JP6598736B2

JP6598736B2 - 回転電機の固定子

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Publication number: JP6598736B2
Application number: JP2016116108A
Authority: JP
Inventors: 秀哲有田; 義浩深山; 晃裕大穀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: JP2017221077A

Description

この発明は、例えば電動機、発電機などの回転電機の固定子に関し、特に分布巻の巻線により構成された固定子巻線の構造に関するものである。

従来、固定子鉄心と、固定子巻線と、からなる回転電機の固定子構造が種々提案されている。例えば、特許文献１による従来の固定子では、内周側に複数のスロットが形成された固定子鉄心と、スロットに収納される複数のコイルセグメントと、固定子鉄心の一端面上に配置され、コイルセグメントと電気的に接続される複数の第１コイルエンドプレートと、固定子鉄心の他端面上に配置され、コイルセグメントと電気的に接続される複数の第２コイルエンドプレートと、を備えていた。

特開２０１３−１６２７２１号公報

特許文献１による従来の固定子では、第１コイルエンドプレートおよび第２コイルエンドプレートは、平板状のプレート部と、プレート部の両端から同じ方向に延び出た一対の延出部と、を有していた。そして、第１コイルエンドプレートは、固定子鉄心の一端側において、ティース上に配置した一対の延出部を、周方向に連続する複数本のティースの両側に位置するスロットの対に収納されているコイルセグメントに接続して、プレート部を固定子鉄心のコアバック部上に配置し、プレート部と他の相のコイルセグメントとの干渉を回避していた。同様に、第２コイルエンドプレートは、固定子鉄心の他端側において、ティース上に配置した一対の延出部を、周方向に連続する複数本のティースの両側に位置するスロットの対に収納されているコイルセグメントに接続して、プレート部を固定子鉄心のコアバック部上に配置し、プレート部と他の相のコイルセグメントとの干渉を回避していた。

そこで、特許文献１による従来の固定子では、固定子鉄心の各端面上には、固定子鉄心の径方向に形成されるコイルターンの数と、外部から供給される電流の相数と、を乗じた数だけ、第１および第２コイルエンドプレートが積層されていたので、固定子の軸方向寸法が大きくなるという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、固定子鉄心の各端面上で、周方向に連続する複数本のティースの両側に位置するスロットの対に収納されているコイルセグメント同士を接続するコイルエンドプレートに、他のコイルセグメントとの干渉を回避する躱し部を設けて、同じスロットの対に収納されているコイルセグメントを接続するコイルエンドプレートを固定子鉄心の軸心と直交する平面上に配置することを可能とし、固定子鉄心の各端面上での固定子鉄心の軸方向におけるコイルエンドプレートの積層数を低減し、軸方向の寸法を縮小できる回転電機の固定子を得ることを目的とする。

この発明の回転電機の固定子は、ティースがそれぞれ円環状のコアバック部の内周面から突出して周方向に複数配列された円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備え、前記固定子巻線は、隣り合う前記ティースの間に構成されるスロットに収納される複数のコイルセグメントと、前記固定子鉄心の軸方向の両端面上で前記コイルセグメントに接続される複数のコイルエンドプレートと、を備えている。前記コイルセグメントは、前記スロットに、周方向にｎ列に、かつ径方向にｍ層に配列して収納され、前記固定子鉄心の軸方向の両端側に突出する接続端部と、を有し、但し、ｎは１以上の整数、ｍは２以上の整数であり、前記コイルエンドプレートは、厚み方向を軸方向として周方向に延びる平板状に構成され、周方向の両端部に形成され、周方向に連続するｌ本の前記ティースの両側に位置する前記スロットの対の、同じ周方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部が接続される一対の接続部と、一対の前記接続部の間に形成され、前記接続部に接続される一対の前記コイルセグメントの間に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部を通して当該接続端部との干渉を回避する躱し部と、を有し、但し、ｌは２以上の整数であり、前記スロットの対の、同じ周方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部が接続された前記コイルエンドプレートが、前記固定子鉄心の各端面上に径方向に配列され、当該コイルエンドプレートの前記接続部に接続された一対の前記コイルセグメントの間に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部が、前記躱し部を通って、当該コイルエンドプレートとの干渉を回避されている。複数の前記コイルエンドプレートは、前記スロットの対の、同じ周方向位置の同じ径方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部を接続する巻線部結線用コイルエンドプレートと、前記スロットの対の、同じ周方向位置の径方向に隣り合う径方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部を接続する渡りコイルエンドプレートと、を備え、ｌスロット毎の前記スロットの、同じ周方向位置の同じ径方向位置に位置する前記コイルセグメントが、それぞれ、周方向の配列順に、前記巻線部結線用コイルエンドプレートで、前記固定子鉄心の一端面上と他端面上とで交互に接続されている、１ターンの波巻きの巻線部に構成されており、前記固定子巻線を構成する相巻線は、それぞれ、前記巻線部が、前記渡りコイルエンドプレートで直列に接続されている、波巻き巻線に構成されており、それぞれの前記相巻線を構成する複数の前記コイルエンドプレートが、前記固定子鉄心の各端面上で、軸方向と直交する一平面上に配設されている。

この発明によれば、コイルエンドプレートの一対の接続部の間に位置するコイルセグメントの接続端部との干渉を回避する躱し部がコイルエンドプレートに形成されている。そこで、コイルエンドプレートの一対の接続部の間に位置するコイルセグメントの接続端部が当該コイルエンドプレートの躱し部を通って当該コイルエンドプレートとの干渉を回避されるので、コイルエンドプレートは、固定子鉄心の各端面上に径方向に配列される。そこで、固定子鉄心の各端面上での固定子鉄心の軸方向におけるコイルエンドプレートの積層数が低減され、固定子の軸方向の寸法を縮小できる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子におけるコイルセグメントの固定子鉄心への装着状態を示す要部断面図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を示す斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する相巻線を軸方向一側から見た斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する相巻線を軸方向他側から見た斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における１本の相巻線を固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における１ターンの巻線部を示す斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における３本のコイルセグメントがスロットに収納された状態を示す斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における６本のコイルセグメントがスロットに収納された状態を示す斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における６本のコイルセグメントがスロットに収納された状態を他の方向から見た斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における相巻線と他の相のコイルセグメントとがスロットに収納された状態を示す要部斜視図である。この実施の形態１に係る回転電機の固定子における同一スロットに収納されている２つの相巻線を示す要部端面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１コイルエンドプレートと１磁極ピッチ内のスロット内の同一列の同一径方向位置に位置するコイルセグメントとの位置関係を説明する要部斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１コイルエンドプレートと１磁極ピッチ内のスロット内の異なる列の同一径方向位置に位置する他の相のコイルセグメントとの位置関係を説明する要部斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図２はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子におけるコイルセグメントの固定子鉄心への装着状態を示す要部断面図、図３はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を示す斜視図、図４はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する相巻線を軸方向一側から見た斜視図、図５はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する相巻線を軸方向他側から見た斜視図である。

図１において、固定子１は、電動機、発電機などの回転電機の固定子であり、ティース５が、それぞれ、円環状のコアバック部４の内周壁面から径方向内方に突出して、周方向に等角ピッチで配列された円環状の固定子鉄心３と、固定子鉄心３に装着された固定子巻線７と、を備えている。ここで、コアバック部４と周方向に隣り合うティース５とで囲まれた領域がスロット６となる。ティース５の固定子鉄心３の軸心と直交する断面が矩形となっており、スロット６の固定子鉄心３の軸心と直交する断面が台形となっている。固定子鉄心３には、４８個のスロット６が形成されている。各スロット６には、図２に示されるように、後述する６本のコイルセグメント１０が２列３層に収納されている。また、回転電機の回転子の極数は８極を想定している。すなわち、回転電機は、８極４８スロットの回転電機である。

相巻線８は、図４および図５に示されるように、全節巻きの３ターンの波巻き巻線に構成されている。固定子巻線７は、図３に示されるように、相巻線８を周方向にずらしながら１２本配列して構成されている。

ここで、固定子巻線７の構成について図を参照しつつ説明する。図６はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における１本の相巻線を固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図、図７はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における１ターンの巻線部を示す斜視図、図８はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における３本のコイルセグメントがスロットに収納された状態を示す斜視図、図９はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における６本のコイルセグメントがスロットに収納された状態を示す斜視図、図１０はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における６本のコイルセグメントがスロットに収納された状態を他の方向から見た斜視図、図１１はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における相巻線と他の相のコイルセグメントとがスロットに収納された状態を示す要部斜視図、図１２はこの実施の形態１に係る回転電機の固定子における同一スロットに収納されている２つの相巻線を示す要部端面図、図１３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１コイルエンドプレートと１磁極ピッチ内のスロット内の同一列の同一径方向位置に位置するコイルセグメントとの位置関係を説明する要部斜視図、図１４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１コイルエンドプレートと１磁極ピッチ内のスロット内の異なる列の同一径方向位置に位置する他の相のコイルセグメントとの位置関係を説明する要部斜視図である。なお、図８から図１４中、説明の便宜上、固定子鉄心が削除されている。

相巻線８は、スロット６に収納される２４本のコイルセグメント１０と、固定子鉄心３の一端面上に配置され、コイルセグメント１０と電気的に接続される１２枚の第１コイルエンドプレート２０と、固定子鉄心３の他端面上に配置され、コイルセグメント１０と電気的に接続される１１枚の第２コイルエンドプレート３０と、を備える。

コイルセグメント１０は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの導電性部材を絶縁被覆してなる平角導体で構成され、直線状に形成されている。コイルセグメント１０は、スロット６に収納された際に、固定子鉄心３の一端側に突出する接続端部１０ａと、固定子鉄心３の他端側に突出する接続端部１０ｂと、を備える。

コイルセグメント１０は、図８に示されるように、スロット６に径方向に３層に収納された際に、接続端部１０ａ，１０ｂが互いに干渉しないように、スロット６からの突出部の径方向外方への曲げ位置を軸方向にシフトさせて、互いに異ならせている。また、コイルセグメント１０は、図１０に示されるように、スロット６に２列３層に収納された際に、一方の列の接続端部１０ａ，１０ｂと他方の列の接続端部１０ａ，１０ｂとが径方向に交互に並ぶように、スロット６からの突出部の軸方向への曲げ位置を径方向にシフトさせて、互いに異ならせている。さらに、コイルセグメント１０は、図９に示されるように、スロット６に周方向に２列に収納された際に、接続端部１０ａ，１０ｂが周方向に離間するように、スロット６からの突出部を周方向の逆側に曲げている。そして、接続端部１０ａ，１０ｂは、固定子鉄心３の軸方向と平行となっている。

第１コイルエンドプレート２０は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの導電性部材を絶縁被覆してなる平角導体で構成され、円弧平板状に形成されている。第１コイルエンドプレート２０は、固定子鉄心３の一端面上に厚み方向を軸方向として周方向に延びるように配設され、周方向に連続する６本のティース５の両側に位置するスロット６、すなわち１磁極ピッチである６スロットピッチ離れた２つのスロット６の同じ周方向位置に収納されているコイルセグメント１０同士を電気的に接続するものである。そして、図４に示されるように、２つのスロット６内の内層に位置するコイルセグメント１０同士を連結する第１コイルエンドプレート２０と、２つのスロット６内の中央層に位置するコイルセグメント１０同士を連結する第１コイルエンドプレート２０と、２つのスロット６内の外層に位置するコイルセグメント１０同士を連結する第１コイルエンドプレート２０とが、固定子鉄心３の軸心と直交する一平面上に径方向に３層に配設されている。

このとき、接続端部１０ａが接続される接続部としての接続穴４０が、第１コイルエンドプレート２０の周方向の両端部に形成されている。また、図１３に示されるように、第１コイルエンドプレート２０には、接続穴４０に接続されるコイルセグメント１０間に位置し、スロット６内の周方向および径方向の同じ位置に位置する、他の相のコイルセグメント１０の接続端部１０ａを通して他の相のコイルセグメント１０との干渉を回避する躱し部としての躱し穴４１が形成されている。さらに、図１４に示されるように、第１コイルエンドプレート２０には、接続穴４０に接続されるコイルセグメント１０間に位置し、スロット６内の周方向の異なる位置、かつ径方向の同じ位置に位置する、他の相のコイルセグメント１０の接続端部１０ａを通して他の相のコイルセグメント１０との干渉を回避する躱し部としての躱し溝４２が形成されている。また、３枚の第１コイルエンドプレート２０の長さは、径方向外方に配設されるプレートほど、長くなっている。

第２コイルエンドプレート３０は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの導電性部材を絶縁被覆してなる平角導体で構成され、円弧平板状に形成されている。第２コイルエンドプレート３０は、固定子鉄心３の他端面上で厚み方向を軸方向として周方向に延びるように配設され、周方向に６スロットピッチ離れた２つのスロット６の同じ周方向位置に収納されているコイルセグメント１０同士を電気的に接続するものである。そして、図５に示されるように、２つのスロット６内の内層に位置するコイルセグメント１０同士を連結する第２コイルエンドプレート３０と、２つのスロット６内の中央層に位置するコイルセグメント１０同士を連結する第２コイルエンドプレート３０と、２つのスロット６内の外層に位置するコイルセグメント１０同士を連結する第２コイルエンドプレート３０とが、固定子鉄心３の軸心と直交する一平面上に径方向に３層に配設されている。

このとき、接続端部１０ｂが接続される接続穴４０が、第２コイルエンドプレート３０の周方向の両端部に形成されている。第２コイルエンドプレート３０には、第１コイルエンドプレート２０と同様に、接続穴４０に接続されるコイルセグメント１０間に位置する他の相のコイルセグメント１０の接続端部１０ｂを通して他の相のコイルセグメント１０との干渉を回避する躱し穴４１および躱し溝４２が形成されている。また、３枚の第１コイルエンドプレート２０の長さは、径方向外方に配設されるプレートほど、長くなっている。

そして、１ターンの巻線部９の巻き終わりのコイルセグメント１０を次の１ターンの巻線部９の巻き始めのコイルセグメント１０に接続する第２コイルエンドプレート３０には、渡り部４３が形成されている。ここで、渡り部４３が形成された第２コイルエンドプレート３０を便宜的に第３コイルエンドプレート３１とする。具体的には、第３コイルエンドプレート３１には、６スロットピッチ離れたスロット６の同じ周方向位置の隣り合う径方向位置に位置するコイルセグメント１０の接続端部１０ｂが接続される接続部としての接続穴４０’と、接続穴４０’に接続されるコイルセグメント１０間に位置する他の相のコイルセグメント１０の接続端部１０ｂを通して他の相のコイルセグメント１０との干渉を回避する躱し部としての躱し穴４１’および躱し溝４２’が形成されている。なお、第１および第２コイルエンドプレート２０，３０が巻線部結線用コイルエンドプレートであり、第３コイルエンドプレート３１が渡りコイルエンドプレートである。

ここで、巻線部９を作製するには、まず、コイルセグメント１０の接続端部１０ａが接続穴４０に挿入されて、溶接により第１コイルエンドプレート２０に接続される。ついで、コイルセグメント１０の接続端部１０ｂが接続穴４０に挿入されて、溶接により第２コイルエンドプレート３０に接続される。これにより、図７に示されるように、６スロット毎のスロット６内の周方向一側の列の径方向内側に位置する８本のコイルセグメント１０が、４枚の第１コイルエンドプレート２０と３枚の第２コイルエンドプレート３０とにより直列に接続されて、１ターンの波巻き巻線からなる巻線部９が構成される。そして、この巻線部９の巻き終わり部に位置する第３コイルエンドプレート３１が渡り部４３により、内層から中央層にシフトしている。

このように構成された巻線部９が、径方向に３層に配列され、第３コイルエンドプレート３１により直列に接続されて、図４および図５に示される３ターンの波巻き巻線からなる相巻線８が構成される。

相巻線８が、図６に示されるように、コイルセグメント１０を６スロットピッチで配列された８つのスロット６のそれぞれに径方向に３層に収納されて、固定子鉄心３に装着される。そして、第１コイルエンドプレート２０が、固定子鉄心３の一端面上の軸心と直交する一平面上に、径方向に３層に並んで、周方向に等角ピッチに配列されている。同様に、第２コイルエンドプレート３０が、固定子鉄心３の他端面上の軸心と直交する一平面上に、径方向に３層に並んで、周方向に等角ピッチに配列されている。なお、固定子鉄心３の他端面上の周方向の１箇所の領域では、第３コイルエンドプレート３１は、径方向に２層に並んでいる。

ここで、図１１に示されるように、６スロット離れたスロット６の周方向他側の列に配列されているコイルセグメント１０の接続端部１０ａが、第１コイルエンドプレート２０の接続穴４０に挿入、接続されている。そして、第１コイルエンドプレート２０の接続穴４０に挿入、接続されているコイルセグメント１０間に位置する、他の相巻線８を構成するコイルセグメント１０が、躱し穴４１および躱し溝４２内を通って第１コイルエンドプレート２０から突出し、第１コイルエンドプレート２０との干渉を回避している。図示していないが、第２コイルエンドプレート３０においても、他の相巻線８を構成するコイルセグメント１０が、躱し穴４１および躱し溝４２内を通って第２コイルエンドプレート３０から突出し、第２コイルエンドプレート３０との干渉を回避している。これにより、第１および第２コイルエンドプレート２０，３０を固定子鉄心３の各端面上の軸心と直交する一平面上に径方向に３層に配列させることができる。

また、図１２に示されるように、６スロット離れたスロット６の周方向一側の列に配列されているコイルセグメント１０の接続端部１０ａが、第１コイルエンドプレート２０の接続穴４０に挿入、接続されている。この第１コイルエンドプレート２０は、スロット６の周方向他側の列に配列されているコイルセグメント１０の接続端部１０ａが接続されている第１コイルエンドプレート２０に対して、第１コイルエンドプレート２０の板厚より僅かに長い距離だけ軸方向外方にシフトしているとともに、周方向の一側にシフトしている。これにより、第１コイルエンドプレート２０同士の干渉を回避している。そして、そして、第１コイルエンドプレート２０の接続穴４０に挿入、接続されているコイルセグメント１０間に位置する、他の相巻線８を構成するコイルセグメント１０の接続端部１０ａが、躱し穴４１および躱し溝４２内を通って第１コイルエンドプレート２０から突出し、第１コイルエンドプレート２０との干渉を回避している。図示していないが、第２コイルエンドプレート３０においても、同様に構成されている。

このように構成された１２本の相巻線８を、固定子鉄心３の軸方向の一側に第１および第２コイルエンドプレート２０，３０の板厚より僅かに長い距離だけシフトさせつつ、コイルセグメント１０が収納対象のスロット６に収納されるように周方向の一側に順次シフトさせて、固定子巻線７が構成される。固定子巻線７では、固定子鉄心３の一端面上の軸心と直交する一平面上に径方向に３層に配列された４組の第１コイルエンドプレート２０が、軸方向の一側に漸次シフトしながら、周方向の一側に漸次シフトして、固定子鉄心３の一端面上にステップ状に配列されている。同様に、固定子鉄心３の他端面上の軸心と直交する一平面上に径方向に３層に配列された３組の第２コイルエンドプレート３０と径方向に２層に配列された１組の第３コイルエンドプレート３１が、軸方向の一側に漸次シフトしながら、周方向の一側に漸次シフトして、固定子鉄心３の他端面上にステップ状に配列されている。

ここで、特許文献１では、他の相のコイルセグメント１０との干渉を回避するために、第１および第２コイルエンドプレート２０，３０を固定子鉄心３のコアバック部４上で積層しているので、固定子鉄心３の各端面上での第１および第２コイルエンドプレート２０，３０の積層数は、ターン数×相数となり、コイルエンドの軸方向高さが高くなる。

この実施の形態１では、他の相のコイルセグメント１０との干渉を回避する躱し穴４１と躱し溝４２が第１から第３コイルエンドプレート２０，３０、３１に形成されているので、他の相のコイルセグメント１０と干渉することなく、１２相の第１および第２コイルエンドプレート２０，３０を、互いに軸方向に離間させて、それぞれ、固定子鉄心３の各端面上の軸心と直交する平面上に配設させることができる。そこで，固定子鉄心３の各端面上での第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１の積層数は、相数となり、コイルエンドの軸方向高さが低くなり、固定子１の軸方向寸法を縮小することができる。

第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１が、円弧平板状の平角導体により構成されている。そこで、コイルエンドの軸方向高さを低くでき、固定子１の軸方向寸法の縮小化が図られる。また、コイルエンドにおける曲げ加工が不要となり、コイルエンドの製造が容易となる。

第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１が、円弧平板状の平角導体により構成されているので、躱し穴４１が形成された領域の径方向幅を広くする、躱し溝４２が形成されている領域の躱し溝４２と逆側を突出させるなど、第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１の外形形状を変更するだけで、躱し穴４１および躱し溝４２の形成領域における電流経路の断面積の減少を抑制できる。

固定子巻線７は、相巻線８を、軸方向の一側に順次シフトしながら、周方向の一側に順次シフトして、１２本配列して構成されている。このように、１２本の相巻線８が、同一構造となるので、１２本の相巻線８の抵抗バラツキがなくなる。そこで、この固定子１を搭載した回転電機の制御性が高められ、電圧の上限の閾値が下がるので、回転電機の高出力化が図られる。

固定子巻線７は、１２本の相巻線８により構成されているので、分布巻きで多相化できる。そこで、相巻線８への通電を工夫することで、集中巻きの固定子巻線と同様な通電が可能となる。これにより、固定子巻線７は、軸方向の寸法の縮小を図りつつ、集中巻きの固定子巻線と同等の通電特性を得ることができる。
コイルセグメント１０が平角導体で構成されているので、固定子巻線７の占積率を高めることができる。

スロット６に２列３層に収納されているコイルセグメント１０の接続端部１０ａ，１０ｂの径方向位置が、列間で互いに重なることなく径方向にずれている。そこで、第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１の径方向の一方の側部に躱し溝４２を形成するだけで、各スロット６の異なる列のコイルセグメント１０の接続端部１０ａ，１０ｂとの干渉を回避できるので、第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１の作製が容易となる。

ここで、上記実施の形態１では、コイルセグメント１０、および第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１が絶縁被覆された平角導体で作製されているので、固定子巻線７の電気絶縁性が確保される。低電圧の場合には、エナメル樹脂を平角導体に被覆すればよい。また、高電圧の場合には、高電圧に耐える絶縁性樹脂を平角導体に被覆してもよく、絶縁紙をコイルセグメント１０間、コイルセグメント１０とスロット６の内周面との間、第１コイルエンドプレート２０間、第２コイルエンドプレート３０間、および第３コイルエンドプレート３１間に挟み込んでもよい。

また、上記実施の形態１では、１２本の相巻線８が、周方向の一側に順次シフトするにつれ、軸方向の一側に一定のずらし量で漸次シフトしているが、１２本の相巻線８の軸方向の一側へのずらし量は、一定である必要はなく、１２本の相巻線８の軸方向位置が互いに異なるように配設されていればよい。そこで、電位が近い、あるいは位相が近い相巻線８同士の軸方向位置を近くすることで、相間絶縁層の厚みを薄くすることができる。また、電位が大きく異なる、あるいは位相が大きくずれる相巻線８同士の軸方向位置を離すことで、優れた相間絶縁を確保することができる。

また、上記実施の形態１において、固定子巻線７の電気絶縁性が確保された状態で、スロット６内に絶縁性樹脂を含浸硬化させ、さらにはコイルエンドを絶縁性樹脂でモールドさせてもよい。これにより、振動に起因する固定子巻線７の短絡や断線の発生が阻止される。
上記実施の形態１では、接続端部１０ａ，１０ｂと第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１とを溶接により接続しているが、これらの電気接続方法は、溶接に限らず、半田、カシメ、圧接などを用いることができる。

なお、上記実施の形態１では、コイルセグメント１０が平角導体で構成されているが、コイルセグメント１０は丸線で構成されてもよい。この場合、コイルセグメント１０の曲げ加工が容易となり、コイルセグメント１０の製造が容易となる。

また、上記実施の形態１では、第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１の周方向長さが、径方向外側に配置されているプレートほど長くなっているが、周方向長さが同じ第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１を径方向に３層又は２層に配列させてもよい。この場合、接続穴４０を周方向長さの長い長穴とし、内層のコイルセグメント１０の接続端部１０ａ，１０ｂが接続穴４０，４０’の周方向内側の位置に挿入されて第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１に接続され、中央層のコイルセグメント１０の接続端部１０ａ，１０ｂが接続穴４０，４０’の周方向中央の位置に挿入されて第１から第２コイルエンドプレート２０，３０，３１に接続され、外層のコイルセグメント１０の接続端部１０ａ，１０ｂが接続穴４０，４０’の周方向外側の位置に挿入されて第１から第３コイルエンドプレート２０，３０，３１に接続されればよい。

また、上記実施の形態１では、コイルセグメント１０がスロット６に２列３層に収納されているが、スロット６に収納されるコイルセグメント１０の列数は、１列以上であればよく、層数は２層以上であればよい。

また、上記実施の形態１では、第３コイルエンドプレート３１が固定子鉄心３の他端面上で同じ周方向位置に配置されているが、第３コイルエンドプレート３１の固定子鉄心３の他端面上での周方向位置は、巻線部９毎に異なっていてもよい。これにより、相巻線８の両端子の固定子鉄心３からの引き出し位置が任意に設定できる。
また、上記実施の形態１では、２枚の第３コイルエンドプレート３１が、２枚の第２コイルエンドプレート３０に替えて配置されているが、２枚の第３コイルエンドプレート３１は、２枚の第１コイルエンドプレート２０に替えて配置されてもよく、１枚ずつの第１および第２コイルエンドプレート２０、３０に替えて配置されてもよい。

また、上記実施の形態１では、スロット６の断面形状が、外径側が内径側より広くなっている台形となっているが、スロット６の断面形状は、矩形としてもよい。この場合、固定子鉄心３の断面積が大きくなり、鉄損が緩和される。また、コイルセグメント１０をスロット６に密に収納できるので、固定子巻線７の占積率を高めることができるとともに、固定子巻線７の放熱性が高められる。

また、上記実施の形態１では、相巻線８が波巻き巻線に構成されているが、相巻線８は重ね巻き巻線に構成されてもよい。例えば、固定子が、６スロットピッチ離れたスロットの対に螺旋状に巻回された３ターンの重ね巻き巻線を、１スロットピッチで固定子鉄心３に装着して構成されているとすれば、各重ね巻き巻線が相巻線となる。そして、３ターンの重ね巻き巻線は、６スロットピッチ離れたスロットのそれぞれに径方向に３層に配列されたコイルセグメント１０が、固定子鉄心３の一端面上で、３枚の第１コイルエンドプレート２０で接続され、固定子鉄心３の他端面上で、２枚の第２コイルエンドプレート３０で接続されて、作製される。そして、第１および第２コイルエンドプレート２０，３０の接続穴４０の間に位置する他の重ね巻き巻線のコイルセグメント１０の接続端部１０ａ，１０ｂが躱し穴４１を通って第１および第２コイルエンドプレート２０，３０との干渉を回避される。これにより、第１および第２コイルエンドプレート２０，３０が、固定子鉄心３の各端面上で、軸心と直交する一平面上に径方向に配列される。

また、上記実施の形態１では、８極４８スロットの回転電機について説明しているが、極数スロット数はこれに限定されない。
また、上記実施の形態１では、８極４８スロットの回転電機について説明しているが、極数スロット数はこれに限定されない。

また、上記実施の形態１では、８極４８スロットの回転電機において、１磁極ピッチである６スロット毎のスロット６に収納されているコイルセグメント１０を直列に接続して相巻線を構成しているが、１６極４８スロットの回転電機であれば、１磁極ピッチである３スロット毎のスロット６に収納されているコイルセグメント１０を直列に接続して相巻線を構成することになる。
また、本発明の固定子は、分布巻きの固定子巻線を使用可能な回転電機、例えば永久磁石、界磁巻線などを起磁力手段とする回転子を備えた回転電機や、スイッチトリラクタンスモータ、シンクロナスリラクタンスモータなどの回転電機に適用できる。

１固定子、３固定子鉄心、４コアバック部、５ティース、６スロット、７固定子巻線、８相巻線、９巻線部、１０コイルセグメント、１０ａ，１０ｂ接続端部、２０第１コイルエンドプレート（巻線部連結用コイルエンドプレート）、３０第２コイルエンドプレート（巻線部連結用コイルエンドプレート）、３１第３コイルエンドプレート（渡りコイルエンドプレート）、４０，４０’ 接続穴（接続部）、４１，４１’ 躱し穴（躱し部）、４２，４２’ 躱し溝（躱し部）。

Claims

ティースがそれぞれ円環状のコアバック部の内周面から突出して周方向に複数配列された円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
前記固定子巻線は、隣り合う前記ティースの間に構成されるスロットに収納される複数のコイルセグメントと、前記固定子鉄心の軸方向の両端面上で前記コイルセグメントに接続される複数のコイルエンドプレートと、を備え、
前記コイルセグメントは、前記スロットに、周方向にｎ列に、かつ径方向にｍ層に配列して収納され、前記固定子鉄心の軸方向の両端側に突出する接続端部を有し、但し、ｎは１以上の整数、ｍは２以上の整数であり、
前記コイルエンドプレートは、厚み方向を軸方向として周方向に延びる平板状に構成され、周方向の両端部に形成され、周方向に連続するｌ本の前記ティースの両側に位置する前記スロットの対の、同じ周方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部が接続される一対の接続部と、一対の前記接続部の間に形成され、前記接続部に接続される一対の前記コイルセグメントの間に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部を通して当該接続端部との干渉を回避する躱し部と、を有し、但し、ｌは２以上の整数であり、
前記スロットの対の、同じ周方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部が接続された前記コイルエンドプレートが、前記固定子鉄心の各端面上に径方向に配列され、当該コイルエンドプレートの前記接続部に接続された一対の前記コイルセグメントの間に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部が、前記躱し部を通って、当該コイルエンドプレートとの干渉を回避されており、
複数の前記コイルエンドプレートは、前記スロットの対の、同じ周方向位置の同じ径方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部を接続する巻線部結線用コイルエンドプレートと、前記スロットの対の、同じ周方向位置の径方向に隣り合う径方向位置に位置する前記コイルセグメントの前記接続端部を接続する渡りコイルエンドプレートと、を備え、
ｌスロット毎の前記スロットの、同じ周方向位置の同じ径方向位置に位置する前記コイルセグメントが、それぞれ、周方向の配列順に、前記巻線部結線用コイルエンドプレートで、前記固定子鉄心の一端面上と他端面上とで交互に接続されている、１ターンの波巻きの巻線部に構成されており、
前記固定子巻線を構成する相巻線は、それぞれ、前記巻線部が、前記渡りコイルエンドプレートで直列に接続されている、波巻き巻線に構成されており、
それぞれの前記相巻線を構成する複数の前記コイルエンドプレートが、前記固定子鉄心の各端面上で、軸方向と直交する一平面上に配設されている回転電機の固定子。
前記相巻線は、前記固定子鉄心の各端面上での前記コイルエンドプレートの軸方向位置が互いに異なる状態として、前記固定子鉄心に装着されている請求項１記載の回転電機の固定子。
前記相巻線は、同じ形状に作製されている請求項２記載の回転電機の固定子。
前記相巻線は、前記コイルエンドプレートの軸方向位置が、周方向一側にシフトしつつ軸方向の一側に漸次シフトしている状態で、前記固定子鉄心に装着されている請求項３記載の回転電機の固定子。
前記コイルセグメントが、前記スロットに２列以上に配列されており、
前記スロットに収納されている前記コイルセグメントの前記固定子鉄心の各端面上での前記接続端部の径方向位置が、列間で、互いに重なることなく径方向にずれている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。