JP2018534901A

JP2018534901A - 回転電機

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Publication number: JP2018534901A
Application number: JP2018518486A
Authority: JP
Inventors: 中山　健一; 健一中山
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: DE112017000648T8; US10063117B2; DE112017000648T5; CN109075637B; JP6563595B2; WO2017153925A1; CN109075637A; US20170264155A1

Abstract

【課題】コイルエンドの小型化で高い絶縁性を図ることができる回転電機を提供する。【解決手段】周方向に並んだ複数のスロット４２０が形成された固定子鉄心１３２、および固定子鉄心１３２のスロット４２０内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイル２６を有する固定子と、固定子鉄心１３２に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子１１と、を備える回転電機において、固定子コイル２６は、矩形断面の導体を予め略Ｕ字形状に成形したセグメントコイル２８が複数接続された主コイルと、スロットから引き出されて交流端子が取り付けられる口出し線を含み、コイルの断面が台形形状に成形されて構成されている。【選択図】図１６

Description

本発明は、回転電機に関し、特に自動車の走行のためにトルクを発生したり、あるいは制動時に発電したりする回転電機に関する。

回転電機では、固定子巻線に交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子を回転させる。また、回転子に加わる機械エネルギーを電気エネルギーに変換してコイルから交流電力を出力することもできる。このように、回転電機は、電動機または発電機として作動する。

このような回転電機の固定子として、セグメントコイルの端末を溶接して接続する構成が知られている。例えば、特開２０１１−１５１９７５号公報（特許文献１）が知られている。

特開２０１１−１５１９７５号公報

この種の回転電機を自動車に搭載する場合、狭く限られた空間に取り付けられるため、小型化が要求される。小型化にともない低コイルエンド化が必要であった。そこで、エンドコイル部の高さを小さくするとともに狭く限られた空間の中で絶縁距離を確保する必要がある。セグメントコイルにおける安定した絶縁距離の確保が問題であった。

本発明に係る回転電機は、周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心、および該固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイルを有する固定子と、前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備える回転電機において、前記固定子コイルは、矩形断面の導体を予め略Ｕ字形状に成形されたセグメントコイルが複数接続され、前記複数のセグメントコイルのうち隣り合うセグメントコイルの少なくとも一方のコイル幅は、当該隣り合うセグメントコイルの対向辺から遠ざかる方向に沿って大きくなるように形成される。

本発明によれば、コイルエンドの小型化を図るとともに絶縁性を確保することができる。

本実施形態に係る回転電機を回転軸に沿って切断した断面図である。本実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。固定子鉄心の斜視図である。固定子鉄心を構成する平板状の圧延電磁鋼板の斜視図である。固定子および回転子の断面を示す図である。三相コイルを含むステータコイルの斜視図である。スター結線を示す図である。セグメントコイルを示す図である。セグメントコイルを有するコイルの形成を説明するための図である。スロット内のセグメントコイルの配置を説明するための図である。第１のコイルと第２のコイルとを含むＵ相ステータの斜視図である。第1のコイルの斜視図である。第1のコイルの斜視図である。切削工具に接触する前のセグメントコイルの図である。切削工具に接触する前のセグメントコイルの図である。切削工具によって変形されたセグメントコイルの図である。切削工具によって変形されたセグメントコイルの図である。切削工具によって部分的に切断された直後のセグメントコイルの図である。切削工具によって部分的に切断された直後のセグメントコイルの図である。部分的に切断された後のセグメントコイルの図であり、切断工具は除かれている。部分的に切断された後のセグメントコイルの図であり、切断工具は除かれている。本発明の実施の形態に係る回転電機のステータコイルのコイルエンドで、相コイル同士を接合した後の斜視図である。セグメントコイルが台形断面に形成される前のセグメントコイルの形状の模式図である。台形断面で形成されたセグメントコイルの形状の模式図である。接続されたセグメントコイルの概略図である。別の実施形態によるセグメントコイルの概略図であり、セグメントコイルが台形断面で形成される前の形状を示している。台形断面で形成されたセグメントコイルの形状を示す別の実施形態によるセグメントコイルの概略図である。連結されたセグメントコイルを示す別の実施形態によるセグメントコイルの概略図である。本発明の実施の形態に係る回転電機を搭載した車両の構成を示すブロック図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
（回転電機の全体構成）
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

本実施形態に係る回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。ここで、回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機に基づいて説明する。

また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

図１は、本実施形態による固定子を備える回転電機であって回転軸を通る断面の断面図である。図２は、実施形態に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。

回転電機１０は、ハウジング５０、固定子２０、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０（図２参照）と、回転子１１とから構成される。ハウジング５０の内周側には、固定子２０が固定されている。固定子２０の内周側には、回転子１１が回転可能に支持されている。

ハウジング５０は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形した回転電機１０の外被を構成している。ハウジング５０は、枠体或いはフレームとも称されている。また本実施形態においては、ハウジング５０は、厚さ２〜５ｍｍ程度の鋼板（高張力鋼板など）を絞り加工により円筒形状に形成されている。ハウジング５０には、液冷ジャケット１３０に取り付けられる複数のフランジが設けられている。

複数のフランジは、円筒状のハウジング５０の一端面周縁において、径方向外方に突設されている。なお、フランジは、絞り加工時に形成される端部において、フランジ以外の部分を切除して形成されるものであり、ハウジング５０と一体となっている。なお、ハウジング５０を設けずに、固定子２０をケースに直接固定するようにしても良い。

ハウジング５０の外周側には、液冷ジャケット１３０が固定されている。液冷ジャケット１３０の内周壁とハウジング５０の外周壁とで、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３が構成される。液冷ジャケット１３０は、軸受１４４及び軸受１４５を収納しており、軸受ブラケットとも称されている。

ハウジング５０が液体に直接接触する直接液体冷却の場合、冷媒ＲＦは、冷媒の貯蔵空間１５０に溜まった液体が冷媒通路１５３を通り、冷媒通路１５４や冷媒通路１５５から固定子２０へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。

固定子２０は、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０とによって構成されている。固定子鉄心１３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。固定子コイル６０は、固定子鉄心１３２の内周部に多数個設けられているスロット４２０に巻回されている（図２及び図３を参照）。固定子コイル６０からの発熱は、固定子鉄心１３２を介して、液冷ジャケット１３０に伝熱され、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより、放熱される。

回転子１１は、回転子鉄心１２と、シャフト１３と、から構成されている。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。シャフト１３は、回転子鉄心１２の中心に固定されている。シャフト１３は、液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４及び軸受１４５により回転自在に保持されており、固定子２０内の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、回転子１１には、永久磁石１８が設けられている。

回転電機１０は、図１に示すように、液冷ジャケット１３０の内部に配設されるものであり、ハウジング５０と、ハウジング５０に固定される固定子鉄心１３２を有する固定子２０と、この固定子２０内に回転自在に配設される回転子１１と、を備えている。液冷ジャケット１３０は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成される。

この回転電機１０は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１０は、固定子鉄心１３２に巻回される固定子コイル６０に三相交流電流が供給されることで、回転子１１を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１０は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１０は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。

（固定子の構成）
固定子２０は、円筒状の固定子鉄心１３２と、この固定子鉄心１３２に装着される固定子コイル６０と、を有している。

（固定子鉄心の構成）
固定子鉄心１３２について、図３および図４を参照して説明する。図３は、固定子鉄心１３２を示す斜視図であり、図４は、固定子鉄心１３２を構成する電磁鋼板１３３を示す斜視図である。

固定子鉄心１３２は、図３に示すように、固定子鉄心１３２の軸方向に平行な複数のスロット４２０が周方向に等間隔となるように形成されている。スロット４２０の数は、例えば本実施の形態では７２個であり、スロット４２０に図１にて説示した固定子コイル６０が収容される。各スロット４２０の内周側は開口とされ、この開口の周方向の幅は、固定子コイル６０が装着される各スロット４２０のコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干小さくなっている。

スロット４２０間にはティース４３０が形成されており、それぞれのティース４３０は環状のコアバック４４０と一体となっている。つまり、固定子鉄心１３２は、各ティース４３０とコアバック４４０とが一体成形された一体型コアとされている。ティース４３０は、固定子コイル６０によって発生した回転磁界を回転子１１に導き、回転子１１に回転トルクを発生させる働きをする。

固定子鉄心１３２は、厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板１３３（図４参照）を打ち抜き加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板１３３を複数枚積層してなる。図３に示される溶接部２００は、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接などにより、円筒状の固定子鉄心１３２の外周部において、固定子鉄心１３２の軸方向に平行に設けられている。

溶接部２００は、図４に示すように、電磁鋼板１３３の外周部に予め設けられた半円状の溶接溝２０１に形成される。なお、溶接部２００を設けずにカシメなどで固定して、固定子鉄心１３２をケースに直接挿入して固定するようにしても良い。

図５は、固定子２０および回転子１１の断面を示す図である。回転子鉄心１２には、矩形形状の磁石が挿入される磁石挿入孔８１０が等間隔に形成されており、各磁石挿入孔８１０には永久磁石１８が埋め込まれ、接着剤や粉体樹脂やモールドなどで固定されている。

磁石挿入孔８１０の円周方向の幅は、永久磁石１８の円周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石１８の両側には磁気的空隙１５６が形成されている。この磁気的空隙１５６は接着剤を埋め込んでも良いし，成形樹脂で永久磁石１８と一体に固めても良い。

永久磁石１８は、回転子１１の界磁極を形成する作用をなす。この実施例では一つの永久磁石１８で１つの磁極を形成する構成としているが、各磁極を構成する磁石を複数に増やしても良く、永久磁石１８を増やすことで、永久磁石が発せする各磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大することができる。

永久磁石１８の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石１８の固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石１８の固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となるように磁化されている。これらの永久磁石１８が円周方向に磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて、配置されている。

本実施の形態では、各永久磁石１８は等間隔に１２個配置しており、回転子１１は１２極の磁極を形成している。ここで、永久磁石１８には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。

本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石１８間に補助磁極１６０が形成されている。この補助磁極１６０は、固定子コイル６０が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。

そして、この補助磁極１６０により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。

図２および図６〜８を参照して固定子コイル６０について説明する。図６は、三相分の固定子コイル６０を示す斜視図である。図７はスター結線を示す図である。

図８Ａ〜図８Ｃは、固定子コイル６０のセグメントコイル２８を説明する図であり、図８Ａは一つのセグメントコイル２８を示す図、図８Ｂはセグメントコイル２８によるコイル形成を説明する図、図８Ｃはスロット内のセグメントコイル２８の配置を説明する図である。

図９は、固定子鉄心１３２に巻回された固定子コイル６０のＵ１相コイル及びＵ２相コイルを含むＵ相コイルの斜視図である。図１０は、ステータコイル６０のＵ１相コイルの斜視図である。図１１は、ステータコイル６０のＵ２相コイルの斜視図である。

固定子コイル６０は、図７に示すようなスター結線の構成で接続されている。本実施形態では、２つにスター結線が並列接続された２スター構成の固定子コイル６０が採用されている。すなわち、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相のスター結線と、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相のスター結線とを備えている。

Ｕ１およびＵ２相の口出し線は交流端子４２Ｕにより１つに纏められ、Ｖ１およびＶ２相の口出し線は交流端子４２Ｖにより１つに纏められ、Ｗ１およびＷ２相の口出し線は交流端子４２Ｗにより１つに纏められている。４０（Ｎ１）および４０（Ｎ２）はそれぞれのスター結線の中性点を構成する中性点結線用導体である。

固定子コイル６０は分布巻の方式で巻かれ、スター結線の構成で接続されている。分布巻とは、複数のスロット４２０を跨いで離間した二つのスロット４２０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１３２に巻かれる巻線方式である。

本実施形態では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻きに比べて正弦波に近く、リラクタンストルクを発生しやすい特徴を有している。そのため、この回転電機１０は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する制御の制御性が向上し、低回転速度から高回転速度までの広い回転速度範囲に亘って利用が可能であり、電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。

固定子コイル６０は三相のスター接続された相コイルを構成しており、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよいが、スロット４２０の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、固定子コイル６０の断面の四角形状は、固定子鉄心１３２の周方向が短く、径方向が長い形状をしていてもよいし、逆に周方向が長く、径方向に短い形状をしていてもよい。

本実施形態では、固定子コイル６０は、各スロット４２０内で固定子コイル６０の長方形断面が固定子鉄心１３２の周方向について長く、固定子鉄心１３２の径方向について短い形状とされる平角線が使用されている。また、この平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。固定子コイル６０は無酸素銅や有酸素銅を用いている。例えば有酸素銅の場合は、酸素含有率がおよそ１０ｐｐｍ以上から１０００ｐｐｍ程である。

図８Ａに示されるように、反溶接側コイルエンド６１の頂点２８Ｃを折り返し点とする様な、略Ｕ字形状のセグメントコイル２８に成型する。このとき、頂点２８Ｃは略Ｕ字形状において導体の向きを折り返す形状であればよい。すなわち、図８Ａのような、径方向から見たときに反溶接側コイルエンド６１の頂点２８Ｃと反溶接側コイルエンド６１の導体斜行部２８Ｆとが略三角形をなすような形状に限らない。例えば、反溶接側コイルエンド６１の頂点２８Ｃの一部において、導体が固定子鉄心１３２の端面と略平行になるような形状、つまり径方向から見たとき反溶接側コイルエンド６１の頂点２８Ｃと反溶接側コイルエンド６１の導体斜行部２８Ｆとが略台形をなすような形状であっても良い。

複数のセグメントコイル２８は、回転電機１０の軸方向からステータスロット４２０に差し込まれる（図２及び図３を参照）。図８Ｂに示されるように、一方のセグメントコイル（第１セグメントコイル）２８と他方のセグメントコイル（第２セグメントコイル）２８は、所定数のステータスロット４２０が離れたところに差し込まれ、それぞれのセグメントコイル２８の導体端部２８Ｅにおいて接続される。接続方法としては主に溶接であるが、半田材を用いてもよい。

このとき、セグメントコイル２８は、ステータスロット４２０内に収納される部位である導体直線部２８Ｓと、接続相手のセグメントコイル２８の導体端部２８Ｅへ向かって傾斜する部位である導体斜行部２８Ｄと、が形成される。導体斜行部２８Ｄや導体端部２８Ｅは、セグメントコイル２８の線材を曲げ加工により形成される。

ステータスロット４２０内には２、４、６・・・（２の倍数）本のセグメントコイル２８が挿入される。図８Ｃに示されるように、１つのステータスロット４２０に４本のセグメントコイル２８Ｒ１ないし２８Ｒ４が挿入された例である。セグメントコイル２８Ｒ１ないし２８Ｒ４は、それらの断面Ｄ１ないしＤ４が略矩形の導体のため、スロット４２０内の占積率を向上させることができ、回転電機１０の効率が向上する。

図９は、図８Ｂに示された接続作業をセグメントコイル２８が環状となるまで繰り返し、一相分（例としてＵ相）の固定子コイル６０の斜視図である。

一相分の固定子コイル６０は、導体端部２８Ｅが軸方向における一方側に集まるように構成される。これにより、図１に示されるように、導体端部２８Ｅの集まる溶接側コイルエンド６２と、反溶接側コイルエンド６１とが形成される。

一相分のコイルには、一端に各相の交流端子（図９ないし図１１の例ではＵ相の交流端子４２Ｕ）、他端に中性点結線用導体４０が形成される。固定子コイル６０は、図６に示すように、全体で６系統（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）のコイルで構成され、図２に示されるように固定子コイル６０が固定子鉄心１３２に装着されている。そして、固定子コイル６０を構成する６系統のコイルは、スロット４２０によって相互に適正な間隔をもって配列される。

固定子コイル６０におけるコイルエンド１４０の一方側には、Ｕ相とＶ相とＷ相の３相それぞれの固定子コイル６０の入出力用のコイル導体である交流端子４２Ｕと交流端子４２Ｖと交流端子４２Ｗ及び中性点結線用導体４０、が引き出されている。

なお、回転電機１０の組み立てにおける作業性向上のために、交流端子４２Ｕと交流端子４２Ｖと交流端子４２Ｗは、コイルエンド１４０から固定子鉄心１３２の軸方向外方に突出するように配置されている。そして、固定子２０は、交流端子４２Ｕと交流端子４２Ｖと交流端子４２Ｗを介して図示しない電力変換装置に接続されることで、交流電力が供給されるようになっている。

図２及び図６に示すように、固定子コイル６０は、固定子鉄心１３２の軸方向外側に突出する第１及び第２コイルエンド１４０に全体として連結線が全体として整然と配置されている。これにより、回転電機１０全体の小型化を図ることができるという効果が得られる。第１および第２のコイルエンド１４０は、絶縁性の信頼性向上の観点からも、整然と配置されていることが望ましい。

固定子コイル６０は、セグメントコイル２８の外周面が絶縁膜で覆われた構造を有し、電気絶縁特性が維持されているが、この絶縁被膜に加えて、図２に示す絶縁紙３００によって絶縁耐圧を維持することで、信頼性を更に向上させることができる。

図２に示すように、絶縁紙３００は、スロット４２０及び第１及び第２コイルエンド１４０上に配置される。セグメントコイル２８の間には、いわゆるスロットライナー３１０であるスロット４２０上に配置された絶縁紙シートが配置されている。スロット４２０に挿入され、セグメントコイル２８とスロット４２０の内面との間に挿入される。このスロットライナー３１０は、セグメントコイル２８間およびセグメントコイル２８とスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧を向上するものである。

コイルエンド１４０において配設される絶縁紙３００は、第１及び第２コイルエンド１４０における相間絶縁、導体間絶縁のためにセグメントコイル間に環状に配設して使用されるものである。また、絶縁紙３００は固定子コイル６０の全体又は一部に樹脂部材（例えばポリエステルやエポキシ液体ワニス）を滴下したときのたれ落ち防ぐ保持部材になる。

このように、本実施形態に係る回転電機１０は、スロット４２０の内側やコイルエンド１４０において絶縁紙３００が配設されているため、絶縁被膜が傷ついたり劣化したりしても、必要な絶縁耐圧を保持できる。なお、絶縁紙３００は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは０.１〜０.５ｍｍ程である。

本発明の実施の形態に係る回転電機１０の製造方法について説明する。図１２Ａ〜図１５Ｂ及び図１６は、本発明の実施の形態に係る回転電機１０における固定子２０を製造する工程を説明するための図である。セグメントコイル２８の位置合わせ工程、台形成形工程および溶接工程を説明するための図である。

図１２Ａは、図１と同一の方向から見た場合における固定子２０の側面図の部分拡大図である。図１２Ｂは、図１２Ａの矢印Ａ方向から見た図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、セグメントコイル２８が切断ツール８９０及び８９１と接触する前の状態を示す。複数のセグメントコイル２８を成型した後に、成型されたセグメントコイル２８の高さを揃えたり、コイルエンド１４０の高さを抑えたりするために、複数のセグメントコイル２８同士を溶接する前に、導体端部２８Ｅを切断ツール８９０及び８９１で切り揃える。

図１３Ａは図１２Ａと同一方向から見た図であり、図１３Ｂは図１２Ｂと同一方向から見た図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、セグメントコイル２８が切断ツール８９０及び８９１により変形した状態を示す。

図１３Ｂに示されるように、セグメントコイル２８の最内径側のセグメントコイル２８Ｇと最外径側のセグメントコイル２８Ｈの断面を台形形状９００に押圧して成形する。なお、セグメントコイル２８をスロット４２０に挿入前に、セグメントコイル２８Ｇとセグメントコイル２８Ｈのそれぞれの断面を台形成形９００していてもよい。

図１４Ａは図１２Ａと同一方向から見た図であり、図１４Ｂは図１２Ｂと同一方向から見た図である。図１４Ａ及び図１４Ｂは、セグメントコイル２８の一部が切断ツール８９０及び８９１により切断された直後の状態を示す。

図１５Ａは図１２Ａと同一方向から見た図であり、図１５Ｂは図１２Ｂと同一方向から見た図である。図１５Ａ及び図１５Ｂは、セグメントコイル２８の一部が切断され、かつ切断ツール８９０及び８９１を除いた状態を示す。

図１３Ａ、図１３Ｂに示されるように、セグメントコイル２８の断面が台形形状９００となるようにセグメントコイル２８Ｇが押圧されるため、セグメントコイル２８Ｉに向かって接触するように形成される。そして、セグメントコイル２８Ｇの台形形状９００の上底側がセグメントコイル２８Ｉに圧接させることができ、溶接をするときに位置決めが容易にすることができる。

したがって、溶接前の事前の調整も不要となるためＴＩＧ溶接やプラズマ溶接、レーザ溶接後工程の溶接作業が容易となり生産性が向上する。セグメントコイル２８Ｈについても同様である。これにより、安定した接合面積が確保することが可能となる。さらに、溶接前のコイルの位置関係が安定するため剥離長さを短くすることもできる。

図１６は、台形形状９００に成形したセグメントコイル２８の先端をＴＩＧ溶接で溶接した時の斜視図を示している。セグメントコイル２８の先端形状を台形形状にすることで、台形形状９００の下底側を残して溶融できるので先端が球状にならずにコイルエンド高さを抑えることができる。

また、セグメントコイル２８同士の接続部８００を溶接した場合に、その接続部８００が山型形状となり、その底面側に裾野８３０形状ができる。このように、本実施の形態では、表面張力が小さくなる台形形状９００が形成されるため、コイルエンドを小さくすることができる。なお、接続面積を大きく取るときは、例えば溶接時に下側（重力方向）に向けて実施すればよい。接続方法はアーク溶接のＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などで接続されている。銅線の母材を溶融して接続する。シールドガスにはアルゴンやヘリウム、またはアルゴンとヘリウムの混合ガスなどを用いている。

図１７Ａ〜図１７Ｃは、セグメントコイル２８の切断前後の形状の模式図を示す。セグメントコイル２８の断面の四角形状は、固定子鉄心１３２の周方向が短く、径方向が長い形状を示している。

図１７Ａは、セグメントコイル２８を台形に成形する前の四角形状９０１の形態を示す。図１７Ｂは、セグメントコイル２８を台形形状９００に成形したときの形態を示す。図１７Ｃは、セグメントコイル２８を接続したときの形態を示す。セグメントコイル２８の先端形状を台形形状９００にすることで、台形形状９００の下底側の角部８１１を残して溶融するので、先端が球状にならずにコイルエンド高さを抑えることができる。

図１８Ａ〜図１８Ｃは、他の実施形態に係るセグメントコイル２８の切断前後の形状の模式図を示す。固定子コイル１３８の断面の四角形状は、固定子鉄心１３２の周方向が長く、径方向に短い形状を示している。図１８Ａは、セグメントコイル２８を台形に成形する前の四角形状９０１の形態を示す。図１８Ｂは、セグメントコイル２８を台形形状９００に成形したときの形態を示す。図１８Ｃは、セグメントコイル２８を接続したときの形態を示す。セグメントコイル２８の先端形状を台形形状９００にすることで、台形形状９００の下底側の角部８１１を残して溶融するので先端が球状にならずにコイルエンド高さを抑えることができる。

前述した図１７Ａ〜図１７Ｃ及び図１８Ａ〜図１８Ｃにおいて、セグメントコイル２８の先端を切断しないで、切断前に台形に成形する場合にも適用できる。

本構成により、成形後のコイルの位置関係が安定するため安定した絶縁距離とれる。電気自動車やハイブリッド電気自動車に求められる絶縁性を満足した回転電機を得られるものとなる。

以上においては、永久磁石式の回転電機において説明を行ったが、本発明の特徴は固定子のコイルエンド部に関するものであるため、回転子は永久磁石式でなく、インダクション式や、シンクロナスリラクタンス、爪磁極式等にも適用可能である。また、巻線方式においては波巻方式であるが、同様の特徴を持つ巻線方式であれば、適用可能である。次に、内転型で説明を行っているが、外転型でも同様に適用可能である。

図１９を用いて、本実施例による回転電機１０を搭載する車両の構成について説明する。図１９は、四輪駆動を前提としたハイブリッド自動車のパワートレインである。前輪側の主動力として、エンジンＥＮＧと回転電機１０を有する。エンジンＥＮＧと回転電機１０の発生する動力は、変速機ＴＲにより変速され、前輪側駆動輪ＦＷに動力を伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側に配置された回転電機１０と後輪側駆動輪ＲＷを機械的に接続され、動力が伝達される。

回転電機１０は、エンジンの始動を行い、また、車両の走行状態に応じて、駆動力の発生と、車両減速時のエネルギーを電気エネルギーとして回収する発電力の発生を切り換える。回転電機１０の駆動，発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルクおよび回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶにより制御される。回転電機１０の駆動に必要な電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１０が発電動作のときは、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに電気エネルギーが充電される。

ここで、前輪側の動力源である回転電機１０は、エンジンＥＮＧと変速機ＴＲの間に配置されており、図１ないし図１８にて説明した構成を有するものである。後輪側の駆動力源である回転電機１０としては、同様のものを用いることもできるし、他の一般的な構成の回転電機を用いることもできる。なお、四輪駆動式以外のハイブリッド方式においても勿論適用可能である。

以上で説明したように、本発明によれば、小型高出力であるにも関わらず、絶縁性が優れた回転電機の固定子を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、本発明の適用例として、電気自動車やハイブリット電気自動車用回転電機を挙げて説明したが、同様な課題をもつものであれば、オルタネータ、スタータジェネレータ（モータジェネレータ含む）、電動コンプレッサ用、電動ポンプ用等の自動車用補機モータは当然の事として、エレベータ用等の産業用、エアコン圧縮機等の家電用モータへの適用も可能である。

２８Ｇ、２８Ｈ、２８Ｉ、２８Ｊ…セグメントコイル、４０…中性点結線用導体、４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ…交流端子、１４０…コイルエンド、８９０、８９１…成形切断ツール。

Claims

周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心、および前記固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイルを有する固定子と、
前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子を備え、
前記固定子コイルは、矩形断面の導体を予め略Ｕ字形状に成形されたセグメントコイルが複数接続され、
複数の前記セグメントコイルのうち隣り合う前記セグメントコイルの少なくとも一方のコイル幅は、隣り合う前記セグメントコイルの対向辺から遠ざかる方向に沿って大きくなるように形成される回転電機。
請求項１に記載された回転電機であって、
隣り合う前記セグメントコイルは、隣り合う前記セグメントコイルの接続部を形成するために溶融された溶融部と、前記対向辺とは反対側に形成され、かつ前記溶融部と非接触となる角部とを有する回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
複数の前記セグメントコイルのうち、内周側の前記セグメントコイルと外周側の前記セグメントコイルが台形形状に成形されている回転電機。