JPWO2004038893A1 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

断面円形のコイル線をボビンの巻胴部の外周に、各段の軸方向の列数を同じくして多段に巻回するにあたり、奇数段は、コイル線がボビンの第１フランジ部（１８）の内周壁面に接して巻胴部回りを略１周した後、コイル線に互いに接するように軸方向に複数列巻回し、最終列のコイル線がボビンの第２フランジ部（１９）の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成される一方、偶数段は、第１列が第２フランジ部の内周壁面に接するとともに、最終列が第１フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成された回転電機の回転子。また、隙間Ｓはコイル線の直径Ｄに対してＤ／４≦Ｓ≦Ｄ／２を満足する。

Description

この発明は、乗用車、トラック、電車等の車両に搭載される回転電機の回転子に関し、特にボビンの巻胴部に巻回される回転子コイルの巻回構造に関するものである。

図１７は例えば特開平６−１８１１３９号公報に記載された従来の回転電機の回転子コイルの製造方法を説明する正面図である。
この従来の回転子コイルの製造方法においては、図１７に示されるように、一対のフランジ１ｂが巻胴部１ａの両端に形成されたボビン１がスピンドル２に取り付けられ、矢印の如く回転される。そして、線材４がノズル３から繰り出され、回転しているボビン１の巻胴部１ａに巻き取られる。この時、ノズル３が矢印の方向に往復移動し、線材４が巻胴部１ａに整列されて多段に巻回され、回転子コイルが得られる。
しかしながら、従来の回転子コイルの製造方法においては、巻胴部１ａの軸方向寸法と線材４の径との関係、径方向に隣接する段間における線材４の位置関係等について何ら考慮されていなかった。そこで、線材４を巻胴部１ａに巻回している途中で巻き乱れが発生する。そして、巻回完成後の巻回された線材４で構成されるコイルフィールドの外径が、この巻き乱れに起因してボビン１の軸方向に関して不揃いとなる。その結果、外径が大きくなったコイルフィールドの最外周に位置する線材４がポールの内周壁面と接触し、線材４の絶縁被膜が損傷して絶縁不良を引き起こしてしまうという不具合があった。また、巻き乱れに起因して線材４にかかる荷重のバランスが悪化し、巻回完成後に、コイルフィールドの崩れを引き起こしてしまうという不具合もあった。

本発明は、コイル線をボビンに各段の列数を同じくして多段に巻回してコイルフィールドを構成し、かつ、コイル線とボビンのフランジ部との隙間とコイル線の配列ピッチとの関係を規定して、コイル線の巻回工程における巻き乱れの発生を抑え、均一の外径を有した崩れにくいコイルフィールドを有する回転電機の回転子を得るものである。
本発明による回転電機の回転子では、回転子コイルのコイルフィールドが断面円形のコイル線をボビンの巻胴部の外周に、各段の軸方向の列数を同じくして多段に巻回して構成されている。このコイルフィールドの奇数段は、コイル線がボビンの第１フランジ部の内周壁面に接して巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を互いに接するように軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線がボビンの第２フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成され、コイルフィールドの偶数段は、コイル線が第２フランジ部の内周壁面に接して巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を互いに接するように軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線が第１フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成されている。そして、上記隙間Ｓが、コイル線の直径Ｄに対して、Ｄ／４≦Ｓ≦Ｄ／２を満足するようになっている。
また、本発明による回転電機の回転子では、回転子コイルのコイルフィールドが断面円形のコイル線をボビンの巻胴部の外周に、各段の軸方向の列数を同じくして多段に巻回して構成されている。このコイルフィールドの奇数段は、コイル線がボビンの第１フランジ部の内周壁面に接して巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を隙間Ｇをもって軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線がボビンの第２フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成され、コイルフィールドの偶数段は、コイル線が第２フランジ部の内周壁面に接して巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を隙間Ｇをもって軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線が第１フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成されている。そして、上記隙間Ｓが、コイル線の直径Ｄおよび隙間Ｇに対して、Ｓ＝（Ｄ＋Ｇ）／２を満足するようになっている。

図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。
図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子に適用されるボビンを示す斜視図である。
図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子におけるボビンの回転子コイルの巻装状態を示す斜視図である。
図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装方法を説明する斜視図である。
図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装方法を説明する工程図である。
図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装方法を説明する工程図である。
図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装方法を説明する工程図である。
図８はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装状態を示す断面図である。
図９はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装状態を示す断面図である。
図１０はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装状態を示す断面図である。
図１１はこの発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装状態を示す断面図である。
図１２はこの発明の実施の形態３に係る回転電機におけるボビンの要部を示す平面図である。
図１３はこの発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子コイルの巻装状態を説明する断面図である。
図１４はこの発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子におけるボビンを示す側面図である。
図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
図１６はこの発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。
図１７は従来の回転電機の回転子コイルの製造方法を説明する正面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子に適用されるボビンを示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子におけるボビンの回転子コイルの巻装状態を示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装方法を説明する斜視図、図５乃至図７はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装方法を説明する工程図である。図８乃至図１０はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装状態を示す断面図であり、図８はＳ＞Ｄ／２の場合を、図９はＳ＝Ｄ／２の場合を、図１０はＳ＜Ｄ／４の場合を示している。なお、Ｓは各段におけるコイル線１５と第１および第２フランジ部１８、１９の内周壁面との隙間、Ｄはコイル線１５の直径である。
回転電機の回転子１０は、図１に示されるように、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１１と、この回転子コイル１１を覆うように設けられ、回転子コイル１１で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア１２とから構成される。
各ポールコア１２は、鉄製で、先細り形状の爪状磁極１３がそれぞれその先細り方向を軸心方向に一致させて、円柱状の基部１４の外周縁部に周方向に等角ピッチで複数形成されている。そして、一対のポールコア１２が、爪状磁極１３をかみ合わせるように対向させて基部１４の端面同士を当接してシャフト（図示せず）に固着されている。なお、図示されていないが、シャフト挿通孔が基部１４の軸心位置に穿設されている。
ボビン１６は、図２に示されるように、ナイロン６６等の熱可塑性樹脂にガラス繊維を添加した材料を金型成型して作製され、第１および第２フランジ部１８、１９が巻胴部１７の軸方向の両端部から径方向の外方に延設されて、断面コ字状の環状体に構成されている。そして、補強用のリブ２０が、第１および第２フランジ部１８、１９の肉厚を厚くして形成されている。この場合、第１および第２フランジ部１８、１９には、リブ２０が周方向に等角ピッチで６箇所に形成されている。また、絶縁用の舌片１８ａ、１９ａが、第１および第２フランジ部１８、１９の外周端に周方向に等角ピッチで設けられ、ボビン１６が一対のポールコア１２に装着された際に、舌片１８ａ、１９ａが爪状磁極１３の内周壁面に沿うように曲げられ、回転子コイル１１と爪状磁極１３との直接的な接触を防止している。さらに、一対の係止部２１ａ、２１ｂが第１フランジ部１８の外周端に立設され、後述する溝２２が係止部２１ａの近傍の第１フランジ部１８の外周端から巻胴部１７に至るように第１フランジ部１８の内周壁面に凹設されている。
このボビン１６は、巻胴部１７を基部１４に装着し、両側（図１の左右）から爪状磁極１３の根元部１３ａにより挟持されて、一対のポールコア１２の爪状磁極１３と基部１４とから構成される空間内に収納されている。そして、回転子コイル１１は、コイル線１５を巻胴部１７の外周に、各段の軸方向の列数を同じくして多段に巻回して構成されている。ここでは、コイル線１５は７列４段に巻回されている。
ここで、回転子コイル１１の巻装方法について説明する。
コイル線１５は、断面円形の銅等の芯材の表面にポリイミド樹脂等の絶縁被膜を被覆して作製されている。このコイル線１５は、ノズル２３から繰り出され、その先端をスピンドル（図示せず）等に装着されたボビン１６の係止部２１ａに巻き付け、溝２２内を通って巻胴部１７に導かれる。
そして、図４に示されるように、ノズル２３からコイル線１５を繰り出しつつ、ボビン１６を回転させて、コイル線１５を巻胴部１７に巻き付ける。この時、ノズル２３をボビン１６の軸方向に移動させ、コイル線１５の１段目が巻胴部１７に巻回される。この１段目のコイル線１５は、図５に示されるように、溝２３から巻胴部１７に延出した後、第１フランジ部１８の内周壁面に接しながら巻胴部１７周りに略１周し、ついでコイル線１５の１本分第２フランジ部１９側にシフトして１周目のコイル線１５に接しながら巻胴部１７周りに略１周し、同様にして巻胴部１７周りに全７周している。この時、１段目の７周目のコイル線１５と第２フランジ部１９の内周壁面との間には、隙間Ｓが形成されている。
続いて、コイル線１５の２段目が１段目のコイル線１５上に巻回される。まず、コイル線１５は、図６に示されるように、７周目のコイル線１５上に乗り上げて、第２フランジ部１９の内周壁面に接するように略１周する。そして、図７に示されるように、コイル線１５の１本分第１フランジ部１８側にシフトして１段目の１周目のコイル線１５に接しながら、かつ、１段目の６周目と７周目のコイル線１５に接しながら巻胴部１７周りに略１周し、同様にして巻胴部１７周りに全７周している。
このコイル線１５の巻回工程を繰り返し行い、コイル線１５が巻胴部１７に爪状磁極１３の根元部１３ａ高さと同等の高さまで巻回され、コイルフィールドＡを構成している。この実施の形態１では、コイルフィールドＡは、コイル線１５を７列４段に巻回して構成されている。そして、ノズル２３から延出するコイル線１５を切断し、コイル線１５の切断側を係止部２１ｂに巻き付け、図３に示される回転子コイル１１が得られる。
このように作製された回転子コイル１１においては、図１に示されるように、ボビン１６の巻胴部１７に７列４段に巻装されている。そして、奇数段では、コイル線１５は、１周目が第１フランジ部１８の内周壁面に接して巻回され、以降互いに接するように全７周し、７周目のコイル線１５と第２フランジ部１９内周壁面との間に隙間Ｓを持つように巻回されている。一方、偶数段では、コイル線１５は、１周目が第２フランジ部１９の内周壁面に接して巻回され、以降互いに接するように全７周し、７周目のコイル線１５と第１フランジ部１８内周壁面との間に隙間Ｓを持つように巻回されている。そして、例えば、２段目の１周目のコイル線１５が、第２フランジ部１９の内周壁面に接して巻回されているので、２段目の１周目のコイル線１５は、１段目の７周目のコイル線１５を第１フランジ部１８側に押圧し、１段目の７周のコイル線１５を互いに密接させるように作用する。そこで、２段目に、コイル線１５を２周目、３周目と順次巻回しても、１段目に巻回されているコイル線１５の密着状態が確保される。なお、３段目および４段目にコイル線１５を巻回する場合でも、同様に、下段に巻回されているコイル線１５の密着状態が確保される。つまり、コイルフィールドＡにおける各段のコイル線１５の整列状態が確保される。
このように、回転子コイル１１のコイルフィールドＡは、各段の列数を同数とし、奇数段では、コイル線１５を第１フランジ部１８の内周壁面に接し、第２フランジ部１９の内周壁面に対して隙間Ｓを有し、かつ、互いに接するようにして第１フランジ側１８から第２フランジ部１９側に配列ピッチＰ（＝Ｄ）で７列配列され、奇数段では、コイル線１５を第２フランジ部１９の内周壁面に接し、第１フランジ部１８の内周壁面に対して隙間Ｓを有し、かつ、互いに接するようにして第２フランジ側１９から第１フランジ部１８側に配列ピッチＰ（＝Ｄ）で７列配列されて構成されているので、コイルフィールドＡの外径がボビン１６の軸方向に関して不揃いとなることもない。その結果、回転子コイル１１をポールコア１２に装着して回転子１０を作製した場合、コイルフィールドＡの最外径部に位置するコイル線１５が爪状磁極１３の内周壁面と接触することに起因するコイル線１５の絶縁被膜の損傷の発生を抑制でき、絶縁性を向上できる。また、コイル線１５にかかる荷重のバランスの悪化も抑制でき、コイルフィールドＡが巻回完了後に崩れるようなことが防止される。
また、ボビン１６がナイロン６６等の熱可塑性樹脂にガラス繊維を添加した材料を金型成型して作製されているので、ボビン１６の強度が大きくなり、コイル線１５の巻回工程で、第１および第２フランジ部１８、１９がコイル線１５に押されて外側に倒れ込むことが抑えられる。さらに、リブ２０が第１および第２フランジ部１８、１９に形成されているので、ボビン１６の強度がさらに大きくなり、第１および第２フランジ部１８、１９の外側への倒れ込みが確実に防止される。
なお、第１および第２フランジ部１８、１９の外側への倒れ込みは隙間Ｓの拡大をもたらし、コイル線１５の巻回途中で巻き乱れが発生し、コイル線１５が整列状態に巻回されなくなる。その結果、コイルフィールドＡの外径が軸方向に関して不揃いとなり、コイル線１５にかかる荷重のバランスが悪化することになる。
ついで、隙間Ｓについて図８乃至図１０を参照しつつ説明する。
図８乃至図１０から、２段目の１周目のコイル線１５と１段目の７周目のコイル線１５との接触点の巻胴部１７からの高さは、隙間Ｓが大きくなるほど低くなることがわかる。
図９では、コイルフィールドＡの各段が、コイル線１５を配列ピッチＰ（＝Ｄ）で７列配列し、７周目のコイル線１５と第１フランジ部１８（或いは第２フランジ部１９）との隙間ＳをＤ／２とするように構成されている巻回構造を示している。この巻回構造においては、中間段（１段および最上段を除く）の中間周（１周目および最終周目を除く）のコイル線１５は、周方向に関して６つのコイル線１５と接している。つまり、コイル線１５の外周面が等角ピッチの６点で隣接するコイル線１５に接していることになり、各コイル線１５にかかる荷重のバランスがよく、極めて安定した状態に巻回されている。また、各段の１周目のコイル線１５が第１フランジ部１８或いは第２フランジ部１９に接しているので、例えば、２段目の１周目にコイル線１５を巻回したときに、１段目の巻回されているコイル線１５は第１フランジ部１８側に押圧されるが、この押圧力は１周目のコイル線１５を介して第１フランジ部１８で受けられ、１段目のコイル線１５の整列状態が崩れることがない。そこで、コイル線１５を安定した状態に巻回できるので、巻回工程での巻き乱れの発生が確実に抑制され、コイル線１５を整列状態に巻回できる。その結果、外径が軸方向に関して揃ったコイルフィールドＡを簡易に作製できるとともに、崩れの発生しにくいコイルフィールドＡを実現できる。また、ボビン１６の巻回スペースにコイル線１５を無駄なく巻回できるので、コイル線１５の巻回数を多くすることができる。さらに、コイル線１５が周方向に関して隣接する６つのコイル線１５に接しているので、回転子コイル１１に通電したときにコイル線１５で発生する熱が隣接するコイル線１５を介して周囲に拡散され、回転子コイル１１の放熱性が向上され、回転子コイル１１の温度上昇が抑えられる。
また、図８では、コイルフィールドＡの各段が、コイル線１５を配列ピッチＰ（＝Ｄ）で７列配列し、１段目の７周目のコイル線１５と第１フランジ部１８との隙間ＳをＤ／２より大きく（Ｓ＞Ｄ／２）するように構成されている巻回構造を示している。この巻回構造においては、隙間Ｓ＞Ｄ／２となっているので、２段目の１周目のコイル線１５の巻胴部１７からの高さが、２段目の他のコイル線１５に対して低くなり、２周目のコイル線１５から離反する。そして、大きい段数ほど、同一段内で高さが低くなるコイル線１５の数が多くなる。その結果、図８中斜線で示すように、コイル線１５の巻回工程の途中で巻き乱れが発生し、ボビン１６の軸方向に関するコイルフィールドの外径の不揃いが激しくなるとともに、コイル線１５にかかる荷重のバランスの悪化も大きくなってしまう。また、例えば、３段目の１周目に巻かれたコイル線１５は２段目の７周目のコイル線１５を第２フランジ部１９側に押圧する。この時、２段目の１周目と２周目のコイル線１５が離間し、かつ、２段目の１周目のコイル線１５が２段目の２周目のコイル線１５より下方に位置しているので、２段目の７周目のコイル線１５を第２フランジ部１９側に押圧する力は２段目の１周目のコイル線１５を介して第２フランジ部１９で受けられない。そこで、２段目の７周目のコイル線１５は、該押圧力により１段目の２周目のコイル線１５を乗り越えてしまい、コイル線１５を整列状態に巻回することができなくなる。さらに、巻き乱れの発生部近傍では、コイル線１５の周方向における接触箇所が上記図９に示される巻回構造に比べて少なくなる。そこで、回転子コイル１１に通電したときにコイル線１５で発生する熱が隣接するコイル線１５を介して周囲に拡散されにくくなり、回転子コイル１１の放熱性が悪化し、回転子コイル１１の温度上昇をもたらしてしまう。
また、図１０では、コイルフィールドＡの各段が、コイル線１５を配列ピッチＰ（＝Ｄ）で７列配列し、７周目のコイル線１５と第１フランジ部１８（或いは第２フランジ部１９）との隙間ＳをＤ／２より小さく（Ｓ＜Ｄ／４）するように構成されている巻回構造を示している。この巻回構造においては、隙間Ｓ＜Ｄ／４となっているので、各段のコイル線１５は、下段のコイル線１５の頂部近傍に接することになる。その結果、コイルフィールドＡの段数が少なくなり、コイル線１５の巻回数が減り、回転子コイル１１で発生する起磁力が小さくなってしまう。また、コイル線１５が小さな力で下段のコイル線１５を乗り越えるようになり、コイル線１５の巻回工程の途中での巻き乱れの発生の危険性が増大してしまうとともに、コイルフィールドＡの崩れの発生の危険性が増大してしまう。さらに、中間段の中間周のコイル線１５は周方向に関して隣接する４つのコイル線１５にしか接していないので、回転子コイル１１に通電したときにコイル線１５で発生する熱が隣接するコイル線１５を介して周囲に拡散されにくく、回転子コイル１１の放熱性が悪化し、回転子コイル１１の温度上昇をもたらしてしまう。
このように、隙間Ｓは、Ｄ／４以上、かつ、Ｄ／２以下に設定することが望ましい。
特に、隙間ＳをＤ／２と設定すれば、コイル線１５を安定した状態に巻回できるので、巻回工程での巻き乱れの発生が抑制され、コイル線１５を整列状態に巻回できる。その結果、外径が軸方向に関して揃ったコイルフィールドＡを簡易に作製できるとともに、崩れの発生しにくいコイルフィールドＡを実現できる。さらに、コイル線１５の巻回数が多くなり、回転子コイル１１で発生する起磁力を大きくすることができる。
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子における回転子コイルの巻装状態を示す断面図である。なお、図１１はコイル線１５を４段目に巻回した際に発生するクロスポイントＣを通る縦断面図である。
この実施の形態２では、回転子コイル１１のコイルフィールドＡは、図１１に示されるように、コイル線１５がボビン１６の巻胴部１７に７列４段に巻装され、かつ、クロスポイントＣが径方向に関して重ならないように構成されている。
コイルフィールドＡの奇数段では、コイル線１５は、１周目が第１フランジ部１８の内周壁面に接して巻回され、以降互いに接するように配列ピッチＰ（＝Ｄ）で全７周し、７周目のコイル線１５と第２フランジ部１９内周壁面との間に隙間Ｓ（＝Ｄ／２）を持つように巻回されている。一方、コイルフィールドＡの偶数段では、コイル線１５は、１周目が第２フランジ部１９の内周壁面に接して巻回され、以降互いに接するように配列ピッチＰ（＝Ｄ）で全７周し、７周目のコイル線１５と第１フランジ部１８内周壁面との間に隙間Ｓ（＝Ｄ／２）を持つように巻回されている。そして、コイル線１５を軸方向に配列ピッチＰ分移行させる移行開始位置が各段毎に周方向にずらされている。つまり、コイル線１５を２段目、３段目および４段目に巻回する際に発生したクロスポイントＣは周方向に分散され、径方向に関しては互いに重なっていない。
なお、各段（１段目を除く）にコイル線１５を巻回する場合、コイル線１５は、ｎ_１周目から配列ピッチＰ分軸方向に移行して（ｎ_１＋１）周目に巻回される際に、下段のコイル線１５の頂部を乗り越えることになる。このクロスポイントＣとは、コイル線１５が下段のコイル線１５の頂部を乗り越える点である。
回転子コイルにおいては、クロスポイントＣが径方向に重なるようにコイルフィールドＡを構成すると、クロスポイントＣの重なり部分におけるコイルフィールドＡの外径が大きくなってしまう。そして、クロスポイントＣの重なりが多くなるほど、クロスポイントＣの重なり部分におけるコイルフィールドＡの外径が大きくなる。その結果、回転子コイルをポールコア１２に装着して回転子を作製した場合、クロスポイントＣの重なり部分におけるコイルフィールドＡの最外径部に位置するコイル線１５が爪状磁極１３の内周壁面と接触し、コイル線１５の絶縁被膜を損傷させてしまう。また、クロスポイントＣの重なり部分におけるコイルフィールドＡの最外径部に位置するコイル線１５と爪状磁極１３の内周壁面との接触を回避させるには、コイルフィールドＡの段数を少なくする必要があり、コイル線１５の巻回数が少なくなってしまう。
しかしながら、この実施の形態２では、クロスポイントＣが径方向に関して重なっていないので、コイルフィールドＡの外径を増大させるクロスポイントＣが周方向に分散され、均一な外径を有するコイルフィールドＡが得られる。その結果、コイル線１５と爪状磁極１３の内周壁面との接触を回避できるコイルフィールドＡの段数を増やすことができるので、コイル線１５の絶縁被膜の損傷の発生を抑制して、コイル線１５の巻回数の多い回転電機が得られる。
なお、図１１では、コイル線１５を４段目に巻回した際に発生するクロスポイントＣが軸方向に重なっているが、クロスポイントＣの軸方向の重なりはコイルフィールドＡの外径増大に関与しない。
実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３に係る回転電機におけるボビンの要部を示す平面図、図１３はこの発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子コイルの巻装状態を説明する断面図である。
この実施の形態３では、図１２に示されるように、ボビン１６Ａは、巻胴部１７Ａを略１周する畝部２５ａが巻胴部１７Ａの外周壁面に（Ｄ＋Ｇ）の配列ピッチで軸方向に配設されている。これにより、畝部１５ａにより区画されたコイル線案内用の案内溝２５が巻胴部１７Ａに（Ｄ＋Ｇ）の配列ピッチで軸方向に６つ並設されている。そして、各案内溝２５の内形形状はコイル線１５の外形形状と同等に形成されている。また、各畝部２５ａは巻胴部１７Ａの周方向の所定範囲に渡って予め形成されておらず、隣接する案内溝２５間が連通されている。そして、係止部２１ａが畝部２５ａの非形成領域の径方向外方に位置している。ここで、Ｇは各段に巻回されるコイル線１５間の隙間である。なお、ボビン１６Ａは案内溝２５が巻胴部１７Ａに形成されている点を除いて、上記実施の形態１のボビン１６と同様に構成されている。
ついで、この実施の形態３による回転子コイルの巻回構造について図１３を参照しつつ説明する。
まず、コイル線１５は、溝２３から巻胴部１７Ａに延出した後、１番目の案内溝２５内に導かれ、第１フランジ部１８の内周壁面に接しながら巻胴部１７Ａ周りに略１周する。ついで、コイル線１５は、畝部２５ａが形成されていない領域で、（Ｄ＋Ｇ）だけ第２フランジ部１９側にシフトして２番目の案内溝２５内に導かれ、巻胴部１７Ａ周りに略１周する。そして、コイル線１５は同様にして巻胴部１７Ａ周りに全６周している。この時、コイル線１５は配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｇ）で配列され、６周目のコイル線１５と第２フランジ部１９の内周壁面との間には、隙間Ｓ（＝（Ｄ＋Ｇ）／２）が形成されている。
続いて、コイル線１５の２段目が１段目のコイル線１５上に巻回される。まず、コイル線１５は、１段目の６周目のコイル線１５上に乗り上げて、第２フランジ部１９の内周壁面に接するように略１周する。そして、（Ｄ＋Ｇ）だけ第１フランジ部１８側にシフトして、１段目の６周目と５周目１周目のコイル線１５に接しながら巻胴部１７Ａ周りに略１周し、同様にして巻胴部１７Ａ周りに全６周している。この時、コイル線１５は配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｇ）で配列され、６周目のコイル線１５と第１フランジ部１８の内周壁面との間には、隙間Ｓ（＝（Ｄ＋Ｇ）／２）が形成されている。
このコイル線１５の巻回工程を繰り返し行い、コイル線１５が巻胴部１７Ａに爪状磁極１３の根元部１３ａ高さと同等の高さまで巻回され、コイルフィールドＡを構成している。
このように作製された回転子コイルのコイルフィールドＡにおいては、図１３に示されるように、奇数段では、コイル線１５は、１周目が第１フランジ部１８の内周壁面に接して巻回され、以降配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｇ）で全６周し、６周目のコイル線１５と第２フランジ部１９内周壁面との間に隙間Ｓ（＝（Ｄ＋Ｇ）／２）を持つように巻回され、偶数段では、コイル線１５は、１周目が第２フランジ部１９の内周壁面に接して巻回され、配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｇ）で全６周し、６周目のコイル線１５と第１フランジ部１８内周壁面との間に隙間Ｓ（＝（Ｄ＋Ｇ）／２）を持つように巻回されている。そして、各段において、コイル線１５は隙間Ｇを持って配列されている。
この実施の形態３によれば、１段目（最下段）のコイル線１５はコイル線１５の外形形状と同等の内形形状を有する案内溝２５内に収納されて巻胴部１７Ａに巻回されているので、コイル線１５の軸方向の移動が案内溝２５により阻止され、整列状態が確保される。また、各段のコイル線１５が配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｇ）で配列され、奇数段では、１周目のコイル線１５が第１フランジ部１８の内周壁面に接し、かつ、６周目（最終周）のコイル線１５が第２フランジ部１９の内周壁面に隙間Ｓ（＝（Ｄ＋Ｇ）／２）を持って離間し、偶数段では、１周目のコイル線１５が第２フランジ部１９の内周壁面に接し、かつ、６周目（最終周）のコイル線１５が第１フランジ部１８の内周壁面に隙間Ｓ（＝（Ｄ＋Ｇ）／２）を持って離間しているので、各段のコイル線１５は巻胴部１７Ａから同一高さに位置し、中間段の中間周の各コイル線１５は、コイル線１５の軸心に断面において、コイル線１５の軸心と巻胴部１７Ａの軸心とを通る線に対して対称な位置関係で上下段の４つのコイル線１５に接し、各コイル線１５にかかる荷重のバランスがよい。そこで、巻き乱れを生じることなくコイル線１５を安定した状態で巻胴部１７Ａに巻回できる。その結果、外径が軸方向に関して揃ったコイルフィールドＡを簡易に作製できるとともに、崩れの発生しにくいコイルフィールドＡを実現できる。さらに、ボビン１６Ａの巻回スペースにコイル線１５を無駄なく巻回できるので、コイル線１５の巻回数を多くすることができる。
ここで、コイル巻線機のコイル線張力のバラツキ等によるコイル線径のバラツキを考慮すると、案内溝２５の配列ピッチＰをコイル線径の１〜１．０４倍（１≦Ｐ≦１．０４Ｄ）にすることが望ましい。
なお、実施の形態３による案内溝２５ａを上記実施の形態１、２の回転子に適用してもよいことはいうまでもないことである。この場合、案内溝２５ａの配列ピッチはＤとなる。
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子におけるボビンを示す側面図、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ矢視断面図である。
この実施の形態４におけるボビン１６Ｂの巻胴部１７Ｂは、半径ｒ１の大径部２６と、半径ｒ２（＜ｒ１）の小径部２７と、小径部２７の接線方向に延びて大径部２６に滑らかに接続される連結部２８とから構成されている。そして、大径部２６の外周壁面には、案内溝２５が形成され、小径部２７には、案内溝２５は形成されていない。また、小径部２７は、巻胴部１７Ｂの周方向に関して６０度範囲に渡って形成され、係止部２１ａが小径部２７の形成領域内の径方向外方に位置している。さらに、図示していないが、コイルフィールドの各段におけるクロスポイントＣは、小径部２７の径方向外方の領域に、上記実施の形態２と同様に径方向で互いに重ならないように形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態３と同様に構成されている。
この実施の形態４によれば、コイルフィールドの各段のクロスポイントＣが小径部２７の径方向外方の領域に形成されているので、クロスポイントＣの形成に伴うコイルフィールドの外径の増大分が巻胴部１７Ｂの小径部２７により相殺され、コイルフィールドの外径が全体的に均一化される。その結果、コイル線１５と爪状磁極１３の内周壁面との接触を回避できるコイルフィールドの段数を増やすことができるので、コイル線１５の絶縁被膜の損傷の発生を抑制して、コイル線１５の巻回数の多い回転電機が得られる。
一般に、巻胴部１６Ｂの内径を一定としたとき、小径部２７の半径ｒ２を過度に小さくできない。そして、クロスポイントＣの形成に伴うコイルフィールドの外径の増大分が大きければ、その外径の増大分を相殺するには、（ｒ１−ｒ２）を大きくする必要がある。そこで、大径部２６の半径ｒ１を大きくして、クロスポイントＣの形成に伴うコイルフィールドの外径の増大分を相殺できる（ｒ１−ｒ２）を確保することになる。しかしながら、ポールコア１２の大きさを変えることなく、大径部２６の半径ｒ１を大きくすることは、コイル線１５の巻回スペースの低減につながり、回転子コイルの起磁力を低下させることになる。
しかし、この実施の形態４では、コイルフィールドの各段におけるクロスポイントＣが、小径部２７の径方向外方の領域で、周方向に分散されているので、クロスポイントＣの形成に伴うコイルフィールドの外径の増大分が少なくなる。そこで、小径部２７の半径ｒ２を過度に小さくする必要がないので、大径部２６を大径にすることなく、クロスポイントＣの形成に伴うコイルフィールドの外径の増大分を相殺することができる。その結果、コイル線１５の巻回スペースが確保され、回転子コイルの起磁力の低下が抑制される。
ここで、小径部２７の形成される周方向範囲θについて説明する。
周方向範囲θが小さくなると、クロスポイントＣが周方向に分散される範囲も小さくなる。そして、周方向範囲θが４０度未満となると、クロスポイントＣが周方向の狭い範囲に集中してしまい、クロスポイントＣ間の周方向距離が極端に短くなる。そこで、仮にクロスポイントＣが径方向で重なっていなくとも、下段に位置するクロスポイントＣの影響で、上段にクロスポイントＣを形成することに伴うコイルフィールドの外径の増大分が著しく大きくなってしまう。
また、周方向範囲θが大きすぎると、案内溝２５の非形成領域が拡大してしまう。そして、１段目（最下段）に巻回されるコイル線１５の軸方向の移動が周方向に８０度を超える範囲で規制されなくなると、コイル線１５を２段目に巻回する際に、案内溝２５の非形成領域に位置する１段目のコイル線１５が軸方向に移動してしまい、巻き乱れを発生してしまう。
このように、周方向範囲θを４０度以上、８０度以下に、好ましくは６０度に設定すれば、クロスポイントＣに起因するコイルフィールドの外径の増大を抑え、かつ、コイル線１５の巻回工程での巻き乱れの発生を抑えることができる。
実施の形態５．
図１６はこの発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。
この実施の形態５では、図１６に示されるように、コイル線１５をボビン１６に７列４段に巻回してコイルフィールドＡを構成した後、さらに４列１段巻回し、その上に１周巻回してコイルフィールド山巻き部２９を構成している。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態５による回転子１０Ａでは、コイルフィールドＡの上部に、コイル線１５を４列に巻回し、その上に１周巻回してコイルフィールド山巻き部２９を形成しているので、コイルフィールドＡとポールコア１２の爪状磁極１３との間の空きスペースを利用してコイル線１５の巻回数を増やすことができる。これにより、回転子コイルの起磁力が大きくなり、回転電機の出力を向上させることができる。
また、コイルフィールド山巻き部２９は、コイルフィールドＡの各段の列数より少ない列数で構成されているので、爪状磁極１３との接触を避けてコイルフィールドＡとポールコア１２の爪状磁極１３との間の空きスペースに配設することができる。
ここで、コイルフィールド山巻き部２９は、コイルフィールドＡの各段の列数より少ない列数で複数段に構成すればよい。そして、コイルフィールド山巻き部２９の各段の列数は、コイルフィールドＡとポールコア１２の爪状磁極１３との間の空きスペース形状に合わせ、上段方向に漸次減少するようにすることが望ましい。
なお、この発明による回転子は、例えば乗用車、トラック、電車等の車両に搭載される交流発電機、交流電動機、交流発電電動機等の回転電機に適用できる。
また、上記実施の形態３、４では、案内溝２５を設けて、１段目（最下段）に巻回されるコイル線１５の軸方向の移動を規制するものとしているが、コイル線１５の軸方向の移動を規制する手段は案内溝２５に限定されるものではなく、例えばコイル線１５の巻回する前工程で、巻胴部の外周面に粘着材、接着剤などを形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、説明の便宜上、コイルフィールドＡが７列４段あるいは６列４段に形成されているものとしているが、コイルフィールドＡの列数・段数はこれに限定されるものではない。

以上のように、本発明に係る回転子は、回転子コイルのコイルフィールドがコイル線を整列状態に巻回して均一の外径を有するように構成されているので、コイルフィールドが爪状磁極とコイル線との接触を避けて高密度に、かつ、崩れにくく構成でき、自動車等の車両に搭載される車両用交流発電機等の回転電機の回転子として有用である。

Claims (17)

1. それぞれ先細り形状の爪状磁極がその先細り方向を軸方向に一致させて円柱状の基部の外周縁部に周方向に等角ピッチで複数形成されてなり、該爪状磁極をかみ合わせるように該基部の端面同士を当接させて構成された一対のポールコアと、
   第１および第２フランジ部が円筒状の巻胴部の軸方向の両端部から径方向の外側に延設されて断面コ字状の環状に構成され、上記一対のポールコアの上記爪状磁極の根元部で挟持されて上記基部に装着されたボビンと、
   断面円形のコイル線を上記ボビンの巻胴部の外周に、各段の軸方向の列数を同じくして多段に巻回して構成されたコイルフィールドを有する回転子コイルとを備え、
   上記コイルフィールドの奇数段は、上記コイル線が上記第１フランジ部の内周壁面に接して上記巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を互いに接するように軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線が上記第２フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成され、
   上記コイルフィールドの偶数段は、上記コイル線が上記第２フランジ部の内周壁面に接して上記巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を互いに接するように軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線が上記第１フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成され、
   上記隙間Ｓが、上記コイル線の直径Ｄに対して、Ｄ／４≦Ｓ≦Ｄ／２を満足するようになっていることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 上記コイルフィールドは、径方向に隣接する段の上記コイル線により形成されるクロスポイントが径方向に関して重ならないように構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
3. 溝方向を周方向とするコイル線案内溝が、上記巻胴部の外周面に軸方向にＤの配列ピッチで形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
4. 上記巻胴部は、周方向の所定範囲に渡って該巻胴部の肉厚を薄くして形成された小径部を有し、該小径部が上記コイル線案内溝の非形成領域を構成し、
   径方向に隣接する段の上記コイル線により形成される全てのクロスポイントが径方向に互いに重なることなく上記小径部の径方向外方に位置していることを特徴とする請求項３記載の回転電機の回転子。
5. 上記小径部が、周方向の４０度以上、８０度以下の範囲に渡って形成されていることを特徴とする請求項４記載の回転電機の回転子。
6. 厚肉のリブが上記ボビンの第１および第２フランジ部に複数形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
7. 上記ボビンがガラス繊維入りのナイロン６６で作製されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
8. 上記コイル線が上記コイルフィールドの上部に該コイルフィールドの各段の列数より少ない列で複数段巻回されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
9. それぞれ先細り形状の爪状磁極がその先細り方向を軸方向に一致させて円柱状の基部の外周縁部に周方向に等角ピッチで複数形成されてなり、該爪状磁極をかみ合わせるように該基部の端面同士を当接させて構成された一対のポールコアと、
   第１および第２フランジ部が円筒状の巻胴部の軸方向の両端部から径方向の外側に延設されて断面コ字状の環状に構成され、上記一対のポールコアの上記爪状磁極の根元部で挟持されて上記基部に装着されたボビンと、
   断面円形のコイル線を上記ボビンの巻胴部の外周に、各段の軸方向の列数を同じくして多段に巻回して構成されたコイルフィールドを有する回転子コイルとを備え、
   上記コイルフィールドの奇数段は、上記コイル線が上記第１フランジ部の内周壁面に接して上記巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を隙間Ｇをもって軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線が上記第２フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成され、
   上記コイルフィールドの偶数段は、上記コイル線が上記第２フランジ部の内周壁面に接して上記巻胴部周りを略１周した後、該コイル線を隙間Ｇをもって軸方向に複数列巻回し、最終列の該コイル線が上記第１フランジ部の内周壁面に対して隙間Ｓを有するように構成され、
   上記隙間Ｓが、上記コイル線の直径Ｄおよび上記隙間Ｇに対して、Ｓ＝（Ｄ＋Ｇ）／２を満足するようになっていることを特徴とする回転電機の回転子。
10. 上記コイルフィールドは、径方向に隣接する段の上記コイル線により形成されるクロスポイントが径方向に関して重ならないように構成されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機の回転子。
11. 溝方向を周方向とするコイル線案内溝が、上記巻胴部の外周面に軸方向に（Ｄ＋Ｇ）の配列ピッチで形成されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機の回転子。
12. 隙間Ｇが、０≦Ｇ≦０．０４Ｄを満足するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の回転電機の回転子。
13. 上記巻胴部は、周方向の所定範囲に渡って該巻胴部の肉厚を薄くして形成された小径部を有し、該小径部が上記コイル線案内溝の非形成領域を構成し、
    径方向に隣接する段の上記コイル線により形成される全てのクロスポイントが径方向に互いに重なることなく上記小径部の径方向外方に位置していることを特徴とする請求項１１記載の回転電機の回転子。
14. 上記小径部が、周方向の４０度以上、８０度以下の範囲に渡って形成されていることを特徴とする請求項１３記載の回転電機の回転子。
15. 厚肉のリブが上記ボビンの第１および第２フランジ部に複数形成されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機の回転子。
16. 上記ボビンがガラス繊維入りのナイロン６６で作製されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機の回転子。
17. 上記コイル線が上記コイルフィールドの上部に該コイルフィールドの各段の列数より少ない列で複数段巻回されていることを特徴とする請求項９記載の回転電機の回転子。

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