JP2023160188A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】セグメント導体同士の干渉を回避しつつ、コイルエンド部の小型化を図ることができるステータを実現する。
【解決手段】第１相コイル１は、第１渡り部１５と、これよりも軸方向第２側Ｌ２に配置され、軸方向視でこれに重複する第２渡り部１６とを備える。第１渡り部１５は、第１周方向領域Ｅ１と第２周方向領域Ｅ２と接続領域Ｅ３とを備える。第１周方向領域Ｅ１は、第１区間Ｋ１と接続領域Ｅ３の側の第２区間Ｋ２との間に第１屈曲部１７が形成され、第２区間Ｋ２の延在角度は第１区間Ｋ１の延在角度に対して大きい。第２周方向領域Ｅ２は、第４区間Ｋ４と接続領域Ｅ３の側の第３区間Ｋ３との間に第２屈曲部１８が形成され、第３区間Ｋ３の延在角度は、第４区間Ｋ４の延在角度に対して大きい。
【選択図】図６

Description

本発明は、周方向に並ぶように配置された複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、このステータコアに巻装され、互いに異なる位相の交流電流が流れる３相のコイルを備えた回転電機用のステータに関する。

特開２０１８－８８７２９号公報には、断面が矩形状の平角線からなるセグメント導体（３０）を用いて形成された３相のコイル（ステータ巻き線（２０））を備えたステータ（１０）が開示されている（背景技術において括弧内に示す符号は当該文献のもの）。セグメント導体（３０）は、略Ｕ字状に形成され、Ｕ字の側方に対応する部分であって、ステータコア（１２）の軸方向沿って形成された溝状のスロット（１８）に収容される２つの収容部（スロット内導線部（３４，３５））と、Ｕ字の底部に対応する部分であって、２つの収容部を繋ぐ渡り部（コイルエンド部（３６））とを有する。セグメント導体（３０）は、渡り部がステータコア（１２）の軸方向一方側においてステータコア（１２）から突出した状態でステータコアに配置される。また、ステータコアの軸方向他方側には、Ｕ字の側方の端部に対応する部分であって、収容部から延在するリード部（３２，３３）がステータコア（１２）から突出する。このリード部（３２，３３）が他のセグメント導体（３０）のリード部（３２，３３）と溶接等に接合されることにより、コイル（ステータ巻き線（２０））が形成される。

セグメント導体（３０）は、コイル（ステータ巻き線（２０））が、ステータコア（１２）に対して複数周巻き回される状態となるように、ステータコア（１２）に巻装される。つまり、１つのスロット（１８）において径方向に複数のセグメント導体（３０）が配置される。それぞれのセグメント導体（３０）は、２つの収容部（スロット内導線部（３４，３５））の一方と他方との間に、複数のスロット（１８）を挟むように間隔を空けてスロット（１８）に配置される。このとき、一方の収容部と他方の収容部とは、径方向における配置位置が異なることがある。径方向における同じ位置を周方向に仮想的に結んだ線をレーンとすると、セグメント導体は、２つの収容部のそれぞれが配置されるレーンを渡り部において異ならせるレーンチェンジを行いつつステータコア（１２）に配置されていく。周方向に隣接して配置されるセグメント導体（３０）は、渡り部において一方のセグメント導体（３０）が他方のセグメント導体（３０）を乗り越える（他方側からみれば潜り抜ける）。

特開２０１８－８８７２９号公報

渡り部は、中央部がステータコア（１２）から離間する方向に膨らんだ山形に形成されている。回転電機を小型化するために、ステータコア（１２）も小型化しようとした場合、渡り部においてセグメント導体（３０）を曲げて山形を形成する際の曲げ半径も小さくする必要がある。しかし、上述したように、セグメント導体（３０）が平角線で形成される場合、曲げ半径を小さくするには限界がある。また、ステータコア（１２）を小型化するとスロット（１８）の周方向間隔も小さくなる。このため、渡り部において一方のセグメント導体（３０）が他方のセグメント導体（３０）を乗り越えたり、潜ったりする際に、セグメント導体（３０）が干渉するおそれがある。ステータコア（１２）の軸方向端面から渡り部の頂点までの高さがより高くなるようにセグメント導体（３０）を形成することで、このような干渉を抑制することは可能である。しかし、この場合には、ステータコア（１２）の軸方向から突出するコイルエンド部の軸方向の長さが長くなり、ステータの小型化が妨げられる。

上記背景に鑑みて、セグメント導体同士の干渉を回避しつつ、コイルエンド部の小型化を図ることができるステータを実現することが望まれる。

上記に鑑みたステータは、周方向に並ぶように配置された複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、前記ステータコアに巻装され、互いに異なる位相の交流電流が流れる３相のコイルと、を備えた回転電機用のステータであって、前記交流電流の位相を当該位相の進み順に第１相、第２相、第３相として、前記第１相の前記交流電流が流れる前記コイルを第１相コイルとし、前記第２相の前記交流電流が流れる前記コイルを第２相コイルとし、前記第３相の前記交流電流が流れる前記コイルを第３相コイルとし、前記ステータコアの軸心に沿う方向を軸方向とし、前記軸心に直交する方向を径方向とし、前記軸方向の一方側を軸方向第１側とし、前記軸方向の他方側を軸方向第２側とし、前記周方向の一方側を周方向第１側とし、前記周方向の他方側を周方向第２側として、前記第１相コイルは、第１の前記スロットである第１スロットに収容される第１収容部と、前記第１スロットに対して前記周方向第２側に隣接する前記スロットである第２スロットに収容される第２収容部と、前記第２スロットとの間に複数の前記スロットを挟んで前記周方向第２側に離間して配置された前記スロットである第３スロットに収容される第３収容部と、前記第３スロットに対して前記周方向第２側に隣接する前記スロットである第４スロットに収容される第４収容部と、前記第１収容部と前記第４収容部とを前記ステータコアに対して前記軸方向第１側で接続する第１渡り部と、前記第２収容部と前記第３収容部とを前記ステータコアに対して前記軸方向第１側で接続する第２渡り部と、を備え、前記第２渡り部は、前記第１渡り部よりも前記軸方向第２側に位置すると共に、前記軸方向に沿う軸方向視で前記第１渡り部と重複するように配置され、前記第２相コイルにおける前記ステータコアに対して前記軸方向第１側に突出した部分を第２相コイル渡り部とし、前記第３相コイルにおける前記ステータコアに対して前記軸方向第１側に突出した部分を第３相コイル渡り部として、前記第１渡り部は、前記周方向第１側の領域である第１周方向領域と、前記第１周方向領域に対して前記周方向第２側の領域である第２周方向領域と、前記第１周方向領域と前記第２周方向領域とを接続する領域であって前記径方向に屈曲形成された径方向屈曲部を含む接続領域と、を備え、前記第１周方向領域は、前記第３相コイル渡り部に対して前記軸方向第２側であって前記軸方向視で当該第３相コイル渡り部と重複する第１区間と、前記第２相コイル渡り部に対して前記軸方向第１側であって前記軸方向視で当該第２相コイル渡り部と重複する第２区間と、を備え、前記第２周方向領域は、前記第３相コイル渡り部に対して前記軸方向第１側であって前記軸方向視で当該第３相コイル渡り部と重複する第３区間と、前記第２相コイル渡り部に対して前記軸方向第２側であって前記軸方向視で当該第２相コイル渡り部と重複する第４区間と、を備え、前記第１周方向領域は、前記周方向第２側へ向かうに従って前記軸方向第１側へ向かうように全体として傾斜し、前記第２周方向領域は、前記周方向第２側へ向かうに従って前記軸方向第２側へ向かうように全体として傾斜し、前記周方向に対して、前記第１渡り部の延在方向がなす角度を延在角度として、前記第１区間と前記第２区間との間に、前記延在角度が変化する第１屈曲部が形成され、前記第２区間は、前記第１区間に対して前記延在角度が大きく前記第３区間と前記第４区間との間に、前記延在角度が変化する第２屈曲部が形成され、前記第３区間は、前記第４区間に対して前記延在角度が大きい。

本構成によれば、第２渡り部を、第１渡り部よりも軸方向第２側であって軸方向視で第１渡り部と重複する位置に配置したことにより、第１渡り部と第２渡り部とが径方向に並ばず、コイルエンド部の径方向寸法を小型化し易い。また、本構成によれば、第２区間の傾斜角度を第１区間の傾斜角度よりも大きくしたことにより、第１区間と当該第１区間に対して軸方向第１側に配置される第３相コイル渡り部との干渉、第２区間と当該第２区間に対して軸方向第２側に配置される第２相コイル渡り部との干渉、第３区間と当該第３区間に対して軸方向第２側に配置される第３相コイル渡り部との干渉、及び、第４区間と当該第４区間に対して軸方向第１側に配置される第２相コイル渡り部との干渉を回避しつつ、限られた周方向のスペースに第１渡り部及び第２渡り部を配置することができる。さらに、第１区間、第４区間の傾斜を小さくしていることにより、第１区間においては、周方向第２側へ向かうに従って軸方向第１側へ向かう軸方向の長さを短く抑え易く、第４区間においては、周方向第１側へ向かうに従って軸方向第１側へ向かう軸方向の長さを短く抑え易い。即ち、渡り部の全体として、軸方向第１側へ向かう長さ、換言すればコイルの軸方向の高さを低く抑えることができる。従って、コイルエンド部の軸方向寸法を小型化し易い。このように、本構成によれば、セグメント導体同士の干渉を回避しつつ、コイルエンド部の小型化を図ることができるステータを実現することができる。

回転電機のステータのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する例示的且つ非限定的な実施形態についての以下の記載から明確となる。

ステータの外観を示す斜視図 コイルに対する電気的接続の一例を示す模式的回路ブロック図 セグメント導体の基本構成を模式的に示す図 軸方向第１側から見たステータの平面図 最内周側のセグメント導体を外した状態で径方向内側から見たステータの拡大斜視図 径方向内側から見たセグメント導体の配置例を示す周方向平面拡大展開図 セグメント導体における延在角度を示す説明図 軸方向第１側から見たセグメント導体の配置例を示す拡大平面図 比較例のセグメント導体の配置例を示す部分斜視図 軸方向第１側から見た比較例のセグメント導体の配置例を示す部分平面図

以下、回転電機のステータの実施形態を図面に基づいて説明する。図１の斜視図は、ステータコア８０にコイル８４（ステータコイル）が巻装されたステータ８を示している。以下の説明では、「軸方向Ｌ」、「径方向Ｒ」、及び「周方向Ｃ」は、コイル８４が巻装されるステータコア８０の軸心Ｘを基準として定義している。また、図１に示すように、軸方向Ｌの一方側を軸方向第１側Ｌ１とし、軸方向Ｌの他方側（軸方向第１側Ｌ１とは反対側）を軸方向第２側Ｌ２とする。また、周方向Ｃの一方側を周方向第１側Ｃ１とし、周方向Ｃの他方側（周方向第１側Ｃ１とは反対側）を周方向第２側Ｃ２とする。尚、以下の説明において、コイル８４、及びコイル８４を形成するセグメント導体４についての各方向は、コイル８４がステータコア８０に巻装された状態での方向である。

図２に示すように、回転電機（ステータ８）に交流電力を供給する交流電源として、インバータＩＮＶが備えられている。インバータＩＮＶは、直流電源９１とコイル８４との間に接続され、直流電力と複数相（ここでは３相）の交流電力との間で電力を変換する。インバータＩＮＶは、複数のスイッチング素子を有して構成されている。回転電機は、電動機及び発電機の双方として機能することができ、発電機として機能する場合には、発電された交流電力がインバータＩＮＶによって直流電力に変換され、直流電源９１に供給される。直流電源９１は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されている。回転電機が、車両の駆動力源の場合、直流電源９１は、大電圧大容量の電源であり、定格の電源電圧は、例えば２００～４００［Ｖ］である。インバータＩＮＶの直流側には、インバータＩＮＶの直流側の電圧（直流リンク電圧）を平滑する直流リンクコンデンサ９２（平滑コンデンサ）が備えられている。直流リンクコンデンサ９２は、回転電機の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧（直流リンク電圧）を安定化させる。

図２に示すように、本実施形態では、コイル８４は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相が中性点で接続されたＹ字結線型である。詳細は後述するが、３相各相のコイル（ここでは、第１相コイル１、第２相コイル２、第３相コイル３）は、中性点バスバー８８によって互いに電気的に接続されている。また、３相の各相のコイルは、それぞれインバータＩＮＶの３相の交流出力と、動力線バスバー８７によって電気的に接続されている。尚、第１相コイル１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れであってもよく、第２相コイル２、第３相コイル３についても同様に、第１相コイル１に応じて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れにも対応する。

図１に示すように、コイル８４は、軸方向Ｌに延びるスロットＳ及びティースＴが周方向Ｃに複数形成されているステータコア８０に巻装される。ステータコア８０は、軸方向Ｌ視で円環状に形成されるヨークＹと、ヨークＹから径方向内側Ｒ１（本実施形態では不図示のロータが配置される側）に延びる複数のティースＴとを備えている。そして、周方向Ｃに隣接する２つのティースＴの間に、径方向外側Ｒ２に底部を有する溝状のスロットＳが形成されている。本実施形態では、スロットＳはセミオープンスロットであり、スロットＳの径方向内側Ｒ１の開口部は、スロットＳにおけるコイル８４が配置される領域よりも、周方向Ｃの幅が小さく形成されている。ここでは、スロットＳの開口部の周方向Ｃの幅は、後述する長辺長さＷ１よりも小さく形成されている。ステータコア８０は、磁性材料を用いて形成される。例えば、ステータコア８０は、複数枚の磁性体板（例えば、ケイ素鋼板等の電磁鋼板）を積層して形成される。或いは、ステータコア８０は、磁性材料の粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素として形成される。

コイル８４は、スロットＳ内にそれぞれ配置される複数本の収容部（後述する第１端部側収容部４１、第２端部側収容部４２、特定収容部６３）を備えている。本実施形態では、収容部は、軸方向Ｌに平行に延びるようにスロットＳ内に配置されている。コイル８４は、１本の収容部の径方向Ｒの配置領域を１層として、図１及び図４等に示すように、１つのスロットＳの内部に、複数本の収容部が層に分かれて配置される。本実施形態では、コイル８４は６層巻構造を有しており、１つのスロットＳの内部には、複数本の収容部が６つの層に分かれ、一列に並んで径方向Ｒに沿って配置される。よって、本実施形態では、１つのスロットＳの内部には、最大で６本の収容部が径方向Ｒに並べて配置される。

コイル８４は、図３に示すようなセグメント導体４を複数本接合して構成される。セグメント導体４のそれぞれは、当該セグメント導体４の延在方向の両側の端部にリード部（第１のリード部４３、第２のリード部４４）を有している。コイル８４は、複数のセグメント導体４のリード部同士を順次接合することにより形成される。

セグメント導体４のそれぞれは、１本の連続する線状導体を用いて構成される。ここで、「連続」とは、継ぎ目なく延在方向に一体に形成されていることを意味する。線状導体は、銅やアルミニウム等の導電性を有する材料により構成される。線状導体の表面は、異なる部材間の電気的接続箇所を除いて、樹脂等の電気的絶縁性を有する材料（例えばポリアミドイミド等により構成されたエナメル樹脂）からなる絶縁皮膜により被覆されている。

図３に示すように、本実施形態では、セグメント導体４を構成する線状導体として、延在方向に直交する断面の形状が矩形状（本実施形態では長方形状）の線状導体（平角線）を用いている。本実施形態では、セグメント導体４の断面形状は、長辺長さＷ１、短辺長さＷ２の長方形状である。尚、断面の形状が、正方形状であることを妨げるものではなく、また、角部が円弧状に面取り（Ｒ面取り）又は直線状に面取り（Ｃ面取り）された矩形、内角の大きさと９０度との差の絶対値が予め定められた角度（例えば、５度や１０度等）未満であるものも含む。

セグメント導体４には、上述したように互いに連続的に接合されてコイル８４の中核となる複数のコイル本体部８３を形成する一般セグメント導体５と、コイル本体部８３のそれぞれの端部に接合される特定セグメント導体６とが含まれる。本実施形態では、特定セグメント導体６は、インバータＩＮＶからの交流電力を供給する動力線バスバー８７とコイル本体部８３とをそれぞれ接続したり、コイル８４の中性点を形成する中性点バスバー８８と複数のコイル本体部８３のそれぞれの中性点とを接続したりするセグメント導体４である。

図３は、セグメント導体４の代表として一般セグメント導体５を模式的に示している。一般セグメント導体５は、略Ｕ字状の形状を有している。図３に示すように、断面が長方形状の平角線の長辺側側面の側が略Ｕ字形状の正面側であり、平角線の短辺側側面の側が側面である。一般セグメント導体５は、後述する径方向Ｒへの屈曲部４９（径方向屈曲部１９など（図４から図８等参照））を除き、短辺の側を曲げるエッジワイズ曲げによってＵ字形状が形成されている。

セグメント導体４のそれぞれは、当該セグメント導体４の延在方向の両側の端部にそれぞれ第１のリード部４３及び第２のリード部４４を有している。略Ｕ字形状の内、第１のリード部４３の側において直線的に延びる部分には、第１のリード部４３及び第１端部側収容部４１が連続して直線的に形成され、第２のリード部４４の側において直線的に延びる部分には、第２のリード部４４及び第２端部側収容部４２が連続して直線的に形成されている。略Ｕ字形状の底部には、第１端部側収容部４１と第２端部側収容部４２とを結ぶように、渡り部４０が形成されている。上述した屈曲部４９は、渡り部４０の中央部に形成されている。この屈曲部４９は、長辺の側を曲げるフラットワイズ曲げによって形成されている。

第１端部側収容部４１及び第２端部側収容部４２は、ステータコア８０のスロットＳに収容される部分である。また、第１端部側収容部４１と第２端部側収容部４２との周方向Ｃにおける間隔は、周方向Ｃに隣接するスロットＳの間隔のＮ倍（Ｎは自然数）である。本実施形態では、Ｎ＝６又はＮ＝４である（図６等参照）。尚、上述したように、セグメント導体４は、１本の収容部（第１端部側収容部４１、第２端部側収容部４２等）の径方向Ｒの配置領域を１層として、１つのスロットＳの内部に、複数本の収容部が６層に分かれて配置されている。つまり、１つのスロットＳの内部には、複数本の収容部が一列に並んで径方向Ｒに沿って配置される。従って、径方向内側Ｒ１と径方向外側Ｒ２とでは、周方向Ｃの間隔が異なる。このため、径方向外側Ｒ２に配置されるセグメント導体４の第１端部側収容部４１と第２端部側収容部４２との周方向Ｃにおける間隔は、径方向内側Ｒ１に配置されるセグメント導体４の第１端部側収容部４１と第２端部側収容部４２との周方向Ｃにおける間隔に比べて広い。

セグメント導体４は、ステータコア８０に対して軸方向第１側Ｌ１から軸方向第２側Ｌ２に向かって、第１のリード部４３及び第２のリード部４４の側からスロットＳに軸方向Ｌに沿って挿入される。渡り部４０は、セグメント導体４の第１端部側収容部４１及び第２端部側収容部４２がスロットＳ内に収容された状態で、ステータコア８０の軸方向第１側Ｌ１に突き出す部分である。また、第１のリード部４３及び第２のリード部４４は、セグメント導体４の第１端部側収容部４１及び第２端部側収容部４２がスロットＳ内に収容された状態で、ステータコア８０の軸方向第２側Ｌ２に突き出す部分である。突き出した第１のリード部４３及び第２のリード部４４は、図３に二点鎖線で示すように周方向Ｃに折り曲げられ、他のセグメント導体４のリード部と溶接等によって接合される。渡り部４０に対して、これら第１のリード部４３及び第２のリード部４４は、接合部４５に相当する。

このように、ステータコア８０の軸方向第１側Ｌ１及び軸方向第２側Ｌ２には、コイル８４が突き出した部分、いわゆるコイルエンド部が形成される。両者を区別する場合、軸方向第１側Ｌ１において渡り部４０によって形成されたコイルエンド部を第１コイルエンド部８５と称し、軸方向第２側Ｌ２において接合部４５によって形成されたコイルエンド部を第２コイルエンド部８６と称する。ステータコア８０の軸方向第１側端面８１から軸方向第１側Ｌ１に渡り部４０が最も突出した部分までの長さが、第１コイルエンド部８５の軸方向Ｌの長さに相当する。また、ステータコア８０の軸方向第２側端面８２から軸方向第２側Ｌ２に接合部４５が最も突出した部分までの長さが、第２コイルエンド部８６の軸方向Ｌの長さに相当する。

コイル８４には、コイル本体部８３を形成する一般セグメント導体５の他、コイル本体部８３と電源（この場合、交流電力を供給するインバータＩＮＶ）とを接続する動力線バスバー８７や、コイル本体部８３における異なる相同士を接続する中性点バスバー８８に電気的に接続される特定セグメント導体６も含まれる。図１に示すように、特定セグメント導体６は、ステータコア８０のスロットＳに収容される特定収容部６３と、ステータコア８０に対して軸方向に延在する軸方向延在部６４と、一般セグメント導体５の渡り部４０よりも軸方向第１側Ｌ１であって軸方向延在部６４よりも径方向外側Ｒ２において径方向Ｒに延在する径方向延在部６５を有する。

また、複数の特定セグメント導体６には、交流電源（ここではインバータＩＮＶ）に接続される複数の動力線用導体６１と、複数のコイル本体部８３の中性点同士を接続するための複数の中性点用導体６２とが含まれる。複数の動力線用導体６１の径方向延在部６５は、複数の中性点用導体６２の径方向延在部６５よりも軸方向第１側Ｌ１に配置されている。

それぞれのセグメント導体４（一般セグメント導体５）は、上述したように、２つの収容部（第１端部側収容部４１及び第２端部側収容部４２）の間に、複数のスロットＳを挟むように間隔を空けてスロットＳに配置される。このとき、第１端部側収容部４１と第２端部側収容部４２とは、径方向Ｒにおける配置位置が異なることがある。つまり、第１端部側収容部４１と第２端部側収容部４２とは、異なる層に配置される場合がある（図４参照）。径方向Ｒにおける同じ位置を周方向Ｃに仮想的に結んで形成される層をコイル８４が周方向Ｃに延伸するレーンとすると、セグメント導体４は、２つの収容部のそれぞれが配置されるレーンを渡り部４０において異ならせるレーンチェンジを行いつつ、ステータコア８０に配置されていく（図４、図５等参照）。このため、周方向Ｃに隣接して配置されるセグメント導体４は、図５等に示すように、渡り部４０において一方のセグメント導体４が他方のセグメント導体４を乗り越えたり、潜り抜けたりする。

渡り部４０は、中央部がステータコア８０から離間する方向に膨らんだ山形に形成されている。回転電機を小型化する場合、ステータコア８０も小型化が必要であり、渡り部４０においてセグメント導体４を曲げて山形を形成する際の曲げ半径を小さくしようとすることがある。しかし、上述したように、セグメント導体４が平角線で形成され、エッジワイズ曲げによってＵ字形状が形成される場合、例えば、導体の曲げ応力との関係による強度の問題や、絶縁皮膜への影響を考慮した絶縁性の確保の問題から、曲げ半径を小さくするには限界がある。

また、ステータコア８０を小型化するとスロットＳの周方向Ｃの間隔も小さくなる。このため、渡り部４０において一方のセグメント導体４が他方のセグメント導体４を乗り越えたり、潜ったりする際に、図９及び図１０の比較例に示すように、セグメント導体４同士が干渉領域Ｆにおいて干渉するおそれがある。例えば、ステータコア８０の軸方向端面（ここでは軸方向第１側端面８１）から渡り部４０の頂点までの高さがより高くなるようにセグメント導体４を形成し、潜り抜け易くすることで、このような干渉を抑制することは可能である。しかし、この場合には、ステータコア８０の軸方向Ｌに突出するコイルエンド部（ここでは第１コイルエンド部８５）の軸方向Ｌの長さが長くなり、ステータ８の小型化が妨げられる。

そこで、本実施形態では、セグメント導体４（一般セグメント導体５）の形状を工夫することにより、セグメント導体４同士の干渉を回避しつつ、コイルエンド部（第１コイルエンド部８５）の小型化を図ることができるステータ８を実現している。

上述したように、本実施形態のステータ８は、周方向Ｃに並ぶように配置された複数のスロットＳを有する円筒状のステータコア８０と、ステータコア８０に巻装され、互いに異なる位相の交流電流が流れる３相のコイル８４とを備えている。ここで、交流電流の位相を当該位相の進み順に第１相、第２相、第３相（例えば、「Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相」、「Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相」、「Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相」）として、第１相の交流電流が流れるコイル８４を第１相コイル１とし、第２相の交流電流が流れるコイル８４を第２相コイル２とし、第３相の交流電流が流れるコイル８４を第３相コイル３とする。

詳細は後述するが、図６に示すように、第１相コイル１は、第１スロットＳ１に収容される第１収容部１１と、第１スロットＳ１に対して周方向第２側Ｃ２に隣接するスロットＳである第２スロットＳ２に収容される第２収容部１２と、第２スロットＳ２との間に複数のスロットＳを挟んで周方向第２側Ｃ２に離間して配置されたスロットＳである第３スロットＳ３に収容される第３収容部１３と、第３スロットＳ３に対して周方向第２側Ｃ２に隣接するスロットＳである第４スロットＳ４に収容される第４収容部１４と、第１収容部１１と第４収容部１４とをステータコア８０に対して軸方向第１側Ｌ１で接続する第１渡り部１５と、第２収容部１２と第３収容部１３とをステータコア８０に対して軸方向第１側Ｌ１で接続する第２渡り部１６とを備えている。コイル８４の巻き方はこれに限定されないが、図６に示す例では、コイル８４は短節巻で巻装されている。ここでは、第３スロットＳ３が、第２スロットＳ２との間に３つのスロットＳを挟んで配置されている。そして、第１渡り部１５は、６スロットピッチ離れて配置された第１収容部１１と第４収容部１４とを接続し、第２渡り部１６は、４スロットピッチ離れて配置された第２収容部１２と第３収容部１３とを接続している。

尚、第１渡り部１５と第２渡り部１６とを総称する場合、第１相コイル渡り部１０と称する。第１相コイル１は、第１の第１相コイル１ａと第２の第１相コイル１ｂとを備えており、第１渡り部１５は、第１の第１相コイル１ａの第１相コイル渡り部１０であり、第２渡り部１６は、第２の第１相コイル１ｂの第１相コイル渡り部１０である。第２渡り部１６は、第１渡り部１５よりも軸方向第２側Ｌ２に位置すると共に、軸方向視で第１渡り部１５と重複するように配置されている。本実施形態では、第２渡り部１６の全体が第１渡り部１５と軸方向視で重複する形態を例示している。しかし、第２渡り部１６の一部のみが第１渡り部１５と軸方向視で重複する形態であってもよい。

このように、第２渡り部１６が、第１渡り部１５よりも軸方向第２側Ｌ２であって軸方向視で第１渡り部１５と重複する位置に配置されていることにより、第１渡り部１５と第２渡り部１６とが径方向Ｒに並ばず、第１コイルエンド部８５の径方向寸法を小型化し易い。

また、第２相コイル２におけるステータコア８０に対して軸方向第１側Ｌ１に突出した部分を第２相コイル渡り部２０とし、第３相コイル３におけるステータコア８０に対して軸方向第１側Ｌ１に突出した部分を第３相コイル渡り部３０とする。第１相コイル１と同様に、第２相コイル２も第１の第２相コイル２ａと第２の第２相コイル２ｂとを備えており、第３相コイル３も第１の第３相コイル３ａと第２の第３相コイル３ｂとを備えている。そして、第１の第２相コイル２ａ及び第２の第２相コイル２ｂのそれぞれが第２相コイル渡り部２０を備え、第１の第３相コイル３ａ及び第２の第３相コイル３ｂのそれぞれが第３相コイル渡り部３０を備えている。

第１渡り部１５は、周方向第１側Ｃ１の領域である第１周方向領域Ｅ１と、第１周方向領域Ｅ１に対して周方向第２側Ｃ２の領域である第２周方向領域Ｅ２と、第１周方向領域Ｅ１と第２周方向領域Ｅ２とを接続する領域であって径方向Ｒに屈曲形成された径方向屈曲部１９を含む接続領域Ｅ３とを備えている。

第１周方向領域Ｅ１は、第３相コイル渡り部３０に対して軸方向第２側Ｌ２であって軸方向視で当該第３相コイル渡り部３０と重複する第１区間Ｋ１と、第２相コイル渡り部２０に対して軸方向第１側Ｌ１であって軸方向視で当該第２相コイル渡り部２０と重複する第２区間Ｋ２とを備えている。尚、第１渡り部１５が第２相コイル渡り部２０に対して軸方向第１側Ｌ１であって軸方向視で当該第２相コイル渡り部２０と重複する区間（Ｋ２０）は、接続領域Ｅ３にも存在している。第２区間Ｋ２は、この区間（Ｋ２０）の一部として設定されている。

また、第２周方向領域Ｅ２は、第３相コイル渡り部３０に対して軸方向第１側Ｌ１であって軸方向視で当該第３相コイル渡り部３０と重複する第３区間Ｋ３と、第２相コイル渡り部２０に対して軸方向第２側Ｌ２であって軸方向視で当該第２相コイル渡り部２０と重複する第４区間Ｋ４とを備える。尚、第１渡り部１５が第３相コイル渡り部３０に対して軸方向第１側Ｌ１であって軸方向視で当該第３相コイル渡り部３０と重複する区間（Ｋ３０）は、接続領域Ｅ３にも存在している。第３区間Ｋ３は、この区間（Ｋ３０）の一部として設定されている。

第１周方向領域Ｅ１は、周方向第２側Ｃ２へ向かうに従って軸方向第１側Ｌ１へ向かうように全体として傾斜し、第２周方向領域Ｅ２は、周方向第２側Ｃ２へ向かうに従って軸方向第２側Ｌ２へ向かうように全体として傾斜している。ここで、周方向Ｃに対して、第１渡り部１５の延在方向がなす角度を延在角度とする。

図６に示すように、第１区間Ｋ１と第２区間Ｋ２との間には、第１渡り部１５の延在角度が変化する第１屈曲部１７が形成されている。第１屈曲部１７は、セグメント導体４の短辺側を軸方向Ｌに曲げるエッジワイズ曲げにより形成されている。第２区間Ｋ２は、第１区間Ｋ１に対して延在角度が大きい。つまり、図７に示すように、第１屈曲部１７よりも周方向第２側Ｃ２における第１渡り部１５の延在角度（第２区間Ｋ２における延在角度）である第２延在角度θ２は、第１屈曲部１７よりも周方向第１側Ｃ１における第１渡り部１５の延在角度（第１区間Ｋ１における延在角度）である第１延在角度θ１よりも大きい。

また、図６に示すように、第３区間Ｋ３と第４区間Ｋ４との間には、第１渡り部１５の延在角度が変化する第２屈曲部１８が形成されている。第２屈曲部１８は、セグメント導体４の短辺側を軸方向Ｌに曲げるエッジワイズ曲げにより形成されている。第３区間Ｋ３は、第４区間Ｋ４に対して延在角度が大きい。つまり、図７に示すように、第２屈曲部１８よりも周方向第１側Ｃ１における第１渡り部１５の延在角度（第３区間Ｋ３における延在角度）である第３延在角度θ３は、第２屈曲部１８よりも周方向第２側Ｃ２における第１渡り部１５の延在角度（第４区間Ｋ４における延在角度）である第４延在角度θ４よりも大きい。

尚、本実施形態では、第１渡り部１５の形状は、径方向視で対称であり、第１延在角度θ１と第４延在角度θ４とは同じ角度（θ１０）であり、第２延在角度θ２と第３延在角度θ３とは同じ角度（θ２０）である。即ち、第１屈曲部１７及び第２屈曲部１８に対して軸方向第１側Ｌ１における第１渡り部１５の延在角度である軸方向第１側延在角度θ２０は、第１屈曲部１７及び第２屈曲部１８に対して軸方向第２側Ｌ２における第１渡り部１５の延在角度である軸方向第２側延在角度θ１０よりも大きい。

尚、第１渡り部１５の形状は、必ずしも径方向視で対称である必要はない。即ち、延在角度については、「θ２＞θ１」、「θ３＞θ４」の関係が満足できていればよく、第１延在角度θ１と第４延在角度θ４とが同じ角度（軸方向第２側延在角度θ１０）でなくてもよい。同様に、第２延在角度θ２と第３延在角度θ３とが同じ角度（軸方向第１側延在角度θ２０）でなくてもよい。

第２区間Ｋ２の傾斜角度（延在角度）である第２延在角度θ２を第１区間Ｋ１の傾斜角度である第１延在角度θ１よりも大きくしたことにより、第１区間Ｋ１の軸方向Ｌにおける位置が、軸方向第２側Ｌ２に引退する。その結果、第１区間Ｋ１に対して軸方向第１側Ｌ１に配置される第３相コイル渡り部３０と、第１区間Ｋ１（第１渡り部１５）との間に空間を確保し易くなり、第１区間Ｋ１と当該第１区間Ｋ１に対して軸方向第１側Ｌ１に配置される第３相コイル渡り部３０との干渉を回避し易くなる。

また、第２区間Ｋ２の傾斜角度（延在角度）である第２延在角度θ２を第１区間Ｋ１の傾斜角度である第１延在角度θ１よりも大きくしたことにより、第２区間Ｋ２の軸方向Ｌにおける位置が、軸方向第１側Ｌ１に移動するため、第２区間Ｋ２よりも軸方向第２側Ｌ２に配置される第２渡り部１６も軸方向第１側Ｌ１に移動させることができる。その結果、第２区間Ｋ２及び第２区間Ｋ２と軸方向視で重複する第２渡り部１６の領域（区間）に対して軸方向第２側Ｌ２に配置される第２相コイル渡り部２０と、第２区間Ｋ２及び第２区間Ｋ２と軸方向視で重複する第２渡り部１６の領域（区間）との間の空間を確保し易くなる。従って、第２区間Ｋ２と当該第２区間Ｋ２に対して軸方向第２側Ｌ２に配置される第２相コイル渡り部２０との干渉を回避し易くなる。

また、第３区間Ｋ３の傾斜角度（延在角度）である第３延在角度θ３を第４区間Ｋ４の傾斜角度である第４延在角度θ４よりも大きくしたことにより、第３区間Ｋ３の軸方向Ｌにおける位置が、軸方向第１側Ｌ１に移動するため、第３区間Ｋ３よりも軸方向第２側Ｌ２に配置される第２渡り部１６も軸方向第１側Ｌ１に移動させることができる。その結果、第３区間Ｋ３及び第３区間Ｋ３と軸方向視で重複する第２渡り部１６の領域（区間）に対して軸方向第２側Ｌ２に配置される第３相コイル渡り部３０と、第３区間Ｋ３及び第３区間Ｋ３と軸方向視で重複する第２渡り部１６の領域（区間）との間の空間を確保し易くなる。従って、第３区間Ｋ３と当該第３区間Ｋ３に対して軸方向第２側Ｌ２に配置される第３相コイル渡り部３０との干渉を回避し易くなる。

また、第３区間Ｋ３の傾斜角度（延在角度）である第３延在角度θ３を第４区間Ｋ４の傾斜角度である第４延在角度θ４よりも大きくしたことにより、第４区間Ｋ４の軸方向Ｌにおける位置が、軸方向第２側Ｌ２に引退する。その結果、第４区間Ｋ４に対して軸方向第１側Ｌ１に配置される第２相コイル渡り部２０と、第４区間Ｋ４（第１渡り部１５）との間に空間を確保し易くなり、第４区間Ｋ４と当該第４区間Ｋ４に対して軸方向第１側Ｌ１に配置される第２相コイル渡り部２０との干渉を回避し易くなる。

即ち、本実施形態によれば、第１相コイル１と第２相コイル２との干渉、第１相コイル１と第３相コイル３との干渉を回避しつつ、限られた周方向Ｃのスペースに第１渡り部１５及び第２渡り部１６を配置することができる。

尚、図９に例示する比較例においては、渡り部４０における傾斜角度（延在角度）が一定で変化していない。軸方向第２側延在角度θ１０（第１延在角度θ１、第４延在角度θ４）は、図９に例示する比較例における渡り部４０の延在角度（θ９）よりも小さく、軸方向第１側延在角度θ２０（第２延在角度θ２、第３延在角度θ３）は、比較例における渡り部４０の延在角度（θ９）よりも大きい。従って、比較例では、上述したように、渡り部４０が、他の渡り部４０を乗り越える場合も、潜り抜ける場合も、十分な空間を確保できずに、干渉領域Ｆにおいて渡り部４０同士が干渉する場合がある。しかし、本実施形態では、比較例に対して、２本のセグメント導体４が交差する際に、セグメント導体４同士の干渉を回避しつつ、渡り部４０の軸方向Ｌの長さを抑制することができる。

さらに、第１区間Ｋ１、第４区間Ｋ４の傾斜角度を小さくしていることにより、第１区間Ｋ１においては、周方向第２側Ｃ２に向かうに従って軸方向第１側Ｌ１に向かう軸方向Ｌの長さを短く抑え易く、第４区間Ｋ４においては、周方向第１側Ｃ１に向かうに従って軸方向第１側Ｌ１へ向かう軸方向Ｌの長さを短く抑え易い。即ち、渡り部４０の全体として、軸方向第１側Ｌ１へ向かう長さ、換言すればコイル８４の軸方向Ｌの高さを低く抑えることができる。従って、第１コイルエンド部８５の軸方向Ｌの寸法を小型化し易い。

尚、上記においては、第１区間Ｋ１、第２区間Ｋ２、第３区間Ｋ３、第４区間Ｋ４等について、一部が軸方向視で重複する形態を例示した。しかし、これらの区間の定義における重複は、一部重複に限らず、全てが重複する場合も含む。

また、図６（区間は示していないが立体視では図５参照）に示すように、第１区間Ｋ１は、第２相コイル渡り部２０に対して径方向内側Ｒ１であって径方向視で当該第２相コイル渡り部２０と重複するように配置されている。また、第２区間Ｋ２は、第３相コイル渡り部３０に対して径方向内側Ｒ１であって径方向視で当該第３相コイル渡り部３０と重複するように配置されている。また、第３区間Ｋ３は、第２相コイル渡り部２０に対して径方向外側Ｒ２であって径方向視で当該第２相コイル渡り部２０と重複するように配置されている。また、第４区間Ｋ４は、第３相コイル渡り部３０に対して径方向外側Ｒ２であって径方向視で当該第３相コイル渡り部３０と重複するように配置されている。尚、ここでは、第１相コイル１と同じ層（ここでは、径方向Ｒに隣接する２つの層）に配置される第２相コイル２及び第３相コイル３に着目している。

このように、本実施形態によれば、第１相コイル１の第１渡り部１５及び第２渡り部１６と、第２相コイル渡り部２０と、第３相コイル渡り部３０とをそれぞれ限られたスペースに適切に配置することができる。従って、ステータ８の第１コイルエンド部８５の小型化を図り易い。

また、図６に示すように、接続領域Ｅ３は、全体として周方向Ｃに沿うように配置されており、径方向屈曲部１９は、径方向視で第２相コイル渡り部２０及び第３相コイル渡り部３０の双方と重複しない位置に配置されている。

このように構成されていることで、径方向屈曲部１９が径方向視で第２相コイル渡り部２０及び第３相コイル渡り部３０の少なくとも一方と重複して配置される場合に比べて、第１コイルエンド部８５の径方向Ｒの寸法の小型化を図り易い。また、本実施形態では、接続領域Ｅ３に形成される径方向屈曲部１９は径方向Ｒのみの曲げによって形成されており、セグメント導体４は軸方向Ｌへは曲げられていない。即ち、接続領域Ｅ３においてセグメント導体４の曲げ方向が複合しないように（エッジワイズ曲げとフラットワイズ曲げとを複合しないように）屈曲部を形成することができるので、セグメント導体４の表面に施されている絶縁被膜への機械的負荷が大きくなりにくく、絶縁性を確保し易い。

上述したように、コイル８４を構成する導体は、断面が矩形状であって表面に絶縁被膜が形成されている被覆導体線である。平角線は、丸線に比べて占積率を高くし易く、その分、ステータ８を小型化し易い。また、絶縁被膜を有することによって、絶縁性を確保しながら高い占積率でステータコア８０にコイル８４を巻装し易い。また、平角線は、形成された形状の維持が容易であるため、例えば、第１相コイル１の第１渡り部１５及び第２渡り部１６と、第２相コイル渡り部２０と、第３相コイル渡り部３０とを、定められた形状に形成し易く、これらを限られたスペースに整列させて適切に配置し易い。

また、上述したように、コイル８４を構成する導体は、第１渡り部１５及び第２渡り部１６において、断面の軸方向Ｌの寸法（長辺長さＷ１）が径方向Ｒの寸法（短辺長さＷ２）よりも大きい長方形状である。従って、第１屈曲部１７及び第２屈曲部１８は、軸方向Ｌに屈曲された軸方向屈曲部である。

第１屈曲部１７及び第２屈曲部１８が、径方向Ｒに屈曲していないことより、径方向にステータのコイルエンド部が大きくなることが抑制される。また、第１屈曲部及び第２屈曲部が軸方向に屈曲することにより、第１渡り部の軸方向長さが短くなる。従って、ステータのコイルエンド部の小型化を図り易い。

尚、上記においては、第１相コイル１を代表して、第２相コイル２及び第３相コイル３との関係より、セグメント導体４（一般セグメント導体５）を用いて構成されるコイル８４、並びに当該コイル８４を備えたステータ８について説明した。第１相コイル１、第２相コイル２、第３相コイル３の構造は同様であり、第２相コイル２、第３相コイル３についても、第１相コイル１を代表して上述した形態と同様である。

１：第１相コイル、２：第２相コイル、３：第３相コイル、８：ステータ、１１：第１収容部、１２：第２収容部、１３：第３収容部、１４：第４収容部、１５：第１渡り部、１６：第２渡り部、１７：第１屈曲部、１８：第２屈曲部、１９：径方向屈曲部、２０：第２相コイル渡り部、３０：第３相コイル渡り部、４０：渡り部、４９：屈曲部、８０：ステータコア、８４：コイル、Ｃ：周方向、Ｃ１：周方向第１側、Ｃ２：周方向第２側、Ｅ１：第１周方向領域、Ｅ２：第２周方向領域、Ｅ３：接続領域、Ｋ１：第１区間、Ｋ２：第２区間、Ｋ３：第３区間、Ｋ４：第４区間、Ｌ：軸方向、Ｌ１：軸方向第１側、Ｌ２：軸方向第２側、Ｒ：径方向、Ｒ１：径方向内側（径方向の内側）、Ｒ２：径方向外側（径方向の外側）、Ｓ：スロット、Ｓ１：第１スロット、Ｓ２：第２スロット、Ｓ３：第３スロット、Ｓ４：第４スロット、Ｘ：軸心、θ１：第１延在角度（第１区間の延在角度）、θ２：第２延在角度（第２区間の延在角度）、θ３：第３延在角度（第３区間の延在角度）、θ４：第４延在角度（第４区間の延在角度）

Claims (5)

1. 周方向に並ぶように配置された複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、前記ステータコアに巻装され、互いに異なる位相の交流電流が流れる３相のコイルと、を備えた回転電機用のステータであって、
   前記交流電流の位相を当該位相の進み順に第１相、第２相、第３相として、前記第１相の前記交流電流が流れる前記コイルを第１相コイルとし、前記第２相の前記交流電流が流れる前記コイルを第２相コイルとし、前記第３相の前記交流電流が流れる前記コイルを第３相コイルとし、前記ステータコアの軸心に沿う方向を軸方向とし、前記軸心に直交する方向を径方向とし、前記軸方向の一方側を軸方向第１側とし、前記軸方向の他方側を軸方向第２側とし、前記周方向の一方側を周方向第１側とし、前記周方向の他方側を周方向第２側として、
   前記第１相コイルは、第１の前記スロットである第１スロットに収容される第１収容部と、前記第１スロットに対して前記周方向第２側に隣接する前記スロットである第２スロットに収容される第２収容部と、前記第２スロットとの間に複数の前記スロットを挟んで前記周方向第２側に離間して配置された前記スロットである第３スロットに収容される第３収容部と、前記第３スロットに対して前記周方向第２側に隣接する前記スロットである第４スロットに収容される第４収容部と、前記第１収容部と前記第４収容部とを前記ステータコアに対して前記軸方向第１側で接続する第１渡り部と、前記第２収容部と前記第３収容部とを前記ステータコアに対して前記軸方向第１側で接続する第２渡り部と、を備え、
   前記第２渡り部は、前記第１渡り部よりも前記軸方向第２側に位置すると共に、前記軸方向に沿う軸方向視で前記第１渡り部と重複するように配置され、
   前記第２相コイルにおける前記ステータコアに対して前記軸方向第１側に突出した部分を第２相コイル渡り部とし、前記第３相コイルにおける前記ステータコアに対して前記軸方向第１側に突出した部分を第３相コイル渡り部として、
   前記第１渡り部は、前記周方向第１側の領域である第１周方向領域と、前記第１周方向領域に対して前記周方向第２側の領域である第２周方向領域と、前記第１周方向領域と前記第２周方向領域とを接続する領域であって前記径方向に屈曲形成された径方向屈曲部を含む接続領域と、を備え、
   前記第１周方向領域は、前記第３相コイル渡り部に対して前記軸方向第２側であって前記軸方向視で当該第３相コイル渡り部と重複する第１区間と、前記第２相コイル渡り部に対して前記軸方向第１側であって前記軸方向視で当該第２相コイル渡り部と重複する第２区間と、を備え、
   前記第２周方向領域は、前記第３相コイル渡り部に対して前記軸方向第１側であって前記軸方向視で当該第３相コイル渡り部と重複する第３区間と、前記第２相コイル渡り部に対して前記軸方向第２側であって前記軸方向視で当該第２相コイル渡り部と重複する第４区間と、を備え、
   前記第１周方向領域は、前記周方向第２側へ向かうに従って前記軸方向第１側へ向かうように全体として傾斜し、前記第２周方向領域は、前記周方向第２側へ向かうに従って前記軸方向第２側へ向かうように全体として傾斜し、
   前記周方向に対して、前記第１渡り部の延在方向がなす角度を延在角度として、
   前記第１区間と前記第２区間との間に、前記延在角度が変化する第１屈曲部が形成され、前記第２区間は、前記第１区間に対して前記延在角度が大きく、
   前記第３区間と前記第４区間との間に、前記延在角度が変化する第２屈曲部が形成され、前記第３区間は、前記第４区間に対して前記延在角度が大きい、ステータ。
2. 前記第１区間は、前記第２相コイル渡り部に対して前記径方向の内側であって前記径方向に沿う径方向視で当該第２相コイル渡り部と重複するように配置され、
   前記第２区間は、前記第３相コイル渡り部に対して前記径方向の内側であって前記径方向視で当該第３相コイル渡り部と重複するように配置され、
   前記第３区間は、前記第２相コイル渡り部に対して前記径方向の外側であって前記径方向視で当該第２相コイル渡り部と重複するように配置され、
   前記第４区間は、前記第３相コイル渡り部に対して前記径方向の外側であって前記径方向視で当該第３相コイル渡り部と重複するように配置されている、請求項１に記載のステータ。
3. 前記接続領域は、全体として前記周方向に沿うように配置され、
   前記径方向屈曲部は、前記径方向視で前記第２相コイル渡り部及び前記第３相コイル渡り部の双方と重複しない位置に配置されている、請求項２に記載のステータ。
4. 前記コイルを構成する導体は、断面が矩形状であって表面に絶縁被膜が形成されている被覆導体線である、請求項１から３のいずれか一項に記載のステータ。
5. 前記導体は、前記第１渡り部及び前記第２渡り部において、断面の前記軸方向の寸法が前記径方向の寸法よりも大きい長方形状であり、
   前記第１屈曲部及び前記第２屈曲部は、前記軸方向に屈曲された軸方向屈曲部である、請求項４に記載のステータ。

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