JP3609979B2 - 車両用交流発電機の固定子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用交流発電機の固定子に関し、特にその固定子鉄芯のスロットに挿入される固定子巻線のコイルエンド部形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図８は従来の車両用交流発電機の固定子において固定子巻線のみを取り出した状態を示す斜視図、図９は従来の車両用交流発電機の固定子の要部を模式的に示す上面図である。
各図において、固定子１は、複数のスロット２ａが形成された薄板鋼材を積層してなる固定子鉄芯２と、固定子鉄芯２に形成されたスロット２ａに挿入される固定子巻線３とから構成される。そして、交流発電機の回転子の極数が一般的な６極の場合には、固定子鉄芯２のスロット２ａの数は、３６個となる。
コイル素線が、スロット数で３個ずつ飛んだ位置のスロット２ａに順に挿入される。１周するとその同じスロット２ａに２周目を挿入して行き、これを所定回繰り返すことにより、いわゆる集中巻方式と呼ばれている１相分の固定子巻線３が形成される。このようにして、コイル素線が挿入されるスロット２ａを互いに１個ずつずらして３相分の固定子巻線３が形成されている。各固定子巻線３は、スロット２ａ内に挿入される直線部３ａと、固定子鉄芯２の軸方向の外部で隣り合う直線部３ａ間を連結するコイルエンド部３ｂとから構成される。
そして、１相の固定子巻線３（外層巻線３Ａ）が固定子鉄芯２に径方向の外周側に巻装され、もう１相の固定子巻線３（内層巻線３Ｂ）が内周側に巻装され、残りの１相の固定子巻線３（中層巻線３Ｃ）がその中間に巻装されている。なお、図８中斜線部は外層巻線３Ａを表している。
【０００３】
ここで、従来の固定子巻線３のコイルエンド部形状について説明する。
固定子巻線３を構成するコイル素線４は、図１０に示されるように、スロット２ａから立ち上がり、その後略直角に折り曲げられて周方向に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められている。そして、コイル素線４は、図１１および図１２に示されるように、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、その折り曲げ高さが変えられ、さらに径方向に重なるように立ち下げられている。なお、図１２では、内層巻線３Ｂおよび中層巻線３Ｃは簡略化されて示されている。
【０００４】
このように構成された固定子巻線３は、実際には、特公平４−４２８９９号公報に記載されているように、コイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、該星形コイルユニットの各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで固定子鉄芯２に組み込まれる。その後、コイルエンド部３ｂを図１２に示されるように整形して所定の寸法とし、発電機の組み立て性を確保している。
【０００５】
図１３は従来の車両用交流発電機の他の固定子におけるコイルエンド部周りを示す側面図、図１４は従来の車両用交流発電機の他の固定子の要部を模式的に示す上面図である。なお、上述の従来例では、集中巻方式の固定子巻線について示したが、この従来例では、振分巻方式の固定子巻線について示している。
この従来例では、特公平４−４２８９９号公報に記載されているように、コイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、星形コイルユニットを２つの分配コイルユニット５ａ、５ｂに分配し、一方の分配コイルユニット５ｂを１８０度反転させて他方の分配コイルユニット５ａに重ね合わせた後、各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで固定子巻線３が固定子鉄芯２に組み込まれる。その後、コイルエンド部３ｂの整形を行うことになる。
【０００６】
このように固定子鉄芯２に組み込まれた固定子巻線３は、図１４に示されるように、外層巻線３Ａが固定子鉄芯２に径方向の外周側に巻装され、内層巻線３Ｂが内周側に巻装され、中層巻線３Ｃがその中間に巻装されている。
そして、各固定子巻線３を構成する分配コイルユニット５ａのコイル素線４は、図１３に示されるように、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、折り曲げ高さを変えて略直角に折り曲げられて周方向の一側に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められている。また、他方の分配コイルユニット５ｂのコイル素線４は、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、折り曲げ高さを変えて略直角に折り曲げられて周方向の他側に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機の固定子は、各相の固定子巻線３がそれぞれ外周側、内周側およびその中間の位置に決められ、同心異円周上に位置しているので、各相のコイルエンド部３ｂは径方向に重なり合い、径方向寸法が大きくなってしまうという課題があった。
また、固定子巻線３が固定子鉄芯２に組み込まれた後、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、折り曲げ高さを変えて略直角に折り曲げられて周方向に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められるように整形されるので、コイルエンド部３ｂのコイル素線４に不要な曲げ、こすれ、圧力が加わり、コイル被膜に傷を付けて、絶縁不良を発生してしまうという課題もあった。
また、固定子巻線３のコイルエンド部３ｂが整列されていないので、ワニス等で固定しても、使用条件の悪化や経年変化により、外層巻線３Ａおよび内層巻線３Ｂがそれぞれ径方向に広がってしまうという課題もあった。
【０００８】
また、特公平４−２４９３９号公報には、各相ごとのコイルユニットのコイル素線を軸方向にずらして偏平状に配列配置し、かつ、コイルユニット間に隙間を設けている従来例が記載されている。この従来例では、各相のコイルユニット厚（径方向寸法）をある程度小さくすることができるが、各コイルユニット間に隙間を設けているので、コイルエンド部自体の径方向寸法が大きくなってしまっている。さらに、各相のコイルユニット内のコイル素線は整列されていないので、各相のコイルユニットを整形する際に絶縁不良を発生させてしまう。
また、特開昭６１−１８５０４５号公報には、１極１相分のコイル形状をすべての１極１相分について同一とする従来例が記載されている。この従来例では、各相ごとのコイルユニット自体が、相ごとに軸方向にずれて配置されているので、全体としてコイルエンド部の高さが高く、径方向の幅も広がっており、さらにコイル素線の曲げ箇所が増大している。
【０００９】
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、コイルエンド部の整列性を高めて、コイルエンド部を小さくでき、コイルエンド部の整形時のコイル素線間の干渉による傷や変形を軽減して絶縁不良の発生を抑え、品質および信頼性を高めることができる車両用交流発電機の固定子を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用交流発電機の固定子は、複数のスロットを有する固定子鉄芯と、連続線からなるコイル素線が所定回巻回され、複数の直線部と隣り合う直線部の端部間を連結するコイルエンド部とを有するコイルユニットを、該複数の直線部を所定スロット数毎に順次上記スロットに嵌め込み、該コイルエンド部を上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に突出させて上記固定子鉄芯に組み込まれた複数相の固定子巻線とを備え、上記コイルエンド部を構成する各コイル素線は、上記スロットから引き出された後、上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで上記固定子鉄芯の径方向の内周側に折り返され、その後上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面に接近するように延びて、該コイル素線が引き出されたスロットから上記固定子鉄芯の周方向の一側に所定スロット数離れたスロット内に引き込まれるコイル形状に構成され、かつ、毎極毎相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されているものである。
【００１１】
また、各相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されているものである。
【００１２】
また、上記コイル形状の折り返し部の先端における上記コイル素線の軸心方向が上記固定子鉄芯の径方向と略一致しているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１および図２はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部周りを示す一部破断側面図および上面図、図３および図４はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する斜視図および上面図、図５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する上面図である。
【００１４】
各図において、固定子１０は、複数のスロット２ａが形成された薄板鋼材を積層してなる固定子鉄芯２と、固定子鉄芯２に形成されたスロット２ａに挿入される固定子巻線３とから構成される。そして、交流発電機の回転子の極数が一般的な６極の場合には、固定子鉄芯２のスロット２ａの数は、３６個となる。
コイル素線４が、スロット数で３個ずつ飛んだ位置のスロット２ａに順に挿入される。１周するとその同じスロット２ａに２周目を挿入して行き、これを所定回繰り返すことにより、いわゆる集中巻方式と呼ばれている１相分の固定子巻線３が形成される。このようにして、コイル素線４が挿入されるスロット２ａを互いに１個ずつずらして３相分の固定子巻線３が形成されている。各固定子巻線３は、スロット２ａ内に挿入される直線部３ａと、固定子鉄芯２の軸方向の外部で隣り合う直線部３ａ間を連結するコイルエンド部３ｂとから構成される。
【００１５】
つぎに、この実施の形態１による固定子巻線３の１極１相分のコイルエンド部形状について説明する。
固定子巻線３を構成するコイル素線４は、図３および図４に示されるように、スロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の内周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の一側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そして、複数回巻回されたコイル素線４は、図５に示されるように、コイル形状の折り返し部およびその近傍で固定子鉄芯２の周方向に順次重なるように配列されている。
なお、図示していないが、コイル素線４は、固定子鉄芯２の他側においても同コイル形状で同様に配列されている。また、図４に矢印Ａで示されるように、コイル形状の折り返し部先端のコイル素線４の軸心方向は固定子鉄芯２の径方向と略一致している。
【００１６】
ここで、固定子１０は、各相の固定子巻線３のコイルエンド部３ｂがそれぞれ上述の１極１相分のコイルエンド部と同等に構成され、コイル素線４が図１および図２に示されるように配列されて構成されている。
そして、この固定子１０は、まずコイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、挿入機（図示せず）により該星形コイルユニットの各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで、固定子巻線３が固定子鉄芯２に組み込まれる。その後、コイルエンド部３ｂを整形して所定の寸法とし、発電機の組み立て性を確保している。
【００１７】
この実施の形態１によれば、コイル素線４がスロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の内周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の一側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そこで、コイル素線４は、略直角に曲げられることなくコイルエンド部の根元部から先端まで滑らかにつながっており、コイル整形時における整形量が少なくなり、コイル素線４に与えるダメージを低減することができる。
また、毎極毎相のコイルエンド部３ｂを構成する全てのコイル素線４が、同一のコイル形状に構成され、コイル形状の折り返し部で固定子鉄芯２の周方向に重なって配列されているので、コイルエンド部におけるコイル素線４の整列性が向上され、コイルエンド部の高さを低くできるとともに、整形量が少なくなり、整形工程が簡略化され、コイル素線４に与えるダメージが低減される。さらに、毎極毎相において、コイル素線４同士のクロスが低減されるので、コイル素線４同士の干渉による傷や変形の発生を抑えることができる。そこで、コイル素線４同士やコイル素線４と固定子鉄芯２との絶縁不良率が減り、品質、信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、各相のコイルエンド部３ｂを構成する全てのコイル素線４が、同一のコイル形状に構成され、コイル形状の折り返し部で固定子鉄芯２の周方向に重なって配列されているので、コイルエンド部におけるコイル素線４の整列性が向上され、コイルエンド部の高さを一定で、かつ、低くできるとともに、整形量が少なくなり、整形工程が簡略化され、コイル素線４に与えるダメージが低減される。さらに、相間でのコイル素線４同士のクロスが低減されるので、相間でのコイル素線４同士の干渉による傷や変形の発生を抑えることができる。そこで、相間でのコイル素線４同士やコイル素線４と固定子鉄芯２との絶縁不良率が減り、品質、信頼性をさらに高めることができる。さらにまた、コイルエンド部３ｂが、従来のように、外層、内層および中層に区別されることなく、周方向に整列されているので、コイルエンド部の径方向の厚みを小さくでき、径方向寸法の縮小化が図られる。
また、コイルエンド部３ｂのコイル素線４が整列されているので、ワニス等で固定すれば、使用条件が悪化しても、固定子巻線３が径方向に広がるようなことを防止できる。
【００１９】
また、コイルエンド部３ｂの先端におけるコイル素線４の軸心方向が固定子鉄芯２の径方向と略一致しているので、コイルエンド部３ｂの折り曲げ部の周方向の幅が小さくなり、コイル巻数の多数化が図られる。さらに、コイル素線４を周方向に重なって配列できる領域をコイルエンド部の根元側に近づけることができるので、コイル素線４同士のクロスが一層低減され、コイル素線４同士の干渉による傷や変形の発生をさらに抑えることができる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、固定子巻線３を集中巻方式としているが、この実施の形態２では、固定子巻線を振分巻方式としている。
つまり、この実施の形態２では、コイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、星形コイルユニットを２つの分配コイルユニット５ａ、５ｂに分配し、一方の分配コイルユニット５ｂを１８０度反転させて他方の分配コイルユニット５ａに重ね合わせた後、挿入機（図示せず）により各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで固定子巻線３を固定子鉄芯２に組み込んでいる。
【００２１】
つぎに、この実施の形態２による固定子巻線３の１極１相分のコイルエンド部形状について図６を参照しつつ説明する。
各固定子巻線３の分配コイルユニット５ａを構成するコイル素線４は、スロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の内周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の一側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そして、分配コイルユニット５ａの全てのコイル素線４は、コイル形状の折り返し部およびその近傍で固定子鉄芯２の周方向に順次重なるように配列されている。
一方、分配コイルユニット５ｂを構成するコイル素線４は、スロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の他側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の外周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の他側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の他側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そして、分配コイルユニット５ｂの全てのコイル素線４は、コイル形状の折り返し部およびその近傍で固定子鉄芯２の周方向に順次重なるように配列されている。
【００２２】
ここで、この実施の形態２による固定子１１は、固定子巻線３が振分巻方式で固定子鉄芯２に装着されてなり、各相の固定子巻線３のコイルエンド部３ｂがそれぞれ上述の１極１相分のコイルエンド部と同等に構成されている。
【００２３】
なお、図示していないが、コイル素線４は、固定子鉄芯２の他側においても同コイル形状で同様に配列されている。また、コイル形状の折り返し部先端のコイル素線４の軸心方向は固定子鉄芯２の径方向と略一致している。
また、分配コイルユニット５ａ、５ｂを構成するコイル素線４は、周方向の一方向から見れば、同一のコイル形状に構成されているとすることができる。
【００２４】
このように、この実施の形態２では、１極１相毎のコイル形状のみならず、各スロットに対するコイル素線４の配置も全て同一となっている点が上記実施の形態１と異なっている。従って、この実施の形態２によれば、同一巻数の場合、上記実施の形態１に比べて、コイルエンド部でコイル素線４を振り分けているので、コイルエンド部の径方向の厚みをさらに小さくすることができる。
【００２５】
なお、上記各実施の形態では、固定子巻線３のコイルエンド部３ｂが相間に周方向の隙間を有するように構成されているが、コイルエンド部３ｂの相間に隙間がある必要はなく、固定子鉄芯２の径、固定子巻線３を構成するコイル素線４の径や巻回数等によっては、相間のコイルエンド部３ｂ同士が周方向に接することもある。
また、上記各実施の形態では、コイル素線４がコイルエンド部３ｂで周方向に互いに接するように配列されているが、コイル素線４はコイルエンド部３ｂで互いに接する必要はなく、固定子鉄芯２の径、固定子巻線３を構成するコイル素線４の径や巻回数等によっては、コイル素線４を周方向に隙間をもって配列することもある。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２７】
この発明によれば、複数のスロットを有する固定子鉄芯と、連続線からなるコイル素線が所定回巻回され、複数の直線部と隣り合う直線部の端部間を連結するコイルエンド部とを有するコイルユニットを、該複数の直線部を所定スロット数毎に順次上記スロットに嵌め込み、該コイルエンド部を上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に突出させて上記固定子鉄芯に組み込まれた複数相の固定子巻線とを備え、上記コイルエンド部を構成する各コイル素線は、上記スロットから引き出された後、上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで上記固定子鉄芯の径方向の内周側に折り返され、その後上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面に接近するように延びて、該コイル素線が引き出されたスロットから上記固定子鉄芯の周方向の一側に所定スロット数離れたスロット内に引き込まれるコイル形状に構成され、かつ、毎極毎相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されている。そこで、コイルエンド部の整列性が高められるので、コイルエンド部を小さくでき、コイルエンド部の整形時のコイル素線間の干渉による傷や変形を軽減して絶縁不良の発生を抑え、品質および信頼性を高めることができる車両用交流発電機の固定子が得られる。
【００２８】
また、各相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されているので、コイルエンド部の整列性を向上させることができるとともに、各相の固定子巻線が周方向に配列されて径方向の寸法を縮小することができる。
【００２９】
また、上記コイル形状の折り返し部の先端における上記コイル素線の軸心方向が上記固定子鉄芯の径方向と略一致しているので、コイル素線の周方向の重なり領域をコイルエンド部の根元側に近づけることができ、コイル素線同士がクロスする割合を一層低減することができる。
【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固定子におけるコイルエンド部周りを示す一部破断側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部周りを示す上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する上面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する上面図である。
【図６】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におけるコイルエンド部周りを示す一部破断側面図である。
【図７】従来の車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図８】従来の車両用交流発電機の固定子において固定子巻線のみを取り出した状態を示す斜視図である。
【図９】従来の車両用交流発電機の固定子の要部を模式的に示す上面図である。
【図１０】従来の車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する上面図である。
【図１１】従来の車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する上面図である。
【図１２】従来の車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する側面図である。
【図１３】従来の車両用交流発電機の他の固定子におけるコイルエンド部周りを示す側面図である。
【図１４】従来の車両用交流発電機の他の固定子の要部を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
２ 固定子鉄芯、２ａ スロット、３ 固定子巻線、３ａ 直線部、３ｂ コイルエンド部、４ コイル素線、１０、１１ 固定子。
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用交流発電機の固定子に関し、特にその固定子鉄芯のスロットに挿入される固定子巻線のコイルエンド部形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図８は従来の車両用交流発電機の固定子において固定子巻線のみを取り出した状態を示す斜視図、図９は従来の車両用交流発電機の固定子の要部を模式的に示す上面図である。
各図において、固定子１は、複数のスロット２ａが形成された薄板鋼材を積層してなる固定子鉄芯２と、固定子鉄芯２に形成されたスロット２ａに挿入される固定子巻線３とから構成される。そして、交流発電機の回転子の極数が一般的な６極の場合には、固定子鉄芯２のスロット２ａの数は、３６個となる。
コイル素線が、スロット数で３個ずつ飛んだ位置のスロット２ａに順に挿入される。１周するとその同じスロット２ａに２周目を挿入して行き、これを所定回繰り返すことにより、いわゆる集中巻方式と呼ばれている１相分の固定子巻線３が形成される。このようにして、コイル素線が挿入されるスロット２ａを互いに１個ずつずらして３相分の固定子巻線３が形成されている。各固定子巻線３は、スロット２ａ内に挿入される直線部３ａと、固定子鉄芯２の軸方向の外部で隣り合う直線部３ａ間を連結するコイルエンド部３ｂとから構成される。
そして、１相の固定子巻線３（外層巻線３Ａ）が固定子鉄芯２に径方向の外周側に巻装され、もう１相の固定子巻線３（内層巻線３Ｂ）が内周側に巻装され、残りの１相の固定子巻線３（中層巻線３Ｃ）がその中間に巻装されている。なお、図８中斜線部は外層巻線３Ａを表している。
【０００３】
ここで、従来の固定子巻線３のコイルエンド部形状について説明する。
固定子巻線３を構成するコイル素線４は、図１０に示されるように、スロット２ａから立ち上がり、その後略直角に折り曲げられて周方向に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められている。そして、コイル素線４は、図１１および図１２に示されるように、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、その折り曲げ高さが変えられ、さらに径方向に重なるように立ち下げられている。なお、図１２では、内層巻線３Ｂおよび中層巻線３Ｃは簡略化されて示されている。
【０００４】
このように構成された固定子巻線３は、実際には、特公平４−４２８９９号公報に記載されているように、コイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、該星形コイルユニットの各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで固定子鉄芯２に組み込まれる。その後、コイルエンド部３ｂを図１２に示されるように整形して所定の寸法とし、発電機の組み立て性を確保している。
【０００５】
図１３は従来の車両用交流発電機の他の固定子におけるコイルエンド部周りを示す側面図、図１４は従来の車両用交流発電機の他の固定子の要部を模式的に示す上面図である。なお、上述の従来例では、集中巻方式の固定子巻線について示したが、この従来例では、振分巻方式の固定子巻線について示している。
この従来例では、特公平４−４２８９９号公報に記載されているように、コイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、星形コイルユニットを２つの分配コイルユニット５ａ、５ｂに分配し、一方の分配コイルユニット５ｂを１８０度反転させて他方の分配コイルユニット５ａに重ね合わせた後、各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで固定子巻線３が固定子鉄芯２に組み込まれる。その後、コイルエンド部３ｂの整形を行うことになる。
【０００６】
このように固定子鉄芯２に組み込まれた固定子巻線３は、図１４に示されるように、外層巻線３Ａが固定子鉄芯２に径方向の外周側に巻装され、内層巻線３Ｂが内周側に巻装され、中層巻線３Ｃがその中間に巻装されている。
そして、各固定子巻線３を構成する分配コイルユニット５ａのコイル素線４は、図１３に示されるように、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、折り曲げ高さを変えて略直角に折り曲げられて周方向の一側に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められている。また、他方の分配コイルユニット５ｂのコイル素線４は、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、折り曲げ高さを変えて略直角に折り曲げられて周方向の他側に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機の固定子は、各相の固定子巻線３がそれぞれ外周側、内周側およびその中間の位置に決められ、同心異円周上に位置しているので、各相のコイルエンド部３ｂは径方向に重なり合い、径方向寸法が大きくなってしまうという課題があった。
また、固定子巻線３が固定子鉄芯２に組み込まれた後、スロット２ａから立ち上がる毎に、径方向に重なるように立ち上げられ、折り曲げ高さを変えて略直角に折り曲げられて周方向に延び、３個ずれたスロット２ａの位置で略直角に折り曲げられてスロット２ａに沈められるように整形されるので、コイルエンド部３ｂのコイル素線４に不要な曲げ、こすれ、圧力が加わり、コイル被膜に傷を付けて、絶縁不良を発生してしまうという課題もあった。
また、固定子巻線３のコイルエンド部３ｂが整列されていないので、ワニス等で固定しても、使用条件の悪化や経年変化により、外層巻線３Ａおよび内層巻線３Ｂがそれぞれ径方向に広がってしまうという課題もあった。
【０００８】
また、特公平４−２４９３９号公報には、各相ごとのコイルユニットのコイル素線を軸方向にずらして偏平状に配列配置し、かつ、コイルユニット間に隙間を設けている従来例が記載されている。この従来例では、各相のコイルユニット厚（径方向寸法）をある程度小さくすることができるが、各コイルユニット間に隙間を設けているので、コイルエンド部自体の径方向寸法が大きくなってしまっている。さらに、各相のコイルユニット内のコイル素線は整列されていないので、各相のコイルユニットを整形する際に絶縁不良を発生させてしまう。
また、特開昭６１−１８５０４５号公報には、１極１相分のコイル形状をすべての１極１相分について同一とする従来例が記載されている。この従来例では、各相ごとのコイルユニット自体が、相ごとに軸方向にずれて配置されているので、全体としてコイルエンド部の高さが高く、径方向の幅も広がっており、さらにコイル素線の曲げ箇所が増大している。
【０００９】
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、コイルエンド部の整列性を高めて、コイルエンド部を小さくでき、コイルエンド部の整形時のコイル素線間の干渉による傷や変形を軽減して絶縁不良の発生を抑え、品質および信頼性を高めることができる車両用交流発電機の固定子を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両用交流発電機の固定子は、複数のスロットを有する固定子鉄芯と、連続線からなるコイル素線が所定回巻回され、複数の直線部と隣り合う直線部の端部間を連結するコイルエンド部とを有するコイルユニットを、該複数の直線部を所定スロット数毎に順次上記スロットに嵌め込み、該コイルエンド部を上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に突出させて上記固定子鉄芯に組み込まれた複数相の固定子巻線とを備え、上記コイルエンド部を構成する各コイル素線は、上記スロットから引き出された後、上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで上記固定子鉄芯の径方向の内周側に折り返され、その後上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面に接近するように延びて、該コイル素線が引き出されたスロットから上記固定子鉄芯の周方向の一側に所定スロット数離れたスロット内に引き込まれるコイル形状に構成され、かつ、毎極毎相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されているものである。
【００１１】
また、各相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されているものである。
【００１２】
また、上記コイル形状の折り返し部の先端における上記コイル素線の軸心方向が上記固定子鉄芯の径方向と略一致しているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１および図２はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部周りを示す一部破断側面図および上面図、図３および図４はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する斜視図および上面図、図５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する上面図である。
【００１４】
各図において、固定子１０は、複数のスロット２ａが形成された薄板鋼材を積層してなる固定子鉄芯２と、固定子鉄芯２に形成されたスロット２ａに挿入される固定子巻線３とから構成される。そして、交流発電機の回転子の極数が一般的な６極の場合には、固定子鉄芯２のスロット２ａの数は、３６個となる。
コイル素線４が、スロット数で３個ずつ飛んだ位置のスロット２ａに順に挿入される。１周するとその同じスロット２ａに２周目を挿入して行き、これを所定回繰り返すことにより、いわゆる集中巻方式と呼ばれている１相分の固定子巻線３が形成される。このようにして、コイル素線４が挿入されるスロット２ａを互いに１個ずつずらして３相分の固定子巻線３が形成されている。各固定子巻線３は、スロット２ａ内に挿入される直線部３ａと、固定子鉄芯２の軸方向の外部で隣り合う直線部３ａ間を連結するコイルエンド部３ｂとから構成される。
【００１５】
つぎに、この実施の形態１による固定子巻線３の１極１相分のコイルエンド部形状について説明する。
固定子巻線３を構成するコイル素線４は、図３および図４に示されるように、スロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の内周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の一側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そして、複数回巻回されたコイル素線４は、図５に示されるように、コイル形状の折り返し部およびその近傍で固定子鉄芯２の周方向に順次重なるように配列されている。
なお、図示していないが、コイル素線４は、固定子鉄芯２の他側においても同コイル形状で同様に配列されている。また、図４に矢印Ａで示されるように、コイル形状の折り返し部先端のコイル素線４の軸心方向は固定子鉄芯２の径方向と略一致している。
【００１６】
ここで、固定子１０は、各相の固定子巻線３のコイルエンド部３ｂがそれぞれ上述の１極１相分のコイルエンド部と同等に構成され、コイル素線４が図１および図２に示されるように配列されて構成されている。
そして、この固定子１０は、まずコイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、挿入機（図示せず）により該星形コイルユニットの各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで、固定子巻線３が固定子鉄芯２に組み込まれる。その後、コイルエンド部３ｂを整形して所定の寸法とし、発電機の組み立て性を確保している。
【００１７】
この実施の形態１によれば、コイル素線４がスロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の内周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の一側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そこで、コイル素線４は、略直角に曲げられることなくコイルエンド部の根元部から先端まで滑らかにつながっており、コイル整形時における整形量が少なくなり、コイル素線４に与えるダメージを低減することができる。
また、毎極毎相のコイルエンド部３ｂを構成する全てのコイル素線４が、同一のコイル形状に構成され、コイル形状の折り返し部で固定子鉄芯２の周方向に重なって配列されているので、コイルエンド部におけるコイル素線４の整列性が向上され、コイルエンド部の高さを低くできるとともに、整形量が少なくなり、整形工程が簡略化され、コイル素線４に与えるダメージが低減される。さらに、毎極毎相において、コイル素線４同士のクロスが低減されるので、コイル素線４同士の干渉による傷や変形の発生を抑えることができる。そこで、コイル素線４同士やコイル素線４と固定子鉄芯２との絶縁不良率が減り、品質、信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、各相のコイルエンド部３ｂを構成する全てのコイル素線４が、同一のコイル形状に構成され、コイル形状の折り返し部で固定子鉄芯２の周方向に重なって配列されているので、コイルエンド部におけるコイル素線４の整列性が向上され、コイルエンド部の高さを一定で、かつ、低くできるとともに、整形量が少なくなり、整形工程が簡略化され、コイル素線４に与えるダメージが低減される。さらに、相間でのコイル素線４同士のクロスが低減されるので、相間でのコイル素線４同士の干渉による傷や変形の発生を抑えることができる。そこで、相間でのコイル素線４同士やコイル素線４と固定子鉄芯２との絶縁不良率が減り、品質、信頼性をさらに高めることができる。さらにまた、コイルエンド部３ｂが、従来のように、外層、内層および中層に区別されることなく、周方向に整列されているので、コイルエンド部の径方向の厚みを小さくでき、径方向寸法の縮小化が図られる。
また、コイルエンド部３ｂのコイル素線４が整列されているので、ワニス等で固定すれば、使用条件が悪化しても、固定子巻線３が径方向に広がるようなことを防止できる。
【００１９】
また、コイルエンド部３ｂの先端におけるコイル素線４の軸心方向が固定子鉄芯２の径方向と略一致しているので、コイルエンド部３ｂの折り曲げ部の周方向の幅が小さくなり、コイル巻数の多数化が図られる。さらに、コイル素線４を周方向に重なって配列できる領域をコイルエンド部の根元側に近づけることができるので、コイル素線４同士のクロスが一層低減され、コイル素線４同士の干渉による傷や変形の発生をさらに抑えることができる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、固定子巻線３を集中巻方式としているが、この実施の形態２では、固定子巻線を振分巻方式としている。
つまり、この実施の形態２では、コイル素線４を所定回巻回して環状コイルユニットを成形し、該環状コイルユニットから直線部３ａとコイルエンド部３ｂとを有する星形コイルユニットを成形する。そして、星形コイルユニットを２つの分配コイルユニット５ａ、５ｂに分配し、一方の分配コイルユニット５ｂを１８０度反転させて他方の分配コイルユニット５ａに重ね合わせた後、挿入機（図示せず）により各直線部３ａを各スロット２ａ内に嵌め込んで固定子巻線３を固定子鉄芯２に組み込んでいる。
【００２１】
つぎに、この実施の形態２による固定子巻線３の１極１相分のコイルエンド部形状について図６を参照しつつ説明する。
各固定子巻線３の分配コイルユニット５ａを構成するコイル素線４は、スロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の内周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の一側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の一側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そして、分配コイルユニット５ａの全てのコイル素線４は、コイル形状の折り返し部およびその近傍で固定子鉄芯２の周方向に順次重なるように配列されている。
一方、分配コイルユニット５ｂを構成するコイル素線４は、スロット２ａから立ち上がり、固定子鉄芯２の周方向の他側に向かって固定子鉄芯２の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで固定子鉄芯２の径方向の外周側に折り返され、その後固定子鉄芯２の周方向の他側に向かって固定子鉄芯２の端面に接近するように延びて、コイル素線４が引き出されたスロット２ａから固定子鉄芯２の周方向の他側に３スロット離れたスロット２ａ内に引き込まれるコイル形状に構成されている。そして、分配コイルユニット５ｂの全てのコイル素線４は、コイル形状の折り返し部およびその近傍で固定子鉄芯２の周方向に順次重なるように配列されている。
【００２２】
ここで、この実施の形態２による固定子１１は、固定子巻線３が振分巻方式で固定子鉄芯２に装着されてなり、各相の固定子巻線３のコイルエンド部３ｂがそれぞれ上述の１極１相分のコイルエンド部と同等に構成されている。
【００２３】
なお、図示していないが、コイル素線４は、固定子鉄芯２の他側においても同コイル形状で同様に配列されている。また、コイル形状の折り返し部先端のコイル素線４の軸心方向は固定子鉄芯２の径方向と略一致している。
また、分配コイルユニット５ａ、５ｂを構成するコイル素線４は、周方向の一方向から見れば、同一のコイル形状に構成されているとすることができる。
【００２４】
このように、この実施の形態２では、１極１相毎のコイル形状のみならず、各スロットに対するコイル素線４の配置も全て同一となっている点が上記実施の形態１と異なっている。従って、この実施の形態２によれば、同一巻数の場合、上記実施の形態１に比べて、コイルエンド部でコイル素線４を振り分けているので、コイルエンド部の径方向の厚みをさらに小さくすることができる。
【００２５】
なお、上記各実施の形態では、固定子巻線３のコイルエンド部３ｂが相間に周方向の隙間を有するように構成されているが、コイルエンド部３ｂの相間に隙間がある必要はなく、固定子鉄芯２の径、固定子巻線３を構成するコイル素線４の径や巻回数等によっては、相間のコイルエンド部３ｂ同士が周方向に接することもある。
また、上記各実施の形態では、コイル素線４がコイルエンド部３ｂで周方向に互いに接するように配列されているが、コイル素線４はコイルエンド部３ｂで互いに接する必要はなく、固定子鉄芯２の径、固定子巻線３を構成するコイル素線４の径や巻回数等によっては、コイル素線４を周方向に隙間をもって配列することもある。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２７】
この発明によれば、複数のスロットを有する固定子鉄芯と、連続線からなるコイル素線が所定回巻回され、複数の直線部と隣り合う直線部の端部間を連結するコイルエンド部とを有するコイルユニットを、該複数の直線部を所定スロット数毎に順次上記スロットに嵌め込み、該コイルエンド部を上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に突出させて上記固定子鉄芯に組み込まれた複数相の固定子巻線とを備え、上記コイルエンド部を構成する各コイル素線は、上記スロットから引き出された後、上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで上記固定子鉄芯の径方向の内周側に折り返され、その後上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面に接近するように延びて、該コイル素線が引き出されたスロットから上記固定子鉄芯の周方向の一側に所定スロット数離れたスロット内に引き込まれるコイル形状に構成され、かつ、毎極毎相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されている。そこで、コイルエンド部の整列性が高められるので、コイルエンド部を小さくでき、コイルエンド部の整形時のコイル素線間の干渉による傷や変形を軽減して絶縁不良の発生を抑え、品質および信頼性を高めることができる車両用交流発電機の固定子が得られる。
【００２８】
また、各相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されているので、コイルエンド部の整列性を向上させることができるとともに、各相の固定子巻線が周方向に配列されて径方向の寸法を縮小することができる。
【００２９】
また、上記コイル形状の折り返し部の先端における上記コイル素線の軸心方向が上記固定子鉄芯の径方向と略一致しているので、コイル素線の周方向の重なり領域をコイルエンド部の根元側に近づけることができ、コイル素線同士がクロスする割合を一層低減することができる。
【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固定子におけるコイルエンド部周りを示す一部破断側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部周りを示す上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する上面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する上面図である。
【図６】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におけるコイルエンド部周りを示す一部破断側面図である。
【図７】従来の車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図８】従来の車両用交流発電機の固定子において固定子巻線のみを取り出した状態を示す斜視図である。
【図９】従来の車両用交流発電機の固定子の要部を模式的に示す上面図である。
【図１０】従来の車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の１巻コイル形状を説明する上面図である。
【図１１】従来の車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する上面図である。
【図１２】従来の車両用交流発電機の固定子におけるコイルエンド部の複数巻コイル形状を説明する側面図である。
【図１３】従来の車両用交流発電機の他の固定子におけるコイルエンド部周りを示す側面図である。
【図１４】従来の車両用交流発電機の他の固定子の要部を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
２ 固定子鉄芯、２ａ スロット、３ 固定子巻線、３ａ 直線部、３ｂ コイルエンド部、４ コイル素線、１０、１１ 固定子。
Claims (3)
- 複数のスロットを有する固定子鉄芯と、連続線からなるコイル素線が巻回され、複数の直線部と隣り合う直線部の端部間を連結するコイルエンド部とを有するコイルユニットを、該複数の直線部を所定スロット数毎に順次上記スロットに嵌め込み、該コイルエンド部を上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に突出させて上記固定子鉄芯に組み込まれた複数相の固定子巻線とを備え、
上記コイルエンド部を構成する各コイル素線は、上記スロットから引き出された後、上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面から軸方向の外方に離れるように延び、ついで上記固定子鉄芯の径方向の内周側に折り返され、その後上記固定子鉄芯の周方向の一側に向かって上記固定子鉄芯の端面に接近するように延びて、該コイル素線が引き出されたスロットから上記固定子鉄芯の周方向の一側に所定スロット数離れたスロット内に引き込まれるコイル形状に構成され、
かつ、
毎極毎相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されている
ことを特徴とする車両用交流発電機の固定子。 - 各相の上記コイルエンド部を構成する全てのコイル素線は、上記コイル形状がほぼ同一に構成され、少なくとも上記コイル形状の折り返し部およびその近傍で上記固定子鉄芯の周方向に重なって配列されていることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の固定子。
- 上記コイル形状の折り返し部の先端における上記コイル素線の軸心方向が上記固定子鉄芯の径方向と略一致していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用交流発電機の固定子。
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