JP2022032425A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータのコストを低減する。【解決手段】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ステータコア１５と、スロットに収容される複数のセグメントコイルＡ１からなる固定子巻線と、を有し、ステータコア１５の内周面から径方向外側に伸びるスロットとして、第１スロットＳ１と、第１スロットＳ１よりも浅い第２スロットＳ４３と、を備え、セグメントコイルＡ１は、第１スロットＳ１に収容されるコイルサイド６１と、第２スロットＳ４３に収容されるコイルサイド６２と、ステータコア１５の端面５１から突出するコイルサイド６１とコイルサイド６２とを互いに連結するエンド部６３と、を備える。【選択図】図１６

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設けられるステータには、ステータコイルが巻き付けられている。このステータコイルとして、略Ｕ字状のセグメント導体からなるステータコイルがある（特許文献１～３参照）。

特開２０１７－１６９２４８号公報 特開２０１８－９９０１０号公報 特開２０１８－１７０９２４号公報

ところで、ステータコイルを構成するセグメント導体は、複雑な形状に折り曲げられることが多い。しかしながら、セグメント導体の折り曲げ箇所が増えることは、セグメント導体の加工工数を増加させる要因であり、ステータのコストを増加させてしまう要因であった。このため、セグメント導体の折り曲げ箇所を減らすことにより、ステータのコストを低減することが求められている。

本発明の目的は、ステータのコストを低減することにある。

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、前記スロットに収容される複数のセグメント導体からなる固定子巻線と、を有し、前記固定子コアの内周面から径方向外側に伸びる前記スロットとして、第１スロットと、前記第１スロットよりも浅い第２スロットと、を備え、前記セグメント導体は、前記第１スロットに収容される第１直線部と、前記第２スロットに収容される第２直線部と、前記固定子コアの端面から突出する前記第１直線部と前記第２直線部とを互いに連結する連結部と、を備える。

本発明によれば、固定子コアの内周面から径方向外側に伸びるスロットとして、第１スロットと、第１スロットよりも浅い第２スロットと、を備え、セグメント導体は、第１スロットに収容される第１直線部と、第２スロットに収容される第２直線部と、を備える。これにより、セグメント導体の折り曲げ箇所を減らすことができ、ステータのコストを低減することができる。

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。 Ｕ相コイルを備えたステータコア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。 ステータを示す斜視図である。 （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。 ステータコイルの結線状態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Ｕ相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Ｕ相スロット群の一例を示す図である。 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。 ステータコアを単体で示す図である。 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。 （Ａ）はステータコアとセグメントコイルとを分離した状態で示す図であり、（Ｂ）はステータコアとセグメントコイルとを組み付けた状態で示す図である。 図１５（Ｂ）の矢印α方向からステータコアおよびセグメントコイルを示す斜視図である。 （Ａ）は比較例であるステータコアとセグメントコイルとを分離した状態で示す図であり、（Ｂ）はステータコアとセグメントコイルとを組み付けた状態で示す図である。 図１７（Ｂ）の矢印α方向からステータコアおよびセグメントコイルを示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ線に沿ってステータを示す断面図である。 ステータコアの平均磁路長さを示す図である。 トルクリップルの発生状況を示す図である。

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を備える回転電機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４０が組み付けられるステータ１０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に巻き付けられる三相のステータコイル（固定子巻線）ＳＣと、を有している。

ステータコイルＳＣには、バスバーユニット２０が接続されている。このバスバーユニット２０は、ステータコイルＳＣに設けられる３つの動力点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに接続される３つの動力バスバー２１，２２，２３と、ステータコイルＳＣが備える３つの中性点Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗを互いに接続する中性バスバー２４と、これらのバスバー２１，２２，２３，２４を保持する絶縁部材２５と、を備えている。また、動力バスバー２１，２２，２３の端部はモータハウジング１２から外部に突出しており、それぞれの動力バスバー２１，２２，２３にはインバータ２６等から延びる電力ケーブル２７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３０が回転自在に収容されている。このロータ３０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３１と、ロータコア３１に埋め込まれる複数の永久磁石３２と、ロータコア３１の中央に固定されるロータシャフト３３と、を有している。ロータシャフト３３の一端部は、ハウジング本体１３に設けられる軸受３４によって支持されており、ロータシャフト３３の他端部は、エンドカバー１４に設けられる軸受３５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を示す断面図である。また、図４はセグメントコイル４０の一例を示す斜視図である。後述するように、ステータコイル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。なお、図示するＵ相コイルＣｕ、Ｖ相コイルＣｖおよびＷ相コイルＣｗは、互いに同一のコイル構造を有している。

図２に示すように、円筒形状のステータコア１５の内周面３６には、周方向に所定間隔を空けて複数のスロットＳ１～Ｓ４８が形成されている。後述するように、ステータコア１５のスロットＳ１～Ｓ４８として、深く形成された第１スロットＳ１～Ｓ６，Ｓ１３～Ｓ１８，Ｓ２５～Ｓ３０，Ｓ３７～Ｓ４２が設けられており、浅く形成された第２スロットＳ７～Ｓ１２，Ｓ１９～Ｓ２４，Ｓ３１～Ｓ３６，Ｓ４３～Ｓ４８が設けられている。また、各スロットＳ１～Ｓ４８には複数のセグメントコイル（セグメント導体）４０が収容されており、これらのセグメントコイル４０を互いに接続することでステータコイルＳＣが構成されている。図２および図３に示すように、Ｕ相コイルＣｕを構成するセグメントコイル４０はスロットＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８・・に収容されている。また、図２に示すように、Ｖ相コイルＣｖを構成するセグメントコイル４０はスロットＳ３，Ｓ４，Ｓ９，Ｓ１０・・に収容されており、Ｗ相コイルＣｗを構成するセグメントコイル４０はスロットＳ５，Ｓ６，Ｓ１１，Ｓ１２・・に収容されている。

図４に示すように、略Ｕ字状に曲げられるセグメントコイル４０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（第１直線部）４１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（第２直線部）４２と、を有している。また、セグメントコイル４０は、一対のコイルサイド４１，４２を互いに連結するエンド部（連結部）４３と、一対のコイルサイド４１，４２のそれぞれから延びる接合端部４４，４５と、を有している。なお、セグメントコイル４０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、接合端部４４，４５の先端を除いてセグメントコイル４０にはエナメルや樹脂等の絶縁被膜が設けられている。また、セグメントコイル４０に設けられるエンド部４３は、図４に示された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形状に折り曲げられている。

図５はステータ１０を示す斜視図であり、図６（Ａ）および（Ｂ）はセグメントコイル４０の接続状況の一例を示す図である。図２および図５に示すように、ステータコア１５の各スロットＳ１～Ｓ４８には、複数のセグメントコイル４０が組み付けられている。また、図５および図６に示すように、ステータコア１５にセグメントコイル４０が組み付けられると、セグメントコイル４０の接合端部４４，４５は、ステータコア１５の一方の端面５０から動力線側に突出して配置され、セグメントコイル４０のエンド部４３はステータコア１５の他方の端面５１から反動力線側に突出して配置される。

また、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ステータコア１５の端面５０から突出する接合端部４４，４５は、他のセグメントコイル４０の接合端部４４，４５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４０の接合端部４４，４５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４０によってＵ相コイルＣｕが構成され、複数のセグメントコイル４０によってＶ相コイルＣｖが構成され、複数のセグメントコイル４０によってＷ相コイルＣｗが構成される。なお、溶接加工が施された接合端部４４，４５には、導体を覆うように樹脂被膜等を形成する絶縁処理が施される。

［ステータコイル構造（循環電流防止）］
図７はステータコイルＳＣの結線状態の一例を示す図である。図７に示すように、ステータコイルＳＣは、Ｕ相コイルＣｕ、Ｖ相コイルＣｖおよびＷ相コイルＣｗによって構成されている。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Ｕ１，Ｕ２を備えており、それぞれの直列コイル群Ｕ１，Ｕ２は、直列接続される複数のセグメントコイル４０によって構成される。また、Ｖ相コイルＣｖは、互いに並列接続される一対の直列コイル群Ｖ１，Ｖ２を備えており、それぞれの直列コイル群Ｖ１，Ｖ２は、直列接続される複数のセグメントコイル４０によって構成される。さらに、Ｗ相コイルＣｗは、互いに並列接続される一対の直列コイル群Ｗ１，Ｗ２を備えており、それぞれの直列コイル群Ｗ１，Ｗ２は、直列接続される複数のセグメントコイル４０によって構成される。各相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗの一端部は動力点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗとなっており、各相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗの他端部は中性点Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗとなっている。そして、Ｕ相コイルＣｕの中性点Ｎｕ、Ｖ相コイルＣｖの中性点ＮｖおよびＷ相コイルＣｗの中性点Ｎｗは互いに接続されており、各相コイルＣｕ，Ｃｖ，ＣｗによってステータコイルＳＣが構成されている。

図８および図９はＵ相コイルＣｕのコイル構造の一例を示す図である。なお、前述の説明では、セグメントコイルに「４０」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。図８および図９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。また、図１０（Ａ）はＵ相コイルＣｕの一部が収容されるＵ相スロット群ＳＵ１の一例を示す図であり、図１０（Ｂ）はＵ相コイルＣｕの一部が収容されるＵ相スロット群ＳＵ２の一例を示す図である。さらに、図１１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。

図８および図９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Ａ１００および第２コイル群Ａ２００によって構成されている。第１コイル群Ａ１００は、Ｕ相スロット群ＳＵ１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、Ｕ相スロット群ＳＵ２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Ｂ１００および第２コイル群Ｂ２００によって構成されている。第１コイル群Ｂ１００は、Ｕ相スロット群ＳＵ１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、Ｕ相スロット群ＳＵ２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１０（Ａ）に示すように、第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００が収容されるＵ相スロット群ＳＵ１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１０（Ｂ）に示すように、第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００が収容されるＵ相スロット群ＳＵ２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。

このように、Ｕ相スロット群ＳＵ１，ＳＵ２の位置は互いに周方向にずれることから、Ｕ相スロット群ＳＵ１に挿入された第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００に生じる誘起電圧Ｖｏ１と、Ｕ相スロット群ＳＵ２に挿入された第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００に生じる誘起電圧Ｖｏ２とは、互いに位相をずらして周期的に変化する。このため、第１コイル群Ａ１００，Ｂ１００によって直列コイル群を構成し、第２コイル群Ａ２００，Ｂ２００によって直列コイル群を構成し、これらの直列コイル群を並列接続した場合には、直列コイル群間に電位差が生じて循環電流が流れることになる。

そこで、ステータ１０のＵ相コイルＣｕにおいては、誘起電圧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。このように、直列コイル群Ｕ１，Ｕ２を構成することにより、図１１に示すように、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。また、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、コイル群Ａ１００，Ａ２００を組み合わせて直列コイル群Ｕ１を構成し、コイル群Ｂ１００，Ｂ２００を組み合わせて直列コイル群Ｕ２を構成することにより、直列コイル群Ｕ１と直列コイル群Ｕ２と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。これにより、ステータコイルＳＣにおける循環電流の発生を防止することができ、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。

［Ｕ相コイルを構成するセグメントコイル］
続いて、Ｕ相コイルＣｕを構成するセグメントコイルについて詳細に説明する。図１２はステータコア１５を単体で示す図である。また、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５に示すように、セグメントコイル４０の接合端部４４，４５が位置する側、つまり動力点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５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４０のエンド部４３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３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、動力点Ｐｕから中性点Ｎｕに向かう向きである。

図１２に示すように、円筒形状のステータコア１５には、内周面３６から径方向外側に伸びる複数のスロットＳ１～Ｓ４８が形成されている。これらのスロットＳ１～Ｓ４８によって、ステータコア１５の周方向に交互に配置される第１スロット群Ｓ１００および第２スロット群Ｓ２００が構成されている。第１スロット群Ｓ１００は、深さ寸法Ｄ１を備えた第１スロットによって構成されている。この深さ寸法が「Ｄ１」である深い第１スロットとして、スロットＳ１～Ｓ６，Ｓ１３～Ｓ１８，Ｓ２５～Ｓ３０，Ｓ３７～Ｓ４２がある。また、第２スロット群Ｓ２００は、深さ寸法Ｄ１よりも小さな深さ寸法Ｄ２を備えた第２スロットによって構成されている。この深さ寸法が「Ｄ２」である浅い第２スロットとして、スロットＳ７～Ｓ１２，Ｓ１９～Ｓ２４，Ｓ３１～Ｓ３６，Ｓ４３～Ｓ４８がある。

［直列コイル群Ｕ１］
Ｕ相コイルＣｕの一部を構成する直列コイル群Ｕ１について説明する。図８に示すように、直列コイル群Ｕ１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、深く形成されたスロットＳ１の１番目の位置（最も外側の位置）と、浅く形成されたスロットＳ４３の２番目の位置（最も外側の位置）と、に収容されている。なお、スロットＳ４３，Ｓ４４等の浅く形成された第２スロットについては、図１３および図１４に示すように、最も径方向外側の位置が２番目の位置として記載されている。また、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４番目の位置とに収容されており、セグメントコイルＡ３は、スロットＳ１の４番目の位置とスロットＳ４３の５番目の位置とに収容されている。さらに、セグメントコイルＡ４は、スロットＳ４３，Ｓ３７の３番目の位置に収容されている。

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９に示すように、直列コイル群Ｕ１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の５番目の位置とスロットＳ４４の６番目の位置とに収容されている。また、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８番目の位置とに収容されており、セグメントコイルＡ１９は、スロットＳ２の８番目の位置とスロットＳ４４の９番目の位置とに収容されている。さらに、セグメントコイルＡ２０は、スロットＳ４４，Ｓ３８の７番目の位置に収容されている。

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］
次いで、Ｕ相コイルＣｕの残りを構成する直列コイル群Ｕ２について説明する。図８に示すように、直列コイル群Ｕ２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の６番目の位置とスロットＳ３７の５番目の位置とに収容されており、セグメントコイルＢ２は、スロットＳ４３，Ｓ３７の７番目の位置に収容されている。また、セグメントコイルＢ３は、スロットＳ４３の９番目の位置とスロットＳ３７の８番目の位置とに収容されており、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８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９に示すように、直列コイル群Ｕ２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の２番目の位置とスロットＳ３８の１番目の位置とに収容されており、セグメントコイルＢ１８は、スロットＳ４４，Ｓ３８の３番目の位置に収容されている。また、セグメントコイルＢ１９は、スロットＳ４４の５番目の位置とスロットＳ３８の４番目の位置とに収容されており、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４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。

［セグメントコイルの折り曲げ形状］
以下、セグメントコイルＡ１の折り曲げ形状について説明する。図１５（Ａ）はステータコア１５とセグメントコイルＡ１とを分離した状態で示す図であり、図１５（Ｂ）はステータコア１５とセグメントコイルＡ１とを組み付けた状態で示す図である。また、図１６は図１５（Ｂ）の矢印α方向からステータコア１５およびセグメントコイルＡ１を示す斜視図である。

前述の図１３に示すように、セグメントコイルＡ１は、スロットＳ１，Ｓ４３における最も径方向外側の位置に収容されている。ここで、図１５（Ａ）に示すように、スロットＳ１の深さ寸法は「Ｄ１」であり、スロットＳ４３の深さ寸法は「Ｄ１」よりも小さな「Ｄ２」である。つまり、スロットＳ１におけるセグメントコイルＡ１の収容位置Ｐ１と、スロットＳ４３におけるセグメントコイルＡ１の収容位置Ｐ２とは、ステータコア１５の径方向にずらされている。このように、一対のスロットＳ１，Ｓ４３を互いに径方向にずらすことにより、セグメントコイルＡ１を過度に折り曲げずにスロットＳ１，Ｓ４３内の所定位置に収容することができる。つまり、セグメントコイルＡ１の折り曲げ形状だけで収容位置を合わせるのではなく、収容先であるスロットＳ１，Ｓ４３を互いに径方向にずらして収容位置を合わせることにより、セグメントコイルＡ１の折り曲げ箇所を削減することができる。

図１５および図１６に示すように、セグメントコイルＡ１は、第１スロットＳ１に収容されるコイルサイド（第１直線部）６１と、第２スロットＳ４３に収容されるコイルサイド（第２直線部）６２と、一対のコイルサイド６１，６２を互いに連結するエンド部（連結部）６３と、を有している。ステータコア１５の端面５１から突出するコイルサイド６１は、ステータコア１５の周方向に曲げられる第１湾曲部６４を介してエンド部６３に連結されている。また、ステータコア１５の端面５１から突出するコイルサイド６２は、ステータコア１５の径方向に曲げられるクランク部６５およびステータコア１５の周方向に曲げられる第２湾曲部６６を介してエンド部６３に連結されている。つまり、セグメントコイルＡ１においては、従来のセグメントコイルが備えていた一対のクランク部のうち、一方のクランク部を削減することが可能となっている。

ここで、比較例であるステータコア１５ｘおよびセグメントコイルＡ１ｘについて説明する。図１７（Ａ）は比較例であるステータコア１５ｘとセグメントコイルＡ１ｘとを分離した状態で示す図であり、図１７（Ｂ）はステータコア１５ｘとセグメントコイルＡ１ｘとを組み付けた状態で示す図である。また、図１８は図１７（Ｂ）の矢印α方向からステータコア１５ｘおよびセグメントコイルＡ１ｘを示す斜視図である。なお、実施例として示したセグメントコイルＡ１と、比較例として示したセグメントコイルＡ１ｘとは、互いに同様の位置に収容されるセグメントコイルである。

図１７（Ａ）に示すように、円筒形状のステータコア１５ｘには、内周面３６ｘから径方向外側に伸びる複数のスロットＳ１ｘ～Ｓ４８ｘが形成されている。これらのスロットＳ１ｘ～Ｓ４８ｘの深さ寸法は、全て共通の「Ｄ２」に設定されている。そして、セグメントコイルＡ１ｘは、スロットＳ１ｘ，Ｓ４３ｘにおける最も径方向外側の位置に収容されている。つまり、スロットＳ１ｘにおけるセグメントコイルＡ１ｘの収容位置Ｐ１ｘと、スロットＳ４３ｘにおけるセグメントコイルＡ１ｘの収容位置Ｐ２ｘとは、ステータコア１５の径方向において互いに一致している。このように、スロットＳ１ｘ，Ｓ４３ｘの深さ寸法が共通であった場合には、前述したセグメントコイルＡ１に比べて折り曲げ箇所が増加することになる。

図１７および図１８に示すように、セグメントコイルＡ１ｘは、スロットＳ１ｘに収容されるコイルサイド６１ｘと、スロットＳ４３ｘに収容されるコイルサイド６２ｘと、一対のコイルサイド６１ｘ，６２ｘを互いに連結するエンド部６３ｘと、を有している。ステータコア１５ｘの端面５１ｘから突出するコイルサイド６１ｘは、ステータコア１５ｘの径方向に曲げられるクランク部６７ｘおよびステータコア１５ｘの周方向に曲げられる第１湾曲部６４ｘを介してエンド部６３ｘに連結されている。また、ステータコア１５ｘの端面５１ｘら突出するコイルサイド６２ｘは、ステータコア１５ｘの径方向に曲げられるクランク部６５ｘおよびステータコア１５の周方向に曲げられる第２湾曲部６６ｘを介してエンド部６３ｘに連結されている。つまり、セグメントコイルＡ１ｘにおいては、前述したセグメントコイルＡ１に比べて、クランク部６７ｘが増加している。

これまで説明したように、各セグメントコイルが収容される一対のスロットの深さ寸法を互いに変えることにより、セグメントコイルを過度に折り曲げずにスロット内の所定位置に収容することができる。つまり、セグメントコイルの折り曲げ形状だけで収容位置を合わせるのではなく、収容先であるスロットを互いに径方向にずらして収容位置を合わせることができるため、セグメントコイルの折り曲げ箇所を削減することができる。このように、セグメントコイルの折り曲げ箇所を減らすことにより、セグメントコイルの加工工数を減らしてステータ１０のコストを削減することができる。

［温度センサ］
続いて、ステータコイルＳＣの温度を検出する温度センサ７０について説明する。図１９は図１のＡ－Ａ線に沿ってステータ１０を示す断面図である。図１９の拡大部分に示すように、スロットＳ１には、ステータコイルＳＣの温度を検出するサーミスタ等の温度センサ７０が収容されている。スロットＳ１に収容される温度センサ７０は、スロットＳ１に収容される複数のコイルサイド（第１直線部）７１よりも、ステータコア１５の径方向内側に配置されている。つまり、深く形成されるスロットＳ１の深さ寸法は「Ｄ１」であるため、スロットＳ１に８本のコイルサイド７１を収容した場合であっても、スロットＳ１の径方向内側には空きスペースが生じることから、この空きスペースに温度センサ７０が収容されている。また、スロットＳ１に収容された温度センサ７０は、ワニス等の樹脂材料を用いてスロット内に固定されている。なお、スロットＳ１に収容されるコイルサイド７１とは、図１３に示すように、セグメントコイルＡ１～Ａ３，Ａ１６，Ｂ１３～Ｂ１６のコイルサイドである。

このように、温度センサ７０をスロットＳ１に収容することにより、ステータコイルＳＣの温度を適切に検出することができ、回転電機１１を適切に制御することができる。つまり、温度センサ７０をコイルエンド等に取り付けた場合に比べて、温度センサ７０をスロットＳ１内に収容した場合には、ステータコイルＳＣの温度をより高い部位で計測することができる。また、温度センサ７０をスロットＳ１内に収容することから、コイルサイド７１に温度センサ７０を密着させることができ、ステータコイルＳＣの温度をより高い部位で計測することができる。さらに、図１に示すように、温度センサ７０をステータコア１５の軸方向つまり長手方向のほぼ中央に取り付けることにより、ステータコイルＳＣの温度をより高い部位で計測することができる。

なお、図示する例では、コイルサイド７１よりも径方向内側に温度センサ７０を配置しているが、これに限られることはなく、コイルサイド７１よりも径方向外側に温度センサ７０を配置しても良く、コイルサイド７１に挟まれる位置に温度センサ７０を配置しても良い。また、図示する例では、温度センサ７０をスロットＳ１に取り付けているが、これに限られることはなく、深く形成された第１スロットであれば、他のスロットＳ２～Ｓ６，Ｓ１３～Ｓ１８，Ｓ２５～Ｓ３０，Ｓ３７～Ｓ４２の何れかに温度センサ７０を収容しても良い。また、図１に示した例では、温度センサ７０をステータコア１５の長手方向のほぼ中央に取り付けているが、これに限られることはなく、他の部位に温度センサ７０を取り付けても良い。

［トルクリップル低減］
続いて、回転電機１１のトルクリップルについて説明する。ここで、図２０はステータコア１５の平均磁路長さを示す図であり、図２１はトルクリップルの発生状況を示す図である。図２０に示すように、ステータコア１５には、周方向に交互に配置される第１および第２スロット群Ｓ１００，Ｓ２００が設けられている。第１スロット群Ｓ１００は、深さ寸法Ｄ１を備えた深い第１スロットＳ１，Ｓ２・・によって構成されており、第２スロット群Ｓ２００は、深さ寸法Ｄ１よりも小さな深さ寸法Ｄ２を備えた浅い第２スロットＳ４３，Ｓ４４・・によって構成されている。このため、ステータコア１５の外周部８０の厚み寸法は、周方向の各部において変化することになる。つまり、第１スロット群Ｓ１００の外側に位置する外周部８０の厚み寸法は「ｔ１」であるのに対し、第２スロット群Ｓ２００の外側に位置する外周部８０の厚み寸法は「ｔ１」よりも大きな「ｔ２」である。

すなわち、第１スロット群Ｓ１００の外側においては、外周部８０の厚み寸法ｔ１が小さいことから、外周部８０の断面積が小さくなるとともに、第１スロット群Ｓ１００を囲む平均磁路長さｍｐ１が長くなる。このように、第１スロット群Ｓ１００を囲む磁路においては、外周部８０の断面積が小さく且つ平均磁路長さｍｐ１が長いことから、磁路の磁気抵抗が大きくなる。これに対し、第２スロット群Ｓ２００の外側においては、外周部８０の厚み寸法ｔ２が大きいことから、外周部８０の断面積が大きくなるとともに、第２スロット群Ｓ２００を囲む平均磁路長さｍｐ２が短くなる。このように、第２スロット群Ｓ２００を囲む磁路においては、外周部８０の断面積が大きく且つ平均磁路長さｍｐ２が短いことから、磁路の磁気抵抗が小さくなる。

このように、第１スロット群Ｓ１００を囲む磁路においては、第２スロット群Ｓ２００を囲む磁路よりも、磁路の磁気抵抗を大きくすることができるため、回転電機１１のトルクリップルを低減することができる。例えば、ステータコア１５に第２スロット群Ｓ２００だけを形成していた場合には、ステータコア１５の全周に渡って磁気抵抗が小さくなるため、図２１に破線で示すように、モータトルクの振幅が「Ｔａ」で大きく変動することになる。これに対し、図示するように、ステータコア１５に第２スロット群Ｓ２００を形成するだけでなく、ステータコア１５に第１スロット群Ｓ１００を形成することにより、第１スロット群Ｓ１００の周囲の磁気抵抗が増加することから、ステータコア全体の磁気抵抗を上げることができる。これにより、図２１に実線で示すように、モータトルクの振幅を「Ｔａ」よりも小さな「Ｔｂ」に狭めることができ、トルクリップルを低減することができる。

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。例えば、セグメントコイルの折り曲げ形状としては、図１６に示した形状に限られることはなく、他の折り曲げ形状を採用しても良い。また、前述の説明では、図１６に示すように、セグメントコイルから一方のクランク部を削減しているが、クランク部が削減されるセグメントコイルとしては、ステータコイルＳＣを構成する全てのセグメントコイルであっても良く、ステータコイルＳＣを構成する一部のセグメントコイルであっても良い。

前述の説明では、一対の直列コイル群を並列接続することで各相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗを構成しているが、これに限られることはない。例えば、３つ以上の直列コイル群を並列接続することで各相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗを構成しても良く、複数のセグメントコイルを直列接続することで各相コイルＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗを構成しても良い。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）
３６ 内周面
４０ セグメントコイル（セグメント導体）
４１ コイルサイド（第１直線部）
４２ コイルサイド（第２直線部）
４３ エンド部（連結部）
５１ 端面
６１ コイルサイド（第１直線部）
６２ コイルサイド（第２直線部）
６３ エンド部（連結部）
６４ 第１湾曲部
６５ クランク部
６６ 第２湾曲部
７０ 温度センサ
７１ コイルサイド（第１直線部）
ＳＣ ステータコイル（固定子巻線）
Ｓ１～Ｓ６ スロット（第１スロット）
Ｓ１３～Ｓ１８ スロット（第１スロット）
Ｓ２５～Ｓ３０ スロット（第１スロット）
Ｓ３７～Ｓ４２ スロット（第１スロット）
Ｓ７～Ｓ１２ スロット（第２スロット）
Ｓ１９～Ｓ２４ スロット（第２スロット）
Ｓ３１～Ｓ３６ スロット（第２スロット）
Ｓ４３～Ｓ４８ スロット（第２スロット）
Ｓ１００ 第１スロット群
Ｓ２００ 第２スロット群
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）

Claims (5)

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、
   前記スロットに収容される複数のセグメント導体からなる固定子巻線と、
   を有し、
   前記固定子コアの内周面から径方向外側に伸びる前記スロットとして、第１スロットと、前記第１スロットよりも浅い第２スロットと、を備え、
   前記セグメント導体は、前記第１スロットに収容される第１直線部と、前記第２スロットに収容される第２直線部と、前記固定子コアの端面から突出する前記第１直線部と前記第２直線部とを互いに連結する連結部と、を備える、
   ステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   複数の前記第１スロットからなる第１スロット群と、複数の前記第２スロットからなる第２スロット群とは、前記固定子コアの周方向に交互に配置される、
   ステータ。
3. 請求項１または２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前記第１直線部は、前記固定子コアの周方向に曲げられる第１湾曲部を介して前記連結部に連結され、
   前記固定子コアの端面から突出する前記第２直線部は、前記固定子コアの径方向に曲げられるクランク部および前記固定子コアの周方向に曲げられる第２湾曲部を介して前記連結部に連結される、
   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、
   前記第１スロットに収容される温度センサを有する、
   ステータ。
5. 請求項４に記載のステータにおいて、
   前記温度センサは、前記第１スロットに収容される複数の前記第１直線部よりも、前記固定子コアの径方向内側に配置される、
   ステータ。

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