(57)【要約】【課題】巻線の使用量増加を抑制しつつ、コイルエンド高さを均一化できる回転電機のステータコイル構造を提供する。【解決手段】回転電機のステータコイル構造は、特定スロット間で巻線を巻回して構成される単位コイル２２と、二つの単位コイル２２間を繋ぐべく他のスロット間を横断する渡り線２４と、を備える。前記渡り線２４は、スロット１４の端部からステータ軸方向に延びた後、頂部２８に向かうべく、第二の角度βで屈曲し、前記単位コイル２２は、前記スロット１４の端部からステータ軸方向に延びた後、頂部２６に向かうべく、前記第二の角度βより大きい第一の角度αで屈曲する。【選択図】図３
2014050180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定スロット間で巻線を巻回して構成される単位コイルと、二つの単位コイル間を繋ぐべく他のスロット間を横断する渡り線と、を備えた回転電機のステータコイル構造であって、
前記単位コイルは、前記スロットの端部から、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にある前記単位コイルの頂部に向かうべく、第一の角度で屈曲し、
前記渡り線は、スロットの端部からステータ軸方向に延びた後、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にあるとともに前記単位コイルの頂部と同じ高さ位置にある前記渡り線の頂部に向かうべく、第二の角度で屈曲し、
前記第一の角度は、前記第二の角度よりも大きい、
ことを特徴とする回転電機のステータコイル構造。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のステータコイル構造であって、
前記渡り線は、前記ステータ軸方向に延びてから、前記頂部に向かって屈曲するまでの間に、ステータ径方向にも屈曲する、ことを特徴とする回転電機のステータコイル構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機のステータコイル構造であって、
前記単位コイルが頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置は、前記渡り線が頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置よりも低い、ことを特徴とする回転電機のステータコイル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定のスロット組間で巻線を巻回して構成される単位コイルと、二つの単位コイル間を繋ぐべく他のスロット間を渡る渡り線と、を備えた回転電機のステータコイル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のステータコイルは、通常、複数の単位コイルと、当該単位コイル間を繋ぐ渡り線と、を有している。各単位コイルは、特定の二つのスロット間、具体的には、集中巻の場合は、隣接する二つのスロット間、分布巻の場合は少なくとも３スロット離れた二つのスロット間で、巻線を巻回して構成される。特許文献１，２は、分布巻で構成された回転電機のステータコイル構造が開示されている。
【０００３】
かかる単位コイル、および、渡り線のうち、ステータコアの端部から突出した部分が、いわゆるコイルエンドとなる。このコイルエンド部分において、単位コイルおよび渡り線は、スロットの端部から突出してステータ軸方向に延びた後、ステータ周方向（より正確にはステータ周方向に進むにつれステータ軸方向にも進む斜め方向）に屈曲して他のスロットへ向かう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５０４２５号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１６１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、渡り線は、スロット端部から突出した後、一度、径方向に屈曲し、その後、斜め方向に屈曲する。したがって、渡り線は、単位コイルに比べて、高い位置で斜め方向に屈曲する。
【０００６】
ここで、従来、この斜め方向への屈曲角度は、渡り線と単位コイルとで同じであることが多かった。一方、斜め方向に屈曲する位置は、渡り線のほうが高い。そのため、斜め方向に屈曲後、同じ距離だけ周方向に進んだとき、単位コイルに比べて、渡り線のほうが、高くなってしまっていた。そして、結果として、コイルエンド全体で、高さの不均一が生じていた。かかるコイルエンドの高さ不均一は、ステータコイルの製造工程で行うコイルエンドの形状を整える作業を困難にしたり、回転電機の駆動時にステータコイルに供給される冷媒の円滑な流れを妨げたりしていた。
【０００７】
かかる問題を避けるために、単位コイルを、スロット端部から突出した後、ステータ軸方向に進む距離を長くして、斜め方向に屈曲する際のステータ軸方向位置を、渡り線および単位コイルで、同じにすることも考えられる。この場合、渡り線および単位コイルにおいても、屈曲位置の高さ、屈曲角度がともに同じであるため、渡り線および単位コイルの高さを揃えることができる。しかし、この場合、単位コイルのステータ軸方向に進む距離を長くした分だけ、余計に巻線が必要となり、材料費の増加を招く。
【０００８】
そこで、本発明では、巻線の使用量増加を抑制しつつ、コイルエンド高さを均一化できる回転電機のステータコイル構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転電機のステータコイル構造は、特定スロット間で巻線を巻回して構成される単位コイルと、二つの単位コイル間を繋ぐべく他のスロット間を横断する渡り線と、を備えた回転電機のステータコイル構造であって、前記単位コイルは、前記スロットの端部から、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にある前記単位コイルの頂部に向かうべく、第一の角度で屈曲し、前記渡り線は、スロットの端部からステータ軸方向に延びた後、ステータ軸方向および周方向に離れた位置にあるとともに前記単位コイルの頂部と同じ高さ位置にある前記渡り線の頂部に向かうべく、第二の角度で屈曲し、前記第一の角度は、前記第二の角度よりも大きい、ことを特徴とする。
【００１０】
好適な態様では、前記渡り線は、前記ステータ軸方向に延びてから、前記頂部に向かって屈曲するまでの間に、ステータ径方向にも屈曲する。他の好適な態様では、前記単位コイルが頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置は、前記渡り線が頂部に向かって屈曲するステータ軸方向位置よりも低い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、単位コイルの頂部を、渡り線の頂部と同じ高さとしているため、コイルエンドの高さを均一化できる。また、単位コイルを渡り線よりも大きい角度で頂部に向かって屈曲させているため、単位コイルがスロット端部から突出した後、軸方向に延びる距離を増やさなくても、渡り線の頂部と同じ高さの頂部に到達できる。結果として、本発明によれば、巻線の使用量増加を抑制しつつ、コイルエンド高さを均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態であるステータの概略斜視図である。
【図２】一つの単位コイルの構成を示す図である。
【図３】本実施形態での単位コイルおよび渡り線のイメージ図である。
【図４】従来技術における単位コイルおよび渡り線のイメージ図である。
【図５】他の従来技術における単位コイルおよび渡り線のイメージ図である。
【図６】他の従来技術における単位コイルおよび渡り線のイメージ図である。
【図７】図６に示したステータコイル構造でのコイルエンド形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機のステータ１０の概略斜視図である。ステータ１０は周知の通り、ステータコア１２と当該ステータコア１２に巻回されたステータコイル２０とを備えている。３相モータの場合、ステータコイル２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相設けられているが、図１では、見やすさのために、１相分のステータコイル２０のみ図示している。
【００１４】
ステータコア１２の内周には、複数のスロット１４が周方向に並んでおり、一組のスロット１４間に、ステータコイル２０が巻回されている。ステータコイル２０は、ステータ周方向にずれて配置された複数の単位コイルを、渡り線と呼ばれる巻線で接続して構成される。各単位コイルは、特定のスロット組間で巻線を巻回して構成される。このとき、隣接する二つのスロット間で巻線を巻回するのが集中巻であり、３スロット以上離れた二つのスロット間で巻線を巻回するのが分布巻である。本実施形態では、分布巻を採用している。また、本実施形態では、占有率向上のために、巻線として断面略矩形の平角線コイル、例えば、導体セグメントなどを用いている。ただし、当然ながら、平角線コイルに代えて、断面円形の丸線コイルを用いてもよい。
【００１５】
図２は、一つの単位コイル２２の構成を示す図であり、ステータ１０をステータ軸方向から見た際の概略図である。図２において、太実線は、ステータコア１２の一端面においてスロット１４間を横断する巻線を、一点鎖線は、ステータコア１２の他端面においてスロット１４間を横断する巻線をそれぞれ示している。また、以下の説明では、単位コイル２２を構成する巻線のうち、スロット１４内を進む巻線部分を「スロット内巻線部」と呼び、アルファベットＷに、左右を示すＲまたはＬと、径方向位置を示す数字を付与した符号を用いる。また、スロット１４間を横断する巻線部分を「横断巻線部」と呼び、アルファベットＷに、巻回順番を示す数字を付与した符号を用いる。
【００１６】
単位コイル２２を構成する巻線は、左右一方のスロット１４内を軸方向に進んでステータコア１２の端面から突出した後、周方向に進んで他方のスロット１４内に入るという流れを繰り返す。このとき、スロット１４内での径方向位置が、巻回が進むにつれ、内周側にずれていく。
【００１７】
例えば、図２の例では、図面右側のスロット（以下、「右スロット１４Ｒ」という）の最外周位置において、巻線は、紙面手前側から奥側に進んで、スロット内巻線部ＷＲ１を構成し、ステータコア１２の他端面から突出する。この他端面に突出した巻線は、続いて、周方向左側に進んで、横断巻線部Ｗ１を構成し、図面左側のスロット（以下「左スロット１４Ｌ」という）の最外周位置に到達する。巻線は、最外周位置において、左スロット１４Ｌ内を紙面奥側から手前側に進んで、スロット内巻線部ＷＬ１を構成し、ステータコア１２の一端面から突出する。その後、巻線は、周方向右側かつ径方向内周側に進んで、横断巻線部Ｗ２を構成し、右スロット１４Ｒのうち、最外周に位置するスロット内巻線部ＷＲ１よりも内周側位置に到達する。右スロット１４Ｒに到達した巻線は、右スロット１４Ｒ内を紙面手前側から奥側に進んで、スロット内巻線部ＷＲ２を構成する。そして、以降も、右から左に進む横断巻線部、左スロット１４Ｌ内を進むスロット内巻線部、左から右に進む横断巻線部、右スロット１４Ｒ内を進むスロット内巻線部が繰り返し構成されるように巻線が巻回されていく。そして、最終的に、巻線が、左スロット１４Ｌの一端面から突出するまで巻回されれば、単位コイル２２が完成となる。
【００１８】
なお、この単位コイル２２を構成する巻線は、連続した一本の巻線から構成されてもよいし、複数の導体（例えば、１巻回分の長さに成形された導体セグメントなど）を一本に繋がるように連結して構成されてもよい。
【００１９】
一つのステータコイル２０は、周方向にずれて配置された複数の単位コイル２２を渡り線２４と呼ばれる巻線で接続することで構成される。渡り線２４は、単位コイル２２の最外周端または最内周端である巻き始めまたは巻き終わりに接続され、スロット１４間を横断する。単位コイル２２の最外周端に接続された渡り線２４は、他の単位コイル２２の最外周端に接続され、単位コイル２２の最内周端に接続された渡り線２４は、他の単位コイル２２の最内周端に接続される。換言すれば、渡り線２４は、始点と終点とで、そのステータ径方向位置がずれないようになっている。そのため、渡り線２４を、その始点と終点を結ぶ直線形状とすると、他の渡り線２４との干渉が生じる。
【００２０】
かかる干渉を避けるため、渡り線２４の一部は、ステータ径方向にオフセットされる。例えば、最外周に位置する渡り線２４は、スロット１４の端部から突出してステータ軸方向に進んだ後、外周側に屈曲する。外周側に屈曲した渡り線２４は、その後、周方向に屈曲して、周方向に一定距離進んだ後、今度は内周側に屈曲する。この内周側への屈曲により、渡り線２４は、元の径方向位置に戻る。そして、渡り線２４は、再度、周方向に進み、他の単位コイル２２に接続する。
【００２１】
一方、単位コイル２２を構成する巻線は、既述したように、巻回するにつれ、その径方向位置がずれていく。そのため、単位コイル２２のうちスロット間を横断する横断巻線部においては、一時的な径方向へのオフセット、ひいては、径方向への屈曲は不要となる。つまり、渡り線２４も単位コイル２２（横断巻線部）では、スロット間を横断する際の屈曲の回数が異なっている。
【００２２】
従来は、こうした屈曲の回数の違いに起因して、コイルエンドの高さが不均一になっていた。これについて、図６、図７を参照して説明する。図６は、従来技術における単位コイル２２および渡り線２４のイメージ図であり、ステータ１０を内周面側から見た際の概略図である。また、図７は、コイルエンド５０の形状を示す図であり、ステータ１０の径方向断面の概略図である。なお、ステータ１０を内周から見た際には、図６に図示した状態よりも多数の巻線が見えるはずであるが、ここでは、一つのスロット１４から突出する渡り線２４と、他のスロット１４から突出する単位コイル２２を構成する二本の巻線のみを図示する。
【００２３】
渡り線２４および単位コイル２２は、いずれも、スロット１４の端部から突出した後、ステータ軸方向に進む。その後、それぞれ、屈曲位置３０，３２で、頂部２６，２８に向かって屈曲する。この頂部２６，２８は、スロット１４間を横断する巻線のうち、ステータ軸方向高さが最も高くなる部位であり、スロット１４からの突出位置からみて、ステータ軸方向および周方向にずれた位置にある。したがって、渡り線２４および単位コイル２２は、ステータ軸方向に進んだ後、頂部２６，２８に向かうべく、周方向かつステータ軸方向（図中の斜め上方向）に屈曲する。
【００２４】
ただし、既述した通り、渡り線２４は、他の巻線との干渉を避けるために、スロット１４端部からステータ軸方向に突出した後、頂部に向かって屈曲するまでの間に、径方向にも屈曲する。ある程度の厚みを有する巻線からなる渡り線２４を、直角に屈曲させることは難しいため、径方向への屈曲は、ある程度の角度をもって行われる。その結果、渡り線２４は、この径方向に屈曲し始めてから屈曲終わるまでの間に、ステータ軸方向にも進むことになる。図６において、符号Ｔで示した範囲は、径方向への屈曲が行われている範囲を示している。
【００２５】
このように、渡り線２４は、少なくとも径方向の屈曲に要する距離Ｔだけ余分にステータ軸方向にも進み、その後、屈曲位置３２において、頂部２８に向かって屈曲する。したがって、渡り線２４は、単位コイル２２の屈曲位置３０よりも、距離Ｔ以上高い屈曲位置３２で、頂部２８に向かって屈曲することになる。ここで、以下では、単位コイル２２が頂部２６に向かうべく屈曲するときの角度を「第一の角度α」、渡り線２４が頂部２８に向かうべく屈曲するときの角度を「第二の角度β」と呼ぶ。この第一、第二屈曲角度α，βは、従来、同じであった（α＝β）。そのため、屈曲後に進む周方向距離が同じであっても、ステータ軸方向位置は、渡り線２４のほうが、単位コイル２２よりも高くなっていた。そして、結果として、コイルエンド５０全体でみると、図７に示すように、その最内周および最外周のみが高くなる凹凸のある形状となっていた。
【００２６】
ここで、ステータコイル２０の製造工程において、コイルエンド５０は、所望の形状に応じて作られた冶具を用いて圧力をかけるなどして、所望の形状に整えられる。図７に示すように、凹凸のあるステータコイル２０の場合、冶具の形状が複雑になったり、形状を整える作業が難しくなったりするという問題があった。また、回転電機を駆動する際は、通常、放熱のために、コイルエンド５０に向かって冷媒を吐出するが、コイルエンド５０の高さが不均一だと、冷媒がコイルエンド５０全体に円滑に流れず、冷却効率が低下する恐れもあった。
【００２７】
そこで、かかる問題を解決するために、図４に示すように、単位コイル２２において、ステータ軸方向に進む距離を伸ばし、渡り線２４および単位コイル２２で頂部２６，２８の高さを揃えることが考えられる。しかし、この場合、単位コイル２２を軸方向に余分に伸ばした分だけ余分に巻線（銅）が増加するという新たな問題が生じる。
【００２８】
また、別の方法として、図５に示すように、単位コイル２２を、頂部２６に向かって屈曲させた後、当該単位コイル２２の高さが、渡り線２４の頂部２８と同じ高さに到達するまで、単位コイル２２を斜め上方向に延ばし続けることも考えられる。かかる形態によれば、巻線量の増加を抑えつつ、頂部２６，２８の高さを揃えることができる。しかし、この場合、頂部２６に到達するまでに進む周方向距離が長くなるため、単位コイル２２が横断するスロット間距離との関係上、当該形態を適用できない場合が多い。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、頂部２６，２８に向かう際の屈曲角度α，βを、渡り線２４および単位コイル２２とで変えて（α≠β）、頂部２６，２８の高さを揃えた。すなわち、本実施形態において、単位コイル２２は、スロット１４端部から突出して、僅かにステータ軸方向に進んだ後、屈曲位置３０で、頂部２６に向かって屈曲する。このとき単位コイル２２の屈曲角度、すなわち第一の角度αを、渡り線２４の屈曲角度β、すなわち第二の角度βよりも大きくしている（α＞β）。別の言い方をすれば、単位コイル２２は、渡り線２４よりも急峻な角度で、屈曲位置から頂部に向かう。そのため、周方向に進む距離が、単位コイル２２および渡り線２４で同じであっても、軸方向に進む距離は、単位コイル２２のほうが渡り線２４よりも長くなる。その結果、単位コイル２２の屈曲位置３０に比べて渡り線２４の屈曲位置３２のほうが高くても、単位コイル２２および渡り線２４で、最終的に到達する頂部２６，２８の高さを揃えることができる。そして、結果としてコイルエンドの高さを均一化でき、ステータコイル２０の製造工程の簡易化、冷却効率の向上などを図ることができる。
【００３０】
また、本実施形態において、単位コイルは、従来（図６の形態）と同じ低い位置にある屈曲位置３０から頂部２６まで、斜め方向に一直線に進む。そのため、従来（図６の形態）での屈曲位置３０から軸方向に進んでから頂部２６に向かって斜め方向に進む図４の形態に比して、本実施形態は、使用する巻線量も低減できる。そして、結果として、ステータコイル２０の製造コストも低減できる。
【００３１】
なお、本実施形態では、３スロット以上離れた二つのスロット１４間で巻線を巻回する分布巻を例に挙げて説明したが、本実施形態の技術は、隣接する二つのスロット１４間で巻線を巻回する集中巻に応用してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ステータ、１２  ステータコア、１４  スロット、２０  ステータコイル、２２  単位コイル、２４  渡り線、２６，２８  頂部、３０，３２  屈曲位置、５０  コイルエンド。
【図１】
2014050180.tif 000003
【図２】
2014050180.tif 000004
【図３】
2014050180.tif 000005
【図４】
2014050180.tif 000006
【図５】
2014050180.tif 000007
【図６】
2014050180.tif 000008
【図７】
2014050180.tif 000009