JP5818490B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、車両用エンジンの始動発電機等として用いられる回転電機に関するものである。

回転電機として、ステータに放射状に延出する複数のティースが設けられ、その各ティースにコイルが巻回されるとともに、ティースの外周側にロータ側の永久磁石が対向して配置されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１９９６３８号公報

ところで、従来のこの種の回転電機の場合、ティースに巻回されるコイルの電力入出用の端末部や中性点接続用の端末部はステータの軸方向に引き出される。こうして引き出される端末部は、多くの場合、円周方向で隣接するティースの付根部間からステータの軸方向に引き出されるが、隣接するティースの間隔は付根部に向かって狭まっているため、回転電機の製造時に各ティースに順次コイルを巻回するときには、軸方向に引き出される端末部が隣接するティースの付根部側のコイルの巻回を阻害することになる。
そして、こうして軸方向に引き出される端末部がティースの付根部側のコイルの巻回を阻害すると、ティースの付根部側のコイルの巻き回しが正常に行えなくなり、このことがコイルの巻き乱れや占積率の低下を招く原因となり易い。

そこでこの発明は、ステータの軸方向に引き出されるコイルの端末部がティースの付根部に対するコイルの巻回を阻害しないようにして、コイルの巻き乱れの防止と占積率の向上を図ることのできる回転電機を提供しようとするものである。

この発明に係る回転電機では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、ステータの放射状に延出する複数のティースの全てにコイルが巻回され、当該コイルの端末部が前記ステータの軸方向に引き出される回転電機において、前記コイルの端末部をステータの軸方向に引き出すための引き出し凹部が設けられ、前記引き出し凹部は、前記コイルが巻回された一の前記ティースの付根部と、前記コイルが巻回された隣接する前記ティースの付根部の間に形成されていることを特徴とするものである。
これにより、コイルの端末部は、ティースの付根部の近傍に設けられた引き出し凹部を通してステータの軸方向に引き出されるようになる。また、引き出し凹部はティースの磁路に影響を与えにくくなる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る回転電機において、前記引き出し凹部は、ステータコアの肉抜き部と、前記ステータコアに被着されるインシュレータの窪み部によって構成されるとともに、前記ステータの円周方向に連続して３ヶ所に設けられていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る回転電機において、前記引き出し凹部は、円弧状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る回転電機において、前記引き出し凹部は、前記ステータ上の中性点端子の設置部に近接する領域に設けられていることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、コイルの端末部が、ティースの付根部の近傍に設けられた引き出し凹部を通してステータの軸方向に引き出されるため、コイルの端末部がティースの付根部に対するコイルの巻回を阻害することがなくなる。したがって、この発明によれば、コイルの巻き乱れを防止することができるとともに、コイルの占積率を高めることができる。

請求項１に係る発明によれば、引き出し凹部が、ステータの円周方向で隣接するティースの間に設けられ、ティースの磁路に影響を与えにくい構造とされているため、回転電機の特性を安定させることができる。

請求項３に係る発明によれば、ステータの円周方向で隣接するティースの間に設けられる引き出し凹部が円弧状に形成されているため、隣接するティース間に生じる応力の集中を抑制することができる。

請求項４に係る発明によれば、ステータ上の中性点端子の設置部に近接する領域に引き出し凹部が設けられているため、コイルの端末部を中性点端子に向かって最短距離で引き出すことができる。

この発明の一実施形態の回転電機を軸方向に沿って切った断面図である。 この発明の一実施形態のステータの図１のＡ矢視に対応する正面図である。 この発明の一実施形態のステータコアの図１のＡ矢視に対応する正面図である。 この発明の一実施形態のステータのコイル巻回前の図１のＡ矢視に対応する正面図である。 この発明の一実施形態のステータのコイルの結線図である。 この発明の一実施形態の図２のＢ部に対応する拡大断面図である。 この発明の他の実施形態の図２のＢ部に対応する拡大断面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この実施形態の回転電機１を軸方向に沿って切った断面図である。この実施形態の回転電機１は、自動二輪車の始動発電機等として用いられるアウターロータ型の三相交流式の回転電機であり、図１中３は、エンジンのクランクシャフト２の先端部に固定されたロータであり、４は、エンジンブロック（図示せず）に固定されたステータである。

ロータ３は、有底円筒状に形成され、径方向の中央に設けられたロータボス５にクランクシャフト２が同軸に結合されている。ロータ３の周壁７の内側には、複数の永久磁石８が円周方向に沿って等間隔に固定設置されている。この複数の永久磁石８は、ロータ３の円周方向に沿って相反する磁極（Ｎ極とＳ極）が交互に現れるように設置されている。

図２は、図１のＡ矢視に対応するステータ４の正面図であり、図３，図４は、ステータ４の一部の部品を取り去った正面図である。
これらの図にも示すように、ステータ４は、円板状のベース部９と、ベース部９から放射方向に延出する複数（具体的には、１８個）のティース１０を有するステータコア１１を備えている。ステータコア１１は、複数の磁性鋼板が軸方向に積層されて成り、ベース部９の中心部には、ロータボス５が挿通可能なボス孔１２が形成されている。ステータコア１１のベース部９には、ステータ４をエンジンブロックに締結固定するための複数のボルト孔１３が形成されている。

ステータコア１１の各ティース１０は、図３に示すように、放射方向に延出する巻胴部１０ａの先端部に円周方向両側に突出する鍔部１０ｂが設けられ、この鍔部１０ｂの外面がロータ３側の永久磁石８と対向するようになっている。円周方向で隣接するティース１０間には、各ティース１０にコイル２０（電機子コイル）を巻回するときにコイル受け入れ口となる略扇状のスロット２１が形成されている。また、ステータコア１１の各ティース１０と、ベース部９の外周側の縁部には、絶縁性の樹脂材料から成る図４に示すようなインシュレータ１４が被着されている。インシュレータ１４は、軸方向で二つ割に構成され、各分割要素がステータコア１１の軸方向両側から被着されるようになっている。図４においては、インシュレータ１４の一方の分割要素が示されているが、他方の分割要素もほぼ同様の構造とされている。

インシュレータ１４は、ステータコア１１の各ティース１０の外面を被覆するティース被覆部１５と、ステータコア１１のベース部９の外周面と軸方向両側の端面を覆う環状のベース被覆部１６とを備えている。ステータコア１１の各ティース１０には、インシュレータ１４のティース被覆部１５を介して前記のコイル２０が巻回される。また、インシュレータ１４のベース被覆部１６には、ステータ４のベース部９の軸方向の端面上で径方向内側に台形状に膨出する中性点保持部１７が設けられ、その中性点保持部１７に、コイル２０のＵ，Ｖ，Ｗの三相の中性点を結線するための中性点端子１８（図２参照）が取り付けられるようになっている。
また、インシュレータ１４のベース被覆部１６の軸方向両側の縁部には、環状のフランジ壁１９が設けられている。このフランジ壁１９はベース被覆部１６の外周輪郭部から径方向内側に所定距離離間した位置に突設され、ティース１０間に引き回されるコイル２０がステータコア１１のベース部９の内側方向に入り込むのを規制するようになっている。

ところで、図３に示すように、ステータコア１１のベース部９の外周面には、隣接するティース１０の付根部間で径方向内側に窪む６つの円弧状の肉抜き部２２−Ｕ１，２２−Ｗ１，２２−Ｖ１，２２−Ｕ２，２２−Ｗ２，２２−Ｖ２が設けられている。これらの肉抜き部２２−Ｕ１，２２−Ｗ１，２２−Ｖ１，２２−Ｕ２，２２−Ｗ２，２２−Ｖ２は、ステータ４の軸方向の一端側に引き出されるＵ，Ｗ，Ｖの各相のコイル２０の中性点接続側の端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２（図２参照）を配索するための引き出し凹部と、同様に引き出されるＵ，Ｗ，Ｖの各相のコイル２０の電力入出側の端末部ＰＵ１，ＰＷ１，ＰＶ１（図２参照）を配索するための引き出し凹部を構成している。

また、図４に示すように、インシュレータ１４のベース被覆部１６の外周面には、ステータコア１１の６つの肉抜き部２２−Ｕ１，２２−Ｗ１，２２−Ｖ１，２２−Ｕ２，２２−Ｗ２，２２−Ｖ２と対応する位置に、径方向内側に窪む円弧状の窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２が設けられている。これらの窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２は、Ｕ，Ｗ，Ｖの各相のコイル２０の中性点接続側の端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２（図２参照）を配索するための引き出し凹部と、Ｕ，Ｗ，Ｖの各相のコイル２０の電力入出側の端末部ＰＵ１，ＰＷ１，ＰＶ１（図２参照）を配索するための引き出し凹部を構成している。

図５は、ステータ４上のコイル２０の結線図を示すものである。
図２に示すステータ４上の実際のティース１０は、円周方向に沿って２個づつ飛ばしてＵ相が割り当てられ、同様に円周方向に沿って２個づつ飛ばしてそれぞれＷ相とＶ相が割り当てられている。そして、各相に割り当てられたティース１０に巻回されるコイル２０はそれぞれ二つのコイル群から構成されている。すなわち、図２，図５に示すように、Ｕ相のコイル２０は、Ｕ１−１，Ｕ１−２，Ｕ１−３が直列に接続された第１コイル群と、Ｕ２−１，Ｕ２−２，Ｕ２−３が直列に接続された第２コイル群と、から構成され、Ｗ相のコイル２０は、Ｗ１−１，Ｗ１−２，Ｗ１−３が直列に接続された第１コイル群と、Ｗ２−１，Ｗ２−２，Ｗ２−３が直列に接続された第２コイル群と、から構成され、Ｖ相のコイル２０は、Ｖ１−１，Ｖ１−２，Ｖ１−３が直列に接続された第１コイル群と、Ｖ２−１，Ｖ２−２，Ｖ２−３が直列に接続された第２コイル群と、から構成されている。

そして、Ｕ相の第１コイル群とＷ相の第１コイル群とＶ相の第１コイル群とはスター結線によって結線され、Ｕ相の第２コイル群とＷ相の第２コイル群とＶ相の第２コイル群とは同様にスター結線によって結線されている。両コイル群の中性点の結線は共通の中性点端子１８を通して行われ、両コイル群のＵ，Ｗ，Ｖ各相の電力入出側はそれぞれ一本にまとめられて回転電機１の外部に引き出されている。したがって、この実施形態の回転電機１では、第１コイル群と第２コイル群とが並列に接続されて用いられている。

両コイル群の中性点側と電力入出側の具体的な結線は、図２，図５に示すように、Ｕ相の第１コイル群と第２コイル群の中性点接続側の端末部ＥＵ１，ＥＵ２と、Ｗ相の第１コイル群と第２コイル群の中性点接続側の端末部ＥＷ１，ＥＷ２部と、Ｖ相の第１コイル群と第２コイル群の中性点接続側の端末部ＥＶ１，ＥＶ２がそれぞれステータ４の軸方向の一端側に引き出されて中性点端子１８に接続され、Ｕ相の第１コイル群と第２コイル群の電力入出側の端末部ＰＵ１と、Ｗ相の第１コイル群と第２コイル群の電力入出の端末部ＰＷ１と、Ｖ相の第１コイル群と第２コイル群の電力入出側の端末部ＰＶ１が同様にステータ４の軸方向の一端側からそれぞれ外部に引き出されて外部の回路に接続されている。

ここで、各コイル群の端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２，ＰＵ１，ＰＷ１，ＰＶ１は、インシュレータ１４のベース被覆部１６の外周面のうちの端末引き出し位置に形成された窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２内に配索され、その窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２を通してステータ４の軸方向の一端側に引き出されている。
なお、この実施形態の場合、中性点接続側の端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２が配索される窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１は、中性点保持部１７の径方向外側で隣接する位置（中性点端子１８の設置部に近接する領域）に設けられている。

図６は、Ｕ相の電力入出側の端末部ＰＵ１が引き出される部分を拡大して示した断面図である。
この回転電機１では、ステータ４の軸方向の一端側に引き出されるコイル２０の中性点接続側の端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２と、電力入出側の端末部ＰＵ１，ＰＷ１，ＰＶ１が、ステータコア１１の肉抜き部２２−Ｕ１，２２−Ｗ１，２２−Ｖ１，２２−Ｕ２，２２−Ｗ２，２２−Ｖ２とインシュレータ１４の窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２によって構成される引き出し凹部内を配索されるため、コイル２０の巻回時に端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２，ＰＵ１，ＰＷ１，ＰＶ１がティース１０の付根部に対するコイル２０の巻回を阻害することがない。

具体的には、例えば、図６に示すようにＵ２−１のコイル２０の巻回を行った後に、Ｖ１−３のコイル２０をティース１０の付根部側から巻き付ける場合に、軸方向に引き出されるコイル２０の端末部ＰＵ１が隣接するティース１０の付根部間の窪み部２３――２（肉抜き部２２−Ｕ２）を通して配索されているため、Ｖ１−３のコイル２０の１ターン目Ｔ１を、端末部ＰＵ１との干渉を招くことなく、ティース１０の付根部に充分に近づけて配置することができる。なお、ここでは、他の端末部ＰＷ１，ＰＶ１，ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２の引き出し位置でのコイル２０の巻回にしては詳細な説明を省略するが、上記の例とほぼ同様の効果を得ることができる。
したがって、この回転電機１においては、すべてのティース１０でティース１０の付根部に充分に近い位置からコイル２０を巻き始めることができるため、各ティース１０でのコイル２０の巻き乱れを防止することができるとともに、コイル２０の占積率を充分に高めることができる。

また、この回転電機１においては、引き出し凹部を構成するステータコア１１の肉抜き部２２が、円周方向で隣接するティース１０の間に設けられているため、肉抜き部２２がティース１０の磁路に悪影響を与えることがなく、安定した回転電機の特性を得ることができるという利点がある。

さらに、この回転電機１の場合、引き出し凹部を構成するステータコア１１の肉抜き部２２が円弧状に形成されているため、隣接するティース１０間に生じる応力の集中を抑制し、ステータ４の強度を高く維持できるという利点もある。

また、この実施形態の回転電機１においては、中性点接続側の端末部ＥＵ１及びＥＵ２，ＥＷ１及びＥＷ２，ＥＶ１及びＥＶ２が配索される窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１が中性点保持部１７の径方向外側で隣接する位置に設けられているため、コイル２０の端末部ＥＵ１，ＥＵ２，ＥＷ１，ＥＷ２，ＥＶ１，ＥＶ２を中性点端子１８に向かって最短距離で引き出すことができるという利点もある。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態の場合、隣接するティース１０を緩やかな円弧で繋ぐように窪み部２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２や肉抜き部２２−Ｕ１，２２−Ｗ１，２２−Ｖ１，２２−Ｕ２，２２−Ｗ２，２２−Ｖ２が形成されているが、図７に示す実施形態のように、コイル２０の端末部ＰＵ１が１本若しくは２本挿入できる程度の小さい円弧で窪み部１２３や肉抜き部１２２を形成するようにしても良い。

１…回転電機
４…ステータ
１８…中性点端子
２２−Ｕ１，２２−Ｗ１，２２−Ｖ１，２２−Ｕ２，２２−Ｗ２，２２−Ｖ２，１２２…肉抜き部（引き出し凹部）
２３−Ｕ１，２３−Ｗ１，２３−Ｖ１，２３−Ｕ２，２３−Ｗ２，２３−Ｖ２，１２３…窪み部（引き出し凹部）
ＥＵ１，ＥＵ２，ＥＷ１，ＥＷ２，ＥＶ１，ＥＶ２，ＰＵ１，ＰＷ１，ＰＶ１…端末部

Claims (4)

1. ステータの放射状に延出する複数のティースの全てにコイルが巻回され、当該コイルの端末部が前記ステータの軸方向に引き出される回転電機において、
   前記コイルの端末部をステータの軸方向に引き出すための引き出し凹部が設けられ、
   前記引き出し凹部は、前記コイルが巻回された一の前記ティースの付根部と、前記コイルが巻回された隣接する前記ティースの付根部の間に形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記引き出し凹部は、ステータコアの肉抜き部と、前記ステータコアに被着されるインシュレータの窪み部によって構成されるとともに、前記ステータの円周方向に連続して３ヶ所に設けら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. 前記引き出し凹部は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記引き出し凹部は、前記ステータ上の中性点端子の設置部に近接する領域に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。

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