JP2011151953A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】接続される２つの導線の接合部の絶縁不良を抑制し得るようにした回転電機の固定子を提供する。
【解決手段】回転電機の固定子は、周方向に複数のスロット３１を有する円環状の固定子コア３０と、複数の導線を接続してなりスロットに巻装された固定子巻線とを備える。固定子巻線４０の互いに接続される２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）は、スロット３１の固定子コア内周側から引き出された一方の導線（Ｖ１−１）の端部と、スロット３１の固定子コア外周側から引き出された他方の導線（Ｖ１−２）の端部とが、固定子巻線４０のコイルエンド端面４２ａ上を通る渡り部７０を介して接合されることにより接続されている。２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の端部同士の接合部７２は、渡り部７０よりも固定子コア３０の軸方向端面に近い所に位置している。
【選択図】図１８

Description

本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子に関する。

従来より、回転電機の固定子として、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、周方向の異なるスロットに収容されるスロット収容部とスロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部とを有する複数の導線を接続してなりスロットに巻装された固定子巻線と、を備えたものが一般的に知られている。

そして、例えば特許文献１には、固定子巻線の互いに接続される２つの導線の接続方法として、スロットの固定子コア内周側から引き出された一方の導線の端部と、スロットの固定子コア外周側から引き出された他方の導線の端部とを、固定子巻線のコイルエンド上方で接合することにより接続させる技術が開示されている。

特開２００９−２１９３４３号公報

ところで、上記の固定子巻線では、通常、導体の外周を覆う絶縁被膜を有する導線が用いられており、２つの導線を接続する際には、それぞれの導線の端部に形成された導体露出部同士を溶接して接合するようにしている。そして、その接合部（導体露出部およびその近傍の絶縁被膜）は、溶接終了後に、例えば粉体樹脂によって絶縁処理される。

しかし、溶接終了後に、接合部に後付けされた粉体樹脂は、導線の作製工程で導体の外周に設けられた絶縁被膜に比べて、強度が弱く、剥がれ易いという難点がある。そのため、図２０に示すように、固定子が回転電機のハウジング１０内に収容された際に、２つの導線５０Ａ、５０Ａの接合部５０Ｂがハウジング１０の内壁面と干渉して、粉体樹脂５０Ｃが剥がれてしまうことがあり、その場合には接合部５０Ｂの絶縁不良となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接続される２つの導線の接合部の絶縁不良を抑制し得るようにした回転電機の固定子を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットが形成された円環状の固定子コアと、複数の導線を接続してなり前記スロットに巻装された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、前記固定子巻線の互いに接続される２つの前記導線は、前記スロットの固定子コア内周側から引き出された一方の導線の端部と、前記スロットの固定子コア外周側から引き出された他方の導線の端部とが、前記固定子巻線のコイルエンド端面上を通る渡り部を介して接合されることにより接続され、２つの前記導線の前記端部同士の接合部は、前記渡り部よりも前記固定子コアの軸方向端面に近い所に位置していることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、接続される２つの導線の端部同士の接合部は、渡り部よりも固定子コアの軸方向端面に近い所に位置するようにされている。そのため、固定子が回転電機のハウジング内に収容された際に、ハウジングの内壁面は、２つの導線の接合部よりも先に渡り部と干渉するため、接合部がハウジングの内壁面と干渉し難くすることができる。これにより、２つの導線の接合部の絶縁不良を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、前記固定子コアの軸方向端面を基準とした前記接合部の高さは、前記渡り部の高さよりも低くなっていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、２つの導線の接合部を、渡り部よりも固定子コアの軸方向端面に近い所に位置させることができるので、２つの導線の接合部の絶縁不良を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、一方の前記導線は、前記固定子コアの径方向外方に屈曲する屈曲部と、該屈曲部から前記固定子コアの径方向外方に延出する前記渡り部と、を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、一方の導線に屈曲部と渡り部が設けられることによって、２つの導線の接合部を、固定子コアの外周側に設けることができる。これにより、２つの導線の接合部が、固定子コアの内周側に配設される回転子と干渉しないようにすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記屈曲部の屈曲開始位置は、前記コイルエンド端面よりも軸方向外方に位置していることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、一方の導線の屈曲部が、コイルエンドの端面と内周面とが交わる角部と干渉するのを回避することができる。即ち、一方の導線の屈曲部の屈曲開始位置が、コイルエンド端面よりも軸方向内方に位置していると、その屈曲部が、コイルエンドの端面と内周面とが交わる角部と干渉する。この状態では、一方の導線の絶縁被膜にストレスが掛かったり、一方の導線が固定子コアの内周側に出っ張ったりする問題が発生する。本発明は、これらの問題発生を回避することができる。

請求項５に記載の発明は、前記渡り部は、径方向外方に向かうにつれて前記固定子コアの軸方向端面に近づくように傾斜していることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、２つの導線の端部同士を溶接して接合する際に、溶接玉（接合部の溶融部）が接合部に集まり易くなる。そのため、溶接作業が容易になるとともに、２つの導線の端部同士をより確実に接合することができる。

請求項６に記載の発明は、前記渡り部の前記接合部側の端部と前記コイルエンド端面との間には、所定の隙間が形成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、接合部の位置を、コイルエンド端面から遠ざけることができるので、沿面距離を稼ぐことができ、トラッキング（絶縁破壊現象）の発生を防止することができる。ここで、沿面距離とは、２つの導電性部分間の絶縁物の表面に沿った最短距離のことをいう。

実施形態に係る回転電機の固定子の全体斜視図である。 実施形態に係る回転電機の固定子の平面図である。 実施形態に係る回転電機の固定子の側面図である。 実施形態に係る固定子コアの平面図である。 実施形態に係る分割コアの平面図である。 実施形態に係る固定子巻線の全体斜視図である。 実施形態に係る固定子巻線の側面図である。 実施形態に係る固定子巻線の平面図である。 実施形態に係る固定子巻線の底面図である。 （Ａ）（Ｂ）実施形態において用いられる導線の断面図である。 （Ａ）は実施形態において用いられる導線の上面図であり、（Ｂ）は導線の平面図である。 （Ａ）は実施形態において用いられる導線のターン部の形状を示す斜視図であり、（Ｂ）は隣接する複数のターン部を示す斜視図である。 （Ａ）は実施形態において用いられる導線集積体の上面図であり、（Ｂ）は導線集積体の平面図である。 実施形態において用いられる固定子巻線の結線図である。 実施形態において各スロットの最外径側に配置される各導線の第１スロット収容部の配置位置を示す説明図である。 実施形態の固定子巻線において１本の導線（Ｕ１−４’）のスロット収容部の配置位置および軌跡を示す説明図である。 実施形態においてＶ相の巻線の接続状態を示す巻線仕様図である。 実施形態に係る固定子巻線の要部を模式的に示す説明図である。 図１８の一部を拡大して示す説明図である。 従来の固定子において２つの導線の接合部がハウジングと干渉する状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る回転電機の固定子の実施形態について図１〜図２０を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機の固定子の全体斜視図である。図２は、その固定子の平面図である。図３は、その固定子の側面図である。

本実施形態の固定子２０は、例えば車両の電動機及び発電機を兼ねる回転電機に使用されるものであって、内周側に回転子（図示せず）を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を固定子２０の内周側と向き合う外周側に複数形成している。固定子２０は、図１〜図３に示すように、固定子コア３０と、複数（本実施形態では４８本）の導線５０から形成される三相の固定子巻線４０とを備えている。なお、固定子コア３０と固定子巻線４０との間には、絶縁紙を配してもよい。

次に、図４および図５を参照して固定子コア３０を説明する。図４は、本実施形態に係る固定子コアの平面図である。図５は、本実施形態に係る分割コアの平面図である。

固定子コア３０は、図４に示すように、内周に複数のスロット３１が形成された円環状を呈している。複数のスロット３１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア３０に形成されたスロット３１の数は、回転子の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。

固定子コア３０は、図５に示す分割コア３２を所定の数（本実施形態では２４個）を周方向に連結して形成されている。分割コア３２の外周には、外筒３７が嵌合されている（図１〜４参照）。分割コア３２は、一つのスロット３１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア３２との間で一つのスロット３１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア３２は、径方向内方に伸びる一対のティース部３３と、ティース部３３を径方向外方で連結するバックコア部３４とを有している。

固定子コア３０を構成する分割コア３２は、複数枚の電磁鋼板を積層させて形成されている。積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。分割コア３２は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板および絶縁薄膜を用いて形成してもよい。

次に、図６〜図９を参照して固定子巻線４０を説明する。図６は、本実施形態に係る固定子巻線の全体斜視図であり、図７はその側面図、図８はその平面図、図９はその底面図である。固定子巻線４０は、図６〜図９に示すように、複数の導線５０により円筒形状に形成されており、固定子コア３０のスロット３１内に収容されるストレート部４１と、このストレート部４１の両端においてスロット３１外に配置されるコイルエンド４２を有する。一方のコイルエンド４２の端面において、出力線および中性点が軸方向に突出するとともに、内径側から突出した導線５０の端部を外径側から突出した導線５０の端部に接続する渡り部７０が設けられている。

固定子巻線４０を構成する導線５０は、図１０（Ａ）に示すように、銅製の導体６７と、導体６７の外周を覆い導体６７を絶縁する内層６８ａ及び外層６８ｂからなる絶縁被膜６８とから形成されている。内層６８ａおよび外層６８ｂを合わせた絶縁被膜６８の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層６８ａおよび外層６８ｂからなる絶縁被膜６８の厚みが厚いので、導線５０同士を絶縁するために導線５０同士の間に絶縁紙等を挟み込む必要がなくなっているが、導線５０同士の間あるいは固定子コア３０と固定子巻線４０との間に絶縁紙を配設してもよい。

外層６８ｂはナイロン等の絶縁材で形成され、内層６８ａは外層６８ｂよりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機１００に発生する熱により外層６８ｂは内層６８ａよりも早く結晶化するため、外層６８ｂの表面硬度が高くなり、導線５０に傷がつきにくくなる。このため、後述するターン部５２に段部を形成する加工を施した導線５０の絶縁を確保することができる。

さらに、導線５０は、図１０（Ｂ）に示すように、内層６８ａおよび外層６８ｂからなる絶縁被膜６８の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材６９で被覆してもよい。これにより、融着材６９は、回転電機に発生する熱により絶縁被膜６８よりも早く溶融するので、同じスロット３１に収容されている複数の導線５０同士が融着材６９同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に収容されている複数の導線５０が一体化し導線５０同士が硬化することで、スロット３１内の導線５０の機械的強度が向上する。なお、絶縁被膜６８には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）よりなる被膜を用いてもよい。

図１１に、導線５０を平面上に展開した場合の展開図を示す。導線５０は、図１１に示すように、固定子コア３０のスロット３１内に収容されるスロット収容部５１と、スロット３１から固定子コア３０の外に突出し、周方向に異なるスロットに収容されているスロット収容部５１同士を接続しているターン部５２とを有する。この導線５０は、少なくとも、周方向の異なるスロット３１に収容される第１スロット収容部５１Ａと、第１スロット収容部５１Ａから周方向に離間したスロット３１に収容される第２スロット収容部５１Ｂと、第２スロット収容部５１Ｂから周方向に離間したスロット３１に収容される第３スロット収容部５１Ｃと、固定子コア３０の一端側におけるスロット３１の外部で第１スロット収容部５１Ａと第２スロット収容部５２Ｂを接続する第１ターン部５２Ａと、固定子コア３０の他端側におけるスロット３１の外部で第２スロット収容部５１Ｂと第３スロット収容部５１Ｃを接続する第２ターン部５２Ｂとを有している。なお、図１１に示す導線５０は、１２個のスロット収容部５１Ａ〜５１Ｌと、１１個のターン部５２Ａ〜５２Ｋを備えている。

スロット収容部５１は、図１１の左端に位置する第１スロット収容部５１Ａから順に、固定子コア３０の周方向に離間したスロット３１にそれぞれ収容される第２スロット収容部５１Ｂ、第３スロット収容部５１Ｃ、・・・、第１２スロット収容部５１Ｌの１２個からなる。また、ターン部５２は、固定子コア３０の一端側におけるスロット３１の外部と固定子コア３０の他端側におけるスロット３１の外部とで交互にスロット収容部５１同士を接続する第１ターン部５２Ａ、第２ターン部５２Ｂ、・・・、第１０ターン部５２Ｊ、および第１１スロット収容部５１Ｋと第１２スロット収容部５１Ｌを接続する第１１ターン部５２Ｋの１１個からなる。

この導線５０の隣り合うスロット収容部５１同士の周方向（矢印Ｙ方向）の離間距離Ｘは、全ての箇所で異なるようにされている。この場合、離間距離Ｘは、導線５０の第１スロット収容部５１Ａ側から第１２スロット収容部５１Ｌ側に向かうにつれて、徐々に短くなるようにされている。即ち、離間距離Ｘは、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３＞Ｘ４＞Ｘ５＞Ｘ６＞Ｘ７＞Ｘ８＞Ｘ９＞Ｘ１０＞Ｘ１１となっている。なお、離間距離Ｘは、固定子コア３０の周方向において隣り合うスロット３１同士の離間距離（スロットピッチ）を考慮して適宜設定される。

導線５０の両端には、他の導線５０等と接続するための引出し部５３ａ、５３ｂが設けられている。これら引出し部５３ａ、５３ｂの先端部には、導線５０の端末から所定距離隔てた位置までの範囲の絶縁被膜６８が剥離されることにより導体露出部６７ａが形成されている（図１８および図１９参照）。この導体露出部６７ａは、絶縁被膜６８に覆われている導体６７から延長している部分であり、断面積を削減したり、断面形状を変更したりするなどの処理は施されていない。なお、２つの導線５０が接続される際には、導体露出部６７ａ同士が溶接で接合されることにより接続される。

導線５０の一方の引出し部５３ａは、第１スロット収容部５１Ａの端末から内側（図１１の右側）へ戻るように、略半分の長さに形成されたターン部５２Ｍを介して形成されている。よって、一方の引出し部５３ａは、第１スロット収容部５１Ａからターン部５２Ｍの長さだけ内側（図１１の右側）へ寄った所に位置している。他方の引出し部５３ｂは、第１２スロット収容部５１Ｌの端末から内側（図１１の左側）へ戻るように、略半分の長さに形成されたターン部５２Ｎを介して形成されている。よって、他方の引出し部５３ｂは、第１２スロット収容部５１Ｌからターン部５２Ｎの長さだけ内側（図１１の左側）へ寄った所に位置している。他方の引出し部５３ｂの先端には、固定子巻線４０の軸方向端面上で固定子コア３０の径方向外方へ折り曲げられて配置される渡り部７０が設けられている。

ターン部５２の略中央部には、第１スロット収容部５１Ａ、第２スロット収容部５１Ｂ、第３スロット収容部５１Ｃ、・・・、第１２スロット収容部５１Ｌを導線５０の長手方向およびスロット収容部５１の長手方向に直交する方向に順次段差が生じるようにクランク部５４（図１２参照）が形成されている。その結果、導線５０は図１１（Ａ）に示すように階段状の形状を有することになる。

図１２に、図１１に示す導線５０を用いて円筒形状の固定子巻線４０を形成した場合のターン部５２の形状を示す斜視図を示す。図１２（Ａ）に示すように、固定子コア３０の径方向に変位して固定子コア３０の端面３０ａに沿って延びるクランク部５４を有する。クランク部５４のクランク形状によるずれ量（径方向への変位量）は、ターン部５２の径方向厚み分である。これにより、ターン部５２によって接続されたスロット収容部５１同士は、ターン部５２の径方向厚み分だけ変位している。このようにクランク部５４がターン部５２に設けられていることにより、図１２（Ｂ）に示すように周方向に隣接している導線５０のターン部５２同士を密に巻回できる。また、図１２（Ｂ）に示すように周方向に隣接するターン部５２は互いに同じ形状であり、ターン部５２同士が干渉するのを防止している。

また、スロット３１から固定子コア３０の外に突出するターン部５２の突出箇所に、導線５０がまたがって設置されているスロット同士に向けて固定子コア３０の軸方向両側の端面３０ａに沿って段部５５が形成されている。これにより、スロット３１から突出している導線５０のターン部５２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部５２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、導線５０がまたがって設置されているスロット同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。

また、固定子コア３０の端面３０ａに沿った段部５５の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、導線５０の段部５５が周方向に隣り合うスロットから突出する導線５０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出する導線５０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンド４２の高さが高くなったり、あるいはコイルエンド４２の径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンド４２の高さが低くなる。さらに、コイルエンド４２の径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。

さらに、導線５０には、ターン部５２の略中央部のクランク部５４と、ターン部５２の突出箇所に形成した段部５５との間に、それぞれ２個の段部５６が形成されている。つまり、固定子コア３０の一方の軸方向の端面３０ａ側の導線５０のターン部５２には、１個のクランク部５４と合計６個の段部５５、５６が形成されている。これにより、クランク部５４や段部５５、５６を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部５２の高さが低くなる。クランク部５４のクランク形状も、段部５５、５６と同様に、固定子コア３０の端面３０ａに沿って形成されている。したがって、導線５０のターン部５２は、クランク部５４を挟んで両側が階段状に形成されている。

固定子巻線４０は、図１１に示した導線５０を４８本用いて形成されている。ただし、固定子巻線４０に出力線や中性点などを設けるために、渡り部７０を設けていない導線５０を適宜混在させても良い。先ず、４８本の導線５０の第１スロット収容部５１Ａをそれぞれ固定子コア３０において隣接するスロット３１の周方向距離（１スロットピッチ）だけ長手方向にずらせて順次積み重ねることにより、図１３に示すような長手方向両端部に階段状に傾斜した傾斜面を有する帯状の導線集積体４５を形成する。このように導線５０を積み重ねることで、上記の導線５０を固定子巻線４０において周方向に複数有する構成となる。

そして、その導線集積体４５を、積み重ね最初の導線５０が内側となるように巻き付け、径方向の厚みが全周で一定となるように円筒形状に形成する。この場合、各導線５０は、周方向にほぼ１周半延びた状態になっている。その後、４８本の導線５０のうち所定の導線５０の引出し部５３ａ、５３ｂを溶接で接続することにより、図６〜図９に示す固定子巻線４０が得られる。ここで、固定子巻線４０の最も外径側に位置するターン部５２は、スロット３１の最も外径側に収容されたスロット収容部５１よりも外径側に突出していないので、固定子巻線４０のコイルエンド４２の外径寸法を小さくできる。

この固定子巻線４０を構成する導線５０は、ターン部５２の略中央部に、ターン部５２の径方向厚み分だけ径方向にずれたクランク部５４が設けられていることにより、ターン部５２によって接続されたスロット収容部５１同士は、固定子コア３０の中心軸線Ｏからの半径距離ｒが、スロット収容部５１の径方向厚み分だけ異なっている。また、導線５０は、隣り合うスロット収容部５１同士の離間距離Ｘが、導線５０の第１スロット収容部５１Ａ側から第１２スロット収容部５１Ｌ側に向かうにつれて、徐々に短くなるようにされており、全ての箇所で実質的に異なっている（図８参照）。これらのことから、固定子巻線４０は、径方向に重なり合うスロット収容部５１が、周方向に位置ずれすることなく径方向一列にストレートな状態に整列し、真円筒形状により近い形状にすることができる（図６および図７参照）。

この固定子巻線４０は、複数の導線の第１スロット収容部５１Ａ同士、第２スロット収容部５１Ｂ同士、・・・、第１２スロット収容部５１Ｌ同士をそれぞれ周方向に連続するスロットに配置するとともに、第１スロット収容部５１Ａ同士、第２スロット収容部５１Ｂ同士、・・・、第１２スロット収容部５１Ｌ同士の固定子コアの中心軸線Ｏからの半径距離ｒがそれぞれ等しくなるよう配置されているので、固定子巻線４０の外径寸法および内径寸法を周方向で均一化することができる。この固定子巻線４０は、図１４に示すように、それぞれの相が１６本の導線５０を直列に接続した各相巻線４３（Ｕ、Ｖ、Ｗ）をＹ結線した三相巻線として形成されている。

図１５において、各導線５０のスロット収容部５１は、１２個の破線円と放射方向に延びる破線とが交差する位置に配置されており、最外径側と最内径側のみが矩形断面形状で表されている。また、放射方向に１列に並んだスロット収容部５１の外側には、ぞれぞれ対応する１〜４８のスロット番号が付されている（以後、図１６においても同じ）。また、スロット番号の外側には、それぞれのスロットの最外径側（第１２層）に、巻回の始端側となる第１スロット収容部５１Ａが配置される導線の番号が付されている。

各相の巻線を構成する１６本の導線５０は、８個の同一のスロット３１にスロット収容部５１が収容される８本の導線５０と、それら８個のスロット３１とは別の８個の同一のスロット３１にスロット収容部５１が収容される８本の導線５０とに分かれている。例えばＵ相の場合には、８本の導線（Ｕ１−１）〜（Ｕ１−４）および（Ｕ１−１’）〜（Ｕ１−４’）は、外径側から内径側に向かって反時計回りに巻回されて、それぞれのスロット収容部５１が、１番スロット、７番スロット、１３番スロット、１９番スロット、２５番スロット、３１番スロット、３７番スロットおよび４３番スロットに収容される。また、他の８本の導線（Ｕ２−１）〜（Ｕ２−４）および（Ｕ２−１’）〜（Ｕ２−４’）は、外径側から内径側に向かって反時計回りに巻回されて、それぞれのスロット収容部５１が、２番スロット、８番スロット、１４番スロット、２０番スロット、２６番スロット、３２番スロット、３８番スロットおよび４４番スロットに収容される。

なお、図１５には、代表として導線（Ｕ１−１）の軌跡が示されている。図１５において、黒四角で示された部分は導線（Ｕ１−１）のスロット収容部５１が配置されていることを示し、導線（Ｕ１−１）の周方向に延びる太線は、固定子コア３０の軸方向一方側（図１４の紙面手前側）に位置するターン部５２を示し、導線（Ｕ１−１）の周方向に延びる二点鎖線は、固定子コア３０の軸方向他方側（図１４の紙面後側）に位置するターン部５２を示す（以後、図１６においても同じ）。

この固定子巻線４０は、図１５に示すように、各スロット３１において、８本の導線５０のスロット収容部５１が径方向に１２層、積層された状態になっている。導線（Ｕ１−１）は、始端側の第１スロット収容部５１Ａが１番スロットの最外層（第１２層）に位置し、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが１９番スロットの最内層（第１層）に位置している。

また、固定子巻線４０を構成する４８本の導線５０は、長手方向（周方向）に１スロットピッチずつずれて配置されているので、各導線５０の始端側となる第１スロット収容部５１Ａが、４８個の各スロット３１の最外層（第１２層）に順に収容されている。下記の表１は、１番〜４８番の各スロット３１において、最外層に位置する導線の番号と、最内層に位置する導線の番号をまとめたものである。

固定子巻線４０を構成する導線５０は、各導線５０の一端側（第１スロット収容部５１Ａ側）から他端側（第１２スロット収容部５１Ｌ側）に向かうにつれて、スロット収容部５１の固定子コア３０の中心軸線Ｏからの半径距離が順次小さくなっている。本実施形態の場合、各導線５０は、ターン部５２によって接続されたスロット収容部５１同士の固定子コア３０の中心軸線Ｏからの半径方向距離がスロット収容部５１の径方向厚み分異なっている。

図１６は、固定子巻線４０を図１５の裏側から見た場合の、１本の導線（Ｕ１−４’）の軌跡を示す図である。この導線（Ｕ１−４’）は、始端側となる第１スロット収容部５１Ａが４３番スロットの第１２層（最外層）に配置され、第２スロット収容部５１Ｂが１番スロットの第１１層に配置され、第３スロット収容部５１Ｃが７番スロットの第１０層に配置され、第４スロット収容部５１Ｄが１３番スロットの第９層に配置され、最終の第１２スロット収容部５１Ｌが１３番スロットの第１層（最内層）に配置されている。即ち、導線（Ｕ１−４’）は、始端側（外径側）から終端側（内径側）に向かうにつれて、スロット収容部５１の固定子コア３０の中心軸線Ｏからの半径距離が順次小さくなっている。

よって、固定子コア３０の中心軸線Ｏから、第１スロット収容部５１Ａまでの半径距離ｒ４３と、第２スロット収容部５１Ｂまでの半径距離ｒ１と、第３スロット収容部５１Ｃまでの半径距離ｒ７と、第４スロット収容部５１Ｄまでの半径距離ｒ１３は、順次スロット収容部５１の径方向厚み分小さくなっており、以後同様に、第１２スロット収容部５１Ｌに至るまで、半径距離ｒが順次スロット収容部５１の径方向厚み分小さくなっている。すなわち、第１スロット収容部５１Ａから第１２スロット収容部５１Ｌに至るまで、半径距離が順次小さくなるのみで、途中で半径距離が大きくなることはない。

次に、１６本の導線５０を直列に接続してなる各相巻線４３（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のうち、代表としてＶ相の各相巻線４３の接続状態を、図１４、図１７および上記の表１を参照して説明する。なお、Ｕ相、Ｗ相の各相巻線もＶ相と同様の接続となっている。図１４において出力線Ｖの始端に位置する導線（Ｖ１−１）は、表１および図１７に示すように、始端側の第１スロット収容部５１Ａが５番スロットの最外層（第１２層）に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが２３番スロットの最内層（第１層）に配置されている。導線（Ｖ１−１）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが１７番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが３５番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−２）の始端側が接続されている。

導線（Ｖ１−２）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが２９番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが４７番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−３）の始端側が接続されている。導線（Ｖ１−３）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが４１番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが１１番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−４）の始端側が接続されている。導線（Ｖ１−４）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが６番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが２４番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−１）の始端側が接続されている。

導線（Ｖ２−１）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが１８番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが３６番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−２）の始端側が接続されている。導線（Ｖ２−２）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが３０番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが４８番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−３）の始端側が接続されている。導線（Ｖ２−３）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが４２番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが１２番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−４）の始端側が接続されている。

導線（Ｖ２−４）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが４８番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが１８番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−４’）の始端側が接続されている。導線（Ｖ２−４’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが３６番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが６番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−３’）の始端側が接続されている。導線（Ｖ２−３’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが２４番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが４２番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−２’）の始端側が接続されている。導線（Ｖ２−２’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが１２番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが３０番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ２−１’）の始端側が接続されている。

導線（Ｖ２−１’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが４７番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが１７番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−４’）の始端側が接続されている。導線（Ｖ１−４’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが３５番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが５番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−３’）の始端側が接続されている。導線（Ｖ１−３’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが２３番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが４１番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−２’）の始端側が接続されている。導線（Ｖ１−２’）の終端側には、始端側の第１スロット収容部５１Ａが１１番スロットの第１２層に配置され、終端側の第１２スロット収容部５１Ｌが２９番スロットの第１層に配置された導線（Ｖ１−１’）の始端側が接続されている。

次に、表１、図１１、図１７〜図１９を参照して各導線５０の接続状態を説明する。ここでは、代表として２本の導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の接続状態を説明する。一方の導線（Ｖ１−１）は、始端側となる第１スロット収容部５１Ａが５番スロットの最外層（第１２層）に配置され、終端側となる第１２スロット収容部５１Ｌが２３番スロットの最内層（第１層）に配置されている。この導線（Ｖ１−１）の終端側に設けられた引出し部５３ｂ（内周側端部）は、第１２スロット収容部５１Ｌが配置されている２３番スロットからターン部５２Ｎの長さ分だけ戻った所（２０番スロット付近）に位置している。

そして、他方の導線（Ｖ１−２）は、始端側となる第１スロット収容部５１Ａが１７番スロットの最外層（第１２層）に配置され、終端側となる第１２スロット収容部５１Ｌが３５番スロットの最内層（第１層）に配置されている。この導線（Ｖ１−２）の始端側に設けられた引出し部５３ａ（外周側端部）は、第１スロット収容部５１Ａが配置されている１７番スロットからターン部５２Ｍの長さ分だけ進んだ所（２０番スロット付近）に位置している。

一方の導線（Ｖ１−１）の引出し部５３ｂ（内周側端部）は、径方向外方側へ略直角に折り曲げられてコイルエンド４２の端面４２ａ上を径方向外方側に渡った後、その渡り部７０の先端が、固定子巻線４０の外周端部に位置する他方の導線（Ｖ１−２）の引出し部５３ａ（外周側端部）の先端部に溶接接合されることにより接続されている（図６〜図９参照）。一方の導線（Ｖ１−１）の引出し部５３ｂおよび他方の導線（Ｖ１−２）の引出し部５３ａの先端部には、端末から所定距離隔てた位置までの範囲の絶縁被膜６８が剥離されていることによって導体露出部６７ａが形成されており、それら導体露出部６７ａ同士が溶接により接合されている。

より詳細には、図１８および図１９に示すように、一方の導線（Ｖ１−１）は、固定子コア３０の径方向外方に屈曲する屈曲部７１と、屈曲部７１から固定子コア３０の径方向外方に延出する渡り部７０とを有する。この場合、屈曲部７１は、コイルエンド端面４２ａから距離Ａだけ離れた所に位置している。即ち、屈曲部７１の屈曲開始位置Ｓ１は、コイルエンド端面４２ａよりも軸方向外方（図１８、図１９の上方）に位置している。これにより、屈曲部７１が、コイルエンド４２の端面４２ａと内周面とが交わる角部と干渉しないようにされている。

そして、渡り部７０は、径方向外方に向かうにつれて固定子コア３０の軸方向端面３０ａに近づくように傾斜している。また、渡り部７０の接合部（導体露出部６７ａ同士の接合部）側の端部は、コイルエンド端面４２ａよりも軸方向外方（図１８、図１９の上方）に位置している。即ち、渡り部７０の接合部（導体露出部６７ａ同士の接合部）側の端部コイルエンド端面４２ａとの間には、所定の隙間Ｂが形成されている。

したがって、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の導体露出部６７ａ同士の接合部７２は、渡り部７０よりも固定子コア３０の軸方向端面３０ａに近い所に位置している。即ち、固定子コア３０の軸方向端面３０ａを基準とした接合部７２の高さＨ２は、渡り部７０の高さＨ１よりも低くされている。

また、他方の導線（Ｖ１−２）の先端部には、端末から所定距離隔てた部位に曲げ加工が施されることにより、固定子コア３０の径方向外方へ略直角に屈曲する折り曲げ部７３が形成されている。他方の導線（Ｖ１−２）は、折り曲げ部７３の端末側に形成された導体露出部６７ａが、一方の導線（Ｖ１−１）の先端に形成された導体露出部６７ａと重なり合った状態で並列状に揃えられている。この場合、一方の導線（Ｖ１−１）の導体露出部６７ａは、渡り部７０と同じ角度傾斜しているので、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の導体露出部６７ａは、先端部同士が接触した状態になっている。この状態で、例えば公知のＴＩＧ溶接法などを採用して、導体露出部６７ａ同士が接合されている。なお、上記の導体露出部６７ａ同士の溶接による接合が終了した後、導体露出部６７ａおよびその近傍の絶縁被膜６８の表面には、例えば粉体樹脂（図示せず）によって絶縁処理が施される。

上記の導体露出部６７ａ同士の溶接による接合部は、コイルエンド４２の最も外径側に位置するターン部５２よりも外径側に位置している。この場合、導線（Ｖ１−１）の引出し部５３ｂ（内周側端部）の折り曲げ部は、固定子巻線４０の軸方向端面（ターン部５２の軸方向外面）上を通る渡り部７０を形成しており、２本の導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）は、渡り部７０を介して接続されている。これにより、内径側に位置するス第１２ロット収容部５１Ｌの径方向内方への膨出をより効果的に防止することができるので、内径側に位置する回転子との干渉を回避することが可能となる。

なお、渡り部７０は、図２および図８に示すように、渡り部７０の径方向両端部が、固定子コア３０（固定子巻線４０）の中心軸線Ｏから放射方向に延びる直線に沿って延びるように形成されている。渡り部７０の形状をこのようにすることによって、導線の折り曲げを容易にするとともに、溶接接合を容易にすることができる。

また、この渡り部７０は、図２および図８に示すように、固定子巻線４０の軸方向端面上において、周方向に略３／４周する範囲の領域に設けられている。そして、固定子巻線４０の軸方向端面上の残り１／４周する範囲の領域には、中性点Ｖ、出力線Ｗ、中性点Ｕ、出力線Ｖ、中性点Ｗおよび出力線Ｕの引出し部が順番に並んで設けられている。即ち、固定子巻線４０の軸方向端面において、中性点Ｕ、Ｖ、Ｗの引出し部と同じ領域に出力線Ｕ、Ｖ、Ｗの引出し部が設けられているとともに、渡り部７０が設けられる領域と中性点Ｕ、Ｖ、Ｗおよび出力線Ｕ、Ｖ、Ｗの引出し部が設けられる領域が分離されている。

上記のように構成された固定子巻線４０は、外周側から分割コア３２が挿入されることによって固定子コア３０と組み付けられている（図１〜図３参照）。これにより、固定子巻線４０を構成する導線５０は、固定子コア３０の内周側で周方向に沿って波巻きされた状態に組み付けられている。導線５０のターン部５２によって接続されたスロット収容部５１同士は、所定のスロットピッチ（本実施形態では、３相×２個＝６スロットピッチ）だけ離間したスロット３１に収容されている。隣り合うスロット収容部５１同士を接続するターン部５２は、固定子コア３０の軸方向の両端面からそれぞれ突出し、その突出している部分によりコイルエンドが形成されている。

以上のように構成された本実施形態の回転電機の固定子によれば、接続される２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の端部同士の接合部７２は、渡り部７０よりも固定子コア３０の軸方向端面３０ａに近い所に位置するようにされている。そのため、固定子２０が回転電機のハウジング内に収容された際に、ハウジングの内壁面は、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の接合部７２よりも先に渡り部７０と干渉するため、接合部７２がハウジングの内壁面と干渉し難くすることができる。これにより、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の接合部７２の絶縁不良を抑制することができる。

また、本実施形態では、一方の導線（Ｖ１−１）は、屈曲部７１と渡り部７０とを有することから、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の接合部７２を、固定子コア３０の外周側に設けることができる。これにより、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の接合部７２が、固定子コア３０の内周側に配設される回転子と干渉しないようにすることができる。

また、屈曲部７１の屈曲開始位置Ｓ１は、コイルエンド端面４２ａよりも軸方向外方に位置しているので、一方の導線（Ｖ１−１）の屈曲部７１が、コイルエンド４２の端面４２ａと内周面とが交わる角部と干渉するのを回避することができる。即ち、一方の導線（Ｖ１−１）の絶縁被膜６８にストレスが掛かったり、一方の導線（Ｖ１−１）が固定子コア３０の内周側に出っ張ったりするのを回避することができる。

また、本実施形態では、渡り部７０は、径方向外方に向かうにつれて固定子コア３０の軸方向端面３０ａに近づくように傾斜していることから、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の端部（導体露出部６７ａ）同士を溶接して接合する際に、溶接玉（接合部の溶融部）が接合部７２に集まり易くなる。そのため、溶接作業が容易になるとともに、２つの導線（Ｖ１−１）（Ｖ１−２）の端部同士をより確実に接合することができる。

また、本実施形態では、渡り部７０の接合部７２側の端部とコイルエンド端面４２ａとの間には、所定の隙間Ａが形成されているので、接合部７２の位置を、コイルエンド端面４２ａから遠ざけることができる。これにより、沿面距離を稼ぐことができるため、トラッキング（絶縁破壊現象）の発生を防止することができる。

なお、上記実施形態の固定子巻線４０は、第１スロット収容部５１Ａから第１２スロット収容部５１Ｌの、固定子コア４０の中心軸線Ｏからの半径距離ｒが順次小さくなるように配置された導線５０を周方向に複数有するように構成されたものであるが、このように構成されていない固定子巻線において２つの導線を接続する場合にも、本発明を適用することが可能である。

２０…固定子、 ３０…固定子コア、 ３０ａ…端面、 ３１…スロット、 ４０…固定子巻線、 ４１…ストレート部、 ４２…コイルエンド、 ４２ａ…コイルエンド端面、 ４３…各相巻線、 ４５…導線集積体、 ５０…導線、 （Ｖ１−１）…一方の導線、 （Ｖ１−１）…他方の導線、 ５１…スロット収容部、 ５２…ターン部、 ５３ａ…引出し部（外周側端部）、 ５３ｂ…引出し部（内周側端部）、 ５４…クランク部、 ５５、５６…段部、 ６７…導体、 ６７ａ…導体露出部、 ６８…絶縁皮膜、 ７０…渡り部、 ７１…屈曲部、 ７２…接合部、 ７３…折り曲げ部。

Claims (6)

1. 周方向に複数のスロットが形成された円環状の固定子コアと、複数の導線を接続してなり前記スロットに巻装された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
   前記固定子巻線の互いに接続される２つの前記導線は、前記スロットの固定子コア内周側から引き出された一方の導線の端部と、前記スロットの固定子コア外周側から引き出された他方の導線の端部とが、前記固定子巻線のコイルエンド端面上を通る渡り部を介して接合されることにより接続され、
   ２つの前記導線の前記端部同士の接合部は、前記渡り部よりも前記固定子コアの軸方向端面に近い所に位置していることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記固定子コアの軸方向端面を基準とした前記接合部の高さは、前記渡り部の高さよりも低くなっていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 一方の前記導線は、前記固定子コアの径方向外方に屈曲する屈曲部と、該屈曲部から前記固定子コアの径方向外方に延出する前記渡り部と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記屈曲部の屈曲開始位置は、前記コイルエンド端面よりも軸方向外方に位置していることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の固定子。
5. 前記渡り部は、径方向外方に向かうにつれて前記固定子コアの軸方向端面に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項３または４に記載の回転電機の固定子。
6. 前記渡り部の前記接合部側の端部と前記コイルエンド端面との間には、所定の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機の固定子。

Images