WO2024116286A1 - 固定子および回転電機 - Google Patents

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WO2024116286A1
WO2024116286A1 PCT/JP2022/044019 JP2022044019W WO2024116286A1 WO 2024116286 A1 WO2024116286 A1 WO 2024116286A1 JP 2022044019 W JP2022044019 W JP 2022044019W WO 2024116286 A1 WO2024116286 A1 WO 2024116286A1
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WO
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stator
slot
layer
straight
winding
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/044019
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English (en)
French (fr)
Inventor
正克 松原
大介 森
直哉 佐々木
Original Assignee
株式会社 東芝
東芝インフラシステムズ株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2022/044019 priority patent/WO2024116286A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a stator and a rotating electric machine.
  • connection unit containing the rectangular wire becomes larger, which leads to interference with the peripheral components of the motor, so there is a demand for technology that can compactly house the connection unit near the motor.
  • full-pitch winding in which the winding pitch is for one pole, is used even when the number of slots per pole per phase is greater than one.
  • full-pitch winding has a long winding pitch, so the length of the winding is long. This results in high conductor resistance and reduced efficiency of the rotating electric machine.
  • the object of the present invention is to provide a stator and rotating electric machine that can reduce the conductor resistance of the stator windings that use rectangular wire phase conductors, thereby improving efficiency.
  • a stator is a stator comprising: a cylindrical stator core having a plurality of stator slots formed in the circumferential direction on its inner peripheral surface; and a stator winding having a phase winding formed by connecting in series phase conductors each having two straight portions accommodated in the stator slots and an end portion connecting the two straight portions outside a first axial end of the stator core, the stator winding forming a plurality of layers of the straight portions in the radial direction in each of the plurality of stator slots, and connecting the straight portions of the Nth layer (N is an integer of 1 or more) in the first stator slot and the (N+1)th layer in the second stator slot.
  • N is an integer of 1 or more
  • the first axially outer end of the first end portion that connects the straight portion of the (N+1)th layer in the first stator slot and the straight portion of the Nth layer in the second stator slot is formed on the side closer to the first stator slot than the circumferential center of the first stator slot and the second stator slot
  • the first axially outer end of the second end portion that connects the straight portion of the (N+1)th layer in the first stator slot and the straight portion of the Nth layer in the second stator slot is formed on the side closer to the second stator slot than the circumferential center of the first stator slot and the second stator slot
  • the first end portion and the second end portion intersect each other in a central region that is a central region in the circumferential direction of the first stator slot and the second stator slot.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view illustrating an example of a rotating electric machine according to an embodiment
  • 1 is a cross-sectional view showing an example of a rotating electric machine according to an embodiment
  • 3 is a detailed partial cross-sectional view of part A in FIG. 2 illustrating an example of a rotating electric machine according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a development view seen from the radially outer side, illustrating the configuration of a first coil end portion of the stator according to the embodiment.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4 , illustrating the configuration of a first coil end portion of the stator according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a connection diagram showing a connection state between straight portions of each layer in each slot of a stator winding of a stator according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a connection diagram showing a part of a connection state between straight portions of each layer in each slot of a stator winding of a stator according to an embodiment of the present invention, for three phases.
  • 13 is a development view seen from the radially outer side, showing the configuration of a first coil end portion of a stator in a conventional example.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 8 , showing the configuration of a first coil end portion of a stator in a conventional example.
  • FIG. 11 is a connection diagram showing a connection state between straight portions of each layer in each slot of a stator winding in a conventional example.
  • FIG. 11 is a connection diagram showing a part of a connection state between straight portions of each layer in each slot of a stator winding of a stator in a conventional example for three phases.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a rotating electric machine 1 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a transverse cross-sectional view showing an example of a rotating electric machine 1 according to an embodiment.
  • the rotating electric machine 1 has a rotor 10, a stator 100, two bearings 31, a cylindrical frame 33 that houses the stator 100, and bearing brackets 32 that are attached to both ends of the frame 33 and statically support the bearings 31.
  • the rotor 10 has a rotor shaft 11 extending in the direction of the rotation axis CL, a cylindrical rotor core 12 attached to the rotor shaft 11, and a plurality of permanent magnets 13 embedded in the rotor core 12 to form magnetic poles.
  • Figure 2 shows the rotor 10 with eight poles, but the rotor 10 may have a different number of poles.
  • the direction parallel to the direction in which the rotation axis CL of the rotor shaft 11 extends is called the axial direction.
  • the direction moving away from the rotation axis of the rotor shaft 11 on any plane perpendicular to the rotor shaft 11 is called the radial direction.
  • the side with a greater distance from the rotation axis is called the radial outside, and the side with a smaller distance is called the radial inside.
  • the outer periphery of the rotor core 12 is called the circumferential direction.
  • the stator 100 has a cylindrical stator core 110 arranged radially outside the rotor core 12 with a gap 20 ( Figure 3) between them, and a stator winding 120 wound around the stator core 110.
  • the inner peripheral surface of the stator core 110 of the stator 100 faces the outer peripheral surface of the rotor core 12 with the gap 20 between them.
  • the stator core 110 has a plurality of stator slots 111 on its inner peripheral surface that penetrate the stator core 110 in the axial direction and are spaced apart from one another in the circumferential direction.
  • the stator winding 120 has a plurality of connecting bodies 130 and a plurality of jumper sections 125.
  • the plurality of connecting bodies 130 and the plurality of jumper sections 125 use winding conductors 121 with a rectangular cross section. Note that in the following, an example will be described in which the winding conductor is a rectangular conductor, but this is not limited to this, and the winding conductor may be a conductor other than a rectangular conductor, such as a conductor with a circular cross section.
  • Each connecting body 130 has straight portions 130a that are accommodated in two different stator slots 111, and an end portion 130b that connects the two straight portions 130a outside the first axial end portion 110a of the stator core 110.
  • Each transition section 125 connects two connectors 130 in series outside the second axial end 110b of the stator core 110.
  • One phase of the stator winding 120 is formed by multiple connecting bodies 130 and multiple jumper sections 125 that connect them in series. If the stator winding 120 is, for example, a three-phase star connection, at least the three phases are connected in parallel with one end being a neutral point (not shown). The following describes an example in which the stator winding 120 is configured in a star connection, but this embodiment can also be applied to a delta connection.
  • the number of stator slots 111 is 48, but this is not limited to this. In other words, the number is determined by the number of phases, the number of poles, and the number of slots per pole per phase.
  • FIG. 2 shows a synchronous machine having a rotor with embedded magnets as the rotating electric machine 1, but is not limited to this. That is, the rotating electric machine 1 may be a synchronous machine or an induction machine. In the case of the rotating electric machine, the rotor may be a wound type. In the case of an induction machine, the rotor may be a wound type or a squirrel-cage type. Furthermore, it may have a reluctance rotor.
  • FIG. 3 is a detailed partial cross-sectional view of part A in FIG. 2, showing an example of a rotating electric machine 1 according to an embodiment. In FIG. 3, only the straight portion 130a of the connecting body 130 is shown.
  • each stator slot 111 the straight sections 130a of the connecting members 130 of the stator winding 120 are housed in six layers.
  • the connecting body 130 housed in the stator slot 111 has multiple conductors stacked from the radial outside of the stator slot 111, i.e., from the bottom of the stator slot 111, toward the radial inside, i.e., toward the rotor core 12.
  • the layer numbers are numbered from the radial outside to the radial inside of the stator slot 111. That is, the straight part 130a housed in the stator slot 111 has a first layer conductor 131, a second layer conductor 132, a third layer conductor 133, a fourth layer conductor 134, a fifth layer conductor 135, and a sixth layer conductor 136.
  • six layers is an example, and the number is not limited as long as there is more than one, but it is preferable that the number of layers is an even number due to the connection relationship between two adjacent layers, as described later.
  • FIG 3 one magnetic pole of the rotor 10 is shown. Also, in Figure 3, two magnet storage holes 12a are formed in the rotor core 12 symmetrically with respect to the circumferential center of the magnetic pole, and permanent magnets 13 are stored in each magnet storage hole 12a and extend in the axial direction.
  • FIG. 4 is an exploded view seen from the radial outside showing the configuration of the connecting body 130 of the stator 100 according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a view seen from the radial outside along the circumferential direction in the direction of the rotation axis CL, and shows the portion of the stator winding 120 on the axial outside of the first end 110a of the stator core 110, i.e., the end portion 130b of the connecting body 130, and the straight portion 130a connected thereto.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4 showing the configuration of the end portion 130b of the connecting body 130 of the stator 100 according to the embodiment. Note that while FIG. 5 is expressed as a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4, which is an exploded view, more precisely, it is a cross-sectional view of the three-dimensional shape of the stator 100 shown in FIG. 4.
  • FIGS. 4 and 5 show two connecting bodies 130, specifically, a first connecting body 140 and a second connecting body 150.
  • the connecting body 130 has straight portions 130a and 130a housed in two of the multiple stator slots 111, namely, the first slot 111a and the second slot 111b, respectively, and an end portion 130b connecting these. Note that in FIG. 4, the other stator slots 111 arranged between the first slot 111a and the second slot 111b are not shown.
  • the first connector 140 has a first straight section 141a which is the first layer in the first slot 111a, a second straight section 141b which is the second layer in the second slot 111b, and an end section 142 which connects them.
  • the second connector 150 has a first straight section 151a which is the first layer in the second slot 111b, a second straight section 151b which is the second layer in the first slot 111a, and an end section 152 which connects them.
  • the end portion 142 of the first connecting body 140 has portions that determine the overall shape of the end portion 142 along the direction in which the winding conductor 121 extends, and therefore these will be described in order starting from the first straight portion 141a, which is the first layer in the first slot 111a.
  • the first layer extension 142a is an axial extension from the first straight portion 141a of the winding conductor 121.
  • the winding conductor 121 changes direction circumferentially inward at the edgewise inner bent portion 142b while maintaining the same radial position as the first layer conductor 131.
  • inward means the direction of the winding conductor 121 approaching the stator core 110, more specifically, the direction approaching the second straight portion 141b to which it is joined.
  • outward means the opposite direction to the inward.
  • the winding conductor 121 changes direction circumferentially outward while maintaining its radial position at the edgewise stepped portion 142c, and then returns to its original direction. That is, a step is formed on the outside in the development view of Figure 4.
  • the winding conductor 121 extends at an inclination in the axial direction while maintaining the same radial position as the first layer conductor 131 at the circumferential extension portion 142d, then changes direction outward at the edgewise outer bend portion 142e, changes direction inward at the edgewise inner bend portion 142f, and then changes direction outward again by the edgewise outer bend portion 142g.
  • the axial protrusion 142q is formed.
  • the part of the axial protrusion 142q that is farthest from the second end 110b of the stator core 110 is referred to as the axial outer end 142z.
  • the distance between the axial outer end 142z and the first end 110a is referred to as the protrusion length d1.
  • the circumferential position of the axially outer end 142z is not in the center of the region between the first slot 111a and the second slot 111b, i.e., equidistant from the first slot 111a and the second slot 111b, but on the side closer to the second slot 111b.
  • a radial step portion 142s is formed in the circumferential center of the axial protrusion 142q.
  • the radial step portion 142s changes continuously from the same radial position as the first layer conductor 131 to the same radial position as the second layer conductor 132.
  • the same radial position as the first layer conductor 131 means that the distance of that portion from the rotation axis CL is the same as the distance of the first layer conductor 131 from the rotation axis CL.
  • the winding conductor 121 extends circumferentially from the axial protrusion 142q at the circumferential extension 142h.
  • the winding conductor 121 extends circumferentially at the circumferential extension 142h while maintaining the same radial position as the second layer conductor 132, then changes direction inward at the edgewise inner bend 142j, and then changes direction outward at the edgewise outer bend 142k.
  • the circumferential protrusion 142p is formed.
  • the winding conductor 121 whose direction is changed in the axial direction at the circumferential protrusion 142p, becomes the second layer extension 142m, which is an axial extension from the second straight portion 141b of the winding conductor 121.
  • the planar shape of the end portion 152 of the second connector 150 in a developed view is the same as the planar shape of the end portion 142 of the first connector 140 in a developed view, and they are circumferentially symmetrical to each other. However, in the radial direction, the end portion 152 of the second connector 150 is different from the end portion 142 of the first connector 1400. Therefore, in three dimensions, the end portion 152 of the second connector 150 has a different shape from the end portion 142 of the first connector 1400.
  • the following describes the shape of the winding conductor 121 of the end portion 152 of the second connecting body 150, starting from the first straight portion 151a, which is the second layer in the first slot 111a.
  • the first extension 152a is an extension from the first straight portion 151a, which is the second layer within the first slot 111a.
  • the winding conductor 121 changes direction circumferentially outward at the edgewise outer bend 152b, then changes direction circumferentially inward at the edgewise inner bend 152c, and is then connected to the circumferential extension 152d.
  • the edgewise outer bent portion 152b and the edgewise inner bent portion 152c form a circumferential protrusion 152p that is a portion that protrudes outward in the development view of FIG. 3.
  • a radial stepped portion 152s is formed in the circumferential protrusion 152p, and the winding conductor 121 changes continuously from the same radial position as the second layer conductor 132 to the same radial position as the first layer conductor 131.
  • the winding conductor 121 maintains the same radial position as the first layer conductor 131 in the circumferential extension 152d, and extends parallel to the circumferential extension 142d of the first connecting body 140 and adjacent to the axial outside of the circumferential extension 142d.
  • the winding conductor 121 then changes direction outward at the edgewise outer bend 152e, changes direction inward at the edgewise inner bend 152f, and then changes direction outward again at the edgewise outer bend 152g. As a result, the axial protrusion 152q is formed.
  • a radial stepped portion 152t is formed at the circumferential center of the axial protrusion 152q, and the winding conductor 121 changes continuously from the same radial position as the first layer conductor 131 to the same radial position as the second layer conductor 132.
  • the part of the axial protrusion 142q that is farthest from the first end 110a of the stator core 110 is referred to as the axial outer end 152z.
  • the distance between the axial outer end 152z and the second end 110b is equal to the protrusion length d1, which is the distance between the axial outer end 142z of the first connecting body 140 and the second end 110b.
  • the winding conductor 121 becomes the circumferential extension 152h from the axial protrusion 152q and extends toward the stator core 110.
  • the winding conductor 121 maintains the same radial position as the layer conductor 131, and extends parallel to the circumferential extension 142h of the first connecting body 140 and adjacent to the axial inner side of the circumferential extension 142h.
  • the winding conductor 121 turns circumferentially inward at the edgewise inner bend 152j, and then turns circumferentially outward at the edgewise outer bend 152k. As a result, a stepped portion is formed in the longitudinal direction in the development view of FIG. 4.
  • a radial stepped portion 152u is formed at the connection between this longitudinal stepped portion and the subsequent edgewise inner bend portion 152m.
  • the radial position of the winding conductor 121 changes continuously from the same radial position as the second layer conductor 132 to the same radial position as the first layer conductor 131.
  • the winding conductor 121 turns circumferentially inward at the edgewise inner bend 152m, becomes parallel to the axial direction, and becomes the second extension 152n that connects to the second straight portion 151b of the second layer in the second slot 111b.
  • the axially outer end portion 142z is located on the side closer to the second slot 111b in the circumferential direction. Therefore, a circumferential protrusion 142p is formed before connecting to the second layer extension portion 142m, which is an axial extension portion from the second straight portion 141b in the second slot 111b.
  • a radial step portion 142s is formed at the portion transitioning from the axial protrusion 142q to the circumferential extension portion 142h, and the winding conductor 121 continuously changes from the same radial position as the first layer conductor 131 to the same radial position as the second layer conductor 132.
  • the axially outer end portion 152z is located on the side closer to the first slot 111a in the circumferential direction. Therefore, a circumferential protrusion 152p is formed before connecting to the second layer extension portion 152n, which is an axial extension portion from the second straight portion 151b in the first slot 111a.
  • a radial step portion 152s is formed in the stepped shape portion in the development view of FIG. 4, and the winding conductor 121 continuously changes from the same radial position as the second layer conductor 132 to the same radial position as the first layer conductor 131.
  • a radial step portion 152t is formed in the portion transitioning from the axial protrusion 152q to the circumferential extension portion 152j, and the winding conductor 121 continuously changes from the same radial position as the first layer conductor 131 to the same radial position as the second layer conductor 132.
  • a radial step portion 152u is formed on the circumferential protrusion 152p, and the winding conductor 121 changes continuously from the same radial position as the first layer conductor 131 to the same radial position as the second layer conductor 132.
  • the axial protrusion 142q of the first connecting body 140 and the axial protrusion 152q of the second connecting body 150 are located at different positions in the circumferential direction.
  • the circumferential extension 142d of the first connector 140 and the circumferential extension 152j of the second connector 150 are both located at the same radial position as the first layer conductor 131, forming a parallel region.
  • the circumferential extension 152j of the second connector 150 is disposed axially outside the circumferential extension 142d of the first connector 140 so as to be adjacent to the circumferential extension 142d, forming a parallel region.
  • the circumferential extension 142g of the first connector 140 and the circumferential extension 152e of the second connector 150 are both located at the same radial position as the second layer conductor 132.
  • the circumferential extension 142g of the first connector 140 is disposed adjacent to the circumferential extension 152e of the second connector 150 on the axially outer side.
  • the end portion 130b that connects the first layer of one stator slot 111 to the second layer of the other stator slot 111 is taken as an example, but the same applies to the relationship between the third and fourth layers, and the relationship between the fifth and sixth layers.
  • FIG. 6 is a connection diagram showing the connection state between the straight portions 130a of each layer in each stator slot 111 of the stator winding 120 of the stator 100 according to the embodiment.
  • FIG. 6 shows the overall connection state of the winding conductor 121 of one phase.
  • the horizontal direction of the squares in FIG. 6 indicates the numbers of the stator slots 111, as shown in the top row.
  • the vertical direction indicates the first to sixth layers from top to bottom.
  • the symbols written in each square indicate the number of the straight section 130a of the connector 130 of each layer in each stator slot 111.
  • the dashed lines connecting the straight sections 130a indicate the end sections 130b of the connector 130.
  • the solid lines connecting the straight sections 130a indicate the jumper sections 125.
  • the dashed lines indicate the winding conductors 121 arranged axially outside the first end 110a of the stator core 110, and the solid lines indicate the winding conductors 121 arranged axially outside the second end 110b of the stator core 110.
  • the straight line portion 130a indicated by 1u is connected to a lead wire 161 that connects to the outside of the stator winding 120 on the axial outside of the second end 110b of the stator core 110.
  • the straight line portion 130a indicated by 96u is connected to a neutral line 162 on the axial outside of the second end 110b of the stator core 110.
  • the straight line portion 130a indicated by 1u will be represented as straight line portion 1u
  • the straight line portion 130a indicated by 96u will be represented as straight line portion 96u.
  • FIG. 6 shows the U-phase winding conductor 121, which is connected in series from the straight section 1u connected to the lead wire 161 to the straight section 96u connected to the neutral wire 162 by the end section 130b and the crossover section 125.
  • the numbers 1u, 96u, etc. indicate the order in which the straight sections 130a are connected.
  • full-pitch winding where the winding pitch is one pole.
  • the windings are connected between two slots with 5 slots in between.
  • FIG. 6 for example, there are 6 slots from straight section 2u (sixth slot) to straight section 3u (twelfth slot).
  • these sections are full-pitch winding sections.
  • full-pitch winding is performed at the jumper section 125 shown by the solid line. In other words, it is performed on the axial outside of the second end 110b of the stator core 110.
  • the end portion 130b shown by the dashed line is not a full-pitch winding, but a short-pitch winding.
  • the straight line portion 5u (13th slot) to the straight line portion 6u (18th slot) can be made to correspond to the end portion 142 of the first connecting body 140 shown in FIG. 4, and the straight line portion 93u (13th slot) to the straight line portion 94u (18th slot) can be made to correspond to the end portion 152 of the second connecting body 150 shown in FIG. 4.
  • the end portions 130b of the two winding conductors 121 can be arranged to cross each other, similar to the end portion 142 of the first connecting body 140 that connects the first layer of the first slot 111a to the second layer of the second slot 111b, and the end portion 152 of the second connecting body 150 that connects the second layer of the first slot 111a to the first layer of the second slot 111b.
  • Figure 7 is a connection diagram of end portions 130b showing a part of the connection state for three phases between straight portions 130a of each layer in each stator slot 111 of the stator winding of the stator according to the embodiment. As with Figure 4, this is a view looking in the direction of the rotation axis CL ( Figure 1) from the radially outer side along the circumferential direction.
  • FIG. 7 shows some of the stator slots 111 formed in the stator core 110.
  • the slot number 7 in FIG. 6 is written as SL7.
  • FIG. 7 shows SL7 to SL18.
  • the end portion 130b connecting the straight portion 130a of the first layer of SL7 (FIGS. 3 and 4) and the straight portion 130a of the second layer of SL12 is denoted as 7u1.
  • the end portion 130b connecting the straight portion 130a of the second layer of SL7 and the straight portion 130a of the first layer of SL12 is denoted as 7u2.
  • the end portion 130b connecting the straight portion 130a of the first layer of SL9 and the straight portion 130a of the second layer of SL14 is denoted as 9v1.
  • the end portion 130b connecting the straight portion 130a of the first layer of SL11 and the straight portion 130a of the second layer of SL16 is denoted as 11w1.
  • FIG. 8 is a development view seen from the radially outer side, showing the configuration of the stator end portion 242 in a conventional example.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 8, showing the configuration of the stator end portion 242 in a conventional example.
  • the end portion 242 of the connector 240 connects the two straight portions 241, specifically, the first straight portion 241a arranged in the first layer in the first slot 111a and the second straight portion 241b arranged in the second layer in the third slot 111c.
  • An axial protrusion 242q is formed in the circumferential center of the end portion 242.
  • a radial step portion 242s is also formed in the circumferential center of the axial protrusion 242q. Therefore, the connecting body 240 of the end portion 242 continuing from the first straight portion 241a is pulled around while maintaining the same radial position as the first straight portion 241a arranged in the first layer until it reaches the radial step portion 242s. Also, the connecting body 240 of the end portion 242 continuing from the radial step portion 242s is pulled around while maintaining the same radial position as the second straight portion 241b until it reaches the second straight portion 241b arranged in the second layer.
  • the distance from the first end 110a of the stator core 110 to the axially outer end 242z, which is the outermost axial end of the axial protrusion 242q, is defined as dc.
  • the distance dc will be explained later.
  • the end portion 242 that connects the first layer of one stator slot 111 to the second layer of the other stator slot 111 is taken as an example, but the same applies to the third and fourth layers, and the fifth and sixth layers, for example.
  • FIG. 10 is a connection diagram showing the connection state between the straight portions 241 of each layer in each slot of the stator winding in the conventional example.
  • the horizontal direction of the squares shown in FIG. 10 indicates the number of the stator slot 111 as written in the top row.
  • the vertical direction indicates the first to sixth layers from top to bottom.
  • the reference numerals written in each square indicate the number of the straight portion 241 of the connector 240 of each layer in each stator slot 111.
  • the solid lines connecting the straight portions 241 indicate the jumper portion 225.
  • the dashed lines connecting the straight portions 241 indicate the end portion 242.
  • the dashed lines indicate the winding conductor 121 arranged on the axial outside of the first end 110a of the stator core 110
  • the solid lines indicate the winding conductor 121 arranged on the axial outside of the second end 110b of the stator core 110.
  • the straight line portion 241 indicated by 96u is connected to a lead wire 161 that connects to the outside of the stator winding on the axial outside of the first end 110a of the stator core 110.
  • the straight line portion 241 indicated by 49u is connected to a neutral line 162 on the axial outside of the first end 110a of the stator core 110.
  • the straight line portion 241 indicated by 1u is indicated as straight line portion 1u
  • the straight line portion 241 indicated by 96u is indicated as straight line portion 96u, for example.
  • FIG. 10 shows a U-phase connector 240, which is connected in series by end portions 242 and crossover portions 225 from straight portion 1u connected to lead wire 161 to straight portion 96u connected to neutral wire 162.
  • the numbers 1u, 96u, etc. indicate the order in which each straight portion 241 is connected.
  • the conventional example is also explained using an example of three phases, eight poles, and two slots per phase per pole, for a total of 48, just like in this embodiment. Therefore, in the case of full pitch winding, the slot spacing is six.
  • FIG. 11 is a connection diagram showing a part of the connection state for three phases between the straight sections of each layer in each stator slot 111 of the stator winding of the stator in a conventional example. As with FIG. 4, this is a view looking in the direction of the rotation axis CL (FIG. 1) from the radially outer side along the circumferential direction.
  • FIG. 11 shows some of the stator slots 111 formed in the stator core 110. As in FIG. 7, for example, the slot number 7 in FIG. 10 is represented as SL7. FIG. 11 shows SL7 to SL14.
  • FIG. 11 shows the arrangement of the winding conductors 121.
  • the end portion 242 connecting the straight portion 241 of the first layer of SL7 (FIGS. 8 and 9) and the straight portion 241 of the second layer of SL13 is denoted as 7u1.
  • the end portion 242 connecting the straight portion 241 of the first layer of SL9 and the straight portion 241 of the second layer of SL15 is denoted as 9v1a.
  • the end portion 242 connecting the straight portion 241 of the first layer of SL11 and the straight portion 241 of the second layer of SL17 is denoted as 11w1a.
  • end portion 242 is arranged to straddle a total of six consecutive stator slots 111: two for U-phase, two for V-phase, and two for W-phase. As a result, in the conventional example, this inevitably results in full-pitch winding.
  • the end portion 130b in this embodiment and the end portion 242 in the conventional example are both configured with three ends arranged in parallel in the axial direction.
  • the protruding length d1 of the end portion 130b in this embodiment can be maintained at approximately the same length as the protruding length dc of the end portion 242 in the conventional example.
  • edgewise outer bent portion, 142m edgewise outer bent portion, 142m... second layer extension portion, 142p... circumferential protrusion portion, 142q... axial protrusion portion, 142s... radial stepped portion, 142x... central region, 142z... axial outer end portion, 150... second connecting body, 151... straight portion, 151a... first straight portion, 151b... second straight portion, 152... end portion, 152a... first extension portion, 152b... edgewise outer bent portion, 152c... edgewise inner bent portion, 152d... circumferential extension portion, 152e... edgewise outer bent portion, 152f... edgewise inner bent portion, 152g...
  • edgewise outer bent portion 152h ...Circumferential extension, 152j...Edgewise inner bend, 152k...Edgewise outer bend, 152m...Edgewise inner bend, 152n...Second extension, 152p...Circumferential protrusion, 152q...Axial protrusion, 152s, 152t, 152u...Radial step, 152x...Central region, 152z...Axial outer end, 161...Lead wire, 162...Neutral line, 220...Stator winding, 240...Connector, 241...Straight section, 241a...First straight section, 241b...Second straight section, 242...End section, 242q...Axial protrusion, 242s...Radial step, 242z...Axial outer end

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Abstract

実施形態によれば固定子（１００）は、固定子鉄心（１１０）および固定子スロット（１１１）内の２つの直線部とこれらを接続するエンド部を有する固定子巻線（１２０）を備える。第１の固定子スロット（１１１ａ）内の第Ｎ層と第２の固定子スロット（１１１ｂ）内の第（Ｎ＋１）層の直線部を接続する第１のエンド部（１４２）の軸方向外側端部（１４２ｚ）は周方向に第１の固定子スロット（１１１ａ）に近く、第１の固定子スロット（１１１ａ）内の第（Ｎ＋１）層と第２の固定子スロット（１１１ｂ）内の第Ｎ層の直線部を接続する第２のエンド部（１５２）の軸方向外側端部（１５２ｚ）は周方向に第２の固定子スロット（１１１ｂ）に近い。第１のエンド部（１４２）と第２のエンド部（１５２）は周方向中央領域に交差部（１３０ｃ）を形成する。

Description

固定子および回転電機
　本発明は、固定子および回転電機に関する。
　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、固定子巻線の導体として、断面積の大きな平角線が用いられる。そこで、平角線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。
　このような状況に鑑み、従来の回転電機では、平角線を、固定子巻線のコイルエンドの軸方向外方に軸方向に複数層に配置して結線ユニットのコンパクト化を図る方法が知られている。
特許第６６１０２４９号公報
　相導体として、矩形断面を有する平角線を用いて、巻線する場合、１極１相あたりのスロット数が１より大きい場合でも、巻線ピッチが１極分である全節巻が用いられる。しかしながら、全節巻では、巻線ピッチが長いため巻線の長さが長くなる。この結果、導体抵抗が大きくなり、回転電機の効率が低下するという課題があった。
　本発明の目的は、平角線の相導体を用いた固定子巻線の導体抵抗を低減して効率を向上できる固定子および回転電機を提供することである。
　上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る固定子は、円筒状で内周面に周方向に複数の固定子スロットが形成された固定子鉄心と、前記固定子スロットに収容される２つの直線部と前記固定子鉄心の軸方向の第１の端部の外側において２つの前記直線部を接続するエンド部とを有する相導体を直列に接続して形成される相巻線を有する固定子巻線と、を具備する固定子であって、前記固定子巻線は、複数の前記固定子スロットのそれぞれにおいて、径方向に前記直線部の複数の層を形成しており、第１の固定子スロット内の第Ｎ層（Ｎは１以上の整数）の直線部と第２の固定子スロット内の第（Ｎ＋１）層の直線部を接続する第１のエンド部の第１の軸方向外側端部は、前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットの周方向の中央部より前記第１の固定子スロットに近い側に形成され、第１の固定子スロット内の第（Ｎ＋１）層の直線部と第２の固定子スロット内の第Ｎ層の直線部を接続する第２のエンド部の第１の軸方向外側端部は、前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットの周方向の中央部より前記第２の固定子スロットに近い側に形成され、前記第１のエンド部と前記第２のエンド部とは前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットの周方向に中央の領域である中央領域で互いに交差する、ことを特徴とする。
実施形態に係る回転電機の例を示す縦断面図である。 実施形態に係る回転電機の例を示す横断面図である。 実施形態に係る回転電機の例を示す図２のＡ部の詳細な部分横断面図である。 実施形態に係る固定子の第１のコイルエンド部の構成を示す径方向外側より見た展開図である。 実施形態に係る固定子の第１のコイルエンド部の構成を示す図４のＢ－Ｂ矢視断面図である。 実施形態に係る固定子の固定子巻線の各スロット内の各層の直線部間の接続状態を示す接続図である。 実施形態に係る固定子の固定子巻線の各スロット内の各層の直線部間の３相分の接続状態の一部を示す接続図である。 従来例における固定子の第１のコイルエンド部の構成を示す径方向外側より見た展開図である。 従来例における固定子の第１のコイルエンド部の構成を示す図８のＣ－Ｃ矢視断面図である。 従来例における固定子巻線の各スロット内の各層の直線部間の接続状態を示す接続図である。 従来例における固定子の固定子巻線の各スロット内の各層の直線部間の３相分の接続状態の一部を示す接続図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る固定子および回転電機について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
　図１は、実施形態に係る回転電機１の例を示す縦断面図である。また、図２は、実施形態に係る回転電機１の例を示す横断面図である。回転電機１は、回転子１０、固定子１００、２つの軸受３１、固定子１００を収納する筒状のフレーム３３、およびフレーム３３の両端部に取り付けられそれぞれ軸受３１を静止支持する軸受ブラケット３２を有する。
　回転子１０は、回転軸ＣＬの方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１に取り付けられた円筒状の回転子鉄心１２と、回転子鉄心１２中に埋め込まれて各磁極を成す複数の永久磁石１３とを有する。図２は、回転子１０が８極の場合を示すが、回転子１０はこれ以外の極数であってもよい。
　ここで、以下の説明の便宜上、図１および図２を参照しながら方向を定義する。ロータシャフト１１の回転軸ＣＬの延びる方向に平行な方向を軸方向と呼ぶ。ロータシャフト１１に垂直な任意の平面上でロータシャフト１１の回転軸から遠ざかる方向を径方向と呼ぶ。回転軸からの距離の大きな方を径方向の外側、距離の小さな方を径方向の内側と呼ぶものとする。また、回転子鉄心１２の外周方向を周方向と呼ぶ。
　固定子１００は、ギャップ２０（図３）を介して回転子鉄心１２の径方向の外側に配された円筒状の固定子鉄心１１０と、固定子鉄心１１０に巻回された固定子巻線１２０を有する。固定子１００の固定子鉄心１１０の内周面は、ギャップ２０を介して回転子鉄心１２の外周面に対向している。固定子鉄心１１０は、その内周面に、軸方向に固定子鉄心１１０を貫通し周方向に互いに間隔を置いて形成された複数の固定子スロット１１１を有する。
　図１に示すように、固定子巻線１２０は、複数の連結体１３０および複数の渡り部１２５を有する。複数の連結体１３０および複数の渡り部１２５には断面が矩形の巻線導体１２１が用いられている。なお、以下では、巻線導体が平角導体の場合を例にとって説明するが、これに限定されず、たとえば断面が円形の導体など平角導体以外の場合であってもよい。
　それぞれの連結体１３０は、互いに異なる２つの固定子スロット１１１にそれぞれ収容される直線部１３０ａ、および固定子鉄心１１０の軸方向の第１の端部１１０ａの外側においてこの２つの直線部１３０ａを接続するエンド部１３０ｂを有する。
　それぞれの渡り部１２５は、固定子鉄心１１０の軸方向の第２の端部１１０ｂの外側において、２つの連結体１３０を直列に接続する。
　複数の連結体１３０と、これらを直列に接続する複数の渡り部１２５によって、固定子巻線１２０の一つの相が形成される。固定子巻線１２０が、たとえば３相のスター結線の場合は、少なくとも、３つの相が図示しない中性点を一端として互いに並列に接続される。以下では、固定子巻線１２０の構成がスター結線の場合を例にとって示すが、本実施形態は、デルタ結線の場合にも適用可能である。
　図２では、固定子スロット１１１の数が４８の場合を示しているが、これに限定されない。すなわち、相数、極数および毎極毎相のスロット数による決まる数である。図２は、３相、８極、毎極毎相のスロット数が２で総数が４８（３×８×２＝４８）となる場合を示している。
　なお、本実施形態は、固定子１００に関するものであるので、図２では、回転電機１として磁石埋め込み型の回転子を有する同期機を例にとって示しているが、これに限定されない。すなわち、回転電機１としては、同期機でも誘導機でもよい。同機器の場合の回転子は巻線型でもよい。また、誘導機の場合にも、巻線型でもよいし、かご型でもよい。さらには、リラクタンスロータを有している場合でもよい。
　図３は、実施形態に係る回転電機１の例を示す図２のＡ部の詳細な部分横断面図である。図３では、連結体１３０の直線部１３０ａのみを示している。
　それぞれの固定子スロット１１１には、固定子巻線１２０の連結体１３０の直線部１３０ａが、６層に積層されて収納されている。
　固定子スロット１１１に収納された連結体１３０は、固定子スロット１１１内の径方向外側すなわち固定子スロット１１１の底部から径方向の内側すなわち回転子鉄心１２側に向かって積層された複数の導体を有する。ここで、層の番号は、固定子スロット１１１内の径方向外側から径方向の内側に向かって、順番付けがされるものとする。すなわち、固定子スロット１１１に収納された直線部１３０ａは、第１層導体１３１、第２層導体１３２、第３層導体１３３、第４層導体１３４、第５層導体１３５、および第６層導体１３６を有する。なお、層数の６層は例であって、複数であれば数は限定しないが、後述するように、互いに隣接する２つの層間での接続関係から、層数は偶数であることが好ましい。
　図３では、回転子１０については、１つの磁極について示している。また、図３では、磁極の周方向の中央に関して互いに対称に回転子鉄心１２に形成された２つの磁石収納孔１２ａと、それぞれの磁石収納孔１２ａに収納されて軸方向に延びる永久磁石１３を例示している。
　図４は、実施形態に係る固定子１００の連結体１３０の構成を示す径方向外側より見た展開図である。図４は、周方向に沿って径方向外側から回転軸ＣＬの方向を見た図であり、固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａの軸方向の外側の固定子巻線１２０の部分、すなわち連結体１３０のエンド部１３０ｂ、並びにこれに接続される直線部１３０ａを示す。また、図５は、実施形態に係る固定子１００の連結体１３０のエンド部１３０ｂの構成を示す図４のＢ－Ｂ矢視断面図である。なお、図５は、展開図である図４のＢ－Ｂ矢視断面図と表現したが、正確には、図４で示す固定子１００の立体的な形状についての断面図である。
　図４および図５では、２つの連結体１３０、すなわち具体的には、第１の連結体１４０および第２の連結体１５０を示している。連結体１３０は、複数の固定子スロット１１１のうちの２つの固定子スロット１１１、すなわち第１スロット１１１ａおよび第２スロット１１１ｂのそれぞれに収納されている直線部１３０ａと直線部１３０ａ、およびこれらを結ぶエンド部１３０ｂを有する。なお、図４においては、第１スロット１１１ａと第２スロット１１１ｂとの間に配された他の固定子スロット１１１の図示を省略している。
　第１の連結体１４０は、第１スロット１１１ａ内の第１層である第１直線部１４１ａと、第２スロット１１１ｂ内の第２層である第２直線部１４１ｂと、これらを接続するエンド部１４２とを有する。
　第２の連結体１５０は、第２スロット１１１ｂ内の第１層である第１直線部１５１ａと、第１スロット１１１ａ内の第２層である第２直線部１５１ｂと、これらを接続するエンド部１５２とを有する。
　以下、第１の連結体１４０のエンド部１４２および第２の連結体１５０のエンド部１５２のそれぞれについて順次説明した上で、エンド部１４２とエンド部１５２との配置関係および全体形状について説明する。
　（第１の連結体１４０のエンド部１４２の説明）
　まず、第１の連結体１４０のエンド部１４２について説明する。第１の連結体１４０のエンド部１４２は、その巻線導体１２１が延びる方向に沿って、エンド部１４２の全体形状を決定する部分を有するので、第１スロット１１１ａ内の第１層である第１直線部１４１ａを出発点として、これらについて順次説明する。
　第１層延長部１４２ａは、巻線導体１２１の第１直線部１４１ａからの軸方向の延長部である。
　次に、巻線導体１２１は、エッジワイズ内側曲げ部１４２ｂで第１層導体１３１と同じ径方向の位置を維持しながら周方向の内側に方向を変える。なお、ここで、内側とは、巻線導体１２１について固定子鉄心１１０に近づく方向、さらに詳細には、結合先である第２直線部１４１ｂに近づく方向を意味するものとする。また、外側とは、内側とは逆の方向を意味するものとする。次に、巻線導体１２１は、エッジワイズ段付き部１４２ｃにおいて径方向の位置を維持しながら、周方向の外側に方向を変えた後に元の方向に復帰する。すなわち、図４の展開図の上では、外側に段が形成された状態となっている。
　次に、巻線導体１２１は、周方向延長部１４２ｄにおいて第１層導体１３１と同じ径方向の位置を維持しながら軸方向に傾きをもって延びた後に、エッジワイズ外側曲げ部１４２ｅにおいて外側に方向を変え、エッジワイズ内側曲げ部１４２ｆにおいて内側に方向を変え、さらにエッジワイズ外側曲げ部１４２ｇによって外側に方向を変える。この結果、軸方向突部１４２ｑが形成されている。
　ここで、軸方向突部１４２ｑにおいて固定子鉄心１１０の第２の端部１１０ｂから最も距離の長い部分を軸方向外側端部１４２ｚというものとする。また、軸方向外側端部１４２ｚと第１の端部１１０ａ間の距離を、突出長さｄ１とする。
　軸方向外側端部１４２ｚの周方向の位置は、図４に示すように、第１スロット１１１ａと第２スロット１１１ｂとの間の領域の中央の位置すなわち第１スロット１１１ａと第２スロット１１１ｂに等距離の位置ではなく、第２スロット１１１ｂに近い側にある。
　軸方向突部１４２ｑの周方向の中央には、径方向段付き部１４２ｓが形成されている。径方向段付き部１４２ｓでは、第１層導体１３１と同じ径方向位置から、第２層導体１３２と同じ径方向位置に連続的に変化している。ここで、たとえば、第１層導体１３１と同じ径方向位置とは、その部分の回転軸ＣＬからの距離が、第１層導体１３１の回転軸ＣＬからの距離と同じであることを意味するものとする。
　巻線導体１２１は、軸方向突部１４２ｑから、周方向延長部１４２ｈで周方向に延びている。ここで、第２層導体１３２と同じ径方向位置を維持しながら周方向延長部１４２ｈで周方向に延びた巻線導体１２１は、次に、エッジワイズ内側曲げ部１４２ｊで内側に方向を変え、さらにエッジワイズ外側曲げ部１４２ｋで外側に方向を変える。この結果、周方向突部１４２ｐが形成される。
　周方向突部１４２ｐで軸方向に方向を変えた巻線導体１２１は、巻線導体１２１の第２直線部１４１ｂからの軸方向の延長部である第２層延長部１４２ｍとなる。
　（第２の連結体１５０のエンド部１５２の説明）
　図４に示すように、第２の連結体１５０のエンド部１５２の展開図上での平面的な形状は、第１の連結体１４０のエンド部１４２の展開図上での平面的な形状と同じであり、互いに、周方向に対称となっている。ただし、径方向には、第２の連結体１５０のエンド部１５２は、第１の連結体１４００のエンド部１４２とは異なっている。したがって、３次元的には、第２の連結体１５０のエンド部１５２は、第１の連結体１４００のエンド部１４２とは異なる形状を有している。
　以下、第２の連結体１５０のエンド部１５２について、同様に、第１スロット１１１ａ内の第２層である第１直線部１５１ａを出発点として、その巻線導体１２１がどのような形状に形成されているかについて順次説明する。
　第１延長部１５２ａは、第１スロット１１１ａ内の第２層である第１直線部１５１ａからの延長部である。
　次に、巻線導体１２１は、エッジワイズ外側曲げ部１５２ｂで周方向外側に方向を変え、その後にエッジワイズ内側曲げ部１５２ｃで周方向内側に向きを変えた後に、周方向延長部１５２ｄに接続される。
　エッジワイズ外側曲げ部１５２ｂおよびエッジワイズ内側曲げ部１５２ｃにより図３の展開図上において外側に凸となる部分である周方向突部１５２ｐが形成される。周方向突部１５２ｐにおいては、径方向段付き部１５２ｓが形成されており、巻線導体１２１は、第２層導体１３２と同じ径方向位置から第１層導体１３１と同じ径方向位置に連続的に変化している。
　巻線導体１２１は、周方向延長部１５２ｄにおいて第１層導体１３１と同じ径方向の位置を維持し、第１の連結体１４０の周方向延長部１４２ｄに並列にかつ周方向延長部１４２ｄの軸方向の外側に隣接しながら延びている。
　巻線導体１２１は、その後、エッジワイズ外側曲げ部１５２ｅにおいて外側に方向を変え、エッジワイズ内側曲げ部１５２ｆにおいて内側に方向を変え、さらにエッジワイズ外側曲げ部１５２ｇによって外側に方向を変える。この結果、軸方向突部１５２ｑが形成されている。
　軸方向突部１５２ｑの周方向の中央には、径方向段付き部１５２ｔが形成され、巻線導体１２１は、第１層導体１３１と同じ径方向位置から第２層導体１３２と同じ径方向位置に連続的に変化している。
　ここで、軸方向突部１４２ｑにおいて固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａから最も距離の長い部分を軸方向外側端部１５２ｚというものとする。また、軸方向外側端部１５２ｚと第２の端部１１０ｂ間の距離は、第１の連結体１４０の軸方向外側端部１４２ｚと第２の端部１１０ｂ間の距離である突出長さｄ１に等しい。
　その後、巻線導体１２１は、軸方向突部１５２ｑから周方向延長部１５２ｈとなり、固定子鉄心１１０側に延びている。周方向延長部１５２ｈにおいて、巻線導体１２１は、第層導体１３１と同じ径方向の位置を維持し、第１の連結体１４０の周方向延長部１４２ｈに並列にかつ周方向延長部１４２ｈの軸方向の内側に隣接しながら延びている。
　次に、巻線導体１２１は、エッジワイズ内側曲げ部１５２ｊにおいて周方向内側に向きを変え、次にエッジワイズ外側曲げ部１５２ｋにおいて周方向外側に向きを変える。この結果、図４の展開図において長手方向に段付き部が形成される。
　この長手方向の段付き部とこれに続くエッジワイズ内側曲げ部１５２ｍとの接続部分において、径方向段付き部１５２ｕが形成されている。径方向段付き部１５２ｕにおいて、巻線導体１２１の径方向の位置は第２層導体１３２と同じ径方向の位置から第１層導体１３１と同じ径方向の位置に連続的に変化する。
　巻線導体１２１は、エッジワイズ内側曲げ部１５２ｍで周方向内側に向きを変えて、軸方向に平行となり、第２スロット１１１ｂ内の第２層の第２直線部１５１ｂに接続する第２延長部１５２ｎとなる。
　（エンド部１４２とエンド部１５２の関係）
　次に、第１の連結体１４０のエンド部１４２と第２の連結体１５０のエンド部１５２の関係について説明する。
　前述の様に、第１の連結体１４０のエンド部１４２においては、周方向には、軸方向外側端部１４２ｚが周方向に第２スロット１１１ｂに近い側にある。このため、第２スロット１１１ｂ内の第２直線部１４１ｂからの軸方向の延長部である第２層延長部１４２ｍに接続する前に周方向突部１４２ｐが形成されている。また、径方向には、軸方向突部１４２ｑから周方向延長部１４２ｈに移る部分に径方向段付き部１４２ｓが形成され、巻線導体１２１は、第１層導体１３１と同じ径方向位置から第２層導体１３２と同じ径方向位置に連続的に変化している。
　また、前述の様に、第２の連結体１５０のエンド部１５２においては、周方向には、軸方向外側端部１５２ｚが周方向に第１スロット１１１ａに近い側にある。このため、第１スロット１１１ａ内の第２直線部１５１ｂからの軸方向の延長部である第２層延長部１５２ｎに接続する前に周方向突部１５２ｐが形成されている。また、径方向には、図４の展開図における段付き形状の部分において径方向段付き部１５２ｓが形成され、巻線導体１２１は、第２層導体１３２と同じ径方向位置から第１層導体１３１と同じ径方向位置に連続的に変化している。また、軸方向突部１５２ｑから周方向延長部１５２ｊに移る部分に径方向段付き部１５２ｔが形成され、巻線導体１２１は、第１層導体１３１と同じ径方向位置から第２層導体１３２と同じ径方向位置に連続的に変化している。さらに、周方向突部１５２ｐには、径方向段付き部１５２ｕが形成され、巻線導体１２１は、第１層導体１３１と同じ径方向位置から第２層導体１３２と同じ径方向位置に連続的に変化している。
　以上のような第１の連結体１４０と第２の連結体１５０それぞれの形状から、次のような位置関係となる。
　（１）第１の連結体１４０の軸方向突部１４２ｑと第２の連結体１５０の軸方向突部１５２ｑは、周方向に異なる位置にある。
　（２）第１の連結体１４０と第２の連結体１５０は、周方向の中央の交差部１３０ｃにおいて互いに交差する。
　（３）第１の連結体１４０の周方向延長部１４２ｄと第２の連結体１５０の周方向延長部１５２ｊは、ともに第１層導体１３１と同じ径方向位置にあり並列領域を形成している。また、第２の連結体１５０の周方向延長部１５２ｊは、第１の連結体１４０の周方向延長部１４２ｄの軸方向外側に周方向延長部１４２ｄに隣接するように配され並列領域を形成している。
　（４）第１の連結体１４０の周方向延長部１４２ｇと第２の連結体１５０の周方向延長部１５２ｅは、ともに第２層導体１３２と同じ径方向位置にある。また、第１の連結体１４０の周方向延長部１４２ｇは、第２の連結体１５０の周方向延長部１５２ｅの軸方向外側に周方向延長部１５２ｅ隣接するように配されている。
　以上の図４および図５では、一方の固定子スロット１１１の第１層と他方の固定子スロット１１１の第２層とを接続するエンド部１３０ｂの場合を例にとって説明したが、第３層と第４層の関係、第５層と第６層の関係についても同様である。
　図６は、実施形態に係る固定子１００の固定子巻線１２０の各固定子スロット１１１内の各層の直線部１３０ａ間の接続状態を示す接続図である。図６は、１つの相の巻線導体１２１の全体の接続状態を示している。
　図６で示すマス目の横方向は、最上行に記載したように、固定子スロット１１１の番号を示している。また、縦方向は、上から下に向かって、１層目ないし６層目を示す。
　このような構成において、各マス目に記載された符号は、各固定子スロット１１１内の各層の連結体１３０の直線部１３０ａの番号を示す。直線部１３０ａ同士を接続する破線は、連結体１３０のエンド部１３０ｂを示す。また、直線部１３０ａ同士を接続する実線は、渡り部１２５を示す。言い換えれば、破線は固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａの軸方向の外側、実線は固定子鉄心１１０の第２の端部１１０ｂの軸方向の外側に配された巻線導体１２１を示す。
　１ｕで示す直線部１３０ａは、固定子鉄心１１０の第２の端部１１０ｂの軸方向の外側で固定子巻線１２０の外部と接続するリード線１６１に接続されている。また、９６ｕで示す直線部１３０ａは、固定子鉄心１１０の第２の端部１１０ｂの軸方向の外側で中性点線１６２に接続されている。なお、以下、説明の便宜上、たとえば、１ｕで示す直線部１３０ａを直線部１ｕ、９６ｕで示す直線部１３０ａを直線部９６ｕのように表示する。
　図６は、Ｕ相の巻線導体１２１を示しており、Ｕ相の巻線導体１２１は、リード線１６１に接続されている直線部１ｕから中性点線１６２に接続されている直線部９６ｕまでが、エンド部１３０ｂおよび渡り部１２５によって直列に接続されている。１ｕ、９６ｕ等の番号は、各直線部１３０ａが接続されている順序を示している。
　本実施形態では、３相、８極、毎極毎相のスロット数が２で総数が４８となる場合を例にとって説明している。
　今、巻線ピッチが１極分となる全節巻の場合を考える。この８極で総数４８スロットの場合、全節巻では、巻線の間隔が６スロット（＝４８／（（８／２）×２））となる。詳細には、５スロットを挟んだ２つのスロット間で接続される。図６においても、たとえば、直線部２ｕ（第６スロット）から直線部３ｕ（第１２スロット）までが６スロットとなっている。また、直線部３ｕ（第７スロット）から直線部４ｕ（第１３スロット）までが６スロットとなっている。すなわち、これらの部分は、全節巻の部分である。図６に示すように、全節巻は、実線で示す渡り部１２５においてなされている。すなわち、固定子鉄心１１０の第２の端部１１０ｂの軸方向の外側においてなされている。
　一方、破線で示すエンド部１３０ｂについては、全節巻ではなく、短節巻となっている。たとえば、直線部５ｕ（第１３スロット）から直線部６ｕ（第１８スロット）までが５スロットとなっている。また、直線部９３ｕ（第１３スロット）から直線部９４ｕ（第１８スロット）までが５スロットとなっている。
　ここで、直線部５ｕ（第１３スロット）から直線部６ｕ（第１８スロット）までは、図４に示す第１の連結体１４０のエンド部１４２に、また、直線部９３ｕ（第１３スロット）から直線部９４ｕ（第１８スロット）までは、図４に示す第２の連結体１５０のエンド部１５２に対応させることができる。
　すなわち、第１３スロットを第１スロット１１１ａ、第１８スロットを第２スロット１１１ｂに対応させれば、第１スロット１１１ａの第１層と第２スロット１１１ｂの第２層とを接続する第１の連結体１４０のエンド部１４２、および、第１スロット１１１ａの第２層と第２スロット１１１ｂの第１層とを接続する第２の連結体１５０のエンド部１５２と同様に、２つの巻線導体１２１のぞれぞれのエンド部１３０ｂが互いに交差するように配置することができる。
　以上、Ｕ相について説明したが、Ｖ相の直線部１３０ａについては、スロット番号を２つずつ増加させた位置に、またＷ相の直線部１３０ａについては、スロット番号を４つずつ増加させた配置され、Ｕ相と同様の巻線導体１２１の引き回しが可能である。
　図７は、実施形態に係る固定子の固定子巻線の各固定子スロット１１１内の各層の直線部１３０ａ間の３相分の接続状態の一部を示すエンド部１３０ｂの接続図である。図４と同様に、周方向に沿って径方向外側から回転軸ＣＬ（図１）の方向を見た図である。
　図７では、固定子鉄心１１０に形成された固定子スロット１１１の一部を示している。たとえば、図６においてのスロット番号が７の場合をＳＬ７と表記している。図７では、ＳＬ７からＳＬ１８までを示している。
　図７では、Ｕ相については、たとえば、ＳＬ７の第１層の直線部１３０ａ（図３、４）とＳＬ１２の第２層の直線部１３０ａとを接続するエンド部１３０ｂを７ｕ１と表記している。同様に、ＳＬ７の第２層の直線部１３０ａとＳＬ１２の第１層の直線部１３０ａとを接続するエンド部１３０ｂを７ｕ２と表記している。Ｖ相については、たとえば、ＳＬ９の第１層の直線部１３０ａとＳＬ１４の第２層の直線部１３０ａとを接続するエンド部１３０ｂを９ｖ１と表記している。また、Ｗ相については、たとえば、ＳＬ１１の第１層の直線部１３０ａとＳＬ１６の第２層の直線部１３０ａとを接続するエンド部１３０ｂを１１ｗ１と表記している。
　このように、エンド部１３０ｂについて、軸方向に３列並列に並べることにより、短節巻を実現することができる。
　（従来例の説明）
　次に、発明の効果を説明するために、従来例を説明する。ここで、上述した実施形態と同様の部分については、共通の符号を用いる。
　図８は、従来例における固定子のエンド部２４２の構成を示す径方向外側より見た展開図である。また、図９は、従来例における固定子のエンド部２４２の構成を示す図８のＣ－Ｃ矢視断面図である。
　連結体２４０のエンド部２４２は、２つの直線部２４１間、具体的には、第１スロット１１１ａ内の第１層に配された第１直線部２４１ａと第３スロット１１１ｃ内の第２層に配された第２直線部２４１ｂの間を接続する。
　エンド部２４２の周方向の中央部に軸方向突部２４２ｑが形成されている。また、軸方向突部２４２ｑの周方向の中央部に、径方向段付き部２４２ｓが形成されている。したがって、第１直線部２４１ａに続くエンド部２４２の連結体２４０は、径方向段付き部２４２ｓに至るまでは、第１層に配された第１直線部２４１ａと同一の径方向位置を維持しながら引き回される。また、径方向段付き部２４２ｓに続くエンド部２４２の連結体２４０は、第２層に配された第２直線部２４１ｂに至るまで第２直線部２４１ｂと同一の径方向位置を維持しながら引き回される。
　ここで、固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａから、軸方向突部２４２ｑの軸方向の最外部である軸方向外側端部２４２ｚまでの距離をｄｃとする。距離ｄｃについては、後に説明する。
　以上の図８および図９では、一方の固定子スロット１１１の第１層と他方の固定子スロット１１１の第２層とを接続するエンド部２４２の場合を例にとって説明したが、たとえば、第３層と第４層、第５層と第６層についても同様である。
　図１０は、従来例における固定子巻線の各スロット内の各層の直線部２４１間の接続状態を示す接続図である。図６と同様に、図１０で示すマス目の横方向は、最上行に記載したように、固定子スロット１１１の番号を示している。また、縦方向は、上から下に向かって、１層目ないし６層目を示す。また、各マス目に記載された符号は、各固定子スロット１１１内の各層の連結体２４０の直線部２４１の番号を示す。また、直線部２４１同士を接続する実線は、渡り部２２５を示す。また、直線部２４１同士を接続する破線は、エンド部２４２を示す。言い換えれば、破線は固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａの軸方向の外側、実線は固定子鉄心１１０の第２の端部１１０ｂの軸方向の外側に配された巻線導体１２１を示す。
　９６ｕで示す直線部２４１は、固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａの軸方向の外側で固定子巻線の外部と接続するリード線１６１に接続されている。また、４９ｕで示す直線部２４１は、固定子鉄心１１０の第１の端部１１０ａの軸方向の外側で中性点線１６２に接続されている。なお、図６の場合と同様に、説明の便宜上、たとえば、１ｕで示す直線部２４１を直線部１ｕ、９６ｕで示す直線部２４１を直線部９６ｕのように表示する。
　図１０では、Ｕ相の連結体２４０を示しており、Ｕ相の連結体２４０は、リード線１６１に接続されている直線部１ｕから中性点線１６２に接続されている直線部９６ｕまで、エンド部２４２および渡り部２２５によって直列に接続されている。図６の場合と同様に、１ｕ、９６ｕ等の番号は、各直線部２４１が接続されている順序を示している。
　従来例についても、比較のために、本実施形態と同様に、３相、８極、毎極毎相のスロット数が２で総数が４８となる場合を例にとって説明している。したがって、全節巻の場合は、６スロット間隔となる。
　従来例では、たとえば、直線部５ｕ（第２４スロット）から直線部６ｕ（第３０スロット）までが６スロットとなっている。このように、図１０では、実線で示す渡り部２２５、破線で示すエンド部２４２のいずれにおいても、６スロット間隔すなわち、全節巻となっている。
　以上、Ｕ相について説明したが、Ｖ相の直線部２４１については、スロット番号を２つずつ増加させた位置に、またＷ相の直線部２４１については、スロット番号を４つずつ増加させて配置される。
　図１１は、従来例における固定子の固定子巻線の各固定子スロット１１１内の各層の直線部間の３相分の接続状態の一部を示す接続図である。図４と同様に、周方向に沿って径方向外側から回転軸ＣＬ（図１）の方向を見た図である。
　図１１では、固定子鉄心１１０に形成された固定子スロット１１１の一部を示している。また、図７と同様に、たとえば、図１０においてのスロット番号が７の場合をＳＬ７と表記している。図１１では、ＳＬ７からＳＬ１４までを示している。
　図１１では、巻線導体１２１の配列を示している。Ｕ相については、たとえば、ＳＬ７の第１層の直線部２４１（図８、９）とＳＬ１３の第２層の直線部２４１とを接続するエンド部２４２を７ｕ１と表記している。Ｖ相については、たとえば、ＳＬ９の第１層の直線部２４１とＳＬ１５の第２層の直線部２４１とを接続するエンド部２４２を９ｖ１ａと表記している。また、Ｗ相については、たとえば、ＳＬ１１の第１層の直線部２４１とＳＬ１７の第２層の直線部２４１とを接続するエンド部２４２を１１ｗ１ａと表記している。
　図１１のように、互いに同じ周方向に向かって配列された場合には、エンド部２４２について、コンパクトな配置を、軸方向に３列並列に並べることにより実現している。
　また、エンド部２４２は、Ｕ相の２本、Ｖ相の２本およびＷ相の２本の連続する計６つの固定子スロット１１１をまたぐ配置となる。この結果、従来例では、必然的に、全節巻となる。
　（本実施例と従来例との比較）
　以下に、本実施形態におけるエンド部１３０ｂと、従来例におけるエンド部２４２とを比較しながら、本実施形態の効果を説明する。
　（１）本実施形態におけるエンド部１３０ｂと従来例におけるエンド部２４２は、いずれも軸方向に３本が並列に配列される構成となる。この結果、本実施形態におけるエンド部１３０ｂの突出長さｄ１は、従来例におけるエンド部２４２の突出長さｄｃとほぼ同等の長さを維持できる。
　（２）従来例におけるエンド部２４２は、全て全節巻となっているのに対して、本実施形態においては、エンド部１３０ｂ側では短節巻を実現できる。この結果、固定子巻線１２０の巻線導体１２１の全長が短くなる。これにより、導体抵抗が減少し、回転電機１の効率が向上する。
　以上、説明した実施形態によれば、平角線の巻線導体１２１を用いた固定子巻線１２０の導体抵抗を低減して効率を向上できる固定子１００および回転電機１を提供することができる。
　［その他の実施形態］
　以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　１…回転電機、１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１２ａ…磁石収納孔、１３…永久磁石、２０…ギャップ、３１…軸受、３２…軸受ブラケット、３３…フレーム、１００…固定子、１０１…固定子ティース、１１０…固定子鉄心、１１０ａ…第１の端部、１１０ｂ…第２の端部、１１１…固定子スロット、１１１ａ…第１スロット、１１１ｂ…第２スロット、１１１ｃ…第３スロット、１２０…固定子巻線、１２１…巻線導体、１２５…渡り部、１３０…連結体、１３０ａ…直線部、１３０ｂ…エンド部、１３０ｃ…交差部、１３１…第１層導体、１３２…第２層導体、１３３…第３層導体、１３４…第４層導体、１３５…第５層導体、１３６…第６層導体、１４０…第１の連結体、１４１…直線部、１４１ａ…第１直線部、１４１ｂ…第２直線部、１４２…エンド部、１４２ａ…第１層延長部、１４２ｂ…エッジワイズ内側曲げ部、１４２ｃ…エッジワイズ外側曲げ部、１４２ｄ…周方向延長部、１４２ｅ…エッジワイズ外側曲げ部、１４２ｆ…エッジワイズ内側曲げ部、１４２ｇ…エッジワイズ外側曲げ部、１４２ｈ…周方向延長部、１４２ｊ…エッジワイズ内側曲げ部、１４２ｋ…エッジワイズ外側曲げ部、１４２ｍ…第２層延長部、１４２ｐ…周方向突部、１４２ｑ…軸方向突部、１４２ｓ…径方向段付き部、１４２ｘ…中央領域、１４２ｚ…軸方向外側端部、１５０…第２の連結体、１５１…直線部、１５１ａ…第１直線部、１５１ｂ…第２直線部、１５２…エンド部、１５２ａ…第１延長部、１５２ｂ…エッジワイズ外側曲げ部、１５２ｃ…エッジワイズ内側曲げ部、１５２ｄ…周方向延長部、１５２ｅ…エッジワイズ外側曲げ部、１５２ｆ…エッジワイズ内側曲げ部、１５２ｇ…エッジワイズ外側曲げ部、１５２ｈ…周方向延長部、１５２ｊ…エッジワイズ内側曲げ部、１５２ｋ…エッジワイズ外側曲げ部、１５２ｍ…エッジワイズ内側曲げ部、１５２ｎ…第２延長部、１５２ｐ…周方向突部、１５２ｑ…軸方向突部、１５２ｓ、１５２ｔ、１５２ｕ…径方向段付き部、１５２ｘ…中央領域、１５２ｚ…軸方向外側端部、１６１…リード線、１６２…中性点線、２２０…固定子巻線、２４０…連結体、２４１…直線部、２４１ａ…第１直線部、２４１ｂ…第２直線部、２４２…エンド部、２４２ｑ…軸方向突部、２４２ｓ…径方向段付き部、２４２ｚ…軸方向外側端部

Claims (7)

  1. 　円筒状で内周面に周方向に複数の固定子スロットが形成された固定子鉄心と、
    　互いに異なる２つの前記固定子スロットにそれぞれ収容される直線部と前記固定子鉄心の軸方向の第１の端部の外側において２つの前記直線部を接続するエンド部とをそれぞれが有する複数の連結体、ならびに、前記固定子鉄心の軸方向の第２の端部の外側において、複数の前記連結体を直列に接続する複数の渡り部とを相ごとに具備する固定子巻線と、
    　を備える固定子であって、
    　複数の前記直線部は、複数の前記固定子スロットのそれぞれにおいて、径方向に複数の層を形成しており、
    　第１の固定子スロット内の第Ｎ層（Ｎは１以上の整数）の前記直線部と第２の固定子スロット内の第（Ｎ＋１）層の前記直線部を接続する第１の連結体の軸方向外側端部は、前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットの周方向の中央部より前記第１の固定子スロットに近い側に形成され、
    　前記第１の固定子スロット内の第（Ｎ＋１）層の前記直線部と前記第２の固定子スロット内の第Ｎ層の前記直線部を接続する第２の連結体の軸方向外側端部は、前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットの周方向の中央部より前記第２の固定子スロットに近い側に形成され、
    　前記第１の連結体と前記第２の連結体とは前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットの周方向に中央の領域である中央領域で互いに交差する、
    　ことを特徴とする固定子。
  2. 　前記連結体および前記渡り部は、矩形断面を有する平角線であることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
  3. 　前記中央領域より前記第１の固定子スロットに近い領域においては、前記第Ｎ層の前記直線部と同じ径方向の位置にある第１の並列領域を含み、
    　前記中央領域より前記第２の固定子スロットに近い領域においては、前記第（Ｎ＋１）層の前記直線部と同じ径方向の位置にある第２の並列領域を含む、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の固定子。
  4. 　前記第１の固定子スロットと前記第２の固定子スロットとの間隔は、短節巻のピッチに相当することを特徴とする請求項１に記載の固定子。
  5. 　前記固定子巻線の外部との結線部は、前記固定子鉄心の前記第１の端部の反対側の第２の端部の外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
  6. 　前記固定子巻線は、中性点を有するスター結線であり、
    　前記中性点は、前記固定子鉄心の前記第１の端部の反対側の第２の端部の外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
  7. 　ロータシャフトおよび前記ロータシャフトに取り付けられた回転子鉄心を有する回転子と、
    　請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の固定子と、
    　を備える回転電機。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012039201A1 (ja) * 2010-09-21 2012-03-29 日産自動車株式会社 巻線構造、回転電機、及び、回転電機の製造方法
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008020471A1 (fr) * 2006-08-15 2008-02-21 Hitachi, Ltd. Machine électrique rotative
WO2012039201A1 (ja) * 2010-09-21 2012-03-29 日産自動車株式会社 巻線構造、回転電機、及び、回転電機の製造方法
JP2013132176A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Nissan Motor Co Ltd 固定子及び回転電機

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