JP5842856B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載され、電動機（高電圧高出力モータ）や交流発電機（オルタネータ）として使用される回転電機の固定子に関するもので、詳しくは、円環状固定子鉄心に巻装される固定子巻線、特に、導体セグメント接合型の固定子巻線の改良構造に関する。

〔従来の技術〕
従来から、車両用交流発電機等の回転電機では、固定子に種々なタイプの固定子巻線が採用されてきたが、素線として平角導線を用いる固定子巻線が主流となっている。なかでも、固定子鉄心のスロットに整列して配置される複数の電気導体を固定子鉄心の端部から軸方向に突出したところで接合して巻線を構成する導体セグメント接合型の固定子巻線が、導体の占積率向上を図れ、コンパクトなコイルエンドを実現できる好適な構造として、専ら実用に供されている。

このような導体セグメント接合型の固定子巻線は、例えば、特許文献１に開示されているもので、次のような具体的構造を有している。
導体セグメントとして、２本の直線部をＵ字部で連結した所謂Ｕ字状導体セグメントを用い、そのＵ字部を捩りながら広げて２本の直線部を固定子鉄心の異なるスロットに挿通して導体挿通部からなる電気導体を構成するとともに、スロットより突出する残部の導体突出部分を固定子鉄心の周方向へ傾けて斜行部（斜状導体部）を形成しておき、その後、各スロットの径方向に複数層に積層される他の導体セグメントとの関係において、斜行部（斜状導体部）先端側の２つの導体端部を対となる導体セグメントの導体端部とそれぞれ組合わせて端部対を形成し、この端部対を溶接により接合することで、コイルエンド群を形成するとともに、連続した所望の巻線を構築するものである。
そして、上記端部対の接合構造（コイルエンド群）としては、斜行部（斜状導体部）先端側の導体端部において、軸方向に直線的に伸びる端部立上り部（直行領域）を設け、対となる端部立上り部（直行領域）同士を径方向から衝き合わせて溶接により接合していた。

近年、この種の回転電機には、小型・高性能化の要求がますます厳しくなってきており、回転子、固定子等の構成部品個々に対しても、当然のことながらかかる要求に資する改善追究がなされている。
そして、回転電機では、運転中に発熱する固定子巻線に対して放熱を促進することにより性能向上を図れることが知られており、例えば、車両用交流発電機（オルタネータ）においては、ファンを内蔵し、ハウジング内に積極的に導入する冷却風によって固定子巻線を冷却するようになっている。

ここで、固定子巻線自体の構造を小型化・性能向上の視点から精査してみると、固定子巻線は円環状の固定子鉄心に巻装されており、固定子鉄心の端部から軸方向に突出するコイルエンド群の突出長さが小型化に影響するとともに、このコイルエンド群の通風性が冷却の促進と通風騒音の低減に大きく寄与することから、上述の導体セグメント接合型の固定子巻線が創案され、実用に供されてきたものの、このような導体セグメント接合型の固定子巻線において、更なる改良を加え、コイルエンド群を如何に小型で通風性の良い構造にするかが当業者の共通の課題である。
本発明者は、種々の実験・研究を重ね、かかる課題を解決するための具体的手段を探究した結果、導体セグメント接合型の基本構成自体を積極的に活用しながら、上記要求に資する構造の固定子巻線を実現可能な方策を突き止めた。

特開２０００−３５０４２２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、導体セグメント接合型の固定子巻線において、対となる導体セグメントの接合構造を工夫することにより、簡単な構成でありながら、コイルエンド群が軸方向長の短い通風性の良い構造を有する固定子巻線を実現し、回転電機の一層の小型化・性能向上に資する固定子を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、内周側にスロットを有する円環状の固定子鉄心と、固定子鉄心に巻装される固定子巻線とを備え、固定子巻線は幅Ｗより厚みＴが小さいＷ＞Ｔの寸法関係を有する平角導線を素線とする複数の導体セグメントを接合して構成されており、導体セグメントはスロットに対し幅Ｗ方向が固定子鉄心の径方向に沿って配置されるものであって、スロットに挿通される導体挿通部と、スロットから軸方向に突出し、対となる導体セグメントに対して電気的接続される接合部とを有している。そして、接合部は、厚みＴ方向に折曲され、全長にわたって固定子鉄心に対して周方向に斜行状態を呈する斜状導体部をなすとともに、一端側が導体挿通部に連なり平角導線と実質的に同じ厚みＴを有する厚肉部と、この厚肉部の他端側に連なって先端部分を形成し、厚肉部より薄い厚みｔを有する薄肉部とから構成されていて、対となる接合部が薄肉部同士で接合されていることを基本構成とし、対となる薄肉部同士が、固定子鉄心の径方向において互いに接近する方向に傾倒されており、かつ、この傾倒部分の先端には薄肉部同士が面接触により接合する傾斜面が形成されていることを特徴としている。

上記構成を有する本発明によれば、接合部は全体が斜状導体部をなしており、その一部である薄肉部を活用して接合するため、接合用の軸方向に突出する直行領域を特別に要しなく、コイルエンド群自体の高さを下げる（軸方向長を短縮する）ことができる。しかも、接合部を薄肉にしているため、コイルエンド群における径方向の実質的な投影面積を小さくし、風通しの良い構造とすることができる。よって、固定子巻線に対し、軸方向長の短い通風性の良いコイルエンド群構造を実現することができ、回転電機の一層の小型化・性能向上に資する固定子を提供することができる。

本発明の固定子を適用した回転電機の一実施形態の全体構成を説明するためのもので、車両用交流発電機を上半部断面にして示す正面図である（実施例１）。 本発明の固定子において、固定子鉄心に装着される導体セグメントのスロット内における一配置状態を示す部分断面図である（実施例１）。 本発明の固定子において、固定子巻線を構成する導体セグメントの斜視図である（実施例１）。 本発明の固定子において、上記導体セグメントの固定子巻線としての一配列状態を示す一部断面斜視図である（実施例１）。 対となる上記導体セグメントの接合状態の詳細説明に供するもので、導体セグメントの接合部を周方向から見た拡大斜視図である（実施例１）。 上記接合部における溶接構造について、２つの具体的形態の対比説明に供するもので、（ａ）は溶接部を径方向から見た正面図、（ｂ）、（ｃ）は溶接部を周方向から見た要部断面図である（実施例１）。 本発明の固定子における他の実施形態を示すもので、特に、導体セグメントの主要部をなす接合部の詳細説明に供するものであり、対となる導体セグメントの接合部を周方向から見た拡大斜視図である（実施例２）。 上記接合部の機能説明に供するもので、（ａ）は接合部を径方向から見た正面図、（ｂ）は接合部を周方向から見た正面図である（実施例２）。

本実施例は、本発明を適用する回転電機を代表して、車両用交流発電機（オルタネータ）を例示しており、以下の説明では、まず、車両用交流発電機の基本構成を概説したのち、本発明の各実施例における特徴点およびその基本的機能について順次説明し、最後に本発明の特徴点毎の作用効果を要約列挙する。
なお、各実施例において、同一または均等部分には、同一符号を付し、重複説明を省略することとする。また、図中に付した方向の表示は、固定子、とりわけ固定子鉄心を基準にした方向を示すもので、例えば固定子鉄心の軸方向、径方向、周方向を、文中ではそれぞれ単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」と簡略化して使用することもある。

［実施例１］
〔車両用交流発電機の基本構成〕
図１に示す車両用交流発電機は本発明の固定子の一実施形態を備えているものであり、当該交流発電機の基本構成を図１に基づいて説明する。

車両用交流発電機１は、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を挟持固定するとともに回転子３を回転可能に支持するハウジング４（フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂ）と、固定子２から出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流装置５とを含んで構成されている。固定子２は、固定子鉄心２０に固定子巻線３０が巻装されて構成されるものであるが、その具体的構成の詳細については後述する。

回転子３は、シャフト６と一体になって回転するものであり、ランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、送風装置としての斜流ファン１１および遠心ファン１２を備えている。シャフト６は、プーリ１３に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。

ランデル型ポールコア７は、一組のポールコアを組み合わせて構成されている。ランデル型ポールコア７は、シャフト６に組み付けられたボス部７１と、ボス部７１の両端から径方向に延びるディスク部７２と、極数に応じて設けられた爪状磁極部７３とにより構成されている。

プーリ側の斜流ファン１１は、一方のポールコア７端面に溶接などによって固着されたベース板に対して、鋭角な傾斜を持つブレードおよび直角のブレードからなる複合ブレードを備えており、また、反プーリ側の遠心ファン１２は、ポールコア７端面に溶接などによって固着されたベース板に対して、直角のブレードのみからなるブレードを備えている。各ファン１１、１２は、回転子３と一体になって回転し、固定子２の固定子巻線３０に冷却風を供給する送風装置を構成している。

この送風装置に呼応して、ハウジング４には、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂの軸方向端面にそれぞれ冷却風の吸入孔４１が設けられており、ハウジング４の外周両肩部には、固定子巻線３０の第１コイルエンド群３０ａと第２コイルエンド群３０ｂのそれぞれの径方向外側に対応させて冷却風の排出孔４２が設けられている。

なお、整流装置５は、車両用交流発電機１の反プーリ側の端部に設けられており、ハウジング４内に導入される冷却風の一部が通過するようになっている。

〔固定子２の具体的構造〕
次に、固定子２の具体的構造について説明する。まず、図１および図２に基づいて固定子２の基本構成を概説する。
本実施例では、固定子２には、回転子３の磁極数に対応して、固定子鉄心２０に三相の固定子巻線３０が巻装されている。
固定子鉄心２０は、複数枚のコアシート（鋼板）を積層して構成された積層コアからなり、全体として円環状（円筒状）を呈している。固定子鉄心２０の内周面には、固定子鉄心２０の両端部を軸方向に貫通する複数のスロット２１が周方向に等ピッチに、かつ、径方向に放射状に設けられている。複数のスロット２１には、絶縁シート２２を介装して固定子巻線３０が巻装されている。そして、固定子巻線３０は、固定子鉄心２０の一方の端部側から軸方向に露出（突出）する部分が第１コイルエンド群３０ａを形成するとともに、固定子鉄心２０の他方の端部側から軸方向に露出（突出）する部分が第２コイルエンド群３０ｂを形成している。

固定子巻線３０は、素線をなす導体セグメントＳが複数本接合されることで巻線体を構築する所謂導体セグメント接合型巻線として構成されており、固定子鉄心２０の各スロット２１に対して導体セグメントＳが偶数本の電気導体として収容されている。本実施例の固定子巻線３０は、三相で、４本の電気導体Ｓ１〜Ｓ４が、固定子鉄心２０の径方向に関して内周側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。そして、それぞれの電気導体Ｓ１〜Ｓ４には、図３に示すごときＵ字状の導体セグメントＳが用いられている。
もっとも、Ｉ字状の導体セグメントを組合せて用いることも可能であり、かかるケースについては後述する変形例で補説する。

しかして、上記のＵ字状導体セグメントＳは、図３に示すごとき基本構成を有するものであり、以下図３を参照しながら詳説する。なお、対となる導体セグメントについては、破線で示し、同一構成要素には同一記号に「’（アポストロフィ）」を付して区別することとし、個別説明を省略する。

本実施例では、導体セグメントＳは、一端側がＵ字状に折曲して形成され、他端側が後工程で対となる導体セグメントと接合される開放端をなす基本構成を有しており、大セグメントＳＡと小セグメントＳＢとの２種類の異なる大きさのものが用いられている。
各セグメントＳ（ＳＡ、ＳＢ）について、その基本構成を製作過程（固定子鉄心２０への組付け過程）にしたがって説明すると、まず素線としては、特に、矩形状の断面（幅Ｗ＞厚みＴの寸法関係）を有する平角導線を用いている。そして、定寸切断した平角導線をＵ字状に折り曲げて、２本の直線部３１（３１Ａ、３１Ｂ）、３２（３２Ａ、３２Ｂ）と１個のＵ字部（以下、ターン部とも呼称する。）３３（３３Ａ、３３Ｂ）を形成した後に、この２本の直線部３１（３１Ａ、３１Ｂ）、３２（３２Ａ、３２Ｂ）を所定位置で所定方向に捩じるように広げて所定の間隔（スパン）を有するように変形する。そして、それぞれの直線部３１（３１Ａ、３１Ｂ）、３２（３２Ａ、３２Ｂ）を、固定子鉄心２０の端部からスロット２１内に挿通して導体挿通部３１１（３１１Ａ、３１１Ｂ）、３２１（３２１Ａ、３２１Ｂ）を形成するとともに、固定子鉄心２０の他端から突出した導体突出部を、厚みＴ方向に折曲することにより、全長にわたって周方向に傾斜して延びて斜行状体を呈する斜状導体部３１２（３１２Ａ、３１２Ｂ）、３２２（３２２Ａ、３２２Ｂ）を形成する。この斜状導体部３１２（３１２Ａ、３１２Ｂ）、３２２（３２２Ａ、３２２Ｂ）によって第１コイルエンド群３０ａが形成される。なお、第２コイルエンド群３０ｂは、Ｕ字部３３（３３Ａ、３３Ｂ）によって形成される。

そして、各導体セグメントＳ（ＳＡ、ＳＢ）は、導体挿通部３１１（３１１Ａ、３１１Ｂ）、３２１（３２１Ａ、３２１Ｂ）が、固定子鉄心２０のスロット２１に対し、幅Ｗ方向が固定子鉄心２０の径方向に沿うようにして配置されるものである。

ここで、対となるＵ字状の導体セグメントＳ、Ｓ’の各構成要素と、固定子鉄心２０に巻装された固定子巻線３０（とりわけ電気導体Ｓ１〜Ｓ４）との関係について、図２および図４をも参照しながら補説する。
各導体セグメントＳ（ＳＡ、ＳＢ）においては、ある１つのスロット２１内に収容された一方の導体挿通部３１１が、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット２１内に収容された他方の導体挿通部３２１と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数の導体セグメント間の隙間を確保し、整列して配置するために、１つのスロット２１内の所定の層の導体挿通部３１１は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット２１内の他の層の導体挿通部３２１と対をなしている。

例えば、１つのスロット２１内の内端層の導体挿通部３１１Ａ（電気導体Ｓ１）は、固定子鉄心２０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２１内の外端層の導体挿通部３２１Ａ（電気導体Ｓ４に相当）と対をなしている。同様に、１つのスロット２１内の内中層の導体挿通部３１１Ｂ（電気導体Ｓ２）は、固定子鉄心２０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２１内の外中層の導体挿通部３２１Ｂ（電気導体Ｓ３に相当）と対をなしている。そして、これらの対をなす導体挿通部３１１Ａ、３２１Ａ、および導体挿通部３１１Ｂ、３２１Ｂが、固定子鉄心２０の軸方向の他方の端部においてターン部（Ｕ字部）３３Ａ、３３Ｂを経由することで連続線として電気的接続される。
したがって、固定子鉄心３２の軸方向の他方の端部においては、外中層の導体挿通部３１１Ｂと内中層の導体挿通部３２１Ｂとを接続するターン部３３Ｂを、外端層の導体挿通部３１１Ａと内端層の導体挿通部３２１Ａとを接続するターン部３３Ａが囲むことになる。前者のターン部３３Ｂにより中層コイルエンドが形成され、後者のターン部３３Ａにより端層コイルエンドが形成され、全体で第２コイルエンド群３０ｂが構成される。

一方、各導体セグメントＳ（ＳＡ、ＳＢ）は、開放端側の斜状導体部３１２（３１２Ａ、３１２Ｂ）および３２２（３２２Ａ、３２２Ｂ）が接合部を形成しており、対となる他の導体セグメントＳ’の斜状導体部（接合部）３１２’および３２２’と溶接にて接合されることにより電気的接続されるものである。
例えば、１つのスロット２１内の内中層の導体挿通部３１１Ｂ（電気導体Ｓ２）は、固定子鉄心２０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２１内の内端層の導体挿通部３１１Ａ’（電気導体Ｓ１に相当）とも対をなしている。同様に、１つのスロット２１内の外端層の導体挿通部３２２Ａ’（電気導体Ｓ４）は、固定子鉄心３２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２１内の外中層の導体挿通部３２１Ｂ（電気導体Ｓ３に相当）とも対をなしている。そして、これらの対となる導体挿通部が、該当する斜状導体部同士で接合される。

したがって、固定子鉄心２０の軸方向の一方の端部においては、外端層の導体挿通部３２１Ａ’と外中層の導体挿通部３２１Ｂとを接続する斜状導体部３２２Ａ’、３２２Ｂの接合部と、内端層の導体挿通部３１１Ａ’と内中層の導体挿通部３１１Ｂとを接続する斜状導体部３１２Ａ’、３１２Ｂの接合部とが、径方向に並んでいる。
このように、固定子鉄心３２の軸方向の一方の端部においては、対をなす導体セグメントＳ、Ｓ’の接合部が重複することなく並べて配置され、斜状導体部（接合部）により第１コイルエンド群３０ａが形成される。

〔本発明の特徴事項〕
本発明の特徴は、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’において、固定子鉄心２０のスロット２１から軸方向に突出して接合部を形成する斜状導体部３１２、３２２、３１２’、３２２’の具体的構造にある。

以下、図５に基づき、本発明の特徴事項の一実施形態について説明する。
本実施例では、説明の都合上、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’における上記斜状導体部を代表して、例えば斜状導体部３１２Ｂ、３１２Ａ’（図３参照）を、符号１００、２００として表示することとする。

各斜状導体部１００、２００は、厚みＴ方向に折曲され、全長にわたって周方向に斜行状態（傾きながら延びている状態）を呈しており、基点（根元）側に位置する厚肉部１１０、２１０と、先端側に位置する薄肉部１２０、２２０とを有している。
そして、基点側の厚肉部１１０、２１０は、一端側が導体挿通部（例えば図３の導体挿通部３１１Ｂ、３１１Ａ’）に連なっており、平角導線と実質的に同じ厚みＴを有している。先端側の薄肉部１２０、２２０は、厚肉部１１０、２１０の他端側に連なって実質的な接合領域を形成するものであって、厚肉部１１０、２１０より薄い厚みｔ（ｔ＜Ｔ）と小さい幅ｗ（ｗ＜Ｗ）を有している。
なお、厚肉部１１０、２１０は、全体が絶縁材１１１，２１１で被覆されているのに対し、薄肉部１２０、２２０は、絶縁材で被覆されていない剥離部（裸導線部）をなしている。

また、厚肉部１１０、２１０と薄肉部１２０、２２０とは、実質的に同一傾斜軸線上で斜行していて、テーパ部１１２、２１２を介して連なっている。このテーパ部１１２、２１２は、厚肉部１１０、２１０から薄肉部１２０、２２０にかけて厚みおよび幅の双方が共に漸減して薄肉化された４面テーパ形状を呈している。このテーパ部１１２、２１２も、絶縁材で被覆されていない剥離部（裸導線部）をなしている。

そして、対となる薄肉部１２０、２２０は、その先端部分同士が、固定子鉄心の径方向側に位置する厚みｔ方向の側面１１３、２１３で、図６（ｂ）のごとく当接し、この当接部分で溶接にて接合されることにより、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’が電気的に接続される。
このように、薄肉部１２０、２２０が厚みｔ方向の側面１１３、２１３で接合されることは、対となる接合部分が固定子鉄心の径方向で重なり合うために、径方向から投影した場合の面積、つまり図６（ａ）において網目模様を付した投影面積（＝接合面積）が、最大でも（ｔ×ｔ）の小さな面積となる。
なお、薄肉部１２０、２２０の反接合側角部には、直角形状による種々な弊害を除去するために、面取り部１２４、２２４が形成されている。

次に、上記構成の固定子２を備えた車両用交流発電機１が奏する作用効果を項目別に説明する。

〔基本的機能〕
車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ１３にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁コイル８に励磁電流を流すことにより、ランデル型ポールコア７のそれぞれの爪状磁極部７３が励磁され、固定子巻線３０に３相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは所定の直流電流が取り出される。
車両用交流発電機１は、固定子巻線３０の発熱により発電効率が低下することが知られており、固定子巻線３０を強制送風により冷却するための送風装置として、回転子３には斜流ファン１１および遠心ファン１２が装着されている。
したがって、発電中は、回転子３と共にファン１１、１２が回転することにより、ハウジング４内に吸入孔４１から流入し、固定子巻線３０の第１、第２コイルエンド群３０ａ、３０ｂを通過して、排出孔４２からハウジング４外に流出するという、冷却風が発生し、固定子巻線３０が冷却される。

ここで、冷却風は、上述のごとく、固定子巻線３０の第１、第２コイルエンド３０ａ、３０ｂを径方向に通過するために、ここでの通風抵抗を如何に低減するかが固定子巻線３０を冷やす決め手となる。
本実施例においては、固定子巻線３０の第１コイルエンド群３０ａを形成する接合部１００、２００（斜状導体部）自体の構造が工夫されており、小型化・性能向上・製造面等の諸点で次のような特質を発揮する。

〔回転電機の小型化・性能向上について〕
（１）実質的な接合部をなす薄肉部１２０、２２０は、同一傾斜軸線上で斜行している斜状導体部の一部として形成されており、従来のごとく接合用として軸方向に直線的に伸びる端部立上り部（直行領域）を特別に設けないため、かかる端部立上り部（直行領域）に相当する軸方向長さ分だけコイルエンド群３０ａの高さ（軸方向長）を短くすることができる。よって、コイルエンド群３０ａがコンパクト（小型化）になるとともに、この小型化に伴ないコイルエンド群３０ａを通風抵抗の小さいものとすることができる。
（２）また、実質的な接合部をなす薄肉部１２０、２２０は、素線である平角導線の厚みＴより薄い厚みｔを有しており、しかも、対となる薄肉部１２０、２２０が、特に径方向に配置されるため、図６（ａ）のごとく、接合面積を含む径方向の投影面積が少なくとも薄肉化された分だけ小さくなる。換言すれば、その分、通風面積が拡張され、風通しが良くなるわけで、コイルエンド群３０ａの通風抵抗を低減することができる。
（３）したがって、車両用交流発電機１の小型化のみならず、通風抵抗の低減によって発電性能の向上、通風騒音の低減を図ることができる。

〔製造面等について〕
（１）対となる導体セグメントＳ、Ｓ’の接合は、接合部１００、２００のうち、特に薄肉部１２０、２２０を溶接することにより行われるが、この薄肉部１２０、２２０は、肉厚が薄く（ｔ＜Ｔ）、断面積が小さいため、溶接における入熱が厚肉部１１０、２１０側に伝達され難く、溶接温度が上がり易い。よって、小さな溶接エネルギーで所望の溶接が行え、所望の溶接に必要な溶接エネルギーを低減することができる。
（２）また、上述のごとく、溶接部分が薄肉部１２０、２２０で肉厚が薄いため、溶接玉を小さくすることができる。よって、径方向に隣接する他の対をなす接合部１００、２００との電気的絶縁距離の確保が有利となる。
（３）また、接合部１００、２００（斜状導体部）において、溶接部と絶縁被覆領域（絶縁材での被覆を必要とする領域）とが近接すると、溶接熱により絶縁被膜がダメージを受け絶縁能力の低下が危惧されるが、そのような恐れも緩和される。つまり、肉厚の薄い薄肉部１２０、２２０で溶接しており、この薄肉部１２０、２２０からの溶接熱放散量も小さいため、絶縁材１１１、２１１に与える熱ダメージが小さく、その分、絶縁被覆の配設境界（例えばテーパ部１１２，２１２の位置）を溶接部側へ近づけても絶縁材１１１、２１１への影響が少ないため、薄肉部１２０、２２０の長さを短縮することが可能となる。よって、この点でも、コイルエンド群３０ａの小型化および通風抵抗の低減を図ることができる。
（４）また、薄肉部１２０、２２０は、厚肉部１１０、２１０から薄肉部１２０、２２０にかけて肉厚および幅の双方が共に漸減して薄肉化されたテーパ部１１２、２１２を介して厚肉部１１０、２１０と連結しているため、薄肉部１２０、２２０と厚肉部１１０、２１０との継目における応力集中を緩和することができ、外力に対して充分な強度で信頼性の高い固定子巻線３０を構築することができる。

［実施例１の改良事例］
次に、上記実施例１の改良事例として、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’の接合面積を増大させる溶接構造例について説明する。

この事例は、薄肉部を傾倒構造にし、薄肉部同士の接合面積を増大して接合強度を増強させるようにしたもので、図６を参照しながら補説する。
上述の実施例１では、図６（ｂ）に示すように、対となる薄肉部１２０、２２０が平行に配置され、その側面１１３、２１３が厚みｔの範囲内で当接していたのに対し、本事例では、図６（ｃ）に示すように、対となる薄肉部１２０、２２０を、固定子鉄心の径方向において互いに接近する方向に傾倒させるとともに、対面する側面１１３、２１３を傾斜面１１３ａ、２１３ａに形成して、この傾斜面１１３ａ、２１３ａ同士を当接させることで、溶接により接合できる面積を増大している。

この事例によれば、上記実施例１の場合には図６（ｂ）のごとく、側面１１３、２１３での最大当接長さＨ１が厚み相当分（ｔ）であったのに対し、傾斜面１１３ａ、２１３ａでの最大当接長さＨ２はＨ２＞Ｈ１（ｔ）の寸法関係になるため、薄肉部１２０、２２０の接合部には、径方向の投影面積（図６（ａ）参照）を実質的に増大させることなく、大きな接合面積を確保することできる。よって、固定子巻線３０において、コイルエンド群３０ａの通風抵抗を犠牲にすることなく、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’の接合強度を向上することができる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２について、上述の実施例１との相違点を中心に図７および図８に基づいて説明する。
本実施例では、導体セグメントＳ、Ｓ’の接合部１００、２００全体は、実施例１と同様に、厚肉部１１０、２１０と薄肉部１２０、２２０とから構成され、厚肉部１１０，２１０が絶縁材１１１、２１１で被覆されており、薄肉部１２０、２２０が絶縁材１１１、２１１で被覆されていない剥離部（裸導線部）をなしているものの、特に、薄肉部１２０、２２０が、全長にわたって同一の厚みｔを有していて、長手方向に区分された第１部分１２１、２２１と第２部分１２２、２２２とで形成されている点が最大の特徴である。

そして、薄肉部１２０、２２０は、第１部分１２１、２２１がテーパ部１１２、２１２を介して厚肉部１１０、２１０に連なっている。このテーパ部１１２，２１２は、実施例１と同様に、厚肉部１１０、２１０から薄肉部１２０、２２０にかけて肉厚および幅が共に漸減して薄肉化された４面テーパ形状を呈しており、絶縁材で被覆されていない剥離部（裸導線部）をなしている。
そして、薄肉部１２０、２２０は、第２部分１２２、２２２が、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’の接合に供される。

また、薄肉部１２０、２２０は、第１部分１２１、２２１と第２部分１２２、２２２とが角度θをなして連結しており、対となる薄肉部１２０、２２０を固定子鉄心の径方向から見た場合、図８（ａ）に示すように、実施例１の単なる山形形状（仮想線）に対し２段の山形形状（実線）を呈するようになっている。したがって、対となる第２部分１２２、２２２で形成される三角状の空所も、第１部分１２１、２２１で形成される空所とともに、通風路として積極的に活用することができる。
かくして、薄肉部１２０、２２０の第２部分１２２、２２２は、従来のごとき全面当接させる端部立上り部（直行領域）とは本質的に異なるもので、あくまでも斜行領域の一部分で構成されている。

また、対となる薄肉部１２０、２２０は、第２部分１２２、２２２が固定子鉄心の径方向において互いに交差する方向に傾倒するとともに、図８（ｂ）に示すように、第２部分１２２、２２２の先端部分同士が固定子鉄心の周方向側で重なり合い、図８（ａ）に示すように、傾斜面１２２ａ、２２２ａで当接している。とりわけ、第２部分１２２、２２２は、先端に向かって幅ｗが狭くなる先細り形状をなしており、重なり合った部分において、互いの角部が突出する尖塔形状を呈している。そして、この尖塔形状を活用して、重なり合う部分で溶接により接合されている。
なお、第２部分１２２、２２２の先端部分には面取り部１２５、２２５が形成されている。

さらに、薄肉部１２０、２２０は、第１部分１２１、２２１と第２部分１２２、２２２との連結部分に幅ｗ方向に凹むくびれ部１２６、２２６が設けられている。このくびれ部１２６、２２６は、第１部分１２１、２２１に対して第２部分１２２、２２２を曲げやすくするためのものである。

上記構成の実施例２によれば、（ａ）接合部１００、２００（導体セグメントＳ、Ｓ’）は、全体が斜状導体部をなしており、その一部である薄肉部１２０、２２０を活用して接合するため、接合用の軸方向に突出する直行領域を特別に要しなく、第１コイルエンド群３０ａ自体の高さを下げる（軸方向長を短縮する）ことができ、（ｂ）しかも、接合部１００、２００を薄肉にしているため、コイルエンド部分における径方向の実質的な投影面積を小さくし、風通しの良い構造とすることができる等、実施例１と同様な作用効果が得られることは勿論、次のごとき実施例２特有の作用効果を奏する。

（１）対となる接合部１００、２００（導体セグメントＳ、Ｓ’）は、薄肉部１２０、２２０の実質的な接合部をなす第２部分１２２、２２２が固定子鉄心の径方向において互いに交差する方向に傾倒するとともに、第２部分１２２、２２２の先端同士が固定子鉄心の周方向側で重なり合い、この重なり合う部分で接合されているため、重なり合う部分、つまり図８（ｂ）の仮想斜線で示す領域を最大限に活用して、大きな接合面積を確保し、大なる接合強度を得ることができる。
（２）薄肉部１２０、２２０において、第１部分１２１、２２１と第２部分１２２、２２２とをくびれ部１２６、２２６で連結しているため、第２部分１２２、２２２を第１部分１２１、２２１に対して幅ｗ方向および厚みｔ方向に自在に折曲変形させることができる。したがって、くびれ部１２６、２２６により、第２部分１２２、２２２の径方向への傾倒角度や第１部分１２１、２２１との角度θを加減し、対となる第２区分１２２、２２２同士の重なり具合（接合面積）や軸方向の突出高さを調整することができる。よって、導体セグメントＳ、Ｓ’の接合強度やコイルエンド群３０ａの高さの調整を行うことができ、設計自由度が増大する。
（３）とりわけ、第２部分１２２、２２２は、先端に向かって幅ｗが狭くなる先細り形状をなしており、重なり合った部分において、互いの角部が突出する尖塔形状を呈しているため、溶接時にアークが飛びやすく良好に溶接できるという製造面での利点もある。

なお、上述した実施例２において、くびれ部１２６、２２６は、厚みｔ方向への折曲変形を重視する場合には厚みｔ方向に凹む溝状のくびれ部としても良く、また、幅ｗ方向と厚みｔ方向の両方向を重視する場合には、幅ｗ方向に凹むくびれ部１２６、２２６と厚みｔ方向に凹むくびれ部の双方を採用しても良いことは勿論である。
また、上記実施例２では、薄肉部１２０、２２０において、第２区分１２２、２２２を径方向に傾倒させるとともに、対となる第２区分１２２、２２２同士が周方向側で重なるようにしたが、実施例１と同様に、第２区分１２２、２２２の傾倒の有無に関係なく、第２区分１２２、２２２同士を径方向側の側面で当接させて接合するようにしても良い。

［変形例］
以上本発明の固定子を２つの実施例について詳述してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変形することが可能であり、その変形例を例示する。

（１）上述の実施例では、厚肉部１１０、２１０と薄肉部１２０、２２０とを連結するテーパ部として、肉厚および幅が共に漸減して薄肉化された４面テーパ形状のテーパ部１１２、２１２を採用したが、かかるテーパ部は、厚みの異なる２部材の継目における応力集中を緩和するためのものであって、厚肉部１１０、２１０から薄肉部１２０、２２０にかけて断面積が漸減する形態であれば、厚み方向または幅方向のいずれかが両面もしくは片面で漸減する両面テーパ形状または片面テーパ形状のテーパ部であっても良い。
（２）上述の実施例では、三相の固定子巻線３０の例として固定子鉄心２０の各スロット２１に４本の電気導体Ｓ１〜Ｓ４が挿入される固定子２について説明したが、固定子巻線３０の相数、巻線方式等に応じてスロット２１に挿入される電気導体の数は随時変更されるものであり、種々の固定子に適用することができる。

（３）上述の実施例では、導体セグメントとして、一端にターン部を有するＵ字状導体セグメントＳを用いて固定子巻線３０を構成するようにしたが、ターン部を含まないほぼ直線状の所謂Ｉ字状導体セグメントを用いて固定子巻線３０を構成する場合には、Ｉ字状導体セグメントの両端にコイルエンド群を形成する接合部がそれぞれ形成されるため、かかる両接合部に対して本発明を適用することができる。

（４）上述の実施例では、回転電機の一例として車両用交流発電機について説明したが、平角導線を素線とする複数の導体セグメントを接合して固定子巻線を構成する固定子であれば、他の発電機や発電機以外の電動機（例えば高電圧高出力モータ）等の各種の回転電機に本発明を適用することができる。

以上詳述してきた本発明の固定子の特徴点および特記すべき作用効果を、特許請求の範囲に記載の各請求項（特に請求項２〜請求項９）の手段にしたがって要約列挙すれば、次の通りである。

〔特徴点１＝請求項２の手段〕
請求項１に記載の固定子２において、厚肉部１１０、２１０と薄肉部１２０、２２０とは厚肉部１１０、２１０から薄肉部１２０、２２０にかけて薄肉化されたテーパ部１１２、２１２で連結されていることを特徴としている（各実施例）。
上記構成によれば、テーパ部１１２、２１２によって、薄肉部１２０、２２０と厚肉部１１０、２１０との継目における応力集中を緩和することができ、外力に対して充分な強度を有し信頼性の高い固定子巻線３０を構築することができる。

〔特徴点２＝請求項３の手段〕
請求項１または２に記載の固定子２において、厚肉部１１０、２１０と薄肉部１２０、２２０とは、同一傾斜軸線上で斜行しており、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’の薄肉部１２０、２２０同士が、固定子鉄心２０の径方向側に位置する厚みｔ方向の側面１１３、２１３で当接し、この当接部分で接合されていることを特徴としている（実施例１）。
上記構成によれば、コイルエンド群３０ａを最短の高さで、かつ径方向の実質的な投影面積が小さく、風通しの良い構造とすることができる。

〔特徴点３＝請求項４の手段〕
請求項１または２に記載の固定子２において、薄肉部１２０、２２０は、長手方向に区分された第１部分１２１、２２１と第２部分１２２、２２２とからなり、第１部分１２１、２２１で厚肉部１１０、２１０に連なり、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’が第２部分１２２、２２２同士で接合されていることを特徴としている（実施例２）。
上記構成によれば、薄肉部１２０、２２０のうち、第２区分１２２、２２２のみを折曲変形させて、対となる第２部分１２２、２２２同士の接合面積を調整することができる。

〔特徴点４＝請求項５の手段〕
請求項４に記載の固定子２において、薄肉部１２０、２２０は、第２部分１２２、２２２が第１部分１２１、２２１に対して角度θをなして連結されていることを特徴としている（実施例２）。
上記構成によれば、角度θを選定して第２区分１２２、２２２のみの傾斜角を変更することにより、上記特徴点４と同様に、対となる第２部分１２２、２２２同士の接合面積を調整することができる。

〔特徴点５＝請求項６の手段〕
請求項４または５に記載の固定子２において、対となる導体セグメントＳ、Ｓ’は、第２部分１２２、２２２が固定子鉄心２０の径方向において互いに交差する方向に傾倒するとともに、第２部分１２２、２２２の先端同士が固定子鉄心２０の周方向側で重なり合い、この重なり合う部分で接合されていることを特徴としている（実施例２）。
上記構成によれば、薄肉部１２０、２２０のうち、第２区分１２２、２２２を傾倒させることで、対となる第２部分１２２、２２２同士の接合面積をより一層調整することができる。

〔特徴点６＝請求項７の手段〕
請求項４〜６のいずれか１つに記載の固定子２において、薄肉部１２０、２２０は、第１部分１２１、２２１と第２部分１２２、２２２との連結部分に、幅ｗ方向もしくは厚みｔ方向に凹むくびれ部１２６，２２６が設けられていることを特徴としている（実施例２）。
上記構成によれば、くびれ部１２６、２２６により第２部分１２２、２２２を容易に折曲変形させることができ、第２部分１２２、２２２の径方向への傾倒角度や第１部分１２１、２２１との仰角θを加減し、対となる第２区分１２２、２２２同士の重なり具合（接合面積）や軸方向の突出高さを簡便に調整することができる。

〔特徴点７＝請求項８の手段〕
請求項１〜７のいずれか１つに記載の固定子２において、接合部１００、２００は、厚肉部１１０、２１０が絶縁材１１１、２１１で被覆されており、薄肉部１２０、２２０が絶縁材で被覆されていない剥離部（裸導線部）をなしていることを特徴としている（各実施例）。
上記構成によれば、絶縁材で被覆されていない剥離部（裸導線部）を最低限の薄肉部１２０、２２０のみにすることができる。

１…車両用交流発電機（回転電機）、２…固定子、２０…固定子鉄心、２１…スロット、３０…固定子巻線、３０ａ…第１コイルエンド群（コイルエンド）、３０ｂ…第２コイルエンド群（コイルエンド）、１００、２００…接合部、１１０、２１０…厚肉部、１２０、２２０…薄肉部、１２１、２２１…第１部分、１２２、２２２…第２部分、２１０…厚肉部、３１１、３２１、３１１’、３２１’… 導体挿通部、Ｓ、Ｓ’…導体セグメント。

Claims (8)

1. 内周側にスロット（２１）を有する円環状の固定子鉄心（２０）と、前記固定子鉄心（２０）に巻装される固定子巻線（３０）とを備え、前記固定子巻線（３０）は幅Ｗより厚みＴが小さいＷ＞Ｔの寸法関係を有する平角導線を素線とする複数の導体セグメント（Ｓ、Ｓ’）を接合して構成されており、前記導体セグメント（Ｓ、Ｓ’）は前記スロット（２１）に対し幅Ｗ方向が前記固定子鉄心（２０）の径方向に沿って配置されるものであって、前記スロット（２１）に挿通される導体挿通部（３１１、３２１、３１１’、３２１’）と、前記スロット（２１）から軸方向に突出し、対となる前記導体セグメント（Ｓ、Ｓ’）に対して電気的接続される接合部（１００、２００）とを有している回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記接合部（１００、２００）は、厚みＴ方向に折曲され、全長にわたって前記固定子鉄心（２０）に対して周方向に斜行状態を呈する斜状導体部をなしており、一端側が前記導体挿通部（３１１、３２１、３１１’、３２１’）に連なり前記平角導線と実質的に同じ厚みＴを有する厚肉部（１１０、２１０）と、前記厚肉部（１１０、２１０）の他端側に連なって先端部分を形成し、前記厚肉部（１１０、２１０）より薄い厚みｔを有する薄肉部（１２０，２２０）とを有しており、
   対となる前記接合部（１００、２００）が前記薄肉部（１２０，２２０）同士で接合されているものであって、
   対となる前記薄肉部（１２０、２２０）同士が、前記固定子鉄心（２０）の径方向において互いに接近する方向に傾倒されており、かつ、この傾倒部分の先端には前記薄肉部（１２０、２２０）同士が面接触により接合する傾斜面（１１３ａ、１２２ａ、２１３ａ、２２２ａ）が形成されていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
2. 請求項１に記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記厚肉部（１１０、２１０）と前記薄肉部（１２０、２２０）とは、前記厚肉部（１
   １０、２１０）から前記薄肉部（１２０、２２０）にかけて薄肉化されたテーパ部（１１
   ２、２１２）で連結されていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
3. 請求項１または２に記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記厚肉部（１１０、２１０）と前記薄肉部（１２０、２２０）とは、同一傾斜軸線上で斜行しており、対となる前記導体セグメント（Ｓ、Ｓ’）の前記薄肉部（１２０、２２０）同士が、前記固定子鉄心（２０）の径方向側に位置する厚みｔ方向の側面（１１３、２１３）で当接し、この当接部分で接合されていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
4. 請求項１または２に記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記薄肉部（１２０、２２０）は、長手方向に区分された第１部分（１２１、２２１）と第２部分（１２２、２２２）とからなり、前記第１部分（１２１、２２１）で前記厚肉部（１１０、２１０）に連なっており、
   対となる前記導体セグメント（Ｓ、Ｓ’）が前記第２部分（１２２、２２２）同士で接合されていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
5. 請求項４に記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記薄肉部（１２０、２２０）は、前記第２部分（１２２、２２２）が前記第１部分（１２１、２２１）に対して角度θをなして連結されていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
6. 請求項４または５に記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   対となる前記導体セグメント（Ｓ、Ｓ’）は、前記第２部分（１２２、２２２）が前記固定子鉄心（２０）の径方向において互いに交差する方向に傾倒するとともに、前記第２部分（１２２、２２２）の先端同士が前記固定子鉄心（２０）の周方向側で重なり合い、この重なり合う部分で接合されていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
7. 請求項４〜６のいずれか１つに記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記薄肉部（１２０、２２０）は、前記第１部分（１２１、２２１）と前記第２部分（１２２、２２２）との連結部分に、幅ｗ方向もしくは厚みｔ方向に凹むくびれ部（１２６、２２６）が設けられていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の回転電機（１）の固定子（２）において、
   前記接合部（１００、２００）は、前記厚肉部（１１０、２１０）が絶縁材（１１１、２１１）で被覆されており、前記薄肉部（１２０、２２０）が絶縁材で被覆されていない剥離部（裸導線部）をなしていることを特徴とする回転電機（１）の固定子（２）。
   

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