JP2018074698A - 回転電機の固定子および固定子巻線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、コイルエンド部の頂部の角部における絶縁被膜の損傷発生を抑制し、絶縁性を向上できる回転電機の固定子および固定子巻線の製造方法を得る。【解決手段】コイルエンド部のそれぞれは、連結される２本の直線部間の中央に位置する頂部と、連結される上記２本の直線部のそれぞれと上記頂部とを連結する一対の斜辺部と、を有し、上記頂部は、連結される上記２本の直線部の径方向位置を変位させるクランク部を中央に有し、複数のコイルエンド部は、上記頂部を径方向に重ねて径方向に２層以上に並んだ状態で、周方向に配列されており、径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組のそれぞれでは、上記斜辺部の曲げ角度が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど大きくなっており、かつ上記クランク部の曲げ半径が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど、単調増加している。【選択図】図７

Description

この発明は、電動機、発電機などの回転電機に適用される固定子および固定子巻線の製造方法に関するものである。

近年、電動機や発電機などの回転電機において、小型高出力および高品質が求められている。このような回転電機の高出力化にともない、通電電流が大電流化する。そして、通電電流の大電流化に対応するために、断面積の大きな導体線、特に矩形断面の導体線が用いられる傾向にある。

このような状況を鑑み、平角導体線を用いた巻線構造が種々提案されている（例えば,特許文献１，２参照）。

特許文献１による回転電機の固定子巻線は、波形導線を所定の状態に積み重ねて帯状に形成した導線集積体を渦巻き状に巻いてドーナツ状に形成されていた。波形導線は、スロットに収容されるスロット収容部と、スロットから突出して隣り合うスロット収容部の一端部同士および他端部同士をそれぞれ接続しているターン部と、を有する波形に成形されていた。ターン部の中央部には、固定子鉄心から最も離れた部位となる頂部が形成されていた。この頂部には、固定子鉄心の中心軸から頂部の中心を通って径方向に延びる直線に対して周方向に傾斜した渡り部を含んでなるクランク部が形成されていた。

また、特許文献２による回転電機の固定子巻線は、Ｕ字形に成形された平角線の一対の直線部を、複数のスロットを跨いで離間した２つのスロットに挿入し、スロットから突出した直線部の先端部同士を溶接して、形成されていた。平角線のＵ字部の頂部には、固定子鉄心の中心軸から頂部の中心を通って径方向に延びる直線に対して周方向に傾斜したセグメント移行曲げ部が形成されていた。なお、平角線のＵ字部、セグメント移行曲げ部、直線部が、それぞれ、特許文献１におけるターン部、クランク部、スロット収容部に相当している。

特開２０１０−１１５０３１号公報 特開２０１３−１９８３８０号公報

特許文献１，２においては、複数本のスロット収容部がスロットのそれぞれに径方向に１列に並んで挿入されている。そして、それぞれ、複数のスロットを跨いで離間する２つのスロットに挿入されているスロット収容部の端部同士を接続するターン部が、径方向に配列されている。ターン部により接続されるスロット収容部間の間隔は、外径側のターン部に接続されるスロット収容部間の間隔ほど長くなる。そこで、ターン部で構成されるコイルエンドの高さを揃える場合には、ターン部の頂部の曲げ角度を、スロット内の径方向内側に挿入されているスロット収容部の端部同士を接続するターン部ほど大きくする必要がある。

なお、頂部の曲げ角度とは、固定子鉄心の軸心と直交する平面と斜辺部との間の角度である。斜辺部とは、ターン部のスロット収容部からクランク部に至る部分である。

ここで、頂部の曲げ角度が大きくなるほど、頂部の絶縁被膜に加わるダメージが大きくなる。そこで、頂部の曲げ角度が大きくなる内径側のターン部ほど、頂部の絶縁被膜に集中するダメージが大きくなる。さらに、ターン部の頂部にクランク部を成形しているので、クランク部を成形することに起因するダメージが頂部の絶縁被膜に加わる。
このように、このクランク部を形成することに起因するダメージは、頂部を曲げ成形することに起因するダメージとともに、頂部の角部の絶縁被膜に蓄積される。そこで、頂部の曲げ角度が大きくなる内径側のターン部ほど、頂部の角部の絶縁被膜におけるダメージの蓄積量が増大する。これにより、内径側のターン部ほど、頂部の角部における絶縁被膜が一層損傷しやすくなるという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コイルエンド部の頂部の角部における絶縁被膜の損傷発生を抑制し、絶縁性を向上できる回転電機の固定子および固定子巻線の製造方法を得ることを目的とする。

この発明の回転電機の固定子は、スロットが周方向に配列されている円環状の固定子鉄心と、平角線で作製されて、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えている。上記固定子巻線は、上記スロットのそれぞれに、径方向に１列に配列して収納される複数の直線部と、それぞれ、複数スロット離れた一方のスロットに収納されている直線部のなかの１本の直線部の端部と他方のスロットに収納されている直線部のなかの１本の直線部の端部とを連結する複数のコイルエンド部と、を有し、上記コイルエンド部のそれぞれは、連結される上記２本の直線部間の中央に位置する頂部と、連結される上記２本の直線部のそれぞれと上記頂部とを連結する一対の斜辺部と、を有し、上記頂部は、連結される上記２本の直線部の径方向位置を変位させるクランク部を中央に有し、上記複数のコイルエンド部は、上記頂部を径方向に重ねて径方向に２層以上に並んだ状態で、周方向に配列されており、径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組のそれぞれでは、上記斜辺部の曲げ角度が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど大きくなっており、かつ上記クランク部の曲げ半径が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど、単調増加している。

この発明によれば、径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組のそれぞれにおいて、斜辺部の曲げ角度がコイルエンドの径方向位置が内径側になるほど、単調増加しているので、径方向内方に位置するコイルエンド部ほど、頂部の絶縁被膜に加わるダメージが大きくなる。一方、上記クランク部の曲げ半径が、コイルエンドの径方向位置が内径側になるほど、単調増加しているので、径方向内方に位置するコイルエンド部ほど、頂部の絶縁被膜に加わるダメージが小さくなる。そこで、径方向内方に位置するコイルエンド部の頂部の角部の絶縁被膜におけるダメージの蓄積量の増加が抑制される。これにより、コイルエンド部の頂部の角部の絶縁被膜の損傷発生が抑制され、絶縁性が向上される。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向の他端側から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向の一端側から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのクランク部周りを示す要部端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線の軸方向一端側のコイルエンドを示す要部端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのクランク部の曲げ部を説明する要部端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部に曲げ治具をセットした状態を周方向から見た図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部に曲げ治具をセットした状態を軸方向外方から見た図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部にクランク部を成形した状態を軸方向外方から見た図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向の他端側から見た端面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部を示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルの製造方法のフロー図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における単位コイルを構成する導体線に膨出部を成形する金型を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における単位コイルを構成する導体線に膨出部を成形した状態を示す平面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機における単位コイルのコイルエンド部を示す斜視図である。

以下、本発明による固定子巻線用コイルの製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向の他端側から見た端面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを示す正面図、図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向の一端側から見た端面図、図８はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのクランク部周りを示す要部端面図、図９はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部を示す斜視図、図１０はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部を示す正面図、図１１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線の軸方向一端側のコイルエンドを示す要部端面図、図１２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのクランク部の曲げ部を説明する要部端面図である。

図１において、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２およびフレーム２の開口を塞口する端板３を有するハウジング１と、フレーム２の円筒部に挿入、固着された固定子１０と、フレーム２の底部および端板３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、固定子１０の内周側に回転可能に配設された回転子５と、を備えている。

回転子５は、軸心位置を貫通するように挿入された回転軸６に固着された回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外周面側に埋め込まれて周方向に等ピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石８と、を備えた永久磁石型回転子である。なお、回転子５は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。

固定子１０は、円環状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に装着された固定子巻線２０と、固定子巻線２０を構成する相巻線間を絶縁する相間絶縁部材（図示せず）と、固定子巻線２０と固定子鉄心１１との間を絶縁する対地絶縁部材（図示せず）と、を備えている。

ここで、固定子鉄心１１の構造について、図２および図３を用いて説明する。

鉄心ブロック１２は、図３に示されるように、電磁鋼板を積層一体化して作製され、断面円弧形のコアバック部１２ａと、コアバック部１２ａの内周壁面から径方向内方に突出する１本のティース１２ｂと、を備えている。そして、固定子鉄心１１は、図２に示されるように、ティース１２ｂを径方向内方に向けて、コアバック部１２ａの周方向の側面同士を突き合わせて、４８個の鉄心ブロック１２を周方向に配列、一体化して、円環状に構成されている。このように、鉄心ブロック１２は、円環状の固定子鉄心１１を周方向に４８等分割したものである。コアバック部１２ａと周方向に隣り合うティース１２ｂとにより構成されるスロット１３が、内周側に開口して、周方向に等角ピッチで配列されている。ティース１２ｂは周方向幅が径方向内方に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されており、スロット１３の固定子鉄心１１の軸方向と直交する断面は長方形となっている。

つぎに、固定子巻線２０の構造について図４から図１２を用いて説明する。

単位コイル２１は、図５から図７に示されるように、板厚である短辺幅Ｔの長方形断面形状の導体線１９を、エッジワイズ巻きに螺旋状に巻いて、３ターンの略六角形のコイルパターンに作製されている。導体線１９は、エナメル樹脂で絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した銅線、アルミニウム線などからなる平角線である。

具体的には、単位コイル２１は、固定子鉄心１１のスロット１３に挿入される６本の直線部２２と、６本の直線部２２を一続きに連結する５本のコイルエンド部２３と、コイルエンド部２３により一続きに連結された直線部２２の両端に位置する直線部２２から延び出るコイル端末２７と、を備えている。ここで、単位コイル２１が固定子鉄心１１に装着された状態では、直線部２２の長さ方向、短辺方向、および長辺方向が、それぞれ、固定子鉄心１１の軸方向、径方向、および周方向に一致する。そこで、説明の便宜上、直線部２２の長さ方向を軸方向、直線部２２の短辺方向を径方向、直線部２２の長辺方向を周方向とする。

各コイルエンド部２３は、周方向の中央部に位置する頂部２４と、連結される２本の直線部２２から斜めに立ち上がり、頂部２４に至る一対の斜辺部２５と、を備える。さらに、各頂部２４には、図８および図９に示されるように、連結される２本の直線部２２を径方向に径方向にＬだけ変位させるクランク部２６が形成されている。また、各斜辺部２５は、立ち上がり元の直線部２２と同じ径方向位置を維持している。つまり、各斜辺部２５は、固定子巻線２０が固定子鉄心１１に装着された際に、軸方向外方から見て、立ち上がり元の直線部２２と固定子鉄心１１の軸心との間の距離を半径とする円弧形状となっている。なお、クランク部２６における変位量Ｌは、導体線１９の短辺幅Ｔ、すなわち直線部２２の径方向厚みに略一致している。

固定子巻線２０は、図４に示されるように、このように構成された単位コイル２１を、１スロットピッチで周方向に４８個配列して、円環状に構成される。そして、６本の直線部２２が径方向に１列に並んで、１スロットピッチで周方向に４８列配列されている。軸方向の一端側では、図１１に示されるように、コイルエンド部２３が径方向に３層に並んで、１スロットピッチで周方向に４８列配列されて、コイルエンドを構成している。軸方向の他端側では、図示されていないが、コイルエンド部２３が径方向に２層に並んで、１スロットピッチで周方向に４８列配列されて、コイルエンドを構成している。このように構成された固定子巻線２０は、径方向に１列に配列された直線部２２の各列にインシュレータ（図示せず）を装着して、固定子鉄心１１に装着される。

ここで、図１０に示されるように、コイルエンド部２３に連結される２本の直線部２２の周方向の間隔をＹ、コイルエンド部２３の高さをＺ、斜辺部２５の曲げ角度をθとする。なお、コイルエンド部２３の高さＺは、斜辺部２５の直線部２２からの立ち上がり部と頂部２４の頂点との間の軸方向距離である。また、斜辺部２５の曲げ角度θは、斜辺部２５と軸方向と直交する平面とのなす角度である。

軸方向の一端側のコイルエンドにおいて、径方向の最外周に位置するコイルエンド部２３により連結される２本の直線部２２の周方向の間隔をＹａ、径方向の中央に位置するコイルエンド部２３により連結される２本の直線部２２の周方向の間隔をＹｂ、径方向の最内周に位置するコイルエンド部２３により連結される２本の直線部２２の周方向の間隔をＹｃとする。径方向の最外周に位置するコイルエンド部２３の斜辺部２５の曲げ角度をθａ、径方向の中央に位置するコイルエンド部２３の斜辺部２５の曲げ角度をθｂ、径方向の最内周に位置するコイルエンド部２３の斜辺部２５の曲げ角度をθｃとする。

スロット１３のスロット深さ方向は径方向に一致するので、Ｙａ＞Ｙｂ＞Ｙｃとなる。そこで、θａ＜θｂ＜θｃとすることで、各コイルエンド部２３の高さＺを同一とでき、単位コイル２１の取り扱い性を向上させることができる。そして、頂部２４の曲げ部を成形することで、図１０に二点鎖線で示される領域における頂部２４の絶縁被膜にダメージが加わる。このとき、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３の斜辺部２５ほど、曲げ角度θが大きくなり、頂部２４の絶縁被膜へのダメージが大きくなる。

また、頂部２４にクランク部２６を成形することで、図８および図９に二点鎖線で示される領域における頂部２４の絶縁被膜にダメージが加わる。その結果、頂部１４の角部に、頂部２４を成形することによるダメージとクランク部２６を成形することによるダメージが、頂部２４の角部の絶縁被膜に蓄積される。そして、斜辺部２５の曲げ角度θが大きい内径側のコイルエンド部２３ほど、頂部２４の角部の絶縁被膜に蓄積されるダメージが大きくなる。なお、頂部２４の角部とは、頂部２４を構成している断面矩形の導体線１９の隣り合う平面の交差部である。

つぎに、図１２に示されるように、コイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径をＲとする。軸方向一端側のコイルエンドにおいて、図７に示されるように、径方向の最外周に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径をＲａ、径方向の中央に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径をＲｂ、径方向の最内周に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径をＲｃとする。曲げ半径Ｒが大きいほど、導体線１９の絶縁被膜へのダメージが少なくなる。そこで、Ｒａ＜Ｒｂ＜Ｒｃとすることで、斜辺部２５の曲げ角度θが大きくなる径方向の内周側に位置する頂部２４の角部の絶縁被膜に蓄積されるダメージを低減できる。これにより、頂部２４での絶縁被膜の損傷発生、特に頂部２４の角部での絶縁被膜の損傷発生を抑制することができる。

ここで、コイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ半径Ｒを小さくしすぎると、クランク部２６の曲げ部の絶縁被膜にダメージが集中し、損傷を発生する。そこで、クランク部２６の曲げ部での絶縁被膜へのダメージを確実に軽減するという観点から、径方向の最外周に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ半径Ｒａを導体線１９の板厚である短辺幅Ｔ以上とすることが好ましい。
また、コイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ半径Ｒを大きくしすぎると、コイルエンドが大径化する。そこで、コイルエンドの大径化を抑制するという観点から、径方向の最内周に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ半径Ｒｃを２．５Ｔ以下とすることが好ましい。

なお、実施の形態１では、０．１Ｒｂ≦Ｒｂ−Ｒａ≦０．１５Ｒｂ、かつ０．１Ｒｃ≦Ｒｃ−Ｒｂ≦０．１５Ｒｃとすることで、コイルエンド部２３の頂部２４の角部での絶縁被膜の損傷発生を抑制し、コイルエンドの大径化を抑制している。

なお、軸方向の他端側のコイルエンドにおいても、径方向の最外周に位置するコイルエンド部２３の斜辺部２５の曲げ角度を、径方向の最内周に位置するコイルエンド部２３の斜辺部２５の曲げ角度より小さくし、各コイルエンド部２３の高さＺを同一としている。また、径方向の最内周に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径Ｒｂと、径方向の最外周に位置するコイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径Ｒａと、を、０．１Ｒｂ≦Ｒｂ−Ｒａ≦０．１５Ｒｂとして、コイルエンド部２３の頂部２４の角部での絶縁被膜の損傷発生を抑制し、コイルエンドの大径化を抑制している。

なお、上記実施の形態１では、コイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ角度Ｒが、径方向の内周側に位置するクランク部２６ほど大きくなっている。すなわち、コイルエンド部２３の径方向位置が内周側に変位するにしたがい、クランク部２６の曲げ部の曲げ角度Ｒが狭義単調増加している。しかし、径方向に並ぶコイルエンド部２３の層数が増え、クランク部２６の曲げ部の絶縁被膜への負荷に余裕がある場合には、径方向に隣り合うクランク部の曲げ部の曲げ半径を同じとするカ所があってもよい。すなわち、コイルエンド部２３の径方向位置が内周側に変位するにしたがい、クランク部２６の曲げ部の曲げ角度Ｒが広義単調増加するようにしてもよい。ここで、単調増加とは、狭義単調増加と広義単調増加を含むものである。

つぎに、単位コイル２１のクランク部２６の成形方法について図１３から図１５を用いて説明する。図１３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部に曲げ治具をセットした状態を周方向から見た図、図１４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部に曲げ治具をセットした状態を軸方向外方から見た図、図１５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部にクランク部を成形した状態を軸方向外方から見た図である。

ここで、曲げ治具は、位置規制治具と、第１保持治具と、第２保持治具と、を備える。位置規制治具３０，３１，３２は、短尺の棒状体である。第１保持治具は、第１上金型３５と、第１下金型３６と、からなる。第２保持治具は、第２上金型３７と、第２下金型３８と、からなる。

まず、導体線を螺旋状に巻回して３ターンの略六角形のコイルパターンのコイル体を作製する。このコイル体には、クランク部２６が形成されていない。

ついで、位置規制治具３０を、その長さ方向を周方向としてコイルエンド部２３の頂部２４の中央位置の内径側に配置する。さらに、位置規制治具３１，３２を、その長さ方向を周方向として頂部２４の外径側、かつ位置規制治具３０の周方向の両側に配置する。そして、図１３および図１４に示されるように、周方向の両側から、位置規制治具３０，３１，３２により頂部２４を挟み込み、頂部２４の軸方向の移動を規制する。

ついで、図１３および図１４に示されるように、第１上金型３５と第１下金型３６により、径方向両側からコイルエンド部２３の一方の斜辺部２５の頂部２４側を挟み込んで保持する。さらに、第２上金型３７と第２下金型３８により、径方向両側からコイルエンド部２３の他方の斜辺部２５の頂部２４側を挟み込んで保持する。

ここで、第１上金型３５は、第１下金型３６に対して頂部２４の中央側に突出している。そして、第１上金型３５の頂部２４の中央側への突出部の頂部２４に面する壁面３５ａが、曲げ半径を規定する曲面形状に形成されている。同様に、第２下金型３８は、第２上金型３７に対して頂部２４の中央側に突出している。そして、第２下金型３８の頂部２４の中央側への突出部の頂部２４に面する壁面３８ａが、曲げ半径を規定する曲面形状に形成されている。

ついで、第１上金型３５と第１下金型３６とを、第２上金型３７と第２下金型３８に対して相対的に径方向に移動する。このとき、頂部２４の軸方向の移動が位置規制治具３０，３１，３２により規制される。そして、頂部２４の一方の斜辺部２５側が、位置規制治具３０に沿って径方向に移動し、頂部２４が周方向に対して傾斜する。第１上金型３５と第１下金型３６の移動により、図１５に示されるように、頂部２４の一方の斜辺部２５側が、壁面３５ａの曲面形状に沿って曲げられる。同様に、頂部２４の他方の斜辺部２５側が、壁面３８ａの曲面形状に沿って曲げられる。これにより、頂部２４の両斜辺部２５側が、壁面３５ａ，３８ａの曲率半径を曲げ半径として曲げられ、クランク部２６が頂部２４に成形される。

そして、コイルエンド部２３毎に設定された曲率半径の壁面３５ａ，３８ａを有する第１上金型３５および第２下金型３８を用いて、各コイルエンド部２３の頂部２４にクランク部２６を成形する。
ついで、図示していないが、金型を用いて、クランク部２６が成形されたコイルエンド部２３の斜辺部２５を円弧形に成形し、単位コイル２１が作製される。

このように、実施の形態１では、金型を用いて頂部２４にクランク部２６を成形しているので、所望の曲げ半径Ｒの曲げ部を有するクランク部２６を精度よく成形できる。これにより、設計時に設定すべき寸法の尤度を小さくすることができるので、コイルエンドの小型化が図られる。また、コイルエンド部２３毎に異なる金型を用いているので、金型の消耗を抑制でき、製造コストを低減できる。さらに、複数組の金型を用い、複数のコイルエンド部２３の頂部２４に同時にクランク部２６を成形できるので、製造時間を短縮することができる。

ここで、コイルエンド部２３の斜辺部２５の曲げ角度θを、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３ほど大きくし、各コイルエンド部２３の高さを一定にしている。そして、コイルエンド部２３のクランク部２６の曲げ部の曲げ半径Ｒを、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３ほど大きくしている。そこで、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３の頂部２４の角部の絶縁被膜に付加される、クランク部２６の成形に起因するダメージが小さくなる。このように、クランク部２６の曲げ部の曲げ半径Ｒを大きくすることで、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３の頂部２４の角部の絶縁被膜におけるダメージの蓄積量の増大が抑制される。これにより、コイルエンド部２３の頂部２４の角部での絶縁被膜の損傷発生が抑制され、絶縁性が向上される。

なお、上記実施の形態１では、クランク部を成形する工程と斜辺部２５を円弧形に成形する工程とが別工程となっているが、同一行程で、クランク部を成形し、かつ斜辺部２５を円弧形に成形してもよい。この場合、一方の斜辺部２５の周方向の全域を保持できるように第１上金型３５と第１下金型３６とを構成し、他方の斜辺部２５の周方向の全域を保持できるように第２上金型３７と第２下金型３８とを構成すればよい。

また、上記実施の形態１では、位置規制治具３０，３１，３２、第１上金型３５、第１下金型３６、第２上金型３７、第２下金型３８を用いて、単位コイル２１のコイルエンド部２３の頂部２４にクランク部２６を成形しているが、位置規制治具３０，３１，３２、第１上金型３５、第１下金型３６、第２上金型３７、第２下金型３８を用いて、波形コイルやＵ字状のセグメントコイルのコイルエンド部の頂部にクランク部を成形できることは、言うまでもないことである。

実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向の他端側から見た端面図、図１７はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルを示す正面図、図１８はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルのコイルエンド部を示す正面図、図１９はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における固定子巻線を構成する単位コイルの製造方法のフロー図、図２０はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における単位コイルを構成する導体線に膨出部を成形する金型を示す斜視図、図２１はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における単位コイルを構成する導体線に膨出部を成形した状態を示す平面図、図２２はこの発明の実施の形態２に係る回転電機における単位コイルのコイルエンド部を示す斜視図である。

図１６および図１７において、単位コイル２１Ａは、固定子鉄心１１のスロット１３に挿入される６本の直線部２２と、６本の直線部２２を一続きに連結する５本のコイルエンド部２３Ａと、およびコイルエンド部２３Ａにより一続きに連結された直線部２２の両端に位置する直線部２２から延び出るコイル端末２７と、を備えている。

各コイルエンド部２３Ａは、周方向の中央部に位置する頂部２４Ａと、連結される２本の直線部２２から斜めに立ち上がり、頂部２４Ａに至る斜辺部２５と、を備える。さらに、各頂部２４Ａには、図１８に示されるように、軸方向外方に突き出す凸形状の膨出部２８が形成されている。膨出部２８の立ち上がり角度α２は斜辺部２５の立ち上がり角度α１より大きい。なお、斜辺部２５の立ち上がり角度α１は、軸心と直交する平面と斜辺部２５とのなす角度であり、斜辺部２５の曲げ角度θに等しい。また、膨出部２８の立ち上がり角度α２は、軸心と直交する平面と膨出部２８の曲げ部の長さ方向とのなす角度である。膨出部２８の曲げ部の長さ方向とは、膨出部２８の曲げ部の両端における導体線の中心を結ぶ方向である。膨出部２８の長さ方向の中央部には、軸方向と直交する、長さＸの直線部が形成されている。膨出部２８には、クランク部２６が形成されている。斜辺部２５は、固定子巻線が固定子鉄心に装着された際に、軸方向外方から見て、立ち上がり元の直線部２２と固定子鉄心の軸心との間の距離を半径とする円弧形状となっている。

ここで、各単位コイル２１Ａにおいて、各膨出部２８の直線部の長さＸと立ち上がり角度α２が、一定となっている。斜辺部２５の曲げ角度θが、コイルエンド部２３Ａの径方向位置が内周側となるほど大きくなっており、各コイルエンド部２３Ａの高さが同じとなっている。クランク部２６の曲げ半径Ｒが、コイルエンド部２３Ａの径方向位置が内径側となるほど大きくなっている。
このように、単位コイル２１Ａは、頂部２４Ａに膨出部２８が形成されている点を除いて、実施の形態１における単位コイル２１と同様に構成されている。

実施の形態２では、単位コイル２１Ａを用いて固定子巻線が構成されているので、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

ここで、周方向に隣り合うコイルエンド部２３Ａは、一方のコイルエンド部２３Ａの膨出部２８と他方のコイルエンド部２３Ａの斜辺部２５との間で交差する。このとき、膨出部２８の立ち上がり角度α２を大きくすることで、当該交差部における干渉を回避することができる。
そこで、膨出部２８が形成されていない場合には、当該交差部における干渉を回避するためには、斜辺部２５の立ち上がり角度α１を大きくすることになり、コイルエンド部の軸方向高さが高くなる。

実施の形態２によれば、膨出部２８がコイルエンド部２３Ａの頂部２４Ａに形成されているので、その膨出部２８の立ち上がり角度α２が斜辺部２５の立ち上がり角度α１より大きくなっている。そこで、斜辺部２５の立ち上がり角度α１を大きくすることなく、周方向に隣り合うコイルエンド部２３Ａ間の干渉を回避できる。これにより、コイルエンド部２３Ａの軸方向高さを低くすることができる。

なお、上記実施の形態２では、各膨出部２８の直線部の長さＸと立ち上がり角度α２が一定となっているが、膨出部２８の直線部の長さＸと立ち上がり角度α２は、コイルエンド部２３Ａの径方向位置毎に、異なる値に設定されてもよい。

つぎに、単位コイル２１Ａの製造方法を図１９のフローに基づいて説明する。
膨出部２８を成形する膨出部成形金型５０は、図２０に示されるように、固定ベース５１と、固定ベース５１に固定状態に設置された固定金型５２と、導体線長手方向と直交する方向である軸方向相当方向に移動可能に固定ベース５１に設置されたスライド金型５３と、軸方向相当方向に往復移動可能に固定ベース５１に設置されたクランパ５４と、を備える。

まず、膨出部成形金型５０が、導体線１９の長さ方向における単位コイル２１Ａの膨出部２８間の間隔にあわせて、一列に設置されている。そして、導体線１９が、各膨出部成形金型５０の固定金型５２とスライド金型５３との間に挿入され、クランパ５４により固定金型５２に固定される。ついで、各膨出部成形金型５０において、スライド金型５３を固定金型５２側にスライド移動させ、導体線１９に膨出部２８を成形する（ステップ１）。ついで、スライド金型５３およびクランパ５４を固定金型５２から離間する方向にスライド移動させ、導体線１９を各膨出部成形金型５０から取り出す。これにより、図２１に示されるように、膨出部２８が導体線１９に成形される。

ついで、各膨出部２８にクランク部２６を成形する（ステップ２）。このとき、例えば、上記実施の形態１と同様に、第１上金型３５、第１下金型３６、第２上金型３７と第２下金型３８を用いて、クランク部２６を成形する。つまり、第１上金型３５と第１下金型３６により、導体線１９の膨出部２８の一側を、軸方向相当方向と導体線長さ方向の両方向と直交する方向の両側から挟み込んで保持する。さらに、第２上金型３７と第２下金型３８により、導体線１９の膨出部２８の他側を、軸方向相当方向と導体線長さ方向の両方向と直交する方向の両側から挟み込んで保持する。ついで、第１上金型３５と第１下金型３６を、軸方向相当方向と導体線長さ方向の両方向と直交する方向に移動させて、膨出部２８にクランク部２６を成形する。

ついで、導体線１９を螺旋状に巻回し、３ターンの略六角形のコイルパターンに成形する（ステップ３）。ついで、コイルエンド部の斜辺部２５を円弧形に成形し（ステップ４）、単位コイル２１Ａが作製される（ステップ５）。

ここで、膨出部成形工程では、膨出部２８の曲げ部の絶縁被膜の図２１に二点鎖線で示される領域にダメージが集中する。そして、導体線１９の図２１にＡで示される部分が、略六角形のコイルパターンの成形工程および円弧形成形工程において、膨出部成形工程で曲げられた方向と逆方向に曲げられる。このように、導体線１９の図２１にＡで示される部分が、曲げ戻しの状態となる、そこで、この曲げ戻しによるダメージが、膨出部成形工程によるダメージとともに、頂部２４Ａの角部の絶縁被膜に蓄積される。また、曲げ戻しによるダメージは、曲げ戻し量が大きくなるほど大きくなる。

また、略六角形のコイルパターンの成形工程では、斜辺部２５が所定の曲げ角度に曲げ成形される。この斜辺部２５の曲げ角度θが、内径側に位置するコイルエンド部２３Ａほど大きくなっている。そこで、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３Ａほど、頂部２４Ａの角部の絶縁被膜に蓄積されるダメージが大きくなる。
また、クランク部成形工程におけるダメージが、クランク部２６の曲げ部の絶縁被膜の図２２に二点鎖線で示される領域に集中する。このクランク部２６を成形することに起因するダメージが、頂部２４Ａの角部の絶縁被膜にさらに蓄積される。

実施の形態２においても、クランク部２６の曲げ部の曲げ半径Ｒが、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３Ａほど大きくなっている。そこで、クランク部成形工程におけるクランク部２６の曲げ部の絶縁被膜へのダメージは、径方向の内周側に位置するコイルエンド部２３Ａほど小さくなっている。これにより、膨出部成形工程、コイルパターン成形工程および円弧形成形工程において大きなダメージが蓄積する頂部２４Ａの角部の絶縁被膜には、クランク部成形工程における小さなダメージが蓄積されることになり、頂部２４Ａの絶縁被膜の損傷発生、特に頂部２４Ａの角部の絶縁被膜の損傷発生が抑制される。

また、膨出部２８が金型により成形されているので、所望の凸形状の膨出部２８を精度よく成形できる。
また、クランク部２６が金型により成形されているので、所望の曲げ半径Ｒの曲げ部を有するクランク部２６を精度よく成形できる。これにより、設計時に設定すべき寸法の尤度を小さくすることができるので、コイルエンドの小型化が図られる。

上記実施の形態２では、単位コイルに形成される膨出部と同数の膨出部成形金型を１列に配列して、導体線を搬送することなく、導体線に設定された個数の膨出部を成形しているが、１つの膨出部成形金型を用い、導体線を搬送しながら、導体線に設定された間隔で膨出部を成形してもよい。

なお、上記実施の形態１では、導体線を螺旋状に巻回して略六角形のコイルパターンの単位コイルを作製した後、コイルエンド部の頂部にクランク部を形成している。しかし、実施の形態１においても、導体線を螺旋状に巻回する工程に先だって、導体線にクランク部を成形してもよい。
なお、上記各実施の形態では、単位コイルが、導体線を螺旋状に巻回して３ターンの略六角形のコイルパターンに作製されているが、単位コイルのターン数は３ターンに限定されない。

また、上記各実施の形態では、４８個の単位コイルを組み合わせて固定子巻線を構成しているが、固定子巻線を構成する単位コイルの個数は４８個に限定されない。
また、上記各実施の形態では、平角線を螺旋状に巻回して略六角形のコイルパターンに作製された分布巻きコイルを単位コイルとしているが、平角線を波形に成形して作製された波形コイル、平角線をＵ字形に成形して作製されたセグメントコイルなどを単位コイルとしてもよい。この場合においても、斜辺部の曲げ角度θを径方向の内周側に位置するコイルエンド部ほど大きくしてコイルエンド部の高さＺを同一とし、クランク部の曲げ半径Ｒを径方向の内周側に位置するクランク部ほど大きくする。

１０ 固定子、１１ 固定子鉄心、１９ 導体線、２０ 固定子巻線、２１，２１Ａ 単位コイル、２２ 直線部、２３，２３Ａ コイルエンド部、２４，２４Ａ 頂部、２５ 斜辺部、２６ クランク部、２８ 膨出部、３５ 第１上金型、３６ 第１下金型、３７ 第２上金型、３８ 第２下金型。

Claims (5)

1. スロットが周方向に配列されている円環状の固定子鉄心と、
   平角線で作製されて、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
   上記固定子巻線は、
   上記スロットのそれぞれに、径方向に１列に配列して収納される複数の直線部と、
   それぞれ、複数スロット離れた一方のスロットに収納されている直線部のなかの１本の直線部の端部と他方のスロットに収納されている直線部のなかの１本の直線部の端部とを連結する複数のコイルエンド部と、を有し、
   上記コイルエンド部のそれぞれは、連結される上記２本の直線部間の中央に位置する頂部と、連結される上記２本の直線部のそれぞれと上記頂部とを連結する一対の斜辺部と、を有し、
   上記頂部は、連結される上記２本の直線部の径方向位置を変位させるクランク部を中央に有し、
   上記複数のコイルエンド部は、上記頂部を径方向に重ねて径方向に２層以上に並んだ状態で、周方向に配列されており、
   径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組のそれぞれでは、上記斜辺部の曲げ角度が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど大きくなっており、かつ上記クランク部の曲げ半径が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど、単調増加している回転電機の固定子。
2. 径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組のそれぞれでは、上記クランク部の曲げ半径が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど、狭義単調増加している請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 上記固定子鉄心の軸方向の外方に凸形状の膨出部が、上記頂部に形成されている請求項１又は請求項２記載の回転電機の固定子。
4. 上記コイルエンド部のそれぞれが、同じ軸方向高さに形成されている請求項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. 固定子鉄心のスロットのそれぞれに、径方向に１列に配列して収納される複数の直線部と、それぞれ、複数スロット離れた一方のスロットに収納されている直線部のなかの１本の直線部の端部と他方のスロットに収納されている直線部のなかの１本の直線部の端部とを連結する複数のコイルエンド部と、を有し、
   上記コイルエンド部のそれぞれは、連結される上記２本の直線部間の中央に位置する頂部と、連結される上記２本の直線部のそれぞれと上記頂部とを連結する一対の斜辺部と、を有し、
   上記頂部は、連結される上記２本の直線部の径方向位置を変位させるクランク部を中央に有し、
   上記複数のコイルエンド部は、上記頂部を径方向に重ねて径方向に２層以上に並んだ状態で、周方向に配列され、
   径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組のそれぞれでは、上記斜辺部の曲げ角度および上記クランク部の曲げ半径が、上記コイルエンド部の径方向位置が内径側になるほど、単調増加している固定子巻線の製造方法において、
   上記径方向に２層以上に並んだコイルエンド部の組を構成する複数のコイルエンド部の頂部のそれぞれに、異なる金型を用いて、上記クランク部を成形する固定子巻線の製造方法。

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