(57)【要約】【課題】回転機における平角導線の汎用性を向上させ、コイル内における冷却性能の差を低減する。【解決手段】ステータコア１０の内周側または外周側に形成されるスロット１３と、前記スロット１３に収容される導体２４とを備えた回転機であって、前記導体２４が、短辺２４ａと長辺２４ｂとから成る矩形の横断面を有する平角導線２４であり、前記平角導線２４が、前記スロット１３において前記長辺２４ｂが前記ステータコア１０の径方向に沿うように収容されて成る。【選択図】図２
2016101003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアの内周側または外周側に形成されるスロットと、前記スロットに収容される導体とを備えた回転機であって、
前記導体が、短辺と長辺とから成る矩形の横断面を有する平角導線であり、
前記平角導線が、前記スロットにおいて前記長辺が前記ステータコアの径方向に沿うように収容されるものである
ことを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記平角導線が、前記スロット内において前記ステータコアの周方向に積層されるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
【請求項３】
前記平角導線が、前記スロット内において前記ステータコアの径方向に二層巻きされるものである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機。
【請求項４】
短辺と長辺とから成る矩形の横断面を有する平角導線を複数巻きしてコイルユニットを形成し、前記平角導線の前記長辺がステータコアの径方向に沿うように、前記コイルユニットを前記ステータコアの内周側または外周側に形成されるスロットに収容する
ことを特徴とする回転機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平角線コイルを用いた回転機および回転機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機におけるコイルを構成する導体（導線）には、横断面形状が円形の丸線（丸形導線）と、横断面形状が矩形の角線（角形導線）とがある。丸線を巻回して成る丸線コイルにおいては、導線間に隙間が生じてしまうため、導線を高占積率に巻回することができない。一方、角線を巻回して成る角線コイルにおいては、導線間に隙間を生じないように導線を高占積率に巻回することができる。
【０００３】
また、角線には、横断面形状が正方形の真四角線と、横断面形状が長方形の平角線とがあり、どちらの導線も高占積率に巻回することができる。真四角線（真四角導線）よりも横断面積の広い平角線（平角導線）を用いた場合には、コイルにおける導線の巻き数を少なくすることができるので、平角線を巻回して成る平角線コイルは、多くの回転機に使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、平角線は、回転機のステータコアに形成されたスロットに収容できるように、当該スロットの幅（周方向長さ）と同じ長さの幅で形成され、この平角線が、スロットの深さ方向（径方向）に積層されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この回転機におけるスロット幅は、当該回転機の大きさ（直径）とスロットの数（スロット数）とから決定されるものであり、このスロット数は、回転機における極数および相数によって決定されるものである。つまり、平角線は、回転機の大きさと極数および相数等の回転機の仕様によって決定されるスロット幅に合わせて製作（選定）され、回転機の仕様によって寸法が異なるので、汎用性に欠ける。
【０００７】
また、スロットに積層される一方側（ステータコア側）の平角線は、広い範囲で鉄心と接触しているため放熱され易く、他方側（ロータ側）の平角線は、空気等の冷却媒体に晒されて冷却されるようになっている。これに対し、スロットの深さ方向における中央付近においては、互いに隣接して放熱され難い状態の平角線が密集しており、平角線の冷却性能が低下してしまう。また、スロットの深さ方向における中央に近いほど平角線の冷却性能は低下してしまうので、平角線の積層数（巻き数）が多い場合には、スロットの深さ方向における中央付近の平角線の冷却性能が特に低下し、コイルの径方向において平角線の冷却性能の差が顕著となる。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、回転機における平角導線の汎用性を向上させ、コイル内における冷却性能の差を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する第一の発明に係る回転機は、ステータコアの内周側または外周側に形成されるスロットと、前記スロットに収容される導体とを備えた回転機であって、前記導体が、短辺と長辺とから成る矩形の横断面を有する平角導線であり、前記平角導線が、前記スロットにおいて前記長辺が前記ステータコアの径方向に沿うように収容されるものであることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第二の発明に係る回転機は、第一の発明に係る回転機において、前記平角導線が、前記スロット内において前記ステータコアの周方向に積層されるものであることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第三の発明に係る回転機は、第一または第二の発明に係る回転機において、前記平角導線が、前記スロット内において前記ステータコアの径方向に二層巻きされるものであることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第四の発明に係る回転機の製造方法は、短辺と長辺とから成る矩形の横断面を有する平角導線を複数巻きしてコイルユニットを形成し、前記平角導線の前記長辺がステータコアの径方向に沿うように、前記コイルユニットを前記ステータコアの内周側または外周側に形成されるスロットに収容することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第一の発明に係る回転機によれば、平角導線の長辺がステータコアの径方向に沿うようにして平角導線をスロットに収容しているので、スロット幅（周方向長さ）と平角導線の幅（長辺の長さ）とが一致するように、ステータコアにおけるスロット幅の設定および平角導線の選定を行う必要がない。つまり、回転機の大きさや極数および相数等の回転機の仕様によって決定されるスロット幅に合わせて平角導線を製作（選定）しないので、回転機の仕様によってスロットの寸法が異なったとしても、同一の寸法形状の平角導線を流用することができ、汎用性を向上させることができる。
【００１４】
第二の発明に係る回転機によれば、平角導線をスロット内においてステータコアの周方向に積層することにより、スロット幅に合わせて平角導線を複数巻き（積層）することができる。よって、回転機の仕様によってスロットの寸法が異なったとしても、同一の寸法形状の平角導線を流用することができ、汎用性を向上させることができる。
また、平角導線の巻き数（積層数）を増やした場合においても、平角導線は、略均等にステータコアと接触して略均等に放熱されると共に、略均等に空気等の冷却媒体に晒されて略均等に放熱される。つまり、コイル内における平角導線の冷却性能の差を低減することができる。
【００１５】
第三の発明に係る回転機によれば、二層巻きの回転機において、平角導線の巻き数（積層数）を増やした場合においても、ステータコア側の平角導線は、略均等にステータコアと接触して略均等に放熱され、ロータ側の平角導線は、略均等に空気等の冷却媒体に晒されて略均等に放熱される。つまり、コイル内における平角導線の冷却性能の差を低減することができる。
【００１６】
第四の発明に係る回転機の製造方法によれば、平角導線の長辺がステータコアの径方向に沿うようにして平角導線をスロットに収容しているので、スロット幅（周方向長さ）と平角導線の幅（長辺の長さ）とが一致するように、ステータコアにおけるスロット幅の設定および平角導線の選定を行う必要がない。つまり、回転機の大きさや極数および相数等の回転機の仕様によって決定されるスロット幅に合わせて平角導線を製作（選定）しないので、回転機の仕様によってスロットの寸法が異なったとしても、同一の寸法形状の平角導線を流用することができ、汎用性を向上させることができる。
また、平角導線の巻き数（積層数）を増やした場合においても、平角導線は、略均等にステータコアと接触して略均等に放熱されると共に、略均等に空気等の冷却媒体に晒されて略均等に放熱される。つまり、コイル内における平角導線の冷却性能の差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１に係る回転機に備えられるステータを示す概略斜視図である。
【図２】実施例１に係る回転機に備えられるステータの部分横断面図（図１におけるII‐II矢視断面図）である。
【図３】実施例１に係る回転機に備えられるステータにおけるコイルユニットを示す概略斜視図である。
【図４】実施例１に係る回転機に備えられるステータにおけるコイルセグメントを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る回転機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１に係る回転機は、略円筒形状から成るステータ１（図１参照）と、ステータ１の内周側に回転自在に保持される図示しないロータとから成る三相交流回転機である。ステータ１においては、図示しない給電部から位相をずらした所定周波数の電流（三相交流）を供給されることによって回転磁界が作られ、当該回転磁界によって図示しないロータが回転駆動される。
【００２０】
本実施例に係る回転機に備えられるステータ（固定子）１の構造について、図１から図４を参照して説明する。
【００２１】
図１に示すように、ステータ１は、多数枚の積層鋼板から成る略円筒形状のステータコア１０と、当該ステータコア１０の内周側に巻装されるコイル（巻線）２０とから概略構成されている。なお、図１においては、図を見やすくするために、コイル２０などを簡略化して示している。
【００２２】
また、ステータ１には、コイル２０と図示しない給電部とを電気的に接続するためのバスリング（バスバー）３０と、当該バスリング３０をステータコア１０の軸方向一端側（図１における上方側）に保持するためのリング保持部材４０とが設けられている。つまり、図示しない給電部からリング保持部材４０によって保持されたバスリング３０を介して、コイル２０に電流が供給されるようになっている。
【００２３】
ステータ１は、三相交流回転機に用いられるものであり、図示しない給電部からコイル２０に三相交流を給電するために、三つのバスリング３０を備えている。三つのバスリング３０は、リング保持部材４０によって保持され、ステータコア１０の軸方向一端側において段積みされるように軸方向に並んで配設されている。なお、三つのバスリング３０は、三相交流の位相をずらした所定周波数の電流にそれぞれ対応したものであり、ステータコア１０側（図１における下方側）から順にＵ相のバスリング３０Ｕ、Ｖ相のバスリング３０Ｖ、Ｗ相のバスリング３０Ｗである。
【００２４】
リング保持部材４０は、三つのバスリング３０（３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ）をそれぞれ個々に係合保持する三つの絶縁リング５０（５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ）と、当該絶縁リング５０およびバスリング３０を軸方向に段積みした状態でステータコア１０に固定する絶縁リングホルダ６０とを備えている。
【００２５】
図２に示すように、ステータコア１０は、略円筒形状のヨーク部１１と当該ヨーク部１１の内周側（図２における下方側）に突出するティース部１２とから構成されており、このヨーク部１１の内周側において周方向（図２における左右方向）に所定距離離間して設けられたティース部１２同士の間に、コイル２０（後述する平角導線２４）を巻装する空間であるスロット１３が形成される。
【００２６】
スロット１３は、ステータコア１０の軸方向に貫通すると共に、ステータコア１０の内周側に向かって開口するスロット幅（周方向長さ）１３ａとスロット深さ（径方向長さ）１３ｂとから成る溝である。
【００２７】
コイル２０は、複数のコイルユニット２１（図３参照）がステータコア１０の内周側（スロット１３）に巻装されると共にバスリング３０に電気的に接続されて成る。このコイルユニット２１は、平角導線（導体）２４を三巻きしたコイルセグメント２３（図２および図４参照）を四つ備えたものであり、本実施例においては、二つのコイルセグメント２３を連続して形成した形状のコイルツイン２２を渡り線２６を介して電気的に接続して成る（図３参照）。
【００２８】
図２および図４に示すように、コイルセグメント２３は、ステータコア１１の軸方向（図２における紙面に直交する方向、図４における上下方向）に延びてスロット１３に収容される二つのコイルサイド部２３ｃと、ステータコア１１の軸方向端部（図４における上端側および下端側）において当該二つのコイルサイド部２３ｃを繋ぐコイルエンド部２３ｄとを備えている。コイルエンド部２３ｄには、ねじれ部２３ｅが設けられており、ステータコア１１に巻装した際にコイルセグメント２３同士が干渉しないようになっている。コイルセグメント２３は、このねじれ部２３ｅにおいて平角導線２４が反転（略１８０度回転）するように巻回されて成り、当該ねじれ部２３ｅを介して積層方向が逆方向となるようになっている。
【００２９】
図２に示すように、平角導線２４は、短辺２４ａと長辺２４ｂとから成る矩形の横断面形状を有しており、スロット１３内において、周方向（図２における左右方向）に三巻き（積層）することができると共に、径方向（図２における上下方向）に二巻き、すなわち、二層巻きすることができるようになっている。つまり、スロット幅１３ａは、平角導線２４の短辺２４ａの略三倍の長さであり、スロット深さ１３ｂは、平角導線２４の長辺２４ｂの略二倍の長さである。
【００３０】
図３に示すように、コイルユニット２１の始端部２１ａおよび終端部２１ｂは、バスリング３０に電気的に接続される。本実施例に係る回転機のステータ１においては、コイル２０をデルタ結線で接続しており、例えば、コイルユニット２１の始端部２１ａを接続部２５ａを介してＵ相バスリング３０Ｕに電気的に接続すると共に、終端部２１ｂを接続部２５ｂを介してＶ相バスリング３０Ｖに電気的に接続する。
【００３１】
もちろん、本発明に係る回転機は、本実施例のように平角導線２４をデルタ結線方式で結線したものに限定されず、平角導線をスター結線等の種々の結線方式で結線したものでも良い。
【００３２】
本発明の実施例１に係る回転機の製造について、図１から図４を参照して説明する。
【００３３】
まず、横断面形状が短辺２４ａと長辺２４ｂとから成る矩形である平角導線２４を三巻きして、コイルセグメント２３を二つ繋げた形状のコイルツイン２２を形成する（図３および図４参照）。そして、複数のコイルツイン２２を形成した後、これら複数のコイルツイン２２をステータコア１０の内周側に形成されたスロット１３に順に嵌め込む（図２参照）。
【００３４】
このとき、一つのスロット１３に対して、二つのコイルツイン２２、すなわち、二つのコイルサイド２３ｃを径方向に重ねて収容し、コイル２０が二層巻きとなるようにする。また、平角導線２４の短辺２４ａが周方向に沿い、長辺２４ｂが径方向に沿うように、コイルツイン２２のコイルサイド２３ｃをスロット１３に嵌め込む。つまり、コイルサイド２３ｃにおける平角導線２４がスロット１３の幅方向すなわちステータコア１０の周方向に積層した状態となるように、コイルツイン２２をスロット１３に収容する。
【００３５】
次に、ステータコア１０に巻装された複数のコイルツイン２２を渡り線２６を介して互いに電気的に接続してコイルユニット２１を形成すると共に、複数のコイルユニット２１を接続線２５ａ，２５ｂを介してバスリング３０（３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ）と電気的に接続する。
【００３６】
このとき、バスリング３０を絶縁リング５０と係合させてステータコア１０の軸方向一端側に配置した後、コイルユニット２１を当該バスリング３０に接続する。また、ステータコア１０側（図１における下方側）から順に、Ｕ相のバスリング３０Ｕおよび絶縁リング５０Ｕを配置してコイルユニット２１と接続した後、Ｖ相のバスリング３０Ｖおよび絶縁リング５０Ｖを配置してコイルユニット２１と接続し、最後に、Ｗ相のバスリング３０Ｗおよび絶縁リング５０Ｗを配置してコイルユニット２１と接続する。
【００３７】
そして、ステータコア１０の一端側に軸方向に配置されたバスリング３０（３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ）および絶縁リング５０（５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ）を絶縁リングホルダ６０を用いてステータコア１０と共に図示しないフレーム等に固定する。以上により、本実施例に係る回転機に備えられるステータ（固定子）１を製作することができる。
【００３８】
本実施例に係る回転機によれば、スロット幅１３ａと平角導線２４の幅（長辺２４ｂの長さ）とが一致するように、ステータコア１０におけるスロット幅１３ａの設定および平角導線２４の選定を行う必要がない。つまり、コイルツイン２２すなわちコイルセグメント２３の巻き数（本実施例においては、三巻き）を変えることにより、任意のスロット幅１３ａに対応することができる。例えば、本実施例におけるステータコア１０のスロット幅１３ａよりも広いスロット幅のステータコアを用いる場合には、コイルセグメント２３の巻き数を増やし、本実施例におけるステータコア１０のスロット幅１３ａよりも狭いスロット幅のステータコアを用いる場合には、コイルセグメント２３の巻き数を減らすことにより、同一の寸法形状の平角導線２４を流用することができる。つまり、平角導線の汎用性が向上し、回転機の製造コスト増加を抑えることができる。
【００３９】
また、本実施例に係る回転機によれば、平角導線２４の積層数（巻き数）を増やした場合においても、ステータコア１０側（図２における上方側）の平角導線２４は、略均等にステータコア１０と接触して略均等に放熱され、図示しないロータ側（図２における下方側）の平角導線２４は、略均等に空気等の冷却媒体に晒されて略均等に放熱される。つまり、コイル２０内における平角導線２４の冷却性能の差を低減することができる。
【００４０】
本発明に係る回転機は、本実施例のようにステータコア１０の内周側にスロット１３を有するものに限定されず、ステータコアの外周側にスロットを有するものであっても、当該スロットに平角導線の長辺が径方向に沿うように収容することにより、本実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１      ステータ
１０    ステータコア
１１    ステータコアのヨーク部
１２    ステータコアのティース部
１３    ステータコアのスロット
１３ａ  スロット幅（スロットの周方向長さ）
１３ｂ  スロット深さ（スロットの径方向長さ）
１４    ステータコアのボルト穴
２０    コイル（巻線）
２１    コイルユニット
２１ａ  コイルユニットの始端部
２１ｂ  コイルユニットの終端部
２２    コイルツイン
２３    コイルセグメント
２３ａ  コイルセグメントの始端部
２３ｂ  コイルセグメントの終端部
２３ｃ  コイルセグメントのコイルサイド
２３ｄ  コイルセグメントのコイルエンド
２３ｅ  コイルセグメントのねじれ部
２４    平角導線（導体）
２４ａ  平角導線の短辺
２４ｂ  平角導線の長辺
２５ａ，２５ｂ  接続線
２６    渡り線
３０    バスリング（バスバー）
４０    リング保持部材（保持部材）
５０    絶縁リング（保持部）
６０    絶縁リングホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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