JP3112011B2

JP3112011B2 - 回転電機の固定子の絶縁構造および車両用交流発電機の固定子

Info

Publication number: JP3112011B2
Application number: JP11222389A
Authority: JP
Inventors: 孝司青木; 慎一松原; 充加藤; 一秀佐藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: US6191508B1; EP1020976A2; EP1020976B1; DE60011313T2; JP2000278901A; DE60011313D1; EP1020976A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定子巻線の接合
部表面を絶縁樹脂で覆うことにより絶縁状態を確保する
回転電機の固定子の絶縁構造、およびこの絶縁構造を有
する車両用交流発電機の固定子に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用交流発電機に用いられる固定子と
して、複数の導体セグメントを接合することにより形成
された巻線を有するものが従来から知られている。例え
ば、特開昭６２−２７２８３６号公報や特開昭６３−２
７４３３５号公報に開示された電機子コイルが知られて
いる。これらの公報に開示された電機子コイルは、導体
セグメントとしての素線の端部を溶接して波巻きしたも
のであり、そのコイルエンドを樹脂で覆うことにより、
各素線が支持されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般の車両
に搭載される車両用交流発電機には、車両が悪路を走行
した際に泥水等がハウジング内に浸入するおそれがある
ため、導体セグメントの端部を接合した後にこの接合部
に対して絶縁処理を行う必要があるが、上述した公報に
開示された電機子コイルでは、コイルエンドとなる素線
端部の溶接部を支持用の樹脂で覆っているだけであり、
絶縁特性について詳しい説明がなされているわけではな
い。また、支持用に用いられる樹脂は当然ながらある程
度の硬度が要求されるが、固い樹脂で素線の溶接部を覆
った場合には素線と樹脂との間に隙間が形成され、この
隙間に上述した泥やその他の電解液等が浸入して絶縁不
良を引き起こす可能性があり、絶縁皮膜が剥がれた溶接
部分を隙間なく覆ってこの部分の絶縁処理を行う手法が
望まれている。

【０００４】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、固定子の接合部の良好な絶
縁状態を確保することができる回転電機の固定子の絶縁
構造および車両用交流発電機の固定子を提供することに
ある。

【０００５】

【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の接合構造は、固定
子巻線の接合部を覆う絶縁樹脂の弾性率を、絶縁樹脂と
接合部との剥離が生じる上限値よりも小さな値に設定す
る。そして、その上限値は、絶縁樹脂の膜厚に応じて変
更される。接合部から絶縁樹脂が剥離する際の剪断応力
が固定子巻線の材質等によって決まっている場合に、絶
縁樹脂の膜厚に対応し許容される絶縁樹脂の弾性率の上
限値が定まることが確かめられている。したがって、こ
の上限値よりも小さな弾性率を有する絶縁樹脂を用いる
ことにより、接合部から絶縁樹脂が剥離することを防止
することができ、接合部の良好な絶縁状態を確保するこ
とができる。

【０００６】特に、上述した絶縁樹脂の膜厚の最大値を
ほぼ０．５ｍｍに設定するとともに、固定子巻線を銅に
よって形成することが好ましい。回転電機として車両用
交流発電機等を考えた場合に、接合部間の間隔がほぼ
０．５ｍｍに設定される場合が多く、しかも固定子巻線
には銅線が用いられることが多いためである。これらを
限定することにより、接合部から絶縁樹脂が剥離する際
の剪断応力の具体的な値が定まって、絶縁樹脂の膜厚に
応じて絶縁樹脂の許容される弾性率の具体的な上限値が
特定できる。したがって、この上限値よりも小さな弾性
率を有する樹脂材料の中から絶縁材料を探すことがで
き、材料選定が容易となる。

【０００７】また、上述した絶縁樹脂としてシリコーン
を用い、所定量の酸化防止材を含ませることにより、冷
熱サイクルが加わった場合でも劣化が少なくなり、回転
電機の固定子の使用に適した絶縁樹脂とすることができ
る。

【０００８】また、上述した絶縁樹脂としてエポキシを
用い、所定量の線膨張係数調整用材料を含ませることに
より、絶縁樹脂と接合部間に発生する剪断応力を低減で
きるので、接合部との間で剥離が生じない絶縁樹脂とす
ることができる。

【０００９】具体的には、上述した酸化防止材の含有量
は、０．０１％〜５．０％であることが望ましい。ま
た、上述した線膨張係数調整用材料の含有量は、０．０
１％〜７０％であることが望ましい。

【００１０】また、本発明の車両用交流発電機の固定子
は、複数のスロットを持つ固定子鉄心と、このスロット
に装備された複数のセグメント導体の端部を互いに接合
してなる固定子巻線とを有しており、この固定子巻線の
接合部の絶縁処理を上述した絶縁樹脂によって行うこと
が望ましい。車両用交流発電機には、車両の走行時等に
おいて泥水等が飛散して絶縁不良等が生じやすい環境に
あるが、上述した絶縁樹脂は確実に固定子巻線の接合部
を覆って剥離しないため、この接合部が他の部品との間
で短絡することを確実に防止することができる。

【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。

【００１２】図１は、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、整流器５等を含んで構成さ
れている。固定子２の詳細については後述する。

【００１３】固定子２は、固定子鉄心２２と、固定子巻
線を構成する複数の導体セグメント２３と、固定子鉄心
２２と各導体セグメント２３との間を電気絶縁するイン
シュレータ２４とを備えている。

【００１４】回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状
かつ同心状に巻き回した界磁巻線８を、それぞれが６個
の爪部を有するポールコア７によって、シャフト６を通
して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロ
ント側のポールコア７の端面には、フロント側から吸い
込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸
流式の冷却ファン１１が溶接等によって取り付けられて
いる。同様に、リヤ側のポールコア７の端面には、リヤ
側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心
式の冷却ファン１２が溶接等によって取り付けられてい
る。

【００１５】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。また、フレーム４は、固定子鉄心２
２の軸方向端面から突出した固定子巻線に対向した部分
に冷却風の吐出窓４２が、軸方向端面に吸入窓４１がそ
れぞれ設けられている。

【００１６】上述した構造を有する車両用交流発電機１
は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジン（図示せ
ず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に
回転する。この状態で回転子３の界磁巻線８に外部から
励磁電圧を印加することにより、ポールコア７のそれぞ
れの爪部が励磁され、固定子巻線に３相交流電圧を発生
させることができ、整流器５の出力端子からは所定の直
流電流が取り出される。

【００１７】次に、固定子２の詳細について説明する。
図２は、固定子巻線を構成する導体セグメント２３の斜
視図であり、固定子鉄心２２に組み付ける前の状態が示
されている。図２に示すように、導体セグメント２３
は、棒状あるいは板状の金属材料（例えば銅）をターン
部２３ｃで折り曲げたほぼＵ字状に形成されており、タ
ーン部２３ｃよりスロットの内周側に配置される内層側
導体部２３ａと、ターン部２３ｃよりスロットの外周側
に配置される外層側導体部２３ｂとを含んで構成され
る。また、これらの内層側導体部２３ａと外層側導体部
２３ｂのそれぞれは、固定子２のスロット内に収容され
る直線部としての内部導体と、スロットの外部に露出し
てコイルエンド２１を形成する外部導体とによって構成
されている。

【００１８】図３は、固定子２の部分的な断面図であ
る。固定子２の固定子巻線は、固定子鉄心２２の各スロ
ット２５に２本の導体セグメント２３を挿入し、異なる
スロット２５に挿入された導体セグメント２３の先端部
同士を互いに結線することにより構成されている。図３
に示すように、この導体セグメント２３の内層側導体部
２３ａおよび外層側導体部２３ｂのそれぞれの断面形状
は、周方向よりも径方向に長い長方形を有しており、こ
の長方形の長辺が径方向に沿って配置されている。この
導体セグメント２３は、その表面に絶縁被膜が形成され
ており、隣接する導体セグメント２３との絶縁はそれぞ
れの表面に形成された絶縁被膜２３１によって行われ
る。この絶縁被膜２３１は、例えばポリアミドイミドに
よって構成されることができる。また、各導体セグメン
ト２３とスロット２５の内壁面との間の電気的絶縁は、
インシュレータ２４によって行われる。

【００１９】図４は、固定子２の部分的な外観図であ
る。この図に示すように、固定子巻線を構成する各導体
セグメント２３は、固定子鉄心２２の軸方向側面の一方
にターン部２３ｃが、他方にターン部２３ｃと反対側の
整列部分としての先端部２３ｆが配置されている。固定
子２の一方のコイルエンド２１を構成する導体セグメン
ト２３の斜行部２３ｅは、外層と内層とで逆方向に傾斜
した交差部分であり、各層内では同一方向に傾斜してい
る。また、各導体セグメント２３の斜行部２３ｅより先
の先端部２３ｆ同士の結線は、例えばＴＩＧ（tungsten
inert-gas）溶接によって行われる。

【００２０】この先端部２３ｆから斜行部２３ｅの一部
にかけて所定の樹脂材料を用いた絶縁樹脂２６が形成さ
れている。導体セグメント２３の斜行部２３ｅは、その
一部に絶縁樹脂２６がかかっているだけであり、そのほ
とんどに絶縁樹脂２６が付着していない。したがって、
各導体セグメント２３の斜行部２３ｅによって網目状の
通風路が形成されており、固定子巻線の良好な冷却性が
確保されている。

【００２１】ところで、各導体セグメント２３の先端部
２３ｆの接合部およびその近傍は、接合に伴って変質を
生じる。例えば、ＴＩＧ溶接によって先端部２３ｆの溶
融部分の表面が酸化するとともに、その周辺の絶縁被膜
が損傷を受ける。図５は、導体セグメント２３の接合部
近傍の状態を示す図である。図５に示すように、ＴＩＧ
溶接によって接合部を形成した場合には、接合部分であ
る溶融部分（領域Ａ）の表面が著しく酸化される。ま
た、溶融部分に隣接する区域（領域Ｂ）の表面の絶縁被
膜が溶接の熱によって損傷あるいは劣化する。このよう
に表面が著しく酸化したり絶縁被膜が損傷や劣化する
と、絶縁樹脂２６の密着性が悪くなる傾向にある。例え
ば、粉体を熱硬化させて絶縁樹脂２６を形成した場合に
は、領域Ａおよび領域Ｂに対応する導体セグメント２３
の表面と絶縁樹脂２６との間、あるいは導体セグメント
２３の表面と劣化した絶縁被膜との間の密着性が悪いた
め、本実施形態では、図５に示すように、絶縁樹脂２６
の被覆範囲を領域Ａと領域Ｂ、さらにはその先の絶縁被
膜が劣化していない健全部分に至るように設定してい
る。密着性が良好な健全部分までを含めることにより、
絶縁樹脂２６が導体セグメント２３に強固に固着する。

【００２２】また、導体セグメント２３の接合部表面が
酸化されて酸化膜が形成された場合、絶縁樹脂２６は、
その酸化膜上に形成されることになる。しかしながら、
酸化膜の強度は、導体セグメント２３の母材である銅そ
のものに比較して非常に弱い。従って、交流発電機とし
て使用される際の冷熱サイクルによって酸化膜と絶縁樹
脂２６との間に過度の剪断応力が作用すると、酸化膜が
破壊され、絶縁樹脂２６が剥がれたり、絶縁樹脂２６に
クラックが入ったりする可能性が生じる。また、熱によ
って損傷を受けた絶縁皮膜は、導体セグメント２３との
密着性が低下しているので、この部分においても、上記
冷熱サイクルによって剥がれ等が生じる可能性がある。
このため、絶縁材料２６として、下地である酸化膜等と
の間に過度の剪断応力が作用しないような弾性率及び膜
厚を有する絶縁樹脂を使用する。この点に関しては、後
に詳細に説明する。

【００２３】次に、固定子の製造工程を以下に説明す
る。まず、固定子鉄心２２の各スロット２５にインシュ
レータ２４を挿入する。次に、図２に示す外層側導体部
２３ｂと内層側導体部２３ａとターン部２３ｃとで構成
されたほぼ同一形状のＵ字状の導体セグメント２３を、
固定子鉄心２２の軸方向側面の同一側にターン部２３ｃ
が揃うように重ね、図３に示すように外層側導体部２３
ｂがスロット２５の奥側に、内層側導体部２３ａがスロ
ット２５の開口側に位置するように、各導体セグメント
２３をスロット２５内であって先に挿入されたインシュ
レータ２４内に挿入する。この導体セグメント２３は、
絶縁被膜を持つ銅平板を折り曲げ、プレス等でほぼＵ字
型形状に整形することにより製作され、ほぼ平行のスロ
ット側面に外層側導体部２３ｂおよび内層側導体部２３
ａの両側面がインシュレータ２４を介して当接するよう
に圧入される。次に、図６に示すように、ターン部２３
ｃによって形成されるコイルエンド２１とは反対側に位
置する先端部２３ｆを互いに反対の周方向に折り曲げた
後、異層の他の導体セグメント２３の先端部２３ｆ同士
が接合されて結線される。このとき、接合部における導
体セグメント２３の絶縁被膜は剥離されている。

【００２４】次に、絶縁樹脂２６を各導体セグメント２
３の先端部２３ｆおよびこれにつながる斜行部２３ｅの
一部に付着させた後に硬化させる。なお、図４等に示し
たように、先端部２３ｆと斜行部２３ｅの一部の表面形
状に沿った波形形状に樹脂部材２６を形成するために
は、先端部２３ｆを下方に向けた状態で流動性のある絶
縁樹脂２６を付着させる、いわゆる流動浸漬が適してい
る。

【００２５】次に、固定子巻線の接合部に形成する絶縁
樹脂２６の詳細について説明する。固定子２を用いて冷
熱サイクルを実施したところ、絶縁樹脂２６の剥がれや
クラックに関しては、絶縁樹脂２６の弾性率と接合部周
辺の酸化膜との界面に作用する応力（剪断応力）とが大
きく影響していることをＦＥＭ（有限要素法）解析の結
果見いだした。

【００２６】図７は、導体セグメント２３の材料として
銅を用いた場合の絶縁樹脂２６の弾性率と接合部表面の
酸化膜部での応力分布を解析した結果を示す図である。
銅で形成された導体セグメント２３の表面が酸化されて
いると、導体セグメント２３の表面に形成された絶縁樹
脂２６が剥離する場合には、酸化膜が破壊され、その結
果、絶縁樹脂２６が導体セグメント２３の表面から剥離
する。したがって、酸化膜部における絶縁樹脂２６から
受ける剪断応力を酸化膜強度以下とすることにより、剥
離を防止することができる。この酸化膜強度は１．０Ｍ
Ｐａであって、絶縁樹脂２６の膜厚によって変動しな
い。

【００２７】図７に示した解析結果によれば、絶縁樹脂
２６の膜厚が０．５ｍｍの場合に、酸化膜部における絶
縁樹脂２６のせん断応力が１．０ＭＰａとなるのは、弾
性率がほぼ４．０ＧＰａのときであり、これ以下の弾性
率を有する絶縁樹脂２６を用いれば剥離が生じないこと
がわかる。但し、弾性率が高い場合（１．０ＧＰａ程度
になるような場合）には、冷熱サイクルが加わったとき
に、導体セグメント２３と絶縁樹脂２６の間の線膨張係
数が大きく異なると、これらの間に剥離が生じるため、
絶縁樹脂２６に線膨張係数調整用材料を添加して線膨張
係数を調整することが望ましい。

【００２８】つまり、絶縁樹脂２６と酸化膜間に作用す
る剪断応力は、主に絶縁樹脂２６の弾性率、膜厚、及び
絶縁樹脂２６と導体セグメント２３の母材との線膨張係
数差に依存するのである。具体的には、交流発電機の使
用時の冷熱サイクルの上下限温度と、絶縁樹脂２６と導
体セグメント２３の母材との線膨張係数差とによって、
酸化膜と絶縁樹脂２６との界面における膨張・収縮量の
ずれが生じるが、絶縁樹脂２６がこの膨張・収縮量のず
れを吸収できる程度の弾性率を有していれば、酸化膜の
破壊、すなわち絶縁樹脂２６の剥離やクラックは発生し
ない。また、絶縁樹脂２６の膜厚が厚くなるほど、絶縁
樹脂２６は酸化膜との界面において変形しにくくなり、
上記の膨張・収縮のずれの吸収性が低下する。従って、
絶縁樹脂２６と酸化膜間に作用する剪断応力が、酸化膜
の破壊強度を超えないように、絶縁樹脂２６の弾性率、
膜厚、及び絶縁樹脂２６と導体セグメント２３の母材と
の線膨張係数差を設定する必要がある。

【００２９】なお、上述した車両用交流発電機１では、
導体セグメント２３の接合部間の距離が約０．５ｍｍで
あり、絶縁樹脂２６の膜厚の最大値が接合部間の距離に
等しいが、他の回転電機の固定子については適宜絶縁樹
脂２６の膜厚の最大値を検討する必要がある。

【００３０】また、発電時に固定子巻線が２００゜Ｃ以
上になることを考慮すると、絶縁樹脂の耐熱温度は２０
０゜Ｃ以上であることが望ましい。例えば、２００°Ｃ
程度の温度が加わったときに絶縁樹脂が酸化してしまう
場合には酸化防止材の添加が必要になる。

【００３１】加工性の面からは、絶縁樹脂２６の初期粘
度と溶融時の粘度が重要になる。すなわち、最近の小型
化に伴って接合部間の距離は、上述した０．５ｍｍ程度
と非常に狭くなっており、この隙間に絶縁樹脂２６を挿
入することを考慮すると、硬化前の絶縁樹脂２６の粘度
を少なくとも５０Ｐａ・ｓ以下にする必要がある。ま
た、良好な絶縁を図るたには、硬化後接合部間に絶縁樹
脂２６が所定の膜厚以上残っていなければならないた
め、溶融時の粘度は０．１Ｐａ・ｓ以上である必要があ
る。

【００３２】図８は、各種の絶縁樹脂２６を用いた場合
の冷熱サイクル試験の結果を示す図である。この冷熱サ
イクル試験は、２００゜Ｃ、１時間と−４０゜Ｃ、１時
間とを交互に１０００サイクル繰り返したときの漏れ電
流を計っており、この漏れ電流が１ｍＡ以下のときに
「異常なし」となる。なお、漏れ電流は、冷熱サイクル
を経たワークを食塩水に浸漬させた状態で１２Ｖの電圧
を印加して計測した。また、試験サンプルとしては、接
合部間の距離が０．５ｍｍに設定された固定子が用いら
れ、絶縁樹脂２６の膜厚の最大値が０．５ｍｍとなって
いる。

【００３３】図８において、「従来例１」〜「従来例
３」は、比較のために各種の樹脂を絶縁樹脂２６の代わ
りに用いて冷熱サイクル試験を行った結果を示してい
る。

【００３４】「従来例１」は絶縁樹脂２６として可撓性
エポキシ（あるいはウレタン）を用いた場合であり、弾
性率が１ＭＰａであって弾性率の条件（４ＧＰａ以下）
は満たしている。しかし、酸化防止材が添加されていな
いため熱的に弱く、耐熱性の条件（２００゜Ｃ以上）を
満たしていないため炭化してしまい、１Ａ以上の漏れ電
流が流れて、否定的な試験結果が得られた。

【００３５】「従来例２」は絶縁樹脂２６としてシリコ
ーンを用いた場合であり、弾性率が１０ＭＰａ以下であ
って弾性率の条件は満たしている。しかし、可撓性エポ
キシウレタンの場合と同じであり、酸化防止材が添加さ
れていないため、耐熱性の条件を満たしていないためク
ラックが発生して、１Ａ以上の漏れ電流が流れて、否定
的な試験結果が得られた。

【００３６】「従来例３」は絶縁樹脂２６としてエポキ
シ粉体を用いた場合であり、弾性率が１０ＧＰａであっ
て弾性率の条件を満たしていない。このため、剥がれや
クラックが発生し、漏れ電流も１Ａ以上となって、否定
的な試験結果が得られた。

【００３７】また、図８において、「実施例１」〜「実
施例４」は、冷熱サイクル試験において肯定的な試験結
果が得られた具体例を示している。

【００３８】「実施例１」は絶縁樹脂２６としてシリコ
ーンを用いた場合であり、フィラーとして酸化防止材で
ある酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ²Ｏ³）が添加されている。
弾性率は１０ＭＰａ以下であって弾性率の条件を満たし
ている。酸化防止材として酸化鉄を３重量％添加するこ
とにより、冷熱サイクル時の酸化が防止できた。また、
この実施例１で使用された絶縁樹脂２６の粘度は２０Ｐ
ａ・ｓであって、０．１〜５０Ｐａ・ｓに含まれるた
め、各接合部間に適度に浸入し、接合部表面に保持され
る。

【００３９】「実施例２」は「実施例１」と同じように
絶縁樹脂２６としてシリコーンを用いた場合であり、酸
化防止材としての酸化鉄の他に、熱伝導性を考慮してフ
ィラーとしてアルミナ（Ａｌ²Ｏ³）が１０重量％添加
されている。弾性率は１０ＭＰａ以下であって弾性率の
条件を満たしている。また、この実施例２で使用された
絶縁樹脂２６の粘度は２５Ｐａ・ｓであって、０．１〜
５０Ｐａ・ｓに含まれるため、各接合部間に適度に浸入
し、接合部表面に保持される。

【００４０】なお、上述した実施例１および実施例２で
は、東芝シリコーン社から販売されている品名・型番Ｔ
ＳＥ３２６Ｍのシリコーンを使用した。

【００４１】「実施例３」は絶縁樹脂２６としてエポキ
シ粉体を用いた場合であり、線膨張係数調整用材料とし
て溶融シリカ（ＳｉＯ²）が添加されている。弾性率は
約１ＧＰａであり、弾性率の条件を満たしている。溶融
シリカを５２重量％添加することにより、全く添加しな
い場合（従来例３）に比べて弾性率が改善され、しかも
線膨張係数が３４ｐｐｍになって、銅の１７ｐｐｍに近
づけることができた。このとき、絶縁樹脂２６と酸化膜
間に作用する剪断応力は約０．２５ＭＰａであり、酸化
膜の破壊強度である１．０ＭＰａよりも小さい。

【００４２】また、この実施例３で使用される絶縁樹脂
２６の硬化前の溶融時の粘度は１０Ｐａ・ｓであって、
０．１〜５０Ｐａ・ｓに含まれるため、各接合部間に適
度に浸入し、接合部表面に保持される。

【００４３】「実施例４」は「実施例３」と同じように
絶縁樹脂２６としてエポキシ粉体を用いた場合であり、
線膨張係数調整用材料としての溶融シリカの他に、熱伝
導性を考慮してフィラーとしてアルミナ（Ａｌ²Ｏ³）
が１０重量％添加されている。弾性率は１ＧＰａ以下で
あって弾性率の条件を満たしている。また、この実施例
４で使用された絶縁樹脂２６の粘度は１２Ｐａ・ｓであ
って、０．１〜５０Ｐａ・ｓに含まれるため、各接合部
間に適度に浸入し、接合部表面に保持される。

【００４４】なお、上述した実施例３および実施例４で
は、溶融シリカを含むエポキシ粉体を使用した。また、
固定子巻線の接合部に対するエポキシ粉体による絶縁樹
脂２６の形成は、絶縁樹脂２６を形成前の固定子２を温
度２００°Ｃで１０分間予熱した後に、１５秒間で固定
子巻線の接合部に粉体塗装を行い、さらに温度２２０°
Ｃで６０分間放置して熱硬化させることにより行った。

【００４５】このように、本実施形態の固定子は、固定
子巻線の接合部の絶縁処理を所定の特徴を有する絶縁樹
脂２６を用いて行っている。この特徴としては、例えば
絶縁樹脂２６の膜厚の最大値が０．５ｍｍの場合を考え
ると、（１）弾性率：４．０ＧＰａ以下、（２）耐熱温度：２００°Ｃ以上、（３）粘度：０．１〜５０Ｐａ・ｓの全てを満たす必要がある。

【００４６】なお、絶縁樹脂２６としてシリコーンを用
いた場合は、容易に酸化しやすいため、これを防止する
ために酸化防止材を添加する必要があり、例えば酸化鉄
を用いた場合の許容範囲は０．０１％〜５．０％とな
る。また、絶縁樹脂２６としてエポキシ粉体を用いた場
合には、絶縁樹脂２６の線膨張率を銅の線膨張率１７ｐ
ｐｍに近づける必要があり、例えば溶融シリカの場合の
許容範囲は０．０１％〜７０％となる。

【００４７】なお、シリコーンは元々弾性率が小さいの
で、線膨張率を調整しなくとも、酸化膜との間に過度の
剪断応力が発生することがない。それに対して、エポキ
シ粉体は比較的大きな弾性率を有するので、上述のよう
に線膨張係数を調整する物質を含有させることが好まし
い。

【００４８】これらの諸条件を満たす絶縁樹脂２６を用
いることにより、固定子巻線の接合部の良好な絶縁状態
を確保することができる。

【００４９】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で種々の変形実施
が可能である。例えば、上述した実施形態では、車両用
交流発電機１に備わった固定子２の巻線の接合部の絶縁
状態を確保する場合を説明したが、車両用交流発電機以
外の回転電機の固定子につていも同様に本発明を適用す
ることができる。

【００５０】また、上述した実施形態では、絶縁樹脂２
６の膜厚の最大値が０．５ｍｍの場合について説明した
が、それ以外の膜厚を有する場合であってもよい。図７
に示すように、膜厚の最大値が変われば、許容される弾
性率も変わるため、使用可能な絶縁樹脂２６を再検討す
る必要がある。例えば、膜厚の最大値が１．５ｍｍの場
合には、弾性率の上限値が２００ＭＰａまで下がるた
め、実施例３あるいは実施例４で使用した絶縁樹脂２６
では弾性率の条件を満たすことができない。

【００５１】また、上述した実施形態では、導体セグメ
ント２３が銅で形成されている場合について説明した
が、アルミニウムによって形成されている場合も同様に
本発明を適用することができる。例えば、図８に示した
実施例１と実施例３の導線材料を銅からアルミに変更
し、これらと組み合わされる絶縁樹脂２６は同じものを
用いて冷熱サイクル試験を実施したところ、良好な試験
結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用交流発電機の全体構成を示す図である。

【図２】固定子巻線を構成する導体セグメントの斜視図
である。

【図３】固定子の部分的な断面図である。

【図４】固定子の部分的な外観図である。

【図５】導体セグメントの接合部近傍の状態を示す図で
ある。

【図６】固定子の両端面のコイルエンドの詳細を示す図
である。

【図７】導体セグメントの材料として銅を用いた場合の
絶縁樹脂の弾性率と接合部表面の酸化膜部での応力分布
を解析した結果を示す図である。

【図８】各種の絶縁樹脂を用いた場合の冷熱サイクル試
験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１車両用交流発電機２固定子３回転子５整流器１１、１２冷却ファン２２固定子鉄心２３導体セグメント２４インシュレータ２６絶縁樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤一秀愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (56)参考文献特開昭58−95954（ＪＰ，Ａ) 特開平６−253522（ＪＰ，Ａ) 特開平９−137041（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−126204（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 3/30 - 3/52 H01B 3/16 - 3/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】接合部を有する固定子巻線とその接合部
を覆う絶縁樹脂を含んでおり、前記絶縁樹脂の弾性率を
前記絶縁樹脂と前記接合部との剥離が生じる上限値より
も小さな値に設定し、前記上限値は前記絶縁樹脂の膜厚
に応じて変更されることを特徴とする回転電機の固定子
の絶縁構造。
【請求項２】請求項１において、前記絶縁樹脂の膜厚は最大値がほぼ０．５ｍｍに設定さ
れており、前記固定子巻線が銅によって形成されている
ことを特徴とする回転電機の固定子の絶縁構造。
【請求項３】請求項２において、前記絶縁樹脂はシリコーンであり、所定量の酸化防止材
を含ませることを特徴とする回転電機の固定子の絶縁構
造。
【請求項４】請求項２において、前記絶縁樹脂はエポキシであり、所定量の線膨張係数調
整用材料を含ませることを特徴とする回転電機の固定子
の絶縁構造。
【請求項５】請求項３において、前記酸化防止材の含有量は、０．０１％〜５．０％の範
囲に設定されることを特徴とする回転電機の固定子の絶
縁構造。
【請求項６】請求項４において、前記線膨張係数調整用材料の含有量は、０．０１％〜７
０％の範囲に設定されることを特徴とする回転電機の固
定子の絶縁構造。
【請求項７】複数のスロットを持つ固定子鉄心と、前
記スロットに装備された複数の銅のセグメント導体の端
部を互いに接合してなる固定子巻線とを有しており、前記セグメント導体の接合部表面に形成される酸化膜上
に、前記接合部を覆うように絶縁樹脂を設け、前記絶縁樹脂と前記酸化膜間に作用する剪断応力が、前
記酸化膜の強度以下となるように、前記絶縁樹脂の弾性
率、膜厚及び線膨張係数を設定することを特徴とする車
両用交流発電機の固定子。
【請求項８】前記複数の銅のセグメント導体の端部を
加熱して接合することにより、その接合部の表面に酸化
膜が形成されることを特徴とする請求項７記載の車両用
交流発電機の固定子。
【請求項９】前記絶縁樹脂と前記酸化膜間に作用する
剪断応力が１．０Ｍｐａ以下となるように、前記絶縁樹
脂の弾性率、膜厚及び線膨張係数を設定することを特徴
とする請求項７記載の車両用交流発電機の固定子。
【請求項１０】前記絶縁樹脂は、２００℃以上の耐熱
温度を有することを特徴とする請求項７乃至請求項９の
いずれかに記載の車両用交流発電機の固定子。
【請求項１１】前記絶縁樹脂は、０．１〜５０Ｐａ・
ｓの範囲の粘度を有することを特徴とする請求項７乃至
請求項９のいずれかに記載の車両用交流発電機の固定
子。
【請求項１２】前記銅のセグメント導体は、絶縁膜に
よって被覆され、かつ前記接合部となる端部のみ、前記
絶縁膜が剥離されたものであり、前記絶縁樹脂は、前記接合部に加えて、前記銅のセグメ
ント導体の端部を加熱して接合する際に、その熱の影響
によって劣化した絶縁膜をも覆うように設けられること
を特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載
の車両用交流発電機の固定子。
【請求項１３】複数のスロットを持つ固定子鉄心と、
前記スロットに装備された複数の銅のセグメント導体の
端部を互いに接合してなる固定子巻線とを有しており、前記セグメント導体の接合部表面には酸化膜が形成さ
れ、この酸化膜が形成された接合部を覆うようにエポキ
シを設け、このエポキシに、その線膨張係数を低下させ
て前記酸化膜の破壊を防止するように、所定量の線膨張
係数調整用材料が添加されることを特徴とする車両用交
流発電機の固定子。