JP2005312278A - 回転電機の集中巻き型ステータコイル - Google Patents

Abstract

【課題】ティースコイルを直並列接続した相巻線をもつにもかかわらず、体格増大を抑止可能な回転電機の集中巻き型ステータコイルを提供する。
【解決手段】ティースコイル２０がティースに導体層を偶数層巻いて構成されたティース根元側取り出し型２層巻き方式の集中巻き型ステータコイルにおいて、複数のティースコイル１〜１８を直列接続してなる直列コイルユニット８Ｕ〜８Ｗ、９Ｕ〜９Ｗを一対ずつ並列接続して各相巻線が構成される。直列コイルユニット８Ｕ〜８Ｗ、９Ｕ〜９Ｗ内の各ティースコイル間を接続するティースコイル間接続線をなす複数のコイル間バスバーと、直列コイルユニットの両端から延設されて各直列コイルユニットを並列接続するためのユニット端末接続線としての複数の端末バスバーとからなる各バスバーは、コアバックの端面に隣接して配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機の集中巻き型ステータコイルに関する。

ステータコアの各ティースに集中巻きされたコイル（以下、ティースコイルとも呼称するものとする）を相ごとに接続して相巻線を構成したステータ（以下、集中巻き型ステータとも呼称するものとする）が回転電機技術分野にて提案されている。この種の集中巻き型ステータは巻装作業上、各ティースごとに分割された部分コアを組み立ててステータコアを形成する組み立てコアに採用されることが一般的である。

集中巻き型ステータのティースコイルはティースに必要なターン数だけ巻回され、隣接２ターンはティースの周面上に置いて軸方向に隣接するのが通常である。したがって、巻回の順序は、ティースの径方向一端側から開始されてティースの径方向他端側に達して一層目のコイル（以下、第一層コイルとも呼称するものとする）を構成し、その後、ティースの径方向他端側からこの第一層コイルの上に巻回されつつティースの径方向一端側に戻る二層目のコイル（以下、第二層コイルとも呼称するものとする）を構成し、その後、同様に第三層コイルを構成するように高密度巻装のために通常なされる。以下、これらの第一層コイル、第二層コイル、第三層コイルなどを「層コイル」と総称するものとする。

下記の特許文献１は、ティースの周方向幅が一定であり、スロットが径方向内側から径方向外側へ向けて広がっている事実を利用して、径方向断面が台形のティースコイルを巻いたティースと、径方向断面が長方形のティースコイルを巻いたティースとを交互に配置することにより、スロット占積率を向上させることを提案している。
特開２００２−１１２４８４号公報 下記の特許文献２は、ティースコイルの始端をティースの根元部（又は先端部）に、終端をティースの先端部（又は根元部）に配置するティースコイル巻回方式、並びに、ティースコイルの始端および終端をティースの先端部に配置するティースコイル巻回方式を提案している。 特開２００１−１８６７０３号公報

しかしながら、特許文献１のティースコイルは、製造が複雑となるうえ、台形のティースコイルが大きな周方向幅をもつため、ステータはこの台形のティースコイルの軸方向長だけ軸方向長が増大するという問題も生じてしまう。また、特許文献２のティースコイルは次の問題を有している。すなわち、相巻線を構成するために、同一相の各ティースコイルをティースコイル間渡り線（以下、単に渡り線とも呼称するものとする）により直列または並列に接続して相巻線が構成される。しかし、特許文献２の集中巻き型ステータでは、ティースコイルの少なくとも一端がティースの先端部に存在するため、渡り線を最短距離で配置しようとすると渡り線がほとんどロータの周面に近接することなり、その振動などによりロータに接触したり、ロータの嵌入作業などに支障をきたす。また、ティースの先端部に存在するティースコイルの一端と、他のティースコイルの一端とを接続するための渡り線による接続は、ティースの端面の更に軸方向外側にて行う必要があり、集中巻き型ステータの軸方向長が増加してしまう。また、ティースに巻かれたティースコイルの更にその上に渡り線が配置されるために、ステータの軸方向長が増大してしまう。

この問題を解決するには、本出願人が出願した下記の特許文献３に記載するように、断面が略方形の平角線をティースの根元部から先端部側へ巻いた後、再びティースの根元部に戻る２層巻き方式（以下、ティース根元側取り出し型２層巻きコイルとも称する）を採用するのが好都合である。このティース根元側取り出し型２層巻きコイルによれば、ティースコイルの始端および終端にそれぞれ連なる上記渡り線（実際にはティースコイルと同一の導体線により構成され、引き出し線とも呼ぶものとする）をステータコアのコアバックすなわちステータコアの継鉄部分の端面に隣接して配置することができ、ティースコイル間と結線する渡り線をなす導体もこの部位に配置することができるため、集中巻き型ステータの軸方向長を短縮することができる。

つまり、ティースはティースコイルが２層巻き方式で巻かれているためティースコイルの分だけコアバックより大きな軸方向長をもつ。したがって、ティースコイルの引き出し線や渡り線をコアバックの端面に隣接して配置する下記の特許文献３の集中巻き型ステータによれば集中巻き型ステータの軸方向長を良好に短縮することができる。
特願２００３−０１７２３０ しかしながら、このティース根元側取り出し型２層巻きコイルでは、所定ターン数だけ巻かれた第一層コイルの上に第二層コイルを同ターン数だけ巻いていたために、ティースコイルのターン数は偶数ターンとなってしまい、同相のティースコイルを直列又は並列に接続してなる相巻線も偶数のターン数しかもつことができないという不具合があった。

また、この集中巻き型ステータにおいて電機子設計上、同相の複数の各ティースコイルを直並列接続したい場合がある。この場合、相巻線は、互いに直列接続された複数のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される複数の直列コイルユニットと、各直列コイルユニット内の各ティースコイル間を接続するティースコイル間接続線と、各直列コイルユニットの両端から延設されて各直列コイルユニットを並列接続するためユニット端末接続線とを有する。

これらティースコイル間接続線やユニット端末接続線はこの明細書では単に渡り線ともよばれるが、好適にはバスバーにより構成される。以下、ティースコイル間接続線を構成するバスバーをコイル間バスバー、ユニット端末接続線を構成するバスバーを端末バスバーとも呼ぶものとする。これらバスバーは、ステータコアやティースコイルに軸方向に隣接して配置される。

しかしながら、相巻線を複数の直列コイルユニットを並列接続して構成する場合、上記したコイル間バスバーや端末バスバーを多数必要とするため、ステータコアやティースコイルに軸方向に隣接これらバスバーを収容するバスバー配置スペースが大型化して、回転電機の体格が増大するというおそれがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ティースコイルを直並列接続した相巻線をもつにもかかわらず、体格増大を抑止可能な回転電機の集中巻き型ステータコイルを提供することをその目的としている。

上記問題点を解決するこの発明の回転電機の集中巻き型ステータコイルは、絶縁被覆コイル導体をステータコアの各ティースに順次巻回して構成される複数のターンからなり、前記各ターンが互いに同層に配置されて前記ティースの根元部から先端部に進行する第一層コイルと、絶縁被覆コイル導体を前記第一層コイル上に順次巻回して構成される複数のターンからなり、前記第一層コイルの最終ターンから折り返す開始ターンから始まる前記各ターンが互いに同層に配置されて前記ティースの先端部から根元部に進行する第二層コイルとを有し、巻き始め端および巻き終わり端が前記ティースの根元部近傍に配置されるティースコイルを前記ティースの数だけ有し、前記ティースコイルは、その巻き始め端および巻き終わり端から前記ステータコアのコアバック側へ引き出される一対の引き出し線を有する回転電機の集中巻き型ステータコイル（ティース根元側取り出し型２層巻き方式の集中巻き型ステータコイル）である。

このティース根元側取り出し型２層巻きコイルによれば、ティースコイルは、ティースのコアバック側から（ティースの根元部から）巻き始め、ティースの先端部で折り返してティースの根元部に達する第一層コイルと第二層コイルとのペアを有している。このペアは１を含む必要数だけ順次配置することができ、結局、偶数個の層コイルがティースに巻回される。これにより、ティースコイルの巻き始め端および巻き終わり端をティースの根元部側すなわちステータコアのコアバック近傍に配置することができるので、ティースコイル間を接続するティース間の渡り線を最短で結んでその抵抗損失増加を抑止しつつ、渡り線、並びに、渡り線とティースコイルの引き出し線との接続部分をロータの周面から遠ざけることが可能となり、それらがロータに接触したり、ロータの嵌入作業が難しくなるという問題を良好に解決することができる。また、ティースコイルの巻き始め端と巻き終わり端とをティースの根元側に配置することができるために、ティースコイルの引き出し線や渡り線はステータコアのコアバックの端面に隣接して配置することができ、ステータの軸方向長を増加させることがない。

本発明では特に、ティース根元側取り出し型２層巻きコイルにおいて、相巻線が、複数のティースコイルを直列接続してなる直列コイルユニットを複数並列接続して構成される。このティースコイルの直並列接続により、ステータコイル設計の自由度を増大することができ、与えられた電機子電圧、電機子電流などの回路仕様やティースコイルの導体断面積などの物理的仕様とのより好適な組み合わせを実現することが可能となる。

本発明では更に、ティースコイルが直並列接続された相巻線をもつティース根元側取り出し型２層巻きコイル（以下、直並列接続ティース根元側取り出し型２層巻きコイルとも言う）において、直列コイルユニット内の各ティースコイル間を接続するティースコイル間接続線をなす複数のコイル間バスバーと、直列コイルユニットの両端から延設されて各直列コイルユニットを並列接続するためのユニット端末接続線としての複数の端末バスバーとを有し、前記コイル間バスバー及び端末バスバーが、前記コアバックの端面に隣接して配置されていることを特徴とする。

このようにすれば、相巻線を構成するための各ティースコイル間のバスバーなどの渡り線の電気抵抗値を減少することができる。また、ティースコイルがティースやコアバックの端面よりも軸方向に膨らんでいることを利用して、このティースコイルの径方向外側にこれらバスバー（渡り線）を敷設することができるため、集中巻き型ステータの軸方向厚さの増大を防止することができ、モータの薄型化及び小型軽量化を実現した直並列接続ティース根元側取り出し型２層巻きコイルを実現することができる。なお、この直並列接続ティース根元側取り出し型２層巻きコイルは、後述するようにティースコイルのターン数を等価的に奇数とすることができるため、電機子設計における設計自由度を向上することができる。

好適な態様において、前記回転電機は、三相交流回転電機であり、前記相巻線は、互いに直列接続された複数個のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される第１の前記直列コイルユニット及び第２の前記直列コイルユニットを相ごとに有し、各相の前記第１の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第１バスバー群は、前記コアバックの端面に隣接しかつ互いに所定間隔を隔てて径方向へ相順に配列され、各相の前記第２の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第２バスバー群は、前記第１バスバー群に軸方向に隣接しかつ互いに所定間隔を隔てて径方向へ相順に配列されることを特徴としている。

このようにすれば、上記した種々のバスバーを相ごとにかつ直列コイルユニットごとに空間的に整理して配列することができるため、コンパクトにバスバーを配列することができる。また、バスバーと外部接続相端子との接続や、バスバーとティースコイルの引き出し線との接続などの結線処理をステータコアの一端面側にて集中的に実施できるため作業が簡単となる。なお、ステータコイルが星形接続形式を採用する場合には、中性点は、これら相順に配列された各相のバスバーを個別に収容する環状のバスバー収容空間のうち各相のバスバーが存在しない部位にて中性点用のバスバーを配列すればよいが、中性点用バスバーを新設してもよい。好適には、各バスバーは、相ごと形成されたバスバー収容溝を有してコアバックの軸方向端面に固定されたバスバーホルダに収容される。このようにすれば、各バスバーを相ごとに簡単に整理して配列することができ、バスバーの高密度配置が可能となる。

好適な態様において、前記回転電機は、三相交流回転電機であり、前記相巻線は、互いに直列接続された複数個のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される第１の前記直列コイルユニット及び第２の前記直列コイルユニットを相ごとに有し、各相の前記第１の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第１バスバー群は、前記コアバックの端面に隣接する位置から互いに所定間隔を隔てて相順に軸方向へ配列され、各相の前記第２の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第２バスバー群は、前記コアバックの端面に隣接する位置から互いに互いに所定間隔を隔てて相順に軸方向へ配列される。

このようにすれば、上記した種々のバスバーを相ごとにかつ直列コイルユニットごとに空間的に整理して配列することができるため、コンパクトにバスバーを配列することができる。また、バスバーと外部接続相端子との接続や、バスバーとティースコイルの引き出し線との接続などの結線処理をステータコアの一端面側にて集中的に実施できるため作業が簡単となる。なお、ステータコイルが星形接続形式を採用する場合には、中性点は、これら相順に配列された各相のバスバーを個別に収容する環状のバスバー収容空間のうち各相のバスバーが存在しない部位にて中性点用のバスバーを配列すればよいが、中性点用バスバーを新設してもよい。好適には、各バスバーは、相ごと形成されたバスバー収容溝を有してコアバックの軸方向端面に固定されたバスバーホルダに収容される。このようにすれば、各バスバーを相ごとに簡単に整理して配列することができ、バスバーの高密度配置が可能となる。

好適な態様において、前記回転電機は、三相交流回転電機であり、前記相巻線は、互いに直列接続された複数個のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される第１の前記直列コイルユニット及び第２の前記直列コイルユニットとを相ごとに有し、各相の前記第１の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第１バスバー群は、前記コアバックの一端面に隣接して配置され、各相の前記第２の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第２バスバー群は、前記コアバックの他端面に隣接して配置される。

このようにすれば、上記した種々のバスバーを相ごとにかつ直列コイルユニットごとに空間的に整理して配列することができるため、コンパクトにバスバーを配列することができる。特に、第１バスバー群と第２バスバー群とを空間的に分離できるとともに、第１バスバー群とティースコイルの引き出し線との接続を第２バスバー群のバスバーが邪魔することがなく、第２バスバー群とティースコイルの引き出し線との接続を第１バスバー群のバスバーが邪魔することがなく、バスバーとティースコイルの引き出し線との接続を困難化することなく、直並列接続を実現するための各バスバーをコアバックの端面に隣接配置することができ、また、バスバー収容のために利用可能な空間容積を倍増できるため、バスバーの配置も容易となる。

なお、ステータコイルが星形接続形式を採用する場合には、中性点は、これら相順に配列された各相のバスバーを個別に収容する環状のバスバー収容空間のうち各相のバスバーが存在しない部位にて中性点用のバスバーを配列すればよいが、中性点用バスバーを新設してもよい。好適には、各バスバーは、相ごと形成されたバスバー収容溝を有してコアバックの軸方向端面に固定されたバスバーホルダに収容される。このようにすれば、各バスバーを相ごとに簡単に整理して配列することができ、バスバーの高密度配置が可能となる。

好適な態様において、前記第１バスバー群の各相の前記端末バスバー及び前記第２バスバー群の各相の前記端末バスバーは、前記ステータコアの外周面に隣接する位置にて相ごとに接続されている。このようにすれば、第１バスバー群に属する直列コイルユニットの電気抵抗と、第２バスバー群に属する直列コイルユニットの電気抵抗とのばらつきを容易に低減することができる。

好適な態様において、前記第１バスバー群の端末バスバー及び前記第２バスバー群の端末バスバーの一方は、前記ステータコアのスロット内を通じて前記第１バスバー群の端末バスバー及び前記第２バスバー群の端末バスバーの他方側に延設されて、結線される。このようにすれば、第１バスバー群と第２バスバー群との接続のためのバスバー（通常は端末バスバー）を、ステータコア内に収容することができるため、回転電機の体格特にその径の増大を防止することができる。

好適な態様において、前記第１バスバー群及び第２バスバー群に属する前記各バスバーは、前記ティースから軸方向への前記ティースコイルの表面よりも軸方向ステータコア寄りに配置されている。このようにすれば、バスバーがティースコイルよりも軸方向に突出しないために、ステータの軸方向長を最小とすることができる。

好適な態様において、前記各ティースコイルは、前記相巻線を構成する前記各ティースコイルをすべて直列接続したと仮定した場合に奇数ターンをもつと見なせるターン数を有する。このようにすれば、ティース根元側取り出し型２層巻き方式の利点を確保しつつ、ティースコイルのターン数を実質的に奇数ターンとすることができ、集中巻き型ステータを用いた回転電機の設計自由度を向上することができる。

更に詳しく説明すると、相巻線に通電される電流をｉとし、ティースコイルのターン数をＮとし、相巻線はティースコイルをＹ個並列接続して相巻線を構成するとする。このようにすれば、各ティースコイルに流れる相電流は１／Ｙとなる。これは、一つのティースコイルのアンペアターンが本来のＮｉからＮｉ／Ｙになったことに等しく、これは、ティースコイルのターン数がＮ／Ｙに減少したことに等しい。したがって、ティースコイルのターン数が現実には偶数であってもティースコイルの電磁的なターン数を奇数ターンとすることができる。たとえば、ティースコイルが３０ターンをもち、相巻線が６ティースコイルを並列接続して構成されているとする。このようにすれば、実質的には、ティースコイルのターン数を５ターンと見なすことができるわけである。更にこの態様によれば、相巻線は、直列コイルユニットを２つ並列接続して構成されているため、並列数は最小の２となり、各ティースコイルに流れる電流の減少率を減らすことができる。したがって必要な１ティースコイル当たり必要なアンペアターンを確保するためのティースコイルのターン数を減らしてティースコイルの巻装を簡単化し、コイル抵抗を減らすことができる。

本発明の直並列接続ティース根元側取り出し型２層巻きコイルを以下の実施例により具体的に説明する。

（全体構造）
上記説明した直並列接続ティース根元側取り出し型２層巻きコイルを有する集中巻き型ステータの好適な実施例１を図１に示す配線図及び図２に示すステータの部分正面図を用いて説明する。ステータコア１００は、１８個のティース１１０と１個のコアバック１２０とからなる。ステータコア１００は、積層電磁鋼板からなり、実際には組み合わせコア構造を有するが、図２では組み立てコア構造の具体的な図示は省略する。組み合わせコア構造自体も本発明の要旨ではないので、説明を省略する。

各ティース１１０は、円筒状のコアバック（ヨーク）１２０の内周面から一定ピッチで径方向内側へ突出している。ティース１１０の径方向内側の表面は、図示しないロータに対面するべく部分円筒形状に形成されている。ティース１１０にはそれぞれティースコイル２０が巻装され、三相ステータコイル３０の外部接続端子３５〜３７には３相交流電圧が印加される。各ティース１１０に１個ずつ巻装された合計１８個のティースコイル２０は相ごとに６個配置され、したがって図示しないロータの１極対は３ティースコイルに相当する周方向ピッチを占めている。
（ティースコイル２０）
ティースコイル２０について図２を参照して説明する。ティースコイル２０は、樹脂被覆された銅線からなる平角線により構成されており、ティース１１０に２層巻きされている。すなわち、ティースコイル２０は、ティース１１０に巻かれた第一層コイル２１と、第一層コイル２１の上に巻かれた第二層コイル２２と、第一層コイル２１の巻き始め端に連なる引き出し線２３と、第二層コイル２２の巻き終わり端に連なる引き出し線２４とにより構成されている。ティース１１０が角柱形状を有しているために、ティースコイル２０の第一層コイル２１および第二層コイル２２は角形コイル形状を有しており、それぞれ直線状の４辺を有している。これら４辺のうち、引き出し線２３、２４が引き出される側のステータコア１の軸方向端面を前端辺と称するものとする。

引き出し線２３、２４は、図２に示すようにティース１１０を挟んでティース１１０の周方向両側に配置され、ティース１１０の軸方向一端側に配置されている。引き出し線２３、２４は、コアバック１２０の一端面に沿って径方向外側へ引き出されている。引き出し線２３は、コアバック１２０に沿って径方向内側に延設された後、ティース１１０の根元部に達し、その後、紙背側へ直角に屈曲されて第一層コイル２１の巻き始め端となり、引き出し線２４は、コアバック１２０に沿って径方向内側に延設された後、ティース１１０の根元部に達し、その後、紙背側へ直角に屈曲されて第二層コイル２２の巻き終わり端となっている。第一層コイル２１及び第二層コイル２２はそれぞれ５ターンを有し、ティースコイル２０は１０ターンを有している。第一層コイル２１の各ターンは、互いに同層に配置されてティース１１０の根元部から先端部に進行している。第二層コイル２２は、第一層コイル２１の最終ターンから折り返す開始ターンから始まる各ターンが第一層コイル２１の上に互いに同層に配置されてティース１１０の先端部から根元部に進行している。つまり、このティースコイル２０は、ティース１１０の根元部に配置される巻き始め端および巻き終わり端をもつ。

このようにすれば、ティースコイル２０の巻き始め端および巻き終わり端をティース１１０の根元部側すなわちコアバック１２０に接して配置することができるため、ティースコイル２０を他のティースコイルと接続するためのティース間の渡り線を最短で結んでその抵抗損失増加を抑止すること、渡り線並びに渡り線とティースコイル２０の引き出し線２３、２４との接続部分をロータの周面から遠ざけてそれらがロータに接触したり、ロータの嵌入作業が難しくなるのを防止すること、及び、ティースコイル２０の引き出し線や渡り線がティースコイル２０の上に乗ってステータの軸方向長が増加のを防止することが可能となる。また、この実施例では、ティースコイル２０の巻き始め端および巻き終わり端からステータコア１００のコアバック側へ引き出される一対の引き出し線２３、２４の周方向引き出し位置のずれがほとんどないため、引き出し線２３、２４と図示しない渡り線との接続が楽になる。

また、この実施例によれば、ティースコイル２０の巻き始め端および巻き終わり端はティース１１０の根元部を挟んでティース１１０の根元部の周方向両側に配置され、引き出し線２３、２４は、ティース１１の根元部の周方向両側からステータコアのコアバック側へ引き出されるので、ティースコイル２０の巻き始め端側の引き出し線２３、および、巻き終わり端側の引き出し線２４を、スロット底部に面するコアバック１２０の角部を利用して容易に径方向に折り曲げることができるとともに、これら一対の引き出し線２３、２４の間の間隔を十分に確保することができるので、引き出し線の端末処理が容易となる。また、この実施例では、一対の引き出し線２３、２４は、ティース１１０の根元部の周方向両側からコアバック１２０に対して軸方向同一側へ引き出されるので、ティースコイル２０の引き出し線２３、２４とティース間渡り用の渡り線用（中性点用渡り線を含む）との接続をコアバック１２０の軸方向一方側にて処理することができ、作業が簡単となる。
（相巻線の構成）
各ティースコイル２０により構成される三相の相巻線の構造を図１を参照して説明する。１８個のティースコイル２０を相ごとに接続して構成した三つの相巻線は、従来どおり星形接続されてもよく、デルタ接続されてもよい。図１に示す１〜１８はティースコイル２０の番号を示し、図１においてティースコイル１〜１８は、時計方向に番号順に配列されている。

各相巻線は、中性点バスバー３８をもつ第１相巻線群８と、中性点バスバー３９をもつ第２相巻線群９とを並列接続し、第１相巻線群８及び第２相巻線群９を外部接続端子３５〜３７に個別に接続して構成されている。

第１相巻線群８はＵ相の直列コイルユニット８ＵとＶ相の直列コイルユニット８ＶとＷ相の直列コイルユニット８Ｗとからなり、第２相巻線群９はＵ相の直列コイルユニット９ＵとＶ相の直列コイルユニット９ＶとＷ相の直列コイルユニット９Ｗとからなる。

各直列コイルユニット８Ｕ〜９Ｗは、それぞれ３つのティースコイル２０を直列接続して構成されている。したがって、Ｕ相の相巻線は互いに並列接続された直列コイルユニット８Ｕ、９Ｕからなり、Ｖ相の相巻線は互いに並列接続された直列コイルユニット８Ｖ、９Ｖからなり、Ｗ相の相巻線は互いに並列接続された直列コイルユニット８Ｗ、９Ｗからなる。

このようにすると、各ティースコイル２０に通電できる電流量の減少を抑止しつつ、各ティースコイル２０を直列接続したとみなした場合の等価ターン数を奇数とすることができる。すなわち、図１に示す各相巻線は、外部からみた場合、それぞれ５ターンをもつ６つのティースコイル２０を直列接続した相巻線と等価である。したがって、図２に示すティース根元側取り出し型２層巻きコイル構造を採用するにも関わらずティースコイル２０は奇数ターンをもつと考えることができる。言い換えれば、各ティースコイル２０は１０ターンをもつが、もしこれらのティースコイル２０が従来通り直列接続されているとみなすならば、各ティースコイル２０はそれぞれ５ターンをもつのと同等となる。したがって、電機子設計においてロータの各極対に対面するティースコイル２０は奇数ターンをもつとして仕様を定めることが可能となる。なお、この実施例では、ロータの１つの極対には互いに異なる相を有して順番にならぶ３つのティースコイル２０が対面する。

なお、並列回路数を増加すると渡り線の配線が複雑となりかつ各ティースコイル２０のターン数の増加とスロット占積率の低下とを招く。そこで、この実施例では並列回路数を最小の２に止めることにより、この問題を最小に抑えている。また、並列回路数が２であるために、たとえば外部接続端子３５〜３７からそれぞれ、右周りに１つの直列コイルユニットにつながる渡り線としてのバスバーを配置し、左周りに他の１つの直列コイルユニットにつながる渡り線としてのバスバーを配置すればよく、バスバーの構成を簡素化することができる。
（バスバーの配線構造）
渡り線としてのバスバーの配置方法を図３に示す相巻線展開図を参照して説明する。図３においても１〜１８は合計１８個の各ティースコイル２０の番号を示す。

ステータコア１００の軸方向一端面側にて、第１相巻線群８及び第２相巻線群９を接続するための各バスバーが配列されている。３５１〜３５６はＵ相の相巻線群のためのバスバーであり、バスバー３５１〜３５３は第１相巻線群８に所属し、バスバー３５４〜３５６は第２相巻線群９に所属している。３６１〜３６６はＶ相の相巻線群のためのバスバーであり、バスバー３６１〜３６３は第１相巻線群８に所属し、バスバー３６４〜３６６は第２相巻線群９に所属している。３７１〜３７６はＷ相の相巻線群のためのバスバーであり、バスバー３６１〜３６３は第１相巻線群８に所属し、バスバー３６４〜３６６は第２相巻線群９に所属している。

図３では、これらバスバーは、軸方向６層に配列されている。中性点バスバー３８、３９はＵ相の相巻線用のバスバー３５２、３５３、３５５、３５６が存在しない周方向部分にてこれらＵ相の相巻線用のバスバー３５２、３５３、３５５、３５６と軸方向同層に配列されている。

ティースコイル２０の引き出し線とバスバーとの配置を図４に示す。図４では周方向に延設される渡り線としての６層のバスバーがコアバック１２０の端面に隣接して径方向に順番に配列され、最も径方向内側の渡り線をなすバスバーが第１層目、最も径方向外側の渡り線をなすバスバーが第６層目を構成している。ただし、図４において、各バスバーは必ずしも周方向同位置に存在するわけではなく単にその径方向位置を示すだけであることは図３から明らかである。

ティースコイル２０の引き出し線２３は、これら渡り線としての各バスバーに隣接してティースコイル２０から径方向外側へ延設されている。引き出し線２４も同じである。図４では、引き出し線２３はバスバー３７１に接続されている。すなわち、この実施例では、周方向への渡り線としてのバスバーが軸方向第１列の位置に径方向へ６層に配列され、引き出し線２３、２４が軸方向第２列の位置に径方向外側へ延設されているため、径方向外側へ延設される引き出し線２３、２４は、周方向への渡り線としてのバスバーと空間的に重なることはなく、問題なく、バスバーと引き出し線とを接続することができる。

また、この実施例では、第１相巻線群８を構成するティースコイル１〜９と、第２相巻線群９を構成するティースコイル１０〜１８とを、ティースコイル９とティースコイル１０との間を境界点として周方向左右に分けて配列している。これにより、第１相巻線群８のためのバスバーと、第２相巻線群９を構成するためのバスバーとも、それぞれリング状のコアバック１２０の端面のうち、半周部分づつを占有して隣接配置すればよい。

また、この実施例では、第１相巻線群８のための上記各バスバーは、相ごとに異なる軸方向位置をもつように層分け配置されており、同じく、第２相巻線群９のための上記各バスバーも、相ごとに異なる軸方向位置をもつように層分け配置されている。更に、同一相のバスバーは第１相巻線群８、第２相巻線群９という相巻線群の違いにもかかわらず同一層すなわち軸方向同層に配列されている。したがって、これらのバスバーを軸方向へ順番に配列された６層のバスバー収容溝を有するバスバーホルダに収容し、このバスバーホルダをコアバックの一端面に締結することによりバスバーの空間配置を完成することができる。このようにすれば、各相巻線を直並列された多数のティースコイル２０を用いて構成する場合でも、バスバー配置をコンパクト化してそのための必要空間を縮小することができる。
（変形態様）
上記実施例では、ティースコイル２０は２層に構成したが、偶数層とすれば、ティースコイル２０の巻き始め端と巻き終わり端とをティースコイル２０の根元部すなわちコアバック１２０に隣接して配置することができる。たとえばティースコイル２０は３０ターンを６層に配列することができる。

他の実施例を図５を参照して説明する。図５はステータコア１００に固定された１つのティースコイル２０を模式図示した図である。図５において、８１は図３に示す第１層目のバスバー群、８２は図３に示す第２層目のバスバー群、８３は図３に示す第３層目のバスバー群、９１は図３に示す第４層目のバスバー群、９２１は図３に示す第５層目のバスバー群、９３は図３に示す第６層目のバスバー群を示す。

更に詳しく説明すると、バスバー群８１は図３の１層目バスバー３５２、３５３、３８、３５５、３５６、３９からなり、バスバー群８２は図３の２層目バスバー３６２、３６３、３６５、３６６からなり、バスバー群８３は図３の３層目バスバー３７２、３７３、３７５、３７６からなる。また、バスバー群９１は図３の４層目バスバー３５１、３５４からなり、バスバー群９２は図３の５層目バスバー３６１、３６４からなり、バスバー群９３は図３の６層目バスバー３７１、３７４からなる。

図５において、第１相巻線群８に属するバスバー群８１〜８３は、コアバック１２０のややティースコイル２０に近い位置にてコアバック１２０の端面から軸方向に順番に配列されている。同じく、第２相巻線群９に属するバスバー群９１〜９３は、コアバック１２０のややティースコイル２０から離れた位置にてコアバック１２０の端面から軸方向に順番に配列されている。これら６群のバスバー群は、樹脂製のバスバーホルダの各溝に収容されることが好ましいが、樹脂台によりコアバック１２０から電気絶縁され、互いに電気絶縁されて配置されればよい。

ただし、これらのバスバー群は図５に示す１つの周方向位置に同時に配置される必要はなく、図５は単に各バスバー群の軸方向及び径方向の配置位置を示すものに過ぎない。また、これらバスバー群８１〜８３、９１〜９３は本質的に周方向へ延設される渡り線であるが、支障がなければ、引き出し線２３、２４を周方向に曲げて構成してもよい。

この実施例では、周方向への渡り線である各バスバー群８１〜８３、９１〜９３の一端は径方向内側へ屈曲して他のバスバー群を越えてティースコイル２０の引き出し線との接続位置に到達している。図３と図５とを詳細に見ると、周方向への渡り線である各バスバー群８１〜８３、９１〜９３は問題なく、他の渡り線であるバスバー群を越えることができることがわかる。すなわち、図３において、各バスバーの交点で交差する任意の二つのバスバーは軸方向に異なる位置をもつため、交差が可能となっていることがわかる。

更に詳しく説明する。バスバー３５１に接続される引き出し線はバスバー群８１〜８３に所属するバスバーと交差しない。次に、バスバー３６１に接続される引き出し線は図４においてバスバー群８２の位置を通じて径方向外側に引き出されるが、この時、図３からわかるように、バスバー群８１、９１の位置にバスバー３５１、３５２が存在するにすぎないから、この引き出し線がバスバー３５１、３５２と交差することはない。次に、バスバー３７１に接続される引き出し線は図４においてバスバー群８３の位置を通じて径方向外側に引き出されるが、この時、図３からわかるように、バスバー群８１、８２、９１、９２の位置にバスバー３５１、３５２、３６１、３６２が存在するにすぎないから、この引き出し線がこれらのバスバー３５１、３５２、３６１、３６２と交差することはない。他のバスバーについても同じである。

他の実施例を図６を参照して説明する。図６は図５で示したバスバー群の配列を変更したものであり、バスバー群９１〜９３をコアバック側にて径方向に配列し、バスバー群８１〜８３をバスバー群９１〜９３の軸方向外側にて径方向に配列したものである。この場合、径方向へ延設されてティースコイル２０の引き出し線に接続されるバスバーの径方向延設部分と、周方向へ延設される他のバスバーの周方向延設部分との交差の問題を解決する必要が生じる。

なお、上記した各実施例において、外部接続端子３５、３６、３７は、第１相巻線群８と第２相巻線群９との電気抵抗が相ごとにできるだけ等しい位置に配置される。これにより、第１相巻線群８と第２相巻線群９との間の電流ばらつきを低減することができる。また、上記した各実施例では、図４、図５に示したバスバー群８１〜８３、９１〜９３は、コアバック１２０よりも径方向内側、かつ、ティースコイル２０よりも軸方向内側に配置される。このようにすることにより、回転電機の小型軽量化を図ることができる。

他の実施例を図７を参照して説明する。この実施例は、第１相巻線群８の各バスバーをコアバック１２０の一端面に沿って配置し、第２相巻線群９の各バスバーをコアバック１２０の他端面に沿って配置したものである。各バスバーの配置図としては、図４に示すバスバー配置図においてコアバック１２０の端面に径方向に配列された６層のバスバーを３層に変更すれば上記交差問題は生じない。これにより、コアバック１２０の径方向幅の縮小が可能となることがわかる。すなわち、図９に示すようにバスバー群８１〜８３、９１〜９３を配列すればよい。

この実施例では、外部接続端子３５〜３７は第２相巻線群９側に配置され、第１相巻線群８のバスバー３５１、３６１、３７１は、図７〜図９に示すように、ティース１１０の間のスロットを挿通して外部接続端子３５〜３７に接続されている。
（変形態様）
図５に示すバスバー配置図において、バスバー９１、９２、９３を省略して径方向に一層、軸方向に３列にバスバーを配置すれば、上記交差問題は生じない。すなわち、図１０に示すように、バスバー群８１〜８３、９１〜９３を配列すればよい。
（変形態様）
図１１は図７に示すバスバー群８１〜８３、９１〜９３の配列を変更するものであり、バスバー群８１〜８３はティースコイル１〜３、７〜９、１３〜１５を接続して第１相巻線群８を構成し、バスバー群９１〜９３はティースコイル４〜６、１０〜１２、１６〜１８を接続して第２相巻線群９を構成している。このように配線してもよいことはもちろんである。

他の実施例を図１２を参照して説明する。この実施例は、図９において外部接続端子３５〜３７をコアバック１２０の外周面に隣接してその軸方向中央部に配置したものである。したがって、この実施例では、外部接続端子３５〜３７に接続されるバスバー３５１、３６１、３７１、３５４、３６４、３７４はコアバック１２０の外周面に隣接して外部接続端子３５〜３７に到達している。
（変形態様）
図１３は図１２に示すバスバー群８１〜８３、９１〜９３の配列を変更するものであり、バスバー群８１〜８３、９１〜９３は径方向に配列されている。

実施例１に用いる三相配線図である。 ステータの部分正面図である。 図１の三相配線におけるバスバー配列図である。 バスバー配置を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例２のバスバー配置を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例３のバスバー配置を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例４の三相配線におけるバスバー配列図である。 図７におけるバスバー配置を示す模式部分正面図である。 図７におけるバスバー配置を示す模式部分軸方向断面図である。 図９におけるバスバー配置を示す模式部分軸方向断面図である。 実施例４の三相配線におけるバスバー配列図である。 実施例４のバスバー配置を示す模式軸方向部分断面図である。 実施例４のバスバー配置を示す模式軸方向部分断面図である。

符号の説明

１ ステータコア
１〜１８ ティースコイル
８ 相巻線群
８Ｕ 直列コイルユニット
８Ｖ 直列コイルユニット
８Ｗ 直列コイルユニット
９ 相巻線群
９Ｕ 直列コイルユニット
９Ｖ 直列コイルユニット
９Ｗ 直列コイルユニット
２０ ティースコイル
２１ 第一層コイル
２２ 第二層コイル
２３ 引き出し線
２４ 引き出し線
３０ 三相ステータコイル
３５〜３７ 外部接続端子
３８、３９ 中性点バスバー（端末バスバー）
８１〜８３ バスバー群
９１〜９３ バスバー群
１００ ステータコア
１０００ 開始ターン
１１０ ティース
１２０ コアバック
２０００ 最終ターン
３５１〜３５６ バスバー
３６１〜３６６ バスバー
３７１〜３７６ バスバー
３５１、３６１、３７１ 端末バスバー
３５４、３６４、３７４ 端末バスバー
３５２、３６２、３７２ コイル間バスバー
３５３、３６３、３７３ コイル間バスバー
３５５、３６５、３７５ コイル間バスバー
３５６、３６６、３７６ コイル間バスバー

Claims (8)

1. 絶縁被覆コイル導体をステータコアの各ティースに順次巻回して構成される複数のターンからなり、前記各ターンが互いに同層に配置されて前記ティースの根元部から先端部に進行する第一層コイルと、絶縁被覆コイル導体を前記第一層コイル上に順次巻回して構成される複数のターンからなり、前記第一層コイルの最終ターンから折り返す開始ターンから始まる前記各ターンが互いに同層に配置されて前記ティースの先端部から根元部に進行する第二層コイルとを有し、巻き始め端および巻き終わり端が前記ティースの根元部近傍に配置されるティースコイルを前記ティースの数だけ有し、前記ティースコイルは、その巻き始め端および巻き終わり端から前記ステータコアのコアバック側へ引き出される一対の引き出し線を有する回転電機の集中巻き型ステータコイルであって、
   前記相巻線は、
   互いに直列接続された複数のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される複数の直列コイルユニットと、
   前記直列コイルユニット内の各前記ティースコイル間を接続するティースコイル間接続線をなす複数のコイル間バスバーと、
   前記直列コイルユニットの両端から延設されて前記各直列コイルユニットを並列接続するためのユニット端末接続線としての複数の端末バスバーと、
   を有し、
   前記コイル間バスバー及び端末バスバーは、
   前記コアバックの端面に隣接して配置されることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
2. 請求項１記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記回転電機は、三相交流回転電機であり、
   前記相巻線は、互いに直列接続された複数個のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される第１の前記直列コイルユニット及び第２の前記直列コイルユニットを相ごとに有し、
   各相の前記第１の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第１バスバー群は、前記コアバックの端面に隣接しかつ互いに所定間隔を隔てて径方向へ相順に配列され、
   各相の前記第２の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第２バスバー群は、前記第１バスバー群に軸方向に隣接しかつ互いに所定間隔を隔てて径方向へ相順に配列されることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
3. 請求項１記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記回転電機は、三相交流回転電機であり、
   前記相巻線は、互いに直列接続された複数個のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される第１の前記直列コイルユニット及び第２の前記直列コイルユニットを相ごとに有し、
   各相の前記第１の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第１バスバー群は、前記コアバックの端面に隣接する位置から互いに所定間隔を隔てて相順に軸方向へ配列され、
   各相の前記第２の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第２バスバー群は、前記コアバックの端面に隣接する位置から互いに互いに所定間隔を隔てて相順に軸方向へ配列されることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
4. 請求項１記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記回転電機は、三相交流回転電機であり、
   前記相巻線は、互いに直列接続された複数個のティースコイルにより構成されるとともに互いに並列接続される第１の前記直列コイルユニット及び第２の前記直列コイルユニットとを相ごとに有し、
   各相の前記第１の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第１バスバー群は、前記コアバックの一端面に隣接して配置され、
   各相の前記第２の直列コイルユニット用の前記コイル間バスバー及び端末バスバーからなる第２バスバー群は、前記コアバックの他端面に隣接して配置されることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
5. 請求項４記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記第１バスバー群の各相の前記端末バスバー及び前記第２バスバー群の各相の前記端末バスバーは、前記ステータコアの外周面に隣接する位置にて相ごとに接続されていることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
6. 請求項４記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記第１バスバー群の端末バスバー及び前記第２バスバー群の端末バスバーの一方は、前記ステータコアのスロット内を通じて前記第１バスバー群の端末バスバー及び前記第２バスバー群の端末バスバーの他方側に延設されて、結線されることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
7. 請求項６記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記第１バスバー群及び第２バスバー群に属する前記各バスバーは、
   前記ティースから軸方向への前記ティースコイルの表面よりも軸方向ステータコア寄りに配置されていることを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。
8. 請求項１乃至７のいずれか記載の回転電機の集中巻き型ステータコイルにおいて、
   前記各ティースコイルは、前記相巻線を構成する前記各ティースコイルをすべて直列接続したと仮定した場合に奇数ターンをもつと見なせるターン数を有することを特徴とする回転電機の集中巻き型ステータコイル。

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