JP4920499B2 - 回転電機の固定子巻線 - Google Patents

Description

本発明は、三相の交流発電機や交流電動機など回転電機の固定子巻線に関するものであり、特にコイル間の電気的接続をする渡り線の本数を減らす固定子巻線の巻線構造に関するものである。

上記回転電機の固定子巻線の巻線構造においては、固定子巻線の円周方向に整列する複数のコイル間を、渡り線にて電気的に接続する際、渡り線が円周方向に行き戻りし、複数本が並走して配線され、狭い領域が複数の配線で混み合ってしまうことがある。これに対して、従来、予めコイル端末を交差させて作製したコイルと、コイル端末を交差させずに作製したコイルとを交互に接続して行くことにより、渡り線が円周方向に行き戻りする箇所を減らし、これにより、複数本渡り線の本数を減らす提案がされている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６２−８４３４４号公報

しかしながら、平角導線を所定の平面上でトラック状に巻回して２本の直線部を平面に対して垂直な方向にそれぞれ広げて成形した亀甲形コイルに対して、上記特許文献１等に提案されている方法を適用すると、コイル端末を交差させて作製したコイルと端末を交差させずに作製したコイルとの境界において、隣接するコイルのコイル端末が、固定子の径方向に近接することがある。そして、隣接するコイルのコイル端末が相互に近接すると、渡り線結線作業（ろう付、絶縁テーピング、縛り固定など）において、隣接するコイルのコイル端末が作業の障害となり、作業性が低くなり、作業時間が長くなるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コイル間を接続する渡り線の本数を減らすことができるとともに、隣接するコイルのコイル端末が接近することがなく、渡り線結線作業に支障をきたすことのない回転電機の固定子巻線を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の回転電機の固定子巻線は、亀甲形コイル相互間を渡り線にて電気的に接続する回転電機の固定子巻線において、平角電線が内径側から複数回巻回されて亀甲形に成形されて、平角電線の巻回方向、巻回方向と巻始め端末との位置関係、及び巻始め端末と上口側直線部との位置関係が互いに反対とされた第一コイル及び第二コイルを有し、第一コイルの巻終り端末と第二コイルの巻始め端末とが、渡り線にて電気的に接続されることを特徴とする。

ここで、平角電線の巻回方向とは、巻回の進行に伴い平角電線の平坦面が積み重なって行く回転方向を指す。つまり、所謂エッジワイズではない回転方向を指している。また、巻回方向と巻始め端末との位置関係とは、巻始め端末を手前側にして見たとき、電線が右回りで巻回されているか、電線が左回りで巻回されているかを指している。巻始め端末と上口側直線部との位置関係とは、電線を巻始め端末から辿ったとき最初に通過する直線部分が上口側であるか否（下口側）かを指している。

この発明によれば、コイル間を接続する渡り線の本数を減らすことができるとともに、隣接するコイルのコイル端末が接近することがなく、さらに、渡り線結線に支障をきたすことがない。

以下に、本発明にかかる回転電機の固定子巻線の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は本発明にかかる回転電機の固定子巻線の概略を示す斜視図である。概略六角形の亀甲状に成形された亀甲形コイル１１が、円周方向に複数整列して組み合わされてコイル体１５を形成している。コイル体１５は、複数のスロットが形成された固定子鉄心１６に嵌め込まれ、その後、所定の亀甲形コイル１１どうしが渡り線１７にて電気的に接続されて固定子となる。なお、図１においてコイル体１５は概略に記載されている。

図２は図１の亀甲形コイル１１の拡大図である。図２において、亀甲形コイル１１は、スロット内で導体断面積を大きくできるように平角電線を用いて作製され、概略六角形の亀甲状をなし、直線状を成す一対の直線部１１ｕ及び１１ｌと、その両端の２つの傾斜部からなるコイルエンド部とを有している。そして一対の直線部１１ｕ，１１ｌが固定子鉄心１６のスロットに収容され、一方コイルエンド部がそれぞれ固定子鉄心１６の両端面から突出する。

コイルエンド部は互いに逆向きに傾斜して直線部に連接する傾斜部と、２つの傾斜部の間で湾曲して両傾斜部を略垂直に連結するターン部と、内周端から延びた巻き始め端末（コイル端末の一方）１１ｓ及び外周端から延びた巻き終り端末（コイル端末の他方）１１ｅとを備えている。このような亀甲形コイル１１は、平角電線から成るので、横断面が半径方向に細長い矩形状のスロット内に隙間無く収容でき、占積率が向上する。

図３は亀甲形コイル１１の作製手順を説明するための模式図である。図３において、まず、平角電線１３が図３の紙面と平行な平面上でトラック状に巻回される。帯状の平角電線１３は、内側から平坦面が順次積み重ねられるように矢印Ａ方向に巻回される。平角電線１３の巻始めと巻終りは、巻始め端末１１ｓと巻終り端末１１ｅとして一方のターン部（ノーズ）側に引き出される。このようにして、図３左に示すコイル中間体１８が形成される。

その後、このコイル中間体１８は、図中上下で湾曲するターン部を除く２本の直線部分が、上記平面に対して互いに異なる垂直な方向（図３中左側の直線部が図中手前の矢印Ｖ１方向、図３中右側の直線部が図中奥の矢印Ｖ２方向）にそれぞれ広げられて直線部と傾斜部となり、全体が概略六角形の亀甲状に成形される。２つの直線部は、固定子鉄心１６のスロットに挿入された際、それぞれ異なるスロットにて奥側となる下口側直線部１１ｌと開口側となる上口側直線部１１ｕとなる。両端のターン部は六角形の２辺を成す傾斜部間で外方に垂直に突出するように残る。そして、特に図３の上方のターン部は、一般にノーズ１１ｎと呼ばれる。巻始め端末１１ｓと巻終り端末１１ｅは、このノーズ１１ｎに近い位置から（ノーズ１１ｎに隣接するように）引き出される。このようにして、図３右に示す亀甲形コイル１１が形成される。

図４は本実施の形態に対して比較のために示す従来の回転電機の固定子巻線の渡り線側の端部の様子を示す図である。図５は図４に示す従来の固定子巻線の渡り線の結線の様子を示すＵ相及びＵバー相の模式的な結線図である。図５中矢印はある瞬間における電流の向きを示している。図４において、図３の作製手順にて作製した３６個の亀甲形コイル１１が、固定子鉄心１６のスロットに収納されて、円周に沿って等間隔に並んでいる（図中ノーズ１１ｎのみ示されている）。３６個の亀甲形コイル１１は、周方向に連続する３個がそれぞれ組にされて、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕバー，Ｖバー，Ｗバー相に振り分けられている。図４及び図５において、図中Ｐで示すようにＵ相を形成する３個の亀甲形コイル１１間を接続する渡り線１７は、円周方向に行き戻りしながら結線されており、複数本が並走しているため混み合っている。上下の渡り線１７の絶縁を確保するために、大きな絶縁マット２１を挟み込むことも必要となる。

図６は図２に示したコイルに対して上記特許文献１に開示されているコイル端末を交差させる技術を適用した亀甲形コイルである。コイル端末を交差させた亀甲形コイル１１Ａは、図３の作製手順にて作製した亀甲形コイル１１から、さらに、巻始め端末１１ｓをノーズ１１ｎの下（内）を潜らせて反対側に引き出すとともに、巻き終わりの位置を若干延長して、巻終り端末１１ｅをノーズ１１ｎの巻始め端末１１ｓと反対側に引き出すことにより作製されている。

図７はコイル端末を交差させない図２のコイルとコイル端末を交差させた図６のコイルとを組み合わせたコイル体をノーズ側から見た図である。図８は図７に示す固定子巻線の渡り線の結線の様子を示すＵ相及びＵバー相の模式的な結線図である。図８中矢印はある瞬間における電流の向きを示している。図７において、ハッチングのないコイルが図２に示すコイル端末すなわち、巻始め端末１１ｓ及び巻終り端末１１ｅを交差させない亀甲形コイル１１であり、ハッチングのあるコイルが図６に示す巻始め端末１１ｓ及び巻終り端末１１ｅを交差させた亀甲形コイル１１Ａである。図７のように、コイル端末を交差させない亀甲形コイル１１とコイル端末を交差させた亀甲形コイル１１Ａとを組み合わせることにより、図８中Ｐで示すように、Ｕ相を形成する３個の亀甲形コイル１１間を接続する渡り線１７の行き戻りを削減することができる。同様に他相の接続をする渡り線１７の往復も削減することができる。このようにして、渡り線１７の混み合いを解消することができる。

しかしながら、図７において確認できるように、隣り合う亀甲形コイル１１と亀甲形コイル１１Ａとの間でコイル端末が接近してしまっている。すなわち、図７中Ｑ１に示すように、亀甲形コイル１１の巻始め端末１１ｓと亀甲形コイル１１Ａの巻始め端末１１ｓとが接近してしまっている。また、図７中Ｑ２に示すように、亀甲形コイル１１Ａの巻終り端末１１ｅと亀甲形コイル１１の巻終り端末１１ｅとが接近してしまっている。このようなコイル端末どうしの接近があると、渡り線結線作業（ろう付、絶縁テーピング、縛り固定など）において、隣接するコイルのコイル端末が作業の障害となり、作業性が低いものとなり、作業時間が長くなるという課題が残る。

図９はこの発明にかかる固定子巻線の実施の形態を示す斜視図である。図９において、亀甲形コイル１２の作製手順を、図３の亀甲形コイル１１の作製手順と比較して説明する。まず、図３と同じように、平角電線１３が内径側から平坦面が順次積み重ねられるようにトラック状に巻回される。しかしながら、このとき、帯状の平角電線１３は、図３のものとは逆に、矢印Ｂ方向（図９）に順次積み重ねられるように巻回される。

その後、図３と同じように、図中上下の湾曲部を除く２本の直線部分がトラックを含む面に対して互いに異なる垂直な方向にそれぞれ広げられて（向かって左の直線部が手前に引き出され、向かって右の直線部が奥に押し広げられられて）、概略六角形の亀甲状に成形される。なお、図３のものと逆に巻回されるには、図３のものと同じ方向に巻回したうえで、２本の直線部分が双方ともに反対方向に垂直に広げられてもよい（向かって左の直線部がが奥に押し広げられられて、向かって右の直線部が手前に引き出されてもよい）。２つの直線部は、固定子鉄心１６のスロットに挿入された際、奥側となる下口側直線部１２ｌと開口側となる上口側直線部１２ｕとなる（スロットはそれぞれ異なる）。両端の湾曲部（ターン部）は六角形の２辺の間に外方に突出するように残る。巻始め端末１２ｓと巻終り端末１２ｅは、このノーズ１２ｎに近い位置から引き出される。

その後、巻始め端末１２ｓをノーズ１２ｎの下（内）を潜らせて反対側に引き出すとともに、巻き終わりの引き出し位置を若干延長して、巻終り端末１２ｅをノーズ１２ｎの巻始め端末１２ｓと反対側に引き出すことにより、巻始め端末１２ｓと巻終り端末１２ｅとが交差される。このようにして、図９に示す亀甲形コイル１２が形成される。

ここで、巻始め端末１１ｓ及び巻終り端末１１ｅを交差させない図２の亀甲形コイル１１と、電線を反対方向に巻回したのち巻始め端末１１ｓ及び巻終り端末１１ｅを交差させた図９の亀甲形コイル１２の構成を比較する。巻回方向と巻始め端末との位置関係と、巻始め端末と上口側直線部との位置関係について比較する。ここで、平角電線の巻回方向とは、巻回の進行に伴い平角電線の平坦面が積み重なって行く回転方向を指している。つまり、所謂エッジワイズではない回転方向を指している。そして、巻回方向と巻始め端末との位置関係とは、巻始め端末を手前側にして見たとき、電線が右回りで巻回されているか、電線が左回りで巻回されているかという関係であり、巻始め端末と上口側直線部との位置関係とは、電線を巻始め端末から辿ったとき最初に通過する直線部分が上口側であるか否（下口側）かという関係である。

亀甲形コイル（第一コイル）１１においては、巻回方向と巻始め端末１１ｓとの位置関係に関しては、巻始め端末１１ｓを手前側にして見たとき、電線は矢印Ａ方向（右回り）に巻回されている。また、巻始め端末１１ｓと上口側直線部との位置関係に関しては、電線を巻始め端末１１ｓから辿ったとき最初に通過する直線部分は上口側直線部１１ｕである。

一方、亀甲形コイル（第二コイル）１２においては、巻回方向と巻始め端末１２ｓとの位置関係に関しては、巻始め端末１２ｓを手前側にして見たとき、電線は矢印Ｂ方向（左回り）に巻回されている。また、巻始め端末１２ｓと上口側直線部との位置関係に関しては、電線を巻始め端末１２ｓから辿ったとき最初に通過する直線部分は下口側直線部１２ｌである。すなわち、亀甲形コイル（第一コイル）１１と亀甲形コイル（第二コイル）１２とは、平角電線の巻回方向、巻回方向と巻始め端末との位置関係、及び巻始め端末と上口側直線部との位置関係が互いに反対となっている。

図１０は図２の亀甲形コイル（第一コイル）１１と図９の亀甲形コイル（第二コイル）１２とを組み合わせたコイル体をノーズ側から見た図である。図１１は図１０のコイル体を挿入して構成された固定子巻線の渡り線側の端部の様子を示す図である。図１０において、ハッチングのないコイルが亀甲形コイル（第一コイル）１１であり、ハッチングのあるコイルが亀甲形コイル（第二コイル）１２である。

図１０において確認できるように、コイル端末を交差させない亀甲形コイル（第一コイル）１１と電線を反対方向に巻回したのちコイル端末を交差させた亀甲形コイル（第二コイル）１２とを組み合わせることにより、隣り合う亀甲形コイル（第一コイル）１１と亀甲形コイル（第二コイル）１２との間のコイル端末が接近を解消することができる。すなわち、図１０中Ｒ１に示すように、亀甲形コイル（第一コイル）１１の巻始め端末１１ｓと亀甲形コイル（第二コイル）１２の巻終り端末１２ｅとを、半径方向に離間することができる。また、図１０中Ｒ２に示すように、亀甲形コイル（第二コイル）１２の巻始め端末１２ｓと亀甲形コイル（第一コイル）１１の巻終り端末１１ｅとを、半径方向に離間することができる。

また、図１１に示すように、コイル端末を交差させない亀甲形コイル（第一コイル）１１と電線を反対方向に巻回したのちコイル端末を交差させた亀甲形コイル（第二コイル）１２とを組み合わせることにより、渡り線１７の行き戻りを削減することができ、渡り線１７の混み合いを解消することができる。

以上のように、本発明の回転電機の固定子巻線は、三相交流の回転電機に適用されて有用であり、特に、車載用の大型の回転電機に適している。

本発明にかかる回転電機の固定子巻線の概要を示す斜視図である。 図１の亀甲形コイルの拡大図である。 亀甲形コイルの作製手順を説明するための模式図である。 比較のために示す従来の回転電機の固定子巻線の渡り線側の端部の様子を示す図である。 図４に示す従来の固定子巻線の渡り線の結線の様子を示すＵ相及びＵバー相の模式的な結線図である。 図２に示したコイルに対して特許文献１に開示されているコイル端末を交差させる技術を適用した亀甲形コイルの斜視図である。 コイル端末を交差させない図２のコイルとコイル端末を交差させた図６のコイルとを組み合わせたコイル体をノーズ側から見た図である。 図７に示す固定子巻線の渡り線の様子を示すＵ相及びＵバー相の模式的な結線図である。 この発明にかかる固定子巻線の実施の形態を示す斜視図である。 図２の亀甲形コイルと図９の亀甲形コイルとを組み合わせたコイル体をノーズ側から見た図である。 図１０のコイル体を挿入して構成された固定子巻線の渡り線側の端部の様子を示す図である。

符号の説明

１１，１１Ａ，１２ 亀甲形コイル
１１ｓ，１２ｓ 巻き始め端末
１１ｅ，１２ｅ 巻き終り端末
１１ｕ，１２ｕ 上口側直線部
１１ｌ，１２ｌ 下口側直線部
１１ｎ，１２ｎ ノーズ
１３ 平角電線
１５ コイル体
１６ 固定子鉄心
１７ 渡り線
１８ コイル中間体
２１ 絶縁マット

Claims (4)

1. 亀甲形コイル相互間を渡り線にて電気的に接続する回転電機の固定子巻線において、
   平角電線が内径側から複数回巻回されて亀甲形に成形されて、前記平角電線の巻回方向、巻回方向と巻始め端末との位置関係、及び巻始め端末と上口側直線部との位置関係が互いに反対とされた第一コイル及び第二コイルを有し、前記第一コイルの巻終り端末と前記第二コイルの巻始め端末とが、前記渡り線にて電気的に接続される
   ことを特徴とする回転電機の固定子巻線。
2. 前記第一コイルは、平角電線が所定の平面上でトラック状に巻回されて２本の直線部を前記平面に対して互いに異なる垂直な方向にそれぞれ広げて亀甲形に成形され、
   前記第二コイルは、平角電線を所定の平面上で第一コイルと反対方向にトラック状に巻回されて２本の直線部を前記平面に対して互いに異なる垂直な方向にそれぞれ広げて亀甲形に成形され、巻始め端末と巻終り端末とが交差されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子巻線。
3. 前記第二コイルは、前記巻始め端末をノーズの下を潜らせて反対側に引き出すことにより、前記巻始め端末と前記巻終り端末とが交差されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子巻線。
4. 三相交流の回転電機の固定子巻線である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子巻線。

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