JPWO2005093929A1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
またこの種の回転電機として、例えば特開2003−259613号公報(先行技術2)も知られている。この先行技術2に示される回転電機では、U字状の複数の電気導体が使用され、この複数のU字状の電気導体が固定子鉄心の各スロット内に挿入され、コイルエンド部で接続が行なわれる。各スロットには、複数のスロット内導体が一列に並べて導体列が構成されている。コイルエンド部の各導体は、固定子鉄心の端面に開口するスロット開口部から導出された根本部分と、この根本部分から折り曲げられた折曲部分を有し、折曲部分の折り曲げに使用された補助部材が抜き取られた後の空間を冷却風通路として利用する。この先行技術2では、コイルエンド部で2つのU字形の電気導体の折曲部分が互いに接続され、この接続された折曲部分が重なって配置されるが、この折曲部分をそれぞれ接続するのに、複雑な作業が必要であり、また複数の折曲部分が重なる部分に対する冷却についてはとくに考慮されておらず、この複数の折曲部分が重なる部分での冷却に問題があった。
この発明は、このような問題を改善し、コイルエンド部をより効果的に冷却できる改良された回転電機を提案するものである。
前記スロット内導体部は前記複数の前記各スロット内に配置された複数のスロット内導体を有し、また前記コイルエンド部は、各スロット内導体が前記回転軸の周りで連続するようにして、前記異なるスロット内に配置されたスロット内導体を前記各端面の外側において、互いに連続して接続する複数のコイルエンド導体を有し、
前記複数のスロットのそれぞれには、そのスロットの深さの方向に前記複数のスロット内導体が一列に並んで配置されており、また前記2つのコイルエンド部の中の少なく1つのコイルエンド部では、前記複数のコイルエンド導体のそれぞれが、前記一方の端面に開口するスロット開口部から前記スロット内導体の延長方向とほぼ同じ方向に導出された根本部分と、この根本部分よりもさらに前記一方の端面から遠くにあって、2つの前記根本部分を橋渡しするように折れ曲がった接続部分を有し、
前記少なくとも一方に端面において、各スロット開口部には、それぞれそのスロットに挿入された前記複数の各スロット内導体に連続する前記各根本部分がスロットの深さ方向に一列に配置されて根本部分列を形成しており、この各根本部分列の両側には、前記少なくとも一方の端面に沿ってスロットの深さ方向に延びる冷却通路が形成されるとともに、前記各根本部分列の外側では前記各接続部分が重なり合ったエンド筒部が形成され、このエンド筒部にはその少なくとも外面を覆う絶縁部材が配置されたことを特徴とする。
この発明の回転電機では、コイルエンド部は、各スロット内導体が前記回転軸の周りで連続するように、異なるスロット内に配置されたスロット内導体を、固定子鉄心の端面に外側において、互いに連続して接続しているので、コイルエンド部の形成を簡単化することだできる。また固定子鉄心の少なくとも一方の端面において、各スロット開口部には、スロットに配置された複数のスロット内導体に連続するコイルエンド導体の根本部分がスロットの深さの方向に一列に配置されて根本部分列を形成しており、この各根本部分列の両側には、前記少なくとも一方の端面に沿ってスロットの深さ方向に延びる冷却通路が形成されるので、この冷却通路を通る冷却風により、コイルエンド部を効果的に冷却することができ、併せて各根本部分列の外側では前記各接続部分が重なり合ったエンド筒部が形成され、このエンド筒部にはその少なくとも外面を覆う絶縁部材が配置されたので、この絶縁部材を介してその内部の複数の接続部分をも効果的に冷却できる。
実施の形態1.
この発明による回転電機の実施の形態1を第1図から第6図を参照して説明する。第1図はこの実施の形態1の側断面図、第2図は実施の形態1における固定子の斜視図、第3図はこの固定子の一部分を内周から見た展開図、第4図、第5図、第6図は、第3図のIV−IV線、V−V線、VI−VI線による断面図である。
この交流発電機は、自動車に搭載される交流発電機である。これは回転界磁形の交流発電機であり、自動車に搭載されたエンジンにより駆動され、自動車に搭載されたバッテリを充電し、また自動車の各種電気負荷に給電を行なう。
この実施の形態1の交流発電機は、ハウジング10と、回転軸20と、回転子30と、回転子に対する給電装置40と、固定子50と、整流装置80を含んでいる。ハウジング10は、相対向する一対のブラケット11、12により構成される。ブラケット11はフロンとブラケット、ブラケット12はリアブラケットと呼ばれる。これらのブラケット11、12は、ともにほぼ椀状であり、それらの開口端部が互いに対向するようにして配置される。
フロントブラケット11は端壁11aと周壁11bを有し、またリアブラケット12も端壁11aと周壁12bを有する。ブラケット11、12の端壁11a、12bは、回転軸20に対してほぼ直交する平面にあり、またブラケット11、12の周壁11b、12bは回転軸20の周りを取り囲む。フロントブラケット11の周壁11bと、リアブラケット12の周壁12bとの間には、固定子50が挟持され、この固定子50はブラケット11、12を連結する連結ボルト13によりブラケット11、12の間に保持される。
ブラケット11、12の各端壁11a、12aの中心部には、回転軸20がボール軸受14、15により、回転可能に支持されている。回転軸20はブラケット11の中心部を貫通してブラケット11の外部へ延長され、このブラケット11の外部にプーリ16が取り付けられている。このプーリ16は図示しないベルトにより自動車に搭載されたエンジンに連結され、回転軸20はこのエンジンにより駆動されて回転する。
ブラケット11、12には、複数の通風開口17a、17b、18a、18bが形成される。ブラケット11の端壁11aには複数の通風開口17aが、その周壁11bには複数の通風開口17bが、またブラケット12の端壁11aには複数の通風開口18aが、その周壁12bには複数の通風開口18bが、それぞれ形成される。
回転軸20の中央部には、回転子30が取り付けられている。この回転子30は界磁であり、一対の相対向する界磁鉄心31、32と、界磁コイル33を有する。界磁鉄心31、32はそれぞれの外周に、互いに相手側へ突出する突出磁極31a、32aを有し、この突出磁極31a、32aの内周に界磁コイル33が配置される。界磁鉄心31は端面31bを、また界磁鉄心32は端面32bを有し、これらの端面31b、32bは互いに対向している。界磁鉄心31の端面31bの外周部には、フロント側冷却ファン34が、また界磁鉄心32の端面32bの外周部には、リア側冷却ファン35がそれぞれ取り付けられる。これらの冷却ファン34、35は回転軸20ともに回転し、冷却風を発生する。これらの冷却風は、通風開口17a、18aからハウジング10の内部に導入され、通風開口17b、18bから排出される。この冷却風により、界磁コイル33、給電装置40、固定子50、整流装置80が冷却される。
リアブラケット12の内部には、回転子に対する給電装置40と、整流装置80が配置されている。給電装置40は、界磁コイル33に対する給電装置であり、一対のスリップリング41、42と、これに対するブラシ装置43を含んでいる。スリップリング41、42は界磁コイル33に接続されており、回転軸20の外周面に取り付けられ、回転軸20とともに回転する。ブラシ装置43はスリップリング41、42に接触するブラシ45、46を有し、このブラシ45、46はブラシスプリングにより、スリップリング41、42の外周面に押しつけられる。ブラシ45、46には、整流装置80の整流出力が給電され、界磁コイル33を励磁する。
固定子50は、第2図にも斜視図で示される。この固定子50は、ほぼ筒状の形状を持った固定子鉄心51と、この固定子鉄心51に巻装された固定子巻線60とを有する。この固定子50は、固定子鉄心51は、例えば珪素鋼板などの鋼板を回転軸20の方向に積層して作られる。
固定子鉄心51は、回転子30の外周面を取り囲む内周面52と、一対の相対向する端面53、54を有する。端面53はフロントブラケット11の端壁11aと対向し、端面54はリアブラケット12の端壁12aと対向する。固定子鉄心51の内周面52は回転子30の外周面に微小な空隙を介して対向している。
固定子鉄心51の内周面には、とくに第3図、第4図、第5図、第6図に示すように、複数のティース55が内周面52の周面に沿って等間隔に形成されており、これらの各隣接するティース55の間にそれぞれスロット56が形成されている。このスロット56の数をNとする。複数のティース55が等間隔に形成されるので、N個のスロット56も内周面52に沿って等間隔で形成されている。N個の各スロット56は、端面53と端面54との間を、回転軸20の軸線と平行に延びる所定の長さを持っており、また回転軸20の半径方向に所定の深さを持っている。N個の各スロット56は、端面53に開口するスロット開口56aと、端面54に開口するスロット開口56bを持つ。
固定子巻線60は、実施の形態1では、交流発電巻線として構成される。固定子巻線60は、例えば断面が矩形形状の扁平な導線を用いて、固定子鉄心51の内周に連続して巻回される。この固定子巻線60はスロット内巻線部61と、コイルエンド部65を持っている。スロット内巻線部61は、複数の各スロット56のそれぞれに配置された複数のスロット内導体62により構成される。この実施の形態1では、各スロット56内に配置されるスロット内導体62は断面が矩形形状の導線がそのまま用いられる。各スロット56内のスロット内導体62の数は6であり、6本のスロット内導体62がスロット56の深さの方向、すなわち回転軸20の半径方向に一列に並べて配置される。N個のスロット56の中の各任意の1つのスロット56A内の6本のスロット内導体62は、例えばそのスロット56Aから周方向に6つ隔たった別のスロット56F内のスロット内導体62と連続して巻回され、これのスロット56A、56F内のスロット内導体62は互いに電気的に接続される。このスロット56A内の6本のスロット内導体62と、スロット56F内の6本のスロット内導体62は、コイルエンド部65を構成する6本のコイルエンド導体66を介して連続しており、電気的に接続されている。このように6つ隔たった2つのスロット62内の各6本のスロット内導体62を相連続して形成するために、6本のコイルエンド導体66が形成されるので、N個のスロット56を形成した固定子鉄心51には、(N/2)×6個のコイルエンド導体66が順次周方向にスロットピッチだけずれながら互いに重なり、コイルエンド部65が形成される。N個の各スロット56内の6本のコイル内導体62は、コイルエンド導体66を介して他のスロット内導体62に連続する形を繰返しながら、固定子鉄心51の内周をほぼ一周する範囲で相連続して形成される。この固定子巻線60の連続形成により、固定子巻線60が簡単に形成できる。
各コイルエンド導体66は、第3図に示すように、それぞれ2つの根本部分67と、これらの2つの根本部分67を橋渡しするように折り曲げられた1つの接続部分68を含む。根本部分67は、スロット内導体62と同じに断面が矩形形状であるが、接続部分68は変形され、ほぼ円形断面とされる。一つの根本部分67は、スロット56の中の各任意のスロット56A内に配置されたスロット内導体62の一つに連続して形成され、また他の根本部分67は、スロット56Aから6つ隔たった他のスロット56F内に配置されたスロット内導体62の一つに連続して形成される。接続部分68はこれらの根本部分67に連続してそれらの根本部分67を橋渡しするように、円弧状に折り曲げられている。
各根本部分67はスロット内導体62に連続して形成されており、スロット開口部56a、56bから、その対応するスロット内導体62の延長方向に直線状に導出される。この根本部分67は、第3図に示すように固定子鉄心51の端面53、54から所定長さYだけ突出している。この突出長さYは、固定子巻線60をスロット56に挿入する前の固定子巻線60の巻線工程で、スロット内導体62と、その両側の根本部分67の突出長さYとを加算して、固定子巻線60の各巻線ターンの直線部分の寸法を設定することによって確保される。
このような固定子巻線60の巻線方法は、西暦2004年1月28日に出願された国際出願PCT/JP2004/00736に示されており、または西暦2002年9月4日に出願された日本特許出願番号2002−259136号に示されている。この日本特許出願番号2002−259136号の発明は、2003年2月6日にアメリカ特許出願番号10/359095としてアメリカに出願され、2003年6月5日にドイツ特許出願番号10325617.2としてドイツに出願され、また2003年7月4日のフランス特許出願番号0350297号としてフランスに出願されている。これらの各出願の出願人または特許譲受人は、本件出願の出願人と同じである。
各スロット56内には、その深さの方向に6本のスロット内導体62が配置されるので、各スロット56の両開口部56a、56bには、それぞれのスロット内導体62から所定長さYだけ突出した6つの根本部分67がスロット56の深さ方向に並んだ根本部分列67aが形成される。この根本部分列67aの両側には、冷却通路69が形成される。この冷却通路69は、固定子鉄心51の各端面53、54に沿って形成され、スロット56の深さの方向に、回転軸20の半径方向に延長される。
固定子巻線60のコイルエンド部65には、第2図、第3図に示すように、多数の接続部分68が重なり合ったエンド筒70が形成される。このエンド筒70は多数のコイルエンド導体66の接続部分68の集合によって形成された筒状部である。このエンド筒70は、互いにほぼ同心円状に形成された3つの筒状部70A、70B、70Cを含む。コイルエンド導体66が、6つ隔たった2つのスロット56内のスロット内導体62を接続するので、6つ隔たった2つのスロット62の相互間には、都合6つのコイルエンド導体66が配置される結果となり、この6つのコイルエンド導体66が、3つの筒状部70A、70B、70Cを形成する3つの層状となって、1スロットピッチずつずれながら、固定子鉄心51の端面53、54の周面に沿って配置される。
実施の形態1において、エンド筒70は絶縁部材71により覆われる。エンド筒70が、根本部分67ではなく、この根本部分67のさらに外側に位置する多数の接続部分68によって構成されており、絶縁部材71も、コイルエンド部65の根本部分67を除き、その多数の接続部分68だけを覆うように構成される。この絶縁部材71がコイルエンド部65の各根本部分67には形成されないため、各根本部分67および根本部分列67aは絶縁部材71によって覆われることなく、絶縁部材71から露出している。したがって、冷却通路69は、固定子鉄心51の端面53、54と、この絶縁部材71との間に確保される結果となる。
この絶縁部材71は、例えばエポキシ樹脂などの樹脂絶縁材に、熱伝導を大きくするためのセラミックフィラーを混入した材料で構成される。この絶縁部材71は、エンド筒70の各筒状部70A、70B、70Cの外面を覆い、また各筒状部70A、70B、70Cを構成する多数の接続部分68の相互間の隙間にも充填される。この絶縁部材71に、熱伝導を大きくするためのセラミックフィラーが混入される結果、エンド筒70を構成する多数の接続部分68は、より効率的に冷却される。絶縁部材71に混入されるセラミックフィラーとしては、アルミナまたは酸化シリコンが用いられる。
エンド筒70を覆う絶縁部材71の内周面は、界磁鉄心31、32に配置された冷却ファン34、35の周りを取り囲み、冷却ファン34、35との間に、その周方向においてほぼ均一な大きさの空隙を形成する。ブラケット11、12には、複数の通風開口17a、17b、18a、18bが形成されている。とくに、通風開口17b、18bは、固定子巻線60の外周に位置し、そのコイルエンド部65の外周と対向する位置に形成されている。界磁鉄心31、32に配置された冷却ファン34、35は、回転軸20の回転により、通風開口17a、18aから通風開口17b、18bへ向かう冷却風を作るが、これらの冷却風は、コイルエンド部65におけるエンド筒70を覆う絶縁部材71の内周面からその外周面へ流れ、通風開口17b、18bから排出される。
具体的には、これらの冷却風は、絶縁部材71の内周面に当たり、そこから、絶縁部材71の固定子鉄心51側の冷却通路69と、絶縁部材71のブラケット11、12の端壁11a、12a側の空隙とを通り、通風開口17、19へ流れる。この冷却風により、コイルエンド導体66の根本部分67は直接冷却され、またその接続部分68は絶縁部材71を介して冷却される。根本部分67は、冷却通路69を形成する根本部分列67aに沿って一列に並んでいるので、すべての根本部分67が効率的に冷却される。また、絶縁部材71は、エンド筒70の外面に、冷却風のための滑らかな表面を形成し、また冷却ファン34、35の周りで、その周方向に沿ってほぼ均一な大きさの空隙を形成し、併せて熱伝導を大きくするセラミックフィラーが混入されているので、その全体がほぼ均一に効率的に冷却され、結果としてすべての接続導体68も効率的に冷却される。また、エンド筒70が絶縁部材71で覆われるので、接続部分68が重なったエンド筒70の内部に冷却風が流れて、風騒音、風損が生じることもなく、効率的な冷却を行なうことができる。
実施の形態2.
次にこの発明による回転電機の実施の形態2を第7図、第8図を参照して説明する。第7図は実施の形態2の側断面図、第8図はその固定子の一部分を内周面に沿って展開した展開図である。
実施の形態1では、固定子巻線60のエンド筒70の外面が絶縁部材71により覆われ、またエンド筒70を構成するコイルエンド導体66の多数の接続部分68の相互間の隙間にも絶縁部材71を充填したが、この実施の形態2では、実施の形態1の絶縁部材71に代わって、絶縁シート72が使用されている。
この絶縁シート72は第7図に示すように、エンド筒70の内周面を覆うように配置され、冷却ファン34、35との間に、その周方向にほぼ均一な空隙を形成する。また絶縁シート72は、第8図に示すように、根本部分67および根本部分列67aを覆うことなく、エンド筒70の内周面の全面を覆い、エンド筒70の内周面に接着されて固定される。
絶縁シート72は、例えばエポキシ樹脂シートに、熱伝導を大きくするためのセラミックフィラーとして、ガラス繊維を混入したものであり、実施の形態1の絶縁部材71と同様に、エンド筒70を構成する多数の接続部分68に対する効率的な冷却を行なう。また絶縁シート72は接着などにより簡単にエンド筒70に固定できるので、実施の形態1に比べて、絶縁部材71の樹脂硬化作業をなくすることができ、また絶縁シート72により、冷却風がエンド筒70の内部に流れ込むのを阻止するので、エンド筒70を構成する接続部分68に冷却風が流れることによる騒音、風損を低減できる。
その他の構成は、実施の形態1と同じであり、この実施の形態2によっても実施の形態1と同様な効果が得られる。
Claims (10)
- ハウジング内に配置され回転軸とともに回転する回転子、前記ハウジングに固定され、前記回転子の外周に径方向の空隙を介して対向する内周面と、相対向する2つの端面と、前記内周面に沿って所定のピッチで形成された複数のスロットとを有する固定子鉄心、および前記複数の各スロット内に配置されたスロット内導体部と、前記各端面の外側に配置された2つのコイルエンド部とを有する固定子巻線を備えた回転電機であって、
前記スロット内導体部は前記複数の前記各スロット内に配置された複数のスロット内導体を有し、また前記コイルエンド部は、各スロット内導体が前記回転軸の周りで連続するように、異なる前記スロット内に配置されたスロット内導体を、前記各端面の外側において、互いに連続して接続する複数のコイルエンド導体を有し、
前記複数のスロットのそれぞれには、そのスロットの深さの方向に前記複数のスロット内導体が一列に並んで配置されており、また前記2つのコイルエンド部の中の少なく1つのコイルエンド部では、前記複数のコイルエンド導体のそれぞれが、前記一方の端面に開口するスロット開口部から前記スロット内導体の延長方向とほぼ同じ方向に導出された根本部分と、この根本部分よりもさらに前記一方の端面から遠くにあって、2つの前記根本部分を橋渡しするように折れ曲がった接続部分を有し、
前記一方に端面において、各スロット開口部には、それぞれそのスロットに挿入された前記複数の各スロット内導体に連続する前記各根本部分がスロットの深さ方向に一列に配置されて根本部分列を形成しており、この各根本部分列の両側には、前記一方の端面に沿ってスロットの深さ方向に延びる冷却通路が形成されるとともに、前記各根本部分列の外側では前記各接続部分が重なり合ったエンド筒部が形成され、このエンド筒部にはその少なくとも外面を覆う絶縁部材が配置されたことを特徴とする回転電機。 - 請求項1記載の回転電機であって、前記絶縁部材は前記エンド筒部を構成する前記各接続部分の相互間にも充填されたことを特徴とする回転電機。
- 請求項2記載の回転電機であって、前記絶縁部材には、熱伝導を大きくするフィラーとしてアルミナまたは酸化シリコンが混入されたことを特徴とする回転電機。
- 請求項1記載の回転電機であって、前記絶縁部材は前記エンド筒部の外面を覆う絶縁シートで構成されたことを特徴とする回転電機。
- 請求項4記載の回転電機であって、前記絶縁シートには、熱伝導を大きくするフィラーとしてガラス繊維が混入されたことを特徴とする回転電機。
- 請求項1記載の回転電機であって、前記ハウジングには、前記コイルエンド部の外周側に対向して、複数の通風開口が形成されたことを特徴とする回転電機。
- 請求項1記載の回転電機であって、前記回転子の少なくとも一方の端部には、前記絶縁部材の内周に位置する冷却ファンが前記回転子とともに回転するように配置され、この冷却ファンが前記冷却通路に通風を行なうことを特徴とする回転電機。
- 請求項7記載の回転電機であって、前記冷却ファンと絶縁部材との間の空隙が周方向にほぼ均一な大きさとされたことを特徴とする回転電機。
- 請求項1記載の回転電機であって、前記各スロット内導体はほぼ矩形状断面を有し、また前記各接続部分はほぼ円形断面を有することを特徴とする回転電機。
- 請求項9記載の回転電機であって、前記各スロット内導体と前記各接続部分は、前記各根元部分とともに、絶縁被覆導体で構成されたことを特徴とする回転電機。
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