JP6873191B2 - 固定子およびこの固定子を備えた回転電機 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る回転電機の構成を示す断面図である。本実施の形態の回転電機は、例えば車両用の交流発電機である。この回転電機1は、ランドル型の回転子2がアルミニウム製のフロントブラケット3およびリヤブラケット4から構成されたハウジング5内にシャフト6を介して回転自在に装着され、円筒形状の固定子7が回転子2の外周側を覆うようにハウジング5の内壁面に固着されて構成されている。つまり、回転子2は、円筒形状の固定子7の内径側に固定子7に対して回転自在に設けられている。固定子7は、固定子鉄心71とこの固定子鉄心71のスロットに挿入された固定子コイル72とで構成されている。シャフト6は、フロントブラケット3およびリヤブラケット4に回転可能に支持されている。このシャフト6の一端部にはプーリ8が固着され、エンジンの回転トルクをプーリ8に張られたベルト(図示せず)を介してシャフト6に伝達できるように構成されている。回転子2に電流を供給するスリップリング9がシャフト6の他端部に固着され、一対のブラシ10がこのスリップリング9に摺接するようにハウジング5内に設置されたブラシホルダ11に収納されている。固定子7で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ12がブラシホルダ11に嵌合されたヒートシンク13に接着されている。固定子コイル72に電気的に接続され、固定子コイル72で生じた交流を直流に整流する整流器14がハウジング5内に装着されている。
図6は、回転電機の製造工程を示すフローチャートである。回転電機の製造工程は、ステップS1の棒状の導体セグメントを製造する導体セグメント製造工程、ステップS2の導体セグメント保持治具に複数の棒状の通常導体セグメントを挿入する通常導体セグメント挿入工程、ステップS3の通常導体セグメントの一方の端部(以下、一端側と記す)を捻る通常導体セグメントの一端側捻り工程、ステップS4の固定子鉄心へのインシュレータを挿入するインシュレータ挿入工程、ステップS5の通常導体セグメントとリード導体セグメントとを合わせた導体セグメント集合体を固定子鉄心へ挿入する導体セグメント集合体挿入工程、ステップS6の導体セグメント集合体の他方の端部(以下、他端側と記す)を捻る導体セグメント集合体の他端側捻り工程、ステップS7の導体セグメント集合体の両端部をそれぞれ接合して接合部を形成する接合部形成工程、ステップS8のリード導体セグメントのリード線部を成形するリード導体セグメント成形工程、ステップS9の中性点を接合する中性点接合工程、ステップS10の接合した箇所に絶縁処理を施す絶縁処理工程、およびステップS11の固定子コイルにワニスを含浸させて固定子コイルを固定子鉄心に固着させるワニス含浸工程を備えている。
導体セグメント製造工程(ステップS1)
この工程においては、ボビンに巻かれた断面が円形の銅線を直線状に決められた長さ引き出して切断し、断面の丸い銅線を平角状に潰して断面が矩形の棒状の導体セグメントとする加工を行う。ボビンに巻かれた銅線は絶縁被覆が施してあるので、接合部となる端部の絶縁被覆を剥離する。さらに、端部を溶接し易い形状へ塑性加工を施す。このとき、導体セグメントの端部は、図5のA、BおよびCの部分の拡大図に示すように、接合部32aの外側となる面に塑性加工により面取り部31cが設けられている。なお、断面の丸い銅線を平角状に潰して断面が矩形の棒状の導体セグメントとする加工を行う際に、図7に示すように、導体セグメント30は、両端部から中央部に向かって断面積が増加または減少する形状であってもよい。図7に示す導体セグメント30を用いる場合、導体セグメント30は、その中央部がスロットの中央部に位置するように固定子鉄心のスロットに挿入される。このような形状を備えた導体セグメントを用いると、後述するワニスを含浸する工程において、スロット内へのワニスの侵入が容易になる。
図5に示した導体セグメントのコイルエンド部を形成するために、第1捻り機において、導体セグメント保持治具の通常導体セグメントに対応するスロットに棒状の導体セグメントを挿入する。このとき、導体セグメントが抜け落ちないように、導体セグメント保持治具の下方に平板状の受け具を置き、すべての導体セグメントの一端側の端部を導体セグメント保持治具の上方に露出させて同じ高さに保持する。
第1捻り機において、導体セグメント保持治具の上方に露出して一端側の端部が同じ高さに保持された導体セグメントに対して、第1捻り機の円環治具を用いて軸方向に押さえながら円周方向および径方向に捻る。このようにして、通常導体セグメントの一端側が捻られる。
固定子鉄心のスロットにインシュレータを挿入する。挿入したインシュレータがスロットから抜け落ちないように、挿入側と反対側のインシュレータの外径は、スロットの外径より大きく設計されている。
ステップS3の通常導体セグメントの一端側捻り工程で一端側が捻られた通常導体セグメントを導体セグメント保持治具から分離する。このとき、通常導体セグメントは円環状に配置された状態を維持する。これとは別に一端側が捻られたリード導体セグメントを準備し、円環状の配置が維持された通常導体セグメントの間の決められた位置にリード導体セグメントを挿入して、一端側が捻られた状態の導体セグメント集合体を形成する。最後に、この導体セグメント集合体をインシュレータが挿入された固定子鉄心に挿入する。
導体セグメント集合体が挿入された固定子鉄心を他端側が上方になるように第2捻り機に設置する。固定子鉄心の下方に捻りが完了している一端側の導体セグメントの形状に合わせた受け具を置き、すべての導体セグメントの他端側を固定子鉄心の上方に露出させて同じ高さに保持する。第2捻り機において、固定子鉄心の上方に露出して同じ高さに保持された導体セグメント集合体に対して、第2捻り機の円環治具を用いて軸方向に押さえながら円周方向および径方向に捻る。このようにして、導体セグメントの他端側が捻られる。
ステップS1からステップS6の工程を経て、両方の端部が捻られた導体セグメント集合体において、接合される通常導体セグメント同士の両端部は、図5のA部分に示すように、ほぼ隙間のない状態となっている。この接合される通常導体セグメント同士の端部をレーザー溶接機を用いて接合する。図9は、通常導体セグメント30aの接合部を示す斜視図である。図9(a)に示すように、接合される通常導体セグメント30a同士の端部は、絶縁被覆31dが剥離されている。この通常導体セグメント30a同士の両端部に対してレーザー光を径方向に進行させて溶接を行い、図9(b)に示すように、通常導体セグメント30a同士を接合する接合部32aを形成する。なお、図5のAの拡大図に示すように、接合部の外側に塑性加工により面取り部31cが設けられていると、レーザー溶接のときに熱拡散が小さくなり、溶接不良の低減が期待できる。
導体セグメント集合体に含まれるリード導体セグメントの端部が整流器などの出力端子部に接続できる、もしくは中性点としてリード導体セグメント同士が接合できるように、リード導体セグメントのリード線部を成形する。
ステップS8のリード導体セグメント成形工程で中性点として接合できるように成形されたリード導体セグメントの端部をレーザー溶接機を用いて接合する。
ステップS7の接合部形成工程およびステップS9の中性点接合工程においてレーザー溶接機を用いて接合された部分に対して、粉体塗装を用いて絶縁性樹脂の粉体を塗布することにより接合部の表面および中性点の表面に絶縁性樹脂層を形成する。
導体セグメント同士を接合部で接合して固定子コイルが構成された固定子鉄心のスロットにワニスを含浸させて、固定子コイルを固定子鉄心に固着する。このとき、図7に示すような導体セグメントが両端部から中央部に向かって断面積が増加または減少する形状の導体セグメントを用いると、固定子鉄心のスロットの開口部と導体セグメントとの間に隙間が生じているので、スロット内へのワニスの注入が容易になる。また、スロットの開口部からスロットの中央部に向かって導体セグメントの表面が傾斜しているので、ワニスがこの傾斜部に沿って中央部まで侵入し易くなる。
導体セグメント製造工程(ステップS1)
上述のとおり、導体セグメントは大きく分けると2種類ある。1つは導体セグメント同士を接合する通常導体セグメントであり、もう1つはリード導体セグメントである。リード導体セグメントは、通常導体セグメントの一方の端部に延長されたリード線部を備えており、このリード線部で整流器などの出力端子部に接続されるか、もしくは中性点としてリード導体セグメント同士が接合される。
始めに、導体セグメント保持治具について説明する。導体セグメント保持治具は、固定子鉄心に類似した形状であり、軸方向に延びるスロットが周方向に等ピッチで複数形成された円筒形状である。導体セグメント保持治具のスロットは、固定子鉄心のスロットとほぼ同じ形状でピッチも同じである。導体セグメント保持治具の下方には、通常導体セグメントの他端側を支持するための受け具が設けられている。この受け具は、導体セグメント保持治具に対して上下できる機構を備えている。
図4に示すように、導体セグメント30の両側を捻る必要があるが、まずは導体セグメント保持治具に挿入された通常導体セグメントの一端側を捻る工程を説明する。第1捻り機において、導体セグメント保持治具の上方に露出して一端側の端部が同じ高さに保持された導体セグメントに対して、第1捻り機の円環治具を用いて軸方向に押さえながら円周方向および径方向に捻る。このとき、同じスロットにおいて径方向に隣り合う導体セグメント同士が離れる方向に捻るので、隣り合う導体セグメント同士が接触することはない。
インシュレータは、一方の端部の外径がスロットの外径より大きく、他方の端部の外径がスロットの内径より小さい。すなわち、インシュレータの一方の端部はラッパ状に形成されている。このように、固定子鉄心の各スロットに挿入されるインシュレータの軸方向の一方の端部のみがラッパ状の拡大部となり、他方の端部は平坦な形状となっている。そのため、この他方の端部を先頭にしてインシュレータを各スロットに挿入する場合の作業がし易くなる。また、インシュレータの挿入方向と各導体セグメントの挿入方向とが同じであるため、導体セグメントの挿入時にインシュレータに対して軸方向の力が加わった場合であっても、拡大部の端部が固定子鉄心の端面に接触してインシュレータの軸方向の位置ずれが防止される。
ステップS3の通常導体セグメントの一端側捻り工程で一方の端部が捻られた通常導体セグメントを導体セグメント保持治具から抜き取る。このとき、通常導体セグメントは円環状に配置された状態を維持する。これとは別に一方の端部が捻られたリード導体セグメントを準備し、円環状の配置が維持された通常導体セグメントの間の決められた位置にリード導体セグメントを挿入して、一方の端部が捻られた状態の導体セグメント集合体を形成する。最後に、導体セグメント集合体を、ステップS4のインシュレータ挿入工程でインシュレータが挿入された固定子鉄心のスロットに挿入する。
第2捻り機の動作は、ステップS3の通常導体セグメントの一端側捻り工程の第1捻り機と同様の動作となる。一端側が捻られた導体セグメント集合体が挿入された固定子鉄心が固定子鉄心受けにセットされる。このとき、他端側が上方となるようにセットされる。固定子鉄心の下方に捻りが完了している一端側の導体セグメントの形状に合わせた受け具を置き、すべての導体セグメントの他端側の端部を固定子鉄心の上方に露出させて同じ高さに保持する。固定子鉄心の外周部がクランパによって固定される。また、固定子鉄心押さえで固定子鉄心の上部を押さえることにより、固定子鉄心の上下方向の動きが規制される。
通常導体セグメント同士の接合方法について説明する。なお、この方法は、回転電機のコイルを形成するために、複数の導体セグメントを用いて異なる通常導体セグメントの端部同士を接合する方法であり、導体セグメントの形状に限定されるものではない。また、回転電機のコイルとして固定子コイルに限定されるものではない。
レーザー光の照射モードには、シングルモードとマルチモードとがある。シングルモードと称される照射モードは、1つの励起光で増幅されたレーザー光を用いるモードである。シングルモードでは、エネルギー分布がガウス分布となり、レーザー光の径を小さくすることができ、エネルギー密度も大きくすることができる。これに対して、マルチモードと称される照射モードでは、複数の励起光で増幅されたレーザー光が用いられる。マルチモードのエネルギー分布は、等脚台形の上辺および下辺の中点を通る直線を回転軸として回転させたようなトップハット型の分布となる。このため、マルチモードでは容易に出力を大きくすることができるが、レーザー光の径は大きく(太く)なる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (9)
- 円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、
各スロットに径方向に並んで挿入された複数の導体セグメントと
を有する固定子であって、
前記導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントの軸方向端部と接合部で接合されており、
前記複数のスロットの最内周側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の少なくとも1つは、他の接合部よりも径方向内側に突出した内周側の突出部を備えており、
前記複数のスロットの最外周側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の少なくとも1つは、他の接合部よりも径方向外側に突出した外周側の突出部を備えており、
前記最内周側に挿入された前記導体セグメントの周方向に配置される前記接合部の周方向に並んだ形状が不均一となっており、前記最外周側に挿入された前記導体セグメントの周方向に配置される前記接合部の周方向に並んだ形状が不均一となっていることを特徴とする固定子。 - 前記導体セグメントの軸方向端部の断面積は、先端部に向かって減少する
ことを特徴とする請求項1に記載の固定子。 - 前記導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントに対向する面と反対側の面が切り欠かれている
ことを特徴とする請求項2に記載の固定子。 - 前記各スロットにおいて、最内周側に挿入された導体セグメントと最外周側に挿入された導体セグメントとの間に挿入された導体セグメントの接合部の径方向の寸法は、
前記最内周側に挿入された導体セグメントの接合部の径方向の寸法および前記最外周側に挿入された導体セグメントの接合部の径方向の寸法よりも小さい
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固定子。 - 前記スロットに挿入された部分の前記導体セグメントの断面積は、前記スロットの両端部から前記スロットの中央部に向かって増加または減少する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の固定子。 - 複数の前記導体セグメントの接合部が、前記スロットの端部から同じ高さの位置に配置されている
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の固定子。 - 複数の前記導体セグメントの前記スロットの端部から前記接合部までの長さが同じである
ことを特徴とする請求項6に記載の固定子。 - 前記内周側の突出部を備えた接合部を有する前記導体セグメントと、前記外周側の突出部を備えた接合部を有する前記導体セグメントとが同じスロットに挿入されている
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の固定子。 - ハウジングと、
このハウジングに固定された請求項1から8のいずれか1項に記載の固定子と、
この固定子の内径側に前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と
を備えたことを特徴とする回転電機。
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