JP7030961B2 - 固定子、及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子、及び固定子を備えた回転電機に関する。

回転電機は、固定子と回転子を備える。固定子は、巻線で構成されたコイルと鉄心を備える。回転電機は、固定子のコイルに交流電力が供給されると回転磁界を発生し、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。自動車に設けられた回転電機は、自動車の走行のためにトルクを発生したり、制動時に発電したりする。

コイルの巻線は、表面が絶縁被膜で覆われている。例えば特許文献１、２には、コイルエンド部においてコイルの絶縁被膜の厚さが巻線の部分によって異なることで、絶縁性向上を図る発明が記載されている。

特開２０１４－１６１２１２号公報 特開２０１３－０９４０１９号公報

回転電機の固定子は、特に電圧が異なる異相のコイル間で高い絶縁性を保つ必要がある。特許文献１、２に記載の発明などの従来の技術では、コイルの巻線は、コイルエンドにおいて、異相のコイルに接する部分のみで絶縁被覆が厚い。このようなコイルは、異相のコイル間で絶縁性を向上させることができるが、巻線のどの部分を厚くするか予め定めて巻線を製造する必要があるので製造するのが難しいという課題がある。また、絶縁被覆の厚い部分が異相のコイルに接する部分に位置するように巻線を鉄心に巻きつけるのが難しいという課題もある。

また、鉄心のスロットに収容されたコイルは巻線をねじるツイスト成形により成形されるが、ねじられた巻線は、絶縁被膜が伸びてクラック（亀裂）が発生し、絶縁性が低下することが懸念される。

高出力かつ高効率で高品質の回転電機を提供するには、スロット内でのコイルの占有面積を大きくする必要があり、このためにはスロット内でのコイル間（特に、異相のコイル間）の絶縁性の向上が必要である。また、コイルの成形時にコイルの絶縁性が低下するのを防ぐ必要もある。

本発明は、コイルの絶縁性、特に異相のコイル間での絶縁性が向上した固定子と、この固定子を備えた回転電機を提供することを目的とする。

本発明による固定子は、複数のスロットを備える円筒形の固定子鉄心と、巻線で構成され、前記スロットに収容された固定子コイルとを備える。前記巻線は、表面に絶縁被膜を備え、前記スロットの内部において、長さ方向に垂直な断面での一部分の前記絶縁被膜が、前記一部分の、前記巻線の中心を挟んだ反対部分の前記絶縁被膜よりも厚い。前記スロットの内部において、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記巻線は、異相の前記固定子コイルと隣り合う部分の前記絶縁被膜が、異相の前記固定子コイルと隣り合う部分の前記反対部分の前記絶縁被膜よりも厚い。

本発明によると、コイルの絶縁性、特に異相のコイル間での絶縁性が向上した固定子と、この固定子を備えた回転電機を提供することができる。

本発明の実施例１による回転電機の断面図である。 固定子の全体斜視図である。 固定子鉄心の全体斜視図である。 回転子及び固定子鉄心の軸方向に垂直な断面図である。 固定子コイルを示す斜視図である。 固定子コイルの接続状態を示す概念図である。 固定子コイルを構成する巻線（固定子鉄心のスロットに収容される前の巻線）の形状を示す図である。 固定子コイルを構成する巻線（固定子鉄心のスロットに収容された後の巻線）の形状を示す図である。 ツイスト成形されて固定子鉄心のスロットに収容された巻線を示す図である。 固定子コイルの一相分であるＵ相コイルの斜視図である。 Ｕ１相コイルを示す斜視図である。 Ｕ２相コイルを示す斜視図である。 実施例１において、固定子鉄心のスロットに収容された巻線を示す、スロットの断面図である。 実施例１において、固定子鉄心のスロットに収容された別の巻線を示す、スロットの断面図である。 実施例２において、固定子鉄心のスロットに収容された巻線を示す、スロットの断面図である。 集中巻の固定子の斜視図である。 巻線が平角線の、集中巻の固定子の断面図である。 巻線が丸線の、集中巻の固定子の断面図である。 本発明の実施例による回転電機を搭載したハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）の概略構成を示す図である。

本発明による固定子では、固定子鉄心のスロットに巻回された固定子コイルの巻線は、表面に絶縁被膜を備え、スロットの内部において、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜が、この一部の部分の反対部分（巻線の中心を挟んで反対側の部分）の絶縁被膜よりも厚い。さらに、スロットの内部において、異相のコイルと隣り合う巻線は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜が、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分（巻線の中心を挟んで反対側の部分）の絶縁被膜よりも厚い。巻線は、巻線の長さ方向の全てにおいて、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜が、この一部の部分の反対部分の絶縁被膜よりも厚いのがより好ましい。

以下では、本発明の実施例による固定子と回転電機を説明する。本発明の実施例による回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機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、両方の電気自動車に利用できる。以下の実施例では、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ついて説明する。

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、径方向の内側（回転軸に近い部分である内径側）を指す。「外周側」は、内周側の逆方向、すなわち径方向の外側（回転軸から遠い部分である外径側）を指す。なお、これらの軸方向、周方向、及び径方向は、固定子や固定子鉄心の軸方向、周方向、及び径方向と、それぞれ同じ方向である。

初めに、本発明の実施例による回転電機を搭載した電気自動車の概略構成について説明する。

図１７は、本発明の実施例による回転電機を搭載したハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）の概略構成を示す図である。ＨＥＶは、前輪側の主動力として、エンジンＥＮＧと回転電機１０を備える。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に伝えられる。後輪の駆動については、後輪側に配置された回転電機１０と後輪側駆動輪ＲＷが機械的に接続され、回転電機１０の動力が後輪側駆動輪ＲＷに伝達される。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を始動し、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とを切り換える。回転電機１０の駆動動作と発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルク及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が発電動作を行うときは、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。

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によって回転子が回転すると、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これら２つの機能を選択的に利用することができる。

次に、本発明の実施例１による固定子と回転電機１０を説明する。

図１は、本実施例による回転電機１０の断面図である。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、固定子２０の内周側に配置された回転子１１とを備える。本実施例では、回転電機１０は、液冷ジャケット１３０の内部に設置されている。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、ハウジング５０の外周側に固定されている。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が構成されている。固定子２０は、円筒形の固定子鉄心１３２と、固定子コイルとを備える。固定子コイルは、コイルエンド６１、６２を備える。回転子１１は、回転子鉄心１２と、シャフト１３と、永久磁石１８とを備え、シャフト１３に固定される。シャフト１３は、回転電機１０の回転軸であり、液冷ジャケット１３０に設けられた軸受１４４、１４５に回転自在に支持されている。このため、液冷ジャケット１３０は、軸受ブラケットとも称される。

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、１５５を通って固定子２０にへ向けて流出し、固定子２０を冷却する。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、円筒形状であり、回転電機１０の外被を構成しており、枠体或いはフレームとも称される。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成形することで製作できる。また、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も製作できる。

ハウジング５０には、液冷ジャケット１３０に取り付けられた複数のフランジ（図示せず）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の一端面の周縁において、径方向外側に突設している。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に直接固定してもよい。

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に示すように、固定子２０は、固定子鉄心１３２と、巻線２８で構成された固定子コイル６０とを備える。固定子鉄心１３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて構成される。図２、３に示すように、固定子鉄心１３２は、その内周部に複数のスロット４２０を備える。固定子コイル６０は、スロット４２０に巻回されており、コイルエンド６１、６２を備える。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に伝わり、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより冷却される。

図４は、回転子１１及び固定子鉄心１３２の軸方向に垂直な断面図である。なお、図４では、シャフト１３を示すのを省略した。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて構成されている。シャフト１３は、図１に示すように、回転子鉄心１２の径方向の中心に固定されている。シャフト１３は、液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４、１４５に回転自在に保持されており、固定子２０の内周側の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、回転子１１は、永久磁石１８と、エンドリング（図示を省略）を備える。

図２～４に示すように、固定子鉄心１３２は、軸方向に平行な複数のスロット４２０を備える。スロット４２０は、周方向に等間隔となるように、固定子鉄心１３２に形成されている。スロット４２０の数は、例えば本実施例では７２個である。スロット４２０は、固定子コイル６０を収容する。スロット４２０の、固定子コイル６０を収容する部分をコイル装着部と呼ぶ。各スロット４２０の内周側は、開口している。スロット４２０の周方向の幅は、この開口部での幅が、コイル装着部での幅とほぼ等しいか、コイル装着部での幅よりも若干小さい。図２に示すように、スロット４２０の内部には、スロットライナー３１０と呼ばれる絶縁部材（例えば、絶縁紙）が、スロット４２０と固定子コイル６０との間に設置されている。

図２～４に示すように、スロット４２０間には、ティース４３０が形成されている。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。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である。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円環形状に成形し、成形された円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して溶接することで製作できる。図２、３に示すように、複数の電磁鋼板が溶接された部分である溶接部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、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、複数の電磁鋼板を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よい。

図４に示すように、回転子鉄心１２は、等間隔に形成された磁石挿入孔８１０を備える。各磁石挿入孔８１０の内部には、矩形形状の永久磁石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の周方向の幅は、永久磁石１８の周方向の幅よりも大きく、永久磁石１８の周方向の両側には磁気的空隙１５６が設けられている。磁気的空隙１５６には、永久磁石１８との間に接着剤が埋め込まれてもよいし、永久磁石１８を固めて一体にした成形樹脂が設けられてもよい。永久磁石１８は、回転子１１の界磁極を形成する作用を持つ。本実施例では、１つの永久磁石１８で１つの磁極を形成する構成を例示しているが、各磁極を構成する永久磁石１８の数は複数でもよい。永久磁石１８の数を増やすと、永久磁石１８で形成される磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大させることができる。

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が、固定子２０側の面（外周側の側面）がＮ極に磁化されており、回転軸側の面（内周側の側面）がＳ極に磁化されていたとすると、この永久磁石１８による磁極の隣の磁極を形成する永久磁石１８は、固定子２０側の面がＳ極に磁化されており、回転軸側の面がＮ極に磁化されている。すなわち、これらの永久磁石１８は、磁化方向が周方向に磁極毎に交互に変わるように磁化されて、配置されている。本実施例では、各永久磁石１８は、等間隔に１２個配置されており、回転子１１は、１２極の磁極を形成している。

永久磁石１８には、ネオジム系やサマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、及びネオジム系のボンド磁石などを用いることができる。本実施例では、図４に示すように、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。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を発生させることができる。

図５は、固定子コイル６０を示す斜視図である。図６は、固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。本実施例では、固定子コイル６０は、図６に示す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である。すなわち、固定子コイル６０は、Ｕ１相コイル６０Ｕ１、Ｖ１相コイル６０Ｖ１、及び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、及びＷ２相コイル６０Ｗ２のスター結線とを備える。これら２つのスター結線は、それぞれの中性点Ｎ１、Ｎ２を有する。Ｕ１相コイル６０Ｕ１とＵ２相コイル６０Ｕ２は、Ｕ相コイル６０Ｕを構成する。Ｖ１相コイル６０Ｖ１とＶ２相コイル６０Ｖ２は、Ｖ相コイル６０Ｖを構成する。Ｗ１相コイル６０Ｗ１とＷ２相コイル６０Ｗ２は、Ｗ相コイル６０Ｗを構成する。

固定子コイル６０を構成する巻線２８は、長さ方向に垂直な断面が四角形状の平角線であってもよく、この断面が丸形状の丸線であってもよい。ただし、スロット４２０の内部の空間をできるだけ有効に利用し、スロット４２０内で巻線２８が占める空間が多いと効率が向上する傾向にあるため、平角線の方が丸線よりも効率向上の点で望ましい。なお、平角線の断面の各辺の長さは、固定子鉄心１３２の径方向が長くてもよく、周方向が長くてもよい。

本実施例では、固定子コイル６０の巻線２８は、断面が長方形の平角線であり、長方形断面の長辺がスロット４２０内において周方向に沿い、短辺が径方向に沿う。

固定子コイル６０の巻線２８は、導体部であるセグメント導体と、巻線２８の表面に設けられた絶縁被膜を備える。絶縁被膜は、セグメント導体の外周を覆う。セグメント導体には、例えば、無酸素銅や有酸素銅を用いることができる。例えば、セグメント導体に用いられる有酸素銅は、酸素含有率がおよそ１０ｐｐｍ以上から１０００ｐｐｍ程度である。絶縁被膜には、例えば、エナメルや樹脂を用いることができる。

図７Ａと図７Ｂは、固定子コイル６０を構成する巻線２８を説明する図である。図７Ａは、固定子鉄心１３２のスロット４２０に収容される前の巻線２８の形状を示す図である。図７Ｂは、固定子鉄心１３２のスロット４２０に収容された後の巻線２８の形状を示す図である。巻線２８は、平角線で構成されており、直線部分である一対の脚部２８Ｂと、これらを連結する頭頂部２８Ｃとを有する略Ｕ字形状である。脚部２８Ｂは、一端が頭頂部２８Ｃにつながり、他端が巻線２８の端部２８Ｅである。

巻線２８同士を接続して各相の固定子コイル６０を形成するときは、図７Ｂに示すように、巻線２８の一対の脚部２８Ｂを、固定子鉄心１３２の軸方向の一方（図７Ｂでは上方）からそれぞれ異なるスロット４２０に挿入する。その後、固定子鉄心１３２の軸方向の他方（図７Ｂでは下方）にスロット４２０から突出した脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２を、接続すべき巻線２８の方向（周方向）に折り曲げる。そして、折り曲げた脚部２８Ｂ１の端部２８Ｅと、折り曲げた脚部２８Ｂ２の端部２８Ｅとを、互いに溶接する。巻線２８の頭頂部２８Ｃは、固定子鉄心１３２の軸方向の一方にスロット４２０から突出する。従って、固定子コイル６０では、複数の端部２８Ｅと複数の頭頂部２８Ｃが固定子鉄心１３２から突出する。

図５に示すように、固定子鉄心１３２の軸方向の一方から突出する頭頂部２８Ｃの集合は、固定子コイル６０の軸方向の一方側のコイルエンド６１を構成する。固定子鉄心１３２の軸方向の他方から突出する端部２８Ｅの集合は、固定子コイル６０の軸方向の他方側のコイルエンド６２を構成する。以下では、コイルエンド６１を反溶接側コイルエンド６１とも呼び、コイルエンド６２を溶接側コイルエンド６２とも呼ぶ。

図６に示すように、Ｕ１相コイル６０Ｕ１の一端には、口出し線４１Ｕ１が接続され、Ｕ２相コイル６０Ｕ２の一端には、口出し線４１Ｕ２が接続されている。Ｖ相についても同様に、Ｖ１相コイル６０Ｖ１の一端には、口出し線４１Ｖ１が接続され、Ｖ２相コイル６０Ｖ２の一端には、口出し線４１Ｖ２が接続されている。Ｗ相についても同様に、Ｗ１相コイル６０Ｗ１の一端には、口出し線４１Ｗ１が接続され、Ｗ２相コイル６０Ｗ２の一端には、口出し線４１Ｗ２が接続されている。

図５に示すように、反溶接側コイルエンド６１では、口出し線４１Ｕ１と口出し線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。Ｖ相についても同様に、反溶接側コイルエンド６１では、口出し線４１Ｖ１と口出し線４１Ｖ２とは、交流端子４２Ｖにより１つに纏められている。Ｗ相についても同様に、反溶接側コイルエンド６１では、口出し線４１Ｗ１と口出し線４１Ｗ２とは、交流端子４２Ｗにより１つに纏められている。

また、図５に示すように、反溶接側コイルエンド６１には、中性点結線用導体４０Ｎ１と中性点結線用導体４０Ｎ２が配置されている。中性点結線用導体４０Ｎ１は、図６に示したＵ１相コイル６０Ｕ１、Ｖ１相コイル６０Ｖ１、及びＷ１相コイル６０Ｗ１のスター結線における中性点Ｎ１で、これら３相のコイルを接続する。中性点結線用導体４０Ｎ２は、図６に示したＵ２相コイル６０Ｕ２、Ｖ２相コイル６０Ｖ２、及びＷ２相コイル６０Ｗ２のスター結線における中性点Ｎ２で、これら３相のコイルを接続する。

固定子鉄心１３２には、分布巻の方式で巻線２８が巻かれている。分布巻とは、巻線２８が、複数のスロット４２０（図３参照）に分布して収容されるように、固定子鉄心１３２に巻かれる方式である。本実施例では、巻線２８が分布巻で巻かれているので、形成された磁束分布は、集中巻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という特徴がある。このため、本実施例による回転電機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の斜視図である。図６に示すように、Ｕ相コイル６０Ｕは、並列接続された２つのスター結線であるＵ１相コイル６０Ｕ１と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。Ｕ１相コイル６０Ｕ１を構成する巻線２８の一端は、交流端子４２Ｕに接続され、他端は、中性点結線用導体４０Ｎ１に接続されている（図６も参照）。

図１０は、Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。Ｕ２相コイル６０Ｕ２を構成する巻線２８の一端は、交流端子４２Ｕに接続され、他端は、中性点結線用導体４０Ｎ２に接続されている（図６も参照）。

図１１は、固定子鉄心１３２のスロット４２０に収容された巻線２８を示す図であり、スロット４２０の断面図である。図１１に示す固定子鉄心１３２には、スロット４２０に、Ｕ１相コイル６０Ｕ１を構成する巻線２８と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２を構成する巻線２８と、Ｗ１相コイル６０Ｗ１を構成する巻線２８と、Ｗ２相コイル６０Ｗ２を構成する巻線２８とが、径方向に並んで収容されている。

巻線２８は、導体部であるセグメント導体２８Ｇと、巻線２８の表面に設けられてセグメント導体２８Ｇの外周を覆う絶縁被膜２８Ｈとを備える。巻線２８は、スロット４２０の内部において、径方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと、他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが互いに異なる。さらに、スロット４２０の内部において、異相のコイルと径方向で隣り合う巻線２８は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈが、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分（巻線の中心を挟んだ径方向の反対部分）の絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。

図１１に示した構成では、スロット４２０の内部において、Ｕ２相コイル６０Ｕ２を構成する巻線２８（２８ａ）は、Ｗ１相コイル６０Ｗ１と径方向で隣り合い、Ｗ１相コイル６０Ｗ１と隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、巻線２８ａのＷ１相コイル６０Ｗ１と隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。また、スロット４２０の内部において、Ｗ１相コイル６０Ｗ１を構成する巻線２８（２８ｂ）は、Ｕ２相コイル６０Ｕ２と径方向で隣り合い、Ｕ２相コイル６０Ｕ２と隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、巻線２８ｂのＵ２相コイル６０Ｕ２と隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。また、スロット４２０の内部において、巻線２８は、同相のコイルと隣り合う部分のうち、径方向の一方での絶縁被膜２８Ｈが、径方向の他方での絶縁被膜２８Ｈよりも薄い。

固定子鉄心１３２のスロット４２０の内部では、異相のコイルの巻線２８と隣り合う巻線２８（２８ａ、２８ｂ）は、絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴ同士が隣り合い、異相のコイル間での絶縁性が向上する。このため、異相のコイル間に絶縁部材（例えば、絶縁紙）を配置する必要がない。

巻線２８は、スロット４２０の内部だけでなく、長さ方向の全てにおいて、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜が、この部分の反対部分の絶縁被膜よりも厚いのが好ましい。このような巻線２８を用いると、スロット４２０の内部で、巻線２８の径方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが異なり、異相のコイルと径方向で隣り合う巻線２８の、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚くなるように、巻線２８を固定子鉄心１３２に巻きつけるのが容易である。このような巻線２８は容易に製造できるので、このような巻線２８を固定子鉄心１３２に巻きつけることで、固定子２０を容易に製造することができる。

さらに、巻線２８は、絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴを備えるので、ツイスト成形により成形されるときに、頭頂部２８Ｃの絶縁被膜２８Ｈに亀裂が発生し、巻線２８の絶縁性が低下するのを防止することができる。

図７Ｃは、ツイスト成形されて固定子鉄心１３２のスロット４２０に収容された巻線２８を示す図である。図７Ｃでは、巻線２８の絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴにハッチングをつけている。

巻線２８のスロット４２０から突出する頭頂部２８Ｃは、巻線２８がスロット４２０に収容されると、ねじられて（すなわち、ツイスト成形により）成形される。スロット４２０に収容された巻線２８は、頭頂部２８Ｃを頂部とする略Ｕ字形状であり、ツイスト成形時に略Ｕ字形状の外周部分が伸びる。このため、巻線２８の頭頂部２８Ｃは、ツイスト成形時にねじられて、外周部分の絶縁被膜２８Ｈが伸びて亀裂が発生する可能性がある。

図１１に示した構成では、巻線２８が頭頂部２８Ｃでも絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴを備えるので、ツイスト成形時に伸びる部分に絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴが位置すると、ツイスト成形時に巻線２８がねじられても、頭頂部２８Ｃで絶縁被膜２８Ｈに亀裂が発生するのを防止できる。これにより、反溶接側コイルエンド６１において、固定子コイル６０同士の絶縁性を向上することができる。

なお、スロット４２０と固定子コイル６０との間に設置されたスロットライナー３１０は、角筒形状に成形したものを用いることができる。スロットライナー３１０は、このような簡易な形状でも、スロット４２０内の固定子コイル６０を囲って、固定子鉄心１３２と固定子コイル６０とを絶縁することができる。

図１２は、固定子鉄心１３２のスロット４２０に収容された別の巻線２８を示す図であり、スロット４２０の断面図である。図１２において、図１１と同様の構成については説明を省略する。

巻線２８は、平角線であり、巻線２８を構成する４つの面のうち、互いに隣接する２つの面での絶縁被膜２８Ｈが、これら２つの面が向かい合う２つの面（これら２つの面の、巻線２８の中心を挟んで反対側の２つの面）での絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。

図１２に示した巻線２８は、スロット４２０の内部において、径方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと、他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが異なるとともに、周方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと、他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが異なる。すなわち、巻線２８は、スロット４２０の内部において、周方向と径方向とで一方の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が厚く、他方の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）が薄い。スロット４２０で径方向に隣り合う２つの巻線２８において、一方の巻線２８での周方向で絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴと、他方の巻線２８での周方向で絶縁被膜２８Ｈが薄い部分２８Ｈｔは、径方向で隣り合う。すなわち、スロット４２０に径方向に並んだ巻線２８において、絶縁被膜２８Ｈの周方向の厚さが厚い部分２８Ｈ）と薄い部分２８Ｈｔは、径方向に交互に並ぶ。

さらに、スロット４２０の内部において、異相のコイルと径方向で隣り合う巻線２８は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分（巻線の中心を挟んだ反対部分）の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。このため、スロット４２０の内部では、異相のコイルの巻線２８と隣り合う巻線２８（２８ａ、２８ｂ）は、絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴ同士が隣り合い、異相のコイル間での絶縁性が向上する。このため、異相のコイル間に、絶縁部材（例えば、絶縁紙）を配置する必要がない。

図７Ｂを用いて説明したように、スロット４２０から突出した巻線２８の脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２は、接続すべき巻線２８の方向（周方向）に折り曲げられ、折り曲げられた脚部２８Ｂ１の端部２８Ｅと、折り曲げられた脚部２８Ｂ２の端部２８Ｅとが互いに溶接される。脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２は、折り曲げられると、外周部分の絶縁被膜２８Ｈが伸びて亀裂が発生する可能性がある。

図１２に示した構成では、巻線２８が脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２でも絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴを備えるので、脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２が折り曲げられるときに伸びる部分に絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴが位置すると、脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２が周方向に折り曲げられても、脚部２８Ｂ１、２８Ｂ２で絶縁被膜２８Ｈに亀裂が発生するのを防止できる。これにより、溶接側コイルエンド６２において、固定子コイル６０同士の絶縁性を向上することができる。

さらに、図１２に示した構成では、図１１に示した構成と同様に、巻線２８は、頭頂部２８Ｃでも絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴを備えるので、ツイスト成形により成形されるときに、頭頂部２８Ｃの絶縁被膜２８Ｈに亀裂が発生し、絶縁性が低下するのを防止することができる。これにより、反溶接側コイルエンド６１において、固定子コイル６０同士の絶縁性を向上することができる。

巻線２８は、スロット４２０の内部だけでなく、長さ方向の全てにおいて、図１２に示すように、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜が、この部分の反対部分の絶縁被膜よりも厚いのが好ましい。巻線２８が平角線であれば、巻線２８は、長さ方向の全てにおいて、巻線２８を構成する４つの面のうち、互いに隣接する２つの面での絶縁被膜が、これら２つの面が向かい合う２つの面（これら２つの面の、巻線の中心を挟んで反対側の２つの面）での絶縁被膜よりも厚いのが好ましい。

なお、図１２に示した構成でも、スロット４２０と固定子コイル６０との間に設置されたスロットライナー３１０は、角筒形状に成形したものを用いることができる。スロットライナー３１０は、このような簡易な形状でも、スロット４２０内の固定子コイル６０を囲って、固定子鉄心１３２と固定子コイル６０とを絶縁することができる。

本発明の実施例２による固定子２０と回転電機１０を説明する。以下では、本実施例について、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。本実施例では、固定子鉄心１３２には、重ね巻の方式で巻線２８が巻かれている。

図１３は、固定子鉄心１３２のスロット４２０に収容された巻線２８を示す図であり、スロット４２０の断面図である。図１３に示す固定子鉄心１３２には、スロット４２０に、Ｕ相コイル６０Ｕを構成する巻線２８と、Ｗ相コイル６０Ｗを構成する巻線２８とが、径方向に並んで収容されている。重ね巻の方式では、巻線２８が、複数回巻回されてスロット４２０に収容される。

巻線２８は、導体部であるセグメント導体２８Ｇと、巻線２８の表面に設けられてセグメント導体２８Ｇの外周を覆う絶縁被膜２８Ｈとを備える。巻線２８は、スロット４２０の内部において、径方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと、他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが互いに異なる。さらに、スロット４２０の内部において、異相のコイルと径方向で隣り合う巻線２８は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈが、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。

図１３に示した構成では、スロット４２０の内部において、Ｕ相コイル６０Ｕを構成する巻線２８（２８ａ）は、径方向の内側での絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、径方向の外側での絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。また、スロット４２０の内部において、Ｗ相コイル６０Ｗを構成する巻線２８（２８ｂ）は、径方向の外側での絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、径方向の内側での絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。さらに、スロット４２０の内部において、Ｕ相コイル６０Ｕを構成する巻線２８（２８ａ）は、Ｗ相コイル６０Ｗと径方向で隣り合い、Ｗ相コイル６０Ｗと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、巻線２８ａのＷ相コイル６０Ｗと隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。また、スロット４２０の内部において、Ｗ相コイル６０Ｗを構成する巻線２８（２８ｂ）は、Ｕ相コイル６０Ｕと径方向で隣り合い、Ｕ相コイル６０Ｕと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、巻線２８ｂのＵ相コイル６０Ｕと隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。

固定子鉄心１３２のスロット４２０の内部では、異相のコイルの巻線２８と隣り合う巻線２８（２８ａ、２８ｂ）は、絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴ同士が隣り合い、異相のコイル間での絶縁性が向上する。このため、異相のコイル間に、絶縁部材（例えば、絶縁紙）を配置する必要がない。

巻線２８は、実施例１と同様に、スロット４２０の内部だけでなく、長さ方向の全てにおいて、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜が、この部分の反対部分の絶縁被膜よりも厚いのが好ましい。

また、実施例１と同様に、巻線２８が頭頂部２８Ｃでも絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴを備えるので、ツイスト成形時に伸びる部分に絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴが位置すると、ツイスト成形時に巻線２８がねじられても、頭頂部２８Ｃで絶縁被膜２８Ｈに亀裂が発生するのを防止できる。これにより、反溶接側コイルエンド６１において、固定子コイル６０同士の絶縁性を向上することができる。

なお、スロット４２０と固定子コイル６０との間に設置されたスロットライナー３１０は、実施例１と同様に、角筒形状に成形したものを用いることができる。

本発明の実施例３による固定子２０と回転電機１０を説明する。以下では、本実施例について、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。本実施例では、固定子鉄心１３２には、集中巻の方式で巻線２８が巻かれている。

図１４は、集中巻の固定子３３の斜視図である。集中巻の固定子３３は、分割された固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０と、固定子鉄心１３２に設けられたボビン７８を備える。ボビン７８は、固定子鉄心１３２と固定子コイル６０とを絶縁するための部材であり、例えば樹脂で構成される。固定子コイル６０を構成する巻線２８には、平角線や丸線などを用いることができる。

図１５は、集中巻の固定子３３の断面図である。図１５には、互いに隣り合う２つの固定子鉄心１３２ａ、１３２ｂと、固定子鉄心１３２ａに巻回されたＵ相コイル６０Ｕと、固定子鉄心１３２ｂに巻回されたＷ相コイル６０Ｗとを示している。固定子コイル６０（６０Ｕ、６０Ｗ）を構成する巻線２８は、径方向と周方向に並んでスロット４２０に収容される。固定子鉄心１３２と固定子コイル６０の間には、ボビン７８が配置される。巻線２８は、平角線であるとする。

巻線２８は、導体部であるセグメント導体２８Ｇと、巻線２８の表面に設けられてセグメント導体２８Ｇの外周を覆う絶縁被膜２８Ｈとを備える。巻線２８は、スロット４２０の内部において、周方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと、他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが異なる。さらに、スロット４２０の内部において、異相のコイルと周方向で隣り合う巻線２８は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈが、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。

図１５に示した構成では、スロット４２０の内部において、Ｕ相コイル６０Ｕを構成する巻線２８（２８ａ）は、周方向でＷ相コイル６０Ｗに隣り合う部分での絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、この部分と巻線の中心を挟んで反対側の部分での絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。また、スロット４２０の内部において、Ｗ相コイル６０Ｗを構成する巻線２８（２８ｂ）は、周方向でＵ相コイル６０Ｕに隣り合う部分での絶縁被膜２８Ｈ（２８ＨＴ）が、この部分と巻線の中心を挟んで反対側の部分での絶縁被膜２８Ｈ（２８Ｈｔ）よりも厚い。すなわち、スロット４２０の内部において、異相のコイルと対向する巻線２８（２８ａ、２８ｂ）は、絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴを、異相のコイルと対向する部分に持つ。

固定子鉄心１３２のスロット４２０の内部では、異相のコイルの巻線２８と隣り合う巻線２８（２８ａ、２８ｂ）は、絶縁被膜２８Ｈが厚い部分２８ＨＴ同士が隣り合い、異相のコイル間での絶縁性が向上する。このため、異相のコイル間に、絶縁部材（例えば、絶縁紙）を配置する必要がない。

図１６は、図１５と同様に、集中巻の固定子３３の断面図である。図１６に示す固定子３３は、図１５に示した固定子３３と同様の構成を備えるが、巻線２８が丸線であることが図１５に示した固定子３３と異なる。

図１６に示す固定子３３でも、図１５に示した固定子３３と同様に、巻線２８は、スロット４２０の内部において、周方向の一方の絶縁被膜２８Ｈの厚さと、他方の絶縁被膜２８Ｈの厚さが異なる。さらに、スロット４２０の内部において、異相のコイルと周方向で隣り合う巻線２８は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈが、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。すなわち、スロット４２０の内部において、異相のコイルと対向する巻線２８（２８ａ、２８ｂ）は、絶縁被膜２８Ｈの厚い部分２８ＨＴを、異相のコイルと対向する部分に持つ。このため、図１６に示す固定子３３でも、異相のコイル間での絶縁性が向上する。

以上説明したように、本発明の実施例による固定子は、巻線２８は、スロット４２０の内部において、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜２８Ｈが、この一部の部分の反対（巻線２８の中心を挟んで反対側の部分）の絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。さらに、スロット４２０の内部において、異相のコイルと隣り合う巻線２８は、異相のコイルと隣り合う部分の絶縁被膜２８Ｈが、異相のコイルと隣り合う部分の反対部分（巻線２８の中心を挟んで反対側の部分）の絶縁被膜２８Ｈよりも厚い。巻線２８は、巻線２８の長さ方向の全てにおいて、長さ方向に垂直な断面での一部の絶縁被膜２８Ｈが、この一部の部分の反対部分の絶縁被膜２８Ｈよりも厚いのがより好ましい。

本発明の実施例による固定子では、スロット４２０の内部において、異相間のコイルの絶縁性を向上でき、コイルエンド６１、６２において、巻線２８のねじりや折り曲げによって絶縁被膜２８Ｈに亀裂が発生するのを防止できる。異相間のコイルの絶縁性が向上するので、異相のコイル間に絶縁部材（例えば、絶縁紙）を配置する必要がない。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

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、２８ａ、２８ｂ…巻線、２８Ｂ、２８Ｂ１、２８Ｂ２…脚部、２８Ｃ…頭頂部、２８Ｅ…端部、２８Ｇ…セグメント導体、２８Ｈ…絶縁被膜、２８ＨＴ…絶縁被膜が厚い部分、２８Ｈｔ…絶縁被膜が厚い部分の反対部分の絶縁被膜、３３…集中巻の固定子、４０Ｎ１、４０Ｎ２…中性点結線用導体、４１Ｕ１、４１Ｕ２、４１Ｖ１、４１Ｖ２、４１Ｗ１、４１Ｗ２…口出し線、４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ…交流端子、５０…ハウジング、６０…固定子コイル、６０Ｕ…Ｕ相コイル、６０Ｖ…Ｖ相コイル、６０Ｗ…Ｗ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…コイルエンド（反溶接側コイルエンド）、６２…コイルエンド（溶接側コイルエンド）、７８…ボビン、１３０…液冷ジャケット、１３２、１３２ａ、１３２ｂ…固定子鉄心、１４４、１４５…軸受、１５０…冷媒貯蔵空間、１５３、１５４、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、８１０…磁石挿入孔、ＥＮＧ…エンジン、ＴＲ…変速機、ＦＷ…前輪側駆動輪、ＲＷ…後輪側駆動輪、ＩＮＶ…電力変換装置、ＢＡＴ…バッテリ、ＲＦ…冷媒、Ｎ１、Ｎ２…中性点。

Claims (7)

1. 複数のスロットを備える円筒形の固定子鉄心と、
   巻線で構成され、前記スロットに収容された固定子コイルと、
   を備え、
   前記巻線は、表面に絶縁被膜を備え、長さ方向の全てにおいて、前記長さ方向に垂直な断面での一部分の前記絶縁被膜が、前記一部分の、前記巻線の中心を挟んだ反対部分の前記絶縁被膜よりも厚く、
   前記スロットの内部において、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記巻線は、異相の前記固定子コイルと隣り合う部分の前記絶縁被膜が、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記部分の前記反対部分の前記絶縁被膜よりも厚い、
   ことを特徴とする固定子。
2. 前記巻線は、前記スロットの内部において、前記固定子鉄心の径方向に並んで収容されており、
   前記スロットの内部において、異相の前記固定子コイルと前記径方向で隣り合う前記巻線は、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記部分の前記絶縁被膜が、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記部分の、前記径方向の前記反対部分の前記絶縁被膜よりも厚い、
   請求項１に記載の固定子。
3. 前記巻線は、前記スロットの内部において、前記固定子鉄心の周方向に並んで収容されており、
   前記スロットの内部において、異相の前記固定子コイルと前記周方向で隣り合う前記巻線は、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記部分の前記絶縁被膜が、異相の前記固定子コイルと隣り合う前記部分の、前記周方向の前記反対部分の前記絶縁被膜よりも厚い、
   請求項１に記載の固定子。
4. 前記巻線は、平角線であり、前記巻線を構成する４つの面のうち、互いに隣接する２つの面での前記絶縁被膜が、前記２つの面が向かい合う２つの面での前記絶縁被膜よりも厚い、
   請求項１に記載の固定子。
5. 前記巻線は、平角線である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子。
6. 前記巻線は、丸線である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子。
7. 請求項１から６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配置され、回転可能に支持された回転子と、
   を備える、
   ことを特徴とする回転電機。

Images