JP6394973B2

JP6394973B2 - 回転電機

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Publication number: JP6394973B2
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Inventors: 暁斗田村
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Description

本発明は、車両等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機に関する。

従来、車両に搭載されて使用される回転電機として、回転可能に設けられた回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コア、及び該固定子コアのスロットに巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる複数の相巻線よりなる固定子巻線を有する固定子と、を備えたものが一般に知られている。

そして、特許文献１及び特許文献２には、図１６及び図１７に示すように、導体を覆う絶縁被膜を有する断面形状が矩形の角線を用いて固定子コア１３０に巻装された三相の固定子巻線１４０，２４０が開示されている。この固定子巻線１４０，２４０を構成する各相巻線は、スロット１３１に収容されるスロット収容部１５１Ｃと、周方向に異なるスロット１３１に収容されたスロット収容部１５１Ｃ同士をスロット１３１の外部で接続しているターン部１５２とを有する。ターン部１５２は、延伸方向中央部に周方向に延びる頭頂部１５３を有し、頭頂部１５３の中央部には、径方向に折れ曲がるクランク部１５４が設けられている。この固定子巻線１４０，２４０は、固定子コア１３０の少なくとも軸方向一端側に多数のターン部１５２により形成されたコイルエンド部１４５を有する。

特許文献１の固定子巻線１４０は、図１６に示すように、コイルエンド部１４５を形成するターン部１５２が、スロット１３１の内周側からＮ（Ｎは２以上の自然数）層目に収容されたスロット収容部と、６スロットピッチ離れた他のスロットの内周側からＮ−１層目に収容されたスロット収容部同士を電気的に接続する波巻きにて巻装されている。

また、特許文献２の固定子巻線２４０は、図１７〜図１９に示すように、複数のＵ字形状の導体セグメントを固定子コア１３０の軸方向一端側（図１７の上方側）からスロット１３１に挿入して、固定子コア１３０の軸方向他端側（図１７の下方側）に延出した開放端部を周方向に捻った後、所定の開放端部の端末同士を接続することにより固定子コア１３０に巻装されている。この場合、基本となるＵ字形状の導体セグメントとして、ターン部１５２の大きさが異なる大小２種類の導体セグメント１５０Ａ，１５０Ｂが用いられる。また、各スロット１３１には、導体セグメントのスロット収容部１５１Ｃが径方向１列に４本ずつ収容されている。

大セグメント１５０Ａは、図１８に示すように、スロット１３１の内周側から１層目（最内層）に収容されたスロット収容部１５１Ｃと、６スロットピッチ離れた他のスロット１３１の内周側から４層目（最外層）に収容されたスロット収容部１５１Ｃ同士が接続される。また、小セグメント１５０Ｂは、図１９に示すように、スロット１３１の内周側から２層目に収容されたスロット収容部１５１Ｃと、６スロットピッチ離れた他のスロット１３１の内周側から３層目に収容されたスロット収容部１５１Ｃ同士が接続される。これら大セグメント１５０Ａ及び小セグメント１５０Ｂは、６スロットごとのスロット１３１に（６スロットピッチで）収容されて巻装されている。

特開２０１１−１０９８９４号公報特開平１１−１６４５０６号公報

上記のような回転電機においては、固定子巻線１４０，２４０に電流が流れると固定子巻線１４０，２４０が発熱し、回転電機の効率が低下するため、発熱した固定子巻線１４０，２４０を適切に冷却する必要がある。そのため、固定子コア１３０の軸方向端面から外方に突出した固定子巻線１４０，２４０のコイルエンド部１４５に冷却用の液体冷媒を滴下することにより固定子巻線１４０，２４０を冷却することが一般に行われている。しかし、固定子巻線１４０，２４０を冷却する場合、コイルエンド部１４５に滴下した液体冷媒がコイルエンド部１４５上を効果的に流れることができなければ、固定子巻線１４０，２４０を効果的に冷却することができない。そのため、固定子巻線１４０，２４０が過度に昇温すると、絶縁被膜が溶融してしまい絶縁不良を招く恐れもある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固定子巻線のコイルエンド部に滴下された液体冷媒が効果的に流れるようにして、良好な冷却性が得られるようにした回転電機の固定子を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
一極一相当たり２個の割合で周方向に配列された複数のスロット（３１）を有する円環状の固定子コア（３０）と、前記スロットに径方向１列に４本以上収容されるスロット収容部（５１Ｃ）、及び一の前記スロットに収容された前記スロット収容部同士のうち前記スロットの内周側からＫ（Ｋは２以上の偶数）層目に収容された前記スロット収容部と一の前記スロットに対して周方向に異なる前記スロットの内周側からＫ−１層目に収容された前記スロット収容部とを前記スロットの外部で電気的に接続しているターン部（５２Ａ，５２Ｂ）を有して前記固定子コアに巻装された複数の相巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）よりなり、前記固定子コアの少なくとも軸方向一端側に複数の前記ターン部により形成されたコイルエンド部（４５）を有する固定子巻線（４０）と、前記コイルエンド部の上方部に液体冷媒を滴下して冷却する冷却機構（１５，１６）と、を備えた回転電機において、
前記ターン部は、延伸方向長さの長い長ピッチターン部（５２Ａ）と前記長ピッチターン部よりも延伸方向長さの短い短ピッチターン部（５２Ｂ）の２種類のものからなり、且つ前記固定子コアの軸方向端面（３０ａ）から最も離間した部位に形成された周方向に延びる頭頂部（５３Ａ，５３Ｂ）と、前記頭頂部の周方向両側に形成されて前記固定子コアの軸方向端面に対して所定の角度で傾斜した斜行部（５５Ａ，５５Ｂ）とを有し、
前記短ピッチターン部と前記短ピッチターン部と周方向に隣り合う同相の前記長ピッチターン部が軸方向に空隙部（Ｓ）を介して重なり合い、
前記長ピッチターン部の軸方向内側面と前記短ピッチターン部の軸方向外側面とが、延伸方向において前記ターン部の一方の前記斜行部から前記頭頂部を通り他方の前記斜行部に渡って連続的に対向し続けるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、固定子巻線のコイルエンド部は、固定子の周方向全域において、延伸方向長さの異なる２種類以上のターン部が軸方向に空隙部を介して重なり合うように配置されることにより構成され、ターン部は、長ピッチターン部の軸方向内側面と短ピッチターン部の軸方向外側面とが延伸方向において対向し続けるように配置されている。そのため、長ピッチターン部の軸方向内側面と短ピッチターン部の軸方向外側面との間に形成された空隙部は、両ターン部の延伸方向に連続した状態に維持される。これにより、コイルエンド部に滴下された液体冷媒は、軸方向に重なり合ったターン部の間に形成された空隙部に保持され続ける状態で流動するため、ターン部が効率よく冷却され、良好な冷却性を得ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。実施形態１に係る固定子の一部を示す部分斜視図である。実施形態１に係る固定子の一部を示す部分断面図である。実施形態１に係る固定子巻線に用いられる大小一組の導体セグメントの斜視図である。実施形態１に係る固定子巻線に用いられる小セグメントの部分斜視図である。実施形態１に係る固定子巻線に用いられる導体セグメントの断面図である。実施形態１において固定子コアのスロットに収容される導体セグメントの配置位置を示す固定子コアの周方向に展開した模式説明図である。実施形態１に係る固定子巻線の結線図である。実施形態１に係る固定子巻線に用いられる大小一組の導体セグメントの配置状態を示す正面図である。図９のＸ−Ｘ線断面図である。実施形態１において第１コイルエンド部のターン部に滴下された液体冷媒の流動状態を示す説明図である。実施形態１において第１コイルエンド部のＵ相巻線のターン部に滴下された液体冷媒の流動状態を示す説明図である。実施形態１において第１コイルエンド部のターン部に滴下された液体冷媒の流動状態を示す説明図である。比較例１においてコイルエンド部のターン部に滴下された液体冷媒の流動状態を示す説明図である。変形例１に係る大小セグメントのターン部の断面図である。従来例１の固定子の一部を示す部分斜視図である。従来例２の固定子の一部を示す部分斜視図である。従来例２の固定子巻線を構成する大セグメントの部分斜視図である。従来例２の固定子巻線を構成する小セグメントの部分斜視図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

〔実施形態１〕
本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機として使用されるものであって、図１に示すように、有底筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂ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１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３に固定された回転子１４と、ハウジング１０内の回転子１４を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子２０と、を備えている。

また、この回転電機１には、固定子２０の固定子巻線４０に冷却用の液体冷媒を滴下する一対のノズル１５，１６を備えた冷媒供給手段が設けられている。ノズル１５，１６は、ハウジング１０の内部と外部を連通するようにして、ハウジング部材１０ａ，１０ｂにそれぞれ貫通した状態で取り付けられている。各ノズル１５、１６の先端部には、液体冷媒を吐出する吐出口１５ａ，１６ａが設けられている。吐出口１５ａ，１６ａは、ハウジング１０内に収容された固定子巻線４０の第１及び第２コイルエンド部４５，４６のそれぞれ鉛直方向上方に開口している。これにより、第１及び第２コイルエンド部４５，４６の最上部に向かって液体冷媒を滴下するようにされている。

なお、この回転電機１には、吐出口１５ａ，１６ａから吐出した液体冷媒を回収し冷媒供給手段に戻して再度吐出口１５ａ，１６ａから吐出するように循環させるポンプ装置（図示せず）や、加熱された液体冷媒を冷却する冷却器（図示せず）等が循環経路の途中に設けられており、これらの機器により固定子巻線４０（固定子２０）を冷却する冷却機構が構成されている。また、液体冷媒として、本実施形態ではＡＴＦを用いているが、従来の回転電機において使用される公知の液体冷媒を用いてもよい。

回転子１４は、固定子２０の内周側と径方向に対向する外周側に、周方向に所定距離を隔てて極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有する。これらの磁極は、回転子１４の所定位置に埋設された複数の永久磁石により形成されている。回転子１４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。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

次に、図２〜図１０を参照して固定子２０について説明する。固定子２０は、図２及び図３に示すように、周方向に配列された複数のスロット３１を有する円環状の固定子コア３０と、固定子コア３０のスロット３１に巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相巻線よりなる固定子巻線４０と、を備えている。

固定子コア３０は、円環状の複数の電磁鋼板を固定子コア３０の軸方向に積層して形成された一体型のものである。この固定子コア３０は、円環状のバックコア３３と、バックコア３３から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース３４とからなり、隣り合うティース３４の間にスロット３１が形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、回転子１４の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の一相当たり２個の割合で形成されて、スロット倍数が２とされている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。即ち、４８個のスロット３１は、周方向に順番に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロットＵ１，Ｕ２、Ｖ相スロットＶ１，Ｖ２及びＷ相スロットＷ１，Ｗ２よりなる。

固定子巻線４０を構成する相巻線は、スロット３１に収容されるスロット収容部５１Ｃと、周方向に異なるスロット３１に収容されたスロット収容部５１Ｃ同士をスロット３１の外部で接続しているターン部５２Ａ，５２Ｂとを有する。この固定子巻線４０は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０を固定子コア３０の軸方向一端側からスロット３１に挿入して、軸方向他端側に延出した一対の開放端部を互いに周方向反対側へ捻った後、所定の捻り部の端末同士を溶接等により接合して所定のパターンで電気的に接続することにより形成されている。

本実施形態では、基本となる導体セグメント５０として、図４に示すように、大きさの異なる２種類の大小セグメント５０Ａ，５０Ｂが採用されている。大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂは、矩形断面のコイル線材をそれぞれ異なる成形型で押圧成形することによりＵ字形状に形成されており、互いに平行な一対の直線部５１Ａ，５１Ｂと、一対の直線部５１Ａ，５１Ｂの一端同士を連結するターン部５２Ａ，５２Ｂとからなる。大セグメント５０Ａと小セグメント５０Ｂは、ターン部５２Ａ，５２Ｂの延伸方向長さが異なる。

具体的には、大セグメント５０Ａのターン部５２Ａは、７スロットピッチの長さに形成され、小セグメント５０Ｂのターン部５２Ｂは、５スロットピッチの長さに形成されている。よって以下、大セグメント５０Ａのターン部５２Ａを「長ピッチターン部５２Ａ」と呼び、小セグメント５０Ｂのターン部５２Ｂを「短ピッチターン部５２Ｂ」と呼ぶ場合もある。

ターン部５２Ａ，５２Ｂの延伸方向（周方向）中央部で固定子コア３０の軸方向端面３０ａから最も離間した部位には、軸方向端面３０ａと平行に周方向に延びる頭頂部５３Ａ，５３Ｂが設けられている。この頭頂部５３Ａ，５３Ｂの周方向中央部には、径方向に折れ曲がるクランク部５４Ａ，５４Ｂが押圧成形により形成されている。クランク部５４Ａ，５４Ｂの径方向への折れ曲がり量は、１本の導体セグメント５０の径方向幅と概ね同じにされている。

ターン部５２Ａ，５２Ｂの頭頂部５３Ａ，５３Ｂの周方向両側には、固定子コア３０の軸方向端面３０ａに対して所定の角度で傾斜した斜行部５５Ａ，５５Ｂが設けられている。本実施形態の場合には、大セグメント５０Ａの斜行部５５Ａの傾斜角度θ１と、小セグメント５０Ｂの斜行部５５Ｂの傾斜角度θ２が同等にされている（図９参照）。また、ターン部５２Ａ，５２Ｂの両側にある各斜行部５５Ａ，５５Ｂと各直線部５１Ａ，５１Ｂとの間には、成形型で押圧成形することによってくの字形状に曲げ加工された立ち上がり部５６Ａ，５６Ｂがそれぞれ形成されている。この立ち上がり部５６Ａ，５６Ｂは、図５に示すように、固定子コア３０の軸方向端面３０ａから露出した部位である。

これら大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂは、図６に示すように、断面形状が矩形の導体５８と、導体５８の外周面を被覆する内層５９ａ及び外層５９ｂからなる２層構造の絶縁被膜５９とからなる角線を、成形型で押圧成形することによりＵ字形状に形成されている。大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂの少なくともターン部５２Ａ，５２Ｂは、矩形断面における四隅の角部に円弧状のＲ面取り部５０ｃが設けられている。

次に、各スロット３１に挿入配置される大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂの挿入配置方法について図７を参照して説明する。なお、図７には、三相の相巻線のうちＵ相巻線が収容されるＵ相スロットＵ１，Ｕ２が示されている。この場合、スロット倍数が２とされていることから、一方のＵ相スロットＵ１及び他方のＵ相スロットＵ２は、それぞれ周方向に６スロットピッチ離れて配置されている。

大セグメント５０Ａは、一方の直線部５１ＡがＵ相スロットＵ１の内周側から１層目に挿入され、他方の直線部５１ＡがＵ相スロットＵ１から時計回り方向（矢印Ｘ方向）に７スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ２の内周側から２層目に挿入される。また、小セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１ＢがＵ相スロットＵ２の内周側から１層目に挿入され、他方の直線部５１ＢがＵ相スロットＵ２から時計回り方向（矢印Ｘ方向）に５スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ１の内周側から２層目に挿入される。

これにより、大セグメント５０Ａの長ピッチターン部５２Ａと小セグメント５０Ｂの短ピッチターン部５２Ｂは、軸方向に所定の空隙部Ｓを介して重なり合うように配置される。この場合、長ピッチターン部５２Ａの軸方向内側面と短ピッチターン部５２Ｂの軸方向外側面とが、延伸方向の一端から他端までの全範囲において対向し続けるように配置されている。よって、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂの間に形成された空隙部Ｓは、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂが重なり合った延伸方向の全範囲に形成されている。

その後、上記と同様にして、大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂが、周方向に隣接して２個ずつ繰り返し配置されたＶ相スロットＶ１，Ｖ２及びＷ相スロットＷ１，Ｗ２の１層目と２層目に順番に挿入される。このようにして、大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂが、各相スロットＵ，Ｖ，Ｗの１層目と２層目に周方向に１周するように挿入配置される。

続いて、大セグメント５０Ａの一方の直線部５１Ａが、Ｕ相スロットＵ１の内周側から３層目に挿入され、他方の直線部５１ＡがＵ相スロットＵ１から時計回り方向（矢印Ｘ方向）に７スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ２の内周側から４層目に挿入される。また、小セグメント５０Ｂの一方の直線部５１Ｂが、Ｕ相スロットＵ２の内周側から３層目に挿入され、他方の直線部５１ＢがＵ相スロットＵ２から時計回り方向（矢印Ｘ方向）に５スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ１の内周側から４層目に挿入される。

その後、上記と同様にして、大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂが、周方向に隣接して２個ずつ繰り返し配置されたＶ相スロットＶ１，Ｖ２及びＷ相スロットＷ１，Ｗ２の３層目と４層目に順番に挿入される。このようにして、大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂが、各相スロットＵ，Ｖ，Ｗの３層目と４層目に周方向に１周するように挿入配置される。

続いて、大セグメント５０Ａの一方の直線部５１Ａが、Ｕ相スロットＵ１の内周側から５層目に挿入され、他方の直線部５１ＡがＵ相スロットＵ１から時計回り方向（矢印Ｘ方向）に７スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ２の内周側から６層目に挿入される。また、小セグメント５０Ｂの一方の直線部５１Ｂが、Ｕ相スロットＵ２の内周側から５層目に挿入され、他方の直線部５１ＢがＵ相スロットＵ２から時計回り方向（矢印Ｘ方向）に５スロットピッチ離れたＵ相スロットＵ１の内周側から６層目に挿入される。

その後、上記と同様にして、大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂが、周方向に隣接して２個ずつ繰り返し配置されたＶ相スロットＶ１，Ｖ２及びＷ相スロットＷ１，Ｗ２の５層目と６層目に順番に挿入される。このようにして、大セグメント５０Ａ及び小セグメント５０Ｂが、各相スロットＵ，Ｖ，Ｗの５層目と６層目に周方向に１周するように挿入配置される。

これにより、全相スロットＵ，Ｖ，Ｗ内には、合計６本の直線部５１Ａ，５１Ｂが径方向１列に整列した状態で収容される。本実施形態の場合には、各相スロットＵ，Ｖ，Ｗ内において、３本の直線部５１Ａと３本の直線部５１Ｂが交互に収容されている。

その後、各スロット３１から軸方向他端側（図２の下側）へ延出した一対の直線部５１Ａ，５１Ｂの開放端部は、固定子コア３０の軸方向端面３０ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、概ね半磁極ピッチ分の長さの捻り部（図示せず）が形成される。そして、固定子コア３０の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の捻り部の先端部同士が例えば溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。

即ち、所定の導体セグメント５０が直列に接続されて、スロット３１の内周側からＮ（Ｎは１以上の自然数）層目に収容されたスロット収容部５１Ｃと、他のスロット３１の内周側からＮ＋１層目に収容されたスロット収容部５１Ｃ同士が電気的に接続される。また、本実施形態の場合、第１コイルエンド部４５を形成するターン部５２Ａ，５２Ｂは、スロット３１の内周側からＫ（Ｋは２以上の偶数）層目に収容されたスロット収容部５１Ｃと、他のスロット３１の内周側からＫ−１層目に収容されたスロット収容部５１Ｃ同士が電気的に接続される。これにより、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向に波巻きにて巻装された３本の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ（図８参照）よりなる固定子巻線４０が形成される。

なお、固定子巻線４０の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０（大小セグメント５０Ａ，５０Ｂ）により、固定子コア３０の周方向に６周する相巻線が形成される。しかし、固定子巻線４０の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線と接続されたセグメント、並びに１周目と２周目、・・・、５周目と６周目をそれぞれ接続する接続部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント５０とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、図８に示すように、それぞれ４本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４が並列接続された相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの巻線端が星型結線で結線されてなる固定子巻線４０が形成される。

このようにして固定子コア３０に巻装された固定子巻線４０の軸方向一端側には、固定子コア３０の軸方向端面３０ａからスロット３１の外部に突出した複数のターン部５２Ａ，５２Ｂにより全体としてリング状の第１コイルエンド部４５（図１及び図２参照）が形成されている。また、固定子巻線４０の軸方向他端側には、固定子コア３０の軸方向他端側の端面からスロット３１の外部に突出した複数の捻り部及び端末接合部により全体としてリング状の第２コイルエンド部４６（図１参照）が形成されている。

上記のように形成された固定子巻線４０の第１コイルエンド部４５は、図２に示すように、固定子２０の周方向全域において、周方向に隣り合う長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂの頭頂部５３Ａ，５３Ｂ同士が軸方向に重なり合っている。この場合、図９及び図１０に示すように、短ピッチターン部５２Ｂは、長ピッチターン部５２Ａの軸方向内側に収まり、短ピッチターン部５２Ｂの頭頂部５３Ｂの軸方向外側面が、長ピッチターン部５２Ａの頭頂部５３Ａの軸方向内側面で覆われた状態になっている。

そして、この第１コイルエンド部４５は、固定子２０の周方向全域において、延伸方向長さの異なる長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂが軸方向に空隙部Ｓを介して重なり合うように配置されることにより構成されている。この場合、長ピッチターン部５２Ａの軸方向内側面と短ピッチターン部５２Ｂの軸方向外側面とが、延伸方向の一端から他端までの全範囲において対向し続けるように配置されている。また、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂは、平面部５７Ａ，５７Ｂ同士が平行に対向し続けるようにされている。

そして、軸方向に重なり合った頭頂部５３Ａ，５３Ｂ同士は、三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ（図８参照）のうちで同相の相巻線の頭頂部５３Ａ，５３Ｂ同士となっている。具体的には、Ｕ相巻線４１Ｕの長ピッチターン部５２Ａ（Ｕ）と短ピッチターン部５２Ｂ（Ｕ）の頭頂部５３Ａ（Ｕ），５３Ｂ（Ｕ）同士が軸方向に重なり合い、Ｖ相巻線４１Ｖの長ピッチターン部５２Ａ（Ｖ）と短ピッチターン部５２Ｂ（Ｖ）の頭頂部５３Ａ（Ｖ），５３Ｂ（Ｖ）同士が軸方向に重なり合い、Ｗ相巻線４１Ｗの長ピッチターン部５２Ａ（Ｗ）と短ピッチターン部５２Ｂ（Ｗ）の頭頂部５３Ａ（Ｗ），５３Ｂ（Ｗ）同士が軸方向に重なり合っている。

また、それぞれ軸方向に重なり合った頭頂部５３Ａ，５３Ｂ同士は、図２のＡ部、図９及び図１０に示すように、長ピッチターン部５２Ａの頭頂部５３Ａの軸方向内側に位置する平面部５７Ａと、短ピッチターン部５２Ｂの頭頂部５３Ｂの軸方向外側に位置する平面部５７Ｂ同士が、軸方向に対向するように平行に配置されている。

また、周方向に隣接する頭頂部５３Ａ，５３Ｂ同士は、スロット３１の周方向ピッチ（１スロットピッチ）よりも大きく周方向にずれた状態になっている。即ち、本実施形態の場合には、図２に示すように、周方向に隣接する長ピッチターン部５２Ａの頭頂部５３Ａのクランク部５４Ａ同士、及び周方向に隣接する短ピッチターン部５２Ｂの頭頂部５３Ｂのクランク部５４Ｂ同士が、周方向に２スロットピッチずらされている。さらに、図２のＢ部に示すように、短ピッチターン部５２Ｂのクランク部５４Ｂを有する頭頂部５３Ｂと、長ピッチターン部５２Ａのストレート状に延びる斜行部５５Ａが、周方向に近接した状態になっている。

なお、三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂは、ターン部５２，５２Ｂの基準となる延伸方向長さをＭ（Ｍは２以上の任意の自然数）スロットピッチとしたときに、短ピッチターン部５２ＢがＭ−１スロットピッチとされ、長ピッチターン部５２ＡがＭ＋１スロットピッチとされている。本実施形態の場合には、スロット倍数が２とされ、Ｍ＝６とされているので、短ピッチターン部５２Ｂが５スロットピッチとされ、長ピッチターン部５２Ａが７スロットピッチとされている。

次に、本実施形態の回転電機１の作用について説明する。本実施形態の回転電機１は、通常使用状態において回転軸１３が水平方向を向き、液体冷媒を吐出するノズル１５，１６の吐出口１５ａ，１６ａが第１及び第２コイルエンド部４、４６の鉛直方向上方に位置するようにして車両の所定位置に設置される。そして、固定子２０の固定子巻線４０への通電により運転が開始されると、回転子１４の回転に伴って回転軸１３が回転し、回転軸１３から他の機器に駆動力が供給される。

また、回転電機１が運転を開始すると、通電により発熱する固定子巻線４０を冷却するため、冷媒供給手段等の冷却機構が作動を開始し、ノズル１５，１６の吐出口１５ａ，１６ａから第１及び第２コイルエンド部４５，４６に向かって液体冷媒が吐出される。以下、複数のターン部５２Ａ，５２Ｂにより形成された第１コイルエンド部４５の冷却について説明する。ノズル１５の吐出口１５ａから吐出された液体冷媒は、第１コイルエンド４５の最上部（中央最上方部）に滴下され、第１コイルエンド部４５の最上部中央から周方向両側へ分岐して下方に流動する。

このとき、液体冷媒は、図１１に示すように、第１コイルエンド部４５において軸方向に重なり合うように配置された長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂの間の空隙部Ｓに侵入する。この空隙部Ｓは、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂが重なり合った延伸方向の全範囲に形成されているので、空隙部Ｓに侵入した液体冷媒は、長ピッチターン部５２Ａ及び短ピッチターン部５２Ｂを伝ってそれらを冷却しつつ空隙部Ｓに沿って流動する。

このとき、例えば第１コイルエンド部４５のＵ相巻線の最外層（６層目）に滴下された液体冷媒は、図１２に示すように、両ターン部５２Ａ（Ｕ），５２Ｂ（Ｕ）の上方側（図１２の左側）の根元部から頭頂部５３Ａ，５３Ｂを経由したときに６層目から５層目に層変わりして下方側（図１２の右側）の根元部に流動する。そして、５層目の両ターン部５２Ａ（Ｕ），５２Ｂ（Ｕ）の根元部から４層目の両ターン部５２Ａ（Ｕ），５２Ｂ（Ｕ）の根元部に移った後、頭頂部５３Ａ，５３Ｂを経由したときに４層目から３層目に層変わりして下方側（図１２の右側）の根元部に流動する。

以後同様に、液体冷媒は、両ターン部５２Ａ（Ｕ），５２Ｂ（Ｕ）間の空隙部Ｓを辿って外層側から内層側に１層ずつ渡って流動し、する。このようにして、両ターン部５２Ａ（Ｕ），５２Ｂ（Ｕ）間の空隙部Ｓを辿って第１コイルエンド部４５の下方端部に到達した液体冷媒は、第１コイルエンド部４５からハウジング１０の底部に落下する。本実施形態の場合、液体冷媒は、図１３に示すように、第１コイルエンド部４５の最内層（１層目）のターン部５２Ａ，５２Ｂの根元部から落下するので、液体冷媒による広範囲の冷却が可能となる。

これに対して、図１４に示す比較例１のように、コイルエンド部１３０が、固定子の周方向全域において、延伸方向長さが同一のターン部１５２で形成されており、ターン部１５２が軸方向に重なり合っていない場合には、コイルエンド部１３０の下方端部に到達した液体冷媒は、ターン部１５２の頭頂部１５３から落下する。そのため、最下方のターン部１５２の根元部にまで液体冷媒が流動しないので、液体冷媒による広範囲の冷却が不可能となる。

なお、第１コイルエンド部４５のＶ相巻線及びＷ相巻線も、上記のＵ相巻線の場合と同様に液体冷媒により冷却される。その後、ハウジング１０の底部に落下した液体冷媒は、ポンプ装置により循環経路に回収され冷却器で冷却された後、ノズル１５の吐出口１５ａから再度吐出されて、第１コイルエンド部４５を繰り返し冷却するように循環される。

以上のように構成された本実施形態の回転電機１によれば、固定子巻線４０の第１コイルエンド部４５は、固定子２０の周方向全域において、延伸方向長さの異なる２種類のターン部５２Ａ，５２Ｂが軸方向に空隙部Ｓを介して重なり合うように配置されることにより構成され、ターン部５２Ａ，５２Ｂは、長ピッチターン部５２Ａの軸方向内側面と短ピッチターン部５２Ｂの軸方向外側面とが延伸方向において対向し続けるように配置されている。そのため、長ピッチターン部５２Ａの軸方向内側面と短ピッチターン部５２Ｂの軸方向外側面との間に形成された空隙部Ｓは、両ターン部５２Ａ，５２Ｂの延伸方向に連続した状態に維持される。これにより、第１コイルエンド部４５に滴下された液体冷媒は、軸方向に重なり合った両ターン部５２Ａ，５２Ｂの間に形成された空隙部Ｓに保持され続ける状態で流動するため、両ターン部５２Ａ，５２Ｂが効率よく冷却され、良好な冷却性を得ることができる。

また、相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、導体５８を覆う絶縁被膜５９を有する断面形状が矩形の角線よりなり、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂは、平面部５７Ａ，５７Ｂ同士が平行に対向し続けるようにされている。これにより、両ターン部５２Ａ，５２Ｂの平行に対向する平面部５７Ａ，５７Ｂにおいて、表面張力による液体冷媒の保持性が良好になるため、冷却性を向上させることができる。

また、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂは、矩形断面における四隅の角部に円弧状のＲ面取り部５０ｃが設けられているので、両ターン部５２Ａ，５２Ｂの間に形成された空隙部Ｓで保持できる液体冷媒の量を増大させることができるので、冷却性を向上させることができる。

また、ターン部５２Ａ，５２Ｂは、頭頂部５３Ａ，５３Ｂと、斜行部５５Ａ，５５Ｂとを有し、長ピッチターン部５２Ａの斜行部５５Ａの傾斜角度θ１と短ピッチターン部５２Ｂの斜行部５５Ｂの傾斜角度θ２が同等にされている。そのため、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂの間に形成された空隙部Ｓが一定に保たれることから、斜行部５５Ａ，５５Ｂの対向面に作用する表面張力が一定に維持される。これにより、両斜行部５５Ａ，５５Ｂの間に形成される空隙部Ｓを流動する液体冷媒を良好に保持できるため、冷却性を向上させることができる。

また、相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、各スロット３１内に４本以上（本実施形態では６本）のスロット収容部５１Ｃが径方向１列に収容されて、第１コイルエンド部４５を形成する複数のターン部５２Ａ，５２Ｂが、スロット３１の内周側からＫ（Ｋは２以上の偶数）層目に収容されたスロット収容部５１Ｃと、他のスロット３１の内周側からＫ−１層目に収容されたスロット収容部５１Ｃ同士を電気的に接続する波巻きにて巻装されている。そのため、本実施形態の場合には、最外層（６層目）のターン部５２Ａ，５２Ｂの間の空隙部Ｓを伝って流動する液体冷媒が（最外−１）層目（５層目）に侵入してくるので、第１コイルエンド部４５の内部まで液体冷媒が浸透する。これにより、第１コイルエンド部４５の全体をバランス良く冷却することができる。

また、本実施形態では、スロット倍数が２とされ、固定子巻線４０の第１コイルエンド部４５を形成するターン部５２Ａ，５２Ｂの基準となる延伸方向長さＭを６スロットピッチとしたときに、Ｍ−１で５スロットピッチの短ピッチターン部５２Ｂと、Ｍ＋１で７スロットピッチの長ピッチターン部５２Ａが軸方向に重なり合うようにされている。通常、スロット倍数が２とされて頭頂部５３Ａ，５３Ｂを軸方向に重ねる場合には、２種類のピッチを組み合わせる必要がある。したがって、本実施形態のように、ターン部５２Ａ，５２Ｂの延伸方向長さを、Ｍ−１スロットピッチとＭ＋１スロットピッチの２種類のピッチを組み合わせることで、従来のＭスロットピッチで巻装される固定子巻線の特性を変えることなく、冷却性能だけを向上させることができる。

〔変形例１〕
実施形態１では、固定子巻線４０の相巻線は、断面形状が矩形の角線によりなる大セグメント５０及び小セグメント５０Ｂで形成されていたが、図１５に示す変形例１のように、相巻線の少なくともターン部５２Ａ，５２Ｂが、矩形断面における四辺の各直線部の中腹に内側に凹んだ凹部５０ｄを有する形状の大セグメント５０及び小セグメント５０Ｂを採用してもよい。これら大小セグメント５０Ａ，５０Ｂは、断面形状が矩形の導体５８と、導体５８の外周面を被覆する絶縁被膜５９とからなり、絶縁被膜５９の４箇所に上記の凹部５０ｄが設けられている。また、矩形断面における四隅の角部には、円弧状のＲ面取り部５０ｃが設けられている。

変形例１によれば、長ピッチターン部５２Ａと短ピッチターン部５２Ｂの間に形成された空隙部Ｓで保持できる液体冷媒の量を増大させることができるので、冷却性を向上させることができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態１に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態１では、固定子巻線４０の第１コイルエンド部４５を形成するターン部５２Ａ，５２Ｂは、延伸方向長さが異なる２種類のものが採用されていたが、３種類以上にして軸方向に重ねるターン部の数を変更してもよい。

また、上記の実施形態１の固定子巻線４０は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０を所定の状態に接続して形成されるセグメント型のものであるが、固定子巻線の軸方向両端部に形成される両方のコイルエンド部にそれぞれターン部を有するような連続線で形成される固定子巻線に対しても本発明を適用することができる。

また、上記の実施形態１では、本発明に係る回転電機の固定子を車両用電動機に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機としての発電機あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機にも適用することができる。

１…車両用電動機（回転電機）、１５，１６…ノズル（冷却機構）、２０…固定子、３０…固定子コア、３０ａ…端面、３１…スロット、４０…固定子巻線、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ…相巻線、４５…第１コイルエンド部、５０ｃ…Ｒ面取り部、５０ｄ…凹部、５１Ｃ…スロット収容部、５２Ａ，５２Ｂ…ターン部、５３Ａ，５３Ｂ…頭頂部、５４Ａ，５４Ｂ…クランク部、５５Ａ，５５Ｂ…斜行部、５７Ａ，５７Ｂ…平面部、５８…導体、５９…絶縁被膜、Ｓ…空隙部。

Claims

一極一相当たり２個の割合で周方向に配列された複数のスロット（３１）を有する円環状の固定子コア（３０）と、前記スロットに径方向１列に４本以上収容されるスロット収容部（５１Ｃ）、及び一の前記スロットに収容された前記スロット収容部同士のうち前記スロットの内周側からＫ（Ｋは２以上の偶数）層目に収容された前記スロット収容部と一の前記スロットに対して周方向に異なる前記スロットの内周側からＫ−１層目に収容された前記スロット収容部とを前記スロットの外部で電気的に接続しているターン部（５２Ａ，５２Ｂ）を有して前記固定子コアに巻装された複数の相巻線（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）よりなり、前記固定子コアの少なくとも軸方向一端側に複数の前記ターン部により形成されたコイルエンド部（４５）を有する固定子巻線（４０）と、前記コイルエンド部の上方部に液体冷媒を滴下して冷却する冷却機構（１５，１６）と、を備えた回転電機において、
前記ターン部は、延伸方向長さの長い長ピッチターン部（５２Ａ）と前記長ピッチターン部よりも延伸方向長さの短い短ピッチターン部（５２Ｂ）の２種類のものからなり、且つ前記固定子コアの軸方向端面（３０ａ）から最も離間した部位に形成された周方向に延びる頭頂部（５３Ａ，５３Ｂ）と、前記頭頂部の周方向両側に形成されて前記固定子コアの軸方向端面に対して所定の角度で傾斜した斜行部（５５Ａ，５５Ｂ）とを有し、
前記短ピッチターン部と前記短ピッチターン部と周方向に隣り合う同相の前記長ピッチターン部が軸方向に空隙部（Ｓ）を介して重なり合い、
前記長ピッチターン部の軸方向内側面と前記短ピッチターン部の軸方向外側面とが、延伸方向において前記ターン部の一方の前記斜行部から前記頭頂部を通り他方の前記斜行部に渡って連続的に対向し続けるように配置されていることを特徴とする回転電機。
前記相巻線は、導体（５８）を覆う絶縁被膜（５９）を有し、外周面の四方が平面よりなる断面形状が矩形の角線よりなり、前記長ピッチターン部と前記短ピッチターン部は、平面部（５７Ａ，５７Ｂ）同士が平行に対向し続けていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記相巻線は、外周面の四隅の角部にＲ面取り部（５０ｃ）を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記相巻線は、外周面の四方が内側に凹んだ曲面よりなる断面形状が矩形の角線よりなり、前記長ピッチターン部と前記短ピッチターン部は、前記曲面からなる凹部（５０ｄ）同士が対向し続けていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記ターン部は、前記長ピッチターン部の前記斜行部（５５Ａ）の傾斜角度θ１と前記短ピッチターン部の前記斜行部（５５Ｂ）の傾斜角度θ２が同等にされていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機。
前記相巻線は、前記ターン部の基準となる延伸方向長さをＭ（Ｍは２以上の自然数）スロットピッチとしたときに、Ｍ−１スロットピッチの前記短ピッチターン部とＭ＋１スロットピッチの前記長ピッチターン部が軸方向に重なり合っていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機。