JP3593009B2

JP3593009B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3593009B2
Application number: JP2000226843A
Authority: JP
Inventors: 淑人浅尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: EP1176695A3; DE60010249T2; KR20020010451A; US20020030417A1; EP1176695A2; KR100414320B1; US6525443B2; DE60010249D1; JP2002044890A; EP1176695B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機等の回転電機に関し、特に固定子のコイルエンドの高さを低くすることができ小型化することができる回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電機等の回転電機の小型高出力を実現するため、発熱部である固定子のコイルエンド（固定子鉄心外方のコイルの渡り部をコイルエンドと呼ぶ）に冷却風を通風させることは一般的である。そして、この部位の通風による風騒音を抑制する目的のために、通風抵抗となるコイルエンドは、小さくする必要がある。このようなことから、固定子の磁気回路内に納める電気導体の占積率の向上と、固定子巻線の渡り部、すなわちコイルエンドの整列化および高密度化が必要となる。
【０００３】
そして、固定子の電気導体に偏平状で短尺の導体セグメントを用いて電気導体の占積率向上、及びコイルエンドの整列化および高密度化を図る構造が、例えば特開平１１−１６４５０４号公報で提案されている。
図２１は、例えば、上述の公報で提案された従来の回転電機のコイルエンドの一部を拡大して示した側面図である。
【０００４】
図２１において、固定子鉄心１５のスロット１５ａより斜めに延出する第１の延出部２３０ｂは、固定子鉄心１５のスロット１５ａから真っ直ぐに引き出され、また、この第１の延出部２３０ｂに続く箇所で湾曲して向きを変えるターン部２３０ａは、第１の延出部２３０ｂに対して折り曲げられて形成され、さらに、このターン部２３０ａに続き他方のスロット１５ａへ向かう第２の延出部２３０ｃは、ターン部２３０ａに対して折り曲げられて形成されている。そして、ターン部２３０ａは、その側面を含む面が固定子鉄心１５の端面に対して垂直となるように立設して設けられている。このようにコイルエンドを形成することにより、このターン部２３０ａに静翼機能を持たせ低騒音化を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成の従来の回転電機においては、コイルエンドの軸方向高さが高いため、電気抵抗が大きく出力が悪化するとともに銅損が増え、発電機効率、温度状態が悪化する問題があった。また、従来のコイルエンドの形状は、静翼機能の機能もたせることを期待するものであったが、そもそもこの部位が通風抵抗となり、圧力損失が増え、騒音を悪化させる原因となっていた。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コイルエンドの軸方向高さを低くすることができ、小型化することができ、コイルの電気抵抗を低減し出力を向上させ、コイルの銅損を低減し温度低減や効率を向上でき、また、通風路に形成されているコイルエンドでの圧力損失を低減でき騒音も抑制できる回転電機を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機は、回転軸に嵌着される爪状磁極を有する回転子と、回転子と対向配置された固定子鉄心及び固定子鉄心に巻装され断面が偏平形状の固定子巻線を有する固定子と、回転子及び固定子を支持するブラケットとを備えた回転電機において、固定子鉄心には、軸方向に延びるスロットが、周方向に所定ピッチで複数形成され、固定子巻線は、素線が、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装されて形成され、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返された素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成し、コイルエンドは、固定子鉄心のスロットより斜めに延出する第１の延出部と、第１の延出部に続き湾曲して向きを変えるターン部を形成する頂点部と、頂点部に続き他方のスロットへ向かう第２の延出部とからなり、第１及び第２の延出部は、各々延出方向軸を中心にひねられ、周方向に隣接する他のコイルエンドと頂点部どうしが径方向に一部重なっている。
【０００８】
また、ターン部を形成する頂点部は、回転軸方向から見た際、回転軸を中心とする放射線に対して各々傾斜している。
【０００９】
また、ターン部を形成する頂点部は、径方向から見た際、回転軸に対して各々傾斜している。
【００１０】
また、第１及び第２の延出部は、固定子鉄心から延出するとすぐにひねられている。
【００１１】
また、第１及び第２の延出部の少なくとも一部は、隣接する他の第１及び第２の延出部と当接している。
【００１２】
また、固定子巻線の第１の延出部の外径側面は、ターン部にて頂点側の面を形成し、折り返して、第２の延出部の内径側面を形成する。
【００１３】
また、固定子巻線の第１及び第２の延出部のコイル断面は、径方向厚さが周方向厚さよりも大きい。
【００１４】
また、コイルエンドの径方向厚さは、第１及び第２の延出部の素線の径方向厚さの略２倍である。
【００１５】
また、素線は、スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本ずつ配列され、ターン部は、周方向ｎ列に並んで配列されている。
【００１６】
また、回転子の回転によりブラケット内に冷却風を通風させる冷却手段をさらに備え、冷却風をブラケット内に通風させることにより、コイルエンドが冷却される。
【００１７】
また、通風路に通風する冷却風は、コイルエンドの径方向に通風する。
【００１８】
さらに、冷却手段は、回転子に設けられたファンであり、、冷却風は、コイルエンドの内径側より外径側に通風する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図、図２はこの車両用交流発電機の固定子を示す斜視図及びコイルエンドの一部を拡大して示した図、図３はこの車両用交流発電機の固定子を示す正面図、図４はこの車両用交流発電機の固定子のコイルエンドの一部を拡大して示した側面図、図５は斜辺角度θ、ひねり角度Ψ及びコイルエンド高さの関係を示す図、図６はこの車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明する平面図、図７はこの車両用交流発電機の回路図、図８および図９はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線群の製造工程を説明する図である。図１０はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する内層側の素線群を示す図であり、図１０の（ａ）はその側面図、図１０の（ｂ）はその平面図である。図１１はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する外層側の素線群を示す図であり、図１１の（ａ）はその側面図、図１１の（ｂ）はその平面図である。図１２はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図、図１３はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図である。図１４は巻線の他の製造工程を示す図である。図１５はこの車両用交流発電機の適用される固定子鉄心の構造を説明する図であり、図１５の（ａ）はその側面図、図１５の（ｂ）はその背面図である。図１６はこの車両用交流発電機の適用される固定子の製造工程を説明する工程断面図、図１７はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線群の鉄心への装着状態を示す平面図である。図１８はそれぞれこの車両用交流発電機の適用される固定子の製造工程を説明する工程断面図である。なお、図２では口出し線および渡り結線が省略されている。
【００２０】
図１において、回転電機としての車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、固定子８が回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に支持されて構成されている。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト（図示せず）を介してシャフト６に伝達できるようになっている。回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシンク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【００２１】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、爪状磁極２２、２３をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
また、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周両肩部に固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ａ、１６ｂの径方向外側に対向して設けられている。
【００２２】
固定子８は、図２乃至図４に示されるように、軸方向に延びるスロット１５ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された多相固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装着されて多相固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。そして、多相固定子巻線群１６は、１本の素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて巻装された巻線を複数備えている。ここでは、固定子鉄心１５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相固定子巻線１６０を２組収容するように、９６本のスロット１５ａが等間隔に形成されている。また、素線３０には、例えば絶縁被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。
【００２３】
コイルエンド群１６ａ、１６ｂを構成する１個のコイルエンドを見ると、コイルエンドは、固定子鉄心１５のスロット１５ａより斜めに延出する第１の延出部３０ｂと、第１の延出部３０ｂに続く部分で湾曲して向きを変える上述のターン部３０ａである頂点部３０ａと、この頂点部３０ａに続き他方のスロット１５ａへ向かう第２の延出部３０ｃとからなる。
【００２４】
コイルエンド群１６ａ、１６ｂの軸方向高さを低くするには、固定子鉄心１５の端面より斜めに延出する第１の延出部３０ｂの固定子鉄心１５の端面に対する角度θが小さくなれば良い。また、頂点部を固定子軸方向に対して傾斜させると良い。このようなことから、本実施の形態においては、この角度θを従来より小さくするために、第１の延出部３０ｂは、延出方向軸を中心に角度Ψだけひねられている。さらには、第１の延出部３０ｂに続き湾曲して向きを変える頂点部３０ａは、上述のように延出方向軸を中心に角度Ψだけひねられることによって、固定子軸方向に対して傾斜され、更に、固定子鉄心１５の中心から延びる放射線Ｃに対して角度φだけ傾斜されている。さらにまた、頂点部３０ａに続く第２の延出部３０ｃは、第１の延出部３０ｂと反対に、延出方向軸を中心に角度Ψだけひねり戻され、他方のスロット１５ａへ向っている。
【００２５】
尚、頂点部の高さを低くするために、頂点部の固定子軸方向に対しての傾斜を大きくしてゆくと、頂点部におけるターン部内側の表面変位が過大となり、絶縁皮膜が損傷する。従って、これを防ぐためにも上述したように、頂点部を角度φだけ傾斜させる必要がある。また、この傾斜させた頂点部と延出部とを滑らかに変曲するには、上述したように、延出部に延出方向軸を中心に角度Ψひねる必要がある。
【００２６】
尚、角度φを大きくしてゆき、周方向に隣接する頂点部との所定のクリアランスを確保するには、角度Ψも大きくする必要が有るが、図５に示すように、延出部における隣接するコイルの所定のクリアランスを確保するために、角度θが大きくなり、結果的に延出部のコイルエンド高さの増加を招くため、適切な値を設定する必要がある。
【００２７】
本実施の形態では、θ＝３２°、φ＝６０°、Ψ＝３５°に設定されている。また、各コイルエンドは、全く同様の形状とされ、周方向に隣接するコイルの延出部のクリアランスは約１ｍｍとされている。
【００２８】
また、第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃは、固定子鉄心１５のスロット１５ａから延出するとすぐに少しづつひねられている。また、第１の延出部３０ｂの外径側面は、ターン部３０ａにて頂点側（軸方向の端面）の面を形成し、折り返して、第２の延出部３０ｃの内径側面を形成している。
【００２９】
また、固定子巻線１６の第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃのコイル断面は、径方向厚さが周方向厚さよりも大きくされている。また、コイルエンドの径方向厚さＴは、第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃの素線３０の径方向厚さの略２倍となっている。
【００３０】
このように、本実施の形態においては、コイルエンド群１６ａ、１６ｂを上述のような形状にすることによって、軸方向高さを低くするとともに、コイル絶縁皮膜の損傷を防ぎ、各コイルエンドにおいて、各コイル間には、所定の隙間を設けて、コイル間の短絡や干渉を抑え、また、コイル間に冷却空気が通風するようにして、冷却性能を向上させている。
【００３１】
つぎに、１相分の固定子巻線群１６１の巻線構造について図６及び図７を参照して具体的に説明する。
１相分の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４の巻線３１〜３４から構成されている。そして、第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の外周側から１番目の位置と外周側から２番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の外周側から２番目の位置と外周側から１番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の外周側から３番目の位置と外周側から４番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の外周側から４番目の位置と外周側から３番目の位置とを交互に採るように波巻きして構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に４本並んで配列されている。
【００３２】
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の１番から延出する第１巻線３１の端部３１ａと、スロット番号の９１番から延出する第３巻線３３の端部３３ｂとが接合され、さらにスロット番号の１番から延出する第３巻線３３の端部３３ａと、スロット番号の９１番から延出する第１巻線３１の端部３１ｂとが接合されて、２ターンの巻線が形成されている。
また、固定子鉄心１５の他端側において、スロット番号の１番から延出する第２巻線３２の端部３２ａと、スロット番号の９１番から延出する第４巻線３４の端部３４ｂとが接合され、さらにスロット番号の１番から延出する第４巻線３４の端部３４ａと、スロット番号の９１番から延出する第２巻線３２の端部３２ｂとが接合されて、２ターンの巻線が形成されている。
【００３３】
さらに、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２巻線３２の素線３０の部分が切断され、スロット番号の６７番と７３番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１巻線３１の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｃと第２巻線３２の切断端３２ｃとが接合されて、第１乃至第４巻線３１〜３４を直列接続してなる４ターンの１相分の固定子巻線群１６１が形成されている。
なお、第１巻線３１の切断端３１ｃと第２巻線３２の切断端３２ｃとの接合部が渡り結線接続部となり、第１巻線３１の切断端３１ｄと第２巻線３２の切断端３２ｄとがそれぞれ口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線１６１が形成されている。そして、図７に示されるように、固定子巻線群１６１が３相分づつ星型結線されて２組の３相固定子巻線群１６０を形成し、各３相固定子巻線群１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成される。
【００３４】
ここで、第１乃至第４巻線３１〜３４を構成するそれぞれの素線３０は、１つのスロット１５ａから固定子鉄心１５の端面側に延出し、折り返されて６スロット離れたスロット１５ａに入るように波巻きに巻装されている。そして、それぞれの素線３０は、６スロット毎に、スロット深さ方向（径方向）に関して、内層と外相とを交互に採るように巻装されている。
固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンドを形成している。そこで、固定子鉄心１５の両端において、ほぼ同一形状に形成されたターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、２列となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群１６ａ、１６ｂを形成している。
【００３５】
ついで、固定子８の組立方法について図８乃至図２０を参照しつつ具体的に説明する。
まず、図８に示されるように、１２本の長尺の素線３０を同時に同一平面上で雷状に折り曲げ形成する。ついで、図９に矢印で示されるように、直角方向に治具にて折り畳んでゆき、図１０に示される素線群３５Ａを作製する。さらに、同様にして、図１１に示されるように、渡り結線および口出し線を有する素線群３５Ｂを作製する。そして、巻線群３５Ａ、３５Ｂが装着された鉄心３６を環状に成形しやすくするために、後巻線群３５Ａ、３５Ｂは３００℃で１０分間アニール処理される。
なお、各素線３０は、図１２に示されるように、ターン部３０ａで連結された直線部３０ｂが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り曲げ形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂが、ターン部３０ａにより、素線３０の幅（Ｗ）分ずらされている。素線群３５Ａ、３５Ｂは、このようなパターンに形成された２本の素線３０を図１３に示されるように６スロットピッチずらして直線部３０ｂを重ねて配列された素線対が１スロットピッチづつずらして６対配列されて構成されている。そして、素線３０の端部が素線群３５Ａ、３５Ｂの両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３０ａが素線群３５Ａ、３５Ｂの両側部に整列されて配列されている。
【００３６】
尚、巻線群３５Ａ，３５Ｂの他の製造方法について説明する。
まず、図１４（Ａ）に示すように複数の帯状部材２６を、板状の巻芯（図示せず）の周囲に図中二点鎖線で示す位置を順次折り曲げるようにして、所定の巻数だけ巻回させることにより螺旋状に形成し、次いで、巻芯を取り外した後、各帯状部材２６の螺旋状の一側に位置する部位２６ａを外側から押圧して、この部位２６ａの内側面と螺旋状の他側に位置する部位２６ｂの内側面が同一面となるように変形させる。
【００３７】
次に、図１４（Ｂ）に示すように螺旋状の帯状部材２６の部位２６ａ同士間および部位２６ｂ同士間の上下に所定の間隔Ｌを介した位置に、それぞれ部位２６ａ側および部位２６ｂ側からピン２７を挿入し、部位２６ａ側から挿入されたピン２７群は図中実線矢印で示すように、それぞれ螺旋状の延びる方向の相反する側に、また、部位２６ｂ側から挿入されたピン２７群は図中破線矢印で示すように、それぞれ螺旋状の延びる方向の相反する側に移動させることにより、各部位２６ａおよび部位２６ｂの各ピン２７と接する位置をそれぞれ移動方向に変形させ、直線部およびこれらを連結するターン部を形成して亀甲状とし巻線群を形成する。なお、帯状部材２６の端部間にそれぞれ挿入された各位置規制ピン２８は、各ピン２７群をそれぞれ移動させる時に、各帯状部材２６がばらばらになるのを防止するために配置されるものである。
【００３８】
このように上記実施の形態によれば、複数の帯状部材２６を同時に螺旋状に形成し、螺旋状の一側に位置する部位２６ａを外側から押圧して、この部位２６ａの内側面と螺旋状の他側に位置する部位２６ｂの内側面を同一面とし、部位２６ａ同士間および部位２６ｂ同士間の上下に所定の間隔Ｌを介した位置に、部位２６ａ側および部位２６ｂ側からそれぞれピン２７を挿入し、これら各ピン２７群を図１４（Ｂ）中各矢印で示す方向に移動させることにより、各ピン２７と接する位置をそれぞれ移動方向に変形させ、直線部およびターン部を形成して亀甲状とし巻線群を構成するようにしているので、上記実施の形態１と同様に、従来必要であった導体セグメントの挿入、接合工程が省略されるため、作業性が改善され量産性の向上を図ることが可能になり、又、接合のために治具でクランプする必要が無くなる分ターン部を低くすることができるため、固定子巻線を小型化することも可能になる。
【００３９】
また、上述実施の形態１では、頂点部にて折り返して巻線群を形成するので、頂点部での適正な角度の設定が難しい。本実施の形態の場合、頂点部では、位置規制ピン２８の角度、幅等の形状設定で、頂点部、延出部の任意の形状が設定し易いという利点がある。
【００４０】
また、台形形状のスロット３６ａが所定のピッチ（電気角で３０°）で形成されたＳＰＣＣ材を所定枚数積層し、その外周部をレーザ溶接して、図１５に示されるように、直方体の鉄心３６を作製する。
【００４１】
そして、図１６の（ａ）に示されるように、インシュレータ１９が鉄心３６のスロット３６ａに装着され、２つの素線群３５Ａ、３５Ｂの各直線部を各スロット３６ａ内に重ねて押し入れる。これにより、図１６の（ｂ）に示されるように、２つの素線群３５Ａ、３５Ｂが鉄心３６に装着される。この時、素線３０の直線部３０ｂは、インシュレータ１９により鉄心３６と絶縁されてスロット１５ａ内に径方向に４本並んで収納されている。また、２つの素線群３５Ａ、３５Ｂは、図１７に示されるように、重なって鉄心３６に装着されている。
ついで、鉄心３６を丸め、その端面同士を当接させて溶接し、図１６の（ｃ）に示されるように、円筒状の鉄心３７を得る。鉄心３６を丸めることにより、スロット３６ａ（固定子鉄心のスロット１５ａに相当）は略矩形断面形状となり、その開口部３６ｂ（スロット１５ａの開口部１５ｂに相当）は直線部３０ｂのスロット幅方向寸法より小さくなる。そして、図６に示される結線方法に基づいて、各素線３０の端部同士を結線して固定子巻線群１６１を形成する。他の実施の形態として、その後、鉄心３７をＳＰＣＣ材を積層してなる円筒状の外装鉄心３８に挿入した後、焼きバメして一体化して、図１８に示される固定子８を得るものもある。ここでは、鉄心３７と外装鉄心３８との一体物が固定子鉄心１５に相当する。
【００４２】
このように構成された車両用交流発電機では、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１０およびスリップリング９を介して回転子コイル１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方のポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、回転子７が回転される。そこで、多相固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、多相固定子巻線１６に起電力が発生する。この交流の起電力が整流器１２を通って直流に整流されるとともに、その大きさがレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【００４３】
そして、リヤ側においては、ファン５の回転により、外気が整流器１２のヒートシンクおよびレギュレータ１８のヒートシンク１７にそれぞれ対向して設けられた吸気孔２ａを通じて吸い込まれ、シャフト６の軸に沿って流れて整流器１２およびレギュレータ１８を冷却し、その後ファン５により遠心方向に曲げられて多相固定子巻線１６のリヤ側のコイルエンド群１６ｂを冷却し、排気孔２ｂより外部に排出される。一方、フロント側においては、ファン５の回転により、外気が吸気孔１ａから軸方向に吸い込まれ、その後ファン５により遠心方向に曲げられて多相固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド群１６ａを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。
【００４４】
このように、この実施の形態１によれば、回転軸６に嵌着される爪状磁極２２，２３を有する回転子７と、回転子７と対向配置された固定子鉄心１５及び固定子鉄心１５に巻装され断面が偏平形状の固定子巻線１６を有する固定子８と、回転子７及び固定子８を支持するブラケット１，２とを備えた回転電機において、固定子鉄心１５には、軸方向に延びるスロット１５ａが、周方向に所定ピッチで複数形成され、固定子巻線１６は、素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装されて形成され、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返された素線３０のターン部３０ａが周方向に並んでコイルエンド群１６ａ，１６ｂを構成し、コイルエンドは、固定子鉄心のスロットより斜めに延出する第１の延出部３０ｂと、第１の延出部３０ｂに続き湾曲して向きを変えるターン部３０ａを形成する頂点部３０ａと、頂点部３０ａに続き他方のスロット１５ａへ向かう第２の延出部３０ｃとからなり、第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃは、各々延出方向軸を中心にひねられ、周方向に隣接する他のコイルエンドと頂点部どうしが径方向に一部重なっている。
【００４５】
一般に、コイルエンドの軸方向高さは、スロット１５ａのピッチに制限され、隣接するコイルエンドの延出部を当接するまで低くしても、延出部からターン部頂点までの高さは、あまり低くなるものではない。一方、この実施の形態の回転電機は、延出部３０ｂ，３０ｃが、延出方向軸を中心にひねられ、周方向に隣接する他のコイルエンドと頂点部どうしが径方向に一部重なっているので、小型化することができる。そして、コイルの銅損を低減し温度低減や効率を向上できる。
【００４６】
また、ターン部３０ａを形成する頂点部３０ａは、固定子８の回転軸方向から見た際、回転軸を中心とする放射線Ｃに対して各々傾斜している。そのため、延出部３０ｂ，３０ｃは、隣接する他の延出部３０ｂ，３０ｃとさらに良く重ねることができ、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００４７】
また、ターン部３０ａを形成する頂点部３０ａは、径方向から見た際、回転軸に対して各々傾斜している。そのため、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００４８】
また、第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃは、固定子鉄心１５のスロット１５ａから延出するとすぐにひねられている。そのため、隣接する延出部３０ｂ，３０ｃとさらに良く重ねることができ、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００４９】
また、第１の延出部３０ｂの外径側面は、ターン部３０ａにて頂点側の面を形成し、折り返して、第２の延出部３０ｃの内径側面を形成する。そのため、巻線１６の外径側面および内径側面がターン部３０ａにて頂点部面を形成するようにひねることにより、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００５０】
また、固定子巻線１６の第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃのコイル断面は、径方向厚さが周方向厚さよりも大きい。そのため、巻線の巻装進行方向の周方向屈曲成形側の厚さが薄くなり、本発明のコイルエンドの形状に成形することが容易となる。
【００５１】
また、コイルエンドの径方向厚さは、第１及び第２の延出部３０ｂ，３０ｃの素線３０の径方向厚さの略２倍である。そのため、固定子巻線１６の径を実現できる最小の径とすることができる。
【００５２】
また、素線３０は、スロット１５ａのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本ずつ配列され、ターン部３０ａは、周方向ｎ列に並んで配列されている。そのため、コイルエンドの径方向厚さはを小さくすることができ、また、コイルエンドを複数個周方向に並べても、コイルエンドが固定子の径方向厚さよりも大きくなることがなく小型化することができる。
【００５３】
また、回転子７の回転によりブラケット１，２内に冷却風を通風させる冷却手段（ファン５）をさらに備え、冷却風をブラケット１，２内に通風させることにより、コイルエンドが冷却される。そのため、コイルエンドが小型となり、銅損が少ないので、コイルエンドに十分冷却風が通風され、発熱も少なく回転電機の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、通風路に通風する冷却風は、コイルエンドの径方向に通風する。そのため、コイルエンドに十分冷却風が通風される。
【００５５】
さらに、冷却手段は、回転子７に設けられた遠心ファン５であり、冷却風は、コイルエンドの内径側より外径側に通風する。そのため、内径側より遠心ファン５によってコイルエンドが冷却され効率良い冷却をすることができる。
【００５６】
尚、本実施の形態の各々延出部は、固定子鉄心から延出するとすぐにひねられているが、必ずしもそのように形成される必要はなく、固定子鉄心から延出してしばらくはひねられずにそのまま延び、ターン部に近い位置からひねられても良い。
【００５７】
さらに、本実施の形態においては、ステータコイル１２３ａ，１２３ｂは、上述の説明のように、長尺の素線３０が、スロット３５外方で折り返されて所定スロット数毎にスロット３５の深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装されたものであるが、これに限定されるものではない。すなわち、図１９に示すような、複数の略Ｕ字状の短コイル片３１をステータコア３２の軸方向一端側から挿入し、ステータコア３２軸端に突出させたコイル片端３１ａを所定コイル片ごとに接続して連続回路を構成するものでも良い。
【００５８】
このような略Ｕ字状の短コイル片３１においては、コイルエンドは、ステータコア３２のスロット３５より斜めに延出する第１の延出部３１ｂと、第１の延出部３１ｂに続き湾曲して向きを変えるターン部を形成する頂点部３１ａと、頂点部３１ａに続き他方のスロット３５へ向かう第２の延出部３１ｃとからなり、長尺の素線３０をスロット３５外方で折り返したものと、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
長尺の素線３０をスロット３５外方で折り返して所定スロット数毎にスロット３５の深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装されたステータコイル１２３ａ，１２３ｂは、略Ｕ字状の短コイル片３１をステータコア３２の軸方向一端側から挿入し、ステータコア３２軸端に突出させたコイル片端３１ａを接続したものに対して、コイルの生産性が向上し、また、溶接箇所がなくコイルの剛性が高いためステータ１００の振動を抑制することができる。
【００６０】
実施の形態２．
図２０はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子のコイルエンドの一部を拡大して示した側面図である。本実施の形態においては、実施の形態１と同じように、角度θを従来より小さくするために、第１の延出部３０ｂは、延出方向軸を中心に角度Ψだけひねられている。さらには、第１の延出部３０ｂに続き湾曲して向きを変える頂点部３０ａは、固定子鉄心１５の中心から延びる図示しない放射線に対して角度φ（図示せず）だけ傾斜されている。さらにまた、頂点部３０ａに続く第２の延出部３０ｃ（図示せず）は、第１の延出部３０ｂと反対に、延出方向軸を中心に角度Ψだけひねり戻され、他方のスロット１５ａへ向っている。
【００６１】
本実施の形態では、θ＝２７°、φ＝６０°、Ψ＝２０°に設定されている。また、各コイルエンドは、全く同様の形状とされ、各々のコイルエンドは、第１の延出部３０ｂの側面を互いに当接させている。
【００６２】
このように、本実施の形態においては、コイルエンド群１６ａ、１６ｂを上述のような形状にすることによって、軸方向高さを可能な限り低く設定した。それにより、本実施の形態では、素線の量を少なくできるとともに、コイルの銅損による発熱も抑制することができる。そして、コイルエンド間に冷却空気は通風しないが、コイルエンドによる通風抵抗が減るため、風量が増し、結果的にコイルエンドの冷却性能が向上する。加えて、発電機の冷却内蔵物の温度も抑制することができる。
【００６３】
【発明の効果】
この発明に係る回転電機は、回転軸に嵌着される爪状磁極を有する回転子と、回転子と対向配置された固定子鉄心及び固定子鉄心に巻装され断面が偏平形状の固定子巻線を有する固定子と、回転子及び固定子を支持するブラケットとを備えた回転電機において、固定子鉄心には、軸方向に延びるスロットが、周方向に所定ピッチで複数形成され、固定子巻線は、素線が、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返されて、所定スロット数毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装されて形成され、固定子鉄心の端面側のスロット外で折り返された素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成し、コイルエンドは、固定子鉄心のスロットより斜めに延出する第１の延出部と、第１の延出部に続き湾曲して向きを変えるターン部を形成する頂点部と、頂点部に続き他方のスロットへ向かう第２の延出部とからなり、第１及び第２の延出部は、各々延出方向軸を中心にひねられ、周方向に隣接する他のコイルエンドと頂点部どうしが径方向に一部重なっている。一般に、コイルエンドの軸方向高さは、スロットピッチに制限され、隣接するコイルエンドの延出部を当接するまで低くしても、延出部からターン部頂点までの高さは、あまり低くなるものではない。一方、この発明の回転電機は、延出部が、延出方向軸を中心にひねられ、周方向に隣接する他のコイルエンドと頂点部どうしが径方向に一部重なっているので、小型化することができる。そして、コイルの銅損を低減し温度低減や効率を向上できる。
【００６４】
また、ターン部を形成する頂点部は、回転軸方向から見た際、回転軸を中心とする放射線に対して各々傾斜している。そのため、隣接する延出部とさらに良く重ねることができ、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００６５】
また、ターン部を形成する頂点部は、径方向から見た際、回転軸に対して各々傾斜している。そのため、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００６６】
また、第１及び第２の延出部は、固定子鉄心から延出するとすぐにひねられている。そのため、隣接する延出部とさらに良く重ねることができ、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００６７】
また、第１及び第２の延出部の少なくとも一部は、隣接する他の第１及び第２の延出部と当接している。そのため、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００６８】
また、固定子巻線の第１の延出部の外径側面は、ターン部にて頂点側の面を形成し、折り返して、第２の延出部の内径側面を形成する。そのため、巻線の外径側面および内径側面がターン部にて頂点部面を形成するようにひねることにより、コイルエンドの軸方向高さをさらに低くすることができる。
【００６９】
また、固定子巻線の第１及び第２の延出部のコイル断面は、径方向厚さが周方向厚さよりも大きい。そのため、巻線の巻装進行方向の周方向屈曲成形側の厚さが薄くなり、本発明のコイルエンドの形状に成形することが容易となる。
【００７０】
また、コイルエンドの径方向厚さは、第１及び第２の延出部の素線の径方向厚さの略２倍である。そのため、固定子巻線の径を実現できる最小の径とすることができる。
【００７１】
また、素線は、スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本ずつ配列され、ターン部は、周方向ｎ列に並んで配列されている。そのため、コイルエンドの径方向厚さはを小さくすることができ、また、コイルエンドを複数個周方向に並べても、コイルエンドが固定子の径方向厚さよりも大きくなることがなく小型化することができる。
【００７２】
また、回転子の回転によりブラケット内に冷却風を通風させる冷却手段をさらに備え、冷却風をブラケット内に通風させることにより、コイルエンドが冷却される。そのため、コイルエンドが小型となり、銅損が少ないので、コイルエンドに十分冷却風が通風され、発熱も少なく回転電機の信頼性を向上することができる。
【００７３】
また、通風路に通風する冷却風は、コイルエンドの径方向に通風する。そのため、コイルエンドに十分冷却風が通風される。
【００７４】
さらに、冷却手段は、回転子に設けられたファンであり、、冷却風は、コイルエンドの内径側より外径側に通風する。そのため、内径側より遠心ファンによってコイルエンドが冷却され効率良い冷却をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】車両用交流発電機の固定子を示す斜視図及びコイルエンドの一部を拡大して示した図である。
【図３】車両用交流発電機の固定子を示す正面図である。
【図４】車両用交流発電機の固定子のコイルエンドの一部を拡大して示した側面図である。
【図５】斜辺角度θ、ひねり角度Ψ及びコイルエンド高さの関係を示す図である。
【図６】車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明する平面図である。
【図７】車両用交流発電機の回路図である。
【図８】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線群の製造工程を説明する図である。
【図９】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線群の製造工程を説明する図である。
【図１０】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する内層側の素線群を示す図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図である。
【図１１】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する外層側の素線群を示す図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図である。
【図１２】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図である。
【図１３】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図である。
【図１４】巻線の他の製造工程を示す図である。
【図１５】車両用交流発電機の適用される固定子鉄心の構造を説明する図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその背面図である。
【図１６】車両用交流発電機の適用される固定子の製造工程を説明する工程断面図である。
【図１７】車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線群の鉄心への装着状態を示す平面図である。
【図１８】車両用交流発電機の適用される固定子の製造工程を説明する工程断面図である。
【図１９】他の構成の固定子を示す斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子のコイルエンドの一部を拡大して示した側面図である。
【図２１】従来の車両用交流発電機の固定子のコイルエンドの一部を拡大して示した側面図である。
【符号の説明】
１フロントブラケット、２リヤブラケット、７回転子、８、８Ａ、８Ｂ固定子、１５固定子鉄心、１５ａスロット、１５ｂ開口部、１６、１６Ａ多相固定子巻線（固定子巻線）、１６ａフロント側のコイルエンド群、１６ｂリヤ側のコイルエンド群、２５絶縁性樹脂、３０素線、３０ａターン部（頂点部）、３０ｂ第１の延出部、３０ｃ第２の延出部、３１第１巻線、３２第２巻線、３３第３巻線、３４第４巻線。

Claims

回転軸に嵌着される爪状磁極を有する回転子と、
上記回転子と対向配置された固定子鉄心及び該固定子鉄心に巻装され断面が偏平形状の固定子巻線を有する固定子と、
上記回転子及び上記固定子を支持するブラケットと
を備えた回転電機において、
上記固定子鉄心には、軸方向に延びるスロットが、周方向に所定ピッチで複数形成され、
上記固定子巻線は、素線が、上記固定子鉄心の端面側の上記スロット外で折り返されて、所定スロット数毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように巻装されて形成され、
上記固定子鉄心の端面側の上記スロット外で折り返された上記素線のターン部が周方向に並んでコイルエンド群を構成し、
上記コイルエンドは、上記固定子鉄心のスロットより斜めに延出する第１の延出部と、該第１の延出部に続き湾曲して向きを変える上記ターン部を形成する頂点部と、該頂点部に続き他方のスロットへ向かう第２の延出部とからなり、上記第１及び第２の延出部は、各々延出方向軸を中心にひねられ、周方向に隣接する他のコイルエンドと頂点部どうしが径方向に一部重なっている
ことを特徴とする回転電機。
上記ターン部を形成する頂点部は、上記回転軸方向から見た際、該回転軸を中心とする放射線に対して各々傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
上記ターン部を形成する頂点部は、径方向から見た際、上記回転軸に対して各々傾斜している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
上記第１及び第２の延出部は、上記固定子鉄心から延出するとすぐにひねられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転電機。
上記第１及び第２の延出部の少なくとも一部は、隣接する他の第１及び第２の延出部と当接している
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転電機。
上記固定子巻線の上記第１の延出部の外径側面は、上記ターン部にて頂点側の面を形成し、折り返して、上記第２の延出部のコイルの内径側面を形成する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回転電機。
上記固定子巻線の上記第１及び第２の延出部のコイル断面は、径方向厚さが周方向厚さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の回転電機。
上記コイルエンドの径方向厚さは、上記第１及び第２の延出部の上記素線の径方向厚さの略２倍である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の回転電機。
上記素線は、上記スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本ずつ配列され、上記ターン部は、周方向ｎ列に並んで配列されている
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の回転電機。
上記回転子の回転により上記ブラケット内に冷却風を通風させる冷却手段をさらに備え、
上記冷却風を上記ブラケット内に通風させることにより、上記コイルエンドが冷却される
ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の回転電機。
上記通風路に通風する上記冷却風は、上記コイルエンドの径方向に通風する
ことを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
上記冷却手段は、上記回転子に設けられたファンであり、上記冷却風は、上記コイルエンドの内径側より外径側に通風する
ことを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。