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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-01
(45)【発行日】2024-10-09
(54)【発明の名称】ステータ
(51)【国際特許分類】
   H02K 3/04 20060101AFI20241002BHJP
   H02K 3/28 20060101ALI20241002BHJP
【FI】
H02K3/04 E
H02K3/28 Z
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2020004063
(22)【出願日】2020-01-15
(65)【公開番号】P2021112082
(43)【公開日】2021-08-02
【審査請求日】2022-12-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社SUBARU
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】福永 顕一
(72)【発明者】
【氏名】永瀬 公博
【審査官】谿花 正由輝
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-130093(JP,A)
【文献】特開2017-017838(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 3/04
H02K 3/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転電機に設けられるステータであって、
複数のスロットが形成される円筒形状の固定子コアと、
前記スロットに挿入された複数のセグメント導体が直列接続されてなる複数の相巻線を備える固定子巻線と、
を有し、
前記複数の相巻線のそれぞれは、互いに並列接続される第1直列導体群および第2直列導体群からなり、
前記第1直列導体群および前記第2直列導体群のそれぞれは、互いに直列接続される前記複数のセグメント導体からなり、
前記第1直列導体群および前記第2直列導体群のそれぞれは、前記複数のスロットのうち等間隔で配置される複数の第1スロットからなる第1スロット群に収容される第1導体群と、前記複数のスロットのうち前記第1スロット群から位相をずらして等間隔で配置される複数の第2スロットからなる第2スロット群に収容される第2導体群と、を備えており、
前記第1スロット群を構成する前記第1スロットと、前記第2スロット群を構成する前記第2スロットとは、互いに隣り合って配置されており、
前記第1直列導体群を構成する前記第1導体群および前記第2導体群において、前記第1スロットに収容される前記第1導体群の収容位置と、前記第2スロットに収容される前記第2導体群の収容位置とは、前記固定子コアの径方向に互いに相違しており、
前記第2直列導体群を構成する前記第1導体群および前記第2導体群において、前記第1スロットに収容される前記第1導体群の収容位置と、前記第2スロットに収容される前記第2導体群の収容位置とは、前記固定子コアの径方向に互いに相違しており、
前記複数のセグメント導体のそれぞれは、前記複数のスロットのうちの2つに収容される一対の直線部と、前記固定子コアの端面から突出して前記一対の直線部を互いに連結する曲げ部と、を備えており、
前記複数のスロットのそれぞれにおいて、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに一致しており、
前記固定子コアの端面から突出する複数の前記曲げ部からなる環状のコイルエンドが設けられており、
前記複数のスロット間における前記コイルエンドの各断面において、前記各断面に含まれる前記曲げ部の本数は互いに一致している、
ステータ。
【請求項2】
請求項1に記載のステータにおいて、
前記第1スロットに収容される前記第1直列導体群の前記第1導体群において、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに相違しており、
前記第1スロットに収容される前記第2直列導体群の前記第1導体群において、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに相違しており、
前記第2スロットに収容される前記第1直列導体群の前記第2導体群において、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに相違しており、
前記第2スロットに収容される前記第2直列導体群の前記第2導体群において、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに相違している、
ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機に設けられるステータに関する。
【背景技術】
【0002】
電動機や発電機等の回転電機には、磁界を発生させるステータが設けられている。また、回転電機の高効率化を達成するため、略U字状に折り曲げられた複数のセグメントコイルからなるステータコイルを採用した回転電機が提案されている(特許文献1~3参照)。このような回転電機においては、複数のセグメントコイルがステータコアのスロットに挿入されており、複数のセグメントコイルが1つの導体として互いに接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2000-92766号公報
【文献】特開2009-95193号公報
【文献】特開2013-81351号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、回転電機に設けられるステータの更なる小型化を達成するためには、ステータコイルのコイルエンドを小さくすることが求められている。このため、結線されるセグメントコイルを適切に配置することにより、コイルエンドを小さくしてステータの小型化を図ることが求められている。
【0005】
本発明の目的は、ステータの小型化を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のステータは、回転電機に設けられるステータであって、複数のスロットが形成される円筒形状の固定子コアと、前記スロットに挿入された複数のセグメント導体が直列接続されてなる複数の相巻線を備える固定子巻線と、を有する。前記複数の相巻線のそれぞれは、互いに並列接続される第1直列導体群および第2直列導体群からなる。前記第1直列導体群および前記第2直列導体群のそれぞれは、互いに直列接続される前記複数のセグメント導体からなる。前記第1直列導体群および前記第2直列導体群のそれぞれは、前記複数のスロットのうち等間隔で配置される複数の第1スロットからなる第1スロット群に収容される第1導体群と、前記複数のスロットのうち前記第1スロット群から位相をずらして等間隔で配置される複数の第2スロットからなる第2スロット群に収容される第2導体群と、を備えている。前記第1スロット群を構成する前記第1スロットと、前記第2スロット群を構成する前記第2スロットとは、互いに隣り合って配置されている。前記第1直列導体群を構成する前記第1導体群および前記第2導体群において、前記第1スロットに収容される前記第1導体群の収容位置と、前記第2スロットに収容される前記第2導体群の収容位置とは、前記固定子コアの径方向に互いに相違している。前記第2直列導体群を構成する前記第1導体群および前記第2導体群において、前記第1スロットに収容される前記第1導体群の収容位置と、前記第2スロットに収容される前記第2導体群の収容位置とは、前記固定子コアの径方向に互いに相違している。前記複数のセグメント導体のそれぞれは、前記複数のスロットのうちの2つに収容される一対の直線部と、前記固定子コアの端面から突出して前記一対の直線部を互いに連結する曲げ部と、を備えている。前記複数のスロットのそれぞれにおいて、前記固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう前記曲げ部の本数と、前記固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう前記曲げ部の本数とは、互いに一致している。前記固定子コアの端面から突出する複数の前記曲げ部からなる環状のコイルエンドが設けられており、前記複数のスロット間における前記コイルエンドの各断面において、前記各断面に含まれる前記曲げ部の本数は互いに一致している。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、複数のスロットのそれぞれにおいて、固定子コアの端面から突出して周方向の一方に向かう曲げ部の本数と、固定子コアの端面から突出して周方向の他方に向かう曲げ部の本数とは、互いに一致する。これにより、セグメント導体の曲げ部が複雑に重なることを防止することができ、ステータの小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の一実施の形態であるステータを備えた回転電機の一例を示す断面図である。
図2図1のA-A線に沿ってステータを示す断面図である。
図3】セグメントコイルの一例を示す斜視図である。
図4】U相コイルを備えたステータコアの一部を示す斜視図である。
図5】U相コイルを備えたステータコアを示す断面図である。
図6】(A)および(B)は、セグメントコイルの接続状況の一例を示す図である。
図7】U相コイルのコイル構造の一例を示す図である。
図8】U相コイルのコイル構造の一例を示す図である。
図9】(A)はU相コイルの一部が収容される第1スロット群の一例を示す図であり、(B)はU相コイルの一部が収容される第2スロット群の一例を示す図である。
図10】固定子巻線の結線状態の一例を示す図である。
図11】(A)は各セグメントコイルに生じる誘起電圧を示す図であり、(B)は参考例としてのU相コイルを示す図である。
図12】(A)はステータコアのスロットを示す部分拡大図であり、(B)はU相コイルにおける誘起電圧の発生状況を示す図である。
図13】ステータコアのスロットに対するセグメントコイルの収容位置を示す図である。
図14】ステータコアのスロットに対するセグメントコイルの収容位置を示す図である。
図15】ステータコアの反動力線側に配置されるU相コイルの直列コイル群を示す図である。
図16】ステータコアの反動力線側に配置されるU相コイルの直列コイル群を示す図である。
図17】ステータコアの反動力線側に配置されるW相コイルの直列コイル群を示す図である。
図18】ステータコアの反動力線側に配置されるW相コイルの直列コイル群を示す図である。
図19】ステータコアの反動力線側に配置されるV相コイルの直列コイル群を示す図である。
図20】ステータコアの反動力線側に配置されるV相コイルの直列コイル群を示す図である。
図21】コイルエンドの断面に含まれる曲げ部の本数を示す図である。
図22】比較例のステータが備えるセグメントコイルの曲げ部の位置を示す図である。
図23】比較例のステータが備えるコイルエンドの断面に含まれる曲げ部の本数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、本発明の一実施の形態であるステータ10が設けられる回転電機11として、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される三相交流同期型のモータジェネレータを例示するが、これに限られることはなく、セグメントコイルが組み付けられるステータを備えた回転電機であれば、如何なる回転電機であっても良い。
【0010】
[回転電機構造]
図1は本発明の一実施の形態であるステータ10を備えた回転電機11の一例を示す断面図である。図1に示すように、モータジェネレータである回転電機11は、モータハウジング12を有している。モータハウジング12は、底付き円筒形状のハウジング本体13と、ハウジング本体13の開口端を閉じるエンドカバー14と、を備えている。ハウジング本体13内に固定されるステータ10は、複数枚のケイ素鋼鈑等からなる円筒形状のステータコア(固定子コア)15と、ステータコア15に組み付けられる三相のステータコイルSC(以下、固定子巻線SCと記載する。)と、を有している。また、エンドカバー14には図示しないインバータ等に接続される高電圧コネクタ16が設けられており、この高電圧コネクタ16には固定子巻線SCから延びる動力線端子Pu,Pv,Pwが接続されている。
【0011】
また、ステータコア15の中央には、円柱形状のロータ20が回転自在に収容されている。このロータ20は、複数枚のケイ素鋼鈑等からなる円筒形状のロータコア21と、ロータコア21に埋め込まれる複数の永久磁石22と、ロータコア21の中央に固定されるロータシャフト23と、を有している。ロータシャフト23の一端部は、ハウジング本体13に設けられる軸受24によって支持されており、ロータシャフト23の他端部は、エンドカバー14に設けられる軸受25によって支持されている。
【0012】
[ステータ構造]
図2図1のA-A線に沿ってステータ10を示す断面図であり、図3はセグメントコイル30の一例を示す斜視図である。また、図4はU相の相巻線(以下、U相コイルCuと記載する。)を備えたステータコア15の一部を示す斜視図であり、図5はU相コイルCuを備えたステータコア15を示す断面図である。さらに、図6(A)および(B)は、セグメントコイル30の接続状況の一例を示す図である。なお、U相コイルCuとは、三相のうち一相分を構成する相巻線である。後述するように、固定子巻線SCは、U相コイルCuの他に、V相の相巻線(以下、V相コイルCvと記載する。)、およびW相の相巻線(以下、W相コイルCwと記載する。)によって構成されている。
【0013】
図2に示すように、円筒形状のステータコア15の内周部には、周方向に所定間隔で複数のスロットS1~S48が形成されている。各スロットS1~S48には後述するセグメントコイル(セグメント導体)30が収容されており、複数のセグメントコイル30を互いに接続することで固定子巻線SCが構成されている。なお、図示する例では、スロットS1,S2,S7,S8・・・に、U相コイルCuを構成するセグメントコイル30が収容されており、スロットS3,S4,S9,S10・・・に、W相コイルCwを構成するセグメントコイル30が収容されており、スロットS5,S6,S11,S12・・・に、V相コイルCvを構成するセグメントコイル30が収容されている。
【0014】
図3に示すように、略U字状に曲げられるセグメントコイル30は、何れかのスロット(例えばスロットS1)に収容されるコイルサイド(直線部)31と、所定のコイルピッチで他のスロット(例えばスロットS7)に収容されるコイルサイド(直線部)32と、を有している。また、セグメントコイル30は、一対のコイルサイド31,32を互いに連結する曲げ部33と、一対のコイルサイド31,32のそれぞれから延びる溶接端部34,35と、を有している。なお、セグメントコイル30は銅等の導電材料からなる平角線によって構成されており、セグメントコイル30には溶接端部34,35の先端部を除きエナメルや樹脂被膜等の絶縁被膜が設けられている。また、セグメントコイル30が備える曲げ部33は、図3に示す折り曲げ形状に限られることはなく、ステータコア15に対する組み付け位置に応じて様々な折り曲げ形状を有している。
【0015】
図3図5に示すように、ステータコア15には、所定のコイルピッチ(例えば6スロット)で離れる一対のコイルサイド31,32を備えたセグメントコイル30が複数組み付けられている。また、図4および図6(A)に示すように、セグメントコイル30の曲げ部33は、ステータコア15の一端面(端面)40から突出しており、セグメントコイル30の溶接端部34,35は、ステータコア15の他端面41から突出している。ここで、図6(B)に示すように、ステータコア15の他端面41から突出する溶接端部34,35は、他のセグメントコイル30の溶接端部34,35に接触するように曲げられた後に、接触する他のセグメントコイル30の溶接端部34,35に対して溶接される。これにより、複数のセグメントコイル30は互いに接続されて1つの導体となり、複数のセグメントコイル30によってU相コイルCuが構成される。なお、溶接加工が施された溶接端部34,35には、導体を覆うように樹脂被膜等を形成する絶縁被覆処理が施される。
【0016】
図7および図8はU相コイルCuのコイル構造の一例を示す図である。また、図9(A)はU相コイルCuの一部が収容される第1スロット群S100の一例を示す図であり、図9(B)はU相コイルCuの一部が収容される第2スロット群S200の一例を示す図である。さらに、図10は固定子巻線SCの結線状態の一例を示す図である。以下の説明では、U相コイルCuについて説明するが、V相コイルCvやW相コイルCwについても、同様のコイル構造を有している。なお、前述の説明では、セグメントコイルに「30」の符号を付して説明したが、以下の説明では、個々のセグメントコイルを区別する観点からセグメントコイルに「A1~A32,B1~B32」の符号を付して説明する。また、図7および図8において、セグメントコイルA16,A17は互いに直列接続されており、セグメントコイルB16,B17は互いに直列接続されている。
【0017】
図7および図8に示すように、U相コイルCuは、互いに並列接続される一対の直列コイル群U1,U2を有している。一方の直列コイル群(第1直列導体群)U1は、互いに直列接続される複数のセグメントコイルA1~A32によって構成されており、他方の直列コイル群(第2直列導体群)U2は、互いに直列接続される複数のセグメントコイルB1~B32によって構成されている。また、直列コイル群U1は、第1コイル群(第1導体群)A100および第2コイル群(第2導体群)A200によって構成されている。第1コイル群A100は、第1スロット群S100に収容されるセグメントコイルA1~A16からなるコイル群であり、第2コイル群A200は、第2スロット群S200に収容されるセグメントコイルA17~A32からなるコイル群である。同様に、直列コイル群U2は、第1コイル群(第1導体群)B100および第2コイル群(第2導体群)B200によって構成されている。第1コイル群B100は、第1スロット群S100に収容されるセグメントコイルB1~B16からなるコイル群であり、第2コイル群B200は、第2スロット群S200に収容されるセグメントコイルB17~B32からなるコイル群である。
【0018】
図9(A)に示すように、第1コイル群A100,B100が収容される第1スロット群S100とは、ステータコア15の周方向に等間隔(例えば45°間隔)で配置される複数のスロット(第1スロット)S1,S7,S13,S19,S25,S31,S37,S43によって構成されるスロット群である。また、図9(B)に示すように、第2コイル群A200,B200が収容される第2スロット群S200とは、ステータコア15の周方向に等間隔(例えば45°間隔)で配置される複数のスロット(第2スロット)S2,S8,S14,S20,S26,S32,S38,S44によって構成されるスロット群である。すなわち、第1スロット群S100は、等間隔で配置される複数のスロットS1,S7・・・によって構成されており、第2スロット群S200は、第1スロット群S100から位相をずらして等間隔で配置される複数のスロットS2,S8・・・によって構成されている。
【0019】
このように、第1および第2スロット群S100,S200の位置は互いに周方向にずれることから、第1スロット群S100に挿入される第1コイル群A100,B100に生じる誘起電圧と、第2スロット群S200に挿入される第2コイル群A200,B200に生じる誘起電圧とは、互いに相違することになる。ここで、図11(A)は各セグメントコイルに生じる誘起電圧Vo1,Vo2を示す図であり、図11(B)は参考例としてのU相コイルCuXを示す図である。図11(A)に示される誘起電圧Vo1とは、第1コイル群A100,B100を構成する各セグメントコイル、つまり第1スロット群S100に挿入された各セグメントコイルA1~A16,B1~B16に生じる誘起電圧である。また、誘起電圧Vo2とは、第2コイル群A200,B200を構成する各セグメントコイル、つまり第2スロット群S200に挿入された各セグメントコイルA17~A32,B17~B32に生じる誘起電圧である。
【0020】
図11(A)に示すように、誘起電圧Vo1,Vo2は、ロータ回転角に応じて周期的に変化している。また、第1および第2スロット群S100,S200は互いにずれて配置されるため、誘起電圧Vo1と誘起電圧Vo2との位相は互いにずれ、誘起電圧Vo1と誘起電圧Vo2との間には電位差が生じている。このため、図11(B)にU相コイルCuXとして示すように、並列回路の一方側を構成する直列コイル群U1Xを、第1コイル群A100,B100によって構成し、並列回路の他方側を構成する直列コイル群U2Xを、第2コイル群A200,B200によって構成した場合には、直列コイル群U1Xと直列コイル群U2Xとの間に電位差が生じることになる。つまり、一方の直列コイル群U1Xの各セグメントコイルには誘起電圧Vo1が発生し、他方の直列コイル群U2Xの各セグメントコイルには誘起電圧Vo2が発生するため、直列コイル群U1X,U2X間に電位差が生じて循環電流ixが流れていた。
【0021】
そこで、本発明の一実施の形態であるステータ10のU相コイルCuにおいては、誘起電圧Vo1,Vo2による循環電流の発生を防止するため、並列回路の一方側を構成する直列コイル群U1を、第1および第2コイル群A100,A200を組み合わせて構成し、並列回路の他方側を構成する直列コイル群U2を、第1および第2コイル群B100,B200を組み合わせて構成している。ここで、図12(A)はステータコア15のスロットS43,S44を示す部分拡大図であり、図12(B)はU相コイルCuにおける誘起電圧Vo1,Vo2の発生状況を示す図である。
【0022】
まず、図12(A)に示すように、第1スロット群S100のスロットS43に収容されるセグメントコイル、つまり誘起電圧Vo1が生じるセグメントコイルは、セグメントコイルA1~A4からなる第1コイル群A100と、セグメントコイルB1~B3,B16からなる第1コイル群B100と、に分けられている。同様に、第2スロット群S200のスロットS44に収容されるセグメントコイル、つまり誘起電圧Vo2が生じるセグメントコイルは、セグメントコイルA17~A20からなる第2コイル群A200と、セグメントコイルB17~B19,B22からなる第2コイル群B200と、に分けられている。
【0023】
そして、図12(B)に示すように、第1コイル群A100と第2コイル群A200とを直列接続することにより、U相コイルCuの並列回路の一方側を構成する直列コイル群U1が形成されている。この直列コイル群U1においては、第1コイル群A100を構成する各セグメントコイルA1~A16に誘起電圧Vo1が発生し、第2コイル群A200を構成する各セグメントコイルA17~A32に誘起電圧Vo2が発生する。同様に、第1コイル群B100と第2コイル群B200とを直列接続することにより、U相コイルCuの並列回路の他方側を構成する直列コイル群U2が形成されている。この直列コイル群U2においては、第1コイル群B100を構成する各セグメントコイルB1~B16に誘起電圧Vo1が発生し、第2コイル群B200を構成する各セグメントコイルB17~B32に誘起電圧Vo2が発生する。
【0024】
このように、それぞれの直列コイル群U1,U2には、互いに一致するように誘起電圧Vo1,Vo2が発生するため、直列コイル群U1と直列コイル群U2との間の電位差を解消することができ、U相コイルCuにおける循環電流の発生を防止することができる。また、同様のコイル構造を有するV相コイルCvおよびW相コイルCwについても、V相コイルCvやW相コイルCwにおける循環電流の発生を防止することができる。このように、固定子巻線SCにおける循環電流の発生を防ぐことができるため、回転電機11のエネルギー効率を高めることが可能である。
【0025】
なお、図10に示すように、U相コイルCuの一端には、動力線端子Puが接続されており、U相コイルCuの他端には、中性点端子Nが接続されている。同様に、V相コイルCvの一端には、動力線端子Pvが接続されており、V相コイルCvの他端には、中性点端子Nが接続されている。同様に、W相コイルCwの一端には、動力線端子Pwが接続されており、W相コイルCwの他端には、中性点端子Nが接続されている。このように、U相コイルCu、V相コイルCvおよびW相コイルCwは、中性点端子Nを介して互いに接続されており、各相のコイルCu,Cv,Cwによって固定子巻線SCが構成されている。
【0026】
[U相コイル構造]
続いて、U相コイルCuの構造について詳細に説明する。図13は、ステータコア15のスロットS1,S7・・・に対するセグメントコイルA1~A16,B1~B16の収容位置を示す図である。また、図14は、ステータコア15のスロットS2,S8・・・に対するセグメントコイルA17~A32,B17~B32の収容位置を示す図である。
【0027】
図13および図14に示される「動力線側」とは、図1および図4に示すように、セグメントコイル30の溶接端部34,35が位置する側、つまり動力線端子Pu,Pv,Pwが位置する側である。また、図13および図14に示される「反動力線側」とは、図1および図4に示すように、動力線側とは反対側、つまりセグメントコイル30の曲げ部33が位置する側である。また、図13および図14に示される「内側」とは、図5に示すように、ステータコア15の径方向内側であり、図13および図14に示される「外側」とは、ステータコア15の径方向外側である。なお、図13および図14に示される矢印の向きは、動力線端子Puから中性点端子Nに向かう向きである。
【0028】
まず、図10に示すように、U相コイルCuは、互いに並列接続される直列コイル群U1,U2を有している。一方の直列コイル群U1は、第1および第2コイル群A100,A200によって構成されており、他方の直列コイル群U2は、第1および第2コイル群B100,B200によって構成されている。
【0029】
[直列コイル群U1]
図7に示すように、直列コイル群U1の一部を構成する第1コイル群A100は、4つのセグメントコイル(例えばA1~A4)の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図13に実線で示すように、セグメントコイルA1は、スロットS1,S43の1番目の位置(外側の位置)に収容されており、セグメントコイルA2は、スロットS1の2番目の位置とスロットS43の3番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルA3は、スロットS1,S43の4番目の位置に収容されており、セグメントコイルA4は、スロットS43の2番目の位置とスロットS37の3番目の位置とに収容されている。
【0030】
そして、動力線側におけるスロットS1,S43の間では、スロットS43から突出するセグメントコイルA1と、スロットS1から突出するセグメントコイルA2とが互いに溶接される。また、スロットS43から突出するセグメントコイルA2と、スロットS1から突出するセグメントコイルA3とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットS43,S37の間では、スロットS43から突出するセグメントコイルA3と、スロットS37から突出するセグメントコイルA4とが互いに溶接される。また、スロットS43から突出するセグメントコイルA4と、スロットS37から突出する次のセグメントコイルA5とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルA1~A16からなる第1コイル群A100が構成される。
【0031】
図8に示すように、直列コイル群U1の一部を構成する第2コイル群A200は、4つのセグメントコイル(例えばA17~A20)の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図14に実線で示すように、セグメントコイルA17は、スロットS2,S44の5番目の位置に収容されており、セグメントコイルA18は、スロットS2の6番目の位置とスロットS44の7番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルA19は、スロットS2,S44の8番目の位置(内側の位置)に収容されており、セグメントコイルA20は、スロットS44の6番目の位置とスロットS38の7番目の位置とに収容されている。
【0032】
そして、動力線側におけるスロットS2,S44の間では、スロットS44から突出するセグメントコイルA17と、スロットS2から突出するセグメントコイルA18とが互いに溶接される。また、スロットS44から突出するセグメントコイルA18と、スロットS2から突出するセグメントコイルA19とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットS44,S38の間では、スロットS44から突出するセグメントコイルA19と、スロットS38から突出するセグメントコイルA20が互いに溶接される。また、スロットS44から突出するセグメントコイルA20と、スロットS38から突出する次のセグメントコイルA21とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルA17~A32からなる第2コイル群A200が構成される。
【0033】
[直列コイル群U2]
図7に示すように、直列コイル群U2の一部を構成する第1コイル群B100は、4つのセグメントコイル(例えばB1~B4)の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図13に破線で示すように、セグメントコイルB1は、スロットS43,S37の5番目の位置に収容されており、セグメントコイルB2は、スロットS43の6番目の位置とスロットS37の7番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルB3は、スロットS43,S37の8番目の位置に収容されており、セグメントコイルB4は、スロットS37の6番目の位置とスロットS31の7番目の位置とに収容されている。
【0034】
そして、動力線側におけるスロットS43,S37の間では、スロットS37から突出するセグメントコイルB1と、スロットS43から突出するセグメントコイルB2とが互いに溶接される。また、スロットS37から突出するセグメントコイルB2と、スロットS43から突出するセグメントコイルB3とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットS37,S31の間では、スロットS37から突出するセグメントコイルB3と、スロットS31から突出するセグメントコイルB4とが互いに溶接される。また、スロットS37から突出するセグメントコイルB4と、スロットS31から突出する次のセグメントコイルB5とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルB1~B16からなる第1コイル群B100が構成される。
【0035】
図8に示すように、直列コイル群U2の一部を構成する第2コイル群B200は、4つのセグメントコイル(例えばB17~B20)の接続パターンを繰り返すコイル構造を有している。つまり、図14に破線で示すように、セグメントコイルB17は、スロットS44,S38の1番目の位置に収容されており、セグメントコイルB18は、スロットS44の2番目の位置とスロットS38の3番目の位置とに収容されている。また、セグメントコイルB19は、スロットS44,S38の4番目の位置に収容されており、セグメントコイルB20は、スロットS38の2番目の位置とスロットS32の3番目の位置とに収容されている。
【0036】
そして、動力線側におけるスロットS44,S38の間では、スロットS38から突出するセグメントコイルB17と、スロットS44から突出するセグメントコイルB18とが互いに溶接される。また、スロットS38から突出するセグメントコイルB18と、スロットS44から突出するセグメントコイルB19とが互いに溶接される。さらに、動力線側におけるスロットS38,S32の間では、スロットS38から突出するセグメントコイルB19と、スロットS32から突出するセグメントコイルB20が互いに溶接される。また、スロットS38から突出するセグメントコイルB20と、スロットS32から突出する次のセグメントコイルB21とが互いに溶接される。このような接続パターンを繰り返すことにより、セグメントコイルB17~B32からなる第2コイル群B200が構成される。
【0037】
[コイルエンドの小型化(概要)]
図13に符号α1で示すように、スロットS37においては、スロットS37からスロットS43に向けて、ステータコア15の周方向の一方に向かう曲げ部33の本数が4本である。また、符号α2で示すように、スロットS37においては、スロットS37からスロットS31に向けて、ステータコア15の周方向の他方に向かう曲げ部33の本数が4本である。このように、スロットS37においては、周方向の一方に向かう曲げ部33の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部33の本数とが互いに一致している。
【0038】
また、図14に符号β1で示すように、スロットS38においては、スロットS38からスロットS44に向けて、ステータコア15の周方向の一方に向かう曲げ部33の本数が4本である。また、符号β2で示すように、スロットS38においては、スロットS38からスロットS32に向けて、ステータコア15の周方向の他方に向かう曲げ部33の本数が4本である。このように、スロットS38においては、周方向の一方に向かう曲げ部33の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部33の本数とが互いに一致している。
【0039】
つまり、図13および図14に示すように、セグメントコイルA1~A32,B1~B32を配置することにより、反動力線側に開口するスロットS1,S2,S7,S8・・・のそれぞれにおいて、ステータコア15の一端面40から突出して周方向の一方に向かう曲げ部33の本数と、ステータコア15の一端面40から突出して周方向の他方に向かう曲げ部33の本数とを、互いに一致させることができる。このように、各スロットS1,S2,S7,S8・・・から延びる曲げ部33の本数を、周方向における一方と他方との双方で一致させることにより、一端面40から突出する複数の曲げ部33からなるコイルエンドCe、つまり反動力線側に設けられるコイルエンドCeの小型化を達成することができる。すなわち、環状のコイルエンドCeの各径方向断面に含まれる曲げ部33の本数を均一にすることができるため、セグメントコイル30の曲げ部33が複雑に重なることを防止することができ、コイルエンドCeの小型化を達成することができる。
【0040】
換言すれば、ステータ10のターン数、つまり1つのスロットに挿入されるセグメントコイル30の本数を「4n」(nは2以上の整数)と規定した場合に、ステータコア15の一端面40から突出して周方向の一方に向かう曲げ部33の本数が「4n/2」本に設定され、ステータコア15の一端面40から突出して周方向の他方に向かう曲げ部33の本数が「4n/2」本に設定される。このように、スロットに対してセグメントコイル30を組み付けることにより、環状のコイルエンドCeの各径方向断面に含まれる曲げ部33の本数を均一にすることができるため、セグメントコイル30の曲げ部33が複雑に重なることを防止することができ、コイルエンドCeの小型化を達成することができる。
【0041】
[コイルエンドの小型化(詳細)]
図15はステータコア15の反動力線側に配置されるU相コイルCuの直列コイル群U1を示す図であり、図16はステータコア15の反動力線側に配置されるU相コイルCuの直列コイル群U2を示す図である。また、図17はステータコア15の反動力線側に配置されるW相コイルCwの直列コイル群W1を示す図であり、図18はステータコア15の反動力線側に配置されるW相コイルCwの直列コイル群W2を示す図である。さらに、図19はステータコア15の反動力線側に配置されるV相コイルCvの直列コイル群V1を示す図であり、図20はステータコア15の反動力線側に配置されるV相コイルCvの直列コイル群V2を示す図である。
【0042】
図15に示すように、ステータコア15の一端面40側においては、スロットS1から周方向の一方(矢印α方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されており、スロットS1から周方向の他方(矢印β方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されている。また、スロットS2から周方向の一方(矢印α方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されており、スロットS2から周方向の他方(矢印β方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されている。つまり、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面においては、直列コイル群U1の曲げ部33として6本の曲げ部33が配置されている。
【0043】
図16に示すように、ステータコア15の一端面40側においては、スロットS1から周方向の一方(矢印α方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されており、スロットS1から周方向の他方(矢印β方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されている。また、スロットS2から周方向の一方(矢印α方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されており、スロットS2から周方向の他方(矢印β方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されている。つまり、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面においては、直列コイル群U2の曲げ部33として2本の曲げ部33が配置されている。
【0044】
図17に示すように、ステータコア15の一端面40側においては、スロットS3から周方向の一方(矢印α方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されており、スロットS3から周方向の他方(矢印β方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されている。また、スロットS4から周方向の一方(矢印α方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されており、スロットS4から周方向の他方(矢印β方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されている。つまり、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面においては、直列コイル群W1の曲げ部33として2本の曲げ部33が配置されている。
【0045】
図18に示すように、ステータコア15の一端面40側においては、スロットS3から周方向の一方(矢印α方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されており、スロットS3から周方向の他方(矢印β方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されている。また、スロットS4から周方向の一方(矢印α方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されており、スロットS4から周方向の他方(矢印β方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されている。つまり、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面においては、直列コイル群W2の曲げ部33として6本の曲げ部33が配置されている。
【0046】
図19に示すように、ステータコア15の一端面40側においては、スロットS5から周方向の一方(矢印α方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されており、スロットS5から周方向の他方(矢印β方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されている。また、スロットS6から周方向の一方(矢印α方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されており、スロットS6から周方向の他方(矢印β方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されている。つまり、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面においては、直列コイル群V1の曲げ部33として6本の曲げ部33が配置されている。
【0047】
図20に示すように、ステータコア15の一端面40側においては、スロットS5から周方向の一方(矢印α方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されており、スロットS5から周方向の他方(矢印β方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されている。また、スロットS6から周方向の一方(矢印α方向)に向かう3本の曲げ部33が配置されており、スロットS6から周方向の他方(矢印β方向)に向かう1本の曲げ部33が配置されている。つまり、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面においては、直列コイル群V2の曲げ部33として2本の曲げ部33が配置されている。
【0048】
ここで、図21はコイルエンドCeの断面に含まれる曲げ部33の本数を示す図である。図21には、図15図20に示したX-X線に沿う断面に交差する曲げ部33が示されている。図21に示すように、スロットS1,48間のX-X線に沿うコイルエンドCeの断面には、1相毎に8本の曲げ部33が含まれており、3相で合計24本の曲げ部33が含まれている。また、図15図20に示すように、コイルエンドCeの他の任意断面つまりX-X線以外の断面においても、1相毎に8本の曲げ部33が含まれており、3相で合計24本の曲げ部33が含まれている。すなわち、図15図20に示したX1-X1線に沿う断面、つまりスロットS6,S7間におけるコイルエンドCeの径方向断面においても、3相で合計24本の曲げ部33が含まれている。また、図15図20に示したX2-X2線に沿う断面、つまりスロットS43,S44間におけるコイルエンドCeの径方向断面においても、3相で合計24本の曲げ部33が含まれている。
【0049】
このように、スロット間におけるコイルエンドCeの各断面においては、各断面に含まれる曲げ部33の本数が互いに一致している。これにより、コイルエンドCeの各断面に含まれる曲げ部33の本数を均一にすることができ、セグメントコイル30の曲げ部33が複雑に重なることを防止することができるため、コイルエンドCeの小型化を達成することができる。
【0050】
[比較例]
続いて、比較例のステータ100について説明する。図22は比較例のステータ100が備えるセグメントコイル30の曲げ部33の位置を示す図である。図22には反動力線側に配置されるセグメントコイル30の曲げ部33の位置が示されている。また、図22には固定子巻線の一部を構成するU相コイルが示されているが、V相コイルやW相コイルについてもU相コイルと同一のコイル構造を有している。なお、比較例のステータ100には、実施例のステータコア15と同一のステータコアが用いられている。また、比較例のステータ100に組み付けられるセグメントコイル30の本数は、実施例のステータ10に組み付けられるセグメントコイル30の本数と同一である。
【0051】
図22に符号α1で示すように、スロットS37においては、スロットS37からスロットS43に向けて、ステータコア15の周方向の一方に向かう曲げ部33の本数が2本である。また、符号α2で示すように、スロットS37においては、スロットS37からスロットS31に向けて、ステータコア15の周方向の他方に向かう曲げ部33の本数が6本である。このように、スロットS37においては、周方向の一方に向かう曲げ部33の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部33の本数とが互いに相違している。
【0052】
また、図22に符号β1で示すように、スロットS38においては、スロットS38からスロットS44に向けて、ステータコア15の周方向の一方に向かう曲げ部33の本数が2本である。また、符号β2で示すように、スロットS38においては、スロットS38からスロットS32に向けて、ステータコア15の周方向の他方に向かう曲げ部33の本数が6本である。このように、スロットS38においては、周方向の一方に向かう曲げ部33の本数と、周方向の他方に向かう曲げ部33の本数とが互いに相違している。
【0053】
ここで、図23は比較例のステータ100が備えるコイルエンドCeの断面に含まれる曲げ部33の本数を示す図である。図23には、スロットS1,48間のX-X線に沿う断面に交差する全ての曲げ部33が示されている。図23に示すように、スロットS1,48間のX-X線に沿うコイルエンドCeの断面には、合計36本の曲げ部33が含まれている。つまり、比較例のステータ100においては、スロットS1,48間のX-X線に沿うコイルエンドCeの断面において、図21に示した実施例のステータ10よりも、多くの曲げ部33が含まれている。
【0054】
すなわち、図22に示すように、各スロットから延びる曲げ部33の本数が、周方向における一方と他方との双方で相違する場合には、コイルエンドCeの断面に含まれる曲げ部33の本数が局所的に増加することになる。このように、コイルエンドCeの各断面に含まれる曲げ部33の本数にバラツキが生じることは、セグメントコイル30の曲げ部33が複雑に重なり合う要因であり、反動力線側におけるコイルエンドCeの大型化を招く要因である。これに対し、各スロットから延びる曲げ部33の本数を、周方向における一方と他方との双方で一致させることにより、コイルエンドCeの各断面に含まれる曲げ部33の本数を均一にすることができるため、セグメントコイル30の曲げ部33が複雑に重なることを防止することができ、コイルエンドCeの小型化を達成することができる。
【0055】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、2つの直列コイル群を並列接続することで1相分の相巻線を構成しているが、これに限られることはなく、3つ以上の直列コイル群を並列接続することで1相分の相巻線を構成しても良い。また、前述の説明では、1つの直列コイル群を、第1コイル群および第2コイル群によって構成しているが、これに限られることはなく、3つ以上のコイル群を用いて1つの直列コイル群を構成しても良い。この場合には、ステータコアに対して第1および第2スロット群から位相をずらして他のスロット群が形成される。また、図示する例では、1つのスロットに対して8つのセグメントコイルを挿入しているが、これに限られることはない。例えば、1つのスロットに対して8つを上回るセグメントコイルを挿入しても良く、1つのスロットに対して8つを下回るセグメントコイルを挿入しても良い。また、前述の説明では、スロット数が48のステータコア15を用いているが、これに限られることはなく、他のスロット数のステータコア15を用いても良い。
【符号の説明】
【0056】
10 ステータ
11 回転電機
15 ステータコア(固定子コア)
30 セグメントコイル(セグメント導体)
31,32 コイルサイド(直線部)
33 曲げ部
40 一端面(端面)
SC ステータコイル(固定子巻線)
Cu U相コイル(相巻線)
Cv V相コイル(相巻線)
Cw W相コイル(相巻線)
A1~A32 セグメントコイル(セグメント導体)
B1~B32 セグメントコイル(セグメント導体)
A100,B100 第1コイル群(第1導体群)
A200,B200 第2コイル群(第2導体群)
U1,U2 直列コイル群(直列導体群)
S1~S48 スロット
S100 第1スロット群
S200 第2スロット群
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23