(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に形成されたスロットが周方向に複数設けられた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記スロットに卷回される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機において、前記固定子巻線は、前記スロットに挿入されるコイルスロット部と前記固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、コイルエンド部のコイル導体の径方向厚みは、コイルスロット部のコイル導体の径方向厚みより薄く、コイルエンド部のコイル導体の周方向厚みは、コイルスロット部のコイル導体の周方向厚みより厚く形成されており、コイルスロット部のコイル導体の断面積がコイルエンド部のコイル導体の断面積より大きくなっており、且つ前記コイルスロット部の前記コイル導体は、径方向厚み部分が弓形に形成されており、軸方向の中央部の断面積が両端部の断面積より大きく、前記中央部から前記両端部になるに連れて前記断面積を徐々に小さく構成したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
油冷却構造で、前記コイル導体のコイル間隙間を油通路として油を浸透させることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スロットが周方向に複数設けられた固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに卷回される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機としては、固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻装された三相の固定子コイルと、これらの各相の固定子コイルの固定子鉄心の端面から突出するコイルエンド部に設けられた相間絶縁紙とを具備し、三相の固定子コイルは、隔極接続され、相間絶縁紙は、一のコイルエンド部の内周側及び外周側の一方側からこれと隣り合う同相のコイルエンド部の内周側及び外周側の他方側に渡って配置された同相間絶縁紙と、異相のコイルエンド部間に配置された異相間絶縁紙とを有する回転電機がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の回転電機としては、３相回転電機用の固定子は、固定子鉄心に設けた複数のスロットに対してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の固定子コイルＵ、Ｖ、Ｗを配置している。３相の固定子コイルＵ、Ｖ、Ｗは、そのコイルエンド部において、周方向一方向側において径方向外周側の端部に偏らせた状態から周方向他方側において径方向内周側の端部に偏らせた状態に形成することにより、周方向に対して傾斜して、同じ配列順序に繰り返し配置されている。固定子コイルのコイルエンド部には、同相のコイル同士を結ぶ複数の渡線が、他の２相の固定子コイルを跨いで配置されている。渡線には、絶縁性を有する絶縁チューブが外装されている回転電機がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９５６１６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−８０６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の回転電機は、分布巻の回転電機の場合、固定子コイルのコイルエンド部で、固定子コイルが他の２相の固定子コイルを跨ぐ部分が存在するため、固定子鉄心に設けたスロット内の固定子コイル間の絶縁距離よりもコイルエンド部で絶縁距離を長くとる必要がある。このため、固定子コイルの断面積が全ての巻線で同じ場合、固定子コイルのコイルエンド部に合せてコイル断面積（線径）を決定する必要がある。
固定子コイルのコイルエンド部に合せてコイル断面積を決定すると、固定子鉄心のスロットに合せてコイル断面積を決定していないため、スロット内の占積率が低下する問題点があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、固定子鉄心に設けられたスロットにおける固定子巻線のコイルスロット部の占有率を向上させ、固定子中央部の発熱を低減することができる回転電機を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る回転電機は、軸方向に形成されたスロットが周方向に複数設けられた円環状の固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに卷回される複数のコイル導体から成る固定子巻線とを備えた回転電機において、固定子巻線は、スロットに挿入されるコイルスロット部と固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、コイルエンド部のコイル導体の径方向厚みは、コイルスロット部のコイル導体の径方向厚みより薄く、コイルエンド部のコイル導体の周方向厚みは、コイルスロット部のコイル導体の周方向厚みより厚く形成されており、コイルスロット部のコイル導体の断面積がコイルエンド部のコイル導体の断面積より大きくなっており、且つコイルスロット部のコイル導体は、径方向厚み部分が弓形に形成されており、軸方向の中央部の断面積が両端部の断面積より大きく、中央部から両端部になるに連れて断面積を徐々に小さく構成したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、固定子巻線は、スロットに挿入されるコイルスロット部と固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、コイルエンド部のコイル導体の径方向厚みは、コイルスロット部のコイル導体の径方向厚みより薄く、コイルエンド部のコイル導体の周方向厚みは、コイルスロット部のコイル導体の周方向厚みより厚く形成されており、コイルスロット部のコイル導体の断面積がコイルエンド部のコイル導体の断面積より大きくなっており、且つコイルスロット部のコイル導体は、径方向厚み部分が弓形に形成されており、コイルスロット部のコイル導体は、軸方向の中央部の断面積が両端部の断面積より大きく、中央部から両端部になるに連れて断面積を徐々に小さく構成することにより、固定子鉄心に設けられたスロットにおける固定子巻線のコイルスロット部の占有率を向上させ、固定子中央部の発熱を低減することができる。 
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機における鉄心ブロックを示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す平面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるコイル導体を示す正面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体のコイルエンド部とコイルスロット部の形状を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の配置を表わす回転電機の断面模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る回転電機を示す片側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１． 
この発明の実施の形態１を図１乃至図１４に基づき説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図である。図２は回転電機の要部を示す斜視図である。図３は回転電機における固定子を示す斜視図である。図４は回転電機における鉄心ブロックを示す斜視図である。図５は回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す斜視図である。図６は回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体を示す平面図である。図７は回転電機におけるコイル導体を示す正面図である。図８は回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体のコイルエンド部とコイルスロット部の形状を示す断面図である。図９は回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の配置を表わす断面模式図である。図１０乃至図１４は回転電機における固定子巻線を構成するコイル導体の製造方法を示す模式図であって、図１０はコイル導体となる導体線の成形加工前を示す側面図、図１１は導体線を加工する金型を模式的に示す正面断面図、図１２は導体線の製造途中の状態を示す側面図、図１３（ａ）と（ｂ）は導体線をさらに加工する金型を模式的に示す正面断面図と側断面図、図１４は導体線の成形加工後の状態を示す側面図である。
【００１１】
図１に示すように、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２及びフレーム２の開口を塞口するブラケット３を有するモータケース１と、フレーム２の円筒部に内嵌状態に固着された固定子と、フレーム２の底部２ａ及びブラケット３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸５に固着されて、固定子の内周側に回転可能に配設された回転子６とを備えている。
【００１２】
回転子６は，軸心位置に挿通された回転軸５に固着された回転子鉄心７と回転子鉄心７の外周面側に埋設されて周方向に等ピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石８とを備えた永久磁石回転子である。なお、回転子は、永久磁石回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心７のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を固定子鉄心７のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。
【００１３】
次に、固定子１０の構成について具体的に説明する。
図２、図３に示されるように、固定子１０は固定子鉄心１１と固定子鉄心１１に装着された固定子巻線２０とを備えている。ここで、説明の便宜上、回転子６の極数を８極、固定子鉄心１１のスロット数を４８個、固定子巻線２０を３相巻線とする。すなわち、スロットは毎極毎相当たり２個の割合で固定子鉄心１１に形成されている。
【００１４】
鉄心ブロック１２は円環状の固定子鉄心１１を周方向に４８等分割したもので、電磁鋼板を積層一体化して作製され、図４に示されるように、断面円弧形のコアバック部１２ａと、コアバック部１２ａの内周壁面から径方向内方に延設されたティース１２ｂとを備えている。そして、固定子鉄心１１はティース１２ｂを径方向内方に向けて、コアバック部１２ａの周方向の側面同士を突き合わせて、４８個の鉄心ブロック１２を周方向に配列、一体化して、円環状に構成されている。周方向に隣り合う鉄心ブロック１２により構成されるスロット１３が、内周側に開口するように、周方向に等角ピッチで配列されている。ティース１２ｂは周方向幅が周方向内方に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されており、スロット１３の断面は長方形となっている。スロット１３の内周面には、図３、図４に示すように、絶縁材であるスロットセルが装着されている。
【００１５】
固定子巻線２０は固定子鉄心１１に装着された巻線アッセンブリに結線処理が施されて構成される。
固定子巻線２０を構成するコイル導体２１は、例えば、エナメル樹脂で絶縁された、かつ接続部のない連続した銅線やアルミニウム線などからなる長方形断面の導体線をエッジワイズ巻きに巻いて作製される。
上記のとおり作製されたコイル導体２１を複数組合せ、円環状に形成した巻線体アッセンブリに外周方向から固定子鉄心１１を挿入することで一体化され固定子巻線は構成される。
【００１６】
コイル導体２１は、６スロット角度間隔離れて３列となった、第１コイルスロット部２１ａ、第２コイルスロット部２１ｂ、第３コイルスロット部２１ｃ、および第４コイルスロット部２１ｄと、第１コイルスロット部２１ａおよび第２コイルスロット部２１ｂを連結する第１コイルエンド部２１ｅ、第２コイルスロット部２１ｂおよび第３コイルスロット部２１ｃを連結する第２コイルエンド部２１ｆ、第３コイルスロット部２１ｃおよび第４コイルスロット部２１ｄを連結する第３コイルエンド部２１ｇと、他のコイルや給電部、中性点等に接続する始端コイルエンド部２１ｈと終端コイルエンド部２１ｊを備えている。なお、６スロット角度間隔とは、連続する６つのティース１２ｂの両側のスロット１３のスロット中心間の間隔であり、１磁極ピッチに相当する。
【００１７】
固定子鉄心１１のスロット１３に挿入されるコイル導体２１の第１コイルスロット部２１ａ、第２コイルスロット部２１ｂ、第３コイルスロット部２１ｃ、第４コイルスロット部２１ｄを回転電機の内外径方向に圧縮して潰しており、中央部の圧縮量よりも両端部の圧縮量を大きくすることで、コイルスロット部のコイル導体２１の断面積が、両端部より中央部が大きくなっている。
【００１８】
固定子鉄心１１のスロット１３内の各コイルスロット部のコイル導体２１は、径方向の厚みがｔｓ、周方向の長さがｗｓであるのに対して、各コイルエンド部のコイル導体２１の径方向厚みｔｅはスロット１３内中央部のコイル導体２１の径方向厚みよりも薄い（ｔｓ＞ｔｅ）、スロット１３中央部の周方向長さｗｓはコイルエンド部の周方向厚さｗｅより薄い。またコイル導体２１の断面積ｔｓ×ｗｓは、ｔｅ×ｗｅよりも大きくなっており、スロット１３中央部からコイルエンド部にかけて徐々に変化している。
【００１９】
このことにより、コイルスロット部のコイル導体の中央部の断面積がコイルスロット部の両端部より大きいので、電流密度を下げることができ、固定子巻線の温度の高い中央部の発熱を抑制できる。
【００２０】
実施の形態１では、略正方形断面のコイルを固定子鉄心のスロット内に挿入する前に固定子鉄心の内外径側になる方向に圧縮して押し潰すことで、長方形断面に変形させ、中央部からコイルエンド部に徐々に圧縮量を大きくし、コイルスロット部の中央部からコイルエンド部に徐々にコイル断面積を小さくしている。
【００２１】
コイル導体のコイルスロット部の径方向のコイル間の隙間がコイルスロット部中央部からコイルエンド部まで徐々に拡大しているので、コイル間の間隙からスロットの軸方向中央部にワニス等の樹脂を滴下することで、ワニス等の樹脂を効率的に含侵することができる。    
【００２２】
次に、コイル導体２１の製造方法を説明する。
まず１つのコイルを造るために必要な長さの、径方向厚みがｔｓより若干小さいｔ１、周方向長さｗｓより若干大きいｗ１の導体線２３を図１０に示すように１本用意する。
【００２３】
この導体線２３の後でコイルエンド部分となる５箇所の導体線を幅（径方向厚み）ｔ１の方向から図１１のように金型７０を用いて圧縮による潰し加工によって成形する。その結果、図１２に示すように導体線２４ａができる。
【００２４】
更に、導体線２４ａの後でスロット部に挿入される部分４箇所の導体線を幅（径方向厚み）ｔ１の方向から図１３のような金型７１を用いて圧縮による潰し加工によって成形する。
金型７１は中央部が凹の弓形となっており、中央部の圧縮量よりも端部の圧縮量が大きく設定されている。
上記２工程の圧縮による潰し加工によって図１４のような導体線２４ｂができる。
【００２５】
この導体線２４ｂのコイルエンド部分を８の字形状に折り曲げ、図示はしていないが，コイルエンド頂部のクランク形状とコイルエンド部の曲率を成形，コイル導体２１を製造する。
このコイル導体２１を４８個周方向に並べることで、図３に示す固定子巻線２０となる。
【００２６】
上記では、金型でコイル導体を圧縮により潰して成形する方法を示したが、ローラー等でコイル導体を押し潰して成形しても製作することが可能である。
【００２７】
以上のように、固定子巻線は、スロットに挿入されるコイルスロット部と固定子鉄心の軸方向外側に延在するコイルエンド部とにより構成され、コイルスロット部のコイル導体は、軸方向の中央部の断面積が両端部の断面積より大きく、中央部から両端部になるに連れて断面積を小さく構成することにより、固定子鉄心に設けられたスロットにおける固定子巻線のコイルスロット部の占有率を向上させ、固定子中央部の発熱を低減することができる。
【００２８】
また、コイルスロット部のコイル導体は、軸方向の中央部の断面積が両端部の断面積より大きく、中央部から両端部になるに連れて断面積を小さく構成されているので、コイル導体２１とコイル導体２１の間に隙間ができ、隙間にワニス等の樹脂が毛細管現象で浸透して効率的に含侵することができ、コイル間の絶縁・熱伝達性が向上する。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図１５に基づき説明する。図１５はこの発明の実施の形態２に係る回転電機を示す片側断面図である。
【００３０】
固定子鉄心１１のスロット１３部に挿入される部分の固定子巻線２０のコイル導体２１の断面積を軸方向に変化させて、中央部の断面積が両端部の断面積より大きくし、中央部から両端部になるに連れて断面積を小さくすることは上述した実施の形態１と同様であるが、この実施の形態２では、回転電機２００は油冷却構造となっており、固定子鉄心１１、固定子巻線２０にも油が浸透する構造となっている。この実施の形態２では、図１５の矢印Ａに示すように、コイル間の隙間に油を積極的に流す構造となっており、コイル間の隙間に油が浸透し、固定子鉄心１１の中央部、固定子巻線２０のコイル中央部の冷却性を向上することができる。
【００３１】
この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可網である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  固定子鉄心、１３  スロット、２０  固定子巻線、２１  コイル導体、２１ａ  第１コイルスロット部、２１ｂ  第２コイルスロット部、２１ｃ  第３コイルスロット部、２１ｄ  第４コイルスロット部、２１ｅ  第１コイルエンド部、２１ｆ  第２コイルエンド部、２１ｇ  第３コイルエンド部、２１ｈ  始端コイルエンド部、２１ｊ  終端コイルエンド部、１００  回転電機。
【図５】
0006021772.tif 000002
【図１０】
0006021772.tif 000003
【図１４】
0006021772.tif 000004
【図１】
0006021772.tif 000005
【図２】
0006021772.tif 000006
【図３】
0006021772.tif 000007
【図４】
0006021772.tif 000008
【図６】
0006021772.tif 000009
【図７】
0006021772.tif 000010
【図８】
0006021772.tif 000011
【図９】
0006021772.tif 000012
【図１１】
0006021772.tif 000013
【図１２】
0006021772.tif 000014
【図１３】
0006021772.tif 000015
【図１５】
0006021772.tif 000016