JP5459561B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機に関する。

従来、車両において電動機や発電機として使用される回転電機として、回転子と、この回転子と対向配置された固定子コアおよびこの固定子コアに装備された固定子巻線を備える固定子とを有するものが知られている。そして、特許文献１および２には、固定子巻線として、固定子コアのスロットに収容されるスロット収容部と、前記スロットから軸方向に露出し、周方向に延び出すコイルエンド部とを持つ複数の導体セグメントにより形成されたセグメント型のものが開示されている。

この固定子巻線を形成する導体セグメントは、一対の直線部と、一対の直線部の一端を互いに接続するターン部とを有して略Ｕ字状に成形されており、各直線部の開放側の先端部には絶縁被膜が剥離されることにより導体露出部が形成されている。この導体セグメントは、一対の直線部が所定のスロットピッチ離れた２個のスロットに軸方向一端側から挿入される。そして、スロットから軸方向他端側に延出した開放端部が、周方向に所定角度で斜めに斜行するように曲げられ、所定の先端部の導体露出部同士が溶接等で接続されることによって直列に接続される。その後、導体セグメントの導体露出部およびその近傍部が、絶縁樹脂部材により被覆されることによって、上記の固定子巻線が形成される。

特開２００１−２０４１５１号公報 特開２０００−０６００５１号公報

ところで、近年のハイブリッド車においては、搭載される回転電機の高性能化と小型化の強い要請があることに伴い、高電圧化が要求される。この要求に対応して高電圧化を実現するためには、導体セグメントの導体露出部およびその近傍部を被覆する絶縁樹脂部材の十分な絶縁性能を確保する必要がある。そのため、その絶縁樹脂部材の厚みを厚くすると、絶縁樹脂材料のコスト上昇を招くこととなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、十分な高電圧化と絶縁性能を確保しつつ、製造コストの低減化を図り得るようにした回転電機を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、回転子と、前記回転子と対向配置された固定子コアおよびこの固定子コアに装備された固定子巻線を備える固定子と、を有する回転電機において、前記固定子巻線は、前記固定子コアのスロットに収容されるスロット収容部と、前記スロットから軸方向に露出し、周方向に延び出すコイルエンド部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、前記コイルエンド部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、前記コイルエンド部は、複数の前記導体セグメントの前記先端部における導体露出部同士を接合した接合端部と、前記導体露出部以外の他の部位とを有し、前記接合端部同士が接合された接合部を含む前記導体露出部およびその近傍部の前記他の部位は、絶縁樹脂部材により被覆され、前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材は、前記他の部位を被覆する前記絶縁樹脂部材よりも厚く形成されているとともに、前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材と前記他の部位を被覆する前記絶縁樹脂部材との間に段差が設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、導体セグメントの導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材は、導体露出部以外の他の部位を被覆する絶縁樹脂部材よりも厚く形成されているため、回転電機の十分な高電圧化と絶縁性能を確保することができる。また、導体セグメントの導体露出部以外の他の部位を被覆する絶縁樹脂部材は、樹脂材料が必要最小限に止められるので、材料費を低減することができる。したがって、本発明によれば、十分な高電圧化および絶縁性能を確保しつつ、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、本発明において、絶縁樹脂部材を形成する樹脂材料としては、例えばエポキシ、ポリエステル、ウレタン、シリコーン等を挙げることができる。

請求項２に記載の発明は、前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材は、周方向厚みをｔＷ、径方向厚みをｔＬ、軸方向厚みをｔＨとしたときに、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷの関係を満足させることによって、導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の絶縁性能を最適な状態に設定することができる。ここで、固定子巻線が多相の場合において、周方向厚みｔＷは、異相間における必要絶縁膜厚（必要耐電圧）であり、径方向厚みｔＬは、同相間における必要絶縁膜厚であり、軸方向厚みｔＨは、対地間（フレーム等の対グランド）における必要絶縁膜厚である。通常、図１２に示すように、異相間においては電位差が最も高くなり、同相間においては電位差が最も低くなり、対地間においては異相間と同相間の間の電位差となる。したがって、導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材を、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定することにより、絶縁樹脂部材の絶縁性能を最適な状態に設定することができる。

請求項３に記載の発明は、隣接した前記接合部をそれぞれ被覆する前記絶縁樹脂部材同士の間に空隙が設けられていることを特徴とする。

通常、絶縁樹脂部材には、外気が内部の導体まで繋がっているピンホールが一定の確率で存在している。そのため、請求項３に記載の発明によれば、導体セグメントの導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の必要な厚みが確保されている場合でも、隣接した接合部をそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材同士の間に空隙を設けることによって、絶縁性の確保をより確実に行うことができ、安全性の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記空隙は、少なくとも周方向に隣接した前記接合部をそれぞれ被覆する前記絶縁樹脂部材同士の間に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、固定子巻線が多相（例えば３相）の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の異相間において電位差が最も高くなることから、周方向に隣接した接合部をそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材同士の間に空隙を設けることによって、絶縁性の確保をより確実に行うことができ、安全性の向上を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、前記空隙は、前記導体セグメントの延伸方向において前記導体露出部と対応する範囲に設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、空隙が導体露出部と対応する範囲の全域に設けられるため、絶縁性の確保をより確実にすることができる。

請求項６に記載の発明は、前記絶縁樹脂部材は、多層構造に形成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、絶縁樹脂部材が多層構造に形成されているため、導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の厚みと、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材の厚みとの差を出し易くなる。これにより、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材よりも厚みを厚くした、導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材を容易に形成することができる。また、絶縁樹脂部材が多層構造の場合には、各層に存在するピンホールが互いに連通する可能性が低くなるため、単層構造に比べて、絶縁樹脂部材の絶縁性をより有利に確保することができる。

なお、本発明における多層構造とは、２層以上の複数層構造を意味する。本発明において、絶縁樹脂部材の多層構造は、例えば、各層を構成する樹脂材料の種類や粘度等を適宜変更することによって容易に実現することができる。この場合、絶縁樹脂部材の各層の厚みは、必ずしも同一にする必要はなく、種々変更してもよい。

請求項７に記載の発明は、前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材は、多層構造に形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材よりも厚みを厚くした、導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材を容易に形成することができる。また、絶縁樹脂部材の各層に存在するピンホールが互いに連通する可能性が低くなるため、導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の絶縁性を、単層構造に比べて有利に確保することができる。

実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。 実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。 実施形態１に係る固定子の部分的な側面図である。 実施形態１に係る固定子の部分的な断面図である。 実施形態１において用いられる導体セグメントの模式的斜視図である。 実施形態１において固定子コアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。 実施形態１において接合側エンド部の外端層に位置する導体セグメントの配置状態を示す説明図である。 実施形態１に係る固定子の接合側エンド部の一部を示す斜視図である。 実施形態１において導体セグメントが収容される固定子コアのスロットを説明するための固定子の部分断面図である。 実施形態１における導体セグメントの接合部近傍の状態を示す部分断面図である。 実施形態１における導体セグメントの導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の厚みを示す説明図であって、（ａ）は導体セグメントの軸直角方向の断面図、（ｂ）は導体セグメントの軸方向の断面図である。 実施形態１における導体セグメントの導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の各方向の厚み（ｔＨ、ｔＬ、ｔＷ）と必要絶縁膜厚（必要耐電圧）との関係を示すグラフである。 実施形態１における導体セグメントの周方向に隣接した接合部同士の状態を示す部分断面図である。 実施形態１における導体セグメントの径方向に隣接した接合部同士の状態を示す部分断面図である。 実施形態２における導体セグメントの接合部近傍の状態を示す部分断面図である。 他の実施形態において固定子コアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。図２は、実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。本実施形態に係る回転電機１は、車両用交流発電機として用いられるものであって、図１に示すように、電機子として働く固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２および回転子３を収容し、締結ボルト４ｃによって連結、固定されたフロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂと、交流電力を直流電力に変換する整流器５等を含んで構成されている。

固定子２は、図２に示すように、固定子コア２２と、複数の導体セグメント２３により構成されたセグメント型の固定子巻線２１と、固定子コア２２および固定子巻線２１間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。この固定子２は、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂ間で挟持されることにより固定されており、回転子３の外周側に所定の隙間を介して配置されている。固定子２の詳細な構造については後述する。

回転子３は、図１に示すように、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂに回転可能に支持されたシャフト３３と一体になって回転するもので、ランデル型ポールコア３２と、界磁巻線３１とを備えている。なお、シャフト３３の前端部には、自動車に搭載された走行用のエンジン（図示せず）に図示しないベルト等を介して連結されたプーリ２０が固定されている。

ランデル型ポールコア３２はフロント側およびリア側の一組のポールコア３２ａ、３２ｂを組み合わせて構成されている。各ポールコア３２ａ、３２ｂは、それぞれが６個の爪状磁極部３２ｃを有し、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻回して構成された界磁巻線３１を前後両側から挟み込むようにシャフト３３に嵌挿されている。本実施形態では、ポールコア３２ａ、３２ｂは、各８個の磁極を持ち、即ち、１６極の回転子３を形成している。

フロントハウジング４ａの軸方向端面（前端面）およびリアハウジング４ｂの軸方向端面（後端面）には、吸入孔４２ａ、４２ｂがそれぞれ設けられている。そして、フロント側の吸入孔４２ａ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の斜流ファン３５がフロント側のポールコア３２ａの前端面に溶接等により固着されている。同様に、リア側の吸入孔４２ｂから吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心ファン３６がリア側のポールコア３２ｂの後端面に溶接等により固着されている。また、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂには、固定子コア２２の軸方向両端から突出した固定子巻線２１のコイルエンド部に対向した部分に冷却風の吐出孔４１がそれぞれ設けられている。

シャフト３３の後端部近傍には、界磁コイル３１の両端に電気的に接続されたスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から界磁コイル３１に対して給電が行われるようになっている。

上述した構成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にエンジンからの回転力が伝えられると、回転子３がシャフト３３と共に所定方向に回転する。この状態で、スリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から回転子３の界磁コイル３１に励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２ａ、３２ｂのそれぞれの爪状磁極部３２ｃが励磁されて、回転子３の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。これにより、固定子巻線２１に三相交流電圧を発生させることができ、整流器５の出力端子から所定の直流電流を取り出すことができる。

次に、固定子２の詳細について説明する。図３は、本実施形態に係る固定子の部分的な側面図である。図４は、本実施形態に係る固定子の部分的な断面図である。図５は、本実施形態において用いられる導体セグメントの模式的斜視図である。図６は、本実施形態において固定子コアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。図７は、本実施形態において接合側エンド部の外端層に位置する導体セグメントの配置状態を示す説明図である。図８は、本実施形態に係る固定子の接合側エンド部の一部を示す斜視図である。図９は、本実施形態において導体セグメントが収容される固定子コアのスロットを説明するための固定子の部分断面図である。

なお、以下の説明において、軸方向とは、固定子コア２２の軸方向を意味し、径方向とは、固定子コア２２の径方向を意味し、周方向とは、固定子コア２２の周方向を意味するものとする。

固定子コア２２には、多相の固定子巻線２１を収容できるように、断面略矩形状の複数のスロット２５が形成されている。本実施形態では、回転子３の磁極数１６に対応して、２組の３相の固定子巻線２１を収容するように、９６個のスロット２５が周方向に等間隔に配置されている。

固定子コア２２のスロット２５に装備された固定子巻線２１は、接合端部２３ｆ同士が互いに接合された複数の略Ｕ字状の導体セグメント２３により構成されている。なお、導体セグメント２３の外周には絶縁被膜２３ｄが被覆されており、導体セグメント２３両端の先端部には、絶縁被膜２３ｄを剥離することによって内部の導体が露出した導体露出部２３ｉが設けられている。

この導体セグメント２３は、図６に示すように、一対の直線部２３ｇ、２３ｇとそれぞれの直線部２３ｇ、２３ｇの一端部同士を連結するターン部２３ｈとからなるＵ字形状のものが採用されている。このＵ字形状の導体セグメント２３は、一対の直線部２３ｇ、２３ｇが所定のスロットピッチ離れた２個のスロット２５内に軸方向に挿入された後、スロット２５から軸方向の外部に延出する直線部２３ｇ、２３ｇの開放端部が、周方向に所定の角度をもって斜めに斜行するように折り曲げられている。

これにより、導体セグメント２３は、図５に示すように、スロット２５内に収容され軸方向に沿って直線状に延びる一対のスロット収容部２３ａ、２３ａと、スロット２５から軸方向に露出し周方向に延び出すコイルエンド部とを有する。コイルエンド部は、各スロット収容部２３ａ、２３ａの一端同士を連結するように一体に設けられてスロット２５の軸方向一端側（車両用交流発電機１のリア側で図１の右側。以下、同様）から突出するターン側エンド部２３ｂと、各スロット収容部２３ａ、２３ａの他端に一体に設けられてスロット２５の軸方向他端側（車両用交流発電機１のフロント側で図１の左側。以下、同様）から突出する一対の接合側エンド部２３ｃ、２３ｃとから構成されている。

ターン側エンド部２３ｂは、その先端に湾曲変形により形成された略Ｖ字状のターン部２３ｈを有している。一方、接合側エンド部２３ｃは、屈曲変形により形成されて固定子コア２２の軸方向端面に対して所定の角度をもって斜めに斜行する接合側斜行部２３ｅと、この接合側斜行部２３ｅの先端に一体に形成され、屈曲変形により形成された接合端部２３ｆとを有している。なお、この接合端部２３ｆは、絶縁被膜２３ｄが剥離されて内部の導体が露出した導体露出部２３ｉとなっている。

接合側斜行部２３ｅは、加圧加工が施されることにより直線部２３ｇ、２３ｇよりも硬度が高められている。そのため、図７に示すように、容易に変形し難くいことから、直線に近い形状を維持している。これにより、接合側斜行部２３ｅにおけるコイル間の隙間を小さくすることができるため、コイル同士の接触面積が増えることで、接合側斜行部２３ｅ先端の高さ、即ち、コイルエンド部の高さｈを低減することができる（図３参照）。

固定子コア２２の各スロット２５には、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）の電気導体（各導体セグメント２３のスロット収容部２３ａ）が収容されている。また、一のスロット２５内の４本の電気導体は、図４に示すように、径方向に沿って内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。なお、一のスロット２５内の４本の電気導体は同相の固定子巻線２１を形成している。

各スロット２５内に収容されたこれらの電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線２１が形成される。なお、本実施形態では、スロット２５内の電気導体は、軸方向一端側のターン側エンド部２３ｂにおいては、ターン部２３ｈを経由することにより、また、軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいては、接合端部２３ｆ同士をアーク溶接によって接合することにより、電気的に接続されている。即ち、固定子コア２２の軸方向一端側には、スロット２５から突出した多数のターン部２３ｈによって第１コイルエンド群が形成され、固定子コア２２の軸方向他端側には、スロット２５から突出した多数の接合側エンド部２３ｃによって第２コイルエンド群が形成されている（図８参照）。

各スロット２５内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の１本の他の電気導体と対をなしている。

例えば、図９に示すように、一のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａは、固定子コア２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは、固定子コア２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂと対をなしている。そして、固定子コア２２の軸方向一端側のターン側エンド部２３ｂにおいて、これらの対をなす電気導体、すなわち内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとはターン部２３ｈ（２３１ｃ）を経由することにより接続され、また、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとはターン部２３ｈ（２３２ｃ）を経由することにより接続されている。

したがって、固定子コア２２の軸方向一端側においては、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３２ｃ）を、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３１ｃ）が囲むこととなる。このように、固定子コア２２の軸方向一端側においては、対をなす電気導体同士の接続部としてのターン部２３ｈ（２３２ｃ）が、同じスロット２５内に収容された他の対をなす電気導体同士の接続部としてのターン部２３ｈ（２３１ｃ）により囲まれる。そして、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３２ｃ）により中層コイルエンドが形成され、また、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３１ｃ）により端層コイルエンドが形成される。

一方、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは、固定子コア２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂ’は、固定子コア２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂとも対をなしている。そして、固定子コア２２の軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいて、これらの対をなす電気導体、すなわち内中層の電気導体２３２ａと内端層の電気導体２３１ａ’とは、接合端部２３ｆ同士（２３２ｄと２３１ｄ’）の接合により接続されている。また、外端層の電気導体２３１ｂ’と外中層の電気導体２３２ｂとは、接合端部２３ｆ同士（２３１ｅ’と２３２ｅ）の接合により接続されている。

したがって、固定子コア２２の軸方向他端側においては、内中層の電気導体２３２ａおよび内端層の電気導体２３１ａ’を接続する内側接合部（接合端部２３２ｄおよび２３１ｄ’により構成されるもの）と、外端層の電気導体２３１ｂ’および外中層の電気導体２３２ｂを接合する外側接合部（接合端部２３１ｅ’および２３２ｅにより構成されるもの）とが、径方向および周方向に互いにずれた状態で配置されている。そして、内中層の電気導体２３２ａおよび内端層の電気導体２３１ａ’を接続する内側接合部（接合端部２３２ｄおよび２３１ｄ’により構成されるもの）と、外端層の電気導体２３１ｂ’および外中層の電気導体２３２ｂを接合する外側接合部（接合端部２３１ｅ’および２３２ｅにより構成されるもの）とにより、異なる同心円上に配置された２つの隣接層コイルエンドが形成される。

なお、外側接合部および内側接合部の導体露出部２３ｉやその近傍には、これらの接合部の互いの絶縁と保持のために、絶縁樹脂部材２６によるコーティングがなされている。この絶縁樹脂部材２６については後で詳述する。

さらに、図４に示すように、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとが、一連の導電体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント２３１（図６参照）により提供される。そして、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとが一連の導電体を略Ｕ字状に成形してなる小セグメント２３２（図６参照）により提供される。なお、基本となる略Ｕ字状の導体セグメント２３は、大セグメント２３１および小セグメント２３２によって構成される。

以上の構成を、全てのスロット２５の基本となる導体セグメント２３について繰り返す。なお、固定子巻線２１の各相について、基本となる導体セグメント２３により、固定子コア２２の周りを２周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線２１の各相について、出力用引き出し線および中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目とを接続するターン部２３ｈを有するセグメントは、基本となる導体セグメント２３とは異なる異形セグメントで構成される。これら異形セグメントを用いて、固定子巻線２１の各相の巻線端が星型結線により結線される。

次に、絶縁樹脂部材２６の詳細について説明する。図１０は、実施形態１における導体セグメントの接合部近傍の状態を示す部分断面図である。図１１は、実施形態１における導体セグメントの導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の厚みを示す説明図であって、（ａ）は導体セグメントの軸直角方向の断面図であり、（ｂ）は導体セグメントの軸方向の断面図である。図１２は、実施形態１における導体セグメントの導体露出部を被覆する絶縁樹脂部材の各方向の厚み（ｔＨ、ｔＬ、ｔＷ）と必要絶縁膜厚（必要耐電圧）との関係を示すグラフである。図１３は、実施形態１における導体セグメントの周方向に隣接した接合部同士の状態を示す部分断面図である。図１４は、実施形態１における導体セグメントの径方向に隣接した接合部同士の状態を示す部分断面図である。

図１０に示すように、固定子巻線２１を構成する導体セグメント２３の接合側エンド部２３ｃの接合端部２３ｆは、絶縁被膜２３ｄが剥離されて内部の導体が露出した導体露出部２３ｉとなっている。導体露出部２３ｉおよびその近傍部は、絶縁樹脂部材２６により被覆されている。この場合、絶縁樹脂部材２６は、導体セグメント２３の接合端部２３ｆの先端から接合側斜行部２３ｅ同士が交差を開始する位置Ｐまでの範囲を覆うように付着している。この絶縁樹脂部材２６は、導体露出部２３ｉを被覆する部分の膜厚ｔ１が他の部位を被覆する部分の膜厚ｔ２よりも厚くなるように形成されている。これにより、回転電機の十分な高電圧化と絶縁性能が確保されている。

また、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、周方向厚みをｔＷ、径方向厚みをｔＬ、軸方向厚みをｔＨとしたときに、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定されている。これにより、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６の絶縁性能が最適な状態になるように設定されている。この場合、固定子巻線２１が３相巻線であることから、周方向厚みｔＷは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の異相間における必要絶縁膜厚（必要耐電圧）であり、径方向厚みｔＬは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の同相間における必要絶縁膜厚であり、軸方向厚みｔＨは、対地間（フレーム等の対グランド）における必要絶縁膜厚である。通常、図１２に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の異相間においては電位差が最も高くなり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の同相間においては電位差が最も低くなり、対地間においては異相間と同相間の間の電位差となる。したがって、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６が、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定されていることにより、絶縁樹脂部材２６の絶縁性能が最適な状態にすることができる。

また、異なる導体セグメント２３の接合端部２３ｆ同士が接合された接合部を被覆する絶縁樹脂部材２６の隣接するもの同士の間には、空隙Ｓ１、Ｓ２が設けられている。本実施形態では、図１３に示すように、周方向に隣接した接合部をそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材２６同士の間に空隙Ｓ１が設けられ、図１４に示すように、径方向に隣接した接合部をそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材２６同士の間に空隙Ｓ２が設けられている。これら空隙Ｓ１、Ｓ２は、導体セグメントの延２３伸方向において導体露出部２３ｉと対応する範囲に設けられている。これら空隙Ｓ１、Ｓ２を設けることによって、絶縁樹脂部材２６に存在するピンホール対策が講じられている。これにより、絶縁性の確保をより確実に行うことが可能となり、安全性の向上が図られている。

なお、本実施形態の絶縁樹脂部材２６は、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等から選択された樹脂を主成分とする液状樹脂が採用され、その液状樹脂を導体セグメント２３の導体露出部２３ｉおよびその近傍部の表面に付着させた後、硬化させることにより形成されている。

以上のように構成された本実施形態の回転電機１によれば、導体セグメント２３の先端部の導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６は、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材２６よりも厚く形成されているため、回転電機１の十分な高電圧化と絶縁性能を確保することができる。また、導体セグメント２３の導体露出部２３ｉ以外の他の部位を被覆する絶縁樹脂部材２６は、樹脂材料が必要最小限に止められるので、材料費を低減することができる。

そして、本実施形態では、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６は、周方向厚みをｔＷ、径方向厚みをｔＬ、軸方向厚みをｔＨとしたときに、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定されている。そのため、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷの関係を満足させることによって、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６の絶縁性能を最適な状態に設定することができる。

また、本実施形態では、隣接した接合端部２３ｆをそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材２６同士の間に空隙Ｓ１、Ｓ２が設けられている。そのため、導体セグメント２３の導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２６の必要な厚みが確保されている場合でも、空隙Ｓ１、Ｓ２を設けることによって、絶縁性の確保をより確実に行うことができ、安全性の向上を図ることができる。

特に、本実施形態では、空隙Ｓ１、Ｓ２は、少なくとも周方向に隣接した接合端部２３ｆをそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材２６同士の間に設けられている。そのため、固定子巻線２１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の異相間において電位差が最も高くなることから、周方向に隣接した接合端部２３ｆ同士の間に空隙Ｓ１を設けることによって、絶縁性の確保をより確実に行うことができ、安全性の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では、空隙Ｓ１、Ｓ２は、導体セグメント５０の延伸方向において導体露出部２３ｉと対応する範囲に設けられている。そのため、空隙Ｓ１、Ｓ２が導体露出部２３ｉと対応する範囲の全域に設けられるため、絶縁性の確保をより確実にすることができる。

〔実施形態２〕
図１５は、実施形態２における導体セグメントの接合部近傍の状態を示す部分断面図である。実施形態２に係る回転電機は、基本的構成が実施形態１と同じであり、固定子巻線２１を構成する導体セグメント２３の導体露出部２３ｉおよびその近傍部を被覆する絶縁樹脂部材２７が多層構造に形成されている点でのみ、実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点について説明する。

実施形態２の絶縁樹脂部材２７は、図１５に示すように、第１層２７ａと第２層２７ｂとからなる２層構造に形成されている。第１層２７ａは、導体セグメント２３の接合端部２３ｆの先端から接合側斜行部２３ｅ同士が交差を開始する位置Ｐまでの範囲を覆うように付着している。第２層２７ｂは、導体露出部２３ｉを被覆する第１層２７ａの表面を覆うように付着している。即ち、実施形態２の絶縁樹脂部材２７は、導体露出部２３ｉを被覆する部位が第１層２７ａと第２層２７ｂとからなる２層構造に形成されている。

そして、第１層２７ａおよび第２層２７ｂは、それぞれ略一定の膜厚に形成されており、第１層２７ａよりも第２層２７ｂの方が厚くされている。これにより、実施形態２の場合にも、実施形態１と同様に、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａおよび第２層２７ｂ）は、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａ）よりも膜厚が厚くされている。

また、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａおよび第２層２７ｂ）は、実施形態１と同様に、周方向厚みをｔＷ、径方向厚みをｔＬ、軸方向厚みをｔＨとしたときに、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定されている（図１１（ａ）（ｂ）参照）。

さらに、実施形態２の場合にも、実施形態１と同様に、周方向に隣接した接合端部２３ｆをそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材２７同士の間に空隙Ｓ１が設けられ（図１３参照）、径方向に隣接した接合端部２３ｆをそれぞれ被覆する絶縁樹脂部材２７同士の間に空隙Ｓ２が設けられている（図１４参照）。

なお、絶縁樹脂部材２７の第１層２７ａおよび第２層２７ｂは、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等から選択された樹脂を主成分とする液状樹脂を、導体セグメント２３の所定の部位の表面に付着させた後、硬化させることによりそれぞれ形成されている。このとき、第１層２７ａに粘度の低い液状樹脂を用い、第２層２７ｂに粘度の高い液状樹脂を用いることによって、絶縁樹脂部材２７の上記の形状ないし構造を容易に実現することができる。

以上のように構成された実施形態２の回転電機１によれば、導体セグメント２３の先端部の導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２７は、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材２７よりも厚く形成されているため、回転電機１の十分な高電圧化および絶縁性能を確保しつつ、製造コストの低減化を図ることができる等、実施形態１と同様の作用および効果を奏する。

特に、実施形態２の場合には、絶縁樹脂部材２７が多層構造に形成されているため、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａおよび第２層２７ｂ）の厚みと、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａ）の厚みとの差を出し易くなる。これにより、他の部位を被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａ）よりも厚みを厚くした、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２７（第１層２７ａおよび第２層２７ｂ）を容易に形成することができる。また、導体露出部２３ｉを被覆する絶縁樹脂部材２７が多層構造に形成されているため、各層に存在するピンホールが互いに連通する可能性が低くなるため、単層構造に比べて、絶縁樹脂部材２７の絶縁性をより有利に確保することができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態１、２では、絶縁樹脂部材２６、２７は、液状樹脂を採用していたが、これに代えて粉体樹脂を採用してもよい。粉体樹脂を採用した場合には、それら粉体樹脂を、導体セグメント２３の所定の部位の表面に付着させて溶融させた後、硬化させることにより絶縁樹脂部材２６、２７を形成することができる。

また、上記の実施形態１、２では、固定子巻線２１を構成する導体セグメント２３は、図５に示すように、基本となる略Ｕ字状の導体セグメント２３として、大セグメント２３１と小セグメント２３２とを組み合わせたものが採用されているが、例えば図１６に示すように、同一形状の２個の導体セグメント２３Ａ、２３Ｂを組み合わせるようにしてもよい。

この場合、２個の導体セグメント２３Ａ、２３Ｂは、それらの一対の直線部２３ｇ、２３ｇが、同一のスロット２５ではなく、隣接した２個のスロット２５Ａ、２５Ｂに別々に挿入される。即ち、図１６の右側にある２個の導体セグメント２３Ａ、２３Ｂにおいて、一方の導体セグメント２３Ａは、一方の直線部２３ｇが一のスロット２５Ａの外端層に挿入され、他方の直線部２３ｇが固定子コア２２の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の外中層に挿入される。

そして、他方の導体セグメント２３Ｂは、一方の直線部２３ｇがスロット２５Ａと隣接したスロット２５Ｂの外端層に挿入され、他方の直線部２３ｇが固定子コア２２の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の外中層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント２３Ａ、２３Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。これにより、導体セグメント２３Ａのターン部２３ｈと導体セグメント２３Ｂのターン部２３ｈは、軸方向外方へ最も突出している中央部で交差しなくなるので、固定子コア２２の一端面から突出しているターン部２３ｈの突出高さを低くすることができる。

なお、本実施形態の場合にも、上記のようにして、各スロット２５に、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）の直線部２３ｇが挿入され、一のスロット２５内に４本の直線部２３ｇが径方向に沿って一列に配列される。そして、それら導体セグメント２３Ａ、２３Ｂの、スロット２５から外部へ延出した直線部２３ｇの開放端部は、上記の実施形態１、２の場合と同様に、周方向に所定の角度をもって斜めに斜行する所定形状（Ｓ字形状）の接合側斜行部２３ｅを形成しつつ折り曲げられた後、所定の導体セグメント２３の開放端部の端末部同士が溶接により接続されることによって固定子巻線２１が形成される。

なお、上記の実施形態１、２は、本発明に係る回転電機の固定子を車両用交流発電機１の固定子２に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機として、発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用しうる回転電機の固定子にも利用することができる。また、本発明は、車両用交流発電機に限らず、同様の空冷構造をもつ車両用または汎用の回転電機にも適用することができる。例えば、電動機に適用することができる。

１…車両用交流発電機（回転電機）、 ２…固定子、 ３…回転子、 ４…ハウジング、 ５…整流器、 ２１…固定子巻線、 ２２…固定子コア、 ２３、２３Ａ、２３Ｂ…導体セグメント、 ２３１…大セグメント、 ２３２…小セグメント、 ２３ａ…スロット収容部、 ２３ｂ…ターン側エンド部（コイルエンド部）、 ２３ｃ…接合側エンド部（コイルエンド部）、 ２３ｄ…絶縁被膜、 ２３ｅ…接合側斜行部（斜行部）、 ２３ｆ…接合端部（接合部）、 ２３ｇ…直線部、 ２３ｈ…ターン部、 ２３ｉ…導体露出部、 ２４…インシュレータ、 ２５、２５Ａ、２５Ｂ…スロット、 ２６、２７…絶縁樹脂部材、 ２７ａ…第１層、 ２７ｂ…第２層、 Ｓ１…周方向の空隙、 Ｓ２…径方向の空隙。

Claims (7)

1. 回転子と、前記回転子と対向配置された固定子コアおよび前記固定子コアに装備された固定子巻線を備える固定子と、を有する回転電機において、
   前記固定子巻線は、前記固定子コアのスロットに収容されるスロット収容部と、前記スロットから軸方向に露出し、周方向に延び出すコイルエンド部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、前記コイルエンド部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、
   前記コイルエンド部は、複数の前記導体セグメントの前記先端部における導体露出部同士を接合した接合端部と、前記導体露出部以外の他の部位とを有し、
   前記接合端部同士が接合された接合部を含む前記導体露出部およびその近傍部の前記他の部位は、絶縁樹脂部材により被覆され、
   前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材は、前記他の部位を被覆する前記絶縁樹脂部材よりも厚く形成されているとともに、前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材と前記他の部位を被覆する前記絶縁樹脂部材との間に段差が設けられていることを特徴とする回転電機。
2. 前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材は、周方向厚みをｔＷ、径方向厚みをｔＬ、軸方向厚みをｔＨとしたときに、ｔＬ＜ｔＨ≦ｔＷとなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 隣接した前記接合部をそれぞれ被覆する前記絶縁樹脂部材同士の間に空隙が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記空隙は、少なくとも周方向に隣接した前記接合部をそれぞれ被覆する前記絶縁樹脂部材同士の間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記空隙は、前記導体セグメントの延伸方向において前記導体露出部と対応する範囲に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の回転電機。
6. 前記絶縁樹脂部材は、多層構造に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機。
7. 前記導体露出部を被覆する前記絶縁樹脂部材は、多層構造に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

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