JP4120496B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体セグメント接合型のステータコイルを持つ回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の中には、ステータコイル用の巻線として平角線を用いたものがある。平角線を用いると、ステータコアのスロット内における巻線の占積率を向上させることができる。このため、回転電機の小型化、高出力化に有利である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、平角線状の導体セグメントを接合して形成されたステータコイルを持つ交流発電機が紹介されている。図９に、同文献記載の交流発電機の導体セグメントの斜視図を示す。導体セグメントは、基本セグメントと異形セグメントとからなる。
【０００４】
基本セグメントは、大セグメント１００と中セグメント１０１と小セグメント１０２とからなる。これら基本セグメント同士を周期的に接合することにより、複数の周回コイルが形成される。以下、具体的に説明する。大セグメント１００、中セグメント１０１、小セグメント１０２は、それぞれＵ字状を呈している。大セグメント１００は、二つの収容部１００ａと、湾曲部１００ｂと、二つの開放端部１００ｃとからなる。二つの収容部１００ａは、それぞれステータコア（図略）内周面に形成された溝状のスロット（図略）に収容されている。具体的には、二つの収容部１００ａは、所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。湾曲部１００ｂは、二つの収容部１００ａの一端同士をスロット外で連結している。開放端部１００ｃは、収容部１００ａの他端からスロット外に延在している。同様に、中セグメント１０１も、収容部１０１ａと湾曲部１０１ｂと開放端部１０１ｃとからなる。また、小セグメント１０２も、収容部１０２ａと湾曲部１０２ｂと開放端部１０２ｃとからなる。
【０００５】
大セグメント１００の開放端部１００ｃは、隣接する中セグメントの開放端部１０１ｃ’と溶接されている。また、中セグメント１０１の開放端部１０１ｃは、隣接する大セグメントの開放端部１００ｃ’と溶接されている。大セグメント１００と中セグメント１０１とがステータコア全周的に連結されることにより、スロットあたり２ターンの第一周回コイルが形成されている。また、第一周回コイルから所定磁極ピッチだけずれて配置された大セグメント１００および中セグメント１０１により、スロットあたり２ターンの第三周回コイルが形成されている。
【０００６】
小セグメント１０２の開放端部１０２ｃは、同じく小セグメントの開放端部１０２ｃ’と溶接されている。小セグメント１０２同士がステータコア全周的に連結されることにより、スロットあたり１ターンの第二周回コイルが形成されている。また、第二周回コイルから所定磁極ピッチだけずれて配置された小セグメント１０２同士により、スロットあたり１ターンの第四周回コイルが形成されている。異形セグメントは、これら周回コイル同士を直列に連結している。連結された周回コイルにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、各相の相コイルが形成されている。また、三つの相コイルがスター結線或いはデルタ結線されることにより、ステータコイルが形成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９２７６６号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２８８５２号公報
【特許文献３】
特開２００１−９５１８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転電機の出力をさらに上げるためには、ステータコイルのターン数を多くすればよい。しかしながら、同文献記載の交流発電機の場合、ターン数の増加は困難である。すなわち、同文献記載の交流発電機によると、単一スロット内に六層の導体が配置されている。具体的には、大セグメント１００により、内周側（ｉｎｓｉｄｅ）から順に数えて、一層および六層の導体が配置されている。また、中セグメント１０１により、二層および五層の導体が配置されている。また、小セグメント１０２により、三層および四層の導体が配置されている。これに対して、周回コイルのターン数も合計６ターンである。このように、同文献記載の交流発電機の場合、単一スロット内の導体層数とターン数とが等しい。
【０００９】
このため、ターン数を多くしようとすると、各基本セグメントの湾曲部同士、あるいは開放端部同士の重複部分が必然的に多くなる。したがって、重複部分において絶縁破壊が発生し、所望の出力が得られないおそれがある。
【００１０】
この点に鑑み、特許文献２には、多スロット化により、単一スロット内の導体層数を抑えつつターン数を多くした交流発電機が紹介されている。しかしながら、スロット数を多くすると、当然隣接するスロット同士の間隔は狭小になる。このため、隣接するスロット同士が互いに異相の場合、隣接する周回コイルの電位によっては、スロット間に大きな電位差が発生する場合がある。したがって、同文献記載の交流発電機においても、やはり絶縁破壊が発生するおそれがある。
【００１１】
また、特許文献３には、径方向に隣り合う湾曲部間あるいは開放端部間に絶縁部材を介装した回転電機が紹介されている。しかしながら、湾曲部間あるいは開放端部の間の間隔が狭小な部位もある。このため、絶縁部材の介装は容易ではない。また、開放端部同士は溶接される。したがって、溶接熱により絶縁部材が損傷を受けるおそれがある。
【００１２】
また、前出図９に示すように、大セグメント１００の開放端部１００ｃと中セグメント１０１の開放端部１０１ｃ、および中セグメント１０１の開放端部１０１ｃと小セグメント１０２の開放端部１０２ｃは、それぞれ互い違いに周方向に捻られている。同様に、湾曲部１０２ｂも互い違いに周方向に捻られている。
【００１３】
このように、基本セグメントをスロットに組み付ける場合には、開放端部、湾曲部を周方向に捻るという作業が必要になる。しかしながら、この作業を行うと径方向に隣接する開放端部同士、あるいは湾曲部内周縁同士が摺接するおそれがある。このため、絶縁皮膜が損傷を受けるおそれがある。そして、絶縁破壊が発生するおそれがある。
【００１４】
本発明の回転電機は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、ステータコイルの絶縁性を確保しやすい回転電機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するため、本発明の回転電機は、複数のスロットからなる相スロット群が、内周面に沿って周方向に繰り返し配置されたステータコアと、該スロット内に収容される収容部と、該スロットから突出する突出部と、からなる複数の導体セグメントが、互いに連結されて形成された相コイルを複数持つステータコイルと、を備えてなる回転電機であって、前記相コイルは、前記ステータコア内周面に沿ってほぼ一周する同心状の周回コイルが、複数連結されて形成されており、複数の該周回コイルのうち外部引き出し端子を持つ該周回コイルを形成する前記導体セグメントの前記収容部は、前記相スロット群を構成する複数の前記スロットのうち他相の該相スロット群と隣接しない該スロットに配置されていることを特徴とする。
【００１６】
相コイルは、複数の周回コイルが連結されて形成されている。周回コイルの中には、外部引き出し端子を持つ周回コイルがある。この周回コイルは高電位である。
【００１７】
一方、ステータコアには、複数の相スロット群が配置されている。それぞれの相スロット群は、複数のスロットからなる。相スロット群は、ステータコア内周面に沿って、互いに異なる相の相スロット群が隣接するように、周方向に繰り返し配置されている。
【００１８】
ここで、外部引き出し端子を持つ高電位の周回コイルを形成する導体セグメントの収容部が、各相の相スロット群の群端のスロットに収容されると、隣接する相スロット群の群端スロット間において、各相の相電圧に起因する大きな電位差が発生する。このため、絶縁破壊が発生するおそれがある。
【００１９】
これに対し、本発明の回転電機の場合、外部引き出し端子を持つ高電位の周回コイルを形成する導体セグメントの収容部は、各相の相スロット群の群端のスロットに収容されない。すなわち、外部引き出し端子を持つ収容部は、異相の相スロット群と隣接しないスロットに収容される。このため、隣接する相スロット群の群端スロット間において、各相の相電圧に起因する大きな電位差が発生するおそれが小さい。したがって、ステータコア周方向において絶縁破壊が発生するおそれが小さい。
【００２０】
（２）好ましくは、ステータコアの径方向に隣接する突出部間の一部あるいは全部に、絶縁部材が介装されている構成とする方がよい。本構成によれば、ステータコア周方向のみならずステータコア径方向においても、絶縁破壊が発生するおそれが小さい。ここで、「突出部間」とは、例えば、前出図９における開放端部１００ｃと開放端部１０１ｃとの間をいう。また、湾曲部１０２ｂの湾曲内周側をいう。
【００２１】
（３）好ましくは、複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部に最も近い列を除いた該交差点位置に介装されている構成とする方がよい。
【００２２】
つまり、本構成は、ステータコアの軸方向端部に最も近い１列目の交差点位置には絶縁部材を介装しないものである。仮に、１列目の交差点を形成する突出部間の電位差が大きい場合は、これら突出部同士の間にも絶縁部材を介装する必要がある。しかしながら、１列目の交差点を形成する突出部同士の間の間隔は、狭小である。このため、絶縁部材の介装は困難である。
【００２３】
これに対し、本構成の回転電機の場合、前述したように、外部引き出し端子を持つ収容部は、異相の相スロット群と隣接しないスロットに収容される。このため、１列目の交差点を形成する突出部間の電位差は比較的小さい。したがって、これら突出部同士の間に絶縁部材を介装しなくてもよい。このように、本構成によると、隙間幅の狭い１列目の交差点を形成する突出部同士の間にまで、敢えて絶縁部材を介装しなくてもよい。
【００２４】
（４）好ましくは、複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、 前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部から最も離れた列を除いた該交差点位置に介装されている構成とする方がよい。
【００２５】
つまり、本構成は、該ステータコアの軸方向端部から最も離れた列（最外列）の交差点位置には絶縁部材を介装しないものである。例えば、突出部が前出図９に示す開放端部である場合、開放端部同士は、最外列の交差点のさらに軸方向外方において接合される。このため、仮に、最外列の交差点位置にまで絶縁部材が介装されていると、接合作業により絶縁部材が損傷を受けるおそれがある。
【００２６】
これに対し、本構成の回転電機の場合、前述したように、外部引き出し端子を持つ収容部は、異相の相スロット群と隣接しないスロットに収容される。このため、最外列の交差点を形成する突出部間の電位差は比較的小さい。したがって、これら突出部同士の間に絶縁部材を介装しなくてもよい。このように、本構成によると、接合作業により損傷を受けやすい最外列の交差点を形成する突出部同士の間にまで、敢えて絶縁部材を介装しなくてもよい。
【００２７】
また、さらに好ましくは、複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部に最も近い列および最も離れた列を除いた該交差点位置に介装されている構成とする方がよい。こうすると、絶縁部材の介装作業性が向上する。並びに、突出部同士の接合作業により、絶縁部材が損傷を受けるおそれが小さくなる。
【００２８】
（５）また、好ましくは、径方向に互いに隣接する前記突出部のうち、内周側の該突出部に対して、外周側の該突出部が、拡径方向および周方向に傾斜して配置されている該突出部間には、内周側の該突出部を拡径方向および周方向に傾斜させる際の該突出部同士の摺接を抑制するために、予め絶縁部材が介装されている構成とする方がよい。
【００２９】
つまり、本構成は、導体セグメント組み付け作業において、拡径方向および周方向に突出部を傾ける前の段階で、予め径方向に隣接する突出部間に、絶縁部材を介装しておくものである。本構成によると、径方向に隣接する突出部同士の摺接が、絶縁部材により回避される。このため、突出部の絶縁皮膜が損傷を受けるおそれが小さい。すなわち、ステータコア径方向において絶縁破壊が発生するおそれが小さい。
【００３０】
また、突出部同士の間に絶縁部材を介装すると、突出部を拡径方向および周方向に傾ける際の滑りがよくなる。このため、導体セグメントの組み付け作業自体も簡単になる。ここで、「突出部間」とは、例えば、前出図９における開放端部１００ｃと開放端部１０１ｃとの間をいう。また、湾曲部１０２ｂの湾曲内周側をいう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転電機を車両駆動用のモータジェネレータ（ＭＧ）として具現化した場合の実施の形態について説明する。
【００３２】
（１）第一実施形態
まず、本実施形態のＭＧの構成について説明する。図１に、本実施形態のＭＧの回路図を示す。図に示すように、ＭＧ１は、ステータ２とロータ３とを備えている。ステータ２は、ステータコイル２０を備えている。ステータコイル２０は、Ｕ相コイル２０ＵとＶ相コイル２０ＶとＷ相コイル２０ＷとがＹ結線されて形成されている。Ｕ相コイル２０Ｕは、周回コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４が直列接続されて形成されている。同様に、Ｖ相コイル２０Ｖは、周回コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が直列接続されて形成されている。同様に、Ｗ相コイル２０Ｗは、周回コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４が直列接続されて形成されている。ロータ３は、界磁コイル３０或いは界磁磁石（図略）を備えている。バッテリ９と、各相コイルの外部引き出し端子２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗとの間には、インバータ８が介装されている。インバータ８は、六つのパワー素子８０からなる。
【００３３】
車両駆動時においては、コントローラ（図略）からの指示により、バッテリ９からインバータ８を介してステータコイル２０に三相交流電圧が印加される。この印加電圧により、ロータ３が回転する。ロータ３の回転軸（図略）は、エンジンのクランク軸（図略）に直結或いはクラッチ、ギヤ等を介して結合されている。直結の場合は、ロータ３の回転軸の回転により、エンジンが始動する。一方、充電時においては、クランク軸およびロータ３の回転軸の回転により、ステータコイル２０からバッテリ９に電流が流れる。この電流により、バッテリ９が充電される。
【００３４】
図２に、本実施形態のＭＧの軸方向断面図を示す。図中、一点鎖線は、ロータ回転軸３１の軸線を示す。軸線反対側は省略して示す。図に示すように、ハウジング７は、ＭＧ１の外郭をなす。ハウジング７の内周面には、ステータコア２２が止着されている。ステータコア２２の内周面には、溝状のスロット（図略）が形成されている。スロットは、ステータコア軸方向に延在している。また、スロットは、ステータコア周方向に配列されている。スロットには、大セグメント６０と小セグメント６１とが係止されている。大セグメント６０および小セグメント６１は、本発明の導体セグメントに含まれる。大セグメント６０と小セグメント６１とが規則的に連結されることにより、前記ステータコイル２０が形成される。
【００３５】
次に、大セグメントおよび小セグメントの構成について説明する。図３に、本実施形態のＭＧの大セグメントおよび小セグメントの斜視図を示す。図に示すように、大セグメント６０および小セグメント６１は、それぞれＵ字状を呈している。
【００３６】
大セグメント６０は、内周側収容部６０ａと外周側収容部６０ｂと、湾曲部６０ｃと、内周側開放端部６０ｄと外周側開放端部６０ｅとからなる。なお、湾曲部６０ｃ、内周側開放端部６０ｄ、外周側開放端部６０ｅは、本発明の突出部に含まれる。内周側収容部６０ａと外周側収容部６０ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。内周側収容部６０ａは、スロット内において内周側（ｉｎｓｉｄｅ）に配置されている。外周側収容部６０ｂは、スロット内において外周側（ｏｕｔｓｉｄｅ）に配置されている。湾曲部６０ｃは、内周側収容部６０ａの一端と外周側収容部６０ｂの一端とを、スロット外で連結している。内周側開放端部６０ｄは、内周側収容部６０ａの他端からスロット外に延在している。同様に、外周側開放端部６０ｅは、外周側収容部６０ｂの他端からスロット外に延在している。
【００３７】
小セグメント６１も、大セグメント６０と同様に、内周側収容部６１ａと外周側収容部６１ｂと、湾曲部６１ｃと、内周側開放端部６１ｄと外周側開放端部６１ｅとからなる。なお、湾曲部６１ｃ、内周側開放端部６１ｄ、外周側開放端部６１ｅは、本発明の突出部に含まれる。小セグメント６１は、大セグメント６０に囲われるように配置されている。内周側収容部６１ａと外周側収容部６１ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。内周側収容部６１ａは、スロット内において内周側に配置されている。外周側収容部６１ｂは、スロット内において外周側に配置されている。湾曲部６１ｃは、内周側収容部６１ａの一端と外周側収容部６１ｂの一端とを、スロット外で連結している。内周側開放端部６１ｄは、内周側収容部６１ａの他端からスロット外に延在している。同様に、外周側開放端部６１ｅは、外周側収容部６１ｂの他端からスロット外に延在している。
【００３８】
次に、大セグメントと小セグメントとの連結構造について説明する。大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄは、隣接する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄ’と溶接されている。一方、大セグメント６０の外周側開放端部６０ｅは、隣接する小セグメントの外周側開放端部６１ｅ’と溶接されている。小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄは、隣接する大セグメントの内周側開放端部６０ｄ’と溶接されている。一方、小セグメント６１の外周側開放端部６１ｅは、隣接する大セグメントの外周側開放端部６０ｅ’と溶接されている。大セグメント６０と小セグメント６１とがステータコア全周的に連結されることにより周回コイルが形成される。図４に、図２のＩ−Ｉ断面模式図を示す。図に示すように、ステータコア２２には、スロット２２１が形成されている。スロット２２１内には、内周側から外周側に向かって、大セグメントの内周側収容部６０ａ→小セグメントの内周側収容部６１ａ→小セグメントの外周側収容部６１ｂ→大セグメントの外周側収容部６０ｂの順に、合計四層の導体が配置されている。
【００３９】
Ｕ相スロット群２２０Ｕ、Ｖ相スロット群２２０Ｖ、Ｗ相スロット群２２０Ｗは、それぞれ四つのスロット２２１により形成されている。上述したように、単一のスロット２２１には４ターンの導体が配置されている。このため、総ターン数は１６ターンとなる。Ｕ相スロット群２２０Ｕ、Ｖ相スロット群２２０Ｖ、Ｗ相スロット群２２０Ｗは、ステータコア２２の内周面に沿って、繰り返し配置されている。
【００４０】
Ｕ相スロット群２２０Ｕにおいて、中性点Ａに接続され最も電位の低い周回コイルＵ４（前出図１参照）は、図中群右端のスロット２２１に配置されている。また、次に電位の低い周回コイルＵ３は、図中群左端のスロット２２１に配置されている。これに対し、外部引き出し端子２１Ｕを持ち最も電位の高い周回コイルＵ１は、図中Ｕ３の右隣りのスロット２２１に配置されている。また、次に電位の高い周回コイルＵ２は、図中Ｕ４の左隣りのスロット２２１に配置されている。また、Ｖ相スロット群２２０ＶおよびＷ相スロット群２２０Ｗにおいても、各周回コイルは同様に配置されている。このため、Ｕ相スロット群２２０ＵとＶ相スロット群２２０Ｖとの境界においては、周回コイルＵ３と周回コイルＶ４とが隣接することになる。同様に、Ｖ相スロット群２２０ＶとＷ相スロット群２２０Ｗとの境界においては、周回コイルＶ３と周回コイルＷ４とが隣接することになる。また、Ｗ相スロット群２２０ＷとＵ相スロット群２２０Ｕとの境界においては、周回コイルＷ３と周回コイルＵ４とが隣接することになる。
【００４１】
次に、隣り合う湾曲部間および開放端部間に介装された絶縁部材について説明する。図５に、湾曲部側のステータコイル端の斜視図を示す。図に示すように、小セグメント６１の湾曲部６１ｃの湾曲内周側には、絶縁紙２３が介装されている。絶縁紙２３は、本発明の絶縁部材に含まれる。絶縁紙２３を境に、大セグメント６０の湾曲部６０ｃおよび小セグメント６１の湾曲部６１ｃは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２３は、ステータコア２２端を一周している。
【００４２】
図６に、開放端部側のステータコイル端の斜視図を示す。図に示すように、大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄと、小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとの間には、絶縁紙２４が介装されている。絶縁紙２４を境に、内周側開放端部６０ｄと内周側開放端部６１ｄとは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２４は、ステータコア２２端を一周している。また、小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄと外周側開放端部６１ｅとの間には、絶縁紙２５が介装されている。絶縁紙２５を境に、内周側開放端部６１ｄと外周側開放端部６１ｅとは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２５は、ステータコア２２端を一周している。また、小セグメント６１の外周側開放端部６１ｅと大セグメント６０の外周側開放端部６０ｅの間には、絶縁紙２６が介装されている。絶縁紙２６を境に、外周側開放端部６１ｅと外周側開放端部６０ｅとは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２６は、ステータコア２２端を一周している。これらの絶縁紙２４、２５、２６は、本発明の絶縁部材に含まれる。
【００４３】
次に、本実施形態のＭＧの作用効果について説明する。本実施形態のＭＧ１によると、周回コイルＵ３と周回コイルＶ４とが隣接して配置されている。また、周回コイルＶ３と周回コイルＷ４とが隣接して配置されている。また、周回コイルＷ３と周回コイルＵ４とが隣接して配置されている（前出図４参照）。これら三対のコイル間の電位差は、それぞれ比較的小さい。したがって、本実施形態のＭＧ１によると、周方向において絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００４４】
また、本実施形態のＭＧ１によると、湾曲部側のステータコイル端に絶縁紙２３が配置されている（前出図５参照）。同様に、開放端部側のステータコイル端に絶縁紙２４、２５、２６が配置されている（前出図６参照）。このため、径方向において絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００４５】
（２）第二実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、一スロットあたり十二の導体が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００４６】
図７（ａ）に、本実施形態のＭＧのステータコアを開放端部側から見た径方向断面模式図を示す。また、図７（ｂ）に、本実施形態のＭＧのステータコアを内周面側から見た正面模式図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、単一のスロット２２１には、合計十二の収容部（導体）が配置されている。図７（ａ）中、点線で仕切るように、本実施形態のステータコイル２０は、第一実施形態のステータコイルが径方向に三層積層されて形成されている。
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、ステータコア２２の軸方向端部の軸方向外方においては、大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄと小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとが互いに交差して格子状に配置されている。そして、多数の交差点を形成している。図７（ｂ）に示すように、交差点は、合計１１列軸方向に並んで配列されている。
【００４９】
ここで、周回コイルＵ４を形成する開放端部と、他の周回コイルを形成する開放端部との交差状況について説明する。周回コイルＵ４を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄ（図中縦縞ハッチングで示す）は、ステータコア２２の軸方向端部に最も近い１列目において、周回コイルＵ２を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとの間に、交差点Ｂを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＵ２との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００５０】
また、周回コイルＵ４を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄは、ステータコア２２の軸方向端部から最も離れた最外の１１列目において、周回コイルＷ３を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとの間に、交差点Ｃを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＷ３との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。 周回コイルＵ４を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄは、１１列目の軸方向外方において、同じく周回コイルＵ４を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄ（図中横縞ハッチングで示す）と溶接されている。
【００５１】
周回コイルＵ４を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄは、１１列目において、周回コイルＵ２を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄとの間に、交差点Ｄを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＵ２との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００５２】
また、周回コイルＵ４を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄは、１列目において、周回コイルＷ３を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄとの間に、交差点Ｅを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＷ３との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００５３】
以上、周回コイルＵ４を形成する開放端部に注目して、他の周回コイルを形成する開放端部との交差状況について説明した。しかし、他の周回コイルを形成する開放端部についても交差状況は同様である。すなわち、１列目の交差点を形成する開放端部同士、および１１列目の交差点を形成する開放端部同士間の電位差は小さい。このため、１列目および１１列目には、絶縁紙（図略）を介装する必要がない。したがって、本実施形態のＭＧにおいては、１列目および１１列目を除く２列目から１０列目にだけ、絶縁紙を介装している。なお、ステータコア２２の湾曲部側（図略）においても、同様に絶縁紙が介装されている。
【００５４】
本実施形態のＭＧは、第一実施形態のＭＧと同様の効果を有する。また、本実施形態のＭＧによると、開放端部同士の間隔が狭い１列目に、絶縁紙を介装する必要がない。このため、絶縁紙の介装作業が簡単である。また、また、本実施形態のＭＧによると、溶接熱の影響を受けやすい最外の１１列目に、絶縁紙を介装する必要がない。このため、絶縁紙の熱による損傷を抑制することができる。
【００５５】
（３）第三実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、一スロットあたり十六の導体が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００５６】
図８に、本実施形態のＭＧのステータコアの軸方向部分断面図を示す。なお、図５と対応する部位については同じ符号で示す。図に示すように、本実施形態のステータコイル２０は、第一実施形態のステータコイル（図２参照）が径方向に四層積層されて形成されている。すなわち、本実施形態のステータコイル２０は、内周側から外周側に向かって同心層状に配置された四層の単位コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄからなる。四層の単位コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、外周側に配置されたもの程、拡径方向に傾斜している。また、前述したように、湾曲部６０ｃおよび湾曲部６１ｃは、周方向に捻られている。
【００５７】
本実施形態のＭＧによると、径方向に隣り合う小セグメント６１の湾曲部６１ｃ内周側のみならず、径方向に隣り合う大セグメント６０の湾曲部６０ｃ間（単位コイル間）にも絶縁紙２７が介装されている。絶縁紙２７は、本発明の絶縁部材に含まれる。絶縁紙２７は、湾曲部６０ｃおよび湾曲部６１ｃを、周方向に捻る前であり、かつ単位コイル２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを拡径方向に傾斜させる前から、単位コイル間に介装されている。このため、本実施形態のＭＧによると、セグメント組み付け時において、隣接する単位コイル同士（湾曲部６０ｃ同士）が摺接するおそれが小さい。並びに、絶縁紙２３により、湾曲部６１ｃ内周面同士が摺接するおそれが小さい。このため、絶縁皮膜が損傷するおそれが小さい。したがって、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。また、絶縁紙２７、２３により、セグメント組み付け時における滑りがよくなる。このため、湾曲部６０ｃおよび湾曲部６１ｃを成形する際の成形抵抗が小さくなる。したがって、作業性が向上する。
【００５８】
（４）その他
以上、本発明の回転電機の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００５９】
例えば、スロット数、ターン数、相数などは特に限定しない。また、径方向に隣接する突出部間の全てに絶縁部材を介装しなくてもよい。また、上記実施形態においては、本発明の回転電機をＭＧとして具現化したが、例えば発電機単品やモータ単品として具現化してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、ステータコイルの絶縁性を確保しやすい回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のＭＧの回路図である。
【図２】 第一実施形態のＭＧの軸方向断面図である。
【図３】 第一実施形態のＭＧの大セグメントおよび小セグメントの斜視図である。
【図４】 図２のＩ−Ｉ断面模式図である。
【図５】 第一実施形態のＭＧの湾曲部側のステータコイル端の斜視図である。
【図６】 第一実施形態のＭＧの開放端部側のステータコイル端の斜視図である。
【図７】 （ａ）は第二実施形態のＭＧのステータコアを開放端部側から見た径方向断面模式図である。（ｂ）は第二実施形態のＭＧのステータコアを内周面側から見た正面模式図である。
【図８】 第三実施形態のＭＧのステータコアの軸方向部分断面図である。
【図９】 従来の交流発電機の導体セグメントの斜視図である。
【符号の説明】
１：ＭＧ（回転電機）、２：ステータ、２０：ステータコイル、２０ａ：単位コイル、２０ｂ：単位コイル、２０ｃ：単位コイル、２０ｄ：単位コイル、２０Ｕ：Ｕ相コイル、２０Ｖ：Ｖ相コイル、２０Ｗ：Ｗ相コイル、２１Ｕ：外部引き出し端子、２１Ｖ：外部引き出し端子、２１Ｗ：外部引き出し端子、２２：ステータコア、２２０Ｕ：Ｕ相スロット群、２２０Ｖ：Ｖ相スロット群、２２０Ｗ：Ｗ相スロット群、２２１：スロット、２３：絶縁紙（絶縁部材）、２４：絶縁紙（絶縁部材）、２５：絶縁紙（絶縁部材）、２６：絶縁紙（絶縁部材）、２７：絶縁紙（絶縁部材）、３：ロータ、３０：界磁コイル、３１：ロータ回転軸、６０：大セグメント（導体セグメント）、６０ａ：内周側収容部、６０ｂ：外周側収容部、６０ｃ：湾曲部（突出部）、６０ｄ：内周側開放端部（突出部）、６０ｅ：外周側開放端部（突出部）、６１：小セグメント（導体セグメント）、６１ａ：内周側収容部、６１ｂ：外周側収容部、６１ｃ：湾曲部（突出部）、６１ｄ：内周側開放端部（突出部）、６１ｅ：外周側開放端部（突出部）、７：ハウジング、８：インバータ、８０：パワー素子、９：バッテリ、Ａ：中性点、Ｂ：交差点、Ｃ：交差点、Ｄ：交差点、Ｅ：交差点、Ｕ１：周回コイル、Ｕ２：周回コイル、Ｕ３：周回コイル、Ｕ４：周回コイル、Ｖ１：周回コイル、Ｖ２：周回コイル、Ｖ３：周回コイル、Ｖ４：周回コイル、Ｗ１：周回コイル、Ｗ２：周回コイル、Ｗ３：周回コイル、Ｗ４：周回コイル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体セグメント接合型のステータコイルを持つ回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の中には、ステータコイル用の巻線として平角線を用いたものがある。平角線を用いると、ステータコアのスロット内における巻線の占積率を向上させることができる。このため、回転電機の小型化、高出力化に有利である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、平角線状の導体セグメントを接合して形成されたステータコイルを持つ交流発電機が紹介されている。図９に、同文献記載の交流発電機の導体セグメントの斜視図を示す。導体セグメントは、基本セグメントと異形セグメントとからなる。
【０００４】
基本セグメントは、大セグメント１００と中セグメント１０１と小セグメント１０２とからなる。これら基本セグメント同士を周期的に接合することにより、複数の周回コイルが形成される。以下、具体的に説明する。大セグメント１００、中セグメント１０１、小セグメント１０２は、それぞれＵ字状を呈している。大セグメント１００は、二つの収容部１００ａと、湾曲部１００ｂと、二つの開放端部１００ｃとからなる。二つの収容部１００ａは、それぞれステータコア（図略）内周面に形成された溝状のスロット（図略）に収容されている。具体的には、二つの収容部１００ａは、所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。湾曲部１００ｂは、二つの収容部１００ａの一端同士をスロット外で連結している。開放端部１００ｃは、収容部１００ａの他端からスロット外に延在している。同様に、中セグメント１０１も、収容部１０１ａと湾曲部１０１ｂと開放端部１０１ｃとからなる。また、小セグメント１０２も、収容部１０２ａと湾曲部１０２ｂと開放端部１０２ｃとからなる。
【０００５】
大セグメント１００の開放端部１００ｃは、隣接する中セグメントの開放端部１０１ｃ’と溶接されている。また、中セグメント１０１の開放端部１０１ｃは、隣接する大セグメントの開放端部１００ｃ’と溶接されている。大セグメント１００と中セグメント１０１とがステータコア全周的に連結されることにより、スロットあたり２ターンの第一周回コイルが形成されている。また、第一周回コイルから所定磁極ピッチだけずれて配置された大セグメント１００および中セグメント１０１により、スロットあたり２ターンの第三周回コイルが形成されている。
【０００６】
小セグメント１０２の開放端部１０２ｃは、同じく小セグメントの開放端部１０２ｃ’と溶接されている。小セグメント１０２同士がステータコア全周的に連結されることにより、スロットあたり１ターンの第二周回コイルが形成されている。また、第二周回コイルから所定磁極ピッチだけずれて配置された小セグメント１０２同士により、スロットあたり１ターンの第四周回コイルが形成されている。異形セグメントは、これら周回コイル同士を直列に連結している。連結された周回コイルにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、各相の相コイルが形成されている。また、三つの相コイルがスター結線或いはデルタ結線されることにより、ステータコイルが形成されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９２７６６号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２８８５２号公報
【特許文献３】
特開２００１−９５１８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転電機の出力をさらに上げるためには、ステータコイルのターン数を多くすればよい。しかしながら、同文献記載の交流発電機の場合、ターン数の増加は困難である。すなわち、同文献記載の交流発電機によると、単一スロット内に六層の導体が配置されている。具体的には、大セグメント１００により、内周側（ｉｎｓｉｄｅ）から順に数えて、一層および六層の導体が配置されている。また、中セグメント１０１により、二層および五層の導体が配置されている。また、小セグメント１０２により、三層および四層の導体が配置されている。これに対して、周回コイルのターン数も合計６ターンである。このように、同文献記載の交流発電機の場合、単一スロット内の導体層数とターン数とが等しい。
【０００９】
このため、ターン数を多くしようとすると、各基本セグメントの湾曲部同士、あるいは開放端部同士の重複部分が必然的に多くなる。したがって、重複部分において絶縁破壊が発生し、所望の出力が得られないおそれがある。
【００１０】
この点に鑑み、特許文献２には、多スロット化により、単一スロット内の導体層数を抑えつつターン数を多くした交流発電機が紹介されている。しかしながら、スロット数を多くすると、当然隣接するスロット同士の間隔は狭小になる。このため、隣接するスロット同士が互いに異相の場合、隣接する周回コイルの電位によっては、スロット間に大きな電位差が発生する場合がある。したがって、同文献記載の交流発電機においても、やはり絶縁破壊が発生するおそれがある。
【００１１】
また、特許文献３には、径方向に隣り合う湾曲部間あるいは開放端部間に絶縁部材を介装した回転電機が紹介されている。しかしながら、湾曲部間あるいは開放端部の間の間隔が狭小な部位もある。このため、絶縁部材の介装は容易ではない。また、開放端部同士は溶接される。したがって、溶接熱により絶縁部材が損傷を受けるおそれがある。
【００１２】
また、前出図９に示すように、大セグメント１００の開放端部１００ｃと中セグメント１０１の開放端部１０１ｃ、および中セグメント１０１の開放端部１０１ｃと小セグメント１０２の開放端部１０２ｃは、それぞれ互い違いに周方向に捻られている。同様に、湾曲部１０２ｂも互い違いに周方向に捻られている。
【００１３】
このように、基本セグメントをスロットに組み付ける場合には、開放端部、湾曲部を周方向に捻るという作業が必要になる。しかしながら、この作業を行うと径方向に隣接する開放端部同士、あるいは湾曲部内周縁同士が摺接するおそれがある。このため、絶縁皮膜が損傷を受けるおそれがある。そして、絶縁破壊が発生するおそれがある。
【００１４】
本発明の回転電機は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、ステータコイルの絶縁性を確保しやすい回転電機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するため、本発明の回転電機は、複数のスロットからなる相スロット群が、内周面に沿って周方向に繰り返し配置されたステータコアと、該スロット内に収容される収容部と、該スロットから突出する突出部と、からなる複数の導体セグメントが、互いに連結されて形成された相コイルを複数持つステータコイルと、を備えてなる回転電機であって、前記相コイルは、前記ステータコア内周面に沿ってほぼ一周する同心状の周回コイルが、複数連結されて形成されており、複数の該周回コイルのうち外部引き出し端子を持つ該周回コイルを形成する前記導体セグメントの前記収容部は、前記相スロット群を構成する複数の前記スロットのうち他相の該相スロット群と隣接しない該スロットに配置されていることを特徴とする。
【００１６】
相コイルは、複数の周回コイルが連結されて形成されている。周回コイルの中には、外部引き出し端子を持つ周回コイルがある。この周回コイルは高電位である。
【００１７】
一方、ステータコアには、複数の相スロット群が配置されている。それぞれの相スロット群は、複数のスロットからなる。相スロット群は、ステータコア内周面に沿って、互いに異なる相の相スロット群が隣接するように、周方向に繰り返し配置されている。
【００１８】
ここで、外部引き出し端子を持つ高電位の周回コイルを形成する導体セグメントの収容部が、各相の相スロット群の群端のスロットに収容されると、隣接する相スロット群の群端スロット間において、各相の相電圧に起因する大きな電位差が発生する。このため、絶縁破壊が発生するおそれがある。
【００１９】
これに対し、本発明の回転電機の場合、外部引き出し端子を持つ高電位の周回コイルを形成する導体セグメントの収容部は、各相の相スロット群の群端のスロットに収容されない。すなわち、外部引き出し端子を持つ収容部は、異相の相スロット群と隣接しないスロットに収容される。このため、隣接する相スロット群の群端スロット間において、各相の相電圧に起因する大きな電位差が発生するおそれが小さい。したがって、ステータコア周方向において絶縁破壊が発生するおそれが小さい。
【００２０】
（２）好ましくは、ステータコアの径方向に隣接する突出部間の一部あるいは全部に、絶縁部材が介装されている構成とする方がよい。本構成によれば、ステータコア周方向のみならずステータコア径方向においても、絶縁破壊が発生するおそれが小さい。ここで、「突出部間」とは、例えば、前出図９における開放端部１００ｃと開放端部１０１ｃとの間をいう。また、湾曲部１０２ｂの湾曲内周側をいう。
【００２１】
（３）好ましくは、複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部に最も近い列を除いた該交差点位置に介装されている構成とする方がよい。
【００２２】
つまり、本構成は、ステータコアの軸方向端部に最も近い１列目の交差点位置には絶縁部材を介装しないものである。仮に、１列目の交差点を形成する突出部間の電位差が大きい場合は、これら突出部同士の間にも絶縁部材を介装する必要がある。しかしながら、１列目の交差点を形成する突出部同士の間の間隔は、狭小である。このため、絶縁部材の介装は困難である。
【００２３】
これに対し、本構成の回転電機の場合、前述したように、外部引き出し端子を持つ収容部は、異相の相スロット群と隣接しないスロットに収容される。このため、１列目の交差点を形成する突出部間の電位差は比較的小さい。したがって、これら突出部同士の間に絶縁部材を介装しなくてもよい。このように、本構成によると、隙間幅の狭い１列目の交差点を形成する突出部同士の間にまで、敢えて絶縁部材を介装しなくてもよい。
【００２４】
（４）好ましくは、複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、 前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部から最も離れた列を除いた該交差点位置に介装されている構成とする方がよい。
【００２５】
つまり、本構成は、該ステータコアの軸方向端部から最も離れた列（最外列）の交差点位置には絶縁部材を介装しないものである。例えば、突出部が前出図９に示す開放端部である場合、開放端部同士は、最外列の交差点のさらに軸方向外方において接合される。このため、仮に、最外列の交差点位置にまで絶縁部材が介装されていると、接合作業により絶縁部材が損傷を受けるおそれがある。
【００２６】
これに対し、本構成の回転電機の場合、前述したように、外部引き出し端子を持つ収容部は、異相の相スロット群と隣接しないスロットに収容される。このため、最外列の交差点を形成する突出部間の電位差は比較的小さい。したがって、これら突出部同士の間に絶縁部材を介装しなくてもよい。このように、本構成によると、接合作業により損傷を受けやすい最外列の交差点を形成する突出部同士の間にまで、敢えて絶縁部材を介装しなくてもよい。
【００２７】
また、さらに好ましくは、複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部に最も近い列および最も離れた列を除いた該交差点位置に介装されている構成とする方がよい。こうすると、絶縁部材の介装作業性が向上する。並びに、突出部同士の接合作業により、絶縁部材が損傷を受けるおそれが小さくなる。
【００２８】
（５）また、好ましくは、径方向に互いに隣接する前記突出部のうち、内周側の該突出部に対して、外周側の該突出部が、拡径方向および周方向に傾斜して配置されている該突出部間には、内周側の該突出部を拡径方向および周方向に傾斜させる際の該突出部同士の摺接を抑制するために、予め絶縁部材が介装されている構成とする方がよい。
【００２９】
つまり、本構成は、導体セグメント組み付け作業において、拡径方向および周方向に突出部を傾ける前の段階で、予め径方向に隣接する突出部間に、絶縁部材を介装しておくものである。本構成によると、径方向に隣接する突出部同士の摺接が、絶縁部材により回避される。このため、突出部の絶縁皮膜が損傷を受けるおそれが小さい。すなわち、ステータコア径方向において絶縁破壊が発生するおそれが小さい。
【００３０】
また、突出部同士の間に絶縁部材を介装すると、突出部を拡径方向および周方向に傾ける際の滑りがよくなる。このため、導体セグメントの組み付け作業自体も簡単になる。ここで、「突出部間」とは、例えば、前出図９における開放端部１００ｃと開放端部１０１ｃとの間をいう。また、湾曲部１０２ｂの湾曲内周側をいう。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転電機を車両駆動用のモータジェネレータ（ＭＧ）として具現化した場合の実施の形態について説明する。
【００３２】
（１）第一実施形態
まず、本実施形態のＭＧの構成について説明する。図１に、本実施形態のＭＧの回路図を示す。図に示すように、ＭＧ１は、ステータ２とロータ３とを備えている。ステータ２は、ステータコイル２０を備えている。ステータコイル２０は、Ｕ相コイル２０ＵとＶ相コイル２０ＶとＷ相コイル２０ＷとがＹ結線されて形成されている。Ｕ相コイル２０Ｕは、周回コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４が直列接続されて形成されている。同様に、Ｖ相コイル２０Ｖは、周回コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が直列接続されて形成されている。同様に、Ｗ相コイル２０Ｗは、周回コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４が直列接続されて形成されている。ロータ３は、界磁コイル３０或いは界磁磁石（図略）を備えている。バッテリ９と、各相コイルの外部引き出し端子２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗとの間には、インバータ８が介装されている。インバータ８は、六つのパワー素子８０からなる。
【００３３】
車両駆動時においては、コントローラ（図略）からの指示により、バッテリ９からインバータ８を介してステータコイル２０に三相交流電圧が印加される。この印加電圧により、ロータ３が回転する。ロータ３の回転軸（図略）は、エンジンのクランク軸（図略）に直結或いはクラッチ、ギヤ等を介して結合されている。直結の場合は、ロータ３の回転軸の回転により、エンジンが始動する。一方、充電時においては、クランク軸およびロータ３の回転軸の回転により、ステータコイル２０からバッテリ９に電流が流れる。この電流により、バッテリ９が充電される。
【００３４】
図２に、本実施形態のＭＧの軸方向断面図を示す。図中、一点鎖線は、ロータ回転軸３１の軸線を示す。軸線反対側は省略して示す。図に示すように、ハウジング７は、ＭＧ１の外郭をなす。ハウジング７の内周面には、ステータコア２２が止着されている。ステータコア２２の内周面には、溝状のスロット（図略）が形成されている。スロットは、ステータコア軸方向に延在している。また、スロットは、ステータコア周方向に配列されている。スロットには、大セグメント６０と小セグメント６１とが係止されている。大セグメント６０および小セグメント６１は、本発明の導体セグメントに含まれる。大セグメント６０と小セグメント６１とが規則的に連結されることにより、前記ステータコイル２０が形成される。
【００３５】
次に、大セグメントおよび小セグメントの構成について説明する。図３に、本実施形態のＭＧの大セグメントおよび小セグメントの斜視図を示す。図に示すように、大セグメント６０および小セグメント６１は、それぞれＵ字状を呈している。
【００３６】
大セグメント６０は、内周側収容部６０ａと外周側収容部６０ｂと、湾曲部６０ｃと、内周側開放端部６０ｄと外周側開放端部６０ｅとからなる。なお、湾曲部６０ｃ、内周側開放端部６０ｄ、外周側開放端部６０ｅは、本発明の突出部に含まれる。内周側収容部６０ａと外周側収容部６０ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。内周側収容部６０ａは、スロット内において内周側（ｉｎｓｉｄｅ）に配置されている。外周側収容部６０ｂは、スロット内において外周側（ｏｕｔｓｉｄｅ）に配置されている。湾曲部６０ｃは、内周側収容部６０ａの一端と外周側収容部６０ｂの一端とを、スロット外で連結している。内周側開放端部６０ｄは、内周側収容部６０ａの他端からスロット外に延在している。同様に、外周側開放端部６０ｅは、外周側収容部６０ｂの他端からスロット外に延在している。
【００３７】
小セグメント６１も、大セグメント６０と同様に、内周側収容部６１ａと外周側収容部６１ｂと、湾曲部６１ｃと、内周側開放端部６１ｄと外周側開放端部６１ｅとからなる。なお、湾曲部６１ｃ、内周側開放端部６１ｄ、外周側開放端部６１ｅは、本発明の突出部に含まれる。小セグメント６１は、大セグメント６０に囲われるように配置されている。内周側収容部６１ａと外周側収容部６１ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。内周側収容部６１ａは、スロット内において内周側に配置されている。外周側収容部６１ｂは、スロット内において外周側に配置されている。湾曲部６１ｃは、内周側収容部６１ａの一端と外周側収容部６１ｂの一端とを、スロット外で連結している。内周側開放端部６１ｄは、内周側収容部６１ａの他端からスロット外に延在している。同様に、外周側開放端部６１ｅは、外周側収容部６１ｂの他端からスロット外に延在している。
【００３８】
次に、大セグメントと小セグメントとの連結構造について説明する。大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄは、隣接する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄ’と溶接されている。一方、大セグメント６０の外周側開放端部６０ｅは、隣接する小セグメントの外周側開放端部６１ｅ’と溶接されている。小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄは、隣接する大セグメントの内周側開放端部６０ｄ’と溶接されている。一方、小セグメント６１の外周側開放端部６１ｅは、隣接する大セグメントの外周側開放端部６０ｅ’と溶接されている。大セグメント６０と小セグメント６１とがステータコア全周的に連結されることにより周回コイルが形成される。図４に、図２のＩ−Ｉ断面模式図を示す。図に示すように、ステータコア２２には、スロット２２１が形成されている。スロット２２１内には、内周側から外周側に向かって、大セグメントの内周側収容部６０ａ→小セグメントの内周側収容部６１ａ→小セグメントの外周側収容部６１ｂ→大セグメントの外周側収容部６０ｂの順に、合計四層の導体が配置されている。
【００３９】
Ｕ相スロット群２２０Ｕ、Ｖ相スロット群２２０Ｖ、Ｗ相スロット群２２０Ｗは、それぞれ四つのスロット２２１により形成されている。上述したように、単一のスロット２２１には４ターンの導体が配置されている。このため、総ターン数は１６ターンとなる。Ｕ相スロット群２２０Ｕ、Ｖ相スロット群２２０Ｖ、Ｗ相スロット群２２０Ｗは、ステータコア２２の内周面に沿って、繰り返し配置されている。
【００４０】
Ｕ相スロット群２２０Ｕにおいて、中性点Ａに接続され最も電位の低い周回コイルＵ４（前出図１参照）は、図中群右端のスロット２２１に配置されている。また、次に電位の低い周回コイルＵ３は、図中群左端のスロット２２１に配置されている。これに対し、外部引き出し端子２１Ｕを持ち最も電位の高い周回コイルＵ１は、図中Ｕ３の右隣りのスロット２２１に配置されている。また、次に電位の高い周回コイルＵ２は、図中Ｕ４の左隣りのスロット２２１に配置されている。また、Ｖ相スロット群２２０ＶおよびＷ相スロット群２２０Ｗにおいても、各周回コイルは同様に配置されている。このため、Ｕ相スロット群２２０ＵとＶ相スロット群２２０Ｖとの境界においては、周回コイルＵ３と周回コイルＶ４とが隣接することになる。同様に、Ｖ相スロット群２２０ＶとＷ相スロット群２２０Ｗとの境界においては、周回コイルＶ３と周回コイルＷ４とが隣接することになる。また、Ｗ相スロット群２２０ＷとＵ相スロット群２２０Ｕとの境界においては、周回コイルＷ３と周回コイルＵ４とが隣接することになる。
【００４１】
次に、隣り合う湾曲部間および開放端部間に介装された絶縁部材について説明する。図５に、湾曲部側のステータコイル端の斜視図を示す。図に示すように、小セグメント６１の湾曲部６１ｃの湾曲内周側には、絶縁紙２３が介装されている。絶縁紙２３は、本発明の絶縁部材に含まれる。絶縁紙２３を境に、大セグメント６０の湾曲部６０ｃおよび小セグメント６１の湾曲部６１ｃは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２３は、ステータコア２２端を一周している。
【００４２】
図６に、開放端部側のステータコイル端の斜視図を示す。図に示すように、大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄと、小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとの間には、絶縁紙２４が介装されている。絶縁紙２４を境に、内周側開放端部６０ｄと内周側開放端部６１ｄとは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２４は、ステータコア２２端を一周している。また、小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄと外周側開放端部６１ｅとの間には、絶縁紙２５が介装されている。絶縁紙２５を境に、内周側開放端部６１ｄと外周側開放端部６１ｅとは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２５は、ステータコア２２端を一周している。また、小セグメント６１の外周側開放端部６１ｅと大セグメント６０の外周側開放端部６０ｅの間には、絶縁紙２６が介装されている。絶縁紙２６を境に、外周側開放端部６１ｅと外周側開放端部６０ｅとは、それぞれ周方向に互い違いに捻られている。絶縁紙２６は、ステータコア２２端を一周している。これらの絶縁紙２４、２５、２６は、本発明の絶縁部材に含まれる。
【００４３】
次に、本実施形態のＭＧの作用効果について説明する。本実施形態のＭＧ１によると、周回コイルＵ３と周回コイルＶ４とが隣接して配置されている。また、周回コイルＶ３と周回コイルＷ４とが隣接して配置されている。また、周回コイルＷ３と周回コイルＵ４とが隣接して配置されている（前出図４参照）。これら三対のコイル間の電位差は、それぞれ比較的小さい。したがって、本実施形態のＭＧ１によると、周方向において絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００４４】
また、本実施形態のＭＧ１によると、湾曲部側のステータコイル端に絶縁紙２３が配置されている（前出図５参照）。同様に、開放端部側のステータコイル端に絶縁紙２４、２５、２６が配置されている（前出図６参照）。このため、径方向において絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００４５】
（２）第二実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、一スロットあたり十二の導体が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００４６】
図７（ａ）に、本実施形態のＭＧのステータコアを開放端部側から見た径方向断面模式図を示す。また、図７（ｂ）に、本実施形態のＭＧのステータコアを内周面側から見た正面模式図を示す。なお、図４と対応する部位については同じ符号で示す。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、単一のスロット２２１には、合計十二の収容部（導体）が配置されている。図７（ａ）中、点線で仕切るように、本実施形態のステータコイル２０は、第一実施形態のステータコイルが径方向に三層積層されて形成されている。
【００４８】
図７（ｂ）に示すように、ステータコア２２の軸方向端部の軸方向外方においては、大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄと小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとが互いに交差して格子状に配置されている。そして、多数の交差点を形成している。図７（ｂ）に示すように、交差点は、合計１１列軸方向に並んで配列されている。
【００４９】
ここで、周回コイルＵ４を形成する開放端部と、他の周回コイルを形成する開放端部との交差状況について説明する。周回コイルＵ４を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄ（図中縦縞ハッチングで示す）は、ステータコア２２の軸方向端部に最も近い１列目において、周回コイルＵ２を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとの間に、交差点Ｂを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＵ２との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００５０】
また、周回コイルＵ４を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄは、ステータコア２２の軸方向端部から最も離れた最外の１１列目において、周回コイルＷ３を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄとの間に、交差点Ｃを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＷ３との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。 周回コイルＵ４を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄは、１１列目の軸方向外方において、同じく周回コイルＵ４を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄ（図中横縞ハッチングで示す）と溶接されている。
【００５１】
周回コイルＵ４を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄは、１１列目において、周回コイルＵ２を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄとの間に、交差点Ｄを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＵ２との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００５２】
また、周回コイルＵ４を形成する小セグメント６１の内周側開放端部６１ｄは、１列目において、周回コイルＷ３を形成する大セグメント６０の内周側開放端部６０ｄとの間に、交差点Ｅを形成する。しかしながら、周回コイルＵ４と周回コイルＷ３との電位差は小さい。このため、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。
【００５３】
以上、周回コイルＵ４を形成する開放端部に注目して、他の周回コイルを形成する開放端部との交差状況について説明した。しかし、他の周回コイルを形成する開放端部についても交差状況は同様である。すなわち、１列目の交差点を形成する開放端部同士、および１１列目の交差点を形成する開放端部同士間の電位差は小さい。このため、１列目および１１列目には、絶縁紙（図略）を介装する必要がない。したがって、本実施形態のＭＧにおいては、１列目および１１列目を除く２列目から１０列目にだけ、絶縁紙を介装している。なお、ステータコア２２の湾曲部側（図略）においても、同様に絶縁紙が介装されている。
【００５４】
本実施形態のＭＧは、第一実施形態のＭＧと同様の効果を有する。また、本実施形態のＭＧによると、開放端部同士の間隔が狭い１列目に、絶縁紙を介装する必要がない。このため、絶縁紙の介装作業が簡単である。また、また、本実施形態のＭＧによると、溶接熱の影響を受けやすい最外の１１列目に、絶縁紙を介装する必要がない。このため、絶縁紙の熱による損傷を抑制することができる。
【００５５】
（３）第三実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、一スロットあたり十六の導体が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
【００５６】
図８に、本実施形態のＭＧのステータコアの軸方向部分断面図を示す。なお、図５と対応する部位については同じ符号で示す。図に示すように、本実施形態のステータコイル２０は、第一実施形態のステータコイル（図２参照）が径方向に四層積層されて形成されている。すなわち、本実施形態のステータコイル２０は、内周側から外周側に向かって同心層状に配置された四層の単位コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄからなる。四層の単位コイル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、外周側に配置されたもの程、拡径方向に傾斜している。また、前述したように、湾曲部６０ｃおよび湾曲部６１ｃは、周方向に捻られている。
【００５７】
本実施形態のＭＧによると、径方向に隣り合う小セグメント６１の湾曲部６１ｃ内周側のみならず、径方向に隣り合う大セグメント６０の湾曲部６０ｃ間（単位コイル間）にも絶縁紙２７が介装されている。絶縁紙２７は、本発明の絶縁部材に含まれる。絶縁紙２７は、湾曲部６０ｃおよび湾曲部６１ｃを、周方向に捻る前であり、かつ単位コイル２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを拡径方向に傾斜させる前から、単位コイル間に介装されている。このため、本実施形態のＭＧによると、セグメント組み付け時において、隣接する単位コイル同士（湾曲部６０ｃ同士）が摺接するおそれが小さい。並びに、絶縁紙２３により、湾曲部６１ｃ内周面同士が摺接するおそれが小さい。このため、絶縁皮膜が損傷するおそれが小さい。したがって、絶縁破壊が起こるおそれが小さい。また、絶縁紙２７、２３により、セグメント組み付け時における滑りがよくなる。このため、湾曲部６０ｃおよび湾曲部６１ｃを成形する際の成形抵抗が小さくなる。したがって、作業性が向上する。
【００５８】
（４）その他
以上、本発明の回転電機の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００５９】
例えば、スロット数、ターン数、相数などは特に限定しない。また、径方向に隣接する突出部間の全てに絶縁部材を介装しなくてもよい。また、上記実施形態においては、本発明の回転電機をＭＧとして具現化したが、例えば発電機単品やモータ単品として具現化してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によると、ステータコイルの絶縁性を確保しやすい回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のＭＧの回路図である。
【図２】 第一実施形態のＭＧの軸方向断面図である。
【図３】 第一実施形態のＭＧの大セグメントおよび小セグメントの斜視図である。
【図４】 図２のＩ−Ｉ断面模式図である。
【図５】 第一実施形態のＭＧの湾曲部側のステータコイル端の斜視図である。
【図６】 第一実施形態のＭＧの開放端部側のステータコイル端の斜視図である。
【図７】 （ａ）は第二実施形態のＭＧのステータコアを開放端部側から見た径方向断面模式図である。（ｂ）は第二実施形態のＭＧのステータコアを内周面側から見た正面模式図である。
【図８】 第三実施形態のＭＧのステータコアの軸方向部分断面図である。
【図９】 従来の交流発電機の導体セグメントの斜視図である。
【符号の説明】
１：ＭＧ（回転電機）、２：ステータ、２０：ステータコイル、２０ａ：単位コイル、２０ｂ：単位コイル、２０ｃ：単位コイル、２０ｄ：単位コイル、２０Ｕ：Ｕ相コイル、２０Ｖ：Ｖ相コイル、２０Ｗ：Ｗ相コイル、２１Ｕ：外部引き出し端子、２１Ｖ：外部引き出し端子、２１Ｗ：外部引き出し端子、２２：ステータコア、２２０Ｕ：Ｕ相スロット群、２２０Ｖ：Ｖ相スロット群、２２０Ｗ：Ｗ相スロット群、２２１：スロット、２３：絶縁紙（絶縁部材）、２４：絶縁紙（絶縁部材）、２５：絶縁紙（絶縁部材）、２６：絶縁紙（絶縁部材）、２７：絶縁紙（絶縁部材）、３：ロータ、３０：界磁コイル、３１：ロータ回転軸、６０：大セグメント（導体セグメント）、６０ａ：内周側収容部、６０ｂ：外周側収容部、６０ｃ：湾曲部（突出部）、６０ｄ：内周側開放端部（突出部）、６０ｅ：外周側開放端部（突出部）、６１：小セグメント（導体セグメント）、６１ａ：内周側収容部、６１ｂ：外周側収容部、６１ｃ：湾曲部（突出部）、６１ｄ：内周側開放端部（突出部）、６１ｅ：外周側開放端部（突出部）、７：ハウジング、８：インバータ、８０：パワー素子、９：バッテリ、Ａ：中性点、Ｂ：交差点、Ｃ：交差点、Ｄ：交差点、Ｅ：交差点、Ｕ１：周回コイル、Ｕ２：周回コイル、Ｕ３：周回コイル、Ｕ４：周回コイル、Ｖ１：周回コイル、Ｖ２：周回コイル、Ｖ３：周回コイル、Ｖ４：周回コイル、Ｗ１：周回コイル、Ｗ２：周回コイル、Ｗ３：周回コイル、Ｗ４：周回コイル。
Claims (5)
- 複数のスロットからなる相スロット群が、内周面に沿って周方向に繰り返し配置されたステータコアと、
該スロット内に収容される収容部と、該スロットから突出する突出部と、からなる複数の導体セグメントが、互いに連結されて形成された相コイルを複数持つステータコイルと、
を備えてなる回転電機であって、
前記相コイルは、前記ステータコア内周面に沿ってほぼ一周する同心状の周回コイルが、複数連結されて形成されており、複数の該周回コイルのうち外部引き出し端子を持つ該周回コイルを形成する前記導体セグメントの前記収容部は、前記相スロット群を構成する複数の前記スロットのうち他相の該相スロット群と隣接しない該スロットに配置されていることを特徴とする回転電機。 - 前記ステータコアの径方向に隣接する前記突出部間の一部あるいは全部に、絶縁部材が介装されている請求項１に記載の回転電機。
- 複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、
該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、
前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部に最も近い列を除いた該交差点位置に介装されている請求項２に記載の回転電機。 - 複数の前記突出部は、前記ステータコアの軸方向端部の軸方向外方において、互いに交差して格子状に配置されており、
該突出部同士の交差点は、軸方向複数列に配列されており、
前記絶縁部材は、該ステータコアの軸方向端部から最も離れた列を除いた該交差点位置に介装されている請求項２に記載の回転電機。 - 径方向に互いに隣接する前記突出部のうち、内周側の該突出部に対して、外周側の該突出部が、拡径方向および周方向に傾斜して配置されている該突出部間には、内周側の該突出部を拡径方向および周方向に傾斜させる際の該突出部同士の摺接を抑制するために、予め絶縁部材が介装されている請求項２に記載の回転電機。
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