(57)【要約】【課題】回転電機ステータにおいて、分布巻きでコイルを巻装する構成において、コイルエンドでの絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくすることである。【解決手段】ステータ１０は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコア１４と、ステータコア１４に分布巻きで巻装された複数相のステータコイル１６，１８，２０とを含む。複数相のステータコイル１６，１８，２０の一部により形成されるコイルエンド３０において、周方向に隣り合う異相の導体セグメント２４間の最小間隔である、異相コイル間ギャップＧ１を、周方向に隣り合う同相の導体セグメント２４間の最小間隔である、同相コイル間ギャップＧ２よりも大きくする。【選択図】図２
2012080699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、
ステータコアに分布巻きで巻装された複数相のステータコイルとを備え、
複数相のステータコイルの一部により形成されるコイルエンドにおいて、周方向に隣り合う異相のコイル間ギャップが、周方向に隣り合う同相のコイル間ギャップよりも大きくなっていることを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
各相のステータコイルは、
それぞれ両端部に２本の平行な脚部を有する複数の導体セグメントを有するセグメントコイルであって、予め定めた単位コイル間隔で配置される２のスロットの径方向に沿って整列させるように、ステータコアの軸方向片側から軸方向他側に複数の導体セグメントを挿入し、各導体セグメントの２の脚部の先端部で、ステータコアの軸方向端面から突出した部分を折り曲げ、１の導体セグメントの片側の脚部の先端部と、この１の導体セグメントに径方向に隣接する他の導体セグメントの他側の脚部の先端部とを接続し、これを各導体セグメントで繰り返すことによりコイル状に形成されるセグメントコイルを含むことを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機ステータにおいて、
各相のステータコイルは、複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される前半部と、前半部に連結され、別の複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される後半部とを含み、前半部のセグメントコイルと後半部のセグメントコイルとの一部がコイルエンドで周方向に対向していることを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項４】
請求項２に記載の回転電機ステータにおいて、
周方向に隣り合う複数の導体セグメントのうち、少なくとも２以上の導体セグメントにおいて、ステータコアの軸方向片側から突出する端部の曲げ部の形状を異ならせることにより、コイルエンドにおいて、異相のコイル間ギャップが同相のコイル間ギャップよりも大きくなっていることを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機ステータにおいて、
異相コイル間の径方向隙間に挿入配置された絶縁発泡シートを備え、
絶縁発泡シートは、基材層の両側に設けられ、加熱処理により発泡している２の樹脂発泡層を含み、
径方向に対向する２の異相コイルに加熱処理により２の樹脂発泡層が押し付けられることにより、２の異相コイル間に絶縁発泡シートが固定されていることを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項６】
請求項４に記載の回転電機ステータにおいて、
絶縁発泡シートは、リング状に形成され、コイルエンドの周方向複数個所において、２の異相コイル間の径方向隙間に挿入されるように配置され、２の異相コイルに固定されていることを特徴とする回転電機ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、ステータコアに分布巻きで巻装された複数相のステータコイルとを備える回転電機ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機のステータとして、スロットと呼ばれる径方向に伸びる溝を周方向に複数設けたステータコアを備え、互いに周方向に離れた２ずつのスロットに挿入するように、ステータコアにステータコイルを分布巻きで巻装する構造が知られている。
【０００３】
また、この場合にステータコイルとして、複数のＵ字形の導体セグメントをステータコアの軸方向片側から他側に、複数のスロットに挿入するとともに、軸方向他側で径方向に隣り合う導体セグメントの端部同士を結合することでコイル状に形成して、導体セグメントコイルとすることも考えられている。
【０００４】
さらに、複数の導体セグメントを連結することによりコイル状に形成し、単位コイルとしたものを複数個設け、ステータコアの周方向に複数の単位コイルを連結することにより各相のステータコイルを構成することも考えられている。この場合、各相のステータコイルの巻き始めと巻き終わりとの間に、回転電機の駆動回路から、相内電位差が印加されることになるので、巻き始めの導体セグメントと巻き終わりの導体セグメントとが同じスロット内に配置されるのを防止して、同じスロット内で大きな電位差が生じるのを防止できる手段の実現が求められている。
【０００５】
例えば、このような目的のために、本発明者らにより、図８から図１７に示すような先発明のステータが考えられている。図８は、先発明のステータを示す斜視図である。図９は、図８のステータの正面図である。図８、図９に示すように、ステータ１０は、周方向複数個所に設けられたスロット１２を有するステータコア１４と、ステータコア１４に分布巻きで設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイル１６，１８，２０とを備える。図８、図９では、「ｕ」「ｖ」「ｗ」の符号を付した部分が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表している。
【０００６】
各相のステータコイル１６，１８，２０は、ステータコア１４の周方向に離れた２のスロットの間隔を予め一定に定められた単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線である導体セグメント２４をコイル状に形成したものを１の単位コイルとして、複数の単位コイルを環状に連結するように構成して、ステータコア１４に配置している。なお、図９では、各相のステータコイルを区別しやすくするために便宜上、Ｖ相ステータコイル１８に砂地模様を付し、Ｗ相ステータコイル２０に斜線を付している。次に、まずステータコイル１６，１８，２０の配置構成を説明し、その後、導体セグメント２４の具体的構成を説明する。
【０００７】
図１０から図１４を用いて、図８に示すステータコイルを１相であるＵ相分だけステータコアに設けた場合の配置位置を説明する。図１０は、図８のステータにおいて、１相分のＵ相分のステータコイルが巻装された様子を示す概略斜視図である。
【０００８】
図１０に示すように、ステータ１０は、ステータコア１４と、ステータコイル１６とを有する。ステータコア１４は、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、または電磁鋼板等の金属板の積層体等により構成され、内周面の周方向複数個所に径方向に伸びるスロット１２を形成している。各相のステータコイル１６は、それぞれ周方向の幅が予め定められた単位コイル間隔である８個の単位コイルを連結するようにステータコア１４に巻装したものを前半部３２（図１２参照）としてステータコア１４を１周りさせ、続いて同様に８個の単位コイルを連結するようにステータコア１４に巻装したものを後半部としてステータコア１４を１周りさせている。この場合、ステータコイル１６の前半部３２を配置するスロット１２と、ステータコイル１６の後半部を配置するスロット１２とは、周方向に１ずつずらせている。
【０００９】
図１１は、図１０における１相分であるＵ相分のステータコイルを取り出して示す図である。なお、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルの基本形状は、Ｕ相の場合と同様である。Ｕ相ステータコイル１６は、導体線をコイル状に形成した単位コイルを１６個組み合わせて構成している。図１１で、Ｃ１、Ｃ２・・・Ｃ１６と示しているのは、１６個の単位コイルを区別するためのコイル番号で、Ｕ相ステータコイル１６の巻き始めが１番目単位コイルである単位コイルＣ１で、巻き終わりが１６番目単位コイルである単位コイルＣ１６である。
【００１０】
図１１に示すように、単位コイルＣ１に隣接して単位コイルＣ２を配置し、以下Ｃ３、Ｃ４・・・Ｃ１６と順次隣接して配置し、周方向に２周している。このため、コイル番号をｉとして、ｉ番目コイルと（ｉ＋８）番目コイルとは、１スロット分ずれているが一部径方向に重なり合うように配置されている。
【００１１】
図１２は、図１１のステータコイルのうち、前半部の巻き始めの１番目から８番目までの８個の単位コイルを示す図である。ステータコイル１６の前半部３２は、８個の単位コイル２２が連結され、隣り合う単位コイル２２同士で周方向の一端部同士が径方向に対向するように配置されている。図１２では、ステータコイル１６のうち、後半部３４（図１４参照）の９番目から１６番目までの単位コイルの図示を省略しているが、基本形状は図１２の前半部３２の形状と同様で、配置位置が前半部３２に対し周方向にずれている。
【００１２】
図１３は、図１２の前半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。図１４は、図１３に引き続いて、後半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。図１４では、図１３の前半部３２の単位コイル２２の図を省略している。なお、図１３、図１４では、ステータコア１４の平面図と、その外側の複数の単位コイル２２とを示している。なお、ステータコア１４には４８個のスロット１２を設けているが、必要な部分にのみスロット番号を付している。なお、以下ではスロット番号にＳを付して説明する。分布巻きの場合、いくつかのスロット１２をまたぐように、周方向に離れた２のスロット１２に各単位コイル２２を配置している。この２のスロット１２は、予め定めた単位コイル間隔３５で離れている。単位コイルＣ１は、ステータコイル１６の巻き始めで、回転電機の動力線ＩＮに接続されている。単位コイルＣ１は、スロットＳ４とＳ１０との間に導体線を複数回巻回してコイル状に形成している。この巻き始めは、動力線ＩＮ側であるステータコア１４の外周側であり、外周側から内周側に向かうようにスロット１２にコイル状に巻装される。次いで、単位コイルＣ１の巻き終わりで単位コイルＣ２に接続される。すなわち、単位コイルＣ１の巻き終わりでスロットＳ１０から単位コイル間隔３５離れたスロットＳ１６に渡り、スロットＳ１０とＳ１６との間に導体線を複数回巻回してコイル状に形成することで、単位コイルＣ２を構成している。次いで順次これを繰り返して単位コイルＣ３から単位コイルＣ８までを形成することにより前半部３２が構成される。
【００１３】
前半部３２の巻き終わりは、ステータコア１４の最外周側で、図１４に示す後半部３４の単位コイルＣ９に接続される。このとき、単位コイルＣ９は、単位コイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とＳ９との間にわたって複数回巻回されることによりコイル状に形成されている。次いで、単位コイルＣ９の巻き終わりで単位コイルＣ１０に接続される。すなわち、単位コイルＣ９の巻き終わりでスロットＳ９から単位コイル間隔３５離れたスロットＳ１５に渡り、スロットＳ９とＳ１５との間に導体線を複数回巻回してコイル状に形成することで、単位コイルＣ１０を構成している。次いで順次これを繰り返して単位コイルＣ１１から単位コイルＣ１６までを形成することにより後半部３４が構成される。
【００１４】
また、単位コイルＣ１６の巻き終わりは、ステータコア１４の最外周側から取り出され、回転電機の中性点に接続される。図１４では、単位コイルＣ１６の巻き終わりがＯＵＴ（中性点）として示されている。このように、ステータコイル１６の前半部３２と後半部３４とが配置されるスロット１２は、周方向にずれているので、巻き始めの単位コイルＣ１と巻き終わりのＣ１６とが同じスロット１２に配置されることはない。前半部３２で考えた場合、隣り合う２の単位コイル２２（例えばＣ１とＣ２）は同じスロット１２に配置されるが、電位差は小さい。また、巻き始めの単位コイルＣ１と単位コイルＣ８とは同じスロットＳ４に配置されるが、単位コイルＣ８はステータコイル１６の巻き始めと巻き終わりとの間のほぼ中間であるので、互いの電位差は相内電位差の約半分に抑えられる。このため、ステータコイル１６が巻回されるスロット１２内で生じる電位差は、最大でも相内電位差の半分程度と小さく抑えることができる。したがって、ステータコイル１６を構成する導体線に施す絶縁処理を簡素化できる。また、以上は、Ｕ相のステータコイル１６について説明したが、Ｖ相、Ｗ相のステータコイル１８，２０（図８、図９）についても同様に構成するとともに、図８、図９に示すように、Ｖ相ステータコイル１８を配置するスロット１２を周方向に２ずつずらせ、Ｗ相ステータコイル２０を配置するスロット１２を、周方向にさらに２ずつずらせる。
【００１５】
このような各相のステータコイル１６，１８，２０を構成する際に、図１５に１つを示す複数の略Ｕ字形の導体セグメント２４を導体線として使用している。すなわち、導体セグメント２４を複数連結することにより１の単位コイルである、セグメントコイルを構成し、このセグメントコイルを複数連結することにより各相のステータコイル１６，１８，２０（図８、図９）を構成している。図１５は、図８の各相ステータコイルを構成する１の導体セグメントを、ステータコアに配置する以前の状態で示す図である。導体セグメント２４は、導体線の両端部を同方向に曲げ形成することで略Ｕ字形に形成したもので、両端部に単位コイル間隔と同じ間隔で設けられた２本の平行な脚部２６を有し、各脚部２６の一端を連結部２８で連結している。各単位コイルを構成する場合、このような導体セグメント２４を複数本、例えば５本を使用し、予め一定に定めた単位コイル間隔で配置される２のスロット１２（図８、図９）の径方向に沿って整列させるように、ステータコア１４の軸方向片側（図８、図９の下側）から軸方向他側（図８、図９の上側）に挿入する。そして、各導体セグメント２４の２の脚部２６（図１５）の先端部で、ステータコア１４の軸方向他面（図８、図９の上面）から突出した部分を互いにほぼ周方向に対向する側に折り曲げる。また、１の導体セグメント２４の片側の脚部２６の先端部と、この１の導体セグメント２４に径方向に隣り合う他の導体セグメント２４の他側の脚部２６の先端部とを溶接等により接続し、これを各導体セグメント２４で繰り返すことにより、コイル状のセグメントコイルを形成する。この際、１の導体セグメント２４の片側の脚部２６の先端部を軸方向に対し略斜めに曲げ形成し、他の導体セグメント２４の他側の脚部２６の先端部を軸方向に対し逆方向の略斜めに曲げ形成している。
【００１６】
また、各相のステータコイル１６，１８，２０は、複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される前半部３２と、別の複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される後半部３４とを含み、前半部３２のセグメントコイルと後半部３４のセグメントコイルとを配置するスロットを１ずつずらせている。
【００１７】
また、図１２に示すように、周方向に隣り合う２の単位コイル２２同士を接続するために、１の単位コイル２２の巻き終わり側の導体セグメント２４（図１５）の片側の脚部２６の先端部と、他の単位コイル２２の巻き始め側の導体セグメント２４の他側の脚部２６の先端部とを互いに周方向にほぼ向かい合う方向で略斜めに折り曲げ、互いの先端部同士を溶接等により接続する。このようにして、上記の図８、図９に示すステータ１０が構成される。
【００１８】
図１６は、図８のステータの一部を拡大して示す概略斜視図である。図１７は、図１６のコイルエンドの一部を径方向外側から内側に見た図である。図１６、図１７では、図８、図９と同様に、「ｕ」「ｖ」「ｗ」の符号を付した部分が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表している。図１６、図１７に示すように、各相のステータコイル１６，１８，２０の、ステータコア１４の軸方向他端面（図１６の上面）から突出した部分に設けられたコイルエンド３０では、複数相のステータコイル１６，１８，２０が周方向に隣り合う状態となり、各導体セグメント２４の先端部が軸方向に対し略斜めに曲げ形成された部分で、周方向に隣り合う導体セグメント２４の間隔が最も小さくなっている。また、図１７に示すように、ステータ１０を径方向に見た場合に、１の導体セグメント２４の周方向（図１７の左右方向）両側には、この１の導体セグメント２４と同相の１の導体セグメント２４と、異相の１の導体セグメント２４とが周方向に隣り合っている。例えば、Ｕ相の１の導体セグメント２４の周方向両側に、同相であるＵ相の１の導体セグメント２４と、Ｖ相またはＷ相の１の導体セグメント２４とが隣り合っている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１−３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−６４９８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２１９５９１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９１７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図１６、図１７に示すように、上記の先発明のステータ１０では、周方向に隣り合う異相の導体セグメント２４同士の最小の間隔を異相のコイル間ギャップＧ１とし、周方向に隣り合う同相の導体セグメント２４同士の最小の間隔を同相のコイル間ギャップＧ２とした場合に、異相コイル間ギャップＧ１と同相コイル間ギャップＧ２とを互いに等しくしている。言い換えれば、周方向に隣り合うコイルの間のコイル間ギャップＧ１，Ｇ２は全周にわたって均等になっている。このため、コイルエンド３０での絶縁性を確保しつつコイルエンド３０を小さくする面から改良の余地がある。例えば、コイルエンド３０の軸方向高さを小さくするために、導体セグメント２４の曲げ形成された先端部の軸方向に対する傾斜角度（図１７の角度α）を大きくすることが考えられる。ただし、この場合、コイル間ギャップＧ１，Ｇ２が小さくなる。このため、異相コイル間ギャップＧ１と同相コイル間ギャップＧ２とを均等に小さくすると、特に電位差が大きくなる異相コイル間である、異相の導体セグメント２４間での絶縁間隔を確保することが難しくなる。
【００２１】
一方、ステータコア１４の複数のスロット１２内の導体割合である占積率を向上させるために、ステータコイル１６，１８，２０の表面に設ける絶縁被膜を薄くすることが考えられている。ただし、絶縁被膜を薄くする場合には、コイルエンド３０で電位差が大きい異相コイル間でのコイル間ギャップＧ１を十分に大きくする必要性がますます高くなる。また、異相コイル間でのコイル間ギャップＧ１を十分に大きくできれば、絶縁構成を簡易かつ低コストで実現できる可能性がある。このため、十分な絶縁性を確保しつつ、コイルエンド３０の軸方向高さを有効に小さくできる手段の実現が望まれている。また、上記では、導体セグメント２４を用いて構成するステータ１０の場合を説明したが、上記の不都合は、分布巻きのコイルを有する他の種類のステータでも同様に生じる可能性がある。
【００２２】
これに対して、特許文献１には、セグメントコイル回転電機の固定子のコイルエンド部において、異相コイル間に所定の隙間を確保して、異相コイル間で発生するコロナ放電を防止するために、コイル表面に粉体塗装膜を固着することが記載されている。また、特許文献２には、回転電機において、導体セグメントの端部同士を接合する場合に、接合部のうち径方向に隣接する接合部間の隙間に、絶縁性を有する樹脂製の帯状スペーサを嵌挿することが記載されている。ただし、特許文献１及び特許文献２のいずれにも、コイルエンドで周方向に隣り合う異相コイルのコイル間ギャップと、周方向に隣り合う同相コイル野コイル間ギャップとの関係を工夫して、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくできる手段は開示されていない。
【００２３】
また、特許文献３には、ステータに複数相のコイルを集中巻きで巻回する永久磁石回転電機において、同一相のコイル間の周方向間隔を短くし、隣り合うコイル間が異なる相の間では周方向の間隔を長くすることが記載されている。このような特許文献３に記載された構成の場合、同一のスロット内に配置される２のコイル間の間隔を、同一相の場合と異相の場合とで異ならせることを考慮しているだけであって、分布巻きのステータにおいて、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくするためにコイルエンドの構成を工夫することを考慮したものではない。
【００２４】
本発明の目的は、回転電機ステータにおいて、分布巻きでコイルを巻装する構成において、コイルエンドでの絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る回転電機ステータは、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、ステータコアに分布巻きで巻装された複数相のステータコイルとを備え、複数相のステータコイルの一部により形成されるコイルエンドにおいて、周方向に隣り合う異相のコイル間ギャップが、周方向に隣り合う同相のコイル間ギャップよりも大きくなっていることを特徴とする回転電機ステータである。なお、「コイル間ギャップ」は、コイル同士の間隔のうちの最小値をいう（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）。
【００２６】
本発明に係る回転電機ステータにおいて、好ましくは、各相のステータコイルは、それぞれ両端部に２本の平行な脚部を有する複数の導体セグメントを有するセグメントコイルであって、予め定めた単位コイル間隔で配置される２のスロットの径方向に沿って整列させるように、ステータコアの軸方向片側から軸方向他側に複数の導体セグメントを挿入し、各導体セグメントの２の脚部の先端部で、ステータコアの軸方向端面から突出した部分を折り曲げ、１の導体セグメントの片側の脚部の先端部と、この１の導体セグメントに径方向に隣接する他の導体セグメントの他側の脚部の先端部とを接続し、これを各導体セグメントで繰り返すことによりコイル状に形成されるセグメントコイルを含む。
【００２７】
また、本発明に係る回転電機ステータにおいて、好ましくは、各相のステータコイルは、複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される前半部と、前半部に連結され、別の複数のセグメントコイルを環状に連結することにより構成される後半部とを含み、前半部のセグメントコイルと後半部のセグメントコイルとの一部がコイルエンドで周方向に対向している。
【００２８】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、周方向に隣り合う複数の導体セグメントのうち、少なくとも２以上の導体セグメントにおいて、ステータコアの軸方向片側から突出する端部の曲げ部の形状を異ならせることにより、コイルエンドにおいて、異相のコイル間ギャップが同相のコイル間ギャップよりも大きくなっている。
【００２９】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、異相コイル間の径方向隙間に挿入配置された絶縁発泡シートを備え、絶縁発泡シートは、基材層の両側に設けられ、加熱処理により発泡している２の樹脂発泡層を含み、径方向に対向する２の異相コイルに加熱処理により２の樹脂発泡層が押し付けられることにより、２の異相コイル間に絶縁発泡シートが固定されている。
【００３０】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、絶縁発泡シートは、リング状に形成され、コイルエンドの周方向複数個所で、２の異相コイル間の径方向隙間に挿入されるように配置され、２の異相コイルに固定されている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る回転電機ステータによれば、分布巻きでコイルを巻装する構成において、コイルエンドでの絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンドの軸方向高さを有効に小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の回転電機ステータを径方向外側から内側に見た図である。
【図２】一部を省略して示す、図１の部分拡大図である。
【図３】コイルエンドの異相コイル間と同相コイル間とでコイル間ギャップを異ならせる方法を説明するための模式図である。
【図４】先発明のステータにおいて、コイルエンドのコイル間ギャップを説明するための模式図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の回転電機ステータと、１の絶縁発泡シートとを分離して示す斜視図である。
【図６】図５のステータの片側のコイルエンドに複数の絶縁発泡シートを配置した様子を示す断面図である。
【図７】図５の絶縁発泡シートの断面図である。
【図８】先発明のステータを示す斜視図である。
【図９】図８のステータの正面図である。
【図１０】図８のステータにおいて、１相分であるＵ相分のステータコイルが巻装された様子を示す概略斜視図である。
【図１１】図１０における１相分であるＵ相分のステータコイルを取り出して示す図である。
【図１２】図１１のステータコイルのうち、前半部の巻き始めの１番目から８番目までの８個の単位コイルを示す図である。
【図１３】図１２の前半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。
【図１４】図１３に引き続いて、後半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。
【図１５】図８の各相ステータコイルを構成する１の導体セグメントを、ステータコアに配置する以前の状態で示す図である。
【図１６】図８のステータの一部を拡大して示す概略斜視図である。
【図１７】図１６のコイルエンドの一部を径方向外側から内側に見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
［第１の発明の実施の形態］
以下において、図１から図３を用いて本発明に係る第１の実施の形態を説明する。本実施の形態の回転電機ステータ（以下、単に「ステータ」という。）は、例えば電動モータ、発電機等の回転電機を構成するために使用される。ステータ１０は、環状のステータコア１４と、ステータコア１４に分布巻きで巻装された複数相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイル１６，１８，２０とを備える。ステータ１０の使用時には、ステータ１０の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ（図示せず）を配置し、ステータ１０とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機を構成する。
【００３４】
各相のステータコイル１６，１８，２０は、上記の図８から図１７に示した先発明のステータの場合と同様に、それぞれ環状に複数の単位コイル２２（図１２から図１４参照）を連結してなり、互いに連結される前半部３２（図１２、図１３参照）と後半部３４（図１４参照）とを含む。また、前半部３２及び後半部３４のそれぞれの単位コイルは、複数の略Ｕ字形の導体セグメント２４をコイル状に接合することで構成されている。また、前半部３２及び後半部３４同士で、単位コイルを配置するスロットを互いにずらせている。また、各相のステータコイル１６，１８，２０において、前半部３２のセグメントコイルである単位コイルと、後半部３４のセグメントコイルである単位コイルとの一部が、コイルエンドで周方向に対向している。また、軸方向両側のコイルエンド３０のうち、片側のコイルエンド３０では、複数の導体セグメント２４のうち、径方向または周方向に隣り合う２の導体セグメント２４の端部同士が溶接等により接続されている。本発明の特徴は、ステータ１０のコイルエンド３０の構成を工夫した点にあり、その他の基本構成は、上記の図８から図１７に示した先発明のステータの場合と同様であるので、重複する説明及び図示は省略もしくは簡略化する。
【００３５】
ステータコア１４は、周方向複数個所に設けられたスロット１２（図８参照）を有する。また、それぞれの単位コイルで互いに周方向に離れた２のスロット１２に挿入するように、ステータコア１４に３相のステータコイル１６，１８，２０を分布巻きで巻装している。図１から図３では、上記の図８、図９と同様に、「ｕ」「ｖ」「ｗ」の符号を付した部分が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表している（後述する図４の場合も同様）。
【００３６】
本実施の形態では、３相のステータコイル１６，１８，２０の一部により、ステータコア１４の軸方向両端面よりも軸方向外側に２のコイルエンド３０が形成されている。そして、このコイルエンド３０のうち、片側（図１の上側）のコイルエンド３０において、図２に示すように、周方向（図２の左右方向）に隣り合う異相（Ｕ相とＶ相、Ｖ相とＷ相、Ｗ相とＵ相）の２の導体セグメント２４間の最小間隔である、異相コイル間ギャップＧ１ａが、周方向に隣り合う同相（Ｕ相同士またはＶ相同士またはＷ相同士）の２の導体セグメント２４間の最小間隔である、同相コイル間ギャップＧ２ａよりも大きくなっている（Ｇ１ａ＞Ｇ２ａ）。
【００３７】
このようにコイル間ギャップＧ１ａ，Ｇ２ａの大小を規制するための手段として、例えば、図２、図３に示すように、片側のコイルエンド３０において、周方向に隣り合う同相の導体セグメント２４同士で、先端部の曲げ部３６の形状を異ならせている。例えば、互いに周方向に隣り合う同相の２の導体セグメント２４のうち、一方（図２、図３の左側）の導体セグメント２４の先端部において、軸方向に対し略斜めに曲げ形成される曲げ部３６のステータコア１４側の曲げ起点Ｐと、ステータコア１４の端面との距離をＬ１とする。また、互いに周方向に隣り合う同相の２の導体セグメント２４のうち、他方（図２、図３の右側）の導体セグメント２４の先端部において、軸方向に対し略斜めに曲げ形成される曲げ部３６のステータコア１４側の曲げ起点Ｑと、ステータコア１４の端面との距離をＬ２とする。この場合に、距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも大きくなる（Ｌ２＞Ｌ１）ように、起点Ｐ，Ｑ位置を規制している。
【００３８】
また、周方向に隣り合う同相の２の導体セグメント２４のうち、一方（図２、図３の左側）の導体セグメント２４の先端部に設けた曲げ部３６のステータコア１４から遠い側において、曲げ部３６を軸方向に沿うように曲げ形成する部分の曲げ起点Ｒと、ステータコア１４の端面との距離をＬ３とする。また、他方（図２、図３の右側）の導体セグメント２４の先端部に設けた曲げ部３６のステータコア１４から遠い側において、曲げ部３６を軸方向に沿うように曲げ形成する部分の曲げ起点Ｓと、ステータコア１４の端面との距離をＬ４とする。この場合に、距離Ｌ４が距離Ｌ３よりも大きくなる（Ｌ４＞Ｌ３）ように起点Ｒ，Ｓ位置を規制している。このように、周方向に隣り合う複数の導体セグメント２４のうち、少なくとも２以上の導体セグメント２４において、ステータコア１４の軸方向片側から突出する端部の曲げ部の形状を異ならせることにより、コイルエンド３０で、異相コイル間ギャップＧ１ａを同相コイル間ギャップＧ２ａよりも大きくしている。
【００３９】
このような本実施の形態によれば、コイルエンド３０でのコイル間ギャップＧ１ａ，Ｇ２ａが周方向に関して不均等になるので、電位差が小さい同相間でコイル間ギャップＧ２ａを小さくでき、電位差が大きい異相間でコイル間ギャップＧ１ａを大きくできる。このため、分布巻きでステータコイル１６，１８，２０を巻装する構成において、コイルエンド３０での絶縁性を十分に確保しつつ、コイルエンド３０の軸方向高さを有効に小さくできる。すなわち、電位差に応じてコイル間ギャップＧ１ａ，Ｇ２ａを異ならせることができ、導体セグメント２４の先端部の軸方向に対し傾斜する傾斜角度を大きくすることにより、曲げ部３６をステータコア１４側に倒してコイルエンド３０の軸方向高さを小さくしても、必要な絶縁距離を確保できる。このため、電位差に応じた適切な絶縁距離を確保することで、コイルエンド３０の軸方向高さを有効に小さくできる。なお、上記では、曲げ部３６の起点位置を変える場合を説明したが、コイル間ギャップＧ１ａ，Ｇ２ａを異ならせる方法として、これ以外の方法も採用できる。例えば、同相の２の導体セグメント２４の曲げ部を湾曲部とする場合に、湾曲部の曲率半径を同相間で異ならせることにより、コイル間ギャップＧ１ａ、Ｇ２ａを異ならせることもできる。
【００４０】
一方、図４は、上記の図８から図１７に示した先発明のステータにおいて、コイルエンドのコイル間ギャップを説明するための模式図である。このような先発明では、コイルエンド３０の周方向に隣り合う２の導体セグメント２４の最小間隔である、コイル間ギャップＧ１、Ｇ２を、異相間、同相間にかかわらず均等にしている。このような構成では、コイルエンド３０の軸方向高さを小さくすべく、導体セグメント２４の軸方向に対し略斜めに曲げ形成される曲げ部３６の軸方向に対する傾斜角度を大きくした場合に、異相間でのコイル間ギャップＧ１で必要な絶縁距離を確保できなくなる可能性があり、コイルエンド３０の軸方向高さを十分に小さくできない可能性がある。本実施の形態では、このような不都合をなくせて、片側コイルエンド３０の軸方向高さを十分に小さくできる。
【００４１】
なお、上記の特許文献３では、ステータに複数相のコイルを集中巻きで巻回する構成において、同相のコイル間の周方向の間隔を短くし、異相のコイル間の周方向の間隔を大きくすることが記載されている。ただし、この周方向の間隔は、ステータコアに設けた同一スロットに配置される２のコイル間の間隔を意味するもので、本実施の形態とは、構成も目的も大きく異なる。また、集中巻きのコイルを有するステータの場合、コイルエンドでは、周方向に隣り合うコイル同士の間隔がそもそも大きくなるので、絶縁距離を確保しつつコイルエンドの軸方向高さを小さくするために、本実施の形態のような特別な構成を採用する必要がない。
【００４２】
［第２の発明の実施の形態］
図５から図７は、本発明に係る第２の実施の形態を示している。図５は、第２の実施の形態の回転電機ステータと、１の絶縁発泡シートとを分離して示す斜視図である。図６は、図５のステータの片側のコイルエンドに複数の絶縁発泡シートを配置した様子を示す断面図である。図７は、図５の絶縁発泡シートの断面図である。
【００４３】
上記の第１の実施の形態では、コイルエンド３０において、周方向に隣り合う導体セグメント２４の最小間隔であるコイル間ギャップの関係を規制している。これに対して、本実施の形態は、さらにステータ１０の径方向に隣り合う異相の導体セグメント２４の径方向の絶縁間隔を有効に確保できる手段を考えたものである。すなわち、上記の図１６に示した先発明のステータ１０のコイルエンド３０を参照すれば明らかなように、上記の第１の実施の形態では、複数相のステータコイルが分布巻きで配置され、片側コイルエンド３０で各相のステータコイル１６，１８，２０を構成する導体セグメント２４の両端部が互いに異なる方向の略斜めに曲げ形成されている。このような第１の実施の形態では、ステータ１０を径方向の外側から内側に見た場合に、異相の２の導体セグメント２４が略斜めに交差して、その交差した部分で径方向に対向する。このような構成では、異相の導体セグメント２４間での径方向の十分な絶縁距離をより有効に維持する手段を採用することが好ましい。
【００４４】
これに対して、従来は、コイルエンドでの複数のコイル同士を、十分な絶縁距離を確保しつつ固定するための手段として、絶縁距離を確保したい部分に紙等の絶縁材を挿入配置した状態で、ワニスを滴下して固める手段が考えられていた。ただし、この場合、ワニスは、コイルエンドやスロット内に満遍なく注入する必要があり液垂れが生じやすい。例えば、ステータをケース等の固定部に結合するためのボルト等の締結部への液垂れ等が生じる可能性がある。このため、このような方法では、製造作業を円滑に行えるようにする面から改良の余地がある。本実施の形態は、このような事情に鑑みて考えられたものである。
【００４５】
すなわち、本実施の形態では、図５に示す絶縁発泡シート３８を複数枚、片側（図５の上側）のコイルエンド３０に配置している。より具体的には、図６に１のスロット１２に対応する部分で示すように、コイルエンド３０の径方向複数個所（図６では９箇所）に設けられた、異相の導体セグメント２４間の径方向隙間に複数枚（図６では９枚）の絶縁発泡シート３８を挿入配置している。図６は、１の相であるＵ相のステータコイル１６が配置されるスロット１２部分と、その両側のコイルエンド３０とを示している。
【００４６】
図５に示すように、絶縁発泡シート３８は、長尺な短冊状部材の長さ方向両端部同士を接合することでリング状に形成されている。図７に示すように、リング状に形成した紙等の基材層４０の厚さ方向である、径方向（図７の上下方向）両側にそれぞれ全周にわたって２の樹脂発泡層４２，４４が設けられている。各樹脂発泡層４２，４４は、樹脂中に、加熱により発泡する発泡剤が混入された発泡剤混入樹脂層（図示せず）を、加熱処理により発泡することにより構成されている。このような絶縁発泡シート３８は、発泡のための加熱処理を行う前に、図６に示すように、片側のコイルエンド３０の径方向複数個所に位置する、異相の２の導体セグメント２４が径方向に対向する部分の径方向隙間にそれぞれ配置する。そして、その後に片側コイルエンド３０を含む部分に加熱処理を施すことで、発泡剤混入樹脂層を発泡させ、径方向に対向する２の異相の導体セグメント２４の表面に２の樹脂発泡層４２，４４（図７）を押し付け、絶縁発泡シート３８を２の異相の導体セグメント２４の間に固定する。図示の例では、互いに径方向に対向する２の異相の導体セグメント２４と、別の２の異相の導体セグメント２４とが径方向同位置でかつ周方向同位置の軸方向に離れた部分に存在する。また、径方向同位置で周方向複数個所に、２の異相の導体セグメント２４が径方向に対向する部分が存在する。このため、図示の例では、１の絶縁発泡シート３８により、コイルエンド３０の周方向複数個所において、２の異相のステータコイル１６，１８，２０間と、別の２の異相のステータコイル１６，１８，２０との径方向隙間に同時に挿入されるように配置され、少なくとも２の異相のステータコイル１６，１８，２０に固定されている。なお、この場合、周方向同位置で径方向同位置の軸方向に離れた２個所位置に別々の絶縁発泡シートで、それぞれ２の異相コイル間に挿入するように、２の絶縁発泡シートを配置することもできる。
【００４７】
このような絶縁発泡シート３８では、単にリング状の基材層のみからなる絶縁材を径方向に対向する２の異相コイル間に配置する場合と異なり、基材層４０の両側の２の樹脂発泡層４２，４４で、２の異相ステータコイル１６，１８，２０間の径方向隙間において、周方向や軸方向に関して不均一な大きさのクリアランスを密に埋めることができる。このため、本実施の形態によれば、絶縁材である絶縁発泡シート３８とステータコイル１６，１８，２０との結合強度の向上を図れる。また、絶縁発泡シート３８に基材層４０を設けているので、絶縁発泡シート３８に剛性を持たせることができ、径方向に対向する複数の異相ステータコイル１６，１８，２０間の径方向隙間へ絶縁発泡シート３８を挿入配置する作業を容易に行える。また、複数の絶縁発泡シート３８をコイルエンド３０に挿入配置する作業は、複数の導体セグメント２４の端部を溶接等により接続する以前に行い、その後、導体セグメント２４の端部を接続する。
【００４８】
このような本実施の形態によれば、コイルエンド３０で径方向に対向する複数のステータコイル１６，１８，２０同士を、十分な絶縁距離を確保しつつ十分な結合強度で固定できるとともに、ワニスを滴下して固める場合と異なり、製造作業をより円滑に行える。また、絶縁発泡シート３８により径方向の絶縁距離を確保できるので、コイルエンド３０でステータコイル１６，１８，２０を密に配策しやすくなり、コイルエンド３０の体格をより小さくできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様であるので重複する説明を省略する。
【００４９】
なお、本実施の形態では、絶縁発泡シート３８をリング状に形成した場合を説明したが、本実施の形態はこのような構成に限定するものではなく、例えば絶縁発泡シートを短冊状とし、コイルエンド３０の周方向複数個所に短冊状の絶縁発泡シートを、径方向に対向する２の異相ステータコイル１６，１８，２０間に挿入配置することもできる。また、本実施の形態では、軸方向両側の２のコイルエンド３０のうち、導体セグメント２４の接合側である片側コイルエンド３０のみに絶縁発泡シート３８を配置する場合を説明した。ただし、２のコイルエンド３０の両方において、径方向に対向する異相ステータコイル１６，１８，２０間の径方向隙間に短冊形状等の絶縁発泡シートを挿入配置することもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ステータ、１２  スロット、１４  ステータコア、１６，１８，２０  ステータコイル、２２  単位コイル、２４  導体セグメント、２６  脚部、２８  連結部、３０  コイルエンド、３２  前半部、３４  後半部、３５  単位コイル間隔、３６  曲げ部、３８  絶縁発泡シート、４０  基材層、４２，４４  樹脂発泡層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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