JP5770074B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、発電機やモータ等の回転電機に係り、特に固定子巻線の冷却に好適な構成を有する回転電機に関する。

近年では、環境規制やエンドユーザー側の省エネルギ−指向が進み車両用の回転電機では、高出力で高効率な回転電機を安価に提供することが求められており、特に効果が大きい固定子による改善案が提案されている。

発電機やモータ等に用いられている一般的な固定子は、周方向に複数のスロットが内周面に開口した固定子鉄心と、夫々のスロットに挿入され、各スロット間のティース部に巻回された複数の固定子巻線によって構成されている。このため、幅の狭いスロット内に巻回のための固定子巻線を挿入する作業が煩雑となり、作業性が悪いばかりでなく、コイルエンド部でのコイルの干渉により固定子巻線の占積率を向上させることができないといった問題があった。

それに対して、第１に、固定子巻線の占積率向上のため断面が略四角形の平角線をＵ字形状に成形し、前記スロット内に前記固定子鉄心の軸方向から挿入し端部を所定の角度で周方向に捻り、端部を所定のコイルと溶接し、固定子を構成する回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、第２に、断面が略四角形の平角線を重ね巻きにより連続的に巻線し、固定子巻線の占積率の向上が図られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２１１８１０号公報 特開２００８−１６７５６７号公報

しかしながら、特許文献１記載のものは、セグメントコイルの一端側を多数箇所溶接しなければならないため、生産性及び溶接部の絶縁性等の品質面での問題が懸念され、特に高電圧の回転電機で問題となる。

また、特許文献２記載のものは、連続巻線におけるコイルエンド部の形状が重要であり、コイルエンド部で異なる相のコイル同士が接触すると固定子鉄心に挿入できなくなる等の製造面での問題がある。

また、近年では回転電機の高出力化に伴う固定子巻線の発熱量の増大により、コイルの冷却性向上も図らなければならない。例えば、回転電機が発電機（オルタネータ）の場合、従来は、１４Ｖで１２０Ａ程度の出力であったのに対して、１４Ｖで２2０Ａ程度まで出力が大電流化してきている。その結果、固定子巻線の発熱量が増大してきている。

本発明の目的は、生産性に優れ、固定子巻線でのコイルエンド部の干渉を回避でき、冷却性を向上させた固定子を有する高出力・高効率で高品質の回転電機を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、固定子と、該固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子を有し、前記固定子は、内周面に向かって開口された複数のスロットを有する環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に複数のスロットを介して装着された固定子巻線とを有し、前記固定子巻線は、前記複数のスロットを跨ぎ複数回周回するコイルと前記周回するコイル同士とをつなぐ渡り線により連続的に構成され、前記固定子巻線は、複数組、固定子鉄心の全周にわたり配置されている、回転電機であって、前記固定子鉄心の軸方向に配置されるコイルエンドの頂点部で折り返されるコイルタ−ン部はＵ字形状に形成され、前記コイルエンドの頂点のコイルターン部は、側面が中心に向かうように放射状に配置され、前記コイルエンドの頂点のコイルターン部と隣接するコイルエンドの頂点のコイルターン部との間には、内周側から外周側に貫通される空間を設けられ、前記固定子巻線の複数回周回するコイルの配列は、スロット部では径方向に巻数分整列され、前記コイルエンドの頂点部のコイルターン部では同心半円状に積層されるように、巻数分整列されているものである。
かかる構成により、生産性に優れ、固定子巻線でのコイルエンド部の干渉を回避でき、冷却性を向上させた固定子を有する高出力・高効率で高品質の回転電機とし得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記コイルエンドのコイルタ−ン部は、環状コイルの固定子鉄心のスロットに挿入される位置の中間部に配置されるものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記コイルエンド部頂点のコイルタ−ン部の配置角度が、リヤフレームの排気窓の角度に一致するようにしたものである。

（４）上記（３）において、好ましくは、さらに、冷却ファンの羽根の出口角度が、前記コイルエンドの頂点のコイルタ−ン部の配置角度に一致するようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、冷却ファンの羽根によって生成された冷却風が、前記コイルエンドの頂点のコイルタ−ン部の側面に当たるように、前記コイルエンドの頂点のコイルタ−ン部が配置されているものである。

（６）上記（１）において、好ましくは、前記コイルは断面が略矩角形状の平角線であり、前記固定子巻線の複数回周回するコイルは亀甲形状であり、前記固定子鉄心のスロットを径方向に２分割され、前記固定子巻線の複数回周回するコイルのスロット部に挿入されるコイル部は一方が外周側に挿入され、もう一方はスロットの内周側に配置され、前記固定子巻線の複数回周回するコイルの配置は、各相、磁極ピッチと同じ数の配置であり、前記固定子巻線の複数回周回するコイルを磁極ピッチより短い巻回ピッチで巻線され、前記固定子巻線の複数回周回するコイルの巻回ピッチが、４／６〜５／６で巻回されるものである。

本発明によれば、生産性に優れ、固定子巻線でのコイルエンド部の干渉を回避でき、冷却性を向上させた固定子を有する高出力・高効率で高品質のものとなる。

本発明の第１の実施形態による回転電機の全体構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態による固定子のリヤ側から斜視図である。 本発明の第１の実施形態による回路図である。 本発明の第１の実施形態によるＵ１相Ａコイルの固定子巻線の斜視図である。 本発明の第１の実施形態による環状コイルの斜視図である。 図５の環状コイルをＰ側から見た図である。 図５の環状コイルをＦ側から見た図である。 本発明の第１の実施形態による固定子鉄心内の巻線配置図である。 本発明の第１の実施形態による固定子のフロント側から斜視図である。 本発明の第１の実施形態による固定子鉄心スロット部の詳細図である。 本発明の第１の実施形態による回転電機の断面図である。 本発明の第２実施例におけるフロントファン付近を断面した図である。 本発明の第２実施例におけるリヤファン付近を断面した図である。 本発明の第３実施例におけるフロントファン付近を部分的に断面した図である。 本発明の第３実施例におけるリヤファン付近を部分的に断面した図である。 本発明の第４実施例におけるフロントファン付近を部分的に断面した図である。 本発明の第４実施例におけるリヤファン付近を部分的に断面した図である。

以下、図１〜図１１を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による回転電機の全体構成について説明する。ここでは、回転電機として、車両用交流発電機を例にして説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の全体構成を示す断面図である。

回転電機である車両用交流発電機２３は、回転子４と、固定子５とを備えている。回転子４は、シャフト２の中心部に界磁巻線１３を備え、その両側に磁性材料にて成形されたフロント側爪形磁極１１とリヤ側爪形磁極１２からなる回転子鉄心が界磁巻線１３を覆うように両側から挟むように配置される。フロント側爪形磁極１１とリヤ側爪形磁極１２とは、爪部が互いに対向し、かつ、一方の爪形磁極が他方の爪形磁極に噛み合うように配置される。

回転子４は、固定子５の内周側に、僅かなギャップを介して対向配置されている。回転子４は、フロントベアリング３及びリヤベアリング１０の内輪にシャフト２が挿通され、回転自在に支持されている。

固定子５は、固定子鉄心６と固定子巻線７から構成される。固定子鉄心６は、環状に形成された薄板鋼板が複数枚積層され、内周側には突出した歯部（ティース）とからなり、各歯部の間にスロットが形成されている。各々のスロットに各相の固定子巻線７が複数のティースを跨いで夫々のスロットに挿入され、装着される。固定子５の両端は、フロントブラケット１８とリヤブラケット１９によって保持されている。

シャフト２の一方の端部には、プーリ１が取り付けられている。シャフト２の他方の端部には、スリップリング１４が設けられ、ブラシ１５と接触し界磁巻線１３に電力を供給している。更に、回転子４のフロント側爪形磁極１１とリヤ側爪磁極１２の両端面には、外周側に複数の羽根を有する冷却ファンであるフロントファン１６とリヤファン１７が設けられ、回転することによる遠心力によって、破線で示すように、外部からの空気を導入し、内部を冷却した空気を外部に排出するように、冷却風ＣＷを流通させるようになっている。この冷却風により、固定子巻線７が冷却される。

固定子巻線７は、本例では２組の３相巻線で構成されており、それぞれの巻線の口出し線は、整流回路２０に接続されている。整流回路２０は、ダイオード等の整流素子から構成され、全波整流回路を構成している。例えばダイオードの場合、カソード端子はダイオード接続端子２１に接続されている。また、アノード側の端子は車両用交流発電機本体に電気的に接続されている。リヤカバー２２は整流回路２０の保護カバーの役割を果たしている。

次に、発電動作について説明する。

まず、エンジンの始動に伴ってクランクシャフトからベルトを介してプーリ１に回転が伝達されるため、シャフト２を介して回転子４を回転させる。ここで、回転子４に設けられた界磁巻線１３にスリップリング１４を介してブラシ１５から直流電流を供給すると界磁巻線１３の内外周を周回する磁束が生じるため、回転子４におけるフロント側爪形磁極１１とリヤ側爪形磁極１２にＮ極、又は、Ｓ極が周方向に交互に形成される。この界磁巻線１３による磁束は、フロント側爪形磁極１１のＮ極から固定子鉄心６をとおって固定子巻線７の周りを周回し、回転子４のリヤ側爪形磁極１２のＳ極に到達することで回転子４と固定子５を周回する磁気回路が形成される。このように回転子にて生じた磁束が固定子巻線７と鎖交するため、Ｕ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、Ｗ２相の固定子巻線７のそれぞれに交流誘起電圧が発生し、全体としては６相分の交流誘起電圧が生じる。

このように発電された交流電圧は、ダイオード等の整流素子で構成された整流回路２０によって、全波整流されて直流電圧に変換される。整流された直流電圧は一定電圧になるようにＩＣレギュレータ（図示せず）で界磁巻線１３に供給する電流を制御することで達成している。

次に，図２〜図１１を用いて、本実施形態による回転電機に用いる固定子の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる固定子のリヤ側から斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる固定子の回路図である。図４は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる固定子のＵ１相Ａコイルの固定子巻線の斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる環状コイルの斜視図である。図６は、図５のＰ矢視図である。図７は、図５のＦ矢視図である。図８は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる固定子鉄心内の巻線配置図である。図９は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる固定子のフロント側からの斜視図である。図１０は、本発明の第１の実施形態による回転電機に用いる固定子鉄心スロット部の詳細図である。図１１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の断面図である。

図２に示すように、固定子５は、内周面の周方向に複数のスロットを有する環状の固定子鉄心６と、その各々のスロットの内周面に装着されたＵ字状の絶縁紙８を介して、各相の固定子巻線７を装着し、固定子巻線７をスロット内に保持するためスロット最内周側にスロット楔９を有する。この例では、スロット数は７２である。

固定子鉄心６のスロットから軸方向にはみ出た部分は、２つのスロット間を口出し線側のコイルエンド７２−ａ，口出し線側と反対側のコイルエンド７２−ｂである。また、図示のように、２４本の口出し線７１が取り出される。口出し線７１の数が２４本であるので、コイルの数は１２個である。１２個のコイルは、図３にて説明するように、６個のＡコイルと、６個のＢコイルとからなる。

ここで、固定子巻線の各周回コイルの間には、１ｍｍ以上の空隙が存在するようにしている。これは、回転電機が電動機である場合、印加される電圧は３００Ｖや６００Ｖのように高圧であるため、相間の絶縁を確保するため、所定の空隙（１ｍｍ以上）が存在するようにする。

一方、回転電機が発電機の場合、その出力電圧は１４Ｖと低いため、線間の耐圧はそれほど要求されない。そのため、固定子巻線の各周回コイルの間の空隙には、絶縁材（絶縁ワニス）を介在させる。
、図３に示す結線図に示すように、本実施例での構成は、固定子巻線は三角形状に結線されたデルタ結線の構成で、第１巻線７−１及び第２巻線７−２と２種類のコイルを並列に結線し構成されている。第１巻線７−１は、整流器２０−１に接続され、第２巻線７−２は、整流器２０−２に接続される。

デルタ結線された第１巻線７−１は、６個のコイル（２個の並列接続されたＵ相コイル７Ｕ１−Ａ，７Ｕ１−Ｂと、２個の並列接続されたＶ相コイル７Ｖ１−Ａ，７Ｖ１−Ｂと、２個の並列接続されたＷ相コイル７Ｗ１−Ａ，７Ｗ１−Ｂ）から構成されている。第２巻線７−２も、同様に６個コイルがデルタ結線されている。

なお、以上の巻線はデルタ結線されているが、直列接続及びスター結線（Ｙ結線）で構成しても回転電機として成立する。

図４に示すように、Ｕ１相の固定子巻線は、環状に巻回され成形されたコイルを渡り線７３で複数連結した形態で構成されている。本例である毎極毎相のスロット数が「２」であり、１２極６相分の巻線の場合、環状コイル７６の数は１２個である、各コイル間は渡り線７３で接続され、連続的に形成される。環状コイル７６の巻数は、例えば、５Ｔである。図示の例は、Ｕ１相の第１の固定子巻線７Ｕ１−Ａを示しており、６個の環状コイル７６と、それらの環状コイル７６の間を接続する５個の渡り線７３と、両端に位置する環状コイル７６を外部に接続するための２個の口出し線７１とからなる。

図３に示すように、Ｕ１相の固定子巻線７Ｕ１は、７Ｕ１−Ａ巻線と７Ｕ１−Ｂ巻線で構成されている。図４において、７Ｕ１−Ａ巻線は渡り線７３−ａが口出し線７１側に配置される構成で７Ｕ１−Ｂ巻線も同様に渡り線７３−ｂが口出し線７１側に配置される構成の固定子巻線であり、渡り線の配置を口出し線側に集約する。

図５は、一つの環状コイル７６の形態を示している。環状コイル７６は、略六角形であり、口出し線７１と、固定子鉄心の軸方向に飛び出したコイルエンド部７４−ａ，７４−ｂと、固定子鉄心のスロット部に装着されるコイルスロット部７５−ａ，７５−ｂと、環状コイル間を繋ぐ渡り線７３とにより構成される。コイルエンド部７４−ａ、７４−ｂには、コイルエンド部の三角形状の頂点でＵ字形状に折り返しされるコイルターン部７４ｃｔ−ａ，７４ｃｔ−ｂがある。

図５に示すように、環状コイル７６の巻順は、口出し線７１からコイルエンド部７４−ａにθ１の角度で固定子鉄心のスロット部に入る環状コイルスロット部７５−ａに入り、口出し線と反対側のコイルエンド部７４−ｂにθ２の角度を保ちながら移る。

コイルエンド部の頂点である折り返し点であるコイルエンドターン部７４ｃｔ−ｂでコイルエンド部の頂点部付近で軸方向に屈曲し、軸方向にコイルが向いたのちＵ字形状にスロットの内層から外層に向けてＵターンする。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂのＵ字形状は、軸方向に積層されるように、巻数分整列される。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂのＵ字形にターン後、口出し線と反対側のコイルエンド７２−ｂはθ３の角度に屈曲し、口出し線と反対側コイルエンド７２−ｂａから固定子鉄心の外層側のスロット部に入るコイルスロット部７５−ｂに入る。

コイルスロット部７５−ｂに入ったコイルは口出し線側に排出され、θ４の角度を向けて口出し線７１側のコイルエンド部７４−ａを通過する。

コイルエンド部の頂点であるコイルエンドターン部７４ｃｔ−ｂでコイルエンド部の頂点部付近で一度軸方向に屈曲し、軸方向にコイルが向いたのちＵ字形状にスロットの外層から内層に向けてＵターンする。

コイルターン部７４ｃｔ−ａのＵ字形状は、軸方向に積層されるように、巻数分整列
コイルターン部７４ｃｔ−ａでＵ字形状にターン後、θ１の角度でコイルエンド部７４−ａから固定子鉄心のスロット部に入る環状コイルスロット部７５−ａに入り、六角形状を一周し、環状コイル７６の１Ｔ（ターン）となる。

これを所定の巻数分を繰り返すことで、回転電機の特性に必要とする所定の巻数分を巻回する。

なお、コイルターン部７４ｃｔでは軸方向に重なるような形態となる。

コイルエンド部の角度θ１〜θ４は、３０度〜５０度が望ましい。

図６は、図５の環状コイルを軸方向のＰ方向から見た図を示している。コイルターン部７４ｃｔ−ａの位置は、スロットコイル部７５−ａとスロットコイル部７５−ｂとの角度βの半分のβ／２の位置となっている。

図７は、図５の環状コイルを軸方向のＦ方向から見た図を示している。コイルターン部７４ｃｔ−ｂの位置はスロットコイル部７５−ａとスロットコイル部７５−ｂとの角度βの半分のβ／２の位置となっている。

図８は、固定子鉄心に装着される固定子巻線のスロットの配置図を示している。

環状コイル７６の配置ピッチは、磁極ピッチと等しい電気角３６０°間隔で配置され、環状コイルの巻回ピッチは、磁極ピッチより小さい電気角１８０°未満の１５０°で巻回される短節ピッチとなる。

このように、固定子巻線に用いる環状コイルの巻回ピッチが、磁極ピッチと等しい全節ピッチの間隔よりも狭い間隔（短節ピッチ＝電気角で１８０°未満）で複数のティースをまたいで夫々のスロットに挿入されるものを短節巻きと称する。なお、固定子巻線に用いる環状コイルの巻回ピッチが、磁極ピッチと等しい全節ピッチの間隔（全節ピッチ＝電気角で１８０°）で複数のティースをまたいで夫々のスロットに挿入されるものを全節巻きと称する。

また、Ｖ１相からＷ２相の固定子巻線についても同様の構成である。

図５で示す環状コイル７６は、固定子鉄心に装着されるが、固定子巻線７の配置は、図８に示すようにスロットの半径方向に２分割され、スロット開口部側を内層、固定子鉄心６の外周側を外層となる２層巻線の配置となる。

各相の固定子巻線７は、Ａコイル及びＢコイルの２種類に分割され、図８において、例えば、２つのＵ１相の固定子巻線７は、ＡコイルはＵ１Ａ、ＢコイルはＵ１Ｂとし、環状コイルＵ１Ａは、第１スロットＳ１の内層側と第５スロットＳ５の外層側に配置され、コイルエンド部で結ばれ環状コイル７６を形成する。

すなわち、Ｕ１相の環状コイル巻回ピッチは磁極ピッチより小さい電気角１８０°未満の１５０°で巻回される。

一方、環状コイルＵ１Ｂは、第７スロットのＳ７の内層側と第１１スロットであるＳ１１の外層側に配置され、コイルエンド部で結ばれ環状コイル７６を形成する。

すなわち、Ｕ２相の環状コイル巻回ピッチは磁極ピッチより小さい電気角１８０°未満の１５０°で巻回される。
Ｖ１相からＷ２相の環状コイルについても同様の構成である。

図８に示すスロット配置図で装着された環状コイルを図４に示すように渡り線７３で繋ぐ形態とし、図３に示すような結線図で各相の固定子巻線７を結線し、整流器に接続することで、固定子は２組の３相結線を備えた本第一実施例である車両用交流発電機となる。

図９は、図５の環状コイル７６で構成された固定子５を、フロント側から見た場合を示している。

図９に示されるように、コイルエンドの頂点であるコイルターン部７４ｃｔ−ｂは、Ｕ字形状が固定子の半径方向になるように、放射状に整列され、コイルターン部７４ｃｔ−ｂ同士が一定の間隔が設けられている。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂのＵ字方向をスロットの長手方向に径方向に整列することで、図１０に示すようにスロットティース幅Ｂｔとコイル幅Ｂｃの比率（Ｂｔ／Ｂｃ）が１以下となった場合においても、コイルターン部での間隔を一定に保つことができ、コイルエンド部で干渉することが無く固定子を構成できる。

また、モータ等の高電圧化にも一定のギャップを保つことが可能となり、相間絶縁紙無しで固定子を構成することができ、高品質で安価の固定子を提供できる。

図１１は、図１の車両用交流発電機の断面図を示している。固定子５の内周側には回転子４が配置され、回転子４のフロント側爪磁極には、フロントファン１６が配置され、回転子が矢印Ｒ１方向に回転することで中心部から外周側に放射状に冷却風が発生し、固定子巻線７の冷却をしている。

本実施形態の場合、コイルエンド部７４−ｂのコイルターン部７４ｃｔ−ｂは図９に示すように放射状に配置しており、コイルターン部７４ｃｔ−ｂ間には一定の空間が空いている。

以上説明したように、本実施形態によれば、この空間は径方向に冷却風が通り抜けやすい形態にコイルエンド部７４−ｂが形成されているため、流路抵抗が少なく効率よく固定子巻線７の冷却性が向上され、冷却性に優れた固定子巻線を有する高品質で高出力で高効率化の固定子が実現できる。

次に、図１２及び図１３を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機の構成について説明する。本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１２は、本発明の第２の実施形態による回転電機のフロントファン付近の断面図である。図１３は、本発明の第２の実施形態による回転電機のリアファン付近の断面図である。

上記した第１実施形態は、コイルエンド部での干渉回避と冷却性向上のため、コイルターン部７４ｃｔ−ｂを中心に対し垂直に傾けた構造をとっている。

それに対して、本実施形態である車両用交流発電機冷却風の効果を最大限に高める構造を目的とし、冷却風の排出側の流路抵抗を低減させ、風量を増加することで冷却性を向上することである。

図１２に示すように、フロントファン１６と固定子巻線７の位置関係を示した図であるが、フロントファン１６の羽根の出口角度θｂと、コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度θｃが同等の角度となることで、冷却ファンの出口角度とコイルターン部７４ｃｔ−ｂが直線状となり、流路抵抗が少なく冷却風を外部に排出でき、風量を増加させることができる。

コイルターン部の角度θｃが大きくなると、コイルエンド部に入る冷却風の入り口が狭くなり、流路抵抗の原因となるため、４０°以下が望ましい。

また、図１２に示すようにフロントブラケットの排気窓１８−ａの角度θｆも冷却ファンの羽根の出口角度θｂとコイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度θｃと角度を一致させることで、ファンの羽根の出口角度からコイルターン部、カバーから外部への排出まで冷却風が一直線上に抜けるため、流路抵抗を大幅に低減でき風量増加による冷却性を向上させることができる。

フロントファン１６側のコイルエンド部７４−ｂについて述べてきたが、リヤファン１７側のコイルエンド部７４−ａについても同様である。図１３に示すようにリヤファン１７と固定子巻線７の位置関係を示した図であるが、リヤファン１７の羽根の出口角度θｂｒと、コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度θｃｒが同等の角度となることで、冷却ファンの出口角度とコイルターン部７４ｃｔ−ｂが直線状となり、流路抵抗が少なく冷却風を外部に排出でき、風量を増加させることができる。

さらにリヤブラケット１９の排気窓１９−ａの角度θｒもリヤファン１７の羽根の出口角度θｂｒとコイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度θｃｒと角度を一致させることで、ファンの羽根の出口角度からコイルターン部、カバーから外部への排出まで冷却風が一直線上に抜けるため、流路抵抗を大幅に低減でき風量増加による冷却性を向上させることができる。

コイルターン部の角度θｃが大きくなると、コイルエンド部に入る冷却風の入り口が狭くなり、流路抵抗の原因となるため、４０°以下が望ましい。

フロントファン１６びリヤファン１７に合わせ、コイルターン部の配置角度を各々設定するため効果的に固定子巻線の冷却を効果的に冷却が可能である。

したがって、口出し線側のコイルターン部の配置角度と口出し線と反対側（フロントファン側）のコイルターン部の配置角度は、変更しても成立し、最大限に風量を効果的に増加させることが可能である。

以上の本実施形態により、ファンの出口側の流路抵抗を低減することで風量が増加しコイルの冷却性及び各部の冷却性も向上し、冷却性に優れた固定子巻線を有する高品質で高出力で高効率化の固定子を有する回転電機が実現できる。

次に、図１４及び図１５を用いて、本発明の第３の実施形態による回転電機の構成について説明する。本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１４は、本発明の第３の実施形態による回転電機のフロントファン付近の断面図である。図１５は、本発明の第３の実施形態による回転電機のリアファン付近の断面図である。

上記した第１及び第２実施形態は、ファンの出口側の流路抵抗を低減することで風量が増加しコイルの冷却性及び各部の冷却性も向上させた、
それに対して、本実施形態では、コイルターン部の側面に冷却風を当てることで、固定子巻線７の冷却性を向上させることを目的とする。

図１４に示すようにフロントファン１６と固定子巻線７の位置関係を示した断面図であるが、フロントファン１６の羽根の出口角度θｂは回転方向に対し反対方向に角度が設定され、それに対し、コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γｃは羽根の角度と反対方向に角度を付けることで冷却風をコイルターン部７４ｃｔ−ｂの側面に当てつつ、フロントブラケット１８の外部に排出させることで、固定子巻線の冷却性が向上する。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γｃが大きすぎると流路抵抗の増加およびコイルターン部７４ｃｔ−ｂ間の流路への入り口幅が狭くなることにより風量低下となるため、フロントファン１６の羽根の出口角度θｂとコイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γｃの合計が６０°以下の範囲に設定することで、流路抵抗を抑えつつ固定子巻線７の冷却性を向上させることができる。

また、図１４に示すように、フロントブラケットの排気窓１８−ａの角度θｆはコイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γｃと角度を一致させることで、流路抵抗を低減でき風量増加による冷却性を向上させることができる。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γｃについては、４５度以下になるように設定することが望ましく、４５度以上の場合、スロットティース幅Ｂｔとコイル幅Ｂｃの比率（Ｂｔ／Ｂｃ）が１以下の固定子鉄心の場合、コイルターン部７４ｃｔ−ｂ同士の干渉の発生が懸念され占積率を向上出来ない等の問題が発生する。

フロントファン１６側のコイルエンド部７４−ｂについて述べてきたが、リヤファン１７側のコイルエンド部７４−ａについても同様である。

図１５に示すように、リヤファン１７と固定子巻線７の位置関係を示した断面図であるが、リヤファン１７の羽根の出口角度θｂｒは回転方向に対し反対方向に角度が付けられ、それに対し、コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γｃｒは羽根の角度と反対方向に角度を付けることで冷却風をコイルターン部７４ｃｔ−ａの側面に当てつつ、リヤブラケット１９の外部に排出させることで、固定子巻線の冷却性が向上する。

コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γｃｒが大きすぎると流路抵抗の増加およびコイルターン部７４ｃｔ−ａ間の流路への入り口幅が狭くなることにより風量低下となるため、リヤファン１７の羽根の出口角度θｂｒとコイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γｃｒの合計が６０°以下の範囲に設定することで、流路抵抗を抑えつつ固定子巻線７の冷却性を向上させることができる。

また、図１５に示すように、リヤブラケットの排気窓１９−ａの角度θｆｒはコイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γｃｒと角度を一致させることで、流路抵抗を低減でき風量増加による冷却性を向上させることができる。

コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γｃｒについては、４５度以下になるように設定することが望ましく、４５度以上に設定するとスロットティース幅Ｂｔとコイル幅Ｂｃの比率（Ｂｔ／Ｂｃ）が１以下の固定子鉄心の場合、コイルターン部７４ｃｔ−ａ同士の干渉の発生が懸念され占積率を向上出来ない等の問題が発生する。

フロントファン１６及びリヤファン１７に合わせ、コイルターン部の配置角度を各々設定するため効果的に固定子巻線の冷却を効果的に冷却が可能である。

したがって、口出し線側のコイルターン部の配置角度と口出し線と反対側（フロントファン側）のコイルターン部の配置角度は、変更しても成立し、最大限に風量を効果的に増加させ、コイルターン部に直接冷却風を当てることで固定子巻線の冷却性向上を図ることが可能である。

以上の本実施形態によりファンの出口側の角度とコイルターン部の角度を変更することでコイルターン部に冷却風を当て冷却性が向上し、固定子巻線の冷却性に優れた高品質で高出力で高効率化の固定子を有する回転電機が実現できる。

次に、図１６及び図１７を用いて、本発明の第４の実施形態による回転電機の構成について説明する。本実施形態による回転電機の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図１６は、本発明の第４の実施形態による回転電機のフロントファン付近の断面図である。図１７は、本発明の第４の実施形態による回転電機のリアファン付近の断面図である。

上記した第３実施形態では、ファンの出口側の角度とコイルターン部の角度を変更することでコイルターン部に冷却風を当て冷却性が向上し、固定子巻線の冷却性を向上させたが、第流路抵抗が大きく第２実施形態に比べ、風量が低下する。

そこで、本実施形態では、コイルターン部の側面に冷却風を当て固定子巻線の冷却性を向上させるとともに、風量低下量を抑えることで固定子巻線７の冷却性を向上させることを目的とする。

図１６に示すように、フロントファン１６と固定子巻線７の位置関係を示した断面図であるが、フロントファン１６の羽根の出口角度θｂは回転方向に対し反対方向に角度が設定され、それに対し、コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γ’ｃは羽根の角度と同じ方向に角度を付けることで冷却風をコイルターン部７４ｃｔ−ｂの側面に当てつつ、フロントブラケット１８の外部に滑らかに排出させることで、固定子巻線の冷却性が向上する。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γｃが大きすぎるとコイルターン部７４ｃｔ−ｂの側面に当たることなく冷却風が外部に排出されるため、フロントファン１６の羽根の出口角度θｂとコイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γ’ｃの差が０°にならいないように設定することで、コイルターン部７４ｃｔ−ｂの側面に確実に当てることができ、固定子巻線７の冷却性を向上させることができる。

また、図１６に示すように、フロントブラケットの排気窓１８−ａの角度θｆはコイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γ’ｃと角度を一致させることで、流路抵抗を低減でき風量増加による冷却性を向上させることができる。

コイルターン部７４ｃｔ−ｂの配置角度γ’ｃについては、４５度以下になるように設定することが望ましく、４５度以上の角度ではスロットティース幅Ｂｔとコイル幅Ｂｃの比率（Ｂｔ／Ｂｃ）が１以下の固定子鉄心の場合、コイルターン部７４ｃｔ−ｂ同士の干渉の発生が懸念され占積率を向上出来ない等の問題が発生する。

フロントファン１６側のコイルエンド部７４−ｂについて述べてきたが、リヤファン１７側のコイルエンド部７４−ａについても同様である。

図１７に示すように、リヤファン１７と固定子巻線７の位置関係を示した断面図であるが、リヤファン１７の羽根の出口角度θｂｒは回転方向に対し反対方向に角度が付けられ、それに対し、コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γ’ｃｒは羽根の角度と同じ方向に角度を付けることで冷却風をコイルターン部７４ｃｔ−ａの側面に当てつつ、リヤブラケット１９の外部に滑らかに排出させることで、固定子巻線の冷却性が向上する。

コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γ’ｃｒが大きすぎると流路抵抗の増加およびコイルターン部７４ｃｔ−ａ間の流路への入り口幅が狭くなることにより風量低下となるため、リヤファン１７の羽根の出口角度θｂｒとコイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γｃｒの合計が６０°以下の範囲に設定することで、流路抵抗を抑えつつ固定子巻線７の冷却性を向上させることができる。

また、図１５に示すように、リヤブラケットの排気窓１９−ａの角度θｆｒはコイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γ’ｃｒと角度を一致させることで、流路抵抗を低減でき風量増加による冷却性を向上させることができる。

コイルターン部７４ｃｔ−ａの配置角度γ’ｃｒについては、４５度以下になるように設定することが望ましく、４５度以上の角度ではスロットティース幅Ｂｔとコイル幅Ｂｃの比率（Ｂｔ／Ｂｃ）が１以下の固定子鉄心の場合、コイルターン部７４ｃｔ−ａ同士の干渉の発生が懸念され占積率を向上出来ない等の問題が発生する。

フロントファン１６及びリヤファン１７に合わせ、コイルターン部の配置角度を各々設定するため効果的に固定子巻線の冷却を効果的に冷却が可能である。

したがって、口出し線側のコイルターン部の配置角度と口出し線と反対側（フロントファン側）のコイルターン部の配置角度は、各々変更しても成立し、最大限に風量を効果的に増加させ、コイルターン部に直接冷却風を当てることで固定子巻線の冷却性向上を図ることが可能である。

以上の本実施形態によりファンの出口側の角度とコイルターン部の角度を変更することでコイルターン部に冷却風を当て冷却性が向上し、ファンの羽根の出口角度とコイルターン部の配置角度を同じ方向に角度設定をすることで風量を低下させず固定子巻線の冷却性に優れた高品質で高出力で高効率化の固定子を有する回転電機が実現できる。

なお、前述の第１実施形態から第３実施形態は、６つの異なる相の固定子巻線７を固定子鉄心６に装着した後に、電気角が異なる２つの相の固定子巻線を並列に接続して整流器２０に接続した構成であるが、直列接続でも同様の効果が得られ口出し線の数を削減できる効果がある。

また、デルタ結線での構成であるがスター結線でも同様の効果が得られる。

また、第１の実施形態では、固定子巻線の巻回ピッチを５／６（電気角１５０°）で巻線された固定子について述べてきたが、巻回ピッチを４／６（電気角１２０°）または、巻回ピッチが６／６（電気角１８０°）で巻線された固定子の構成についても成立し、同様の効果が得られる。

また、２組の３相巻線を有する固定子について述べてきたが、３相巻線及び５相、７相等の多相の固定子についても同様の効果が得られる。

また、上述の各実施形態では、回転電機の一例として車両用交流発電機について説明を行ったが、回転力を出力するモータや、発電と駆動を兼ねたモータジェネレータ等にも適用することができる。特にモータとしては、ハイブリット自動車や電動四輪駆動車の駆動用モータ，ポンプを駆動するためのモータ等への固定子として適用できる。

１…プーリ
２…シャフト
３…フロントベアリング
４…回転子
５…固定子
６…固定子鉄心
７…固定子巻線
７１…口出し線
７３…渡り線
７４−ａ…口出し線側コイルエンド
７４−ｂ…口出し線反対側コイルエンド
７４ｃｔ−ａ…口出し線側のコイルエンド頂点のコイルターン部
７４ｃｔ−ｂ…口出し線反対側のコイルエンド頂点のコイルターン部
７５−ａ…固定子鉄心内層側スロットに装着されるコイル
７５−ｂ…固定子鉄心外層側スロットに装着されるコイル
７６…環状コイル
８…絶縁紙
９…スロット楔
１０…リヤベアリング
１１…フロント側爪磁極
１２…リヤ側爪磁極
１３…界磁巻線
１４…スリップリング
１５…ブラシ
１６…フロントファン
１７…リヤファン
１８…フロントブラケット
１９…リヤブラケット
２２…リヤカバー
２０…整流回路
２１…ダイオード接続端子
２３…車両用交流発電機

Claims (6)

1. 固定子と、該固定子の内周側に隙間を介して回転可能に支持された回転子を有し、
   前記固定子は、内周面に向かって開口された複数のスロットを有する環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に複数のスロットを介して装着された固定子巻線とを有し、
   前記固定子巻線は、前記複数のスロットを跨ぎ複数回周回するコイルと前記周回するコイル同士とをつなぐ渡り線により連続的に構成され、
   前記固定子巻線は、複数組、固定子鉄心の全周にわたり配置されている、
   回転電機であって、
   前記固定子鉄心の軸方向に配置されるコイルエンドの頂点部で折り返されるコイルタ−ン部はＵ字形状に形成され、
   前記コイルエンドの頂点のコイルターン部は、側面が中心に向かうように放射状に配置され、
   前記コイルエンドの頂点のコイルターン部と隣接するコイルエンドの頂点のコイルターン部との間には、内周側から外周側に貫通される空間を設けられ、
   前記固定子巻線の複数回周回するコイルの配列は、スロット部では径方向に巻数分整列され、前記コイルエンドの頂点部のコイルターン部では同心半円状に積層されるように、巻数分整列され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、
   前記コイルエンドのコイルタ−ン部は、環状コイルの固定子鉄心のスロットに挿入される位置の中間部に配置され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、
   前記コイルエンド部頂点のコイルタ−ン部の配置角度が、リヤフレームの排気窓の角度に一致することを特徴とする回転電機。
4. 請求項３記載の回転電機において、
   さらに、冷却ファンの羽根の出口角度が、前記コイルエンドの頂点のコイルタ−ン部の配置角度に一致することを特徴とする回転電機。
5. 請求項１記載の回転電機において、
   冷却ファンの羽根によって生成された冷却風が、前記コイルエンドの頂点のコイルタ−ン部の側面に当たるように、前記コイルエンドの頂点のコイルタ−ン部が配置されていることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１記載の回転電機において、
   前記コイルは断面が略矩角形状の平角線であり、
   前記固定子巻線の複数回周回するコイルは亀甲形状であり、
   前記固定子鉄心のスロットを径方向に２分割され、前記固定子巻線の複数回周回するコイルのスロット部に挿入されるコイル部は一方が外周側に挿入され、もう一方はスロットの内周側に配置され、
   前記固定子巻線の複数回周回するコイルの配置は、各相、磁極ピッチと同じ数の配置であり、
   前記固定子巻線の複数回周回するコイルを磁極ピッチより短い巻回ピッチで巻線され、
   前記固定子巻線の複数回周回するコイルの巻回ピッチが、４／６〜５／６で巻回されることを特徴とする回転電機。

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