JP2021112082A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの小型化を達成する。
【解決手段】回転電機に設けられるステータ１０であって、複数のスロットＳ１，Ｓ７，Ｓ１３・・・が形成される円筒形状の固定子コアと、スロットＳ１，Ｓ７，Ｓ１３・・・に挿入された複数のセグメント導体が直列接続されてなる複数の相巻線を備える固定子巻線と、を有し、セグメント導体は、複数のスロットＳ１，Ｓ７，Ｓ１３・・・のうちの２つに収容される一対の直線部と、固定子コアの端面から突出して一対の直線部を互いに連結する曲げ部３３と、を備え、複数のスロットＳ１，Ｓ７，Ｓ１３・・・のそれぞれにおいて、固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数と、固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数とは、互いに一致する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、回転電機に設けられるステータに関する。

電動機や発電機等の回転電機には、磁界を発生させるステータが設けられている。また、回転電機の高効率化を達成するため、略Ｕ字状に折り曲げられた複数のセグメントコイルからなるステータコイルを採用した回転電機が提案されている（特許文献１〜３参照）。このような回転電機においては、複数のセグメントコイルがステータコアのスロットに挿入されており、複数のセグメントコイルが１つの導体として互いに接続されている。

特開２０００−９２７６６号公報 特開２００９−９５１９３号公報 特開２０１３−８１３５１号公報

ところで、回転電機に設けられるステータの更なる小型化を達成するためには、ステータコイルのコイルエンドを小さくすることが求められている。このため、結線されるセグメントコイルを適切に配置することにより、コイルエンドを小さくしてステータの小型化を図ることが求められている。

本発明の目的は、ステータの小型化を達成することにある。

本発明のステータは、回転電機に設けられるステータであって、複数のスロットが形成される円筒形状の固定子コアと、前記スロットに挿入された複数のセグメント導体が直列接続されてなる複数の相巻線を備える固定子巻線と、を有し、前記セグメント導体は、前記複数のスロットのうちの２つに収容される一対の直線部と、前記固定子コアの端面から突出して前記一対の直線部を互いに連結する曲げ部と、を備え、前記複数のスロットのそれぞれにおいて、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに一致する。

本発明によれば、複数のスロットのそれぞれにおいて、固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう曲げ部の本数と、固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう曲げ部の本数とは、互いに一致する。これにより、セグメント導体の曲げ部が複雑に重なることを防止することができ、ステータの小型化を達成することができる。

本発明の一実施の形態であるステータを備えた回転電機の一例を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿ってステータを示す断面図である。 セグメントコイルの一例を示す斜視図である。 Ｕ相コイルを備えたステータコアの一部を示す斜視図である。 Ｕ相コイルを備えたステータコアを示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、セグメントコイルの接続状況の一例を示す図である。 Ｕ相コイルのコイル構造の一例を示す図である。 Ｕ相コイルのコイル構造の一例を示す図である。 （Ａ）はＵ相コイルの一部が収容される第１スロット群の一例を示す図であり、（Ｂ）はＵ相コイルの一部が収容される第２スロット群の一例を示す図である。 固定子巻線の結線状態の一例を示す図である。 （Ａ）は各セグメントコイルに生じる誘起電圧を示す図であり、（Ｂ）は参考例としてのＵ相コイルを示す図である。 （Ａ）はステータコアのスロットを示す部分拡大図であり、（Ｂ）はＵ相コイルにおける誘起電圧の発生状況を示す図である。 ステータコアのスロットに対するセグメントコイルの収容位置を示す図である。 ステータコアのスロットに対するセグメントコイルの収容位置を示す図である。 ステータコアの反動力線側に配置されるＵ相コイルの直列コイル群を示す図である。 ステータコアの反動力線側に配置されるＵ相コイルの直列コイル群を示す図である。 ステータコアの反動力線側に配置されるＷ相コイルの直列コイル群を示す図である。 ステータコアの反動力線側に配置されるＷ相コイルの直列コイル群を示す図である。 ステータコアの反動力線側に配置されるＶ相コイルの直列コイル群を示す図である。 ステータコアの反動力線側に配置されるＶ相コイルの直列コイル群を示す図である。 コイルエンドの断面に含まれる曲げ部の本数を示す図である。 比較例のステータが備えるセグメントコイルの曲げ部の位置を示す図である。 比較例のステータが備えるコイルエンドの断面に含まれる曲げ部の本数を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、本発明の一実施の形態であるステータ１０が設けられる回転電機１１として、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される三相交流同期型のモータジェネレータを例示するが、これに限られることはなく、セグメントコイルが組み付けられるステータを備えた回転電機であれば、如何なる回転電機であっても良い。

［回転電機構造］
図１は本発明の一実施の形態であるステータ１０を備えた回転電機１１の一例を示す断面図である。図１に示すように、モータジェネレータである回転電機１１は、モータハウジング１２を有している。モータハウジング１２は、底付き円筒形状のハウジング本体１３と、ハウジング本体１３の開口端を閉じるエンドカバー１４と、を備えている。ハウジング本体１３内に固定されるステータ１０は、複数枚のケイ素鋼鈑等からなる円筒形状のステータコア（固定子コア）１５と、ステータコア１５に組み付けられる三相のステータコイルＳＣ（以下、固定子巻線ＳＣと記載する。）と、を有している。また、エンドカバー１４には図示しないインバータ等に接続される高電圧コネクタ１６が設けられており、この高電圧コネクタ１６には固定子巻線ＳＣから延びる動力線端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗが接続されている。

また、ステータコア１５の中央には、円柱形状のロータ２０が回転自在に収容されている。このロータ２０は、複数枚のケイ素鋼鈑等からなる円筒形状のロータコア２１と、ロータコア２１に埋め込まれる複数の永久磁石２２と、ロータコア２１の中央に固定されるロータシャフト２３と、を有している。ロータシャフト２３の一端部は、ハウジング本体１３に設けられる軸受２４によって支持されており、ロータシャフト２３の他端部は、エンドカバー１４に設けられる軸受２５によって支持されている。

［ステータ構造］
図２は図１のＡ−Ａ線に沿ってステータ１０を示す断面図であり、図３はセグメントコイル３０の一例を示す斜視図である。また、図４はＵ相の相巻線（以下、Ｕ相コイルＣｕと記載する。）を備えたステータコア１５の一部を示す斜視図であり、図５はＵ相コイルＣｕを備えたステータコア１５を示す断面図である。さらに、図６（Ａ）および（Ｂ）は、セグメントコイル３０の接続状況の一例を示す図である。なお、Ｕ相コイルＣｕとは、三相のうち一相分を構成する相巻線である。後述するように、固定子巻線ＳＣは、Ｕ相コイルＣｕの他に、Ｖ相の相巻線（以下、Ｖ相コイルＣｖと記載する。）、およびＷ相の相巻線（以下、Ｗ相コイルＣｗと記載する。）によって構成されている。

図２に示すように、円筒形状のステータコア１５の内周部には、周方向に所定間隔で複数のスロットＳ１〜Ｓ４８が形成されている。各スロットＳ１〜Ｓ４８には後述するセグメントコイル（セグメント導体）３０が収容されており、複数のセグメントコイル３０を互いに接続することで固定子巻線ＳＣが構成されている。なお、図示する例では、スロットＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８・・・に、Ｕ相コイルＣｕを構成するセグメントコイル３０が収容されており、スロットＳ３，Ｓ４，Ｓ９，Ｓ１０・・・に、Ｗ相コイルＣｗを構成するセグメントコイル３０が収容されており、スロットＳ５，Ｓ６，Ｓ１１，Ｓ１２・・・に、Ｖ相コイルＣｖを構成するセグメントコイル３０が収容されている。

図３に示すように、略Ｕ字状に曲げられるセグメントコイル３０は、何れかのスロット（例えばスロットＳ１）に収容されるコイルサイド（直線部）３１と、所定のコイルピッチで他のスロット（例えばスロットＳ７）に収容されるコイルサイド（直線部）３２と、を有している。また、セグメントコイル３０は、一対のコイルサイド３１，３２を互いに連結する曲げ部３３と、一対のコイルサイド３１，３２のそれぞれから延びる溶接端部３４，３５と、を有している。なお、セグメントコイル３０は銅等の導電材料からなる平角線によって構成されており、セグメントコイル３０には溶接端部３４，３５の先端部を除きエナメルや樹脂被膜等の絶縁被膜が設けられている。また、セグメントコイル３０が備える曲げ部３３は、図３に示す折り曲げ形状に限られることはなく、ステータコア１５に対する組み付け位置に応じて様々な折り曲げ形状を有している。

図３〜図５に示すように、ステータコア１５には、所定のコイルピッチ（例えば６スロット）で離れる一対のコイルサイド３１，３２を備えたセグメントコイル３０が複数組み付けられている。また、図４および図６（Ａ）に示すように、セグメントコイル３０の曲げ部３３は、ステータコア１５の一端面（端面）４０から突出しており、セグメントコイル３０の溶接端部３４，３５は、ステータコア１５の他端面４１から突出している。ここで、図６（Ｂ）に示すように、ステータコア１５の他端面４１から突出する溶接端部３４，３５は、他のセグメントコイル３０の溶接端部３４，３５に接触するように曲げられた後に、接触する他のセグメントコイル３０の溶接端部３４，３５に対して溶接される。これにより、複数のセグメントコイル３０は互いに接続されて１つの導体となり、複数のセグメントコイル３０によってＵ相コイルＣｕが構成される。なお、溶接加工が施された溶接端部３４，３５には、導体を覆うように樹脂被膜等を形成する絶縁被覆処理が施される。

図７および図８はＵ相コイルＣｕのコイル構造の一例を示す図である。また、図９（Ａ）はＵ相コイルＣｕの一部が収容される第１スロット群Ｓ１００の一例を示す図であり、図９（Ｂ）はＵ相コイルＣｕの一部が収容される第２スロット群Ｓ２００の一例を示す図である。さらに、図１０は固定子巻線ＳＣの結線状態の一例を示す図である。以下の説明では、Ｕ相コイルＣｕについて説明するが、Ｖ相コイルＣｖやＷ相コイルＣｗについても、同様のコイル構造を有している。なお、前述の説明では、セグメントコイルに「３０」の符号を付して説明したが、以下の説明では、個々のセグメントコイルを区別する観点からセグメントコイルに「Ａ１〜Ａ３２，Ｂ１〜Ｂ３２」の符号を付して説明する。また、図７および図８において、セグメントコイルＡ１６，Ａ１７は互いに直列接続されており、セグメントコイルＢ１６，Ｂ１７は互いに直列接続されている。

図７および図８に示すように、Ｕ相コイルＣｕは、互いに並列接続される一対の直列コイル群（直列導体群）Ｕ１，Ｕ２を有している。一方の直列コイル群Ｕ１は、互いに直列接続される複数のセグメントコイルＡ１〜Ａ３２によって構成されており、他方の直列コイル群Ｕ２は、互いに直列接続される複数のセグメントコイルＢ１〜Ｂ３２によって構成されている。また、直列コイル群Ｕ１は、第１コイル群（第１導体群）Ａ１００および第２コイル群（第２導体群）Ａ２００によって構成されている。第１コイル群Ａ１００は、第１スロット群Ｓ１００に収容されるセグメントコイルＡ１〜Ａ１６からなるコイル群であり、第２コイル群Ａ２００は、第２スロット群Ｓ２００に収容されるセグメントコイルＡ１７〜Ａ３２からなるコイル群である。同様に、直列コイル群Ｕ２は、第１コイル群（第１導体群）Ｂ１００および第２コイル群（第２導体群）Ｂ２００によって構成されている。第１コイル群Ｂ１００は、第１スロット群Ｓ１００に収容されるセグメントコイルＢ１〜Ｂ１６からなるコイル群であり、第２コイル群Ｂ２００は、第２スロット群Ｓ２００に収容されるセグメントコイルＢ１７〜Ｂ３２からなるコイル群である。

図９（Ａ）に示すように、第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００が収容される第１スロット群Ｓ１００とは、ステータコア１５の周方向に等間隔（例えば４５°間隔）で配置される複数のスロットＳ１，Ｓ７，Ｓ１３，Ｓ１９，Ｓ２５，Ｓ３１，Ｓ３７，Ｓ４３によって構成されるスロット群である。また、図９（Ｂ）に示すように、第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００が収容される第２スロット群Ｓ２００とは、ステータコア１５の周方向に等間隔（例えば４５°間隔）で配置される複数のスロットＳ２，Ｓ８，Ｓ１４，Ｓ２０，Ｓ２６，Ｓ３２，Ｓ３８，Ｓ４４によって構成されるスロット群である。すなわち、第１スロット群Ｓ１００は、等間隔で配置される複数のスロットＳ１，Ｓ７・・・によって構成されており、第２スロット群Ｓ２００は、第１スロット群Ｓ１００から位相をずらして等間隔で配置される複数のスロットＳ２，Ｓ８・・・によって構成されている。

このように、第１および第２スロット群Ｓ１００，Ｓ２００の位置は互いに周方向にずれることから、第１スロット群Ｓ１００に挿入される第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００に生じる誘起電圧と、第２スロット群Ｓ２００に挿入される第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００に生じる誘起電圧とは、互いに相違することになる。ここで、図１１（Ａ）は各セグメントコイルに生じる誘起電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を示す図であり、図１１（Ｂ）は参考例としてのＵ相コイルＣｕＸを示す図である。図１１（Ａ）に示される誘起電圧Ｖｏ１とは、第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００を構成する各セグメントコイル、つまり第１スロット群Ｓ１００に挿入された各セグメントコイルＡ１〜Ａ１６，Ｂ１〜Ｂ１６に生じる誘起電圧である。また、誘起電圧Ｖｏ２とは、第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００を構成する各セグメントコイル、つまり第２スロット群Ｓ２００に挿入された各セグメントコイルＡ１７〜Ａ３２，Ｂ１７〜Ｂ３２に生じる誘起電圧である。

図１１（Ａ）に示すように、誘起電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２は、ロータ回転角に応じて周期的に変化している。また、第１および第２スロット群Ｓ１００，Ｓ２００は互いにずれて配置されるため、誘起電圧Ｖｏ１と誘起電圧Ｖｏ２との位相は互いにずれ、誘起電圧Ｖｏ１と誘起電圧Ｖｏ２との間には電位差が生じている。このため、図１１（Ｂ）にＵ相コイルＣｕＸとして示すように、並列回路の一方側を構成する直列コイル群Ｕ１Ｘを、第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００によって構成し、並列回路の他方側を構成する直列コイル群Ｕ２Ｘを、第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００によって構成した場合には、直列コイル群Ｕ１Ｘと直列コイル群Ｕ２Ｘとの間に電位差が生じることになる。つまり、一方の直列コイル群Ｕ１Ｘの各セグメントコイルには誘起電圧Ｖｏ１が発生し、他方の直列コイル群Ｕ２Ｘの各セグメントコイルには誘起電圧Ｖｏ２が発生するため、直列コイル群Ｕ１Ｘ，Ｕ２Ｘ間に電位差が生じて循環電流ｉｘが流れていた。

そこで、本発明の一実施の形態であるステータ１０のＵ相コイルＣｕにおいては、誘起電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２による循環電流の発生を防止するため、並列回路の一方側を構成する直列コイル群Ｕ１を、第１および第２コイル群Ａ１００，Ａ２００を組み合わせて構成し、並列回路の他方側を構成する直列コイル群Ｕ２を、第１および第２コイル群Ｂ１００，Ｂ２００を組み合わせて構成している。ここで、図１２（Ａ）はステータコア１５のスロットＳ４３，Ｓ４４を示す部分拡大図であり、図１２（Ｂ）はＵ相コイルＣｕにおける誘起電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２の発生状況を示す図である。

まず、図１２（Ａ）に示すように、第１スロット群Ｓ１００のスロットＳ４３に収容されるセグメントコイル、つまり誘起電圧Ｖｏ１が生じるセグメントコイルは、セグメントコイルＡ１〜Ａ４からなる第１コイル群Ａ１００と、セグメントコイルＢ１〜Ｂ３，Ｂ１６からなる第１コイル群Ｂ１００と、に分けられている。同様に、第２スロット群Ｓ２００のスロットＳ４４に収容されるセグメントコイル、つまり誘起電圧Ｖｏ２が生じるセグメントコイルは、セグメントコイルＡ１７〜Ａ２０からなる第２コイル群Ａ２００と、セグメントコイルＢ１７〜Ｂ１９，Ｂ２２からなる第２コイル群Ｂ２００と、に分けられている。

そして、図１２（Ｂ）に示すように、第１コイル群Ａ１００と第２コイル群Ａ２００とを直列接続することにより、Ｕ相コイルＣｕの並列回路の一方側を構成する直列コイル群Ｕ１が形成されている。この直列コイル群Ｕ１においては、第１コイル群Ａ１００を構成する各セグメントコイルＡ１〜Ａ１６に誘起電圧Ｖｏ１が発生し、第２コイル群Ａ２００を構成する各セグメントコイルＡ１７〜Ａ３２に誘起電圧Ｖｏ２が発生する。同様に、第１コイル群Ｂ１００と第２コイル群Ｂ２００とを直列接続することにより、Ｕ相コイルＣｕの並列回路の他方側を構成する直列コイル群Ｕ２が形成されている。この直列コイル群Ｕ２においては、第１コイル群Ｂ１００を構成する各セグメントコイルＢ１〜Ｂ１６に誘起電圧Ｖｏ１が発生し、第２コイル群Ｂ２００を構成する各セグメントコイルＢ１７〜Ｂ３２に誘起電圧Ｖｏ２が発生する。

このように、それぞれの直列コイル群Ｕ１，Ｕ２には、互いに一致するように誘起電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２が発生するため、直列コイル群Ｕ１と直列コイル群Ｕ２との間の電位差を解消することができ、Ｕ相コイルＣｕにおける循環電流の発生を防止することができる。また、同様のコイル構造を有するＶ相コイルＣｖおよびＷ相コイルＣｗについても、Ｖ相コイルＣｖやＷ相コイルＣｗにおける循環電流の発生を防止することができる。このように、固定子巻線ＳＣにおける循環電流の発生を防ぐことができるため、回転電機１１のエネルギー効率を高めることが可能である。

なお、図１０に示すように、Ｕ相コイルＣｕの一端には、動力線端子Ｐｕが接続されており、Ｕ相コイルＣｕの他端には、中性点端子Ｎが接続されている。同様に、Ｖ相コイルＣｖの一端には、動力線端子Ｐｖが接続されており、Ｖ相コイルＣｖの他端には、中性点端子Ｎが接続されている。同様に、Ｗ相コイルＣｗの一端には、動力線端子Ｐｗが接続されており、Ｗ相コイルＣｗの他端には、中性点端子Ｎが接続されている。このように、Ｕ相コイルＣｕ、Ｖ相コイルＣｖおよびＷ相コイルＣｗは、中性点端子Ｎを介して互いに接続されており、各相のコイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗによって固定子巻線ＳＣが構成されている。

［Ｕ相コイル構造］
続いて、Ｕ相コイルＣｕの構造について詳細に説明する。図１３は、ステータコア１５のスロットＳ１，Ｓ７・・・に対するセグメントコイルＡ１〜Ａ１６，Ｂ１〜Ｂ１６の収容位置を示す図である。また、図１４は、ステータコア１５のスロットＳ２，Ｓ８・・・に対するセグメントコイルＡ１７〜Ａ３２，Ｂ１７〜Ｂ３２の収容位置を示す図である。

図１３および図１４に示される「動力線側」とは、図１および図４に示すように、セグメントコイル３０の溶接端部３４，３５が位置する側、つまり動力線端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗが位置する側である。また、図１３および図１４に示される「反動力線側」とは、図１および図４に示すように、動力線側とは反対側、つまりセグメントコイル３０の曲げ部３３が位置する側である。また、図１３および図１４に示される「内側」とは、図５に示すように、ステータコア１５の径方向内側であり、図１３および図１４に示される「外側」とは、ステータコア１５の径方向外側である。なお、図１３および図１４に示される矢印の向きは、動力線端子Ｐｕから中性点端子Ｎに向かう向きである。

まず、図１０に示すように、Ｕ相コイルＣｕは、互いに並列接続される直列コイル群Ｕ１，Ｕ２を有している。一方の直列コイル群Ｕ１は、第１および第２コイル群Ａ１００，Ａ２００によって構成されており、他方の直列コイル群Ｕ２は、第１および第２コイル群Ｂ１００，Ｂ２００によって構成されている。

［直列コイル群Ｕ１］
図７に示すように、直列コイル群Ｕ１の一部を構成する第１コイル群Ａ１００は、４つのセグメントコイル（例えばＡ１〜Ａ４）の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図１３に実線で示すように、セグメントコイルＡ１は、スロットＳ１，Ｓ４３の１番目の位置（外側の位置）に収容されており、セグメントコイルＡ２は、スロットＳ１の２番目の位置とスロットＳ４３の３番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルＡ３は、スロットＳ１，Ｓ４３の４番目の位置に収容されており、セグメントコイルＡ４は、スロットＳ４３の２番目の位置とスロットＳ３７の３番目の位置とに収容されている。

そして、動力線側におけるスロットＳ１，Ｓ４３の間では、スロットＳ４３から突出するセグメントコイルＡ１と、スロットＳ１から突出するセグメントコイルＡ２とが互いに溶接される。また、スロットＳ４３から突出するセグメントコイルＡ２と、スロットＳ１から突出するセグメントコイルＡ３とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットＳ４３，Ｓ３７の間では、スロットＳ４３から突出するセグメントコイルＡ３と、スロットＳ３７から突出するセグメントコイルＡ４とが互いに溶接される。また、スロットＳ４３から突出するセグメントコイルＡ４と、スロットＳ３７から突出する次のセグメントコイルＡ５とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルＡ１〜Ａ１６からなる第１コイル群Ａ１００が構成される。

図８に示すように、直列コイル群Ｕ１の一部を構成する第２コイル群Ａ２００は、４つのセグメントコイル（例えばＡ１７〜Ａ２０）の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図１４に実線で示すように、セグメントコイルＡ１７は、スロットＳ２，Ｓ４４の５番目の位置に収容されており、セグメントコイルＡ１８は、スロットＳ２の６番目の位置とスロットＳ４４の７番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルＡ１９は、スロットＳ２，Ｓ４４の８番目の位置（内側の位置）に収容されており、セグメントコイルＡ２０は、スロットＳ４４の６番目の位置とスロットＳ３８の７番目の位置とに収容されている。

そして、動力線側におけるスロットＳ２，Ｓ４４の間では、スロットＳ４４から突出するセグメントコイルＡ１７と、スロットＳ２から突出するセグメントコイルＡ１８とが互いに溶接される。また、スロットＳ４４から突出するセグメントコイルＡ１８と、スロットＳ２から突出するセグメントコイルＡ１９とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットＳ４４，Ｓ３８の間では、スロットＳ４４から突出するセグメントコイルＡ１９と、スロットＳ３８から突出するセグメントコイルＡ２０が互いに溶接される。また、スロットＳ４４から突出するセグメントコイルＡ２０と、スロットＳ３８から突出する次のセグメントコイルＡ２１とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルＡ１７〜Ａ３２からなる第２コイル群Ａ２００が構成される。

［直列コイル群Ｕ２］
図７に示すように、直列コイル群Ｕ２の一部を構成する第１コイル群Ｂ１００は、４つのセグメントコイル（例えばＢ１〜Ｂ４）の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図１３に破線で示すように、セグメントコイルＢ１は、スロットＳ４３，Ｓ３７の５番目の位置に収容されており、セグメントコイルＢ２は、スロットＳ４３の６番目の位置とスロットＳ３７の７番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルＢ３は、スロットＳ４３，Ｓ３７の８番目の位置に収容されており、セグメントコイルＢ４は、スロットＳ３７の６番目の位置とスロットＳ３１の７番目の位置とに収容されている。

そして、動力線側におけるスロットＳ４３，Ｓ３７の間では、スロットＳ３７から突出するセグメントコイルＢ１と、スロットＳ４３から突出するセグメントコイルＢ２とが互いに溶接される。また、スロットＳ３７から突出するセグメントコイルＢ２と、スロットＳ４３から突出するセグメントコイルＢ３とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットＳ３７，Ｓ３１の間では、スロットＳ３７から突出するセグメントコイルＢ３と、スロットＳ３１から突出するセグメントコイルＢ４とが互いに溶接される。また、スロットＳ３７から突出するセグメントコイルＢ４と、スロットＳ３１から突出する次のセグメントコイルＢ５とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルＢ１〜Ｂ１６からなる第１コイル群Ｂ１００が構成される。

図８に示すように、直列コイル群Ｕ２の一部を構成する第２コイル群Ｂ２００は、４つのセグメントコイル（例えばＢ１７〜Ｂ２０）の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図１４に破線で示すように、セグメントコイルＢ１７は、スロットＳ４４，Ｓ３８の１番目の位置に収容されており、セグメントコイルＢ１８は、スロットＳ４４の２番目の位置とスロットＳ３８の３番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルＢ１９は、スロットＳ４４，Ｓ３８の４番目の位置に収容されており、セグメントコイルＢ２０は、スロットＳ３８の２番目の位置とスロットＳ３２の３番目の位置とに収容されている。

そして、動力線側におけるスロットＳ４４，Ｓ３８の間では、スロットＳ３８から突出するセグメントコイルＢ１７と、スロットＳ４４から突出するセグメントコイルＢ１８とが互いに溶接される。また、スロットＳ３８から突出するセグメントコイルＢ１８と、スロットＳ４４から突出するセグメントコイルＢ１９とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットＳ３８，Ｓ３２の間では、スロットＳ３８から突出するセグメントコイルＢ１９と、スロットＳ３２から突出するセグメントコイルＢ２０が互いに溶接される。また、スロットＳ３８から突出するセグメントコイルＢ２０と、スロットＳ３２から突出する次のセグメントコイルＢ２１とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルＢ１７〜Ｂ３２からなる第２コイル群Ｂ２００が構成される。

［コイルエンドの小型化（概要）］
図１３に符号α１で示すように、スロットＳ３７においては、スロットＳ３７からスロットＳ４３に向けて、ステータコア１５の周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数が４本である。また、符号α２で示すように、スロットＳ３７においては、スロットＳ３７からスロットＳ３１に向けて、ステータコア１５の周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数が４本である。このように、スロットＳ３７においては、周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数とが互いに一致している。

また、図１４に符号β１で示すように、スロットＳ３８においては、スロットＳ３８からスロットＳ４４に向けて、ステータコア１５の周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数が４本である。また、符号β２で示すように、スロットＳ３８においては、スロットＳ３８からスロットＳ３２に向けて、ステータコア１５の周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数が４本である。このように、スロットＳ３８においては、周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数とが互いに一致している。

つまり、図１３および図１４に示すように、セグメントコイルＡ１〜Ａ３２，Ｂ１〜Ｂ３２を配置することにより、反動力線側に開口するスロットＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８・・・のそれぞれにおいて、ステータコア１５の一端面４０から突出して周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数と、ステータコア１５の一端面４０から突出して周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数とを、互いに一致させることができる。このように、各スロットＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８・・・から延びる曲げ部３３の本数を、周方向における一方と他方との双方で一致させることにより、一端面４０から突出する複数の曲げ部３３からなるコイルエンドＣｅ、つまり反動力線側に設けられるコイルエンドＣｅの小型化を達成することができる。すなわち、環状のコイルエンドＣｅの各径方向断面に含まれる曲げ部３３の本数を均一にすることができるため、セグメントコイル３０の曲げ部３３が複雑に重なることを防止することができ、コイルエンドＣｅの小型化を達成することができる。

換言すれば、ステータ１０のターン数、つまり１つのスロットに挿入されるセグメントコイル３０の本数を「４ｎ」（ｎは２以上の整数）と規定した場合に、ステータコア１５の一端面４０から突出して周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数が「４ｎ／２」本に設定され、ステータコア１５の一端面４０から突出して周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数が「４ｎ／２」本に設定される。このように、スロットに対してセグメントコイル３０を組み付けることにより、環状のコイルエンドＣｅの各径方向断面に含まれる曲げ部３３の本数を均一にすることができるため、セグメントコイル３０の曲げ部３３が複雑に重なることを防止することができ、コイルエンドＣｅの小型化を達成することができる。

［コイルエンドの小型化（詳細）］
図１５はステータコア１５の反動力線側に配置されるＵ相コイルＣｕの直列コイル群Ｕ１を示す図であり、図１６はステータコア１５の反動力線側に配置されるＵ相コイルＣｕの直列コイル群Ｕ２を示す図である。また、図１７はステータコア１５の反動力線側に配置されるＷ相コイルＣｗの直列コイル群Ｗ１を示す図であり、図１８はステータコア１５の反動力線側に配置されるＷ相コイルＣｗの直列コイル群Ｗ２を示す図である。さらに、図１９はステータコア１５の反動力線側に配置されるＶ相コイルＣｖの直列コイル群Ｖ１を示す図であり、図２０はステータコア１５の反動力線側に配置されるＶ相コイルＣｖの直列コイル群Ｖ２を示す図である。

図１５に示すように、ステータコア１５の一端面４０側においては、スロットＳ１から周方向の一方（矢印α方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ１から周方向の他方（矢印β方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されている。また、スロットＳ２から周方向の一方（矢印α方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ２から周方向の他方（矢印β方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されている。つまり、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面においては、直列コイル群Ｕ１の曲げ部３３として６本の曲げ部３３が配置されている。

図１６に示すように、ステータコア１５の一端面４０側においては、スロットＳ１から周方向の一方（矢印α方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ１から周方向の他方（矢印β方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されている。また、スロットＳ２から周方向の一方（矢印α方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ２から周方向の他方（矢印β方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されている。つまり、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面においては、直列コイル群Ｕ２の曲げ部３３として２本の曲げ部３３が配置されている。

図１７に示すように、ステータコア１５の一端面４０側においては、スロットＳ３から周方向の一方（矢印α方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ３から周方向の他方（矢印β方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されている。また、スロットＳ４から周方向の一方（矢印α方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ４から周方向の他方（矢印β方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されている。つまり、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面においては、直列コイル群Ｗ１の曲げ部３３として２本の曲げ部３３が配置されている。

図１８に示すように、ステータコア１５の一端面４０側においては、スロットＳ３から周方向の一方（矢印α方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ３から周方向の他方（矢印β方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されている。また、スロットＳ４から周方向の一方（矢印α方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ４から周方向の他方（矢印β方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されている。つまり、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面においては、直列コイル群Ｗ２の曲げ部３３として６本の曲げ部３３が配置されている。

図１９に示すように、ステータコア１５の一端面４０側においては、スロットＳ５から周方向の一方（矢印α方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ５から周方向の他方（矢印β方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されている。また、スロットＳ６から周方向の一方（矢印α方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ６から周方向の他方（矢印β方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されている。つまり、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面においては、直列コイル群Ｖ１の曲げ部３３として６本の曲げ部３３が配置されている。

図２０に示すように、ステータコア１５の一端面４０側においては、スロットＳ５から周方向の一方（矢印α方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ５から周方向の他方（矢印β方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されている。また、スロットＳ６から周方向の一方（矢印α方向）に向かう３本の曲げ部３３が配置されており、スロットＳ６から周方向の他方（矢印β方向）に向かう１本の曲げ部３３が配置されている。つまり、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面においては、直列コイル群Ｖ２の曲げ部３３として２本の曲げ部３３が配置されている。

ここで、図２１はコイルエンドＣｅの断面に含まれる曲げ部３３の本数を示す図である。図２１には、図１５〜図２０に示したＸ−Ｘ線に沿う断面に交差する曲げ部３３が示されている。図２１に示すように、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿うコイルエンドＣｅの断面には、１相毎に８本の曲げ部３３が含まれており、３相で合計２４本の曲げ部３３が含まれている。また、図１５〜図２０に示すように、コイルエンドＣｅの他の任意断面つまりＸ−Ｘ線以外の断面においても、１相毎に８本の曲げ部３３が含まれており、３相で合計２４本の曲げ部３３が含まれている。すなわち、図１５〜図２０に示したＸ１−Ｘ１線に沿う断面、つまりスロットＳ６，Ｓ７間におけるコイルエンドＣｅの径方向断面においても、３相で合計２４本の曲げ部３３が含まれている。また、図１５〜図２０に示したＸ２−Ｘ２線に沿う断面、つまりスロットＳ４３，Ｓ４４間におけるコイルエンドＣｅの径方向断面においても、３相で合計２４本の曲げ部３３が含まれている。

このように、スロット間におけるコイルエンドＣｅの各断面においては、各断面に含まれる曲げ部３３の本数が互いに一致している。これにより、コイルエンドＣｅの各断面に含まれる曲げ部３３の本数を均一にすることができ、セグメントコイル３０の曲げ部３３が複雑に重なることを防止することができるため、コイルエンドＣｅの小型化を達成することができる。

［比較例］
続いて、比較例のステータ１００について説明する。図２２は比較例のステータ１００が備えるセグメントコイル３０の曲げ部３３の位置を示す図である。図２２には反動力線側に配置されるセグメントコイル３０の曲げ部３３の位置が示されている。また、図２２には固定子巻線の一部を構成するＵ相コイルが示されているが、Ｖ相コイルやＷ相コイルについてもＵ相コイルと同一のコイル構造を有している。なお、比較例のステータ１００には、実施例のステータコア１５と同一のステータコアが用いられている。また、比較例のステータ１００に組み付けられるセグメントコイル３０の本数は、実施例のステータ１０に組み付けられるセグメントコイル３０の本数と同一である。

図２２に符号α１で示すように、スロットＳ３７においては、スロットＳ３７からスロットＳ４３に向けて、ステータコア１５の周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数が２本である。また、符号α２で示すように、スロットＳ３７においては、スロットＳ３７からスロットＳ３１に向けて、ステータコア１５の周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数が６本である。このように、スロットＳ３７においては、周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数とが互いに相違している。

また、図２２に符号β１で示すように、スロットＳ３８においては、スロットＳ３８からスロットＳ４４に向けて、ステータコア１５の周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数が２本である。また、符号β２で示すように、スロットＳ３８においては、スロットＳ３８からスロットＳ３２に向けて、ステータコア１５の周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数が６本である。このように、スロットＳ３８においては、周方向の一方に向かう曲げ部３３の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部３３の本数とが互いに相違している。

ここで、図２３は比較例のステータ１００が備えるコイルエンドＣｅの断面に含まれる曲げ部３３の本数を示す図である。図２３には、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿う断面に交差する全ての曲げ部３３が示されている。図２３に示すように、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿うコイルエンドＣｅの断面には、合計３６本の曲げ部３３が含まれている。つまり、比較例のステータ１００においては、スロットＳ１，４８間のＸ−Ｘ線に沿うコイルエンドＣｅの断面において、図２１に示した実施例のステータ１０よりも、多くの曲げ部３３が含まれている。

すなわち、図２２に示すように、各スロットから延びる曲げ部３３の本数が、周方向における一方と他方との双方で相違する場合には、コイルエンドＣｅの断面に含まれる曲げ部３３の本数が局所的に増加することになる。このように、コイルエンドＣｅの各断面に含まれる曲げ部３３の本数にバラツキが生じることは、セグメントコイル３０の曲げ部３３が複雑に重なり合う要因であり、反動力線側におけるコイルエンドＣｅの大型化を招く要因である。これに対し、各スロットから延びる曲げ部３３の本数を、周方向における一方と他方との双方で一致させることにより、コイルエンドＣｅの各断面に含まれる曲げ部３３の本数を均一にすることができるため、セグメントコイル３０の曲げ部３３が複雑に重なることを防止することができ、コイルエンドＣｅの小型化を達成することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、２つの直列コイル群を並列接続することで１相分の相巻線を構成しているが、これに限られることはなく、３つ以上の直列コイル群を並列接続することで１相分の相巻線を構成しても良い。また、前述の説明では、１つの直列コイル群を、第１コイル群および第２コイル群によって構成しているが、これに限られることはなく、３つ以上のコイル群を用いて１つの直列コイル群を構成しても良い。この場合には、ステータコアに対して第１および第２スロット群から位相をずらして他のスロット群が形成される。また、図示する例では、１つのスロットに対して８つのセグメントコイルを挿入しているが、これに限られることはない。例えば、１つのスロットに対して８つを上回るセグメントコイルを挿入しても良く、１つのスロットに対して８つを下回るセグメントコイルを挿入しても良い。また、前述の説明では、スロット数が４８のステータコア１５を用いているが、これに限られることはなく、他のスロット数のステータコア１５を用いても良い。

１０ ステータ
１１ 回転電機
１５ ステータコア（固定子コア）
３０ セグメントコイル（セグメント導体）
３１，３２ コイルサイド（直線部）
３３ 曲げ部
４０ 一端面（端面）
ＳＣ ステータコイル（固定子巻線）
Ｃｕ Ｕ相コイル（相巻線）
Ｃｖ Ｖ相コイル（相巻線）
Ｃｗ Ｗ相コイル（相巻線）
Ａ１〜Ａ３２ セグメントコイル（セグメント導体）
Ｂ１〜Ｂ３２ セグメントコイル（セグメント導体）
Ａ１００，Ｂ１００ 第１コイル群（第１導体群）
Ａ２００，Ｂ２００ 第２コイル群（第２導体群）
Ｕ１，Ｕ２ 直列コイル群（直列導体群）
Ｓ１〜Ｓ４８ スロット
Ｓ１００ 第１スロット群
Ｓ２００ 第２スロット群

Claims (4)

1. 回転電機に設けられるステータであって、
   複数のスロットが形成される円筒形状の固定子コアと、
   前記スロットに挿入された複数のセグメント導体が直列接続されてなる複数の相巻線を備える固定子巻線と、
   を有し、
   前記セグメント導体は、前記複数のスロットのうちの２つに収容される一対の直線部と、前記固定子コアの端面から突出して前記一対の直線部を互いに連結する曲げ部と、を備え、
   前記複数のスロットのそれぞれにおいて、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに一致する、
   ステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記相巻線は、並列接続される複数の直列導体群からなり、
   前記直列導体群は、直列接続される前記複数のセグメント導体からなる、
   ステータ。
3. 請求項２に記載のステータにおいて、
   前記直列導体群は、等間隔で配置される複数の前記スロットからなる第１スロット群に収容される第１導体群と、前記第１スロット群から位相をずらして等間隔で配置される複数の前記スロットからなる第２スロット群に収容される第２導体群と、を備える、
   ステータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のステータにおいて、
   前記固定子コアの端面から突出する複数の前記曲げ部からなる環状のコイルエンド、を有し、
   前記スロット間における前記コイルエンドの各断面において、前記各断面に含まれる前記曲げ部の本数は互いに一致する、
   ステータ。

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