JP4903247B2 - 巻線用ボビン及び回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、導線が複数層巻回される巻線用ボビン、及びこの巻線用ボビンを用いた回転電機に関するものである。

従来の巻線用ボビンとして、導線が巻回される巻線部と、この巻線部の両側にそれぞれ設けられた、第１の鍔部及び第２の鍔部とを備え、巻線部には第１の鍔部から第２の鍔部との間にわたって導線の外径寸法の深さの溝が形成された巻線用ボビンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、導線を巻線部において第１の鍔部から第２の鍔部に向かって巻回し、第２の鍔部まで巻回したところで、逆に第２の鍔部から第１の鍔部に向かって導線を巻回しており、導線の巻回層数が偶数の場合には、導線の巻き始め側口出し線と巻き終わり側口出し線とは同じ方向に導出される。
そして、導線の層数が奇数の場合にも、巻き始め側の口出し線と巻き終わり側の口出し線とを同じ方向に導出させたい場合には、導線をわざわざ引き返して一層分余計に巻回して外径寸法の増大したコイルを作製し、または一層分巻回数を減らして外径寸法の縮小したコイルを製作するのを防止するために、巻線部に溝が形成されている。
即ち、この場合には、導線の巻き始め部を溝に沿って第２の鍔部まで走らせ、導線の巻回開始位置を第２の鍔部から開始することで、導線の層数が奇数の場合にも、所望のコイルの外径寸法を確保しつつ巻き始め側口出し線と巻き終わり側口出し線とを同じ方向に導出させることを可能にしている。

特開平８-３１６０５８号公報（図１）

しかしながら、従来の巻線用ボビンでは、第１の鍔部から第２の鍔部との間にわたって導線の外径寸法の深さの溝をわざわざ形成しなければならず、巻線用ボビンの製作が面倒であるという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、簡単な構成で、導線の巻回層数が奇数層の場合でも、緊締して巻回された導線が弛むことなく所望のコイルの外径寸法を確保しつつ、巻き始め側口出し線と巻き終わり側口出し線とを同じ方向に導出させることを可能にした巻線用ボビンを提供することを目的とする。

また、導線の巻回層数が奇数層の場合でも、緊締して巻回された導線が弛むことなく所望のコイルの外径寸法を確保しつつ、同じ方向に導出した、巻き始め側口出し線及び巻き終わり側口出し線がスリップリングと電気的に容易に接続された回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る巻線用ボビンは、導線が巻回されてコイルが形成される巻線部と、この巻線部の両側にそれぞれ設けられた、第１の鍔部及び第２の鍔部とを備え、前記第１の鍔部及び前記第２の鍔部には、前記導線を係止する、第１の係止部及び第２の係止部がそれぞれ設けられ、前記第１の鍔部に設けられた前記第１の係止部は、一対あり、前記導線の巻き始め部は、一方の第１の係止部に係止され、前記巻線部に偶数層数で巻回される場合には、前記導線の巻き終わり部は、他方の第１の係止部に係止され、前記巻線部に奇数層数で巻回される場合には、前記導線の終わり部は、前記第２の鍔部の前記第２の係止部で係止された後、前記第１の鍔部の他方の第１の係止部に向かって延び、この他方の第１の係止部に係止され、前記導線は、前記巻き始め部と接続された巻き始め側口出し線、前記巻き終わり部と接続された巻き終わり側口出し線がそれぞれ前記第１の鍔部から導出している。

この発明に係る回転電機は、ケース内に回転自在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定され回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に形成されるランドル型の回転子と、前記シャフトの端部に固定されたスリップリングと、この回転子を囲った固定子とを備え、前記回転子は、請求項１または２に記載の前記巻線用ボビンと、この巻線用ボビンに前記導線が巻回されて構成されているとともに、前記巻き始め側口出し線及び前記巻き終わり側口出し線と電気的に接続された前記スリップリングを通じて電流が供給されて磁束が発生する前記コイルと、このコイルを覆い前記磁束により前記Ｎ極、前記Ｓ極に着磁される複数の爪状磁極が互いに噛み合うように対向して構成された第１及び第２のポールコア体とを含む回転電機であって、前記導線の前記巻き終わり部は、前記第２の係止部及び前記他方の前記第１の係止部に係止されている。

この発明に係る巻線用ボビンによれば、第２の鍔部には巻線部に奇数層数で巻回された導線の巻き終わり部を係止する第２の係止部が設けられているので、導線の巻回層数が奇数層の場合でも、簡単な構成で、緊締して巻回された導線が弛むことなく所望のコイルの外径寸法を確保しつつ、巻き始め側の口出し線と巻き終わり側の口出し線とを同じ方向に導出させることができる。

また、この発明に係る回転電機によれば、第２の鍔部には巻線部に奇数層数で巻回された導線の巻き終わり部を係止する第２の係止部が設けられているので、導線の巻回層数が奇数層の場合でも、簡単な構成で、緊締して巻回された導線が弛むことなく所望のコイルの外径寸法を確保しつつ、同じ方向に導出した、巻き始め側口出し線及び巻き終わり側口出し線をスリップリングと電気的に容易に接続することができる。

この発明の実施の形態１の車両用交流発電機を示す側断面図である。 図１の回転子を示す側面図である。 図１の回転子を示す正面図である。 図１のボビンを示す正面図である。 図４の第１の係止部を示す斜視図である。 図１の回転子の要部を示す側断面図である。 従来の回転子の一例を示す要部側断面図である。 図７の導線の巻回状態を示す説明図である。 従来の回転子の他の例を示す要部側断面図である。 図９の導線の巻回状態を示す説明図である。 従来の車両用交流発電機の回転子を示す側面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の車両用交流発電機（以下、交流発電機と略称する）を示す側断面図である。
この交流発電機では、アルミニウム製のフロントブラケット１及びリヤブラケット２から構成されたケース３内に、一端部にプーリ４が固定されたシャフト５が回転自在に設けられている。このシャフト５にはランドル型の回転子６が固定されている。回転子６の外周には回転子６を囲むようにして固定子９がケース３の内壁面に固定されている。
シャフト５の他端部には、回転子６に電流を供給するスリップリング１０が固定されている。このスリップリング１０の表面には、ブラシホルダ１２内に収納された一対のブラシ１１が摺接するようになっている。
ブラシホルダ１２には、固定子９で生じる交流電圧の大きさを調整する電圧調整器１３が固定されている。また、リヤブラケット２内には、固定子９に電気的に接続され交流を直流に整流する整流器１４が設けられている。
フロントブラケット１には、内径側に複数の吸入孔１ａが形成され、外径側に複数の排出孔１ｂが形成されている。リヤブラケット２には、内径側に複数の吸入孔２ａが形成され、外径側に複数の排出孔２ｂが形成されている。

上記回転子６は、巻線用ボビン５０と、この巻線用ボビン５０にエナメル銅線である導線が複数層にわたって巻回され電流を流して磁束を発生するコイル１５と、このコイル１５を覆って設けられたポールコアと、プーリ４側のポールコアの端面に固定されたフロント側ファン７と、反プーリ４側のポールコアの端面に固定されたリヤ側ファン８とを備えている。このポールコアは、磁束によりＮ極、Ｓ極に着磁されるフロント側ポールコア体１６及びリヤ側ポールコア体１７を備えている。フロント側ポールコア体１６及びリヤ側ポールコア体１７は、それぞれ爪形状で互いに噛み合ったフロント側爪状磁極１８、リヤ側爪状磁極１９を有している。

上記固定子９は、回転子６からの回転磁界が通る固定子コア２０と、この固定子コア２０の内径側に設けられた固定子コイル２１とを備えている。鋼板を積層して構成された固定子コア２０の内径側には、軸線方向に延びて形成されたスロットが全周にわたって等分間隔で複数設けられている。
固定子コイル２１は、３相Ｙ形結線された二つの３相交流巻線により構成され、二つの３相交流巻線には位相差が与えられている。

上記整流器１４は、馬蹄形をしたアルミニウム製の第１のヒートシンク３０と、この第１のヒートシンク３０の表面上に周方向に間隔をおいて配置された直方体形状の第１の一方向性通電素子体３１と、この第１のヒートシンク３０の径方向の外側に配置され馬蹄形をしたアルミニウム製の第２のヒートシンク３２と、この第２のヒートシンク３２上に周方向に間隔をおいて配置された直方体形状の第２の一方向性通電素子体３３と、この第２の一方向性通電素子体３３を覆って設けられ馬蹄形をしたサーキットボード３４とを備えている。
アルミニウム製の第１のヒートシンク３０の裏面上には複数の放熱性フィン３０ａが放射状に形成されている。第１の一方向性通電素子体３１は、ダイオードが絶縁性樹脂によりインサートモールド成形で形成されている。
アルミニウム製の第２のヒートシンク３２の裏面の一部はリヤブラケット２と面接触している。第２の一方向性通電素子体３３は、ダイオードが絶縁性樹脂によりインサートモールド成形で形成されている。
サーキットボード３４は、複数のターミナル３５がインサートモールド成形されて形成されている。このターミナル３５により、第１の一方向性通電素子体３１と第２の一方向性通電素子体３３とはブリッジ回路を構成するように接続されている。また、ターミナル３５により、固定子コイル２１と整流器１４は接続されている。

図２は図１の回転子６の側面図、図３は図１の回転子６の正面図、図４は図１の巻線用ボビン５０の正面図である。
巻線用ボビン５０は、円筒形状の巻線部４９と、この巻線部４９のスリップリング１０側には第１の鍔部５１が形成されており、反スリップリング１０側には第２の鍔部５２が形成されている。第１の鍔部５１及び第２の鍔部５２には、それぞれ周方向に沿って軸線方向に突出した回り止め部５３が等分間隔で形成されている。この回り止め部５３は、フロント側爪状磁極１８、リヤ側爪状磁極１９の各根元部に嵌着された嵌着部５４と、この嵌着部５４よりも肉厚が厚く、隣接したフロント側爪状磁極１８の基端部間及び隣接したリヤ側爪状磁極１９の基端部間にそれぞれ位置した回り止め本体５５とから構成されている。各嵌着部５４には凹部５６が形成されており、この凹部５６には接着剤が充填、固化している。

第１の鍔部５１には、対向した一対の回り止め部５３にそれぞれ径方向に延びた、図５に示す第１の係止部５７が設けられている。また、第２の鍔部５２にも、１箇所の回り止め部５３に、第１の係止部５７と同一形状の第２の係止部５８が設けられている。

上記構成の車両用交流発電機では、バッテリ（図示せず）からブラシ１１、スリップリング１０を通じてコイル１５に電流が供給されて磁束が発生し、爪状磁極１８、１９には、それぞれＮ極、Ｓ極が生じる。
一方、エンジンによってプーリ４は駆動され、シャフト５によって回転子６が回転するため、固定子コア２０には回転磁界が与えられ、固定子コイル２１には起電力が生じる。
この交流の起電力は、回転子６に流れる電流を調整する電圧調整器１３によりその大きさが調整される。また、この交流の起電力により生じる交流は、整流器１４を通って直流に整流されて、バッテリに充電される。

回転子６の端面に固定されたリヤ側ファン８の回転により、リヤブラケット２側においては、外気は、吸入孔２ａを通じて吸い込まれ、図１中の矢印Ａで示されるように、整流器１４を冷却し、その後端子側接続部４０、固定子コイル２１のコイルエンドを冷却した後、排出孔２ｂから外部に排出される。また、図１中の矢印Ｂで示されるように、外気は、電圧調整器１３を冷却し、その後固定子コイル２１を冷却した後、排出孔１ｂから外部に排出される。
また、図１中の矢印Ｃ、Ｄで示されるように、フロントブラケット１側においては、外気は、吸入孔１ａを通じて吸い込まれた後フロント側ファン７により遠心方向に曲げられて固定子コイル２１のコイルエンドを冷却し、排出孔１ｂから外部に排出される。

この実施の形態では、巻線用ボビン５０に導線を複数層にわたって巻回する場合、まず第１の鍔部５１の一方の第１の係止部５７に導線の巻き始め部を係止した後、導線を巻線部４９において第１の鍔部５１から第２の鍔部５２に向かって巻回し、第２の鍔部５２まで巻回したところで、逆に第２の鍔部５２から第１の鍔部５１に向かって導線を巻回する。
この巻回作業を順次繰り返し、導線の巻回層数が偶数の場合には、最後には巻き終わり部４５は第１の鍔部５１の他方の第１の係止部５７に係止され、巻き終わり部４５に接続された巻き終わり側口出し線５９は、導線の巻き始め側口出し線６０と同じ方向に導出され、巻き始め側口出し線６０及び巻き終わり側口出し線５９はそれぞれスリップリング１０に電気的に接続される。

また、最終的に層数が奇数層の場合には、図６に示しように、第２の鍔部５２側で導線の巻回は終了するが、引き続き導線の巻き終わり部４５は、第２の鍔部５２の第２の係止部５８で係止し、図２に示すように、フロント側爪状磁極１８とこのフロント側爪状磁極１８に隣接したリヤ側爪状磁極１９との間の空間部を走って第１の鍔部５１の他方の第１の係止部５７に係止され、巻き終わり部４５に接続された巻き終わり側口出し線５９は、巻き始め口出し線６０と同じように、スリップリング１０側に導出され、巻き始め側口出し線６０及び巻き終わり側口出し線５９はそれぞれスリップリング１０に電気的に接続される。

図７は、従来の巻線用ボビン５０Ａに導線が偶数層で巻回された場合、即ち第２の鍔部５２に第２の係止部５８が無い場合を示す回転子の要部断面図である。
この例では、巻線用ボビン５０Ａに対して所望の導線の巻回層数よりも一層分少ない偶数層導線が巻回されており、図８に示すように、導線の巻き始めと巻き終わりは同じ第１の鍔部５１側である。
従って、巻き始め側口出し線６０及び巻き終わり側口出し線５９は共にスリップリング１０側に導出され、それぞれの口出し線６０，５９はスリップリング１０に容易に接続される。
しかしながら、このものの場合、本来、爪状磁極１８，１９とコイル１５の外周面とのスペースにさらに一層分の導線の巻回スペースがあるものの、口出し線６０，５９はスリップリング１０に導出させなければならないために、導線の巻回数を１層分減らしている。
そのため、導線の巻回数を減らしたことにより、コイル１５の電気抵抗値が低下し、それだけコイル１５には界磁電流が過大となり、コイルの温度上昇値が大きくなるという不都合が生じる。

一方、図９では、導線の巻回数を一層分増やして巻線用ボビン５０Ａに所望の奇数層数で導線が巻回されており、図１０に示すように、導線の巻き始めが第１の鍔部５１側であるのに対して、導線の巻き終わりが第２の鍔部５２側にある場合である。
このものの場合、奇数層を巻回した後の導線の巻き終わり部４５は、実施の形態１と異なり、第２の係止部５８で係止されることなく、図１１に示すように、複数の爪状磁極１８，１９の径方向の内側を走らせなければならない。
従って、例えば巻き終わり部４５及び最外層の導線が、回転子６の振動等の影響を受けて第１の鍔部５１側に偏り、緊締して巻回された導線が弛み、複数の爪状磁極１８，１９に衝突し、ひいては断線するおそれがある。

以上説明したように、この実施の形態の車両用交流発電機によれば、巻線用ボビン５０は、巻線部４９に奇数層数で巻回された導線の巻き終わり部４５を係止する第２の係止部５８が設けられている。
従って、導線の巻回層数が奇数層の場合でも、簡単な構成で、緊締して巻回された導線が弛むことなく所望のコイルの外径寸法を確保しつつ、巻き始め側口出し線５９と巻き終わり側口出し線６０とを同じ方向に導出させることができ、回転子６に隣接したスリップリング１０に容易に接続することができる。
また、巻き終わり部４５及び最外層の導線が、複数の爪状磁極１８，１９に衝突し、ひいては断線するおそれもない。

また、巻き終わり部４５は、隣接した爪状磁極１８，１９間を走っており、それだけ巻き終わり部４５は爪状磁極１８，１９との干渉が低減される。

また、第１の鍔部５１は、リヤ側ポールコア体１７の隣接したリヤ側爪状磁極１９間の根元部に、接着剤が充填、固化された凹部５６を有する嵌着部５４を有しており、また第２の鍔部５２は、フロント側ポールコア体１６の隣接したフロント側爪状磁極１８間の根元部に、接着剤が充填、固化された凹部５６を有する嵌着部５４を有しているので、巻線用ボビン５０は、リヤ側ポールコア体１７及びフロント側ポールコア体１６に強固に結合される。

なお、この実施の形態では、第２の鍔部５２に第２の係止部５８を１箇所設けたが、第２の係止部を複数箇所に設け、巻き終わり部４５を最寄りの第２の係止部に係止するようにしてもよい。
また、巻き終わり部４５は、爪状磁極１８，１９を横切るものであっても、緊締して巻回された導線が弛むことなく所望のコイル１５の外径寸法が確保される。
また、巻線用ボビンは、車両用交流発電機以外の、例えば電動機にも適用できるのは勿論である。

１ フロントブラケット、２ リヤブラケット、３ ケース、５ シャフト、６ 回転子、９ 固定子、１０ スリップリング、１５ コイル、１６ フロント側ポールコア体、１７ リヤ側ポールコア体、１８ フロント側爪状磁極、１９ リヤ側爪状磁極、２０ 固定子コア、２１ 固定子コイル、４５ 巻き終わり部、４９ 巻線部、５０ ボビン、５１ 第１の鍔部、５２ 第２の鍔部、５３ 回り止め部、５４ 嵌着部、５５ 回り止め本体、５６ 凹部、５７ 第１の係止部、５８ 第２の係止部、５９ 巻き終わり側口出し線、６０ 巻き始め側口出し線。

Claims (6)

1. 導線が巻回されてコイルが形成される巻線部と、この巻線部の両側にそれぞれ設けられた、第１の鍔部及び第２の鍔部とを備え、
   前記第１の鍔部及び前記第２の鍔部には、前記導線を係止する、第１の係止部及び第２の係止部がそれぞれ設けられ、
   前記第１の鍔部に設けられた前記第１の係止部は、一対あり、前記導線の巻き始め部は、一方の第１の係止部に係止され、
   前記巻線部に偶数層数で巻回される場合には、前記導線の巻き終わり部は、他方の第１の係止部に係止され、
   前記巻線部に奇数層数で巻回される場合には、前記導線の巻き終わり部は、前記第２の鍔部の前記第２の係止部で係止された後、前記第１の鍔部の他方の第１の係止部に向かって延び、引き続きこの他方の第１の係止部に係止され、
   前記導線は、前記巻き始め部と接続された巻き始め側口出し線、前記巻き終わり部と接続された巻き終わり側口出し線がそれぞれ前記第１の鍔部から導出していることを特徴とする巻線用ボビン。
2. 前記第２の係止部は、前記第２の鍔部に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の巻線用ボビン。
3. ケース内に回転自在に設けられたシャフトと、
   このシャフトに固定され回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に形成されるランドル型の回転子と、
   前記シャフトの端部に固定されたスリップリングと、
   この回転子を囲った固定子とを備え、
   前記回転子は、請求項１または２に記載の前記巻線用ボビン、この巻線用ボビンに前記導線が巻回されて構成されているとともに前記巻き始め側口出し線及び前記巻き終わり側口出し線と電気的に接続された前記スリップリングを通じて電流が供給されて磁束が発生する前記コイル、及びこのコイルを覆い前記磁束により前記Ｎ極、前記Ｓ極に着磁される複数の爪状磁極が互いに噛み合うように対向して構成された第１及び第２のポールコア体を含む回転電機であって、
   前記導線の前記巻き終わり部は、前記第２の係止部及び前記他方の前記第１の係止部に係止されていることを特徴とする回転電機。
4. 前記巻き終わり部は、隣接した前記爪状磁極間を走っていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記第１の鍔部及び前記第２の鍔部は、前記第１のポールコア体の隣接した爪状磁極間の根元部に、接着剤が充填、固化された凹部を有する嵌着部を有していることを特徴とする請求項３または４に記載の回転電機。
6. 前記回転電機は、車両用交流発電機であることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の回転電機。

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