JPWO2005117237A1 - 車両用交流発電機 - Google Patents
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Abstract
Description
また、従来一般に固定子電気導体は皮膜付導体で構成され、この絶縁層が電気導体の放熱性を著しく妨げていることは良く知られていた。しかし、これら絶縁層を廃止したり、単に薄くすることは、絶縁性の低下を招くため実用上不可能であった。
この発明の車両用交流発電機は、界磁巻線を有する回転子と、前記回転子と対向配置された固定子鉄心及びこの固定子鉄心に巻回された電気導体を有する固定子と、上記回転子と固定子とを支持するハウジングとを備えた車両用交流発電機において、前記固定子鉄心はそれぞれ軸方向に延びる複数個のスロットを有する積層鉄心からなり、前記電気導体は前記スロット内に位置する収納部とこの収納部同士を固定子鉄心の軸端側で連結する渡り部とからなり、上記スロット内に位置する収納部の電気導体の断面形状を実質的に長方形とすると共に上記渡り部での前記電気導体の断面形状を実質的に円形とし、前記スロット内に位置する収納部での電気導体の少なくとも長辺部分の絶縁層厚さを前記渡り部の絶縁層厚さより薄くしたことを特徴とするものである。
この発明に係る車両用交流発電機は、スロット内に位置する収納部での電気導体を断面略長方形とし且つその絶縁層厚さを薄くして、電気導体の発熱を積層鉄心とハウジングへ効率よく伝導させるとともに、渡り部は逆に絶縁層厚さを厚くしたので、不必要なコイル間の空間を配設しなくとも、コイル間の絶縁性を確保し、渡り部の軸方向高さを低くするとともに、外部の被水等から渡り部の電気導体部を保護し、耐電食性が高めることができる効果を有する。
第2図は、この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
第3図は、この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す一部断面図である。
第4図は、この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の固定子における1相分の巻線を示す斜視図である。
第5図は、この発明の実施の形態1に係る車両用交流発電機の固定子における1相分の巻線の要部を示す拡大図である。
第6図は、この発明の実施の形態2に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す一部断面図である。
第7図は、この発明の実施の形態3に係る車両用交流発電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す一部断面図である。
第8図は、この発明の実施の形態4に係る車両用交流発電機のフロントブラケットを前面から見た図である。り本発明に係る実施の形態5における関節型鉄心の突き合せ部で位置決めして製造した場合のコギングトルクの低次成分の実測結果を示すものである。
第9図は、この発明の実施の形態4に係る回転子の外形構造を示す斜視図である。
第10図は、この発明の実施の形態5に係る車両用交流発電機の固定子の製造工程を説明する工程断面図である。
本発明の実施の形態1による車両用交流発電機を第1図に基づいて説明する。
この車両用交流発電機20は、第1図に示されるように、それぞれ略椀形状の熱伝導性良好なアルミ製のフロントブラケット21およびリヤブラケット22から構成されたハウジング23と、このハウジング23内に設けられ、一端部にプーリ24が固定されたシャフト26と、このシャフト26に固定されたランドル型の回転子27と、この回転子27の軸方向両端部に固定されたファン25と、回転子27を包囲するようにハウジング23に固定された固定子40と、上記シャフト26の他端部に固定されて回転子27に電流を供給するスリップリング28と、スリップリング28の表面に摺動する一対のブラシ29と、このブラシ29を収納するブラシホルダ30と、固定子40に電気的に接続され、固定子40で生じた交流を直流に整流する整流器31と、ブラシホルダ30に嵌着されて、固定子40で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ32とを備えている。
回転子27は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線33と、この界磁巻線33を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成される一対のポールコア34、35とを備えている。そして、一対のポールコア34、35は、鉄製で、それぞれ最外径面形状を略台形形状とする爪状磁極34a、35aが外周縁部に周方向に等角ピッチで突設されており、これらの爪状磁極34a、35aを噛み合わせるように対向させてシャフト26に固着されている。固定子40は、磁性鋼板を積層してなる円筒状の固定子鉄心41と、固定子鉄心41に巻装された固定子巻線42とから構成されている。そして、固定子40は、爪状磁極34a、35aの外周面と固定子鉄心41の内周面との間に均一なエアギャップを形成するようにフロントブラケット21とリヤブラケット22とに挟持されている。
また、フロントブラケット21には給気孔36と排気孔37を有し、リヤブラケット22には給気孔38と排気孔39を有している。
第2図は車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、第3図は車両用交流発電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す一部断面図、第4図は車両用交流発電機の固定子における1相分の巻線を示す斜視図、第5図は車両用交流発電機の固定子における1相分の巻線の要部を示す拡大図である。
第2図において、固定子鉄心41Aは、所定形状にプレス加工された磁性鋼板を積層一体化して円筒状に作製されたもので、スロット41cが毎極毎相当たり2の割合で周方向にほぼ等角ピッチで形成されている。つまり、回転子27の12個の爪状磁極に対して、2つの3相交流巻線からなる固定子巻線42Aが得られるように、72個のスロット41cが固定子鉄心41Aに設けられている。
一方、固定子巻線42Aは、装着されるスロット41cを1スロットづつずらして固定子鉄心41Aに装着された6相分の巻線43Aを備えている。そして、それぞれ3相分の振り分け巻線43Aが交流結線、例えばY結線されて2つの3相交流巻線を構成している。各巻線43Aは、第4図に示されるように、絶縁被膜が被覆された銅線材からなる1本の導体線44を、6スロット毎のスロット41cに周方向一側に波状に5ターン巻回し、引き続いて6スロット毎のスロット41cに周方向他側に波状に5ターン巻回して、各スロット内導体数を全て同一とした全節巻で構成されている。
そして、第3図に示されるように、導体線44の断面形状は、スロット41c内に収納されているスロット収納部44aにおいて断面略長方形に成形され、その長辺部分の絶縁皮膜45は渡り部(コイルエンド)44bより薄く形成されている。これに対し、固定子鉄心41Aの軸端側で上記スロット収納部44aを連結しているコイルエンド部44bは断面円形に形成されている。そしてこの部分の絶縁皮膜は上記スロット収納部44aの少なくとも長辺部分の絶縁皮膜より厚く形成されている。
また、各スロット41cには、絶縁紙46を介して導体線44のスロット収納部44aが、断面略長方形の長手方向(長辺)を周方向に向けて、かつ、互いに密接して径方向に1列に並んで10層に配列して収納されている。ここで、スロット収納部44aの断面略長方形の長辺長さが鍔部41d間の隙間41e(スロット開口)より大きくなるように構成され、導体線44がスロットから脱落しないようにしている。
第5図は上記1相分の巻線の要部拡大図を示し、6本の振り分け巻線43Aを1列に配列した例を示している。すなわち、周方向一側に6ピッチ離れたスロットの固定子鉄心41Aの軸端一側に、波型に成形された3本のスロット収納部44a1を収納し、次いで、固定子鉄心41Aの軸端他側に、波型に成形された他の3本のスロット収納部44a2を周方向他側に6ピッチ間隔で収納して構成される。そして、スロット収納部44aに続くスロット開口通過部44d(第5図参照)は、断面扁平に成形されその長軸方向がスロット収納部44aの断面略長方形の長手方向と直交し、その断面扁平の短軸方向長さが鍔部41d間の隙間より小さくなるようになっている。
上記実施形態においては、導体線44のスロット収納部44aをスロット41c内の径方向に隙間なく収納することにより、収納部での電気導体の密度を高め、電気導体の発熱を積層鉄心とハウジングへ効率よく伝導させることができる。このような導体線形状を得るために、絶縁被膜付断面丸型導電体を、スロット41cに挿入されるに先立って、圧延ローラ等で断面略長方形に成型する。例えば、直径1.6mmの断面円形状の絶縁被膜付電線を圧延ローラで挟み、厚さ1.3mmまで扁平になるように一方向に圧延加工すると、圧延加工される面の絶縁皮膜、すなわち扁平絶縁皮膜は薄く延ばされるが、圧延加工されない面の絶縁皮膜、すなわち円弧面絶縁皮膜は上記断面円形状被覆電線での絶縁皮膜厚が残り、上記扁平絶縁皮膜が上記円弧面絶縁皮膜より薄く形成される。
例えば、エナメル系絶縁皮膜の膜厚が約50μmの断面円形状被覆電線の場合は、円弧面絶縁皮膜が約50μm、扁平部絶縁皮膜が約40μmの断面がトラック(小判)状電線が形成される。つまり、絶縁皮膜は径方向に、絶縁皮膜層が薄くなっているので、発電することにより生じる電機子巻線の発熱量は径方向に位置する積層鉄心の外周側に効率よく放熱され、スロット収容占積率向上と熱伝導の相乗の効果により、発電機の出力及び効率の向上が図られる。
また、本実施の形態によれば、第1図に示すように、渡り部(コイルエンド)44bを保護するように外周部にハウジング23が形成されている。また、渡り部(コイルエンド)44bの近傍には冷却風を排出させるための排気孔37、39がある。従って、渡り部44bは前記したように絶縁層厚さを厚く維持できるので、不必要なコイル間の空間を配設しなくとも、コイル間の絶縁性を確保することができ、また、渡り部44bの軸方向高さを低くできるので、電気導体長の短縮が可能であり、発電機の出力及び効率の向上と小型化が図られる。更に、車両走行により、上記の排気孔37、39の部位から塩水、泥水などが浸入するため、渡り部44bは絶縁層厚さを厚くし、渡り部の電気導体部を保護し、3相の各相コイル間の電食あるいはコイルとハウジング間の電食を防止することができるものである。
実施の形態2.
実施の形態2によれば、第6図のように巻線ユニットのスロット収納部44aが、スロット41cに挿入されるに先立って、径方向を短辺とし、周方向を長辺とする略断面長方形に形成され、しかも、互いに密接して径方向に二列に配列したものである。なお、図中47は上記巻線ユニットを成形するために含浸された絶縁樹脂を示している。
このようにすることによっても、スロット収納部44aの電気導体部をスロット41c内の周方向に隙間なく収納することができ、従って、この場合も、絶縁皮膜層が薄くなっている周方向を長辺とする部位で、前記電気導体部を径方向に密に配置してスロット41c内の電気導体の密度を更に向上することができ、電気導体の発熱を積層鉄心とハウジングへ効率よく伝導させることができるので、発電機の出力及び効率の更なる向上が図られる。
実施の形態3.
また、実施の形態3によれば、第7図のように巻線ユニットのスロット収納部44aが、スロット41cに挿入されるに先立って、径方向を長辺とし、周方向を短辺とする略断面長方形に形成され、互いに密接して径方向に一列に並んで構成されるようにしたものである。このようにすることによってもスロット収納部44aの電気導体部をスロット41c内の周方向に隙間なく収納することができる。
この場合では、径方向を長辺とする部位で絶縁皮膜層が薄くなっているので、前記径方向を長辺とする部位と積層鉄心の歯部の両端部の伝熱面が更に大きく確保されるので、発電することにより生じる電機子巻線の発熱量は周方向に位置する積層鉄心の歯部の両端を経由し、積層鉄心の外周側に効率よく放熱されるので、更に発電機の出力及び効率の向上が図られる。また、絶縁被膜の薄い部位と歯部の両端部の間に絶縁部材を介在させることにより、電気導体部と鉄心の絶縁性が向上する。さらにスロット41c内に位置するスロット収納部の前記電気導体に絶縁性樹脂を含浸させることにより、電機子巻線の発熱量は径方向に位置する積層鉄心の外周側にも効率よく放熱されるとともに、電気導体部と鉄心の絶縁性が向上する。
実施の形態4.
実施の形態4は、上記実施の形態1乃至3の車両用交流発電機の放熱効果を促進するために、ブラケットの外周部に複数の排気孔リブと複数の排気孔を設け、更に回転子に設けられたファンに複数のファンブレードを備えた実施例を示している。第8図はフロントブラケットを前面から見た図であり、第9図は回転子の外形構造を示す斜視図である。
第8図において、61はフロントブラケット21の外周部に複数個も受けられた排気孔リブであり、上記排気孔リブ61間は排気孔37が形成されている。またフロントブラケット21の軸心側には、複数個の給気孔リブ62とその間に給気孔36が形成されている。
第1図及び第8図を参照して冷却空気の流れを説明すると、フロントブラケット22側の吸気孔36から軸方向に吸い込まれた冷却空気は吸気孔リブ62間を通風しファン25で遠心方向に曲げられ、固定子巻線42のフロント側端部を冷却し、排気孔リブ61間の排気孔37から外気へ排気される。ファン25には、第9図に示すように、複数のファンブレード55を備えた遠心ファン25を用いているため、空気がファンブレード55に流入し直角に曲げられて径方向に排出されており、固定子40からフロント、リヤブラケット1、2に伝わった熱を放熱する冷却フィンとしての役割を有しているので、コイルの発熱が更に効率よく放熱され、発電機の出力及び効率の向上が図られる。
なお、上記では、フロントブラケット22側について説明したが、リヤブラケット21側についても同様に通風が行われる。すなわち、リヤブラケット21側のファンブレード55の作用により、吸気孔38から軸方向に吸い込まれた冷却空気は吸気孔リブ62間を通風しファン25で遠心方向に曲げられ、固定子巻線42のリヤ側端部を冷却し、排気孔リブ61間の排気孔39から外気へ排気される。
実施の形態5.
実施の形態5は、前記電気導体のスロット収納部44aをスロット41c内に配置するための有効な一方法について説明する。すなわち、断面略長方形に成形された互いに密接して配列した上記巻線ユニットをスロット41c内に隙間なく収納するために、特許第3400776号(特許文献2参照)で既に知られている車両用交流発電機の製造方法を利用することができる。第10図はこの車両用交流発電機の固定子の製造工程を説明する工程断面図である。
まず、台形形状のスロットが所定のピッチ(電気角で30°)で形成された冷間圧延鋼板(SPCC材)を所定枚数積層し、その外周部をレーザ溶接して直方体の鉄心を作製する。次いで、第10図(a)に示されるように、鉄心36のスロット41c内にインシュレータ65が装着され、2つの素線群42A、42Bの各直線部を各スロット41c内に重ねて押し入れる。これにより、第10図(b)に示されるように、2つの素線群42A、42Bが鉄心41Aに装着される。この時、素線44の直線部44aは、インシュレータ65により鉄心41Aと絶縁されてスロット41c内に径方向に4本並んで収納されている。ついで、鉄心41Aを丸め、その端面同士を当接させて溶接し、第10図(c)に示されるように、円筒状の鉄心41を得る。鉄心41Aを丸めることにより、スロット41cの形状は略矩形断面形状となり、その開口部41eは直線部44aのスロット幅方向寸法より小さくなる。そして、一般的なΔあるいはYの結線方法に基づいて、各素線の端部同士を結線して固定子巻線群を形成する。
この方法によれば、帯状鉄心のスロット部が予め、素線の挿入性がよくなるように広げられているので、挿入時の素線の損傷はなく、さらにスロット内に位置する収納部の前記電気導体とスロット内に位置する収納部鉄心の間の絶縁部材を薄くすることができ、非常に高い占積率が得られると同時に鉄心を丸めるときに、前記の素線の挿入性がよくなるように広げられた鉄心と電気導体の隙間をなくし、鉄心と電気導体に介在する絶縁部材に密着することができ、発電することにより生じる電機子巻線の発熱量は周方向に位置する積層鉄心の歯部の両端を経由し、積層鉄心の外周側に効率よく放熱される。また、別の利点として、電気導体の扁平断面を形成する部位で薄い絶縁皮膜に損傷を与えることなく、高い絶縁性が得られるものである。
Claims (8)
- 界磁巻線を有する回転子と、前記回転子と対向配置された固定子鉄心及びこの固定子鉄心に巻回された電気導体を有する固定子と、上記回転子と固定子とを支持するハウジングとを備えた車両用交流発電機において、前記固定子鉄心はそれぞれ軸方向に延びる複数個のスロットを有する積層鉄心からなり、前記電気導体は前記スロット内に位置する収納部とこの収納部同士を固定子鉄心の軸端側で連結する渡り部とからなり、上記スロット内に位置する収納部の電気導体の断面形状を実質的に長方形とすると共に上記渡り部での前記電気導体の断面形状を実質的に円形とし、前記スロット内に位置する収納部での電気導体の少なくとも長辺部分の絶縁層厚さを前記渡り部の絶縁層厚さより薄くしたことを特徴とする車両用交流発電機。
- 上記スロット内に位置する収納部の電気導体は、周方向を長辺とし、径方向を短辺とする実質的な長方形断面としたことを特徴とする請求項1に記載の車両用交流発電機。
- 上記スロット内に位置する収納部の電気導体は、径方向を長辺とし、周方向を短辺とする実質的な長方形断面としたことを特徴とする請求項1に記載の車両用交流発電機。
- 上記スロット内に位置する収納部の電気導体は、径方向に一列に密着配置されていることを特徴とする請求項2に記載の車両用交流発電機。
- 上記スロット内に位置する収納部の電気導体は、径方向に複数列に密着配置されていることを特徴とする請求項2に記載の車両用交流発電機。
- 上記スロット内に位置する収納部の電気導体に絶縁性樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用交流発電機。
- 上記渡り部外周は前記ハウジングにより保護されると共に、前記積層鉄心は金属製ハウジングにより直接保持されたことを特徴とする請求項1に記載の車両用交流発電機。
- 上記ハウジングの外周部には複数個のリブと上記リブ間に形成された吸気あるいは排気用の孔を備えたことを特徴とする請求項7に記載の車両用交流発電機。
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