JP2001112197A

JP2001112197A - 回転電機

Info

Publication number: JP2001112197A
Application number: JP28541299A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Nakamura; 中村　　重信; Shinichi Matsubara; 慎一松原; Noriyasu Inomata; 憲安猪俣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】回転電機の固定子を、第一シートの積層体
と、その積層方向の両端部に配置した第一シートより厚
い第二シートとから構成することにより、固定子鉄心の
変形を防止して信頼性の高い回転電機を提供する。【解決手段】固定子１の鉄心としての固定子鉄心２
は、図８に示すように、板厚０．５ｍｍ未満の帯状の第
一シートを螺旋状に所定回数巻回して円筒状に積層した
積層体２ａの両側面に、積層体２ａと同一直径の円板形
状を持ち板厚が第一シートより厚い第二シート２ｂが配
置されて構成されている。これにより、固定子鉄心２の
剛性を高めることができるので、製造工程において固定
子１が変形する（例えば、シートの剥がれ等）ことを防
止できる。さらに、固定子鉄心２の外周近傍の剛性を高
めることができるのため、フレームにより挟持固定した
際に固定子１が変形することを防止でき、固定子１の信
頼性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両、船舶等に搭
載されて、エンジンによって駆動される発電機などの回
転電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費向上のため、エンジンによっ
て駆動される発電機などの回転電機の高効率化が求めら
れている。高効率化のためには、銅損および鉄損を低減
せねばならない。

【０００３】これに対し、ＷＯ９８／５４８２３号公報
には、固定子のスロットの軸方向の開口部から導体セグ
メントを挿入し、高占積率、低抵抗な巻線を形成して銅
損を低減するものが示されている。また、交流磁界が流
れる固定子鉄心内には渦電流による鉄損が生じるが、こ
れを低減するため、磁界による渦電流の流れる回路を切
断する向きに鋼板シートを積層することが一般的に行わ
れており、発電機においては従来は０．５ｍｍから０．
６ｍｍの板厚の鋼板シートを出力性能に応じて所定枚数
だけ積層していた。

【０００４】従来、固定子鉄心は鋼板シートを所定枚数
だけ積層し、積層された鋼板シートを固定して形成され
る。固定手法としては、固定子鉄心の径方向外側表面を
溶接する手法や、スロット間の磁極歯に歪みを与えぬよ
うスロットよりも径方向外側に軸方向に局部的に凸部を
プレス加工して、それら凸部を係合させる手法などが知
られている。

【０００５】また、固定子鉄心の生産効率を高めて低コ
ストを実現するために、磁極歯形状をプレス成形した帯
状の鋼板シートを螺旋状に巻き取って円筒状に積層す
る、いわゆる、ヘリカル固定子鉄心が一般に用いられて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、鉄損は、磁
界の強さに比例すると共に、鋼板シートの板厚の２乗、
および交流磁界の周波数の２乗に比例する。一方、磁界
の強さを下げたり、回転数を下げて磁界の周波数を減ら
すことは、出力低下になるので、鉄損低減のためには、
鋼板シートの板厚を薄くする必要があった。

【０００７】鋼板シートの板厚を薄くすると剛性が低下
するので、各鋼板シートは板厚方向に変形しやすくな
る。これは、一般的な円筒状の鉄心では軸方向への変形
として現れる。特に、ＷＯ９８／５４８２３号公報のよ
うに、導体セグメントやインシュレータをスロットの軸
方向から挿入する時に、各鋼板シートが互いに軸方向に
はがれやすいという問題点があった。しかも、各鋼板シ
ートがプレス加工によって所要の形状に打ち抜かれてい
る場合には、加工断面に加工痕としてのバリが残ってい
る。このバリが、鋼板シートの積層方向の端部に位置す
る鋼板シートの変形を助長するという問題点があった。

【０００８】また、スロット内のバリは、スロット内に
収容される絶縁材料の損傷の原因となる。例えば、イン
シュレータの破損や、固定子巻線をなす導体の表面の絶
縁皮膜の損傷の原因となる。そして、これらは短絡によ
る性能不良の原因となるという問題点があった。

【０００９】また、螺旋状に巻き取って積層するため
に、固定子鉄心の外周部近傍の鋼板シートは巻き取り方
向に長くする必要がある。このため、外周部近傍の鋼板
シートの板厚は、他の部分よりもプレス圧延等により延
ばされ、その結果、薄くなっている。よって、固定子鉄
心の外周部は他部以上に剛性が低下し、フレームによっ
て軸方向に挟持固定しようとすると図９に示すように鉄
心外周部が歪み、フレームにはモーメント力Ｍが作用す
るのでフレームが変形して局部的に大きな歪みが生じ、
フレームの局部摩耗や破損などの問題が発生する。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑み、改良された
回転電機を提供することを目的とする。

【００１１】本発明は、組立て工程における固定子鉄心
の変形を防止できる回転電機の構造を提供することを目
的とする。

【００１２】本発明は、スロット内における絶縁材料の
損傷を防止することを目的とする。

【００１３】さらに本発明は、固定子鉄心のフレームに
よる固定を確実に行い、固定子の信頼性を向上すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転子と前記回転子の外周に対向配置し
た固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレ
ームとを有する回転電機において、前記固定子は、複数
のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロットに収納
された固定子巻線とを有し、前記固定子鉄心は、０．５
ｍｍ未満の厚さを有する第一シートの積層体と、前記積
層体の積層方向の両端部に、前記第一シートよりも厚
く、同形状の複数のスロットを有する第二シートを配置
して構成されていることを特徴としている。

【００１５】これにより、固定子鉄心の剛性を高めるこ
とができるので、固定子の製造工程においてシートが何
らかの他の部材に引っかかり変形することを防止でき
る。例えば、シートのはがれを防止できる。また、シー
トの引っかかる部材としての固定子巻線などの損傷を防
止できる。これらの効果によって固定子の信頼性を向上
できる。

【００１６】なお、前記第一シートは帯状に成形された
後、螺旋状に巻き取られて前記積層体を構成し、前記第
二シートに前記フレームが当接して、前記固定子鉄心が
前記フレームによって挟持固定されているという技術的
手段を採用することが望ましい。

【００１７】かかる構成により、固定子鉄心の外周近傍
の剛性を高めることができるので、フレームによる挟持
固定を確実に行なうことができる。

【００１８】なお、前記第二シートのスロットの積層方
向の開口部に、第一シートの厚さ以上のスロット深さを
起点とする面取りを有するという技術的手段を採用する
ことが望ましい。

【００１９】これにより、さらにシートの引っかかる部
材としての固定子巻線などの損傷を防止して、固定子の
信頼性を向上できる。

【００２０】なお、前記固定子巻線は、前記スロット内
に収容された複数の導体セグメントを接合して構成され
ているという技術的手段を採用することが望ましい。

【００２１】かかる構成では、導体セグメントの組付け
工程において、導体セグメントとシートの引っかかりが
防止される。このため、導体セグメントの損傷、導体セ
グメント表面に絶縁皮膜を有する場合はその絶縁皮膜の
損傷、さらには導体セグメントと固定子鉄心との間に絶
縁部材としてのインシュレータを配置する場合にはその
インシュレータの損傷等を防止できる。また、製造工程
における固定子鉄心の変形を防止できる。

【００２２】なお、前記導体セグメントの前記スロット
内への挿入方向と、前記第一シートのプレス打ち抜き方
向とが同じであるという技術的手段を採用することが望
ましい。

【００２３】これにより、プレス打ち抜き加工により生
じたバリによる固定子巻線やインシュレータの損傷防止
をさらに確実に達成することができ、固定子としての信
頼性を向上できる。

【００２４】なお、前記スロットの内壁面と前記固定子
巻線との間にはインシュレータが介装されているという
技術的手段を採用することが望ましい。

【００２５】かかる構成では、固定子巻線の損傷を防止
できる。

【００２６】なお、前記固定子巻線の表面には絶縁皮膜
が設けられており、さらに前記絶縁皮膜と前記スロット
の内壁面との間には絶縁部材が介装されているという技
術的手段を採用することが望ましい。

【００２７】かかる構成では、固定子巻線の導体が持つ
絶縁皮膜の損傷防止が図られる。例えば、インシュレー
タの損傷防止や、コーティング樹脂の損傷防止である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の回転電機を、特
に車両などに用いられる交流発電機での実施の形態によ
り詳細に説明する。

【００２９】図１から図８はこの発明の実施の形態を示
したものである。図１は第一シートによって積層体を形
成する工程を説明する平面図である。図２は図１のＩＩ
−ＩＩ断面を示す部分断面図である。図３は第二シート
の平面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面を示す部
分断面図である。図５は第二シートの面取り範囲を示す
部分拡大平面図である。図６は導体セグメントを固定子
鉄心に挿入する工程を示す分解斜視図である。図７はス
ロット開口部を取り囲む稜線部に面取りを設けた固定子
鉄心にインシュレータと導体セグメントを装着した状態
を示す断面図である。図８は固定子をフレームによって
挟持固定した状態の部分断面図である。

【００３０】実施の形態は、車両用交流発電機に本発明
を適用している。車両用交流発電機は、フレームと、こ
のフレームに回転自在に支持されたシャフトと、このシ
ャフトに設けられたプーリと、シャフトに固定された回
転子と、この回転子に対向して配置された固定子とを有
する。回転子はランデル型鉄心と界磁コイルとを備え、
固定子は積層鉄心とこの積層鉄心に装備された固定子巻
線とを備える。

【００３１】以下、この固定子の構造について、図面を
参照して説明する。

【００３２】固定子１の鉄心である固定子鉄心２は、第
一シート２０の積層体２ａと、その両端面に積層して配
置された２枚の第二シート２ｂとを有する。第一シート
２０の積層体２ａは、図１に示すように、板厚０．３５
ｍｍの帯状の第一シート２０を螺旋状に所定回数巻回し
て円筒状に積層して構成される。第二シート２ｂは、図
３に示すように、積層体２ａと同一直径の円板形状を持
ち、その板厚は０．８ｍｍである。

【００３３】固定子巻線は、図６に示すような複数のＵ
字状の導体セグメント３を用いて、これら導体セグメン
ト３の端部を溶接等の接合手法により接合して構成され
ている。この実施形態では、大小２つの導体セグメント
３ａ、３ｂを基本ユニットとして、これらを複数用いて
いる。導体セグメント３は、図６、図７に示すように、
絶縁皮膜を有する銅線を曲げて形成されている。導体セ
グメント３は、絶縁部材としての絶縁紙であるインシュ
レータ４に包まれて、スロット２１の内壁面との間にこ
のインシュレータ４を介装して、スロット２１内に収容
されている。インシュレータ４は、導体セグメント３の
銅線に付着した絶縁皮膜と共に、導体セグメント３と固
定子鉄心２との間の絶縁性を確保している。インシュレ
ータ４は、図６に示すように、導体セグメント３の挿入
時の入口側である一方の端部に、スロット２１の開口部
よりも外側に広がったラッパ状端部４１を持つ。このラ
ッパ状端部４１は、スロット２１の一方の開口部２４か
ら導体セグメント３を挿入する時のインシュレータ４の
ストッパとして作用する。このラッパ状端部４１は、筒
状のインシュレータ４をスロット２１に挿入した後に成
形しても、予め成形したものをスロット２１に挿入して
もよい。ここで、導体セグメント３を固定子鉄心２のス
ロット２１へ挿入する方向は、積層体２ａの第一シート
のプレス打ち抜き方向と同じである。すなわち図７にお
いて、導体セグメント３はスロット２１に図の上方から
下方に向かって挿入される。

【００３４】固定子巻線は、偏平断面の導体をＵ字型に
曲げて、図６に示すようなＵ字型の導体セグメント３を
形成した後、これを固定子鉄心２に装着し、固定子鉄心
２から突き出した端部を図７の矢印のように曲げ、所定
ピッチ離れた他の導体セグメントの端部に接合すること
で形成される。

【００３５】以下、固定子鉄心２の構造を、製造工程を
参照しながら更に詳細に説明する。

【００３６】図１に示すように、第一シート２０はスロ
ット２１ａに対応する凹部２２がプレス型を用いて打ち
抜かれる。この時、凹部２２を取り囲む縁にはバリが残
されている。このプレス加工の後に、第一シート２０は
所定回数だけ螺旋状に巻き取られて積層されて積層体２
ａが形成される。このプレス加工から積層加工の工程に
よって、多層状の第一シートは、その凹部２２を取り囲
む縁に形成されたバリの方向が一致するように積層され
る。図２に示すように、スロット２１ａの内壁面にはプ
レス打ち抜き方向に延びるバリ２３が各々の第一シート
２０毎に残されている。従ってスロット２１ａ内には、
複数のバリ２３が、鱗のように形成されている。

【００３７】一方、図３に示すように、積層体２ａのス
ロット２１ａに対応する位置にスロット２１ｂを持つ円
環状の第二シート２ｂがプレス成形される。その一方の
端面のスロット２１ｂの縁には、半径０．５ｍｍの面取
り部２５が図５に示す二点鎖線の範囲に連続して形成さ
れる。第二シート２ｂの残りの縁には面取り部２５より
小さい面取りが設けられるか、あるいは面取りは設けら
れない。一個の積層体２ａに対し、二個の第二シート２
ｂが用意される。

【００３８】積層体２ａの両側面に、スロット２１ａと
スロット２１ｂの位置が一致するように、また面取り部
２５が積層体２ａと反対側に向くようにして、第二シー
ト２ｂが配置される。この状態で、これらの外周面の一
方の軸方向端部から他方の端部に亘って数条のレーザ溶
接を加えて、図７に示す固定子鉄心２が形成される。こ
の状態では、円筒状の固定子鉄心２の外周面において部
分的に第一シート２０と第二シート２ｂとが固定されて
おり、固定子鉄心２の内周面、特にスロット間の磁極歯
においては固定されていない。

【００３９】なお、図８に示すように、第一シート２０
を螺旋状に巻き取るために外周に近い位置は圧延されて
板厚が薄くなっている。また、固定子１は第二シート２
ｂの外周近くの端面にフレーム５ａ、５ｂが接合するよ
うにして、ボルト６によって軸方向に挟持固定されてい
る。

【００４０】以上説明したように上記構成とすることに
より、積層体２ａの両端部に板厚の大きい第二シート２
ｂを配置したので、これにより固定子鉄心２の剛性を高
めることができ、板厚の小さい積層体２ａが軸方向に剥
がれることを防止できる。

【００４１】また、積層体２ａの両端部に板厚の大きい
第二シート２ｂを配置することにより固定子鉄心２の外
周近傍の剛性を高めることができ、第二シート２ｂの外
周部周辺をフレーム５ａ、５ｂによって軸方向に挟持固
定した状態において、積層体２ａの外周部の歪みを大幅
に低減でき、フレーム５ａ、５ｂの局部摩耗や破損など
が防止でき、固定子１の信頼性を向上できる。

【００４２】また、固定子鉄心２の両端部の面取り部２
５が、導体セグメント３やインシュレータ４をスロット
２１へ挿入する時のガイド効果を持つので、固定子鉄心
２を形成する積層体２ａの剥がれを防止できると同時
に、導体セグメント３やインシュレータ４の損傷も防止
でき、固定子１の信頼性を向上できる。

【００４３】また、導体セグメント３の固定子鉄心２の
スロット２１への挿入方向が、積層体２ａの第一シート
２０のプレス打ち抜き方向、すなわちバリ２３の方向と
同じであるので、導体セグメント３の挿入時において導
体セグメント３がバリ２３により損傷を受けることを防
止でき、固定子１の信頼性を向上できる。

【００４４】なお、本発明の実施の形態では、導体セグ
メント３の挿入方向と、積層体２ａを形成する第一シー
ト２０のプレス打ち抜き方向とが同じであったが、導体
セグメント３の挿入方向と、第一シート２０のプレス打
ち抜き方向とが逆であってもよい。この場合、固定子鉄
心２の両側の開口部２４に設けられた面取り部２５によ
り、同様の信頼性向上の効果が得られる。

【００４５】さらに、第一シート２０より板厚の大きい
第二シート２ｂのプレス打ち抜き方向と導体セグメント
３のスロット２１への挿入方向とが同じであってもよ
い。

【００４６】また、本発明の実施の形態では、導体セグ
メント３の固定子鉄心２のスロット２１への挿入方向
と、積層体２ａを形成する第一シート２０のプレス打ち
抜き方向とが同じであったが、インシュレータ４のスロ
ット２１への挿入方向と、第一シート２０のプレス打ち
抜き方向とが同じであってもよい。この場合、インシュ
レータ４の挿入時においてインシュレータ４がバリ２３
により損傷を受けることを防止でき、固定子１の信頼性
を向上できる。

【００４７】また、インシュレータ４のスロット２１へ
の挿入方向と、第一シート２０のプレス打ち抜き方向と
が逆であってもよい。この場合、固定子鉄心２の両側の
開口部２４に設けられた面取り部２５により、同様の信
頼性向上の効果が得られる。

【００４８】また、本発明の実施の形態では、第一シー
ト２０より板厚の大きい第二シート２ｂに面取り部２５
を設けているが、第二シート２ｂに面取り部２５が設け
られていなくてもよい。この場合も、板厚の大きい第二
シート２ｂにより固定子鉄心２の剛性を高めることがで
き、積層体２ａが軸方向に剥がれることを防止できると
共に、積層体２ａの外周部の歪みを大幅に低減でき、フ
レーム５ａ、５ｂの局部摩耗や破損などを防止し、固定
子１の信頼性を向上することができる。

【００４９】また、積層体２ａは、中空円形に打ち抜い
た鋼板シートを積層してもよい。

【００５０】また、交流発電機ではなく、同様の固定子
構造を持つ回転電機であれば、本発明と同じ構成を採用
することにより、固定子の信頼性向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一シートによって積層体を形成する工程を説
明する平面図である。

【図２】積層体の部分断面図である。（図１のＩＩ−Ｉ
Ｉ線断面図）

【図３】第二シートの平面図である。

【図４】第二シートの部分断面図である。（図３のＩＶ
−ＩＶ線断面図）

【図５】第二シートの面取り範囲を示す平面図である。

【図６】導体セグメントを固定子鉄心に挿入する工程を
示す分解斜視図である。

【図７】スロット開口部を取り囲む稜線部に面取りが設
けられた固定子鉄心に、インシュレータと導体セグメン
トが装着された状態を示す断面図である。

【図８】固定子をフレームに挟持固定した状態を示す部
分断面図である。

【図９】従来の固定子をフレームに挟持固定した状態を
示す部分断面図である。

【符号の説明】

１固定子２固定子鉄心（２ａの両端部に２ｂを配置したも
の）２ａ積層体（２０を螺旋状に巻回したもの）２ｂ第二シート３導体セグメント（固定子巻線）４インシュレータ（絶縁部材）２０第一シート２１スロット２５面取り部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者猪俣憲安愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H002 AA00 AA08 AB04 AB06 AE01 5H615 AA01 BB02 BB05 BB14 PP01 PP02 PP08 PP11 PP28 QQ03 QQ12 RR01 SS03 SS05 SS08 TT03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子と、前記回転子の外周に対向配置
した固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフ
レームとを有する回転電機において、前記固定子は複数
のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロットに収納
された固定子巻線とを有し、前記固定子鉄心は、０．５
ｍｍ未満の厚さを有する第一シートの積層体と、前記積
層体の積層方向の両端部に前記第一シートよりも厚い第
二シートを配置して構成されていることを特徴とする回
転電機。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機において、前
記第一シートは帯状に成形された後、螺旋状に巻き取ら
れて前記積層体を構成し、前記第二シートに前記フレー
ムが当接して、前記固定子鉄心が前記フレームによって
挟持固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の回転電
機において、前記第二シートのスロットの積層方向の開
口部に、第一シートの厚さ以上のスロット深さを起点と
する面取りを有することを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の回転
電機において、前記固定子巻線は、前記スロット内に収
容された複数の導体セグメントを接合して構成されてい
ることを特徴とする回転電機。
【請求項５】請求項４に記載の回転電機において、前
記導体セグメントの前記スロット内への挿入方向と、前
記第一シートのプレス打ち抜き方向とが同じであること
を特徴とする回転電機。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の回転
電機において、前記スロットの内壁面と前記固定子巻線
との間には、インシュレータが介装されていることを特
徴とする回転電機。
【請求項７】請求項１から５のいずれかに記載の回転
電機において、前記固定子巻線の表面には絶縁皮膜が設
けられており、さらに前記絶縁皮膜と前記スロットの内
壁面との間には絶縁部材が介装されていることを特徴と
する回転電機。