JP4319961B2 - 回転電機及び電機巻線 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機及び電機巻線に関する。

従来の回転電機としては、例えば特許文献１に記載されているように、３相分布巻きのステータコイルについて、そのコイルエンド部の形状を他の相のコイルエンド部と干渉しないような形状とすることにより、３相のコイルエンド部の干渉を防止して、回転電機の軸方向の長さを短くするものが知られている。この他関連する従来の技術としては、特許文献２乃至５などに記載されたものが知られている。

特開２００２−５１４８９号公報 特開平１０−２７１７３３号公報 特開平９−２１５２３８号公報 特開２００２−３３０２１６号公報 特開２００２−３４５５７２号公報

従来のハイブリット自動車（ＨＥＶ）は、既存の内燃機関を用いた自動車をベースにして、モータ若しくは、モータ／ジェネレータを追加した構成が一般的である。内燃機関−変速機−差動機構−車輪からなる自動車の動力伝達系で、内燃機関に併設するようにモータを配置した構成や、内燃機関と変速機の間に直列的にモータを配置する構成がある。

近年内燃機関とモータ、変速機の構成を更に小型化したいなどの要望があり、本願発明者らはモータの内側に他の装置を配置することで小型化を図ることを検討している。例えばモータの内側に変速機の一部を配置するようにしても、全体構造は小型になる。モータの内側に他の装置、例えば変速機の一部を配置すると、モータの外周が大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機及び電機巻線を提供することにある。

本発明は、外形寸法が大きくなることを抑えながら内側寸法を大きくできる回転電機を提供する。

また、本発明は、上記回転電機に用いられるのに好適な電機巻線を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、ステータコアの突極に、３相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個の永久磁石が等間隔で配置されたロータとからなる回転電機であって、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される２つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する２つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた４つの捻り部とからなり、前記コイル辺部及びコイルエンド部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第１のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面に対して、第２のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面が、第一のコイルエンド部において内側を向いていた面と反対の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、ステータとロータからなる回転電機の前記ステータに用いられる電気巻線であって、前記電気巻線は、平角コイルであるとともに、前記ステータのステータコアの所定のスロットのその奥よりも幅が狭い入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される２つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する２つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた４つの捻り部とからなり、前記コイル辺部及びコイルエンド部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第１のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面に対して、第２のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面が、第一のコイルエンド部において内側を向いていた面と反対の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置するようにしたものである。

さらに、上記目的を達成するために、本発明は、回転電機において、ステータと、このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、前記各相コイルは、軸方向に延びる２つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる２つのコイル端部とを備えており、前記コイル辺部及びコイル端部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、前記２つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した２つの前記スロットに収納されており、前記２つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第１相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第２相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第１相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第３相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第１相及び前記第２相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相及び前記第２相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

さらに、上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、ステータと、このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、前記各相コイルは、軸方向に延びる２つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる２つのコイル端部とを備えており、前記コイル辺部及びコイル端部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、前記２つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した２つの前記スロットに収納されており、前記２つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第１相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第２相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第１相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、前記複数の相コイルのうち、第３相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第１相及び前記第２相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相及び前記第２相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

また、さらに、上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、ステータコアの突極に、３相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個の永久磁石が等間隔で配置されたロータとを有し、前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、前記スロットに挿入される２つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する２つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた４つの捻り部とからなり、前記コイル辺部及びコイルエンド部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第１のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面に対して、第２のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面が、第一のコイルエンド部において内側を向いていた面と反対の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置するようにしたものである。
かかる構成により、その内部を変速機の入力軸等を貫通させる構成としても、外形寸法がほとんど変わらない回転電機を得ることができる。

本発明によれば、モータの内側に他の装置を配置できる空間を作ることができる。この空間を利用して他の装置の全部又は一部を配置することで、コンパクト化が可能となる。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態による回転電機の構成について説明する。最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による回転電機の構成について説明する。なお、本例では、永久磁石内蔵型のロータを有する８極４８スロットの分布巻きの同期機を例にして説明する。

図１は、本発明の一実施形態である回転電機の構成を示す分解斜視図である。図２は、本発明の一実施形態である回転電機の構成を示す断面図であり、図1に示す回転子の軸方向に直交する方向の断面形状を示している。なお、図１と図２およびその他の図において、同一符号は同一の構成要素を示している。

図１に示すように、本実施形態による回転電機は、ステータ１０と、ステータ１０の内周側に空隙を介して配置されかつ回転可能に支持されているロータ２０から構成されている。ステータ１０とロータ２０は回転電機のハウジング内に保持されている。図１はハウジングの図示を省略している。

ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコイル１４とから構成されている。ステータコア１２は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で、積層したものである。ステータコア１２の内周部には、ステータコア１２の内周表面側が開口し、軸方向に連続した複数のスロットが形成されている。この実施の形態では４８個のスロットが形成されている。ステータコイル１４は分布巻きで、ステータコア１２に巻回されている。ここで、分布巻きとは、コイルが、複数のスロットを跨いで離間した２つのスロットに収納されるように、ステータコア１２に巻かれる巻線方式である。ステータコイル１４は、Ｕ相ステータコイルＵと、Ｖ相ステータコイルＶと、Ｗ相ステータコイルＷから構成されている。

ステータコイル１４は、コイル導体を積層しながら連続的に巻回したＵ相ステータコイルＵと、Ｖ相ステータコイルＶと、Ｗ相ステータコイルＷから構成されている。各相コイルは、後述するように、軸方向に延びる２つのコイル辺部と、このコイル辺部の両端部から変位させられて周方向に延びる２つのコイル端部と、コイル辺部とコイル端部との変位部分を構成する捻り部を備えている。２つのコイル辺部は、複数のスロットを跨いで離間した２つのスロットに収納されている。２つのコイル端部は、スロットから軸方向両方向に突出してステータコア１２の軸方向両端面に配置されている。

Ｕ相ステータコイルＵは、コイル端部におけるコイル導体の積層方向が軸方向となるように、コイル端部がステータコア１２の軸方向両端面に配置されている。

Ｖ相ステータコイルＶは、コイル端部におけるコイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつコイル端部がＵ相ステータコイルＵのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接するＵ相ステータコイルＵの隣り合う捻り部を跨ぐように、コイル端部がステータコア１２の軸方向両端面に配置されている。

Ｗ相ステータコイルＷは、コイル端部におけるコイル導体の積層方向が径方向となるように、かつコイル端部がＵ相ステータコイルＵ及びＶ相ステータコイルＶのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接するＵ相ステータコイルＵ及びＶ相ステータコイルＶの隣り合う捻り部を跨ぐように、コイル端部がステータコア１２の軸方向両端面に配置されている。

ロータ２０は、ロータコア２２と、永久磁石２４とから構成されている。ロータコア２２は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で、積層したものである。ロータコア２２の外周部には、ロータ２０の軸方向に貫通した複数の磁石挿入孔が周方向に等間隔で形成されている。この実施の形態では８個の磁石挿入孔が形成されている。永久磁石挿入孔のそれぞれには永久磁石２４が挿入され、固定されている。

次に、図２に示すように、ステータ１０の内側に、ロータ２０が回転可能に図示されていないハウジングに支持されている。ステータコイル１４は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相で、各相毎に８個で、合計２４個のステータコイルＵ１，Ｕ２，…，Ｕ８，Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ８，Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗ８からなる。各ステータコイル，例えば、ステータコイルＵ１は、間に他のＶ相，Ｗ相コイルが入る４個のスロットを挟んで、すなわち、複数のステータコア１２の突極を跨ぐように、互いに離間したスロット内に挿入され、ステータコア１２の突極に巻回される。尚、ステータコア１２の突極とは、周方向に隣接するスロット間に形成されたコア部分を示す。また、他のＵ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルも、他の相のコイルが入る４個スロットを挟んで、複数のステータコア１２の突極を跨ぐように、互いに離間したスロット内に挿入されるようにステータコア１２の突極に巻回される分布巻きとなっている。分布巻きの構成であるため、弱め界磁制御や、リラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲について制御が可能となる。

２４個のステータコイルＵ１，Ｕ２，…，Ｕ８，Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ８，Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗ８は、相毎に点線で示している結線リングによって接続されておいる。これにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相コイルがＹ結線またはデルタ結線される。なお、結線リングは、薄板状導体からなるバスバーを用いて構成され、インバータ装置から供給される三相交流を前記相コイルに供給する。

ロータ２０のロータコア２２に設けられた永久磁石挿入孔に、８個の永久磁石２４がそれぞれ挿入されている。永久磁石２４は、ロータコア２２の周方向に等間隔で配置される。永久磁石２４は、隣接する永久磁石の極性（Ｎ極，Ｓ極）が、ロータの周方向において互いに逆極性となるように、着磁されている。隣接する永久磁石の間のロータコア２２の領域は、補助磁極として機能する。補助磁極は、永久磁石２４の磁気回路をバイパスして、ステータ１０の起磁力によって直接磁束をステータ１０の側に作用させ、リラクタンストルクを発生する領域である。回転電機の発生するトルクは、永久磁石２４の磁束によって発生するトルクと、補助磁極に流れる磁束によって発生するリラクタンストルクとの合成トルクとして得ることができる。

また、永久磁石２４を挿入する永久磁石挿入孔には、永久磁石２４の挿入位置の周方向の両端部に、磁気的な空隙部（スリット部）ＡＧ１，ＡＧ２が設けられている。空隙部は、空気が存在する空隙でもよいしワニスなどの充填材が充填されていても良い。ワニスの透磁率は、ロータコア２２を構成する珪素鋼板の透磁率よりも大きいため、空隙部を設けることによりロータ表面の磁束密度の急変を緩和する（永久磁石の周方向端部と補助磁極との間における永久磁石の磁束密度部分布の傾きを緩やかにする）ことでコギングトルクを減少させることができる。さらに、磁気的な空隙の形成により、永久磁石のステータ側に存在する鉄心部分（磁極片）と補助磁極との間の境界に形成されたブリッジ部の径方向の寸法を小さくすることができるので、漏洩磁束を低減することができる。

図２に示すように、ロータ２０の中心部（ロータコアの内周側と回転軸（エンジンから変速機に延びる軸？）の外周側との間）には、大きな貫通穴（環状空間）が設けられている。この貫通穴（環状空間）の内部には、例えば、変速機の端部が配置されている。すなわち、本実施形態の回転電機は、変速機の外周側に位置するように（変速機の端部とオーバーラップするように）取り付けることができる。

この実施の形態では、ロータ２０の中心の貫通穴（環状空間）の内径（直径？）を、例えば、φ１４０ｍｍにまで大きくすることができる。また、例えば、回転電機である電動機の出力を６０ｋＷとしたとき、従来の電動機の外径は、例えば、φ２４０ｍｍである。なお、ステータの外周には円筒形状のフレームや、ステータの両端には、フロントブラケットやリアブラケットなどの外装ケースが取り付けられるが、ここでは、ステータの外径を電動機の外径として説明する。従来の電動機にあっては、ロータの中心にはシャフトがあるのに対して、本実施形態の回転電機は、ロータの中心に貫通穴を有している。したがって、従来と同程度の出力を得ようとすると、回転電機の外径が大きくなる。

それに対して、本実施形態では、ロータの外径を従来と同等のφ２４０ｍｍとし、しかも、貫通穴の内径をφ１４０ｍｍまで大きくすることができ、前記内径と前記外形との間に、ステータとロータを組み込む構成としている。そのためには、ステータ１０の厚さ（回転電機の半径方向におけるステータ１０の厚さ）や、ロータ２０の厚さ（回転電機の半径方向におけるロータ１０の厚さ）を薄くする必要がある。

電動機としての出力トルクＴは、永久磁石によって発生する磁束φMと、ステータコイル１４によって発生する磁束φCに、通電電流Ｉを掛けた値となる（Ｔ＝（φM＋φC）×Ｉ））。永久磁石の大きさを従来と同程度とするならば、最大通電電流を従来と同程度するためには、ステータコイル１４の断面積を従来と同程度とし、しかも、ステータコイル１４から発生する起磁力を同程度とするには、例えば従来とほぼ同じ電流値でほぼ同じターン数とすることが考えられる。従来と同程度の電流を流せるようにするためには従来とほぼ同程度の断面積を有することが必要である。本実施形態ではステータコイル１４の断面積を確保できしかも径方向の寸法を短くするため、ステータコイル１４断面形状が矩形で横幅が長く高さ方向の寸法が押さえられたひらべったい形状の平角導体を用いるとともに、ステータコイル１４のスロット内にステータコイルの前記高さ方向が半径方向となるように積層する。

図３を用いて、本実施形態による回転電機におけるステータコアのスロット内に挿入されるステータコイルの状態について説明する。図３は、本発明の一実施形態による回転電機におけるステータコアのスロット内に挿入されるステータコイルの状態を示す断面図で、図２に示すロータ１２の軸方向に直交する方向の断面形状を示している。なお、図３と他図との同一符号は同一構成要素を示している。

図３に示すように、ステータコア１２に形成されたスロットＳの内部には、断面形状が矩形の平角コアＳＣが、ステータコア１２の半径方向（矢印Ｒ方向）に積層されている。本実施の形態では３８枚の平角コイルが積層されて、ステータコイル１４が形成されている。上述のようにステータコイルを流れる電流値を大きくするためには断面積を大きくすることが必要である。ステータコイルの断面積を確保しつつ、前記積層寸法を小さくするために、ステータコイルの断面形状を、高さ方向の寸法は短いが幅方向の寸法は長い、細長の長方形の形状にしている。このようにステータコイルの断面積を細長の長方形とすることで、前記積層寸法を小さくできるだけでなく、細いスロットＳの開口からの挿入が可能となる。スロットＳにステータコイル１４を装着後は、スロットＳの入口側には、カバーＣＶを装着して、コイルがスロットＳから飛び出すのを防止している。

ここで、従来の同程度出力を有する回転電動機に用いられている断面形状が円形の導体の直径を１．５ｍｍとすると、本実施形態に用いるステータコイル１４の平角導体の断面形状を、幅が３．５ｍｍとし、厚さが０．５ｍｍとすることで、両者の断面積を等しくすることができる。なお、平角導体の表面には厚さ約０．０５ｍｍでエナメル等の絶縁材を被覆して、平角コイルを形成している。平角コイルの幅（周方向幅）は例えば３．６ｍｍであり、厚さ（高さ）寸法は０．６ｍｍとなる。一方スロットＳの奥部すなわち積層コイルを保持する部分の幅は、この平角コイルの幅よりも僅かに大きい４．０ｍｍである。スロットＳの内部には、従来と同程度の出力を有する回転電機を想定すると、ターン数３８Ｔ（ターン）のコイルが用いられることとなる。本実施形態は平角コイルを３８枚積層している。

スロットＳの開口の幅は、スロットＳの奥部である積層コイルを保持する部分の幅よりも狭く、例えば、２．６ｍｍである。平角コイルを３８Ｔ分予め巻回して成形した成形コイルでは、スロットＳの入口から挿入することができない。そこで、図示するように、スロットＳの入口においては、平角コイルＳＣを１本づつステータコア１２の半径方向に、平角コイルＳＣの長手方向が一致するようにして、スロットＳの入口（開口部）からスロットＳの内部に挿入しながら、３８Ｔ分の平角コイルを複数の突極を跨ぐようにして巻回する。スロットＳの幅広部（幅４．０ｍｍを有する部分）の深さ（矢印Ｒ方向の深さ）は、平角コイルＳＣを３８枚積層した時の厚み２２．８ｍｍよりも、僅かに深い２３ｍｍとしている。

このように、コイルを形成する導体として丸導体から平角導体とすることにより、スロット内の空間に対するコイルの占める割合（占積率）を向上することができる。また断面積を細長の長方形としている。これにより、ステータコア１２の厚み（回転電機の半径方向の厚み）を薄くすることができる。なお、通常の丸導体を用いる場合には、占積率は６５％程度である、本実施形態の平角導体を用いることにより、占積率を８５％まで向上できる。

外径がφ２４０ｍｍの従来の回転電動機と同程度の出力を得る場合、本実施形態の回転電機のステータ１０の外径はφ２４０ｍｍとして、ステータコア１２の内径はφ１８０ｍｍとすることができる。また、このとき、ステータ１０の内周とロータ２０の外周の間のギャップ長を１ｍｍとすると、ロータ２０の外径は１７８ｍｍとし、ロータ２０の内周側の貫通穴の内径をφ１４０ｍｍとして、従来と外形寸法が同じで、同程度の出力が得られ、しかも、その中心部に貫通穴を有する回転電機を得ることができる。

上記説明ではステータコイルの厚さ（高さ）方向の寸法を０．６ｍｍとしたが、例えば１ｍｍから０．４ミリの範囲が望ましい。

また前記実施形態ではスロットの開口からコイルを挿入したが、ステータコアを分割し、ステータコイルを装着した後で分割したステータコアを組み合わせて一体化し、ステータを完成するようにしてもよい。

次に、図４〜図７を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータコイルのコイル形状について説明する。最初に、図４を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータコイルの１ターン分のコイル形状について説明する。図４は前記１ターン分のコイル形状を示す斜視図である。

１ターン分のコイルＳＣは、図示するように、略矩形状となる。１ターン分のコイルＳＣは、互いに略平行であるとともに、ステータコアのスロットに挿入される直線部である第１，第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１，ＳＣ−Ｓ２と、スロット挿入部ＳＣ−Ｓ１，ＳＣ−Ｓ２のそれぞれ両端に接続される第１，第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１，ＳＣ−Ｅ２とからなる。そして、第１，第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１，ＳＣ−Ｓ２と第１，第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１，ＳＣ−Ｅ２との間には、それぞれ捻り部Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４が設けられている。

図示するコイルＳＣは、１本の平角コイルを曲げて形成される。なわち、図中の巻き始め部ＳＴから巻き始めるとすると、最初、第１エンドコイル部ＳＣ−Ｅ１が形成され、次に、平角コイルを捻って、捻り部Ｎ１を形成した上で、第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１が形成される。第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１は、図３に示したように、スロットＳの入口の狭い部分を通過するように、平角コイルＳＣの長手方向がスロットＳの半径方向Ｒと一致させるようにすることで、スロットＳの内部に挿入される。第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１がスロットＳを抜け出た位置で、平角コイルを捻って、捻り部Ｎ２を形成した上で、第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２が形成される。第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１が挿入されるスロットの位置から、４本分のスロットを跨ぐ位置まで第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２が延在した後、次のスロットの位置で、再び、平角コイルを捻って、捻り部Ｎ３を形成した上で、第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ２が形成される。さらに、平角コイルを捻って、捻り部Ｎ４を形成した上で、次のコイルのターンのエンド部が形成される。

平角コイルＳＣは、互いに対向する広い２面を有している。ここで、一方を表面、他方を裏面と称し、表面側と裏面側を区別するために、図２においては、裏面側と称される側に、斜線を施して図示している。すなわち、図示の状態では、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１と、第１，第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１，ＳＣ−Ｓ２とは、ともに、手前側に、表面側が面している。一方、第１，第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１，ＳＣ−Ｓ２と第１，第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１，ＳＣ−Ｅ２との間に、それぞれ捻り部Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を設けているため、第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２は手前側に裏面側が面している。すなわち、本実施形態では、コイルエンド部とスロット挿入部の間に捻り部を設け、結果的に、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１と第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１は、それぞれ、別の平面が同じ方向に向くように成形している。

捻り部Ｎ１は、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１の延びる方向を直交方向（第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１の延びる方向）に変位させると共に、第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１におけるコイル導体の積層方向が、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１におけるコイル導体の積層方向と同じになるように（上層から下層となるように）、さらには、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１において手前側であったコイル導体の表面側が、第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１においても手前側となるように、コイル導体を変位させるものである。

捻り部Ｎ２は、第１のコイル挿入部ＳＣ−Ｓ１の延びる方向を直交方向（第２のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ２の延びる方向）に変位させると共に、第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２におけるコイル導体の積層方向が、第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１におけるコイル導体の積層方向とは異なるように（下層から上層となるように）、さらには、第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１において手前側であったコイル導体の表面側が、第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２においては後側となるように（コイル導体の裏面側が手前側となるように）、コイル導体を変位させるものである。

捻り部Ｎ３は、第２のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ２の延びる方向を直交方向（第２のコイル挿入部ＳＣ−Ｓ２の延びる方向）に変位させると共に、第２のコイル挿入部ＳＣ−Ｓ２におけるコイル導体の積層方向が、第２のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ２におけるコイル導体の積層方向とは異なるように（上層から下層となるように）、さらには、第２のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ２において手前側であったコイル導体の裏面側が、第２のコイル挿入部ＳＣ−Ｓ２においては後側となるように（コイル導体の表面側が手前側となるように）、コイル導体を変位させるものである。

捻り部Ｎ４は、第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ２の延びる方向を直交方向（第１のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ１の延びる方向）に変位させると共に、第１のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ１におけるコイル導体の積層方向が、第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ２におけるコイル導体の積層方向と同じになるように（上層から下層となるように）、さらには、第２のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ２において手前側であったコイル導体の表面側が、第１のスロットエンド部ＳＣ−Ｅ１においても手前側となるように、コイル導体を変位させるものである。

このような面構成となるように捻りを加える理由については、図５を用いて後述する。

次に、図５を用いて、本実施形態による回転電機に用いるステータコイルの１．５ターン分のコイル形状について説明する。図５は、本発明の一実施形態による回転電機に用いるステータコイルの１．５ターン分のコイル形状を示す斜視図である。

図４の状態は、１ターン分のコイルを形成した状態であるが、さらに、継続して、第２ターン目の途中まで、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１→捻り部Ｎ１→第１のスロット挿入部ＳＣ−Ｓ１→捻り部Ｎ２→第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２と形成し、第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ２の端部を巻き終わり部ＥＮとした状態を示している。

前述したように、コイルエンド部とスロット挿入部の間に捻り部を設け、結果的に、第１のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１と第２のコイルエンド部ＳＣ−Ｅ１は、それぞれ、別の平面が同じ方向に向くように成形しているため、コイルの巻き始め部ＳＴと、巻き終わり部ＥＮは、同じ面の側に存在させることができる。なお、ここで、スロット挿入部の層数は、図示の左側の第１スロット挿入部側が２層で、右側の第２スロット挿入部側が１層であり、この状態をここでは１．５ターンの層コイルと称することにする。

なお、ここで、図示の矢印Ｒを回転電機の径方向（ステータコアのスロットの深さ方向）とすると、上側の第１のコイルエンド部側は、径方向の外周側（ステータコアのスロットの奥側）から順次積層されるのに対して、下側の第２のコイルエンド部側は、径方向の内周側（ステータコアのスロットの入口）から順次積層されることになる。

次に、図６を用いて、本実施形態による回転電機に用いる巻回数が３８Ｔのステータコイルのコイル形状について説明する。図６は、本発明の一実施形態による回転電機に用いる巻回数が３８Ｔのステータコイルのコイル形状を示す斜視図である。

例えば、３８Ｔのターン数が必要な場合、図３にて説明したように、スロット挿入部を、スロットＳの入口の狭い部分を通過するように、平角コイルＳＣの長手方向がスロットＳの半径方向Ｒと一致させるようにしてスロットＳ内に挿入しながら、スロット挿入部とコイルエンド部の間に捻り部を設けながら成形する方法では、一度に、３８Ｔのターン数を巻回することは困難である。

そこで、本実施形態では、３８Ｔを、９．５Ｔの層コイル４つに分解して、それぞれを同じ方法にて順次形成し、その後４個の層コイルの端部を接合することにより、３８Ｔの巻回数を得るようにしている。

すなわち、図６に示すように、９．５Ｔの４個の層コイルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４を同じ方法にて順次形成する。このとき、９．５Ｔの層コイルを２つ接続する際に、一方の層コイルの一方のスロット挿入部が１２層分あるときは、他方の層コイルの一方のスロット挿入部が１３層分あるようにして、両者を接続することで、１９Ｔのコイルを得ることができる。さらに、１９Ｔの第１のコイルと１９Ｔの第２のコイルの端部を接続すると、３８Ｔのコイルを得ることができる。

各層コイルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４の端部の接続は、次のようにして行われる。すなわち、第１の層コイルＬＣ１の巻き始め部ＬＣ１−ＳＴと、第２の層コイルＬＣ２の巻き終わり部ＬＣ２−ＥＮとを、バスバーのような板状の導体を重ねるようにし、この接続部ＣＯＮ１を用いてエージングにより接続する。また、第２の層コイルＬＣ２の巻き始め部ＬＣ２−ＳＴと、第３の層コイルＬＣ３の巻き終わり部ＬＣ３−ＥＮとを、上記接続部ＣＯＮ１と同様にバスバーのような板状の導体を重ねるようにし、この接続部ＣＯＮ２を用いてエージングにより接続する。さらに、第３の層コイルＬＣ３の巻き始め部ＬＣ３−ＳＴと、第４の層コイルＬＣ４の巻き終わり部ＬＣ４−ＥＮとを、上記と同様にバスバーのような接続部ＣＯＮ３を用いてエージングにより接続する。結果として、第１の層コイルＬＣ１の巻き終わり部ＬＣ１−ＥＮと、第４の層コイルＬＣ４の巻き始め部ＬＣ４−ＳＴが、それぞれ、３８Ｔを有する全体的なコイルの巻き始め部及び巻き終わり部として残り、この２点がコイルの１つの端部となる。この端部は、それぞれ、図２に示したように、結線リングで接続され、必要とするＹ字結線またはデルタ結線の３相分布巻きコイルを得ることができる。

以上のように、図５にて説明したように、コイルエンド部とスロット挿入部との間に捻り部を設けて、コイルの巻き始めと巻き終わりを同一面側に位置するようにしたため、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成した後、層コイル同士を接続するのも容易になるし、また、複数の層コイルを直列接続した３相の各相ステータコイルを結線する作業も容易になる。

ここで、図示した矢印Ｙが、回転電機の回転軸方向である。例えば、第１の層コイルＬＣ１の上側のコイルエンド部ＬＣ１−Ｅ１の矢印Ｙ方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルの幅に等しく、前述の例では、３．６ｍｍとなっている。一方、矢印Ｒ方向を、回転電機の半径方向とすると、例えば、第１の層コイルＬＣ１の右側のスロット挿入部ＬＣ１−Ｓ１の矢印Ｒ方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルを１０層積層した時の厚さであるため、前述の例では、６．０ｍｍ（０．６ｍｍ×１０層）となっている。図４にて説明したように、層コイルのコイルエンド部とスロット挿入部の間には、捻り部を設けているため、層コイルのコイルエンド部の矢印Ｙ方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルの層数に限らず、導体コイルの幅にすることができる。４個の層コイルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４を用いて、例えば、３８ターンのコイルを形成するとき、このコイルのコイルエンド部の矢印Ｙ方向の厚さは、層コイルを構成する導体コイルの幅の４個分、すなわち、前述の例では、１４．４ｍｍとすることができ、回転電機のコイルエンド長を短くすることができる。

４個の層コイルＬＣ１，ＬＣ２，ＬＣ３，ＬＣ４は、スロット挿入部においては、径方向（矢印Ｒ方向）に積層されるのに対して、コイルエンド部においては、軸方向（矢印Ｙ方向）に積層される。

次に、図７を用いて、本実施形態による回転電機に用いる３相コイルの形状について説明する。図７は、本発明の一実施形態による回転電機に用いる３相コイルの形状を示す斜視図である。

本実施形態では、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相コイルを用いているが、ステータコアのスロットには、一定の順序例えば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の順で挿入される。Ｕ相コイルを挿入した後、Ｖ相コイルを挿入する際に、コイルエンド部において、Ｕ相コイルエンド部が、Ｖ層コイルエンド部と干渉しないように、また、Ｖ相コイルエンド部とＷ相コイルエンド部とが干渉しないように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相コイルのコイル形状を異ならせている。

図７は、Ｕ相コイルを形成する一つのＵ相の層コイルＬＣ−Ｕと、Ｖ相コイルを形成する一つのＶ相の層コイルＬＣ−Ｖと、Ｗ相コイルを形成する一つのＷ相の層コイルＬＣ−Ｗとを示している。各層コイルＬＣ−Ｕ，ＬＣ−Ｖ，ＬＣ−Ｗの周方向の長さは、それぞれ等しくしている。しかし、図示するように、コイルエンド部においては、Ｕ相の層コイルＬＣ−Ｕのコイルエンド部は、スロット挿入部に対して、約９０度折り曲げられている。また、Ｖ相の層コイルＬＣ−Ｖのコイルエンド部は、スロット挿入部に対して、約４５度折り曲げられている。また、Ｗ相の層コイルＬＣ−Ｗのコイルエンド部は、スロット挿入部の延長公報に延在している。このような３相コイルの形状とすることにより、コイルエンド部において、Ｕ相コイルエンド部と、Ｖ層コイルエンド部と、Ｗ相コイルエンド部とが干渉しないようになっている。

このように折り曲げられた各相のコイルをステータコアに組み込むと、図１に示すようなコイルエンド部が形成される。すなわちコイルエンド部は、各相コイルの最外部分によって円弧を描くように、コイルの積層方向が径方向から軸方向に変化している。Ｗ相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア１２の軸方向端面から最も軸方向に突出している（最も突出長さが長い）が、ステータコア１２の内周表面からの径方向の高さが最も低い。逆にＵ相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア１２の軸方向端面から軸方向に突出する長さが最も短く、ステータコア１２の内周表面からの径方向の高さが最も高い。ｖ相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア１２の軸方向端面から軸方向に突出する長さがＷ相コイルよりは短く、Ｕ相コイルよりは長い。また、ｖ相のコイルのコイルエンド部は、ステータコア１２の内周表面からの径方向の高さがＷ相コイルよりは高く、Ｕ相コイルよりは低い。

次に、図８を用いて、本実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車のシステム構成について説明する。図８は、本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車のシステム構成図である。

本実施例のハイブリッド自動車は、内燃機関であるエンジンＥＮＧを動力源としたエンジンパワートレインと、交流電動発電機Ｍ／Ｇを動力源としたエレクトリックパワートレインの両方の機能を備えている。交流電動発電機Ｍ／Ｇは、図１〜図７に詳述した回転電機であり、上述の構成を有している。上記エンジンＥＮＧは、変速機を介して自動車の車輪を駆動するが、さらにそのエネルギーは電気エネルギーとして高圧バッテリに蓄えられ、交流電動発電機Ｍ／Ｇがモータとして動作する場合のエネルギーとして使用される。

前記はモータとして作用して車両走行の始動および低速時の車両走行に使用される。また車両走行時のエネルギーを回収するために交流電動発電機Ｍ／Ｇは減速運転では回生制動の運転がなされ、発電期として作用する。図８のシステムでは、運転モードであるにもかかわらず、交差点の信号待ちなどの停車状態でエンジンＥＮＧを自動的に停止させ、発車時に交流電動発電機Ｍ／Ｇのトルクで走行し、その後エンジンＥＮＧを自動的に始動する制御を行う。減速運転での車両走行エネルギーを交流電動発電機Ｍ／Ｇで回収することで自動車の燃費向上を図る。また交流電動発電機Ｍ／Ｇのモータとしてのトルクを使用して車両を走行することで、エンジンの排気ガス中の有害成分の多い運転状態はできるだけエンジンを使用しない方向の制御を行うことで、排ガス排出量の低減を図ることができる。

車体のフロント部には前輪車軸ＦＤＳが回転可能に軸支されている。前輪車軸ＦＤＳの両端には前輪ＦＲＷ，ＦＬＷが設けられている。前輪車軸ＦＤＳの中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギアＤＥＦが設けられている。デファレンシャルギアＤＥＦは、エンジンＥＮＧから変速機Ｔ／Ｍを介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸ＦＤＳに分配している。変速機Ｔ／ＭはエンジンＥＮＧの回転駆動力を変速してデファレンシャルギアＤＥＦに伝達している。エンジンＥＮＧは、燃料供給量を制御するインジェクタや空気供給量を制御するスロットル装置などのアクチェタをエンジン制御装置ＥＣＵによって制御することにより制御される。変速機Ｔ／Ｍの変速動作は、変速機制御装置ＴＣＵによって制御される。

交流電動発電機Ｍ／Ｇは、車体のフロント部分に設けられたエンジンルーム内にエンジンＥＮＧと共に配置される。交流電動発電機Ｍ／Ｇは、エンジンＥＮＧと変速機Ｔ／Ｍの間に配置され、ロータは、変速機Ｔ／Ｍの入力軸と機械的に連結されている。これにより、交流電動発電機Ｍ／ＧはエンジンＥＮＧに回転駆動力を伝達することができると共に、エンジンＥＮＧからの回転駆動力を受けることができる。

回転電機である交流電動発電機Ｍ／Ｇの内側に空間が作られ、変速機Ｔ／Ｍの端部の一部が、交流電動発電機Ｍ／Ｇの内側設けられた前期空間に配置されている。図１で回転電機として説明したように、交流電動発電機Ｍ／Ｇのロータの内側には図８に示すように、交流電動発電機Ｍ／Ｇの軸とロータ内側との間に空間が形成され、この実施の形態では前記空間に変速機の一部が配置されている。なお、汚れ防止などのためロータの内側面に薄いカバーを設け、このカバーの内側に空間が設けられるようにしてもよい。このようにすることで上述のごとくごみなどの進入を防止できると共に、上記空間に配置されたものが高速回転するロータ面と接することによる事故を防止できる。

交流電動発電機Ｍ／Ｇの軸と前記エンジンＥＮＧの軸との間にはクラッチが設けられ、交流電動発電機Ｍ／Ｇのみで車両走行している場合は前記クラッチを離し、エンジンを変速機から切り離す。また交流電動発電機Ｍ／Ｇのみでの走行中にエンジンを始動する場合は、前記クラッチを接続し、エンジンの回転を上げた状態で燃料および点火エネルギーを供給して完爆させる。

交流電動発電機Ｍ／Ｇをモータとして動作させるエネルギーは、高圧バッテリＨＢＡによって構成された例えば３００V系（２００V〜３５０V）の車載電源に電気的に接続されている。前記車載電源からの直流はインバータ装置ＩＮＶにより交流に変換され交流電動発電機Ｍ／Ｇに供給される。インバータ装置ＩＮＶは、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子からなるパワーモジュールＰＭと、パワーモジュールＰＭを構成する半導体スイッチング素子をオンオフ駆動する駆動装置ＤＵと、駆動装置ＤＵを制御して、交流電動発電機Ｍ／Ｇの回転を制御する回転電機の制御装置ＭＣＵとを備えている。

高圧バッテリＨＢＡの直流電圧がインバータ装置ＩＮＶに供給され、インバータ装置ＩＮＶによって三相交流電流に変換される。回転電機である交流電動発電機Ｍ／Ｇのステータコイルには、インバータ装置ＩＮＶによって制御された三相交流電流が供給され、これによって回転磁場が生じ、ステータに対してロータが回転する。これにより、交流電動発電機Ｍ／Ｇはモータとして動作し、エンジンＥＮＧによる車両走行を助けるための駆動力を発生する。

一方、回転電機である交流電動発電機Ｍ／Ｇはロータに永久磁石が設けられておりロータが車輪からの回転力あるいはエンジンＥＮＧからの回転駆動力によって回転すると、ステータコイルに電圧を誘起する。これにより、交流電動発電機Ｍ／Ｇは発電機として動作し、高圧バッテリＨＢＡを充電するための三相交流電力を発生する。三相交流電力は、インバータ装置ＩＮＶによって直流電力に変換され、高圧バッテリＨＢＡに充電される。なお、上記交流電動発電機Ｍ／Ｇの他に発電機を備え、エンジンや減速運転モードでの車輪からの回転トルクを上記他の発電機に伝えて発電してもよい。上記交流電動発電機Ｍ／Ｇは、モータ特性や小型化を重視して作られる場合、発電機としての機能は不十分となることが考えられ、この場合他に発電機を有することが望ましい。

また、低圧バッテリＬＢＡによって構成される例えば１４ｖ系車載電源を備えている。低圧車載電源には、図示省略したライト、ラジオ、方向指示器などの車載されている機器に電流を供給するように、電気的にそれぞれ並列に接続されている。高圧バッテリＨＢＡと低圧バッテリＬＢＡの間には、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＣＣが設けられ、低圧直流電源から昇圧して高圧バッテリーに電力を供給したり、高圧バッテリＨＢＡの出力を直流低圧に変換して、低圧バッテリＬＢＡに供給したりする。高圧バッテリＨＢＡと低圧バッテリＬＢＡとの間の電力の送電は、バッテリ制御装置ＢＣＵによって制御される。

また、変速機制御装置ＴＣＵと、エンジン制御装置ＥＣＵと、回転電機の制御装置ＭＣＵと、バッテリ制御装置ＢＣＵとは、車内通信網ＬＮＡを介して、総合制御装置ＧＣＵに制御されている。総合制御装置ＧＣＵは、変速機制御装置ＴＣＵと、エンジン制御装置ＥＣＵと、回転電機の制御装置ＭＣＵと、バッテリ制御装置ＢＣＵとを制御して、ハイブリッド自動車を統合制御する。

次に、図９を用いて、本実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車の回転電機の駆動システムの構成について説明する。図９は、本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車の回転電機の駆動システムのシステム構成図である。この実施形態はパワーＭＯＳをスイッチング素子として使用しているが、ＩＧＢＴなどの他のスイッチング素子を用いることは可能であり、例えばＩＧＢＴを使用した場合には並列接続されたダイオードが必要である。上述のとおり他の図と同一符号は、同一構成要素を示している。

パワーモジュールＰＭは、Ｕ相上アームスイッチング素子ＭupとＵ相下アームスイッチング素子Ｍunとの直列回路と、Ｖ相上アームスイッチング素子ＭvpとＶ相下アームスイッチング素子Ｍvnとの直列回路と、Ｗ相上アームスイッチング素子ＭwpとＷ相下アームスイッチング素子Ｍwnとの直列回路とが並列接続されており、高圧バッテリＨＢＡから供給される直流電力を交流電力に変換して、回転電機のステータ１０を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイルに供給される。３相のステータコイルに流れる電流によって発生する起磁力により、ロータ２０が回転駆動する。

各相ステータコイルに供給される電流ｉu，ｉv，ｉwは、それぞれ、電流検出器Ｃu，Ｃv，Ｃwによって検出される。また、ロータ２０の回転に伴って、ロータ２０の磁極位置θが、磁極位置検出器ＭＰＣによって検出される。

回転電機の制御装置ＭＣＵは、上位制御装置、例えばエンジン制御装置６０や総合制御装置ＧＣＵからの指令信号、回転電機である交流電動発電機Ｍ／Ｇの相間電圧やバッテリＨＢＡの端子電圧などに関する各種検知信号（フィードバック信号）に応じて、駆動装置ＤＵの動作を制御するための指令信号を駆動装置ＤＵに出力する。また、回転電機の制御装置ＭＣＵは、電流検出器Ｃu，Ｃv，Ｃwによって検出された電流ｉu，ｉv，ｉwを、磁極位置検出器ＭＰＣによって検出された磁極位置θによって、ｑ−ｄ座標軸の電流ｉq，ｉdに変換し、電流ｉq，ｉdが目標値となるように、駆動装置ＤＵを制御する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ステータコアのスロットに対するステータコイルの占積率を向上することができるので、ステータの径方向の厚さを薄くすることができる。したがって、回転電機の内側に空間を作ることが可能となる。この空間に他の装置、例えば変速機の入力軸等を貫通させるための貫通穴を設け、変速機の一部を配置することができる。上述のようにステータコイルの部分の径方向の長さを短くできるので回転電機の外形寸法を要望の寸法に抑えることができる。外形寸法を従来の寸法とほとんど変えないで作ることができる。

また、コイルエンド部とスロット挿入部との間に捻り部を設けて、コイルの巻き始めと巻き終わりを同一面側に位置するようにしたため、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成した後、層コイル同士を接続するのも容易になるし、また、複数の層コイルを直列接続した３相の各相ステータコイルを結線する作業も容易になる。

本発明の一実施形態による回転電機の全体構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機の全体構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による回転電機におけるステータコアのスロット内に挿入されるステータコイルの状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態による回転電機に用いるステータコイルの１ターン分のコイル形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機に用いるステータコイルの１．５ターン分のコイル形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機に用いる巻回数が３８Ｔのステータコイルのコイル形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機に用いる３相コイルの形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車のシステム構成図である。 本発明の一実施形態による回転電機を用いたハイブリッド自動車の電動機駆動システムのシステム構成図である。

符号の説明

１０…ステータ
２０…ロータ
１２…ステータコア
１４…ステータコイル
２２…ロータコア
２４…永久磁石
ＳＣ…平角コイル
ＳＣ−Ｓ…スロット挿入部
ＳＣ−Ｅ…コイルエンド部
Ｎ…捻り部
ＳＴ…巻き始め部
ＥＮ…巻き終わり部

Claims (17)

1. ステータコアの突極に、３相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個の永久磁石が等間隔で配置されたロータとからなる回転電機であって、
   前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、
   前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、
   前記スロットに挿入される２つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する２つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた４つの捻り部とからなり、
   前記コイル辺部及びコイルエンド部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、
   前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第１のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面に対して、第２のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面が、第一のコイルエンド部において内側を向いていた面と反対の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記ステータコイルは、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成し、偶数個の層コイルを、２個のコイル挿入部におけるコイルの積層数が等しくなるように積層し、直列接続して形成することを特徴とする回転電機。
3. 請求項２記載の回転電機において、
   前記偶数個の層コイルは、スロット挿入部においては、回転電機の径方向に積層され、コイルエンド部においては、回転電機の軸方向に積層されることを特徴とする回転電機。
4. ステータとロータからなる回転電機の前記ステータに用いられる電気巻線であって、
   前記電気巻線は、平角コイルであるとともに、前記ステータのステータコアの所定のスロットのその奥よりも幅が狭い入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、
   前記スロットに挿入される２つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する２つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた４つの捻り部とからなり、
   前記コイル辺部及びコイルエンド部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、
   前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第１のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面に対して、第２のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面が、第一のコイルエンド部において内側を向いていた面と反対の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置することを特徴とする電気巻線。
5. 回転電機において、
   ステータと、
   このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、
   前記ステータは、
   ステータコアと、
   このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、
   前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、
   前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、
   前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、
   前記各相コイルは、
   軸方向に延びる２つのコイル辺部と、
   このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる２つのコイル端部とを備えており、
   前記コイル辺部及びコイル端部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、
   前記２つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した２つの前記スロットに収納されており、
   前記２つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、
   前記複数の相コイルのうち、第１相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、
   前記複数の相コイルのうち、第２相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第１相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、
   前記複数の相コイルのうち、第３相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第１相及び前記第２相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相及び前記第２相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されている
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記各相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積厚が前記コイル辺部における前記コイル導体の積厚よりも小さい
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の断面が長辺となる積層方向の内側を向いている面に対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の積層方向の内側を向いている面が反対の面になって前記コイル導体が積層されるように、前記捻り部によって捻りが加えられている
   ことを特徴とする回転電機。
8. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の積層方向が、最内周が巻き始めで最外周部が巻き終わりであるように積層されているのに対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の積層方向が、最内周が巻き終わりで最外周部が巻き始めであるように積層されているように、前記捻り部によって捻りが加えられている
   ことを特徴とする回転電機。
9. 請求項８に記載の回転電機において、
   前記各相コイルは、前記コイル端部の一方側に前記コイル導体の巻き始めが形成され、前記コイル端部の他方側に前記コイル導体の巻き終わりが形成されており、
   前記巻き始め及び前記巻き終わりは、前記コイル導体の積層によって形成された積層体の上層に位置する
   ことを特徴とする回転電機。
10. 内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、
    ステータと、
    このステータの周面に空隙を介して対向配置されて回転可能に軸支されたロータとを有し、
    前記ステータは、
    ステータコアと、
    このステータコアに組み込まれたステータコイルとを備えており、
    前記ステータコアには、軸方向に連続した複数のスロットが周方向に形成されており、
    前記ステータコイルは、コイル導体を積層しながら連続的に巻回した複数の相コイルから構成されており、
    前記各相コイルは、
    軸方向に延びる２つのコイル辺部と、
    このコイル辺部の両端部から捻り部により変位させられて周方向に延びる２つのコイル端部とを備えており、
    前記コイル辺部及びコイル端部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、
    前記２つのコイル辺部は、複数の前記スロットを跨いで離間した２つの前記スロットに収納されており、
    前記２つのコイル端部は、前記スロットから軸方向両方向に突出して前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、
    前記複数の相コイルのうち、第１相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向となるように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、
    前記複数の相コイルのうち、第２相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が軸方向から径方向に変化するように、かつ前記コイル端部が前記第１相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されており、
    前記複数の相コイルのうち、第３相の複数の相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積層方向が径方向となるように、かつ前記コイル端部が前記第１相及び前記第２相の相コイルのコイル端部の外側を通って、周方向に隣接する前記第１相及び前記第２相の相コイルの隣り合う前記捻り部を跨ぐように、前記コイル端部が前記ステータコアの軸方向両端面に配置されている
    ことを特徴とする回転電機。
11. 請求項１０に記載の回転電機において、
    前記各相コイルは、前記コイル端部における前記コイル導体の積厚が前記コイル辺部における前記コイル導体の積厚よりも小さい
    ことを特徴とする回転電機。
12. 請求項１０に記載の回転電機において、
    前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の断面が長辺となる積層方向の内側を向いている面に対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の積層方向の内側を向いている面が反対の面になって前記コイル導体が積層されるように、前記捻り部によって捻りが加えられている
    ことを特徴とする回転電機。
13. 請求項１０に記載の回転電機において、
    前記各相コイルには、前記コイル端部の一方における前記コイル導体の積層方向が、最内周が巻き始めで最外周部が巻き終わりであるように積層されているのに対して、前記コイル端部の他方では、前記コイル導体の積層方向が、最内周が巻き終わりで最外周部が巻き始めであるように積層されているように、前記捻り部によって捻りが加えられている
    ことを特徴とする回転電機。
14. 請求項１３に記載の回転電機において、
    前記各相コイルは、前記コイル端部の一方側に前記コイル導体の巻き始めが形成され、前記コイル端部の他方側に前記コイル導体の巻き終わりが形成されており、
    前記巻き始め及び前記巻き終わりは、前記コイル導体の積層によって形成された積層体の上層に位置する
    ことを特徴とする回転電機。
15. 内燃機関と共に車両の駆動力を発生する駆動源を構成すると共に、駆動源の駆動力を変速して車軸に伝達する変速機と内燃機関との間に配置された回転電機において、
    ステータコアの突極に、３相のステータコイルがそれぞれ分布巻きで巻回されたステータと、
    このステータと対向して回転可能に支持されるとともに、円周方向に複数個の永久磁石が等間隔で配置されたロータとを有し、
    前記ステータコアのスロットの入口は、その奥よりも幅が狭く、
    前記ステータコイルは、平角コイルであるとともに、前記ステータコアの所定のスロットの入口から順次挿入されながら、複数のスロットに跨って、前記突極に巻回されるとともに、
    前記スロットに挿入される２つのスロット挿入部と、前記スロットの端部の外側に位置する２つコイルエンド部と、前記スロット挿入部と前記コイルエンド部の間に位置し、ひねりを加えられた４つの捻り部とからなり、
    前記コイル辺部及びコイルエンド部において、平角線である前記ステータコイルが、前記平角線の断面が長辺となる面同士が接して積層されるように巻回されており、
    前記捻り部において、複数ターン分のコイルを前記突極に巻回された状態において、第１のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面に対して、第２のエンドコイル部における前記平角コイルの積層方向の内側を向いている面が、第一のコイルエンド部において内側を向いていた面と反対の面になるようにひねりが加えられ、前記コイルエンド部において、前記平角コイルの巻き始め部と前記平角コイルの巻き終わり部が、同一面側に位置する
    ことを特徴とする回転電機。
16. 請求項１５に記載の回転電機において、
    前記ステータコイルは、複数枚の平角コイルを積層して層コイルを形成し、偶数個の層コイルを、２個のコイル挿入部におけるコイルの積層数が等しくなるように積層し、直列接続して形成する
    ことを特徴とする回転電機。
17. 請求項１６に記載の回転電機において、
    前記偶数個の層コイルは、スロット挿入部においては、回転電機の径方向に積層され、コイルエンド部においては、回転電機の軸方向に積層される
    ことを特徴とする回転電機。

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