JP2004282996A - カスケードされたエンドループを有するステータ巻線 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイナモエレクトリックマシンのためのカスケードされたエンドループを有するステータ巻線を提供することである。
【解決手段】 カスケードされたエンドループセグメントを有するオールタネータステータは、ステータコアの表面に形成されている円周方向に離間し、軸方向に伸びている複数のコアスロット内に配置される多相ステータ巻線を含む。ステータ巻線は複数の直線セグメントを含み、これらの直線セグメントは、巻線を形成するようにステータコアの第１及び第２の端において複数のエンドループによって交互に接続されている。エンドループセグメントは、第１及び第２の傾斜部分を含み、これらの傾斜部分は頂端部分において出合っている。各エンドループセグメントは、半径方向外向きの調整部分と半径方向内向きの調整部分とを含み、カスケードされた巻線パターンを形成する。
【選択図】 図７ｂ

Description

本発明は、一般的にはダイナモエレクトリックマシンに関し、より特定的にはカスケードされたエンドループを有するダイナモエレクトリックマシンのためのステータ巻線に関する。

交流発電機、またはオールタネータのようなダイナモエレクトリックマシンは公知である。従来技術のオールタネータは、典型的に、オールタネータハウジング内に配置されているステータアセンブリ及びロータアセンブリを含んでいる。ステータアセンブリはハウジングに取り付けられている全体的に円筒形状のステータコアを含み、ステータコアの中には複数のスロットが形成されている。ロータアセンブリは、全体的に円筒形のシャフトに取り付けられているモータロータを含み、ステータハウジングと同軸のシャフトはハウジング内に回転可能に取り付けられている。ステータアセンブリに巻かれている複数のワイヤーが巻線を形成している。ステータ巻線は、スロット内に位置している直線部分と、各相の隣接する２つの直線部分を接続するエンドループ部分とからなり、ステータコアのスロット内に所定の多相（例えば、３相または６相）が得られるような巻線パターンに形成されている。ロータアセンブリは、どのような型のロータアセンブリであることもできる。例えば、典型的には、電気的にチャージされるロータコイルの周囲に位置決めされた爪付き指の一部として対向する磁極を含む“爪型磁極”ロータアセンブリであって差し支えない。ロータコイルは、爪付き指内に磁界を発生する。蒸気タービン、ガスタービン、または自動車の内燃機関からの駆動ベルトのような原動機がロータアセンブリを回転させると、ロータアセンブリの磁界がステータ巻線を通過して公知のようにステータ巻線内に交流電流を誘起させる。交流発電機からの交流電流は分電システムへ導かれて電気デバイスによって消費されるか、または自動車のオールタネータの場合には、整流器へ導かれて自動車電池のための充電システムへ送られる。

当分野において公知の１つの型のオールタネータは高スロット充填ステータであり、これは矩形状の導体を使用することが特徴である。これらの導体は各スロット内において半径方向の１つの行に整列され、矩形状のコアスロットの幅に精密にフィットされている。高スロット充填ステータは、それらが効率的であり、他の従来技術のステータよりも巻線当たりより大きい電力を発生するので有利である。しかしながら、典型的にこれらのステータは、巻線をインタレースさせる（即ち、ワイヤーを各スロットの半径方向外側及び内側部分で交叉させる必要がある）ことが欠陥である。これらのインタレースされる巻線は巻線をコア内に挿入する前に、全ての相の導体をインタレースさせるインタレーシングプロセスを必要とし、従って不都合なことに、巻線をステータ内に配置する際の複雑さを増大させている。他の従来技術によるステータには、ヘアピン導体が使用されている。このステータの場合、Ｕ字形の導体がステータコアの上側または下側軸方向端からコアスロット内に配置される。ヘアピン導体はインタレースされないことは有利であるが、それでもステータ巻線を形成するためにはＵ字形導体の両端を溶接しなければならないので、ステータ製造の困難さは増大する。

従って、高スロット充填ステータの要求を満足させながら、しかも従来技術の複雑なインタレーシング巻線プロセス、またはヘアピン導体を必要としないステータを提供することが望まれる。

本発明によるダイナモエレクトリックマシン用ステータは全体的に円筒形のステータコアを含み、このステータコアはその内面に、円周方向に離間し且つ軸方向に伸びるコアスロットを有している。コアスロットは、ステータコアの第１の端と第２の端との間を伸びている。ステータは更に、少なくとも１つの導体の層を含む多相ステータ巻線を含む。各相は、コアスロット内に配置されている複数の実質的に直線のセグメントを含み、これらのセグメントは、ステータコアの第１及び第２の端において、複数のエンドループまたはエンドループセグメントによって交互に接続される。後述するように、各エンドループセグメントは、少なくとも１つの層と実質的にコラジアル（co-radial）の第１の傾斜した部分と、少なくとも１つの層と実質的に非コラジアルの第２の傾斜した部分とを含む。コラジアルとは、ステータコアの中心軸のような１つの軸から半径方向距離が等しく、且つ同一円筒形表面内にある２つのオブジェクトとして定義されるものである。エンドループセグメントの第１及び第２の傾斜した部分は、それらの頂端部分によって接続される。各エンドループセグメントは、入れ子にされた、またはカスケードされた巻線パターンを形成するために、半径方向外向きの調整部分と、半径方向内向きの調整部分とを含む。

好ましくは、本発明によるオールタネータ用ステータコアは、その中に形成された複数の軸方向に伸びるスロットを含み、これらのスロットは、スロットの底内に形成された角度付き表面を有している。これらの角度付き表面は、オールタネータステータ巻線の相数に等しい数の連続するスロットにおいてコアの一方の軸方向端上に配置され、それに続くオールタネータステータ巻線の相数に等しい数の連続するスロットにおいては、これらの角度付き表面はコアの反対の軸方向端上に配置されている。このパターンは、ステータコアの周縁を通して反復されている。代替として、ステータコアは、コアの第１の軸方向端からコアの第２の軸方向端まで伸びる直線軸方向スロットを有する標準コアである。各相の第１の層及び第２の層を交互に１つの単一連続導体で形成し、各相毎に反転するエンドループを作る。

本発明によるステータ巻線を製造する方法は、ステータ巻線用の全体的に矩形の導体を準備するステップと、ステータ巻線の各相を成形するように形成するステップと、ステータコアを準備するステップと、各相をステータコアの対応する複数のコアスロット内へ挿入するステップとによって実現することができる。

本発明によるカスケードされた巻線パターンは、従来技術の複雑なインタレーシング巻線プロセス、またはヘアピン導体を必要としない利点がある。各層の各直線セグメントはステータコアの中心軸から同一半径方向距離に位置し、従ってスロット内において他の導体と後方位置及び前方位置を交互することがないので、ステータ巻線はインタレースされない。更に、エンドループまたはエンドループセグメントは、各層毎の導体が半径方向に同じ位置にある（即ち、第１の導体が常に第２の導体の半径方向外側に配置され、第２の導体が常に第３の導体の半径方向外側に配置される等々のように形成されている）ので、ステータ巻線はインタレースされることはない。各エンドループセグメントは、カスケードされた巻線パターンを有利に形成する。

図１に、全体的に円筒形状のステータコア１０を示す。ステータコア１０の円周方向内面１４内には、複数のコアスロット１２が形成されている。コアスロット１２は、第１の端１８と第２の端２０との間をステータコア１０の中心軸１７と平行な方向（矢印１６で示す）に伸びている。軸方向に上向きの方向をステータコア１０の第１の端１８に向かう運動として定義し、また軸方向に下向きの方向をステータコア１０の第２の端２０に向かう運動として定義する。好ましくは、コアスロット１２はステータコア１０の円周方向内面１４に沿って等間隔であり、コアスロット１２の各内面１４は中心軸１７と実質的に平行である。円周方向の時計方向が矢印２１によって示され、円周方向の反時計方向が矢印２３によって表されている。軸方向の軸（矢印２４によって示されている）に沿う深さ２５を有するコアスロット１２は、ステータ巻線を受け入れるようになっている（詳細は後述）。半径方向に内向きの方向をステータコア１０の中心軸１７に向かう運動として定義し、半径方向に外向きの方向を中心軸１７から遠去かる運動として定義する。

図２−４に、ステータコアの代替実施例１０’を部分図で示す。ステータコア１０’の内面１４’には複数のコアスロット１２’が形成されている。コアスロット１２’はそれらの各内面２８間に複数の歯２６を限定し、これらの歯２６はステータコア１０’の第１の端１８’と第２の端２０’との間を伸びている。所定数の連続コアスロット１２’は、ステータコア１０’の第１の端１８’の側にある角度を付けた表面３０を含んでいる。それに続く同一所定数の連続コアスロット１２’は、ステータコア１０’の第２の端２０’の側にある角度を付けた表面３２を含んでいる。後述するように、この連続コアスロット１２’の所定数は、ステータ巻線の相数に等しい。図２−４においては、ステータコア１０’が図６及び７に示す３相オールタネータステータ巻線８６を受け入れるようになっているので、所定数は３である。従って、角度付き表面の交互パターンは３連続コアスロット１２’おきに反復され、ステータコア１０’の周縁１４全体にわたって反復される。６相オールタネータステータ巻線の場合（図示してない）は所定数は６であり、交互パターンは６連続スロット１２’おきにステータコア１０’の周縁１４全体にわたって繰り返される。

図５に、エンドループセグメント４２を示す。エンドループセグメント４２はステータ巻線８６の一部を構成しており、第１の実質的に直線の端部分４４及び第２の実質的に直線の端部分４６を含み、後述するように、これらの端部分は各々ステータ巻線８６のそれぞれの直線セグメントに最も近い部分である。エンドループセグメント４２の第１の端部分４４及び第２の端部分４６は、ステータコア１０または１０’の中心軸１７から同一の半径方向距離にある。第１の端部分４４及び第２の端部分４６は、直線セグメントがステータコア１０または１０’の中心軸１７から同一の半径方向距離にあるステータ巻線８６の１つの層４８を形成している。

エンドループセグメント４２は第１の傾斜部分５０及び第２の傾斜部分５２を含み、これらの傾斜部分は頂端部分５４において出合っている。第１の傾斜部分５０は、層４８、第１の端部分４４、及び第２の端部分４６と実質的にコラジアルである。第２の傾斜部分５２は、層４８、第１の端部分４４、及び第２の端部分４６と実質的に非コラジアルである。頂端部分５４は、第１の半径方向延長部分５６を含んでいる。第１の半径方向延長部分５６は、第１の傾斜部分５０から半径方向外向きの方向に伸び、エンドループセグメント４２のための半径方向外向きの調整部分を構成している。第２の半径方向延長部分５８は、第２の傾斜部分５２から半径方向内向きの方向に伸び、エンドループセグメント４２のための半径方向内向きの調整部分を構成している。

エンドループセグメント４２は、半径方向外向きの調整部分が頂端部分５４に接しており、半径方向内向きの調整部分が第２の傾斜部分５２に接しているように図示されているが、当業者ならば理解されるように、カスケードされた巻線パターンを得るために、半径方向外向き及び内向きの調整部分を第１の傾斜部分５０、第２の傾斜部分５２、及び頂端部分５４の何れか１つ、または何れか２つに設けることができる（詳細は後述する）。

図６には、図５のエンドループセグメント４２が、実質的に同一の複数のエンドループセグメント６０及び６２に並べて示されている。エンドループセグメント４２、６０、及び６２は、ステータ巻線８６の層４８の一部分を形成している。エンドループセグメント４２、６０、及び６２は３相巻線パターンとして示されているが、当業者ならば理解されるように、エンドループセグメント４２、６０、及び６２は、例えば６相巻線パターンとして、または電気を発生するために、または電動機の場合のようにトルクを発生させるために有利な他の如何なる巻線パターンにも形成することができる。エンドループセグメント４２、６０、及び６２は、好ましくは、各々ステータコア１０または１０’の第１の端１８または１８’に配置する。

第２の端部分４６は、第１の直線セグメント６４に取り付けられる。第１の直線セグメント６４はステータコア１０または１０’のコアスロット１２または１２’の１つを通って第２の端２０または２０’へ伸びている。第２の端２０または２０’から出た第１の直線セグメント６４は、エンドループセグメント４２、６０、及び６２と実質的に同一の別のエンドループセグメント６６の端部分に取り付けられる。エンドループセグメント６６の他方の端部分は、第２の直線セグメント６８に取り付けられる。第２の直線セグメント６８は、ステータコア１０または１０’のコアスロット１２または１２’の別の１つを通って上方へ伸び、エンドループセグメント４２、６０、及び６２と実質的に同一のエンドループセグメント４２ａの端部分４４ａに取り付けられる。同様に、エンドループセグメント４２ａの端部分４６ａは別の直線セグメントに接続される（詳細は後述する）。上述したエンドループセグメント４２、６６、及び４２ａと、直線セグメント６４及び６８のような直線セグメントとの接続パターンは、ステータコア１０または１０’の周縁１４を巡る１つの実質的なパスを通して続けられ、ステータ巻線８６の単一の相の層４８のような第１の層が形成される。

エンドループセグメント４２ａは、実施的に同一の複数のエンドループセグメント６０ａ及び６２ａと並べて図示されている。詳細は後述するが、エンドループセグメント４２ａ、６０ａ、及び６２ａは各々、ステータコア１０または１０’のそれぞれのコアスロット１２または１２’内に配置されている対応する複数の直線セグメント（直線セグメント６４及び６８のような）に接続される。これらの直線セグメントは、エンドループセグメント６０、６０ａ、６２、６２ａ、及び６６と実質的に同一の複数のエンドループセグメントに取り付けられる。エンドループセグメント６０、６０ａ、６２、６２ａが直線セグメント及びエンドループセグメントに取り付けられると、それぞれ、ステータコア１０または１０’の周縁１４に巻かれた完成したステータ巻線８６の層の連続した第１の層を形成する。

各直線セグメント６４及び６８、及び各エンドループセグメント部分４２、４２ａ、６０、６０ａ、６２、６２ａ、及び６６を矩形ワイヤーで形成し、それらの断面積を実質的に等しくすることが好ましいが、円または方形のような他の形状を使用しても差し支えない。当分野においては、典型的な矩形または方形導体の２つの面が交わる隅を丸めてあっても（半径を含んでいても）差し支えないことは公知である。

図７ａ及び７ｂには、図６のエンドループセグメント４２、４２ａ、６０、６０ａ、６２、６２ａの第１の層４８が、エンドループセグメントの第２の層６９と共に示されている。第２の層６９は、第１の層４８の半径方向内側に所定の半径方向距離をおいて配置されている。第２の層６９は、複数のエンドループセグメント７０、７３、及び７５を含んでいる。層４８及び６９は、一緒になってステータ巻線８６の一部分を形成している。エンドループセグメント７０を含む層６９の導体は、詳細を後述するように、それがｎスロットだけシフトしたコアスロット内に挿入されていること、及びそれがエンドループセグメント７０のような半径方向外向きに反時計方向に（層４８のエンドループセグメント４２のように半径方向外向きに時計方向２１に伸びているエンドループセグメントとは逆に）伸びているエンドループセグメントを有していることを除いて、エンドループセグメント４２を含む層４８に類似している。

エンドループセグメント７０は、頂端部分８０によって接続されている第１の傾斜部分７６及び第２の傾斜部分７８を含んでいる。第１の傾斜部分７６は、層６９、第１の端部分７２、及び第２の端部分７４と実質的にコラジアルである。第２の傾斜部分７８は、層６９、第１の端部分７２、及び第２の端部分７４と実質的に非コラジアルである。頂端部分８０は、第１の半径方向延長部分８２を含む。第１の半径方向延長部分８２は、第１の傾斜部分７６から半径方向外向きの方向に伸び、エンドループセグメント７０のための半径方向外向きの調整部分を構成している。第２の半径方向延長部分８４は、第２の傾斜部分７８から半径方向内向きの方向に伸び、エンドループセグメント７０のための半径方向内向きの調整部分を構成している。図７ａから明かなように、エンドループセグメント７０の非コラジアルの部分７８は半径方向外向きに伸び、層４８、第１の端部分４４、及び第２の端部分４６と実質的にコラジアルになっているが、それがｎスロットだけシフトしているので層４８のエンドループセグメントの空間を侵犯することはない。これにより、２つの層４８及び６９のエンドループセグメントを互いにカスケードして２つの層を有する巻線８６を形成することができる。この２つの層を有する巻線８６は、半径方向外側の層４８を１ワイヤー幅分越えて伸びているが、半径方向内向きに最も内側の層６９を越えて伸びることはない。複数の層を有する巻線の場合、層４８と実質的に同一の第３の層（図示してない）は、半径方向外向きに伸びて層６９と実質的にコラジアルになり、従って層６９とカスケードされる非コラジアルの部分を有することになる。半径方向の層が、層４８と実質的に同一と、次いで層６９と実質的に同一との間で交互するようなパターンの場合には、巻線が、最も外側の層４８の場合だけ半径方向外側に１ワイヤー幅分伸びるが、最も内側の層の半径方向内側には伸びないようなパターンが得られる。このカスケーディング効果により、複数の層を有し、且つ半径方向外側に１ワイヤー幅分伸びているが、半径方向内側には伸びていない巻線８６を、ステータコア１０または１０’のようなステータコア内に挿入することが可能になる。エンドループセグメント７３及び７５は、エンドループセグメント７０と実質的に同一である。層４８及び６９の半径方向外向き及び内向きの調整部分は、図７ａ及び７ｂに示すカスケードされた巻線パターンを形成する。

図７ｂに示すように、層４８及び層６９は複数の直線セグメント８８を有し、これらの直線セグメント８８は直線セグメント６４、６５、及び６８と実質的に同一である。また図６で説明したエンドループセグメント６６は、頂端部分９１によって接続されている第１の傾斜部分８９及び第２の傾斜部分９０を有している。第１の傾斜部分８９は、層４８及び直線セグメント６４及び６８と実質的にコラジアルである。第２の傾斜部分９０は、層４８、及び直線セグメント６４及び６８と実質的に非コラジアルである。頂端部分９１は、第１の半径方向延長部分９２を含んでいる。第１の半径方向延長部分９２は半径方向外向きの方向に伸び、エンドループセグメント６６のための半径方向外向きの調整部分を構成している。第２の傾斜した半径方向延長部分９３は、第２の傾斜部分９０と直線セグメント６８とを接続している。第２の半径方向延長部分９３は、第２の傾斜部分９３から半径方向内向きの方向に伸び、エンドループセグメント６６のための半径方向外向きの調整部分を構成している。エンドループセグメント９４及び９５は、エンドループセグメント６６と実質的に同一である。

同様に、層６９のエンドループセグメント９６は、層４８のエンドループセグメント９５に隣接している。エンドループセグメント９６は、頂端部分１５２によって接続されている第１の傾斜部分１５０及び第２の傾斜部分１５１を含む。第１の傾斜部分１５０は、層６９、及び層６９の直線セグメント８８と実質的にコラジアルである。第２の傾斜部分１５１は、層６９、及び直線セグメント８８と実質的に非コラジアルである。頂端部分１５２は、第１の半径方向延長部分１５３を含んでいる。第１の半径方向延長部分１５３は、第１の傾斜部分１５０から半径方向外向きの方向に伸び、エンドループセグメント９６のための半径方向外向きの調整部分を構成している。第２の傾斜した半径方向延長部分１５４は、第２の傾斜部分１５１と直線セグメント８８とを接続している。第２の半径方向延長部分１５４は、第２の傾斜部分１５１から半径方向内向きの方向に伸び、エンドループセグメント９６のための半径方向内向きの調整部分を構成している。エンドループセグメント９７及び９８は、エンドループセグメント９６と実質的に同一である。

ステータ巻線８６の各相の直線セグメント６４、６５、６８、及び８８はそれぞれ、ステータコア１０または１０’の周縁１４に設けられた等ピッチのコアスロット１２または１２’内に配置することが好ましい。詳述すれば、１つの相の直線セグメント（例えば、直線セグメント６４）は、隣接する相の直線セグメント６５に隣接するコアスロット１２または１２’内に配置される。図６に最良に示されているように、直線セグメント６４と６５とはある円周方向距離、即ちピッチ６３だけ離間している。円周方向ピッチ６３は、ステータコア１０または１０’内の１対の隣接するコアスロット１２または１２’間の円周方向距離に実質的に等しい。直線セグメント６４を含む相の直線セグメント及びエンドループセグメントと、直線セグメント６５を含む相の直線セグメント及びエンドループセグメントとは、ステータ巻線８６の全長にわたって、及びステータコア１０または１０’の周縁１４全体を通して同一の円周方向ピッチ６３で隣接し続ける。

コアスロット１２または１２’の直線部分の半径方向深さ２５は、その中にステータ巻線８６の層４８及び６９のような少なくとも２つの層を受け入れるサイズであることが好ましい。スロット１２’が、層４８及び６９の直線セグメントを、角度付き表面３０及び３２に対応する半径方向調整部分５８及び９３と共に受け入れるのに十分な長さになるように、角度付き表面３０及び３２をステータコア１０’内のスロット１２’の軸方向端１８’及び２０’に形成することが好ましい。

図７ａ及び７ｂには直線セグメント８８がほぼ同一面内にあるように示されているが、これらは単なる例示に過ぎず、直線セグメント８８はステータコア１０の内面１４のような半径方向に湾曲した表面によって受け入れられるようになっていることが好ましく、従って同一平面内にあるのではなく（即ち、周縁方向の層４８が図２の１つの面内に平らにされているのではなく）コラジアルであることが好ましい。何等かの絶縁物を含む各直線セグメント８８の幅を、何等かの絶縁物を含むコアスロット１２の幅１３に精密にフィットさせることが好ましい。

図８に、ステータコア１０を平面図で示す。ステータコア１０は合計36のコアスロットを含み、これらのコアスロットには円周に沿って反時計方向２３に増加する番号１０１乃至１３６が付されている。ステータ巻線８６がコアスロット１２内に挿入され、本発明によるステータ巻線が以下に説明するようにして形成される。但し、ｎはステータ巻線８６の相数に等しい。図８においては、ｎ＝３である。

ステータ巻線８６を形成する時に、第１の端部分４４に接続されている第１のリードをスロット番号１０１内のコア１０の第２の軸方向端２０内へ挿入し、スロット番号１０１内のコア１０の第１の軸方向端１８から伸ばす。第２の端部分４６はスロット番号１３４内に位置し、エンドループセグメント４２が第１の軸方向端１８において端部分４４と４６とを接続している。第２の端部分４６は、スロット番号１３４内で直線セグメント６４に接続される。直線セグメント６４は番号１３４のスロットを通って伸び、コア１０の第２の軸方向端２０から（スロット番号１３４から）出てエンドループセグメント６６に接続される。エンドループセグメント６６はエンドループセグメント４２と実質的に同一であるが、エンドループセグメント４２がスロット番号１３４から出た直線セグメント６４（スロット番号１３１から出る直線セグメント６８に接続されている）に接続され、コア１０の第２の軸方向端２０上に位置していることが異なる。

その後のエンドループセグメントは、コア１０の軸方向端１８及び２０上でそれらの位置が交互し、ｎ番目のスロットおきに直線部分に接続される。エンドループセグメントの直線部分は、以下のように配置されている。即ち、直線部分４６ａはスロット番号１２８内に位置し、直線部分４４ｂはスロット番号１２５内に位置し、直線部分４６ｂはスロット番号１２２内に位置し、直線部分４４ｃはスロット番号１１９内に位置し、直線部分４６ｃはスロット番号１１６内に位置し、直線部分４４ｄはスロット番号１１３内に位置し、直線部分４６ｄはスロット番号１１０内に位置し、直線部分４４ｅはスロット番号１０７内に位置し、そして直線部分４６ｅはスロット番号１０４内に位置している。各直線部分４４−４４ｅ及び４６−４６ｅは、関連するエンドループセグメントと共に、ステータ巻線８６の１つの相の連続導体を形成する。直線部分４６ｅは、第２のリード（図示してない）としてステータコア１０の第２の端２０から出て、連続相の層４８を完成させる。従って、層４８の第１のリードはスロット番号１０１から伸び、その相の第２のリードはスロット番号１０４から伸びている。第１及び第２の各リードは、ステータコア１０の第２の軸方向端２０上に位置している。

その相の層６９は層４８の半径方向内側に位置し、それぞれのエンドループセグメントが、第１の層４８のそれぞれのエンドループセグメントとは反対側のコア１０の軸方向端１８または２０上にあるように、ｎスロットだけシフトしている。

第２の端部分７４に接続されている第１のリードは、コア１０の第２の軸方向端２０からスロット番号１３４内に挿入され、そのスロットの第１の軸方向端１８から伸ばされる。第１の端部分７２はスロット番号１３１内に位置し、エンドループセグメント７０が第１の軸方向端１８において第１の端部分７２と第２の端部分７４とを接続する。第１の端部分７２は、スロット番号１３１内で直線セグメント８８のような直線セグメントに接続されている。直線セグメント８８はコア１０の第２の軸方向端２０を（スロット番号１３１から）出て、図７ｂのエンドループセグメント９６のようなエンドループセグメントに接続される。エンドループセグメント９６はエンドループセグメント７０と実質的に同一であるが、エンドループセグメント７０がスロット番号１３１から出た直線セグメント（スロット番号１２８から出る別の直線セグメント８８に接続されている）に接続され、コア１０の第２の軸方向端２０上に位置していることが異なる。

層４８と同様に、その後のエンドループセグメントは、コア１０の軸方向端１８及び２０上でそれらの位置が交互し、ｎ番目のスロットおきに直線部分に接続される。エンドループセグメントの直線部分は、以下のように配置されている。即ち、直線部分７４ａはスロット番号１２８内に位置し、直線部分７２ａはスロット番号１２５内に位置し、直線部分７２ａはスロット番号１２５内に位置し、直線部分７４ｂはスロット番号１２２内に位置し、直線部分７２ｂはスロット番号１１９内に位置し、直線部分７４ｃはスロット番号１１６内に位置し、直線部分７２ｃはスロット番号１１３内に位置し、直線部分７４ｄはスロット番号１１０内に位置し、直線部分７２ｄはスロット番号１０７内に位置し、直線部分７４ｅはスロット番号１０４内に位置し、そして直線部分７２ｅはスロット番号１０１内に位置している。各直線部分７２−７２ｅ及び７４−７４ｅは、関連するエンドループセグメントと共に、ステータ巻線８６の１つの相の連続導体を形成する。直線部分７２ｅは、第２のリード（図示してない）としてステータコア１０の第２の端２０から出て、連続相の層６９を完成させる。従って、層６９の第１のリードはスロット番号１３４から伸び、その相の第２のリードはスロット番号１０１から伸びている。第１及び第２の各リードは、ステータコア１０の第２の軸方向端２０上に位置している。自動車電池（図示してない）へ直流電力を供給するために、好ましくは、各層４８及び６９の第１及び第２のリードを整流器（図示してない）に接続する。

ステータ巻線８６の導体の各エンドループセグメント４２、６０、６２、６６、７０、７３、７５、９４、９５、９６、及び９８は、カスケードされている。これは、ステータコア１０を巡る各パス毎に、各導体を逐次的な順番でステータコア１０内に挿入できることを意味している。例えば、エンドループ４２を含む導体は、ステータコア１０の周縁１４を巡って実質的に１回転にわたって挿入される。エンドループセグメント４２を含む導体を挿入した後に、エンドループセグメント６０を含む導体を、ステータコア１０の周縁１４を巡って実質的に１回転にわたって挿入することができる。このパターンは、エンドループセグメント６２を含む導体のために反復される。このように導体を挿入すると、図７ｂに示すように、他の何れの導体とも干渉し合うことなく、各連続導体の全てをステータコア１０の周縁１４を巡って巻くことができる。層４８及び６９の導体を、各スロット１２または１２’内の１つの半径方向の行内に整列させることが好ましい。

層４８のエンドループセグメント４２を含む導体、及び層６９のエンドループセグメント７０を含む導体は、図７ａに最良に示すように、同一のコアスロット内に共存する直線セグメントを含む。従って、これら２つの導体は１つの相の導体である。更に、各導体がコアの周囲を円周方向に１回通過するので、層４８及び６９を有する巻線の相は、各々がコア１０の周囲を円周方向に１回通過する２つの導体からなる。同様に、図７ａに最良に示されているように、エンドループセグメント６０及び７３を含む２つの導体が第２の相として共存し、またエンドループセグメント６２及び７５を含む導体が第３の相として共存している。

代替として、１つの特定相の層４８及び６９を１つの単一連続導体から形成する。１つの相をコア１０の周囲に巻く場合、所定のコアスロット１２内に直線セグメントを有するエンドループセグメントを巻線８６の半径方向外側の相４８として１つの円周方向に巻き、次いで方向を反転させてコア１０の周囲を巻線８６の半径方向内側の相６９として逆円周方向に巻く。第２のリードとして第１の直線部分４６ｅをステータコア１０から伸ばす代わりに、ステータコアの軸方向端２０から伸ばす時には、それを半径方向内向きに伸ばし、スロット番号１０１内の半径方向内側の層６９の直線部分７２ｅに接続されているエンドループセグメントに接続する。図９に最良に示してあるように、この巻き方のパターンによって反転したエンドループ部分１５５が作られる。

図９には、図７ａ及び７ｂからの１つの相の層４８と層６９とを接続する反転用エンドループ部分１５５が示され、また直線部分４４ｄと４６ｄとを接続しているエンドループセグメント４２ｄ、直線部分４４ｅと４６ｅとを接続しているエンドループセグメント４２ｅ、及び直線部分７２ｄと７４ｄとを接続しているエンドループセグメント７０ｄが示されている。反転用エンドループ部分１５５は、上側反転用エンドループセグメント１５６及び下側反転用エンドループセグメント１５７を含み、これらのエンドループセグメントは直線部分８８によって接続されている。下側エンドループセグメント１５７は、第１の傾斜部分１５８及び第２の傾斜部分１５９を含み、これらの傾斜部分は頂端部分１６０によって接続されている。第１の傾斜部分１５８は、層４８と実質的にコラジアルである。第２の傾斜部分１５９は、層４８と実質的に非コラジアルである。頂端部分１６０は、第１の半径方向延長部分１６１を含んでいる。第１の半径方向延長部分１６１は、第１の傾斜部分１５８から半径方向内向きの方向に伸びて、下側エンドループセグメント１５７のための半径方向外向きの調整部分を構成している。第２の傾斜した半径方向延長部分１６２は、第２の傾斜部分１５９と直線セグメント８８とを接続している。第２の半径方向延長部分１６２は、第２の傾斜部分１５９から半径方向内向きの方向に伸びて、下側エンドループセグメント１５７のための半径方向内向きの調整部分を構成している。従って、下側エンドループセグメント１５７は、エンドループセグメント６６と実質的に同一である。

上側反転用エンドループセグメント１５６は、第１の傾斜部分１６３及び第２の傾斜部分１６４を含み、これらの傾斜部分は頂端部分１６５によって接続されている。第１の傾斜部分１６３及び第２の傾斜部分１６４は、層４８と実質的にコラジアルである。頂端部分１６５は、第１の傾斜部分１６３と第２の傾斜部分１６４との間の直線接続であり、半径方向調整部分は含んでいない。半径方向延長部分１６６は、第１の傾斜部分１６４を直線部分７４ｅに接続する。

図１のステータコア１０においては、半径方向延長部分５８、８４、１６２、及び１６６のような半径方向調整部分はステータコアスロット１２の外部に位置しており、ステータコア１０の第１の軸方向端１８及び第２の軸方向端２０の上側及び下側面に近接している。代替として、ステータ巻線６８をステータコア１０’内に設け、半径方向延長部分５８、８４、１６２、及び１６６をステータコア１０’の内面のコアスロット１２’内の第１の軸方向端１８’における角度付き表面３０、及びステータコア１０’の第２の軸方向端２０’における角度付き表面３２に近接して配置する。

相のエンドループセグメント４２、６０、及び６２は実質的に同一であり、有利なことには、各層を同一のツールによって処理することができる。同様に、エンドループセグメント７０、７３、及び７５は実質的に同一であり、有利なことに、各層を同一のツールによって処理することができる。

ステータ巻線８６を３相ステータ巻線として図示し、説明したが、当業者ならば、ステータ巻線８６を６相巻線とすることも、または電力を発生するために、または電動機の場合のようにトルクを生成するために有利な他の如何なるパターンとして形成することもできることは理解されよう。

ステータ巻線８６が２つの層４８及び６９を有するものとして、従って各スロット内に２つの導体が存在するものとして図示し、説明したが、より多くの層（例えば、４層）を有し、各スロット内により多くの導体を有するステータ巻線が望まれることが多い。これは、層４８及び層６９と実質的に同一の複数の層を設け、層４８と実質的に同一の巻線と層６９と実質的に同一の巻線とを半径方向に交互させ、各スロット内に複数の層及び複数の導体が得られるようにして達成することができる。

図１０に、本発明によるダイナモエレクトリックマシン１４０を示す。ダイナモエレクトリックマシンは好ましくはオールタネータであるが、当業者には明白なように、ダイナモエレクトリックマシンは、限定するものではないが、電動機、スターター・電動機の組合わせ等であることもできる。ダイナモエレクトリックマシン１４０はハウジング１４２を含み、ハウジング１４２はシャフト１４４を回転可能に支持している。ロータアセンブリ１４６はシャフト１４４によって支持され、シャフト１４４と共に回転する。ロータアセンブリは、限定するものではないが、“爪型磁極”ロータ、永久磁石非爪型磁極ロータ、永久磁石爪型磁極ロータ、突出磁界巻きロータ、または誘導型ロータであることができる。ステータアセンブリ１４８は、ロータアセンブリ１４６に近接してハウジング１４２内に固定的に配置されている。ステータアセンブリ１４８は、ステータコア１０のようなステータコア、及びステータ巻線８６のような巻線を含んでいる。

以上に本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその思想または範囲から逸脱することなく以上の説明以外で実施することができることを理解されたい。

本発明によるステータコアの斜視図である。 本発明によるステータコアの部分上面／平面図である。 図２の３−３矢視断面図である。 図２の４−４矢視断面図である。 本発明によるステータ巻線のエンドループセグメントの部分斜視図である。 図１のエンドループセグメントを含む本発明によるステータ巻線のエンドループセグメントの１つの層の部分斜視図である。 図２の層を含む本発明によるステータ巻線のエンドループセグメントの複数の層の斜視図である。 本発明による複数の直線セグメント及びエンドループセグメントを有する図７ａに示すステータ巻線のエンドループセグメントの複数の層の斜視図である。 本発明によるステータコアの概要図であって、種々の巻線部分の位置を示している。 本発明によるステータ巻線の反転用エンドループ部分の斜視図である。 本発明によるオールタネータの断面図である。

符号の説明

１０ ステータコア
１２ コアスロット
１３ スロットの幅
１４ コア内面（周縁）
１６ スロットが伸びている方向
１７ コアの中心軸
１８ コアの第１の端
２０ コアの第２の端
２１ 時計方向
２３ 反時計方向
２４ スロットの軸
２５ スロットの深さ
２６ コアの歯
２８ スロットの内面
３０、３２ 角度付き表面
４２ エンドループセグメント
４４ 第１の端部分
４６ 第２の端部分
４８ ステータ巻線の第１の層
５０ 第１の傾斜部分
５２ 第２の傾斜部分
５４ 頂端部分
５６ 第１の半径方向延長部分
５８ 第２の半径方向延長部分
６０、６２、６６ エンドループセグメント
６３ ピッチ
６４ 第１の直線セグメント
６５ 直線セグメント
６８ 第２の直線セグメント
６９ ステータ巻線の第２の層
７０、７３、７５ エンドループセグメント
７２ 第１の端
７４ 第２の端
７６ 第１の傾斜部分
７８ 第２の傾斜部分
８０ 頂端部分
８２ 第１の半径方向延長部分
８４ 第２の半径方向延長部分
８６ ステータ巻線
８８ 直線セグメント
８９ 第１の傾斜部分
９０ 第２の傾斜部分
９１ 頂端部分
９２ 第１の半径方向延長部分
９３ 第２の半径方向延長部分
９４、９５、９６、９８ エンドループセグメント
１０１〜１３６ スロット（番号）
１４０ ダイナモエレクトリックマシン
１４２ ハウジング
１４４ シャフト
１４６ ロータアセンブリ
１４８ ステータアセンブリ
１５０ 第１の傾斜部分
１５１ 第２の傾斜部分
１５２ 頂端部分
１５３ 第１の半径方向延長部分
１５４ 第２の半径方向延長部分
１５５ 反転用エンドループ部分
１５６ 上側エンドループセグメント
１５７ 下側エンドループセグメント
１５８、１６３ 第１の傾斜部分
１５９、１６４ 第２の傾斜部分
１６０、１６５ 頂端部分
１６１ 第１の半径方向延長部分
１６２ 第２の半径方向延長部分
１６６ 半径方向延長部分

Claims (5)

1. ダイナモエレクトリックマシン用ステータであって、
   全体的に円筒形のステータコアを含み、上記ステータコアはその表面に形成されている円周方向に離間し且つ軸方向に伸びる複数のコアスロットを有し、上記コアスロットは上記ステータコアの第１の端と第２の端との間を伸びており、
   ステータ巻線を更に含み、上記ステータ巻線は複数の相を有する連続導体の少なくとも１つの層を含み、上記各相は上記コアスロット内に配置されている複数の実質的に直線セグメントを有し、上記直線セグメントは上記ステータコアの上記第１及び第２の端において複数のエンドループによって交互に接続され、上記少なくとも１つの層における上記各直線セグメントは上記ステータコアの中心軸から同一の半径方向距離にあり、
   上記エンドループセグメントは、カスケードされた巻線パターンを形成していることを特徴とするステータ。
2. 上記エンドループセグメントの少なくとも１つは、上記少なくとも１つの層と実質的にコラジアルの第１の傾斜部分と、上記少なくとも１つの層と実質的に非コラジアルの第２の傾斜部分とを含み、上記第１及び第２の傾斜部分はそれらの頂端部分によって接続されている請求項１に記載のステータ。
3. 上記エンドループの少なくとも１つは、上記カスケードされた巻線パターンを形成するために半径方向調整部分を含む請求項１に記載のステータ。
4. 少なくとも２つの層を含み、上記層の少なくとも１つの層は、上記層の少なくとも１つの別の層から所定のスロット数シフトしている請求項１に記載のステータ。
5. 上記層の１つのエンドループセグメントは上記ステータコアの第１の軸方向端上を半径方向外向きに反時計方向に伸びており、上記層の別の１つのエンドループセグメントは上記ステータコアの第１の軸方向端上を半径方向外向きに反時計方向に伸びている請求項４に記載のステータ。

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