JP3427748B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

車両用交流発電機

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JP3427748B2
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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に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、安全制御機器等の電気負荷の増加
が求められ、ますます発電能力の向上が求められてい
る。従来、車両用交流発電機の高出力化のための構造と
して、国際公開第92/06527号パンフレット(1
992)が知られている。上記従来技術においては、固
定子鉄心に設けられた複数のスロットにU字状の電気導
体を同一方向から差し込み、それらの端部を周方向に曲
げた後に接合することにより固定子巻線を形成してい
る。この構成では、U字状の電気導体を規則的に並べる
ことができるため、スロット内の電気導体を高占積率化
することができ、高出力化が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のU字状
の電気導体は1種類の導線より加工されており、電気導
体表面には絶縁のための被膜が備えられている。また、
上記従来技術において、U字状の電気導体から固定子巻
線を形成するためには、曲げR、曲げ角度の異なる数種
類の曲げ加工を加える必要がある。従って、曲げ加工が
加えられている箇所での絶縁被膜にかかるストレスによ
る被膜損傷を防止するためには、最も厳しい曲げ加工が
加えられる箇所に合わせて導線の被膜材料を選んだり、
被膜が耐えうる曲げ加工条件下で巻線を設計する必要が
あった。電気導体の製造コストのうち、絶縁被膜の占め
る割合は非常に高いため、絶縁被膜を厳しい条件に耐え
うる強度の高いものに変更すると製造コストアップに直
結するという問題があった。
【0004】被膜の損傷は、曲げ加工による被膜ストレ
スだけではなく、巻線の発熱にも起因する。しかし、上
記従来技術において、被膜を熱による損傷から保護する
ためには、最も高温となる箇所に合わせて導線の被膜材
料を選ぶ必要があり、そのことも製造コストアップの原
因となっていた。本発明は上記問題に鑑みなされたもの
であり、コストアップを抑えつつ、電気導体の絶縁被膜
を保護することを目的とする。
【0005】詳しくは、本発明は電気導体の曲げ加工に
よる絶縁被膜のストレスによる損傷から被膜を保護する
ことを目的とする
【0006】
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め、 請求項に記載の発明では、固定子鉄心(32)の
軸方向端面の一方側において、一のターン部(332
c)を他のターン部(331c)が囲むように配置さ
れ、他のターン部(331c)より一のターン部(33
2c)の方が、絶縁被膜(36、37)の強度が高いこ
とを特徴としている。これによると、一のターン部(3
32c)は他のターン部(331c)に囲まれているの
で、一のターン部(332c)の方が他のターン部(3
31c)より曲率が大きい。そのため、一のターン部
(332c)の被膜ストレスの方が他のターン部(33
1c)の被膜ストレスより大きい。また、一のターン部
(332c)は他のターン部(331c)に囲まれてい
るので、冷却風が当たりにくく、高温となる。
【0009】このように、一のターン部(332c)の
方が他のターン部(331c)より被膜の損傷を受けや
すい条件下にある。しかし、一のターン部(332c)
に備えられている絶縁被膜(37)方が他のターン部
(331c)に備えられている絶縁被膜(36)より強
度が高いので、被膜のストレス及び熱による損傷を防止
できる。これにより、被膜損傷による電気導体(33)
のショートも防止できる。また、一のターン部(332
c)の絶縁被膜(37)さえ強度の高いものを用いれば
上記効果は得られるので、コストアップも低く抑えるこ
とができる。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】お、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
【0017】
【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形態に基づいて説明する。 (第一実施形態)図1から図5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5は本実施形態の固定子の説明図であ
る。
【0018】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、回転子3を支
持するとともに固定子2を挟持して締結ボルト4cによ
って固定しているフロントハウジング4a及びリアハウ
ジング4b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、ランデル型ポールコア7、
界磁コイル8、スリップリング9、10、送風装置とし
ての斜流ファン11および遠心ファン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。
【0019】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。プーリ側
の斜流ファン11は、ポールコア7端面に溶接などによ
って固着されたベース板111に対して鋭角の傾斜を持
つブレードと、直角なブレードとを持ち、回転子3と一
体となって回転する。反プーリ側の遠心ファン12は、
ポールコア7の端面に溶接などによって固着されたベー
ス板121に対して直角なブレードのみを持つ。
【0020】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。整流器5は、車両用交流発
電機1の反プーリ側の端部に設けられている。従って第
1コイルエンド群31aは、この整流器5と対応づけて
配置される。
【0021】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。また、固定子鉄心32は一対のフ
ロントハウジング4aとリアハウジング4bとの間に挟
持固定されている。
【0022】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。
【0023】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。これらの電
気導体には、絶縁被膜36、37が施されている。な
お、内中層と外中層に施されている絶縁被膜37は、内
端層と外端層に施されている絶縁被膜36より厚さが厚
くなるように被膜材が塗布されている。
【0024】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35内の電気導体は、第1コイル
エンド群31a側においては、一端を連続線を配置する
ことにより、また、第2コイルエンド群31b側におい
ては、他端を接合することにより接続される。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。
【0025】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。例えば、一のスロット内の内端層の電気導体33
1a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331
b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。
【0026】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、外端層の電気導体と内端層の電気導体
との接続により端層コイルエンドが形成される。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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
角断面をもった一定の太さの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3
31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。また、
前述のように、内端層と外端層の電気導体をなす大セグ
メント331より、内中層と外中層の電気導体をなす小
セグメント332の方が厚く被膜材が塗布されている。
【0030】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。
【0031】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332bも前記他のスロットの
外中層に挿入される。
【0032】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。
【0033】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、並びに内中層の接合部332d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電気的導通を得るよ
うに接合され、図4に示されるようなステータが得られ
る。
【0034】図5はステータ断面を模式的に示す図であ
る。第1コイルエンド群31aにおいては、小セグメン
ト332のターン部332cは大セグメント331のタ
ーン部331cの内側に囲まれるように配置されてい
る。そのため、小セグメント332のターン部332c
の曲率は、大セグメント331のターン部331cの曲
率より大きくなっている。
【0035】また、ターン部331c、332cの外周
側331g、332gにおいては被膜が引き伸ばされ、
内周側331f、332fにおいては被膜が圧縮される
が、内周側と外周側との被膜の伸縮差は、曲率が大きい
程大きくなる。そのため、小セグメント332のターン
部332cの被膜ストレスは大セグメント331のター
ン部331cの被膜ストレスよりも大きくなっている。
【0036】しかし、前述のように、小セグメント33
1の絶縁被膜37は、大セグメント332の絶縁被膜3
6より厚さが厚くなっている。即ち、小セグメント33
1は大セグメント332より、高い被膜強度が確保され
ている。従って、高い被膜ストレスがかかる小セグメン
ト332のターン部332cにおいても、被膜破損を防
ぐことができる。また、これにより、絶縁被膜の破損に
起因するコイルのショートも防止できる。 (第二実施形態)上記第一実施形態においては、絶縁被
膜を保護するために、小セグメント331の絶縁被膜3
7を大セグメント332の絶縁被膜36より厚くした。
しかし、絶縁被膜の保護は以下に示す第二実施形態のよ
うにしても達成することができる。なお、第二実施形態
は、第一実施形態に対して電気導体に塗布されている絶
縁被膜のみが異なり、他の構成等は第一実施形態と同一
である。
【0037】第二実施形態においても、複数の電気導体
は、平角断面をもった一定の太さの電気導体をU字状に
成形してなる大セグメント331と小セグメント332
とにより提供される。そして、大セグメント331と小
セグメント332の双方には、それぞれ同一の厚さの絶
縁被膜36、37が塗布されている。内中層と外中層の
電気導体をなす小セグメント332に塗布されている被
膜材は、内端層と外端層の電気導体をなす大セグメント
331に塗布されている被膜材より強耐熱性のものが使
用されている。例えば、大セグメント331には被膜材
としてポリアミドイミドを用い、小セグメント332に
はポリアミドイミドより強耐熱性であるポリイミドを用
いることができる。
【0038】図5に示すように、第1コイルエンド群3
1a側においては、U字状の小セグメント332のター
ン部332cはU字状の大セグメント331のターン部
331cに囲まれて配置されている。隣接するスロット
35の間隔が広いときには、隣接する電気導体33の間
を冷却風が通って、大セグメント331に取り囲まれて
いる小セグメント332も十分に冷却することが可能で
ある。しかし、隣接するスロット35の間隔が狭いとき
には、隣接する電気導体33の間を冷却風が通りにくい
ため、小セグメント332のターン部332cには、冷
却ファン12からの冷却風が当たりにくい構造となる。
そのため、車両用交流発電機1の作動時には、大セグメ
ント331のターン部331cよりも小セグメント33
2のターン部332c付近の方が高温となる。
【0039】しかし、そのような場合においても、小セ
グメント332の絶縁被膜37に、大セグメント331
の絶縁被膜36より強耐熱性のものを使用することによ
り、高温となるターン部332cにおいても、熱による
被膜劣化を防ぐことができる。また、これにより、絶縁
被膜の破損に起因するコイルのショートも防止できる。 (第三実施形態)上記第一及び第二実施形態において
は、電気導体の被膜を保護するために、大セグメント3
31のターン部331cと小セグメント332のターン
部332cとの被膜加工自体に差を付けて、より厳しい
条件下におかれる被膜を保護した。しかし、以下に示す
第三実施形態のように、一種類の被膜加工処理のみで異
なる条件下におかれる電気導体の被膜を保護することが
できる。
【0040】第三実施形態では、大セグメント331は
小セグメント332より太い導線を用いて形成されてい
る。また、大セグメント331と小セグメント332に
は、同一の耐熱性能の絶縁材が同一の厚さに塗布されて
いる。図5に示されるように、第1コイルエンド群31
a側においては、U字状の小セグメント332のターン
部332cはU字状の大セグメント331のターン部3
31cに囲まれて配置されている。従って、第1コイル
エンド群31a側における大セグメント331と小セグ
メント332とのコイルエンド部分の長さを比較する
と、大セグメント331の方が小セグメント332より
も長い。
【0041】一般に、導線の抵抗は長さに比例し、太さ
に反比例する。また、導線の発熱量は抵抗値に比例す
る。従って、太さの等しい導線で大セグメント331と
小セグメント332を形成すると、第1コイルエンド群
31aにおいては、小セグメント332のターン部33
2cよりも、大セグメント331のターン部331cの
方が発熱量が大きい。
【0042】また、スロット35の間隔が比較的広いと
きには、第1コイルエンド群31aの電気導体33は、
内端層から外端層に向けて流れる遠心ファン12による
遠心風によって冷却される。その際、外端層に当たる冷
却風は、外端層より内側にある電気導体33を冷却後の
ため温風となっており、外端層が最も冷却されにくい。
【0043】しかし、第三実施形態では、大セグメント
331は小セグメント332よりも太い導線で形成して
いる。その結果、大セグメント331の単位長さあたり
の抵抗値を減らすことができ、大セグメント331のタ
ーン部331c発熱量を抑制している。これにより、第
1コイルエンド群31aの局所的な昇熱を防止できるの
で、同一の耐熱性能の絶縁材が同一の厚さに塗布されて
いるターン部331c、332cの絶縁被膜を保護する
ことができる。また、これにより、絶縁被膜の破損に起
因するコイルのショートも防止できる。 (他の実施形態)第一実施形態では、大セグメント33
1のターン部331cと小セグメント332のターン部
332cの曲げR、即ち曲率に起因する被膜ストレスに
応じて、絶縁被膜36と絶縁被膜37との厚さに差をつ
けた。
【0044】また、第二実施形態においては、大セグメ
ント331のターン部331cと小セグメント332の
ターン部332cの温度差に応じて、絶縁被膜36と絶
縁被膜37との耐熱性に差をつけた。しかし、第一実施
形態や第二実施形態の効果は、ターン部331c、33
2cにおいてのみ発揮されるものではない。即ち、複数
の電気導体からステータを形成するには、電気導体に数
種類の曲げ加工を加える必要がある。そして、これら数
種類の曲げ加工の曲げRや曲げ角度に応じて、絶縁被膜
にかかるストレスが大きい箇所には絶縁被膜の厚さを厚
くすることにより、被膜破損を防止することができる。
また、ターン部331cに取り囲まれているターン部3
32c以外の箇所でも、高温となる箇所の被膜強度を高
めることにより、被膜の熱損傷を防止できる。
【0045】また、太さの異なる複数種類の電気導体が
用いられている場合は、同じ曲げ加工を施しても、太い
線の方が内外径の伸縮差が大きくなり、被膜ストレスも
大きくなる。そのため、太さの異なる電気導線が用いら
れている場合には、同じ曲げRまたは曲げ角度の箇所で
も、太い電気導線に施される絶縁被膜の強度を高くする
ことにより、被膜損傷を防止できる。
【0046】また、大セグメント331のターン部33
1cに囲まれている小セグメント332のターン部33
2cに限らず、車両用交流発電機1の構造上、冷却風が
当たりにくい箇所を強耐熱性の絶縁材で被膜してもよ
い。これにより、冷却風が当たりにくく、高温となりや
すい箇所の絶縁被膜の熱損傷を防止できる。また、第三
実施形態のように、被膜加工自体に差をつけなくとも、
高温となりやすい箇所の電気導体を太線化することによ
り、電気導体の発熱量を抑え、結果として絶縁被膜の熱
損傷を防止することができる。この手段も、ターン部3
31c、332cに限られることなく、高温となりやす
い箇所で採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の車両用交流発電機の断面図
である。
【図2】実施形態の固定子の部分的な断面図である。
【図3】実施形態のセグメントの模式的斜視図である。
【図4】ステータの第2コイルエンド群側を示す斜視図
である。
【図5】ステータの断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
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…電気導体、34…イン
シュレータ、331…大セグメント、332…小セグメ
ント、331c、332c…ターン部、331d、33
1e、332d、332e…接合部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−238447(JP,A) 特開 平5−300684(JP,A) 特開 平9−154265(JP,A) 実開 平1−116547(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 3/00 - 3/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のスロット(35)を持つ固定子鉄
    心(32)と、前記固定子鉄心(32)に装備された複
    数の電気導体(33)を接続してなる固定子巻線とを有
    する車両用交流発電機において、 前記固定子鉄心(32)の軸方向端面の一方側におい
    て、一の前記電気導体(33)を屈曲してなるターン部
    (332c)を他の前記電気導体(33)のターン部
    (331c)が囲むように配置され、 前記両ターン部(331c、332c)には絶縁被膜
    (36、37)が備えられており、 前記他の電気導体(33)のターン部(331c)より
    前記一の電気導体(33)のターン部(332c)の方
    が、前記絶縁被膜(37)の強度が高いことを特徴とす
    る車両用交流発電機。
  2. 【請求項2】 前記他の電気導体(33)のターン部
    (331c)より前記一の電気導体(33)のターン部
    (332c)の方が、絶縁被膜(37)が厚いことを特
    徴とする請求項に記載の車両用交流発電機。
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