JP4265058B2

JP4265058B2 - 車両用交流発電機の固定子

Info

Publication number: JP4265058B2
Application number: JP36119799A
Authority: JP
Inventors: 文雄小村; 浩二有馬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP2001178057A

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し、特にその固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機の固定子における固定子鉄心と固定子巻線との間の絶縁構造については、デンソー公開技報Ｎｏ．４３−１２７（１９８５年９月１５日発行）に記載されているものが知られている。デンソー公開技報Ｎｏ．４３−１２７によると、車両用交流発電機の固定子において、固定子鉄心であるコアと固定子巻線であるステータコイルとの間に設ける電気絶縁部材であるペーパーインシュレーション（以下インシュレータと呼ぶ）の端部に多数のスリットを設けている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来構造の車両用交流発電機の固定子は、小型高出力の要求によりステータコイル（以下、電気導体と呼ぶ）がコア（以下、固定子鉄心と呼ぶ）に多数巻かれている。しかしながら、単にスリットを入れるだけで、電気導体一本一本に対応した配慮がなされていない。したがって、短節巻或いは全節巻のいずれであろうとも、固定子鉄心に設けられたスロット間を電気導体で巻架するときのインシュレータ（以下、電気絶縁部材と呼ぶ）の破れを防止するには、不十分である。
【０００４】
さらに、車両居住性向上の観点からエンジンルーム内を高密度化して、車両内居住空間拡大の要求が高まっており、車両用交流発電機は従来に増して、小型高出力化を要求されている。このため、発熱部材でもある固定子についても、高出力かつ小型化と冷却性能を両立できる構造が望まれており、ステータコイルの巻線最適設計の自由度向上につながる電気導体巻架技術を導くために、巻線時発生する電気絶縁部材の破れによる電気短絡の防止技術が望まれている。
【０００５】
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、固定子鉄心のスロットから延び出す複数の電気導体が周方向の両方向に向けて延び出している構成に適した車両用交流発電機の固定子を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、固定子鉄心のスロットから延び出す複数の電気導体を巻架するのに、少ないスリットで電気絶縁部材の破れを防止できる車両用交流発電機の固定子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１から請求項７のうち、少なくともいずれか一項に記載の技術手段を採用することにより所望の車両用交流発電機の固定子を提供する。
【０００８】
本発明の請求項１によると、電気導体と固定子鉄心のスロットの内壁面との間に介在して配置され、スロット内に収容された電気導体の間の境界に対応した位置にスリットを有する電気絶縁部材を備えるという技術手段を用いるので、電気絶縁部材が破れることなく、電気導体を周方向の両方向に向けて斜めに延びださせることができる。
【０００９】
本発明の請求項２によると、電気導体と固定子鉄心のスロットの内壁面との間に介在して配置され、スロットの径方向端に対応した位置にスリットを有する電気絶縁部材を備えるという技術手段を用いるので、スロットから延び出す電気導体を両方向に曲げることが可能となり、少ないスリット数で電気絶縁部材の破れを防止できる。
【００１０】
本発明の請求項３によると、電気絶縁部材に重なり部を設けて閉塞部を形成するので、水や塩水の浸入防止と、電気導体の両方向への延び出しとが両立できる。
【００１１】
本発明の請求項４および５によれば、スリットの端部形状は外部から受けるストレスに対して応力集中を緩和させる形状を有するので、電気絶縁部材が拡げられるときに、スリットの終端が破れることを防止できる。なお、終端部の形状は例えば円形とすることが望ましい。
【００１２】
本発明の請求項６によると、複数の電気導体を接合して固定子巻線を形成することが容易にできる。
【００１３】
本発明の請求項７によると、スロット内における電気導体の断面形状をスロット形状に沿った略矩形形状にするので、スロット内の整列が可能となり、少ないスリット数で確実に電気絶縁部材の破れを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用交流発電機の固定子に具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の固定子が組付けられた車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。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。
【００１６】
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電気導体（以下、導体セグメントと呼ぶ）３３と、絶縁層としてのシート状の電気絶縁部材（以下、インシュレータと呼ぶ）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。
【００１７】
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コイル８とを有する。界磁コイル８は、鉄心７を構成する一対のポールコア７ａ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。図２は、固定子巻線を構成する導体セグメント３３の斜視図であり、固定子鉄心３２に組付ける前の状態が示されている。図２に示すように、導体セグメント３３は、棒状あるいは板状の金属材料（例えば銅）をターン部３３ｃで折り曲げたほぼＵ字状に形成されており、ターン部３３ｃよりスロット３５の内周側に配置される内層側導体部３３ａと、ターン部３３ｃよりスロット３５の外周側に配置される外層側導体部３３ｂとを含んで構成されている。また、これらの内層側導体部３３ａと外層側導体３３ｂのそれぞれは、固定子２のスロット３５収容される直線部としての内部導体と、スロット３５の外部に露出する外部導体とによって構成されている。
【００２１】
図３は、固定子２の部分的な平面図である。図３に示すように、固定子巻線を構成する各導体セグメント３３は、固定子鉄心３２の軸方向側面の一方にターン部３３ｃが、他方にターン部３３ｃと反対側の端部３３ｄが配置されている。また、各導体セグメント３３は、ターン部３３ｃによって形成されるコイルエンド３１とは反対側に位置する端部３３ｄを互いに反対の周方向に折り曲げた後、異層の他の導体セグメント３３の端部３３ｄ同士が接合されて結線される。固定子２の一方のコイルエンド３１を構成する導体セグメント３３の斜行部３３ｅは、外層と内層とで逆方向に傾斜しており、各層内では同一方向に傾斜している。また、各導体セグメント３３の端部３３ｄ同士の結線は、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の電気的接合による場合の他に、かしめなどの機械的加工手段を用いてもよい。
【００２２】
図４は、固定子２の部分的な径方向断面である。固定子２の固定子巻線は、固定子鉄心３２の各スロット３５に２本の導体セグメント３３を挿入し、異なるスロット３５に挿入された導体セグメント３３の端部３３ｄ同士を互いに結線することにより構成されている。図４に示すように、この導体セグメント３３の内層側導体部３３ａおよび外層側導体部３３ｂのそれぞれの断面形状は、周方向よりも径方向に長い長方形を有しており、この長方形の長辺が径方向に沿って配置されている。この導体セグメント３３は、その表面に絶縁皮膜が形成されており、隣接する導体セグメント３３同士の絶縁は、それぞれの表面に形成された絶縁皮膜によって行われる。また、導体セグメント３３とスロット３５の内壁面との間の電気的絶縁は、インシュレータ３４によって行われる。インシュレータ３４は、図６のように筒状に形成されており、軸方向に沿って延びる開口をスロット３５の径方向内側に位置させてスロット３５内に軸方向に沿って挿入される。
【００２３】
さらに、インシュレータ３４は、図４から図６に示すように、導体セグメント３３の端部３３ｄ側の軸方向端縁から軸方向に沿って延びるのスリット３４ａを２本だけ有している。スロット３５内に位置する２本の導体部３３ａ、３３ｂの間の境界に対応するように配置されている。導体セグメント３３は固定子鉄心３２のスロット３５内に挿入された後、スロット３５から延び出している端部３３ｄ側を折り曲げ加工される。このとき、インシュレータ３４はスリット３４ａを有するので、導体セグメント３３の折り曲げ方向に沿って変形し易い。
【００２４】
さらに、スリット３４ａの長さは、インシュレータ３４の軸方向端縁から、固定子鉄心３２の端面３２ａにまで達しない長さ３４ａＨである。スリット３４ａの終端の端部形状３４ａ１は応力集中を緩和する形状を備えている。なお、その端部形状３４ａ１は、図５、図６図示のように、円形状である。なお、端部形状３４ａ１は、矩形形状の角をＲ面取りした形状等でもよい。
【００２５】
この実施形態によると、電気絶縁部材の破れを防止できる。しかもスリットから破れが延びることも防止できる。この結果、電気絶縁部材の破れに伴う電気短絡を防止できる。
【００２６】
特に、スリットの位置を電気導体の境界に対応させて設けたので、固定子鉄心のスロットから延び出す電気導体が周方向の両方向に向けて斜めに延びだしている構成に適した車両用交流発電機の固定子を提供することができる。
【００２７】
なお、図７、図８に図示される実施形態を採用してもよい。図７、図８の実施形態では、スロット３５内の電気導体数を４本としている。インシュレータ１３４は、重なり部１３４ｃを有し、４本の導体セグメント１３３間の境界に対応して合計６本のスリット１３４ａを有する。
【００２８】
また、インシュレータ３４又は１３４のターン部３３ｃ側の端縁にスリットを設けてよい。さらにスリットをインシュレータの軸方向の両端縁に設けてもよい。また、スリットは、固定子鉄心３２にインシュレータ３４、１３４を装着した後に、その端縁をラッパ状に拡げる加工を加える場合にも、インシュレータの破れを防止するために有効である。
【００２９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の構造について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の実施形態となる車両用交流発電機の固定子２のインシュレータ３４０の詳細形状を示す斜視図である。第１の実施形態の構造とは、スリット３４０ａを配置する位置と個数のみ異なり、その他は同じである。
【００３０】
インシュレータ３４０は、所定長のスリット３４０ａを、スロット３５の径方向端の一方に対応する位置に１本だけ有している。径方向端の他方である径方向外側端には、インシュレータ３４０の重なり部３４０ｃを配置する。固定子鉄心３２のスロット３５から延び出す導体セグメント３３を周方向の両方向に曲げた場合でも、１本のスリット３４０ａと重なり部３４０ｃとにより、インシュレータ３４０が破れることを防止できる。なお、スリット３４０ａは、固定子鉄心３２の端面にまで達しない所定長３４０ａＨを有し、端部形状３４０ａ１が丸形状である。所定長３４０ａＨは、折り曲げ加工による変形部３４０ｂ長さ３４０ｂＨより小さい。
【００３１】
さらに、上述の重なり部３４０ｃにスリットを設けてもよい。また、図６に示すような開口部３４ｏを持つインシュレータの径方向端の一方である径方向外側端にスリット３４０ａと同様のスリットを設けてもよい。
【００３２】
この実施形態では、少なくとも１本のスリットを設けるだけで、固定子鉄心のスロットから延び出す電気導体が周方向の両方向に曲げられても、電気絶縁部材の破れを防止できる車両用交流発電機の固定子を提供することができる。
【００３３】
なお、車両用交流発電機は、塩水やカーシャンプー等の電解液にさらされるといった厳しい環境下で使用されることが多い。このため、インシュレータに重なり部を設けると、閉塞部を有することができ、異物の浸入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の固定子が組付けられた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中の固定子巻線を構成する導体セグメントの斜視図である。
【図３】図１中の固定子の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端面近傍における部分的な径方向断面図である。
【図５】インシュレータの端縁を示す斜視図である。
【図６】インシュレータの詳細形状を示す分解斜視図である。
【図７】第１の実施形態の変形例の断面図である。
【図８】第１の実施形態の変形例の部分的な斜視図である。
【図９】第２の実施形態とのインシュレータの詳細形状を示す分解斜視図である。
【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
３２固定子鉄心
３２ａ固定子鉄心の周方向端部
３３電気導体（導体セグメント）
３３ｄ端部
３４、１３４、３４０電気絶縁部材（インシュレータ）
３４ａ、１３４ａ、３４０ａスリット
３４ａ１、１３４ａ１、３４０ａ１、端部形状（スリットの終端）
３５スロット

Claims

複数のスロットを有する固定子鉄心と、
前記スロット内に収容される電気導体により構成される固定子巻線とを備えた車両用交流発電機の固定子において、
前記電気導体と前記スロットの内壁面との間に介在して配置され、前記スロット内に収容された前記電気導体の間の境界に対応した位置にスリットを有する電気絶縁部材を備えることを特徴とする車両用交流発電機の固定子。
複数のスロットを有する固定子鉄心と、
前記スロット内に収容される電気導体により構成される固定子巻線とを備えた車両用交流発電機の固定子において、
前記電気導体と前記スロットの内壁面との間に介在して配置され、前記スロットの径方向端に対応した位置にスリットを有する電気絶縁部材を備えることを特徴とする車両用交流発電機の固定子。
前記電気絶縁部材は、前記スロットの径方向端の一方に対応した位置に重なり部と、他方に対応する位置に前記スリットとを備えることを特徴とする請求項２に記載車両用交流発電機の固定子。
前記スリットは、前記電気絶縁部材の軸方向端縁から、軸方向に沿って所定長さにわたって形成され、応力集中を緩和させる端部形状をもって終端されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の車両用交流発電機の固定子。
前記端部形状が、円形状であることを特徴とする請求項４に記載の車両用交流発電機の固定子。
前記固定子巻線は、複数の前記電気導体を接合して形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両用交流発電機の固定子。
前記スロット内における前記電気導体の断面形状が前記スロットの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から請求項６のいずれか一項に記載の車両用交流発電機の固定子。