WO2014006927A1 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

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WO2014006927A1
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winding
assembly
slot
rotating electrical
core
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PCT/JP2013/054807
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篤史 坂上
秋田 裕之
宏紀 立木
井上 正哉
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三菱電機株式会社
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    • Y10T29/49009Dynamoelectric machine

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure of an armature winding and a manufacturing method thereof.
  • the winding configured by winding the conductor wire in a slot separated by two or more slots is referred to as a distributed winding winding. That is, the distributed winding is wound so that the conductor wire extending from one slot enters another slot across two or more consecutive teeth.
  • the winding assembly is an assembly of wave windings and is configured to be housed in all slots of the stator core.
  • the length of each conductor wire becomes long, the manufacturing apparatus for the winding assembly becomes large, and there is a problem that the cost cannot be reduced.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a winding body formed by winding a conductor wire in a spiral shape, and the amount of radial displacement at the top of the coil end of the winding body is reduced.
  • the coil end is miniaturized, the number of welds is reduced, the length of the conductor wire constituting the winding body is shortened, and the armature winding It is an object of the present invention to obtain a rotating electrical machine and a method for manufacturing the same that can reduce the resistance, downsize, and reduce the cost.
  • a rotating electrical machine has an armature configured by mounting an armature core on an annular armature winding, and each of the armature windings is insulated and has no connection portion.
  • a continuous conductor wire is wound m times (where m is a natural number of 2 or more), and a winding body that is formed in a spiral shape by connecting the ends of the straight line portions at the coil ends is formed on the armature core.
  • One slot is installed in each slot pair separated by a predetermined number of slots.
  • the coil end has a top portion that is displaced by a predetermined amount in the radial direction at a substantially central portion between the linear portions to be connected, and the amount of displacement in the radial direction at the top portion is approximately a ⁇ d (where a is 1). And a natural number equal to or less than (m ⁇ 1), d is the radial thickness of the linear portion housed in the slot), and 2 ⁇ m of 2 ⁇ m pieces so as to overlap in the radial direction in the slot
  • the armature core has a core block divided in the circumferential direction, and each of the core blocks has an arc-shaped core back portion and a diameter from the core back portion. Has teeth extending in the direction.
  • the armature winding is configured using a winding body configured by winding a continuous conductor wire without a connection portion in a spiral shape m times. Therefore, compared with the case where the armature winding is configured by using the U-shaped conductor segment, the number of welding points is remarkably reduced, so that the welding process and further the insulation treatment process between the welded parts can be simplified, and the cost can be reduced. Is achieved.
  • the winding body has a dimension of about one pole, the length of the conductor wire is shortened, the manufacturing apparatus is reduced in size, and the price can be reduced, and the resistance of the armature winding is reduced. Is planned. Furthermore, since the radial displacement amount at the top of the coil end in the winding body is smaller than the radial thickness of the linear portion housed in the slot, the radial and axial dimensions of the coil end group can be reduced. And can be downsized.
  • FIG. 1 It is a half sectional view which shows the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows the principal part of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows the stator applied to the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows the iron core block which comprises the stator iron core applied to the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows the coil
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the coil
  • FIG. 3 is an end view of a main part when a state in which two winding bodies in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention are mounted on a stator core sharing one slot is viewed from one end side in the axial direction. It is the expanded view which looked at the state by which three winding bodies in the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention were continuously mounted
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the state which arranged the winding body in the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention with the 1 slot pitch in the circumferential direction. It is the end elevation which looked at the state which arranged the winding body in the rotary electric machine concerning Embodiment 1 of this invention by the 1 slot pitch in the circumferential direction from the axial direction one end side. It is the end elevation which looked at the stator in the rotary electric machine concerning Embodiment 1 of this invention from the axial direction other end side. It is a connection diagram of the stator winding
  • FIG. 1 is a half sectional view showing a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3 is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a stator block applied to the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view showing an iron core block constituting the stator core applied to the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a stator block applied to the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view showing an iron core block constituting the stator core applied to the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a winding assembly constituting a stator winding of a stator applied to the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 6 is a winding in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • 7 is a perspective view showing a winding body constituting the wire assembly
  • FIG. 7 is a front view showing the winding body constituting the winding assembly in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 9 is a perspective view of the winding body constituting the winding assembly in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention as seen from the front and obliquely above
  • FIG. FIG. 11 is an end view of the main part of the state in which two winding bodies in the rotating electrical machine according to the first embodiment share one slot and are attached to the stator core when viewed from one end side in the axial direction
  • FIG. 12 is a developed view of the state in which three winding bodies in the rotary electric machine according to Embodiment 1 are continuously mounted in the same slot group of the stator core in the circumferential direction, as viewed from one end in the axial direction.
  • FIG. 11 is an end view of the main part of the state in which two winding bodies in the rotating electrical machine according to the first embodiment share one slot and are attached to the stator core when viewed from one end side in the axial direction.
  • FIG. 12 is a developed view of the state in which three winding bodies in the rotary electric machine according to Embod
  • FIG. 13 is a development view in which the three winding bodies in the rotating electrical machine according to the first embodiment are continuously mounted in the same slot group of the stator core in the circumferential direction as viewed from the outside in the radial direction.
  • the winding body in the rotating electrical machine according to Form 1 in the circumferential direction FIG. 14 is a perspective view showing a state in which eight windings are arranged at a slot pitch, and FIG. 14 shows a state in which eight winding bodies are arranged at a one-slot pitch in the circumferential direction in the rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the rotating electrical machine 100 is fixed to the housing 1 having the bottomed cylindrical frame 2 and the end plate 3 that closes the opening of the frame 2 and the cylindrical portion of the frame 2 in an internally fitted state.
  • a stator 10 as an armature and a rotary shaft 6 that is rotatably supported on the bottom of the frame 2 and the end plate 3 via bearings 4 are rotatably arranged on the inner peripheral side of the stator 10.
  • a rotor 5 made of the same.
  • the rotor 5 is composed of a rotor core 7 fixed to a rotary shaft 6 inserted through the shaft center position, and embedded on the outer peripheral surface side of the rotor core 7 and arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction to constitute a magnetic pole. And a permanent magnet type rotor.
  • the rotor 5 is not limited to a permanent magnet type rotor, and a squirrel-cage rotor in which a non-insulated rotor conductor is housed in a slot of a rotor core and both sides are short-circuited by a short-circuit ring, or an insulated conductor. You may use the winding-type rotor which attached the wire to the slot of the rotor core.
  • the stator 10 includes a stator core 11 as an armature core, and a stator winding 20 as an armature winding mounted on the stator core 11.
  • the number of poles of the rotor 5 is eight
  • the number of slots of the stator core 11 is 48
  • the stator winding 20 is a three-phase winding. That is, the slots are formed in the stator core 11 at a rate of two per phase per pole.
  • the core block 12 is obtained by dividing an annular stator core 11 into 48 equal parts in the circumferential direction. As shown in FIG. 4, the core block 12 is produced by laminating and integrating a predetermined number of electromagnetic steel plates, and has an arc-shaped core. The back part 12a and the teeth 12b extended radially inward from the inner peripheral wall surface of the core back part 12a are provided.
  • the stator core 11 is formed by aligning and integrating the 48 core blocks 12 in the circumferential direction, with the teeth 12b facing inward in the radial direction, but with the side surfaces in the circumferential direction of the core back portion 12a facing each other. It is configured in an annular shape.
  • the slots 13 constituted by the iron core blocks 12 adjacent in the circumferential direction are arranged at an equiangular pitch in the circumferential direction so as to open to the inner circumferential side.
  • the teeth 12b are formed in a tapered shape in which the circumferential width gradually decreases inward in the radial direction, and the cross section of the slot 13 is rectangular.
  • the stator winding 20 is configured by subjecting a winding assembly 21 attached to the stator core 11 to a predetermined connection process.
  • the winding assembly 21 is configured by arranging winding bodies 22 housed in pairs of slots 13 straddling six consecutive teeth 12 b in the circumferential direction at a one-slot pitch. Winding ends 22g to be described later extend in the axial direction, and are arranged circumferentially at a one-slot pitch on the inner diameter side of the winding assembly 21, and winding ends 22h to be described later extend in the axial direction.
  • the winding assemblies 21 are arranged in the circumferential direction at a one-slot pitch on the outer diameter side.
  • a predetermined connection process is performed on the winding ends 22g and 22h of the winding assembly 21.
  • the winding body 22 is a rectangular conductor wire made of a continuous copper wire or aluminum wire that is insulated with an enamel resin and has no connection portion.
  • the plane formed by the long sides of the cross section is opposed, and a gap d that is substantially equal to the short side length of the rectangular cross section is secured between the opposing planes, and is configured to be spirally wound four times in a substantially hexagonal shape. It is a tortoiseshell shaped coil.
  • the winding body 22 is produced by, for example, winding a conductor wire in an edgewise manner four times to form a cylindrical coil body, and then forming the coil body into a substantially hexagonal shape by a coil molding machine. . Further, the winding body 22 may be manufactured by bending a conductor wire into a substantially hexagonal shape by bending, and winding it in a spiral shape.
  • the winding bodies 22 configured in this way are arranged in two rows at 6-slot angular intervals.
  • the first and second windings 22 are arranged in four rows in the short-side direction of the rectangular cross section with a gap d in each row.
  • First and second coil ends 22c and 22d that alternately connect one end and the other end in the length direction between the two straight portions 22a and 22b and the first and second straight portions 22a and 22b. It is equipped with.
  • the 6-slot angular interval is an interval between the slot centers of the slots 13 on both sides of the six consecutive teeth 12b.
  • the first coil end 22c has a predetermined inclination from one end of the first linear portion 22a of one row to the second linear portion 22b side of the other row, and the length direction of the first and second linear portions 22a, 22b. It extends outward and is bent at a substantially right angle at the central portion (first top portion 22e) between the rows of the first and second straight portions 22a and 22b, and is distanced in the arrangement direction of the first and second straight portions 22a and 22b. and then bent at a substantially right angle and extended with a predetermined inclination toward the second linear portion 22b side of the other row and inward in the longitudinal direction of the first and second linear portions 22a, 22b, Is connected to one end of the second linear portion 22b of the row.
  • the second coil end 22d has a predetermined inclination from the other end of the second linear portion 22b of the other row to the first linear portion 22a side of one row and the first and second linear portions 22a, 22b.
  • first and second straight portions 22a and 222b are bent at a substantially right angle at the central portion (second top portion 22f) between the first and second straight portions 22a and 222b. Displaced by a distance d in the arrangement direction, and then bent at a substantially right angle and with a predetermined inclination toward the first linear portion 22a side of one row and inward in the longitudinal direction of the first and second linear portions 22a, 22b It extends and is connected to the other end of the first straight portion 22a in one row.
  • the first and second linear portions 22a and 22b and the first and second coil ends 22c and 22d are each configured by the long side of the rectangular cross section of the conductor wire. Are arranged at a pitch of about twice the short side length (2d) in the short side direction of the rectangular cross section of the conductor wire. Further, the first straight portion 22a and the second straight portion 22b connected to the first top portion 22e and the second top portion 22f are shifted by a distance d in the arrangement direction.
  • the winding body 22 includes a winding end 22g extending in the length direction from the other end of the first linear portion 22a located at one end in the arrangement direction of one row, and the other end in the arrangement direction of the other row. And a winding end 22h extending in the length direction from the other end of the second linear portion 22b located at the center.
  • FIG. 10 shows a state in which two winding bodies 22 are wound around two consecutive pairs of pairs of slots 13 that straddle six consecutive teeth 12b, and FIG. 11 and FIG. Each of the winding bodies 22 is wound around three consecutive pairs of slots 13 that straddle six consecutive teeth 12b.
  • the first coil end 22c extending from the first straight portion 22a of the first layer to the one end side in the axial direction from the slot opening side of one slot 13 has an inclination angle ⁇ Extending to the other slot 13 side in the circumferential direction, shifted by a distance d radially outward at the first top portion 22e, and then extending to the other slot 13 side in the circumferential direction at a reverse inclination angle ⁇ .
  • the second coil end 22d extending from the slot opening side of the other slot 13 to the other axial end side from the second linear portion 22b of the second layer is inclined toward the one slot 13 side in the circumferential direction at an inclination angle ⁇ . And is shifted radially outward by the second top portion 22f by a distance d, and then extends in the circumferential direction at a reverse inclination angle ⁇ to the one slot 13 side, and from the slot opening side of the one slot 13 to the third layer It is connected to the first straight part 22a.
  • the radial direction corresponds to the slot depth direction.
  • the first straight portion 22a of the first layer, the third layer, the fifth layer, and the seventh layer of the one slot 13 and the second layer, the fourth layer, the sixth layer, and the eighth layer of the other slot 13 are obtained.
  • the second linear portion 22b of the layer is spirally connected by the first and second coil ends 22c and 22d, respectively.
  • the inclined portions from the end portions of the first and second straight portions 22a and 22b to the first and second top portions 22e and 22f are formed in a substantially arc shape when viewed from the axial direction.
  • the first and second straight portions 22a and 22b of the two winding bodies 22 have the long side of the rectangular cross section of the conductor wire in the circumferential direction, They are housed alternately in a line in the radial direction. Further, as shown in FIG. 10, the first and second coil ends 22 c and 22 d are located radially outward from the tip of the teeth 12 b of the stator core 11 and radially inward from the bottom of the slot 13. positioned.
  • FIG. 13 and 14 show a state in which eight winding bodies 22 are arranged in the circumferential direction at a one-slot pitch.
  • the first coil end 22c extending from the first straight portion 22a of the winding body 22 passes under the first coil end 22c extending from the first straight portion 22a of the left winding body 22 in FIG. Extending in the circumferential direction and appearing before reaching the first top portion 22e, shifted radially by the distance d at the first top portion 22e, and above the first coil end 22c of the left winding body 22. Extends in the circumferential direction and is connected to the second linear portion 22b.
  • the second coil end 22d extending from the second linear portion 22b of the winding body 22 is not illustrated, but extends from the second linear portion 22b of the left winding body 22 on the back side in FIG. It extends in the circumferential direction through the upper part of the second coil end 22d, and is shifted by a distance d outward in the radial direction at the second apex 22f, below the second coil end 22c of the left winding body 22. It extends in the circumferential direction through and is connected to the first straight portion 22a.
  • the eight winding bodies 22 shift the first and second straight portions 22 a and 22 b by the distance d in the radial direction by the first and second top portions 22 e and 22 f. Therefore, they are arranged at a one-slot pitch in the circumferential direction without interfering with each other. Then, 48 winding bodies 22 are arranged at a 1-slot pitch in the circumferential direction, and the winding assembly 21 shown in FIG. 5 is assembled. In the winding assembly 21, eight first and second straight portions 22a and 22b arranged in a row in the radial direction are arranged in 48 rows in the circumferential direction at a one-slot pitch. Then, each of the eight first and second straight portions 22 a and 22 b arranged in a row in the radial direction is housed in each of the slots 13.
  • FIGS. 15 and 16 are end views of the stator in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from the other axial end side
  • FIG. 16 is a connection diagram of the stator winding in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1, 7, 13,..., 43 are slot numbers assigned to the slots 13 in order in the circumferential direction.
  • U1-1A, U1-2A... U1-8A and U1-1B, U1-2B... U1-8B are assigned to the slot 13 group of slot number (1 + 6n) (where n is a natural number including 0).
  • U2-1A, U2-2A,... U2-8A, U2-2A, U2-1B, U2-2B,... U2-8B. Is a winding end of the winding body 22 constituting the U2 phase mounted in the group of slots 13 having the slot number (2 + 6n).
  • winding body 22 is mounted in the slot group having the slot number (3 + 6n) to constitute the V1 phase, and the winding body 22 is mounted to the slot group having the slot number (4 + 6n) to form the V2 phase.
  • Winding body 22 is mounted in the slot group of slot number (5 + 6n) and constitutes the W1 phase, and winding body 22 is mounted in the slot group of slot number (6 + 6n) and forms the W2 phase.
  • V1-1A, V1-2A, V1-1B, V1-2B (the winding ends of the winding body 22 constituting the V1 phase), V2-1A, V2-2A, V2-1B, V2-2B (winding end of the winding body 22 constituting the V2 phase), W1-1A, W1-2A, W1-1B, W1-2B (winding end of the winding body 22 constituting the W1 phase), Only W2-1A, W2-2A, W2-1B, and W2-2B (winding ends of the winding body 22 constituting the W2 phase) are shown.
  • a U-phase winding in which 16 winding bodies 22 constituting the U1 phase and the U2 phase are connected in series is obtained.
  • a V-phase winding in which 16 winding bodies 22 constituting the V1 phase and the V2 phase are connected in series is obtained.
  • a W-phase winding in which the 16 winding bodies 22 constituting the W1 phase and the W2 phase are connected in series is obtained.
  • U1-2A, V1-2A and W1-2A are connected.
  • a U-phase winding in which 16 winding bodies 22 are connected in series a V-phase winding in which 16 winding bodies 22 are connected in series, and 16 winding bodies 22 are connected in series.
  • the stator winding 20 configured by Y-connection of the W-phase winding thus obtained is obtained.
  • This stator winding 20 is a three-phase AC winding with distributed winding of all-pitch winding.
  • the rotating electrical machine 100 using the stator windings 20 connected in this way operates as an 8-pole, 48-slot inner rotor type three-phase motor by supplying predetermined AC power to the stator windings 20. To do.
  • the stator is formed by the winding assembly 21 configured by arranging the winding bodies 22 formed by winding the conductor wire in a spiral shape at a one-slot pitch in the circumferential direction.
  • a winding 20 is configured. Therefore, the winding body 22 has a size of one pole, and the length of the conductor wire is remarkably shortened compared with the stator winding described in Patent Document 2, so that the manufacturing apparatus is reduced in size and the cost is reduced. be able to.
  • it is easy to produce the winding body 22 by changing the axial lengths of the first and second linear portions 22a and 22b even if the stator core 11 to be mounted is changed, the cost can be reduced. It can be easily handled.
  • the number of welding points is significantly reduced, the welding process and the insulation process between the welded parts are simplified, and the cost can be reduced.
  • the first and second coil ends 22c and 22d are radially spaced at the first and second top portions 22e and 22f by a gap d substantially equal to the radial dimension of the first and second linear portions 22a and 22b. It is configured to shift. Therefore, compared with the stator winding described in Patent Document 1, the radial and axial dimensions of the coil end group are reduced, and the rotating electrical machine 100 can be downsized. Further, the length of the conductor wire is shortened, the resistance of the stator winding 20 is reduced, and the efficiency of the rotating electrical machine 100 can be improved. Furthermore, heat generation in the stator winding 20 can be suppressed, thermal deterioration of the components used can be suppressed, and the length of the conductor wire can be shortened, so that the weight can be reduced.
  • the winding body 22 has a gap d substantially equal to the radial dimension of the first and second linear portions 22a, 22b in the radial direction of the first and second coil ends 22c, 22d at the first and second apex portions 22e, 22f. Since it is configured to shift, the winding bodies 22 can be arranged at a 1-slot pitch without interference, and the assemblability of the winding assembly 21 is improved. Since the winding assembly 21 is assembled by arranging the winding bodies 22 of the same shape in the circumferential direction at a one-slot pitch, it is not necessary to produce other types of winding bodies, and the number of manufacturing facilities is reduced, and the equipment This simplifies the configuration and increases mass productivity.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase windings constituting the stator winding 20 are configured by connecting in series the winding bodies 22 mounted in the adjacent slots 13. Since the winding bodies 22 mounted in the adjacent slots 13 have different electrical angles, the voltages induced in the winding bodies 22 mounted in the adjacent slots 13 by the rotor 5 are different and flow in the conductor wires. Eddy current is reduced.
  • the first and second coil ends 22c, 22d are constituted by two arcs shifted in the radial direction by a gap d at the first and second apexes 22e, 22f when viewed from the axial direction, and the first and second coil ends 22c and 22d are located radially outward from the tip surface of the teeth 12b of the stator core 11. Therefore, interference between the first and second coil ends 22c, 22d and the rotor 5 is reliably prevented. Further, since the first and second coil ends 22c and 22d are located inward in the radial direction of the core back portion 12a of the stator core 11, an empty space formed outside the core back portion 12a in the axial direction is provided. It can be used for installation space such as a cooling member.
  • the space factor is increased and the output of the rotating electrical machine 100 can be increased.
  • the first and second straight portions 22a and 22b are arranged in a line in the radial direction in the slot 13 with the long side direction of the rectangular cross section oriented in the circumferential direction.
  • the dimension in the slot depth direction is reduced.
  • the radial dimension of the rotating electrical machine 100 can be reduced. Since the first and second linear portions 22a and 22b arranged in a line in the radial direction in the slot 13 are formed in a rectangular cross section, the space factor is increased and the output of the rotating electrical machine 100 can be increased. .
  • first and second coil ends 22c and 22d arranged in the radial direction of the winding body 22 have substantially the same inclination angle, and the first and second apex portions 22e and 22d of the first and second coil ends 22c and 22d, respectively.
  • the height from the shaft end surface of the 22f stator core 11 gradually decreases inward in the radial direction. Therefore, when the winding assembly 21 is assembled, the winding body 22 can be moved in the circumferential direction without interference, and the length of the conductor wire constituting the winding body 22 is shortened. Low resistance is achieved.
  • the winding body 22 is made of a conductor wire having a rectangular cross section.
  • the cross-sectional shape of the conductor wire constituting the winding body is not limited to a rectangle, for example, a circular shape. You may use the conductor wire of a cross section or a square cross section.
  • the first and second straight portions 22a and 22b are arranged in a row in the radial direction in the slot 13 with the long side direction of the rectangular cross section facing the circumferential direction.
  • the first and second straight portions 22a and 22b may be arranged in a row in the radial direction in the slot 13 with the short side direction of the rectangular cross section oriented in the circumferential direction.
  • Embodiment 1 there is no description about insulation between the welded portions of the first and second winding ends 22g and 22h of the winding body 22.
  • an electrically insulating resin is applied to the welded portions. do it.
  • the conductor wire is covered with insulation, there is no problem with insulation between the first and second straight portions 22a, 22b and the teeth 12b.
  • insulating paper or the like is used for the first and second straight portions 22a. , 22b and the teeth 12b, the insulation between the first and second straight portions 22a, 22b and the teeth 12b is reliably ensured.
  • FIGS. 17 to 22 are perspective views for explaining a method of assembling the winding assembly in the rotary electric machine according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 23 to 28 are diagrams for the rotary electric machine according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 29 to FIG. 31 are schematic diagrams for explaining a method for assembling the winding assembly
  • FIGS. 29 to 31 respectively explain the procedure for incorporating the 48th winding body in the method for assembling the winding assembly in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 32 is a schematic view of the winding body constituting the winding assembly having the final outer diameter R0 in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 33 is a schematic view of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of one winding body constituting the winding assembly having an outer diameter R1 whose outer diameter is larger than the final outer diameter R0 in the rotating electrical machine according to the first embodiment when viewed from the axial direction.
  • It is a diagram. 34 to 39 are views for explaining a method for assembling the stator in the rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIGS. 34 and 35 show a state before the stator is assembled, and FIG. FIG.
  • FIG. 37 shows a state immediately before the core back part of the adjacent core block abuts
  • FIG. 37 shows an enlarged state just before the core back part of the adjacent core block abuts
  • FIG. 38 shows a state after the stator is assembled.
  • FIG. 39 shows an enlarged view after the stator is assembled. 35 to 39, for convenience, the winding assembly 21 is represented by only the first and second straight portions 22a and 22b.
  • the winding body 22 is produced by winding the conductor wire in a spiral shape for 4 turns.
  • the winding bodies 22 are referred to as a winding body 22 1 , a winding body 22 2 , a winding body 22 3 , a winding body 22 47 , and a winding body 22 48 in the assembling order.
  • the first and second winding bodies 22 1 and 22 2 are adjacent to each other in the circumferential direction with their axial height positions aligned.
  • the second first straight portion 22a of the winding 22 2 inserted between the first winding 22 1 of the second linear portion 22b.
  • the second winding body 22 2 is moved in the circumferential direction.
  • the two winding bodies 22 1 and 22 2 are assembled as shown in FIGS. 19 and 25.
  • the conductor wire of the winding body 22 2 enters the gap between the conductor wires of the winding body 22 1 , overlaps in the radial direction, and the rigidity increases.
  • the third winding body 22 3 is adjacent to the assembly of the winding bodies 22 1 and 22 2 in the circumferential direction with the axial height position aligned.
  • the first straight portion 22a of the third winding body 22 3 is inserted between the second straight portions 22b of the winding bodies 22 1 and 22 2 .
  • the first linear portion 22a of the third winding body 22 3 is located at a position spaced apart from the first linear portion 22a of the second winding body 22 2 by one slot pitch (angle between one slot)
  • the third winding body 22 3 is moved in the circumferential direction.
  • the subassembly 24 composed of the three winding bodies 22 1 , 22 2 , and 22 3 is assembled as shown in FIGS.
  • the winding bodies 22 are sequentially aligned in the axial direction and moved in the circumferential direction, and are assembled up to the 47th winding body 2247.
  • the assembly 23 in which the 47 winding bodies 22 1 to 22 47 are assembled is expanded in diameter, as shown in FIG. 29, the first winding body 22 1 and the 47th winding body 22 47. Is formed in a C-shape that is wider than the circumferential width of the 48th winding body 2248.
  • FIG. 30 assembling the 48 th winding body 22 48 47 th winding body 22 47 side.
  • the opening of the C-shaped assembly 23 is closed, the first winding body 22 1 and the 48th winding body 22 48 are assembled, and the annular winding assembly 21 is assembled. Is assembled.
  • first and second straight portions 22a and 22b are arranged in 48 rows at a substantially equiangular pitch. Then, each of the winding bodies 22 of the winding assembly 21 is moved slightly outward in the radial direction to change the outer diameter of the winding assembly 21 to the final outer diameter (the outer diameter of the winding assembly 21 incorporated in the stator core 11). ) Make it bigger. Thereby, the space
  • the four first straight portions 22a housed in one slot 13 are spaced apart from each other by a distance d.
  • the four second straight portions 22b accommodated in the other slot 13 are arranged in a straight line with an interval d.
  • One winding body 22 of the winding assembly 21 having the outer diameter R1 larger than the final outer diameter R0 is inversely proportional to the change in outer diameter (R0 ⁇ R1) as shown in FIG. An angle ⁇ formed by 22a and the second linear portion 22b is reduced.
  • the 48 iron core blocks 12 are arranged so that each of the teeth 12b is arranged in a row of adjacent first and second linear portions 22a, 22b of the winding assembly 21 having the outer diameter R1. They are arranged at a substantially equiangular pitch in the circumferential direction so as to be positioned radially outward.
  • the iron core blocks 12 arranged in the circumferential direction are simultaneously moved radially inward. Thereby, each of the teeth 12b of the iron core block 12 is inserted between adjacent rows of the first and second straight portions 22a and 22b.
  • the teeth 12b of the right iron core block 12 are in contact with the second linear portion 22b of the first winding body 22 1 of the winding assembly 21 having the outer diameter R1.
  • the teeth 12b of the left iron core block 12 are in contact with the first straight portion 22a of the seventh winding body winding body 227.
  • the first and second straight portions 22a and 22b of each row move so as to be aligned in one row by the tapered teeth 12b.
  • the diameter of the winding assembly 21 is reduced, and the second linear portion 22b positioned at the outermost diameter of the winding assembly 21 contacts the core back portion 12a of the adjacent iron core block 12.
  • the side surfaces in the circumferential direction of the adjacent iron core blocks 12 are brought into contact with each other, and the movement of the iron core block 12 in the inner radial direction is prevented.
  • first and second straight portions 22 a and 22 b are stored side by side aligned in a row in the radial direction with the long side of the rectangular cross section facing the circumferential direction. .
  • the first and second straight portions 22a and 22b arranged unevenly in the radial direction can be obtained.
  • the teeth 12b of the adjacent iron core blocks 21 are aligned by a movement that narrows. Further, the gap between the first and second linear portions 22a and 22b aligned in the radial direction is reduced or eliminated by the movement of the core block 12 toward the inner diameter side of the core back portion 12a. Therefore, the space factor of the conductor wire in the slot 13 can be improved.
  • the conductor wire in the slot 13 and the iron core block 12 are in contact with each other, the heat transfer performance from the winding assembly 21 serving as a heating element to the armature core 11 when energized can be improved. Temperature increase, and an increase in electrical resistance can be suppressed. Moreover, since the iron core block 12 is inserted so that the space
  • stator 10 is assembled by being inserted between the first and second linear portions 22a and 22b, the assembly workability of the stator 10 is improved.
  • the winding body 22 has a gap d substantially equal to the radial dimension of the first and second linear portions 22a, 22b in the radial direction of the first and second coil ends 22c, 22d at the first and second apex portions 22e, 22f. It is configured to shift. Therefore, one winding body 22 is moved to the other one winding body 22 side in the circumferential direction by aligning the height position in the axial direction with the other one winding body 22 without interference. Thus, the assembly of the winding assembly 21 can be improved.
  • the outer diameter of the winding assembly 21 Prior to the step of inserting the teeth 12b of the iron core block 12 from the outer peripheral side of the winding assembly 21 between the first and second linear portions 22a and 22b, the outer diameter of the winding assembly 21 is increased. Therefore, the mounting of the iron core block 12 to the winding assembly 21 is simplified, and the assembly workability of the stator 10 is improved. Further, since the tapered teeth 12b are inserted from the outer diameter side between the rows of the first and second straight portions 22a and 22b and moved radially inward, the first and second straight portions 22a and 22b are moved. Are aligned in a row.
  • the second linear portion 22b positioned at the outermost diameter of the winding assembly 21 contacts the core back portion 12a of the adjacent iron core block 12, the side surfaces in the circumferential direction of the adjacent iron core blocks 12 are abutted with each other.
  • the moving force of the iron core block 12 up to this acts to push the second linear portion 22b located at the outermost diameter inward in the radial direction.
  • the winding assembly 21 is reduced to the final diameter, the rows of the first and second linear portions 22a and 22b are aligned, and are stored in the slot 13 with high density.
  • each of the winding bodies 22 of the winding assembly 21 is replaced.
  • the winding assembly 21 is enlarged slightly by moving radially outward, the winding arrangement 22 in the circumferential direction of the winding body 22 is made larger than one slot pitch and the enlarged winding assembly is assembled. May be.
  • the iron core block 12 in which the annular stator core 11 is divided into 48 equal parts, in which one tooth 12b projects from the arc-shaped core back portion 12a, is used.
  • An iron core block in which two iron core blocks 12 are integrally manufactured, that is, two teeth project from an arc-shaped core back portion may be used. In this case, since the number of iron core blocks is halved, the assembly workability of the stator 10 is improved.
  • 48 winding bodies 22 are moved one by one in the circumferential direction, and the winding assembly 21 is assembled.
  • three winding bodies 22 are assembled one by one.
  • the subassembly 24 including the three winding bodies 22 shown in FIG. 22 may be assembled by moving in the circumferential direction, and the subassembly 24 may be moved in the circumferential direction one by one to assemble the winding assembly 21. In this case, it is necessary to make the opening width of the C-shaped assembly wider than the circumferential width of the subassembly 24 before assembling the last one.
  • the sub-assembly 24 composed of the three winding bodies 22 has higher rigidity than the single winding body 22, handling is facilitated, and the assembly workability of the winding assembly is improved. Further, the number of the winding bodies 22 constituting the subassembly 24 is not limited to three, and may be plural.
  • FIG. FIG. 40 is a connection diagram of the stator windings in the rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • U1-1A and U2-1A are connected.
  • U2-1B and U2-3A, U2-3B and U2-5A, U2-5B and U2-7A, U2-7B and U1-8B, U1-8A and U1-6B, U1-6A and U1-4B Connect U1-4A and U1-2B.
  • a U-phase winding is obtained in which two winding groups in which eight winding bodies 22 constituting the U1 phase and the U2 phase are connected in series are connected in parallel.
  • V1-1A and V2-1A are connected.
  • a V-phase winding is obtained in which two winding groups in which eight winding bodies 22 constituting the V1 phase and the V2 phase are connected in series are connected in parallel.
  • W1-1A and W2-1A are connected.
  • a W-phase winding is obtained in which two winding groups in which eight winding bodies 22 constituting the W1 phase and the W2 phase are connected in series are connected in parallel.
  • a stator winding 20A configured by Y-connecting a V-phase winding connected to the W-phase winding and a W-phase winding connected in parallel to two winding groups in which eight winding bodies 22 are connected in series is provided. can get.
  • This stator winding 20A is a three-phase AC winding with distributed windings of all nodes.
  • the rotating electrical machine using the stator winding 20A thus connected operates as an 8-pole, 48-slot inner rotor type three-phase motor by supplying predetermined AC power to the stator winding 20A. .
  • FIG. FIG. 41 is a connection diagram of the stator windings in the rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a V-phase winding in which 16 winding bodies 22 constituting the V1 phase and the V2 phase are connected in series is obtained.
  • a W-phase winding in which the 16 winding bodies 22 constituting the W1 phase and the W2 phase are connected in series is obtained.
  • a stator winding 20B configured by ⁇ -connection with the W-phase winding thus obtained is obtained.
  • the stator winding 20B is a three-phase AC winding with distributed windings of all nodes.
  • the rotating electrical machine using the stator winding 20B connected in this way operates as an 8-pole, 48-slot inner rotor type three-phase motor by supplying predetermined AC power to the stator winding 20B. .
  • FIG. FIG. 42 is a perspective view showing a winding body constituting the winding assembly in the rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the continuous winding body 25 includes a second coil end 22d connected by a connecting wire between the second winding end 22h of one adjacent winding body 22 and the first winding end 22g of the other winding body 22.
  • the winding body is configured to be connected on the outside of the wire, and is made of one conductor wire.
  • the fourth embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment except that a continuous winding body 25 is used instead of the winding body 22.
  • the continuous winding body 25 is configured to be equivalent to an integration of two adjacent winding bodies 22, so that the continuous winding body 25 constituting the winding assembly has 24. This makes it easy to assemble the winding assembly. In addition, the number of welds at the winding end of the winding assembly is reduced by half, the welding process and the insulation process of the welded part are further simplified, and productivity is increased.
  • the number of slots per pole per phase is two, and two adjacent windings are manufactured with one conductor wire.
  • the number of the continuous winding bodies may be two or more and not more than the number of slots per pole per phase. That is, when the number of slots per phase per pole is 3, three adjacent winding bodies may be manufactured with one conductor wire, or only two adjacent winding bodies may be formed with one conductor wire. You may produce by.
  • FIG. 43 is a developed view of the state in which three winding bodies in the rotary electric machine according to Embodiment 5 of the present invention are continuously attached in the circumferential direction in the same slot group of the stator core as viewed from one end side in the axial direction. is there.
  • the coil ends are shown linearly for convenience.
  • the winding body 22A includes four first linear portions housed in the first layer, the second layer, the fifth layer, and the sixth layer of the slot 13 on one side of the six consecutive teeth 12b. 22a, four second straight portions 22a housed in the third layer, the fourth layer, the seventh layer, and the eighth layer of the slot 13 on the other side of the six consecutive teeth 12b, and the first and first First and second coil ends 22c and 22d for alternately connecting one end and the other end in the length direction between the two linear portions 22a and 22b are provided.
  • the four first coil ends 22c are connected to the second row in the other row at a predetermined inclination angle from one end of the first straight portion 22a of the first layer, the second layer, the fifth layer, and the sixth layer of the one slot 13.
  • radially outward (The bottom side in the slot depth direction) is displaced by a distance 2d, and then bent at a substantially right angle to the second straight portion 22b side of the other slot 13 at a predetermined inclination angle
  • the first and second straight portions 22a, 22a, 22b extends inward in the longitudinal direction, and is connected to one end of the second straight portion 22b of the third layer, the fourth layer, the seventh layer, and the eighth layer of the other slot 13.
  • the two second coil ends 22d are disposed at a predetermined inclination angle from the other end of the third straight line 22b of the third layer and the seventh layer of the other slot 13 toward the first straight line 22a of the one slot 13.
  • the first and second straight portions 22a and 22b extend outward in the length direction, and are bent at a substantially right angle at the second top portion 22f (not shown) to be radially inward (opening side in the slot depth direction). And then bent at a substantially right angle to the first straight portion 22a side of one slot 13 and inward in the longitudinal direction of the first and second straight portions 22a, 22b. It extends and is connected to the other end of the first straight portion 22a of the second layer and the sixth layer of one slot 13.
  • One second coil end 22d extends from the other end of the fourth second linear portion 22b of the other slot 13 to the first linear portion 22a side of the one slot 13 at a predetermined inclination angle, and the first and second The two straight portions 22a and 22b extend outward in the length direction, bent at a substantially right angle at a second top portion 22f (not shown), displaced radially outward by a distance d, and then bent at a substantially right angle. Extending in the longitudinal direction of the first and second linear portions 22a and 22b at the predetermined inclination angle to the first linear portion 22a side of one slot 13 and the first of the fifth layer of one slot 13 It is connected to the other end of the straight portion 22a.
  • the first and second straight portions 22a and 22b and the first and second coil ends 22c and 22d are each configured by the long side of the rectangular cross section of the conductor wire. Are arranged in a row in the short side direction of the rectangular cross section of the conductor wire. Then, the first and second straight portions 22a and 22b are displaced by a radial displacement amount at the first and second top portions 22e and 22f of the first and second coil ends 22c and 22d to be connected in the radial direction. ing. That is, the first straight portion 22a is housed in the first layer, the second layer, the fifth layer, and the sixth layer in one slot 13, and the second straight portion 22b is the third layer in the other slot 13, Housed in the fourth, seventh and eighth layers.
  • first straight portion 22a of one winding body 22A and the second straight portion 22b of the other winding body 22A are stored in a line in the radial direction (in the slot depth direction).
  • the first straight portion 22a of one winding body 22A is housed in the first layer, the second layer, the fifth layer, and the sixth layer, and the second straight portion 22b of the other winding body 22A is the third layer. , 4th layer, 7th layer and 8th layer.
  • the winding bodies 22A are also arranged at a one-slot pitch in the circumferential direction without interfering with each other, and thus the same effects as those of the first embodiment are achieved.
  • the maximum radial displacement (2d) of the first and second top portions 22e and 22f is the total thickness (4d) of the first and second straight portions 22a and 22b in the slot 13 in the arrangement direction.
  • the two winding bodies 22A are arranged in the radial direction so that the conductor wire of the other winding body 22A enters the radial gap between the conductor wires of one winding body 22A. Need to align.
  • the radial displacement amount at the first top portion 22e of the upper first coil end portion 22c is 2d, the alignment of the two winding bodies 22A is facilitated and the assemblability is improved. Can be improved. Further, if the fifth embodiment is applied to the assembly of a winding body having a large number of windings in which alignment of the two winding bodies is difficult, the effect becomes remarkable.
  • the amount of radial displacement at the first top portion 22e is 2d, and the first coil end portion 22c that connects the first layer to the third layer and the first coil end portion 22c that connects the second layer to the fourth layer.
  • the shape and the shape of the first coil end portion 22c connecting the fifth layer to the seventh layer and the shape of the first coil end portion 22c connecting the sixth layer to the eighth layer are substantially the same, making it easy to form the winding body. .
  • the present applicant has found that the same effect can be obtained by setting a as a divisor of the number m of turns of the winding body when the radial displacement amount at the first top portion 22e is approximately a ⁇ d. .
  • FIG. 44 is a developed view of the state in which three winding bodies in the rotary electric machine according to Embodiment 6 of the present invention are continuously mounted in the same slot group of the stator core in the circumferential direction as viewed from one end side in the axial direction. is there. In FIG. 44, the coil ends are shown linearly for convenience.
  • the winding body 22B includes four first straight portions housed in the first layer, the second layer, the fifth layer, and the seventh layer of the slot 13 on one side of the six consecutive teeth 12b. 22a, four second straight portions 22a housed in the third layer, the fourth layer, the sixth layer, and the eighth layer of the slot 13 on the other side of the six consecutive teeth 12b, and the first and first First and second coil ends 22c and 22d for alternately connecting one end and the other end in the length direction between the two linear portions 22a and 22b are provided.
  • the two first coil ends 22c have a predetermined inclination from one end of the first linear portion 22a of the first layer and the second layer of one slot 13 toward the second linear portion 22b side of the other row, and the first The second straight portions 22a and 22b extend outward in the length direction, and are bent at substantially right angles at the first top portion 22e (not shown), respectively, radially outward (bottom side in the slot depth direction). Displaced by a distance of 2d, then bent at a substantially right angle and extended with a predetermined inclination toward the second straight portion 22b side of the other slot 13 and inward in the longitudinal direction of the first and second straight portions 22a, 22b.
  • the second slot 13 is connected to one end of the second straight portion 22b of the third layer and the fourth layer of the other slot 13.
  • the other two first coil ends 22c are arranged at a predetermined inclination from one end of the first straight portion 22a of the fifth layer and the seventh layer of one slot 13 toward the second straight portion 22b side of the other row, and
  • the first and second straight portions 22a and 22b extend outward in the length direction, and are bent substantially perpendicularly at the first top portion 22e (not shown), respectively, and radially outward (the bottom side in the slot depth direction).
  • One second coil end 22d has a predetermined inclination from the other end of the second linear portion 22b of the third layer of the other slot 13 toward the first linear portion 22a side of the one slot 13, and the first and second The two straight portions 22a and 22b extend outward in the length direction, bent at a substantially right angle at the second top portion 22f (not shown), and displaced radially inward (opening side in the slot depth direction) by a distance d. Then, it is bent at a substantially right angle and extends at a predetermined inclination toward the first straight portion 22a side of one slot 13 and inward in the longitudinal direction of the first and second straight portions 22a, 22b, and then into one slot. It is connected to the other end of the 13th second layer first straight portion 22a.
  • the other two second coil ends 22d are arranged at a predetermined inclination from the other end of the fourth layer of the other slot 13 and the second straight portion 22b of the sixth layer toward the first straight portion 22a side of one slot 13.
  • the first and second straight portions 22a and 22b extend outward in the length direction, bent at a substantially right angle at a second top portion 22f (not shown), and displaced by a distance d outward in the radial direction. It is bent at a right angle and extends with a predetermined inclination toward the first straight portion 22a side of one slot 13 and inward in the longitudinal direction of the first and second straight portions 22a, 22b.
  • the other end of the first straight portion 22a of the layer and the seventh layer is connected.
  • the first and second linear portions 22a and 22b and the first and second coil ends 22c and 22d are each configured by the long side of the rectangular cross section of the conductor wire. Are arranged in a row in the short side direction of the rectangular cross section of the conductor wire. Then, the first and second straight portions 22a and 22b are displaced by a radial displacement amount at the first and second top portions 22e and 22f of the first and second coil ends 22c and 22d to be connected in the radial direction. ing. That is, the first straight portion 22a is housed in the first layer, the second layer, the fifth layer, and the seventh layer in one slot 13, and the second straight portion 22b is the third layer in the other slot 13, Housed in the fourth, sixth and eighth layers.
  • first straight portion 22a of one winding body 22B and the second straight portion 22b of the other winding body 22B are stored in a line in the radial direction (in the slot depth direction).
  • the first straight portion 22a of one winding body 22B is housed in the first layer, the second layer, the fifth layer, and the seventh layer, and the second straight portion 22b of the other winding body 22B is the third layer. , 4th layer, 6th layer and 8th layer.
  • the winding bodies 22B are also arranged at a one-slot pitch in the circumferential direction without interfering with each other, and thus the same effects as those of the first embodiment are achieved.
  • the maximum radial displacement (2d) of the first and second top portions 22e and 22f is the total thickness (4d) of the first and second straight portions 22a and 22b in the slot 13 in the arrangement direction.
  • the inner rotor type electric motor has been described.
  • the same effect can be obtained even when the present invention is applied to an outer rotor type electric motor.
  • the stator is described.
  • the armature is not limited to the stator, and when the rotor is a wound rotor, the present application is applied to the rotor. Produces the same effect.
  • the number of poles and the number of slots are not limited to 8-pole 48-slots. Further, the number of slots is assumed to be formed at a rate of 2 per phase per pole, but the number of slots per phase per pole is not limited to 2, and may be 1 or 3 or more.
  • the winding body is manufactured using a conductor wire with insulation coating. However, the winding body manufactured using a conductor wire without insulation coating is subjected to insulation coating processing. You may give it.
  • the number of slots is formed at a ratio of 2 per pole per phase, and the stator windings are all arranged with the interval between the first and second linear portions of the winding body being 6 slot angular intervals.
  • the interval between the first and second linear portions of the winding body is not limited to the 6-slot angular interval.
  • the stator winding can be configured to be short-pitch winding, and the first and second straight lines of the winding body can be configured.
  • the stator winding can be configured as a long-pitch winding. Further, a winding body having a 5-slot angle interval between the first and second straight portions and a winding body having a 7-slot angle interval between the first and second straight portions are alternately arranged in the circumferential direction. If they are arranged in this manner, a stator winding in which short-pitch winding and long-pitch winding are combined can be configured.

Abstract

 この発明は、コイルエンドを小型化し、溶接箇所を低減し、かつ巻線体を構成する導体線の長さを短くして、電機子巻線の低抵抗化、小型化、かつ低コスト化を可能とする回転電機およびその製造方法を得る。 この発明では、固定子巻線のそれぞれが、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した導体線をm回(但し、mは2以上の自然数)巻き回して、直線部の端部間がコイルエンドで連結されて螺旋状に構成された巻線体を、固定子鉄心の所定スロット数離れたスロット対のそれぞれに1つずつ装着して構成され、コイルエンドが、連結する直線部間の略中央部に、径方向に所定量変位する頂部を有し、頂部での径方向の変位量が、a×d(但し、aは1以上、かつ(m-1)以下の自然数、dは上記スロット内に収納された直線部の径方向厚み)であり、固定子鉄心が、コアバック部およびティースからなる鉄心ブロックを周方向に配列して円環状に構成されている。

Description

回転電機およびその製造方法
 この発明は、例えば電動機や発電機などの回転電機およびその製造方法に関し、特に電機子巻線の構造およびその製造方法に関するものである。
 近年、電動機や発電機などの回転電機において、小型高出力、および高品質が求められている。この種の回転電機を小型化するに当たり、有効な磁束を発生しないコイルエンドを小型化する観点から、導体線を固定子鉄心のティースのそれぞれに巻回した集中巻の固定子巻線を用いられていた。しかしながら、トルク脈動が抑えられ、高出力化が可能な分布巻構造の固定子巻線を用いた固定子が要望されている。さらに、磁石価格の高騰により、磁石を用いない誘導機の要求も高まっており、より高効率の分布巻の固定子巻線を用いた固定子が求められている。
 ここでは、導体線を1つのティースに巻回して構成された集中巻の巻線に対し、導体線を2スロット以上離れたスロットに巻回して構成された巻線を分布巻の巻線とする。つまり、分布巻の巻線は、1のスロットから延出した導体線が連続する2つ以上のティースをまたいで他のスロットに入るように巻回されている。
 特許文献1に記載された従来の回転電機では、矩形導体線を複数回巻き回してコイル状に形成された巻線コイル、いわゆる亀甲形コイルを、所定スロット数離れたスロットの各対に収納して、分布巻の固定子巻線を構成していた。
 また、特許文献2に記載された従来の回転電機では、所定本数の導体線を1スロットピッチで配列してなる導体線群を同時に折り曲げて作製された巻線アッセンブリを直方体の鉄心に巻装し、その後当該鉄心を円環状に丸めて、分布巻の固定子巻線を構成していた。
 さらに、特許文献3に記載された従来の回転電機では、複数のU字状の導体セグメントを固定子鉄心の所定スロット数離れたスロット対に軸方向一側から差し込み、固定子鉄心の軸方向他側から延出する導体セグメントの端部同士を溶接により接合して、分布巻の固定子巻線を構成していた。
特開2008-104293号公報 特開2001-251819号公報 特許第3438570号公報
 特許文献1に記載された従来の分布巻の固定子巻線では、亀甲形コイルの両端の頭頂部を、亀甲形コイルを構成する導体線の並び方向の幅寸法だけずれるクランク形状に形成して、亀甲コイルが所定スロット数離れたスロット対の一方のスロットの底部側と他方のスロットの開口部側とに入ることを実現していたので、コイルエンドが大きくなり、小型化が図れなくなるとともに、導体線の長さが長くなり、巻線抵抗が大きくなるという課題があった。
 特許文献2に記載された従来の分布巻の固定子巻線では、巻線アッセンブリが、波巻き巻線の集合体であり、固定子鉄心の全てのスロットに収納されるように構成されているので、各導体線の長さが長くなり、巻線アッセンブリの製造装置が大規模となり、低価格化が図れないという課題があった。
 特許文献3に記載された従来の分布巻の固定子巻線では、固定子鉄心の所定スロット数離れたスロット対のそれぞれに挿入されたU字状の導体セグメントの端部同士を溶接して固定子巻線を作製しているので、溶接箇所が多大となり、溶接工程が煩雑となるという課題があった。さらに、導体セグメントの端部同士の溶接部間を絶縁処理する必要があり、絶縁処理工程が煩雑となるという課題もあった。
 この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、導体線を螺旋状に巻き回して構成された巻線体を用い、巻線体のコイルエンドの頂部での径方向の変位量をスロット内に収納された導体線の径方向の総厚みより小さくして、コイルエンドを小型化し、溶接箇所を低減し、巻線体を構成する導体線の長さを短くし、電機子巻線の低抵抗化、小型化、かつ低コスト化を可能とする回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。
 この発明による回転電機は、電機子鉄心が円環状の電機子巻線に装着されて構成される電機子を有し、上記電機子巻線は、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をm回(但し、mは2以上の自然数)巻き回して、直線部の端部間がコイルエンドで連結されて螺旋状に構成された巻線体を、上記電機子鉄心の所定スロット数離れたスロット対のそれぞれに1つずつ装着して構成されている。上記コイルエンドは、連結する上記直線部間の略中央部に、径方向に所定量変位する頂部を有し、上記頂部での径方向の変位量が、略a×d(但し、aは1以上、かつ(m-1)以下の自然数、dは上記スロット内に収納された上記直線部の径方向厚み)であり、上記スロット内には径方向に重なるように2×m本の2つの異なる上記巻線体の導体線が収納され、上記電機子鉄心は、周方向に分割された鉄心ブロックを有し、該鉄心ブロックのそれぞれは、円弧状のコアバック部および該コアバック部から径方向に延設されたティースを備えている。
 この発明によれば、電機子巻線が、接続部のない連続した導体線をm回螺旋状に巻き回して構成された巻線体を用いて構成されている。そこで、U字状の導体セグメントを用いて電機子巻線を構成する場合に比べ、溶接箇所が著しく低減されるので、溶接工程、さらには溶接部間の絶縁処理工程が簡略化でき、低コスト化が図られる。また、巻線体が略1極分の寸法となるので、導体線の長さが短くなり、製造装置が小規模となり、低価格化を図ることができるとともに、電機子巻線の低抵抗化が図られる。さらに、巻線体におけるコイルエンドの頂部での径方向の変位量が、スロット内に収納された直線部の径方向の厚みより小さいので、コイルエンド群の径方向および軸方向の寸法を小さくでき、小型化を実現できる。
この発明の実施の形態1に係る回転電機を示す片側断面図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機に適用される固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機に適用され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。 この発明の実施の形態1に係る回転電機に適用される固定子の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。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す側面図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を正面斜め上方から見た斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における2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た状態を軸方向一端側から見た要部端面図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を軸方向一端側から見た展開図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を径方向外方から見た展開図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線体を周方向に1スロットピッチで8つ配列した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線体を周方向に1スロットピッチで8つ配列した状態を軸方向一端側から見た端面図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子を軸方向他端側から見た端面図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子巻線の結線図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図である。 はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法における48番目の巻線体を組み込む手順を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法における48番目の巻線体を組み込む手順を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法における48番目の巻線体を組み込む手順を説明する模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における外径が最終外径R0の巻線アッセンブリを構成する巻線体を軸方向から見た模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における外径が最終外径R0より大きい外径R1の巻線アッセンブリを構成する巻線体を軸方向から見た模式図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組み立て方法を説明する図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組み立て方法を説明する図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組立方法を説明する図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組立方法を説明する要部拡大図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組み立て方法を説明する図である。 この発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組立方法を説明する要部拡大図である。 この発明の実施の形態2に係る回転電機における固定子巻線の結線図である。 この発明の実施の形態3に係る回転電機における固定子巻線の結線図である。 この発明の実施の形態4に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態5に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を軸方向一端側から見た展開図である。 この発明の実施の形態6に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を軸方向一端側から見た展開図である。
 以下、本発明による回転電機およびその製造方法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に係る回転電機を示す片側断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の要部を示す斜視図、図3はこの発明の実施の形態1に係る回転電機に適用される固定子を示す斜視図、図4はこの発明の実施の形態1に係る回転電機に適用される固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図5はこの発明の実施の形態1に係る回転電機に適用される固定子の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6はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す斜視図、図7はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す正面図、図8はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す側面図、図9はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を正面斜め上方から見た斜視図、図10はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における2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た状態を軸方向一端側から見た要部端面図、図11はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を軸方向一端側から見た展開図、図12はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を径方向外方から見た展開図、図13はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線体を周方向に1スロットピッチで8つ配列した状態を示す斜視図、図14はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線体を周方向に1スロットピッチで8つ配列した状態を軸方向一端側から見た端面図である。なお、図11では、便宜上、コイルエンドを直線的に示している。
 図1および図2において、回転電機100は、有底円筒状のフレーム2およびフレーム2の開口を塞口する端板3を有するハウジング1と、フレーム2の円筒部に内嵌状態に固着された電機子としての固定子10と、フレーム2の底部および端板3にベアリング4を介して回転可能に支持された回転軸6に固着されて、固定子10の内周側に回転可能に配設された回転子5と、を備えている。
 回転子5は、軸心位置に挿通された回転軸6に固着された回転子鉄心7と、回転子鉄心7の外周面側に埋設されて周方向に所定のピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石8と、を備えた永久磁石型回転子である。なお、回転子5は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。
 つぎに、固定子10の構成について具体的に図3乃至図13を参照しつつ説明する。
 固定子10は、図3に示されるように、電機子鉄心としての固定子鉄心11と、固定子鉄心11に装着された電機子巻線としての固定子巻線20と、を備えている。ここで、説明の便宜上、回転子5の極数を8極、固定子鉄心11のスロット数を48個、固定子巻線20を三相巻線とする。すなわち、スロットは、毎極毎相当たり2個の割合で固定子鉄心11に形成されている。
 鉄心ブロック12は、円環状の固定子鉄心11を周方向に48等分割したもので、図4に示されるように、所定枚数の電磁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12aと、コアバック部12aの内周壁面から径方向内方に延設されたティース12bと、を備えている。そして、固定子鉄心11は、ティース12bを径方向内方に向けて、コアバック部12aの周方向の側面同士を突き合わせて、48個の鉄心ブロック12を周方向に配列、一体化して、円環状に構成されている。周方向に隣り合う鉄心ブロック12により構成されるスロット13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。ティース12bは周方向幅が径方向内方に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されており、スロット13の断面は長方形となっている。
 固定子巻線20は、図3に示されるように、固定子鉄心11に装着された巻線アッセンブリ21に所定の結線処理が施されて構成される。巻線アッセンブリ21は、図5に示されるように、連続する6つのティース12bをまたぐスロット13の対に収納された巻線体22を1スロットピッチで周方向に配列して構成される。後述する巻線端22gが、それぞれ軸方向に延出して、巻線アッセンブリ21の内径側に1スロットピッチで周方向に配列され、後述する巻線端22hが、それぞれ軸方向に延出して、巻線アッセンブリ21の外径側に1スロットピッチで周方向に配列されている。そして、巻線アッセンブリ21の巻線端22g,22hに所定の結線処理が施される。
 巻線体22は、図6乃至図9に示されるように、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銅線やアルミニウム線などからなる長方形断面の導体線を、長方形断面の長辺で構成される平面が相対し、かつ相対する当該平面間に長方形断面の短辺長さに略等しい隙間dを確保して、略六角形で螺旋状に4回巻かれて構成された亀甲形コイルである。巻線体22は、例えば、導体線をエッジワイズ巻きに螺旋状に4回巻き回して筒状のコイル体を作製し、その後コイル体をコイル成形機により略六角形に成形されて作製される。また、巻線体22は、折り曲げ加工により、導体線を略六角形に曲げつつ、螺旋状に巻いて作製してもよい。
 このように構成された巻線体22は、6スロット角度間隔離れて2列となった、各列に隙間dをあけて、長方形断面の短辺方向に4本ずつ配列された第1および第2直線部22a,22bと、第1および第2直線部22a,22bの列間で、長さ方向の一端同士と他端同士とを交互に連結する第1および第2コイルエンド22c,22dと、を備えている。なお、6スロット角度間隔とは、連続する6つのティース12bの両側のスロット13のスロット中心間の間隔である。
 第1コイルエンド22cは、一方の列の第1直線部22aの一端から所定の傾斜で他方の列の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、第1および第2直線部22a,22bの列間の中央部(第1頂部22e)で略直角に曲げられて第1および第2直線部22a,22bの配列方向に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜で他方の列の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、他方の列の第2直線部22bの一端に接続されている。
 同様に、第2コイルエンド22dは、他方の列の第2直線部22bの他端から所定の傾斜で一方の列の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、第1および第2直線部22a,222bの列間の中央部(第2頂部22f)で略直角に曲げられて第1および第2直線部22a,22bの配列方向に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜で一方の列の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、一方の列の第1直線部22aの他端に接続されている。
 このように構成された巻線体22においては、第1および第2直線部22a,22b、および第1および第2コイルエンド22c,22dは、それぞれ、導体線の長方形断面の長辺で構成される平面を相対させ、導体線の長方形断面の短辺方向に、短辺長さの略2倍(2d)のピッチで配列されている。また、第1頂部22eおよび第2頂部22fに接続された第1直線部22aと第2直線部22bは、配列方向に距離dだけずれている。また、巻線体22は、一方の列の配列方向の一端に位置する第1直線部22aの他端から長さ方向に延出する巻線端22gと、他方の列の配列方向の他端に位置する第2直線部22bの他端から長さ方向に延出する巻線端22hと、を備える。
 図10は、2つの巻線体22が、それぞれ、連続する6つのティース12bをまたぐスロット13の対の連続する2対に巻装されている状態を示し、図11および図12は、3つの巻線体22が、それぞれ、連続する6つのティース12bをまたぐスロット13の対の連続する3対に巻装されている状態を示している。そして、1つの巻線体22に着目すれば、一方のスロット13のスロット開口側から第1層の第1直線部22aから軸方向一端側に延出した第1コイルエンド22cは、傾斜角度θで周方向に他方のスロット13側に延び、第1頂部22e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で周方向に他方のスロット13側に延び、他方のスロット13のスロット開口側から第2層の第2直線部22bに連結されている。ついで、他方のスロット13のスロット開口側から第2層の第2直線部22bから軸方向他端側に延出した第2コイルエンド22dは、傾斜角度θで周方向に一方のスロット13側に延び、第2頂部22f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で周方向に一方のスロット13側に延び、一方のスロット13のスロット開口側から第3層の第1直線部22aに連結されている。ここで、径方向とはスロット深さ方向に相当する。
 このように、一方のスロット13の第1層、第3層、第5層および第7層の第1直線部22aと他方のスロット13の第2層、第4層、第6層および第8層の第2直線部22bとが、それぞれ、第1および第2コイルエンド22c、22dにより螺旋状に連結されている。第1および第2直線部22a,22bの端部から第1および第2頂部22e,22fに至る傾斜部は、軸方向から見て、略円弧状に形成されている。そして、2つの巻線体22が共有するスロット13には、2つの巻線体22の第1および第2直線部22a,22bが、導体線の長方形断面の長辺を周方向に向けて、径方向に1列に交互に並んで、収納されている。また、第1および第2コイルエンド22c,22dは、図10に示されるように、固定子鉄心11のティース12bの先端より径方向外方に位置し、スロット13の底部より径方向内方に位置している。
 図13および図14は、8つの巻線体22を周方向に1スロットピッチで配列した状態を示している。巻線体22の第1直線部22aから延出した第1コイルエンド22cは、図14中、左側の巻線体22の第1直線部22aから延出した第1コイルエンド22cの下方を通って周方向に延在し、第1頂部22eに至る手前で出現し、第1頂部22eで径方向外方に距離dだけシフトして、左側の巻線体22の第1コイルエンド22cの上方を通って周方向に延在し、第2直線部22bに接続される。
 一方、巻線体22の第2直線部22bから延出した第2コイルエンド22dは、図示されていないが、図14の裏面側で、左側の巻線体22の第2直線部22bから延出した第2コイルエンド22dの上方を通って周方向に延在し、第2頂部22fで径方向外方に距離dだけシフトして、左側の巻線体22の第2コイルエンド22cの下方を通って周方向に延在し、第1直線部22aに接続される。
 8つの巻線体22は、図13および図14に示されるように、第1および第2直線部22a,22bを第1および第2頂部22e,22fにより径方向に距離dだけシフトさせているので、互いに干渉することなく、周方向に1スロットピッチで配列される。そして、48個の巻線体22を周方向に1スロットピッチで配列し、図5に示される巻線アッセンブリ21が組み立てられる。この巻線アッセンブリ21では、径方向に1列に並んだ8本の第1および第2直線部22a,22bが、1スロットピッチで周方向に48列配列される。そして、径方向に1列に並んだ8本の第1および第2直線部22a,22bの各列が、スロット13のそれぞれに収納される。
 つぎに、巻線アッセンブリ21の結線方法について図15および図16を参照しつつ説明する。図15はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子を軸方向他端側から見た端面図、図16はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子巻線の結線図である。
 なお、図15中、1,7,13・・・、43はスロット13に周方向に順にふったスロット番号である。U1-1A,U1-2A・・・U1-8AおよびU1-1B,U1-2B・・・U1-8Bは、スロット番号(1+6n)(但し、nは0を含む自然数)のスロット13の群に装着されたU1相を構成する巻線体22の巻線端であり、U2-1A,U2-2A・・・U2-8A,U2-2AおよびU2-1B,U2-2B・・・U2-8Bはスロット番号(2+6n)のスロット13の群に装着されたU2相を構成する巻線体22の巻線端である。
 また、巻線体22がスロット番号(3+6n)のスロット群に装着され、V1相を構成し、巻線体22がスロット番号(4+6n)のスロット群に装着され、V2相を構成する。巻線体22がスロット番号(5+6n)のスロット群に装着され、W1相を構成し、巻線体22がスロット番号(6+6n)のスロット群に装着され、W2相を構成する。ここでは、説明の便宜上、V1-1A,V1-2A,V1-1B,V1-2B(V1相を構成する巻線体22の巻線端)、V2-1A,V2-2A,V2-1B,V2-2B(V2相を構成する巻線体22の巻線端)、W1-1A,W1-2A,W1-1B,W1-2B(W1相を構成する巻線体22の巻線端)、W2-1A,W2-2A,W2-1B,W2-2B(W2相を構成する巻線体22の巻線端)のみを示している。
 まず、U1-1BとU1-3A、U1-3BとU1-5A、U1-5BとU1-7A、U1-7BとU2-8B、U2-8AとU2-6B、U2-6AとU2-4B、U2-4AとU2-2B、U2-2AとU2-1A、U2-1BとU2-3A、U2-3BとU2-5A、U2-5BとU2-7A、U2-7BとU1-8B、U1-8AとU1-6B、U1-6AとU1-4B、U1-4AとU1-2Bを接続する。これにより、U1相とU2相を構成する16本の巻線体22を直列に接続したU相巻線が得られる。
 ついで、V1-1BとV1-3A、V1-3BとV1-5A、V1-5BとV1-7A、V1-7BとV2-8B、V2-8AとV2-6B、V2-6AとV2-4B、V2-4AとV2-2B、V2-2AとV2-1A、V2-1BとV2-3A、V2-3BとV2-5A、V2-5BとV2-7A、V2-7BとV1-8B、V1-8AとV1-6B、V1-6AとV1-4B、V1-4AとV1-2Bを接続する。これにより、V1相とV2相を構成する16本の巻線体22を直列に接続したV相巻線が得られる。
 ついで、W1-1BとW1-3A、W1-3BとW1-5A、W1-5BとW1-7A、W1-7BとW2-8B、W2-8AとW2-6B、W2-6AとW2-4B、W2-4AとW2-2B、W2-2AとW2-1A、W2-1BとW2-3A、W2-3BとW2-5A、W2-5BとW2-7A、W2-7BとW1-8B、W1-8AとW1-6B、W1-6AとW1-4B、W1-4AとW1-2Bを接続する。これにより、W1相とW2相を構成する16本の巻線体22を直列に接続したW相巻線が得られる。
 さらに、U1-2AとV1-2AとW1-2Aとを接続する。これにより、16本の巻線体22を直列に接続したU相巻線と、16本の巻線体22を直列に接続したV相巻線と、16本の巻線体22を直列に接続したW相巻線とをY結線して構成される固定子巻線20が得られる。この固定子巻線20は、全節巻きの分布巻きの3相交流巻線となる。
 このように結線された固定子巻線20を用いた回転電機100は、固定子巻線20に所定の交流電力を給電することで、8極、48スロットのインナーロータ型の3相モータとして動作する。
 このように構成された回転電機100では、導体線を螺旋状に4ターン巻回して作製された巻線体22を周方向に1スロットピッチで配列して構成された巻線アッセンブリ21により固定子巻線20が構成されている。そこで、巻線体22が1極分の寸法となり、特許文献2に記載の固定子巻線に比べて、導体線の長さが著しく短くなり、製造装置が小規模となり、低価格化を図ることができる。また、第1および第2直線部22a,22bの軸長を変えて巻線体22を作製することは容易にできるので、装着される固定子鉄心11が変更となっても、安価に、かつ簡易に対応できる。
 さらに、特許文献3に記載の固定子巻線に比べて、溶接箇所が著しく削減され、溶接工程および溶接部間の絶縁処理工程が簡略化され、低コスト化が図られる。
 巻線体22は、第1および第2コイルエンド22c、22dを第1および第2頂部22e,22fで径方向に第1および第2直線部22a,22bの径方向寸法に略等しい隙間dだけシフトするように構成されている。そこで、特許文献1に記載の固定子巻線に比べて、コイルエンド群の径方向および軸方向の寸法が小さくなり、回転電機100の小型化を実現できる。また、導体線の長さが短くなり、固定子巻線20の低抵抗化が図られ、回転電機100の効率を向上できる。さらに、固定子巻線20での発熱が抑えられ、使用部品の熱劣化を抑制できるとともに、導体線の長さが短くなるので、軽量化も図られる。
 巻線体22が、第1および第2コイルエンド22c、22dを第1および第2頂部22e,22fで径方向に第1および第2直線部22a,22bの径方向寸法に略等しい隙間dだけシフトするように構成されているので、巻線体22を干渉無く1スロットピッチで配列することができ、巻線アッセンブリ21の組立性が向上される。同一形状の巻線体22を1スロットピッチで周方向に配列して巻線アッセンブリ21を組み立てているので、他種類の巻線体を作製する必要がなく、製造設備の台数が削減され、設備の構成が簡略化され、量産性が高められる。
 固定子巻線20を構成するU相、V相およびW相の巻線が、それぞれ、隣り合うスロット13に装着された巻線体22を直列に接続して構成されている。そして、隣り合うスロット13に装着された巻線体22は電気角が異なるので、回転子5により隣り合うスロット13に装着された巻線体22に誘起される電圧が異なり、導体線内に流れる渦電流が小さくなる。
 第1および第2コイルエンド22c、22dが軸方向から見て第1および第2頂部22e,22fで径方向に隙間dだけシフトされた2つの円弧状により構成され、第1および第2コイルエンド22c,22dが固定子鉄心11のティース12bの先端面より径方向外方に位置している。そこで、第1および第2コイルエンド22c,22dと回転子5との間の干渉が確実に阻止される。また、第1および第2コイルエンド22c,22dが固定子鉄心11のコアバック部12aの径方向内方に位置しているので、コアバック部12aの軸方向外方に形成される空きスペースを冷却部材などの設置スペースに利用することができる。
 スロット13内に径方向に1列に配列された第1および第2直線部22a,22bが長方形断面に形成されているので、占積率が高められ、回転電機100の高出力化が図られる。
 また、第1および第2直線部22a,22bが長方形断面の長辺方向を周方向に向けてスロット13内に径方向に1列に配列されているので、スロット深さ方向の寸法が小さくなり、回転電機100の径方向寸法の小型化を図ることができる。
 スロット13内に径方向に1列に配列された第1および第2直線部22a,22bが長方形断面に形成されているので、占積率が高められ、回転電機100の高出力化が図られる。
 また、巻線体22が、径方向に配列された第1および第2コイルエンド22c,22dの傾斜角度が略等しく、第1および第2コイルエンド22c,22dの第1および第2頂部22e,22fの固定子鉄心11の軸端面からの高さが、径方向内方に向って漸次低くなっている。そこで、巻線アッセンブリ21を組み立てる際に、巻線体22を干渉無く周方向に移動させることができるとともに、巻線体22を構成する導体線の長さが短くなり、固定子巻線20の低抵抗化が図られる。
 なお、上記実施の形態1では、巻線体22が長方形断面の導体線で作製されているものとしているが、巻線体を構成する導体線の断面形状は、長方形に限定されず、例えば円形断面や正方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および第2直線部22a,22bが長方形断面の長辺方向を周方向に向けてスロット13内に径方向に1列に配列されているものとしているが、第1および第2直線部22a,22bは長方形断面の短辺方向を周方向に向けてスロット13内に径方向に1列に配列してもよい。
 また、上記実施の形態1では、巻線体22の第1および第2巻線端22g,22hの溶接部間の絶縁について、何ら記載していないが、例えば溶接部に電気絶縁性樹脂を塗布すればよい。また、導体線が絶縁被覆されているので、第1および第2直線部22a,22bとティース12bとの間の絶縁については問題ないが、例えば、絶縁紙などを第1および第2直線部22a,22bとティース12bとの間に介装させれば、第1および第2直線部22a,22bとティース12bとの間の絶縁性が確実に確保される。
 つぎに、固定子10の組み立て方法について図を参照しつつ説明する。図17乃至図22はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する斜視図、図23乃至図28はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法を説明する模式図、図29乃至図31はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る回転電機における巻線アッセンブリの組み立て方法における48番目の巻線体を組み込む手順を説明する模式図、図32はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における外径が最終外径R0の巻線アッセンブリを構成する巻線体を軸方向から見た模式図、図33はこの発明の実施の形態1に係る回転電機における外径が最終外径R0より大きい外径R1の巻線アッセンブリを構成する1つの巻線体を軸方向からみた模式図である。図34乃至図39はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る回転電機における固定子の組み立て方法を説明する図であり、図34および図35は固定子組み立て前の状態を示し、図36は隣り合う鉄心ブロックのコアバック部が当接する直前の状態を示し、図37は隣り合う鉄心ブロックのコアバック部が当接する直前の状態を拡大して示し、図38は固定子組み立て後の状態を示し、図39は固定子組立後の状態を拡大して示している。なお、図35乃至図39は、便宜上、巻線アッセンブリ21は第1および第2直線部22a,22bのみで表されている。
 まず、導体線を螺旋状に4ターン巻回して巻線体22を作製する。ここで、説明の便宜上、巻線体22を組み付け順に巻線体221、巻線体222、巻線体223、巻線体2247、巻線体2248とする。
 そして、図17および図23に示されるように、1番目および2番目の巻線体221,222を軸方向高さ位置を揃えて周方向に隣接させる。ついで、図18および図24に示されるように、2番目の巻線体222の第1直線部22aを、1番目の巻線体221の第2直線部22b間に差し込む。ついで、2番目の巻線体222の第1直線部22aが、1番目の巻線体221の第1直線部22aから1スロットピッチ(1スロット間の角度)離間した位置となるまで、2番目の巻線体222を周方向に移動させる。これにより、2つの巻線体221,222が、図19および図25に示されるように、組み立てられる。2つの巻線体221,222の組立体は、巻線体222の導体線が巻線体221の導体線間の隙間に入り込み、径方向に重なり合い、剛性が高まる。
 ついで、図20および図26に示されるように、3番目の巻線体223を巻線体221,222の組立体に軸方向高さ位置を揃えて周方向に隣接させる。ついで、図21および図27に示されるように、3番目の巻線体223の第1直線部22aを、巻線体221,222の第2直線部22b間に差し込む。ついで、3番目の巻線体223の第1直線部22aが、2番目の巻線体222の第1直線部22aから1スロットピッチ(1スロット間の角度)離間した位置となるまで、3番目の巻線体223を周方向に移動させる。これにより、3つの巻線体221,222,223からなるサブアッセンブリ24が、図22および図28に示されるように、組み立てられる。
 同様にして、巻線体22を順次、軸方向高さ位置を揃え、周方向に移動させて、47番目の巻線体2247まで組み上げる。47個の巻線体221~2247が組み上げられた組立体23は、拡径されて、図29に示されるように、1番目の巻線体221と47番目の巻線体2247との間を48番目の巻線体2248の周方向幅より広げたC字状に成形される。
 ついで、図30に示されるように、48番目の巻線体2248を47番目の巻線体2247側に組み付ける。さらに、図31に示されるように、C字状の組立体23の開口を閉じ、1番目の巻線体221と48番目の巻線体2248とを組み付け、円環状の巻線アッセンブリ21が組み立てられる。
 このように組み立てられた巻線アッセンブリ21は、8本の第1および第2直線部22a,22bの列が略等角ピッチで48列配列されている。そして、巻線アッセンブリ21の巻線体22のそれぞれを径方向外方に少し動かして、巻線アッセンブリ21の外径を最終外径(固定子鉄心11に組み込まれた巻線アッセンブリ21の外径)より大きくする。これにより、第1および第2直線部22a,22bの列間の間隔が広がる。
 ここで、最終外径R0の巻線アッセンブリ21を構成する巻線体22は、図32に示されるように、一方のスロット13に収納される4本の第1直線部22aが間隔dをあけて直線状に配列し、他方のスロット13に収納される4本の第2直線部22bが間隔dをあけて直線状に配列している。そして、最終外径R0より大きい外径R1の巻線アッセンブリ21の1つの巻線体22は、図33に示されるように、外径の変化(R0→R1)に反比例し、第1直線部22aと第2直線部22bがなす角φが小さくなる。
 ついで、48個の鉄心ブロック12が、図34および図35に示されるように、ティース12bのそれぞれを、外径R1の巻線アッセンブリ21の隣り合う第1および第2直線部22a,22bの列間の径方向外方に位置させるように、周方向に略等角ピッチで配列される。ついで、周方向に配列された鉄心ブロック12を、同時に径方向内方に移動させる。これにより、鉄心ブロック12のティース12bのそれぞれが隣り合う第1および第2直線部22a,22bの列間に挿入される。
 このとき、図36および図37に示されるように、外径R1の巻線アッセンブリ21の1番目の巻線体221の第2直線部22bには右側の鉄心ブロック12のティース12bが接し、7番目の巻線体巻線体227の第1直線部22aには、左側の鉄心ブロック12のティース12bが接している。
 そして、周方向に配列された鉄心ブロック12をさらに内径側に移動させると、各列の第1および第2直線部22a,22bが先細り状のティース12bにより1列に並ぶように移動する。これにより、巻線アッセンブリ21が縮径し、巻線アッセンブリ21の最外径に位置する第2直線部22bが隣り合う鉄心ブロック12のコアバック部12aに当接する。さらに、周方向に配列された鉄心ブロック12をさらに内径側に移動させると、隣り合う鉄心ブロック12の周方向の側面同士が突き合わされて、鉄心ブロック12の径方向内方への移動が阻止され、図38および図39に示されるように、巻線アッセンブリ21が固定子鉄心11に装着される。そして、各スロット13内には、8本の第1および第2直線部22a,22bが、長方形断面の長辺を周方向に向けて、径方向に1列に整列されて並んで収納される。
 このように、周方向に配列された鉄心ブロック12を内径側に移動させて、巻線アッセンブリ21に挿入することで、径方向に不揃いに並んでいる第1および第2直線部22a,22bが、隣り合う鉄心ブロック21のティース12bの間隔が狭まる動きにより整列される。さらに、径方向に整列された第1および第2直線部22a,22bの相互間の隙間が、鉄心ブロック12のコアバック部12aの内径側への移動により、縮小され、あるいはなくなる。そこで、スロット13内の導体線の占積率を向上させることができる。また、スロット13内の導体線と鉄心ブロック12とが接しており、通電時に発熱体となる巻線アッセンブリ21から電機子鉄心11への伝熱性能を向上させることができるため、巻線アッセンブリ21の温度上昇を抑制し、電気抵抗の増加を抑制することができる。また、鉄心ブロック12は隣り合うティース12b間の間隔が徐々に狭まるように挿入されるので、電機子巻線20と鉄心ブロック12との接触面での摺動が抑えられ、導体線の絶縁被膜の損傷を防止することができる。
 この実施の形態1によれば、48個の巻線体22を周方向に1スロットピッチで配列させて巻線アッセンブリ21を組み立て、鉄心ブロック12のティース12bを巻線アッセンブリ21の外周側から第1および第2直線部22a,22bの列間に差し込んで、固定子10を組み立てているので、固定子10の組立作業性が高められる。
 巻線体22が、第1および第2コイルエンド22c、22dを第1および第2頂部22e,22fで径方向に第1および第2直線部22a,22bの径方向寸法に略等しい隙間dだけシフトするように構成されている。そこで、1つの巻線体22を、他の1つの巻線体22に、軸方向の高さ位置を合わせて、他の1つの巻線体22側に周方向に移動させることで、干渉無く組み付けることができ、巻線アッセンブリ21の組立性を向上することができる。
 鉄心ブロック12のティース12bを巻線アッセンブリ21の外周側から第1および第2直線部22a,22bの列間に差し込む工程に先立って、巻線アッセンブリ21の外径を拡径している。そこで、鉄心ブロック12の巻線アッセンブリ21への装着が簡易となり、固定子10の組立作業性が高められる。また、先細り状のティース12bを第1および第2直線部22a,22bの列間のそれぞれに外径側から挿入して径方向内方に移動させるので、第1および第2直線部22a,22bが1列に整列化される。さらに、巻線アッセンブリ21の最外径に位置する第2直線部22bが隣り合う鉄心ブロック12のコアバック部12aに当接してから、隣り合う鉄心ブロック12の周方向の側面同士が突き合わされるまでの鉄心ブロック12の移動力が、最外径に位置する第2直線部22bを径方向内方に押し込むように作用する。これにより、巻線アッセンブリ21が最終直径に縮径され、第1および第2直線部22a,22bの各列が整列化され、スロット13内に高密度に収納される。
 なお、上記実施の形態1では、鉄心ブロック12を巻線アッセンブリ21の第1および第2直線部22a,22bの列間に差し込む工程に先立って、巻線アッセンブリ21の巻線体22のそれぞれを径方向外方に少し動かして、巻線アッセンブリ21を拡径するものとしているが、巻線体22の周方向の配列ピッチを1スロットピッチより大きくして、拡径された巻線アッセンブリを組み立ててもよい。
 また、上記実施の形態1では、1本のティース12bが円弧状のコアバック部12aに突設された、円環状の固定子鉄心11を48等分割した鉄心ブロック12を用いるものとしているが、2個の鉄心ブロック12が一体に作製された、すなわち2本のティースが円弧状のコアバック部から突設された鉄心ブロックを用いてもよい。この場合、鉄心ブロックの個数が半減するので、固定子10の組立作業性が高められる。
 また、上記実施の形態1では、48個の巻線体22を1個ずつ周方向に移動させて巻線アッセンブリ21を組み立てるものとしているが、例えば、3個の巻線体22を1個ずつ周方向に移動させて、図22に示される3個の巻線体22からなるサブアッセンブリ24を組み立て、サブアッセンブリ24を1体ずつ周方向に移動させて巻線アッセンブリ21を組み立ててもよい。この場合、最後の1体を組み付ける前に、C字状の組立体の開口幅をサブアッセンブリ24の周方向幅より広くする必要がある。また、3個の巻線体22からなるサブアッセンブリ24は、1個の巻線体22に比べて、剛性が高められるので、ハンドリングが容易となり、巻線アッセンブリの組立作業性が高められる。また、サブアッセンブリ24を構成する巻線体22の個数は3個に限定されず、複数個であればよい。
 実施の形態2.
 図40はこの発明の実施の形態2に係る回転電機における固定子巻線の結線図である。
 実施の形態2では、図40に示されるように、まず、U1-1AとU2-1Aが接続される。そして、U1-1BとU1-3A、U1-3BとU1-5A、U1-5BとU1-7A、U1-7BとU2-8B、U2-8AとU2-6B、U2-6AとU2-4B、U2-4AとU2-2Bを接続する。ついで、U2-1BとU2-3A、U2-3BとU2-5A、U2-5BとU2-7A、U2-7BとU1-8B、U1-8AとU1-6B、U1-6AとU1-4B、U1-4AとU1-2Bを接続する。これにより、U1相とU2相を構成する8本の巻線体22を直列に接続した2つの巻線群を並列に接続したU相巻線が得られる。
 また、V1-1AとV2-1Aが接続される。そして、V1-1BとV1-3A、V1-3BとV1-5A、V1-5BとV1-7A、V1-7BとV2-8B、V2-8AとV2-6B、V2-6AとV2-4B、V2-4AとV2-2Bを接続する。ついで、V2-1BとV2-3A、V2-3BとV2-5A、V2-5BとV2-7A、V2-7BとV1-8B、V1-8AとV1-6B、V1-6AとV1-4B、V1-4AとV1-2Bを接続する。これにより、V1相とV2相を構成する8本の巻線体22を直列に接続した2つの巻線群を並列に接続したV相巻線が得られる。
 また、W1-1AとW2-1Aが接続される。そして、W1-1BとW1-3A、W1-3BとW1-5A、W1-5BとW1-7A、W1-7BとW2-8B、W2-8AとW2-6B、W2-6AとW2-4B、W2-4AとW2-2Bを接続する。ついで、W2-1BとW2-3A、W2-3BとW2-5A、W2-5BとW2-7A、W2-7BとW1-8B、W1-8AとW1-6B、W1-6AとW1-4B、W1-4AとW1-2Bを接続する。これにより、W1相とW2相を構成する8本の巻線体22を直列に接続した2つの巻線群を並列に接続したW相巻線が得られる。
 さらに、U1-2AとV1-2AとW1-2Aを接続し、U2-2AとV2-2AとW2-2Aを接続する。これにより、8本の巻線体22を直列に接続した2つの巻線群を並列に接続したU相巻線と、8本の巻線体22を直列に接続した2つの巻線群を並列に接続したV相巻線と、8本の巻線体22を直列に接続した2つの巻線群を並列に接続したW相巻線とをY結線して構成される固定子巻線20Aが得られる。この固定子巻線20Aは、全節巻きの分布巻きの3相交流巻線となる。
 このように結線された固定子巻線20Aを用いた回転電機は、固定子巻線20Aに所定の交流電力を給電することで、8極、48スロットのインナーロータ型の3相モータとして動作する。
 実施の形態3.
 図41はこの発明の実施の形態3に係る回転電機における固定子巻線の結線図である。
 この実施の形態3では、図41に示されるように、まず、U1-1BとU1-3A、U1-3BとU1-5A、U1-5BとU1-7A、U1-7BとU2-1A、U2-1BとU2-3A、U2-3BとU2-5A、U2-5BとU2-7A、U2-7BとU1-8B、U1-8AとU1-6B、U1-6AとU1-4B、U1-4AとU1-2B、U1-2AとU2-8B、U2-8AとU2-6B、U2-6AとU2-4B、U2-4AとU2-2Bを接続する。これにより、U1相とU2相を構成する16本の巻線体22を直列に接続したU相巻線が得られる。
 また、V1-1BとV1-3A、V1-3BとV1-5A、V1-5BとV1-7A、V1-7BとV2-1A、V2-1BとV2-3A、V2-3BとV2-5A、V2-5BとV2-7A、V2-7BとV1-8B、V1-8AとV1-6B、V1-6AとV1-4B、V1-4AとV1-2B、V1-2AとV2-8B、V2-8AとV2-6B、V2-6AとV2-4B、V2-4AとV2-2Bを接続する。これにより、V1相とV2相を構成する16本の巻線体22を直列に接続したV相巻線が得られる。
 そして、W1-1BとW1-3A、W1-3BとW1-5A、W1-5BとW1-7A、W1-7BとW2-1A、W2-1BとW2-3A、W2-3BとW2-5A、W2-5BとW2-7A、W2-7BとW1-8B、W1-8AとW1-6B、W1-6AとW1-4B、W1-4AとW1-2B、W1-2AとW2-8B、W2-8AとW2-6B、W2-6AとW2-4B、W2-4AとW2-2Bを接続する。これにより、W1相とW2相を構成する16本の巻線体22を直列に接続したW相巻線が得られる。
 さらに、U2-2AとV1-1Aを接続し、V2-2AとW1-1Aを接続し、W2-2AとU1-1Aを接続する。これにより、16本の巻線体22を直列に接続したU相巻線と、16本の巻線体22を直列に接続したV相巻線と、16本の巻線体22を直列に接続したW相巻線とをΔ結線して構成される固定子巻線20Bが得られる。この固定子巻線20Bは、全節巻きの分布巻きの3相交流巻線となる。
 このように結線された固定子巻線20Bを用いた回転電機は、固定子巻線20Bに所定の交流電力を給電することで、8極、48スロットのインナーロータ型の3相モータとして動作する。
 実施の形態4.
 図42はこの発明の実施の形態4に係る回転電機における巻線アッセンブリを構成する巻線体を示す斜視図である。
 図42において、連続巻線体25は、隣り合う一方の巻線体22の第2巻線端22hと他方の巻線体22の第1巻線端22gとを渡り線により第2コイルエンド22dの外側で連結して構成された巻線体であり、1本の導体線で作製されている。
 なお、この実施の形態4では、巻線体22に替えて連続巻線体25を用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
 この実施の形態4によれば、連続巻線体25が隣り合う2つの巻線体22を一体化したものと等価に構成されているので、巻線アッセンブリを構成する連続巻線体25が24個となり、巻線アッセンブリの組立が容易となる。また、巻線アッセンブリの巻線端の溶接箇所が半減され、溶接工程および溶接部の絶縁処理工程が一層簡略化され、生産性が高められる。
 なお、上記実施の形態4では、毎極毎相当たりのスロット数が2であり、隣り合う2つの巻線体を1本の導体線で作製するものとしているが、1本の導体線で作製する連続する巻線体の個数は、2以上、かつ毎極毎相当たりのスロット数以下であればよい。つまり、毎極毎相当たりのスロット数が3の場合、隣り合う3つの巻線体を1本の導体線で作製してもよいし、隣り合う2つの巻線体のみを1本の導体線で作製してもよい。
 実施の形態5.
 図43はこの発明の実施の形態5に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を軸方向一端側から見た展開図である。なお、図43では、便宜上、コイルエンドを直線的に示している。
 図43において、巻線体22Aは、連続する6本のティース12bの一側のスロット13の第1層、第2層、第5層および第6層に収納された4本の第1直線部22aと、連続する6本のティース12bの他側のスロット13の第3層、第4層、第7層および第8層に収納された4本の第2直線部22aと、第1および第2直線部22a,22bの列間で、長さ方向の一端同士と他端同士とを交互に連結する第1および第2コイルエンド22c,22dと、を備えている。
 4本の第1コイルエンド22cは、一方のスロット13の第1層、第2層、第5層および第6層の第1直線部22aの一端から所定の傾斜角度で他方の列の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、それぞれ、第1頂部22e(図示せず)で略直角に曲げられて径方向外方(スロット深さ方向の底部側)に距離2dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜角度で他方のスロット13の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、他方のスロット13の第3層、第4層、第7層および第8層の第2直線部22bの一端に接続されている。
 2本の第2コイルエンド22dは、他方のスロット13の第3層および第7層の第2直線部22bの他端から所定の傾斜角度で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、第2頂部22f(図示せず)で略直角に曲げられて径方向内方(スロット深さ方向の開口側)に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜角度で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、一方のスロット13の第2層および第6層の第1直線部22aの他端に接続されている。
 1本の第2コイルエンド22dは、他方のスロット13の第4の第2直線部22bの他端から所定の傾斜角度で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、第2頂部22f(図示せず)で略直角に曲げられて径方向外方に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜角度で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、一方のスロット13の第5層の第1直線部22aの他端に接続されている。
 このように構成された巻線体22Aにおいては、第1および第2直線部22a,22b、および第1および第2コイルエンド22c,22dは、それぞれ、導体線の長方形断面の長辺で構成される平面を相対させ、導体線の長方形断面の短辺方向に、1列に配列されている。そして、第1および第2直線部22a,22bは、径方向に関し、連結する第1および第2コイルエンド22c、22dの第1および第2頂部22e,22fでの径方向の変位量だけ変位している。つまり、第1直線部22aは、一方のスロット13内の第1層、第2層、第5層および第6層に収納され、第2直線部22bは他方のスロット13内の第3層、第4層、第7層および第8層に収納されている。
 また、各スロット13には、一方の巻線体22Aの第1直線部22aと他方の巻線体22Aの第2直線部22bが径方向(スロット深さ方向に)に1列に並んで収納されている。そして、一方の巻線体22Aの第1直線部22aが第1層、第2層、第5層および第6層に収納され、他方の巻線体22Aの第2直線部22bが第3層、第4層、第7層および第8層に収納されている。
 したがって、巻線体22Aも、互いに干渉することなく、周方向に1スロットピッチで配列されるので、上記実施の形態1と同様の効果を奏する。
 この実施の形態5では、第1および第2頂部22e,22fの径方向の最大変位量(2d)が、スロット13内の第1および第2直線部22a,22bの配列方向の総厚み(4d)より小さいので、特許文献1に記載の固定子巻線に比べて、コイルエンド群の径方向および軸方向の寸法が小さくなり、回転電機の小型化を実現できる。
 また、巻線体22Aを組み立てる際に、一方の巻線体22Aの導体線間の径方向隙間に他方の巻線体22Aの導体線が入るように、2つの巻線体22Aを径方向に整列させる必要がある。本実施の形態5によれば、上側の第1コイルエンド部22cの第1頂部22eにおける径方向変位量が2dとなっているので、2つの巻線体22Aの整列が容易となり、組立性を向上させることができる。また、2つの巻線体の整列が困難な多巻数の巻線体の組み立てに本実施の形態5を適用すれば、効果が顕著となる。
 さらに、第1頂部22eにおける径方向変位量が2dとなっており、第1層から第3層をつなぐ第1コイルエンド部22cと第2層から第4層をつなぐ第1コイルエンド部22cの形状と、第5層から第7層をつなぐ第1コイルエンド部22cと第6層から第8層をつなぐ第1コイルエンド部22cの形状が略同一となり、巻線体の成形が容易となる。本出願人は、第1頂部22eにおける径方向変位量を略a×dとしたときに、aを巻線体の巻数mの約数とすることで、同様の効果が得られることを見いだした。
 実施の形態6.
 図44はこの発明の実施の形態6に係る回転電機における3つの巻線体が固定子鉄心の同一スロット群に周方向に連続して装着された状態を軸方向一端側から見た展開図である。なお、図44では、便宜上、コイルエンドを直線的に示している。
 図44において、巻線体22Bは、連続する6本のティース12bの一側のスロット13の第1層、第2層、第5層および第7層に収納された4本の第1直線部22aと、連続する6本のティース12bの他側のスロット13の第3層、第4層、第6層および第8層に収納された4本の第2直線部22aと、第1および第2直線部22a,22bの列間で、長さ方向の一端同士と他端同士とを交互に連結する第1および第2コイルエンド22c,22dと、を備えている。
 2本の第1コイルエンド22cは、一方のスロット13の第1層および第2層の第1直線部22aの一端から所定の傾斜で他方の列の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、それぞれ、第1頂部22e(図示せず)で略直角に曲げられて径方向外方(スロット深さ方向の底部側)に距離2dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜で他方のスロット13の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、他方のスロット13の第3層および第4層の第2直線部22bの一端に接続されている。
 他の2本の第1コイルエンド22cは、一方のスロット13の第5層および第7層の第1直線部22aの一端から所定の傾斜で他方の列の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、それぞれ、第1頂部22e(図示せず)で略直角に曲げられて径方向外方(スロット深さ方向の底部側)に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜で他方のスロット13の第2直線部22b側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、他方のスロット13の第6層および第8の第2直線部22bの一端に接続されている。
 1本の第2コイルエンド22dは、他方のスロット13の第3層の第2直線部22bの他端から所定の傾斜で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、第2頂部22f(図示せず)で略直角に曲げられて径方向内方(スロット深さ方向の開口側)に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、一方のスロット13の第2層の第1直線部22aの他端に接続されている。
 他の2本の第2コイルエンド22dは、他方のスロット13の第4層および6層の第2直線部22bの他端から所定の傾斜で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向外方に延出し、第2頂部22f(図示せず)で略直角に曲げられて径方向外方に距離dだけ変位し、その後略直角に曲げられて所定の傾斜で一方のスロット13の第1直線部22a側に、かつ第1および第2直線部22a,22bの長さ方向内方に延出し、一方のスロット13の第5層および第7層の第1直線部22aの他端に接続されている。
 このように構成された巻線体22Bにおいては、第1および第2直線部22a,22b、および第1および第2コイルエンド22c,22dは、それぞれ、導体線の長方形断面の長辺で構成される平面を相対させ、導体線の長方形断面の短辺方向に、1列に配列されている。そして、第1および第2直線部22a,22bは、径方向に関し、連結する第1および第2コイルエンド22c、22dの第1および第2頂部22e,22fでの径方向の変位量だけ変位している。つまり、第1直線部22aは、一方のスロット13内の第1層、第2層、第5層および第7層に収納され、第2直線部22bは他方のスロット13内の第3層、第4層、第6層および第8層に収納されている。
 また、各スロット13には、一方の巻線体22Bの第1直線部22aと他方の巻線体22Bの第2直線部22bが径方向(スロット深さ方向に)に1列に並んで収納されている。そして、一方の巻線体22Bの第1直線部22aが第1層、第2層、第5層および第7層に収納され、他方の巻線体22Bの第2直線部22bが第3層、第4層、第6層および第8層に収納されている。
 したがって、巻線体22Bも、互いに干渉することなく、周方向に1スロットピッチで配列されるので、上記実施の形態1と同様の効果を奏する。
 この実施の形態6では、第1および第2頂部22e,22fの径方向の最大変位量(2d)が、スロット13内の第1および第2直線部22a,22bの配列方向の総厚み(4d)より小さいので、特許文献1に記載の固定子巻線に比べて、コイルエンド群の径方向および軸方向の寸法が小さくなり、回転電機の小型化を実現できる。
 なお、上記各実施の形態では、インナーロータ型の電動機ついて説明しているが、本発明をアウターロータ型の電動機に適用しても、同様の効果を奏する。
 また、上記各実施の形態では、本願を電動機に適用した場合について説明しているが、本願を発電機に適用しても、同様の効果を奏する。
 また、上記各実施の形態では、固定子を用いて説明しているが、電機子は固定子に限定されず、回転子が巻線形回転子の場合には、本願を回転子に適用しても、同様の効果を奏する。
 また、上記各実施の形態では、8極48スロットの回転電機について説明しているが、極数およびスロット数は、8極48スロットに限定されないことは言うまでもないことである。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。
 また、上記各実施の形態では、絶縁被覆された導体線を用いて巻線体を作製するものとしているが、絶縁被覆されていない導体線を用いて作製された巻線体に絶縁被覆処理を施してもよい。
 また、上記各実施の形態では、スロット数が毎極毎相当たり2の割合で形成され、巻線体の第1および第2直線部間の間隔を6スロット角度間隔として固定子巻線を全節巻きに構成するものとしているが、巻線体の第1および第2直線部間の間隔は、6スロット角度間隔に限定されない。例えば、巻線体の第1および第2直線部間の間隔を5スロット角度間隔とすれば、固定子巻線を短節巻きに構成することができ、巻線体の第1および第2直線部間の間隔を7スロット角度間隔とすれば、固定子巻線を長節巻きに構成することができる。さらに、第1および第2直線部間の間隔を5スロット角度間隔とした巻線体と、第1および第2直線部間の間隔を7スロット角度間隔とした巻線体とを周方向に交互に配列すれば、短節巻きと長節巻きとを組み合わせた固定子巻線を構成することができる。

Claims (18)

  1.  電機子鉄心が円環状の電機子巻線に装着されて構成される電機子を有する回転電機において、
     上記電機子巻線は、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をm回(但し、mは2以上の自然数)巻き回して、直線部の端部間がコイルエンドで連結されて螺旋状に構成された巻線体を、上記電機子鉄心の所定スロット数離れたスロット対のそれぞれに1つずつ装着して構成され、
     上記コイルエンドは、連結する上記直線部間の略中央部に、径方向に所定量変位する頂部を有し、
     上記頂部での径方向の変位量が、略a×d(但し、aは1以上、かつ(m-1)以下の自然数、dは上記スロット内に収納された上記直線部の径方向厚み)であり、
     上記スロット内には径方向に重なるように2×m本の2つの異なる上記巻線体の導体線が収納され、
     上記電機子鉄心は、周方向に分割された鉄心ブロックを有し、該鉄心ブロックのそれぞれは、円弧状のコアバック部および該コアバック部から径方向に延設されたティースを備えたことを特徴とする回転電機。
  2.  上記aが2以上の自然数であることを特徴とする請求項1記載の回転電機。
  3.  上記aがmの約数であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転電機。
  4.  電機子鉄心が円環状の電機子巻線に装着されて構成される電機子を有する回転電機において、
     上記電機子巻線は、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をm回(但し、mは2以上の自然数)巻き回して、直線部の端部間がコイルエンドで連結されて螺旋状に構成された巻線体を、上記電機子鉄心の所定スロット数離れたスロット対のそれぞれに1つずつ装着して構成され、
     上記電機子鉄心のスロットのそれぞれには、2つの上記巻線体の直線部が、一方の巻線体の1以上、かつ(m-1)以下の直線部を他方の巻線体の直線部間に入るように径方向に並んで収納されていることを特徴とする回転電機。
  5.  毎極毎相当たりのスロット数が2以上であり、周方向に連続して配列された、2以上、かつ毎極毎相当たりのスロット数と同数以下の上記巻線体が1本の導体線により作製されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の回転電機。
  6.  上記導体線の断面が矩形であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の回転電機。
  7.  上記導体線の断面が長方形であり、スロット内に、長方形断面の長辺を周方向に向けて径方向に並んで収納されていることを特徴とする請求項6記載の回転電機。
  8.  上記巻線体は、上記コイルエンドの頂部の上記電機子鉄心の軸端面からの高さが径方向内方に向って漸次低くなっていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の回転電機。
  9.  上記巻線体は、上記コイルエンドが、上記電機子鉄心のスロット開口端よりスロット底部側に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の回転電機。
  10.  上記巻線体は、上記コイルエンドが、上記電機子鉄心のスロット底部よりスロット開口側に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の回転電機。
  11.  接続部のない連続した導体線をm回(但し、mは2以上の自然数)巻き回して、直線部の端部間がコイルエンドで連結されて螺旋状に構成された巻線体を作製する工程と、
     上記コイルエンドが径方向に重なり合うように上記巻線体を周方向に並べて巻線アッセンブリを組み立てる工程と、
     円弧状のコアバック部および該コアバック部の内周部から径方向内方に延設されたティースを備えた複数の鉄心ブロックを上記巻線アッセンブリの外周に環状に並べて該巻線アッセンブリに径方向に挿入する工程と、を備えていることを特徴とする回転電機の製造方法。
  12.  上記巻線アッセンブリを組み立てる工程は、上記巻線体を1つずつ周方向に移動させて上記巻線アッセンブリを組み立てることを特徴とする請求項11記載の回転電機の製造方法。
  13.  上記巻線アッセンブリを組み立てる工程は、上記巻線アッセンブリを構成する上記巻線体の1つの巻線体を残してC字状の組立体を組み立て、上記組立体のC字状の開口幅が上記巻線体の周方向幅より広くなるように該組立体の開口を広げ、上記残る1つの巻線体を上記組立体の開口から該組立体の周方向の一側に組み付け、その後上記組立体の開口を閉じて開口端の上記巻線体同士を組み付け、上記巻線アッセンブリを円環状に組立てることを特徴とする請求項12記載の回転電機の製造方法。
  14.  上記巻線アッセンブリを組み立てる工程は、複数の上記巻線体を1つずつ周方向に移動させてサブアッセンブリを組み立て、該サブアッセンブリを1つずつ周方向に移動させて上記巻線アッセンブリを組み立てることを特徴とする請求項11記載の回転電機の製造方法。
  15.  上記巻線アッセンブリを組み立てる工程は、上記巻線アッセンブリを構成する上記サブアッセンブリの1つのサブアッセンブリを残してC字状の組立体に組み立て、上記組立体のC字状の開口幅が上記サブアッセンブリの周方向幅より広くなるように該組立体の開口を広げ、上記残る1つのサブアッセンブリを上記組立体の開口から該組立体の周方向の一側に組み付け、その後上記組立体の開口を閉じて開口端の上記サブアッセンブリ同士を組み付け、上記巻線アッセンブリを円環状に組立てることを特徴とする請求項14記載の回転電機の製造方法。
  16.  上記巻線アッセンブリを上記電機子鉄心に装着する工程は、
     上記電機子鉄心を周方向にスロット数と同数に分割された、円弧状のコアバック部および該コアバック部の内周部から径方向内方に延設された1本のティースを有する鉄心ブロックを、上記巻線アッセンブリの外周側に、該ティースの先端が隣り合う上記直線部の列間のそれぞれに向かうように環状に配列し、環状に配列された上記鉄心ブロックを径方向内方に移動させて、該ティースの先端を上記直線部の列間のそれぞれに同時に差し込むことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれか1項に記載の回転電機の製造方法。
  17.  上記巻線アッセンブリを上記電機子鉄心に装着する工程は、
     上記電機子鉄心を上記スロット配列方向にスロット数の半数に等分割された、円弧状のコアバック部および該コアバック部の周方向内周部から周方向に離間して径方向内方に延設された2本のティースを有する鉄心ブロックを、上記巻線アッセンブリの外周側に、該ティースの先端が隣り合う上記直線部の列間のそれぞれに向かうように環状に配列し、環状に配列された上記鉄心ブロックを径方向内方に移動させて、該ティースの先端を上記直線部の列間のそれぞれに同時に差し込むことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれか1項に記載の回転電機の製造方法。
  18.  上記鉄心ブロックの上記ティースが差し込まれる前の上記巻線アッセンブリは、上記電機子鉄心に装着された上記巻線アッセンブリの最終直径より大きな直径に構成されていることを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の回転電機の製造方法。
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