JP6477338B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

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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、
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 (3)

  1. 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、
    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。
  2. 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。
  3. 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。
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