JP2017158255A - 回転電機ステータの巻線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドの高さを抑えることができる回転電機ステータの巻線構造を提供すること。
【解決手段】第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４と第１の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４とが回転方向に対して６スロットピッチずらして配置され、出力点ａ７、ａ５、ａ３と入力点ａ６、ａ４、ａ２とをそれぞれ順次連結し、出力点ｂ８、ｂ６、ｂ４と入力点ｂ５、ｂ３、ｂ１とをそれぞれ順次連結し、最内周の出力点ａ１を中性点Ｎ１とし、最内周の入力点ｂ２を中性点Ｎ２とし、最外周の入力点ａ８を並列接続される１相分コイルの電流入力点Ｕ１ｉｎとし、最外周の出力点ｂ７を１相分コイルの電流入力点Ｕ２ｉｎとする。各相の中性点Ｎ１と中性点Ｎ２は、それぞれスロット挿入部を有したセグメント導体が接続され、半径方向に１レイヤ分、ずれた位置に配置される。
【選択図】図６

Description

本発明は、コイルエンドの高さを抑えることができる回転電機ステータの巻線構造に関する。

近年、自動車業界では主要な角線の巻線方式として波巻が採用されている。角線を用いた波巻においては、複数の松葉形状のセグメント導体を連結して形成される。周方向に隣接して設置されるセグメント導体の先端のうち近い側同士の先端を接合することにより、波形状が形成される。波巻は、巻数が多いほど、起磁力を大きくすることができ、電圧飽和の範囲内で電流を低減できる利点がある。

なお、特許文献１には、各相のコイルがそれぞれ並列接続される２つの構成コイルを有し、２つの構成コイルの中性点側の端部である中性端がコア径方向に並べて配置され、各相について、コア径方向に並べて配置された２つの中性端が、コア径方向の両側から接続導体を挟んだ状態でそれぞれ接続されるものが記載されている。

特開２０１１−４５１６５号公報

しかしながら、波巻は、巻数が多いほど、結線点数（溶接点）が増加し、巻数の増加に比例して渡り線が増加する。本来、角線を用いてコイルエンドの高さを低くする狙いがあるが、この渡り線の増加によってコイルエンド高さを増加させてしまう。さらに、各相の給電点はステータの外周側から接続できるものの、中性点はステータの内周側から外周側に引き延ばして接続する必要があり、コイルエンドが高くなってしまう。あるいは、特許文献１に記載されるように、各中性点で接続導体を挟み込むようにして接続すると、コイルエンドが高くなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コイルエンドの高さを抑えることができる回転電機ステータの巻線構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、周方向に複数のティースと複数のスロットとが交互に環状に形成されたステータコアに所定スロットピッチでコイルが波巻された回転電機ステータの巻線構造であって、リード部側に入力点および出力点を形成し、周方向に２列で２周分のコイルを所定スロットピッチで波巻した第１の２周連続コイルと前記第１の２周連続コイルと同一構造であって前記第１の２周連続コイルに対して前記周方向に対して前記所定スロットピッチずらして配置される第２の２周連続コイルとからなる２レイヤ波巻コイルを半径方向に複数配列するとともに、前記第１の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、かつ、前記第２の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、半径方向に隣接する外周側の前記第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点とを順次連結し、半径方向に隣接する外周側の前記第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点とを順次連結し、最内周の前記第１の２周連続コイルの出力点と最内周から２番目の外周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの入力点とをダブルスター接続の第１の中性点および第２の中性点とし、最外周の前記第１の２周連続コイルの入力点および最外周から２番目の内周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの出力点を、ダブルスター接続される２つの１相分コイルの第１の電流入力点および第２の電流入力点とし、少なくとも各相の第１の中性点および各相の第２の中性点は、それぞれスロット挿入部を有したセグメント導体が接続され、半径方向に１レイヤ分、ずれた位置に配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、周方向に複数のティースと複数のスロットとが交互に環状に形成されたステータコアに所定スロットピッチでコイルが波巻された回転電機ステータの巻線構造であって、リード部側に入力点および出力点を形成し、周方向に２列で２周分のコイルを所定スロットピッチで波巻した第１の２周連続コイルと前記第１の２周連続コイルと同一構造であって前記第１の２周連続コイルに対して前記周方向に対して前記所定スロットピッチずらして配置される第２の２周連続コイルとからなる２レイヤ波巻コイルを半径方向に複数配列するとともに、前記第１の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、かつ、前記第２の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、半径方向に隣接する外周側の前記第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点とを順次連結し、半径方向に隣接する外周側の前記第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点とを順次連結し、最内周の前記第１の２周連続コイルの出力点と最内周から２番目の外周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの入力点とをダブルスター接続される２つの１相分コイルの第１の電流入力点および第２の電流入力点とし、最外周の前記第１の２周連続コイルの入力点および最外周から２番目の内周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの出力点を、ダブルスター接続の第１の中性点および第２の中性点とし、少なくとも各相の第１の中性点および各相の第２の中性点は、それぞれスロット挿入部を有したセグメント導体が接続され、半径方向に１レイヤ分、ずれた位置に配置されることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、上記の発明において、前記第１の２周連続コイルおよび前記第２の２周連続コイルは、リード部側から前記スロットに松葉形状のセグメント導体を挿入し、反リード部側で前記セグメント導体の端部を溶接し、半径方向に隣接する外周側の前記第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点との連結、および、半径方向に隣接する外周側の前記第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点との連結は、スロット挿入部を有した松葉形状のセグメント導体によって接続されることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、上記の発明において、ｍを１以上の整数とし、半径方向への巻数ＮをＮ＝２ｍ＋２として、複数の前記第１の２周連続コイル間は、巻数（Ｎ−（２ｍ−１））の位置の出力点と巻数（Ｎ−２ｍ）の位置の入力点との間を、スロット挿入部を有した松葉形状のセグメント導体で接続されるとともに、複数の前記第２の２周連続コイル間は、巻数（Ｎ−２（ｍ−１））の位置の入力点と巻数（Ｎ−（２ｍ＋１））の位置の出力点との間を、スロット挿入部を有した松葉形状のセグメント導体で接続されることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、上記の発明において、前記第１の２周連続コイルと前記第２の２周連続コイルとは、それぞれ所定スロットピッチ毎に半径方向で交差して巻回されることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、上記の発明において、前記所定スロットピッチは、スロット数をロータの極数で除算した値であることを特徴とする。

また、本発明にかかる回転電機ステータの巻線構造は、上記の発明において、前記スロットは、セミクローズドスロット形状であることを特徴とする。

本発明によれば、半径方向に隣接する外周側の第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点とを順次連結し、半径方向に隣接する外周側の第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点とを順次連結し、最内周の前記第１の２周連続コイルの出力点と最内周から２番目の外周側に位置する前記第２の２周連続コイルの入力点とをダブルスター接続の第１の中性点および第２の中性点、あるいはダブルスター接続される２つの１相分コイルの第１の入力点および第２の入力点とし、最外周の前記第１の２周連続コイルの入力点および最外周から２番目の内周側に位置する前記第２の２周連続コイルの出力点を、ダブルスター接続される２つの１相分コイルの第１の入力点および第２の入力点、あるいはダブルスター接続の第１の中性点および第２の中性点とし、少なくとも各相の第１の中性点および各相の第２の中性点は、それぞれスロット挿入部を有したセグメント導体が接続され、半径方向に１レイヤ分、ずれた位置に配置される。これにより、並列される２つの１相分コイルの各中性点を連結する２つの導体は、半径方向に隣接して配置でき、重なることがない。このため、ダブルスター接続する場合でも、リード部側のコイルエンドの高さを抑えることができる。

図１は、永久磁石型回転電機などの回転電機に用いられる回転電機ステータを構成する際、ステータコアに波巻巻線を巻き回す状態を示す図である。 図２は、第１の２周連続コイルの巻回状態を示す斜視図である。 図３は、第１の２周連続コイルを直線的に展開したものをリード部側からみた図である。 図４は、第１の２周連続コイルを外周方向に配置した場合の巻回状態を示す斜視図である。 図５は、第１の２周連続コイルと同じ構成の第２の２周連続コイルを回転方向側に６スロットピッチ分、シフトして配置した２レイヤ波巻コイルを直線的に展開したものをリード部側からみた図である。 図６は、第１の２周連続コイルと同じ構成の第２の２周連続コイルを回転方向側に６スロットピッチ分、シフトして配置した２レイヤ波巻コイルの巻回状態を示す斜視図である。 図７は、１相分の波巻コイルの巻回状態を示す断面図である。 図８は、第１の２周連続コイル間、および、第２の２周連続コイル間の連結を示す図である。 図９は、図８に示した連結および中性点の連結を松葉形状のセグメント導体とした場合の巻回状態を示す図である。 図１０は、図９に示した連結状態とした回転電機ステータのリード部側を示す斜視図である。 図１１は、図９に示した連結状態とした回転電機ステータのリード部側を他の接続構成を示す斜視図である。 図１２は、回転電機ステータの反リード部側を示す斜視図である。 図１３は、２レイヤ波巻コイルを４つ用いた８ターン構成とした場合の連結状態を説明する説明図である。 図１４は、２レイヤ波巻コイルを２つ用いた４ターン構成とした場合の連結状態を説明する説明図である。 図１５は、２レイヤ波巻コイルを３つ用いた６ターン構成とした場合の連結状態を説明する説明図である。 図１６は、２レイヤ波巻コイルを５つ用いた１０ターン構成とした場合の連結状態を説明する説明図である。 図１７は、２レイヤ波巻コイルを６つ用いた１２ターン構成とした場合の連結状態を説明する説明図である。 図１８は、２レイヤ波巻コイルを７つ用いた１４ターン構成とした場合の連結状態を説明する説明図である。 図１９は、第１の２周連続コイル及び第２の２周連続コイル内の各２周連続コイル接続用の松葉形状のセグメント導体の接続関係を一般化した図である。 図２０は、第１の２周連続コイル及び第２の２周連続コイル内の各２周連続コイル接続用の松葉形状のセグメント導体の他の接続関係を一般化した図である。 図２１は、スロットをセミクローズドスロット形状とした場合のステータコアの断面図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

図１は、永久磁石型回転電機などの回転電機に用いられる回転電機ステータを構成する際、ステータコアに波巻巻線を巻き回す状態を示す図である。図１に示すように、ステータコア１は、周方向ＲＴに複数のティース２と複数のスロット３とが、ロータが挿入される内周側に、環状に規則的に形成されている。図１では、スロット３が４８個形成されている。なお、図示しないロータの極数は８個である。また、回転電機は、電動機及び／または発電機の機能を有するものである。なお、ステータコア１は、円環状の複数の電磁鋼板を積層して構成される。

本実施の形態では、ステータコア１に巻き回される巻線を、複数のセグメント導体１０を用いて波巻状に構成する。松葉形状のセグメント導体１０の両端部は、リード部側（給電部側）１ａから中心軸ＡＸ方向に所定スロットピッチでスロット３に挿入される。挿入されたセグメント導体１０の反リード部側１ｂから突出した部分、すなわちスロット挿入部から突出した部分は、周方向に広がるように折り曲げられ、セグメント導体１０の先端１０ａは隣接する他のセグメント導体１０の先端１０ａと溶接される。この溶接によって、複数のセグメント導体１０からなる波巻巻線である第１の２周連続コイルＣＡ１が形成される。なお、巻線は、コイルエンドの高さを抑えるために、角線、特に平角線であることが好ましい。

図２は、第１の２周連続コイルの巻回状態を示す斜視図である。また、図３（ａ）は、第１の２周連続コイルＣＡ１を直線的に展開したものをリード部側１ａからみた図である。第１の２周連続コイルＣＡ１は、セグメント導体２１〜２８のそれぞれの先端１０ａが反リード部側１ｂで溶接によって直列に接続される。セグメント導体２２〜２４，２６〜２８のそれぞれの両端部は、６スロットピッチでスロット３に挿入される。セグメント導体２２，２６、２３，２７、２４，２８は、それぞれ１スロットピッチずれて挿入される。また、セグメント導体２２〜２４は互いに６スロットピッチ隔てて配置される。同様に、セグメント導体２６〜２８は互いに６スロットピッチ隔てて配置される。セグメント導体２１は、連結領域ＥＡに配置され、７スロットピッチでスロット３に挿入されるものをリード部側１ａで分離し、分離した端部である入力点ａ２を有するセグメント導体２１ａと、他の端部である出力点ａ１を有するセグメント導体２１ｂとからなる。また、給電領域ＥＡのセグメント導体２５は、１周目のコイルを２周目のコイルに接続する役割をもち、両端部が５スロットピッチでスロット３に挿入される。セグメント導体２４，２６の間に配置されるセグメント導体２５は、セグメント導体２４，２６のそれぞれに対して互いに６スロットピッチ隔てて配置される。

溶接部Ｔ２１〜Ｔ２８は、半リード部側１ｂで隣接するセグメント導体の先端を溶接によって接続する。溶接部Ｔ２１は、セグメント導体２１ａ，２２間を接続する。溶接部Ｔ２２は、セグメント導体２２，２３間を接続する。溶接部Ｔ２３は、セグメント導体２３，２４間を接続する。溶接部Ｔ２４は、セグメント導体２４，２５間を接続する。溶接部Ｔ２５は、セグメント導体２５，２６間を接続する。溶接部Ｔ２６は、セグメント導体２６，２７間を接続する。溶接部Ｔ２７は、セグメント導体２７，２８間を接続する。溶接部Ｔ２８は、セグメント導体２８，２１ｂ間を接続する。

入力点ａ２から入力された電流は、時計回り方向ＣＷに順次、セグメント導体２１ａ、溶接部Ｔ２１、セグメント導体２２、溶接部Ｔ２２、セグメント導体２３、溶接部Ｔ２３、セグメント導体２４、溶接部Ｔ２４、セグメント導体２５を流れ、１周目の波巻が終わり、さらに、順次、セグメント導体２５、溶接部Ｔ２５、セグメント導体２６、溶接部Ｔ２６、セグメント導体２７、溶接部Ｔ２７、セグメント導体２８、溶接部Ｔ２８、セグメント導体２１ｂを流、２周目の波巻が終わり、出力点ａ１に達する。図３（ａ）に示すように、隣接するスロット内に配置される導体は、例えばスロット位置６とスロット位置７に配置される導体は、電流方向が同一となる。

ここで、第１の２周連続コイルＣＡ１は、６スロットピッチごとにスロット３内をジグザグに巻回されるとともに、半径方向に隣接する、内周側のレイヤＬ１と外周側のレイヤＬ２との間を交互に巻回される。なお、レイヤはスロット３内の巻回位置を表し、内周側から外周側に向けて順次、レイヤＬ１、Ｌ２、…、Ｌ８として示している。また、各セグメント導体は、ステータコア１では周方向に沿って弧状に配置されるため、リード部側１ａおよび反リード部側１ｂで、１周目の巻線と２周目の巻線とが交差する。

例えば、レイヤＬ１からリード部側１ａに出たセグメント導体２７は周方向に延びて松葉形状の頂点部２７ｔ（図２参照）でレイヤＬ２の位置にシフトしてさらに周方向に延び、６スロットピッチ目のスロットのレイヤＬ２に入る。１スロットピッチずれて配置されるセグメント導体２３も同様に、レイヤＬ１からリード部側１ａに出て周方向に延び、松葉形状の頂点部２３ｔでレイヤＬ２の位置にシフトしてさらに周方向に延び、６スロットピッチ目のスロットのレイヤＬ２に入る。ここで、セグメント導体２３は、レイヤＬ１からリード部側１ａに出てから頂点部２３ｔに至るまではセグメント導体２７の下に配置され、頂点部２３ｔから６スロットピッチ目のスロットのレイヤＬ２に入るまではセグメント導体２７の上に配置される。頂点部２７ｔ、２３ｔは、上に凸の山形形状であり、セグメント導体２７、２３の１スロットピッチのずれに応じて１スロットピッチのずれが生じている。頂点部２７ｔ、２３ｔは、セグメント導体２７、２３がレイヤＬ１からレイヤＬ２にシフトするシフトポイントであるが、１スロットピッチずれている。このため、頂点部２７ｔ、２３ｔの位置で、セグメント導体２７、２３の上下が入れ替わる交差が行われる。この交差を行うことによって、平角線がよじれることなく、各コイルエンドでの高さを抑えることができる。

図４は、第１の２周連続コイルＣＡ１と同じ構成の第１の２周連続コイルＣＡ２〜ＣＡ４を外周方向に順次配置した場合の巻回状態を示す斜視図である。なお、図３に示すように、第１の２周連続コイルＣＡ２は、レイヤＬ３、Ｌ４間で交互に巻回される。また、第１の２周連続コイルＣＡ３は、レイヤＬ５、Ｌ６間で交互に巻回される。さらに、第１の２周連続コイルＣＡ４は、レイヤＬ７、Ｌ８間で交互に巻回される。この場合、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４の入力点ａ２、ａ４、ａ６、ａ８および出力点ａ１、ａ３、ａ５、ａ７は、連結領域ＥＡに集まり、半径方向ＲＣＡに沿ってそれぞれ直線的に配置される。

ここで、図３（ｂ）において、出力点ａ７と入力点ａ６、出力点ａ５と入力点ａ４、出力点ａ３と入力点ａ２、をそれぞれ連結することによって、入力点ａ８から出力点ａ１に至る、１つの波巻コイルが形成される。すなわち、連結領域ＥＡにおける連結によって第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４が直列に連結される。また、この連結により、同一スロット内に配置される導体、例えばスロット位置７のレイヤＬ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７の導体は、電流方向が同一となる。

さらに、図５（ａ）に示すように、第１の２周連続コイルＣＡ１と同じ構成の第２の２周連続コイルＣＢ１を時計回り方向ＣＷ側に６スロットピッチ分、シフトして配置する。この配置によって、第１の２周連続コイルＣＡ１が２つのレイヤＬ１、Ｌ２に跨って巻回される各スロットの空きレイヤに、第２の２周連続コイルＣＢ１が巻回された２レイヤ波巻コイルが形成される。ここで、コイルが巻回される同一スロット内に配置される導体、例えば、スロット位置７のレイヤＬ１とレイヤＬ２の導体は、電流方向が同一であることが必要であるため、第１の２周連続コイルＣＡ１の入力点ａ２を電流入力点とすると、第２の２周連続コイルＣＢ１の入力点ｂ２は電流出力点となり、出力点ｂ１は電流入力点となる。これによって、図５（ａ）に示すように、同一スロットにおけるコイルの電流方向が同一となる。なお、第２の２周連続コイルＣＢ１の入力点ｂ２、出力点ｂ１は、連結領域ＥＡから６スロットピッチシフトした連結領域ＥＢに配置される。

そして、図５（ｂ）および図６に示すように、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４と同様に、第２の２周連続コイルＣＢ１と同じ構成の第２の２周連続コイルＣＢ２〜ＣＢ４を外周方向（半径方向ＲＣＢ）に向けて順次配置する。すなわち、２レイヤ波巻コイルを外周方向に向けて４つ配置する。これによって、第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４の入力点ｂ２、ｂ４、ｂ６、ｂ８および出力点ｂ１、ｂ３、ｂ５、ｂ７は、連結領域ＥＢに集まり、半径方向ＲＣＢに沿ってそれぞれ直線的に配置される。

図７に示すように、上述した第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４および第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４を配置することによって、隣接する２スロットに８レイヤ（Ｌ１〜Ｌ８）分のコイルが、６スロットピッチ分、周方向ＲＴにシフトして密に配置される。

本実施の形態では、図８に示すように、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４では、出力点ａ７と入力点ａ６、出力点ａ５と入力点ａ４、出力点ａ３と入力点ａ２、をそれぞれ連結して１つの波巻コイルＵ１を形成する。また、第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４では、入力点ｂ８と出力点ｂ５、入力点ｂ６と出力点ｂ３、入力点ｂ４と出力点ｂ１、をそれぞれ連結して１つの波巻コイルＵ２を形成する。この２つの波巻コイルＵ１、Ｕ２は、ダブルスター接続時の並列した波巻コイルＵ１、Ｕ２となる。

そして、最内周のレイヤＬ１に位置する第１の２周連続コイルＣＡ１の出力点ａ１は、波巻コイルＵ１の中性点Ｎ１（Ｕ１ｏｕｔ）となる。また、最内周のから２番目のレイヤＬ２に位置する第２の２周連続コイルＣＢ１の入力点ｂ２は、波巻コイルＵ２の中性点Ｎ２（Ｕ２ｏｕｔ）となる。さらに、最外周のレイヤＬ８に位置する第１の２周連続コイルＣＡ４の入力点ａ８は、波巻コイルＵ１の電流入力点Ｕ１ｉｎとなる。また、最外周から２番目のレイヤＬ７に位置する第２の２周連続コイルＣＢ４の出力点ｂ７は、波巻コイルＵ２の電流入力点Ｕ２ｉｎとなる。

この場合、各電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎは、最外周側に配置されることになる。例えば、２つの波巻コイルＵ１、Ｕ２がＵ相である場合、電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎは、各スロット３の最外周側に配置されることになる。なお、電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎは、スロット３の最外周側で連結してＵ相の電流入力点Ｕｉｎとすることができる。

そして、図７に示したＵ相の波巻コイルＵ１、Ｕ２と同様に、空きスロットに、Ｖ相の波巻コイルＶ１、Ｖ２およびＷ相の波巻コイルＷ１、Ｗ２を周方向にそれぞれ２スロットピッチ、シフトして隣接配置することによって、ダブルスター接続の３相コイルを生成することができる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、Ｕ相の波巻コイルＵ１、Ｕ２、Ｖ相の波巻コイルＶ１、Ｖ２、Ｗ相の波巻コイルＷ１、Ｗ２が中性点Ｎ１、Ｎ２でダブルスター接続されたコイルを生成することができる。図８（ｂ）において、電流入力点Ｕｉｎ、Ｖｉｎ、Ｗｉｎは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の給電点である。電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎ、Ｖ１ｉｎ、Ｖ２ｉｎ、Ｗ１ｉｎ、Ｗ２ｉｎは、各スロット３の最外周側に配置されるので、電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎ、Ｖ１ｉｎ、Ｖ２ｉｎ、Ｗ１ｉｎ、Ｗ２ｉｎに接続される各電流入力点Ｕｉｎ、Ｖｉｎ、Ｗｉｎも各スロット３の最外周側に配置することが可能となる。

本実施の形態では、図９に示すように、各相の中性点Ｎ１は、スロット挿入部を有した三つ又のセグメント導体ＬＮ１によって連結される。また、各相の中性点Ｎ２は、スロット挿入部を有した三つ又のセグメント導体ＬＮ２によって連結される。また、これまでの実施の形態の説明では、出力点ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ｂ１、ｂ３、ｂ５、ｂ７や入力点ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ｂ２、ｂ４、ｂ６、ｂ８のような導体の先端である出力点や入力点を連結するとしたが、実際の連結は、セグメント導体１０と類似の松葉形状のセグメント導体が用いられる。

すなわち、波巻コイルＵ１は、出力点ａ７と入力点ａ６、出力点ａ５と入力点ａ４、出力点ａ３と入力点ａ２、をそれぞれ松葉形状のセグメント導体４１、４２、４３で連結している。また、波巻コイルＵ２は、入力点ｂ８と出力点ｂ５、入力点ｂ６と出力点ｂ４、入力点ｂ５と出力点ｂ１、をそれぞれ松葉形状のセグメント導体５１、５２、５３によって連結している。ここで、セグメント導体１０は、時計回り方向ＣＷに６スロットピッチ延びる間に頂点部で１レイヤ分、外周側のレイヤにシフトするのに対し、セグメント導体４１、４２、４３は、時計回り方向ＣＷに７スロットピッチ延びる間に頂点部で１レイヤ分、内周側にシフトし、セグメント導体５１、５２、５３は、時計回り方向ＣＷに７スロットピッチ延びる間に頂点部で３レイヤ分、外周側にシフトする。また、セグメント導体４１、４２、４３、５１、５２、５３は、セグメント導体１０と同様に、周方向ＲＴに広がるように曲げられて先端が溶接される。したがって、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４の連結及び第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４の連結に際してリード部側１ａでの溶接は不要となる。この結果、リード部側１ａのコイルエンドの高さを抑えることができる。

図１０は、回転電機ステータの外観を示す斜視図である。図１０に示すように、リード部側１ａのコイルエンドでは、レイヤＬ１に対応する最内周で、三つ又のセグメント導体ＬＮ１によって中性点Ｎ１を連結し、最内周から２番目のレイヤＬ２に対応する位置で、三つ又のセグメント導体ＬＮ２によって中性点Ｎ２を連結している。これによって、中性点Ｎ１、Ｎ２のそれぞれを連結する２つの導体は、径方向に隣接して配置でき、中心軸ＡＸ方向に重なることがない。このため、リード部１ａ側のコイルエンド５ａの高さを必要最小限に抑えることができる。

なお、図１１に示すように、セグメント導体ＬＮ１、ＬＮ２は、それぞれ３つのセグメント導体を束ねて中性点Ｎ１、Ｎ２を連結してもよい。図１１では、電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎのセグメント導体を束ねて電流入力点Ｕｉｎとし、電流入力点Ｖ１ｉｎ、Ｖ２ｉｎのセグメント導体を束ねて電流入力点Ｖｉｎとし、電流入力点Ｗ１ｉｎ、Ｗ２ｉｎのセグメント導体を束ねて電流入力点Ｗｉｎとしている。

本実施の形態では、図１０に示すように、リード部側１ａのコイルエンド５ａでは、溶接が不要となり、しかも最外周に電流入力点Ｕ１ｉｎ、Ｕ２ｉｎ、Ｖ１ｉｎ、Ｖ２ｉｎ、Ｗ１ｉｎ、Ｗ２ｉｎが配置されるため、コイルエンド５ａの高さを抑えることができる。

また、第１の２周連続コイルＣＡおよび第２の２周連続コイルＣＢは、内周側で最短の三つ又のセグメント導体ＬＮ１、ＬＮ２で連結され、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４間、および第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４間も最短のセグメント導体４１〜４３、５１〜５３で連結されるため、コイル周長が短くなり、コイルの抵抗値を抑えることができる。

さらに、図１２に示すように、溶接や絶縁塗装を施すのは、反リード部側１ｂのコイルエンド５ｂのみとなるため、作業工程が簡素になるとともに絶縁品質を高めることができる。

上述したＵ相の波巻コイルの連結をまとめると、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４および第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４は図１３に示すような連結となる。Ｕ相の波巻コイルＵ１は、電流入力点Ｕ１ｉｎがレイヤＬ８に配置された第１の２周連続コイルＣＡ４の入力点ａ８に接続される。レイヤＬ７に配置された第１の２周連続コイルＣＡ４の出力点ａ７とレイヤＬ６に配置された第１の２周連続コイルＣＡ３の入力点ａ６とは松葉形状のセグメント導体４１で接続される。レイヤＬ５に配置された第１の２周連続コイルＣＡ３の出力点ａ５とレイヤＬ４に配置された第１の２周連続コイルＣＡ２の入力点ａ４とは松葉形状のセグメント導体４２で接続される。レイヤＬ３に配置された第１の２周連続コイルＣＡ２の出力点ａ３とレイヤＬ２に配置された第１の２周連続コイルＣＡ１の入力点ａ２とは松葉形状のセグメント導体４３で接続される。そして、レイヤＬ１に配置される第１の２周連続コイルＣＡ１の出力点ａ１は、松葉形状のセグメント導体によって中性点ＬＮ１に接続される。

一方、Ｕ相の波巻コイルＵ２は、電流入力点Ｕ２ｉｎがレイヤＬ７に配置された第２の２周連続コイルＣＢ４の出力点ｂ７に接続される。レイヤＬ８に配置された第２の２周連続コイルＣＢ４の入力点ａ８とレイヤＬ５に配置された第２の２周連続コイルＣＢ３の出力点ｂ５とは松葉形状のセグメント導体５１で接続される。レイヤＬ６に配置された第２の２周連続コイルＣＢ３の入力点ｂ６とレイヤＬ３に配置された第２の２周連続コイルＣＢ２の出力点ｂ３とは松葉形状のセグメント導体５２で接続される。レイヤＬ４に配置された第２の２周連続コイルＣＢ２の入力点ｂ４とレイヤＬ１に配置された第２の２周連続コイルＣＢ１の出力点ｂ１とは松葉形状のセグメント導体５３で接続される。そして、レイヤＬ２に配置された第２の２周連続コイルＣＢ１の入力点ｂ２は、松葉形状のセグメント導体によって中性点ＬＮ２に接続される。

上述したＵ相の波巻コイルＵ１、Ｕ２は、８つ（８ターン）の２周連続コイルである、第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ４および第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ４を用いたものであったが、例えば、図１４〜図１８に示すように、４ターン、６ターン、１０ターン、１２ターン、１４ターンについても同様である。

ここで、図１９は、上述した第１の２周連続コイルＣＡ及び第２の２周連続コイルＣＢ内の各２周連続コイル接続用の松葉形状のセグメント導体の接続関係を一般化した図である。ここでは、波巻で２つの隣接するレイヤに跨って巻回される２周連続コイルが、巻数Ｎ（Ｎはレイヤ数、ターン数をも意味する）に対してそれぞれＮ／２個、半径方向に隣接配置される。第１の２周連続コイルＣＡは、巻数Ｎに対してＮ／２個の第１の２周連続コイルＣＡ１〜ＣＡ（Ｎ／２）を有する。また、第２の２周連続コイルＣＢは、巻数Ｎに対してＮ／２個の第２の２周連続コイルＣＢ１〜ＣＢ（Ｎ／２）を有する。さらに第１の２周連続コイルＣＡと第２の２周連続コイルＣＢとは、６スロットピッチずれて配置される。

第１の２周連続コイルＣＡの入力点ａ２等に対応する入力点ａ２、ａ４、…、ａ（Ｎ−６）、ａ（Ｎ−４）、ａ（Ｎ−２）、ａ（Ｎ）は、レイヤ（Ｎ−２ｍ）、（Ｎ−２（ｍ−１））、…、（Ｎ−６）、（Ｎ−４）、（Ｎ−２）、（Ｎ）に配置され、かつ、中心軸ＡＸから放射状に延びた直線上に配置される。第１の２周連続コイルＣＡの出力点ａ１等に対応する出力点ａ１、ａ３、…、ａ（Ｎ−７）、ａ（Ｎ−５）、ａ（Ｎ−３）、ａ（Ｎ−１）は、レイヤ（Ｎ−（２ｍ＋１））、（Ｎ−（２ｍ−１））、…、（Ｎ−７）、（Ｎ−５）、（Ｎ−３）、（Ｎ−１）に配置され、かつ、中心軸ＡＸから放射状に延びた直線上に配置される。なお、ｍは１以上の整数であり、Ｎは、Ｎ＝２ｍ＋２である。

そして、第１の２周連続コイルＣＡは、レイヤ（Ｎ−１）の出力点ａ（Ｎ−１）とレイヤ（Ｎ−２）の入力点ａ（Ｎ−２）との間、レイヤ（Ｎ−３）の出力点ａ（Ｎ−３）とレイヤ（Ｎ−４）の入力点ａ（Ｎ−４）との間、レイヤ（Ｎ−５）の出力点ａ（Ｎ−５）とレイヤ（Ｎ−６）の入力点ａ（Ｎ−６）との間、…、レイヤ（Ｎ−（２ｍ−１））の出力点ａ（Ｎ−（２ｍ−１））＝ａ３とレイヤ（Ｎ−２ｍ）の入力点ａ（Ｎ−２ｍ）＝ａ２との間、がそれぞれ松葉形状のセグメント導体で接続される。

同様に、第２の２周連続コイルＣＢの入力点ｂ２等に対応する入力点ｂ２、ｂ４、…、ｂ（Ｎ−６）、ｂ（Ｎ−４）、ｂ（Ｎ−２）、ｂ（Ｎ）は、レイヤ（Ｎ−２ｍ）、（Ｎ−２（ｍ−１））、…、（Ｎ−６）、（Ｎ−４）、（Ｎ−２）、（Ｎ）に配置され、かつ、中心軸ＡＸから放射状に延びた直線上に配置される。第２の２周連続コイルＣＢの出力点ｂ１等に対応する出力点ｂ１、ｂ３、…、ｂ（Ｎ−７）、ｂ（Ｎ−５）、ｂ（Ｎ−３）、ｂ（Ｎ−１）は、レイヤ（Ｎ−（２ｍ＋１））、（Ｎ−（２ｍ−１））、…、（Ｎ−７）、（Ｎ−５）、（Ｎ−３）、（Ｎ−１）に配置され、かつ、中心軸ＡＸから放射状に延びた直線上に配置される。

そして、第２の２周連続コイルＣＢは、レイヤ（Ｎ）の入力点ｂ（Ｎ）とレイヤ（Ｎ−３）の出力点ｂ（Ｎ−３）との間、レイヤ（Ｎ−２）の入力点ｂ（Ｎ−２）とレイヤ（Ｎ−５）の出力点ｂ（Ｎ−５）との間、レイヤ（Ｎ−４）の入力点ｂ（Ｎ−４）とレイヤ（Ｎ−７）の出力点ｂ（Ｎ−７）との間、…、レイヤ（Ｎ−２（ｍ−１））の入力点ｂ（Ｎ−２（ｍ−１））＝ｂ４とレイヤ（Ｎ−（２ｍ＋１））の出力点ｂ（Ｎ−（２ｍ＋１））＝ｂ１との間、がそれぞれ松葉形状のセグメント導体で接続される。

すなわち、ｍを１以上の整数とし、半径方向への巻数ＮをＮ＝２ｍ＋２として、第１の２周連続コイルＣＡは、巻数（Ｎ−（２ｍ−１））の位置であるレイヤ（Ｎ−（２ｍ−１））の出力点ａ（Ｎ−（２ｍ−１））と巻数（Ｎ−２ｍ）の位置であるレイヤ（Ｎ−２ｍ）の入力点ａ（Ｎ−２ｍ）との間が松葉形状のセグメント導体で接続される。また、第２の２周連続コイルＣＢは、巻数（Ｎ−２（ｍ−１））の位置であるレイヤ（Ｎ−２（ｍ−１））の入力点ｂ（Ｎ−２（ｍ−１））と巻数（Ｎ−（２ｍ＋１））の位置であるレイヤ（Ｎ−（２ｍ＋１））の出力点ｂ（Ｎ−（２ｍ＋１））との間が松葉形状のセグメント導体で接続される。

いずれの場合も、最内周のレイヤＬ１に対応する位置で、第１の２周連続コイルＣＡの出力点ａ１が中性点Ｎ１（Ｕ１ｏｕｔ）となり、最内周から２番目のレイヤＬ２に対応する位置で、第２の２周連続コイルＣＢの入力点ｂ２が中性点Ｎ２（Ｕ２ｏｕｔ）となり、各相の中性点Ｎ１は、最内周側でセグメント導体ＬＮ１によって連結され、各相の中性点Ｎ２は、最内周側でセグメント導体ＬＮ２によって連結される。

図１９に示した接続関係は、中性点Ｎ１（Ｕ１ｏｕｔ）及び中性点Ｎ２（Ｕ２ｏｕｔ）が内周側でそれぞれセグメント導体ＬＮ１及びセグメント導体ＬＮ２に接続され、電流入力点Ｕ１ｉｎ及び電流入力点Ｕ２ｉｎが外周側でＵ相給電線側の電流入力点Ｕｉｎに接続されているが、図２０に示すように、中性点Ｎ１（Ｕ１ｏｕｔ）及び中性点Ｎ２（Ｕ２ｏｕｔ）を外周側に配置し、電流入力点Ｕ１ｉｎ及び電流入力点Ｕ２ｉｎを内周側に配置してもよい。すなわち、入力点ａ（Ｎ）を中性点Ｎ１（Ｕ１ｏｕｔ）に接続し、出力点ｂ（Ｎ−１）を中性点Ｎ２（Ｕ２ｏｕｔ）に接続し、出力点ａ１（＝ａ（Ｎ−（２ｍ＋１）））を電流入力点Ｕ１ｉｎに接続し、入力点ｂ２（＝ｂ（Ｎ−２ｍ））を電流入力点Ｕ２ｉｎに接続するようにしてもよい。この場合、中性点Ｎ１、Ｎ２のそれぞれの連結によるコイルエンド高さの増加を抑えることができる。

なお、本実施の形態では、図２１に示すように、スロット３は、ティース２の先端から周方向に延出する鍔部を有するセミクローズドスロット形状としている。これによって、ステータの内周面での磁束漏れを抑えることができる。また、鍔部を有さないオープンスロット形状の場合には、スロット３の最内周側に挿入されるウェッジを保持するための切り欠きをティース２の先端部分に設けることが必要となるが、セミクローズドスロット形状の場合には、鍔部にウェッジが引っ掛かるため、切り欠きを設ける必要がない。

また、上述した実施の形態では、環状のスロット３が４８個形成され、ロータの極数が８個として、第１の２周連続コイルＣＡと第２の２周連続コイルＣＢとを６スロットピッチ、シフトして形成したが、一般に、スロット数をＮｓとし、ロータの極数をＮｐとすると、第１の２周連続コイルＣＡと第２の２周連続コイルＣＢとは、（Ｎｓ／Ｎｐ）分のスロットピッチ、シフトすればよい。

さらに、上述した実施の形態では、２つの中性点Ｎ１、Ｎ２をもつダブルスター接続としたが、このダブルスター接続は、並列される２つの波巻コイルＵ１、Ｕ２を１つの中性点とする接続よりも好ましい。１つの中性点とすると、２つの波巻コイルＵ１、Ｕ２間に循環電流が生ずるからである。

１ ステータコア
２ ティース
３ スロット
１ａ リード部側
１ｂ 反リード部側
５ａ、５ｂ コイルエンド
１０、２１、２１ａ、２１ｂ、２２〜２８、４１〜４３、５１〜５３、ＬＮ１、ＬＮ２ セグメント導体
２３ｔ、２７ｔ 頂点部
ａ１、ａ３、ａ５、ａ７、ａ９、ａ１１、ａ１３、ｂ１、ｂ３、ｂ５、ｂ７、ｂ９、ｂ１１、ｂ１３ 出力点
ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２、ａ１４、ｂ２、ｂ４、ｂ６、ｂ８、ｂ１０、ｂ１２、ｂ１４ 入力点
ＣＡ、ＣＡ１〜ＣＡ４ 第１の２周連続コイル
ＣＢ、ＣＢ１〜ＣＢ４ 第２の２周連続コイル
ＣＷ 時計回り方向
ＥＡ、ＥＢ 連結領域
Ｌ１〜Ｌ１４ レイヤ
Ｎ１、Ｎ２ 中性点
ＲＴ 周方向
ＲＣＡ、ＲＣＢ 半径方向
Ｔ２１〜Ｔ２８ 溶接点
Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２ 波巻コイル

Claims (7)

1. 周方向に複数のティースと複数のスロットとが交互に環状に形成されたステータコアに所定スロットピッチでコイルが波巻された回転電機ステータの巻線構造であって、
   リード部側に入力点および出力点を形成し、周方向に２列で２周分のコイルを所定スロットピッチで波巻した第１の２周連続コイルと前記第１の２周連続コイルと同一構造であって前記第１の２周連続コイルに対して前記周方向に対して前記所定スロットピッチずらして配置される第２の２周連続コイルとからなる２レイヤ波巻コイルを半径方向に複数配列するとともに、前記第１の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、かつ、前記第２の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、
   半径方向に隣接する外周側の前記第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点とを順次連結し、半径方向に隣接する外周側の前記第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点とを順次連結し、最内周の前記第１の２周連続コイルの出力点と最内周から２番目の外周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの入力点とをダブルスター接続の第１の中性点および第２の中性点とし、最外周の前記第１の２周連続コイルの入力点および最外周から２番目の内周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの出力点を、ダブルスター接続される２つの１相分コイルの第１の電流入力点および第２の電流入力点とし、
   少なくとも各相の第１の中性点および各相の第２の中性点は、それぞれスロット挿入部を有したセグメント導体が接続され、半径方向に１レイヤ分、ずれた位置に配置されることを特徴とする回転電機ステータの巻線構造。
2. 周方向に複数のティースと複数のスロットとが交互に環状に形成されたステータコアに所定スロットピッチでコイルが波巻された回転電機ステータの巻線構造であって、
   リード部側に入力点および出力点を形成し、周方向に２列で２周分のコイルを所定スロットピッチで波巻した第１の２周連続コイルと前記第１の２周連続コイルと同一構造であって前記第１の２周連続コイルに対して前記周方向に対して前記所定スロットピッチずらして配置される第２の２周連続コイルとからなる２レイヤ波巻コイルを半径方向に複数配列するとともに、前記第１の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、かつ、前記第２の２周連続コイルの前記入力点および前記出力点のそれぞれを同一半径方向に配置し、
   半径方向に隣接する外周側の前記第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点とを順次連結し、半径方向に隣接する外周側の前記第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点とを順次連結し、最内周の前記第１の２周連続コイルの出力点と最内周から２番目の外周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの入力点とをダブルスター接続される２つの１相分コイルの第１の電流入力点および第２の電流入力点とし、最外周の前記第１の２周連続コイルの入力点および最外周から２番目の内周側レイヤに位置する前記第２の２周連続コイルの出力点を、ダブルスター接続の第１の中性点および第２の中性点とし、
   少なくとも各相の第１の中性点および各相の第２の中性点は、それぞれスロット挿入部を有したセグメント導体が接続され、半径方向に１レイヤ分、ずれた位置に配置されることを特徴とする回転電機ステータの巻線構造。
3. 前記第１の２周連続コイルおよび前記第２の２周連続コイルは、リード部側から前記スロットに松葉形状のセグメント導体を挿入し、反リード部側で前記セグメント導体の端部を溶接し、
   半径方向に隣接する外周側の前記第１の２周連続コイルの出力点と内周側の前記第１の２周連続コイルの入力点との連結、および、半径方向に隣接する外周側の前記第２の２周連続コイルの入力点と内周側の前記第２の２周連続コイルの出力点との連結は、スロット挿入部を有した松葉形状のセグメント導体によって接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機ステータの巻線構造。
4. ｍを１以上の整数とし、半径方向への巻数ＮをＮ＝２ｍ＋２として、複数の前記第１の２周連続コイル間は、巻数（Ｎ−（２ｍ−１））の位置の出力点と巻数（Ｎ−２ｍ）の位置の入力点との間を、スロット挿入部を有した松葉形状のセグメント導体で接続されるとともに、複数の前記第２の２周連続コイル間は、巻数（Ｎ−２（ｍ−１））の位置の入力点と巻数（Ｎ−（２ｍ＋１））の位置の出力点との間を、スロット挿入部を有した松葉形状のセグメント導体で接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転電機ステータの巻線構造。
5. 前記第１の２周連続コイルと前記第２の２周連続コイルとは、それぞれ所定スロットピッチ毎に半径方向で交差して巻回されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回転電機ステータの巻線構造。
6. 前記所定スロットピッチは、スロット数をロータの極数で除算した値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の回転電機ステータの巻線構造。
7. 前記スロットは、セミクローズドスロット形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の回転電機ステータの巻線構造。

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