JP4108257B2 - 交流発電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関により駆動される交流発電機に関し、特に乗用車やトラック等に搭載可能な車両用交流発電機の固定子巻線の結線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交流発電機において、小型高出力および品質の向上が益々求められてきている。小型高出力を実現するには、磁気装荷と電気装荷との分配を如何に最適に、かつ、限られた容積の中で如何に高密度に、構成するかが重要となる。
例えば、車両用交流発電機においては、車両エンジンルームが益々狭小化する中で、搭載スペースに余裕がなくなってきている一方で、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。また、車内外共に、騒音低減のニーズが高く、エンジン騒音が低下してきているが、車両への電気負荷供給のため常時発電稼働している車両用交流発電機の騒音が問題とされている。さらに、車両用交流発電機は、常時発電稼働しているので、出力電流のジュール熱のため、その発熱量が多く、曝される熱的環境は厳しく、極めて高い耐熱性が求められている。
【０００３】
特に、交流発電機の小型高出力については、固定子巻線の巻線抵抗値の低減、固定子の磁気回路内に納める電気導体の占積率の向上、さらには固定子巻線の渡り部（固定子鉄心外の渡り部をコイルエンドと呼ぶ）の整列化および高密度化が必要であり、これに加えて、上記のような低騒音、耐熱環境性等の要求に応える必要がある。
そして、固定子巻線の素線として断面積の大きい短尺の導体線を略Ｕ字状に成形してなる導体セグメントを用いて、巻線抵抗値（熱損失）の低減、電気導体の占積率向上、あるいは、コイルエンドの整列化および高密度化を図る構造が、日本国特許第２９２７２８８号などに提案されている。
【０００４】
また、この種の交流発電機においては、電気磁気的な騒音の低減や高品質の電力供給の要望があり、毎極毎相当たりのスロット数を増やす、即ち複数組の３相交流巻線を構成する傾向にあり、３相交流結線用のリード線の本数が増加してしまうことになる。そして、３相交流巻線を形成する際には、巻線から延出するリード線を引き回し、かつ、曲げて結線する結線作業が必要となり、この煩雑な結線作業負荷を低減することが望まれていた。しかしながら、上述の日本国特許第２９２７２８８号では、この結線作業負荷の低減について、何ら考慮されていなかった。
そこで、本出願人は、中継用導通部材を用い、固定子巻線の結線作業時におけるリード線の引き回しや曲げ作業を軽減して結線作業負荷の低減を図る固定子巻線のリード線結線構造を特願２０００−０１１７０４号に提案している。
【０００５】
図１１は特願２０００−０１１７０４号に提案されている先行技術としての車両用交流発電機を示す断面図、図１２は先行技術の車両用交流発電機における固定子を示す斜視図、図１３は先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図１４は先行技術の車両用交流発電機の固定子における３相交流結線用ターミナルアッセンブリを示す斜視図、図１５は先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線と整流器との結線方法を説明する図、図１６は先行技術の車両用交流発電機における回路図である。
【０００６】
図１１において、車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、固定子８が回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されて構成されている。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト(図示せず)を介してシャフト６に伝達できるようになっている。回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【０００７】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、爪状磁極２２、２３をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
また、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周両肩部に固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの径方向外側に対向して設けられている。
【０００８】
固定子８は、図１２に示されるように、軸方向に延びるスロット１５ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装着されて固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。そして、固定子巻線１６は、１本の素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、６スロット（１磁極ピッチ）毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて巻装された２４本の巻線を備えている。ここでは、固定子鉄心１５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相交流巻線を２組収容するように、９６本のスロット１５ａが等間隔に形成されている。また、素線３０には、例えば絶縁被膜が被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。
【０００９】
つぎに、ａ相の固定子巻線群１６１の巻線構造について図１３を参照して具体的に説明する。
ａ相の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４の巻線３１〜３４から構成されている。そして、第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の内周側から１番目の位置（以下、１番地という）と内周側から２番目の位置（以下、２番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の２番地と１番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の内周側から３番目の位置（以下、３番地という）と内周側から４番目の位置（以下、４番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の４番地と３番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に４本並んで配列されている。
【００１０】
ついで、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１および第３巻線３１、３３の素線３０の部分が切断され、スロット番号の５５番と６１番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２および第４巻線３２、３４の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｂと第３巻線３３の切断端３３ａとが接合され、第２巻線３２の切断端３２ｂと第４巻線３４の切断端３４ａとが接合され、さらに第１巻線３１の切断端３１ａおよび第２巻線３２ａとが接合されて、第１乃至第４巻線３１〜３４が直列接続されてなる４ターンのａ相の固定子巻線群１６１が構成される。
なお、第３および第４巻線３３、３４の切断端３３ｂ、３４ｂがそれぞれａ相の交流出力接続リード線（Ｏａ）および中性点接続リード線（Ｎａ）となる。
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線群１６１が形成されている。
【００１１】
ここで、固定子巻線１６を構成する２組の３相交流巻線は、図１２に示されるように、２つの３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００を用いて２４本の巻線を交流結線して構成されている。３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００は、図１４に示されるように、中性点中継用導通部材１０１と、３つの渡り結線中継用導通部材１０２とを絶縁性樹脂１０３により一体に形成されている。中性点中継用導通部材１０１は、矩形断面を有する銅などの金属棒を折り曲げ加工して作製され、３つの接合片１０１ａと１つの中性点引き出しリード線１０１ｂとが設けられている。一方、各渡り結線中継用導通部材１０２は、矩形断面を有する銅などの金属棒を両端に接合片１０２ａを有するようにコ字状に折り曲げて作製されている。
【００１２】
そして、各相の第１巻線３１の切断端３１ｂと第３巻線３３の切断端３３ａとがアーク溶接等により接合され、第２巻線３２の切断端３２ｂと第４巻線３４の切断端３４ａとがアーク溶接などにより接合された後、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００がコイルエンド群１６ｒ上に配置される。ついで、各相の第１巻線３１の切断端３１ａおよび第２巻線３２の切断端３２ａが引き回され、かつ、折り曲げられて渡り結線中継用導通部材１０２の各接合片１０２ａに密接され、アーク溶接等により接合される。これにより、第１乃至第４巻線３１〜３４からなるａ相、ｂ相、ｃ相、ａ’相、ｂ’相およびｃ’相の固定子巻線１６１が形成される。同様に、各相の第４巻線３４の切断端３４ｂが引き回され、かつ、曲げられて中性点中継用導通部材１０１の接合片１０１ａにそれぞれ密接され、アーク溶接等により接合される。これにより、ａ相、ｂ相およびｃ相の固定子巻線１６１が交流結線された３相交流巻線と、ａ’相、ｂ’相およびｃ’相の固定子巻線１６１が交流結線された３相交流巻線とが構成される。ここで、第１巻線３１の切断端３１ａおよび第２巻線３２の切断端３２ａが渡り結線用リード線に相当している。
【００１３】
このように構成された固定子８においては、図１２に示されるように、２組の３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒ上に近接して配設され、固定子巻線１６を構成する２組の３相交流巻線の交流出力接続リード線（Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏａ’、Ｏｂ’、Ｏｃ’）および中性点接続リード線１０１ｂ（Ｎａｂｃ、Ｎａ’ｂ’ｃ’）が固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒから軸方向に延出されている。
【００１４】
そして、金属接続金具１０４が、図１５に示されるように、軸方向外方に引き出された交流出力接続リード線（Ｏａ）の先端に固着され、その後径方向に曲げられて整流器１２に結線される。同様に、金属接続金具１０４が軸方向に引き出された他の交流出力接続リード線（Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏａ’、Ｏｂ’、Ｏｃ’）および中性点接続リード線１０１ｂ（Ｎａｂｃ、Ｎａ’ｂ’ｃ’）の先端に固着され、その後径方向内方に曲げられて整流器１２に結線される。これにより、３相の固定子巻線群１６１を交流結線してなる２組の３相交流巻線１６０が、図１６に示されるように、それぞれ整流器１２に接続された回路を構成している。そして、各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成されて出力される。また、各３相交流巻線１６０の中性点がダイオード２９を介して整流器１２の直流出力端子に接続されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術の車両用交流発電機は、以上のように、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒに近接して配設されているので、ファン５による冷却風の通路を構成しているコイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースに３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が存在してしまい、通風抵抗を増大させてしまっていた。この通風抵抗の増大は冷却風の全体風量の低減をもたらし、整流器１２や固定子巻線１６を効率的に冷却できなくなり、整流器１２や固定子巻線１６の温度上昇を抑えられなかった。そして、固定子巻線１６が高温となることは、高出力化を妨げる結果となる。また、冷却風の風量が同じ場合、コイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースに存在する３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００により風騒音が増大してしまっていた。
また、先行技術による交流発電機においては、３相交流巻線１６０の交流出力接続リード線（Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏａ’、Ｏｂ’、Ｏｃ’）および中性点接続リード線（Ｎａｂｃ、Ｎａ’ｂ’ｃ’）を整流器１２に直接結線するようにしているので、交流出力接続リード線および中性点接続リード線の先端に金属接続金具１０４を固着し、各リード線を径方向内方に折り曲げ、該金属接続金具１０４を整流器１２に結線しなければならず、結線作業負荷が増大してしまっていた。また、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００がコイルエンド群１６ｒに近接して配設されているので、中性点中継用導通部材１０１および渡り結線中継用導通部材１０２と中性点用リード線および渡り結線用リード線との結線スペースが狭くなり、結線作業性が悪化していた。さらに、中性点用リード線および渡り結線用リード線を引き回しつつ折り曲げて中性点中継用導通部材１０１および渡り結線中継用導通部材１０２に結線しているので、結線作業性の悪化をもたらしていた。
【００１６】
この発明は、本出願人が先に提案した先行技術の改良にかかるもので、中継用導通部材をファンの軸方向端面に対してリヤ側に位置して固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対するように配設し、通風抵抗を低減して、整流器や固定子巻線の冷却性を向上させるとともに、交流結線作業性を向上させることができ、小型、高出力を兼ね備えた交流発電機を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る交流発電機は、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心の上記スロットに巻装された固定子巻線を有する固定子と、上記固定子鉄心に囲繞されるように配設された回転子と、この回転子に装着されたファンと、整流器とを備え、上記固定子巻線が、電気角で１２０度の位相差のある３相の固定子巻線群を交流結線してなるｎ組（ｎ：自然数）の３相交流巻線で構成された交流発電機において、素線を３ｎ個のスロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に巻装して構成された１ターンの第１巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を３ｎ個のスロット毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に、かつ、上記第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転するように巻装して構成された１ターンの第２巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第２巻線のスロット収納部位とを交互に、かつ、１列に並ぶようにｍ対（ｍ：自然数）配設され、各組の上記３相交流巻線は、上記第１および第２巻線から延出された複数のリード線が中継用導通部材を介して結線され、それぞれ３ｎ個のスロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている上記第１および第２巻線からなる３本の上記固定子巻線群を交流結線して構成され、上記中継用導電部材は、上記固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対し、かつ、離間するように配設され、上記複数のリード線は上記第１および第２巻線間の渡り結線用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は渡り結線中継用導通部材であり、上記渡り結線用リードが上記渡り結線中継用導通部材に接合され、上記第１および第２巻線間が渡り結線されているものである。
【００１８】
また、上記ファンは上記回転子の少なくとも一方の端部に固着され、上記整流器は上記回転子のファン固着側に配設され、上記中継用導電部材は、上記ファンの軸方向端面に対して、反回転子側に配設され、上記複数のリード線は上記３相交流巻線の交流出力用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は交流出力接続端子が径方向内方に延出された交流出力中継用導通部材であり、上記交流出力用リード線が上記交流出力中継用導通部材に接合され、上記交流出力接続端子を介して上記整流器に接続されているものである。
【００１９】
また、上記複数のリード線は上記固定子巻線群の中性点用リード線であり、上記中継用導通部材は中性点中継用導通部材であり、各相の中性点用リード線が上記中性点中継用導通部材に接合されて一体化されているものである。
【００２０】
また、上記中性点中継用導通部材は中性点接続端子が径方向内方に延出されており、上記中性点接続端子が上記整流器に接続されているものである。
【００２２】
また、上記複数のリード線はそれぞれ上記第１および第２巻線から軸方向に、互いに平行に延出し、上記固定子鉄心の端面から略同一の所定高さ位置で上記中継用導通部材に接合されているものである。
【００２３】
また、上記中継用導通部材が絶縁性樹脂により一体化されているものである。
【００２４】
また、上記固定子は、上記固定子巻線のコイルエンド群が径方向に関して上記ファンとラップしないように配設されているものである。
【００２５】
また、上記中継用導通部材の径方向幅が上記固定子巻線のコイルエンド群の径方向幅以下に形成されているものである。
【００２６】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているものである。
【００２７】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
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の構成を示す断面図、図２はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図、図３はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図、図４はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す図であり、図４の（ａ）はその端面図、図４の（ｂ）はその平面図である。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おける固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子巻線の３相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図７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示す斜視図、図８および図９はそれぞれ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整流器を示す斜視図および正面図、図１０はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の整流器への取り付けを説明する斜視図である。
【００２９】
図１において、固定子８は、固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒを含む軸方向長さが回転子７の軸方向長さ以下に構成され、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒが径方向に関してファン５とラップしないように配設されている。また、固定子巻線１６が３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０により交流結線され、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０がファン５の軸方向端面に対してリヤ側に位置して固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒの頂部と相対するように配設されている。
なお、他の構成は図１１に示される先行技術と同様に構成されている。
【００３０】
この実施の形態１によれば、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０がファン５の軸方向端面に対してリヤ側に位置して固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒの頂部と相対するように配設されているので、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０はファン５による冷却風の通路を構成しているコイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースに存在していない。そこで、コイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースにおける通風抵抗が低減し、冷却風の全体風量が増大される。その結果、整流器１２や固定子巻線１６を効率的に冷却できるようになり、整流器１２や固定子巻線１６の温度上昇が抑えられ、高出力化を実現できる。また、冷却風の風量が同じ場合、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が該スペースに存在している先行技術の車両用交流発電機に比べて風騒音を低減できる。
また、固定子８は、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒが径方向に関してファン５とラップしないように配設されているので、コイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースにおける通風抵抗がさらに低減し、上述の効果が一層高められる。
【００３１】
以下、各構成要素について具体的に説明する。
まず、固定子巻線１６の巻線構造について図２乃至図４を参照しつつ説明する。
素線３０は、絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する１本の銅連続線が用いられる。この素線３０は、図２に示されるように、ターン部３０ａで連結されたスロット収納部位としての直線部３０ｂが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り曲げ形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂが、ターン部３０ａにより、素線３０の幅（Ｗ）分ずらされている。
このようなパターンに形成された２本の素線３０は、図３に示されるように、６スロットピッチずらして直線部３０ｂを重ねて配列されて素線対を構成している。この素線対が、後述する第１および第２巻線３１、３２（第３および第４巻線３３、３４）に相当している。また、この素線対は、一方の素線３０が他方の素線３０に対して電気角で１８０度ずれて反転するように構成されている。
この素線対が、１スロットピッチづつずらして６対配列されて図４に示される巻線アッセンブリ３９を構成している。そして、素線３０の端部が素線アッセンブリ３９の両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３０ａが巻線アッセンブリ３９の両側部に整列されて配列されている。なお、図４では、後述する各リード線が省略されている。
このように構成された巻線アッセンブリ３９を２層に重ねて固定子鉄心１５のスロット１５ａに巻装することで、結線前の固定子が得られることになる。そして、巻線アッセンブリ３９の両端に延出している各素線３０の端部同士を溶接し、固定子鉄心１５に巻装された２４本の１ターンの波巻き巻線が得られる。
【００３２】
つぎに、１相分（ａ相）の固定子巻線群１６１の巻線構造について図５を参照しつつ説明する。なお、図５中実線はリヤ側の巻線を、点線はフロント側の巻線を示している。
ａ相の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４の巻線３１〜３４から構成されている。そして、第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の１番地と２番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の２番地と１番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の３番地と４番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の４番地と３番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に４本並んで配列されている。
【００３３】
ついで、スロット番号の５５番と６１番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２および第４巻線３２、３４の素線３０の部分が切断され、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１および第３巻線３１、３３の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｂと第３巻線３３の切断端３３ａとがアーク溶接等により接合され、第２巻線３２の切断端３２ｂと第４巻線３４の切断端３４ａとがアーク溶接等により接合され、さらに第３巻線３３の切断端３３ｂと第４巻線３４の巻線端３４ｂとがアーク溶接等により接合されて、第１乃至第４巻線３１〜３４が直列接続されてなる４ターンのａ相の固定子巻線１６１が形成される。
なお、第１および第２巻線３１、３２の切断端３１ａ、３２ａがそれぞれａ相の中性点用リード線（Ｎａ）および交流出力用リード線（Ｏａ）となる。また、第３および第４巻線３３、３４の切断端３３ｂ、３４ｂがａ相の渡り結線用リード線となる。
【００３４】
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線群１６１が形成されている。なお、図６は、３相（ａ相、ｂ相、ｃ相）分の固定子巻線群１６１の結線状態を示している。
【００３５】
ここで、第１乃至第４巻線３１〜３４を構成するそれぞれの素線３０は、１つのスロット１５ａから固定子鉄心１５の端面側に延出し、折り返されて６スロット離れたスロット１５ａに入るように波巻きに巻装されている。そして、それぞれの素線３０は、６スロット毎に、スロット内で、スロット深さ方向（径方向）に関して、内層と外層とを交互に採るように巻装されている。
また、固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンドを構成している。そこで、固定子鉄心１５の両端において、ほぼ同一形状に形成されたターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、２列となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群１６ｆ、１６ｒを構成している。
【００３６】
ついで、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０の構成について図７を参照しつつ説明する。
３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０は、中性点中継用導通部材６１と、３つの交流出力中継用導通部材６２と、３つの渡り結線中継用導通部材６３とを絶縁性樹脂６４により一体に形成されている。中性点中継用導通部材６１は、銅などの金属板をプレス加工して作製され、３つの接合片６１ａと１つの中性点接続端子６１ｂとが設けられている。各交流出力中継用導通部材６２は、銅などの金属板をプレス加工して作製され、１つの接合片６２ａと１つの交流出力接続端子６２ｂとが設けられている。また、各渡り結線中継用導通部材６３は、銅などの金属板をプレス加工して作製され、２つの接合片６３ａが設けられている。そして、３つの交流出力中継用導体６２が中性点中継用導通部材６１の接合片６１ａ間を連結する連結部６１ｃの内径側に周方向に並んで配置され、３つの渡り結線中継用導通部材６３が連結部６１ｃの外径側に周方向に並んで配置されている。また、中性点中継用導通部材６１、交流出力中継用導通部材６２および渡り結線中継用導通部材６３は同一面位置に配置され、中性点接続端子６１ｂおよび交流出力接続端子６２ｂは径方向内方に延出している。また、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０の中継用導通部材６１、６２、６３の径方向配列幅Ｄは、コイルエンド群１６ｒの径方向幅以下に構成されている。
【００３７】
つぎに、整流器１２の構成について図８および図９を参照しつつ説明する。
整流器１２は、円弧状の一対のヒートシンク１２０、１２１が主面を同一面位置として同軸に配置され、円弧状のサーキットボード１２２がヒートシンク１２０、１２１の主面側に積層されて構成されている。そして、ダイオード２９がヒートシンク１２０、１２１の主面上に８個づつ固着されている。サーキットボード１２２には、８つの接続端子１２２ａが設けられ、各接続端子１２２ａはヒートシンク１２０の主面上に配設されたダイオード２９とヒートシンク１２１の主面上に配設されたダイオード２９との対を接続しているとともに、ねじ穴１２２ｂが設けられている。
【００３８】
ここで、固定子８の組立について説明する。
まず、２つの巻線アッセンブリ３９が２層に重ねられて直方体の固定子鉄心（図示せず）のスロットに装着される。そして、直方体の固定子鉄心を丸め、その両端を当接させて溶接一体化し、円筒状の固定子鉄心１５を作製する。
ついで、巻線アッセンブリ３９を構成する各素線３０の端部同士を接合し、それぞれ１ターンを有する２４本の第１乃至第４巻線３１〜３４が固定子鉄心１５に巻装された固定子８を得る。そして、６スロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている第１乃至第４巻線３１〜３４において、図５の結線方法に基づいて、第１および第３巻線３１、３３の切断端３１ｂ、３３ａを渡り結線し、第２および第４巻線３２、３４の切断端３２ｂ、３４ａを渡り結線する。また、第１乃至第４巻線の切断端３１ａ、３２ａ、３３ｂ、３４ｂを軸方向に互いに平行に延出させる。この時、第１乃至第４巻線の切断端３１ａ、３２ａ、３３ｂ、３４ｂは固定子鉄心１５の端面からほぼ同等の高さ位置まで延出されている。
【００３９】
つぎに、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０をコイルエンド群１６ｒの頂部に対向させて配置する。この時、各相の第１乃至第４巻線の切断端３１ａ、３２ａ、３３ｂ、３４ｂの先端がそれぞれ中性点中継用導通部材６１の接合片６１ａ、交流出力中継用導通部材６２の接合片６２ａおよび渡り結線中継用導通部材６３の２つの接合片６３ａに突き合わされている。そこで、各相の第３および第４巻線の切断端３３ｂ、３４ｂと渡り結線中継用導通部材６３の２つの接合片６３ａとを接合することにより、第１乃至第４巻線３１〜３４からなる４ターンの固定子巻線群１６１が構成される。また、各相の第１巻線の切断端３１ａと中性点中継用導通部材６１の各接合片６１ａとを接合することにより、固定子巻線群１６１を星型結線してなる３相交流巻線１６０が構成される。さらに、各相の第２巻線の切断端３２ａと各交流出力用導通部材６２の接合片６２ａとを接合することにより、３相交流巻線１６の出力端子に交流出力接続端子６２ｂが接続される。これにより、図７に示されるように、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０により交流結線された固定子巻線１６を備えた固定子８が組み立てられる。
そして、このように組み立てられた固定子８はケース３に装着される。この時、固定子８と整流器１２とは、図１０に示されるように、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０とサーキットボード１２２とが対向する位置関係となっている。ついで、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０の中性点接続端子６１ｂおよび交流出力接続端子６２ｂを整流器１２のサーキットボード１２２の接続端子１２２ａに設けられたねじ穴１２２ｂにねじ３８により締着固定されて整流器１２に接続される。これにより、図１６に示されるように、３相分の固定子巻線群１６１を星型結線して構成された２組の３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続され、各整流器１２の直流出力が並列に接続されて合成され回路構成が構成される。
【００４０】
この実施の形態１によれば、３相交流巻線１６０の交流出力用リード線である第２巻線３２の切断端３２ａが交流出力接続端子６２ｂを有する交流出力中継用導通部材６２の接合片６２ａに接合されているので、交流出力接続端子６２ｂを整流器１２のサーキットボード１２２の接続端子１２２ａに接続することで、３相交流巻線１６０が整流器１２に接続される。そこで、先行技術において必要であった交流出力用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４１】
また、３相分の固定子巻線群１６１の中性点用リード線である３本の第１巻線３１の切断端３１ａが中性点中継用導通部材６１の接合片６１ａに接合されて一体に結線されているので、従来必要であった３本の中性点用リード線を引き回して１箇所に集め、３本のリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。さらに、中性点接続端子６１ｂが中性点中継用導通部材６１に一体に形成されているので、先行技術において必要であった中性点用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるリード線処理が不要となり、結線作業性がさらに向上される。
【００４２】
また、第３および第４巻線３３、３４間の渡り結線用リード線である切断端３３ｂ、３４ｂが渡り結線中継用導通部材６３の接合片６３ａに接合され、第３および第４巻線３３、３４間が渡り結線されているので、従来必要であった３本の渡り結線用リード線を引き回して１箇所に集め、３本のリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４３】
また、中性点用リード線、交流出力用リード線および渡り結線用リード線がそれぞれコイルエンド群１６ｒから軸方向に、互いに平行に延出し、固定子鉄心１５の端面から略同一の所定高さ位置で各中継用導通部材６１、６２、６３に接合されているので、接合作業性が向上される。
また、各中継用導通部材６１、６２、６３が絶縁性樹脂６４により一体化されているので、中継用導通部材６１、６２、６３の取り扱いが容易となり、組立性が向上される。
また、各中継用導通部材６１、６２、６３の径方向幅Ｄが固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒの径方向幅以下に形成されているので、回転子７と各中継用導通部材６１、６２、６３との間のスペースが大きくなり、ファン５等の内蔵物の設計自由度が増大する。
【００４４】
また、第１乃至第４巻線３１〜３４がそれぞれ１本の連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているので、短尺な銅線を略Ｕ字状に成形した導体セグメントを用いた従来例に比べて、接合箇所が著しく削減できる。そこで、生産性および歩留まりを向上させることができ、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られる。
また、波巻き巻線群の各対がそれぞれ１ターンの波巻き巻線を集合した巻線アッセンブリ３９で構成されているので、固定子鉄心１５への組み込み時における絶縁被膜４９の損傷発生が抑えられ、絶縁性が確保されるとともに、ターン数の増加にも容易に対応できる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、長方形断面形状の銅線を素線に用いるものとして説明しているが、素線は長方形断面形状の銅線に限定されるものではなく、例えば円形断面形状の銅線でもよい。この構成により、素線の成形性が向上し、中継用導通部材への接続が容易となり、作業性がさらに向上する。さらに、素線は銅線に限定されるものではなく、例えばアルミ線でもよい。
また、上記実施の形態１では、連続線からなる素線３０を用いるものとしているが、短尺の銅線を略Ｕ字状に成形してなる導体セグメントを素線に用いても、同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１では、車両用交流発電機の固定子巻線に適用するものとして説明しているが、本発明は他の交流発電機に適用しても、同様の効果を奏するものである。
また、上記実施の形態１では、ファン５として内扇ファンを用いるものとしているが、ファンとして外扇ファンを用いても、同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態１では、中継用導通部材はリヤ側に配設されているものとして説明しているが、中継用導通部材をフロント側のファン対向面を塞ぐことなくフロント側に配設し、リヤ側には交流出力用リード線のみを導出させてもよい。この構成においても、固定子巻線と整流器との間の通風抵抗を抑制でき、またフロント側の固定子巻線の冷却性も阻害することがなく、同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態１では、導体がスロット内で径方向に４層配設され、コイルエンドを２列のターン部で構成しているものとして説明しているが、導体をスロット内で径方向に６層配設し、３列のターン部でコイルエンドを構成してもよく、また導体をスロット内で径方向に８層配設し、４列のターン部でコイルエンドを構成してもよい。このように、導体数が多くなると接続箇所が増加するので、本発明の中継用導通部材を用いない場合には、通風抵抗の悪化や、作業性の悪化をもたらすことになる。即ち、本発明の中継用導通部材を用いることにより、かかる通風抵抗の悪化や作業性の悪化が抑制される。
【００４６】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４７】
この発明によれば、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心の上記スロットに巻装された固定子巻線を有する固定子と、上記固定子鉄心に囲繞されるように配設された回転子と、この回転子に装着されたファンと、整流器とを備え、上記固定子巻線が、電気角で１２０度の位相差のある３相の固定子巻線群を交流結線してなるｎ組（ｎ：自然数）の３相交流巻線で構成された交流発電機において、素線を３ｎ個のスロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に巻装して構成された１ターンの第１巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を３ｎ個のスロット毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に、かつ、上記第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転するように巻装して構成された１ターンの第２巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第２巻線のスロット収納部位とを交互に、かつ、１列に並ぶようにｍ対（ｍ：自然数）配設され、各組の上記３相交流巻線は、上記第１および第２巻線から延出された複数のリード線が中継用導通部材を介して結線され、それぞれ３ｎ個のスロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている上記第１および第２巻線からなる３本の上記固定子巻線群を交流結線して構成され、上記中継用導電部材は、上記固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対し、かつ、離間するように配設され、上記複数のリード線は上記第１および第２巻線間の渡り結線用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は渡り結線中継用導通部材であり、上記渡り結線用リードが上記渡り結線中継用導通部材に接合され、上記第１および第２巻線間が渡り結線されている。これにより、固定子巻線頂部の通風抵抗が低減され、固定子巻線の冷却性を向上させるとともに、交流結線作業性を向上させることができ、小型、高出力を兼ね備えた交流発電機を得ることができる。さらに、複数本の渡り結線用リード線を引き回して１箇所に集め、それらのリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４８】
また、上記ファンは上記回転子の少なくとも一方の端部に固着され、上記整流器は上記回転子のファン固着側に配設され、上記中継用導電部材は、上記ファンの軸方向端面に対して、反回転子側に配設され、上記複数のリード線は上記３相交流巻線の交流出力用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は交流出力接続端子が径方向内方に延出された交流出力中継用導通部材であり、上記交流出力用リード線が上記交流出力中継用導通部材に接合され、上記交流出力接続端子を介して上記整流器に接続されている。これにより、固定子巻線と整流器との間の通風抵抗が低減され、整流器や固定子巻線の冷却性が向上されるとともに、交流結線作業性を向上させることができる。さらに、交流出力用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるという整流器に接続するためのリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４９】
また、上記複数のリード線は上記固定子巻線群の中性点用リード線であり、上記中継用導通部材は中性点中継用導通部材であり、各相の中性点用リード線が上記中性点中継用導通部材に接合されて一体化されているので、３本の中性点用リード線を引き回して１箇所に集め、それらのリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００５０】
また、上記中性点中継用導通部材は中性点接続端子が径方向内方に延出されており、上記中性点接続端子が上記整流器に接続されているので、中性点用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるという整流器に接続するためのリード線処理が不要となり、結線作業性がさらに向上される。
【００５２】
また、上記複数のリード線はそれぞれ上記第１および第２巻線から軸方向に、互いに平行に延出し、上記固定子鉄心の端面から略同一の所定高さ位置で上記中継用導通部材に接合されているので、接合作業性が向上される。
【００５３】
また、上記中継用導通部材が絶縁性樹脂により一体化されているので、中継用導通部材の取り扱いが容易となり、組立性が向上される。
【００５４】
また、上記固定子は、上記固定子巻線のコイルエンド群が径方向に関して上記ファンとラップしないように配設されているので、固定子巻線と整流器との間の通風抵抗が低減され、整流器や固定子巻線の冷却性が向上される。
【００５５】
また、上記中継用導通部材の径方向幅が上記固定子巻線のコイルエンド群の径方向幅以下に形成されているので、回転子と中継用導通部材との間のスペースが大きくなり、ファン等の内蔵物の設計自由度が増大する。
【００５６】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているので、接合箇所が著しく削減され、生産性および歩留まりを向上させることができ、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られる。
【００５７】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているので、固定子鉄心への組み込み時における絶縁被膜の損傷発生が抑えられ、絶縁性が確保されるとともに、ターン数の増加にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図である。
【図３】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図である。
【図４】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図６】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子巻線の３相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図７】 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示す斜視図である。
【図８】 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整流器を示す斜視図である。
【図９】 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整流器を示す正面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の整流器への取り付けを説明する斜視図である。
【図１１】 特願２０００−０１１７０４号に提案されている先行技術としての車両用交流発電機を示す断面図である。
【図１２】 先行技術の車両用交流発電機における固定子を示す斜視図である。
【図１３】 先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１４】 先行技術の車両用交流発電機の固定子における３相交流結線用ターミナルアッセンブリを示す斜視図である。
【図１５】 先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線と整流器との結線方法を説明する図である。
【図１６】 先行技術の車両用交流発電機における回路図である。
【符号の説明】
５ファン、７ 回転子、８ 固定子、１２ 整流器、１５ 固定子鉄心、１５ａ スロット、１６ 固定子巻線、１６ｒ コイルエンド群、３０ 素線、３０ｂ 直線部（スロット収納部位）、３１ 第１巻線、３１ａ 切断端（中性点用リード線）、３２ 第２巻線、３２ａ 切断端（交流出力用リード線）、３３ 第３巻線、３３ｂ 切断端（渡り結線用リード線）、３４ 第４巻線、３４ｂ 切断端（渡り結線用リード線）、３９ 巻線アッセンブリ、６０ ３相交流結線用ターミナルアッセンブリ、６１ 中性点中継用導通部材、６１ｂ 中性点接続端子、６２ 交流出力中継用導通部材、６２ｂ 交流出力接続端子、６３ 渡り結線中継用導通部材、１６０ ３相交流巻線、１６１ 固定子巻線群。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関により駆動される交流発電機に関し、特に乗用車やトラック等に搭載可能な車両用交流発電機の固定子巻線の結線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交流発電機において、小型高出力および品質の向上が益々求められてきている。小型高出力を実現するには、磁気装荷と電気装荷との分配を如何に最適に、かつ、限られた容積の中で如何に高密度に、構成するかが重要となる。
例えば、車両用交流発電機においては、車両エンジンルームが益々狭小化する中で、搭載スペースに余裕がなくなってきている一方で、車両負荷の増大による発電出力の向上が求められている。また、車内外共に、騒音低減のニーズが高く、エンジン騒音が低下してきているが、車両への電気負荷供給のため常時発電稼働している車両用交流発電機の騒音が問題とされている。さらに、車両用交流発電機は、常時発電稼働しているので、出力電流のジュール熱のため、その発熱量が多く、曝される熱的環境は厳しく、極めて高い耐熱性が求められている。
【０００３】
特に、交流発電機の小型高出力については、固定子巻線の巻線抵抗値の低減、固定子の磁気回路内に納める電気導体の占積率の向上、さらには固定子巻線の渡り部（固定子鉄心外の渡り部をコイルエンドと呼ぶ）の整列化および高密度化が必要であり、これに加えて、上記のような低騒音、耐熱環境性等の要求に応える必要がある。
そして、固定子巻線の素線として断面積の大きい短尺の導体線を略Ｕ字状に成形してなる導体セグメントを用いて、巻線抵抗値（熱損失）の低減、電気導体の占積率向上、あるいは、コイルエンドの整列化および高密度化を図る構造が、日本国特許第２９２７２８８号などに提案されている。
【０００４】
また、この種の交流発電機においては、電気磁気的な騒音の低減や高品質の電力供給の要望があり、毎極毎相当たりのスロット数を増やす、即ち複数組の３相交流巻線を構成する傾向にあり、３相交流結線用のリード線の本数が増加してしまうことになる。そして、３相交流巻線を形成する際には、巻線から延出するリード線を引き回し、かつ、曲げて結線する結線作業が必要となり、この煩雑な結線作業負荷を低減することが望まれていた。しかしながら、上述の日本国特許第２９２７２８８号では、この結線作業負荷の低減について、何ら考慮されていなかった。
そこで、本出願人は、中継用導通部材を用い、固定子巻線の結線作業時におけるリード線の引き回しや曲げ作業を軽減して結線作業負荷の低減を図る固定子巻線のリード線結線構造を特願２０００−０１１７０４号に提案している。
【０００５】
図１１は特願２０００−０１１７０４号に提案されている先行技術としての車両用交流発電機を示す断面図、図１２は先行技術の車両用交流発電機における固定子を示す斜視図、図１３は先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図１４は先行技術の車両用交流発電機の固定子における３相交流結線用ターミナルアッセンブリを示す斜視図、図１５は先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線と整流器との結線方法を説明する図、図１６は先行技術の車両用交流発電機における回路図である。
【０００６】
図１１において、車両用交流発電機は、ランドル型の回転子７がアルミニウム製のフロントブラケット１およびリヤブラケット２から構成されたケース３内にシャフト６を介して回転自在に装着され、固定子８が回転子７の外周側を覆うようにケース３の内壁面に固着されて構成されている。
シャフト６は、フロントブラケット１およびリヤブラケット２に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端にはプーリ４が固着され、エンジンの回転トルクをベルト(図示せず)を介してシャフト６に伝達できるようになっている。回転子７に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにケース３内に配設されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子８で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１８がブラシホルダ１１に嵌着されたヒートシク１７に接着されている。固定子８に電気的に接続され、固定子８で生じた交流を直流に整流する整流器１２がケース３内に装着されている。
【０００７】
回転子７は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル１３と、この回転子コイル１３を覆うように設けられ、回転子コイル１３で発生された磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２０、２１とから構成される。一対のポールコア２０、２１は、鉄製で、それぞれ８つの爪形状の爪状磁極２２、２３が外周縁に周方向に等角ピッチで突設され、爪状磁極２２、２３をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。さらに、ファン５が回転子７の軸方向の両端に固着されている。
また、吸気孔１ａ、２ａがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の軸方向の端面に設けられ、排気孔１ｂ、２ｂがフロントブラケット１およびリヤブラケット２の外周両肩部に固定子巻線１６のフロント側およびリヤ側のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒの径方向外側に対向して設けられている。
【０００８】
固定子８は、図１２に示されるように、軸方向に延びるスロット１５ａが周方向に所定ピッチで複数形成された円筒状の積層鉄心から成る固定子鉄心１５と、固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６と、各スロット１５ａ内に装着されて固定子巻線１６と固定子鉄心１５とを電気的に絶縁するインシュレータ１９とを備えている。そして、固定子巻線１６は、１本の素線３０が、固定子鉄心１５の端面側のスロット１５ａ外で折り返されて、６スロット（１磁極ピッチ）毎にスロット１５ａ内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互に採るように波巻きされて巻装された２４本の巻線を備えている。ここでは、固定子鉄心１５には、回転子７の磁極数（１６）に対応して、３相交流巻線を２組収容するように、９６本のスロット１５ａが等間隔に形成されている。また、素線３０には、例えば絶縁被膜が被覆された長方形の断面を有する長尺の銅線材が用いられる。
【０００９】
つぎに、ａ相の固定子巻線群１６１の巻線構造について図１３を参照して具体的に説明する。
ａ相の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４の巻線３１〜３４から構成されている。そして、第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の内周側から１番目の位置（以下、１番地という）と内周側から２番目の位置（以下、２番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の２番地と１番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の内周側から３番目の位置（以下、３番地という）と内周側から４番目の位置（以下、４番地という）とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の４番地と３番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に４本並んで配列されている。
【００１０】
ついで、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１および第３巻線３１、３３の素線３０の部分が切断され、スロット番号の５５番と６１番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２および第４巻線３２、３４の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｂと第３巻線３３の切断端３３ａとが接合され、第２巻線３２の切断端３２ｂと第４巻線３４の切断端３４ａとが接合され、さらに第１巻線３１の切断端３１ａおよび第２巻線３２ａとが接合されて、第１乃至第４巻線３１〜３４が直列接続されてなる４ターンのａ相の固定子巻線群１６１が構成される。
なお、第３および第４巻線３３、３４の切断端３３ｂ、３４ｂがそれぞれａ相の交流出力接続リード線（Ｏａ）および中性点接続リード線（Ｎａ）となる。
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線群１６１が形成されている。
【００１１】
ここで、固定子巻線１６を構成する２組の３相交流巻線は、図１２に示されるように、２つの３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００を用いて２４本の巻線を交流結線して構成されている。３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００は、図１４に示されるように、中性点中継用導通部材１０１と、３つの渡り結線中継用導通部材１０２とを絶縁性樹脂１０３により一体に形成されている。中性点中継用導通部材１０１は、矩形断面を有する銅などの金属棒を折り曲げ加工して作製され、３つの接合片１０１ａと１つの中性点引き出しリード線１０１ｂとが設けられている。一方、各渡り結線中継用導通部材１０２は、矩形断面を有する銅などの金属棒を両端に接合片１０２ａを有するようにコ字状に折り曲げて作製されている。
【００１２】
そして、各相の第１巻線３１の切断端３１ｂと第３巻線３３の切断端３３ａとがアーク溶接等により接合され、第２巻線３２の切断端３２ｂと第４巻線３４の切断端３４ａとがアーク溶接などにより接合された後、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００がコイルエンド群１６ｒ上に配置される。ついで、各相の第１巻線３１の切断端３１ａおよび第２巻線３２の切断端３２ａが引き回され、かつ、折り曲げられて渡り結線中継用導通部材１０２の各接合片１０２ａに密接され、アーク溶接等により接合される。これにより、第１乃至第４巻線３１〜３４からなるａ相、ｂ相、ｃ相、ａ’相、ｂ’相およびｃ’相の固定子巻線１６１が形成される。同様に、各相の第４巻線３４の切断端３４ｂが引き回され、かつ、曲げられて中性点中継用導通部材１０１の接合片１０１ａにそれぞれ密接され、アーク溶接等により接合される。これにより、ａ相、ｂ相およびｃ相の固定子巻線１６１が交流結線された３相交流巻線と、ａ’相、ｂ’相およびｃ’相の固定子巻線１６１が交流結線された３相交流巻線とが構成される。ここで、第１巻線３１の切断端３１ａおよび第２巻線３２の切断端３２ａが渡り結線用リード線に相当している。
【００１３】
このように構成された固定子８においては、図１２に示されるように、２組の３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が固定子鉄心１５に巻装された固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒ上に近接して配設され、固定子巻線１６を構成する２組の３相交流巻線の交流出力接続リード線（Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏａ’、Ｏｂ’、Ｏｃ’）および中性点接続リード線１０１ｂ（Ｎａｂｃ、Ｎａ’ｂ’ｃ’）が固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒから軸方向に延出されている。
【００１４】
そして、金属接続金具１０４が、図１５に示されるように、軸方向外方に引き出された交流出力接続リード線（Ｏａ）の先端に固着され、その後径方向に曲げられて整流器１２に結線される。同様に、金属接続金具１０４が軸方向に引き出された他の交流出力接続リード線（Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏａ’、Ｏｂ’、Ｏｃ’）および中性点接続リード線１０１ｂ（Ｎａｂｃ、Ｎａ’ｂ’ｃ’）の先端に固着され、その後径方向内方に曲げられて整流器１２に結線される。これにより、３相の固定子巻線群１６１を交流結線してなる２組の３相交流巻線１６０が、図１６に示されるように、それぞれ整流器１２に接続された回路を構成している。そして、各整流器１２の直流出力は並列に接続されて合成されて出力される。また、各３相交流巻線１６０の中性点がダイオード２９を介して整流器１２の直流出力端子に接続されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術の車両用交流発電機は、以上のように、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒに近接して配設されているので、ファン５による冷却風の通路を構成しているコイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースに３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が存在してしまい、通風抵抗を増大させてしまっていた。この通風抵抗の増大は冷却風の全体風量の低減をもたらし、整流器１２や固定子巻線１６を効率的に冷却できなくなり、整流器１２や固定子巻線１６の温度上昇を抑えられなかった。そして、固定子巻線１６が高温となることは、高出力化を妨げる結果となる。また、冷却風の風量が同じ場合、コイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースに存在する３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００により風騒音が増大してしまっていた。
また、先行技術による交流発電機においては、３相交流巻線１６０の交流出力接続リード線（Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ、Ｏａ’、Ｏｂ’、Ｏｃ’）および中性点接続リード線（Ｎａｂｃ、Ｎａ’ｂ’ｃ’）を整流器１２に直接結線するようにしているので、交流出力接続リード線および中性点接続リード線の先端に金属接続金具１０４を固着し、各リード線を径方向内方に折り曲げ、該金属接続金具１０４を整流器１２に結線しなければならず、結線作業負荷が増大してしまっていた。また、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００がコイルエンド群１６ｒに近接して配設されているので、中性点中継用導通部材１０１および渡り結線中継用導通部材１０２と中性点用リード線および渡り結線用リード線との結線スペースが狭くなり、結線作業性が悪化していた。さらに、中性点用リード線および渡り結線用リード線を引き回しつつ折り曲げて中性点中継用導通部材１０１および渡り結線中継用導通部材１０２に結線しているので、結線作業性の悪化をもたらしていた。
【００１６】
この発明は、本出願人が先に提案した先行技術の改良にかかるもので、中継用導通部材をファンの軸方向端面に対してリヤ側に位置して固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対するように配設し、通風抵抗を低減して、整流器や固定子巻線の冷却性を向上させるとともに、交流結線作業性を向上させることができ、小型、高出力を兼ね備えた交流発電機を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る交流発電機は、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心の上記スロットに巻装された固定子巻線を有する固定子と、上記固定子鉄心に囲繞されるように配設された回転子と、この回転子に装着されたファンと、整流器とを備え、上記固定子巻線が、電気角で１２０度の位相差のある３相の固定子巻線群を交流結線してなるｎ組（ｎ：自然数）の３相交流巻線で構成された交流発電機において、素線を３ｎ個のスロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に巻装して構成された１ターンの第１巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を３ｎ個のスロット毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に、かつ、上記第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転するように巻装して構成された１ターンの第２巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第２巻線のスロット収納部位とを交互に、かつ、１列に並ぶようにｍ対（ｍ：自然数）配設され、各組の上記３相交流巻線は、上記第１および第２巻線から延出された複数のリード線が中継用導通部材を介して結線され、それぞれ３ｎ個のスロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている上記第１および第２巻線からなる３本の上記固定子巻線群を交流結線して構成され、上記中継用導電部材は、上記固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対し、かつ、離間するように配設され、上記複数のリード線は上記第１および第２巻線間の渡り結線用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は渡り結線中継用導通部材であり、上記渡り結線用リードが上記渡り結線中継用導通部材に接合され、上記第１および第２巻線間が渡り結線されているものである。
【００１８】
また、上記ファンは上記回転子の少なくとも一方の端部に固着され、上記整流器は上記回転子のファン固着側に配設され、上記中継用導電部材は、上記ファンの軸方向端面に対して、反回転子側に配設され、上記複数のリード線は上記３相交流巻線の交流出力用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は交流出力接続端子が径方向内方に延出された交流出力中継用導通部材であり、上記交流出力用リード線が上記交流出力中継用導通部材に接合され、上記交流出力接続端子を介して上記整流器に接続されているものである。
【００１９】
また、上記複数のリード線は上記固定子巻線群の中性点用リード線であり、上記中継用導通部材は中性点中継用導通部材であり、各相の中性点用リード線が上記中性点中継用導通部材に接合されて一体化されているものである。
【００２０】
また、上記中性点中継用導通部材は中性点接続端子が径方向内方に延出されており、上記中性点接続端子が上記整流器に接続されているものである。
【００２２】
また、上記複数のリード線はそれぞれ上記第１および第２巻線から軸方向に、互いに平行に延出し、上記固定子鉄心の端面から略同一の所定高さ位置で上記中継用導通部材に接合されているものである。
【００２３】
また、上記中継用導通部材が絶縁性樹脂により一体化されているものである。
【００２４】
また、上記固定子は、上記固定子巻線のコイルエンド群が径方向に関して上記ファンとラップしないように配設されているものである。
【００２５】
また、上記中継用導通部材の径方向幅が上記固定子巻線のコイルエンド群の径方向幅以下に形成されているものである。
【００２６】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているものである。
【００２７】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
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の構成を示す断面図、図２はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図、図３はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図、図４はこの車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す図であり、図４の（ａ）はその端面図、図４の（ｂ）はその平面図である。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おける固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子巻線の３相分の結線状態を説明するリヤ側端面図、図７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示す斜視図、図８および図９はそれぞれ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整流器を示す斜視図および正面図、図１０はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の整流器への取り付けを説明する斜視図である。
【００２９】
図１において、固定子８は、固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｆ、１６ｒを含む軸方向長さが回転子７の軸方向長さ以下に構成され、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒが径方向に関してファン５とラップしないように配設されている。また、固定子巻線１６が３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０により交流結線され、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０がファン５の軸方向端面に対してリヤ側に位置して固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒの頂部と相対するように配設されている。
なお、他の構成は図１１に示される先行技術と同様に構成されている。
【００３０】
この実施の形態１によれば、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０がファン５の軸方向端面に対してリヤ側に位置して固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒの頂部と相対するように配設されているので、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０はファン５による冷却風の通路を構成しているコイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースに存在していない。そこで、コイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースにおける通風抵抗が低減し、冷却風の全体風量が増大される。その結果、整流器１２や固定子巻線１６を効率的に冷却できるようになり、整流器１２や固定子巻線１６の温度上昇が抑えられ、高出力化を実現できる。また、冷却風の風量が同じ場合、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ１００が該スペースに存在している先行技術の車両用交流発電機に比べて風騒音を低減できる。
また、固定子８は、コイルエンド群１６ｆ、１６ｒが径方向に関してファン５とラップしないように配設されているので、コイルエンド群１６ｒと整流器１２との間のスペースにおける通風抵抗がさらに低減し、上述の効果が一層高められる。
【００３１】
以下、各構成要素について具体的に説明する。
まず、固定子巻線１６の巻線構造について図２乃至図４を参照しつつ説明する。
素線３０は、絶縁被膜４９が被覆された長方形の断面を有する１本の銅連続線が用いられる。この素線３０は、図２に示されるように、ターン部３０ａで連結されたスロット収納部位としての直線部３０ｂが６スロットピッチ（６Ｐ）で配列された平面状パターンに折り曲げ形成されている。そして、隣り合う直線部３０ｂが、ターン部３０ａにより、素線３０の幅（Ｗ）分ずらされている。
このようなパターンに形成された２本の素線３０は、図３に示されるように、６スロットピッチずらして直線部３０ｂを重ねて配列されて素線対を構成している。この素線対が、後述する第１および第２巻線３１、３２（第３および第４巻線３３、３４）に相当している。また、この素線対は、一方の素線３０が他方の素線３０に対して電気角で１８０度ずれて反転するように構成されている。
この素線対が、１スロットピッチづつずらして６対配列されて図４に示される巻線アッセンブリ３９を構成している。そして、素線３０の端部が素線アッセンブリ３９の両端の両側に６本づつ延出されている。また、ターン部３０ａが巻線アッセンブリ３９の両側部に整列されて配列されている。なお、図４では、後述する各リード線が省略されている。
このように構成された巻線アッセンブリ３９を２層に重ねて固定子鉄心１５のスロット１５ａに巻装することで、結線前の固定子が得られることになる。そして、巻線アッセンブリ３９の両端に延出している各素線３０の端部同士を溶接し、固定子鉄心１５に巻装された２４本の１ターンの波巻き巻線が得られる。
【００３２】
つぎに、１相分（ａ相）の固定子巻線群１６１の巻線構造について図５を参照しつつ説明する。なお、図５中実線はリヤ側の巻線を、点線はフロント側の巻線を示している。
ａ相の固定子巻線群１６１は、それぞれ１本の素線３０からなる第１乃至第４の巻線３１〜３４から構成されている。そして、第１巻線３１は、１本の素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の１番地と２番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第２巻線３２は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の２番地と１番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第３巻線３３は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の３番地と４番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。第４巻線３４は、素線３０を、スロット番号の１番から９１番まで６スロットおきに、スロット１５ａ内の４番地と３番地とを交互に採るように波巻きし、その巻線端同士を接合して１ターンの波巻き巻線に構成されている。そして、各スロット１５ａ内には、素線３０が長方形断面の長手方向を径方向に揃えて径方向に１列に４本並んで配列されている。
【００３３】
ついで、スロット番号の５５番と６１番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第２および第４巻線３２、３４の素線３０の部分が切断され、スロット番号の６１番と６７番とから固定子鉄心１５の一端側に延出する第１および第３巻線３１、３３の素線３０の部分が切断される。そして、第１巻線３１の切断端３１ｂと第３巻線３３の切断端３３ａとがアーク溶接等により接合され、第２巻線３２の切断端３２ｂと第４巻線３４の切断端３４ａとがアーク溶接等により接合され、さらに第３巻線３３の切断端３３ｂと第４巻線３４の巻線端３４ｂとがアーク溶接等により接合されて、第１乃至第４巻線３１〜３４が直列接続されてなる４ターンのａ相の固定子巻線１６１が形成される。
なお、第１および第２巻線３１、３２の切断端３１ａ、３２ａがそれぞれａ相の中性点用リード線（Ｎａ）および交流出力用リード線（Ｏａ）となる。また、第３および第４巻線３３、３４の切断端３３ｂ、３４ｂがａ相の渡り結線用リード線となる。
【００３４】
同様にして、素線３０が巻装されるスロット１５ａを１つづつずらして６相分の固定子巻線群１６１が形成されている。なお、図６は、３相（ａ相、ｂ相、ｃ相）分の固定子巻線群１６１の結線状態を示している。
【００３５】
ここで、第１乃至第４巻線３１〜３４を構成するそれぞれの素線３０は、１つのスロット１５ａから固定子鉄心１５の端面側に延出し、折り返されて６スロット離れたスロット１５ａに入るように波巻きに巻装されている。そして、それぞれの素線３０は、６スロット毎に、スロット内で、スロット深さ方向（径方向）に関して、内層と外層とを交互に採るように巻装されている。
また、固定子鉄心１５の端面側に延出して折り返された素線３０のターン部３０ａがコイルエンドを構成している。そこで、固定子鉄心１５の両端において、ほぼ同一形状に形成されたターン部３０ａが周方向に、かつ、径方向に互いに離間して、２列となって周方向に整然と配列されてコイルエンド群１６ｆ、１６ｒを構成している。
【００３６】
ついで、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０の構成について図７を参照しつつ説明する。
３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０は、中性点中継用導通部材６１と、３つの交流出力中継用導通部材６２と、３つの渡り結線中継用導通部材６３とを絶縁性樹脂６４により一体に形成されている。中性点中継用導通部材６１は、銅などの金属板をプレス加工して作製され、３つの接合片６１ａと１つの中性点接続端子６１ｂとが設けられている。各交流出力中継用導通部材６２は、銅などの金属板をプレス加工して作製され、１つの接合片６２ａと１つの交流出力接続端子６２ｂとが設けられている。また、各渡り結線中継用導通部材６３は、銅などの金属板をプレス加工して作製され、２つの接合片６３ａが設けられている。そして、３つの交流出力中継用導体６２が中性点中継用導通部材６１の接合片６１ａ間を連結する連結部６１ｃの内径側に周方向に並んで配置され、３つの渡り結線中継用導通部材６３が連結部６１ｃの外径側に周方向に並んで配置されている。また、中性点中継用導通部材６１、交流出力中継用導通部材６２および渡り結線中継用導通部材６３は同一面位置に配置され、中性点接続端子６１ｂおよび交流出力接続端子６２ｂは径方向内方に延出している。また、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０の中継用導通部材６１、６２、６３の径方向配列幅Ｄは、コイルエンド群１６ｒの径方向幅以下に構成されている。
【００３７】
つぎに、整流器１２の構成について図８および図９を参照しつつ説明する。
整流器１２は、円弧状の一対のヒートシンク１２０、１２１が主面を同一面位置として同軸に配置され、円弧状のサーキットボード１２２がヒートシンク１２０、１２１の主面側に積層されて構成されている。そして、ダイオード２９がヒートシンク１２０、１２１の主面上に８個づつ固着されている。サーキットボード１２２には、８つの接続端子１２２ａが設けられ、各接続端子１２２ａはヒートシンク１２０の主面上に配設されたダイオード２９とヒートシンク１２１の主面上に配設されたダイオード２９との対を接続しているとともに、ねじ穴１２２ｂが設けられている。
【００３８】
ここで、固定子８の組立について説明する。
まず、２つの巻線アッセンブリ３９が２層に重ねられて直方体の固定子鉄心（図示せず）のスロットに装着される。そして、直方体の固定子鉄心を丸め、その両端を当接させて溶接一体化し、円筒状の固定子鉄心１５を作製する。
ついで、巻線アッセンブリ３９を構成する各素線３０の端部同士を接合し、それぞれ１ターンを有する２４本の第１乃至第４巻線３１〜３４が固定子鉄心１５に巻装された固定子８を得る。そして、６スロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている第１乃至第４巻線３１〜３４において、図５の結線方法に基づいて、第１および第３巻線３１、３３の切断端３１ｂ、３３ａを渡り結線し、第２および第４巻線３２、３４の切断端３２ｂ、３４ａを渡り結線する。また、第１乃至第４巻線の切断端３１ａ、３２ａ、３３ｂ、３４ｂを軸方向に互いに平行に延出させる。この時、第１乃至第４巻線の切断端３１ａ、３２ａ、３３ｂ、３４ｂは固定子鉄心１５の端面からほぼ同等の高さ位置まで延出されている。
【００３９】
つぎに、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０をコイルエンド群１６ｒの頂部に対向させて配置する。この時、各相の第１乃至第４巻線の切断端３１ａ、３２ａ、３３ｂ、３４ｂの先端がそれぞれ中性点中継用導通部材６１の接合片６１ａ、交流出力中継用導通部材６２の接合片６２ａおよび渡り結線中継用導通部材６３の２つの接合片６３ａに突き合わされている。そこで、各相の第３および第４巻線の切断端３３ｂ、３４ｂと渡り結線中継用導通部材６３の２つの接合片６３ａとを接合することにより、第１乃至第４巻線３１〜３４からなる４ターンの固定子巻線群１６１が構成される。また、各相の第１巻線の切断端３１ａと中性点中継用導通部材６１の各接合片６１ａとを接合することにより、固定子巻線群１６１を星型結線してなる３相交流巻線１６０が構成される。さらに、各相の第２巻線の切断端３２ａと各交流出力用導通部材６２の接合片６２ａとを接合することにより、３相交流巻線１６の出力端子に交流出力接続端子６２ｂが接続される。これにより、図７に示されるように、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０により交流結線された固定子巻線１６を備えた固定子８が組み立てられる。
そして、このように組み立てられた固定子８はケース３に装着される。この時、固定子８と整流器１２とは、図１０に示されるように、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０とサーキットボード１２２とが対向する位置関係となっている。ついで、３相交流結線用ターミナルアッセンブリ６０の中性点接続端子６１ｂおよび交流出力接続端子６２ｂを整流器１２のサーキットボード１２２の接続端子１２２ａに設けられたねじ穴１２２ｂにねじ３８により締着固定されて整流器１２に接続される。これにより、図１６に示されるように、３相分の固定子巻線群１６１を星型結線して構成された２組の３相交流巻線１６０がそれぞれ整流器１２に接続され、各整流器１２の直流出力が並列に接続されて合成され回路構成が構成される。
【００４０】
この実施の形態１によれば、３相交流巻線１６０の交流出力用リード線である第２巻線３２の切断端３２ａが交流出力接続端子６２ｂを有する交流出力中継用導通部材６２の接合片６２ａに接合されているので、交流出力接続端子６２ｂを整流器１２のサーキットボード１２２の接続端子１２２ａに接続することで、３相交流巻線１６０が整流器１２に接続される。そこで、先行技術において必要であった交流出力用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４１】
また、３相分の固定子巻線群１６１の中性点用リード線である３本の第１巻線３１の切断端３１ａが中性点中継用導通部材６１の接合片６１ａに接合されて一体に結線されているので、従来必要であった３本の中性点用リード線を引き回して１箇所に集め、３本のリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。さらに、中性点接続端子６１ｂが中性点中継用導通部材６１に一体に形成されているので、先行技術において必要であった中性点用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるリード線処理が不要となり、結線作業性がさらに向上される。
【００４２】
また、第３および第４巻線３３、３４間の渡り結線用リード線である切断端３３ｂ、３４ｂが渡り結線中継用導通部材６３の接合片６３ａに接合され、第３および第４巻線３３、３４間が渡り結線されているので、従来必要であった３本の渡り結線用リード線を引き回して１箇所に集め、３本のリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４３】
また、中性点用リード線、交流出力用リード線および渡り結線用リード線がそれぞれコイルエンド群１６ｒから軸方向に、互いに平行に延出し、固定子鉄心１５の端面から略同一の所定高さ位置で各中継用導通部材６１、６２、６３に接合されているので、接合作業性が向上される。
また、各中継用導通部材６１、６２、６３が絶縁性樹脂６４により一体化されているので、中継用導通部材６１、６２、６３の取り扱いが容易となり、組立性が向上される。
また、各中継用導通部材６１、６２、６３の径方向幅Ｄが固定子巻線１６のコイルエンド群１６ｒの径方向幅以下に形成されているので、回転子７と各中継用導通部材６１、６２、６３との間のスペースが大きくなり、ファン５等の内蔵物の設計自由度が増大する。
【００４４】
また、第１乃至第４巻線３１〜３４がそれぞれ１本の連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているので、短尺な銅線を略Ｕ字状に成形した導体セグメントを用いた従来例に比べて、接合箇所が著しく削減できる。そこで、生産性および歩留まりを向上させることができ、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られる。
また、波巻き巻線群の各対がそれぞれ１ターンの波巻き巻線を集合した巻線アッセンブリ３９で構成されているので、固定子鉄心１５への組み込み時における絶縁被膜４９の損傷発生が抑えられ、絶縁性が確保されるとともに、ターン数の増加にも容易に対応できる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、長方形断面形状の銅線を素線に用いるものとして説明しているが、素線は長方形断面形状の銅線に限定されるものではなく、例えば円形断面形状の銅線でもよい。この構成により、素線の成形性が向上し、中継用導通部材への接続が容易となり、作業性がさらに向上する。さらに、素線は銅線に限定されるものではなく、例えばアルミ線でもよい。
また、上記実施の形態１では、連続線からなる素線３０を用いるものとしているが、短尺の銅線を略Ｕ字状に成形してなる導体セグメントを素線に用いても、同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１では、車両用交流発電機の固定子巻線に適用するものとして説明しているが、本発明は他の交流発電機に適用しても、同様の効果を奏するものである。
また、上記実施の形態１では、ファン５として内扇ファンを用いるものとしているが、ファンとして外扇ファンを用いても、同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態１では、中継用導通部材はリヤ側に配設されているものとして説明しているが、中継用導通部材をフロント側のファン対向面を塞ぐことなくフロント側に配設し、リヤ側には交流出力用リード線のみを導出させてもよい。この構成においても、固定子巻線と整流器との間の通風抵抗を抑制でき、またフロント側の固定子巻線の冷却性も阻害することがなく、同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態１では、導体がスロット内で径方向に４層配設され、コイルエンドを２列のターン部で構成しているものとして説明しているが、導体をスロット内で径方向に６層配設し、３列のターン部でコイルエンドを構成してもよく、また導体をスロット内で径方向に８層配設し、４列のターン部でコイルエンドを構成してもよい。このように、導体数が多くなると接続箇所が増加するので、本発明の中継用導通部材を用いない場合には、通風抵抗の悪化や、作業性の悪化をもたらすことになる。即ち、本発明の中継用導通部材を用いることにより、かかる通風抵抗の悪化や作業性の悪化が抑制される。
【００４６】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４７】
この発明によれば、軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心の上記スロットに巻装された固定子巻線を有する固定子と、上記固定子鉄心に囲繞されるように配設された回転子と、この回転子に装着されたファンと、整流器とを備え、上記固定子巻線が、電気角で１２０度の位相差のある３相の固定子巻線群を交流結線してなるｎ組（ｎ：自然数）の３相交流巻線で構成された交流発電機において、素線を３ｎ個のスロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に巻装して構成された１ターンの第１巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を３ｎ個のスロット毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に、かつ、上記第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転するように巻装して構成された１ターンの第２巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第２巻線のスロット収納部位とを交互に、かつ、１列に並ぶようにｍ対（ｍ：自然数）配設され、各組の上記３相交流巻線は、上記第１および第２巻線から延出された複数のリード線が中継用導通部材を介して結線され、それぞれ３ｎ個のスロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている上記第１および第２巻線からなる３本の上記固定子巻線群を交流結線して構成され、上記中継用導電部材は、上記固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対し、かつ、離間するように配設され、上記複数のリード線は上記第１および第２巻線間の渡り結線用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は渡り結線中継用導通部材であり、上記渡り結線用リードが上記渡り結線中継用導通部材に接合され、上記第１および第２巻線間が渡り結線されている。これにより、固定子巻線頂部の通風抵抗が低減され、固定子巻線の冷却性を向上させるとともに、交流結線作業性を向上させることができ、小型、高出力を兼ね備えた交流発電機を得ることができる。さらに、複数本の渡り結線用リード線を引き回して１箇所に集め、それらのリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４８】
また、上記ファンは上記回転子の少なくとも一方の端部に固着され、上記整流器は上記回転子のファン固着側に配設され、上記中継用導電部材は、上記ファンの軸方向端面に対して、反回転子側に配設され、上記複数のリード線は上記３相交流巻線の交流出力用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は交流出力接続端子が径方向内方に延出された交流出力中継用導通部材であり、上記交流出力用リード線が上記交流出力中継用導通部材に接合され、上記交流出力接続端子を介して上記整流器に接続されている。これにより、固定子巻線と整流器との間の通風抵抗が低減され、整流器や固定子巻線の冷却性が向上されるとともに、交流結線作業性を向上させることができる。さらに、交流出力用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるという整流器に接続するためのリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００４９】
また、上記複数のリード線は上記固定子巻線群の中性点用リード線であり、上記中継用導通部材は中性点中継用導通部材であり、各相の中性点用リード線が上記中性点中継用導通部材に接合されて一体化されているので、３本の中性点用リード線を引き回して１箇所に集め、それらのリード線を捩って半田接合するリード線処理が不要となり、結線作業性が向上される。
【００５０】
また、上記中性点中継用導通部材は中性点接続端子が径方向内方に延出されており、上記中性点接続端子が上記整流器に接続されているので、中性点用リード線に金属接続端子を固着し、該リード線を径方向内方に曲げるという整流器に接続するためのリード線処理が不要となり、結線作業性がさらに向上される。
【００５２】
また、上記複数のリード線はそれぞれ上記第１および第２巻線から軸方向に、互いに平行に延出し、上記固定子鉄心の端面から略同一の所定高さ位置で上記中継用導通部材に接合されているので、接合作業性が向上される。
【００５３】
また、上記中継用導通部材が絶縁性樹脂により一体化されているので、中継用導通部材の取り扱いが容易となり、組立性が向上される。
【００５４】
また、上記固定子は、上記固定子巻線のコイルエンド群が径方向に関して上記ファンとラップしないように配設されているので、固定子巻線と整流器との間の通風抵抗が低減され、整流器や固定子巻線の冷却性が向上される。
【００５５】
また、上記中継用導通部材の径方向幅が上記固定子巻線のコイルエンド群の径方向幅以下に形成されているので、回転子と中継用導通部材との間のスペースが大きくなり、ファン等の内蔵物の設計自由度が増大する。
【００５６】
また、上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されているので、接合箇所が著しく削減され、生産性および歩留まりを向上させることができ、コイルエンドの高さが低くなり、かつ、コイルエンドの露出面積が大きくなり、高出力化および小型化が図られる。
【００５７】
また、上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されているので、固定子鉄心への組み込み時における絶縁被膜の損傷発生が抑えられ、絶縁性が確保されるとともに、ターン数の増加にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の構成を示す断面図である。
【図２】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の要部を示す斜視図である。
【図３】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する素線の配列を説明する図である。
【図４】 この車両用交流発電機に適用される固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図６】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子巻線の３相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図７】 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示す斜視図である。
【図８】 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整流器を示す斜視図である。
【図９】 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整流器を示す正面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機における固定子の整流器への取り付けを説明する斜視図である。
【図１１】 特願２０００−０１１７０４号に提案されている先行技術としての車両用交流発電機を示す断面図である。
【図１２】 先行技術の車両用交流発電機における固定子を示す斜視図である。
【図１３】 先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線の１相分の結線状態を説明するリヤ側端面図である。
【図１４】 先行技術の車両用交流発電機の固定子における３相交流結線用ターミナルアッセンブリを示す斜視図である。
【図１５】 先行技術の車両用交流発電機における固定子巻線と整流器との結線方法を説明する図である。
【図１６】 先行技術の車両用交流発電機における回路図である。
【符号の説明】
５ファン、７ 回転子、８ 固定子、１２ 整流器、１５ 固定子鉄心、１５ａ スロット、１６ 固定子巻線、１６ｒ コイルエンド群、３０ 素線、３０ｂ 直線部（スロット収納部位）、３１ 第１巻線、３１ａ 切断端（中性点用リード線）、３２ 第２巻線、３２ａ 切断端（交流出力用リード線）、３３ 第３巻線、３３ｂ 切断端（渡り結線用リード線）、３４ 第４巻線、３４ｂ 切断端（渡り結線用リード線）、３９ 巻線アッセンブリ、６０ ３相交流結線用ターミナルアッセンブリ、６１ 中性点中継用導通部材、６１ｂ 中性点接続端子、６２ 交流出力中継用導通部材、６２ｂ 交流出力接続端子、６３ 渡り結線中継用導通部材、１６０ ３相交流巻線、１６１ 固定子巻線群。
Claims (10)
- 軸方向に延びるスロットが周方向に複数設けられた筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心の上記スロットに巻装された固定子巻線を有する固定子と、上記固定子鉄心に囲繞されるように配設された回転子と、この回転子に装着されたファンと、整流器とを備え、上記固定子巻線が、電気角で１２０度の位相差のある３相の固定子巻線群を交流結線してなるｎ組（ｎ：自然数）の３相交流巻線で構成された交流発電機において、
素線を３ｎ個のスロット毎にスロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に巻装して構成された１ターンの第１巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第１波巻き巻線群と、上記素線を３ｎ個のスロット毎に上記スロット内でスロット深さ方向に内層と外層とを交互にとるように波状に、かつ、上記第１巻線に対して電気角で１８０度ずらして反転するように巻装して構成された１ターンの第２巻線が１スロットピッチで３ｎ本配列されてなる第２波巻き巻線群とが、それぞれの上記スロット内にスロット深さ方向に上記第１巻線のスロット収納部位と上記第２巻線のスロット収納部位とを交互に、かつ、１列に並ぶようにｍ対（ｍ：自然数）配設され、
各組の上記３相交流巻線は、上記第１および第２巻線から延出された複数のリード線が中継用導通部材を介して結線され、それぞれ３ｎ個のスロット毎のスロットで構成される同一スロット群に巻装されている上記第１および第２巻線からなる３本の上記固定子巻線群を交流結線して構成され、
上記中継用導電部材は、上記固定子巻線のコイルエンド群の頂部と相対し、かつ、離間するように配設され、
上記複数のリード線は上記第１および第２巻線間の渡り結線用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は渡り結線中継用導通部材であり、上記渡り結線用リードが上記渡り結線中継用導通部材に接合され、上記第１および第２巻線間が渡り結線されていることを特徴とする交流発電機。 - 上記ファンは上記回転子の少なくとも一方の端部に固着され、上記整流器は上記回転子のファン固着側に配設され、上記中継用導電部材は、上記ファンの軸方向端面に対して、反回転子側に配設され、上記複数のリード線は上記３相交流巻線の交流出力用リード線であり、かつ、上記中継用導通部材は交流出力接続端子が径方向内方に延出された交流出力中継用導通部材であり、上記交流出力用リード線が上記交流出力中継用導通部材に接合され、上記交流出力接続端子を介して上記整流器に接続されていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
- 上記複数のリード線は上記固定子巻線群の中性点用リード線であり、上記中継用導通部材は中性点中継用導通部材であり、各相の中性点用リード線が上記中性点中継用導通部材に接合されて一体化されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の交流発電機。
- 上記中性点中継用導通部材は中性点接続端子が径方向内方に延出されており、上記中性点接続端子が上記整流器に接続されていることを特徴とする請求項３記載の交流発電機。
- 上記複数のリード線はそれぞれ上記第１および第２巻線から軸方向に、互いに平行に延出し、上記固定子鉄心の端面から略同一の所定高さ位置で上記中継用導通部材に接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の交流発電機。
- 上記中継用導通部材が絶縁性樹脂により一体化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の交流発電機。
- 上記固定子は、上記固定子巻線のコイルエンド群が径方向に関して上記ファンとラップしないように配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の交流発電機。
- 上記中継用導通部材の径方向幅が上記固定子巻線のコイルエンド群の径方向幅以下に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の交流発電機。
- 上記素線は、連続導体線であり、上記第１および第２巻線は、それぞれ、１本の上記連続導体線で１ターンの波巻き巻線に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の交流発電機。
- 上記第１および第２波巻き巻線群の各対がそれぞれ複数の上記第１および第２巻線を集合した巻線アッセンブリで構成されていることを特徴とする請求項９記載の交流発電機。
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