JP3630141B2

JP3630141B2 - 回転電機の固定子の製造方法

Info

Publication number: JP3630141B2
Application number: JP2002053114A
Authority: JP
Inventors: 充加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: US20030160531A1; US20050229381A1; FR2836605A1; DE10308893A1; FR2836605B1; DE10308893B4; JP2003259583A; US6930425B2; US7293342B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の回転電機の固定子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、安全制御機器等の電気負荷の増加に伴って、車両用交流発電機にはますます発電能力の向上が求められている。このような発電能力向上の要請に応えるものとして、Ｕ字状の電気導体を規則的に並べて固定子のスロット内の電気導体を高占積率化することにより高出力化を図る手法が知られている。例えば、特許第３１９６７３８号公報、特許第３１０４７００号公報、特開２００１−１９７７０９号公報には、このような固定子を製造する従来技術が開示されている。
【０００３】
図１４は、これらの公報に開示された接合方法の対象となる従来の固定子の構造を示す部分的な斜視図である。上述した公報に開示された従来技術では、固定子鉄心４００に形成された複数のスロットに、Ｕ字状の電気導体４０４を挿入した後に、その先端部４０６を拘束した状態で周方向に回転させる捻り工程によって電気導体４０４を傾斜させ、その後、隣接する先端部４０６同士を接合することにより固定子巻線が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来構造の固定子を製造する場合に、電気導体４０４の先端部４０６を拘束して電気導体４０４を捻ることにより傾斜させ、この先端部４０６を用いてアーク溶接による接合を行っているため、軸方向に延びた先端部４０６が必要になり、固定子巻線の軸方向寸法が長くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、固定子巻線の軸方向長さを短くすることができる回転電機の固定子およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の固定子は、複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、スロットに装備された複数の電気導体の端部を接合することにより形成された固定子巻線とを有しており、接合対象となる２本の電気導体は、直線部が０°よりも大きな所定の角度をなした状態で交差した接合部によって接続されている。電気導体の先端部同士を並べた状態で接合部が形成されるのではなく、所定の角度で交差した状態で接合部が形成されているため、軸方向に延びる電気導体の先端部が不要になり、固定子巻線の軸方向長さを短くすることができる。
【０００７】
また、上述した接合部は、２本の電気導体の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることが望ましい。あるいは、上述した接合部は、２本の電気導体の一方の直線部の先端面と他方の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることが望ましい。このように、交差した電気導体の側面を利用して接合を行うことにより、軸方向に延びる先端部を確実になくすことができる。特に、一方の電気導体の先端面を他方の電気導体の先端部側面に突き合わせる場合には、接触面積を増やすことが容易になるため、電気的な接続を確実に行うことが可能になる。
【０００８】
また、接合対象となる２本の電気導体は、スロットの径方向に沿って隣接するとともに、互いに周方向に沿って反対側に傾斜した先端部同士が接合されることが望ましい。電気導体を互いに反対方向に傾斜させて突き合わせて接合を行うことにより、固定子巻線の軸方向長さをさらに短くすることができる。
【０００９】
また、本発明の回転電機の固定子の製造方法は、電気導体の直線部を固定子鉄心のスロットに挿入する挿入工程と、固定子鉄心から突出する直線部を、径方向に隣接する電気導体について互いに周方向反対側に傾斜させて、直線部の先端部同士を突き合わせる傾斜工程と、突き合わされた先端部同士を接合する接合工程とを備えている。これにより、電気導体の先端部を拘束することなく電気導体を傾斜させることができるため、拘束するために必要であった軸方向に形成された先端部が不要になり、固定子の軸方向長さを短くすることができる。
【００１０】
また、上述した傾斜工程は、直線部の周方向側面に配置した曲げ部材を、スロット端部を中心にして回転させることにより、直線部を傾斜させることが望ましい。これにより、直線部全体を所定角度に確実に傾斜させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の固定子巻線の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ハウジング４、整流器５等を含んで構成されている。
【００１２】
回転子３は、界磁として作用し、シャフト６と一体になって回転しており、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に連結されており、車両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。
【００１３】
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。この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と、ボス部７１の両端より径方向に延びるディスク部７２と、１２個の爪状磁極部７３により構成されている。
【００１４】
プーリ側の斜流ファン１１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１１１に対して鋭角の傾斜を持つブレードと直角のブレードとを有し、回転子３と一体になって回転する。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に対して直角のブレードのみを有する。
【００１５】
ハウジング４は、フロントハウジング４ａとリアハウジング４ｂからなっており、その軸方向端面には吸入孔４１が、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のそれぞれ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。
【００１６】
整流器５は、固定子２から出力される交流電圧を直流に変換する整流作用を行っており、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。
次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、固定子２の部分的な断面図である。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。
【００１７】
固定子２は、電機子として作用し、固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成された複数のスロット３５内に配置された複数の電気導体としてのセグメント３３によって構成された固定子巻線３１と、固定子鉄心３２と固定子巻線３１との間を電気絶縁するインシュレータ３４とを備えている。
【００１８】
図２に示すように、固定子鉄心３２には、多相の固定子巻線３１を収容できるように、内径側に開口を有する複数のスロット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、三相の固定子巻線３１を収容するために、３６個のスロット３５が、等間隔に配置されている。
【００１９】
固定子鉄心３２のスロット３５に装備された固定子巻線３１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３５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３７として、ポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。
【００２０】
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３１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、連続線を配置することにより一端が接続され、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。
【００２１】
各スロット３５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３５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３５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３５内の他の層の電気導体と対をなしている。
【００２２】
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。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。したがって、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。
【００２３】
一方、一のスロット３５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３５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３５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３５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。
【００２４】
したがって、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。
【００２５】
さらに、複数の電気導体は、ほぼ矩形断面（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Ｕ字状のセグメントにより提供される。図３に示すように、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。また、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。
【００２６】
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。
図４は、固定子巻線３１の部分的な側面図であり、径方向外側から見た図が示されている。また、図５は固定子巻線３１をセグメント３３の先端部側から見た図であり、径方向に並んだ一部のセグメント３３のみを抜き出して周方向に展開した図である。図４および図５に示すように、本実施形態のセグメント３３は、隣接する直線部同士を０°よりも大きな角度をなした状態で交差させ、この交差部分において先端部の側面同士を互いに接触させた状態で溶接等を行って接合部を形成している。具体的には、図５に示すように、固定子鉄心３２から突出した内端層の電気導体３３１ａの先端部３３１ｄと内中層の電気導体３３２ａの先端部３３２ｄとが互いの側面を介して接触しており、この接触部分に対して溶接等が行われる。また、外中層の電気導体３３２ｂの先端部３３２ｅと外端層の電気導体３３１ｂの先端部３３１ｅとが互いの側面を介して接触しており、この接触部分に対して溶接等が行われる。
【００２７】
次に、固定子巻線３１の製造工程を以下に説明する。
（挿入工程）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３５の内端層に、小セグメント３３２の一方の電気導体３３２ａは一のスロット３５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の一のスロット３５から時計方向に１磁極ピッチ離れた他のスロット３５の外端層に、小セグメント３３２の他方の電気導体３３２ｂも他のスロット３５の外中層に挿入される。
【００２８】
その結果、図２に示すように一のスロット３５には内端層側から、上述した電気導体として直線部３３１ａ、３３２ａ、３３２ｂ’、３３１ｂ’が一列に配置される。ここで、直線部３３２ｂ’、３３１ｂ’は、１磁極ピッチずれた他のスロット３５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。
【００２９】
（傾斜工程）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直線部３３１ａ、３３１ｂは、大セグメント３３１が開く方向に接合部３３１ｄ、３３１ｅが半磁極ピッチ分（本実施形態では１．５スロット分）折り曲げられる。そして、中層に位置している直線部３３２ａ、３３２ｂは、小セグメント３３２が閉じる方向に接合部３３２ｄ、３３２ｅが半磁極ピッチ分折り曲げられる。その結果、第２コイルエンド群３１ｂにおいては、径方向に隣接する電気導体は周方向の逆向きに傾斜する。以上の動作が、全てのスロット３５のセグメント３３について行われる。
【００３０】
（接合工程）そして、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、外端層の先端部３３１ｅ’ と外中層の先端部３３２ｅの対向する側面同士、並びに内中層の先端部３３２ｄと内端層の先端部３３１ｄ’ の対向する側面同士が、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に示すような固定子２が得られる。
【００３１】
図６〜図９は、傾斜工程の説明図である。傾斜工程には、内端層の電気導体３３１ａと外中層の電気導体３３２ｂを先端部側から見て反時計回り方向に傾斜させる第１の工程と、内中層の電気導体３３２ａと外端層の電気導体３３１ｂを先端部側から見て時計回り方向に傾斜させる第２の工程が含まれている。
【００３２】
この内、反時計回り方向に電気導体を傾斜させる第１の工程は、図６に示す曲げ部材２００を用いて行われる。曲げ部材２００は、傾斜工程を実施する前の内端層の電気導体３３１ａと外中層の電気導体３３２ｂに隣接するように、それぞれの反時計回り方向上流側に配置されている。これらの曲げ部材２００をスロット端部（固定子鉄心３２の端面）近傍を回転中心として、図示しない回転駆動機構によって回転させることにより、図７に示すように、内端層の電気導体３３１ａと外中層の電気導体３３２ｂを、その先端部３３１ｄ、３３２ｅが反時計回り方向に移動する向きに傾斜させることができる。
【００３３】
また、時計回り方向に電気導体を傾斜させる第２の工程は、図８に示す曲げ部材２０２を用いて行われる。曲げ部材２０２は、傾斜工程を実施する前の内中層の電気導体３３２ａと外端層の電気導体３３１ｂに隣接するように、それぞれの反時計回り方向下流側に配置されている。これらの曲げ部材２０２をスロット端部近傍を回転中心として、回転駆動機構によって回転させることにより、図９に示すように、内中層の電気導体３３２ａと外端層の電気導体３３１ｂを、その先端部３３２ｄ、３３１ｅが時計回り方向に移動する向きに傾斜させることができる。
【００３４】
図１０および図１１は、接合工程の説明図である。図１０には接合工程に必要な各種の電極の配置が示されており、図１１にはその中の棒状プラス電極の断面形状が示されている。接合工程は、図１０に示すように、内径側プラス電極３００と外径側プラス電極３０２とによってセグメント３３を径方向両側から挟み込むとともに、先端部側から棒状プラス電極３０４を配置した状態で行われる。このような状態において、セグメントの先端部にマイナス電位の溶接電極を近づけてアーク放電を起こすことにより、接触する先端部同士が溶接により接合される。
【００３５】
このように、本実施形態の固定子２では、セグメント３３の先端部同士を軸方向に沿って並べた状態で接合部が形成されるのではなく、各線端部が０°以外の所定の角度で交差した状態で接合部が形成されているため、軸方向に延びるセグメント３３の先端部が不要になり、固定子巻線３１の軸方向長さを短くすることができる。特に、交差したセグメント３３の側面を利用して接合を行うことにより、軸方向に延びる先端部を確実になくすことができる。
【００３６】
また、本実施形態の固定子２の製造方法には、固定子鉄心３２から突出するセグメント３３の直線部を、径方向に隣接するセグメント３３について互いに周方向反対側に傾斜させて直線部の先端部同士を突き合わせる傾斜工程と、この突き合わされた先端部同士を接合する接合工程とが含まれており、セグメント３３の先端部を拘束することなくセグメント３３を傾斜させることができるため、拘束するために必要であった軸方向に形成された先端部が不要になり、固定子巻線３１の軸方向長さを短くすることができる。特に、傾斜工程において、セグメント３３の直線部の周方向側面に配置した曲げ部材２００、２０２を、スロット端部近傍を中心にして回転させることにより、固定子鉄心３２から突出したセグメント３２の直線部全体を所定角度に確実に傾斜させることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２本のセグメント３３の先端部を径方向に隣接させてそれらの側面同士を接触させたが、図１２（部分側面図）および図１３（部分平面図）で示すように、一方のセグメント３３の先端面と他方のセグメント３３の先端部側面とを接触させて接合部を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】固定子の部分的な断面図である。
【図３】固定子鉄心に装着されるセグメントの模式的形状を示す斜視図である。
【図４】固定子巻線の部分的な側面図である。
【図５】固定子巻線をセグメントの先端部側から見た図である。
【図６】傾斜工程の説明図である。
【図７】傾斜工程の説明図である。
【図８】傾斜工程の説明図である。
【図９】傾斜工程の説明図である。
【図１０】接合工程の説明図である。
【図１１】接合工程の説明図である。
【図１２】セグメントの先端部を用いて形成される接合部の変形例を示す部分側面図である。
【図１３】セグメントの先端部を用いて形成される接合部の変形例を示す部分平面図である。
【図１４】従来の固定子の構造を示す部分的な斜視図である。
【符号の説明】
２固定子
３１固定子巻線
３２固定子鉄心
３３セグメント
２００、２０２曲げ部材
３００内径側プラス電極
３０２外径側プラス電極
３０４棒状プラス電極

Claims

電気導体の直線部を固定子鉄心のスロットに挿入する挿入工程と、
前記固定子鉄心から突出する前記直線部を、径方向に隣接する前記電気導体について互いに周方向反対側に傾斜させて、前記直線部の先端部同士を突き合わせる傾斜工程と、
突き合わされた前記先端部同士を接合する接合工程とを備え、
前記接合工程は、前記傾斜工程において突き合わされた前記先端部同士の合わせ面よりも前記電気導体の周方向側面に沿って前記固定子鉄心側に三角形断面形状の一方の電極を接触させ、前記先端部同士に他方の電極を近づけてアーク放電を起こすことにより、接触する前記先端部同士を溶接して接合部を形成することにより行われることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
請求項１において、
前記接合部は、２本の前記電気導体の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
請求項１において、
前記接合部は、２本の前記電気導体の一方の直線部の先端面と他方の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
複数の前記接合部が、周方向位置が同じであって、かつ、径方向に異なる位置に配置されており、
前記複数の接合部に対応する同一傾斜方向の複数の前記電気導体は、前記一方の電極に接触する領域において周方向位置および軸方向位置が同じであることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記傾斜工程は、前記直線部の周方向側面に配置した曲げ部材を、前記スロット端部を中心にして回転させて、前記直線部を傾斜させることにより行うことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
請求項５において、
前記曲げ部材が当接する前記電気導体の周方向側面には、前記一方の電極が接触する領域が含まれていることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。