WO2005109604A1 - 回転電機の回転子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

この発明に係る車両用交流発電機の回転子においては、巻き枠に、多数列、多数層の導体巻き回しを行うものにおいて、最内層から最外層までの導体相互隙間のうち、少なくとも深層部の導体相互隙間が、均一な樹脂層で充填されていることを特徴とするものである。またこの発明に係る車両用交流発電機の回転子の製造方法においては、巻き枠へ導体線を巻き回す直前において上記導体線に対し流動性樹脂材を施す工程と、上記流動性樹脂材を施された導体線を上記巻き枠に多数列、多数層に巻き回した後、全体を加熱し上記樹脂を硬化させる工程とを備えたことを特徴とするものである。

Description

回転電機の回転子及びその製造方法

技術分野

この 明は、 導体を、 多数列、 多数層に卷き回しする回転電機の回 明

転子及びその製造方法に関するもので、 特に車両等に搭載される交流 発電機の回転子卷線及びその製造方田法に関するものである。

背景技術

車両用交流発電機の回転子においては、 車両における電気負荷の増 大等で、 より大きな発電機出力が要求されるようになっている。 この ため、 導体を多数列、 多数層に巻回して空間効率を高めた構成を採用 するよ うになつており、 また、 導体線を所定回数卷き回したのち、 巻 き枠から露出した箇所、 すなわち最外層外周側から樹脂を塗布、 滴下 等して、 熱や異物から導体線を保護している。 さらに回転による遠心 力の影響に対処するため、 最外周に保護テープを全周に亘つて卷いて 耐遠心性を確保している。（例えば、特許第 3 3 8 3 1 4 3号公報参照） 一方、 従来の多層卷きコイルにおいては、 筒状部に貫通孔を多数設 け、 ワニスにどぶ漬けしたり、 滴下含浸することでコイルの深い箇所 にまでワニスを浸透させて安定化させる構成のものがある。 （例えば、 実開昭 6 1— 2 0 0 2 0号公報参照）

しかし、 このような従来の回転子の製造方法では、 例えば卷き枠か ら露出した外周面から樹脂を塗布する と しても、 多数層の場合、 その 後の加熱により樹脂が最内層までは行き渡らず、 コイル相互間に空気 を介在した状態で固定されてしまい、 熱や擦れなどにさらされる欠点 があった。 また、 どぶ漬けや滴下含浸で導体相互間に樹脂を浸透させ る方法は、 卷き枠に複数の浸漬用孔を設けなくてはならず、 回転体に 用いられる巻き枠と しての強度が確保できず、 変形、 破損のおそれが あった。 さらにこのような巻き枠の変形により多数列、 多数層の導体 の整列状態が変化し、 導体が損傷することで発電機自体の不具合につ ながることが考えられる。 また、 数十層など、 かなりの多層で密に卷 かれたコイルの場合は、 含浸用孔から含浸してもコィル相互間に含浸 ワニスを一様に行き渡らせるのは実際上かなり困難なものであった。 それは、 多層で高密度に整列された卷線では、 大半が、 互い違いにず れて隣接、 密着した状態、 いわゆる俵卷きになつており、 深層部 （巻 き終わった状態で、 周りを卷線で深く囲まれた卷線範囲） まで粘性樹 脂が浸入して行く通路が形成され難いからである。 また、 多数列につ いても、 かなりの多数であればそれに応じて相応の孔を卷き枠の筒状 部に設けなくてはならず、 内周側に鉄心が配される場合は絶縁性への 懸念も生じていた。

この発明は、 上述のような課題を解決するためになされたもので、 その目的とするところは、 多数列、 多数層の巻線が施された回転子が 車両搭載により連続回転駆動された場合においても、 多数層導体のく ずれ、 損傷等を抑制し、 信頼性を確保した回転電機の回転子を得るこ とである。

また、 この発明の目的は、 卷線の冷却性能を向上して、 卷き数当た りの出力を向上させることができる回転電機の回転子を得ることであ る。 発明の開示

この発明に係る車両用交流発電機の回転子においては、 回転軸と この回転軸に枢着されこれと一体に回転する界磁鉄心と、 この界磁鉄 心上に配設された円環状の導体卷き枠と、 この導体卷き枠に多数列、 多数層に卷き回された導体とを備えた回転子であって、 多数層の最内 層から最外層までの整列導体相互間隙間のうち少なく とも深層部の導 体相互隙間が、 均一な樹脂層で充填されていることを特徴とするもの である。 .

またこの発明に係る車両用交流発電機の回転子の製造方法において は、 巻き枠へ導体線を卷き回す直前において上記導体線に対し流動性 樹脂材を施す工程と、 上記流動性樹脂材を施された導体線を上記巻き 枠に多数列、 多数層に巻き回した後、 全体を加熱し上記樹脂を硬化さ せる工程とを備えたことを特徴とするものである。

これにより、 持続的な回転振動の付加による多数層導体のくずれ、 損傷を抑制することができ、 熱伝導率が格段に向上して、 卷き数あた りの出力が増大する効果を有する。 図面の簡単な説明

図 1 はこの発明の実施の形態 1を示す車両用交流発電機の回転子の 断面図である。

図 2 ( a ) はこの発明の実施の形態 1 を示す巻き枠部分の要部拡大 断面図である。

図 2 ( b ) は図 2 ( a ) の導体線周りの拡大図である。

図 3 ( a) はこの発明の回転子の巻線製造方法を示す巻き回し工程図 である。

図 3 ( b )は同じく巻線製造方法の加熱硬化工程を示す概念図である。 図 4はこの発明の実施の形態 2を示す卷き枠部分の要部拡大断面図 である。 図 5 ( a ) はこの発明の実施の形態 3を示す卷き枠部分の要部拡大 断面図である。

図 5 ( b ) は図 4 ( a ) の導体線周りの拡大図である 発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

図 1は、 この発明を実施するための実施の形態 1における回転電機 の回転子を示すものであり、 図 2はその卷き枠部分の要部拡大図であ る。 この実施形態 1では、 回転電機と して車両用交流発電機が用いら れる。 図 1、 図 2において、 回転子 1 は、 車両の内燃機関等から図示 しないベルトを掛けられて回転駆動される回転軸 2を備えている。 ま た回転軸 2に嵌着される一対の爪状磁極形界磁鉄心 3を有している。 この一対の界磁鉄心 3は、 外周に互いに相手側に湾曲して延びる複数 の磁極爪 3 a とこれと一体に形成された鉄心筒状部 3 bを有し、互いの 磁極爪 3 a を交互に嚙み合わせるように対向して配置されている。 対 向する磁極爪 3 a の内側には、 界磁卷線 4が挟持されている。 界磁巻 線 4は断面コ字型の円環状の卷き枠 5 とこの卷き枠 5に卷き回される 導体線 6からなり 、 導体線 6は、 例えば直径 0. 8 匪の丸線導体で二十 数列、 十数層という ように、 多数列、 多数層で密に卷かれている。 導 体線 6は巻き枠 5の中空胴体部 5 1 と この中空胴体部 5 1の軸両端か ら径方向に延びる円盤状の側面部 5 2 とで囲まれる空間に樹脂 7 と共 に密に収納される。 上記中空胴体部 5 1 の内周側には界磁鉄心 3の鉄 心筒状部 3 bが圧入状態で設けられる。

このよ うに構成された車両用交流発電機の回転子においては、 前述 したように図示しない内燃機関等によ りベルトを介して回転子が持続 して回転され、 遠心力が加わることになる。 また、 導通、 発電が行わ れることによ り導体線 6、 界磁鉄心 3等から発熱が生じる。 次に、 上記回転子の界磁卷線の製造方法の一例を説明する。

図 3は、 卷き枠 5内に導体線 6を樹脂 7 と共に密に卷回する製造ェ 程を示すもので、 以下の工程から構成されている。

(ィ） 第一工程 （図 3 ( a ) 参照）

図 3 ( a) は本発明を実施するために用いられる卷線装置の概要図で あり、 図中 5は上述した巻き枠、 6は導体線であり、 上記卷き枠 5 の 反時計方向回転により、 図示しない送り出しボビンから所定のテンシ ヨンを持って卷回される。 1 1は卷線ノズルであり、 その先端部に樹 脂 7を内蔵したホッパー 1 3が設けられている。

絶縁樹脂成形により作られた卷き枠 5へ導体線 6を卷き回す直前に ― おいて、 中空胴体部 5 1の接線方向に延びた導体線 6単体に対し、 ホ ッパー 1 3からエポキシ樹脂等の流動性のある絶縁樹脂材 7を施すと 共に、卷き枠 5を回転させて導体線 6を卷き回す。 図 3 (_a)では卷き枠 5は軸直行断面で、導体線 6が最内層から卷かれる様子を示している。 (口） 第二工程 （図 3 ( b ) 参照）

上記導体線 6を樹脂 7 と共に卷き枠 5に卷き回した後、 全体を加熱 炉 9内で加熱し、 施した樹脂 7を硬化させる。

上記の如き回率云電機の回転子の製造方法によれば、 卷き枠 5内で軸 方向に隣接する導体線相互間やその外周側に上層と して隣接する導体 線との間等に適正量の樹脂 5を配することができ、 多数列、 多数層の 巻き枠内に満遍なく均一に構成することが可能となる。

また、 卷き回しの都度、 樹脂を導体に施すので、 所望の卷き箇所に おいて樹脂を自由に増減でき、 少なく とも深層部に満遍なく均一に施 すことは勿論、 様々なパターンを安価に製造することができる。

なお、 上記は、 卷き枠に巻き回した段階で加熱しているが、 加熱硬 化は、 鉄心に組み付けた後であってもよい。

また、 従来と異なり、 樹脂 7が導体相互間に満遍なく介在されて遠 心力に対抗するので、 最終工程と して導体最外層外周側に保護テープ を卷く等の必要性は特別な場合以外はなくなる。

以上のように、 この発明の実施形態 1によれば、 巻き枠 5に卷かれ た導体線 6相互間の隙間に樹脂 7が満遍なく均一に構成されるので、 遠心力に抵抗して確実に導体線 6を所定位置に維持できる。 また、 導 体線 6同士が互いに擦れて断線する不具合もなくなる。 また、 卷き枠 5に収納された導体線 6の周囲に介される空気が殆んどなく なるので、 熱伝導が飛躍的に向上し、樹脂 （空気の約 1 0倍の熱伝導率を有する） を介して主たる熱伝導が行われるため、卷き枠内導体温度を低下させ、 卷き数当たりの発電機の出力を向上させることができるものである。

なお、 ここでは、 導体の周囲に介される余分な空気が樹脂に置き換 わることが重要で、 必ずしも樹脂が 1 0 0 %つまっていることを目指 すものではない。

また、 この発明によれば、 周り を卷線で深く囲まれた卷線範囲、 す なわち界磁卷線の深層部 2 2における熱伝導が促進されるので、 内に こもって出口のなかった熱の排出が可能となる。 これにより、 回転に よる移動空気で冷却される非深層部 （卷き終わった状態で近く の周辺 に卷き枠或は外界が存在する卷線範囲） 2 3 と上記深層部との熱的差 異が縮まり、 冷却平準化、 ひいては全体卷線の冷却効率が向上する。

なお、 巻かれる卷線は一続きの連続体であり、 ある高熱部位の存在 で全体の冷却効率が低下してしまう傾向があり、 この点から上記冷却 平準化は冷却効率の著しい向上に繋がるものである。

均一に設けられる樹脂が整列導体相互間隙間を占める範囲は、 整列 導体相互間隙間すなわち樹脂を除く導体相互間より小さ く なる範囲に 密に設けることが望ましく、 これにより、 充填される樹脂 7は必要最 低限の量に調整されて、 製造コス ト、 熱効率、 空間効率を悪化させな いようにすることができる。

また、 上記実施例では導体線 6が直径 0. 8匪の丸線であるが、 直径 0. 5 mm以上の線であればほぼ同様の効果を得ることができる。 これは、 導体相互間の空間にそれぞれ設けられる樹脂の断面積がある程度必要 なことから導かれる。 また、 層数が 10層以上になると、 熱が放散され 難く、 含浸樹脂も全面に行き渡らない深層部 2 2が構成されるように なるが、 この発明によれば、 このような深層部 2 2においても確実に 巻線導体の信頼性と温度改善をはかることができる。 実施の形態 2 .

図 4は、この発明の実施の形態 2を示すものである。図 4において、 中空胴体部 5 1の外周面上 （鉄心筒状部 3 b と反対側） に、 波状の連 続した凸部 5 5を設け、 これに卷き回される導体線 6が満遍なく嵌合 するようにしたものである。 この凸部 5 5は卷き枠 5の成型時に使用 される導体線 6の大きさ （直径） に合わせて同時に樹脂成形により形 成される。

この発明の実施の形態 2によれば、 上記中空胴体部 5 1の外周面と 導体線 6の最内層 （第一層） との間の隙間を、 あらかじめ小さいもの にでき（通常、 2層目以降の導体相互間の隙間より大きい隙間になる）、 その分、 施される樹脂の量を少なく適正な量とできる。 また、 鉄心の 真近において余分な樹脂が介されないので、 熱的に良好で、 コス トも 低減される。 実施の形態 3 . なお、上記実施の形態ではいずれも導体 6が丸線の場合を示した力 これは入手容易で汎用性がある理由に基づく ものである。 しかしなが ら図 5に示すように、断面が六角形等の非丸線、多角形状であっても、 卷き枠内に密に卷き回すものにおいて、 導体相互間にいずれかの隙間 が生じる状況に変わりはなく、 これを用いることによっても所期の目 的を達成できる。 また、 断面矩形等の導体線で、 面と面が互いに対面 し整列卷きされる場合は、 その面の相互間空間は比較的小さいものと なるが、 現実的にも電気絶縁的にも卷線表面角に必ずアール形状が構 成されることから、この部位においては丸線同士と同様の構成となり、 また、 この断面多角形状の導体の場合であっても、 丸線断面直径 0. 5 匪以上に相当する大きさであれば同様に効果的である。 産業上の利用可能性

以上のように、 この発明に係る回転電機の回転子は、 車両用の交流 発電機の回転子のみならず、 多数列、 多数層に導体の巻き回しを行う 他のあらゆる回転電機の回転子に広く用いられるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 回転軸と、 この回転軸に枢着されこれと一体に回転する界磁鉄 心と、 この界磁鉄心上に配設された円環状の導体卷き枠と、 この導体 卷き枠に多数列、 多数層に卷き回された導体とを備えた回転子であつ て、 多数層の最内層から最外層までの整列導体相互間隙間のうち少な く とも深層部の導.体相互隙間が、 均一な樹脂層で充填されていること を特徴とする回転電機の回転子。

2 . 均一に設けられる樹脂が整列導体相互間隙間を占める範囲は整 列導体相互間隙間より小さいことを特徴とする請求項 1記載の回転 電機の回転子。

3 . 卷き枠に収納される多数層導体は 10層以上であることを特徴 とする請求項 1ないし請求項 2に記載の回転電機の回転子。

4 . 巻き枠に収納される多数層導体は直径 0. 5 画以上の線で構成さ れることを特徴とする請求項 1ないし請求項 2に記載の回転電機の回 転子。

5 . 巻き枠の中空胴体部外周囲に導体相互間に位置するよ う凸部が 設けられることを特徴とする請求項 1〜請求項 3のいずれかに記載の 回転電機の回転子。

6 . 巻き枠に収納される多数層導体は断面が多角形状を有すること を特徴とする請求項 1ないし請求項 2に記載の回転電機の回転子。

7 . 卷き枠へ導体線を卷き回す直前において上記導体線に対し.流動 性樹脂材を施す工程と、 上記流動性樹脂材を施された導体線を上記卷 き枠に多数列、 多数層に巻き回した後、 全体を加熱し上記樹脂を硬化 させる工程とを備えたことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。

8 . 導体線に対し施される樹脂の量は、 整列導体相互間隙間を占め る範囲が整列導体相互間隙間より小さくなるように調整されることを 特徴とする請求項 7記載の回転電機の回転子の製造方法。