JP4437671B2

JP4437671B2 - 交流発電機

Info

Publication number: JP4437671B2
Application number: JP2004022080A
Authority: JP
Inventors: 恭子東野; 利昭柏原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: CN1649235A; CN100365917C; US20050168094A1; US6956314B2; JP2005218232A

Description

この発明は、例えば乗用車、トラック等の乗り物に搭載される車両用交流発電機に関し、特にその固定子の固定子巻線に関するものである。

従来、回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に形成される回転子と、この回転子を囲った固定子鉄心及びこの固定子鉄心の軸線方向に延び、かつ周方向に間隔をおいて複数形成されたスロットに装着された固定子巻線とを有した固定子とを備え、前記固定子巻線は、前記スロット内に収まる一対の直線部と、この直線部同士を連結した連結部と、前記直線部の先端部に設けられ前記固定子鉄心の一端面から突出したつなぎ部とからなる略Ｕ字状に形成された複数個の導体セグメント同士が接続されて構成され、かつ前記固定子巻線のコイルエンドを構成する前記連結部では、一方の導体セグメントの連結部が他方の導体セグメントの連結部を覆っている車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３１２０３号公報（図２〜図６）

このものの場合、コイルエンドでは、一方の導体セグメントの連結部が他方の導体セグメントの連結部を覆っているので、覆った側の連結部が径方向の冷気通路を狭めることで、冷却風の流れ抵抗が大きくなり、固定子巻線の冷却効率が悪いという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、コイルエンドでの冷却風の流れ抵抗が小さくなり、固定子巻線の冷却性を向上させることができる交流発電機を得ることを目的とする。

この発明に係る交流発電機では、少なくとも内側巻線部の導体セグメントには、内側巻線部のつなぎ部側コイルエンドの高さと外側巻線部のつなぎ部側コイルエンドの高さとを等しくし、また内側巻線部の連結部側コイルエンドの高さと外側巻線部の連結部側コイルエンドの高さとを等しく調整する高さ調整部が設けられている。

この発明では、コイルエンドでの冷却風の通路断面積が増大して流れ抵抗が小さくなり、固定子巻線の冷却性を向上させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す断面図、図２は図１の矢印Ａに沿って固定子７を視たときの図である。
この車両用交流発電機は、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３と、このケース３内に設けられ一端部にプーリ４が固定されたシャフト５と、このシャフト５に固定されたランドル型の回転子６と、ケース３の内壁面に固定された固定子７と、シャフト５の他端部に固定され回転子６に電流を供給するスリップリング８と、スリップリング８に摺接した一対のブラシ９と、このブラシ９を収納したブラシホルダ１０と、固定子７に電気的に接続され固定子７で生じた交流を直流に整流する整流器１１と、ブラシホルダ１０に固定されたヒートシンク１２に接着され電圧の大きさを調整するレギュレータ１３とを備えている。

回転子６は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１４と、この回転子コイル１４を覆うように設けられ、回転子コイル１４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１５、１６とから構成される。一対のポールコア１５、１６は、鉄製で、それぞれ爪形状の爪状磁極１７、１８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１７、１８をかみ合わせるように対向してシャフト５に固着されている。さらに、遠心ファン１９が回転子６の軸線方向の両端面に固着されている。

固定子７は、周方向に等分間隔で軸線方向に延びて形成され全数が９６のスロット２０を有する固定子鉄心２１と、円環状のこの固定子鉄心２１に導線を巻回し回転子６の回転に伴い回転子６からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線２２とから構成されている。

この固定子巻線２２は、ａ相固定子巻線部、ｂ相固定子巻線部及びｃ相固定子巻線部で構成され、これらの各相固定子巻線部は互いに１スロットづつ周方向にシフトして配置され、かつ互いに星型結線された、２組の３相固定子巻線である。
図３はａ相固定子巻線部２３の巻線図であり、ｂ相固定子巻線部、ｃ相固定子巻線図は示されていない。なお、この図では図中、実線はリヤブラケット２側の導線（後述する導体セグメントの連結部である。）を示し、点線はフロントブラケット１側の導線（後述する導体セグメントのつなぎ部である。）を示している。また、図３において固定子鉄心２１の内周側に記された番号は、固定子鉄心２１のスロット２０の番号を示している。

ａ相固定子巻線部２３は、内側巻線部２４及び外側巻線部２５から構成されている。
内側巻線部２４は、図３において、例えばスロット番号が３１番でスロット２０内の内周側から１番目（以後、内周側から１番目は１番地、２番目は２番地、３番目は３番地、４番目は４番地と呼ぶ。）では、導線は、リヤブラケット２側から時計方向に延びてスロット番号３７の２番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してフロントブラケット１側に出る。次に、導線は、時計方向に延びてフロントブラケット１側からスロット番号４３の１番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してリヤブラケット２側に出る。さらに、時計方向に延びてリヤブラケット２側からスロット番号４９の２番地のスロット２０内に入る。
また、内側巻線部２４は、例えばスロット番号が２５番でスロット２０内の１番地では、導線は、リヤブラケット２側から時計方向に延びてスロット番号３１の２番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してフロントブラケット１側に出る。次に、導線は、時計方向に延びてフロントブラケット１側からスロット番号３７の１番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してリヤブラケット２側に出る。さらに、時計方向に延びてリヤブラケット２側からスロット番号４３の２番地のスロット２０内に入る。
このように、内側巻線部２４では、導線は、スロット２０内で１番地の層と、この層から周方向に５スロット分間隔を空けて６番目のスロット２０内で２番地の層とに繰り返して配置されながら周回している。

また、外側巻線部２５は、図３において、例えばスロット番号が３１番でスロット２０内の３番地では、導線は、リヤブラケット２側から時計方向に延びてスロット番号３７の４番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してフロントブラケット１側に出る。次に、導線は、時計方向に延びてフロントブラケット１側からスロット番号４３の３番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してリヤブラケット２側に出る。さらに、時計方向に延びてリヤブラケット２側からスロット番号４９の４番地のスロット２０内に入る。
また、外側巻線部２５は、図３において、例えばスロット番号が２５番でスロット２０内の３番地では、導線は、リヤブラケット２側から時計方向に延びてスロット番号３１の４番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してフロントブラケット１側に出る。次に、導線は、時計方向に延びてフロントブラケット１側からスロット番号３７の３番地のスロット２０内に入り、スロット２０を通過してリヤブラケット２側に出る。さらに、時計方向に延びてリヤブラケット２側からスロット番号４３の４番地のスロット２０内に入る。
このように、外側巻線部２５では、導線は、スロット２０内で３番地の層と、この層から周方向に５スロット分間隔を空けて６番目のスロット２０内で４番地の層とに繰り返して配置されながら周回している。

なお、ｂ相固定子巻線部及びｃ相固定子巻線部については、ａ相固定子巻線部２３と同様であり、その説明は省略する。

外側巻線部２５は図４に示す導体セグメント２６Ａを接続して構成されている。また、内側巻線部２４は図５に示す導体セグメント２６Ｂを接続して構成されている。導体セグメント２６Ａを直線状にしたときの導体片の全長は導体セグメント２６Ｂを直線状にしたときの導体片の全長と等しい。
導線の構成要素である導体セグメント２６Ａ、２６Ｂは、絶縁被覆された断面丸形状の銅線材を略Ｕ字状に成形したもので、スロット２０内に収まる一対の直線部２７と、直線部２７同士を連結した連結部２８と、直線部２７の先端部に設けられ両開きして隣接した導体セグメント２６Ａ、２６Ｂ同士をつなぐつなぎ部２９とから構成されている。

内側巻線部２４は、外側巻線部２５と比較して内径側に配置され、それだけ周方向のスロット２０間の距離が短い。導体セグメント２６Ａ、２６Ｂが同一長さの導体片であるので、内側巻線部２４と、外側巻線部２５とでは、固定子鉄心２１の端面から突出したつなぎ部２９側の突出長さが等しいとした場合、そのままの状態では、内側巻線部２４は、外側巻線部２５より固定子鉄心２１の端面から突出した連結部２８の突出長さが長くなってしまう。
この実施の形態では、内側巻線部２４の各導体セグメント２６Ｂには、固定子鉄心２１の他端面から内側巻線部２４の連結部２８の先端までの高さを固定子鉄心２１の他端面から外側巻線部２５の連結部２８の先端までの高さと等しく調整する高さ調整部である曲線形状の曲線部３０が形成されている。

次に、導体セグメント２６Ａ、２６Ｂを用いてａ相固定子巻線部２３を形成する手順について説明する。
先ず、所定のスロット番号及び番地に、導体セグメント２６Ａ、２６Ｂの一方の直線部２７及び６スロット離れた他方の直線部２７をリヤブラケット２側から挿入し、各スロット２０内では、導体セグメント２６Ａ、２６Ｂの直線部２７が径方向に１列に４本並んで配列される。
この際、内側巻線部２４の導体セグメント２６Ｂは、外側巻線部２５の導体セグメント２６Ａと比較して内径側に配置され、それだけ周方向のスロット２０間の距離が短いので、図５の矢印Ｂに示すように、変形されながら、スロット２０内に挿入される。

その後、フロントブラケット１側では、図３の巻線図の点線で示すように、フロントブラケット１側に直線部２７から延出されたつなぎ部２９と、６スロット離れた直線部２７から延出されたつなぎ部２９とを接合し、４ターンのａ相固定子巻線部２３を形成する。なお、図３の点線から分かるように、内側巻線部２４では、スロット２０内の１番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９は反時計方向に６スロット離れたスロット２０内の２番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９とそれぞれフロントブラケット１側で接合されている。また、スロット２０内の２番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９は時計方向に６スロット離れたスロット２０内の１番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９とそれぞれフロントブラケット１側で接合されている。
また、図３の点線から分かるように、外側巻線部２５では、スロット２０内の３番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９は反時計方向に６スロット離れたスロット２０内の４番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９とそれぞれフロントブラケット１側で接合されている。また、スロット２０内の４番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９は時計方向に６スロット離れたスロット２０内の３番地からフロントブラケット１側にそれぞれ延出された導体セグメント２６のつなぎ部２９とそれぞれフロントブラケット１側で接合されている。

導体セグメント２６Ａ、２６Ｂのつなぎ部２９の先端部同士は、曲げ工程のし易さから、導体セグメント２６が挿入されている２つのスロット２０間のほぼ真ん中の位置で径方向に重ね合わされ、クランプが巻き付けられた後、半田溶接されている。
このようにして、内側巻線部２４では、つなぎ部２９の先端部同士が接続された複数の接続部が周方向にそれぞれ配列されたつなぎ部側コイルエンド４０が形成されている。
外側巻線部２５では、つなぎ部２９の先端部同士が接続された複数の接続部が周方向にそれぞれ配列されたつなぎ部側コイルエンド４１が形成されている。
また、内側巻線部２４では、複数の連結部２８が周方向にそれぞれ配列された連結部側コイルエンド４２が形成されている。
外側巻線部２５では、複数の連結部２８が周方向にそれぞれ配列された連結部側コイルエンド４３が形成されている。

同様にして、４ターンのｂ相固定子巻線部、ｃ相固定子巻線部が形成され、その後それぞれの各相固定子巻線部は星型結線されて３相固定子巻線が形成されている。

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９及びスリップリング８を介して回転子コイル１４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１５の爪状磁極１７がＮ極に着磁され、他方のポールコア１６の爪状磁極１８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及びプーリ４を介してシャフト５に伝達され、回転子６が回転される。そこで、固定子巻線２２に回転磁界が与えられ、固定子巻線２２に起電力が発生する。この交流の起電力が整流器１１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１３により調整され、バッテリに充電される。
また、回転子６の軸線方向の両端面に固定された遠心ファン１９の回転により、図１中の矢印Ｃで示されるように、リヤブラケット２側においては、外気が吸気孔３１を通じて吸い込まれて整流器１１、レギュレータ１３を冷却し、その後遠心ファン１９により遠心方向に曲げられて固定子巻線２２の連結部側コイルエンド４２、４３を冷却し、排気孔３２から外部に排出される。また、図１中の矢印Ｄで示されるように、フロントブラケット１側においては、外気が吸気孔３１を通じて吸い込まれた後遠心ファン１９により遠心方向に曲げられて固定子巻線２２のつなぎ部側コイルエンド４０、４１を冷却し、排気孔３２から外部に排出される。

この実施の形態の車両用交流発電機では、固定子鉄心２１の端面から内側巻線部２４の導体セグメント２６Ｂの連結部２８の先端までの高さＨ２は、全周囲において同一であり、また固定子鉄心２１の端面から外側巻線部２５の導体セグメント２６Ａの連結部２８の先端までの高さＨ１は、全周囲において同一であり、かつ導体セグメント２６Ｂの連結部２８に曲線部３０を形成したことで、上記高さＨ１と上記高さＨ２とは同一高さである。
従って、リヤブラケット２側である固定子巻線２２の連結部側コイルエンド４２、４３における冷却風の流れ抵抗が小さくなり、固定子巻線２２、整流器１１及びレギュレータ１３の冷却性を向上させることができる。

また、内側巻線部２４を構成する導体セグメント２６Ｂの全長は、外側巻線部２５を構成する導体セグメント２６Ａの全長と同一であり、導体セグメント２６Ａと導体セグメント２６Ｂとは変形する前の導体片は同一仕様でよく、製造コストが低減される。

なお、図６に示すように、内側巻線部２４の導体セグメント２６Ｂの一対の直線部２７にそれぞれ高さ調整部である曲線部３３を形成し、固定子鉄心２１の端面から内側巻線部２４の導体セグメント２６Ｂの連結部２８の先端までの高さＨ２を、固定子鉄心２１の端面から外側巻線部２５の導体セグメント２６Ａの連結部２８の先端までの高さＨ１と一致させるようにしてもよい。
また、内側巻線部の導体セグメントの連結部、及び一対の直線部にそれぞれ高さ調整部である曲線部を形成するようにしてもよい。
さらに、内側巻線部の導体セグメントに高さ調整部である曲線部を形成し、また外側巻線部の導体セグメントにその曲線部よりも曲率半径の小さい高さ調整部である曲線部を形成することで、内側巻線部のコイルエンドの高さと外側巻線部のコイルエンドの高さを同一高さにするようにしてもよい。
また、高さ調整部として曲線部を形成したが、勿論このものに限定されるものではなく、内側巻線部の連結部側コイルエンドの高さを吸収する迂回形状のものであればよい。
さらにまた、固定子鉄心の端面から内側巻線部の導体セグメントの連結部の先端までの高さと、固定子鉄心の端面から外側巻線部の導体セグメントの連結部の先端までの高さとは、必ずしも全周において同一である必要性はなく、この場合でも連結部側コイルエンドにおける冷却風の流れ抵抗が小さくなり、固定子巻線、整流器及びレギュレータの冷却性を向上させることができる。
また、固定子巻線２２では導体が４周回する３相の固定子巻線２２について説明したが、さらに低速で高出力が要求される場合には、導線の周回数が６周回、８周回としてもよい。なお、例えば６周回の場合には、少なくとも内側巻線部及び中間巻線部の導体セグメントには、外側巻線部の連結部側コイルエンドの高さに合わせるために、高さ調整部を設ける必要性がある。
また、この発明は、車両用交流発電機に限定されるものではなく、例えば船外機用交流発電機にも適用できる。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す側断面図である。図１の矢印Ａに沿って固定子を視たときの図である。図１の固定子巻線の部分結線部である。外側巻線部の導体セグメントが固定子鉄心のスロットに挿入され、つなぎ部が変形されるまでの様子を示す図である。内側巻線部の導体セグメントが固定子鉄心のスロットに挿入され、つなぎ部が変形されるまでの様子を示す図である。導体セグメントの高さ調整部の他の例を示す図である。

符号の説明

１フロントブラケット、２リヤブラケット、３ケース、５シャフト、６回転子、７固定子、１７，１８爪状磁極、１９遠心ファン、２０スロット、２１固定子鉄心、２２固定子巻線、２４内側巻線部、２５外側巻線部、２６Ａ、２６Ｂ導体セグメント、２７直線部、２８連結部、２９つなぎ部、３０，３３曲線部（高さ調整部）、４０，４１つなぎ部側コイルエンド、４２，４３連結部側コイルエンド。

Claims

回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に形成される回転子と、
この回転子の軸線方向の両端面の少なくとも一方に設けられたファンと、
前記回転子を囲った固定子鉄心及びこの固定子鉄心の軸線方向に延びかつ周方向に間隔をおいて複数形成されたスロットに装着された固定子巻線を有した固定子とを備え、
前記固定子巻線は、前記スロット内に収まる一対の直線部と、この直線部同士を連結した連結部と、前記直線部の先端部に設けられ前記固定子鉄心の一端面から突出したつなぎ部とからなる略Ｕ字状に形成された複数個の導体セグメント同士が接続されて構成され、
また、前記固定子巻線は、前記スロット内で径方向最内径側の層から延出した前記導体セグメントのつなぎ部と周方向に所定スロット数離れたスロット内で径方向最内径側から一つ外側の層から延出した前記導体セグメントのつなぎ部とが接続された複数の接続部を有し、かつこの複数の接続部が周方向にそれぞれ配列されたつなぎ部側コイルエンドと、前記固定子鉄心の他端面において前記スロット内で径方向最内径側の層および周方向に所定スロット数離れたスロット内で径方向最内径側から一つ外側の層から突出した複数の前記導体セグメントの前記連結部が周方向にそれぞれ配列された連結部側コイルエンドとを有する内側巻線部と、
前記スロット内で径方向最外径側の層から延出した前記導体セグメントのつなぎ部と周方向に所定スロット数離れたスロット内で径方向最外径側から一つ内側の層から延出した前記導体セグメントのつなぎ部とが接続された複数の接続部を有し、かつこの複数の接続部が周方向にそれぞれ配列されたつなぎ部側コイルエンドと、前記固定子鉄心の他端面において前記スロット内で径方向最外径側の層および周方向に所定スロット数離れたスロット内で径方向最外径側から一つ内側の層から突出した複数の前記導体セグメントの前記連結部が周方向にそれぞれ配列された連結部側コイルエンドとを有する外側巻線部とから構成された交流発電機において、
前記内側巻線部の前記導体セグメントと前記外側巻線部の前記導体セグメントとは直接状にしたときの導体片の全長は等しく、
少なくとも前記内側巻線部の前記導体セグメントには、前記内側巻線部の前記つなぎ部側コイルエンドの高さと前記外側巻線部の前記つなぎ部側コイルエンドの高さとをほぼ等しくし、また前記内側巻線部の前記連結部側コイルエンドの高さと前記外側巻線部の前記連結部側コイルエンドの高さとを等しく調整する高さ調整部が設けられている交流発電機。
前記高さ調整部は、前記連結部に形成された曲線形状の曲線部である請求項１に記載の交流発電機。
前記高さ調整部は、前記直線部に形成された曲線形状の曲線部である請求項１に記載の交流発電機。
前記内側巻線部の前記つなぎ部側コイルエンドの高さと前記外側巻線部の前記つなぎ部側コイルエンドの高さとは全周において等しく、また前記内側巻線部の前記連結部側コイルエンドの高さと前記外側巻線部の前記連結部側コイルエンドの高さとは全周において等しい請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の交流発電機。