JP6373494B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、二輪車等の車両に搭載する磁石式発電機等の回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine such as a magnet generator mounted on a vehicle such as a motorcycle.
一般に、二輪車等の車両は、その車両に搭載したエンジンの回転を利用して発電する発電機を備えている。この発電機の発電電力でバッテリを充電し、この充電電力により車両の電気系統の電力が賄われるようになっている。 Generally, a vehicle such as a two-wheeled vehicle includes a generator that generates electric power by using rotation of an engine mounted on the vehicle. The battery is charged with the power generated by the generator, and the power of the electric system of the vehicle is covered by the charged power.
この発電機としては、回転電機としてのいわゆる磁石式発電機が多用されている。この磁石式発電機は、エンジンのクランクカバーの内部に配置される磁石付のロータ(回転子)と、そのロータの径方向の内側に配置されるステータ(固定子)とを備える。ステータは、複数のティースを有するコアを備え、その複数のティースに装着された部分の、ボビンの絶縁部に導線(銅線)が巻装されて単相又は3相の巻線部(発電コイル)が形成されている。 As this generator, a so-called magnet generator as a rotating electrical machine is frequently used. This magnet generator includes a rotor with a magnet (rotor) arranged inside the crank cover of the engine and a stator (stator) arranged inside the rotor in the radial direction. The stator includes a core having a plurality of teeth, and a conductive wire (copper wire) is wound around an insulating portion of a bobbin of a portion attached to the plurality of teeth, and a single-phase or three-phase winding portion (a power generation coil) ) Is formed.
ロータはエンジンのクランク軸の一端に結合されており、エンジンの回転と共にロータ、すなわち磁石が回転し、この回転による回転磁界によって巻線部に単相又は3相の交流電流が誘起される。この誘起電流は、巻線部の引出端から出力用リード線に流れて、車両の電気回路に供給される。 The rotor is coupled to one end of the crankshaft of the engine, and the rotor, that is, the magnet rotates as the engine rotates, and a single-phase or three-phase alternating current is induced in the winding portion by the rotating magnetic field generated by the rotation. This induced current flows from the lead-out end of the winding part to the output lead wire and is supplied to the electric circuit of the vehicle.
発電機等の回転電機においては、その小型化、軽量化を図るため、ステータのティースに導線(銅線)ができるだけ高密度に配置されるよう、導線(銅線)をより正確に整列させて巻き付けて導線(銅線)の巻線占積率を高めることによりステータの外径を小さくしている。 In order to reduce the size and weight of rotating electrical machines such as generators, the conductors (copper wires) are arranged more accurately so that the conductor wires (copper wires) are arranged as densely as possible on the stator teeth. The outer diameter of the stator is reduced by increasing the winding space factor of the conducting wire (copper wire) by winding.
このような巻線占積率を高める方法として、例えば特許文献1に記載されているように、例えば巻線機を用いて導線(銅線)に比較的高いテンションをかけてステータのティースに巻き付けてティースの形状に沿わせることにより、ステータのコイルの外径を小径化している。
As a method for increasing the winding space factor, for example, as described in
ところで、導線(銅線)の集中巻の場合、ステータのティースに複数の巻線層を形成することになるが、一層目の巻線が整列に巻かれていないと二層目の巻線が一層目に倣わず、その結果コイルの仕上がりが大きく乱れてしまう。一層目の巻線を整列に巻くには、上述したように、導線(銅線)にテンションをかけてボビンの絶縁部との間の摩擦を大きくして固定する必要がある。すなわち、巻線機によって発生する導線(銅線)の引っ張り力によって、すでに巻かれている巻線部分が巻線進行方向(例えば一層目であれば径方向外方に向かって)に動かないよう、導線(銅線)のティース締め付け力を大きくしている。 By the way, in the case of concentrated winding of conductive wires (copper wires), a plurality of winding layers are formed on the teeth of the stator. If the first layer winding is not aligned, the second layer winding is formed. It does not follow the first layer, and as a result, the finish of the coil is greatly disturbed. In order to wind the first-layer windings in an aligned manner, as described above, it is necessary to apply tension to the conductive wire (copper wire) to increase and fix the friction between the bobbin insulating portion. That is, the winding portion already wound is prevented from moving in the winding traveling direction (for example, radially outward in the first layer) due to the pulling force of the conducting wire (copper wire) generated by the winding machine. The teeth tightening force of the conducting wire (copper wire) is increased.
一方、導線(銅線)から成る発電コイルは部品コストが高いのみならず、非常に重いので、発電機自体が重くなってしまう。そこで、近年、この導線(銅線)の代わりにアルミニウム線を用いるようになってきた。 On the other hand, a power generating coil made of a conductive wire (copper wire) not only has a high component cost, but is very heavy, so that the generator itself becomes heavy. Therefore, in recent years, an aluminum wire has been used instead of the conducting wire (copper wire).
図11に、従来の巻線部の拡大断面図を示す。 FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a conventional winding part.
アルミニウム線Aは導線(銅線)より引っ張り強度が低く、テンションをかけてティースTに巻き付けようとするとそのテンションにより伸びや破断を生じる虞がある。そのため、アルミニウム線Aは導線(銅線)より低いテンションで巻く必要があるが、その結果、アルミニウム線Aとボビンの絶縁部Bとの間の摩擦が導線(銅線)に比べて十分に得られず、図11に示すように、巻線機によって発生するアルミニウム線Aの引っ張り力Fよりアルミニウム線Aのティース締め付け力Dが小さくなり、一層目の巻線に乱れ(緩み、ずれ)Zが生じやすくなる。また、一層目の巻線に乱れが生じることにより二層目以降にも巻線に乱れが生じ、コイルの仕上がりが大きく乱れてしまう。 The aluminum wire A has a lower tensile strength than the conducting wire (copper wire), and when it is applied to the tooth T under tension, the tension may cause elongation or breakage. Therefore, the aluminum wire A needs to be wound with a tension lower than that of the conducting wire (copper wire). As a result, the friction between the aluminum wire A and the insulating portion B of the bobbin is sufficiently obtained compared to the conducting wire (copper wire). As shown in FIG. 11, the teeth tightening force D of the aluminum wire A is smaller than the pulling force F of the aluminum wire A generated by the winding machine, and the first-layer winding is disturbed (slack, deviation) Z. It tends to occur. Further, when the winding of the first layer is disturbed, the winding is also disturbed after the second layer and the finish of the coil is greatly disturbed.
また、アルミニウム線は導線(銅線)に比べて電気抵抗率が大きいため、導線(銅線)と同一の出力効率を得るためには導線(銅線)より線径の太いアルミニウム線を用いる必要があるが、太いアルミニウム線を用いてさらにその巻線に乱れがあると、ステータの外径が導線(銅線)を用いた時と同一のサイズ内に収まらない虞がある。 Also, since the aluminum wire has a higher electrical resistivity than the conducting wire (copper wire), it is necessary to use an aluminum wire having a larger diameter than the conducting wire (copper wire) in order to obtain the same output efficiency as that of the conducting wire (copper wire). However, if a thick aluminum wire is used and the windings are further distorted, the outer diameter of the stator may not fit within the same size as when a conductive wire (copper wire) is used.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム線を用いるステータの巻線において、低いテンションで一層目の巻線を整列に巻くことができる回転電機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of winding a first-layer winding in an aligned manner with a low tension in a stator winding using an aluminum wire. There is.
上記目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、回転可能に支持されるロータと、このロータとの間に所定距離の隙間を介して配置された、コアを有するステータと、上記コアに装着されるボビンと、を備え、上記コアは径方向RA外側へ延びる複数のティースを備え、上記ティースは上記ボビンの絶縁部と供に巻付部を構成し、上記巻付部にアルミニウム線を巻き付けて巻線部を構成し、上記巻付部の幅を、上記アルミニウム線の巻き付け始めから巻き付け終わりへ、一層目の巻線進行方向に向かって徐々に広がるように構成したことを特徴とする。 To achieve the above object, a rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor that is rotatably supported, a stator having a core that is disposed between the rotor and a gap of a predetermined distance, and the core. A bobbin to be mounted, and the core includes a plurality of teeth extending outward in the radial direction RA. The teeth constitute a winding portion together with an insulating portion of the bobbin, and an aluminum wire is formed on the winding portion. A winding portion is formed by winding, and the width of the winding portion is configured so as to gradually spread from the start of winding of the aluminum wire to the end of winding toward the winding progress direction of the first layer. .
これにより、導線(銅線)より低いテンションでアルミニウム線を巻いても一層目の巻線に乱れが生じることはなく整列に巻くことができ、ステータの外径を、導線(銅線)を用いた時と同一のサイズ内に収めることが可能となる。 As a result, even if an aluminum wire is wound with a tension lower than that of the conductive wire (copper wire), the first-layer winding is not disturbed and can be wound in alignment, and the outer diameter of the stator is used for the conductive wire (copper wire). It is possible to fit within the same size as when it was.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る磁石式発電機及びその結線機構(構造)の好適な実施形態を説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a magnet generator and a wiring mechanism (structure) thereof according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第一実施形態)
図1〜図3に、この第一実施形態に係る、回転電機としての単相の磁石式発電機の構造の概要を示す。(First embodiment)
1 to 3 show an outline of the structure of a single-phase magnet generator as a rotating electrical machine according to the first embodiment.
磁石式発電機1(以下、ときに、単に「発電機」と呼ぶ)は、例えば図示しない二輪車のエンジン近傍に取り付けられ、エンジンの回転力により回転されることで発電する。発電機1が発電した電力は、図示しない車両側電気回路に供給される。
The magnet generator 1 (hereinafter sometimes simply referred to as “generator”) is attached, for example, in the vicinity of an engine of a motorcycle (not shown), and generates electricity by being rotated by the rotational force of the engine. The electric power generated by the
この発電機1は、ステータ(固定子)10およびロータ(回転子)60を備えている。ステータ10は、コア20、ボビン30および巻線部50を備えている。コア20は、例えば鉄あるいは電磁鋼板等の薄い金属板を積層することにより形成されている。コア20は略円環状のコア本体21を有する(図2、3参照)。
The
尚、以下の説明において、説明の便宜上、このコア本体21の仮想的な中心軸O(図3参照)の長さ方向を軸方向AXと呼ぶ。さらに、その中心軸Oを中心に当該中心軸Oに直交する断面に沿って放射状に広がる方向を径方向RAと呼び、コア本体21の周囲を巡る方向を円周方向CRと呼ぶ。このコア20を発電機1に実装した状態で、軸方向AX、径方向RA、及び円周方向CRは発電機1の軸方向、径方向、及び円周方向とそれぞれ一致する。以下、コア20は発電機1に実装されているものとして説明する。
In the following description, for convenience of description, the length direction of the virtual central axis O (see FIG. 3) of the
コア20は、上述した環状のコア本体21のほか、そのコア本体21から径方向RAの外側へ延びる複数のティース22を備えている(図3参照)。本実施形態では、ティース22は、コア本体21の周方向に等間隔で12個設けられている。
The
ボビン30は、例えば絶縁性樹脂により環状に形成された絶縁体であって、かつその軸方向AXにおいて前後に半分割した分割構造になっている。このうち、図4には、その分割構造のうちの一方のボビン分割体30Aを示している。ボビン30は、2つのボビン分割体30A,30B(図2参照)を互いに組わせた状態では、環状のボビン本体31及びこのボビン本体31の径方向RAの外側に複数設けられる絶縁部32を一体に備えている。本実施形態では、絶縁部32は、ボビン本体31の円周方向CRに等間隔で12個設けられている。
The
以下、2つのボビン分割体30A,30Bを組み付けて1つのボビン30を構成した状態で説明する。
Hereinafter, a description will be given in a state in which one
ボビン30のボビン本体31がコア本体21に対面し、且つ複数の絶縁部32それぞれが複数のティース22それぞれに対面して、コア20を挟み込むようにコア20の軸方向AXの一方の面23の側(クランクカバー側)および他方の面24の側(クランク軸側)に設けられている。
The
図4に示すように、ボビン本体31の絶縁部32の近傍には、ボビン本体31の軸に平行な面方向に延びる板状のストッパ33が形成されている。また、絶縁部32のボビン本体31とは反対側の端部には、ボビン本体31の軸に平行な面方向に延びる板状のストッパ44が形成されている。
As shown in FIG. 4, a plate-
ティース22と、このティース22をコア20の軸方向AX両側から挟み込んだ2つのボビン30の絶縁部32とによって巻付部80が形成され、この巻付部80に例えばアルミニウム線81を、たとえば集中巻で巻き付けることにより巻線部(発電コイル)50が形成されている。ここで、集中巻とは、一つのティースへの巻線によって構成される一つのコイル(単コイル)が複数形成されている構成を示すものであって、複数のティースを跨ぐようにして単コイルを形成する構成は分布巻きなどと呼ばれている。本実施形態では、1本の絶縁被覆されたアルミニウム線81を複数の巻付部80の絶縁部32それぞれに所定回数ずつ巻き付けて、複数の巻線部50を形成している。また、所定回数の巻線が巻付部80に収まらない場合、巻線は同一の巻付部80上にて複数の層を形成するように構成されている。
なお、絶縁部32により、巻線部50とコア20のティース22との絶縁性が確保されている。A winding
The insulating
また、本実施形態では、アルミニウム線81を、例えば図示しない巻線機を用いて所定のテンションをかけて引っ張りながら巻付部80に巻くことにより巻線部50を形成している。これにより、巻線部50を巻付部80の、絶縁部32の傾斜面82に密に巻き付けることができる。ここで、ボビン30のストッパ44およびストッパ33により、巻線部50の、径方向RAの位置決めがなされている。なお、アルミニウム線81は、通常銅線からなる導線を巻く際のテンションよりより低いテンションで巻かれる。
In the present embodiment, the winding
図5に示すように、巻付部80を構成するティース22は、その円周方向CR幅がコア本体21側からコア本体21とは反対側(ストッパ44側)に向かって徐々に広がっている。また、このティース22を挟み込む絶縁部32も同様に、その円周方向CR幅がボビン本体31側からボビン本体31とは反対側(ストッパ44側)に向かって徐々に広がっている。
As shown in FIG. 5, the circumferential CR width of the
すなわち、巻付部80は、ティース22と同様の形状を有し、ボビン本体31側幅W1よりストッパ44側幅W2の方が大きくなるように設定されている。巻付部80を構成する、ボビン30の絶縁部32の周方向厚さは内径側から外径側に向かって一定となっている。絶縁部32の周方向厚さは必要な絶縁耐力から決定されるものであって、絶縁部32の傾斜角度はティース22の傾斜角度と同じである。そして、アルミニウム線81の一層目は巻付部80に、ボビン本体31側の巻き付け始めSから始まって径方向RA外方のストッパ44側の巻き付け終わりEに向かって(図5に矢印で巻線進行方向を示す)巻き付けられる。これらの構成により、巻付部80に巻き付かれたアルミニウム線81からなる巻線部(発電コイル)50は、その内径側から外径側に向かって幅が広くなると共に、ボビン30の傾斜に平行となっている。すなわち、ティース22に巻装される巻線部(発電コイル)50の周方向幅は、内径側では小さく、外径側では大きくなっている。
That is, the winding
一方、図2に示すように、コア20のコア本体21が例えばボルト等によりエンジンカバー2の内側に固定されている。図示しないエンジンのクランク軸3の端部にはボス4が取り付けられている。そのため、ボス4は、エンジン運転時、クランク軸3とともに回転する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
また、ロータ60は、ステータ10の径方向RAの外側に所定の隙間を介して設けられている。このロータ60は、円周方向CRに円環状を成す筒部61と、この筒部61の軸方向AXの一方の開口を閉じる壁部64と有する。筒部61及び壁部64は相互に一体に形成されている。壁部64にはボス4が固定されている。
The
筒部61の内壁には、その円周方向CRに沿って複数のマグネット(永久磁石)62が等角度間隔で設けられている。本実施形態では、その複数のマグネット62は、それらの磁極(N極、S極)の向きが径方向RAにおいて交互に反対になるように、合計12個が設けられている。そして、図1に示すように、筒部61の外周面の一部には、突部63が形成されている。
A plurality of magnets (permanent magnets) 62 are provided at equiangular intervals along the circumferential direction CR on the inner wall of the
ロータ60の筒部61がコア20の径方向RAの外側に位置するように、その壁部64がボス4に固定されている。これにより、コア20のティース22の先端部は、マグネット62に対向して位置する。ロータ60は、エンジン運転時、クランク軸3およびボス4と供に回転する。ロータ60が回転すると、マグネット62に対向するティース22を覆う絶縁部32(巻付部80)に形成された巻線部50に誘導起電力が生じる。その結果、巻線部50に電流が生じる。巻線部50に生じた電流は、巻線部50と車両側電気回路とを接続する出力ケーブル(ワイヤーハーネス)5(図2参照)を経由して、二輪車のバッテリやヘッドランプ等の電気負荷に供給される。このように、本実施形態の発電機1はアウタロータ型の発電機である。
The
ロータ60の径方向RAの外側には、所定隙間を介して回転センサ70が設けられている。回転センサ70は、ロータ60が回転するとき、突部63の回転位置に応じた信号を出力する。当該信号は、ワイヤーハーネス71を経由して、図示しない電子制御ユニット(以下、「ECU」という)に伝達される。これにより、ECUは、ロータ60の回転位置、すなわち、クランク軸3の回転位置を検出することができる。
A
このように、本実施形態の回転電機によれば、下記のように様々な作用効果が得られる。 Thus, according to the rotating electrical machine of the present embodiment, various functions and effects can be obtained as described below.
まず、ステータ(固定子)10の複数の巻線部50を形成する線材にアルミニウム線81を用いているため、発電機自体をより軽量にできると供に、銅線からなる導線を用いる場合に比べて部品コストも大幅に低減できる。
First, since the
また、図5に示すように、アルミニウム線81を巻き付ける巻付部80の円周方向CR幅を、アルミニウム線81の一層目における巻き付け始めSから一層目における巻き付け終わりEへ巻線進行方向、例えば一層目等の奇数層であればボビン本体31から径方向外方に向かって徐々に広がるように構成している。
Further, as shown in FIG. 5, the circumferential CR width of the winding
そのため、巻付部80の、アルミニウム線81を巻き付ける面が巻線進行方向に対して傾斜して傾斜面82を形成することになり、巻線機によって発生するアルミニウム線81の巻付部80への締め付け力が傾斜面82に平行な方向D1と傾斜面82に直交する方向D2とに分割される。よって、傾斜面82に平行な方向D1の締め付け力が巻線機によって発生するアルミニウム線81の引っ張り力Fに対抗できる。
For this reason, the surface of the winding
巻線部50の一層目における所定巻き数のどの位置においても、常に巻線進行方向に巻線機の引っ張り力Fは働いているが、巻付部80(ティース22、絶縁部32)の円周方向CR幅は直前に巻いた部分より広くなっているため、巻線部50の巻線進行方向への動きが抑制され、その結果、導線(銅線)より低いテンションでアルミニウム線81を巻いても一層目の巻線に乱れが生じることはなく巻線部50を整列に巻くことができる。そして、一層目の巻線を整列に巻けることにより、二層目以降も直前の層に倣うことから全ての層が整列巻線となり、ステータ10の外径を、導線(銅線)を用いた時と同一のサイズ内に収めることが可能となる。すなわち、巻線部50の巻き始めは、巻付部80の周方向幅が最も狭い部分、すなわち内径側とすることが好ましい。そして、巻線部50の巻線進行方向は巻付部80の周方向幅が広くなる方向に向かうことが好ましい。
At any position of the predetermined number of turns in the first layer of the winding
さらに、アルミニウム線81を低いテンションで巻くことができるため、テンションによる伸びや破断を防止することができる。特に、アルミニウムの引張強度は銅のそれに比べて数分の一程度であるから、破断防止の観点からしても、アルミニウム線81の巻線時の引張テンションは銅線よりも数分の一に下げる必要がある。
Furthermore, since the
巻付部80に巻装された巻線部50はアルミニウム線81同士が巻装後に接着剤等によって固着されると共に、ボビン30とも接着される。
The winding
複数の巻線部50(コイル)が一本のアルミニウム線81でつながる際、図6に示すように、巻線部50と巻線部50との間を渡る部分に渡り線83が存在する。すなわち、ある一つの巻線部50の巻き終わり部分Zと隣接する巻線部50の巻き付け始め部分Xとの間に存在するアルミニウム線81が渡り線83である。
When a plurality of winding portions 50 (coils) are connected by a
渡り線83のうち、一本のアルミニウム線81の巻線部50への最初の巻き付け始め及び最後の巻き付け終わりは所謂引き出し線となり、引き出し線は直接的または間接的に外部回路に繋がる例えばワイヤーハーネス(例えば出力ケーブル5)に接続される。あるいは、仮に巻線部50が三相等の多相コイルの場合、詳細には図示しないが、渡り線83はスター結線において中性点に接続される。
Among the connecting
ところで、本願に係る磁石式発電機1は、上述したように、二輪車等のエンジンまたはその近傍に取り付けられるため、振動が伝わりやすい。仮に渡り線83が固定されていないとこの振動によって渡り線83が切れてしまったり、渡り線83の絶縁被膜が擦れて電気的短絡を起こしたりする虞がある。
By the way, since the
そこで、巻線時の引張テンションがあまりかかっていない渡り線83は上記理由から例えばボビン30のボビン本体31等に強固に、安定した状態で接着固定されることが望ましい。
For this reason, it is desirable that the
そして、渡り線83の安定した状態での接着固定の条件は、渡り線83の両端、つまり一方は巻き始め部分X、他方は巻き終わり部分Zと巻線部50との安定した固着である。すなわち、巻線部50の一層目の整列巻線が安定していないと接着剤が一様に浸透せず、固着が不安定になる。一層目の固着が不安定になると、渡り線83に繋がる巻き付け始め部分Xの固着が不安定となって渡り線83の固定も不安定になると共に、一層目の固着が不安定であると、その上に巻装される巻線部50の最外層の固着も不安定になる。最外層の巻き終わり部分Zも渡り線83に繋がることから、最外層の固着が不安定であるとやはり渡り線83の固定も不安定になる。以上のことから、巻線部50の一層目の整列巻線を安定させることが重要であることは言うまでもない。
The condition of the adhesive and fixing in a stable state of the
本願においては、上述したように、一層目の巻線に乱れが生じることはなく巻線部50を整列に巻くことができる。そして、一層目の巻線を整列に巻けることにより、二層目以降も直前の層に倣うことから全ての層が整列巻線となり、渡り線83の空中配線や振動による動きを抑えることができる。その結果、渡り線83を、例えばボビン30のボビン本体31等に強固に、安定した状態で接着固定することができる。
In the present application, as described above, the winding
さらに、アルミニウム線81は比較的伸びやすい性質を有する。巻線部50の固着が不安定であると、アルミニウム線81が伸びる虞があり、好ましくない。具体的には、アルミニウム線81が伸びると、線径が縮径し、電気抵抗が増えて性能の低下や巻線部50の温度上昇を招く虞がある。
Furthermore, the
本願においては、上述したように、巻線部50を安定的に固着できるため、アルミニウム線81の伸びを防止でき、性能の低下や巻線部50の温度上昇を抑えることができる。
In the present application, as described above, since the winding
ところで、ボビン30は、上述したように、その軸方向AXにおいて前後に半分割した分割構造になっている(ボビン分割体30A,30B)。ボビン30は、自身の軸方向に発生するバラツキ及びコア20の軸方向に発生するバラツキを考慮したうえで、ティース22を含むコア20を軸方向AX両側から挟み込んだ状態でいかなる場合でも分割エッジ部分が重なり合わないよう、その軸方向AX寸法はコア20を挟み込んだ状態で分割部分の合わせ面に必ず隙間が形成されるように設定されている。また、ボビン30は、樹脂成型により形成されているため、型からの抜け勾配を有すると供に、成型後の変形(ソリ)もあることから、若干外に向かって開いた形状を有する。
By the way, as described above, the
上述したボビン30の構造において例えば導線を高いテンションをかけて巻線部に巻き付けた場合、分割部分の隙間において導線がティース22に直接触れる虞がある。そして、導線の絶縁被覆が破れた場合、短絡を生じる可能性がある。また、巻かれた導線の高いテンションによってボビン30の分割エッジ部分や角部に割れが生じる可能性がある。
In the above-described structure of the
さらに、上述した隙間はボビン30の絶縁部32だけではなく、絶縁部32のボビン本体31とは反対側の端部に形成されている板状のストッパ44にも隙間が形成されており、例えば巻線部50の巻き付け終わりEがストッパ44側である場合、例えば導線を高いテンションをかけて巻き付けた場合、巻き付け終わりEにおける導線は直前に巻かれた導線とストッパ44との間で食い込んだ状態になる可能性があり、やはり短絡を生じる可能性や導線が伸びてしまうといった可能性があった。
Further, the gap described above is formed not only in the insulating
しかしながら、本実施形態の回転電機によれば、アルミニウム線81を低いテンションで巻くことができるため、ボビン30の分割部分の隙間においてアルミニウム線81がティース22に直接触れる可能性はなく、また、ボビン30の分割エッジ部分や角部に割れが生じる可能性が低くなる。さらに、アルミニウム線81が伸びてしまう可能性も低い。
However, according to the rotating electrical machine of the present embodiment, the
また、本実施形態の回転電機によれば、巻線時のテンションが低いため、アルミニウム線81への使用環境における冷熱ストレスに対する耐性が向上する。アルミニウム線81は従来の銅線に比べその線膨張係数が大きい。つまり、鉄が主成分であるティース部分に対し線膨張係数の差が大きい。よって、低温時においてアルミニウム線81からなる巻線部50は収縮が大きく、ティース部分に食い込む虞がある。しかしながら、低い巻線時のテンションによりこの時のストレスが大きくなり過ぎることはない。さらに、本実施形態の回転電機はエンジンに搭載されて大きな振動を付与されることになるが、上記理由から合算のストレスが比較的小さくて済み、アルミニウム線81等へのダメージを抑えることができる。
Further, according to the rotating electrical machine of the present embodiment, since the tension at the time of winding is low, the resistance to the cold stress in the usage environment for the
(第二実施形態)
次に、本発明の第二実施形態について、図7を用いて説明する。なお、第一実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を省くと共に、以下、第一実施形態と異なる点のみ説明する。(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described below.
上記第一実施形態においては、巻付部80はティース22および絶縁部32の両方の円周方向CR幅が径方向RA外方のストッパ44側に向かって徐々に広がっている例を示したが、第二実施形態においては、図7に示すように、巻付部80を構成するティース22は、その円周方向CR幅は従来通り径方向RAに亘って一定である。
In the first embodiment, the winding
一方、このティース22を挟み込む絶縁部32のみが、その円周方向CR幅がボビン本体31側からボビン本体31とは反対側(ストッパ44側)に向かって徐々に広がっている。よって、巻付部80はボビン30の絶縁部32と同様の形状を有し、その最終形状は第一実施形態同様、ボビン本体31側幅W1よりストッパ44側幅W2の方が大きくなるように構成される。
On the other hand, only the insulating
この第二実施形態の場合、従来のコア20をそのまま用いることができる。他は、第一実施形態同様の作用および効果を奏する。
In the case of this second embodiment, the
(第三実施形態)
次に、本発明の第三実施形態について、図8を用いて説明する。なお、第一実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を省くと共に、以下、第一実施形態と異なる点のみ説明する。(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described below.
上記第一および第二実施形態においては、巻付部80はその円周方向CR幅が径方向RA外方のストッパ44側に向かって徐々に広がっている例を示したが、第三実施形態においては、図8に示すように、巻付部80はその軸方向AX幅が径方向RA外方のストッパ44側に向かって徐々に広がっている。
In the first and second embodiments described above, the winding
この場合、ティース22の軸方向AX幅(厚さ)は一定であるため、このティース22を挟み込む絶縁部32のみが、第二実施形態のように、その軸方向AX幅がボビン本体31側からボビン本体31とは反対側(ストッパ44側)に向かって徐々に広がっている。
In this case, since the axial AX width (thickness) of the
この第三実施形態では、例えば隣接するティース22の間隔が少ない場合に好適である。他は、第一実施形態同様の作用および効果を奏する。
This third embodiment is suitable, for example, when the interval between
(第四実施形態)
次に、本発明の第四実施形態について、図9及び図10を用いて説明する。なお、第一実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を省くと共に、以下、第一実施形態と異なる点のみ説明する。(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only differences from the first embodiment will be described below.
第四実施形態においては絶縁部32の、アルミニウム線81を巻き付ける面82にアルミニウム線81がらせん状に沿うよう、溝84を形成している。
In the fourth embodiment, a
図9に示すように、溝84は、面82の巻線方向すべてにあってもよく、また、図10に示すように、巻き始め側のティース根元部のみにあってもよい。根元部は、その周方向幅(ボビン本体31側幅W1)が外径側幅(ストッパ44側幅W2)と比較して狭く、根元部の軸方向断面は、詳細には図示しないが、軸方向に縦長となる。図示しない巻線機のフライヤー部(巻き付け部)は、一定の円周軌道で回転するため、根元部の断面が縦長では巻付部80に沿い難くなり、巻線工程が困難になる。
As shown in FIG. 9, the
しかしながら、本実施形態のように、根元部に溝84を形成すると、上記課題の解決手段となり得る。
However, if the
また、絶縁部32の面82に形成する溝84の深さは、巻線時の固定力(D1)から決定されるが、おおよそ線径の1/4〜1/8程度が好ましい。溝84が深い場合、その溝84両側の突部の高さが相対的に高くなり、コア20との絶縁に必要な絶縁部32の厚みと合算すると非常に厚くなる。この厚さが厚くなると、コア20や巻線部50の放熱を妨げる結果となり、好ましくない。
Further, the depth of the
しかしながら、本実施形態においては、従来のストレート形状の絶縁部の面に溝を形成する場合と比較して溝84の深さを浅くすることができる。その結果、放熱性に優れると共に、型費の抑制や型寿命の向上に寄与し、製造コストを低く抑えることができる。
However, in the present embodiment, the depth of the
一方、ティース22の根元部における巻線作業のし易さは、ボビン30の角部にRや面取りを設けることで改善可能である。さらに、ボビン30角部のRや面取りがティース22の根元部に近いほどその寸法が大きくなるようにすれば巻線作業のし易さはさらに向上する。なお、その寸法変化が徐変であればさらに好ましい。
On the other hand, the ease of winding work at the root of the
(他の実施形態)
上述した実施形態では、アルミニウム線81を巻き付ける巻付部80の円周方向CR幅又は軸方向AX幅を、アルミニウム線81の巻き付け始めから巻き付け終わりへ巻線進行方向に向かって徐々に広がるように構成した例を示しているが、図示しないが、両方向の幅を巻線進行方向に向かって広がるように構成してもよい。(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the circumferential CR width or the axial direction AX width of the winding
また、上述した実施形態ではステータ(固定子)10のコア20(コア本体21)を例えばボルト等によりエンジンカバー2の内側に固定し、エンジンカバー2で覆うようにしてエンジンケース(図示せず)内に発電機1を密閉した例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばステータ10をエンジンケース側の例えばクランク軸3の根元側に固定し、エンジンケース内に発電機1を密閉しない場合も想定される。
In the above-described embodiment, the engine case (not shown) is configured such that the core 20 (core body 21) of the stator (stator) 10 is fixed to the inside of the
さらに、外部の電気回路にインバータ等のスイッチング回路を設け、発電機1を始動発電機として用いることも可能である。
Furthermore, a switching circuit such as an inverter can be provided in an external electric circuit, and the
さらにまた、アルミニウム線81ではなく、従来のように銅線を用いる場合にも本願発明を適用することが可能である。例えば導線巻き付け時のテンションを上げず、銅線の表面に形成された絶縁被膜に加わる引っ張り力を抑制したい場合や、銅線の耐傷性機能が充分でない場合、さらには銅線に絶縁被膜に薄いものを用いた場合などに有用である。そして、アルミニウムと銅との両方を用いたクラッド材からなる導線を用いる場合においても有用である。
Furthermore, the present invention can be applied to the case where a copper wire is used instead of the
さらに、上述した実施形態では、アルミニウム線81とティース22との絶縁性を確保するために絶縁性樹脂をボビン形状とした例を示したが、一体成型のものや粉体樹脂のものを用いることもできる。
Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the insulating resin is formed into a bobbin shape in order to ensure the insulation between the
さらにまた、ティース22の表面にこのティース22とは別体の絶縁性樹脂を設けなくてもよい。
Furthermore, it is not necessary to provide an insulating resin separate from the
また、上述した実施形態では、巻線部50にアルミニウム線81を用いた例を示したが、細線と呼ばれる引っ張り強度の低い銅線にも本実施形態を適用できる。
Moreover, although the example which used the
そして、上述した実施形態では、ロータをステータの外側に設けたアウタロータ型の発電機について述べたが、ロータをステータの内側に設けてもよい。この場合、回転電機を、インナロータ型の発電機またはモータとして利用することができる。さらにまた、ロータを固定し、ステータをロータに対し相対回転させるよう回転電機を構成してもよい。このように、本発明は、上述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形態に適用可能である。 In the above-described embodiment, the outer rotor type generator in which the rotor is provided outside the stator has been described. However, the rotor may be provided inside the stator. In this case, the rotating electrical machine can be used as an inner rotor type generator or motor. Furthermore, the rotating electrical machine may be configured to fix the rotor and rotate the stator relative to the rotor. Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to various forms without departing from the gist thereof.
1 磁石式発電機(回転電機)
10 ステータ(固定子)
20 コア
22 ティース
32 絶縁部
30 ボビン
50 巻線部
60 ロータ(回転子)
80 巻付部
81 アルミニウム線1 Magnet generator (rotary electric machine)
10 Stator (stator)
20
80
Claims (7)
このロータ(60)との間に所定距離の隙間を介して配置された、コア(20)を有するステータ(10)と、
上記コア(20)に装着されるボビン(30)と、を備えた回転電機(1)において、
上記コア(20)は径方向(RA)外側へ延びる複数のティース(22)を備え、
上記ティース(22)は上記ボビン(30)の絶縁部(32)と供に巻付部(80)を構成すると共に、
上記巻付部(80)にアルミニウム線(81)を巻き付けて巻線部(50)を構成し、
上記巻付部(80)の幅を、上記アルミニウム線(81)の巻き付け始め(S)から巻き付け終わり(E)へ、一層目の巻線進行方向に向かって徐々に広がるように構成したことを特徴とする回転電機。 A rotor (60) rotatably supported;
A stator (10) having a core (20) disposed with a gap of a predetermined distance between the rotor (60);
In a rotating electrical machine (1) comprising a bobbin (30) mounted on the core (20),
The core (20) includes a plurality of teeth (22) extending outward in the radial direction (RA),
While the said teeth (22) comprise a winding part (80) with the insulation part (32) of the said bobbin (30),
An aluminum wire (81) is wound around the winding part (80) to constitute a winding part (50),
The width of the winding part (80) is configured to gradually widen from the winding start (S) of the aluminum wire (81) to the winding end (E) in the winding direction of the first layer. A rotating electric machine that is characterized.
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