JP3752431B2 - 回転電機及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機及びその製造方法に関し、特に小型化に好適な回転電機及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機は、例えば特開平10−66314号公報，特開平8−298756号公報及び特表平10−507057号公報などに記載されているように、巻線導体を複数巻回したものを所定の形状（例えば亀甲状）に成形して複数の単位巻線を予め製作した後、いくつかの溝を跨ぐように複数の単位巻線を固定子鉄心の複数の溝に装着して固定子巻線を構成している。また、特開平6−209535 号公報に記載されているように、固定子巻線を構成する複数の単位巻線の各々を溝内巻線と溝渡り巻線とに分けて構成するものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した単位巻線の跨りは固定子の極数によって決定され、単位巻線の端部の長さはその跨りの大きさによって決定される。固定子の極数が多い場合、一般に単位巻線の跨りが小さくなるので、単位巻線の端部の長さは、固定子の極数が少ないものに比べて短くなる。また、単位巻線の端部は、巻線導体を巻回する際に使用する巻枠の単位巻線の端部に相当する部分の形状を工夫することにより、ある程度短く形成することができる。
【０００４】
ところが、単位巻線の端部の長さを大幅に短くすると、巻線導体の固定子鉄心の溝への装着に支障を及ぼす。そこで、単位巻線の装着時、単位巻線の端部の長さを単位巻線の装着に支障が及ばない長さにとどめて、単位巻線を固定子鉄心の溝に装着し、全ての単位巻線の装着が終わってから、単位巻線の各々の端部を強制的に成形して短縮することが考えられる。
【０００５】
しかし、このような製法では、単位巻線の端部の成形に機械的な大きな力が必要であり、単位巻線の端部を成形する際、固定子鉄心の溝に挿入されている絶縁部材や巻線導体の表面に施されているエナメル絶縁被覆を傷つけ、固定子の耐圧低下など、回転電機の性能低下を招く恐れがある。また、単位巻線の端部の強制成形による短縮にも限度があり、単位巻線の端部の大幅な短縮を期待することができない。
【０００６】
この点、前述した前者の従来技術のものでは、予め単位巻線を成形しているので、巻線導体の装着に支障が及ばないように、単位巻線の端部の長さを大幅に短縮することができない。また、前述した後者の従来技術のものでは、単位巻線の端部を成形してその端部の長さを大幅に短縮することについては何ら配慮がなされていない。
【０００７】
本発明の代表的な目的は、固定子巻線の端部を短縮して回転電機を小型化にすることにある。また、本発明の別の代表的な目的は、固定子巻線の端部を短縮することができる回転電機の製造方法を提供することにある。さらに、本発明の別の代表的な目的は、絶縁性能を向上させることができる回転電機及びその製造方法を提供することにある。さらにまた、本発明の別の代表的な目的は、固定子巻線の端部の冷却効率を向上させることができる回転電機及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的な特徴は、固定子巻線を構成する複数の単位巻線の各々を少なくとも二つの別々に形成された巻線部から構成したことにある。具体的には、固定子巻線を構成する複数の単位巻線の各々を、端部の一方が開放されると共に、対向する辺部間に固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形され、開放された端部の開放端が固定子鉄心の径方向に対向するように、開放された端部が巻線の跨り方向に折り曲げられてなる第１の巻線部と、第１の巻線部とは別に形成され、第１の巻線部の開放端部に接合されて第１の巻線部の開放端部間を接続する第２の巻線部から構成したことにある。
【０００９】
ここで、単位巻線の端部とは、単位巻線のうち固定子鉄心の軸方向両端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した部分を指し、コイルエンド部とも呼ばれている。単位巻線の辺部とは、単位巻線のうち固定子鉄心の溝に装着される部分を指し、コイル辺部とも呼ばれている。
【００１０】
本発明は、上述のように構成された単位巻線を、単位巻線の辺部の一方が装着された溝から他の溝に単位巻線の辺部の他方がいくつかの溝を跨いで装着されるように、固定子鉄心の複数の溝に装着して固定子巻線を構成する。すなわち分布巻によって固定子巻線を構成する。この際、本発明では次の工程を単位巻線数分繰り返し行い固定子巻線を構成する。
【００１１】
巻線導体を複数重ねた直線状のものをその途中で折り返し、二辺間にいくつかの溝を跨げる跨り幅ができ、かつ二辺間に固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形し、開放された直線状の端部を一方側に有する第１の巻線部を予め形成する。次に、第１の巻線部の二つの開放端を固定子鉄心の軸方向両端の一方側から二つの溝に挿入する。次に、固定子鉄心の軸方向両端の他方側から突出した第１の巻線部の開放された直線状の端部を、その開放端が固定子鉄心の径方向に対向するように巻線の跨り方向に折り曲げる。次に、第１の巻線部とは別に形成された第２の巻線部を構成する巻線導体片を、第１の巻線部の開放された端部に接合して第１の巻線部の開放された端部の開放端間を接続する。
【００１２】
第１の巻線部の開放された端部の開放端間を、第２の巻線部を構成する巻線導体片によって接続するにあたっては、巻線導体が複数回巻かれ形成されたものとなるように、第１の巻線部を構成する少なくとも二つの巻線導体のうち、一方の巻線導体の開放端の一方と他方の巻線導体の開放端の他方との間に、第２の巻線部を構成する巻線導体片を挟み込んで両開放端間を接続し、これを巻線導体数に対応させて施す。単位巻線を構成するにあたっては、平板状の巻線導体を複数重ねたものから形成する。
【００１３】
この結果、固定子鉄心の複数の溝には、跨り方向の異なる単位巻線が溝の深さ方向に積み重なるように、かつ単位巻線を構成する巻線導体の重なり方向が溝の短手方向と同方向となるように、複数の単位巻線が装着される。この時、複数の単位巻線の各々の開放側端部は、固定子鉄心の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心の径方向に延伸するような形状となる。尚、複数の単位巻線の各々の開放側とは反対側の端部は、上述した開放側端部と同形状となるように、予め第１の巻線部を形成する際に形成する。
【００１４】
本発明によれば、単位巻線を少なくとも二つの巻線部、すなわち開放された端部を有する第１の巻線部と、第１の巻線部の開放された端部の開放端間を接続する第２の巻線部とに分けたので、従来、巻線導体を複数回巻いて形成した単位巻線（例えば亀甲状のもの）の装着時に受けていた制約、すなわち単位巻線の端部の長さを、単位巻線同士が干渉し合わない長さにとどめるという制約を受けることがない。
【００１５】
しかも、本発明によれば、対向する辺部間に固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形された第１の巻線部の開放端側端部を、その開放端が固定子鉄心の径方向に対向するように、巻線の跨り方向に折り曲げると共に、第１の巻線部の開放された端部の開放端を、第２の巻線部を構成する巻線導体片によって接続して単位巻線を構成したので、少なくとも単位巻線の開放側端部は、固定子鉄心の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心の径方向に延伸するような形状となり、単位巻線の端部の開放側端部の長さは、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分の分、短縮される。
【００１６】
従って、本発明では、複数の単位巻線の各々の端部の長さを大幅に短縮することができる。また、複数の単位巻線の各々の開放側とは反対側端部も開放側端部と同形状とするので、複数の単位巻線の各々の端部の長さをさらに短縮することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、固定子鉄心の溝に装着された第１の巻線部の端部を所定の形状に成形する際、第１の巻線部の端部が開放された状態で所定の形状に成形するので、その成形にあたっては機械的な大きな力が不必要であり、固定子鉄心の溝に挿入されている絶縁部材や巻線導体の表面に施されている絶縁被覆に損傷を与える可能性が小さくなる。
【００１８】
また、本発明によれば、複数の単位巻線の各々の端部が、固定子鉄心の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心の径方向に延伸する形状で整然と並ぶので、冷却風の通風抵抗を減らすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１〜図７に基づいて説明する。図中１は固定子である。固定子１は固定子鉄心２と固定子巻線４（或いは「固定子コイル」という）を備えている。固定子鉄心２は、珪素鋼板が複数積層された円筒状のものである。固定子鉄心２の内周部には、軸方向に連続すると共に、固定子鉄心２の内周表面に開口部３ａを有するスロット３（或いは「溝」という）が周方向に複数形成されている。
【００２０】
スロット３の各々にはスロットライナ３ｂを介して単位巻線４１（或いは「単位コイル」という）が装着されている。スロットライナ３ｂは、固定子鉄心２と単位巻線４１との間を絶縁する絶縁部材である。単位巻線４１の各々は、いくつかのスロットを跨ぐ（本実施例では二つのスロットを跨ぐ）ように、対応する二つのスロットに装着されている。すなわち本実施例では固定子巻線４の装着に分布巻を採用している。
【００２１】
単位巻線４１の各々は、図５及び図６に示すように、固定子鉄心２の軸方向両端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出する。スロット３の各々には、跨り方向の異なる単位巻線がスロット３の深さ方向（固定子鉄心２の径方向）に積み重なるように装着されている。単位巻線４１の各々の端部の一方側は、３相Ｙ結線の電気回路が構成されるように、その端部間がＵ相，Ｖ相，Ｗ相毎に接続環５によって電気的に接続されている。
【００２２】
接続環５は、耐熱性樹脂に渡り線５１，５２を挿入して一体成形したものである。渡り線５１は、二つの巻線導体の端部間を接続してＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相を形成するものである。渡り線５２は、各相の単位巻線の最終端間を接続してＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相をＹ結線するものである。この渡り線５２により中性点が形成される。３相Ｙ結線の電気回路が構成されるように、スロット３の各々に装着された単位巻線４１の端部の一方を接続環５によって電気的に接続することにより、固定子巻線４は構成される。
【００２３】
ここで、単位巻線４１の端部とは、単位巻線４１のうち固定子鉄心２の軸方向両端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出する部分を指し、コイルエンド部とも呼ばれる。また、これ以降の説明で用いる単位巻線４１の辺部とは、単位巻線４１のうち固定子鉄心２のスロット３に装着されている部分を指し、コイル辺部とも呼ばれる。
【００２４】
固定子１の内周側には、所定の空隙を介して図示省略した回転子が回転可能なように軸受支持されて配設されている。回転子の構成は回転電機の種類によって異なる。例えば電気自動車，ハイブリット自動車，フォークリフトなどの駆動用として用いられる誘導電動機は、アルミ又は銅製の導体からなる回転子巻線が回転子鉄心に装着されてなる回転子を有する。また、それらに同様に用いられる同期電動機は、永久磁石が回転子鉄心の内部に埋め込まれた或いは回転子鉄心の外周表面に設けられてなる回転子を有する。また、自動車に搭載されたバッテリの充電或いは車載用負荷への電力供給などに用いられる発電機は、回転子巻線が回転子鉄心に装着されていると共に、爪形磁極間に永久磁石が挟持された回転子を有する。
【００２５】
次に、本実施例の固定子巻線４の構成を具体的に説明する。上述のように固定子巻線４は、スロット３の各々に装着された単位巻線４１によって構成されている。単位巻線４１の各々の形成にあたっては平板状の巻線導体（或いは「コイル導体」という）、いわゆる平角線を用いている。本実施例では単位巻線４１の各々を、平板状の巻線導体を用いて二つの巻線部に分けて形成し、最終的（スロット３に装着された場合）には、巻線導体が複数回巻かれて形成されたものとなるように形成している。
【００２６】
図１に示すように単位巻線４１は、第１の巻線部４２と第２の巻線部４３に分けられ形成されている。第１の巻線部４２は巻線導体が複数重なって形成されたものであり、開放された端部４４と、開放されない端部４５と、直線状に延伸する辺部４６，４７から構成されている。本実施例では、図２に示すように、三つの巻線導体が重なって形成された場合について説明する。尚、図２において(ａ)は、単位巻線４１の１ターン目にあたる巻線導体のスロット３挿入前の構成を示す。（ｂ）は、単位巻線４１の２ターン目にあたる巻線導体のスロット３挿入前の構成を示す。（ｃ）は、単位巻線４１の３ターン目にあたる巻線導体のスロット３挿入前の構成を示す。
【００２７】
辺部４６，４７間には固定子鉄心２の径方向の段差（平角線の幅寸法（短手方向の寸法）にほぼ相当する段差）が付けられている。これにより、単位巻線４１がスロット３内に装着された場合、辺部４６はスロット３内において開口部３ａ側に配置され、辺部４７はスロット３内において底部側（開口部３ａ側とは反対側）に配置される。
【００２８】
開放されない端部４５は、巻線の跨り方向に折れ曲がった斜辺部４５１，452 と、斜辺部４５１，４５２の端部間を接続すると共に、固定子鉄心２の径方向に延伸する折り返し部４５３から連続して形成されている。すなわち開放されない端部４５は、固定子鉄心２の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心２の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心２の径方向に延伸するような形状となるように形成されている。従って、開放されない端部４５をその上方から観た場合、開放されない端部４５の形状は亀甲形（六角形）の一方側端部と同形状に観える。
【００２９】
開放された端部４４は、巻線の跨り方向に折れ曲がった斜辺部４４１，４４２から形成されている。斜辺部４４１，４４２には開放端４４３，４４４が形成されている。開放端４４３，４４４は固定子鉄心２の径方向に対向しており、図１から判るように、巻線導体毎にその長さが異なっている。すなわち１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３は単位巻線４１の引出部の一方側を形成し、開放端４４４は、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との接続部を形成している。２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３は、１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４との接続部を形成し、開放端４４４は、３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との接続部を形成している。３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３は、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４との接続部を形成し、その開放端４４４は単位巻線４１の引出部の他方側を形成している。従って、図２に示すように、第１の巻線部４２を構成する巻線導体の各々の長さも異なる。
【００３０】
第２の巻線部４３は第１の巻線部４２の開放端４４３，４４４間を接続するものであり、二つの片状の巻線導体からなる。巻線導体片４３１は、１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３を接続する。巻線導体片４３２は、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３を接続する。この接続により、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４間は閉ざされ、巻線導体を３回巻いて形成したように、単位巻線４１が形成される。尚、第１の巻線部２２の開放された端部４４の上方から観た形状は、亀甲形（六角形）の他方側端部と同形状に観える。
【００３１】
次に、本実施例の回転電機の製造方法、特に固定子巻線４の製作工程について説明する。まず、エナメル絶縁被覆が施された直線状の銅製の平角線を３本重ねて形成した直線状の積層体を、その積層面に対して垂直な面の短手方向を軸としてその途中から折り返し、この折り返しを基点として、平角線の幅寸法（短手方向の寸法）にほぼ相当する段差（固定子鉄心２の径方向の段差）を二辺間に付ける。次に、二つのスロットを跨げる跨り幅が二辺間に形成されるように、すなわち辺部４６，４７、及び開放されたない端部４５の斜辺部４５１，４５２と折り返し部４５３が形成されるように、図示省略した成形治具を用いて積層体の折り返し部分側を成形する。このように成形することにより、図２に示すように、巻線導体毎に長さの異なるかつ開放された直線状の端部４４を有する第１の巻線部４２が形成される。
【００３２】
次に、第１の巻線部４２の直線状の端部を固定子鉄心２の軸方向両端の一方側から、スロットライナ３ｂが装着された二つのスロットに挿入する。この時、第１の巻線部４２の辺部４６はスロット３の開口部３ａ側に配置され、辺部４７はスロット３の底部側（開口部３ａ側とは反対側）に配置される。次に、固定子鉄心２の軸方向両端の他方側から突出した第１の巻線部４２の直線状の端部４４の開放端４４３，４４４が固定子鉄心２の径方向に対向するように、図示省略した成形治具を用いての跨り方向に折り曲げる。このように成形することによリ、斜辺部４４１，４４２からなりかつ開放された端部４４を有する第１の巻線部４２が形成される。
【００３３】
次に、第２の巻線部４３を構成する巻線導体片４３１を、１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との間に挟み込み、両者端間を突合せ接続する。また、巻線導体片４３２を、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との間に挟み込み、両者端間を突合せ接続する。この接続により、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４間は閉ざされ、巻線導体を３回巻いて形成したように、単位巻線４１が形成される。尚、巻線導体片４３１，４３２と第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４との間の接続にあたってはＴＩＧ溶接を用いてそれらを接合している。また、巻線導体片と各開放端との接続にあたっては、接続箇所に施されているエナメル絶縁被覆を予め取り除いている。
【００３４】
上述した一連の工程をスロット３の各々に装着される単位巻線４１の数分繰り返し行うことにより、スロット３の各々には、二つのスロットを跨ぐしかもその跨り方向の異なる二つの単位巻線がスロット３の深さ方向（固定子鉄心２の径方向）に積み重なるように装着される。
【００３５】
次に、単位巻線４１の各々の端部４４を、３相Ｙ結線の電気回路が構成されるように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相毎に接続環５によって接続する。具体的には、単位巻線４１の各々の端部４４が隣接した二つの単位巻線のうち、その一方の端部４４に形成された引出部の一方（その単位巻線４１の１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３）と、その他方の端部４４に形成された引出部の他方（その単位巻線４１の３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４）との間を接続環５の渡り線５１によって接続する。換言すれば、４スロットおきに、一方のスロット３の開口部３ｄ側に配置された単位巻線４１の端部４４の引出部（単位巻線４１の１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３）と、他方のスロットの底部側（開口部３ｄ側とは反対側）に配置された単位巻線４１の端部４４の引出部（単位巻線４１の３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４）との間を接続する。この接続を単位巻線４１の数に対応させて繰り返すことにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相が形成される。
【００３６】
次に、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の単位巻線の最終端間を接続環５の渡り線５２によって接続する。この接続により、３相Ｙ結線の電気回路が構成され、固定子巻線４が完成する。尚、接続環５の各渡り線と単位巻線４１の端部４４との接続にあたってはＴＩＧ溶接を用いてそれらを接合している。また、接続環５の渡り線５１，５２と単位巻線４１の端部４４の引出部との接続にあたっては、単位巻線４１の端部４４の接続箇所に施されているエナメル絶縁被覆を予め取り除いている。
【００３７】
以上説明した本実施例によれば、単位巻線４１の各々を、開放された端部４４を有する第１の巻線部４２と、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４間を接続する第２の巻線部４３とに分けたので、従来、巻線導体を複数回巻いて形成した単位巻線の装着時に受けていた制約、すなわち単位巻線の端部の長さを、単位巻線同士が干渉し合わない長さにとどめるという制約を受けることがない。
【００３８】
しかも、本実施例によれば、対向する辺部４６，４７間に固定子鉄心２の径方向の段差ができるように成形した第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４が固定子鉄心２の径方向に対向するように、第１の巻線部４２の開放された端部４４を巻線の跨り方向に折り曲げると共に、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４を、第２の巻線部４３を構成する巻線導体片４３１，４３２によって接続して単位巻線４１を構成したので、単位巻線４１の端部の一方側（第１の巻線部４２の開放された端部４４側）は、固定子鉄心２の軸方向端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心２の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心２の径方向に延伸するような形状となり、単位巻線４１の端部の一方側の長さは、固定子鉄心２の軸方向端部から第１の巻線部４２の開放された端部４４の斜辺部４４１，４４２の開放端４４３，４４４までの距離となり、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分の分、すなわち第２の巻線部４３の分、短縮される。
【００３９】
従って、本実施例によれば、単位巻線４１の各々の端部の長さを短縮することができるので、回転電機を軸方向の寸法を小さくすることができ、回転電機の小型化することができる。また、本実施例によれば、単位巻線４１の各々の端部の他方側（第１の巻線部４２の開放されない端部４５）も単位巻線４１の各々の端部の一方側と同様の形状になるように成形しているので、単位巻線４１の端部の各々の一方側と同様に折り返し部４５３の分、単位巻線４１の各々の端部の他方側を短縮することができ、さらに回転電機の小型化することができる。尚、本実施例によれば、単位巻線４１の各々の端部の長さを従来比約１／２とすることができ、回転電機の大幅な小型化・軽量化が達成できた。この回転電機は、高効率な運転が要求される電気自動車，ハイブリット自動車，バッテリ式フォークリフトなどの電気車に有効である。もちろん普通のガソリン車などの車両などにも燃費向上の一旦として有効である。
【００４０】
また、本実施例によれば、スロット３の各々に装着された第１の巻線部４２の開放された端部４４を所定の形状に成形する際、第１の巻線部４２の開放された端部４５が開放された状態で所定の形状に成形するので、その成形にあたっては機械的な大きな力が不必要であり、スロット３の各々に挿入されているスロットライナ３ｂや巻線導体の表面に施されているエナメル絶縁被覆に損傷を与える可能性が小さくなる。従って、本実施例によれば、回転電機の絶縁性能を向上させることができ、回転電機の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、スロット３の各々に装着された単位巻線４１の各々の端部が、固定子鉄心２の軸方向端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心２の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心２の径方向に延伸する形状で整然と並ぶので、冷却風の通風抵抗を減らすことができる。しかも、平角線を用いることによりさらにその効果を向上させることができる。従って、本実施例によれば、固定子巻線４の冷却効率を向上させることができ、回転電機の高出力化或いは回転電機のさらなる小型化を図ることができる。この回転電機は、高出力が要求される電気自動車，ハイブリット自動車，バッテリ式フォークリフトなどの電気車に有効である。電動機を用いた四輪駆動車などにも出力向上として有効である。
【００４２】
また、本実施例によれば、スロット３の各々に単位巻線４１を装着する際、単位巻線４１を構成する第１の巻線部４２を固定子鉄心２の軸方向両端部の一方側から挿入するので、スロット３の開口部３ａに製造上の制限を受けない。すなわち従来は、固定子鉄心のスロットの開口部から単位巻線を挿入していたので、その開口部の大きさ（開口部の固定子鉄心の径方向の幅）は単位巻線の径や作業性によって決められており、しかも性能上から望まれる大きさより大きかった。しかし、本実施例によれば、単位巻線４１を構成する第１の巻線部４２を固定子鉄心２の軸方向両端部の一方側から挿入するので、製造上の制限を受けることがなく、スロット３の開口部３ａの大きさを回転電機の性能上最適な大きさに設定することができる。従って、本実施例によれば、回転電機の性能を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施例によれば、上述のように固定子巻線４の端部を短縮することができるので、固定子巻線４の抵抗やリアクタンスを小さくすることができる。従って、大電流かつ低電圧仕様の回転電機に好適である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の単位巻線の各々の端部の長さを大幅に短縮することができるので、固定子巻線の端部を短縮することができ、回転電機を小型化することができる。また、固定子巻線の端部を短縮することができる回転電機の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、固定子鉄心の溝に挿入されている絶縁部材や巻線導体の表面に施されている絶縁被覆に損傷を与える可能性が小さくなるので、回転電機の絶縁性能を向上させることができる。また、回転電機の絶縁性能を向上させることができる回転電機の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、複数の単位巻線の各々の端部の冷却風の通風抵抗を減らすことができるので、固定子巻線の端部の冷却効率を向上させることができる。また、固定子巻線の端部の冷却効率を向上させることができる回転電機の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である固定子巻線を構成する単位巻線の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の単位巻線の第１の巻線部の分解図であり、（ａ）は単位巻線の１ターン目にあたる巻線導体の構成を、（ｂ）は２ターン目にあたる巻線導体の構成を、（ｃ）は３ターン目にあたる巻線導体の構成をそれぞれ示す。
【図３】本発明の実施例である回転電機の構成を示す断面図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】図３のＶ方向から観た斜視図であり、固定子巻線の端部の一方側の構成を示す。
【図６】図３のVI方向から観た斜視図であり、固定子巻線の端部の他方側の構成を示す。
【図７】図３のVII 方向から観た断面図であり、接続環の構成を示す。
【符号の説明】
１…固定子、２…固定子鉄心、３…スロット、３ａ…開口部、３ｂ…スロットライナ、４…固定子巻線、５…接続環、４１…単位巻線、４２…第１の巻線部、４３…第２の巻線部、４４…開放された端部、４５…開放されない端部、４６，４７…辺部、５１，５２…渡り線、４３１,４３２…巻線導体片、４４１,４４２，４５１，４５２…斜辺部、４４３，４４４…開放端、４５３…折り返し部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機及びその製造方法に関し、特に小型化に好適な回転電機及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機は、例えば特開平10−66314号公報，特開平8−298756号公報及び特表平10−507057号公報などに記載されているように、巻線導体を複数巻回したものを所定の形状（例えば亀甲状）に成形して複数の単位巻線を予め製作した後、いくつかの溝を跨ぐように複数の単位巻線を固定子鉄心の複数の溝に装着して固定子巻線を構成している。また、特開平6−209535 号公報に記載されているように、固定子巻線を構成する複数の単位巻線の各々を溝内巻線と溝渡り巻線とに分けて構成するものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した単位巻線の跨りは固定子の極数によって決定され、単位巻線の端部の長さはその跨りの大きさによって決定される。固定子の極数が多い場合、一般に単位巻線の跨りが小さくなるので、単位巻線の端部の長さは、固定子の極数が少ないものに比べて短くなる。また、単位巻線の端部は、巻線導体を巻回する際に使用する巻枠の単位巻線の端部に相当する部分の形状を工夫することにより、ある程度短く形成することができる。
【０００４】
ところが、単位巻線の端部の長さを大幅に短くすると、巻線導体の固定子鉄心の溝への装着に支障を及ぼす。そこで、単位巻線の装着時、単位巻線の端部の長さを単位巻線の装着に支障が及ばない長さにとどめて、単位巻線を固定子鉄心の溝に装着し、全ての単位巻線の装着が終わってから、単位巻線の各々の端部を強制的に成形して短縮することが考えられる。
【０００５】
しかし、このような製法では、単位巻線の端部の成形に機械的な大きな力が必要であり、単位巻線の端部を成形する際、固定子鉄心の溝に挿入されている絶縁部材や巻線導体の表面に施されているエナメル絶縁被覆を傷つけ、固定子の耐圧低下など、回転電機の性能低下を招く恐れがある。また、単位巻線の端部の強制成形による短縮にも限度があり、単位巻線の端部の大幅な短縮を期待することができない。
【０００６】
この点、前述した前者の従来技術のものでは、予め単位巻線を成形しているので、巻線導体の装着に支障が及ばないように、単位巻線の端部の長さを大幅に短縮することができない。また、前述した後者の従来技術のものでは、単位巻線の端部を成形してその端部の長さを大幅に短縮することについては何ら配慮がなされていない。
【０００７】
本発明の代表的な目的は、固定子巻線の端部を短縮して回転電機を小型化にすることにある。また、本発明の別の代表的な目的は、固定子巻線の端部を短縮することができる回転電機の製造方法を提供することにある。さらに、本発明の別の代表的な目的は、絶縁性能を向上させることができる回転電機及びその製造方法を提供することにある。さらにまた、本発明の別の代表的な目的は、固定子巻線の端部の冷却効率を向上させることができる回転電機及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的な特徴は、固定子巻線を構成する複数の単位巻線の各々を少なくとも二つの別々に形成された巻線部から構成したことにある。具体的には、固定子巻線を構成する複数の単位巻線の各々を、端部の一方が開放されると共に、対向する辺部間に固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形され、開放された端部の開放端が固定子鉄心の径方向に対向するように、開放された端部が巻線の跨り方向に折り曲げられてなる第１の巻線部と、第１の巻線部とは別に形成され、第１の巻線部の開放端部に接合されて第１の巻線部の開放端部間を接続する第２の巻線部から構成したことにある。
【０００９】
ここで、単位巻線の端部とは、単位巻線のうち固定子鉄心の軸方向両端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した部分を指し、コイルエンド部とも呼ばれている。単位巻線の辺部とは、単位巻線のうち固定子鉄心の溝に装着される部分を指し、コイル辺部とも呼ばれている。
【００１０】
本発明は、上述のように構成された単位巻線を、単位巻線の辺部の一方が装着された溝から他の溝に単位巻線の辺部の他方がいくつかの溝を跨いで装着されるように、固定子鉄心の複数の溝に装着して固定子巻線を構成する。すなわち分布巻によって固定子巻線を構成する。この際、本発明では次の工程を単位巻線数分繰り返し行い固定子巻線を構成する。
【００１１】
巻線導体を複数重ねた直線状のものをその途中で折り返し、二辺間にいくつかの溝を跨げる跨り幅ができ、かつ二辺間に固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形し、開放された直線状の端部を一方側に有する第１の巻線部を予め形成する。次に、第１の巻線部の二つの開放端を固定子鉄心の軸方向両端の一方側から二つの溝に挿入する。次に、固定子鉄心の軸方向両端の他方側から突出した第１の巻線部の開放された直線状の端部を、その開放端が固定子鉄心の径方向に対向するように巻線の跨り方向に折り曲げる。次に、第１の巻線部とは別に形成された第２の巻線部を構成する巻線導体片を、第１の巻線部の開放された端部に接合して第１の巻線部の開放された端部の開放端間を接続する。
【００１２】
第１の巻線部の開放された端部の開放端間を、第２の巻線部を構成する巻線導体片によって接続するにあたっては、巻線導体が複数回巻かれ形成されたものとなるように、第１の巻線部を構成する少なくとも二つの巻線導体のうち、一方の巻線導体の開放端の一方と他方の巻線導体の開放端の他方との間に、第２の巻線部を構成する巻線導体片を挟み込んで両開放端間を接続し、これを巻線導体数に対応させて施す。単位巻線を構成するにあたっては、平板状の巻線導体を複数重ねたものから形成する。
【００１３】
この結果、固定子鉄心の複数の溝には、跨り方向の異なる単位巻線が溝の深さ方向に積み重なるように、かつ単位巻線を構成する巻線導体の重なり方向が溝の短手方向と同方向となるように、複数の単位巻線が装着される。この時、複数の単位巻線の各々の開放側端部は、固定子鉄心の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心の径方向に延伸するような形状となる。尚、複数の単位巻線の各々の開放側とは反対側の端部は、上述した開放側端部と同形状となるように、予め第１の巻線部を形成する際に形成する。
【００１４】
本発明によれば、単位巻線を少なくとも二つの巻線部、すなわち開放された端部を有する第１の巻線部と、第１の巻線部の開放された端部の開放端間を接続する第２の巻線部とに分けたので、従来、巻線導体を複数回巻いて形成した単位巻線（例えば亀甲状のもの）の装着時に受けていた制約、すなわち単位巻線の端部の長さを、単位巻線同士が干渉し合わない長さにとどめるという制約を受けることがない。
【００１５】
しかも、本発明によれば、対向する辺部間に固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形された第１の巻線部の開放端側端部を、その開放端が固定子鉄心の径方向に対向するように、巻線の跨り方向に折り曲げると共に、第１の巻線部の開放された端部の開放端を、第２の巻線部を構成する巻線導体片によって接続して単位巻線を構成したので、少なくとも単位巻線の開放側端部は、固定子鉄心の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心の径方向に延伸するような形状となり、単位巻線の端部の開放側端部の長さは、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分の分、短縮される。
【００１６】
従って、本発明では、複数の単位巻線の各々の端部の長さを大幅に短縮することができる。また、複数の単位巻線の各々の開放側とは反対側端部も開放側端部と同形状とするので、複数の単位巻線の各々の端部の長さをさらに短縮することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、固定子鉄心の溝に装着された第１の巻線部の端部を所定の形状に成形する際、第１の巻線部の端部が開放された状態で所定の形状に成形するので、その成形にあたっては機械的な大きな力が不必要であり、固定子鉄心の溝に挿入されている絶縁部材や巻線導体の表面に施されている絶縁被覆に損傷を与える可能性が小さくなる。
【００１８】
また、本発明によれば、複数の単位巻線の各々の端部が、固定子鉄心の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心の径方向に延伸する形状で整然と並ぶので、冷却風の通風抵抗を減らすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１〜図７に基づいて説明する。図中１は固定子である。固定子１は固定子鉄心２と固定子巻線４（或いは「固定子コイル」という）を備えている。固定子鉄心２は、珪素鋼板が複数積層された円筒状のものである。固定子鉄心２の内周部には、軸方向に連続すると共に、固定子鉄心２の内周表面に開口部３ａを有するスロット３（或いは「溝」という）が周方向に複数形成されている。
【００２０】
スロット３の各々にはスロットライナ３ｂを介して単位巻線４１（或いは「単位コイル」という）が装着されている。スロットライナ３ｂは、固定子鉄心２と単位巻線４１との間を絶縁する絶縁部材である。単位巻線４１の各々は、いくつかのスロットを跨ぐ（本実施例では二つのスロットを跨ぐ）ように、対応する二つのスロットに装着されている。すなわち本実施例では固定子巻線４の装着に分布巻を採用している。
【００２１】
単位巻線４１の各々は、図５及び図６に示すように、固定子鉄心２の軸方向両端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出する。スロット３の各々には、跨り方向の異なる単位巻線がスロット３の深さ方向（固定子鉄心２の径方向）に積み重なるように装着されている。単位巻線４１の各々の端部の一方側は、３相Ｙ結線の電気回路が構成されるように、その端部間がＵ相，Ｖ相，Ｗ相毎に接続環５によって電気的に接続されている。
【００２２】
接続環５は、耐熱性樹脂に渡り線５１，５２を挿入して一体成形したものである。渡り線５１は、二つの巻線導体の端部間を接続してＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相を形成するものである。渡り線５２は、各相の単位巻線の最終端間を接続してＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相をＹ結線するものである。この渡り線５２により中性点が形成される。３相Ｙ結線の電気回路が構成されるように、スロット３の各々に装着された単位巻線４１の端部の一方を接続環５によって電気的に接続することにより、固定子巻線４は構成される。
【００２３】
ここで、単位巻線４１の端部とは、単位巻線４１のうち固定子鉄心２の軸方向両端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出する部分を指し、コイルエンド部とも呼ばれる。また、これ以降の説明で用いる単位巻線４１の辺部とは、単位巻線４１のうち固定子鉄心２のスロット３に装着されている部分を指し、コイル辺部とも呼ばれる。
【００２４】
固定子１の内周側には、所定の空隙を介して図示省略した回転子が回転可能なように軸受支持されて配設されている。回転子の構成は回転電機の種類によって異なる。例えば電気自動車，ハイブリット自動車，フォークリフトなどの駆動用として用いられる誘導電動機は、アルミ又は銅製の導体からなる回転子巻線が回転子鉄心に装着されてなる回転子を有する。また、それらに同様に用いられる同期電動機は、永久磁石が回転子鉄心の内部に埋め込まれた或いは回転子鉄心の外周表面に設けられてなる回転子を有する。また、自動車に搭載されたバッテリの充電或いは車載用負荷への電力供給などに用いられる発電機は、回転子巻線が回転子鉄心に装着されていると共に、爪形磁極間に永久磁石が挟持された回転子を有する。
【００２５】
次に、本実施例の固定子巻線４の構成を具体的に説明する。上述のように固定子巻線４は、スロット３の各々に装着された単位巻線４１によって構成されている。単位巻線４１の各々の形成にあたっては平板状の巻線導体（或いは「コイル導体」という）、いわゆる平角線を用いている。本実施例では単位巻線４１の各々を、平板状の巻線導体を用いて二つの巻線部に分けて形成し、最終的（スロット３に装着された場合）には、巻線導体が複数回巻かれて形成されたものとなるように形成している。
【００２６】
図１に示すように単位巻線４１は、第１の巻線部４２と第２の巻線部４３に分けられ形成されている。第１の巻線部４２は巻線導体が複数重なって形成されたものであり、開放された端部４４と、開放されない端部４５と、直線状に延伸する辺部４６，４７から構成されている。本実施例では、図２に示すように、三つの巻線導体が重なって形成された場合について説明する。尚、図２において(ａ)は、単位巻線４１の１ターン目にあたる巻線導体のスロット３挿入前の構成を示す。（ｂ）は、単位巻線４１の２ターン目にあたる巻線導体のスロット３挿入前の構成を示す。（ｃ）は、単位巻線４１の３ターン目にあたる巻線導体のスロット３挿入前の構成を示す。
【００２７】
辺部４６，４７間には固定子鉄心２の径方向の段差（平角線の幅寸法（短手方向の寸法）にほぼ相当する段差）が付けられている。これにより、単位巻線４１がスロット３内に装着された場合、辺部４６はスロット３内において開口部３ａ側に配置され、辺部４７はスロット３内において底部側（開口部３ａ側とは反対側）に配置される。
【００２８】
開放されない端部４５は、巻線の跨り方向に折れ曲がった斜辺部４５１，452 と、斜辺部４５１，４５２の端部間を接続すると共に、固定子鉄心２の径方向に延伸する折り返し部４５３から連続して形成されている。すなわち開放されない端部４５は、固定子鉄心２の軸方向端部から固定子鉄心の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心２の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心２の径方向に延伸するような形状となるように形成されている。従って、開放されない端部４５をその上方から観た場合、開放されない端部４５の形状は亀甲形（六角形）の一方側端部と同形状に観える。
【００２９】
開放された端部４４は、巻線の跨り方向に折れ曲がった斜辺部４４１，４４２から形成されている。斜辺部４４１，４４２には開放端４４３，４４４が形成されている。開放端４４３，４４４は固定子鉄心２の径方向に対向しており、図１から判るように、巻線導体毎にその長さが異なっている。すなわち１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３は単位巻線４１の引出部の一方側を形成し、開放端４４４は、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との接続部を形成している。２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３は、１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４との接続部を形成し、開放端４４４は、３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との接続部を形成している。３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３は、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４との接続部を形成し、その開放端４４４は単位巻線４１の引出部の他方側を形成している。従って、図２に示すように、第１の巻線部４２を構成する巻線導体の各々の長さも異なる。
【００３０】
第２の巻線部４３は第１の巻線部４２の開放端４４３，４４４間を接続するものであり、二つの片状の巻線導体からなる。巻線導体片４３１は、１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３を接続する。巻線導体片４３２は、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３を接続する。この接続により、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４間は閉ざされ、巻線導体を３回巻いて形成したように、単位巻線４１が形成される。尚、第１の巻線部２２の開放された端部４４の上方から観た形状は、亀甲形（六角形）の他方側端部と同形状に観える。
【００３１】
次に、本実施例の回転電機の製造方法、特に固定子巻線４の製作工程について説明する。まず、エナメル絶縁被覆が施された直線状の銅製の平角線を３本重ねて形成した直線状の積層体を、その積層面に対して垂直な面の短手方向を軸としてその途中から折り返し、この折り返しを基点として、平角線の幅寸法（短手方向の寸法）にほぼ相当する段差（固定子鉄心２の径方向の段差）を二辺間に付ける。次に、二つのスロットを跨げる跨り幅が二辺間に形成されるように、すなわち辺部４６，４７、及び開放されたない端部４５の斜辺部４５１，４５２と折り返し部４５３が形成されるように、図示省略した成形治具を用いて積層体の折り返し部分側を成形する。このように成形することにより、図２に示すように、巻線導体毎に長さの異なるかつ開放された直線状の端部４４を有する第１の巻線部４２が形成される。
【００３２】
次に、第１の巻線部４２の直線状の端部を固定子鉄心２の軸方向両端の一方側から、スロットライナ３ｂが装着された二つのスロットに挿入する。この時、第１の巻線部４２の辺部４６はスロット３の開口部３ａ側に配置され、辺部４７はスロット３の底部側（開口部３ａ側とは反対側）に配置される。次に、固定子鉄心２の軸方向両端の他方側から突出した第１の巻線部４２の直線状の端部４４の開放端４４３，４４４が固定子鉄心２の径方向に対向するように、図示省略した成形治具を用いての跨り方向に折り曲げる。このように成形することによリ、斜辺部４４１，４４２からなりかつ開放された端部４４を有する第１の巻線部４２が形成される。
【００３３】
次に、第２の巻線部４３を構成する巻線導体片４３１を、１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との間に挟み込み、両者端間を突合せ接続する。また、巻線導体片４３２を、２ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４と３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３との間に挟み込み、両者端間を突合せ接続する。この接続により、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４間は閉ざされ、巻線導体を３回巻いて形成したように、単位巻線４１が形成される。尚、巻線導体片４３１，４３２と第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４との間の接続にあたってはＴＩＧ溶接を用いてそれらを接合している。また、巻線導体片と各開放端との接続にあたっては、接続箇所に施されているエナメル絶縁被覆を予め取り除いている。
【００３４】
上述した一連の工程をスロット３の各々に装着される単位巻線４１の数分繰り返し行うことにより、スロット３の各々には、二つのスロットを跨ぐしかもその跨り方向の異なる二つの単位巻線がスロット３の深さ方向（固定子鉄心２の径方向）に積み重なるように装着される。
【００３５】
次に、単位巻線４１の各々の端部４４を、３相Ｙ結線の電気回路が構成されるように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相毎に接続環５によって接続する。具体的には、単位巻線４１の各々の端部４４が隣接した二つの単位巻線のうち、その一方の端部４４に形成された引出部の一方（その単位巻線４１の１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３）と、その他方の端部４４に形成された引出部の他方（その単位巻線４１の３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４）との間を接続環５の渡り線５１によって接続する。換言すれば、４スロットおきに、一方のスロット３の開口部３ｄ側に配置された単位巻線４１の端部４４の引出部（単位巻線４１の１ターン目にあたる巻線導体の開放端４４３）と、他方のスロットの底部側（開口部３ｄ側とは反対側）に配置された単位巻線４１の端部４４の引出部（単位巻線４１の３ターン目にあたる巻線導体の開放端４４４）との間を接続する。この接続を単位巻線４１の数に対応させて繰り返すことにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相が形成される。
【００３６】
次に、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の単位巻線の最終端間を接続環５の渡り線５２によって接続する。この接続により、３相Ｙ結線の電気回路が構成され、固定子巻線４が完成する。尚、接続環５の各渡り線と単位巻線４１の端部４４との接続にあたってはＴＩＧ溶接を用いてそれらを接合している。また、接続環５の渡り線５１，５２と単位巻線４１の端部４４の引出部との接続にあたっては、単位巻線４１の端部４４の接続箇所に施されているエナメル絶縁被覆を予め取り除いている。
【００３７】
以上説明した本実施例によれば、単位巻線４１の各々を、開放された端部４４を有する第１の巻線部４２と、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４間を接続する第２の巻線部４３とに分けたので、従来、巻線導体を複数回巻いて形成した単位巻線の装着時に受けていた制約、すなわち単位巻線の端部の長さを、単位巻線同士が干渉し合わない長さにとどめるという制約を受けることがない。
【００３８】
しかも、本実施例によれば、対向する辺部４６，４７間に固定子鉄心２の径方向の段差ができるように成形した第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４が固定子鉄心２の径方向に対向するように、第１の巻線部４２の開放された端部４４を巻線の跨り方向に折り曲げると共に、第１の巻線部４２の開放された端部４４の開放端４４３，４４４を、第２の巻線部４３を構成する巻線導体片４３１，４３２によって接続して単位巻線４１を構成したので、単位巻線４１の端部の一方側（第１の巻線部４２の開放された端部４４側）は、固定子鉄心２の軸方向端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心２の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心２の径方向に延伸するような形状となり、単位巻線４１の端部の一方側の長さは、固定子鉄心２の軸方向端部から第１の巻線部４２の開放された端部４４の斜辺部４４１，４４２の開放端４４３，４４４までの距離となり、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分の分、すなわち第２の巻線部４３の分、短縮される。
【００３９】
従って、本実施例によれば、単位巻線４１の各々の端部の長さを短縮することができるので、回転電機を軸方向の寸法を小さくすることができ、回転電機の小型化することができる。また、本実施例によれば、単位巻線４１の各々の端部の他方側（第１の巻線部４２の開放されない端部４５）も単位巻線４１の各々の端部の一方側と同様の形状になるように成形しているので、単位巻線４１の端部の各々の一方側と同様に折り返し部４５３の分、単位巻線４１の各々の端部の他方側を短縮することができ、さらに回転電機の小型化することができる。尚、本実施例によれば、単位巻線４１の各々の端部の長さを従来比約１／２とすることができ、回転電機の大幅な小型化・軽量化が達成できた。この回転電機は、高効率な運転が要求される電気自動車，ハイブリット自動車，バッテリ式フォークリフトなどの電気車に有効である。もちろん普通のガソリン車などの車両などにも燃費向上の一旦として有効である。
【００４０】
また、本実施例によれば、スロット３の各々に装着された第１の巻線部４２の開放された端部４４を所定の形状に成形する際、第１の巻線部４２の開放された端部４５が開放された状態で所定の形状に成形するので、その成形にあたっては機械的な大きな力が不必要であり、スロット３の各々に挿入されているスロットライナ３ｂや巻線導体の表面に施されているエナメル絶縁被覆に損傷を与える可能性が小さくなる。従って、本実施例によれば、回転電機の絶縁性能を向上させることができ、回転電機の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、スロット３の各々に装着された単位巻線４１の各々の端部が、固定子鉄心２の軸方向端部から固定子鉄心２の軸方向外方に突出した二つの部位が巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間に固定子鉄心２の径方向の段差がつき、かつ巻線の跨り方向に折れ曲がった二つの部位間の折り返し部分が固定子鉄心２の径方向に延伸する形状で整然と並ぶので、冷却風の通風抵抗を減らすことができる。しかも、平角線を用いることによりさらにその効果を向上させることができる。従って、本実施例によれば、固定子巻線４の冷却効率を向上させることができ、回転電機の高出力化或いは回転電機のさらなる小型化を図ることができる。この回転電機は、高出力が要求される電気自動車，ハイブリット自動車，バッテリ式フォークリフトなどの電気車に有効である。電動機を用いた四輪駆動車などにも出力向上として有効である。
【００４２】
また、本実施例によれば、スロット３の各々に単位巻線４１を装着する際、単位巻線４１を構成する第１の巻線部４２を固定子鉄心２の軸方向両端部の一方側から挿入するので、スロット３の開口部３ａに製造上の制限を受けない。すなわち従来は、固定子鉄心のスロットの開口部から単位巻線を挿入していたので、その開口部の大きさ（開口部の固定子鉄心の径方向の幅）は単位巻線の径や作業性によって決められており、しかも性能上から望まれる大きさより大きかった。しかし、本実施例によれば、単位巻線４１を構成する第１の巻線部４２を固定子鉄心２の軸方向両端部の一方側から挿入するので、製造上の制限を受けることがなく、スロット３の開口部３ａの大きさを回転電機の性能上最適な大きさに設定することができる。従って、本実施例によれば、回転電機の性能を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施例によれば、上述のように固定子巻線４の端部を短縮することができるので、固定子巻線４の抵抗やリアクタンスを小さくすることができる。従って、大電流かつ低電圧仕様の回転電機に好適である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の単位巻線の各々の端部の長さを大幅に短縮することができるので、固定子巻線の端部を短縮することができ、回転電機を小型化することができる。また、固定子巻線の端部を短縮することができる回転電機の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、固定子鉄心の溝に挿入されている絶縁部材や巻線導体の表面に施されている絶縁被覆に損傷を与える可能性が小さくなるので、回転電機の絶縁性能を向上させることができる。また、回転電機の絶縁性能を向上させることができる回転電機の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、複数の単位巻線の各々の端部の冷却風の通風抵抗を減らすことができるので、固定子巻線の端部の冷却効率を向上させることができる。また、固定子巻線の端部の冷却効率を向上させることができる回転電機の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である固定子巻線を構成する単位巻線の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の単位巻線の第１の巻線部の分解図であり、（ａ）は単位巻線の１ターン目にあたる巻線導体の構成を、（ｂ）は２ターン目にあたる巻線導体の構成を、（ｃ）は３ターン目にあたる巻線導体の構成をそれぞれ示す。
【図３】本発明の実施例である回転電機の構成を示す断面図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】図３のＶ方向から観た斜視図であり、固定子巻線の端部の一方側の構成を示す。
【図６】図３のVI方向から観た斜視図であり、固定子巻線の端部の他方側の構成を示す。
【図７】図３のVII 方向から観た断面図であり、接続環の構成を示す。
【符号の説明】
１…固定子、２…固定子鉄心、３…スロット、３ａ…開口部、３ｂ…スロットライナ、４…固定子巻線、５…接続環、４１…単位巻線、４２…第１の巻線部、４３…第２の巻線部、４４…開放された端部、４５…開放されない端部、４６，４７…辺部、５１，５２…渡り線、４３１,４３２…巻線導体片、４４１,４４２，４５１，４５２…斜辺部、４４３，４４４…開放端、４５３…折り返し部。
Claims (13)
- 固定子巻線が装着された固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、
前記固定子鉄心には、軸方向に連続した溝が周方向に複数形成されており、
前記固定子巻線は、前記複数の溝に装着された複数の単位巻線から構成されており、
前記複数の単位巻線の各々は、
対向する２つの辺部を備えたものであって、
異なる２つの前記溝の一方に前記２つの辺部の一方が、その他方に前記２つの辺部の他方がそれぞれいくつかの前記溝を跨いで装着されたものであり、
さらには、前記２つの辺部の一方側端部間が開放され、他方側端部間が接続された端部を有する第１の巻線部と、
該第１の巻線部とは別に形成され、前記第１の巻線部の前記開放側端部の２つの開放端間に接合された第２の巻線部とから構成されたものであり、
前記第１の巻線部は、
前記２つの辺部間に前記固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形され、
かつ前記２つの開放端が前記固定子鉄心の径方向に対向するように、前記開放側端部が当該単位巻線の跨り方向に折り曲げられており、
前記第２の巻線部は、前記固定子鉄心の径方向に対向する前記２つの開放端間を接続するように、前記２つの開放端間に接合されている
ことを特徴とする回転電機。 - 固定子巻線が装着された固定子鉄心を有する固定子と、
該固定子に対して空隙を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、
前記固定子鉄心には、軸方向に連続した溝が周方向に複数形成されており、
前記固定子巻線は、前記複数の溝に装着された複数の単位巻線から構成されており、
前記複数の単位巻線の各々は、
対向する２つの辺部を備えたものであって、
異なる２つの前記溝の一方に前記２つの辺部の一方が、その他方に前記２つの辺部の他方がそれぞれいくつかの前記溝を跨いで装着されたものであり、
さらには、前記２つの辺部の一方側端部間が開放され、他方側端部間が接続された端部を有する第１の巻線部と、
該第１の巻線部とは別に形成され、前記第１の巻線部の前記開放側端部の２つの開放端間に接合された第２の巻線部とから構成されたものであり、
前記第１の巻線部の前記開放側端部に前記第２の巻線部を接合することによって形成された前記単位巻線の一方側端部は、前記固定子鉄心の軸方向端部から軸方向に突出した２つの部位が当該単位巻線の跨り方向に折れ曲がると共に、前記２つの部位間に前記固定子鉄心の径方向の段差ができ、かつ前記２つの部位間の折り返し部分が前記固定子鉄心の径方向に延伸する形状となるように形成されている
ことを特徴とする回転電機。 - 請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記複数の溝の各々には、跨り方向の異なる前記単位巻線の辺部が前記溝の深さ方向に積み重なるように装着されている
ことを特徴とする回転電機。 - 請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記複数の単位巻線の各々は、平板状の巻線導体を複数重ねたものから形成されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項４に記載の回転電機において、
前記複数の単位巻線の各々は、前記巻線導体の重なり方向が前記溝の短手方向と同方向になるように前記溝に装着されている
ことを特徴とする回転電機。 - 請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記第１の巻線部は、２つの辺部の一方側端部間が開放され、他方側端部間が接続された端部を有する前記巻線導体が複数重ねられたものから構成されており、
前記複数の単位巻線の各々は、重なり合う２つの前記巻線導体の一方の前記開放側端部における２つの開放端間の一方と、その他方の前記開放側端部における２つの開放端間の他方との間に、前記第２の巻線部を構成する巻線導体片を挟み込んで接合し、両者間を前記巻線導体片によって接続することによって、前記巻線導体が複数ターン巻回されたように形成されている
ことを特徴とする回転電機。 - 請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記複数の巻線導体の各々は、前記開放された端部とは反対側の端部が、前記開放された端部とほぼ同形状をなすように成形されている
ことを特徴とする回転電機。 - 単位巻線の辺部の一方が装着された溝から他の溝に単位巻線の辺部の他方がいくつかの溝を跨いで装着されるように、固定子鉄心の複数の溝に単位巻線を装着するにあたり、巻線導体を複数重ねた直線状のものをその途中で折り返し、二辺間にいくつかの溝を跨げる跨り幅ができ、かつ二辺間に前記固定子鉄心の径方向の段差ができるように成形し、開放された直線状の端部を一方側に有する第１の巻線部を予め形成する工程と、前記第１の巻線部の二つの開放端を前記固定子鉄心の軸方向両端の一方側から二つの溝に挿入する工程と、前記固定子鉄心の軸方向両端の他方側から突出した前記第１の巻線部の開放された直線状の端部を、その開放端が前記固定子鉄心の径方向に対向するように巻線の跨り方向に折り曲げる工程と、前記第１の巻線部とは別に形成された第２の巻線部を構成する巻線導体片を、前記第１の巻線部の開放された端部に接合して前記第１の巻線部の開放された端部の開放端間を接続する工程とを、前記複数の溝に装着される単位巻線分繰り返して固定子巻線を構成することを特徴とする回転電機の製造方法。
- 請求項８に記載の回転電機の製造方法において、
前記複数の溝の各々には、跨り方向の異なる単位巻線の辺部が溝の深さ方向に積み重なるように装着する
ことを特徴とする回転電機の製造方法。 - 請求項８に記載の回転電機の製造方法において、
平板状の巻線導体を複数重ねたものから前記単位巻線を形成する
ことを特徴とする回転電機の製造方法。 - 請求項８に記載の回転電機の製造方法において、
前記巻線導体の重なり方向が前記溝の短手方向と同方向になるように前記複数の溝に前記単位巻線を挿入する
ことを特徴とする回転電機の製造方法。 - 請求項８に記載の回転電機の製造方法において、
第２の巻線部を構成する巻線導体片によって前記第１の巻線部の開放された端部の開放端間を接続する際、前記第１の巻線部を構成する少なくとも二つの巻線導体のうち、一方の巻線導体の開放端の一方と他方の巻線導体の開放端の他方との間に、前記第２の巻線部を構成する巻線導体片を挟み込んで前記両開放端間を接続し、これを巻線導体数に対応させて施す
ことを特徴とする回転電機の製造方法。 - 請求項８に記載の回転電機の製造方法において、
前記開放された端部とは反対側の端部を、前記開放された端部とほぼ同形状をなすように成形する
ことを特徴とする回転電機の製造方法。
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