WO2018167853A1 - 回転電機用固定子 - Google Patents
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Abstract
この発明は、小型化を実現できる回転電機用固定子を得る。 本発明の固定子は、巻線体の第1導体端末のうち、複数の小コイル群のそれぞれの小コイル群の一端を構成する第1導体端末のみが、固定子鉄心の軸方向の一側に構成されるA相交流巻線のコイルエンドの周方向に延びる円弧状領域の外径側に周方向に互いに離間して配設され、上記巻線体の第2導体端末のうち、上記複数の小コイル群のそれぞれの上記小コイル群の他端を構成する第2導体端末だけが、上記円弧状領域の内径側に周方向に互いに離間して配設されて、上記A相交流巻線は、上記円弧状領域内に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末を結線して構成され、上記A相交流巻線の給電端子が、上記円弧状領域内に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末都により構成され、上記円弧状領域の角度範囲が、スロット数で、(A×m×n)スロット以下である。
Description
この発明は、例えば電動機や発電機などの回転電機用固定子に関し、特に固定子巻線の結線部の構造に関するものである。
EV(電気自動車)、PEV(プラグイン電気自動車)などに用いられる電動機および発電機では、固定子巻線に大電流を流すことから、断面積の大きなバスバーが用いられる。そこで、バスバーを含む結線ユニットが大型化し、電動機の周辺部品との干渉を招くことから、結線ユニットを電動機の近傍にコンパクトに収める技術が望まれている。
このような状況を鑑み、特許文献1に記載の従来の回転電機では、バスバーを、固定子巻線のコイルエンドの軸方向外方に軸方向に2層に配置し、絶縁部材により、バスバー間を絶縁しつつ、一体的に覆って結線ユニットを作製して、結線ユニットのコンパクト化を図っていた。
特許文献1に記載の従来の回転電機では、並列回路数が1つの構成で、給電端子を構成する3本の端子線の全てが、外周側から、周方向に1つ置きに取り出されるように配置されている。そこで、特許文献1に記載の従来の回転電機では、コイルエンド上の、相巻線を結線するための周方向領域が電気角で360°以上となっており、小型化が図れないという課題があった。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型化を実現できる回転電機用固定子を得ることを目的とする。
この発明の回転電機用固定子は、スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着されたA相交流巻線(但し、Aは3以上の自然数)と、を備え、スロットが毎極毎相当たりのスロット数がm(但し、mは自然数)、かつ上記A相交流巻線における同一相の相巻線の並列数がn(但し、nは自然数)である。上記A相交流巻線は、それぞれ、絶縁被覆された導体線により構成され、上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着されている分布巻きの巻線体を備え、上記巻線体を構成する上記導体線の第1導体端末が上記スロット内の径方向中央より外側から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出し、上記導体線の第2導体端末が上記スロット内の径方向中央より内側から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出している。複数の小コイル群は、それぞれ、上記巻線体の上記第1導体端末と接続対象の上記巻線体の上記第2導体端末とが接続された、1周回する、同じ電気角位相の複数の上記巻線体の直列接続体である。上記巻線体の上記第1導体端末のうち、上記複数の小コイル群のそれぞれの小コイル群の一端を構成する第1導体端末のみが、上記固定子鉄心の軸方向の一側に構成される上記A相交流巻線のコイルエンドの周方向に延びる円弧状領域の外径側に周方向に互いに離間して配設され、上記巻線体の上記第2導体端末のうち、上記複数の小コイル群のそれぞれの上記小コイル群の他端を構成する第2導体端末だけが、上記円弧状領域の内径側に周方向に互いに離間して配設されている。上記A相交流巻線は、上記円弧状領域内に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末を結線して構成され、上記A相交流巻線の給電端子が、上記円弧状領域内に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末とにより構成され、上記円弧状領域の角度範囲が、スロット数で、(A×m×n)スロット以下である。
この発明によれば、結線部のための円弧状領域がスロット数で(A×m×n)以下であるので、円弧状領域の周方向スペースが縮小でき、固定子の小型化が図られる。
以下、本発明による回転電機用固定子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に係る回転電機用固定子を示す斜視図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図3はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図4はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図5はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図6はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する3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ている状態を第2コイルエンド側から見た要部端面図、図7はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子において固定子鉄心に装着された巻線体を径方向外方から見た展開図、図8はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における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9はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における巻線体の接合状態を説明する要部断面図、図10はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図11はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における第1中性点接続用バスバーを示す斜視図、図12はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における中性点結線板を示す斜視図、図13はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における給電コイルを示す斜視図、図14はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における接続コイルを示す斜視図、図15はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線の結線図である。
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子を示す斜視図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図3はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図4はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図5はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図6はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する3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ている状態を第2コイルエンド側から見た要部端面図、図7はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子において固定子鉄心に装着された巻線体を径方向外方から見た展開図、図8はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における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9はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における巻線体の接合状態を説明する要部断面図、図10はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図11はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における第1中性点接続用バスバーを示す斜視図、図12はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における中性点結線板を示す斜視図、図13はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における給電コイルを示す斜視図、図14はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における接続コイルを示す斜視図、図15はこの発明の実施の形態1に係る回転電機用固定子における固定子巻線の結線図である。
図1において、固定子1は、電動機や発電機などの回転電機用固定子であり、円環状の固定子鉄心3と、固定子鉄心3に装着された固定子巻線6と、固定子巻線6を結線する結線ユニット20と、を備えている。ここで、説明の便宜上、固定子鉄心3のスロット数を48個、固定子巻線を三相交流巻線とする。また、スロット5は、毎極毎相当たり2個の割合で固定子鉄心3に形成されているものとする。
鉄心ブロック4は、円環状の固定子鉄心3を周方向に24等分割したもので、図2に示されるように、ケイ素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4aと、それぞれコアバック部4aの内周壁面から径方向内方に突出され、周方向に離間する2本のティース4bと、を備えている。そして、固定子鉄心3は、ティース4bを径方向内方に向けて、コアバック部4aの周方向の側面同士を突き合わせて、周方向に円環状に配列した24個の鉄心ブロック4を、円筒状のフレーム2に焼きばめ、圧入などにより一体化して、作製される。コアバック部4aとティース4bにより構成されるスロット5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。
固定子巻線6は、固定子鉄心3に周方向に1スロットピッチで配設された48個の巻線体10を備えている。
巻線体10は、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平角銅線からなる導体線9をエッジワイズ巻きに巻いて作製された分布巻きの巻線である。具体的には、巻線体10は、図3から図5に示されるように、第1直線部10a、第1コイルエンド部10e、第2直線部10b、第2コイルエンド部10f、第3直線部10c、第3コイルエンド部10gおよび第4直線部10dからなるδ状のコイルパターンを導体線9の長方形断面の短辺の長さ方向に2つ配列し、第4直線部10dと第1直線部10aとを連結線11で連結して構成される。そして、連結線11がコイルエンド部を構成し、導体線9の巻き始め端部が第2導体端末10hを構成し、巻き終わり端部が第1導体端末10iを構成する。
このように構成された巻線体10では、第2直線部10bおよび第4直線部10dが、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間dをあけて1列に4本配列されている。また、第1直線部10aが、第2直線部10bおよび第4直線部10dの列から周方向一側に間隔qだけ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。また、第3直線部10cが、第2直線部10bおよび第4直線部10dの列から周方向他側に間隔qだけ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。ここでは、間隔qは6スロット角度間隔である。6スロット角度間隔とは、連続する6つのティース4bの両側のスロット5のスロット中心間の間隔であり、1磁極ピッチに相当する。また、dは導体線9の長方形断面の短辺の長さである。
ここで、3相分布巻モータであれば、U+、V-、W+、U-、V+、W-で位相の1周期分に相当し、電気角で360°となる。相数をA、毎極毎相当たりのスロット数をmとすると、位相の1周期に対応するスロット数は(A×m×2)となる。このことから、(A×m)は位相の半周期(電気角180°)に対応するスロット数となる。そこで、1スロットピッチに相当する電気角位相は、180°/(A×m)で表される。実施の形態1では、A=3、m=2であるから、1スロットピッチに相当する電気角位相は30°となる。
図6は、それぞれ、3つの巻線体10が、1つのスロット5を共用して固定子鉄心3に装着されている状態を示している。図7は、固定子鉄心に装着された巻線体10を径方向外方から見た状態を示している。図6中、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ3つのスロット5を周方向の並び順に第1スロット51、第2スロット52、第3スロット53、第4スロット54、第5スロット55とする。
図6および図7において、1つの巻線体10に着目すれば、第2スロット52のスロット開口側から第1層(最内径位置)の第1直線部10aから軸方向他端側に延び出た第1コイルエンド部10eは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部で径方向外方に距離dだけレーンチェンジ(以下、シフト)され、その後逆向きの傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第2層の第2直線部10bに連結されている。ついで、第3スロット53のスロット開口側から第2層の第2直線部10bから軸方向一端側に延び出た第2コイルエンド部10fは、傾斜角度θで周方向に第4スロット54側に延び、頭頂部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で周方向に第4スロット54側に延び、第4スロット54のスロット開口側から第3層の第3直線部10cに連結されている。
ついで、第4スロット54のスロット開口側から第3層の第3直線部10cから軸方向他端側に延び出た第3コイルエンド部10gは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部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で周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第4層の第4直線部10dに連結されている。
ついで、第3スロット53のスロット開口側から第4層の第4直線部10dから軸方向一端側に延び出た連結線11は、傾斜角度θで周方向に第2スロット52側に延び、頭頂部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で周方向に第2スロット52側に延び、第2スロット52のスロット開口側から第5層の第1直線部10aに連結されている。第2スロット52のスロット開口側から第5層の第1直線部10aから軸方向他端側に延び出た第1コイルエンド部10eは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部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で周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第6層の第2直線部10bに連結されている。
ついで、第3スロット53のスロット開口側から第6層の第2直線部10bから軸方向一端側に延び出た第2コイルエンド部10fは、傾斜角度θで周方向に第4スロット54側に延び、頭頂部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で周方向に第4スロット54側に延び、第4スロット54のスロット開口側から第7層の第3直線部10cに連結されている。ついで、第4スロット54のスロット開口側から第7層の第3直線部10cから軸方向他端側に延び出た第3コイルエンド部10gは、傾斜角度θで周方向に第3スロット53側に延び、頭頂部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で周方向に第3スロット53側に延び、第3スロット53のスロット開口側から第8層(最外径位置)の第4直線部10dに連結されている。
そこで、第2スロット52の第1層の第1直線部10aと第3スロット53の第2層の第2直線部10bとが、第1コイルエンド部10eにより連結され、第3スロット53の第2層の第2直線部10bと第4スロット54の第3層の第3直線部10cとが、第2コイルエンド部10fにより連結され、第4スロット54の第3層の第3直線部10cと第3スロット53の第4層の第4直線部10dとが、第3コイルエンド部10gにより連結され、δ状のコイルパターンを構成する。
さらに、第2スロット52の第5層の第1直線部10aと第3スロット53の第6層の第2直線部10bとが、第1コイルエンド部10eにより連結され、第3スロット53の第6層の第2直線部10bと第4スロット54の第7層の第3直線部10cとが、第2コイルエンド部10fにより連結され、第4スロット54の第7層の第3直線部10cと第3スロット53の第8層の第4直線部10dとが、第3コイルエンド部10gにより連結され、δ状のコイルパターンを構成する。
このように、巻線体10は、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54に、導体線9を、第2スロット52、第3スロット53、第4スロット54、第3スロット53の順に、かつ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
巻線体10は、2つのδ状のコイルパターンを連結線11で連結して、径方向に2層に配列されて、構成される。つまり、巻線体10は、2つのδ状のコイルパターンが一続きとなるように導体線9を巻いて作製される。そして、3つの巻線体10が共用する第3スロット53には、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dが、導体線9の長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて、径方向に1列に並んで、収納されている。
このように構成された巻線体10を1スロットピッチで同心状に48個配列して、図8に示される巻線アッセンブリ7が作製される。巻線アッセンブリ7においては、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dからなる8本の導体線9が、径方向に1列に並んで、周方向に1スロットピッチで48列配列されている。そして、巻線アッセンブリ7の軸方向他端側には、第1コイルエンド部10eが1スロットピッチで周方向に配列した第1コイルエンド部10eの層と第3コイルエンド部10gが1スロットピッチで周方向に配列した第3コイルエンド部10gの層とが径方向に交互に4層に配列して、第1コイルエンド6aを構成している。また、巻線アッセンブリ7の軸方向一端側には、第2コイルエンド部10fが1スロットピッチで周方向に配列した第2コイルエンド部10fの層と連結線11が1スロットピッチで周方向に配列した連結線11の層とが径方向に交互に3層に配列して、第2コイルエンド6bを構成している。そして、第2導体端末10hの端部が、それぞれ、第2コイルエンド6bの内径側から軸方向外方に延び出て、1スロットピッチで周方向に配列され、第1導体端末10iの端部が、それぞれ、第2コイルエンド6bの外径側から軸方向外方に延び出て、1スロットピッチで周方向に配列されている。
24個の鉄心ブロック4が、それぞれ、径方向に1列に並んだ8本の導体線9をスロット5内に挿入するように、巻線アッセンブリ7の外径側から装着される。そして、巻線アッセンブリ7に装着されて円環状に配列された24個の鉄心ブロック4が、フレーム2に焼き嵌め、圧入などにより、一体化される。これにより、巻線アッセンブリ7が固定子鉄心3に装着される。
つぎに、巻線アッセンブリ7の結線方法について、便宜上、固定子鉄心3に周方向に配設された48個のスロット5に周方向の並び順に1番、2番・・・48番のスロット番号を付して説明する。
まず、スロット番号(1+6n)番(ただし、nは0以上、7以下の自然数)のスロット5からなる第1スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群U11が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群U22が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群U22が構成される。
スロット番号(3+6n)番のスロット5からなる第3スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群V11が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群V22が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群V22が構成される。
スロット番号(5+6n)番のスロット5からなる第5スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群W11が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群W22が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10が装着されている。そして、8個の巻線体10を直列に接続して、小コイル群W22が構成される。
このようにして、それぞれ、固定子鉄心3に周方向に1磁極ピッチで配列されている8個の巻線体10を直列に接続して構成される、1周回する6個の小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22が作製される。すなわち、小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22は、それぞれ、同じ電気角位相の8個の巻線体10を直列に接続して構成され、並列回路の構成単位となる。
ここで、第1スロット群に装着されている8個の巻線体10は、1磁極ピッチで配列されている。1磁極ピッチ離れて配列された一方の巻線体10の第2導体端末10hと他方の巻線体10の第1導体端末10iは、図6に示されるように、同じスロット5から延び出ている。そこで、図9に示されるように、一方の巻線体10の第2導体端末10hを第2コイルエンド6bの軸方向外側の位置で直角に曲げて径方向外方に延ばし、第1導体端末10iの近傍の位置で直角に曲げて軸方向に延ばす。これにより、第2導体端末10hの端部と第1導体端末10iの端部とが径方向に重なる。そして、第2導体端末10hの端部と第1導体端末10iの端部とをTIG溶接などにより接合し、1磁極ピッチ離れて配列された2つの巻線体10が直列に接続される。このようにして、8個の巻線体10が直列に接続されて、小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22が構成される。そして、第1導体端末10iの軸方向に延びる先端部が第1直立部10i2となり、第2導体端末10hの軸方向に延びる先端部が第2直立部10h2となる。第2導体端末10hの第2コイルエンド6bの軸方向外側を径方向に渡っている部分が渡り部12となる。
なお、渡り部12を形成するために第2導体端末10hの2箇所で直角の曲げ部が形成されている。この曲げ部の成形時における導体線9の絶縁被膜の損傷発生を抑制する観点から、曲げ部の曲げ半径は、導体線9の曲げ方向厚み、すなわち板厚dより大きくすることが望ましい。
そして、図10に示されるように、6個の小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22の一端である第2導体端末10hが、第2コイルエンド6bの周方向に円弧状に延びる円弧状領域13の内径側に周方向に1スロットピッチで配列され、他端である第1導体端末10iが第2コイルエンド6bの円弧状領域13の外径側に周方向に不等ピッチで配列されている。また、第2コイルエンド6bの軸方向外側を通って径方向外方に引き出された第2導体端末10hの一部で構成された渡り部12が、6個の小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22の第2および第1導体端末10h,10iが周方向に配列されている円弧状領域13を挟むC字状の領域に、周方向に1スロットピッチで配列されている。
そして、6個の小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22の第2および第1導体端末10h,10iが、円弧状領域13において、結線ユニット20を用いて結線され、6個の小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22が結線される。この円弧状領域13が結線部の結線領域となる。
結線ユニット20は、中性点結線板21と、第2コイルエンド6bの内径側に配置された相巻線の給電端子に接続されて、外部電源からの給電線との接続部を第2コイルエンド6bの外径側に移動させる給電コイル25と、同相の小コイル群間を結線する接続コイル26と、を備えている。第1中性点接続用バスバー22は、図11に示されるように、鋼板を打ち抜き、曲げ加工を施して作製される。中性点結線板21は、図12に示されるように、第1中性点接続用バスバー22を絶縁樹脂24によりインサート成形して作製される。給電コイル25は、図13に示されるように、矩形平板状の鋼板を曲げ成形して、一端部25aと他端部25bが連結部25cの両端から同じ方向に突出するU字状に作製される。接続コイル26は、図14に示されるように、導線をU字状に曲げ成形した作製される。
電気角で30°ずれた小コイル群U11,U22の端部である第2および第1導体端末10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群U11,U22が直列に接続されたU相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V11,V22の端部である第2および第1導体端末10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群V11,V22が直列に接続されたV相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W11,W22の端部である第2および第1導体端末10h,10iを接続コイル26により連結し、小コイル群W11,W22が直列に接続されたW相巻線を作製する。
また、中性点結線板21を第2コイルエンド6b上に配置し、第1中性点接続用バスバー22の端子22a,22b,22cを小コイル群U11,V11,W11の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。これにより、図15に示されるように、U相巻線、V相巻線およびW相巻線をY結線して構成された三相交流巻線である固定子巻線6が形成される。さらに、給電コイル25の一端部25aが固定子巻線6の給電端子を構成する第2導体端末10hに接続される。そして、給電コイル25の他端部25bが、第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びる連結部25cにより、隣り合う第1導体端末10i間のスペースの中央位置に配置される。そこで、外部電力が、給電線(図示せず)を介して給電コイル25の他端部25bと固定子巻線6の残る2本の給電端子を構成する2本の第1導体端末10iに給電される。
ここで、図10中、円弧状領域13内の左側の4本の第1導体端末10iの根元側の第1曲げ部で左側に傾斜するように曲げ、その後第2曲げ部で軸方向に延びるように曲げて、隣り合う第1導体端末10i間の間隔Dが広められている。このとき、第1導体端末10iの第2曲げ部の高さ位置、すなわち固定子鉄心3の端面からの軸方向の距離を変えることで、隣り合う第1導体端末10iの周方向の間隔Dを適宜設定できる。この、間隔Dが広められた隣り合う第1導体端末10i間のスペースの中央部が、固定子巻線6の給電端子を構成する1本の第2導体端末10hの径方向外方に位置している。つまり、径方向外方から見て、固定子巻線6の給電端子を構成する第2導体端末10hが、間隔Dが広められた隣り合う第1導体端末10i間のスペースの中央部に位置している。そして、固定子巻線6の給電端子を構成する第2導体端末10hの給電線との接続部が、第2導体端末10hから径方向外方に延びる給電コイル25により、間隔Dが広められた隣り合う第1導体端末10i間のスペースの中央位置に引き出されている。
また、固定子巻線6は、三相交流巻線により構成されている。固定子巻線6の各相巻線が、16個の巻線体10を直列に接続して構成された1本の巻線である。そこで、この固定子巻線6の相巻線の並列数は1となる。
また、結線部のための円弧状領域13には、図10に示されるように、第2導体端末10hが1スロットピッチで6本配列されている。したがって、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で180°となる。固定子巻線6の相巻線の並列数が1であるので、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で(180×1)°となる。この円弧状領域13の角度範囲をスロット数で表すと、(A×m×n)となる。Aは固定子巻線の相数、mは毎極毎相当たりのスロット数、nは相巻線の並列数である。固定子巻線6は三相交流巻線であるから、A=3となる。毎極毎相当たりのスロット数が2であるので、m=2となる。相巻線の並列が1であるので、n=1となる。つまり、この円弧状領域13の角度範囲をスロット数で表すと、(3×2×1)=6となる。1スロット当たりの電気角は30°であるから、6スロット数は電気角で180°に相当する。
なお、特許文献1では、円弧状領域13に相当する領域の角度範囲は電気角で360°である。そして、特許文献1では、各相巻線は、コイルセグメントを直列に接続して構成された1本の巻線であり、並列数が1であるので、円弧状領域13に相当する領域の角度範囲は電気角で(360×1)°となる。したがって、この実施の形態1によれば、並列数が1で同じであるにも拘わらず、円弧状領域13の角度範囲は、特許文献1の半分の角度範囲にすることができる。
この実施の形態1によれば、固定子巻線6の相巻線の並列数が1であり、巻線体10の第1導体端末10iおよび第2導体端末10hのうち、各小コイル群の両端末である第1導体端末10iおよび第2導体端末10hのみを円弧状領域13内に配置し、各組のU相、V相、W相の3本の給電端子のスロット5内からの引き出し位置を、スロット5内の最内径位置と最外径位置とに分散することにより、電気角で(180×n)°の円弧状領域13の角度範囲を実現している。なお、nは並列数であり、ここでは1である。このように、結線部のための角度範囲を電気角で(180×n)°以下にすることができるので、結線ユニット20の小型、軽量化が図られる。これにより、固定子1の小型,軽量化が図られるので、固定子1を実装した回転電機の車両への搭載性を向上できるとともに、耐振性を向上できる。結線ユニット20を小型化できるので、製造コストおよび材料コストを抑えることができる。
小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22の巻線端である第2導体端末10hと第1導体端末10iとが円弧状領域13にまとめられている。そこで、渡り部12と結線ユニット20とが軸方向に重ならないので、第2コイルエンド6bの軸方向高さを低くでき、固定子1の軸方向寸法を小さくすることができる。
また、結線ユニット20が固定子鉄心3の端面に近づくので、結線ユニット20の耐振性が高められる。
さらに、結線ユニット20が径方向内方に位置している第2導体端末10hの列と径方向外方に位置している第1導体端末10iの列との間に配設されている。これにより、第2コイルエンド6bから径方向への結線ユニット20の突出が抑えられ、結線ユニット20と回転電機の周辺部品との干渉が生じにくくなり、固定子1の搭載性が向上する。
また、結線ユニット20が固定子鉄心3の端面に近づくので、結線ユニット20の耐振性が高められる。
さらに、結線ユニット20が径方向内方に位置している第2導体端末10hの列と径方向外方に位置している第1導体端末10iの列との間に配設されている。これにより、第2コイルエンド6bから径方向への結線ユニット20の突出が抑えられ、結線ユニット20と回転電機の周辺部品との干渉が生じにくくなり、固定子1の搭載性が向上する。
小コイル群U11,U22,V11,V22,W11,W22を構成する巻線体10の第2導体端末10hと第1導体端末10iとが、円弧状領域13を挟むC字状の領域に、径方向内方と外方とに分かれて、周方向に1スロットピッチで配列されている。さらに、第2導体端末10hの第2直立部10h2の周方向位置が、接続対象の第1導体端末10iの第2直立部10i2の周方向位置と一致している。これにより、第2導体端末10hと第1導体端末10iとの接続が容易となる。
第2導体端末10hの第2直立部10h2を接続対象の第1導体端末10iの第1直立部10i2の位置まで引き出す渡り部12が第2導体端末10hに一体に形成されている。そこで、渡り部を別部材で構成する必要がなく、接続構造の簡素化が図られる。
第2導体端末10hの第2直立部10h2を接続対象の第1導体端末10iの第1直立部10i2の位置まで引き出す渡り部12が第2導体端末10hに一体に形成されている。そこで、渡り部を別部材で構成する必要がなく、接続構造の簡素化が図られる。
電気角で30°ずれた小コイル群同士を接続して相巻線を構成しているので、接続コイル26で結線される第2導体端末10hと第1導体端末10iとが周方向に隣接する。そこで、接続コイル26による結線作業が容易となるとともに、円弧状領域13内での接続コイル26同士の重なり、さらに給電コイル25と接続コイル26との重なりが最小限に抑えられる。これにより、結線ユニット20による結線部の第2コイルエンド6bからの軸方向の突出が抑制される。
隣り合う第1導体端末10i間のスペースの中央部が、固定子巻線6の給電端子を構成する第2導体端末10hの径方向外方に位置している。そこで、内径側に位置している給電端子に対して、給電端子の径方向外方に位置している隣り合う第1導体端末10i間のスペースを通して給電することができる。これにより、外径側に位置している第1導体端末10iの軸方向外方を通して内径側に位置している給電端子に給電するような複雑な立体交差の構造をとることなく、簡易な構造で、絶縁距離を確保することができ、高い絶縁性能が得られる。
内径側に位置している給電端子の径方向外方に位置している隣り合う第2導体端末10h間の間隔Dが、他の隣り合う第1導体端末10i間の間隔より広くなっているので、大きな絶縁距離を確保でき、より高い絶縁性能が得られる。
給電端子を構成する第2導体端末10hに接合された一端部25aと、隣り合う第1導体端末10i間のスペースの中央部に位置する他端部25bと、第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びて一端部25aと他端部25bとを連結する連結部25cと、からなる給電コイル25を備えている。そこで、全ての給電端子が、第1導体端末10iと同じ径方向位置に位置することになり、給電線と給電端子との結線作業が容易となる。
固定子巻線6が、固定子鉄心3に1スロットピッチでスロット5と同数装着された巻線体10により構成されているので、巻線体10の種類が1種類となり、製造コストを低減できる。
実施の形態2.
図16はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子を示す斜視図、図17はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図18はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図19はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図20はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における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21はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における結線部の第1導体端末の曲げ工程を説明する模式図、図22はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における結線部の第1導体端末の曲げ工程後の結線部を径方向外方から見た状態を示す模式図、図23はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図24はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における第1および第2中性点接続用バスバーを示す斜視図、図25はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における中性点結線板を示す斜視図、図26はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線の結線図である。なお、図21において、実線は曲げ加工後の第1導体端末を示し、点線は曲げ加工前の第1導体端末を示している。また、図22において、実線は曲げ位置を変えた曲げ加工後の第1導体端末を示し、点線は曲げ位置を一定とした曲げ加工後の第1導体端末を示している。
図16はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子を示す斜視図、図17はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図18はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図19はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図20はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における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21はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における結線部の第1導体端末の曲げ工程を説明する模式図、図22はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における結線部の第1導体端末の曲げ工程後の結線部を径方向外方から見た状態を示す模式図、図23はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図24はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における第1および第2中性点接続用バスバーを示す斜視図、図25はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における中性点結線板を示す斜視図、図26はこの発明の実施の形態2に係る回転電機用固定子における固定子巻線の結線図である。なお、図21において、実線は曲げ加工後の第1導体端末を示し、点線は曲げ加工前の第1導体端末を示している。また、図22において、実線は曲げ位置を変えた曲げ加工後の第1導体端末を示し、点線は曲げ位置を一定とした曲げ加工後の第1導体端末を示している。
図16において、固定子1Aは、円環状の固定子鉄心3と、固定子鉄心3に装着された固定子巻線6Aと、固定子巻線6Aを結線する結線ユニット20Aと、を備えている。ここで、実施の形態2による固定子1Aは、固定子巻線6Aの構成が異なる点を除いて、上記実施の形態1による固定子1と同様に構成されている。そこで、固定子鉄心3については、上記実施の形態1における図面を用いて簡易に説明し、固定子巻線6Aについては、新たな図面を用いて詳細に説明する。
固定子鉄心3は、図2に示される24個の鉄心ブロック4と、円筒状のフレーム2と、を備える。そして、24個の鉄心ブロック4は、ティース4bを径方向内方に向けて、コアバック部4aの周方向の側面同士を突き合わせて、周方向に円環状に配列される。そして、円環状に配列された24個の鉄心ブロック4が、円筒状のフレーム2内に焼きばめ、圧入などにより挿入保持されて、固定子鉄心3が構成されている。固定子鉄心3のスロット数は48個である。また、スロット5は、毎極毎相当たり2個の割合で固定子鉄心3に形成されている。
固定子巻線6Aは、固定子鉄心3に周方向に1スロットピッチで配設された48個の巻線体10Aを備えている。
巻線体10Aは、平角銅線からなる導体線9をエッジワイズ巻きに巻いて作製された分布巻きの巻線である。具体的には、巻線体10Aは、図17から図19に示されるように、第1直線部10a、第1コイルエンド部10e、第2直線部10b、第2コイルエンド部10f、第3直線部10c、第3コイルエンド部10gおよび第4直線部10dからなるδ状のコイルパターンを導体線9の長方形断面の短辺の長さ方向に2つ配列し、第4直線部10dと第1直線部10aとを連結線11で連結して構成される。そして、連結線11がコイルエンド部を構成し、導体線9の巻き始め端部が第2導体端末10hを構成し、巻き終わり端部が第1導体端末10iを構成する。
このように構成された巻線体10Aでは、第2直線部10bおよび第4直線部10dが、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間dをあけて1列に4本配列されている。また、第1直線部10aが、第2直線部10bおよび第4直線部10dの列から周方向一側に間隔qだけ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。また、第3直線部10cが、第2直線部10bおよび第4直線部10dの列から周方向他側に間隔qだけ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。ここでは、間隔qは6スロット角度間隔である。
ここで、巻線体10Aにおける第2導体端末10hは、図17および図18に示されるように、第1直線部10aの端部から、周方向の第2直線部10bと反対側に、かつ第1直線部10aの長さ方向の外方に向かうように傾斜して延び出ている。巻線体10Aにおける第1導体端末10iは、図17および図18に示されるように、第4直線部10dの端部から、周方向の第3直線部10cと同じ側に、かつ第4直線部10dの長さ方向の外方に向かうように傾斜して延び出ている。また、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iは、後述するように、2磁極ピッチ離れた巻線体10A同士を接続可能な長さL1を有する。このように、巻線体10Aは、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iが、第1直線部10aおよび第4直線部10dの長さ方向に対して傾斜している点、および2磁極ピッチ離れた巻線体10A同士を接続可能な長さL1を有している点で、実施の形態1による巻線体10と相違している。
このように構成された3つの巻線体10Aは、図6に示されるように、1つのスロット5を共用して固定子鉄心3に装着される。巻線体10Aは、例えば、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54に、導体線9を、第2スロット52、第3スロット53、第4スロット54、第3スロット53の順に、かつ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
巻線体10Aは、2つのδ状のコイルパターンを連結線11で連結して、径方向に2層に配列されて、構成される。つまり、巻線体10Aは、2つのδ状のコイルパターンが一続きとなるように導体線9を巻いて作製される。そして、3つの巻線体10Aが共用する第3スロット53には、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dが、導体線9の長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて、径方向に1列に8本並んで、収納されている。また、第1コイルエンド部10e、第2コイルエンド部10f、第3コイルエンド部10gおよび連結線11は、図7に示されるように、固定子鉄心3の端面に対して角度θだけ傾いている。また、第1コイルエンド部10e、第2コイルエンド部10f、第3コイルエンド部10gおよび連結線11は、頭頂部で、径方向外方に距離dだけシフトされている。
このように構成された巻線体10Aを1スロットピッチで同心状に48個配列して、図20に示される巻線アッセンブリ7Aが作製される。巻線アッセンブリ7Aにおいては、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dからなる8本の導体線9が、径方向に1列に並んで、周方向に1スロットピッチで48列配列されている。そして、巻線アッセンブリ7Aの軸方向他端側には、第1コイルエンド部10eが1スロットピッチで周方向に配列した第1コイルエンド部10eの層と第3コイルエンド部10gが1スロットピッチで周方向に配列した第3コイルエンド部10gの層とが径方向に交互に4層に配列して、第1コイルエンド6aを構成している。また、巻線アッセンブリ7Aの軸方向一端側には、第2コイルエンド部10fが1スロットピッチで周方向に配列した第2コイルエンド部10fの層と連結線11が1スロットピッチで周方向に配列した連結線11の層とが径方向に交互に3層に配列して、第2コイルエンド6bを構成している。そして、第2導体端末10hが、それぞれ、第2コイルエンド6bの内径側に、固定子鉄心3の端面に対して角度θだけ傾斜して、1スロットピッチで周方向に配列されている。第1導体端末10iが、第2コイルエンド6bの外径側に、第2導体端末10hと逆向きに固定子鉄心3の端面に対して角度θだけ傾斜して、1スロットピッチで周方向に配列されている。
24個の鉄心ブロック4が、それぞれ、径方向に1列に並んだ8本の導体線9をスロット5内に挿入するように、巻線アッセンブリ7Aの外径側から装着される。そして、巻線アッセンブリ7Aに装着されて円環状に配列された24個の鉄心ブロック4が、フレーム2に焼き嵌め、圧入などにより、一体化される。これにより、巻線アッセンブリ7Aが固定子鉄心3に装着される。
固定子鉄心3に装着された巻線アッセンブリ7Aの結線作業に先立って、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iに対して、曲げ加工が施される。
まず、後述する12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の結線、すなわち結線部の結線に供せられない、それぞれ、周方向に連続する36本の第1導体端末10iおよび第2導体端末10hに対して曲げ加工が施される。
第1導体端末10iにおいては、図21に示されるように、スロット5の第8層の第4直線部10dから延び出て傾斜している第1導体端末10iの中間部位をツール30,31で挟み込み、ツール30を回転中心としてツール30,31を回動させて、第1導体端末10iのツール30,31の把持部を曲げる。このツール30,31の捻り動作により、第1導体端末10iのツール30,31の把持部から延び出た先端側が起立する。これにより、第1導体端末10iは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第1斜行部10i1と、第1斜行部10i1から軸方向外方に延び出る第1直立部10i2と、に曲げ成形される。
ここで、ツール30,31の把持部による第1導体端末10iの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置は、一定である。そこで、結線部の結線に供せられない、36本の第1導体端末10iの第1直立部10i2は、図22に点線で示されるように、1スロットピッチで周方向に配列されている。
第2導体端末10hおいては、図示されていないが、スロット5の第1層の第1直線部10aから延び出て第1斜行部10i1と逆側に傾斜している第2導体端末10hの中間部位をツール30,31で挟み込み、第2導体端末10hのツール30,31の把持部を曲げる。これにより、第2導体端末10hのツール30,31の把持部からの突出部が径方向外方に延びる。ついで、径方向外方に延び出た第2導体端末10hの先端側をツール30,31で挟み込み、第2導体端末10hのツール30,31の把持部を曲げる。これにより、第2導体端末10hのツール30,31の把持部からの突出部が起立する。第2導体端末10hは、図16に示されるように、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第2斜行部10h1と、第2斜行部10h1から径方向外方に延び出る渡り部12と、渡り部12から軸方向外方に延び出る第2直立部10h2と、に曲げ成形される。
ここで、ツール30,31の把持部による第2導体端末10hの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置は、一定である。そして、渡り部12は第2コイルエンド6bの軸方向外側を径方向に延びている。第2直立部10h2は、1スロットピッチで周方向に配列されている。また、第2直立部10h2の周方向位置が接続対象の第1直立部10i2の周方向位置に略一致している。すなわち、第1直立部10i2と第2直立部10h2とが、径方向に相対して近接して配置される。
ついで、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の結線、すなわち結線部の結線に供せられる、それぞれ、周方向に連続する12本の第1導体端末10iおよび第2導体端末10hに対して曲げ加工が施される。
第1導体端末10iにおいては、図21に示されるように、傾斜している第1導体端末10iの中間部位をツール30,31で挟み込み、第1導体端末10iのツール30,31の把持部を曲げる。この曲げ動作により、第1導体端末10iのツール30,31の把持部から延び出た先端側が起立する。これにより、第1導体端末10iは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第1斜行部10i1と、第1斜行部10i1から軸方向外方に延び出る第1直立部10i2と、に曲げ成形される。
このとき、図21に示されるように、ツール30,31の把持部による第1導体端末10iの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置が変えられて、12本の第1直立部10i2が不等ピッチに配列される。これにより、図22に示されるように、一部の隣り合う第1直立部10i2間の隙間Dが、他の隣り合う第1直立部10i2間の隙間より広くなっている。
第2導体端末10hおいては、図示されていないが、第1斜行部10i1と逆側に傾斜している第2導体端末10hの中間部位をツール30,31で挟み込み、第2導体端末10hのツール30,31の把持部を曲げる。この曲げ動作により、第2導体端末10hのツール30,31の把持部からの突出部が起立する。これにより、第2導体端末10hは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第2斜行部10h1と、第2斜行部10h1から軸方向外方に延び出る第2直立部10h2と、に曲げ成形される。
ここで、ツール30,31の把持部による第2導体端末10hの曲げ部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置は、一定である。そこで、第2直立部10h2は、1スロットピッチで周方向に配列されている。
つぎに、巻線アッセンブリ7Aの結線方法について、便宜上、固定子鉄心3に周方向に配設された48個のスロット5に周方向の並び順に1番、2番・・・48番のスロット番号を付して説明する。
まず、スロット番号(1+6n)番(ただし、nは0以上、7以下の自然数)のスロット5からなる第1スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群U11,U12が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群U21,U22が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群U21,U22が構成される。
スロット番号(3+6n)番のスロット5からなる第3スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群V11,V12が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群V21,V22が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群V21,V22が構成される。
スロット番号(5+6n)番のスロット5からなる第5スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群W11,W12が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群W21,W22が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10Aが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10A中の2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して、小コイル群W21,W22が構成される。
このようにして、それぞれ、固定子鉄心3に周方向に2磁極ピッチで配列されている4つの巻線体10Aを直列に接続して構成される12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が作製される。
ここで、接続対象の第1直立部10i2と第2直立部10h2とが径方向に相対して近接して配置されている。そこで、径方向に相対して近接している第1直立部10i2と第2直立部10h2とをTIG溶接などにより接合することで、2磁極ピッチ離れた巻線体10Aを接続することができる。これにより、それぞれ、1周回する12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が作製される。小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が、並列回路の構成単位となる。
そして、図23に示されるように、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の一端である第2導体端末10hの第2直立部10h2が、第2コイルエンド6bの円弧状領域13の内径側に周方向に1スロットピッチで配列され、他端である第1導体端末10iの第1直立部10i2が第2コイルエンド6bの円弧状領域13の外径側に周方向に不等ピッチで配列されている。また、第2コイルエンド6bの軸方向外側を通って径方向外方に引き出された第2導体端末10hの渡り部12が、円弧状領域13を挟むC字状の領域に、周方向に1スロットピッチで配列されている。
そして、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22の第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2が、円弧状領域13において、結線ユニット20Aを用いて結線される。これにより、12個の小コイル群U11,U12,U21,U22,V11,V12,V21,V22,W11,W12,W21,W22が結線される。この円弧状領域13が結線部の結線領域となる。
結線ユニット20Aは、中性点結線板21Aと、第2コイルエンド6bの内径側に配置された相巻線の給電端子に接続されて、外部電源からの給電線との接続部を第2コイルエンド6bの外径側に移動させる給電コイル25と、同相の小コイル群間を結線する接続コイル26と、を備えている。第1および第2中性点接続用バスバー22,23は、図24に示されるように、鋼板を打ち抜き、曲げ加工を施して作製される。中性点結線板21Aは、図25に示されるように、第1および第2中性点接続用バスバー22,23を絶縁樹脂24によりインサート成形して作製される。給電コイル25は、図15に示されるように、矩形平板状の鋼板を曲げ成形して、一端部25aと他端部25bが連結部25cの両端から同じ方向に突出するU字状に作製される。接続コイル26は、図16に示されるように、導線をU字状に曲げ成形した作製される。
電気角で30°ずれた小コイル群U11,U22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群U11,U22が直列に接続されたU1相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V11,V22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群V11,V22が直列に接続されたV1相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W11,W22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群W11,W22が直列に接続されたW1相巻線を作製する。
また、電気角で30°ずれた小コイル群U21,U12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群U21,U12が直列に接続されたU2相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V21,V12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群V21,V12が直列に接続されたV2相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W21,W12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群W21,W12が直列に接続されたW2相巻線を作製する。
また、中性点結線板21Aを第2コイルエンド6b上に配置し、第1中性点接続用バスバー22の端子22a,22b,22cを小コイル群U11,V11,W11の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。さらに、第2中性点接続用バスバー23の端子23a,23b,23cを小コイル群U21,V21,W21の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。これにより、図26に示されるように、U1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をY結線して構成された第1三相交流巻線61と、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をY結線して構成された第2三相交流巻線62とが形成される。さらに、給電コイル25の一端部25aが第1および第2三相交流巻線61,62の給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10h2に接続される。そして、給電コイル25の他端部25bが、第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びる連結部25cにより、隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i2間のスペースの中央位置に配置される。そこで、外部電力が、給電線(図示せず)を介して給電コイル25の他端部25bと第1および第2三相交流巻線61,62の残る給電端子を構成する第1導体端末10iの第1直立部10i2に給電される。
ここで、図16に示されるように、間隔Dが広められた隣り合う第1直立部間のスペースの中央部が、第1および第2三相交流巻線61,62の給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10h2の径方向外方に位置している。つまり、径方向外方から見て、第1および第2三相交流巻線61,62の給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10h2が、間隔Dが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央部に位置している。そして、第1および第2三相交流巻線61,62の給電端子を構成する第2導体端末10hの給電線との接続部が、第2直立部10h2から径方向外方に延びる給電コイル25により、間隔Dが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央位置に引き出されている。
また、固定子巻線6Aは、第1および第2三相交流巻線61,62により構成されている。第1および第2三相交流巻線61,62の各相巻線が、8つの巻線体10Aを直列に接続して構成されている。そこで、U相巻線に着目すれば、第1および第2三相交流巻線61,62のU1相巻線とU2相巻線は外部電力に対して並列の関係となっている。したがって、この固定子巻線6Aの相巻線の並列数は2となる。
また、結線部のための円弧状領域13には、図23に示されるように、第2直立部10h2が1スロットピッチで12本配列されている。したがって、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で360°となる。固定子巻線6Aの相巻線の並列数が2であるので、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で(180×2)°となる。この円弧状領域13の角度範囲をスロット数で表すと、(A×m×n)=(3×2×2)=12となる。1スロット当たりの電気角は30°であるから、12スロット数は電気角で360°に相当する。
なお、特許文献1においても、円弧状領域13に相当する領域の角度範囲は電気角で360°である。しかし、特許文献1では、各相巻線は、コイルセグメントを直列に接続して構成された1本の巻線であり、並列数が1であるので、円弧状領域13に相当する領域の角度範囲は電気角で(360×1)°となる。したがって、この実施の形態2によれば、並列数が2であるにも拘わらず、円弧状領域13の角度範囲は、相巻線の並列数が1である特許文献1と同等の角度範囲にすることができる。
この実施の形態2による固定子1Aは、巻線体10Aを用いている点を除いて、上記実施の形態1による固定子1と同様に構成されている。したがって、実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
この実施の形態2によれば、固定子巻線6Aの相巻線の並列数が2であり、巻線体10Aの第1導体端末10iおよび第2導体端末10hのうち、各小コイル群の両端末である第1導体端末10iおよび第2導体端末10hのみを円弧状領域13内に配置し、各組のU相、V相、W相の3本の給電端子のスロット5内からの引き出し位置を、スロット5内の最内径位置と最外径位置とに分散することにより、電気角で(180×n)°の円弧状領域13の角度範囲を実現している。なお、nは並列数であり、ここでは2である。このように、結線部のための角度範囲を電気角で(180×n)°以下にすることができるので、結線ユニット20Aの小型、軽量化が図られる。これにより、固定子1Aの小型,軽量化が図られるので、固定子1Aを実装した回転電機の車両への搭載性を向上できるとともに、耐振性を向上できる。
巻線体10Aが、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンである分布巻きパターンと、当該分布巻きパターンの両端部から同じ方向に延び出る第1および第2導体端末10i,10hと、を備えている。そして、第2導体端末10hは、第2斜行部10h1と、第2直立部10h2と、から構成され、第1導体端末10iは、第2斜行部10h1と逆方向に傾斜するように成形されている。そこで、巻線体10を固定子鉄心3に装着した後の第1導体端末10iの曲げ工程は、第1直立部10i2を起立させる曲げ工程のみとなり、生産性の向上が図られる。
円弧状領域13内での第1導体端末10iの曲げ工程では、第1導体端末10iのツール30,31の挟み込み部の固定子鉄心3の端面からの高さ位置を変えて、所望の隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i2間の間隔を広げている。これにより、隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i2間の間隔のうち、広げる間隔の位置を自由に設定できようになり、設計自由度が高められる。また、間隔を広げるために専用な巻線体を用意する必要がなく、巻線体10Aの種類を1種類とすることができる。
なお、上記実施の形態2では、相巻線の並列数が2であり、各組の3本の給電端子が、第1導体端末と第2導体端末で構成されているが、1組の3本の給電端子が第1導体端末で構成され、もう1組の3本の給電端子が第2導体端末で構成されてもよい。この場合においても、結線部のための円弧状領域の角度範囲は、電気角で、(180×2)°、スロット数で、(A×m×n)=(3×2×2)=12となる。
実施の形態3.
図27はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子を示す斜視図、図28はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図29はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図30はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図31はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における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32はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図33はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線の結線図である。
図27はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子を示す斜視図、図28はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す斜視図、図29はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を示す正面図、図30はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線を構成する巻線体を第2コイルエンド側から見た端面図、図31はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における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32はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における巻線アッセンブリを固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図33はこの発明の実施の形態3に係る回転電機用固定子における固定子巻線の結線図である。
図27において、固定子1Bは、円環状の固定子鉄心3と、固定子鉄心3に装着された固定子巻線6Bと、固定子巻線6Bを結線する結線ユニット20Aと、を備えている。ここで、実施の形態3による固定子1Bは、固定子巻線6Bの構成が異なる点を除いて、上記実施の形態1による固定子1と同様に構成されている。そこで、固定子鉄心3については、上記実施の形態1における図面を用いて簡易に説明し、固定子巻線6Bについては、新たな図面を用いて詳細に説明する。
固定子鉄心3は、図2に示される24個の鉄心ブロック4と、円筒状のフレーム2と、を備える。そして、24個の鉄心ブロック4は、ティース4bを径方向内方に向けて、コアバック部4aの周方向の側面同士を突き合わせて、周方向に円環状に配列される。そして、円環状に配列された24個の鉄心ブロック4が、円筒状のフレーム2内に焼きばめ、圧入などにより挿入保持されて、固定子鉄心3が構成されている。固定子鉄心3のスロット数は48個である。また、スロット5は、毎極毎相当たり2個の割合で固定子鉄心3に形成されている。
固定子巻線6Bは、固定子鉄心3に周方向に1スロットピッチで配設された48個の巻線体10Bを備えている。
巻線体10Bは、平角銅線からなる導体線9をエッジワイズ巻きに巻いて作製された分布巻きの巻線である。具体的には、巻線体10Bは、図28から図30に示されるように、第1直線部10a、第1コイルエンド部10e、第2直線部10b、第2コイルエンド部10f、第3直線部10c、第3コイルエンド部10gおよび第4直線部10dからなるδ状のコイルパターンを導体線9の長方形断面の短辺の長さ方向に2つ配列し、第4直線部10dと第1直線部10aとを連結線11で連結して構成される。そして、連結線11がコイルエンド部を構成し、導体線9の巻き始め端部が第2導体端末10hを構成し、巻き終わり端部が第1導体端末10iを構成する。
このように構成された巻線体10Bでは、第2直線部10bおよび第4直線部10dが、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間dをあけて1列に4本配列されている。また、第1直線部10aが、第2直線部10bおよび第4直線部10dの列から周方向一側に間隔qだけ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。また、第3直線部10cが、第2直線部10bおよび第4直線部10dの列から周方向他側に間隔qだけ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間3dをあけて2本配列される。ここでは、間隔qは6スロット角度間隔である。
ここで、巻線体10Bにおける第2導体端末10hは、図28および図29に示されるように、第1直線部10aの端部から、周方向の第2直線部10bと反対側に、かつ第1直線部10aの長さ方向の外方に向かうように傾斜して延び出ている。巻線体10Bにおける第1導体端末10iは、図28および図29に示されるように、第4直線部10dの端部から、周方向の第3直線部10cと同じ側に、かつ第4直線部10dの長さ方向の外方に向かうように傾斜して延び出ている。また、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iは、後述するように、4磁極ピッチ離れた巻線体10B同士を接続可能な長さL2を有する。このように、巻線体10Bは、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iが、第1直線部10aおよび第4直線部10dの長さ方向に対して傾斜している点、および4磁極ピッチ離れた巻線体10B同士を接続可能な長さL2を有している点で、実施の形態1による巻線体10と相違している。また、巻線体10Bは、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iが4磁極ピッチ離れた巻線体10B同士を接続可能な長さL2を有している点で、実施の形態2による巻線体10Aと相違している。
このように構成された3つの巻線体10Bは、図6に示されるように、1つのスロット5を共用して固定子鉄心3に装着される。巻線体10Bは、例えば、周方向に6スロット角度間隔で並ぶ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54に、導体線9を、第2スロット52、第3スロット53、第4スロット54、第3スロット53の順に、かつ第2スロット52、第3スロット53および第4スロット54への軸方向からの挿入方向を交互に変えて挿入して形成されたδ状のコイルパターンを、径方向に2回繰り返して巻き回して構成されている。
巻線体10Bは、2つのδ状のコイルパターンを連結線11で連結して、径方向に2層に配列されて、構成される。つまり、巻線体10Bは、2つのδ状のコイルパターンが一続きとなるように導体線9を巻いて作製される。そして、3つの巻線体10Bが共用する第3スロット53には、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dが、導体線9の長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて、径方向に1列に8本並んで、収納されている。また、第1コイルエンド部10e、第2コイルエンド部10f、第3コイルエンド部10gおよび連結線11は、図7に示されるように、固定子鉄心3の端面に対して角度θだけ傾いている。また、第1コイルエンド部10e、第2コイルエンド部10f、第3コイルエンド部10gおよび連結線11は、頭頂部で、径方向外方に距離dだけシフトされている。
このように構成された巻線体10Bを1スロットピッチで同心状に48個配列して、図31に示される巻線アッセンブリ7Bが作製される。巻線アッセンブリ7Bにおいては、第1から第4直線部10a,10b,10c,10dからなる8本の導体線9が、径方向に1列に並んで、周方向に1スロットピッチで48列配列されている。そして、巻線アッセンブリ7Bの軸方向他端側には、第1コイルエンド部10eが1スロットピッチで周方向に配列した第1コイルエンド部10eの層と第3コイルエンド部10gが1スロットピッチで周方向に配列した第3コイルエンド部10gの層とが径方向に交互に4層に配列して、第1コイルエンド6aを構成している。また、巻線アッセンブリ7Bの軸方向一端側には、第2コイルエンド部10fが1スロットピッチで周方向に配列した第2コイルエンド部10fの層と連結線11が1スロットピッチで周方向に配列した連結線11の層とが径方向に交互に3層に配列して、第2コイルエンド6bを構成している。そして、第2導体端末10hが、それぞれ、第2コイルエンド6bの内径側に、固定子鉄心3の端面に対して角度θだけ傾斜して、1スロットピッチで周方向に配列されている。第1導体端末10iが、第2コイルエンド6bの外径側に、第2導体端末10hと逆向きに固定子鉄心3の端面に対して角度θだけ傾斜して、1スロットピッチで周方向に配列されている。
24個の鉄心ブロック4が、それぞれ、径方向に1列に並んだ8本の導体線9をスロット5内に挿入するように、巻線アッセンブリ7Bの外径側から装着される。そして、巻線アッセンブリ7Bに装着されて円環状に配列された24個の鉄心ブロック4が、フレーム2に焼き嵌め、圧入などにより、一体化される。これにより、巻線アッセンブリ7Bが固定子鉄心3に装着される。
固定子鉄心3に装着された巻線アッセンブリ7Bの結線作業に先立って、第2導体端末10hおよび第1導体端末10iに対して、曲げ加工が施される。
まず、後述する24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22、U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22、W23,W24の結線、すなわち結線部の結線に供せられない、それぞれ、周方向に連続する24本の第1導体端末10iおよび第2導体端末10hに対して、ツール30,31を用いて、上記実施の形態2と同様に曲げ加工が施される。
第1導体端末10iは、第1導体端末10iは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第1斜行部10i1と、第1斜行部10i1から軸方向外方に延び出る第1直立部10i2と、に曲げ成形される。そして、24本の第1導体端末10iの第1直立部10i2は、1スロットピッチで周方向に配列される。
第2導体端末10hは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第2斜行部10h1と、第2斜行部10h1から径方向外方に延び出る渡り部12と、渡り部12から軸方向外方に延び出る第2直立部10h2と、に曲げ成形される。そして、24本の第2導体端末10hの第2直立部10h2は、1スロットピッチで周方向に配列される。第2直立部10h2の周方向位置が接続対象の第1直立部10i2の周方向位置に略一致している。すなわち、第1直立部10i2と第2直立部10h2とが、径方向に相対して近接して配置される。
ついで、24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22、U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22、W23,W24の結線、すなわち結線部の結線に供せられる、それぞれ、周方向に連続する24本の第1導体端末10iおよび第2導体端末10hに対して、ツール30,31を用いて、上記実施の形態2と同様に曲げ加工が施される。
第1導体端末10iは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第1斜行部10i1と、第1斜行部10i1から軸方向外方に延び出る第1直立部10i2と、に曲げ成形される。そして、24本の第1直立部10i2が不等ピッチに配列される。つまり、図32に示されるように、一部の隣り合う第1直立部10i2間の隙間が、他の隣り合う第1直立部10i2間の隙間より広くなっている。
第2導体端末10hは、スロット5から第2コイルエンド6b側に傾斜して延び出る第2斜行部10h1と、第2斜行部10h1から軸方向外方に延び出る第2直立部10h2と、に曲げ成形される。そして、第2直立部10h2は、1スロットピッチで周方向に配列されている。
つぎに、巻線アッセンブリ7Bの結線方法について、便宜上、固定子鉄心3に周方向に配設された48個のスロット5に周方向の並び順に1番、2番・・・48番のスロット番号を付して説明する。
まず、スロット番号(1+6n)番(ただし、nは0以上、7以下の自然数)のスロット5からなる第1スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群U11,U12,U13,U14が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群U21,U22,U23,U24が構成される。
ついで、スロット番号(2+6n)番のスロット5からなる第2スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群U21,U22,U23,U24が構成される。
スロット番号(3+6n)番のスロット5からなる第3スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群V11,V12,V13,V14が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群V21,V22,V23,V24が構成される。
ついで、スロット番号(4+6n)番のスロット5からなる第4スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群V21,V22,V23,V24が構成される。
スロット番号(5+6n)番のスロット5からなる第5スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群W11,W12,W13,W14が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群W21,W22,W23,W24が構成される。
ついで、スロット番号(6+6n)番のスロット5からなる第6スロット群には、8個の巻線体10Bが装着されている。そして、それぞれ、8個の巻線体10B中の4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して、小コイル群W21,W22,W23,W24が構成される。
このようにして、それぞれ、固定子鉄心3に周方向に4磁極ピッチで配列されている2つの巻線体10Bを直列に接続して構成される24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24が作製される。
ここで、接続対象の第1直立部10i2と第2直立部10h2とが径方向に相対して近接して配置されている。そこで、径方向に相対して近接している第1直立部10i2と第2直立部10h2とをTIG溶接などにより接合することで、4磁極ピッチ離れた巻線体10Bを接続することができる。これにより、それぞれ、1周回する24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24が作製される。小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24が、並列回路の構成単位となる。
そして、図32に示されるように、24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24の一端である第2導体端末10hの第2直立部10h2が、第2コイルエンド6bの円弧状領域13の内径側に周方向に1スロットピッチで配列され、他端である第1導体端末10iの第1直立部10i2が第2コイルエンド6bの円弧状領域13の外径側に周方向に不等ピッチで配列されている。また、第2コイルエンド6bの軸方向外側を通って径方向外方に引き出された第2導体端末10hの渡り部12が、円弧状領域13を挟むC字状の領域に、周方向に1スロットピッチで配列されている。
そして、24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24の第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2が、円弧状領域13において、2つの結線ユニット20Aを用いて結線される。これにより、24個の小コイル群U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24が結線される。この円弧状領域13が結線部の結線領域となる。
電気角で30°ずれた小コイル群U11,U22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群U11,U22が直列に接続されたU1相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V11,V22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群V11,V22が直列に接続されたV1相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W11,W22の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群W11,W22が直列に接続されたW1相巻線を作製する。
また、電気角で30°ずれた小コイル群U21,U12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群U21,U12が直列に接続されたU2相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V21,V12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群V21,V12が直列に接続されたV2相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W21,W12の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群W21,W12が直列に接続されたW2相巻線を作製する。
電気角で30°ずれた小コイル群U13,U24の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群U13,U24が直列に接続されたU3相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V13,V24の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群V13,V24が直列に接続されたV3相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W13,W24の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群W13,W24が直列に接続されたW3相巻線を作製する。
また、電気角で30°ずれた小コイル群U23,U14の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群U23,U14が直列に接続されたU4相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群V23,V14の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群V23,V14が直列に接続されたV4相巻線を作製する。電気角で30°ずれた小コイル群W23,W14の端部である第2および第1導体端末10h,10iの第2および第1直立部10h2,10i2を接続コイル26により連結し、小コイル群W23,W14が直列に接続されたW4相巻線を作製する。
また、1つの中性点結線板21Aを第2コイルエンド6b上に配置し、第1中性点接続用バスバー22の端子22a,22b,22cを小コイル群U11,V11,W11の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。さらに、第2中性点接続用バスバー23の端子23a,23b,23cを小コイル群U21,V21,W21の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。
さらに、1つの中性点結線板21Aを第2コイルエンド6b上に配置し、第1中性点接続用バスバー22の端子22a,22b,22cを小コイル群U13,V13,W13の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。さらに、第2中性点接続用バスバー23の端子23a,23b,23cを小コイル群U23,V23,W23の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。
さらに、1つの中性点結線板21Aを第2コイルエンド6b上に配置し、第1中性点接続用バスバー22の端子22a,22b,22cを小コイル群U13,V13,W13の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。さらに、第2中性点接続用バスバー23の端子23a,23b,23cを小コイル群U23,V23,W23の第2および第1導体端末10h,10iに接合する。
これにより、図33に示されるように、U1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線をY結線して構成された第1三相交流巻線71と、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線をY結線して構成された第2三相交流巻線72と、U3相巻線、V3相巻線およびW3相巻線をY結線して構成された第3三相交流巻線73と、U4相巻線、V4相巻線およびW4相巻線をY結線して構成された第4三相交流巻線74と、が形成される。さらに、給電コイル25の一端部25aが第1から第4三相交流巻線71,72,73,74の給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10h2に接続される。そして、給電コイル25の他端部25bが、第2コイルエンド6bの軸方向外方を径方向に延びる連結部25cにより、隣り合う第1導体端末10iの第1直立部10i2間のスペースの中央位置に配置される。そこで、外部電力が、給電線(図示せず)を介して給電コイル25の他端部25bと第1から第4三相交流巻線71,72,73,74の給電端子を構成する第1導体端末10iの第1直立部10i2に給電される。
ここで、実施の形態3においても、間隔Dが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央部が、第1から第4三相交流巻線71,72,73,74の給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10h2の径方向外方に位置している。つまり、径方向外方から見て、第1から第4三相交流巻線71,72,73,74の給電端子を構成する第2導体端末10hの第2直立部10h2が、間隔Dが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央部に位置している。そして、第1から第4三相交流巻線71,72,73,74の給電端子を構成する第2導体端末10hの給電線との接続部が、第2直立部10h2から径方向外方に延びる給電コイル25により、間隔Dが広められた隣り合う第1直立部10i2間のスペースの中央位置に引き出されている。
また、固定子巻線6Bは、第1から第4三相交流巻線71,72,73,74により構成されている。第1から第4三相交流巻線71,72,73,74の各相巻線が、4つの巻線体10Bを直列に接続して構成されている。そこで、U相巻線に着目すれば、第1から第4三相交流巻線71,72,73,74のU1相巻線、U2相巻線、U3相巻線およびU4相巻線は外部電力に対して並列の関係となっている。したがって、この固定子巻線6Bの相巻線の並列数は4となる。
また、結線部のための円弧状領域13には、図32に示されるように、第2直立部10h2が1スロットピッチで24本配列されている。したがって、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で720°となる。固定子巻線6Bの相巻線の並列数が4であるので、円弧状領域13の角度範囲は、電気角で(180×4)°となる。この円弧状領域13の角度範囲をスロット数で表すと、(A×m×n)=(3×2×4)=24となる。1スロット当たりの電気角は30°であるから、24スロット数は電気角で720°に相当する。
この実施の形態3による固定子1Bは、巻線体10Bを用いている点を除いて、上記実施の形態2による固定子1Aと同様に構成されている。したがって、実施の形態3においても、上記実施の形態2と同様の効果が得られる。
この実施の形態3によれば、固定子巻線6Bの相巻線の並列数が4であり、巻線体10Bの第1導体端末10iおよび第2導体端末10hのうち、各小コイル群の両端末である第1導体端末10iおよび第2導体端末10hのみを円弧状領域13内に配置し、各組のU相、V相、W相の3本の給電端子のスロット5内からの引き出し位置を、スロット5内の最内径位置と最外径位置とに分散することにより、電気角で(180×n)°の円弧状領域13の角度範囲を実現している。なお、nは並列数であり、ここでは4である。このように、結線部のための角度範囲を電気角で(180×n)°以下にすることができるので、結線ユニット20Aの小型、軽量化が図られる。これにより、固定子1Bの小型,軽量化が図られるので、固定子1Bを実装した回転電機の車両への搭載性を向上できるとともに、耐振性を向上できる。
ここで、実施の形態1から3による固定子のパラメータパラメータA,S,p、m、n、q、B,rを図34に示す。なお、Aは固定子巻線の相数、Sはスロット数、pは1相当たりの巻線体の総数、mは毎極毎相当たりのスロット数、nは並列数、qは巻線体の直線部が挿入されるスロット間隔、Bは1周回する小コイル群における直列接続される巻線体数、rは小コイル群における直列接続される巻線体の第1導体端末と第2導体端末とが延び出るスロット間隔である。スロット間隔qは(巻線体の直線部が挿入されるスロット間に位置するスロット数+1)である。スロット間隔rは(小コイル群における直列接続される巻線体の第1導体端末と第2導体端末とが延び出るスロット間に位置するスロット数+1)である。Aは3以上の自然数である。mは分数スロットを含むので自然数とは限らない。
図34から、各パラメータは、下記の関係を満たしていることがわかる。
S=p×A
n=p/b (但し、bは自然数)
q=(A×m)
B={p/(m×n)}
r={(S/B)-q}
S=p×A
n=p/b (但し、bは自然数)
q=(A×m)
B={p/(m×n)}
r={(S/B)-q}
つぎに、変形例1から4による固定子のパラメータを図35に示す。なお、変形例4はスロット間隔qが4と5とを交互にとる場合、すなわち分数スロットの場合である。
図35から、変形例1から4による固定子においても、各パラメータは上記の関係を満たしている。また、変形例1から4による固定子においても、結線部のための角度範囲がスロット数で(A×m×n)以下となっていた。
図35から、変形例1から4による固定子においても、各パラメータは上記の関係を満たしている。また、変形例1から4による固定子においても、結線部のための角度範囲がスロット数で(A×m×n)以下となっていた。
なお、上記各実施の形態では、巻線体が矩形断面の導体線を用いて作製されているが、巻線体を構成する導体線の断面は矩形に限定されず、例えば円形断面の導体線を用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、固定子巻線がU相巻線、V相巻線およびW相巻線をY結線してなる三相交流巻線に構成されているが、固定子巻線はU相巻線、V相巻線およびW相巻線をΔ結線してなる三相交流巻線に構成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、固定子巻線が三相交流巻線に構成されているが、固定子巻線の相数は三相交流巻線に限定されず、多相交流巻線であればよく、例えば6相交流巻線でもよい。
また、上記各実施の形態では、固定子巻線が三相交流巻線に構成されているが、固定子巻線の相数は三相交流巻線に限定されず、多相交流巻線であればよく、例えば6相交流巻線でもよい。
また、上記各実施の形態では、48個のスロットが設けられている固定子鉄心を用いたが、スロットの総数は48個に限定されない。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、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体を用いているが、巻線体は、1つのδ字のコイルパターンにより形成されてもよいし、径方向に配列された3つ以上のδ字のコイルパターンを一続きに形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体を用いているが、分布巻きの巻線体が固定子鉄心に1スロットピッチでスロット数と同数配設され、各巻線体の第1導体端末が第2コイルエンドの外径側から軸方向外方に突出し、第2導体端末が第2コイルエンドの内径側から軸方向外方に突出していれば、巻線体は径方向に配列された2つのδ字のコイルパターンが一続きに形成された巻線体に限定されない。例えば、導体線を螺旋状に複数回巻き回した、いわゆる亀甲形のコイルパターンに形成された巻線体を用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、巻線体が1本の連続線を巻回して構成されているが、巻線体は、U字状やI字状のセグメントコイルを直列に接続して構成されてもよい。この場合、U字状やI字状のセグメントコイルを固定子鉄心に装着した後、セグメントコイルを接続して巻線体とすることが好ましい。
また、上記各実施の形態では、渡り部が第2導体端末を曲げ成形して形成されているが、渡り部は、第2導体端末と別部材で作製してもよい。
また、上記各実施の形態では、固定子鉄心が複数の鉄心ブロックを円環状に配列して構成されているが、固定子鉄心は周方向に分割されていない円環状の鉄心でもよい。
また、上記各実施の形態では、固定子鉄心が複数の鉄心ブロックを円環状に配列して構成されているが、固定子鉄心は周方向に分割されていない円環状の鉄心でもよい。
また、上記各実施の形態では、小コイル群を構成する、接続対象の第1導体端末と第2導体端末との接続部の周方向位置を一致させているが、接続対象の第1導体端末と第2導体端末との接続部の周方向位置はずれていてもよい。
また、上記各実施の形態では、U相巻線、V相巻線およびW相巻線を結線ユニットを用いて結線しているが、U相巻線、V相巻線およびW相巻線を第1導体端末および第2導体端末を用いて結線してもよい。
また、上記各実施の形態では、U相巻線、V相巻線およびW相巻線を結線ユニットを用いて結線しているが、U相巻線、V相巻線およびW相巻線を第1導体端末および第2導体端末を用いて結線してもよい。
また、各実施の形態では、巻線体が全節巻きに構成されているが、巻線体は短節巻きに構成されてもよい。
また、各実施の形態では、巻線体の第1導体端末がスロット内の径方向最外径位置から延び出ており、第2導体端末がスロット内の径方向最内径位置から延び出ているが、第1導体端末はスロット内の径方向中央位置の径方向外側から延び出て、第2導体端末がスロット内の径方向中央位置の径方向内側から延び出ていればよい。
また、各実施の形態では、巻線体の第1導体端末がスロット内の径方向最外径位置から延び出ており、第2導体端末がスロット内の径方向最内径位置から延び出ているが、第1導体端末はスロット内の径方向中央位置の径方向外側から延び出て、第2導体端末がスロット内の径方向中央位置の径方向内側から延び出ていればよい。
3 固定子鉄心、5 スロット、6,6A,6B 固定子巻線、6b 第2コイルエンド、9 導体線、10,10A,10B 巻線体、10h 第2導体端末、10h2 第2直立部、10i 第1導体端末、10i2 第1直立部、12 渡り部、13 円弧状領域、U11,U12,U13,U14,U21,U22,U23,U24,V11,V12,V13,V14,V21,V22,V23,V24,W11,W12,W13,W14,W21,W22,W23,W24 小コイル群。
Claims (4)
- スロットが周方向に配列された円環状の固定子鉄心と、
上記固定子鉄心に装着されたA相交流巻線(但し、Aは3以上の自然数)と、を備え、
スロットが毎極毎相当たりのスロット数がm(但し、mは自然数)、かつ上記A相交流巻線における同一相の相巻線の並列数がn(但し、nは自然数)である回転電機用固定子において、
上記A相交流巻線は、それぞれ、絶縁被覆された導体線により構成され、上記固定子鉄心に1スロットピッチで周方向に上記スロットの総数と同数装着されている分布巻きの巻線体を備え、
上記巻線体を構成する上記導体線の第1導体端末が上記スロット内の径方向中央より外側から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出し、上記導体線の第2導体端末が上記スロット内の径方向中央より内側から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出しており、
複数の小コイル群は、それぞれ、上記巻線体の上記第1導体端末と接続対象の上記巻線体の上記第2導体端末とが接続された、1周回する、同じ電気角位相の複数の上記巻線体の直列接続体であり、
上記巻線体の上記第1導体端末のうち、上記複数の小コイル群のそれぞれの小コイル群の一端を構成する第1導体端末のみが、上記固定子鉄心の軸方向の一側に構成される上記A相交流巻線のコイルエンドの周方向に延びる円弧状領域の外径側に周方向に互いに離間して配設され、
上記巻線体の上記第2導体端末のうち、上記複数の小コイル群のそれぞれの上記小コイル群の他端を構成する第2導体端末だけが、上記円弧状領域の内径側に周方向に互いに離間して配設され、
上記A相交流巻線は、上記円弧状領域内に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末を結線して構成され、
上記A相交流巻線の給電端子が、上記円弧状領域内に配設された上記第1導体端末と上記第2導体端末とにより構成され、
上記円弧状領域の角度範囲が、スロット数で、(A×m×n)スロット以下である回転電機用固定子。 - 上記巻線体の上記第1導体端末が、上記スロット内の最外径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出しており、
上記巻線体の上記第2導体端末が、上記スロット内の最内径位置から上記固定子鉄心の軸方向の一側に延び出している請求項1記載の回転電機用固定子。 - 上記円弧状領域を挟むC状の領域において、上記第1導体端末は軸方向に延びる第1直立部を先端部に有し、上記第2導体端末は軸方向に延びる第2直立部を先端部に有しており、上記第2直立部の周方向位置が接続対象の上記第1直立部の周方向位置に一致している請求項1又は請求項2記載の回転電機用固定子。
- 上記第2導体端末は、上記コイルエンドより軸方向外方の位置で径方向外方に延びる渡り部を有し、上記第2直立部が接続対象の第1直立部に径方向に相対して接合されている請求項3に記載の回転電機用固定子。
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