JP4450235B2 - 交流発電機 - Google Patents
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Description
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、電機子巻線のコイルエンドの高さを低く抑えることにより、軸方向に小型化できる交流発電機を提供することにある。
本発明は、複数のスロットが形成された円環状の電機子鉄心と、この電機子鉄心に巻装される多相の電機子巻線とを備え、電機子巻線を構成する各相巻線は、スロットの深さ方向に1列に並んで複数のスロットにそれぞれ収納される2nターン(但し、nは2以上の整数)の電気導体によって形成され、且つ、2nターンの電気導体は、それぞれ所定スロット数毎にスロット内を通って波巻きされるnターンの波巻き線Aとnターンの波巻き線Bとを直列に接続して一相巻線が形成される交流発電機であって、波巻き線Aと波巻き線Bとの接続部は、一相巻線の中間点となる中間折り返し部であり、波巻き線Aは、一方の端部が出力引き出し線であり、他方の端部が中間折り返し部の接続部であり、波巻き線Bは、一方の端部が中性点引き出し線であり、他方の端部が中間折り返し部の接続部であり、全ての相巻線の中間折り返し部が、スロットの最内層に収納される電気導体から引き出され、且つ、全ての相巻線の出力引き出し線および中性点引き出し線が、スロットの最外層に収納される電気導体から引き出されている、または、全ての相巻線の中間折り返し部が、スロットの最外層に収納される電気導体から引き出され、且つ、全ての相巻線の出力引き出し線および中性点引き出し線が、スロットの最内層に収納される電気導体から引き出されていることを特徴とする。
請求項1に記載した交流発電機において、一相巻線を形成する2nターンの電気導体は、それぞれn本の連続導体線を直列に接続して波巻き線Aおよび波巻き線Bが形成され、且つ、連続導体線は、途中に接続部を有することなく、所定の形状パターンが連続して設けられていることを特徴とする。
この場合、接続部を持たない連続導体線を使用することにより、1ターン分の連続導体線においては、コイルエンド上で電気導体同士を接続する必要がない。その結果、コイルエンドの高さを更に低くすることができ、発電機の更なる小型化が可能となる。
請求項1または2に記載した交流発電機において、一端側の端部にプーリが固定され、このプーリを介してエンジンの回転動力が伝達される回転軸と、この回転軸のプーリ側に固定される第1の回転子と、回転軸の反プーリ側に固定される第2の回転子と、第1の回転子の外周に配置される第1の固定子と、第2の回転子の外周に配置される第2の固定子とを有し、第1の固定子は、全ての相巻線の出力引き出し線と中性点引き出し線および中間折り返し部が、それぞれプーリ側のコイルエンドより取り出され、第2の固定子は、全ての相巻線の出力引き出し線と中性点引き出し線および中間折り返し部が、それぞれ反プーリ側のコイルエンドより取り出されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、第1の固定子と第2の固定子との間に、全ての相巻線の両端部(出力引き出し線と中性点引き出し線)及び中間折り返し部を取り出すための隙間を設ける必要がないので、両固定子間の距離を縮めることができ、タンデム型発電機の小型化が容易となる。
請求項3に記載した交流発電機において、第1の固定子は、一相巻線を形成する2nターンの電気導体が、それぞれn本の連続導体線を直列に接続して波巻き線Aおよび波巻き線Bが形成され、且つ、連続導体線は、途中に接続部を有することなく、所定の形状パターンが連続して設けられていると共に、連続導体線同士が接続される導体接続部がプーリ側のコイルエンドより取り出され、第2の固定子は、一相巻線を形成する2nターンの電気導体が、それぞれn本の連続導体線を直列に接続して波巻き線Aおよび波巻き線Bが形成され、且つ、連続導体線は、途中に接続部を有することなく、所定の形状パターンが連続して設けられていると共に、連続導体線同士が接続される導体接続部が反プーリ側のコイルエンドより取り出されていることを特徴とする。
実施例1に示す発電機1は、例えば、自動車に搭載されるタンデム型交流発電機であり、図1に示す様に、回転軸2を共有する第1の回転子3と第2の回転子4、第1の回転子3の外周に配置される第1の固定子5、第2の回転子4の外周に配置される第2の固定子6、及び一組のフレーム7、8等より構成される。
回転軸2は、図示左側の端部にプーリ9が固定され、このプーリ9に掛け渡されるベルト(図示せず)を介してエンジンの回転動力が伝達される。
界磁鉄心10は、一組のランデル型ポールコアによって構成される。この一組のポールコアは、それぞれ複数の爪状磁極10aを有し、両者の爪状磁極10aが交互に噛み合う様に、軸方向に対向して組み合わされている。
冷却ファン12は、界磁鉄心10の軸方向端面(但し、第1の回転子3では界磁鉄心10のプーリ側端面、第2の回転子4では界磁鉄心10の反プーリ側端面)に溶接等により固定されている。
電機子鉄心13のスロット13aは、界磁鉄心10の磁極数(例えば16極)に対し、電機子巻線14の1相当たり2個の割合で形成されている。即ち、16×3×2=96個のスロット13aが電機子鉄心13の周方向に等ピッチに形成されている。
一組のフレーム7、8は、第1の回転子3及び第1の固定子5のプーリ側に配置されるフロントフレーム7と、第2の回転子4及び第2の固定子6の反プーリ側に配置されるリヤフレーム8とを有し、両フレーム7、8により第1及び第2の固定子5、6を軸方向両側より支持すると共に、一組の軸受15を介して回転軸2を回転自在に支持している。
電機子巻線14は、三組の相巻線をY結線して構成される。
1相巻線は、6本の連続導体線16(図3参照)を直列に接続して構成される。この連続導体線16は、絶縁膜によって被覆された断面矩形の銅素材から成り、その銅素材は、図3に示す様に、電機子鉄心13に巻装する前に、予め所定の形状パターンに折り曲げられ、その形状パターンが継ぎ目なく連続して形成されている。所定の形状パターンは、直線部160とターン部161とを有し、このターン部161で連結された直線部160が6スロットピッチ毎に配列されている。
ここで、説明の便宜上、各スロット13aには、図2に示す様に、スロット番号1〜96を付し、各スロット13aに収納される連続導体線16の収納位置をスロット13aの内周側から外周側に向かって1番地、2番地、・・・6番地とする。また、6本の連続導体線16を第1巻線16a、第2巻線16b、第3巻線16c、第4巻線16d、第5巻線16e、第6巻線16fと呼ぶ。
第1巻線16aは、図2に示すスロット番号1からスロット番号91まで反時計回り(左回り)に、6スロット毎(つまり、スロット番号1、7・・・85、91)にスロット13a内の1番地と2番地とを交互に採る様に波巻きされる。
第3巻線16cは、スロット番号1からスロット番号91まで反時計回りに、6スロット毎にスロット13a内の3番地と4番地とを交互に採る様に波巻きされる。
第5巻線16eは、スロット番号1からスロット番号91まで反時計回りに、6スロット毎にスロット13a内の5番地と6番地とを交互に採る様に波巻きされる。
第4巻線16dは、スロット番号7からスロット番号1まで反時計回りに、6スロット毎にスロット13a内の3番地と4番地とを交互に採る様に波巻きされる。
第6巻線16fは、スロット番号7からスロット番号1まで反時計回りに、6スロット毎にスロット13a内の5番地と6番地とを交互に採る様に波巻きされる。
これにより、第1巻線16aと第2巻線16bは、それぞれの直線部160がスロット13a内の1番地と2番地とに交互に収納され、第3巻線16cと第4巻線16dは、それぞれの直線部160がスロット13a内の3番地と4番地とに交互に収納され、第5巻線16eと第6巻線16fは、それぞれの直線部160がスロット13a内の5番地と6番地とに交互に収納される。
スロット番号1の5番地から延出する第5巻線16eの端部と、スロット番号91の4番地から延出する第3巻線16cの端部とが接続される(接続部14d)。
スロット番号1の3番地から延出する第3巻線16cの端部と、スロット番号91の2番地から延出する第1巻線16aの端部とが接続される(接続部14e)。
これにより、第1巻線16a、第3巻線16c、及び第5巻線16eが直列に接続されて、3ターンの波巻き線Aが形成される。
スロット番号7の3番地から延出する第4巻線16dの端部と、スロット番号1の2番地から延出する第2巻線16bの端部とが接続される(接続部14g)。
これにより、第2巻線16b、第4巻線16d、及び第6巻線16fが直列に接続されて、3ターンの波巻き線Bが形成される。
さらに、スロット番号1の1番地から延出する第1巻線16aの端部と、スロット番号7の1番地から延出する第2巻線16bの端部とが接続されて、1相巻線の中間折り返し部14aが形成される。
これにより、波巻き線Aと波巻き線Bとが直列に接続されて、6ターンの1相巻線が形成される。
また、各相巻線の中間折り返し部14a(波巻き線Aと波巻き線Bとの接続部)が、コイルエンド群14Aの最内径側より引き出されている。図2では、スロット番号1の1番地に収納される第1巻線16aとスロット番号7の1番地に収納される第2巻線16bとの接続部である。
同様に、第2スロット群、第4スロット群、および第6スロット群に巻装された三組の相巻線の各中性点引き出し線14c(各相巻線に使用される第6巻線16fの端部)が一体に接続される(つまり、三組の相巻線をY結線する)ことにより、三相巻線が形成され、例えば、第1の固定子5に使用される2組の三相の電機子巻線14が形成される。第2の固定子6に使用される電機子巻線14についても同様に形成される。
上記の構成によれば、相巻線の両端部(出力引き出し線14bと中性点引き出し線14c)と中間折り返し部14aとが、スロット13aの深さ方向で最も離れた位置(最外層と最内層)から取り出されているので、コイルエンド群14A上で相巻線の両端部14b、14cと中間折り返し部14aとが重なることはない。また、波巻き線Aの接続部(第5巻線16eと第3巻線16cとの接続部14d、第3巻線16cと第1巻線16aとの接続部14e)と、波巻き線Bの接続部(第6巻線16fと第4巻線16dとの接続部14f、第4巻線16dと第2巻線16bとの接続部14g)は、共にコイルエンド群14A上の中間領域(スロット13aの深さ方向における最外層と最内層以外の中間層)に形成され、且つ波巻き線Aの接続部14d、14eと、波巻き線Bの接続部14f、14gとが周方向の異なる位置(実施例1では6スロット離れた位置)に形成されているので、これらの接続部14d、14e、14f、14gが、相巻線の両端部14b、14c及び中間折り返し部14aと重なることもない。
上記の結果、従来技術(特許文献1)と比較して、電機子巻線14のコイルエンドの高さを低く抑えることができるので、発電機1を軸方向に小型化することが可能となる。
実施例1では、相巻線の両端部14b、14cがスロット13aの6番地(最外層)から引き出され、中間折り返し部14aがスロット13aの1番地(最内層)から引き出される一例を記載したが、その逆でも良い。つまり、相巻線の両端部14b、14cをスロット13aの1番地から引き出し、中間折り返し部14aをスロット13aの6番地から引き出す構成でも良い。
また、上記の実施例では、6本の連続導体線16(第1巻線16a〜第6巻線16fの直線部160)が同一スロット13a内に一列に配列される例を記載したが、同一スロット13a内に配列される連続導体線16の本数は、6本に限定されるものではなく、2n本(但し、nは2以上の整数)であれば良い。
また、1相巻線に使用される1ターン分の連続導体線16は、図3に示す様に、予め所定の形状パターンに折り曲げられ、その形状パターンが継ぎ目なく連続して形成されているものを使用したが、例えば、図4に示す様に、略U字状あるいは略V字状のセグメント導体17を複数連結して形成することもできる。あるいは、図3、図4に示す様な成形導体16、17ではなく、1本の連続した線材を使用することもできる。
実施例1に記載した発電機1は、第1の回転子3と第1の固定子5、及び第2の回転子4と第2の固定子6とを有するタンデム構造であるが、回転子と固定子が一組だけの通常の発電機に請求項1または2に係る本発明を適用できることは言うまでもない。
2 回転軸
3 第1の回転子
4 第2の回転子
5 第1の固定子
6 第2の固定子
9 プーリ
13 電機子鉄心
13a スロット
14 電機子巻線
14a 中間折り返し部
14b 出力引き出し線(波巻き線Aの一方の端部)
14c 中性点引き出し線(波巻き線Bの一方の端部)
14d 第5巻線と第3巻線との接続部(導体接続部)
14e 第3巻線と第1巻線との接続部(導体接続部)
14f 第6巻線と第4巻線との接続部(導体接続部)
14g 第4巻線と第2巻線との接続部(導体接続部)
16 連続導体線(電気導体)
Claims (4)
- 複数のスロットが形成された円環状の電機子鉄心と、
この電機子鉄心に巻装される多相の電機子巻線とを備え、
前記電機子巻線を構成する各相巻線は、前記スロットの深さ方向に1列に並んで前記複数のスロットにそれぞれ収納される2nターン(但し、nは2以上の整数)の電気導体によって形成され、且つ、前記2nターンの電気導体は、それぞれ所定スロット数毎に前記スロット内を通って波巻きされるnターンの波巻き線Aとnターンの波巻き線Bとを直列に接続して一相巻線が形成される交流発電機であって、
前記波巻き線Aと前記波巻き線Bとの接続部は、前記一相巻線の中間点となる中間折り返し部であり、
前記波巻き線Aは、一方の端部が出力引き出し線であり、他方の端部が前記中間折り返し部の接続部であり、
前記波巻き線Bは、一方の端部が中性点引き出し線であり、他方の端部が前記中間折り返し部の接続部であり、
全ての相巻線の前記中間折り返し部が、前記スロットの最内層に収納される前記電気導体から引き出され、且つ、全ての相巻線の前記出力引き出し線および前記中性点引き出し線が、前記スロットの最外層に収納される前記電気導体から引き出されている、または、全ての相巻線の前記中間折り返し部が、前記スロットの最外層に収納される前記電気導体から引き出され、且つ、全ての相巻線の前記出力引き出し線および前記中性点引き出し線が、前記スロットの最内層に収納される前記電気導体から引き出されていることを特徴とする交流発電機。 - 請求項1に記載した交流発電機において、
前記一相巻線を形成する前記2nターンの電気導体は、それぞれn本の連続導体線を直列に接続して前記波巻き線Aおよび前記波巻き線Bが形成され、且つ、前記連続導体線は、途中に接続部を有することなく、所定の形状パターンが連続して設けられていることを特徴とする交流発電機。 - 請求項1または2に記載した交流発電機において、
一端側の端部にプーリが固定され、このプーリを介してエンジンの回転動力が伝達される回転軸と、
この回転軸のプーリ側に固定される第1の回転子と、
前記回転軸の反プーリ側に固定される第2の回転子と、
前記第1の回転子の外周に配置される第1の固定子と、
前記第2の回転子の外周に配置される第2の固定子とを有し、
前記第1の固定子は、全ての相巻線の前記出力引き出し線と前記中性点引き出し線および前記中間折り返し部が、それぞれプーリ側のコイルエンドより取り出され、
前記第2の固定子は、全ての相巻線の前記出力引き出し線と前記中性点引き出し線および前記中間折り返し部が、それぞれ反プーリ側のコイルエンドより取り出されていることを特徴とする交流発電機。 - 請求項3に記載した交流発電機において、
前記第1の固定子は、前記一相巻線を形成する前記2nターンの電気導体が、それぞれn本の連続導体線を直列に接続して前記波巻き線Aおよび前記波巻き線Bが形成され、且つ、前記連続導体線は、途中に接続部を有することなく、所定の形状パターンが連続して設けられていると共に、前記連続導体線同士が接続される導体接続部がプーリ側のコイルエンドより取り出され、
前記第2の固定子は、前記一相巻線を形成する前記2nターンの電気導体が、それぞれn本の連続導体線を直列に接続して前記波巻き線Aおよび前記波巻き線Bが形成され、且つ、前記連続導体線は、途中に接続部を有することなく、所定の形状パターンが連続して設けられていると共に、前記連続導体線同士が接続される導体接続部が反プーリ側のコイルエンドより取り出されていることを特徴とする交流発電機。
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