WO2016030920A1 - 回転電機の回転子 - Google Patents

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rotor
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field
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Inventor
将之 坂口
岡本　光泰
健二 前川
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/325—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for windings on salient poles, such as claw-shaped poles

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine mounted on a vehicle such as a passenger car, a truck, or a train, and more particularly to a winding structure of a rotor coil wound around a bobbin winding body.
  • coil wire cross points are arranged at 40 to 80 degrees in the circumferential direction so as not to overlap each other in the radial direction.
  • Patent Document 1 Further, the positions of the cross points of the coil wires are sequentially shifted over the entire circumference in the circumferential direction so as to be dispersed.
  • Patent Document 2
  • the coil field A is further wound around four rows and one stage, and then one turn is wound on the coil.
  • the cross point of each stage of the coil wire in the coil field A does not overlap in the radial direction, but the relationship between the cross point in the coil field A and the cross point in the mountain winding portion is Since nothing is set, if the cross points of the coil field A and the mountain winding portion are set at substantially the same position, the outer diameter at each cross point becomes large, and it is necessary to further change the wall thickness of the winding body portion. was there.
  • Patent Document 2 (A portion without a coil wire in the second layer of FIG. 2 in Patent Document 2 occurs in 1/8 turn.) Therefore, in Patent Document 2, in order to prevent the upper layer coil wire including the mountain winding portion from dropping. It was necessary to wrap tape etc. on all the layers where the cross point was shifted.
  • the present invention has been made to solve such problems, and it is possible to rotate a rotating electrical machine that can shift the cross-point position without changing the wall thickness of the winding drum and without using a tape or the like.
  • the purpose is to get a child.
  • a plurality of tapered claw-shaped magnetic poles are formed at equiangular pitches in the circumferential direction on the outer peripheral edge of the cylindrical base portion with the tapering direction aligned with the axial direction.
  • a pair of pole cores configured to engage the claw-shaped magnetic poles;
  • the first and second flange portions are formed in an annular shape with a U-shaped cross section extending from the both axial end portions of the cylindrical winding drum portion to the outer periphery in the radial direction, and the claw-shaped magnetic poles of the pair of pole cores
  • the coil field is wound around the outer periphery of the lower coil field so as to have a plurality of rows with a smaller number of columns than the lower coil field.
  • a rotor coil composed of a coiled coil field having a cross point formed by the coil wires of the adjacent stages in the radial direction,
  • the cross point in the coiled coil field and the cross point in the lower coil field are arranged so as to be offset from each other in the circumferential direction.
  • the balance can be suppressed without changing the thickness of the cross point portion of the winding drum portion or by reducing the change in the thickness. Since the entire body portion can be reduced in diameter, the insulation with the pole at the outer peripheral portion can be improved, and by reducing the diameter, the coil wire length can be shortened at the same number of turns, so that the magnetomotive force can be increased. Further, it is possible to eliminate the use of a tape or the like for the layer between the coil wires.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7. It is a perspective view of the rotor of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing which shows the principal part of the rotor of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a rotor of a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a bobbin applied to the rotor of the rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • 3 is a perspective view for explaining a winding method of a rotor coil in the rotor of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 to 6 are rotations according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a winding state of the rotor coil in the rotor of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
  • 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 7, and
  • FIG. 9 is a perspective view showing the rotor of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
  • the rotor 10 of the rotating electrical machine is provided so as to cover the rotor coil 11 and generate a magnetic flux by passing an electric current, and is generated by the rotor coil 11. It is comprised from a pair of pole core 12 in which a magnetic pole is formed with magnetic flux.
  • Each pole core 12 is made of iron, and a plurality of tapered claw-shaped magnetic poles 13 are formed at equiangular pitches in the circumferential direction on the outer peripheral edge of the cylindrical base portion 14 so that the tapering direction coincides with the axial direction. Yes.
  • a pair of pole cores 12 are fixed to a shaft (not shown) with the end faces of the base portion 14 abutting each other so as to engage with the claw-shaped magnetic poles 13.
  • a shaft insertion hole is formed at the axial center position of the base portion 14.
  • the bobbin 16 has first and second flange portions 18 and 19 extending radially outward from both axial end portions of the winding drum portion 17 to have a U-shaped cross section. It is comprised by the annular body. Further, when the tongue pieces 18a, 19a for insulation are provided at equiangular pitches in the circumferential direction on the outer peripheral ends of the first and second flange portions 18, 19, and the bobbin 16 is attached to the pair of pole cores 12, The tongue pieces 18 a and 19 a are bent along the inner peripheral wall surface of the claw-shaped magnetic pole 13 to prevent direct contact between the rotor coil 11 and the claw-shaped magnetic pole 13.
  • a pair of locking portions 21a and 21b are erected on the outer peripheral end of the first flange portion 18, and a groove 22 described later is provided from the outer peripheral end of the first flange portion 18 near the locking portion 21a to the winding drum portion 17.
  • the first flange portion 18 is recessed on the inner peripheral wall surface.
  • the bobbin 16 has a winding drum portion 17 attached to the base portion 14 and is sandwiched by the root portions 13a of the claw-shaped magnetic poles 13 from both sides (left and right in FIG. 1), and the claw-shaped magnetic poles 13 and the base portion 14 of the pair of pole cores 12 It is stored in a space composed of
  • the rotor coil 11 is configured by winding the coil wire 15 around the outer periphery of the winding drum portion 17 in multiple stages with the same number of rows in the axial direction of each stage.
  • the coil wire 15 is wound with a 12-row, 4-stage coil field A and a coil field B, which is a 4-stage mountain winding in which the number of rows in the axial direction is reduced.
  • the coil wire 15 is manufactured by coating an insulating coating such as polyimide resin on the surface of a core material such as copper having a circular cross section.
  • the coil wire 15 is fed out from the nozzle 23, and its tip is wound around a locking portion 21 a of a bobbin 16 mounted on a spindle (not shown) or the like, and is guided to the winding drum portion 17 through the groove 22.
  • the bobbin 16 is rotated while the coil wire 15 is fed out from the nozzle 23, and the coil wire 15 is wound around the winding body portion 17.
  • the nozzle 23 is moved in the axial direction of the bobbin 16, and the first stage of the coil wire 15 is wound around the winding body portion 17.
  • the first-stage coil wire 15 extends from the groove 22 to the winding drum portion 17 and then substantially 1 around the winding drum portion 17 while being in contact with the inner peripheral wall surface of the first flange portion 18.
  • one coil wire 15 is shifted to the second flange portion 19 side to make one turn around the winding drum portion 17 while being in contact with the coil wire 15 of the first turn, and similarly around the winding drum portion 17.
  • a gap S is formed between the coil wire 15 of the 12th turn of the first stage and the inner peripheral wall surface of the second flange portion 19.
  • the second stage of the coil wire 15 is wound around the first stage coil wire 15.
  • the coil wire 15 rides on the coil wire 15 of the twelfth turn and makes substantially one turn so as to contact the inner peripheral wall surface of the second flange portion 19.
  • one coil wire 15 is shifted to the first flange portion 18 side so as to be in contact with the coil wire 15 of the first round of the first stage and the eleventh round of the first stage.
  • about 12 turns around the winding drum portion 17 in contact with the coil wire 15 of the twelfth turn.
  • the winding process of the coil wire 15 is repeated, and the coil wire 15 is wound around the winding body portion 17 to a height equivalent to the height of the root portion 13a of the claw-shaped magnetic pole 13 to form the lower coil field A.
  • Cross points C 1-2 , C 2-3 , and C 3-4 when the coil wire 15 is shifted to each stage in the coil field A are 10 degrees in the circumferential direction of the bobbin 17 as shown in FIG. It is wound by shifting one by one. After that, when the coil field B is formed, the cross point portion of the coil field B rises to the next layer 180 degrees before the cross point of the coil field A so that the cross point portion of the coil field B is 180 degrees with respect to the cross point portion of the coil field A portion. Configured on the opposite side.
  • Cross points C 4 to 5 , C 5 to 6 , C 6 to 7 , and C 7 to 8 at the time of shifting the coil wire 15 to each stage in the coil field B are the circumferential directions of the bobbin 17 as shown in FIG. Are wound at an angle of 10 degrees. And the coil wire 15 extended from the nozzle 23 is cut
  • the coil field B is formed above the coil field A. Therefore, the coil wire 15 is utilized using the empty space between the outer periphery of the coil field A and the inner periphery of the claw-shaped magnetic pole 13 of the pole core 12. The number of turns can be increased. Thereby, the magnetomotive force of the rotor coil 11 is increased, and the output of the rotating electrical machine can be improved.
  • the coil field B is configured with a smaller number of columns than the number of columns of each stage of the coil field A, contact between the coil field A and the claw-shaped magnetic poles 13 of the pole core 12 is avoided. It can be arranged in an empty space.
  • the coil field B may be configured in a plurality of stages with a smaller number of columns than the number of columns in each stage of the coil field A.
  • the number of rows in each stage of the coil field B is mountain-wrapped so as to gradually decrease in the upper direction in accordance with the empty space shape between the coil field A and the claw-shaped magnetic pole 13 of the pole core 12.
  • the cross-point part is moved 180 degrees in the coil field A, a part where there is no coil is generated in the 180-degree part up to the previous cross-point part.
  • the coil cannot be aligned.
  • the cross-point portion can be moved anywhere in the final layer of the coil field A where the coil field B is not located above. Further, when moving to the coil field B, there is no problem even if the coil field B is moved.
  • a coil field A portion of 12 rows and 4 stages is wound around a winding drum portion 17 of a bobbin 16, and a coil field B portion is wound thereon. ing.
  • the coil wire 15 is wound in contact with the inner peripheral wall surface of the first flange portion 18 in the first turn, and then turns 12 times so as to be in contact with each other. It is wound so as to have a gap S between the coil wire 15 of the eye and the inner peripheral wall surface of the second flange portion 19.
  • the coil wire 15 is wound in contact with the inner peripheral wall surface of the second flange portion 19 in the first turn, and then turns 12 times so as to be in contact with each other. It is wound so as to have a clearance S between the inner peripheral wall surface of one flange portion 18.
  • the coil wire 15 of the first round of the second stage is wound in contact with the inner peripheral wall surface of the second flange portion 19, the coil wire 15 of the second round of the first stage is 1
  • the coil wire 15 of the 12th turn of the step is pressed toward the first flange portion 18 side, and the coil wire 15 of the 12th turn of the first step is brought into close contact with each other.
  • the contact state of the coil wire 15 wound in the first stage is ensured. Even when the coil wire 15 is wound on the third and fourth stages, the contact state of the coil wire 15 wound on the lower stage is similarly secured. That is, the aligned state of the coil wires 15 at each stage in the lower aligned winding portion A is ensured.
  • D is the diameter of the coil wire 15.
  • the coil wire 15 can be wound in a stable state, so that the occurrence of turbulence in the winding process is suppressed, and the coil wire 15 can be wound in an aligned state.
  • the number of turns of the coil wire 15 is increased, and the magnetomotive force generated in the rotor coil 11 can be increased.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a winding state of the rotor coil in the rotor of the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 7, and is a cross-sectional view passing through the cross points C 1 and 2 generated when the coil wire 15 is wound in the second stage.
  • the coil field A which is the lower aligned winding portion of the rotor coil 11, has the coil wire 15 wound around the winding body portion 17 of the bobbin 16 in 12 rows and 4 stages, as shown in FIG. 7.
  • the cross points C 1-2 , C 2-3 , and C 3-4 are configured to be shifted from each other by an angle of 10 degrees in the circumferential direction and not overlap in the radial direction.
  • the transition start position for shifting the coil wires 15 of the coil fields A and B in the axial direction by the arrangement pitch P is shifted in the circumferential direction for each stage.
  • the cross points C 1-2 , C 2-3 , and C 3-4 generated when the coil wire 15 is wound in the second, third, and fourth stages are dispersed in the circumferential direction, and the diameter The directions do not overlap each other.
  • the cross points C 4 to 5 , C 5 to 6 , C 6 to 7 , and C 7 to 8 are configured so that they are shifted from each other by an angle of 10 degrees in the circumferential direction and do not overlap in the radial direction.
  • the cross points C 4 to 5 and C 1 to 2 , the cross points C 5 to 6 and C 2 to 3 , and the cross points C 6 to 7 and C 3 to 4 are shifted by 180 degrees in the circumferential direction. It is configured.
  • the coil wire 15 When the coil wire 15 is wound around each stage (excluding the first stage), the coil wire 15 is shifted from the n1th turn to the arrangement pitch P branching direction and wound around the (n1 + 1) th turn. At this time, the top of the lower coil wire 15 is overcome.
  • the cross point C is a point where the coil wire 15 gets over the top of the lower coil wire 15.
  • the outer diameters of the coil fields A and B at the overlapping portion of the cross points C will increase.
  • the outer diameters of the coil fields A and B at the cross point C overlap portion increase.
  • the coil wire 15 positioned at the outermost diameter portion of the coil fields A and B in the overlapping portion of the cross points C is within the claw-shaped magnetic pole 13. Contacting the peripheral wall surface will damage the insulating coating of the coil wire 15.
  • the coil field is configured by dispersing the cross points C in the radial direction, there is an increase in the outer diameter of the coil field due to the formation of the cross points C.
  • a coil field having a uniform outer diameter is obtained by offsetting the winding body portion 17 by providing a change in thickness.
  • the coil field B cross point is shifted 180 degrees from the coil field A cross point, and a symmetrical coil shape can be obtained to obtain a well-balanced coil field. No need to change.
  • the number of steps of the coil fields A and B that can avoid contact between the coil wire 15 and the inner peripheral wall surface of the claw-shaped magnetic pole 13 can be increased.
  • a rotating electrical machine having a large number of turns of the coil wire 15 is obtained.
  • the type of the bobbin 16 is simplified, generation of burrs and the like can be suppressed.
  • the cross point C generated when the coil wire 15 is wound in the second stage is overlapped in the axial direction, but the overlap of the cross point C in the axial direction is the outer diameter of the coil fields A and B. Does not contribute to growth.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the entire rotor.
  • An arrow 24 indicates the direction of deviation of the center of gravity of the rotor 10 excluding the coil field.
  • An arrow 25 indicates the direction of gravity center shift of the coil field.
  • the coil field A is formed in 12 rows and 4 rows and the coil field B is formed in 4 rows with fewer rows.
  • the number of columns / stages of B is not limited to this.
  • the position may be 180 degrees, but if there are many layers (upper parts) where the number of columns decreases with respect to the lower part (upper part), it is located at multiple positions such as four at 90 degrees. It may be shifted.
  • the cross points C of the coil wires 15 formed at each stage in the lower coil field A are illustrated as being configured to deviate in the circumferential direction within an angle range of 10 degrees.
  • an angle in the range of 3 to 10 degrees is preferable for the purpose of reducing the diameter and size of the rotating coil.
  • at least one of the circumferential shift angles may be 0 degrees, and the coil field A and the cross point of the coiled coil field B If the deviation in the circumferential direction is configured, a balance effect can be expected.
  • the pair of pole cores 12 are illustrated by integrally forming a cylindrical portion formed by mounting the winding drum portion 17 of the rotor coil 11 constituting the base portion 14.
  • the part may have a separate structure.
  • the rotor according to the present invention can be applied to rotating electrical machines such as an AC generator, an AC motor, and an AC generator motor mounted on vehicles such as passenger cars, trucks, and trains.

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Abstract

　ボビン１６の巻胴部１７の外周に巻回された下部のコイルフィールドＡと、この下部のコイルフィールドＡの外周に巻回された山巻きのコイルフィールドＢとからなる回転コイル１１を有する回転電機の回転子１０において、山巻きのコイルフィールドＢにおけるクロスポイントＣと、下部のコイルフィールドＡのクロスポイントＣとを、互いに円周方向にずらして配設することにより、ボビン１６の巻胴部１７の肉厚を変更することなく、またテープ等を使用しなくともクロスポイント位置をずらすことができる。

Description

回転電機の回転子
　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。
　従来の回転電機の回転子コイルにおいては、コイル線のクロスポイントを円周方向へ４０度～８０度に配置し、互いに径方向に重ならないように構成している。（例えば特許文献１）
　また、コイル線のクロスポイントの位置を円周方向の全周に亘り順次ずらして、分散させるような構成にしている。（例えば特許文献２）
特許第４３４７２１９号公報 特公平５-７２７３１号公報
　特許文献１の従来の回転子コイルにおいては、コイル線をボビンに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を構成しているが、コイルフィールドＡにおけるコイル線の各段のクロスポイントが径方向に重なることはないが、コイルフィールドＡにおけるクロスポイントと山巻き部におけるクロスポイントとの関係が何ら設定されていないため、コイルフィールドＡと山巻き部のクロスポイントが略同じ位置に設定されると、各クロスポイントにおける外径が大きくなるため、さらに該巻胴部の肉厚を変更する必要があった。また層が増えると肉厚の変更では吸収しきれないという問題があった。
　さらにまた、互いのクロスポイントがほぼ同じ位置で一方向に固まると、バランスが悪くなり、回転子として悪影響を生じさせる問題点があった。
　また特許文献２では、クロスポイントを全周に形成しているがクロスポイントを円周方向手前にずらしていく必要があり、その場合、下層のコイルフィールドにコイル線の無い箇所が発生する。例えばこの下層のコイルフィールドの外周に、複数列で多段の山巻き部を巻回する場合、下層のコイルフィールドのクロスポイントは特許文献２にあるように８等分してあり、１／８周コイルの無い箇所が発生する。（特許文献２の、第２図の２層目のようなコイル線の無い部分が１／８周に発生する。）そのため特許文献２では山巻き部を含む上層のコイル線の落ち込みを防ぐためにクロスポイントをずらした層全ての層にテープ等を巻く必要があった。
　この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、該巻胴部の肉厚を変更することなく、またテープ等を使用しなくともクロスポイント位置をずらすことができる回転電機の回転子を得ることを目的としている。
　この発明に係る回転電機の回転子では、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周に延設された断面コ字状の環状に形成され、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、
　コイル線を上記ボビンの巻胴部の外周に、軸方向に複数列で多段に巻回され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を有する下部のコイルフィールドと、この下部のコイルフィールドの外周と上記爪状磁極の内周との空き空間に配設され、上記下部のコイルフィールドの列数よりも少ない列数で複数段有する如く上記下部のコイルフィールドの外周に巻回され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を有する山巻きのコイルフィールドとからなる回転子コイルとを備え、
上記山巻きのコイルフィールドにおけるクロスポイントと、上記下部のコイルフィールドのクロスポイントとが、互いに円周方向にずれて配設されていることを特徴とする。
　この発明に係る回転電機の回転子によれば、該巻胴部のクロスポイント部の肉厚を変更することなく、または、肉厚の変更を少なくして、バランスを抑制することができ、巻胴部全体を小径とすることができるため外周部でのポールとの絶縁性の向上ができ、小径となることで同ターン数においてコイル線長を短くできるため起磁力を大きくすることができる。また、コイル線間の層にテープ等を使用することをなくし得る。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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７のVIII－VIII線断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。
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回転子コイルの巻装方法を説明する斜視図、図４乃至図６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、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状態を示す断面図、図８は、図７のVIII－VIII線断面図、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を示す斜視図である。
　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、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。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１２列４段のコイルフィールドＡおよび軸方向の列数が減る４段の山巻きであるコイルフィールドＢが巻回されている。
　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３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４示されるように、溝２２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１２周している。この時、１段目の１２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５示されるように、１２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６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１１周目と１２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１２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、下部のコイルフィールドＡが構成される。このコイルフィールドＡにおけるコイル線１５の各段へのシフト時のクロスポイントＣ１～２、Ｃ２～３、Ｃ３～４は、図７に示すようにボビン１７の円周方向に角度１０度ずつ、ずらして巻回される。この後コイルフィールドＢを構成するのにコイルフィールドＡのクロスポイントより１８０度周方向手前で次の層へ上がることでコイルフィールドＢのクロスポイント部はコイルフィールドＡ部のクロスポイント部に対し１８０度反対側に構成される。そこで、さらに９列１段巻回し、さらにそのうえに７列１段、さらにそのうえに４列１段、さらにその上に１周巻回して山巻きのコイルフィールドＢ部を構成している。このコイルフィールドＢにおけるコイル線１５の各段へのシフト時のクロスポイントＣ４～５、Ｃ５～６、Ｃ６～７、Ｃ７～８は図７に示すようにボビン１７の円周方向に角度１０度ずつ、ずらして巻回される。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。
　この回転子１０では、コイルフィールドＡの上部に、コイルフィールドＢを形成しているので、コイルフィールドＡ外周とポールコア１２の爪状磁極１３内周との間の空き空間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１１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Ｂ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との間の空き空間に配設することができる。
　ここで、コイルフィールドＢ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Ｂ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との間の空き空間形状に合わせ、上段方向に漸次減少するように山巻きとしている。
　コイルフィールドＡでクロスポイント部を１８０度移動させるとそれまでのクロスポイント部までの１８０度部にコイルがない箇所が発生するためその次の層において整列にまけなくなり、その上に巻かれる全てのコイルが整列に巻けなくなる。但しその次の層の軸方向の列の数が減るコイルフィールドＢへ移る際にはクロスポイントを移動させることが可能となる。そのクロスポイント部はコイルフィールドＢが上部にないコイルフィールドＡの最終層のどこで移動させても問題ない。またコイルフィールドＢに移る際にコイルフィールドＢで移動させても問題ない。
　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１２列４段のコイルフィールドＡ部とその上にコイルフィールドＢ部が巻装されている。そして、下部のコイルフィールドＡ部では奇数段では、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１２周し、１２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１２周し、１２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１２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１２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、下部整列巻部Ａにおける各段のコイル線１５の整列状態が確保される。
　図１における隙間Ｓは、特許文献１に記載のようにＤ／４以上、かつ、Ｄ／２以下に設定することが望ましい（Ｄは、コイル線１５の直径）。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およびＢ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。
　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状態を示す断面図である。なお、図８は、図７のVIII－VIII線断面図で、コイル線１５を２段目に巻回した際に発生するクロスポイントＣ１～２を通る断面図である。
　この図７では、回転子コイル１１の下部整列巻部であるコイルフィールドＡは、図７に示されるように、コイル線１５がボビン１６の巻胴部１７に１２列４段に巻装され、かつ、クロスポイントＣ１～２、Ｃ２～３、Ｃ３～４が互いに円周方向に角度１０度ずつ、ずれて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、Ｂのコイル線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各クロスポイントＣ１～２、Ｃ２～３、Ｃ３～４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。
　また、コイルフィールドＢにおいてもクロスポイントＣ４～５、Ｃ５～６、Ｃ６～７、Ｃ７～８は互いに円周方向に角度１０度ずつずれて、径方向に関して重ならないように構成されている。しかも、クロスポイントＣ４～５とＣ１～２、クロスポイントＣ５～６とＣ２～３、クロスポイントＣ６～７とＣ３～４とは、各々円周方向に角度１８０度ずれて構成されている。
　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、ｎ１周目から配列ピッチＰ分軸方向に移行して（ｎ１＋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１１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およびＢ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およびＢ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およびＢ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およびＢ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、Ｂ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およびＢ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。
　クロスポイントＣを径方向に分散させてコイルフィールドは構成されているがクロスポイントＣの形成に伴うコイルフィールドの外径の増大分は存在する。特許文献１では巻胴部１７に厚みの変化を設けることで相殺し均一な外径を有するコイルフィールドを得るとしている。
これに対し、この発明では、コイルフィールドＢのクロスポイントをコイルフィールドＡのクロスポイントと１８０度ずらすことで対称の形状となりバランスのよいコイルフィールドを得ることができるため、巻胴部１７の厚みを変化させる必要がなくなる。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およびＢ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。また、ボビン１６の型も簡単になるため、バリ等の発生の抑えることができる。
　また特許文献１のように巻胴部１７に厚みの変化をつけるとしても、コイルフィールドＡとコイルフィールドＢのクロスポイント部を１８０度ずらしているので巻胴部１７の厚みを変化させる量および範囲も小さくてすむ。
　なお、図８では、コイル線１５を２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およびＢの外径増大に関与しない。
　図９は回転子全体を示した斜視図である。矢印２４はコイルフィールドを除く回転子１０の重心ずれ方向を示している。矢印２５はコイルフィールドの重心ずれ方向を示す。コイルフィールドＡとＢによって、クロスポイント位置を任意の位置にずらすことで、コイルフィールドの重心ずれ方向を制御し、意図的に矢印２４を打ち消す方向にコイルフィールドの重心位置をずらし、重心位置ずれの少ない回転子１０を得ることができるので、回転バランスを良好にでき、シャフトのたわみ、回転騒音、等の改善と、軸受の耐久性向上の効果が期待できる。
実施の形態２.
　なお、図１、図４、図５、図６ではコイルフィールドＡ部の奇数層と偶数層が同じ列数での説明をしているが、図１０に示すように、奇数層の列数に対し偶数層の列数が１列少なくなる場合でも上記実施の形態１と同様の作用効果を奏するものである。
　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１２列４段に形成され、コイルフィールドＢがそれよりも少ない列で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、Ｂの列数・段数はこれに限定されるものではない。これに伴い、上述のように上部と下部のみの場合は１８０度位置でいいが層が多くなり下部に対する列数の減る層（上部）が多くある場合は９０度位置で４箇所等複数個所にずらしてもよい。
　さらに、上記の各実施の形態では、下部のコイルフィールドＡにおける各段に形成されるコイル線１５のクロスポイントＣは、互いに角度１０度の範囲で円周方向にずれて構成したものを例示したが、回転コイルの小径化、および小型化の狙いでは、角度３度～１０度の範囲が好ましい。また、コイルフィールドＡおよびＢにおける径方向の段数が少ない場合では、円周方向のずれ角度は、少なくとも何れか一方が０度でもよく、コイルフィールドＡと山巻きコイルフィールドＢのクロスポイントとの間で円周方向のずれを構成すれば、バランスの効果は期待できる。
　さらにまた、上記の各実施の形態では、一対のポールコア１２は、基部１４を構成する回転子コイル１１の巻胴部１７を装着してなる円筒部を一体形成したものを例示したが、この円筒部が別体構成のものでもよい。
　さらに、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。
１０　回転子
１１　回転子コイル
１２　ポールコア
１３　爪状磁極
１３ａ　根元部
１４　基部
１５　コイル線
１６　ボビン
１７　巻胴部
１８　第１フランジ部
１８ａ　舌片
１９　第２フランジ部
１９ａ　舌片
２１ａ　係止片
２１ｂ　係止片
２２　溝
２３　ノズル
Ａ　下部のコイルフィールド
Ｂ　上部（山巻き）のコイルフィールド
Ｃ　クロスポイント
Ｄ　コイル線外径
Ｐ　配列ピッチ
Ｓ　隙間

Claims (6)

  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周に延設された断面コ字状の環状に形成され、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、
    　コイル線を上記ボビンの巻胴部の外周に、軸方向に複数列で多段に巻回され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を有する下部のコイルフィールドと、この下部のコイルフィールドの外周と上記爪状磁極の内周との空き空間に配設され、上記下部のコイルフィールドの列数よりも少ない列数で複数段有する如く上記下部のコイルフィールドの外周に巻回され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を有する山巻きのコイルフィールドとからなる回転子コイルとを備え、　　
    上記山巻きのコイルフィールドにおけるクロスポイントと、上記下部のコイルフィールドのクロスポイントとが、互いに円周方向にずれて配設されていることを特徴とする回転電機の回転子。
  2. 　上記山巻きのクロスポイントと上記下部のクロスポイントとは、上記ボビンの円周方向へ１８０度対称位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
  3. 　上記下部のコイルフィールドにおける各段に形成されるコイル線のクロスポイントは、互いに角度３度～１０度の範囲で円周方向にずれて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の回転子。
  4. 　上記山巻きのコイルフィールドにおける各段に形成されるコイル線のクロスポイントは、互いに角度３度～１０度の範囲で円周方向にずれて構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転電機の回転子。
  5. 　上記ボビンの巻胴部は、全周に亘り均一な肉厚で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の回転電機の回転子。
  6. 　上記山巻きのコイルフィールドは、上記下部のコイルフィールドの段数と同じ複数段で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回転電機の回転子。
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