JP6827599B1 - 固定子コイルおよび回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

固定子コイル（１００）は、回転電機の固定子鉄心（１）に組み付けられる複数のコイル導体（１１、１２）からなる固定子コイル（１００）あって、少なくとも固定子鉄心（１）の軸方向（Ｚ）の一方の端面側に設けられたコイル導体（１１、１２）のコイルエンド部（１１ｅ１、１２ｅ１）における径方向（Ｙ）の厚み（Ｌ３）は、コイル導体（１１、１２）が固定子鉄心（１）のスロット（Ｓ）に挿入されるスロット挿入部（１１ｓ１、１１ｓ２、１２ｓ１、１２ｓ２）の径方向（Ｙ）の厚み（Ｌ４）と同じであり、コイルエンド部（１１ｅ１、１２ｅ１）の周方向（Ｘ）の端部におけるコイル導体（１１、１２）の周方向の幅（Ｌ１）は、スロット挿入部（１１ｓ１、１１ｓ２、１２ｓ１、１２ｓ２）におけるコイル導体（１１、１２）の周方向の幅（Ｌ２）よりも大きい。

Description

本願は、固定子コイルおよび回転電機の固定子に関するものである。

近年、モータにおいては、小型高出力化が強く求められている。モータの小型高出力化を実現するためには、固定子に挿入される導体の占有率を高め、さらに銅損を低減することが必要となる。従来、固定子コイルの導体の断面積が全ての巻線で同じ場合、コイルエンド部の断面形状は、スロットに挿入される部分のコイルの断面形状と同じとなり、コイルエンド部の長さを変えずにコイルエンド部の抵抗を低減することは困難であった。

そこで、特許文献１では、回転電機のステータコアのコイルに用いる導体について、スロット挿入部となる部分について予めプレス加工を施すことによって元の導体の断面積よりも断面積が小さくなるように加工し、コイルエンド部となる部分の導体の断面積が、スロット挿入部となる部分の断面積よりも大きくなるように構成する技術が開示されている。

特開２００３−３２９３３号公報

コイルを形成する導体の断面積を小さくすると、抵抗が大きくなり銅損が増大する。特許文献１のように、コイルエンド部の導体の断面積を大きくすると、その部分の銅損を低下させることができる。一方、当該部分の断面積を大きくすることは、コイルエンド部における隣接する導体同士の周方向のスペースの制約上難しく、スロット挿入部との断面積の差を大きくすることは難しいという課題があった。

本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、コイルエンド部同士の干渉を防止しつつコイルエンド部における導体の断面積をスロット挿入部における導体の断面積よりも拡大し、銅損を低減できる固定子コイルおよび回転電機の固定子を提供すること目的とする。

本願に開示される固定子コイルは、
円環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から周方向に等間隔に形成され、径方向の内側に突出する複数のティース部と、隣り合う前記ティース部の間に形成される複数のスロットとを備える回転電機の固定子鉄心に組み付けられる、複数のコイル導体からなる固定子コイルであって、
少なくとも前記固定子鉄心の軸方向の一方の端面側に設けられた前記コイル導体のコイルエンド部における径方向の厚みは、前記コイル導体が前記固定子鉄心の前記スロットに挿入されるスロット挿入部の径方向の厚みと同じであり、
前記コイルエンド部の周方向の端部における前記コイル導体の周方向の幅は、前記スロット挿入部における前記コイル導体の周方向の幅よりも大きく、
前記コイル導体は、
予め定められたスロット数だけ離れた前記固定子鉄心の前記スロットに挿入される複数のスロット挿入部と、前記スロット挿入部の軸方向の端部同士を前記固定子鉄心の軸方向の一端側と他端側において交互に連続して接続する複数の前記コイルエンド部とを備える第１コイル導体と、
予め定められたスロット数だけ離れた前記固定子鉄心のスロットに挿入される複数のスロット挿入部と、前記スロット挿入部の軸方向の端部同士を前記固定子鉄心の軸方向の一端側と他端側において交互に連続して接続する複数の前記コイルエンド部とを備える第２コイル導体との二種類が存在し、
前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とが径方向に積層された積層コイル導体を備え、
前記第１コイル導体の前記コイルエンド部の周方向の中央部分と、
前記第２コイル導体の前記コイルエンド部の周方向の中央部分とは、
径方向に見ると重なっているものである。
また、本願に開示される回転電機の固定子は、
円環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から周方向に等間隔に形成され、径方向の内側に突出する複数のティース部と、隣り合う前記ティース部の間に形成される複数のスロットとを備える回転電機の固定子鉄心と、前記固定子コイルとを備えるものである。

本願に開示される固定子コイルおよび回転電機の固定子によれば、コイルエンド部同士の干渉を防止しつつコイルエンド部における導体の断面積をスロット挿入部における導体の断面積よりも拡大し、銅損を低減できる固定子コイルおよび回転電機の固定子を提供できる。

実施の形態１による固定子コイルの構成を示す斜視図である。 実施の形態１による固定子コイルを固定子鉄心に組み付けた固定子の要部拡大図である。 実施の形態１による第１コイル導体と第２コイル導体とを組み合わせた積層コイル導体の構成を示す斜視図である。 実施の形態１による積層コイル導体を構成する第１コイル導体の構成を示す斜視図である。 実施の形態１による積層コイル導体を構成する第２コイル導体の構成を示す斜視図である。 実施の形態１による固定子コイルを組み付ける固定子鉄心と配線構成の一部を示す平面模式図である。 図４に示す第１コイル導体のスロット挿入部とコイルエンド部との境界近傍を示す拡大図である。 実施の形態１による積層コイル導体を３本を組み合わせた組み合わせコイルを外周側から見た模式図である。 図３に示す矢印Ａ方向（軸方向）に積層コイル導体を見た図である。 実施の形態１による４つの組み合わせコイルをスロットに挿入した定子鉄心の軸方向に垂直な断面図である。 実施の形態２による固定子鉄心の他の一例を示す斜視図である。 実施の形態３による積層セグメントコイル導体の斜視図である。 実施の形態３による積層セグメントコイル導体同士の接続状態を示す図である。 実施の形態３による複数の積層セグメントコイル導体を組み合わせた固定子コイルを装着した固定子の構成を示す断面模式図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１による固定子コイルおよび回転電機の固定子を図に基づいて説明する。
本明細書において、特に断り無く「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」というときは、それぞれ、固定子コイルの「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」をいうものとする。

図１は、固定子コイル１００の構成を示す斜視図である。ただし、図１では、使用するコイル導体の全てを描画していない。
図２は、固定子鉄心１に固定子コイル１００を組み付けた固定子５０の要部拡大図である。ただし、図２では、使用するコイル導体の全てを描画していない。
図３は、積層コイル導体１０Ａの構成を示す斜視図である。
図４は、積層コイル導体１０Ａを構成する第１コイル導体１１の構成を示す斜視図である。
図５は、積層コイル導体１０Ａを構成する第２コイル導体１２の構成を示す斜視図である。
図６は、固定子コイル１００を組み付ける固定子鉄心１と配線構成の一部を示す平面模式図である。

図６に示すように、回転電機の固定子５０は、円環状の固定子鉄心１と、固定子鉄心１のスロットＳに挿入される複数の第１コイル導体１１（詳細は後述）及び複数の第２コイル導体１２からなる固定子コイル１００（１００Ａは、その一部）とを備える。

固定子鉄心１は、円環状のヨーク部１ａと、ヨーク部１ａの内周面から周方向に等間隔に形成され、径方向の内側に突出する９６個のティース部１ｂとを備える。隣り合うティース部１ｂの間に形成され、軸方向に延びる溝が、スロットＳである。各スロットＳには、後述する固定子コイル１００の４本のスロット挿入部が挿入される。

固定子コイル１００は、４つの組み合わせコイル４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄからなる。図１、図２では、それらの内、組み合わせコイル４Ａ、４Ｂのみを示している。実際には、組み合わせコイル４Ｂの内側に、組み合わせコイル４Ａと同形状で若干内径が小さい組み合わせコイル４Ｃを、更にその内側に組み合わせコイル４Ｂと同型状で更に若干内径が小さい組み合わせコイル４Ｄを有する。図２に示すように、それぞれの組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄは、３つの積層コイル導体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃからなる。積層コイル導体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、コイルエンド部が周方向Ｘに６スロットずつずれて配置されている点が異なり、コイル自体の構成は同じである。すなわち、例えば、組み合わせコイル４Ｂの各コイルエンド部は、組み合わせコイル４Ａの各コイルエンド部に対して、６スロット分だけ、周方向Ｘ＋側にずらして配置されている。

次に、積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃと、積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃを構成する第１コイル導体１１および第２コイル導体１２について積層コイル導体１０Ａを例に図３、図４、図５を用いて説明する。図３、図４、図５の紙面左右方向が周方向Ｘである。便宜上、紙面右側を＋側（一方向）とし、紙面左側を−側（他方向）とする。また、紙面手前から奥に向かう方向およびその逆方向が径方向Ｙである。また、紙面上下方向が軸方向Ｚである。便宜上、紙面上側を＋側（一端側）とし、紙面下側を−側（他端側）とする。
図３に示すように、積層コイル導体１０Ａは、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とを径方向Ｙに積層して組み合わせた構成である。

図４に示すように、第１コイル導体１１は、固定子鉄心１に挿入されるスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２と、スロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２のそれぞれの軸方向Ｚの一端側の端部同士と、他端側の端部同士を、交互に連続して接続するコイルエンド部１１ｅ１、１１ｅ２とからなる。

図４において、最も周方向Ｘ−側のスロット挿入部１１ｓ１の軸方向Ｚ−側の端部は、最も周方向Ｘ−側に存在し、軸方向Ｚ＋側に延びるコイルエンド部１１ｅ１の周方向Ｘ−側の端部に連続して繋る。そして、当該コイルエンド部１１ｅ１の周方向Ｘ＋側の端部は、周方向Ｘ＋側に６スロット離れたスロットＳに挿入される次のスロット挿入部１１ｓ２の軸方向Ｚ−側の端部に連続して繋がる。

そして、このスロット挿入部１１ｓ２の軸方向Ｚ＋側の端部は、周方向Ｘ＋側に延びる次のコイルエンド部１１ｅ２の周方向Ｘ−側の端部に連続して繋る。そして、当該コイルエンド部１１ｅ２の周方向Ｘ＋側の端部は、周方向Ｘ＋側に６スロット離れたスロットＳに挿入される次のスロット挿入部１１ｓ１の軸方向Ｚ＋側の端部に連続して繋がる。このように、第１コイル導体１１は、スロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２とコイルエンド部１１ｅ１、１１ｅ２とが交互に連続して繋がる。すなわち、固定子鉄心１の軸方向Ｚの両端面上に交互に配置されるコイルエンド部１１ｅ１、１１ｅ２によって、スロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２が軸方向Ｚに交互に折り返して連続して繋がる。

同様に、図５に示すように、第２コイル導体１２は、固定子鉄心１に挿入されるスロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２と、スロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２のそれぞれの軸方向Ｚの一端側の端部同士と、他端側の端部同士を、交互に連続して接続するコイルエンド部１２ｅ１、１２ｅ２とからなる。

図５において、最も周方向Ｘ−側のスロット挿入部１２ｓ１の軸方向Ｚ−側の端部は、最も周方向Ｘ−側に存在し、軸方向Ｚ＋側に延びるコイルエンド部１２ｅ１の周方向Ｘ−側の端部に連続して繋る。そして、当該コイルエンド部１２ｅ１の周方向Ｘ＋側の端部は、周方向Ｘ＋側に６スロット離れたスロットＳに挿入される次のスロット挿入部１２ｓ２の軸方向Ｚ−側の端部に連続して繋がる。

そして、このスロット挿入部１２ｓ２の軸方向Ｚ＋側の端部は、周方向Ｘ＋側に延びる次のコイルエンド部１２ｅ２の周方向Ｘ−側の端部に連続して繋る。そして、当該コイルエンド部１２ｅ２の周方向Ｘ＋側の端部は、周方向Ｘ＋側に６スロット離れたスロットＳに挿入される次のスロット挿入部１２ｓ１の軸方向Ｚ＋側の端部に連続して繋がる。このように、第２コイル導体１２は、スロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２とコイルエンド部１２ｅ１、１２ｅ２とが交互に連続して繋がる。すなわち、固定子鉄心１の軸方向Ｚの両端面上に交互に配置されるコイルエンド部１２ｅ１、１２ｅ２によって、スロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２が軸方向Ｚに交互に折り返して連続して繋がる。

上述のように構成される第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とは、図３に示すように径方向Ｙに重ねて積層され、積層コイル導体１０Ａとなる。積層コイル導体１０Ｂ、１０Ｃの構成は、積層コイル導体１０Ａと同じである。積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃは、周方向Ｘにずらして組み合わされて、図２に示すように固定子鉄心１に組み付けられる。第１コイル導体１１のコイルエンド部１１ｅ１と第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ１とは、径方向Ｙに見ると周方向Ｘの中央部分は完全に重なっており、周方向Ｘの両側のみ形状が異なる。コイルエンド部１１ｅ２とコイルエンド部１２ｅ２についても同様である。

一方、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１と第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ１とは、径方向Ｙに見ると、スロットＳの１個分だけ周方向Ｘの一方にずれている。すなわち、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１と、第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ１とは、それぞれ１つずつ隣のスロットＳに挿入され、固定子鉄心１に組み付けた状態では、それぞれのスロット挿入部１１ｓ１、１２ｓ１の間には１つのティース部１ｂが存在することになる。第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ２と第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ２との関係も同様である。第１コイル導体１１および第２コイル導体１２は、図示しない絶縁物によって被覆されている。

第１コイル導体１１のコイルエンド部１１ｅ１と第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ１とは絶縁体１０ｒを介して接合されていてもよい。絶縁体１０ｒとしては、絶縁紙、繊維強化プラスチック、樹脂フィルム、接着シート等を用いることができる。また、これらを組み合わせて使用することも可能である。第１コイル導体１１のコイルエンド部１１ｅ２と第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ２についても同様である。なお、組み合わせコイル４Ｂ〜４Ｄの構成は、固定子鉄心1に組み付けたときの内径の違いを除いて組み合わせコイル４Ａの構成と同じである。

図７は、図４に示す第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ２とコイルエンド部１１ｅ２との境界近傍を示す拡大図である。
図２、図４、図７に示すように、コイルエンド部１１ｅ２の周方向Ｘ−側の端部における第１コイル導体１１の周方向Ｘの幅Ｌ１は、スロットＳの周方向ＸのピッチＳＰに、更に第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ２の周方向Ｘの幅Ｌ２を足した幅と同じである。当該端部の周方向Ｘ−側部分に周方向Ｘの幅が小さいスロット挿入部１１ｓ２が繋がっている。第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１とコイルエンド部１１ｅ１との境界についても同様である。

コイルエンド部１１ｅ２の周方向Ｘ＋側の端部における第１コイル導体１１の周方向Ｘの幅は、次第に小さくなって、スロット挿入部１１ｓ１の周方向Ｘの幅と同じになる。第１コイル導体１１のコイルエンド部１１ｅ１、１１ｅ２における径方向Ｙの厚みＬ３は、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２における径方向Ｙの厚みＬ４と同じである。従って、第１コイル導体１１のコイルエンド部１１ｅ１、１１ｅ２の長手方向に垂直な断面積は、スロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２の長手方向に垂直な断面積よりも大きい。そのため、コイルエンド部１１ｅ１、１１ｅ２の電気抵抗が低減され、第１コイル導体１１の銅損を低減することが可能である。

また、コイルエンド部１２ｅ２の、周方向Ｘ＋側の端部における第２コイル導体１２の周方向Ｘの幅Ｌ１は、スロットＳの周方向ＸのピッチＳＰに、更に第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ１の幅Ｌ２を足した幅と同じである。当該端部の周方向Ｘ＋側部分に周方向Ｘの幅が小さいスロット挿入部１２ｓ１が繋がっている。第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ２とコイルエンド部１２ｅ１との境界についても同様である。

コイルエンド部１２ｅ２の周方向Ｘ−側の端部における第２コイル導体１２の周方向Ｘの幅は次第に小さくなって、スロット挿入部１２ｓ２の周方向Ｘの幅と同じになる。第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ１、１２ｅ２における径方向Ｙの厚みＬ３は、第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２における径方向Ｙの厚みＬ４と同じである。従って、第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ１、１２ｅ２の長手方向に垂直な断面積は、スロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２の長手方向に垂直な断面積よりも大きい。そのため、コイルエンド部１２ｅ１、１２ｅ２の電気抵抗が低減され、第２コイル導体１２の銅損を低減することが可能である。

上述のように、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１と第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ１とは、周方向Ｘに隣接するスロットＳにそれぞれ挿入され、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ２と第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ２とも、周方向Ｘに隣接するスロットＳにそれぞれ挿入される。すなわち、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１と第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ１とは、スロット挿入部１１ｓ１の中心線と、スロット挿入部１２ｓ１の中心線とが、スロット１ピッチ分の間隔を周方向Ｘに空けて配置され、その周方向Ｘの間にはティース部１ｂが存在する。第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ２と第２コイル導体１２のスロット挿入部１２ｓ２との関係も同様である。

第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１と、第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ２とは、径方向Ｙにオフセットされており、接触することはない。同様に、第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ２と、第２コイル導体１２のコイルエンド部１２ｅ１とは、径方向Ｙにオフセットされており、接触することはない。

図８は、積層コイル導体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの３本を組み合わせた、組み合わせコイル４Ａを外周側から見た模式図である。全体の構成を説明する便宜上、平面状に描いている。また、本来は見えないティース部１ｂを描いている。
図９は、積層コイル導体１０Ａを図３に示す矢印Ａ方向（軸方向Ｚ）に見た図である。

組み合わせコイル４Ａを構成する積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１の２本のスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２は、それぞれ周方向Ｘに６スロット離れたスロットＳに挿入される。第１コイル導体１１と一体化された第２コイル導体１２の２本のスロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２は、それぞれ第１コイル導体１１のスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２が挿入されたスロットＳの周方向Ｘ＋側の隣のスロットＳに挿入される。

組み合わせコイル４Ａを構成する積層コイル導体１０Ｂの各スロット挿入部１１ｓ１〜１２Ｓ２は、組み合わせコイル４Ａを構成する積層コイル導体１０Ａのスロット挿入部１１ｓ１〜１２ｓ２が挿入された各スロットＳから周方向Ｘ＋側に２スロットずつ離れたスロットＳに挿入され、組み合わせコイル４Ａを構成する積層コイル導体１０Ｃの各スロット挿入部１１ｓ１〜１２Ｓ２は、更にＸ＋側にそれぞれ２スロットずつ離れたスロットＳに挿入される。

上述のように、本実施の形態では、３本の積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃを組み合わせて１個の組み合わせコイル４Ａを形成する。積層コイル導体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを組み合わせる際に、積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃの積層コイルエンド部１０Ａｅ１、１０Ｂｅ１、１０Ｃｅ１同士が干渉しないように、積層コイルエンド部１０Ａｅ１〜１０Ｃｅ１の最外延部（頂上部分）を、積層コイル導体１０Ａの厚み分だけ径方向Ｙにオフセットするように屈曲させる必要がある。次に、その理由を説明する。

図１、図２、図８に示すように、固定子鉄心１のスロットＳに挿入され、組み合わせコイル４Ａを構成する積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃの全てのスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２、１２ｓ１、１２ｓ２がそれぞれ挿入されるスロットＳ内での径方向Ｙの位置は、それぞれのスロットＳ内において全て同じ、すなわち、径方向Ｙの最も外側の位置である。同様に、組み合わせコイル４Ｂを構成する積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃの全てのスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２、１２ｓ１、１２ｓ２がそれぞれ挿入されるスロットＳ内での径方向Ｙの位置は、それぞれのスロットＳ内において全て同じ、すなわち、径方向Ｙの最も外側から２番目の位置である。

ところで、図８に示すように、積層コイル導体１０Ａの積層コイルエンド部１０Ａｅ２の径方向Ｙの外側には、積層コイル導体１０Ｂの積層コイルエンド部１０Ｂｅ２と積層コイル導体１０Ｃの積層コイルエンド部１０Ｃｅ２とが存在する。よって、積層コイル導体１０Ａを構成する全てのスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２、１２ｓ１、１２ｓ２を径方向Ｙの同じ位置に収納するためには、積層コイルエンド部１０Ａｅ２を、図９に示すように、積層コイルエンド部１０Ａｅ２の径方向Ｙの厚み分だけ、径方向Ｙにオフセットするように屈曲させる必要がある。これは、積層コイルエンド部１０Ａｅ１についても同様であり、積層コイル導体１０Ｂ、１０Ｃの各積層コイルエンド部についても同様である。

図１０は、４つの組み合わせコイル４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４ＤをスロットＳに挿入した固定子鉄心１の軸方向Ｚに垂直な断面図である。
上述のように各コイルエンド部は径方向Ｙに屈曲されているために、スロット挿入部の径方向Ｙの厚みよりも、コイルエンド部１１ｅ１〜１２ｅ２の径方向Ｙの厚み（導体自体の径方向Ｙの厚みではなく、例えば、積層コイルエンド部１０Ａｅ１全体としての径方向の厚み）の方が厚い。そのため、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを径方向Ｙに重ね合わせて、各第１コイル導体１１、第２コイル導体１２のスロット挿入部１１ｓ１〜１２ｓ２をスロットＳに挿入しようとする場合、スロット挿入部１１ｓ１〜１２ｓ２を径方向Ｙに密着して配置しょうとすると、例えば、３つの積層コイルエンド部１０Ａｅ２〜１０Ｃｅ２同士が径方向Ｙに干渉する。

そのため、適宜、コイルエンド部１１ｅ１〜１２ｅ２を径方向Ｙに根元から屈曲させることで、コイルエンド部の干渉をなくし、スロット挿入部１１ｓ１〜１２ｓ２を図１０示すように密に配置できる。なおスロットＳの内壁面と第１コイル導体１１、第２コイル導体１２との間に、図示しない絶縁紙等の絶縁体が挿入されていてもよい。

次に、固定子コイル１００の巻線構造について説明する。
上述のように、固定子５０の固定子コイル１００は、４つの組み合わせコイル４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄで構成される。組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄの構成は、全て同じである。組み合わせコイル４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、それぞれ、３つの積層コイル導体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃによって構成される。そして、それぞれの積層コイル導体１０Ａ〜１０Ｃは、第１コイル導体１１と第２コイル導体１２とを積層一体化して構成されている。

組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全て（４つ）の積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１が、１相分のコイル群１００Ａを構成する。
また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ａの第２コイル導体１２が１相分のコイル群を構成する。
また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｂの第１コイル導体１１が１相分のコイル群を構成する。
また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｂの第２コイル導体１２が１相分のコイル群を構成する。
また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｃの第１コイル導体１１が１相分のコイル群を構成する。
また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｃの第２コイル導体１２が１相分のコイル群を構成する。

次に、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１が構成する１相分のコイル群１００Ａについて、図６を用いて説明する。
図６には、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全て（４つ）の積層コイル導体１０Ａの４つの第１コイル導体１１が構成する１相分のコイル群１００Ａのみを図示し、その他のコイル導体は省略している。固定子鉄心１の軸方向Ｚ＋側の端面（図６で見えている側）を第１端面とし、軸方向Ｚ−側の端面（図６で見えていない側）を第２端面とする。図６において、コイルエンドが一端側に見えている場合は、実線で描画し、他端側に存在して見えていない場合は、破線で描画している。

また、図６においては、組み合わせコイル４Ａを構成する積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１を第１コイル導体１１Ａとして図示し、組み合わせコイル４Ｂを構成する積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１を第１コイル導体１１Ｂとして図示し、組み合わせコイル４Ｃを構成する積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１を、第１コイル導体１１Ｃとして図示し、組み合わせコイル４Ｄを構成する積層コイル導体１０Ａの第１コイル導体１１を第１コイル導体１１Ｄとして図示する。

４つの第１コイル導体１１Ａ〜１１Ｄは、固定子鉄心１の径方向Ｙの外側から順に、第１コイル導体１１Ａ、第１コイル導体１１Ｂ、第１コイル導体１１Ｃ、第１コイル導体１１Ｄの順に配置される。第１コイル導体１１Ａ〜１１Ｄの各スロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２は、固定子鉄心１のスロットＳ１から順に、６スロットずつ離れたスロットＳｎに、スロットＳ９１まで、同じスロットＳｎに挿入されている。

スロットＳ１の径方向Ｙの最も外側の位置に挿入される第１コイル導体１１Ａのスロット挿入部１１ｓ１の軸方向Ｚ−側の端部と、スロットＳ７の径方向Ｙの最も外側の位置に挿入されるスロット挿入部１１ｓ２の軸方向Ｚ−側の端部とを接続するコイルエンド部１１ｅ１は、第２端面側に形成されている。スロットＳ７の径方向Ｙの最も外側に挿入されるスロット挿入部１１ｓ２の軸方向Ｚ＋側の端部と、スロットＳ１３の径方向Ｙの最も外側の位置に挿入されるスロット挿入部１１ｓ１の軸方向Ｚ＋側の端部とを接続するコイルエンド部１１ｅ２は、第１端面側に形成されている。このように、コイルエンド部１１ｅ１とコイルエンド部１１ｅ２は、固定子鉄心１の第２端面側と第１端面側に交互に形成されている。スロットＳ１の径方向Ｙの外側から３番目の位置に挿入される第１コイル導体１１Ｃの構成は、上述の第１コイル導体１１Ａの構成と同じである。

スロットＳ１の径方向Ｙの外側から２番目の位置に挿入される第１コイル導体１１Ｂと４番目の位置に挿入されると第１コイル導体１１Ｄの構成は同じであるが、第１コイル導体１１Ａとは、各コイルエンド部の形成場所が、軸方向Ｚの反対側である点が異なる。

固定子鉄心１の第１端面において、スロットＳ１の径方向Ｙの最も外側から延出する第１コイル導体１１Ａの巻き始め端部１１Ａｓと、スロットＳ９１の径方向Ｙの外側から３番目の位置から延出する第１コイル導体１１Ｃの巻き終わり端部１１Ｃｅとが接合される。

また、スロットＳ１の径方向Ｙの外側から３番目の位置から延出する第１コイル導体１１Ｃの巻き始め端部１１Ｃｓと、スロットＳ９１の径方向Ｙの最も外側から延出する第１コイル導体１１Ａの巻き終わり端部１１Ａｅとが接合される。

固定子鉄心１の第２端面において、スロットＳ１の径方向Ｙの外側から２番目の位置から延出する第１コイル導体１１Ｂの巻き始め端部１１Ｂｓと、スロットＳ９１の径方向Ｙの外側から４番目の位置から延出する第１コイル導体１１Ｄの巻き終わり端部１１Ｄｅとが接合される。

また、スロットＳ１の径方向Ｙの外側から４番目の位置から延出する第１コイル導体１１Ｄの巻き始め端部１１Ｄｓと、スロットＳ９１の径方向Ｙの外側から２番目の位置から延出する第１コイル導体１１Ｂの巻き終わり端部１１Ｂｅとが接合される。

さらに、スロットＳ１９とスロットＳ２５とから、固定子鉄心１の第１端面側に延出する第１コイル導体１１Ａのコイルエンド部１１ｅ２が切断され、スロットＳ２５とスロットＳ３１とから、固定子鉄心１の第１端面側に延出する第１コイル導体１１Ｂのコイルエンド部１１ｅ２が切断される。

そして、スロットＳ３１から延出する第１コイル導体１１Ｂの一方の切断部１１ＢＴ１と、スロットＳ２５から延出する第１コイル導体１１Ａの一方の切断部１１ＡＴ１とを接合することによって、第１コイル導体１１Ａ〜第１コイル導体１１Ｄが直列に接続され、６ティース部単位で２ターンとなる１相分のコイル群１００Ａが形成される。

また、スロットＳ２５から延出する第１コイル導体１１Ｂの他方の切断部１１ＢＴ２は、口出線Ｏとなり、スロットＳ１９から延出する第１コイル導体１１Ａの他方の切断部１１ＡＴ２は、中性点Ｎとなる。

組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ａの第２コイル導体１２が構成する１相分のコイル群については、１スロットずつずらし、スロットＳ２からスロットＳ９２まで周方向Ｘに６スロットずつ離れたスロットＳｎに各スロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２を配置する。

また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｂの第１コイル導体１１が構成する１相分のコイル群については、さらに１スロットずつずらし、スロットＳ３からスロットＳ９３まで周方向Ｘに６スロットずつ離れたスロットＳｎに各スロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２を配置する。

また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｂの第２コイル導体１２が構成する１相分のコイル群については、さらに１スロットずつずらし、スロットＳ４からスロットＳ９４まで周方向Ｘに６スロットずつ離れたスロットＳｎに各スロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２を配置する。

また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｃの第１コイル導体１１が構成する１相分のコイル群については、さらに１スロットずつずらし、スロットＳ５からスロットＳ９５まで周方向Ｘに６スロットずつ離れたスロットＳｎにスロット挿入部１１ｓ１、１１ｓ２を配置する。

また、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを構成する全ての積層コイル導体１０Ｃの第２コイル導体１２が構成する１相分のコイル群については、さらに１スロットずつずらし、スロットＳ６からスロットＳ９６まで周方向Ｘに６スロットずつ離れたスロットＳｎにスロット挿入部１２ｓ１、１２ｓ２を配置する。

そして、スロットＳ１からスロットＳ９１まで６スロット離れたスロットＳｎに巻回されたコイル群１００Ａと、スロットＳ３からスロットＳ９３まで６スロット離れたスロットＳｎに巻回されたコイル群と、スロットＳ５からスロットＳ９５まで６スロット離れたスロットＳｎに巻回されたコイル群とが、中性点（Ｎ）同士を接合してＹ結線され、スロットＳ２からスロットＳ９２まで６スロット離れたスロットＳｎに巻回されたコイル群と、スロットＳ４からスロットＳ９４まで６スロット離れたスロットＳｎに巻回されたコイル群と、スロットＳ６からスロットＳ９６まで６スロット離れたスロットＳｎに巻回されたコイル群とが、中性点（Ｎ）同士を接合してＹ結線され、２組の３相交流コイル群からなる固定子コイル１００が構成される。

なお、固定子コイル１００の巻き始め端部、巻き終わり端部、および、接続部では、絶縁体を介してコイル導体同士を積層している状態から分離され、コイル導体のみの状態となっている。接合時には、接合箇所の絶縁被覆を除去する。

実施の形態１による固定子コイル１００および回転電機の固定子５０によれば、コイルエンド部同士の干渉を防止しつつコイルエンド部における導体の断面積をスロット挿入部における導体の断面積よりも拡大し、銅損を低減できる固定子コイルおよび回転電機の固定子を提供できる。
また、周方向に隣り合うスロットに挿入される複数のスロット挿入部有する２つのコイル導体を、コイルエンド部を径方向に重ねて合わせて積層コイル導体とすることによって、コイルエンド部とスロット挿入部の接続部分におけるコイルエンド部側の導体の幅を、隣接するスロットの周方向の幅を加えた幅まで拡大することが可能であり、固定子コイルの銅損を低減できる。
なお、本実施の形態１では、第１コイル導体１１および第２コイル導体１２の各スロット挿入部を、６スロットずつ離れたスロットＳに配置したが、６スロット離れたスロットＳに限定するものではない。

実施の形態２．
以下、実施の形態２による固定子コイルおよび回転電機の固定子を、図に基づいて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１１は、帯状の固定子鉄心１Ｂの一例を示す斜視図である。
実施の形態１では環状の固定子鉄心１を用いて説明したが、図１１に示すように、固定子鉄心１Ｂに、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを順次嵌め込み、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを、固定子鉄心１Ｂに嵌め込んだ状態で、固定子鉄心１Ｂを円環状に巻き、固定子鉄心１Ｂの両端を接合し、さらに、組み合わせコイル４Ａ〜４Ｄを適宜つなぎ合わせることによって、３相交流の固定子コイル１００を有する固定子５０を製造することも可能である。ただし、本方法での製造に限定されるものではない。

実施の形態３．
以下、実施の形態３による固定子コイルおよび回転電機の固定子を、図に基づいて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態１では、一連の第１コイル導体１１、第２コイル導体１２を用いて説明したが、これらが周方向Ｘに分割された、セグメントコイルをつなぎ合わせて接合することで形成されていてもよい。セグメントコイルの端部同士を、固定子鉄心１の軸方向Ｚの端面から延出させた部分で接合する。

図１２は、積層セグメントコイル導体Ｓ１０の斜視図である。
積層セグメントコイル導体Ｓ１０は、第１セグメントコイル導体Ｓ１１と第２セグメントコイル導体Ｓ１２とからなる。第１セグメントコイル導体Ｓ１１のスロット挿入部Ｓ１１ｓ１とスロット挿入部Ｓ１１ｓ２とは、周方向Ｘの幅Ｌ１がスロット挿入部Ｓ１１ｓ１およびスロット挿入部Ｓ１１ｓ２の周方向Ｘの幅Ｌ２よりも大きいコイルエンド部Ｓ１１ｅ１によって連続して接続されている。同様に、第２セグメントコイル導体Ｓ１２のスロット挿入部Ｓ１２ｓ１とスロット挿入部Ｓ１２ｓ２とは周方向Ｘの幅Ｌ１がスロット挿入部Ｓ１２ｓ１およびスロット挿入部Ｓ１２ｓ２の周方向Ｘの幅Ｌ２よりも大きいコイルエンド部Ｓ１２ｅ１によって連続して接続されている。第１セグメントコイル導体Ｓ１１と第２セグメントコイル導体Ｓ１２とは、絶縁体１０ｒを介して径方向Ｙに積層されている。

図１３は、積層セグメントコイル導体Ｓ１０同士の接続状態を示す図である。
スロットＳから軸方向Ｚに突出する部分は折り曲げて隣の積層セグメントコイル導体Ｓ１０と接続されコイルエンド部Ｓ１１ｅ２およびコイルエンド部Ｓ１２ｅ２となる。このようにして、上述した積層コイル導体１０Ａと同じスロットＳｎに装着されるコイルを得る。

隣り合う積層セグメントコイル導体Ｓ１０同士を接続するコイルエンド部Ｓ１１ｅ２およびコイルエンド部Ｓ１２ｅ２となる部分についても、周方向Ｘの幅を各スロット挿入部の周方向Ｘの幅よりも大きく形成してもよい。

図１４は、複数の積層セグメントコイル導体Ｓ１０を組み合わせた固定子コイル１００を装着した固定子５０Ｂの構成を示す断面模式図である。
図に示すように、複数の積層セグメントコイル導体Ｓ１０が連続する絶縁体１０ｒを介して径方向Ｙに積層され、複数の積層セグメントコイル導体Ｓ１０が一体化されていてもよい。

実施の形態３による固定子コイルおよび回転電機の固定子によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１，１Ｂ 固定子鉄心、１ａ ヨーク部、１ｂ ティース部、１００ 固定子コイル、１００Ａ コイル群、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 積層コイル導体、Ｓ１０ 積層セグメントコイル導体、１０Ａｅ１，１０Ａｅ２，１０Ｂｅ２，１０Ｃｅ２ 積層コイルエンド部、１０ｒ 絶縁体、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 第１コイル導体、Ｓ１１ 第１セグメントコイル導体、１１Ａｅ，１１Ｂｅ，１１Ｃｅ，１１Ｄｅ 巻き終わり端部、１１Ａｓ，１１Ｂｓ，１１Ｃｓ，１１Ｄｓ 巻き始め端部、１１ＡＴ１，１１ＡＴ２，１１ＢＴ１，１１ＢＴ２ 切断部、１１ｅ１，１１ｅ２，１２ｅ１，１２ｅ２，Ｓ１１ｅ１，Ｓ１１ｅ２，Ｓ１２ｅ１，Ｓ１２ｅ２ コイルエンド部、１１ｓ１，１１ｓ２，１２ｓ１，１２ｓ２，Ｓ１１ｓ１，Ｓ１１ｓ２，Ｓ１２ｓ１，Ｓ１２ｓ２ スロット挿入部、１２ 第２コイル導体、Ｓ１２ 第２セグメントコイル導体、４Ａ〜４Ｄ 組み合わせコイル、５０，５０Ｂ 固定子、Ｎ 中性点、Ｏ 口出線、Ｓ スロット、ＳＰ ピッチ、Ｘ 周方向、Ｙ 径方向、Ｚ 軸方向。

Claims (9)

1. 円環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から周方向に等間隔に形成され、径方向の内側に突出する複数のティース部と、隣り合う前記ティース部の間に形成される複数のスロットとを備える回転電機の固定子鉄心に組み付けられる、複数のコイル導体からなる固定子コイルであって、
   少なくとも前記固定子鉄心の軸方向の一方の端面側に設けられた前記コイル導体のコイルエンド部における径方向の厚みは、前記コイル導体が前記固定子鉄心の前記スロットに挿入されるスロット挿入部の径方向の厚みと同じであり、
   前記コイルエンド部の周方向の端部における前記コイル導体の周方向の幅は、前記スロット挿入部における前記コイル導体の周方向の幅よりも大きく、
   前記コイル導体は、
   予め定められたスロット数だけ離れた前記固定子鉄心の前記スロットに挿入される複数のスロット挿入部と、前記スロット挿入部の軸方向の端部同士を前記固定子鉄心の軸方向の一端側と他端側において交互に連続して接続する複数の前記コイルエンド部とを備える第１コイル導体と、
   予め定められたスロット数だけ離れた前記固定子鉄心のスロットに挿入される複数のスロット挿入部と、前記スロット挿入部の軸方向の端部同士を前記固定子鉄心の軸方向の一端側と他端側において交互に連続して接続する複数の前記コイルエンド部とを備える第２コイル導体との二種類が存在し、
   前記第１コイル導体と前記第２コイル導体とが径方向に積層された積層コイル導体を備え、
   前記第１コイル導体の前記コイルエンド部の周方向の中央部分と、
   前記第２コイル導体の前記コイルエンド部の周方向の中央部分とは、
   径方向に見ると重なっている固定子コイル。
2. 前記第１コイル導体のそれぞれの前記スロット挿入部が挿入される前記スロットと、
   前記第２コイル導体のそれぞれの前記スロット挿入部が挿入される前記スロットとは、周方向の一方に１スロットずつずれている請求項１に記載の固定子コイル。
3. 前記第１コイル導体のコイルエンド部の周方向の一端における前記第１コイル導体の周方向の幅と、
   前記第２コイル導体のコイルエンド部の周方向の他端における前記第２コイル導体の周方向の幅は、
   前記スロットの周方向のピッチに、前記スロット挿入部の周方向の幅を足した幅と同じである請求項１又は請求項２に記載の固定子コイル。
4. ３つの前記積層コイル導体からなる組み合わせコイルを備え、
   第１積層コイル導体の各スロット挿入部が収納される各前記スロットと、第２積層コイル導体が収納される各前記スロットとは、周方向の一方に２スロットずつ離れており、
   前記第２積層コイル導体の各スロット挿入部が収納される各前記スロットと、第３積層コイル導体が収納される各前記スロットとは、周方向の一方に２スロットずつ離れている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固定子コイル。
5. 前記第１積層コイル導体を構成する前記第１コイル導体の前記スロット挿入部が挿入される前記スロット内での径方向の位置と、
   前記第２積層コイル導体を構成する前記第１コイル導体の前記スロット挿入部が挿入される前記スロット内での径方向の位置と、
   前記第３積層コイル導体を構成する前記第１コイル導体の前記スロット挿入部が挿入される前記スロット内での径方向の位置とは、全て同じである請求項４に記載の固定子コイル。
6. 複数の前記組み合わせコイルを有する請求項４又は請求項５に記載の固定子コイル。
7. 前記積層コイル導体は、周方向に複数に分割された積層セグメントコイル導体からなる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定子コイル。
8. 前記コイルエンド部は、径方向に屈曲している請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固定子コイル。
9. 円環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から周方向に等間隔に形成され、径方向の内側に突出する複数のティース部と、隣り合う前記ティース部の間に形成される複数のスロットとを備える回転電機の固定子鉄心と、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固定子コイルとを備える回転電機の固定子。

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