JP3650303B2 - 交流発電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば内燃機関により駆動される交流発電機に関し、特に、乗用車、トラック等の乗り物に搭載される交流発電機の固定子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来の交流発電機の固定子を示す斜視図である。従来の交流発電機の固定子２０８においては、コイルが固定子鉄心１５から露出する部分であるコイルエンド部においては、全体を覆うように樹脂２０２が設けられ、複数のコイルの集合体による凹凸形状の表面を滑らかにすることにより風騒音を低減していた。すなわち、コイルエンド部においては、図示しない回転子に設けられたファンによって起こされる冷却風により、発熱するコイルが冷却されるが、樹脂２０２を設けて、コイルエンド表面を滑らかにすることで、ファンとコイル素線との干渉を減らし風騒音を低減していた。
【０００３】
【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交流発電機においては、コイルエンド全体を樹脂２０２によって覆っていたので、発熱体であるコイルにとって過酷な環境となり、交流発電機の出力に大きな悪影響を与えていた。また、樹脂２０２の成形においては、例えば、コイルエンド部全体を覆う型を作成し、その型の中に柔らかくした樹脂を注いで固めて作製するので工作性が悪かった。
【０００４】
また、交流発電機が３相の交流発電機であれば、コイルエンド部において３つのコイルターン群が部分的に重なり合いそれらは整列していないため、コイルエンド部に設ける樹脂２０２を全周に渡って均一に配することは困難であり、軸方向にも周方向にも偏った形状になってしまい、冷却性が不均一となるとともに、風騒音の悪化を引き起こす原因になっていた。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、固定子巻線の冷却性を良くするとともに、風騒音を低減することができる交流発電機を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る交流発電機は、回転軸に嵌着される爪状磁極及び爪状磁極に設けられた冷却手段を有する回転子と、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た固定子巻線を有し冷却手段によって冷却される固定子と、回転子及び固定子を支持するブラケットとを有する交流発電機において、 ブラケット内には冷却手段による通風路が設けられ、固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、コイルエンドの少なくとも内周面を覆うように遮蔽材が設けられている。
【０００７】
また、遮蔽材は、主面に孔が形成されている。
【０００８】
また、遮蔽材は、表面に凹凸が形成されている。
【０００９】
また、コイルエンドを覆う遮蔽材は、コイルエンドにもうけられる第１の樹脂より熱伝導性の良好な第２の樹脂によって固着されている。
【００１０】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部が周方向に略同一形状に形成されている。
【００１１】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部によって形成される周方向に隣り合うターン部間の空間が略同一に形成されている。
【００１２】
また、固定子巻線の導体のスロット内における断面形状がスロット形状に沿った略矩形形状である。
【００１３】
さらに、冷却手段の冷却風下流側に隣接してコイルエンドの少なくとも一方が配されている。
【００１４】
【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に係る交流発電機の構成を示す断面図である。図２はこの交流発電機の固定子を示す斜視図である。図３はこの交流発電機の固定子を示す要部断面図である。図４および図５はこの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６はこの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６の（ａ）はその側面図、図６の（ｂ）はその平面図である。図７はこの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８はこの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。
【００１５】
また、図９はこの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９の（ａ）はその側面図、図９の（ｂ）はその背面図である。図１０はこの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。
【００１６】
図１において、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の内壁面に固着されて構成されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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つの爪形状の爪状磁極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、冷却手段としてのファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
【００１９】
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。
【００２０】
固定子８は、図２及び図３に顕著に示されるように、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に巻装された巻線コイルとしての多相固定子巻線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。
【００２１】
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。
【００２２】
そして、固定子鉄心１５の両端面から外方に延出するコイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面を覆うように遮蔽材１０１が設けられている。遮蔽材１０１は、例えばアルミで０．１ｍｍ厚の薄板状に作製され、爪状磁極２２、２３に対向するように概略円筒状に設けられている。遮蔽材１０１の軸方向の高さは、コイルエンド群１６ａ，１６ｂと略同じ高さである。なお、アルミの遮蔽材１０１のコイル当接面へは、絶縁のためにアルマイト処理が施されている。
【００２３】
遮蔽材１０１の取り付けを含むコイルエンドの処理においては、鉄心３６が丸められ円筒状の鉄心３７が形成された後、まず、固定子鉄心１５の両端面から外方に延出するコイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面に、この内周面を覆うように遮蔽材１０１が配置される。そして、この状態で、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの頂部すなわち軸方向端部に、第１の樹脂としてのエポキシ樹脂１０２が付着される。このエポキシ樹脂１０２は、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの頂部を、溶解したエポキシ樹脂が溜められた浸漬槽に浸すことにより付着させる。このエポキシ樹脂１０２は、ターン部３０ａ頂部にて湾曲される素線３０の絶縁皮膜の剥離を補償し絶縁性能を向上させるとともに、遮蔽材１０１の片側を固定する目的で付着させる。又、このエポキシ樹脂１０２の塗布によって、ターン部の凹凸による干渉音を防止する。
【００２４】
その後、コイルエンド群１６ａ，１６ｂ、遮蔽材１０１、及びエポキシ樹脂１０２の全体を覆うように、第２の樹脂としてのワニス１０３が塗布される。ワニス１０３は、円筒状の鉄心３７を軸を水平にあるいは所定の角度傾けて回転させながら、コイルエンド部分にワニス１０３を滴下して浸透させて設けられる。ワニス１０３は、遮蔽材１０１と素線３０との微少な隙間および素線３０相互間に浸透するとともに表面全体をごく薄く覆い、絶縁性能を向上させるとともに全体の剛性を向上させる。
尚、図３においては、遮蔽材１０１、エポキシ樹脂１０２及びワニス１０３は、説明の為厚さ等が大きく示されているが、実際には各々ごく薄く設けられているものである。
【００２５】
遮蔽材１０１と素線３０との間に設けられるワニス１０３は、ごく薄く設けられ、コイルエンド群１６ａ，１６ｂと遮蔽材１０１とは熱伝導が良好となるように互いに固定される。一方、ワニス１０３は、必ずしも全面に設けられる必要はなく、両者の絶縁がされていれば、部分的に空気を介して、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの放射熱を遮蔽材１０１を介して冷却するような構成としても良い。
【００２６】
次に、工程が前後するが、固定子８の組立方法について図４乃至図１０を参照しつつ具体的に説明する。
まず、図４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５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６に示される素線群３５Ａを作製する。さらに、同様にして、渡り結線および口出し線を有する図示しない素線群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。
【００２７】
なお、各素線３０は、図７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８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。
【００２８】
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９に示されるように、直方体の鉄心３６を作製する。
【００２９】
そして、図１０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１０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、重なって鉄心３６に装着されている。
【００３０】
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１０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。
【００３１】
このように構成された交流発電機では、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。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施の形態によれば、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面を覆うように遮蔽材１０１が設けられているので、回転子７に対向する面がフラットになるので、冷却風の衝突を緩和し、干渉音及び風騒音を小さいものとすることができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、ワニス１０３はごく薄く設けられる。そのため、従来例に比べれば、遮蔽材１０１に覆われた部分以外は、素線３０が露出しているに等しく、そのため、多相固定子巻線１６の放熱が妨げられることがなく、交流発電機の出力を低下させることがない。
ここで、遮蔽材１０１は、必ずしも固定子コイルエンド群の両端に設ける必要はない。特に、風量が多く騒音発生寄与度の大きい一方端のコイルエンド群のみに設けると効果的である。
【００３５】
また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂは、ターン部３０ａを周方向に配列して構成されている。これにより、導体セグメント５４の端部５４ｂ同士を接合している従来のコイルエンド群に比べて、コイルエンド群の固定子鉄心１５の端面からの延出高さを低くできる。これにより、コイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける通風抵抗がさらに小さくなり、回転子７の回転に起因する風騒音を低減させることができる。また、コイルエンドのコイルの漏れリアクタンスが減少し、出力・効率が向上する。
【００３６】
また、４本の素線３０がスロット１５ａ内に径方向に１列に配列され、ターン部３０ａが周方向に２列に並んで配列されている。これにより、コイルエンド群１６ａ、１６ｂを構成するターン部３０ａがそれぞれ径方向に２列に分散されるので、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの固定子鉄心１５の端面からの延出高さを低くできる。その結果、コイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける通風抵抗が小さくなり、回転子７の回転に起因する風騒音を低減させることができる。
【００３７】
また、固定子鉄心１５の端面側で折り返されたターン部３０ａが６スロット離れた異なるスロット１５ａ内に異なる層として配置された２つの直線部３０ｂを直列に接続している。これにより、各相のコイルエンド間の干渉が抑えられ、コイルエンドの径方向の厚さが小さくなり遮蔽材１０１の装着スペースも形成可能となるとともに、固定子巻線の高占積化が図られるので、高出力化が実現される。
【００３８】
また、各ターン部３０ａは容易に略同一形状に形成できる。そして、各ターン部３０ａを略同一形状に形成することで、即ちコイルエンド群１６ａ、１６ｂを構成するターン部３０ａを周方向で略同一形状に形成することで、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの軸方向端面における周方向の凹凸を抑えることができるので、回転子７とコイルエンド群１６ａ、１６ｂとの間で発生する風騒音を低減させることができる。また、漏れインダクタンスが等しくなり、安定した出力が得られる。さらに、コイルエンドが整列しているので、遮蔽材１０１を貼るのに適している。
【００３９】
また、ターン部３０ａが周方向に離間し、かつ、ターン部３０ａ間の空間が周方向に略同一に形成されているので、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの軸方向端部における周方向の凹凸を抑えることができ、又、外周側のコイルにおいては、冷却性が高められるとともに、冷却風とコイルエンドとの干渉による騒音が低減される。
【００４０】
また、各ターン部３０ａが略同一形状に形成されて周方向に整列されて配列されているので、各ターン部３０ａにおける放熱性が同等となり、さらにコイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける放熱性が同等となる。それにより、多相固定子巻線１６での発熱は、各ターン部３０ａから均等に放熱され、さらに両コイルエンド群１６ａ、１６ｂから均等に放熱されることになり、遮蔽材１０１への熱伝導も均一になされ、多相固定子巻線１６の冷却性が向上される。
【００４１】
また、スロット１５ａの開口部１５ｂの開口寸法が素線３０のスロット幅方向寸法より小さく構成されているので、スロット１５ａから径方向内側への素線３０の飛び出しが阻止されるとともに、開口部１５ｂでの回転子７との干渉音も低減される。
【００４２】
また、直線部３０ｂが長方形断面に形成されているので、直線部３０ｂをスロット１５ａ内に収容したときに、直線部３０ｂの断面形状がスロット形状に沿った形状となっている。これにより、スロット１５ａ内における素線３０の占積率を高めることが容易となるとともに、素線３０から固定子鉄心１５への伝熱を向上させることができる。ここで、この実施の形態１では、直線部３０ｂが長方形断面に形成されているものとしているが、直線部３０ｂの断面形状は、略矩形断面のスロット形状に沿った略矩形断面形状であればよい。この略矩形形状とは、長方形に限らず、正方形、４辺の平面と丸い角とで構成された形状、長方形の短辺を円弧とした長円形等であってもよい。
【００４３】
また、素線３０が長方形の断面形状に形成されているので、コイルエンドを構成するターン部３０ｂからの放熱面積が大きくなり、多相固定子巻線１６の発熱が効果的に放熱される。さらに、長方形断面の長辺を径方向と平行に配置することで、ターン部３０ｂ間の隙間を確保でき、コイルエンド群１６ａ、１６ｂ内の外周側の冷却風の通風を可能にでき、冷却性が向上する。また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの表面がフラットに構成できるので、遮蔽材１０１の接着性が向上する。
【００４４】
また、この実施の形態１による固定子８は、連続線からなる素線群３５を直方体の鉄心３６のスロット３６ａに開口部３６ｂから挿入し、その後鉄心３６を環状に丸めて作製することができる。そこで、鉄心３６の開口部３６ｂの開口寸法を素線３０のスロット幅方向寸法より大きくすることができるので、素線群３５の挿入作業性を高めることができる。また、鉄心３６を環状に成形することで開口部３６ｂの開口寸法を素線３０のスロット幅方向寸法より小さくできるので、占積率が高められ、出力を向上させることができる。また、これにより回転子による風騒音低減もなされる。さらに、スロット数が多くなっても、固定子の生産性を低下させることはない。
【００４５】
また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂは、高さが低く、接合部も少ないので、回転子７の回転により、ファン５により形成された冷却風とコイルエンド群１６ａ、１６ｂとの間の干渉音が小さい。又、接合部が少ないので、本実施の形態のように、金属の遮蔽材１０１との絶縁性が阻害されることはない。両コイルエンド群１６ａ、１６ｂの形状が略等しく、かつ、ファン５が回転子７の両端部に設けられているので、両コイルエンド群１６ａ、１６ｂがバランス良く冷却され、固定子巻線温度が均一に、かつ、大きく低減される。
【００４６】
ここで、ファン５は必ずしも回転子７の両端に設ける必要はなく、大きな発熱体である固定子巻線や整流器の配設位置を考慮して設ければよい。例えば、最大の発熱体である固定子巻線のコイルエンドは冷却速度の大きいファンの吐出側に配置し、整流器の配置されている側の回転子の端部にファンを配設することがよい。また、車両エンジンに取り付けられる場合、通常プーリがクランクシャフトにベルトを介して連結されるので、ファンの冷却排出風がベルトに影響しないように、ファンを反プーリ側に配設することがよい。なお、回転子７の爪状磁極２２，２３の型部も送風作用があり、冷却手段として用いることができるので、ファンがなくても本発明の効果を得ることができる。
【００４７】
また、コイルエンドを含んだ固定子８の軸方向長さがポールコア２０、２１の軸方向長さより小さくなっているので、小型化が実現できる。また、ファン５が回転子７の両端部に設けられている場合、ファン吐出側にコイルエンドがないので、通風抵抗が著しく小さくなり、風騒音が低減されるとともに、整流器１２等の冷却内蔵物の温度上昇を抑えることができる。
【００４８】
尚、この実施の形態１では、遮蔽材１０１の取り付けを含むコイルエンドの処理においては、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの頂部に設けられたエポキシ樹脂１０２とコイルエンド部の全体を覆うワニス１０３によって、遮蔽材１０１が固着されているが、遮蔽材１０１の固定の方法に関しては、これに限定されるものではない。例えば、熱伝導性の良好な接着剤のみによって固着されても良いし、また、例えば金属製の複数の固定部材によって、周方向に数ヶ所がかしめられて固定されても良い。すなわち、遮蔽材１０１の固定方法においては、本実施の形態に限定されるものではなく、何らかの方法によって、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面に遮蔽材１０１が固定されれば、効果を得ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、遮蔽材１０１の最終的な固着にワニス１０３が用いられているが、固着する材料に関しては、熱伝導性の良好な材料によって固着されることが望ましい。このような材料を用いることにより、多相固定子巻線１６から遮蔽材１０１に熱を良好に伝達することができ、多相固定子巻線１６の発熱を効果的に放熱することができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態では、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周面を覆うように設けられた遮蔽材１０１は、アルミで作製されている。しかし、遮蔽材１０１の材料は、アルミに限らず例えばステンレス、ナイロン、薄膜の粘着テープのようなものであってもよい。特に、車両用交流発電機の固定子は、２００℃以上の高温にさらされるので、遮蔽材１０１の材料として樹脂材を用いる場合は、ポリイミド樹脂や液晶ポリマーを用いると耐熱的に優れた固定子を得ることができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態においては、固定子巻線は、上述の説明のように、長尺の素線３０が、スロット１５ａ外方で折り返されて所定スロット数毎にスロット１５ａ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、複数の略Ｕ字状の短コイル片を固定子鉄心１５の軸方向一端側から挿入し、固定子鉄心１５軸端に突出させたコイル片端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。
【００５２】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。図１２は固定子の要部断面図である。本実施の形態においては、遮蔽材１１１が、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面だけでなく、外周面にも設けられている。そして、さらに遮蔽材１１１には、複数の孔１１１ａが穿孔されている。ワニス１０３が、孔１１１ａに浸透するので、コイルエンド群１６ａ，１６ｂと遮蔽材１１１とが強固に固着する。
【００５３】
本実施の形態においては、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面と外周面を覆うように、遮蔽材１１１が設けられている。そのため、冷却風の衝突をさらに滑らかにすることができ、干渉音及び風騒音を小さいものとすることができる。また、遮蔽材１１１は、主面に孔１１１ａが形成されているので、冷却能力が向上するとともに、強固に固着される。また、コイルエンドの頂部には、エポキシ樹脂１０２が塗布されており、実施の形態１と同様、軸方向端部の凹凸による干渉音を防止できる。
【００５４】
なお、本実施の形態の孔１１１ａは円形であるが、孔は、多角形状やメッシュ状でも良く形状に限定はない。
【００５５】
実施の形態３．
本実施の形態においては、遮蔽材１２１が、表面に凹凸を有するものである。この凹凸は片面だけに設けても良いが、両面に設ける場合には、コイルエンド群１６ａ，１６ｂとの固着性が良く両者の固定が確実になり、かつ、冷却風のあたる面積が増加することにより冷却能力が向上する。
【００５６】
本実施の形態のように遮蔽材１２１をコイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周に備える場合、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周と回転子７の外周との間にはスペースがほとんどなく、上述の凹凸は０．２ｍｍ程度とごく小さく形成される。そのため、遮蔽材１２１の表面を渡っていく冷却風に関して、風騒音の悪化はほとんどみられない。また、表面粗さが高まれば効果を得ることができ、表面に設けられる凹凸形状に関して限定はない。
【００５７】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。図１４は固定子の要部断面図である。本実施の形態の遮蔽材１３１は、図１４の断面図において顕著に示されるように、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの回転子７と対向する内周面を覆う平坦部１３１ａと平坦部１３１ａの上端から延びコイルエンド群１６ａ，１６ｂの軸方向端部を覆う湾曲部１３１ｂからなる。
【００５８】
本実施の形態においては、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの回転子７と対向する内周面から軸方向端部までを覆うように遮蔽材１３１が設けられているので、冷却風の衝突をさらに滑らかにし、干渉音及び風騒音をさらに小さいものとすることができる。
【００５９】
本実施の形態は、上述の実施の形態と異なり、コイルエンド群の頂部まで遮蔽材１３１が設けられているので、エポキシ樹脂を廃止しても、コイルエンド軸方向端部の凹凸による干渉音の発生を更に抑制できる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明に係る交流発電機は、回転軸に嵌着される爪状磁極及び爪状磁極に設けられた冷却手段を有する回転子と、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た固定子巻線を有し冷却手段によって冷却される固定子と、回転子及び固定子を支持するブラケットとを有する交流発電機において、 ブラケット内には冷却手段による通風路が設けられ、固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、コイルエンドの少なくとも内周面を覆うように遮蔽材が設けられている。そのため、発電機内の冷却通風路をなめらかに構成することができ、固定子巻線の冷却性を良くするとともに、風騒音を低減することができる。
【００６１】
また、遮蔽材は、主面に孔が形成されている。そのため、冷却能力が向上するとともに、遮蔽材を強固に固着することができる。
【００６２】
また、遮蔽材は、表面に凹凸が形成されている。そのため、冷却能力が向上するとともに、遮蔽材を強固に固着することができる。
【００６３】
また、コイルエンドを覆う遮蔽材は、コイルエンドにもうけられる第１の樹脂より熱伝導性の良好な第２の樹脂によって固着されている。そのため、固定子巻線から遮蔽材に熱を良好に伝達することができ、固定子巻線の発熱を効果的に放熱することができる。
【００６４】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部が周方向に略同一形状に形成されている。そのため、ターン部の周方向の凹凸が少なくなり、スペース効率に優れ、また漏れインダクタンスが等しく、安定した出力がえられ、さらに発熱が等しく、温度が均一となり、固定子巻線の温度が低下される。
【００６５】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部によって形成される周方向に隣り合うターン部間の空間が略同一に形成されている。そのため、冷却風が均一に通風し、冷却性が向上されるとともに、通風抵抗が周方向に均一化され、風騒音が低減される。
【００６６】
また、固定子巻線の導体のスロット内における断面形状がスロット形状に沿った略矩形形状である。そのため、スロット内の占積率が高められ、出力・効率が向上される。また、素線と固定子鉄心との接触面積が大きくなり、熱伝導性が高められ、固定子巻線の温度がさらに低下される。また、スロット内での素線の移動が防止され、絶縁被膜の損傷が抑制される。
【００６７】
さらに、冷却手段の冷却風下流側に隣接してコイルエンドの少なくとも一方が配されている。そのため、固定子巻線を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】 この交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図３】 この交流発電機の固定子を示す要部断面図である。
【図４】 この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５】 この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６】 この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る。
【図７】 この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８】 この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９】 この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る。
【図１０】 この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１１】 この発明の実施の形態２に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２に係る交流発電機の固定子を示す要部断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４に係る交流発電機の固定子を示す要部断面図である。
【図１５】 従来の交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ フロントブラケット（ブラケット）、２ リヤブラケット（ブラケット）、５ ファン（冷却手段）、６ シャフト（回転軸）、７ 回転子、８ 固定子、１５ 固定子鉄心、１６ 多相固定子巻線（固定子巻線）、１６ａ，１６ｂ コイルエンド群（コイルエンド）、２２，２３ 爪状磁極（冷却手段）、３０ａ，３０ｂ ターン部、１０１，１１１，１２１，１３１ 遮蔽材、１０２ エポキシ樹脂（第１の樹脂）、１０３ ワニス（第２の樹脂）、１１１ａ 孔。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば内燃機関により駆動される交流発電機に関し、特に、乗用車、トラック等の乗り物に搭載される交流発電機の固定子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来の交流発電機の固定子を示す斜視図である。従来の交流発電機の固定子２０８においては、コイルが固定子鉄心１５から露出する部分であるコイルエンド部においては、全体を覆うように樹脂２０２が設けられ、複数のコイルの集合体による凹凸形状の表面を滑らかにすることにより風騒音を低減していた。すなわち、コイルエンド部においては、図示しない回転子に設けられたファンによって起こされる冷却風により、発熱するコイルが冷却されるが、樹脂２０２を設けて、コイルエンド表面を滑らかにすることで、ファンとコイル素線との干渉を減らし風騒音を低減していた。
【０００３】
【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交流発電機においては、コイルエンド全体を樹脂２０２によって覆っていたので、発熱体であるコイルにとって過酷な環境となり、交流発電機の出力に大きな悪影響を与えていた。また、樹脂２０２の成形においては、例えば、コイルエンド部全体を覆う型を作成し、その型の中に柔らかくした樹脂を注いで固めて作製するので工作性が悪かった。
【０００４】
また、交流発電機が３相の交流発電機であれば、コイルエンド部において３つのコイルターン群が部分的に重なり合いそれらは整列していないため、コイルエンド部に設ける樹脂２０２を全周に渡って均一に配することは困難であり、軸方向にも周方向にも偏った形状になってしまい、冷却性が不均一となるとともに、風騒音の悪化を引き起こす原因になっていた。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、固定子巻線の冷却性を良くするとともに、風騒音を低減することができる交流発電機を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る交流発電機は、回転軸に嵌着される爪状磁極及び爪状磁極に設けられた冷却手段を有する回転子と、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た固定子巻線を有し冷却手段によって冷却される固定子と、回転子及び固定子を支持するブラケットとを有する交流発電機において、 ブラケット内には冷却手段による通風路が設けられ、固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、コイルエンドの少なくとも内周面を覆うように遮蔽材が設けられている。
【０００７】
また、遮蔽材は、主面に孔が形成されている。
【０００８】
また、遮蔽材は、表面に凹凸が形成されている。
【０００９】
また、コイルエンドを覆う遮蔽材は、コイルエンドにもうけられる第１の樹脂より熱伝導性の良好な第２の樹脂によって固着されている。
【００１０】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部が周方向に略同一形状に形成されている。
【００１１】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部によって形成される周方向に隣り合うターン部間の空間が略同一に形成されている。
【００１２】
また、固定子巻線の導体のスロット内における断面形状がスロット形状に沿った略矩形形状である。
【００１３】
さらに、冷却手段の冷却風下流側に隣接してコイルエンドの少なくとも一方が配されている。
【００１４】
【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に係る交流発電機の構成を示す断面図である。図２はこの交流発電機の固定子を示す斜視図である。図３はこの交流発電機の固定子を示す要部断面図である。図４および図５はこの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６はこの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６の（ａ）はその側面図、図６の（ｂ）はその平面図である。図７はこの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８はこの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。
【００１５】
また、図９はこの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９の（ａ）はその側面図、図９の（ｂ）はその背面図である。図１０はこの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。
【００１６】
図１において、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の内壁面に固着されて構成されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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つの爪形状の爪状磁極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、冷却手段としてのファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
【００１９】
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。
【００２０】
固定子８は、図２及び図３に顕著に示されるように、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に巻装された巻線コイルとしての多相固定子巻線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。
【００２１】
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。
【００２２】
そして、固定子鉄心１５の両端面から外方に延出するコイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面を覆うように遮蔽材１０１が設けられている。遮蔽材１０１は、例えばアルミで０．１ｍｍ厚の薄板状に作製され、爪状磁極２２、２３に対向するように概略円筒状に設けられている。遮蔽材１０１の軸方向の高さは、コイルエンド群１６ａ，１６ｂと略同じ高さである。なお、アルミの遮蔽材１０１のコイル当接面へは、絶縁のためにアルマイト処理が施されている。
【００２３】
遮蔽材１０１の取り付けを含むコイルエンドの処理においては、鉄心３６が丸められ円筒状の鉄心３７が形成された後、まず、固定子鉄心１５の両端面から外方に延出するコイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面に、この内周面を覆うように遮蔽材１０１が配置される。そして、この状態で、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの頂部すなわち軸方向端部に、第１の樹脂としてのエポキシ樹脂１０２が付着される。このエポキシ樹脂１０２は、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの頂部を、溶解したエポキシ樹脂が溜められた浸漬槽に浸すことにより付着させる。このエポキシ樹脂１０２は、ターン部３０ａ頂部にて湾曲される素線３０の絶縁皮膜の剥離を補償し絶縁性能を向上させるとともに、遮蔽材１０１の片側を固定する目的で付着させる。又、このエポキシ樹脂１０２の塗布によって、ターン部の凹凸による干渉音を防止する。
【００２４】
その後、コイルエンド群１６ａ，１６ｂ、遮蔽材１０１、及びエポキシ樹脂１０２の全体を覆うように、第２の樹脂としてのワニス１０３が塗布される。ワニス１０３は、円筒状の鉄心３７を軸を水平にあるいは所定の角度傾けて回転させながら、コイルエンド部分にワニス１０３を滴下して浸透させて設けられる。ワニス１０３は、遮蔽材１０１と素線３０との微少な隙間および素線３０相互間に浸透するとともに表面全体をごく薄く覆い、絶縁性能を向上させるとともに全体の剛性を向上させる。
尚、図３においては、遮蔽材１０１、エポキシ樹脂１０２及びワニス１０３は、説明の為厚さ等が大きく示されているが、実際には各々ごく薄く設けられているものである。
【００２５】
遮蔽材１０１と素線３０との間に設けられるワニス１０３は、ごく薄く設けられ、コイルエンド群１６ａ，１６ｂと遮蔽材１０１とは熱伝導が良好となるように互いに固定される。一方、ワニス１０３は、必ずしも全面に設けられる必要はなく、両者の絶縁がされていれば、部分的に空気を介して、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの放射熱を遮蔽材１０１を介して冷却するような構成としても良い。
【００２６】
次に、工程が前後するが、固定子８の組立方法について図４乃至図１０を参照しつつ具体的に説明する。
まず、図４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５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６に示される素線群３５Ａを作製する。さらに、同様にして、渡り結線および口出し線を有する図示しない素線群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。
【００２７】
なお、各素線３０は、図７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８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。
【００２８】
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９に示されるように、直方体の鉄心３６を作製する。
【００２９】
そして、図１０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１０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、重なって鉄心３６に装着されている。
【００３０】
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１０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。
【００３１】
このように構成された交流発電機では、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。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施の形態によれば、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面を覆うように遮蔽材１０１が設けられているので、回転子７に対向する面がフラットになるので、冷却風の衝突を緩和し、干渉音及び風騒音を小さいものとすることができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、ワニス１０３はごく薄く設けられる。そのため、従来例に比べれば、遮蔽材１０１に覆われた部分以外は、素線３０が露出しているに等しく、そのため、多相固定子巻線１６の放熱が妨げられることがなく、交流発電機の出力を低下させることがない。
ここで、遮蔽材１０１は、必ずしも固定子コイルエンド群の両端に設ける必要はない。特に、風量が多く騒音発生寄与度の大きい一方端のコイルエンド群のみに設けると効果的である。
【００３５】
また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂは、ターン部３０ａを周方向に配列して構成されている。これにより、導体セグメント５４の端部５４ｂ同士を接合している従来のコイルエンド群に比べて、コイルエンド群の固定子鉄心１５の端面からの延出高さを低くできる。これにより、コイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける通風抵抗がさらに小さくなり、回転子７の回転に起因する風騒音を低減させることができる。また、コイルエンドのコイルの漏れリアクタンスが減少し、出力・効率が向上する。
【００３６】
また、４本の素線３０がスロット１５ａ内に径方向に１列に配列され、ターン部３０ａが周方向に２列に並んで配列されている。これにより、コイルエンド群１６ａ、１６ｂを構成するターン部３０ａがそれぞれ径方向に２列に分散されるので、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの固定子鉄心１５の端面からの延出高さを低くできる。その結果、コイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける通風抵抗が小さくなり、回転子７の回転に起因する風騒音を低減させることができる。
【００３７】
また、固定子鉄心１５の端面側で折り返されたターン部３０ａが６スロット離れた異なるスロット１５ａ内に異なる層として配置された２つの直線部３０ｂを直列に接続している。これにより、各相のコイルエンド間の干渉が抑えられ、コイルエンドの径方向の厚さが小さくなり遮蔽材１０１の装着スペースも形成可能となるとともに、固定子巻線の高占積化が図られるので、高出力化が実現される。
【００３８】
また、各ターン部３０ａは容易に略同一形状に形成できる。そして、各ターン部３０ａを略同一形状に形成することで、即ちコイルエンド群１６ａ、１６ｂを構成するターン部３０ａを周方向で略同一形状に形成することで、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの軸方向端面における周方向の凹凸を抑えることができるので、回転子７とコイルエンド群１６ａ、１６ｂとの間で発生する風騒音を低減させることができる。また、漏れインダクタンスが等しくなり、安定した出力が得られる。さらに、コイルエンドが整列しているので、遮蔽材１０１を貼るのに適している。
【００３９】
また、ターン部３０ａが周方向に離間し、かつ、ターン部３０ａ間の空間が周方向に略同一に形成されているので、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの軸方向端部における周方向の凹凸を抑えることができ、又、外周側のコイルにおいては、冷却性が高められるとともに、冷却風とコイルエンドとの干渉による騒音が低減される。
【００４０】
また、各ターン部３０ａが略同一形状に形成されて周方向に整列されて配列されているので、各ターン部３０ａにおける放熱性が同等となり、さらにコイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける放熱性が同等となる。それにより、多相固定子巻線１６での発熱は、各ターン部３０ａから均等に放熱され、さらに両コイルエンド群１６ａ、１６ｂから均等に放熱されることになり、遮蔽材１０１への熱伝導も均一になされ、多相固定子巻線１６の冷却性が向上される。
【００４１】
また、スロット１５ａの開口部１５ｂの開口寸法が素線３０のスロット幅方向寸法より小さく構成されているので、スロット１５ａから径方向内側への素線３０の飛び出しが阻止されるとともに、開口部１５ｂでの回転子７との干渉音も低減される。
【００４２】
また、直線部３０ｂが長方形断面に形成されているので、直線部３０ｂをスロット１５ａ内に収容したときに、直線部３０ｂの断面形状がスロット形状に沿った形状となっている。これにより、スロット１５ａ内における素線３０の占積率を高めることが容易となるとともに、素線３０から固定子鉄心１５への伝熱を向上させることができる。ここで、この実施の形態１では、直線部３０ｂが長方形断面に形成されているものとしているが、直線部３０ｂの断面形状は、略矩形断面のスロット形状に沿った略矩形断面形状であればよい。この略矩形形状とは、長方形に限らず、正方形、４辺の平面と丸い角とで構成された形状、長方形の短辺を円弧とした長円形等であってもよい。
【００４３】
また、素線３０が長方形の断面形状に形成されているので、コイルエンドを構成するターン部３０ｂからの放熱面積が大きくなり、多相固定子巻線１６の発熱が効果的に放熱される。さらに、長方形断面の長辺を径方向と平行に配置することで、ターン部３０ｂ間の隙間を確保でき、コイルエンド群１６ａ、１６ｂ内の外周側の冷却風の通風を可能にでき、冷却性が向上する。また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの表面がフラットに構成できるので、遮蔽材１０１の接着性が向上する。
【００４４】
また、この実施の形態１による固定子８は、連続線からなる素線群３５を直方体の鉄心３６のスロット３６ａに開口部３６ｂから挿入し、その後鉄心３６を環状に丸めて作製することができる。そこで、鉄心３６の開口部３６ｂの開口寸法を素線３０のスロット幅方向寸法より大きくすることができるので、素線群３５の挿入作業性を高めることができる。また、鉄心３６を環状に成形することで開口部３６ｂの開口寸法を素線３０のスロット幅方向寸法より小さくできるので、占積率が高められ、出力を向上させることができる。また、これにより回転子による風騒音低減もなされる。さらに、スロット数が多くなっても、固定子の生産性を低下させることはない。
【００４５】
また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂは、高さが低く、接合部も少ないので、回転子７の回転により、ファン５により形成された冷却風とコイルエンド群１６ａ、１６ｂとの間の干渉音が小さい。又、接合部が少ないので、本実施の形態のように、金属の遮蔽材１０１との絶縁性が阻害されることはない。両コイルエンド群１６ａ、１６ｂの形状が略等しく、かつ、ファン５が回転子７の両端部に設けられているので、両コイルエンド群１６ａ、１６ｂがバランス良く冷却され、固定子巻線温度が均一に、かつ、大きく低減される。
【００４６】
ここで、ファン５は必ずしも回転子７の両端に設ける必要はなく、大きな発熱体である固定子巻線や整流器の配設位置を考慮して設ければよい。例えば、最大の発熱体である固定子巻線のコイルエンドは冷却速度の大きいファンの吐出側に配置し、整流器の配置されている側の回転子の端部にファンを配設することがよい。また、車両エンジンに取り付けられる場合、通常プーリがクランクシャフトにベルトを介して連結されるので、ファンの冷却排出風がベルトに影響しないように、ファンを反プーリ側に配設することがよい。なお、回転子７の爪状磁極２２，２３の型部も送風作用があり、冷却手段として用いることができるので、ファンがなくても本発明の効果を得ることができる。
【００４７】
また、コイルエンドを含んだ固定子８の軸方向長さがポールコア２０、２１の軸方向長さより小さくなっているので、小型化が実現できる。また、ファン５が回転子７の両端部に設けられている場合、ファン吐出側にコイルエンドがないので、通風抵抗が著しく小さくなり、風騒音が低減されるとともに、整流器１２等の冷却内蔵物の温度上昇を抑えることができる。
【００４８】
尚、この実施の形態１では、遮蔽材１０１の取り付けを含むコイルエンドの処理においては、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの頂部に設けられたエポキシ樹脂１０２とコイルエンド部の全体を覆うワニス１０３によって、遮蔽材１０１が固着されているが、遮蔽材１０１の固定の方法に関しては、これに限定されるものではない。例えば、熱伝導性の良好な接着剤のみによって固着されても良いし、また、例えば金属製の複数の固定部材によって、周方向に数ヶ所がかしめられて固定されても良い。すなわち、遮蔽材１０１の固定方法においては、本実施の形態に限定されるものではなく、何らかの方法によって、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面に遮蔽材１０１が固定されれば、効果を得ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、遮蔽材１０１の最終的な固着にワニス１０３が用いられているが、固着する材料に関しては、熱伝導性の良好な材料によって固着されることが望ましい。このような材料を用いることにより、多相固定子巻線１６から遮蔽材１０１に熱を良好に伝達することができ、多相固定子巻線１６の発熱を効果的に放熱することができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態では、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周面を覆うように設けられた遮蔽材１０１は、アルミで作製されている。しかし、遮蔽材１０１の材料は、アルミに限らず例えばステンレス、ナイロン、薄膜の粘着テープのようなものであってもよい。特に、車両用交流発電機の固定子は、２００℃以上の高温にさらされるので、遮蔽材１０１の材料として樹脂材を用いる場合は、ポリイミド樹脂や液晶ポリマーを用いると耐熱的に優れた固定子を得ることができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態においては、固定子巻線は、上述の説明のように、長尺の素線３０が、スロット１５ａ外方で折り返されて所定スロット数毎にスロット１５ａ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、複数の略Ｕ字状の短コイル片を固定子鉄心１５の軸方向一端側から挿入し、固定子鉄心１５軸端に突出させたコイル片端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。
【００５２】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。図１２は固定子の要部断面図である。本実施の形態においては、遮蔽材１１１が、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面だけでなく、外周面にも設けられている。そして、さらに遮蔽材１１１には、複数の孔１１１ａが穿孔されている。ワニス１０３が、孔１１１ａに浸透するので、コイルエンド群１６ａ，１６ｂと遮蔽材１１１とが強固に固着する。
【００５３】
本実施の形態においては、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周面と外周面を覆うように、遮蔽材１１１が設けられている。そのため、冷却風の衝突をさらに滑らかにすることができ、干渉音及び風騒音を小さいものとすることができる。また、遮蔽材１１１は、主面に孔１１１ａが形成されているので、冷却能力が向上するとともに、強固に固着される。また、コイルエンドの頂部には、エポキシ樹脂１０２が塗布されており、実施の形態１と同様、軸方向端部の凹凸による干渉音を防止できる。
【００５４】
なお、本実施の形態の孔１１１ａは円形であるが、孔は、多角形状やメッシュ状でも良く形状に限定はない。
【００５５】
実施の形態３．
本実施の形態においては、遮蔽材１２１が、表面に凹凸を有するものである。この凹凸は片面だけに設けても良いが、両面に設ける場合には、コイルエンド群１６ａ，１６ｂとの固着性が良く両者の固定が確実になり、かつ、冷却風のあたる面積が増加することにより冷却能力が向上する。
【００５６】
本実施の形態のように遮蔽材１２１をコイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周に備える場合、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの内周と回転子７の外周との間にはスペースがほとんどなく、上述の凹凸は０．２ｍｍ程度とごく小さく形成される。そのため、遮蔽材１２１の表面を渡っていく冷却風に関して、風騒音の悪化はほとんどみられない。また、表面粗さが高まれば効果を得ることができ、表面に設けられる凹凸形状に関して限定はない。
【００５７】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。図１４は固定子の要部断面図である。本実施の形態の遮蔽材１３１は、図１４の断面図において顕著に示されるように、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの回転子７と対向する内周面を覆う平坦部１３１ａと平坦部１３１ａの上端から延びコイルエンド群１６ａ，１６ｂの軸方向端部を覆う湾曲部１３１ｂからなる。
【００５８】
本実施の形態においては、コイルエンド群１６ａ，１６ｂの回転子７と対向する内周面から軸方向端部までを覆うように遮蔽材１３１が設けられているので、冷却風の衝突をさらに滑らかにし、干渉音及び風騒音をさらに小さいものとすることができる。
【００５９】
本実施の形態は、上述の実施の形態と異なり、コイルエンド群の頂部まで遮蔽材１３１が設けられているので、エポキシ樹脂を廃止しても、コイルエンド軸方向端部の凹凸による干渉音の発生を更に抑制できる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明に係る交流発電機は、回転軸に嵌着される爪状磁極及び爪状磁極に設けられた冷却手段を有する回転子と、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た固定子巻線を有し冷却手段によって冷却される固定子と、回転子及び固定子を支持するブラケットとを有する交流発電機において、 ブラケット内には冷却手段による通風路が設けられ、固定子巻線は、固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、コイルエンドの少なくとも内周面を覆うように遮蔽材が設けられている。そのため、発電機内の冷却通風路をなめらかに構成することができ、固定子巻線の冷却性を良くするとともに、風騒音を低減することができる。
【００６１】
また、遮蔽材は、主面に孔が形成されている。そのため、冷却能力が向上するとともに、遮蔽材を強固に固着することができる。
【００６２】
また、遮蔽材は、表面に凹凸が形成されている。そのため、冷却能力が向上するとともに、遮蔽材を強固に固着することができる。
【００６３】
また、コイルエンドを覆う遮蔽材は、コイルエンドにもうけられる第１の樹脂より熱伝導性の良好な第２の樹脂によって固着されている。そのため、固定子巻線から遮蔽材に熱を良好に伝達することができ、固定子巻線の発熱を効果的に放熱することができる。
【００６４】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部が周方向に略同一形状に形成されている。そのため、ターン部の周方向の凹凸が少なくなり、スペース効率に優れ、また漏れインダクタンスが等しく、安定した出力がえられ、さらに発熱が等しく、温度が均一となり、固定子巻線の温度が低下される。
【００６５】
また、固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部によって形成される周方向に隣り合うターン部間の空間が略同一に形成されている。そのため、冷却風が均一に通風し、冷却性が向上されるとともに、通風抵抗が周方向に均一化され、風騒音が低減される。
【００６６】
また、固定子巻線の導体のスロット内における断面形状がスロット形状に沿った略矩形形状である。そのため、スロット内の占積率が高められ、出力・効率が向上される。また、素線と固定子鉄心との接触面積が大きくなり、熱伝導性が高められ、固定子巻線の温度がさらに低下される。また、スロット内での素線の移動が防止され、絶縁被膜の損傷が抑制される。
【００６７】
さらに、冷却手段の冷却風下流側に隣接してコイルエンドの少なくとも一方が配されている。そのため、固定子巻線を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】 この交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図３】 この交流発電機の固定子を示す要部断面図である。
【図４】 この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５】 この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６】 この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る。
【図７】 この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８】 この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９】 この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る。
【図１０】 この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１１】 この発明の実施の形態２に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２に係る交流発電機の固定子を示す要部断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４に係る交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４に係る交流発電機の固定子を示す要部断面図である。
【図１５】 従来の交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ フロントブラケット（ブラケット）、２ リヤブラケット（ブラケット）、５ ファン（冷却手段）、６ シャフト（回転軸）、７ 回転子、８ 固定子、１５ 固定子鉄心、１６ 多相固定子巻線（固定子巻線）、１６ａ，１６ｂ コイルエンド群（コイルエンド）、２２，２３ 爪状磁極（冷却手段）、３０ａ，３０ｂ ターン部、１０１，１１１，１２１，１３１ 遮蔽材、１０２ エポキシ樹脂（第１の樹脂）、１０３ ワニス（第２の樹脂）、１１１ａ 孔。
Claims (12)
- 回転軸に嵌着される爪状磁極及び該爪状磁極に設けられた冷却手段を有する回転子と、該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た固定子巻線を有し上記冷却手段によって冷却される固定子と、上記回転子及び上記固定子を支持するブラケットとを有する交流発電機において、
上記ブラケット内には上記冷却手段による通風路が設けられ、上記固定子巻線は、上記固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、上記コイルエンドの少なくとも内周面を覆うように遮蔽材が設けられており、上記遮蔽材は、主面に孔が形成されていることを特徴とする交流発電機。 - 上記コイルエンドを覆う遮蔽材は、コイルエンドに設けられる第１の樹脂より熱伝導性の良好な第２の樹脂によって固着されていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
- 上記固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、上記固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部が周方向に略同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１あるいは２記載の交流発電機。
- 上記固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、上記固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部によって形成される周方向に隣り合うターン部間の空間が略同一に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の交流発電機。
- 上記固定子巻線の導体のスロット内における断面形状がスロット形状に沿った略矩形形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の交流発電機。
- 上記冷却手段の冷却風下流側に隣接して上記コイルエンドの少なくとも一方が配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の交流発電機。
- 回転軸に嵌着される爪状磁極及び該爪状磁極に設けられた冷却手段を有する回転子と、該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た固定子巻線を有し上記冷却手段によって冷却される固定子と、上記回転子及び上記固定子を支持するブラケットとを有する交流発電機において、
上記ブラケット内には上記冷却手段による通風路が設けられ、上記固定子巻線は、上記固定子鉄心の端面から外方に延出するコイルエンドを有し、上記コイルエンドの少なくとも内周面を覆うように遮蔽材が設けられており、上記遮蔽材は、表面に凹凸が形成されていることを特徴とする交流発電機。 - 上記コイルエンドを覆う遮蔽材は、コイルエンドに設けられる第１の樹脂より熱伝導性の良好な第２の樹脂によって固着されていることを特徴とする請求項７記載の交流発電機。
- 上記固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、上記固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部が周方向に略同一形状に形成されていることを特徴とする請求項７あるいは８記載の交流発電機。
- 上記固定子の少なくとも一方の端のコイルエンドにおいて、上記固定子巻線の所定ピッチ離れたスロットに渡るターン部によって形成される周方向に隣り合うターン部間の空間が略同一に形成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか記載の交流発電機。
- 上記固定子巻線の導体のスロット内における断面形状がスロット形状に沿った略矩形形状であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか記載の交流発電機。
- 上記冷却手段の冷却風下流側に隣接して上記コイルエンドの少なくとも一方が配されていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか記載の交流発電機。
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