JP2024060143A - 回転電機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】各相のコイル部の並列数を４つ以上としつつ、ステータの軸方向の体格の低減を図る。【解決手段】各相に係るコイル部が４組以上の並列回路で中性線端子と各相の動力線端子との間に接続されるステータコイルと、複数のスロットを有し、ステータコイルが巻装されるステータコアとを備え、ステータコイルは、複数のスロットのうちの、対応する各スロットに挿入されるスロット挿入部と、ステータコアの軸方向端面から露出し、対のスロット挿入部の間を接続する態様で周方向に延在する渡り部とを有し、各相において、各組における複数のスロット挿入部は、動力線端子に直接的に接続される第１スロット挿入部を含み、各相の第１スロット挿入部は、ステータコアの軸方向一方側において、対応するスロットの最外径側に位置する、回転電機用ステータが開示される。【選択図】図３

Description

本開示は、回転電機用ステータに関する。

ステータコイルを形成する複数のコイル片の両端部のうちの、一方の端部がスロット内におけるステータコアの最外周側に配置され、他方の端部がスロット内におけるステータコアの最内周側に配置される技術が知られている。

特開２０１９－２０１４８５号公報

しかしながら、上記のような従来技術では、最内周側のコイル片の端部（例えば動力線端子）からの配線を、コイルエンドの軸方向外側で径方向外側へと配索する必要（コイルエンドを径方向に跨ぐ必要）があり、ステータコイルの軸方向の体格の増加を招きやすい。特に、各相のコイル部の並列数を４つ以上とする場合、端子の数が多くなる関係上、このような径方向内側の端子の配置が採用されやすい。

そこで、１つの側面では、本開示は、各相のコイル部の並列数を４つ以上としつつ、ステータの軸方向の体格の低減を図ることを目的とする。

１つの側面では、各相に係るコイル部が４組以上の並列回路で中性線端子と各相の動力線端子との間に接続されるステータコイルと、
複数のスロットを有し、前記ステータコイルが巻装されるステータコアとを備え、
前記ステータコイルは、
前記複数のスロットのうちの、対応する各スロットに挿入されるスロット挿入部と、
前記ステータコアの軸方向端面から露出し、対の前記スロット挿入部の間を接続する態様で周方向に延在する渡り部とを有し、
各相において、前記各組における複数の前記スロット挿入部のうちの、前記動力線端子に直接的に接続される第１スロット挿入部は、前記ステータコアの軸方向一方側において、対応するスロットの最外径側に位置する、回転電機用ステータが提供される。

１つの側面では、本開示によれば、各相のコイル部の並列数を４つ以上としつつ、ステータの軸方向の体格の低減を図ることが可能となる。

本実施例による回転電機（ステータ）の平面図である。 本実施例によるＹ結線された３相のコイルの回路図である。 本実施例によるステータの斜視図である。 本実施例によるステータの側面図である。 本実施例によるステータの上面図である。 ステータコイルを形成するコイル片の構成を説明するための図である。 Ｕ相コイルのＵ１コイルの構成を示す図である。 Ｕ相コイルのＵ２コイルの構成を示す図である。 Ｕ相コイルのＵ３コイルの構成を示す図である。 Ｕ相コイルのＵ４コイルの構成を示す図である。 Ｕ相コイルの各端子の配置を示す図である。 径方向の最外径側において１ターン目のスロット挿入部分同士を接続する第２渡り部を説明するための図である。 径方向の最内径側において８ターン目のスロット挿入部分同士を接続する第３渡り部を説明するための図である。 比較例によるステータの斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率はあくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、また、図面内の形状等は、説明の都合上、部分的に誇張している場合がある。また、図１（図３以降も同様）において、見易さを優先するために、複数存在する同じ構成要素については、一部だけに参照符号を付している場合がある。

図１は、本実施例による回転電機（ステータ）の平面図である。

本願明細書では、「軸方向」とは、ステータコア１０（ロータ１５０）の回転軸線（符号Ｏ）に沿った方向（Ｚ方向：図１参照）を意味する。なお、軸方向の一方側をＺ１方向側、他方側をＺ２方向側とする。また、「周方向」とは、ステータコア１０の周方向（Ａ方向）を意味する。周方向の一方側をＡ１方向、他方側をＡ２方向とする。また、「径方向」とは、ステータコア１０（ロータ１５０）の回転軸線を基準とした半径方向（Ｂ方向）を意味する。そして、「径方向内側」及び「内径側」とは、ステータコア１０の中心に向かう方向（Ｂ１方向）を意味する。また、「径方向外側」及び「外径側」とは、ステータコア１０の外に向かう方向（Ｂ２方向）を意味する。

図１に示すように、回転電機２００は、ステータ１００とロータ１５０とを備えている。ステータ１００及びロータ１５０の各々は、円環状に形成されている。ステータ１００及びロータ１５０は、互いに対向している。ロータ１５０は、ステータ１００の径方向内側（Ｂ１方向側）に配置されている。ロータ１５０は、複数の永久磁石（図示せず）が設けられている。すなわち、本実施例の回転電機２００は、インナーロータ型の回転電機として構成されている。

ステータ１００は、ステータコア１０を備えている。ステータコア１０は、ロータ１５０と半径方向に対向するように配置されている。また、ステータコア１０には、複数（例えば、４８個）のスロット１１が設けられている。また、隣接するスロット１１の間には、ティース１２が設けられている。ステータコア１０は、例えば、複数の電磁鋼板が回転中心軸方向（Ｚ１方向及びＺ２方向）に積層されており、磁束を通過可能に構成されている。なお、ステータコア１０は、磁性体の粉末を圧縮成形することで形成されてもよい。また、ステータコア１０は、軸方向の一方側（Ｚ１方向側）と他方側（Ｚ２方向側）との各々に、端面１０ａを有する。また、ステータ１００は、ステータコイル２０を備えている。

図２は、本実施例によるＹ結線された３相のコイルの回路図である。

図２に示すように、ステータコイル２０は、外部の電源部に接続されており、電力（例えば、三相交流の電力）が供給されるように構成されている。そして、ステータコイル２０は、電力が供給されることにより、磁界を発生させるように構成されている。ステータコイル２０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相）の交流電流の各々が流されるＵ相コイル３０、Ｖ相コイル４０、及び、Ｗ相コイル５０を含む。

Ｕ相コイル３０は、互いに並列に接続されたＵ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４を含む。また、Ｖ相コイル４０は、互いに並列に接続されたＶ１コイル部４１、Ｖ２コイル部４２、Ｖ３コイル部４３、及び、Ｖ４コイル部４４を含む。また、Ｗ相コイル５０は、互いに並列に接続されたＷ１コイル部５１、Ｗ２コイル部５２、Ｗ３コイル部５３、及び、Ｗ４コイル部５４を含む。そして、Ｕ相コイル３０、Ｖ相コイル４０、及び、Ｗ相コイル５０は、Ｙ結線（スター結線）されている。すなわち、いわゆる“４Ｙ”の結線が実現されている。Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相の各々に係る交流電力は、動力線端子６１から、Ｕ相コイル３０、Ｖ相コイル４０及びＷ相コイル５０にそれぞれ入力される。そして、Ｕ相コイル３０、Ｖ相コイル４０及びＷ相コイル５０の各々の出力側は、中性線端子６２を介して互いに接続されている。

図３は、本実施例によるステータ１００の斜視図である。図３Ａは、本実施例によるステータ１００の側面図である。図３Ｂは、本実施例によるステータ１００の上面図である。図３Ｃは、ステータコイル２０を形成するコイル片７０の構成を説明するための図である。

図３に示すように、ステータコイル２０は、ステータコア１０に巻装される。本実施例では、ステータコイル２０は、波巻きとなる態様で、複数のコイル片７０（図３Ｃ）が複数のスロット１１の各々に配置される。具体的には、図３Ｃに示すように、ステータコイル２０は、複数のコイル片７０を接続することによって波巻きされた導線として形成されている。なお、複数のコイル片７０の各々は、Ｚ１側を上側として視て逆Ｕ字形状を有してよい。また、複数のコイル片７０の各々は、矩形断面の平角導線を絶縁被覆で覆う形態であってよい。

複数のコイル片７０のそれぞれは、スロット挿入部２１と渡り部２２とを含む。

スロット挿入部２１は、軸方向（Ｚ方向）に延在し、複数のスロット１１の各々に収容される。

渡り部２２は、複数のスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。すなわち、渡り部２２は、互いに異なるスロット１１に収容されているスロット挿入部２１同士を接続する。渡り部２２は、Ｚ２方向側と、Ｚ１方向側とにそれぞれ形成される。なお、渡り部２２の形状は、後述する第１渡り部２３、第２渡り部２４、及び、第３渡り部２５の各々ごとに異なる。

なお、図３Ｃに示すように、コイル片７０は、スロット１１の各々にスロット挿入部２１が収容されるように配置された後に、Ｚ２方向側の渡り部２２が周方向の外側に向かって折り曲げられるとともに、異なるコイル片７０のＺ２方向側の渡り部２２とレーザ接合などにより接合されてよい。

なお、ステータコイル２０において、Ｕ相コイル３０、Ｖ相コイル４０及びＷ相コイル５０は、実質的に同様の構成を有する。そこで、以下では、主にＵ相コイル３０について説明する。

Ｕ相コイル３０は、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の４組が並列回路を形成する態様で、ステータコア１０に配置されている。また、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々の一方の端部は、動力線端子６１に接続されている。動力線端子６１からは、交流の電力が供給される。そして、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々の他方の端部は、中性線端子６２に接続されている。

図４は、Ｕ相コイルのＵ１コイル部３１の構成を示す図である。図５は、Ｕ相コイルのＵ２コイル部３２の構成を示す図である。図６は、Ｕ相コイルのＵ３コイル部３３の構成を示す図である。図７は、Ｕ相コイルのＵ４コイル部３４の構成を示す図である。図８は、Ｕ相コイル３０に係る各端子（動力線端子６１及び中性線端子６２）の配置を示す図であり、Ｕ相コイル３０の最外径側の一部（径方向の最外径側の１ターン部分）だけを示す図である。図９Ａは、径方向の最外径側において１ターン目のスロット挿入部同士を接続する第２渡り部２４を説明するための図である。図９Ｂは、径方向の最内径側において８ターン目のスロット挿入部同士を接続する第３渡り部２５を説明するための図である。

図４～図７に示すように、Ｕ相コイル３０のＵ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々は、４８個のスロット１１のうち、１番目（以下、「番目」を「＃」と記す）、＃６、＃７、＃１２、＃１３、＃１８、＃１９、＃２４、＃２５、＃３０、＃３１、＃３６、＃３７、＃４２、＃４３、及び、＃４８のスロット１１に配置されている。ここで、＃１及び＃４８のスロット１１、＃６及び＃７のスロット１１、＃１２及び＃１３のスロット１１、＃１８及び＃１９のスロット１１、＃２４及び＃２５のスロット１１、＃３０及び＃３１のスロット１１、＃３６及び＃３７のスロット１１、＃４２及び＃４３のスロット１１は、それぞれ、周方向（Ａ方向）において互いに隣り合う２つのスロット１１である。なお、図４～図７は、上下方向をステータコア１０の径方向（Ｂ方向）、左右方向をステータコア１０の周方向（Ａ方向）となるように、円環形のステータコア１０を展開した形で示す図である。すなわち、図４～図７では、図の左右の端が互いに繋がっている。また、図示は省略するが、Ｖ相コイル４０及びＷ相コイル５０は、ステータコア１０において、Ｕ相コイル３０から、それぞれ、スロット１１が２つずつ及び４つずつずれた状態で配置されている。

複数のスロット挿入部２１は、複数のスロット１１の各々において、ステータコア１０の径方向（Ｂ方向）に沿って並んだ状態で収容されている。具体的には、本実施例では、１つのスロット１１において、８本のスロット挿入部２１が径方向に一列に並んで配置されている。例えば、１つのスロット１１において、最も外側（外径側：Ｂ２方向側）に配置されているスロット挿入部２１を１ターン目（１層目）として、最も内側（内径側：Ｂ１側）に配置されているスロット挿入部２１を８ターン目（８層目）とする。なお、図４～図７では、スロット挿入部２１は、黒地に白の数字で示された位置に白の数字の順に電流（交流電流のうちの、電源部からＵ相コイル３０に向かう電流）が流れるように配置されている。

本実施例では、渡り部２２は、第１渡り部２３、第２渡り部２４、及び、第３渡り部２５を有する。図４～図７では、実線で示された渡り部２２（第１渡り部２３、第２渡り部２４、及び、第３渡り部２５）は、ステータコア１０のＺ１方向側に配置されており、破線で示された渡り部２２（第１渡り部２３）は、ステータコア１０のＺ２方向側に配置されていることを示している。また、図４～図７では、渡り部２２（第１渡り部２３、第２渡り部２４、及び、第３渡り部２５）がＺ方向から見て直線として模式的に図示されているが、渡り部２２（第１渡り部２３、第２渡り部２４、及び、第３渡り部２５）は、Ｚ方向から見て湾曲した形状を有していてもよい。

第１渡り部２３は、互いに異なるスロット１１に収容されている複数のスロット挿入部２１のうち、径方向（Ｂ方向）の位置が互いに異なるスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。具体的には、第１渡り部２３は、接続するスロット挿入部２１の径方向の位置（ターン数）が、径方向の一方側に向かって順に段階的に変更されるようにスロット挿入部２１同士を接続する。すなわち、第１渡り部２３は、周方向の一方側（Ａ１方向側）に向かってターン数が増加するようにスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。このような第１渡り部２３とスロット挿入部２１とによって、各々がステータコア１０に波巻きされた４つの波巻き部２０ａ、波巻き部２０ｂ、波巻き部２０ｃ、及び、波巻き部２０ｄが形成されている。

本実施例では、波巻き部２０ａ～２０ｄの各々において、複数の第１渡り部２３とスロット挿入部２１とが接続されることによって、最外径側（１ターン目）に配置されたスロット挿入部２１から最内径側（８ターン目）に配置されたスロット挿入部２１までが、順に接続されている。すなわち、複数の第１渡り部２３は、スロット１１において径方向の他方側（例えば、Ｂ２方向側）の端である１ターン目の位置に配置されているスロット挿入部２１から、一方側（例えば、Ｂ１方向側）の端である８ターン目の位置に配置されているスロット挿入部２１まで、接続するスロット挿入部２１の径方向の位置が順に段階的に変更されるようにスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。本実施例では、第１渡り部２３は、互いに異なるスロット１１に配置されているスロット挿入部２１のうち、径方向（Ｂ方向）において一つずつ外側または内側に互いにずれて配置されているスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。すなわち、波巻き部２０ａ～２０ｄの各々において、第１渡り部２３は、８ターン目から１ターン目まで順に１ターンずつずれながらスロット挿入部２１同士を接続する。

波巻き部２０ａ～２０ｄは、少なくとも一往復（本実施例では二往復）するように設けられている。１つの波巻き部２０ａは、スロット挿入部２１と第１渡り部２３とによって、ステータコア１０の周方向の一方側（例えば、Ａ１方向）に向かって、周方向の一方側に沿って波巻きされる。そして、波巻き部２０ａに接続される波巻き部２０ｂは、波巻き部２０ａとは反対側の周方向の他方側（例えば、Ａ２方向）に向かって、周方向の他方側に沿って波巻きされる。波巻き部２０ｃ及び波巻き部２０ｄも、同様に、それぞれ、周方向の一方側及び他方側に向かって波巻きされる。そして、波巻き部２０ａ、波巻き部２０ｂ、波巻き部２０ｃ、及び、波巻き部２０ｄがこの順に接続されることによって、ステータコイル２０におけるＵ相コイル３０のＵ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々として形成される。すなわち、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々は、周方向の向きを３回折り返しながらステータコア１０に配置されている。

本実施例では、波巻き部２０ａ～２０ｄは、第２渡り部２４及び第３渡り部２５のいずれかによって互いに接続される。第２渡り部２４及び第３渡り部２５の各々は、互いに異なるスロット１１に収容されている複数のスロット挿入部２１のうち、径方向の位置（ターン数）が互いに共通のスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。具体的には、第２渡り部２４は、複数のスロット１１の各々において、径方向の最も外側（１ターン目）に配置されているスロット挿入部２１同士を接続する。第３渡り部２５は、複数のスロット１１の各々において、径方向の最も内側（８ターン目）に配置されているスロット挿入部２１同士を接続する。そして、第２渡り部２４または第３渡り部２５によって、スロット挿入部２１同士が一対ずつ接続されることによって、第１渡り部２３及びスロット挿入部２１により形成された波巻き部２０ａ～２０ｄのうちの一往復分の一方と他方とが折り返すように接続される。例えば、Ｕ１コイル部３１では、４つの波巻き部２０ａ～２０ｄと、１つの第２渡り部２４と、２つの第３渡り部２５とによって、複数回折り返されて波巻きされた１つの導体が形成されている。

具体的には、図４に示すように、Ｕ１コイル部３１では、＃３７のスロット１１の最外径側（１ターン目）に配置されたスロット挿入部２１（白の数字の番号１の部分）から動力線端子６１が接続される。なお、動力線端子６１は、コイル片７０の端部の形態であってよいし、コイル片７０の端部に接合される別部材の形態であってもよい。そして、スロット１１に沿ってＺ２方向に向かってスロット挿入部２１が延びた後、＃３７から＃３１に渡ってＺ２方向側の渡り部２２として第１渡り部２３が延びている。そして、ステータコア１０のＺ２方向側において、第１渡り部２３は、＃３１のスロット１１において最外径側から一つ内側にずれて２ターン目に配置されているスロット挿入部２１（番号２の部分）に接続される。その後、第１渡り部２３は、＃２５のスロット１１の３ターン目、＃１９のスロット１１の４ターン目、＃１３のスロット１１の５ターン目の順に、Ｚ１方向側とＺ２方向側とにおいて交互にスロット挿入部２１に接続され、ターン数を１つずつ内側に増やしながら＃４３のスロット１１の８ターン目のスロット挿入部２１（番号８の部分）まで接続する。このようにして、８個のスロット挿入部２１と７個の第１渡り部２３とによって接続された波巻き部２０ａが形成される。

そして、＃４３のスロット１１の８ターン目のスロット挿入部２１（白の数字の番号８の部分）から、＃４８のスロット１１の８ターン目のスロット挿入部２１（番号９の部分）まで、ステータコア１０のＺ１方向側において第３渡り部２５が折り返すように設けられている。第３渡り部２５によって折り返された後、番号９の部分が設けられた＃４８のスロット１１から、周方向のＡ２方向側に向きを変更して、＃４２のスロット１１まで、波巻き部２０ｂが、波巻き部２０ａと同様に形成される。そして、Ｕ１コイル部３１は、＃４２のスロット１１の１ターン目のスロット挿入部２１（番号１６の部分）から、＃１のスロット１１の１ターン目のスロット挿入部２１（番号１７の部分）まで、ステータコア１０のＺ１方向側において第２渡り部２４が設けられていることにより、波巻き部２０ｂから波巻き部２０ｃに折り返される。その後、Ｕ１コイル部３１は、同様にして、第３渡り部２５により波巻き部２０ｃから波巻き部２０ｄに折り返される。このようにして、３回折り返した４つの波巻き部２０ａ～２０ｄにより、１つのＵ１コイル部３１が形成される。なお、波巻き部２０ｄは、＃６のスロット１１の１ターン目のスロット挿入部２１（番号３２の部分）から、中性線端子６２が接続される。なお、中性線端子６２は、コイル片７０の端部の形態であってよいし、コイル片７０の端部に接合される別部材の形態であってもよい。

このようにして、第１渡り部２３は、２ターン目から３ターン目と、４ターン目から５ターン目と、６ターン目から７ターン目とを接続し、Ｚ１方向側に配置されている。また、１ターン目同士を接続する第２渡り部２４と８ターン目同士を接続する第３渡り部２５は、全てＺ１方向側に配置される。なお、動力線端子６１及び中性線端子６２も、Ｚ１方向側において接続されている。

以下では、複数のスロット挿入部２１のうちの、動力線端子６１に直接的に接続されるスロット挿入部２１（Ｕ１コイル部３１では、＃３７のスロット１１に挿入されたスロット挿入部２１）を、他のスロット挿入部２１と区別する際、「第１スロット挿入部２１Ａ」とも称する。また、複数のスロット挿入部２１のうちの、中性線端子６２に直接的に接続されるスロット挿入部２１（＃６のスロット１１に挿入されたスロット挿入部２１）を、他のスロット挿入部２１と区別する際、「第２スロット挿入部２１Ｂ」とも称する。また、複数のスロット挿入部２１のうちの、スロット１１の最内径側（８ターン目）に挿入されたスロット挿入部２１（＃７、＃１２、＃４３、＃４８のスロット１１に挿入されたスロット挿入部２１）を、他のスロット挿入部２１と区別する際、「第３スロット挿入部２１Ｃ」とも称する。

本実施例では、上述したように、第１スロット挿入部２１Ａから第２スロット挿入部２１Ｂまでの電流の流れ方向に沿った各スロット挿入部２１は、スロット番号の変化傾向（増加及び減少）に係る反転を少なくとも１回（本例では「３回」）有する態様で、対応するスロット１１に挿入される。ここでいう“スロット番号”とは、ステータコア１０に対して軸方向視の周方向に沿って時計回り又は反時計回りで順に相対的に増加するものとする。本実施例の場合、＃１から＃４８をスロット番号に対応させると、＃１から＃４８まで１つずつ増加する方向が、スロット番号が増加する方向に対応し、＃４８から＃１を介して変化する方向も、スロット番号が増加する方向に対応する。また、＃４８から＃１まで１つずつ減少する方向が、スロット番号が減少する方向に対応し、＃１から＃４８を介して変化する方向も、スロット番号が減少する方向に対応する。

特に、本実施例では、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４のそれぞれにおいて、第１スロット挿入部２１Ａから第２スロット挿入部２１Ｂまでの電流の流れ方向に沿った各スロット挿入部２１は、第３スロット挿入部２１Ｃを起点として、スロット番号の増減が反転する。例えば、Ｕ１コイル部３１の場合、第１スロット挿入部２１Ａから電流の流れ方向で最初の第３スロット挿入部２１Ｃ（＃４３のスロット１１に挿入されたスロット挿入部２１Ｃ）までスロット番号が減少する態様、かつ、電流の流れ方向で最後の第３スロット挿入部２１Ｃ（＃１２のスロット１１に挿入されたスロット挿入部２１Ｃ）から第２スロット挿入部２１Ｂまでスロット番号が増加する態様で、対応するスロットに挿入される。

また、本実施例では、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４のそれぞれにおいて、第１スロット挿入部２１Ａから第２スロット挿入部２１Ｂまでの電流の流れ方向に沿った各スロット挿入部２１は、規則的に径方向位置を変化させる。例えば、Ｕ１コイル部３１の場合、スロット番号が減少する際はスロット１１内の径方向位置が径方向内側に１ターン分だけずれる（第１渡り部２３参照）。また、スロット番号が増加する際はスロット内の径方向位置が径方向外側に１ターン分だけずれる（第１渡り部２３参照）又は同じ径方向位置が維持される（第２渡り部２４、第３渡り部２５参照）。

図５～図７に示すように、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々も、Ｕ１コイル部３１と同様に、４つの波巻き部２０ａ～２０ｄが折り返されることによって、複数回折り返して波巻きされたステータコイル２０の一部として構成されている。

特に本実施例では、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々も、Ｕ１コイル部３１と同様、動力線端子６１及び中性線端子６２は、ともに、径方向外側に配置される。すなわち、図８に示すように、各相の動力線端子６１及び中性線端子６２は、すべて、ステータコア１０の径方向外側に配置される。なお、図８において、記号Ｕ、Ｖ、Ｗは、各相を表し、記号Ｕ、Ｖ、Ｗの後の１～４の数字は、４組のうちの対応する一の組を表す。例えば、Ｕ１からＵ４は、Ｕ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４のそれぞれ表す。また、最後の“＿ｉｎ”及び“＿ｏｕｔ”は、それぞれ、動力線端子６１及び中性線端子６２を表す。

ここで、本実施例では、Ｕ相コイル３０において、Ｕ１コイル部３１及びＵ２コイル部３２に係る動力線端子６１と、Ｕ３コイル部３３及びＵ４コイル部３４に係る動力線端子６１は、図３Ｂに示すように、周方向で対角位置に設定される。これは、Ｖ相コイル４０及びＷ相コイル５０においても同様である。

また、本実施例では、波巻き部２０ａ～２０ｄのうちの一往復分の一方を形成する第１渡り部２３と、一往復分の他方を形成する第１渡り部２３とは、接続するスロット挿入部２１の径方向の位置が互いに平行に段階的に（スロープ状に）変更されるようにスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する。また、複数の波巻き部２０ａ～２０ｄの各々において、第１渡り部２３が跨ぐスロット１１の個数（ピッチ）は共通である。具体的には、第１渡り部２３は、ターンを１つ分ずらしてスロット挿入部２１同士を繋ぐ間に、５つのスロット１１を跨いでスロット挿入部２１同士を接続する。言い換えれば、複数の波巻き部２０ａ～２０ｄの各々において、第１渡り部２３のピッチ数は、全て「６」となる。第１渡り部２３は、ステータコア１０の一方側（Ｚ１方向側）と他方側（Ｚ２方向側）とで、共通のピッチを有する。なお、ここで言う「平行」とは、第１渡り部２３に接続されるスロット挿入部２１の径方向の位置が周方向に沿って配置されている状態で平行であることを意味する。すなわち、図４～図７のように円環形のステータコア１０を展開した形で示した状態でスロット挿入部２１の位置が平行となることを意味する。

なお、第２渡り部２４及び２５の各々では、ピッチ数５とピッチ数７との２種類が存在する。例えば、図４のＵ１コイル部３１では、スロット１１の＃４２と＃１との間にピッチ数が７の第２渡り部２４が設けられ、＃４３と＃４８との間と、＃７と＃１２との間との各々に、ピッチ数が５の第３渡り部２５が設けられている。これに対して、図５のＵ２コイル部３２では、スロット１１の＃４３と＃４８との間にピッチ数が５の第２渡り部２４が設けられ、＃４２と＃１との間と、＃６と＃１３との間との各々に、ピッチ数が７の第３渡り部２５が設けられている。

また、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、共通するスロット１１に配置されているスロット挿入部２１に接続される第２渡り部２４同士、または、第３渡り部２５同士であって、ピッチ数の互いに異なる第２渡り部２４同士、または、第３渡り部２５同士は、軸方向（Ｚ方向）から見て互いに重なり合うように配置されている。ピッチ数の大きい第２渡り部２４または第３渡り部２５が、ピッチ数の小さい第２渡り部２４または第３渡り部２５の上方側（Ｚ１方向側）に配置されている。具体的には、ピッチ数が７である第２渡り部２４及び第３渡り部２５が、それぞれ、ピッチ数が５である第２渡り部２４及び２５を上方側において覆うように配置される。

また、図４～図７に示すように、複数の波巻き部２０ａ～２０ｄのうちの一往復分の一方を形成するスロット挿入部２１と、一往復分の他方を形成するスロット挿入部２１とは、互いに隣り合うスロット１１に各々配置されている。また、Ｕ相コイル３０、Ｖ相コイル４０、及び、Ｗ相コイル５０の各々は、互いに隣り合う一対のスロット１１に径方向に沿って交互に配置されている。

例えば、図４のＵ相のＵ１コイル部３１において、波巻き部２０ａ～２０ｄを形成するスロット挿入部２１は、周方向において互いに隣り合う２つのスロット１１である＃１及び＃４８、＃６及び＃７、＃１２及び＃１３、＃１８及び＃１９、＃２４及び＃２５、＃３０及び＃３１、＃３６及び＃３７、＃４２及び＃４３に収容されている。そして、波巻き部２０ａ～２０ｄのうちの隣り合う（一往復分）同士では、スロット挿入部２１は、互いに異なるスロット１１に交互に配置されている。そして、図５～図７のＵ相のＵ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４も、Ｕ相のＵ１コイル部３１と同様である。これにより、Ｕ相のＵ１コイル部３１、Ｕ２コイル部３２、Ｕ３コイル部３３、及び、Ｕ４コイル部３４の各々同士において、ロータ１５０の図示しない永久磁石に対する位置関係が偏ることを抑制できる。

また、本実施例では、７種類のコイル片７０を用いてステータコイル２０が形成される。すなわち、一対のスロット挿入部２１と第１渡り部２３とを構成する３種類のコイル片７０と、一対のスロット挿入部２１と第２渡り部２４とを構成する２種類のコイル片７０と、一対のスロット挿入部２１と第３渡り部２５とを構成する２種類のコイル片７０とが用いられる。一対のスロット挿入部２１と第１渡り部２３とを構成する３種類のコイル片７０は、Ｚ１方向側において、第１渡り部２３が、それぞれ、２ターン目から３ターン目を接続するコイル片７０と、４ターン目から５ターン目を接続するコイル片７０と、６ターン目から７ターン目を接続するコイル片７０との３種類である。一対のスロット挿入部２１と第２渡り部２４とを構成する２種類のコイル片７０と、一対のスロット挿入部２１と第３渡り部２５とを構成する２種類のコイル片７０とは、各々ピッチ数が５と７との２種類である。

ここで、図１０に示す比較例を対照的に参照して、本実施例の効果を説明する。

図１０は、比較例によるステータ１００’の斜視図である。比較例によるステータ１００’は、一部の動力線端子６１’や中性線端子６２’がステータコア１０の径方向内側に配置されている点が異なる。

このような比較例では、上記の“発明が解決しようとする課題”の欄で上述したように、
最内周側の動力線端子６１’からの配線（例えば図１０のケーブル６１０’参照）を、コイルエンドの軸方向外側で径方向外側へと配索する必要（コイルエンドを径方向に跨ぐ必要）があり、ステータコイル２０’に起因したステータ１００’の軸方向の体格の増加を招きやすい。特に、本実施例と同様に、各相のコイル部の並列数を４つ以上とする場合、端子の数が多くなる関係上、このような径方向内側の端子の配置が採用されやすい。

これに対して、本実施例によれば、上述したように、各相の動力線端子６１及び中性線端子６２は、すべて、ステータコア１０の径方向外側に配置される。かかる構成によれば、少なくとも１つの動力線端子６１が径方向内側に配置される場合の不都合を回避できる。すなわち、図１０を参照して上述した比較例とは異なり、ステータコイル２０に起因したステータ１００の軸方向の体格の増加を防止できる。換言すると、本実施例によれば、各相のコイル部の並列数を４つとしつつ、ステータ１００の軸方向の体格の低減を図ることが可能となる。

従って、本実施例によれば、図３Ａに示すように、動力線端子６１は、径方向に視て、渡り部２２の軸方向最も外側の位置（すなわちコイルエンドの軸方向最も外側の位置であり、ラインＬ３参照）よりも軸方向内側に配置できる。これにより、動力線端子６１に起因したステータ１００の軸方向の体格の増加を防止でき、その結果、ステータ１００の軸方向の体格の低減を図ることが可能となる。この場合、動力線端子６１に接続される配線であって、インバータ（図示せず）への配線（例えばケーブルの形態の配線も、径方向に視て、渡り部２２の軸方向最も外側の位置よりも軸方向内側に配置することが可能である。

また、本実施例によれば、図３Ａ（及び図３）に示すように、中性線端子６２及びそれを接続する中性点バスバー６３は、径方向に視て、渡り部２２の軸方向最も外側の位置（すなわちコイルエンドの軸方向最も外側の位置、ラインＬ３参照）よりも軸方向内側に配置できる。これにより、中性線端子６２及びそれを接続する中性点バスバー６３に起因したステータ１００の軸方向の体格の増加を防止でき、その結果、ステータ１００の軸方向の体格の低減を図ることが可能となる。

本実施例では、上述した効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

本実施例では、上記のように、第１渡り部２３は、接続するスロット挿入部２１の径方向の位置が、径方向の一方側に向かって順に段階的に変更されるようにスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続することによって、スロット挿入部２１と共にステータコア１０に波巻きされた波巻き部２０ａ～２０ｄを形成する。これにより、複数のスロット１１の各々において、径方向に隣り合うスロット挿入部２１を交互に接続する場合と異なり、接続されるスロット挿入部２１の径方向の位置を途中で切り替える部分を設けることなくスロット挿入部２１同士を接続できる。そのため、ステータコア１０の軸方向の一方側におけるコイル片７０の形状の種類が増加することを抑制できる。その結果、ステータコイル２０を形成するためのコイル片７０の種類が多くなることを抑制できる。また、本実施例では、上記のように、第２渡り部２４及び第３渡り部２５は、スロット挿入部２１同士を一対ずつ接続することによって、第１渡り部２３とスロット挿入部２１とにより形成された一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄの一方と他方とを折り返すように接続する。これにより、スロット１１内において径方向の位置が互いに共通のスロット挿入部２１同士を接続する第２渡り部２４及び第３渡り部２５によって、波巻き部２０ａ～２０ｄ同士を折り返すように接続できるので、折り返し部分の形状が複雑になることを防止できる。

本実施例では、上記のように、一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄの一方と他方とにおいて、接続されるスロット挿入部２１の径方向における位置が互いに平行に段階的に変更されるように配置されているため、一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄの一方と他方との各々を構成する導体（コイル片７０）の形状を共通化できる。そのため、一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄを折り返すように接続する場合にも、ステータコイル２０を形成するためのコイル片７０の種類の低減を図ることができる。

本実施例では、上記のように、複数のスロット１１の各々において、径方向の一方側の端から他方側の端に向かって段階的に接続されるスロット挿入部２１が配置されるように波巻き部２０ａ～２０ｄを形成できるので、波巻き部２０ａ～２０ｄの端部を径方向の一番外側に配置できる。そのため、動力線端子６１または中性線端子６２などをステータコイル２０に接続する場合に、スロット１１の途中の導体（コイル片７０）に接続する場合に比べて、製造工程が複雑化することを抑制できる。

本実施例では、上記のように、複数の波巻き部２０ａ～２０ｄと、第２渡り部２４（最外コイルエンド部分）及び第３渡り部２５（最内コイルエンド部分）とによって、複数回折り返されて波巻きされたステータコイル２０が形成されているので、スロット１１の径方向の最も内側と最も外側との各々において複数回折り返しながら波巻きされるようにステータコイル２０を形成できる。そのため、１つのスロット１１に収容されるスロット挿入部２１の本数が多くなる場合にも、スロット１１の径方向の最も内側と最も外側との各々において複数回折り返すことによってステータコイル２０を形成できるので、ステータコイル２０を構成するコイル片７０の種類が多くなることを抑制できる。

本実施例では、上記のように、径方向において一つずつ外側または内側に互いにずれて配置されているスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続することによって、ステータコイル２０を形成できるので、複数のスロット１１の各々にスロット挿入部２１を密に配置できる。そのため、スロット１１内に配置された複数のスロット挿入部２１に対して効率よく接続しながら、接続されるスロット挿入部２１の径方向の位置が径方向の一方側に向かって順に段階的に変更されるようにスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続できる。

ここで、一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄの一方と他方との両方ともにおいて、スロット挿入部２１が共通のスロット１１に配置されている場合には、ステータ１００と対向するロータ１５０に配置されている磁石に対するステータコイル２０の位置関係が偏ることとなるため、波巻き部２０ａ～２０ｄに流れる電流に偏りが生じる。この点を考慮して、本実施例では、上記のように、一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄの一方を形成するスロット挿入部２１と、一往復分の波巻き部２０ａ～２０ｄの他方を形成するスロット挿入部２１とを、互いに隣り合うスロット１１に各々配置することにより、波巻き部２０ａ～２０ｄに流れる電流に偏りが生じることを抑制できる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例では、中性線端子６２もすべて径方向外側に配置されているが、中性線端子６２の一部又は全部は、ステータコア１０の径方向内側に配置されてもよい。すなわち、第２スロット挿入部２１Ｂの一部又は全部は、スロット１１内の径方向の最内径側に配置されてもよい。

また、上述した実施例では、波巻き部２０ａ～２０ｄのうちの一往復分のうちの一方を形成する第１渡り部２３と、他方を形成する第１渡り部２３とは、接続するスロット挿入部２１の径方向の位置が互いに平行に段階的に変更される例を示したが、これに限られない。例えば、一往復分の一方と他方とで、スロット挿入部の径方向の位置が互いに平行ではなくてもよい。

また、上述した実施例では、径方向の最外側及び最内側で波巻き部２０ａ～２０ｄが折り返される例を示したが、これに限られない。例えば、径方向の途中で折り返すようにしてもよい。

また、上述した実施例では、４つの波巻き部２０ａ～２０ｄによって、３回折り返されたステータコイル２０が形成されている例を示したが、これに限られない。例えば、２つの波巻き部によって、１回だけ折り返すようにステータコイル２０を構成してもよい。

また、上述した実施例では、第１渡り部２３は、互いに異なるスロット１１に配置されているスロット挿入部２１のうちの、径方向において一つずつ外側または内側に互いにずれて配置されているスロット挿入部２１同士を一対ずつ接続する例を示したが、これに限られない。例えば、第１渡り部２３を、スロット挿入部の２つ分以上ずれて配置されたスロット挿入部同士を接続するようにしてもよい。すなわち、互いに２ターン以上ずれたスロット挿入部同士を接続するようにしてもよい。

また、上述した実施例では、波巻き部２０ａ～２０ｄのうちの一往復分のうちの一方を形成するスロット挿入部２１と、他方を形成するスロット挿入部２１とは、互いに隣り合うスロット１１に各々配置されている例を示したが、これに限られない。例えば、一往復分の波巻き部の一方を形成するスロット挿入部と、一往復分の波巻き部の他方を形成するスロット挿入部とを、共通のスロットに配置するようにしてもよい。また、一往復分の波巻き部の一方を形成するスロット挿入部と、一往復分の波巻き部の他方を形成するスロット挿入部とを、互いに離間したスロットに配置するようにしてもよい。

また、上述した実施例では逆Ｕ字形状のコイル片７０によってステータコイル２０が形成される例を示したが、これに限られない。例えば、棒状のコイル片をスロット挿入部としてスロット内に配置したあと、棒状のコイル片とは別個のコイル片を接合することによってコイルエンド部分を形成するようにしてもよい。また、ステータコアの軸方向の一方側と他方側から、逆Ｕ字形状のコイル片とＵ字形状のコイル片とを組み合わせることによってコイル部を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施例では、Ｕ相コイル３０、Ｖ相コイル４０、及び、Ｗ相コイル５０の各々が４並列のコイルを構成する例を示したが、これに限られない。例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及び、Ｗ相コイルの各々は、６並列や８並列のような６並列以上の構成であってもよい。

また、上述した実施例では、ステータコア１０に４８個のスロット１１が設けられており、各々のスロット１１には、８本のスロット挿入部２１が径方向に並んで収容される例を示したが、これに限られない。例えば、ステータコアのスロット数は４８以外でもよい。また、１つのスロットに収容されるスロット挿入部の本数も８本以外であってもよい。

１００・・・ステータ（回転電機用ステータ）、２０・・・ステータコイル、３１・・・Ｕ１コイル部（コイル部）、３２・・・Ｕ２コイル部（コイル部）、３３・・・Ｕ３コイル部（コイル部）、３４・・・Ｕ４コイル部（コイル部）、４１・・・Ｖ１コイル部（コイル部）、４２・・・Ｖ２コイル部（コイル部）、４３・・・Ｖ３コイル部（コイル部）、４４・・・Ｖ４コイル部（コイル部）、５１・・・Ｗ１コイル部（コイル部）、５２・・・Ｗ２コイル部（コイル部）、５３・・・Ｗ３コイル部（コイル部）、５４・・・Ｗ４コイル部（コイル部）、１０・・・ステータコア、１１・・・スロット、２１・・・スロット挿入部、２１Ａ・・・第１スロット挿入部、２１Ｂ・・・第２スロット挿入部、２１Ｃ・・・第３スロット挿入部、２２・・・渡り部、６１・・・動力線端子、６２・・・中性線端子

Claims (7)

1. 各相に係るコイル部が４組以上の並列回路で中性線端子と各相の動力線端子との間に接続されるステータコイルと、
   複数のスロットを有し、前記ステータコイルが巻装されるステータコアとを備え、
   前記ステータコイルは、
   前記複数のスロットのうちの、対応する各スロットに挿入されるスロット挿入部と、
   前記ステータコアの軸方向端面から露出し、対の前記スロット挿入部の間を接続する態様で周方向に延在する渡り部とを有し、
   各相において、前記各組における複数の前記スロット挿入部のうちの、前記動力線端子に直接的に接続される第１スロット挿入部は、前記ステータコアの軸方向一方側において、対応するスロットの最外径側に位置する、回転電機用ステータ。
2. 各相において、前記各組における複数の前記スロット挿入部のうちの、前記中性線端子に直接的に接続される第２スロット挿入部は、前記ステータコアの前記軸方向一方側において、対応するスロットの最外径側に位置する、請求項１に記載の回転電機用ステータ。
3. 前記複数のスロットについて、前記ステータコアに対して軸方向視の周方向に沿って時計回り又は反時計回りで順に相対的に増加するスロット番号を付与した場合に、前記ステータコイルにおける一の相に係る各組において、前記第１スロット挿入部から前記第２スロット挿入部までの電流の流れ方向に沿った各スロット挿入部は、スロット番号が増加方向及び減少方向のうちのいずれか一方の第１方向から他方の第２方向へと変化する反転が少なくとも１回生じる態様で、対応するスロットに挿入される、請求項２に記載の回転電機用ステータ。
4. 各相において、前記各組における複数の前記スロット挿入部は、前記第１スロット挿入部及び前記第２スロット挿入部に加えて、対応するスロットの最内径側に位置する少なくとも１つの第３スロット挿入部を含み、
   前記各組において、前記第１スロット挿入部から前記第２スロット挿入部までの前記流れ方向に沿った各スロット挿入部は、前記第１スロット挿入部から前記流れ方向で最初の前記第３スロット挿入部までスロット番号が前記第１方向に変化する態様、かつ、前記流れ方向で最後の前記第３スロット挿入部から前記第２スロット挿入部までスロット番号が前記第２方向に変化する態様で、対応するスロットに挿入される、請求項３に記載の回転電機用ステータ。
5. 前記各組において、前記第１スロット挿入部から前記第２スロット挿入部までの前記流れ方向に沿った各スロット挿入部は、スロット番号が前記第１方向に変化する際はスロット内の径方向位置が径方向内側に１ターン分だけずれる態様、かつ、スロット番号が前記第２方向に変化する際はスロット内の径方向位置が径方向外側に１ターン分だけずれる又は同じ径方向位置が維持される態様で、対応するスロットに挿入される、請求項３に記載の回転電機用ステータ。
6. 前記ステータコイルにおける複数の前記中性線端子の間を接続する中性点バスバーを更に備え、
   前記中性点バスバーは、径方向に視て、前記渡り部の軸方向最も外側の位置よりも軸方向内側に位置する、請求項１に記載の回転電機用ステータ。
7. 前記動力線端子は、径方向に視て、前記渡り部の軸方向最も外側の位置よりも軸方向内側に位置する、請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の回転電機用ステータ。