JP4546112B2 - 回転電機 - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機であり、特に内燃機関によって駆動されて発電し、車載電気負荷や車載電源に電力を供給する車両用交流発電機等の回転電機の固定子に関する。
従来、回転電機の固定子導体端末部の接続としては、例えば特許文献1、特許文献2が知られている。特許文献1においては、周方向に隣り合う2つの導体端末部の間のそれぞれに、両側の前記導体端末部と接触させて保持具を配置し、複数の前記導体端末部を保持する。複数の前記導体端末部を保持した状態で先端部を接合する。接合後、保持具を移動させ、解除する製造方法である。特許文献2においては、導体端末部に切り欠きを入れ、切り欠き部の断面積を他の部位の断面積より小さくして入熱量を低減する接合方法で行っている。
従来の固定子巻線構成としては、例えば特許文献3が知られている。特許文献3においては、回転子のNS磁極ピッチに対応して離間する複数の第1スロット群に収容された電気導体を電気的に直列接続して第1巻線を構成し、第1スロット群に隣接する複数の第2スロット群に収容された電気導体を電気的に直列接続して第2巻線を構成している。そして、特許文献1に記載されたものでは、第1巻線と第2巻線とを電気的に直列接続して固定子巻線を構成している。
特許第3201397号公報 特許第3303854号公報 特開平11−155270号公報 特開平10‐4646号公報
特許文献1に記載されたものでは、保持具で、導体端末部の内径、外径、隣接する複数の導体端末部を保持して、TIG等で溶融している。上記接合では、複数の保持具と導体の接触状態により、入熱に対する熱引き量が変化して、溶融状態が変化する。また、連続溶接においては、保持具が+電極を兼ねる。隣接する複数の導体の間に挿入する保持具が+電極との同通が無い場合、隣接する導体への入熱が大きくなり、溶融状態が変化する。入熱が大きいと保持具と導体が接合する心配がある。溶融面積は、導体断面積より大きいことが求められるため、溶融部は導体断面積より大きくなる。これにより、内径、外径の保持具は接続後、製品から取り出せない心配がある。
特許文献2に記載されたものでは、導体端末部に切り欠きを入れるが、導体を定寸切断後、あるいは、U字成形後に端末部に切り欠きを施す工程が必要となり、ライン製作出来ない。また、TIG等で溶融するためには、端末部は、4面(全面)剥離が必要で、剥離工程が複雑である。また、溶融させることから、接合付近が熱脆性で脆くなることが心配されるので、導体材料は高価な無酸素銅を採用する必要がある。
特許文献3に記載されたものでは、電気的に位相がずれた第1巻線と第2巻線とを電気的に直列接続して起磁脈動力を低減し、磁気騒音を低減している。しかしながら、特許文献3に記載されたものでは、同一のスロット内における電気導体を電気的に直列接続して第1巻線及び第2巻線を構成している。このような構成では、固定子巻線の起磁力分布に多くの高調波成分を含むことになる。高調波成分は、磁気騒音の増加の要因になる。これを解決するため、相巻線を構成する導体を、隣接する複数のスロットに渡って配置することで、固定子巻線の起磁力分布を滑らかにでき、起磁力分布に含まれる高調波成分を低減でき、磁気騒音を低減できる。しかし、上記巻線構成では、隣接するスロットに導体を配置することは導体の種類が増えることで複雑となり、これに伴い製造工程も複雑となる課題がある。
本発明は、製品構造と製造工程の両面から検討して、製造が容易な固定子を備えた回転電機を提供する。また、もう一つの発明は、磁気騒音を低減でき、製造が容易な相巻線回路を備えた回転電機を提供する。
発明は、一対の導体を挿入し得るスロットを回転軸方向に複数形成した固定子鉄心と、前記一対の導体をそれぞれ個別に挿入し得るスリットを有するとともに、該各対の導体の端末部を個別に接続する導体部と、隣り合う他の一対の導体を個別に絶縁する絶縁部とを備えた接続リングとを備え、前記複数のスロットのそれぞれに、前記一対の導体を回転軸方向から挿入し、これらの各端末部を、前記導体部により導通させるとともに、前記絶縁部により隣り合う対の導体と絶縁することにより固定子巻線を形成した回転電機において、前記固定子巻線は複数の多相巻線とし、1つの多相巻線は2以上の相巻線から構成し、1相分の相巻線は、極性が交互に異なるよう配置した磁極に対応するように前記固定子鉄心のスロットを跨いで電気的に接続した複数の前記導体から構成してなり、前記固定子巻線は、その相数、前記スロットの個数及び前記磁極の極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5、磁極の1極当たり5本の前記導体で構成している磁極の極数が12、前記スロットの個数が90、前記固定子巻線の相数が3であって、内側、外側の2重の回路から構成し、磁極の1極当たり導体が内側3本と外側2本及び内側2本と外側3本のそれぞれ5本からなる組合せとなる回転電機である。
また、本発明は、上記回転子の磁極2極、すなわち極性の異なるN極とS極の磁極一対当たりに上記スロットが15個配置しており、上記固定子巻線は、跨ぎ幅が7スロット相当の角度で、かつ、両端末の捻り角度が4スロット相当の角度の導体で電気的に接続する回転電機である。
そして、本発明は、上記内側、外側の3本の導体はそれぞれ2本と1本に区分し、内側、外側の2本の導体はそれぞれ各1本に区分し、それぞれが波巻きとなる回転電機である。
更に、本発明は、上記2本に区分された導体は、隣接するスロットに配置し、跨ぎ幅の異なる導体で電気的に接続して回路を構成する回転電機である。
また、本発明は、それぞれが波巻きとなる巻き始めと巻き終りを最内層と最外層に配置したブリッジ線で電気的に接続して回路を構成する回転電機である。
そして、本発明は、内側回路の巻き終りと外側回路の巻き始めを逆捻りの導体で電気的に接続して回路を構成する回転電機である。
更に、本発明は、電気的に接続して回路を構成する際、端末部を組付けて固定する接続リングを有する回転電機である。
また、本発明は、一対の導体を挿入し得るスロットを回転軸方向に複数形成した固定子鉄心と、前記一対の導体をそれぞれ個別に挿入し得るスリットを有するとともに、該各対の導体の端末部を個別に接続する導体部と、隣り合う他の一対の導体を個別に絶縁する絶縁部とを備えた接続リングとを備え、前記複数のスロットのそれぞれに、前記一対の導体を回転軸方向から挿入し、これらの各端末部を、前記導体部により導通させるとともに、前記絶縁部により隣り合う対の導体と絶縁することにより固定子巻線を形成した回転電機において、前記固定子巻線は複数の多相巻線とし、1つの多相巻線は2以上の相巻線から構成し、1相分の相巻線は、極性が交互に異なるよう配置した磁極に対応するように前記固定子鉄心のスロットを跨いで電気的に接続した複数の前記導体から構成してなり、前記固定子巻線は、その相数、前記スロットの個数及び前記磁極の極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5、磁極の1極当たり5本の導体で構成している磁極の極数が12、前記スロットの個数が90、相数が3であって、内側、外側の2重の回路から構成し、磁極の1極当たり導体が内側3本と外側2本及び内側2本と外側3本のそれぞれ5本からなる組合せで、前記回転子の磁極2極、すなわち極性の異なるN極とS極の磁極一対当たりにスロットが15個配置しており、前記固定子巻線は、跨ぎ幅が8スロット相当の角度で、かつ、両端末の捻り角度が3.5スロット相当の角度の導体で電気的に接続する回転電機である。
そして、本発明は、上記内側、外側の3本の導体はそれぞれ2本と1本に区分し、内側、外側の2本の導体はそれぞれ各1本に区分し、それぞれが波巻きとなる回転電機である。
更に、本発明は、上記2本に区分し導体は、隣接するスロットに配置し、跨ぎ幅の異なる導体で電気的に接続して回路を構成する回転電機である。
また、本発明は、それぞれが波巻きとなる巻き始めと巻き終りを最内層と最外層に配置したブリッジ線で電気的に接続して回路を構成する回転電機である。
そして、本発明は、一対の導体を挿入し得るスロットを回転軸方向に複数形成した固定子鉄心と、前記一対の導体をそれぞれ個別に挿入し得るスリットを有するとともに、該各対の導体の端末部を個別に接続する導体部と、隣り合う他の一対の導体を個別に絶縁する絶縁部とを備えた接続リングとを備え、前記複数のスロットのそれぞれに、前記一対の導体を回転軸方向から挿入し、これらの各端末部を、前記導体部により導通させるとともに、前記絶縁部により隣り合う対の導体と絶縁することにより固定子巻線を形成した回転電機において、前記固定子巻線は複数の多相巻線とし、1つの多相巻線は2以上の相巻線から構成し、1相分の相巻線は、極性が交互に異なるよう配置した磁極に対応するように前記固定子鉄心のスロットを跨いで電気的に接続した複数の前記導体から構成してなり、前記固定子巻線は、その相数、前記スロットの個数及び前記磁極の極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5、磁極の1極当たり5本の前記導体で構成している磁極の極数が12、前記スロットの個数が90、前記固定子巻線の相数が3であって、内側、外側の2重の回路から構成し、磁極の1極当たり導体が内側5本と外側0本及び内側0本と外側5本のそれぞれ5本からなる組合せのアンバランス巻きである回転電機である。
本発明の回転電機の固定子は、接続リングにより多点接続する特徴がある。導体端末部の接続は、接続リングを採用することで、導体端末部の切り欠き等の細工を必要としない。また、導体端末部に接続リングを組付けることで、端末位置が固定されるので、導体位置決めの保持具を必要としない。導体端末部を接続して、接続リングを分離することで電機子巻線を構成する。上記方式は、接続リングを接続するため、接合部断面積は1本の導体断面積以上を確保できる。接続方式は、フュージング(熱加締め)等で行うことが出来るため、端末剥離は2面剥離で接続可能である。また、接合部は融合させないので、高価な無酸素銅を採用する必要がなく、通常のタフピッチ銅を採用できる。
もう一つの発明の回転電機の固定子は、起磁力分布に含まれる高調波成分を低減でき、磁気騒音を低減できる。また、上記回転電機の固定子は、物の作りやすさ、プロセスのシンプル化を考慮した点に特徴がある。
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
製造を容易にするための本発明の回転電機の固定子は、複数の導体端末部に接続リングを組付け、接続位置を固定する構造にすることによって達成できる。
固定子巻線の導体端末部は、定寸切断時に幅広面を左右対称の2面剥離と先端形状は左右対称、上下対称のネイルシェイプ状の成形を同時に行う構成とすることができる。定寸切断された導体は、強制保持された状態でU字成形され、1台当りの固定子巻線に必要な複数の導体を定寸切断からU字成形までを連続で製作することができる。先端部をネイルシェイプ形状とすることで、複数のスロットが形成された固定子鉄心に回転軸方向から複数の導体を一度に挿入することができる。また、接続リングの組付けにおいても、導体端末位置に容易に組付けられる。接続リングを組付け、接続位置を固定する構造にすることで、隣接する導体端末は、均一な絶縁空間を確保することができる構造とすることができる。
磁気騒音を低減するための本発明の回転電機の固定子は、磁極の極数が12、スロットの個数が90、固定子巻線の相数が3、極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5で磁極の1極当たり5本の導体で構成されることによって達成できる。固定子巻線で、軸方向から挿入される導体には、周期性の問題があるので、スロット1個に収納される巻線導体の本数は偶数としなければならない。上記回転電機の固定子は、一つのスロット当り4本の導体で、隣接する複数のスロットに磁極の1極当たり5本の導体を配置する構成で、磁極の1極当たり導体が内側、外側の2重の回路から構成することで、製造プロセスを分割することができ、設備をシンプル化することできる。また、相巻線において、内側回路と外側回路の組合せとし、内側回路の3本の導体と外側回路の2本の導体を組合せた5本の導体と内側回路の2本の導体と外側回路の3本の導体を組合せた5本の導体の組合せで構成することで、略バランス巻とすることができ、磁気騒音を低減することができる。上記回転電機の固定子は、回転子の磁極2極(極性の異なるN極とS極の磁極一対)当たりにスロットが15個配置されていることになる。内側回路、外側回路とも波巻回路で構成され、1相当り30巻となる。波巻回路では6巻で1周するが、巻き始めのスロット位置と6巻目の巻き終りのスロット位置が同じスロットとなる。2周目を隣接するスロットから巻き始めると1周目の巻き終りと2週目の巻き始めを接続することになる。そこで、1周目の巻き終りとなる6巻目の導体は跨ぎ幅の異なる導体で、隣接するスロット位置に配置することで、隣接するスロットから巻き始める2周目の巻き始めと2週目の巻き終りの接続を廃止できる。相巻線において、内側から巻き始めた場合、内側回路の巻き終りと外側回路の巻き始めを接続することになる。そこで、内側回路の巻き終りとなる導体は他の導体の捻り方向と逆方向に捻る形状にすることで、他の導体と干渉することなく、外側回路の巻き始めのスロット位置とすることができ、内側回路の巻き終りと外側回路の巻き始めの接続を廃止できる。また、相巻線において、端末部を接続することで回路構成するが、端末部に接続リングを組付けることで、端末位置を確実に固定でき、安定した接続とすることができる。以下、本発明の回転電機の実施例について、図面を用いて説明する。
実施例1を説明する。図1に本実施例で使用する接続リングの拡大図、図2に接続リング組付け状態の拡大図を、図3に接続リング分割後の状態の拡大図を、図4に接続リング分割後の状態図を示す。上記図1から図4は、スロットの個数が90、一つのスロット当り4本の導体で構成される例を示す。
図1において、接続リング1は、導体部11と絶縁部12から構成されている。接続リング1は、複数の導体41の端末部42の接続点数に対応した複数の溝部13を有し、複数の溝部13と隣接する複数の溝部13の間は絶縁部12が配置され、均一な絶縁が確保されている。一つのスロット当り4本の導体が配置されるので、端末部42は、外周側から1番目と2番目が一対で、3番目と4番目が一対で接続されるので、接続リング1の溝部13は外周側に90個、内周側に90個配置されている。導体部11の上部は繋がっていて、導体端末部への組付け、フュージング等での接続時の導通確保に配慮されている。
図2において、固定子2は、複数のスロットが回転軸方向に形成された固定子鉄心3に導体群4が回転軸方向から挿入して配置されている。複数の導体41の端末部42は、幅広面は2面カットされ、先端はネイルシェイプ形状をしている。接続リング1は、固定子2の複数の導体41の端末部42に組み付ける。図3、図4において、組み付け後、コーキングにより、端末部42を接続リング1の溝部13に押し込み仮加締めされ、この姿勢を保持して、フュージングにより熱加締めされる。次に、導体部11の上部を切削して接続リング1を分離して、固定子巻線を構成する。
実施例2を説明する。図5に逆捻りの導体で接続した状態の拡大図で、スロットの個数が90、一つのスロット当り4本の導体で構成される例を示す。一つのスロット当り4本の導体が配置されるので、外周側から1番目と2番目の複数の導体41で構成される外側回路6と、3番目と4番目が複数の導体41で構成される内側回路7とで構成され、図10に示す外側回路の巻き終り導体46と図11に示す内側回路の巻き始め導体48を接続することで相巻線を構成する。上記外側回路の巻き終り導体46と内側回路の巻き始め導体48の接続は、逆捻り導体43を採用することで、接続を廃止することができる。
実施例3を説明する。図6に跨ぎ幅の異なる導体で接続した状態の拡大図で、磁極の極数が12、スロットの個数が90、固定子巻線の相数が3、極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5で磁極の1極当たり5本の導体で、一つのスロット当り4本の導体が配置で構成される巻線回路の例を示す。
この巻線回路は、一つのスロット当り4本の導体が径方向に1列に配置され、外周側から1番目、2番目の導体と3番目、4番目の導体に分割され、複数スロットの1番目、2番目の導体で構成される外側回路6と複数スロットの3番目、4番目の導体で構成される内側回路7の組合せで構成される。
上記外側回路6において、回転子の磁極2極(極性の異なるN極とS極の磁極一対)当たりにスロットが15個配置される。複数の導体41は跨ぎ幅が7スロットで端末側は両側に各4スロット、あるいは、跨ぎ幅が8スロットで端末側は両側に各3.5スロットに捻られる形状で、両端の端末位置はスロットの外周側から1番目と、もう一方は、2番目に配置される。複数の導体41の端末部42の1番目と他の複数の導体41の端末部42の2番目を接続する。順次繰返しで、波巻を構成するが、6本目で1周して、巻き始めの位置となる。隣接するスロットを同相とするためには、6本目の複数の導体41を配置するところに、跨ぎ幅の異なる導体44を配置すること1周目の巻き終りと隣接するスロットに配置される2周目の巻き始めを接続することなく、波巻を構成できる。
実施例4を説明する。図7は、回転子の磁極2極当たりのスロット配置図を、図8に回転電機の固定子巻線の2T回路図を、図9に回転電機の固定子巻線の3T回路図を示す。
図7において、磁極の極数が12、スロットの個数が90、固定子巻線の相数が3、極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5で磁極の1極当たり5本の導体で構成される巻線回路は、回転子の磁極2極(極性の異なるN極とS極の磁極一対)当たりにスロットが15個配置される。また、一つのスロット当り4本の導体で、隣接する複数のスロットに磁極の1極当たり5本の導体を配置する。
この巻線回路は、一つのスロット当り4本の導体が径方向に1列に配置され、外周側から1番目、2番目の導体と3番目、4番目の導体に分割され、複数スロットの3番目、4番目の導体で構成される内側回路7と複数スロットの1番目、2番目の導体で構成される外側回路6の組合せで構成され、内側回路7の3本の導体と外側回路6の2本の導体を組合せた5本の導体と内側回路7の2本の導体と外側回路6の3本の導体を組合せた5本の導体の組合せで構成することで、略バランス巻とする。
図8において、外側回路6の2T回路について説明する。固定子2に配置される導体群4は、複数の導体41、巻き始め導体45、巻き終り導体46、ブリッジ線47で構成される。複数の導体41は跨ぎ幅が7スロットで、28度の捻り角で、両端の端末位置はスロットの外周側から1番目と、もう一方は2番目に配置される形状である。
固定子2のNO1スロットの外周側から2番目に配置される巻き始め導体45は、NO83スロットの1番目に配置される複数の導体41と接続される。NO83スロット1番目に配置される複数の導体41のもう一方の端末は、7スロット跨いだNO76スロット2番目に配置される。他の複数の導体41は、NO68スロット1番目とNO61スロット2番目に配置される。
NO76スロット2番目の端末とNO68スロット1番目の端末を接続するが、8スロット跨いだ位置であるため、お互いに4スロットの16度の捻り角で端末位置を合わせて接続して回路を構成する。
複数の導体41を、上記通り順次繰返し回路を構成するが、NO8スロット1番目に複数の導体41を配置すると、もう一方はNO1スロット2番目に配置され、巻き始め導体45と干渉する。ここに、NO8スロット1番目とNO1スロット1番目に位置するブリッジ線47を配置して干渉を防止する。
図上では、巻き始め導体45からブリッジ線47までは反時計廻りの波巻きで、ブリッジ線47から巻き終り導体46までは時計廻りの波巻きとなる。
ブリッジ線47のNO1スロット1番目の端末とNO9スロット2番目とNO16スロット1番目に配置される複数の導体41のNO9スロット2番目を接続する。
次に、NO9スロット2番目とNO16スロット1番目に配置される複数の導体41のNO16スロット1番目の端末とNO24スロット2番目とNO31スロット1番目に配置される複数の導体41のNO24スロット2番目の端末を接続する。上記通り順次繰返し回路を構成して、NO69スロット2番目とNO76スロット1番目に配置される複数の導体41のNO76スロット1番目の端末とNO84スロット2番目に配置される巻き終り導体46を接続する。
最終的には、巻き始め導体45から始まり、時計廻りで5本の複数の導体41を通じてブリッジ線47と接続され、ブリッジ線47で隣接するスロットに位置され、今度は反時計廻りで5本の複数の導体41を通じて巻き終り導体46で終わる2Tの波巻き回路を構成する。
図9において、内側回路の3T回路について説明する。固定子2に配置される導体群は、複数の導体41、巻き始め導体48、巻き終り導体49、跨ぎ幅の異なる導体50、ブリッジ線51で構成される。
複数の導体41は跨ぎ幅が7スロットで、28度の捻り角で、両端の端末位置はスロットの外周側から3番目と、もう一方は4番目に配置される形状である。
跨ぎ幅の異なる導体50は跨ぎ幅が6スロットで、24度の捻り角で、両端の端末位置はスロットの外周側から3番目と、もう一方は4番目に配置される形状である。
固定子2のNO1スロットの外周側から3番目に配置される巻き始め導体41は、NO83スロット4番目に配置される複数の導体41と接続される。NO83スロット4番目に配置される複数の導体41のもう一方の端末は、7スロット跨いだNO76スロット3番目に配置される。他の複数の導体41は、NO68スロット4番目とNO61スロット3番目に配置される。
NO76スロット3番目の端末とNO68スロット4番目の端末を接続するが、8スロット跨いだ位置であるため、お互いに4スロットの16度の捻り角で端末位置を合わせて接続して回路を構成する。
複数の導体41を、上記通り順次繰返し回路を構成するが、NO8スロット4番目に複数の導体41を配置すると、もう一方はNO1スロット3番目に配置され、巻き始め導体48と干渉する。ここに、NO8スロット4番目とNO2スロット3番目を接続する跨ぎ幅の異なる導体50を配置して隣接するスロットを同極にする。跨ぎ幅の異なる導体50のNO2スロット3番目の端末はNO84スロット4番目に配置される複数の導体41と接続される。
NO84スロット4番目に配置される複数の導体41のもう一方の端末は、7スロット跨いだNO77スロット3番目に配置される。他の複数の導体41は、NO69スロット4番目とNO62スロット3番目に配置される。
複数の導体41を、上記通り順次繰返し回路を構成するが、NO9スロット4番目に複数の導体41を配置すると、もう一方はNO2スロット3番目に配置され、跨ぎ幅の異なる導体50と干渉する。ここに、NO9スロット4番目とNO1スロット4番目を接続するブリッジ線51を配置して導体間の干渉を回避する。図上では、巻き始め導体48からブリッジ線51までは反時計廻りの波巻きで、ブリッジ線51から巻き終り導体49までは時計廻りの波巻きとなる。ブリッジ線51のNO1スロット4番目の端末とNO9スロット3番目とNO16スロットの4番目に配置される複数の導体41のNO9スロット3番目を接続する。
次に、NO9スロット3番目とNO17スロット4番目に配置される複数の導体41のNO17スロット4番目の端末とNO24スロットの3番目とNO32スロット4番目に配置される複数の導体41のNO24スロット3番目の端末を接続する。上記通り順次繰返し回路を構成して、NO69スロット3番目とNO77スロット4番目に配置される複数の導体41のNO77スロット4番目の端末とNO84スロット3番目に配置される巻き終り導体49を接続する。
最終的には、巻き始め導体48から始まり、反時計廻りで5本の複数の導体41を通じて跨ぎ幅の異なる導体50と接続され、跨ぎ幅の異なる導体50で隣接するスロットに位置され、更に、反時計廻りで5本の複数の導体41を通じてブリッジ線51までの2Tの波巻き回路を構成して、今度は時計廻りで5本の複数の導体41を通じて巻き終り導体49で終わる3Tの波巻き回路を構成する。
図10は固定子の外側回路を2Tで波巻きする外観を示す。図上では、巻き始め導体45から5本の複数の導体41を通じてブリッジ線47までは時計廻りの波巻きで、ブリッジ線47から5本の複数の導体41を通じて巻き終り導体46までは反時計廻りの波巻きとなる状態を示す。
図11は固定子の内側回路を3Tで波巻きする外観を示す。図上では、巻き始め導体48から5本の複数の導体41を通じて跨ぎ幅の異なる導体50と接続され、跨ぎ幅の異なる導体50から5本の複数の導体41を通じてブリッジ線51までは反時計廻りの波巻きで、ブリッジ線51から5本の複数の導体41を通じて巻き終り導体49までは時計廻りの波巻きとなる状態を示す。
図12は回転電機の固定子の1相分組付の外観を示す。図上では、外側2T回路と内側3T回路を組合せて5T波巻きとなる状態を示す。2T回路の巻き終り導体46と3T回路の巻き始め導体48を接続することで5T回路を構成するが、上記巻き終り導体46と巻き始め導体48の替わりに逆捻り導体43を配置することで、接続を廃止することができ、2T回路の巻き始め導体45から始まり、3T回路の巻き終り導体49までの5T回路となる1相分組付構成となる。
外側3T回路と内側2T回路を組合せて5T波巻きとなる組合せにおいても、上記同様に3T回路の巻き終り導体と2T回路の巻き始め導体を接続することで、3T回路の巻き始め導体から始まり、2T回路の巻き終り導体までの5T回路となる1相分組付構成することができる。
図13は回転電機の固定子巻線の外観を示す。固定子巻線は、内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線52、53、54と内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線55、56、57が適正位置に配置され、電気角で28.8度の位相の違う二つのY回路で構成されている。図上の、内側2本+外側3本の組合せで5本となる巻線52、53、54の各片方の端末部を接続して中性点とする。また、内側3本+外側2本との組合せで5本となる巻線55、56、57の各片方の端末部を接続して中性点とする。ブリッジ線47、51はスロット4番目位置の最内層とスロット1番目の最外層に配置して回路を構成する。
図14は、回転電機の固定子の接続リング組付外観を示す。接続リング1は、組み付け後、コーキングにより、端末部42を接続リング1の溝部13に押し込み仮加締めされ、この姿勢を保持して、フュージングにより熱加締めされる。次に、導体部11の上部を切削して接続リング1を分離して、固定子巻線を構成する。
巻線回路の製造方法においては、1相毎に回路製作して、組付けることは不可能であり、全導体同時成形、同時挿入で製作することが前提となる。
本巻線回路で必要とする導体は、2種類の複数の導体41、巻き始め導体45と48、巻き終り導体46と49、ブリッジ線47と51、跨ぎ幅の異なる導体50、逆捻り導体43の多種類の導体が必要となる。U字形状の導体に換算すると、1台の固定子巻線を製作するのに、180本の導体が必要となる。
複数本の導体を製作するには、第一に導体の種類を減らす必要がある。そこで、2種類の複数の導体41、跨ぎ幅の異なる導体50、逆捻り導体43を同一のU字形状とした。巻き始め導体45と48、巻き終り導体46と49の全長を同一として、導体形状を3種類とした。
同時捻り成形においては、内径側の端末位置が固定され、外径側の端末位置を導体2の捻り角の7スロット相当捻る構造とした。跨ぎ幅の異なる導体50は導体セット時に−1となる位置にセットして7スロット相当捻ると6スロット相当捻るようにした。3種類の導体は形状が異なるため、捻り後の導体間の絶縁空間を確保するため、正規位置より(+)方向に導体間を密着させた捻りを行い、次にオーバーランの角度の約1/2を正規位置より(‐)方向に戻し、最後に正規位置に捻る方式でスプリングバックを少なくして、かつ導体間の絶縁空間を確保する成形をしている。
実施例5を説明する。図15は、回転電機の固定子巻線の2T回路図を、図16に回転電機の固定子巻線の3T回路図を示す。磁極の極数が12、スロットの個数が90、固定子巻線の相数が3、極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5 で磁極の1極当たり5本の導体で構成される巻線回路は、回転子の磁極2極(極性の異なるN極とS極の磁極一対)当たりにスロットが15個配置される。また、一つのスロット当り4本の導体で、隣接する複数のスロットに磁極の1極当たり5本の導体を配置する。
この巻線回路は、一つのスロット当り4本の導体が径方向に1列に配置され、外周側から1番目、2番目の導体と3番目、4番目の導体に分割され、複数スロットの3番目、4番目の導体で構成される内側回路と複数スロットの1番目、2番目の導体で構成される外側回路の組合せで構成され、内側回路の3本の導体と外側回路の2本の導体を組合せた5本の導体と内側回路の2本の導体と外側回路の3本の導体を組合せた5本の導体の組合せで構成することで、略バランス巻とする。
図15において、外側回路の2T回路について説明する。固定子2に配置される導体群8は、複数の導体81、巻き始め導体82、巻き終り導体83、ブリッジ線84で構成される。
複数の導体81は、跨ぎ幅が8スロットの32度の捻り角で、両端の端末位置はスロットの外周側から1番目と、もう一方は2番目に配置され、端末部は7スロットの1/2で14度の捻りとなる形状である。
回転子の磁極2極(極性の異なるN極とS極の磁極一対)当たりにスロットが15個配置されることから、複数の導体81は跨ぎ幅が7スロットで端末部を8スロットの1/2で16度の捻りとなる形状でも巻線回路が成立する。
固定子1のNO1スロットの外周側から2番目に配置される巻き始め導体82は、NO84スロット1番目に配置される複数の導体81と接続される。
NO84スロット1番目に配置される複数の導体81のもう一方の端末は、8スロット跨いだNO76スロット2番目に配置される。他の複数の導体81は、NO69スロット1番目とNO61スロット2番目に配置される。
NO76スロット2番目の端末とNO69スロット1番目の端末を接続するが、7スロット跨いだ位置であるため、お互いに3.5スロットの14度の捻り角で端末位置を合わせて接続して回路を構成する。
複数の導体81を、上記通り順次繰返し回路を構成するが、NO9スロット1番目に複数の導体81を配置すると、もう一方はNO1スロット2番目に配置され、巻き始め導体82と干渉する。ここに、NO9スロット1番目とNO2スロット1番目を接続するブリッジ線84を配置して、隣接するスロットを同極にする。図上では、巻き始め導体82からブリッジ線24までは反時計廻りの波巻きで、ブリッジ線84から巻き終り導体83までは時計廻りの波巻きとなる。ブリッジ線84のNO2スロット1番目の端末とNO9スロット2番目とNO17スロット1番目に配置される複数の導体81のNO9スロット2番目を接続する。次に、NO9スロット2番目とNO17スロット1番目に配置される複数の導体81のNO17スロット1番目の端末とNO24スロット2番目とNO32スロット1番目に配置される複数の導体81のNO24スロット2番目の端末を接続する。上記通り順次繰返し回路を構成して、NO69スロット2番目とNO77スロット1番目に配置される複数の導体81のNO77スロット1番目の端末とNO84スロット2番目に配置される巻き終り導体83を接続する。
最終的には、巻き始め導体82から始まり、時計廻りで5本の複数の導体81を通じてブリッジ線84と接続され、ブリッジ線84で隣接するスロットに位置され、今度は反時計廻りで5本の複数の導体81を通じて巻き終り導体83で終わる2Tの波巻き回路を構成する。
図16において、内側回路の3T回路について説明する。固定子2に配置される導体群8は、複数の導体81、巻き始め導体85、巻き終り導体86、跨ぎ幅の異なる導体87、ブリッジ線88で構成される。
複数の導体81は跨ぎ幅が8スロットの32度の捻り角で、両端の端末位置はスロットの外周側から3番目と、もう一方は4番目に配置される形状である。跨ぎ幅の異なる導体87は跨ぎ幅が7スロットの28度の捻り角で、両端の端末位置はスロットの外周側から3番目と、もう一方は4番目に配置される形状である。
固定子2のNO1スロットの外周側から3番目に配置される巻き始め導体85は、NO84スロット4番目に配置される複数の導体81と接続される。NO84スロット4番目に配置される複数の導体81のもう一方の端末は、8スロット跨いだNO76スロット3番目に配置される。他の複数の導体81は、NO69スロット4番目とNO61スロット3番目に配置される。
NO76スロット3番目の端末とNO69スロット4番目の端末を接続するが、7スロット跨いだ位置であるため、お互いに3.5スロットの14度の捻り角で端末位置を合わせて接続して回路を構成する。
複数の導体81を、上記通り順次繰返し回路を構成するが、NO9スロット4番目に複数の導体81を配置すると、もう一方はNO1スロット3番目に配置され、巻き始め導体85と干渉する。ここに、NO9スロット4番目とNO2スロット3番目に位置する跨ぎ幅の異なる導体87を配置して隣接するスロットを同極にする。跨ぎ幅の異なる導体87のNO2スロット3番目の端末はNO85スロット4番目に配置される複数の導体81と接続される。NO85スロット4番目に配置される複数の導体81の、もう一方の端末は8スロット跨いだNO77スロット3番目に配置される。他の複数の導体81は、NO70スロット4番目とNO62スロット3番目に配置される。
複数の導体81を、上記通り順次繰返し回路を構成するが、NO10スロット4番目に複数の導体81を配置すると、もう一方はNO2スロット3番目に配置され、跨ぎ幅の異なる導体87と干渉する。図上では、巻き始め導体85からブリッジ線88までは反時計廻りの波巻きで、ブリッジ線88から巻き終り導体86までは時計廻りの波巻きとなる。ブリッジ線88のNO2スロット4番目の端末とNO9スロット3番目とNO17スロット4番目に配置される複数の導体81のNO9スロット3番目を接続する。次に、NO9スロット3番目とNO17スロット4番目に配置される複数の導体81のNO17スロット4番目の端末とNO24スロット3番目とNO32スロット4番目に配置される複数の導体81のNO24スロット3番目の端末を接続する。上記通り順次繰返し回路を構成して、NO69スロット3番目とNO77スロット4番目に配置される複数の導体81のNO77スロット4番目の端末とNO84スロット3番目に配置される巻き終り導体86を接続する。
最終的には、巻き始め導体85から始まり、反時計廻りで5本の複数の導体81を通じて跨ぎ幅の異なる導体87と接続され、跨ぎ幅の異なる導体87で隣接するスロットに位置され、更に、反時計廻りで5本の複数の導体81を通じてブリッジ線88までの2Tの波巻き回路を構成して、今度は時計廻りで5本の複数の導体81を通じて巻き終り導体86で終わる3Tの波巻き回路を構成する。
図17は固定子の外側回路を2Tで波巻きする外観を示す。図上では、巻き始め導体82から5本の複数の導体81を通じてブリッジ線84までは時計廻りの波巻きで、ブリッジ線84から5本の複数の導体81を通じて巻き終り導体83までは反時計廻りの波巻きとなる状態を示す。
図18は固定子の内側回路を3Tで波巻きする外観を示す。図上では、巻き始め導体85から5本の複数の導体81を通じて跨ぎ幅の異なる導体87と接続され、跨ぎ幅の異なる導体87から5本の複数の導体81を通じてブリッジ線88までは反時計廻りの波巻きで、ブリッジ線88から5本の複数の導体81を通じて巻き終り導体86までは時計廻りの波巻きとなる状態を示す。
図19は回転電機の固定子の1相分組付の外観を示す。図上では、外側2T回路と内側3T回路を組合せて5T波巻きとなる状態を示す。2T回路の巻き終り導体83と3T回路の巻き始め導体85は無剥離の平角導体で、ろう材が表面に貼りつけられた銅端子10を用いて、特許文献4記載の接続方式を応用して接続され、2T回路の巻き始め導体82から始まり、3T回路の巻き終り導体86までの5T回路となる1相分組付の状態を示す。
外側3T回路と内側2T回路を組合せて5T波巻きとなる組合せにおいても、上記同様に3T回路の巻き終り導体と2T回路の巻き始め導体を接続することで、3T回路の巻き始め導体から始まり、2T回路の巻き終り導体までの5T回路とすることができる。
図20は回転電機の固定子巻線の外観を示す。固定子巻線は、内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線89、90、91と内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線92、93、94が適正位置に配置され、電気角で28.8度の位相の違う二つのY回路で構成されている。図上では、内側2本+外側3本の組合せで5本となる巻線89、90、91の中性点95と内側3本+外側2本との組合せで5本となる巻線92、93、94の中性点96の接続は、無剥離の平角導体を、ろう材が表面に貼りつけられた銅端子10を用いて、特開平10‐4646の接続方式を応用して接続されている。また、ブリッジ線はスロット4番目位置の最内層とスロット1番目の最外層に配置して回路を構成する。
巻線回路の製造方法においては、1相毎に回路製作して、組付けることは不可能であり、全導体同時成形、同時挿入で製作することが前提となる。
本巻線回路で必要とする導体は、2種類の複数の導体81、巻き始め導体82と85、巻き終り導体83と86、ブリッジ線84と88、跨ぎ幅の異なる導体87の多種類の導体が必要となる。U字形状の導体に換算すると、1台の固定子巻線を製作するのに、180本の導体が必要となる。複数本の導体を製作するには、第一に導体の種類を減らす必要がある。そこで、2種類の複数の導体81、跨ぎ幅の異なる導体87を同一のU字形状とした。巻き始め導体82と85、巻き終り導体83と86の全長を同一として、導体形状を3種類とした。巻線回路を内、外側回路の構成とすることで、4重構造の捻り方式を2重構造の単純構造で、内、外側回路各90本の成形で対応できるようにした。
全数同時捻り成形においては、内径側の端末位置が固定され、外径側の端末位置を導体2の捻り角の8スロット相当捻る構造とした。跨ぎ幅の異なる導体27は導体セット時に−1となる位置にセットして8スロット相当捻ると7スロット相当捻るようにした。3種類の導体は形状が異なるため、捻り後の導体間の絶縁空間を確保するため、外径側の端末を保持して正規位置より(+)方向に導体間を密着させた捻りを行い、次にオーバーランの角度の約1/2を正規位置より(‐)方向に戻し、最後に正規位置に捻る方式でスプリングバックを少なくして、かつ導体間の絶縁空間を確保する成形をしている。
上記巻線回路は、一つのスロット当り4本の導体が径方向に1列に配置され、外周側から1番目、2番目の導体と3番目、4番目の導体に分割され、複数スロットの3番目、4番目の導体で構成される内側回路と複数スロットの1番目、2番目の導体で構成される外側回路の組合せで構成され、内側回路の3本の導体と外側回路の2本の導体を組合せた5本の導体と内側回路の2本の導体と外側回路の3本の導体を組合せた5本の導体の組合せで構成することで、略バランス巻としているが、内側回路を2.5巻の波巻と外側回路を2.5巻の波巻を組合せた5巻の波巻でバランス巻構成とすることもできる。
実施例6を説明する。図21はアンバランス巻きのスロット配置図で、磁極の極数が12、スロットの個数が90、固定子巻線の相数が3、極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5で磁極の1極当たり5本の導体で、一つのスロット当り4本の導体が配置で構成される巻線回路の例を示す。
外側回路において、巻き始め導体、巻き終り導体、複数の導体の組合せで、相巻線が構成できる。この相巻線を適正位置に配置して3相巻線を構成することができる。同様に、内側回路で3相巻線を構成することができる。この組合せで位相の違う二つのY回路のアンバランス巻きが構成できる。この回転電機は、音が大きくなるが、出力を大きくすることができる。
本発明は、車両交流発電機の固定子にとどまらず、電気自動車、汎用発電機などの軸方向から挿入される導体端末を接続して、巻線を構成する回転電機の固定子に採用できる。
実施例1における接続リングの拡大図。 実施例1における接続リング組付け状態の拡大図。 実施例1における接続リング分割後の状態の拡大図。 実施例1における接続リング分割後の状態図。 実施例2における逆捻りの導体で接続した状態の拡大図。 実施例3における跨ぎ幅の異なる導体で接続した状態の拡大図。 実施例4の回転子の磁極2極当たりのスロット配置図。 実施例4の回転電機の固定子巻線の2T回路図。 実施例4の回転電機の固定子巻線の3T回路図。 実施例4における固定子の外側回路を2Tで波巻きする外観図。 実施例4における固定子の内側回路を3Tで波巻きする外観図。 実施例4の回転電機の固定子の1相分組付の外観図。 実施例4の回転電機の固定子巻線の外観図。 実施例4の回転電機の固定子の接続リング組付外観図。 実施例5の回転電機の固定子巻線の2T回路図。 実施例5の回転電機の固定子巻線の3T回路図。 実施例5における固定子の外側回路を2Tで波巻きする外観図。 実施例5における固定子の内側回路を3Tで波巻きする外観図。 実施例5の回転電機の固定子の1相分組付の外観図。 実施例5の回転電機の固定子の外観図。 実施例6におけるアンバランス巻きのスロット配置図。
符号の説明
1 接続リング
11 導体部
12 絶縁部
13 溝部
2 固定子
3 固定子鉄心
4 導体群
41 複数の導体
42 端末部
43 逆捻り導体
44 跨ぎ幅の異なる導体
45 2T回路の巻き始め導体
46 2T回路の巻き終り導体
47 2T回路のブリッジ線
48 3T回路の巻き始め導体
49 3T回路の巻き終り導体
50 3T回路の跨ぎ幅の異なる導体
51 3T回路のブリッジ線
52 内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線(U1相)
53 内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線(V1相)
54 内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線(W1相)
55 内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線(U2相)
56 内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線(V2相)
57 内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線(W2相)
6 外側回路
7 内側回路
8 導体群
81 複数の導体
82 2T回路の巻き始め導体
83 2T回路の巻き終り導体
84 2T回路のブリッジ線
85 3T回路の巻き始め導体
86 3T回路の巻き終り導体
87 3T回路の跨ぎ幅の異なる導体
88 3T回路のブリッジ線
89 内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線(U1相)
90 内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線(V1相)
91 内側2本+外側3本の組合せで5本となる相巻線(W1相)
92 内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線(U2相)
93 内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線(V2相)
94 内側3本+外側2本の組合せで5本となる相巻線(W2相)
95 中性点1
96 中性点2
10 銅端子

Claims (12)

  1. 一対の導体を挿入し得るスロットを回転軸方向に複数形成した固定子鉄心と、
    前記一対の導体をそれぞれ個別に挿入し得るスリットを有するとともに、該各対の導体の端末部を個別に接続する導体部と、隣り合う他の一対の導体を個別に絶縁する絶縁部とを備えた接続リングとを備え、前記複数のスロットのそれぞれに、前記一対の導体を回転軸方向から挿入し、これらの各端末部を、前記導体部により導通させるとともに、前記絶縁部により隣り合う対の導体と絶縁することにより固定子巻線を形成した回転電機において、
    前記固定子巻線は複数の多相巻線とし、1つの多相巻線は2以上の相巻線から構成し、1相分の相巻線は、極性が交互に異なるよう配置した複数の磁極に対応するように前記固定子鉄心のスロットを跨いで電気的に接続した複数の前記導体から構成されてなり、前記固定子巻線は、その相数、前記スロットの個数及び前記磁極の極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5、磁極の1極当たり5本の導体で構成している磁極の極数が12、前記スロットの個数が90、相数が3であって、内側、外側の2重の回路から構成し、磁極の1極当たり導体が内側3本と外側2本及び内側2本と外側3本のそれぞれ5本からなる組合せとなることを特徴とする回転電機。
  2. 請求項1記載の回転電機において、
    上記回転子の磁極2極、すなわち極性の異なるN極とS極の磁極一対当たりに上記スロットが15個配置しており、上記固定子巻線は、跨ぎ幅が7スロット相当の角度で、かつ、両端末の捻り角度が4スロット相当の角度の導体で電気的に接続することを特徴とする回転電機。
  3. 請求項1記載の回転電機において、
    上記内側、外側の3本の導体はそれぞれ2本と1本に区分し、内側、外側の2本の導体はそれぞれ各1本に区分し、それぞれが波巻きとなることを特徴とする回転電機。
  4. 請求項に記載の回転電機において、
    上記2本に区分された導体は、隣接するスロットに配置し、跨ぎ幅の異なる導体で電気的に接続して回路を構成することを特徴とする回転電機。
  5. 請求項2又は3に記載の回転電機において、
    それぞれが波巻きとなる巻き始めと巻き終りを最内層と最外層に配置したブリッジ線で電気的に接続して回路を構成することを特徴とする回転電機。
  6. 請求項に記載の回転電機において、
    内側回路の巻き終りと外側回路の巻き始めを逆捻りの導体で電気的に接続して回路を構成することを特徴とする回転電機。
  7. 請求項6に記載の回転電機において、
    電気的に接続して回路を構成する際、端末部を組付けて固定する接続リングを有すること特徴とする回転電機。
  8. 一対の導体を挿入し得るスロットを回転軸方向に複数形成した固定子鉄心と、前記一対の導体をそれぞれ個別に挿入し得るスリットを有するとともに、該各対の導体の端末部を個別に接続する導体部と、隣り合う他の一対の導体を個別に絶縁する絶縁部とを備えた接続リングとを備え、前記複数のスロットのそれぞれに、前記一対の導体を回転軸方向から挿入し、これらの各端末部を、前記導体部により導通させるとともに、前記絶縁部により隣り合う対の導体と絶縁することにより固定子巻線を形成した回転電機において、
    前記固定子巻線は複数の多相巻線とし、1つの多相巻線は2以上の相巻線から構成し、1相分の相巻線は、極性が交互に異なるよう配置した磁極に対応するように前記固定子鉄心のスロットを跨いで電気的に接続した複数の前記導体から構成してなり、前記固定子巻線は、その相数、前記スロットの個数及び前記磁極の極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5、磁極の1極当たり5本の導体で構成している磁極の極数が12、前記スロットの個数が90、相数が3であって、内側、外側の2重の回路から構成し、磁極の1極当たり導体が内側3本と外側2本及び内側2本と外側3本のそれぞれ5本からなる組合せで、前記回転子の磁極2極、すなわち極性の異なるN極とS極の磁極一対当たりにスロットが15個配置しており、前記固定子巻線は、跨ぎ幅が8スロット相当の角度で、かつ、両端末の捻り角度が3.5スロット相当の角度の導体で電気的に接続することを特徴とする回転電機。
  9. 請求項8に記載の回転電機において、
    上記内側、外側の3本の導体はそれぞれ2本と1本に区分し、内側、外側の2本の導体はそれぞれ各1本に区分し、それぞれが波巻きとなることを特徴とする回転電機。
  10. 請求項9に記載の回転電機において、
    上記2本に区分した導体は、隣接するスロットに配置し、跨ぎ幅の異なる導体で電気的に接続して回路を構成することを特徴とする回転電機。
  11. 請求項9又は10に記載の回転電機において、
    それぞれが波巻きとなる巻き始めと巻き終りを最内層と最外層に配置したブリッジ線で電気的に接続して回路を構成することを特徴とする回転電機。
  12. 一対の導体を挿入し得るスロットを回転軸方向に複数形成した固定子鉄心と、前記一対の導体をそれぞれ個別に挿入し得るスリットを有するとともに、該各対の導体の端末部を個別に接続する導体部と、隣り合う他の一対の導体を個別に絶縁する絶縁部とを備えた接続リングとを備え、前記複数のスロットのそれぞれに、前記一対の導体を回転軸方向から挿入し、これらの各端末部を、前記導体部により導通させるとともに、前記絶縁部により隣り合う対の導体と絶縁することにより固定子巻線を形成した回転電機において、
    前記固定子巻線は複数の多相巻線とし、1つの多相巻線は2以上の相巻線から構成し、1相分の相巻線は、極性が交互に異なるよう配置した磁極に対応するように前記固定子鉄心のスロットを跨いで電気的に接続した複数の前記導体から構成してなり、前記固定子巻線は、その相数、前記スロットの個数及び前記磁極の極数から決定される毎極毎相スロット数が2.5、磁極の1極当たり5本の前記導体で構成している磁極の極数が12、前記スロットの個数が90、前記固定子巻線の相数が3であって、内側、外側の2重の回路から構成し、磁極の1極当たり導体が内側5本と外側0本及び内側0本と外側5本のそれぞれ5本からなる組合せのアンバランス巻きであることを特徴とする回転電機。
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