JP5743162B2 - 固定子および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子コアと巻線とを有する固定子と、当該固定子を有する回転電機とに関する。

従来では、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ことを目的とする回転電機の固定子に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この回転電機の固定子は、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回転子から離反する径方向位置を経由する。

特開２００９−１５３３６７号公報

しかし、特許文献１の技術では、相巻線にかかる相間の長さが不明なため、相間の電位差も不明である。また、結線についても三相巻線がＹ（スター）結線される点は記載されているものの、他の結線バリエーション（例えばΔ（デルタ）結線やＹ−Δ混成結線など）に関しては不明である。よって、Ｙ結線を行った後は結線が分解しにくく、巻線のインダクタンスを変化させるためのバリエーションに限りが出るという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、巻線間の電位差を抑制して、結線バリエーションを多様化できる固定子および回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、周方向に複数のスロットを有する固定子コア（ステータコア）と、前記スロットごとに収容される導体が電気的に接続されて形成される巻線（コイル）とを有する固定子（ステータ）において、前記スロット（１２ｂ）は、径方向の一方側から他方側に向かって層状に前記導体（１６）を収容するように成形され、前記巻線（１６１，１６２，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ）は、異なる前記スロットに収容されるスロット収容部（１９）と、前記スロット収容部から突出するターン部（１４）とを有し、前記巻線は２ｎ−１（ｎは正の整数）層と２ｎ層とで前記固定子を２周するとともに、２ｎ層の前記巻線と２ｎ＋１層の前記巻線との相互間を異形線（１６ｄ）を用いて電気的に接続し、２ｎ層の前記巻線および２ｎ＋１層の前記巻線と、前記異形線との間は、前記異形線が軸方向に突出することによって形成された軸方向の隙間（Ｇ）が確保されることを特徴とする。

この構成によれば、一の巻線は２ｎ−１層と２ｎ層とで固定子を２周し、２ｎ層の巻線と２ｎ＋１層の巻線とを電気的に接続する。どの巻線も長さが等しくなり、巻線間の電位差が少なくなる。巻線どうしは任意に電気的な接続を行えるので、結線バリエーションを多様化することができる。２ｎ層の巻線および２ｎ＋１層の巻線と異形線との間は異形線が軸方向に突出することによって形成された軸方向の隙間が確保されるので、２ｎ層の巻線および２ｎ＋１層の巻線と異形線とは干渉しない。

第２の発明は、前記ターン部は前記固定子コア（１２ａ）の端面からの突出高さが中央部で最も高くなるように階段状に成形されることを特徴とする。この構成によれば、階段状に成形されるターン部どうしを容易に交差させることができ、一の巻線を２ｎ−１層と２ｎ層とで２周させることができる。

第３の発明は、回転電機において、固定子（１２）と、前記固定子と対面して回転可能な回転子（１３；ステータ）とを有することを特徴とする。この構成によれば、相間の電位差を抑制するとともに、結線バリエーションを多様化できる回転電機を提供することができる。

なお「巻線」は、所定形状（例えばＵ字状等）に成形された複数の導体を電気的に接続して成形される巻線でもよく、これと同等の長さを有する一本状の巻線でもよい。「異形線」は、相巻線を電気的に接続可能な導体であれば、材質や形状等を問わない。「回転電機」は、回転する部位（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。

回転電機の構成例を模式的に示す断面図である。 固定子の構成例を示す平面図である。 固定子の一部分を詳細に示す平面図である。 導体の構成例を示す斜視図である。 導体の構成例を示す断面図である。 異形線の構成例を示す平面図である。 複数層で構成される巻線の一例を示す模式図である。 巻線の波巻構成（部分）を示す模式図である。 巻線の巻き回し例を部分的に示す斜視図である。 ティースやスロットと導体との関係を説明する平面図である。 図９に示すXI−XI線にかかる導体の断面図である。 層間の接続例を示す部分平面図である。 巻線の結線構造（Ｙ結線）を示す模式図である。 巻線の結線構造（Δ結線）を示す模式図である。 巻線の結線構造（Ｙ−Δ混成結線）を示す模式図である。 ターミナルの第２設定例を示す部分平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。内径と内周は同意義であり、以下では内径を用いる。同様に、外周と同意義の外径を用いる。

図１に示す回転電機１０は、インナロータ型電動発電機の一例であって、固定子（ステータ）１２、回転子（ロータ）１３、回転軸２０などをケース部材１１内に有する。回転電機１０と電力変換装置３０との間は入出力線１７等で接続される。回転電機１０のケース部材１１と、後述する電力変換装置３０のケース部材とは、個別成形されて固定手段で固定されるか、一体成形される。前者の固定手段は、例えばボルト・ナット、雄ネジ・雌ネジ、貫通穴・割ピン、溶接等の接合、端片のかしめなどが該当する。これらのうちで二以上の手段を適宜に選択して組み合わせて固定してもよい。なお、入出力線１７は後述する導体１６を延伸させたものでもよい。

回転軸２０は、軸受け１５（ベアリング等）を介してケース部材１１に回転自在に支持される。回転軸２０は回転子１３の中心部に上記固定手段によって固定されるか、あるいは一体成形される。いずれの構成にせよ、回転軸２０と回転子１３は協働して回転する。

円筒形状に成形される固定子１２は、回転子１３の外径側に配置される。この固定子１２は、後述する複数のスロット１２ｂ（図２，図３を参照）が円周方向に並べて成形され、上記固定手段によってケース部材１１に固定される。スロット１２ｂの配置間隔は任意であるが、磁束の流れを均一化してトルクを増加させる点で等間隔に配置するのがよい。ティース１２ｃ相互間には、スロット１２ｂが形成される。

図２に示すスロット１２ｂは、スロット倍数Ｓ（Ｓは正の整数）を２とし、磁極数Ｍｎ（Ｍｎは正の整数）を８極とし、相数ｐ（ｐは正の整数）を３相とする成形例を示す。この成形例におけるスロット１２ｂの数（スロット数Ｓｎ）は、Ｓｎ＝Ｓ×Ｍｎ×ｐ＝２×８×３＝４８になる。

スロット１２ｂには、巻線を構成する導体１６が収容される。例えば図３に示すように、一つのスロット１２ｂに複数本（本例では４本）の導体１６を半径方向に整列して収容する。本形態では、外径側から内径側に向かって、１層，２層，３層，４層，…と呼ぶことにする。また、スロット１２ｂに収容される導体１６の部位（部分）を、以下では「スロット収容部１９」と呼ぶことにする（図８をも参照）。これに対して、スロット１２ｂからはみ出す導体１６の部位は「ターン部１４」と呼ぶ（図８をも参照）。ターン部１４の全体をコイルエンド部とも呼ぶ。ターン部１４の一部はリード線として、図１に示すように電力変換装置３０に向かって延びて接続される。

上述した導体１６の構成例について、図４と図５を参照しながら説明する。図４に示すように、一の導体１６はＵ字状に成形され、ターン部１４、スロット収容部１９、端部１６ｔなどを有する。ターン部１４は、複数段の階段形状からなる階段状部位１４ｓが成形される。階段状部位１４ｓの１段の高さＨは、「階段状に成形される部位の高さ」に相当し、任意に設定してよい。当該高さＨは導体１６の高さ（すなわち厚みＴｈ）とほぼ等しくすると、軸方向に導体１６どうしを積み重ね易くなる。階段状部位１４ｓの段数は任意に設定してよく、例えばスロット収容部１９相互間の幅に応じた段数を設定してよい。

階段状部位１４ｓの中央部には、導体１６を径方向にずらすためにクランク状に曲げられるクランク部位１４ｃが成形される。クランク部位１４ｃは、固定子コア１２ａの端面からの突出高さが最も高くなる。径方向にずらす量は任意に設定してよい。導体１６の幅Ｗｄとほぼ等しくすると、径方向に複数の導体１６をずらし易くなる。説明した階段状の形状はなくてもよく、クランク状に曲げられたクランク部位１４ｃのみを持つ導体１６でも、本発明は十分に効果を発揮する。

一部の端部１６ｔ（すなわち後述する図７に示す巻線１６１，１６２の端部）には、二点鎖線で示すようなターミナルＴが備えられる。端部１６ｔの相互間や、端部１６ｔとターミナルＴとの間における接続は、例えばハンダ付けや溶接等を行う接合が該当する。溶接には、融接（例えばガス溶接，アーク溶接，エレクトロスラグ溶接，電子ビーム溶接，レーザービーム溶接等）、圧接（抵抗溶接や鍛接等）を含む。

図５には、図４に示すＶ−Ｖ線の断面を示す。導体１６のうちでターン部１４とスロット収容部１９は、絶縁を確保するため、図５に示すように導電性の金属部材１６ｍ（例えば銅線等）に絶縁皮膜１６ｒ（例えば樹脂等）が被覆されている。これに対して、導体１６の端部１６ｔは接続を行うために金属部材１６ｍが露出し、絶縁皮膜１６ｒで被覆されない。

図６には、異形線に相当する異形状導体１６ｄの一例を平面図で示す。異形状導体１６ｄは、図面右側の２ｎ層（例えば巻線１６１）から、図面左側の２ｎ＋１層（例えば巻線１６２）に移行するべくクランク状に成形される。言い換えれば、異形状導体１６ｄは層間の接続を行う部材である。異形状導体１６ｄは図面手前側に位置し、他の導体１６は図面奥側に位置する。異形状導体１６ｄは、他の導体１６の中央部に成形される水平領域Ｈｒに位置するので、他の導体１６と干渉しない（後述する図９〜図１１をも参照）。

図７には、ある相（例えばＵ相）の巻線について、複数の導体１６を用いて接続した例を模式的に示す。１層から２層にかけて導体１６が１本状に接続される巻線１６１は、一端側にターミナルＴ１が備えられ、他端側にターミナルＴ２が備えられる。３層から４層にかけて導体１６が１本状に接続される巻線１６２は、一端側にターミナルＴ３が備えられ、他端側にターミナルＴ４が備えられる。これらのターミナルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、それぞれ図４に示すターミナルＴに相当する。このように、一の巻線１６１，１６２は隣り合う２層に収容される導体１６を接続して形成される。本形態の巻線１６１，１６２は、３相（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相）の各相ごとに成形される。

上述した巻線１６１，１６２を用いて、３相で接続した一例を図８に示す。巻線１６１，１６２をＵ相に設定するとＵ相巻線１６Ｕになる。巻線１６１，１６２をＶ相に設定するとＶ相巻線１６Ｖになる。巻線１６１，１６２をＷ相に設定するとＷ相巻線１６Ｗになる。各相で用いる巻線１６１，１６２の本数は任意である。

図８に示す構成例の固定子１２は、上述したＵ相巻線１６Ｕ，Ｖ相巻線１６Ｖ，Ｗ相巻線１６Ｗを備える。本例では、２つのスロット１２ｂごとに一相を構成する。図８に示す導体１６の番号は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３巻線にかかる導体収容部番号（１〜４８の奇数番号）の一部を示す。当該導体収容部番号は、説明の便宜上、スロット１２ｂごとに割り当てる固有の番号である。例えば導体収容部番号の「１」を付した導体１６は、１番目のスロット１２ｂに収容されることを意味する。

Ｕ相巻線１６Ｕは、導体収容部番号が「１」、「７」、「１３」、「１９」、「２５」、「３１」、「３７」、「４３」等のスロット１２ｂに収容される導体１６を接続して構成される。図示しないが、波巻を構成する他のＵ相巻線１６Ｕは、導体収容部番号が「２」、「８」、「１４」、「２０」、「２６」、「３２」、「３８」、「４４」等のスロット１２ｂに収容される導体１６を接続して構成される。これらのＵ相巻線１６Ｕは接続部Ｕｎで接続される。Ｖ相巻線１６ＶとＷ相巻線１６Ｗについても同様である。Ｖ相巻線１６Ｖは、導体収容部番号が「９」、「１５」、「２１」、「２７」、「３３」、「３９」、「４５」等のスロット１２ｂに収容される導体１６を接続して構成される。他のＶ相巻線１６Ｖとは接続部Ｖｎで接続される。Ｗ相巻線１６Ｗは、導体収容部番号が「５」、「１１」、「１７」、「２３」、「２９」、「３５」、「４１」、「４７」等のスロット１２ｂに収容される導体１６を接続して構成される。他のＷ相巻線１６Ｗとは接続部Ｗｎで接続される。

上述したように導体１６をスロット１２ｂに巻き回すと、Ｕ相巻線１６Ｕ，Ｖ相巻線１６ＶおよびＷ相巻線１６Ｗが成形される。成形された巻線の一部分（特にターン部１４）について図９〜図１１を参照しながら説明する。図９〜図１１には、２ｎ層の導体１６ｘと、２ｎ＋１層の導体１６ｙと、２ｎ層から２ｎ＋１層に移行する異形状導体１６ｄとを示す。図１０に示す異形状導体１６ｄは、導体１６ｘ，１６ｙの中央部に成形される水平領域Ｈｒ内で曲がるように配置される。そのために図１１で示すように、異形状導体１６ｄと導体１６ｘ，１６ｙとの間は、異形状導体１６ｄが軸方向に突出することによって形成された軸方向の隙間Ｇが確保される。よって、異形状導体１６ｄと導体１６ｘ，１６ｙとは干渉しない。

次に、巻線の両端に備えるターミナルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の設定例と、層間の接続例について、図１２を参照しながら説明する。図１２では、上述したＵ相巻線１６Ｕ，Ｖ相巻線１６ＶおよびＷ相巻線１６Ｗに対応する各ターミナルの一部分を示す。なお、本来の固定子１２（固定子コア１２ａ）は円弧状（円形状）であるが、便宜上直線状に示す。

スロット倍数Ｓが２であるので、２つのスロット１２ｂごとにＵ相，Ｖ相，Ｗ相が割り当てられる。６つのスロット１２ｂごとに３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）が繰り返し割り当てられる。よって図２に示す固定子１２の構成例では、３相を８回繰り返す。

上述のように構成されるＵ相巻線１６Ｕ，Ｖ相巻線１６Ｖ，Ｗ相巻線１６Ｗは、各相巻線が端部（端部１６ｔ）にターミナルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を有する。どのスロット１２ｂにターミナルを備えるのかは任意に設定できる。１つのスロット１２ｂで一以上のターミナルを有する設定としてもよく、ターミナルを有しないターミナルを設定してもよい。層間の接続は、同じスロット１２ｂ内に備えるターミナル間で接続してもよく、接続導体Ａ１Ａ２，Ａ３Ａ４，Ｂ１Ｂ２，Ｂ３Ｂ４や異形状導体Ａ２Ｂ３，Ｂ２Ａ３などを用いて同相で異なるスロット１２ｂのターミナル間で接続してもよい。異形状導体Ａ２Ｂ３，Ｂ２Ａ３は、それぞれ図６や図１０に示す異形状導体１６ｄに相当する。

接続導体Ａ１Ａ２，Ａ３Ａ４，Ｂ１Ｂ２，Ｂ３Ｂ４や異形状導体Ａ２Ｂ３，Ｂ２Ａ３などを用いる各相の層間接続について、図１２を参照しながら説明する。各相の層間接続は同じであるので、Ｕ相のスロット１２ｂを代表例として層間接続を説明する。「ほぼ１周」は、固定子１２に巻き回される巻線が１周以下の所定範囲内（例えば０．５周以上１周以下など）を意味する。

Ｕ相のスロット１２ｂは、スロット倍数Ｓが２であるので、図１２に示すように「Ａ」と「Ｂ」で示す２つのスロットが隣接する。接続導体Ａ１Ａ２は、１層をほぼ１周するＵ相巻線１６ＵのターミナルＴ１と、２層をほぼ１周するＵ相巻線１６ＵのターミナルＴ２とを接続する。接続導体Ａ３Ａ４は、３層をほぼ１周するＵ相巻線１６ＵのターミナルＴ３と、４層をほぼ１周するＵ相巻線１６ＵのターミナルＴ４とを接続する。接続導体Ｂ１Ｂ２，Ｂ３Ｂ４についてもスロットが異なるだけで接続導体Ａ１Ａ２，Ａ３Ａ４と同様である。異形状導体Ａ２Ｂ３は、２層をほぼ１周するＵ相巻線１６Ｕにかかる「Ａ」側のターミナルＴ２と、３層をほぼ１周するＵ相巻線１６Ｕにかかる「Ｂ」側のターミナルＴ３とを接続する。異形状導体Ｂ２Ａ３は、２層をほぼ１周するＵ相巻線１６Ｕにかかる「Ｂ」側のターミナルＴ２と、３層をほぼ１周するＵ相巻線１６Ｕにかかる「Ａ」側のターミナルＴ３とを接続する。図示しないが、ターミナルを備えずに、各相巻線ごとに巻線の端部同士を直接接続してもよい。

上述したような層間接続と所要の接続とを行うことにより、図１３〜図１５に示す結線を形成することができる。当該図１３〜図１５には、図１２に示す各相のスロット１２ｂにおける「Ａ」側のターミナルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を直接的または間接的に接続して結線を形成する例を示す。Ｕ相について説明すると、１層および２層に巻き回されるＵ相巻線１６Ｕと、３層および４層に巻き回されるＵ相巻線１６Ｕと、これらのＵ相巻線１６Ｕの相互間で異形状導体Ａ２Ｂ３を用いて接続する。ターミナルＴ１，Ｔ２を各相の端子とし、ターミナルＴ３，Ｔ４同士を接続して中点部１８としている。Ｖ相とＷ相についても同様である。図１３に示すＹ結線の一例や、図１４に示すΔ結線の一例についても同様である。これらの図１３〜図１５に示すターミナルＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は一例に過ぎず、図示した以外のターミナルＴ相互間を接続したり、巻線同士を直接接続したりして、Ｙ結線、Δ結線、Ｙ−Δ混成結線のいずれかを形成してもよい。

上述のように構成された回転電機１０は次のように作動する。電力変換装置３０から伝達される制御電力に基づいて固定子１２を励磁させると、当該励磁作用によって回転トルク（動力となる場合を含む）が発生して回転子１３が回転する。この場合、回転電機１０は電動機として作動する。発生した回転トルクは、回転子１３を介して回転体（例えば車輪やプロペラ等）に出力できる。回転子１３と回転体との間に動力伝達機構を介在させてもよい。当該動力伝達機構には、例えばシャフト，カム，ラック＆ピニオン，歯車（ギア）などのうちで一以上を含む。

電力変換装置３０が制御電力を出力せず、かつ、回転体が回転力（動力を含む）を発生する場合には、回転体の回転力を受けて回転子１３も回転するので、固定子１２（具体的には巻線１６１，１６２）に逆起電力が発生する。発生した逆起電力（回生電力）は、電力変換装置３０を介してバッテリに充電することができる。この場合、回転電機１０は発電機として作動する。

なお、回転体が回転力を発生する場合であっても、電力変換装置３０から制御電力が伝達されると回転トルクが発生するので、回転体の回転をアシストすることができる。この場合、回転電機１０は電動機として作動する。

上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）周方向に複数のスロット１２ｂを有する固定子コア１２ａと、スロット１２ｂごとに収容される導体１６が接続されて形成される巻線１６１，１６２とを有する固定子１２において、スロット１２ｂは、径方向の一方側から他方側に向かって層状に導体１６を収容するように成形され、巻線１６１，１６２は、異なるスロット１２ｂに収容されるスロット収容部１９と、スロット収容部１９から突出するターン部１４とを有し、巻線１６１，１６２は２ｎ−１層と２ｎ層とで固定子１２を２周するとともに、２ｎ層の巻線１６１，１６２と２ｎ＋１層の巻線１６１，１６２とを接続する構成とした（図１，図７を参照）。この構成によれば、巻線１６１は１層と２層とで２周し、巻線１６２は３層と４層とで２周し、巻線１６１（主に２層側）と巻線１６２（主に３層側）とを接続する。どの巻線１６１，１６２も長さが等しくなり、巻線１６１，１６２間の電位差が少なくなる。巻線１６１，１６２どうしは任意に接続を行えるので、結線バリエーションを多様化することができる。よって、高電圧源（例えばバッテリや燃料電池等）にも対応できる。

（２）巻線１６１，１６２の相互間は、異形状導体１６ｄ（異形線）を用いて接続される構成とした（図６を参照）。この構成によれば、導体１６の中央部に成形される水平領域Ｈｒに位置するので、いずれの導体１６とも干渉しない。したがって、巻き回し時に絶縁皮膜１６ｒが損傷するのを回避することができる。

（３）ターン部１４は、固定子コア１２ａの端面からの突出高さが中央部で最も高くなるように階段状に成形される構成とした（図４を参照）。この構成によれば、階段状に成形されるターン部１４どうしを容易に交差させることができる。また、巻線１６１は１層と２層とで２周させ、巻線１６２は３層と４層とで２周させることができる。

（４）階段状部位１４ｓの１段の高さＨ（階段状に成形される部位の高さ）は、導体１６の高さ（厚みＴｈ）とほぼ等しい構成とした（図４を参照）。この構成によれば、軸方向に導体１６どうしを積み重ね易くなる。

（５）導体１６は、断面が矩形状の金属部材１６ｍと、金属部材１６ｍを被覆する絶縁皮膜１６ｒとを有する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、導体１６どうしを絶縁部材で絶縁する必要がないので、スロット１２ｂへの収容が容易になる。

（６）ターン部１４は、クランク状に成形されるクランク部位１４ｃを有する構成とした（図４を参照）。この構成によれば、径方向に複数の導体１６をずらし易くなる。

（７）２層ごとに、巻線１６１，１６２の端部１６ｔにターミナルＴ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を設け、ターミナルＴの相互間を接続して、Ｙ結線、Δ結線、Ｙ−Δ混成結線のいずれかを形成する構成とした（図１２〜図１５を参照）。この構成によれば、Ｙ結線、Δ結線、Ｙ−Δ混成結線のうちでいずれの結線を形成するにせよ、相間の電位差を抑制することができる。

（８）回転電機１０は、巻線１６１，１６２を巻き回す固定子１２と、固定子１２と対面して回転可能な回転子１３とを有する構成とした（図１を参照）。この構成によれば、相間の電位差を抑制するとともに、結線バリエーションを多様化できる回転電機１０を提供することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態では、スロット倍数Ｓを２として固定子１２にスロット１２ｂを成形する構成とした（図２，図１２を参照）。この形態に代えて、他のスロット倍数Ｓで固定子１２にスロット１２ｂを成形する構成としてもよい。例えばスロット倍数Ｓを１とした場合のターミナルＴ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）は、図１６のようになる。図１６では、１つのスロット１２ｂごとにＵ相，Ｖ相，Ｗ相が割り当てられる。３つのスロット１２ｂごとに３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）が繰り返し割り当てられる。よって図２に示す固定子１２の構成例では、３相を１６回繰り返す。３以上のスロット倍数Ｓを設定する場合でも同様である。単にスロット倍数Ｓが相違するに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、巻線１６１は１層から２層にかけて導体１６を１本状に接続し、巻線１６２は３層から４層にかけて導体１６を１本状に接続する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、一つのスロット１２ｂに５本以上の導体１６を半径方向に整列して収容する場合には、ｎを３以上として、２ｎ−１層から２ｎ層にかけて導体１６を１本状に接続する構成としてもよい。すなわち、５層から６層にかけて導体１６を１本状に接続し、７層から８層にかけて導体１６を１本状に接続するなどが該当する。単に層数（スロット１２ｂへの収容数）が相違するに過ぎず、２周して１本状の導体を成形する点では同じであるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、２層ごとに巻線１６１，１６２の端部１６ｔにターミナルＴ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を設ける構成とした（図１２を参照）。この形態に代えて、一つのスロット１２ｂに４本以上の導体１６を半径方向に整列して収容する場合には、ｍを２以上として、２ｍ層ごとに巻線１６１，１６２の端部１６ｔにターミナルＴを設ける構成としてもよい。すなわち、４層ごとに巻線１６１，１６２の端部１６ｔにターミナルＴを設けたり、６層ごとに巻線１６１，１６２の端部１６ｔにターミナルＴを設けたりするなどが該当する。単にターミナルＴの設定が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、３相の巻線１６１，１６２、すなわちＵ相巻線１６Ｕ，Ｖ相巻線１６Ｖ，Ｗ相巻線１６Ｗで固定子１２を構成とした（図８〜図１５を参照）。この形態に代えて、単相から十数相までの相数範囲であって、３相以外の相数からなる巻線で固定子１２を構成してもよい。例えば６相で固定子１２を構成する場合には、Ｕ相巻線１６Ｕ，Ｖ相巻線１６Ｖ，Ｗ相巻線１６Ｗのほか、Ｘ相巻線，Ｙ相巻線，Ｚ相巻線を別途に巻き回して備えればよい。Ｖ相巻線１６Ｖ，Ｗ相巻線１６Ｗを用いた結線（以下では「ＵＶＷ結線」と呼ぶ。）と、Ｘ相巻線，Ｙ相巻線，Ｚ相巻線を用いた結線（以下では「ＸＹＺ結線」と呼ぶ。）とは、図１３〜図１５に示す結線のいずれかで行えばよい。ＵＶＷ結線とＸＹＺ結線とを接続せずに個別に固定子１２に備える場合には、対応する結線ごとに電力変換装置３０で励磁する必要がある。ＵＶＷ結線とＸＹＺ結線とをさらに接続して固定子１２に備える場合には、一の電力変換装置３０で励磁することができる。６相の構成例を示したが、他の相数で構成する場合も同様である。単に相数が相違するに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、外径側から内径側に向かって１層，２層，３層，４層，…とした（図３，図１２を参照）。この形態に代えて、内径側から外径側に向かって１層，２層，３層，４層，…としてもよい。径方向に向かって層の項番が増加する点では同じであるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、回転子１３を内径側に配置し、固定子１２を外径側に配置するインナロータ型電動発電機としての回転電機１０に適用した（図１を参照）。この形態に代えて、インナロータ型電動機としての回転電機１０や、インナロータ型発電機としての回転電機１０にも適用してよい。また、固定子１２を内径側に配置し、回転子１３を外径側に配置するアウタロータ型の回転電機１０に適用してもよい。アウタロータ型についても、電動発電機，電動機，発電機のいずれでも適用できる。回転電機１０の構成に相違があるに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０ 回転電機
１２ 固定子
１２ａ 固定子コア
１２ｂ スロット
１３ 回転子
１４ ターン部
１６ 導体
１９ スロット収容部
１６１，１６２ 巻線

Claims (7)

1. 周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、前記スロットごとに収容される導体が電気的に接続されて形成される巻線とを有する固定子において、
   前記スロット（１２ｂ）は、径方向の一方側から他方側に向かって層状に前記導体（１６）を収容するように成形され、
   前記巻線（１６１，１６２，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ）は、異なる前記スロットに収容されるスロット収容部（１９）と、前記スロット収容部から突出するターン部（１４）とを有し、
   前記巻線は２ｎ−１（ｎは正の整数）層と２ｎ層とで前記固定子を２周するとともに、２ｎ層の前記巻線と２ｎ＋１層の前記巻線との相互間を異形線（１６ｄ）を用いて電気的に接続し、
   ２ｎ層の前記巻線および２ｎ＋１層の前記巻線と、前記異形線との間は、前記異形線が軸方向に突出することによって形成された軸方向の隙間（Ｇ）が確保されることを特徴とする固定子。
2. 前記ターン部は、前記固定子コア（１２ａ）の端面からの突出高さが中央部で最も高くなるように階段状に成形されることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
3. 前記階段状に成形される部位の高さ（Ｈ）は、前記導体の高さ（Ｔｈ）とほぼ等しいことを特徴とする請求項２に記載の固定子。
4. 前記導体は、断面が矩形状の金属部材（１６ｍ）と、前記金属部材を被覆する絶縁皮膜（１６ｒ）とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の固定子。
5. 前記ターン部は、クランク状に成形されるクランク部位（１４ｃ）を有す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固定子。
6. ２ｍ（ｍは正の整数）層ごとに、前記巻線の端部（１６ｔ）にターミナル（Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）を設け、
   前記ターミナルの相互間を電気的に接続して、Ｙ結線、△結線、Ｙ−△混成結線のいずれかを形成することを特徴とする請求項１に記載の固定子。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の固定子（１２）と、前記固定子と対面して回転可能な回転子（１３）とを有することを特徴とする回転電機。

Images