JP2008125324A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、放熱フィンや伝熱部を有する巻き鉄心構造の固定子鉄心を備えた回転電機の固定子を得る。
【解決手段】固定子鉄心１２は、端面を突き合わせて円環状に形成された所定枚の電磁鋼板がそれぞれの突き合わせ部を軸方向に重ねて積層され、重ねられた該突き合わせ部を溶接一体化して円筒状に構成されている。そして、所定枚の電磁鋼板の一部の電磁鋼板が、固定子鉄心１２の外周面から延出する外形形状に形成され、固定子鉄心１２の外周面から延出する当該電磁鋼板の外周縁部が、周方向に２つ以上に分割されて放熱フィン１６を構成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用交流発電機などの回転電機の固定子に関し、特に固定子巻線の冷却性を高める固定子鉄心構造に関する。

従来の電動機の固定子鉄心は、外形寸法に長短のある矩形平板状の鉄板を交互に積層し、外周に放熱フィンを形成し、固定子鉄心の放熱面積を増加させ、固定子巻線の温度上昇を抑制していた（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５９−２８８４７号公報

従来の固定子鉄心における鉄心外周に放熱面積の大きな放熱フィンを形成する構成は、矩形平板状の鉄心を所定枚積層して作製される固定子鉄心、即ち曲げ工程がなく作製される固定子鉄心に適用できるものであって、直方体の積層鉄心を円筒状に曲げて作製される巻き鉄心構造の固定子鉄心には適用できない。つまり、放熱フィンが長さ方向全域に渡って形成された電磁鋼板を所定枚数毎に挿入して積層鉄心を作製した場合、放熱フィンを有する電磁鋼板の外周側の延伸が積層鉄心の曲げに追従できず、固定子鉄心の円筒形状に歪みが生じてしまう。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、放熱フィンや伝熱部を形成することによる巻き鉄心構造の固定子鉄心の円筒形状の歪みを抑制し、固定子巻線の放熱性を高めることができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。

この発明による回転電機の固定子は、円筒状のコアバック、該コアバックから径方向内方に突設され、かつ周方向に所定ピッチで配列されたティースおよび該コアバックと隣り合う該ティースとにより画成されて内周側に開口するスロットを有する固定子鉄心と、上記スロットに収納されたスロット収納部および上記固定子鉄心の軸方向両端側で該スロット収納部間を連結するコイルエンド部を有する固定子巻線と、を備えている。そして、上記固定子鉄心は、端面を突き合わせて円環状に形成された所定枚の電磁鋼板がそれぞれの突き合わせ部を軸方向に重ねて積層され、重ねられた該突き合わせ部を溶接一体化して円筒状に構成されている。さらに、上記所定枚の電磁鋼板の一部の電磁鋼板が、上記固定子鉄心の外周面から径方向外方に延出する外周縁部を有し、該外周縁部が、周方向に２つ以上に分割されて放熱フィンを構成している。

この発明によれば、放熱フィンが固定子鉄心の外周面から延出する電磁鋼板の外周縁部を周方向に２つ以上に分割されて構成されている。そこで、直方体の積層鉄心を曲げ加工する際に、電磁鋼板の放熱フィンに相当する部位が分割部で周方向に離れるので、当該電磁鋼板が積層鉄心の曲げに追従して曲がり、固定子鉄心の円筒形状の歪みが抑制される。
また、放熱フィンが固定子鉄心の外周面から径方向外方に延出しているので、固定子巻線で発生した熱が固定子鉄心に伝達され、放熱フィンから放熱され、固定子の温度上昇が抑制される。

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を示す断面図、図２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を軸方向から見た端面図、図３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を軸方向に２分割した状態を示す端面図、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適用される固定子鉄心の製造方法を説明する斜視図、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に適用される固定子鉄心を構成する電磁鋼板の形状を説明する斜視図である。なお、図２では、固定子巻線のコイルエンド部が省略されている。

図１乃至図３において、車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状に成形され、開口を対向させて配設されたアルミ製のフロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケース４と、シャフト５をケース４の軸心位置に軸受６を介して支持されて、ケース４内に回転自在に配設された回転子７と、回転子７の軸方向の両端面に固定されたファン１０と、回転子７に対して一定のエアギャップを有して、回転子７の外周を囲繞してケース４に固定された固定子１１と、を備えている。

回転子７は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル８と、界磁コイル８を覆うように設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア９と、シャフト５と、を備えている。そして、ポールコア９はその軸心位置に貫装されたシャフト５に固着されている。

固定子１１は、円筒状の固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２に巻装され、回転子７の回転に伴い、界磁コイル８からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線１８と、を備えている。

固定子鉄心１２は、円筒状のコアバック１３と、コアバック１３の内周側に周方向に所定ピッチｐで配列されて、それぞれコアバック１３の内周側から一体に径方向内方に延出された複数のティース１４と、コアバック１３と隣り合うティース１４とで画成される内周側に開口する複数のスロット１５と、を備えている。固定子鉄心１２は、後述するように、端面を突き合わせて円環状に形成された所定枚の電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがそれぞれの突き合わせ部１９を軸方向に重ねて積層され、重ねられた該突き合わせ部１９を溶接一体化して円筒状に構成されている。

複数枚毎、例えば５枚毎に配設された電磁鋼板２０Ｂの外周縁部が固定子鉄心１２の外周面から径方向外方に延出し、放熱フィン１６を構成している。放熱フィン１６は、互いに分離して、ティース１４に対応して所定ピッチｐで周方向に配列されている。固定子鉄心１２の軸方向両端部を構成する電磁鋼板２０Ｃが、外周縁部をほぼ９０度曲げられて軸方向外方に延出し、伝熱部１７を構成している。伝熱部１７は、互いに分離して、コイルエンド部に沿って同一円周上に配列されている。ここで、ティース１４およびスロット１５は例えば９６個形成され、放熱フィン１６および伝熱部１７も９６枚形成されている。

固定子巻線１８は、スロット１５内に収納されるスロット収納部１８ａと、固定子鉄心１２の軸方向端部側でスロット収納部１８ａ同士を連結するコイルエンド部１８ｂと、を備えている。

つぎに、固定子１１の製造方法について説明する。
まず、図５に示されるように、所定厚みの磁性鋼材をプレス成形して３種類の電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを得る。
電磁鋼板２０Ａは、図５の（ａ）に示されるように、固定子鉄心１２の周長と同じ長さを有する矩形の平面形状に形成され、幅方向の一側に長さ方向に延在するコアバック部２１と、コアバック部２１から幅方向他側に延在し、長さ方向に所定ピッチｐで配列されたティース部２２と、コアバック部２１と隣り合うティース部２２とで画成されたスロット部２３と、を有する。なお、両端部のティース部２２の幅方向寸法は他のティース部２２の幅方向の半分に形成されている。

電磁鋼板２０Ｂは、図５の（ｂ）に示されるように、電磁鋼板２０Ａに対して、幅方向一側にＬ_１だけ延出して形成され、その幅拡大部が各スロット部２３の開口中央に対応する位置で切り欠き２６により分割されて、放熱フィン部２４を構成している。なお、切り欠き２６は、長さ方向にピッチｐで配列されている。
電磁鋼板２０Ｃは、図５の（ｃ）に示されるように、電磁鋼板２０Ａに対して、幅方向一側にＬ_２だけ延出して形成され、その幅拡大部が各スロット部２３の開口中央に対応する位置で切り欠き２６により分割されて、伝熱片部２５を構成している。なお、切り欠き２６は、長さ方向にピッチｐで配列されている。
ここで、電磁鋼板２０Ｃは、それぞれ延出長さＬ_２を電磁鋼板２０Ｃの厚み分ずつ縮小された複数枚が作製される。そして、各電磁鋼板２０Ｃには同一長さの切り欠き２６が形成されている。

ついで、例えば５枚毎に電磁鋼板２０Ｂを挿入して電磁鋼板２０Ａを所定枚数積層する。そして、電磁鋼板２０Ｃを電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂの積層体の積層方向両端に複数枚積層する。この時、図４に示されるように、積層方向端部に行くに従い、延出長さＬ_２が電磁鋼板２０Ｃの厚み分ずつ縮小するように、電磁鋼板２０Ｃが積層されている。また、電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのコアバック部２１、ティース部２２およびスロット部がそれぞれ積層方向に重なっている。なお、図４では、積層方向の一端に積層される電磁鋼板２０Ｃが省略されている。

ついで、積層された電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを溶接などにより一体化して直方体の積層鉄心２７を得る。ついで、図示しないが、固定子巻線１８のスロット収納部１８ａを積層鉄心２７の各スロット部に収納して固定子巻線１８を積層鉄心２７に装着する。そして、固定子巻線１８が装着されている積層鉄心２７を円筒状に曲げ、曲げられた積層鉄心２７の両端面を突き合わせ、突き合わせ部１９を溶接する。ついで、電磁鋼板２０Ｃの伝熱片部２５を９０度曲げて、軸方向外方に延出させ、固定子鉄心１２を得る。さらに、固定子巻線１８を構成する導体線を結線し、固定子１１が製造される。

このように作製された固定子鉄心１２は、端面を突き合わせて円環状に形成された所定枚の電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがそれぞれの突き合わせ部１９を軸方向に重ねて積層され、重ねられた該突き合わせ部１９を溶接一体化して円筒状に構成されている。電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのコアバック部２１、ティース部２２およびスロット部２３が積層方向に重なって、コアバック１３、ティース１４およびスロット１５を構成している。電磁鋼板２０Ｂの放熱フィン部２４は、直方体の積層鉄心の曲げ工程で切り欠き２６の部位で互いに離間し、固定子鉄心１２の外周面から径方向外方に延出し、放熱フィン１６を構成している。電磁鋼板２０Ｃの伝熱片部２５は、積層鉄心２７の曲げ工程で切り欠き２６の部位で互いに離間し、伝熱片部２５の曲げ工程で互いに近接し、コイルエンド部１８ｂに沿って同一円周上に配列する伝熱部１７を構成している。

このように構成された固定子１１は、固定子鉄心１２の軸方向両端の外周縁部を軸方向両側からフロントブラケット２およびリヤブラケット３の開口縁部に加圧挟持されてケース４に取り付けられる。そこで、固定子巻線１８のスロット収納部１８ａで発生した熱は、固定子鉄心１２のコアバック１３に伝達され、放熱フィン１６から外部に放熱される。また、固定子巻線１８のコイルエンド部１８ｂで発生した熱は、伝熱部１７に伝達され、伝熱部１７からケース４に伝達され、ケース４の表面から放熱される。従って、固定子巻線１８での発熱が効果的に放熱され、固定子１１の過度の温度上昇が抑制される。

電磁鋼板２０Ｂの放熱フィン部２４が切り欠き２６により互いに分割されているので、直方体の積層鉄心２７を曲げる際に、電磁鋼板２０Ｂの放熱フィン部２４が切り欠き２６で分離し、電磁鋼板２０Ｂが積層鉄心２７の曲げに追従して曲がり、固定子鉄心１２の円筒形状の歪みの発生が抑制される。電磁鋼板２０Ｃの伝熱片部２５が切り欠き２６により互いに分割されているので、電磁鋼板２０Ｃの伝熱片部２５が切り欠き２６で分離し、電磁鋼板２０Ｃが積層鉄心２７の曲げに追従して曲がり、固定子鉄心１２の円筒形状の歪みの発生が抑制される。そこで、曲げ鉄心構造の固定子鉄心においても、放熱性に優れた固定子鉄心を実現できる。

実施の形態２．
図６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の構造を説明する要部断面図、図７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鉄心の軸方向一端部を内径側から見た要部拡大図である。

図６および図７において、伝熱部３０は、周方向幅の広い基部３１と、基部３１の先端から軸方向に延出する周方向幅の狭いフィン部３２と、から構成されている。基部３１は、上記実施の形態１における伝熱部１７と同等の形状に形成されている。なお、実施の形態２は、周方向幅の狭いフィン部３２が基部３１の先端から軸方向に延出している点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された固定子鉄心１２Ａでは、固定子巻線１８のコイルエンド部１８ｂで発生した熱は、基部３１に伝達され、その一部がケース４に伝達されて、ケース４から放熱される。そして、ファン１０の回転駆動により軸方向外方に曲げられた冷却風がフィン部３２間を通って径方向外方に流れてケース４外に排出されるので、基部３１に伝達された熱の残部は、フィン部３２に伝達され、フィン部３２から冷却風に放熱される。従って、この実施の形態２によれば、固定子巻線１８のコイルエンド部１８ｂで発生した熱を効果的に放熱することができる。

実施の形態３．
図８は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の構造を説明する要部断面図、図９は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鉄心の軸方向一端部を内径側から見た要部拡大図、図１０は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鉄心の軸方向一端部を軸方向外方から見た要部拡大図である。

図８乃至図１０において、伝熱部３３が周方向に３つ毎に配列されている。即ち、１つの伝熱部３３と２つの伝熱部１７とが周方向に交互に配列されている。伝熱部３３は、周方向幅の広い基部３４と、基部３４の先端から軸方向に延出する周方向幅の狭い第１フィン部３５と、第１フィン部３５から径方向内方に曲げられた第２フィン部３６と、から構成されている。基部３４および第１フィン部３５は、上記実施の形態２における基部３１およびフィン部３２と同等の形状に形成されている。第２フィン部３６は、基部３４の３つ分の周方向幅から第１フィン部３５の周方向幅を差し引いた幅を有し、第１フィン部３５の縁部から９０度折り曲げられている。この第２フィン部３６は、主面を径方向に一致させて、固定子巻線１８のコイルエンド部１８ｂの軸方向外方を通って、径方向内方に延設されている。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。

このように構成された固定子鉄心１２Ｂでは、固定子巻線１８のコイルエンド部１８ｂで発生した熱は、基部３４に伝達され、その一部がケース４に伝達されて、ケース４から放熱される。そして、ファン１０の回転駆動により軸方向外方に曲げられた冷却風が第２フィン部３６間を通って径方向外方に流れてケース４外に排出されるので、基部３４に伝達された熱の残部は、第１フィン部３５に伝達された後、第２フィン部３６から冷却風に放熱される。従って、この実施の形態３によれば、固定子巻線１８のコイルエンド部１８ｂで発生した熱を効果的に放熱することができる。
第２フィン部３６間に冷却風の通風路が形成されているので、放熱面積の大きな第２フィン部３６を設けることに起因する通風抵抗の増大が抑えられる。そこで、ファン１０の回転による冷却風量の低下が抑えられ、コイルエンド部１８ｂで発生した熱を第２フィン部３６から効果的に放熱できる。

ここで、第２フィン部３６の折り曲げ角を９０度より大きく、あるいは小さくすることにより、第２フィン部３６の主面を冷却風の流れに対して傾斜させることができ、熱が第２フィン部３６から冷却風に効果的に放熱される。

なお、上記各実施の形態では、車両用交流発電機の固定子に適用するものとして説明しているが、この発明は、車両用交流発電機に限らず、車両用電動機や車両用発電電動機などの回転電機の固定子に適用しても、同様の効果を奏する。
また、上記各実施の形態では、放熱フィンおよび伝熱部がティースと同数に分割されているものとしているが、放熱フィンおよび伝熱部は、積層鉄心の曲げ工程で電磁鋼板が積層鉄心の曲げに追従して曲げられればよく、例えば放熱フィンおよび伝熱部は、周方向に２つ以上に分割されていればよい。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機を示す断面図である。 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を軸方向から見た端面図である。 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を軸方向に２分割した状態を示す端面図である。 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鉄心の製造方法を説明する斜視図である。 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鉄心を構成する電磁鋼板の形状を説明する斜視図である。 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の構造を説明する要部断面図である。 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鉄心の軸方向一端部を内径側から見た要部拡大図である。 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の構造を説明する要部断面図である。 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鉄心の軸方向一端部を内径側から見た要部拡大図である。 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鉄心の軸方向一端部を軸方向外方から見た要部拡大図である。

符号の説明

１１ 固定子、１２，１２Ａ，１２Ｂ 固定子鉄心、１３ コアバック、１４ ティース、１５ スロット、１６ 放熱フィン、１７ 伝熱部、１９ 突き合わせ部、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 電磁鋼板、３０ 伝熱部、３１ 基部、３２ フィン部、３３ 伝熱部、３４ 基部、３５ 第１フィン部、３６ 第２フィン部。

Claims (5)

1. 円筒状のコアバック、該コアバックから径方向内方に突設され、かつ周方向に所定ピッチで配列されたティースおよび該コアバックと隣り合う該ティースとにより画成されて内周側に開口するスロットを有する固定子鉄心と、
   上記スロットに収納されたスロット収納部および上記固定子鉄心の軸方向両端側で該スロット収納部間を連結するコイルエンド部を有する固定子巻線と、を備え、
   上記固定子鉄心は、端面を突き合わせて円環状に形成された所定枚の電磁鋼板がそれぞれの突き合わせ部を軸方向に重ねて積層され、重ねられた該突き合わせ部を溶接一体化して円筒状に構成され、
   上記所定枚の電磁鋼板の一部の電磁鋼板が、上記固定子鉄心の外周面から径方向外方に延出する外周縁部を有し、該外周縁部が、周方向に２つ以上に分割されて放熱フィンを構成していることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 円筒状のコアバック、該コアバックから径方向内方に突設され、かつ周方向に所定ピッチで配列されたティースおよび該コアバックと隣り合う該ティースとにより画成されて内周側に開口するスロットを有する固定子鉄心と、
   上記スロットに収納されたスロット収納部および上記固定子鉄心の軸方向両端側で該スロット収納部間を連結するコイルエンド部を有する固定子巻線と、を備え、
   上記固定子鉄心は、端面を突き合わせて円環状に形成された所定枚の電磁鋼板がそれぞれの突き合わせ部を軸方向に重ねて積層され、重ねられた該突き合わせ部を溶接一体化して円筒状に構成され、
   上記所定枚の電磁鋼板の軸方向両端に位置する複数枚の電磁鋼板の外周縁部が、周方向に２つ以上に分割されて、かつ軸方向外方に折り曲げられて、上記コイルエンド部に沿った伝熱部を構成していることを特徴とする回転電機の固定子。
3. 少なくとも１つの上記伝熱部の先端側の周方向幅が該伝熱部の根元側の周方向幅に対して狭く形成されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。
4. 少なくとも１つの上記伝熱部の先端側が、上記コイルエンド部の軸方向外方を通って、径方向内方に延在していることを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。
5. 上記所定枚の電磁鋼板の一部の電磁鋼板が、上記固定子鉄心の外周面から径方向外方に延出する外周縁部を有し、該外周縁部が、周方向に２つ以上に分割されて放熱フィンを構成していることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。

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