固定子および回転電機

【課題】スロット内に装着される絶縁紙の損傷を防止した固定子と、この固定子を備えることで絶縁性能を向上させた回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機の固定子は、円筒状の固定子鉄心と、固定子鉄心の内周側に形成される複数のスロット２３６に絶縁紙（スロットライナー２４７）を介在させて装着される固定子巻線２４０とを備え、複数のスロット２３６の各々は、内周側の幅狭の第１導体収容部２３６ａと、第１導体収容部２３６ａに傾斜壁２３７により連設された外周側の幅広の第２導体収容部２３６ｂとを有し、固定子巻線２４０は、第１導体収容部２３６ａに挿通される第１コイル導体２４１と、第２導体収容部２３６ｂに挿通される第２コイル導体２４１とを含んで構成されていることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子巻線の抵抗を低減させるために、固定子巻線を納めるスロットの周方向幅を径方向外方にステップ状に広くした固定子が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０４４７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の固定子では、断面矩形に形成された内周側の第１スロット部（第１導体収容部）と外周側の第２スロット部（第２導体収容部）のそれぞれに絶縁紙、いわゆるスロットライナーを装着する場合、異なった寸法、形状のスロットライナーを装着する必要があるため、部品数が多くなってしまうといった問題があった。
【０００５】
さらに、特許文献１に記載の固定子では、スロットごとに単一のスロットライナーを断面Ｓ字状に折り曲げるなどして装着する場合、第１導体収容部と第２導体収容部との境界である段差の角によりスロットライナーが損傷して、電気絶縁性能が低下するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、回転電機の固定子であって、円筒状の固定子鉄心と、固定子鉄心の内周側に形成される複数のスロットに絶縁紙を介在させて装着される固定子巻線とを備え、複数のスロットの各々は、内周側の幅狭の第１導体収容部と、第１導体収容部に傾斜壁により連設された外周側の幅広の第２導体収容部とを有し、固定子巻線は、第１導体収容部に挿通される第１コイル導体と、第２導体収容部に挿通される第２コイル導体とを含んで構成されていることを特徴とする固定子である。
請求項８に係る発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の固定子と、固定子の内周側に隙間をあけて回転可能に配設された回転子とを備え、三相交流電力で駆動される全閉構造の回転電機であって、回転子は、積層鉄心と導体等で構成されるが、回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する永久磁石、または直流電流で励磁されてＮＳ極を形成する界磁巻線を有しておらず、固定子巻線は、複数のセグメント導体が互いに接続されてなるセグメント型コイルであって、スロットに１列に配置される第１および第２コイル導体と、スロット外に延び出して配置されたコイルエンドとを含んで構成されることを特徴とする回転電機である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スロット内に装着される絶縁紙の損傷を防止した固定子と、この固定子を備えることで絶縁性能を向上させた回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る固定子を備えた回転電機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図。
【図２】図１の電力変換装置を示す回路図。
【図３】本発明の実施の形態に係る回転電機を示す断面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る固定子の外観斜視図。
【図５】本発明の実施の形態に係る固定子の平面断面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る固定子のスロットの拡大図。
【図７】本発明の実施の形態に係る固定子巻線の結線図。
【図８】（ａ）は固定子の側面断面を示す模式図であり、（ｂ）はコイルエンドの側面断面を示す拡大図。
【図９】コイルエンドを拡大した側面模式図。
【図１０】Ｕ相巻線の詳細結線を示す図。
【図１１】Ｕ相巻線の詳細結線を示す図。
【図１２】コイル導体の配置図。
【図１３】本発明の変形例に係る固定子のスロットに装着されるスロットライナーを示す拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明による固定子およびこの固定子を備えた回転電機の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本実施の形態に係る回転電機は、電気自動車やハイブリッド自動車の走行に使用するのが好適な回転電機であって、かご型回転子を備える誘導電動機や永久磁石を有する回転子を備える同期電動機である。以下、ハイブリッド自動車に用いられる誘導電動機を例に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る回転電機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図である。
図１に示すように、ハイブリッド自動車（以下、車両）１００には、エンジン１２０と、第１の回転電機２００と、第２の回転電機２０２と、バッテリ１８０とが搭載されている。
【００１１】
バッテリ１８０は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池やキャパシタで構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ１８０は、力行走行時には回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２から直流電力を受ける。バッテリ１８０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。
【００１２】
車両１００には低電圧電力（たとえば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリ（不図示）が搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。
【００１３】
エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御され、バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。
【００１４】
変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４および電力変換装置６００には、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０が接続されている。
【００１５】
統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４の状態を表す情報を、通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。
【００１６】
バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。
【００１７】
統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。
【００１８】
統合制御装置１７０は、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００へ送信する。
【００１９】
電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。電力変換装置６００にはインバータを構成するパワー半導体素子が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体素子のスイッチング動作を制御する。パワー半導体素子のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２は電動機としてあるいは発電機として運転される。
【００２０】
回転電機２００，２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体素子のスイッチング動作を制御して供給された直流電力を３相交流電力に変換し、回転電機２００，２０２に供給する。
【００２１】
一方、回転電機２００，２０２を発電機として運転する場合には、回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより、バッテリ１８０が充電される。
【００２２】
［電力変換装置］
図２は、図１の電力変換装置６００の回路図である。電力変換装置６００には、第１の回転電機２００のための第１のインバータ装置と、第２の回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。
【００２３】
第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。
【００２４】
制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８、コンデンサモジュール６３０およびコネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、第１のインバータ装置と第２のインバータ装置とで共通に使用される。
【００２５】
パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれ対応する駆動回路６５２，６５６から出力された駆動信号によって動作する。パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を３相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００，２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。パワーモジュール６１０，６２０は、回転電機２００，２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧のバッテリ１８０に供給する。
【００２６】
パワーモジュール６１０，６２０は、図２に示すように３相ブリッジ回路を備えており、３相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体素子２１と下アームを構成するパワー半導体素子２１とを備え、それらのパワー半導体素子２１は直列に接続されている。
【００２７】
パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、図示するように、回路構成がほぼ同じであるため、ここではパワーモジュール６１０を代表して説明する。
【００２８】
本実施の形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴは、コレクタ電極、エミッタ電極およびゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴのコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴのエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴのコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴのエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２９】
各相のアームは、ＩＧＢＴのエミッタ電極とＩＧＢＴのコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。なお、本実施の形態では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。
【００３０】
各相の各上アームのＩＧＢＴのコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴのエミッタ電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００，２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。
【００３１】
駆動回路６５２，６５６は、対応するインバータ装置のパワーモジュール６１０，６２０を制御するための駆動部を構成しており、制御回路６４８から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴを駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの駆動回路６５２，６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０，６２０の各パワー半導体素子２１のゲートにそれぞれ出力される。駆動回路６５２，６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。
【００３２】
制御回路６４８は各インバータ装置の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子２１を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、統合制御装置１７０からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０，６６２のセンサ出力、回転電機２００，２０２に搭載された回転センサ（不図示）のセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２，６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。
【００３３】
コネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。
【００３４】
コンデンサモジュール６３０は、パワー半導体素子２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するもので、パワーモジュール６１０，６２０における直流側の端子に電気的に並列に接続されている。
【００３５】
［回転電機の構造］
回転電機２００，２０２の構造について図面を参照して説明する。第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とはほぼ同様の構造であるため、以下、第１の回転電機２００の構造を代表例として説明する。なお、以下に示す構造は回転電機２００，２０２の双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されていてもよい。
【００３６】
図３に示すように、本実施の形態に係る回転電機２００は、密閉構造のハウジング内において保持された固定子２３０と、固定子２３０の内周側に隙間をあけて回転可能に配設された回転子２５０とを備える全閉型誘導電動機である。
【００３７】
［ハウジング］
ハウジングは、フロントブラケット２１３と、リアブラケット２１４と、フロントブラケット２１３およびリアブラケット２１４によって前後から挟持されるように保持されている円筒状のセンターブラケット２１７とを含んで構成される。
【００３８】
［回転子］
回転子２５０は、円環状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心２５２に多数の導体バーと一対のエンドリング２５６とを組み付けて、回転子２５０の軸方向両端部においてエンドリング２５６と導体バーとを溶接により接合した組立式のかご形回転子である。本実施の形態における回転電機２００の回転子２５０は、回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する永久磁石、または直流電流で励磁されてＮＳ極を形成する界磁巻線を有していない。
【００３９】
回転子２５０には回転軸２１８が一体回転するように装着されている。回転軸２１８は、フロントブラケット２１３に設けられたフロントベアリング２１５と、リアブラケット２１４に設けられたリアベアリング２１６とにより回転可能に支持されている。
【００４０】
［固定子］
図４に示すように、固定子２３０は、円筒状の固定子鉄心２３２と固定子巻線２４０とを備え、図３に示すように、回転子２５０と僅かな隙間をあけて配置されている。
【００４１】
固定子鉄心２３２は、ハウジングのセンターブラケット２１７内に収容保持されている。固定子鉄心２３２は、薄肉の円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。固定子鉄心２３２を構成する電磁鋼板は厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により形成される。
【００４２】
図５に示すように、固定子鉄心２３２の内周側には、固定子鉄心２３２の軸方向に平行な複数の半閉スロット２３６とティース２３８とが周方向に等間隔となるように形成されている。本実施の形態では、７２個のスロット２３６が形成されている。固定子鉄心２３２には、固定子巻線２４０が波巻きで巻き回されている。この固定子巻線２４０は、固定子鉄心２３２のスロット２３６内に配置されるコイル導体２４１と、固定子鉄心２３２の両端からスロット外に延び出して配置されるコイルエンド２４９（図４参照）とを含んで構成されている。
【００４３】
図６は、図５の部分拡大図であり、図示する３つのスロット２３６のうちの中央のスロット２３６にはコイル導体２４１とスロットライナー２４７を記載しているが、両脇のスロット２３６内のコイル導体２４１およびスロットライナー２４７については記載を省略している。
【００４４】
本実施の形態では、図６に示すように、１つのスロット２３６内に、円形断面を有する４本のコイル導体２４１が径方向に１列に並んで配置されている。以下、各コイル導体２４１が配置されるスロット２３６内の各層を、スロット２３６の内周側（スロット開口側）から外周側に向かって順にレイヤ１（Ｌ１）、レイヤ２（Ｌ２）、レイヤ３（Ｌ３）、レイヤ４（Ｌ４）と称する。
【００４５】
図６に示すように、スロット２３６は、内周側に形成される幅狭の第１導体収容部２３６ａと外周側に形成される幅広の第２導体収容部２３６ｂとを有している。第１導体収容部２３６ａはレイヤ１およびレイヤ２を形成し、第２導体収容部２３６ｂはレイヤ３およびレイヤ４を形成している。
【００４６】
第２導体収容部２３６ｂの周方向の幅ｗ２を第１導体収容部２３６ａの周方向の幅ｗ１よりも広くすることで、ティース２３８の幅をほぼ一定にすることができる。これにより、ティース２３８の磁束密度のアンバランスを防止できる。
【００４７】
第１導体収容部２３６ａは、周方向に幅狭で対向し、径方向に略平行に延在する一対の第１側壁２３６ａｗで画成され、第２導体収容部２３６ｂは、周方向に幅広で対向し、径方向に略平行に延在する一対の第２側壁２３６ｂｗで画成されている。第１側壁２３６ａｗと第２側壁２３６ｂｗは、外径方向に互いに広がるように傾斜する一対の傾斜壁２３７により連設されている。
【００４８】
第１導体収容部２３６ａの第１側壁２３６ａｗと傾斜壁２３７、ならびに、第２導体収容部２３６ｂの第２側壁２３６ｂｗと傾斜壁２３７とは鈍角で繋がっている。第１導体収容部２３６ａの第１側壁２３６ａｗと傾斜壁２３７との境界、ならびに、第２導体収容部２３６ｂの第２側壁２３６ｂｗと傾斜壁２３７との境界は滑らかな曲面２３７ｒとされている。
【００４９】
第１導体収容部２３６ａに配置されているコイル導体２４１は、その周方向寸法が第１導体収容部２３６ａの幅ｗ１に対応した値であり、第２導体収容部２３６ｂに配置されているコイル導体２４１は、その周方向寸法が第２導体収容部２３６ｂの幅ｗ２に対応した値である。すなわち、第２導体収容部２３６ｂに配置されている外側固定子巻線２４０ｏのコイル導体２４１の径ｄ２は、第１導体収容部２３６ａに配置されている内側固定子巻線２４０ｉのコイル導体２４１の内径ｄ１よりも大きく、第２導体収容部２３６ｂ内のコイル導体２４１の断面積は、第１導体収容部２３６ａ内のコイル導体２４１の断面積よりも大きい。
【００５０】
コイル導体２４１の径をスロットの幅に対応させて可能な限り太くすることで、固定子巻線２４０の抵抗を低減することができる。
【００５１】
固定子鉄心２３２のスロット２３６の各々には、絶縁紙であるスロットライナー２４７が１枚ずつ装着されている。スロットライナー２４７は、長尺状の絶縁紙を撓ませることで、図６に示すようなＳ字状に湾曲させた後、スロット２３６とコイル導体２４１との間、および、内側固定子巻線２４０ｉのコイル導体２４１と外側固定子巻線２４０ｏのコイル導体２４１との間に介在するように配置される。事前成形を要しないため、製作工程の短縮化を図ることができる。
【００５２】
図７は、固定子巻線２４０の結線図である。固定子巻線２４０は、全体で６系統（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）の巻線で構成され、スロット２３６によって相互に適正な間隔をもって配列される。図７に示すように、固定子巻線２４０の結線には、Ｕ１相巻線群、Ｖ１相巻線群、Ｗ１相巻線群からなる第１のスター結線と、Ｕ２相巻線群、Ｖ２相巻線群、Ｗ２相巻線群からなる第２のスター結線とが並列に接続されたダブルスター結線が採用されている。Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１相巻線群およびＵ２，Ｖ２，Ｗ２相巻線群はそれぞれ６つの周回巻線で構成されており、Ｕ１相巻線群は周回巻線Ｕ１１〜Ｕ１６を有し、Ｖ１相巻線群は周回巻線Ｖ１１〜Ｖ１６を有し、Ｗ１相巻線群は周回巻線Ｗ１１〜Ｗ１６を有している。同様に、Ｕ２相巻線群は周回巻線Ｕ２１〜Ｕ２６を有し、Ｖ２相巻線群は周回巻線Ｖ２１〜Ｖ２６を有し、Ｗ２相巻線群は周回巻線Ｗ２１〜Ｗ２６を有している。
【００５３】
図７において細い実線で模式的に示すように、周回巻線Ｕ１１〜Ｕ１３，Ｖ１１〜Ｖ１３，Ｗ１１〜Ｗ１３，Ｕ２４〜Ｕ２６，Ｖ２４〜Ｖ２６，Ｗ２４〜Ｗ２６は、図６に示した第１導体収容部２３６ａに挿通される直径ｄ１のコイル導体２４１による巻線である。図７において太い実線で模式的に示すように、周回巻線Ｕ２１〜Ｕ２３，Ｖ２１〜Ｖ２３，Ｗ２１〜Ｗ２３，Ｕ１４〜Ｕ１６，Ｖ１４〜Ｖ１６，Ｗ１４〜Ｗ１６は、図６に示した第２導体収容部２３６ｂに挿通される直径ｄ２のコイル導体２４１による巻線である。なお、上記したように、ｄ２＞ｄ１である。このように、Ｕ１相とＵ２相とで断面積の大きい周回巻線の数と断面積の小さい周回巻線の数を同じにすることで、同様に、Ｖ１相とＶ２相とで、ならびに、Ｗ１相とＷ２相とで、断面積の大きい周回巻線の数と断面積の小さい周回巻線の数を同じにすることで、循環電流を防止できる。
【００５４】
図４に示すように、固定子巻線２４０における一方のコイルエンド２４９（図中上側のコイルエンド２４９）には、ＵＶＷ３相それぞれの固定子巻線２４０の口出し線が引き出されている。口出し線は、Ｕ（Ｕ１，Ｕ２）相、Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）相、Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）相のそれぞれに対応して引き出されており、それぞれに上記した電力変換装置６００に接続される圧着端子２４６が装着されている。
【００５５】
固定子巻線２４０における一方のコイルエンド２４９（図中上側のコイルエンド２４９）には、中性点結線用導体２４３と、同相間接続用導体２４４とが引き出されている。中性点結線用導体２４３は、図７に示すように、Ｕ１相の巻き終わりとなるＵ１相中性線と、Ｖ１相の巻き終わりとなるＶ１相中性線と、Ｗ１相の巻き終わりとなるＷ１相中性線で構成される。Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２相も同様である。同相間接続用導体２４４は、Ｕ１相を構成する周回巻線Ｕ１３の巻き終わりとなる導体と周回巻線Ｕ１４の巻き始めとなる導体で構成され、溶接により接続されている。Ｖ１，Ｗ１相およびＵ２，Ｖ２，Ｗ２相も同様である。
【００５６】
図４に示すように、固定子巻線２４０は、略Ｕ字状の複数のセグメント導体が互いに接続されることで形成されるセグメント型コイルである。所定のスロット２３６に挿通されたセグメント導体は、両端部が一方のコイルエンド２４９（図中下側のコイルエンド２４９）において溶接され、端末溶接部２４５が形成されている。したがって、一方のコイルエンド２４９（図中下側のコイルエンド２４９）には、端末溶接部２４５が整然と配列され、もう一方のコイルエンド２４９（図中上側のコイルエンド２４９）には、略Ｕ字状のセグメント導体の中央部分が整然と配列されている。
【００５７】
図８（ａ）は固定子２３０の側面断面を示す模式図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ部を拡大した図である。図８に示すように、コイルエンド２４９の一方、すなわち、図中左側の端末溶接部２４５が形成されるコイルエンド２４９には、円筒状の絶縁紙であるインシュレータ２４８が配置されている。インシュレータ２４８は、配置された後に樹脂含浸が行われる。
【００５８】
インシュレータ２４８は、内側固定子巻線２４０ｉおよび外側固定子巻線２４０ｏの間の間隙を全周に渡って絶縁し得る円周方向長さおよび軸方向長さを有し、コイルエンド２４９の軸方向外側に突出している。これによって、内側固定子巻線２４０ｉと外側固定子巻線２４０ｏとの間の絶縁性を担保するとともに、絶縁材としての沿面距離を確保している。
【００５９】
図９は、図４のＡ部を拡大した側面図である。図中の矢印は、冷却油の進行方向を模式的に示している。回転電機２００は、ハウジング内にハウジング容積の約１／３程度の冷却油を有している。したがって、回転子２５０が回転すると、冷却油が攪拌されて回転電機２００が冷却される。
【００６０】
図示されるように、コイルエンド２４９では、渡り導体２４２が互いに可能な限り近接した状態で配列されている。このようにコイルエンド２４９が整然としていると、回転子２５０が回転した際に、冷却油が渡り導体２４２の斜行部の表面に沿って流れるため、効率よく固定子巻線２４０を冷却することができる。
【００６１】
図１０および図１１は固定子巻線２４０のＵ相巻線の詳細結線を示す図であり、図１０（ａ）はＵ１相巻線群の周回巻線Ｕ１１〜Ｕ１３を示し、図１０（ｂ）はＵ１相巻線群の周回巻線Ｕ１４〜Ｕ１６を示している。図１１（ｃ）はＵ２相巻線群の周回巻線Ｕ２４〜Ｕ２６を示し、図１１（ｄ）はＵ２相巻線群の周回巻線Ｕ２１〜Ｕ２３を示している。図中の符号０１，０２〜７１，７２は、スロット番号を示している。
【００６２】
各周回巻線Ｕ１１〜Ｕ２６は、スロット内に挿通されるコイル導体２４１と、異なるスロットに挿通されたコイル導体２４１の同一側端部同士を接続して、コイルエンド２４９（図４参照）を構成する渡り導体２４２とからなる。
【００６３】
周回巻線Ｕ１１〜Ｕ１３およびＵ２４〜Ｕ２６の破線部分はレイヤ１を示しており、実線部分はレイヤ２を示している。一方、周回巻線Ｕ１４〜Ｕ１６およびＵ２１〜Ｕ２３において、破線部分はレイヤ３を示しており、実線部分はレイヤ４を示している。なお、周回巻線Ｕ１１〜Ｕ２６は、上述したようにセグメント導体をスロット内に挿通した後に溶接等によりセグメント導体同士を接続することで構成される。
【００６４】
固定子巻線２４０は、図１０（ａ）に示すように、スロット番号０１のレイヤ１へ入り、渡り導体２４２によりスロット９個分を跨いだ後に、コイル導体２４１がスロット番号６４のレイヤ２に入り、スロット番号６４のレイヤ２から渡り導体２４２によりスロット９個分を跨いだ後に、コイル導体２４１がスロット番号５５のレイヤ１に入る。このように、周回巻線Ｕ１１はスロット９個分を跨ぎながらスロット番号１０のレイヤ２まで固定子鉄心２３２を１周するように波巻きで巻き回されている。ここまでのほぼ１周分の固定子巻線２４０が周回巻線Ｕ１１である。すなわち、周回巻線Ｕ１１のコイルピッチはＮｐ＝９である。スロットは７２個であり、磁極数は８極であるから本実施の形態では、コイルピッチが極ピッチと等しい全節巻を採用している。
【００６５】
スロット番号１０のレイヤ２から出た固定子巻線２４０は、スロット８個分を跨いでスロット番号０２のレイヤ１に入る。スロット番号０２のレイヤ１からは周回巻線Ｕ１２となる。周回巻線Ｕ１２も周回巻線Ｕ１１と同様に、コイルピッチＮｐ＝９でスロット番号１１のレイヤ２まで固定子鉄心２３２を１周するように波巻きで巻き回されている。
【００６６】
スロット番号１１のレイヤ２から出た固定子巻線２４０は、スロット８個分を跨いでスロット番号０３のレイヤ１に入る。スロット番号０３のレイヤ１からは周回巻線Ｕ１３となる。周回巻線Ｕ１３も周回巻線Ｕ１１と同様に、コイルピッチＮｐ＝９でスロット番号１２のレイヤ２まで固定子鉄心２３２を１周するように波巻きで巻き回されている。
【００６７】
スロット番号１２のレイヤ２から出た固定子巻線２４０は、スロットを１１個分跨いでスロット番号０１のレイヤ３（図１０（ｂ）参照）に入る。スロット番号０１のレイヤ３からは周回巻線Ｕ１４となり、図１０（ｂ）に示すように、その後は周回巻線Ｕ１１〜Ｕ１３の場合と同様にコイルピッチＮｐ＝９で、スロット番号１０のレイヤ４まで固定子鉄心２３２を１周するように波巻きで巻き回されている。ここまでのほぼ１周分の固定子巻線２４０が周回巻線Ｕ１４である。
【００６８】
スロット番号１０のレイヤ４から出た固定子巻線２４０は、スロット８個分を跨いでスロット番号０２のレイヤ３に入る。スロット番号０２のレイヤ３からは周回巻線Ｕ１５となる。その後は周回巻線Ｕ１１〜１４の場合と同様に、コイルピッチＮｐ＝９でスロット番号１１のレイヤ４まで固定子鉄心２３２を１周するように波巻きで巻き回されている。
【００６９】
スロット番号１１のレイヤ４から出た固定子巻線２４０は、スロット８個分を跨いでスロット番号０３のレイヤ３に入る。スロット番号０３のレイヤ３からは周回巻線Ｕ１６となる。その後は周回巻線Ｕ１１〜Ｕ１５の場合と同様にコイルピッチＮｐ＝９でスロット番号１２のレイヤ４まで固定子鉄心２３２を１周するように波巻きで巻き回されている。
【００７０】
図１１に示す固定子巻線群Ｕ２も、固定子巻線群Ｕ１と同様に波巻きで巻き回されている。周回巻線Ｕ２１はスロット番号０３のレイヤ４からスロット番号６６のレイヤ３まで巻き回され、周回巻線Ｕ２２はスロット番号０２のレイヤ４からスロット番号６５のレイヤ３まで巻き回され、周回巻線Ｕ２３はスロット番号０１のレイヤ４からスロット番号６４のレイヤ３まで巻き回されている。
【００７１】
その後、固定子巻線２４０はスロット番号０３のレイヤ２からスロット番号１２のレイヤ１へ入り、周回巻線Ｕ２４としてスロット番号６６のレイヤ１まで巻き回される。周回巻線Ｕ２５は、スロット番号０２のレイヤ２からスロット番号６５のレイヤ１まで巻き回され、周回巻線Ｕ２６は、スロット番号０１のレイヤ２からスロット番号６４のレイヤ１まで巻き回されている。
【００７２】
図１２は、固定子鉄心２３２におけるコイル導体２４１の配置を示す図であり、図１０および図１１のスロット番号０１〜１８までを示した図である。本実施の形態では、２極分、つまり電気角３６０度にスロット２３６が１８個配置されている。各スロット２３６には、固定子巻線２４０のコイル導体２４１が４本ずつ挿通されている。図示されるように、本実施の形態では毎極スロット数が９、毎極毎相スロット数ＮＳＰＰ＝３とされる。
【００７３】
なお、各コイル導体２４１は模式的に矩形で示されているが、実際には、図５および図６に示したように、円形の断面とされている。コイル導体２４１を模式的に表す矩形の中には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を示す符号Ｕ１１〜Ｕ２６，Ｖ，Ｗと、一方のコイルエンド側から反対側のコイルエンド側への方向を示すクロス印「×」、その逆の方向を示す黒丸印「●」をそれぞれ記した。なお、Ｕ相のコイル導体２４１のみ周回巻線を表す符号Ｕ１１〜Ｕ２６で示し、Ｖ相およびＷ相のコイル導体２４１に関しては、相を表す符号Ｖ，Ｗで示した。
【００７４】
図１２において破線で囲んだ１２本のコイル導体２４１は、全てＵ相のコイル導体２４１である。なお、上述したように、レイヤ１とレイヤ２に挿通されるコイル導体２４１の断面積は、レイヤ３とレイヤ４に挿通されるコイル導体２４１の断面積に比べて小さい。
【００７５】
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）固定子２３０のスロット２３６は、幅の異なる第１導体収容部２３６ａおよび第２導体収容部２３６ｂを有し、第１導体収容部２３６ａと第２導体収容部２３６ｂとは傾斜壁によって連設されているため、スロット２３６に装着される絶縁紙の損傷が防止される。その結果、絶縁信頼性の高い回転電機２００，２０２を提供することができる。
【００７６】
（２）スロット２３６内に配置されるスロットライナー２４７は、長尺状の絶縁紙を撓ませることで、Ｓ字状に湾曲させた後に挿着されるため、所望の断面形状を呈するように複数回折り曲げるなどの事前成形を要しない。これにより、製作工程の短縮化を図ることができる。
【００７７】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）固定子巻線２４０の結線方式は、上記した実施の形態に限定されない。回転電機２００，２０２の駆動電圧によっては、シングルスター結線としてもよい
【００７８】
（２）スロットライナー２４７の形状は、図６に示したようなＳ字状とする場合に限定されることなく、種々の形状を採用することができる。図１３は、スロットライナー２４７の他の形状を示す図であり、スロットライナー２４７のみを実線で記し、コイル導体２４１とスロット２３６の外形は二点鎖線で記している。スロットライナー２４７は、たとえば、図１３（ａ）に示すように、Ｂ字状になるように絶縁紙を撓ませた状態でスロット２３６に挿着することとしてもよいし、図１３（ｂ）に示すように、Ｓ字状に撓ませた２枚のスロットライナー２４７を１つのスロット２３６に挿着することとしてもよい。
【００７９】
（３）なお、スロット挿通前に丸棒を用いて絶縁紙を湾曲させるように準備しておくことで、スロット挿通作業性を向上させてもよい。さらに、絶縁紙の一部に軽く折り目をつけておいてもよい。
【００８０】
（４）周回巻線は、略Ｕ字状の複数のセグメント導体をスロット内に挿通した後に接続する場合に限定されることなく、連続した導体で形成してもよい。
（５）毎極毎相スロット数は３に限定されることもなく、３未満であってもよいし、４以上となるように固定子巻線２４０を巻き回してもよい。
（６）回転電機は、誘導電動機に限定されることなく同期電動機であってもよい。
（７）固定子巻線２４０は全節巻で固定子鉄心２３２に装着する場合に限定されない。短節巻で固定子巻線２４０を巻き回してもよい。
【００８１】
（８）第１導体収容部２３６ａおよび第２導体収容部２３６ｂに挿通されるコイル導体２４１は、２本ずつである場合に限定されない。導体収容部ごとに３本以上あるいは１本だけ挿通してもよい。
（９）コイル導体２４１は、径方向に１列に配置される場合に限定されない。径方向に２列に配置してもよい。
（１０）固定子巻線に用いられる導体の形状は円形状に限らず、矩形状の平角線を使用した場合にも適用することもできる。
【００８２】
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限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
２００回転電機、２０２回転電機、２３０固定子、２３２固定子鉄心、２３６スロット、２３６ａ第１導体収容部、２３６ａｗ第１側壁、２３６ｂ第２導体収容部、２３６ｂｗ第２側壁、２３７傾斜壁、２３７ｒ曲面、２３８ティース、２４０固定子巻線、２４０ｉ内側固定子巻線、２４０ｏ外側固定子巻線、２４１コイル導体、２４２渡り導体、２４７スロットライナー、２４９コイルエンド、２５０回転子、２５２回転子鉄心、２５６エンドリング

【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子であって、
円筒状の固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の内周側に形成される複数のスロットに絶縁紙を介在させて装着される固定子巻線とを備え、
前記複数のスロットの各々は、内周側の幅狭の第１導体収容部と、前記第１導体収容部に傾斜壁により連設された外周側の幅広の第２導体収容部とを有し、
前記固定子巻線は、前記第１導体収容部に挿通される第１コイル導体と、前記第２導体収容部に挿通される第２コイル導体とを含んで構成されていることを特徴とする固定子。
【請求項２】
請求項１に記載の固定子において、
前記第１コイル導体は、その周方向寸法が前記第１導体収容部の幅に対応した値であり、
前記第２コイル導体は、その周方向寸法が前記第２導体収容部の幅に対応した値であり、
前記第２コイル導体の断面積は、前記第１コイル導体の断面積よりも大きいことを特徴とする固定子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の固定子において、
前記第１導体収容部の側壁と前記傾斜壁、ならびに、前記第２導体収容部の側壁と前記傾斜壁とは鈍角で繋がっていることを特徴とする固定子。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の固定子において、
前記第１導体収容部は、周方向に幅狭で対向し、径方向に略平行に延在する一対の第１側壁で画成され、
前記第２導体収容部は、周方向に幅広で対向し、径方向に略平行に延在する一対の第２側壁で画成され、
前記第１側壁と前記第２側壁は、外径方向に互いに広がるように傾斜する一対の前記傾斜壁により連設されていることを特徴とする固定子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の固定子において、
前記第１導体収容部の側壁と前記傾斜壁との境界、ならびに、前記第２導体収容部の側壁と前記傾斜壁との境界は曲面とされていることを特徴とする固定子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の固定子において、
前記複数のスロットの各々に１枚の絶縁紙が挿通され、
前記絶縁紙は、前記スロットと前記第１および第２コイル導体との間、ならびに、前記第１コイル導体と前記第２コイル導体との間に配置されていることを特徴とする固定子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の固定子において、
前記回転電機が三相交流式の場合、前記固定子巻線は各相ごとにそれぞれコイル巻線を有し、
前記各相のコイル巻線の各々は、前記第１コイル導体と第２コイル導体とを接続導体で接続した相巻線であることを特徴とする固定子。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の固定子と、
前記固定子の内周側に隙間をあけて回転可能に配設された回転子とを備え、
三相交流電力で駆動される全閉構造の回転電機であって、
前記回転子は、積層鉄心と導体等で構成されるが、回転周方向に沿って交互にＮＳ極を形成する永久磁石、または直流電流で励磁されてＮＳ極を形成する界磁巻線を有しておらず、
前記固定子巻線は、複数のセグメント導体が互いに接続されてなるセグメント型コイルであって、前記スロットに１列に配置される前記第１および第２コイル導体と、前記スロット外に延び出して配置されたコイルエンドとを含んで構成されることを特徴とする回転電機。

【図１】