特許 7342307 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】2023-09-01

(45)【発行日】2023-09-11

(54)【発明の名称】固定子および回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/28 20060101AFI20230904BHJP

【ＦＩ】

H02K3/28 N

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023520296

(86)(22)【出願日】2022-11-29

(86)【国際出願番号】 JP2022044019

【審査請求日】2023-06-14

【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】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松原 正克

(72)【発明者】

【氏名】森 大介

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 直哉

【審査官】中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０３９２０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１３２１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０２０４７１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／００－ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定子および回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６６１０２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る回転電機の例を示す縦断面図である。

【図2】実施形態に係る回転電機の例を示す横断面図である。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

（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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

（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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

（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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

（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。

【0056】

（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。

【0057】

（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。

【0058】

（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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

（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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

（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。

【0093】

（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。

【0094】

（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。

【0095】

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。

【0096】

［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。

【符号の説明】

【0097】

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

【要約】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】