JP6477338B2

JP6477338B2 - 回転電機の固定子

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Publication number: JP6477338B2
Application number: JP2015152554A
Authority: JP
Inventors: 暁斗田村
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: CN106410995A; DE102016114017A1; CN106410995B; US10044236B2; JP2017034847A; US20170033619A1

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の固定子に関する。

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界磁として働く回転子と、該回転子と径方向に対向して配置され電機子として働く固定子と、を備えたものが一般に知られている。特許文献１には、回転電機の固定子として、周方向に配列された複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、スロットに収容されて固定子コア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と、を備えたものが開示されている。固定子巻線を構成する各相巻線は、それぞれ並列接続された２本の並列巻線により構成されてスター結線で結線されている。

特開２０１４−１４７１９０号公報

ところで、上記のような回転電機において高効率化を図るために、固定子巻線の各相巻線を構成する並列巻線の並列数を増加させてＡＣ銅損を低減させる手法が知られている。しかし、従来の巻線構造では、各相巻線を構成する並列巻線間の電気的バランスがとれないことから、循環電流が発生してしまい電気的損失が増加するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固定子巻線の各相巻線を構成する並列巻線内で循環電流が発生しない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、
周方向に配列された複数のスロット（３１）を有する固定子コア（３０）と、前記スロットに収容されて前記固定子コア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（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）よりなる固定子巻線（４０）と、を備え、各前記スロットには前記相巻線が径方向１列に偶数本ずつ層をなして収容されている回転電機の固定子（２０）において、
前記スロットは、前記固定子巻線の一極一相あたりＭ（Ｍは２以上の自然数）個の割合で形成されてスロット倍数がＭとされ、
前記固定子巻線は、前記固定子コアの軸方向端面から前記スロットの外部に延出した開放端部の所定の端末同士が電気的に接続された複数の導体セグメント（５０）により構成され、
前記三相の前記相巻線は、スター結線で結線されており、
各相それぞれの前記相巻線は、３以上の奇数本の並列巻線（Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５）よりなり、
各前記並列巻線は、互いに隣接する二極における一方の極の前記スロット内のＮ（Ｎは１以上の自然数）層目と他方の極の前記スロット内の（Ｎ＋１）層目とのスロット収容部（５１Ｃ）同士が電気的に接続されているとともに、前記スロット収容部が周方向にＭ極ずつ一極一相あたりＭ個の前記スロットのうち同じ位置の前記スロットに順番に配置されるように構成されており、
前記固定子に形成される極数は、前記並列巻線の並列数の倍数に設定され、
各相それぞれの奇数本の前記並列巻線は、同じ巻線形状に形成され、３６０°を前記並列巻線の並列数で除算した角度ずつ周方向にずれて回転対称となる位置に配置されており、一極一相あたりＭ個の前記スロットの全ての層に同じ数ずつ均等に配置されている。

この構成によれば、スロット倍数がＭ（Ｍは２以上の自然数）とされ、固定子巻線は、複数の導体セグメントにより構成されてそれぞれ３以上の奇数本の並列巻線よりなる相巻線がスター結線で結線されており、固定子に形成される極数は、並列巻線の並列数の倍数に設定され、各並列巻線は、スロット内の全ての層においてＭ個のスロットに均等に配置されている。これにより、固定子巻線の各相巻線を構成する並列巻線同士の電気的平衡をとり、電位差を均一にすることができるので、並列巻線内での循環電流の発生を防止することができる。

本発明では、スロット倍数Ｍが２以上の自然数とされていることから、固定子コアに巻装される固定子巻線の巻き方法は、波巻きや重ね巻きなどのいわゆる分布巻きが採用される。即ち、スロット倍数Ｍが１であるいわゆる集中巻きは排除される。

なお、この欄及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に係る固定子を搭載した回転電機の軸方向断面図である。実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。実施形態１に係る固定子巻線の第１コイルエンド部を示す斜視図である。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大小一組の導体セグメントを模式的に示す正面図である。実施形態１に係る固定子巻線を構成する導体セグメントの断面図である。実施形態１に係る固定子巻線の第１コイルエンド部の径方向断面図である。実施形態１に係る固定子巻線の第１コイルエンド部の一部を示す部分斜視図である。実施形態１に係る固定子巻線の第１コイルエンド部の外側頭頂部の配置状態を示す説明図である。実施形態１に係る固定子巻線の第１コイルエンド部の外側頭頂部を模式的に示す説明図である。実施形態１に係る固定子巻線の第１コイルエンド部の内側頭頂部を模式的に示す説明図である。実施形態１に係る固定子巻線のスター結線図である。実施形態１に係る固定子巻線を構成する相巻線のうちＵ相巻線だけを示す巻線配置図である。図１３に示すＵ相巻線のうち並列巻線Ｕ１だけを示す巻線配置図である。図１３に示すＵ相巻線のうち並列巻線Ｕ２だけを示す巻線配置図である。図１３に示すＵ相巻線のうち並列巻線Ｕ３だけを示す巻線配置図である。図１３に示すＵ相巻線のうち並列巻線Ｕ４だけを示す巻線配置図である。図１３に示すＵ相巻線のうち並列巻線Ｕ５だけを示す巻線配置図である。実施形態１において各Ａ・Ｂスロットに収容されたＵ相巻線を構成する５本の並列巻線の配置状態を示す説明図である。実施形態１において各Ａ・Ｂスロットの１〜６層目に収容されたＵ相巻線を構成する５本の並列巻線の配置本数を示す説明図である。

以下、本発明に係る回転電機の固定子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〕
本実施形態に係る固定子２０が搭載された回転電機１は、車両用電動機として使用されるものである。この回転電機１は、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。

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、１０極（Ｎ極：５、Ｓ極：５）の回転子が用いられている。

次に、図２〜図２０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に分布巻きの波巻きで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４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗよりなる固定子巻線４０と、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗとインバータ（図示せず）を電気的に接続するＵ相バスバー６１、Ｖ相バスバー６２及びＷ相バスバー６３と、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを電気的に接続して中性点を形成する中性線バスバー６４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（１０磁極）に対し、固定子巻線４０の一相あたりＭ（Ｍは２以上の自然数）個の割合で形成されており、スロット倍数がＭとされている。本実施形態では、スロット倍数Ｍが２とされ、１０×３×２＝６０より、スロット３１の数は６０個とされている。

固定子巻線４０を構成する三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ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。これにより、大セグメント５０Ａのターン部５２Ａは、小セグメント５０Ｂのターン部５２Ｂの軸方向外側に重なるように配置可能とされている。よって以下、大セグメント５０Ａのターン部５２Ａを「外側ターン部５２Ａ」と呼び、小セグメント５０Ｂのターン部５２Ｂを「内側ターン部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。この場合、図５に示すように、外側ターン部５２Ａの頭頂部（外側頭頂部）５３Ａの周方向長さＬ１は、内側ターン部５２Ｂの頭頂部（内側頭頂部）５３Ｂの周方向長さＬ２よりも所定長さだけ長くなるように設定されている。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。各クランク部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。また、各クランク部５４Ａ，５４Ｂの径方向への傾き角度θは、それぞれが同じになるように統一されている。

ここで、軸方向外側に位置する大セグメント５０Ａの外側頭頂部５３Ａに形成されたクランク部５４Ａの径方向への折れ曲がり方向と、軸方向内側に位置する小セグメント５０Ｂの内側頭頂部５３Ｂに形成されたクランク部５４Ｂの径方向への折れ曲がり方向が、逆方向となるようにされている。この場合、大セグメント５０Ａのクランク部５４Ａは、周方向一端側（図４の右側）から他端側（図４の左側）に向かうにつれて径方向外側（図４の奥側）へ寄るように折れ曲がっている。一方、小セグメント５０Ｂのクランク部５４Ｂは、周方向他端側（図４の左側）から一端側（図４の右側）に向かうにつれて径方向外側（図４の奥側）へ寄るように折れ曲がっている。

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、図５に示すように、大セグメント５０Ａの斜行部（外側斜行部）５５Ａの傾斜角度α１と、小セグメント５０Ｂの斜行部（内側斜行部）５５Ｂの傾斜角度α２が同等にされている。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、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、断面形状が長方形の導体５８と、導体５８の外周面を被覆する絶縁被膜５９とからなる角線で形成されている。そして、図７に示すように、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、導体セグメント５０の長方形断面の長辺に当たる面が固定子コア３０の径方向を向く状態に配置されている。

固定子巻線４０の軸方向一方側（図２の上方側）には、固定子コア３０の軸方向端面３０ａから突出した多数のターン部５２Ａ，５２Ｂの集合体により円環状の第１コイルエンド部４０ａが形成されている。また、固定子巻線４０の軸方向他方側（図２の下方側）には、固定子コア３０の軸方向端面３０ａから突出した多数の捻り部及び接合部の集合体により円環状の第２コイルエンド部４０ｂが形成されている。

第１コイルエンド部４０ａは、図８に示すように、周方向に隣り合う所定の大セグメント５０Ａと小セグメント５０Ｂのターン部５２Ａ，５２Ｂの頭頂部５３Ａ，５３Ｂ同士が軸方向に重なる２層構造を有する。即ち、軸方向外側に位置する大セグメント５０Ａの外側ターン部５２Ａにより外側層が形成され、軸方向内側に位置する小セグメント５０Ｂの内側ターン部５２Ｂにより内側層が形成されている。この場合、軸方向外側に位置する外側頭頂部５３Ａのクランク部５４Ａの径方向への折れ曲がり方向と、軸方向内側に位置する内側頭頂部５３Ｂのクランク部５４Ｂの径方向への折れ曲がり方向が逆方向にされている。

そして、図９に示すように、外側頭頂部５３Ａの径方向に並んだクランク部５４Ａ同士は、径方向への傾き角度θが同じにされて、互いに径方向の離間距離Ｓを保つように配置されている。この場合、外側頭頂部５３Ａのクランク部５４Ａは、径方向に延びる直線Ｘと直角に交わる直線Ｙに対して、周方向一端側（図９の右側）から他端側（図９の左側）に向かうにつれて径方向外側（図９の上側）へ傾き角度θで折れ曲がっている。これにより、図１０に示すように、回転子１４が矢印ａ方向に左回転した際に、回転子１４から遠心方向に向かって流れる冷却風が、外側層の径方向に並んだ外側頭頂部５３Ａ同士の間を流れるようになり、冷却性が確保される。

また、内側頭頂部５３Ｂの径方向に並んだクランク部５４Ｂ同士は、外側頭頂部５３Ａの場合とは折れ曲がり方向が逆方向の傾き角度θで同じにされて、互いに径方向の離間距離Ｓを保つように配置されている。これにより、図１１に示すように、回転子１４が矢印ｂ方向に右回転した際に、回転子１４から遠心方向に向かって流れる冷却風が、内側層の径方向に並んだ内側頭頂部５３Ｂ同士の間を流れるようになり、冷却性が確保される。

この固定子巻線４０は、図１２に示すように、それぞれ５本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５よりなる三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗにより構成されており、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの巻線端がスター結線（Ｙ結線）で結線されている。以下、図１３〜図２０を参照して、固定子巻線４０の巻線仕様について説明する。なお、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、電気的位相が異なるだけで巻線仕様が同じであるため、それらの代表としてＵ相巻線４１Ｕの巻線仕様について説明する。

図１３は、固定子巻線４０を構成する三相の相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１ＷのうちＵ相巻線４１Ｕだけを示す巻線配置図である。また、図１４〜図１８は、図１３に記載されたＵ相巻線４１Ｕの巻回状態を容易に理解できるようにするために、Ｕ相巻線４１Ｕを構成する各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５のそれぞれの巻回状態を単独で記載した巻線配置図である。なお、本実施形態では、回転電機１の作動時に回転子１４の鎖交磁束によって固定子２０に形成される極数は、回転子１４の磁極数に対応して１０極となっており、並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の並列数の倍数に設定されている。ここで極数の１０は、２と並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の並列数５の最小公倍数である。

なお、図１３〜図１８において、時計の１２時方向の位置にある極を第１極とし、時計回り方向に順番に、第２極、第３極、・・・、第１０極とする。また、図１３〜図１８においては、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の第１コイルエンド部４０ａ側の結線構造が実線で記載され、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の第２コイルエンド部４０ｂ側の結線構造が破線で記載されている。ここで、各スロット３１に６本ずつ収容されるＵ相巻線４１Ｕのスロット収容部５１Ｃは、固定子コア３０の内周側から順番に、１層目、２層目、・・・、５層目、６層目とする。

また、Ｕ相巻線４１Ｕが収容されるスロット３１は、本実施形態ではスロット倍数Ｍが２とされていることから、固定子コア３０に周方向に隣接して配置されたＡスロットとＢスロットが周方向に６スロットピッチで設けられている。これらのＡスロット及びＢスロットに収容される各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５のスロット収容部は、巻き始め側から巻き終わり側に向かって順番に第１スロット収容部、第２スロット収容部、・・・、第２４スロット収容部とする。

並列巻線Ｕ１は、図１４に示すように、巻き始め側の第１スロット収容部が第１極のＢスロットの６層目に収容され、第２スロット収容部が時計回り方向に６スロット離れた第２極のＢスロットの５層目に収容されている。なお、第１スロット収容部の巻き始め側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、入力側引き出し線４２Ｕ１とされている。次いで、第３スロット収容部が第３極のＡスロットの６層目に収容され、第４スロット収容部が第４極のＡスロットの５層目に収容されている。

次いで、第５スロット収容部が第５極のＢスロットの４層目に収容され、第６スロット収容部が第６極のＢスロットの３層目に収容されている。次いで、第７スロット収容部が第７極のＡスロットの４層目に収容され、第８スロット収容部が第８極のＡスロットの３層目に収容されている。次いで、第９スロット収容部が第９極のＢスロットの２層目に収容され、第１０スロット収容部が第１０極のＢスロットの１層目に収容されている。次いで、第１１スロット収容部が第１極のＡスロットの２層目に収容され、第１２スロット収容部が第２極のＡスロットの１層目に収容されている。

次の第１３スロット収容部は、第３極のＡスロットの１層目に収容されており、第１コイルエンド部４０ａ側において、第１２スロット収容部と渡り線４５（図８参照）を介して接続されている。次の第１４スロット収容部が反時計回り方向に６スロット離れた第２極のＡスロットの２層目に収容されており、この第１４スロット収容部から反時計回り方向への巻き戻しが開始される。次いで、第１５スロット収容部が第１極のＢスロットの１層目に収容され、第１６スロット収容部が第１０極のＢスロットの２層目に収容されている。次いで、第１７スロット収容部が第９極のＡスロットの３層目に収容され、第１８スロット収容部が第８極のＡスロットの４層目に収容されている。

次いで、第１９スロット収容部が第７極のＢスロットの３層目に収容され、第２０スロット収容部が第６極のＢスロットの４層目に収容されている。次いで、第２１スロット収容部が第５極のＡスロットの５層目に収容され、第２２スロット収容部が第４極のＡスロットの６層目に収容されている。第２３スロット収容部が第３極のＢスロットの５層目に収容され、巻き終わり側の第２４スロット収容部が第２極のＢスロットの６層目に収容されている。なお、第２４スロット収容部の巻き終わり側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、中性点側引き出し線４３Ｕ１とされている。

並列巻線Ｕ１は、上記のように固定子コア３０の各Ａ・Ｂスロットに収容されて巻装されている。この場合、第１コイルエンド部４０ａを形成するターン部５２Ａ，５２Ｂ（図１４において実線）は、５スロットピッチの長さに形成された内側ターン部５２Ｂと、７スロットピッチの長さに形成された外側ターン部５２Ａが周方向に交互に配置されている。また、第２コイルエンド部４０ｂを形成する導体線（図１４において破線）は、隣り合うスロット収容部同士を６スロットピッチで接続している。

並列巻線Ｕ２は、図１５に示すように、巻き始め側の第１スロット収容部が第９極のＢスロットの６層目に収容され、第２スロット収容部が時計回り方向に６スロット離れた第１０極のＢスロットの５層目に収容されている。即ち、並列巻線Ｕ２の巻き始めとなる第９極のＢスロットは、並列巻線Ｕ１の巻き始めとなる第１極のＢスロットから反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある。ここで角度７２°は、３６０°を並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の並列数（本実施形態では並列数が５）で除算した角度に相当する。そして、その後に続く並列巻線Ｕ２の第２〜第２４スロット収容部は、並列巻線Ｕ１の第２〜第２４スロット収容部と全く同様に、反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある各Ａ・Ｂスロットに収容されている。

なお、並列巻線Ｕ２の第１スロット収容部の巻き始め側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、入力側引き出し線４２Ｕ２とされている。また、並列巻線Ｕ２の第２４スロット収容部の巻き終わり側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、中性点側引き出し線４３Ｕ２とされている。

並列巻線Ｕ３は、図１６に示すように、巻き始め側の第１スロット収容部が第７極のＢスロットの６層目に収容され、第２スロット収容部が時計回り方向に６スロット離れた第８極のＢスロットの５層目に収容されている。即ち、並列巻線Ｕ３の巻き始めとなる第７極のＢスロットは、並列巻線Ｕ２の巻き始めとなる第９極のＢスロットから反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある。そして、その後に続く並列巻線Ｕ３の第２〜第２４スロット収容部は、並列巻線Ｕ２の第２〜第２４スロット収容部と全く同様に、反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある各Ａ・Ｂスロットに収容されている。

なお、並列巻線Ｕ３の第１スロット収容部の巻き始め側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、入力側引き出し線４２Ｕ３とされている。また、並列巻線Ｕ３の第２４スロット収容部の巻き終わり側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、中性点側引き出し線４３Ｕ３とされている。

並列巻線Ｕ４は、図１７に示すように、巻き始め側の第１スロット収容部が第５極のＢスロットの６層目に収容され、第２スロット収容部が時計回り方向に６スロット離れた第６極のＢスロットの５層目に収容されている。即ち、並列巻線Ｕ４の巻き始めとなる第５極のＢスロットは、並列巻線Ｕ３の巻き始めとなる第７極のＢスロットから反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある。そして、その後に続く並列巻線Ｕ４の第２〜第２４スロット収容部も、並列巻線Ｕ３の第２〜第２４スロット収容部と全く同様に、反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある各Ａ・Ｂスロットに収容されている。

なお、並列巻線Ｕ４の第１スロット収容部の巻き始め側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、入力側引き出し線４２Ｕ４とされている。また、並列巻線Ｕ４の第２４スロット収容部の巻き終わり側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、中性点側引き出し線４３Ｕ４とされている。

並列巻線Ｕ５は、図１８に示すように、巻き始め側の第１スロット収容部が第３極のＢスロットの６層目に収容され、第２スロット収容部が時計回り方向に６スロット離れた第４極のＢスロットの５層目に収容されている。即ち、並列巻線Ｕ５の巻き始めとなる第３極のＢスロットは、並列巻線Ｕ４の巻き始めとなる第５極のＢスロットから反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある。そして、その後に続く並列巻線Ｕ５の第２〜第２４スロット収容部も、並列巻線Ｕ４の第２〜第２４スロット収容部と全く同様に、反時計回り方向に角度で７２°ずれた位置にある各Ａ・Ｂスロットに収容されている。

なお、並列巻線Ｕ５の第１スロット収容部の巻き始め側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、入力側引き出し線４２Ｕ５とされている。また、並列巻線Ｕ５の第２４スロット収容部の巻き終わり側端末は、第１コイルエンド部４０ａ側（図１４の手前側）に延出して、中性点側引き出し線４３Ｕ５とされている。

以上のように巻装された並列巻線Ｕ１〜Ｕ５は、３６０°を並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の並列数で除算した角度ずつ周方向にずれて回転対称となる位置に配置されている。この場合、各Ａ・Ｂスロットには、Ｕ相巻線４１Ｕを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ５のスロット収容部５１Ｃが径方向１列に偶数本ずつ（本実施形態では６本ずつ）収容されている。また、Ｕ相巻線４１Ｕを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ５は、各Ａ・Ｂスロット内のＮ（Ｎは１以上の自然数）層目と（Ｎ＋１）層目のスロット収容部５１Ｃ同士が電気的に接続されている。本実施形態の場合には、Ｎ＝１とされている。

そして、Ｕ相巻線４１Ｕを構成する５本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ５は、図１９に示すように、各Ａ・Ｂスロット内の全ての層において、Ｍ個（Ｍ＝２で２個）のスロットに均等に配置されている。即ち、図２０に示すように、並列巻線Ｕ１〜Ｕ５は、Ａスロット及びＢスロットの１〜６層目にそれぞれ２本ずつ均等に配置されている。

また、各Ａ・Ｂスロット内の各層において、外側頭頂部５３Ａに繋がるスロット収容部と内側頭頂部５３Ｂに繋がるスロット収容部が周方向に交互に配置されている（図１３参照）。そして、軸方向外側に配置される外側ターン部５２Ａの外側斜行部５５Ａと、軸方向内側に配置される内側ターン部５２Ｂの内側斜行部５５Ｂは、周方向の少なくとも一部が接触している（図５参照）。この場合、図５に示された２本の外側ターン部５２Ａと内側ターン部５２Ｂは、右側の外側斜行部５５Ａと内側斜行部５５Ｂの一部が接触している。外側ターン部５２Ａの残りの非接触部は、図示されていない他の内側ターン部５２Ｂの内側斜行部５５Ｂと接触している。

そして、Ｕ相巻線４１Ｕを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ５の入力側引き出し線４２Ｕ１〜４２Ｕ５は、Ｕ相バスバー６１を介してインバータと電気的に接続される。また、Ｖ相巻線４１Ｖを構成する並列巻線Ｖ１〜Ｖ５の入力側引き出し線４２Ｖ１〜４２Ｖ５は、Ｖ相バスバー６２を介してインバータと電気的に接続される。また、Ｗ相巻線４１Ｗを構成する並列巻線Ｗ１〜Ｗ５の入力側引き出し線４２Ｗ１〜４２Ｗ５は、Ｗ相バスバー６３を介してインバータと電気的に接続される。さらに、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５の中性点側引き出し線４３Ｕ１〜４３Ｕ５，４３Ｖ１〜４３Ｖ５，４３Ｗ１〜４３Ｗ５は、中性線バスバー６４を介して電気的に接続されて中性点を形成する。

以上のように構成された本実施形態の固定子２０によれば、スロット倍数Ｍが２とされ、固定子巻線４０は、複数の導体セグメント５０により構成されてそれぞれ５本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５よりなる相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗがスター結線で結線されており、固定子２０に形成される極数は、並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５の並列数の倍数に設定され、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５は、スロット内の全ての層において２個のＡ・Ｂスロットに均等に配置されている。これにより、固定子巻線４０の各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを構成する並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５同士の電気的平衡をとり、電位差を均一にすることができるので、並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５内での循環電流の発生を防止することができる。

また、本実施形態では、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを構成する各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５は、３６０°を並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５の並列数で除算した角度ずつ周方向にずれて回転対称となる位置に配置されている。これにより、各並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５同士の巻線形状や経路長が同一になり、相抵抗を均一にすることができるため、相抵抗の不均一に起因する並列回路内の電流偏りと、これによる損失の増加を防止することができる。

また、本実施形態では、固定子２０に形成される極数は、２と並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５の並列数の最小公倍数である１０とされている。これにより、極数が少ないほど同じ回転数に対して周波数が下がり、損失を低減することができるので、効率を上げることができる。

また、本実施形態の固定子巻線４０は、波巻きで巻かれているため、重ね巻きに比べて、回転子１４の芯ずれによるトルク変動が小さくなる。そのため、回転子１４の芯ずれの影響があっても、循環電流の発生を抑制することができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態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、上記実施形態の各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗは、それぞれ５本の並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５により構成されているが、並列巻線Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５の本数は、それぞれ３以上の奇数本に設定してもよい。また、上記実施形態の固定子巻線４０は、分布巻きの波巻きで巻かれたものであるが、分布巻きの重ね巻きで巻かれたものであってもよい。

また、上記実施形態では、周方向に隣接したＭ個（Ｍ＝２で２個）のスロット３１に、各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの同相のスロット収容部５１Ｃがそれぞれ配置されているが、必ずしも各スロット３１内に同相のスロット収容部５１Ｃだけが配置されていなくてもよい。即ち、スロット３１内の各層において各相巻線４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの同相のスロット収容部５１Ｃが周方向にＭスロットずつ順番に配置されていればよい。

また、上記の実施形態では、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）、２０…固定子、３０…固定子コア、３１…スロット、４０…固定子巻線、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ…相巻線、Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５…並列巻線、５０…導体セグメント、５１Ｃ…スロット収容部。

Claims

周方向に配列された複数のスロット（３１）を有する固定子コア（３０）と、前記スロットに収容されて前記固定子コア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（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）よりなる固定子巻線（４０）と、を備え、各前記スロットには前記相巻線が径方向１列に偶数本ずつ層をなして収容されている回転電機の固定子（２０）において、
前記スロットは、前記固定子巻線の一極一相あたりＭ（Ｍは２以上の自然数）個の割合で形成されてスロット倍数がＭとされ、
前記固定子巻線は、前記固定子コアの軸方向端面から前記スロットの外部に延出した開放端部の所定の端末同士が電気的に接続された複数の導体セグメント（５０）により構成され、
前記三相の前記相巻線は、スター結線で結線されており、
各相それぞれの前記相巻線は、３以上の奇数本の並列巻線（Ｕ１〜Ｕ５，Ｖ１〜Ｖ５，Ｗ１〜Ｗ５）よりなり、
各前記並列巻線は、互いに隣接する二極における一方の極の前記スロット内のＮ（Ｎは１以上の自然数）層目と他方の極の前記スロット内の（Ｎ＋１）層目とのスロット収容部（５１Ｃ）同士が電気的に接続されているとともに、前記スロット収容部が周方向にＭ極ずつ一極一相あたりＭ個の前記スロットのうち同じ位置の前記スロットに順番に配置されるように構成されており、
前記固定子に形成される極数は、前記並列巻線の並列数の倍数に設定され、
各相それぞれの奇数本の前記並列巻線は、同じ巻線形状に形成され、３６０°を前記並列巻線の並列数で除算した角度ずつ周方向にずれて回転対称となる位置に配置されており、一極一相あたりＭ個の前記スロットの全ての層に同じ数ずつ均等に配置されている、回転電機の固定子。
前記極数は、２と前記並列巻線の並列数の最小公倍数である請求項１に記載の回転電機の固定子。
前記固定子巻線は、波巻きで巻かれている請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。