JP5461709B2 - 車両用回転電機およびそれに用いられる固定子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両用交流発電機などの回転電機およびそれに用いられる固定子の製造方法に関し、特に固定子巻線のコイルエンド構造に関するものである。

従来の車両用交流発電機の固定子は、固定子巻線を、スロットが固定子鉄心に毎極毎相当たり２の割合で形成された固定子鉄心に巻装して構成されている。固定子巻線は、素線を６スロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に巻装して構成された１ターンの第１巻線が１スロットピッチで６本配列されてなる第１波巻き巻線群と、素線を６スロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に、かつ第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転するように巻装して構成された１ターンの第２巻線が１スロットピッチで６本配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれのスロット内でスロット深さ方向に第１巻線のスロット収納部位と第２巻線のスロット収納部位とを交互に、かつ１列に並ぶように３対配設されて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−５８１８９号公報

従来の車両用交流発電機では、１２本の素線を曲げ加工して第１および第２波巻き巻線群を構成する巻線アッセンブリを作製し、巻線アッセンブリを固定子鉄心のスロットにスロット深さ方向に３層に重ねて装着している。そして、曲げ加工の容易性から円形断面の素線が用いられていたので、スロット内での導体の占積率を高めることができなかった。そこで、出力向上の観点から、断面円形の素線を曲げ加工して第１および第２波巻き巻線群を構成する巻線アッセンブリを作製した後、第１および第２巻線の円形断面のスロット収納部を扁平断面に塑性変形してスロット内での占積率を高める必要があった。

近年、エンジンルームが狭小化する中で、車両負荷の増大による更なる出力向上が求められており、素線の断面積を大きくして巻線の低抵抗化を図る必要があった。

しかしながら、円形断面の素線の直径を大きくした場合、スロット収納部間を連結する断面円形のターン部同士が互いに干渉し、巻線アッセンブリを固定子鉄心のスロットにスロット深さ方向に３層に重ねて装着できなくなるという課題があった。また、巻線アッセンブリを固定子鉄心のスロットにスロット深さ方向に３層に重ねて装着できたとしても、ターン部で構成されるコイルエンド群の径方向の膨らみが増大し、ハウジングや回転子と干渉するという課題が生じる。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、径方向に３層に重なって固定子巻線のコイルエンドを構成する巻線アッセンブリのターン部の径方向幅を中層、内層、外層の順に狭くし、大きな断面積の素線を用いた巻線アッセンブリの固定子鉄心への装着を可能とするとともに、コイルエンド群の径方向の膨らみを抑えて、ハウジングや回転子との干渉を回避できる車両用回転電機およびそれに用いられる固定子の製造方法を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機は、内周側に開口するスロットが周方向に所定のピッチで複数配設された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された複数の巻線アッセンブリにより構成される固定子巻線と、を有する固定子を備えている。上記巻線アッセンブリは、スロット収納部がターン部により連結されて所定スロットピッチで配列され、かつ、隣り合う上記スロット収納部が上記ターン部によりスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るようにずらされたパターンに形成された連続線からなる２本の素線を、互いに上記所定スロットピッチずらして上記スロット収納部を重ねて配列してなる素線対が、１スロットピッチずつずらされて上記所定スロットピッチと同数対配列されて構成され、かつ上記スロット収納部が四角形断面に塑性変形されている。上記固定子巻線は、上記スロット収納部が上記スロット内にスロット深さ方向に１列に並ぶように、上記固定子鉄心に上記巻線アッセンブリを径方向に３層以上に重ねて装着して構成され、径方向に重ねて装着された上記巻線アッセンブリの上記ターン部の径方向幅が、中央に位置する上記巻線アッセンブリのターン部、内周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部、外周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部の順に狭くなっている。

この発明によれば、径方向に３層以上に重ねて配設された巻線アッセンブリのターン部の径方向幅が、中央に位置する巻線アッセンブリのターン部、内周側に位置する巻線アッセンブリのターン部、外周側に位置する巻線アッセンブリのターン部の順に狭くなっている。そこで、大断面積の素線を用いて巻線アッセンブリを作製しても、コイルエンド群の径方向の膨らみが抑えられるので、固定子巻線とハウジングや回転子との干渉が回避される。

この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機の構成を説明する断面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機の回路構成図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機を示す要部断面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される巻線アッセンブリを構成する素線を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される巻線アッセンブリを構成する素線対を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す平面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法を説明する工程図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における素線の巻回工程により作製された巻線組立体を示す平面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程を説明する図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程により作製された巻線アッセンブリを構成する素線を示す平面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程により作製された巻線アッセンブリを構成する素線対を示す平面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程により作製された巻線アッセンブリを示す平面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるスロット収納部の四角化工程を説明する図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるコイルエンドのずらし工程を説明する図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における積層鉄心を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線アッセンブリの装着工程を説明する要部断面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における積層鉄心の曲げ工程を説明する斜視図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるコイルエンドのつぶし工程を説明する要部断面図である。 この発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるコイルエンドのつぶし工程後の状態を示す要部断面図である。

以下、本発明の車両用回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

図１はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機の構成を説明する断面図、図２はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図、図３はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図４はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機の回路構成図、図５はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機を示す要部断面図である。
なお、図２では、口出し線などが省略されている。また、図３中、実線がリヤ側配線を示し、点線がフロント側配線を示している。

図１において、車両用回転電機としての車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるハウジング４と、このハウジング４に一対の軸受５を介して回転可能に支持されたシャフト６と、ハウジング４のフロント側に延出するシャフト６の端部に固着されたプーリ７と、シャフト６に固定されてハウジング４内に配設された回転子８と、回転子８を囲繞するようにハウジング４に固定された固定子２０と、ハウジング４のリヤ側に延出するシャフト６の延出部に固定され、回転子８に電流を供給する一対のスリップリング１２と、略Ｃ字形に作製され、スリップリング１２の外周側に、シャフト６の軸心と直交する平面上にシャフト６を中心とする扇状に配置され、固定子２０で生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流装置１３と、一対のスリップリング１２の外周側に、かつ整流装置１３の略Ｃ字形の先端間に配設されたブラシホルダ１４内に、各スリップリング１２に摺動するように収納された一対のブラシ１５と、ブラシホルダ１４に装着されて固定子２０で生じる交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１６と、整流装置１３、ブラシホルダ１４および電圧調整器１６を覆うようにリヤブラケット３に装着されたカバー１７と、を備えている。

回転子８は、ランデル型回転子であり、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁巻線９と、界磁巻線９を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１０と、を備えている。そして、ファン１１が、ポールコア１０の軸方向の両端面に溶接などにより固定されている。

固定子２０は、図２に示されるように、内周側に開口するスロット２１ａが周方向に所定ピッチで配列された円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻装され、回転子８の回転に伴い、界磁巻線９からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線２２と、各スロット２１ａに装着され、固定子巻線２２と固定子鉄心２１とを電気的に絶縁するインシュレータ２５と、を備えている。そして、固定子巻線２２は、後述するように、１本の素線３０が、固定子鉄心２１の端面側のスロット２１ａ外で折り返されて、所定スロット数（１磁極ピッチ）毎にスロット２１ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波巻きされて巻装された巻線を複数備えている。

ここでは、回転子８の磁極数１６に対応して、２つの３相交流巻線を収納するように、９６本のスロット２１ａが固定子鉄心２１に等角ピッチ（電気角で３０度のピッチ）に形成されている。即ち、スロット２１ａは毎極毎相当たり２の割合で形成されている。
このように構成された固定子２０は、固定子鉄心２１の軸方向両端面をフロントブラケット２およびリヤブラケット３に軸方向両側から挟持されて、ポールコア１０の外周面との間に均一なギャップを確保してポールコア１０を囲繞するように配設されている。

つぎに、１相分の相巻線２４の巻線構造について図３を参照して具体的に説明する。

固定子鉄心２１は、所定形状に成形された磁性鋼板を積層して作製され、円環状のコアバック２１ｂと、それぞれコアバック２１ｂの内周面から径方向内方に延出して、周方向に等角ピッチに配列されているティース２１ｃと、を有し、内周側に開口するスロット２１ａがコアバック２１ｂと周方向に隣り合うティース２１ｃとにより画成されている。

相巻線２４は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第６巻線３１〜３６から構成されている。素線３０は、例えば絶縁被覆された銅からなる連続線で構成される。

第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット２１ａ内の外周側から１番目の位置（以下、１番地という）と外周側から２番目の位置（以下、２番地という）とを交互にとるように波巻きして構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット２１ａ内の２番地と１番地とを交互にとるように波巻きして構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット２１ａ内の外周側から３番目の位置（以下、３番地という）と外周側から４番目の位置（以下、４番地という）とを交互にとるように波巻きして構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット２１ａ内の４番地と３番地とを交互にとるように波巻きして構成されている。第５巻線３５は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット２１ａ内の外周側から５番目の位置（以下、５番地という）と外周側から６番目の位置（以下、６番地という）とを交互にとるように波巻きして構成されている。第６巻線３６は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット２１ａ内の６番地と５番地とを交互に採るように波巻きして構成されている。

そして、固定子鉄心２１の一端側において、スロット番号の１番から延出する第１巻線３１の端部３１ａと、スロット番号の９１番から延出する第５巻線３５の端部３５ｂとが接合され、スロット番号の１番から延出する第３巻線３３の端部３３ａと、スロット番号の９１番から延出する第１巻線３１の端部３１ｂとが接合され、さらにスロット番号の１番から延出する第５巻線３５の端部３５ａと、スロット番号の９１番から延出する第３巻線３３の端部３３ｂとが接合されて、３ターンの巻線が形成されている。
また、固定子鉄心２１の他端側において、スロット番号の１番から延出する第２巻線３２の端部３２ａと、スロット番号の９１番から延出する第４巻線３４の端部３４ｂとが接合され、スロット番号の１番から延出する第４巻線３４の端部３４ａと、スロット番号の９１番から延出する第６巻線３６の端部３６ｂとが接合され、さらにスロット番号の１番から延出する第６巻線３６の端部３６ａと、スロット番号の９１番から延出する第２巻線３２の端部３２ｂとが接合されて、３ターンの巻線が形成されている。

さらに、スロット番号の４３番と４９番とから固定子鉄心２１の一端側に延出する第１巻線３１の素線３０の部分が切断され、スロット番号の４９番と５５番とから固定子鉄心２１の一端側に延出する第２巻線３２の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｃと第２巻線３２の切断端３２ｃとが接合されて、第１乃至第６巻線３１〜３６を直列接続してなる６ターンの相巻線２４が形成されている。また、第１巻線３１の切断端３１ｄと第２巻線３２の切断端３２ｄとがそれぞれ口出し線（Ｏ）および中性点（Ｎ）となる。

同様にして、素線３０が巻装されるスロット２１ａを１つずつずらして６つの相巻線２４が形成されている。そして、図４に示されるように、それぞれ３つの相巻線２４がＹ結線されて２つの３相交流巻線２３が構成され、各３相交流巻線２３がそれぞれ整流装置１３に接続されている。各整流装置１３の直流出力が並列に接続されて合成される。

ここで、スロット２１ａから固定子鉄心２１の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンドを形成している。そして、固定子鉄心２１の両端において、ターン部３０ａが、径方向に互いに面接触状態となって、径方向に３列となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群２２ｆ，２２ｒを形成している。そして、図５に示されるように、径方向に３列に並んだターン部３０ａの径方向幅が、中央に位置するターン部３０ａの径方向幅（Ｄ_center）、内周側に位置するターン部３０ａの径方向幅（Ｄ_inner）、外周側に位置するターン部３０ａの径方向幅（Ｄ_outer）順に狭くなっている。そして、内周側のターン部３０ａは、ティース２１ｃの内周端より径方向外方に位置している。

スロット収納部３０ｂは、四角形断面に形成され、径方向に１列に６本並んでスロット２１ａのそれぞれに収納されている。

第１乃至第６巻線３１〜３６を構成するそれぞれの素線３０は、１つのスロット２１ａから固定子鉄心２１の端面側に延出し、折り返されて６スロット離れたスロット２１ａに入るように波巻きに巻装されている。そして、それぞれの素線３０は、６スロット毎に、スロット深さ方向（径方向）に関して、内層と外層とを交互にとるように巻装されている。第２、第４および第６巻線３２，３４，３６は、第１、第３および第５巻線３１，３３，３５に対して、電気角で１８０度ずらして反転するように巻装されている。そこで、固定子巻線２２は、第１巻線３１を１スロットピッチで６本配列して構成される第１巻線群と第２巻線３２を１スロットピッチで６本配列して構成される第２巻線群との対を、径方向に３対並べて配設したものと等価となる。この第１巻線群と第２巻線群との対は、１２本の素線３０を波状に成形しつつ作製した巻線アッセンブリ４０で提供される。

つぎに、巻線アッセンブリ４０の構造について説明する。
図６はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される巻線アッセンブリを構成する素線を示す斜視図、図７はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される巻線アッセンブリを構成する素線対を示す斜視図、図８はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す平面図である。

素線３０は、図６に示されるように、ターン部３０ａにより連結され、四角形断面に成形されたスロット収納部３０ｂが、６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り曲げ成形されている。そして、隣り合うスロット収納部３０ｂは、ターン部３０ａにより、スロット収納部３０ｂの配列方向とスロット収納部３０ｂの長さ方向との両方向に直交する方向（以下、スロット収納部３０ｂの厚み方向とする）に交互に所定量（Ｗ）ずらされている。
このようなパターンに形成された素線３０は、図７に示されるように、６スロットピッチずらしてスロット収納部３０ｂを厚み方向に重ねて配列されて素線対４１を構成している。この素線対４１が、第１および第２巻線３１，３２の対に相当する。

素線対４１が、１スロットピッチずつずらされて６対配列されて、図８に示される巻線アッセンブリ４０が構成される。素線３０の端部が、巻線アッセンブリ４０の両端の両側に６本ずつ延出されている。また、ターン部３０ａが巻線アッセンブリ４０の両側部に整列されて配列されている。

このように構成された巻線アッセンブリ４０は、後述するコイルエンドずらし工程が行われた後、径方向に３層に重ねて固定子鉄心２１のスロット２１ａに装着され、後述するコイルエンドつぶし工程が行われた後、図３に示される結線方法に基づいて各素線３０の端部を結線して固定子巻線２２を形成する。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１の動作について説明する。
まず、電流がブラシ１５およびスリップリング１２を介して回転子８の界磁巻線９に供給され、磁束が発生される。この磁束により、Ｎ極とＳ極とがポールコア１０の外周部に周方向に交互に形成される。
一方、エンジン（図示せず）の回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ７を介してシャフト６に伝達され、回転子８が回転される。そこで、回転磁界が固定子２０の固定子巻線２２に与えられ、起電力が固定子巻線２２に発生する。この交流の起電力が、整流装置１３で直流電流に整流され、車載負荷やバッテリに供給される。これにより、車載負荷が駆動され、バッテリが充電される。

この発明によれば、素線３０のスロット収納部３０ｂが、四角形断面に形成され、径方向に１列に６本並んでスロット２１ａのそれぞれに収納されているので、電気導体の占積率が高められ、車両用交流発電機１の出力向上が図られる。

固定子巻線２２のコイルエンド群２２ｆ，２２ｒにおいて、径方向に３列に並んだターン部３０ａの径方向幅が、中央に位置するターン部３０ａ、内周側に位置するターン部３０ａ、外周側に位置するターン部３０ａの順に狭くなっているので、コイルエンド群２２ｆ，２２ｒの径方向の膨らみを抑えることができる。そこで、コイルエンド群２２ｆ，２２ｒとハウジング４との干渉、およびコイルエンド群２２ｆ，２２ｒと回転子８との干渉を抑えることができる。
内周側のターン部３０ａがティース２１ｃの内周端より径方向外方に位置しているので、コイルエンド群２２ｆ，２２ｒと回転子８との干渉を確実に防止できる。

径方向に３列に並んだターン部３０ａが互いに面接触となっているので、径方向に並んだターン部３０ａ間の熱伝導性が高められる。そこで、外周側に位置する巻線アッセンブリ４０を構成する素線３０で発生した熱が、径方向に並んだターン部３０ａ間を内周側に熱伝導し、内周側のターン部３０ａからファン１１により形成された冷却風に放熱されるので、固定子巻線２２の過度の温度上昇が抑えられる。さらに、径方向に３列に並んだターン部３０ａの温度が平均化され、温度むらがなくなり、発電効率が向上する。

内周側のターン部３０ａは、コイルエンドつぶし工程により径方向幅が狭くなるように変形されるので、軸方向長さが長くなる。そこで、ファン１１により遠心方向に曲げられた冷却風に曝される内周側のターン部３０ａの面積が増大し、放熱効果が高められるので、固定子巻線２２の温度上昇が一層抑えられる。

ここで、固定子２０の製造方法について説明する。
図９はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法を説明する工程図、図１０はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における素線の巻回工程により作製された巻線組立体を示す平面図、図１１はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程を説明する図、図１２はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程により作製された巻線アッセンブリを構成する素線を示す平面図、図１３はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程により作製された巻線アッセンブリを構成する素線対を示す平面図、図１４はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線組立体の変位工程により作製された巻線アッセンブリを示す平面図である。

以下、図９に示される工程図に基づいて固定子の製造方法を説明する。
まず、例えば国際公開第２００５／０７４１０５号パンフレットの第２３図乃至第２５図で説明した素線の巻回工程Ｓ１００により、図１０に示される巻線組立体５０を作製する。つまり、巻線組立体５０は、１２本の素線５１に引き出し端部５２ａ，５２ｂを形成し、１２本の素線５１を同時に複数回繰り返して巻回し、その後引き出し端部５２ｃ，５２ｄを形成して作製される。素線５１には、曲げ加工の容易性を考慮して、断面円形の絶縁被覆された銅の連続線が用いられる。

巻線組立体５０の各素線５１は、図１１に示されるように、複数の第１曲げ部５３ａ、複数の第２曲げ部５３ｂ、複数の第１直線部５３ｃおよび複数の第２直線部５３ｄを有する。第１曲げ部５３ａと第２曲げ部５３ｂは、図１１中、上下に分かれて、互いに半ピッチずれて、等ピッチに配列されている。そして、第１直線部５３ｃが第２曲げ部５３ｂから第１曲げ部５３ａに向って斜めに延びてそれらを連結し、第２直線部５３ｄが第１曲げ部５３ａから第２曲げ部５３ｂに向って斜めに延びてそれらを連結している。素線５１は、第２曲げ部５３ｂから第１直線部５３ｃを経て第１曲げ部５３ａに至り、さらに第１曲げ部５３ａから第２直線部５３ｄを経て第２曲げ部５３ｂに至る単位ループを繰り返すように巻回されている。なお、図１１には、１本の素線５１のみが示されているが、実際には、図１０に示されるように、同じ形状の１２本の素線５１が並列するように巻回されている。

ついで、巻線組立体５０の変位工程について説明する。
巻線組立体５０の変位工程Ｓ１０１では、図１１に示されるように、第１および第２ブレード５４ａ，５４ｂが第１および第２直線部５３ｃ，５３ｄのそれぞれを把持するように配置され、第１および第２規制部材５５ａ，５５ｂが第１および第２曲げ部５３ａ，５３ｂに当接するように配置される。

ついで、第１直線部５３ｃを把持する第１ブレード５４ａが、第１直線部５３ｃの長さ方向の中央点を回動中心Ｐ１として、反時計回りに回動し、第２直線部５３ｄを把持する第２ブレード５４ｂが、第２直線部５３ｄの長さ方向の中央点を回動中心Ｐ２として、時計回りに回動する。この第１および第２ブレード５４ａ，５４ｂの回動により、第１および第２直線部５３ｃ、５３ｄの第１および第２ブレード５４ａ，５４ｂに把持された領域が、回動中心Ｐ１，Ｐ２を結ぶ線分と直交するように変位する。この第１および第２ブレード５４ａ，５４ｂの回動動作に同期して、第１および第２規制部材５５ａ，５５ｂが回動中心Ｐ１，Ｐ２を結ぶ線分と平行な姿勢を維持しつつ間隔を狭めるように駆動される。

これにより、各素線５１は、図１２に示されるように、ターン部５１ａで連結されたスロット収納部５１ｂが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り曲げ成形される。そして、隣り合うスロット収納部５１ｂは、ターン部５１ａにより、素線５１の厚み（Ｗ）分ずらされている。このように折り曲げ成形された２本の素線５１は、６スロットピッチずらしてスロット収納部５１ｂを重ねて並べられ、図１３に示される素線対５６を構成する。この素線対５６は、スロット収納部５１ｂが断面円形である点を除いて、図７に示される素線対４１と同様に構成されている。

巻線組立体５０の変位工程では、全ての第１および第２直線部５３ｃ、５３ｄが同時に変位され、図１４に示される巻線アッセンブリ５７が作製される（Ｓ１０２）。この巻線アッセンブリ５７は、この素線対５６を１スロットピッチずつずらして６対配列して構成される。そして、重ねられたスロット収納部５１ｂの対が、１スロットピッチで９６対配列されている。そして、素線５１のターン部５１ａが巻線アッセンブリ５７の両側部に整列されて配列され、素線５１の端部（引き出し端部５２ａ〜５２ｄに相当）が、巻線アッセンブリ５７の両端の両側に６本ずつ延出されている。なお、この巻線アッセンブリ５７は、スロット収納部５１ｂが断面円形である点を除いて、図８に示される巻線アッセンブリ４０と同様に構成されている。

つぎに、巻線アッセンブリ５７のスロット収納部５１ｂの四角化とコイルエンドのずらし工程について説明する。
図１５はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるスロット収納部の四角化工程を説明する図であり、図１５の（ａ）は四角化前の状態を示し、図１５の（ｂ）は四角化後の状態を示している。図１６はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるコイルエンドのずらし工程を説明する図であり、図１６の（ａ）はコイルエンドのずらし前の状態を示し、図１６の（ｂ）はコイルエンドのずらし後の状態を示している。図１７はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における積層鉄心を示す斜視図、図１８はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における巻線アッセンブリの装着工程を説明する要部断面図、図１９はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法における積層鉄心の曲げ工程を説明する斜視図、図２０はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるコイルエンドのつぶし工程を説明する要部断面図、図２１はこの発明の一実施の形態に係る車両用交流発電機に適用される固定子の製造方法におけるコイルエンドのつぶし工程後の状態を示す要部断面図である。

Ｓ１０３では、スロット収納部の四角化工程とコイルエンドのずらし工程とが同時に行われる。図１５および図１６に示されるように、下金型６０は、１スロットピッチに配設され、巻線アッセンブリ５７のスロット収納部５１ｂが挿入される凹部６１と、凹部６１の溝方向の両外側に凹部６１の配列方向に延在し、巻線アッセンブリ５７のターン部５１ａのずれ量δを規定する受けプレート６２と、を有する。上金型６３は、凹部６１のそれぞれに挿入され、スロット収納部５１ｂの圧縮量を規定する凸部６４と、巻線アッセンブリ５７のターン部５１ａを受けプレート６２に押圧する押圧プレート６５と、を有する。

スロット収納部の四角化およびコイルエンドのずらし工程Ｓ１０３では、図１５の（ａ）および図１６の（ａ）に示されるように、スロット収納部５１ｂの対を、下金型６０の各凹部６１に挿入して、巻線アッセンブリ５７が下金型６０にセットされる。ついで、凸部６４が凹部６１のそれぞれに相対するように配置され、かつ押圧プレート６５が受けプレート６２に相対するように配置された上金型６３を下降させる。

これにより、図１５の（ｂ）に示されるように、断面円形のスロット収納部５１ｂが下金型６０と上金型６３とにより圧縮され、四角形断面に塑性変形される。ここでは、塑性変形された四角形断面は、平行な２つの直線の両端を曲線で連結したレーストラック形状の断面である。

また、図１６の（ｂ）に示されるように、巻線アッセンブリ５７の両側部に整列されて配列されているターン部５１ａの群が、押圧プレート６５により受けプレート６２に押圧される。これにより、ターン部５１ａは、スロット収納部５１ｂに対して厚み方向にδだけずらされる。

ここでは、それぞれ専用の下金型６０と上金型６３を用いて、ずれ量δ１，δ２，δ３とする３つの巻線アッセンブリ５７が作製される。２つの巻線アッセンブリ５７のずれ量δ１，δ２は、同じであるが、ずれ方向が逆方向となっている。そして、ずれ量δ１，δ２は、２つの巻線アッセンブリ５７を重ねたときに、スロット収納部５１ｂおよびターン部５１ａ同士がほぼ接するように設定される。ずれ量δ３の巻線アッセンブリ５７のずれ方向は、ずれ量δ２の巻線アッセンブリ５７とずれ方向と同じ方向である。そして、ずれ量δ３は、ずれ量δ２，δ３の巻線アッセンブリ５７を重ねたときに、スロット収納部５１ｂおよびターン部５１ａ同士がほぼ接するように設定される。すなわち、ずれ量δ３はずれ量δ２のほぼ２倍に設定される。

なお、Ｓ１０３では、スロット収納部の四角化工程とコイルエンドのずらし工程とを同時におこなっているが、スロット収納部の四角化工程後に、コイルエンドのずらし工程を実施するようにしてもよい。上金型６３が凸部６４と押圧プレート６５とに分割構成されてもよい。
また、このスロット収納部の四角化およびコイルエンドのずらし工程Ｓ１０３により、円形断面のスロット収納部５１ｂが四角形断面に塑性変形されるので、素線５１および素線５１により作製される巻線アッセンブリ５７は、それぞれ素線３０および巻線アッセンブリ４０と同じ構造となるので、以下素線３０および巻線アッセンブリ４０として説明する。

積層鉄心３９の作製工程Ｓ１０４では、磁性鋼板から打ち抜かれた鉄心片を積層一体化して直方体の積層鉄心３９が作製される。積層鉄心３９は、図１７に示されるように、ティース３９ｃがコアバック３９ｂの一側に等ピッチに配列されて形成され、スロット３９ａがコアバック３９ｂと隣り合うティース３９ｃとにより画成されている。

ついで、巻線アッセンブリ４０の装着工程Ｓ１０５では、まず、ずれ量δ３の巻線アッセンブリ４０が、ずれ方向をコアバック３９ｂ側に向けて積層鉄心３９に装着される。ついで、ずれ量δ２の巻線アッセンブリ４０が、ずれ方向をコアバック３９ｂ側に向けて積層鉄心３９に装着される。さらに、ずれ量δ１の巻線アッセンブリ４０が、ずれ方向をスロット３９ａの開口側に向けて積層鉄心３９に装着される。これにより、図１８に示されるように、６本のスロット収納部３０ｂが厚み方向をスロット深さ方向に一致させて１列に並んでスロット３９ａ内に収納される。さらに、ターン部３０ａが互いに近接してスロット深さ方向に３層に並んで配設される。

ついで、積層鉄心３９の曲げ工程Ｓ１０６では、図１９に示されるように、積層鉄心３９が、巻線アッセンブリ４０が装着された状態で円環状に丸められる。そして、丸められた積層鉄心３９の端面同士を突き合わせ、溶接などにより一体化し、円環状の固定子鉄心２１が作製される。

ついで、コイルエンドのつぶし工程Ｓ１０７では、図２０に示されるように、固定子鉄心２１を固定して、径方向に３層に並んだターン部３０ａの群に内加圧プレート６７を内周側から宛がい、外加圧プレート６８を外周側から宛がう。そして、内加圧プレート６７を外径側に所定距離移動させ、かつ外加圧プレート６８を内径側に所定距離移動させる。このとき、外周側に位置するターン部３０ａのずれ量δ３が内周側に位置するターン部３０ａのずれ量δ１より大きいので、外加圧プレート６８の移動量（圧縮代）を内加圧プレート６７の移動量（圧縮代）より大きくするように調整している。これにより、外周側および内周側に位置するターン部３０ａは、外加圧プレート６８および内加圧プレート６７に加圧挟持され、中央に位置するターン部３０ａの外周面に沿うように圧縮塑性変形する。一方、中央に位置するターン部３０ａは、外周側および内周側に位置するターン部３０ａに挟まれているので、ほぼ円形断面を維持する。

そこで、図２１に示されるように、コイルエンドのつぶし工程Ｓ１０７後の内周側、中央および外周側に位置するターン部３０ａの径方向幅は、Ｄ_center＞Ｄ_inner＞Ｄ_outerとなっている。また、内周側および外周側に位置するターン部３０ａは、圧縮塑性変形し、中央に位置するターン部３０ａに面接触状態となっている。また、内周側に位置するターン部３０ａは、圧縮代に相当する分、ティース２１ｃの内周端より外周側に変位している。

ついで、巻線の結線工程Ｓ１０８では、図３に示される結線方法に基づいて各素線３０の端部を結線して固定子巻線２２が形成され、固定子２０が作製される。

この発明では、巻線アッセンブリ４０が径方向に３層に重なって固定子鉄心２１に装着された状態で、コイルエンドのつぶし工程Ｓ１０７により、径方向に３層に重なったターン部３０ａの群を内径側と外径側とから圧縮している。そこで、ターン部３０ａが塑性変形し、径方向に３層に重なったターン部３０ａ同士が面接触状態となる。これにより、外周側に位置する巻線アッセンブリ４０の素線３０で発生した熱は、外周側に位置するターン部３０ａから中央に位置するターン部３０ａを介して内周側に位置するターン部３０ａに効率的に熱伝達されるので、径方向に３列に並んだターン部３０ａの温度が平均化され、温度むらがなくなり、発電効率が向上する。さらに、内周側に位置するターン部３０ａに伝達された熱は、内周側に位置するターン部３０ａからファン１１による冷却風に放熱されるので、固定子巻線２２の過度の温度上昇が抑制される。

また、積層鉄心３９の曲げ工程Ｓ１０６において、最も膨らむ外周側に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａの群が、コイルエンドのつぶし工程Ｓ１０７で最もつぶされるので、コイルエンド群２２ｆ、２２ｒ内の空気層が減少する。そこで、コイルエンド群２２ｆ、２２ｒの冷却効率が向上する。
また、回転子８の熱を受熱する内周側の巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａが中央に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａよりつぶされるので、軸方向に伸び、ファン１１による冷却風に曝されるターン部３０ａの面積が増え、回転子８からの受熱に起因する固定子巻線２２の温度上昇が抑えられる。

コイルエンドのつぶし工程により、径方向に３層に並んだターン部３０ａの径方向幅が、中央に位置するターン部３０ａ、内周側に位置するターン部３０ａ、外周側に位置するターン部３０ａの順に狭くなっているので、コイルエンド群２２ｆ，２２ｒの径方向の膨らみが抑えられ、固定子巻線２２と回転子８と干渉、および固定子巻線２２とハウジング４との干渉が抑制される。内周側に位置するターン部３０ａは、ティース２１ｃの内周端より外周側に位置しているので、固定子巻線２２と回転子８と干渉が防止される。

巻線アッセンブリ４０の装着工程に先立って、コイルエンドのずらし工程を行い、内周側に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａを内周側にずらし、中央に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａを外周側にずらし、外周側に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａを外周側にずらしている。そこで、巻線アッセンブリ４０の装着工程において、素線３０の断面積が大きくなっても、ターン部３０ａ同士の干渉が抑えられ、巻線アッセンブリ４０の固定子鉄心２１への装着が容易となる。

コイルエンドのずらし工程において、内周側、中央側および外周側に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａのずらし量を、径方向に隣り合うスロット収納部３０ｂが接する、あるいは接近するように調整している。そこで、素線３０の断面積を大きくしても、ターン部３０ａ同士が互いに干渉せず、スロット収納部３０ｂを径方向に１列に並んでスロット２１ａに収納でき、巻線アッセンブリ４０を径方向に３層に重ねて固定子鉄心２１に巻装できる。

コイルエンドのずらし工程において、内周側および中央に位置する巻線アッセンブリ４０のターン部３０ａのずらし量を、それぞれ、スロット収納部３０ｂおよびターン部３０ａ同士がほぼ接するように調整している。そこで、内周側に位置するターン部３０ａの内周側への膨らみが少なくなり、積層鉄心３９を曲げ易くなる。また、内周側に位置するターン部３０ａがティース２１ｃの内周端より径方向内側に延出しないので、積層鉄心３９の曲げ工程における曲げ治具とコイルエンド群２２ｆ，２２ｒとの干渉が回避される。

ここで、外周側に位置するターン部３０ａのずらし量が内周側および中央に位置するターン部３０ａのずらし量より多くなっているので、コイルエンドのつぶし工程では、外加圧プレート６８の圧縮代が内加圧プレート６７の圧縮代より多くなり、径方向に３列に並んだターン部３０ａの径方向幅は、必然的に、中央に位置するターン部３０ａ、内周側に位置するターン部３０ａ、外周側に位置するターン部３０ａの順に狭くなる。

なお、上記実施の形態では、車両用交流発電機について説明しているが、本発明は、車両用交流発電電動機や車両用交流電動機などの車両用回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態では、スロットが毎極毎相当たり２の割合で形成されているものとして説明しているが、毎極毎相当たりのスロット数は２に限定されず、例えば１でもよい。この場合、巻線アッセンブリは、６本の素線を波状に成形して作製される。そして、素線の端部が、巻線アッセンブリの両端の両側に３本ずつ延出される。

また、上記実施の形態では、スロット収納部の四角形断面をレーストラック形状の断面としているが、四角形断面はレーストラック形状の断面に限定されず、例えば長方形断面、正方形断面でもよい。長方形断面および正方形断面の角部は必ずしも直角である必要はなく、アール形状としてもよい。

また、上記実施の形態では、巻線アッセンブリを径方向に３層に重ねて固定子鉄心に装着されているものとしているが、巻線アッセンブリの積層数は４層以上であってもよい。この場合、ターン部の径方向幅は、中央（最内周および最外周以外）の巻線アッセンブリのターン部、内周側（最内周）の巻線アッセンブリのターン部、外周側（最外周）の巻線アッセンブリのターン部の順に狭くなっている。

Claims (5)

1. 内周側に開口するスロットが周方向に所定のピッチで複数配設された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された複数の巻線アッセンブリにより構成される固定子巻線と、を有する固定子を備えた車両用回転電機において、
   上記巻線アッセンブリは、スロット収納部がターン部により連結されて所定スロットピッチで配列され、かつ、隣り合う上記スロット収納部が上記ターン部によりスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るようにずらされたパターンに形成された連続線からなる２本の素線を、互いに上記所定スロットピッチずらして上記スロット収納部を重ねて配列してなる素線対が、１スロットピッチずつずらされて上記所定スロットピッチと同数対配列されて構成され、かつ上記スロット収納部が四角形断面に塑性変形され、
   上記固定子巻線は、上記スロット収納部が上記スロット内にスロット深さ方向に１列に並ぶように、上記固定子鉄心に上記巻線アッセンブリを径方向に３層以上に重ねて装着して構成され、
   径方向に重ねて装着された上記巻線アッセンブリの上記ターン部の径方向幅が、中央に位置する上記巻線アッセンブリのターン部、内周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部、外周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部の順に狭くなっていることを特徴とする車両用回転電機。
2. 径方向に重ねて装着された上記巻線アッセンブリの径方向に隣り合う上記ターン部同士が面接触状態となっていることを特徴とする請求項１記載の車両用回転電機。
3. スロット収納部がターン部により連結されて所定スロットピッチで配列され、かつ、隣り合う上記スロット収納部が上記ターン部によりスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るようにずらされたパターンに形成された断面円形の連続線からなる２本の素線を、互いに上記所定スロットピッチずらして上記スロット収納部を重ねて配列してなる素線対が、１スロットピッチずつずらされて上記所定スロットピッチと同数対配列されて構成された巻線アッセンブリを作製する工程と、
   スロットが所定ピッチで配列された直方体の積層鉄心を作製する工程と、
   上記巻線アッセンブリの断面円形のスロット収納部を四角形断面に塑性変形させる工程と、
   上記巻線アッセンブリを３層以上に重ねて上記積層鉄心に装着する工程と、
   上記巻線アッセンブリが重ねて装着された上記積層鉄心を円環状に曲げ、曲げられた該積層鉄心の両端面を突き合わせて接合一体化する円環状の固定子鉄心を作製する工程と、
   上記巻線アッセンブリの上記素線を結線して固定子巻線を構成する工程と、を備えた車両用回転電機の固定子の製造方法において、
   上記巻線アッセンブリを上記積層鉄心に装着する工程に先立って、該巻線アッセンブリの上記ターン部を上記スロット収納部に対して所定量ずらすコイルエンドずらし工程と、
   上記素線を結線する工程に先立って、径方向に重ねられた上記巻線アッセンブリの上記ターン部の群を内周側と外周側とから加圧して圧縮塑性変形させるコイルエンドつぶし工程と、を有することを特徴とする車両用回転電機の固定子の製造方法。
4. 上記コイルエンドずらし工程において、外周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部のずらし量を、内周側に位置する上記巻線アッセンブリと中央に位置する上記巻線アッセンブリのターン部のずらし量より多くすることを特徴とする請求項３記載の車両用回転電機の固定子の製造方法。
5. 上記コイルエンドつぶし工程において、外周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部の圧縮代を内周側に位置する上記巻線アッセンブリのターン部の圧縮代より大きくすることを特徴とする請求項４記載の車両用回転電機の固定子の製造方法。

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