JP6173507B1 - 回転電機の固定子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、相巻線の並列数をnとしたときに、交流結線部のための円弧状領域を電気角で(180°×n)以下に抑えつつ、絶縁性を確保して、結線ユニットの小型化を実現できる回転電機の固定子およびその製造方法を得る。【解決手段】三相交流巻線が、結線ユニットにより円弧状領域に配設された第1導体端末と第2導体端末を結線して構成され、三相交流巻線の給電端子が、第1導体端末と第2導体端末とにより構成され、三相交流巻線の相巻線の並列数がn(但し、nは1以上の自然数)であり、円弧状領域の角度範囲が、電気角で(180×n)°以下であり、径方向外方から見たときに、給電端子を構成する第2導体端末が、隣り合う第1導体端末間に位置している。【選択図】図1

Description

この発明は、例えば電動機や発電機などの回転電機の固定子およびその製造方法に関し、特に三相交流巻線の交流結線部の構造に関するものである。
EV(電気自動車)、PEV(プラグイン電気自動車)などに用いられる発電機では、固定子巻線に大電流を流すことから、断面積の大きなバスバーが用いられる。そこで、バスバーを含む結線ユニットが大型化し、電動機の周辺部品との干渉を招くことから、結線ユニットを電動機の近傍にコンパクトに収める技術が望まれている。
このような状況を鑑み、特許文献1に記載の従来の回転電機では、バスバーを、固定子巻線のコイルエンドの軸方向外方に軸方向に2層に配置し、絶縁部材により、バスバー間を絶縁しつつ、一体的に覆って結線ユニットを作製して、結線ユニットのコンパクト化を図っていた。
特許第5810869号公報
一般に、導体を同一パターンに巻いて作製された分布巻きの巻線が円周方向に1スロットピッチで配列された三相モータにおいて、巻線を結線して作製された相巻線の給電端子や中性点などの交流結線部は、結線ユニットを用いて結線される。この場合、電気角で180°の範囲で相巻線の給電端子や中性点などの端子線を結線することにより、結線ユニットの円周方向の占有領域を可能な限り狭めることができる。このとき、U−−W、又は−V−のように、スロット内の電流の方向が逆になる組み合わせで交流結線部を結線することになる。この場合、上述の通り電流の方向が逆となるため、給電端子を構成する3つの端子線の内、1つの端末線だけを他の2つの端末線と異なる径方向位置から引き出すことで、電気角で180°の範囲内での交流結線部の結線を実現することができる。しかし、3つの端末線の径方向の引き出し位置が異なるので、結線が複雑に交差しあって、結線ユニットの大型化を招いてしまう。
また、特に、近年のHEV(ハイブリッド電気自動車)においては、回転電機の体格あたりの出力密度を高めるために、電源電圧が高くなる傾向がある。そして、電圧が高くなるほどに、電圧位相の異なる部品間の絶縁距離を大きくとる必要があるので、上述の3つの端末線の径方向の引き出し位置が異なる構成では、結線ユニットのさらなる大型化を招いてしまう。
特許文献1に記載の従来の回転電機では、給電端子を構成する3本の端子線の全てが外周側から周方向に1つ置きに取り出されるように配置されているので、U−−W、又は−V−の組み合わせで交流結線部を簡易な構成で無理なく結線することができるとともに、部品間の絶縁距離を十分に確保することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の従来の回転電機では、電気角で360°の範囲、すなわち周方向に2倍のスペースを使って交流結線部を結線しており、結線ユニットの小型化の課題を満足に解決したとは言えない。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、相巻線の並列数をnとしたときに、交流結線部のための円弧状領域を電気角で(180°×n)以下に抑えつつ、絶縁性を確保して、結線ユニットの小型化を実現できる回転電機の固定子およびその製造方法を得ることを目的とする。
この発明の回転電機の固定子は、スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された三相交流巻線と、を備えている。上記三相交流巻線は、それぞれ、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線により構成され、上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着されている分布巻きの巻線体を備え、上記巻線体を構成する上記導体線の第1導体端末が上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出し、上記導体線の第2導体端末が上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出している。複数の小コイル群は、それぞれ、上記巻線体の上記第1導体端末と接続対象の上記巻線体の上記第2導体端末とが接続された複数の上記巻線体の直列接続体であり、複数の上記小コイル群のそれぞれの一端を構成する上記第1導体端末が、上記固定子鉄心の軸方向の一側に構成される上記三相交流巻線のコイルエンドの周方向に延びる円弧状領域の外径側に周方向に互いに離間して配設され、複数の上記小コイル群のそれぞれの他端を構成する上記第2導体端末が、上記円弧状領域の内径側に周方向に互いに離間して配設されている。上記三相交流巻線は、結線ユニットにより上記円弧状領域に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末を結線して構成され、上記三相交流巻線の給電端子は、上記円弧状領域に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末とにより構成され、上記三相交流巻線の相巻線の並列数がであり、上記円弧状領域の角度範囲が、電気角で(180×)°以下であり、径方向外方から見たときに、上記給電端子を構成する上記第2導体端末が、隣り合う上記第1導体端末間に位置している。
この発明によれば、交流結線部のための円弧状領域が電気角で(180°×n)以下であるので、円弧状領域の周方向スペースが縮小でき、結線ユニットの小型化が可能となり、固定子の小型化が図られる。
また、径方向外方から見たときに、給電端子を構成する第2導体端末が、隣り合う第1導体端末間に位置しているので、外部からの第2導体端末への給電が、当該第2導体端末の径方向外方に位置する隣り合う第1導体端末間を介して行える。これにより、第1導体端末の軸方向外方を通って第2導体端末に給電するような立体交差の構造を取ることなく絶縁性を確保できるとともに、結線ユニットの構造の簡略化が図られる。
この発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する3つの巻線体が1つのスロットを共有して固定子鉄心に装着されている状態を第2コイルエンド側から見た要部端面図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子において固定子鉄心に装着された巻線体を径方向外方から見た展開図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線体の接合状態を説明する要部断面図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における交流結線部の第1導体端末の曲げ工程を説明する模式図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における交流結線部の第1導体端末の曲げ工程後の交流結線部を径方向外方から見た状態を示す模式図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における第1および第2中性点接続用バスバーを示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における中性点結線板を示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における給電コイルを示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における接続コイルを示す斜視図である。 この実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線の結線図である。
以下、本発明による回転電機の固定子の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図2はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図3はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図4はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図5はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図6はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する3つの巻線体が1つのスロットを共有して固定子鉄心に装着されている状態を第2コイルエンド側から見た要部端面図、図7はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子において固定子鉄心に装着された巻線体を径方向外方から見た展開図、図8はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する巻線アッセンブリを示す斜視図、図9はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線体の接合状態を説明する要部断面図、図10はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における交流結線部の第1導体端末の曲げ工程を説明する模式図、図11はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における交流結線部の第1導体端末の曲げ工程後の交流結線部を径方向外方から見た状態を示す模式図、図12はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図13はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における第1および第2中性点接続用バスバーを示す斜視図、図14はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における中性点結線板を示す斜視図、図15はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における給電コイルを示す斜視図、図16はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における接続コイルを示す斜視図、図17はこの実施の形態1に係る回転電機の固定子における固定子巻線の結線図である。なお、図10において、実線は曲げ加工後の第1導体端末を示し、点線は曲げ加工前の第1導体端末を示している。また、図11において、実線は曲げ位置を変えた曲げ加工後の第1導体端末を示し、点線は曲げ位置を一定とした曲げ加工後の第1導体端末を示している。
図1において、固定子1は、電動機や発電機などの回転電機の固定子であり、円環状の固定子鉄心3と、固定子鉄心3に装着された固定子巻線6と、固定子巻線6を結線する結線ユニット20と、を備えている。ここで、説明の便宜上、固定子鉄心3のスロット数を48個、固定子巻線を三相交流巻線とする。また、スロット5は、毎極毎相当たり2個の割合で固定子鉄心3に形成されているものとする。
鉄心ブロック4は、円環状の固定子鉄心3を周方向に24等分割したもので、図2に示されるように、ケイ素鋼板を積層一体化して作製され、断面円弧形のコアバック部4aと、それぞれコアバック部4aの内周壁面から径方向内方に突出され、周方向に離間する2本のティース4bと、を備えている。そして、固定子鉄心3は、ティース4bを径方向内方に向けて、コアバック部4aの周方向の側面同士を突き合わせて、周方向に円環状に配列した24個の鉄心ブロック4を、円筒状のフレーム2に焼きばめ、圧入などにより一体化して、作製される。コアバック部4aとティース4bにより構成されるスロット5が、内周側に開口するように、周方向に等角ピッチで配列されている。
固定子巻線6は、固定子鉄心3に周方向に1スロットピッチで配設された48個の巻線体10を備えている。
巻線体10は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した平角銅線からなる導体線9をエッジワイズ巻きに巻いて作製された分布巻きの巻線である。具体的には、巻線体10は、図3から図5に示されるように、第1直線部10a、第1コイルエンド部10e、第2直線部10b、第2コイルエンド部10f、第3直線部10c、第3コイルエンド部10gおよび第4直線部10dからなるδ状のコイルパターンを導体線9の長方形断面の短辺の長さ方向に2つ配列し、第4直線部10dと第1直線部10aとを連結線11で連結して構成される。そして、連結線11がコイルエンド部を構成し、導体線9の巻き始め端部が第2導体端末10hを構成し、巻き終わり端部が第1導体端末10iを構成する。
このように構成された巻線体10では、第1直線部10aおよび第3直線部10cが、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間dをあけて1列に4本配列されている。また、第2直線部10bが、第1直線部10aおよび第3直線部10cの列から周方向一側に6スロット角度間隔離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。また、第4直線部10dが、第1直線部10aおよび第3直線部10cの列から周方向他側に6スロット角度間隔離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。なお、6スロット角度間隔とは、連続する6つのティース4bの両側のスロット5のスロット中心間の間隔であり、1磁極ピッチに相当する。また、dは導体線9の長方形断面の短辺の長さである。
図6は、それぞれ、3つの巻線体10が、1つのスロット5を共用して固定子鉄心3に装着されている状態を示している。図7は、固定子鉄心に装着された巻線体10を径方向外方から見た状態を示している。図6中、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ3つのスロット5を周方向の並び順に第1スロット51、第2スロット52、第3スロット53とする。
図6および図7において、1つの巻線体10に着目すれば、第2スロット52のスロット開口側から第1層(最内径位置)の第1直線部10aから軸方向他端側に延び出た第1コイルエンド部10eは、傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけレーンチェンジ(以下、シフト)され、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、第1スロット51のスロット開口側から第2層の第2直線部10bに連結されている。ついで、第1スロット51のスロット開口側から第2層の第2直線部10bから軸方向一端側に延び出た第2コイルエンド部10fは、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第3層の第3直線部10cに連結されている。
ついで、第2スロット52のスロット開口側から第3層の第3直線部10cから軸方向他端側に延び出た第3コイルエンド部10gは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第4層の第4直線部10dに連結されている。
ついで、第3スロット53のスロット開口側から第4層の第4直線部10dから軸方向一端側に延び出た連結線11は、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第5層の第1直線部10aに連結されている。第2スロット52のスロット開口側から第5層の第1直線部10aから軸方向他端側に延び出た第1コイルエンド部10eは、傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第1スロット51側に延び、第1スロット51のスロット開口側から第6層の第2直線部10bに連結されている。
ついで、第1スロット51のスロット開口側から第6層の第2直線部10bから軸方向一端側に延び出た第2コイルエンド部10fは、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第7層の第3直線部10cに連結されている。ついで、第2スロット52のスロット開口側から第7層の第3直線部10cから軸方向他端側に延び出た第3コイルエンド部10gは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけシフトされ、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第8層(最外径位置)の第4直線部10dに連結されている。
そこで、第2スロット52の第1層の第1直線部10aと第1スロット51の第2層の第2直線部10bとが、第1コイルエンド部10eにより連結され、第1スロット51の第2層の第2直線部10bと第2スロット5の第3層の第3直線部10cとが、第2コイルエンド部10fにより連結され、第2スロット52の第3層の第3直線部10cと第3スロット53の第4層の第4直線部10dとが、第3コイルエンド部10gにより連結され、δ状のコイルパターンを構成する。
さらに、第2スロット52の第5層の第1直線部10aと第1スロット51の第6層の第2直線部10bとが、第1コイルエンド部10eにより連結され、第1スロット51の第6層の第2直線部10bと第2スロット5の第7層の第3直線部10cとが、第2コイルエンド部10fにより連結され、第2スロット52の第7層の第3直線部10cと第3スロット53の第8層の第4直線部10dとが、第3コイルエンド部10gにより連結され、δ状のコイルパターンを構成する。
このように、巻線体10は、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第1スロット51、第2スロット52および第3スロット53に、導体線9を、第2スロット52、第1スロット51、第2スロット52、第3スロット53の順に、かつ第1スロット51、第2スロット52および第3スロット53への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
巻線体10は、2つのδ状のコイルパターンを連結線11で連結して、径方向に2層に配列されて、構成される。つまり、巻線体10は、2つのδ状のコイルパターンが一続きとなるように導体線9を巻いて作製される。そして、3つの巻線体10が共用するスロット5には、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dが、導体線9の長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて、径方向に1列に並んで、収納されている。
このように構成された巻線体10は、1スロットピッチで同心状に48個配列して、図8に示される巻線アッセンブリ7が作製される。巻線アッセンブリ7においては、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dからなる8本の導体線9が、径方向に1列に並んで、周方向に1スロットピッチで48列配列されている。そして、巻線アッセンブリ7の軸方向他端側には、第1コイルエンド部10eが1スロットピッチで周方向に配列した第1コイルエンド部10eの層と第3コイルエンド部10gが1スロットピッチで周方向に配列した第3コイルエンド部10gの層とが径方向に交互に4層に配列して、第1コイルエンド6aを構成している。また、巻線アッセンブリ7の軸方向一端側には、第2コイルエンド部10fが1スロットピッチで周方向に配列した第2コイルエンド部10fの層と連結線11が1スロットピッチで周方向に配列した連結線11の層とが径方向に交互に3層に配列して、第2コイルエンド6bを構成している。そして、第2導体端末10hの端部が、それぞれ、第2コイルエンド6bの内径側から軸方向外方に延び出て、1スロットピッチで周方向に配列され、第1導体端末10iの端部が、それぞれ、第2コイルエンド6bの外径側から軸方向外方に延び出て、1スロットピッチで周方向に配列されている。
24個の鉄心ブロック4が、それぞれ、径方向に1列に並んだ8本の導体線9をスロット5内に挿入するように、巻線アッセンブリ7の外径側から装着される。そして、巻線アッセンブリ7に装着されて円環状に配列された24個の鉄心ブロック4が、フレーム2に焼き嵌め、圧入などにより、一体化される。これにより、巻線アッセンブリ7が固定子鉄心3に装着される。
ここで、巻線体10の第2導体端末10hおよび第1導体端末10iの形状について図3から図6を用いて説明する。2番目のスロット52の第1層の第1直線部10aから第2コイルエンド6b側に延び出た第2導体端末10hは、傾斜角度θで周方向に1番目のスロット51側に延び、頭頂部(1番目のスロット51と2番目のスロット52の中間位置)で曲げられて軸方向外方に延び出るように成形される。ここで、2番目のスロット52の第1層の第1直線部10aから第2コイルエンド6b側に延び出て、傾斜角度θで周方向に1番目のスロット51側に延びて、頭頂部に至る領域が、第2斜行部10hとなり、頭頂部で曲げられて軸方向外方に延びて、先端に至る領域が、第2直立部10hとなる。
また、3番目のスロット53の第8層の第4直線部10dから第2コイルエンド6b側に延び出た第1導体端末10iは、傾斜角度θで周方向に4番目のスロット54側に延びるように成形される。
固定子鉄心3に装着された巻線アッセンブリ7の第2導体端末10hおよび第1導体端末10iに対して、曲げ加工が施される。
まず、後述する12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の結線、すなわち交流結線部の結線に供せられない、周方向に連続する36本の第2導体端末10hに対して曲げ加工が施される。第2導体端末10hおいては、図示していないが、第2直立部10hの根元部をツール30,31で挟み込み、第2直立部10hを径方向外方に延び出るように曲げる。ついで、径方向外方に延び出るように曲げられた第2直立部10hの先端側をツール30,31で挟み込み、第2直立部10hの先端側が軸方向外方に延び出るように曲げる。これにより、第2直立部10hの一部が第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びる渡り部12となる。
ついで、第1導体端末10iに対して曲げ加工が施される。第1導体端末10iにおいては、図10に示されるように、斜行している第1導体端末10iの中間部位をツール30,31で挟み込み、ツール30を回転中心としてツール30,31を回動させて、第1導体端末10iのツール30,31の把持部を曲げる。このツール30,31の捻り動作により、第1導体端末10iのツール30,31の把持部から延び出た先端側が起立する。これにより、第1導体端末10iは、スロット15から第2コイルエンド6b側に延び出て、第2斜行部10hと逆方向に傾斜する第1斜行部10と、第1斜行部10iから軸方向外方に延び出る第1直立部10iと、に曲げ成形される。
このとき、交流結線部の結線に供せられる、周方向に連続する12本の第1導体端末10iに対しては、図10に示されるように、ツール30,31の把持部による第1導体端末10iの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置が変えられて、12本の第1直立部10iが不等ピッチに配列される。これにより、図11に示されるように、一部の隣り合う第1直立部10i間の隙間Lが、他の隣り合う第1直立部10i間の隙間Lより広くなっている。
また、交流結線部の結線に供せられない、残る36本の第1導体端末10iに対しては、ツール30,31の把持部による第1導体端末10iの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置は、一定であり、上述の12本の第1導体端末10iの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置より高くなっている。そこで、36本の第1導体端末10iの第1直立部10iは、図11に点線で示されるように、1スロットピッチで周方向に配列されている。そして、36本の第1導体端末10iの第1直立部10iの周方向位置が、渡り部12が形成された第2導体端末10hの第2直立部10hの周方向位置に略一致している。すなわち、第1直立部10iと第2直立部10hとが、図9に示されるように、径方向に相対して近接して配置される。
具体的には、図6において、第1直線部10aが2番目のスロット52に収納される巻線体10の第1導体端末10iの第1直立部10iが、第1直線部10aが4番目のスロット54に収納される巻線体10の第2導体端末10hの第2直立部10hと径方向に相対して近接している。このように、2磁極ピッチ離れた一方の巻線体10の第1導体端末10iの第1直立部10iが、他方の巻線体10の第2導体端末10hの第2直立部10hと径方向に相対して近接している。そこで、径方向に相対して近接している第1直立部10iと第2直立部10hとをTIG溶接などにより接合することで、2磁極ピッチ離れた巻線体10を接続することができる。
つぎに、巻線アッセンブリ7の結線方法について、便宜上、固定子鉄心3に周方向に配設された48個のスロット5に周方向の並び順に1番、2番・・・48番のスロット番号を付して説明する。
まず、スロット番号(1+6n)番(ただし、nは0以上、7以下の自然数)のスロット5からなる第1スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群U11,U12が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群U21,U22が構成される。
スロット番号(3+6n)番のスロット5からなる第3スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群V11,V12が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群V21,V22が構成される。
スロット番号(5+6n)番のスロット5からなる第5スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群W11,W12が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して、小コイル群W21,W22が構成される。
このようにして、それぞれ、固定子鉄心3に周方向に2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10を直列に接続して構成される12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が作製される。
なお、渡り部12を形成するために第2導体端末10hの第2直立部10hの根元部を曲げる際に導体線9の絶縁被膜の損傷発生を抑制する観点から、第2直立部10hの曲げ半径は、第2直立部10hの曲げ方向厚み、すなわち板厚dより大きくすることが望ましい。
そして、図12に示されるように、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の一端である第2導体端末10hの第2直立部10hが、第2コイルエンド6bの周方向に円弧状に延びる円弧状領域13の内径側に周方向に1スロットピッチで配列され、他端である第1導体端末10iの第1直立部10iが第2コイルエンド6bの円弧状領域13の外径側に周方向に不等ピッチで配列されている。また、第2コイルエンド6bの軸方向外側を通って径方向外方に引き出された第2導体端末10hの第2直立部10hの一部で構成された渡り部12が、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iが周方向に配列されている円弧状領域13を挟むC字状の領域に、周方向に1スロットピッチで配列されている。
そして、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iが、円弧状領域13において、結線ユニット20を用いて結線され、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が結線される。この円弧状領域13が交流結線部の結線領域となる。
結線ユニット20は、中性点結線板21と、第2コイルエンド6bの内径側に配置された相巻線の給電端子に接続されて、外部電源からの給電線との接続部を第2コイルエンド6bの外径側に移動させる給電コイル25と、同相の小コイル群間を結線する接続コイル26と、を備えている。第1および第2中性点接続用バスバー22,23は、図13に示されるように、鋼板を打ち抜き、曲げ加工を施して作製される。中性点結線板21は、図14に示されるように、第1および第2中性点接続用バスバー22,23を絶縁樹脂24によりインサート成形して作製される。給電コイル25は、図15に示されるように、矩形平板状の鋼板を曲げ成形して、一端部25aと他端部25bが連結部25cの両端から同じ方向に突出するU字状に作製される。接続コイル26は、図16に示されるように、導線をU字状に曲げ成形した作製される。
電気角で30°ずれた小コイル群U11,U22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群U11,U22が直列に接続されたU1相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V11,V22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群V11,V22が直列に接続されたV1相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W11,W22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群W11,W22が直列に接続されたW1相巻線を作製する。
また、電気角で30°ずれた小コイル群U21,U12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群U21,U12が直列に接続されたU2相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V21,V12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群V21,V12が直列に接続されたV2相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W21,W12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群W21,W12が直列に接続されたW2相巻線を作製する。
また、中性点結線板21を第2コイルエンド6b上に配置し、第1中性点接続用バスバー22の端子22a,22b,22cを小コイル群U12,V12,W12の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。さらに、第2中性点接続用バスバー23の端子23a,23b,23cを小コイル群U22,V22,W22の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。これにより、図17に示されるように、U1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をY結線して構成された第1三相交流巻線6Aと、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をY結線して構成された第2三相交流巻線6Bが形成される。さらに、給電コイル25の一端部25aが第1および第2三相交流巻線6A,6Bの給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10hに接続される。そして、給電コイル25の他端部25bが、第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びる連結部25cにより、隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i間のスペースの中央位置に配置される。そこで、外部電力が、給電線(図示せず)を介して給電コイル25の他端部25bと第1および第2三相交流巻線6A,6Bの給電端子を構成する第1導体端末10iの第1直立部10iに給電される。
ここで、図12に示されるように、間隔Lが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央部が、第1および第2三相交流巻線6A,6Bの給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10hの径方向外方に位置している。つまり、径方向外方から見て、第1および第2三相交流巻線6A,6Bの給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10hが、隔Lが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央部に位置している。そして、第1および第2三相交流巻線6A,6Bの給電端子を構成する第2導体端末10hの給電線との接続部が、第2直立部10hから径方向外方に延びる給電コイル25により、間隔Lが広められた隣り合う第1直立部10i間のスペースの中央位置に引き出されている。
また、固定子巻線6は、第1および第2三相交流巻線6A,6Bにより構成されている。第1および第2三相交流巻線6A,6Bの各相巻線が、8つの巻線体10を直列に接続して構成されている。そこで、U相巻線に着目すれば、第1および第2三相交流巻線6A,6BのU1相巻線とU2相巻線は外部電力に対して並列の関係となっている。したがって、この固定子巻線6の相巻線の並列数は2となる。
また、交流結線部のための円弧状領域13には、図12に示されるように、第2直立部10hが1スロットピッチで12本配列されている。したがって、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で360°となる。固定子巻線6の相巻線の並列数が2であるので、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で(180×2)°となる。なお、特許文献1においても、円弧状領域13に相当する領域の角度範囲は電気角で360°である。しかし、特許文献1では、各相巻線は、コイルセグメントを直列に接続して構成された1本の巻線であり、並列数が1であるので、円弧状領域13に相当する領域の角度範囲は電気角で(360×1)°となる。したがって、この実施の形態1によれば、並列数が2であるにも拘わらず、円弧状領域13の角度範囲は、相巻線の並列数が1である特許文献1と同等の角度範囲にすることができる。
この実施の形態1によれば、固定子巻線6の相巻線の並列数が2であり、各組のU相、V相、W相の3本の給電端子のスロット5内からの引き出し位置を、スロット5内の最内径位置と最外径位置とに分散することにより、電気角で(180×n)°の円弧状領域13の角度範囲を実現している。なお、nは並列数であり、ここでは2である。このように、交流結線部のための角度範囲を電気角で(180×n)°以下にすることができるので、結線ユニット20の小型、軽量化が図られる。これにより、固定子1の小型,軽量化が図られるので、固定子1を実装した回転電機の車両への搭載性を向上できるとともに、耐振性を向上できる。
隣り合う第1直立部10i間のスペースの中央部が、第1および第2三相交流巻線6A,6Bの給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10hの径方向外方に位置している。そこで、内径側に位置している給電端子に対して、給電端子の径方向外方に位置している隣り合う第1直立部10i間のスペースを通して給電することができる。これにより、外径側に位置している第1導体端末10iの軸方向外方を通して内径側に位置している給電端子に給電するような複雑な立体交差の構造をとることなく、簡易な構造で、絶縁距離を確保することができ、高い絶縁性能が得られる。
内径側に位置している給電端子の径方向外方に位置している隣り合う第1直立部10i2間の間隔Lが、他の隣り合う第1直立部10i間の間隔より広くなっているので、大きな絶縁距離を確保でき、より高い絶縁性能が得られる。
給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10hに接合された一端部25aと、隣り合う第1直立部10i間のスペースの中央部に位置する他端部25bと、第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びて一端部25aと他端部25bとを連結する連結部25cと、からなる給電コイル25を備えている。そこで、全ての給電端子が、第1直立部10iの径方向位置に位置することになり、給電線と給電端子との結線作業が容易となる。
12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22を構成する巻線体10の第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h,10iが、円弧状領域13を挟むC字状の領域に、周方向に配列されている。そして、第2直立部10h の周方向位置が、接合対象の第1直立部10iの周方向位置と一致している。そこで、接続対象の第2および第1直立部10h,10iの接合が容易となる。
第2直立部10hの根元側を曲げて径方向外方に延びる渡り部12を第2導体端末10hに一体に形成しているので、別部材を用いて第2および第1直立部10h,10iを結線する必要がなく、構造の簡素化が図られる。
固定子巻線6が、固定子鉄心3に1スロットピッチでスロット5と同数装着された巻線体10により構成されているので、巻線体10の種類が1種類となり、製造コストを低減できる。
巻線体10が、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンである分布巻きパターンと、当該分布巻きパターンの両端部から同じ方向に延び出る第1および第2導体端末10i,10hと、を備えている。そして、第2導体端末10hは、第2斜行部10hと、第2直立部10hと、から構成され、第1導体端末10iは、第2斜行部10hと逆方向に傾斜するように成形されている。そこで、巻線体10を固定子鉄心3に装着した後の第1導体端末10iの曲げ工程は、第1直立部10iを起立させる曲げ工程のみとなり、生産性の向上が図られる。
円弧状領域13内での第1導体端末10iの曲げ工程では、第1導体端末10iのツール30,31の挟み込み部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置を変えて、所望の隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i間の間隔を広げている。これにより、隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i間の間隔のうち、広げる間隔の位置を自由に設定できようになり、設計自由度が高められる。また、間隔を広げるために専用な巻線体10を用意する必要がなく、巻線体10の種類を1種類とすることができる。
小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が、渡り部12が存在しない円弧状領域13内で交流結線されるので、結線ユニット20による交流結線部の第2コイルエンド6bからの軸方向高さが低くなり、固定子1の軸方向長さを短くすることができる。
また、交流結線部が固定子鉄心3の端面に近くなり、中性点結線板21、給電コイル25および接続コイル26の耐振性が向上される。
また、給電コイル25、接続コイル26および中性点結線板21は、小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の第2および第1導体端末10h,10iの間の径方向領域内に配設されて、結線対象の第2および第1導体端末10h,10iに結線されるため、コイルエンドの半径方向外側に突出することがない。これにより、回転電機の周辺部品との干渉が生じにくくなり、搭載性が向上する。
また、電気角で30°ずれた小コイル群同士を接続コイル26で結線して相巻線を構成しているので、接続コイル26で結線される第2および第1導体端末10h,10iが周方向に隣接する。これにより、結線作業が容易となるとともに、円弧状領域13内での接続コイル26同士の重なり、および給電コイル25と接続コイル26との重なりが最小限に抑えられ、結線ユニット20による交流結線部の第2コイルエンド6bからの軸方向高さを低くすることができる。
なお、上記実施の形態1では、巻線体が矩形断面の導体線を用いて作製されているが、巻線体を構成する導体線の断面は矩形に限定されず、例えば円形断面の導体線を用いてもよい。
また、上記実施の形態1では、第1三相交流巻線がU1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をY結線して構成され、第2三相交流巻線がU2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をY結線して構成されているが、第1三相交流巻線がU1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をΔ結線して構成され、第2三相交流巻線がU2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をΔ結線して構成されてもよい。
また、上記実施の形態1では、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線がそれぞれ小コイル群を直列に接続して構成されているが、U1相巻線、V1相巻線、W1相巻線、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線がそれぞれ小コイル群を並列に接続して構成されてもよい。この場合、固定子巻線6の相巻線の並列数は4となる。
また、上記実施の形態1では、48個のスロットが設けられている固定子鉄心を用いたが、スロットの総数は48個に限定されない。また、スロット数が毎極毎相当たり2の割合で形成されているものとしているが、毎極毎相当たりのスロット数は2に限定されず、1でもよく、3以上でもよい。そして、上記実施の形態1では、毎極毎相当たりのスロット数が2で、巻線体の直線部が挿入されるスロットの間隔が6スロット角度間隔(1磁極ピッチ)であったが、毎極毎相当たりのスロット数が1の場合には、巻線体の直線部が挿入されるスロットの間隔は、3スロット角度間隔(1磁極ピッチ)となる。
また、上記実施の形態1では、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体を用いているが、巻線体は、1つのδ字のコイルパターンにより形成されてもよいし、径方向に配列された3つ以上のδ字のコイルパターンを一続きに形成してもよい。
また、上記実施の形態1では、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体を用いているが、分布巻きの巻線体が固定子鉄心に1スロットピッチでスロット数と同数配設され、各巻線体の第1導体端末が第2コイルエンドの外径側から軸方向外方に突出し、第2導体端末が第2コイルエンドの内径側から軸方向外方に突出していれば、巻線体は径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体に限定されない。例えば、導体線を螺旋状に複数回巻き回した、いわゆる亀甲形のコイルパターンに形成された巻線体を用いてもよい。そして、2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体は、1磁極ピッチ離れた3個のスロットに装着されるが、亀甲形のコイルパターンに形成された巻線体は、1磁極ピッチ離れた2個のスロットに装着される。
また、上記実施の形態1では、渡り部が第2導体端末の第2直立部の根元部を曲げて形成されているが、渡り部は、第2導体端末と別部材で作製し、第1導体端末の第1直立部と第2導体端末の第2直立部とに接合して、両者を連結してもよい。
また、上記実施の形態1では、相巻線の並列数が2であり、各組の3本の給電端子が、第1導体端末と第2導体端末で構成されているが、1組の3本の給電端子が第1導体端末で構成され、もう1組の3本の給電端子が第2導体端末で構成されてもよい。この場合においても、交流結線部のための円弧状領域の角度範囲は、(180×2)°となる。
3 固定子鉄心、5 スロット、6 固定子巻線(三相交流巻線)、6b 第2コイルエンド、9 導体線、10 巻線体、10h 第2導体端末、10h 第2斜行部、10h 第2直立部、10i 第1導体端末、10i 第1斜行部、10i 第1直立部、12 渡り部、13 円弧状領域、20 結線ユニット、25 給電コイル、25a 一端部、25b 他端部、25c 連結部、U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22 小コイル群。

Claims (7)

  1. スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された三相交流巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
    上記三相交流巻線は、それぞれ、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線により構成され、上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着されている分布巻きの巻線体を備え、
    上記巻線体を構成する上記導体線の第1導体端末が上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出し、上記導体線の第2導体端末が上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出しており、
    複数の小コイル群は、それぞれ、上記巻線体の上記第1導体端末と接続対象の上記巻線体の上記第2導体端末とが接続された複数の上記巻線体の直列接続体であり、
    複数の上記小コイル群のそれぞれの一端を構成する上記第1導体端末が、上記固定子鉄心の軸方向の一側に構成される上記三相交流巻線のコイルエンドの周方向に延びる円弧状領域の外径側に周方向に互いに離間して配設され、
    複数の上記小コイル群のそれぞれの他端を構成する上記第2導体端末が、上記円弧状領域の内径側に周方向に互いに離間して配設され、
    上記三相交流巻線は、結線ユニットにより上記円弧状領域に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末を結線して構成され、
    上記三相交流巻線の給電端子は、上記円弧状領域に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末とにより構成され、
    上記三相交流巻線の相巻線の並列数がであり、
    上記円弧状領域の角度範囲が、電気角で(180×)°以下であり、
    径方向外方から見たときに、上記給電端子を構成する上記第2導体端末が、隣り合う上記第1導体端末間に位置している回転電機の固定子。
  2. 上記円弧状領域において、隣り合う上記第1導体端末間の間隔の中で、径方向外方から見たときに、上記給電端子を構成する上記第2導体端末が位置している隣り合う上記第1導体端末間の間隔がもっとも広くなっている請求項1記載の回転電機の固定子。
  3. 上記給電端子を構成する上記第2導体端末に接合された一端部と、隣り合う上記第1導体端末間に位置する他端部と、上記コイルエンドの軸方向外方を径方向に延びて上記一端部と上記他端部とを連結する連結部と、からなる給電コイルを備える請求項2記載の回転電機の固定子。
  4. 上記円弧状領域を挟むC状の領域において、上記第1導体端末は軸方向に延びる第1直立部を先端部に有し、上記第2導体端末は軸方向に延びる第2直立部を先端部に有しており、上記第2直立部の周方向位置が接続対象の上記第1直立部の周方向位置に一致している請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転電機の固定子。
  5. 上記第2導体端末は、上記コイルエンドより軸方向外方の位置で径方向外方に延びる渡り部を有し、上記第2直立部が接続対象の第1直立部に径方向に相対して接合されている請求項4に記載の回転電機の固定子。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機の固定子の製造方法において、
    上記導体線を分布巻きパターンに巻回し、上記第2導体端末が、上記分布巻きパターンから突出する第2斜行部と上記第2斜行部から突出する第2直立部とを有する形状に成形され、上記第1導体端末が、上記分布巻きパターンから上記第2斜行部と逆向きに傾斜して突出する形状に成形されている上記巻線体を作製する工程と、
    上記第1導体端末が上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出し、上記第2導体端末が上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出すように、上記巻線体を上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着する工程と、
    上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出ている上記第1導体端末の中間部をツールで挟み込み、上記ツールの捻り動作で上記第1導体端末の中間部の先端側を起立させ、上記スロット内の最外径位置から上記第2斜行部と逆向きに延び出る第1斜行部と、上記第1斜行部から軸方向に延びる第1直立部と、を形成する第1導体端末曲げ工程と、を備えている回転電機の固定子の製造方法。
  7. 上記第1導体端末曲げ工程において、
    上記第1導体端末に対する上記ツールの挟み込み位置を変えて、上記給電端子となる上記第2導体端末の上記第2直立部の径方向外方に位置する上記第1導体端末間の間隔を広くすることを特徴とする請求項6記載の回転電機の固定子の製造方法。
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