JP2021097537A - ステータ、回転電機及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットに対するコイルの占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータ、このステータを備えた回転電機及びこのステータの製造方法を提供する。【解決手段】軸線を中心とする環状に形成されたステータコア２と、ステータコア２の周方向に複数設けられたスロット２０内に、ステータコア２の径方向に並んでステータコア２の軸方向から複数挿入され、少なくともスロット２０内に挿入される挿通部６が被膜２９に覆われたコイル３と、を備え、コイル３の挿通部６は、スロット２０内において径方向に面する第一面２６と、第一面２６に対向する第二面２７と、第一面２６及び第二面２７間を接続する曲面２８と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ステータ、回転電機及びステータの製造方法に関するものである。

従来、ステータコアのスロットに複数のコイルが挿入されたステータの構成が知られている。これらのステータでは、スロットに対するコイルの占積率を向上するための技術が種々提案されている。

例えば特許文献１には、内径側から外径側に向かうにしたがって周方向幅が大きくなるような台形状に形成されたスロットと、スロット内に挿入される部分が断面台形状に形成されたコイルと、を備えたステータの構成が開示されている。ステータコアは、スロットの径方向の外側端部を境界として内周側コアと外周側コアとに分割され、内周側コアに対してコイルを径方向の外側から内側に向かって押圧しスロット内に挿入することにより、コイルが装着される。
特許文献１に記載の技術によれば、台形状のスロットに対して径方向の外側から内側に向かってコイルを挿入するため、スロットとコイル間、更にはコイルとコイル間のクリアランスを小さくでき占積率を向上させることができるとされている。

特開２０１６−９２８６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、外周側コア（いわゆるバックヨーク）と、ティースを有する内周側コアと、が別部材で構成されているので、分割部分における磁気抵抗が増加するとともに組み立ての手間がかかる。また、内周側コアは、スロットの径方向の内側端部が閉塞されたクローズドスロットとなるため、オープンスロットと比較してモータの性能が低下するおそれがある。さらに、コイルの断面は、内径側から外径側に向かうにしたがって周方向幅が大きくなる台形状に形成されているので、コイルエンドを捩り曲げる際の曲げ方向によって曲げ易い方向と曲げ難い方向とが存在する。これにより、捩り曲げる際の曲げ方向に制約を受けるおそれがある。

そこで、本発明は、スロットに対するコイルの占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータ、このステータを備えた回転電機及びこのステータの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るステータ（例えば、第１実施形態におけるステータ１）は、軸線（例えば、第１実施形態における軸線Ｃ）を中心とする環状に形成されたステータコア（例えば、第１実施形態におけるステータコア２）と、前記ステータコアの周方向に複数設けられたスロット（例えば、第１実施形態におけるスロット２０）内に、前記ステータコアの径方向に並んで前記ステータコアの軸方向から複数挿入され、少なくとも前記スロット内に挿入される挿通部（例えば、第１実施形態における挿通部６）が被膜（例えば、第１実施形態における被膜２９）に覆われたコイル（例えば、第１実施形態におけるコイル３）と、を備え、前記コイルの前記挿通部は、前記スロット内において径方向に面する第一面（例えば、第１実施形態における第一面２６）と、前記第一面に対向する第二面（例えば、第１実施形態における第二面２７）と、前記第一面及び前記第二面間を接続する曲面（例えば、第１実施形態における曲面２８）と、を有することを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係るステータは、前記軸方向から見て、前記スロットは、前記径方向の内側から前記径方向の外側へ向かうにつれて前記ステータコアの周方向に沿う幅寸法が増加し、前記軸方向から見て、前記スロットに挿入される前記コイルは、複数の前記コイルの断面積がそれぞれ同等となるように形成され、かつ前記径方向の外側に配置される前記コイルの前記周方向に沿う幅寸法は、前記径方向の内側に配置される前記コイルの前記周方向に沿う幅寸法より大きいことを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係るステータは、前記第一面と前記第二面との離間寸法（例えば、第１実施形態における離間寸法ｈ）は、前記軸方向から見て前記スロットに挿入される前記コイルと同じ断面積を有する円の半径寸法（例えば、第１実施形態における半径寸法Ｒ）以上となっていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明に係るステータは、前記ステータは、環状のバックヨーク（例えば、第１実施形態におけるバックヨーク４）と、前記バックヨークから前記径方向の内側に突出するティース（例えば、第１実施形態におけるティース５）と、が一体形成され、前記周方向に隣り合う２個のティース間に前記スロットが設けられ、前記コイルは、直線状に形成され、前記コイルのうち前記スロットから前記軸方向の外側に突出したコイルエンド（例えば、第１実施形態におけるコイルエンド７）は、曲げ及び捩りの少なくとも一方の加工が施されて塑性変形した状態で互いに接合されて、前記ステータコアに固定されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明に係る回転電機（例えば、第１実施形態における回転電機１０）は、上述のステータと、前記ステータより前記径方向の内側に配置され、前記ステータに対して前記軸線回りに回転するロータ（例えば、第１実施形態におけるロータ９）と、を備えることを特徴としている。

請求項６に記載の発明に係るステータの製造方法は、上述のステータの製造方法であって、断面が円形状の丸線を前記丸線の径方向の両側から挟んで潰すことにより前記第一面と前記第二面とを形成するとともに、変形量を変更することにより前記第一面と前記第二面との間の離間寸法が異なる複数の前記コイルを形成する圧潰工程と、前記圧潰工程の後、前記径方向の内側から前記径方向の外側に向かうにつれて前記周方向に沿う幅寸法が増加するように、前記軸方向から前記スロットに複数の前記コイルを挿入する挿入工程と、前記コイルのうち前記スロットから前記軸方向の外側に突出したコイルエンドを捩り曲げ、複数の前記コイルエンド同士を互いに接合する接合工程と、を有することを特徴としている。

本発明の請求項１に記載のステータによれば、ステータコアのスロットには、少なくとも挿通部において被膜に覆われたコイルが径方向に並んで複数挿入され、コイルの挿通部は、径方向に面する第一面と、第一面に対向する第二面と、第一面及び第二面間を接続する曲面と、を有する。これにより、コイルの断面は角部を有しないので、例えばスロットより軸方向の外側に突出したコイルエンドを捩り曲げる際、断面が角部を有するコイルを捩り曲げる従来技術と比較して、角部への応力集中や座屈を防止できる。よって、曲げ方向による制約を受けることがないので、コイル装着時の作業性を向上できる。コイルは軸方向からスロットに挿入されるので、ステータコアのバックヨークとティースとを一体形成できる。また、スロットのうち径方向の内側端部に隙間を設けることができるので、オープンスロットのステータとすることができる。ステータをオープンスロットとすることにより、ステータと、例えばステータの径方向内側に配置されるロータと、のエアギャップを狭めることができる。よって、磁気抵抗の増加を抑制した高性能なステータとすることができる。
コイルは第一面と第二面と曲面とを有する。このため、例えばスロットにコイルを挿入する場合、スロットの形状に合わせてコイルの寸法を変化させることができる。具体的には、第一面と第二面との離間寸法を変更することにより、一定の断面積を維持したまま周方向に沿うコイルの幅寸法を変化させることができる。よって、スロットの形状に応じたコイルを配置し、スロットに対するコイルの占積率を高い状態に維持できる。
したがって、スロットに対するコイルの占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータを提供できる。

本発明の請求項２に記載のステータによれば、軸方向から見て、スロットは、径方向の内側から径方向の外側へ向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が増加する台形状に形成される。また、コイルは、複数のコイルの断面積がそれぞれ同等に形成され、かつ径方向の外側に配置されるコイルの周方向に沿う幅寸法は、径方向の内側に配置されるコイルの周方向に沿う幅寸法より大きい。これにより、台形状のスロットにコイルを挿入する場合に、スロットの形状に合わせてコイルの幅寸法を変化させることができる。よって、特に台形状のスロットにおいてコイルの占積率を向上できる。

本発明の請求項３に記載のステータによれば、第一面と第二面との離間寸法は、軸方向から見てスロットに挿入されるコイルと同じ断面積を有する円の半径寸法以上となっている。これにより、例えば丸線を潰して第一面及び第二面を有するコイルを形成した場合、コイルの変形量が抑えられる。このため、丸線の外周部を覆う被膜の伸び率を抑え、被膜へのダメージを軽減できる。また、被膜の伸び率を抑えることにより、被膜の厚みを確保し、被膜を剥離し易くすることができる。よって、被膜の剥離作業において被膜残りを抑制し、剥離にかかる作業性を向上できる。

本発明の請求項４に記載のステータによれば、ステータは、環状のバックヨークと、バックヨークから径方向の内側に突出するティースと、が一体形成されている。これにより、磁気抵抗の増加を抑制できる。コイルは、直線状に形成されるとともにスロットから軸方向の外側に突出したコイルエンドが捩り曲げられて接合される。このように、コイルが直線状に形成されるので、径方向の各層に最適な形のコイルを形成し易く、形成したコイルを軸方向から容易にスロットへ挿入できる。よって、製造性及び占積率を向上したステータとすることができる。

本発明の請求項５に記載の回転電機によれば、回転電機は、上述のステータと、ステータに対して軸線回りに回転するロータと、を備える。これにより、スロットに対するコイルの占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータを備えた高性能な回転電機を提供できる。

本発明の請求項６に記載のステータの製造方法によれば、ステータの製造方法は、圧潰工程と、挿入工程と、接合工程と、を有する。圧潰工程では、丸線を径方向の両側から挟んで潰すことにより第一面と第二面とを形成するとともに、変形量を変更することにより第一面と第二面との間の離間寸法が異なる複数のコイルを形成する。挿入工程では、圧潰工程の後、径方向の内側から径方向の外側に向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が増加するように、軸方向からスロットにコイルを挿入する。接合工程では、コイルのうちスロットから軸方向の外側に突出したコイルエンドを捩り曲げ、複数のコイルエンド同士を互いに接合する。
このように、圧潰工程と、挿入工程と、接合工程と、を経ることによりステータコアにコイルが装着され、ステータが製造される。よって、簡素な構成により第一面、第二面及び曲面を有するコイルを形成し、形成されたコイルを容易にスロットに挿入するとともにステータコアに固定できる。したがって、スロットに対するコイルの占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータの製造方法を提供できる。

第１実施形態に係る回転電機の部分断面図。 第１実施形態に係るステータの分解斜視図。 第１実施形態に係るスロット及びスロットに挿入されたコイルを軸方向から見た拡大断面図。 第１実施形態に係るコイルの正面図。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。 ステータの製造方法における圧潰工程を示す説明図。 ステータの製造方法における接合工程を示す説明図。 第１実施形態に係るコイルの厚みと被膜伸び率との関係を示すグラフ。 第２実施形態に係るスロット及びスロットに挿入されたコイルを軸方向から見た拡大断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
（回転電機）
図１は、実施形態に係る回転電機１０の部分断面図である。
回転電機１０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）としても適用可能である。

回転電機１０は、ケース８と、ロータ９と、ステータ１と、を備える。
ケース８は、ロータ９及びステータ１を収容している。ケース８の内部には、不図示の冷媒が収容されている。上述したロータ９及びステータ１は、ケース８の内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられている。
ロータ９は、軸線Ｃ回りに回転可能に構成されている。ロータ９は、ケース８に設けられた軸受を介してケース８に回転可能に取り付けられている。

（ステータ）
ステータ１は、ロータ９に対して径方向の外側に、間隔をあけて配置されている。ステータ１は、環状に形成されている。ステータ１の外周部は、ケース８の内壁面に固定されている。ステータ１は、ステータコア２と、コイル３と、を有する。

（ステータコア）
図２は、第１実施形態に係るステータ１の分解斜視図であり、後述するステータ１の製造方法における挿入工程を示す説明図である。図２では、ステータの一部分を示している。
ステータコア２は、複数の鋼板を軸線Ｃの軸方向に積層して形成される積層コアである。以下の説明では、ステータコア２における軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。
ステータコア２は、バックヨーク４と、ティース５と、スロット２０と、を有する。
バックヨーク４は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。

図３は、第１実施形態に係るスロット２０及びスロット２０に挿入されたコイル３を軸方向から見た拡大断面図である。
ティース５は、バックヨーク４の内周部から径方向内側に向かって突出している。ティース５は、周方向に間隔をあけて複数並んでいる。ティース５は、バックヨーク４と一体形成されている。ティース５は、軸方向から見て略Ｔ字状に形成されている。具体的に、ティース５は、径方向に延びるティース本体５ａと、ティース本体５ａの径方向内側端（先端）から周方向に延びる鍔部５ｂと、が一体成形されたものである。

スロット２０は、周方向において隣り合うティース５同士の間に設けられている。スロット２０は、周方向に複数設けられている。軸方向から見て、スロット２０の断面形状は、径方向の内側から径方向の外側へ向かうにしたがい周方向に沿う幅寸法が増加する台形状に形成されている。これにより、ティース５の周方向に沿う幅寸法が径方向において一定となっている。

（コイル）
図２に示すように、コイル３は、軸方向に沿う直線状に形成されている。コイル３は、スロット２０に挿入されている。コイル３は、スロット２０内において径方向に並んで複数配置されている。コイル３がスロット２０に挿入された状態で、コイル３は、スロット２０内に配置される挿通部６と、スロット２０から軸方向の外側に突出するコイルエンド７と、を有する。コイルエンド７は、ステータ１に対して軸方向の両側に突出している。

図３に示すように、コイル３は、少なくとも挿通部６において外周部が被膜２９で覆われた状態でスロット２０に挿入されている。具体的に、本実施形態では、被膜２９は、挿通部６の全体と、コイルエンド７における基端部の一部分と、を覆っている（図８参照）。被膜２９は、挿通部６において隣接するコイル３同士の絶縁を確保している。本実施形態において、コイル３は、単一のスロット２０に対して５個挿入されている。具体的に、スロット２０に挿入されるコイル３は、第一コイル３１と、第二コイル３２と、第三コイル３３と、第四コイル３４と、第五コイル３５と、を有する。第一コイル３１、第二コイル３２、第三コイル３３、第四コイル３４及び第五コイル３５は、挿通部６における軸方向から見た断面形状が互いに異なるとともに、軸方向から見た断面積が同一となるように形成されている。本実施形態において、第一コイル３１、第二コイル３２、第三コイル３３、第四コイル３４及び第五コイル３５は、単一の導体セグメントにより構成されている。

第一コイル３１は、径方向においてスロット２０の最外周部に配置されている。軸方向から見て、第一コイル３１の挿通部６における断面は、第一面３１ａと、第二面３１ｂと、２個の曲面３１ｃ，３１ｃと、を有する長円形状に形成されている。具体的に、第一面３１ａは、径方向の外側に面している。第一面３１ａは、軸方向から見て、径方向と直交する面に平行な平面状に形成されている。第二面３１ｂは、第一面３１ａに対向するとともに径方向の内側に面している。第二面３１ｂは、第一面３１ａとほぼ平行な平面状に形成されている。２個の曲面３１ｃ，３１ｃは、第一面３１ａ及び第二面３１ｂの周方向における両端部間をそれぞれ接続している。曲面３１ｃは、軸方向から見て、周方向の外側に向かって凸となる半円形状に形成されている。
第一コイル３１の挿通部６における周方向に沿う幅寸法は、Ｗ１となっている。第一コイル３１の挿通部６のうち、第一面３１ａと第二面３１ｂとの離間寸法（第一面３１ａと第二面３１ｂとの間の径方向に沿う高さ寸法）は、ｈ１となっている。

第二コイル３２は、第一コイル３１より径方向の内側に配置されている。第二コイル３２は、第一コイル３１に隣接して配置されている。軸方向から見て、第二コイル３２の挿通部６における断面は、第一コイル３１と同様に、第一面３２ａと、第二面３２ｂと、２個の曲面３２ｃ，３２ｃと、を有する長円形状に形成されている。すなわち、第二コイル３２において、第一面３２ａは、径方向の外側に面している。第二面３２ｂは、第一面３２ａと対向している。曲面３２ｃは、第一面３２ａ及び第二面３２ｂ間を接続している。
第二コイル３２の挿通部６における周方向に沿う幅寸法は、Ｗ２となっている。第二コイル３２の幅寸法Ｗ２は、第一コイル３１の幅寸法Ｗ１より小さい（Ｗ２＜Ｗ１）。第二コイル３２の挿通部６のうち、第一面３２ａと第二面３２ｂとの離間寸法（第一面３２ａと第二面３２ｂとの間の径方向に沿う高さ寸法）は、ｈ２となっている。第二コイル３２の離間寸法ｈ２は、第一コイル３１の離間寸法ｈ１より大きい（ｈ２＞ｈ１）。

第三コイル３３は、第二コイル３２より径方向の内側に配置されている。第三コイル３３は、第二コイル３２に隣接して配置されている。軸方向から見て、第三コイル３３の挿通部６における断面は、第一コイル３１と同様に、第一面３３ａと、第二面３３ｂと、２個の曲面３３ｃ，３３ｃと、を有する長円形状に形成されている。すなわち、第三コイル３３において、第一面３３ａは、径方向の外側に面している。第二面３３ｂは、第一面３３ａと対向している。曲面３３ｃは、第一面３３ａ及び第二面３３ｂ間を接続している。
第三コイル３３の挿通部６における周方向に沿う幅寸法は、Ｗ３となっている。第三コイル３３の幅寸法Ｗ３は、第二コイル３２の幅寸法Ｗ２より小さい（Ｗ３＜Ｗ２）。第三コイル３３の挿通部６のうち、第一面３３ａと第二面３３ｂとの離間寸法（第一面３３ａと第二面３３ｂとの間の径方向に沿う高さ寸法）は、ｈ３となっている。第三コイル３３の離間寸法ｈ３は、第二コイル３２の離間寸法ｈ２より大きい（ｈ３＞ｈ２）。

第四コイル３４は、第三コイル３３より径方向の内側に配置されている。第四コイル３４は、第三コイル３３に隣接して配置されている。軸方向から見て、第四コイル３４の挿通部６における断面は、第一コイル３１と同様に、第一面３４ａと、第二面３４ｂと、２個の曲面３４ｃ，３４ｃと、を有する長円形状に形成されている。すなわち、第四コイル３４において、第一面３４ａは、径方向の外側に面している。第二面３４ｂは、第一面３４ａと対向している。曲面３４ｃは、第一面３４ａ及び第二面３４ｂ間を接続している。
第四コイル３４の挿通部６における周方向に沿う幅寸法は、Ｗ４となっている。第四コイル３４の幅寸法Ｗ４は、第三コイル３３の幅寸法Ｗ３より小さい（Ｗ４＜Ｗ３）。第四コイル３４の挿通部６のうち、第一面３４ａと第二面３４ｂとの離間寸法（第一面３４ａと第二面３４ｂとの間の径方向に沿う高さ寸法）は、ｈ４となっている。第四コイル３４の離間寸法ｈ４は、第三コイル３３の離間寸法ｈ３より大きい（ｈ４＞ｈ３）。

第五コイル３５は、第四コイル３４より径方向の内側に配置されている。第五コイル３５は、第四コイル３４に隣接して配置されている。軸方向から見て、第五コイル３５の挿通部６における断面は、第一コイル３１と同様に、第一面３５ａと、第二面３５ｂと、２個の曲面３５ｃ，３５ｃと、を有する長円形状に形成されている。すなわち、第五コイル３５において、第一面３５ａは、径方向の外側に面している。第二面３５ｂは、第一面３５ａと対向している。曲面３５ｃは、第一面３５ａ及び第二面３５ｂ間を接続している。
第五コイル３５の挿通部６における周方向に沿う幅寸法は、Ｗ５となっている。第五コイル３５の幅寸法Ｗ５は、第四コイル３４の幅寸法Ｗ４より小さい（Ｗ５＜Ｗ４）。第五コイル３５の挿通部６のうち、第一面３５ａと第二面３５ｂとの離間寸法（第一面３５ａと第二面３５ｂとの間の径方向に沿う高さ寸法）は、ｈ５となっている。第五コイル３５の離間寸法ｈ５は、第四コイル３４の離間寸法ｈ４より大きい（ｈ５＞ｈ４）。

なお、以下の説明において、各コイル３１，３２，３３，３４，３５の第一面３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａをまとめて第一面２６とし、各コイル３１，３２，３３，３４，３５の第二面３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂをまとめて第二面２７とし、各コイル３１，３２，３３，３４，３５の曲面３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃをまとめて曲面２８として説明することがある。

図４は、第１実施形態に係るコイル３の正面図である。図４は、スロット２０に挿入される前の状態におけるコイル３を示している。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
コイル３は、スロット２０に挿入される前の状態において、断面円形状を有する丸線の一部を丸線の径方向の両側から挟んで潰すことにより形成されている。具体的に、コイル３は、図６に示すように、丸線のうち少なくとも挿通部６に対応する部分の断面が長円形状となるように潰されて形成されている。図５に示すように、本実施形態において、コイル３のうち、コイルエンド７に対応する部分の断面は円形状となっている。スロット２０に挿入される前の状態において、コイル３は、直線状に形成されている。

ここで、図５に示すように、コイルエンド７において、コイル３の断面における半径寸法（加工前の丸線の半径寸法）をＲとする。このとき、挿通部６において、コイル３の断面における第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈは、コイルエンド７におけるコイル３の半径寸法Ｒ以上となっている（ｈ≧Ｒ）。換言すれば、挿通部６において、第一面２６及び第二面２７間の離間寸法ｈは、挿通部６におけるコイル３と同じ断面積を有する円の半径寸法Ｒ以上となっている。本実施形態において、図３に示すように、径方向の厚みが最も薄い第一コイル３１の高さ寸法ｈ１は、丸線の半径Ｒ以上となっている（ｈ１≧Ｒ）。

このように形成されたコイル３は、軸方向からスロット２０に挿入された（図２参照）後、コイルエンド７がそれぞれ捩り曲げられた状態で互いに隣接される（図８参照）。隣接した所定の一対のコイルエンド７同士は、詳しくは後述するレーザー溶接により互いに接合される。所定の一対のコイルエンド７とは、例えば挿通部６において異なるスロット２０かつ径方向において異なる位置（層）に挿入されたコイル３のコイルエンド７同士とされている。これにより、スロット２０からのコイル３の抜けが抑制され、コイル３がステータコア２に固定される。

（ステータの製造方法）
次に、上述したステータ１の製造方法について説明する。
ステータ１の製造方法は、圧潰工程と、挿入工程と、接合工程と、を有する。
図７は、ステータ１の製造方法における圧潰工程を示す説明図である。
圧潰工程では、まず、直線状かつ断面が円形状の丸線を準備する。次に、一対のローラ１３等を用いて丸線の径方向の両側から丸線を挟んで潰すことにより、第一面２６と第二面２７とを形成する。このとき、丸線の延在方向において挿通部６に対応する位置のみを潰して変形させる。また、第一面２６及び第二面２７間の離間寸法ｈが加工前の丸線の半径寸法Ｒ以上となるように形成する。これにより、挿通部６に対応する部分の断面が長円形状に形成されたコイル３を形成する。また、圧潰工程では、一対のローラ１３間の距離を変更することにより、スロット２０内の径方向の各層毎に、第一面２６と第二面２７との間の離間寸法ｈが異なる複数種類（本実施形態では５種類）のコイル３を形成する。

図２に示すように、挿入工程では、圧潰工程の後、圧潰工程により形成された複数のコイル３を軸方向からスロット２０に挿入する。このとき、径方向の内側から径方向の外側に向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が増加するように、軸方向からスロット２０に複数のコイル３を順次挿入する。なお、各層のコイル３をまとめた状態でスロット２０に挿入してもよい。

図８は、ステータ１の製造方法における接合工程を示す説明図である。
接合工程では、挿入工程によりスロット２０に挿入されたコイル３のうちスロット２０から軸方向の外側に突出したコイルエンド７を捩り曲げ、複数のコイルエンド７同士を互いに接合する。本実施形態において、コイルエンド７は、レーザー溶接により互いに接合される。具体的に、接合工程では、まず、一対のコイルエンド７のうち被膜２９が剥離された露出部７１をクランパ１１により挟持する。次に、クランプされて一対の露出部７１同士が隣接した部分にレーザー光１２を照射しつつレーザー光１２を走査することにより、一対のコイルエンド７を接合する。

このように、圧潰工程と、挿入工程と、接合工程と、を経ることにより、コイル３が形成されるとともにステータコア２にコイル３が固定され、ステータ１の製造が完了する。
なお、圧潰工程において、丸線の延在方向において挿通部６及びコイルエンド７を含む全体を挟んで潰すことによりコイル３を形成してもよい。すなわち、コイル３は、コイル３の延在方向に依らず断面形状が全て長円形状となるように形成されてもよい。この場合、接合工程において、レーザー溶接により接合される一対のコイルエンド７の形状の組み合わせ毎に、レーザー光１２の走査条件や走査経路を設定してもよい。

（作用、効果）
次に、上述のステータ１、回転電機１０及びステータ１の製造方法の作用、効果について説明する。
本実施形態のステータ１によれば、ステータコア２のスロット２０には、少なくとも挿通部６において被膜２９に覆われたコイル３が径方向に並んで複数挿入され、コイル３の挿通部６は、径方向に面する第一面２６と、第一面２６に対向する第二面２７と、第一面２６及び第二面２７間を接続する曲面２８と、を有する。これにより、コイル３の断面は角部を有しないので、例えばスロット２０より軸方向の外側に突出したコイルエンド７を捩り曲げる際、断面が角部を有するコイル３を捩り曲げる従来技術と比較して、角部への応力集中や座屈を防止できる。よって、曲げ方向による制約を受けることがないので、コイル３装着時の作業性を向上できる。コイル３は軸方向からスロット２０に挿入されるので、ステータコア２のバックヨーク４とティース５とを一体形成できる。また、スロット２０のうち径方向の内側端部に隙間を設けることができるので、オープンスロットのステータ１とすることができる。ステータ１をオープンスロットとすることにより、ステータ１と、例えばステータ１の径方向内側に配置されるロータ９と、のエアギャップを狭めることができる。よって、磁気抵抗の増加を抑制した高性能なステータ１とすることができる。

コイル３は第一面２６と第二面２７と曲面２８とを有する。このため、例えばスロット２０にコイル３を挿入する場合、スロット２０の形状に合わせてコイル３の寸法を変化させることができる。具体的には、第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈを変更することにより、一定の断面積を維持したまま周方向に沿うコイル３の幅寸法を変化させることができる。よって、スロット２０の形状に応じたコイル３を配置し、スロット２０に対するコイル３の占積率を高い状態に維持できる。
したがって、スロット２０に対するコイル３の占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータ１を提供できる。

軸方向から見て、スロット２０は、径方向の内側から径方向の外側へ向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が増加する台形状に形成される。また、コイル３は、複数のコイル３の断面積がそれぞれ同等に形成され、かつ径方向の外側に配置されるコイル３の周方向に沿う幅寸法は、径方向の内側に配置されるコイル３の周方向に沿う幅寸法より大きい。これにより、台形状のスロット２０にコイル３を挿入する場合に、スロット２０の形状に合わせてコイル３の幅寸法を変化させることができる。よって、特に台形状のスロット２０においてコイル３の占積率を向上できる。

第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈは、軸方向から見てスロット２０に挿入されるコイル３と同じ断面積を有する円の半径寸法Ｒ以上となっている。これにより、例えば丸線を潰して第一面２６及び第二面２７を有するコイル３を形成した場合、コイル３の変形量が抑えられる。

ここで、図９は、第１実施形態に係るコイル３の厚み（第一面２６と第二面２７との離間寸法）ｈと被膜２９の伸び率ＣＥとの関係を示すグラフＧである。図９において、横軸は挿通部６におけるコイル３の第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈを表し、縦軸は第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈの大きさによる被膜２９の伸び率ＣＥを表している。縦軸の単位は％である。
図９に示すように、第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈが小さいほど、被膜２９の伸び率ＣＥが増加する。第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈが加工前の丸線の半径寸法Ｒと一致したとき、被膜２９の伸び率ＣＥは５０％となる。すなわち、加工前の丸線の被膜２９に対して５０％伸長された状態となる。ここで、一般に、被膜２９の伸び率ＣＥが５０％以下であれば、被膜２９に亀裂が発生しない。その理由は、通常、丸線は、丸線の直径と同等の直径を有する芯材に丸線を巻き付ける、いわゆる自己径巻き付けで亀裂が発生せず、この自己径巻き付け時の伸び率が約５０％とされているためである。

第一面２６と第二面２７との離間寸法ｈが加工前の丸線の半径寸法Ｒ以上に形成された本実施形態のコイル３によれば、被膜２９の伸び率ＣＥを５０％以下に抑えることができる。このため、丸線の外周部を覆う被膜２９の伸び率ＣＥを抑え、亀裂等の被膜２９へのダメージを軽減できる。また、被膜２９の伸び率ＣＥを抑えることにより、被膜２９の厚みを確保し、被膜２９を剥離し易くすることができる。よって、被膜２９の剥離作業において被膜２９残りを抑制し、剥離にかかる作業性を向上できる。

図２に示すように、ステータ１は、環状のバックヨーク４と、バックヨーク４から径方向の内側に突出するティース５と、が一体形成されている。これにより、磁気抵抗の増加を抑制できる。コイル３は、直線状に形成されるとともにスロット２０から軸方向の外側に突出したコイルエンド７が捩り曲げられて接合される。このように、コイル３が直線状に形成されるので、径方向の各層に最適な形のコイル３を形成し易く、形成したコイル３を軸方向から容易にスロット２０へ挿入できる。よって、製造性及び占積率を向上したステータ１とすることができる。

本実施形態の回転電機１０によれば、回転電機１０は、上述のステータ１と、ステータ１に対して軸線Ｃ回りに回転するロータ９と、を備える。これにより、スロット２０に対するコイル３の占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータ１を備えた高性能な回転電機１０を提供できる。

本実施形態のステータ１の製造方法によれば、ステータ１の製造方法は、圧潰工程と、挿入工程と、接合工程と、を有する。圧潰工程では、丸線を径方向の両側から挟んで潰すことにより第一面２６と第二面２７とを形成するとともに、変形量を変更することにより第一面２６と第二面２７との間の離間寸法ｈが異なる複数のコイル３を形成する。挿入工程では、圧潰工程の後、径方向の内側から径方向の外側に向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が増加するように、軸方向からスロット２０にコイル３を挿入する。接合工程では、コイル３のうちスロット２０から軸方向の外側に突出したコイルエンド７を捩り曲げ、複数のコイルエンド７同士を互いに接合する。
このように、圧潰工程と、挿入工程と、接合工程と、を経ることによりステータコア２にコイル３が装着され、ステータ１が製造される。よって、簡素な構成により第一面２６、第二面２７及び曲面２８を有するコイル３を形成し、形成されたコイル３を容易にスロット２０に挿入するとともにステータコア２に固定できる。したがって、スロット２０に対するコイル３の占積率を高く維持しつつ、製造性の向上及び高性能化を実現したステータ１の製造方法を提供できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図１０は、第２実施形態に係るスロット２０及びスロット２０に挿入されたコイル３を軸方向から見た拡大断面図である。本実施形態では、軸方向から見てスロット２０が矩形状に形成されている点において上述した実施形態と相違している。

本実施形態において、軸方向から見たスロット２０の断面形状は、径方向の内側から径方向の外側へ向かうにしたがい周方向に沿う幅寸法が一定となる矩形状に形成されている。
スロット２０には、第一コイル３１と、第二コイル３２と、第三コイル３３と、第四コイル３４と、第五コイル３５と、が径方向に並んで配置されている。挿通部６において、第一コイル３１、第二コイル３２、第三コイル３３、第四コイル３４及び第五コイル３５の軸方向から見た断面形状は、互いに同一となるように形成されている。すなわち、本実施形態において、第一コイル３１の周方向に沿う幅寸法Ｗ１´、第二コイル３２の周方向に沿う幅寸法Ｗ２´、第三コイル３３の周方向に沿う幅寸法Ｗ３´、第四コイル３４の周方向に沿う幅寸法Ｗ４´及び第五コイル３５の周方向に沿う幅寸法Ｗ５´は同一となるように形成されている（Ｗ１´＝Ｗ２´＝Ｗ３´＝Ｗ４´＝Ｗ５´）。

本実施形態によれば、矩形状の断面を有するスロット２０に対して、コイル３の占積率を向上できる。各コイル３が同等の形状に形成されるので、コイル３の製造を容易に行うことができる。また、例えばコイルエンド７を含むコイル３の全体が長円形状の断面を有するように形成された場合であっても、接合時に接合される一対のコイルエンド７の形状が同じとなる。これにより、例えばＴＩＧ溶接等、レーザー溶接以外の従来の接合方法を用いて容易にコイルエンド７を接合できる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態において、コイル３は直線状に形成される構成について説明したが、これに限らない。コイル３は、例えばＵ字状等、直線状以外の形状に形成されてもよい。
また、単一のスロット２０に挿入されるコイル３の個数は上述した実施形態に限定されない。

コイル３のコイルエンド７は、レーザー溶接やＴＩＧ溶接以外の方法により接合されてもよい。ただし、スロット２０内に断面形状が異なる複数のコイル３が配置され、かつコイルエンド７を含むコイル３全体が断面長円形状となるように形成された場合、断面形状の異なるコイルエンド７同士を接合する際に、レーザー光１２の走査条件を変えるだけで種々のコイル３形状の組み合わせに対応できる点で、レーザー溶接を用いてコイルエンド７同士を接合した本実施形態の構成は優位性がある。

また、圧潰工程において、プレスや金型による塑性加工等、ローラ１３以外の方法により第一面２６と第二面２７とを形成してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１ ステータ
２ ステータコア
３ コイル
４ バックヨーク
５ ティース
６ 挿通部
７ コイルエンド
９ ロータ
１０ 回転電機
２０ スロット
２６ 第一面
２７ 第二面
２８ 曲面
２９ 被膜
Ｃ 軸線
ｈ 離間寸法
Ｒ 半径寸法

Claims (6)

1. 軸線を中心とする環状に形成されたステータコアと、
   前記ステータコアの周方向に複数設けられたスロット内に、前記ステータコアの径方向に並んで前記ステータコアの軸方向から複数挿入され、少なくとも前記スロット内に挿入される挿通部が被膜に覆われたコイルと、
   を備え、
   前記コイルの前記挿通部は、
   前記スロット内において径方向に面する第一面と、
   前記第一面に対向する第二面と、
   前記第一面及び前記第二面間を接続する曲面と、
   を有することを特徴とするステータ。
2. 前記軸方向から見て、前記スロットは、前記径方向の内側から前記径方向の外側へ向かうにつれて前記ステータコアの周方向に沿う幅寸法が増加し、
   前記軸方向から見て、前記スロットに挿入される前記コイルは、複数の前記コイルの断面積がそれぞれ同等となるように形成され、かつ前記径方向の外側に配置される前記コイルの前記周方向に沿う幅寸法は、前記径方向の内側に配置される前記コイルの前記周方向に沿う幅寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記第一面と前記第二面との離間寸法は、前記軸方向から見て前記スロットに挿入される前記コイルと同じ断面積を有する円の半径寸法以上となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステータ。
4. 前記ステータは、環状のバックヨークと、前記バックヨークから前記径方向の内側に突出するティースと、が一体形成され、
   前記周方向に隣り合う２個のティース間に前記スロットが設けられ、
   前記コイルは、直線状に形成され、
   前記コイルのうち前記スロットから前記軸方向の外側に突出したコイルエンドは、曲げ及び捩りの少なくとも一方の加工が施されて塑性変形した状態で互いに接合されて、前記ステータコアに固定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステータと、
   前記ステータより前記径方向の内側に配置され、前記ステータに対して前記軸線回りに回転するロータと、
   を備えることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステータの製造方法であって、
   断面が円形状の丸線を前記丸線の径方向の両側から挟んで潰すことにより前記第一面と前記第二面とを形成するとともに、変形量を変更することにより前記第一面と前記第二面との間の離間寸法が異なる複数の前記コイルを形成する圧潰工程と、
   前記圧潰工程の後、前記径方向の内側から前記径方向の外側に向かうにつれて前記周方向に沿う幅寸法が増加するように、前記軸方向から前記スロットに複数の前記コイルを挿入する挿入工程と、
   前記コイルのうち前記スロットから前記軸方向の外側に突出したコイルエンドを捩り曲げ、複数の前記コイルエンド同士を互いに接合する接合工程と、
   を有することを特徴とするステータの製造方法。

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