JP4879708B2

JP4879708B2 - 回転電機

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Publication number: JP4879708B2
Application number: JP2006302907A
Authority: JP
Inventors: 良浩谷; 正哉井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: JP2008125153A

Description

この発明は、車両用交流発電機などの回転電機に関し、特に固定子巻線の冷却性および固定子鉄心の磁気特性を高める固定子構造に関する。

車両用交流発電機などの回転電機においては、回転子の界磁鉄心で発生した磁束は、界磁鉄心からエアギャップを介して固定子鉄心のティースに入り、固定子鉄心のコアバックを流れ、ティースからエアギャップを介して界磁鉄心に戻る。この時、固定子巻線に鎖交する磁束の変化に応じた起電力が発生し、整流器を介した直流電流が固定子巻線に流れる。そこで、発電量が多くなると、固定子巻線での発熱量が多くなるので、固定子巻線での発熱を効果的に冷却する必要がある。発電量を多くするには、固定子鉄心での磁気抵抗を小さくし、磁気飽和を抑制する必要がある。

従来の固定子鉄心は、長尺の鋼板シートを螺旋状に所定回巻回して円筒状に積層する方法（例えば、特許文献１参照）、所定長さの鋼板シートを所定枚積層して直方体の積層体を作製し、その積層体を円環状に曲げ、曲げられた積層体の両端面を突き合わせて接合一体化する方法（例えば、特許文献２参照）などにより作製されていた。
鋼板シートを積層してなる従来の固定子鉄心では、スロット内に収納されている固定子巻線の部位での発熱は、鋼板シートを径方向に流れ、鉄心外周面から放熱される。そこで、鋼板シートの積層方向である軸方向の熱伝達が少ない分、固定子巻線の冷却効率が低下していた。また、磁束は、鋼板シート内のみならず、鋼板シートの積層方向にも流れる。鋼板シートの積層方向の実効比透磁率は、鋼板シートの面内での比透磁率に比較して１桁以上小さい。そこで、従来の固定子鉄心では、積層方向の磁気抵抗が大きくなり、発電効率が低く抑えられていた。

このような状況に鑑み、鉄粉などの金属磁性粉末と樹脂との混合物を加圧成型して、固定子巻線のコイルエンドを覆う補助ティース（放熱部材）と、固定子巻線を収納する円筒状の鉄心本体部とを一体に構成して、固定子鉄心の軸方向の熱伝達性を高め、かつ軸方向の磁気抵抗を小さくするようにした第１の従来の固定子が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
また、鉄粉などの磁性体の粒子を成型、焼結して作製された磁性体を、固定子巻線とスロット底部との間に挿入して、固定子鉄心全体としての軸方向の磁気抵抗を小さくし、かつ固定子巻線の占積率を高めるようにした第２の従来の固定子が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００１−１１２１９７号公報特開平０９−１０３０５２号公報特開２００５−１７６４７１号公報特開２００４−３１２９２８号公報

第１の従来の固定子では、補助ティースと鉄心本体部とを金属磁性粉末と樹脂との混合物を加圧成型して一体物に作製しているので、鋼板シートを積層した鉄心に比較して、機械的強度が小さい。そこで、この固定子鉄心は、車両の内燃機関が発生する振動や走行時の衝撃が加わる回転電機の構成部材としての耐久性を確保できないという問題がある。

また、第２の従来の固定子では、スロット内に収納されている固定子巻線の部位での発熱が磁性体内を軸方向に伝達され、磁性体の軸方向端面から放熱される。しかし、構造上、磁性体の軸方向端面の面積（放熱面積）を大きくすることができないので、冷媒を流す冷媒通路を磁性体内に形成して、固定子巻線の冷却性を高めていた。そこで、冷媒循環機構が必要となり、さらに冷媒のシール性を確保する必要があり、構成が複雑となるとともに、コストアップするという問題があった。

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、車両の内燃機関が発生する振動や走行時の衝撃に対する耐久性を確保できるとともに、かつ冷媒通路や冷媒循環機構を不要として、構成の簡略化および低コスト化が図られる固定子を有する回転電機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、それぞれ椀状に成形され、開口を対向させて配設された第１および第２ブラケットと、上記第１および第２ブラケットの軸心位置に回転自在に支持されたシャフトに固着されて、上記第１および第２ブラケット内に配設された回転子と、磁性鋼板を積層して作製され、スロットが内周側に開口して周方向に配列され、軸方向両端部を上記第１および第２ブラケットの開口縁部に加圧挟持されて、上記回転子を囲繞して配設された円筒状の固定子鉄心、およびスロット収納部と該スロット収納部の端部間を連結するコイルエンドとからなり、上記スロット収納部を上記スロット内に収納させて上記固定子鉄心に巻装された固定子巻線を有する固定子と、上記回転子の回転に連動して上記第１および第２ブラケット内に冷却風を送風させて上記固定子巻線を冷却する送風手段と、を備えている。上記固定子は、上記スロットの底部と上記スロット収納部との間に形成された空間に挿入され、該スロット収納部に第１絶縁部材を介して接触する棒状鉄心部、および上記固定子鉄心の少なくとも一方の軸方向端部に、かつ上記コイルエンドの径方向外側に、上記コイルエンドに沿って互いに接触して周方向に円筒状に配列されて補助磁路を構成する複数の放熱部を備えている。そして、対応する上記放熱部と上記棒状鉄心部とが、絶縁被膜処理された金属磁性粉末を圧縮成型して一体に形成されている。

この発明によれば、放熱部が互いに接して円筒状に配列されて補助磁路を構成する。磁束の一部がスロット内に挿入された棒状鉄心部を軸方向に流れて放熱部に至り、補助磁路を周方向に流れる。そこで、鉄心全体としての磁気抵抗が低減される。
棒状鉄心部がスロット内に収納されているので、棒状鉄心部および放熱部の圧縮成型体は磁性鋼板を積層してなる高強度の固定子鉄心に保護され、圧縮成型体には過度のストレスが加わらない。そこで、この圧縮成型体を内燃機関の振動や走行時の衝撃が直接加わる回転電機に適用しても、十分な耐久性が得られる。
固定子巻線のスロット収納部での発熱は第１絶縁部材を介して棒状鉄心部に伝達され、棒状鉄心部内を軸方向に伝達して放熱面積の大きな放熱部に至り、放熱部から放熱される。一方、固定子巻線のコイルエンドでの発熱は直接、あるいは空気を介して放熱部に伝達され、放熱部から放熱される。そこで、冷媒通路や冷媒循環機構を用いることなく、固定子巻線での発熱を効率的に放熱でき、固定子の温度上昇を抑えることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る固定子が実装された車両用交流発電機を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る補助鉄心が装着された固定子鉄心の要部を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る補助鉄心を示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る固定子鉄心の製造方法を説明する平面図である。なお、図２では、固定子巻線２５は省略されている。

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第１ブラケットとしてのフロントブラケット２と第２ブラケットとしてのリヤブラケット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６と、ケース４のフロント側に延出するシャフト５の端部に固着されたプーリ９と、回転子６の軸方向の両端面に固定された送風手段としてのファン１０と、回転子６に対して一定のエアギャップを有して、回転子６の外周を囲繞してケース４に固定された固定子２０と、シャフト５のリヤ側に固定され、回転子６に電流を供給する一対のスリップリング１１と、各スリップリング１１に摺接するようにケース４内に配設された一対のブラシ１２と、を備えている。なお、図示していないが、固定子２０で生じた交流を直流に整流する整流器、固定子２０で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整器などがケース４内のリヤ側に配設されている。

回転子６は、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁コイル７と、界磁コイル７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８と、シャフト５と、を備えている。そして、ポールコア８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２０は、円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻装され、回転子６の回転に伴い、界磁コイル７からの磁束の変化で交流が生じる固定子巻線２５と、補助鉄心２６と、を備えている。
固定子鉄心２１は、円環状のコアバック２２と、コアバック２２の内周側に周方向に所定ピッチで配列されて、それぞれコアバック２２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２３と、コアバック２２と隣り合うティース２３とで構成される内周側に開口する複数のスロット２４と、を備えている。
固定子巻線２５は、スロット２４内に収納されるスロット収納部２５ａと、固定子鉄心２１の軸方向端部側でスロット収納部２５ａ同士を連結するコイルエンド２５ｂと、を備えている。

補助鉄心２６は、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部２７と、棒状鉄心部２７の一端に一体に形成された放熱部２８と、を備えている。棒状鉄心部２７は、スロット２４の長さ（固定子鉄心２１の軸方向の長さ）に等しい長さを有し、固定子巻線２５のスロット収納部２５ａがスロット２４内に収納された際に、スロット収納部２５ａとスロット２４の底部との間に形成されるスペースに対応する断面形状を有している。放熱部２８は、２スロットピッチに相当する長さの幅、固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの高さ（固定子鉄心２１の端面からコイルエンド２５ｂの頂部までの高さ）に相当する高さ、かつ棒状鉄心部２７の厚みに相当する厚みを有する円弧状板に作製され、棒状鉄心部２７の一端に、棒状鉄心部２７の幅方向両側に均等に延出するように形成されている。切り欠き２９が、放熱部２８の他端面の棒状鉄心部２７の幅方向両側の部位に、放熱部２８の厚み方向に貫通して設けられている。なお、放熱部２８の円弧状板の内周面の曲率は、固定子鉄心２１に巻装された固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂ（コイルエンド群）の外径面の曲率に一致している。

このように構成された固定子２０を組み立てるには、まず、図４に示されるように、帯状の磁性鋼板１５を螺旋状に所定回巻回して円筒状に積層して固定子鉄心２１を作製する。ついで、固定子巻線２５のスロット収納部２５ａをスロット２４に収納して、固定子巻線２５を固定子鉄心２１に巻装する。このとき、コイルエンド２５ｂは、固定子鉄心２１の軸方向両端部に周方向に配列され、円環状のコイルエンド群を構成する。ついで、スロット２４内に収納された固定子巻線２５のスロット収納部２５ａを径方向内方に押圧し、スロット収納部２５ａとスロット２４の底部との間にスペースを形成する。そして、補助鉄心２６の棒状鉄心部２７および放熱部２８の幅方向を周方向に一致させ、放熱部２８の内周面を径方向内方に向けて、棒状鉄心部２７を上述のスペースに挿入し、放熱部２８をティース２３の端面に当接させる。

ここで、補助鉄心２６は、固定子鉄心２１のフロント側から１スロットおきの各スロット２４に挿入され、その後、補助鉄心２６は、固定子鉄心２１のリヤ側から残るスロット２４に挿入される。これにより、補助鉄心２６の放熱部２８は、固定子鉄心２１のフロント側およびリヤ側のそれぞれの端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。そして、円筒状に配列された放熱部２８の内周面は、円環状のコイルエンド群の最外径部に位置するコイルエンド２５ｂの外径面に接している。各切り欠き２９が固定子鉄心２１のティース２３と協働して径方向に延びる通風路を構成している。スロット収納部２５ａが、スプリングバックにより、棒状鉄心部２７に接している。

ついで、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂（図示せず）をコイルエンド２５ｂに塗布、硬化し、コイルエンド２５ｂと放熱部２８とを固着し、固定子２０を得る。なお、補助鉄心２６の棒状鉄心部２７とスロット収納部２５ａとの間には、第１絶縁部材１６が介装され、放熱部２８とコイルエンド２５ｂとの間には、第２絶縁部材１７が介装され、補助鉄心２６と固定子巻線２５との電気的絶縁性が確保されている。第１絶縁部材１６および第２絶縁部材１７は、例えば棒状鉄心部２７および放熱部２８にワニスなどの絶縁性樹脂を塗布して形成される。

このように組み立てられた固定子２０は、固定子鉄心２１のコアバック２２の軸方向両端面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、回転子６の外周を囲繞してケース４に取り付けられる。この時、放熱部２８の外周面がフロントブラケット２およびリヤブラケット３の内周面に密接している。

つぎに、このように構成された車両用交流発電機１の動作について説明する。
まず、電流がバッテリ（図示せず）からブラシ１２およびスリップリング１１を介して回転子６の界磁コイル７に供給され、磁束が発生される。この磁束により、ポールコア８の爪状磁極部が着磁される。
一方、エンジンの回転トルクがベルト（図示せず）およびプーリ９を介してシャフト５に伝達され、回転子６が回転される。そこで、回転磁界が固定子２０の固定子巻線２５に与えられ、起電力が固定子巻線２５に発生する。この交流の起電力が整流器で直流電流に整流され、バッテリが充電され、或いは、電気負荷に供給される。

この実施の形態１によれば、補助鉄心２６が絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成形して作製されているので、補助鉄心２６の密度を７．６Ｋｇ／ｄｍ^３以上とすることができ、溶鉄製の鉄心に極めて近い熱伝導性および磁気特性を得ることができる。このように作製された補助鉄心２６は、等方性の熱伝導性および磁気特性を有する。

補助鉄心２６の放熱部２８が互いに接して周方向に円筒状に配列されている。そこで、ポールコア８からエアギャップを介してティース２３に入った磁束の一部が、スロット２４内に挿入されている棒状鉄心部２７を介して軸方向に流れて放熱部２８に至り、放熱部２８で構成される円筒体を周方向に流れる。一方、ティース２３に入った磁束の残部が、コアバック２２を通って周方向に流れる。このように、周方向に配列された放熱部２８の円筒体がコアバック２２の補助磁路を構成するので、固定子鉄心２１のみの場合に比べ、固定子２０の全磁路における磁気抵抗が小さくなり、磁気飽和が抑制され、発電効率を高めることができる。

棒状鉄心部２７がスロット２４内に挿入されているので、棒状鉄心部２７が磁性鋼板１５を積層して構成された機械的強度の大きい固定子鉄心２１により保護され、過度のストレスが棒状鉄心部２７に加わることがない。そこで、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製された補助鉄心２６は、車両の内燃機関が発生する振動や走行時の衝撃が加わる車両用交流発電機１の構成部材としての耐久性を確保できる。

補助鉄心２６が絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製されているので、渦電流損を大幅に抑えることができる。
棒状鉄心部２７がスロット２４内に挿入されているので、固定子巻線２５の占積率が高められ、スロット２４の底部における不要な漏洩磁束を低減できる。
固定子鉄心２１は、磁性鋼板１５を螺旋状に巻回して作製されているので、スロット２４の底部付近のコアバック２２の磁気特性は、曲げ加工に伴う塑性変形や残留応力により大きく劣化している。そこで、純鉄系粉末を圧縮成型してなる棒状鉄心部２７でコアバック２２の磁気特性の劣化部分を置き換えても、回転軸に垂直な平面内を通る磁路としての磁気的影響は問題とならない。

固定子巻線２５のスロット収納部２５ａおよびコイルエンド２５ｂは、それぞれ補助鉄心２６の棒状鉄心部２７および放熱部２８に密接している。そこで、固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂで発生した熱は放熱部２８に伝達され、放熱部２８から放熱される。また、固定子巻線２５のスロット収納部２５ａで発生した熱は、棒状鉄心部２７に伝達され、棒状鉄心部２７内を軸方向に伝達されて放熱部２８に至り、棒状鉄心部２７より放熱面積の大きな放熱部２８から放熱される。これにより、固定子巻線２５での発熱が効率的に放熱され、固定子２０の過度の温度上昇が抑えられる。そこで、冷媒通路や冷媒循環機構が不要となり、簡素な、安価な構成で、固定子２０の冷却性を向上させることができる。

補助鉄心２６は絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製されているので、補助鉄心２６の熱伝導率は空気より大きい。そこで、固定子巻線２５のスロット収納部２５ａおよびコイルエンド２５ｂが補助鉄心２６に接触しているので、固定子巻線２５で発生した熱はより効果的に放熱される。さらに、放熱部２８が絶縁部材を介してケース４の内壁面に密接しているので、放熱部２８に伝達された熱が効率的にケース４に伝達され、放熱面積の大きなケース４から放熱され、固定子２０の冷却性が一層向上される。

補助鉄心２６が絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成形して作製されているので、補助鉄心２６は磁性鋼板１５に比べて著しく大きな電気抵抗を有する。そこで、ワニスなどの絶縁性樹脂を補助鉄心２６に塗布して形成したものを第１および第２絶縁部材１６，１７に用いても、従来の樹脂製のインシュレータを介装した場合と同等のレベルの電気絶縁性を確保することができる。この場合、補助鉄心２６と固定子巻線２５との間の第１および第２絶縁部材１６，１７を薄くすることができ、第１および第２絶縁部材１６，１７を介しての熱伝達がし易くなり、固定子２０の冷却性が向上される。

切り欠き２９が放熱部２８の他端面の棒状鉄心部２７の両側に形成されているので、切り欠き２９がティース２３と協働して通風路を構成する。ファン１０により遠心方向に曲げられた冷却風は、コイルエンド２５ｂと固定子鉄心２１の端面との間に形成された隙間および上述の通風路を通って径方向外方に流れ、ケース４に形成された排気孔から排気される。そこで、補助鉄心２６を配設することに起因する冷却性能の低下が抑制される。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る固定子における補助鉄心が装着された固定子鉄心の要部を示す斜視図、図６はこの発明の実施の形態２に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。なお、図５では、固定子巻線２５は省略されている。

図６において、補助鉄心３０は、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部３１と、棒状鉄心部３１の一端に一体に形成された放熱部３２と、を備えている。棒状鉄心部３１は、スロット２４の長さより長い長さを有し、固定子巻線２５のスロット収納部２５ａがスロット２４内に収納された際に、スロット収納部２５ａとスロット２４の底部との間に形成されるスペースに対応する断面形状を有している。放熱部３２は、１スロットピッチに相当する長さの幅、固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの高さに相当する高さ、かつ棒状鉄心部３１の厚みに相当する厚みを有する円弧状板に作製され、棒状鉄心部３１の一端に、棒状鉄心部３１の幅方向両側に均等に延出するように形成されている。切り欠き３３が、放熱部３２の他端面の幅方向両端部を、放熱部３２の厚み方向全域に渡って除去して設けられている。放熱部３２の円弧状板の内周面の曲率は、固定子鉄心２１に巻装された固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの外径面の曲率に一致している。

このように構成された補助鉄心３０は、固定子巻線２５を固定子鉄心２１に巻装し、スロット２４内に収納された固定子巻線２５のスロット収納部２５ａを径方向内方に押圧し、スロット収納部２５ａとスロット２４の底部との間にスペースを形成した後、固定子鉄心２１のフロント側から各スロット２４に挿入される。この時、図５に示されるように、補助鉄心３０の棒状鉄心部３１および放熱部３２の幅方向を周方向に一致させ、放熱部３２の内周面を径方向内方に向けて、棒状鉄心部２７を上述のスペースに挿入し、放熱部３２の他端面をティース２３の端面に当接させる。

補助鉄心３０の放熱部３２は、固定子鉄心２１のフロント側の端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。そして、円筒状に配列された放熱部３２の内周面は固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの外径面に第２絶縁部材１７を介して接している。各切り欠き３３が固定子鉄心２１のティース２３と協働して径方向に延びる通風路を構成している。スロット収納部２５ａが、スプリングバックにより、棒状鉄心部３１に第１絶縁部材１６を介して接している。
なお、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂がコイルエンド２５ｂに塗布、硬化され、放熱部３２がコイルエンド２５ｂに固着されている。

この実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、下記の効果が得られる。
補助鉄心３０が固定子鉄心２１のフロント側から各スロット２４に挿入されているので、補助鉄心３０の挿入方向が一方向となり、補助鉄心３０の装着作業性が向上される。
固定子鉄心２１のフロント側端部には、放熱部３２を互いに接して周方向に連設して構成された円筒体が配設され、固定子鉄心２１のリヤ側端部には、棒状鉄心部３１の延出部が所定の隙間を持って１スロットピッチで周方向に配列されている。これにより、整流器や電圧調整器などの発熱部品が配設されるリヤ側における通風抵抗を小さくすることができる。そこで、ファン１０により送風されるリヤ側の冷却風の流量を多くすることができ、リヤ側に配設されている発熱部品を効果的に冷却することができる。一方、固定子巻線２５で発生する熱は、主に、フロント側に位置する放熱面積の大きな放熱部３２から放熱され、固定子巻線２５の過度の温度上昇が抑制される。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。

図７において、補助鉄心３０Ａは、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部３１と、棒状鉄心部３１の一端に一体に形成された放熱部３４と、を備えている。放熱部３４は、１スロットピッチに相当する長さの幅、固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの高さに相当する高さ、かつ棒状鉄心部３１の厚みに相当する厚みを有する円弧状板に作製され、棒状鉄心部３１の一端に、棒状鉄心部３１の幅方向一側に大きく延出するように形成されている。切り欠き３５が、放熱部３４の他端面の幅方向一端部を、放熱部３４の厚み方向全域に渡って除去して設けられている。放熱部３４の円弧状板の内周面の曲率は、固定子鉄心２１に巻装された固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの外径面の曲率に一致している。なお、実施の形態３は、補助鉄心３０に代えて補助鉄心３０Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態２と同様に構成されている。

このように構成された補助鉄心３０Ａは、固定子巻線２５のスロット収納部２５ａと固定子鉄心２１のスロット２４の底部との間にスペースに固定子鉄心２１のフロント側から挿入される。補助鉄心３０Ａの放熱部３４は、固定子鉄心２１のフロント側の端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。そして、棒状鉄心部３１が第１絶縁部材を介して固定子巻線２５のスロット収納部２５ａに接し、放熱部３４の内周面は固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂの外径面に第２絶縁部材を介して接している。切り欠き３５が固定子鉄心２１のティース２３と協働して径方向に延びる通風路を構成している。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図、図９はこの発明の実施の形態４に係る固定子における固定子鉄心を作製する方法を説明する要部斜視図である。

図８において、補助鉄心４０は、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部４１と、棒状鉄心部４１の一端に一体に形成された放熱部４２と、棒状鉄心部４１の他端に一体に形成された係止部４４とを備えている。棒状鉄心部４１は、スロット２４の長さと等しい長さを有し、固定子巻線のスロット収納部がスロット内に収納された際に、スロット収納部とスロットの底部との間に形成されるスペースに対応する断面形状を有している。放熱部４２は、１スロットピッチに相当する長さの幅、固定子巻線のコイルエンドの高さに相当する高さ、かつ棒状鉄心部３１の厚みに相当する厚みを有する円弧状板に作製され、棒状鉄心部４１の一端に、棒状鉄心部４１の幅方向両側に均等に延出するように形成されている。切り欠き４３が、放熱部４２の他端面の幅方向両端部を、放熱部４２の厚み方向全域に渡って除去して設けられている。係止部４４は、スロットの周方向幅より広く、かつ１スロットピッチ以下の幅に形成されている。放熱部４２の円弧状板の内周面の曲率は、固定子鉄心に巻装された固定子巻線のコイルエンドの外径面の曲率に一致している。

この実施の形態４による固定子を組み立てるには、まず、所定枚の所定長さの磁性鋼板を積層して直方体の積層鉄心１８を作製する。ついで、図９に示されるように、棒状鉄心部４１を積層鉄心１８のスロット１９の開口側からスロット１９の底部に挿入し、放熱部４２および係止部４４を積層鉄心１８の積層方向の両端に位置させて、補助鉄心４０を積層鉄心１８に装着する。ついで、図示していないが、固定子巻線のスロット収納部をスロット１９に収納して、固定子巻線を積層鉄心１８に装着する。そして、積層鉄心１８を円筒状に曲げ加工し、円筒状に曲げられた積層鉄心１８の両端面を突き合わせ、突き合わせ部を溶接して、円筒状の固定子鉄心を作製する。このように作製された固定子鉄心は、上記実施の形態１〜３における固定子鉄心２１と同一の形状である。これにより、固定子巻線および補助鉄心４０を固定子鉄心に装着した状態の固定子が組み立てられる。

この時、補助鉄心４０の放熱部４２は、固定子鉄心の軸方向一端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。そして、円筒状に配列された放熱部４２の内周面は固定子巻線のコイルエンドの外径面に第２絶縁部材を介して接している。各切り欠き４３が固定子鉄心のティースと協働して径方向に延びる通風路を構成している。棒状鉄心部４１が第１絶縁部材を介して固定子巻線のスロット収納部に接している。
このように組み立てられた固定子は、放熱部４２がフロント側に位置するようにケースに組み付けられる。従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態２と同様の効果を奏する。

この実施の形態４によれば、係止部４４が棒状鉄心部４１の他端に一体に形成されているので、補助鉄心４０の抜けが防止される。そこで、上記実施の形態２では、絶縁性樹脂を用いて補助鉄心３０の放熱部３２を固定子巻線２５のコイルエンド２５ｂに固着していたが、この実施の形態４では、補助鉄心４０を固着する手段が不要となり、固定子の組立性が向上される。
また、この実施の形態４では、直方体の積層鉄心１８を作製し、補助鉄心４０および固定子巻線を積層鉄心１８に装着した後、積層鉄心１８を円筒状に曲げ、円筒状に曲げられた積層鉄心１８の両端面を突き合わせて溶接している。そこで、上記実施の形態２におけるスロット収納部２５ａを径方向内方に押圧してスペースを形成し、補助鉄心３０の棒状鉄心部２７，３１を該スペースに挿入する作業が不要となり、固定子の組立性が向上される。

また、補助鉄心４０の他端に形成された幅広の係止部４４が放熱部として機能するので、固定子の冷却性が一層向上される。ここで、係止部４４の放熱面積を変えることで、固定子巻線で発生する熱の棒状鉄心部４１を介しての伝達方向と量を制御することができる。

実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。

図１０において、補助鉄心４０Ａは、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部４１と、棒状鉄心部４１の一端に一体に形成された放熱部４５と、棒状鉄心部４１の他端に一体に形成された係止部４４とを備えている。放熱部４５は、１スロットピッチに相当する長さの幅、固定子巻線のコイルエンドの高さに相当する高さ、かつ棒状鉄心部４１の厚みに相当する厚みを有する円弧状板に作製され、棒状鉄心部４１の一端に、棒状鉄心部４１の幅方向一側に大きく延出するように形成されている。切り欠き４３が、放熱部４５の他端面の幅方向一端部を、放熱部４５の厚み方向全域に渡って除去して設けられている。放熱部４５の円弧状板の内周面の曲率は、固定子鉄心に巻装された固定子巻線のコイルエンドの外径面の曲率に一致している。

このように構成された補助鉄心４０Ａは、上記補助鉄心４０と同様に、固定子巻線とともに積層鉄心１８に装着され、積層鉄心１８を円筒状の曲げ、積層鉄心１８の両端面と突き合わせて溶接して、固定子鉄心に組み付けられる。
そして、補助鉄心４０Ａの放熱部４５は、固定子鉄心の軸方向一端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。そして、棒状鉄心部４１が第１絶縁部材を介して固定子巻線のスロット収納部に接し、放熱部４５の内周面は固定子巻線のコイルエンドの外径面に第２絶縁部材を介して接している。切り欠き４３が固定子鉄心のティースと協働して径方向に延びる通風路を構成している。さらに、係止部４４が固定子鉄心の軸方向他端面上に、１スロットピッチで周方向に配列されている。
このように組み立てられた固定子は、放熱部４５がフロント側に位置するようにケースに組み付けられる。
従って、この実施の形態５においても、上記実施の形態４と同様の効果が得られる。

実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。

図１１において、補助鉄心４０Ｂは、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部４１と、棒状鉄心部４１の一端に一体に形成された放熱部４２と、棒状鉄心部４１の他端に一体に形成された係止部４６とを備えている。係止部４６は、放熱部４２と同一形状に形成されている。つまり、補助鉄心４０Ｂを棒状鉄心部４１の長さ方向および幅方向の中心を厚み方向に通る軸周りに１８０°回転させた際に、係止部４６は回転前の放熱部４２に合致する外形形状に形成されている。

このように構成された補助鉄心４０Ｂは、上記補助鉄心４０と同様に、固定子巻線２５とともに積層鉄心１８に装着され、積層鉄心１８を円筒状の曲げ、積層鉄心１８の両端面と突き合わせて溶接して、固定子鉄心に組み付けられる。
そして、補助鉄心４０Ｂの放熱部４１が、固定子鉄心の軸方向一端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列され、係止部４６が、固定子鉄心の軸方向他端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。
このように組み立てられた固定子は、放熱部４２がフロント側に位置するようにケースに組み付けられる。

従って、この実施の形態６においても、抜け防止に関しては上記実施の形態４と同様の、固定子の冷却性と磁気抵抗の低減に関しては上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態６によれば、係止部４６が放熱部４２と同形状に形成されているので、固定子巻線での発熱が固定子鉄心のフロント側およびリヤ側から均等に放熱される。
係止部４６が互いに接して周方向に配列された円筒体に構成されているので、コアバックの補助磁路が固定子鉄心のリヤ側にも形成され、固定子の全磁路における磁気抵抗が一層小さくなる。
係止部４６が放熱部４２と同じ形状に形成されているので、補助鉄心４０Ｂの向きに関わらず積層鉄心１８に装着でき、固定子の組立性が向上される。

実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。

図１２において、補助鉄心４０Ｃは、絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製され、棒状鉄心部４１と、棒状鉄心部４１の一端に一体に形成された放熱部４５と、棒状鉄心部４１の他端に一体に形成された係止部４７とを備えている。係止部４７は、放熱部４５と同一形状に形成されている。つまり、補助鉄心４０Ｃを棒状鉄心部４１の長さ方向および幅方向の中心を厚み方向に通る軸周りに１８０°回転させた際に、係止部４７は回転前の放熱部４５に合致する外形形状に形成されている。

このように構成された補助鉄心４０Ｃは、上記補助鉄心４０Ａと同様に、固定子巻線とともに積層鉄心１８に装着され、積層鉄心１８を円筒状の曲げ、積層鉄心１８の両端面と突き合わせて溶接して、固定子鉄心に組み付けられる。
そして、補助鉄心４０Ｃの放熱部４５が、固定子鉄心の軸方向一端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列され、係止部４７が、固定子鉄心の軸方向他端面上に、周方向に互いに接して円筒状に配列される。
このように組み立てられた固定子は、放熱部４５がフロント側に位置するようにケースに組み付けられる。

従って、この実施の形態７においても、上記実施の形態６と同様の効果が得られる。
この実施の形態７によれば、係止部４７が放熱部４５と同形状に形成されているので、固定子巻線での発熱が固定子鉄心のフロント側およびリヤ側から均等に放熱される。
係止部４７が互いに接して周方向に配列された円筒体に構成されているので、コアバックの補助磁路が固定子鉄心のリヤ側にも形成され、固定子の全磁路における磁気抵抗が一層小さくなる。
係止部４７が放熱部４５と同じ形状に形成されているので、補助鉄心４０Ｃの向きに関わらず積層鉄心１８に装着でき、固定子の組立性が向上される。

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、補助鉄心が絶縁被膜処理された純鉄系粉末を圧縮成型して作製されているものとしているが、金属磁性粉末は純鉄系粉末に限定されるものではなく、例えばＮｉ或いはＭｏパーマロイ粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系粉末、Ｆｅ系アモルファス粉末などを用いることができる。また、金属磁性粉末の絶縁被膜処理には、例えばリン酸塩系、ＭｇＯなどの絶縁材料が用いられる。
また、上記各実施の形態では、異なる形状の補助鉄心を用いているが、補助鉄心の形状はこれらの形状に限定されるものではなく、棒状鉄心部がスロット内に収納され、かつ放熱部が互いに接して周方向に円筒状に配列されるものであればよい。

この発明の実施の形態１に係る固定子が実装された車両用交流発電機を模式的に示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る補助鉄心が装着された固定子鉄心の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る補助鉄心を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る固定子鉄心の製造方法を説明する平面図である。この発明の実施の形態２に係る固定子における補助鉄心が装着された固定子鉄心の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。この発明の実施の形態４に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。この発明の実施の形態４に係る固定子における固定子鉄心を作製する方法を説明する要部斜視図である。この発明の実施の形態５に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。この発明の実施の形態６に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。この発明の実施の形態７に係る固定子に適用される補助鉄心を示す斜視図である。

符号の説明

２フロント側ブラケット（第１ブラケット）、３リヤ側ブラケット（第２ブラケット）、５シャフト、６回転子、１０ファン（送風手段）、１５磁性鋼板、１６第１絶縁性部材、１７第２絶縁性部材、２０固定子、２１固定子鉄心、２４スロット、２５固定子巻線、２５ａスロット収納部、２５ｂコイルエンド、２６補助鉄心、２７棒状鉄心部、２８放熱部、２９切り欠き（通風路）、３０，３０Ａ補助鉄心、３１棒状鉄心部、３２，３４放熱部、３３，３５切り欠き（通風路）、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ補助鉄心、４１棒状鉄心部、４２，４５放熱部、４３切り欠き（通風路）、４４，４６，４７係止部。

Claims

それぞれ椀状に成形され、開口を対向させて配設された第１および第２ブラケットと、
上記第１および第２ブラケットの軸心位置に回転自在に支持されたシャフトに固着されて、上記第１および第２ブラケット内に配設された回転子と、
磁性鋼板を積層して作製され、スロットが内周側に開口して周方向に配列され、軸方向両端部を上記第１および第２ブラケットの開口縁部に加圧挟持されて、上記回転子を囲繞して配設された円筒状の固定子鉄心、およびスロット収納部と該スロット収納部の端部間を連結するコイルエンドとからなり、上記スロット収納部を上記スロット内に収納させて上記固定子鉄心に巻装された固定子巻線を有する固定子と、
上記回転子の回転に連動して上記第１および第２ブラケット内に冷却風を送風させて上記固定子巻線を冷却する送風手段と、を備えた回転電機であって、
上記固定子は、上記スロットの底部と上記スロット収納部との間に形成された空間に挿入され、該スロット収納部に第１絶縁部材を介して接触する棒状鉄心部、および上記固定子鉄心の少なくとも一方の軸方向端部に、かつ上記コイルエンドの径方向外側に、上記コイルエンドに沿って互いに接触して周方向に円筒状に配列されて補助磁路を構成する複数の放熱部を備え、
対応する上記放熱部と上記棒状鉄心部とが、絶縁被膜処理された金属磁性粉末を圧縮成型して一体に形成されていることを特徴とする回転電機。
それぞれ椀状に成形され、開口を対向させて配設された第１および第２ブラケットと、
上記第１および第２ブラケットの軸心位置に回転自在に支持されたシャフトに固着されて、上記第１および第２ブラケット内に配設された回転子と、
磁性鋼板を積層して作製され、スロットが内周側に開口して周方向に配列され、軸方向両端部を上記第１および第２ブラケットの開口縁部に加圧挟持されて、上記回転子を囲繞して配設された円筒状の固定子鉄心、およびスロット収納部と該スロット収納部の端部間を連結するコイルエンドとからなり、上記スロット収納部を上記スロット内に収納させて上記固定子鉄心に巻装された固定子巻線を有する固定子と、
上記回転子の回転に連動して上記第１および第２ブラケット内に冷却風を送風させて上記固定子巻線を冷却する送風手段と、を備えた回転電機であって、
上記固定子は、上記スロットの底部と上記スロット収納部との間に形成された空間に挿入され、該スロット収納部に第１絶縁部材を介して接触する棒状鉄心部、および上記固定子鉄心の少なくとも一方の軸方向端部に、かつ上記コイルエンドの径方向外側に、上記コイルエンドに沿って互いに接触して周方向に円筒状に配列された複数の放熱部を備え、
対応する上記放熱部と上記棒状鉄心部とが、絶縁被膜処理された金属磁性粉末を圧縮成型して一体に形成され、
通風路が上記放熱部の上記固定子鉄心の軸方向端部に対向する部位を径方向に貫通して形成されていることを特徴とする回転電機。
上記放熱部が第２絶縁部材を介して上記コイルエンドに接してい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。
上記放熱部が該放熱部に対向する上記第１および第２ブラケットの内壁面に接していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
上記棒状鉄心部は、上記放熱部と反対側の端部が上記スロットから延出する長さに形成され、上記棒状鉄心部の上記スロットからの延出部が上記スロットの幅より広く形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
上記金属磁性粉末が純鉄系粉末であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。