WO2019130747A1 - 回転電機の結線方法、回転電機の製造方法、回転電機の結線構造及び回転電機 - Google Patents

回転電機の結線方法、回転電機の製造方法、回転電機の結線構造及び回転電機 Download PDF

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Abstract

周方向に連続する3つ組のスロット毎に同相のコイルセグメントを挿入する。3つ組のスロットをA、B、Cとし、6つの組をそれぞれU1~U6として、組UxのスロットyをスロットUxyと呼ぶことにすると、スロットU1Aを始点とするコイルは、ステータの1周を、スロットU1A→U2B→U3B→U4C→U5C→U6Aの順で通過するように配線され、次の周のスロットU1Aに接続される。このとき、U1A→U2B及びU3B→U4Cの接続には跨ぎ幅の広いコイルセグメントを、U5C→U6Aの接続には跨ぎ幅の狭いコイルセグメントを用いる。このことにより、周方向に連続する3つのスロット毎に同相のコイルセグメントを挿入する回転電機を構成する場合において、循環電流を抑制できる。

Description

回転電機の結線方法、回転電機の製造方法、回転電機の結線構造及び回転電機

 本発明は、モータや発電機等の回転電機(回転電気機械)における結線方法及び結線構造に関し、詳しくは、一対のスロット挿入部を有するU字状等のコイルセグメントにより構成したコイルを備えた3相(U相、V相、W相)の回転電機の結線方法及び回転電機の結線構造に関する。また、回転電機の製造方法及び回転電機にも関する。

 回転電機におけるステータやロータのコイルとして、このステータ又はロータの周方向に沿って配列された複数のスロットに、線材をU字状に加工して構成した複数のコイルセグメントをそれぞれ挿入し、これらコイルセグメントの自由端側を溶接等により互いに電気的に接合してコイルを形成したいわゆるセグメント型コイルが知られている。
 この種のコイルセグメントはヘアピンとも称されている。

 複数のコイルセグメントからなる経路を並列に接続した並列回路を有する回転電機では、各相のスロットを通るコイルセグメントの数が同じでないと、位相差が打ち消されずに並列回路が等価でなくなり、循環電流が生じる。
 循環電流の大部分は無効電流であり、無効電力損失(例えばモータの出力低下)と同時に銅損を発生させる。

 特許文献1には、固定子コアに形成されたスロット数が48、回転子の磁極数が8で、固定子巻線の各相のコイル(U字状の導体セグメント)が周方向に隣接(連続)する2スロット毎に収容され、かつ各相がそれぞれ並列接続された4×n本(nは自然数)の並列巻線により構成される場合における、循環電流を抑制する結線構造が開示されている。
 これは、同文献の段落0031~0041及び図8に記載されているように、周方向に隣接する2スロット毎のスロットA,Bの組を跨ぐ接続において、通常幅で跨る6スロットピッチの導体セグメント以外に、AB間をスイッチするための5スロットピッチと7スロットピッチの導体セグメントを用いるものである。これらの導体セグメントにより、巻線の周回途中で配置するスロットをスイッチすることにより、各組のスロットA,Bに配置する導体セグメントの配置数を均等にしたものである。
 すなわち、各相における、各組内のスロットへの導体セグメントの配置数(挿入数)を同じにして並列巻線間の平衡をとり、循環電流の発生を抑制している。

特許第5896250号公報

 ところで、この種の3相の回転電機には、外形寸法やモータ出力等条件により、スロット数と極数との組み合わせが種々存在する。その中には、各相のコイルを、周方向に連続する3スロット毎に収容すべき組み合わせもある。例えば、54スロット、6極の場合には、54スロット/6極/3相=3となり、3スロット毎に収容すべきこととなる。
 これに対し、特許文献1には、記載の構成のように、周方向に隣接する2つのスロット毎に同相のコイルセグメントが挿入される場合において循環電流の発生を抑制する構成は開示されているものの、この構成は、周方向に隣接する3つのスロット毎に同相のコイルセグメントが挿入される場合に適用できるものではない。

 本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、周方向に連続する3つのスロット毎に同相のコイルセグメントを挿入する回転電機を構成する場合において、循環電流を抑制できるようにすることを目的とする。

 上記目的を達成するために、本発明の回転電機の結線方法は、周方向に配列された複数のスロットに、それぞれ一対のスロット挿入部である第1及び第2スロット挿入部と上記第1及び第2スロット挿入部を連結する渡り部とを備える複数のコイルセグメントの上記第1及び第2スロット挿入部をそれぞれ挿入し、上記各コイルセグメントの挿入方向先端部を所定のパターンで電気的に接続して3相の並列回路を構成し、その3相の並列回路をスター結線で結線する、回転電機の結線方法であって、上記3相のうち1相を構成するコイルセグメントを、上記複数のスロットのうち周方向に連続する3つのスロットの組であって周方向に等間隔に配置される組の複数組に、第1コイルセグメントの第1スロット挿入部をある組の一のスロットに挿入し、上記第1コイルセグメントの第2スロット挿入部を、上記ある組に隣接する組の、上記一のスロットに対応するスロットに隣接するスロットに挿入し、第2コイルセグメントの第1スロット挿入部を別のある組の一の端のスロットに挿入し、上記第2コイルセグメントの第2スロット挿入部を、上記ある組に隣接する組の、他の端のスロットに挿入し、上記各組の3つのスロットにそれぞれ同じ数のコイルセグメントが挿入されるように、挿入する第1ステップを含むものである。

 このような回転電機の結線方法において、上記第1ステップが、上記各組の3つのスロットを、一方の端から一方向に順にそれぞれ第1スロット、第2スロット、第3スロットとし、上記複数組のうち6つの組を、ある第1組から上記一方向に順に第2組、第3組、第4組、第5組、第6組として、上記1相を構成するコイルセグメントの一部として、1つの上記第1コイルセグメントの上記第1スロット挿入部を上記第1組の上記第1スロットに挿入し、上記1つの第1コイルセグメントの上記第2スロット挿入部を上記第2組の上記第2スロットに挿入し、もう1つの上記第1コイルセグメントの上記第1スロット挿入部を上記第3組の第2スロットに挿入し、上記もう1つの第1コイルセグメントの上記第2スロット挿入部を上記第4組の上記第3スロットに挿入し、1つの上記第2コイルセグメントの上記第1スロット挿入部を上記第5組の上記第3スロットに挿入し、上記1つの第2コイルセグメントの上記第2スロット挿入部を上記第6組の第1スロットに挿入し、上記第2組の上記第2スロットに挿入された上記第2スロット挿入部と上記第3組の上記第2スロットに挿入された上記第1スロット挿入部とを電気的に接続し、上記第4組の上記第3スロットに挿入された上記第2スロット挿入部と上記第5組の第3スロットに挿入された上記第1スロット挿入部とを電気的に接続して第1コイルセグメント群を形成する第2ステップを含むとよい。

 さらに、上記第1ステップが、Mを自然数として、1からMまでの各自然数Xについて、X番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部と重なるように、(X+1)番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部を上記スロットに挿入して、上記第1コイルセグメント群を(M+1)個形成し、上記X番目の第1コイルセグメント群における、上記第6組の上記第1スロットに挿入された上記第2スロット挿入部と、上記(X+1)番目の第1コイルセグメント群における、上記第1組の上記第1スロットに挿入された上記第1スロット挿入部とを電気的に接続する第3ステップを含むとよい。

 上記第2ステップで、さらに、各コイルセグメントの配置が、上記周方向に上記スロットの2組分上記第1コイルセグメント群と異なる第2コイルセグメント群と、各コイルセグメントの配置が、上記周方向にさらに上記スロットの2組分上記第2コイルセグメント群と異なる第3コイルセグメント群とを、上記各組の3つのスロットにそれぞれ、上記第1~第3の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されるように形成するとよい。

 上記第2ステップで、さらに、各コイルセグメントの配置が、それぞれ上記周方向に上記スロットの1組分、上記第1乃至第3コイルセグメント群と異なる第4乃至第6コイルセグメント群を、上記各組の3つのスロットにそれぞれ、上記第1~第6の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されるように形成するとよい。

 さらに、上記スロットの数が54で、上記回転電機の極数が6であるとよい。
 さらに、上記第1ステップで、上記第1コイルセグメントの各スロット挿入部を、上記周方向に10スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入し、上記第2コイルセグメントの各スロット挿入部を、上記周方向に7スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入するとよい。
 あるいは、上記第1ステップで、上記第1コイルセグメントの各スロット挿入部を、上記周方向に8スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入し、上記第2コイルセグメントの各スロット挿入部を、上記周方向に11スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入するとよい。
 また、この発明は、コイルを備える回転電機の製造方法であって、上記のいずれかの回転電機の結線方法により上記コイルの結線を行うことを特徴とする、回転電機の製造方法も提供する。

 また、この発明の回転電機の結線構造は、周方向に配列された複数のスロットと、それぞれ一対のスロット挿入部である第1及び第2スロット挿入部と上記第1及び第2スロット挿入部を連結する渡り部とを備え上記第1及び第2スロット挿入部がそれぞれ上記スロットに挿入された複数のコイルセグメントとを備え、上記各コイルセグメントの挿入方向先端部が所定のパターンで電気的に接続されて3相の並列回路が構成され、その3相の並列回路がスター結線で結線されている回転電機の結線構造であって、上記3相のうち1相を構成するコイルセグメントが、上記複数のスロットのうち周方向に連続する3つのスロットの組の複数組に挿入され、上記各組は、上記周方向に等間隔に配置され、上記複数のコイルセグメントは、第1コイルセグメント及び第2コイルセグメントを含み、上記第1コイルセグメントの第1スロット挿入部がある組の一のスロットに挿入され、上記第1コイルセグメントの第2スロット挿入部が上記ある組に隣接する組の、上記一のスロットに対応するスロットに隣接するスロットに挿入されており、上記第2コイルセグメントの第1スロット挿入部が別のある組の一の端のスロットに挿入され、上記第2コイルセグメントの第2スロット挿入部が上記ある組に隣接する組の、他の端のスロットに挿入されており、上記各組の3つのスロットにそれぞれ同じ数のコイルセグメントが挿入されているものである。

 このような回転電機の結線構造において、上記各組の3つのスロットを、一方の端から一方向に順にそれぞれ第1スロット、第2スロット、第3スロットとし、上記複数組のうち6つの組を、ある第1組から上記一方向に順に第2組、第3組、第4組、第5組、第6組として、上記1相を構成するコイルセグメントが、1つの上記第1コイルセグメントと、もう1つの上記第1コイルセグメントと、1つの上記第2コイルセグメントとにより構成される第1コイルセグメント群を含み、上記1つの第1コイルセグメントの第1スロット挿入部が上記第1組の上記第1スロットに挿入され、上記1つの第1コイルセグメントの第2スロット挿入部が上記第2組の上記第2スロットに挿入されており、上記もう1つの第1コイルセグメントの第1スロット挿入部が上記第3組の上記第2スロットに挿入され、上記もう1つのコイルセグメントの第2スロット挿入部が上記第4組の上記第3スロットに挿入されており、上記1つの第2コイルセグメントの第1スロット挿入部が上記第5組の上記第3スロットに挿入され、上記1つの第2コイルセグメントの第2スロット挿入部が上記第6組の上記第1スロットに挿入されており、上記第2組の第2スロットに挿入された上記第2スロット挿入部と上記第3組の第2スロットに挿入された上記第1スロット挿入部とが電気的に接続され、上記第4組の第3スロットに挿入された上記第2スロット挿入部と上記第5組の上記第3スロットに挿入された上記第1スロット挿入部とが電気的に接続されているとよい。

 さらに、Mを自然数として、上記第1コイルセグメント群を(M+1)個備え、1からMまでの各自然数Xについて、X番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部と重なるように、(X+1)番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部が上記スロットに挿入されており、上記X番目の第1コイルセグメント群における、上記第6組の上記第1スロットに挿入された上記第2スロット挿入部と、上記(X+1)番目の第1コイルセグメント群における、上記第1組の上記第1スロットに挿入された上記第1スロット挿入部とが電気的に接続されているとよい。

 さらに、各コイルセグメントの配置が、上記周方向に上記スロットの2組分上記第1コイルセグメント群と異なる第2コイルセグメント群と、各コイルセグメントの配置が、上記周方向にさらに上記スロットの2組分上記第2コイルセグメント群と異なる第3コイルセグメント群とを備え、上記各組の3つのスロットにそれぞれ、上記第1~第3の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されているとよい。

 さらに、各コイルセグメントの配置が、上記周方向にそれぞれ上記スロットの1組分、上記第1乃至第3コイルセグメント群と異なる第4乃至第6コイルセグメント群を備え、上記各組の3つのスロットにそれぞれ、上記第1~第6の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されているとよい。

 さらに、上記スロットの数が54で、上記回転電機の極数が6であるとよい。
 さらに、上記第1コイルセグメントの各スロット挿入部が、上記周方向に10スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されており、上記第2コイルセグメントの各スロット挿入部が、上記周方向に7スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されているとよい。
 あるいは、上記第1コイルセグメントの各スロット挿入部が、上記周方向に8スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されており、上記第2コイルセグメントの各スロット挿入部は、上記周方向に11スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されているとよい。
 また、この発明は、上記のいずれかの結線構造を備えた回転電機も提供する。

 本発明によれば、周方向に連続する3つのスロット毎に同相のコイルセグメントを挿入する回転電機を構成する場合において、循環電流を抑制することができる。

本発明の第1の実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。 図1で示したステータのコイルエンド側の斜視図である。 図1で示したステータのコイルを形成するためのコイルセグメントのうち第1コイルセグメントの、ツイストされていない状態を示す斜視図である。 第2コイルセグメントの状態を示す、図3Aと対応する図である。 図1で示したステータのU相のコイルの一部を示す斜視図である。 図4で示した構成の角度を変えた斜視図である。 図1で示したステータのU相のコイルセグメントの接続状態を示す図である。 図6の一部を取り出して示した図である。 図1で示したステータの並列回路の一例の結線図である。 図1で示したステータの並列回路の他例の結線図である。 図1で示したステータの並列回路のさらなる他例の結線図である。 第2の実施形態におけるステータのU相のコイルセグメントの接続状態を示す図である。 図11の一部を取り出して示した図である。

 以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。

 まず、図1~図10を参照して第1の実施形態を説明する。
 図1及び図2は本実施形態における回転電機の結線構造を備えたステータ2を示しており、図1はステータ2の全体を、図2はステータ2のコイルエンドCE側をそれぞれ示している。
 ステータ2は、周方向に配列された複数のスロット4を有する円筒状のコア6と、スロット4にU字状のコイルセグメントを挿入し、それらコイルセグメントの挿入方向先端部を所定のパターンで電気的に接続して形成された3相(U相、V相、W相)のコイル8とを備えている。コイル8は6層構成である。
 各コイルセグメントはコイルエンドCE側から挿入され、挿入方向先端側、即ち図1に示す入力部(給電部)ES側に突出したコイルセグメントの先端部を折り曲げられて電気溶接等により電気的に接続され、並列回路を構成している。図1において符号5は、コア6とコイルセグメントとの間を絶縁するための絶縁材である絶縁紙を示している。

 コア6は、薄肉の円環状の電磁鋼鈑を円筒の軸方向に積層して一体化した構成を有している。コア6の内方側には中心に向けて突出する複数の突出部(ティース)が周方向に所定間隔で放射状に形成されており、隣り合う突出部間にスロット4が形成されている。
 本実施形態におけるスロット4の数は54であり、ステータ2に挿入される不図示のロータの極数(磁極数)は6である。各磁極に対するコイル8の1相あたりのスロット数は3である。
 即ち、周方向に連続する3つのスロット毎に同相のコイルセグメントが挿入されており、54個のスロット4は、3つずつ18の組を構成し、その各組は周方向に配列され、U相スロット、V相スロット、W相スロットが、1周にこの順で6回繰り返し配列されている。なお、「U相スロット」は、U相のコイルを構成するコイルセグメントを挿入するスロットの組のことであり、V相及びW相についても同様である。
 U12-1,2、V12-1,2、W12-1,2は、それぞれU相、V相、W相のコイルに電圧を印加するための入力部であるが、その構造については後述する。

 導体としてのコイルセグメントは、図3A及び図3Bに示すように、表面がエナメル等の絶縁被膜で覆われた平角線を曲げ加工によりU字状に形成したものであり、一対のスロット挿入部10fa,10fbと、これらを連結する渡り部10gとを備える。スロット挿入部10fa,10fbは共に直線状であり、スロット4に挿入される部分である。渡り部10gは、層移り(レーンチェンジ)のための屈曲形状(クランク形状)を有している。図3A及び図3Bの例では、スロット挿入部10faよりもスロット挿入部10fbが図で奥側にある。
 本実施形態では、各スロット挿入部10fa,10fbを周方向に10スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入する第1コイルセグメントS1と、各スロット挿入部10fa,10fbを周方向に7スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入する第2コイルセグメントS2とを用いる。

 図3Aに第1コイルセグメントS1の例を、図3Bに第2コイルセグメントS2の例を示す。これらの図に示すように、第1コイルセグメントS1ではスロット挿入部10fa,10fbの間隔(跨ぎ幅)Y1が10スロット分の長さであり、第2コイルセグメントS2ではスロット挿入部10fa,10fbの間隔(跨ぎ幅)Y2が7スロット分の長さであり、Y1よりも短い。
 ただし、1スロット分の長さは、スロット挿入部10fa,10fbを挿入する径方向の位置により微妙に異なる。このため、同種のコイルセグメントでもその挿入位置に応じてサイズが異なることになる。この他、後述するように、コイルセグメントのうち、入力用及び中性点接続用のものは、他のものとスロット挿入部の長さが異なる異形セグメントである。
 以後の説明において、1つのコイルセグメントが備えるスロット挿入部10fa,10fbを区別する場合、一方のスロット挿入部10faを第1スロット挿入部、他方のスロット挿入部10fbを第2スロット挿入部と呼ぶことにする。区別しない場合には、10fの符号を用いる。ただし、スロット挿入部10fa,10fbのどちらを「第1」と呼び、どちらを「第2」と呼ぶかは本質的な点ではない。

 次に、図4及び図5を参照して、54個のスロット4に対する各相のコイルセグメントの配置状態を説明する。
 分かり易くするために、図4及び図5では、U相(U Phase)のコイルを構成するコイルセグメントのうち半分の配置を示している。すなわち、U相のコイルは、実際には、それぞれステータ2を3周する(3層構造の)図4及び図5に示した3本のコイルの他、これらと配置位置が周方向に60°異なる3本のコイルを含むが、図4では前者のみ示している。また、コイルセグメントの配置を見やすくするため、図4及び図5ではコア6は薄肉の円板として表示している。しかし実際には、コア6は、図4及び図5の状態でスロット挿入部10fa,10fbが直線状である部分全体を覆う程度の長さである。なお、V相及びW相のコイルを構成するコイルセグメントは、それぞれ、U相のコイルセグメントの配置を3スロット分及び6スロット分、時計回り(図4の上側から見ての方向:以下特に断らない限り同じ)に回転させたものであり、実質的にU相のコイルセグメントと同じ構成である。

 図4に示すように、ステータ2は、周方向に連続した位置の3つのスロット4に同相のコイルセグメントを挿入する構成となっている。これらの3つのスロット4を1組のスロットとし、各組内のスロット4を、時計回りに順にA,B,Cの符号を付して示す。この実施形態では、Aが第1スロット、Bが第2スロット、Cが第3スロットに該当する。

 U相のコイルセグメントを挿入するためのスロットの第1組U1~第6組U6は、周方向に等間隔に配置されている。このため、隣接する組の間には6スロット分の間隔が空き、このスペースに、V相のコイルセグメントを挿入するためのスロットの第1組V1~第6組V6と、W相のコイルセグメントを挿入するためのスロットの第1組W1~第6組W6とが、同様に等間隔に配置されている。ここでは、U相のコイルセグメントの配置に注目しているため、スロットの組はU1~U6のみを考慮し、U1の隣の組はU2とU6であると考えることにする。

 一方、各コイルセグメントS1,S2は、1相分の6組のうち周方向に隣り合う組の間を跨いで挿入している。そして、第1コイルセグメントS1は、第1スロット挿入部10faがある組の一のスロットに挿入され、第2スロット挿入部10fbが、その組に隣接する組の、その一のスロットに対応するスロットに隣接するスロットに挿入される。具体的には、第1コイルセグメントS1は、ある組(例えばU1)のスロットAと、その時計回り側の隣の組(U2)のスロットB(スロットAの隣)とを跨ぐように、あるいは、ある組のスロットBと、その時計回り側の隣の組のスロットC(スロットBの隣)とを跨ぐように挿入される。第2コイルセグメントS2は、第1スロット挿入部10faがある組の一の端のスロットに挿入され、第2スロット挿入部10fbがその組に隣接する組の、他の端のスロットに挿入される。具体的には、ある組のスロットCと、その時計回り側の隣の組のスロットAとを跨ぐように挿入される。

 また、各コイルセグメントS1,S2の各スロット挿入部10fの先端部のステータ2から突出した部分は、周方向にツイストされ、逆向きにツイストされた隣接するコイルセグメントの先端部と電気的に接続されている(このような接続のことを、ここでは「ツイスト接続」とも呼ぶ)。ここでいう「隣接」は、同じ周回にあって、隣接する組の対応するスロットにスロット挿入部10fが挿入されていることを指すものとする。

 以下、コイルセグメント間の電気的接続のパターンについてより具体的に説明するが、特定のコイルセグメントを指すために、コイルセグメントの符号S1,S2に、各スロット挿入部10fが挿入されたスロットの組名(U1~U6)及び組内のスロット名(A~C)を用いた添え字を用いることとする。例えば、第1スロット挿入部10faが組U3のスロットAに、第2スロット挿入部10fbが組U4のスロットBに挿入された、これらのスロットに跨る第1コイルセグメントS1は、コイルセグメントS1U3A-U4Bとする等である。コイルの何周目を構成するコイルセグメントであるかを特定する必要がある場合には、その点に別途言及する。また、スロットも、同様に、組名と組内のスロット名とを用いて、組U1のスロットAをスロットU1A、等と呼ぶことにする。

 まず、スロットU1Cを始点とするコイルの1周は、第2コイルセグメントS2U1C-U2A、第1コイルセグメントS1U3A-U4B、および第1コイルセグメントS1U5B-U6Cの3つのコイルセグメントで構成される。
 そして、スロットU2Aに挿入された第2コイルセグメントS2U1C-U2Aの第2スロット挿入部10fbの先端部は、第1コイルセグメントS1U3A-U4Bの、スロットU3Aに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部とツイスト接続されている。第1コイルセグメントS1U3A-U4Bの、スロットU4Bに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部は、第1コイルセグメントS1U5B-U6Cの、スロットU5Bに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部とツイスト接続されている。

 ただし、第1コイルセグメントS1U5B-U6Cの、スロットU6Cに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部は、同じ周回の第2コイルセグメントS2U1C-U2Aの、スロットU1Cに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部と対向しているものの、電気的接続はなされていない。
 上記の1周分のコイルの経路は、U1C→U2A→U3A→U4B→U5B→U6Cの直列の経路となり、組内のA、B、Cの位置にあるスロットをコイルセグメントがそれぞれ2回ずつ通っている。
 なお、U6-U1間には電気の入力用と中性点接続用の構成が設けられており、後述するように電気的な接続の構造は他の組間の接続とは異なっている。

 また、図4に示すU相のコイルには、上記のスロットU1Cを始点とするコイルの他、スロットU1Aを始点とするコイルとスロットU1Bを始点とするコイルとが含まれる。
 スロットU1Aを始点とするコイルの1周は、第1コイルセグメントS1U1A-U2B、第1コイルセグメントS1U3B-U4C、および第2コイルセグメントS2U5C-U6Aの3つのコイルセグメントで構成される。

 そして、スロットU2Bに挿入された第1コイルセグメントS1U1A-U2Bの第2スロット挿入部10fbの先端部は、第1コイルセグメントS1U3B-U4Cの、スロットU3Bに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部とツイスト接続されている。第1コイルセグメントS1U3B-U4Cの、スロットU4Cに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部は、第2コイルセグメントS2U5C-U6Aの、スロットU5Cに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部とツイスト接続されている。

 第2コイルセグメントS2U5C-U6Aの、スロットU6Aに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部は、第1コイルセグメントS1U1A-U2Bの、スロットU1Aに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部と対向しているものの、電気的な接続はなされていない。
 上記の1周分のコイルの経路は、U1A→U2B→U3B→U4C→U5C→U6Aの直列の経路となり、U1Cを始点とする経路と同様、組内のA、B、Cの位置にあるスロットをコイルセグメントがそれぞれ2回ずつ通っている。

 また、スロットU1Bを始点とするコイルの1周は、第1コイルセグメントS1U1B-U2C、第2コイルセグメントS2U3C-U4A、および第1コイルセグメントS1U5A-U6Bの3つのコイルセグメントで構成される。
 そして、スロットU2Cに挿入された第1コイルセグメントS1U1B-U2Cの第2スロット挿入部10fbの先端部は、第2コイルセグメントS2U3C-U4Aの、スロットU3Cに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部とツイスト接続されている。第2コイルセグメントS2U3C-U4Aの、スロットU4Aに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部は、第1コイルセグメントS1U5A-U6Bの、スロットU5Aに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部とツイスト接続されている。

 第1コイルセグメントS1U5A-U6Bの、スロットU6Bに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部は、第1コイルセグメントS1U1B-U2Cの、スロットU1Bに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部と対向しているものの、電気的な接続はなされていない。
 上記の1周分のコイルの経路は、U1B→U2C→U3C→U4A→U5A→U6Bの直列の経路となり、U1Cを始点とする経路と同様、組内のA、B、Cの位置にあるスロットをコイルセグメントがそれぞれ2回ずつ通っている。

 上記ではU相の3周のコイルのうち1周分について説明したが、残りの2周分についても同様の接続経路であり、各周を構成するコイルセグメントの各スロット挿入部10fは、径方向に積み重なって層をなすようにスロット4に挿入されている。また、それぞれ3周する3本のコイルは、合計で3×3×3=27個のコイルセグメントからなり、54のスロット挿入部10fを備えるが、これらのスロット挿入部10fは、3個×6組=18個のスロットに、3回ずつ挿入され、3層を形成する。
 さらに、上述した、図4に示したものとは配置位置が周方向に60°異なる3本の3周のコイルにおいても、54のスロット挿入部10fが、18個のスロットに3回ずつ挿入され、3層を形成する。従って、U相のコイル全体では、各スロットに挿入されるスロット挿入部10fは6層を形成することになる。

 次に、コイルの周を跨ぐ電気的な接続の構造について、図5を参照して説明する。
 図5において、10f1~10f6は、スロットU1Cを始点とするコイルの、周を跨ぐ電気的な接続に関与するスロット挿入部の先端部を示す。
 このうち10f6は、最外周のコイルの第2コイルセグメントS2U1C-U2Aのうち、スロットU1Cに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部である。10f5は、最外周のコイルの、第1コイルセグメントS1U5B-U6Cのうち、スロットU6Cに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部である。これらの先端部10f6,10f5は、上述のとおり、それぞれ周方向に逆向き(10f6は反時計回り、10f5は時計回り)にツイストされ、相互に対向する位置にあるが、電気的な接続はされていない。

 一方、10f4は、外側から2番目の周のコイルの第2コイルセグメントS2U1C-U2Aのうち、スロットU1Cに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部である。そして、先端部10f4は、先端部10f6と周方向に同じ向きに同距離だけツイストされている。従って、先端部10f4も、先端部10f6と反対側で先端部10f5と対向する。そして、先端部10f4と先端部10f5とが、導体11により電気的に接続されている。このことにより、最外周のコイルと、外側から2番目の周のコイルとが、電気的に直列に接続される。

 同様に、10f3は、外側から2番目の周のコイルの第1コイルセグメントS1U5B-U6Cのうち、スロットU6Cに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部であり、先端部10f4と対向しているが、電気的に接続されていない。10f2は、外側から3番目の周(ここでは最内周)のコイルの第2コイルセグメントS2U1C-U2Aのうち、スロットU1Cに挿入された第1スロット挿入部10faの先端部であり、先端部10f3と、導体11により電気的に接続されている。10f1は、外側から3番目の周のコイルの第1コイルセグメントS1U5B-U6Cのうち、スロットU6Cに挿入された第2スロット挿入部10fbの先端部であり、先端部10f2と対向しているが、電気的に接続されていない。

 これらの接続により、3周分のコイルセグメントが直列に接続されたコイルを形成することができる。スロットU1Aを始点とするコイル及びスロットU1Bを始点とするコイルについても、同様な接続がなされている。
 なお、先端部10f6は、コイルを外部回路と接続して電圧を印加するための入力部12を構成するため、他の先端部より長くなっている。従って、この先端部10f6を含むコイルセグメントとしては、他のコイルセグメントよりもスロット挿入部が長い異形セグメントを用いる。

 また、先端部10f1は、スター結線における三相コイルの電気的中性点に接続するための中性点接続部14を構成するため、先端部10f6よりは短いが、他の先端部より長くなっている。従って、この先端部10f1を含むコイルセグメントとしても、他のコイルセグメントよりもスロット挿入部が長い異形セグメントを用いる。なお、中性点接続部14は、図8乃至図10を用いて後述するように、3周分のコイル同士を直列あるいは並列に接続するための接続部としても用いることができる。

 次に、図6及び図7を用いて、U相のコイルを構成する3周分のコイル6つを構成するコイルセグメントの配置及び接続構造についてさらに説明する。図6は、U相のコイルの接続経路を展開した図である。
 図6において、縦方向に並ぶ長方形のマス1列分が、1つのスロットを示す。L1~L6は、そのスロット内の、ステータ2の径方向に積層されるように挿入される各スロット挿入部10fの配置位置を示し、L6が最も外周側の位置を、L1が最も内周側の位置を示す。上述のように、この例ではスロット挿入部10fは6層を形成し、そのうち第n層の位置をLnで示している(nは1~6の整数)。

 また、図6における実線の矢印は、図4に示した3本のコイルを構成するコイルセグメントの配置を示す。破線の矢印は、それら3本のコイルと配置位置が周方向に60°異なる3本のコイルを構成するコイルセグメントの配置を示す。なお、各コイルセグメントの配置を分かり易くするために矢印を用いているが、コイル自体に向きはない(この実施形態では入力部12と中性点接続部14とで電極の形状が異なるが、この違いは本質的なものではなく、この構造や機能に限られるものではない)。ここで、直線の矢印は、コイルセグメントの渡り部10gによるスロット間の電気的接続(図1のコイルエンドCE側にある)を示し、符号Kで示すようにクランク状になっている矢印は、スロット挿入部10fの先端部同士のツイスト接続によるスロット間の電気的接続(図1の入力部ES側にある)を示す。従って、ある矢印のクランク部から、2つ先の矢印のクランク部までが、1つのコイルセグメントの配置を示すと考えることができる。

 アルファベットのA、B、Cは、図4にてA、B、Cの符号を付した、U1~U6の組の各スロットを示すが、実線のコイルの配置位置と破線のコイルの配置位置とを区別するため、大文字と小文字を使い分けている。図6の説明において、組U1のスロットAは、図4の場合と同様にスロットU1Aと呼ぶが、破線のコイルの配置位置を説明する場合には、小文字のアルファベットを用いてU1aと呼ぶことにする。

 また、入力部12と中性点接続部14は、実線のコイルが備えるものに添え字「1」を、破線のコイルが備えるものに添え字「2」をつけて区別している(図1も同様)。
 図7は、図を見やすくするため、図6のうち、第6層と第5層における接続構造のみを取り出して、コイル1本毎に分離して示したものである。図7において、第2コイルセグメントS2の渡り部10gは、第1コイルセグメントS1と区別しやすいように太線で示している。

 図6を参照しつつU相のコイルの配置及び接続構造を説明する。
 まず、実線で示すコイルのうちスロットU1Aを始点とするコイルにおいては、最外周のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U1A-U2Bの第1スロット挿入部10faが、スロットU1Aの第6層の位置に挿入され、入力部12-1を構成する。また、第2スロット挿入部10fbが、スロットU2Bの第5層の位置に挿入されており、コイルはスロットU2Bを通過する。

 各コイルセグメントは、このように、第1スロット挿入部10faが第m+1層の位置に、第2スロット挿入部10fbが第m層の位置に挿入される(m=1,3,5)。スロット毎に見れば、第m層と第m+1層の一方に実線のコイルを構成するスロット挿入部が、他方に破線のコイルを構成するスロット挿入部が配置される。このことにより、実線のコイルと、配置位置が60°異なる破線のコイルとを交互に配置し、全体としてコイルを高い密度で配置することができる。

 次に、スロットU2Bを通過したコイルは、隣の第1コイルセグメントS1U3B-U4Cとの間のツイスト接続を介してスロットU3Bに進む。第1コイルセグメントS1U3B-U4Cの第1スロット挿入部10faは、スロットU3Bの第6層の位置に挿入されており、第1コイルセグメントS1U1A-U2Bの第2スロット挿入部10fb(第5層)とは隣の層であるので、周方向へのツイストのみにより、これらのスロット挿入部を径方向に見て向かい合う位置に配置することができ、溶接等により容易に電気的に接続することができる。

 スロットU3Bの第6層を通過したコイルは、同様に、スロットU4Cの第5層を通過し、さらに隣の小幅の第2コイルセグメントS2U5C-U6Aとの間のツイスト接続を介して、スロットU5Cの第6層、スロットU6Aの第5層と進む。なお、第2コイルセグメントS2U5C-U6Aは、その渡り部10gが、スロットU1Bを始点とするコイルを構成する第1コイルセグメントS1U5A-U6Bの渡り部10gと、スロットU1Cを始点とするコイルを構成する第1コイルセグメントS1U5B-U6Cの渡り部10gとを跨ぐように配置されている。
 スロットU6Aの第5層を通過したコイルは、図5を用いて説明した周を跨ぐ接続により、外側から2周目のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U1A-U2Bの、スロットU1Aの第4層の位置に挿入された第1スロット挿入部10faと電気的に接続される。

 以上がコイルの1周分を構成する第1コイルセグメント群であり、これを3周分繰り返して、コイルはスロットU6Aの第1層に至り、最内周のコイルを構成するコイルセグメントS2U5C-U6Aの第2スロット挿入部10fbが、スロットU6Aの第1層の位置に挿入され、中性点接続部14-1を構成する。

 また、スロットU1Bを始点とするコイルは、スロットU1Bの第6層の位置に挿入された第1コイルセグメントS1U1B-U2Cの第1スロット挿入部10faが、入力部12-1を構成する。そして、コイルは第1コイルセグメントS1U1B-U2CによりスロットU2Cの第5層を通り、隣の小幅の第2コイルセグメントS2U3C-U4Aとの間のツイスト接続を介してスロットU3Cの第6層、スロットU4Aの第5層と進む。次に、さらに隣の第1コイルセグメントS1U5A-U6Bとのツイスト接続を介してスロットU5Aの第6層、スロットU6Bの第5層と進み、周を跨ぐ接続により、外側から2周目のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U1B-U2Cの、スロットU1Bの第4層の位置に挿入された第1スロット挿入部10faと電気的に接続される。

 以上がコイルの1周分を構成する第2コイルセグメント群であり、これを3周分繰り返して、コイルはスロットU6Bの第1層に至り、最内周のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U5A-U6Bの第2スロット挿入部10fbが、スロットU6Bの第1層の位置に挿入され、中性点接続部14-1を構成する。

 また、スロットU1Cを始点とするコイルは、スロットU1Cの第6層の位置に挿入された小幅の第2コイルセグメントS2U1C-U2Aの第1スロット挿入部10faが、入力部12-1を構成する。そして、コイルは第2コイルセグメントS2U1C-U2AによりスロットU2Aの第5層を通り、隣の第1コイルセグメントS1U3A-U4Bとの間のツイスト接続を介してスロットU3Aの第6層、スロットU4Bの第5層と進む。次に、さらに隣の第1コイルセグメントS1U5B-U6Cとのツイスト接続を介してスロットU5Bの第6層、スロットU6Cの第5層と進み、周を跨ぐ接続により、外側から2周目のコイルを構成する第2コイルセグメントS2U1C-U2Aの、スロットU1Cの第4層の位置に挿入された第1スロット挿入部10faと電気的に接続される。

 以上がコイルの1周分を構成する第3コイルセグメント群であり、これを3周分繰り返して、コイルはスロットU6Cの第1層に至り、最内周のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U5B-U6Cの第2スロット挿入部10fbが、スロットU6Cの第1層の位置に挿入され、中性点接続部14-1を構成する。

 次に、破線で示すコイルについて説明する。破線で示すコイルは、第1層側が入力部12-2を構成するため、こちらを起点として説明するが、外部回路との接続に応じてどちら向きにでも電圧を印加することができることは上述の通りである。
 まず、スロットU1aを始点とするコイルは、スロットU1aの第1層に挿入された最内周の小幅の第2コイルセグメントS2U1a-U6cの第2スロット挿入部10fbが、入力部12-2を構成する。そして、コイルは第2コイルセグメントS2U1a-U6cによりスロットU6cの第2層を通り、隣の第1コイルセグメントS1U5c-U4bとの間のツイスト接続を介してスロットU5cの第1層、スロットU4bの第2層と進む。次に、さらに隣の第1コイルセグメントS1U3b-U2aとのツイスト接続を介してスロットU3bの第1層、スロットU2aの第2層と進み、実線で示したコイルの場合と同様な周を跨ぐ接続により、内側から2周目のコイルを構成する第2コイルセグメントS2U1a-U6cの、スロットU1aの第3層の位置に挿入された第2スロット挿入部10fbと電気的に接続される。

 以上がコイルの1周分を構成する第4コイルセグメント群であり、これを3周分繰り返して、コイルはスロットU2aの第6層に至り、最外周のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U3b-U2aの第1スロット挿入部10faが、スロットU2aの第6層の位置に挿入され、中性点接続部14-2を構成する。なお、破線のコイルも実線のコイルも、2つのスロット挿入部10fのうち、図6においてより右側(図4で反時計回りに進んだ側)かつより内周側に配置されるものが第2スロット挿入部10fbであり、他方が第1スロット挿入部10faである点は共通している。

 同様に、スロットU1bを始点とするコイルは、スロットU1bの第1層に挿入された最内周の第1コイルセグメントS1U1b-U6aの第2スロット挿入部10fbが、入力部12-2を構成し、スロットU6aの第2層、スロットU5aの第1層、スロットU4cの第2層、スロットU3cの第1層、スロットU2bの第2層と進む。そして、周を跨ぐ接続により、内側から2周目のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U1b-U6aの、スロットU1bの第3層の位置に挿入された第2スロット挿入部10fbと電気的に接続される。

 以上がコイルの1周分を構成する第5コイルセグメント群であり、これを3周分繰り返して、コイルはスロットU2bの第6層に至り、最外周のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U3c-U2bの第1スロット挿入部10faが、スロットU2bの第6層の位置に挿入され、中性点接続部14-2を構成する。

 スロットU1cを始点とするコイルは、スロットU1cの第1層に挿入された最内周の第1コイルセグメントS1U1c-U6bの第2スロット挿入部10fbが、入力部12-2を構成し、スロットU6bの第2層、スロットU5bの第1層、スロットU4aの第2層、スロットU3aの第1層、スロットU2cの第2層と進む。そして、周を跨ぐ接続により、内側から2周目のコイルを構成する第1コイルセグメントS1U1c-U6bの、スロットU1cの第3層の位置に挿入された第2スロット挿入部10fbと電気的に接続される。

 以上がコイルの1周分を構成する第6コイルセグメント群であり、これを3周分繰り返して、コイルはスロットU2cの第6層に至り、最外周のコイルを構成する小幅の第2コイルセグメントS2U3a-U2cの第1スロット挿入部10faが、スロットU2cの第6層の位置に挿入され、中性点接続部14-2を構成する。

 ここで、実線の3本のコイルの接続経路を比較するとわかるように、スロットU1Aを始点とするコイルでは、組U5とU6を跨ぐ位置に小幅の第2コイルセグメントS2が配置され、スロットU1Bを始点とするコイルでは、組U3とU4を跨ぐ位置に小幅の第2コイルセグメントS2が配置され、スロットU1Cを始点とするコイルでは、組U1とU2を跨ぐ位置に小幅の第2コイルセグメントS2が配置され、各コイルは、コイルセグメントの配置がスロットの2組分、周方向に異なっている。このことにより、各組の3つのスロットに、各コイルを構成するコイルセグメント(のスロット挿入部10f)が1周当たり1本ずつ、計3本ずつ挿入された構成とし、また、各コイルを電気的に等価なものとすることができる。各コイルを電気的に等価なものとすることについては、各スロットに挿入されるコイルセグメントの数が同じであることの寄与が大きい。

 また、破線の3本の各コイルの接続経路でも、実線で示したコイルと同様、コイルセグメントの配置がスロットの2組分、周方向に異なっている。また、実線のコイルの接続経路と対比すると、スロットU1aを始点とするコイルでは、組U6とU1を跨ぐ位置に小幅の第2コイルセグメントS2が配置され、スロットU1Aを始点とするコイルと、コイルセグメントの配置がスロットの1組分、周方向に異なっている(ただし、入力部12-2が第1層側に、中性点接続部14-2が第6層側にある点は、実線で示したコイルと逆である)。スロットU1b,U1cを始点とするコイルも、それぞれ、スロットU1B,U1Cを始点とするコイルと同様な関係にある。

 従って、U相の6本のコイルは、それぞれその配置がスロットの1組分ずつ周方向に異なるものである。このことにより、各組の3つのスロットに、6本の各コイルを構成するコイルセグメント(のスロット挿入部10f)が1周当たり1本ずつ、計6本ずつ挿入された構成とし、また、6本の各コイルを電気的に等価なものとすることができる。この場合も、各コイルを電気的に等価なものとすることについては、各スロットに挿入されるコイルセグメントの数が同じであることの寄与が大きい。
 そして、各コイルを電気的に等価なものにすることにより、循環電流の発生を高精度に抑制することができる。

 上述した本実施形態の構成によれば、このようなコイルを、跨ぎ幅が異なる2種類のコイルセグメントを用いる簡単な構成で実現することができる。
 この実施形態では、第1コイルセグメントS1の跨ぎ幅Y1は、ステータ2のスロット数54を、ロータの極数6で除した値9(隣接する組における対応するスロット間の間隔に該当する)に1を加えた10スロット分の幅とし、隣接する組におけるスロットAとBの間、及びスロットBとCの間を接続できるようにしている。
 第2コイルセグメントS2の跨ぎ幅Y2は、上記9から2を引いた7スロット分の幅とし、隣接する組におけるスロットCとAの間を接続できるようにしている。

 次に、図8を用いて、各相のコイル間の接続について説明する。
 図8においては、U相のコイルについてのみ符号を付しており、各符号の添え字であるI(INの略)はコイルの入力部12側を、O(OUTの略)はコイルの中性点接続部14側を示している。また、「U」が、U相の電圧印加用の端子を示す。「V」、「W」についても同様である。

 U相におけるAI-AOは、図6で示したスロットU6Aを始点とする3周回の1本のコイルを示し、aI-aOはスロットU1aを始点とする3周回の1本のコイルを示している。AI-AOとaI-aO間の接続部m1は、図6における中性点接続部14-1と入力部12-2との間の接続(A-a)を示している。なお、入力部12及び中性点接続部14は、図6では3本のコイルについて共通の1つのボックスで示しているが、図5からわかるように配線自体はコイル毎に独立しているので、コイル毎に異なる接続先に接続することが可能である。

 また、U相におけるBI-BOは、図6で示したスロットU6Bを始点とする3周回の1本のコイルを示し、bI-bOはスロットU1bを始点とする3周回の1本のコイルを示している。BI-BOとbI-bO間の接続部m2は、図6における中性点接続部14-1と入力部12-2との接続(B-b)を示している。
 また、U相におけるCI-COは、図6で示したスロットU6Cを始点とする3周回の1本のコイルを示し、cI-cOはスロットU1cを始点とする3周回の1本のコイルを示している。CI-COとcI-cO間の接続部m3は、図6における中性点接続部14-1と入力部12-2との接続(C-c)を示している。

 図8からわかるように、ステータ2では、AI-AOとaI-aOとの直列回路、BI-BOとbI-bOとの直列回路及びCI-COとcI-cOとの直列回路が並列に接続されて、U相の並列回路が構成されている。
 V相、W相についても同様の並列回路が構成され、これらの並列回路の取り出し部は中性点Nで接続されている。即ち、3相(U相、V相、W相)の並列回路がスター結線により結線されている。

 図4乃至図7を用いて説明した各3周回のコイルを上記のように接続することにより、全スロット4におけるコイルセグメントの挿入数が同じ構成で、3相の並列回路を容易に製造することができる。この構成では、各3周回のコイルが電気的に等価な構成であるので、並列回路における電気的平衡が保たれ、循環電流の発生を抑制することができる。

 図8では3parallel構成の並列回路を例示したが、各コイル間の結線を変更することにより、6parallelや2parallelの並列回路を構成することもできる。図9に6parallelの例を、図10に2parallelの例を示す。これらのいずれの構成でも、各3周回のコイルが電気的に等価な構成であることに変わりはなく、並列回路における電気的平衡を保ち、循環電流の発生を抑制できる。従って、回路構成のわずかな変更で、循環電流の発生を抑制しつつ多様な回転電機を製造することができる。

 なお、以上のようなステータ2は、コア6及び必要なコイルセグメントS1,S2を用意し、各コイルセグメントS1,S2のスロット挿入部10fを図6を用いて説明した配置でコイルエンドCE側から各スロット4に挿入し、入力部ES側に突出したスロット挿入部10fの先端部を層毎に異なる回転方向にツイストし、ツイスト後の先端部を図4及び図5を用いて説明したパターンで電気的に接続し、さらに、入力部12及び中性点接続部14を構成する先端部を図8等を用いて説明したパターンで電気的に接続することにより、必要な結線を行って製造することができる。また、このステータ2をロータと組み合わせることにより、回転電機を製造することができる。

 次に、図11及び図12を参照して第2の実施形態を説明する。なお、上記第1実施形態と同一の又は対応する部分は同一符号で示し、第1実施形態と同様な構成上及び機能上の説明は適宜省略する。
 本実施形態における第1コイルセグメントS1の跨ぎ幅Y1は、ステータ2のスロット数54を、ロータの極数6で除した値9(隣接する組における対応するスロット間の間隔に該当する)から1を引いた8スロット分の幅とし、隣接する組におけるスロットBとAの間、及びスロットCとBの間を接続できるようにしている。第1実施形態の構成では、第1コイルセグメントS1を用いると、あるスロットと、そのスロットの隣の組の1つ先のスロットとを接続することになっていたのに対し、第2実施形態の構成では、あるスロットと、そのスロットの隣の組の1つ前のスロットとを接続することになる点が、第1実施形態と異なる。しかし、いずれの場合も、あるスロットと、そのスロットに隣接する組における対応するスロットの隣のスロットとを接続する点は、同じである。

 また、第2コイルセグメントS2の跨ぎ幅Y2は、上記9に2を加えた11スロット分の幅とし、隣接する組におけるスロットAとCの間を接続できるようにしている。第1実施形態の構成では、第2コイルセグメントS2を用いると、あるスロットと、そのスロットの隣の組の2つ前のスロットとを接続することになっていたのに対し、第2実施形態の構成では、あるスロットと、そのスロットの隣の組の2つ先のスロットとを接続することになる点が、第1実施形態と異なる。しかし、いずれの場合も、ある組の端のスロットと、そのスロットに隣接する組の他の端のスロットとを接続する点は、同じである。

 すなわち、第1実施形態では、2つの第1コイルセグメントS1と1つの第2コイルセグメントS2とをこの順で用いて、スロットA→スロットB→スロットC→スロットAの順でスロット間を接続していたが、第2実施形態では、1つの第2コイルセグメントS2と2つの第1コイルセグメントS1とをこの順で用いてスロットA→スロットC→スロットB→スロットAの順でスロット間を接続することになる。しかし、いずれの場合も、2つの第1コイルセグメントS1と1つの第2コイルセグメントS2とにより、6組を通過する間にスロットA,B,Cを2回ずつ通過する配線が可能である点は、共通である。

 図11及び図12に、第2実施形態においてU相のコイルを構成する4周分のコイル6つを構成するコイルセグメントの配置及び接続構造を、図6及び図7と同様な書式で示す。なお、第2実施形態では、コイル1本当たり4周であり、従ってこの例では各スロット4にはスロット挿入部10fが8層を形成するように挿入される。図12は、図11のうち、第8層と第7層における接続構造のみを取り出して、コイル1本毎に分離して示したものである。

 図11に示す接続構造は、層数の他、スロットの接続順が、第1実施形態の場合と異なる。すなわち、例えばスロットU1Aを始点とするコイルは、3本のコイルセグメントS2U1A-U2C,S1U3C-U4B,S1U5B-U6Aにより、U1A→U2C→U3C→U4B→U5B→U6Aの順で接続され、さらに次の周のU1Aのスロットに接続される。
 同様に、スロットU1Bを始点とするコイルは、3本のコイルセグメントS1U1B-U2A,S2U3A-U4C,S1U5C-U6Bにより、U1B→U2A→U3A→U4C→U5C→U6Bの順で接続され、さらに次の周のU1Bのスロットに接続される。
 スロットU1Cを始点とするコイルは、3本のコイルセグメントS1U1C-U2B,S1U3B-U4A,S2U5A-U6Cにより、U1C→U2B→U3B→U4A→U5A→U6Cの順で接続され、さらに次の周のU1Cのスロットに接続される。

 このように、第2実施形態の構成でも、各組の3つのスロットに、各コイルを構成するコイルセグメント(のスロット挿入部10f)が1周当たり1本ずつ挿入される点は第1実施形態の場合と変わりがない。第2実施形態ではコイル1本当たり4周であるので、各スロットには計4本のコイルセグメントが挿入され、また、各コイルを電気的に等価なものとすることができる。
 また、破線の3本のコイルが、実線の3本のコイルと配置位置が60°異なることも第1実施形態の場合と同様である。従って、全体として、各組の3つのスロットに、6本の各コイルを構成するコイルセグメント(のスロット挿入部10f)が1周当たり1本ずつ、計8本ずつ挿入された構成となり、また、6本の各コイルを電気的に等価なものとすることができる。

 すなわち、第1実施形態の構成でも第2実施形態の構成でも同様に、コイルの周回数によらず、6本の各コイルを電気的に等価なものとして、循環電流の発生を高精度に抑制することができる。
 なお、添え字の順序とは異なるが、第2実施形態の構成では、U3、U4、U5、U6、U1、U2がそれぞれ第1組~第6組に、スロットC、B、Aがそれぞれ第1~第3スロットに該当する。

 ところで、この種の回転電機では、コアの径方向で隣り合う層を逆向きにツイストして電気的に接合する。このため、各層のスロット挿入部の端部を単純に層毎に定められた向きにツイストすると、外側の、偶数番目の層に設ける入力部12-1と、内側の、奇数番目の層に設ける入力部12-2とでは、ツイスト方向が反対になってしまい、これらが離れた位置に形成されてしまうことになる。この構造だと、外部から各入力部12を構成する各コイルセグメントへの給電回路を設ける際に、接続構造が複雑となるとともに導体の使用量が増えて不経済となる。

 この問題に対処するための技術としては、本出願人は、特願2017-218645号にて、特定のコイルセグメント端部のみツイストせずに残したり、又は特定のコイルセグメント端部は層によらず同じ向きにツイストしたりするコイルツイスト方法を提案している。
 入力部12を構成するコイルセグメントの端部を上記特定のコイルセグメントとして上記コイルツイスト方法を用いれば、内側と外側の各入力部12が相互に対向あるいは近接するように構成することができ、外部から入力部12への接続構造を簡易化できるとともに接続のための導体の使用量を大幅に節約できる。

 例えば、図1の例では、最外層の異形セグメントを、ツイスト後に他の接合用コイルセグメントよりもコア6の軸方向に高く伸びる長さとするとともに、同層の他の接合用コイルセグメントとは逆向きにツイストしてU相の入力部U12-1、V相の入力部V12-1、W相の入力部W12-1を形成している。
 一方、最内層の異形セグメントを、ツイスト後に他の接合用コイルセグメントよりもコア6の軸方向に高く伸びる長さとするとともに、U相の入力部U12-2、V相の入力部V12-2、W相の入力部W12-2として、それぞれU相の入力部U12-1、V相の入力部V12-1、W相の入力部W12-1と対向あるいは近接する位置に形成している。

 なお、上記の各実施形態では、スロット数54、極数6の構成について説明したが、スロット数や極数はこれに限られない。例えば、スロット数90で極数10、スロット数72で極数8、スロット数36で極数4といった条件でも、スロット数が極数の9倍であれば、同様な、循環電流の発生を高精度に抑制する構成が可能である。

 極数が6×N(Nは自然数)であると、2つの第1コイルセグメントS1と1つの第2コイルセグメントS2との計3つをN回繰り返すことによりちょうどステータ2の1周分の結線が可能であるので、周回数に限らず、6本のコイルの配線を等価にできて特に好適である。しかし、それ以外の極数であっても、上記3つのコイルセグメントにより例えば4極なら1.5周分の配線が可能であるので、これを2回繰り返した3周単位であれば6本のコイルの配線を等価にできる。また、8極なら0.75周分の結線が可能であるので、これを4回繰り返した3周単位であれば6本のコイルの配線を等価にできる。また、端部に若干等価でない部分が生じることを許容すれば、各コイルの端部に繰り返しに含まれないコイルセグメントを設け、上記以外の周回数の場合に上述した実施形態の構成を適用することも妨げられない。
 また、上述した実施形態では、回転電機のステータ2にコイルを形成する場合の配線について述べたが、回転電機のロータにコイルを形成する場合でも、同様な配線が可能である。

 また、上述した実施形態では、スロット挿入部10faよりもスロット挿入部10fbが図3A、図3Bで奥側にあるコイルセグメントを用いる例について説明した。しかし、逆にスロット挿入部10fbよりもスロット挿入部10faが奥側にあるコイルセグメントを用いても、上述の実施形態で説明したものと同じ考え方で、上述した実施形態のものとは逆回りである点以外は上述した実施形態のものと同じ構成のコイルやそれを含む回転電機を形成可能である。

 以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形・変更が可能である。上述した本発明の構成は、一部のみ取り出して実施することもできるし、以上の説明の中で述べた変形は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて適用可能である。本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

 2 ステータ
 4 スロット
 5 絶縁材
 6 コア
 10fa、10fb スロット挿入部 10g 渡り部
 S1、S2 コイルセグメント
 Y1、Y2 跨ぎ幅

Claims (18)

  1.  周方向に配列された複数のスロットに、それぞれ一対のスロット挿入部である第1及び第2スロット挿入部と前記第1及び第2スロット挿入部を連結する渡り部とを備える複数のコイルセグメントの前記第1及び第2スロット挿入部をそれぞれ挿入し、前記各コイルセグメントの挿入方向先端部を所定のパターンで電気的に接続して3相の並列回路を構成し、該3相の並列回路をスター結線で結線する、回転電機の結線方法であって、
     前記3相のうち1相を構成するコイルセグメントを、前記複数のスロットのうち周方向に連続する3つのスロットの組であって周方向に等間隔に配置される組の複数組に、
     第1コイルセグメントの第1スロット挿入部をある組の一のスロットに挿入し、前記第1コイルセグメントの第2スロット挿入部を、前記ある組に隣接する組の、前記一のスロットに対応するスロットに隣接するスロットに挿入し、
     第2コイルセグメントの第1スロット挿入部を別のある組の一の端のスロットに挿入し、前記第2コイルセグメントの第2スロット挿入部を、前記ある組に隣接する組の、他の端のスロットに挿入し、
     前記各組の3つのスロットにそれぞれ同じ数のコイルセグメントが挿入されるように、
    挿入する第1ステップを含むことを特徴とする回転電機の結線方法。
  2.  請求項1に記載の回転電機の結線方法であって、
     前記第1ステップは、
     前記各組の3つのスロットを、一方の端から一方向に順にそれぞれ第1スロット、第2スロット、第3スロットとし、前記複数組のうち6つの組を、ある第1組から前記一方向に順に第2組、第3組、第4組、第5組、第6組として、
     前記1相を構成するコイルセグメントの一部として、
     1つの前記第1コイルセグメントの前記第1スロット挿入部を前記第1組の前記第1スロットに挿入し、前記1つの第1コイルセグメントの前記第2スロット挿入部を前記第2組の前記第2スロットに挿入し、
     もう1つの前記第1コイルセグメントの前記第1スロット挿入部を前記第3組の第2スロットに挿入し、前記もう1つの第1コイルセグメントの前記第2スロット挿入部を前記第4組の前記第3スロットに挿入し、
     1つの前記第2コイルセグメントの前記第1スロット挿入部を前記第5組の前記第3スロットに挿入し、前記1つの第2コイルセグメントの前記第2スロット挿入部を前記第6組の第1スロットに挿入し、
     前記第2組の前記第2スロットに挿入された前記第2スロット挿入部と前記第3組の前記第2スロットに挿入された前記第1スロット挿入部とを電気的に接続し、前記第4組の前記第3スロットに挿入された前記第2スロット挿入部と前記第5組の前記第3スロットに挿入された前記第1スロット挿入部とを電気的に接続して第1コイルセグメント群を形成する第2ステップを含むことを特徴とする回転電機の結線方法。
  3.  請求項2に記載の回転電機の結線方法であって、
     前記第1ステップは、
     Mを自然数として、
     1からMまでの各自然数Xについて、X番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部と重なるように、(X+1)番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部を前記スロットに挿入して、前記第1コイルセグメント群を(M+1)個形成し、
     前記X番目の第1コイルセグメント群における、前記第6組の前記第1スロットに挿入された前記第2スロット挿入部と、前記(X+1)番目の第1コイルセグメント群における、前記第1組の前記第1スロットに挿入された前記第1スロット挿入部とを電気的に接続する第3ステップを含むことを特徴とする回転電機の結線方法。
  4.  請求項2又は3に記載の回転電機の結線方法であって、
     前記第2ステップで、さらに、
     各コイルセグメントの配置が、前記周方向に前記スロットの2組分前記第1コイルセグメント群と異なる第2コイルセグメント群と、
     各コイルセグメントの配置が、前記周方向にさらに前記スロットの2組分前記第2コイルセグメント群と異なる第3コイルセグメント群とを、
     前記各組の3つのスロットにそれぞれ、前記第1~第3の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されるように形成することを特徴とする回転電機の結線方法。
  5.  請求項4に記載の回転電機の結線方法であって、
     前記第2ステップで、さらに、
     各コイルセグメントの配置が、それぞれ前記周方向に前記スロットの1組分、前記第1乃至第3コイルセグメント群と異なる第4乃至第6コイルセグメント群を、
     前記各組の3つのスロットにそれぞれ、前記第1~第6の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されるように形成することを特徴とする回転電機の結線方法。
  6.  前記スロットの数が54で、前記回転電機の極数が6であることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転電機の結線方法。
  7.  前記第1ステップで、前記第1コイルセグメントの各スロット挿入部を、前記周方向に10スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入し、前記第2コイルセグメントの各スロット挿入部を、前記周方向に7スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回転電機の結線方法。
  8.  前記第1ステップで、前記第1コイルセグメントの各スロット挿入部を、前記周方向に8スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入し、前記第2コイルセグメントの各スロット挿入部を、前記周方向に11スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回転電機の結線方法。
  9.  コイルを備える回転電機の製造方法であって、
     請求項1乃至8のいずれか一項に記載の回転電機の結線方法により前記コイルの結線を行うことを特徴とする、回転電機の製造方法。
  10.  周方向に配列された複数のスロットと、それぞれ一対のスロット挿入部である第1及び第2スロット挿入部と前記第1及び第2スロット挿入部を連結する渡り部とを備え前記第1及び第2スロット挿入部がそれぞれ前記スロットに挿入された複数のコイルセグメントとを備え、前記各コイルセグメントの挿入方向先端部が所定のパターンで電気的に接続されて3相の並列回路が構成され、該3相の並列回路がスター結線で結線されている回転電機の結線構造であって、
     前記3相のうち1相を構成するコイルセグメントが、前記複数のスロットのうち周方向に連続する3つのスロットの組の複数組に挿入され、
     前記各組は、前記周方向に等間隔に配置され、
     前記複数のコイルセグメントは、第1コイルセグメント及び第2コイルセグメントを含み、前記第1コイルセグメントの第1スロット挿入部がある組の一のスロットに挿入され、前記第1コイルセグメントの第2スロット挿入部が前記ある組に隣接する組の、前記一のスロットに対応するスロットに隣接するスロットに挿入されており、前記第2コイルセグメントの第1スロット挿入部が別のある組の一の端のスロットに挿入され、前記第2コイルセグメントの第2スロット挿入部が前記ある組に隣接する組の、他の端のスロットに挿入されており、
     前記各組の3つのスロットにそれぞれ同じ数のコイルセグメントが挿入されていることを特徴とする回転電機の結線構造。
  11.  請求項10に記載の回転電機の結線構造であって、
     前記各組の3つのスロットを、一方の端から一方向に順にそれぞれ第1スロット、第2スロット、第3スロットとし、前記複数組のうち6つの組を、ある第1組から前記一方向に順に第2組、第3組、第4組、第5組、第6組として、
     前記1相を構成するコイルセグメントが、1つの前記第1コイルセグメントと、もう1つの前記第1コイルセグメントと、1つの前記第2コイルセグメントとにより構成される第1コイルセグメント群を含み、
     前記1つの第1コイルセグメントの第1スロット挿入部が前記第1組の前記第1スロットに挿入され、前記1つの第1コイルセグメントの第2スロット挿入部が前記第2組の前記第2スロットに挿入されており、
     前記もう1つの第1コイルセグメントの第1スロット挿入部が前記第3組の前記第2スロットに挿入され、前記もう1つのコイルセグメントの第2スロット挿入部が前記第4組の前記第3スロットに挿入されており、
     前記1つの第2コイルセグメントの第1スロット挿入部が前記第5組の前記第3スロットに挿入され、前記1つの第2コイルセグメントの第2スロット挿入部が前記第6組の前記第1スロットに挿入されており、
     前記第2組の第2スロットに挿入された前記第2スロット挿入部と前記第3組の第2スロットに挿入された前記第1スロット挿入部とが電気的に接続され、前記第4組の第3スロットに挿入された前記第2スロット挿入部と前記第5組の第3スロットに挿入された前記第1スロット挿入部とが電気的に接続されていることを特徴とする回転電機の結線構造。
  12.  請求項11に記載の回転電機の結線構造であって、
     Mを自然数として、
     前記第1コイルセグメント群を(M+1)個備え、
     1からMまでの各自然数Xについて、X番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部と重なるように、(X+1)番目の第1コイルセグメント群を構成する各コイルセグメントの各スロット挿入部が前記スロットに挿入されており、前記X番目の第1コイルセグメント群における、前記第6組の前記第1スロットに挿入された前記第2スロット挿入部と、前記(X+1)番目の第1コイルセグメント群における、前記第1組の前記第1スロットに挿入された前記第1スロット挿入部とが電気的に接続されていることを特徴とする回転電機の結線構造。
  13.  請求項11又は12に記載の回転電機の結線構造であって、
     各コイルセグメントの配置が、前記周方向に前記スロットの2組分前記第1コイルセグメント群と異なる第2コイルセグメント群と、
     各コイルセグメントの配置が、前記周方向にさらに前記スロットの2組分前記第2コイルセグメント群と異なる第3コイルセグメント群とを備え、
     前記各組の3つのスロットにそれぞれ、前記第1~第3の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されていることを特徴とする回転電機の結線構造。
  14.  請求項13に記載の回転電機の結線構造であって、
     各コイルセグメントの配置が、前記周方向にそれぞれ前記スロットの1組分、前記第1乃至第3コイルセグメント群と異なる第4乃至第6コイルセグメント群を備え、
     前記各組の3つのスロットにそれぞれ、前記第1~第6の各コイルセグメント群を構成するコイルセグメントのスロット挿入部が1つずつ挿入されていることを特徴とする回転電機の結線構造。
  15.  前記スロットの数が54で、前記回転電機の極数が6であることを特徴とする、請求項10乃至14のいずれか一項に記載の回転電機の結線構造。
  16.  前記第1コイルセグメントの各スロット挿入部は、前記周方向に10スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されており、前記第2コイルセグメントの各スロット挿入部は、前記周方向に7スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されていることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか一項に記載の回転電機の結線構造。
  17.  前記第1コイルセグメントの各スロット挿入部は、前記周方向に8スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されており、前記第2コイルセグメントの各スロット挿入部は、前記周方向に11スロット分離れた2つのスロットにそれぞれ挿入されていることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか一項に記載の回転電機の結線構造。
  18.  請求項10乃至17のいずれか一項に記載の結線構造を備えた回転電機。
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