JP3745707B2 - セグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機 - Google Patents
セグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車や電気自動車などの大電力を使用する車載電源系は電流低減のために数百Ｖといったバッテリの高電圧化が要求されており、このため車両用回転電機のステータコイルの耐電圧を従来の車両用回転電機より格段に向上させる必要がある。
【０００３】
本出願人の出願になる特開２０００−９２７６６は、ステータコアのスロットに挿通された多数のＵ字状のセグメント導体を順次接合して形成されたセグメント順次接合型ステータコイルを有する車両用回転電機を提案している。
【０００４】
更に説明すると、このセグメント順次接合型ステータコイルは、セグメントの一対の脚部を回転子の略磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに個別に挿通して飛び出した両端部を周方向へ曲げ、各セグメントの両脚部の先端を順次接合して形成した波巻きコイルと重ね巻きコイルとにより構成されている。また、この公報は、重ね巻きコイルを構成するスロット導体部と波巻きコイルを構成するスロット導体部とを各スロットに合計４Ｎ（Ｎは自然数）＋２本、好適には６本だけ径方向へ一列に収容させることを開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したセグメント順次接合型ステータコイルを採用する車両用回転電機は、スロット占積率が大きくできるうえコイル巻線作業が不要となるためコイル断面積を大型化しても支障が生じることがないので、小型軽量化を実現できるとともにコイル損失、発熱を減らすことができ、従来の巻き線型の車両用回転電機に比較して優れた特性を実現することができる。
【０００６】
しかし、従来の定格電圧１２Ｖの車両用回転電機を上述したようにたとえば３００Ｖ程度に高電圧化することを考えると、界磁磁束量、回転数の増大については限界があるために、ステータコイルのターン数の増加によりそれに対応せざるをえない。けれども、上記したセグメント順次接合型ステータコイルは、本質的に、それぞれ同一形状をもつ各セグメントを各スロットに径方向に積層する方式であり、ターン数を増加するには、コイル導体を径方向に薄くしてスロットに径方向へ多数のコイル導体を積層するか、又は、スロット数を増やさざるをえない。
【０００７】
しかし、コイル導体を径方向に薄くしてスロットに径方向へ多数のコイル導体を積層する方式は、コイル導体の単位断面積あたりの電気絶縁が必要なコイル導体の表面積が増加するため、電気絶縁上、好ましくない。
【０００８】
また、スロット数を増加する方式は、その分だけ、ステータコイルの極数が増加してしまうため、言い換えれば電気角２π（３相巻線であるので６スロットピッチ）あたりの占有角度が小さくなってしまうために、一定回転数あたりのステータ電圧の周波数が高くなってしまうために、インバータのスイッチング損失を増加させるなどの新たな増大を引き起こしてしまう。
【０００９】
そこで、同一スロット内に周方向に隣接して複数のコイル導体を配置することも考えられる。しかし、この場合には、たとえば同一スロット内に周方向に隣接する二つのコイル導体が周方向へ非常に近接しているために、これら二つのコイル導体がスロット両側のコイルエンドの部分で干渉するのを避けるために、コイルエンドにおける導体配置が極めて複雑化することが懸念される。また、従来、セグメント順次接合型ステータコイルにおいて、このような同一スロット内における周方向複数導体隣接配置が可能かどうかも不明である。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ステータコイルの極数増大、コイル断面の扁平化および導体間の干渉を抑止しつつセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機を提供することをその解決すべき課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、略Ｕ字状又は略Ｖ字状に形成されてステータコアの軸方向一側にて略周方向へ延在する頭部と、前記頭部の両端から延在してステータコアの所定のスロットピッチ離れた二つのスロットに別々に収容される一対のスロット導体部と、前記両スロット導体部の先端から前記スーテタコアの軸方向他側へ飛び出して略周方向へ延在する一対の飛び出し端部とをそれぞれ有する多数のセグメントを有し、前記各セグメントは前記飛び出し端部の先端部を一対ずつ接合することにより順次接続される相コイルをデルタ接続又はスター接続してなり、前記スロットは所定本数の前記スロット導体部を径方向へ一列に収容するセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機であって、
前記相コイルは、互いに異なるスロットピッチを有して互いに隣接する異なるスロットに収容される複数種類の前記セグメントを直列接続して構成されていることを特徴としている。
【００１２】
すなわち、本発明の一つの相コイルは、一対の脚部が互いに異なるスロットピッチを有する複数種類のセグメントを用い、これら複数種類のセグメントを互いに隣接する異なるスロットに収容されるので、ステータコイルの極数を増大することなく、コイル断面の扁平化することなく、セグメント間の干渉を抑止しつつ、セグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機を実現できる。
【００１３】
好適な態様において、前記スロットは、６本のスロット導体部を径方向へ一列に収容する。これにより、セグメントの断面形状が扁平化することを抑止することができる。
【００１４】
好適な態様において、同一相に属するスロット導体部は、隣接する３つの前記スロットに同一通電向きに収容され、同一相に属する前記セグメントの一対の前記スロット導体部間のピッチとして、８、９、１１の３種類のスロットピッチが採用される。この態様によれば、隣接３スロット同一相とするセグメント順次接合型ステータコイルを良好に構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機の例を図に示す各実施形態に基づいて説明する。図１はこの高電圧車両用回転電機の軸方向断面図である。
【００１６】
図１において、１は固定子（ステータ）、２は固定子鉄心、３はステータコイル、４は回転子（ロータ）、５はハウジング、６は回転軸である。
【００１７】
固定子１は、ハウジング５の周壁内周面に固定され、ロータ４が嵌着される回転軸６は一対の軸受けによりハウジング５の両端壁に回転自在に支承されて、図示しないエンジンに図示しないベルトによりプーリー結合されている。
【００１８】
ロータ４の外周面近傍には、図示しない永久磁石が周方向所定ピッチで極性交互に埋設されており、全体として永久磁石型三相ブラシレスＤＣモータ（同期モータ）を構成している。なお、ロータ構造には、ランデルポールコア構造他、種々の形式が可能であるが、このような種々の形式の同期機自体は周知であるので説明を省略する。
【００１９】
固定子１は、周知のスロットＳおよび歯部Ｔを有する固定子鉄心２と、スロットＳ内に配置された複数の電気導体（セグメント）により構成される固定子巻線（三相星形接続されたステータコイル）３と、固定子鉄心２と電気導体との間を電気絶縁するインシュレータ７とにより構成されている。
【００２０】
図２は固定子１の径方向部分断面図である。固定子鉄心２の内周面には、１８の倍数のスロットＳが周方向等間隔に配置されている。
【００２１】
ステータコイル３は、Ｕ字状の導体片（セグメントという）３０を各スロットＳへ図１において軸方向右側から左側へ挿通し、各セグメントの先端部を一対づつ溶接して形成された３個の相コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）を接続した三相星形巻線からなる。
【００２２】
セグメント３０は、図９に示すように、Ｕ字状の頭部３１と、頭部３１の両端からそれぞれ延在する一対の脚部３２とからなる。脚部は、スロットＳ内に収容されているスロット導体部３３と、固定子鉄心２の前端部から突出した後、略周方向へ屈曲し、径方向に隣接する他の飛び出し端部３４と溶接されて端部側コイルエンド８を構成する飛び出し端部３４とからなる。セグメント３０の頭部３１も固定子鉄心２の後端部から突出して頭部側コイルエンド９を構成している。
【００２３】
一つのスロットＳには、図２に示すように、６本のスロット導体部３３が径方向へ一列に配置されている。スロット導体部３３の各スロット導体部挿入位置は径方向内周面外側側から順番に、１層、２層、３層、４層、５層、６層と呼ばれるものとする。すなわち、スロット導体部３３１は１層に、スロット導体部３３２は２層に、スロット導体部３３３は３層に、スロット導体部３３４は４層に、スロット導体部３３５は５層に、スロット導体部３３６は６層に収容されている。同一セグメント３０の一対のスロット導体部３３、３３は、互いに１磁極ピッチ（電気角π）離れた一対のスロットＳに挿通され、同一のセグメント３０の一対のスロット導体部３３、３３は、径方向において異なる位置に収容されている。
【００２４】
以下、図３〜図８を参照して、この実施例の特徴をなすステータコイル３の構造、配置を説明する。ただし、三相星形巻線を構成する３つの相コイルの構造、配置は周方向へずれているだけで本質的に同じであるので、以下においてはＵ相コイルだけを説明する。図１０、図１１は、このＵ相コイルの巻線展開図である。
【００２５】
この実施例では、周方向に隣接する３つのスロットＳに同一相のスロット導体部３３が収容されている。スロット番号４〜６、１３〜１５、２２〜２４、３１〜３３、４０〜４２、４９〜５１は、Ｕ相コイルを構成するスロット導体部３３を収容するのでＵ相スロットと呼称される。スロット番号７〜９、１６〜１８、２５〜２７、３４〜３６、４３〜４５は、Ｖ相コイルを構成するスロット導体部３３を収容するのでＶ相スロットと呼称される。スロット番号１〜３、１０〜１２、１９〜２１、２８〜３０、３７〜３９、４６〜４８は、Ｗ相コイルを構成するスロット導体部３３を収容するのでＷ相スロットと呼称される。ただし、図３〜図８では、一部のスロット番号だけが図示されている。また、この明細書では、理解を簡素化するためにスロット番号と他の構成要素とは同一符号を有しているが、これらは別の構成要素であることは明らかである。
【００２６】
図３、図５、図７は、頭部側コイルエンド９を軸方向にみた部分模式側面図であり、Ｕ相コイルの頭部側コイルエンド９を構成するセグメント３０の頭部３１とスロット導体部３３との配置状態を示す。
【００２７】
図４、図６、図８は、端部側コイルエンド８を軸方向にみた部分模式側面図であり、Ｕ相コイルの端部側コイルエンド８を構成するセグメント３０の飛び出し端部３４とスロット導体部３３との配置状態を示す。
【００２８】
スロット番号２２〜２４、４０〜４２は、このＵ相電流が軸方向一側（たとえば奥側）に流れる往き導体を収容する往き導体収容スロットを構成し、スロット番号３１〜３３、４９〜５１は、このＵ相電流が軸方向他側（たとえば手前側）に流れる還り導体を収容する還り導体収容スロットを構成している。したがって、同一セグメントの一対のスロット導体部の一方は上記往き導体を、他方は還り導体を構成している。
【００２９】
Ｕ１は、それぞれ往き導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番左の往き導体スロット（最もスロット番号が小さいスロット）である。Ｕ２は、それぞれ往き導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち中央の往き導体収容スロットである。Ｕ３は、それぞれ往き導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番右の往き導体スロット（最もスロット番号が大きいスロット）である。Ｕ１’は、それぞれ還り導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番左の還り導体スロット（最もスロット番号が小さいスロット）である。Ｕ２’は、それぞれ還り導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち中央の還り導体収容スロットである。Ｕ３’は、それぞれ還り導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番右の還り導体スロット（最もスロット番号が大きいスロット）である。Ｕ相コイルは、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ１’、Ｕ２’、Ｕ３’スロットに収容されるＵ相セグメントを直列に接続して構成される。
【００３０】
ただし、この実施例では、往き導体がスロット番号４０〜４２の各スロットに収容されるか又はスロット番号３１の一層に収容されるＵ相セグメントの一部（特別Ｕ相セグメントと呼ぶ）は、通常Ｕ相セグメントと呼ばれる他のＵ相セグメントと形状および配置が異なっている。これは、これら特別Ｕ相セグメントにより、直列接続されてＵ相コイルを構成する複数の部分コイル間の接続を行うとともに、Ｕ相引き出し端子、中性点引き出し端子を構成するためである。特別Ｕ相セグメントについては後述するものとする。
【００３１】
（通常Ｕ相セグメントの説明）
通常Ｕ相セグメントは、往き導体が往き導体収容スロットＵ１に、還り導体が還り導体収容スロットＵ１’に収容されるＵ１セグメントと、往き導体が往き導体収容スロットＵ２に、還り導体が還り導体収容スロットＵ２’に収容されるＵ２セグメントと、往き導体が往き導体収容スロットＵ３に、還り導体が還り導体収容スロットＵ３’に収容されるＵ３セグメントとからなる。
【００３２】
各Ｕ１セグメントは直列接続されてＵ１コイルを構成し、各Ｕ２セグメントは互いに直列接続されてＵ２コイルを構成し、各Ｕ３セグメントは互いに直列接続されてＵ３コイルを構成する。これらＵ１コイル、Ｕ２コイル、Ｕ３コイルは互いに直列接続されてＵ相コイルを構成する。
【００３３】
Ｕ１セグメントの配置を図３、図４に示す。
【００３４】
図３において、Ｕ１セグメントは、それぞれ周方向９スロットピッチのスロット導体部ピッチを有する６種類のセグメント１０１〜１０６からなる。
【００３５】
セグメント１０１の往き導体は往き導体収容スロットＵ１（たとえば２２）の１層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１’（たとえば３１）の４層位置に収容される。セグメント１０２の往き導体は往き導体収容スロットＵ１（たとえば２２）の２層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１’（たとえば３１）の３層位置に収容される。セグメント１０３の往き導体は往き導体収容スロットＵ１（たとえば２２）の５層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１’（たとえば３１）の６層位置に収容される。
【００３６】
同様に、セグメント１０４の往き導体は往き導体収容スロットＵ１’（たとえば４９）の１層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１（たとえば５８）の４層位置に収容される。セグメント１０５の往き導体は往き導体収容スロットＵ１’（たとえば４９）の２層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１（たとえば５８）の３層位置に収容される。セグメント１０６の往き導体は往き導体収容スロットＵ１’（たとえば４９）の５層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１（たとえば５８）の６層位置に収容される。
【００３７】
セグメント１０１と１０４、セグメント１０２と１０５、セグメント１０３とセグメント１０６は同一形状となる。
【００３８】
各セグメント１０１〜１０６の１層、２層、５層の各位置の往き導体は、この往き導体が収容される往き導体スロットよりもスロット番号が大きい側の還り導体収容スロットの３層、４層、６層の各位置の還り導体と同一セグメントを構成する。各セグメント１０１〜１０６の１層、２層、５層の各位置の還り導体は、この還り導体が収容される還り導体スロットよりもスロット番号が大きい側の往き導体収容スロットの３層、４層、６層の各位置の往き導体と同一セグメントを構成する。
【００３９】
これらＵ１セグメントを構成する６種類のセグメント１０１〜１０６の飛び出し端部３４により構成される端部側コイルエンド８を図４に示す。
【００４０】
図４において、ある往き導体収容スロットＵ１の１層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が小さい還り導体収容スロットＵ１’の２層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４１】
ある往き導体収容スロットＵ１の２層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が大きい還り導体収容スロットＵ１’の１層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４２】
ある往き導体収容スロットＵ１の３層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が小さい還り導体収容スロットＵ１’の４層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４３】
ある往き導体収容スロットＵ１の４層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が大きい還り導体収容スロットＵ１’の３層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４４】
ある往き導体収容スロットＵ１の５層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が小さい還り導体収容スロットＵ１’の６層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４５】
ある往き導体収容スロットＵ１の６層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が大きい還り導体収容スロットＵ１’の５層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４６】
通常Ｕ相セグメントであるセグメント１０１〜１０６を上述したように順次接続することにより、Ｕ相部分コイルの一つを構成するＵ１コイルの通常Ｕ相セグメント部分が構成される。
【００４７】
このＵ１コイルの通常Ｕ相セグメント部分は、セグメント１０１、１０２、１０４、１０５を順次直列接続してなる通常Ｕ相セグメント部分と、セグメント１０３、１０６を順次直列接続してなる通常Ｕ相セグメント部分とからなる。
【００４８】
セグメント１０１〜１０２、１０４〜１０５の通常Ｕ相セグメント部分は、セグメント１０１の還り導体（４層）、セグメント１０１の往き導体（１層）、セグメント１０５の還り導体（２層）、セグメント１０５の往き導体（３層）、セグメント１０１の還り導体（４層）の繰り返しからなる第１コイルの通常Ｕ相セグメント部分と、セグメント１０４の往き導体（４層）、セグメント１０４の還り導体（１層）、セグメント１０２の往き導体（２層）、セグメント１０２の還り導体（３層）、セグメント１０４の往き導体（４層）の繰り返しからなる第２コイルの通常Ｕ相セグメント部分とからなる。
【００４９】
セグメント１０３、１０６の通常Ｕ相セグメント部分は、セグメント１０３の還り導体（６層）、セグメント１０３の往き導体（５層）、セグメント１０３の還り導体（６層）の繰り返しからなる第３コイルの通常Ｕ相セグメント部分と、セグメント１０６の往き導体（６層）、セグメント１０６の還り導体（５層）、セグメント１０６の往き導体（６層）の繰り返しからなる第４コイルの通常Ｕ相セグメント部分とからなる。
【００５０】
Ｕ２セグメントの配置を図５、図６に示す。
【００５１】
Ｕ２スロット（Ｕ２コイルの往き導体が収容されるスロット）とＵ２’スロット（Ｕ２コイルの還り導体が収容されるスロット）と往き導体と還り導体とが収容される通常Ｕ相セグメントは、通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６により構成される。すなわち、Ｕ２セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体とは、上述したＵ１セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体のそれと全く同じである。
【００５２】
Ｕ３セグメントの配置を図７、図８に示す。
【００５３】
Ｕ３スロット（Ｕ３コイルの往き導体が収容されるスロット）とＵ３’スロット（Ｕ２コイルの還り導体が収容されるスロット）と往き導体と還り導体とが収容される通常Ｕ相セグメントは、通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６により構成される。Ｕ３セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体とは、上述したＵ１セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体のそれと全く同じである。
【００５４】
（スロット番号３１の一層に収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
図３に示すように、略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２００は、スロット番号３１のスロットの１層に収容される還り導体を構成し、特別Ｕ相セグメント２００の先端はＵ相コイルの一端を構成している。
【００５５】
（スロット番号４０に往き導体が収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
往き導体がスロット番号４０に収容される特別Ｕ相セグメントの配置について、図３を参照して以下に説明する。
【００５６】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０１は、スロット番号４０のスロットの３層に収容される往き導体と、スロット番号３２のスロットの２層位置に収容される還り導体とを有する。
【００５７】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０２は、スロット番号４０のスロットの４層位置に収容される往き導体と、スロット番号３２のスロットの１層位置に収容される還り導体とを有する。
【００５８】
略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２０３は、スロット番号４０のスロットの５層位置に収容される往き導体を構成し、特別Ｕ相セグメント２０３の先端はＵ相コイルの他端を構成している。
【００５９】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０４は、スロット番号４０のスロットの６層位置に収容される往き導体と、スロット番号３２のスロットの５層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６０】
すなわち、スロット番号４０とスロット番号３２とを接続する特別Ｕ相セグメント２０１、２０２、２０４は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。
【００６１】
（スロット番号４１に往き導体が収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
往き導体がスロット番号４１に収容される特別Ｕ相セグメントの配置について、図５を参照して以下に説明する。
【００６２】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０１は、スロット番号４１のスロットの３層位置に収容される往き導体と、スロット番号３３のスロットの２層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６３】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０２は、スロット番号４１のスロットの４層位置に収容される往き導体と、スロット番号３３のスロットの１層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６４】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０４は、スロット番号４１のスロットの６層位置に収容される往き導体と、スロット番号３３のスロットの５層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６５】
略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２０５は、特別Ｕ相セグメント２０４と同一形状を有しており、スロット番号４１のスロットの５層位置に収容される往き導体と、スロット番号４９のスロットの６層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６６】
すなわち、スロット番号４１とスロット番号３３とを接続する特別Ｕ相セグメント２０１、２０２、２０４は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。また、スロット番号４１とスロット番号４９とを接続する特別Ｕ相セグメント２０５は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。
【００６７】
（スロット番号４２に往き導体が収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
往き導体がスロット番号４２に収容される特別Ｕ相セグメントの配置について、図７を参照して以下に説明する。
【００６８】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０６は、スロット番号４２のスロットの３層位置に収容される往き導体と、スロット番号３１のスロットの５層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６９】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０７は、スロット番号４２のスロットの４層位置に収容される往き導体と、スロット番号３１のスロットの２層位置に収容される還り導体とを有する。
【００７０】
略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２０４は、スロット番号４２のスロットの５層位置に収容される往き導体と、スロット番号５０のスロットの６層位置に収容される還り導体とを有する。
【００７１】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０８は、スロット番号４２のスロットの６層位置に収容される往き導体と、スロット番号５１のスロットの６層位置に収容される還り導体とを有する。
【００７２】
すなわち、スロット番号４２とスロット番号３１とを接続する特別Ｕ相セグメント２０６、２０７は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも２スロットピッチ多い１１スロットピッチを有している。また、スロット番号４２とスロット番号５１とを接続する特別Ｕ相セグメント２０８は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントと同じスロットピッチを有するが、往き導体と還り導体とが収容される層が同じであるため、径方向の捻りがない。更に、スロット番号４２とスロット番号５０とを接続する特別Ｕ相セグメント２０４は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。
【００７３】
結局、通常Ｕ相セグメントであるＵ１セグメントにより構成されてＵ１コイルを構成する第１〜第４コイル、通常Ｕ相セグメントであるＵ２セグメントにより構成されてＵ２コイルを構成する第１〜第４コイル、通常Ｕ相セグメントであるＵ３セグメントにより構成されてＵ３コイルを構成する第１〜第４コイルは、上記した各特別セグメント２００〜２０８により直列接続されてＵ相コイルが完成される。Ｖ相コイル、Ｗ相コイルもＵ相コイルと同じ方法により構成される。
【００７４】
（実施例の特徴および作用効果１）
図３〜図８に示す各スロットの１〜４層位置に収容される通常Ｕ相セグメント１０１、１０２、１０４、１０５において、通常Ｕ相セグメント１０１と１０４とは同一形状を有し、通常Ｕ相セグメント１０２と通常Ｕ相セグメント１０５とは同一形状を有している。通常Ｕ相セグメント１０１は、通常Ｕ相セグメント１０２の軸方向外側を回り込んで配置され、通常Ｕ相セグメント１０４は、通常Ｕ相セグメント１０５の軸方向外側を回り込んで配置される。すなわち、通常Ｕ相セグメント１０１と１０４は大回りセグメント３００（図１参照）を構成し、通常Ｕ相セグメント１０２と１０５とは小回りセグメント３０１（図１参照）を構成している。
【００７５】
図３〜図８に示す各スロットの５〜６層位置に収容される通常Ｕ相セグメント１０３、１０６において、通常Ｕ相セグメント１０３と１０６とは同一形状を有し両者は交差しないので、通常Ｕ相セグメント１０２と１０３と同様の小回りセグメント３０２（図１参照）により構成することができる。
【００７６】
すなわち、この実施例によれば、セグメントのほとんどを占める通常Ｕ相セグメントの部分において、頭部側コイルエンド９を構成するセグメントの頭部を軸方向において二重に形成することができるので、頭部側コイルエンド９の軸方向長さを短縮することができ、頭部三重構造の頭部側コイルエンドをもつ従来技術に比較して回転電機の軸方向長さを短縮することができる。又は、頭部側コイルエンド９とハウジングの後端壁との間の軸方向隙間を大きくすることができるので、冷却風の流れを向上することができる。更に、上記頭部三重構造の頭部側コイルエンドに比較して、セグメントの頭部の配線長さを短縮することができ、この部分の電気抵抗の低減による損失、発熱の低減を実現することができる。
【００７７】
（実施例の特徴および作用効果２）
この実施例では、通常Ｕ相セグメントの他にこの通常Ｕ相セグメントとスロットピッチが異なる特別Ｕ相セグメントを採用することにより、セグメント順次接合型ステータコイルにおいて隣接複数スロットに同一相のセグメントを配置できることを見いだしたものであり、セグメント順次接合型ステータコイルが奏するスロット占積率向上などの効果を奏すると同時に、隣接複数スロットを同一相とすることによる以下の効果を実現することが可能となる。
【００７８】
すなわち、隣接３スロットに同一相同一電流方向のスロット導体部３３を収容する構成を採用しているので、ステータの極数を増大することなくステータコイルのターン数を増加することができ、その結果として、回転電機を高電圧系で駆動することができ、インバータおよび配線のローコスト化および損失、発熱の低減を実現することができる。また、ステータの極数を増大しなくてもよいため、同一回転数においてステータコイル電圧の周波数を低減することができ、配線インダクタンスロスの低減、インバータのスイッチングロス（スイッチング過渡損失）の低減により、効率向上を実現することができる。
【００７９】
なお、本発明の隣接複数スロットを同相化する構成と類似する構成として、一つのスロットの周方向幅を増大し、その中に周方向に隣接して複数のスロット導体部３３を配置するセグメント配置方式が考えられる。しかし、この方式は、周方向に隣接するスロット導体部３３同士がスロット導体部３３をスロットに挿入する際にこすれあって被覆樹脂膜がはがれるのを防止するために、スロットの周方向幅に十分なマージンを必要とするため、スロット占積率が低下すること、スロット数が低下するため、騒音振動が増加すること、同一スロット内にて周方向に隣接する二つのスロット導体部３３、３３が周方向に極めて接近しているために、両者がコイルエンド部において空間的に干渉するのを回避することが容易でないことなどの欠点があった。
【００８０】
この実施例によれば、各セグメントのスロット導体部３３は必ずステータコアの歯部を介して他のセグメントのスロット導体部３３に近接するので、両者間の空間的干渉を良好に回避して、セグメント順次接合型ステータコイルの多ターン化を実現することが可能となる。
【００８１】
（変形態様）
上記実施例の特別Ｕ相セグメントの形状および配置は、一例を示すものであり、隣接複数スロットに同一相の通常Ｕ相セグメントが挿入できるものであれば、各通常Ｕ相セグメントからなる部分コイルを順次直列接続する特別Ｕ相セグメントとして、他の形状および配置を採用することができることは当然である。また、上記実施例では、同一相の隣接スロットの数を３としたが、２又は４以上としてもよいことは当然である。更に、上記実施例では、１スロットに径方向へ６本のスロット導体部（すなわち往き導体又は還り導体）を収容したが、それ以上の本数のスロット導体部を収容してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の高電圧車両用回転電機の軸方向断面図である。
【図２】図１の回転電機の径方向部分断面図である。
【図３】Ｕ１セグメントの頭部配置を示す配線図である。
【図４】Ｕ１セグメントの飛び出し端部配置を示す配線図である。
【図５】Ｕ２セグメントの頭部配置を示す配線図である。
【図６】Ｕ２セグメントの飛び出し端部配置を示す配線図である。
【図７】Ｕ３セグメントの頭部配置を示す配線図である。
【図８】Ｕ３セグメントの飛び出し端部配置を示す配線図である。
【図９】図１の回転電機のセグメントを示す平面図である。
【図１０】Ｕ相コイルの一部を示す巻線展開図である。
【図１１】Ｕ相コイルの残部を示す巻線展開図である。
【符号の説明】
２ ステータコア
３ ステータコイル
８ 端部側コイルエンド
９ 頭部側コイルエンド
３０ セグメント
３１ セグメントの頭部
３２ セグメントの脚部
３３ セグメントのスロット導体部
３４ セグメントの飛び出し端部
Ｓ スロット
３００ 大回り形状のセグメント
３０１ 小回り形状のセグメント
３０２ 小回り形状のセグメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車や電気自動車などの大電力を使用する車載電源系は電流低減のために数百Ｖといったバッテリの高電圧化が要求されており、このため車両用回転電機のステータコイルの耐電圧を従来の車両用回転電機より格段に向上させる必要がある。
【０００３】
本出願人の出願になる特開２０００−９２７６６は、ステータコアのスロットに挿通された多数のＵ字状のセグメント導体を順次接合して形成されたセグメント順次接合型ステータコイルを有する車両用回転電機を提案している。
【０００４】
更に説明すると、このセグメント順次接合型ステータコイルは、セグメントの一対の脚部を回転子の略磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに個別に挿通して飛び出した両端部を周方向へ曲げ、各セグメントの両脚部の先端を順次接合して形成した波巻きコイルと重ね巻きコイルとにより構成されている。また、この公報は、重ね巻きコイルを構成するスロット導体部と波巻きコイルを構成するスロット導体部とを各スロットに合計４Ｎ（Ｎは自然数）＋２本、好適には６本だけ径方向へ一列に収容させることを開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したセグメント順次接合型ステータコイルを採用する車両用回転電機は、スロット占積率が大きくできるうえコイル巻線作業が不要となるためコイル断面積を大型化しても支障が生じることがないので、小型軽量化を実現できるとともにコイル損失、発熱を減らすことができ、従来の巻き線型の車両用回転電機に比較して優れた特性を実現することができる。
【０００６】
しかし、従来の定格電圧１２Ｖの車両用回転電機を上述したようにたとえば３００Ｖ程度に高電圧化することを考えると、界磁磁束量、回転数の増大については限界があるために、ステータコイルのターン数の増加によりそれに対応せざるをえない。けれども、上記したセグメント順次接合型ステータコイルは、本質的に、それぞれ同一形状をもつ各セグメントを各スロットに径方向に積層する方式であり、ターン数を増加するには、コイル導体を径方向に薄くしてスロットに径方向へ多数のコイル導体を積層するか、又は、スロット数を増やさざるをえない。
【０００７】
しかし、コイル導体を径方向に薄くしてスロットに径方向へ多数のコイル導体を積層する方式は、コイル導体の単位断面積あたりの電気絶縁が必要なコイル導体の表面積が増加するため、電気絶縁上、好ましくない。
【０００８】
また、スロット数を増加する方式は、その分だけ、ステータコイルの極数が増加してしまうため、言い換えれば電気角２π（３相巻線であるので６スロットピッチ）あたりの占有角度が小さくなってしまうために、一定回転数あたりのステータ電圧の周波数が高くなってしまうために、インバータのスイッチング損失を増加させるなどの新たな増大を引き起こしてしまう。
【０００９】
そこで、同一スロット内に周方向に隣接して複数のコイル導体を配置することも考えられる。しかし、この場合には、たとえば同一スロット内に周方向に隣接する二つのコイル導体が周方向へ非常に近接しているために、これら二つのコイル導体がスロット両側のコイルエンドの部分で干渉するのを避けるために、コイルエンドにおける導体配置が極めて複雑化することが懸念される。また、従来、セグメント順次接合型ステータコイルにおいて、このような同一スロット内における周方向複数導体隣接配置が可能かどうかも不明である。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ステータコイルの極数増大、コイル断面の扁平化および導体間の干渉を抑止しつつセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機を提供することをその解決すべき課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、略Ｕ字状又は略Ｖ字状に形成されてステータコアの軸方向一側にて略周方向へ延在する頭部と、前記頭部の両端から延在してステータコアの所定のスロットピッチ離れた二つのスロットに別々に収容される一対のスロット導体部と、前記両スロット導体部の先端から前記スーテタコアの軸方向他側へ飛び出して略周方向へ延在する一対の飛び出し端部とをそれぞれ有する多数のセグメントを有し、前記各セグメントは前記飛び出し端部の先端部を一対ずつ接合することにより順次接続される相コイルをデルタ接続又はスター接続してなり、前記スロットは所定本数の前記スロット導体部を径方向へ一列に収容するセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機であって、
前記相コイルは、互いに異なるスロットピッチを有して互いに隣接する異なるスロットに収容される複数種類の前記セグメントを直列接続して構成されていることを特徴としている。
【００１２】
すなわち、本発明の一つの相コイルは、一対の脚部が互いに異なるスロットピッチを有する複数種類のセグメントを用い、これら複数種類のセグメントを互いに隣接する異なるスロットに収容されるので、ステータコイルの極数を増大することなく、コイル断面の扁平化することなく、セグメント間の干渉を抑止しつつ、セグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機を実現できる。
【００１３】
好適な態様において、前記スロットは、６本のスロット導体部を径方向へ一列に収容する。これにより、セグメントの断面形状が扁平化することを抑止することができる。
【００１４】
好適な態様において、同一相に属するスロット導体部は、隣接する３つの前記スロットに同一通電向きに収容され、同一相に属する前記セグメントの一対の前記スロット導体部間のピッチとして、８、９、１１の３種類のスロットピッチが採用される。この態様によれば、隣接３スロット同一相とするセグメント順次接合型ステータコイルを良好に構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機の例を図に示す各実施形態に基づいて説明する。図１はこの高電圧車両用回転電機の軸方向断面図である。
【００１６】
図１において、１は固定子（ステータ）、２は固定子鉄心、３はステータコイル、４は回転子（ロータ）、５はハウジング、６は回転軸である。
【００１７】
固定子１は、ハウジング５の周壁内周面に固定され、ロータ４が嵌着される回転軸６は一対の軸受けによりハウジング５の両端壁に回転自在に支承されて、図示しないエンジンに図示しないベルトによりプーリー結合されている。
【００１８】
ロータ４の外周面近傍には、図示しない永久磁石が周方向所定ピッチで極性交互に埋設されており、全体として永久磁石型三相ブラシレスＤＣモータ（同期モータ）を構成している。なお、ロータ構造には、ランデルポールコア構造他、種々の形式が可能であるが、このような種々の形式の同期機自体は周知であるので説明を省略する。
【００１９】
固定子１は、周知のスロットＳおよび歯部Ｔを有する固定子鉄心２と、スロットＳ内に配置された複数の電気導体（セグメント）により構成される固定子巻線（三相星形接続されたステータコイル）３と、固定子鉄心２と電気導体との間を電気絶縁するインシュレータ７とにより構成されている。
【００２０】
図２は固定子１の径方向部分断面図である。固定子鉄心２の内周面には、１８の倍数のスロットＳが周方向等間隔に配置されている。
【００２１】
ステータコイル３は、Ｕ字状の導体片（セグメントという）３０を各スロットＳへ図１において軸方向右側から左側へ挿通し、各セグメントの先端部を一対づつ溶接して形成された３個の相コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）を接続した三相星形巻線からなる。
【００２２】
セグメント３０は、図９に示すように、Ｕ字状の頭部３１と、頭部３１の両端からそれぞれ延在する一対の脚部３２とからなる。脚部は、スロットＳ内に収容されているスロット導体部３３と、固定子鉄心２の前端部から突出した後、略周方向へ屈曲し、径方向に隣接する他の飛び出し端部３４と溶接されて端部側コイルエンド８を構成する飛び出し端部３４とからなる。セグメント３０の頭部３１も固定子鉄心２の後端部から突出して頭部側コイルエンド９を構成している。
【００２３】
一つのスロットＳには、図２に示すように、６本のスロット導体部３３が径方向へ一列に配置されている。スロット導体部３３の各スロット導体部挿入位置は径方向内周面外側側から順番に、１層、２層、３層、４層、５層、６層と呼ばれるものとする。すなわち、スロット導体部３３１は１層に、スロット導体部３３２は２層に、スロット導体部３３３は３層に、スロット導体部３３４は４層に、スロット導体部３３５は５層に、スロット導体部３３６は６層に収容されている。同一セグメント３０の一対のスロット導体部３３、３３は、互いに１磁極ピッチ（電気角π）離れた一対のスロットＳに挿通され、同一のセグメント３０の一対のスロット導体部３３、３３は、径方向において異なる位置に収容されている。
【００２４】
以下、図３〜図８を参照して、この実施例の特徴をなすステータコイル３の構造、配置を説明する。ただし、三相星形巻線を構成する３つの相コイルの構造、配置は周方向へずれているだけで本質的に同じであるので、以下においてはＵ相コイルだけを説明する。図１０、図１１は、このＵ相コイルの巻線展開図である。
【００２５】
この実施例では、周方向に隣接する３つのスロットＳに同一相のスロット導体部３３が収容されている。スロット番号４〜６、１３〜１５、２２〜２４、３１〜３３、４０〜４２、４９〜５１は、Ｕ相コイルを構成するスロット導体部３３を収容するのでＵ相スロットと呼称される。スロット番号７〜９、１６〜１８、２５〜２７、３４〜３６、４３〜４５は、Ｖ相コイルを構成するスロット導体部３３を収容するのでＶ相スロットと呼称される。スロット番号１〜３、１０〜１２、１９〜２１、２８〜３０、３７〜３９、４６〜４８は、Ｗ相コイルを構成するスロット導体部３３を収容するのでＷ相スロットと呼称される。ただし、図３〜図８では、一部のスロット番号だけが図示されている。また、この明細書では、理解を簡素化するためにスロット番号と他の構成要素とは同一符号を有しているが、これらは別の構成要素であることは明らかである。
【００２６】
図３、図５、図７は、頭部側コイルエンド９を軸方向にみた部分模式側面図であり、Ｕ相コイルの頭部側コイルエンド９を構成するセグメント３０の頭部３１とスロット導体部３３との配置状態を示す。
【００２７】
図４、図６、図８は、端部側コイルエンド８を軸方向にみた部分模式側面図であり、Ｕ相コイルの端部側コイルエンド８を構成するセグメント３０の飛び出し端部３４とスロット導体部３３との配置状態を示す。
【００２８】
スロット番号２２〜２４、４０〜４２は、このＵ相電流が軸方向一側（たとえば奥側）に流れる往き導体を収容する往き導体収容スロットを構成し、スロット番号３１〜３３、４９〜５１は、このＵ相電流が軸方向他側（たとえば手前側）に流れる還り導体を収容する還り導体収容スロットを構成している。したがって、同一セグメントの一対のスロット導体部の一方は上記往き導体を、他方は還り導体を構成している。
【００２９】
Ｕ１は、それぞれ往き導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番左の往き導体スロット（最もスロット番号が小さいスロット）である。Ｕ２は、それぞれ往き導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち中央の往き導体収容スロットである。Ｕ３は、それぞれ往き導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番右の往き導体スロット（最もスロット番号が大きいスロット）である。Ｕ１’は、それぞれ還り導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番左の還り導体スロット（最もスロット番号が小さいスロット）である。Ｕ２’は、それぞれ還り導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち中央の還り導体収容スロットである。Ｕ３’は、それぞれ還り導体収容スロットを構成する同相隣接３スロットのうち一番右の還り導体スロット（最もスロット番号が大きいスロット）である。Ｕ相コイルは、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ１’、Ｕ２’、Ｕ３’スロットに収容されるＵ相セグメントを直列に接続して構成される。
【００３０】
ただし、この実施例では、往き導体がスロット番号４０〜４２の各スロットに収容されるか又はスロット番号３１の一層に収容されるＵ相セグメントの一部（特別Ｕ相セグメントと呼ぶ）は、通常Ｕ相セグメントと呼ばれる他のＵ相セグメントと形状および配置が異なっている。これは、これら特別Ｕ相セグメントにより、直列接続されてＵ相コイルを構成する複数の部分コイル間の接続を行うとともに、Ｕ相引き出し端子、中性点引き出し端子を構成するためである。特別Ｕ相セグメントについては後述するものとする。
【００３１】
（通常Ｕ相セグメントの説明）
通常Ｕ相セグメントは、往き導体が往き導体収容スロットＵ１に、還り導体が還り導体収容スロットＵ１’に収容されるＵ１セグメントと、往き導体が往き導体収容スロットＵ２に、還り導体が還り導体収容スロットＵ２’に収容されるＵ２セグメントと、往き導体が往き導体収容スロットＵ３に、還り導体が還り導体収容スロットＵ３’に収容されるＵ３セグメントとからなる。
【００３２】
各Ｕ１セグメントは直列接続されてＵ１コイルを構成し、各Ｕ２セグメントは互いに直列接続されてＵ２コイルを構成し、各Ｕ３セグメントは互いに直列接続されてＵ３コイルを構成する。これらＵ１コイル、Ｕ２コイル、Ｕ３コイルは互いに直列接続されてＵ相コイルを構成する。
【００３３】
Ｕ１セグメントの配置を図３、図４に示す。
【００３４】
図３において、Ｕ１セグメントは、それぞれ周方向９スロットピッチのスロット導体部ピッチを有する６種類のセグメント１０１〜１０６からなる。
【００３５】
セグメント１０１の往き導体は往き導体収容スロットＵ１（たとえば２２）の１層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１’（たとえば３１）の４層位置に収容される。セグメント１０２の往き導体は往き導体収容スロットＵ１（たとえば２２）の２層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１’（たとえば３１）の３層位置に収容される。セグメント１０３の往き導体は往き導体収容スロットＵ１（たとえば２２）の５層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１’（たとえば３１）の６層位置に収容される。
【００３６】
同様に、セグメント１０４の往き導体は往き導体収容スロットＵ１’（たとえば４９）の１層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１（たとえば５８）の４層位置に収容される。セグメント１０５の往き導体は往き導体収容スロットＵ１’（たとえば４９）の２層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１（たとえば５８）の３層位置に収容される。セグメント１０６の往き導体は往き導体収容スロットＵ１’（たとえば４９）の５層位置に、その還り導体は還り導体収容スロットＵ１（たとえば５８）の６層位置に収容される。
【００３７】
セグメント１０１と１０４、セグメント１０２と１０５、セグメント１０３とセグメント１０６は同一形状となる。
【００３８】
各セグメント１０１〜１０６の１層、２層、５層の各位置の往き導体は、この往き導体が収容される往き導体スロットよりもスロット番号が大きい側の還り導体収容スロットの３層、４層、６層の各位置の還り導体と同一セグメントを構成する。各セグメント１０１〜１０６の１層、２層、５層の各位置の還り導体は、この還り導体が収容される還り導体スロットよりもスロット番号が大きい側の往き導体収容スロットの３層、４層、６層の各位置の往き導体と同一セグメントを構成する。
【００３９】
これらＵ１セグメントを構成する６種類のセグメント１０１〜１０６の飛び出し端部３４により構成される端部側コイルエンド８を図４に示す。
【００４０】
図４において、ある往き導体収容スロットＵ１の１層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が小さい還り導体収容スロットＵ１’の２層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４１】
ある往き導体収容スロットＵ１の２層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が大きい還り導体収容スロットＵ１’の１層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４２】
ある往き導体収容スロットＵ１の３層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が小さい還り導体収容スロットＵ１’の４層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４３】
ある往き導体収容スロットＵ１の４層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が大きい還り導体収容スロットＵ１’の３層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４４】
ある往き導体収容スロットＵ１の５層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が小さい還り導体収容スロットＵ１’の６層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４５】
ある往き導体収容スロットＵ１の６層位置から出た往き導体に連なる飛び出し端部３４は、この往き導体収容スロットＵ１よりもスロット番号が大きい還り導体収容スロットＵ１’の５層位置から出た還り導体Ｕ１に連なる飛び出し端部３４に溶接される。
【００４６】
通常Ｕ相セグメントであるセグメント１０１〜１０６を上述したように順次接続することにより、Ｕ相部分コイルの一つを構成するＵ１コイルの通常Ｕ相セグメント部分が構成される。
【００４７】
このＵ１コイルの通常Ｕ相セグメント部分は、セグメント１０１、１０２、１０４、１０５を順次直列接続してなる通常Ｕ相セグメント部分と、セグメント１０３、１０６を順次直列接続してなる通常Ｕ相セグメント部分とからなる。
【００４８】
セグメント１０１〜１０２、１０４〜１０５の通常Ｕ相セグメント部分は、セグメント１０１の還り導体（４層）、セグメント１０１の往き導体（１層）、セグメント１０５の還り導体（２層）、セグメント１０５の往き導体（３層）、セグメント１０１の還り導体（４層）の繰り返しからなる第１コイルの通常Ｕ相セグメント部分と、セグメント１０４の往き導体（４層）、セグメント１０４の還り導体（１層）、セグメント１０２の往き導体（２層）、セグメント１０２の還り導体（３層）、セグメント１０４の往き導体（４層）の繰り返しからなる第２コイルの通常Ｕ相セグメント部分とからなる。
【００４９】
セグメント１０３、１０６の通常Ｕ相セグメント部分は、セグメント１０３の還り導体（６層）、セグメント１０３の往き導体（５層）、セグメント１０３の還り導体（６層）の繰り返しからなる第３コイルの通常Ｕ相セグメント部分と、セグメント１０６の往き導体（６層）、セグメント１０６の還り導体（５層）、セグメント１０６の往き導体（６層）の繰り返しからなる第４コイルの通常Ｕ相セグメント部分とからなる。
【００５０】
Ｕ２セグメントの配置を図５、図６に示す。
【００５１】
Ｕ２スロット（Ｕ２コイルの往き導体が収容されるスロット）とＵ２’スロット（Ｕ２コイルの還り導体が収容されるスロット）と往き導体と還り導体とが収容される通常Ｕ相セグメントは、通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６により構成される。すなわち、Ｕ２セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体とは、上述したＵ１セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体のそれと全く同じである。
【００５２】
Ｕ３セグメントの配置を図７、図８に示す。
【００５３】
Ｕ３スロット（Ｕ３コイルの往き導体が収容されるスロット）とＵ３’スロット（Ｕ２コイルの還り導体が収容されるスロット）と往き導体と還り導体とが収容される通常Ｕ相セグメントは、通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６により構成される。Ｕ３セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体とは、上述したＵ１セグメントの通常Ｕ相セグメント１０１〜１０６の往き導体と還り導体のそれと全く同じである。
【００５４】
（スロット番号３１の一層に収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
図３に示すように、略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２００は、スロット番号３１のスロットの１層に収容される還り導体を構成し、特別Ｕ相セグメント２００の先端はＵ相コイルの一端を構成している。
【００５５】
（スロット番号４０に往き導体が収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
往き導体がスロット番号４０に収容される特別Ｕ相セグメントの配置について、図３を参照して以下に説明する。
【００５６】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０１は、スロット番号４０のスロットの３層に収容される往き導体と、スロット番号３２のスロットの２層位置に収容される還り導体とを有する。
【００５７】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０２は、スロット番号４０のスロットの４層位置に収容される往き導体と、スロット番号３２のスロットの１層位置に収容される還り導体とを有する。
【００５８】
略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２０３は、スロット番号４０のスロットの５層位置に収容される往き導体を構成し、特別Ｕ相セグメント２０３の先端はＵ相コイルの他端を構成している。
【００５９】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０４は、スロット番号４０のスロットの６層位置に収容される往き導体と、スロット番号３２のスロットの５層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６０】
すなわち、スロット番号４０とスロット番号３２とを接続する特別Ｕ相セグメント２０１、２０２、２０４は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。
【００６１】
（スロット番号４１に往き導体が収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
往き導体がスロット番号４１に収容される特別Ｕ相セグメントの配置について、図５を参照して以下に説明する。
【００６２】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０１は、スロット番号４１のスロットの３層位置に収容される往き導体と、スロット番号３３のスロットの２層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６３】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０２は、スロット番号４１のスロットの４層位置に収容される往き導体と、スロット番号３３のスロットの１層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６４】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０４は、スロット番号４１のスロットの６層位置に収容される往き導体と、スロット番号３３のスロットの５層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６５】
略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２０５は、特別Ｕ相セグメント２０４と同一形状を有しており、スロット番号４１のスロットの５層位置に収容される往き導体と、スロット番号４９のスロットの６層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６６】
すなわち、スロット番号４１とスロット番号３３とを接続する特別Ｕ相セグメント２０１、２０２、２０４は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。また、スロット番号４１とスロット番号４９とを接続する特別Ｕ相セグメント２０５は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。
【００６７】
（スロット番号４２に往き導体が収容される特別Ｕ相セグメントの説明）
往き導体がスロット番号４２に収容される特別Ｕ相セグメントの配置について、図７を参照して以下に説明する。
【００６８】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０６は、スロット番号４２のスロットの３層位置に収容される往き導体と、スロット番号３１のスロットの５層位置に収容される還り導体とを有する。
【００６９】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０７は、スロット番号４２のスロットの４層位置に収容される往き導体と、スロット番号３１のスロットの２層位置に収容される還り導体とを有する。
【００７０】
略Ｌ字状の特別Ｕ相セグメント２０４は、スロット番号４２のスロットの５層位置に収容される往き導体と、スロット番号５０のスロットの６層位置に収容される還り導体とを有する。
【００７１】
略Ｕ字状の特別Ｕ相セグメント２０８は、スロット番号４２のスロットの６層位置に収容される往き導体と、スロット番号５１のスロットの６層位置に収容される還り導体とを有する。
【００７２】
すなわち、スロット番号４２とスロット番号３１とを接続する特別Ｕ相セグメント２０６、２０７は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも２スロットピッチ多い１１スロットピッチを有している。また、スロット番号４２とスロット番号５１とを接続する特別Ｕ相セグメント２０８は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントと同じスロットピッチを有するが、往き導体と還り導体とが収容される層が同じであるため、径方向の捻りがない。更に、スロット番号４２とスロット番号５０とを接続する特別Ｕ相セグメント２０４は、９スロットピッチを有する通常Ｕ相セグメントよりも１スロットピッチ少ない８スロットピッチを有している。
【００７３】
結局、通常Ｕ相セグメントであるＵ１セグメントにより構成されてＵ１コイルを構成する第１〜第４コイル、通常Ｕ相セグメントであるＵ２セグメントにより構成されてＵ２コイルを構成する第１〜第４コイル、通常Ｕ相セグメントであるＵ３セグメントにより構成されてＵ３コイルを構成する第１〜第４コイルは、上記した各特別セグメント２００〜２０８により直列接続されてＵ相コイルが完成される。Ｖ相コイル、Ｗ相コイルもＵ相コイルと同じ方法により構成される。
【００７４】
（実施例の特徴および作用効果１）
図３〜図８に示す各スロットの１〜４層位置に収容される通常Ｕ相セグメント１０１、１０２、１０４、１０５において、通常Ｕ相セグメント１０１と１０４とは同一形状を有し、通常Ｕ相セグメント１０２と通常Ｕ相セグメント１０５とは同一形状を有している。通常Ｕ相セグメント１０１は、通常Ｕ相セグメント１０２の軸方向外側を回り込んで配置され、通常Ｕ相セグメント１０４は、通常Ｕ相セグメント１０５の軸方向外側を回り込んで配置される。すなわち、通常Ｕ相セグメント１０１と１０４は大回りセグメント３００（図１参照）を構成し、通常Ｕ相セグメント１０２と１０５とは小回りセグメント３０１（図１参照）を構成している。
【００７５】
図３〜図８に示す各スロットの５〜６層位置に収容される通常Ｕ相セグメント１０３、１０６において、通常Ｕ相セグメント１０３と１０６とは同一形状を有し両者は交差しないので、通常Ｕ相セグメント１０２と１０３と同様の小回りセグメント３０２（図１参照）により構成することができる。
【００７６】
すなわち、この実施例によれば、セグメントのほとんどを占める通常Ｕ相セグメントの部分において、頭部側コイルエンド９を構成するセグメントの頭部を軸方向において二重に形成することができるので、頭部側コイルエンド９の軸方向長さを短縮することができ、頭部三重構造の頭部側コイルエンドをもつ従来技術に比較して回転電機の軸方向長さを短縮することができる。又は、頭部側コイルエンド９とハウジングの後端壁との間の軸方向隙間を大きくすることができるので、冷却風の流れを向上することができる。更に、上記頭部三重構造の頭部側コイルエンドに比較して、セグメントの頭部の配線長さを短縮することができ、この部分の電気抵抗の低減による損失、発熱の低減を実現することができる。
【００７７】
（実施例の特徴および作用効果２）
この実施例では、通常Ｕ相セグメントの他にこの通常Ｕ相セグメントとスロットピッチが異なる特別Ｕ相セグメントを採用することにより、セグメント順次接合型ステータコイルにおいて隣接複数スロットに同一相のセグメントを配置できることを見いだしたものであり、セグメント順次接合型ステータコイルが奏するスロット占積率向上などの効果を奏すると同時に、隣接複数スロットを同一相とすることによる以下の効果を実現することが可能となる。
【００７８】
すなわち、隣接３スロットに同一相同一電流方向のスロット導体部３３を収容する構成を採用しているので、ステータの極数を増大することなくステータコイルのターン数を増加することができ、その結果として、回転電機を高電圧系で駆動することができ、インバータおよび配線のローコスト化および損失、発熱の低減を実現することができる。また、ステータの極数を増大しなくてもよいため、同一回転数においてステータコイル電圧の周波数を低減することができ、配線インダクタンスロスの低減、インバータのスイッチングロス（スイッチング過渡損失）の低減により、効率向上を実現することができる。
【００７９】
なお、本発明の隣接複数スロットを同相化する構成と類似する構成として、一つのスロットの周方向幅を増大し、その中に周方向に隣接して複数のスロット導体部３３を配置するセグメント配置方式が考えられる。しかし、この方式は、周方向に隣接するスロット導体部３３同士がスロット導体部３３をスロットに挿入する際にこすれあって被覆樹脂膜がはがれるのを防止するために、スロットの周方向幅に十分なマージンを必要とするため、スロット占積率が低下すること、スロット数が低下するため、騒音振動が増加すること、同一スロット内にて周方向に隣接する二つのスロット導体部３３、３３が周方向に極めて接近しているために、両者がコイルエンド部において空間的に干渉するのを回避することが容易でないことなどの欠点があった。
【００８０】
この実施例によれば、各セグメントのスロット導体部３３は必ずステータコアの歯部を介して他のセグメントのスロット導体部３３に近接するので、両者間の空間的干渉を良好に回避して、セグメント順次接合型ステータコイルの多ターン化を実現することが可能となる。
【００８１】
（変形態様）
上記実施例の特別Ｕ相セグメントの形状および配置は、一例を示すものであり、隣接複数スロットに同一相の通常Ｕ相セグメントが挿入できるものであれば、各通常Ｕ相セグメントからなる部分コイルを順次直列接続する特別Ｕ相セグメントとして、他の形状および配置を採用することができることは当然である。また、上記実施例では、同一相の隣接スロットの数を３としたが、２又は４以上としてもよいことは当然である。更に、上記実施例では、１スロットに径方向へ６本のスロット導体部（すなわち往き導体又は還り導体）を収容したが、それ以上の本数のスロット導体部を収容してもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の高電圧車両用回転電機の軸方向断面図である。
【図２】図１の回転電機の径方向部分断面図である。
【図３】Ｕ１セグメントの頭部配置を示す配線図である。
【図４】Ｕ１セグメントの飛び出し端部配置を示す配線図である。
【図５】Ｕ２セグメントの頭部配置を示す配線図である。
【図６】Ｕ２セグメントの飛び出し端部配置を示す配線図である。
【図７】Ｕ３セグメントの頭部配置を示す配線図である。
【図８】Ｕ３セグメントの飛び出し端部配置を示す配線図である。
【図９】図１の回転電機のセグメントを示す平面図である。
【図１０】Ｕ相コイルの一部を示す巻線展開図である。
【図１１】Ｕ相コイルの残部を示す巻線展開図である。
【符号の説明】
２ ステータコア
３ ステータコイル
８ 端部側コイルエンド
９ 頭部側コイルエンド
３０ セグメント
３１ セグメントの頭部
３２ セグメントの脚部
３３ セグメントのスロット導体部
３４ セグメントの飛び出し端部
Ｓ スロット
３００ 大回り形状のセグメント
３０１ 小回り形状のセグメント
３０２ 小回り形状のセグメント
Claims (3)
- 略Ｕ字状又は略Ｖ字状に形成されてステータコアの軸方向一側にて略周方向へ延在する頭部と、前記頭部の両端から延在してステータコアの所定のスロットピッチ離れた二つのスロットに別々に収容される一対のスロット導体部と、前記両スロット導体部の先端から前記スーテタコアの軸方向他側へ飛び出して略周方向へ延在する一対の飛び出し端部とをそれぞれ有する多数のセグメントを有し、前記各セグメントは前記飛び出し端部の先端部を一対ずつ接合することにより順次接続される相コイルをデルタ接続又はスター接続してなり、前記スロットは所定本数の前記スロット導体部を径方向へ一列に収容する三相のセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機であって、
前記相コイルは、互いに異なるスロットピッチを有して互いに隣接する異なるスロットに収容される複数種類の前記セグメントを直列接続して構成されていることを特徴とするセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機。 - 請求項１記載のセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機において、
前記スロットは、６本のスロット導体部を径方向へ一列に収容することを特徴とするセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機。 - 請求項２記載のセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機において、
同一相に属するスロット導体部は、隣接する３つの前記スロットに同一通電向きに収容され、
同一相に属する前記セグメントの一対の前記スロット導体部間のピッチとして、８、９、１１の３種類のスロットピッチが採用されていることを特徴とするセグメント順次接合型ステータコイルを有する高電圧車両用回転電機。
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