JP4497102B2 - 車両用回転電機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、自動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、Δ結線がなされた三相巻線の各出力端に他の三相巻線の各相が直列に結線された固定子巻線を備える車両用回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、この三相巻線を二組備えた構成についても提案されている。このような三相巻線を用いることにより、Ｙ結線された単純な三相巻線とは異なるターン数を設定することが可能になる。また、これらの三相巻線を二組備え、それぞれの電気角をπ／６だけずらすことにより、磁気騒音を低減する手法についても提案されている。なお、このような特殊な結線がなされた三相巻線ではなく、単純にＹ結線された二組の三相巻線を備えた各種の車両用回転電機も知られている（例えば特許文献２参照。）。
特開２００２−２４７７８７号公報（第３−６頁、図１−１２） 特開２００３−１８００４８号公報（第３−７頁、図１−１２）

ところで、上述した特許文献１に開示された各組の三相巻線は、Δ結線された巻線構造にさらにＹ結線の各相巻線を追加するような構造を有しているため、各相巻線の数が増え、結線が複雑になるという問題があった。特に、一組の三相巻線からなる固定子巻線を備えた車両用回転電機については、固定子巻線の各相巻線の結線部と引出線のそれぞれの渡り線の具体例が特許文献１の図６に開示されているが、このような三相巻線を二組備える場合の結線部、引出線およびこれらの渡り線について、例えば、特許文献１の図６に示す一組の三相巻線の結線部、引出線およびそれぞれの渡り線は、固定子の全周（３６０度）に渡って分散配置されているため、同じ結線状態の三相巻線を二組備える場合を考えると、各組の三相巻線に対応する結線部、引出線およびこれらの渡り線が互いに入り乱れて配置されることになり、上記結線部と固定子を収容しているフレームの軸方向との距離を確保しようとするとフレームを含めた車両用回転電機の実質的な体格が大型化するという問題があった。また、車両用回転電機では、固定子巻線の引出線の配置は、３６０度の範囲で許容されるわけではなく、特許文献２に開示されているように、ブラシ装置や電圧制御装置と干渉しないように決定された整流装置の形状に合わせる必要があるため許容される範囲が狭くなり、さらに配線が複雑になる。

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、結線を簡素化するとともに、製造が容易で軸方向体格の小型化が可能な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、固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに装備された第１の三相巻線と、第１の三相巻線と電気角で３０度位相がずれた第２の三相巻線とを有し、固定子鉄心の一方の軸方向端部側のコイルエンドから第１および第２の三相巻線に含まれる各相巻線の巻線端部が引き出されている。第１および第２の三相巻線のそれぞれは、Δ結線された３本の第１の相巻線と、互いに接続された３本の第１の相巻線の巻線端部のそれぞれに一方の巻線端部が接続され他方の巻線端部が出力引出部となる３本の第２の相巻線とを備え、第１の三相巻線を構成する第１および第２の相巻線の巻線端部と、第２の三相巻線を構成する第１および第２の相巻線の巻線端部は、互いに重複しない周方向位置に配置され、第１の三相巻線においてコイルエンドを形成するターン部と、第２の三相巻線においてコイルエンドを形成するターン部とが径方向に沿って並んで配置され、第１の三相巻線に対応する複数のターン部のそれぞれが互いに周方向にずらして配置され、第２の三相巻線に対応する複数のターン部のそれぞれが互いに周方向にずらして配置されている。これにより、従来の２重のかさね巻きよりコイルエンドの高さが低く抑えられ、径方向に重複しないように配置されるため、各巻線端部の結線のための引き回しが低く、短くなって結線を簡素化することができる。しかも、Δ結線された各相巻線の巻線端部の周方向位置がそれ以外の相巻線の巻線端部の周方向位置に含まれるように配置されるため、出力引出部をそれぞれの三相巻線の周方向端部に集中させることができ、さらに結線の簡素化が可能になる。また、結線の簡素化に伴って相間絶縁の確保が容易になるため、製造が容易になるとともに体格の小型化が可能になる。

また、上述した第１および第２の三相巻線のそれぞれについて、第１の相巻線と第２の相巻線とが互いに溶接されて形成される３箇所の溶接部のそれぞれに対して出力引出部を離間して配置することが望ましい。これにより、溶接のために用いられる溶接治具と出力引出部との干渉が少なくなるため、さらに製造が容易となる。

また、上述した溶接部は、スロットの巻線の間に配置されていることが望ましい。これにより、溶接部と固定子を収容するフレームの軸方向と各溶接部との間の距離を確保することが容易となるため、溶接部とフレーム軸方向の干渉を避けるためにフレームを大きくする必要がなくなり、さらに体格の小型化が可能になる。

また、上述した溶接部を形成する３つの巻線端部は周方向に沿って一列に配置されており、これら３つの巻線端部はスロットの径方向中央側から引き出されていることが望ましい。これにより、３つの巻線端部を集めて溶接する作業が容易になる。

また、上述した３つの巻線端部の中の中央に配置された巻線端部は、固定子鉄心の軸方向に沿って延在していることが望ましい。これにより、中央に配置された巻線端部について周方向に沿って延在する部分をなくすことができるため、車両用回転電機の回転時に発生する各溶接部の振動を低減することができる。

また、上述した第１および第２の三相巻線のそれぞれについて、３箇所の溶接部は周方向に沿って一列に配置されており、周方向に沿った所定方向前方に配置された一の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部が、所定方向後方に配置された他の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部を飛び越えるように巻線端部同士が交差していることが望ましい。これにより、巻線端部をスロットから引き出して各溶接部毎に束ねる作業が容易となり、さらに製造が容易となる。

また、上述した第１および第２の相巻線は、ターン部を有するＵ字状のセグメント導体の端部同士を互いに接合して直列接続することにより形成されており、第１および第２の相巻線のそれぞれの巻線端部は、ターン部によって形成されたコイルエンド側に配置されていることが望ましい。これにより、ターン部側において各巻線端部の溶接や出力引出部の引き回しのための作業を行うことが可能になり、さらに製造が容易となる。

以下、本発明の車両用回転電機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詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、整流装置５等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２のスロットに装備された固定子巻線２３とを含んで構成されている。固定子巻線２３は、第１の三相巻線２３Ａと、第１の三相巻線２３Ａと電気角で３０度位相がずれた第２の三相巻線２３Ｂとを有しており、固定子鉄心２２の一方の軸方向端部側のコイルエンドから第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂに含まれる各相巻線の巻線端部が引き出されている。固定子巻線２３の詳細については後述する。

回転子３は、シャフト６と一体になって回転するものであり、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、冷却用の斜流ファン１１および遠心ファン１２等を含んで構成されている。シャフト６は、プーリ２０に連結され、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）によって回転駆動される。

フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３がシャフト６を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア７の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。フレーム４は、フロントフレーム４Ａとリヤフレーム４Ｂとからなり、これらが複数本の締結ボルト４３によって締結されて上述した固定子２等の支持が行われる。整流装置５は、固定子巻線２３を構成する第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂから延びる合計６本の出力引出部が接続されており、固定子巻線２３から印加される三相交流電圧を三相全波整流して直流電圧に変換する。

次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、固定子巻線２３の結線図である。図３は、固定子巻線２３に含まれる第１の三相巻線２３Ａの結線補助図である。図４は、固定子巻線２３に含まれる第２の三相巻線２３Ｂの結線補助図である。図５、図６、図７は、固定子巻線２３の具体的な巻線仕様を示す図である。

固定子巻線２３に含まれる第１の三相巻線２３Ａは、Δ結線された３本の第１の相巻線３３０Ａと、これら３本の第１の相巻線３３０Ａの巻線端部のそれぞれに一方の巻線端部が接続され他方の巻線端部が出力引出部となる３本の第２の相巻線３４０Ａとを備えている。

第１の三相巻線２３Ａに含まれる第１の相巻線３３０Ａは、互いに４スロット分（電気角で２π／３）ずらして巻装されたＵ相巻線３３０Ｕ１、Ｖ相巻線３３０Ｖ１、Ｗ相巻線３３０Ｗ１をΔ結線することにより形成されている。具体的には、図５〜図７に示すように、Ｕ相巻線３３０Ｕ１がスロット番号５５、６１、６７、…の各スロットに、Ｖ相巻線３３０Ｖ１がそれより４スロット分ずれたスロット番号５１、５７、６３、…の各スロットに、Ｗ相巻線３３０Ｗ１がそれよりさらに４スロット分ずれたスロット番号４７、５３、５９、…の各スロットにそれぞれ巻装されている。

第１の三相巻線２３Ａに含まれる第２の相巻線３４０Ａは、互いに４スロット分ずらして巻装されたＸ相巻線３４０Ｘ１、Ｙ相巻線３４０Ｙ１、Ｚ相巻線３４０Ｚ１によって形成されている。具体的には、図５〜図７に示すように、Ｘ相巻線３４０Ｘ１がスロット番号６２、６８、７４、…の各スロットに、Ｙ相巻線３４０Ｙ１がそれより４スロット分ずれたスロット番号５８、６４、７０、…の各スロットに、Ｚ相巻線３４０Ｚ１がそれよりさらに４スロット分ずれたスロット番号５４、６０、６６、…の各スロットにそれぞれ巻装されている。また、上述した第１の相巻線３３０Ａと第２の相巻線３４０Ａは、互いに１スロット分（電気角でπ／６）ずらした位置に巻装されている。

さらに、第２の相巻線３４０Ａに含まれるＸ相巻線３４０Ｘ１、Ｙ相巻線３４０Ｙ１、Ｚ相巻線３４０Ｚ１のそれぞれの一方端（後述する巻線端部Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）が、Δ結線された第１の相巻線３３０Ａの３つの出力端のそれぞれに接続されている。これら３箇所の接続は溶接によって行われ、３つの溶接部３３２Ａ、３３４Ａ、３３６Ａが形成されている。これにより、図２および図３に示すように、Δ結線された第１の相巻線３３０Ａに対して、Ｙ結線された第２の相巻線３４０Ａを直列に結線した状態が実現される。また、Ｘ相巻線３４０Ｘ１、Ｙ相巻線３４０Ｙ１、Ｚ相巻線３４０Ｚ１のそれぞれの他方端（後述する巻線端部Ｘ１’、Ｙ１’、Ｚ１’）が整流装置５Ａに接続されている。

また、固定子巻線２３に含まれる第２の三相巻線２３Ｂは、Δ結線された３本の第１の相巻線３３０Ｂと、これら３本の第１の相巻線３３０Ｂの巻線端部のそれぞれに一方の巻線端部が接続され他方の巻線端部が出力引出部となる３本の第２の相巻線３４０Ｂとを備えている。

第２の三相巻線２３Ｂに含まれる第１の相巻線３３０Ｂは、互いに４スロット分（電気角で２π／３）ずらして巻装されたＸ相巻線３３０Ｘ２、Ｙ相巻線３３０Ｙ２、Ｚ相巻線３３０Ｚ２をΔ結線することにより形成されている。具体的には、図５〜図７に示すように、Ｘ相巻線３３０Ｘ２がスロット番号３２、３８、４４、…の各スロットに、Ｙ相巻線３３０Ｙ２がそれより４スロット分ずれたスロット番号２８、３４、４０、…の各スロットに、Ｚ相巻線３３０Ｚ２がそれよりさらに４スロット分ずれたスロット番号２４、３０、３６、…の各スロットにそれぞれ巻装されている。

第２の三相巻線２３Ｂに含まれる第２の相巻線３４０Ｂは、互いに４スロット分ずらして巻装されたＵ相巻線３４０Ｕ２、Ｖ相巻線３４０Ｖ２、Ｗ相巻線３４０Ｗ２によって形成されている。具体的には、図５〜図７に示すように、Ｕ相巻線３４０Ｕ２がスロット番号３７、４３、４９、…の各スロットに、Ｖ相巻線３４０Ｖ２がそれより４スロット分ずれたスロット番号３３、３９、４５、…の各スロットに、Ｗ相巻線３４０Ｗ２がそれよりさらに４スロット分ずれたスロット番号２９、３５、４１、…の各スロットにそれぞれ巻装されている。また、上述した第１の相巻線３３０Ｂと第２の相巻線３４０Ｂは、互いに１スロット分（電気角でπ／６）ずらした位置に巻装されている。

さらに、第２の相巻線３４０Ｂに含まれるＵ相巻線３４０Ｕ２、Ｖ相巻線３４０Ｖ２、Ｗ相巻線３４０Ｗ２のそれぞれの一方端（後述する巻線端部Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）が、Δ結線された第１の相巻線３３０Ｂの３つの出力端のそれぞれに接続されている。これら３箇所の接続は溶接によって行われ、３つの溶接部３３２Ｂ、３３４Ｂ、３３６Ｂが形成されている。これにより、図２および図４に示すように、Δ結線された第１の相巻線３３０Ｂに対して、Ｙ結線された第２の相巻線３４０Ｂを直列に結線した状態が実現される。また、Ｕ相巻線３４０Ｕ２、Ｖ相巻線３４０Ｖ２、Ｗ相巻線３４０Ｗ２のそれぞれの他方端（後述する巻線端部Ｕ２’、Ｖ２’、Ｗ２’）が整流装置５Ｂに接続されている。

図８は、固定子巻線２３の各巻線端部の引き回し状態を示す図である。図８において、Ｕ１、Ｕ１’はＵ相巻線３３０Ｕ１の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｖ１、Ｖ１’はＶ相巻線３３０Ｖ１の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｗ１、Ｗ１’はＷ相巻線３３０Ｗ１の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｘ１、Ｘ１’はＸ相巻線３４０Ｘ１の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｙ１、Ｙ１’はＹ相巻線３４０Ｙ１の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｚ１、Ｚ１’はＺ相巻線３４０Ｚ１の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。同様に、Ｖ２、Ｖ２’はＶ相巻線３３０Ｖ２の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｗ２、Ｗ２’はＷ相巻線３３０Ｗ２の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｘ２、Ｘ２’はＸ相巻線３４０Ｘ２の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｙ２、Ｙ２’はＹ相巻線３４０Ｙ２の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。Ｚ２、Ｚ２’はＺ相巻線３４０Ｚ２の両端となる巻線端部のコイルエンドからの引出位置を示している。

なお、本明細書では、上述したＸ１、Ｘ１’等で示されるコイルエンドからの引出位置を巻線端部の位置として説明を行うものとする。また、図８に示す丸付きの数字は、各巻線端部の周方向位置を図５等の巻線仕様図で示されたスロット番号に対応させたものである。例えば、図６および図８から明らかなように、２つの巻線端部Ｘ１、Ｘ１’は、ともにスロット番号５９のスロットと同じ周方向位置においてコイルエンドから引き出される。但し、実際にこれらの巻線端部Ｘ１、Ｘ１’に対応する導体が巻回されるスロットは、内周側の巻線端部Ｘ１については反時計回り方向に３スロット分ずれたスロット番号５６のスロットであり、外周側の巻線端部Ｘ１’については時計回り方向に３スロット分ずれたスロット番号６２のスロットである。他の巻線端部についても同様である。

本実施形態では、図８に示すように、第１の三相巻線２３Ａを構成する第１および第２の相巻線３３０Ａ、３４０Ａに含まれる巻線端部Ｕ１、Ｕ１’、Ｖ１、Ｖ１’、Ｗ１、Ｗ１’、Ｘ１、Ｘ１’、Ｙ１、Ｙ１’、Ｚ１、Ｚ１’と、第２の三相巻線２３Ｂを構成する第１および第２の相巻線３３０Ｂ、３４０Ｂに含まれる巻線端部Ｕ２、Ｕ２’、Ｖ２、Ｖ２’、Ｗ２、Ｗ２’、Ｘ２、Ｘ２’、Ｙ２、Ｙ２’、Ｚ２、Ｚ２’は、互いに重複しない周方向位置に配置されている。

第１の三相巻線２３Ａに着目すると、第１の相巻線３３０Ａに含まれる巻線端部Ｕ１、Ｕ１’、Ｖ１、Ｖ１’、Ｗ１、Ｗ１’の周方向位置が、第２の相巻線３４０Ａに含まれる巻線端部Ｘ１、Ｘ１’、Ｙ１、Ｙ１’と巻線端部Ｚ１、Ｚ１’の周方向位置の中央に含まれるように各巻線端部の周方向位置が設定されている。

また、３つの巻線端部Ｘ１、Ｕ１’、Ｖ１のそれぞれが１箇所に引き出されて互いに溶接されて溶接部３３２Ａが形成されている。３つの巻線端部Ｙ１、Ｖ１’、Ｗ１のそれぞれが１箇所に引き出されて互いに溶接されて溶接部３３４Ａが形成されている。３つの巻線端部Ｕ１、Ｗ１’、Ｚ１のそれぞれが１箇所に引き出されて互いに溶接されて溶接部３３６Ａが形成されている。これら３つの溶接部３３２Ａ、３３４Ａ、３３６Ａは、それ以外の巻線端部Ｘ１’、Ｙ１’、Ｚ１’およびこれらの巻線端部から引き出される出力引出部から離間した周方向位置であって、かつ、固定子鉄心２２に形成されたスロットの径方向中央側に偏在して配置されている。

また、溶接部３３２Ａ、３３４Ａ、３３６Ａのそれぞれを形成する３本の巻線端部は、周方向に沿って一列に配置されており、しかも、固定子鉄心２２に形成されたスロットの径方向中央側から引き出されている。そして、各溶接部を形成する３つの巻線端部の中の中央に配置された巻線端部は、固定子鉄心２２の軸方向に沿って延在している。例えば、溶接部３３２Ａに着目すると、図８に示すように、溶接部３３２Ａを形成する３本の巻線端部Ｘ１、Ｕ１’、Ｖ１は全て固定子鉄心２２のスロットの中央側に偏在して配置されており、その中で中央の巻線端部Ｕ１’には周方向に延在した部分が含まれない。他の溶接部３３４Ａ、３３６Ａも同様の特徴を有している。

また、３箇所の溶接部３３２Ａ、３３４Ａ、３３６Ａは、周方向に沿って一列に配置されており、周方向に沿った所定方向前方に配置された一の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部が、所定方向後方に配置された他の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部と巻線端部同士がなるべく交差しないように配列されている。具体的には、図８において所定方向を反時計回り方向としたときに、反時計回り方向後方に配置された一の溶接部３３２Ａに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｖ１が、反時計回り方向前方に配置された他の溶接部３３６Ａに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｕ１を飛び越えるように交差しているが、溶接部３３２Ａに対応してスロットから引き出された残りの巻線端部については他の溶接部に対応する巻線端部と交差しないように配列されている。また、反時計回り方向後方に配置された一の溶接部３３４Ａに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｗ１が、反時計回り方向前方に配置された他の溶接部３３６Ａに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｕ１を飛び越えるように交差しているが、溶接部３３４Ａに対応してスロットから引き出された残りの巻線端部については他の溶接部に対応する巻線端部と交差しないように配列されている。

同様に、第２の三相巻線２３Ｂに着目すると、第１の相巻線３３０Ｂに含まれる巻線端部Ｘ２、Ｘ２’、Ｙ２、Ｙ２’、Ｚ２、Ｚ２’の周方向位置が、第２の相巻線３４０Ｂに含まれる巻線端部Ｗ２、Ｗ２’、Ｖ２、Ｖ２’と巻線端部Ｕ２、Ｕ２’の各周方向位置の中央に含まれるように各巻線端部の周方向位置が設定されている。

また、３つの巻線端部Ｗ２、Ｚ２’、Ｙ２のそれぞれが１箇所に引き出されて互いに溶接されて溶接部３３２Ｂが形成されている。３つの巻線端部Ｖ２、Ｙ２’、Ｘ２のそれぞれが１箇所に引き出されて互いに溶接されて溶接部３３４Ｂが形成されている。３つの巻線端部Ｚ２、Ｘ２’、Ｕ２のそれぞれが１箇所に引き出されて互いに溶接されて溶接部３３６Ｂが形成されている。これら３つの溶接部３３２Ｂ、３３４Ｂ、３３６Ｂは、それ以外の巻線端部Ｗ２’、Ｖ２’、Ｕ２’およびこれらの巻線端部から引き出される出力引出部から離間した周方向位置であって、かつ、固定子鉄心２２に形成されたスロットの径方向中央側に偏在して配置されている。

また、溶接部３３２Ｂ、３３４Ｂ、３３６Ｂのそれぞれを形成する３本の巻線端部は、周方向に沿って一列に配置されており、しかも、固定子鉄心２２に形成されたスロットの径方向中央側から引き出されている。そして、各溶接部を形成する３つの巻線端部の中の中央に配置された巻線端部は、固定子鉄心２２の軸方向に沿って延在している。例えば、溶接部３３２Ｂに着目すると、図８に示すように、溶接部３３２Ｂを形成する３本の巻線端部Ｗ２、Ｚ２’、Ｙ２は全て固定子鉄心２２のスロットの中央側に偏在して配置されており、その中で中央の巻線端部Ｚ２’には周方向に延在した部分が含まれない。他の溶接部３３４Ｂ、３３６Ｂも同様の特徴を有している。

また、３箇所の溶接部３３２Ｂ、３３４Ｂ、３３６Ｂは、周方向に沿って一列に配置されており、周方向に沿った所定方向前方に配置された一の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部が、所定方向後方に配置された他の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部を飛び越えるように巻線端部同士が交差している。具体的には、図８において所定方向を時計回り方向としたときに、時計回り方向後方に配置された一の溶接部３３２Ｂに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｙ２が、時計回り方向前方に配置された他の溶接部３３６Ｂに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｚ２を飛び越えるように交差しているが、溶接部３３２Ｂに対応してスロットから引き出された残りの巻線端部については他の溶接部に対応する巻線端部と交差しないように配列されている。また、時計回り方向後方に配置された一の溶接部３３４Ｂに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｘ２が、時計回り方向前方に配置された他の溶接部３３６Ｂに対応してスロットから引き出された一部の巻線端部Ｚ２を飛び越えるように交差しているが、溶接部３３４Ｂに対応してスロットから引き出された残りの巻線端部については他の溶接部に対応する巻線端部と交差しないように配列されている。

ところで、本実施形態の固定子巻線２３を構成する第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂのそれぞれは、ターン部を有するＵ字状のセグメント導体の端部同士を互いに接合（溶接）して接続することにより形成されており、上述した各巻線端部Ｘ１等はセグメント導体のターン部が並んで形成されるコイルエンド側に配置されている。

図９は、固定子２に含まれる固定子巻線２３の部分的な断面図である。図９（ａ）には、比較のために、小径のセグメント導体のターン部を覆うように大径のセグメント導体のターン部が配置された従来構成における固定子巻線の部分的な断面が示されている。このような従来構造では、大径のセグメント導体の軸方向高さが高くなるばかりでなく、その上に各層間をつなぐ渡り線を配列するとこの渡り線を含めた固定子巻線の軸方向高さＨはさらに高くなってしまう。これに対し、本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、一方のセグメント導体のターン部（Ｕ字ターン部）と他方のセグメント導体のターン部とが径方向に沿って並ぶように２つのセグメント導体が配置されている。図１０は、本実施形態の固定子２の部分的な平面図であり、固定子巻線２３を構成するセグメント導体のＵ字ターン部が周方向に重ならないように２列環状に配置された状態が示されている。図９（ｂ）に示すように、各Ｕ字ターン部を周方向にずらして配置することにより、渡り線を含めた固定子巻線の軸方向高さｈを低くすることができる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂを構成するセグメント導体のＵ字ターン部が周方向に重ならないように２列環状に配置されているため、従来の２重のかさね巻きよりコイルエンドの高さが低く抑えられる。また、径方向に重複しないように配置されるため、各巻線端部の結線のための引き回しが低く、短くなって結線を簡素化することができる。しかも、Δ結線された各相巻線の巻線端部の周方向位置がそれ以外の相巻線の巻線端部の周方向位置に含まれるように配置されるため、出力引出部をそれぞれの三相巻線の周方向端部に集中させることができ、さらに結線の簡素化が可能になる。また、結線の簡素化に伴って相間絶縁の確保が容易になるため、製造が容易になるとともに体格の小型化が可能になる。

また、第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂのそれぞれについて、第１の相巻線と第２の相巻線とが互いに溶接されて形成される３箇所の溶接部のそれぞれに対して出力引出部を離間して配置しているため、溶接のために用いられる溶接治具と出力引出部との干渉が少なくなり、さらに製造が容易となる。

また、溶接部は、スロットの巻線の間に配置されているため、溶接部と固定子２を収容するフレーム４の軸方向と各溶接部との間の距離を確保することが容易となる。このため、溶接部とフレーム軸方向の干渉を避けるためにフレーム４を大きくする必要がなくなり、さらに体格の小型化が可能になる。

また、溶接部を形成する３つの巻線端部は周方向に沿って一列に配置されており、これら３つの巻線端部はスロットの径方向中央側から引き出されている。これにより、３つの巻線端部を集めて溶接する作業が容易になる。

また、３つの巻線端部の中の中央に配置された巻線端部は、固定子鉄心２２の軸方向に沿って延在しているため、車両用交流発電機１の回転時に発生する各溶接部の振動を低減することができる。

また、第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂのそれぞれについて、３箇所の溶接部は周方向に沿って一列に配置されており、周方向に沿った所定方向前方に配置された一の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部が、所定方向後方に配置された他の溶接部に対応してスロットから引き出された一部の巻線端部を飛び越えるように巻線端部同士が交差している。これにより、巻線端部をスロットから引き出して各溶接部毎に束ねる作業が容易となり、さらに製造が容易となる。

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、セグメント導体を用いて形成された固定子巻線２３を用いた場合について説明したが、連続線を巻回して形成される固定子巻線２３についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態で採用したターン数以外の第１および第２の三相巻線２３Ａ、２３Ｂを用いるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、本発明を適用した具体例として車両用交流発電機について説明したが、他の車両用回転電機、例えば車載の電動機について本発明を適用するようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。 固定子巻線の結線図である。 固定子巻線に含まれる第１の三相巻線の結線補助図である。 固定子巻線に含まれる第２の三相巻線の結線補助図である。 固定子巻線の具体的な巻線仕様を示す図である。 固定子巻線の具体的な巻線仕様を示す図である。 固定子巻線の具体的な巻線仕様を示す図である。 固定子巻線の各巻線端部の引き回し状態を示す図である。 固定子に含まれる固定子巻線の部分的な断面図である。 本実施形態の固定子の部分的な平面図である。

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 整流装置
２２ 固定子鉄心
２３ 固定子巻線
２３Ａ 第１の三相巻線
２３Ｂ 第２の三相巻線

Claims (7)

1. 固定子鉄心と、前記固定子鉄心のスロットに装備された第１の三相巻線と、前記第１の三相巻線と電気角で３０度位相がずれた第２の三相巻線とを有し、前記固定子鉄心の一方の軸方向端部側のコイルエンドから前記第１および第２の三相巻線に含まれる各相巻線の巻線端部が引き出される車両用回転電機の固定子において、
   前記第１および第２の三相巻線のそれぞれは、Δ結線された３本の第１の相巻線と、互いに接続された前記３本の第１の相巻線の巻線端部のそれぞれに一方の巻線端部が接続され他方の巻線端部が出力引出部となる３本の第２の相巻線とを備え、
   前記第１の三相巻線を構成する前記第１および第２の相巻線の巻線端部と、前記第２の三相巻線を構成する前記第１および第２の相巻線の巻線端部は、互いに重複しない周方向位置に配置され、
   前記第１の三相巻線において前記コイルエンドを形成するターン部と、前記第２の三相巻線において前記コイルエンドを形成するターン部とが径方向に沿って並んで配置され、
   前記第１の三相巻線に対応する複数の前記ターン部のそれぞれが互いに周方向にずらして配置され、前記第２の三相巻線に対応する複数の前記ターン部のそれぞれが互いに周方向にずらして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。
2. 請求項１において、
   前記第１および第２の三相巻線のそれぞれについて、前記第１の相巻線と前記第２の相巻線とが互いに溶接されて形成される３箇所の溶接部のそれぞれに対して前記出力引出部を離間して配置することを特徴とする車両用回転電機の固定子。
3. 請求項２において、
   前記溶接部は、前記スロット内の２列の巻線間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。
4. 請求項３において、
   前記溶接部を形成する３つの巻線端部は周方向に沿って一列に配置されており、これら３つの巻線端部は前記スロットの径方向中央側から引き出されていることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
5. 請求項４において、
   前記３つの巻線端部の中の中央に配置された巻線端部は、前記固定子鉄心の軸方向に沿って延在していることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
6. 請求項２〜５のいずれかにおいて、
   前記第１および第２の三相巻線のそれぞれについて、前記３箇所の溶接部は周方向に沿って一列に配置されており、周方向に沿った所定方向前方に配置された一の前記溶接部に対応して前記スロットから引き出された一部の巻線端部が、所定方向後方に配置された他の前記溶接部に対応して前記スロットから引き出された一部の巻線端部を飛び越えるように巻線端部同士が交差していることを特徴とする車両用回転電機の固定子。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記第１および第２の相巻線は、ターン部を有するＵ字状のセグメント導体の端部同士を互いに接合して直列接続することにより形成されており、
   前記第１および第２の相巻線のそれぞれの巻線端部は、前記ターン部によって形成されたコイルエンド側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。
   

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