JP4120122B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は乗用車、トラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機の固定子巻線として、複数の導体セグメントを接合することにより巻線を形成するものが従来より知られている（ＰＣＴ公開のＷＯ９８／５４８２３公報）。
【０００３】
ＷＯ９８／５４８２３公報によれば、各導体セグメントの接合部は、等ピッチで形成され、この等ピッチ空間を、回転子に取り付けられた冷却ファンにより冷却風が流れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来構造では、冷却風が等ピッチの接合部と干渉して発生するピッチノイズ等の騒音を防止するという配慮がなされていない。
【０００５】
また、特開昭６３−２７４３３５号公報による実施形態では、先端を完全にコーティングし、隙間なしにしている。これでは、冷却ファンによる冷却風の流れが阻害され、発熱部である固定子が十分冷却できないので、車両用交流発電機の高出力化ができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、冷却性能を確保して高出力化を達成しつつ、騒音を低減できる車両用交流発電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によると、コイルエンドが略同一軸方向高さでかつ円環状に略等ピッチで離間して配置され、このコイルエンドを形成する接合部を被覆する絶縁樹脂部材が付着して得られる絶縁樹脂の付着量は、周方向に関して不均一とするので、コイルエンド間の等ピッチ性は、周方向に関して不均一な絶縁樹脂の付着により失われる。したがって、付着量が不均一だから、付着量の変化に応じてコイルエンド間の隙間が不均一に形成され、通風抵抗が周方向に関して不均一となり、この結果、通風抵抗が周方向に関して一定の場合に比べて周期的な騒音（ピッチノイズ等）が抑えられる。
【０００８】
また、絶縁樹脂は、固定子鉄心から所定距離離れた位置において、複数の接合部を環状に連結した環状連結部を形成する。また別の位置においては、周方向に並ぶ２つの接合部の間に周方向連結部が形成され、しかも各接合部の間の間隔のバラツキに起因して不規則に形成されることができる。なお、上述の環状連結部は、コイルエンドを環状に連結しているので、巻線を形成するコイルエンドの耐振動性を高めることができる。
【０００９】
本発明の請求項２によれば、径方向に並んでいる複数のコイルエンドの間で絶縁樹脂がつながっているので、径方向内側から外側へ送られる冷却風に対して通風抵抗を抑えることができる。
【００１０】
本発明の請求項３によると、周方向連結部は、内側の環において、外側の環におけるよりも多く形成できる。このため、径方向内側から外側へ送られる冷却風が当たる内側の環で、通風抵抗を周方向に関して不均一にすることが容易である。
【００１１】
本発明の請求項４によれば、斜行部については、絶縁樹脂が全く或いはあまり付着しておらず、絶縁樹脂の使用量を低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用交流発電機に具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１から図４は本実施形態を示したものである。図１は本実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図であり、図２は固定子巻線を形成する導体セグメントの斜視図、図３は固定子を内周側から見た部分的な外観を示す平面図、図４は、固定子鉄心のスロットから延び出すコイルエンドを示す部分的な斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、整流器５等を含んで構成されている。
【００１４】
固定子２は、固定子鉄心３２と、固定子巻線を構成する複数の導体セグメント３３と、絶縁層としてのシート状のインシュレータ３４とを備えている。固定子鉄心３２は、薄い鋼板シートを重ね合せて円筒状に形成されており、その内周面には多数のスロット３５が形成されている。また、この固定子鉄心３２から露出している導体セグメント３３によって固定子巻線のコイルエンド３１が形成されている。固定子２の詳細構造については後述する。
【００１５】
回転子３は、プーリ２０が固定されたシャフト６と、このシャフト６に固定されたランデル型の鉄心７と、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線８とを有する。界磁巻線８は、鉄心７を構成する一対のポールコア７ａ、７ｂによって両側から挟み込まれている。また、鉄心７のフロント側の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン１１が溶接等によって取り付けられている。同様に、鉄心７のリア側の端面には、リア側から吸い込んだ冷却風を径方向に吹き出すために遠心式の冷却ファン１２が溶接等によって取り付けられている。
【００１６】
フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３がシャフト６とともに回転可能な状態で支持されていると共に、回転子３の鉄心７の外周側に所定の隙間を介して固定子２が固定されている。また、フレーム４は、固定子２のコイルエンド３１の径方向外側に冷却風の吐出孔４２を有し、軸方向端面に吸入孔４１を有する。
【００１７】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより、鉄心７のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線に３相交流電圧を発生させることができ、整流器５の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
【００１８】
次に、本発明の実施形態である固定子２の詳細について以下説明する。上述のように固定子３は、固定子巻線３１と、この固定子巻線３１が装備される複数のスロット３５を形成してなる積層鉄心である固定子鉄心３２とを備え、この固定子鉄心に形成された溝状のスロット３５の内壁面に沿ってシート状のインシュレータ３４が配置されている。
【００１９】
固定子巻線３１は、偏平断面の銅線により構成されている。銅線は、表面が樹脂皮膜層により被覆されている。したがって、スロット内において銅線は、自らの皮膜と、インシュレータ３４とによって、固定子鉄心３２から電気的に絶縁されている。
【００２０】
固定子巻線３１は、複数のＵ字状の導体セグメント３３を所定の規則に則って配列し、これら複数の導体セグメント３３の端部を所定の規則に則って電気的に接続することにより構成される。この実施形態では、電気接続部は、溶接により形成される。この実施形態では、図２に模式的に図示するような、２本のＵ字状の導体セグメント３３ａ、３３ｂを基本ユニットとして、このユニットを複数配列することにより、固定子鉄心３２上を１周回する一連の巻線を形成している。
【００２１】
Ｕ字状の導体セグメント３３は、薄い絶縁皮膜で覆われた銅線を曲げて形成されたターン部３３ｃと、溶接によって接続された接合部３３ｅとを有している。ターン部３３ｃは、そこに続く斜行部３３ｄとともに第１のコイルエンドをなす。複数の導体セグメント３３の複数のターン部３３ｃは、図１に図示されるリア側（反プーリ側）に規則的に配列して配置されて、第１のコイルエンド群３１ａを形成する。接合部３３ｅは、そこに続く斜行部３３ｆとともに第２のコイルエンドをなす。複数の接合部３３ｅは、図１に図示されるフロント側（プーリ側）に配置されて、第２のコイルエンド群３１ｂをなしている。
【００２２】
第１のコイルエンド群３１ａにおける斜行部３３ｄの、軸方向に対する傾斜角θ１は、第２のコイルエンド群３１ｂにおける斜行部３３ｆの傾斜角θ２より小さくされている。この結果、複数の斜行部３３ｄの間には、複数の斜行部３３ｆの間より大きい間隔が形成される。これにより、軸方向に真っ直ぐに延びる接合部３３ｅを形成してもなお、第２のコイルエンド群３１ｂの軸方向高さを抑えることができる。このため、第２のコイルエンド３１ａは、略同一軸方向高さでかつ円環状に略等ピッチで離間して配置されている。
【００２３】
この実施形態では、第１のコイルエンド群３１ａは、ターン部を主として配置して構成されている。また、第２のコイルエンド群３１ｂは、接合部を主として配置して構成されている。ただし、これらは基本ユニットのターン部と接合部とを主として配置したものである。第１のコイルエンド群３１ａにも、部分的に接合部を配置することができる。例えば、中性点接続を得るための接合部や、整流器５への接続を実現するための接合部である。また、第２のコイルエンド群３１ｂに、部分的にターン部を配置することができる。
【００２４】
第１のコイルエンド群３１ａには、後述する第２の絶縁樹脂と同じ樹脂部材により薄い絶縁樹脂３７が付着している。第１のコイルエンド群３１ａに付着する薄い絶縁樹脂３７は、この第１のコイルエンド群３１ａを構成する複数の導体の表面を覆う程度に付着している。この結果、第１のコイルエンド群３１ａの中には、第１のコイルエンド群３１ａの中を、径方向内側から外側へ連通する冷却風の通路が形成されている。この絶縁樹脂３７は、第１のコイルエンド群３１ａの全体から固定子鉄心３２の軸方向端部にわたる範囲に付与されている。そして、第１のコイルエンド群３１ａ内において径方向に隣接する導体の間に部分的に膜を張って、それらの間を連結して剛性を高めている。また、固定子鉄心３２の端部において、固定子鉄心３２と、インシュレータ３４と導体セグメント３３との間を架橋して、これらを接続している。
【００２５】
なお、この第２の絶縁樹脂３７は、少なくとも中性点接続を得るための銅線および接合部や整流器５への接続を実現させるための銅線を第１のコイルエンド群３１ａに付着させ、剛性を高める程度に固定させるだけでもよい。
【００２６】
第２のコイルエンドの接合部３３ｅには、図３に図示されるように、第１の絶縁樹脂として厚い絶縁樹脂３６が付着している。その付着の範囲は、絶縁樹脂３６の付着量を抑えるように、斜後部３３ｆの先端側寄りを終端として接合部３３ｅを覆うように形成されている。この絶縁樹脂３６は、隣接する接合部３３ｅの間の絶縁を確保している。しかも絶縁樹脂の周方向の付着状態は、固定子鉄心３２から離れている位置ｈにより二層に分けられる。
【００２７】
まず、第１層は、絶縁樹脂の付着している終端側の一点鎖線で示す位置ｈ１において、絶縁樹脂３６は複数の接合部３３ｅを環状に連結している。この第１層である環状連連結部３６ｈ１は、接合部３３ｅを環状に連結することで、コイルエンド３１ｂを環状に連結していることになり、巻線を形成しているコイルエンド３１ｂの耐振動性を高めることができる。これにより、回転している回転子３の界磁コイル８に外部から励磁電圧を印加することにより鉄心７のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線に３相交流電圧を発生するとき、界磁コイル８からの磁界と固定子巻線を形成するコイルエンド３１ｂを流れる交流電流とが互いに干渉し合って発生するコイルエンドの振動を防止できる。
【００２８】
次に第２層は、第１層よりフロント側の二点鎖線で示す位置ｈ２において、接合部３３ｅの間に隙間を形成する部分と、この隙間を絶縁樹脂３６が埋める部分とが不規則に混在してる。しかも周方向に並んだ２つの接合部３３ｅの間をつなぐ絶縁樹脂３６は、不均一な形状をなしている。そして、コイルエンド３１ｂの先端側でより顕著に不均一な形状をなしている。例えば図３中ａでは、接合部３３ｅの間に隙間を埋めてしまっているものもあれば、ｂのように、隙間の溝を半分ほど埋めているものもあれば、ｃのように隙間を架橋する形状で絶縁樹脂３６が付着しているものもある。
【００２９】
また、環状に配列された複数の接合部３３ｅの間の距離が僅かに不均一であって、それらの距離に依存した不均一な付着量の絶縁樹脂３６が、不均一な形状をなしている。この絶縁樹脂３６の不均一な付着状態の実施形態については後述する。
【００３０】
さらに第２のコイルエンド群３１ｂには、第２の絶縁樹脂としての薄い絶縁樹脂３７が全体に付着している。特に、図３に示すように、第２のコイルエンド３１ｂのうち、絶縁樹脂３６に覆われていない導体としての斜行部３３ｆは、絶縁樹脂３７だけで覆われている。絶縁樹脂３７は、第２のコイルエンド群３１ｂの固定子鉄心３２寄りの根元部では、空間部３７ａを形成している。
【００３１】
この絶縁樹脂３７は、比較的粘度が低い液状樹脂を付着させて、それを硬化させる工程により形成できる。
【００３２】
なお、前述のように、第２の絶縁樹脂３７を第１のコイルエンド群３１ａの中性点等へのみ付着させて、さらに、第２のコイルエンド群３１ｂには、この絶縁樹脂３７の付着が疎になるようにする。このことにより、斜行部ｆ間に空間部３７ａを広く配置させてもよい。
【００３３】
本発明の実施形態の特徴である絶縁樹脂３６の不均一な付着状態を、図４を参照して、以下説明する。まず、この絶縁樹脂３６は、周方向に関して不均一に付着する。絶縁樹脂３６は、周方向に並ぶ２つの接合部３３ｅの間に、周方向連結部３６ａを形成する。このとき、絶縁樹脂３６は、周方向に並ぶ２つの接合部３３ｅの間の距離の微妙な差に起因して、周方向の連絡部３６ａを生じたり、生じなかったりする。このため、略同一軸方向高さでかつ円環状に略等ピッチで離間して配置されたコイルエンド３１ｂの等ピッチ性は、周方向に関して不均一な絶縁樹脂３６の付着量により形成される不均一な形状により失われる。したがって、付着量が不均一だから、付着量の変化に応じてコイルエンド３１ｂ間の隙間が不均一に形成され、通風抵抗が周方向に関して不均一となるので、周方向に関して一定の場合に比べて周期的な騒音（ピッチノイズ等）が抑えられる。
【００３４】
後述の製造方法で述べる各接合部３３ｅ間の間隔のバラツキに起因して、不規則に周方向連結部３６ａを生じさせることができる。
【００３５】
さらに、内側の環状配置された接合部３３ｅの間の間隔と外側の接合部３３ｅの間の間隔とは同総数の導体セグメントが環状に配置されているので、内側の環の間隔は外側の環の間隔に比べて小さい。このため、周方向の連結部３６ａは、外側の環状よりも内側の環状に多く形成される。例えば図７中の周方向連結部３６ａはＡ〜Ｈの８個ある。この内、内側の環は、Ａ〜Ｅの５個で、外側の環は、Ｆ〜Ｈと３個であり、内側の環で周方向連結部３６ａが多く形成されている。これにより、絶縁樹脂３６の付着量に関して、内側の環でより周方向の不均一性が達成することができるので、冷却ファン１１により内側から外側に向けて送風された冷却風が内側に環状配置されたコイルエンド３１ｂに当った直後に、通風抵抗は周方向に不均一となるので、周期的な騒音を抑えることが容易にできる。
【００３６】
次に、径方向に関しても、絶縁樹脂３６は以下の特徴を有する。この絶縁樹脂３６は、径方向の内外に並んだ接合部３３ｅの間に、内外連結部３６ｂを形成する。このため、冷却ファン１１により内側から外側に向けて送風された冷却風が、コイルエンド３１ｂを通過するとき、冷却風の流れは図４図示の矢印Ａのようになり、冷却風の流れに対する通風抵抗を抑えることができる。
【００３７】
本実施形態の特徴である絶縁樹脂３６の不均一な付着状態を形成する製造方法を、以下説明する。略同一軸方向高さでかつ円環状に略等ピッチで離間して配置されたコイルエンド３１ｂに、周方向に関して不均一な付着量の絶縁樹脂３６を被覆させるように、絶縁樹脂３６の粘度と量および、各接合部３３ｅの間の離間距離等とが調整されて付与される。厚い絶縁樹脂３６は、比較的粘度が高い液状樹脂を付着させてそれを硬化させる工程、あるいは粉体樹脂を付着させてそれを溶融させた後に硬化させる工程により形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】図１中の固定子巻線を形成する導体セグメントの斜視図である。
【図３】図１中の固定子を内周側から見た部分的な外観を示す平面図である。
【図４】図１中の固定子の固定子鉄心のスロットから延び出すコイルエンドを示す部分的な斜視図である。
【符号の説明】
１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ フレーム
７ 鉄心
８ 界磁巻線
１１、１２ 冷却ファン
３１ 固定子巻線
３１ａ 第１のコイルエンド群（ターン部側）
３１ｂ 第２のコイルエンド群（請求項によるところのコイルエンド；接合部側）
３３ｅ 接合部（斜行部の先端で、先端部）
３３ｄ、３３ｆ 斜行部
３２ 固定子鉄心
３３ 導体セグメント
３４ インシュレータ
４１ 吸入孔
４２ 吐出孔
３５ スロット
３６ 第１の絶縁樹脂（請求項によるところの絶縁樹脂部材、絶縁樹脂）
３７ 第２の絶縁樹脂

Claims (4)

1. 回転子と、前記回転子と対向配置された固定子鉄心、およびこの固定子鉄心に装備された固定子巻線を備える固定子と、前記回転子と固定子を支持するフレームとを有する車両用交流発電機において、
   前記固定子巻線は、前記固定子鉄心のスロットに収容される内部導体と、前記スロットから軸方向に露出し、周方向の両側に延び出すコイルエンドとを持つ複数の導体セグメントにより形成され、
   前記導体セグメントは、ターン部と、前記コイルエンドにおいて他の導体セグメントと交差する斜行部と、前記斜行部の先端の先端部とを有しており、
   前記コイルエンドは、略同一軸方向高さでかつ、円環状に略等ピッチで離間して配置され、他の導体セグメントの前記先端部を複数接合した接合部を有し、
   前記接合部は、絶縁樹脂部材により被覆され、
   前記絶縁樹脂の付着量は周方向に関して不均一であると共に、
   前記絶縁樹脂は、前記固定子鉄心から所定距離離れた位置において、複数の前記接合部を環状に連結しており、しかも、当該環状連結部とは別の位置において前記複数の接合部の間を不規則に連結していることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 前記接合部は、多重環状に配列されており、内外に並んだ接合部を被覆する絶縁樹脂は、それらの間でつながって、内外連結部を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
3. 前記不規則に連結している周方向連結部は、内側の環において、外側の環におけるよりも周方向に多く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機。
4. 前記絶縁樹脂は、前記斜行部の前記先端付近を終端として、前記接合部よりも前記斜行部を疎に付着し、或いは前記斜行部に全く付着していないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用交流発電機。

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