(57)【要約】      （修正有）【課題】  コイルエンド高さを低くすることができる回転電機を提供すること。【解決手段】  高電圧回転電機１００は、回転子２と、この回転子２の径方向外側に対向配置された固定子１とを備える。固定子１は、円筒形の固定子コア１２と、固定子コア１２の軸方向両端面から突出するコイルエンド部６０Ａ、６０Ｂを有する固定子巻線６とを備える。固定子巻線６は複数の相巻線を有し、複数の相巻線のそれぞれは固定子コア１２に形成されたスロット内において径方向に沿って配列された複数の導体セグメント１１の端部を接合することにより形成される。相巻線の一方の端部によって、スロット内の最外層に配置された一の導体セグメント１１を軸方向に延在した口出し線用引出し線が形成される。引出しリード線１３１、１３２、１３３は、口出し線用引出し線に対して径方向外側に隣接配置されて接合され、軸方向に沿って固定子コア１２側に延在する。【選択図】        図１
2006187164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、この回転子の径方向外側に対向配置された固定子とを備える回転電機において、
前記固定子は、円筒形の固定子コアと、前記固定子コアに巻装されて前記固定子コアの軸方向両端面から突出するコイルエンド部を有する固定子巻線とを備え、
前記固定子巻線は複数の相巻線を有し、前記複数の相巻線のそれぞれは前記固定子コアに形成されたスロット内において径方向に沿って配列された複数のほぼＵ字状またはほぼＶ字状の導体セグメントの端部を接合することにより形成され、
前記相巻線の一方の端部によって、前記スロット内の最外層に配置された一の前記導体セグメントを前記回転子の回転軸方向に延在した口出し線用引出し線が形成され、
前記口出し線用引出し線に対して径方向外側に隣接配置されて接合され、前記回転軸方向に沿って前記固定子コア側に延在した引出しリード線を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記口出し線用引出し線と前記引出しリード線は、前記回転軸方向に沿った端部において接合されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記引出しリード線は、前記コイルエンド部に接近する軸方向延在部が前記コイルエンド部とともに絶縁樹脂によって覆われていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記導体セグメントは、前記スロット内に収容されたスロット導体部を含んでおり、
前記スロットは、８本の前記スロット導体部を径方向へ一列に収容することを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて
前記引出しリード線を丸線で構成したことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて
前記引出しリード線は、前記回転軸方向に沿って前記固定子コア側に延在したのち、径方向外側に折り曲げられ、さらに前記回転軸方向に折り曲げられることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて
前記引出しリード線の他端部は、クラスタブロックに収容されるメス端子と結線することを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記複数の相巻線のそれぞれの他方端は、前記口出し用引出し線が形成された前記コイルエンド部から前記回転軸方向に引き出して互いに接合した中性点を形成していることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
自動車等に搭載される電動機や発電機等の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や発電機等の回転電機には固定子が備わっており、固定子巻線に接合された口出し線用引出し線を用いて固定子巻線と他の構成との間の電気的な接続が行われる。口出し線用引出し線の接合方法としては、中性点結線用引出し線が最外層以外の層から引き出され、口出し線用引出し線を固定子巻線の最外層から引き出すとともにコイルエンド最外径より内側に配置されたターミナルに結線する方法（例えば、特許文献１参照。）や、中性点結線用の引出し線を最外層あるいは最内層から引き出し、口出し線用引出線を固定子巻線の中層から引き出す方法（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【特許文献１】特開２００３−３４８７８０号公報（第３−９頁、図１−１２）
【特許文献２】特開２０００−１６６１４９号公報（第３−５頁、図１−１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された口出し線用引出し線の接合方法では、口出し用引出し線が中性点結線用引出し線の上を這い回ることになるため、コイルエンドの高さが高くなるという問題があった。また、特許文献２に開示された口出し線用引出し線の接合方法では、口出し線用引出し線が固定子巻線の中層から引き出しているため、口出し線用引出線がコイルエンドの上を這い回ることになり、コイルエンドの高さが高くなるという問題があって。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、コイルエンド高さを低くすることができる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】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機は、回転子と、この回転子の径方向外側に対向配置された固定子とを備えており、固定子は、円筒形の固定子コアと、固定子コアに巻装されて固定子コアの軸方向両端面から突出するコイルエンド部を有する固定子巻線とを備え、固定子巻線は複数の相巻線を有し、複数の相巻線のそれぞれは固定子コアに形成されたスロット内において径方向に沿って配列された複数の導体セグメントの端部を接合することにより形成され、相巻線の一方の端部によって、スロット内の最外層に配置された一の導体セグメントを回転子の回転軸方向に延在した口出し線用引出し線が形成され、口出し線用引出し線に対して径方向外側に隣接配置されて接合され、回転軸方向に沿って固定子コア側に延在した引出しリード線を備えている。このように、最外層に配置された口出し線用引出し線とその外径側に配置された引出しリード線とを接合しているため、口出し線用引出し線をコイルエンド部に沿って這い回す必要がなく、その分だけこれらの引出し線を含めたコイルエンド高さを低くすることができる。
【０００６】
また、上述した口出し線用引出し線と引出しリード線は、回転軸方向に沿った端部において接合することが望ましい。これにより、口出し線用引出し線と引出しリード線とを接合する際に、これらのリード線の接合位置が端部に突出するため、アーク溶接等の接合作業の邪魔になる他のリード線等がなく、作業性を向上させることができる。
【０００７】
また、上述した引出しリード線は、コイルエンド部に接近する軸方向延在部がコイルエンド部とともに絶縁樹脂によって覆われていることが望ましい。これにより、接合部の絶縁とともにコイルエンド部に引出しリード線を固定することができ、振動等による断線を防止することができる。
【０００８】
また、上述した導体セグメントは、スロット内に収容されたスロット導体部を含んでおり、スロットは、８本のスロット導体部を径方向へ一列に収容することが望ましい。このように、多数のスロット導体部を径方向へ一列に収容することにより、各相巻線の巻数を多くして高電圧駆動の回転電機を構成することが容易となる。また、８本のスロット導体部を径方向に一列に収容した場合には、スロットの周方向幅を狭くしてスロット数を増加させることができるため、これによっても各相巻線の巻数や固定子巻線の極数を増やすことが可能になって高電圧駆動の回転電機を構成することがさらに容易となる。
【０００９】
また、上述した引出しリード線を丸線で構成することが望ましい。これにより、安価な導線を所定長さに切断してこれら引出しリード線を形成することが可能になる。
【００１０】
また、上述した引出しリード線は、回転軸方向に沿って固定子コア側に延在したのち、径方向外側に折り曲げられ、さらに回転軸方向に折り曲げられることが望ましい。
【００１１】
また、上述した引出しリード線の他端部は、クラスタブロックに収容されるメス端子と結線することが望ましい。クラスタブロックに収容されたメス端子を用いることにより、各引出しリード線の端部の絶縁皮膜を剥離するだけでこれらのメス端子と電気的に接続することが可能になる。
【００１２】
また、上述した複数の相巻線のそれぞれの他方端は、口出し用引出し線が形成されたコイルエンド部から回転軸方向に引き出して互いに接合した中性点を形成していることが望ましい。これにより、口出し用引出し線と引出しリード線との接合部と中性点の両方をコイルエンド部から同じ側に突出させることができ、接合や絶縁処理等の作業を同時に行うことができ、作業性の向上とともに工程の簡略化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した一実施形態の高電圧用回転電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の高電圧用回転電機の全体構成を示す断面図である。また、図２は固定子の側面図である。図３は、固定子巻線の一部をなす導体セグメントの斜視図である。図４は、固定子コアに設けられたスロット内における導体セグメントの収容状態を示す部分断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の高電圧回転電機１００は、固定子１、回転子２、フロントベアリング３、リアベアリング４、フレーム５、クラスタブロック１３を含んで構成されている。この高電圧回転電機１００は、例えば乗用車や家庭用コンプレッサ等を駆動する用途に用いられる。
【００１５】
固定子１は、円筒形の固定子コア１２と、固定子巻線６を構成する複数種類の導体セグメント１１と、固定子コア１２と各導体セグメント１１との間を電気絶縁するインシュレータ８とを備えている。固定子コア１２は、所定厚さの積層鋼板を複数枚重ねることによって形成された積層コアとして形成されている。インシュレータ８は、電気絶縁性を有する樹脂シートである。固定子巻線６は、例えば三相の相巻線がＹ結線された三相固定子巻線である。固定子巻線６は、例えば外部の三相インバータ制御回路（図示せず）から給電されている。
【００１６】
回転子２は、固定子１の内側に対向配置されており、永久磁石が内部に組み込まれている。回転子２のシャフト（回転軸）７がフロントベアリング３およびリアベアリング４によって回転自在に支持されている。フレーム５は、これらのフロントベアリング３およびリアベアリング４を収容する。
【００１７】
クラスタブロック１３は、固定子巻線６の各相から引き出された３本の引出しリード線１３１、１３２、１３３の端部に接続された３つの接続端子を内蔵する端子ケースである。これらの接続端子には、外部の三相インバータ制御回路が接続される。また、これら３つの接続端子は、メス端子であって、３本の引出しリード線１３１、１３２、１３３の端部を収容している。メス端子を用いることにより、３本の引出しリード線１３１、１３２、１３３の端部の絶縁皮膜を剥離するだけでこれらのメス端子と電気的に接続することが可能になる。
【００１８】
図３に示すように、上述した固定子巻線６は、所定形状の導体セグメント１１を固定子コア１２の一方の軸方向端面側から固定子コア１２の各スロットに挿通し、スロットから各導体セグメント１１の飛び出し端部を固定子コア１２の他方の軸方向端面側に必要な長さだけ突出させ、各導体セグメント１１の飛び出し端部を周方向にほぼ電気角でπ／２だけそれぞれ捻り、各導体セグメント１１の飛び出し端部の先端部（接合部）を所定の組み合わせで溶接して構成されている。導体セグメント１１は、溶接部分すなわち上記飛び出し端部の先端部（端部先端部ともいう）を除いて樹脂皮膜（絶縁皮膜）で被覆されたほぼＵ字状またはほぼＶ字状の形状を有している。
【００１９】
なお、図１〜図４に示すように、本実施形態の固定子巻線６では、内周側に配置された４本の導体からなるセグメントセットＳ１が大小の導体セグメント１１を組み合わせた構造を有しており、同様に、外周側に配置された４本の導体からなるセグメントセットＳ２が大小の導体セグメント１１を組み合わせた構造を有している。
【００２０】
次に、２本の導体セグメント１１からなる一方のセグメントセットＳ１の詳細を更に詳しく説明する。セグメントセットＳ１は、ほぼＶ字状のターン部としての頭部と、この頭部の両端から直線的に伸びてスロットに収容されている一対のスロット導体部と、両スロット導体部の先端からそれぞれ伸びる一対の飛び出し端部とをそれぞれ有する２つの導体セグメント１１からなっている。これら２つの導体セグメント１１において、小さい方を小セグメント１１２、この小セグメント１１２を囲む大きい方を大セグメント１１１と称する。なお、固定子コア１２の各スロット１５に挿入される前の状態では飛び出し端部が形成されておらず、スロット導体部と飛び出し端部に相当する部分が直線部を形成している。
【００２１】
固定子巻線６は、固定子コア１２の一方の軸方向端面側に全体としてリング状に存在する第一のコイルエンド部（頭部側コイルエンド部）６０Ａと、固定子コア１２の他方の軸方向端面側に全体としてリング状に存在する第二のコイルエンド部（端部側コイルエンド部）６０Ｂと、スロット内に存在するスロット導体部とに区分される。つまり、図１において、頭部側コイルエンド６０Ａは、各導体セグメント１１の上記頭部により構成され、端部側コイルエンド６０Ｂは各導体セグメント１１の上記飛び出し端部により構成されている。
【００２２】
大セグメント１１１は、スロット導体部１１１ａ、１１１ｂと、頭部１１１ｃと、飛び出し端部１１１ｆ、１１１ｇとを有する。飛び出し端部１１１ｆ、１１１ｇの先端部１１１ｄ、１１１ｅは、接合部分であるので端部先端部又は接合部とも称する。
【００２３】
小セグメント１１２は、スロット導体部１１２ａ、１１２ｂと、頭部１１２ｃと、飛び出し端部１１２ｆ、１１２ｇとを有する。飛び出し端部１１２ｆ、１１２ｇの先端部１１２ｄ、１１２ｅは、接合部分であるので端部先端部又は接合部とも称する。
【００２４】
符号「’」は、図示しない大セグメント１１１または小セグメント１１２の符号「’」がない部分と同じ部分を示す。したがって、図３では、互いに径方向に隣接する接合部１１２ｄと接合部１１１ｄ’とが溶接され、互いに径方向に隣接する接合部１１２ｅと接合部１１１ｅ’とが溶接されている。
【００２５】
図３では、最内層のスロット導体部１１１ａと中内層のスロット導体部１１２ａが、固定子コア１２の一のスロットに収容される場合、同じ大セグメント１１１および小セグメント１１２の最外層のスロット導体部１１１ｂと中外層のスロット導体部１１２ｂは、この一のスロットから所定奇数磁極ピッチＴ（たとえば１磁極ピッチ（電気角度π））離れた他のスロットに収容される。小セグメント１１２の頭部１１２ｃは大セグメント１１１の頭部１１１ｃに囲まれるようにして配置されている。
【００２６】
固定子コア１２の各スロット１５におけるセグメントの配置状態を図４を用いて説明する。各スロット１５には径方向に沿って８個の導体収容位置Ｐ１〜Ｐ８が設定され、各導体収容位置Ｐ１〜Ｐ８にはそれぞれ１個のスロット導体部が収容されている。各スロット１５は、２つのセグメントセットＳ１、Ｓ２が径方向へ順番に収容され、導体収容位置Ｐ１〜Ｐ４はセグメントセットＳ１を、導体収容位置Ｐ５〜Ｐ８はセグメントセットＳ２を収容している。
【００２７】
この最も内径側のセグメントセットＳ１を一例として詳しく説明すると、最内層のスロット導体部１１１ａは固定子コア１２のスロット１５の径方向最内側に配置され、以下、径方向外側へ順に、中内層のスロット導体部１１２ａ、中外層のスロット導体部１１２ｂ’、最外層のスロット導体部１１１ｂ’の順に配置され、結局、各スロット１５は４本のスロット導体部を４層１列に収容する。図４において、スロット導体部１１１ｂ’、１１２ｂ’は、スロット導体部１１１ａ、１１２ａをもつ大セグメント１１１、小セグメント１１２とは異なる大セグメント１１１、小セグメント１１２に属している。他のセグメントセットＳ２についても、セグメントセットＳ１と基本的に同じ構造を有している。
【００２８】
次に、固定子巻線６とクラスタブロック１３との間の接続について説明する。図５は、固定子１の平面図である。また、図６は固定子巻線６の部分的な側面図である。図５に示すように、固定子巻線６は、３種類の相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのそれぞれの一方端となる口出し線用引出し線６１、６２、６３を有している。これら３本の口出し線用引出し線６１、６２、６３はスロット１５内の最外層から軸方向に沿って（シャフト７に平行に）、頭部側コイルエンド部６０Ａからリア側に向けて突出している。
【００２９】
また、クラスタブロック１３から引き出された引出しリード線１３１、１３２、１３３は、図２および図５に示すように、軸方向に沿って蛇行しながら延びた後（１３１Ａ、１３２Ａ、１３３Ａ）、径方向内側に曲げられて頭部側コイルエンド部６０Ａの外周に達し（１３１Ｂ、１３２Ｂ、１３３Ｂ）、頭部側コイルエンド部６０Ａの外周に沿って口出し線用引出線６１、６２、６３の位置まで延び（１３１Ｃ、１３２Ｃ、１３３Ｃ）、さらに軸方向に沿って口出し線用引出線６１、６２、６３と平行になるように曲げられている（１３１Ｄ、１３２Ｄ、１３３Ｄ）。したがって、口出し線用引出線６１と引出しリード線１３１の端部１３１Ｄとは径方向に沿って隣接した位置に配置されており、これら２本の導体のリア側端部が溶接によって接合されて接合部１５１を形成している。同様に、口出し線用引出線６２と引出しリード線１３２の端部１３２Ｄとは径方向に沿って隣接した位置に配置されており、これら２本の導体のリア側端部が溶接によって接合されて接合部１５２を形成している。口出し線用引出線６３と引出しリード線１３３の端部１３３Ｄとは径方向に沿って隣接した位置に配置されており、これら２本の導体のリア側端部が溶接によって接合されて接合部１５３を形成している。また、３本の引出しリード線１３１、１３２、１３３は、丸線（断面が円形の導線）を用いて構成されている。これにより、安価な導線を所定長さに切断してこれら３本の引出しリード線１３１、１３２、１３３を形成することが可能になる。
【００３０】
また、これら３組の溶接部を含む頭部側コイルエンド部６０Ａのリア側の所定領域は、絶縁樹脂１４によって覆われている。このように、引出しリード線１３１、１３２、１３３を端部１３１Ｄ、１３２Ｄ、１３３Ｄから固定子コア１２側に引き出すことにより、絶縁処理時に、中性点１６と、接合部１５１、１５２、１５３と、引出しリード線１３１、１３２、１３３と導体セグメント１１の密着部分とを一度に絶縁樹脂１４によって覆って、各接合部１５１、１５２、１５３の絶縁と各引出しリード線１３１、１３２、１３３の固定を同時に行うことができ、作業時間の短縮が可能になる。絶縁樹脂１４は、例えばエポキシ系の粉体樹脂を付着させた後に熱硬化させることにより形成することができる。具体的には、固定子１全体を加熱した状態で、流動させた粉体樹脂中に浸し、粉体樹脂を付着させた後に熱硬化させることにより、必要箇所（図２に示すように、頭部側コイルエンド部６０Ａや端部側コイルエンド部６０Ｂの一部）に対する絶縁樹脂１４の形成が行われる。なお、本実施形態では、３種類の相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのそれぞれの他方端同士が接続された中性点１６は、スロット１５内の最外層および最内層以外の層（図５に示す例では内層側から２番目の層）から引き出されている。
【００３１】
このように、本実施形態の高電圧回転電機１００では、固定子巻線６の最外層に配置された口出し線用引出し線６１、６２、６３とその外径側に配置された引出しリード線１３１、１３２、１３３とを接合しているため、これらの口出し線用引出し線１３１、１３２、１３３を頭部側コイルエンド部６０Ａに沿って這い回す必要がなく、その分だけこれらの引出し線を含めたコイルエンド高さを低くすることができる。
【００３２】
また、口出し線用引出し線６１、６２、６３と引出しリード線１３１、１３２、１３３は、回転軸方向に沿った端部において接合されるため、口出し線用引出し線６１、６２、６３と引出しリード線１３１、１３２、１３３とを接合する際に、これらのリード線の接合位置が端部に突出することになる。したがって、アーク溶接等の接合作業の邪魔になる他のリード線等がなく、作業性を向上させることができる。
【００３３】
また、引出しリード線１３１、１３２、１３３は、頭部側コイルエンド部６０Ａに接近する軸方向延在部１３１Ｄ、１３２Ｄ、１３３Ｄが頭部側コイルエンド部６０Ａとともに絶縁樹脂１４によって覆われているため、接合部１５１、１５２、１５３の絶縁とともに頭部側コイルエンド部６０Ａに引出しリード線１３１、１３２、１３３を固定することができ、振動等による断線を防止することができる。また、接合部１５１、１５２、１５３と中性点１６の両方を頭部側コイルエンド部６０Ａから同じ側に突出させることができ、接合や絶縁処理等の作業を同時に行うことができ、作業性の向上とともに工程の簡略化が可能になる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、流動浸漬によって粉体樹脂を付着させた後に熱硬化させて絶縁樹脂１４を形成する例を示したが、液体エポキシ等の液体材料を滴下や吹き付けによって付着させた後に熱硬化させるようにしてもよい。
【００３５】
また、上述した実施形態では、固定子コア１２のスロット１５内に大小２種類の導体セグメント１１によって構成されるセグメントセットが２つ径方向に配置された固定子巻線６について説明したが、これらのセグメントセットの数は１あるいは３以上であってもよい。また、１種類の導体セグメントを用いて、あるいは３種類以上の導体セグメントを用いてセグメントセットを構成するようにしてもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態では、例えば乗用車や家庭用コンプレッサ等を駆動する用途に用いられ高電圧回転電機、すなわちモータとしての回転電機について説明したが、固定子１と引出しリード線１３１、１３２、１３３の接続構造を発電機としての回転電機に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施形態の高電圧用回転電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】固定子の側面図である。
【図３】固定子巻線の一部をなす導体セグメントの斜視図である。
【図４】固定子コアに設けられたスロット内における導体セグメントの収容状態を示す部分断面図である。
【図５】固定子の平面図である。
【図６】固定子巻線の部分的な側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  固定子
２  回転子
３  フロントベアリング
４  リアベアリング
５  フレーム
１１  導体セグメント
１２  固定子コア
１３  クラスタブロック
１４  絶縁樹脂
１５  スロット
６１、６２、６３  口出し線用引出し線
１００  高電圧回転電機
１３１、１３２、１３３  引出しリード線
【図１】
2006187164.tif 000003
【図２】
2006187164.tif 000004
【図３】
2006187164.tif 000005
【図４】
2006187164.tif 000006
【図５】
2006187164.tif 000007
【図６】
2006187164.tif 000008