JP5682603B2

JP5682603B2 - 車両用回転電機の固定子

Info

Publication number: JP5682603B2
Application number: JP2012177701A
Authority: JP
Inventors: 敏満志賀; 洋明武田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: US9300178B2; FR2994513A1; CN103580344A; FR2994513B1; CN103580344B; JP2014036535A; US20140042836A1; DE102013107277A1

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機の固定子に関する。

従来から、車両用交流発電機の固定子には、電気導体（固定子巻線）と固定子鉄心との間の電気絶縁を行うために絶縁シートが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。この絶縁シートの半分の領域には孔が開けられており、丸線により形成されるコイルの周囲に含浸ワニスを充填することで、絶縁シートに対してコイルを固着することができる。

仏国特許発明第２８６９７３６号明細書

ところで、特許文献１に開示された固定子では丸線が用いられているため電気導体間の隙間が多く、含浸ワニスが隙間に入り込みやすくなっている。しかし、固定子鉄心のスロット側面と絶縁シートの間にはほとんど隙間がない。したがって、電気導体間に含浸ワニスを充填したり、孔が開けられた絶縁シートを用いた場合であっても、この含浸ワニスがスロット側面と絶縁シートの間に浸入することはほとんど期待できず、絶縁シートと固定子鉄心との間の固着強度が不足するという問題があった。このため、特に出力が大きい車両用交流発電機では、固定巻線に作用する力も大きくなるため、絶縁シートと電気導体とがスロット内で移動してしまい、信頼性の低下を招くおそれがある。

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、固定子鉄心に対して電気絶縁部材（絶縁シート）を確実に固着することができる車両用回転電機の固定子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の固定子は、周方向に複数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロットの径方向に複数収容され、固定子鉄心に巻装されて固定子巻線をなす矩形断面を有するセグメント導体と、スロット内においてセグメント導体を包囲するとともに、スロットの壁面に向けて凸形状となる複数の凸部を有するシート状の電気絶縁部材と、電気絶縁部材の周囲に充填された樹脂とを備えている。また、電気絶縁部材は、セグメント導体に向けて凸形状となる凸部を有する。

電気絶縁部材に複数の凸部が形成されているため、電気絶縁部材の表面とスロットの壁面との間に隙間を形成することができ、この隙間に樹脂を充填することが可能となる。このため、固定子鉄心に対して電気絶縁部材を確実に固着することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の断面図である。固定子を外側から見た展開図である。固定子に備わったセグメント導体の詳細形状を示す斜視図である。固定子鉄心のスロットに収容されたセグメント導体を示す断面図である。固定子鉄心のスロットに収容されたインシュレータを内径側から見た部分拡大図である。一実施形態のインシュレータの斜視図である。図６に示すインシュレータの側面図である。図６に示すインシュレータの平面図である。図６に示すインシュレータをセグメント導体とともにスロットに収容した状態を示す図である。一部の円錐台貫通部の向きを変更した変形例を示すインシュレータの平面図である。図１０に示すインシュレータをセグメント導体とともにスロットに収容した状態を示す図である。変形例のインシュレータの斜視図である。図１２に示すインシュレータの側面図である。図１２に示すインシュレータの平面図である。図１２に示すインシュレータをセグメント導体とともにスロットに収容した状態を示す図である。一部の円錐台貫通部の向きを変更した変形例を示すインシュレータの平面図である。図１６に示すインシュレータをセグメント導体とともにスロットに収容した状態を示す図である。軸方向に沿って重ならない位置に円錐台貫通部を形成した変形例のインシュレータを示す側面図である。径方向に沿って重ならない位置に円錐台貫通部を形成した変形例のインシュレータを示す側面図である。内径側に端部を有するインシュレータの変形例を示す斜視図である。

以下、本発明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説明する。図１に示すように、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圧を整流する整流器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の外周側に位置する固定子３が固定されている。

次に、固定子３の詳細について説明する。図２に示すように、固定子３は、薄い鋼板を重ね合わせて形成された固定子鉄心３１と、固定子鉄心３１に形成された複数のスロット３５に収容された固定子巻線３２と、固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間に配置された電気絶縁部材としてのインシュレータ３４とを備えている。

固定子巻線３２は、複数のＵ字状のセグメント導体３３（図３）によって構成されている。Ｕ字状のセグメント導体３３の一対の直線部を、所定ピッチ離れた固定子鉄心３１の２つのスロット３５に挿入し、先端部を周方向に沿って所定位置まで折り曲げて、他のセグメント導体３３の先端部と順次接合することにより、多相巻線としての固定子巻線３２が形成される（図２）。それぞれのセグメント導体３３は、スロット３５内に収容されるスロット内導体部３３Ａと、スロット内導体部３３Ａにつながるとともにスロット３５から露出して設けられてスロット３５から遠ざかるにつれて周方向に折り曲げられるスロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃとを有している。このような形状を有するセグメント導体３３が、スロット３５に径方向に複数収容されて固定子鉄心３２に巻かれて固定子巻線３１をなしている。

図４に示すように、固定子鉄心３１の各スロット３５に収容されたセグメント導体３３（スロット内導体部３３Ａ）は、１本１本の電気導体として把握することができ、各スロット３５には偶数本（本実施形態では２本）の電気導体が収容されている。

具体的には、一のスロット３５内のスロット内導体部３３Ａは、固定子鉄心３１の径方向に沿って内層と外層の順に一列に配列されており、その全体をスロット３５の内壁面に沿って覆うように各スロット内導体部３３Ａとスロット３５の内壁面の間にインシュレータ３４が配置されている。また、各セグメント導体３３のスロット内導体部３３Ａおよびスロット外導体部３３Ｂ、３３Ｃには、絶縁皮膜としてポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。また、スロット３５の内壁面とインシュレータ３４の間、インシュレータ３４とセグメント導体３３のスロット内導体部３３Ａの間や、円錐台貫通部１００に形成された貫通孔（後述する）の内部には、含浸用の樹脂３６（図９）が充填されている。この樹脂は、固定子鉄心３１の各スロット３５にインシュレータ３４とセグメント導体３３を組み付けた状態（図２）で、これらの間に形成された隙間に流し込んだ後に加熱して硬化させている。

次に、インシュレータ３４の詳細について説明する。インシュレータ３４は、図５に示すように、固定子鉄心３１内にセグメント導体３３のスロット内導体部３３Ａとともに収容され、その一部がスロット３５の外部に露出して、セグメント導体３３と固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保している。このインシュレータ３４は、スロット３５内に収容された２本のスロット内導体部３３Ａを覆うように環状に形成されている。

図６に示すように、本実施形態のインシュレータ３４は、スロット３５の径方向に延在して対向する２つの壁面に対応する面（図６、図８に示す側面３４Ａ、３４Ｂ）に形成された複数の円錐台貫通部１００を有している。図７に示すように、円錐台貫通部１００は、円錐台の凸部の中央に貫通孔が形成された形状を有している。また、これら複数の円錐台貫通部１００は、インシュレータ３４の側面３４Ａ、３４Ｂのぞれぞれの全面に広く分布するように規則的に配置されている。図７に示す例では、縦横各３列、合計９個の円錐台貫通部１００がインシュレータ３４の側面３４Ａ、３４Ｂのそれぞれに形成されている。また、これらの円錐台貫通部１００は、インシュレータ３４をスロット３５に収容したときに、スロット３５の壁面に対向する領域のみに形成されている。

なお、側面３４Ａ、３４Ｂのいずれか一方のみに円錐台貫通部１００を形成するようにしてもよい。また、円錐台貫通部１００に形成された貫通孔の形状は円形に限らず、楕円形、四角形等であってもよい。

このように、インシュレータ３４に複数の凸部としての円錐台貫通部１００が形成されているため、インシュレータ３４の表面とスロット３５の壁面との間に隙間を形成することができ（図９）、この隙間に樹脂を充填することが可能となる。このため、固定子鉄心３１に対してインシュレータ３４を確実に固着することができる。また、円錐台貫通部１００には貫通孔が形成されているため、この貫通孔を通して樹脂の浸入が容易となり、インシュレータ３４の両面において樹脂の充填をより確実に行うことがかのとなる。さらに、円錐台貫通部１００は、凸部に貫通孔が形成された形状を有しており、凸部と貫通孔を同時に形成することができるため（例えば、プレス成型によって貫通孔を形成する際に凸部を同時に形成する場合が考えられる。）、インシュレータ３４を製造する際の工数低減が可能となる。

また、円錐台貫通部１００を、スロット３５にインシュレータ３４を収容したときにスロット３５の壁面に対向する領域のみに形成することにより、スロット３５から突出したセグメント導体３３と固定子鉄心３１との間の沿面距離が短くなることを防止することができる。

また、円錐台貫通部１００の貫通孔は、図７や図８等に示すように突出した円錐台貫通部１００に形成されているため、円錐台貫通部１００の貫通孔に樹脂を充填した場合には、この貫通孔が形成された位置における樹脂の厚みが、貫通孔（円錐台貫通部１００）がない位置における樹脂の厚みよりも厚くなる。このため、貫通孔が形成された位置においてインシュレータ３４がないにもかかわらず、絶縁性を確保することができる。

ところで、上述した例では、インシュレータ３４の側面３４Ａ、３４Ｂに形成された全ての円錐台貫通部１００を外側（スロット３５の壁面側）に突出させたが、図１０、図１１に示すように、一部の円錐台貫通部１００を反対側（セグメント導体３３側）に突出させるようにしてもよい。これにより、インシュレータ３４とスロット３５の壁面との間に進入した樹脂３６を効率よくセグメント導体３３側に導くことができる。

また、上述したインシュレータ３４では側面３４Ａ、３４Ｂのみに円錐台貫通部１００を形成したが、図１２〜図１７（これらは図６〜図１１のそれぞれに対応している）に示すように、スロット３５の周方向に延在する壁面に対応する側面３４Ｃに追加するようにしてもよい。

また、図７および図１３に示した例では、縦横各３列、合計９個の円錐台貫通部１００をインシュレータ３４の側面３４Ａ、３４Ｂのそれぞれに形成したが、図１８に示すように、固定子鉄心３１の軸方向（図１８では縦方向が軸方向に対応する）に沿って重ならない位置に円錐台貫通部１００を形成するようにしてもよい。これにより、軸方向に沿って樹脂を含浸させる際に、それぞの円錐台貫通部１００に向かう樹脂の流れを他の円錐台貫通部１００が阻害することを回避することができる。

あるいは、図１９に示すように、固定子鉄心３１の径方向（図１９では横方向が径方向に対応する）に沿って重ならない位置に円錐台貫通部１００を形成するようにしてもよい（図１９に示す例では、固定子鉄心３１の径方向だけでなく軸方向にも重ならないようになっている。）。これにより、径方向に沿って樹脂を含浸させる際に、それぞの円錐台貫通部１００に向かう樹脂の流れを他の円錐台貫通部１００が阻害することを回避することができる。

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、上述した実施形態では、凸部と貫通孔の位置を一致させた円錐台貫通部１００をインシュレータ３４に形成したが、貫通孔のない円錐台形状の凸部を用いたり、貫通孔のない凸部を形成するとともに凸部と異なる位置に貫通孔を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、円錐台形状を有する円錐台貫通部１００をインシュレータ３４に形成したが、円錐台形状以外の凸形状を有する貫通部を円錐台貫通部１００の代わりに用いるようにしてもよい。また、複数の円錐台貫通部１００を全て同じ形状とする必要はなく、樹脂の浸入経路に沿って円錐台貫通部１００の径を変えたり、形状を変えたりしてもよい。

また、上述した実施形態では、外径側においてインシュレータ３４の端部を部分的に重ねるようにしたが、図２０に示すように、内径側に端部を有するインシュレータ１３４を用いるようにしてもよい。

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３に用いられたインシュレータ３４について説明したが、車両用交流発電機１以外の回転電機、例えば、発電動作と電動動作を行う車両用回転電機や、電動動作のみを行う車両用回転電機について本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、電気絶縁部材に複数の凸部が形成されているため、電気絶縁部材の表面とスロットの壁面との間に隙間を形成することができ、この隙間に樹脂を充填することが可能となる。このため、固定子鉄心に対して電気絶縁部材を確実に固着することができる。

１車両用交流発電機
３１固定子鉄心
３２固定子巻線
３３セグメント導体
３４インシュレータ
３５スロット
３６樹脂
１００円錐台貫通部

Claims

周方向に複数のスロット（３５）が形成された固定子鉄心（３１）と、
前記スロットの径方向に複数収容され、前記固定子鉄心に巻装されて固定子巻線（３２）をなす矩形断面を有するセグメント導体（３３）と、
前記スロット内において前記セグメント導体を包囲するとともに、前記スロットの壁面に向けて凸形状となる複数の凸部（１００）を有するシート状の電気絶縁部材（３４）と、
前記電気絶縁部材の周囲に充填された樹脂（３６）と、
を備え、前記電気絶縁部材は、前記セグメント導体に向けて凸形状となる凸部（１００）を有することを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項１において、
前記電気絶縁部材は、複数の貫通孔を有し、
前記貫通孔の内部に前記樹脂が充填されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項２において、
前記凸部に前記貫通孔が形成されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項３において、
前記凸部は、前記スロットに収容されたときに前記スロットの壁面に対向する領域のみに形成されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項３または４において、
前記凸部は、前記スロットの径方向に延在して対向する２つの壁面の少なくとも一方に対応して形成されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項３〜５のいずれかにおいて、
前記貫通孔が形成された位置における前記樹脂の厚みが、前記貫通孔がない位置における前記樹脂の厚みよりも厚いことを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項３〜６のいずれかにおいて、
前記複数の凸部は、前記固定子鉄心の軸方向に沿って重ならない位置に配置されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
請求項３〜７のいずれかにおいて、
前記複数の凸部は、前記固定子鉄心の径方向に沿って重ならない位置に配置されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。