(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの各スロットに交互に挿通される往き導体部及び還り導体部からなるスロット導体部と、前記スロット導体部と一体に形成されて前記往き導体部及び還り導体部の同一側端部を接続する渡り導体部とからなるコイル導体を有する回転電機の波巻き巻線において、
厚さ方向がコアの径方向となる姿勢で延設された細板状導体からそれぞれなる複数の前記渡り導体部を前記径方向に積層して構成されるコイルエンドを有し、
前記径方向に積層される複数の前記渡り導体部の軸方向長さは異なり、
径内側の前記渡り導体部は、径外側の前記渡り導体部よりも軸方向へ突出していることを特徴とする回転電機の波巻き巻線。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機の波巻き巻線において、
各前記渡り導体部は、前記細板状導体を折り曲げてなる折り曲げ端部を軸方向先端部にそれぞれ一個づつ有することを特徴とする回転電機の波巻き巻線。
【請求項３】
請求項１または２記載の回転電機の波巻き巻線において、
各前記渡り導体部は互いに等しい長さを有することを特徴とする回転電機の波巻き巻線。
【請求項４】
請求項３記載の回転電機の波巻き巻線の製造方法において、
最終的に前記スロット内で径方向に隣接する各前記渡り導体部を等ピッチで形成した後で、かつ、前記各渡り導体部を前記スロットに挿入する前に、各スロット導体部がそれぞれ前記スロット内で径方向に隣接可能なように前記渡り導体部の周方向幅を調整することを特徴とする回転電機の波巻き巻線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の波巻き巻線及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ・発電機等の回転電機の固定子巻線や回転子巻線の巻装方法として、１磁極に所定巻数の導体を巻装し、巻装終了後、次の磁極に移る集中巻き巻装方式と、導体を波状に巻装していく波巻き巻装方式とが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集中巻きの場合、巻装を磁極毎に行っていくため製作に時間がかかる。また、波巻きの場合、回転電機に広く使用されている三相コイルを巻装する場合、巻装作業が煩雑となり、更に巻装作業上、大断面積のコイル導体を使用するのが困難であるため、コイル導体の抵抗電力損失が大きく、コイル導体のスロット占積率の向上も簡単ではなかった。更に、コイルエンドが大きくなってその合計導体長が増加し、コイルエンドにおける抵抗電力損失が増大するという問題もあった。
【０００４】
波巻きにおけるこれらの問題を解決するために、本発明者らは、コイル導体を細板状導体により形成し、スロット内に挿入される往き導体部の端部と還り導体部の端部とを接続する渡り導体部を略周面上にて山形に形成し、この渡り導体部の先端部（山頂部）にて折り重ねるか又は段差を設けることにより、渡り導体部の一半部を他半部に比較してその厚さ方向に厚さ分だけ変位させた構成のコイルエンドをもつ回転電機の波巻き巻線構造（以下、板状山形渡り導体式波巻きコイルという）を開発した。
【０００５】
ところが、この板状山形渡り導体式波巻きコイルのコイルエンドは、各渡り導体部が極めて高密度に重なり合うので、放熱性に劣るという問題があった。また、渡り導体部のピッチ（周方向幅）は径内側へ移行するにつれて短縮する必要があるが、このような渡り導体部のピッチ調整は渡り導体部の長さの短縮を必要とし、コイル導体の折り曲げ作成作業が煩雑であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、上記板状山形渡り導体式波巻きコイルのコイルエンドのスペースや抵抗電力損失の低減が可能であり、しかもその冷却性に優れ、かつ、作成が容易な回転電機の波巻き巻線及びその巻装方法を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転電機の波巻き巻線は、コアの各スロットに交互に挿通される往き導体部及び還り導体部からなるスロット導体部と、前記スロット導体部と一体に形成されて前記往き導体部及び還り導体部の同一側端部を接続する渡り導体部とからなるコイル導体を有する回転電機の波巻き巻線において、厚さ方向がコアの径方向となる姿勢で延設された細板状導体からそれぞれなる複数の前記渡り導体部を前記径方向に積層して構成されるコイルエンドを有し、前記径方向に積層される複数の前記渡り導体部の軸方向長さは異なり、径内側の前記渡り導体部は、径外側の前記渡り導体部よりも軸方向へ突出していることを特徴としている。
本発明の回転電機の波巻き巻線は、上述した板状山形渡り導体式波巻きコイル構造を有するので、あらかじめ成形したコイルをスロットに挿入するだけで巻装を完了することができ、巻装作業が容易となる。また、巻装作業中に湾曲などのコイル導体塑性変形作業がないので大断面積のコイル導体を使用することができ、コイル導体のスロット占積率も向上することができ、更に、コイルエンドの合計導体長の短縮も実現できるのでコイルの抵抗電力損失を減少することができる。
【０００８】
更に、コイルエンドの必要スペースも従来の波巻き巻線に比較して格段に縮小することができる。
更に本構成では、径方向に積層される複数の渡り導体部の軸方向長さを異なるようにしたので、渡り導体部、特に径方向中央部に位置する渡り導体部の露出表面積（他の渡り導体部と重ならない部分の表面積）を増大することができ、その冷却性を向上することができる。
【０００９】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の回転電機の波巻き巻線において更に、各渡り導体部は細板状導体を折り曲げてなる折り曲げ端部を軸方向先端部にそれぞれ一個づつ有する構造（折り曲げ構造）を採用するので、上記板状山形渡り導体式波巻きコイルの渡り導体部を簡単に作製することができる。なお、上記板状山形渡り導体式波巻きコイルの渡り導体部は、上記折り曲げ構造の他に、渡り導体部の軸方向先端部にて径方向へ径方向へ約渡り導体部の厚さ分だけ変位する構造（以下、段差構造という）のものを採用してもよい。
【００１０】
請求項３記載の構成によれば請求項１または２記載の回転電機の波巻き巻線において更に、各渡り導体部は互いに等しい長さを有する。
このようにすれば、波巻き巻線すなわちコイル製造作業を簡素化することができる。すなわち、コイルエンドにて径方向に隣接する二つの渡り導体部のうち、径内側の渡り導体部のピッチすなわち周方向幅Ｌｉは、渡り導体部の厚さをｔ、径内側の渡り導体部のコア中心からの半径をｒとした場合、径外側の渡り導体部のピッチすなわち周方向幅Ｌｏよりも、ｒ／（ｒ＋ｔ）の割合で短くなっている。ところが本構成では、各渡り導体部の長さは等しいので、その結果、径内側の渡り導体部は径外側の渡り導体部よりも軸方向に突出することになる。
【００１１】
換言すれば、スロット挿入前に各渡り導体部を等ピッチで作成したとしても、径内側の渡り導体部の軸方向先端部を径外側の渡り導体部のそれに比較して軸方向へ突出させることにより渡り導体部のピッチすなわち周方向幅を再調整して問題なくスロット導体部をスロットへ挿入することができる。
したがって、この実施例によれば、請求項１記載のコイルエンド冷却効果の向上の他に製造作業の簡素化を実現することができる。
【００１２】
請求項４記載の製造方法は、上述した請求項３記載の等長の渡り導体部をもつ波巻き巻線の製造方法であって、各渡り導体部を等ピッチで形成した後で、かつ、各渡り導体部をスロットに挿入する前に、各スロット導体部がそれぞれスロット内で径方向に隣接可能なように渡り導体部の塑性変形により各渡り導体部のピッチを調整するので、簡単に上記板状山形渡り導体式波巻きコイルを作成することができる。
【００１３】
なお、上記ピッチ調整は、渡り導体部の塑性変形で行ってもよく、弾性変形で行ってもよい。また、スロット導体部の一端側の渡り導体部の軸方向先端部と、スロット導体部の他端側の渡り導体部の軸方向先端部とを互いに逆向きに引っ張って調整することができる。なお、本構成のほかに渡り導体部の軸方向先端部を適切な角度に一挙に折り曲げて作成してもよい。
【００１４】
【発明を実施するための態様】
本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。
【００１５】
【実施例１】
本発明の波巻き巻線を固定子巻線に適用した三相モータの実施例を説明する。図１はこのモータの固定子の平面図を示し、図２は正面図を示し、図３〜図１０に固定子コイル作成手順を示し、図１１はコイルエンドの径外側に位置する渡り導体部２１を示し、図１２はコイルエンドの径内側に位置する渡り導体部２１を示す。
【００１６】
１は薄板状の電極鋼板を積層した固定子コアで、内径側に開口する多数のスロットを有する。各スロット内には、星型接続された三相二層波巻き型の固定子コイル（以下、単にコイルともよぶ）２が巻装されており、スロット入り口部には、コイルのスロットからの飛出しを防止する板状のウエッジ４が嵌着されている。また、スロットの内周部にはコイル２とコア１とを絶縁するインシュレータ３が挿入されている。
【００１７】
コイル２は、スロット内に挿入される直線状のスロット導体部２１と、スロット導体部２１と一体に形成される渡り導体部２２とを有し、渡り導体部２２の両端は、２スロット挟んだ両側のスロットに挿入される一対のスロット導体部２１の同一端部に個別に接続されている。コイル２は、図１に示すように、三つの相コイル２ａ、２ｂ、２ｃからなり、スロット導体部２１は、図３に示すように、各相コイル２ａ、２ｂ、２ｃの始端２３〜２５からみて離れる往き方向へ延在する往き導体部２１ａと、各相コイル２ａ、２ｂ、２ｃの始端２３〜２５からみて近づく還り方向へ延在する還り導体部２１ｂとからなる。したがって、スロット両側のコイルエンド部２ｄは、正確にはスロット導体部２１の両側の端部と渡り導体部２２とで構成され、各渡り導体部２２は、図１に示すように、スロット導体部２１に対して周方向へ斜めに折れ曲がっており、渡り導体部２２の中央部で折り曲げられて、その軸方向先端部で山形になっている。
【００１８】
更に詳しく言えば軸方向先端部にて径方向に折り重ねられて重なる折り曲げ端部２２ａを各一個づつ有する。したがって、渡り導体部２２の軸方向先端部２２ａのこの折り重ねにより、この渡り導体部２２の両端から延在する一対のスロット導体部２１にその厚さに等しい径方向変位が付与される。なお、渡り導体部２２の軸方向先端部２２ａを折り重ねる代わりに、塑性変形により段差部を形成しても、同様に渡り導体部２２の両端から延在する一対のスロット導体部２１にその厚さに等しい径方向変位が付与することができる。そして、渡り導体部２２のこの軸方向先端部２２ａは隣接する渡り導体部２２とは径方向に重ならないので、上記径方向の折り曲げ又は段差付与が支障なく実施できるようになっている。
【００１９】
以下、コイル２について更に詳しく説明する。
コイル２は、図３に示すように、１スロットピッチずつ離れて平行に配列された６本のコイル導体２０１〜２０６を有し、コイル導体２０１、２０４が相コイル２ａを構成し、コイル導体２０３、２０６が相コイル２ｂを構成し、コイル導体２０２、２０５が相コイル２ｃを構成している。各コイル導体２０１〜２０６は固定子コア１の径方向に薄く周方向に広い略角形断面形状を有している。
【００２０】
また、第ｍ（ｍは整数）番目のコイル導体の第ｎ（ｎは整数）番目のスロット導体部２１は、第ｍ番目のコイル導体の第ｎ−１番目又は第ｎ＋１番目のスロット導体部２１が収容されるスロットに対して電気角１８０度離れたスロット、すなわち、３スロットピッチ離れたスロットに収容されている。なお、この３スロットピッチ離れたスロットには、第ｍ−３番目又は第ｍ＋３番目のコイル導体のスロット導体部２１とともに収容される。
【００２１】
更に、６本のコイル導体２０１〜２０６の各始端のうち、２、４、６番目の始端は互いに短絡されて中性点とされ、残る１、３、５番目の始端は、三相星型接続された各相コイル２ａ、２ｂ、２ｃの端子をなす。
コイル導体２０１〜２０６の具体的な製造方法について図３〜図１０にに示す作製手順を参照して説明する。
【００２２】
まず、図３に示すように、６本のコイル導体２０１〜２０６を１スロットピッチずつ離れて平行に配置する。スロット導体部２１及び渡り導体部２２はそれぞれ直線帯状に形成されており、渡り導体部２２はスロット導体部２１に対して適当な角度（ここでは約６０度）で斜設されている。なお、２３はコイル導体２０１の始端であり、２４はコイル導体２０３の始端であり、２５はコイル導体２０５の始端であり、２６はコイル導体２０２の始端であり、２７はコイル導体２０４の始端であり、２８はコイル導体２０６の始端である。
【００２３】
次に、図４に示すように、コイル導体２０１〜２０６の始端２３〜２８から数えて最初の６個の渡り導体部２２をその中央部（図３に破線で示す）で、最初のスロット導体部２１が下となるように（谷折りで）折り曲げる。なお、図３において、各コイル導体２０１〜２０６の始端２３〜２８から数えて最初のスロット導体部２１と次のスロット導体部２１とは３スロットピッチ離れて形成されており、これによりコイル導体２０１の二番目のスロット導体部２１はコイル導体２０４の最初のスロット導体部２１の上に重なり、以下同様に、コイル導体２０２の二番目のスロット導体部２１はコイル導体２０５の最初のスロット導体部２１の上に重なり、コイル導体２０３の二番目のスロット導体部２１はコイル導体２０６の最初のスロット導体部２１の上に重なる。
【００２４】
次に、図５に示すように、コイル導体２０１〜２０６の始端２３〜２８から数えて二番目の６個の渡り導体部２２をその中央部（図４に破線で示す）で、二番目のスロット導体部２１が三番目のスロット導体部２１の上となるように（山折りで、すなわち最初の折り曲げ方向と同一回転方向へ）折り曲げる。これによりコイル導体２０１の三番目のスロット導体部２１はコイル導体２０４の二番目のスロット導体部２１の下に重なり、以下同様に、コイル導体２０２の三番目のスロット導体部２１はコイル導体２０５の二番目のスロット導体部２１の下に重なり、コイル導体２０３の三番目のスロット導体部２１はコイル導体２０６の二番目のスロット導体部２１の下に重なる。これにより、三番目のスロット導体部２１は最初のスロット導体部２１とスロット内で同じ深さ（最も深い位置）に無理なく収容される。
【００２５】
以下、図６に示すように、順次、谷折り、山折り、谷折りと同一回転方向へ折り曲げることにより、６本のコイル導体２０１〜２０６を各スロットに２層に収容する。その結果、ロータ磁極数から１を引いた回数だけ折り曲げることにより、各コイル導体２０１〜２０６は一周することになり、スロット内に２層に２ターン分のコイルが形成される。
【００２６】
次に、図７に示すように、いままでと反対回転方向へ（すなわち上記最初の２ターン形成の最後の折り曲げが谷折りとなるので、再び谷折りで）折り曲げる。これにより、その後のスロット導体部２１はスロット内で３、４層目に円滑に配置されることができる。
以下、図８に示すように、順次、谷折り、山折り、谷折りと最初の２ターンと反対回転方向へ折り曲げることにより、６本のコイル導体２０１〜２０６を各スロットに４層に収容する。その結果、再度、ロータ磁極数から１を引いた回数だけ折り曲げることにより、各コイル導体２０１〜２０６は次の一周を行うことになり、スロット内に４層に４ターン分のコイルが形成される。以下、必要なターン数が上記と同じ手順で作製される。
【００２７】
次に、所定ターンを作製した後、図８に示すように、コイル導体２０１〜２０６の最終渡り導体部２２ｂは、いままでの渡り導体部２２に対して約半分の長さとされ、かつ、コイル導体２０４〜２０６の最終渡り導体部２２ｂはそれ以外の渡り導体部２２及び最終渡り導体部２２ｂと線対称方向に斜設されている。その結果、図１０に示すように、コイル導体２０１、２０４の最終渡り導体部２２ｂの先端部は重なり、コイル導体２０２、２０５の最終渡り導体部２２ｂの先端部は重なり、コイル導体２０３、２０６の最終渡り導体部２２ｂの先端部は重なり、これら重なり部分を溶接することにより、三相ステータコイルが形成されることになる。更に具体的に説明すれば、図９に示すようにコイル導体２０１〜２０３の折り曲げを行い、その後、図１０に示すようにコイル導体２０４〜２０６の折り曲げを行って、上記重なりを形成し、溶接すればよい。
【００２８】
次に、上述のように作製されたコイル２を固定子コア１の各スロットに挿入され、次にまたはスロット挿入前にコイル導体２０２、２０４、２０６の始端を短絡して中性点とする。
以下、本実施例の要部を図１１、図１２を参照して以下に説明する。
図１１は、図２に示すように径方向に５層に隣接するスロット導体部２１及び渡り導体部２２のうち、最も径外側のスロット導体部２１及び渡り導体部２２を示し、図１２は、最も径内側のスロット導体部２１及び渡り導体部２２を示す。
【００２９】
径内側の渡り導体部２２（図１２参照）のピッチすなわち周方向幅Ｌｉは、渡り導体部２２の厚さをｔ、径内側の渡り導体部２２のコア中心からの半径をｒとした場合、径外側の渡り導体部２２のピッチすなわち周方向幅Ｌｏよりも、ｒ／（ｒ＋ｔ）の割合で短くなっている。
この渡り導体部２２の周方向幅の変更は、図３〜図１０の工程で渡り導体部２２の周方向幅がすべて等しいコイル２を作成後、スロット導体部２１の両側の渡り導体部２２、２２を治具で把持してスロット導体部２１の延在する方向へ互いに逆方向へ一挙に引っ張り、これにより渡り導体部２２の角度すなわちその周方向幅を必要な値に調整すればよい。
【００３０】
その結果、各渡り導体部２２の周方向幅はそれが挿入されるスロットのピッチに等しくなってスロット導体部２１のスロットロットへの円滑な挿入が可能となり、更に径内側の渡り導体部２２は径外側の渡り導体部２２よりも軸方向に突出することになるので、各渡り導体部２２の先端部は従来より良好に冷却空気流により冷却されることになる。
【００３１】
なお、このピッチ調整は、渡り導体部２２の塑性変形で行ってもよく、弾性変形で行ってもよい。すなわち、上記治具で両渡り導体部２２、２２をスロット導体部２１の延在する方向へ引っ張りつつ、スロット導体部２１をスロットに挿入してもよい。
【００３２】
【変形態様】
まず、導体を複数本周方向に並べて１本のコイル導体としてもよい。
また、コイル導体２０１〜２０６はあらかじめ渡り導体部２２をスロット導体部２１に対して斜設するのではなく、折り曲げ時に屈曲して渡り導体部２２としてもよい。
【００３３】
また、６本のコイル導体２０１〜２０６でたとえば偶数ターン分のコイル（本発明でいうコイル群）を作り、更に他の６本のコイル導体でたとえば偶数ターン分のコイル（本発明でいうコイル群）を作り、これらコイル群同士を半分の長さの渡り導体部２２を重ねて溶接する手法などにより接続してもよい。
コイル導体２０１と２０４、コイル導体２０２と２０５、コイル導体２０３と２０６と上述したそれぞれの最終渡り導体部で折り曲げて作製してから、図３から順にコイル成形してもよい。
【００３４】
更に、コイル導体２０２、２０４、２０６の始端を短絡する代わりにデルタ接続を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の波巻き巻線を固定子巻線に適用した三相モータの実施例における固定子の平面図である。
【図２】  図１に示す固定子の正面図である。
【図３】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図４】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図５】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図６】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図７】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図８】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図９】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図１０】  図１、図２に示す固定子コイルの作成手順を示す工程図である。
【図１１】  スロットの径外側に挿入されるスロット導体部２１及びそれから延在する渡り導体部２２を示すコイル２の展開図である。
【図１２】  スロットの径内側に挿入されるスロット導体部２１及びそれから延在する渡り導体部２２を示すコイル２の展開図である。
【符号の説明】
１は固定子コア、２はコイル、２１はスロット導体部、２２は渡り導体部、２２ａは折り曲げ端部
【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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