JP2013158105A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率化と高出力化を両立し得るようにした回転電機の固定子を提供する。
【解決手段】固定子２は、周方向に配列された複数のスロット２５を有する円環状の固定子鉄心２２と、スロット２５内で複数の電気導体が径方向に並ぶようにして固定子鉄心２２に巻装された固定子巻線２１とを備えている。スロット２５内に配列された複数の電気導体のうち少なくとも最内径側に配置された電気導体２３１ａは、電気導体２３１ａの周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面２７を有する。これにより、電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機に関する。

従来の回転電機の固定子として、例えば特許文献１及び２に開示されているように、周方向に配列された複数のスロットを有する円環状の固定子鉄心と、前記スロット内で複数の電気導体が径方向に並ぶようにして前記固定子鉄心に巻装された固定子巻線と、を備えたものが知られている。

特許文献１には、導体線の絶縁被膜の損傷発生を防止して電気絶縁性を向上させるために、固定子鉄心の各スロット内に、断面レーストラック状の複数の電気導体を径方向１列に整列した状態に収容させる構成が開示されている。

また、特許文献２には、周方向に分割された複数の分割コアを円環状に組み付けてなる固定子鉄心を備え、その分割コアは、バックコア部から径方向に突出してその側面でスロットを区画する２本のティース部を有し、そのティース部のコーナが面取り又はＲ仕上げされている構成が開示されている。

国際公開ＷＯ２００４／０６２０６５号公報 特開２００９−２１３３０９号公報

ところで、上記のように構成される回転電機では、一般にスロット内部が高磁気抵抗であるため、スロット内部への磁束流入を避けるような磁路、即ち低磁気抵抗のティース部を通過するような磁路が形成される。しかし、形成される磁路の一部にはスロット内部を貫く漏洩磁束が存在する。そのため、特許文献１の回転電機の場合には、漏洩磁束によってスロット内に配置された電気導体の内部に渦状に分布した電流が流れ、この渦電流により発生する損失（渦電流損）が高効率化の妨げとなり問題となる。

一方、特許文献２の回転電機の場合には、ティース部のコーナが面取り又はＲ仕上げされていることにより、渦電流損による高効率化の妨げを回避することが可能である。しかし、特許文献２の回転電機では、ティース部のコーナが面取り又はＲ仕上げされているために、ギャップと対向するティース部の突出先端面の表面積が小さく、高出力化が阻害されるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高効率化と高出力化を両立し得るようにした回転電機の固定子を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に配列された複数のスロットを有する円環状の固定子鉄心と、前記スロット内で複数の電気導体が径方向に並ぶようにして前記固定子鉄心に巻装された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、前記スロット内に配列された複数の前記電気導体のうち少なくとも最内径側に配置された電気導体は、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、スロット内に配列された複数の電気導体のうち少なくとも最内径側に配置された電気導体は、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。そのため、回転電機の作動時に発生する漏洩磁束は、スロット内部を通過するものの電気導体の内部を貫くことはないので、渦電流損が抑制され、高効率化が可能となる。また、ティース部のコーナの面取りやＲ仕上げが不要となり、ギャップと対向するティース部の突出先端面の大きな表面積を確保することができるので、高出力化が可能となる。したがって、本発明によれば、高効率化と高出力化を両立させることができる。

さらに、本発明では、最内径側に配置された電気導体が、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされていることから、その電気導体とスロットを区画するティース部の側面との間の隙間は、スロットの外径側よりも内径側の方が大きくなる。そのため、固定子巻線を固定子鉄心に固定するために固定子鉄心の内周側からワニスを塗布する際に、ワニスのスロット内部への浸透性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、少なくとも最内径側に配置された前記電気導体は、内径側の周方向両側の少なくとも一方側に、当該電気導体の周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている電気導体を容易に形成することができる。なお、本発明における傾斜面の傾斜角度は、スロット内を通過する漏洩磁束の傾斜角度に応じて適宜設定することができる。

請求項３に記載の発明は、少なくとも最内径側に配置された前記電気導体は、内径側の周方向両側の少なくとも一方側に、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径よりも大きい曲率半径の円弧面を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、電気導体の内径側の周方向両側の少なくとも一方側が、請求項２に記載の発明のように傾斜面とされている場合に比べて、電気導体の断面積が大きくなり、電気抵抗を小さくすることができるので、高効率化を図る上で有利となる。

請求項４に記載の発明は、少なくとも最内径側に配置された前記電気導体は、内径側の周方向一方側に、当該電気導体の周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面を有し、内径側の周方向他方側に、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径よりも大きい曲率半径の円弧面を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、内径側の周方向一方側に設けられる傾斜面は容易に形成することができ、内径側の周方向他方側に設けられる円弧面は高効率化を図る上で有利となるので、作り易さと高効率化をバランス良く達成することができる。

実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。 実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。 実施形態１に係る固定子の部分的な断面図である。 実施形態１において用いられる導体セグメントの模式的斜視図である。 実施形態１において固定子鉄心のスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。 実施形態１に係る固定子の接合側エンド部の一部を示す斜視図である。 実施形態１において導体セグメントが収容される固定子鉄心のスロットを説明するための固定子の部分断面図である。 （ａ）は実施形態１において各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面図であり、（ｂ）は変形例１に係る電気導体の断面図である。 （ａ）は変形例２に係る電気導体の断面図であり、（ｂ）は変形例３係る電気導体の断面図である。 （ａ）は変形例４に係る電気導体の断面図であり、（ｂ）は変形例５に係る電気導体の断面図である。 （ａ）は実施形態２において各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面図であり、（ｂ）変形例６に係る電気導体の断面図である。 実施形態３に係る電気導体の断面図である。 実施形態４に係る電気導体の断面図であり、（ｂ）は変形例７に係る電気導体の断面図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。図２は、実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。本実施形態に係る回転電機１は、車両用交流発電機として用いられるものであって、図１に示すように、電機子として働く固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２および回転子３を収容し、締結ボルト４ｃによって連結、固定されたフロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂと、交流電力を直流電力に変換する整流器５等を含んで構成されている。

固定子２は、図２に示すように、固定子鉄心２２と、複数の導体セグメント２３により構成されたセグメント型の固定子巻線２１と、固定子鉄心２２および固定子巻線２１間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。この固定子２は、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂ間で挟持されることにより固定されており、回転子３の外周側に所定のエアギャップＧ（図３参照）を介して配置されている。固定子２の詳細な構造については後述する。

回転子３は、図１に示すように、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂに回転可能に支持されたシャフト３３と一体になって回転するもので、ランデル型ポールコア３２と、界磁巻線３１とを備えている。なお、シャフト３３の前端部には、自動車に搭載された走行用のエンジン（図示せず）に図示しないベルト等を介して連結されたプーリ２０が固定されている。

ランデル型ポールコア３２はフロント側およびリア側の一組のポールコア３２ａ、３２ｂを組み合わせて構成されている。各ポールコア３２ａ、３２ｂは、それぞれが６個の爪状磁極部３２ｃを有し、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻回して構成された界磁巻線３１を前後両側から挟み込むようにシャフト３３に嵌挿されている。本実施形態では、ポールコア３２ａ、３２ｂは、各８個の磁極を持ち、即ち、１６極の回転子３を形成している。

フロントハウジング４ａの軸方向端面（前端面）およびリアハウジング４ｂの軸方向端面（後端面）には、吸入孔４２ａ、４２ｂがそれぞれ設けられている。そして、フロント側の吸入孔４２ａから吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための斜流ファン３５がフロント側のポールコア３２ａの前端面に溶接等により固着されている。同様に、リア側の吸入孔４２ｂから吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心ファン３６がリア側のポールコア３２ｂの後端面に溶接等により固着されている。また、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂには、固定子鉄心２２の軸方向両端から突出した固定子巻線２１のコイルエンド部に対向した部分に冷却風の吐出孔４１がそれぞれ設けられている。

シャフト３３の後端部近傍には、界磁コイル３１の両端に電気的に接続されたスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から界磁コイル３１に対して給電が行われるようになっている。

上述した構成を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジンからの回転力が伝えられると、回転子３がシャフト３３と共に所定方向に回転する。この状態で、スリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から回転子３の界磁コイル３１に励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２ａ、３２ｂのそれぞれの爪状磁極部３２ｃが励磁されて、回転子３の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。これにより、固定子巻線２１に三相交流電圧を発生させることができ、整流器５の出力端子から所定の直流電流を取り出すことができる。

次に、固定子２の詳細について説明する。図３は、実施形態１に係る固定子の部分的な断面図である。図４は、実施形態１において用いられる導体セグメントの模式的斜視図である。図５は、実施形態１において固定子鉄心のスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。図６は、実施形態１に係る固定子の接合側エンド部の一部を示す斜視図である。図７は、実施形態１において導体セグメントが収容される固定子鉄心のスロットを説明するための固定子の部分断面図である。なお、以下の説明において、軸方向とは、固定子鉄心２２の軸方向を意味し、径方向とは、固定子鉄心２２の径方向を意味し、周方向とは、固定子鉄心２２の周方向を意味するものとする。

固定子鉄心２２は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。この固定子鉄心２２は、外周部を構成する円環状のバックコア部２２ａと、バックコア部２２ａから径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース部２２ｂとを有する。固定子鉄心２２の隣接する二つのティース部２２ｂの間には、多相の固定子巻線２１を収容できるように、断面略矩形状のスロット２５が形成されている。本実施形態では、回転子３の磁極数１６に対応して、２組の３相の固定子巻線２１を収容するように、９６個のスロット２５が周方向に等間隔に配置されている。なお、ティース部２２ｂの突出先端部には、周方向両側へそれぞれ延出する鍔部が形成されており、周方向に対向する鍔部同士の間にスロット２５の内径側開口部が形成されている。スロット２５の内径側開口部には、インシュレータ２４は配置されていない。

固定子鉄心２２のスロット２５に装備された固定子巻線２１は、接合端部２３ｆ同士が互いに接合された複数の略Ｕ字状の導体セグメント２３により構成されている。なお、導体セグメント２３の外周には絶縁被膜２３ｄが被覆されており、導体セグメント２３両端の先端部には、絶縁被膜２３ｄを剥離することによって内部の導体が露出した導体露出部２３ｉが設けられている。

この導体セグメント２３は、図５に示すように、一対の直線部２３ｇ、２３ｇとそれぞれの直線部２３ｇ、２３ｇの一端部同士を連結するターン部２３ｈとからなるＵ字形状のものが採用されている。このＵ字形状の導体セグメント２３は、一対の直線部２３ｇ、２３ｇが所定のスロットピッチ離れた２個のスロット２５内に軸方向に挿入された後、スロット２５から軸方向の外部に延出する直線部２３ｇ、２３ｇの開放端部が、周方向に所定の角度をもって斜めに斜行するように折り曲げられている。

これにより、導体セグメント２３は、図４に示すように、スロット２５内に収容され軸方向に沿って直線状に延びる一対のスロット収容部２３ａ、２３ａと、スロット２５から軸方向に露出し周方向に延び出すコイルエンド部とを有する。コイルエンド部は、各スロット収容部２３ａ、２３ａの一端同士を連結するように一体に設けられてスロット２５の軸方向一端側（車両用交流発電機１のリア側で図１の右側。以下、同様）から突出するターン側エンド部２３ｂと、各スロット収容部２３ａ、２３ａの他端に一体に設けられてスロット２５の軸方向他端側（車両用交流発電機１のフロント側で図１の左側。以下、同様）から突出する一対の接合側エンド部２３ｃ、２３ｃとから構成されている。

ターン側エンド部２３ｂは、その先端に湾曲変形により形成された略Ｖ字状のターン部２３ｈを有している。一方、接合側エンド部２３ｃは、屈曲変形により形成されて固定子鉄心２２の軸方向端面に対して所定の角度をもって斜めに斜行する接合側斜行部２３ｅと、この接合側斜行部２３ｅの先端に一体に形成され、屈曲変形により形成された接合端部２３ｆとを有している。なお、この接合端部２３ｆは、絶縁被膜２３ｄが剥離されて内部の導体が露出した導体露出部２３ｉとなっている。

固定子鉄心２２の各スロット２５には、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）の電気導体（各導体セグメント２３のスロット収容部２３ａ）が収容されている。一のスロット２５内の４本の電気導体は、図３に示すように、径方向に沿って内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。なお、一のスロット２５内の４本の電気導体は同相の固定子巻線２１を形成している。

各スロット２５内に配列された４本の電気導体のうち最内径側に配置された内端層の電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。具体的には、内端層の電気導体２３１ａは、図３及び図８（ａ）に示すように、内径側の周方向両側の角部に面取りが施されることによって、電気導体２３１ａの周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面２７を有する。この傾斜面２７の径方向に対する傾斜角度は、回転電機１の作動時にスロット内を通過する漏洩磁束（鎖交磁束）の傾斜角度に応じて適宜設定されている。

各スロット２５内に収容されたこれらの電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線２１が形成される。なお、本実施形態では、スロット２５内の電気導体は、軸方向一端側のターン側エンド部２３ｂにおいては、ターン部２３ｈを経由することにより、また、軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいては、接合端部２３ｆ同士をアーク溶接によって接合することにより、電気的に接続されている。即ち、固定子鉄心２２の軸方向一端側には、スロット２５から突出した多数のターン部２３ｈによって第１コイルエンド群が形成され、固定子鉄心２２の軸方向他端側には、スロット２５から突出した多数の接合側エンド部２３ｃによって第２コイルエンド群が形成されている（図６参照）。

各スロット２５内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の１本の他の電気導体と対をなしている。

例えば、図７に示すように、一のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂと対をなしている。そして、固定子鉄心２２の軸方向一端側のターン側エンド部２３ｂにおいて、これらの対をなす電気導体、すなわち内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとはターン部２３ｈ（２３１ｃ）を経由することにより接続され、また、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとはターン部２３ｈ（２３２ｃ）を経由することにより接続されている。

したがって、固定子鉄心２２の軸方向一端側においては、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３２ｃ）を、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３１ｃ）が囲むこととなる。このように、固定子鉄心２２の軸方向一端側においては、対をなす電気導体同士の接続部としてのターン部２３ｈ（２３２ｃ）が、同じスロット２５内に収容された他の対をなす電気導体同士の接続部としてのターン部２３ｈ（２３１ｃ）により囲まれる。そして、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３２ｃ）により中層コイルエンドが形成され、また、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとを接続するターン部２３ｈ（２３１ｃ）により端層コイルエンドが形成される。

一方、一のスロット２５内の内中層の電気導体２３２ａは、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の内端層の電気導体２３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット２５内の外端層の電気導体２３１ｂ’は、固定子鉄心２２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット２５内の外中層の電気導体２３２ｂとも対をなしている。そして、固定子鉄心２２の軸方向他端側の接合側エンド部２３ｃにおいて、これらの対をなす電気導体、すなわち内中層の電気導体２３２ａと内端層の電気導体２３１ａ’とは、接合端部２３ｆ同士（２３２ｄと２３１ｄ’）の接合により接続されている。また、外端層の電気導体２３１ｂ’と外中層の電気導体２３２ｂとは、接合端部２３ｆ同士（２３１ｅ’と２３２ｅ）の接合により接続されている。

したがって、固定子鉄心２２の軸方向他端側においては、内中層の電気導体２３２ａおよび内端層の電気導体２３１ａ’を接続する内側接合部（接合端部２３２ｄおよび２３１ｄ’により構成されるもの）と、外端層の電気導体２３１ｂ’および外中層の電気導体２３２ｂを接合する外側接合部（接合端部２３１ｅ’および２３２ｅにより構成されるもの）とが、径方向および周方向に互いにずれた状態で配置されている。そして、内中層の電気導体２３２ａおよび内端層の電気導体２３１ａ’を接続する内側接合部（接合端部２３２ｄおよび２３１ｄ’により構成されるもの）と、外端層の電気導体２３１ｂ’および外中層の電気導体２３２ｂを接合する外側接合部（接合端部２３１ｅ’および２３２ｅにより構成されるもの）とにより、異なる同心円上に配置された２つの隣接層コイルエンドが形成される。

なお、外側接合部および内側接合部の導体露出部２３ｉやその近傍には、これらの接合部の互いの絶縁と保持のために、図示しない絶縁樹脂部材によるコーティングがなされている。

さらに、図３に示すように、内端層の電気導体２３１ａと外端層の電気導体２３１ｂとが、一連の導電体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント２３１（図５参照）により提供される。そして、内中層の電気導体２３２ａと外中層の電気導体２３２ｂとが一連の導電体を略Ｕ字状に成形してなる小セグメント２３２（図５参照）により提供される。なお、基本となる略Ｕ字状の導体セグメント２３は、大セグメント２３１および小セグメント２３２によって構成される。

以上の構成を、全てのスロット２５の基本となる導体セグメント２３について繰り返す。なお、固定子巻線２１の各相について、基本となる導体セグメント２３により、固定子鉄心２２の周りを２周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線２１の各相について、出力用引き出し線および中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目とを接続するターン部２３ｈを有するセグメントは、基本となる導体セグメント２３とは異なる異形セグメントで構成される。これら異形セグメントを用いて、固定子巻線２１の各相の巻線端が星型結線により結線される。

以上のように構成された本実施形態の回転電機１によれば、スロット２５内に配列された複数の電気導体のうち少なくとも最内径側に配置された電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。そのため、回転電機１の作動時に発生する漏洩磁束（鎖交磁束）は、図３に示すように、スロット２５内部を通過するものの電気導体２３１ａの内部を貫くことはないので、渦電流損が抑制され、高効率化が可能となる。また、ティース部２２ｂのコーナの面取りやＲ仕上げが不要となり、エアギャップＧと対向するティース部２２ｂの突出先端面の大きな表面積を確保することができるので、高出力化が可能となる。したがって、本実施形態の回転電機１によれば、高効率化と高出力化を両立させることができる。

また、本実施形態では、最内径側に配置された電気導体２３１ａは、電気導体２３１ａの周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面２７により形成されているため、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている電気導体を容易に形成することができる。

さらに、本実施形態では、最内径側に配置された電気導体２３１ａが、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされていることから、その電気導体２３１ａとスロット２５を区画するティース部２２ｂの側面との間の隙間は、スロット２５の外径側よりも内径側の方が大きくなる。そのため、固定子巻線２１を固定子鉄心２２に固定するために固定子鉄心２２の内周側からワニスを塗布する際に、ワニスのスロット２５内部への浸透性を向上させることができる。

また、本実施形態で用いられた固定子鉄心２２は、ティース部２２ｂの突出先端部に、周方向両側へそれぞれ延出する鍔部を有するものである。そのため、スロット２５の最内径側に配置された電気導体２３１ａの外径側周方向幅に対する内径側周方向幅の削減量を低減することができるとともに、電気導体２３１ａの表面を被覆する絶縁被膜２３ｄの損傷を防止することができる。

〔変形例１〕
上記の実施形態１では、電気導体２３１ａの周方向両側の角部にそれぞれ設けられた傾斜面２７の傾斜角度は、電気導体２３１ａの断面形状が左右対称となるように同じにされているが、図８（ｂ）に示す変形例１のように、電気導体２３１ａの断面形状が左右非対称となるように、両傾斜面２７の傾斜角度が異なるようにしてもよい。

〔変形例２，３〕
上記の実施形態１では、電気導体２３１ａの内径側の周方向両側にそれぞれ設けられた傾斜面２７は、電気導体２３１ａの周方向両側の角部に面取りを施すことにより形成されているが、図９（ａ）（ｂ）に示すように、電気導体２３１ａの周方向両側の側面全体を傾斜面２７とするようにしてもよい。即ち、電気導体２３１ａの断面形状は、台形にされている。図９（ａ）に示す変形例２の場合には、電気導体２３１ａの断面形状が左右対称となるように、傾斜面２７の傾斜角度が同じにされている。一方、図９（ｂ）に示す変形例３の場合には、電気導体２３１ａの断面形状が左右非対称となるように、傾斜面２７の傾斜角度が異なるようにされている。

〔変形例４，５〕
上記の変形例２，３では、電気導体２３１ａの断面形状が台形となるように傾斜面２７が形成されていたが、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、電気導体２３１ａの断面形状が三角形となるように傾斜面２７を形成してもよい。図１０（ａ）に示す変形例４の場合には、電気導体２３１ａの断面形状が左右対称となるように、傾斜面２７の傾斜角度が同じにされている。一方、図１０（ｂ）に示す変形例５の場合には、電気導体２３１ａの断面形状が左右非対称となるように、傾斜面２７の傾斜角度が異なるようにされている。

〔実施形態２〕
図１１（ａ）は、実施形態２において各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面図である。実施形態２に係る回転電機１は、基本的構成が実施形態１と同じであり、各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面形状のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については詳しい説明は省略し、以下、異なる点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態２において各スロット２５内の最内径側に配置された電気導体２３１ａは、図１１（ａ）に示すように、内径側の周方向両側の角部が、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径ｒよりも大きい曲率半径Ｒの外方へ凸となった凸状円弧面２８で形成されている。このようにして、電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くなるようにされている。

以上のように構成された実施形態２の回転電機１によれば、実施形態１と同様に、最内径側に配置された電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。そのため、回転電機１の作動時に発生する漏洩磁束（鎖交磁束）は、電気導体２３１ａの内部を貫くことがないので、渦電流損が抑制され、高効率化が可能となる。また、エアギャップＧと対向するティース部２２ｂの突出先端面の大きな表面積を確保することができるので、高出力化が可能となる。したがって、実施形態２の場合にも、実施形態１と同様に、高効率化と高出力化を両立させることができる。

特に、実施形態２の電気導体２３１ａは、内径側の周方向両側の角部が、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径ｒよりも大きい曲率半径Ｒの凸状円弧面２８で形成されている。そのため、実施形態１のように傾斜面２７とされている場合に比べて、電気導体２３１ａの断面積が大きくなり、電気抵抗を小さくすることができるので、高効率化を図る上で有利となる。

〔変形例６〕
上記の実施形態２では、電気導体２３１ａの周方向両側の角部にそれぞれ設けられた凸状円弧面２８の曲率半径は、電気導体２３１ａの断面形状が左右対称となるように同じにされているが、図１１（ｂ）に示す変形例６のように、電気導体２３１ａの断面形状が左右非対称となるように、両凸状円弧面２８ａ，２８ｂの曲率半径Ｒ１，Ｒ２が異なるようにしてもよい。

〔実施形態３〕
図１２は、実施形態３において各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面図である。実施形態３に係る回転電機１は、基本的構成が実施形態１と同じであり、各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面形状のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については詳しい説明は省略し、以下、異なる点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態３において各スロット２５内の最内径側に配置された電気導体２３１ａは、図１２に示すように、内径側の周方向一方側（図１２の左側）に、当該電気導体２３１ａの周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面２７を有し、内径側の周方向他方側（図１２の右側）に、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径ｒよりも大きい曲率半径Ｒの凸状円弧面２８を有する。このようにして、電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くなるようにされている。

以上のように構成された実施形態３の回転電機１によれば、実施形態１と同様に、最内径側に配置された電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。そのため、回転電機１の作動時に発生する漏洩磁束（鎖交磁束）は、電気導体２３１ａの内部を貫くことがないので、渦電流損が抑制され、高効率化が可能となる。また、エアギャップＧと対向するティース部２２ｂの突出先端面の大きな表面積を確保することができるので、高出力化が可能となる。したがって、実施形態３の場合にも、実施形態１と同様に、高効率化と高出力化を両立させることができる。

特に、実施形態３の電気導体２３１ａは、内径側の周方向一方側に形成が容易な傾斜面２７を有し、内径側の周方向他方側に高効率化を図る上で有利となる曲率半径Ｒの凸状円弧面２８を有するので、作り易さと高効率化をバランス良く達成することができる。

〔実施形態４〕
図１３（ａ）は、実施形態４において各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面図である。実施形態４に係る回転電機１は、基本的構成が実施形態１と同じであり、各スロット内の最内径側に配置された電気導体の断面形状のみが実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については詳しい説明は省略し、以下、異なる点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。

実施形態４において各スロット２５内の最内径側に配置された電気導体２３１ａは、図１３（ａ）に示すように、内径側の周方向両側の角部に、断面Ｌ字状の切欠き部２９が形成されている。即ち、断面Ｌ字状の切欠き部２９は、径方向に広がる第１平面２９ａと第１平面２９ａと直角に交わる第２平面２９ｂとにより形成されている。このようにして、電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くなるようにされている。

以上のように構成された実施形態４の回転電機１によれば、実施形態１と同様に、最内径側に配置された電気導体２３１ａは、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされている。そのため、回転電機１の作動時に発生する漏洩磁束（鎖交磁束）は、電気導体２３１ａの内部を貫くことがないので、渦電流損が抑制され、高効率化が可能となる。また、エアギャップＧと対向するティース部２２ｂの突出先端面の大きな表面積を確保することができるので、高出力化が可能となる。したがって、実施形態４の場合にも、実施形態１と同様に、高効率化と高出力化を両立させることができる。

実施形態４の電気導体２３１ａは、内径側の周方向両側の角部に、直角に交わる第１及び第２平面２９ａ，２９ｂからなる切欠き部２９が形成されているので、実施形態２の凸状円弧面２８の場合に比べて、容易に形成することができる。

〔変形例７〕
上記の実施形態４では、電気導体２３１ａの周方向両側の角部にそれぞれ切欠き部２９が設けられていたが、図１３（ｂ）に示す変形例７のように、電気導体２３１ａの断面形状が左右非対称となるように、電気導体２３１ａの周方向一方側の角部にのみ、第１及び第２平面２９ａ，２９ｂからなる断面Ｌ字状の切欠き部２９を設けるようにしてもよい。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態では、スロット２５内に配列された複数の電気導体のうち最内径側に配置された電気導体２３１ａのみが、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされているが、最内径側に配置された電気導体２３１ａ以外の電気導体も、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くするようにしてもよい。即ち、スロット２５内に配列された複数の電気導体のうち少なくとも最内径側に配置された電気導体２３１ａが、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされていればよい。

また、上記の実施形態では、固定子巻線２１を構成する導体セグメント２３は、Ｕ字形状のものが採用されているが、これに代えてＩ字形状の導体セグメントを採用してもよい。また、固定子巻線２１は、複数の導体セグメント２３を接続して形成されるものではなく、連続線で形成されるものでもよい。

また、上記の実施形態では、本発明に係る回転電機の固定子を車両用交流発電機１の固定子２に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機として、発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機の固定子にも利用することができる。また、本発明は、車両用交流発電機に限らず、同様の空冷構造をもつ車両用又は汎用の電動機などの回転電機にも適用することができる。

１…車両用交流発電機（回転電機）、 ２…固定子、 ３…回転子、 ４…ハウジング、 ５…整流器、 ２１…固定子巻線、 ２２…固定子鉄心、 ２２ａ…バックコア部、 ２２ｂ…ティース部、 ２３…導体セグメント、 ２３１…大セグメント、 ２３１ａ…スロット内の最内径側に配置された電気導体、 ２３２…小セグメント、 ２３ａ…スロット収容部（電気導体）、 ２３ｂ…ターン側エンド部、 ２３ｃ…接合側エンド部、 ２３ｄ…絶縁被膜、 ２３ｅ…接合側斜行部、 ２３ｆ…接合端部（接合部）、 ２４…インシュレータ、 ２５…スロット、 ２７…傾斜面、 ２８，２８ａ，２８ｂ…凸状円弧面、 ２９…切欠き部。

Claims (4)

1. 周方向に配列された複数のスロットを有する円環状の固定子鉄心と、前記スロット内で複数の電気導体が径方向に並ぶようにして前記固定子鉄心に巻装された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
   前記スロット内に配列された複数の前記電気導体のうち少なくとも最内径側に配置された電気導体は、内径側の周方向幅が外径側の周方向幅よりも狭くされていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 少なくとも最内径側に配置された前記電気導体は、内径側の周方向両側の少なくとも一方側に、当該電気導体の周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 少なくとも最内径側に配置された前記電気導体は、内径側の周方向両側の少なくとも一方側に、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径よりも大きい曲率半径の円弧面を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
4. 少なくとも最内径側に配置された前記電気導体は、内径側の周方向一方側に、当該電気導体の周方向幅が外径側から内径側に向かって狭くなるように傾斜する傾斜面を有し、内径側の周方向他方側に、外径側の周方向両側に形成された角部の曲率半径よりも大きい曲率半径の円弧面を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。

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