JP3456144B2

JP3456144B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP3456144B2
Application number: JP12477698A
Authority: JP
Inventors: 草瀬　　新; 志賀　　孜; 梅田　　敦司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: JPH11234933A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転電機に関し、例
えば、乗用車、トラック等あるいは船舶に搭載されて内
燃機関により回転駆動される交流発電機に好適である。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】車両
の静粛化がすすみ補機の低騒音化ニーズは高まる一方で
ある。例えば、運転中殆ど常に作動している車両用交流
発電機においては低磁気音化のニーズは高いが、車両用
として求められる薄肉軽量化による振動増加の傾向と相
矛盾して解決が難しかった。すなわち、質量増加を伴う
ことなく低磁気音の製品を提供することが求められてい
る。

【０００３】一般に磁気音は、固定子と回転子の対向す
る空隙部の磁気的脈動が、固定子鉄心および巻線を振動
変形させて空気の疎密波として放射されると共に、それ
を支えるフレームまで振動変形させて空気の疎密波とし
て放射されることによって生じることは周知である。し
たがって、発生源である固定子の質量増加を覚悟で剛性
を向上すれば騒音レベルが低下することもまた周知であ
る。

【０００４】しかしながら、車両用としては軽量が第一
に求められるから、質量増加を伴わずにこれを達成する
必要がある。そこで、質量増加を防ぎつつ低磁気音化す
るものとして、実開平５−５０９６９号公報がある。こ
の公報には、固定子を支持するアルミフレームの剛性を
向上して磁気音発生源の一つである固定子の磁気的振動
を押え込む構成が開示されている。しかしながら、上記
構成では、軽金属であるアルミニウムで剛性向上してい
るため質量の増加は押さえられるものの、振動源である
固定子の剛性を直接上げるものではないため、その効果
には限界があった。

【０００５】また一方、特開昭６２−２２５１４０号公
報には、固定子鉄心の磁気的抵抗ムラを故意に形成して
回転中の振動周波数成分を分散して低磁気音化を図る構
成が開示されている。この構成では、まったく質量増加
を伴わないものの、上記公報に記載されているように、
振動振幅まで低減するものではないから、例えば車両に
取り付けられたときに本体自身は低磁気音になったとし
ても周囲の部品の共振を励起することとなり、全体とし
て低磁気音を達成できないことがあった。

【０００６】このように、既に発生した固定子振動を剛
性部材で押え込んだり、単に音色を変えるだけのもので
は確実に磁気音を低減することができなかった。従っ
て、固定子での磁気振動が発生する前に振動を抑制する
ことが望まれている。この固定子での磁気振動は、加振
力はわずかであるがそれによって固定子鉄心がその固有
振動数にて共振して大きく現れることがある。さらに、
スロットから延び出した固定子巻線の延出部に固定子鉄
心からの振動が伝播して大きく現れることがある。

【０００７】本発明は、固定子の振動を抑制し、低騒音
の回転電機を提供することを目的とする。さらに本発明
は、固定子の共振を抑制することを目的とする。さらに
本発明の他の目的は、スロット内における巻線の占積率
を向上しうる構成を採用しながら、その構成の下で比較
的簡単な構成により固定子の振動を抑制することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、回転軸に固定され回転周方向にほぼ等ピッチで
交互にＮＳ磁極を配置した回転子と、この回転子の外周
に対向配置され固定子鉄心のスロットに固定子巻線を収
納固定した固定子とを有する回転電機において、前記固
定子巻線は、前記固定子鉄心の軸方向両面から延び出
し、加熱軟化処理によって前記回転軸の軸方向に沿って
先端から根元部まで徐々に硬度が増大する延出部を設け
たことを特徴としている。

【０００９】このように巻線を回転軸の軸方向に沿って
硬度変化させたことにより、巻線の硬度が軸方向に沿っ
て離れた部位で異なることとなる。このため、巻線自体
が振動に対してこれを抑制しうる剛性の分布を備えるこ
ととなり、固定子としての振動が抑えられる。特に巻線
の硬度の違いは振動に対する剛性の違いとなって共振を
抑制することとなる。

【００１０】なお、巻線の硬度を軸方向に異ならせるこ
とで、鉄心と巻線との組立体の剛性を軸方向前後で異な
らせてもよい。この場合には、固定子に対向して磁極が
回転することにより軸方向前後において対称な振動加振
力が生じても、固定子の軸方向前後が例えば音叉の如き
振動エネルギーの授受をし難くなり、結果的に固定子軸
方向前後の共振を抑制することができる。

【００１１】このように巻線の延出部の硬度を軸方向に
変化させたことにより、抑制することができる。

【００１２】延出部端部側から硬度変化処理をすればよ
いため、硬度変化処理を容易とすることができる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
において、前記巻線は、その断面形状を変形することに
より一様に加工硬化処理されたことを特徴としている。
従って、断面形状を変更させるという簡単な加工により
巻線の硬度を高めることができる。請求項３に記載の発
明によれば、請求項１もしくは２において、前記巻線
は、前記スロットに挿入される連続線からなることを特
徴としている。

【００１７】かかる構成によると、巻線として比較的構
成が簡単で安価に製造できる連続線を利用しながら、そ
の断面形状を変形させることにより、スロット内におけ
る占積率を向上させるなどの効果を得ながら、断面形状
の変形に付随する加工硬化を利用して振動を抑えること
ができる。なお、断面形状の変形は、連続線の長さ方向
に関して一様に行うことができ、均一に所望の硬さとす
ることができる。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
ないし３のいずれかにおいて、前記巻線は、前記スロッ
トから延び出る延出部の端部にて互いに接合された複数
の断片導体を備えていることを特徴としている。

【００１９】

【００２０】例えば、加熱を伴う接合技術を採用するこ
とにより、複数の断片導体の端部においてその断片導体
を接合と同時に加熱することができ、電気的な接続を得
ると同時に、加熱による硬度低下処理を加えることがで
きる。なお、加熱軟化処理が行われたことの確認を、複
数の断片導体の接合にともなって形成される接合部の存
在によって行なってもよい。接合部の存在を確認するこ
とで、目視による簡単かつ確実な確認が可能である。ま
た、接合部の溶融具合などの形状によって、加熱軟化の
程度を把握してもよい。従って、製造管理が容易にな
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】［第一の実施形態］本発明の第一
の実施形態となる１００Ａクラスの車両用交流発電機を
図面に基づいて説明する。図１において、車両用交流発
電機１は、電機子として働く固定子２と、界磁子として
働く回転子３とを有する。そして、固定子２と回転子３
とはフレーム４に支持されている。さらにフレーム４に
は固定子２に接続され交流電力を直流に変換する図示せ
ぬレギュレータおよび整流器とが備えられている。

【００２２】回転子３は、計１２個の爪状磁極５を有す
る界磁鉄心６をシャフト７にローレット固定されてい
る。このシャフト７の図１中左端は動力入力端であって
プーリが固定されている。この界磁鉄心６の中央部のボ
ス部には界磁巻線８が巻装されている。界磁巻線８はス
リップリング９、ブラシ１０を経て、図示せぬレギュレ
ータに結線されている。この回転子３の爪状磁極５によ
りＮ極Ｓ極が交互に提供される。

【００２３】また、固定子２は、厚さ約０．５ｍｍの電
磁鋼板を回転軸軸方向に約３０ｍｍ積層した直径約１２
０ｍｍの固定子鉄心２０１を有し、この固定子鉄心２０
１は、その内周に３６個のスロット２０２を有してい
る。そして、上記スロット２０２のそれぞれに、多相の
固定子巻線を提供する連続線である銅線２０が設けられ
る。この銅線２０は、図２に示すように、１つのスロッ
ト２０２内から軸方向に沿って外部に延び出る部分を、
延び出た方向とは反対方向に折り曲げて、再び別のスロ
ット２０２内に入るように設けられる。図３において、
上記銅線２０とスロット２０２の内壁との間には電気的
絶縁材であるインシュレータ２０４が介在されている。
銅線２０は、スロット２０２内へ押圧して挿入され、イ
ンシュレータ２０４を挟持して鉄心２０１のスロット２
０２内に固定される。また、銅線２０は、固着材２０７
によってインシュレータ２０４とともに鉄心２０１のス
ロット２０２内に含浸固着される。銅線２０は断面形状
がほぼ矩形であり、その外周に有機絶縁皮膜が被覆され
ている。

【００２４】ここで、本実施形態の巻線を提供する上記
銅線２０は、断面積が約２mm²の電気用軟銅のほぼ全体
を一様に矩形断面となるように平角成形加工することで
加工硬化されたものが使用される。巻線は鉄心２０１の
軸方向両端面から延出部２０５、２０６として延びだし
ている。これらの部分はコイルエンドとも呼ばれる。延
出部２０５、２０６は鉄心２０１の両端面にそれぞれ環
状に配置されている。

【００２５】そして、プーリ側の延出部２０５に加熱軟
化処理が行われる。この加熱軟化処理は、銅線２０の延
出部２０５の軸方向端部を一部皮膜の上からまたは皮膜
を破った上で行われ、これによって図２のように部分的
に加熱処理部分が生成される。上記延出部の硬度分布例
を図４に示す。延出部２０５の軸方向端部に残留してい
た加工硬化が、加熱処理により除去される。このため銅
線全体が硬化していた加熱前に比べて延出部２０５の先
端の硬度が最も低下する。そして、軸方向に沿ってスロ
ットに近づくにつれ加熱処理の影響が小さくなり、加熱
処理前の硬度へ上昇する分布となっている。従って、銅
線２０のプーリ側のスロットからの延出部２０５は、端
部側すなわち加熱処理部分に近いほど軟らかく、スロッ
トに近いほど硬い。また、銅線２０のスロットからの延
出部は、プーリ側延出部２０５が軟らかく、反プーリ側
延出部２０６が硬いと言える。

【００２６】以上により、固定子２はプーリ側の振動剛
性が低く、反プーリ側の振動剛性が高くなり、その前後
が異なる振動位相となるため、相互に振動変位を牽制し
合う効果、すなわち減衰効果を得ることができる。よっ
て、磁気音を低減することができる。また、銅線２０の
スロットからの延出部を硬度変化させるので、固定子鉄
心２０１から銅線２０の延出部への振動の伝播を減衰で
きる。よって、銅線２０のスロット２０２からの延出部
の振動による磁気音を低減できる。

【００２７】さらに、上記構成において、銅線２０は予
め成形加工された後に加熱軟化処理されるため、硬度変
化の度合いは通常の丸線を使った場合に比べて大きくす
ることができる。従って、より高い振動減衰効果が得ら
れ、更なる磁気音低減を図ることができる。また上述の
ような硬度変化を与えるための加工硬化処理および加熱
軟化処理を行っているため、巻線の材料組成を軸方向に
沿って変える、といった特殊で高価な処理をせずとも、
非常に簡単に硬度変化させることができる。さらに、加
熱軟化は延出部２０５の端部側から行えばよいため、処
理が簡単である。

【００２８】また、銅線２０に自由に加工硬化処理を行
うことができるため、銅線２０を均一に所望の硬さとす
ることができる。なお、銅線２０は予め平角成形加工処
理されたものを購入し、これを使用してもよい。ただ
し、この場合であっても銅線２０は焼鈍により加熱軟化
されたものではなく、加工硬化による硬度をもっている
ことが重要である。

【００２９】なお、上記構成による効果を図５に示す。
第一の実施形態の１００Ａクラスの発電機の固定子２と
従来の発電機の固定子とを、固定子単体で同一加振力で
打撃してその共振振動の振幅比率を確認したところ、約
１／６以下にも低下するという大幅な振動減衰効果が得
られる。また、本実施形態の固定子を発電機に搭載した
場合の、発電機の回転数に対する磁気音の特性を図６に
示す。この図から明らかなように、本実施形態の発電機
に生じる磁気音が、従来に比べて低減することが確認で
きる。なお、磁気音が気になるとされるエンジンのアイ
ドル回転から１５００ｒｐｍあたりの低回転域（一般に
発電機のプーリ比２．５くらいであるから、発電機では
１０００〜４０００ｒｐｍくらいの範囲）において、全
域で約５〜７ｄＢもの著しい磁気音低減効果が得られ
た。また、図示していないが他の出力クラスの発電機で
も同様に著しい効果が得られた。

【００３０】［第二の実施形態］次に、第二の実施形態
について図７〜図９を用いて説明する。本実施形態で
は、固定子巻線は、図９に示す断片導体２０３を複数用
い、それらを互いに接合して提供される。上記断片導体
２０３は、円形断面の銅線を平角断面に成形したもので
あり、この成形により、断片導体２０３の全体が加工硬
化処理されている。しかも、成形された断片導体２０３
の断面形状は、スロット断面に沿った形状とされる。こ
の導体２０３を後述の如くスロットに挿入して巻線が形
成されることにより、スロット内の巻線の占積率が向上
する。

【００３１】断片導体２０３は、２つの直線部２０３Ａ
とこれらをつなぐＵ字部２０３Ｂとを有する。そして、
図７、８に示すように、断片導体２０３は、直線部２０
３Ａをスロット２０２内で径方向に一列に並ぶようにそ
ろえてスロット２０２に挿入される。この際、鉄心２０
１の一方の端部にＵ字部２０３Ｂが配列される。一方、
鉄心２０１の他方の端部から外部に延び出した直線部２
０３Ａの先端部を折り曲げて、図７のように端部を他の
断片導体２０３の端部と接合することによって、全体で
固定子巻線をなすことができる。

【００３２】図７において、複数の断片導体２０３の
内、導体２０３１と導体２０３２とが溶融点２０５１に
て溶接される。この溶接により加熱軟化処理がなされる
と共に電気接続がなされる。同様に、溶融点２０５２、
２０５３、…にてすべての断片導体２０３が、その端部
において溶接されて、加熱軟化処理されると共に電気接
続される。このように、溶接によって、電気接続と同時
に加熱軟化処理がなされるから簡単で工数も少なくてす
むという効果がある。

【００３３】図７に示すように、ある断片導体２０３の
一方の直線部２０３Ａがスロット２０２の外層から出る
なり周方向へ延び出ている。この断片導体２０３の他方
の直線部２０３Ａはスロット２０２の内層から出るなり
反対の周方向へ延び出ている。そして、外層の直線部２
０３Ａの端部は、他の断片導体２０３の内層の直線部２
０３Ａの端部と接合されている。これにより、複数の断
片導体２０３の各々の直線部２０３Ａの端部は、周方向
に延び出る向きが反対のもの同士が接合されるようにな
っている。従って、巻線のすべての延出部が周方向並び
に径方向に関して互いに離間している。

【００３４】一方、図８に示すように、Ｕ字部２０３Ｂ
も、スロット２０２から延び出ており、別のスロット２
０２へ挿入されている。従って、巻線の延出部としての
Ｕ字部２０３Ｂすべてが互いに離間している。上記実施
形態では、断片導体２０３がその直線部２０３Ａの端部
のみで溶接接続されることにより、溶接のための熱によ
り軟化され、硬度変化が与えられるから、硬度が一様な
場合に比べて高い振動減衰効果を発揮する。

【００３５】また、上述のように固定子鉄心２０１の一
方の端部には溶接接続されることで軟化された延出部が
配置され、他方には加工硬化が維持された延出部が配置
されるから、鉄心２０１の軸方向に関して硬度変化が与
えられ、高い振動減衰効果が得られる。しかも、図９に
示すように、成形によって加工硬化された断片導体２０
３のＵ字部２０３Ｂでは、Ｕ字形状を形成するための曲
げ加工によって、さらに加工硬化が加えられる。よっ
て、硬度変化をより大きく設定できる。従って、振動を
よりいっそう減衰することができる。

【００３６】さらに、上記実施形態により、鉄心２０１
と巻線とを全体として円筒状とみなした場合に、いわば
略同じ硬度をもつ部位が円環状に配置、配列されるよう
になる。このため、固定子２全体として、軸方向に硬度
分布が得られることとなり、高い振動減衰効果を得るこ
とができる。また、図７に示すように、溶融点２０５
１、２０５２、２０５３、…を目視することで、加熱軟
化および電気的接続が確実に行えたかを簡単に確認で
き、しかも溶融具合でその程度を把握可能となる。従っ
て、製造管理が容易になる。

【００３７】［その他の実施形態］次に、その他の実施
形態について説明する。上述した第一の実施形態では、
巻線として提供される銅線２０においてプーリ側の端部
を加熱処理するものとしたが、反対の端部であってもよ
い。また第一、第二の実施形態において、固定子の片側
の端部を比較的低い温度で加熱し他方を強制冷却するこ
とで、銅線２０又は断片導体２０３に被覆された皮膜の
損傷を避けることができる。

【００３８】また、第一、第二実施形態では、巻線の固
定子鉄心２０１から延び出る延出部の一方のみの端部を
軟化処理させたが、延出部両方の端部を軟化させてもよ
い。例えば、図１０に示す直線状の断片導体２１３を使
用してもよい。この導体２１３は、直線部２１３Ａをス
ロット内に軸方向一方から挿入した後、軸方向他方側に
て、断片導体２１３を所定ピッチで折り曲げ、２つの断
片導体２１３を加熱を伴う溶接等により電気接続するこ
とで、巻線を形成するものである。これにより、断片導
体２１３のスロットから延び出る部分は両方とも、スロ
ットに近い側が硬く、軸方向端部側が軟らかくなってい
る。従って、固定子鉄心から導体の先端への振動伝播を
減衰することができる。よって、巻線のスロットから延
び出る延出部の振動による磁気音を低減することができ
る。

【００３９】なお、図４に示した硬度分布とは異なる分
布となるよう加熱軟化処理を行ってもよい。例えば、ａ
点の硬度が図４程度に低く、ｂ点あるいはｃ点付近では
加熱前の硬度が維持されたような急峻な硬度分布となる
よう加熱軟化処理してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第一の実施形態となる車両用
交流発電機の部分断面図である。

【図２】巻線の延出部を示す固定子の部分斜視図であ
る。

【図３】図１に示した固定子の軸方向に垂直な断面を示
す断面図である。

【図４】第一の実施形態の巻線延出部の軸方向の硬度分
布を示すグラフである。

【図５】従来の固定子の共振特性と、第一の実施形態の
固定子の共振特性との相違を示すグラフである。

【図６】第一の実施形態の固定子における磁気音特性を
従来の固定子のそれと比較して示したグラフである。

【図７】第二の実施形態となる固定子の軸方向の一方の
側面の斜視図である。

【図８】第二の実施形態となる固定子の軸方向の他方の
側面の斜視図である。

【図９】第二の実施形態となる固定子の断片導体の斜視
図である。

【図１０】他の実施形態となる固定子の断片導体の斜視
図である。

【符号の説明】

１車両用交流発電機２固定子３回転子４フレーム５爪状磁極６界磁鉄心８界磁巻線２０銅線２０１固定子鉄心２０２スロット２０３断片導体２０４インシュレータ２０５延出部２０６延出部２１３断片導体

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−205441（ＪＰ，Ａ) 特開平６−209547（ＪＰ，Ａ) 特開平６−284651（ＪＰ，Ａ) 特開平８−317582（ＪＰ，Ａ) 特開平７−298528（ＪＰ，Ａ) 特開平６−209546（ＪＰ，Ａ) 特開平５−304748（ＪＰ，Ａ) 特開平５−115158（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 3/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に固定され回転周方向にほぼ等ピ
ッチで交互にＮＳ磁極を配置した回転子と、この回転子
の外周に対向配置され固定子鉄心のスロットに固定子巻
線を収納固定した固定子とを有する回転電機において、前記固定子巻線は、前記固定子鉄心の軸方向両面から延
び出し、加熱軟化処理によって前記回転軸の軸方向に沿
って先端から根元部まで徐々に硬度が増大する延出部を
設けることを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１において、前記固定子巻線は、予め断面形状を変形することにより
一様に加工硬化処理されて前記スロット内に挿入されて
いることを特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項１もしくは２において、前記固定子巻線は、前記スロットに挿入される連続線か
らなることを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１もしくは２において、前記固定子巻線は、前記スロットに挿入される複数の断
片導体からなり、前記断片導体の端部同士を溶接するこ
とで前記固定子巻線をなしており、この溶接により加熱軟化処理が施されていることを特徴
とする回転電機。