JP2006149049A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 セグメントを重ねて用いる場合であってもコイルエンドが径方向に膨らむことを防止することができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】 走行モータは、大きさが異なるＵ字状の複数のセグメントを重ねたセグメントセットを周方向に沿って配置し、セグメントの端部同士を接合することにより構成される固定子巻線を備える。セグメントセットは、他のセグメントを内包しない小セグメント３３２と、小セグメントを３３２を内包する大セグメント３３１を含み、それぞれのターン部には導体素線を径方向にずらしたクランク部が形成されている。大セグメント３３１のターン部の径方向幅が、小セグメント３３２の径方向幅の２倍の値に、大セグメント３３１自身の径方向幅を加算した値とほぼ同じになるように設定されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

近年、車両用回転電機は、エンジンルーム内の容積を変えずに搭載を可能としたいという要求から、コイルエンドも含めた回転電機の小型化かつ高出力が要求されている。このニーズに応えるためには、巻線の占積率を向上するとともに、更にコイルエンド高さを低くする必要がある。その手段としてセグメントを順次接合して形成されたステータを用いた車両用回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用回転電機では、導体セグメントのほぼ中央部にねじりを伴わなず、かつ、導体素線のほぼ幅だけずれたクランク形状部を形成することにより、この導体セグメントが径方向に膨らむのを抑制している。
特開２００３−１８７７８号公報（第２−３頁、図１−６）

ところで、特許文献１に開示された車両用回転電機では、１本の導体セグメントを周方向に沿って規則正しく並べる場合にその径方向の膨らみを抑制する場合や、同じ構成をそのまま径方向に沿って並べる場合に有効である。しかし、車両用回転電機の中には、大小２種類の導体セグメントを重ねた状態で周方向に配置したものがあり、このような構造の巻線構造の場合には、小セグメントについて径方向の膨らみを抑制しても、結局大セグメントが径方向に膨らむと、全体としてコイルエンドが径方向に膨らむことを抑制することができないという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、セグメントを重ねて用いる場合であってもコイルエンドが径方向に膨らむことを防止することができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、大きさが異なるＵ字状の複数のセグメントを重ねた状態で、一方の直線部を固定子鉄心の一のスロットに挿入し、他方の直線部を固定子鉄心の他のスロットに挿入することにより形成されるセグメントセットを固定子鉄心の周方向に沿って配置し、セグメントの端部同士を接合することにより構成される固定子巻線を備えており、セグメントセットは、他のセグメントを内包しない小セグメントと、小セグメントを含む他のセグメントを内包する大セグメントを含み、セグメントセットを形成する複数のセグメントのそれぞれは、一方の直線部と、他方の直線部と、これら２つの直線部をねじりを伴わずに接続するターン部とを有し、小セグメントに含まれるターン部は、この小セグメントの径方向幅とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした第１のクランク部を有し、大セグメントに含まれるターン部は、この大セグメントに内包される他のセグメントの本数にそれぞれの他のセグメントの径方向幅の２倍の値を乗算し、さらに大セグメントの径方向幅を加算した値とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした第２のクランク部を有し、第１のクランク部は、固定子鉄心に形成されたスロットの隣接間隔以下の範囲に形成され、第２のクランク部は、この第２のクランク部が含まれる大セグメントに内包される他のセグメントの本数の２倍に１を加算した値を乗数として、スロットの隣接間隔に乗算した値以下の範囲に形成されている。これにより、小セグメントのターン部の径方向幅を最小に抑えることができるとともに、この小セグメントを含む他のセグメントを内包する大セグメントのターン部の径方向幅も最小に抑えることができるため、セグメントを重ねて用いる場合であってもコイルエンドが径方向に膨らむことを防止することができる。

また、上述した小セグメントに含まれる第１のクランク部の周方向位置と、大セグメントに含まれる第２のクランク部の周方向位置が、この第２のクランク部が含まれる大セグメントに内包される他のセグメントの本数の２倍に１を加算した値を乗数として、スロットの隣接間隔に乗算した値以下の範囲に含まれるように設定することが望ましい。特に、上述した小セグメントに含まれる第１のクランク部の周方向位置と、大セグメントに含まれる第２のクランク部の周方向位置を一致させることが望ましい。これにより、大セグメントと小セグメントのそれぞれのターン部の位置をほぼ揃えることでこれらのセグメント間の干渉を低減することができる。

また、上述したターン部は、一方の直線部から延びるほぼ直線状の第１の斜行部と、他方の直線部から延びるほぼ直線状の第２の斜行部と、第１および第２の斜行部をつなぐ頂部とを有しており、第１のクランク部あるいは第２のクランク部を頂部に形成するとともに、第１の斜行部と第２の斜行部の長さをほぼ同じに設定することが望ましい。これにより、第１および第２の斜行部の傾斜角（固定子鉄心の端面に対する角度）を小さく設定することができるため、周方向に隣接する斜行部間の間隔を小さくすることができ、その分だけ頂部の高さ、すなわちコイルエンド高さを低くして、小型化や巻線の低抵抗化を図ることができる。

また、上述した第１および第２のクランク部は、これらのクランク部を有しないＵ字状のセグメントのターン部の一部を、このターン部の延在方向と垂直方向に変形させることにより形成することが望ましい。これにより、単純な形状を有する導体素線の一部を変形させるだけでセグメントを形成することが可能になり、セグメントの生産性を向上させることができる。

また、上述したセグメントは、ターン部の変形によって第１および第２のクランク部を形成した後に、一方の直線部と他方の直線部とを複数のセグメントについて同時に周方向にねじることにより形成されることが望ましい。これにより、固定子鉄心に挿入直前の形状を有する複数のセグメントを同時に成形することが可能になり、セグメントの生産性をさらに向上させることができる。

また、上述した小セグメントを、一方の直線部と、他方の直線部と、これら２つの直線部をねじりを伴って接続するターン部とを有する捻りセグメントに置き換えることが望ましい。あるいは、少なくとも１本の上述した大セグメントを、一方の直線部と、他方の直線部と、これら２つの直線部をねじりを伴って接続するターン部とを有する捻りセグメントに置き換えることが望ましい。捻りセグメントを一部に含ませると、ねじりを伴わない小セグメントと大セグメントのみを組み合わせる場合に比べて、ターン部間の距離を確保することができるため、セグメントセット内での各セグメントのターン部同士の干渉を低減することができる。特に、小セグメントを捻りセグメントとすることにより、この捻りセグメントのターン部を形成する導体素線が径方向に沿って配置されることになるため、この小セグメントのターン部とこれを内包する大セグメントのターン部との間に十分な隙間を形成することができ、セグメント間の干渉をさらに低減することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、車両の走行動力発生用に用いられる一実施形態の回転電機としての走行モータの軸方向断面図である。図１に示すように、本実施形態の走行モータ１００は、ステータコア（固定子鉄心）１、ロータ２、ステータコイル（固定子巻線）３、ハウジング４、回転軸７を含んで構成されている。ステータコア１は、ハウジング４の周壁内周面に固定される。ステータコイル３は、ステータコア１の各スロットに巻装されている。ロータ２は、ハウジング４に回転自在に支持された回転軸７に固定されたＩＰＭ型ロータであり、ステータコア１の径内側に配置されている。ステータコイル３は、三相電機子巻線であって、外部の約３００Ｖのバッテリに接続された三相インバータから給電されている。

この走行モータ１００は、二次電池車又は燃料電池車又はハイブリッド車の走行動力を発生する永久磁石型三相ブラシレスＤＣモータ（同期モータ）であるが、ロータ構造としては、公知の種々の形式に置換可能である。このような種々の形式の同期機自体は周知であるので動作原理についての詳細な説明は省略する。

図２は、ステータコア１とステータコイル３によって構成される本実施形態のステータの外観斜視図である。また、図３はステータコイル３の一部をなすセグメントの斜視図である。図４は、ステータコア１に設けられたスロット内におけるセグメントの収容状態を示す部分断面図である。

ステータコイル３は、図３に示す所定形状のセグメント３３をステータコア１の一方の端面側からステータコア１の各スロットに挿通し、スロットから各セグメント３３の飛び出し端部をステータコア１の他方の端面側に必要な長さだけ突出させ、各セグメント３３の飛び出し端部を周方向にほぼ電気角でπ／２だけそれぞれ捻り、各セグメント３３の飛び出し端部の先端部（接合部）を所定の組み合わせで溶接して構成されている。セグメント３３は、溶接部分すなわち上記飛び出し端部の先端部（端部先端部ともいう）を除いて樹脂皮膜（絶縁皮膜）で被覆された長板Ｕ字形状を有している。

なお、図１に示すように、本実施形態のステータコイル３では、内周側から順番に配置された３つのセグメントセットＳ１、Ｓ２、Ｓ３のそれぞれが図３に示す大小のセグメント３３を組み合わせた構造を有している。

次に、２本のセグメント３３からなるセグメントセットＳ１（セグメントセットＳ２、Ｓ３についても同様である）の詳細を更に詳しく説明する。セグメントセットＳ１は、ほぼＶ字状のターン部と、このターン部の両端から直線的に伸びてスロットに収容されている一対の直線部としてのスロット導体部と、両スロット導体部の先端からそれぞれ伸びる一対の飛び出し端部とをそれぞれ有する２つのセグメント３３からなっている。ターン部は、一対のスロット導体部をねじりを伴わずに接続している。これら２つのセグメント３３において、小さい方を小セグメント３３２、この小セグメント３３２を囲む大きい方を大セグメント３３１と称する。なお、ステータコア１の各スロット３５に挿入される前の状態では飛び出し端部が形成されておらず、スロット導体部と飛び出し端部に相当する部分が直線部を形成している。

ステータコイル３は、ステータコア１の一方の端面側に全体としてリング状に存在する第一のコイルエンド部（ターン部側コイルエンド部）３１と、ステータコア１の他方の端面側に全体としてリング状に存在する第二のコイルエンド部（端部側コイルエンド部）３２と、スロット内に存在するスロット導体部とに区分される。つまり、図１において、ターン部側コイルエンド３１は、各セグメント３３の上記ターン部により構成され、端部側コイルエンド部３２は各セグメント３３の上記飛び出し端部により構成されている。

大セグメント３３１は、スロット導体部３３１ａ、３３１ｂと、ターン部３３１ｃと、飛び出し端部３３１ｆ、３３１ｇとを有する。飛び出し端部３３１ｆ、３３１ｇの先端部３３１ｄ、３３１ｅは、接合部分であるので端部先端部又は接合部とも称する。小セグメント３３２は、スロット導体部３３２ａ、３３２ｂと、ターン部３３２ｃと、飛び出し端部３３２ｆ、３３２ｇとを有する。飛び出し端部３３２ｆ、３３２ｇの先端部３３２ｄ、３３２ｅは、接合部分であるので端部先端部又は接合部とも称する。

符号「’」は、図示しない大セグメント３３１または小セグメント３３２の符号「’」がない部分と同じ部分を示す。したがって、図３では、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｄと接合部３３１ｄ’とが溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｅと接合部３３１ｅ’とが溶接されている。

図３では、最内層のスロット導体部３３１ａと中内層のスロット導体部３３２ａが、ステータコア１の一のスロットに収容される場合、同じ大セグメント３３１および小セグメント３３２の最外層のスロット導体部３３１ｂと中外層のスロット導体部３３２ｂは、この一のスロットから所定奇数磁極ピッチＴ（たとえば１磁極ピッチ（電気角度π））離れた他のスロットに収容される。小セグメント３３２のターン部３３２ｃは大セグメント３３１のターン部３３１ｃに囲まれるようにして配置されている。

ステータコア１の各スロット３５におけるセグメントの配置状態を図４を用いて説明する。各スロット３５には径方向に沿って１２個の導体収容位置Ｐ１〜Ｐ１２が設定され、各導体収容位置Ｐ１〜Ｐ１２にはそれぞれ１個のスロット導体部が収容されている。各スロット３５は、３つのセグメントセットＳ１〜Ｓ３が径方向へ順番に収容し、導体収容位置Ｐ１〜Ｐ４はセグメントセットＳ１を、導体収容位置Ｐ５〜Ｐ８はセグメントセットＳ２を、導体収容位置Ｐ９〜Ｐ１２はセグメントセットＳ３を収容している。

この最も内側のセグメントセットＳ１を一例として詳しく説明すると、最内層のスロット導体部３３１ａはステータコア１のスロット３５の径方向最内側に配置され、以下、径方向外側へ順に、中内層のスロット導体部３３２ａ、中外層のスロット導体部３３２ｂ’、最外層のスロット導体部３３１ｂ’の順に配置され、結局、各スロット３５は４本のスロット導体部を４層１列に収容する。図４において、スロット導体部３３２ｂ’、３３１ｂ’は、スロット導体部３３２ａ、３３１ａをもつ大セグメント３３１、小セグメント３３２とは異なる大セグメント３３１、小セグメント３３２に属している。

図５は、大セグメント３３１と小セグメント３３２とからなるセグメントセットＳ１をスロット３５に挿入する状態を示す図である。また、図６は周方向に規則正しく配置されたセグメントセットＳ１の平面図である。図７は、図６に示したセグメントセットＳ１から小セグメント３３２のみを抜き出して示した平面図である。図８は、小セグメント３３２の頂部付近の部分的な斜視図である。図９は、一の小セグメント３３２を抜き出して周方向に展開した平面図、図１０はその側面図である。図１１は、図６に示したセグメントセットＳ１から大セグメント３３１のみを抜き出して示した平面図である。図１２は、一の大セグメント３３１を抜き出して周方向に展開した平面図、図１３はその側面図である。

図９、図１０に示すように、小セグメント３３２に含まれるターン部３３２ｃは、この小セグメント３３２の径方向幅ｂ１とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした（図９では径方向に沿ってずらす値をｃ１としている）クランク部が形成された頂部３３２ｃ１と、スロット導体部３３２ａ、３３２ｂからこの頂部３３２ｃ１に向かって延びる斜行部３３２ｃ２、３３２ｃ３とを有している。これら２つの斜行部３３２ｃ２、３３２ｃ３の長さＬ１、Ｌ２はほぼ同じに設定されている。また、頂部３３２ｃ１のクランク部の周方向幅ｄ１は、スロット３５の隣接間隔ａ以下の範囲に含まれるように形成されている。

同様に、図１２、図１３に示すように、大セグメント３３１に含まれるターン部３３１ｃは、内包される小セグメントの径方向幅ｂ１の２倍の値にさらに大セグメント３３１の径方向幅ｂ２を加算した値（２×ｂ１＋ｂ２）とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした（図１２では径方向に沿ってずらす値をｃ２としている）クランク部が形成された頂部３３１ｃ１と、スロット導体部３３１ａ、３３１ｂからこの頂部３３１ｃ１に向かって延びる斜行部３３１ｃ２、３３１ｃ３とを有している。これら２つの斜行部３３１ｃ２、３３１ｃ３の長さＬ３、Ｌ４はほぼ同じに設定されている。また、頂部３３１ｃ１のクランク部の周方向幅ｄ２は、スロット３５の隣接間隔ａ以下の範囲に含まれるように形成されている。

次に、ステータコイル３の製造工程について説明する。

（折り曲げ整形工程）
まず、断面が平角形状（矩形形状）の連続する線材を所定長さに切断した後、中央近傍で折り曲げることにより、セグメントセットＳ１〜Ｓ３のそれぞれを構成する整形前のＵ字状のセグメント３３を製造する。図１４は、折り曲げ整形工程によって製造されたＵ字状のセグメント３３の正面図である。図１５は、図１４に示すセグメント３３の側面図であり、頂部側から見た状態が示されている。図１６は、図１４に示すセグメント３３の斜視図である。これらの図に示すように、Ｕ字状に整形されたセグメント３３は、ターン部３３ｃを挟んで２本の直線部３３ａ、３３ｂを有している。

（第１の捻り工程）
次に、折り曲げ整形工程によってＵ字状に整形された後の１本１本のセグメント３３に対して、ターン部３３ｃを捻る第１の捻り工程が行われる。２つの直線部３３ａ、３３ｂが並ぶ方向を第１の方向とすると、この第１の捻り工程では、２つの直線部３３ａ、３３ｂのそれぞれをこの第１の方向と異なる第２の方向に沿って互いに相対的に移動させることにより、ターン部３３ｃ近傍のセグメント３３が捻られる。

図１７および図１８は、小セグメント３３２についての第１の捻り工程の詳細を示す図であり、捻り治具を用いた捻り整形の前後の状態が示されている。図１７および図１８に示すように、第１の捻り工程は、固定クランパ２００と可動クランパ２１０とを組み合わせた捻り治具によって行われる。固定クランパ２００は、収納部２０２、移動部２０４、調整部２０６を含んでいる。収納部２０２は、一部に小セグメント３３２の一方の直線部３３２ａを収納する凹部を有している。この凹部に直線部３３２ａの隣接する２つの側面が当接する。移動部２０４は、側面の一部に平面部を有する円筒状の調整部２０６を回転自在に収納しており、平面部を直線部３３２ａの側面に押圧することにより、収納部２０２と移動部２０４によって一方の直線部３３２ａが拘束される。回転自在の調整部２０６を設けることにより、この調整部２０６に形成された平面部が直線部３３２ａの側面と並行になるように調整することが可能になり、直線部３３２ａの拘束を確実に行うことができる。

同様に、可動クランパ２１０は、収納部２１２、移動部２１４、調整部２１６を含んでいる。収納部２１２は、一部に小セグメント３３２の他方の直線部３３２ｂを収納する凹部を有している。この凹部に直線部３３２ｂの隣接する２つの側面が当接する。移動部２１４は、側面の一部に平面部を有する円筒状の調整部２１６を回転自在に収納しており、平面部を直線部３３２ｂの側面に押圧することにより、収納部２１２と移動部２１４によって他方の直線部３３２ｂが拘束される。回転自在の調整部２１６を設けることにより、この調整部２１６に形成された平面部が直線部３３２ｂの側面と並行になるように調整することが可能になり、直線部３３２ｂの拘束を確実に行うことができる。

また、可動クランパ２１０は、駆動機構（図示せず）によって全体が移動可能に構成されている。図１７に示すように、捻り整形前の小セグメント３３２の２つの直線部３３２ａ、３３２ｂが並んでいる方向を第１の方向Ａとしたときに、図１８に示すように、この第１の方向Ａとほぼ垂直な第２の方向Ｂに沿って可動クランパ２１０が移動する。これにより、固定クランパ２００と可動クランパ２１０とによって拘束された２つの直線部３３２ａ、３３２ｂのぞれぞれが第１の方向Ａとほぼ垂直に相対的に移動し、ターン部３３２ｃが捻られる。なお、本実施形態では、第１の捻り工程によって、２つの直線部３３２ａ、３３２ｂは、第１の方向Ａに沿って互いにスロット３５の隣接ピッチ分隔たった位置に配置される。

図１９は、第１の捻り工程によって捻り整形が行われた後の小セグメント３３２を示す斜視図である。図１９に示す小セグメント３３２では、図１６に示した捻り整形前のセグメント３３（小セグメント３３２）に対して一方の直線部３３ｂが第１の方向Ａと異なる向きに移動し、ターン部３３ｃが捻られていることがわかる。

同様に、大セグメント３３１についても第１の捻り工程が実施される。図２０および図２１は、大セグメント３３１についての第１の捻り工程の詳細を示す図であり、小セグメント３３２についての図１７および図１８に対応している。

上述した折り曲げ整形工程と第１の捻り工程は、セグメントセットＳ１〜Ｓ３を構成する全てのセグメント３３について行われる。

（第２の捻り工程）
次に、上述した第１の方向Ａを周方向に合わせて、セグメント３３の直線部３３ａ、３３ｂのそれぞれを周方向反対側に相対的に移動させることによりターン部３３ｃを捻る第２の捻り工程が行われる。例えば、セグメントセットＳ１に含まれる２つのセグメント３３（大セグメント３３１と小セグメント３３２）に対して同時に捻り整形を行う場合について説明する。

図２２は、第２の捻り工程で用いられる捻り治具の断面図である。また、図２３は図２２に示した捻り治具の要部を示す斜視図である。図２２に示すように、捻り治具３００は、内側捻り部３１１および外側捻り部３１２と、これら内側捻り部３１１、外側捻り部３１２をそれぞれ回転駆動する回転駆動機構３１３、３１４と、コントローラ３１５、セグメント押さえ３１６およびセグメント押し上げ治具３１７、昇降駆動機構３１８等を備えている。

内側捻り部３１１には、大セグメント３３１および小セグメント３３２の各スロット導体部３３１ａ、３３２ａ（直線部３３ａ）が挿入されて保持されるセグメント挿入穴３２１、３２２が径方向に隣接して設けられている。このセグメント挿入穴３２１、３２２は、ステータコア１のスロット３５の数に対応した数だけ等間隔で周方向に並べて形成されている。すなわち、本実施形態では、等間隔で周方向に並べられた多数のセグメント挿入穴３２１、３２２が同心円上に形成されている。外側捻り部３１２についても同様であり、等間隔で周方向に並べられた多数のセグメント挿入穴３２３、３２４が同心円上に形成されている。この結果、内側捻り部３１１と外側捻り部３１２には、内側から４個のセグメント挿入穴３２１、３２２、３２３、３２４が並んで形成される。

図２３に示すように、１組の大セグメント３３１と小セグメント３３２の一方の直線部３３ｂとしてのスロット導体部３３１ｂ、３３２ｂが外側捻り部３１２のセグメント挿入穴３２４、３２３に挿入されるとともに、他方の直線部３３ａとしてのスロット導体部３３１ａ、３３２ａが内側捻り部３１１の１スロットピッチ分ずれたセグメント挿入穴３２１、３２２に挿入される。

全てのセグメント挿入穴３２１、３２２、３２３、３２４に大セグメント３３１と小セグメント３３２が挿入された後、環状のセグメント押さえ３１６を内側捻り部３１１および外側捻り部３１２の上方から降下させて、大セグメント３３１のターン部３３１ｃに当接する。これにより、捻り工程において大セグメント３３１と小セグメント３３２とがセグメント挿入穴３２１、３２２、３２３、３２４から浮き上がることを防止することができる。

内側捻り部３１１および外側捻り部３１２のそれぞれは、コントローラ３１５によって制御される回転駆動機構３１３、３１４によって回転駆動される。本実施形態では、捻り治具３００の上方から見て、内側捻り部３１１は反時計回りに、外側捻り部３１２は時計回りにそれぞれ所定量回転駆動されるが、第２の捻り工程を実施する前の状態で各セグメント３３の各直線部３３ａ、３３ｂは既に周方向に１スロットピッチ分ずれて配置されているため、この１スロットピッチ分のずれを考慮して外側捻り部３１２と内側捻り部３１１の回転駆動量が設定されている。

（挿入工程）
次に、第２の捻り工程によって捻り整形が行われた後の各セグメント３３をステータコア１の各スロット３５に軸方向に沿った一方の端面側から挿入する。このとき、全てのセグメントセットＳ１〜Ｓ３について、図５に示すように、小セグメント３３２を大セグメント３３１が囲むように揃えた状態で挿入が行われる。

（折り曲げ工程）
各セグメント３３を挿入後、ターン部３３ｃと反対側であってステータコア１の端面から突出する直線部３３ａ、３３ｂがステータコイル３の巻線仕様にしたがって周方向に折り曲げられる。

（接合工程）
折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する各セグメント３３の直線部３３ａ、３３ｂの端部同士を、溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって電気的導通を得るように接合され、図１に断面を示すようなステータコイル３が得られる。

このように、本実施形態では、小セグメント３３２のターン部３３２ｃの径方向幅を最小に抑えることができるとともに、この小セグメント３３２を内包する大セグメント３３１のターン部３３１ｃの径方向幅も最小に抑えることができるため、セグメントを重ねて用いる場合であってもターン部側コイルエンド部３１が径方向に膨らむことを防止することができる。

また、小セグメント３３２のターン部３３２ｃに含まれる頂部３３２ｃ１のクランク部の周方向位置と、大セグメント３３１のターン部３３１ｃに含まれる頂部３３１ｃ１のクランク部の周方向位置を一致させている。大セグメント３３１と小セグメント３３２のそれぞれのターン部３３１ｃ、３３２ｃの位置をほぼ揃えることでこれらのセグメント間の干渉を低減することができる。

また、ターン部３３１ｃに含まれる斜行部３３１ｃ２、３３１ｃ３のそれぞれの長さを同じに設定するとともに、ターン部３３２ｃに含まれる斜行部３３２ｃ２、３３２ｃ３のそれぞれの長さを同じに設定している。これにより、それぞれの斜行部の傾斜角（ステータコア１の端面に対する角度）を小さく設定することができるため、周方向に隣接する斜行部間の間隔を小さくすることができ、その分だけ頂部の高さ、すなわちコイルエンド高さを低くして、小型化や巻線の低抵抗化を図ることができる。

また、頂部３３１ｃ１、３３２ｃ１のそれぞれのクランク部は、これらのクランク部を有しないＵ字状のセグメント３３のターン部３３ｃの一部を、このターン部３３ｃの延在方向（導体素線の延在方向）と垂直方向に変形させることにより形成しており、単純な形状を有する導体素線の一部を変形させるだけでセグメント３３を形成することが可能になり、クランク部を有する導体素線を予めプレス成型した後に折り曲げてターン部を形成する場合に比べて、セグメント３３の生産性を向上させることができる。

また、セグメント３３は、ターン部３３ｃの変形によってクランク部を形成した後に、一方の直線部と他方の直線部とを複数のセグメント３３について同時に周方向にねじることにより形成している。これにより、ステータコア１に挿入直前の形状を有する複数のセグメント３３を同時に成形することが可能になり、セグメント３３の生産性をさらに向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

図２４は、セグメント押さえの形状を変更した捻り治具の変形例を示す図である。図２４に示すセグメント押さえ３１６Ａは、大セグメント３３１の内周側の側面と外周側の側面とを拘束しながら捻り整形を行う内周拘束部３５０と外周拘束部３５２とを有している。第２の捻り工程においてセグメントの各直線部を捻る量が多くなると、各直線部が挿入される２つのセグメント挿入穴の間を直線的に連結する向き（径方向内側）に頂部が移動しやすくなるが、上述したセグメント押さえ３１６Ａを用いることにより、この移動を制限することができる。これにより、第２の捻り工程による捻り整形後の各セグメントを周方向に投影してみたときに、径方向に沿って頂部が移動してロータ２と干渉しやすくなることを防止することができる。

また、上述した実施形態では、大セグメント３３１のターン部３３１ｃに含まれる頂部３３１ｃ１のクランク部の周方向位置と、小セグメント３３２のターン部３３２ｃに含まれる頂部３３２ｃ１のクランク部の周方向位置とを完全に一致させたが、スロット３５の隣接間隔ａの範囲内に収まるように若干周方向にずらすようにしてもよい。クランク部自体がスロット３５の隣接間隔ａ以下となるように周方向の形成範囲が設定されており、ターン部３３１ｃ、３３２ｃの周方向位置のずれを同程度に抑えることにより、大セグメント３３１と小セグメント３３２の干渉を低減することが可能になる。

また、上述した実施形態では、セグメントセットＳ１〜Ｓ３のそれぞれを大セグメント３３１と小セグメント３３２を組み合わせて構成したが、一部のセグメントセットについて小セグメント３３２のみを用いるようにしてもよい。

また、小セグメント３３２と大セグメント３３１の全体をさらに覆う一あるいは複数の他の大セグメントを組み合わせてセグメントセットを構成するようにしてもよい。３本以上のセグメント３３を組み合わせる場合には、小セグメント以外のそれぞれの大セグメントに含まれるターン部は、この大セグメントに内包される他のセグメント（小セグメントあるいは小セグメントと他の大セグメントの場合がある）の本数にそれぞれの他のセグメントの径方向幅の２倍の値に乗算し、さらに大セグメント自身の径方向幅を加算した値とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらしたクランク部が備わっている。そして、このクランク部は、スロット３５の隣接間隔ａ以下の範囲に形成する。このようなクランク部が形成された３本以上のセグメント３３を組み合わせてセグメントセットを構成することにより、各セグメント３３の径方向幅を最小に抑えることが可能になる。

また、上述した実施形態では、走行モータ１００に用いられるステータコイル３を製造する場合について説明したが、他の回転電機、例えば交流発電機に用いられるステータコイルを製造する場合にも本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、セグメント３３の２つの直線部３３ａ、３３ｂを移動させることによりターン部としてのターン部３３ｃを変形させたが、ターン部３３ｃに対して径方向に沿った両側から変形後の形状を有する拘束治具で押圧する等の直接的な整形加工を予備工程において行うことによりターン部３３ｃを変形させるようにしてもよい。ターン部に対して直接加圧整形してターン部を捻ることにより、２つの直線部の径方向に沿った相対的な位置を確実に移動させることができる。

また、上述した実施形態では、図１２および図１３を用いて説明したように、大セグメント３３１に含まれる頂部３３１ｃ１のクランク部の周方向幅ｄ２がスロット３５の隣接間隔ａ以下の範囲に含まれるようにしたが、この周方向幅ｄ２がスロット３５の隣接間隔ａ以上になるようにしてもよい。上述したように小セグメント３３２に含まれる頂部３３２ｃ１のクランク部は、周方向幅ｄ１をスロット３５の隣接間隔ａ以内に収めることにより、周方向に隣接する小セグメント３３２同士の干渉を防止することができる。これは、小セグメント３３２に含まれる頂部３３２ｃ１のクランク部は導体素線を径方向に１本分ずらして形成されており、このときの径方向に対する傾斜を１スロットピッチ以内に収めればよいことを意味している。頂部のクランク部についてこの傾斜を維持する限り、周方向に隣接するセグメント同士の干渉を防止することができると考えられる。すなわち、大セグメント３３１に含まれる頂部３３１ｃ１のクランク部は導体素線を径方向に３本分ずらして形成されているため、小セグメント３３２のクランク部と同じ傾斜を維持するためには、頂部３３１ｃ１のクランク部の径方向に対する傾斜を３スロットピッチ（＝３ａ）以内に収めればよいことになる。図２５は、クランク部の傾斜を維持した場合の小セグメント３３２と大セグメント３３１の関係を示す図である。

これを３本以上のセグメントを組み合わせてセグメントセットを構成する場合の大セグメント（小セグメント以外のセグメント）に適用すると、大セグメントのクランク部は、この大セグメントに内包される他のセグメント（小セグメント以外の場合もあるが、小セグメントと他の大セグメントが内包される場合もある）の本数の２倍に１を加算した値を乗数としてスロット３５の隣接間隔に乗算した値以下の範囲に形成すればよいことになる。これにより、この大セグメントが周方向に隣接する大セグメントと干渉することを防止することができる。

また、上述した実施形態では、小セグメント３３２と大セグメント３３１のそれぞれのターン部は、ともに２つの直線部がねじりを伴わずに接続されるようにしたが、いずれか一方のターン部を２つの直線部がねじりを伴って接続されるようにしてもよい。図２６は、図３に示した一方の小セグメント３３２を、ねじりを伴って直線部を接続するターン部３３２ｃ’を有する小セグメント３３２’に置き換えた一のセグメントセットを示す図である。小セグメント３３２ｃ’のターン部３３２ｃ’の頂部と大セグメント３３１ｃのターン部３３１ｃを見ると、それぞれの導体素線が接近する位置で各導体素線が延在する向きが９０°異なるため、各ターン部３３２ｃ’、３３１ｃ間に大きな隙間を確保することができる。このため、セグメントセットを構成する各セグメント間の干渉を低減することが可能になる。なお、３本以上のセグメントを用いてセグメントセットが構成される場合には、２本以上の大セグメントの中の少なくとも１本についてねじりを伴って直線部を接続するターン部を有する大セグメントに置き換えることができる。

車両の走行動力発生用に用いられる一実施形態の回転電機としての走行モータの軸方向断面図である。 本実施形態のステータの外観斜視図である。 ステータコイルの一部をなすセグメントの斜視図である。 ステータコアに設けられたスロット内におけるセグメントの収容状態を示す部分断面図である。 大セグメントと小セグメントとからなるセグメントセットをスロットに挿入する状態を示す図である。 周方向に規則正しく配置されたセグメントセットの平面図である。 図６に示したセグメントセットから小セグメントのみを抜き出して示した平面図である。 小セグメントの頂部付近の部分的な斜視図である。 一の小セグメントを抜き出して周方向に展開した平面図である。 一の小セグメントを抜き出して周方向に展開した側面図である。 図６に示したセグメントセットから大セグメントのみを抜き出して示した平面図である。 一の大セグメントを抜き出して周方向に展開した平面図である。 一の大セグメントを抜き出して周方向に展開した側面図である。 折り曲げ整形工程によって製造されたＵ字状のセグメントの正面図である。 図１４に示すセグメントの側面図である。 図１４に示すセグメントの斜視図である。 小セグメントについての第１の捻り工程の詳細を示す図である。 小セグメントについての第１の捻り工程の詳細を示す図である。 第１の捻り工程によって捻り整形が行われた後の小セグメントを示す斜視図である。 大セグメントについての第１の捻り工程の詳細を示す図である。 大セグメントについての第１の捻り工程の詳細を示す図である。 第２の捻り工程で用いられる捻り治具の断面図である。 図２２に示した捻り治具の要部を示す斜視図である。 セグメント押さえの形状を変更した捻り治具の変形例を示す図である。 クランク部の傾斜を維持した場合の小セグメントと大セグメントの関係を示す図である。 セグメントセットの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ステータコア
２ ロータ
３ ステータコイル
４ ハウジング
７ 回転軸
３１ ターン部側コイルエンド部
３２ 端部側コイルエンド部
３３ セグメント
３３ａ、３３ｂ 直線部
３３ｃ ターン部
１００ 走行モータ
２００ 固定クランパ
２１０ 可動クランパ
２０２、２１２ 収納部
２０４、２１４ 移動部
２０６、２１６ 調整部
３３１ 大セグメント
３３２ 小セグメント

Claims (8)

1. 大きさが異なるＵ字状の複数のセグメントを重ねた状態で、一方の直線部を固定子鉄心の一のスロットに挿入し、他方の直線部を前記固定子鉄心の他のスロットに挿入することにより形成されるセグメントセットを前記固定子鉄心の周方向に沿って配置し、前記セグメントの端部同士を接合することにより構成される固定子巻線を備える車両用回転電機において、
   前記セグメントセットは、他の前記セグメントを内包しない小セグメントと、前記小セグメントを含む他の前記セグメントを内包する大セグメントを含み、
   前記セグメントセットを形成する複数の前記セグメントのそれぞれは、前記一方の直線部と、前記他方の直線部と、これら２つの直線部をねじりを伴わずに接続するターン部とを有し、
   前記小セグメントに含まれる前記ターン部は、この小セグメントの径方向幅とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした第１のクランク部を有し、
   前記大セグメントに含まれる前記ターン部は、この大セグメントに内包される前記他のセグメントの本数にそれぞれの前記他のセグメントの径方向幅の２倍の値を乗算し、さらに前記大セグメントの径方向幅を加算した値とほぼ同じだけ導体素線を径方向にずらした第２のクランク部を有し、
   前記第１のクランク部は、前記固定子鉄心に形成された前記スロットの隣接間隔以下の範囲に形成され、
   前記第２のクランク部は、この第２のクランク部が含まれる前記大セグメントに内包される前記他のセグメントの本数の２倍に１を加算した値を乗数として、前記スロットの隣接間隔に乗算した値以下の範囲に形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記小セグメントに含まれる前記第１のクランク部の周方向位置と、前記大セグメントに含まれる前記第２のクランク部の周方向位置が、この第２のクランク部が含まれる前記大セグメントに内包される前記他のセグメントの本数の２倍に１を加算した値を乗数として、前記スロットの隣接間隔に乗算した値以下の範囲に含まれるように設定することを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記小セグメントに含まれる前記第１のクランク部の周方向位置と、前記大セグメントに含まれる前記第２のクランク部の周方向位置を一致させることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記ターン部は、前記一方の直線部から延びるほぼ直線状の第１の斜行部と、前記他方の直線部から延びるほぼ直線状の第２の斜行部と、前記第１および第２の斜行部をつなぐ頂部とを有しており、
   前記第１のクランク部あるいは前記第２のクランク部を前記頂部に形成するとともに、前記第１の斜行部と前記第２の斜行部の長さをほぼ同じに設定することを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記第１および第２のクランク部は、これらのクランク部を有しないＵ字状の前記セグメントの前記ターン部の一部を、このターン部の延在方向と垂直方向に変形させることにより形成することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項５において、
   前記セグメントは、前記ターン部の変形によって前記第１および第２のクランク部を形成した後に、前記一方の直線部と前記他方の直線部とを前記複数のセグメントについて同時に周方向にねじることにより形成されることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記小セグメントを、前記一方の直線部と、前記他方の直線部と、これら２つの直線部をねじりを伴って接続するターン部とを有する捻りセグメントに置き換えることを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   少なくとも１本の前記大セグメントを、前記一方の直線部と、前記他方の直線部と、これら２つの直線部をねじりを伴って接続するターン部とを有する捻りセグメントに置き換えることを特徴とする車両用回転電機。
   

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