JP3630141B2 - 回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の回転電機の固定子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、安全制御機器等の電気負荷の増加に伴って、車両用交流発電機にはますます発電能力の向上が求められている。このような発電能力向上の要請に応えるものとして、U字状の電気導体を規則的に並べて固定子のスロット内の電気導体を高占積率化することにより高出力化を図る手法が知られている。例えば、特許第3196738号公報、特許第3104700号公報、特開2001−197709号公報には、このような固定子を製造する従来技術が開示されている。
【0003】
図14は、これらの公報に開示された接合方法の対象となる従来の固定子の構造を示す部分的な斜視図である。上述した公報に開示された従来技術では、固定子鉄心400に形成された複数のスロットに、U字状の電気導体404を挿入した後に、その先端部406を拘束した状態で周方向に回転させる捻り工程によって電気導体404を傾斜させ、その後、隣接する先端部406同士を接合することにより固定子巻線が形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来構造の固定子を製造する場合に、電気導体404の先端部406を拘束して電気導体404を捻ることにより傾斜させ、この先端部406を用いてアーク溶接による接合を行っているため、軸方向に延びた先端部406が必要になり、固定子巻線の軸方向寸法が長くなるという問題があった。
【0005】
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、固定子巻線の軸方向長さを短くすることができる回転電機の固定子およびその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の固定子は、複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、スロットに装備された複数の電気導体の端部を接合することにより形成された固定子巻線とを有しており、接合対象となる2本の電気導体は、直線部が0°よりも大きな所定の角度をなした状態で交差した接合部によって接続されている。電気導体の先端部同士を並べた状態で接合部が形成されるのではなく、所定の角度で交差した状態で接合部が形成されているため、軸方向に延びる電気導体の先端部が不要になり、固定子巻線の軸方向長さを短くすることができる。
【0007】
また、上述した接合部は、2本の電気導体の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることが望ましい。あるいは、上述した接合部は、2本の電気導体の一方の直線部の先端面と他方の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることが望ましい。このように、交差した電気導体の側面を利用して接合を行うことにより、軸方向に延びる先端部を確実になくすことができる。特に、一方の電気導体の先端面を他方の電気導体の先端部側面に突き合わせる場合には、接触面積を増やすことが容易になるため、電気的な接続を確実に行うことが可能になる。
【0008】
また、接合対象となる2本の電気導体は、スロットの径方向に沿って隣接するとともに、互いに周方向に沿って反対側に傾斜した先端部同士が接合されることが望ましい。電気導体を互いに反対方向に傾斜させて突き合わせて接合を行うことにより、固定子巻線の軸方向長さをさらに短くすることができる。
【0009】
また、本発明の回転電機の固定子の製造方法は、電気導体の直線部を固定子鉄心のスロットに挿入する挿入工程と、固定子鉄心から突出する直線部を、径方向に隣接する電気導体について互いに周方向反対側に傾斜させて、直線部の先端部同士を突き合わせる傾斜工程と、突き合わされた先端部同士を接合する接合工程とを備えている。これにより、電気導体の先端部を拘束することなく電気導体を傾斜させることができるため、拘束するために必要であった軸方向に形成された先端部が不要になり、固定子の軸方向長さを短くすることができる。
【0010】
また、上述した傾斜工程は、直線部の周方向側面に配置した曲げ部材を、スロット端部を中心にして回転させることにより、直線部を傾斜させることが望ましい。これにより、直線部全体を所定角度に確実に傾斜させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の固定子巻線の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態の車両用交流発電機1は、固定子2、回転子3、ハウジング4、整流器5等を含んで構成されている。
【0012】
回転子3は、界磁として作用し、シャフト6と一体になって回転しており、ランデル型ポールコア7、界磁コイル8、スリップリング9、10、送風装置としての斜流ファン11および遠心ファン12を備えている。シャフト6は、プーリ20に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン(図示せず)により回転駆動される。
【0013】
ランデル型ポールコア7は、一組のポールコアを組合わせて構成されている。このランデル型ポールコア7は、シャフト6に組付られたボス部71と、ボス部71の両端より径方向に延びるディスク部72と、12個の爪状磁極部73により構成されている。
【0014】
プーリ側の斜流ファン11は、ポールコア7の端面に溶接などによって固着されたベース板111に対して鋭角の傾斜を持つブレードと直角のブレードとを有し、回転子3と一体になって回転する。反プーリ側の遠心ファン12は、ポールコア7の端面に溶接などによって固着されたベース板121に対して直角のブレードのみを有する。
【0015】
ハウジング4は、フロントハウジング4aとリアハウジング4bからなっており、その軸方向端面には吸入孔41が、外周両肩部には、固定子2の第1コイルエンド群31aと第2コイルエンド群31bのそれぞれの径方向外側に対応して冷却風の排出孔42が設けられている。
【0016】
整流器5は、固定子2から出力される交流電圧を直流に変換する整流作用を行っており、車両用交流発電機1の反プーリ側の端部に設けられている。
次に、固定子2の詳細について説明する。図2は、固定子2の部分的な断面図である。図3は、固定子鉄心32に装着されるセグメント33の模式的形状を示す斜視図である。
【0017】
固定子2は、電機子として作用し、固定子鉄心32と、固定子鉄心32に形成された複数のスロット35内に配置された複数の電気導体としてのセグメント33によって構成された固定子巻線31と、固定子鉄心32と固定子巻線31との間を電気絶縁するインシュレータ34とを備えている。
【0018】
図2に示すように、固定子鉄心32には、多相の固定子巻線31を収容できるように、内径側に開口を有する複数のスロット35が形成されている。本実施形態では、回転子3の磁極数に対応して、三相の固定子巻線31を収容するために、36個のスロット35が、等間隔に配置されている。
【0019】
固定子鉄心32のスロット35に装備された固定子巻線31は、1本1本の電気導体として把握することができ、複数のスロット35のそれぞれの中には、偶数本(本実施形態では4本)の電気導体が収容されている。また、一のスロット35内の4本の電気導体は、固定子鉄心32の径方向に関して内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。これらの電気導体には、絶縁被膜37として、ポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。
【0020】
これら電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線31が形成される。なお、本実施形態では、スロット35内の電気導体は、第1コイルエンド群31a側においては、連続線を配置することにより一端が接続され、また、第2コイルエンド群31b側においては、他端を接合することにより接続される。
【0021】
各スロット35内の1本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット35内の1本の他の電気導体と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するために、一のスロット35内の所定の層の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット35内の他の層の電気導体と対をなしている。
【0022】
例えば、一のスロット内の内端層の電気導体331aは、固定子鉄心32の時計回り方向に向けて1磁極ピッチ離れた他のスロット内の外端層の電気導体331bと対をなしている。同様に、一のスロット内の内中層の電気導体332aは固定子鉄心32の時計回り方向に向けて1磁極ピッチ離れた他のスロット内の外中層の電気導体332bと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心32の軸方向の一方の端部において連続線を用いることにより、ターン部331c、332cを経由することで接続される。したがって、固定子鉄心32の一方の端部においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このように、固定子鉄心32の一方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電気導体と内中層の電気導体との接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体との接続により端層コイルエンドが形成される。
【0023】
一方、一のスロット35内の内中層の電気導体332aは、固定子鉄心32の時計回り方向に向けて1磁極ピッチ離れた他のスロット35内の内端層の電気導体331a’とも対をなしている。同様に、一のスロット35内の外端層の電気導体331b’は、固定子鉄心32の時計回り方向に向けて1磁極ピッチ離れた他のスロット35内の外中層の電気導体332bと対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心32の軸方向の他方の端部において接合により接続される。
【0024】
したがって、固定子鉄心32の他方の端部においては、外端層の電気導体と外中層の電気導体とを接続する接合部と、内端層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。外端層の電気導体と外中層の電気導体との接続、および内端層の電気導体と内中層の電気導体との接続により隣接層コイルエンドが形成される。
【0025】
さらに、複数の電気導体は、ほぼ矩形断面(平角断面)をもった一定の太さの電気導体を所定形状に成形したU字状のセグメントにより提供される。図3に示すように、内端層の電気導体と外端層の電気導体とが、一連の電気導体をほぼU字状に成形してなる大セグメント331により提供される。また、内中層の電気導体と外中層の電気導体とが一連の電気導体をほぼU字状に成形してなる小セグメント332により提供される。
【0026】
大セグメント331と小セグメント332とは基本セグメント33を形成する。そして、基本セグメント33を規則的にスロット35に配置して、固定子鉄心32の周りを2周するコイルが形成される。
図4は、固定子巻線31の部分的な側面図であり、径方向外側から見た図が示されている。また、図5は固定子巻線31をセグメント33の先端部側から見た図であり、径方向に並んだ一部のセグメント33のみを抜き出して周方向に展開した図である。図4および図5に示すように、本実施形態のセグメント33は、隣接する直線部同士を0°よりも大きな角度をなした状態で交差させ、この交差部分において先端部の側面同士を互いに接触させた状態で溶接等を行って接合部を形成している。具体的には、図5に示すように、固定子鉄心32から突出した内端層の電気導体331aの先端部331dと内中層の電気導体332aの先端部332dとが互いの側面を介して接触しており、この接触部分に対して溶接等が行われる。また、外中層の電気導体332bの先端部332eと外端層の電気導体331bの先端部331eとが互いの側面を介して接触しており、この接触部分に対して溶接等が行われる。
【0027】
次に、固定子巻線31の製造工程を以下に説明する。
(挿入工程)基本セグメント33は、U字状の小セグメント332のターン部332cをU字状の大セグメント331のターン部331cが囲むように揃えられ、固定子鉄心32の軸方向側面の一方側から挿入される。その際、大セグメント331の一方の電気導体331aは固定子鉄心32の一のスロット35の内端層に、小セグメント332の一方の電気導体332aは一のスロット35の内中層に、そして、大セグメント331の他方の電気導体331bは固定子鉄心32の一のスロット35から時計方向に1磁極ピッチ離れた他のスロット35の外端層に、小セグメント332の他方の電気導体332bも他のスロット35の外中層に挿入される。
【0028】
その結果、図2に示すように一のスロット35には内端層側から、上述した電気導体として直線部331a、332a、332b’、331b’が一列に配置される。ここで、直線部332b’、331b’は、1磁極ピッチずれた他のスロット35内の電気導体と対をなしている大小のセグメントの直線部である。
【0029】
(傾斜工程)挿入後、第2コイルエンド群31bにおいて、端層側に位置している直線部331a、331bは、大セグメント331が開く方向に接合部331d、331eが半磁極ピッチ分(本実施形態では1.5スロット分)折り曲げられる。そして、中層に位置している直線部332a、332bは、小セグメント332が閉じる方向に接合部332d、332eが半磁極ピッチ分折り曲げられる。その結果、第2コイルエンド群31bにおいては、径方向に隣接する電気導体は周方向の逆向きに傾斜する。以上の動作が、全てのスロット35のセグメント33について行われる。
【0030】
(接合工程)そして、第2コイルエンド群31bにおいて、外端層の先端部331e’ と外中層の先端部332eの対向する側面同士、並びに内中層の先端部332dと内端層の先端部331d’ の対向する側面同士が、溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって電気的導通を得るように接合され、図4に示すような固定子2が得られる。
【0031】
図6〜図9は、傾斜工程の説明図である。傾斜工程には、内端層の電気導体331aと外中層の電気導体332bを先端部側から見て反時計回り方向に傾斜させる第1の工程と、内中層の電気導体332aと外端層の電気導体331bを先端部側から見て時計回り方向に傾斜させる第2の工程が含まれている。
【0032】
この内、反時計回り方向に電気導体を傾斜させる第1の工程は、図6に示す曲げ部材200を用いて行われる。曲げ部材200は、傾斜工程を実施する前の内端層の電気導体331aと外中層の電気導体332bに隣接するように、それぞれの反時計回り方向上流側に配置されている。これらの曲げ部材200をスロット端部(固定子鉄心32の端面)近傍を回転中心として、図示しない回転駆動機構によって回転させることにより、図7に示すように、内端層の電気導体331aと外中層の電気導体332bを、その先端部331d、332eが反時計回り方向に移動する向きに傾斜させることができる。
【0033】
また、時計回り方向に電気導体を傾斜させる第2の工程は、図8に示す曲げ部材202を用いて行われる。曲げ部材202は、傾斜工程を実施する前の内中層の電気導体332aと外端層の電気導体331bに隣接するように、それぞれの反時計回り方向下流側に配置されている。これらの曲げ部材202をスロット端部近傍を回転中心として、回転駆動機構によって回転させることにより、図9に示すように、内中層の電気導体332aと外端層の電気導体331bを、その先端部332d、331eが時計回り方向に移動する向きに傾斜させることができる。
【0034】
図10および図11は、接合工程の説明図である。図10には接合工程に必要な各種の電極の配置が示されており、図11にはその中の棒状プラス電極の断面形状が示されている。接合工程は、図10に示すように、内径側プラス電極300と外径側プラス電極302とによってセグメント33を径方向両側から挟み込むとともに、先端部側から棒状プラス電極304を配置した状態で行われる。このような状態において、セグメントの先端部にマイナス電位の溶接電極を近づけてアーク放電を起こすことにより、接触する先端部同士が溶接により接合される。
【0035】
このように、本実施形態の固定子2では、セグメント33の先端部同士を軸方向に沿って並べた状態で接合部が形成されるのではなく、各線端部が0°以外の所定の角度で交差した状態で接合部が形成されているため、軸方向に延びるセグメント33の先端部が不要になり、固定子巻線31の軸方向長さを短くすることができる。特に、交差したセグメント33の側面を利用して接合を行うことにより、軸方向に延びる先端部を確実になくすことができる。
【0036】
また、本実施形態の固定子2の製造方法には、固定子鉄心32から突出するセグメント33の直線部を、径方向に隣接するセグメント33について互いに周方向反対側に傾斜させて直線部の先端部同士を突き合わせる傾斜工程と、この突き合わされた先端部同士を接合する接合工程とが含まれており、セグメント33の先端部を拘束することなくセグメント33を傾斜させることができるため、拘束するために必要であった軸方向に形成された先端部が不要になり、固定子巻線31の軸方向長さを短くすることができる。特に、傾斜工程において、セグメント33の直線部の周方向側面に配置した曲げ部材200、202を、スロット端部近傍を中心にして回転させることにより、固定子鉄心32から突出したセグメント32の直線部全体を所定角度に確実に傾斜させることができる。
【0037】
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、2本のセグメント33の先端部を径方向に隣接させてそれらの側面同士を接触させたが、図12(部分側面図)および図13(部分平面図)で示すように、一方のセグメント33の先端面と他方のセグメント33の先端部側面とを接触させて接合部を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図2】固定子の部分的な断面図である。
【図3】固定子鉄心に装着されるセグメントの模式的形状を示す斜視図である。
【図4】固定子巻線の部分的な側面図である。
【図5】固定子巻線をセグメントの先端部側から見た図である。
【図6】傾斜工程の説明図である。
【図7】傾斜工程の説明図である。
【図8】傾斜工程の説明図である。
【図9】傾斜工程の説明図である。
【図10】接合工程の説明図である。
【図11】接合工程の説明図である。
【図12】セグメントの先端部を用いて形成される接合部の変形例を示す部分側面図である。
【図13】セグメントの先端部を用いて形成される接合部の変形例を示す部分平面図である。
【図14】従来の固定子の構造を示す部分的な斜視図である。
【符号の説明】
2 固定子
31 固定子巻線
32 固定子鉄心
33 セグメント
200、202 曲げ部材
300 内径側プラス電極
302 外径側プラス電極
304 棒状プラス電極
Claims (6)
- 電気導体の直線部を固定子鉄心のスロットに挿入する挿入工程と、
前記固定子鉄心から突出する前記直線部を、径方向に隣接する前記電気導体について互いに周方向反対側に傾斜させて、前記直線部の先端部同士を突き合わせる傾斜工程と、
突き合わされた前記先端部同士を接合する接合工程とを備え、
前記接合工程は、前記傾斜工程において突き合わされた前記先端部同士の合わせ面よりも前記電気導体の周方向側面に沿って前記固定子鉄心側に三角形断面形状の一方の電極を接触させ、前記先端部同士に他方の電極を近づけてアーク放電を起こすことにより、接触する前記先端部同士を溶接して接合部を形成することにより行われることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。 - 請求項1において、
前記接合部は、2本の前記電気導体の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。 - 請求項1において、
前記接合部は、2本の前記電気導体の一方の直線部の先端面と他方の直線部の先端部側面を互いに突き合わせることにより形成されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
複数の前記接合部が、周方向位置が同じであって、かつ、径方向に異なる位置に配置されており、
前記複数の接合部に対応する同一傾斜方向の複数の前記電気導体は、前記一方の電極に接触する領域において周方向位置および軸方向位置が同じであることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記傾斜工程は、前記直線部の周方向側面に配置した曲げ部材を、前記スロット端部を中心にして回転させて、前記直線部を傾斜させることにより行うことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。 - 請求項5において、
前記曲げ部材が当接する前記電気導体の周方向側面には、前記一方の電極が接触する領域が含まれていることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
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