JP2014217136A - 固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能なコイルエンド設計を実現した固定子の提供。
【解決手段】複数のスロット１２を有する固定子コア２０と、所定数ｎのスロット１２を跨いで挿入されたセグメントＳｇよりなる単位コイルＵＣと、固定子コア２０の外周側に配置され隣り合う単位コイルＵＣ同士を接続する外周側渡り線となる第１セグメントＳｇ１と、固定子コア２０の内周側に配置され隣り合う単位コイルＵＣ同士を接続する内周側渡り線となる第５セグメントＳｇ５、を備えた固定子１０において、第５セグメントＳｇ５のスロット間隔は、所定数ｎ＋１の間隔に、第１セグメントＳｇ１のスロット間隔は、所定数ｎ−１の間隔に設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、固定子の製造方法に関し、固定子コアに挿入するコイルセグメントのコイルエンドに配置されるターン部分の形状や接続によって固定子の小型化を実現させる技術に関する。

近年、自動車に駆動用のモータを搭載するケースが多くなってきている。車載される駆動用のモータは、搭載スペースが限られるために省スペースであることが求められる。また、自動車の駆動性能を高めるために高出力化が求められる。特にハイブリッド車はエンジンと駆動用モータとをエンジンルーム内に両方を搭載しなければならず、スペース的な制約は厳しい。この為、更なるモータの小型化が求められている。なお、一般機械に使用されるモータについても、小型化及び高出力化が図られることが望ましいため、様々な提案が成されている。

特許文献１には、回転電気、クランク形状の連続巻きコイル、分布巻き固定子及びそれらの形成方法に関する技術が開示されている。コイルは平角導体を用いて略六角形状に巻回され、固定子コアのスロットに挿入する手法を採っている。

特許文献２には、回転電気固定子に関する技術が開示されている。周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に伸びる複数のスロットを有するステータコアと、予め定められたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル要素を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして備えている。そして、単位コイルはステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを２ｎ個配置して形成される分布巻各相巻線を含んでいる。分布巻各相巻線は、巻き始めの単位コイルを１番コイルとし、巻き終わりの単位コイルを２ｎ番コイルとして、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれも、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれもと互いに異なる。

特開２００８−１０４２９３号公報 特開２０１２−１６１９５号公報

しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示される技術で固定子を形成する場合に、更に固定子の小型化及び高出力化を図ろうとすると以下に示すような問題があると考えられる。

特許文献１に開示される技術は連続巻きコイルに関する技術であり、特許文献２に開示される技術はセグメントコイルを利用した単位コイルの接続に関する技術である。しかしながら固定子を小型化するにあたっては、コイルエンド部分の形状を工夫する必要がある。一般的に、固定子の小型化及び高出力化を図る手法としては、平角導体の断面積を増やすことが考えられる。しかし、コイルに用いる平角導体の線径が太くなれば、コイルエンドの設計は格段に難しさを増す。これは、線径が太くなったことによりコイルエンドにおける設計自由度が下がるためで、結果的にコイルエンドの延長を引き起こし、固定子の小型化の妨げになる。これらを解決する方法について、特許文献１及び特許文献２には開示されていない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、小型化が可能なコイルエンド設計を実現した固定子の提供をすることを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による固定子は、以下のような特徴を有する。

（１）複数のスロットを有する固定子コアと、所定数ｎの前記スロットを跨いで挿入されたセグメントよりなる単位コイルと、前記固定子コアの外周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する外周側渡り線と、前記固定子コアの内周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する内周側渡り線と、を備えた固定子において、前記内周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ＋１の間隔に、前記外周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ−１の間隔に、設定されること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によって、固定子のコイルエンド部分の体格の低減を図り、固定子の小型化に貢献することが可能となる。これは、固定子のコイルエンド部分での渡り線の取り回しの自由度を向上させることが可能になる為である。例えば、従来のように単位コイル辺り所定数ｎのスロットを跨いで形成されるコイルの渡り線もｎスロット跨ぐように形成される場合、隣り合うスロットに配置されるセグメント同士が渡り線部分でかわし合う必要がある。Ｕ１相とＵ２相とが隣り合うスロットに挿入されるセグメントだとすると、Ｕ１相の渡り線とＵ２相の渡り線とは固定子のコイルエンド部分でクロスする必要が出てくる。

このような渡り線同士の干渉を避けるために、セグメントの端部にクランク部を形成し、Ｕ１相渡り線のクランク部でＵ２相渡り線をかわす、という配置が必要になる。ただし、セグメントを形成する平角導体の素線の太さが太くなると、平角導体の加工限界の問題や平角導体の周囲を覆う絶縁被覆の影響により、クランク部だけでは対応しきれなくなる。これは、固定子のコイルエンドにおける平角導体の存在密度の影響によるものである。この為、Ｕ１相渡り線部のクランク部とＵ２相渡り線部のクランク部分を形成する位置をずらし、セグメントの形成パターンを増やして対応することや、３次元曲げ加工を施して対応する事が考えられる。しかし、この様な対応をすると、セグメントの加工精度や固定子の製造コスト等に影響する為、好ましくない。

一方で、（１）に記載の態様のように、内周側渡り線部のスロット間隔をｎ＋１とし、外周側渡り線部のスロット間隔をｎ−１とすることで、セグメントの形状の自由度を高めることが可能となり、結果的に固定子の小型化に貢献することが出来る。固定子のコイルエンドにおける平角導体の存在密度の疎な部分での、渡り線のクロスが可能となる為である。固定子のコイルエンドにおける平角導体の存在密度は、平角導体の最小曲げ半径などの影響から、固定子コア端面より少し離れたセグメントの略Ｕ字状に形成されるターン部分が密となり、セグメントが直線的に形成される固定子コア端面から所定の空間は疎となる。この為、内周側渡り線部のスロット間隔をｎ＋１とすることで、固定子のコイルエンドにおける平角導体の存在密度が疎な部分で、渡り線部同士のかわしが可能となる。この為、固定子の小型化に貢献することが可能となる。

（２）複数のスロットを有する固定子コアと、所定数ｎの前記スロットを跨いで挿入されたセグメントよりなる単位コイルと、前記固定子コアの外周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する外周側渡り線と、前記固定子コアの内周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する内周側渡り線と、を備えた固定子において、前記外周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ＋１の間隔に、前記内周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ−１の間隔に設定されること、を特徴とする。

上記（２）に記載の態様によって、固定子のコイルエンド部分の体格の低減を図り、固定子の小型化に貢献することが可能となる。（１）に記載の発明とは、内周側と外周側の役割を入れ替えた関係となり、（１）に記載の発明と同様の効果が得られる。すなわち、外周側渡り線部のスロット間隔をｎ＋１とし、内周側渡り線部のスロット間隔をｎ−１とすることで、セグメントの形状の自由度を高めることが可能となる。そして、結果的に固定子の小型化に貢献することが出来る。

固定子のコイルエンドにおける平角導体の存在密度は、平角導体の最小曲げ半径などの影響から、固定子コア端面より少し離れたセグメントの略Ｕ字状に形成されるターン部分が密となり、セグメントが直線的に形成される固定子コア端面から所定の空間は疎となる。この為、外周が渡り線部のスロット間隔をｎ＋１とすることで、固定子のコイルエンドにおける平角導体の存在密度が疎な部分で、渡り線部同士のかわしが可能となる。この為、固定子の小型化に貢献することが可能となる。

（３）請求項１に記載の固定子において、前記内周側渡り線は、前記スロットに挿入される第１スロット内導線部と、第２スロット内導線部とを有し、前記第２スロット内導線部には、前記内周側渡り線が前記固定子コアに配置された際に、前記固定子コアの周方向に隣り合う前記内周側渡り線同士の干渉を避ける退避部が延設され、前記退避部によって、一方の前記内周側渡り線が、他方の前記内周側渡り線を前記固定子コアの内周側に避けること、を特徴とする。

上記（３）に記載の態様により、内周側渡り線同士の干渉を回避するための退避部が第２スロット内導線部から延設されることで、隣に配置された内周側渡り線の第１スロット内線部側との干渉を回避することが出来る。固定子の内周側には、固定子の設計上の都合で、固定子の内周側に配置される回転子の外周ギリギリにまでスロット内導線部を配置することができない場合がある。この様な場合には内周側渡り線は固定子コアの内周側にレーンチェンジさせて、退避部によって外周側に戻すような構成が可能となる。よって、固定子の軸方向への延長には繋がらない。つまり固定子の小型化に貢献することが出来るのである。また、内周側渡り線は１パターンのセグメントを組み合わせて構成することが可能となるので、セグメントの種類を減らす事が出来る。すなわち、固定子のコストダウンに貢献する。

（４）（２）に記載の固定子において、前記外周側渡り線は、前記スロットに挿入される第１スロット内導線部と、第２スロット内導線部とを有し、前記第２スロット内導線部には、前記外周側渡り線が前記固定子コアに配置された際に、前記固定子コアの周方向に隣り合う前記外周側渡り線同士の干渉を避ける退避部が延設され、前記退避部によって、一方の前記外周側渡り線が、他方の前記外周側渡り線を前記固定子コアの外周側に避けること、を特徴とする。

上記（４）に記載の態様により、外周側渡り線同士の干渉を回避するための退避部が第２スロット内導線部から延設されることで、隣に配置された外周側渡り線の第１スロット内線部側との干渉を回避することが出来る。固定子の外周側には、内周側よりも構造上スペースが確保しやすい。これは、固定子コアの内周側にスロットが形成され、外周側にはスロットの設けられない部分が配置されるためである。

スロットの設けられない部分には基本的にはセグメントを配置しないため、空間に余裕を設けやすい。この為、外周側渡り線は固定子コアの外周側にレーンチェンジさせて、退避部によって内周側に戻すような構成が可能となる。よって、固定子の軸方向への延長には繋がらない。つまり固定子の小型化に貢献することが出来るのである。また、外周側渡り線は１パターンのセグメントを組み合わせて構成することが可能となるので、セグメントの種類を減らす事が出来る。すなわち、固定子のコストダウンに貢献する。

第１実施形態の、固定子の斜視図である。 第１実施形態の、セグメントの平面図である。 第１実施形態の、固定子の組み立て手順を示す簡略図を示す。（ａ）は、固定子コアの斜視図である。（ｂ）は、固定子コアのスロットにインシュレータを備えた斜視図である。（ｃ）は、セグメントの斜視図である。（ｄ）は、固定子コアにセグメントを挿入した様子を示す断面図である。（ｅ）に、セグメント端部を溶接した様子を示した断面図である。 第１実施形態の、スロット内を示す固定子を示す断面図である。 第１実施形態の、固定子コアの第１層及び第８層にセグメントを挿入した斜視図である。 第１実施形態の、第５セグメントの斜視図である。 第１実施形態の、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第１実施形態の、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第１実施形態の、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第１実施形態の、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 比較のために用意した、従来の固定子の反リード側の様子で、第１層及び第８層のセグメントだけを示す斜視図である。 比較のために用意した、従来の固定子のＵ相の接続線図である。 第１実施形態の、固定子のＵ相の接続線図である。 第２実施形態の、固定子コアに第１層と第８層のみにセグメントを挿入した様子を示す斜視図である。 第２実施形態の、第１セグメントの斜視図である。 第２実施形態の、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第２実施形態の、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第２実施形態の、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第２実施形態の、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を示す模式図である。 第２実施形態の、固定子のＵ相の接続線図である。

まず、本発明の第１の実施形態について、参考となる図面を用いて説明する。なお、用いられている図面の詳細部分は説明の都合上簡略化している。

図１に、第１実施形態の、固定子１０の斜視図を示す。回転電機に用いられる固定子１０は、固定子コア２０と、セグメントコイルＳＣよりなる。このうち固定子コア２０は、プレス加工等でドーナツ形状に形成された電磁鋼板を積層してなり、内周側に略台形形状に固定子コア２０内周側に突出するティース１１と、略コの字形状に形成されるスロット１２とを交互に備えている。本実施形態の固定子コア２０はスロット１２を４８備えているが、設計思想に基づきこれを変更することを妨げない。固定子コア２０の外周側には、リブ２１とリブ２１の中央辺りに設けられたボルト孔２２が備えられる。

このスロット１２には、セグメントＳｇが挿入される。図２に、セグメントＳｇの平面図を示す。セグメントＳｇは、矩形断面を有する平角導体Ｄを用いて形成される。平角導体Ｄは、素材に銅等の導電性の高い金属を用いた線材であり、その周囲には、セグメントＳｇと固定子コア２０の絶縁性を確保するために必要なエナメル等による絶縁性被覆が施されている。

セグメントＳｇは、大雑把に３つの部位に分けて説明する。まず、固定子コア２０に挿入された後に他のセグメントＳｇの端部と接合されるリード部Ｓｇａ、そして、スロット１２に挿入される部分であるスロット内導線部Ｓｇｂ、そして、固定子１０の反リード側に突出するコイルエンド部Ｓｇｃである。

リード部Ｓｇａには、その先端に溶接されるために絶縁性被覆が母材と共に剥離された剥離部Ｓｇｉを有している。便宜上、第１リード部ＳｇａＡと第２リード部ＳｇａＢとで呼び分けることとする。スロット内導線部Ｓｇｂも便宜上、第１スロット内導線部ＳｇｂＡと第２スロット内導線部ＳｇｂＢと呼び分ける。コイルエンド部Ｓｇｃは、スロット内導線部Ｓｇｂに対して所定の角度に曲げて形成された斜辺部Ｓｇｄと、セグメントＳｇ同士のレーンチェンジの為に形成されるクランク部Ｓｇｅと、スロット内導線部Ｓｇｂから延設される直線部Ｓｇｇとからなり、それぞれ、第１斜辺部ＳｇｄＡ、第２斜辺部ＳｇｄＢ、第１直線部ＳｇｇＡ、第２直線部ＳｇｇＢと呼び分けることとする。

セグメントＳｇは、円環状に並べて図示しないセグメントユニットＳＵを形成した後に、固定子コア２０の備えるスロット１２に挿入して固定子コア２０を形成する。図３に、固定子１０の組み立て手順を示す簡略図を示す。図３（ａ）に、固定子コア２０の斜視図を示す。図３（ｂ）に、固定子コア２０のスロット１２にインシュレータ２５を備えた斜視図を示す。図３（ｃ）に、セグメントＳｇの斜視図を示す。図３（ｄ）に、固定子コア２０にセグメントＳｇを挿入した様子を断面図に示す。図３（ｅ）に、セグメントＳｇの端部を溶接した様子を断面図に示す。なお、図３は何れも説明の為に形状を単純化している。

まず、図３（ａ）に示される固定子コア２０に形成されるスロット１２に、図３（ｂ）に示すようにインシュレータ２５を挿入した状態で、図３（ｃ）に示すセグメントＳｇを挿入する。この結果、図３（ｄ）に示すような状態になる。すなわち、セグメントＳｇが固定子コア２０の端部から一部突出し、第１リード部ＳｇａＡ及び第２リード部ＳｇａＢが突出した状態になっている。そして、第１リード部ＳｇａＡ及び第２リード部ＳｇａＢを捻り、図３（ｅ）に示すように先端を溶接して溶接部Ｓｇｈを形成することで、固定子１０を形成する。なお、図３では固定子１０の形成過程について概念的に説明しているが、実際の組み付け工程では、セグメントＳｇを円環状に配置する整列工程を必要とする。

次に、固定子コア２０に挿入するセグメントＳｇの種類について説明する。図４に、スロット１２内を示す固定子１０の断面図を示す。スロット１２にはスロット内導線部Ｓｇｂが８本挿入されている。便宜上、固定子１０の外周側から第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、第３層Ｌ３、第４層Ｌ４、第５層Ｌ５、第６層Ｌ６、第７層Ｌ７、及び第８層Ｌ８と呼び分けることにする。

図５に、固定子コア２０に第１層Ｌ１と第８層Ｌ８のみにセグメントＳｇを挿入した様子を斜視図に示す。セグメントＳｇは、第１層Ｌ１乃至第８層Ｌ８に挿入されるもので、それぞれコイルエンド部Ｓｇｃの幅が異なる。ここで言うコイルエンドの幅とは、図２に示すセグメントＳｇの幅Ｈが示す部分で、第１直線部ＳｇｇＡの外面より第２直線部ＳｇｇＢの外面までの距離である。固定子コア２０の第１層Ｌ１及び第８層Ｌ８にセグメントＳｇは、便宜的に第１層Ｌ１のセグメントＳｇを第１セグメントＳｇ１とし、第８層Ｌ８のセグメントＳｇを第５セグメントＳｇ５としている。第１セグメントＳｇ１は、図５に示すように固定子コア２０の最外周に配置される第１層Ｌ１に挿入されて６つのスロット１２を跨ぐように幅が設定されている。一方、第５セグメントＳｇ５は、固定子コア２０の最内周に配置される第８層Ｌ８に挿入されて４つのスロット１２を跨ぐように幅が設定されている。

すなわち、第１セグメントＳｇ１は、例えば第１層Ｌ１の８番目のスロット１２に第１リード部ＳｇａＡが挿入されたとすると、第１層Ｌ１の１３番目に第２リード部ＳｇａＢが挿入されることになる。一方、第５セグメントＳｇ５は、例えば第８層Ｌ８の７番目のスロットに第１リード部ＳｇａＡが挿入されたとすると、第８層Ｌ８の１４番目に第２リード部ＳｇａＢが挿入されることになる。

第１セグメントＳｇ１と第５セグメントＳｇ５の間に配置される第２セグメントＳｇ２乃至第４セグメントＳｇ４はそれぞれ第２層Ｌ２乃至第７層Ｌ７に配置され、５つのスロット１２を跨ぐように幅が設定されている。第２セグメントＳｇ２は、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３とに跨って挿入される。第３セグメントＳｇ３は、第４層Ｌ４と第５層Ｌ５とに跨って挿入される。第４セグメントＳｇ４は、第６層Ｌ６と第７層Ｌ７とに跨って挿入される。第１セグメントＳｇ１乃至第５セグメントＳｇ５がどの位置に配置されるかについては後述する。

図６に、第５セグメントＳｇ５の斜視図を示す。第５セグメントＳｇ５は、他の第１セグメントＳｇ１乃至第４セグメントＳｇ４と若干形状が異なる。第５セグメントＳｇ５のコイルエンド部Ｓｇｃには、直線部Ｓｇｇの片側に（図６では第１直線部ＳｇｇＡ）回避部Ｓｇｆが形成される。回避部Ｓｇｆは、斜辺部Ｓｇｄより外周側にフラットワイズ方向に曲げ加工され、さらに直線部Ｓｇｇに繋がるように折り返されている。

第５セグメントＳｇ５は図５に示すように、４８スロットを備える固定子コア２０の最外周に配置される。そして、６スロット跨ぎするように大きさが設定されているために、一方の第５セグメントＳｇ５の第１斜辺部ＳｇｄＡと、他方の第５セグメントＳｇ５の第２斜辺部ＳｇｄＢとが交差する必要がある。このため、回避部Ｓｇｆにより第５セグメントＳｇ５同士の干渉を避けることが出来る。このような第５セグメントＳｇ５と、第１セグメントＳｇ１乃至第４セグメントＳｇ４の５種類のセグメントＳｇが用意される。そして、５種類１９２本のセグメントＳｇが円環状に整列されてセグメントユニットＳＵが形成され、最終的に固定子１０が形成される。

図７に、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図８に、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図７と図８とは、対になっている。図９に、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図１０に、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図９と図１０とは、対になっている。図７乃至図１０は、固定子コア２０に放射線状に配置されるスロット１２を横一列に並べたもので、便宜上、Ｕ相が挿入されるスロット１２のうち１つを第１スロットとしてナンバリングしてある。

また、スロット１２に挿入されるスロット内導線部Ｓｇｂの入る場所を、外周側から第１層Ｌ１、最内周を第８層Ｌ８として示している。説明の都合上、１４番目のスロット１２までしか示していないが、以降、ほぼ同じパターンでセグメントＳｇが挿入され、１番目のスロット１２の左隣に４８番目のスロット１２が配置される。なお、描かれているセグメントＳｇ等も模式的に示されている。そして、セグメントＳｇの第１スロット内導線部ＳｇｂＡ及び第２スロット内導線部ＳｇｂＢが挿入される位置に、通し番号が１番から６４番まで（一部は省略されている）振られており、同じ番号には同じセグメントＳｇが挿入されることを意味している。

例えば、図７の第２層Ｌ２の２番目のスロット１２には第２セグメントＳｇ２の第１スロット内導線部ＳｇｂＡが挿入され、第２セグメントＳｇ２の第２スロット内導線部ＳｇｂＢは第３層Ｌ３の８番目のスロット１２に挿入されるため、両方の場所に「１」と示されている。説明の為、これを１番目のセグメントＳｇとする。同様に「２」に挿入されるのを２番目のセグメントＳｇとなる。

そして、図７乃至図１０に示すように、第１セグメントＳｇ１乃至第５セグメントＳｇ５にて１つの単位コイルＵＣを形成する。便宜上、単位コイルＵＣは１番目のスロット１２から近い順にＵ相第１単位コイルＵＣ１、Ｕ相第２単位コイルＵＣ２と称呼する。図７及び図８に示すＵ相第２単位コイルＵＣ２は１番目のセグメントＳｇから５番目のセグメントＳｇが溶接されて形成されている。これに重なるように、図９及び図１０に示される３３番目のセグメントＳｇから３５番目のセグメントＳｇによってＵ相第１単位コイルＵＣ１が形成される。同様にして、Ｕ相第３単位コイルＵＣ３とＵ相第４単位コイルＵＣ４とが重なるように形成される。

これらＵ相第１単位コイルＵＣ１乃至Ｕ相第４単位コイルＵＣ４等は、後述する図１３にも示される様に、第１セグメントＳｇ１で接続されるＵ相の単位コイルＵＣ同士は近く配置され、第５セグメントＳｇ５で接続されるＵ相の単位コイルＵＣ同士は遠くに配置される。具体的には、図７及び図８に示される様にＵ相第２単位コイルＵＣ２とＵ相第３単位コイルＵＣ３とが第１セグメントＳｇ１によって接続されており、８番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂの片側が挿入されるＵ相第２単位コイルＵＣ２と、７番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂの片側が挿入されるＵ相第３単位コイルＵＣ３とは重なって配置される。

一方、図９及び図１０に示される様に７番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂ片側が挿入されるＵ相第１単位コイルＵＣ１と、８番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂが挿入されるＵ相第４単位コイルＵＣ４とは重なり合わず、Ｕ相第２単位コイルＵＣ２とＵ相第３単位コイルＵＣ３とのペアよりも離れていると言える。同様のパターンでＵ相の単位コイルＵＣは、配置され、Ｕ相第１単位コイルＵＣ１乃至Ｕ相第４単位コイルＵＣ４を含むＵ相の単位コイルＵＣが接続されてＵ相のコイルを形成する。Ｖ相、Ｗ相についても同様に形成される。

第１実施形態の固定子１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

まず、固定子１０の小型化が可能になる点が効果として挙げられる。これは、複数のスロット１２を有する固定子コア２０と、所定数ｎのスロット１２を跨いで挿入されたセグメントＳｇよりなる単位コイルＵＣと、固定子コア２０の外周側に配置され隣り合う単位コイルＵＣ同士を接続する外周側渡り線となる第１セグメントＳｇ１と、固定子コア２０の内周側に配置され隣り合う単位コイルＵＣ同士を接続する内周側渡り線となる第５セグメントＳｇ５、を備えた固定子１０において、第５セグメントＳｇ５のスロット間隔は、所定数ｎ＋１の間隔に、第１セグメントＳｇ１のスロット間隔は、所定数ｎ−１の間隔に設定される。

このため、第２セグメントＳｇ２乃至第４セグメントＳｇ４は、ｎ＝５に設定されて５スロット跨ぎとなり、第１セグメントＳｇ１は４スロット跨ぎ、第５セグメントＳｇ５は６スロット跨ぎとして構成されている。したがって、図５に示すような状態で第１セグメントＳｇ１と第５セグメントＳｇ５は固定子コア２０に配置される。これに伴い、前述の７乃至図１０に示すような配線構成となる。

従来は、第１実施形態のような接続方法を採っていなかった。図１１に、比較のために用意した従来の固定子１０の反リード側の様子で、第１層Ｌ１及び第８層Ｌ８のセグメントＳｇだけを斜視図に示す。固定子コア２０の第１層Ｌ１には、２種類の第１ａセグメントＳｇ１ａと第１ｂセグメントＳｇ１ｂが挿入されている。第１ａセグメントＳｇ１ａと第１ｂセグメントＳｇ１ｂとは、クランク部Ｓｇｅの位置が左右にずらされて形成されている。一方、第８層Ｌ８にも２種類の第５ａセグメントＳｇ５ａと第５ｂセグメントＳｇ５ｂも第１ａセグメントＳｇ１ａと第１ｂセグメントＳｇ１ｂと同様に、クランク部Ｓｇｅの位置が左右にずらされて形成されている。この為、第２セグメントＳｇ２乃至第４セグメントＳｇ４は１種類ずつで良いが、第１セグメントＳｇ１及び第５セグメントＳｇ５は最低でも２種類用意する必要がある。

基本的に、セグメントＳｇは周方向に隣り合う同士で干渉をかわす必要がある。図１２に、比較のために示す、Ｕ相の接続図を示す。そこでクランク部Ｓｇｅにて径方向に１層分ずれることで、周方向に隣り合うセグメントＳｇ同士の干渉を避けている。そして、接続の関係で、第２層Ｌ２とペアになるのは第３層Ｌ３、第４層Ｌ４とペアになるのは第５層Ｌ５、第６層Ｌ６とペアになるのは第７層Ｌ７である。そして、固定子コア２０の最内周側の層である第８層Ｌ８と、固定子コア２０の最外周側の層である第１層Ｌ１は、１層分の幅でかわす必要がある。つまり、図１２に示すように第５セグメントＳｇ５同士が交差する内周側交差部Ａや、第１セグメントＳｇ１同士が交差する外周側交差部Ｂが必要となる。

これは、図１２に示すようにＵ相第２単位コイルＵＣ２と接続されるＵ相第４単位コイルＵＣ４よりＵ相第２単位コイルＵＣ２寄りにＵ相第３単位コイルＵＣ３が配置される構成となっている為である。Ｕ相第２単位コイルＵＣ２、Ｕ相第４単位コイルＵＣ４が接続されるのをＵ１相とすると、Ｕ相第１単位コイルＵＣ１、Ｕ相第３単位コイルＵＣ３が接続されるのはＵ２相となり、Ｕ１相とＵ２相とは直列的に接続されている。

この様な構成である為、従来はセグメントＳｇのクランク部Ｓｇｅの位置などをずらすことで、固定子１０のコイルエンド部分における第１セグメントＳｇ１同士、第５セグメントＳｇ５同士の干渉を避けていた。これが、図１１に示すような第１ａセグメントＳｇ１ａや第１ｂセグメントＳｇ１ｂを用意し、第５ａセグメントＳｇ５ａや第５ｂセグメントＳｇ５ｂを用意する理由となる。しかし、この様な方法でセグメントＳｇ同士の干渉を避けた場合、前述したように第１セグメントＳｇ１に２種類、第５セグメントＳｇ５に２種類のセグメントを用意する必要が出てくる。第１セグメントＳｇ１と第５セグメントＳｇ５をそれぞれ２種類用意しない場合、固定子１０の軸方向に避ける必要があるため、固定子１０の体格を大きくせざるを得ないためである。

固定子１０の高出力化の為にはセグメントＳｇに用いる平角導体Ｄの断面積を広くしたいと言う要望がある。つまり、コイルエンド部Ｓｇｃの形状の見直しによる固定子１０の小型化と、平角導体Ｄの断面積を広げることで固定子１０の高出力化を両立させることを狙うと、クランク部Ｓｇｅの平角導体Ｄの密度の限界の関係により、セグメントＳｇの種類を増やすか、固定子１０の軸方向への拡大が避けられなかった。しかし、第１実施形態の１０によれば、固定子１０の軸方向への拡大を避けることが可能となる。

図１３に、第１実施形態の、Ｕ相の接続線図を示す。第５セグメントＳｇ５を６スロット跨ぎとしていることで、第５セグメントＳｇ５同士の干渉は図１３に示す内周側交差部Ｃ１において、第５セグメントＳｇ５に図６に示した回避部Ｓｇｆが設けられていることで避けられる。具体的には、図５に示すように、内周側交差部Ｃ１において、一方の第５セグメントＳｇ５に対して回避部Ｓｇｆの設けられた他方の第５セグメントＳｇ５が固定子１０の内周側に回避することで干渉が避けられる。又このような構成である為、コイルエンド部Ｓｇｃが固定子１０の軸方向に延長することを避けられる。

また、第１セグメントＳｇ１を４スロット跨ぎとしていることで、第５セグメントＳｇ５同士は干渉し合わない。このような構成により、第１セグメントＳｇ１及び第５セグメントＳｇ５は何れも１種類ずつ用意すれば固定子１０を構成可能である。また、上述の理由によって、セグメントＳｇの種類を増やさなくても良く、結果的に固定子１０のコストダウンが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、第１セグメントＳｇ１と第５セグメントＳｇ５の役割が逆になっており、それに伴って一部の構成が異なる。以下に、図を用いて説明する。

図１４に、第２実施形態の固定子コア２０に第１層Ｌ１と第８層Ｌ８のみにセグメントＳｇを挿入した様子を斜視図に示す。セグメントＳｇは、第１層Ｌ１乃至第８層Ｌ８に挿入されるもので、それぞれコイルエンド部Ｓｇｃの幅Ｈが異なる。第１セグメントＳｇ１は、図１４に示すように固定子コア２０の最外周に配置される第１層Ｌ１に挿入されて６つのスロット１２を跨ぐように幅が設定されている。一方、第５セグメントＳｇ５は、固定子コア２０の最内周に配置される第８層Ｌ８に挿入されて４つのスロット１２を跨ぐように幅が設定されている。

すなわち、第１セグメントＳｇ１は、例えば第１層Ｌ１の７番目のスロット１２に第１リード部ＳｇａＡが挿入されたとすると、第１層Ｌ１の１４番目に第２リード部ＳｇａＢが挿入されることになる。一方、第５セグメントＳｇ５は、例えば第８層Ｌ８の８番目のスロットに第１リード部ＳｇａＡが挿入されたとすると、第８層Ｌ８の１３番目に第２リード部ＳｇａＢが挿入されることになる。

第１セグメントＳｇ１と第５セグメントＳｇ５の間に配置される第２セグメントＳｇ２乃至第４セグメントＳｇ４はそれぞれ第２層Ｌ２乃至第７層Ｌ７に配置され、５つのスロット１２を跨ぐように幅が設定されている。第２セグメントＳｇ２は、第２層Ｌ２と第３層Ｌ３とに跨って挿入される。第３セグメントＳｇ３は、第４層Ｌ４と第５層Ｌ５とに跨って挿入される。第４セグメントＳｇ４は、第６層Ｌ６と第７層Ｌ７とに跨って挿入される。

図１５に、第１セグメントＳｇ１の斜視図を示す。第１セグメントＳｇ１は、他の第２セグメントＳｇ２乃至第５セグメントＳｇ５と若干形状が異なる。第１セグメントＳｇ１のコイルエンド部Ｓｇｃには、直線部Ｓｇｇの片側に（図１５では第２直線部ＳｇｇＢ）回避部Ｓｇｆが形成される。回避部Ｓｇｆは、斜辺部Ｓｇｄより内周側にフラットワイズ方向に曲げ加工され、さらに直線部Ｓｇｇに繋がるように折り返されている。

第１セグメントＳｇ１は図１４に示すように、４８スロットを備える固定子コア２０の最外周に配置される。そして、６スロット跨ぎするように大きさが設定されているために、一方の第１セグメントＳｇ１の第１斜辺部ＳｇｄＡと、他方の第１セグメントＳｇ１の第２斜辺部ＳｇｄＢとが交差する必要がある。このため、回避部Ｓｇｆにより第１セグメントＳｇ１同士の干渉を避けることが出来る。このような第１セグメントＳｇ１と、第２セグメントＳｇ２乃至第５セグメントＳｇ５の５種類のセグメントＳｇが用意される。そして、５種類１９２本のセグメントＳｇが円環状に整列されてセグメントユニットＳＵが形成され、最終的に固定子１０が形成される。

図１６に、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図１７に、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図１６と図１７とは、対になっている。図１８に、反リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図１９に、リード側のＵ相セグメントが配置された様子を模式図に示す。図１８と図１９とは、対になっている。図１６乃至図１９は、固定子コア２０に放射線状に配置されるスロット１２を横一列に並べたもので、便宜上、Ｕ相が挿入されるスロット１２のうち１つを第１スロットとしてナンバリングしてある。

また、スロット１２に挿入されるスロット内導線部Ｓｇｂの入る場所を、外周側から第１層Ｌ１、最内周を第８層Ｌ８として示している。説明の都合上、１４番目のスロット１２までしか示していないが、以降、ほぼ同じパターンでセグメントＳｇが挿入され、１番目のスロット１２の左隣に４８番目のスロット１２が配置される。なお、描かれているセグメントＳｇ等も模式的に示されている。そして、セグメントＳｇの第１スロット内導線部ＳｇｂＡ及び第２スロット内導線部ＳｇｂＢが挿入される位置に、通し番号が１番から６４番まで（一部は省略されている）振られており、同じ番号には同じセグメントＳｇが挿入されることを意味している。

例えば、第１層Ｌ１の１番目のスロット１２には第１セグメントＳｇ１の第１スロット内導線部ＳｇｂＡが挿入され、第１セグメントＳｇ１の第２スロット内導線部ＳｇｂＢは第１層Ｌ１の８番目のスロット１２に挿入されるため、両方の場所に「１」と示されている。説明の為、これを１番目のセグメントＳｇとする。同様に「２」に挿入されるのを２番目のセグメントＳｇとなる。第１セグメントＳｇ１乃至第５セグメントＳｇ５は、この様に配置され、Ｕ相のコイルが形成される。なお、図１９に示す第２層Ｌ２の１番目のスロット１２に挿入される第２セグメントＳｇ２は、５スロット跨いで図示しない第２層Ｌ２の４３番目のスロット１２に挿入される第２セグメントＳｇ２と接続されている。

そして、図１６乃至図１９に示すように、第１セグメントＳｇ１乃至第５セグメントＳｇ５にて１つの単位コイルＵＣを形成する。図１６及び図１７に示すＵ相第２単位コイルＵＣ２は１番目のセグメントＳｇから５番目のセグメントＳｇが溶接されて形成されている。これに重なるように、図１８及び図１９に示される３３番目のセグメントＳｇから３５番目のセグメントＳｇによってＵ相第１単位コイルＵＣ１が形成される。同様にして、Ｕ相第３単位コイルＵＣ３とＵ相第４単位コイルＵＣ４とが重なるように形成される。

これらＵ相第１単位コイルＵＣ１乃至Ｕ相第４単位コイルＵＣ４等は、後述する図２０にも示される様に、第５セグメントＳｇ５で接続されるＵ相の単位コイルＵＣ同士は近く配置され、第１セグメントＳｇ１で接続されるＵ相の単位コイルＵＣ同士は遠くに配置される。具体的には、Ｕ相第２単位コイルＵＣ２とＵ相第３単位コイルＵＣ３とが第５セグメントＳｇ５によって接続されており、８番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂの片側が挿入されるＵ相第２単位コイルＵＣ２と、７番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂの片側が挿入されるＵ相第３単位コイルＵＣ３とは重なって配置される。

一方、７番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂ片側が挿入されるＵ相第１単位コイルＵＣ１と、８番目のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂが挿入されるＵ相第４単位コイルＵＣ４とは重なり合わず、Ｕ相第２単位コイルＵＣ２とＵ相第３単位コイルＵＣ３とのペアよりも離れていると言える。同様のパターンでＵ相の単位コイルＵＣは、配置され、Ｕ相第１単位コイルＵＣ１乃至Ｕ相第４単位コイルＵＣ４を含むＵ相の単位コイルＵＣが接続されてＵ相のコイルを形成する。Ｖ相、Ｗ相についても同様に形成される。

第２実施形態の固定子１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

まず、固定子１０の小型化が可能になる点が効果として挙げられる。これは、複数のスロット１２を有する固定子コア２０と、所定数ｎのスロット１２を跨いで挿入されたセグメントＳｇよりなる単位コイルと、固定子コア２０の外周側に配置され隣り合う単位コイル同士を接続する外周側渡り線となる第１セグメントＳｇ１と、固定子コア２０の内周側に配置され隣り合う単位コイル同士を接続する内周側渡り線となる第５セグメントＳｇ５と、を備えた固定子１０において、第１セグメントＳｇ１のスロット間隔は、所定数ｎ＋１の間隔に、第５セグメントＳｇ５のスロット間隔は、所定数ｎ−１の間隔に設定される。

このため、第２セグメントＳｇ２乃至第４セグメントＳｇ４は、ｎ＝５に設定されて５スロット跨ぎとなり、第１セグメントＳｇ１は６スロット跨ぎ、第５セグメントＳｇ５は４スロット跨ぎとして構成されている。したがって、図１４に示すような状態で第１セグメントＳｇ１と第５セグメントＳｇ５は固定子コア２０に配置される。これに伴い、前述の図１６乃至図１９に示すような配線構成となる。

図２０に、Ｕ相の接続線図を示す。第１セグメントＳｇ１を７スロット跨ぎとしていることで、第１セグメントＳｇ１同士の干渉は図２０に示す外周側交差部Ｃ２において、第１セグメントＳｇ１に図１５で示した回避部Ｓｇｆが設けられることで避けられる。具体的には、図１４に示すように、外周側交差部Ｃ２において、一方の第１セグメントＳｇ１に対して回避部Ｓｇｆの設けられた他方の第１セグメントＳｇ１が固定子１０の外周側に回避することで干渉が避けられる。又このような構成である為、コイルエンド部Ｓｇｃが固定子１０の軸方向に延長することを避けられる。

また、第５セグメントＳｇ５を４スロット跨ぎとしていることで、第５セグメントＳｇ５同士は干渉し合わない。このため、第１セグメントＳｇ１及び第５セグメントＳｇ５は何れも１種類ずつ用意すれば固定子１０を構成可能である。また、上述の理由によって、セグメントＳｇの種類を増やさなくても良く、結果的に固定子１０のコストダウンが可能となる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、セグメントＳｇの跨ぐスロット１２の数を変更したり、固定子コア２０の有するスロット１２の数を変更したりすることを妨げない。また、スロット１２に挿入されるスロット内導線部Ｓｇｂの本数も、設計思想によって適宜変更されることを妨げない。

１０ 固定子
１１ ティース
１２ スロット
２０ 固定子コア
Ｄ 平角導体
Ｌ１〜Ｌ８ 第１層〜第８層
ＳＣ セグメントコイル
ＳＵ セグメントユニット
Ｓｇ セグメント
Ｓｇａ リード部
Ｓｇｂ スロット内導線部
Ｓｇｃ コイルエンド部
Ｓｇｄ 斜辺部
Ｓｇｅ クランク部
Ｓｇｆ 回避部
Ｓｇｇ 直線部
Ｓｇｈ 溶接部
Ｓｇｉ 剥離部
ＵＣ 単位コイル

Claims (4)

1. 複数のスロットを有する固定子コアと、所定数ｎの前記スロットを跨いで挿入されたセグメントよりなる単位コイルと、前記固定子コアの外周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する外周側渡り線と、前記固定子コアの内周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する内周側渡り線と、を備えた固定子において、
   前記内周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ＋１の間隔に、前記外周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ−１の間隔に、設定されること、
   を特徴とする固定子。
2. 複数のスロットを有する固定子コアと、所定数ｎの前記スロットを跨いで挿入されたセグメントよりなる単位コイルと、前記固定子コアの外周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する外周側渡り線と、前記固定子コアの内周側に配置され隣り合う前記単位コイル同士を接続する内周側渡り線と、を備えた固定子において、
   前記外周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ＋１の間隔に、前記内周側渡り線のスロット間隔は、前記所定数ｎ−１の間隔に、
   を特徴とする固定子。
3. 請求項１に記載の固定子において、
   前記内周側渡り線は、前記スロットに挿入される第１スロット内導線部と、第２スロット内導線部とを有し、
   前記第２スロット内導線部には、前記内周側渡り線が前記固定子コアに配置された際に、前記固定子コアの周方向に隣り合う前記内周側渡り線同士の干渉を避ける退避部が延設され、
   前記退避部によって、一方の前記内周側渡り線が、他方の前記内周側渡り線を前記固定子コアの内周側に避けること、
   を特徴とする固定子。
4. 請求項２に記載の固定子において、
   前記外周側渡り線は、前記スロットに挿入される第１スロット内導線部と、第２スロット内導線部とを有し、
   前記第２スロット内導線部には、前記外周側渡り線が前記固定子コアに配置された際に、前記固定子コアの周方向に隣り合う前記外周側渡り線同士の干渉を避ける退避部が延設され、
   前記退避部によって、一方の前記外周側渡り線が、他方の前記外周側渡り線を前記固定子コアの外周側に避けること、
   を特徴とする固定子。

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