JP6719671B2

JP6719671B2 - 回転電機の固定子、及び回転電機

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Publication number: JP6719671B2
Application number: JP2019526165A
Authority: JP
Inventors: 中山　健一; 健一中山; 直希西川
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2038-04-09
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Description

本発明は、回転電機の固定子及びそれを用いた回転電機に関し、特に自動車の走行のためにトルクを発生したり、あるいは制動時に発電したりする回転電機に関する。

回転電機では、固定子巻線に交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子を回転させる。また、回転子に加わる機械エネルギーを電気エネルギーに変換してコイルから交流電力を出力することもできる。このように、回転電機は、電動機または発電機として作動する。

このような回転電機の固定子として、セグメントコイルの端末を溶接して接続する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。固定子コイルがスロット内壁面に径方向に沿って交互に配置することで温度低減に伴う出力向上が可能であるとともに磁気騒音を低減することができる回転電機を提供する（例えば特許文献２参照）。

特開２０１１−１５１９７５号公報特開２０１０−１１２９９３号公報

この種の回転電機を自動車に搭載する場合、狭く限られた空間に取り付けられるため、小型化が要求される。コイルエンドの上部はミッション部との隙間を確保するため、セグメント部における溶接部においてコイルエンド高さを下げることが望ましい。さらに、温度変化で溶接部に発生する応力が問題であったため溶接強度を上げるために溶接面積を大きくする必要があった。

本発明に係る回転電機の固定子又は回転電機は、周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイルと、を備え、前記固定子コイルは、複数のセグメント導体を周方向に並べられて構成されかつそれぞれが径方向の内径から外径に沿って並べられる第１層セグメントないし第４層セグメントにより構成され、前記第1層セグメントと前記第２層セグメントは、周方向に第１ズレ量分ずれた状態で互いに接続され、前記第３層セグメントと前記第４層セグメントは、周方向に前記第１ズレ量とは異なるように設けられる第２ズレ量分ずれた状態で互いに接続される。

本発明によれば、小型高出力であるにも関わらず、冷却性が優れた回転電機の固定子を提供することができる。

本実施形態に係る回転電機１０の断面図である。固定子２０の全体斜視図である。固定子鉄心１３２の全体斜視図である。回転子１１および固定子鉄心１３２の断面を示す断面図である。固定子コイル６０を示す全体斜視図である。固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。固定子コイル６０を構成するセグメント導体２８を説明する概念図である。固定子コイル６０を構成するセグメント導体２８を説明する概念図である。図５に示した固定子コイル６０の一相分であるＵ相コイル６０Ｕを示す斜視図である。Ｕ１相コイル６０Ｕ１を示す斜視図である。Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。図９及び図１０に示すように、中性点結線用導体４０Ｎ１はＵ１相コイル６０Ｕ１の他端に接続され、中性点結線用導体４０Ｎ２はＵ２相コイル６０Ｕ２の他端に接続されている。溶接側コイルエンド６２における、セグメント導体２８の曲げ加工後の端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４を示す図である。端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４が溶接により接続される前における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４が溶接により接続された後における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。他の実施形態に係る端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４が溶接により接続される前における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。他の実施形態に係る端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４が溶接により接続された後における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。他の実施形態に係る端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ８が溶接により接続される前における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。他の実施形態に係る端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ８が溶接により接続された後における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。他の実施形態に係る端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ８が溶接により接続される前における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。他の実施形態に係る端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ８が溶接により接続された後における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。本実施形態に係る回転電機１０を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す。

以下、図１６を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本実施形態における回転電機１０は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。ここで、回転電機１０を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンＥＮＧと回転電機１０の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンＥＮＧを用いないで回転電機１０のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがある。以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機に基づいて説明する。

また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

（車両の概略構成）
まず、図１６を参照して、回転電機が搭載される車両の概略構成を説明する。前輪側の主動力として、エンジンＥＮＧと回転電機１０を有する。エンジンＥＮＧと回転電機１０の発生する動力は、変速機ＴＲにより変速され、前輪側駆動輪ＦＷに動力を伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側に配置された回転電機１０と後輪側駆動輪ＲＷを機械的に接続され、動力が伝達される。前輪側の動力源である回転電機１０は、エンジンＥＮＧと変速機ＴＲの間に配置される。

回転電機１０は、エンジンＥＮＧの始動を行い、また、車両の走行状態に応じて、駆動力の発生と、車両減速時のエネルギーを電気エネルギーとして回収する発電力の発生を切り換える。回転電機１０の駆動動作及び発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルクおよび回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶにより制御される。回転電機１０の駆動に必要な電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１０が発電動作のときは、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに電気エネルギーが充電される。

この回転電機１０は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１０は、固定子コイルに三相交流電流が供給されることで、回転子を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１０は、エンジンＥＮＧによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１０は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、車両の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。

（回転電機１０の説明）
図１は、本実施形態に係る回転電機１０の断面図である。本実施形態においては、回転電機１０は、液冷ジャケット１３０の内部に配設されている。液冷ジャケット１３０は、エンジンＥＮＧのケースや変速機ＴＲのケースによって構成される。回転電機１０は、固定子２０と、固定子２０を保持するハウジング５０と、回転子１１と、を備えている。

ハウジング５０の外周側には、液冷ジャケット１３０が固定されている。液冷ジャケット１３０の内周壁とハウジング５０の外周壁とで、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３が構成される。回転子１１が固定されるシャフト１３は、液冷ジャケット１３０に設けられた軸受１４４及び軸受１４５により回転自在に支持されている。そのため、液冷ジャケット１３０は、軸受ブラケットとも称されている。

なお、直接液体冷却方式の場合には、冷媒ＲＦは、冷媒貯蔵空間１５０に溜まった液体が冷媒通路１５３を通り、さらに冷媒通路１５４や冷媒通路１５５を介して固定子２０へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。ここで冷媒ＲＦは冷却用の油であってもよい。

ハウジング５０の内周側には、固定子２０が固定されている。固定子２０の内周側には、回転子１１が回転可能に支持されている。ハウジング５０は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形され、回転電機１０の外被を構成している。ハウジング５０は、枠体或いはフレームとも称されている。

ハウジング５０は、厚さ２〜５ｍｍ程度の鋼板（高張力鋼板など）を絞り加工により円筒形状に形成されている。ハウジング５０には、液冷ジャケット１３０に取り付けられる複数のフランジ（不図示）が設けられている。複数のフランジは、円筒状のハウジング５０の一端面周縁において、径方向外方に突設されている。なお、フランジは、絞り加工時に形成される端部において、フランジ以外の部分を切除して形成されるものであり、ハウジング５０と一体となっている。なお、ハウジング５０を設けずに、固定子２０をケースである液冷ジャケット１３０に直接固定するようにしても良い。

図２は、固定子２０の全体斜視図である。図３は、固定子鉄心１３２の全体斜視図である。図２に示されるように、固定子２０は、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０とによって構成されている。固定子鉄心１３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。固定子コイル６０は、固定子鉄心１３２の内周部に多数個設けられているスロット４２０に巻回されている。固定子コイル６０からの発熱は、固定子鉄心１３２を介して、液冷ジャケット１３０に伝熱され、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより放熱される。

図１に示されるように回転子１１は、回転子鉄心１２と、シャフト１３とから構成されている。図４は、回転子１１および固定子鉄心１３２の断面を示す断面図である。なお、図４ではシャフト１３の図示を省略した。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。シャフト１３は、回転子鉄心１２の中心に固定されている。シャフト１３は、図１に示すように液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４及び軸受１４５により回転自在に保持されており、固定子２０内の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、図示を省略したが回転子１１には、永久磁石１８と、エンドリングが設けられている。

図３に示されるように、固定子鉄心１３２には、固定子鉄心１３２の軸方向に平行な複数のスロット４２０が周方向に等間隔となるように形成されている。スロット４２０の数は、例えば本実施形態では７２個であり、スロット４２０に上記した固定子コイル６０が収容される。各スロット４２０の内周側は開口とされ、この開口の周方向の幅は、固定子コイル６０が装着される各スロット４２０のコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干小さくなっている。

スロット４２０間にはティース４３０が形成されており、それぞれのティース４３０は環状のコアバック４４０と一体となっている。つまり、固定子鉄心１３２は、各ティース４３０とコアバック４４０とが一体成形された一体型コアとされている。ティース４３０は、固定子コイル６０によって発生した回転磁界を回転子１１に導き、回転子１１に回転トルクを発生させる。

固定子鉄心１３２は、厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜き加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板を複数枚積層してなる。溶接部２００は、ＴＩＧ溶接やレーザー溶接などにより、円筒状の固定子鉄心１３２の外周部において、固定子鉄心１３２の軸方向に平行に設けられている。なお、溶接部２００を設けずにカシメなどで固定して、固定子鉄心１３２をケースに直接挿入して固定するようにしても良い。

図４は、軸方向を直角方向に切る回転子１１と固定２０の断面図である。回転子鉄心１２には、矩形形状の永久磁石１８が挿入される磁石挿入孔８１０が等間隔に形成されている。各磁石挿入孔８１０には、永久磁石１８が接着剤や粉体樹脂やモールドなどで固定されている。磁石挿入孔８１０の円周方向の幅は、永久磁石１８の円周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石１８の両側には磁気的空隙１５６が形成されている。この磁気的空隙１５６は接着剤を埋め込んでも良いし，成形樹脂で永久磁石１８と一体に固めても良い。永久磁石１８は回転子１１の界磁極を形成する作用をなす。この実施例では一つの永久磁石１８で１つの磁極を形成する構成としているが、各磁極を構成する永久磁石１８を複数に増やしても良く、永久磁石１８を増やすことで、永久磁石が発する各磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大することができる。

永久磁石１８の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石１８の固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石１８の固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となるように磁化されている。これらの永久磁石１８が円周方向に磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて、配置されている。本実施形態では、各永久磁石１８は等間隔に１２個配置しており、回転子１１は１２極の磁極を形成している。

ここで、永久磁石１８には、ネオジム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジム系のボンド磁石などを用いることができる。本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石１８間に補助磁極１６０が形成されている。この補助磁極１６０は、固定子コイル６０が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。そして、この補助磁極１６０により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。

図５は、固定子コイル６０を示す全体斜視図である。図６は、固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。本実施形態では、固定子コイル６０は、図６に示される２つのスター結線が並列接続された２スター構成の固定子コイルが採用されている。すなわち、固定子コイル６０は、Ｕ１相コイル６０Ｕ１、Ｖ１相コイル６０Ｖ１およびＷ１相コイル６０Ｗ１のスター結線と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２、Ｖ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２のスター結線とを備えている。Ｎ１およびＮ２はそれぞれのスター結線の中性点である。

固定子コイル６０は、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよい。ただし、スロット４２０の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、四角形状断面の各辺の長さは、固定子鉄心１３２の径方向が長く設定されていても良いし、逆に周方向が長く設定されていても良い。

本実施形態の固定子コイル６０は長方形断面の平角線が使用されており、長方形断面の長辺はスロット４２０内において固定子鉄心１３２の周方向に並んでおり、短辺は固定子鉄心１３２の径方向に並んでいる。平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。固定子コイル６０には無酸素銅や有酸素銅を用いられる。例えば、有酸素銅の場合は、酸素含有率がおよそ１０ｐｐｍ以上から１０００ｐｐｍ程度である。

図７は、固定子コイル６０を構成するセグメント導体２８を説明する図である。図７Aは、固定子鉄心１３２に装着する前のセグメント導体２８の形状を示したものである。図７Ｂは、固定子鉄心１３２に装着した後のセグメント導体２８の形状を示したものである。セグメント導体２８は平角線で形成されており、一対の脚部２８Ｂと、それらを連結する頭頂部２８Ｃとを有する略Ｕ字形状に形成されている。

セグメント導体２８同士を接続して各相コイルを形成する場合、図７Ｂに示すように、セグメント導体２８の一対の脚部２８Ｂを、固定子鉄心１３２の軸方向の一方側から異なるスロット４２０にそれぞれ挿入する。その後、固定子鉄心１３２の軸方向の他方側に突出した脚部２８Ｂを、接続すべきセグメント導体２８の方向に折り曲げて、脚部２８Ｂの端部２８Ｅを他方のセグメント導体２８の端部２８Ｅに溶接する。

固定子鉄心１３２の一方の側に突出する頭頂部２８Ｃの集合は、図５に示される固定子コイル６０の一方の側のコイルエンド６１を構成する。固定子鉄心１３２の他方の側に突出する端部２８Ｅの集合は、図５に示される固定子コイル６０の他方の側のコイルエンド６２を構成している。以下では、コイルエンド６２を溶接側コイルエンド６２と呼び、コイルエンド６１を反溶接側コイルエンド６１と呼ぶことにする。

図５及び図６に示されるように、反溶接側コイルエンド６１の側には、Ｕ１相コイル６０Ｕ１の一端に接続された口出し線４１Ｕ１と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２の一端に接続された口出し線４１Ｕ２とが引き出されている。口出し線４１Ｕ１と口出し線４１Ｕ２とは、交流端子４２Ｕにより１つに纏められている。同様に、反溶接側コイルエンド６１の側には、Ｖ１相コイル６０Ｖ１及びＶ２相コイル６０Ｖ２の一端に接続された口出し線４１Ｖ１及び口出し線４１Ｖ２が交流端子４２Ｖにより１つに纏められる。Ｗ１相コイル６０Ｗ１及びＷ２相コイル６０Ｗ２の一端に接続された口出し線４１Ｗ１及び口出し線４１Ｗ２が交流端子４２Ｗにより１つに纏められている。

また反溶接側コイルエンド６１の側には、中性点結線用導体４０Ｎ１及び中性点結線用導体４０Ｎ２が配置されている。中性点結線用導体４０Ｎ１は一方のスター結線の中性点Ｎ１（図６参照）に関するものであり、中性点結線用導体４０Ｎ２は他方のスター結線の中性点Ｎ２に関するものである。

固定子コイル６０は分布巻の方式で巻かれている。分布巻とは、複数のスロット４２０（図３参照）を跨いで離間し２二つのスロット４２０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１３２に巻かれる巻線方式である。本実施形態では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻きに比べて正弦波に近く、リラクタンストルクを発生しやすい特徴を有している。そのため、この回転電機１０は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する制御の制御性が向上し、低回転速度から高回転速度までの広い回転速度範囲に亘って利用が可能であり、電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。

図８は、図５に示した固定子コイル６０の一相分であるＵ相コイル６０Ｕを示す斜視図である。図６に示すように、Ｕ相コイル６０Ｕは、一方のスター結線のＵ１相コイル６０Ｕ１と他方のスター結線のＵ２相コイル６０Ｕ２とで構成される。図９は、Ｕ１相コイル６０Ｕ１を示す斜視図である。図１０は、Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。図９及び図１０に示すように、中性点結線用導体４０Ｎ１はＵ１相コイル６０Ｕ１の他端に接続され、中性点結線用導体４０Ｎ２はＵ２相コイル６０Ｕ２の他端に接続されている。

（固定子の製造方法）
−曲げ加工−
次に、本実施形態における固定子２０の製造方法について説明する。前述したように、図７Ａの状態のセグメント導体２８を固定子鉄心１３２のスロット内に挿入した後、図７Ｂのように脚部２８Ｂを接続すべき他のセグメント導体２８の方向に曲げ加工する。各スロット４２０から引き出された各脚部２８Ｂは、接続すべきセグメント導体２８の方向に曲げられる。例えば、スロット４２０から突出する脚部２８Ｂ１は周方向左側に曲げられる。一方、端部２８Ｅ２を有する脚部２８Ｂ２は、周方向右側に曲げられる。そして、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２は径方向に隣接するように配置される。

図１１は、溶接側コイルエンド６２における、セグメント導体２８の曲げ加工後の端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４を示す図である。図１２Ａは、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４が溶接により接続される前における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。図１２Ｂは、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４が溶接により接続される後における、図１１の矢印方向から見た溶接側コイルエンド６２の部分拡大図である。

スロット４２０内には径方向に４列のセグメント導体２８が挿通される。スロット４２０内に挿通される脚部２８Ｂには、スロットライナー３１０が配設される。スロットライナー３１０を設けることにより、セグメント導体２８の相互間およびセグメント導体２８とスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧が向上する。なお、接続が行われる端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４は、絶縁被膜が除去されていて導体が剥き出しになっている。

端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４の先端の高さを揃えたりコイルエンド高さを抑えたりするために、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４の切断加工を行う。コイルエンドの高さが揃っていれば切断加工を削除することもできる。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２が溶接により接続され、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４が溶接により接続される。端部２８Ｅ１及び端部２８Ｅ２と端部２８Ｅ３及び端部２８Ｅ４には、母材が溶けて固まった溶接部８００がそれぞれ形成される。溶接方法としては、アーク溶接のＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などでセグメント導体２８の母材を溶融して接続する。シールドガスにはアルゴンやヘリウム、さらにアルゴンとヘリウムの混合ガスなどが使用される。

図１２Ｂに示されるように、端部先端の端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２がずらされた状態で接続され、接続部２８Ｗ１が構成される。また、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４も固定子鉄心の内周側の接続部２８Ｗ１よりも小さいずれで接続され、接続部２８Ｗ２が構成される。

本実施形態に係る接続部２８Ｗ１及び２８Ｗ２は溶接により構成され、これらに溶接部８００に生じる主な応力として昇温・降温時に生じる応力がある。特に固定子鉄心の内周側は温度上昇が著しいため、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２を大きくずらした状態にすることで回転子の中心部から外周側に放射状に冷却風が発生しやすくなり冷却効果が向上する。

つまり、接続部２８Ｗ１が接続部２８Ｗ２よりも大きくずらした状態で接続されると、接続部２８Ｗ１の表面積がずれた分だけ拡大する。接続部２８Ｗ１の周囲の温度が、接続部２８Ｗ２の周囲の温度よりも上昇すると、接続部２８Ｗ１の周囲から接続部２８Ｗ２の周囲へ空気が流れる。これにより、回転子の中心部から外周側に放射状に冷却風が発生しやすくなる。

図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４は固定子鉄心の内周側の接続部２８Ｗ１よりも大きいずれで接続され、接続部２８Ｗ２が構成される。

接続部である溶接部に生じる主な応力として昇温・降温時に生じる応力がある。そのため、油などの液状の冷媒ＲＦによる溶接部の冷却が必要である。特に固定子鉄心の内周側は温度上昇が著しいため、外周側の端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４を大きくずらした状態にすることで油などの液状の冷媒ＲＦに接触する面積が広くなり冷却効果が向上する。

つまり、冷媒ＲＦが接続部２８Ｗ２から接続部２８Ｗ１への方向に流れ落ちる場合、接続部２８Ｗ２の表面積は大きく形成されているため冷媒ＲＦを補足するための面積を大きくなっているので、多くの冷媒ＲＦが接続部２８Ｗ２へ接続部２８Ｗ１に滴下するようになる。これにより、固定子鉄心の内周側であるかつ高温となる接続部２８Ｗ１が効率的に冷却される。

また、溶接側コイルエンド６２における、曲げ加工は内周側のほうが位置あわせがしやすいので外周側を積極的に冷却することで接続部２８Ｗ１に発生する応力を低減することができる。

図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４、端部２８Ｅ５と端部２８Ｅ６、端部２８Ｅ７と端部２８Ｅ８は、固定子鉄心の内周側に近い配置となるにつれて互いのずれが大きくなるように接続される。本実施形態に係る接続部２８Ｗ１ないし２８Ｗ４は溶接により構成され、これらに溶接に生じる主な応力として昇温・降温時に生じる応力がある。特に固定子鉄心の内周側は温度上昇が著しいため、固定子鉄心の内周側に近い位置となるにつれて互いのずれを大きくすることで、回転子の中心部から外周側に放射状に冷却風が発生しやすくなり冷却効果が向上する。

図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４、端部２８Ｅ５と端部２８Ｅ６、端部２８Ｅ７と端部２８Ｅ８は、固定子鉄心の外周側に近い配置となるにつれて互いのずれが大きくなるように接続される。

本実施形態に係る接続部２８Ｗ１ないし２８Ｗ４は溶接により構成され、これらに溶接に生じる主な応力として昇温・降温時に生じる応力がある。そのため、油などの液状の冷媒ＲＦによる接続部２８Ｗ１ないし２８Ｗ４の冷却が必要である。特に固定子鉄心の内周側は温度上昇が著しいため、固定子鉄心の外周側に近い配置となるにつれて互いのずれが大きくなるように接続することで油などの液状の冷媒ＲＦに接触する面積が広くなり冷却効果が向上する。

また、溶接側コイルエンド６２における、曲げ加工は内周側のほうが位置あわせがしやすいので外周側を積極的に冷却することで溶接部に発生する応力を低減することができる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
接続部である溶接部に生じる主な応力として昇温・降温時に生じる応力がある。そのため、油などの液状の冷媒ＲＦや冷却風による溶接部の冷却が向上するため、溶接部の溶接面積を小さくすることができるため、溶接電流を小さくすることができるためエナメル皮膜へのダメージも小さくすることができ絶縁性も向上する。また、溶接部の応力を低減することができるのでずれたままでも溶接できるため溶接前の位置あわせ作業が簡易化することができる。

以上で説明したように、本発明によれば、小型高出力であるにも関わらず、冷却性が優れた回転電機の固定子を提供することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１０…回転電機、１１…回転子、１２…回転子鉄心、１３…シャフト、１８…永久磁石、２０…固定子、２８…セグメント導体、２８Ｂ…脚部、２８Ｃ…頭頂部、２８Ｅ…端部、２８Ｅ１ないし２８Ｅ４…端部、２８Ｗ１…接続部、２８Ｗ２…接続部、４０Ｎ１…中性点結線用導体、４０Ｎ２…中性点結線用導体、４１Ｕ１…口出し線、４１Ｕ２…口出し線、４１Ｖ１…口出し線、４１Ｖ２…口出し線、４１Ｗ１…口出し線、４１Ｗ２…口出し線、４２Ｕ…交流端子、４２Ｖ…交流端子、４２Ｗ…交流端子、５０…ハウジング、６０…固定子コイル、６０Ｕ…Ｕ相コイル、６０Ｕ１…Ｕ１相コイル、６０Ｕ２…Ｕ２相コイル、６０Ｖ１…Ｖ１相コイル、６０Ｖ２…Ｖ２相コイル、６０Ｗ１…Ｗ１相コイル、６０Ｗ２…Ｗ２相コイル、６１…反溶接側コイルエンド、６２…溶接側コイルエンド、１３０…液冷ジャケット、１３２…固定子鉄心、１４４…軸受、１４５…軸受、１５０…冷媒油貯蔵空間、１５３…冷媒通路、１５４…冷媒通路、１５５…冷媒通路、１５６…磁気的空隙、１６０…補助磁極、２００…溶接部、３１０…スロットライナー、４２０…スロット、４３０…ティース、４４０…コアバック、８００…溶接部、８１０…磁石挿入孔、ＢＡＴ…バッテリ、ＥＮＧ…エンジン、ＦＷ…前輪側駆動輪、ＩＮＶ…電力変換装置、Ｎ１…中性点、Ｎ２…中性点、ＴＲ…変速機、ＲＦ…冷媒、ＲＷ…後輪側駆動輪。

Claims

周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイルと、を備え、
前記固定子コイルは、複数のセグメントコイルを周方向に並べられて構成され、かつそれぞれが径方向の内径から外径に沿って並べられる第１層セグメント、第２層セグメント、第３層セグメント、及び第４層セグメントにより構成され、
前記第１層セグメントと前記第２層セグメントは、周方向に第１ズレ量だけずれた状態で互いに接続され、
前記第３層セグメントと前記第４層セグメントは、周方向に前記第１ズレ量とは異なるように設けられる第２ズレ量だけずれた状態で互いに接続される回転電機の固定子。
請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
前記固定子コイルは、冷媒として気体が用いられ、
前記第１ズレ量は、前記第２ズレ量よりも大きい回転電機の固定子。
請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
前記固定子コイルは、冷媒として液体が用いられ、
前記第２ズレ量は、前記第１ズレ量よりも大きい回転電機の固定子。
請求項１に記載の固定子を備える回転電機であって、
前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備える回転電機。
請求項２に記載の固定子を備える回転電機であって、
前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備える回転電機。
請求項３に記載の固定子を備える回転電機であって、
前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備える回転電機。