JP2016092875A - 回転電機の固定子及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性能の高い回転電機の固定子及び回転電機を提供する。
【解決手段】分割コイル１２Ｂの、先端に第一端末部１２Ｔ−ＩＮを有する第一端末線１２Ｓ−ＩＮは、スロット１５の内周側端部から固定子１０の軸方向に引き出されて、他の分割コイル１２Ｂの分割コイルエンド部１２Ｂｅを径方向外側に跨いで分割コイルエンド部１２Ｂｅの外周側に引き回され、第一端末線１２Ｓ−ＩＮと接合される他の分割コイル１２Ｂの、先端に第二端末部１２Ｔ−ＯＵＴを有する第二端末線１２Ｓ−ＯＵＴは、スロット１５の外周側端部から固定子１０の軸方向に引き出され、第一端末部１２Ｔ−ＩＮと第二端末部１２Ｔ−ＯＵＴは、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面ＳＵ同士が周方向に重なるように重ねられ、角部Ｋ１２を溶融して固着しているものである。
【選択図】図５

Description

この発明は、コイルエンド部の軸方向の高さを低くして小型化できる回転電機の固定子及び回転電機に関するものである。

回転電機の固定子コイルの巻線方法には、各磁極に集中してコイルを巻線する集中巻方式と、複数の磁極を跨いで巻線する分布巻方式がある。集中巻方式に対し、分布巻方式は、回転磁界の分布が滑らかになるので、回転電機の運転時の振動を低減できるというメリットがある。

ところで、分布巻方式で巻線した固定子コイルのコイルエンド部においては、複数のワイヤ同士が重なってしまうためにコイルエンド部が軸方向に高くなってしまい、回転電機の小型化には障害となっていた。

そこで、分布巻方式におけるコイルエンド部でのワイヤ同士の重なり方を最適化して、重なり合うワイヤ間に生じる隙間を最小限にし、コイルエンド部の高さの低減を図る手段の一つとして、最初は、１相分の固定子コイルを複数の分割コイルに分割しておいて、固定子鉄心に組み付けた後でこれらを接合するという方法がある。

この方法は、それぞれの分割コイルのコイルエンド部となる部分を、複数のコイル同士が重なったときに隙間が最小限になるような形状に予め成形しておき、それらをコアに組み付けることでコイルエンド部内での無駄な隙間を減らし、コイルエンド部の高さの低減を図るものである。

もし、固定子コイルを分割せずに最適なコイルエンドの形状としつつ一体のコイルとすると、コアに組み付けることが極めて困難であるため、複数の分割コイルに分割することで最適形状での組み立てを可能としている。このように、１相分の固定子コイルを複数の分割コイルに分割することでコイルエンド部におけるワイヤ同士の重なりを最適化した例としては、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。

特開２００１−１９７７０９号公報

特許文献１では、１相分の固定子コイルを複数の分割コイルに分割しているため、分割コイルとコアを組立てた後に各分割コイルの端末部を電気的に接合して固定子コイルとして構成する必要がある。そのため、固定子コイルには分割コイルの端末部同士の接合部が多数存在することになる。端末線同士を接合する手段のひとつに溶接があり、アーク溶接が多用される。

固定子コイルに用いられるワイヤはお互いに密着して巻回されるので、導体間の絶縁を確保するために、その表面に絶縁被膜を設けたワイヤを用いている。しかし、絶縁被膜のあるワイヤ同士を溶接で接合すると溶接不良を生じやすいため、溶接する箇所は予め絶縁被膜を除去しておく必要がある。

一方、溶接はコイルの導体素材である銅やアルミニウムといった金属を加熱、溶融する工法であり、金属を溶融させるだけの熱量をワークに与える必要がある。このとき、一般的に金属は熱伝導率が高いので、端末部の溶接部だけではなくその近傍のコイルの温度も一時的ではあるが上昇する。その結果、溶接時に溶接部近傍の絶縁被膜が熱により損傷して必要な絶縁性能が得られないという課題がある。絶縁被膜の存在する箇所から溶接部までのコイルを長くすることにより絶縁被膜の熱による損傷を防ぐことができるが、その場合には溶接部を含めて絶縁被膜のない部分を長くとることになるため、その周囲に十分な空間距離をとってコイル同士あるいはコイルと鉄心等の他の部材との絶縁を確保しなければならない。そのため、接合部近傍に必要なスペースが増大し、コイルエンドが大きくなるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コイルエンドを大きくすることなく、溶接時の絶縁被膜の損傷を防止できる回転電機の固定子及び回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子は、
固定子コイルを収納する複数のスロットが形成された円環状の固定子鉄心と、
前記スロット内に収納された複数の分割コイルを接続して構成される前記固定子コイルとからなる回転電機の固定子において、
前記分割コイルの、先端に第一端末部を有する第一端末線は、前記スロットの内周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部を径方向外側に跨いで前記分割コイルエンド部の外周側に引き回され、
前記第一端末線と接合される他の分割コイルの、先端に第二端末部を有する第二端末線は、前記スロットの外周側端部から前記固定子の軸方向に引き出され、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ、前記第一端末線と前記第二端末線の素線を長手方向に垂直に拡張するように潰し加工され、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面同士が周方向に重なるように重ねられ、
前記第一端末部の径方向外側の先端と、前記第二端末部の軸方向上側の先端が重なる角部を溶融して固着しているものである。
また、この発明に係る回転電機の固定子は、
固定子コイルを収納する複数のスロットが形成された円環状の固定子鉄心と、
前記スロット内に収納された複数の分割コイルを接続して構成される前記固定子コイルとからなる回転電機の固定子において、
前記分割コイルの、先端に第一端末部を有する第一端末線は、前記スロットの内周側端部から前記固定子の軸方向に引き出され、
前記第一端末線と接合される他の分割コイルの、先端に第二端末部を有する第二端末線は、前記スロットの外周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部を径方向内側に跨いで前記分割コイルエンド部の内周側に引き回され、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ、前記第一端末線と前記第二端末線の素線を長手方向に垂直に拡張するように潰し加工され、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面同士が周方向に重なるように重ねられ、
前記第一端末部の軸方向上側の先端と、前記第二端末部の径方向内側の先端が重なる角部を溶融して固着しているものである。
また、この発明に係る回転電機の固定子は、
固定子コイルを収納する複数のスロットが形成された円環状の固定子鉄心と、
前記スロット内に収納された複数の分割コイルを接続して構成される前記固定子コイルとからなる回転電機の固定子において、
前記分割コイルの、先端に第一端末部を有する第一端末線は、前記スロットの内周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部上に沿うように径方向外側に折り曲げられ、
前記第一端末線と接合される他の分割コイルの、先端に第二端末部を有する第二端末線は、前記スロットの外周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部上に沿うように、径方向内側に折り曲げられ、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ、前記第一端末線と前記第二端末線の素線を長手方向に垂直に拡張するように潰し加工され、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ他の前記分割コイルの前記分割コイルエンド部上で、軸方向上方に向かって更に折り曲げられ、
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面同士が周方向に重なるように重ねられ、
前記第一端末部の軸方向上側の先端と、前記第二端末部の軸方向上側の先端が重なる角部を溶融して固着しているものである。
また、この発明に係る回転電機は、上述のいずれかの回転電機の固定子と、
前記固定子の内周側に回転可能に支持された回転子と、
前記固定子と前記回転子を収納するフレームとを備えたものである。

この発明に係る回転電機の固定子によれば、
端末線の端末部を潰し加工し、それらを潰し加工された面同士が重なるように重ねて角部を溶接するので、薄板状に成形していない端末線同士を並べて溶接する場合と比較して、溶融部の体積を小さくすることができる。これにより、端末線の溶融に必要な入熱量を小さくでき、溶融部以外の固定子コイルの温度上昇が抑えられ、固定子コイルの絶縁被膜の損傷を防止できる。
また、この発明に係る回転電機によれば、上記固定子を備えているので回転電機の絶縁性能を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係る分割コイルの正面図と側面図である。 この発明の実施の形態１に係る分割コイルを固定子鉄心に取り付ける工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の要部斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る端末線の要部拡大斜視図と要部拡大側面図である。 この発明の実施の形態１に係る端末線の要部拡大斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る端末線の接合部を周方向から見た図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子の要部斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子の２本の端末線の接合部を含む固定子コイルの断面図である。 この発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子の要部斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る端末線の要部拡大斜視図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子及び回転電機を、図を用いて説明する。
この明細書中で、「周方向」、「径方向」、「内側」、「外側」というときは、特に断らない限り、固定子の「周方向」、「径方向」、「内側」、「外側」をいう。また、コイルエンド部の高さについていう「高い」とは、固定子鉄心の中心から見た高さの状態をいう。また、上方とは、固定子の中心から軸方向に離れる方向をいう。
図１は、回転電機１００の断面模式図である。
図２は、回転電機１００の固定子１０の要部断面図である。
回転電機１００は、固定子１０と回転子２０と、これらを内部に保持するフレーム３で構成される。

固定子１０は、略円筒形であり、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻回される固定子コイル１２からなる。固定子鉄心１１は、一般的には鉄系の材料からなる薄板の磁性板を複数枚積層して構成されている。固定子１０は、略円筒形のフレーム３の内側に嵌合、固定され、フレーム３に対して軸受５によって回転可能に支持された回転子２０と組み合わされて回転電機１００を構成する。

フレーム３は、固定子１０や回転子２０を機械的に保持し、かつ固定子１０の放熱経路となるものであり、一般的には鉄やアルミニウム等の金属素材が用いられる。回転子２０は、回転軸２１に固定された略円筒形の回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２の外周面に取り付けられた永久磁石２３とを備えている。

固定子鉄心１１は、環状のヨークである外側鉄心１１ｂと、外側鉄心１１ｂの内側に嵌合する内側鉄心１１ａからなる。内側鉄心１１ａは、放射状に配置された複数のティース１４を有し、各ティース１４の内周側の先端が隣接するティース１４と連結部１１ｃによって結合されている。隣り合うティース１４の間に挟まれ、固定子コイル１２が収納される部分がスロット１５である。

図３（ａ）は、分割コイル１２Ｂの正面図である。
図３（ｂ）は、分割コイル１２Ｂの側面図である。
各分割コイル１２Ｂの端末部は接合のために加工されるが、図３（ａ）、（ｂ）は加工前の状態を示している。
固定子コイル１２は、３つ、或いは、それ以上の相数のコイルからなり、さらに各相のコイルは、複数の分割コイル１２Ｂで構成されている。すなわち、複数の分割コイル１２Ｂを直列あるいは並列、または直並列に接合して１相の固定子コイル１２が構成されている。

固定子コイル１２のスロット収納部１２ａ、１２ｂは、スロット１５内に配置される。図１に示す、固定子鉄心１１の軸方向の端面から軸方向に延出した部分がコイルエンド部１２ｅ、１２ｆである。コイルエンド部１２ｅにて分割コイル１２Ｂ同士の接合や、その他必要なワイヤの引き回しとそのワイヤの接合を行う。反対側のコイルエンド部１２ｆには、分割コイル１２Ｂ同士の接合部は無い。

固定子コイル１２を構成する分割コイル１２Ｂは、単一あるいは複数のティース１４を跨ぐように、絶縁処理されたワイヤ（素線）が１回あるいは複数回巻回されている。分割コイル１２Ｂは、図３（ｂ）に示すような亀甲型のコイルである。分割コイル１２Ｂを構成するワイヤは、銅やアルミといった導電率の高い金属素材によるワイヤが用いられ、絶縁性の樹脂被膜で覆われている。

次に、分割コイル１２Ｂを用いて固定子鉄心１１に固定子コイル１２を構成する方法を説明する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、分割コイル１２Ｂを固定子鉄心１１に取り付ける工程を示す図である。
前述したように内側鉄心１１ａにおいて、各ティース１４は、最内周部が連結部１１ｃにより連結されており、ティース１４に挟まれた固定子コイル１２が配置されるスロット１５の外周側は開放された形状となっている。

ここで、内側鉄心１１ａにおいて、各スロット１５の開放されている外周側をスロット１５の入口、連結されている内周側をスロット１５の底とする。事前に、図３に示すような２ターン巻いて多角形状に形成した分割コイル１２Ｂをスロット１５の個数分作成する。

次に、図４（ａ）に示すように、各スロット１５の入口から全ての分割コイル１２Ｂの２本のスロット収納部１２ａをスロット１５内に挿入する。その後、図４（ｂ）に示すように、内側鉄心１１ａを半時計回りに回転させて、先にスロット１５内に収納した２本のスロット収納部１２ａと反対側の、全ての分割コイル１２Ｂの２本のスロット収納部１２ｂを、所定の数のティース１４を跨いだ別のスロット１５内に同時に挿入する。

次に、図４（ｃ）に示すように、外側鉄心１１ｂを内側鉄心１１ａの外周側に嵌め込むことで固定子１０を組み立てることができる。このとき、分割コイル１２Ｂの端末線１２Ｓ−ＩＮ（第一端末線）は、スロット１５の底（内周側端部）に配置され、端末線１２Ｓ−ＯＵＴ（第二端末線）は、スロット１５の一番入口側（外周側端部）に配置される。分割コイル１２Ｂ同士の接合は、端末線１２Ｓ−ＩＮの先端の端末部１２Ｔ−ＩＮ（第一端末部）と、他の分割コイル１２Ｂの端末線１２Ｓ−ＯＵＴの先端の端末部１２Ｔ−ＯＵＴ（第二端末部）との間で実施する。

分割コイル１２Ｂの端末部１２Ｔ−ＩＮと、他の分割コイル１２Ｂの端末部１２Ｔ−ＯＵＴは、例えばアーク溶接、レーザ溶接、抵抗溶接等の溶接工法によって電気的かつ機械的に接合する。このとき、スロット１５の底に配置された端末線１２Ｓ−ＩＮは、他の分割コイル１２Ｂの分割コイルエンド部１２Ｂｅを径方向に、内側から外側に跨ぐ必要がある。

次に、分割コイル１２Ｂの端末部１２Ｔ−ＩＮと他の分割コイル１２Ｂの端末部１２Ｔ−ＯＵＴの接続について更に詳細に説明する。
図５は、固定子１０の要部斜視図である。分割コイルエンド部１２Ｂｅの集合体は、模式的に円筒形状で表している。分割コイルエンド部１２Ｂｅは、図３（ｂ）の分割コイル１２Ｂにおいて、上部で左右のスロット収納部１２ａ、１２ｂ同士を繋いでいる部分である。分割コイルエンド部１２Ｂｅは、周方向に全周に渡って連なって配置されている。なお、図１に示すコイルエンド部１２ｅとは、分割コイルエンド部１２Ｂｅ及び、それらの接合部、その他、固定子鉄心１１の軸方向の端面から上方に飛び出したコイルの配線全体を指す。

スロット１５内に配置された分割コイル１２Ｂのワイヤの内、スロット１５の底に配置された端末線１２Ｓ−ＩＮは、スロット１５から軸方向に引き出された後、他の分割コイル１２Ｂの分割コイルエンド部１２Ｂｅを跨ぐように固定子鉄心１１の軸方向の上方で固定子１０の径方向外側に曲げられている。

図６（ａ）は、端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの要部拡大斜視図である。
図６（ｂ）は、端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの要部拡大側面図である。
図７は、長手方向に垂直な断面が丸形の場合における端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの要部拡大斜視図である。
以下では元のワイヤとして、断面が四角形のワイヤを用いて説明するが、例えば図７のような断面が丸形の丸線でも同様に適用可能である。
端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴは、ワイヤが長手方向Ｙに対して垂直方向Ｙに拡張するように、薄板状に塑性変形を加えられている。潰し加工された端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの幅をＷとすると、長さＬは、Ｗよりも大きな値とする。元々分割コイル１２Ｂにはその表面に絶縁被膜が施されているが、少なくとも潰し加工された端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの長さＬの範囲までは絶縁被膜を除去してある。図６（ｂ）に示すように、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの周方向の一端面である面ＳＵのみが凹むように潰し加工を施しているが、両面を均等に潰し加工しても良い。このように面ＳＵのみに段差を設け、図５に示すように、段差のある面ＳＵ同士を接合すると接合部に段差ができず絶縁性能を向上できる。

また、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの周方向の厚さＴは、元のワイヤの周方向の幅Ｄの１／２を越えないように薄く加工している。図７は、元のワイヤが丸線の場合であり、この場合は、薄板状部の厚さＴを線径Ｄ２の１／２を越えないように加工する。

固定子コイル１２に用いるワイヤは、一般的に導電率の高い銅やアルミニウム製であり、これらの金属は比較的展性が高いので元の導体幅の１／２を越えない厚さまで潰しても亀裂等の欠陥は生じにくい。一方、ワイヤの絶縁被膜は一般的に有機化合物からなり、銅やアルミニウムほどの展性が無いため、ワイヤに過大な塑性変形を加えると絶縁被膜が損傷してしまう。しかし、本発明で薄板状に潰し加工を施す箇所は、その後の接合のために予め絶縁被膜が除去してある。そのため、元の導体幅の１／２を越えない厚さになるまで端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴに潰し加工を施しても構わない。

このように端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを加工する理由を説明する。ワイヤ同士の接合は固定子１０の多くのスロット１５から延出する端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴに対して実施する場合があり、そのときには端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの溶接部同士が、スロットのピッチに合わせて並んで配置される場所が生じる。

しかし、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの厚さを元のワイヤの周方向の幅の１／２を越えない範囲として薄板状に加工し、それらを重ね合わせて溶接すれば、２つの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを重ねても元のワイヤの周方向の幅以下に抑えることができる。薄板状に加工していないワイヤ同士を溶接する場合と比べて隣接する溶接部の空間距離を長くでき、必要な絶縁距離を確保できる。

さて、コイルエンド部１２ｅは、固定子コイル１２の全長を短くし、巻線抵抗値を下げるためおよび、回転電機の軸方向高さを押さえるために、この部分を構成するワイヤ間の隙間が最小になるようにしている。したがって、図５に示すように端末線１２Ｓ−ＩＮを固定子１０の外周側に引き回すために分割コイルエンド部１２Ｂｅの間を径方向に貫通させることは困難であり、分割コイルエンド部１２Ｂｅを上述のように跨ぐ必要がある。

このとき、分割コイルエンド部１２Ｂｅの表面に沿って径方向外側に向かって端末線１２Ｓ−ＩＮを引き回しているが、分割コイルエンド部１２Ｂｅと端末線１２Ｓ−ＩＮは、それぞれ絶縁被膜を有しているため、お互いに接触しても絶縁は確保される。但し、絶縁被膜だけでの絶縁では不十分な場合には、分割コイルエンド部１２Ｂｅと端末線１２Ｓ−ＩＮとの間に絶縁紙あるいは絶縁フィルムを挟んでもよい。端末線１２Ｓ−ＩＮの端末部１２Ｔ−ＩＮは、分割コイルエンド部１２Ｂｅの集合体の外周面より更に径方向外側に飛び出した位置に配置する。

この端末線１２Ｓ−ＩＮと接合される端末線１２Ｓ−ＯＵＴは、スロット１５の一番外周側の入り口に配置され、端末線１２Ｓ−ＩＮと同様にスロット１５から軸方向上方に引き出される。端末線１２Ｓ−ＯＵＴは、スロット１５から引き出された後、内周側から分割コイルエンド部１２Ｂｅを外側に跨いできた端末線１２Ｓ−ＩＮの端末部１２Ｔ−ＩＮの先端部と同じ高さに、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴ同士の潰し加工された面ＳＵ同士が重なるように配置される。

薄板状に潰した２つの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴは、同じ高さに、周方向に重ねて配置されることになるが、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの向きは９０度異なっており、端末線１２Ｓ−ＩＮと端末線１２Ｓ−ＯＵＴが直交するように重なっている。図５では１対の端末線１２Ｓ−ＩＮと端末線１２Ｓ−ＯＵＴしか記載していないが、実際のワークではこれが周方向に並んで配置されている。

２つの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを重ねた後は、図８に示すように薄板状部分の外周側の角部１２Ｋにおいて両者を接合する。接合方法としては、比較的安価な設備で接合可能で、十分な耐熱性や強度を持った接合部が得られるアーク溶接を適用する。

図８は、２本の端末線１２Ｓ−ＩＮと端末線１２Ｓ−ＯＵＴの接合部Ｓを周方向から見た図である。端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴが直交して周方向に重ねられ、重なった部分の角部１２Ｋに溶接をおこなうことにより溶融部１２Ｙが形成されている。

本発明の実施の形態１に係る、回転電機１００の固定子１０及び回転電機１００によれば、端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを薄板状に加工し、それらを潰し加工された面ＳＵ同士が重なるように重ねて角部１２Ｋを溶接するので、薄板状に成形していない端末線同士を並べて溶接する場合と比較して、溶融部１２Ｙの体積を小さくすることができる。その結果、端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの溶融に必要な入熱量を小さくでき、溶融部１２Ｙ以外の固定子コイル１２の温度上昇が抑えられ、固定子コイル１２の絶縁被膜の損傷を防止できる。これにより、固定子１０と固定子１０を用いる回転電機１００の絶縁性能を向上できる。

また、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを薄板状に加工する際には、できるだけワイヤ（導体）の長手方向には拡張させず、長手方向に垂直に拡張するように加工する。これにより、ワイヤの断面積を減少させることなく断面形状のみを変形できるので、溶融部１２Ｙの体積が減少しているにも関わらず溶融部１２Ｙの近傍のワイヤの体積は減少していない。そのため、溶接部近傍でのワイヤの熱容量も減少しておらず、入熱量の低減がそのまま絶縁被膜部での温度上昇量の低減効果として得られる。

さらに、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを溶接する際には、溶接部近傍において２つの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを治具で挟みこんでおき、端末部１２Ｔ−ＩＮ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴ同士を密着させておく必要がある。その際、本発明のように端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴを薄板状に成形しておくと、成形していない場合と比較して治具と端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴとの接触面積を広く取ることができる。これにより、ワークである端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴから治具への熱伝達が多くなり、溶融部１２Ｙ以外の固定子コイル１２の温度上昇を抑え、絶縁被膜の損傷を防止する効果が得られる。

また、上述したように端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴ間の溶接にはアーク溶接を用いる。アーク溶接は、ワークへのアーク放電による熱エネルギーによりワークを溶融して接合させるものである。本発明のように端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの角部１２Ｋを溶接する場合には、アーク放電が角部１２Ｋに集中し易いので、溶接位置が安定するという効果も得られる。

なお、重ね合わせた端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴの角部１２Ｋのみを溶接することで溶融部１２Ｙの体積を小さくするということは、溶融部１２Ｙにおいて各ワイヤの断面積が減少していることになる。従って、単位長さ当たりのインピーダンスは、溶融部１２Ｙにおいては固定子コイル１２の他の線部より高くなってしまう。しかし、端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴ同士を接合した後の固定子コイル１２全体の長さに対して溶融部１２Ｙの総延長の割合はごく僅かであるため、固定子コイル１２のインピーダンスに対する影響はほとんどない。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子及び回転電機を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図９は、固定子２１０の要部斜視図である。分割コイルエンド部１２Ｂｅの集合体は、模式的に円筒形状で表している。

実施の形態１の端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴ同士は、分割コイルエンド部１２Ｂｅの径方向外側で接合されていたのに対して、本実施の形態の端末線２１２Ｓ−ＩＮ、２１２Ｓ−ＯＵＴの端末部２１２Ｔ−ＩＮ、２１２Ｔ−ＯＵＴ同士は、分割コイルエンド部１２Ｂｅの径方向内側で接合している。よって、分割コイルエンド部１２Ｂｅを径方向に跨いでいるのは、外側の端末線２１２Ｓ−ＯＵＴである。その他の構成及び効果については、実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子及び回転電機を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１０は、２本の端末線３１２Ｓ−ＩＮと端末線３１２Ｓ−ＯＵＴの接合部Ｓ３を含む固定子コイル１２の断面図である。端末部３１２Ｔ−ＩＮ、３１２Ｔ−ＯＵＴが直交して周方向に重ねられ、重なった部分の角部３１２Ｋに溶接をおこなうことにより溶融部３１２Ｙが形成されている。

実施の形態１では、図６〜図８に示すように、端末線１２Ｓ−ＩＮ、１２Ｓ−ＯＵＴの端末部１２Ｔ−ＩＮ、１２Ｔ−ＯＵＴは、長手方向に垂直な断面が四角形のワイヤをそのまま押し潰して広げたような形状としていたが、本実施の形態では、端末線３１２Ｓ−ＩＮの端末部３１２Ｔ−ＩＮも、端末線３１２Ｓ−ＯＵＴの端末部３１２Ｔ−ＯＵＴも、分割コイルエンド部１２Ｂｅ側にのみ張り出すように薄板状に潰し加工して形成されている。

図５において、分割コイルエンド部１２Ｂｅの集合体の断面上部を四角形状に描いていたが、実際のところ当該部分はワイヤを曲げて構成されており、ワイヤは、ある程度の曲率をもって曲げられる。従って実際には分割コイルエンド部１２Ｂｅの上部の四角形状部は円弧状となる。

そこで、図１０に示すように端末部３１２Ｔ−ＩＮ、３１２Ｔ−ＯＵＴの薄板状部分を分割コイルエンド部１２Ｂｅ側にだけに偏って張り出す形状にしても分割コイルエンド部１２Ｂｅと干渉することはない。

本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子及び回転電機によれば、薄板状部分を分割コイルエンド部１２Ｂｅ側に偏らせることによって、固定子鉄心１１から溶融部３１２Ｙまでの長さを抑えることが可能であり、製品の全長を低減することができる。

接合部Ｓ３を形成する端末部３１２Ｔ−ＩＮ、３１２Ｔ−ＯＵＴを分割コイルエンド部１２Ｂｅの外周側に配置することにより固定子の中心軸から溶融部３１２Ｙまでの距離が短くなるので、溶融部３１２Ｙとフレーム３との絶縁距離を確保しやすくなる。

なお、実施の形態２のように、端末部同士の接合部Ｓ３を分割コイルエンド部１２Ｂｅの内周側に配置した場合においては、フレーム３の軸受保持部３１と溶融部３１２Ｙとの絶縁距離を確保しやすくなる。これによりフレーム３内において、絶縁確保のために必要なスペースを縮小することができるので製品全体の小型化が可能となる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子及び回転電機を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１１は、固定子４１０の要部斜視図である。端末線４１２Ｓ−ＩＮの端末部４１２Ｔ−ＩＮと端末線４１２Ｓ−ＯＵＴの端末部４１２Ｔ−ＯＵＴとの接合部Ｓ４を周方向から見た図である。
図１２は、端末線４１２Ｓ−ＯＵＴの要部拡大斜視図である。図１１において分割コイルエンド部１２Ｂｅの集合体は、模式的に円筒形状で表している。

端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴが直交するように周方向に重ねられ、重なった部分の角部４１２Ｋに溶接をおこなうことにより溶融部が形成されている。実施の形態１では、端末線１２Ｓ−ＩＮの薄板状に潰し加工して成形した端末部１２Ｔ−ＩＮは、端末線１２Ｓ−ＩＮから連続して真っ直ぐに形成されており、同様に、端末線１２Ｓ−ＯＵＴの薄板状に成形した端末部１２Ｔ−ＯＵＴは、端末線１２Ｓ−ＯＵＴから連続して真っ直ぐに形成されていた。本実施の形態では、図１１に示すように、スロット１５の内周側に配置された端末線４１２Ｓ−ＩＮは、スロット１５から軸方向に引き出された後、分割コイルエンド部１２Ｂｅに沿って径方向外側に向かって曲げられる。曲げられた後の端末線４１２Ｓ−ＩＮは、分割コイルエンド部１２Ｂｅの上に位置しており、実施の形態１のように完全に分割コイルエンド部１２Ｂｅを乗り越えるところまで引き延ばさない。

スロット１５の外周側に配置された端末線４１２Ｓ−ＯＵＴも同様に、スロット１５から軸方向に引き出された後、分割コイルエンド部１２Ｂｅに沿って径方向内側に向かって曲げられる。曲げられた後の端末線４１２Ｓ−ＯＵＴも分割コイルエンド部１２Ｂｅの上に位置しており完全に分割コイルエンド部１２Ｂｅを乗り越えるところまで引き延ばさない。

更に、端末部４１２Ｔ−ＩＮと端末部４１２Ｔ−ＯＵＴを軸方向上方に向かって約４５度折り曲げている。端末部４１２Ｔ−ＩＮと端末部４１２Ｔ−ＯＵＴ自体の形状は実施の形態１で説明した形状と同じである。薄板状の端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴの根元部分に上述の曲げ加工を施している。

このように、端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴを分割コイルエンド部１２Ｂｅの上で向き合うように引き回し、薄板状の端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴが周方向に重なるようにする。このとき、端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴは、その根元から上方に向かってそれぞれ４５度程度曲げられているので、２本の端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴ同士は直交するように重ね合わされる。２つの端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴを周方向に重ね合わせた後、角部４１２Ｋに溶接を施すことによって端末線同士を接合する。

本発明の実施の形態４に係る、回転電機の固定子４１０及び回転電機によれば、端末線４１２Ｓ−ＩＮ、４１２Ｓ−ＯＵＴの端末部４１２Ｔ−ＩＮ、４１２Ｔ−ＯＵＴの接合部Ｓ４を分割コイルエンド部１２Ｂｅの上に配置する場合でも、端末部４１２Ｔ−ＩＮと端末部４１２Ｔ−ＯＵＴを直交させることができる。これにより実施の形態１と同様の効果を奏する。

なお、接合部Ｓ４を含めたコイルエンド全体の軸方向の高さは実施の形態１の形状よりも高くなってしまうことは避けられない。しかしながら、固定子およびフレームの形状により分割コイル間の接合部同士の絶縁距離が確保できない場合や、分割コイルの接合部と、フレームと鉄心の溶接部との距離が近くなり過ぎて必要な絶縁距離を取れない等の理由により、分割コイルエンド部の内周側や外周側に分割コイル間の接合部を配置できない場合であっても、コイル接合時の絶縁被膜の損傷を防止できるという効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 回転電機、１０，２１０，４１０ 固定子、１１ 固定子鉄心、
１１ａ 内側鉄心、１１ｂ 外側鉄心、１１ｃ 連結部、１２ 固定子コイル、
１２Ｂ 分割コイル、１２Ｂｅ 分割コイルエンド部、
１２Ｋ，３１２Ｋ，４１２Ｋ 角部、１２Ｙ，３１２Ｙ 溶融部、
１２Ｓ−ＩＮ，１２Ｓ−ＯＵＴ，２１２Ｓ−ＩＮ，２１２Ｓ−ＯＵＴ，３１２Ｓ−ＩＮ，３１２Ｓ−ＯＵＴ，４１２Ｓ−ＩＮ，４１２Ｓ−ＯＵＴ 端末線、
１２Ｔ−ＩＮ，１２Ｔ−ＯＵＴ，２１２Ｔ−ＩＮ，２１２Ｔ−ＯＵＴ，３１２Ｔ−ＩＮ，３１２Ｔ−ＯＵＴ，４１２Ｔ−ＩＮ，４１２Ｔ−ＯＵＴ 端末部、
１２ａ，１２ｂ スロット収納部、１２ｅ，１２ｆ コイルエンド部、３ フレーム、
３１ 軸受保持部、５ 軸受、Ｄ 幅、Ｄ２ 線径、Ｓ，Ｓ３，Ｓ４ 接合部、
１４ ティース、１５ スロット、２０ 回転子、２１ 回転軸、２２ 回転子鉄心、
２３ 永久磁石。

Claims (7)

1. 固定子コイルを収納する複数のスロットが形成された円環状の固定子鉄心と、
   前記スロット内に収納された複数の分割コイルを接続して構成される前記固定子コイルとからなる回転電機の固定子において、
   前記分割コイルの、先端に第一端末部を有する第一端末線は、前記スロットの内周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部を径方向外側に跨いで前記分割コイルエンド部の外周側に引き回され、
   前記第一端末線と接合される他の分割コイルの、先端に第二端末部を有する第二端末線は、前記スロットの外周側端部から前記固定子の軸方向に引き出され、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ、前記第一端末線と前記第二端末線の素線を長手方向に垂直に拡張するように潰し加工され、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面同士が周方向に重なるように重ねられ、
   前記第一端末部の径方向外側の先端と、前記第二端末部の軸方向上側の先端が重なる角部を溶融して固着している回転電機の固定子。
2. 固定子コイルを収納する複数のスロットが形成された円環状の固定子鉄心と、
   前記スロット内に収納された複数の分割コイルを接続して構成される前記固定子コイルとからなる回転電機の固定子において、
   前記分割コイルの、先端に第一端末部を有する第一端末線は、前記スロットの内周側端部から前記固定子の軸方向に引き出され、
   前記第一端末線と接合される他の分割コイルの、先端に第二端末部を有する第二端末線は、前記スロットの外周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部を径方向内側に跨いで前記分割コイルエンド部の内周側に引き回され、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ、前記第一端末線と前記第二端末線の素線を長手方向に垂直に拡張するように潰し加工され、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面同士が周方向に重なるように重ねられ、
   前記第一端末部の軸方向上側の先端と、前記第二端末部の径方向内側の先端が重なる角部を溶融して固着している回転電機の固定子。
3. 固定子コイルを収納する複数のスロットが形成された円環状の固定子鉄心と、
   前記スロット内に収納された複数の分割コイルを接続して構成される前記固定子コイルとからなる回転電機の固定子において、
   前記分割コイルの、先端に第一端末部を有する第一端末線は、前記スロットの内周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部上に沿うように径方向外側に折り曲げられ、
   前記第一端末線と接合される他の分割コイルの、先端に第二端末部を有する第二端末線は、前記スロットの外周側端部から前記固定子の軸方向に引き出されて、他の分割コイルの分割コイルエンド部上に沿うように、径方向内側に折り曲げられ、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ、前記第一端末線と前記第二端末線の素線を長手方向に垂直に拡張するように潰し加工され、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ他の前記分割コイルの前記分割コイルエンド部上で、軸方向上方に向かって更に折り曲げられ、
   前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれの長手方向が直交し、潰し加工された面同士が周方向に重なるように重ねられ、
   前記第一端末部の軸方向上側の先端と、前記第二端末部の軸方向上側の先端が重なる角部を溶融して固着している回転電機の固定子。
4. 前記第一端末部及び前記第二端末部の周方向の厚さは、前記第一端末線及び前記第二端末線を構成する前記素線の周方向の厚さの１／２を越えない請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 前記第一端末部及び前記第二端末部は、前記分割コイルエンド部側にのみ拡張するように潰し加工されている請求項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。
6. 前記第一端末部及び前記第二端末部は、周方向の一端面のみが凹むように潰し加工され、前記第一端末部及び前記第二端末部は、凹ませた面同士が向かい合って接合されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の固定子と、
   前記固定子の内周側に回転可能に支持された回転子と、
   前記固定子と前記回転子を収納するフレームとを備えた回転電機。

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