JP3894411B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用交流発電機に関し、特に回転子内を流通する冷却風の流量を低減して、固定子を効率的に冷却できる車両用交流発電機の固定子巻線のコイルエンド群構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の車両用交流発電機を示す断面図である。
従来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の出力電圧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。
【０００３】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子巻線１３と、この回転子巻線１３を覆うように設けられ、回転子巻線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複数突設され、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。
固定子８は、固定子鉄心１５と、この固定子鉄心１５に導線を巻回してなり、回転子７の回転に伴い、回転子７からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線１６とから構成されている。
【０００４】
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を介して回転子巻線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、固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、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、その出力がレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【０００５】
車両用交流発電機においては、固定子巻線１６、整流器１２およびレギュレータ１８等は、発電中、常に発熱している。そこで、発電により発生する熱を冷却するために、吸気孔１ａ、２ａおよび排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２に設けられている。
リヤ側においては、ファン５の回転により、冷却風の流れＱRが形成され、整流器１２、レギュレータ１８および固定子巻線１６のリヤ側コイルエンド群１６ｒを冷却している。つまり、ファン５の回転により、外気が整流器１２のヒートシンク１９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、その後ファンブレード５ａを内径側から外径側に通って固定子巻線１６のリヤ側のコイルエンド群１６ｒを冷却して、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、冷却風の流れＱFが形成され、固定子巻線１６のフロント側コイルエンド群１６ｆを冷却している。つまり、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、その後ファンブレード５ａを内径側から外径側に通って固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド群１６ｆを冷却して、排気孔１ｂより外部に排出される。
さらに、リヤ側とフロント側との圧力差に起因する回転子７内を流れる冷却風の流れＱRtが生じ、回転子７を冷却している。
【０００６】
ここで、固定子巻線１６は、発熱度合いが高く、高温度となるとその出力特性が低下してしまうことから、そのコイルエンド群１６ｆ、１６ｒをファンブレード５ａと排気孔１ｂ、２ｂとの間に位置させ、確実に冷却できるように構成されている。
【０００７】
ついで、従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線構造について図６を参照しつつ説明する。なお、図６は従来の固定子を内周側から見た要部拡大図である。
図６において、固定子鉄心１５は、円筒状に成形され、溝方向を軸方向とするスロット１５ａが内周側に開口するようにして周方向に等角ピッチで複数設けられている。固定子巻線１６は、３スロット数離れて対をなす各スロット１５ａの対に挿入されたコイルセグメント２９の開放端部２９ｃ同士をアーク溶接等により接合して、所定の巻線構造を採るように構成されている。各コイルセグメント２９は、図７に示されるように、絶縁被覆された銅等からなる短尺の円形断面の導体を一対の直線部２９ａを略Ｖ字状のターン部２９ｂで連結してなる略Ｕ字状に成形されたものである。
【０００８】
そして、固定子鉄心１５のフロント側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部２４ａと、それぞれの根元部２４ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部２４ｂと、一対の傾斜部２４ｂの先端同士を接続する連結部２４ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド２４が、周方向に配列されてフロント側のコイルエンド群１６ｆを構成している。なお、連結部２４ｃはコイルセグメント２９の開放端部２９ｃ同士の接合部に相当する。
一方、固定子鉄心１５のリヤ側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部２５ａと、それぞれの根元部２５ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部２５ｂと、一対の傾斜部２５ｂの先端同士を接続する連結部２５ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド２５が、周方向に配列されてリヤ側のコイルエンド群１６ｒを構成している。なお、コイルエンド２５はコイルセグメント２９のターン部２９ｂに相当する。
【０００９】
このように構成された固定子巻線１６では、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒの内周面がファンブレード５ａに対向し、ファンブレード対向面を構成している。そして、ファンブレード対向面を構成するコイルエンド２４、２５の傾斜部２４ｂ、２５ｂ、即ちコイルエンド２４、２５の内周側に位置する傾斜部２４ｂ、２５ｂが、互いに平行に、かつ、固定子鉄心１５の軸心に対して所定角度で傾いている。
【００１０】
ここで、従来の固定子巻線１６の製造方法について図８および図９を参照しつつ説明する。
まず、コイルセグメント２９が、図８に示されるように、３スロット離れた各組のスロット１５ａ内にリヤ側から挿入される。この時、各コイルセグメント２９は、１つのスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側と、３スロット離れたもう１つのスロット１５ａ内のスロット深さ方向の外周側とに挿入される。そして、スロット１５ａからフロント側に延出した各コイルセグメント２９の開放端部２９ｃ側が外開きとなるように周方向外側に曲げられる。
ついで、図９に示されるように、隣り合うコイルセグメント２９の開放端部２９ｃ同士が接合され、１ターンの巻線が２組作製される。そして、２組の巻線が直列に接続されて、導体が３スロット毎のスロット１５ａに波巻きに巻装された２ターンの１相分の巻線群が作製される。この時、固定子鉄心１５のフロント側では、隣り合うコイルセグメント２９の開放端部２９ｃは径方向に重ね合わされて接合され、コイルセグメント２９の導体が接合部で見かけ上内周側から外周側に折り返されているように構成されている。一方、固定子鉄心１５のリヤ側では、コイルセグメント２９の導体がターン部２９ｂで内周側から外周側に折り返されているように構成されている。
同様にして、他の２相分の巻線群が作製される。各相の巻線群は、コイルセグメント２９を挿入するスロット１５ａが１スロットずつずれている。
このように作製された３相の巻線群をＹ結線やΔ結線等の三相交流結線して固定子巻線１６が構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機では、固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒを構成するコイルエンド２４、２５の内周側に位置する傾斜部２４ｂ、２５ｂを構成する導体が、互いに平行に、かつ、固定子鉄心１５の軸心に対して所定角度で傾いている。つまり、内周側の傾斜部２４ｂを構成する導体がファン回転方向の前方に傾き、内周側の傾斜部２５ｂを構成する導体がファン回転方向の後方に傾いている。
そこで、フロント側においては、ファン５から吐出される冷却風が内周側の傾斜部２４ｂの内周表面に沿って滑らかに流れる。一方、リヤ側においては、ファン５から吐出される冷却風が内周側の傾斜部２５ｂの内周表面と干渉し、通風抵抗の増大をもたらす。その結果、フロント側とリヤ側との通風抵抗のアンバランスによってフロント側とリヤ側との間の圧力差が大きくなり、回転子７内を流れる冷却風の流れＱRtが増大してしまう。そこで、ＱRtによる回転子内の圧力損失が増加することによってフロント側およびリヤ側から吸入される空気の全体流量が減少してしまう。リヤ側吸入量の一部が回転子内に流れ込むので、コイルエンド群１６ｒを冷却する冷却風の流量が減少し、コイルエンド群１６ｒを十分に冷却できなくなるという不具合があった。
【００１２】
また、このファン５から吐出される冷却風は、図１０のＡ部に示されるように、軸方向に速度分布を有している。そして、このファン５から吐出される冷却風は、ファン５開放側に近いブレード５ａ先端における速度が速いので、軸方向先端側に流れる成分も有している。
そこで、ブレード対向面に位置するリヤ側のコイルエンド２５の内周側の傾斜部２５ｂがすべてファン５の回転方向の後方に傾いているので、冷却風の軸方向先端側に流れる成分との干渉のため、風騒音が大きくなるとともに、通風抵抗が増大して全体風量が落ち、整流器１２やレギュレータ１８などのファン吸入側冷却物の温度上昇を抑えることができなくなるという不具合があった。
また、ブレード対向面に位置するフロント側のコイルエンド２４の内周側の傾斜部２４ｂがすべてファン５の回転方向の前方に傾いているので、ファン５から吐出される冷却風が内周側の傾斜部２４ｂの内周表面に沿って滑らかに流れ、コイルエンド２４から冷却風への熱伝達が促進されず、固定子８の温度上昇を抑えることができなくなるという不具合があった。
【００１３】
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、コイルエンドの内周側の傾斜部を構成する導体の傾きをファン吐出側の速度分布に合致させ、フロント側とリヤ側との間の圧力差を抑えて回転子内を流れる冷却風の流れＱRtを低減し、コイルエンド群を冷却する冷却風の十分な流量を確保して、固定子の温度上昇を抑えることができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
また、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群のブレード対向面に位置する導体をファン回転方向の前方に傾かせて、風騒音を低減できるとともに、吸入側内蔵物の冷却性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
さらに、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群のブレード対向面に位置する導体をファン回転方向の後方に傾かせて、コイルエンドから冷却風への熱伝達の促進が図られ、固定子の冷却性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【００１４】
【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は、回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成されて上記回転子の外周に配置された円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、上記回転子と上記固定子とを支持するブラケットと、上記回転子の軸方向両端部に固着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、上記固定子巻線は、素線が１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入るように上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線を備え、１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入る上記素線の接続パターンにより構成されたコイルエンドが、上記固定子鉄心のフロント側およびリヤ側で、周方向に整列して配列されてコイルエンド群を構成しており、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、スロットからファン回転方向に向かって同一の方向に傾いているものである。
【００１５】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているものである。
【００１６】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の後方に傾いているものである。
【００１７】
また、上記素線が平角導体で作製されているものである。
【００１８】
また、上記コイルエンド群において、上記コイルエンドが互いに周方向に離間しているものである。
【００１９】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に挿入され、該コイルセグメントの開放端部を接合して構成されているものである。
【００２０】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に上記固定子鉄心の一端側から挿入され、上記固定子鉄心の他端側に延出する該コイルセグメントの開放端部を接合して構成され、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているものである。
【００２１】
【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はこの発明の実施例１に係る車両用交流発電機に適用される固定子を内周側からみた要部拡大図である。
図１において、固定子３４は、固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線３５とから構成されている。そして、固定子鉄心１５は、円筒状に成形され、溝方向を軸方向とするスロット１５ａが内周側に開口するようにして周方向に等角ピッチで複数設けられている。また、固定子巻線３５は、３スロット数離れて対をなす各スロット１５ａの対に挿入された素線としてのコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ同士をアーク溶接等により接合して、所定の巻線構造を採るように構成されている。各コイルセグメント３０は、図２に示されるように、絶縁被覆された銅等からなる短尺の平角導体を一対の直線部３０ａを略Ｖ字状のターン部３０ｂで連結してなる略Ｕ字状に成形されたものである。
【００２２】
そして、固定子鉄心１５のフロント側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部３６ａと、それぞれの根元部３６ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部３６ｂと、一対の傾斜部３６ｂの先端同士を接続する連結部３６ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド３６が、周方向に配列されてフロント側のコイルエンド群３５ｆを構成している。なお、連結部３６ｃはコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ同士の接合部に相当する。
一方、固定子鉄心１５のリヤ側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部３７ａと、それぞれの根元部３７ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部３７ｂと、一対の傾斜部３７ｂの先端同士を接続する連結部３７ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド３７が、周方向に配列されてリヤ側のコイルエンド群３５ｒを構成している。なお、コイルエンド３７はコイルセグメント３０のターン部３０ｂに相当する。
【００２３】
つぎに、この固定子巻線３５の巻線構造について図３を参照しつつ説明する。図３はこの発明の実施の形態１に係る固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側平面図であり、図３においてリヤ側の結線状態を実線で示し、フロント側の結線状態を点線で示している。
まず、コイルセグメント３０が３スロット離れた１組のスロット対に、例えば３４番と１番のスロット１５ａにリヤ側から２本ずつ挿入される。この時、１本のコイルセグメント３０は、３４番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から１番目の位置（以降、１番地とする）と、１番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から４番目の位置（以降、４番地とする）とに挿入され、もう１本のコイルセグメント３０は、３４番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から２番目の位置（以降、２番地とする）と、１番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から３番目の位置（以降、３番地とする）とに挿入される。
さらに、コイルセグメント３０が３スロット離れた他の組のスロット対に、リヤ側から２本ずつ挿入される。この時、１本のコイルセグメント３０が、一方のスロット１５ａ内の１番地と、他方のスロット１５ａ内の３番地とに挿入され、もう１本のコイルセグメント３０が、一方のスロット１５ａ内の２番地と、他方のスロット１５ａ内の４番地とに挿入される。
これにより、各スロット１５ａ内には、コイルセグメント３０の直線部３０ａが矩形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列にに４本並んで収納されている。
【００２４】
ついで、３４番と１番のスロット対の１番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ側が図３中時計回り方向に曲げられ、２番地と３番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部側が図３中反時計回り方向に曲げられる。
さらに、３スロット離れた他の組のスロット対の１番地と３番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ側が周方向内方に、即ち互いに接近する方向に曲げられる。さらに、２番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ側が周方向外方に（外開き状に）、即ち互いに離反する方向に曲げられる。
【００２５】
そして、固定子鉄心１５のフロント側において、１つのスロット１５ａ内の１番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃと、３スロット離れたスロット１５ａ内の２番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃとが、径方向に重ねられて接合される。同様に、１つのスロット１５ａ内の３番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃと、３スロット離れたスロット１５ａ内の４番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃとが、径方向に重ねられて接合される。これらの接合部は図３中黒丸で示されている。
さらに、３４番と１番のスロット対の１番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０のターン部３０ｂが切断される。これにより、周回当たり２ターンの重ね巻きされた２組の巻線を直列に接続した４ターンの１相分の巻線群５０が作製される。この時、３４番と１番のスロット対の１番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０の切断端がそれぞれ１相分の巻線群５０の口出し線（Ｏ）および中性点リード線（Ｎ）となる。
【００２６】
同様にして、他の２相分の巻線群が作製される。各相の巻線群５０は、コイルセグメント３０を挿入するスロット１５ａが１スロットずつずれている。
このように作製された３相の巻線群５０の各中性点リード線を結線して（三相交流結線して）固定子巻線３５が構成される。
【００２７】
このように構成された固定子巻線３５では、リヤ側のコイルエンド群３５ｒを構成する各コイルエンド３７が、連結部３７ｃ（ターン部３７ｂ）で内周側から外周側に折り返されているので、コイルエンド３７は互いに所定の間隙を持って周方向に２列に並んで整然と配列される。同様に、フロント側のコイルエンド群３５ｆを構成する各コイルエンド３６が、連結部３６ｃ（開放端部３０ｃ同士の接合部）で内周側から外周側に折り返されているので、コイルエンド３６は互いに所定の間隙をもって周方向に２列に並んで整然と配列される。
また、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒの内周面がファンブレード５ａに対向し、ファンブレード対向面を構成している。そして、ファンブレード対向面を構成するコイルエンド３６、３７の傾斜部３６ｂ、３７ｂ、即ちコイルエンド３６、３７の内周側に位置する傾斜部３６ｂ、３７ｂが、共にファン回転方向の前方に傾いており、ファン５の吐出側の速度分布に合致している。
【００２８】
このように構成された固定子３４は、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る。なお、この実施の形態１による車両用交流発電機は、固定子８に代えて固定子３４を用いている点を除いて図５に示される車両用交流発電機と同様に構成されている。
【００２９】
つぎに、この車両用交流発電機における冷却風の流れについて説明する。
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１９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、固定子巻線３５のリヤ側のコイルエンド群３５ｒを冷却し、排気孔２ｂより外部に排出される。そして、コイルエンド３７の内周側の傾斜部３７ｂがファン回転方向の前方に傾いているので、ファン５から吐出された冷却風は、内周側の傾斜部３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れる。
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固定子巻線３５のフロント側のコイルエンド群３５ｆを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。そして、コイルエンド３６の内周側の傾斜部３６ｂがファン回転方向の前方に傾いているので、ファン５から吐出された冷却風は、内周側の傾斜部３６ｂの内周表面に沿って滑らかに流れる。
【００３０】
このように、この実施の形態１による固定子巻線３５は、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成する各コイルエンド３６、３７導体が、連結部３６ｃ、３７ｃで内周側から外周側に折り返されている。そこで、コイルエンド３６、３７は連結部３６ｃ、３７ｃ付近で周方向に並んで整然と配列される。つまり、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成するコイルエンド３６、３７が全周にわたって同形状となり、整列性が高められる。
【００３１】
また、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒのファンブレード対向面に位置するコイルエンド３６、３７の部位（内周側の傾斜部３６ｂ、３７ｂ）がファン回転方向に関して同一の方向に傾いている。つまり、内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂはともにファン回転方向に関して前方に傾いており、ファン５の吐出側の速度分布に合致している。そこで、フロント側およびリヤ側のファン５から吐出する冷却風は内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れて通風抵抗の増大が抑えられる。その結果、フロント側とリヤ側との圧力差がなくなるので、回転子７内を流通する冷却風の流量が少なくなり、回転子内の圧力損失が減少するために全体風量が増し、発電機の温度上昇を抑えることができる。
この時、フロント側およびリヤ側のファン５から吐出する冷却風は内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れ、コイルエンド３６、３７から冷却風への熱伝達の促進が低下するが、全体風量が増加するので、結果的に固定子３４の温度上昇を抑えることができる。
【００３２】
また、フロント側およびリヤ側においては、ファン吐出側の通風抵抗が小さくなるので、冷却風の風量が増え、整流器１２やレギュレータ１８等のファン吸入側内蔵物の温度上昇が抑えられる。
また、フロント側およびリヤ側においては、ファン５から吐出する冷却風がコイルエンド３６、３７の内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れるので、冷却風との干渉がなくなり、風騒音を抑えることができる。
また、固定子巻線３５が略Ｕ字状のコイルセグメント３０から構成されているので、固定子巻線３５を固定子鉄心１５に簡易に巻装でき、組立性を向上させることができるとともに、過度の曲げ加工が不要となり、コイル間のショートやコイル断線などが発生せず、信頼性を向上させることができる。
また、全てのコイルセグメント３０をリヤ側からスロット１５ａに挿入しているので、開放端部３０ｃ同士の接合作業がフロント側から行うことができ、接合作業性が向上される。
【００３３】
また、コイルセグメント３０が平角導体で作製されているので、コイルエンド３６、３７による冷却風の誘導効果が大きくなり、冷却風が内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿ってより滑らかに流れるようになる。その結果、冷却風との干渉がなくなり、風騒音をより抑えることができる。
また、コイルエンド３６、３７が周方向に離間して配列されているので、コイルエンド３６、３７による冷却風の誘導効果が大きくなる。これにより、冷却風が内周側の傾斜部３６ｂ、３７ｂに沿って滑らかに流れるようになり、風騒音をより抑えることができる。
また、コイルセグメント３０の開放端部３０ｃの接合部は、外径形状が大きくなり、冷却風との干渉により風騒音を増大させる要因となる。しかし、開放端部３０ｃの接合部側のコイルエンド３６がファン回転方向の前方に傾いているので、該接合部と冷却風との干渉が低減され、風騒音の悪化を抑えることがきる。
【００３４】
実施の形態２．
この実施の形態２による固定子３４Ａでは、図３に示されるように、固定子巻線３５Ａのフロント側およびリヤ側のコイルエンド群３５ｆ、３５ｒのファンブレード対向面を構成するコイルエンド３６、３７の傾斜部３６ｂ、３７ｂ、即ちコイルエンド３６、３７の内周側に位置する傾斜部３６ｂ、３７ｂが、共にファン回転方向の後方に傾いている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３５】
この実施の形態２では、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成するコイルエンド３６、３７の内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂがともにファン回転方向に関して同一方向に傾いているので、フロント側とリヤ側との圧力差がなくなり、回転子内の圧力損失が減少する。従って、この実施の形態２においても、回転子７内を流通する冷却風の流量が少なくなり、全体風量が増し、発電機の温度上昇を抑えることができる。
また、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成するコイルエンド３６、３７の内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂがともにファン回転方向の後方に傾いているので、ファン５から吐出する冷却風が内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に衝突して、コイルエンド３６、３７から冷却風への熱伝達の促進が図られ、固定子３４の温度上昇を抑えることができる。
【００３６】
なお、この発明では、冷却風の誘導効果の点から平角導体からなるコイルセグメント３０を用いることが望ましいが、フロント側およびリヤ側のコイルエンドの内周側の傾斜部をファン回転方向に関して同一方向に傾けていれば、円形断面の導体からなるコイルセグメントを用いてもよい。
また、各実施の形態では、多数本のコイルセグメント３０を所定の巻線構造を採るように結線して固定子巻線を構成するものとしているが、複数本の導線を所定の巻線構造を採るように固定子鉄心に巻装して固定子巻線を構成しても良い。
【００３７】
【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、以下に記載されているような効果を奏する。
【００３８】
この発明によれば、回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成されて上記回転子の外周に配置された円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、上記回転子と上記固定子とを支持するブラケットと、上記回転子の軸方向両端部に固着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、上記固定子巻線は、素線が１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入るように上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線を備え、１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入る上記素線の接続パターンにより構成されたコイルエンドが、上記固定子鉄心のフロント側およびリヤ側で、周方向に整列して配列されてコイルエンド群を構成しており、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、スロットからファン回転方向に向かって同一の方向に傾いているので、フロント側とリヤ側との圧力差がなくなり、回転子内を流通する冷却風の風量が少なくなることによって回転子内の圧力損失が減少し、全体風量が増大して、ファン吸入側内蔵物や固定子を効果的に冷却できる車両用交流発電機が得られる。
【００３９】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているので、風騒音を低減できるとともに、ファン吸入側内蔵物の冷却性を向上させることができる。
【００４０】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の後方に傾いているので、コイルエンドから冷却風への熱伝達の促進が図られ、固定子の冷却性を向上させることができる。
【００４１】
また、上記素線が平角導体で作製されているので、コイルエンドによる冷却風の誘導効果が大きくなる。
【００４２】
また、上記コイルエンド群において、上記コイルエンドが互いに周方向に離間しているので、コイルエンドによる冷却風の誘導効果が大きくなるとともに、風騒音の低減が図られる。
【００４３】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に挿入され、該コイルセグメントの開放端部を接合して構成されているので、固定子巻線の固定子鉄心への巻装が簡易にでき、組立性を向上させる。
【００４４】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に上記固定子鉄心の一端側から挿入され、上記固定子鉄心の他端側に延出する該コイルセグメントの開放端部を接合して構成され、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているので、開放端部同士の接合部と冷却風との干渉が少なくなり、風騒音の悪化を抑えることができる。
【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に適用される固定子を内周側から見た要部拡大図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に適用されるコイルセグメント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適用される固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側平面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される固定子を内周側から見た要部拡大図である。
【図５】 従来の車両用交流発電機を示す断面図である。
【図６】 従来の車両用交流発電機に適用される固定子を内周側から見た要部拡大図である。
【図７】 従来の固定子巻線に適用されるコイルセグメントを示す斜視図である。
【図８】 従来の固定子の製造方法を説明する図である。
【図９】 従来の固定子の製造方法を説明する図である。
【図１０】 一般的な車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する斜視図である。
【符号の説明】
１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、５ ファン、７ 回転子、１５ 固定子鉄心、１５ａ スロット、３０ コイルセグメント（素線）、３０ｃ開放端部、３４、３４Ａ 固定子、３５、３５Ａ 固定子巻線、３５ｆ、３５ｒコイルエンド群、３６、３７ コイルエンド。
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用交流発電機に関し、特に回転子内を流通する冷却風の流量を低減して、固定子を効率的に冷却できる車両用交流発電機の固定子巻線のコイルエンド群構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の車両用交流発電機を示す断面図である。
従来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の出力電圧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。
【０００３】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子巻線１３と、この回転子巻線１３を覆うように設けられ、回転子巻線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複数突設され、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。
固定子８は、固定子鉄心１５と、この固定子鉄心１５に導線を巻回してなり、回転子７の回転に伴い、回転子７からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線１６とから構成されている。
【０００４】
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を介して回転子巻線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、固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、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、その出力がレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【０００５】
車両用交流発電機においては、固定子巻線１６、整流器１２およびレギュレータ１８等は、発電中、常に発熱している。そこで、発電により発生する熱を冷却するために、吸気孔１ａ、２ａおよび排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２に設けられている。
リヤ側においては、ファン５の回転により、冷却風の流れＱRが形成され、整流器１２、レギュレータ１８および固定子巻線１６のリヤ側コイルエンド群１６ｒを冷却している。つまり、ファン５の回転により、外気が整流器１２のヒートシンク１９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、その後ファンブレード５ａを内径側から外径側に通って固定子巻線１６のリヤ側のコイルエンド群１６ｒを冷却して、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、冷却風の流れＱFが形成され、固定子巻線１６のフロント側コイルエンド群１６ｆを冷却している。つまり、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、その後ファンブレード５ａを内径側から外径側に通って固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド群１６ｆを冷却して、排気孔１ｂより外部に排出される。
さらに、リヤ側とフロント側との圧力差に起因する回転子７内を流れる冷却風の流れＱRtが生じ、回転子７を冷却している。
【０００６】
ここで、固定子巻線１６は、発熱度合いが高く、高温度となるとその出力特性が低下してしまうことから、そのコイルエンド群１６ｆ、１６ｒをファンブレード５ａと排気孔１ｂ、２ｂとの間に位置させ、確実に冷却できるように構成されている。
【０００７】
ついで、従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線構造について図６を参照しつつ説明する。なお、図６は従来の固定子を内周側から見た要部拡大図である。
図６において、固定子鉄心１５は、円筒状に成形され、溝方向を軸方向とするスロット１５ａが内周側に開口するようにして周方向に等角ピッチで複数設けられている。固定子巻線１６は、３スロット数離れて対をなす各スロット１５ａの対に挿入されたコイルセグメント２９の開放端部２９ｃ同士をアーク溶接等により接合して、所定の巻線構造を採るように構成されている。各コイルセグメント２９は、図７に示されるように、絶縁被覆された銅等からなる短尺の円形断面の導体を一対の直線部２９ａを略Ｖ字状のターン部２９ｂで連結してなる略Ｕ字状に成形されたものである。
【０００８】
そして、固定子鉄心１５のフロント側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部２４ａと、それぞれの根元部２４ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部２４ｂと、一対の傾斜部２４ｂの先端同士を接続する連結部２４ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド２４が、周方向に配列されてフロント側のコイルエンド群１６ｆを構成している。なお、連結部２４ｃはコイルセグメント２９の開放端部２９ｃ同士の接合部に相当する。
一方、固定子鉄心１５のリヤ側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部２５ａと、それぞれの根元部２５ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部２５ｂと、一対の傾斜部２５ｂの先端同士を接続する連結部２５ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド２５が、周方向に配列されてリヤ側のコイルエンド群１６ｒを構成している。なお、コイルエンド２５はコイルセグメント２９のターン部２９ｂに相当する。
【０００９】
このように構成された固定子巻線１６では、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒの内周面がファンブレード５ａに対向し、ファンブレード対向面を構成している。そして、ファンブレード対向面を構成するコイルエンド２４、２５の傾斜部２４ｂ、２５ｂ、即ちコイルエンド２４、２５の内周側に位置する傾斜部２４ｂ、２５ｂが、互いに平行に、かつ、固定子鉄心１５の軸心に対して所定角度で傾いている。
【００１０】
ここで、従来の固定子巻線１６の製造方法について図８および図９を参照しつつ説明する。
まず、コイルセグメント２９が、図８に示されるように、３スロット離れた各組のスロット１５ａ内にリヤ側から挿入される。この時、各コイルセグメント２９は、１つのスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側と、３スロット離れたもう１つのスロット１５ａ内のスロット深さ方向の外周側とに挿入される。そして、スロット１５ａからフロント側に延出した各コイルセグメント２９の開放端部２９ｃ側が外開きとなるように周方向外側に曲げられる。
ついで、図９に示されるように、隣り合うコイルセグメント２９の開放端部２９ｃ同士が接合され、１ターンの巻線が２組作製される。そして、２組の巻線が直列に接続されて、導体が３スロット毎のスロット１５ａに波巻きに巻装された２ターンの１相分の巻線群が作製される。この時、固定子鉄心１５のフロント側では、隣り合うコイルセグメント２９の開放端部２９ｃは径方向に重ね合わされて接合され、コイルセグメント２９の導体が接合部で見かけ上内周側から外周側に折り返されているように構成されている。一方、固定子鉄心１５のリヤ側では、コイルセグメント２９の導体がターン部２９ｂで内周側から外周側に折り返されているように構成されている。
同様にして、他の２相分の巻線群が作製される。各相の巻線群は、コイルセグメント２９を挿入するスロット１５ａが１スロットずつずれている。
このように作製された３相の巻線群をＹ結線やΔ結線等の三相交流結線して固定子巻線１６が構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用交流発電機では、固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒを構成するコイルエンド２４、２５の内周側に位置する傾斜部２４ｂ、２５ｂを構成する導体が、互いに平行に、かつ、固定子鉄心１５の軸心に対して所定角度で傾いている。つまり、内周側の傾斜部２４ｂを構成する導体がファン回転方向の前方に傾き、内周側の傾斜部２５ｂを構成する導体がファン回転方向の後方に傾いている。
そこで、フロント側においては、ファン５から吐出される冷却風が内周側の傾斜部２４ｂの内周表面に沿って滑らかに流れる。一方、リヤ側においては、ファン５から吐出される冷却風が内周側の傾斜部２５ｂの内周表面と干渉し、通風抵抗の増大をもたらす。その結果、フロント側とリヤ側との通風抵抗のアンバランスによってフロント側とリヤ側との間の圧力差が大きくなり、回転子７内を流れる冷却風の流れＱRtが増大してしまう。そこで、ＱRtによる回転子内の圧力損失が増加することによってフロント側およびリヤ側から吸入される空気の全体流量が減少してしまう。リヤ側吸入量の一部が回転子内に流れ込むので、コイルエンド群１６ｒを冷却する冷却風の流量が減少し、コイルエンド群１６ｒを十分に冷却できなくなるという不具合があった。
【００１２】
また、このファン５から吐出される冷却風は、図１０のＡ部に示されるように、軸方向に速度分布を有している。そして、このファン５から吐出される冷却風は、ファン５開放側に近いブレード５ａ先端における速度が速いので、軸方向先端側に流れる成分も有している。
そこで、ブレード対向面に位置するリヤ側のコイルエンド２５の内周側の傾斜部２５ｂがすべてファン５の回転方向の後方に傾いているので、冷却風の軸方向先端側に流れる成分との干渉のため、風騒音が大きくなるとともに、通風抵抗が増大して全体風量が落ち、整流器１２やレギュレータ１８などのファン吸入側冷却物の温度上昇を抑えることができなくなるという不具合があった。
また、ブレード対向面に位置するフロント側のコイルエンド２４の内周側の傾斜部２４ｂがすべてファン５の回転方向の前方に傾いているので、ファン５から吐出される冷却風が内周側の傾斜部２４ｂの内周表面に沿って滑らかに流れ、コイルエンド２４から冷却風への熱伝達が促進されず、固定子８の温度上昇を抑えることができなくなるという不具合があった。
【００１３】
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、コイルエンドの内周側の傾斜部を構成する導体の傾きをファン吐出側の速度分布に合致させ、フロント側とリヤ側との間の圧力差を抑えて回転子内を流れる冷却風の流れＱRtを低減し、コイルエンド群を冷却する冷却風の十分な流量を確保して、固定子の温度上昇を抑えることができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
また、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群のブレード対向面に位置する導体をファン回転方向の前方に傾かせて、風騒音を低減できるとともに、吸入側内蔵物の冷却性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
さらに、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群のブレード対向面に位置する導体をファン回転方向の後方に傾かせて、コイルエンドから冷却風への熱伝達の促進が図られ、固定子の冷却性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することを目的とする。
【００１４】
【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は、回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成されて上記回転子の外周に配置された円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、上記回転子と上記固定子とを支持するブラケットと、上記回転子の軸方向両端部に固着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、上記固定子巻線は、素線が１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入るように上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線を備え、１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入る上記素線の接続パターンにより構成されたコイルエンドが、上記固定子鉄心のフロント側およびリヤ側で、周方向に整列して配列されてコイルエンド群を構成しており、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、スロットからファン回転方向に向かって同一の方向に傾いているものである。
【００１５】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているものである。
【００１６】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の後方に傾いているものである。
【００１７】
また、上記素線が平角導体で作製されているものである。
【００１８】
また、上記コイルエンド群において、上記コイルエンドが互いに周方向に離間しているものである。
【００１９】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に挿入され、該コイルセグメントの開放端部を接合して構成されているものである。
【００２０】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に上記固定子鉄心の一端側から挿入され、上記固定子鉄心の他端側に延出する該コイルセグメントの開放端部を接合して構成され、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているものである。
【００２１】
【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はこの発明の実施例１に係る車両用交流発電機に適用される固定子を内周側からみた要部拡大図である。
図１において、固定子３４は、固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線３５とから構成されている。そして、固定子鉄心１５は、円筒状に成形され、溝方向を軸方向とするスロット１５ａが内周側に開口するようにして周方向に等角ピッチで複数設けられている。また、固定子巻線３５は、３スロット数離れて対をなす各スロット１５ａの対に挿入された素線としてのコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ同士をアーク溶接等により接合して、所定の巻線構造を採るように構成されている。各コイルセグメント３０は、図２に示されるように、絶縁被覆された銅等からなる短尺の平角導体を一対の直線部３０ａを略Ｖ字状のターン部３０ｂで連結してなる略Ｕ字状に成形されたものである。
【００２２】
そして、固定子鉄心１５のフロント側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部３６ａと、それぞれの根元部３６ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部３６ｂと、一対の傾斜部３６ｂの先端同士を接続する連結部３６ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド３６が、周方向に配列されてフロント側のコイルエンド群３５ｆを構成している。なお、連結部３６ｃはコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ同士の接合部に相当する。
一方、固定子鉄心１５のリヤ側では、３スロット数離れた２つのスロット１５ａからそれぞれ延出する一対の根元部３７ａと、それぞれの根元部３７ａから曲げられて周方向に延びる一対の傾斜部３７ｂと、一対の傾斜部３７ｂの先端同士を接続する連結部３７ｃとからなる接続パターンに形成されたコイルエンド３７が、周方向に配列されてリヤ側のコイルエンド群３５ｒを構成している。なお、コイルエンド３７はコイルセグメント３０のターン部３０ｂに相当する。
【００２３】
つぎに、この固定子巻線３５の巻線構造について図３を参照しつつ説明する。図３はこの発明の実施の形態１に係る固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側平面図であり、図３においてリヤ側の結線状態を実線で示し、フロント側の結線状態を点線で示している。
まず、コイルセグメント３０が３スロット離れた１組のスロット対に、例えば３４番と１番のスロット１５ａにリヤ側から２本ずつ挿入される。この時、１本のコイルセグメント３０は、３４番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から１番目の位置（以降、１番地とする）と、１番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から４番目の位置（以降、４番地とする）とに挿入され、もう１本のコイルセグメント３０は、３４番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から２番目の位置（以降、２番地とする）と、１番のスロット１５ａ内のスロット深さ方向の内周側から３番目の位置（以降、３番地とする）とに挿入される。
さらに、コイルセグメント３０が３スロット離れた他の組のスロット対に、リヤ側から２本ずつ挿入される。この時、１本のコイルセグメント３０が、一方のスロット１５ａ内の１番地と、他方のスロット１５ａ内の３番地とに挿入され、もう１本のコイルセグメント３０が、一方のスロット１５ａ内の２番地と、他方のスロット１５ａ内の４番地とに挿入される。
これにより、各スロット１５ａ内には、コイルセグメント３０の直線部３０ａが矩形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列にに４本並んで収納されている。
【００２４】
ついで、３４番と１番のスロット対の１番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ側が図３中時計回り方向に曲げられ、２番地と３番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部側が図３中反時計回り方向に曲げられる。
さらに、３スロット離れた他の組のスロット対の１番地と３番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ側が周方向内方に、即ち互いに接近する方向に曲げられる。さらに、２番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０の開放端部３０ｃ側が周方向外方に（外開き状に）、即ち互いに離反する方向に曲げられる。
【００２５】
そして、固定子鉄心１５のフロント側において、１つのスロット１５ａ内の１番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃと、３スロット離れたスロット１５ａ内の２番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃとが、径方向に重ねられて接合される。同様に、１つのスロット１５ａ内の３番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃと、３スロット離れたスロット１５ａ内の４番地からフロント側に延出するコイルセグメント３０の開放端部３０ｃとが、径方向に重ねられて接合される。これらの接合部は図３中黒丸で示されている。
さらに、３４番と１番のスロット対の１番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０のターン部３０ｂが切断される。これにより、周回当たり２ターンの重ね巻きされた２組の巻線を直列に接続した４ターンの１相分の巻線群５０が作製される。この時、３４番と１番のスロット対の１番地と４番地とに挿入されたコイルセグメント３０の切断端がそれぞれ１相分の巻線群５０の口出し線（Ｏ）および中性点リード線（Ｎ）となる。
【００２６】
同様にして、他の２相分の巻線群が作製される。各相の巻線群５０は、コイルセグメント３０を挿入するスロット１５ａが１スロットずつずれている。
このように作製された３相の巻線群５０の各中性点リード線を結線して（三相交流結線して）固定子巻線３５が構成される。
【００２７】
このように構成された固定子巻線３５では、リヤ側のコイルエンド群３５ｒを構成する各コイルエンド３７が、連結部３７ｃ（ターン部３７ｂ）で内周側から外周側に折り返されているので、コイルエンド３７は互いに所定の間隙を持って周方向に２列に並んで整然と配列される。同様に、フロント側のコイルエンド群３５ｆを構成する各コイルエンド３６が、連結部３６ｃ（開放端部３０ｃ同士の接合部）で内周側から外周側に折り返されているので、コイルエンド３６は互いに所定の間隙をもって周方向に２列に並んで整然と配列される。
また、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒの内周面がファンブレード５ａに対向し、ファンブレード対向面を構成している。そして、ファンブレード対向面を構成するコイルエンド３６、３７の傾斜部３６ｂ、３７ｂ、即ちコイルエンド３６、３７の内周側に位置する傾斜部３６ｂ、３７ｂが、共にファン回転方向の前方に傾いており、ファン５の吐出側の速度分布に合致している。
【００２８】
このように構成された固定子３４は、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る。なお、この実施の形態１による車両用交流発電機は、固定子８に代えて固定子３４を用いている点を除いて図５に示される車両用交流発電機と同様に構成されている。
【００２９】
つぎに、この車両用交流発電機における冷却風の流れについて説明する。
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１９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、固定子巻線３５のリヤ側のコイルエンド群３５ｒを冷却し、排気孔２ｂより外部に排出される。そして、コイルエンド３７の内周側の傾斜部３７ｂがファン回転方向の前方に傾いているので、ファン５から吐出された冷却風は、内周側の傾斜部３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れる。
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固定子巻線３５のフロント側のコイルエンド群３５ｆを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。そして、コイルエンド３６の内周側の傾斜部３６ｂがファン回転方向の前方に傾いているので、ファン５から吐出された冷却風は、内周側の傾斜部３６ｂの内周表面に沿って滑らかに流れる。
【００３０】
このように、この実施の形態１による固定子巻線３５は、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成する各コイルエンド３６、３７導体が、連結部３６ｃ、３７ｃで内周側から外周側に折り返されている。そこで、コイルエンド３６、３７は連結部３６ｃ、３７ｃ付近で周方向に並んで整然と配列される。つまり、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成するコイルエンド３６、３７が全周にわたって同形状となり、整列性が高められる。
【００３１】
また、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒのファンブレード対向面に位置するコイルエンド３６、３７の部位（内周側の傾斜部３６ｂ、３７ｂ）がファン回転方向に関して同一の方向に傾いている。つまり、内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂはともにファン回転方向に関して前方に傾いており、ファン５の吐出側の速度分布に合致している。そこで、フロント側およびリヤ側のファン５から吐出する冷却風は内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れて通風抵抗の増大が抑えられる。その結果、フロント側とリヤ側との圧力差がなくなるので、回転子７内を流通する冷却風の流量が少なくなり、回転子内の圧力損失が減少するために全体風量が増し、発電機の温度上昇を抑えることができる。
この時、フロント側およびリヤ側のファン５から吐出する冷却風は内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れ、コイルエンド３６、３７から冷却風への熱伝達の促進が低下するが、全体風量が増加するので、結果的に固定子３４の温度上昇を抑えることができる。
【００３２】
また、フロント側およびリヤ側においては、ファン吐出側の通風抵抗が小さくなるので、冷却風の風量が増え、整流器１２やレギュレータ１８等のファン吸入側内蔵物の温度上昇が抑えられる。
また、フロント側およびリヤ側においては、ファン５から吐出する冷却風がコイルエンド３６、３７の内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿って滑らかに流れるので、冷却風との干渉がなくなり、風騒音を抑えることができる。
また、固定子巻線３５が略Ｕ字状のコイルセグメント３０から構成されているので、固定子巻線３５を固定子鉄心１５に簡易に巻装でき、組立性を向上させることができるとともに、過度の曲げ加工が不要となり、コイル間のショートやコイル断線などが発生せず、信頼性を向上させることができる。
また、全てのコイルセグメント３０をリヤ側からスロット１５ａに挿入しているので、開放端部３０ｃ同士の接合作業がフロント側から行うことができ、接合作業性が向上される。
【００３３】
また、コイルセグメント３０が平角導体で作製されているので、コイルエンド３６、３７による冷却風の誘導効果が大きくなり、冷却風が内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に沿ってより滑らかに流れるようになる。その結果、冷却風との干渉がなくなり、風騒音をより抑えることができる。
また、コイルエンド３６、３７が周方向に離間して配列されているので、コイルエンド３６、３７による冷却風の誘導効果が大きくなる。これにより、冷却風が内周側の傾斜部３６ｂ、３７ｂに沿って滑らかに流れるようになり、風騒音をより抑えることができる。
また、コイルセグメント３０の開放端部３０ｃの接合部は、外径形状が大きくなり、冷却風との干渉により風騒音を増大させる要因となる。しかし、開放端部３０ｃの接合部側のコイルエンド３６がファン回転方向の前方に傾いているので、該接合部と冷却風との干渉が低減され、風騒音の悪化を抑えることがきる。
【００３４】
実施の形態２．
この実施の形態２による固定子３４Ａでは、図３に示されるように、固定子巻線３５Ａのフロント側およびリヤ側のコイルエンド群３５ｆ、３５ｒのファンブレード対向面を構成するコイルエンド３６、３７の傾斜部３６ｂ、３７ｂ、即ちコイルエンド３６、３７の内周側に位置する傾斜部３６ｂ、３７ｂが、共にファン回転方向の後方に傾いている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３５】
この実施の形態２では、コイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成するコイルエンド３６、３７の内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂがともにファン回転方向に関して同一方向に傾いているので、フロント側とリヤ側との圧力差がなくなり、回転子内の圧力損失が減少する。従って、この実施の形態２においても、回転子７内を流通する冷却風の流量が少なくなり、全体風量が増し、発電機の温度上昇を抑えることができる。
また、フロント側およびリヤ側のコイルエンド群３５ｆ、３５ｒを構成するコイルエンド３６、３７の内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂがともにファン回転方向の後方に傾いているので、ファン５から吐出する冷却風が内周側傾斜部３６ｂ、３７ｂの内周表面に衝突して、コイルエンド３６、３７から冷却風への熱伝達の促進が図られ、固定子３４の温度上昇を抑えることができる。
【００３６】
なお、この発明では、冷却風の誘導効果の点から平角導体からなるコイルセグメント３０を用いることが望ましいが、フロント側およびリヤ側のコイルエンドの内周側の傾斜部をファン回転方向に関して同一方向に傾けていれば、円形断面の導体からなるコイルセグメントを用いてもよい。
また、各実施の形態では、多数本のコイルセグメント３０を所定の巻線構造を採るように結線して固定子巻線を構成するものとしているが、複数本の導線を所定の巻線構造を採るように固定子鉄心に巻装して固定子巻線を構成しても良い。
【００３７】
【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、以下に記載されているような効果を奏する。
【００３８】
この発明によれば、回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成されて上記回転子の外周に配置された円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、上記回転子と上記固定子とを支持するブラケットと、上記回転子の軸方向両端部に固着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、上記固定子巻線は、素線が１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入るように上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線を備え、１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入る上記素線の接続パターンにより構成されたコイルエンドが、上記固定子鉄心のフロント側およびリヤ側で、周方向に整列して配列されてコイルエンド群を構成しており、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、スロットからファン回転方向に向かって同一の方向に傾いているので、フロント側とリヤ側との圧力差がなくなり、回転子内を流通する冷却風の風量が少なくなることによって回転子内の圧力損失が減少し、全体風量が増大して、ファン吸入側内蔵物や固定子を効果的に冷却できる車両用交流発電機が得られる。
【００３９】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているので、風騒音を低減できるとともに、ファン吸入側内蔵物の冷却性を向上させることができる。
【００４０】
また、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の後方に傾いているので、コイルエンドから冷却風への熱伝達の促進が図られ、固定子の冷却性を向上させることができる。
【００４１】
また、上記素線が平角導体で作製されているので、コイルエンドによる冷却風の誘導効果が大きくなる。
【００４２】
また、上記コイルエンド群において、上記コイルエンドが互いに周方向に離間しているので、コイルエンドによる冷却風の誘導効果が大きくなるとともに、風騒音の低減が図られる。
【００４３】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に挿入され、該コイルセグメントの開放端部を接合して構成されているので、固定子巻線の固定子鉄心への巻装が簡易にでき、組立性を向上させる。
【００４４】
また、上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に上記固定子鉄心の一端側から挿入され、上記固定子鉄心の他端側に延出する該コイルセグメントの開放端部を接合して構成され、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾いているので、開放端部同士の接合部と冷却風との干渉が少なくなり、風騒音の悪化を抑えることができる。
【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に適用される固定子を内周側から見た要部拡大図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機に適用されるコイルセグメント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適用される固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側平面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機に適用される固定子を内周側から見た要部拡大図である。
【図５】 従来の車両用交流発電機を示す断面図である。
【図６】 従来の車両用交流発電機に適用される固定子を内周側から見た要部拡大図である。
【図７】 従来の固定子巻線に適用されるコイルセグメントを示す斜視図である。
【図８】 従来の固定子の製造方法を説明する図である。
【図９】 従来の固定子の製造方法を説明する図である。
【図１０】 一般的な車両用交流発電機における冷却風の流れを説明する斜視図である。
【符号の説明】
１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、５ ファン、７ 回転子、１５ 固定子鉄心、１５ａ スロット、３０ コイルセグメント（素線）、３０ｃ開放端部、３４、３４Ａ 固定子、３５、３５Ａ 固定子巻線、３５ｆ、３５ｒコイルエンド群、３６、３７ コイルエンド。
Claims (7)
- 回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成されて上記回転子の外周に配置された円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、上記回転子と上記固定子とを支持するブラケットと、上記回転子の軸方向両端部に固着されたファンとを備えた車両用交流発電機において、
上記固定子巻線は、素線が１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入るように上記固定子鉄心に巻装された複数の巻線を備え、
１つの上記スロットからスロット外に引き出され、スロット外で折り返されて、所定スロット離れた他のスロットに入る上記素線の接続パターンにより構成されたコイルエンドが、上記固定子鉄心のフロント側およびリヤ側で、周方向に整列して配列されてコイルエンド群を構成しており、
フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、スロットからファン回転方向に向かって同一の方向に傾いていることを特徴とする車両用交流発電機。 - フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾い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。
- フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の後方に傾い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。
- 上記素線が平角導体で作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用交流発電機。
- 上記コイルエンド群において、上記コイルエンドが互いに周方向に離間していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用交流発電機。
- 上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に挿入され、該コイルセグメントの開放端部を接合して構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両用交流発電機。
- 上記素線は略Ｕ字状のコイルセグメントであり、上記固定子巻線は、該コイルセグメントが所定スロット離れて対をなす各組の上記スロット対に上記固定子鉄心の一端側から挿入され、上記固定子鉄心の他端側に延出する該コイルセグメントの開放端部を接合して構成され、フロント側およびリヤ側の上記コイルエンド群のブレード対向面に位置する上記コイルエンドの部位が、ファン回転方向の前方に傾い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。
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