JP2011045165A - 回転電機用電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで回転電機の小型化及び効率改善を可能とする。
【解決手段】周方向に分散配置された複数のスロット１２を有する略円筒状のコア１１と、スロット１２に巻装される複数相のコイル２１と、当該複数相のコイル２１の端部を互いにスター結線するように接続する接続導体４１と、を備えた回転電機用電機子。各相のコイル２１は、それぞれ並列接続される２つの構成コイルを有し、２つの構成コイルの中性点側の端部である中性端２４がコア径方向に並べて配置され、各相について、コア径方向に並べて配置された２つの中性端２４が、接続導体４１をコア径方向の両側から挟んだ状態でそれぞれ接続導体４１に接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数相のコイルがそれぞれ並列接続されると共に、当該複数相のコイルが互いにスター結線された構成の回転電機用電機子に関する。

それぞれ２つの構成コイルが並列接続されて構成され、略円筒状のコアに巻装される複数相のコイルと、当該複数相のコイルを互いにスター結線するように接続する接続導体と、を備えた回転電機用電機子が従来から知られている。例えば下記の特許文献１には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルの三相のコイルと、これら三相のコイルを互いにスター結線するように接続する接続導体としての中性点接続金具と、を備えた回転電機用ステータにおいて、各相のコイルがそれぞれ並列接続された第１コイル部と第２コイル部とを有している構成が記載されている。この特許文献１に記載された回転電機用ステータでは、並列接続される各相の第１コイル部と第２コイル部とは、それぞれ所定位相だけずれた状態で周方向の異なる位置に配置されている。

特開２００５−１３０６６７号公報

そのため、特許文献１に記載された回転電機用ステータでは、各相コイルの接続端子を比較的近接させて集約配置したとしても、各相の第１コイル部及び第２コイル部が周方向の異なる位置で中性点接続金具に接続されることになり、その結果、中性点接続金具の周方向長さは長くならざるを得ない。そのため、回転電機用ステータ、ひいては回転電機全体の大型化を招いてしまうという問題があった。また、周方向における中性点接続金具と各相コイルとの間の接合箇所の数が増大してしまい、作業効率の低下やコストの増大を招くという問題があった。

また、各相の第１コイル部の端部と第２コイル部の端部とが周方向の異なる位置で中性点接続金具に接続されるため、中性点接続金具の電気抵抗によって第１コイル部の一端と第２コイル部の一端との間に電位差が生じてしまう場合がある。このような電位差が生じると、電位の高いコイル部から電位の低いコイル部に向かう内部電流（所謂、循環電流）が流れる。その結果、当該循環電流による銅損（ジュール熱による損失）が発生して回転電機の効率の低下につながるという問題があった。

そこで、それぞれ２つの構成コイルが並列接続されて構成され、略円筒状のコアに巻装される複数相のコイルと、当該複数相のコイルを互いにスター結線するように接続する接続導体と、を備えた回転電機用電機子において、低コストで回転電機の小型化及び効率改善を可能とする技術の実現が望まれる。

本発明に係る、周方向に分散配置された複数のスロットを有する略円筒状のコアと、前記スロットに巻装される複数相のコイルと、当該複数相のコイルの端部を互いにスター結線するように接続する接続導体と、を備えた回転電機用電機子の特徴構成は、各相の前記コイルは、それぞれ並列接続される２つの構成コイルを有し、２つの前記構成コイルの中性点側の端部である中性端がコア径方向に並べて配置され、各相について、コア径方向に並べて配置された２つの前記中性端が、前記接続導体をコア径方向の両側から挟んだ状態でそれぞれ前記接続導体に接続されている点にある。

なお、本願では、「コア径方向」は、円筒状のコアを基準として規定される径方向を意味するものとする。同様に、「周方向」及び「軸方向」の各方向も、円筒状のコアを基準として規定される方向を意味するものとする。このとき、各相のコイルや接続導体についての各方向は、各相のコイルがスロットに巻装され、かつ、接続導体が各相のコイルに接続された状態での方向として規定するものとする。
また、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。

上記の特徴構成によれば、並列接続される各相の２つの構成コイルが中性端をコア径方向に並べて配置された状態で接続導体に接続されるので、接続導体の周方向長さを短く抑えることができる。よって、回転電機用電機子、ひいては回転電機全体を小型化することができる。また、各相の２つの中性端が接続導体をコア径方向の両側から挟んだ状態で接続導体に接続されるので、各相コイルの２つの中性端に関して、接続導体との接合を周方向の一箇所でまとめて行なうことができる。よって、全体として周方向における接続導体と各相コイルとの間の接合箇所の数を少なく抑えることができる。その結果、作業効率を向上させると共にコストの低減を図ることができる。

また、各相の２つの構成コイルの中性端が、接続導体のコア径方向の両側で接続導体に接続されるので、これら２つの中性端の間の距離を接続導体のコア径方向の幅と同等にまで短くすることができる。よって、各相の２つの構成コイルの中性端の間に電位差が生じるのを効果的に抑えることができ、これらの間で循環電流が流れるのを抑制することができる。その結果、循環電流による銅損の発生を抑制して、回転電機のエネルギ効率を向上させることができる。

従って、上記の特徴構成によれば、それぞれ２つの構成コイルが並列接続されて構成され、略円筒状のコアに巻装される複数相のコイルと、当該複数相のコイルを互いにスター結線するように接続する接続導体と、を備えた回転電機用電機子において、低コストで回転電機の小型化及び効率改善が可能となる。

ここで、各相の前記構成コイルは、前記コアから軸方向に突出する一方側の端部に、周方向の位置が異なる２つの前記スロット内に配置された２つのコイル辺部を周方向に接続する渡り部を備え、コア径方向の同じ位置に配置された互いに異なる二相のコイルの前記渡り部が周方向に所定間隔を空けて並べて配置されることにより、当該２つの渡り部の間に異相間隙間が形成され、各相の前記中性端が、前記異相間隙間を通って軸方向に引き出されて前記接続導体に接続されている構成とすると好適である。

この構成によれば、コイル辺部と渡り部とにより各相の構成コイルを適切に構成することができる。また、コア径方向の同じ位置において、異相間隙間を挟んで互いに異なる二相のコイルの渡り部が周方向に所定間隔を空けて並べて配置されるので、当該異相間隙間を利用して各相の中性端を軸方向に引き出し、これらを接続導体に接続する構成とすることで、コア径方向で当該コアが占める範囲内において、各相の中性端を渡り部と干渉することなく接続導体に接続させることができる。よって、構成コイルのコアから突出する部分（所謂、コイルエンド部）の大型化を抑制しつつ、適切にスター結線を行なうことができる。

また、それぞれの前記構成コイルに関して、同一の前記スロット内で２つの前記コイル辺部がコア径方向に並べて配置されると共に、２つの前記コイル辺部から連続して延びる２つの前記渡り部が軸方向視で重ねて配置されている構成とすると好適である。

この構成によれば、各構成コイルにおいて、コア径方向に並べて配置される２つのコイル辺部が、これらからそれぞれ延びる渡り部が軸方向視で重ねて配置されるので、各構成コイルの渡り部のコア径方向に隣接して、コイル１本分の幅に相当するだけの空間が形成される。よって、その空間を利用して互いに異なる相の渡り部をコア径方向に並べて配置させて、コイルエンド部をコンパクトに構成することができる。また、上記異相間隙間を通って中性端を軸方向に引き出す際に、中性端を引き出すための空間を確保することが容易となる。

また、各相について、２つの前記中性端から連続して延びる前記コイル辺部が、同一の前記スロット内において前記コイル１本分の間隔を空けてコア径方向に並べて配置されると共に、前記接続導体が、前記コイルのコア径方向幅と略等しい幅を有して構成されている構成とすると好適である。

この構成によれば、同一のスロット内にコイル１本分の間隔を空けて配置される２つのコイル辺部から連続して延びる部位を、そのままの間隔を維持しつつ中性端として引き出して、接続導体に接続することができる。その際、曲げ加工を行う必要がある場合にも、少ない曲げ回数で軸方向に引き出すことができる。よって、各相のコイルをスター結線する際の製造性を良好なものとすることができる。

また、各相の前記構成コイルは断面略矩形状の線状導体からなり、各相の２つの前記中性端が、互いに対向する対向面が略平行となるように配置され、前記接続導体は、板状部材からなると共に、コア径方向の両面が前記対向面と略平行となるように少なくとも周方向の二箇所で屈曲された形状を有する構成とすると好適である。

この構成によれば、各相の中性端がコア径方向に並んだ向きに合わせて接続導体を少なくとも周方向の二箇所で屈曲させることで、板状部材からなる接続導体と断面略矩形状の線状導体からなる中性端とを、これらが面接触する状態で接続することができる。よって、接続導体と各相の中性端との接合を良好に行なうことができる。

また、前記接続導体は、各相の前記中性端との接続部位におけるコア径方向の両面に、当該接続導体の他の部分に対して僅かに窪ませた形状の凹部を複数備え、それぞれの前記凹部に、当該凹部の深さに応じたコア径方向幅を有する蝋材を介在させた状態で、前記接続導体と各相の前記中性端とを抵抗蝋付により接合してなる構成とすると好適である。

この構成によれば、接続導体と中性端との間に不要な応力を作用させることなく蝋材を介在させた状態で、接続導体と各相の中性端とを抵抗蝋付により接合することができる。その際、中性端との接続部位における接続導体のコア径方向幅が他の部位に対して薄くなっているので、当該接続部位の熱容量を小さくすることができ、凹部を備えない場合と比較して抵抗蝋付を行うために投入する電気エネルギを小さくすることができる。よって、より穏やかな条件で抵抗蝋付を行なうことができるので、接合強度を一定レベルに保ちつつ、接続導体の凹部以外の部位への熱影響を低く抑えることができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るステータの全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るステータの各相コイルの結線状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る構成コイルの一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るステータの中性点付近を示す拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るステータの中性点付近を示す拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るステータのコイルの配置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る接続導体と各相の中性端との接続構造を示す模式図である。

本発明に係る回転電機用電機子の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、本発明に係る回転電機用電機子を、回転電機１のステータ２に適用した場合を例として説明する。図１〜３に示すように、ステータ２は、周方向に分散配置された複数のスロット１２を有する略円筒状のステータコア１１と、スロット１２に巻装される複数相のコイル２１と、当該複数相のコイル２１の端部を互いにスター結線するように接続する中性導体４１と、を備えている。このような構成において、本実施形態に係るステータ２は、各相のコイル２１が、それぞれ並列接続される２つの構成コイル２２、２３を有し、２つの構成コイル２２、２３の中性点Ｎ側の端部である中性端２４がコア径方向に並べて配置され、各相について、コア径方向に並べて配置された２つの中性端２４が、中性導体４１をコア径方向の両側から挟んだ状態でそれぞれ中性導体４１に接続されている（図５及び図６を参照）点に特徴を有する。これにより、低コストで回転電機１の小型化及び効率改善を図ることが可能となっている。以下、この回転電機１の各部の構成について詳細に説明する。なお、本実施形態においては、ステータ２が本発明における「回転電機用電機子」に相当し、ステータコア１１が本発明における「コア」に相当する。また、中性導体４１が本発明における「接続導体」に相当する。

１．回転電機の全体構成
図１に示すように、回転電機１は、ステータ２、ロータ３、及びケース５を備えている。ステータ２はコイル２１を備えており、当該コイル２１に電流を流すことで磁界を発生させることができる。ステータ２は、ケース５の内周面に固定されている。ステータ２の構成については後に詳細に説明する。また、ステータ２のコア径方向内側には、永久磁石（不図示）を備えた界磁としてのロータ３が、ロータ軸４を回転軸としてステータ２に対して相対回転可能に支持されて配置されている。すなわち、本実施形態における回転電機１は、電機子としてのステータ２を備えたインナーロータ型の回転電機とされている。ケース５は、軸方向一方側に端壁５ａが設けられた円筒形状に形成されている。ケース５は軸方向他方側に開口しており、当該開口を塞ぐようにケース５にカバー６が取り付けられている。そして、ケース５の端壁５ａ及びカバー６のコア径方向中央部に軸受７が設けられており、ロータ３及びロータ軸４は軸受７を介してケース５及びカバー６に対して回転可能に支持されている。

２．ステータの構成
図２に示すように、ステータ２は、ステータコア１１と、コイル２１と、中性導体４１と、を備えている。ステータコア１１は磁性材料を用いて構成されており、略円筒形状に形成されている。ステータコア１１は、その内周面に、周方向に分散配置された複数のスロット１２を有する。複数のスロット１２は、所定の周方向間隔で、それぞれ軸方向に延びるように設けられている。各スロット１２は、軸方向に直交する面における断面が互いに同じ断面形状に形成されている。本例では、スロット１２のコア径方向内側に開口する開口幅（周方向幅）がスロット１２の内部の周方向幅よりも狭く形成されており、スロット１２は所謂セミオープンスロットとされている。また、本実施形態においては、ステータコア１１には、その全周で計４８個のスロット１２が設けられている。ステータコア１１の各スロット１２には、複数相（本例ではＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相）のコイル２１が波巻・分布巻の形態で巻装されている。そして、本実施形態に係るステータ２は、三相交流で駆動される回転電機１に用いられるステータとされている。なお、以下では、コイル２１を構成する各部材について、特にＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相を区別する必要がある場合には、例えば２１ｕ、２１ｖ及び２１ｗのように、各部材を示す符合の後に小文字の「ｕ」、「ｖ」及び「ｗ」を付して説明するものとする。

また、本実施形態においては、図３に示すように、各相のコイル２１は、それぞれ２つの構成コイル２２、２３を有し、これら２つの構成コイル２２、２３が並列接続されて構成されている。すなわち、Ｕ相接続端子ＴｕにはＵ相第一構成コイル２２ｕとＵ相第二構成コイル２３ｕとがそれぞれ接続されると共に、これらの構成コイル２２ｕ、２３ｕの中性点Ｎ側の端部である２つの中性端２４ｕ（図５を参照）が、それぞれ中性導体４１に接続されている。Ｖ相接続端子ＴｖにはＶ相第一構成コイル２２ｖとＶ相第二構成コイル２３ｖとがそれぞれ接続されると共に、これらの構成コイル２２ｖ、２３ｖの中性点Ｎ側の端部である２つの中性端２４ｖ（図５を参照）が、それぞれ中性導体４１に接続されている。Ｗ相接続端子ＴｗにはＷ相第一構成コイル２２ｗとＷ相第二構成コイル２３ｗとがそれぞれ接続されると共に、これらの構成コイル２２ｗ、２３ｗの中性点Ｎ側の端部である２つの中性端２４ｗ（図５を参照）が、それぞれ中性導体４１に接続されている。なお本願では、「中性端２４」は、各構成コイル２２、２３を構成する導体のうち、中性導体４１に接続される部分であって、ステータコア１１よりも軸方向他方側に突出する部分全体を指すものとする。このように結線された各相のコイル２１には、各相の接続端子Ｔから互いに所定の位相差を有する三相の励磁電流がそれぞれ供給される。これにより、ステータ２は回転磁界を発生させてロータ３を回転させる。

本実施形態では、各相の構成コイル２２、２３は、長手方向（通電方向に等しい）に直交する面における断面形状が略矩形状の線状導体で構成されている。この線状導体を構成する材料は、例えば銅やアルミニウム等とすることができる。線状導体の表面は、接合が必要となる中性導体４１との接続部位や接続渡り部３３（図２を参照）における接続部位を除き、樹脂等からなる絶縁被膜により被覆されている。図４は、本実施形態に係る構成コイル２２、２３の一部を示す斜視図である。本実施形態に係る構成コイル２２、２３は、図４に示す単位コイルＣが２つ、直列に接続されて構成されている。つまり、本実施形態に係る各相のコイル２１は、図３に示すように、２つの単位コイルＣがそれぞれ直列に接続されて構成される２つの構成コイル２２、２３が、並列に接続されて構成されている。

直列接続された２つの単位コイルＣからなる各相の構成コイル２２、２３は、スロット１２内に配置されるコイル辺部３１と、周方向の位置が異なる２つのスロット１２内に配置された同相のコイル辺部３１をステータコア１１の軸方向両端部において周方向に接続する渡り部３２と、を備えている。各構成コイル２２、２３を構成する単位コイルＣにおいては、２つのコイル辺部３１がコア径方向に並べて配置されると共に、コア径方向に並べて配置された２つのコイル辺部３１が二組、周方向に並べて配置されている。ここで、構成コイル２２、２３は、各コイル辺部３１がステータコア１１の内周面に設けられた複数のスロット１２の位置に対応して周方向に所定間隔で分散配置されて、全体として略円筒状に形成されている。各相の構成コイル２２、２３はコア径方向に並べて配置され、これにより各相のコイル２１も全体として略円筒状に形成されている。これらの各相のコイル２１がステータコア１１に巻装された状態では、互いに隣接する２つのスロット１２において、それぞれ同一のスロット１２内で２つのコイル辺部３１がコア径方向に並べて配置される。

本実施形態においては、ステータコア１１の軸方向一方側（図２における下側、図４における上側）における渡り部３２は、コア径方向内側に屈曲形成された屈曲渡り部３４とされている。各相の屈曲渡り部３４は、コイル辺部３１から連続してコア径方向に屈曲して延びる径方向導体部３４ａと、周方向の位置が異なる２つの径方向導体部３４ａを周方向に接続する周方向導体部３４ｂと、を備えている。ここでは詳細な説明は省略するが、三相のコイル２１が組み合わされた状態で、屈曲渡り部３４では全周に亘って三相のうちの二相分の周方向導体部３４ｂが軸方向に並べて配置されている。また、本実施形態では、ステータコア１１に巻装された状態で、各相の構成コイル２２、２３の径方向導体部３４ａの、スロット１２のコア径方向内側の開口部に対応する位置には、当該開口部の周方向幅よりも狭い幅狭凹部３５が形成されている。これにより、三相のコイル２１をステータコア１１に軸方向一方側から挿入して、セミオープン形状のスロット１２に巻装することが可能とされている。

一方、ステータコア１１の軸方向他方側（図２における上側、図４における下側）における渡り部３２は、コア径方向内側に屈曲形成されることはなく、周方向の位置が異なる２つのコイル辺部３１の軸方向外側（軸方向他方側）で、周方向導体部３２ｂによりこれらをそのまま周方向に接続している。本実施形態においては、図２に示すように、渡り部３２では全周に亘って三相のうちの二相分の周方向導体部３２ｂがコア径方向に並べて配置されている。より詳細には、図５及び図６に示すように、Ｖ相コイル２１ｖの構成コイル２２ｖ、２３ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖは、その周方向中央部にコア径方向の段差部を有し、周方向一方側の部位が周方向他方側の部位に対してコア径方向外側にオフセットされている。そして、Ｖ相コイル２１ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖの周方向一方側の部位のコア径方向内側にはＷ相コイル２１ｗを構成する周方向導体部３２ｂｗの周方向他方側の部位が配置されている。また、Ｖ相コイルを構成する周方向導体部３２ｂｖの周方向他方側の部位のコア径方向外側にはＵ相コイル２１ｕを構成する周方向導体部３２ｂｕの周方向一方側の部位が配置されている。更に、Ｕ相コイル２１ｕを構成する周方向導体部３２ｂｕの周方向他方側の部位のコア径方向内側にはＷ相コイル２１ｗを構成する周方向導体部３２ｂｗの周方向一方側の部位が配置されている。

また、ステータコア１１の軸方向他方側には、通常の渡り部３２とは別に、各構成コイル２２、２３において、２つの単位コイルＣを直列に接続するための接続渡り部３３が備えられている。本実施形態においては、各相のコイル２１を構成する単位コイルＣ（図４を参照）が、各相について４つずつコア径方向に並べられた状態でステータコア１１に巻装されている。そして、各相の接続渡り部３３により、第一構成コイル２２においては、４つの単位コイルＣのうち、コア径方向で最外周側に配置される単位コイルＣとコア径方向で最内周側に配置される単位コイルＣとが直列接続されている。また、もう１つの接続渡り部３３により、残余の２つの単位コイルＣを直列接続するように、これらの単位コイルＣどうしが接続されて第二構成コイル２３が構成されている。

各相の接続渡り部３３は、渡り部３２の軸方向外側（軸方向他方側）に配置されており、コア径方向の異なる位置に配置された２つの単位コイルＣを構成するコイル辺部３１であって、周方向の位置が異なる２つのスロット１２内に配置されたコイル辺部３１を、コア径方向及び周方向に接続している。そのような構成を実現するため、接続渡り部３３は、径方向導体部３３ａと周方向導体部３３ｂと軸方向導体部３３ｃとを備えて構成されている。また、本実施形態では、２つの単位コイルＣの端部をそれぞれ引き出して接合することにより接続渡り部３３が構成されるものとされていることから、これらの接合のためのスペースを確保するため、また、絶縁性を適切に確保し易い構成を実現するため、それぞれの接続渡り部３３は、中性端２４や他の接続渡り部３３と所定間隔を空けて配置されている。そのため、それぞれの接続渡り部３３は、図５及び図６に示すように、コア径方向、周方向、及び軸方向に複雑に屈曲して延びる形態で、コア径方向及び周方向の異なる位置に配置された２つのコイル辺部３１を接続している。

ところで、ステータコア１１の軸方向他方側では、２つのコイル辺部３１から連続して延びる２つの渡り部３２が、軸方向視で重ねて配置されている。上記のとおり、各構成コイル２２、２３において、２つのコイル辺部３１は同一のスロット１２内でコア径方向に並べて配置されている。よって、各相の構成コイル２２、２３について見た場合、渡り部３２を構成する周方向導体部３２ｂの部分においては、そのコア径方向に隣接して、構成コイル２２、２３を構成する線状導体１本分のコア径方向幅に相当する空間が生じることになる。この空間を利用して、上記したように他相の周方向導体部３２ｂが配置されるのである。

本実施形態では、各相の第一構成コイル２２及び第二構成コイル２３について、それぞれコア径方向の内周側に配置される単位コイルＣに含まれるコイル辺部３１から連続して延びる導体部分が、各相の中性端２４とされている。なお、各単位コイルＣにおいては、２つのコイル辺部３１が同一のスロット１２内でコア径方向に並べて配置されており、各相２つの中性端２４から連続して延びるコイル辺部３１も、同一のスロット１２内においてコイル２１を構成する線状導体１本分の間隔（線状導体のコア径方向幅に相当）を空けてコア径方向に並べて配置されている。そして、本実施形態では、各相それぞれ２つの中性端２４は、ステータコア１１の軸方向他方側においてそれぞれ同様の曲げ加工により軸方向に引き出されて、線状導体１本分の間隔を保ったままで中性導体４１に接続されている。

中性導体４１は、各相のコイル２１の端部（中性端２４）を互いにスター結線するように接続するための導体である。本実施形態では、中性導体４１は板状部材により構成されている。この中性導体４１を構成する材料は、例えば銅やアルミニウム等とすることができる。中性導体４１の表面は、接合が必要となる各相の中性端２４との接続部位を除き、樹脂等からなる絶縁被膜により被覆されている。本実施形態に係る中性導体４１は、コイル２１を構成する線状導体のコア径方向幅と略等しい径方向幅を有して構成されている。これにより、各相それぞれ２つの中性端２４の間に過不足なく収まる形態で中性導体４１が各中性端２４に接続されている。また、本実施形態では、２つの構成コイル２２、２３が並列接続されていることに対応して、中性導体４１は、コイル２１を構成する線状導体の周方向幅の２倍と略等しい軸方向幅を有して構成されている。つまり、中性導体４１における通電方向（周方向に略等しい）に直交する面の断面積が、各相の構成コイル２２、２３における通電方向に直交する面の断面積の和に略等しくなるように、中性導体４１のコア径方向幅及び軸方向幅が設定されている。

３．中性導体と各相の中性端との接続構造
次に、本発明の要部である、中性導体４１と各相の中性端２４との接続構造について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係るステータ２の中性導体１１の周辺をそれぞれ異なる方向から見た拡大斜視図である。また、図７は、本実施形態に係るステータ１１の各相のコイル２１を軸方向外側（軸方向他方側）から見た、各相のコイル２１の配置を示す模式図である。なお、図７においては、縦に８つ並べて配置された一点鎖線で示される「□」が、同一のスロット１２内においてコア径方向に並べて配置された８つのコイル辺部３１を表している。これらは、視認性を考慮して、コア径方向に所定の間隔を空けて並べて配置されている。

上記のとおり、本実施形態では、各構成コイル２２、２３を構成する単位コイルＣにおいては、２つのコイル辺部３１が同一のスロット１２内においてコア径方向に並べて配置されると共に、コア径方向に並べて配置された２つのコイル辺部３１が二組、周方向に並べて配置されている。そして、それぞれの単位コイルＣにおいて、上記周方向に並べて配置される二組の２つのコイル辺部３１から連続して延びる計４つの渡り部３２が、軸方向視で重ねて配置されている。よって、各相の構成コイル２２、２３について見た場合、渡り部３２を構成する周方向導体部３２ｂの部分においては、そのコア径方向に隣接して、構成コイル２２、２３を構成する線状導体１本分のコア径方向幅に相当する空間が生じている。

このようにして生じる空間には、他の二相の周方向導体部３２ｂが配置されている。具体的には、Ｕ相の渡り部３２ｕを構成する周方向導体部３２ｂｕのコア径方向内側に隣接して、Ｖ相の渡り部３２ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖとＷ相の渡り部３２ｗを構成する周方向導体部３２ｂｗとが配置されている。また、Ｖ相の渡り部３２ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖのコア径方向に隣接して、Ｕ相の渡り部３２ｕを構成する周方向導体部３２ｂｕとＷ相の渡り部３２ｗを構成する周方向導体部３２ｂｗとが配置されている。ここでは、Ｖ相の渡り部３２ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖの周方向一方側では、コア径方向内側に隣接してＷ相の渡り部３２ｗを構成する周方向導体部３２ｂｗが配置され、Ｖ相の渡り部３２ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖの周方向他方側では、コア径方向外側に隣接してＵ相の渡り部３２ｕを構成する周方向導体部３２ｂｕが配置されている。更に、Ｗ相の渡り部３２ｗを構成する周方向導体部３２ｂｗのコア径方向外側に隣接して、Ｕ相の渡り部３２ｕを構成する周方向導体部３２ｂｕとＶ相の渡り部３２ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖとが配置されている。

そして、コア径方向の同じ位置に配置された互いに異なる二相のコイル２１の渡り部３２が周方向に所定間隔を空けて並べて配置されることにより、当該２つの渡り部３２の間に異相間隙間Ｓが形成されている。本例では、Ｖ相の渡り部３２ｖを構成する周方向導体部３２ｂｖはその周方向中央部にコア径方向の段差部を有し、周方向一方側の部位が周方向他方側の部位に対してコア径方向外側にオフセットされていることから、このような異相間隙間Ｓは、図５〜図７に示すように、Ｗ相の渡り部３２ｗの周方向一方側の端部とＶ相の渡り部３２ｖの周方向他方側の端部との間、Ｖ相の渡り部３２ｖの段差部とＷ相の渡り部３２ｗの周方向他方側の端部との間、及びＶ相の渡り部３２ｖの周方向一方側の端部とＵ相の渡り部３２ｕの周方向他方側の端部との間、に形成されている。また、異相間隙間Ｓは、各相の渡り部３２を挟んで、およそ線状導体１本分の幅に相当する間隔を空けてコア径方向に並んで形成されている。なお、このような異相間隙間Ｓは、図７を参照してよく理解できるように、軸方向における立体的な障害のない空間となっている。

各相の２つの中性端２４は、このようにして形成された異相間隙間Ｓを通って軸方向に引き出されている。すなわち、図５〜図７に示すように、同一のスロット１２内において、コイル２１を構成する線状導体１本分の間隔（線状導体のコア径方向幅に相当）を空けてコア径方向に並べて配置された２つのコイル辺部３１（ここでは、Ｕ相コイル２１ｕ及びＶ相コイル２１ｖではコア径方向で内側から２番目と４番目のコイル辺部３１、Ｗ相コイル２１ｗではコア径方向で内側から１番目と３番目のコイル辺部３１）は、それぞれ同様の曲げ加工によりコア径方向及び周方向に所定形状に屈曲された後、同じくおよそ線状導体１本分の幅に相当する間隔を空けてコア径方向に並んで形成された２つの異相間隙間Ｓを通って軸方向に引き出されて中性端２４を構成している。従って、この構成では、各相の２つの構成コイル２２、２３の中性点Ｎ側の端部である中性端２４は、およそ線状導体１本分の幅に相当する間隔を空けてコア径方向に並べて配置されることになる。

各相について、およそ線状導体１本分の幅に相当する間隔を空けてコア径方向に並べて配置された２つの中性端２４は、軸方向に延びつつ中性導体４１をコア径方向の両側から挟んだ状態で、それぞれ中性導体４１に接続されている。つまり、本実施形態では、各相の２つの中性端２４が、それぞれ周方向の異なる位置となるように配置された状態で中性導体４１に接続されるのではなく、それぞれ周方向の同じ位置で中性導体４１に接続される構成が採用されている。これにより、中性導体４１の周方向長さを短く抑えることが可能となり、ステータ２、ひいては回転電機１全体を小型化することが可能となっている。また、各相の２つの中性端２４が中性導体４１をコア径方向の両側から挟んだ状態で中性導体４１に接続されるので、各相コイル２１の２つの中性端２４に関して、中性導体４１との接合を周方向の一箇所でまとめて行なうことができる。よって、全体として周方向における中性導体４１と各相コイル２１との間の接合箇所の数を少なく抑えることができる。その結果、作業効率を向上させると共にコストの低減を図ることができる。

また、各相の２つの構成コイル２２、２３の中性端２４が、線状導体１本分の幅に相当する間隔を空けて中性導体４１のコア径方向の両側で中性導体４１に接続されているので、これら２つの中性端２４の間の距離が短くなっており、各相の２つの構成コイルの中性端２４の間に電位差が生じるのを効果的に抑えることができる。よって、これらの間で循環電流が流れるのを抑制することができる。その結果、循環電流による銅損の発生を抑制して、回転電機１のエネルギ効率を向上させることが可能となっている。

ここで、本実施形態においては、図５、図６及び図８に示すように、中性導体４１は、各相の中性端２４との接続部位におけるコア径方向の両面に、当該中性導体４１の他の部分に対して僅かに窪ませた形状の凹部４２を複数備えている。本例では、各相２つずつ計６つの中性端２４に対応して、中性導体４１には６つの凹部４２が形成されている。これら６つの凹部４２は、６つの中性端２４に対応する周方向位置に形成されている。なお、それぞれの凹部４２のコア径方向の深さをＷ３（図８（ｂ）を参照）とする。また、それぞれの凹部４２のコア径方向の底面が、それぞれ中性端２４との中性導体４１側の接合面４３ａ〜４３ｆとなる。これらの接合面４３ａ〜４３ｆは、中性導体４１の他の部分におけるコア径方向の両面に平行となるように形成されている。

また、各相の２つの中性端２４は、互いに対向する接合面２５が略平行となるように配置されている。ここでは、Ｕ相の２つの中性端２４ｕの互いに対向する接合面２５ａと２５ｂとが略平行となるように配置され、Ｖ相の２つの中性端２４ｖの互いに対向する接合面２５ｃと２５ｄとが略平行となるように配置され、Ｗ相の２つの中性端２４ｗの互いに対向する接合面２５ｅと２５ｆとが略平行となるように配置されている。なお、本実施形態においては、接合面２５ａと２５ｂ、接合面２５ｃと２５ｄ、接合面２５ｅと２５ｆの各組が本発明における「互いに対向する対向面」を構成している。そして、板状部材からなる中性導体４１は、少なくとも周方向の二箇所で屈曲された形状を有して構成されている。本例では、中性導体４１は周方向の三箇所に屈曲部４４を有している。より具体的には、周方向におけるＵ相の中性端２４ｕとＶ相の中性端２４ｖとの間の第一屈曲部４４ａ及び第二屈曲部４４ｂ、Ｖ相の中性端２４ｖとＷ相の中性端２４ｗとの間の第三屈曲部４４ｃ、の三箇所で屈曲された形状を有して中性導体４１が構成されている。これにより、中性導体４１のコア径方向の両面及び接合面４３ａ〜４３ｆが、各相の中性端２４の接合面２５ａ〜２５ｆと略平行となる形状に形成されている。よって、板状部材からなる中性導体４１と断面略矩形状の線状導体からなる中性端２４とを、これらの接合面４３ａ〜４３ｆ、２５ａ〜２５ｆがそれぞれ面接触する状態で接合することができ、これらの接合を良好に行なうことが可能となっている。

更に、本実施形態においては、中性導体４１と各相の中性端２４とを接合するに際しては、図８（ａ）に示すように、中性導体４１に形成された６つの凹部４２のそれぞれに当該凹部４２のコア径方向の深さＷ３に応じたコア径方向幅を有する蝋材５１を介在させた状態で、各相の中性端２４をコア径方向の両側から電極５２でクランプした後通電させ、中性導体４１と各相の中性端２４とを抵抗蝋付により接合させる。このようにすれば、中性導体４１と中性端２４との間に不要な応力を作用させることなく蝋材５１を介在させた状態で、中性導体４１と各相の中性端２４とを抵抗蝋付により接合することができる。その際、各相のコイル２１を構成する線状導体及び中性導体４１のコア径方向幅をＷ１とすると、コア径方向両側の凹部４２により、中性端２４との接続部位における中性導体４１のコア径方向幅Ｗ２が薄くなっている（Ｗ２＝Ｗ１−２×Ｗ３、図８（ｂ）を参照）ので、当該接続部位の熱容量を小さくすることができ、凹部４２を備えない場合と比較して抵抗蝋付を行うために投入する電気エネルギを小さくすることが可能となっている。よって、より穏やかな条件で抵抗蝋付を行なうことができるので、接合強度を一定レベルに保ちつつ、中性導体４１の凹部４２以外の部位への熱影響を低く抑えることが可能となっている。

〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態においては、各相の２つの中性端２４が、コア径方向の同じ位置に配置された互いに異なる二相のコイル２１の渡り部３２が周方向に所定間隔を空けて並べて配置されることにより当該２つの渡り部３２の間に形成される異相間隙間Ｓを通って、軸方向に引き出されてそれぞれ中性導体４１に接続されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、そのようにして形成される異相間隙間Ｓを通ることなく、例えば各相の２つの中性端２４が、コア径方向に並べて配置された複数の渡り部３２のコア径方向内側、或いはコア径方向外側を通って軸方向に引き出されてそれぞれ中性導体４１に接続される構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（２）上記の実施形態においては、中性導体４１が、コイル２１を構成する線状導体のコア径方向幅と略等しいコア径方向幅を有すると共に、コイル２１を構成する線状導体の周方向幅の２倍と略等しい軸方向幅を有して構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、各相について、コア径方向に並べて配置された２つの中性端２４が、中性導体４１をコア径方向の両側から挟んだ状態でそれぞれ中性導体４１に接続されている限り、中性導体４１のコア径方向幅は任意に設定することが可能である。この場合にあっては、中性導体４１における通電方向（周方向に略等しい）に直交する面の断面積が、各相の構成コイル２２、２３における通電方向に直交する面の断面積の和に略等しくなるように、コア径方向幅に応じて中性導体４１の軸方向幅が設定されると好適である。また、中性導体４１のコア径方向幅に合わせて、各相の中性端２４を異相間隙間Ｓを通って軸方向に引き出しつつ、渡り部３２の軸方向外側（軸方向他方側）でコア径方向に適宜曲げ加工を行う構成とすると好適である。

（３）上記の実施形態においては、板状部材からなる中性導体４１が、周方向の三箇所で屈曲された形状を有して構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、中性導体４１のコア径方向の両面及び接合面４３ａ〜４３ｆが、各相の中性端２４の接合面２５ａ〜２５ｆと略平行となっていればこれらの接合を良好に行なうことができるので、例えば周方向の二箇所、又は周方向の四箇所以上で屈曲された形状に形成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。或いは、中性導体４１全体を、ステータコア１１の形状に沿った略円弧状に形成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（４）上記の実施形態においては、中性導体４１が、各相の中性端２４との接続部位におけるコア径方向の両面に、当該中性導体４１の他の部分に対して僅かに窪ませた形状であって、コア径方向の深さＷ３を有する凹部４２を備えている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば中性導体４１が、各相の中性端２４との接続部位におけるコア径方向の片面に、当該中性導体４１の他の部分に対して僅かに窪ませた形状であって、２×Ｗ３に相当するコア径方向の深さを有する凹部を備える構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、中性導体４１のコア径方向の両面の、凹部が形成された面及び凹部が形成されていない面の双方に、コア径方向幅がＷ３の蝋材５１を介在させた状態で、各相の中性端２４をコア径方向の両側から電極５２でクランプした後通電させ、中性導体４１と各相の中性端２４とを抵抗蝋付により接合させる構成とすると好適である。
また、中性導体４１がそのような凹部を備えておらず、中性導体４１の両面が均一な平面とされていることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（５）上記の実施形態においては、中性導体４１と各相の中性端２４とが、抵抗蝋付により接合されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、抵抗蝋付以外にも、例えば溶接、カシメ、半田付け、接続部材を用いた接続等、各種の接続方法を採用することが可能である。

（６）上記の実施形態においては、各相の構成コイル２２、２３が、長手方向（通電方向に等しい）に直交する面における断面形状が略矩形状の線状導体で構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、各相の構成コイル２２、２３の長手方向に直交する面における断面形状を、例えば多角形状、レーストラック状、円形状等とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。或いは、各相の構成コイル２２、２３を、全体としてその断面形状が上記したような所定形状となるように複数の細導線を束ねて構成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（７）上記の実施形態においては、各相のコイル２１がそれぞれ２つの構成コイル２２、２３を有し、これら２つの構成コイル２２、２３が並列接続されて構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、各相のコイル２１がそれぞれ３つ以上の構成コイルを有し、これらが並列接続された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、上記の実施形態においては、各相の構成コイル２２、２３が、それぞれ２つの単位コイルＣが直列に接続されて構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、各相の構成コイルがそれぞれ３つ以上の単位コイルＣを有し、これらが直列接続された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。或いは、各相の構成コイルが単一の単位コイルＣにより構成されることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（８）上記の実施形態においては、各相の構成コイル２２、２３が、それぞれ２つの単位コイルＣが直列に接続されて構成されている場合において、コア径方向に並べて配置される４つの単位コイルＣのうち、最外周側の単位コイルＣと最内周側の単位コイルＣとが接続渡り部３３により接続され、残余の２つの単位コイルＣがもう１つの接続渡り部３３により接続されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば外周側の２つの単位コイルＣ及び内周側の２つの単位コイルＣがそれぞれ接続渡り部３３により接続される構成としたり、或いは、外周側から１番目と３番目の２つの単位コイルＣ及び外周側から２番目と４番目の２つの単位コイルＣがそれぞれ接続渡り部３３により接続される構成としたりすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

（９）上記の実施形態においては、本発明に係る回転電機用電機子を回転電機１のステータ２に適用し、当該回転電機１を、電機子としてのステータ２を界磁としてのロータ３のコア径方向外側に配置して備えたインナーロータ型の回転電機とした場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、上記の構成において本発明に係る電機子を回転電機の回転子に適用し、当該回転電機を、電機子としての回転子を備えたアウターロータ型の回転電機とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
また、本発明に係る電機子を回転電機１のステータ２に適用し、当該回転電機１を、電機子としてのステータ２を界磁としてのロータ３のコア径方向内側に配置して備えたアウターロータ型の回転電機とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。更にこの場合において、本発明に係る電機子を回転電機の回転子に適用し、当該回転電機を、電機子としての回転子を備えたインナーロータ型の回転電機とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

本発明は、複数相のコイルがそれぞれ並列接続されると共に、当該複数相のコイルが互いにスター結線された構成の回転電機用電機子に好適に利用することができる。

２ ステータ（回転電機用電機子）
１１ ステータコア（コア）
１２ スロット
２１ コイル
２２ 第一構成コイル（構成コイル）
２３ 第二構成コイル（構成コイル）
２４ 中性端
３１ コイル辺部
３２ 渡り部
４１ 中性導体（接続導体）
４２ 凹部
５１ 蝋材
Ｓ 異相間隙間
Ｎ 中性点

Claims (6)

1. 周方向に分散配置された複数のスロットを有する略円筒状のコアと、前記スロットに巻装される複数相のコイルと、当該複数相のコイルの端部を互いにスター結線するように接続する接続導体と、を備えた回転電機用電機子であって、
   各相の前記コイルは、それぞれ並列接続される２つの構成コイルを有し、２つの前記構成コイルの中性点側の端部である中性端がコア径方向に並べて配置され、
   各相について、コア径方向に並べて配置された２つの前記中性端が、前記接続導体をコア径方向の両側から挟んだ状態でそれぞれ前記接続導体に接続されている回転電機用電機子。
2. 各相の前記構成コイルは、前記コアから軸方向に突出する一方側の端部に、周方向の位置が異なる２つの前記スロット内に配置された２つのコイル辺部を周方向に接続する渡り部を備え、
   コア径方向の同じ位置に配置された互いに異なる二相のコイルの前記渡り部が周方向に所定間隔を空けて並べて配置されることにより、当該２つの渡り部の間に異相間隙間が形成され、
   各相の前記中性端が、前記異相間隙間を通って軸方向に引き出されて前記接続導体に接続されている請求項１に記載の回転電機用電機子。
3. それぞれの前記構成コイルに関して、同一の前記スロット内で２つの前記コイル辺部がコア径方向に並べて配置されると共に、２つの前記コイル辺部から連続して延びる２つの前記渡り部が軸方向視で重ねて配置されている請求項２に記載の回転電機用電機子。
4. 各相について、２つの前記中性端から連続して延びる前記コイル辺部が、同一の前記スロット内において前記コイル１本分の間隔を空けてコア径方向に並べて配置されると共に、
   前記接続導体が、前記コイルのコア径方向幅と略等しい幅を有して構成されている請求項３に記載の回転電機用電機子。
5. 各相の前記構成コイルは断面略矩形状の線状導体からなり、
   各相の２つの前記中性端が、互いに対向する対向面が略平行となるように配置され、
   前記接続導体は、板状部材からなると共に、コア径方向の両面が前記対向面と略平行となるように少なくとも周方向の二箇所で屈曲された形状を有する請求項４に記載の回転電機用電機子。
6. 前記接続導体は、各相の前記中性端との接続部位におけるコア径方向の両面に、当該接続導体の他の部分に対して僅かに窪ませた形状の凹部を複数備え、
   それぞれの前記凹部に、当該凹部の深さに応じたコア径方向幅を有する蝋材を介在させた状態で、前記接続導体と各相の前記中性端とを抵抗蝋付により接合してなる請求項５に記載の回転電機用電機子。
   

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