JP6656366B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機として車両等に搭載され、車両のエンジンにより駆動されて発電する車両用交流発電機が備える回転子に関し、特に回転子が備えている界磁巻線が巻装される絶縁ボビン構造に関するものである。

従来の回転電機の回転子に用いられている界磁巻線の絶縁ボビンとして、巻線が巻付けられる円筒部の側面つば内側に溝が設けられて、この溝に界磁巻線の巻始め口出し線が挿入され、界磁巻線が円筒部に整列巻されるものが知られている。溝に挿入される巻始め口出し線の終端を固定する口出線巻付部が、溝の外径端部に近接してつば外周部に設けられ、巻付部分の線がボビンのつば内側面に入り込むことなく備えられる。つば外周上と（軸方向にずれて）離れた位置に口出線巻付部があることで、つば外周で成形型の型割りが可能となって、成形型の簡略化も図られている（例えば、特許文献１参照）。
また、上記の口出線巻付部に代わる一例として、フランジの外周に開口して軸方向に貫通し、リード線の導出と保持を兼ねる機能を司る、一方のフランジ部に形成された切欠溝が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５２−１３９９５０号公報 特開平１１−２７３９３３号公報

回転子は、使用時は遠心力を常に受けて使用されるものであり、その巻線については塑性変形される度合や範囲が少ない方が耐久性の面からも望まれる。特許文献１に記載の回転電機の回転子の例では、巻線口出固定部への巻付は不要となるが口出線巻付部への巻付は要するため、電線への傷、変形による機械的強度の低下は少なからずある。巻付による巻線作業の低下も回避できないままである。この改良となる、特許文献２で知られる切欠溝は、フランジの厚み分（求められる機能は絶縁で、巻回し部形状を維持可能な程度の薄さ）での構成であり、効率向上を目的とする高速巻線化を採用する際には、巻始めリード線の確実な保持の信頼性に不安が生じる。その後回転子として使用時には、加わる遠心力により溝底周辺を基点として巻始めリード線が振られ、最悪の場合、リード線の接続先を含め破損に至る大きな問題がある。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、さらなる巻線作業の効率化、自動化や能率の向上をはかるとともに、信頼性の高い回転電機の回転子を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機の回転子は、回転軸、前記回転軸に取り付けられ前記回転軸と一体をなして回転する爪状磁極を備えた界磁コア、前記界磁コアに固定され巻線部と前記巻線部の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部とを有する絶縁ボビン、および前記絶縁ボビンの前記巻線部と前記巻線部の前記鍔部とによって囲まれる空間領域に巻装された界磁巻線を備えた回転電機の回転子において、
前記鍔部の内側面に、前記界磁巻線の巻始め口出し線が収納される巻始め収納溝が前記巻線部の底面から接線方向に設けられており、
前記鍔部に、前記巻始め収納溝より外径側に位置して挟持部が設けられており、
前記挟持部に、前記巻始め収納溝の延長線上に巻始め収納溝と同一方向に延在して位置し、かつ、前記巻始め収納溝と連続する挟持溝が形成されており、
前記界磁巻線の巻始め口出し線が、前記巻始め収納溝および前記挟持溝に収納され前記挟持部により挟持されており、
前記巻線部の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部の少なくとも一方の鍔部が前記絶縁ボビンの周方向に所定の空間を隔てて複数個形成されており、
前記所定の空間内に前記挟持部が位置しており、
前記界磁コアの磁極間の谷部に対応して前記挟持部が位置しているものである。

この発明によれば、回転軸、前記回転軸に取り付けられ前記回転軸と一体をなして回転する爪状磁極を備えた界磁コア、前記界磁コアに固定され巻線部と前記巻線部の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部とを有する絶縁ボビン、および前記絶縁ボビンの前記巻線部と前記巻線部の前記鍔部とによって囲まれる空間領域に巻装された界磁巻線を備えた回転電機の回転子において、前記鍔部の内側面に、前記界磁巻線の巻始め口出し線が収納される巻始め収納溝が前記巻線部の底面から接線方向に設けられており、前記鍔部に、前記巻始め収納溝より外径側に位置して挟持部が設けられており、前記挟持部に、前記巻始め収納溝の延長線上に巻始め収納溝と同一方向に延在して位置しかつ前記巻始め収納溝と連続する挟持溝が形成されており、前記界磁巻線の巻始め口出し線が、前記巻始め収納溝および前記挟持溝に収納され前記挟持部により挟持されており、前記巻線部の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部の少なくとも一方の鍔部が前記絶縁ボビンの周方向に所定の空間を隔てて複数個形成されており、前記所定の空間内に前記挟持部が位置しており、前記界磁コアの磁極間の谷部に対応して前記挟持部が位置しているので、簡単でコスト安の構成で、巻線作業性が向上でき、電気的信頼性、耐久性も高めた回転電機の回転子が得られる。

この発明の実施の形態１を示す図で、回転電機の回転子構造の一例を示す断面図である。 図１の回転子が備える絶縁ボビンとそれに巻回される界磁巻線を示す斜視図である。 図１の回転子の要部拡大図である。 図１の回転子が備える絶縁ボビンの要部拡大斜視図で、巻線部側から見た図である。 図１の回転子が備える絶縁ボビンの要部拡大斜視図で、外側から見た図である。 図４の絶縁ボビンにコイルを配した解説図で、巻線部側から見た図である。 図４の絶縁ボビンにコイルを配した解説図で、外側から見た図である。 界磁巻線を巻回した絶縁ボビンの巻始め口出し線の様態を示す概略斜視図で、絶縁ボビンを平置きした状態で例示してある。 この発明の実施の形態２を示す図で、図３に対応する要部拡大図である。

以下、本発明による車両用交流発電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の回転子構造を示す断面図、図２は図１の回転子が備える絶縁ボビンとそれに巻回される界磁巻線を示す斜視図である。回転電機の回転子１は磁束を発生させる界磁巻線２と、この界磁巻線２を覆って設けられ、交互に噛み合うように設定された爪状磁極（クローポール）を有する第一の界磁コア体３および第二の界磁コア体４からなる界磁コアを有しており、界磁巻線２は絶縁ボビン５の巻線部５０周囲に巻回されている。スリップリングアセンブリ７は図示しないブラシを介して２つのスリップリングへ電流を外部から供給するよう構成されている。なお、第一の界磁コア体３および第二の界磁コア体４の軸方向端面には、図１に例示のように、冷却用遠心ファン１１，１２が取り付けられている。

界磁巻線２から引き出される口出し線６は、界磁巻線２が絶縁ボビン５の巻線部５０に周回された後の終端口出し線６１が口出し線係止部１４に巻止される。口出し線係止部１４は、鍔部５１の外周部に略Ｔ字形状で設けられる。一方、絶縁ボビン５の巻線部５０の底面より界磁巻線２を巻始める際は、鍔部５１の内側面に設けられる巻始め収納溝５２に巻始め口出し線６２を収納後、特許文献２の図９に示されるのと同様の回転軸の回転により、導線が螺旋状に巻き付けられる。巻始め収納溝５２は、鍔部５１と巻線部５０との交点から接線方向に、外径端まで延びる凹状の開口溝で設けられる。巻始め収納溝５２に収納された巻始め口出し線６２はその自由端部が後述の挟持部１５に挟持されて固定される。

口出し線６は、絶縁ボビン５の鍔部５１に設けられた口出し線係止部１４および挟持部１５から引き出され、上記スリップリングアセンブリ７に接続されるが、その際、第二の界磁コア体４の隣り合う爪状磁極４Ｐ，４Ｐ間の谷部４１（図３）から外側に外端面に沿って延び、スリップリングアセンブリ７を構成するターミナル８、９に口出し線接続箇所１０を介して接続されている。

挟持部１５は、図４Ａに示すように、巻始め収納溝５２と連続する挟持溝１５１を有する。挟持溝１５１の絶縁ボビン中心軸側に内径側挟持壁１５２、その対向する側に外径側挟持壁１５３、を備えている。内径側挟持壁１５２の外径側の面１５２Ｓと、外径側挟持壁１５３の内径側の面１５３Ｓと、これら外径側の面１５２Ｓと内径側の面１５３Ｓとを繋ぐ挟持溝底面１５４Ｓ（図４Ｂ参照）と、で挟持溝１５１が構成される。内径側挟持壁１５２の外径側の面１５２Ｓは、巻始め収納溝５２の内径側壁面５２ＩＳと連続して平行に構成され、外径側挟持壁１５３の内径側の面１５３Ｓは、巻始め収納溝５２の外径側壁面５２ＯＳと平行な面で設けられる。巻始め収納溝５２の外径側壁面５２ＯＳは、鍔部５１の外径縁部で途切れており、巻始め口出し線６２の収納に障害とならない。図５Ａ，図５Ｂに示すように、巻始め収納溝５２に収納される巻始め口出し線６２が、溝方向（溝長手方向）に延び、巻始め収納溝５２の内径側壁面５２ＩＳから内径側挟持壁１５２の外径側の面１５２Ｓに沿って挟持溝１５１に導入される。その後、巻始め口出し線６２は挟持溝１５１に挟持されて、巻始め収納溝５２溝方向と垂直の方向、図内Ｘ方向（絶縁ボビン中心軸と平行な方向）に略直角に曲げられる。

挟持溝１５１の溝方向が径方向ではなく、巻線部５０の底面から接線方向に設けられる巻始め収納溝５２と連続する方向に延びるので、内径側挟持壁１５２は鍔部５１外径端より外径に突出することなく、鍔部５１外径端と谷部４１との間の範囲におさめられる（図３参照）。内径側挟持壁１５２の谷部対向部位１５２ｔが谷部４１に沿ったオフセット形状とされ、たとえば巻始め口出し線６２を挟持する際や後工程である接続箇所へのひきまわしの際などでかかる力に対して、谷部４１の内側全体に支えられる構成となり、内径側挟持壁１５２が折損する等不具合も回避できる。この、谷部４１に支持される構成により、挟持部１５としても、使用時に加わる遠心力への耐性が向上する。

巻始め収納溝５２内に収納された巻始め口出し線６２終端の、軸方向へのひと曲げに伴うスプリングバックや遠心力に対応するよう、挟持部１５における軸長さＬおよび外径側挟持壁１５３の延出長さＭが設定される。Ｌは例えば導線径Ｄの約２倍以上であることが望ましく、略直角曲げ後の所望の挟持状態が維持可能となる。

前述のように、挟持溝１５１の溝方向が径方向ではなく、巻線部５０の底面から接線方向に設けられる巻始め収納溝５２と連続する方向に延びて、内径側挟持壁１５２は谷部４１内におさめられるので、外径側挟持壁１５３は、鍔部５１の外径縁部から延出する長さが、内径側挟持壁１５２自体の長さと比べて長く構成できる。この外径側挟持壁１５３の延出長さＭは、詳細には、挟持溝底１５４に隣接する挟持機能部Ｍ１とそれに一体化される脱落抑止部Ｍ２とで構成されて、軸長さＬと共に略直角曲げのスプリングバックに抗する。挟持機能部Ｍ１は、例えば導線径Ｄの約１．５倍あればよく、導線（巻始め口出し線６２）の外径方向への遊離を食い止める脱落抑止部Ｍ２を、谷部４１のスペース内で構成することが可能である。

内径側挟持壁１５２、外径側挟持壁１５３のＸ方向外側面は、平坦面Ｈで、図６に示す平置きでの絶縁チューブ１６の位置を規定する。絶縁チューブ１６は、巻始め口出し線６２の所望の範囲Ｐに装着され、後工程の際や、口出し線が接続箇所と接続された状態での第二の界磁コア体４との絶縁をになう。この軸に垂直な平坦面Ｈ（巻始め口出し線絶縁材ずれ抑止部）による構成がない場合、絶縁チューブ１６が傾いて挟持部１５内に一部がずれ込むことで範囲Ｐが確保できない、つまり所望の絶縁がされないこととなり、最悪の場合、電気部品として成り立たなくなる。
このように、内径側挟持壁１５２、外径側挟持壁１５３のＸ方向外側面が平坦面Ｈ（巻始め口出し線絶縁材ずれ抑止部）で巻始め口出し線６２のずれ抑止部が構成されているので、絶縁チューブ（巻始め口出し線絶縁材）１６の挟持部１５側の端面が、内径側挟持壁１５２の平坦面Ｈおよび外径側挟持壁１５３の平坦面Ｈの双方に当接する。従って、巻始め口出し線６２が貫挿される絶縁チューブ（巻始め口出し線絶縁材）１６が傾いたりずれたりするのが抑止される。

また、鍔部５１の周方向に沿って、回り止め部５３が、鍔部５１上から軸線方向に突出して設けられる。挟持部１５の内径側に設けられる回り止め部５３は、爪状磁極間の谷部４１よりも内径側の界磁コア体に嵌め込まれて、絶縁ボビン５の界磁コアからの回動を抑止する。周回された界磁巻線２の外周面と爪状磁極→爪状磁極４Ｐとの絶縁は、鍔部５１外端面から延びるカバー部５１ａが担う。

このような構成により、巻始め収納溝５２に収納された巻始め口出し線６２の終端が、多数回曲げやひねりによる損傷を受けることなく、略直角のひと曲げのみで受ける変形が低減されると共に、巻始め口出し線６２の径方向の挟み込みで確実に保持、脱落抑止され、界磁巻線の絶縁ボビン巻線部→巻線部５０への巻回し作業（通常の巻線部５０への周回の巻回し作業）の高速化も実現できる。従来のように巻始め口出し線６２の係止が略Ｔ字形状の頸部へ巻止めされていた場合の巻線設備のような複雑な機構が不要となり、製造コストが低減できる。また、巻始め口出し線６２に設ける絶縁チューブ１６のずれ込みも回避でき、信頼性が高くなると共に、絶縁チューブ状態をチェックすることがなくなり、作業性も向上する。

前述の実施の形態１の技術的な特徴は以下の通りである。
回転軸１３、前記回転軸１３に取り付けられ前記回転軸１３と一体をなして回転する爪状磁極４Ｐを備えた界磁コア（第一および第二の界磁コア体３，４）、前記界磁コア（第一および第二の界磁コア体３，４）に固定され巻線部５０と前記鍔部５１，５１とを有する絶縁ボビン５、および前記絶縁ボビン５の前記巻線部５０と前記巻線部５０の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部５１，５１とによって囲まれる空間領域に巻装された界磁巻線２を備えた回転電機の回転子１において、前記鍔部５１の内側面に、前記界磁巻線２の巻始め口出し線６２が収納される巻始め収納溝５２が設けられており、前記鍔部５１には、前記巻始め収納溝５２より外径側に位置して挟持部１５が設けられており、前記挟持部１５に、前記巻始め収納溝５２の延長線上に位置し前記絶縁ボビンの径方向に対して傾斜して延在する挟持溝１５１が形成されており、前記界磁巻線２の巻始め口出し線６２が、前記巻始め収納溝５２および前記挟持溝１５１に収納され前記挟持部１５により挟持されている。
前記巻線部５０の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部５１，５１の少なくとも一方の鍔部５１が前記絶縁ボビン５の周方向に所定の空間を隔てて複数個形成されており、前記所定の空間内に前記挟持部１５が位置している。
前記界磁コア（第一および第二の界磁コア体３，４）の磁極４Ｐ，４Ｐ間の谷部４１に対応して前記挟持部１５が位置している。
前記挟持溝１５１が、前記巻始め収納溝５２と同一方向に延在し、かつ、前記巻始め収納溝５２と連続している。
前記挟持部１５は、内径側挟持壁１５２、挟持溝底１５４、および外径側挟持壁１５３からなり、前記挟持溝１５１は、前記内径側挟持壁１５２の外径側の面１５２Ｓ、挟持溝底１５４の挟持溝底面１５４Ｓ、および外径側挟持壁１５３の内径側の面１５３Ｓで構成されている。
前記内径側挟持壁１５２の外径側の面１５２Ｓと前記外径側挟持壁１５３の内径側の面１５３Ｓとは平行である。換言すれば、挟持溝１５１自体の内径側の面１５２Ｓと外径側の面１５３Ｓとは平行に構成されている。

前記挟持部１５の前記外径側挟持壁１５３の内径側の面１５３Ｓは、前記巻始め収納溝５２の外径側壁面（５２ＯＳ）と同一平面上に構成されている。
前記挟持部１５の前記内径側挟持壁１５２の前記界磁コア谷部４１との対向部位である谷部対向部位１５２ｔは、前記界磁コア谷部に沿って構成されている。
前記挟持部１５の少なくとも外径側挟持壁１５３には、挟持部１５と一体の巻始め口出し線絶縁材（絶縁チューブ１６）のずれを抑止する巻始め口出し線絶縁材ずれ抑止部（平坦面）Ｈが設けられている。

実施の形態２．
例えば、他の実施の形態例として、図７に示すような挟持機能を強化した構成も考えられる。内径側挟持壁１５２の外径側の面１５２Ｓ、外径側挟持壁１５３の内径側の面１５３Ｓに、少なくとも１か所の小突起１５２ａ，１５３ａを設けることで、巻始め口出し線６２の脱落抑止効果を高めることができる。さらに図示のように、複数個設けた場合は、大小ある巻線径のばらつきをカバーして所望の挟持状態が得られ、絶縁ボビンの汎用化や共用化をすすめることが可能となる。
つまり、実施の形態２の技術的特徴は、前記内径側挟持壁および外径側挟持壁の少なくとも一方に、前記巻始め口出し線の脱落を抑止する巻始め口出し線脱落抑止部１５２ａ，１５３ａが一体に設けられている点にあり、前記巻始め口出し線脱落抑止部は例えば図７に例示のような小突起１５２ａ，１５３ａである。

なお、前記各実施の形態における、回転子の極数や、挟持部・係止部を一方の鍔部のみに設ける構成など、前記各実施の形態の事例に限定されるものではなく、その他のさまざまな仕様での実施も可能である。

なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略、組み合わせることができる。

１ 回転子、２ 界磁巻線、３ 第一の界磁コア体、４ 第二の界磁コア体、４Ｐ 爪状磁極、５ 絶縁ボビン、６ 口出し線、７ スリップリングアセンブリ、８，９ ターミナル、１０ 口出し線接続箇所、１１，１２ 冷却用遠心ファン、１３ 回転軸、１４ 口出し線係止部、１５ 挟持部、１６ 絶縁チューブ（巻始め口出し線絶縁材）、４１ 谷部、５０ 巻線部、５１ 鍔部、５１ａ カバー部、５２ 巻始め収納溝、５２ＩＳ 内径側壁面、５２ＯＳ 外径側壁面、５３ 回り止め部、６１ 終端口出し線、６２ 巻始め口出し線、１５１ 挟持溝、 １５２ 内径側挟持壁、１５２ａ 小突起（巻始め口出し線脱落抑止部）、１５２Ｓ 外径側の面、１５２ｔ 谷部対向部位、１５３ 外径側挟持壁、１５３ａ 小突起（巻始め口出し線脱落抑止部）、 １５３Ｓ 内径側の面、１５４ 挟持溝底、１５４Ｓ 挟持溝底面、Ｈ 平坦面（巻始め口出し線絶縁材ずれ抑止部）、Ｌ 軸長さ、Ｍ 外径側挟持壁１５３の延出長さ、Ｍ１ 挟持機能部、Ｍ２ 脱落抑止部、 Ｐ 範囲。

Claims (10)

1. 回転軸、前記回転軸に取り付けられ前記回転軸と一体をなして回転する爪状磁極を備えた界磁コア、前記界磁コアに固定され巻線部と前記巻線部の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部とを有する絶縁ボビン、および前記絶縁ボビンの前記巻線部と前記巻線部の前記鍔部とによって囲まれる空間領域に巻装された界磁巻線を備えた回転電機の回転子において、
   前記鍔部の内側面に、前記界磁巻線の巻始め口出し線が収納される巻始め収納溝が前記巻線部の底面から接線方向に設けられており、
   前記鍔部に、前記巻始め収納溝より外径側に位置して挟持部が設けられており、
   前記挟持部に、前記巻始め収納溝の延長線上に巻始め収納溝と同一方向に延在して位置し、かつ、前記巻始め収納溝と連続する挟持溝が形成されており、
   前記界磁巻線の巻始め口出し線が、前記巻始め収納溝および前記挟持溝に収納され前記挟持部により挟持されており、
   前記巻線部の軸方向両側にそれぞれ設けられた鍔部の少なくとも一方の鍔部が前記絶縁ボビンの周方向に所定の空間を隔てて複数個形成されており、
   前記所定の空間内に前記挟持部が位置しており、
   前記界磁コアの磁極間の谷部に対応して前記挟持部が位置している
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 請求項１に記載の回転電機の回転子において、
   前記挟持部は、内径側挟持壁、挟持溝底、および外径側挟持壁からなり、
   前記挟持溝は、前記内径側挟持壁の外径側の面、挟持溝底の底面、および外径側挟持壁の内径側の面で構成されている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
3. 請求項２に記載の回転電機の回転子において、
   前記内径側挟持壁の外径側の面と前記外径側挟持壁の内径側の面とは平行である
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
4. 請求項２または請求項３に記載の回転電機の回転子において、
   前記内径側挟持壁および前記外径側挟持壁の少なくとも一方に、巻始め口出し線の脱落を抑止する巻始め口出し線脱落抑止部が一体に設けられている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
5. 請求項４に記載の回転電機の回転子において、
   前記巻始め口出し線脱落抑止部は突起である
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
6. 請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、
   前記挟持部の前記外径側挟持壁の内径側の面は、前記巻始め収納溝の外径側壁面と平行に構成されている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
7. 請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、
   前記挟持部の前記内径側挟持壁の、前記界磁コアの谷部に対向する谷部対向部位は、前記界磁コアの前記谷部に沿って構成されている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
8. 請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、
   前記挟持部の少なくとも外径側挟持壁には、前記挟持部と一体の巻始め口出し線絶縁材ずれ抑止部が設けられている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転電機の回転子において、
   前記絶縁ボビンの前記界磁コアからの回動を抑止する回り止め部が前記界磁コアに嵌め込まれている
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
10. 請求項９に記載の回転電機の回転子において、
    前記回り止め部は前記挟持部の内径側に設けられている
    ことを特徴とする回転電機の回転子。

Images