WO2018012554A1 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

回転電機の固定子（１３）において、各相巻線は、それぞれ相ごとの並列巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）が並列接続されてなり、各相の並列巻線はそれぞれ、並列巻線を構成する複数の部分巻線のうち電源側に接続される動力線部分巻線（Ｃ１）と、中性点に接続される中性線部分巻線（Ｃ２）と、動力線部分巻線と中性線部分巻線との中間に位置する５ピッチ渡り線（６１，６３）及び７ピッチ渡り線（６２）の少なくとも片方と、を有している。そして、３相のうち２相については５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置されるとともに、残りの１相については２本の５ピッチ渡り線が周方向に互いに離隔するように配置され、動力線部分巻線は、同相の動力線部分巻線が隣同士になるか、異相の中性線部分巻線が隣になるかのいずれかになっている。

Description

回転電機の固定子 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年７月１５日に出願された日本出願番号２０１６－１４０８０８号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、車両等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機の固定子に関するものである。

　従来、車両に搭載されて使用される回転電機として、回転可能に設けられた回転子と、該回転子と径方向に対向して配置された固定子とを備えたものが一般に知られている。固定子は、周方向に配列された複数のスロットを有する固定子コアと、該固定子コアの複数のスロットに巻装された固定子巻線とを備えている。

　また、固定子巻線として、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相巻線がそれぞれ２並列に電気的に接続された並列巻線を有し、その各相巻線が星型結線により結線された構成が知られている（例えば特許文献１参照）。こうして各相巻線として２並列の並列巻線を有する構成では、固定子コアにおいて隣り合う２スロットずつで同相の並列巻線が所定順序で巻装される。また、各相における並列巻線の循環電流の均衡を図るには、それら並列巻線を隣り合う２スロットに対して均等に配置することが望ましい。そのため、各並列巻線において、始端から終端まで間の中間位置で、渡り線を用いて並列巻線のスロット相互入れ替えを行うようにしている。

特開２０１２－９５４８０号公報

　上記のように２並列の並列巻線を有する構成では、固定子のコイルエンド部においていずれかの相の動力線とそれとは異なる相の部分巻線とが隣同士となり、それに起因して、巻線間の電位差が高くなることが生じうる。具体的には、例えば、各相の動力線が２スロットずつ隣同士に設けられるとともに、各相の動力線の間に各相の中性線が２スロットずつ隣同士に設けられている構成では、固定子コアの周方向に、Ｖ中性線－Ｕ動力線－Ｗ中性線－Ｖ動力線－Ｕ中性線－Ｗ動力線がこの順序で並び、さらにＷ動力線の隣に異相の一般巻線（Ｖ一般線）が並ぶことが考えられる（図１２（ｂ）のα部参照）。かかる場合、Ｗ動力線とＶ一般線とが隣同士となることで、異相の線間の電位差が大きくなり、絶縁性の低下が懸念される。

　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、固定子巻線において高い絶縁性を実現することができる回転電機の固定子を提供することにある。

　以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。なお以下においては、理解の容易のため、開示の実施の形態において対応する構成の符号を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

　第１の開示では、
　円環状をなし、周方向に１相１極あたり２個の割合で配置された複数のスロットを有する固定子コアと、
　前記スロットに巻装された３相の相巻線を有する固定子導線と、
を備える回転電機の固定子において、
　前記各相巻線は、それぞれ相ごとの並列巻線が並列接続されてなり、
　各相の前記並列巻線はそれぞれ、当該並列巻線を構成する複数の部分巻線のうち電源側に接続される動力線部分巻線と、中性点に接続される中性線部分巻線と、前記動力線部分巻線と前記中性線部分巻線との中間に位置し、周方向に５スロットピッチで渡る５ピッチ渡り線及び７スロットピッチで渡る７ピッチ渡り線の少なくとも片方と、を有し、
　前記３相のうち２相については前記５ピッチ渡り線及び前記７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置されるとともに、残りの１相については２本の前記５ピッチ渡り線が周方向に互いに離隔するように配置され、前記動力線部分巻線は、同相の前記動力線部分巻線が隣同士になるか、異相の中性線部分巻線が隣になるかのいずれかになっている。

　上記固定子では、固定子コアにおいて、周方向に１相１極あたり２個の割合で複数のスロットが配置されている。また、固定子巻線としての各相巻線は、それぞれ相ごとの並列巻線よりなる。そして、かかる構成において、各相の渡り線構造として、３相のうち２相については５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線を軸方向に重ねて配置するとともに、残りの１相については２本の５ピッチ渡り線を周方向に互いに離隔するように配置した。すなわち１相のみについて、２本の５ピッチ渡り線を周方向に分散配置した。そしてこれにより、各相の動力線部分巻線について、同相の動力線部分巻線が隣同士になるか、異相の中性線部分巻線が隣になるかのいずれかになるようにした。

　上記構成によれば、各相の渡り線の配置によって、各相の動力線部分巻線について、異相の部分巻線（ただし中性線部分巻線を除く）が隣同士になることが抑制され、ひいては動力線部分巻線とその隣線との間に高い電位差が生じることが抑制される。その結果、固定子巻線において高い絶縁性を実現することができる。

　第２の開示では、前記固定子コアの端面側のコイルエンド部において、異相の３本の前記中性線部分巻線が接続される中性線接続部を２カ所有する。

　相ごとに並列巻線が並列接続されて各相の相巻線が形成される構成において、中性線接続部を２カ所有することで、中性線同士を接続して中性点を形成する際の部分巻線やバスバーの取り回しが簡易となる。

　またこの場合、上記のごとく３相のうち２相については５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置されるとともに、残りの１相については２本の５ピッチ渡り線が周方向に分散配置されているため、１相については一対の中性線部分巻線が異相の中性線部分巻線を周方向に挟んだ位置にそれぞれ配置されることとなる。これにより、例えば全３相について５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置される構成、すなわち２本の５ピッチ渡り線が分散配置される相を有しない構成に比べて、コイルエンド部における中性線同士の交差箇所を少なくすることができる。これにより、中性線構造の簡略化や、中性線交差部における絶縁不良抑制の効果を実現できる。

　第３の開示では、前記固定子コアの端面側のコイルエンド部において、前記中性線部分巻線のうち同相でかつ隣り合うもの同士が周方向に分散するように延びており、その先端部が前記中性線接続部にて接続されている。

　２カ所の中性線接続部を有する構成において、中性線部分巻線のうち同相でかつ隣り合うもの同士が周方向に分散するように延びており、その先端部が中性線接続部にて接続されているため、コイルエンド部における中性線同士の交差箇所をより一層少なくすることができる。

　第４の開示では、各相の前記並列巻線における前記中性線部分巻線について少なくとも２つの異相の前記中性線部分巻線を接続する２本の中性線バスバーを備え、前記中性線バスバーは、各々異なる前記中性線部分巻線の組み合わせでかつ両端に全ての相の前記中性線部分巻線が含まれるように前記中性線部分巻線に接続されている。

　中性線バスバーが、各々異なる中性線部分巻線の組み合わせでかつ両端に全ての相の中性線部分巻線が含まれるように中性線部分巻線に接続されている構成とした。これにより、或る相から他の相へ電流が流れる場合において、電流が分散されることで電流密度の増加を抑制でき、各中性線バスバーに過度な電流が流れることが抑制される。そのため、過電流による絶縁不良を抑制することができる。

　第５の開示では、各相の前記並列巻線における前記中性線部分巻線について異なる２相の前記中性線部分巻線を組み合わせてなる複数の巻線端部を備え、前記中性線バスバーは、前記巻線端部同士を接続するものであり、各々異なる前記中性線部分巻線の組み合わせでかつ両端に全ての相の前記中性線部分巻線が含まれるように前記巻線端部に接続されている。

　複数の巻線端部を、それぞれ異なる２相の中性線部分巻線を組み合わせるものとした。これにより、異なる相間で電流が流れる場合に、一方の中性線バスバーを介して電流が流れる通電経路と、他方の中性線バスバーを介して電流が流れる通電経路とに加え、いずれの中性線バスバーも介さずに電流が直接流れる通電経路が形成される。この場合、中性線バスバーに流れる電流を一層低減させることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態に係る固定子を搭載した回転電機の軸方向断面図であり、 図２は、固定子の全体を示す斜視図であり、 図３は、固定子コアに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図であり、 図４は、巻線を構成する導線材の断面図であり、 図５は、固定子の部分断面図であり、 図６は、固定子巻線の結線図であり、 図７は、相巻線の巻線仕様を説明するための説明図であり、 図８は、相巻線の部分巻線を示す結線図であり、 図９は、固定子の部分斜視図であり、 図１０は、固定子の部分斜視図であり、 図１１は、（ａ）は、スロット最外層における渡り線の配置を示す説明図、（ｂ）は、スロット最内層における動力線及び中性線の配置を示す説明図であり、 図１２は、比較例の固定子の部分斜視図であり、 図１３は、各相の中性線部分巻線の取り回しを示す説明図であり、 図１４は、各相の中性線部分巻線の取り回しを示す説明図であり、 図１５は、第２実施形態における固定子の部分斜視図であり、 図１６は、中性線部分巻線の実態配線図であり、 図１７は、中性線部分巻線の実態配線図であり、 図１８は、別の形態において、（ａ）は、スロット最外層における渡り線の配置を示す説明図、（ｂ）は、スロット最内層における動力線及び中性線の配置を示す説明図である。

　以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

　（第１実施形態）
　本実施形態に係る回転電機１０は、車両用交流発電機として用いられるものである。回転電機１０は、図１に示すように、回転軸１１に固定された回転子１２と、回転子１２を包囲する位置に設けられる固定子１３と、これら回転子１２及び固定子１３を収容するハウジング１４とを備えている。ハウジング１４は、有底筒状の一対のハウジング部材１４ａ，１４ｂを有し、ハウジング部材１４ａ，１４ｂが開口部同士で接合された状態でボルト１５の締結により一体化されている。

　ハウジング１４には軸受け１６，１７が設けられ、この軸受け１６，１７により回転軸１１及び回転子１２が回転自在に支持されている。回転子１２は、固定子１３の内周側と径方向に対向する外周側に、周方向に所定距離を隔てて極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有する。これらの磁極は、回転子１２の所定位置に埋設された複数の永久磁石により形成されている。回転子１２の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

　次に、固定子１３について説明する。固定子１３は、図２及び図３に示すように、周方向に複数のスロット２１を有する円環状の固定子コア２０と、固定子コア２０の各スロット２１に分布巻で巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線３０と、を備えている。

　固定子コア２０は、円環状の複数の電磁鋼板を固定子コア２０の軸方向に積層して形成された一体型のものである。この固定子コア２０は、円環状のバックコア２３と、バックコア２３から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース２４とを有し、隣り合うティース２４の間にスロット２１が形成されている。固定子コア２０に形成されたスロット２１の数は、回転子１２のＮＳ磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線３０の１相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８により、スロット数が４８個とされている。４８個のスロット２１は、周方向に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなる。

　固定子巻線３０は、Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント４０を用いて構成されている。導体セグメント４０は、互いに平行な一対の直線部４１と、一対の直線部４１の一端同士を連結するターン部４２とからなる。一対の直線部４１は、固定子コア２０の軸方向の厚みよりも大きい長さを有している。ターン部４２の中央部には、固定子コア２０の端面２０ａに沿って延びる頭頂段部４３が設けられており、頭頂段部４３の両側には、固定子コア２０の端面２０ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部４４が設けられている。なお、符号２５は、固定子コア２０と固定子巻線３０との間を電気絶縁するインシュレータである。

　導体セグメント４０は、図４に示すように、断面が長方形をなす銅製の導体５１と、導体の外周面を被覆する絶縁被膜５２とからなる導線材（平角線）をＵ字形状に折り曲げて形成されている。絶縁被膜５２は、導体５１の外周を覆う内層５２ａと、内層５２ａの外周を覆う外層５２ｂとにより構成されている。内層５２ａ及び外層５２ｂを合わせた絶縁被膜５２の厚みは、１００μｍ～２００μｍの間に設定されている。このように、内層５２ａ及び外層５２ｂからなる絶縁被膜５２の厚みが大きいので、導体セグメント４０同士の間に絶縁シート等を挟み込んで絶縁することが不要となっている。ただし、絶縁被膜５２は、複層構造でなく単層構造であってもよい。

　図３に示すように、固定子コア２０には、周方向に隣接して同一相の２個ずつのスロット２１Ａ，２１Ｂが設けられ、そのスロット２１Ａ，２１Ｂには、２個で１組の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂが挿入配置される。この場合、２個の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂの各々の直線部４１は、同一のスロット２１ではなく、隣接した２個のスロット２１Ａ，２１Ｂに別々に軸方向一端側（図３の上側）から挿入される。すなわち、図３の右側にある２個の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂにおいて、一方の導体セグメント４０Ａは、一方の直線部４１が一のスロット２１Ａの最外層（第８層）に挿入され、他方の直線部４１が固定子コア２０の反時計回り方向に１磁極ピッチ（６スロットピッチ）離れた他のスロット２１Ａ（図示せず）の第７層に挿入される。

　また、他方の導体セグメント４０Ｂは、一方の直線部４１がスロット２１Ａと隣接したスロット２１Ｂの最外層（第８層）に挿入され、他方の直線部４１が固定子コア２０の反時計回り方向に１磁極ピッチ（６スロットピッチ）離れた他のスロット２１Ｂ（図示せず）の第７層に挿入される。すなわち、２個の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット２１に対して偶数本の導体セグメント４０の直線部４１が挿入配置される。本実施形態の場合には、図５に示すように、各スロット２１内に、合計８本の直線部４１が径方向１列に整列した状態で収容されている。

　スロット２１から軸方向他端側（図３の下側）へ延出した一対の直線部４１の先端部は、固定子コア２０の端面２０ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られ、略半磁極ピッチ分の長さの捻り部４５（図２参照）が形成されている。そして、固定子コア２０の軸方向他端側において、導体セグメント４０の２層ずつの捻り部４５の先端部同士が例えば溶接により接合されることで、各導体セグメント４０が所定のパターンで電気的に接続されている。つまり、固定子１３では、各導体セグメント４０の一対の直線部４１が径方向に１つずれた層にそれぞれ配置される構成において、層ごとに周方向反対側への捻り部４５が形成されることで、各導体セグメント４０どうしが連続的に接続されている。この場合、所定の導体セグメント４０が直列に接続されて、各スロット２１内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層のスロット収容部（直線部４１）とが電気的に接続されることにより、固定子コア２０のスロット２１に沿って周方向に波巻きにて各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗが巻回され、その各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗにより固定子巻線３０が形成されている。

　固定子巻線３０は、図６に示すように、それぞれ２本の並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が並列接続された各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを有し、その各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの巻線端が星型結線で結線されている。この場合、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの端部同士が接続されて中性点が形成されている。

　各並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２は、それぞれ固定子コア２０の２周分の長さを有し、１周目及び２周目の各区間においてスロット２１の最内層と最外層との間で巻回されている。固定子巻線３０では、基本として６スロットピッチの複数の導体セグメント４０を用い、固定子コア２０の周方向に８周する巻線（コイル）が形成されている。

　固定子コア２０に固定子巻線３０が巻装された状態では、固定子コア２０の軸方向一端側に、その一端側の端面２０ａからスロット２１の外部に複数のターン部４２が突出し、これにより全体としてリング状の第１コイルエンド部４７（図２参照）が形成されている。また、固定子コア２０の軸方向他端側には、その他端側の端面からスロット２１の外部に複数の捻り部４５及び端末接合部４６が突出し、これにより全体としてリング状の第２コイルエンド部４８（図２参照）が形成されている。第１コイルエンド部４７では、導体セグメント４０のターン部４２により６スロットピッチでスロット間の電気接続がなされ、第２コイルエンド部４８では、捻り部４５及び端末接合部４６により６スロットピッチでスロット間の電気接続がなされている。

　以下、固定子巻線３０の巻線仕様について、図７及び図８を参照して説明する。なお、図７では、便宜上、周方向に並ぶ各スロット２１を直線状に示している。また、３相のうちのＵ相巻線３１Ｕについて、並列巻線Ｕ１を構成する部分巻線を実線で示し、並列巻線Ｕ２を構成する部分巻線を破線で示している。

　図７に示すように、固定子コア２０においては、周方向に１相１極あたり２個ずつ連続して各相のスロット２１が設けられている。すなわち、固定子コア２０には、相ごとに２個ずつのスロットＡ，Ｂが隣接して配置され、かつ各相のスロットＡ，Ｂが６スロット間隔で繰り返し設けられている。そして、相ごとの各スロットＡ，Ｂに部分巻線として複数の導体セグメント４０が挿入されることで、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗが形成されている。本実施形態では、相ごとに導体セグメント４０Ａ，４０Ｂが並列に設けられており、この導体セグメント４０Ａ，４０Ｂにより各相の並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が形成されている。

　例えばＵ相において、スロットＡ－Ａ間に導体セグメント４０Ａが挿入されるとともに、スロットＢ－Ｂに導体セグメント４０Ｂが挿入されている。これら導体セグメント４０Ａ，４０Ｂは、周方向に６スロットピッチでスロット間に跨がって設けられ、一般部分の部分巻線を構成するものとなっている。

　ここで、各並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の循環電流の均衡を図るには、それら並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２を、スロットＡ，Ｂのいずれかに偏ることなく、スロットＡ，Ｂに対して均等に配置することが望ましい。そこで本実施形態では、各並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２において各相の動力線から中性点に至るまでの中間位置でスロットＡ，Ｂの入れ替えを行い、同一の並列巻線において、スロットＡ－Ａ間に配置される導体セグメント４０Ａと、スロットＢ－Ｂ間に配置される導体セグメント４０Ｂとを混在させるようにしている。

　スロットＡ，Ｂの入れ替えには、導体セグメント４０とは形状が異なる異形セグメントが渡り線として用いられる。例えばＵ相巻線３１Ｕの渡り線は、周方向に５スロットピッチでスロット間に跨がる５ピッチ渡り線６１と、周方向に７スロットピッチでスロット間に跨がる７ピッチ渡り線６２とよりなり、これらを１組として用いられる。この場合、各渡り線６１，６２は、それぞれＵ相スロットのＡ－Ｂ間に跨がって配置される。詳細な図示は割愛するが、各渡り線６１，６２は、導体セグメント４０と同じ導線材をＵ字形状に折り曲げて形成されるセグメントであり、導体セグメント４０と同様に、スロットに挿入される一対の直線部と、一対の直線部の一端同士を連結するターン部とを有している（後述の５ピッチ渡り線６３も同様）。

　これにより、図７に実線で示す並列巻線Ｕ１では、７ピッチ渡り線６２よりも左側（動力線側）においてスロットＡ－Ａ間で配置される導体セグメント４０Ａにより部分巻線が構成されるとともに、７ピッチ渡り線６２よりも右側（中性点側）においてスロットＢ－Ｂ間で配置される導体セグメント４０Ｂにより部分巻線が構成されている。また、図７に破線で示す並列巻線Ｕ２では、５ピッチ渡り線６１よりも左側（動力線側）においてスロットＢ－Ｂ間で配置される導体セグメント４０Ｂにより部分巻線が構成されるとともに、５ピッチ渡り線６１よりも右側（中性点側）においてスロットＡ－Ａ間で配置される導体セグメント４０Ａにより部分巻線が構成されている。

　さらに補足すると、図８に示すように、Ｕ相の並列巻線Ｕ１，Ｕ２は、複数の部分巻線のうち電源側に接続される部分巻線が動力線部分巻線Ｃ１、中性点に接続される部分巻線が中性線部分巻線Ｃ２であり、動力線部分巻線Ｃ１と中性線部分巻線Ｃ２の間の中間位置に渡り線Ｃ３が設けられている。この場合、渡り線Ｃ３として、並列巻線Ｕ１，Ｕ２のうち一方では５ピッチ渡り線６１が用いられ、他方では７ピッチ渡り線６２が用いられている。

　固定子コア２０のスロット２１に対して、並列巻線Ｕ１，Ｕ２は以下のように巻装される。例えば始端をスロット２１の最内層とする場合、まずは最内層から最外層に向けて徐々にスロット層がシフトされつつ周方向に導体セグメント４０が配置され、最外層では、渡り線６１，６２を用いて周回方向が反転された後、最外層から最内層に向けて徐々にスロット層がシフトされつつ周方向に導体セグメント４０が配置される。このとき、５ピッチ渡り線６１及び７ピッチ渡り線６２は、一対の直線部がいずれもスロット最外層（第８層）に挿入されている。つまり、渡り線６１，６２は、相ごとにスロット最外層において軸方向に重ねて配置されている（図９参照）。

　なお、上記とは逆に始端及び終端をスロット最外層とすることも可能である。かかる場合には、渡り線６１，６２は、スロット最内層（第１層）において軸方向に重ねて配置されることとなる。

　各並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２は、固定子コア２０を２周するように設けられており、始端側から例えば時計回り方向に周回され、始端点から１周の位置で、渡り線６１，６２により反時計回り方向に反転された後、終端まで周回されるようになっている。この場合、渡り線６１，６２は、巻線の周回方向を反転させる巻線反転部を構成するものとなっている。

　また本実施形態では、３相の相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのうち、２相の相巻線については、５ピッチ渡り線６１と７ピッチ渡り線６２とが軸方向に重ねて配置されるのに対し、残りの１相の相巻線については、２本の５ピッチ渡り線が周方向に互いに離隔するように配置される。すなわち、固定子コア２０を外周側から見た図９において、区間ＸＡは、スロット最外層で各相の渡り線（６本の渡り線）が配置される区間であり、その区間ＸＡでは、例えばＵ相及びＷ相の渡り線として、それぞれ５ピッチ渡り線６１及び７ピッチ渡り線６２が軸方向に重ねて配置され、残りのＶ相の渡り線として、２本の５ピッチ渡り線６３が周方向に互いに離隔するように配置されている。換言すれば、Ｖ相では、２本の５ピッチ渡り線６３が周方向に分散配置されている。なお、図９では、便宜上、Ｖ相の２本の５ピッチ渡り線６３をドット表示している。

　固定子コア２０では、各相において渡り線によりスロットの振り分けが行われるとともに、渡り線部以外で等ピッチ（６スロットピッチ）の導体セグメント４０が連続的に配置されることにより、スロット最内層における動力線及び中性線の周方向のスロット位置（スロット番号）が決定される。本実施形態では、図９のように各相の渡り線が配置されることにより、図１０に示すように、動力線及び中性線の周方向のスロット位置が決定される。この場合、各相の動力線は、一方のコイルエンド部（第１コイルエンド部４７）において軸方向に突出するように配置されている。より具体的には、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの部分巻線のうち電源側に接続される動力線部分巻線Ｃ１Ｕ，Ｃ１Ｖ，Ｃ１Ｗが、同相のもの同士（同相の並列巻線同士）が周方向に隣り合って配置されている。

　各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの部分巻線のうち中性点に接続される中性線部分巻線Ｃ２Ｕ，Ｃ２Ｖ，Ｃ２Ｗは、軸方向に引き出されるとともに、その引き出し部においてそれぞれ異相のもの同士が互いに近接されて、各々の端部が溶接等により一体に結合されている。各中性線部分巻線Ｃ２Ｕ，Ｃ２Ｖ，Ｃ２Ｗは、２組に分けて３相の端部同士がそれぞれ結合されている。つまり、第１コイルエンド部４７には、周方向に互いに離れた位置に、異相の３本の中性線部分巻線が接続される中性線接続部６５が２カ所設けられている。なお、動力線部分巻線Ｃ１Ｕ，Ｃ１Ｖ，Ｃ１Ｗ、及び中性線部分巻線Ｃ２Ｕ，Ｃ２Ｖ，Ｃ２Ｗはやはり導体セグメント４０と同じ導線材により形成されている。

　ここで、スロット最内層において、各相の中性線部分巻線Ｃ２Ｕ，Ｃ２Ｖ，Ｃ２Ｗのうち、Ｕ相及びＷ相の中性線部分巻線Ｃ２Ｕ，Ｃ２Ｗは、同相のもの同士（同相の並列巻線同士）が周方向に隣り合って配置されているのに対し、Ｖ相の中性線部分巻線Ｃ２Ｖ（Ｃ２Ｖ－１，Ｃ２Ｖ－２）は、周方向に離間した位置、具体的には互いに１１スロットピッチ離れた位置に配置されている。これは、Ｖ相の渡り線として、２本の５ピッチ渡り線６３が周方向に互いに離隔するように配置され、かつ渡り線と中性線部分巻線との間には等ピッチ（６スロットピッチ）の導体セグメント４０が連続配置されていることに基づくものである。

　図１０のように各相の動力線部分巻線Ｃ１Ｕ，Ｃ１Ｖ，Ｃ１Ｗ、及び中性線部分巻線Ｃ２Ｕ，Ｃ２Ｖ，Ｃ２Ｗが配置される場合、各動力線部分巻線Ｃ１Ｕ，Ｃ１Ｖ，Ｃ１Ｗは同相の動力線部分巻線が隣同士になるか、異相の中性線部分巻線が隣になるかのいずれかとなっている。

　図１１において（ａ）は、固定子コア２０を外周側から見た場合の、スロット最外層における各相の渡り線の配置を示す説明図であり、（ｂ）は、固定子コア２０を内周側から見た場合の、スロット最内層における各相の動力線及び中性線の配置を示す説明図である。なお、図１１（ａ）において隣り合う２個ずつの相表示（ＵＵ，ＶＶ，ＷＷ）のうち、四角枠で囲った相表示は、各相の動力線側（巻線始端側）に繋がるスロット位置を示し、四角枠で囲っていない相表示は、各相の中性線側（巻線終端側）に繋がるスロット位置を示している。

　図１１（ａ）に示すように、スロット最外層では、Ｕ相及びＷ相において、５ピッチ渡り線６１及び７ピッチ渡り線６２が軸方向、すなわち図の上下方向に重ねて配置されるとともに、残りのＶ相において、２本の５ピッチ渡り線６３が周方向、すなわち図の左右方向に互いに離隔するように配置されている。この場合、各相の渡り線の入力側（巻線始端側）の並びで言えば、その並びは図の左から「ＵＵ－ＶＶ－ＷＷ」であり、そのうち両外側の相であるＵ相及びＷ相では、５ピッチ渡り線６１及び７ピッチ渡り線６２が軸方向に重ねて配置され、中央の相であるＶ相では、２本の５ピッチ渡り線６３が周方向に互いに離隔するように配置されている。

　また、図１１（ｂ）に示すように、スロット最内層では、Ｕ相及びＷ相の中性線は、同相のもの同士（同相の並列巻線同士）が周方向に隣り合って配置されているのに対し、Ｖ相の中性線は、周方向に互いに離間した位置に配置されている。そして、各相の動力線は同相の動力線が隣同士になるか、異相の中性線が隣になるかのいずれかとなっている。この場合、１本ずつの動力線で見れば、いずれも一方の隣が同相の動力線であり、他方の隣が異相の中性線となっている。

　ちなみに、相ごとに並列巻線を有する固定子コアとして既存の構成では、図１２（ａ）に示すように、スロット最外層において、各相の渡り線がいずれも、５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線を組み合わせることにより構成されている。そしてこれにより、図１２（ｂ）に示すように、スロット最内層において、各相の動力線（Ｕ動力線、Ｖ動力線、Ｗ動力線）が２スロットずつ隣同士に設けられるとともに、各相の動力線の間に各相の中性線（Ｕ中性線、Ｖ中性線、Ｗ中性線）が２スロットずつ隣同士に設けられるようになっている。この場合、図中のα部において、Ｗ動力線とＶ一般線とが隣同士となる。そのため、異相の線間の電位差が大きくなり、絶縁性の低下が懸念される。

　これに対し、本実施形態の固定子構造では、図９のごとく各相の渡り線が構成されるために、各相の動力線は同相の動力線が隣同士になるか、異相の中性線が隣になるかのいずれかになっている。これにより、動力線とその隣線との間に高い電位差が生じることが抑制され、絶縁性の低下が抑制される。

　また、図１０に示す構成では、上述のとおり第１コイルエンド部４７において、周方向に互いに離れた位置に、異相の３本の中性線部分巻線が接続される中性線接続部６５が２カ所設けられている。これを概略的に示すと図１３（ａ）のようになる。この場合、Ｖ相については一対の中性線部分巻線が異相（Ｕ相、Ｗ相）の中性線部分巻線を周方向に挟んだ位置、すなわち中性線配置区間の両側位置にそれぞれ配置されることとなる。これにより、例えば全３相について５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置される構成、すなわち２本の５ピッチ渡り線が分散配置される相を有しない構成（図１２（ａ）参照）に比べて、第１コイルエンド部４７において中性線同士の交差箇所を少なくすることができる。

　つまり、全３相について５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置される構成では、各相の中性線部分巻線の取り回しが、例えば図１３（ｂ）のようになる。この場合、図１３（ｂ）では、中性線同士の交差箇所が４カ所となるのに対し、図１３（ａ）では、中性線同士の交差箇所を３カ所に減らすことができる。

　図１０の構成を一部変更することも可能である。例えば、第１コイルエンド部４７において、中性線部分巻線のうち同相でかつ隣り合うもの同士を周方向に分散するように延ばし、その先端部を中性線接続部６５にて接続する構成とする。この場合、図１４（ａ）に示すように、各相の中性線部分巻線のうちＵ相及びＷ相の中性線部分巻線は、隣り合うもの同士が周方向（図の左右方向）に分散するように延びており、その先端部が中性線接続部６５にて接続されている。そのため、やはり例えば全３相について５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置される構成（図１２（ａ）参照）と比べて、第１コイルエンド部４７における中性線同士の交差箇所を少なくすることができる。

　つまり、全３相について５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置される構成では、隣り合う同相（Ｕ相）の中性線部分巻線を図１４（ａ）と同様に周方向に分散させたとしても、各相の中性線部分巻線の取り回しが、例えば図１４（ｂ）のようになる。この場合、図１４（ｂ）では、中性線同士の交差箇所が３カ所となるのに対し、図１４（ａ）では、中性線同士の交差箇所を１カ所に減らすことができる。

　図１３（ａ）との対比で言えば、図１４（ａ）では、第１コイルエンド部４７における中性線同士の交差箇所をより一層少なくすることができる。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　固定子コア２０において、周方向に１相１極あたり２個の割合で複数のスロット２１が配置されている。また、固定子巻線３０としての各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、それぞれ相ごとの並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２よりなる。そして、かかる構成において、各相の渡り線構造として、３相のうち２相については５ピッチ渡り線６１及び７ピッチ渡り線６２を軸方向に重ねて配置するとともに、残りの１相については２本の５ピッチ渡り線６３を周方向に互いに離隔するように配置した。すなわち１相のみについて、２本の５ピッチ渡り線６３を周方向に分散配置した。そしてこれにより、各相の動力線部分巻線について、同相の動力線部分巻線が隣同士になるか、異相の中性線部分巻線が隣になるかのいずれかになるようにした。

　上記構成によれば、各相の渡り線の配置によって、各相の動力線部分巻線について、異相の部分巻線（ただし中性線部分巻線を除く）が隣同士になることが抑制され、ひいては動力線部分巻線とその隣線との間に高い電位差が生じることが抑制される。その結果、固定子巻線３０において高い絶縁性を実現することができる。

　ここで、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗにおける各部分巻線では動力線部分巻線が最も高電圧となるため、特に動力線部分巻線では絶縁破壊が懸念されることになるが、上記構成により、巻線間の電圧差に起因する絶縁破壊の問題を解消できる。

　相ごとに並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が並列接続されて各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗが形成される構成において、中性線接続部６５を２カ所有する構成とした。これにより、中性線同士を接続して中性点を形成する際の部分巻線やバスバーの取り回しが簡易となる。

　またこの場合、上記のごとく３相のうち２相については５ピッチ渡り線６１及び７ピッチ渡り線６２が軸方向に重ねて配置されるとともに、残りの１相については２本の５ピッチ渡り線６３が周方向に分散配置されるため、図１３（ａ）に示すように、１相については一対の中性線部分巻線が異相の中性線部分巻線を周方向に挟んだ位置にそれぞれ配置されることとなる。これにより、例えば全３相について５ピッチ渡り線及び７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置される構成（図１２（ａ）参照）、すなわち２本の５ピッチ渡り線が分散配置される相を有しない構成と比べて、コイルエンド部における中性線同士の交差箇所を少なくすることができる。これにより、中性線構造の簡略化や、中性線交差部における絶縁不良抑制の効果を実現できる。

　この場合、図１４（ａ）に示すように、中性線部分巻線のうち同相でかつ隣り合うもの同士が周方向に分散するようにし、その先端部を中性線接続部６５にて接続する構成とすれば、コイルエンド部における中性線同士の交差箇所をより一層少なくすることができる。

　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、固定子コア２０において、スロット最外層における各相の渡り線構造について変更は無く、スロット最内層の中性線の接続構造に違いを有する。

　図１５は、固定子１３を内周側から見た斜視図であり、図１６は、中性線部分巻線の実態配線図である。図１５及び図１６では、異なる２相の中性線部分巻線を組み合わせてなる３組の巻線端部７１，７２，７３が設けられるとともに、その３組の巻線端部７１～７３が２本の中性線バスバー７４，７５により相互に電気的に接続されている。具体的には、異相の２本ずつの部分巻線として、（Ｖ１－Ｗ１）、（Ｗ２－Ｕ１）、（Ｕ２－Ｖ２）が組み合わされている。この場合、これら各組は各々異なる相の組み合わせとなっている。そして、（Ｖ１－Ｗ１）及び（Ｗ２－Ｕ１）が中性線バスバー７４により接続され、（Ｗ２－Ｕ１）及び（Ｕ２－Ｖ２）が中性線バスバー７５により接続されている。

　これにより、中性線バスバー７４，７５は、各々異なる中性線部分巻線の組み合わせで、かつ両端に全ての相の中性線部分巻線が含まれるように各巻線端部７１～７３に接続されている。換言すれば、各中性線バスバー７４，７５の両端に接続された部分巻線が全ての相を含むようにされている。この場合、中性線バスバー７４の両端に接続された部分巻線は、Ｖ１とＷ１とＷ２とＵ１であるので、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全ての相を含んでいる。また、中性線バスバー７５の両端に接続された部分巻線も、Ｗ２とＵ１とＵ２とＶ２であるので、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全ての相を含んでいる。

　各相の中性線部分巻線が上記のように接続されているため、或る相から他の相へ電流が流れる場合において、各中性線バスバー７４，７５に過度な電流が流れることが抑制される。具体的には、Ｖ相巻線からＷ相巻線に電流が流れる場合には、一方のＶ１から中性線バスバー７４を介することなく直接Ｗ１に電流が流れるとともに、他方のＶ２から中性線バスバー７５を介してＷ２に電流が流れる。つまり、Ｖ相巻線からＷ相巻線に流れる電流は、巻線端部７１により直接的に流れるとともに、中性線バスバー７５を介して流れることとなる。よって、各中性線バスバー７４，７５には、１本の部分巻線を流れる電流値を大きく超える過度な電流が流れない。逆に、Ｗ相巻線からＶ相巻線に電流が流れる場合にも同様となる。

　その他、Ｗ相巻線とＵ相巻線との間で流れる電流は、巻線端部７２により直接的に流れるとともに、中性線バスバー７４，７５を介して流れることとなる。また、Ｕ相とＶ相との間で流れる電流は、巻線端部７３により直接的に流れるとともに、中性線バスバー７４を介して流れることとなる。そのため、Ｗ相巻線とＵ相巻線との間で電流が流れる場合や、Ｕ相巻線とＶ相の相巻線との間で電流が流れる場合にも同様に、各中性線バスバー７４，７５に過度な電流が流れることが抑制される。

　上記図１５及び図１６では、異なる２相の中性線部分巻線を組み合わせて複数の巻線端部７１～７３をそれぞれ構成したが、これを変更してもよい。例えば、図１７（ａ）では、３つの巻線端部のうち、２つを異なる２相の中性線部分巻線の組み合わせとするとともに、残り１つを同相の中性線部分巻線の組み合わせとしている。そして、各巻線端部を中性線バスバー７４，７５により接続している。また、図１７（ｂ）では、中性線バスバー７４，７５ごとに、２つの中性点を形成する構成としている。

　中性線バスバー７４，７５が、各々異なる中性線部分巻線の組み合わせでかつ両端に全ての相の中性線部分巻線が含まれるように中性線部分巻線（巻線端部７１～７３）に接続されている構成とした。これにより、或る相から他の相へ電流が流れる場合において、電流が分散されることで電流密度の増加を抑制でき、各中性線バスバー７４，７５に過度な電流が流れることが抑制される。そのため、過電流による絶縁不良を抑制することができる。

　また、複数の巻線端部７１～７３を、それぞれ異なる２相の中性線部分巻線を組み合わせるものとした（図１６参照）。これにより、異なる相間で電流が流れる場合に、一方の中性線バスバーを介して電流が流れる通電経路と、他方の中性線バスバーを介して電流が流れる通電経路とに加え、いずれの中性線バスバーも介さずに電流が直接流れる通電経路が形成される。この場合、中性線バスバー７４，７５に流れる電流を一層低減させることができる。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　・上記実施形態では、各並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が固定子コア２０を２周する構成において、始端から終端までの間の中央位置の１カ所、すなわち始端から１周の位置に、各相の渡り線を設ける構成としたが、この構成を変更してもよい。例えば、各並列巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の始端から終端までにおいて、中間位置である２カ所に各相の渡り線を設ける構成でもよい。ただし、各並列巻線の全長区間において、各相の並列巻線が固定子コア２０のスロットＡ，Ｂで均等に配置される点は同じである。

　・各相巻線を図１８のように構成することも可能である。図１８では、スロット最外層において、３相の相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのうち１相（Ｕ相）の相巻線については、５ピッチ渡り線６１と７ピッチ渡り線６２とが軸方向に重ねて配置されるのに対し、残りの２相（Ｖ相及びＷ相）の相巻線については、２本の５ピッチ渡り線６３が周方向に互いに離隔するように配置されている。

　この場合、各相巻線における各２本の並列巻線が、コア周方向の所定位置Ｐを挟んで１本ずつ左右に分かれるため、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相で各１本ずつの組み合わせで中性線部分巻線の巻線端部を容易に形成できる。

　・回転電機は、車両に搭載される発電機、電動機、あるいはそれら両者の機能を発揮し得るものとして実用化できる。また、車両搭載以外の用途にて、上記構成の回転電機を用いることも可能である。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

1. 　円環状をなし、周方向に１相１極あたり２個の割合で配置された複数のスロット（２１）を有する固定子コア（２０）と、
   　前記スロットに巻装された３相の相巻線（３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ）を有する固定子導線（３０）と、
   を備える回転電機の固定子（１３）において、
   　前記各相巻線は、それぞれ相ごとの並列巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）が並列接続されてなり、
   　各相の前記並列巻線はそれぞれ、当該並列巻線を構成する複数の部分巻線のうち電源側に接続される動力線部分巻線（Ｃ１）と、中性点に接続される中性線部分巻線（Ｃ２）と、前記動力線部分巻線と前記中性線部分巻線との中間に位置し、周方向に５スロットピッチで渡る５ピッチ渡り線（６１，６３）及び７スロットピッチで渡る７ピッチ渡り線（６２）の少なくとも片方と、を有し、
   　前記３相のうち２相については前記５ピッチ渡り線及び前記７ピッチ渡り線が軸方向に重ねて配置されるとともに、残りの１相については２本の前記５ピッチ渡り線が周方向に互いに離隔するように配置され、前記動力線部分巻線は、同相の前記動力線部分巻線が隣同士になるか、異相の中性線部分巻線が隣になるかのいずれかになっている回転電機の固定子。
2. 　前記固定子コアの端面側のコイルエンド部（４７）において、異相の３本の前記中性線部分巻線が接続される中性線接続部（６５）を２カ所有する請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 　前記固定子コアの端面側のコイルエンド部（４７）において、前記中性線部分巻線のうち同相でかつ隣り合うもの同士が周方向に分散するように延びており、その先端部が前記中性線接続部にて接続されている請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 　各相の前記並列巻線における前記中性線部分巻線について少なくとも２つの異相の前記中性線部分巻線を接続する２本の中性線バスバー（７４，７５）を備え、
   　前記中性線バスバーは、各々異なる前記中性線部分巻線の組み合わせでかつ両端に全ての相の前記中性線部分巻線が含まれるように前記中性線部分巻線に接続されている請求項１に記載の回転電機の固定子。
5. 　各相の前記並列巻線における前記中性線部分巻線について異なる２相の前記中性線部分巻線を組み合わせてなる複数の巻線端部（７１～７３）を備え、
   　前記中性線バスバーは、前記巻線端部同士を接続するものであり、各々異なる前記中性線部分巻線の組み合わせでかつ両端に全ての相の前記中性線部分巻線が含まれるように前記巻線端部に接続されている請求項４に記載の回転電機の固定子。

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