JP2015084635A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンド部の軸方向長さの増加を抑制しつつ、各相巻線を構成する並列巻線間に発生する循環電流を完全に防止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２０は、複数のスロット３１を有する固定子コア３０と、スロット３１に収容されて固定子コア３０に巻装された三相の相巻線よりなる固定子巻線４０とを備えている。固定子巻線４０は、複数の導体セグメント５０の端末同士を所定のパターンで接続してなる各相巻線を星型結線で結線して波巻きで形成されている。各スロット３１には、各相巻線が径方向１列に６本ずつ収容されている。各相巻線は、スロット３１内の各層において、周方向に隣接する２個のスロットＡ，Ｂごとに同相の相巻線が収容され、且つ並列接続された４本の並列巻線により構成されている。各並列巻線は、各スロット３１内の全ての層において、隣接する２個のスロットＡ，Ｂの両方に均等に配置されている。
【選択図】図１０

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の固定子に関する。

従来、車両に搭載されて使用される回転電機として、回転可能に設けられた回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コア、及び該固定子コアのスロットに巻装された複数の相巻線よりなる固定子巻線を有する固定子と、を備えたものが一般に知られている。

そして、特許文献１には、更なる大電流化を実現でき、しかも引き出し線や接続線を簡素化できる回転電機用電機子（固定子）に関する技術が開示されている。この特許文献１には、固定子コアのスロットに挿入した複数の導体セグメントの所定の開放端部同士を、固定子コアの軸方向一端側で溶接等により接続することにより、固定子コアに重ね巻きで巻装された三相の相巻線よりなる固定子巻線が開示されている。この固定子巻線の各相巻線は、それぞれ並列接続された４本の並列巻線により構成されている。さらに、特許文献１には、周方向に隣接する２個のスロットごとに同相の相巻線が均一に収容されることが開示されている。

また、特許文献２には、分布巻きの複数倍スロットにおいて、多数の並列巻きをしても循環電流を抑制できる固定子に関する技術が開示されている。この特許文献２には、固定子コアに波巻きで巻装された多相の相巻線よりなる固定子巻線が開示されている。この固定子巻線の各相巻線は、それぞれ並列接続された複数本の並列巻線により構成されている。さらに、特許文献２には、周方向に隣接する２個のスロットに収容された同相の相巻線が、各スロットの異なる層に層渡りする際に、当該２個のスロット間でスイッチすることが開示されている。

特開２００５−１１０３６１号公報 特開２０１４−９６８５７号公報

ところで、上記の特許文献１に開示された固定子巻線は、複数のＵ字状導体セグメントの所定の開放端部同士を接続して形成されていることから、各スロットに導体セグメントのスロット収容部が径方向１列に偶数本ずつ収容されている。特許文献１の場合には、基本となる２種類の外側導体セグメントと内側導体セグメントにより形成されており、外側導体セグメントは各スロットの第１層と第４層に収容され、内側導体セグメントは各スロットの第２層と第３層に収容されている。

これら外側及び内側導体セグメントは、通常、６スロットごとのスロットに（６スロットピッチで）収容されて巻装されている。この場合、図１７に示すように、第２層と第３層に収容される内側導体セグメント７１と、第１層と第４層に収容される外側導体セグメント７２が２重に重なった状態になる。

しかし、第１層と第４層の間を層渡りする渡り線は、５スロットピッチと７スロットピッチの２種類が存在する。この場合、図１８に示すように、第２層と第３層に収容される内側導体セグメント７１と、第１層と第４層に収容される５スロットピッチの外側導体セグメント７２Ａと、第１層と第４層に収容される７スロットピッチの外側導体セグメント７２Ｂが３重に重なった状態になる。そのため、固定子巻線の軸方向端部に形成されるコイルエンド部の軸方向長さが増加してしまうという欠点がある。

また、各スロットに導体セグメントのスロット収容部が径方向１列に６本ずつ収容されている場合には、各スロットの第３層と第４層に収容される第１導体セグメント７５と、各スロットの第２層と第５層に収容される第２導体セグメント７６と、各スロットの第１層と第６層に収容される第３導体セグメント７７Ａ，７７Ｂが用いられる。この場合には、図１９に示すように、第３層と第４層に収容される第１導体セグメント７５と、第２層と第５層に収容される第２導体セグメント７６と、第１層と第６層に収容される５スロットピッチの第３導体セグメント７７Ａと、第１層と第６層に収容される７スロットピッチの第３導体セグメント７７Ｂが４重に重なった状態になる。そのため、固定子巻線の軸方向端部に形成されるコイルエンド部の軸方向長さが更に増加してしまうこととなる。

一方、特許文献２の固定子巻線は、固定子コアに波巻きで巻装される波巻きタイプであるため、特許文献１において発生する、コイルエンド部の軸方向長さの増加を抑制することができる。また、特許文献２の固定子巻線は、第２層と第３層の間を渡り線が層渡りする際に、特許文献１のように、同相の相巻線が収容された周方向に隣接する２個のスロット間でスイッチすることで、並列巻線間の電位差を低減して循環電流の発生を抑制することができる。

しかし、特許文献１及び特許文献２ともに、並列巻線が周方向に隣接する２個のスロットに均等に配置されること、又は２個のスロット間でスイッチすることは記載されているが、スロット内の何層目に配置されるかまでは考慮されていない。そのため、径方向の巻線位置のバランスがとれていないため、並列巻線間での循環電流の発生を完全に無くすことはできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルエンド部の軸方向長さの増加を抑制しつつ、各相巻線を構成する並列巻線間に発生する循環電流を完全に防止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本発明は、
周方向に配列された複数のスロット（３１）を有する固定子コア（３０）と、前記スロットに収容されて前記固定子コアに巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）よりなる固定子巻線（４０）と、を備えた回転電機の固定子（２０）において、
前記固定子巻線は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント（５０）を前記固定子コアの軸方向一端側から前記スロットに挿入して、軸方向他端側に延出した一対の開放端部を互いに周方向反対側へ捻った後、所定の捻り部（５５）の端末同士を所定のパターンで電気的に接続してなる各前記相巻線を星型結線で結線することにより形成され、
各前記スロットには、各前記相巻線のスロット収容部が径方向１列に偶数本ずつ収容され、
各前記相巻線は、各前記スロット内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層の前記スロット収容部同士が電気的に接続されているとともに、前記スロット内の各層において、周方向に隣接する２個の前記スロットごとに同相の前記相巻線が収容されて、且つ、各前記相巻線は、それぞれ並列接続された４×ｎ本（ｎは１以上の自然数）の並列巻線（Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４）により構成され、
各前記並列巻線は、各前記スロット内の全ての層において、前記周方向に隣接する２個の前記スロットの両方に均等に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、各相巻線は、各スロット内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層のスロット収容部同士が電気的に接続されて波巻き仕様にされているので、コイルエンド部の軸方向長さの増加を抑制することができる。また、各相巻線は、それぞれ並列接続された４×ｎ本（ｎは１以上の自然数）の並列巻線（Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４）により構成され、各並列巻線は、各スロット内の全ての層において、周方向に隣接する２個のスロットの両方に均等に配置されている。これにより、各相巻線を構成する並列巻線間の平衡をとり、並列巻線間に発生する循環電流を完全に防止することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

実施形態１に係る固定子を搭載した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。 図２のＤ部の拡大図である。 実施形態１において固定子コア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に係る固定子の部分断面図である。 実施形態１に係る固定子巻線の結線図である。 実施形態１に係る固定子巻線の巻線仕様図であって左側半分を示す。 実施形態１に係る固定子巻線の巻線仕様図であって右側半分を示す。 実施形態１に係る固定子巻線において１本の並列巻線（Ｕ３）のスロット収容部の位置及び軌跡を示す説明図である。 実施形態１に係る固定子巻線を構成する相巻線のターン部の状態を示す説明図であって、（ａ）は通常部を示し、（ｂ）はスイッチ部を示す。 実施形態１において２個ずつ配置された各相スロットの各層に配置された相巻線の本数を示す説明図である。 比較例１に係る固定子巻線において１本の並列巻線（Ｕ３）のスロット収容部の配置位置及び軌跡を示す説明図である。 比較例１において２個ずつ配置された各相スロットの各層に配置された相巻線の本数を示す説明図である。 実施形態２に係る固定子巻線の巻線仕様図であって左側半分を示す。 実施形態２に係る固定子巻線の巻線仕様図であって右側半分を示す。 実施形態２に係る固定子巻線において１本の並列巻線（Ｕ３）のスロット収容部の位置及び軌跡を示す説明図である。 実施形態２において２個ずつ配置された各相スロットの各層に配置された相巻線の本数を示す説明図である。 回転電機において回転子が偏心している状態を示す説明図である。 特許文献１に係る固定子巻線のコイルエンド部において通常の重ね巻きの状態を模式的に示す説明図である。 特許文献１に係る固定子巻線のコイルエンド部において通常の重ね巻きに加えて第１層と第４層間の５−７スロットピッチの渡り線を有する場合を模式的に示す説明図である。 特許文献１に係る固定子巻線のコイルエンド部において通常の重ね巻きに加えて第１層と第６層間の５−７スロットピッチの渡り線を有する場合を模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係る回転電機の固定子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〕
本実施形態に係る固定子２０が搭載された回転電機１は、車両用電動機として使用されるものである。この回転電機１は、図１に示すように、有底筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂ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１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３に固定された回転子１４と、ハウジング１０内の回転子１４を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子２０と、を備えている。

回転子１４は、固定子２０の内周側と径方向に対向する外周側に、周方向に所定距離を隔てて極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有する。これらの磁極は、回転子１４の所定位置に埋設された複数の永久磁石により形成されている。回転子１４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。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

次に、図２〜図１０を参照して固定子２０について説明する。固定子２０は、図２及び図３に示すように、周方向に複数のスロット３１を有する円環状の固定子コア３０と、固定子コア３０のスロット３１に巻装された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線４０と、を備えている。

固定子コア３０は、円環状の複数の電磁鋼板を固定子コア３０の軸方向に積層して形成された一体型のものである。この固定子コア３０は、円環状のバックコア３３と、バックコア３３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３４とからなり、隣り合うティース３４の間にスロット３１が形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、回転子１４の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。即ち、４８個のスロット３１は、周方向に順番に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなる。

固定子巻線４０は、図６に示すように、それぞれ４本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４が並列接続された各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの巻線端が星型結線で結線されている。この固定子巻線４０は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０を固定子コア３０の軸方向一端側からスロット３１に挿入して、軸方向他端側に延出した一対の開放端部を互いに周方向反対側へ捻った後、所定の捻り部の端末同士が溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続されている。この導体セグメント５０は、断面が長方形の導体と、導体の外周面を被覆する絶縁被膜とからなる平角線をＵ字形状に折り曲げて形成されている。

Ｕ字形状の導体セグメント５０は、図４に示すように、互いに平行な一対の直線部５１，５１と、一対の直線部５１，５１の一端同士を連結するターン部５２とからなる。ターン部５２の中央部には、固定子コア３０の端面３０ａに沿って延びる頭頂段部５３が設けられており、頭頂段部５３の両側には、固定子コア３０の端面３０ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部５４が設けられている。なお、符号２４は、固定子コア３０と固定子巻線４０との間を電気絶縁するインシュレータである。

図４には、周方向に隣接する同一相の２個のスロット３１Ａ，３１Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント５０Ａ，５０Ｂが示されている。この場合、２個の導体セグメント５０Ａ，５０Ｂは、それらの一対の直線部５１，５１が、同一のスロット３１ではなく、隣接した２個のスロット３１Ａ，３１Ｂに別々に軸方向一端側（図４の上側）から挿入される。即ち、図４の右側にある２個の導体セグメント５０Ａ，５０Ｂにおいて、一方の導体セグメント５０Ａは、一方の直線部５１が一のスロット３１Ａの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子コア３０の反時計回り方向に１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第５層に挿入される。

そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１がスロット３１Ａと隣接したスロット３１Ｂの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子コア３０の反時計回り方向に１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第５層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント５０Ａ，５０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット３１に対して偶数本の導体セグメント５０の直線部５１が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット３１内に、合計６本の直線部５１が径方向１列に整列した状態で収容されている。

スロット３１から軸方向他端側（図４の下側）へ延出した一対の直線部５１，５１の開放端部は、固定子コア３０の端面３０ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、略半磁極ピッチ分の長さの捻り部５５（図２参照）が形成されている。そして、固定子コア３０の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の捻り部５５の先端部同士が例えば溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。即ち、所定の導体セグメント５０が直列に接続されて、各スロット３１内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層のスロット収容部（直線部５１）同士が電気的に接続されることにより、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向に波巻きにて巻回された３本の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗよりなる固定子巻線４０が形成される。

なお、固定子巻線４０の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０により、固定子コア３０の周方向に６周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線４０の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線と接続されたセグメント、並びに１周目と２周目、・・・、５周目と６周目をそれぞれ接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント５０とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、図６に示すように、固定子巻線４０の各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの巻線端が星型結線により結線される。

このようにして固定子コア３０に巻装された固定子巻線４０の軸方向一端側には、固定子コア３０の軸方向一端側の端面３０ａからスロット３１の外部に突出した複数のターン部により全体としてリング状の第１コイルエンド部４１（図２参照）が形成されている。また、固定子巻線４０の軸方向他端側には、固定子コア３０の軸方向他端側の端面からスロット３１の外部に突出した複数の捻り部５５及び端末接合部５６により全体としてリング状の第２コイルエンド部４２（図２参照）が形成されている。

以下、固定子巻線４０の巻線仕様について、図７Ａ、図７Ｂ、図８〜図１０を参照して説明する。なお、固定子巻線４０を構成する三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、電気的位相が異なるだけで巻線仕様が同じであるため、それらの代表としてＵ相巻線４１Ｕの巻線仕様を説明する。

なお、図８において、周方向に隣接して２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂは、それぞれ６スロットごとに配置されている。図８の上方のＵ相スロットＡ，Ｂは、図７Ａに示される２番スロット（ＵＡ）及び３番スロット（ＵＢ）である。各Ｕ相スロットＡ，Ｂには、Ｕ相巻線４１Ｕが径方向１列に偶数本（本実施形態では６本）ずつ収容されている（図５参照）。また、Ｕ相スロットのＡ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｂを結ぶ実線は、導体セグメントのターン部側を示し、Ｕ相スロットのＡ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｂを結ぶ破線は、導体セグメントの捻り側（溶接側）を示す。

Ｕ相巻線４１Ｕの並列巻線Ｕ３は、図８に示すように、始端側のスロット収容部が２番スロット（ＵＡ）の第６層（最外層）に収容され、図８の（１）の位置から内周側に向かって時計回り方向に周回を開始する。そして、始端側から２番目以降のスロット収容部は、８番スロット（ＵＡ）の第５層、１４番スロット（ＵＡ）の第６層、２０番スロット（ＵＡ）の第５層、２７番スロット（ＵＢ）の第６層、３３番スロット（ＵＢ）の第５層、３９番スロット（ＵＢ）の第６層、４５番スロット（ＵＢ）の第５層に順番に収容されて１周する。このとき、２０番スロット（ＵＡ）の第５層から２７番スロット（ＵＢ）の第６層へ移る際には、Ｕ相スロットＡから７スロット飛び越えてＵ相スロットＢにスイッチしている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第６層及び第５層には、図１０に示すように、並列巻線Ｕ３のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

続いて、４５番スロット（ＵＢ）の第５層から６スロット離れた３番スロット（ＵＢ）の第４層に渡り線５７で層渡りして２周目の周回を開始する。この場合、渡り線５７は、固定子コア３０への巻き始め側（外周側）を基準として、各Ｕ相スロットＡ，Ｂ内の第Ｅ層（Ｅ＝２で第２層（第５層））と第Ｅ＋１層（Ｅ＝２で第３層（第４層））との間を層渡りしている。

そして、２周目の２番目以降のスロット収容部は、９番スロット（ＵＢ）の第３層、１５番スロット（ＵＢ）の第４層、２１番スロット（ＵＢ）の第３層、２６番スロット（ＵＡ）の第４層、３２番スロット（ＵＡ）の第３層、３８番スロット（ＵＡ）の第４層、４４番スロット（ＵＡ）の第３層に順番に収容されて１周する。このとき、２１番スロット（ＵＢ）の第３層から２６番スロット（ＵＡ）の第４層へ移る際には、Ｕ相スロットＢから５スロット飛び越えてＵ相スロットＡにスイッチしている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第４層及び第３層には、図１０に示すように、並列巻線Ｕ３のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

続いて、４４番スロット（ＵＡ）の第３層から６スロット離れた２番スロット（ＵＡ）の第２層に渡り線５７で層渡りして３周目の周回を開始する。この場合、渡り線５７は、固定子コア３０への巻き始め側（外周側）を基準として、各Ｕ相スロットＡ，Ｂ内の第Ｅ層（Ｅ＝４で第４層（第３層））と第Ｅ＋１層（Ｅ＝４で第５層（第２層））との間を層渡りしている。

そして、３周目の２番目以降のスロット収容部は、８番スロット（ＵＡ）の第１層（最内層）、１４番スロット（ＵＡ）の第２層、２０番スロット（ＵＡ）の第１層、２７番スロット（ＵＢ）の第２層、３３番スロット（ＵＢ）の第１層、３９番スロット（ＵＢ）の第２層、４５番スロット（ＵＢ）の第１層に順番に収容されて１周し、終端側が引き出される。このとき、２０番スロット（ＵＡ）の第１層から２７番スロット（ＵＢ）の第２層へ移る際には、Ｕ相スロットＡから７スロット飛び越えてＵ相スロットＢにスイッチしている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第２層及び第１層には、図１０に示すように、並列巻線Ｕ３のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

なお、この並列巻線Ｕ３の渡り線５７は、全て６スロットピッチとされているとともに、固定子巻線４０の第１コイルエンド部４１の周方向の所定範囲（４４番スロットから３番スロットの間）に配置されている。そして、渡り線５７が配置されている所定範囲内に、並列巻線Ｕ３の巻き始め端部（２番スロット）と巻き終わり端部（４５番スロット）が位置している。

そして、並列巻線Ｕ４は、始端側のスロット収容部が３番スロット（ＵＢ）の第６層（最外層）に収容され、図８の（２）の位置から内周側に向かって時計回り方向に周回を開始し３周する。この場合にも、２１番スロット（ＵＢ）から２６番スロット（ＵＡ）、及び２０番スロット（ＵＡ）から２７番スロット（ＵＢ）へ移る際には、Ｕ相スロットのＡとＢの間でスイッチしている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第１層〜第６層の全ての層において、図１０に示すように、並列巻線Ｕ４のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

また、並列巻線Ｕ１は、始端側のスロット収容部が２番スロット（ＵＡ）の第１層（最内層）に収容され、図８の（３）の位置から外周側に向かって反時計回り方向に周回を開始し３周する。この場合にも、３２番スロット（ＵＡ）から２７番スロット（ＵＢ）、及び３３番スロット（ＵＢ）から２６番スロット（ＵＡ）へ移る際には、Ｕ相スロットのＡとＢの間でスイッチしている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第１層〜第６層の全ての層において、図１０に示すように、並列巻線Ｕ１のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

また、並列巻線Ｕ２は、始端側のスロット収容部が３番スロット（ＵＢ）の第１層（最内層）に収容され、図８の（４）の位置から外周側に向かって反時計回り方向に周回を開始し３周する。この場合にも、３３番スロット（ＵＢ）から２６番スロット（ＵＡ）、及び３２番スロット（ＵＡ）から２７番スロット（ＵＢ）へ移る際には、Ｕ相スロットのＡとＢの間でスイッチしている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第１層〜第６層の全ての層において、図１０に示すように、並列巻線Ｕ２のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

よって、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４は、各Ｕ相スロットＡ，Ｂ内の全ての層において、周方向に隣接する２個のＵ相スロットＡ，Ｂの両方に均等に配置されている。

なお、並列巻線Ｕ３と並列巻線Ｕ４のスイッチ部においては、図９（ｂ）に示すように、７スロットを飛び越える一方の並列巻線Ｕ３が、５スロット飛び越える他方の並列巻線Ｕ４を跨ぐ状態となる。また、スイッチ部以外の通常部においては、図９（ａ）に示すように、並列巻線Ｕ３と並列巻線Ｕ４が、第６層と第５層の間、第４層と第３層の間、第２層と第１層の間でそれぞれ交差した状態となる。

なお、Ｖ相巻線４１Ｖの並列巻線Ｖ１〜Ｖ４及びＷ相巻線４１Ｗの並列巻線Ｗ１〜Ｗ４は、上記のＵ相巻線４１Ｕの並列巻線Ｕ１〜Ｕ４と同じであるので説明を省略する。

以上のように構成された本実施形態の固定子２０によれば、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、各スロット３１内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層のスロット収容部同士が電気的に接続されて波巻き仕様にされているので、第１及び第２コイルエンド部４１，４２の軸方向長さの増加を抑制することができる。

特に、本実施形態では、固定子巻線４０の軸方向一端側に複数のターン部５２により形成された第１コイルエンド部４１において、ターン部５２同士の軸方向の重なりが多くても１重である。即ち、５スロットピッチと７スロットピッチのスイッチ部（図９（ｂ）参照）の１重の重なりだけであるので、第１コイルエンド部４１の軸方向長さの増加を抑制することができる。

また、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４は、各相スロットＡ，Ｂ内の全ての層において、周方向に隣接する２個の相スロットＡ，Ｂの両方に均等に配置されている。これにより、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４間の平衡をとり、並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４間に発生する循環電流を完全に防止することができる。

また、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４の渡り線５７は、全て６スロットピッチとされているとともに、渡り線５７は、第１コイルエンド部４１の周方向の所定範囲に配置され、渡り線５７が配置されている所定範囲内に、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４の巻き始め端部と巻き終わり端部が位置している。そのため、渡り線５７を６スロットピッチとすることで、結線部における第１コイルエンド部４１の軸方向高さを低減することができる。また、これに合わせて、巻き始め端部と巻き終わり端部の異形線の軸方向高さも低減することができるので、結線部の軸方向高さを低減することができる。

また、固定子コア３０は、周方向に順番に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなる複数のスロット３１を有し、各相スロットには、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ４１Ｗが径方向１列に６層ずつ収容され、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ４１Ｗは、それぞれ並列接続された４本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４により構成されていることで、４ターンと２ターンの中間となる３ターンの特性を有する固定子巻線４０を実現することができる。

ここでのターン数は、１極当たりの１並列巻線の入る本数を表すもので、（ターン数）＝（スロット倍数）×（スロット内の巻線の本数）／（並列巻線の本数）から求められる。本実施形態の場合、スロット倍数が２であり、スロット内の巻線の本数が６であり、並列巻線の本数が４であるので、２×６／４＝３から、３ターンとなる。

なお、図１１に示す比較例１の巻線のように、例えば各並列巻線のスロット収容部が通常通りの６スロットピッチで飛び続ける場合には、各並列巻線のスロット収容部が、各相スロット内の第１層〜第６層の各層において、２個ずつ配置された各相スロットの片方の相スロットに入り続けるため、各相巻線における４本の並列巻線間の平衡がとれない。

即ち、図１２に示すように、図１１の（１）及び（３）の位置から周回を開始する並列巻線（１）（３）のスロット収容部は、各相スロット内の第１層〜第６層の各層において、２個ずつ配置された各相スロットの一方の相スロットＡに４本配置され、他方の相スロットＢには０本となる。また、図１１の（２）及び（４）の位置から周回を開始する並列巻線（２）（４）のスロット収容部は、各相スロット内の第１層〜第６層の各層において、一方の相スロットＢに４本配置され、他方の相スロットＡには０本となる。したがって、比較例１の場合には、並列巻線間の循環電流発生を防止することができない。

〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転電機の固定子（図示せず）は、基本的構成が実施形態１のものと同じであり、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ４１Ｗの巻線仕様が実施形態１のものと異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について説明する。

実施形態２の固定子巻線４０は、実施形態１と同様に、それぞれ４本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４が並列接続された各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ４１Ｗの巻線端が星型結線で結線されている（図６参照）。そして、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメントを所定のパターンで電気的に接続して形成されている点も実施形態１と同様である。

以下、実施形態２の固定子巻線４０の巻線仕様について、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４，図１５を参照して説明する。なお、実施形態２の場合にも、固定子巻線４０を構成する三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ４１Ｗは、電気的位相が異なるだけで巻線仕様が同じであるため、それらの代表としてＵ相巻線４１Ｕの巻線仕様を説明する。

なお、図１４において、周方向に隣接して２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂは、それぞれ６スロットごとに配置されている。図１４の上方のＵ相スロットＡ，Ｂは、図１３Ａに示される２番スロット（ＵＡ）及び３番スロット（ＵＢ）である。各Ｕ相スロットＡ，Ｂには、Ｕ相巻線４１Ｕが径方向１列に偶数本（本実施形態では６本）ずつ収容されている（図５参照）。また、Ｕ相スロットのＡ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｂを結ぶ実線は、導体セグメントのターン部側を示し、Ｕ相スロットのＡ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｂを結ぶ破線は、導体セグメントの捻り側（溶接側）を示す。

Ｕ相巻線４１Ｕの並列巻線Ｕ３は、図１４に示すように、始端側のスロット収容部が２番スロット（ＵＡ）の第６層（最外層）に収容され、図１４の（１）の位置から内周側に向かって時計回り方向に周回を開始する。そして、始端側から２番目以降のスロット収容部は、８番スロット（ＵＡ）の第５層、１５番スロット（ＵＢ）の第６層、２１番スロット（ＵＢ）の第５層、２６番スロット（ＵＡ）の第６層、３２番スロット（ＵＡ）の第５層、３９番スロット（ＵＢ）の第６層、４５番スロット（ＵＢ）の第５層に順番に収容されて１周する。

このとき、８番スロット（ＵＡ）の第５層から１５番スロット（ＵＢ）の第６層へ、及び３２番スロット（ＵＡ）の第５層から３９番スロット（ＵＢ）の第６層へ移る際には、Ｕ相スロットＡから７スロット飛び越えてＵ相スロットＢにスイッチしている。また、２１番スロット（ＵＢ）の第５層から２６番スロット（ＵＡ）の第６層へ移る際には、Ｕ相スロットＢから５スロット飛び越えてＵ相スロットＡにスイッチしている。即ち、並列巻線Ｕ３の１周目は、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂの両方を周方向の全域で交互に入れ替わりながら巻回されている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第６層及び第５層には、図１５に示すように、並列巻線Ｕ３のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

続いて、４５番スロット（ＵＢ）の第５層から６スロット飛び越えて３番スロット（ＵＢ）の第４層に層渡りして２周目の周回を開始する。この場合、渡り線５７は、固定子コア３０への巻き始め側（外周側）を基準として、各Ｕ相スロットＡ，Ｂ内の第Ｅ層（Ｅ＝２で第２層（第５層））と第Ｅ＋１層（Ｅ＝２で第３層（第４層））との間を層渡りしている。

そして、２周目の２番目以降のスロット収容部は、９番スロット（ＵＢ）の第３層、１４番スロット（ＵＡ）の第４層、２０番スロット（ＵＡ）の第３層、２７番スロット（ＵＢ）の第４層、３３番スロット（ＵＢ）の第３層、３８番スロット（ＵＡ）の第４層、４４番スロット（ＵＡ）の第３層に順番に収容されて１周する。

このとき、９番スロット（ＵＢ）の第３層から１４番スロット（ＵＡ）の第４層へ、及び３３番スロット（ＵＢ）の第３層から３８番スロット（ＵＡ）の第４層へ移る際には、Ｕ相スロットＢから５スロット飛び越えてＵ相スロットＡにスイッチしている。また、２０番スロット（ＵＡ）の第３層から２７番スロット（ＵＢ）の第４層へ移る際には、Ｕ相スロットＡから７スロット飛び越えてＵ相スロットＢにスイッチしている。即ち、並列巻線Ｕ３の２周目も、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂの両方を周方向の全域で交互に入れ替わりながら巻回されている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第４層及び第３層には、図１５に示すように、並列巻線Ｕ３のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

続いて、４４番スロット（ＵＡ）の第３層から６スロット飛び越えて２番スロット（ＵＡ）の第２層に層渡りして３周目の周回を開始する。この場合、渡り線５７は、固定子コア３０への巻き始め側（外周側）を基準として、各Ｕ相スロットＡ，Ｂ内の第Ｅ層（Ｅ＝４で第４層（第３層））と第Ｅ＋１層（Ｅ＝４で第５層（第２層））との間を層渡りしている。

そして、３周目の２番目以降のスロット収容部は、８番スロット（ＵＡ）の第１層（最内層）、１５番スロット（ＵＢ）の第２層、２１番スロット（ＵＢ）の第１層、２６番スロット（ＵＡ）の第２層、３２番スロット（ＵＡ）の第１層、３９番スロット（ＵＢ）の第２層、４５番スロット（ＵＢ）の第１層に順番に収容されて１周し、終端側が引き出される。

このとき、８番スロット（ＵＡ）の第１層から１５番スロット（ＵＢ）の第２層へ、及び３２番スロット（ＵＡ）の第１層から３９番スロット（ＵＢ）の第２層へ移る際には、Ｕ相スロットＡから７スロット飛び越えてＵ相スロットＢにスイッチしている。また、２１番スロット（ＵＢ）の第１層から２６番スロット（ＵＡ）の第２層へ移る際には、Ｕ相スロットＢから５スロット飛び越えてＵ相スロットＡにスイッチしている。即ち、並列巻線Ｕ３の３周目も、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂの両方を周方向の全域で交互に入れ替わりながら巻回されている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第２層及び第１層には、図１５に示すように、並列巻線Ｕ３のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

なお、この並列巻線Ｕ３の渡り線５７は、全て６スロットピッチとされているとともに、固定子巻線４０の第１コイルエンド部４１の周方向の所定範囲（４４番スロットから３番スロットの間）に配置されている。そして、渡り線５７が配置されている所定範囲内に、並列巻線Ｕ３の巻き始め端部（２番スロット）と巻き終わり端部（４５番スロット）が位置している。

そして、並列巻線Ｕ４は、始端側のスロット収容部が３番スロット（ＵＢ）の第６層（最外層）に収容され、図１４の（２）の位置から内周側に向かって時計回り方向に周回を開始し３周する。この並列巻線Ｕ４の場合にも、並列巻線Ｕ３と同様に、６スロット飛びと５スロット飛び又は７スロット飛びとを交互に繰り返しながら巻回されている。即ち、並列巻線Ｕ４は、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向に３周する間の全域において、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂの両方を交互に入れ替わりながら巻回されている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第１層〜第６層の各層には、図１５に示すように、並列巻線Ｕ４のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

また、並列巻線Ｕ１は、始端側のスロット収容部が２番スロット（ＵＡ）の第１層（最内層）に収容され、図１４の（３）の位置から外周側に向かって反時計回り方向に周回を開始し３周する。この並列巻線Ｕ１の場合にも、並列巻線Ｕ３と同様に、６スロット飛びと５スロット飛び又は７スロット飛びとを交互に繰り返しながら巻回されている。即ち、並列巻線Ｕ１は、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向に３周する間の全域において、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂの両方を交互に入れ替わりながら巻回されている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第１層〜第６層の各層には、図１５に示すように、並列巻線Ｕ１のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

また、並列巻線Ｕ２は、始端側のスロット収容部が２番スロット（ＵＡ）の第１層（最内層）に収容され、図１４の（４）の位置から外周側に向かって反時計回り方向に周回を開始し３周する。この並列巻線Ｕ２の場合にも、並列巻線Ｕ３と同様に、６スロット飛びと５スロット飛び又は７スロット飛びとを交互に繰り返しながら巻回されている。即ち、並列巻線Ｕ２は、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向に３周する間の全域において、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、２個ずつ配置されたＵ相スロットＡ，Ｂの両方を交互に入れ替わりながら巻回されている。これにより、Ｕ相スロットＡ，Ｂの第１層〜第６層の各層には、図１５に示すように、並列巻線Ｕ１のスロット収容部がＵ相スロットＡ，Ｂの両方に２本ずつ均等に配置されている。

よって、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４は、各Ｕ相スロットＡ，Ｂ内の全ての層において、周方向に隣接する２個のＵ相スロットＡ，Ｂの両方に均等に配置されている。

なお、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４の５スロットピッチと７スロットピッチのスイッチ部においては、図９（ｂ）に示すように、７スロットを飛び越える一方の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４が、５スロット飛び越える他方の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４を跨ぐ状態となる。即ち、５スロットピッチと７スロットピッチのスイッチ部による１重の重なりだけであるので、第１コイルエンド部４１の軸方向長さの増加が抑制される。

以上のように構成された実施形態２の固定子によれば、第１及び第２コイルエンド部４１，４２の軸方向長さの増加を抑制しつつ、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４間に発生する循環電流を完全に防止することができるなど、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

特に、実施形態２では、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４は、固定子巻線４０の第１コイルエンド部４１において、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、周方向全域において、各スロット３１内の各層で周方向に隣接する２個の各相スロットＡ，Ｂを入れ替わりながら巻回されている。そのため、周方向において通過するスロット３１の偏りがなくなり、回転子１４の偏心に伴う各並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４間の不平衡を抑制し、循環電流の発生を確実に防止することができる。

なお、上記実施形態１では、図１６に示すように、スイッチ部が周方向の１箇所にあり、固定子コア３０の右半分では並列巻線のスロット収容部が一方の相スロットＡに入り続け、固定子コア３０の左半分では並列巻線のスロット収容部が他方の相スロットＢに入り続けるようにされていた。このように、周方向において通過するスロット３１の偏りがある場合には、回転子１４が偏心していると、並列巻線間の平衡が崩れ易くなる。

したがって、上記実施形態２のように、並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４が、２個ずつ配置された各相スロットＡ，Ｂの両方を周方向の全域で交互に入れ替わりながら巻回されていることによって、回転子１４の偏心に伴う並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４間の不平衡を抑制し、循環電流の発生を効果的に防止することが可能となる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態１，２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１，２では、各スロット３１に収容される相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの本数が６本とされ、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４の本数が４×ｎ本（ｎ＝１で４本）とされて、３ターンの特性を有する固定子巻線４０を実現していた。表１に示すように、スロット３１内の巻線の本数と並列巻線の本数との組み合わせを種々変更することにより、所望のターン数の特性を有する固定子巻線を得ることができる。この場合、並列巻線の本数をＰ本とし、スロット内に収容される相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの本数をＱ本としたときに、ＰとＱの組み合わせが（４−６）（４−１０）（８−６）（８−１０）（８−１２）の何れかである場合には、奇数ターンや小数点ターンの特性を有する固定子巻線を実現することができる。

また、上記の実施形態１，２では、同相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗが収容された周方向に隣接する２個のスロット３１は、周方向に順番に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットにより構成されていたが、スロット３１内の各層において、周方向に隣接する２個のスロット３１ごとに同相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗが収容されるようにしてもよい。

また、上記の実施形態１，２では、本発明に係る回転電機の固定子を車両用電動機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の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にも適用することができる。

１…車両用電動機（回転電機）、
２０…固定子、
３０…固定子コア、
３１…スロット、
４０…固定子巻線、
４１…第１コイルエンド部、
４２…第２コイルエンド部、
５０…導体セグメント、
５１…直線部、
５２…ターン部、
５５…捻り部、
５７…渡り線、
Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４…並列巻線。

Claims (5)

1. 周方向に配列された複数のスロット（３１）を有する固定子コア（３０）と、前記スロットに収容されて前記固定子コアに巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）よりなる固定子巻線（４０）と、を備えた回転電機の固定子（２０）において、
   前記固定子巻線は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント（５０）を前記固定子コアの軸方向一端側から前記スロットに挿入して、軸方向他端側に延出した一対の開放端部を互いに周方向反対側へ捻った後、所定の捻り部（５５）の端末同士を所定のパターンで電気的に接続してなる各前記相巻線を星型結線で結線することにより形成され、
   各前記スロットには、各前記相巻線のスロット収容部が径方向１列に偶数本ずつ収容され、
   各前記相巻線は、各前記スロット内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層の前記スロット収容部同士が電気的に接続されているとともに、前記スロット内の各層において、周方向に隣接する２個の前記スロットごとに同相の前記相巻線が収容されて、且つ、各前記相巻線は、それぞれ並列接続された４×ｎ本（ｎは１以上の自然数）の並列巻線（Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４）により構成され、
   各前記並列巻線は、各前記スロット内の全ての層において、前記周方向に隣接する２個の前記スロットの両方に均等に配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 各前記並列巻線は、前記固定子巻線の前記捻り部と反対側に形成されるコイルエンド部（４１）において、５スロットピッチと７スロットピッチの組み合わせにより、周方向全域において、各前記スロット内の各層で前記周方向に隣接する２個の前記スロットを入れ替わりながら巻回されてい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. 前記導体セグメントは、互いに平行な一対の直線部（５１）と、一対の前記直線部の一端同士を連結するターン部（５２）とからなり、
   前記固定子巻線の軸方向一端側に複数の前記ターン部により形成されたコイルエンド部（４１）において、前記ターン部同士の軸方向の重なりが多くても１重であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
4. 各前記相巻線を構成する前記並列巻線の本数をＰ本とし、各前記スロット内に収容される各前記相巻線の本数をＱ本としたときに、ＰとＱの組み合わせが（４−６）（４−１０）（８−６）（８−１０）（８−１２）の何れかであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
5. 各前記並列巻線は、前記固定子コアへの巻き始め側を基準として、各前記スロット内の第Ｅ層（Ｅは２以上の偶数）と第Ｅ＋１層との間を層渡りする渡り線（５７）が全て６スロットピッチとされているとともに、
   前記渡り線は、前記固定子巻線の前記捻り部と反対側に形成されるコイルエンド部（４１）の周方向の所定範囲に配置され、前記渡り線が配置されている前記所定範囲内に、各前記並列巻線の巻き始め端部と巻き終わり端部が位置していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機の固定子。

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