特許 6996028 回転電機の固定子および回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-17

(45)【発行日】2022-01-17

(54)【発明の名称】回転電機の固定子および回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20220107BHJP

【ＦＩ】

H02K3/04 E

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021517068

(86)(22)【出願日】2020-11-11

(86)【国際出願番号】 JP2020042151

【審査請求日】2021-03-25

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/010598

(32)【優先日】2020-03-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内田 秀範

【審査官】三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５２７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５０１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９３５９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヨークと、複数のティースと、軸方向の一端に位置する一端面および前記軸方向の他端に位置する他端面と、を有し、隣合う前記ティースの間において径方向に延びるスロットを構成した固定子鉄心と、
平角導体で構成され、異なる前記スロットに配置される第１線状部および第２線状部と、前記固定子鉄心の前記一端面の側において前記第１線状部と前記第２線状部とをつなぐ架橋部と、を有する複数のコイルセグメントを互いに接合してそれぞれ構成された複数本の固定子コイルと、を備え、
前記複数のコイルセグメントは、
前記スロット内に前記径方向に配列される複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第１線状部と、異なるスロットにおいて複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第２線状部と、架橋部と、を有する第１コイルセグメントと、
前記第１コイルセグメントの前記第１線状部に対して前記第１コイルセグメントの前記第２線状部と反対の側に隣接して位置するスロットにおいて複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第１線状部と、前記第１コイルセグメントの前記第２線状部に対して前記第１コイルセグメントの前記第１線状部と反対の側に隣接して位置するスロットにおいて複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第２線状部と、架橋部と、を有する第２コイルセグメントと、を含み、
前記第１コイルセグメントの前記架橋部は、
前記第１コイルセグメントの前記第１線状部から前記第２線状部の側に向かって屈曲した第１屈曲部を介して、前記第２線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第１傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記固定子鉄心の周方向に延び、その途中で前記一端面と平行な平面に対する傾斜の角度を前記第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角にする第１屈折部を有する第１架橋区間と、
前記第１コイルセグメントの前記第２線状部から前記径方向の外側に屈曲した第２屈曲部を介して前記第１架橋区間よりも前記径方向の外側において前記第１線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第３傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記周方向に延び、その途中で前記一端面に対する傾斜の角度を前記第３傾斜角よりも小さい第４傾斜角にする第２屈折部を有する第２架橋区間と、を含み、
前記第２コイルセグメントの前記架橋部は、
前記第２コイルセグメントの前記第１線状部から前記第２屈曲部よりも前記径方向の外側に大きく屈曲した第３屈曲部を介して前記第２架橋区間よりも前記径方向の外側において前記第２コイルセグメントの前記第２線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第５傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記周方向に延び、その途中で前記一端面と平行な平面に対する傾斜の角度を前記第５傾斜角よりも小さい第６傾斜角にする第３屈折部を有する第３架橋区間と、
前記第２コイルセグメントの前記第２線状部から前記第３屈曲部よりも前記径方向の外側に大きく屈曲した第４屈曲部を介して前記第３架橋区間よりも前記径方向の外側において前記第２コイルセグメントの前記第１線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第７傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記周方向に延び、その途中で前記一端面と平行な平面に対する傾斜の角度を前記第７傾斜角よりも小さい第８傾斜角にする第４屈折部を有する第４架橋区間と、を含む、回転電機の固定子。

【請求項2】

前記第１コイルセグメントの前記架橋部は、前記第１架橋区間と前記第２架橋区間との間に位置し前記第１架橋区間と前記第２架橋区間とを連結した第１連結部を備え、
前記第２コイルセグメントの前記架橋部は、前記第３架橋区間と前記第４架橋区間との間に位置し前記第３架橋区間と前記第４架橋区間とを連結した第２連結部を備え、
前記第1連結部と前記第２連結部とは、前記一端面に対して前記軸方向の共通の高さ位置に配置され、間隔を置いて互いに対向している、請求項１に記載の回転電機の固定子。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の固定子と、
前記固定子の界磁空間に配置された回転子と、を備えた回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、回転電機の固定子および回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

回転電機は、円筒形状の固定子と、固定子の界磁空間に回転自在に配置された回転子と、を備えている。固定子は、円環状の電磁鋼板を多数枚積層して構成された固定子鉄心と、平角導体から構成され固定子鉄心に装着された固定子コイルと、を有している。複数のコイルセグメントを直列に接合して構成されるコイルは、固定子鉄心の両端面から軸方向の外側に突出するコイルエンドを有している。近年、回転電機の固定子は、一層の小型化が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６―１５２７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態の課題は、固定子鉄心の小型化を図ることができる回転電機の固定子、および当該固定子を備えた回転電機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る回転電機の固定子は、ヨークと、複数のティースと、軸方向の一端に位置する一端面および前記軸方向の他端に位置する他端面と、を有し、隣合う前記ティースの間において径方向に延びるスロットを構成した固定子鉄心と、平角導体で構成され、異なる前記スロットに配置される第１線状部および第２線状部と、前記固定子鉄心の前記一端面の側において前記第１線状部と前記第２線状部とをつなぐ架橋部と、を有する複数のコイルセグメントを互いに接合してそれぞれ構成された複数本の固定子コイルと、を備えている。
前記複数のコイルセグメントは、前記スロット内に前記径方向に配列される複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第１線状部と、異なるスロットにおいて複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第２線状部と、架橋部と、を有する第１コイルセグメントと、
前記第１コイルセグメントの前記第１線状部に対して前記第１コイルセグメントの前記第２線状部と反対の側に隣接して位置するスロットにおいて複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第１線状部と、前記第１コイルセグメントの前記第２線状部に対して前記第１コイルセグメントの前記第１線状部と反対の側に隣接して位置するスロットにおいて複数の前記コイルセグメントのうち前記径方向の最も外側に配置された第２線状部と、架橋部と、を有する第２コイルセグメントと、を含んでいる。
前記第１コイルセグメントの前記架橋部は、前記第１コイルセグメントの前記第１線状部から前記第２線状部の側に向かって屈曲した第１屈曲部を介して、前記第２線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第１傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記固定子鉄心の周方向に延び、その途中で前記一端面と平行な平面に対する傾斜の角度を前記第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角にする第１屈折部を有する第１架橋区間と、
前記第１コイルセグメントの前記第２線状部から前記径方向の外側に屈曲した第２屈曲部を介して前記第１架橋区間よりも前記径方向の外側において前記第１線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第３傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記周方向に延び、その途中で前記一端面に対する傾斜の角度を前記第３傾斜角よりも小さい第４傾斜角にする第２屈折部を有する第２架橋区間と、を含み、
前記第２コイルセグメントの前記架橋部は、前記第２コイルセグメントの前記第１線状部から前記第２屈曲部よりも前記径方向の外側に大きく屈曲した第３屈曲部を介して前記第２架橋区間よりも前記径方向の外側において前記第２コイルセグメントの前記第２線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第５傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記周方向に延び、その途中で前記一端面と平行な平面に対する傾斜の角度を前記第５傾斜角よりも小さい第６傾斜角にする第３屈折部を有する第３架橋区間と、
前記第２コイルセグメントの前記第２線状部から前記第３屈曲部よりも前記径方向の外側に大きく屈曲した第４屈曲部を介して前記第３架橋区間よりも前記径方向の外側において前記第２コイルセグメントの前記第１線状部に向かって、前記一端面と平行な平面に対して第７傾斜角で前記軸方向の外側に傾斜して、前記周方向に延び、その途中で前記一端面と平行な平面に対する傾斜の角度を前記第７傾斜角よりも小さい第８傾斜角にする第４屈折部を有する第４架橋区間と、を含んでいる。

【0006】

実施形態に係る回転電機は、前記固定子と、前記固定子の界磁空間に配置された回転子と、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係る回転電機を示す横断面図。

【図2】図２は、前記回転電機の固定子の一部を固定子鉄心の一端面側（各コイルセグメントの非溶接側）から示す斜視図。

【図3】図３は、固定子の一部を固定子鉄心の他端面側（各コイルセグメントの溶接側）から示す斜視図。

【図4】図４は、スロットの最も外側の部分に配置される第１コイルセグメントおよび第２コイルセグメントを１つずつ示す斜視図。

【図5】図５は、スロットの最も外側の部分に配置される第１コイルセグメントおよび第２コイルセグメントを１つずつ示す平面図（図４を軸方向から見た平面図）。

【図6A】図６Ａは、前記第１コイルセグメントを模式的に示す側面図。

【図6B】図６Ｂは、前記第２コイルセグメントを模式的に示す側面図。

【図7】図７は、スロットの最も外側の部分に配置される複数組の第１コイルセグメントおよび第２コイルセグメントを径方向外側から示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。

【0009】

（実施形態）
図１から図６を参照して、実施形態に係る回転電機１、並びに、回転電機１を構成する固定子１Ｐおよび回転子１Ｑについて説明する。
図１は、実施形態に係る回転電機１を示す横断面図である。図２は、前記回転電機の固定子１Ｐの一部を固定子鉄心１０の一端面１０ａ側（各コイルセグメントの非溶接側）から示す斜視図である。図３は、固定子１Ｐの一部を固定子鉄心１０の他端面１０ｂ側（各コイルセグメントの溶接側）から示す斜視図である。

【0010】

図１に示すように、回転電機１は、例えば、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機１は、固定子１Ｐと、固定子１Ｐの界磁空間に配置された回転子１Ｑと、を有している。実施形態における界磁空間は、固定子１Ｐによって磁界を発生させる空間である。
以下の説明では、回転電機１の中心軸線Ｃの延在方向を軸方向、中心軸線Ｃの回りで回転する方向を周方向、軸方向および周方向に直交する方向を径方向と称する。

【0011】

固定子１Ｐは、固定子鉄心１０と、固定子鉄心１０に装着された複数本の固定子コイル２０と、を有している。

【0012】

固定子鉄心１０は、ケイ素鋼などの磁性体で円環状に形成された複数枚の電磁鋼板を中心軸線Ｃに対して同芯状に積層した積層体で構成されている。複数枚の電磁鋼板は、互いに積層された状態で外周面の複数個所が溶接されて、連結されている。固定子鉄心１０は、径方向の内側において回転子１Ｑに対向する内周面１０ｃと、径方向の外側において図示せぬケーシングに支持される外周面１０ｄと、を有している。図２および図３に示すように、固定子鉄心１０は、軸方向の一端側に位置する一端面１０ａと、軸方向の他端側に位置する他端面１０ｂと、を有している。一端面１０ａおよび他端面１０ｂは、それぞれ中心軸線Ｃと直交している。

【0013】

図１に示すように、固定子鉄心１０は、径方向外側に位置する円筒状のヨーク１２と、それぞれヨーク１２から固定子鉄心１０の径方向に延び、固定子鉄心１０の周方向に等間隔で並んだ複数（例えば、４８個）のティース１１と、を一体に有している。固定子鉄心１０の周方向に隣合うティース１１の間に、スロット１３が設けられている。スロット１３は、隣合うティース１１の間において固定子鉄心１０の径方向に延び、固定子鉄心１０の周方向に等間隔で４８個並んでいる。スロット１３は、固定子鉄心１０の一端面１０ａから他端面１０ｂまで軸方向に貫通している。スロット１３は、固定子鉄心１０の内周面１０ｃに開口している。

【0014】

図１に示すように、固定子コイル２０は、断面が長方形状の平角導体から構成されている。固定子コイル２０の長辺側は、スロット１３内において、固定子鉄心１０の径方向に向いている。固定子コイル２０は、十分な導電性を有する銅やアルミによって形成されている。固定子コイル２０は、固定子鉄心１０の一端面１０ａから軸方向の外側に向かって延出した第１コイルエンド２０ａ（図２）と、固定子鉄心１０の他端面１０ｂから軸方向の外側に向かって延出した第２コイルエンド２０ｂ（図３）と、を有している。すなわち、固定子コイル２０において、固定子鉄心１０の端面から外方に延出し異なるスロット１３の間を渡る部位が、第１コイルエンド２０ａまたは第２コイルエンド２０ｂに相当する。固定子コイル２０は、その一端に電流が入力される口出し線が構成され、その他端に互いに接続される中性線が構成されている。

【0015】

図２に示すように、固定子コイル２０は、分布型の配置によって固定子鉄心１０のスロット１３に配置されている。実施形態では、並列接続されＵ相の位相の電流が入力される２本の固定子コイル２０、並列接続されＶ相の位相の電流が入力される２本の固定子コイル２０、および並列接続されＷ相の位相の電流が入力される２本の固定子コイル２０が用いられている。すなわち、回転電機１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相の交流電源によって駆動される。

【0016】

図２および図３に示すように、固定子コイル２０は、平角導体で構成された複数のコイルセグメント（第１コイルセグメント２１から第７コイルセグメント２７のいずれか）を直列に接合して構成されている。コイルセグメントは、異なるスロット１３に配置される第１線状部および第２線状部と、固定子鉄心１０の軸方向における一端面１０ａの側において第１線状部と第２線状部とをつなぐ架橋部と、を一体に有している。図３に示すように、複数のコイルセグメントは、固定子鉄心１０の他端面１０ｂの側において、溶接ビード２８を介して直列に接合されている。固定子コイル２０は、各々のコイルセグメントの接合面が、例えば、粉体塗装され、あるいはワニス等の絶縁材料で覆われて、電気的絶縁が担保されている。図１に示すように、各々のコイルセグメントの接合面以外の表面（側面）は、例えば、エナメル等の絶縁被膜によって被膜されて、電気的絶縁が担保されている。さらに、同一のスロット１３に配置されている複数のコイルセグメントは、絶縁紙２９によって一体に包装されて、電気的絶縁が担保されている。

【0017】

図１から図３に示すように、各相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相）の１本目の固定子コイル２０は、各々のスロット１３の最も径方向外側に位置する領域１Ｔ（図１）であって固定子鉄心１０の同心円上の１レーン（図２および図３）に挿通された第１コイルセグメント２１、各々のスロット１３の領域２Ｔ（２レーン）と領域３Ｔ（３レーン）にまたがって挿通された第５コイルセグメント２５、各々のスロット１３の領域４Ｔ（４レーン）と領域５Ｔ（５レーン）にまたがって挿通された第６コイルセグメント２６、各々のスロット１３の領域６Ｔ（６レーン）と領域７Ｔ（７レーン）にまたがって挿通された第７コイルセグメント２７、および各々のスロット１３の最も径方向内側に位置する領域８Ｔ（８レーン）に挿通された第３コイルセグメント２３の順で、直列に接合されて構成されている。

【0018】

図１から図３に示すように、各相の２本目の固定子コイル２０は、各々のスロット１３の領域１Ｔ（図１）であって最外周の１レーン（図２および図３）に挿通された第２コイルセグメント２２、第５コイルセグメント２５、第６コイルセグメント２６、第７コイルセグメント２７、および各々のスロット１３の領域８Ｔ（最内周の８レーン）に挿通された第４コイルセグメント２４の順で、直列に接合されて構成されている。各相の２本目の固定子コイル２０は、１本目の固定子コイル２０と電気的に並列接続される。

【0019】

図４は、スロット１３の最も外側の領域１Ｔ（１レーン）に配置される第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２を１つずつ示す斜視図である。図５は、スロット１３の最も外側の領域１Ｔ（１レーン）に配置される第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２を１つずつ示す平面図である（図４を軸方向から見た平面図）。図６は、スロット１３の領域１Ｔ（１レーン）に配置される第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２を固定子鉄心１０の径方向外側から見た側面図である。図４から図６を参照して、固定子コイル２０を構成する複数のコイルセグメントのうち、スロット１３の最も外周の領域１Ｔ（１レーン）に配置された第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２について説明する。

【0020】

図４に示すように、第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２は、スロット１３内に固定子鉄心１０の径方向に配列される複数のコイルセグメント（第１コイルセグメント２１から第７コイルセグメント２７）のうち最も径方向の外側に配置されている。すなわち、スロット１３の領域１Ｔ（１レーン）には、第１コイルセグメント２１の第１線状部２１Ｐもしくは第２線状部２１Ｑ、または第２コイルセグメント２２の第１線状部２２Ｐもしくは第２線状部２２Ｑのいずれかが配置されている。第２コイルセグメント２２の第１線状部２２Ｐおよび第２線状部２２Ｑは、第１コイルセグメント２１の第１線状部２１Ｐもしくは第２線状部２１Ｑを固定子鉄心１０の周方向の両側から挟むように、互いに異なるスロット１３に配置されている。すなわち、第２コイルセグメント２２は、第１コイルセグメント２１よりも、固定子鉄心１０の周方向に対して長い。

【0021】

図４および図５に示すように、第１コイルセグメント２１の第１線状部２１Ｐは、スロット１３の領域１Ｔに配置され、第２線状部２２Ｑは、周方向に複数個（例えば、１７スロット）離れた他のスロット１３の領域１Ｔに配置されている。第１コイルセグメント２１の架橋部２１Ｒは、第１線状部２１Ｐの延出端から第２線状部２１Ｑの延出端まで固定子鉄心１０の周方向に沿って、かつ、一端面１０ａと間隔を置いて、延びている。
第２コイルセグメント２２の第１線状部２２Ｐは、第１コイルセグメント２１の第１線状部２１Ｐに対して第２線状部２１Ｑと反対の側に位置する１つ隣りのスロット１３の領域１Ｔに配置されている。第２コイルセグメント２２の第２線状部２２Ｑは、第１コイルセグメント２１の第２線状部２１Ｑに対して第１線状部２１Ｐと反対の側に位置する１つ隣りのスロット１３の領域１Ｔに配置されている。すなわち、第１コイルセグメント２１の第１線状部２１Ｐおよび第２線状部２１Ｑは、第２コイルセグメント２２の第１線状部２２Ｐと第２線状部２２Ｑとの間に配置され、周方向の両側から第２コイルセグメント２２の第１線状部２２Ｐと第２線状部２２Ｑとに挟まれている。
第２コイルセグメント２２の架橋部２２Ｒは、第１線状部２２Ｐの延出端から第２線状部２２Ｑの延出端まで固定子鉄心１０の周方向に沿って、かつ、一端面１０ａと間隔を置いて、延びている。架橋部２２Ｒは、第1コイルセグメント２１の架橋部２１Ｒに対して径方向の外側に配置されている。

【0022】

図６Ａは、第1コイルセグメントを模式的に示す側面図、図６Ｂは、第２コイルセグメントを模式的に示す側面図である。
図４、図５、図６Ａに示すように、第１コイルセグメント２１の架橋部２１Ｒは、第１架橋区間Ｌ１と、第２架橋区間Ｌ２と、を含んでいる。
第１架橋区間Ｌ１は、第１コイルセグメント２１の第１線状部２１Ｐから第２線状部２１Ｑの側に屈曲した第１屈曲部２１ｓを介して第２線状部２１Ｑに向かって固定子鉄心１０の周方向に延びている。第1架橋区間Ｌ１は、固定子鉄心１０の一端面１０ａと平行な平面に対して、一端面１０ａから軸方向に離れる方向に第１傾斜角度θ１（≠０°、１８０°）だけ傾斜している。第１架橋区間Ｌ１は、第２線状部２１Ｑに向かって延びる途中において、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さくする第１屈折部２１ｔを有している。すなわち、第１架橋区間Ｌ１は、第１屈曲部２１Ｓから第１屈折部２１ｔまで第１傾斜角度θ１で傾斜して延びた第1傾斜区間Ｌ１ａと、第１屈折部２１ｔから第１架橋区間Ｌ１の延出端（後述する頂上屈曲部２１Ｗ）まで第１傾斜角度θ１よりも小さい第２傾斜角度θ２（θ２＜θ１、θ２≠０°、１８０°）だけ傾斜して延びた第２傾斜区間Ｌ１ｂとを有している。

【0023】

本実施形態では、第１架橋区間Ｌ１おける屈折部は、第１屈折部２１ｔの１箇所であるが、これに限らず、２以上のＮ箇所に屈折部を設けることができる。この場合、相対的に第1屈曲部２１Ｓから離れたＮ箇所目の屈折部は、相対的に第1屈曲部２１Ｓに近いＮ－１箇所目の屈折部よりも、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さく設定する。また、第1屈曲部２１Ｓから最も離れたＮ箇所目の屈折部を傾斜角度θ＝ゼロとし、頂上部が一端面１０ａとほぼ平行に延びる構成とすることも可能である。

【0024】

第２架橋区間Ｌ２は、第１コイルセグメント２１の第２線状部２１Ｑの延出端から固定子鉄心１０の径方向の外側に屈曲した第２屈曲部２１ｕを介して第１線状部２１Ｐに向かって固定子鉄心１０の周方向に延びている。第２架橋区間Ｌ２は、第１架橋区間Ｌ１よりも径方向の外側に位置している。第２架橋区間Ｌ２は、固定子鉄心１０の一端面１０ａと平行な平面に対して、一端面１０ａから軸方向に離れる方向に第３傾斜角度θ３（≠０°、１８０°）だけ傾斜している。第２架橋区間Ｌ２は、第１線状部２１Ｐに向かって延びる途中において、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さくする第２屈折部２１ｖを有している。すなわち、第２架橋区間Ｌ２は、第２屈曲部２１ｕから第２屈折部２１ｖまで第３傾斜角度θ３で傾斜して延びた第３傾斜区間Ｌ２ａと、第２屈折部２１ｖから第２架橋区間Ｌ２の延出端（頂上屈曲部２１Ｗ）まで第３傾斜角度θ３よりも小さい第４傾斜角度θ４（θ４＜θ３、θ４≠０°、１８０°）だけ傾斜して延びた第４傾斜区間Ｌ２ｂとを有している。
第３傾斜角度θ３は、第１傾斜角度θ１と共通でも、あるいは異なっていてもよい。第４傾斜角度θ４は、第２傾斜角度θ２と共通でも、あるいは異なっていてもよい。本実施形態では、θ１＝θ３、θ２＝θ４としている。

【0025】

本実施形態では、第２架橋区間Ｌ２おける屈折部は、第２屈折部２１ｖの１箇所であるが、これに限らず、２以上のＮ箇所に屈折部を設けることができる。この場合、相対的に第２屈曲部２１ｕから離れたＮ箇所目の屈折部は、相対的に第２屈曲部２１ｕに近いＮ－１箇所目の屈折部よりも、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さく設定する。また、第２屈曲部２１ｕから最も離れたＮ箇所目の屈折部を傾斜角度θ＝ゼロとし、頂上部が一端面１０ａとほぼ平行に延びる構成とすることも可能である。

【0026】

第１架橋区間Ｌ１は、径方向に屈曲あるいは傾斜した第１連結部２１ｗを介して第２架橋区間Ｌ２に繋がっている。第1連結部２１Ｗは、周方向において、第1線状部２１Ｐと第２線状部２１Ｑとの中間に位置し、すなわち、第1架橋区間Ｌ１と第２架橋区間Ｌ２との間に位置し、第１架橋区間Ｌ１と第２架橋区間Ｌ２とを連結している。第１連結部２１Ｗは、架橋部２１Ｒにおいて最も一端面１０ａから軸方向に離間して位置する頂上部（頂上屈曲部）を構成している。ここでは、第１連結部２１Ｗは、一端面１０ａとほぼ平行に延びている。

【0027】

図４、図５、図６Ｂに示すように、第２コイルセグメント２２の架橋部２２Ｒは、第３架橋区間Ｌ３と、第４架橋区間Ｌ４と、を含んでいる。
第３架橋区間Ｌ３は、第２コイルセグメント２２の第１線状部２２Ｐから第２屈曲部２１ｕの形状よりも径方向の外側に向かって大きく屈曲した第３屈曲部２２ｓを介して第２線状部２２Ｑに向かって周方向に延びている。第３架橋区間Ｌ３は、第２架橋区間Ｌ２よりも径方向の外側に位置している。第３架橋区間Ｌ３は、固定子鉄心１０の一端面１０ａと平行な平面に対して、一端面１０ａから軸方向に離れる方向に第５傾斜角度θ５（≠０°、１８０°）だけ傾斜している。第３架橋区間Ｌ３は、第２線状部２２Ｑに向かって延びる途中において、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さくする第３屈折部２２ｔを有している。すなわち、第３架橋区間Ｌ３は、第３屈曲部２２Ｓから第３屈折部２２ｔまで第５傾斜角度θ５で傾斜して延びた第1傾斜区間Ｌ３ａと、第３屈折部２２ｔから第３架橋区間Ｌ３の延出端（後述する頂上屈曲部２２Ｗ）まで第５傾斜角度θ５よりも小さい第６傾斜角度θ６（θ６＜θ５、θ６≠０°、１８０°）だけ傾斜して延びた第２傾斜区間Ｌ３ｂとを有している。
上記第３架橋区間Ｌ３は、第１コイルセグメント２１の第１架橋区間Ｌ１に対して径方向の外側に位置し、隙間を置いて、第１架橋区間Ｌ１に対向している。

【0028】

第４架橋区間Ｌ４は、第２コイルセグメント２２の第２線状部２２Ｑから第３屈曲部２２ｓの形状よりも更に径方向の外側に向かって大きく屈曲した第４屈曲部２２ｕを介して第１線状部２２Ｐに向かって周方向に延びている。第４架橋区間Ｌ４は、第３架橋区間Ｌ３よりも径方向の外側に位置している。第４架橋区間Ｌ４は、固定子鉄心１０の一端面１０ａと平行な平面に対して、一端面１０ａから軸方向に離れる方向に第７傾斜角度θ７（≠０°、１８０°）だけ傾斜している。第４架橋区間Ｌ４は、第１線状部２２Ｐに向かって延びる途中において、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さくする第４屈折部２２ｖを有している。すなわち、第４架橋区間Ｌ４は、第４屈曲部２２ｕから第４屈折部２２ｖまで第７傾斜角度θ７で傾斜して延びた第３傾斜区間Ｌ４ａと、第４屈折部２２ｖから第４架橋区間Ｌ４の延出端（頂上屈曲部２２Ｗ）まで第７傾斜角度θ７よりも小さい第８傾斜角度θ８（θ８＜θ７、θ８≠０°、１８０°）だけ傾斜して延びた第４傾斜区間Ｌ４ｂとを有している。
第７傾斜角度θ７は、第５傾斜角度θ５と共通でも、あるいは異なっていてもよい。第８傾斜角度θ８は、第６傾斜角度θ６と共通でも、あるいは異なっていてもよい。本実施形態では、θ５＝θ７、θ６＝θ８としている。また、本実施形態では、θ１＝θ５、θ２＝θ６としている。
第２コイルセグメント２２の第４架橋区間Ｌ４は、第１コイルセグメント２１の第２架橋区間Ｌ２に対して径方向の外側に位置し、隙間を置いて、第２架橋区間Ｌ２に対向している。

【0029】

図５に示すように、第３架橋区間Ｌ３は、径方向に屈曲あるいは傾斜した第２連結部２２ｗを介して第４架橋区間Ｌ４に繋がっている。第２連結部２２Ｗは、周方向において、第1線状部２２Ｐと第２線状部２２Ｑとの中間に位置し、すなわち、第３架橋区間Ｌ３と第４架橋区間Ｌ４との間に位置し、第３架橋区間Ｌ３と第４架橋区間Ｌ４とを連結している。第２連結部２２Ｗは、架橋部２２Ｒにおいて最も一端面１０ａから軸方向に離間して位置する頂上部（頂上屈曲部）を構成している。ここでは、第２連結部２２Ｗは、一端面１０ａとほぼ平行に延びている。
第２連結部２２Ｗと前述した第１コイルセグメント２１の第１連結部２１Ｗとは、一端面１０ａに対して軸方向の共通の高さ位置に配置されている。第２連結部２２Ｗは、第１連結部２１Ｗに対して径方向の外側に位置し、間隔を置いて第１連結部２１Ｗに対向している。

【0030】

本実施形態では、第２コイルセグメントの第３架橋区間Ｌ３および第４架橋区間Ｌ４における屈折部は、それぞれ第３屈折部２２ｔ、第４屈折部２２ｖの１箇所であるが、これに限らず、各区間に２以上のＮ箇所に屈折部を設けることができる。この場合、相対的に第３屈曲部２２Ｓあるいは第４屈曲部２２ｕから離れたＮ箇所目の屈折部は、相対的に第３屈曲部２２Ｓあるいは第４屈曲部２２ｕに近いＮ－１箇所目の屈折部よりも、一端面１０ａに対する傾斜角度を小さく設定する。また、第３屈曲部２２Ｓあるいは第４屈曲部２２ｕから最も離れたＮ箇所目の屈折部を傾斜角度θ＝ゼロとし、架橋部２２Ｒの頂上部が一端面１０ａとほぼ平行に延びる構成とすることも可能である。

【0031】

図１に示すように、回転子１Ｑは、円筒形状の回転子鉄心３０と、回転子鉄心３０の中央部に設けられ中心軸線Ｃを軸にして回転されるシャフト３１と、回転子鉄心３０の外周部において周方向に並んで設けられた複数の永久磁石３２と、を有している。

【0032】

回転子鉄心３０は、ケイ素鋼などの磁性を有する円環状の電磁鋼板が中心軸線Ｃに対して同芯状に積層されて構成されている。複数枚の電磁鋼板は、互いに積層された状態で外周面の複数個所が溶接されて、連結されている。回転子鉄心３０は、固定子鉄心１０の内周面１０ｃと僅かな隙間（エアギャップ）を隔てた状態で、固定子鉄心１０の中心軸線Ｃと同軸的に配置されている。すなわち、回転子鉄心３０の外周面は、僅かな隙間を隔てて、固定子鉄心１０の内周面１０ｃに相当するティース１１の先端面に対向している。回転子鉄心３０は、中心軸線Ｃと同軸的に貫通した１つの第１内孔３０ａと、外周部において周方向に並び軸方向に貫通した複数の第２内孔３０ｂと、を有している。

【0033】

シャフト３１は、円柱形状に形成され、回転子鉄心３０の第１内孔３０ａに挿通および嵌合されている。シャフト３１は、回転子鉄心３０の中心軸線Ｃと同軸的に延在している。シャフト３１は、回転子鉄心３０と共に回転し、連結ギヤ等を介して、図示せぬ車輪等に回転動力を伝達する。複数の永久磁石３２は、回転子鉄心３０に複数設けられた第２内孔３０ｂに挿入および嵌合されている。複数の永久磁石３２は、回転子鉄心３０の軸方向の全長に亘って延在し、回転子鉄心３０の周方向に所定の間隔で並んでいる。永久磁石３２は、断面が長方形で、軸方向に延びた棒形状から構成されている。

【0034】

以上のように構成された実施形態によれば、図４および図５に示すように、固定子鉄心１０の径方向に隣合う第１コイルセグメント２１の架橋部２１Ｒと、第２コイルセグメント２２の架橋部２２Ｒとは、固定子鉄心１０の径方向に離間した状態で隣合っていることから、互いに干渉していない。すなわち、第２コイルセグメント２２の第３架橋区間Ｌ３および第４架橋区間Ｌ４は、第１コイルセグメント２１の第２架橋区間Ｌ２よりも、固定子鉄心１０の径方向の外側に間隔を置いて位置している。固定子鉄心１０の径方向に隣合う架橋部２１Ｒと、架橋部２２Ｒとは、固定子鉄心１０の軸方向に対して上下に重なっていない。このため、架橋部２１Ｒと、架橋部２２Ｒとは、干渉することなく互いに独立して固定子鉄心１０の一端面１０ａに対して十分に屈折させたり屈曲させたりすることによって、固定子鉄心１０の軸方向への突出高さを抑制することができる。このようなことから、第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２は、固定子鉄心１０の一端面１０ａから軸方向に対する第１コイルエンド２０ａの突出長さを相対的に短くすることができる。
また、図７に示すように、第１コイルセグメント２１と第２コイルセグメント２２との組を複数組、周方向に並べて配置した場合、第１および第２コイルセグメント２１、２２の架橋部２１Ｒ、２２Ｒは、固定子鉄心１０の一端面１０ａに対する傾斜角度を浅くする第１、第２屈折部２１ｔ、２１ｖおよび第３、第４屈折部２２ｔ、２２ｖを設けることにより、固定子鉄心１０の周方向に隣合う他の第１および第２コイルセグメントの架橋部２１Ｒ、２２Ｒとの間において軸方向に生じる隙間Ｇを低減することができる。すなわち、第１、第２屈折部２１ｔ、２１ｖおよび第３、第４屈折部２２ｔ、２２ｖによって一端面１０ａからの傾斜角度が小さくなった架橋部２１Ｒ、２２Ｒは、固定子鉄心１０の周方向に隣合う他の第１および第２コイルセグメントに対して相対的に小さな角度で隣接する。このことから、第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２は、固定子鉄心１０の一端面１０ａから軸方向に対する第１コイルエンド２０ａの突出長さを相対的に短くすることができる。
このようにコイルエンドの突出長さを短くすることにより、回転電機１の固定子１Ｐ、および固定子１Ｐを備えた回転電機１を小型化することができる。

【0035】

更に、第１コイルセグメント２１の架橋部２１Ｒは、第１架橋区間Ｌ１と第２架橋区間Ｌ２との間に、径方向に屈曲あるいは湾曲した第１連結部２１ｗを備えている。同様に、第２コイルセグメント２２の架橋部２２Ｒは、第３架橋区間Ｌ３と第４架橋区間Ｌ４との間に、径方向に屈曲あるいは湾曲し第1連結部２１ｗに隙間アを置いて対向する第２連結部２２ｗを備えている。このような構成によれば、第１コイルセグメント２１および第２コイルセグメント２２は、固定子鉄心１０の一端面１０ａから軸方向に対する第１コイルエンド２０ａの突出長さを一層抑制することができる。したがって、回転電機１の固定子１Ｐ、および固定子１Ｐを備えた回転電機１の小型化を図ることができる。

【0036】

なお、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。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。これら実施形態や変形例は、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。
例えば、コイルの巻数、コイルセグメントの設置数は、前述した実施形態に限定されることなく、適宜、増減可能である。実施形態に係る回転子および回転電機は、永久磁石界磁電動機に限らず、巻線界磁型回転電機、および誘導型回転電機にも適用可能である。回転子の寸法、材質、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。具体的には、実施形態のように固定子鉄心１０の各々のスロット１３に８本のコイルセグメントを設ける構成に限定されることなく、各々のスロットに６本以下または１０本以上のコイルセグメントを設ける構成としてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１…回転電機、１Ｐ…固定子、１Ｑ…回転子、１０…固定子鉄心、１０ａ…一端面、１１…ティース、１２…ヨーク、１３…スロット、２０…固定子コイル、２１…第１コイルセグメント、２１Ｐ…第１線状部、２１Ｑ…第２線状部、２１Ｒ…架橋部、２１ｓ…第１屈曲部、２１ｔ…第１屈折部、２１ｕ…第２屈曲部、２１ｖ…第２屈折部、２１ｗ…第１連結部、２２…第２コイルセグメント、２２Ｐ…第１線状部、２２Ｑ…第２線状部、２２Ｒ…架橋部、２２ｓ…第３屈曲部、２２ｔ…第３屈折部、２２ｕ…第４屈曲部、２２ｖ…第４屈折部、２２ｗ…第２連結部、Ｌ１…第１架橋区間、Ｌ２…第２架橋区間、Ｌ３…第３架橋区間、Ｌ４…第４架橋区間

【要約】

第１コイルセグメントの架橋部は、第１線状部から第２線状部の側に屈曲した第１屈曲部を介し第２線状部に向かい周方向に延び傾斜角度を小さくする第１屈折部を有する第１架橋区間と、第２線状部から径方向外側に屈曲した第２屈曲部を介し第１架橋区間よりも径方向外側で第１線状部に向かい周方向に延び傾斜角度を小さくする第２屈折部を有する第２架橋区間を含む。第２コイルセグメントの架橋部は、第１線状部から第２屈曲部よりも径方向外側に大きく屈曲した第３屈曲部を介し第２架橋区間よりも径方向外側で第２線状部に向かい周方向に延び傾斜角度を小さくする第３屈折部を有する第３架橋区間と、第２線状部から第３屈曲部よりも径方向外側に大きく屈曲した第４屈曲部を介し第３架橋区間よりも径方向外側で第１線状部に向かい周方向に延び傾斜角度を小さくする第４屈折部を有する第４架橋区間を含んでいる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】