(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも他相の固定子巻線と干渉又は接触しないよう、かつ、内周部に向け開口するよう固定子に設けられたスロット内における固定子巻線の位置から見て固定子の外周部方向に向け固定子巻線に張力が加わるよう、回転電機の固定子巻線をコイルエンド部において案内する巻線ガイドであって、
固定子の側面のうち固定子の軸と交差する端面に設けられた平板状の部材の端縁部に、各相に対応して１個又は複数個、対応する相の固定子巻線が懸けられる切込みである空隙を設けた巻線ガイドにおいて、
スロットと空隙との間における固定子巻線の引き回し経路を屈曲させることによりスロットと空隙との距離を短縮する巻線ガイド突起を、上記平板状の部材から突設させたことを特徴とする巻線ガイド。
【請求項２】
電動機等の回転電機にて用いられその内周部に向け開口するようスロットが設けられている固定子であって、上記端面には請求項１記載の巻線ガイドが設けられ、当該巻線ガイドに設けられている空隙と上記スロットに固定子巻線が捲回された固定子において、
更に、固定子巻線のうち、スロット内において占めるべき位置が、対応する空隙内において占めるべき位置よりも固定子の外周部寄りにあるものについては、当該空隙内において占めるべき位置よりも固定子の外周部寄りに設けられている巻線ガイドに対して固定子の外周部寄りを通して捲回したことを特徴とする固定子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を初めとする回転電機の固定子、特にそのコイルエンド部に配置された巻線ガイドに関し、更にこの巻線ガイドを備える固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の電動機は、主として、回転部である回転子、固定部である固定子、並びに固定子（及び回転子）に捲回された固定子巻線（以下、「巻線」と略称）から構成されている。例えば、電動機における通電対象となる固定子巻線は、固定子（厳密にはそのコア）に設けられている複数のスロットに巻回されている。この巻線のうち固定子の両端から軸方向に突出している部分はコイルエンドと呼ばれ、電動機のうち巻線のコイルエンドが占有している空間はコイルエンド部と呼ばれる。例えば、図７に示す如き固定子端面を有する三相交流電動機の例では、固定子ＳＴの内周面に向け開口する多数のスロットが設けられており、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各巻線はこれら多数のスロットに規則的に巻回されている。Ｕ相巻線はその前半部分であるＵＬ１とその後半部分であるＵＬ２とに分けて、Ｖ相巻線はその前半部分であるＶＬ１とその後半部分であるＶＬ２とに分けて、巻回されており、Ｗ相巻線は一括して巻回されている。Ｕ相及びＶ相巻線の前半部分ＵＬ１及びＶＬ１は電動機の外周寄り、即ちスロットの底部寄りに巻回されており、後半部分ＵＬ２及びＶＬ２は電動機の内周寄り、即ちスロットの開口部寄りに巻回されている。
【０００３】
ここに、固定子ＳＴの軸に沿って見たときの電動機全長に占めるコイルエンド部の長さ、即ち固定子ＳＴの端部からの各相巻線の突出長を短くすることができれば、それによって電動機の全長の短縮ひいては発生トルクの実質的増加を達成できる。このような特性向上を図るため、従来から、コイルエンド部を小さくするための研究・開発に労力が注がれている。図７に示した例においてコイルエンド部縮小のために用いられている部材は、固定子ＳＴの端面に設けられコイルエンド部において各相巻線を案内する巻線ガイドＧ１であり、この巻線ガイドＧ１は、図８に示すように各相に対応して数個（図では１個又は２個）の空隙ＵＡ１，ＵＡ２，ＶＡ１，ＶＡ２，ＷＡが設けられた平板状の部材により構成されている。各空隙は、巻線ガイドＧ１を構成する平板の端縁部に設けられた切込みであり、対応する相の巻線が懸けられる。図８は、図７中のＩ−Ｉ断面を示すものであり、図中に向かって右側が固定子側、左側が電動機外側である（以下の図でも同様）。Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ、固定子ＳＴの外周部を示す輪郭線、スロットの底部を示す線、スロットを前半部分用と後半部分用とに分割する線、並びにスロットの開口部を示す線である。Ｌ３は、より詳細には、前半と後半の巻線数比に応じた断面積比となるようスロットを分割する仮想的な線であり、Ｌ３を境として、スロットは、底部寄りの部分ＳＬ１と、開口部寄りの部分ＳＬ２とに分けて使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７及び図８に示した巻線ガイドＧ１においては、各空隙がそれぞれいずれかの相の巻線用に、使用されている。即ち、少なくとも巻線ガイドＧ１の空隙内においては、その空隙内の巻線が他の相の巻線と接触することはない。各空隙は巻線ガイドＧ１の表面積を有効利用して形成されているため、固定子ＳＴの端面全体に巻線が行き渡る。そのため、この種の巻線ガイドＧ１を使用しない従前の電動機に比べると、特に固定子ＳＴ側面寄りの部分の空間を有効に活用することができ、コイルエンド部も小さくすることができる。
【０００５】
しかし、Ｖ相巻線ＶＬ１，ＶＬ２を例として図９に示す通り、図７及び図８に示した構成の巻線ガイドＧ１では、スロットから空隙までの巻線引き回し経路が他相用の空隙上を横切るため、異なる相の巻線同士が干渉又は接触しかねない。図９に示した例では、スロットの底部寄りの部分ＳＬ１からＶ相用空隙ＶＡ１に入るＶ相巻線前半部分ＶＬ１がＵ相用空隙ＵＡ１及びＷ相用空隙ＷＡの上を横切っており、スロットの開口部寄りの部分ＳＬ２からＶ相用空隙ＶＡ２に入るＶ相巻線後半部分ＶＬ２がＵ相用空隙ＵＡ２の上を横切っているため、Ｖ相巻線前半部分ＶＬ１とＵ相巻線前半部分ＵＬ１及びＷ相巻線ＷＬとの干渉・接触や、Ｖ相巻線後半部分ＶＬ２とＵ相巻線後半部分ＵＬ２との干渉・接触が、生じる可能性がある。即ち、各相巻線を巻回する際に他相巻線が邪魔になりねらい通りに巻回できないことや、うまく巻回できたとしても異相巻線同士の接触が生じる可能性がある。更に、できるだけ高い占積率を得るため、巻回に際して各相巻線には張力を加えている。そのため、各相巻線がスロットと巻線ガイドＧ１の空隙とを直線的に結んでいる。このことは、上に述べた異相巻線同士の干渉・接触の原因要素の一つであるだけでなく、空隙設計に当たってその自由度を制約する要因ともなっている。即ち、巻回に当たって巻線は固定子ＳＴの内周面側からスロット内に入れられ、固定子ＳＴの外周部寄り即ちスロット底部寄りから順に積層されていく。その際、前述の通り巻線は一定の張力を受けて巻回される。スロット内で巻線の浮きや反り等を避けスロット内で巻線ができるだけ少ない隙間で並ぶようにするには、巻回の際に加える張力の方向は、スロットの開口部から底部を向く方向としされなければならない。そのためには、巻線ガイドＧ１の空隙はその空隙に対応する相の巻線がスロットから出てくる位置よりも固定子ＳＴの径方向に沿って外周部寄りになければならない。
【０００６】
このように、図７及び図８に示した従来技術には、異相巻線同士の干渉・接触の可能性がある、スロット内で巻線の浮きや反り等を避けスロット内の占積率を向上させるにはスロット底方向の張力が必要であり設計が制約される等、複数の問題点がある。これらの問題点については、一応、巻線ガイドＧ１における空隙の配置を工夫することによって対策できるが、それだけでは、コイルエンド部が却って大きくなってしまい特性向上に支障が生じるという問題が発生する。例えば、上掲の従来技術と同様の問題が生じないようにするには、スロットと空隙との間隔を広めにすればよい。そのような方針に従って巻線ガイドＧ１特にその空隙の位置及び形状を改良したとすると、図１０に示す巻線ガイドＧ１ができる。図１０中、矢印Ｆはスロット底方向即ち巻線に加えるべき張力の方向である。この図に示した例では、Ｗ相巻線ＷＡも前半部分と後半部分とに分けて２回に分けて巻回するため、空隙は各相前半部分用のＵＡ１、ＶＡ１、ＷＡ１並びに後半用のＵＡ２、ＶＡ２、ＷＡ２の合計６種類設けられている。図１１，図１２，図１３にそれぞれ斜線で示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線は、図１０に示した巻線ガイドＧ１であれば他相用の空隙上を横切らないですみかつ常にＦ方向の張力を受ける。しかしながら、図１０に示す例では、巻線ガイドＧ１の表面積のうち空隙以外の部分の占める割合が大きいため、その分は、コイルエンド部の拡大につながる（少なくとも、コイルエンド部を小さくするためには非常に無駄な部分が生じている）。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、異相巻線同士の干渉・接触を防ぐことができ、かつ各相巻線に固定子外周部方向の張力を及ぼすことができるという条件を満足する巻線ガイドであって、更に、その表面積に占める空隙以外の部分の割合が小さく従ってコイルエンド部の縮小を達成できる巻線ガイドを実現することを、その目的の一つとしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の適用対象となる巻線ガイドは、（１）少なくとも他相の固定子巻線と干渉又は接触しないよう、かつ、内周部に向け開口するよう固定子に設けられたスロット内における固定子巻線の位置から見て固定子の外周部方向に向け固定子巻線に張力が加わるよう、回転電機の固定子巻線をコイルエンド部において案内する巻線ガイドであり、かつ、（２）固定子の側面のうち固定子の軸と交差する端面に設けられた平板状の部材の端縁部に、各相に対応して１個又は複数個、対応する相の固定子巻線が懸けられる切込みである空隙を設けた巻線ガイドである。上記目的を達成するために、本発明においては、（３）スロットと空隙との間における固定子巻線の引き回し経路を屈曲させることによりスロットと空隙との距離を短縮する巻線ガイド突起を、上記平板状の部材から突設させる。また、本発明の適用対象となる固定子は、（４）電動機等の回転電機にて用いられその内周部に向け開口するようスロットが設けられている固定子であって、（５）上記端面には巻線ガイドが設けられ、当該巻線ガイドに設けられている空隙と上記スロットに固定子巻線が捲回された固定子である。本発明においては、（６）この巻線ガイドを本発明に係る巻線ガイドとし、（７）更に、固定子巻線のうち、スロット内において占めるべき位置が、対応する空隙内において占めるべき位置よりも固定子の外周部寄りにあるものについては、当該空隙内において占めるべき位置よりも固定子の外周部寄りに設けられている巻線ガイドに対して固定子の外周部寄りを通して捲回する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施の形態について図面に従って説明する。なお、図７〜図１３に示した従来技術における各部材と対応する部材には、従来技術に対する改良を含む部材を含め、同一の符号を付し、従来技術と同様の形状・機能等については重複する説明を省略する。また、本発明は、図７に示されている形態での巻回に使用できるため、以下の説明では、図７に示した固定子構造・スロット配置・巻線配置（但しＷ相巻線を前後２部分に分割して巻回したもの）を前提とする。
【００１０】
図１に、本発明の第１実施形態に係る巻線ガイドＧ１を示す。図中、二点鎖線で示した固定子ＳＴの端部には巻線ガイドＧ１が配置されている。巻線ガイドＧ１の幅は固定子ＳＴのティース幅ＴＨよりも若干狭く、当該幅の差に当たる空間に突出するよう、巻線ガイドＧ１からは円柱状の巻線ガイド突起ＧＳ１〜ＧＳ４が設置されている。本実施形態の巻線ガイドＧ１に各相巻線を巻回する際には、それぞれＵ，Ｖ，Ｗの各相巻線について図２、図３及び図４に示すように、スロットから出てきた巻線が必ずスロット底方向（前掲のＦ方向）に向かう張力を受けるよう、その一部を巻線ガイド突起ＧＳ１〜ＧＳ４の外周部寄りを通して引き回す。
【００１１】
例えば、Ｕ相巻線の前半部分ＵＬ１はスロット底部寄り部分ＳＬ１と空隙ＵＡ１に、後半部分ＵＬ２はスロット開口部寄り部分ＳＬ２と空隙ＵＡ２に、Ｖ相巻線の前半部分ＶＬ１はスロット底部寄り部分ＳＬ１と空隙ＶＡ１に、後半部分はスロット開口部寄り部分ＳＬ２と空隙ＶＡ２に巻回される。Ｕ相巻線前半部分ＵＬ１は、スロット内では、スロットの底寄りから開口部寄りに向け順に、即ちＬ２寄りからＬ３寄りへと、積み重なっていく。また、空隙ＵＡ１内では、スロットに近い部分から順に巻線が巻回されていく。この際、特に他の相と干渉することはない。Ｕ相巻線後半部分ＵＬ２は、スロット開口部寄り部分ＳＬ２の最もスロット底寄りの部分が空隙ＵＡ２の最もスロットに近い部分よりもスロット開口部寄りであるため、仮に巻線ガイド突起なしであれば、Ｕ相巻線後半部分ＵＬ２に対してスロット底方向の張力を十分に加えられない部分が発生し、Ｕ相巻線後半部分ＵＬ２に浮きが発生するかもしれない。そこで、本実施形態では、Ｕ相巻線後半部分ＵＬ２に属する巻線のうちスロット底部寄りにある何本かについては、巻線ガイド突起ＧＳ３のスロット底寄りの側即ち固定子ＳＴの外周部寄りの空間に巻線を通した後、空隙ＵＡ２内に巻線を通す。これによって、スロット開口部寄り部分ＳＬ２内では巻線にスロット底方向の張力を加えることができる。
【００１２】
Ｕ相巻線後半部分ＵＬ２のうち、空隙ＵＡ２に対して固定子ＳＴの内周部寄りの位置にてスロット開口部寄り部分ＳＬ２からでてくる部分については、巻線ガイド突起ＧＳ４に対して固定子ＳＴの外周寄りの位置を通すようにする。ここでも、巻線ガイド突起ＧＳ４によってスロット底方向の張力を加えることができ、さらにＶ相巻線が通過する空隙ＶＡ２と干渉することも防ぐことができる。以上のようにＵ相巻線を巻回していくことにより、最終的にＵ相巻線を全て巻回することができる。Ｖ相巻線についてはＵ相巻線の場合とほぼ同様である。スロット底部寄り部分ＳＬ１から出てくる巻線ＶＬ１のうち何本かずつを巻線ガイド突起ＧＳ１及びＧＳ２のスロット底部寄りに通し、スロット開口部寄り部分ＳＬ２から出てくる巻線ＶＬ２のうち何本かずつを巻線ガイド突起ＧＳ３及びＧＳ４のスロット底部寄りを通す。これによって、前半・後半のいずれについても、スロット底方向の張力を加えることができる。以上のように巻線ガイド突起ＧＳ１〜ＧＳ４を活用することによって、いずれの巻線についてもスロット底方向に張力を加えることができるようになり、最終的にＶ相巻線を全て巻くことができる。
【００１３】
なお、巻線ガイド突起ＧＳ１〜ＧＳ４同士の位置関係は、特に図の位置に限定するものではないが、スロットから出てきた巻線が必ずスロット底方向に向かう張力を受けるように、巻線がスロットから出てきた位置よりも固定子外周部寄りに設置する。また、図４に示すＷ相巻線については、Ｕ相巻線及びＶ相巻線とは一部巻回方法に異なる点がある。即ち、Ｕ相及びＶ相では前半部分ＵＬ１及びＶＬ１に係る空隙ＵＡ１及びＶＡ１と、後半部分ＵＬ２及びＶＬ２に係る空隙ＵＡ２及びＶＡ２との位置関係を比べると、前者が後者よりもスロット底寄りに位置している。しかし、Ｗ相巻線においては、前半部分巻線ＷＬ１に係る空隙ＷＡ１よりも、後半部分ＷＬ２に係る空隙ＷＡ２の方が、スロット底寄りに位置している。これは、巻線ガイドＧ１のうち空隙以外の部分をより有効に活用できるようにするためである。即ち、同相であれば巻線同士が接触しても特に支障がないことに着目し、両者の接触を許したものである。より詳細には、スロット底部寄り部分ＳＬ１から出てくるＷ相巻線前半部分ＷＬ１のうち何本かずつを、巻線ガイド突起ＧＳ１、ＧＳ２及びＧＳ３に対してスロット底寄りに通し、それによってそれらにスロット底方向の張力を加えている。後半部分ＷＬ２については、巻線ガイド突起ＧＳ４に対してスロット底部寄りを通して空隙ＷＡ２に巻回する。その際、後半部分ＷＬ２が通過する部分には既に前半部分ＷＬ１が巻回されているため、後者の上に前者が重ねて巻回されることになる。しかし、これら前半部分ＷＬ１と後半部分ＷＬ２は互いに同相（いずれもＷ相）の巻線であるため接触しても特に問題無い。
【００１４】
また、以上の説明において、各巻線ガイド突起ＧＳ１〜ＧＳ４を円柱状としたが、特にこの形状に限定する必要はない。例えば、第２実施形態として図５に示す長円柱状の形状の他、前述の目的を達成できる手段であればいくつもの変形例が考えられる。また、巻線ガイド突起ＧＳ１〜ＧＳ４の形状をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に異なる形状としてもよい。可能であれば、各相毎にそれぞれ最適な形状・位置とするのが望ましい。例えば、Ｕ相巻線を巻回する際には、巻線ガイド突起ＧＳ１及びＧＳ２は不要であり、図６に示すような形にした方が巻回しやすく、占積率も向上させやすい。本発明の適用対象は電動機には限定されない。少なくとも、固定子巻線が捲回される固定子を備える回転電機に対しては、本発明を適用可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、巻線ガイドから突出させた巻線ガイド突起によって、スロットと空隙とを結ぶ固定子巻線引き回し経路を屈曲させ、それによりスロットと空隙との距離（間隔）を狭めたため、巻線ガイドの表面積、ひいてはコイルエンド部を縮小することができる。また、スロット内における巻線位置に対する巻線ガイド突起及び空隙の位置を適宜定めることによって、ある相の巻線が他相に対応する空隙上を横切る等、異相巻線同士の干渉・接触につながる状況を防ぐことができ、かつ、スロット内等において各相の巻線に外周部方向の張力を加えることができる。例えば、仮に、スロット内における巻線位置が空隙内における巻線位置より外周部寄りになる位置関係であっても、スロット内における巻線位置より外周部寄りの位置を通すことができるよう巻線ガイド突起が配置されていれば、他相巻線との干渉・接触を防ぎかつスロット内における十分な外周部方向の張力を得ることができる。このように、本発明は、他相巻線との干渉・接触を防ぎかつスロット内における十分な外周部方向の張力を得ることができる巻線ガイドを実現するものであると同時に、巻線ガイドひいてはコイルエンド部の小型化を可能とするものであり、小型でトルク等の性能に優れた回転電機特にその固定子構造を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る巻線ガイドを示す図であり、特に（Ａ）は巻線が巻かれていない状態における固定子端面を軸方向から見た図、（Ｂ）は同状態における巻線ガイドを固定子の軸に対して平行な面に沿って見た図である。
【図２】  コイルエンド部近傍のうちＵ相巻線巻回部を示す図である。
【図３】  コイルエンド部近傍のうちＶ相巻線巻回部を示す図である。
【図４】  コイルエンド部近傍のうちＷ相巻線巻回部を示す図である。
【図５】  本発明の第２実施形態に係る巻線ガイドを示す図であり、特に（Ａ）は巻線が巻かれていない状態における固定子端面を軸方向から見た図、（Ｂ）は同状態における巻線ガイドを固定子の軸に対して平行な面に沿って見た図である。
【図６】  各実施形態における巻線ガイド個数及び配置の変形例をＵ相巻線に着目して示す図である。
【図７】  固定子のコイルエンド部における各相巻線の位置関係についてその一例を示す端面図である。
【図８】  従来における巻線ガイドの一例を固定子縦断面に沿って見た図である。
【図９】  従来におけるＶ相巻線巻回部と他相用空隙との位置関係を示す図である。
【図１０】  各相巻線巻回部が他相用空隙上を横切らないよう設計した巻線ガイドの一例を示す図である。
【図１１】  この巻線ガイドにおけるＵ相巻線巻回部を示す図である。
【図１２】  この巻線ガイドにおけるＶ相巻線巻回部を示す図である。
【図１３】  この巻線ガイドにおけるＷ相巻線巻回部を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１  巻線ガイド、ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，ＧＳ４  巻線ガイド突起、Ｌ１固定子外周部輪郭線、Ｌ２  スロット底部線、Ｌ３  スロット分割線、Ｌ４  スロット開口部線、ＳＴ  固定子、ＵＡ１，ＵＡ２  Ｕ相巻線用空隙、ＶＡ１，ＶＡ２  Ｖ相巻線用空隙、ＷＡ１，ＷＡ２  Ｗ相巻線用空隙、ＳＬ１  スロット外周寄り部分、ＳＬ２  スロット内周寄り部分、ＵＬ１，ＵＬ２  Ｕ相巻線、ＶＬ１，ＶＬ２  Ｖ相巻線、ＷＬ１，ＷＬ２  Ｗ相巻線。
【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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