JP5948392B2 - 回転電機、固定子および固定子巻線 - Google Patents

Description

本発明は、モータや発電機などの回転電機、回転電機に用いられる固定子、および固定子巻線に関する。

固定子の巻線の形態には、磁極歯毎にコイルを集中して巻線する集中巻と、複数のスロットを跨いでコイルを巻線し、コイルエンドで異相、または同相のコイル同士が重なり合う分布巻がある。集中巻の固定子はコイルエンドを小さくでき、回転電機の小型化、高効率化に有効であるが、その反面、固定子の内周に形成される回転磁界が滑らかに分布しないため、高調波に起因した騒音が発生し易い欠点がある。一方、従来使用されていた分布巻の固定子は一般的には、固定子内周の回転磁界を正弦波に近づけることができ、集中巻よりも騒音を小さくできる。しかし、コイルエンドでコイル同士の重なりが多く、集中巻と比べてその体積が大きくなり、小型化や高効率化に課題がある。

例えば、電気自動車の駆動主機用モータでは、搭載空間に制約がある上、限られたバッテリ電圧で高い出力を得なければならない。極めて高いレベルの小型化、高出力化の要求が強く、これを達成する手段の一つとして、コイルの素線銅線に略矩形断面の線を使用し、固定子スロット内のコイル占積率を高める方法がある。集中巻固定子への矩形断面線の適用は、コイルの形状が単純であるため、比較的容易である。なお、集中巻の固定子コイルを矩形断面線で連続して構成した実施例としては、特許文献１、特許文献２などがある。

ところが、分布巻の固定子コイルを略矩形断面線とした場合、素線の整列を保ちながら素線同士の干渉を回避させる必要がある。これを解決する手段として、従来、特許文献３で示すような同心巻の３相コイルが用いられている。３相コイルのコイルエンドの構造はＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれが軸方向に積層して形成され、かつ、それぞれが重ならないように組み立てることで、異なるコイル同士の干渉を回避している。

特開２００4−８０８６０号公報 特開２００６−２８８１２３号公報 特開２００６−１０１６５４号公報

しかし、コイルエンドで積層して形成された素線が互いに干渉しないように各相のコイルエンド形状を変えて形成して組み込んでいるため、コイルエンドの寸法が大きくなるといった問題がある。
なお、以下に記載する実施形態は上記発明が解決しようとする課題で説明の内容とは異なる課題を解決することができる。これらは製品生産の上で重要な課題であり、これらについて以下で説明する。

請求項１の発明による固定子巻線は、回転電機に用いられ、固定子鉄心の複数のスロットに配置される複数のコイルを接続して構成される分布巻の固定子巻線であって、互いに接続された２つのコイルは、その一方が第１のスロットの先端側においてコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、前記２つのコイルの他方は、第２のスロットの底側においてコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、前記底側コイル端末が、前記コイルエンドの径方向外周側の側面に沿って前記先端側コイル端末の方向に這い回されている。
請求項８の発明による回転電機の固定子は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固定子巻線を備える。
請求項９の発明による回転電機は、請求項８に記載の固定子を備える。

本発明によれば、回転電機の固定子におけるコイルエンド高さを低く抑え、コイルエンドの小型化を図ることができる。
以下で説明する実施の形態は、上記効果の他に以下で説明する課題を解決できると共に、以下で説明する効果を奏する。以下で説明の課題や効果は、製品を生産する上でたいへん重要な課題や効果である。発明者等が製品化に向けて深く検討した内容を実施の形態として記載しており、以下で説明する実施の形態は、上述の小型化に関する課題以外に、製品化の観点で重要な色々の課題の解決および効果を奏する。これらの解決しようとする課題や効果は次に説明する。

一実施の形態の誘導型回転電機の側面断面図である。 誘導型回転電機の固定子を示す断面図である。 誘導型回転電機の回転子の断面を示す斜視図である。 ２Ｙ接続された固定子コイル４１３の接続図である。 コイルＵ１１，Ｕ１２の詳細を示す図であり、（ａ）は接続前を、（ｂ）は接続後をそれぞれ示す。 スロット４１１と固定子コイル４１３を構成するコイルの配置関係を示す図である。 固定子鉄心内４１２内に装着された接続前のコイルの様子を示す斜視図である。 導体端末２１１，２１２の第１の接続構造を示す図である。 導体端末２１１，２１２の第２の接続構造を説明する図である。 導体端末２１１，２１２の第３の接続構造を説明する図である。 導体端末２１１，２１２の第４の接続構造を説明する図である。 導体端末２１１，２１２の第５の接続構造を説明する図である。 導体端末２１１，２１２の第６の接続構造を説明する図である。 導体端末２１１，２１２の第７の接続構造を説明する図である。 第７の接続構造の変形例を示す図である。 導体端末２１１，２１２の第８の接続構造を説明する図である。 第８の接続構造の変形例を示す図であり、（ａ）は第１の変形例を、（ｂ）は第２の変形例をそれぞれ示す。

以下で説明する実施の形態は次に説明する課題を解決し、次に説明する効果を奏する。これらの解決しようとする課題や効果は上述の解決しようとする課題や効果と重複する点があるが、多くは異なる課題や効果である。
〔生産性の向上〕
以下の実施の形態は、図５に記載する如く、１回あるいは複数回巻回したコイルを使用する。該コイルはスロット内に挿入される第１と第２の２つの挿入部と該第１と第２の挿入部を繋ぐ第１と第２のコイルエンドを有している。図５〜図７で説明の如く、例えば第１の挿入部がスロットの奥側（底側）に配置されると、第２の挿入部はスロットの開口側（先端側）に位置するように配置される。前記第１の挿入部が位置するスロットの、開口側（先端側）には、他のコイルの第２の挿入部が配置される。また前記第２の挿入部が位置するスロットの、奥側（底側）には、さらに他のコイルの第１の挿入部が配置される。スロット内にこのような配置関係で、３相固定子巻線を構成するコイルが、固定子の全周に渡って配置される。
上記各コイルは連続した導線で形成されており、コイルを形成するための例えば第１の挿入部と第２の挿入部とを接続するための溶接工程が不要である。従って以下の実施の形態の構造は、生産性が向上する構造である。以下の実施の形態は固定子巻線全体における接続箇所が比較的少なく、生産性が向上する構造である。
さらに図５や図６に記載の如く、２個のコイルを近いスロットに配置する構造とすることで、上記２個のコイルを連続した導線で形成することが可能となる。このような構造とすることで、固定子全体での接続箇所を少なくでき、生産性が向上する。また接続箇所を少なくすることで、電気的な特性が向上し、さらに小型化が可能となる。
図５や図７〜図１３に記載の如く、導体端末の接続部（図の符号２１１ａや２１２ａ）が上記コイルを形成する第１や第２のコイルエンドの外側に位置しているので、接続作業が容易であり、生産性に優れている。さらに全体の構造が簡素化され、小型化に繋がると共に信頼性の向上に繋がる。
また上記導体端末の接続部は上記コイルを形成する第１や第２のコイルエンドの一方側にのみ位置する構造となっているので、生産性が向上する構造である。
〔性能向上〕
上記第１と第２の挿入部を有するコイルは１回あるいは複数回巻回して構成されている。上記巻回数をかえることで、スロット内の開口から奥に向かう方向（回転機の半径方向）に重ねられる導線の積層数を変えることができる。すなわち１回あるいは複数回巻回して構成されるコイルの第１の挿入部をスロットの奥側（底側）に配置し、第２の挿入部をスロットの開口側（先端側）に配置する構造としているので、特性に応じたコイルの巻回数を設定することにより、スロット内の導線の積層数を適切な数とすることができる。このような構造により、適した特性の回転電機を得ることがより容易となる。なお、背景技術の欄に記載した上述の特許文献１〜３には上記コイルの配置構造が開示されていない。
図５や図６に記載の如く、同一相あるいは同一相を構成するコイル部分（例えばＵ１１あるいはＵ１２、Ｖ１１、Ｖ１２の各々）を複数のコイルで構成し、上記複数のコイルを近接したスロットに配置することで、これら接近したコイルにおいて、各コイルの第１の挿入部はスロットの奥側（底側）に配置され第２の挿入部をスロットの開口側（先端側）に配置されているので、生産性の向上に加え性能的にも優れている。
〔小型化〕
小型化について発明が解決しようとする課題の欄等で上述したが、さらに次の観点が回転電機の小型化に大きく貢献している。
図５〜図７に記載の如く、１回あるいは複数回巻回したコイルが使用され、該コイルはスロット内に挿入される第１と第２の２つの挿入部と該第１と第２の２つの挿入部を繋ぐ第１と第２のコイルエンドを有していて、上記コイルは連続した導線で作られており、第１と第２の挿入部を溶接などで接続してコイルを構成する構造では無いのでコイル自身が小型となる。また固定子あるいは回転子全体も小型化となる。
コイルの第１の挿入部をスロットの奥側に配置し、第２の挿入部をスロットの開口側配置する構造としているので、断面が略長方形の導体を使用してコイルを形成することが可能であり、上記略長方形の導体断面の短辺方向に導体を積層することが可能となる。略長方形断面の導体を使用することによる性能が向上し、さらに短辺方向に導体を積層することで、すなわち略長方形断面の長辺側の導体面が互いに対向する方向に導体を積層することで、固定子の小型化に繋がる。これにより回転電機全体も小型となる。

以下、図を参照して発明を実施するための最良の形態について誘導型回転電機を例に説明する。この回転電機はハイブリット自動車等の駆動系に使用され、車輪を駆動する駆動用のモータの機能と、発電を行う発電機の機能の両方を有している。回転電機は、例えば、停止中のエンジンの始動に用いられたり、エンジンと共に車両を走行するためのトルク発生に用いられたり、単独のトルクで車両走行に用いられたりする。

図１は、誘導型回転電機の側面断面図、図２は、固定子の断面を示す図、図３は、回転子の断面を示す斜視図である。誘導型回転電機は、軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有している。ハウジング１とカバー２は、複数本、例えば６本のボルト３によって締結されている。ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられおり、固定子４はその水路形成部材２２の内側に焼き嵌め等で固定されている。水路形成部材２２の図示左端のフランジはハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が水路形成部材２２とハウジング１との間に形成される。回転電機を冷却する冷却水は、ハウジング１に形成された取入口３２から水路２４に取り入れられた後、ハウジング１の排出口３４から排出される。

固定子４は、複数のスロット４１１が周方向等間隔に設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット４１１内に巻回された３相の固定子コイル４１３とによって構成されている。本実施の形態の誘導型回転電機は、８極構成の固定子コイル４１３はスター結線にて結線され、それぞれの相は一対の巻線部分が並列に接続された２Ｙ結線となっている。固定子コイル４１３が巻回される固定子鉄心４１２には、４８のスロット４１１が形成されている。固定子鉄心４１２は、例えば厚さ０.０５〜０.３５mmの電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなり、周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット４１１が形成されている。

固定子鉄心４１２の内周側には、固定子鉄心４１２と微小な隙間を介して対向するように、回転子５が回転可能に配置されている。回転子５はシャフト６に固定されており、シャフト６と一体に回転する。シャフト６は、ハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた一対のボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。これらのベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のベアリング７ａは、不図示の固定板によってカバー２に固定されており、ハウジング１の底部側のベアリング７ｂは、ハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。

シャフト６の左端には、プーリー１２がナット１１によって取り付けられている。シャフト６のプーリー１２とベアリング７ａとの間には、スリーブ９およびスペーサ１０が設けられている。スリーブ９の外周およびプーリー１２の内周はやや円錐形状となっており、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６とが強固に一体化され、これらは一体的に回転できるようになっている。固定子４に対して回転子５が回転駆動されると、プーリー１２によってシャフト６の回転力が外部に出力される。また、発電機として機能する場合には、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力される。

図３に示すように、かご型回転子である回転子５の回転子鉄心５１３には、回転軸方向に延びる複数の導体バー５１１が、周方向の全周に渡って等間隔で埋め込まれている。回転子鉄心５１３は磁性体からなり、回転子鉄心５１３の軸方向両端には、各導体バー５１１を短絡させる短絡環５１２がそれぞれ設けられている。なお、図３の斜視図では、回転子鉄心５１３と導体バー５１１との関係を明示するために、回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー１２側の短絡環５１２およびシャフト６は図示されていない。

回転子鉄心５１３は、厚さ０.０５〜０.３５mmの電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。図３に示すように、回転子鉄心５１３の内周側には、軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられている。回転子鉄心５１３の外周側すなわち固定子側には前述した導体バー５１１が埋め込まれており、導体バー５１１の内側の回転子ヨーク５３０に磁気回路が形成される。各導体バー５１１および短絡環５１２はアルミによって構成されており、ダイキャストによって回転子鉄心５１３に一体とされている。回転子鉄心の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。なお、図１には図示していないが、ハウジング１の底部側には、回転子５の回転を検出するための検出ロータが設けられている。回転センサ１３は、回転する検出ロータの歯を検出し、回転子５の位置や回転子５の回転速度を検知するための電気信号を出力する。

図４は、２Ｙ接続された固定子コイル４１３の接続図であり、駆動用の二次電池６１２とインバータ装置６２０の直流端子が電気的に接続されている。インバータ装置６２０の交流端子は、固定子コイル４１３と電気的に接続されている。二次電池６１２からインバータ装置６２０に直流電力が供給され、固定子鉄心４１２に巻回された３相の固定子コイル４１３にインバータ装置６２０から交流電力が供給される。固定子コイル４１３は、交流電力の周波数に応じた回転速度の回転磁界を発生する。

本実施の形態では、固定子コイル４１３は２個のスター結線Ｙ１，Ｙ２を有している。Ｙ１結線は、Ｕ相巻線Ｙ１ＵとＶ相巻線Ｙ１ＶとＷ相巻線Ｙ１Ｗとを有している。Ｙ２結線は、Ｕ相巻線Ｙ２ＵとＶ相巻線Ｙ２ＶとＷ相巻線Ｙ２Ｗとを有している。Ｙ１結線とＹ２結線は並列接続されており、それぞれの中性点も接続されている。巻線Ｙ１Ｕは、直列接続されたコイルＵ１１，コイルＵ１２，コイルＵ１３およびコイルＵ１４から構成されている。また、巻線Ｙ２Ｕは、直列接続されたコイルＵ２１，コイルＵ２２，コイルＵ２３およびコイルＵ２４から構成されている。同様に、巻線Ｙ１Ｖは直列接続されたコイルＶ１１〜Ｖ１４から構成され、巻線Ｙ２Ｖは直列接続されたコイルＶ２１〜Ｖ２４から構成され、巻線Ｙ１Ｗは直列接続されたコイルＷ１１〜Ｗ１４から構成され、巻線Ｙ２Ｗは直列接続されたコイルＷ２１〜Ｗ２４から構成されている。

本実施の形態では、分布巻の中でもコイルエンドの寸法を小さくできる重ね巻を採用しており、コイルＵ１１〜コイルＷ２４の各々は、図５（ａ）に示すような連続した二組のコイル４１３１ａ，４１３１ｂから成る。同一巻数（例えば、３ターン）のコイル４１３１ａ，４１３１ｂは、渡り導体部４１３４を介して連続している。コイル４１３１ａ，４１３１ｂの巻き方はα巻としているが、順巻でも良い。本実施の形態の回転電機では、二組のコイル４１３１ａ，４１３１ｂが２４セット用いられ、予め図５（ａ）のように巻き回されたコイル４１３１ａ，４１３１ｂのそれぞれが、固定子鉄心４１２の対応するスロット４１１に内側から嵌め込まれる。

図４では、コイルＵ１１を構成する２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂを数字２，１で表示している。図２においては、コイルＵ１１を構成する２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂ、およびコイルＵ１２を構成する２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂの巻回しの様子が、破線（４１３１ａ）および実線（４１３１ｂ）で模式的に示されている。詳細は後述するが、いずれのコイル４１３１ａ，４１３１ｂも、４つのスロットを間に挟んだ一対のスロット４１１間に巻回されている。

例えば、コイルＵ１１を構成するコイル４１３１ｂの場合には、番号１のスロットと番号６のスロットとの間に巻回され、番号１のスロットにおいては回転子側（先端側）に配置され、番号６のスロットにおいては底側に配置されている。一方、コイル４２３１ａは、番号２のスロットの先端側と番号７のスロットの底側との間で巻回される。同様に、コイルＵ１２のコイル４１３１ａは、番号３８と番号４３のスロット４１１に跨って巻き回され、コイルＵ１２のコイル４１３１ｂは、番号３７と番号４２のスロット４１１に跨って巻き回される。なお、コイルがま着回される一対のスロット間にいくつのスロットが挟まれるかは、スロット総数や相数などに依存し、必ずしも４とは限らない。

図４では、コイルＵ１１のコイル４１３１ａは数字２で表され、コイル４１３１ｂは数字１で表されているが、これらの数字１および２は、コイル４１３１ａ，４１３１ｂが配置されるスロット４１１の内、スロット先端側に配置される方のスロット番号を示している。スロット番号は４８個あるスロット４１１の任意のスロット４１１を番号１とし、周方向に順に付した番号である。コイル４１３１ａは、番号２のスロット４１１と番号７のスロット４１１に跨って巻き回され、番号２のスロット４１１においては回転子側（スロット先端側）に挿入され、番号７のスロット４１１においてはスロット底側に挿入されている。

以下同様に、図４の一対のコイルに対して示される番号は、各コイルが回転子側に挿入されるスロットの番号を表している。このように、一対になった２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂは隣同士のスロット４１１に挿入することで、トルク脈動を低減できる。

図６は、スロット４１１と固定子コイル４１３を構成するコイルの配置関係を示す図である。図６の欄４４２に示す番号は、上述したスロット番号１〜４８を示す。例えば、コイルＵ１１を構成する２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂ（すなわち、図４の番号２，１を付したコイル）は、番号２および１のスロット４１１の回転子側に挿入される。図６では、そのことが分かりやすいように、番号２，１の下側の欄外に符号Ｕ１１を付した。例えば、欄４４２において、コイルＷ１３は番号２９と３０で表されている。すなわちコイルＷ１３は、スロット番号２９のスロット４１１の回転子側に配置されたコイル４１３１ａと、スロット番号３０のスロット４１１の回転子側に配置されたコイル４１３１ｂとの直列接続でコイルＷ１３が構成されていることを示している。

図６の欄４４４は、固定子巻線の相とその相における配置の順番を示している。上述したように、コイルＵ１１を構成するコイル４１３１ａ，４１３１ｂは、スロット番号２，１のスロット４１１の回転子側にそれぞれ挿入されている。このコイルＵ１１は、欄４４４では共に「Ｕ１」と記されている。これは、固定子巻線におけるＵ相の１番目、すなわちＵ相の基準位置に配置されていることを示している。コイルＵ２１を構成するコイル４１３１ａ，４１３１ｂは、欄４４２に示すようにスロット番号４４，４３のスロット４１１の回転子側に挿入され、欄４４４には共に「Ｕ２」と記されている。これは、コイルＵ２１は、固定子巻線のＵ相の２番目、すなわちＵ相の基準位置から機械角で４５°の位置に配置されていることを示している。同様に、コイルＵ１２を構成するコイル４１３１ａ，４１３１ｂは、欄４４２に示すようにスロット番号３８，３７のスロット４１１の回転子側にそれぞれ挿入され、欄４４４には共に「Ｕ３」と記されている。これは、コイルＵ１２は、固定子巻線のＵ相の３番目、すなわちＵ相の基準位置から機械角で９０°の位置に配置されていることを示している。

すなわち、図４に示す巻線Ｙ１Ｕにおいて、コイルＵ１１はＵ相の基準位置に配置され、コイルＵ１２，コイルＵ１３およびコイルＵ１４は、それぞれ基準位置から３番目（機械角９０°）、５番目（機械角１８０°）および７番目（機械角２７０°）の位置に配置されている。一方、巻線Ｙ２ＵのコイルＵ２１〜Ｕ２４は、欄４４４に示すように、それぞれＵ相の基準位置から２番目（機械角４５°）、４番目（機械角１３５°）、６番目（機械角２２５°）、８番目（機械角３１５°）の位置に配置されている。

巻線Ｙ１ＶのコイルＶ１１は、コイルＵ１１に対してスロット４１１で２個分、すなわち機械角で１５°シフトしている。このコイルＶ１１の位置がＶ相の基準位置となり、欄４４４には「Ｖ１」と示されている。巻線Ｙ１ＶのコイルＶ１１と直列接続されたコイルＶ１２〜Ｖ１４は、欄４４４に「Ｖ３」，「Ｖ５」，「Ｖ７」と示されているように、Ｖ相の基準位置から３番目（機械角９０°）、５番目（機械角１８０°）および７番目（機械角２７０°）の位置に配置されている。一方、欄４４４に「Ｖ２」と示されている巻線Ｙ２ＶのコイルＶ２１は、コイルＶ１１の位置から機械角で４５°シフトした位置にある。巻線Ｙ２Ｖの他のコイルＶ２２〜Ｖ２４は、欄４４４に「Ｖ４」，「Ｖ６」，「Ｖ８」と示されているように、Ｖ相の基準位置から４番目（機械角１３５°）、６番目（機械角２２５°）、８番目（機械角３１５°）の位置に配置されている。このように、Ｖ相のコイルＶ１１はコイルＵ１１に対して機械角で１５°シフトしているので、Ｖ相のコイルはＵ相のコイルに対して１５°シフトしている。同様に、Ｗ相のコイルＷ１１は、コイルＵ１１に対して機械角で３０°シフトしているので、Ｗ相のコイルは全てＵ相のコイルに対して３０°シフトしている。

次に欄４４６について説明する。この実施の形態では、周回する各コイル４１３１ａ，４１３１ｂは２つのスロットを通して周回する構造となっている。すなわち、上述したように、コイルＵ１１のコイル４１３１ａは番号２のスロット４１１と番号７のスロット４１１との間に巻回され、番号２のスロット４１１では、巻線はスロット内の回転子側に配置され、番号７のスロット４１１では、巻線はスロット４１１のスロット底側に配置される。欄４４６には、この底側のスロット番号が表示されている。例えば、コイルＵ１１のコイル４１３１ｂは１番目と６番目のスロット間に周回され、１番目のスロット４１１では回転子側に、６番目のスロット４１１ではスロット底側に配置されている。

欄４４８は、欄４４２の番号で示すスロット４１１のスロット底側に位置するコイルの相およびその相におけるコイルの配置の順番を示している。また、欄４５０に記載の符号は、欄４４８に記載のコイルの周回するスロットを示している。例えば、スロット番号２のスロット４１１の回転子側には、欄４２２に示すようにコイルＵ１１のコイル４１３１ａが挿入されている。一方、スロット番号２のスロット４１１の底側に挿入されるコイルは、回転子側がスロット番号４５のスロット４１１に挿入されるコイルＶ２１のコイル４１３１ｂである。そのため、欄４５０には番号４５が記載されている。そして、このコイルがＶ相の２番目コイルであることを示す符号「Ｖ２」が欄４４８に記載されている。

図７は、２４個のコイル（コイルＵ１１〜Ｗ２４）を固定子鉄心４１２のスロット内に装着し、コイル同士を接続する前の状態を示す。コイルＵ１１〜Ｗ２４の各々は、図５（ａ）に示すように、渡り導体部４１３４で連続している２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂから成る２連続α巻コイルで構成されている。重ね巻では、図７に示すように各コイルＵ１１〜Ｗ２４の導体端末２１１，２１２は固定子鉄心４１２の軸方向片側に集中し、４８本の導体端末２１１，２１２がコイルエンド２２０の図示上方に引き出されている。これらの導体端末２１１，２１２は、図４に示すように直列接続されるべき隣のコイルの導体端末２１１，２１２と接続される。

各コイルＵ１１〜Ｗ２４は、それぞれ２つのコイル４１３１ａ，４１３１ｂから成り、コイル４１３１ａの導体端末２１１はスロット４１１のスロット底側から引き出され、コイル４１３１ｂの導体端末２１２はスロット４１１の回転子側から引き出される。例えば、コイルＵ１１の場合には、図４に示すようにコイル４１３１ａは、スロット番号２（回転子側）と番号７（スロット底側）でそれぞれが示される一対のスロット４１１間で巻回され、導体端末２１１が引き出されるコイル巻き始めは、スロット番号７のスロット側となる（図５（ａ）参照））。一方、コイルＵ１１のコイル４１３１ｂは、スロット番号１（回転子側）と番号６（スロット底側）でそれぞれが示される一対のスロット４１１との間で巻回され、導体端末２１２が引き出されるコイル巻終わりはスロット番号１のスロット側となる。

コイルＵ１１とコイルＵ１２とを接続する場合は、図５（ｂ）に示すように、コイルＵ１１を構成するコイル４１３１ｂの導体端末２１２と、コイルＵ１２を構成するコイル４１３１ａの導体端末２１１とを接続する。その場合、回転子側（スロット先端側）に引き出された導体端末２１２と、スロット底側に引き出された導体端末２１１とを、コイルエンド２２０の上方を跨ぐように接続しなければならない。一方、回転電機の小型化のためには、コイルエンド２２０の高さを可能な限り低く抑える必要がある。以下では、コイルエンド２２０の内周側の導体端子２１２と、コイルエンド２２０の外周側の導体端子２１１との接続に関して、コイルエンド高さを抑えることができる接続構造について説明する。

（第１の接続構造）
図８は導体端末２１１，２１２の第１の接続構造を示す図である。図５（ａ）に示したコイルＵ１１とコイルＵ１２とは、図２から分かるように機械角で９０°シフトしている。しかし、図５に示すように、コイルＵ１１，Ｕ１２を接続する場合には、コイルＵ１１のコイル４１３１ｂ側の導体端末２１２と、コイルＵ１２のコイル４１３１ａ側の導体端末２１１とが接続される。図２に示すように、コイルＵ１１のコイル４１３１ｂ側の導体端末２１２は番号１のスロット４１１の先端側に配置され、コイルＵ１２のコイル４１３１ａ側の導体端末２１１は番号４３のスロット４１１の底端側に配置されている。そのため、接続されるべきコイルＵ１１の導体端末２１１とコイルＵ１２の導体端末２１１とは、機械角で４５°ずれていることになる。

そこで、まず、図８(ａ)に示すように、外周側の導体端末２１１を、コイルエンド２２０に沿って内周側の導体端末２１２の方向に渦巻状に這い回し、導体端末２１１の接続部分２１１ａを導体端末２１２に対して径方向に沿って対向させる。ここで渦巻き状とは、導体端末２１１がコイルエンド２２０に沿ってやや内側に這い回される様子を形容したものである。なお、外周側の導体端末２１１はこの渦巻き状に這い回しを行うため、端末長さが内周側の導体端末２１２に比べて長く設定されている。なお、図８においては、コイルエンド２２０を便宜上円筒形状に示している。

次に、図８（ｂ）に示すように内周側の導体端末２１２をコイルエンド２００に沿って径方向に這い回し、導体端末２１２の接続部分２１２ａを導体端末２１１の接続部分２１１ａに近接させる。なお、接続時の熱の影響によるコイルエンド２２０の被覆へのダメージを防止するために、接続部分２１１ａ，２１２ａをコイルエンド２２０から一定距離の位置に配置するようにする。図８（ｂ）のような形状の導体端末２１１，２１２において、導体端末２１１，２１２は接続部２１１ａ，２１２ａと這い回し部２１１ｂ，２１２ｂとに分けられる。次いで、接続部２１１ａ，２１２ａ同士をＴＩＧ溶接等により接続する。なお、以下同様であるが、接続方法としては、ＴＩＧ溶接の他に、ヒュージング、ヒュージングろう付け、抵抗ろう付けなどでも良い。

導体端末２１１，２１２の接続が終了したら、接続部２１１ａ，２１２ａを図８（ｃ）に示すようにコイルエンド２２０の径方向外周側に折り曲げる。このように導体端末２１２をコイルエンド２２０の内周側から外周側へと径方向に這い回し、さらに、接続部２１１ａ，２１２ａを外周側に折り曲げることにより、コイルエンド高さは接続前のコイルエンド２２０の高さに導体端末２１２の幅を１本分加えただけとなり、コイルエンド高さを低く抑えることができる。なお、固定子コイル３１４に断面形状が矩形の導体（平角導体）を用いる場合には、長辺の面が対向するように接続部２１１ａ，２１２ａを接続することで、接続をより確実にすることができるとともに、コイルエンド高さの増加を短辺寸法に抑えることができる。もちろん、図８（ｄ）に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａの短辺の面同士を周方向に対向させて接続しても構わない。

なお、コイルエンド２２０のコアバック側は空きスペースとなっているので、接続部２１１ａ，２１２ａを、破線で示すようにコアバック方向へとさらに折り曲げても良い。接続部２１１ａ，２１２ａを破線で示す形状となるように矢印ＡＬの方向に折り曲げることにより、接続部２１１ａ，２１２ａを含むコイルエンド外周寸法を小さく抑えることができる。特に、固定子鉄心４１２のコアバック径方向寸法が小さい場合には効果的であり、接続部２１１ａ，２１２ａが固定子鉄心４１２の外周面よりも側方に突出するのを防止できる。

また、コイルエンド２２０の内周側に接続部２１１ａ，２１２ａを折り曲げるスペースがある場合には、接続部２１１ａ，２１２ａを内周側に折り曲げても良いことはもちろんである。さらに、外周側の導体端末２１１に代えて、内周側の導体端末２１２を導体端末１１の方向に渦巻き状に這い回しても良いし、両方の導体端末２１１，２１２を互いに近づけるように渦巻き状に這い回しても良い。

（第２の接続構造）
図９は、本実施の形態における第２の接続構造を説明する図である。まず、第１の接続構造の場合と同様に、図９（ａ）に示すように外周側の導体端末２１１をコイルエンド２２０に沿って渦巻状に這い回し、その接続部２１１ａを内周側の導体端末２１２に対向させる。次に、図９（ｂ）に示すように内周側の導体端末２１２をコイルエンド２００に沿って径方向に這い回し、導体端末２１２の接続部分２１２ａを導体端末２１１の接続部分２１１ａに近接させる。その後、接続部２１１ａ，２１２ａ同士をＴＩＧ溶接等により接続する。ここまでの手順は、上述した第１の接続構造の場合と同様である。

次いで、図９（ｃ）に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａをコイルエンド２２０の上端または外周に沿って周方向に折り曲げる。このような接続構造とすることにより、コイルエンド高さは接続前のコイルエンド２２０の高さにほぼ導体端末２１２の幅を１本分加えただけとなり、コイルエンド高さを低く抑えることができる。なお、図９（ｂ）に示す例では、平角導体の接続部２１１ａ，２１２ａの矩形状断面の長辺の面同士を径方向に対向させて接続したが、図９（ｄ）に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａの短辺の面同士を周方向に対向させて接続しても構わない。

第２の接続構造では、接続部２１１ａ，２１２ａを周方向に折り曲げているので、接続部２１１ａ，２１２ａの長さがある程度長くても、コアバックの上方であってコイルエンド２２０の外側の空きスペースに接続部２１１ａ，２１２ａを収めることができる。そのため、図９（ｂ）における接続部２１１ａ，２１２ａをコイルエンド上方の余裕を持った高さに配置することで、コイルエンド２２０の被膜への接続時の熱の影響を確実に防止することができる。なお、第１の接続構造の場合と同様に、外周側の導体端末２１１を渦巻き状に這い回す代わりに、内周側の導体端末２１２を渦巻き状に這い回しても良い。

（第３の接続構造）
図１０は、本実施の形態における第３の接続構造を説明する図である。上述した第１および第２の接続構造では、導体端末２１１，２１２のいずれか一方を渦巻き状に這い回したが、第３の接続構造では、導体端末２１１，２１２の両方を渦巻き状に這い回すようにした。

まず、図１０（ａ）に示すように、外周側の導体端末２１１をコイルエンド２２０に沿って導体端末２１２の方向に渦巻状に這い回し、導体端末２１１の引き出し位置と導体端末２１２の引き出し位置との間の中間位置近傍にて、導体端末２１１の這い回し方向をやや内径側に向ける。導体端末２１１は、図８（ａ）に示す這い回す形状とは異なる。次いで、図１０（ｂ）に示すように、内周側の導体端末２１２をコイルエンド２２０に沿って導体端末２１１の方向に渦巻状に這い回す。そして、導体端末２１１の引き出し位置と導体端末２１２の引き出し位置との間で、例えば中間位置近傍で、導体端末２１２の這い回し方向をやや外形側に向け、導体端末２１１の接続部２１１ａの右側測面に、導体端末２１２の接続部２１２ａの左側側面とを当接して、ＴＩＧ溶接等によりそれらを接続する。その場合、接続時の熱がコイルエンド被膜に影響を与えないように、コイルエンド２２０の上方の一定距離において接続部２１１ａ，２１２ａの側面同士を対向させるのが好ましい。

次に、図１０（ｃ）に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａを、コイルエンド２２０に密着させるように倒す。その結果、コイルエンド高さは接続前のコイルエンド２２０の高さに導体端末２１２の幅を１本分加えただけとなり、コイルエンド高さを低く抑えることができる。なお、断面形状が矩形の平角導体を用いる場合には、矩形状の短辺の面同士が接続されるので、接続部２１１ａ，２１２ａによるコイルエンド高さの増加は、短辺の寸法分に抑えられる。

（第４の接続構造）
図１１は、本実施の形態における第４の接続構造を説明する図である。上述した第１〜３の接続構造では、コイルエンド２２０を跨ぐように導体端末２１１または２１２を這い回して、接続部２１１ａ，２１２ａを接続するようにした。しかし、以下に述べる第４の接続構造では、導体端末２１１，２１２の一方をコイルエンド２２０を貫通して他方の側に引き出し、接続部２１１ａ，２１２ａを接続するようにした。

図１１(ａ)に示すように、まず、外周側の導体端末２１１をコイルエンド２２０の外周に沿って導体端末２１２の方向に渦巻状に這い回す。そして、導体端末２１１を、コイルエンド２２０のコイルとコイルとの隙間を径方向に貫通させ、例えば、固定子鉄心４１２のティースに沿って径方向に貫通させ、その導体端末２１１をコイルエンド２２０の内周側に引き出す。次いで、引き出した導体端末２１１の接続部２１１ａを、導体端末２１２の接続部２１２ａに接続する。その場合、図１１（ａ）に示すように、コイルエンド２２０から一定距離離れるように接続部２１１ａ，２１２ａを配置し、接続時の熱がコイルエンド被膜に影響を与えないようにする。

次に、図１１（ｂ）に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａをコイルエンド２２０に沿って径方向に折り曲げる。なお、断面形状が矩形の平角導体をコイルに用いる場合には、接続の際に、図１１（ａ）に示すように短辺に対応する面同士、すなわち側面同士を接続することで、コイルエンド高さを接続前のコイルエンド高さに導体端末の短辺方向の幅を１本分加えた高さとすることができる。なお、外周側の導体端末２１１を内周側に貫通させる代わりに、内周側の導体端末２１２を外周側に貫通させて導体端末２１１に接続するようにしても良い。その場合、接続部２１１ａ，２１２ａは内周側に折り曲げることになる。

さらに、その外周側の接続部２１１ａ，２１２ａをコイルエンド２２０の外周に沿って折り曲げても良い。ここは、コイルバック上方の空きスペースなので、空きスペースを有効に利用することができる。この場合も、接続部２１１ａ，２１２ａの側面同士を接続しても良いし、接続部２１１ａ，２１２ａの長辺の面を対向させて接続しても良い。

（第５の接続構造）
図１２は、本実施の形態における第５の接続構造を説明する図である。まず、図１２（ａ）に示すように、外周側の導体端末２１１をコイルエンド２２０に沿って渦巻状に内周側まで這い回す。そして、導体端末２１１をコイルエンド２２０の内周側で１８０°折り返し、接続部２１１ａを内周側の導体端末２１２の接続部２１２ａに接続する。接続部２１１ａ，２１２ａは、平角導体の短辺の面同士が対向するように配置され、ＴＩＧ溶接等により接続される。なお、第４の接続構造の場合と同様に、コイルエンド２２０から一定距離離れるように接続部２１１ａ，２１２ａを配置し、接続時の熱がコイルエンド被膜に影響を与えないようにする。

次に、図１２(ｂ)に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａをコイルエンド２２０に沿って径方向に折り曲げる。この第５の接続構造の場合にも、コイルエンド高さは接続前のコイルエンド高さに導体端末２１１，２１２の短辺方向の幅を１本分加えただけとなり、コイルエンド高さを小さく抑制することができる。なお、内周側の導体端末２１２をコイルエンド２２０の外周側まで這い回し、外周側において接続部２１１ａ，２１２ａを接続するようにし、その接続部２１１ａ，２１２ａを内周側へと折り曲げるようにしても良い。

（第６の接続構造）
図１３は、本実施の形態における第６の接続構造を説明する図である。まず、図１３(ａ)に示すように、内周側の導体端末２１２をコイルエンド２２０に沿って導体端末２１１方向へ内径側から外形側へ渦巻状に這い回す。そして、接続部２１１ａ，２１２ａの側面を接続する。その際、接続部２１１ａ，２１２ａのコイルエンド２２０からの高さは、接続時の熱によりコイルエンド被膜が影響を受けない程度まで高くする。

次いで、図１３（ｂ）に示すように、接続部２１１ａ，２１２ａを内周側に折り曲げるように倒し、コイルエンド２２０に密着させる。この接続構造の場合、導体端末２１２を折りたたむように曲げるため、コイルエンド高さは導体端末２１２の２本分の寸法だけ高くなるが、従来のように接続部２１１ａ，２１２ａを立てたままの場合に比べて、コイルエンド高さを低減することができる。なお、内周側の導体端末２１２に代えて外周側の導体端末２１１を内周側に這い回し、接続部２１１ａ，２１２ａを外周側に折り曲げるようにしても良い。

上述した第１〜第６の接続構造では、導体端末２１１および導体端末２１２をコイルエンド２２０を跨るように接続し、その接続部２１１ａ，２１２ａをコイルエンド２２０の内周側や外周側、またはコイルエンド２２０に沿って折り曲げて、空きスペースに収めるようにしているので、コイルエンド２２０の高さを低く抑えることができる。

（第７の接続構造）
巻線に用いる平角導体が太くなると、接続の際の導体端末２１１および導体端末２１２を自由自在に、特に、小さな曲率半径で曲げるのが難しくなる。例えば、図８に示した接続構造を採用しようとした場合、導体端末２１１を、導体端子２１２との間でコイルエンドに沿うように立体的に曲げるのが難しくなり、導体端末２１１，２１２の幅広の面同士を対面させるのが困難となる。また、導体端末２１１，２１２の幅広の面同士を対面させるように導体端末２１１を曲げると、曲げのスペースが大きくなり、かえってコイルエンドのスペースが大きくなってしまうことになる。

そこで、第７の接続構造では、導体端末２１１を立体的に複雑に曲げなくても良いように、径方向に折り曲げる導体端末２１２の幅広面（矩形断面の長辺に対応する面）と、導体端末２１１の幅の狭い側面（矩形断面の短辺に対応する面）とを接続するようにした。まず、図１４（ａ）に示すように外周側の導体端末２１１を、可能な限りコイルエンド２２０に沿って渦巻状に這い回し、導体端末２１１の端末接続部２１１ａを内周側の導体端末２１２の位置まで這い回す。このとき、導体端末２１１の端末接続部２１１ａがコイルエンド２２０の上端面とほぼ同じ高さになるように這い回す。

次に、コイルエンド２２０の外周に沿って這い回された導体端末２１１の端末接続部２１１ａを、コイルエンド２２０の外周に対してほぼ直角に、すなわち径方向外側に折り曲げる。このとき、端末接続部２１１ａの側面が水平になるように折り曲げる。次いで、図１４（ｂ）に示すように、内周側の導体端末２１２をコイルエンド２２０の上端に沿って周方向に折り曲げて、その端末接続部２１２ａを端末接続部２１１ａに近接させる。その結果、端末接続部２１２ａの幅広面が端末接続部２１１ａの側面に接し、接した状態における断面形状はＴ字形状となる。その後、冶具等を用いてＴ字形状を保ったまま、端末接続部２１１ａ，２１２ａ同士をＴＩＧ溶接等により接続する。

このように、外周側の端末接続部２１１ａの端末接続部２１１ａを幅広の部分に関して外側に折り曲げる簡単な接続構造とすることにより、極太の電線（平角導体）を用いた場合であっても、折り曲げ加工が行ない易く、折り曲げのスペースが大きくならずに済む。そのため、接続部分を、固定子鉄心４１２からはみ出すことなく、コアバックの空きスペースに収めることができる。また、コイルエンド高さは接続前のコイルエンド２２０の高さにほぼ導体端末２１２の幅を１本分加えただけとなり、コイルエンド高さを低く抑えることができる。

なお、図１４に示した例では、外側の導体端末２１１を渦巻状に導体端末２１２方向へと這い回し、導体端末２１２をコイルエンド２２０の外側へと折り曲げて接続したが、逆に導体端末２１２を渦巻状に這い回した後に外側の導体端末２１１を内側に折り曲げて接続するようにしても良い。

図１５は、図１４に示した接続構造の変形例を示す図である。図１４に示す例では内周側の導体端末２１２を径方向に放射状に折り曲げたが、図１５に示す変形例では、径方向に対して斜めの方向に折り曲げて接続を行うようにした。このように斜めにすることにより、接続部分の、コイルエンド２２０の周面から外径方向への突出量を小さくすることができる。また、図１４の場合と同一の突出量の場合には、接続部分の長さをより長くすることが可能となり、接続をより確実に行うことができる。

（第８の接続構造）
図１６は、本実施の形態における第８の接続構造を説明する図である。第８の接続構造では、コイルエンド２２０に沿って渦巻状に這い回した導体端末２１１の端末接続部２１１ａに切り欠き２１１ｃを形成した。端末接続部２１１ａ，２１２ａの接続を行う場合、まず、図１６（ａ）に示すように、外周側の導体端末２１１をコイルエンド２２０に沿って渦巻状に這い回す。

上述したように、あらかじめ導体端末２１１の短辺側には切り欠き２１１ｃを設けておく。切り欠き２１１ｃの幅、深さは、内周側の導体端末２１２の幅、厚さに合わせて調整する。導体端末２１１を渦巻状に這い回す際に、図１６（ａ）に示すように切り欠き２１１ｃの位置が内周側の導体端末２１２と対向するように這い回す。

次に、導体端末２１２をコイルエンド２２０の上端に沿って径方向外側に折り曲げ、端末接続部２１２ａが端末接続部２１１ａの切り欠き２１１ｃ内に入るように係合させ、位置決めを行う。その後、図１６（ｂ）に示すように、端末接続部２１１ａ，２１２ａ同士をＴＩＧ溶接等により接続する。

第８の接続構造においても、コイルエンド高さは接続前のコイルエンド２２０の高さにほぼ導体端末２１２の幅を１本分加えただけとなり、コイルエンド高さを低く抑えることができる。さらに、このように切り欠き２１１ｃを設けたことにより、導体端末同士の位置決めが容易となり、製造装置の位置決め機構を省略することが可能となる。また、接続部分の、コイルエンド２２０の周面から外径方向への突出量を小さくすることができる。

図１７は、第８の接続構造の変形例を示す図である。図１７（ａ）は第１の変形例を示したものであり、切り欠き２１１ｃを端末接続部２１１ａの下側の側面に形成した場合である。この場合も位置決めが確実に行えて溶接作業も容易となるが、図１７（ａ）に示す寸法ｈだけ、接続部分の高さが高くなってしまう。図１７（ｂ）に示す第２の変形例では、切り欠き２１１ｃに代えて貫通孔２１１ｄを端末接続部２１１ａに形成し、その貫通孔２１１ｄ内に端末接続部２１２ａを挿入するようにした。

なお、図１６に示す場合とは逆に、導体端末２１２側に切り欠きや貫通孔を形成して渦巻き状に這い回し、外周側の導体端末２１１を内周側に折り曲げるようにしても良い。また、上述した実施の形態では、図１６（ａ）に示すように矩形断面形状の導体で説明したため、その断面形状に対応した矩形の切り欠き２１１ｃおよび貫通穴形状２１１ｄで説明したが、使用する導体断面形状に合わせて、台形、三角形、円形の一部、楕円形の一部などの切り欠きで構成してもよい。

なお、上述した実施の形態における回転電機を以下のように変形することもできる。（１）以上説明した実施の形態では８極構成の誘導型回転電機を例に説明したが、永久磁石型回転機等の固定子巻線にも本発明を適用することができる。（２）発電機の固定子巻線にも本発明を適用することができる。（３）巻線に用いられる導体の形状は矩形断面形状に限らず、円形状の丸線を使用した場合にも適用することができる。（４）上述した実施の形態では、固定子巻線の巻線方式として分布巻きで重ね巻を行う方式を例に説明したが、接続すべき導体端末がコイルエンド２２０の内周側と外周側とに分かれているものであれば、例えば、波巻方式の巻線であっても、本発明を同様に適用することができる。

なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

４：固定子、５：回転子、２１１，２１２：導体端末、２１１ａ，２１２ａ：接続部、２１１ｂ，２１２ｂ：這い回し部、２２０：コイルエンド、４１１：スロット、４１２：固定子鉄心、４１３：固定子コイル、４１３１ａ，４１３１ｂ，Ｕ１１〜Ｕ２４，Ｖ１１〜Ｖ２４，Ｗ１１〜Ｗ２４：コイル、２１１ｃ：切り欠き、２１１ｄ：貫通孔

Claims (9)

1. 回転電機に用いられ、固定子鉄心の複数のスロットに配置される複数のコイルを接続して構成される分布巻の固定子巻線であって、
   互いに接続された２つのコイルは、その一方が第１のスロットの先端側においてコイルエンド方向に引き出された先端側コイル端末を有し、前記２つのコイルの他方は、第２のスロットの底側においてコイルエンド方向に引き出され、前記先端側コイル端末に接続される底側コイル端末を有し、
   前記底側コイル端末が、前記コイルエンドの径方向外周側の側面に沿って前記先端側コイル端末の方向に這い回されている固定子巻線。
2. 請求項１に記載の固定子巻線において、
   前記先端側コイル端末が、前記コイルエンドの径方向内周側の側面に沿って前記先端側コイル端末の方向に這い回されている固定子巻線。
3. 請求項１又は２に記載の固定子巻線において、
   前記先端側コイル端末の接続部が、前記底側コイル端末の接続部に近接するように配置されている固定子巻線。
4. 請求項３に記載の固定子巻線において、
   前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末とが径方向外周側に折り曲げられ、
   前記底側コイル端末が、前記先端側コイル端末に対して径方向に沿って対向し、
   前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末との接続部の先端が、前記径方向外周側を向いている固定子巻線。
5. 請求項３に記載の固定子巻線において、
   前記コイルエンドの径方向外周側の側面に沿って前記先端側コイル端末の方向に這い回されている前記底側コイル端末が、前記コイルエンドの軸方向端面から軸方向に延伸し、
   前記コイルエンドの軸方向端面に沿って前記底側コイル端末の方向に這い回されている前記先端側コイル端末が、前記コイルエンドの軸方向端面から軸方向に延伸している固定子巻線。
6. 請求項４に記載の固定子巻線において、
   前記先端側コイル端末と前記底側コイル端末とが接続部において軸方向に重なっている固定子巻線。
7. 請求項４又は６に記載の固定子巻線において、
   前記接続部の先端が前記コイルエンドの径方向外周側に位置する固定子巻線。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固定子巻線を備える回転電機の固定子。
9. 請求項８に記載の固定子を備える回転電機。

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