特許 5807792 回転電機の固定子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5807792

(24)【登録日】2015年9月18日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】回転電機の固定子

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20151021BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/04 J

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-182717(P2013-182717)

(22)【出願日】2013年9月4日

(65)【公開番号】特開2015-50887(P2015-50887A)

(43)【公開日】2015年3月16日

【審査請求日】2015年2月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(72)【発明者】

【氏名】関山 陽介

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２８０１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１７０８３３９（ＥＰ，Ａ２）

【文献】 特開２００２−３３５６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４５４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００４０４１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０１３３１７１８（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスロット（３１０）が周方向に並んで形成された固定子鉄心（３１）と、
前記固定子鉄心の各スロットに複数の巻線を巻回することにより構成され、前記巻線の端部を結線する際に形成される結線部（Ｔ）と、この結線部に対して径方向内側に這い回しコイル（Ｈ）によって形成される壁面（ｈ）とを有する固定子巻線（３２）と、
を備えることを特徴とする回転電機の固定子。

【請求項2】

請求項１において、
前記壁面は、複数の結線部に対応して、周方向に連続する前記這い回しコイルによって形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記壁面を形成する前記這い回しコイルは、多角形断面を有し、径方向内側に平面を有することを特徴とする回転電機の固定子。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項において、
前記壁面は、軸方向に沿って並べて配置された複数本の前記這い回しコイルによって形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項において、
前記壁面は、周方向に沿って並べて配置された複数本の前記這い回しコイルによって形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項において、
前記壁面の軸方向高さは、前記結線部の軸方向高さよりも高く設定されていることを特徴とする回転電機の固定子。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記壁面は、回転子（２）の軸方向端面に取り付けられた冷却ファン（２３）に対して、軸方向に沿って重複した位置に配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される回転電機の固定子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、固定子巻線として３０度位相がずれた２つの三相巻線を有し、第１の三相巻線結線部と第２の三相巻線結線部が互いに重なり合わないように周方向にずらして配置するようにした車両用回転電機の固定子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この固定子では、それぞれの三相巻線において、Δ結線部が２つの出力引き出しコイルに周方向で挟まれるように配置することで、Δ結線する各相コイルを上記出力引き出しコイル間で這い回している。その結果、這い回しコイル長さを短くして結線を簡素化することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−２８０１２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した特許文献１の固定子は、複数の結線部を有し、結線および出力取り出しの這い回しコイルをこれら複数の結線部との干渉を避けるように配置しているため、回転中心に対する這い回しコイルの径方向距離が一様とならず、結線部と這い回しコイルにより円滑な内周面にならない。したがって、結線部および這い回しコイルが、固定子の径方向内側に配置された回転子の冷却ファンによる風を受けた際に圧力変動が発生し、ファン騒音が増大するという問題があった。

【0005】

また、一般に、結線部は皮膜を剥離した後に電気接合される。接合後は絶縁のための樹脂が塗布されるが、上述の構造では結線部が径方向内側から見て直接見通せる位置にある。したがって、冷却ファンから径方向外側に吐出される粉塵や塩水等の電解液が結線部に到達しやすいため、結線部の耐環境性が悪化するという問題があった。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ファン騒音を低減するとともに固定子巻線の結線部における耐環境性を向上させることができる回転電機の固定子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の固定子は、固定子鉄心と固定子巻線とを備える。固定子鉄心は、複数のスロットが周方向に並んで形成されている。固定子巻線は、固定子鉄心の各スロットに複数の巻線を巻回することにより構成され、巻線の端部を結線する際に形成される結線部と、この結線部に対して径方向内側に這い回しコイルによって形成される壁面とを有する。

【0008】

結線部に対して径方向内側に這い回しコイルによる壁面を配置することにより、回転子の冷却ファンによって発生する風を受けた際の圧力変動を小さくすることができるため、回転時のファン騒音を低減することができる。また、冷却ファンの回転時に径方向外側に吐出される粉塵や塩水等の電解液から固定子巻線の結線部をこれらから保護することができ、結線部の耐環境性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。

【図2】固定子巻線を構成するセグメント導体の斜視図である。

【図3】図２に示したセグメント導体の組み付け状態を示す斜視図である。

【図4】フロント側コイルエンド部の接合端部を示す斜視図である。

【図5】本実施形他の固定子巻線の説明図である。

【図6】引出線や結線部となるセグメント導体の組み付け状態を示す斜視図である。

【図7】複数の結線部の配置とその径方向内側に形成された這い回しコイルを示す図である。

【図8】固定子巻線を内径側から見た部分的な側面図である。

【図9】冷却ファンと壁面との位置関係を示す図である。

【図10】セグメント導体の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の回転電機の固定子を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、一実施形態の車両用交流発電機１は、回転子２、固定子３、フレーム４、整流器５、レギュレータ１１等を含んで構成されている。この車両用交流発電機１は、エンジン（図示せず）から回転力を受けるプーリ２０を有する。プーリ２０は、シャフト６に回転子２とともに固定されている。回転子２は、一対のランデル型鉄心２１と界磁巻線２４とを有しており、エンジンによって回転駆動される。ランデル型鉄心２１の軸方向端面には冷却ファン２２、２３が設けられている。冷却ファン２２、２３は、フレーム４の軸方向の開口部４１から冷却風を内部に取り込み、取り込んだ冷却風を径方向の開口部４２に向けて吹き出す。この冷却風により、固定子３の固定子巻線３２や、固定子巻線３２に接続されて固定子巻線３２から出力される交流電流を整流する整流器５や出力電圧を調整するレギュレータ１１等が冷却される。シャフト６は、フレーム４に回転自在に支持されており、反プーリ側の端部近傍にはスリップリングが設けられている。また、フレーム４には、回転子２の外周側に対向配置される固定子３が固定されている。

【0011】

次に、固定子３の詳細について説明する。固定子３は、電気導体としての複数のセグメント導体３０（図２、図３）によって構成される固定子巻線３２と、この固定子巻線３２が装備される複数のスロット３１０（図３）が形成されている固定子鉄心３１と、固定子巻線３２と固定子鉄心３１とに挟まれた絶縁シート３４とを有する。

【0012】

固定子鉄心３１のスロット３１０に巻回された固定子巻線３２は複数の電気導体により構成され、各スロット３１０には偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。これらの各電気導体は、矩形断面形状を有している。また、一のスロット３１０内の４本の電気導体は、図３に示すように固定子鉄心３１の径方向に沿って内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配置されている。

【0013】

図２に示すように、一のスロット３１０内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット３１０内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心３１の軸方向の一方の端面側において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。

【0014】

したがって、固定子鉄心３１の一方の端面側においては、外中層の電気導体３３２ｂと内中層の電気導体３３２ａとをターン部３３２ｃを経由して接続する連続線を、外端層の電気導体３３１ｂと内端層の電気導体３３１ａとをターン部３３１ｃを経由して接続する連続線が内包することとなる。このように、固定子鉄心３１の一方の軸方向端面側においては、対をなす電気導体の接続部としてのターン部３３２ｃが、同じスロット３１０内に収容された他の対をなす電気導体の接続部としてのターン部３３１ｃにより囲まれる。外中層の電気導体３３２ｂと内中層の電気導体３３２ａとの接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体３３１ｂと内端層の電気導体３３１ａとの接続により端層コイルエンドが形成される。

【0015】

一方、一のスロット３１０内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の内端層の電気導体３３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット３１０内の外端層の電気導体３３１ｂ’は、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３１０内の外中層の電気導体３３２ｂとも対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３１の軸方向の他方の軸方向端面側において接続される。

【0016】

したがって、固定子鉄心３１の他方の端面側においては、外端層の電気導体３３１ｂ’と外中層の電気導体３３２ｂとを接続する外側接合部３３３ｂと、内端層の電気導体３３１ａ’と内中層の電気導体３３２ａとを接続する内側接合部３３３ａとが、径方向および周方向に互いにずれた状態で配置されている。外端層の電気導体３３１ｂ’と外中層の電気導体３３２ｂとの接続、および内端層の電気導体３３１ａ’と内中層の電気導体３３２ａとの接続により、図４に示すように、異なる同心円上に配置された２つの隣接層コイルエンドが形成される。

【0017】

さらに、図２に示すように、内端層の電気導体３３１ａと外端層の電気導体３３１ｂとが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント３３１により提供される。また、内中層の電気導体３３２ａと外中層の電気導体３３２ｂとが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント３３２により提供される。基本となるＵ字状のセグメント導体３０は、大セグメント３３１と小セグメント３３２によって形成される。各セグメント３３１、３３２は、スロット３１０内に収容されて軸方向に沿って延びる部分を備えるとともに、軸方向に対して所定角度傾斜して延びる曲げ部としての斜行部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを備える。これら斜行部によって、固定子鉄心３１から軸方向の両端面に突出するリア側コイルエンド部３２Ｒとフロント側コイルエンド部３２Ｆが形成されており（図１）、回転子２の軸方向の両端面に取り付けられた冷却ファン２２、２３を回転させたときに生じる冷却風の通風路は、主にこれら斜行部の間に形成されている。

【0018】

以上の構成を、全てのスロット３１０のセグメント導体３０について繰り返す。そして、反ターン部側のフロント側コイルエンド部３２Ｆにおいて、外端層の端部３３１ｅ’と外中層の端部３３２ｅ、並びに内中層の端部３３２ｄと内端層の端部３３１ｄ’とがそれぞれＴＩＧ溶接や超音波溶着等の手段によって接合されて外側接合部３３３ｂおよび内側接合部３３３ａが形成され、電気的に接続されている。これにより、上記の固定子巻線はセグメント導体３０を使用して重ね巻を形成している。

【0019】

なお、セグメント導体３０は、図１０に示すように、隣接層の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる複数の同一形状のセグメントを用いてもよい。さらに、固定子巻線は、上記の同一形状のセグメントを用いたセグメント導体３０を使用して波巻を形成してもよい。

【0020】

本実施形態では、上述したセグメント導体３０を用いることにより、図５に示す２種類の三相巻線３２Ａ、３２Ｂが形成されており、これらの三相巻線３２Ａ、３２Ｂによって固定子巻線３２が構成されている。三相巻線３２Ａ、３２Ｂは、互いに電気角で３０度位相をずらして固定子鉄心３１の各スロットに巻回されている。

【0021】

一方の三相巻線３２Ａは、Δ結線された３本の第１の相巻線と、これら３本の第１の相巻線の巻線端部のそれぞれに一方の巻線端部が接続され他方の巻線端部が整流器５に接続される引出線Ｌとなる３本の第２の相巻線とを有する。これら第１の相巻線と第２の相巻線とを結線するために３つの結線部Ｔ（図５）が三相巻線３２Ａには含まれている。他方の三相巻線３２Ｂも同様の構成を有しており、３つの結線部Ｔが含まれている。

【0022】

ところで、三相巻線３２Ａ、３２Ｂに含まれる結線部Ｔや引出線Ｌは、図６に示すように、ターン部を有しない直線状のセグメント導体３０’を用いて形成されている。このセグメント導体３０’は、セグメント導体３０の一方の直線部をターン部で折り返さずにそのまま延長した形状を有している。したがって、図６に示すように、セグメント導体３０とともに固定子鉄心３１のスロット３１０に挿入して先端部側を折り曲げることにより、図４に示すように、セグメント導体３０’の端部を他のセグメント導体３０の端部と接合することができ、リア側コイルエンド部３２Ｒから突出する結線部Ｔや引出線Ｌを容易に形成することができる。

【0023】

次に、結線部Ｔを保護する構成について説明する。本実施形態では、図７に示すように、２つの三相巻線３２Ａ、３２Ｂに含まれる合計６個の結線部Ｔは、周方向に沿って配置されている。また、これらの結線部Ｔに対して径方向内側に這い回しコイルＨが配置されており、これらの這い回しコイルＨによって壁面ｈ（図８）が形成されている。

【0024】

結線部Ｔに対して径方向内側に這い回しコイルＨによる壁面ｈを配置することにより、回転子２の冷却ファン２３によって発生する風を受けた際の圧力変動（周方向に沿った圧力変動）を小さくすることができるため、回転時のファン騒音を低減することができる。また、冷却ファン２３の回転時に径方向外側に吐出される粉塵や塩水等の電解液から固定子巻線３２の結線部Ｔをこれらから保護することができ、結線部Ｔの耐環境性を向上させることが可能となる。

【0025】

また、本実施形態では、周方向に隣接する３つの結線部Ｔに対応して、周方向に連続する這い回しコイルＨによって壁面ｈが形成されている。具体的には、図７に示すように、このような３つの結線部Ｔと這い回しコイルＨとの組合せが２組周方向に隣接するように備わっている。このように、３つ（複数）の結線部Ｔを含む周方向の所定の区間に対応するように這い回しコイルＨが形成されているため、結線部Ｔが複数ある場合であっても隣接する結線部Ｔ間の凹凸をなくして円滑な内周面を形成することができ、ファン騒音を低減することが可能となる。

【0026】

また、壁面ｈを形成する這い回しコイルＨは、他のセグメント導体３０と同様に矩形断面を有しており、径方向内側は平面になっている。壁面ｈを形成する這い回しコイルＨの平面部を増やすことができるため、風が当たった際の圧力変動を小さくすることができ、ファン騒音をさらに小さくすることが可能となる。なお、這い回しコイルＨの断面形状は、矩形以外の多角形形状としてもよいが、矩形断面の場合と同様に径方向内側が平面となるように這い回しの際の電気導体の向きを調整する必要がある。

【0027】

また、壁面ｈは、軸方向に沿って並べて配置された複数本（図８に示す例では２本）の這い回しコイルＨによって形成されている。結線部Ｔを覆う壁面ｈの面積が、１本の這い回しコイルＨを用いて壁面ｈを形成する場合に比べて増大するため、冷却ファン２３から径方向外側に吐出される粉塵や塩水等の電解液が結線部Ｔまで到達しづらくなる。これにより、結線部Ｔの耐環境性を向上させることができる。なお、軸方向に沿って３本以上の這い回しコイルＨを配置して壁面ｈを形成するようにしてもよい。また、効果は少なくなるが、１本の這い回しコイルＨを配置して壁面ｈを形成するようにしてもよい。

【0028】

また、本実施形態では、壁面ｈは、周方向に沿って並べて配置された複数本（図７に示す例では２本）の這い回しコイルＨによって形成されている。これにより、複数本の這い回しコイルＨを周方向に配置する場合であっても、これら複数本の這い回しコイルＨによって円滑な内周面である壁面ｈを形成することができ、ファン騒音の低減効果を確保することが可能となる。

【0029】

また、図８に示すように、壁面ｈの軸方向高さは、結線部Ｔの軸方向高さよりも高く設定されていることが望ましい。これにより、結線部Ｔが径方向内側から見て直接見通せなくなる。したがって、冷却ファン２３から径方向外側に吐出される粉塵や塩水等の電解液が結線部までさらに到達しづらくなる。これにより、結線部Ｔの耐環境性をさらに向上させることができる。なお、壁面ｈの軸方向高さが結線部Ｔの軸方向高さよりも低い場合であっても、這い回しコイルＨによる壁面ｈがない場合に比べると、ファン騒音低減や結線部Ｔの耐環境性向上の効果は存在するため、変形例として壁面ｈの軸方向高さを結線部Ｔの軸方向高さよりも低くしてもよい。

【0030】

また、図９に示すように、壁面ｈは、回転子２の軸方向端面に取り付けられた冷却ファン２３に対して、軸方向に沿って重複した位置に配置されている。これにより、冷却ファン２３と結線部Ｔとが軸方向に沿って重複した位置にある場合であって、結線部Ｔが冷却ファン２３からの風を最も受けやすくなる場合であっても、壁面ｈにより結線部Ｔを保護することが可能となり、ファン騒音低減と結線部Ｔの耐環境性向上を確実に実現することができる。

【0031】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、矩形断面のセグメント導体を用いて固定子巻線３２を構成したが、多角形形状の断面以外のセグメント導体、あるいはセグメント導体以外の連続線を用いて固定子巻線を構成するようにしてもよい。例えば円形断面のセグメント導体や連続線を用いて這い回しコイルＨを形成した場合であっても、ファン騒音低減と結線部Ｔの耐環境性向上の効果を維持することができる。

【0032】

また、上述した実施形態では、図５に示すように、２つの三相巻線３２Ａ、３２Ｂを含む固定子巻線３２を用いたが、いずれか一方の三相巻線のみが含まれるようにしたり、Ｙ結線あるいはΔ結線された三相巻線を用いるようにしてもよい。

【0033】

また、上述した実施形態では、車両用交流発電機１の固定子２に本発明を適用したが、その他の車両用回転電機や、車両以外に用いられる回転電機についても本発明を適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0034】

上述したように、本発明によれば、結線部に対して径方向内側に這い回しコイルによる壁面を配置することにより、回転子の冷却ファンによって発生する風を受けた際の圧力変動を小さくすることができるため、回転時のファン騒音を低減することができる。また、冷却ファンの回転時に径方向外側に吐出される粉塵や塩水等の電解液から固定子巻線の結線部をこれらから保護することができ、結線部の耐環境性を向上させることが可能となる。

【符号の説明】

【0035】

２ 回転子
３ 固定子
２３ 冷却ファン
３１ 固定子鉄心
３２ 固定子巻線
３１０ スロット
Ｔ 結線部
Ｈ 這い回しコイル
ｈ 壁面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】