JP4582230B2 - 回転電機の固定子および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子および回転電機に関する。

近年、電動機若しくは発電機として使用される回転電機において、小型高出力が求められている。

例えば、車両に搭載される回転電機においては、回転電機を搭載するためのスペースが小さくなってきている一方で、出力の向上が求められている。

従来の回転電機は、たとえば、特許文献１〜２に開示されている。

特許文献１〜２には、連続した固定子巻線でコイルが形成された回転電機の固定子が開示されている。

しかしながら、これらの回転電機は、１２本の素線により三相固定子巻線を形成しており、２４箇所の素線端部が固定子の軸方向に突出する構造となっている。そして、これらの素線端部を結線する場合に、固定子の軸方向のスペースが必要となり、固定子の軸方向寸法が大きくなるという課題があった。
特開２００２−１７６７５２号公報 特開２００４−３２０８８６号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、体格の粗大化が抑えられ、かつ回転電機に用いられたときに性能の低下を生じさせない回転電機の固定子を提供することおよびこの固定子を用いた回転電機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者は回転電機の固定子について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の回転電機の固定子は、周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子と内周側または外周側で向き合う、深さ方向が径方向に一致するスロットを周方向に複数有する固定子コアと、スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルと、を備えた回転電機の固定子であって、各相巻線は、周方向の異なるスロットに設置されているスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続している階段状のターン部と、一方の端部と他方の端部との間に位置し巻装方向が反転するスロット収容部よりなる折り返し部と、を有し、かつ各相巻線が、所定のスロット数毎の、スロットの深さ方向で交互にスロット収容部が位置するように設置された第一の巻線部と第二の巻線部とが該折り返し部で直列に接続されてなり、折り返し部の一方の端部に接続したターン部がスロットの深さ方向での位置が同じ位置にあるスロット収容部を接続し、その他のターン部はスロットの深さ方向での位置が異なる位置にあるスロット収容部を接続しており、折り返し部の一方の端部に接続したターン部が位置する周方向位置と周方向での位置が同じ位置にある各該ターン部が、スロット収容部の位置する径方向位置よりも該回転子から離反する径方向位置を経由していることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１に記載の固定子において、各相巻線は、金属よりなる断面が略矩形形状の導体と、導体を被覆した絶縁性の樹脂皮膜と、から構成されることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜２のいずれかにおいて、ターン部は、周方向でクランク形状に曲成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜３のいずれかにおいて、ターン部は、中央部が軸方向で固定子コアの端面からの突出高さが最も高い階段状に曲成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項４において、ターン部の階段状の一段の高さは、各相巻線の太さであることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜５のいずれかにおいて、スロットは、各相巻線のスロット収容部が深さ方向に並んで設置されることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜６のいずれかにおいて、折り返し部は、径方向の最内周側に位置することを特徴とする。

請求項８に記載の本発明の回転電機の固定子は、請求項１〜７のいずれかにおいて、各相巻線の両端部は、径方向の最外周側に位置し、両端部は、ターン部の固定子コアの端面から突出した突出高さよりも低い位置にもうけられていることを特徴とする。

また、請求項９に記載の本発明の回転電機は、請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機の固定子の内周側または外周側に、周方向に交互に異なる磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明の回転電機の固定子によると、コイルを構成する巻線の折り返し部につながるターン部のうち一方のターン部と同じ周方向位置にあるターン部が、回転子から離反する位置を経由してスロット収容部を接続しており、ターン部同士が干渉しなくなっている。この結果、コイルが回転子と干渉しなくなり、固定子を用いた回転電機の性能の低下が抑えられる。

また、本発明の回転電機の固定子は、折り返し部を備えた巻線を波巻きしてコイルを形成しており、コイルの軸方向の端面から突出する巻線の端部の数が減少している。つまり、コイルの外部で各相巻線が接続される部位が巻線の一方の端部のみとなり、接続に要するコストを低減できる。

また、巻線の一方の端部が固定子コアの回転子と背向した背向面側にもうけられており、巻線がコイルの軸方向の端部（コイルエンド）をまたぐことなく外部回路と接続できる。

請求項２に記載の本発明の回転電機の固定子によると、各相巻線を略矩形状の導体と樹脂皮膜とから構成したことで、安価にコイルを形成できる。

請求項３に記載の本発明の回転電機の固定子によると、ターン部がクランク状に成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部の径方向での位置がずれてターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項４に記載の本発明の回転電機の固定子によると、ターン部が階段状に成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部の軸方向での位置がずれてターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項５に記載の本発明の回転電機の固定子によると、一段の高さが各相巻線の太さの階段状にターン部が成形されたことで、隣接するスロットに別の固定子巻線が設置されても、ターン部同士が軸方向で重なり合うこととなり、ターン部同士の干渉を抑えることができる。この結果、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項６に記載の本発明の回転電機の固定子によると、スロット内に各相巻線のスロット収容部が深さ方向に一列に並んでおり、各相巻線において生じる磁力特性が高くなる。

請求項７に記載の本発明の回転電機の固定子によると、折り返し部が最内周側に位置することで、各相巻線を構成する二本の巻線の端部がコイルの内周側に位置しなくなり、この端部がコイルの軸方向の端部をまたがなくなり、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項８に記載の本発明の回転電機の固定子によると、各相巻線の両端部がコイルの軸方向の端部を超えなくなり、コイルの体格の粗大化が抑えられる。

請求項９に記載の本発明の回転電機によると、コイルの体格の粗大化が抑えられた固定子を用いており、回転電機の体格の粗大化が抑えられたものとなっている。

以下に本発明の回転電機の固定子および回転電機を、実施の形態を用いてより具体的に説明する。

（実施形態例）
本実施形態の回転電機の構成を図１に示した。本実施形態の回転電機１は、略有底筒状の一対のハウジング部材１００，１０１とが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１０，１１１を介して回転自在に支承される回転軸２０に固定された回転子２と、ハウジング１０の内部で回転子２を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子３と、を備えている。

回転子２は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を、固定子３の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子２の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

固定子３は、図２に示したように、固定子コア３０と、複数の各相巻線から形成される三相のコイル４と、固定子コア３０とコイル４との間に配された絶縁紙５と、を備えた構成を有している。

固定子コア３０は、図３に示したように、内周に複数のスロット３１が形成された円環状を有している。複数のスロット３１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、回転子２の磁極数に対し、コイル４の一相あたり２個の割合で形成されている。すなわち、８×３×２＝４８個のスロット３１が形成されている。

固定子コア３０は、図４に示した分割コア３２を２４個、周方向に配設して形成されている。分割コア３２は、ひとつのスロット３１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア３２との間でひとつのスロットを区画する形状（径方向内方に伸びるティース部３２０と、ティース部３２０が形成されるバックコア部３２１）に形成されている。

固定子コア３０（を構成する分割コア３２）は、０．３ｍｍの厚さの電磁鋼板４１０枚を積層させて形成されている。なお、積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。なお、固定子コア３０は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板および絶縁薄膜を用いて形成してもよい。

コイル４は、複数の巻線４０を所定の巻回方法で巻回してなる。コイル４を構成する巻線４０は、図５（Ａ）に示したように、銅製の導体４１と、導体４１の外周を覆い導体４１を絶縁する内層４２０及び外層４２１からなる絶縁皮膜４２とから形成されている。内層４２０および外層４２１を合わせた絶縁皮膜４２の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層４２０および外層４２１からなる絶縁皮膜４２の厚みが厚いので、巻線４０同士を絶縁するために巻線４０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がなくなっているが、線材同士を絶縁するために絶縁紙５を配してもよい。

コイル４の巻線４０は、図５（Ｂ）に示したように、内層４２０および外層４２１からなる絶縁皮膜４２の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材４８で被覆してもよい。これにより、回転電機に発生する熱により融着材４８は絶縁皮膜４２よりも早く溶融するので、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０同士が融着材４８同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の巻線４０が一体化し巻線４０同士が鋼体化することで、スロット３１の巻線４０の機械的強度が向上する。

コイル４は、図６に示したように、三相巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）により形成されている。より具体的には、Ｕ１相を形成する巻線４４０ａとＵ２相を形成する巻線４４０ｂが直列接続され、Ｕ２相を形成する巻線４４０ｃとＵ１相を形成する巻線４４０ｄが直列接続され、巻線４４０ａ、４４０ｂ、と巻線４４０ｃ、４４０ｄとが並列接続されてＵ相巻線が形成されている。Ｖ相およびＷ相も同様に巻線が形成されている。

コイル４は、図７に示したように、複数の巻線４０を所定の形状に巻回してなる。コイル４を構成する巻線４０は、固定子コア３０の内周側で周方向にそって波巻きされている。そして、固定子コア３０に形成されたスロット３１に収容される直線状のスロット収容部４３と、隣り合ったスロット収容部４３同士を接続するターン部４４と、を備えている。スロット収容部４３は、所定のスロット数（本実施形態では３相×２個＝６個）毎のスロット３１に収容されている。ターン部４４は、固定子コア３０の軸方向の端面から突出して形成されている。

そして、コイル４は、複数の巻線４０を一方の端部が固定子コア３０の軸方向の端面から突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装して形成されている。コイル４のＵ相は、周方向に沿って波状に巻装されたＵ１相を形成する巻線４４０ａとＵ２相を形成する巻線４４０ｂを他方の端部同士で接続し、Ｕ２相を形成する巻線４４０ｃとＵ１相を形成する４４０ｄを他方の端部同士で接続して形成されている。巻線４４０ａと巻線４４０ｄは、同一スロット３１にスロット収容部４３が収容され、巻線４４０ｂと巻線４４０ｃは他の同一スロット３１にスロット収容部４３が収容される。このとき、巻線４４０ａのスロット収容部４３と、巻線４４０ｄのスロット収容部４３は、スロット３１の深さ方向で交互にスロット収容部４３が位置するように設置されている。巻線４４０ｂのスロット収容部４３と巻線４４０ｃのスロット収容部４３は、スロット深さ方向で交互にスロット収容部４３が位置するように設置されている。そして、巻線４４０ａと巻線４４０ｂの接合部４５は、巻線４０の巻装される方向が反転するスロット収容部４３よりなる折り返し部４６に形成されている。

コイル４においては、巻線４４０ａと巻線４４０ｂを接続して形成された接続体と、巻線４４０ｃと巻線４４０ｄを接続して形成された接続体と、の２個を並列につないで１相をなしている。この２本の巻線４０を接続して形成された接続体を６組用いて３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）×２個（倍スロット）のコイル４を形成している。つまり、コイル４は、２本の巻線４０ａ，４０ｂ×３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）×２個（倍スロット）＝１２本の巻線４０を用いて形成されている。

本実施形態においては、２本の巻線４０が接続された接続体は、周方向で４周巻回してコイル４を形成している。すなわち、コイル４は、２本の巻線４０を接続して形成された接続体が径方向で４層重なった構成となっている。つまり、ひとつのスロット３１内に４層×２本＝８本のスロット収容部４３が配置されている。２本の巻線４０を接続して形成された接続体を巻回したコイル４は、接続体の端部が最外周層側に位置し、二本の巻線４０の接続部が最内周層側に位置するように、接続体を巻回している。

コイル４において、ターン部４４は固定子コア３０の軸方向両側にそれぞれ形成されている。ターン部４４の略中央部は、ねじりを伴わないクランク状をなすように成形されている。ターン部４４のクランク形状は、固定子コア３０の周方向でクランク形状をなすように形成されている。このターン部４４のクランク形状によるずれ量は、巻線４０の略幅分である。これにより、径方向に隣接している巻線４０のターン部４４同士が干渉しなくなり、ターン部４４を密に巻回できる。その結果、コイル４の固定子コア３０の端面から突出したコイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、コイル４を形成した巻線４０が径方向外側に張り出すことが防止できる。

また、スロット３１から固定子コア３０の外に突出するターン部４４は、固定子コア３０の軸方向の端面から階段状に形成されている。ターン部４４が階段状に形成されたことで、巻線４０の階段状のターン部４４が周方向に隣り合うスロットから突出する巻線４０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出する巻線４０同士が互いに干渉することを避けるために、コイル４の固定子コア３０の端面から突出したコイルエンドの高さが高くなったり、あるいはコイルエンドの径方向の幅が大きくなることを防止できる。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。さらに、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、コイル４が径方向外側に張り出すことを防止できる。

階段状のターン部４４は、４段の階段状に形成されている。そして、４段の階段状のターン部４４の一段の高さは、巻線４０の略幅（高さ）分である。これにより、軸方向でターン部４４が重なり合ったときに、すき間を生じることなくターン部４４同士を重ね合わせることができ、ターン部４４を密に巻回しできる。

階段状のターン部４４は、その最も高い部分（階段状の頂上部）が、クランク状に形成されている。したがって、巻線４０のターン部４４は、クランク部を挟んで両側を階段状に形成している。

コイル４は、ターン部４４が固定子コア３０から突出したコイルエンドの高さの範囲内で、コイル４を構成する各巻線４０の接続体の端部が径方向外方に向かって突出している。そして、各巻線４０の接続体の端部であって、中性点側の端部は、他方の端部よりも高い位置で径方向外方に突出している。

次に、本実施形態におけるコイル４を構成する巻線４０の巻回状態を図８〜１３を用いてより具体的に説明する。

本実施形態のコイル４は、それぞれ２組の三相巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）により形成されている。図８に、三相巻線のそれぞれの結線の状態を示した。図８におけるスロット番号は、Ｕ１相をなす巻線４０の中性点側の端部に最も近接したスロット収容部４３が収容されるスロット３１を１番とし、以後、巻線４０が巻回される周方向にそって２番、３番‥と便宜的につけた番号である。また、図９に、図８のＵ相（Ｕ１，Ｕ２）をなす巻線４０のみの結線の状態を示した。なお、図８〜９において、上下方向に直線状に形成された部分がスロット収容部４３に相当し、上方側および下方側の傾斜した部分がターン部４４に相当する。

本実施形態のコイル４の展開図を図１０に示した。図１０に示したように、コイル４は、巻線４４０ａと４４０ｃの端部を接続して中性点側とするとともに、巻線４４０ｂと巻線４４０ｄの端部を接続して相端子側としている。コイル４は、２組の巻線４０ａ，４０ｂを端部同士で接続された接続を各相（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）毎に、６組用いて形成されている。２本の巻線４０ａ，４０ｂのそれぞれは、中性点側の端部および相端子側の端部とは反対の端部がつながった１本の銅線である。また２本の巻線４０ａ，４０ｂのそれぞれは、中性点側の端部および相端子側の端部とは反対の端部同士を溶接して接合してもよい。

各相の結線方法は同様であり、コイル４の巻線４０の巻回の仕方をＵ相を用いて結線方法を説明する。Ｕ相における巻線４０の結線の状態を図１１に示した。図１１−１は４４０ａ、４４０ｂの結線状態、図１１−２は４４０ｃ、４４０ｄの結線状態を示す。また、各巻線４４０ａ、４４０ｂのスロット３１内の深さ方向での位置とターン部４４の位置との関係を図１２−１に示し、巻線４４０ｃ、４４０ｄのスロット３１内の深さ方向での位置とターン部４４の位置との関係を１２−２に示した。

巻線４４０ａ、４４０ｂの結線状態を図１１−１及び図１２−１を用いて説明する。Ｕ相をなす巻線４０が収容されるスロット３１は、回転子２が８極であり、固定子コア３０に１６個（４４０ａ−１、４４０ａ−２、・・・、４４０ａ−８、４４０ｂ−１、４４０ｂ−２、・・・、４４０ｂ−８）が形成されている。スロット３１には８本のスロット収容部４３が深さ方向に重なって収容される。スロット３１の深さ方向でスロット収容部４３が収容される位置を、開口部から深さ方向に進むにつれて、８番、７番、６、…１番と呼ぶ。

巻線４４０ａ、４４０ｂは直列接続されており、巻線４４０ａ−１の端部が中性点に接続され、巻線４４０ｂ−１の端部が巻線４４０ｄと接続されてＵ相端子に接続される。

巻線４４０ａは、中性点に最も近いスロット収容部４３となる、スロット４４０ａ−１の１番に収容される。巻線４４０ｂは、巻線４４０ｂの端部に最も近いスロット収容部４３となる、スロット４４０ｂ−１の１番に収容される。

巻線４４０ａのスロット４４０ａ−１に収容されたスロット収容部４３にターン部４４を介して接続されたスロット収容部４３（次のスロット収容部４３）は、固定子コア３０の軸方向で中性点に接続される端部が突出した側（以下、上方側）に背向した端部側（以下、下方側）のターン部４４Ｉ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−２の２番に収容される。このように、ターン部４４Ｉ（下）は、スロット４４０ａ−１の１番とスロット４４０ａ−２の２番とを固定子コア３０の下方側で接続する。スロット４４０ａ−２に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ａ−３の１番に収容される。このようにターン部４４ＩＩ（上）は、スロット４４０ａ−２の２番とスロット４４０ａ−３の１番とを固定子コア３０の上方側で接続する。スロット４４０ａ−３に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３はターン部４４ＩＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−４の２番に収容される。

このように、ターン部４４ＩＩＩ（下）は、スロット４４０ａ−３の１番とスロット４４０ａ−４の２番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

巻線４４０ｂのスロット４４０ｂ−１に収容されたスロット収容部４３にターン部４４を介して接続されたスロット収容部４３（次のスロット収容部４３）は、固定子コア３０の軸方向でＵ相に接続される端部が突出した側（以下、上方側）に背向した端部側（以下、下方側）のターン部４４ＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−２の２番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（下）は、スロット４４０ｂ−１の１番とスロット４４０ｂ−２の２番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−２に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３はターン部４４ＩＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ｂ−３の１番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（上）は、スロット４４０ｂ−２の２番とスロット４４０ｂ−３の１番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ｂ−３に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＶ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−４の２番に収容される。このように、ターン部４４ＩＶ（下）は、スロット４４０ｂ−３の１番とスロット４４０ｂ−４の２番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

このように、２本の巻線４４０ａ、４４０ｂは、固定子コア３０の上方側に位置するターン部４４ＩＩ（上）〜４４ＶＩＩ（上）が隣接するスロット収容部４３の２番と１番とを、下方側に位置するターン部４４Ｉ（下）〜４４ＶＩＩＩ（下）が隣接するスロット収容部４３の１番と２番とを、接続する。この接続方法で周方向に１周して、スロット４４０ａ−１からスロット４４０ａ−８、スロット４４０ｂ−１からスロット４４０ｂ−８まで２本の巻線４４０ａ、４４０ｂのスロット収容部４３が設置される。スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８では、２番目に巻線４４０ａのスロット収容部４３が収容される。

そして、スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の２番目にスロット収容部４３が収容された巻線４４０ａ、４４０ｂの次のスロット収容部４３は、スロット４４０ａ−１、４４０ｂ−１の３番に収容される。このように、ターン部４４ＶＩＩＩ（上）、４４Ｉ（上）は、スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の２番とスロット４４０ａ−１、４４０ｂ−１の３番とを固定子コア３０の上方側で接続する。つまり、周方向で１周したら、径内方向に、接合体が巻回して１層分内径側にずれている。

スロット４４０ａ−１の３番に接続された巻線４４０ａはターン部４４Ｉ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−２の４番に収容される。このように、ターン部４４Ｉ（下）は、スロット４４０ａ−１の３番とスロット４４０ａ−２の４番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ａ−２に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ａ−３の３番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（上）は、スロット４４０ａ−２の４番とスロット４４０ａ−３の３番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ａ−３に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−４の４番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（下）は、スロット４４０ａ−３の３番とスロット４４０ａ−４の４番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−１の３番に接続された巻線４４０ｂはターン部４４ＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−２の４番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（下）は、スロット４４０ｂ−１の３番とスロット４４０ｂ−２の４番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−２に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ｂ−３の３番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（上）は、スロット４４０ｂ−２の４番とスロット４４０ｂ−３の３番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ｂ−３に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＶ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−４の４番に収容される。このように、ターン部４４ＩＶ（下）は、スロット４４０ｂ−３の３番とスロット４４０ｂ−４の２番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

このように、２本の巻線４４０ａ、４４０ｂは、固定子コア３０の上方側に位置するターン部４４ＩＩ（上）〜４４ＶＩＩ（上）が隣接するスロット収容部４３の３番と４番とを、下方側に位置するターン部４４Ｉ（下）〜４４ＶＩＩＩ（下）が隣接するスロット収容部４３の３番と４番とを、接続する。この接続方法で周方向に１周して、スロット４４０ａ−１からスロット４４０ａ−８、スロット４４０ｂ−１からスロット４４０ｂ−８まで２本の巻線４４０ａ、４４０ｂのスロット収容部４３が設置される。スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８では、４番目に巻線４４０ａのスロット収容部４３が収容される。

そして、スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の４番目にスロット収容部４３が収容された巻線４４０ａ、４４０ｂの次のスロット収容部４３は、スロット４４０ａ−１、４４０ｂ−１の５番に収容される。このように、ターン部４４ＶＩＩＩ（上）、４４Ｉ（上）は、スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の４番とスロット４４０ａ−１、４４０ｂ−１の５番とを固定子コア３０の上方側で接続する。つまり、周方向で１周したら、径内方向に、接合体が巻回して１層分内径側にずれている。

スロット４４０ａ−１の５番に接続された巻線４４０ａはターン部４４Ｉ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−２の６番に収容される。このように、ターン部４４Ｉ（下）は、スロット４４０ａ−１の５番とスロット４４０ａ−２の６番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ａ−２に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ａ−３の５番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（上）は、スロット４４０ａ−２の６番とスロット４４０ａ−３の５番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ａ−３に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−４の６番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（下）は、スロット４４０ａ−３の５番とスロット４４０ａ−４の６番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−１の５番に接続された巻線４４０ｂはターン部４４ＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−２の６番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（下）は、スロット４４０ｂ−１の５番とスロット４４０ｂ−２の６番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−２に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ｂ−３の５番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（上）は、スロット４４０ｂ−２の６番とスロット４４０ｂ−３の５番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ｂ−３に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＶ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−４の６番に収容される。このように、ターン部４４ＩＶ（下）は、スロット４４０ｂ−３の５番とスロット４４０ｂ−４の６番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

このように、２本の巻線４４０ａ、４４０ｂは、固定子コア３０の上方側に位置するターン部４４ＩＩ（上）〜４４ＶＩＩ（上）が隣接するスロット収容部４３の５番と６番とを、下方側に位置するターン部４４Ｉ（下）〜４４ＶＩＩＩ（下）が隣接するスロット収容部４３の５番と６番とを接続する。この接続方法で周方向に１周して、スロット４４０ａ−１からスロット４４０ａ−８、スロット４４０ｂ−１からスロット４４０ｂ−８まで２本の巻線４４０ａ、４４０ｂのスロット収容部４３が設置される。スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８では、６番目に巻線４４０ａのスロット収容部４３が収容される。

そして、スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の６番目にスロット収容部４３が収容された巻線４４０ａ、４４０ｂの次のスロット収容部４３は、スロット４４０ａ−１、４４０ｂ−１の７番に収容される。このように、ターン部４４ＶＩＩＩ（上）、４４Ｉ（上）は、スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の６番とスロット４４０ａ−１、４４０ｂ−１の７番とを固定子コア３０の上方側で接続する。つまり、周方向で１周したら、径内方向に、接合体が巻回して１層分内径側にずれている。

スロット４４０ａ−１の７番に接続された巻線４４０ａはターン部４４Ｉ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−２の８番に収容される。このように、ターン部４４Ｉ（下）は、スロット４４０ａ−１の７番とスロット４４０ａ−２の８番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ａ−２に収容された巻線４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ａ−３の７番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（上）は、スロット４４０ａ−２の８番とスロット４４０ａ−３の７番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ａ−３に収容された巻４４０ａの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ａ−４の８番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（下）は、スロット４４０ａ−３の７番とスロット４４０ａ−４の８番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−１の７番に接続された巻線４４０ｂはターン部４４ＩＩ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−２の８番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩ（下）は、スロット４４０ｂ−１の７番とスロット４４０ｂ−２の８番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

スロット４４０ｂ−２に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＩＩ（上）を介して接続され、スロット４４０ｂ−３の７番に収容される。このように、ターン部４４ＩＩＩ（上）は、スロット４４０ｂ−２の８番とスロット４４０ｂ−３の７番とを固定子コア３０の上方側で接続する。

スロット４４０ｂ−３に収容された巻線４４０ｂの次のスロット収容部４３は、ターン部４４ＩＶ（下）を介して接続され、スロット４４０ｂ−４の８番に収容される。このように、ターン部４４ＩＶ（下）は、スロット４４０ｂ−３の７番とスロット４４０ｂ−４の８番とを固定子コア３０の下方側で接続する。

このように、２本の巻線４４０ａ、４４０ｂは、固定子コア３０の上方側に位置するターン部４４ＩＩ（上）〜４４ＶＩＩ（上）が隣接するスロット収容部４３の７番と８番とを、下方側に位置するターン部４４Ｉ（下）〜４４ＶＩＩＩ（下）が隣接するスロット収容部４３の７番と８番とを接続する。この接続方法で周方向に１周して、スロット４４０ａ−１からスロット４４０ａ−８、スロット４４０ｂ−１からスロット４４０ｂ−８まで２本の巻線４４０ａ、４４０ｂのスロット収容部４３が設置される。スロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８では、８番目に巻線４４０ａのスロット収容部４３が収容される。

そして、このスロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の８番目に収容されたスロット収容部４３が接続される。

このスロット４４０ａ−８、４４０ｂ−８の８番目に収容されたスロット収容部４３が折り返し部４６を形成している。このように、二本の巻線４０ａ，４０ｂの接続体が固定子コア３０に巻装される。

次に、巻線４４０ｃ、４４０ｄの結線状態は、図１１−２及び図１２−２に示したとおりであり、巻線４４０ａ、４４０ｂと同様に結線しているため詳細な説明は省略する。

コイル４は、このＵ１相と同様にして、６組の接続体がＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の各相をなすように巻回されている。

なお、図１３〜１４に示したように、ターン部４４ＶＩＩＩ（上）−４層目は、スロット４４０ａ−８とスロット４４０ｂ−８とを固定子コア３０の上方側で接続していることから、このターン部４４ＶＩＩＩ（上）−４層目と周方向での位置が同じ位置にある各層のターン部４４ＶＩＩＩ（上）は、径方向外方に向かってコイルエンドがずれた形状に変形されている。これにより、スロット４４０ａ−８とスロット４４０ｂ−８とを接続するターン部ＶＩＩＩ（上）−４層目が、他のターン部ＶＩＩＩ（上）と干渉を生じなくなり、コイルエンドが粗大化しなくなっている。また、図１４に示したように、コイル４の回転子２と対向する内周面から径方向内方に巻線４０が突出しなくなった。

（比較の形態例）
上記の実施の形態においては同一相に配された接続体を構成する二本の巻線が４０ａ，４０ｂが接続されていたが、本比較の形態は、この二本が接続されていない状態で形成されたコイル４を備えている。本比較の形態の巻線の巻回方法を図１５〜１７に示した。

図１５に展開図で示したように、コイル４の内周面側と外周面側の両面側に、コイル４を構成する巻線４０の両端部（巻き始め端部および巻き終わり端部）のそれぞれが位置している。このようなコイル４では、最内周面側の巻線４０の端部（巻き終わり端部）を接続するためには、コイルエンドの外方に巻線４０の端部（巻き終わり端部）を取り回ししなければならない。

本形態のように、巻線４０の数が多くなると、巻き終わり端部の取り回しが煩雑となり、コイル４の製造に多大なコストが要求されるようになる。この巻き終わり端部の取り回しの一例を図１６に示した。図１６は、図８と同様な手法で巻線の結線を示した図である。

さらに、図１７に示したように、巻き終わり端部がコイル４の最内層側（スロットの８番目）から突出することで、巻き終わり端部を結線するためにはコイルエンドを乗り越えて結線する必要がある。この端部の取り回しの結果、コイルエンドの体格が粗大化し、コイル全体が粗大化している。

これに対し、本実施形態の回転電機１の固定子３では、コイル４を構成する二本の巻線４０ａ、４０ｂが折り返し部４６で接続されたことで、二本の巻線４０ａ、４０ｂの接続体の端部がコイルエンドから突出しない構成となっている。すなわち、本実施形態の回転電機１の固定子３は、コイル４の体格の粗大化が抑えられている。

（他の比較の形態例）
本形態は、上記の実施の形態において、ターン部４４ＶＩＩＩ（上）−４層目と周方向での位置が同じ位置にある各層のターン部４４ＶＩＩＩ（上）が、径方向外方に向かってコイルエンドがずれた形状に変形していない例である。

図１８に、本形態の固定子３の上面図を示した。本形態は、ターン部４４ＶＩＩＩ（上）がそれぞれの径方向位置よりも径方向外方を経由していないため、最内周側に位置するターン部４４ＶＩＩＩ（上）−４層目がコイル４の内周面から突出している。このような構成の固定子では、回転子２の組み付けが困難となる。

これに対し、上記の実施の形態では、コイル４の回転子２と対向する内周面から径方向内方に巻線４０が突出しておらず、コイル４が回転子２に干渉しない構成となっている。

このように、本実施形態の回転電機の固定子１は、小型化を達成できるものとなっており、性能の優れた回転電機を提供できる効果を発揮する。

実施形態の回転電機の構成を示した図である。 実施形態の回転電機の固定子の斜視図である。 実施形態の回転電機の固定子のコアを示した図である。 実施形態の回転電機の固定子のコアを構成するコア分割体を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルを構成する各相巻線の構成を示す断面図である。 実施形態の回転電機のコイルの結線を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルの斜視図である。 実施形態の回転電機のコイルの結線を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルのＵ相の結線を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルを形成する固定子巻線の成形体を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルにおけるＵ１相の結線状態を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルにおけるＵ１相の結線状態を示した図である。 実施形態の回転電機のＵ１相の巻線のスロットへの収容位置を示した図である。 実施形態の回転電機のＵ１相の巻線のスロットへの収容位置を示した図である。 実施形態の回転電機の固定子の径方向外方を通るターン部を示した図である。 実施形態の回転電機のコイルの上面図である。 比較の形態の回転電機のコイルを形成する固定子巻線の成形体を示した図である。 比較の形態の回転電機のコイルの各相巻線の結線を示した図である。 比較の形態の回転電機の固定子の側面図である。 他の比較の形態の回転電機の固定子の上面図である。

符号の説明

１：回転電機 １０：ハウジング
１１０，１１１：軸受け
２：回転子 ２０：回転軸
３：固定子 ３０：固定子コア
３１：スロット ３２：分割コア
４：コイル ４０：巻線
４１：導体 ４２：絶縁皮膜
４３：スロット収容部 ４４：ターン部
４４０ａ−１〜４４０ａ−８：スロット
４４０ｂ−１〜４４０ｂ−８：スロット
４４０ｃ−１〜４４０ｃ−８：スロット
４４０ｄ−１〜４４０ｄ−８：スロット
４５：接続部 ４６：折り返し部
４８：融着材
５：絶縁紙

Claims (9)

1. 周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、
   該スロットに設置されている周方向で波状をなす複数の各相巻線が巻回されて形成されるコイルと、
   を備えた回転電機の固定子であって、
   該各相巻線は、周方向の異なる該スロットに設置されているスロット収容部と、該スロットの外部で該スロット収容部同士を接続している階段状のターン部と、一方の端部と他方の端部との間に位置し巻装方向が反転する該スロット収容部よりなる折り返し部と、を有し、
   かつ該各相巻線が、所定のスロット数毎の、該スロットの深さ方向で交互に該スロット収容部が位置するように設置された第一の巻線部と第二の巻線部とが該折り返し部で直列に接続されてなり、
   該折り返し部の一方の端部に接続した該ターン部が該スロットの深さ方向での位置が同じ位置にある該スロット収容部を接続し、その他の該ターン部は該スロットの深さ方向での位置が異なる位置にある該スロット収容部を接続しており、
   該折り返し部の一方の端部に接続した該ターン部が位置する周方向位置と周方向での位置が同じ位置にある各該ターン部が、該スロット収容部の位置する径方向位置よりも該回転子から離反する径方向位置を経由していることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記各相巻線は、金属よりなる断面が矩形形状の導体と、該導体を被覆した絶縁性の樹脂皮膜と、から構成される請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記ターン部は、周方向でクランク形状に曲成されている請求項１〜２のいずれかに記載の回転電機の固定子。
4. 前記ターン部は、中央部が軸方向で前記固定子コアの端面からの突出高さが最も高い階段状に曲成されている請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機の固定子。
5. 前記ターン部の前記階段状の一段の高さは、前記各相巻線の太さである請求項４記載の回転電機の固定子。
6. 前記スロットは、前記各相巻線の前記スロット収容部が深さ方向に並んで設置される請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機の固定子。
7. 前記折り返し部は、径方向の最内周側に位置する請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機の固定子。
8. 前記各相巻線の両端部は、径方向の最外周側に位置し、
   該両端部は、前記ターン部の前記固定子コアの端面から突出した突出高さよりも低い位置にもうけられている請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機の固定子。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機の固定子の内周側または外周側に、周方向に交互に異なる磁極を形成している回転子を備えたことを特徴とする回転電機。

Images