JP5163255B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車等に搭載される回転電機の固定子に関する。

従来から、矩形断面を有する導体を用いて波巻を行う場合に、外層と内層が交互に入れ替わる第１コイル群と第２コイル群を用い、スロット内におけるそれぞれのコイル群の導体の配置を交互に入れ替えるようにした固定子巻線が知られている。また、この固定子巻線では、１相１極当たりのスロット数を２とし、１スロット分ずらして配置された２本の巻線を直列接続することで１相の巻線が構成されている。
特許第３６７２８４６号公報（第８−２２頁、図１−２３）

ところで、特許文献１に開示された構成では、スロット内の導体数が多くなると、固定子巻線を構成するコイル群の数も多くなるため、巻線を成形する工程が複雑になるという問題があった。また、１相１極当たりのスロット数を２として巻回した２本の巻線を直列接続ではなく並列接続して固定子巻線を構成しようとすると、これら２本の巻線の端末位置が１スロット分ずれた状態で並列接続する必要があるため、出力を取り出すリード線等の配線が複雑になるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、巻線を形成する工程を簡略化することができ、並列接続時の配線を容易に行うことができる回転電機の固定子を提供することにある。

上述した課題を解決するために、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対向する位置に配置されており、周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、断面形状がほぼ矩形状の線材により形成されてスロットに巻回された多相固定子巻線とを備える。線材は、周方向の異なるスロットに収容されたスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、スロットから突出するターン部の突出箇所に、線材がまたがって収容されている２つのスロットに向けた段部が形成されており、ｎを２以上の自然数としたときに、線材は、ｎ本を１セットとして波巻結線が連続して行われる。

このように、ｎ本の線材を１セットにして固定子コアのスロットに巻回されているため、これらｎ本の線材のそれぞれからなる２種類の固定子巻線を並列接続した際に、各相の出力線や中性点のそれぞれが同一スロットから引き出されることになるため、線材の引き回し形状を簡素化することができ、配線が容易となる。また、ｎ本の線材を１セットにして固定子コアのスロットに巻回することにより、線材を１本毎に巻回する場合に比べて巻回数を１／ｎにすることができるため、巻線を形成する工程を簡略化することができる。さらに、スロットの外部で線材のスロット収容部同士を接続している線材のターン部がスロットから突出する突出箇所に、線材がまたがって配置されているスロット同士に向けた段部が形成されているため、ターン部の突出箇所の間隔が、線材が配置されているスロット同士の間隔よりも狭くなり、固定子コアから突出している線材の形状が全体に小さくなって、コイルエンドの高さを低くすることができる。

また、上述した多相固定子巻線の相数をｋ、回転子の１極あたりの各相のスロットの数をｔとすると、多相固定子巻線において線材の接続が切れている端末数ｍは、４ｎ×ｋ×ｔであることが望ましい。こうすることで、巻線形成の工程を簡略化することができるとともに、端末毎に区切られた各相の線材に電圧を印加して固定子巻線の各相の絶縁検査を行うことによる信頼性向上が可能となる。

また、上述した多相固定子巻線の相数をｋ、回転子の１極あたりの各相のスロットの数をｔ、ｎ本を１セットとして２周波巻結線された線材の径方向に沿った層数を２ｐ（ｐは１以上の自然数）とすると、多相固定子巻線において径方向に沿った各層のそれぞれ毎に線材の接続が切れている箇所の層数分の合計数ｃは、４ｎ×ｋ×ｔ×ｐであることが望ましい。こうすることで、絶縁検査を巻線群の最小単位で行うことができ、信頼性が向上する。

また、上述したターン部のほぼ中央部は、ねじりを伴わない径方向に沿ったクランク形状に形成されていることが望ましい。これにより、線材のターン部のほぼ中央部がねじられている場合に比べて、固定子コアから突出している線材のターン部の高さを低くすることができ、コイルエンドの高さもその分低くなる。

また、上述したターン部のほぼ中央部は、線材の径方向に沿った線幅のほぼｎ倍分が径方向に沿ってクランク形状にずれていることが望ましい。これにより、ｎ本を１セットにした線材同士を径方向に隙間なく並べることができるため、多相固定子巻線の径方向の幅を狭くすることができる。

また、上述した多相固定子巻線の相数をｋ、回転子の１極あたりの各相のスロットの数をｔとすると、ターン部に形成されている階段形状の段部の数は（ｋ×ｔ）であることが望ましい。

固定子巻線の相数がｋ、回転子の１極あたりの各相のスロットの数がｔであると、周方向に隣接しているｋ相の固定子巻線が巻回されている１極当たりのスロットの総数はｋ×ｔである。その結果、周方向の異なるスロット同士にまたがって配置されている線材は、周方向にｋ×ｔ個離れたスロット同士に配置されるので、周方向に隣接しているスロットから突出する線材同士の干渉を避けるため、（ｋ×ｔ）個の段部がターン部に必要になる。このように、（ｋ×ｔ）個の階段形状を形成することにより、線材同士の干渉を防止することができるとともに、コイルエンドの高さをさらに低くすることができる。

また、上述したターン部において階段形状に形成されている突出箇所が固定子コアの軸方向端面に沿っている長さは、周方向に隣り合うスロットの間隔以下の長さであることが望ましい。これにより、スロットから突出する線材の突出部が周方向に隣り合うスロットから突出する線材と干渉することを防止することができる。

また、上述した線材は、固定子コアの全周にわたって連続して形成されていることが望ましい。これにより、多相固定子巻線の製造コストを低減することができるとともに、電気的接続箇所に腐食等の接続不良が発生することを低減することができる。

また、上述した線材は、導体と、導体の外周を覆う絶縁被膜とを有し、絶縁被膜は、１００〜２００μｍの厚みとすることで、線材同士を絶縁するために線材同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がない。

また、上述した絶縁被膜は、内層と、内層の外周を覆って内層よりもガラス転移温度の低い外層とを有することが望ましい。これにより、回転電機に発生する熱により絶縁被膜の外層は内層よりも早く結晶化するため、外層の表面硬度が高くなり、線材に傷がつきにくくなる。このため、ターン部に段部を形成する加工を施した線材の絶縁を確保することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の固定子について、図面を参照しながら詳細に説明する。一実施形態の回転電機の固定子は、所定形状を有する線材を複数本まとめて巻回することにより固定子巻線を形成することに特徴がある。線材を複数本まとめて巻回する具体例について説明する前に、１本の線材を同形状に成形する基本構造について、線材の形状および巻線方法の具体例を説明する。

図１は、基本構造に対応する固定子の部分的な斜視図である。図２は、図１に示す固定子に含まれる固定子巻線を構成する線材の部分的な斜視図である。図１に示す固定子は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる回転電機に使用される。この固定子は、内周側に回転子６０（図７参照）を回転自在に収容する。回転子６０は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を、固定子１０の内周側と対向する外周側に複数形成している。固定子コア１２は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成されている。図１に示すように、固定子コア１２には、軸方向に沿って内周側に開口して互いに周方向に隣接するスロット１４、１５が形成されている。隣接するスロット１４、１５を一組とし、複数組のスロット１４、１５が周方向に等間隔に並んで配置されている。多相固定子巻線としての固定子巻線２０は、例えば三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット１４、１５に各相の固定子巻線２０が巻回されている。そして、周方向に隣接する三組のスロット１４、１５のそれぞれの組には、異なる相の固定子巻線２０が巻回されている。

図３は、固定子巻線２０を形成している線材３０の断面図である。図３に示すように、固定子巻線２０を形成している線材３０は、断面形状が矩形状であって、銅製の導体３２と、導体３２の外周を覆って導体３２を絶縁する内層３４および外層３６からなる絶縁被膜とから形成されている。内層３４は、導体３２の外周を覆い、外層３６は内層３４の外周を覆っている。内層３４と外層３６を合わせた絶縁被膜の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層３４および外層３６からなる絶縁被膜の厚みが厚いので、線材３０同士を絶縁するために線材３０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がない。

外層３６は、ナイロン等の絶縁材で形成されている。内層３４は、外層３６よりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはガラス転移温度が高いポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。すなわち、外層３６は、内層３４よりもガラス転移温度が低く設定されている。これにより、回転電機に発生する熱により外層３６は内層３４よりも早く結晶化する。その結果、外層の表面硬度が高くなり、線材に傷がつきにくくなる。このため、ターン部に段部を形成する加工を施した線材の絶縁を確保することができる。

図２に示すように、線材３０は、固定子コア１２のスロット１４、１５内に配置されるスロット収容部４０と、スロット１４、１５から固定子コア１２の外に突出し、周方向に異なるスロットに配置されているスロット収容部４０同士を接続しているターン部４２とを有しており、固定子コア１２に波巻されることにより固定子巻線２０が形成されている。ターン部４２は、固定子コア１２の軸方向端面１３の両側にそれぞれ形成されている。ターン部４２のほぼ中央部にはねじりを伴わないクランク部４４が形成されている。クランク部４４は、固定子コア１２の軸方向端面１３に沿って（軸方向端面１３と平行に）クランク形状に形成されている。このクランク部４４のクランク形状によるずれ量は、線材３０のほぼ幅分に設定されている。これにより、径方向に隣接している線材３０のターン部４２同士を密に巻回することができる。その結果、コイルエンドの径方向の幅を狭くすることができるので、固定子巻線２０が径方向外側に張り出すことを防止することができる。

また、スロット１４、１５から固定子コア１２の外に突出するターン部４２のすべての突出箇所に、線材３０がまたがって配置されているスロット同士に向けて固定子コア１２の軸方向端面１３に沿って（軸方向端面１３に平行に）段部４６が形成されている。図６に示すように、スロット１４、１５から突出している線材３０のターン部４２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部４２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、線材３０がまたがって配置されているスロット同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンドの高さｈが低くなる。

また、固定子コア１２の端面１３に沿った段部４６の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、線材３０の段部４６が周方向に隣り合うスロットから突出する線材３０と干渉することを防止することができる。また、周方向に隣接するスロットから突出する線材３０同士が互いに干渉することを避けるために、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広がることを防止することができる。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を狭くすることができるため、固定子巻線２０が径方向外側に張り出すことを防止することができる。

さらに、線材３０には、ターン部４２のほぼ中央部のクランク部４４と、ターン部４２の突出箇所に形成した段部４６との間に、それぞれ２個の段部４８が形成されている。各段部４８も、段部４６と同様に、軸方向端面１３に平行に形成されている。これにより、クランク部および段部を有しない三角形状のターン部３３０（図６）の高さに比べ、ターン部４２の高さｈが低くなる。段部４８の階段形状も、クランク部４４、段部４６と同様に、固定子コア１２の軸方向端面１３に沿った階段形状に形成されている。したがって、線材３０のターン部４２は、クランク部４４を挟んで両側に階段状に形成されている。また、すべての段部の軸方向端面１３に平行な長さは、周方向に隣り合うスロットの間隔以下の長さに設定されている。

上述した三相の固定子巻線２０では、回転子の１極当たり各相の線材３０は２個のスロット１４、１５に配置されている。つまり、周方向に連続して隣接している三相の固定子巻線２０の回転子６０の１極当たりのスロット総数は３×２＝６である。その結果、周方向の異なるスロットにまたがって配置されている線材３０は、周方向に６個離れたスロット同士に配置されるので、線材のほぼ中央部の１個のクランク部４４を加え、周方向に隣接しているスロットから突出する線材３０同士の干渉を避けるため、（３×２）個の段部をターン部４２に形成することが望ましい。このように固定子コア１２の一方の軸方向側のコイルエンドで線材３０に１個のクランク部と６個の段部を形成することにより、コイルエンドの高さを低くし、コイルエンドの径方向の幅を狭くすることができる。なお、固定子巻線２０の相数をｋ、回転子６０の１極あたりの各相のスロット数をｔとして、望ましいターン部４２の段数を一般化すると（ｋ×ｔ）となる。

次に、上述した固定子巻線２０の巻線仕様を図７〜図９に基づいて説明する。図７〜図９では、説明を簡単にするために、回転子６０の磁極数、固定子コア１２のスロット１４、１５の総数を実際のものよりも少なくしている。各相においてスロット１４、１５を一組とし、図８に示すように、４組のスロット１４、１５が９０°間隔に固定子コア１２に形成されているものとする。したがって、図７に示すように、スロット１４、１５を一組とした相の異なる組同士は３０°間隔で固定子コア１２に形成されている。各スロット１４、１５には、それぞれ線材３０の４本のスロット収容部４０が合計８本配置されている。各組のスロット１４の径方向外側から内側に向けて線材３０が配置されている位置に１〜４の符号を付し、各組のスロット１５の径方向外側から内側に向けて線材３０が配置されている位置に５〜８の符号を付している。

なお、図１に示した例では、各スロット１４、１５には、それぞれ線材３０の６本のスロット収容部４０が合計１２本配置されており、その中で周方向の向きが同一の６本が図示されている。

以下では、図９を用いて、一相の固定子巻線２０について巻線仕様を説明する。図９において、例えば（１−４）とは、図８の＃１の４の位置に配置されている線材３０を表している。図９に示すように、スロット１４、１５の８箇所の位置に配置されている線材は、まず、以下に示す位置の線材が連続して接続されて８グループを形成している。（１−１）、（１−５）の位置の線材は入力部５０と接続されている。また、一相の固定子巻線２０は、（４−１）、（４−５）の２個の巻端をそれぞれ中性点５２としている。三相の固定子巻線２０の合計６個の中性点５２は、図４および図５に示すように１箇所に集められている。つまり、固定子巻線２０はスター結線されており、各相の一方の巻端が中性点５２、他方の巻端が入力部５０となっている。
（グループ１） （１−１）−（２−２）−（３−１）−（４−２）
（グループ２） （１−２）−（２−１）−（３−２）−（４−１）
（グループ３） （１−３）−（２−４）−（３−３）−（４−４）
（グループ４） （１−４）−（２−３）−（３−４）−（４−３）
（グループ５） （１−５）−（２−６）−（３−５）−（４−６）
（グループ６） （１−６）−（２−５）−（３−６）−（４−５）
（グループ７） （１−７）−（２−８）−（３−７）−（４−８）
（グループ８） （１−８）−（２−７）−（３−８）−（４−７）
そして、これら８グループの連続する線材は、（１−２）と（４−３）、（１−３）と（４−２）、（１−４）と（４−８）、（１−６）と（４−７）、（１−７）と（４−６）、（１−８）と（４−４）を接続することにより、以下に示す入力部５０から中性点５２に至る図９において点線と実線とで示された連続した線材３０により、並列に接続された固定子巻線２０（＃１）および固定子巻線２０（＃２）を一組形成している。他の二相の固定子巻線２０も同様に、入力部５０から中性点５２に至る連続した線材３０により、並列に接続された固定子巻線２０をそれぞれ一組形成している。図９に示す（１−４）と（４−８）、（１−８）と（４−４）の接続部５４は、図４および図５において、三相分が同じ符号５４で示されている。
・固定子巻線＃１
（入力部）−（グループ１）−（グループ３）−（グループ８）−（グループ６）−（中性点）
・固定子巻線＃２
（入力部）−（グループ５）−（グループ７）−（グループ４）−（グループ２）−（中性点）
このように、固定子コア１２の全周にわたり連続した線材３０により入力部５０から中性点５２まで一相の固定子巻線を形成しているので、公知のセグメント導体を溶接等により電気的に接続して入力部５０から中性点５２までの固定子巻線を形成する構成に比べ、電気的接続箇所を極力減らすことができる。これにより、固定子巻線２０の製造コストが低下するとともに、固定子巻線２０の電気的接続不良を極力低減することができる。

また、コイルエンドの径方向の幅が狭くなってコイルエンドが径方向外側に張り出さなくなるため、中性点５２をコイルエンドの径方向外側に取り出すことができる。

次に、上述した基本構造を変形した一実施形態の回転電機の固定子について説明する。図１０は、一実施形態の固定子の斜視図である。図１１は、図１０に示す固定子に装備された一相の固定子巻線の巻線仕様図である。なお、図１１に示す巻線仕様図は、図９に示された基本構造の巻線仕様に対応するものであり、説明を簡単にするために回転子６０の磁極数や固定子コア１２のスロット１４、１５の総数を実際のものよりも少なくした回転子６０および固定子コア１２（図７、図８）に対応している。また、図１０および図１１に示した固定子巻線２０Ａでは、図１等に示した基本構造の固定子巻線２０の各部と対応する部位には同一の符号が付されている。

本実施形態の固定子に装備された固定子巻線２０Ａは、基本構造の固定巻線２０では１本の線材３０を周方向に複数回巻回することで形成されていたのに対して、径方向に隣接する２本の線材３０を１セットとして各セットを構成する２本の線材３０を複数回巻回する点が異なっている。

本実施形態の固定子巻線２０Ａでは、図１１に示すように、スロット１４、１５の８箇所の位置に配置されている線材は、まず、以下に示す位置の線材が連続して接続されて８グループを形成している。（１−１）、（１−２）の位置の線材は入力部５０と接続されている。また、一相の固定子巻線２０は、（４−５）、（４−６）の２個の巻端をそれぞれ中性点５２としている。三相の固定子巻線２０の合計６個の中性点５２は、図１０に示すように１箇所に集められている。つまり、固定子巻線２０Ａはスター結線されており、各相の一方の巻端が中性点５２、他方の巻端が入力部５０となっている。この点は基本構造と同じである。
（グループ１） （１−１）−（２−３）−（３−１）−（４−３）
（グループ２） （１−２）−（２−４）−（３−２）−（４−４）
（グループ３） （１−３）−（２−１）−（３−３）−（４−１）
（グループ４） （１−４）−（２−２）−（３−４）−（４−２）
（グループ５） （１−５）−（２−７）−（３−５）−（４−７）
（グループ６） （１−６）−（２−８）−（３−６）−（４−８）
（グループ７） （１−７）−（２−５）−（３−７）−（４−５）
（グループ８） （１−８）−（２−６）−（３−８）−（４−６）
そして、これら８グループの連続する線材は、（１−３）と（４−３）、（１−４）と（４−４）、（１−５）と（４−１）、（１−６）と（４−２）、（１−７）と（４−７）、（１−８）と（４−８）を接続することにより、入力部５０から中性点５２に至る図１１において点線と実線とで示された連続した線材３０により、並列に接続された固定子巻線２０Ａ（＃３）および固定子巻線２０Ａ（＃４）を一組形成している。他の二相の固定子巻線２０Ａも同様に、入力部５０から中性点５２に至る連続した線材３０により、並列に接続された固定子巻線２０Ａをそれぞれ一組形成している。図１１に示す（１−５）と（４−１）、（１−６）と（４−２）の接続部５４は、図１０において、三相分が同じ符号５４で示されている。
・固定子巻線＃３
（入力部）−（グループ１）−（グループ３）−（グループ５）−（グループ７）−（中性点）
・固定子巻線＃４
（入力部）−（グループ２）−（グループ４）−（グループ６）−（グループ８）−（中性点）
このように、本実施形態の固定子巻線２０Ａは、基本構造の固定子巻線２０と同様に、固定子コア１２の全周にわたり連続した線材３０により入力部５０から中性点５２まで一相の固定子巻線を形成しているので、公知のセグメント導体を溶接等により電気的に接続して入力部５０から中性点５２までの固定子巻線を形成する構成に比べ、電気的接続箇所を極力減らすことができる。これにより、固定子巻線２０の製造コストが低下するとともに、固定子巻線２０の電気的接続不良を極力低減することができる。また、コイルエンドの径方向の幅が狭くなってコイルエンドが径方向外側に張り出さなくなるため、中性点５２をコイルエンドの径方向外側に取り出すことができる。

また、本実施形態の固定子巻線２０Ａは、径方向に並んだ２本の線材３０を１セットにして固定子コア１２のスロット１４、１５に巻回されているため、これら２本の線材３０のそれぞれからなる２種類の固定子巻線＃３、＃４を並列接続した際に、各相において入力部５０に接続される線材３０（出力線）が同一スロットから引き出されることになる。同様に、各相において中性点５２に接続される線材３０が同一スロットから引き出されることになる。これにより、異なるスロット１４、１５から別々に引き出される線材３０を同一の入力部５０や中性点５２として結線する場合に比べて線材３０の引き回し形状を簡素化することができ、配線が容易となる。

また、径方向に並んだ２本の線材３０を１セットにして固定子コア１２のスロット１４、１５に巻回することにより、線材３０を１本毎に巻回する場合に比べて巻回数を半分にすることができるため、巻線を形成する工程を簡略化することができる。

図１２は、図１０に示した本実施形態の固定子に対応する出力線の引き出し位置と径方向に沿った線材３０の巻回数とを示す図であり、一相の固定子巻線に対応した具体例が示されている。また、図１３は基本構造に対応する巻線仕様（図９）でほぼ同一形状に巻回した場合の出力線の引き出し位置と径方向に沿った線材３０の巻回数とを示す図である。図１２および図１３において、Ｐ１〜Ｐ１２は、周方向に交互に配置された回転子６０の各磁極を示している。また、図１２では、ハッチングが付された四角は１セットで巻回される２本の線材３０を示しており、ハッチングが付されていない四角は別の１セットとして巻回される２本の線材３０を示している。これに対し、図１３に示す例では、２本の線材を１セットにして巻回せずに１本１本の線材を巻回しているため、ハッチングが付された四角と付されない四角とが径方向に１個ずつ並んでいる。

本実施形態では、２本の線材３０を１セットにして巻回しているため、図１２に示すように、入力部５０に接続される２本の出力線がスロット番号７が付された同一スロットから引き出されている。これに対し、基本構造の固定子巻線２０では、図１３に示すように、入力部５０に接続される２本の出力線は、スロット番号７、８が付された２つのスロットから別々に引き出されている。

また、本実施形態では、径方向に沿って同一スロットに８本の線材３０を収容する場合には、図１２に示すように、径方向の巻回数が２回となる。これに対し、基本構造の固定子巻線２０では、図１３に示すように、径方向の巻回数が４回となる。

ところで、上述したように、１スロットに挿入される２本の線材３０を１セットにして同時に成形して巻線を形成する場合、１相の１スロットに巻線の巻き始めが２本、巻き終わりが２本で合計４本の切れている箇所が存在する。本実施形態では線材３０が波巻で巻かれており、２本の巻線がスロット内配置を交互に入れ替わるように配置されるため、上述した切れている箇所はさらに１セット存在することになり、合計８本の切れている箇所が存在することになる。固定子巻線２０の全体では、相数が３、回転子の１極あたりの各相のスロットの数が２であるため、固定子巻線２０の全体において線材３０の接続が切れている端末数ｍは、８×３×２となる。本実施形態の固定子巻線を、ｎ本の巻線３０を１セットにして同時に成形して巻線を形成する場合に拡張し、固定子巻線の相数をｋ、回転子の１極あたりの各相の前記スロットの数をｔとすると、固定子巻線において線材３０の接続が切れている端末数ｍは、４ｎ×ｋ×ｔとなる。

また、本実施形態の固定子巻線２０は、２本の線材３０を１セットにして周方向に沿って２周巻回することで１つの巻線群が存在する（図１２に示す例では、「径方向巻回数１」に対応する第１の巻線群と「径方向巻回数２」に対応する第２の巻線群が存在する）。固定子巻線２０の相数をｋ、回転子の１極あたりの各相のスロットの数をｔ、ｎ本を１セットとして２周波巻結線された線材の径方向に沿った巻線群の層数を２ｐ（ｐは１以上の自然数）とすると、固定子巻線２０において径方向に沿った各層（各巻線群）のそれぞれ毎に線材３０の接続が切れている箇所の層数分の合計数ｃは、４ｎ×ｋ×ｔ×ｐとなる。このｃ箇所において固定子巻線２０を分割することが可能であり、分割された巻線毎に線材３０を巻回することにより、巻線工程を簡略化することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図２に示したように、線材３０のターン部４２に固定子コア１２の軸方向端面１３に沿った段部４６とほぼ中央部のクランク部４４の他に４箇所に段部４８を形成したが、これらの段部４８の数を減らしすようにしてもよい。例えば、図１４に示す例では、線材のターン部７２に、固定子コア１２の軸方向端面１３に沿った段部７８と、ほぼ中央部のクランク部７６とが形成されており、クランク部７８とクランク部７６の間が直線形状に形成されている。

また、上述した実施形態では、電動機および発電機を兼ねている回転電機の固定子について説明したが、電動機または発電機のいずれか一方の機能のみを有する回転電機の固定子についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、線材３０のターン部４２のほぼ中央部にねじりを伴わない径方向に沿ったクランク部４４を形成したが、クランク部４４の位置は中央部からずれてもよい。また、スター結線の固定子巻線に限定されず、デルタ結線の固定子巻線を有する固定子に本発明を適用してもよい。

基本構造に対応する固定子の部分的な斜視図である。 図１に示す固定子に含まれる固定子巻線を構成する線材の部分的な斜視図である。 固定子巻線を形成している線材の断面図である。 基本構造に対応する固定子の部分的な斜視図である。 基本構造に対応する固定子の部分的な斜視図である。 線材のターン部の形状を示す模式図である。 回転電機の回転子の磁極および固定子のスロットの構成を示す模式図である。 一相当たりのスロットの配置を示す説明図である。 一相当たりの巻線仕様図である。 一実施形態の固定子の斜視図である。 図１０に示す固定子に装備された一相の固定子巻線の巻線仕様図である。 図１０に示した本実施形態の固定子に対応する出力線の引き出し位置と径方向に沿った線材の巻回数とを示す図である。 基本構造に対応する巻線仕様で巻回した場合の出力線の引き出し位置と径方向に沿った線材の巻回数とを示す図である。 ターン部形状の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 固定子
１２ 固定子コア
１３ 軸方向端面
１４、１５ スロット
２０、２０Ａ 固定子巻線
３０ 線材
３２ 導体
４０ スロット収容部
４２ ターン部
４４ クランク部
４６、４８ 段部
５０ 入力部
５２ 中性点
５４ 接続部
６０ 回転子

Claims (14)

1. 周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、線材により形成された前記スロットに配置されている固定子巻線とを備える回転電機の固定子において、
   前記固定子巻線は、周方向の異なる前記スロットに収容されたスロット収容部と、前記スロットの外部で前記スロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、
   前記スロットから突出する前記ターン部の突出箇所に、前記固定子コアの端面に沿った段部が形成され、
   ｎを２以上の自然数としたときに、前記線材は、ｎ本を１セットとして波巻結線が連続して行われることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記スロットから突出する前記ターン部のすべての突出箇所に、前記固定子コアの端面に沿った段部が形成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。
3. 前記固定子巻線の相数をｋ、周方向に交互に異なる複数の磁極を有する回転子の１極あたりの各相の前記スロットの数をｔとすると、前記固定子巻線において前記線材の接続が切れている端末数ｍは、４ｎ×ｋ×ｔであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記固定子巻線の相数をｋ、周方向に交互に異なる複数の磁極を有する回転子の１極あたりの各相の前記スロットの数をｔ、ｎ本を１セットとして２周波巻結線された前記線材の径方向に沿った層数を２ｐ（ｐは１以上の自然数）とすると、前記固定子巻線において径方向に沿った各層のそれぞれ毎に前記線材の接続が切れている箇所の層数分の合計数ｃは、４ｎ×ｋ×ｔ×ｐであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
5. 前記ターン部は、前記固定子コアの端面に平行な段部を前記固定子コアの軸方向に複数有する階段形状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
6. 前記ターン部は、前記固定子コアから最も離れた位置にクランク形状を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
7. 前記クランク形状は、前記固定子コアの端面に平行に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機の固定子。
8. 前記クランク形状は、前記線材の径方向に沿った線幅のほぼｎ倍分が径方向にずれていることを特徴とする請求項６または７に記載の回転電機の固定子。
9. 前記固定子巻線の相数をｋ、周方向に交互に異なる複数の磁極を有する回転子の１極あたりの各相の前記スロットの数をｔとすると、前記ターン部に形成されている階段形状の前記段部の数は（ｋ×ｔ）であることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
10. 前記ターン部において前記段部に形成されている前記突出箇所が前記固定子コアの軸方向端面に沿っている長さは、周方向に隣り合う前記スロットの間隔以下の長さであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
11. 前記線材は、前記固定子コアの全周にわたって連続して形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
12. 前記線材は、導体と、前記導体の外周を覆う絶縁被膜とを有し、
    前記絶縁被膜は、１００〜２００μｍの厚みであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。
13. 前記絶縁被膜は、内層と、前記内層の外周を覆って前記内層よりもガラス転移温度の低い外層とを有することを特徴とする請求項１２に記載の回転電機の固定子。
14. 前記線材は、断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。

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