JP2014103816A

JP2014103816A - 回転電機

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Publication number: JP2014103816A
Application number: JP2012255679A
Authority: JP
Inventors: Shinya Urata; 信也浦田; Hideo Nakai; 英雄中井; Hiroyuki Hattori; 宏之服部; Ayako Hasegawa; 絢子長谷川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: JP5972154B2

Abstract

【課題】ステータコイルの長さが増大するのを抑制しつつステータコイルをステータコアに容易に配置することができ、渦電流損や循環電流損等の損失を低減することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】ステータコア２１は、径方向内側に延びた複数のティース２２を備えており、隣り合うティース２２の間にスロット２３が設けられている。集合導線６は、複数の導体素線が一体化してＬ字状の形状を有し、第１直線部６１がステータコア２１のスロット２３に挿入され、第２直線部６２がステータコア２１の周方向に延在するように配置されている。ステータコア２１の周方向に沿って複数の集合導線６が配置され、異なる集合導線６において第１直線部６１の先端部と第２直線部６２の先端部とが接合されることにより、ステータコイル３が構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は回転電機に関する。

モータにおいてコイルの占積率を高めるために、平角導線（断面形状が矩形の線状導体）からなるセグメント導体をステータコアの各スロット内に配置し、異なるセグメント導体の先端部同士を接合することでコイルを形成する技術が知られている。また、導線を波巻きにして分布巻き型のコイルを構成する技術が知られている。

例えば特許文献１には、Ｕ字状の複数のセグメント導体をステータコアの周方向に沿って配置し、周方向に隣り合う２つのセグメント導体の先端部同士を接合することにより波巻き状に形成された分布巻き型のコイルが開示されている。

特開２０１１−１９３６００号公報

ところで、１本の導線を波巻きにしてコイルを構成する場合、波巻き状のコイルをステータコアのスロットに挿入して配置することは容易ではなく、その配置に手間がかかる。同様に、Ｕ字状のセグメント導体を用いる場合も、各セグメント導体をスロットに挿入して先端部を折り曲げて先端部同士を接合する必要があるため、Ｕ字状のセグメント導体によって波巻き状のコイルを形成してスロットに配置することは容易ではない。一方で、コイル配置の作業性を考慮し、コイルの長さに余裕を持たせてコイルをスロットに挿入した場合、コイルエンドが過剰に膨らんでしまい、モータが大型化するおそれがある。また、余分な長さの分、コイルの抵抗が大きくなるため、抵抗による損失が増大する。

また、複数のセグメント導体を接合することで波巻き状のコイルを形成する場合、セグメント導体同士の接合方法次第では、接合箇所（溶接によって接合される箇所）の間で還流する電流（循環電流）が発生し、循環電流による損失（循環電流損）が発生する場合がある。また、渦電流による損失（渦電流損）が発生することがある。従って、漏れ磁束による損失（渦電流損や循環電流損）を低減する必要がある。

本発明の目的は、ステータコイルの長さが増大するのを抑制しつつステータコイルをステータコアに容易に配置することができ、渦電流損や循環電流損等の損失を低減することが可能な回転電機を提供することである。

本発明は、径方向内側に延びた複数のティースを備え、隣り合うティースの間にスロットが設けられた環状のステータコアと、複数の導体素線が一体化してＬ字状の形状を有し、前記Ｌ字状の形状のうちの一方の直線部が前記ステータコアのスロットに挿入され、前記Ｌ字状の形状のうちの他方の直線部が前記ステータコアの周方向に延在するように配置された集合導線が、前記ステータコアの周方向に沿って複数配置され、異なる集合導線において一方の集合導線における前記一方の直線部の先端部と他方の集合導線における前記他方の直線部の先端部とが接合されることにより構成されるステータコイルと、を有することを特徴とする回転電機である。

また、前記集合導線は、Ｌ字状の形状を有する複数の導体板が積層されることで構成されてもよい。

また、前記複数の導体板のうちの外側に配置された導体板の比抵抗は、内側に配置された導体板の比抵抗よりも大きくてもよい。

また、前記ステータコイルは波巻き状の分布巻き型コイルを構成してもよい。

本発明によると、Ｌ字状の集合導線同士を接合することで、ステータコイルの長さが増大するのを抑制しつつ、ステータコイルをステータコアに容易に配置することが可能となる。また、複数の導体素線によって集合導線を構成することで渦電流損が低減される。また、Ｌ字状の集合導線によって循環電流を抑制する経路が確保されるため、循環電流損を低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係る回転電機の一例を示す断面図である。本発明の実施形態に係るステータコアの一例を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るステータコイルの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る集合導線の一例を示す斜視図である。図４のＡ−Ａ断面図である。集合導線の別の例を示す断面図である。比較例１に係るステータコイルを示す図である。比較例２に係るステータコイルを示す図である。比較例３に係るステータコイルを示す図である。本実施形態に係る集合導線による効果を説明するための図である。本実施形態に係る集合導線による効果を説明するための図である。

図１から図５を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。本実施形態に係る回転電機１は、一例として三相交流同期モータであり、図１に示すように、ステータ２とロータ４とを備えている。図２に示すように、ステータ２は、複数の電磁鋼板の積層体である環状のステータコア２１と、ステータコア２１から径方向内側に突出した複数のティース２２とを備えている。隣り合うティース２２の間にはスロット２３が設けられている。ステータ２にはステータコイル３が巻回されている。ロータ４は、シャフト５に接続されてステータ２の内側に配置されている。ロータ４は、複数の電磁鋼板の積層体であるロータコア４１と永久磁石４２とを含む。Ｕ相ケーブル、Ｖ相ケーブル及びＷ相ケーブルからなる図示しない三相ケーブルがステータコイル３に接続され、トルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流が三相ケーブルを介してステータコイル３に供給される。

本実施形態に係るステータ２では、ＳＣ（ＳｅｇｍｅｎｔＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）巻線構造が採用されている。すなわち、セグメントコンダクタと称されるセグメント導体をステータコア２１のスロット２３に挿入してティース２２に巻回することで、ステータコイル３が構成される。

ここで、図３及び図４を参照して、本実施形態に係るステータコイル３について説明する。図３は、ステータコア２１及びステータコイル３を径方向内側から見た図であり、図４は、ステータコイル３を構成する集合導線を示す斜視図である。本実施形態では、図３及び図４に示すように、セグメント導体としてＬ字状の集合導線６が用いられる。例えば、Ｌ字状の集合導線６を各スロット２３に挿入し、異なる集合導線６の先端部同士を接合することでステータコイル３を構成する。詳しく説明すると、集合導線６はＬ字状の形状を有し、Ｌ字状の形状のうちの一方の直線部である第１直線部６１と、Ｌ字状の形状のうちの他方の直線部である第２直線部６２とによって構成されている。第１直線部６１はスロット２３に挿入されており、第１直線部６１の先端部はスロット２３から突出している。第２直線部６２は、コイルエンドにおいて、ステータコア２１の周方向に向けて所定数のスロット２３にわたって延在するように配置されている。そして、複数の集合導線６を接合することで、ステータコア２１の軸方向（図３の上下方向）の一方側からと他方側からとに交互にかけ渡すように、ステータコイル３を波巻き形状に配置する。例えば周方向に隣り合う２つの集合導線６に注目すると、ステータコア２１の軸方向の一方側に第２直線部６２が配置されるように一方の集合導線６を配置し、ステータコア２１の軸方向の他方側に第２直線部６２が配置されるように他方の集合導線６を配置する。このように、第２直線部６２が一方側と他方側とに交互に配置されるように、複数の集合導線６を配置する。そして、周方向に隣り合う２つの集合導線６において、一方の集合導線６においてスロット２３に挿入された第１直線部６１の先端部（突出した先端部）と、他方の集合導線６において周方向に延在する第２直線部６２の先端部とを溶接によって接合する（接合部６５にて２つの集合導線６同士を接合する）。これにより、波巻き状に形成された分布巻き型のステータコイル３が形成される。

また、集合導線６は、複数の導体素線が一体化して形成されている。図４のＡ−Ａ断面図である図５に示すように、集合導線６は、例えば２つの導体素線６３が積層されることで構成されている。導体素線６３は、例えばＬ字状の形状を有する導体板である。２つの導体板（２つの導体素線６３）が、絶縁性の被覆層６４及び図示しない結着層を介して互いに結合されることで、集合導線６が形成される。

絶縁性の被覆層６４として、例えば、導体素線６３の表面を酸化させることにより構成された酸化被膜や、導体素線６３の表面に付けられた酸化物の絶縁被膜等が用いられる。そして、被覆層６４によって覆われた導体素線６３同士が、図示しない結着層を介して結合されている。結着層として、例えば、融着材としての樹脂や、接着剤としての樹脂等が用いられる。融着材として、例えば、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、エポキシ系等の熱融着性を有する樹脂や、アルコール可溶に編成されたポリアミド系等のアルコール融着性を有する樹脂等が用いられる。接着剤として、例えば、ＥＶＡ系、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系等の樹脂が用いられる。なお、被覆層６４及び結着層は上記の例に限定されるものではなく、他の材料が用いられてもよい。

なお、導体素線６３の断面形状は、矩形（長方形又は正方形）の他、角部が丸まった略矩形状であってもよい。また、導体素線６３は、例えば、銅、アルミニウム、銀、鉄、金又はそれらの合金等の導電性を有する材料によって構成されている。

図５に示す例では、２つの導体素線６３によって集合導線６が構成されているが、３つ以上の導体素線６３によって集合導線６が構成されていてもよい。ここで、図６に、集合導線の別の例を示す。図６（ａ）及び（ｂ）は、図４のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）に示すように、例えば５つの導体素線６３によって集合導線６を構成してもよい。５つの導体素線６３のそれぞれはＬ字状の形状を有する導体板であり、これら５つの導体素線６３が積層されることで集合導線６が形成される。また、５つの導体素線６３のうち、外側に配置された２つの導体素線６３の比抵抗（電気抵抗率）は、内側に配置された他の３つの導体素線６３の比抵抗よりも大きいことが好ましい。複数の導体素線６３の中で外側に配置された導体素線６３に循環電流が発生しやすくなるため、外側に配置された導体素線６３の比抵抗を内側に配置された導体素線６３の比抵抗よりも大きくすることで、循環電流の発生を有効に抑制し、循環電流による損失を有効に低減することが可能となる。

また、図６（ｂ）に示すように、Ｌ字状の形状を有する４つの導体素線６３が、幅方向（図６の左右方向）と厚さ方向（図６の上下方向）とに（２行×２列）の状態で配列されることで集合導線６が構成されてもよい。

以上のように、Ｌ字状の集合導線６をスロット２３に挿入し、他の集合導線６と先端部にて接合することで、波巻き状のステータコイル３が形成されてステータコア２１に配置される。このようにＬ字状の集合導線６を用いることで、波巻き状のステータコイル３をステータコア２１に容易に配置することが可能となる。例えば、１本の導線を波巻き状にしてスロット２３内に挿入する場合や、Ｕ字状のセグメント導体の先端部を折り曲げつつ他のセグメント導体と接合することで波巻き状のステータコイルを作製してステータコア２１に配置する場合と比べて、本実施形態に係るＬ字状の集合導線６を用いることで、波巻き状のステータコイル３をステータコア２１に容易に配置することが可能となる。例えば、Ｌ字状の集合導線６の先端部を折り曲げることなく、他の集合導線６と先端部にて接合することで波巻き状のステータコイル３が形成されるため、Ｕ字状のセグメント導体を用いるよりも、容易にステータコイル３を作製してステータコア２１に配置することが可能となる。

また、Ｌ字状の集合導線６を用いることで、ステータコイル３の長さを余分に長くすることなく、波巻き状のステータコイル３をステータコア２１に配置することができるため、ステータコイル３の長さが増大するのを抑制することが可能となる。すなわち、ステータコイル３に使用される導線の長さを必要最低限の長さにすることができ、そのことにより、ステータコイル３の抵抗の増加を抑制することができるため、抵抗による損失の増大を抑制することが可能となる。

また、複数の導体素線６３によって集合導線６を構成することで、渦電流損を低減することが可能となる。

また、セグメント導体を用いて波巻き状のステータコイル３を形成する場合であっても、Ｌ字状の集合導線６を用いることで循環電流を抑制する経路が確保されるため、循環電流損を低減することが可能となる。すなわち、循環電流は集合導線６の両先端部（両先端部にある接合部６５）の間で還流するが、集合導線６はＬ字状の形状を有しているため、その分、循環電流が流れる経路が長くなり、そのことにより、循環電流を抑制して循環電流損を低減することが可能となる。

例えば、Ｉ字状の形状（棒状の形状）を有するセグメント導体又はＵ字状の形状を有するセグメント導体を用いて波巻き状のステータコイルを形成する場合と比べて、Ｌ字状の集合導線６においては、両先端部（両接合部）の間に発生する循環電流の大きさに対する、循環電流が流れる経路の長さ（集合導線６単体の長さ）の割合が大きくなる。そのため、Ｌ字状の集合導線６を用いることで、循環電流損を他のセグメント導体よりも低減することが可能となる。

ここで、図７から図１１を参照して、Ｌ字状の集合導線６、Ｉ字状のセグメント導体及びＵ字状のセグメント導体のそれぞれに流れる循環電流について説明する。まず、図７を参照して、比較例１に係るステータコイルについて説明する。比較例１に係るステータコイル１００は、Ｉ字状（棒状）のセグメント導体１１０，１２０によって構成された波巻き状のコイルである。具体的には、ステータコイル１００は、ステータコア２１のスロット２３に挿入され両先端部がスロット２３から突出したＩ字状（棒状）のセグメント導体１１０と、コイルエンドにおいて周方向に延在してセグメント導体１１０同士を接続するセグメント導体１２０とによって構成されている。例えば、所定数のスロット２３おきにＩ字状のセグメント導体１１０をスロット２３に挿入し、ステータコア２１の軸方向（図７の上下方向）の一方側と他方側とで交互に、セグメント導体１２０によってＩ字状のセグメント導体１１０同士を接続する（接合部１３０にてセグメント導体１１０，１２０の先端部同士を接合する）。これにより、波巻き状に形成された分布巻き型のステータコイル１００が形成される。

次に、図８を参照して、比較例２に係るステータコイルについて説明する。比較例２に係るステータコイル２００は、Ｕ字状のセグメント導体２１０とＩ字状のセグメント導体２４０との組み合わせによって構成された波巻き状のコイルである。Ｕ字状のセグメントコイル２１０は、２つの直線部２２０と、２つの直線部２２０を接続する接続部２３０とによって構成されている。そして、２つの直線部２２０をステータコア２１のスロット２３に挿入し、周方向に延在するＩ字状のセグメント導体２４０によって、異なるセグメント導体２１０の突出した先端部同士を接合する（接合部２５０にてＵ字状のセグメント導体２１０とＩ字状のセグメント導体２４０とを接合する）。これにより、波巻き状に形成された分布巻き型のステータコイル２００が形成される。

次に、図９を参照して、比較例３に係るステータコイルについて説明する。比較例３に係るステータコイル３００は、Ｕ字状のセグメント導体３１０によって構成された波巻き状のコイルである。Ｕ字状のセグメント導体３１０は、２つの直線部３２０と、２つの直線部３２０を接続する接続部３３０とによって構成されている。そして、２つの直線部３２０をステータコア２１のスロット２３に挿入し、スロット２３から突出した先端部を周方向に折り曲げ、各セグメント導体３１０の先端部を接合する（接合部３４０にて異なるセグメント導体３１０の先端部同士を接合する）。例えば、上側のコイルエンド（図９の上側）にて異なるセグメント導体３１０の先端部同士を接合する。これにより、波巻き状に形成された分布巻き型のステータコイル３００が形成される。

次に、図１０を参照して、本実施形態に係る集合導線６及び比較例１〜３に係るセグメント導体のそれぞれに発生する循環電流と、循環電流が流れる経路とについて説明する。図１０（ａ）に集合導線６を示し、図１０（ｂ）に比較例１に係るセグメント導体１１０を示し、図１０（ｃ）に比較例２に係るセグメント導体２１０を示し、図１０（ｄ）に比較例３に係るセグメント導体３１０を示す。循環電流の大きさは、スロット２３に挿入された導線に鎖交する磁束の大きさに依存する。また、循環電流は、Ｌ字状の集合導線６、Ｉ字状のセグメント導体１１０、Ｕ字状のセグメント導体２１０及びＵ字状のセグメント導体３１０のそれぞれにおいて両先端部の間（２つの接合部の間）で還流する。

ここで、Ｌ字状の集合導線６において循環電流が流れる経路の長さを長さＬ_Ａとし、Ｉ字状のセグメント導体１１０において循環電流が流れる経路の長さを長さＬ_Ｂとし、Ｕ字状のセグメント導体２１０において循環電流が流れる経路の長さを長さＬ_Ｃとし、Ｕ字状のセグメント導体３１０において循環電流が流れる経路の長さを長さＬ_Ｄとすると、長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄの割合は、Ｌ_Ａ：Ｌ_Ｂ：Ｌ_Ｃ：Ｌ_Ｄ＝２：１：３：４となる。この点について詳しく説明する。Ｌ字状の集合導線６では、循環電流は、第１直線部６１の先端部（接合部６５）と第２直線部６２の先端部（接合部６５）との間で還流する。すなわち、Ｌ字状の集合導線６では、第１直線部６１及び第２直線部６２に循環電流が流れるため、循環電流が流れる経路の長さＬ_Ａは、２本分の導線（第１直線部６１及び第２直線部６２）の長さに相当する。一方、Ｉ字状のセグメント導体１１０では、循環電流は、そのセグメント導体１１０の両先端部（両接合部１３０）の間で還流する。すなわち、Ｉ字状のセグメント導体１１０では、そのＩ字状のセグメント導体１１０に循環電流が流れるため、循環電流が流れる経路の長さＬ_Ｂは、１本分の導線（Ｉ字状のセグメント導体１１０）の長さに相当する。また、Ｕ字状のセグメント導体２１０では、循環電流は、一方の直線部２２０の先端部（接合部２５０）と他方の直線部２２０の先端部（接合部２５０）との間で接続部２３０を介して還流する。すなわち、Ｕ字状のセグメント導体２１０では、２つの直線部２２０及び接続部２３０に循環電流が流れるため、循環電流が流れる経路の長さＬ_Ｃは、３本分の導線（２つの直線部２２０及び接続部２３０）の長さに相当する。また、Ｕ字状のセグメント導体３１０では、循環電流は、一方の直線部３２０の折り曲げた先端部（接合部３４０）と他方の直線部３２０の折り曲げた先端部（接合部３４０）との間で接続部３３０を介して還流する。すなわち、Ｕ字状のセグメント導体３１０では、２つの直線部３２０のスロット２３に挿入された部分と、２つの直線部３２０の折り曲げられた部分（１本分の導線の長さに相当）と、接続部３３０とに循環電流が流れるため、循環電流が流れる経路の長さＬ_Ｄは、４本分の導線の長さに相当する。従って、循環電流が流れる経路の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄの割合は、Ｌ_Ａ：Ｌ_Ｂ：Ｌ_Ｃ：Ｌ_Ｄ＝２：１：３：４となる。よって、１本分の導線の抵抗を抵抗Ｒとすると、経路の長さＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄの割合がＬ_Ａ：Ｌ_Ｂ：Ｌ_Ｃ：Ｌ_Ｄ＝２：１：３：４であるため、Ｌ字状の集合導線６の抵抗：Ｉ字状のセグメント導体１１０の抵抗：Ｕ字状のセグメント導体２１０の抵抗：Ｕ字状のセグメント導体３１０の抵抗＝２Ｒ：Ｒ：３Ｒ：４Ｒとなる。

また、Ｌ字状の集合導線６に発生する循環電流を循環電流Ｉ_Ａとし、Ｉ字状のセグメント導体１１０に発生する循環電流を循環電流Ｉ_Ｂとし、Ｕ字状のセグメント導体２１０に発生する循環電流を循環電流Ｉ_Ｃとし、Ｕ字状のセグメント導体３１０に発生する循環電流を循環電流Ｉ_Ｄとすると、循環電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｄの大きさの割合は、Ｉ_Ａ：Ｉ_Ｂ：Ｉ_Ｃ：Ｉ_Ｄ＝３：６：４：３となる。この点について詳しく説明する。Ｌ字状の集合導線６では、第１直線部６１がスロット２３に挿入されており、比較例１に係るステータコイル１００では、Ｉ字状のセグメント導体１１０がスロット２３に挿入されており、比較例２に係るＵ字状のセグメント導体２１０では、２つの直線部２２０がスロット２３に挿入されており、比較例３に係るＵ字状のセグメント導体３１０では、２つの直線部３２０がスロット２３に挿入されている。このように、Ｌ字状の集合導線６では、１本分の導線（第１直線部６１）がスロット２３に挿入されており、比較例１に係るステータコイル１００では、１本分の導線（Ｉ字状のセグメント導体１１０）がスロット２３に挿入されており、比較例２に係るＵ字状のセグメント導体２１０では、２本分の導線（２つの直線部２２０）がスロット２３に挿入されており、比較例３に係るＵ字状のセグメント導体３１０では、２本分の導線（２つの直線部３２０）がスロット２３に挿入されていることになる。循環電流の大きさはスロット２３に挿入された導線に鎖交する磁束Ｂの大きさに依存し、スロット２３に挿入された導線の数が多いセグメント導体ほど鎖交する磁束が大きくなる。ここで、磁束Ｂによる誘導電圧を電圧Ｅとすると、Ｌ字状の集合導線６及びＩ字状のセグメント導体１１０では１本分の導線がスロット２３に挿入されており、Ｕ字状のセグメント導体２１０，３１０では２本分の導線がスロット２３に挿入されているため、Ｌ字状の集合導線６に生じる誘導電圧：Ｉ字状のセグメント導体１１０に生じる誘導電圧：Ｕ字状のセグメント導体２１０に生じる誘導電圧：Ｕ字状のセグメント導体３１０に生じる誘導電圧＝Ｅ：Ｅ：２Ｅ：２Ｅとなる。また、上述したように、Ｌ字状の集合導線６の抵抗：Ｉ字状のセグメント導体１１０の抵抗：Ｕ字状のセグメント導体２１０の抵抗：Ｕ字状のセグメント導体３１０の抵抗＝２Ｒ：Ｒ：３Ｒ：４Ｒとなるため、循環電流Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｄの大きさの割合は、Ｉ_Ａ：Ｉ_Ｂ：Ｉ_Ｃ：Ｉ_Ｄ＝（Ｅ／２Ｒ）：（Ｅ／Ｒ）：（２Ｅ／３Ｒ）：（２Ｅ／４Ｒ）＝３：６：４：３となる。

次に、図１１を参照して、本実施形態に係る集合導線６及び比較例１〜３に係るセグメント導体のそれぞれにおける循環電流による損失について説明する。図１１は、集合導線６及び比較例１〜３に係るセグメント導体を模式的に示している。図１１（ａ）にＬ字状の集合導線６の組み合わせを示し、図１１（ｂ）に比較例１に係るＩ字状のセグメント導体１１０，１２０の組み合わせを示し、図１１（ｃ）に比較例２に係るＵ字状のセグメント導体２１０とＩ字状のセグメント導体２４０との組み合わせを示し、図１１（ｄ）に比較例３に係るＵ字状のセグメント導体３１０を示す。ここで、集合導線６及び比較例１〜３に係るセグメント導体のそれぞれについて同じ長さの導線について考えると、２つのＬ字状の集合導線６の組み合わせの長さ、４つのＩ字状のセグメント導体１１０，１２０の組み合わせの長さ（２つの縦方向のセグメント導体１１０と２つの横方向のセグメント導体１２０との組み合わせの長さ）、１つのＵ字状のセグメント導体２１０と１つのＩ字状のセグメント導体２４０との組み合わせの長さ、及び、１つのＵ字状のセグメント導体３１０の長さがそれぞれ等しくなる。そして、長さが等しい各導線における循環電流による損失は、次のようになる。

（本実施形態に係る集合導線６）
２つのＬ字状の集合導線６の組み合わせにおいては、各集合導線６に循環電流が流れるため、２つのＬ字状の集合導線６の組み合わせにおける損失は、２×２Ｒ×（Ｅ／２Ｒ）^２＝Ｅ^２／Ｒとなる。

（比較例１に係るＩ字状のセグメント導体１１０，１２０）
４つのＩ字状のセグメント導体１１０，１２０の組み合わせにおいては、２つの縦方向のセグメント導体１１０に循環電流が流れるため、４つのＩ字状のセグメント導体１１０，１２０の組み合わせにおける損失は、２×Ｒ×（Ｅ／Ｒ）^２＝２Ｅ^２／Ｒとなる。

（比較例２に係るＵ字状のセグメント導体２１０とＩ字状のセグメント導体２４０）
Ｕ字状のセグメント導体２１０とＩ字状のセグメント導体２４０との組み合わせにおいては、Ｕ字状のセグメント導体２１０に循環電流が流れるため、セグメント導体２１０，２４０の組み合わせにおける損失は、３Ｒ×（２Ｅ／３Ｒ）^２＝４Ｅ^２／３Ｒとなる。

（比較例３に係るＵ字状のセグメント導体３１０）
Ｕ字状のセグメント導体３１０においては、そのセグメント導体３１０に循環電流が流れるため、損失は、４Ｒ×（２Ｅ／４Ｒ）^２＝Ｅ^２／Ｒとなる。

よって、Ｌ字状の集合導線６の組み合わせにおける損失：Ｉ字状のセグメント導体１１０，１２０の組み合わせにおける損失：Ｕ字状のセグメント導体２１０とＩ字状のセグメント導体２４０との組み合わせにおける損失：Ｕ字状のセグメント導体３１０における損失＝Ｅ^２／Ｒ：２Ｅ^２／Ｒ：４Ｅ^２／３Ｒ：Ｅ^２／Ｒ＝３：６：４：３となる。

以上のように、比較例１，２と比べて、Ｌ字状の集合導線６では、循環電流による損失が小さくなる。そのため、Ｌ字状の集合導線６を用いることで、Ｉ字状のセグメント導体１１０，１２０及びＵ字状のセグメント導体２１０を用いる場合と比べて、循環電流をより抑制し、循環電流による損失をより低減することが可能となる。

なお、Ｕ字状のセグメント導体３１０を用いた比較例３の損失は、Ｌ字状の集合導線６を用いた本実施形態の損失と同じになるが、比較例３に係るステータコイル３００には以下の問題がある。比較例３においては、Ｕ字状のセグメント導体３１０の直線部３２０をスロット２３に挿入した後、先端部を曲げ加工して接続する必要があるため、本実施形態のように積層鋼板を加工して構成することができない。また、比較例３では、接続部においてコイルが膨らむので、その分、導線が長くなって抵抗が増大する問題がある。これに対して、本実施形態に係る集合導線６によると、ステータコイル３の長さが増大するのを抑制し、また、積層鋼板によって構成することで渦電流損を低減することが可能となる。

本実施形態に係る集合導線６による効果をまとめると、以下のようになる。Ｌ字状の集合導線６同士を接合することで、ステータコイル３の長さが増大するのを抑制しつつ、ステータコイル３をステータコア２１に容易に配置することが可能となる。また、集合導線６は複数の導体素線６３によって構成されているため、導線が分割されていないステータコイルよりも、渦電流損を低減することが可能となる。また、Ｌ字状の集合導線６によると、Ｉ字状やＵ字状のセグメント導体を用いるよりも、循環電流をより抑制し、循環電流損をより低減することが可能となる。

１回転電機、２ステータ、３ステータコイル、４ロータ、５シャフト、６集合導線、２１ステータコア、２２ティース、２３スロット、４１ロータコア、４２永久磁石、６１第１直線部、６２第２直線部、６３導体素線、６４被覆層、６５接合部。

Claims

径方向内側に延びた複数のティースを備え、隣り合うティースの間にスロットが設けられた環状のステータコアと、
複数の導体素線が一体化してＬ字状の形状を有し、前記Ｌ字状の形状のうちの一方の直線部が前記ステータコアのスロットに挿入され、前記Ｌ字状の形状のうちの他方の直線部が前記ステータコアの周方向に延在するように配置された集合導線が、前記ステータコアの周方向に沿って複数配置され、異なる集合導線において一方の集合導線における前記一方の直線部の先端部と他方の集合導線における前記他方の直線部の先端部とが接合されることにより構成されるステータコイルと、
を有することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記集合導線は、Ｌ字状の形状を有する複数の導体板が積層されることで構成されている、
ことを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機であって、
前記複数の導体板のうちの外側に配置された導体板の比抵抗は、内側に配置された導体板の比抵抗よりも大きい、
ことを特徴とする回転電機。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機であって、
前記ステータコイルは波巻き状の分布巻き型コイルを構成している、
ことを特徴とする回転電機。