以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態について、共通する箇所には共通の符号を付して対応させることにより、重複する説明を省略する。また、各図は概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
<第1実施形態>
本実施形態の3相回転電機の波巻き巻線は、コイル導体が波巻き構成となるように巻装されており、波巻き構成は、コイル導体がヘリカル状につながる2層のヘリカル巻シート状コイル3として構成されている。まず、ヘリカル巻シート状コイル3の構成について詳説する。図1は、U1相のコイルユニット1aの巻装方法を示す模式図である。(a)は、C側視における第1層および第2層のコイル導体の層渡り状態を示している。(b)は、コイル導体が巻芯に巻装された状態を示しており、(c)は、(b)において、巻芯を取り除いた状態を示している。(d)は、紙面奥側(A側)のコイル導体の巻装状態(B側からの透視図)を示しており、(e)は、紙面手前側(B側)のコイル導体の巻装状態を示している。(f)は、D側視における第1層および第2層のコイル導体の層渡り状態を示している。
コイルユニット1aは、スロットS2の位置において、紙面手前側(B側)から紙面奥側(A側)の方向に巻装されている。そして、スロットS2、S9、S17、S24およびS32において、コイルユニット1aは、巻芯の短手方向(巻芯軸に垂直な方向)に直線状に延びるコイル辺部10aが形成されている。同図のB側からA側に向けてコイル導体が巻装されるときに形成されるコイル辺部10aを往き導体部11aと呼称し、A側からB側に向けて巻装されるときに形成されるコイル辺部10aを還り導体部12aと呼称する。往き導体部11aおよび還り導体部12aは、後述するステータコア7の各スロット73に交互に挿通される。
往き導体部11aおよび還り導体部12aの同一側端部は、コイル辺部10aと一体に形成されるコイル端部20aによって接続されている。巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に平行な線分であって、スロットS2およびS9を結ぶ線分を考えると、コイル端部20aは、当該線分の垂直二等分線上で巻き曲げられて、巻き曲げ部21aが形成されている。スロットS9およびS17を結ぶ線分の垂直二等分線上、スロットS17およびS24を結ぶ線分の垂直二等分線上、並びに、スロットS24およびS32を結ぶ線分の垂直二等分線上においても同様に、コイル端部20aは巻き曲げられており、巻き曲げ部21aがそれぞれ形成されている。
同図に示すように、往き導体部11aと、7スロットピッチ分のコイル端部20aと、還り導体部12aと、8スロットピッチ分のコイル端部20aとを有するコイル導体をコイル要素4aと呼称する。そして、コイル要素4aが2磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に配されて接続された状態のコイル導体をコイルユニット1aと呼称する。コイル要素4aは、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWを有しており、コイルユニット1aは、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されてコイル導体が巻装されている。
ここで、短節巻部3SWとは、コイル端部20aによって接続されるコイル辺部10a間(往き導体部11aおよび還り導体部12a間)のコイル辺ピッチが1磁極ピッチより短いコイル導体部分をいう。また、長節巻部3LWとは、コイル端部20aによって接続されるコイル辺部10a間(往き導体部11aおよび還り導体部12a間)のコイル辺ピッチが1磁極ピッチより長いコイル導体部分をいう。後述するように、本実施形態では、1磁極ピッチは7.5スロットピッチ分であり、短節巻部3SWのコイル辺ピッチは7スロットピッチに設定され、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは8スロットピッチに設定されている。
図2は、U1相のコイルユニット1bの巻装方法を示す模式図である。図2(a)〜(f)は、図1(a)〜(f)にそれぞれ対応しており、図2に示すスロットSは、図1に示すスロットSに対応している。破線で示すコイルユニット1bは、実線で示すコイルユニット1aを、巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に7スロットピッチ分、移動させたものである。よって、コイルユニット1bは、スロットS9の位置において、紙面手前側(B側)から紙面奥側(A側)の方向に巻装されており、スロットS1、S9、S16、S24およびS31において、コイル辺部10bが形成されている。
コイル辺部10aと同様に、コイル辺部10bは、往き導体部11bおよび還り導体部12bを有しており、往き導体部11bおよび還り導体部12bは、ステータコア7の各スロット73に交互に挿通される。また、コイル端部20aと同様に、往き導体部11bおよび還り導体部12bの同一側端部は、コイル辺部10bと一体に形成されるコイル端部20bによって接続されており、コイル端部20bには、巻き曲げ部21bが形成されている。
同図に示すように、8スロットピッチ分のコイル端部20bと、往き導体部11bと、7スロットピッチ分のコイル端部20bと、還り導体部12bとを有するコイル導体をコイル要素4bと呼称する。そして、コイル要素4bが2磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に配されて接続された状態のコイル導体をコイルユニット1bと呼称する。コイル要素4bは、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWを有しており、コイルユニット1bは、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されてコイル導体が巻装されている。コイルユニット1aおよびコイルユニット1bは、シート厚さ方向に対をなしている。
本実施形態では、同相(U相)の電磁気的に位相の異なる3種類のコイル辺部10a、10bを用いて、相コイル6Uが形成されている。電磁気的に位相の異なる3種類のコイル辺部10a、10bをU1相〜U3相のコイル辺部10a、10bとする。U1相〜U3相のコイル辺部10a、10bは、巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に1スロットピッチずつ位相がずれており、同相(U相)ではあるが、正確には位相が異なる。U2相のコイルユニット1a、1bの巻装方法は、コイル辺部10a、10bが巻芯の長手方向(巻芯軸方向)にそれぞれ1スロットピッチ分、移動している点を除いて、U1相のコイルユニット1a、1bの巻装方法と同様である。一方、U3相は、コイルユニット1bのみを有しており、コイルユニット1aを有しない。
図3は、U3相のコイルユニット1bの巻装方法を示す模式図である。図3(a)〜(f)は、図1(a)〜(f)および図2(a)〜(f)にそれぞれ対応しており、図3に示すスロットSは、図1および図2に示すスロットSに対応している。破線で示すU3相のコイルユニット1bは、図2において破線で示すU1相のコイルユニット1bを、巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に2スロットピッチ分、移動させたものである。よって、U3相のコイルユニット1bは、スロットS11の位置において、紙面手前側(B側)から紙面奥側(A側)の方向に巻装されており、スロットS3、S11、S18、S26およびS33において、コイル辺部10bが形成されている。
U1相のコイル辺部10bと同様に、U3相のコイル辺部10bは、往き導体部11bおよび還り導体部12bを有しており、往き導体部11bおよび還り導体部12bは、ステータコア7の各スロット73に交互に挿通される。また、U1相のコイル端部20bと同様に、U3相の往き導体部11bおよび還り導体部12bの同一側端部は、コイル辺部10bと一体に形成されるコイル端部20bによって接続されており、コイル端部20bには、巻き曲げ部21bが形成されている。さらに、U1相のコイル要素4bと同様に、U3相のコイル要素4bは、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWを有しており、U3相のコイルユニット1bは、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されてコイル導体が巻装されている。以上のことは、V相およびW相についても同様である。
図4は、ヘリカル巻シート状コイル3の3相分を示す模式図である。図4(a)〜(f)は、図1(a)〜(f)、図2(a)〜(f)および図3(a)〜(f)にそれぞれ対応しており、図4に示すスロットSは、図1〜図3に示すスロットSに対応している。図5は、図4のV−V断面図である。U1相では、実線で示すコイル要素4aと破線で示すコイル要素4bとを一対として、一対のコイル要素4a、4bが2磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に配されている。U2相についても同様である。一方、U3相では、破線で示すコイル要素4bが2磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に配されている。
例えば、図5に示すように、スロットS17の第2層とスロットS24の第1層との間でコイル要素4aが形成され、これと対になるコイル要素4bは、スロットS16の第1層とスロットS24の第2層との間で形成されている。同様にして、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に1スロットピッチ進んだスロットS18の第2層と、スロットS25の第1層との間でコイル要素4aが形成され、これと対になるコイル要素4bは、スロットS17の第1層とスロットS25の第2層との間で形成されている。また、スロットS18の第1層とスロットS26(図示略)の第2層との間でコイル要素4bが形成されているが、これと対になるコイル要素4aは有しない。同図に示すように、シート厚さ方向に隣接するコイル辺部10a、10bが密着するように加圧成形されると、コイル辺部10a、10bは、巻芯の長手方向(巻芯軸方向)に2層に亘って整列する。
図1〜図4に示すように、紙面奥側(A側)に形成されるコイル辺部10aおよびコイル辺部10bを第1層と呼称し、紙面手前側(B側)に形成されるコイル辺部10aおよびコイル辺部10bを第2層と呼称する。図1〜図4の(a)および(f)は、第1層および第2層におけるコイル導体の層渡り状態を示している。これらの図では、層間を接続する部分が最短となるようにコイル導体の層渡り状態を模式的に図示している。なお、コイルユニット1a、1bがステータコア7に取り付けられた際には、巻芯の長手方向(巻芯軸方向)は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に相当する。
本実施形態では、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、U相(通電方向関係:順方向U1)、U相(通電方向関係:順方向U2)、W相(通電方向関係:逆方向W1)、W相(通電方向関係:逆方向W2)、W相(通電方向関係:逆方向W3)、V相(通電方向関係:順方向V1)、V相(通電方向関係:順方向V2)の順に巻線が形成されている。また、当該巻線とシート厚さ方向に対をなして、U相(通電方向関係:順方向U1)、U相(通電方向関係:順方向U2)、U相(通電方向関係:順方向U3)、W相(通電方向関係:逆方向W1)、W相(通電方向関係:逆方向W2)、V相(通電方向関係:順方向V1)、V相(通電方向関係:順方向V2)、V相(通電方向関係:順方向V3)の順に巻線が形成されている。なお、図5では、相*を用いて通電方向が逆方向であることを示しており、以下同様に図示する。
図5に示すように、同相のコイル辺部10aまたは10bは、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に2本または3本隣接しており、同相コイルの巻線単位は5本からなる。後述するように、同相のコイルユニット1b、1a、1b、1a、1bは、3相回転電機の駆動時に流れる電流方向が一致するように接続されており、15本の巻線単位からなる3相巻線が構成されている。なお、同図に示すように、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の隣接する各コイル辺部間は、ステータコア7のステータコア磁極72を収容可能に所定間隔1W離間されている。
図6は、3相回転電機の相構成を示す模式図である。本実施形態では、相単位コイル5X1、5X2、5X3が直列接続されて、相コイル6Xが形成されている。XはU、V、Wのいずれかであり、以下同様とする。相単位コイル5X1は、X1相のコイルユニット1bと、X1相のコイルユニット1aとが直列接続されており、相単位コイル5X2は、X2相のコイルユニット1bと、X2相のコイルユニット1aとが直列接続されている。相単位コイル5X3は、X3相のコイルユニット1bを有している。なお、本実施形態では、相コイル6Xの周方向長がステータの周方向長の自然数倍になるステータ周倍の波巻き構成になっている。また、同図では、X相端子を5TXで示し、中性点を5Nで示している。
図7は、ヘリカル巻シート状コイル3の接続状態を示す模式図である。同図は、シート厚さ方向視におけるシート両端部の巻線の接続状態を示している。(a)〜(c)は、順にU相、V相、W相の1相分の接続状態を示しており、(d)は、3相分の接続状態を示している。同図では、説明の便宜上、コイルユニット1aを実線で示し、コイルユニット1bを破線で示して区別しているが、実際は一体に形成されている。また、図中の数字*は、相端子5TXから中性点5Nまでの巻線の接続順を示している。以下、同図(a)に基づいてU相を例に説明するが、V相およびW相についても同様である。
相単位コイル5U1は、U相端子5TUを起点にして矢印F12方向に進み(破線で示すU1相のコイルユニット1bに相当。1*〜9*)、コイル引回し点5RU1で折り返して矢印F11方向に進み(実線で示すU1相のコイルユニット1aに相当。10*〜17*)、接続点5JU1に接続されている。相単位コイル5U2は、接続点5JU1を起点にして矢印F12方向に進み(破線で示すU2相のコイルユニット1bに相当。18*〜24*)、コイル引回し点5RU2で折り返して矢印F11方向に進み(実線で示すU2相のコイルユニット1aに相当。25*〜32*)、接続点5JU2に接続されている。相単位コイル5U3は、接続点5JU2を起点にして矢印F12方向に進み(破線で示すU3相のコイルユニット1bに相当。33*〜40*)、中性点5Nに接続されている。相単位コイル5U1、5U2、5U3は、直列接続されており、相コイル6Uが形成されている。
本実施形態の波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されている。波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)のコイル導体巻き返し部3Rで巻き返されている。巻き返された波巻き巻線は、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側のシート端部)まで巻装されている。
なお、3相の各相端子5TU、5TV、5TWを引き出す部分を相端部5Tとする。また、本実施形態では、相単位コイル5U1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、長節巻部3LWから短節巻部3SWに切り替わっている。相単位コイル5U2、5V1、5V2についても同様である。一方、相単位コイル5W1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、長節巻部3LWが連続している。相単位コイル5W2についても同様である。
本実施形態の波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)で、コイル導体巻き返し部3Rを介して可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に巻き返される。ここで、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返される直前の短節巻部3SWまたは長節巻部3LW、コイル導体巻き返し部3R、並びに、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返された直後の短節巻部3SWまたは長節巻部3LWを考える。当該個所では、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返される相(本実施形態では、U相およびV相)と、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWのうちのいずれかが連続する相(本実施形態では、W相で長節巻部3LWが連続する)とが混在している。これによって、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて波巻き構成が為される波巻き巻線において、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)から他端側(矢印F12方向側)への巻装と、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側)から一端側(矢印F11方向側)への巻装とを併存させることができる。
なお、相単位コイル5X1、5X2は、反相端子5TX側(矢印F12方向側)のシート端部で巻線が引回されており、反相端子5TX側(矢印F12方向側)のシート端部に接続点を有しない。そのため、反相端子5TX側(矢印F12方向側)のシート端部でコイルユニット1a、1bを接続する場合と比べて、コイル端部20a、20bをコンパクトにすることができる。なお、巻線を引回す代わりに、反相端子5TX側(矢印F12方向側)のシート端部でコイルユニット1a、1bを接続することもできる。この場合は、コイルユニット1a、1bをそれぞれ巻装した後に互いの端部同士を接続することができるので、巻線を引回す場合と比べて、製作が容易である。
図8は、ヘリカル巻シート状コイル3がステータコア7のスロット73に装着された状態を示す部分断面図である。同図に示すように、ステータコア7は、ステータコア7の周方向に延在するステータコアヨーク71と、ステータコアヨーク71からステータコア7の軸芯方向に突出する複数のステータコア磁極72と、を有している。また、ステータコア磁極72、72の間には、ヘリカル巻シート状コイル3のコイル辺部10a、10b(往き導体部11a、11b、還り導体部12a、12b)を収容可能にスロット73が形成されており、コイル辺部10a、10bは、スロット73に収容されている。なお、同図では、説明の便宜上、4層分のコイル辺部10a(往き導体部11a、還り導体部12a、往き導体部11a、還り導体部12a)が記載されているが、スロット73は、巻き重ねられる周回分のコイル辺部10a、10bを収容することができる。
ステータコア磁極72の先端部721は、ステータコア7の周方向に幅広になっており、可動子8と対向している。可動子8は、同図に示す可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に回転可能に支持されている。本実施形態の波巻き巻線は、可動子8およびステータコア7がステータの径方向に同芯に配されるラジアル空隙型の円筒状回転電機として用いることができる。なお、同図では、1つのスロット73について図示しているが、スロット73は、ステータコア7の周方向に所定磁極数分、形成されており、コイル辺部10a(往き導体部11a、還り導体部12a)は、ステータコア7の各スロット73に交互に挿通されている。コイル辺部10b(往き導体部11b、還り導体部12b)についても同様である。
コイル端部20aは、スロット73の深さ方向(矢印H1方向)において異なる位置に配されるスロット底部側(矢印H11方向側)のコイル辺部10a(還り導体部12a)とスロット開口部側(矢印H12方向側)のコイル辺部10a(往き導体部11a)とを交互に接続して、スロット底部側(矢印H11方向側)のコイル辺部10a(還り導体部12a)とスロット開口部側(矢印H12方向側)のコイル辺部10a(往き導体部11a)とが、スロット73の深さ方向(矢印H1方向)の2層分を占有している。コイル端部20b、コイル辺部10b(往き導体部11b、還り導体部12b)についても同様である。
図9は、スロット73の相配置を示す図である。本実施形態では、3相回転電機は、2極15スロットを基本構成とする3相回転電機であり、毎極毎相スロット数は2.5である。つまり、本実施形態では、スロット73は、毎極毎相スロット数が整数でない分数スロットである。また、スロット73は、単相スロット731と複相スロット732とを有している。ここで、単相スロット731とは、1つのスロット73内において3相のうちの単一相のコイル辺部10a、10bが収容されるスロットをいう。一方、複相スロット732とは、1つのスロット73内において3相のうちの複数相のコイル辺部10a、10bが収容されるスロットをいう。
破線で囲まれたスロット73は、複相スロット732を示しており、破線で囲まれていないスロット73は、単相スロット731を示している。同図に示すように、本実施形態では、単相スロット731と複相スロット732とが混在している。また、同図では、U1相のコイルユニット1bの接続順を、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に延びる矢印で示し、U1相のコイルユニット1aの接続順を、相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F11方向)に延びる矢印で示している。同図に示すように、図7の矢印A1方向側視に短節巻部3SWを有しており、同図の矢印A2方向側視に長節巻部3LWを有している。
短節巻部3SWのコイル辺ピッチは、毎極スロット数(本実施形態では7.5)の小数点以下を切り捨てた自然数に設定されている。本実施形態では、短節巻部3SWのコイル辺ピッチは、7スロットピッチに設定されている。一方、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは、毎極スロット数(本実施形態では7.5)の小数点以下を切り上げた自然数に設定されている。本実施形態では、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは、8スロットピッチに設定されている。
本実施形態では、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて波巻き構成が為されており、単相スロット731と複相スロット732とが混在している。短節巻部3SWおよび長節巻部3LWが重塁することで、単相スロット731のみとなる全節巻部のみの場合と比べて、電機子巻線の起磁力分布は正弦波に近づく。その結果、波巻き構成の電機子巻線を有する3相回転電機において、電機子巻線の起磁力分布における高調波成分を低減することができる。なお、全節巻部とは、コイル端部20aによって接続されるコイル辺部10a間のコイル辺ピッチが1磁極ピッチである部分をいう。コイル端部20bによって接続されるコイル辺部10bについても同様である。
一方、トルク定数は、巻線係数、磁束数および巻数を乗じて導出することができ、巻線係数は、短節巻係数および分布巻係数を乗じて導出することができる。本実施形態では、短節巻部3SWのコイル辺ピッチは、毎極スロット数7.5の小数点以下を切り捨てた自然数7に設定され、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは、毎極スロット数7.5の小数点以下を切り上げた自然数8に設定されている。そのため、全節巻部とのコイル辺ピッチ差が大きくなりすぎ、巻線係数が低下することによる出力トルクの低下を抑制することができる。よって、3相回転電機の高効率化、小型化および低コスト化を図ることができる。
図10は、相端部5T近傍のスロット73の相配置を示す図である。同図は、図7(d)に示す矢印A1方向側視におけるスロット73の相配置を示している。(a)は、本実施形態のU相端子5TUの引き出し方法を説明する図であり、(b)は、比較例のU相端子5TUの引き出し方法を説明する図である。同図(a)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、第2層が第1層に対して、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に所定ピッチ規定量分、移動した状態に形成されている。本実施形態では、ピッチ規定量は、長節巻部3LWのコイル辺ピッチである8スロットピッチに設定されている。
また、本実施形態では、最多同相コイル辺部群3GC1から当該相の相端子5TXが引き出されている。ここで、同相コイル辺部群3GCとは、スロット73の深さ方向(矢印H1方向)の同一層に収容されるコイル辺部10a、10bであって、1スロットピッチ間隔で隣接する同相の複数のコイル辺部10a、10bをいう。また、最多同相コイル辺部群3GC1とは、同相コイル辺部群3GCのうち、同相コイル辺部群3GCに属するコイル辺部数が最も多いものをいう。本実施形態では、同相コイル辺部群3GCのコイル辺部数は、2または3であり、最多同相コイル辺部群3GC1のコイル辺部数は、3である。
同図(a)は、最多同相コイル辺部群3GC1の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のU1相のコイル辺部10bから相端子5TUが引き出されていることを示している。同図では、相単位コイル5U1〜5U3の接続順を矢印および数字*で示しており、相単位コイル5U1〜5U3を順に接続することができる。なお、図7(d)に示すように、V相およびW相についても同様にして、相端子5TV、5TWを引き出すことができる。
一方、図10(b)に示す比較例では、最少同相コイル辺部群3GC2の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部10aから当該相の相端子5TXが引き出されている。同図は、最少同相コイル辺部群3GC2の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のU1相のコイル辺部10aから相端子5TUが引き出されていることを示している。ここで、最少同相コイル辺部群3GC2とは、同相コイル辺部群3GCのうち、同相コイル辺部群3GCに属するコイル辺部数が最も少ないものをいう。同図(a)と同様に、同図(b)では、相単位コイル5U1〜5U3の接続順を矢印および数字*で示している。
同図(b)に示す比較例では、最多同相コイル辺部群3GC1のU2相のコイル辺部10b(通電方向関係:逆方向U2)近傍に、U3相のコイル辺部10a(通電方向関係:順方向U3)が配設されていない。そのため、最多同相コイル辺部群3GC1のU2相のコイル辺部10bからU3相のコイル辺部10aに接続することは困難である(12*で示す接続)。よって、相単位コイル5U2を相単位コイル5U3に接続することが困難であり、残存コイル(相単位コイル5U3)が発生する。V相およびW相についても同様である。
本実施形態では、最多同相コイル辺部群3GC1から当該相の相端子5TXが引き出されている。そのため、相端部5T近傍において配策が困難になる残存コイルが発生することなく、波巻き巻線を巻装することができる。また、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、相端部5Tと中性点5Nとを分離して配設することができるので、相端部5Tおよび中性点5Nにおける端部処理の作業性を向上させることができる。
なお、最多同相コイル辺部群3GC1のうち、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部10b以外のコイル辺部10bから当該相の相端子5TXを引き出すこともできる。例えば、最多同相コイル辺部群3GC1のU2相のコイル辺部10bやU3相のコイル辺部10bから相端子5TUを引き出すこともできる。V相およびW相についても同様である。
但し、以下の(i)〜(iv)に示す観点から、最多同相コイル辺部群3GC1の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部10bから当該相の相端子5TXを引き出すと好適である。(i) 反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)のシート端部において、中性点5Nに接続する接続線が、相単位コイル5X1〜5X3の配策と交差しない。(ii) 相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F11方向)のシート端部において、相端子5TXを引き出す引き出し線が、相単位コイル5X1〜5X3の配策と交差しない。(iii) 可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のシート両端部において、相単位コイル5X1〜5X3の配策パターン(形状)を共通にすることができる。(iv) 製作を容易にするため、相単位コイル5X1〜5X3の配策パターンの種類を少なくすることができる。
本実施形態では、コイル端部20aは、スロット73の深さ方向(矢印H1方向)において異なる位置に配されるスロット底部側(矢印H11方向側)のコイル辺部10a(還り導体部12a)と、スロット開口部側(矢印H12方向側)のコイル辺部10a(往き導体部11a)とを接続する。これにより、コイル端部20aをコンパクトにしつつ、隣接するコイル端部20a、20bとの干渉を回避することができる。これらのことは、コイル端部20bについても同様である。
また、図7(a)〜(d)に示すように、隣接するコイル端部20aは、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)、3相回転電機の軸方向(同図の紙面上において、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に直交する矢印G1方向)およびスロット73の深さ方向(同図の紙面に直交する矢印H1方向)の方向毎に略等距離になるように配されている。また、コイル端部20aは、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さ5H11、5H12がそれぞれ略均一になるように形成されている。
そのため、コイル端部20a同士の重なりを3次元的に、きめ細かく回避することができ、コイル端部20aの占積率が向上してコイル端部20aの占有スペースを小さくすることができる。また、コイル端部20aを短くしてコンパクトにできるので、漏れリアクタンスを減少させることができる。これらのことは、コイル端部20bについても同様である。
次に、ヘリカル巻シート状コイル3の巻線(コイル導体ともいう)について説明する。巻線は、導体表面がエナメルなどの絶縁層で被覆されている。巻線の断面形状は、特に限定されるものではなく、任意の断面形状とすることができる。例えば、断面円形状の丸線、断面多角形状の角線などの種々の断面形状の巻線を用いることができる。また、複数のより細い巻線素線を組み合わせた並列細線でも良い。並列細線を用いる場合、単線の場合と比べて巻線に発生する渦電流損を低減させることができ、3相回転電機の効率が向上する。また、コイル成形に要する力を小さくすることができるので、成形性が向上してコイル製作が容易になる。
コイルユニット1a、1bは、例えば、巻芯に巻線をヘリカル状に巻装して成形することができる。巻線は、1本毎に巻芯に巻装しても複数本を同時に巻装しても良い。コイル辺ピッチを確保するために、巻芯にピンや溝等を設けて、ピンや溝をガイドにして巻装することもできる。そして、図4に示すように、すべての巻線を巻装後に巻芯を巻線から取り除き、コイル辺部10a、10bが紙面垂直方向に隣接して密着するように加圧成形する。加圧成形の際に巻線が損傷する場合を考慮して、加圧成形後に補修用の樹脂コーティング等を施しても良い。
次に、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7のスロット73に装着する方法の一例を説明する。まず、ヘリカル巻シート状コイル3を渦巻き状に巻き上げて、ステータコア7の内周側(図8に示すスロット開口部側(矢印H12方向側))に収容する。そして、渦巻き状のヘリカル巻シート状コイル3の外周側シートから巻きほどきながらステータコア7のスロット73に取り付ける。ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7のスロット73に装着後は、相端子5TXにおける接合および引き出し処理ならびに中性点5Nにおける接合を行う。そして、3相分の接合後に接合部を絶縁処理して、ワニスの含浸、樹脂モールド等によって巻線をステータコア7に固定する。
図11は、ヘリカル巻シート状コイル3を示す模式図である。(a)は、相端子5TX側からのコイル辺部方向視におけるヘリカル巻シート状コイル3を示し、(b)は、相端子5TX側からの3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)視におけるヘリカル巻シート状コイル3を示している。同図(a)では、2層のヘリカル巻シート状コイル3を模式的に示しており、ヘリカル巻シート状コイル3がステータコア7のスロット73に装着されたときに、スロット底部側(矢印H11方向側)に配される層を実線で示し、スロット開口部側(矢印H12方向側)に配される層を破線で示している。なお、スロット底部側(矢印H11方向側)は、適宜、ステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)といい、スロット開口部側(矢印H12方向側)は、適宜、ステータコア7の内周側という。
本実施形態では、コイル導体巻始め部3Sは、7本のコイル辺部10a、10bを有している。同図では、コイル導体巻始め部3S側の2層の端部を白色丸印および白色三角印で示している。また、コイル導体巻き返し部3Rは、2磁極ピッチ分のコイル導体であり、22本のコイル辺部10a、10bを有している。同図では、コイル導体巻き返し部3R側の2層の端部を黒色丸印および黒色三角印で示している。
同図(b)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着したとき、ヘリカル巻シート状コイル3とステータコア7のスロット底部との間に隙間SP1が生じている。また、ヘリカル巻シート状コイル3のシート両端部において、シート間に隙間SP2、SP3が生じている。なお、ヘリカル巻シート状コイル3は、ステータコア7の径方向内周側に滑らかに乗り上げるように巻き重なり、ヘリカル巻シート状コイル3の外周側シートとステータコア7のスロット底部との間の隙間は、同図に示す隙間SP1で最大になる。
図12は、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着してヘリカル巻シート状コイル3が巻き重ねられている状態を直線的に展開して示す模式図である。(a)は、シート側面方向視(同図(b)に示す矢印A1方向視)におけるコイル導体の層渡り状態を示している。(b)は、シート厚さ方向視におけるシート両端部の巻線の接続状態を示しており、図7(d)と同じである。(c)は、シート側面方向視(同図(b)に示す矢印A2方向視)におけるコイル導体の層渡り状態を示している。なお、同図(a)、(c)は、層間を接続する部分が最短となるようにコイル導体の層渡り状態を模式的に示している。また、同図(a)、(b)では、相端子5TXとの接続を併せて示している。なお、相内を接続する配策および相間を接続する配策は、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)およびスロット73の深さ方向(矢印H1方向)のうちの少なくとも一方向で、干渉回避を行うことができる。
同図(a)、(c)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、ステータの周方向長の4倍の波巻き構成になっている。説明の便宜上、2層のヘリカル巻シート状コイル3は、ステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)から順に、第1層、第2層、...、第9層、第10層で表されている。これにより、ステータコア7のスロット73内で径方向に巻き重なる周回を区別している。
コイル導体は、第1層のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、第2層の第1コイル辺部群3G1に巻き回されて、第1層の第2コイル辺部群3G2に巻き回されている。同図(a)に示すように、コイル導体巻始め部3Sは、W相端子5TWが引き出される1本のコイル辺部を含む7本のコイル辺部を有しており、7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かってコイル導体が巻き回されている。
第1コイル辺部群3G1は、コイル導体巻始め部3Sから巻き回された7本のコイル辺部を有しており、7本のコイル辺部は、紙面奥側から紙面手前側に向かって巻き回されている。また、第2コイル辺部群3G2は、第1コイル辺部群3G1から巻き回された7本のコイル辺部を有しており、7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かって巻き回されている。以降、同様にして、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、第2層、第1層、第2層、第1層と繰り返しながら、7本のコイル辺部毎に順にコイル導体が巻回されている。
ステータコア7の径方向において、第2層の第1コイル辺部群3G1と隣接する第1層のコイル辺部群を第3コイル辺部群3G3とする。第3コイル辺部群3G3は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)において、コイル導体巻始め部3Sおよび第2コイル辺部群3G2と隣接しており、U相端子5TUおよびV相端子5TVが引き出される2本のコイル辺部を含む8本のコイル辺部を有している。なお、同図では、ステータの周方向1周分のヘリカル巻シート状コイル3を太線の境界線L1で示し、起点をシート始め3H1、1周分の終点をシート1周終り3T1で示している。
本明細書では、渦巻き状のヘリカル巻シート状コイル3において、コイル導体巻始め部3Sからコイル導体巻き返し部3Rに掛けてステータコア7の径方向内周側に乗り上げるように巻き重なる2磁極ピッチ分のコイル導体をシート乗り上げ部3Aとする。シート乗り上げ部3Aにおける隙間SP1〜SP3は、図11(b)に示す隙間SP1〜SP3に対応している。
また、図12では、コイル導体巻き返し部3Rにおける巻線(V2相)の引回し順序を数字*で示している。2*〜3*において、実線で示すV2相のコイルユニット1aから破線で示すV2相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線が引き回されている層(以下、巻線の引き回しレーンという。)は、第10層から第9層に変更されている。巻線の引き回しレーンは、4*〜5*において、第9層から第10層に変更され、7*〜8*において、第10層から第9層に変更され、11*〜12*において、第9層から第10層に変更されている。このように、一旦、ステータコア7の外周側の隙間SP3上部へ巻線の引き回しレーンを変更し、コイル端部高さ方向のステータコア7近傍で、もとの引き回しレーンに戻されている。V2相以外の他の相についても同様である。
同図(a)に示すように、第2層の第1コイル辺部群3G1は、第1層のコイル導体巻始め部3Sに対して、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に8スロットピッチ分、移動した状態に形成されている。そして、第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部と、第2コイル辺部群3G2の7本のコイル辺部との間において、同相のコイル辺部間のコイル辺ピッチは、7スロットピッチになっている。つまり、波巻き巻線は、矢印A1方向側に短節巻部3SWを有している。
一方、同図(c)に示すように、コイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部と、第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部との間において、同相のコイル辺部間のコイル辺ピッチは、8スロットピッチになっている。つまり、波巻き巻線は、矢印A2方向側に長節巻部3LWを有している。なお、同図では、U1相のコイル辺部間のコイル辺ピッチを図示している。
本実施形態では、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、第1層、第2層、第1層、第2層と繰り返しながら、7本のコイル辺部毎に順にコイル導体が巻回されるので、波巻き巻線は、同図(b)に示す矢印A1方向側に短節巻部3SWを有し、矢印A2方向側に長節巻部3LWを有している。つまり、短節巻部3SWのコイル端部と長節巻部3LWのコイル端部とは、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端に分離して配されている。
3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)一端側(矢印A1方向側)のコイル端部の高さをコイル端部高さ5H11とし、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)他端側(矢印A2方向側)のコイル端部の高さをコイル端部高さ5H12とする。図7に示すように、コイル端部高さ5H11は、V1相のコイルユニット1bの占有分と、V2相のコイルユニット1bの占有分と、V3相のコイルユニット1bの占有分と、W2相のコイルユニット1aの占有分と、V3相のコイルユニット1bの立ち上りの0.5スロットピッチ分と、を加算した高さになる。なお、立ち上り方向は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の一端側の相端部5T側視において、コイル辺部10aから3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)外方に離れていくコイル端部20aの方向をいう。コイル端部20bについても同様であり、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の他の位置においても同様である。
一方、コイル端部高さ5H12は、U1相のコイルユニット1aの占有分と、U2相のコイルユニット1aの占有分と、V1相のコイルユニット1bの占有分と、V2相のコイルユニット1bの占有分と、V3相のコイルユニット1bの占有分と、を加算した高さになる。可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の他の位置においても同様である。よって、コイル端部高さ5H11は、コイル端部高さ5H12と比べて低くなっている。
本実施形態では、相端部5Tおよび引き回し部分5DWは、短節巻部3SWのコイル端部側(図12に示す矢印A1方向側)に配されている。相端部5Tは、3相の各相端子5TU、5TV、5TWが引き出される部分であり、引き回し部分5DWは、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の一端側であって、相端部5T側の短節巻部3SWおよび長節巻部3LWにおける引き回し部分をいう。
具体的には、引き回し部分5DWは、接続点5JU1近傍のU1相のコイルユニット1aおよびU2相のコイルユニット1bと、接続点5JU2近傍のU2相のコイルユニット1aおよびU3相のコイルユニット1bと、接続点5JV1近傍のV1相のコイルユニット1aおよびV2相のコイルユニット1bと、接続点5JV2近傍のV2相のコイルユニット1aおよびV3相のコイルユニット1bと、接続点5JW1近傍のW1相のコイルユニット1aおよびW2相のコイルユニット1bと、接続点5JW2近傍のW2相のコイルユニット1aおよびW3相のコイルユニット1bと、が含まれる。
短節巻部3SWのコイル端部は、長節巻部3LWのコイル端部と比べて3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)のコイル端部高さが低い。本実施形態では、相端部5Tおよび引き回し部分5DWは、長節巻部3LWのコイル端部と比べてコイル端部高さが低い短節巻部3SWのコイル端部側(図12に示す矢印A1方向側)に配されているので、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)長の均衡を図ることができ、3相回転電機の小型化および低コスト化を図ることができる。
次に、図7および図12に示すように、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11に対して、コイル端部高さ5H2分、高くなっている。以下、図13を参照しつつ、詳細に説明する。図13は、コイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを説明する図である。(a)は、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを変更する前の状態を示し、図7および図12に示す状態と同じである。(b)および(c)は、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11と同じ高さに変更した状態を示している。
ここで、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の一端側の相端部5T側視において、コイル辺部10aから3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)外方に離れていくコイル端部20aの立ち上り方向(矢印J1方向)と、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)との為す角を立ち上り傾斜角とする。また、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)の一端側の相端部5T側視において、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)外方からコイル辺部10aに向かうコイル端部20aの立下り方向(矢印K1方向)と、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)との為す角を立下り傾斜角とする。これらのことは、コイル端部20bについても同様である。
同図(a)では、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と同じ角度θ1に設定されており、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、短節巻部3SWの立下り傾斜角θDS1と同じ角度θ1に設定されている。W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)は、短節巻部3SWのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)と比べて長い。そのため、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1が、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と同じ角度θ1に設定されていると、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11に対して、コイル端部高さ5H2分、高くなる。W相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1についても同様である。
同図(b)では、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と比べて小さい角度θ2に設定されており、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、短節巻部3SWの立下り傾斜角θDS1と比べて小さい角度θ2に設定されている。これにより、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを、短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11と同じ高さにすることができる。
しかしながら、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と比べて小さい角度θ2に設定されているので、W相のコイル導体巻き返し部3Rにおいて、隣接するコイル端部20b間の距離が短くなり、コイル端部20b間の絶縁の確保の観点から好ましくない。隣接するコイル端部20a間および隣接するコイル端部20a、20b間についても同様である。なお、同図では、説明の便宜上、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部20a、20bに積み重なるコイル端部20a、20bは、記載が省略されている。
そこで、同図(c)に示すように、本実施形態では、長節巻部3LWが連続するW相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と同じ角度θ1に設定され、長節巻部3LWが連続するW相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、短節巻部3SWの立下り傾斜角θDS1と比べて小さい角度θ3に設定されている。このとき、コイル引回し点5RW1は、相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F11方向)に、0.5スロットピッチ分、移動している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さをそれぞれ略均一にすることができ、コイル導体巻き返し部3Rの隣接するコイル端部20b間の絶縁を確保することができる。隣接するコイル端部20a間および隣接するコイル端部20a、20b間についても同様であり、コイル引回し点5RW2についても同様である。
図14は、図12において、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更された状態を示す模式図である。同図は、図12に示す状態から、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が、図13(c)に示す角度に設定された状態を示している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の一端側(矢印A1方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H11で略均一化されている。なお、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の他端側(矢印A2方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H12で略均一になっている。
また、同図(b)に示すように、矢印RC1で示される位置において、実線で示すW1相のコイルユニット1aから破線で示すW1相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線の引き回しレーンは、第10層から第9層に変更されている。同図(a)の破線で囲まれる領域RC11で示すように、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔になっている。第4層から第3層に変更される巻線の引き回しレーン間隔や第6層から第5層に変更される巻線の引き回しレーン間隔に対しても同様であり、W2相についても同様である。
一方、図12(a)および(b)に示すように、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更される前は、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と比べて、0.5スロットピッチ分、広くなっている。そのため、W2相のつなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔と、W3相の巻線の引き回しレーン間隔とは、他の巻線の引き回しレーン間隔と比べて、0.5スロットピッチ分、狭くなっている。
つまり、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が図13(c)に示す角度に設定されて、コイル引回し点5RW1、5RW2が、相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F11方向)に、0.5スロットピッチ分、移動することにより、上記つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔を、他の巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔にすることができる。
<第2実施形態>
本実施形態は、第1実施形態と比べて、ヘリカル巻シート状コイル3の2層の移動量が異なり、相端部5Tおよび引き回し部分5DWが、長節巻部3LWのコイル端部20a、20b側に配されている点で第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
図15は、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着してヘリカル巻シート状コイル3が巻き重ねられている状態を直線的に展開して示す模式図である。図15(a)〜(c)は、図12(a)〜(c)にそれぞれ対応している。図15(a)に示すように、第2層の第1コイル辺部群3G1は、第1層のコイル導体巻始め部3Sに対して、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に7スロットピッチ分、移動した状態に形成されている。そして、第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部と、第2コイル辺部群3G2の7本のコイル辺部との間において、同相のコイル辺部間のコイル辺ピッチは、8スロットピッチになっている。つまり、波巻き巻線は、矢印A1方向側に長節巻部3LWを有している。
一方、同図(c)に示すように、コイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部と、第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部との間において、同相のコイル辺部間のコイル辺ピッチは、7スロットピッチになっている。つまり、波巻き巻線は、矢印A2方向側に短節巻部3SWを有している。なお、同図では、U1相のコイル辺部間のコイル辺ピッチを図示している。
可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、第1層、第2層、第1層、第2層と繰り返しながら、7本のコイル辺部毎に順にコイル導体が巻回されるので、波巻き巻線は、矢印A1方向側に長節巻部3LWを有し、矢印A2方向側に短節巻部3SWを有している。つまり、短節巻部3SWのコイル端部と長節巻部3LWのコイル端部とは、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端に分離して配されている。
また、波巻き巻線は、矢印A1方向側に長節巻部3LWを有し、矢印A2方向側に短節巻部3SWを有しているので、矢印A1方向側のコイル端部の高さは、第1実施形態で既述のコイル端部高さ5H12に相当し、矢印A2方向側のコイル端部の高さは、コイル端部高さ5H11に相当する。なお、同図に示すように、相端部5Tおよび引き回し部分5DWは、長節巻部3LWのコイル端部側(矢印A1方向側)に配されている。
波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されている。波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)のコイル導体巻き返し部3Rで巻き返されている。巻き返された波巻き巻線は、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側のシート端部)まで巻装されている。
本実施形態では、相単位コイル5U1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、短節巻部3SWが連続している。相単位コイル5U2、5V1、5V2についても同様である。一方、相単位コイル5W1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、長節巻部3LWから短節巻部3SWに切り替わっている。相単位コイル5W2についても同様である。
本実施形態においても、波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)で、コイル導体巻き返し部3Rを介して可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に巻き返される。第1実施形態と同様に、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返される直前の短節巻部3SWまたは長節巻部3LW、コイル導体巻き返し部3R、並びに、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返された直後の短節巻部3SWまたは長節巻部3LWを考える。当該個所では、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返される相(本実施形態では、W相)と、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWのうちのいずれかが連続する相(本実施形態では、U相およびV相で短節巻部3SWが連続する)とが混在している。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
図16は、スロット73の相配置を示す図である。図16(a)は、図9に対応しており、図16(b)は、図10(a)に対応している。図16(a)に示すように、本実施形態においても、単相スロット731と複相スロット732とが混在している。また、第1実施形態と同様に、短節巻部3SWのコイル辺ピッチは、7スロットピッチに設定され、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは、8スロットピッチに設定されている。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、図16(a)の矢印A1方向側視に長節巻部3LWを有しており、同図の矢印A2方向側視に短節巻部3SWを有している。
図16(b)に示すように、最多同相コイル辺部群3GC1から相端子5TUが引き出されている。V相およびW相についても同様である。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
また、同図(b)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、第2層が第1層に対して、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に所定ピッチ規定量分、移動した状態に形成されている。本実施形態では、ピッチ規定量は、短節巻部3SWのコイル辺ピッチである7スロットピッチに設定されている。
図10(a)および図16(b)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、2層のうちの一方の層(第2層)が他方の層(第1層)に対して可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、短節巻部3SWのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)または長節巻部3LWのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)分、移動した状態に形成されていると好適である。これにより、図9および図16(a)に示すように、単相スロット731と複相スロット732とを混在させることが容易であり、電機子巻線の起磁力分布における高調波成分を低減することができる。さらに、短節巻部3SWのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)または長節巻部3LWのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)の選択により、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端に分離して配される短節巻部3SWのコイル端部20a、20bおよび長節巻部3LWのコイル端部20a、20bの形成状態を変更することができる。
具体的には、長節巻部3LWのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)を選択すると、第1実施形態で示すように、図9の矢印A1方向側視に短節巻部3SWが形成され、同図の矢印A2方向側視に長節巻部3LWが形成される。一方、短節巻部3SWのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)を選択すると、第2実施形態で示すように、図16(a)の矢印A1方向側視に長節巻部3LWが形成され、同図の矢印A2方向側視に短節巻部3SWが形成される。
次に、コイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さについて説明する。図15に示すように、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12に対して、コイル端部高さ5H3分、低くなっている。図17は、コイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを説明する図である。(a)は、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを変更する前の状態を示し、図15に示す状態と同じである。(b)および(c)は、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12と同じ高さに変更した状態を示している。図17(a)〜(c)は、図13(a)〜(c)にそれぞれ対応している。
図17(a)では、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1と同じ角度θ4に設定されており、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、長節巻部3LWの立下り傾斜角θDL1と同じ角度θ4に設定されている。U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rは、短節巻部3SWが連続しており、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)は、長節巻部3LWのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)と比べて短い。そのため、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1が、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1と同じ角度θ4に設定されていると、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12に対して、コイル端部高さ5H3分、低くなる。U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1についても同様である。
また、同図(a)に示す101*〜103*において、V3相のコイルユニット1bおよびU1相のコイルユニット1bは、同一方向(101*から102*の方向)から同一スロット(102*〜103*間のスロット)に引き回されている。そのため、当該部分において、コイル端部20b間の配策が交錯しており、絶縁を確保するという観点から好ましくない。
同図(b)では、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1(角度θ4)と比べて大きい角度θ5に設定されており、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、長節巻部3LWの立下り傾斜角θDL1(角度θ4)と比べて大きい角度θ5に設定されている。これにより、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12と同じ高さに変更されている。よって、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さをそれぞれ略均一にすることができる。
しかしながら、101*〜102*におけるV3相のコイルユニット1bおよびU1相のコイルユニット1bの引き回し状態は、同図(a)に示す状態と略同じ状態である。そこで、同図(c)に示すように、本実施形態では、短節巻部3SWが連続するU相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1と同じ角度θ4に設定され、短節巻部3SWが連続するU相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、長節巻部3LWの立下り傾斜角θDL1と比べて大きい角度θ6に設定されている。
このとき、コイル引回し点5RU1は、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、0.5スロットピッチ分、移動している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さをそれぞれ略均一にすることができ、101*〜102*におけるコイル導体巻き返し部3Rの隣接するコイル端部20b間の絶縁を向上させることができる。コイル引回し点5RU2、5RV1、5RV2についても同様である。
図18は、図15において、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更された状態を示す模式図である。同図は、図15に示す状態から、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が、図17(c)に示す角度に設定された状態を示している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の一端側(矢印A1方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H12で略均一化されている。なお、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の他端側(矢印A2方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H11で略均一になっている。
また、同図(b)に示すように、矢印RC1で示される位置において、実線で示すU1相のコイルユニット1aから破線で示すU1相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線の引き回しレーンは、第10層から第9層に変更されている。同図(a)の破線で囲まれる領域RC11で示すように、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔になっている。また、矢印RC2で示される位置において、実線で示すV1相のコイルユニット1aから破線で示すV1相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線の引き回しレーンは、第10層から第9層に変更されている。同図(a)の破線で囲まれる領域RC12で示すように、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔になっている。以上のことは、第4層から第3層に変更される巻線の引き回しレーン間隔や第6層から第5層に変更される巻線の引き回しレーン間隔に対しても同様であり、U2相およびV2相についても同様である。
一方、図15(a)および(b)に示すように、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更される前は、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と比べて、0.5スロットピッチ分、狭くなっている。つまり、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が図17(c)に示す角度に設定されて、コイル引回し点5RU1、5RU2、5RV1、5RV2が、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、0.5スロットピッチ分、移動することにより、上記つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔を、他の巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔にすることができる。
なお、図17(c)において、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、コイル引回し点5RU1、5RU2、5RV1、5RV2をさらに移動させると、他のコイル端部20a、20bに積み重なるようになり、コイル端部高さが高くなる。そのため、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が、図17(c)に示す角度に設定されて、コイル引回し点5RU1、5RU2、5RV1、5RV2が、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、0.5スロットピッチ分、移動していると好適である。
<第3実施形態>
図10(a)に示すように、第1実施形態では、最少同相コイル辺部群3GC2の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部(U1相のコイル辺部10a)は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のヘリカル巻シート状コイル3のシート端部である。一方、本実施形態では、最多同相コイル辺部群3GC1の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部(U1相のコイル辺部10a)は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のヘリカル巻シート状コイル3のシート端部である。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
図19は、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着してヘリカル巻シート状コイル3が巻き重ねられている状態を直線的に展開して示す模式図である。図19(a)〜(c)は、図12(a)〜(c)にそれぞれ対応している。図19(a)に示すように、第2層の第1コイル辺部群3G1は、第1層のコイル導体巻始め部3Sに対して、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に8スロットピッチ分、移動した状態に形成されている。
また、波巻き巻線は、矢印A1方向側に短節巻部3SW(コイル辺ピッチは、7スロットピッチ)を有し、矢印A2方向側に長節巻部3LW(コイル辺ピッチは、8スロットピッチ)を有しており、短節巻部3SWのコイル端部と長節巻部3LWのコイル端部とは、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端に分離して配されている。よって、矢印A1方向側のコイル端部の高さは、第1実施形態で既述のコイル端部高さ5H11に相当し、矢印A2方向側のコイル端部の高さは、コイル端部高さ5H12に相当する。なお、第1実施形態と同様に、相端部5Tおよび引き回し部分5DWは、短節巻部3SWのコイル端部側(矢印A1方向側)に配されている。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されている。波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)のコイル導体巻き返し部3Rで巻き返されている。巻き返された波巻き巻線は、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側のシート端部)まで巻装されている。
本実施形態では、第1実施形態と比べて、コイルユニット1a、1bの接続順序が異なる。具体的には、相単位コイル5X1は、X1相のコイルユニット1aと、X1相のコイルユニット1bとが直列接続されており、相単位コイル5X2は、X2相のコイルユニット1aと、X2相のコイルユニット1bとが直列接続されている。相単位コイル5X3は、X3相のコイルユニット1aを有している。そして、相単位コイル5X1、5X2、5X3が直列接続されて、相コイル6Xが形成されている。また、本実施形態では、相単位コイル5U1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、長節巻部3LWが連続している。相単位コイル5U2、5V1、5V2についても同様である。一方、相単位コイル5W1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、長節巻部3LWから短節巻部3SWに切り替わっている。相単位コイル5W2についても同様である。
本実施形態においても、波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)で、コイル導体巻き返し部3Rを介して可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に巻き返される。第1実施形態と同様に、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返される直前の短節巻部3SWまたは長節巻部3LW、コイル導体巻き返し部3R、並びに、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返された直後の短節巻部3SWまたは長節巻部3LWを考える。当該個所では、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返される相(本実施形態では、W相)と、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWのうちのいずれかが連続する相(本実施形態では、U相およびV相で長節巻部3LWが連続する)とが混在している。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
図20は、スロット73の相配置を示す図である。図20(a)は、図9に対応しており、図20(b)は、図10(a)に対応している。図20(a)に示すように、本実施形態においても、単相スロット731と複相スロット732とが混在している。また、短節巻部3SWのコイル辺ピッチは、7スロットピッチに設定され、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは、8スロットピッチに設定されている。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
図20(b)に示すように、最多同相コイル辺部群3GC1から相端子5TUが引き出されている。V相およびW相についても同様である。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
また、同図(b)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、第2層が第1層に対して、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に所定ピッチ規定量分、移動した状態に形成されている。本実施形態では、ピッチ規定量は、長節巻部3LWのコイル辺ピッチである8スロットピッチに設定されている。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第1実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
さらに、同図(b)に示すように、最多同相コイル辺部群3GC1の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部(U1相のコイル辺部10a)は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のヘリカル巻シート状コイル3のシート端部である。そのため、図19(a)、(b)に示すように、相端子5TUから可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に、はみ出す配策が生じていない。よって、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のシート端部をコンパクトにすることができる。
一方、図10(a)に示すように、第1実施形態では、最少同相コイル辺部群3GC2の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部(U1相のコイル辺部10a)は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のヘリカル巻シート状コイル3のシート端部である。そのため、図12(a)、(b)に示すように、相端子5TWから可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に、はみ出す配策が生じている。具体的には、接続点5JU1に接続されるU1相のコイルユニット1aおよびU2相のコイルユニット1bの一部と、接続点5JU2に接続されるU2相のコイルユニット1aおよびU3相のコイルユニット1bの一部とが、相端子5TWから可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に、はみ出している。
今回の構成では、一般に、相端部5Tは、ステータコア7のスロット底部側(矢印H11方向側)に配され、中性点5Nは、ステータコア7のスロット開口部側(矢印H12方向側)に配される。ステータコア7のスロット底部側(矢印H11方向側)は、ステータコアヨーク71が隣接し、ステータコアヨーク71の上部スペースを配策用に使用することができる。一方、ステータコア7のスロット開口部側(矢印H12方向側)は、空隙を介して可動子8と隣接するため、配策用に使用することができるスペースは少ない。そのため、中性点5Nの配策がコンパクトで、省スペースであることが好ましい。
図19(b)に示すように、第3実施形態では、中性点5Nに接続されるU3相のコイル辺部10aは、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側)のシート端部から13番目に配されており、中性点5Nに接続されるV3相のコイル辺部10aは、当該シート端部から8番目に配されており、中性点5Nに接続されるW3相のコイル辺部10aは、当該シート端部から3番目に配されている。そのため、当該シート端部において、中性点5Nに接続されるU3相のコイルユニット1a、V3相のコイルユニット1aおよびW3相のコイルユニット1aは、いずれも他のコイル端部20a、20bと交錯している。
一方、第1実施形態では、最少同相コイル辺部群3GC2の可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル辺部(U1相のコイル辺部10a)は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のヘリカル巻シート状コイル3のシート端部である。そのため、中性点5Nに接続されるコイル辺部10b、10b、10bを、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側)のシート端部近傍に配設することができる。
具体的には、図12(b)に示すように、第1実施形態では、中性点5Nに接続されるV3相のコイル辺部10bは、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側)のシート端部に配されており、当該コイル辺部10bから中性点5Nに接続される接続線は、いずれのコイル端部20a、20bとも交錯していない。また、当該シート端部から最も離れている中性点5Nに接続されるコイル辺部10b(中性点5Nに接続されるW3相のコイル辺部10b)は、当該シート端部から11番目に配されており、2番目に当該シート端部から離れている中性点5Nに接続されるコイル辺部10b(中性点5Nに接続されるU3相のコイル辺部10b)は、当該シート端部から6番目に配されている。
このように、第1実施形態では、第3実施形態と比べて、中性点5Nに接続されるU3相のコイル辺部10b、V3相のコイル辺部10bおよびW3相のコイル辺部10bは、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側)のシート端部近傍に配設されており、第3実施形態と比べて、当該シート端部近傍において交錯するコイル端部20a、20bを減少させることができる。そのため、中性点5Nの配策をコンパクトにすることができ、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側)のシート端部をコンパクトにすることができる。また、当該シート端部近傍において交錯するコイル端部20a、20bが少ないので、中性点5Nにおける端部処理の作業性を向上させることができる。
次に、第3実施形態におけるコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さについて説明する。図19に示すように、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11に対して、コイル端部高さ5H2分、高くなっている。図21は、コイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを説明する図である。(a)は、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを変更する前の状態を示し、図19に示す状態と同じである。(b)および(c)は、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11と同じ高さに変更した状態を示している。図21(a)〜(c)は、図13(a)〜(c)にそれぞれ対応している。
図21(a)では、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と同じ角度θ1に設定されており、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、短節巻部3SWの立下り傾斜角θDS1と同じ角度θ1に設定されている。U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rは、長節巻部3LWが連続しており、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)は、短節巻部3SWのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)と比べて長い。そのため、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1が、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と同じ角度θ1に設定されていると、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11に対して、コイル端部高さ5H2分、高くなる。U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1についても同様である。
同図(b)では、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1(角度θ1)と比べて小さい角度θ2に設定されており、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、短節巻部3SWの立下り傾斜角θDS1(角度θ1)と比べて小さい角度θ2に設定されている。これにより、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを、短節巻部3SWのコイル端部高さ5H11と同じ高さにすることができる。
しかしながら、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1(角度θ1)と比べて小さい角度θ2に設定されているので、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rにおいて、隣接するコイル端部20b間の距離が短くなり、コイル端部20b間の絶縁の確保の観点から好ましくない。隣接するコイル端部20a間および隣接するコイル端部20a、20b間についても同様である。なお、同図では、説明の便宜上、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部20a、20bに積み重なる短節巻部3SWのコイル端部20a、20bは、記載が省略されている。
そこで、同図(c)に示すように、本実施形態では、長節巻部3LWが連続するU相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、短節巻部3SWの立ち上り傾斜角θUS1と同じ角度θ1に設定され、長節巻部3LWが連続するU相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、短節巻部3SWの立下り傾斜角θDS1と比べて小さい角度θ3に設定されている。このとき、コイル引回し点5RU1は、相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F11方向)に、0.5スロットピッチ分、移動している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さをそれぞれ略均一にすることができ、コイル導体巻き返し部3Rの隣接するコイル端部20b間の絶縁を確保することができる。隣接するコイル端部20a間および隣接するコイル端部20a、20b間についても同様であり、コイル引回し点5RU2、5RV1、5RV2についても同様である。
図22は、図19において、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更された状態を示す模式図である。同図は、図19に示す状態から、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が、図21(c)に示す角度に設定された状態を示している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の一端側(矢印A1方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H11で略均一化されている。なお、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の他端側(矢印A2方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H12で略均一になっている。
また、同図(b)に示すように、矢印RC1で示される位置において、実線で示すU1相のコイルユニット1aから破線で示すU1相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線の引き回しレーンは、第10層から第9層に変更されている。同図(a)の破線で囲まれる領域RC11で示すように、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔になっている。また、矢印RC2で示される位置において、実線で示すV1相のコイルユニット1aから破線で示すV1相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線の引き回しレーンは、第10層から第9層に変更されている。同図(a)の破線で囲まれる領域RC12で示すように、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔になっている。以上のことは、第4層から第3層に変更される巻線の引き回しレーン間隔や第6層から第5層に変更される巻線の引き回しレーン間隔に対しても同様であり、U2相およびV2相についても同様である。
一方、図19(a)および(b)に示すように、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更される前は、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と比べて、0.5スロットピッチ分、広くなっている。そのため、U3相の巻線の引き回しレーン間隔と、W1相のつなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔とは、他の巻線の引き回しレーン間隔と比べて、0.5スロットピッチ分、狭くなっている。
つまり、U相およびV相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が図21(c)に示す角度に設定されて、コイル引回し点5RU1、5RU2、5RV1、5RV2が、相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F11方向)に、0.5スロットピッチ分、移動することにより、上記つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔を、他の巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔にすることができる。
<第4実施形態>
本実施形態は、第3実施形態と比べて、ヘリカル巻シート状コイル3の2層の移動量が異なり、相端部5Tおよび引き回し部分5DWが、長節巻部3LWのコイル端部20a、20b側に配されている点で第3実施形態と異なる。以下、第3実施形態と異なる点を中心に説明する。
図23は、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着してヘリカル巻シート状コイル3が巻き重ねられている状態を直線的に展開して示す模式図である。図23(a)〜(c)は、図19(a)〜(c)にそれぞれ対応している。図23(a)に示すように、第2層の第1コイル辺部群3G1は、第1層のコイル導体巻始め部3Sに対して、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に7スロットピッチ分、移動した状態に形成されている。そして、第1コイル辺部群3G1の8本のコイル辺部と、第2コイル辺部群3G2の8本のコイル辺部との間において、同相のコイル辺部間のコイル辺ピッチは、8スロットピッチになっている。つまり、波巻き巻線は、矢印A1方向側に長節巻部3LWを有している。
一方、同図(c)に示すように、コイル導体巻始め部3Sの8本のコイル辺部と、第1コイル辺部群3G1の8本のコイル辺部との間において、同相のコイル辺部間のコイル辺ピッチは、7スロットピッチになっている。つまり、波巻き巻線は、矢印A2方向側に短節巻部3SWを有している。なお、同図では、U1相のコイル辺部間のコイル辺ピッチを図示している。
可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、第1層、第2層、第1層、第2層と繰り返しながら、8本のコイル辺部毎に順にコイル導体が巻回されるので、波巻き巻線は、矢印A1方向側に長節巻部3LWを有し、矢印A2方向側に短節巻部3SWを有している。つまり、短節巻部3SWのコイル端部と長節巻部3LWのコイル端部とは、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端に分離して配されている。
また、波巻き巻線は、矢印A1方向側に長節巻部3LWを有し、矢印A2方向側に短節巻部3SWを有しているので、矢印A1方向側のコイル端部の高さは、第3実施形態で既述のコイル端部高さ5H12に相当し、矢印A2方向側のコイル端部の高さは、コイル端部高さ5H11に相当する。なお、同図に示すように、相端部5Tおよび引き回し部分5DWは、長節巻部3LWのコイル端部側(矢印A1方向側)に配されている。
波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されている。波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)のコイル導体巻き返し部3Rで巻き返されている。巻き返された波巻き巻線は、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側のシート端部)まで巻装されている。
本実施形態では、相単位コイル5U1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、長節巻部3LWから短節巻部3SWに切り替わっている。相単位コイル5U2、5V1、5V2についても同様である。一方、相単位コイル5W1は、コイル導体巻き返し部3Rにおいて、短節巻部3SWが連続している。相単位コイル5W2についても同様である。
本実施形態においても、波巻き巻線は、可動子磁極の移動方向の他端側(矢印F12方向側のシート端部)で、コイル導体巻き返し部3Rを介して可動子磁極の移動方向の一端側(矢印F11方向側)に巻き返される。第3実施形態と同様に、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返される直前の短節巻部3SWまたは長節巻部3LW、コイル導体巻き返し部3R、並びに、コイル導体巻き返し部3Rで巻き返された直後の短節巻部3SWまたは長節巻部3LWを考える。当該個所では、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返される相(本実施形態では、U相およびV相)と、短節巻部3SWおよび長節巻部3LWのうちのいずれかが連続する相(本実施形態では、W相で短節巻部3SWが連続する)とが混在している。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第3実施形態(第1実施形態)で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
図24は、スロット73の相配置を示す図である。図24(a)、(b)は、図20(a)、(b)にそれぞれ対応している。図24(a)に示すように、本実施形態においても、単相スロット731と複相スロット732とが混在している。また、第3実施形態と同様に、短節巻部3SWのコイル辺ピッチは、7スロットピッチに設定され、長節巻部3LWのコイル辺ピッチは、8スロットピッチに設定されている。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第3実施形態(第1実施形態)で既述の効果と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、図24(a)の矢印A1方向側視に長節巻部3LWを有しており、同図の矢印A2方向側視に短節巻部3SWを有している。
図24(b)に示すように、最多同相コイル辺部群3GC1から相端子5TUが引き出されている。V相およびW相についても同様である。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第3実施形態(第1実施形態)で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
また、同図(b)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、第2層が第1層に対して、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に所定ピッチ規定量分、移動した状態に形成されている。本実施形態では、ピッチ規定量は、短節巻部3SWのコイル辺ピッチである7スロットピッチに設定されている。よって、本実施形態の波巻き巻線は、第3実施形態(第1実施形態)で既述の効果と同様の効果を得ることができる。
次に、コイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さについて説明する。図23に示すように、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12に対して、コイル端部高さ5H3分、低くなっている。図25は、コイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを説明する図である。(a)は、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを変更する前の状態を示し、図23に示す状態と同じである。(b)および(c)は、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さを長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12と同じ高さに変更した状態を示している。図25(a)〜(c)は、図21(a)〜(c)にそれぞれ対応している。
図25(a)では、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1と同じ角度θ4に設定されており、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、長節巻部3LWの立下り傾斜角θDL1と同じ角度θ4に設定されている。W相のコイル導体巻き返し部3Rは、短節巻部3SWが連続しており、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル辺ピッチ(7スロットピッチ)は、長節巻部3LWのコイル辺ピッチ(8スロットピッチ)と比べて短い。そのため、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1が、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1と同じ角度θ4に設定されていると、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12に対して、コイル端部高さ5H3分、低くなる。W相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1についても同様である。
同図(b)では、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1(角度θ4)と比べて大きい角度θ5に設定されており、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、長節巻部3LWの立下り傾斜角θDL1(角度θ4)と比べて大きい角度θ5に設定されている。これにより、W相のコイル導体巻き返し部3Rのコイル端部高さは、長節巻部3LWのコイル端部高さ5H12と同じ高さに変更されている。よって、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さをそれぞれ略均一にすることができる。
しかしながら、後述するように、W相のコイル導体巻き返し部3Rのつなぎ替え部分の引き回しレーン間隔は、他の巻線の引き回しレーン間隔と比べて狭くなっている。そこで、同図(c)に示すように、本実施形態では、短節巻部3SWが連続するW相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1は、長節巻部3LWの立ち上り傾斜角θUL1と同じ角度θ4に設定され、短節巻部3SWが連続するW相のコイル導体巻き返し部3Rの立下り傾斜角θDR1は、長節巻部3LWの立下り傾斜角θDL1と比べて大きい角度θ6に設定されている。このとき、コイル引回し点5RW1、5RW2は、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、0.5スロットピッチ分、移動している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)両端のコイル端部高さをそれぞれ略均一にすることができ、W相のコイル導体巻き返し部3Rのつなぎ替え部分の引き回しレーン間隔を、他の巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔にすることができる。以下、巻線の引き回しレーン間隔について説明する。
図26は、図23において、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更された状態を示す模式図である。同図は、図23に示す状態から、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が、図25(c)に示す角度に設定された状態を示している。これにより、シート端部のコイル導体巻き返し部3Rを含めて、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の一端側(矢印A1方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H12で略均一化されている。なお、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)の他端側(矢印A2方向側)のコイル端部高さは、コイル端部高さ5H11で略均一になっている。
また、同図(b)に示すように、矢印RC1で示される位置において、実線で示すW1相のコイルユニット1aから破線で示すW1相のコイルユニット1bにつなぎ替えられており、巻線の引き回しレーンは、第10層から第9層に変更されている。同図(a)の破線で囲まれる領域RC11で示すように、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔になっている。
一方、図23(a)および(b)に示すように、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が変更される前は、当該つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔は、第8層から第7層に変更される巻線の引き回しレーン間隔と比べて、0.5スロットピッチ分、狭くなっている。つまり、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が図25(c)に示す角度に設定されて、コイル引回し点5RW1、5RW2が、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、0.5スロットピッチ分、移動することにより、上記つなぎ替え部分の巻線の引き回しレーン間隔を、他の巻線の引き回しレーン間隔と同じ間隔にすることができる。
なお、図25(c)において、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、コイル引回し点5RW1、5RW2をさらに移動させると、他のコイル端部20a、20bに積み重なるようになり、コイル端部高さが高くなる。そのため、W相のコイル導体巻き返し部3Rの立ち上り傾斜角θUR1および立下り傾斜角θDR1が、図25(c)に示す角度に設定されて、コイル引回し点5RW1、5RW2が、反相端子5TX側の可動子磁極の移動方向(矢印F12方向)に、0.5スロットピッチ分、移動していると好適である。
<第5実施形態>
本実施形態は、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致している点で第1実施形態と異なる。図14に示すように、第1実施形態では、コイル導体は、第1層のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、第2層の第1コイル辺部群3G1に巻き回されている。既述のとおり、コイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かってコイル導体が巻き回されており、第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部は、紙面奥側から紙面手前側に向かってコイル導体が巻き回されている。
以降、同様にして、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、第1層、第2層、第1層、第2層と繰り返しながら、7本のコイル辺部毎に順にコイル導体が巻回されている。したがって、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のコイル導体巻始め部3S側視において、コイル導体巻始め部3Sから離れていくコイル導体の巻方向をヘリカル巻方向とするとき、ヘリカル巻方向は、反時計回り(左回り)になっている。
また、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着するとき、相端部5T側からの3相回転電機の軸方向視において、渦巻き状に装着したヘリカル巻シート状コイル3で相端部5Tを始点とした場合の渦巻き方向を円環巻方向とする。図11(b)に示すように、第1実施形態では、円環巻方向は、時計回り(右回り)になっている。つまり、第1実施形態では、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致していない。一方、本実施形態では、ヘリカル巻方向および円環巻方向は、いずれも時計回り(右回り)になっており、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
図27は、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着してヘリカル巻シート状コイル3が巻き重ねられている状態を直線的に展開して示す模式図である。図27(a)〜(c)は、図14(a)〜(c)にそれぞれ対応している。コイル導体は、第2層のコイル導体巻始め部3Sから巻き始められ、第1層の第1コイル辺部群3G1、第2層の第2コイル辺部群3G2の順に巻き回されている。コイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かってコイル導体が巻き回されており、第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部は、紙面奥側から紙面手前側に向かってコイル導体が巻き回されている。
また、第2コイル辺部群3G2の7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かってコイル導体が巻き回されている。以降、同様にして、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に、第1層、第2層、第1層、第2層と繰り返しながら、7本のコイル辺部毎に順にコイル導体が巻回されている。したがって、本実施形態では、ヘリカル巻方向は、時計回り(右回り)になっている。
図28は、ヘリカル巻シート状コイル3を示す模式図である。図28(a)、(b)は、図11(a)、(b)にそれぞれ対応している。第1実施形態と同様、同図では、コイル導体巻始め部3S側の2層の端部を白色丸印および白色三角印で示しており、コイル導体巻き返し部3R側の2層の端部を黒色丸印および黒色三角印で示している。
同図(b)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着したとき、ヘリカル巻シート状コイル3とステータコア7のスロット底部との間に隙間SP4が生じている。また、ヘリカル巻シート状コイル3のシート両端部において、径方向外周側に隙間SP5が生じ、径方向内周側に隙間SP6が生じている。隙間SP4は、第1実施形態の隙間SP1に対応し、隙間SP5は、第1実施形態の隙間SP2に対応し、隙間SP6は、第1実施形態の隙間SP3に対応している。なお、ヘリカル巻シート状コイル3は、ステータコア7の径方向内周側に滑らかに乗り上げるように巻き重なり、ヘリカル巻シート状コイル3の外周側シートとステータコア7のスロット底部との間の隙間は、同図に示す隙間SP4で最大になる。
同図(b)に示すように、円環巻方向は、時計回り(右回り)になっており、本実施形態では、ヘリカル巻方向および円環巻方向は、いずれも時計回り(右回り)になっている。つまり、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致している。なお、図27に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3は、ステータの周方向長の4倍の波巻き構成であるので、仮に、ヘリカル巻シート状コイル3がステータコア7のスロット73に隙間なく装着することができたとすると、ヘリカル巻シート状コイル3は、第1層〜第8層に収容することができる。同図では、第8層と第9層との境界線を理想収容ライン3ILで表している。
図29は、隙間詰めの第1段階におけるシート乗り上げ部3Aの状態を示す模式図である。図29(a)〜(c)は、図27(a)〜(c)にそれぞれ対応している。具体的には、図29は、図27に示すコイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部と、第3コイル辺部群3G3のU1相のコイル辺部3G31とをステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動(第2層から第1層に移動)させた状態を示している。これら8本のコイル辺部は、他のコイル辺部の配置の影響を受けることなく、容易にステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)へ移動させることができる。なお、8本のコイル辺部を移動させると、隙間SP5は消滅するが、8本のコイル辺部と第3層のヘリカル巻シート状コイル3との間に、隙間SP51が生じる。
また、同図(c)に示すように、これらの8本のコイル辺部をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させるとき、8本のコイル辺部から巻回される巻線をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させる。つまり、8本のコイル辺部から巻回される巻線は、一旦、ステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)上部へ巻線の引き回しレーンが変更され、コイル端部高さ方向のステータコア7近傍で、もとの引き回しレーンに戻されている。
同図(c)は、同図(b)に示す矢印A2方向視であるので、コイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部は、紙面奥側から紙面手前側に向かってコイル導体が巻き回されている。そして、コイル導体巻始め部3Sから巻回された第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かってコイル導体が巻き回される。そのため、ステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させた巻線は、他のコイル辺部の配策の影響を受けることなく、第1コイル辺部群3G1に向かってコイル導体を巻回すことができる。
また、第3コイル辺部群3G3のU1相のコイル辺部3G31は、第1コイル辺部群3G1および第2コイル辺部群3G2に隣接するU1相のコイル辺部から巻き回される。第3コイル辺部群3G3のU1相のコイル辺部3G31は、矢印A2方向視で、紙面奥側から紙面手前側に向かってコイル導体が巻き回される。そのため、ステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させた巻線は、他のコイル辺部の配策の影響を受けることなく、第3コイル辺部群3G3のU1相のコイル辺部3G31に向かってコイル導体を巻回すことができる。
本実施形態では、ヘリカル巻方向および円環巻方向は、いずれも時計回り(右回り)になっており、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致している。そのため、上記8本のコイル辺部に巻回される巻線をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させることが容易である。なお、同図(b)に示すように、矢印A1方向側において、相端子5TXが引き出されているので、矢印A2方向側は、矢印A1方向側と比べて、巻線の引き回しレーンを変更するスペース3G11を確保することが容易である。また、同図では、コイル導体巻始め部3Sの移動後の境界線L1を境界線L2で示している。
図30は、隙間詰めの第2段階におけるシート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形方法を示す模式図である。図31は、隙間詰めの第2段階におけるシート乗り上げ部3Aの状態を示す模式図である。図30(a)〜(c)および図31(a)〜(c)は、図29(a)〜(c)にそれぞれ対応している。具体的には、図29に示す状態のヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に寄せて、隙間SP4、SP51を詰める。図30は、このときのシート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形方法を示しており、図31は、隙間詰め後のシート乗り上げ部3Aの状態を示している。図30および図31では、シート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形状態を境界線L31〜L35で示している。
図30に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に寄せると、第3層〜第10層のヘリカル巻シート状コイル3は、シート乗り上げ部3A以外では、矢印A3方向に移動し、シート乗り上げ部3Aでは、矢印A4方向に移動する。具体的には、第3層および第4層のヘリカル巻シート状コイル3は、境界線L31、L32で狭持される領域に移動する。第5層および第6層のヘリカル巻シート状コイル3は、境界線L32、L33で狭持される領域に移動する。第7層〜第10層のヘリカル巻シート状コイル3についても同様である。
可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のシート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形開始位置をシート曲げ開始部3A1とし、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)のシート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形終了位置をシート曲げ終了部3A2とする。シート乗り上げ部3Aのコイル端部の一部(部位3A3a、3A3b)は、シート曲げ開始部3A1からシート曲げ終了部3A2までの間、円環巻方向に対してステータコア7の径方向内周側に傾斜するように変形される。
図31は、シート乗り上げ部3Aのコイル端部の一部が円環巻方向に対してステータコア7の径方向内周側に傾斜して変形されている状態を示している。シート乗り上げ部3Aのコイル端部が変形されると、隙間SP4は隙間SP41になり、隙間SP51は隙間SP52になる。隙間SP41は、変形前の隙間SP4と比べて小さくなっており、隙間SP52は、変形前の隙間SP51と比べて小さくなっている。
本実施形態では、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致しているので、コイル導体巻始め部3Sから巻回される巻線等をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させることが容易であり、コイル導体巻始め部3Sから巻回される巻線等がコイル導体巻始め部3Sに巻き重なるヘリカル巻シート状コイル3と干渉することを回避できる。そのため、ステータコア7の径方向に巻き重なる部分(シート乗り上げ部3A)を効率良く変形させることができる。
よって、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7に渦巻き状に装着したときに、ステータコア7とヘリカル巻シート状コイル3との間に生じる隙間SP4およびヘリカル巻シート状コイル3のシート端部に生じる隙間SP5を効率良く低減させることができる。したがって、渦巻き状のヘリカル巻シート状コイル3をコンパクトにすることができ、3相回転電機を小型化および低コスト化することができる。
図32は、隙間詰めの第3段階におけるシート乗り上げ部3Aの状態を示す模式図である。図32(a)〜(c)は、図31(a)〜(c)にそれぞれ対応している。図31に示すように、シート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形前後において隙間SP6の大きさに変更はなく、コイル導体巻き返し部3Rの一部が第9層および第10層に突出している。そこで、図32に示すように、コイル導体巻き返し部3Rの先端側2相(V相およびW相)分のコイル端部3R1を、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)と略平行に配設する。
3*〜5*における巻線の引き回しは、スロット内で干渉するコイル導体が無いので、コイル導体巻き返し部3Rの先端側2相(V相およびW相)分の配策を調整することが容易である。これにより、コイル導体巻き返し部3Rは、第9層のみに突出し、第10層には突出しない。よって、ヘリカル巻シート状コイル3がステータコア7の径方向に巻き重ねられたときに、シート乗り上げ部3Aの径方向厚みは、理想収容ライン3ILに対して1層分の増加に抑制することができ、シート乗り上げ部3Aをさらにコンパクトにすることができる。なお、同図では、配策変更後の隙間SP6を隙間SP61で示している。
本実施形態では、シート乗り上げ部3Aのコイル端部は、円環巻方向に対してステータコア7の径方向内周側に傾斜して変形された部位3A3a、3A3bをもち、コイル導体巻き返し部3Rの先端側2相(V相およびW相)分のコイル端部3R1は、可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)と略平行に配設されている。そのため、コイル導体巻き返し部3Rの径方向内周側に突出する領域を低減させることができ、シート乗り上げ部3Aの径方向厚みを低減させることができる。したがって、渦巻き状のヘリカル巻シート状コイル3をさらにコンパクトにすることができる。
次に、第1実施形態の波巻き巻線において、同様の隙間詰めを行いシート乗り上げ部3Aのコイル端部を変形した場合について説明する。既述のとおり、第1実施形態では、ヘリカル巻方向は反時計回り(左回り)であり、円環巻方向は、時計回り(右回り)であるので、ヘリカル巻方向および円環巻方向は一致していない。
図33は、隙間詰め後のシート乗り上げ部3Aの状態を示す模式図である。図33(a)〜(c)は、図32(a)〜(c)にそれぞれ対応している。なお、図33では、シート乗り上げ部3Aのコイル端部の変形状態を境界線L41〜L45で示している。また、同図に示すように、コイル導体巻始め部3Sから第1コイル辺部群3G1に巻き回されているU1相のコイル端部、U2相のコイル端部およびW1相のコイル端部をシート干渉部3SAという。
同図(c)に示すように、ヘリカル巻シート状コイル3をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に寄せて、シート乗り上げ部3Aのコイル端部の一部(部位3A3a、3A3b)を変形させたとき、境界線L41、L42で狭持されるヘリカル巻シート状コイル3とシート干渉部3SAとが干渉する。そこで、シート曲げ終了部3A2を3スロットピッチ分、円環巻方向と反対方向に移動させ、シート曲げ開始部3A1からシート曲げ終了部3A2までのスロットピッチを9スロットピッチ分にする。これにより、シート干渉部3SAにおける干渉を回避することができる。
次に、コイル導体巻始め部3Sから第1コイル辺部群3G1に巻回される巻線をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させる場合を考える。同図(c)は、同図(b)に示す矢印A2方向視であるので、コイル導体巻始め部3Sの7本のコイル辺部は、紙面奥側から紙面手前側に向かってコイル導体が巻き回されている。そして、コイル導体巻始め部3Sから巻回された第1コイル辺部群3G1の7本のコイル辺部は、紙面手前側から紙面奥側に向かってコイル導体が巻き回されている。
このとき、第1コイル辺部群3G1の径方向外周側には、第3コイル辺部群3G3が配設されているので、コイル導体巻始め部3Sから第1コイル辺部群3G1に巻回す巻線をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させようとすると、第1層および第2層の2つのレーンに亘って移動させる必要がある。そのため、ステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させた巻線をスロット内のコイル導体部へ戻すための配策が煩雑となる。このように、第1実施形態では、ヘリカル巻方向と円環巻方向とが一致していないので、コイル導体巻始め部3Sから第1コイル辺部群3G1に巻回される巻線をステータコア7の外周側(ステータコアヨーク71側)に移動させて、シート干渉部3SAにおける干渉を回避することは、容易ではない。
同図は、シート乗り上げ部3Aのコイル端部の一部(部位3A3a、3A3b)を円環巻方向に対してステータコア7の径方向内周側に傾斜して変形させた状態を示している。シート乗り上げ部3Aのコイル端部が変形されると、隙間SP1は隙間SP11になり、隙間SP2は隙間SP21になり、隙間SP3は隙間SP31になる。なお、同図では、矢印A1方向側視において、U3相を除くコイル導体巻き返し部3Rの先端側の7本のコイル辺部10a、10bを第10層から第9層に移動させている。
コイル導体巻き返し部3RのU3相のコイル辺部10bは、中性点5Nに接続されており、当該コイル辺部10bと中性点5Nとを接続する接続線は、当該コイル辺部10bから3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)外方に離れていく方向に延伸している。一方、上記7本のコイル辺部10a、10bは、3相回転電機の軸方向(矢印G1方向)外方から上記7本のコイル辺部10a、10bに向かう方向にコイル端部20a、20bが引き回されている。よって、コイル導体巻き返し部3RのU3相のコイル辺部10bを、第10層から第9層に移動させることができない。
また、矢印A2方向側視において、コイル導体巻き返し部3Rの先端側の8本のコイル辺部10a、10bは、ヘリカル巻シート状コイル3のシート端部でありコイル導体が巻き返される部分であるので、他のコイル辺部10a、10bの配置の影響を受けることなく、第10層から第9層に容易に移動させることができる。しかしながら、同図(c)に示すように、これらの8本のコイル辺部10a、10bを接続するコイル端部の配策のために、第10層のスペースが必要であり、コイル導体巻き返し部3Rは、第9層および第10層に突出している。
以上により、ヘリカル巻シート状コイル3がステータコア7の径方向に巻き重ねられたとき、シート乗り上げ部3Aの径方向厚みは、理想収容ライン3ILに対して2層分、増加する。このように、第5実施形態に示すヘリカル巻シート状コイル3は、第1実施形態に示すヘリカル巻シート状コイル3と比べて、渦巻き状のヘリカル巻シート状コイル3をコンパクトにすることができ、3相回転電機を小型化および低コスト化することができる。
なお、本実施形態では、ヘリカル巻方向および円環巻方向は、時計回り(右回り)で一致しているが、ヘリカル巻方向および円環巻方向は、反時計回り(左回り)で一致させることもできる。また、第2実施形態〜第4実施形態においても、第5実施形態と同様にして、渦巻き状のヘリカル巻シート状コイル3をコンパクトにすることができ、3相回転電機を小型化および低コスト化することができる。
<その他>
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、上記実施形態では、3相回転電機の波巻き巻線として、ヘリカル巻シート状コイル3を例に説明したが、本発明は、ヘリカル巻シート状コイル3に限定されるものではない。以下、コイル導体がステータコア7の周方向の1方向に巻装される1方向巻きコイルを例に説明する。
図34は、U相コイル9Uの接続状態の一例を示す模式図である。同図では、U相コイル9Uを直線的に展開して、U1相の1方向巻きコイルU1a、U1bと、U2相の1方向巻きコイルU2a、U2bと、U3相の1方向巻きコイルU1aと、を分離して示している。なお、同図では、一例として4極の3相回転電機を示しており、ステータコア7の周方向(可動子磁極の移動方向(矢印F1方向))におけるU相コイル9Uの巻始め位置74を黒色四角印で示し、U相コイル9Uの巻始め位置74と同位相になる同位相位置75を白色四角印で示している。以下、同図に基づいて、U相を例に説明するが、V相およびW相についても同様である。
U相コイル9Uは、U1相の1方向巻きコイルU1a、U1bと、U2相の1方向巻きコイルU2a、U2bと、U3相の1方向巻きコイルU1aと、が直列接続されている。1方向巻きコイルU1a、U1bは、それぞれ短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されて波巻きが構成されており、1方向巻きコイルU1a、U1bは直列接続されている。1方向巻きコイルU2aは、1方向巻きコイルU1aを可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に1スロットピッチ分、移動させたものであり、1方向巻きコイルU2bは、1方向巻きコイルU1bを可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に1スロットピッチ分、移動させたものである。1方向巻きコイルU3aは、1方向巻きコイルU2aを可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に1スロットピッチ分、移動させたものである。
1*は、1方向巻きコイルU1aの巻始め位置を示し、2*は、1方向巻きコイルU1aの巻終わり位置を示している。4*は、1方向巻きコイルU1bの巻始め位置を示し、3*は、1方向巻きコイルU1bの巻終わり位置を示している。U2相についても同様であり、5*は、1方向巻きコイルU2aの巻始め位置を示し、6*は、1方向巻きコイルU2aの巻終わり位置を示している。8*は、1方向巻きコイルU2bの巻始め位置を示し、7*は、1方向巻きコイルU2bの巻終わり位置を示している。U3相は、1方向巻きコイルU3aのみを有し、9*は、1方向巻きコイルU3aの巻始め位置を示し、10*は、1方向巻きコイルU3aの巻終わり位置を示している。なお、1*は、U相端子9TUに接続され、10*は、中性点9Nに接続される。
同図に示すように、1方向巻きコイルU1bは、1方向巻きコイルU1aに対して可動子磁極の移動方向(矢印F1方向)に所定ピッチ規定量分、移動した状態に形成されている。同図では、ピッチ規定量は、長節巻部3LWのコイル辺ピッチに設定されており、毎極スロット数の小数点以下を切り上げた自然数に設定されている。これにより、3相回転電機の駆動時に1方向巻きコイルU1bに流れる電流方向は、1方向巻きコイルU1aの電流方向に対して逆方向になる。そのため、1方向巻きコイルU1a、U1bの関係は、既述のコイルユニット1a、1bの関係と同様の関係になっている。なお、同図では、電流方向を矢印で示している。また、ピッチ規定量は、短節巻部3SWのコイル辺ピッチとすることもできる。この場合、ピッチ規定量は、毎極スロット数の小数点以下を切り捨てた自然数に設定する。
U1相のコイルユニット1aに相当する1方向巻きコイルU1aは、相端子9TUから巻き始められ、長節巻部3LWと短節巻部3SWとが交互に繰り返されている(1*〜2*)。そして、1方向巻きコイルU1aの長節巻部3LWは、コイル導体巻き返し部3Rを介してU1相のコイルユニット1bに相当する1方向巻きコイルU1bに接続されている(2*〜3*)。コイル導体巻き返し部3Rでは、長節巻部3LWが連続しており、1方向巻きコイルU1bは、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されている(3*〜4*)。
1方向巻きコイルU1bの長節巻部3LWは、短節巻部3SWを介してU2相のコイルユニット1aに相当する1方向巻きコイルU2aに接続されている(4*〜5*)。1方向巻きコイルU2aは、長節巻部3LWと短節巻部3SWとが交互に繰り返されている(5*〜6*)。そして、1方向巻きコイルU2aの長節巻部3LWは、コイル導体巻き返し部3Rを介してU2相のコイルユニット1bに相当する1方向巻きコイルU2bに接続されている(6*〜7*)。コイル導体巻き返し部3Rでは、長節巻部3LWが連続しており、1方向巻きコイルU2bは、短節巻部3SWと長節巻部3LWとが交互に繰り返されている(7*〜8*)。
1方向巻きコイルU2bの長節巻部3LWは、短節巻部3SWを介してU3相のコイルユニット1aに相当する1方向巻きコイルU3aに接続されている(8*〜9*)。1方向巻きコイルU3aは、長節巻部3LWと短節巻部3SWとが交互に繰り返されている(9*〜10*)。そして、1方向巻きコイルU3aの長節巻部3LWは、中性点9Nに接続される。
このように、1方向巻きコイルU1a、U1b、U2a、U2b、U3aにおいても、ヘリカル巻シート状コイル3の場合と同様に巻装することができ、上記実施形態で既述の効果と同様の効果を得ることができる。また、上記実施形態では、ヘリカル巻シート状コイル3は、ステータの周方向長の4倍の波巻き構成が為されているが、これに限定されるものではなく、ステータの周方向長の自然数倍であれば良い。なお、本発明の波巻き巻線は、波巻き巻装方式の種々の3相回転電機に用いることができ、例えば、車両の駆動用電動機、発電機、産業用の電動機、発電機などに用いることができる。