上記の実施形態では、回転子３は１２極の
爪状磁極を持ち、固定子２のスロットを３６個としてい
るが、極数が変更され、それに伴いスロット数が変更さ
れた場合にも、同様の形態の巻線構造を適用できる。例
えば、スロット数を２倍にして２つの三相巻線群を形成
し、これらの出力を合成してもよい。

【００６０】また、スロットを周回する巻線が複数個あ
るときに、それらを接続して１本の巻線を形成するが、
それらの接続の組合せは任意である。すなわち、車両か
ら要求される出力特性に応じ、直列接続でも、並列接続
でも、または直列と並列の複合接続でもよい。図１７は
直列と並列の複合接続を示したものである。図１７はス
ロットあたり８ターンの巻線を形成した実施形態、例え
ば第二実施形態において、第１巻線３１１の端部３３ｍ
と第２巻線の端部３３ｎとをそれぞれ棒状のセグメント
を用いて形成し、それら第１巻線３１１と第２巻線３２
２とを並列に接続している。そして、それを他の４ター
ン分の巻線と直列に接続して、それらの両端を出力とし
て各相の巻線を形成している。

【００６１】また、図１８に示すように、各相それぞれ
２つの巻線を形成する場合に、星形結線の巻線を２組作
り、各々の整流器によって直流に変換した後、直流出力
を合成してもよい。上記実施形態では、スロット数が３
６の場合を示したが、スロット数が倍になった実施形態
においても同様に巻線を形成することができる。スロッ
ト数が倍になった場合の回路図を図１９に示す。図１９
に示す例では、お互いに電気角で３０°異なる巻線を、
上記実施形態と同様に形成し、それらを直列に接続して
Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相のそれぞれの巻線を形成している。ま
た、お互いに電気角で３０°異なる巻線のそれぞれを星
形結線して、各々の整流器によって直流に変換した後、
直流出力を合成してもよい。なお、スロットが３倍以上
に設定される場合も、同様の巻線を形成できる。

【００６２】なお、上記実施形態では、固定子巻線はＸ
相、Ｙ相、Ｚ相を星形結線して形成したが、Ｘ相、Ｙ
相、Ｚ相を三角結線して形成してもよい。あるいは、２
つ以上の整流器を用いて整流後の直流出力を合成する場
合に、星形結線と三角結線とを組合わせてもよい。ま
た、異形セグメントの数は、固定子鉄心の周回数より１
多い数となるので、第一実施形態および第四実施形態で
説明したようなスロットを周回する巻線３１１、３１
２、３１３、３１４のような巻線の個数より１多い数だ
け必要となる。上記巻線３１１、３１２、３１３、３１
４は固定子鉄心１周あたり複数ターンの巻線であるの
で、ターン数を維持しつつ、異形セグメントの本数を抑
えることができる。

【００６３】また、上記実施形態では、セグメントは平
角断面のものを用いたが、少なくともスロット内に収容
される直線部３３１ａ、３３１ｂ、３３２ａおよび３３
２ｂが平角断面であればよく、その他の部分は丸線断面
でもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態の車両用交流発電機の断
面図である。

【図２】第一実施形態の固定子の部分的な断面図であ
る。

【図３】第一実施形態のセグメントの模式的斜視図であ
る。

【図４】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図で
ある。

【図５】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図で
ある。

【図６】第一実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図で
ある。

【図７】第一実施形態の回路図である。

【図８】第二実施形態の固定子の第１コイルエンド群の
簡略図である。

【図９】第二実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図で
ある。

【図１０】第二実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図
である。

【図１１】第三実施形態の固定子の第１コイルエンド群
の簡略図である。

【図１２】第三実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図
である。

【図１３】第三実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図
である。

【図１４】第四実施形態の固定子の第１コイルエンド群
の簡略図である。

【図１５】第四実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図
である。

【図１６】第四実施形態の固定子の部分的な巻線仕様図
である。

【図１７】他の実施形態の回路図である。

【図１８】他の実施形態の回路図である。

【図１９】他の実施形態の回路図である。

【図２０】従来の実施形態の部分的な巻線仕様図であ
る。

【図２１】従来の実施形態のスロット内での電気導体の
配置を示した図である。

【符号の説明】

１ 車両用交流発電機 ２ 固定子 ３ 回転子 ４ フレ−ム ６ シャフト ７ ポールコア ８ 界磁コイル ９、１０ スリップリング １１、１２ ファン ３１ コイルエンド ３１ａ 第１コイルエンド群 ３１ｂ 第２コイルエンド群 ３２ 固定子鉄心 ３３ セグメント ３４ インシュレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−39097（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−303351（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−205441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−99209（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 3/50

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のスロットを持つ固定子鉄心と前記
   スロットに装備された多相の固定子巻線とを有する車両
   用交流発電機の固定子において、 前記固定子巻線は、電気導体よりなる複数のセグメント
   を接合して構成されており、 前記固定子鉄心の軸方向端面の一方に形成され、前記電
   気導体よりなる一のセグメントのターン部を他のセグメ
   ントのターン部が囲むように配置してなる第１コイルエ
   ンド群と、 前記固定子鉄心の軸方向端面の他方に形成され、重ね巻
   を形成するように前記セグメントの端部を接合してなる
   第２コイルエンド群とを備えることを特徴とする車両用
   交流発電機の固定子。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記スロット内において前記セグメントは径方向にのみ
   配列され、 前記第１コイルエンド群において、前記セグメントは、
   一のスロット内での径方向外端層からの配列順番と他の
   スロット内での径方向内端層からの配列順番とが同じで
   ある前記電気導体がターン部でつながっていることを特
   徴とする車両用交流発電機の固定子。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 前記セグメントは、前記第２コイルエンド群において、
   一のスロット内からの前記セグメントが交互に周回方向
   に逆向きに延ばされ、異なるスロットから延びて径方向
   に並んでいる２つの前記セグメントの端部が接合されて
   いることを特徴とする車両用交流発電機の固定子。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかにおい
   て、 前記セグメントは、規則的な形状の基本セグメントと、
   前記基本セグメントと形状を異にする異形セグメントと
   から構成され、 前記異形セグメントは一方のコイルエンド群の１磁極ピ
   ッチ間に集中した部分に設けられていることを特徴とす
   る車両用交流発電機の固定子。
5. 【請求項５】 複数のスロットを持つ固定子鉄心と、前
   記固定子鉄心に装備された電気導体よりなる巻線とを備
   える車両用交流発電機の固定子において、 前記巻線の電気導体は、 固定子鉄心のスロット内においては、径方向に関して配
   列されており、径方向に関して配列された内外の中層
   と、これら中層を囲んで配列された内外の端層とを含む
   複数の層を形成し、 前記固定子鉄心の一方の端部においては、所定ピッチ離
   れて位置する内中層と外中層とを接続する複数の中層コ
   イルエンド、および、所定ピッチ離れて位置する内端層
   と外端層とを接続し、それぞれが前記中層コイルエンド
   を囲むように配置された複数の端層コイルエンドを形成
   し、 前記固定子鉄心の他方の端部においては、所定ピッチ離
   れて位置する前記中層と前記端層とを接続する複数の隣
   接層コイルエンドを形成していることを特徴とする車両
   用交流発電機の固定子。
6. 【請求項６】 前記巻線の電気導体は、 前記固定子鉄心の一方の端部においては、 所定ピッチ離れて位置する前記内中層と前記外端層、又
   は前記外中層と前記内端層を接続する１つの異形コイル
   エンドを形成していることを特徴とする請求項５に記載
   の車両用交流発電機の固定子。
7. 【請求項７】 前記巻線の電気導体は、 前記異形コイルエンドと隣接する残る外中層と前記内端
   層、又は前記内中層と前記外端層は、他の巻線への接続
   線（Ｘ２）、又は出力線（Ｘ１）を形成していることを
   特徴とする請求項６に記載の車両用交流発電機の固定
   子。
8. 【請求項８】 前記巻線の電気導体は、連続した電気導
   体よりなる複数のセグメントを接合して形成されてお
   り、 複数の前記セグメントは、 前記中層コイルエンドを形成する小セグメントと、 前記端層コイルエンドを形成する大セグメントと、 前記異形コイルエンドを形成する異形セグメントとを含
   んでおり、 前記隣接層コイルエンドは、複数の前記セグメントの端
   部を接合して形成されていることを特徴とする請求項６
   または請求項７のいずれかに記載の車両用交流発電機の
   固定子。
9. 【請求項９】 前記巻線の電気導体は、 前記内外の中層（３３２ａ、３３２ｂ' ）に対して径方
   向に配置されるとともに、前記内外の端層（３３１ａ、
   ３３１ｂ' ）で囲まれた他の内外の中層（３３３ａ、３
   ３３ｂ' ）をさらに備えることを特徴とする請求項５か
   ら請求項８のいずれかに記載の車両用交流発電機の固定
   子。
10. 【請求項１０】 前記巻線の径方向に積層された他の巻
    線（３１６）をさらに備え、それらの巻線（３１５、３
    １６）が接続されて巻線を形成することを特徴とする請
    求項５から請求項８のいずれかに記載の車両用交流発電
    機の固定子。
11. 【請求項１１】 前記巻線（３１５）を囲むように配置
    された他の巻線（３１７）をさらに備え、それらの巻線
    （３１５、３１７）が接続されて巻線を形成することを
    特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の車
    両用交流発電機の固定子。
12. 【請求項１２】 前記固定子鉄心には、電気的に位相が
    異なる複数の前記巻線が装備されていることを特徴とす
    る請求項５から請求項８のいずれかに記載の車両用交流
    発電機の固定子。
13. 【請求項１３】 前記セグメントは、規則的な形状の基
    本セグメントと、前記基本セグメントと形状を異にする
    異形セグメントとから構成され、 前記異形セグメントは、第１巻線の端部と第２巻線の端
    部とを連結するターン部を有するセグメント、巻線端を
    有するセグメントおよび巻線端を有するセグメントであ
    ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
    車両用交流発電機の固定子。