JP3671396B2 - 交流発電機の固定子 - Google Patents

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の固定子に関し、特に、乗用車、トラック等の乗り物に搭載される車両用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２４は例えば日本特許第２９２７２８８号に記載された従来の車両用交流発電機の固定子の要部を示す側面図、図２５は図２４に示された従来の車両用交流発電機の固定子に適用される導体セグメントを示す斜視図、図２６および図２７はそれぞれ図２４に示された従来の車両用交流発電機の固定子の要部をフロント側およびリヤ側から見た斜視図である。
図２４乃至図２７において、固定子５０は、固定子鉄心５１と、固定子鉄心５１に巻装された固定子巻線５２と、スロット５１ａ内に装着されて固定子巻線５２を固定子鉄心５１に対して絶縁するインシュレータ５３とを備えている。固定子鉄心５１は、薄い鋼板を重ねて積層された円筒状の積層鉄心であり、軸方向に延びるスロット５１ａが内周側に開口するように所定ピッチで周方向に複数設けられている。ここでは、回転子（図示せず）の磁極数（１６）に対応して、３相の巻線を２組収容するように、９６本のスロット５１ａが形成されている。固定子巻線５２は、多数の短尺の導体セグメント５４を接合して所定の巻線パターンに構成されている。
【０００３】
導体セグメント５４は、絶縁被覆された矩形断面の銅線材を略Ｕ字状に成形したもので、６スロット（１磁極ピッチ）離れた２つのスロット５１ａ毎に、軸方向のリヤ側から２本ずつ挿入されている。そして、導体セグメント５４のフロント側に延出する端部同士が接合されて固定子巻線５２を構成している。
【０００４】
具体的には、６スロット離れた各組のスロット５１ａにおいて、１本の導体セグメント５４が、リヤ側から、１つのスロット５１ａ内の外周側から１番目の位置と、他のスロット５１ａ内の外周側から２番目の位置とに挿入され、もう１本の導体セグメント５４が、リヤ側から、１つのスロット５１ａ内の外周側から３番目の位置と、他のスロット５１ａ内の外周側から４番目の位置とに挿入されている。そこで、各スロット１５ａ内では、導体セグメント５４の直線部５４ａが径方向に１列に４本並んで配列されている。
そして、１つのスロット５１ａ内の外周側から１番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂと、そのスロット５１ａから時計回りに６スロット離れた他のスロット５１ａ内の外周側から２番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂとが接合されて、２ターンの外層巻線が形成されている。さらに、１つのスロット５１ａ内の外周側から３番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂと、そのスロット５１ａから時計回りに６スロット離れた他のスロット５１ａ内の外周側から４番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂとが接合されて、２ターンの内層巻線が形成されている。
さらに、６スロット離れた各組のスロット５１ａに挿入された導体セグメント５４で構成される外層巻線と内層巻線とが直列に接続されて、４ターンの１相分の固定子巻線５２が形成されている。
同様にして、導体セグメント５４の挿入されるスロット位置を１スロットずつずらして、それぞれ４ターンの固定子巻線５２が６相分形成されている。そして、これらの固定子巻線５２は３相分ずつ交流結線されて、２組の３相固定子巻線を構成している。
【０００５】
このように構成された従来の固定子５０においては、固定子鉄心５１のリヤ側では、同じ組のスロット５１ａに挿入された２本の導体セグメント５４のターン部５４ｃが径方向に並んで配列されている。その結果、ターン部５４ｃが周方向に２列に配列されて、リヤ側のコイルエンド群を構成している。
一方、固定子鉄心５１のフロント側では、１つのスロット５１ａ内の外周側から１番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂと６スロット離れたスロット５１ａ内の外周側から２番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂとの接合部と、１つのスロット５１ａ内の外周側から３番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂと６スロット離れたスロット５１ａ内の外周側から３番目の位置からフロント側に延出した導体セグメント５４の端部５４ｂとの接合部とが、径方向に並んで配列されている。その結果、端部５４ｂ同士の接合部が周方向に２列に配列されて、フロント側のコイルエンド群を構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の車両用交流発電機の固定子５０では、以上のように、固定子巻線５２が、略Ｕ字状に成形された短尺の導体セグメント５４を固定子鉄心５１のスロット５１ａにリヤ側から挿入し、フロント側に延出する導体セグメント５４の端部５４ｂ同士を接合して構成されている。
そこで、半田付けや溶接によって絶縁被膜が消失された端部５４ｂ同士の接合部を周方向に配列してフロント側のコイルエンド群が構成されているので、被水により腐蝕しやすいコイルエンド構造となっており、耐腐食性が極めて低くなっていた。
また、コイルエンド群は、９６カ所の接合部を２列に、即ち１９２カ所の接合部から構成されているので、接合部同士が短絡しやすい構造となっており、短絡事故が発生しやすかった。
また、多数の短尺の導体セグメント５４を固定子鉄心５１に挿入し、かつ、端部５４ｂ同士を溶接、半田付け等により接合しなければならず、著しく作業性が低下してしまっていた。また、導体セグメント５４のスロット５１ａへの押し込み量は固定子鉄心５１の軸方向長さ以上を必要とし、絶縁被膜に傷を付けやすく、製品後の品質を低下させていた。さらに、端部５４ｂ同士の接合時に、半田垂れや溶接融けによる接合部間の短絡が頻発し、量産性が著しく低下していた。
【０００７】
また、従来の固定子５０においては、導体セグメント５４の端部５４ｂ同士は、その一部を治具でクランプし、その頂点部を半田付けや溶接して接合されていた。そこで、治具によるクランプ面積が必要となる上に、半田付け部や溶接部の膨れが生じるので、コイルエンド高さが高くなるとともに、接合部間も狭くなっていた。また、導体セグメント５４の端部５４ｂ同士を溶接した場合、溶接時の温度上昇により導体セグメント５４が軟化して、固定子としての剛性が低下してしまう。その結果、従来の固定子５０を車両用交流発電機に搭載した場合、コイルエンド部のコイルの漏れリアクタンスが増えて、出力が悪化し、また通風抵抗が増加して、風騒音が悪化し、さらに剛性が低下して、磁気騒音の低減効果が少なくなってしまっていた。
【０００８】
この発明は、上記のような従来の技術の課題に鑑み、連続線からなる１ターンの巻線を複数配列して構成した巻線アッセンブリを用い、コイルエンドにおける接合カ所を著しく低減して耐腐食性および絶縁性が高められ、かつ、巻線の固定子鉄心への巻装性を高めて組立性および生産性が向上される交流発電機の固定子を得ることを目的とする。
【０００９】
【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、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た積層鉄心からなり、端面同士を当接、溶接して円筒状に構成された固定子鉄心と、連続線からなる素線が、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なる複数の巻線からなる多相固定子巻線とを有し、
上記複数の巻線は、複数本の上記素線を同時に折り畳んで形成された少なくとも２組の巻線アッセンブリで構成され、
上記巻線アッセンブリは、直線部がターン部により連結されて所定スロットピッチで配列され、かつ、隣り合う該直線部が該ターン部によりスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るようにずらされたパターンに形成された２本の上記素線を、互いに上記所定スロットピッチずらして上記直線部を重ねて配列してなる素線対が、１スロットピッチずつずらされて上記所定スロット数と同数対配列されて構成されているものである。
【００１０】
また、２組の上記巻線アッセンブリが上記固定子鉄心に径方向に２列に並んで巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して４ターンの巻線に構成されているものである。
【００１１】
また、３組の上記巻線アッセンブリが上記固定子鉄心に径方向に３列に並んで巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して６ターンの巻線に構成されているものである。
【００１２】
また、２組の上記巻線アッセンブリが一方の巻線アッセンブリで他方の巻線アッセンブリを内包するように上記固定子鉄心に巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して４ターンの巻線に構成されているものである。
【００１３】
また、上記各相の固定子巻線は、２組の上記巻線アッセンブリ間の上記第１および第２巻線の巻線端が２カ所の隣接番地渡り結線により結線され、かつ、一方の組の上記巻線アッセンブリ内の上記第１および第２巻線の巻線端が１カ所の同一番地渡り結線により結線されて４ターンの巻線に構成されているものである。
【００１４】
また、上記各相の固定子巻線は、各組の上記巻線アッセンブリ内の上記第１および第２巻線の巻線端がそれぞれ１カ所の同一番地渡り結線により結線され、かつ、２組の上記巻線アッセンブリ間の上記第１および第２巻線の巻線端が１カ所の隣接番地渡り結線により結線されて４ターンの巻線に構成されているものである。
【００１５】
また、上記素線の断面形状が略扁平形状であり、上記直線部が断面長手方向を径方向に一致させて１列に並んで上記スロットに収納されているものである。
【００１６】
【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、図３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４はこの車両用交流発電機の回路図、図５および図６はそれぞれ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アッセンブリの製造工程を説明する図である。図７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アッセンブリを示す図であり、図７の（ａ）はその側面図、図７の（ｂ）はその平面図である。図８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素線の配列を説明する図である。図１０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１０の（ａ）はその側面図、図１０の（ｂ）はその背面図である。図１１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１２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。
【００１７】
図１において、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の内壁面に固着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、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。
【００１９】
固定子８は、図２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１６は、径方向に２列に配設された２組の巻線アッセンブリ２９を備えている。巻線アッセンブリ２９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複数の巻線から構成されている。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、後述する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。
【００２０】
つぎに、１相分の固定子巻線１６１の巻線構造について図３を参照して具体的に説明する。
１相分の固定子巻線１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４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。
これにより、第１乃至第４巻線３１〜３４は、それぞれ、１本の素線３０を６スロット毎にスロット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なる１ターンの巻線を構成している。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。
【００２１】
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の６７番の外周側から２番目の位置から延出する第１巻線３１の巻線端３１ｂと、スロット番号の６１番の外周側から３番目の位置から延出する第３巻線３３の巻線端３３ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、ついで、スロット番号の６１番の外周側から２番目の位置から延出する第２巻線３２の巻線端３２ｂと、スロット番号の５５番の外周側から３番目の位置から延出する第４巻線３４の巻線端３４ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、さらに、スロット番号の６７番の外周側から４番目の位置から延出する第３巻線３３の巻線端３３ｂと、スロット番号の６１番の外周側から４番目の位置から延出する第４巻線３４の巻線端３４ｂとが渡り結線（同一番地渡り結線）される。これにより、第１乃至第４巻線３１〜３４が直列に接続されて、４ターンの１相分の固定子巻線１６１が形成される。
この時、スロット番号の６１番の外周側から１番目の位置から延出する第１巻線３１の巻線端３１ａと、スロット番号の５５番の外周側から１番目の位置から延出する第２巻線３２の巻線端３２ａとが、固定子巻線１６１の口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
【００２２】
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つずつずらして６相分の固定子巻線１６１が形成されている。そして、図４に示されるように、固定子巻線１６１が３相分ずつ星型結線されて２組の３相固定子巻線１６０を形成し、各３相固定子巻線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。
【００２３】
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、内層と外層とを交互に採るように巻装されている。そして、第１巻線３１と第２巻線３２とは電気角で１８０°ずれて反転巻装されている。同様に、第３巻線３３と第４巻線３４とは電気角で１８０°ずれて反転巻装されている。
また、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。
【００２４】
ついで、固定子８の組立方法について図５乃至図１２を参照しつつ具体的に説明する。
まず、図５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６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７に示される巻線アッセンブリ２９を作製する。そして、巻線アッセンブリ２９が装着された鉄心３７を環状に成形しやすくするために、巻線アッセンブリ２９は作製後３００℃で１０分間アニール処理される。
なお、各素線３０は、図８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。巻線アッセンブリ２９は、このようなパターンに形成された２本の素線３０を図９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スロットピッチずつずらして６対配列されて構成されている。そして、素線３０の端部が巻線アッセンブリ２９の両端の両側に６本ずつ延出されている。また、ターン部３０ａが巻線アッセンブリ２９の両側部に整列されて配列されている。なお、図９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は、電気角で１８０°ずれている。
また、台形形状のスロット３７ａ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１０に示されるように、直方体の鉄心３７を作製する。
【００２５】
そして、図１１の（ａ）に示されるように、インシュレータ１９が鉄心３７のスロット３７ａに装着され、２組の巻線アッセンブリ２９の各直線部を各スロット３７ａ内に重ねて押し入れる。これにより、図１１の（ｂ）に示されるように、２組の巻線アッセンブリ２９が鉄心３７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３７と絶縁されてスロット３７ａ内に径方向に４本並んで収納されている。
ついで、鉄心３７を丸め、その端面同士を当接させて溶接して、図１１（ｃ）に示されるように、円筒状の鉄心３８を得る。鉄心３７を丸めることにより、スロット３７ａ（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３７ｂ（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、同一素線３０の端部同士を結線して、同一スロット群に巻装された第１乃至第４巻線３１〜３４がそれぞれ１ターンの巻線を構成する。
ついで、６スロット離れて対をなす２組のスロット対間で第１乃至第４巻線３１〜３４を構成する各素線３０のターン部３０ａを切断する。そして、得られた第１乃至第４巻線３１〜３４の切断端（巻線端３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）同士を、図３に示される結線方法に基づいて、結線して６相分の固定子巻線１６１を形成する。その後、鉄心３８がＳＰＣＣ材を積層してなる円筒状の外装鉄心３９に挿入された後、焼きバメして一体化して、図１２に示される固定子８を得る。ここで、鉄心３８と外装鉄心３９との一体物が固定子鉄心１５に相当する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
このように、この実施の形態１によれば、多相固定子巻線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、６スロット毎にスロット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なる複数の第１乃至第４巻線３１〜３４を有している。そして、第１巻線３１（第３巻線３３）を１スロットピッチで６本配列して構成された第１巻線群と、第１巻線３１（第３巻線３３）に対して電気角で１８０°ずれて反転巻装された第２巻線３２（第４巻線３４）を１スロットピッチで６本配列して構成された第２巻線群との対で構成された２組の巻線アッセンブリ２９を用いている。そして、２組の巻線アッセンブリ２９が固定子鉄心１５に径方向に２列に巻装されている。
【００２９】
そこで、巻線アッセンブリ２９を固定子鉄心１５に２列に巻装することで、６相分の固定子巻線１６１が固定子鉄心１５に巻装されることになり、組立性を著しく向上させることができる。
また、２組の巻線アッセンブリ２９間の巻線結線が２カ所の隣接番地渡り結線により行われ、１組の巻線アッセンブリ２９内の巻線結線が１カ所の同一番地渡り結線により行われているので、渡り結線部が極めて単純な構造となる。それにより、渡り結線のための素線３０の引き回しや曲げ等の作業が著しく軽減され、結線作業性が大幅に向上される。
また、１相分の固定子巻線１６１における渡り結線部が６スロット離れて対をなすスロット対の隣接する２組の対に集中しているので、結線作業性が大幅に向上される。
また、多相固定子巻線１６を構成する第１乃至第４巻線３１〜３４はそれぞれ１本の素線３０（連続線）により作製されているので、従来の固定子５０のように、多数の短尺の導体セグメント５４を固定子鉄心５１に挿入し、かつ、端部５４ｂ同士を溶接、半田付け等により接合する必要がなく、固定子８の生産性を著しく向上させることができる。
また、コイルエンドが素線３０のターン部３０ａで構成されるので、コイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける接合カ所は第１乃至第４巻線３１〜３４の端部同士の接合部および渡り結線接合部のみとなり、接合カ所が著しく削減される。これにより、接合による絶縁被膜の消失に伴う短絡事故の発生が抑えられるので、優れた絶縁性が得られるとともに、高歩留まりが得られる。さらに、接合による絶縁被膜の消失に伴う耐腐食性の低下を抑えることができる。
【００３０】
また、連続線からなる２組の巻線アッセンブリ２９を２列に並べて固定子鉄心１５のスロット１５ａに挿入できるので、多数の導体セグメント５４を１本ずつスロットに挿入する従来技術に比べて、作業性を著しく向上させることができる。
また、多相固定子巻線のターン数を増やす場合、連続線からなる巻線アッセンブリ２９を直線部３０ｂ同士を相対して揃えるようにして重ねて巻装することで容易に対応することができる。
また、この実施の形態１による固定子８は、連続線からなる巻線アッセンブリ２９を直方体の鉄心３７のスロット３７ａに開口部３７ｂから挿入し、その後鉄心３７を環状に丸めて作製することができる。そこで、鉄心３７の開口部３７ｂの開口寸法を素線３０のスロット幅方法寸法より大きくすることができるので、巻線アッセンブリ２９の挿入作業性を高めることができる。また、鉄心３７を環状に成形することで開口部３７ｂの開口寸法を素線３０のスロット幅方法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。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。さらにまた、導体セグメント５４のように固定子鉄心１５の軸方向に沿ってスロット１５ａ内に押し込む必要がないので、素線３０の絶縁被膜の損傷が発生しにくく、高い歩留まりが実現できる。
【００３１】
このように構成された固定子８を交流発電機に搭載することにより得られる効果について以下に述べる。
まず、コイルエンドが素線３０のターン部３０ａで構成されるので、コイルエンド群１６ａ、１６ｂにおける接合カ所が著しく削減される。これにより、溶接による素線３０の軟化がなく、固定子としての剛性が高くなり、磁気騒音を低減できる。
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小さくなり、回転子７の回転に起因する風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。
【００３２】
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音を低減させることができる。
【００３３】
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、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。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の内径側端面における周方向の凹凸が抑えられるので、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。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内への通風が容易となり、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。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、多相固定子巻線１６の冷却性が向上される。
【００３４】
また、素線３０が巻装されるスロットピッチは回転子７のＮＳ極ピッチに対応したピッチであるので、全節巻線となり、大きな出力が出せる。
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。
【００３５】
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。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内への冷却風の通風を可能にできるとともに、径方向への通風抵抗を低減することができる。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、長方形断面に限らず、長方形の短辺を円弧とした長円形断面、長楕円断面等の略扁平形状であればよい。
【００３６】
また、回転子７の磁極数が１６で、９６個のスロット１５ａが固定子鉄心１５に等角ピッチで形成されている。そして、巻線３０が６スロット毎のスロット１５ａに波巻きされているので、巻線３０が波巻きされるスロットのピッチが回転子７のＮＳ極に対応したピッチとなっている。これにより、最大トルクが得られるようになり、高出力化を実現できる。
また、図４に示されるように、第１乃至第４巻線３１〜３４を直列に接続して構成された固定子巻線１６１が３本ずつ星型結線されて２組の３相固定子巻線１６０を構成し、２組の３相固定子巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続され、さらに２つの整流器１２の出力が並列に接続されている。これにより、４ターンの３相固定子巻線１６０の直流出力を合成して取り出すことができ、低回転域での発電不足を解消することができる。
【００３７】
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。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。
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、回転子の爪状磁極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。
【００３８】
また、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０の傾斜方向が平行となっているので、ケース３内の軸方向流れが素線３０の傾斜に沿って旋回する。これにより、回転子７の回転によって生じる軸方向流れがコントロールされる。
つまり、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０が回転子７の回転方向成分と冷却風の軸方向流れ成分との合成方向に傾斜していれば、冷却風の軸方向流れが促進される。これにより、回転子コイル１３が効率よく冷却されるので、回転子コイル１３の温度が下がり、界磁電流が大きくなり、出力向上が望める。この場合、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０が軸方向流れ成分に沿って傾斜しているので、干渉による風騒音も低減される。
一方、コイルエンド群１６ａ、１６ｂの内周側を構成する素線３０が回転子７の回転方向成分と冷却風の反軸方向流れ成分との合成方向に傾斜していれば、冷却風の軸方向流れが低減される。これにより、径方向の吐出側の風量が増加し、吐出側に配置されているコイルエンドの冷却性が向上される。
【００３９】
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。
【００４０】
また、多相固定子巻線１６が収容されるスロット数が毎極毎相当たり２であり、毎極毎相当たりのスロットに対応した２つの３相固定子巻線１６０を有している。これにより、起磁力波形を正弦波形に近くすることができ、高調波成分を低減でき、安定した出力を得ることができる。また、スロット１５ａ数が多くなるので、固定子鉄心１５のティースが細くなり、対向する爪状磁極２２、２３間のティース内の磁気漏れが低減され、出力の脈動を抑制できる。また、スロット１５ａが多くなるほど、スロット１５ａに対応してターン部３０ａも多くなるので、コイルエンド群の放熱性が向上される。
また、スロット１５ａおよび開口部１５ｂが電気角で３０°の等間隔で配列されているので、磁気騒音の加振力の原因である磁気脈動を低減できる。
【００４１】
なお、上記実施の形態１では、第１乃至第４巻線３１〜３４のそれぞれの素線３０の端部同士を接合して１ターンの巻線を形成した後、第１乃至第４巻線３１〜３４を構成する素線３０のターン部３０ａを切断し、その切断端を用いて渡り結線するものとしているが、第１乃至第４巻線３１〜３４のそれぞれの素線３０の端部を用いて渡り結線するようにしてもよい。この場合、接合カ所がさらに削減できるとともに、切断工程も不要となる。
【００４２】
実施の形態２．
図１３はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を示す平面図である。
図１３において、１相分の固定子巻線１６１Ａは、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４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。
これにより、第１乃至第４巻線３１〜３４は、それぞれ、１本の素線３０を６スロット毎にスロット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なる１ターンの巻線を構成している。
【００４３】
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の６７番の外周側から２番目の位置から延出する第１巻線３１の巻線端３１ｂと、スロット番号の６１番の外周側から３番目の位置から延出する第３巻線３３の巻線端３３ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、ついで、スロット番号の６７番の外周側から４番目の位置から延出する第３巻線３３の巻線端３３ｂと、スロット番号の６１番の外周側から４番目の位置から延出する第４巻線３４の巻線端３４ｂとが渡り結線（同一番地渡り結線）され、さらに、スロット番号の６１番の外周側から１番目の位置から延出する第１巻線３１の巻線端３１ａと、スロット番号の５５番の外周側から１番目の位置から延出する第２巻線３２の巻線端３２ａとが渡り結線（同一番地渡り結線）される。これにより、第１乃至第４巻線３１〜３４が直列に接続されて、４ターンの１相分の固定子巻線１６１Ａが形成される。
この時、スロット番号の６１番の外周側から２番目の位置から延出する第２巻線３２の巻線端３２ｂと、スロット番号の５５番の外周側から３番目の位置から延出する第４巻線３４の巻線端３４ａとが、固定子巻線１６１Ａの口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
【００４４】
以上説明したように、この実施の形態２による１相分の固定子巻線１６１Ａは、第１乃至第４巻線３１〜３４の渡り結線方法を除いて、上記実施の形態１による固定子巻線１６１と同様に構成されている。
つまり、この実施の形態２では、２組の巻線アッセンブリ２９を固定子鉄心１５に径方向に２列に巻装している。そして、２カ所の同一番地渡り結線により各組の巻線アッセンブリ２９内の巻線間を結線し、１カ所の隣接番地渡り結線により２組の巻線アッセンブリ２９間の巻線間を結線して４ターンの１相分の固定子巻線１６１Ａを形成している。そこで、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４５】
実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３に係る車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を示す平面図である。
図１４において、１相分の固定子巻線１６１Ｃは、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第６巻線３１〜３６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。第５巻線３５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５番目の位置と外周側から６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６巻線３６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６番目の位置と外周側から５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。
これにより、第１乃至第６巻線３１〜３６は、それぞれ、１本の素線３０を６スロット毎にスロット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なる１ターンの巻線を構成している。
【００４６】
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の６７番の外周側から２番目の位置から延出する第１巻線３１の巻線端３１ｂと、スロット番号の６１番の外周側から３番目の位置から延出する第３巻線３３の巻線端３３ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、スロット番号の６７番の外周側から４番目の位置から延出する第３巻線３３の巻線端３３ｂと、スロット番号の６１番の外周側から５番目の位置から延出する第５巻線３５の巻線端３５ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、ついで、スロット番号の６１番の外周側から２番目の位置から延出する第２巻線３２の巻線端３２ｂと、スロット番号の５５番の外周側から３番目の位置から延出する第４巻線３４の巻線端３４ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、スロット番号の６１番の外周側から４番目の位置から延出する第４巻線３４の巻線端３４ｂと、スロット番号の５５番の外周側から５番目の位置から延出する第６巻線３６の巻線端３６ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、さらに、スロット番号の６７番の外周側から６番目の位置から延出する第５巻線３５の巻線端３５ａと、スロット番号の６１番の外周側から６番目の位置から延出する第６巻線３６の巻線端３６ａとが渡り結線（同一番地渡り結線）される。これにより、第１乃至第６巻線３１〜３６が直列に接続されて、６ターンの１相分の固定子巻線１６１Ｃが形成される。
この時、スロット番号の６１番の外周側から１番目の位置から延出する第１巻線３１の巻線端３１ａと、スロット番号の５５番の外周側から１番目の位置から延出する第２巻線３２の巻線端３２ａとが、固定子巻線１６１Ｃの口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
【００４７】
以上説明したように、この実施の形態３による１相分の固定子巻線１６１Ｃは、ターン数および第１乃至第６巻線３１〜３６の渡り結線方法を除いて、上記実施の形態１による固定子巻線１６１と同様に構成されている。
つまり、この実施の形態３では、３組の巻線アッセンブリ２９を固定子鉄心１５に径方向に３列に巻装している。そして、１カ所の同一番地渡り結線により１組の巻線アッセンブリ２９内の巻線間を結線し、４カ所の隣接番地渡り結線により隣接する巻線アッセンブリ２９間の巻線間を結線して６ターンの１相分の固定子巻線１６１Ｃを形成している。そこで、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４８】
実施の形態４．
図１５はこの発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における固定子を示す斜視図である。なお、図１５では口出し線および渡り結線等が省略されている。
【００４９】
図１５において、固定子８Ａは、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１６Ａと、各スロット１５ａ内に装着されて多相固定子巻線１６Ａ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１６Ａは、１本の素線４０（４００）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。この実施の形態４においても、固定子鉄心１５には、回転子の磁極数（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。
なお、多相固定子巻線１６Ａは、素線４０により形成された巻線が、素線４００により形成された巻線に内包されるように巻装されて構成されているので、図１５では、素線４０は素線４００のターン部４００ａに覆われて見えていない。
【００５０】
ついで、１相分の固定子巻線１６２の巻線構造について図１６を参照しつつ説明する。
１相分の固定子巻線１６２は、それぞれ１本の素線４００からなる第１および第２巻線４１、４２とそれぞれ１本の素線４０からなる第３および第４巻線４３、４４とから構成されている。そして、素線４０、４００は、同一のもので、例えば絶縁被覆された長方形断面を有する銅線材が用いられる。
そして、第１巻線４１は、１本の素線４００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２巻線４２は、素線４００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４３は、素線４０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。第４巻線４４は、素線４０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。
これにより、第１乃至第４巻線４１〜４４は、それぞれ、１本の素線４００（４０）を６スロット毎にスロット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なる１ターンの巻線を構成している。そして、各スロット１５ａ内には、素線４００、４０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。
【００５１】
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の６７番の外周側から３番目の位置から延出する第３巻線４３の巻線端４３ｂと、スロット番号の６１番の外周側から４番目の位置から延出する第２巻線４２の巻線端４２ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、ついで、スロット番号の６１番の外周側から３番目の位置から延出する第４巻線４４の巻線端４４ｂと、スロット番号の５５番の外周側から４番目の位置から延出する第１巻線４１の巻線端４１ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）され、さらに、スロット番号の６１番の外周側から２番目の位置から延出する第３巻線４３の巻線端４３ａと、スロット番号の５５番の外周側から２番目の位置から延出する第４巻線４４の巻線端４４ａとが渡り結線（同一番地渡り結線）される。これにより、第１乃至第４巻線４１〜４４が直列に接続されて、４ターンの１相分の固定子巻線１６２が形成される。
この時、スロット番号の６７番の外周側から１番目の位置から延出する第２巻線４２の巻線端４２ｂと、スロット番号の６１番の外周側から１番目の位置から延出する第１巻線４１の巻線端４１ｂとが、固定子巻線１６２の口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
【００５２】
同様にして、素線４０、４００が巻装されるスロット１５ａを１つずつずらして６相分の固定子巻線１６２が形成されている。そして、上記実施の形態１と同様に、図４に示されるように、固定子巻線１６２が３相分ずつ星型結線されて２組の３相固定子巻線を形成し、各３相固定子巻線がそれぞれ整流器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。
【００５３】
ここで、第１乃至第４巻線４１〜４４を構成するそれぞれの素線４０、４００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。それぞれの素線４０、４００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。そして、第１巻線４１と第２巻線４２とは電気角で１８０°ずれて反転巻装されている。同様に、第３巻線４３と第４巻線４４とは電気角で１８０°ずれて反転巻装されている。
【００５４】
ついで、固定子８Ａの組立方法について図１７乃至図２２を参照しつつ具体的に説明する。
まず、１２本の長尺の素線４０を折り曲げ加工して、図１７に示されるように、第１の巻線アッセンブリ４５が作製される。各素線４０は、図１８に示されるように、ターン部４０ａで連結された直線部４０ｂ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４０ｂが、ターン部４０ａにより、素線４０の幅（Ｗ）分ずらされている。
第１の巻線アッセンブリ４５は、このようなパターンに形成された２本の素線４０を図１９に示されるように６スロットピッチ（６Ｐ）ずらして直線部４０ｂを重ねて配列された素線対が１スロットピッチずつずらして６対配列されて構成されている。そして、素線４０のターン部４０ａが第１の巻線アッセンブリ４５の両側部に整列されて配列されている。
【００５５】
ついで、図示していないが、１２本の長尺の素線４００を折り曲げ加工して、第２の巻線アッセンブリが作製される。各素線４００は、図２０に示されるように、ターン部４００ａで連結された直線部４００ｂ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４００ｂが、ターン部４００ａにより、素線４００の幅のほぼ２倍（２Ｗ）分ずらされている。また、ターン部４００ａの内径が第１の巻線アッセンブリ４５を構成する素線４０のターン部４０ａの外径（Ｄ）と略同等に形成されている。第２の巻線アッセンブリは、このようなパターンに形成された２本の素線４００を図２１に示されるように６スロットピッチ（６Ｐ）ずらして直線部４００ｂを重ねて配列された素線対が１スロットピッチずつずらして６対配列されて構成されている。そして、素線４００のターン部４００ａが第２の巻線アッセンブリの両側部に整列されて配列されている。
なお、素線４００は、素線４０と同じものである。そして、第２の巻線アッセンブリは、ターン部４００ａの径および直線部４００ｂのずれ量が異なる点を除いて、第１の巻線アッセンブリ４５と同様に構成されている。
【００５６】
ついで、このように構成された第１の巻線アッセンブリ４５を第２の巻線アッセンブリ内に挿入し、２重の巻線アッセンブリ群を得る。この時、２重の巻線アッセンブリ群においては、図２２に示されるように、ターン部４００ａはターン部４０ａを取り囲むように配置され、直線部４００ｂは２本の直線部４０ｂの両側に配置されている。なお、図２２は１相分の固定子巻線１６２を構成する第１乃至第４巻線４１〜４４の要部を示している。
【００５７】
ついで、図示していないが、インシュレータ１９が鉄心３７のスロット３７ａに装着され、２重の巻線アッセンブリ群の各直線部４０ｂ、４００ｂを各スロット３７ａ内に押し入れて、２重の巻線アッセンブリ群が鉄心３７に装着される。これにより、素線４０、４００の直線部４０ｂ、４００ｂは、インシュレータ１９により鉄心３７と絶縁されてスロット３７ａ内に径方向に４本並んで収納されている。
その後、鉄心３７を丸め、その端面同士を当接させてレーザ溶接し、円筒状の鉄心３８を得る。そして、図１６に示される結線方法に基づいて、各素線４０、４００の端部同士を結線して多相固定子巻線１６Ａを形成する。その後、鉄心３８がＳＰＣＣ材を積層してなる円筒状の外周鉄心３９に挿入され、焼きバメして一体化して、図１５に示されるような固定子８Ａを得る。
【００５８】
このように構成された固定子８Ａでは、第１乃至第４巻線４１〜４４を構成するそれぞれの素線４０、４００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、固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線４０、４００のターン部４０ａ、４００ａがコイルエンドを形成している。その結果、固定子鉄心１５の両端において、ターン部４００ａがターン部４０ａを取り囲むようにして、ターン部４０ａ、４００ａが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。
【００５９】
このように、この実施の形態４によれば、多相固定子巻線１６Ａ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、６スロット毎にスロット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なる複数の第１乃至第４巻線４１〜４４を有している。そして、第１巻線４１（第３巻線４３）を１スロットピッチで６本配列して構成された第１巻線群と、第１巻線４１（第３巻線４３）に対して電気角で１８０°ずれて反転巻装された第２巻線４２（第４巻線４４）を１スロットピッチで６本配列して構成された第２巻線群との対で構成された第１および第２の巻線アッセンブリ４５を用いている。そして、第２の巻線アッセンブリが第１の巻線アッセンブリ４５を内包するようにして固定子鉄心１５に巻装されている。
【００６０】
そこで、第１および第２の巻線アッセンブリを２重にして固定子鉄心１５に巻装することで、６相分の固定子巻線１６２が固定子鉄心１５に巻装されることになり、組立性を著しく向上させることができる。
また、第１および第２の巻線アッセンブリ間の巻線結線が２カ所の隣接番地渡り結線により行われ、第２の巻線アッセンブリ内の巻線結線が１カ所の同一番地渡り結線により行われているので、渡り結線部が極めて単純な構造となる。それにより、渡り結線のための素線４０、４００の引き回しや曲げ等の作業が著しく軽減され、結線作業性が大幅に向上される。
また、１相分の固定子巻線１６２における渡り結線部が６スロット離れて対をなすスロット対の隣接する２組の対に集中しているので、結線作業性が大幅に向上される。
また、この実施の形態４によれば、ターン部４０ａ、４００ａが重なって２層となって周方向に配列されているので、コイルエンド高さは素線４０の１本分高くなるが、周方向におけるターン部４０ａ、４００ａ間距離が大きくなり、素線間の短絡事故を防止できる。
また、多相固定子巻線のターン数を増やす場合、連続線からなる巻線アッセンブリを高さ方向に重ねて巻装することで容易に対応することができる。
【００６１】
実施の形態５．
図２３はこの発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機における固定子巻線の結線方法を説明する平面図である。
この実施の形態５では、上記実施の形態４と同様に、第２の巻線アッセンブリが第１の巻線アッセンブリ４５を内包するように固定子鉄心１５に巻装されている。
そして、固定子鉄心１５の一端側において、スロット番号の６７番の外周側から１番目の位置から延出する第２巻線４２の巻線端４２ｂと、スロット番号の６１番の外周側から１番目の位置から延出する第１巻線４１の巻線端４１ｂとが渡り結線（同一番地渡り結線）され、ついで、スロット番号の６１番の外周側から２番目の位置から延出する第３巻線４３の巻線端４３ａと、スロット番号の５５番の外周側から２番目の位置から延出する第４巻線４４の巻線端４４ａとが渡り結線（同一番地渡り結線）され、さらに、スロット番号の６１番の外周側から３番目の位置から延出する第４巻線４４の巻線端４４ｂと、スロット番号の５５番の外周側から４番目の位置から延出する第１巻線４１の巻線端４１ａとが渡り結線（隣接番地渡り結線）される。これにより、第１乃至第４巻線４１〜４４が直列に接続されて、４ターンの１相分の固定子巻線１６２Ａが形成される。
この時、スロット番号の６７番の外周側から３番目の位置から延出する第３巻線４３の巻線端４３ｂと、スロット番号の６１番の外周側から４番目の位置から延出する第２巻線４２の巻線端４２ａとが、固定子巻線１６２Ａの口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。
【００６２】
以上説明したように、この実施の形態５による１相分の固定子巻線１６２Ａは、第１乃至第４巻線４１〜４４の渡り結線方法を除いて、上記実施の形態４と同様に構成されている。
つまり、この実施の形態５では、２カ所の同一番地渡り結線により各組の巻線アッセンブリ内の巻線間を結線し、１カ所の隣接番地渡り結線により２組の巻線アッセンブリ間の巻線間を結線して４ターンの１相分の固定子巻線１６１Ａを形成している。そこで、この実施の形態５においても、上記実施の形態４と同様の効果が得られる。
【００６３】
なお、上記各実施の形態では、ファン５がケース３内に配設されているものとしているが、ファンは車両用交流発電機の外に回転子の回転と伴って回転するように設けてもよい。
また、上記各実施の形態では、６ターン、４ターンおよび２ターンのものについて説明しているが、更に低速出力が要求される場合は、８ターンとしても良い。この場合でも、巻線アッセンブリ２９を径方向に４列に並べて固定子鉄心１５に挿入したり、巻線アッセンブリ４５を４重に重ねて固定子鉄心１５に挿入するだけで対応できる。むろん、奇数のターン数でもよい。
また、上記各実施の形態では、全節巻き発電機に適用するものとして説明しているが、短節巻（全節巻きでない）発電機に本構造を適用しても良い。
また、上記各実施の形態では、回転子コイルをブラケットに固定し、エアギャップより回転界磁を供給するタイプの車両用交流発電機にも適用できる。
また、上記各実施の形態では、１６極の磁極数に対して、固定子のスロット数を９６スロットとしたが、１２極の磁極数に対しては、３相で７２個のスロット、２０極の磁極数に対しては１２０のスロットを採用してもよい。また、毎極毎相１の場合は、１６極の磁極数でスロット数４８、１２極の磁極数でスロット数３６、２０極の磁極数でスロット数６０でも良い。
また、上記各実施の形態では、固定子鉄心の外周鉄心をＳＰＣＣ材の積層体として構成しているが、外装鉄心は一体物であるパイプ形状のものを用いても良い。
また、直方体の鉄心のスロットに巻線群を挿入した後、径方向からティース先端を加工治具を押し当て塑性変形させて、スロットの開口部を狭めても良い。
【００６４】
また、上記各実施の形態では、爪状磁極を持つランデル型の回転子を用いるものとしているが、突極型の磁極を持つセーレント型の回転子を用いても、同様の効果が得られる。
また、上記各実施の形態では、ファン５として遠心ファンを用いるものとしているが、軸流成分を生じる軸流ファンや斜流ファンであっても、遠心成分を有するので、軸流ファンや斜流ファンを用いても、同様の効果が得られる。
また、上記各実施の形態では、整流器が反プーリ側に配置され、ファンも回転子に対して同じ側に配置されているが、整流器の温度に特に問題がない場合は、ファンをプーリ側に配置しても良い。固定子のコイルエンドの高さが低いために、ファンの通風路における吐出側の通風抵抗は著しく減少しているので、全体風量は増える。従って、整流器やプーリとファンとの位置関係は、エンジンの取り付け位置や、風騒音、磁気騒音、各部の温度状態を鑑みて、最適な位置を選択すればよい。
また、上記各実施の形態では、素線を離間させて巻線を形成するようにしているが、素線は絶縁被膜を有しているので、素線を完全に密接させるように巻線を成形してもよい。この構成によれば、コイルエンドをさらに高密度化でき、寸法をさらに小さくできる。また、素線間の隙間を小さくすることによって、凹凸が少なくなるので、風騒音をさらに低減できる。また、素線間の接触により、巻線の剛性が高くなるので、振動による素線間や鉄心との短絡、さらには磁気騒音を低減できる。また、素線間の熱伝導性が良くなるので、素線の温度が均一となり、さらに固定子の温度が低減される。
また、上記各実施の形態では、素線群の固定子鉄心への挿入時に、予め鉄心側にインシュレータを挿入しているが、素線群のスロット収容部にインシュレータを予め巻き付けて、鉄心に挿入するようにしてもよい。また、長尺のインシュレータを直方体の鉄心上に載置し、その上から素線群を挿入するようにして、インシュレータも同時にスロット内に収容するようにしてもよい。この場合、後工程で、突出したインシュレータを一括除去すればよい。さらに、予め、素線群のスロット収容部を絶縁樹脂でモールドしておいても良い。この場合、量産性が格段に向上する。
また、上記各実施の形態では、直方体の鉄心を丸めて作製した環状の鉄心を外装鉄心に挿入した後、焼きバメにより一体化するものとしているが、直方体の鉄心を丸めて作製した環状の鉄心を外装鉄心に圧入して一体化するようにしてもよい。
【００６５】
【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。
【００６６】
この発明によれば、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た積層鉄心からなり、端面同士を当接、溶接して円筒状に構成された固定子鉄心と、連続線からなる素線が、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なる複数の巻線からなる多相固定子巻線とを有し、上記複数の巻線は、複数本の上記素線を同時に折り畳んで形成された少なくとも２組の巻線アッセンブリで構成され、上記巻線アッセンブリは、直線部がターン部により連結されて所定スロットピッチで配列され、かつ、隣り合う該直線部が該ターン部によりスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るようにずらされたパターンに形成された２本の上記素線を、互いに上記所定スロットピッチずらして上記直線部を重ねて配列してなる素線対が、１スロットピッチずつずらされて上記所定スロット数と同数対配列されて構成されているので、コイルエンドにおける接合カ所が著しく低減され、耐腐食性および絶縁性が高められるとともに、複数の巻線を巻線アッセンブリとして一括して固定子鉄心に巻装でき、組立性および生産性が高められる交流発電機の固定子が得られる。
【００６７】
また、２組の上記巻線アッセンブリが上記固定子鉄心に径方向に２列に並んで巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して４ターンの巻線に構成されているので、各相４ターンの固定子巻線からなる多相固定子巻線を簡易に構成することができる。
【００６８】
また、３組の上記巻線アッセンブリが上記固定子鉄心に径方向に３列に並んで巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して６ターンの巻線に構成されているので、各相６ターンの固定子巻線からなる多相固定子巻線を簡易に構成することができる。
【００６９】
また、２組の上記巻線アッセンブリが一方の巻線アッセンブリで他方の巻線アッセンブリを内包するように上記固定子鉄心に巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して４ターンの巻線に構成されているので、各相４ターンの固定子巻線からなる多相固定子巻線を簡易に構成することができる。
【００７０】
また、上記各相の固定子巻線は、２組の上記巻線アッセンブリ間の上記第１および第２巻線の巻線端が２カ所の隣接番地渡り結線により結線され、かつ、一方の組の上記巻線アッセンブリ内の上記第１および第２巻線の巻線端が１カ所の同一番地渡り結線により結線されて４ターンの巻線に構成されているので、渡り結線部が単純な構造となり、結線作業性を向上させることができる。
【００７１】
また、上記各相の固定子巻線は、各組の上記巻線アッセンブリ内の上記第１および第２巻線の巻線端がそれぞれ１カ所の同一番地渡り結線により結線され、かつ、２組の上記巻線アッセンブリ間の上記第１および第２巻線の巻線端が１カ所の隣接番地渡り結線により結線されて４ターンの巻線に構成されているので、渡り結線部が単純な構造となり、結線作業性を向上させることができる。
【００７２】
また、上記素線の断面形状が略扁平形状であり、上記直線部が断面長手方向を径方向に一致させて１列に並んで上記スロットに収納されているので、スロット内の素線の占積率が高められるとともに、コイルエンド群内への冷却風の通風が可能となり、径方向への通風抵抗が低減される。
【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】 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を示す斜視図である。
【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４】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリの製造工程を説明する図である。
【図６】 この発明の実施の形態１に係る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アッセンブリの製造工程を説明する図である。
【図７】 この発明の実施の形態１に係る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アッセンブリを示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態１に係る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９】 この発明の実施の形態１に係る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１０】 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る。
【図１１】 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。
【図１２】 この発明の実施の形態１に係る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１３】 この発明の実施の形態２に係る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１４】 この発明の実施の形態３に係る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１５】 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機における固定子を示す斜視図である。
【図１６】 この発明の実施の形態４に係る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１７】 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する第１の巻線アッセンブリを示す平面図である。
【図１８】 第１の巻線アッセンブリを構成する素線の成形形状を説明する斜視図である。
【図１９】 第１の巻線アッセンブリにおける素線の配列状態を説明する斜視図である。
【図２０】 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する第２の巻線アッセンブリを構成する素線の成形形状を説明する斜視図である。
【図２１】 第２の巻線アッセンブリにおける素線の配列状態を説明する斜視図である。
【図２２】 この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される固定子巻線における素線の配列状態を説明する斜視図である。
【図２３】 この発明の実施の形態５に係る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２４】 従来の車両用交流発電機の固定子の要部を示す側面図である。
【図２５】 従来の車両用交流発電機の固定子に適用される導体セグメントを示す斜視図である。
【図２６】 従来の車両用交流発電機の固定子の要部をフロント側およびリヤ側から見た斜視図である。
【図２７】 従来の車両用交流発電機の固定子の要部をフロント側およびリヤ側から見た斜視図である。
【符号の説明】
８、８Ａ 固定子、１５ 固定子鉄心、１５ａ スロット、１６、１６Ａ 多相固定子巻線、２９ 巻線アッセンブリ、３０、４０、４００ 素線、３１、４１ 第１巻線、３２、４２ 第２巻線、３３、４３ 第３巻線、３４、４４ 第４巻線、３５ 第５巻線、３６ 第６巻線、４５ 第１の巻線アッセンブリ、１６０ ３相固定子巻線、１６１、１６１Ａ、１６１Ｃ、１６２、１６２Ａ １相分の固定子巻線。

Claims (7)

1. 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た積層鉄心からなり、端面同士を当接、溶接して円筒状に構成された固定子鉄心と、連続線からなる素線が、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なる複数の巻線からなる多相固定子巻線とを有し、
   上記複数の巻線は、複数本の上記素線を同時に折り畳んで形成された少なくとも２組の巻線アッセンブリで構成され、
   上記巻線アッセンブリは、直線部がターン部により連結されて所定スロットピッチで配列され、かつ、隣り合う該直線部が該ターン部によりスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るようにずらされたパターンに形成された２本の上記素線を、互いに上記所定スロットピッチずらして上記直線部を重ねて配列してなる素線対が、１スロットピッチずつずらされて上記所定スロット数と同数対配列されて構成されていることを特徴とする交流発電機の固定子。
2. ２組の上記巻線アッセンブリが上記固定子鉄心に径方向に２列に並んで巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して４ターンの巻線に構成されていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機の固定子。
3. ３組の上記巻線アッセンブリが上記固定子鉄心に径方向に３列に並んで巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して６ターンの巻線に構成されていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機の固定子。
4. ２組の上記巻線アッセンブリが一方の巻線アッセンブリで他方の巻線アッセンブリを内包するように上記固定子鉄心に巻装され、上記多相固定子巻線を構成する各相の固定子巻線が、同一スロット群に巻装された上記第１および第２巻線を直列に結線して４ターンの巻線に構成されていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機の固定子。
5. 上記各相の固定子巻線は、２組の上記巻線アッセンブリ間の上記第１および第２巻線の巻線端が２カ所の隣接番地渡り結線により結線され、かつ、一方の組の上記巻線アッセンブリ内の上記第１および第２巻線の巻線端が１カ所の同一番地渡り結線により結線されて４ターンの巻線に構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の交流発電機の固定子。
6. 上記各相の固定子巻線は、各組の上記巻線アッセンブリ内の上記第１および第２巻線の巻線端がそれぞれ１カ所の同一番地渡り結線により結線され、かつ、２組の上記巻線アッセンブリ間の上記第１および第２巻線の巻線端が１カ所の隣接番地渡り結線により結線されて４ターンの巻線に構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の交流発電機の固定子。
7. 上記素線の断面形状が略扁平形状であり、上記直線部が断面長手方向を径方向に一致させて１列に並んで上記スロットに収納されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の交流発電機の固定子。

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