JP3621635B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の電機子巻線構造に関し、特に内燃機関により駆動される交流発電機、例えば乗用車やトラック等に搭載可能な車両用交流発電機の固定子巻線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交流発電機において、小型高出力および品質の向上が益々求められてきている。小型高出力を実現するには、磁気装荷と電気装荷との分配を如何に最適に、かつ、限られた容積の中で如何に高密度に、構成するかが重要となる。
例えば、車両用交流発電機においては、車両エンジンルームが益々狭小化する中で、搭載スペースに余裕がなくなってきている一方で、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。また、車内外共に、騒音低減のニーズが高く、エンジン騒音が低下してきているが、車両への電気負荷供給のため常時発電稼働しいる車両用交流発電機の騒音が問題とされている。さらに、車両用交流発電機は、常時発電稼働しているので、出力電流のジュール熱のため、その発熱量が多く、曝される熱的環境は厳しく、極めて高い耐熱性が求められている。
【０００３】
特に、交流発電機の小型高出力については、固定子巻線の巻線抵抗値の低減、固定子の磁気回路内に納める電気導体の占積率の向上、さらには固定子巻線の渡り部（固定子鉄心外の渡り部をコイルエンドと呼ぶ）の整列化および高密度化が必要であり、これに加えて、上記のような低騒音、耐熱環境性等の要求に応える必要がある。
そして、固定子巻線の電気導体に断面積の大きい短尺の導体セグメントを用いて、巻線抵抗値（熱損失）の低減、電気導体の占積率向上、あるいは、コイルエンドの整列化および高密度化を図る構造が、ＷＯ９２／０６５２７号などに提案されている。
【０００４】
また、この種の交流発電機においては、高速回転域（例えば２０００〜５０００ｒｐｍ）での出力低下の要因となる電機子反作用を低減させるために固定子巻線の各相のターン数を減らすことが有効である。具体的には、スロット内に収納される電気導体数を減らすことでターン数を減らすことができるが、これは電気導体の扁平度（断面のスロット深さ方向長さ／断面のスロット幅方向長さ）が大きくなることを意味する。しかし、電気導体に使用される短尺の導体セグメントは、平角断面を有する導体を略Ｕ字状に屈曲成形されているので、扁平度が大きくなるほどターン部の成形性が悪化してしまうことになる。そこで、スロット内に収納される電気導体数を多くして、電気導体の扁平度を小さくしてターン部の成形性の悪化を抑え、さらに電気導体を結線して形成された巻線を並列接続して、固定子巻線の各相のターン数を減らすことが有効となる。
【０００５】
短尺の導体セグメントを用い、重ね巻き（ループ巻き）の巻線と波巻きの巻線とを並列接続して固定子巻線の各相の巻線を構成したものが、例えば特開２０００−９２７６６号公報に記載されている。
この従来の固定子巻線は、図１９に示されるように、平角導体を略Ｕ字状に屈曲成形された３種類の導体セグメント３１１、３１２、３１３を用いている。そして、導体セグメント３１１、３１２、３１３が３スロット（１磁極ピッチ）離れた各組のスロットに固定子鉄心の軸方向の一端側から挿入され、固定子鉄心の軸方向の他端側に延出する端部同士を溶接等により接合して、固定子鉄心の周りを４周するコイルに形成されている。なお、各スロット内には、導体セグメント３１１、３１２、３１３の各スロット収納部３１１ａ、３１２ａ、３１３ａを構成する導体が、固定子鉄心の径方向に関して一列に６本配列されている。ここで、スロット内の導***置を、内周側から１番地、２番地・・・６番地という。また、固定子鉄心の軸方向の一端側においては、導体セグメント３１２のターン部３１２ｂが導体セグメント３１３のターン部３１３ｂを囲み、導体セグメント３１１のターン部３１１ｂが導体セグメント３１２のターン部３１２ｂを囲んでいる。
そして、固定子鉄心の軸方向の他端側において、１つのスロットの３番地から延出する導体セグメント３１３の端部３１３ｃが、３スロット離れた他のスロットの４番地から延出する導体セグメント３１３の端部３１３ｃに接合されて、スロットあたり１ターンの波巻の巻線３０１、３０３を２つ形成している。また、１つのスロットの１番地から延出する導体セグメント３１１の端部３１１ｃが３スロット離れた他のスロットの２番地から延出する導体セグメント３１２の端部３１２ｃに接合され、さらに１つのスロットの５番地から延出する導体セグメント３１２の端部３１２ｃが３スロット離れた他のスロットの６番地から延出する導体セグメント３１１の端部３１１ｃに接合されて、スロットあたり２ターンの重ね巻の巻線３０２、３０４を２つ形成している。
【０００６】
そして、図２０に示されるように、２つの波巻きの巻線３０１、３０３と２つの重ね巻の巻線３０２、３０４とを直列に接続することで、各相６ターンの固定子巻線が構成される。また、図２１に示されるように、波巻きの巻線３０１と重ね巻の巻線３０２とを直列に接続し、波巻の巻線３０３と重ね巻の巻線３０４とを直列に接続し、両者を並列に接続して、各相３ターンの固定子巻線群が構成される。これらの固定子巻線群が交流結線されて１組の３相交流巻線からなる固定子巻線が構成されている。この固定子巻線が整流器に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の車両用交流発電機の固定子巻線は、以上のように、大中小の３種類の導体セグメント３１１、３１２、３１３を固定子鉄心の一端側から１磁極ピッチ離れた各組のスロットにスロット収納部３１１ａ、３１２ａ、３１３ａを積み重ねるように挿入し、固定子鉄心の他端側に延出する端部同士を接合して構成されていた。
そこで、図２２に示されるように、固定子鉄心１５の一端側における固定子巻線のコイルエンドの高さが高くなってしまうので、小型化が図れないとともに、巻線抵抗値が上昇し、熱損失が大きくなり、巻線での発熱量が増加してしまい、かつ、コイルエンドの漏れリアクタンスが増加してしまい、高出力化が図られないという課題があった。
また、ターン部３１３ｂがターン部３１２ｂに覆われ、ターン部３１２ｂがターン部３１１ｂに覆われているので、固定子鉄心１５の一端側における固定子巻線のコイルエンドの露出表面積が低減され、固定子巻線が効率的に冷却されなくなる。その結果、固定子巻線の温度が高温となり、高出力化が図られないという課題もあった。
さらに、毎極毎相当たり１つのスロット数を有する固定子鉄心に１組の３相交流巻線が巻装され、その出力が１組の整流器により整流されているので、コイルエンドにおいて、各スロットから延出するターン部が周方向に整列する数が少なく、冷却性が悪い。これにより、固定子巻線の温度が高温となり、高出力化が図られないという課題があった。また、整流器も１組しか備えていないので、整流ダイオード１個当たりの損失が大きくなり、高温となって高出力化が困難となっていた。
【０００８】
この発明は、上記のような従来の技術の課題に鑑み、スロットあたり１ターンの波巻きの第１巻線で構成された第１波巻き巻線群と、この第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転巻装されたスロット当たり１ターンの波巻きの第２巻線で構成された第２波巻き巻線群とをｎ対巻装し、各相を構成する第１および第２巻線からなる２ｎ本の巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続するようにし、小型、高出力、高生産性を兼ね備えた回転電機を得ることを目的とする。
また、毎極毎相当たりのスロット数を２個とし、固定子巻線が各相の固定子巻線群を交流結線して２組の交流巻線で構成し、各組の交流巻線を独立整流するようにし、固定子巻線のコイルエンドの冷却性を高め、かつ、整流ダイオードの損失を低減し、高出力を実現できる回転電機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機は、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記電機子巻線は、素線を所定スロット数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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を上記所定スロット数毎に上記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、上記第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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第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ｎ対（ｎ：自然数）配設されて構成され、上記電機子巻線の各相は、上記所定スロット数毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている２ｎ本の上記第１および第２巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続して構成されているものである。
【００１０】
また、上記２つの直列接続巻線は、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第１巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第１直列接続巻線と、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第２巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第２直列接続巻線とから構成されているものである。
【００１１】
また、上記ｎが２ｍ＋１（ｍ：自然数）である。
【００１２】
また、上記素線は、略Ｕ字状の導体セグメントであり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、複数の上記導体セグメントの開放端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されているものである。
【００１３】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているものである。
【００１４】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているものである。
【００１５】
また、上記素線は略円形断面を有する導体である。
【００１６】
また、上記電機子巻線の各相を構成する上記２つの直列接続巻線が金属製ターミナルを介して結線されているものである。
【００１７】
また、上記電機子鉄心は、積層鉄心からなる円筒状の固定子鉄心であり、上記固定子鉄心の内部に同軸に配設された回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、上記回転子の軸方向端部に固着されたファンとを備え、冷却風が上記ファンの回転により上記電機子巻線のコイルエンド部に送風されるようにしたものである。
【００１８】
また、上記第１波巻き巻線群と上記第２波巻き巻線群とのｎ対は、上記固定子鉄心からの軸方向延出高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているものである。
【００１９】
また、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記スロットは上記電機子鉄心に毎極毎相当たり２個形成され、上記電機子巻線は、各相の巻線を交流結線してなる２組の交流巻線から構成され、上記各相の巻線は、素線が上記スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本（ｎ：自然数）配列され、かつ、スロット外で所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結するように巻装されて構成された２組のｎターン巻線を並列に接続して構成され、さらに、上記２組の交流巻線の交流出力がそれぞれ第１および第２の整流器により独立して整流された後、合成されて出力されるように構成されているものである。
【００２０】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部の軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているものである。
【００２１】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているものである。
【００２２】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が軸方向に層状にｎ層に並ぶように形成され、かつ、ｎ層の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているものである。
【００２３】
また、上記素線が略Ｕ字状の導体セグメントで構成されているものである。
【００２４】
また、上記素線が連続導体線で構成されているものである。
【００２５】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、上記各相の巻線を構成する２組の上記ｎターン巻線間に絶縁性樹脂を介在させているものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図、図２および図３はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す端面図および斜視図、図４はこの発明の実施の形態１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５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図、図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の金属製ターミナル実装状態を示す斜視図、図７はこの発明の実施の形態１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素線の要部を示す斜視図、図８はこの発明の実施の形態１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素線の配列を説明する図、図９はこの発明の実施の形態１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図であり、図９の（ａ）はその端面図、図９の（ｂ）はその平面図である。なお、図２および図３では口出し線等が省略されている。また、図４中実線はリヤ側巻線を、点線はフロント側巻線を示している。
【００２７】
図１において、車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、電機子として働く固定子８が界磁として働く回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されて構成されている。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト（図示せず）を介してシャフト６に伝達できるようになっている。
回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【００２８】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、爪状磁極２２、２３をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
また、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周両肩部に固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの径方向外側に対向して設けられている。
【００２９】
固定子８は、図２および図３に示されるように、軸方向に延びるスロット１５ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装着されて固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。そして、固定子巻線１６は、後述するように、１本の素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ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１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採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、固定子鉄心１５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相交流巻線を２組収容するように、９６本のスロット１５ａが等間隔に形成されている。即ち、スロット数は毎極毎相当たり２である。また、素線３０には、例えば絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。
【００３０】
つぎに、１相分の固定子巻線群１６１の巻線構造について図４を参照して具体的に説明する。
１相分の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第６の巻線３１〜３６から構成されている。そして、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１５ａ内の内周側から１番目の位置（以下、１番地という）と内周側から２番目の位置（以下、２番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の２番地と１番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の内周側から３番目の位置（以下、３番地という）と内周側から４番目の位置（以下、４番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の４番地と３番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の内周側から５番目の位置（以下、５番地という）と内周側から６番目の位置（以下、６番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の６番地と５番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に６本並んで配列されている。
【００３１】
ついで、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２、第４および第６巻線３２、３４、３６の素線３０の部分が切断され、スロット番号の６７番と７３番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１、第３および第５巻線３１、３３、３５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３１ａと第３巻線３３の切断端３３ｂとが接合され、第３巻線３３の切断端３３ａと第５巻線３５の切断端３５ｂとが接合されて、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５が直列接続されてなる３ターンの第１直列接続巻線１６２ａが形成される。同様に、第２巻線３２の切断端３２ａと第４巻線３４の切断端３４ｂとが接合され、第４巻線３４の切断端３４ａと第６巻線３６の切断端３６ｂとが接合されて、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６が直列接続されてなる３ターンの第２直列接続巻線１６２ｂが形成される。ついで、第１巻線３１の切断端３１ｂと第６巻線３６の切断端３６ａとを接合し、第２巻線３２の切断端３２ｂと第５巻線３５の切断端３５ａとを接合し、３ターンの第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂが並列接続された１相分の固定子巻線群１６１が構成される。
なお、第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａの接合部と第２および第５巻線３２、３５の切断端３２ｂ、３５ａの接合部とがそれぞれ中性点（Ｎ）および口出し線（Ｏ）となる。
【００３２】
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線群１６１が形成されている。そして、図５に示されるように、固定子巻線群１６１が３相分づつ星型結線されて２組の３相交流巻線１６０を形成し、各３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成される。
【００３３】
ここで、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１５ａから固定子鉄心１５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１５ａ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、スロット内で、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採るように巻装されている。
また、固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンド部を形成している。そこで、固定子鉄心１５の両端において、ほぼ同一形状に形成されたターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、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１６ｆ、１６ｒを形成している。
【００３４】
ついで、金属製ターミナルを用いた固定子巻線１６の結線構造について図４乃至図６を参照しつつ説明する。
金属製ターミナル５０は、ａ相引き出し線５１ａ、ｂ相引き出し線５１ｂ、ｃ相引き出し線５１ｂおよび中性点引き出し線５２が絶縁性樹脂５３により一体に成形されて構成されている。そして、ａ相引き出し線５１ａには、２つの接続片５１ａ１、５１ａ２が一体に形成されている。また、ｂ相引き出し線５１ｂには、２つの接続片５１ｂ１、５１ｂ２が一体に形成されている。さらに、ｃ相引き出し線５１ｃには、２つの接続片５１ｃ１、５１ｃ２が一体に形成されている。さらにまた、中性点引き出し線５２には、６つの接続片５２ａ１、５２ａ２、５２ｂ１、５２ｂ２、５２ｃ１、５２ｃ２が一体に形成されている。
【００３５】
そして、ａ相の固定子巻線群１６１を構成する第５および第２巻線３５、３２の切断端３５ａ、３２ｂがそれぞれ接続片５１ａ１、５１ａ２に溶接され、ａ相の固定子巻線群１６１を構成する第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａがそれぞれ接続片５２ａ１、５２ａ２に溶接されている。また、ｂ相の固定子巻線群１６１を構成する第５および第２巻線３５、３２の切断端３５ａ、３２ｂがそれぞれ接続片５１ｂ１、５１ｂ２に溶接され、ｂ相の固定子巻線群１６１を構成する第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａがそれぞれ接続片５２ｂ１、５２ｂ２に溶接されている。さらに、ｃ相の固定子巻線群１６１を構成する第５および第２巻線３５、３２の切断端３５ａ、３２ｂがそれぞれ接続片５１ｃ１、５１ｃ２に溶接され、ｃ相の固定子巻線群１６１を構成する第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａがそれぞれ接続片５２ｃ１、５２ｃ２に溶接されている。
【００３６】
これにより、各相の固定子巻線群１６１が、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５の第１直列接続巻線１６２ａと、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６の第２直列接続巻線１６２ｂとを並列に接続して構成される。また、各相の固定子巻線群１６１の中性点が中性点引き出し線５２にまとめられ、ａ相、ｂ相およびｃ相の固定子巻線群１６０が交流結線（星型結線）される。そして、金属製ターミナル５０のａ相引き出し線５１ａ、ｂ相引き出し線５１ｂ、ｃ相引き出し線５１ｃおよび中性点引き出し線５２を整流器１２に結線して、図５に示される回路構成が得られる。
【００３７】
ここで、第１乃至第６巻線３１〜３６は、それぞれ素線３０を、６スロット毎のスロット１５ａに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されている。そして、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６は、それぞれ第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、このように構成された固定子巻線１６は、第１巻線３１で構成された第１波巻き巻線群と第２巻線３２で構成された第２波巻き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の構成となる。この第１および第２波巻き巻線群の対は、１２本の連続導体線からなる素線３０を波状に成形しつつ編み込んだ巻線アッセンブリで提供される。
【００３８】
以下、その巻線アッセンブリの構造を図７乃至図９を参照しつつ説明する。
図７はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図、図８はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図、図９はこの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図であり、図９の（ａ）はその端面図、図９の（ｂ）はその平面図である。
素線３０は、絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する１本の銅連続線が用いられる。この素線３０は、図７に示されるように、ターン部３０ａで連結されたスロット収納部位としての直線部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形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂが、ターン部３０ａにより、素線３０の幅（Ｗ）分ずらされている。
このようなパターンに形成された２本の素線３０は、図８に示されるように、６スロットピッチずらして直線部３０ｂを重ねて配列されて素線対を構成している。この素線対が、第１および第２巻線３１、３２の対に相当している。
この素線対が、１スロットピッチづつずらして６対配列されて図９に示される巻線アッセンブリ３９を構成している。そして、素線３０の端部が素線アッセンブリ３９の両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３０ａが巻線アッセンブリ３９の両側部に整列されて配列されている。
この巻線アッセンブリ３９を３層に重ねて固定子鉄心１５のスロット１５ａに巻装することで、結線前の固定子が得られる。そして、図４に示される結線方法に基づいて、各素線３０の端部同士を結線して固定子巻線１６を形成する。
【００３９】
このように構成された車両用交流発電機では、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１０およびスリップリング９を介して回転子コイル１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方のポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、回転子７が回転される。そこで、固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、固定子巻線１６に起電力が発生する。この交流の起電力が整流器１２を通って直流に整流されるとともに、整流器１２の出力電圧の大きさがレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【００４０】
そして、リヤ側においては、ファン５の回転により、外気が整流器１２のヒートシンクおよびレギュレータ１８のヒートシンク１７にそれぞれ対向して設けられた吸気孔２ａを通じて吸い込まれ、シャフト６の軸に沿って流れて整流器１２およびレギュレータ１８を冷却し、その後ファン５により遠心方向に曲げられて固定子巻線１６のリヤ側のコイルエンド群１６ｒを冷却し、排気孔２ｂより外部に排出される。一方、フロント側においては、ファン５の回転により、外気が吸気孔１ａから軸方向に吸い込まれ、その後ファン５により遠心方向に曲げられて固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド群１６ｆを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。
【００４１】
このように、この実施の形態１によれば、固定子巻線１６は２つの３相交流巻線群１６０を備え、各３相交流巻線１６０は３つの固定子巻線群１６１を交流結線して構成されている。さらに、各固定子巻線群１６１は第１乃至第６巻線３１〜３６で構成されている。そして、第１巻線３１は素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内の１番地と２番地と交互に採るように波状に巻装されて１ターンの巻線に構成されている。つまり、第１巻線３１は素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされた１ターンの波巻き巻線に構成されている。また、第２巻線３２は、素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波状に、かつ、第１巻線３１に対して電気角で１８０度ずらして反転して巻装されて１ターンの波巻き巻線に構成されている。同様に、第３および第４巻線３３、３４が、それぞれ素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内の３番地と４番地と交互に採るように波状に巻装され、第５および第６巻線３５、３６がそれぞれ素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて、１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５を直列接続した直列接続巻線１６２ａと、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６を直列接続した直列接続巻線１６２ｂとを並列に接続して固定子巻線群１６１を構成している。
これにより、固定子巻線１６が波巻き巻線のみで構成されているので、重ね巻き巻線と波巻き巻線とを混在させた従来技術に比べて、コイルエンドの高さを低くできるとともに、コイルエンドの露出面積を大きくできる。
そして、コイルエンドの高さが低くなるので、小型化が図れる。また、巻線抵抗値が小さくなり、熱損失が小さくなるので、固定子巻線１６での発熱量が減少され、さらにコイルエンドの漏れリアクタンスが少なくなり、高出力化が図られる。また、コイルエンドの露出面積が大きくなるので、固定子巻線１６が効率的に冷却され、固定子巻線１６の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。
【００４２】
また、それぞれ１ターンの波巻き巻線に構成された６本の巻線から３ターンの固定子巻線群１６１を形成することができる。即ち、（２ｍ＋１）対（ｍ：自然数）の波巻き巻線群を巻装することにより、奇数ターンの固定子巻線群１６１を形成することができる。つまり、固定子巻線が複数対の波巻き巻線群で構成されている場合、従来、各相の固定子巻線群１６１を奇数ターンに構成できなかったが、巻線群を２分割して並列接続することで、奇数ターンの各相の固定子巻線群１６１を実現している。さらに、ターン数を減らしても、素線の扁平度を小さくできるので、素線の成形性の悪化を抑えることができる。
例えば、４ターンの固定子巻線群１６１で固定子巻線１６を構成した固定子において、電機子反作用により高速回転域での出力が十分でない場合、固定子巻線１６１のターン数を減らすことが１つの対策となる。この時、奇数ターンの固定子巻線群を作製できないとすると、２ターンの固定子巻線群を用いることになるが、ターン数を大幅に下げすぎると低速回転域での出力が出なくるという新たな問題が発生する。従って、奇数ターンの固定子巻線群を作製できることは、電機子反作用により高速回転域での出力が十分でない固定子巻線に対して、各相のターン数を１ターン減らして対処でき、低速回転域での出力低下を抑えつつ、高速回転域での出力増加を実現できることを意味している。
【００４３】
また、第１直列接続巻線１６２ａが第１、第３および第５巻線３１、３３、３５から構成され、第２直列接続巻線１６２ｂが第２、第４および第６巻線３２、３４，３６から構成されているので、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂはそれぞれ内層、中層および外層の巻線で構成される。そこで、冷却風がコイルエンドを通風する際に、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂは均等に冷却されることになり、固定子巻線の温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
また、素線３０が連続線であるので、素線に導体セグメントを用いる従来技術に比べて、溶接箇所が著しく削減される。そこで、煩雑な溶接作業が軽減でき、作業性が向上されるとともに、溶接不良の発生も著しく低減され、高歩留まりを実現できる。
また、導体セグメントの端部同士を接合する場合、導体セグメントの開放端側を治具で保持して溶接が行われるので、接合側のコイルエンド高さが高くなってしまう。この実施の形態１では、素線３０が連続線であるので、コイルエンドが素線３０のターン部３０ａで構成され、コイルエンド形成における溶接が不要となり、コイルエンドの高さを低くすることができる。
【００４５】
また、波巻き巻線群の対を巻線アッセンブリ３９で構成しているので、固定子巻線の巻装作業が簡素化され、固定子の組立性が向上される。また、ターン数を増やす場合、巻線アッセンブリ３９を多層に重ねて固定子鉄心に組み込むことで対応できる。また、Ｕ字状の導体セグメントを用いた場合、導体セグメントを固定子鉄心の一端側からスロット内に差し込む必要があるので、導体セグメントはスロット内でスロット長さ以上移動することになる。一方、巻線アッセンブリ３９は、例えば固定子鉄心の内周側からスロット内に差し込むことになるので、巻線アッセンブリ３９はスロット内でスロット深さ以上移動することはない。従って、固定子鉄心への組み込み時に、素線とスロット内壁面とのこすれに起因する絶縁被膜の損傷が発生しにくく、優れた絶縁性が確保される。
【００４６】
また、金属製ターミナル５０を用いて各相の固定子巻線群１６１を結線しているので、巻線の結線作業が簡素化される。また、金属製ターミナル５０を変えることにより、１つの巻線群構成から、ターン数が３ターンと６ターンの２種類の固定子巻線群を有する固定子巻線を構成することができる。つまり、金属製ターミナル５０において、２つの接続片５１ａ１、５１ａ２をａ相引き出し線５１ａから切り離して一体に形成し、接続片５２ａ２を中性点引き出し線５２から切り離してａ相引き出し線５１ａに一体に形成し、２つの接続片５１ｂ１、５１ｂ２をｂ相引き出し線５１ｂから切り離して一体に形成し、接続片５２ｂ２を中性点引き出し線５２から切り離してｂ相引き出し線５１ｂに一体に形成し、さらに２つの接続片５１ｃ１、５１ｃ２をｃ相引き出し線５１ｃから切り離して一体に形成し、接続片５２ｃ２を中性点引き出し線５２から切り離してｃ相引き出し線５１ｃに一体に形成することで、第１乃至第６巻線３１〜３６が直列に接続された６ターンの固定子巻線群が構成される。
【００４７】
また、この固定子巻線１６では、各素線３０のターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、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１６ｆ、１６ｒを構成しているので、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒにおける固定子鉄心１５の端面からの延出高さが低くなる。これにより、回転子７の回転に起因する風音を低減させることができる。また、コイルエンドのコイルの漏れリアクタンスが減少し、出力・効率が向上する。
また、この固定子巻線１６では、各素線３０のターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、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１６ｆ、１６ｒを構成しているので、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒにおける通風抵抗が周方向において均等となる。これにより、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒが周方向において均一に冷却され、固定子巻線１６の温度上昇が抑えられる。
また、回転子７の軸端に固着されたファン５により冷却風がコイルエンド群１６ｆ、１６ｒに送風されるようになっているので、固定子巻線１６の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００４８】
また、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂはそれぞれ内層、中層および外層の巻線で構成されているので、３つの巻線アッセンブリ３９間に生じる製造上の抵抗値およびインダクタンスの誤差が第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂに均等に分散され、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂ間の抵抗値およびインダクタンスの差が小さく抑えられる。これにより、例えば第１直列接続巻線１６２ａを流れた電流の一部が第２直列接続巻線１６２ｂに流れることが抑えられるので、第１直列接続巻線１６２ａから第２直列接続巻線１６２ｂに流れる循環電流に起因する出力低下が抑えられる。
また、固定子巻線群１６１が３相分づつ星型結線されて２組の３相交流巻線１６０を形成し、９６個のスロット（毎極毎相当たり２のスロット数）よりそれぞれ延出するターン部３０ａが周方向に整列して配列され、各３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成される。そして、各コイルエンド群１６ｆ、１６ｒは周方向に整列されて配列された９６個のターン部３０ａを径方向に３列に並べて構成され、各コイルエンド群１６ｆ、１６ｒを構成するターン部３０ａの総数は２８８個となるので、冷却性が極めて高くなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。また、２組の３０度位相のずれた電流が発生するので、コイルエンド群内の温度分布も、従来のものに比べて、均一なものとなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。さらに、２組の整流器によって整流されるので、整流ダイオード１個当たりの損失が従来に対して半減するので、整流ダイオードの温度も低くなり、さらに高出力化が図られる。
さらに、２組の巻線を３０度位相差で巻装することにより発電機の磁気騒音の原因となる高調波起磁力成分をキャンセルできることは周知であるが、本実施の形態のように、ターン部３０ａを径方向に３列に整列して配列することによりコイルエンドの剛性を高めて、磁気騒音をさらに低減するという効果もある。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、素線として連続銅線を用いるものとしているが、この実施の形態２では、素線として略Ｕ字状の導体セグメントを用いるものとしている。
図１０はこの発明の実施の形態２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素線の配列を説明する斜視図、図１１はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。なお、図１１では口出し線等が省略されている。
素線４０には、絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する短尺な銅線材が用いられ、スロット収納部位としての一対の直線部４０ｂをＶ字状のターン部４０ａで連結した略Ｕ字状に成形されている。
そして、素線４０は、６スロット（１磁極ピッチ）離れた各組のスロット１５ａに固定子鉄心１５の軸方向の一端側から３本づつ挿入され、固定子鉄心１５の軸方向の他端側に延出した開放端部４０ｃ側が外開き状に曲げられる。この時、各組のスロット１５ａ内において、１本の素線４０が、１つのスロット１５ａ内の１番地と、他のスロット１５ａ内の２番地とに挿入され、他の１本の素線４０が、１つのスロット１５ａ内の３番地と、他のスロット１５ａ内の４番地とに挿入され、さらに１本の素線４０が、１つのスロット１５ａ内の５番地と、他のスロット１５ａ内の６番地とに挿入されている。そして、素線４０の直線部４０ｂが各スロット１５ａ内に、径方向に関して一列に６本配列されている。
【００５０】
そして、固定子鉄心１５の他端側において、１つのスロット１５ａの１番地から延出する開放端部４０ｃが６スロット離れた他のスロット１５ａの２番地から延出する開放端部４０ｃに接合され、２つの１ターンの波巻き巻線が得られる。これらの波巻き巻線は、上記実施の形態１における第１巻線３１および第２巻線３２に相当している。
また、１つのスロット１５ａの３番地から延出する開放端部４０ｃが６スロット離れた他のスロット１５ａの４番地から延出する開放端部４０ｃに接合され、２つの１ターンの波巻き巻線が得られる。これらの波巻き巻線は、上記実施の形態１における第３巻線３３および第４巻線３４に相当している。
さらに、１つのスロット１５ａの５番地から延出する開放端部４０ｃが６スロット離れた他のスロット１５ａの６番地から延出する開放端部４０ｃに接合され、２つの１ターンの波巻き巻線が得られる。これらの波巻き巻線は、上記実施の形態１における第５巻線３５および第６巻線３６に相当している。
これにより、図１１に示されるように、それぞれ１ターンの波巻き巻線からなる固定子巻線１６Ａが固定子鉄心１５に巻装された固定子８Ａを得る。
【００５１】
ついで、図４に示される結線方法に基づいて、それぞれ１ターンの波巻き巻線を３本づつ直列に接続し、その直列接続巻線を並列に接続して、３ターンの固定子巻線群を得る。
【００５２】
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態２においては、素線４０として略Ｕ字状の導体セグメントを用いて波巻き巻線を構成しているので、導体セグメントの種類が１種類でよく、３種類の導体セグメントを用いる従来技術に比べて、生産性が向上される。
また、ターン部４０ａで構成されるコイルエンドが径方向に１列に並んでいるので、ターン部３１１ａ、３１２ａ、３１３ａで構成されるコイルエンド部が３層に重なっている従来技術に比べて、コイルエンドの高さが低くなるとともに、露出面積が大きくなる。そこで、従来技術に比べて、小型化および高出力化が図られる。
【００５３】
実施の形態３．
この実施の形態３では、素線４５として絶縁被膜４９が被覆された円形断面を有する１本の銅連続線を用いている。この素線４５は、図１２に示されるように、ターン部４５ａで連結されたスロット収納部位としての直線部４５ｂ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形成されている。そして、隣り合う直線部４５ｂが、ターン部４５ａにより素線４５の幅（Ｗ）分ずらされている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５４】
そこで、この実施の形態３によれば、素線４５が円形断面を有しているので、長方形断面を有する素線３０に比べて、曲げ加工性が向上する。これにより、ターン部４５ａ（コイルエンド部）の成形が容易となり、巻線アッセンブリ３９を容易に作製できるようになる。また、第１乃至第６巻線３１〜３６の切断端を金属ターミナル５０の各接続片に溶接する際に、第１乃至第６巻線３１〜３６の切断端を曲げて接続片に位置合わせする作業が容易となり、溶接作業性が向上される。
また、長方形断面を有する素線３０を用いた場合、巻線アッセンブリ３９の成形工程や巻線アッセンブリ３９の固定子鉄心１５への装着工程において、その角部が干渉して絶縁被膜４９の損傷を生じやすいが、この実施の形態３では、素線４５が円形断面を有しているので、素線同士の干渉に起因する絶縁被膜４９の損傷の発生を抑えることができ、絶縁性を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態３では、上記実施の形態１において、素線３０を円形断面を有する銅連続線に代えるものとしているが、上記実施の形態２において、素線４０を円形断面を有する導体セグメントに代えても、同様の効果が得られる。
【００５６】
実施の形態４．
この実施の形態４では、図１３に示されるように、巻線アッセンブリ３９がターン部３０ａの軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くして径方向に３列に配列されているものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５７】
上記実施の形態１では、巻線アッセンブリ３９がターン部３０ａの軸方向高さを等しくして径方向に３列に配列されている。そこで、第１乃至第６巻線３１〜３６の抵抗値はほぼ等しくなり、第１乃至第６巻線３１〜３６での発熱量もほぼ等しくなる。また、第１乃至第６巻線３１〜３６はファン５からの冷却風により内層側に位置するほど冷却されることになる。これにより、固定子巻線１６には、径方向外方に向かって温度が漸次高くなる温度分布が生じてしまい、固定子巻線１６の冷却性を低下させるという問題がある。
一方、この実施の形態４では、巻線アッセンブリ３９がターン部３０ａの軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くなるように径方向に３列に配列されているので、第１乃至第６巻線３１〜３６の抵抗値は径方向外方にむかって漸次小さくなり、第１乃至第６巻線３１〜３６の発熱量は径方向内方ほど大きくなる。そこで、発熱量の大きい巻線ほど冷却されることになり、固定子巻線１６の径方向における温度分布が均一となり、固定子巻線１６が効率よく冷却されることになる。
【００５８】
実施の形態５．
この実施の形態５では、図１４に示されるように、素線４０がターン部４０ａおよび開放端部４０ｃ同士の接合部の軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くして径方向に３列に配列されているものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
この実施の形態５においても、素線４０のターン部４０ａおよび開放端部４０ｃ同士の接合部がその軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くなるように径方向に３列に配列されているので、上記実施の形態４と同様の効果が得られる。
【００５９】
実施の形態６．
この実施の形態６では、図１５に示されるように、径方向に３列に配列された巻線アッセンブリ３９の頂部間に絶縁性樹脂３８を配設するものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６０】
この実施の形態６によれば、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５から構成された第１直列接続巻線１６２ａと第２、第４および第６巻線３２、３４、３６から構成された第２直列接続巻線１６２ｂとが絶縁性樹脂３８を介して接触しており、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂで発生した熱が絶縁性樹脂３８を介して互いに伝達され、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂの温度がほぼ等しくなる。これにより、固定子巻線のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの温度分布が均一化される。
また、絶縁性樹脂３８はコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの頂部に配設されているので、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒ内を径方向に流通する冷却風通路が確保され、冷却風による冷却性の悪化が抑えられる。
【００６１】
実施の形態７．
この実施の形態７は、図１６に示されるように、絶縁被膜４９が被覆された円形断面を有する略Ｕ字状の導体セグメント７１、７２、７３を素線として用いている。そして、導体セグメント７１、７２、７３が６スロット離れた各組のスロットに固定子鉄心の軸方向の一端側から挿入され、固定子鉄心の軸方向の他端側に延出する端部同士を溶接等により接合して、固定子鉄心の周りを４周するコイルに形成されている。
そして、固定子鉄心の軸方向の他端側において、１つのスロットの３番地から延出する導体セグメント７３の端部７３ｃが、６スロット離れた他のスロットの４番地から延出する導体セグメント７３の端部７３ｃに接合されて、スロットあたり１ターンの波巻の巻線６１、６３を２つ形成している。また、１つのスロットの１番地から延出する導体セグメント７１の端部７１ｃが６スロット離れた他のスロットの２番地から延出する導体セグメント７２の端部７２ｃに接合され、さらに１つのスロットの５番地から延出する導体セグメント７２の端部７２ｃが６スロット離れた他のスロットの６番地から延出する導体セグメント７１の端部７１ｃに接合されて、スロットあたり２ターンの重ね巻の巻線６２、６４を２つ形成している。
【００６２】
ここで、各スロット内には、導体セグメント７１、７２、７３の各スロット収納部としての直線部７１ａ、７２ａ、７３ａが、固定子鉄心の径方向に関して一列に６本配列されている。また、固定子鉄心の軸方向の一端側においては、図１７に示されるように、導体セグメント７２のターン部７２ｂが導体セグメント７３のターン部７３ｂを囲み、導体セグメント７１のターン部７１ｂが導体セグメント７２のターン部７２ｂを囲んでいる。そして、ターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが軸方向に層状に３層となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群を構成している。一方、固定子鉄心の軸方向の他端側においては、導体セグメント５２の端部７１ｃ、７２ｃの接合部、端部７３ｃ、７３ｃの接合部および端部７２ｃ、７１ｃの接合部が、図１７に示されるように、径方向に１列に配列されている。そして、端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部が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を構成している。
【００６３】
そして、図１８に示されるように、波巻きの巻線６１と重ね巻の巻線６２とを直列に接続して３ターン巻線１６３ａを構成し、波巻の巻線６３と重ね巻の巻線６４とを直列に接続して３ターン巻線１６３ｂを構成し、３ターン巻線１６３ａ、１６３ｂを並列に接続して３ターンの各相の固定子巻線群１６１を構成している。このように構成された固定子巻線群１６１が３相分づつ交流結線されて２組の３相交流巻線１６０を形成し、各３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。そして、各整流器１２の直流出力が並列に接続されて合成される。
【００６４】
この実施の形態７においては、素線として円形断面を有する導体セグメント７１、７２、７３を用いているので、長方形断面を有する素線に比べて、曲げ加工性が向上する。これにより、ターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ（コイルエンド部）の成形が容易となり、導体セグメント７１、７２、７３を容易に作製できるようになる。また、導体セグメント７１、７２、７３の端部側の曲げ加工が容易となり、端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃ同士を溶接する際、さらには端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃを金属ターミナル５０の各接続片に溶接する際に、導体セグメント７１、７２、７３の端部側を曲げて端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃを位置合わせする作業が容易となり、溶接作業性が向上される。
また、長方形断面を有する素線を用いた場合、その角部が干渉して絶縁被膜４９の損傷を生じやすいが、この実施の形態７では、素線が円形断面を有しているので、素線同士の干渉に起因する絶縁被膜４９の損傷の発生を抑えることができ、絶縁性を向上させることができる。
また、コイルエンド部を構成するターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが軸方向に層状に３層に並ぶように形成され、かつ、３層のターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが周方向に略均一に配列されているので、コイルエンド群における通風抵抗が周方向において均等となる。これにより、コイルエンド群が周方向において均一に冷却され、固定子巻線の温度上昇が抑えられる。
【００６５】
さらに、この実施の形態７では、導体セグメント７１、７２、７３の直線部７１ａ、７２ａ、７３ａがスロットのそれぞれにスロット深さ方向に１列に６本配列され、かつ、スロット外で６スロット離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層の端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃ同士が接合されて２つの３ターン巻線１６３ａ、１６３ｂを形成し、３ターン巻線１６３ａ、１６３ｂを並列に接続して各相の固定子巻線群１６１を構成している。そして、固定子巻線群１６１を３相分づつ交流結線（星型結線）して２組の３相交流巻線１６０を構成し、２組の３相交流巻線１６０の交流出力をそれぞれ整流器１２により独立して整流した後、合成して出力するようにしている。
そこで、固定子鉄心の軸方向の一端側においては、９６個のスロット（毎極毎相当たり２のスロット数）よりそれぞれ延出するターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが軸方向に層状に３層となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群を構成している。一方、固定子鉄心の軸方向の他端側においては、９６個のスロットよりそれぞれ延出する導体セグメント５２の端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部が径方向に３列に並んで周方向に整然と配列されてコイルエンド群を構成している。つまり、各コイルエンド群を構成するターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂおよび端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部の総数はそれぞれ２８８個となるので、冷却性が極めて高くなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。また、２組の３０度位相のずれた電流が発生するので、コイルエンド群内の温度分布も、従来のものに比べて、均一なものとなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。さらに、２組の整流器によって整流されるので、整流ダイオード１個当たりの損失が従来に対して半減するので、整流ダイオードの温度も低くなり、さらに高出力化が図られる。
さらに、２組の巻線を３０度位相差で巻装することにより発電機の磁気騒音の原因となる高調波起磁力成分をキャンセルできることは周知であるが、本実施の形態のように、ターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂを３層に整列して配列することにより、また、端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部を径方向に３列に整列して配列することにより、コイルエンドの剛性を高めて、磁気騒音をさらに低減するという効果もある。
【００６６】
ここで、上記実施の形態７では、重ね巻きの巻線と波巻きの巻線とを並列接続して固定子巻線の各相の巻線を形成するものとしているが、巻線の構成はこれに限定されるものではない。
【００６７】
なお、上記各実施の形態では、銅材を素線に用いるものとして説明しているが、素線は銅材に限定されるものではなく、例えばアルミ材でもよい。
また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機の固定子巻線に適用するものとして説明しているが、本発明は他の交流発電機や電動機に適用しても、同様の効果を奏するものである。
また、上記各実施の形態では、電機子として働く固定子に適用するものとして説明しているが、本発明は、電機子として働く回転子に適用できることはいうまでもないことである。
【００６８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６９】
この発明によれば、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記電機子巻線は、素線を所定スロット数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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を上記所定スロット数毎に上記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、上記第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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第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ｎ対（ｎ：自然数）配設されて構成され、上記電機子巻線の各相は、上記所定スロット数毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている２ｎ本の上記第１および第２巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続して構成されている。これにより、コイルエンドの高さが低くなり、巻線抵抗値が小さくなり、かつ、コイルエンドの露出表面積が大きくなるので、小型化および高出力化が実現できる回転電機が得られる。また、素線の断面の扁平度を極端に大きくすることなく並列巻線を構成できる。
【００７０】
また、上記２つの直列接続巻線は、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第１巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第１直列接続巻線と、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第２巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第２直列接続巻線とから構成されているので、第１直列接続巻線と第２直列接続巻線とがバランスよく冷却されるようになり、電機子巻線の冷却性を向上させることができる。
【００７１】
また、上記ｎが２ｍ＋１（ｍ：自然数）であるので、低速回転域での出力の低下を抑え、電機子反作用を少なくして高速回転域での出力を向上させることができる。
【００７２】
また、上記素線は、略Ｕ字状の導体セグメントであり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、複数の上記導体セグメントの開放端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されているので、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られるとともに、形状の異なる導体セグメントを複数用意する必要がなく、生産性を向上できる。
【００７３】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているので、接合箇所が著しく削減され、生産性および歩留まりを向上させることができ、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られる。
【００７４】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているので、電機子鉄心への組み込み時における絶縁被膜の損傷発生が抑えられ、絶縁性が確保されるとともに、ターン数の増加にも容易に対応できる。
【００７５】
また、上記素線は略円形断面を有する導体であるので、素線の成形性が容易となるとともに、素線同士の干渉に起因する絶縁被膜の損傷発生が抑えられる。
【００７６】
また、上記電機子巻線の各相を構成する上記２つの直列接続巻線が金属製ターミナルを介して結線されているので、結線作業が容易となる。
【００７７】
また、上記電機子鉄心は、積層鉄心からなる円筒状の固定子鉄心であり、上記固定子鉄心の内部に同軸に配設された回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、上記回転子の軸方向端部に固着されたファンとを備え、冷却風が上記ファンの回転により上記電機子巻線のコイルエンド部に送風されるようにしたので、固定子巻線の冷却性が向上される。
【００７８】
また、上記第１波巻き巻線群と上記第２波巻き巻線群とのｎ対は、上記固定子鉄心からの軸方向延出高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているので、固定子巻線の径方向の温度分布が均一化される。
【００７９】
また、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記スロットは上記電機子鉄心に毎極毎相当たり２個形成され、上記電機子巻線は、各相の巻線を交流結線してなる２組の交流巻線から構成され、上記各相の巻線は、素線が上記スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本（ｎ：自然数）配列され、かつ、スロット外で所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結するように巻装されて構成された２組のｎターン巻線を並列に接続して構成され、さらに、上記２組の交流巻線の交流出力がそれぞれ第１および第２の整流器により独立して整流された後、合成されて出力されるように構成されているので、高出力の回転電機が得られる。
【００８０】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部の軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているので、電機子巻線の径方向の温度分布が均一化される。
【００８１】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているので、コイルエンド群における通風抵抗が周方向において均等となり、コイルエンド群が周方向において均一に冷却され、電機子巻線の温度上昇が抑えられる。
【００８２】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が軸方向に層状にｎ層に並ぶように形成され、かつ、ｎ層の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているので、コイルエンド群における通風抵抗が周方向において均等となり、コイルエンド群が周方向において均一に冷却され、電機子巻線の温度上昇が抑えられる。
【００８３】
また、上記素線が略Ｕ字状の導体セグメントで構成されているので、巻線抵抗値の低減、コイルエンドの整列化および高密度化が図られる。
【００８４】
また、上記素線が連続導体線で構成されているので、接合箇所が著しく削減され、生産性および歩留まりを向上させることができる。
【００８５】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、上記各相の巻線を構成する２組の上記ｎターン巻線間に絶縁性樹脂を介在させているので、ｎターン巻線間の温度差が少なくなり、電機子巻線の温度分布が均一化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す端面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１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。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の金属製ターミナル実装状態を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態１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素線の要部を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態１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素線の配列を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１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図である。
【図１０】この発明の実施の形態２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素線の配列を説明する斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態３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素線の要部を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される固定子の要部を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機に適用される固定子の要部を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機に適用される固定子を示す端面図である。
【図１６】この発明の実施の形態７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素線の配列を説明する斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される固定子の要部を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図１９】従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する斜視図である。
【図２０】従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線の直列結線図である。
【図２１】従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線の並列結線図である。
【図２２】従来の車両用交流発電機に適用される固定子の要部断面図である。
【符号の説明】
５ファン、７ 回転子、８、８Ａ 固定子（電機子）、１２ 整流器、１５ 固定子鉄心（電機子鉄心）、１５ａ スロット、１６、１６Ａ 固定子巻線（電機子巻線）、３０、４０、４５ 素線、３０ａ、４０ａ、４５ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ ターン部（コイルエンド部）、３０ｂ、４０ｂ、４５ｂ、５１ａ、５２ａ、５３ａ 直線部（スロット収納部位）、３１ 第１巻線、３２ 第２巻線、３３ 第３巻線、３４ 第４巻線、３５ 第５巻線、３６ 第６巻線、３８絶縁性樹脂、３９ 巻線アッセンブリ、５０ 金属製ターミナル、５１、５２、５３ 導体セグメント（素線）、１６０ ３相交流巻線、１６１ 固定子巻線群（各相の巻線）、１６２ａ 第１直列接続巻線、１６２ｂ 第２直列接続巻線、１６３ａ、１６３ｂ ３ターン巻線。
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の電機子巻線構造に関し、特に内燃機関により駆動される交流発電機、例えば乗用車やトラック等に搭載可能な車両用交流発電機の固定子巻線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交流発電機において、小型高出力および品質の向上が益々求められてきている。小型高出力を実現するには、磁気装荷と電気装荷との分配を如何に最適に、かつ、限られた容積の中で如何に高密度に、構成するかが重要となる。
例えば、車両用交流発電機においては、車両エンジンルームが益々狭小化する中で、搭載スペースに余裕がなくなってきている一方で、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。また、車内外共に、騒音低減のニーズが高く、エンジン騒音が低下してきているが、車両への電気負荷供給のため常時発電稼働しいる車両用交流発電機の騒音が問題とされている。さらに、車両用交流発電機は、常時発電稼働しているので、出力電流のジュール熱のため、その発熱量が多く、曝される熱的環境は厳しく、極めて高い耐熱性が求められている。
【０００３】
特に、交流発電機の小型高出力については、固定子巻線の巻線抵抗値の低減、固定子の磁気回路内に納める電気導体の占積率の向上、さらには固定子巻線の渡り部（固定子鉄心外の渡り部をコイルエンドと呼ぶ）の整列化および高密度化が必要であり、これに加えて、上記のような低騒音、耐熱環境性等の要求に応える必要がある。
そして、固定子巻線の電気導体に断面積の大きい短尺の導体セグメントを用いて、巻線抵抗値（熱損失）の低減、電気導体の占積率向上、あるいは、コイルエンドの整列化および高密度化を図る構造が、ＷＯ９２／０６５２７号などに提案されている。
【０００４】
また、この種の交流発電機においては、高速回転域（例えば２０００〜５０００ｒｐｍ）での出力低下の要因となる電機子反作用を低減させるために固定子巻線の各相のターン数を減らすことが有効である。具体的には、スロット内に収納される電気導体数を減らすことでターン数を減らすことができるが、これは電気導体の扁平度（断面のスロット深さ方向長さ／断面のスロット幅方向長さ）が大きくなることを意味する。しかし、電気導体に使用される短尺の導体セグメントは、平角断面を有する導体を略Ｕ字状に屈曲成形されているので、扁平度が大きくなるほどターン部の成形性が悪化してしまうことになる。そこで、スロット内に収納される電気導体数を多くして、電気導体の扁平度を小さくしてターン部の成形性の悪化を抑え、さらに電気導体を結線して形成された巻線を並列接続して、固定子巻線の各相のターン数を減らすことが有効となる。
【０００５】
短尺の導体セグメントを用い、重ね巻き（ループ巻き）の巻線と波巻きの巻線とを並列接続して固定子巻線の各相の巻線を構成したものが、例えば特開２０００−９２７６６号公報に記載されている。
この従来の固定子巻線は、図１９に示されるように、平角導体を略Ｕ字状に屈曲成形された３種類の導体セグメント３１１、３１２、３１３を用いている。そして、導体セグメント３１１、３１２、３１３が３スロット（１磁極ピッチ）離れた各組のスロットに固定子鉄心の軸方向の一端側から挿入され、固定子鉄心の軸方向の他端側に延出する端部同士を溶接等により接合して、固定子鉄心の周りを４周するコイルに形成されている。なお、各スロット内には、導体セグメント３１１、３１２、３１３の各スロット収納部３１１ａ、３１２ａ、３１３ａを構成する導体が、固定子鉄心の径方向に関して一列に６本配列されている。ここで、スロット内の導***置を、内周側から１番地、２番地・・・６番地という。また、固定子鉄心の軸方向の一端側においては、導体セグメント３１２のターン部３１２ｂが導体セグメント３１３のターン部３１３ｂを囲み、導体セグメント３１１のターン部３１１ｂが導体セグメント３１２のターン部３１２ｂを囲んでいる。
そして、固定子鉄心の軸方向の他端側において、１つのスロットの３番地から延出する導体セグメント３１３の端部３１３ｃが、３スロット離れた他のスロットの４番地から延出する導体セグメント３１３の端部３１３ｃに接合されて、スロットあたり１ターンの波巻の巻線３０１、３０３を２つ形成している。また、１つのスロットの１番地から延出する導体セグメント３１１の端部３１１ｃが３スロット離れた他のスロットの２番地から延出する導体セグメント３１２の端部３１２ｃに接合され、さらに１つのスロットの５番地から延出する導体セグメント３１２の端部３１２ｃが３スロット離れた他のスロットの６番地から延出する導体セグメント３１１の端部３１１ｃに接合されて、スロットあたり２ターンの重ね巻の巻線３０２、３０４を２つ形成している。
【０００６】
そして、図２０に示されるように、２つの波巻きの巻線３０１、３０３と２つの重ね巻の巻線３０２、３０４とを直列に接続することで、各相６ターンの固定子巻線が構成される。また、図２１に示されるように、波巻きの巻線３０１と重ね巻の巻線３０２とを直列に接続し、波巻の巻線３０３と重ね巻の巻線３０４とを直列に接続し、両者を並列に接続して、各相３ターンの固定子巻線群が構成される。これらの固定子巻線群が交流結線されて１組の３相交流巻線からなる固定子巻線が構成されている。この固定子巻線が整流器に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の車両用交流発電機の固定子巻線は、以上のように、大中小の３種類の導体セグメント３１１、３１２、３１３を固定子鉄心の一端側から１磁極ピッチ離れた各組のスロットにスロット収納部３１１ａ、３１２ａ、３１３ａを積み重ねるように挿入し、固定子鉄心の他端側に延出する端部同士を接合して構成されていた。
そこで、図２２に示されるように、固定子鉄心１５の一端側における固定子巻線のコイルエンドの高さが高くなってしまうので、小型化が図れないとともに、巻線抵抗値が上昇し、熱損失が大きくなり、巻線での発熱量が増加してしまい、かつ、コイルエンドの漏れリアクタンスが増加してしまい、高出力化が図られないという課題があった。
また、ターン部３１３ｂがターン部３１２ｂに覆われ、ターン部３１２ｂがターン部３１１ｂに覆われているので、固定子鉄心１５の一端側における固定子巻線のコイルエンドの露出表面積が低減され、固定子巻線が効率的に冷却されなくなる。その結果、固定子巻線の温度が高温となり、高出力化が図られないという課題もあった。
さらに、毎極毎相当たり１つのスロット数を有する固定子鉄心に１組の３相交流巻線が巻装され、その出力が１組の整流器により整流されているので、コイルエンドにおいて、各スロットから延出するターン部が周方向に整列する数が少なく、冷却性が悪い。これにより、固定子巻線の温度が高温となり、高出力化が図られないという課題があった。また、整流器も１組しか備えていないので、整流ダイオード１個当たりの損失が大きくなり、高温となって高出力化が困難となっていた。
【０００８】
この発明は、上記のような従来の技術の課題に鑑み、スロットあたり１ターンの波巻きの第１巻線で構成された第１波巻き巻線群と、この第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転巻装されたスロット当たり１ターンの波巻きの第２巻線で構成された第２波巻き巻線群とをｎ対巻装し、各相を構成する第１および第２巻線からなる２ｎ本の巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続するようにし、小型、高出力、高生産性を兼ね備えた回転電機を得ることを目的とする。
また、毎極毎相当たりのスロット数を２個とし、固定子巻線が各相の固定子巻線群を交流結線して２組の交流巻線で構成し、各組の交流巻線を独立整流するようにし、固定子巻線のコイルエンドの冷却性を高め、かつ、整流ダイオードの損失を低減し、高出力を実現できる回転電機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機は、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記電機子巻線は、素線を所定スロット数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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を上記所定スロット数毎に上記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、上記第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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第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ｎ対（ｎ：自然数）配設されて構成され、上記電機子巻線の各相は、上記所定スロット数毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている２ｎ本の上記第１および第２巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続して構成されているものである。
【００１０】
また、上記２つの直列接続巻線は、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第１巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第１直列接続巻線と、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第２巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第２直列接続巻線とから構成されているものである。
【００１１】
また、上記ｎが２ｍ＋１（ｍ：自然数）である。
【００１２】
また、上記素線は、略Ｕ字状の導体セグメントであり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、複数の上記導体セグメントの開放端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されているものである。
【００１３】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているものである。
【００１４】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているものである。
【００１５】
また、上記素線は略円形断面を有する導体である。
【００１６】
また、上記電機子巻線の各相を構成する上記２つの直列接続巻線が金属製ターミナルを介して結線されているものである。
【００１７】
また、上記電機子鉄心は、積層鉄心からなる円筒状の固定子鉄心であり、上記固定子鉄心の内部に同軸に配設された回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、上記回転子の軸方向端部に固着されたファンとを備え、冷却風が上記ファンの回転により上記電機子巻線のコイルエンド部に送風されるようにしたものである。
【００１８】
また、上記第１波巻き巻線群と上記第２波巻き巻線群とのｎ対は、上記固定子鉄心からの軸方向延出高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているものである。
【００１９】
また、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記スロットは上記電機子鉄心に毎極毎相当たり２個形成され、上記電機子巻線は、各相の巻線を交流結線してなる２組の交流巻線から構成され、上記各相の巻線は、素線が上記スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本（ｎ：自然数）配列され、かつ、スロット外で所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結するように巻装されて構成された２組のｎターン巻線を並列に接続して構成され、さらに、上記２組の交流巻線の交流出力がそれぞれ第１および第２の整流器により独立して整流された後、合成されて出力されるように構成されているものである。
【００２０】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部の軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているものである。
【００２１】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているものである。
【００２２】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が軸方向に層状にｎ層に並ぶように形成され、かつ、ｎ層の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているものである。
【００２３】
また、上記素線が略Ｕ字状の導体セグメントで構成されているものである。
【００２４】
また、上記素線が連続導体線で構成されているものである。
【００２５】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、上記各相の巻線を構成する２組の上記ｎターン巻線間に絶縁性樹脂を介在させているものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図、図２および図３はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す端面図および斜視図、図４はこの発明の実施の形態１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５はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図、図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の金属製ターミナル実装状態を示す斜視図、図７はこの発明の実施の形態１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素線の要部を示す斜視図、図８はこの発明の実施の形態１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素線の配列を説明する図、図９はこの発明の実施の形態１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図であり、図９の（ａ）はその端面図、図９の（ｂ）はその平面図である。なお、図２および図３では口出し線等が省略されている。また、図４中実線はリヤ側巻線を、点線はフロント側巻線を示している。
【００２７】
図１において、車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、電機子として働く固定子８が界磁として働く回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されて構成されている。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト（図示せず）を介してシャフト６に伝達できるようになっている。
回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【００２８】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、爪状磁極２２、２３をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
また、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周両肩部に固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの径方向外側に対向して設けられている。
【００２９】
固定子８は、図２および図３に示されるように、軸方向に延びるスロット１５ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装着されて固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。そして、固定子巻線１６は、後述するように、１本の素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ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１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採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、固定子鉄心１５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相交流巻線を２組収容するように、９６本のスロット１５ａが等間隔に形成されている。即ち、スロット数は毎極毎相当たり２である。また、素線３０には、例えば絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。
【００３０】
つぎに、１相分の固定子巻線群１６１の巻線構造について図４を参照して具体的に説明する。
１相分の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第６の巻線３１〜３６から構成されている。そして、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１５ａ内の内周側から１番目の位置（以下、１番地という）と内周側から２番目の位置（以下、２番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の２番地と１番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の内周側から３番目の位置（以下、３番地という）と内周側から４番目の位置（以下、４番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の４番地と３番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の内周側から５番目の位置（以下、５番地という）と内周側から６番目の位置（以下、６番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。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１５ａ内の６番地と５番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に６本並んで配列されている。
【００３１】
ついで、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２、第４および第６巻線３２、３４、３６の素線３０の部分が切断され、スロット番号の６７番と７３番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１、第３および第５巻線３１、３３、３５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３１ａと第３巻線３３の切断端３３ｂとが接合され、第３巻線３３の切断端３３ａと第５巻線３５の切断端３５ｂとが接合されて、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５が直列接続されてなる３ターンの第１直列接続巻線１６２ａが形成される。同様に、第２巻線３２の切断端３２ａと第４巻線３４の切断端３４ｂとが接合され、第４巻線３４の切断端３４ａと第６巻線３６の切断端３６ｂとが接合されて、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６が直列接続されてなる３ターンの第２直列接続巻線１６２ｂが形成される。ついで、第１巻線３１の切断端３１ｂと第６巻線３６の切断端３６ａとを接合し、第２巻線３２の切断端３２ｂと第５巻線３５の切断端３５ａとを接合し、３ターンの第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂが並列接続された１相分の固定子巻線群１６１が構成される。
なお、第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａの接合部と第２および第５巻線３２、３５の切断端３２ｂ、３５ａの接合部とがそれぞれ中性点（Ｎ）および口出し線（Ｏ）となる。
【００３２】
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線群１６１が形成されている。そして、図５に示されるように、固定子巻線群１６１が３相分づつ星型結線されて２組の３相交流巻線１６０を形成し、各３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成される。
【００３３】
ここで、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１５ａから固定子鉄心１５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１５ａ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、スロット内で、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採るように巻装されている。
また、固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンド部を形成している。そこで、固定子鉄心１５の両端において、ほぼ同一形状に形成されたターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、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１６ｆ、１６ｒを形成している。
【００３４】
ついで、金属製ターミナルを用いた固定子巻線１６の結線構造について図４乃至図６を参照しつつ説明する。
金属製ターミナル５０は、ａ相引き出し線５１ａ、ｂ相引き出し線５１ｂ、ｃ相引き出し線５１ｂおよび中性点引き出し線５２が絶縁性樹脂５３により一体に成形されて構成されている。そして、ａ相引き出し線５１ａには、２つの接続片５１ａ１、５１ａ２が一体に形成されている。また、ｂ相引き出し線５１ｂには、２つの接続片５１ｂ１、５１ｂ２が一体に形成されている。さらに、ｃ相引き出し線５１ｃには、２つの接続片５１ｃ１、５１ｃ２が一体に形成されている。さらにまた、中性点引き出し線５２には、６つの接続片５２ａ１、５２ａ２、５２ｂ１、５２ｂ２、５２ｃ１、５２ｃ２が一体に形成されている。
【００３５】
そして、ａ相の固定子巻線群１６１を構成する第５および第２巻線３５、３２の切断端３５ａ、３２ｂがそれぞれ接続片５１ａ１、５１ａ２に溶接され、ａ相の固定子巻線群１６１を構成する第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａがそれぞれ接続片５２ａ１、５２ａ２に溶接されている。また、ｂ相の固定子巻線群１６１を構成する第５および第２巻線３５、３２の切断端３５ａ、３２ｂがそれぞれ接続片５１ｂ１、５１ｂ２に溶接され、ｂ相の固定子巻線群１６１を構成する第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａがそれぞれ接続片５２ｂ１、５２ｂ２に溶接されている。さらに、ｃ相の固定子巻線群１６１を構成する第５および第２巻線３５、３２の切断端３５ａ、３２ｂがそれぞれ接続片５１ｃ１、５１ｃ２に溶接され、ｃ相の固定子巻線群１６１を構成する第１および第６巻線３１、３６の切断端３１ｂ、３６ａがそれぞれ接続片５２ｃ１、５２ｃ２に溶接されている。
【００３６】
これにより、各相の固定子巻線群１６１が、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５の第１直列接続巻線１６２ａと、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６の第２直列接続巻線１６２ｂとを並列に接続して構成される。また、各相の固定子巻線群１６１の中性点が中性点引き出し線５２にまとめられ、ａ相、ｂ相およびｃ相の固定子巻線群１６０が交流結線（星型結線）される。そして、金属製ターミナル５０のａ相引き出し線５１ａ、ｂ相引き出し線５１ｂ、ｃ相引き出し線５１ｃおよび中性点引き出し線５２を整流器１２に結線して、図５に示される回路構成が得られる。
【００３７】
ここで、第１乃至第６巻線３１〜３６は、それぞれ素線３０を、６スロット毎のスロット１５ａに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されている。そして、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６は、それぞれ第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、このように構成された固定子巻線１６は、第１巻線３１で構成された第１波巻き巻線群と第２巻線３２で構成された第２波巻き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の構成となる。この第１および第２波巻き巻線群の対は、１２本の連続導体線からなる素線３０を波状に成形しつつ編み込んだ巻線アッセンブリで提供される。
【００３８】
以下、その巻線アッセンブリの構造を図７乃至図９を参照しつつ説明する。
図７はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図、図８はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図、図９はこの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図であり、図９の（ａ）はその端面図、図９の（ｂ）はその平面図である。
素線３０は、絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する１本の銅連続線が用いられる。この素線３０は、図７に示されるように、ターン部３０ａで連結されたスロット収納部位としての直線部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形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂが、ターン部３０ａにより、素線３０の幅（Ｗ）分ずらされている。
このようなパターンに形成された２本の素線３０は、図８に示されるように、６スロットピッチずらして直線部３０ｂを重ねて配列されて素線対を構成している。この素線対が、第１および第２巻線３１、３２の対に相当している。
この素線対が、１スロットピッチづつずらして６対配列されて図９に示される巻線アッセンブリ３９を構成している。そして、素線３０の端部が素線アッセンブリ３９の両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３０ａが巻線アッセンブリ３９の両側部に整列されて配列されている。
この巻線アッセンブリ３９を３層に重ねて固定子鉄心１５のスロット１５ａに巻装することで、結線前の固定子が得られる。そして、図４に示される結線方法に基づいて、各素線３０の端部同士を結線して固定子巻線１６を形成する。
【００３９】
このように構成された車両用交流発電機では、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１０およびスリップリング９を介して回転子コイル１３に供給され、磁束が発生される。この磁束により、一方のポールコア２０の爪状磁極２２がＮ極に着磁され、他方のポールコア２１の爪状磁極２３がＳ極に着磁される。一方、エンジンの回転トルクがベルトおよびプーリ４を介してシャフト６に伝達され、回転子７が回転される。そこで、固定子巻線１６に回転磁界が与えられ、固定子巻線１６に起電力が発生する。この交流の起電力が整流器１２を通って直流に整流されるとともに、整流器１２の出力電圧の大きさがレギュレータ１８により調整され、バッテリに充電される。
【００４０】
そして、リヤ側においては、ファン５の回転により、外気が整流器１２のヒートシンクおよびレギュレータ１８のヒートシンク１７にそれぞれ対向して設けられた吸気孔２ａを通じて吸い込まれ、シャフト６の軸に沿って流れて整流器１２およびレギュレータ１８を冷却し、その後ファン５により遠心方向に曲げられて固定子巻線１６のリヤ側のコイルエンド群１６ｒを冷却し、排気孔２ｂより外部に排出される。一方、フロント側においては、ファン５の回転により、外気が吸気孔１ａから軸方向に吸い込まれ、その後ファン５により遠心方向に曲げられて固定子巻線１６のフロント側のコイルエンド群１６ｆを冷却し、排気孔１ｂより外部に排出される。
【００４１】
このように、この実施の形態１によれば、固定子巻線１６は２つの３相交流巻線群１６０を備え、各３相交流巻線１６０は３つの固定子巻線群１６１を交流結線して構成されている。さらに、各固定子巻線群１６１は第１乃至第６巻線３１〜３６で構成されている。そして、第１巻線３１は素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内の１番地と２番地と交互に採るように波状に巻装されて１ターンの巻線に構成されている。つまり、第１巻線３１は素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされた１ターンの波巻き巻線に構成されている。また、第２巻線３２は、素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波状に、かつ、第１巻線３１に対して電気角で１８０度ずらして反転して巻装されて１ターンの波巻き巻線に構成されている。同様に、第３および第４巻線３３、３４が、それぞれ素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内の３番地と４番地と交互に採るように波状に巻装され、第５および第６巻線３５、３６がそれぞれ素線３０を６スロット毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて、１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５を直列接続した直列接続巻線１６２ａと、第２、第４および第６巻線３２、３４、３６を直列接続した直列接続巻線１６２ｂとを並列に接続して固定子巻線群１６１を構成している。
これにより、固定子巻線１６が波巻き巻線のみで構成されているので、重ね巻き巻線と波巻き巻線とを混在させた従来技術に比べて、コイルエンドの高さを低くできるとともに、コイルエンドの露出面積を大きくできる。
そして、コイルエンドの高さが低くなるので、小型化が図れる。また、巻線抵抗値が小さくなり、熱損失が小さくなるので、固定子巻線１６での発熱量が減少され、さらにコイルエンドの漏れリアクタンスが少なくなり、高出力化が図られる。また、コイルエンドの露出面積が大きくなるので、固定子巻線１６が効率的に冷却され、固定子巻線１６の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。
【００４２】
また、それぞれ１ターンの波巻き巻線に構成された６本の巻線から３ターンの固定子巻線群１６１を形成することができる。即ち、（２ｍ＋１）対（ｍ：自然数）の波巻き巻線群を巻装することにより、奇数ターンの固定子巻線群１６１を形成することができる。つまり、固定子巻線が複数対の波巻き巻線群で構成されている場合、従来、各相の固定子巻線群１６１を奇数ターンに構成できなかったが、巻線群を２分割して並列接続することで、奇数ターンの各相の固定子巻線群１６１を実現している。さらに、ターン数を減らしても、素線の扁平度を小さくできるので、素線の成形性の悪化を抑えることができる。
例えば、４ターンの固定子巻線群１６１で固定子巻線１６を構成した固定子において、電機子反作用により高速回転域での出力が十分でない場合、固定子巻線１６１のターン数を減らすことが１つの対策となる。この時、奇数ターンの固定子巻線群を作製できないとすると、２ターンの固定子巻線群を用いることになるが、ターン数を大幅に下げすぎると低速回転域での出力が出なくるという新たな問題が発生する。従って、奇数ターンの固定子巻線群を作製できることは、電機子反作用により高速回転域での出力が十分でない固定子巻線に対して、各相のターン数を１ターン減らして対処でき、低速回転域での出力低下を抑えつつ、高速回転域での出力増加を実現できることを意味している。
【００４３】
また、第１直列接続巻線１６２ａが第１、第３および第５巻線３１、３３、３５から構成され、第２直列接続巻線１６２ｂが第２、第４および第６巻線３２、３４，３６から構成されているので、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂはそれぞれ内層、中層および外層の巻線で構成される。そこで、冷却風がコイルエンドを通風する際に、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂは均等に冷却されることになり、固定子巻線の温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
また、素線３０が連続線であるので、素線に導体セグメントを用いる従来技術に比べて、溶接箇所が著しく削減される。そこで、煩雑な溶接作業が軽減でき、作業性が向上されるとともに、溶接不良の発生も著しく低減され、高歩留まりを実現できる。
また、導体セグメントの端部同士を接合する場合、導体セグメントの開放端側を治具で保持して溶接が行われるので、接合側のコイルエンド高さが高くなってしまう。この実施の形態１では、素線３０が連続線であるので、コイルエンドが素線３０のターン部３０ａで構成され、コイルエンド形成における溶接が不要となり、コイルエンドの高さを低くすることができる。
【００４５】
また、波巻き巻線群の対を巻線アッセンブリ３９で構成しているので、固定子巻線の巻装作業が簡素化され、固定子の組立性が向上される。また、ターン数を増やす場合、巻線アッセンブリ３９を多層に重ねて固定子鉄心に組み込むことで対応できる。また、Ｕ字状の導体セグメントを用いた場合、導体セグメントを固定子鉄心の一端側からスロット内に差し込む必要があるので、導体セグメントはスロット内でスロット長さ以上移動することになる。一方、巻線アッセンブリ３９は、例えば固定子鉄心の内周側からスロット内に差し込むことになるので、巻線アッセンブリ３９はスロット内でスロット深さ以上移動することはない。従って、固定子鉄心への組み込み時に、素線とスロット内壁面とのこすれに起因する絶縁被膜の損傷が発生しにくく、優れた絶縁性が確保される。
【００４６】
また、金属製ターミナル５０を用いて各相の固定子巻線群１６１を結線しているので、巻線の結線作業が簡素化される。また、金属製ターミナル５０を変えることにより、１つの巻線群構成から、ターン数が３ターンと６ターンの２種類の固定子巻線群を有する固定子巻線を構成することができる。つまり、金属製ターミナル５０において、２つの接続片５１ａ１、５１ａ２をａ相引き出し線５１ａから切り離して一体に形成し、接続片５２ａ２を中性点引き出し線５２から切り離してａ相引き出し線５１ａに一体に形成し、２つの接続片５１ｂ１、５１ｂ２をｂ相引き出し線５１ｂから切り離して一体に形成し、接続片５２ｂ２を中性点引き出し線５２から切り離してｂ相引き出し線５１ｂに一体に形成し、さらに２つの接続片５１ｃ１、５１ｃ２をｃ相引き出し線５１ｃから切り離して一体に形成し、接続片５２ｃ２を中性点引き出し線５２から切り離してｃ相引き出し線５１ｃに一体に形成することで、第１乃至第６巻線３１〜３６が直列に接続された６ターンの固定子巻線群が構成される。
【００４７】
また、この固定子巻線１６では、各素線３０のターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、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１６ｆ、１６ｒを構成しているので、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒにおける固定子鉄心１５の端面からの延出高さが低くなる。これにより、回転子７の回転に起因する風音を低減させることができる。また、コイルエンドのコイルの漏れリアクタンスが減少し、出力・効率が向上する。
また、この固定子巻線１６では、各素線３０のターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、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１６ｆ、１６ｒを構成しているので、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒにおける通風抵抗が周方向において均等となる。これにより、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒが周方向において均一に冷却され、固定子巻線１６の温度上昇が抑えられる。
また、回転子７の軸端に固着されたファン５により冷却風がコイルエンド群１６ｆ、１６ｒに送風されるようになっているので、固定子巻線１６の温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００４８】
また、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂはそれぞれ内層、中層および外層の巻線で構成されているので、３つの巻線アッセンブリ３９間に生じる製造上の抵抗値およびインダクタンスの誤差が第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂに均等に分散され、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂ間の抵抗値およびインダクタンスの差が小さく抑えられる。これにより、例えば第１直列接続巻線１６２ａを流れた電流の一部が第２直列接続巻線１６２ｂに流れることが抑えられるので、第１直列接続巻線１６２ａから第２直列接続巻線１６２ｂに流れる循環電流に起因する出力低下が抑えられる。
また、固定子巻線群１６１が３相分づつ星型結線されて２組の３相交流巻線１６０を形成し、９６個のスロット（毎極毎相当たり２のスロット数）よりそれぞれ延出するターン部３０ａが周方向に整列して配列され、各３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成される。そして、各コイルエンド群１６ｆ、１６ｒは周方向に整列されて配列された９６個のターン部３０ａを径方向に３列に並べて構成され、各コイルエンド群１６ｆ、１６ｒを構成するターン部３０ａの総数は２８８個となるので、冷却性が極めて高くなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。また、２組の３０度位相のずれた電流が発生するので、コイルエンド群内の温度分布も、従来のものに比べて、均一なものとなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。さらに、２組の整流器によって整流されるので、整流ダイオード１個当たりの損失が従来に対して半減するので、整流ダイオードの温度も低くなり、さらに高出力化が図られる。
さらに、２組の巻線を３０度位相差で巻装することにより発電機の磁気騒音の原因となる高調波起磁力成分をキャンセルできることは周知であるが、本実施の形態のように、ターン部３０ａを径方向に３列に整列して配列することによりコイルエンドの剛性を高めて、磁気騒音をさらに低減するという効果もある。
【００４９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、素線として連続銅線を用いるものとしているが、この実施の形態２では、素線として略Ｕ字状の導体セグメントを用いるものとしている。
図１０はこの発明の実施の形態２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素線の配列を説明する斜視図、図１１はこの発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。なお、図１１では口出し線等が省略されている。
素線４０には、絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する短尺な銅線材が用いられ、スロット収納部位としての一対の直線部４０ｂをＶ字状のターン部４０ａで連結した略Ｕ字状に成形されている。
そして、素線４０は、６スロット（１磁極ピッチ）離れた各組のスロット１５ａに固定子鉄心１５の軸方向の一端側から３本づつ挿入され、固定子鉄心１５の軸方向の他端側に延出した開放端部４０ｃ側が外開き状に曲げられる。この時、各組のスロット１５ａ内において、１本の素線４０が、１つのスロット１５ａ内の１番地と、他のスロット１５ａ内の２番地とに挿入され、他の１本の素線４０が、１つのスロット１５ａ内の３番地と、他のスロット１５ａ内の４番地とに挿入され、さらに１本の素線４０が、１つのスロット１５ａ内の５番地と、他のスロット１５ａ内の６番地とに挿入されている。そして、素線４０の直線部４０ｂが各スロット１５ａ内に、径方向に関して一列に６本配列されている。
【００５０】
そして、固定子鉄心１５の他端側において、１つのスロット１５ａの１番地から延出する開放端部４０ｃが６スロット離れた他のスロット１５ａの２番地から延出する開放端部４０ｃに接合され、２つの１ターンの波巻き巻線が得られる。これらの波巻き巻線は、上記実施の形態１における第１巻線３１および第２巻線３２に相当している。
また、１つのスロット１５ａの３番地から延出する開放端部４０ｃが６スロット離れた他のスロット１５ａの４番地から延出する開放端部４０ｃに接合され、２つの１ターンの波巻き巻線が得られる。これらの波巻き巻線は、上記実施の形態１における第３巻線３３および第４巻線３４に相当している。
さらに、１つのスロット１５ａの５番地から延出する開放端部４０ｃが６スロット離れた他のスロット１５ａの６番地から延出する開放端部４０ｃに接合され、２つの１ターンの波巻き巻線が得られる。これらの波巻き巻線は、上記実施の形態１における第５巻線３５および第６巻線３６に相当している。
これにより、図１１に示されるように、それぞれ１ターンの波巻き巻線からなる固定子巻線１６Ａが固定子鉄心１５に巻装された固定子８Ａを得る。
【００５１】
ついで、図４に示される結線方法に基づいて、それぞれ１ターンの波巻き巻線を３本づつ直列に接続し、その直列接続巻線を並列に接続して、３ターンの固定子巻線群を得る。
【００５２】
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態２においては、素線４０として略Ｕ字状の導体セグメントを用いて波巻き巻線を構成しているので、導体セグメントの種類が１種類でよく、３種類の導体セグメントを用いる従来技術に比べて、生産性が向上される。
また、ターン部４０ａで構成されるコイルエンドが径方向に１列に並んでいるので、ターン部３１１ａ、３１２ａ、３１３ａで構成されるコイルエンド部が３層に重なっている従来技術に比べて、コイルエンドの高さが低くなるとともに、露出面積が大きくなる。そこで、従来技術に比べて、小型化および高出力化が図られる。
【００５３】
実施の形態３．
この実施の形態３では、素線４５として絶縁被膜４９が被覆された円形断面を有する１本の銅連続線を用いている。この素線４５は、図１２に示されるように、ターン部４５ａで連結されたスロット収納部位としての直線部４５ｂ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形成されている。そして、隣り合う直線部４５ｂが、ターン部４５ａにより素線４５の幅（Ｗ）分ずらされている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５４】
そこで、この実施の形態３によれば、素線４５が円形断面を有しているので、長方形断面を有する素線３０に比べて、曲げ加工性が向上する。これにより、ターン部４５ａ（コイルエンド部）の成形が容易となり、巻線アッセンブリ３９を容易に作製できるようになる。また、第１乃至第６巻線３１〜３６の切断端を金属ターミナル５０の各接続片に溶接する際に、第１乃至第６巻線３１〜３６の切断端を曲げて接続片に位置合わせする作業が容易となり、溶接作業性が向上される。
また、長方形断面を有する素線３０を用いた場合、巻線アッセンブリ３９の成形工程や巻線アッセンブリ３９の固定子鉄心１５への装着工程において、その角部が干渉して絶縁被膜４９の損傷を生じやすいが、この実施の形態３では、素線４５が円形断面を有しているので、素線同士の干渉に起因する絶縁被膜４９の損傷の発生を抑えることができ、絶縁性を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態３では、上記実施の形態１において、素線３０を円形断面を有する銅連続線に代えるものとしているが、上記実施の形態２において、素線４０を円形断面を有する導体セグメントに代えても、同様の効果が得られる。
【００５６】
実施の形態４．
この実施の形態４では、図１３に示されるように、巻線アッセンブリ３９がターン部３０ａの軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くして径方向に３列に配列されているものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５７】
上記実施の形態１では、巻線アッセンブリ３９がターン部３０ａの軸方向高さを等しくして径方向に３列に配列されている。そこで、第１乃至第６巻線３１〜３６の抵抗値はほぼ等しくなり、第１乃至第６巻線３１〜３６での発熱量もほぼ等しくなる。また、第１乃至第６巻線３１〜３６はファン５からの冷却風により内層側に位置するほど冷却されることになる。これにより、固定子巻線１６には、径方向外方に向かって温度が漸次高くなる温度分布が生じてしまい、固定子巻線１６の冷却性を低下させるという問題がある。
一方、この実施の形態４では、巻線アッセンブリ３９がターン部３０ａの軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くなるように径方向に３列に配列されているので、第１乃至第６巻線３１〜３６の抵抗値は径方向外方にむかって漸次小さくなり、第１乃至第６巻線３１〜３６の発熱量は径方向内方ほど大きくなる。そこで、発熱量の大きい巻線ほど冷却されることになり、固定子巻線１６の径方向における温度分布が均一となり、固定子巻線１６が効率よく冷却されることになる。
【００５８】
実施の形態５．
この実施の形態５では、図１４に示されるように、素線４０がターン部４０ａおよび開放端部４０ｃ同士の接合部の軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くして径方向に３列に配列されているものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
この実施の形態５においても、素線４０のターン部４０ａおよび開放端部４０ｃ同士の接合部がその軸方向高さを径方向外方に向かって漸次低くなるように径方向に３列に配列されているので、上記実施の形態４と同様の効果が得られる。
【００５９】
実施の形態６．
この実施の形態６では、図１５に示されるように、径方向に３列に配列された巻線アッセンブリ３９の頂部間に絶縁性樹脂３８を配設するものとしている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００６０】
この実施の形態６によれば、第１、第３および第５巻線３１、３３、３５から構成された第１直列接続巻線１６２ａと第２、第４および第６巻線３２、３４、３６から構成された第２直列接続巻線１６２ｂとが絶縁性樹脂３８を介して接触しており、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂで発生した熱が絶縁性樹脂３８を介して互いに伝達され、第１および第２直列接続巻線１６２ａ、１６２ｂの温度がほぼ等しくなる。これにより、固定子巻線のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの温度分布が均一化される。
また、絶縁性樹脂３８はコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの頂部に配設されているので、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒ内を径方向に流通する冷却風通路が確保され、冷却風による冷却性の悪化が抑えられる。
【００６１】
実施の形態７．
この実施の形態７は、図１６に示されるように、絶縁被膜４９が被覆された円形断面を有する略Ｕ字状の導体セグメント７１、７２、７３を素線として用いている。そして、導体セグメント７１、７２、７３が６スロット離れた各組のスロットに固定子鉄心の軸方向の一端側から挿入され、固定子鉄心の軸方向の他端側に延出する端部同士を溶接等により接合して、固定子鉄心の周りを４周するコイルに形成されている。
そして、固定子鉄心の軸方向の他端側において、１つのスロットの３番地から延出する導体セグメント７３の端部７３ｃが、６スロット離れた他のスロットの４番地から延出する導体セグメント７３の端部７３ｃに接合されて、スロットあたり１ターンの波巻の巻線６１、６３を２つ形成している。また、１つのスロットの１番地から延出する導体セグメント７１の端部７１ｃが６スロット離れた他のスロットの２番地から延出する導体セグメント７２の端部７２ｃに接合され、さらに１つのスロットの５番地から延出する導体セグメント７２の端部７２ｃが６スロット離れた他のスロットの６番地から延出する導体セグメント７１の端部７１ｃに接合されて、スロットあたり２ターンの重ね巻の巻線６２、６４を２つ形成している。
【００６２】
ここで、各スロット内には、導体セグメント７１、７２、７３の各スロット収納部としての直線部７１ａ、７２ａ、７３ａが、固定子鉄心の径方向に関して一列に６本配列されている。また、固定子鉄心の軸方向の一端側においては、図１７に示されるように、導体セグメント７２のターン部７２ｂが導体セグメント７３のターン部７３ｂを囲み、導体セグメント７１のターン部７１ｂが導体セグメント７２のターン部７２ｂを囲んでいる。そして、ターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが軸方向に層状に３層となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群を構成している。一方、固定子鉄心の軸方向の他端側においては、導体セグメント５２の端部７１ｃ、７２ｃの接合部、端部７３ｃ、７３ｃの接合部および端部７２ｃ、７１ｃの接合部が、図１７に示されるように、径方向に１列に配列されている。そして、端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部が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を構成している。
【００６３】
そして、図１８に示されるように、波巻きの巻線６１と重ね巻の巻線６２とを直列に接続して３ターン巻線１６３ａを構成し、波巻の巻線６３と重ね巻の巻線６４とを直列に接続して３ターン巻線１６３ｂを構成し、３ターン巻線１６３ａ、１６３ｂを並列に接続して３ターンの各相の固定子巻線群１６１を構成している。このように構成された固定子巻線群１６１が３相分づつ交流結線されて２組の３相交流巻線１６０を形成し、各３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続されている。そして、各整流器１２の直流出力が並列に接続されて合成される。
【００６４】
この実施の形態７においては、素線として円形断面を有する導体セグメント７１、７２、７３を用いているので、長方形断面を有する素線に比べて、曲げ加工性が向上する。これにより、ターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ（コイルエンド部）の成形が容易となり、導体セグメント７１、７２、７３を容易に作製できるようになる。また、導体セグメント７１、７２、７３の端部側の曲げ加工が容易となり、端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃ同士を溶接する際、さらには端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃを金属ターミナル５０の各接続片に溶接する際に、導体セグメント７１、７２、７３の端部側を曲げて端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃを位置合わせする作業が容易となり、溶接作業性が向上される。
また、長方形断面を有する素線を用いた場合、その角部が干渉して絶縁被膜４９の損傷を生じやすいが、この実施の形態７では、素線が円形断面を有しているので、素線同士の干渉に起因する絶縁被膜４９の損傷の発生を抑えることができ、絶縁性を向上させることができる。
また、コイルエンド部を構成するターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが軸方向に層状に３層に並ぶように形成され、かつ、３層のターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが周方向に略均一に配列されているので、コイルエンド群における通風抵抗が周方向において均等となる。これにより、コイルエンド群が周方向において均一に冷却され、固定子巻線の温度上昇が抑えられる。
【００６５】
さらに、この実施の形態７では、導体セグメント７１、７２、７３の直線部７１ａ、７２ａ、７３ａがスロットのそれぞれにスロット深さ方向に１列に６本配列され、かつ、スロット外で６スロット離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層の端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃ同士が接合されて２つの３ターン巻線１６３ａ、１６３ｂを形成し、３ターン巻線１６３ａ、１６３ｂを並列に接続して各相の固定子巻線群１６１を構成している。そして、固定子巻線群１６１を３相分づつ交流結線（星型結線）して２組の３相交流巻線１６０を構成し、２組の３相交流巻線１６０の交流出力をそれぞれ整流器１２により独立して整流した後、合成して出力するようにしている。
そこで、固定子鉄心の軸方向の一端側においては、９６個のスロット（毎極毎相当たり２のスロット数）よりそれぞれ延出するターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが軸方向に層状に３層となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群を構成している。一方、固定子鉄心の軸方向の他端側においては、９６個のスロットよりそれぞれ延出する導体セグメント５２の端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部が径方向に３列に並んで周方向に整然と配列されてコイルエンド群を構成している。つまり、各コイルエンド群を構成するターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂおよび端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部の総数はそれぞれ２８８個となるので、冷却性が極めて高くなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。また、２組の３０度位相のずれた電流が発生するので、コイルエンド群内の温度分布も、従来のものに比べて、均一なものとなり、固定子巻線の温度上昇が抑えられ、高出力化が図られる。さらに、２組の整流器によって整流されるので、整流ダイオード１個当たりの損失が従来に対して半減するので、整流ダイオードの温度も低くなり、さらに高出力化が図られる。
さらに、２組の巻線を３０度位相差で巻装することにより発電機の磁気騒音の原因となる高調波起磁力成分をキャンセルできることは周知であるが、本実施の形態のように、ターン部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂを３層に整列して配列することにより、また、端部７１ｃ、７２ｃ、７３ｃの接合部を径方向に３列に整列して配列することにより、コイルエンドの剛性を高めて、磁気騒音をさらに低減するという効果もある。
【００６６】
ここで、上記実施の形態７では、重ね巻きの巻線と波巻きの巻線とを並列接続して固定子巻線の各相の巻線を形成するものとしているが、巻線の構成はこれに限定されるものではない。
【００６７】
なお、上記各実施の形態では、銅材を素線に用いるものとして説明しているが、素線は銅材に限定されるものではなく、例えばアルミ材でもよい。
また、上記各実施の形態では、車両用交流発電機の固定子巻線に適用するものとして説明しているが、本発明は他の交流発電機や電動機に適用しても、同様の効果を奏するものである。
また、上記各実施の形態では、電機子として働く固定子に適用するものとして説明しているが、本発明は、電機子として働く回転子に適用できることはいうまでもないことである。
【００６８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６９】
この発明によれば、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記電機子巻線は、素線を所定スロット数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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を上記所定スロット数毎に上記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、上記第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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第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ｎ対（ｎ：自然数）配設されて構成され、上記電機子巻線の各相は、上記所定スロット数毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている２ｎ本の上記第１および第２巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続して構成されている。これにより、コイルエンドの高さが低くなり、巻線抵抗値が小さくなり、かつ、コイルエンドの露出表面積が大きくなるので、小型化および高出力化が実現できる回転電機が得られる。また、素線の断面の扁平度を極端に大きくすることなく並列巻線を構成できる。
【００７０】
また、上記２つの直列接続巻線は、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第１巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第１直列接続巻線と、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第２巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第２直列接続巻線とから構成されているので、第１直列接続巻線と第２直列接続巻線とがバランスよく冷却されるようになり、電機子巻線の冷却性を向上させることができる。
【００７１】
また、上記ｎが２ｍ＋１（ｍ：自然数）であるので、低速回転域での出力の低下を抑え、電機子反作用を少なくして高速回転域での出力を向上させることができる。
【００７２】
また、上記素線は、略Ｕ字状の導体セグメントであり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、複数の上記導体セグメントの開放端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されているので、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られるとともに、形状の異なる導体セグメントを複数用意する必要がなく、生産性を向上できる。
【００７３】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているので、接合箇所が著しく削減され、生産性および歩留まりを向上させることができ、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られる。
【００７４】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているので、電機子鉄心への組み込み時における絶縁被膜の損傷発生が抑えられ、絶縁性が確保されるとともに、ターン数の増加にも容易に対応できる。
【００７５】
また、上記素線は略円形断面を有する導体であるので、素線の成形性が容易となるとともに、素線同士の干渉に起因する絶縁被膜の損傷発生が抑えられる。
【００７６】
また、上記電機子巻線の各相を構成する上記２つの直列接続巻線が金属製ターミナルを介して結線されているので、結線作業が容易となる。
【００７７】
また、上記電機子鉄心は、積層鉄心からなる円筒状の固定子鉄心であり、上記固定子鉄心の内部に同軸に配設された回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、上記回転子の軸方向端部に固着されたファンとを備え、冷却風が上記ファンの回転により上記電機子巻線のコイルエンド部に送風されるようにしたので、固定子巻線の冷却性が向上される。
【００７８】
また、上記第１波巻き巻線群と上記第２波巻き巻線群とのｎ対は、上記固定子鉄心からの軸方向延出高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているので、固定子巻線の径方向の温度分布が均一化される。
【００７９】
また、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、上記スロットは上記電機子鉄心に毎極毎相当たり２個形成され、上記電機子巻線は、各相の巻線を交流結線してなる２組の交流巻線から構成され、上記各相の巻線は、素線が上記スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本（ｎ：自然数）配列され、かつ、スロット外で所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結するように巻装されて構成された２組のｎターン巻線を並列に接続して構成され、さらに、上記２組の交流巻線の交流出力がそれぞれ第１および第２の整流器により独立して整流された後、合成されて出力されるように構成されているので、高出力の回転電機が得られる。
【００８０】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部の軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなっているので、電機子巻線の径方向の温度分布が均一化される。
【００８１】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているので、コイルエンド群における通風抵抗が周方向において均等となり、コイルエンド群が周方向において均一に冷却され、電機子巻線の温度上昇が抑えられる。
【００８２】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が軸方向に層状にｎ層に並ぶように形成され、かつ、ｎ層の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されているので、コイルエンド群における通風抵抗が周方向において均等となり、コイルエンド群が周方向において均一に冷却され、電機子巻線の温度上昇が抑えられる。
【００８３】
また、上記素線が略Ｕ字状の導体セグメントで構成されているので、巻線抵抗値の低減、コイルエンドの整列化および高密度化が図られる。
【００８４】
また、上記素線が連続導体線で構成されているので、接合箇所が著しく削減され、生産性および歩留まりを向上させることができる。
【００８５】
また、上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、上記各相の巻線を構成する２組の上記ｎターン巻線間に絶縁性樹脂を介在させているので、ｎターン巻線間の温度差が少なくなり、電機子巻線の温度分布が均一化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す端面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１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。
【図５】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の金属製ターミナル実装状態を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態１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素線の要部を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態１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素線の配列を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１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図である。
【図１０】この発明の実施の形態２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素線の配列を説明する斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の固定子を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態３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素線の要部を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る車両用交流発電機に適用される固定子の要部を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係る車両用交流発電機に適用される固定子の要部を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態６に係る車両用交流発電機に適用される固定子を示す端面図である。
【図１６】この発明の実施の形態７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素線の配列を説明する斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機に適用される固定子の要部を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態７に係る車両用交流発電機の回路図である。
【図１９】従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する斜視図である。
【図２０】従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線の直列結線図である。
【図２１】従来の車両用交流発電機に適用される固定子巻線の並列結線図である。
【図２２】従来の車両用交流発電機に適用される固定子の要部断面図である。
【符号の説明】
５ファン、７ 回転子、８、８Ａ 固定子（電機子）、１２ 整流器、１５ 固定子鉄心（電機子鉄心）、１５ａ スロット、１６、１６Ａ 固定子巻線（電機子巻線）、３０、４０、４５ 素線、３０ａ、４０ａ、４５ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ ターン部（コイルエンド部）、３０ｂ、４０ｂ、４５ｂ、５１ａ、５２ａ、５３ａ 直線部（スロット収納部位）、３１ 第１巻線、３２ 第２巻線、３３ 第３巻線、３４ 第４巻線、３５ 第５巻線、３６ 第６巻線、３８絶縁性樹脂、３９ 巻線アッセンブリ、５０ 金属製ターミナル、５１、５２、５３ 導体セグメント（素線）、１６０ ３相交流巻線、１６１ 固定子巻線群（各相の巻線）、１６２ａ 第１直列接続巻線、１６２ｂ 第２直列接続巻線、１６３ａ、１６３ｂ ３ターン巻線。
Claims (17)
- 軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、
上記電機子巻線は、素線を所定スロット数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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を上記所定スロット数毎に上記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、上記第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スロットピッチで上記所定スロット数と同じ本数分配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第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ｎ対（ｎ：自然数）配設されて構成され、
上記電機子巻線の各相は、上記所定スロット数毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている２ｎ本の上記第１および第２巻線をｎ本づつ直列に結線して構成された２つのｎターンの直列接続巻線を並列に接続して構成されていることを特徴とする回転電機。 - 上記２つの直列接続巻線は、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第１巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第１直列接続巻線と、上記同一スロット群に巻装されているｎ本の上記第２巻線を直列に結線して構成されたｎターンの第２直列接続巻線とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
- 上記ｎが２ｍ＋１（ｍ：自然数）であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
- 上記素線は、略Ｕ字状の導体セグメントであり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、複数の上記導体セグメントの開放端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転電機。
- 上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転電機。
- 上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
- 上記素線は略円形断面を有する導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機。
- 上記電機子巻線の各相を構成する上記２つの直列接続巻線が金属製ターミナルを介して結線されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の回転電機。
- 上記電機子鉄心は、積層鉄心からなる円筒状の固定子鉄心であり、上記固定子鉄心の内部に同軸に配設された回転周方向に沿ってＮＳ極を形成する回転子と、上記回転子の軸方向端部に固着されたファンとを備え、冷却風が上記ファンの回転により上記電機子巻線のコイルエンド部に送風されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の回転電機。
- 上記第１波巻き巻線群と上記第２波巻き巻線群とのｎ対は、上記固定子鉄心からの軸方向延出高さが径方向外方に向かって漸次低くなっていることを特徴とする請求項９記載の回転電機。
- 軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた電機子鉄心とこの電機子鉄心の上記スロットに巻装された電機子巻線とを有する電機子を備えた回転電機において、
上記スロットは上記電機子鉄心に毎極毎相当たり２個形成され、
上記電機子巻線は、各相の巻線を交流結線してなる２組の交流巻線から構成され、
上記各相の巻線は、素線が上記スロットのそれぞれにスロット深さ方向に２ｎ本（ｎ：自然数）配列され、かつ、スロット外で所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結するように巻装されて構成された２組のｎターン巻線を並列に接続して構成され、
さらに、上記２組の交流巻線の交流出力がそれぞれ第１および第２の整流器により独立して整流された後、合成されて出力されるように構成されていることを特徴とする回転電機。 - 上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部の軸方向高さが径方向外方に向かって漸次低くなっていることを特徴とする請求項１１記載の回転電機。
- 上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が径方向にｎ列に並ぶように形成され、かつ、ｎ列の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されていることを特徴とする請求項１１記載の回転電機。
- 上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、所定スロット数離れた各スロット対のスロット深さ方向の異なる層同士を連結する上記素線のコイルエンド部が軸方向に層状にｎ層に並ぶように形成され、かつ、ｎ層の上記コイルエンド部が周方向に略均一に配列されていることを特徴とする請求項１１記載の回転電機。
- 上記素線が略Ｕ字状の導体セグメントで構成されている特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の回転電機。
- 上記素線が連続導体線で構成されていることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の回転電機。
- 上記電機子鉄心の少なくとも一端側において、上記各相の巻線を構成する２組の上記ｎターン巻線間に絶縁性樹脂を介在させていることを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載の回転電機。
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