JP2009131092A - 回転電機の固定子および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】体格の粗大化が抑えられ、かつ回転電機に用いられたときに性能の低下を生じさせない固定子を提供すること。
【解決手段】周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルとを備えた固定子であって、各相巻線は、スロット収容部４４とターン部４５と折り返し部４６とを有し、かつ各相巻線が、所定のスロット数毎の同一のスロットに、スロットの深さ方向で交互にスロット収容部４４が位置するように設置された巻装方向が異なる第一の巻線部４０ａと第二の巻線部４０ｂとからなり、深さ方向にスロット収容部４４が重なって収容されるスロットのうち、折り返し部４６が収容されるスロットと折り返し部４６に隣接したスロット収容部４４が収容されないスロットは、収容されるスロット収容部の重なり合った長さよりも深く形成されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、回転電機の固定子および回転電機に関する。

近年、電動機および発電機として使用される回転電機において、小型高出力が求められている。

例えば、車両に搭載される回転電機においては、回転電機を搭載するためのスペースが小さくなってきている一方で、出力の向上が求められている。

従来の回転電機は、たとえば、特許文献１に開示されている。

特許文献１には、連続した固定子巻線でコイルが形成された回転電機の固定子が開示されている。

しかしながら、これらの回転電機は、１２本の素線により三相固定子巻線を形成しており、２４箇所の素線端部が固定子の軸方向に突出する構造となっている。そして、これらの素線端部を結線する場合に、固定子の軸方向のスペースが必要となり、固定子の軸方向寸法が大きくなるという課題があった。
特開２００２−８８９９３号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、コイルエンドの体格の粗大化が抑えられ、かつ回転電機に用いられたときに性能の低下を生じさせない回転電機の固定子を提供することおよびこの固定子を用いた回転電機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者は回転電機の固定子について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の請求項１に記載の回転電機の固定子は、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルと、を備えた回転電機の固定子であって、各相巻線は、周方向の異なるスロットに設置されているスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部と、一方の端部と他方の端部との間に位置し巻装方向が反転するスロット収容部よりなる折り返し部と、を有し、かつ各相巻線が、所定のスロット数毎の同一のスロットに、スロットの深さ方向で交互にスロット収容部が位置するように設置された巻装方向が異なる第一の巻線部と第二の巻線部とからなり、深さ方向にスロット収容部が重なって収容されるスロットのうち、折り返し部が収容されるスロットと折り返し部に隣接したスロットのうちスロット収容部が収容されないスロットは、収容されるスロット収容部の重なり合った長さよりも深く形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１に記載の固定子において、全てのスロットの深さが、収容されるスロット収容部の重なり合った長さよりも深く形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１に記載の固定子において、収容されるスロット収容部の重なり合った数を、それ以外のスロットでの重なり合った数よりも少なくしていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜３のいずれかに記載の固定子において、各相巻線のターン部であって、折り返し部に接続されるターン部を構成する各相巻線の幅が、他の部分よりも細く形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜４のいずれかに記載の固定子において、各相巻線は、金属よりなる断面が矩形形状の導体と、導体を被覆した絶縁性の樹脂皮膜と、から構成されることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜５のいずれかに記載の固定子において、ターン部は、周方向でクランク形状に曲成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜６のいずれかに記載の固定子において、ターン部は、中央部が軸方向で前記固定子コアの端面からの突出高さが最も高い階段状に曲成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項７に記載の固定子において、ターン部の階段状の一段の高さは、各相巻線の太さであることを特徴とする。

請求項９に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜８のいずれかに記載の固定子において、スロットは、各相巻線のスロット収容部が深さ方向に並んで設置されることを特徴とする。

請求項１０に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜９のいずれかに記載の固定子において、折り返し部は、径方向の最内周側に位置することを特徴とする。

請求項１１に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜１０のいずれかに記載の固定子において、各相巻線の両端部は、径方向の最外周側に位置し、両端部は、ターン部の固定子コアの端面から突出した突出高さよりも低い位置にもうけられていることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の本発明の回転電機の固定子は、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルと、を備えた回転電機の固定子であって、各相巻線は、周方向の異なるスロットに設置されているスロット収容部と、スロットの外部で該スロット収容部同士を接続しているターン部と、一方の端部と他方の端部との間に位置し巻装方向が反転するスロット収容部よりなる折り返し部と、を有し、かつ各相巻線が、所定のスロット数毎の同一のスロットに、スロットの深さ方向で交互にスロット収容部が位置するように設置された巻装方向が異なる第一の巻線部と第二の巻線部とからなり、折り返し部が収容されたスロットに周方向で隣に位置するスロットは、スロットの折り返し部が位置する径方向位置が空隙となっており、かつ各相巻線のターン部であって、折り返し部に接続されるターン部を構成する各相巻線の径方向の幅が、他の部分よりも細く形成されていることを特徴とする。

請求項１２に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１１に記載の固定子において、各相巻線は、金属よりなる断面が矩形形状の導体と、導体を被覆した絶縁性の樹脂皮膜と、から構成されることを特徴とする。

請求項１３に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１１〜１２のいずれかに記載の固定子において、ターン部は、周方向でクランク形状に曲成されていることを特徴とする。

請求項１４に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１１〜１３のいずれかに記載の固定子において、ターン部は、中央部が軸方向で前記固定子コアの端面からの突出高さが最も高い階段状に曲成されていることを特徴とする。

請求項１５に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１４に記載の固定子において、ターン部の階段状の一段の高さは、各相巻線の太さであることを特徴とする。

請求項１６に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１１〜１５のいずれかに記載の固定子において、スロットは、各相巻線のスロット収容部が深さ方向に並んで設置されることを特徴とする。

請求項１７に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１１〜１６のいずれかに記載の固定子において、折り返し部は、径方向の最内周側に位置することを特徴とする。

請求項１８に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１１〜１７のいずれかに記載の固定子において、各相巻線の両端部は、径方向の最外周側に位置し、両端部は、ターン部の固定子コアの端面から突出した突出高さよりも低い位置にもうけられていることを特徴とする。

また、請求項１９に記載の本発明の回転電機は、請求項１〜１８のいずれかに記載の回転電機の固定子の内周側または外周側に、周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明の回転電機の固定子によると、コイルを構成する各相巻線の折り返し部および隣接するスロット収容部が収容されるスロットが、スロット収容部よりも深く形成されている。つまり、これらのスロットにおいては、スロット収容部が収容されないスペースが存在する。そして、このスペースにより、スロット収容部のスロット内の深さ方向での収容位置の自由度が向上する。この自由度により、接続したターン部が周囲のターン部と干渉を生じない位置にスロット収容部を導くことができる。つまり、本発明の回転電機の固定子では、コイルのターン部同士が干渉を生じなくなり、コイルエンドを回転子側に突出させなくても良くなっている。この結果、本発明の回転電機の固定子は、コイルエンドと回転子との干渉が抑えられ、固定子を用いた回転電機の性能の低下が抑えられる。

また、本発明の回転電機の固定子は、折り返し部を備えた巻線を波巻きしてコイルを形成しており、コイルの軸方向の端面から突出する巻線の端部の数が減少している。つまり、コイルの外部で各相巻線が接続される部位が巻線の一方の端部のみとなり、接続に要するコストを低減できる。

さらに、巻線の一方の端部が固定子コアの回転子と背向した背向面側にもうけられており、巻線がコイルの軸方向の端部（コイルエンド）をまたぐことなく外部回路と接続できる。

請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子によると、全てのスロットが深く形成されており、これにより、固定子の周方向の全周にわたって各相巻線の巻装方法の自由度が向上する。

請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子によると、一部のスロットに収容されるスロット収容部の数を減らすこととなる。つまり、固定子コアのスロット深さを特別に制御する必要がない。つまり、固定子コアのスロットを周方向で同じ深さとすることができ、固定子コアに要するコストの上昇を抑えることができる。

請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子によると、各相巻線を略矩形状の導体と樹脂皮膜とから構成したことで、安価にコイルを形成できる。

請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子によると、ターン部がクランク状に成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部の径方向での位置がずれてターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子によると、ターン部が階段状に成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部の軸方向での位置がずれてターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項７に記載の本発明の回転電機の固定子によると、一段の高さが各相巻線の太さの階段状にターン部が成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部同士が軸方向で重なり合うこととなり、ターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項８に記載の本発明の回転電機の固定子によると、スロット内に各相巻線のスロット収容部が深さ方向に一列に並んでおり、各相巻線において生じる磁力特性が高くなる。

請求項９に記載の本発明の回転電機の固定子によると、折り返し部が最内周側に位置することで、各相巻線を構成する二本の巻線の端部がコイルの内周側に位置しなくなり、この端部がコイルの軸方向の端部をまたがなくなり、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１０に記載の本発明の回転電機の固定子によると、各相巻線の両端部がコイルの軸方向の端部を超えなくなり、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１１に記載の本発明の回転電機の固定子によると、特定のターン部を構成する各相巻線の径方向での太さが、細くなっている。これにより、近接するターン部同士が干渉を生じることなく、接近した状態で各相巻線の取り回しを行うことができる。この結果、本発明の回転電機の固定子は、コイルエンドと回転子との干渉が抑えられ、固定子を用いた回転電機の性能の低下が抑えられる。

また、本発明の回転電機の固定子は、折り返し部を備えた巻線を波巻きしてコイルを形成しており、コイルの軸方向の端面から突出する巻線の端部の数が減少している。つまり、コイルの外部で各相巻線が接続される部位が巻線の一方の端部のみとなり、接続に要するコストを低減できる。

さらに、巻線の一方の端部が固定子コアの回転子と背向した背向面側にもうけられており、巻線がコイルの軸方向の端部（コイルエンド）をまたぐことなく外部回路と接続できる。

請求項１２に記載の本発明の回転電機の固定子によると、各相巻線を略矩形状の導体と樹脂皮膜とから構成したことで、安価にコイルを形成できる。

請求項１３に記載の本発明の回転電機の固定子によると、ターン部がクランク状に成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部の径方向での位置がずれてターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１４に記載の本発明の回転電機の固定子によると、ターン部が階段状に成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部の軸方向での位置がずれてターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１５に記載の本発明の回転電機の固定子によると、一段の高さが各相巻線の太さの階段状にターン部が成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部同士が軸方向で重なり合うこととなり、ターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１６に記載の本発明の回転電機の固定子によると、スロット内に各相巻線のスロット収容部が深さ方向に一列に並んでおり、各相巻線において生じる磁力特性が高くなる。

請求項１７に記載の本発明の回転電機の固定子によると、折り返し部が最内周側に位置することで、各相巻線を構成する二本の巻線の端部がコイルの内周側に位置しなくなり、この端部がコイルの軸方向の端部をまたがなくなり、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１８に記載の本発明の回転電機の固定子によると、各相巻線の両端部がコイルの軸方向の端部を超えなくなり、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項１９に記載の本発明の回転電機によると、コイルの体格の粗大化が抑えられた固定子を用いており、回転電機の体格の粗大化が抑えられたものとなっている。

以下に本発明の回転電機の固定子および回転電機を、実施の形態を用いてより具体的に説明する。

（第一実施形態例）
本実施形態の回転電機の構成を図１に示した。本実施形態の回転電機１は、略有底筒状の一対のハウジング部材１００，１０１とが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１０，１１１を介して回転自在に支承される回転軸２０に固定された回転子２と、ハウジング１０の内部で回転子２を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子３と、を備えている。

回転子２は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を、固定子３の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子２の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

固定子３は、図２に示したように、固定子コア３０と、複数の各相巻線から形成される三相のコイル４と、固定子コア３０とコイル４との間に配された絶縁紙５と、を備えた構成を有している。

固定子コア３０は、内周に複数のスロット３１が形成された円環状を有している。複数のスロット３１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、回転子２の磁極数に対し、コイル４の一相あたり２個の割合で形成されている。すなわち、８×３×２＝４８個のスロット３１が形成されている。

固定子コア３０は、所定の数の分割コアを周方向に配設して形成されている。本実施形態においては、２４個である。分割コアは、ひとつのスロット３１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コアとの間でひとつのスロットを区画する形状（径方向内方に伸びるティース部と、ティース部が形成されるバックコア部）に形成されている。

固定子コア３０（を構成する分割コア）は、０．３ｍｍの厚さの電磁鋼板４１０枚を積層させて形成されている。なお、積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。なお、固定子コア３０は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板および絶縁薄膜を用いて形成してもよい。

コイル４は、複数の巻線４０を所定の巻回方法で巻回してなる。コイル４を構成する巻線４０は、図３（Ａ）に示したように、銅製の導体４１と、導体４１の外周を覆い導体４１を絶縁する内層４２０及び外層４２１からなる絶縁皮膜４２とから形成されている。内層４２０および外層４２１を合わせた絶縁皮膜４２の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層４２０および外層４２１からなる絶縁皮膜４２の厚みが厚いので、巻線４０同士を絶縁するために巻線４０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がなくなっているが、線材同士を絶縁するためにあるいは固定子コア３０との間に絶縁紙を配してもよい。

外層４２１はナイロン等の絶縁材、内層４２０は外層よりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機に発生する熱により外層４２１は内層４２０よりも早く軟化するので、同じスロット３１に設置されている巻線４０同士が外層４２１同士で熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０が一体化し巻線４０同士が剛体化するので、スロット３１内の線巻線４０の機械的強度が向上する。また、過剰な振動が発生しても、内層４２０と導体４１の接着箇所よりも内層４２０と外層４２１との接着箇所が先に剥離するので、内層４２０と導体４１との接着を維持し絶縁を確保できる。

さらに、コイル４の巻線４０は、図３（Ｂ）に示したように、内層４２０および外層４２１からなる絶縁皮膜４２の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材４３で被覆してもよい。これにより、回転電機に発生する熱により融着材４３は絶縁皮膜４２よりも早く溶融するので、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０同士が融着材４３同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０が一体化し巻線４０同士が鋼体化することで、スロット３１の巻線４０の機械的強度が向上する。

コイル４を構成する巻線４０の絶縁皮膜４２には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）よりなる皮膜を用いても良い。

コイル４は、図４に示したように、それぞれ二本の三相巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）により形成されている。

コイル４は、複数の巻線４０を所定の形状に巻回してなる。コイル４を構成する巻線４０は、固定子コア３０の内周側で周方向にそって波巻きされている。そして、固定子コア３０に形成されたスロット３１に収容される直線状のスロット収容部４４と、隣り合ったスロット収容部４４同士を接続するターン部４５と、を備えている。スロット収容部４４は、所定のスロット数（本実施形態では３相×２個＝６個）ごとのスロット３１に収容されている。ターン部４５は、固定子コア３０の軸方向の端面から突出して形成されている。

そして、コイル４は、複数の巻線４０を一方の端部が固定子コア３０の軸方向の端面から突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装して形成されている。コイル４の１相は、周方向に沿って波状でありかつ異なる巻装方向に巻装された２本の巻線部４０ａ，４０ｂを巻装方向が反転する折り返し部４６で接続された構成を有している。つまり、巻線４０は、第一の巻線部４０ａと第二の巻線部４０ｂとが接続された構成を有している。二つの巻線部４０ａ，４０ｂは、同一スロット３１にそれぞれのスロット収容部４４が収容される。このとき、第一の巻線部４０ａのスロット収容部４４と、第二の巻線部４０ｂのスロット収容部４４は、スロット３１の深さ方向で交互にスロット収容部４４が位置するように設置されている。

コイル４においては、この二つの巻線部４０ａ，４０ｂを備えた成形体を２個で１相をなすように巻線４０が配されている。この二つの巻線部４０ａ，４０ｂの成形体を６組用いて３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）×２個（倍スロット）のコイル４を形成している。つまり、コイル４は、二つの巻線部４０ａ，４０ｂ×３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）×２個（倍スロット）＝１２本の巻線４０を用いて形成されている。

本実施形態においては、二つの巻線部４０ａ，４０ｂをもつ成形体は、周方向で４周巻回してコイル４を形成している。すなわち、コイル４は、二つの巻線部４０ａ，４０ｂをもつ成形体が径方向で４層重なった構成となっている。つまり、ひとつのスロット３１内に４層×２本＝８本のスロット収容部４４が配置されている。二つの巻線部４０ａ，４０ｂの成形体を巻回したコイル４は、巻線４０の端部が最外周層側に位置し、巻線４０の折り返し部４６が最内周層側に位置するように巻回されている。

コイル４において、ターン部４５は固定子コア３０の軸方向両側にそれぞれ形成されている。ターン部４５の略中央部は、ねじりを伴わないクランク状をなすように成形されている。ターン部４５のクランク形状は、固定子コア３０の周方向でクランク形状をなすように形成されている。このターン部４５のクランク形状によるずれ量は、巻線４０の略幅分である。これにより、径方向に隣接している巻線４０のターン部４５同士が干渉しなくなり、ターン部４５を密に巻回できる。その結果、コイル４の固定子コア３０の端面から突出したコイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、コイル４を形成した巻線４０が径方向外側に張り出すことが防止できる。

また、スロット３１から固定子コア３０の外に突出するターン部４５は、固定子コア３０の軸方向の端面から階段状に形成されている。ターン部４５が階段状に形成されたことで、巻線４０の階段状のターン部４５が周方向に隣り合うスロットから突出する巻線４０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出する巻線４０同士が互いに干渉することを避けるために、コイル４の固定子コア３０の端面から突出したコイルエンドの高さが高くなったり、あるいはコイルエンドの径方向の幅が大きくなることを防止できる。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。さらに、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、コイル４が径方向外側に張り出すことを防止できる。

階段状のターン部４５は、４段の階段状に形成されている。そして、４段の階段状のターン部４５の一段の高さは、巻線４０の略幅（高さ）分である。これにより、軸方向でターン部４５が重なり合ったときに、すき間を生じることなくターン部４５同士を重ね合わせることができ、ターン部４５を密に巻回できる。

階段状のターン部４５は、その最も高い部分（階段状の頂上部）が、クランク状に形成されている。したがって、巻線４０のターン部４５は、クランク部を挟んで両側を階段状に形成している。

コイル４は、ターン部４５が固定子コア３０から突出したコイルエンドの高さの範囲内で、コイル４を構成する各巻線４０の成形体の端部が径方向外方に向かって突出している。そして、各巻線４０の成形体の端部であって、中性点側の端部は、他方の端部よりも高い位置で径方向外方に突出している。

次に、本実施形態におけるコイル４を構成する巻線４０の巻回状態を図５〜６を用いてより具体的に説明する。

本実施形態のコイル４の展開図を図５に示した。図５に示したように、コイル４は、二つの巻線部４０ａ，４０ｂを備えた成形体を各相（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）ごとに、６組用いて形成されている。

各相の結線方法は同様であり、コイル４の巻線４０の巻回の仕方をＵ１相を用いて結線方法を説明する。ここで、Ｕ１相の結線方法は、巻線４０の二つの巻線部４０ａ，４０ｂのスロット収容部４４が収容されたスロット３１ａ〜ｈの収容位置と結線方法を示した図６を用いて説明する。

図６においては、破線が巻線部４０ａを実線が巻線部４０ｂを示す。なお、図６は、二つの巻線部４０ａ、４０ｂのスロット収容部４４がスロット３１に収容された位置（深さの番地）で示した。

Ｕ１相をなす巻線４０が収容されるスロット３１は、回転子２が８極であり、固定子コア３０に８個（３１ａ，３１ｂ，〜３１ｈ）が形成されている。スロット３１のうち、スロット３１ａおよびスロット３１ｂは、その深さが、９本のスロット収容部４４が重なった厚さとなるように形成されている。また、それ以外のスロット３１ｃ〜ｈは、その深さが、９本のスロット収容部４４が重なった厚さとなるように形成されている。成形体は、スロット収容部４４が重なるように形成されており、スロット３１には８本のスロット収容部４４が深さ方向に重なって収容される。スロット３１の深さ方向でスロット収容部４４が収容される位置を、開口部から深さ方向に進むにつれて、８番、７番、６、…１番と呼ぶ。なお、スロット３１ａおよびスロット３１ｈは、１番の奥の位置を０番と呼ぶ。

Ｕ１相に収容される巻線４０の成形体は、二つの巻線部４０ａ，４０ｂの２本を接合してなる。巻線４０ａの端部が固定子３の中性点に接続され、巻線４０ｂの端部がＵ１相に接続される。

巻線４０ａは、中性点に最も近いスロット収容部４４が、スロット３１ａの０番に収容され、つづいてスロット３１ｂの１番→スロット３１ｃの２番→スロット３１ｄの１番に収容される。その後、１番と２番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは１番に収容される。

巻線４０ｂは、相端子に最も近いスロット収容部４４が、スロット３１ｂの０番に収容され、つづいてスロット３１ｃの１番→スロット３１ｄの２番→スロット３１ｅの１番に収容される。その後、２番と１番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは２番に収容される。

スロット３１ｃ〜ｈでは、二つの巻線部４０ａ，４０ｂのスロット収容部４４は、スロット３１の深さ方向の位置が交互に入れ替わっている。

スロット３１ｈの１番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ａは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの２番に収容され、つづいてスロット３１ｂの３番→スロット３１ｃの４番→スロット３１ｄの３番に収容される。その後、３番と４番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは３番に収容される。

スロット３１ｈの２番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ｂは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの１番に収容され、つづいてスロット３１ｂの２番→スロット３１ｃの３番→スロット３１ｄの４番に収容される。その後、４番と３番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは４番に収容される。

スロット３１ｈの３番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ａは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの４番に収容され、つづいてスロット３１ｂの５番→スロット３１ｃの６番→スロット３１ｄの５番に収容される。その後、５番と６番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは５番に収容される。

スロット３１ｈの４番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ｂは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの３番に収容され、つづいてスロット３１ｂの４番→スロット３１ｃの５番→スロット３１ｄの６番に収容される。その後、６番と５番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは６番に収容される。

スロット３１ｈの５番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ａは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの６番に収容され、つづいてスロット３１ｂの７番→スロット３１ｃの８番→スロット３１ｄの７番に収容される。その後、７番と８番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは７番に収容される。

スロット３１ｈの６番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ｂは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの５番に収容され、つづいてスロット３１ｂの６番→スロット３１ｃの７番→スロット３１ｄの８番に収容される。その後、８番と７番とに交互に収容される。周方向に一周してスロット３１ｈでは８番に収容される。

スロット３１ｈの７番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ａは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの８番に収容される。また、スロット３１ｈの８番にスロット収容部４４が収容された巻線４０ｂは、次のスロット収容部４４が、スロット３１ａの８番に収容される。

つまり、スロット３１ａの８番に収容されたスロット収容部４４は、折り返し部４６となっている。

このとき、スロット３１ａの７番とスロット３１ｂの８番とは、ともに空隙となっている。

本実施形態の回転電機の固定子３では、特に、このスロット３１ａの７番の空隙により生じたスペースにより、折り返し部４６に接続されたターン部４５の取り回しが容易となっている。つまり、このスロット３１ａの７番の空隙により、このスロット収容位置につながるスペースに、折り返し部４５に接続されたターン部４５を取り回しすることができる。この結果、本実施形態の回転電機１の固定子３は、コイルエンドが径方向内方にはみ出すことが抑えられた。

（第二の実施の形態）
本実施の形態は、全てのスロット３１ａ〜ｈの深さが、スロット収容部４４の９個分の深さで形成されている以外は、ダイイチの実施の形態と同様な回転電機及び固定子である。

本実施形態においては、スロット収容部４４の深さ方向での８番目（最内周側）の位置が空隙となる。この空隙が、ターン部４５の取り回しのためのスペースとなる。この結果、本実施形態の回転電機１の固定子３は、第一の実施の形態の時と同様に、コイルエンドが径方向内方にはみ出すことが抑えられた。

（第三の実施の形態）
第一及び第二の実施の形態においては、巻線４０の成形体の巻数を一定としたときに、ターン部４５の取り回しのスペースを形成するために、スロット３１の深さを深くしている。これに対し、スロット３１の深さを固定した状態では、巻線４０の成形体の巻数を減らすことで、スロット３１に収容されるスロット収容部４４の数を減らすことができる。この方法でも、ターン部４５の取り回しのためのスペースが形成でき、第一及び第二の実施の形態の時と同様に、コイルエンドが径方向内方にはみ出すことが抑えられた。

（第四の実施の形態）
Ｕ１相のスロット３１ｈと折り返し部４６が収容されるスロット３１ａの間（周方向での間）には、Ｕ２相，Ｖ１相，Ｖ２相，Ｗ１相，Ｗ２相の各相の巻線４０が収容されるスロット３１が形成されている。

そして、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相においても、Ｕ１相と同様に巻線４０が巻装されている。この状態で、Ｕ１相のスロット３１ｈとスロット３１ａの間をターン部４５で接続しても、他の相の同様なターン部４５と干渉を生じる。

本実施形態においては、図７に示したように、Ｕ２相を構成する巻線４０が、Ｕ１相を構成する巻線４０の巻数よりも少なく巻回されている。つまり、Ｕ２相の巻線が収容されるスロットの最内周部には、空隙が形成されている。同様に、Ｖ２相およびＷ２相を構成する巻線の成形体の巻回数がＶ１相およびＷ１相のそれより少なくなっている。

そして、本実施形態においては、Ｕ１相のスロット３１ｈとスロット３１ａの間をターン部４５は、径方向でクランク形状をなすように、成形されている。また、軸方向での太さが、スロット収容部４５における太さの半分となるように形成されている。

ターン部４５は、クランク形状に形成されたことで、他の相のターン部４５と干渉を生じなくなっている。

本実施形態においては、折り返し部４６に接続されるターン部４５の軸方向での幅が短く形成されているが、ターン部４５とスロット収容部４４での巻線４０の断面積が一定となるように径方向の幅が設定されており、このターン部４５での電気的な特性が低下していない。

つまり、本実施形態においても、上記の各実施形態の時と同様に、コイルエンドが径方向内方にはみ出すことが抑えられた。

（比較の形態例）
上記の実施の形態においては同一相に配された成形体を構成する二本の巻線が４０ａ，４０ｂが接合されていたが、本比較の形態は、この二本が接合されていない状態で形成されたコイル４を備えている。本比較の形態の巻線の巻回方法を図８〜９に示した。

図８に展開図で示したように、コイル４の内周面側と外周面側の両面側に、コイル４を構成する巻線４０の両端部（巻き始め端部および巻き終わり端部）のそれぞれが位置している。このようなコイル４では、最内周面側の巻線４０の端部（巻き終わり端部）を接続するためには、コイルエンドの外方に巻線４０の端部（巻き終わり端部）を取り回ししなければならない。

本形態のように、巻線４０の数が多くなると、巻き終わり端部の取り回しが煩雑となり、コイル４の製造に多大なコストが要求されるようになる。この巻き終わり端部の取り回しの一例を図９に示した。図９は、図８と同様な手法で巻線の結線を示した図である。

さらに、図９に示したように、巻き終わり端部がコイル４の最内層側（スロットの８番目）から突出することで、巻き終わり端部を結線するためにはコイルエンドを乗り越えて結線する必要がある。この端部の取り回しの結果、コイルエンドの体格が粗大化し、コイル全体が粗大化している。

これに対し、本実施形態の回転電機１の固定子３では、コイル４を構成する二本の巻線４０ａ、４０ｂが折り返し部３６で接合されたことで、二本の巻線４０ａ、４０ｂの成形体の端部がコイルエンドから突出しない構成となっている。すなわち、本実施形態の回転電機１の固定子３は、コイル４の体格の粗大化が抑えられている。

（他の比較の形態例）
本形態は、ターン部４５の取り回しのためのスペースを形成しない場合の例である。

図１０に、本形態の固定子３の上面図を示した。本形態は、折り返し部４６に接続されるターン部４５の取り回しのためのスペースが形成されていないため、最内周側に位置するターン部４５がコイル４の内周面から突出している。このような構成の固定子では、回転子２の組み付けが困難となる。

これに対し、上記の実施の形態では、コイル４の回転子２と対向する内周面から径方向内方に巻線４０が突出しておらず、コイル４が回転子２に干渉しない構成となっている。

このように、本実施形態の回転電機の固定子１は、小型化を達成できるものとなっており、性能の優れた回転電機を提供できる効果を発揮する。

実施形態の回転電機の構成を示した図である。 実施形態の回転電機の固定子の斜視図である。 実施形態の回転電機のコイルを構成する各相巻線の構成を示す断面図である。 第１の実施の形態の回転電機のコイルの各相巻線の結線を示した図である。 第１の実施形態の回転電機のコイルの巻線の展開図である。 第１の実施形態の回転電機のコイルの結線を示した図である。 第４の実施形態の回転電機のコイルの巻き終わり部近傍の構成を示した図である。 比較の形態の回転電機のコイルの各相巻線の結線を示した図である。 比較の形態の回転電機の固定子の側面図である。 他の比較の形態例の回転電機の固定子の上面図である。

符号の説明

１：回転電機 １０：ハウジング
１１０，１１１：軸受け
２：回転子 ２０：回転軸
３：固定子 ３０：固定子コア
３１，３１ａ〜ｈ：スロット
４：コイル ４０：各相巻線
４１：導体 ４２：絶縁皮膜
４３：スロット収容部 ４４：融着材
４５：ターン部 ４６：折り返し部
４７：絶縁皮膜

Claims (19)

1. 周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、
   該スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルと、
   を備えた回転電機の固定子であって、
   該各相巻線は、周方向の異なる該スロットに設置されているスロット収容部と、該スロットの外部で該スロット収容部同士を接続しているターン部と、一方の端部と他方の端部との間に位置し巻装方向が反転する該スロット収容部よりなる折り返し部と、を有し、
   かつ該各相巻線が、所定のスロット数毎の同一の該スロットに、該スロットの深さ方向で交互に該スロット収容部が位置するように設置された巻装方向が異なる第一の巻線部と第二の巻線部とからなり、
   深さ方向に該スロット収容部が重なって収容される該スロットのうち、該折り返し部が収容される該スロットと該折り返し部に隣接した該スロットのうち該スロット収容部が収容されない該スロットは、収容されるスロット収容部の重なり合った長さよりも深く形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 全ての前記スロットの深さが、収容される前記スロット収容部の重なり合った長さよりも深く形成されている請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 収容される前記スロット収容部の重なり合った数を、それ以外の該スロットでの重なり合った数よりも少なくしている請求項１記載の回転電機の固定子。
4. 前記各相巻線は、金属よりなる断面が矩形形状の導体と、該導体を被覆した絶縁性の樹脂皮膜と、から構成される請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機の固定子。
5. 前記ターン部は、周方向でクランク形状に曲成されている請求項１〜４のいずれかに記載の回転電機の固定子。
6. 前記ターン部は、中央部が軸方向で前記固定子コアの端面からの突出高さが最も高い階段状に曲成されている請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機の固定子。
7. 前記ターン部の前記階段状の一段の高さは、前記各相巻線の太さである請求項６記載の回転電機の固定子。
8. 前記スロットは、前記各相巻線の前記スロット収容部が深さ方向に並んで設置される請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機の固定子。
9. 前記折り返し部は、径方向の最内周側に位置する請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機の固定子。
10. 前記各相巻線の両端部は、径方向の最外周側に位置し、
    該両端部は、前記ターン部の前記固定子コアの端面から突出した突出高さよりも低い位置にもうけられている請求項１〜９のいずれかに記載の回転電機の固定子。
11. 周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、
    該スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルと、
    を備えた回転電機の固定子であって、
    該各相巻線は、周方向の異なる該スロットに設置されているスロット収容部と、該スロットの外部で該スロット収容部同士を接続しているターン部と、一方の端部と他方の端部との間に位置し巻装方向が反転する該スロット収容部よりなる折り返し部と、を有し、
    かつ該各相巻線が、所定のスロット数毎の同一の該スロットに、該スロットの深さ方向で交互に該スロット収容部が位置するように設置された巻装方向が異なる第一の巻線部と第二の巻線部とからなり、
    該折り返し部が収容された該スロットに周方向で隣に位置する該スロットは、該スロットの該折り返し部が位置する径方向位置が空隙となっており、
    かつ該各相巻線の該ターン部であって、該折り返し部に接続される該ターン部を構成する該各相巻線の径方向の幅が、他の部分よりも細く形成されていることを特徴とする回転電機の固定子。
12. 前記各相巻線は、金属よりなる断面が矩形形状の導体と、該導体を被覆した絶縁性の樹脂皮膜と、から構成される請求項１１に記載の回転電機の固定子。
13. 前記ターン部は、周方向でクランク形状に曲成されている請求項１１〜１２のいずれかに記載の回転電機の固定子。
14. 前記ターン部は、中央部が軸方向で前記固定子コアの端面からの突出高さが最も高い階段状に曲成されている請求項１１〜１３のいずれかに記載の回転電機の固定子。
15. 前記ターン部の前記階段状の一段の高さは、前記各相巻線の太さである請求項１４記載の回転電機の固定子。
16. 前記スロットは、前記各相巻線の前記スロット収容部が深さ方向に並んで設置される請求項１１〜１５のいずれかに記載の回転電機の固定子。
17. 前記折り返し部は、径方向の最内周側に位置する請求項１１〜１６のいずれかに記載の回転電機の固定子。
18. 前記各相巻線の両端部は、径方向の最外周側に位置し、
    該両端部は、前記ターン部の前記固定子コアの端面から突出した突出高さよりも低い位置にもうけられている請求項１１〜１７のいずれかに記載の回転電機の固定子。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の回転電機の固定子の内周側または外周側に、周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする回転電機。