JP2006345671A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転子と固定子との間のエアギャップを狭くして出力向上を図ることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】 車両用交流発電機１は、回転子２と、回転子２に対向配置された固定子鉄心３２とこの固定子鉄心３２に装備された固定子巻線３１とを備える固定子３とを有する。固定子鉄心３２は、複数の帯状体を積層させた積層体からなる。この帯状体は、複数の磁極ティース部とこれら複数の磁極ティース部をつなぐ連結部とからなる。隣接する磁極ティース部の間にはスロットが形成されており、固定子巻線３１は、このスロットに収納される内部導体と前記スロットから渡り線として固定子鉄心３２の軸方向両側に突出するコイルエンド３１ａ、３１ｂとを有する。固定子鉄心３２は、磁極ティース部が円筒の内周側に向くように、直線状の積層体を円筒状に曲げて形成されており、円筒内周面が旋削加工されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンによって駆動される車両用交流発電機等の車両用回転電機に関する。

近年、環境問題対策として車両のアイドル回転数の低下や、燃費向上のための軽量化や、車室空間確保のためのエンジンルームの狭小化に対し、エンジンによって駆動される発電機などの回転電機は、小型化、高出力化、高効率化を求められている。そのための１つの方法として、固定子巻線をスロット内に高密度に配置、すなわち、高占積率化することが考えられる。このような高占積率化を実現するものとして、直方体状の積層鉄心に形成された複数のスロットに固定子巻線を挿入した後、積層体を曲げて円筒状の固定子鉄心を製造する従来技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、回転電機において、磁気回路上最も磁気抵抗の大きい回転子と固定子との間のエアギャップは、出力性能に大きく影響を及ぼすので、できるだけこのエアギャップを狭く、具体的には発電機の場合には０．１５ｍｍから０．３ｍｍ程度に設定するのが一般的である。

他方で、エンジンによって駆動される回転電機は、エンジンルーム内に搭載されるため、カーシャンプーや塩水などの電解性の水溶液や異物の飛来があり、これらに耐えて性能を維持する必要がある。特に、回転体の外周と固定子の内周との間のエアギャップは非常に狭いので、表面張力作用によって、水溶液の滞留が生じやすい部位であり、これにより錆が発生しやすい。錆によって回転がロックされると回転電機は性能不良となるので、このような錆の発生を防止するために、固定子の内周面に防錆用の塗装を行うことが一般的である。
特開平９−１０３０５２号公報（第２−３頁、図１−８）

ところで、上述した特許文献に開示された従来手法では、直方体状の積層鉄心に固定子巻線を配置し、その後積層体を曲げて円筒状の固定子鉄心を形成しているので、積層する鋼板シート間でずれが生じやすく、その結果、円筒状にした際の固定子鉄心の内径側において各シート間に段差が発生しやすくなる。内部で回転する回転子と、固定子との干渉を防止するためには、段差の生じた固定子鉄心の最小内径に対して、エアギャップを持つ回転子の外径とする必要がある。このため、平均のエアギャップは広くなってしまうので、磁気抵抗が大きくなり、当初に期待した出力向上が得られないという問題があった。

また、この段差によって、各鋼板シートのエッジ部が内周側に露出してくる。このような内周面に防錆のための塗装をした場合、エッジ部においては塗装の付きが悪くなって、防錆の効果が十分得られないという問題があった。また、均一な塗装をしようとしても、この段差がある為に不均一な塗装となって、塗料自体の使用量が増加するという問題もあった。

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、回転子と固定子との間のエアギャップを狭くして出力向上を図ることができる車両用回転電機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、回転子と固定子との間において発生する錆による回転のロック状態の発生を防止することができる車両用回転電機を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、固定子内周の防錆のために使用される塗装量を低減することができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、回転子と、回転子に対向配置された固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された固定子巻線とを備える固定子と、回転子と固定子とを支持するフレームと、回転子を回転駆動するプ−リとを有しており、固定子鉄心は、複数の帯状体を積層させた積層体からなり、帯状体は、複数の磁極ティース部とこれら複数の磁極ティース部をつなぐ連結部とからなり、隣接する磁極ティース部の間にはスロットが形成されており、固定子巻線は、スロットに収納される内部導体とスロットから渡り線として固定子鉄心の軸方向両側に突出するコイルエンドとを有し、固定子鉄心は、磁極ティース部が円筒の内周側に向くように、直線状の積層体を円筒状に曲げて形成されており、固定子鉄心は、円筒内周面が旋削加工されている。これにより、固定子鉄心内径方向の帯状体間の段差がなくなり、精度の良い円筒内径となるため、回転子と固定子との間のエアギャップを狭くすることができ、出力向上を図ることができる。

また、上述した固定子鉄心の円筒内周面は塗装されていることが望ましい。これにより、固定子鉄心内径方向の帯状体間の段差がなくなるので、帯状体のエッジ露出がなくなって、均一な防錆のための塗装が可能になるとともに防錆塗料自体の使用量も低減することができる。

また、上述したコイルエンドは、樹脂材によって封止されていることが望ましい。これにより、固定子鉄心内径の旋削時に金属の切粉によって、コイルエンドを形成する固定子巻線の皮膜が損傷を受けることを防止することができるため、固定子巻線の耐環境性を損なうことなく、固定子鉄心内径の寸法精度を高めることができ、出力向上や確実な塗装を行うことが可能になる。

また、上述した樹脂材によって封止された前記コイルエンドの内周面は、前記固定子鉄心の円筒内周面と同軸の円筒面であることが望ましい。これにより、外部から飛来する電解液等のコイルエンド周辺での滞留を低減することができるため、回転子と固定子鉄心との間で発生する錆を防止する効果がある。

また、上述した回転子は、爪状磁極を有するポールコアと、前記ポールコアの回転軸方向の端面に設けられた送風ファンとを有することが望ましい。これにより、外部から飛来する電解液等の滞留をより一層低減することができ、回転子と固定子鉄心との間での錆の発生をさらに防止することができる。

また、上述した固定子鉄心の内周面において周方向に隣り合う磁極ティース部の先端間に、樹脂材もしくは他の樹脂材が充填されていることが望ましい。これにより、固定子鉄心内径を旋削時に金属の切粉がスロット内に侵入することを防止することができるので、スロット内の内部導体の皮膜が損傷を受けることを防止することができ、固定子巻線の耐環境性を損なうことなく、固定子鉄心内周の塗装を確実に行うことができる。

以下、本発明の車両用回転電機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は、一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。図１に示す本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７を含んで構成されている。

回転子２は、一対のポールコア７１、７２を組み合わせて構成されたランデル型鉄心と、界磁巻線８とを有する。回転子２の端部には、送風ファンとしての冷却ファン１１、１２が設けられている。本実施形態では、一方のポールコア７２の端面であるフロント側に冷却ファン１１が設けられ、他方のポールコア７１の端面であるリア側に冷却ファン１２が設けられている。冷却ファン１１、１２は、フレ−ム４の軸方向の開口部４１から冷却風を内部へ取り込み、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３１、およびフレーム４に搭載された整流器５やレギュレータ７等が冷却される。回転子２が固定されたシャフト（回転軸）６にはスリップリング９、１０が設けられている。このシャフト６は、フレーム４に回転自在に支持されている。また、フレーム４には、回転子２の外周側に固定子３が対向配置されて固定されている。

また、車両用交流発電機１は、エンジンからの回転力を受けて回転子２を回転駆動するプーリ２０を備えている。このプーリ２０は、シャフト６に回転子２とともに固定されており、車両の走行用エンジンによって回転駆動される。回転子２の界磁巻線８にスリップリング９、１０を介して励磁電流が流された状態でプーリ２０が回転駆動されると、回転子２のポールコア７１、７２にＮ極、Ｓ極の磁極が形成され、回転界磁が形成される。これにより、固定子巻線３１に交流電圧が誘起され、この交流出力が整流器５によって整流されて、出力端子から直流電流が出力される。

次に、固定子３の詳細について説明する。固定子３は、回転子２に対向配置された固定子鉄心３２と、この固定子鉄心に装備された固定子巻線３１とを備えている。図２は、固定子鉄心３２の斜視図である。図２に示すように、固定子鉄心３２は、複数の帯状体を積層させた積層体であって、複数の磁極ティース部３２２とこれら複数の磁極ティース部３２２をつなぐ連結部３２３とからなり、隣接する磁極ティース部３２２の間にはスロット３２１が形成されている。固定子巻線３１は、これらのスロット３２１に装備される。具体的には、固定子巻線３１は、スロット３２１に収納される内部導体とスロット３２１から渡り線として固定子鉄心３２の軸方向両側に突出するコイルエンド３１ａ、３１ｂとを有する。

本実施形態では、固定子鉄心３２は、最初から図２に示すような円環状に形成されているのではなく、最初は直方体状鉄心として形成されている。図３は、固定子鉄心３２を形成する初期状態における直方体状鉄心の部分的な斜視図である。図３に示すように、上述した初期状態における直方体状鉄心３２０は、磁極ティース部３２２とそれらを繋ぐ連結部３２３を持つ薄板鋼板（帯状体）を積層したものである。このように、各磁極ティース部３２２が直線状に配置されており、隣り合う磁極ティース部３２２の間の空間によって直線状に配置された複数のスロット３２１が形成される。本実施形態では、直線状に配置されたこれらの各スロット３２１に固定子巻線３１を挿入した後、磁極ティース部３２２の先端（連結部３２３と反対側）が内周側に向くように直方体状鉄心３２０を円筒形に曲げ、直方体状鉄心３２０の曲げ始めと曲げ終わり同士を溶接やかしめなどの方法で接合することにより、固定子鉄心３２を円環状に形成すると同時に固定子３の形成も行っている。その後、固定子鉄心３２の円筒内周面（磁極ティース部３２２の先端部）が切削（旋削）加工され、高い真円寸法精度をもつ円筒形状が形成される。

このように、直方体状鉄心３２０を円筒状にした後の固定子鉄心３２の内径側に生ずる各帯状体の間の段差がなくなるとともに、旋削加工によって高い真円寸法精度をもつ円筒形状となっている。このため、固定子３の内周側で回転する回転子２と干渉することなく、回転子２と固定子３との間のエアギャップを狭く設定することができ、この部分での磁気抵抗を小さくして出力向上を図ることができる。

また、回転子２のポールコア７１、７２の回転軸方向の端面には冷却ファン１１、１２が設けられており、フレーム４の外部から内部に冷却風を取り込んだ後に外部に吹き出しているため、フレーム４の外部から飛来する電解液等が上述したエアギャップへの滞留を低減することができ、回転子２と固定子鉄心３２との間での錆の発生を防止することができる。

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、固定子鉄心３２の円筒内周面は、旋削加工した後に防錆処理を施すようにしてもよい。図４は、固定子鉄心３２の円筒内周面に防錆塗料を塗布した変形例を示す固定子の部分断面図である。図４に示すように、固定子鉄心３２の円筒内周面に防錆塗料３１４を塗布するようにしてもよい。このとき、円筒内周面を旋削していない場合の塗装状体を図５に示す。図５に示した構造では、各帯状体のエッジ部が内周側に露出するため、防錆塗料３１４を塗布したとしても、これらのエッジ部における防錆塗料３１４の付きが悪くなり、防錆効果が低下することが考えられる。これに対し、図４に示すように旋削加工面に防錆塗料３１４を塗布することにより、回転子２と固定子３との間のエアギャップでの錆の発生を防止することができるため、錆によって回転子２の回転がロック状態になることを防止することができる。また、固定子鉄心３２の円筒内周面にエッジ部が露出しないことにより、均一な厚さの塗装膜を形成することができるので、防錆塗料３１４自体の使用量を低減することができる。

また、上述した実施形態の説明では特に言及しなかったが、図１や図４に示すように、固定子巻線３１のコイルエンド３１ａ、３１ｂを樹脂材３１２で覆って封止するようにしてもよい。これにより、固定子鉄心３２の円筒内周面を旋削時に、金属の切粉によって、固定子巻線３１の絶縁皮膜が損傷を受けることを防止することができるので、固定子巻線３１の耐環境性を損なうことなく、固定子鉄心３２の内径寸法精度を高めることができ、出力向上や確実な内周面の塗装を行うことができる。

また、樹脂材３１２によって封止されたコイルエンド３１ａ、３１ｂの内周面（すなわち、封止した樹脂材３１２の内周面）は、固定子鉄心３２の円筒内周面と同軸の円筒面としてもよい。これにより、外部から飛来する電解液等のコイルエンド周辺での滞留をさらに低減することができ、回転子２と固定子鉄心３２との間での錆の発生を防止する効果をさらに高めることができる。しかも、樹脂材３１２の内周面を滑らかな円筒面とすることにより、回転子２の端面にある冷却ファン１１、１２によって発生する冷却風の流れの乱れを少なくすることができるので、騒音低減にも効果がある。

また、固定子鉄心３２の内周面において周方向に隣り合う磁極ティース部３２２の先端間、すなわちスロット３２１の入口に樹脂材３１２もしくは他のコイル固着用の樹脂材を充填するようにしてもよい。これにより、固定子鉄心３２の円筒内周面を旋削時に、金属の切粉がスロット３２１の内部に侵入することを防止することができるので、スロット３２１内の固定子巻線３１の絶縁皮膜が損傷を受けることを防止でき、固定子巻線３１の耐環境性を損なうことなく、固定子鉄心３２の円筒内周面の塗装を確実に行うことが可能になる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。 固定子鉄心の斜視図である。 固定子鉄心を形成する初期状態における直方体状鉄心の部分的な斜視図である。 固定子鉄心の円筒内周面に防錆塗料を塗布した変形例を示す固定子の部分断面図である。 旋削加工されていない固定子鉄心の円筒内周面に対する塗装状体を示す固定子の部分断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 回転子
３ 固定子
４ フレーム
３１ 固定子巻線
３２ 固定子鉄心
３１２ 樹脂材
３１４ 防錆塗料
３２０ 直方体状鉄心
３２１ スロット
３２２ 磁極ティース部
３２３ 連結部

Claims (6)

1. 回転子と、前記回転子に対向配置された固定子鉄心とこの固定子鉄心に装備された固定子巻線とを備える固定子と、前記回転子と前記固定子とを支持するフレームと、前記回転子を回転駆動するプ−リとを有する回転電機において、
   前記固定子鉄心は、複数の帯状体を積層させた積層体からなり、
   前記帯状体は、複数の磁極ティース部とこれら複数の磁極ティース部をつなぐ連結部とからなり、
   隣接する前記磁極ティース部の間にはスロットが形成されており、
   前記固定子巻線は、前記スロットに収納される内部導体と前記スロットから渡り線として前記固定子鉄心の軸方向両側に突出するコイルエンドとを有し、
   前記固定子鉄心は、前記磁極ティース部が円筒の内周側に向くように、直線状の前記積層体を円筒状に曲げて形成されており、
   前記固定子鉄心は、円筒内周面が旋削加工されていることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記固定子鉄心の円筒内周面は塗装されていることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記コイルエンドは、樹脂材によって封止されていることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項３において、
   前記樹脂材によって封止された前記コイルエンドの内周面は、前記固定子鉄心の円筒内周面と同軸の円筒面であることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項２〜４のいずれかにおいて、
   前記回転子は、爪状磁極を有するポールコアと、前記ポールコアの回転軸方向の端面に設けられた送風ファンとを有することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記固定子鉄心の内周面において周方向に隣り合う前記磁極ティース部の先端間に、前記樹脂材もしくは他の樹脂材が充填されていることを特徴とする車両用回転電機。
   

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