JP2021097539A - Stator, rotary electric machine, and manufacturing method of stator - Google Patents

Stator, rotary electric machine, and manufacturing method of stator Download PDF

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木村　正良
Masayoshi Kimura
正良 木村
文哉 西井
Fumiya Nishii
文哉 西井
新 青木
Arata Aoki
新 青木
友貴 壱岐
Tomotaka Iki
友貴 壱岐
泰佑 丸山
Taisuke Maruyama
泰佑 丸山
敏泰 小松
Toshiyasu Komatsu
敏泰 小松
誠 阿左美
Makoto Asami
誠 阿左美
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Abstract

To provide a stator that improves manufacturability, optimizes the magnetic circuit, and improves the occupancy ratio of a coil to a slot, and a rotary electric machine including the stator, and a manufacturing method of the stator.SOLUTION: A stator 1 includes: a stator core 2 formed in an annular shape with an axis at its center and having a plurality of slots 20 aligned in a circumferential direction; and a plurality of coils 3 formed by linear conductor segments being arranged in the slots 20 in a radial direction. The slots 20 are formed in such a way that the width dimension increases as going from an inner circumference side to an outer circumference side. The plurality of coils 3 are formed in such a way that the cross-sectional areas of insertion parts 6 placed in the slots 20 are the same, and the width dimensions along the circumferential direction are different from each other. A coil end 7 has a joint 75 where the plurality of coils 3 are joined to each other by laser welding.SELECTED DRAWING: Figure 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。 The present invention relates to a stator, a rotary electric machine, and a method for manufacturing a stator.

従来、回転電機のステータとして、ステータコアのスロットにセグメントコイル（コイル）が挿入された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。 Conventionally, as a stator of a rotary electric machine, a configuration in which a segment coil (coil) is inserted into a slot of a stator core is known. In these stators, various techniques for improving the space factor of the coil with respect to the slot have been proposed.

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スロットを有するステータコアと、スロット内に径方向に配置されるコイルと、を備えるステータの構成が開示されている。コイルのうちスロット内に挿入されたスロット部における断面は、長辺Ｌと短辺Ｓからなる矩形をなし、内径側のスロット部は、周方向に短辺Ｓを向けて配置され、外径側のスロット部は、周方向に長辺Ｌを向けて配置される。
特許文献１に記載の技術によれば、内径側は縦横比Ｓ／Ｌ、外径側は縦横比Ｌ／Ｓの異なる縦横比の導体からなる構造を１種類の導体縦横比で構成することができる。また、外径側ほど周方向幅が大きくなるスロット形状を採用することにより、スロット間のティース部の周方向幅を一定あるいは一定に近づけることができる。これにより、磁気回路を最適化するとともに高占積率化を実現できるとされている。 For example, Patent Document 1 discloses a stator configuration including a stator core having a slot whose circumferential width increases from the inner diameter side to the outer diameter side, and a coil arranged in the slot in the radial direction. There is. The cross section of the slot portion of the coil inserted into the slot forms a rectangle consisting of a long side L and a short side S, and the slot portion on the inner diameter side is arranged with the short side S facing in the circumferential direction and is arranged on the outer diameter side. The slot portion of is arranged with the long side L facing in the circumferential direction.
According to the technique described in Patent Document 1, a structure composed of conductors having different aspect ratios L / S on the inner diameter side and an aspect ratio L / S on the outer diameter side can be configured by one kind of conductor aspect ratio. it can. Further, by adopting a slot shape in which the circumferential width becomes larger toward the outer diameter side, the circumferential width of the teeth portion between the slots can be made constant or close to constant. It is said that this makes it possible to optimize the magnetic circuit and achieve a high space factor.

特開２０１０−４１７９５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-41795

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、外径側ほど周方向幅が大きくなる台形状のスロットに対して矩形状のコイルを配置するので、コイルの占積率を十分に確保できないおそれがある。一方、占積率を向上するためにコイルの形状に合わせてスロットの形状を矩形状に形成した場合は、ティース幅が径方向に一定とならず、磁気効率が低下するおそれがある。よって、従来技術にあっては、磁気回路の最適化及び占積率の向上を両立する点において課題が残されていた。
さらに、特許文献１に記載の技術にあっては、Ｕ字状に形成されたコイルの一端及び他端をそれぞれ別のスロットの径方向位置（層）が異なる箇所に挿入しているので、コイルの曲げや挿入手法が複雑となる。また、スロットから突出したコイルエンド同士を接合する際、異形状のコイル同士を接合する必要がある。このため、通常はＴＩＧ溶接を用いて接合するが、ＴＩＧ溶接を用いた場合は各コイルの形状の組み合わせ毎に形状の異なる電極クランパを用意する必要があり、手間がかかる。よって、従来技術にあっては、ステータ製造時の作業が煩雑になるおそれがある。 However, in the technique described in Patent Document 1, since the rectangular coil is arranged in the trapezoidal slot whose circumferential width becomes larger toward the outer diameter side, the space factor of the coil cannot be sufficiently secured. There is a risk. On the other hand, when the shape of the slot is formed in a rectangular shape in accordance with the shape of the coil in order to improve the space factor, the tooth width is not constant in the radial direction, and the magnetic efficiency may decrease. Therefore, in the prior art, there remains a problem in achieving both optimization of the magnetic circuit and improvement of the space factor.
Further, in the technique described in Patent Document 1, since one end and the other end of the U-shaped coil are inserted into different slots in different radial positions (layers), the coil is formed. Bending and inserting methods are complicated. Further, when joining the coil ends protruding from the slot, it is necessary to join the coils having different shapes. For this reason, normally, TIG welding is used for joining, but when TIG welding is used, it is necessary to prepare electrode clampers having different shapes for each combination of coil shapes, which is troublesome. Therefore, in the prior art, there is a possibility that the work at the time of manufacturing the stator becomes complicated.

そこで、本発明は、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロットに対するコイルの占積率向上を両立したステータ、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。 Therefore, the present invention provides a stator having both improved manufacturability, optimization of a magnetic circuit, and improvement of the space factor of a coil with respect to a slot, a rotary electric machine provided with the stator, and a method for manufacturing the stator. The purpose.

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、軸方向から見て径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられた複数のスロット（例えば、第１実施形態におけるスロット２０）を有するステータコア（例えば、第１実施形態におけるステータコア２）と、直線状の導体セグメントが前記径方向に並んで前記スロットに配置されることにより形成された複数のコイル（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周方向に沿う幅寸法が増加するように形成され、複数の前記コイルは、前記軸方向から見て、前記スロット内に配置される挿通部（例えば、第１実施形態における挿通部６）の断面積が同一となるように形成されるとともに、前記径方向に隣り合う２つの前記コイルの前記周方向に沿う幅寸法（例えば、第１実施形態における幅寸法ａ１，ａ２，ａ３，ａ４）が互いに異なるように形成され、複数の前記コイルのうち、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、レーザー溶接により複数の前記コイルが互いに接合される接合部（例えば、第１実施形態における接合部７５）を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the stator according to the invention according to claim 1 (for example, the stator 1 in the first embodiment) is formed in an annular shape centered on an axis (for example, the axis C in the first embodiment). A stator core (for example, the stator core 2 in the first embodiment) having a plurality of slots (for example, slots 20 in the first embodiment) that extend along the radial direction when viewed from the axial direction and are provided side by side in the circumferential direction. And a plurality of coils (for example, the coil 3 in the first embodiment) formed by arranging linear conductor segments side by side in the radial direction in the slot, and the slot has the diameter. A plurality of the coils are formed so as to increase the width dimension along the circumferential direction from the inside of the direction to the outside of the radial direction, and the plurality of the coils are arranged in the slot when viewed from the axial direction. For example, the insertion portions 6) in the first embodiment are formed so as to have the same cross-sectional area, and the width dimensions of the two coils adjacent to each other in the radial direction along the circumferential direction (for example, the first embodiment). The width dimensions a1, a2, a3, a4) are formed so as to be different from each other, and among the plurality of the coils, the coil ends protruding outward in the axial direction from the slots (for example, the coil ends 7 in the first embodiment). ) Shall have a joint portion (for example, a joint portion 75 in the first embodiment) in which a plurality of the coils are joined to each other by laser welding.

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、前記スロット内に配置される前記コイルの前記挿通部の断面は、台形状となるように形成されていることを特徴としている。 Further, the stator according to the second aspect of the present invention is formed so that the cross section of the insertion portion of the coil arranged in the slot is trapezoidal when viewed from the axial direction. It is a feature.

また、請求項３に記載の発明に係るステータは、前記コイルエンドは、前記スロットに対して前記軸方向の両側に設けられ、前記コイルの前記コイルエンドは、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隣接され、隣接した前記コイルエンド同士がクランパ（例えば、第１実施形態におけるクランパ１１）で挟持された状態でレーザー溶接により接合されて、前記ステータに固定されていることを特徴としている。 Further, in the stator according to the third aspect of the present invention, the coil ends are provided on both sides in the axial direction with respect to the slot, and the coil ends of the coil can be processed by at least one of bending and twisting. The coil ends are adjacent to each other in a plastically deformed state, and the adjacent coil ends are joined by laser welding while being sandwiched by a clamper (for example, the clamper 11 in the first embodiment) and fixed to the stator. It is characterized by being.

また、請求項４に記載の発明に係るステータは、前記スロットは、第一スロット（例えば、第１実施形態における第一スロット２１）と、前記第一スロットと異なる第二スロット（例えば、第１実施形態における第二スロット２２）と、を有し、前記第一スロットには第一コイル（例えば、第１実施形態における第一コイル３１）が挿入され、前記第二スロットには第二コイル（例えば、第１実施形態における第七コイル４３）が挿入され、前記第一コイルの前記コイルエンドと前記第二コイルの前記コイルエンドとが接合され、前記第一コイル及び前記第二コイルは、前記スロット内に配置される前記挿通部の断面形状が互いに異なることを特徴としている。 Further, in the stator according to the invention of claim 4, the slots are the first slot (for example, the first slot 21 in the first embodiment) and the second slot different from the first slot (for example, the first slot). It has a second slot 22) in the embodiment, a first coil (for example, the first coil 31 in the first embodiment) is inserted into the first slot, and a second coil (for example, the first coil 31 in the first embodiment) is inserted into the first slot. For example, the seventh coil 43) in the first embodiment is inserted, the coil end of the first coil and the coil end of the second coil are joined, and the first coil and the second coil are described. It is characterized in that the cross-sectional shapes of the insertion portions arranged in the slots are different from each other.

また、請求項５に記載の発明に係るステータは、前記コイルより前記軸方向の外側に渡り部（例えば、第３実施形態における渡り部３００）を備え、前記渡り部及び前記コイルは、レーザー溶接により互いに接合される間接接合部（例えば、第３実施形態における間接接合部３７５）を有することを特徴としている。 Further, the stator according to the fifth aspect of the present invention includes a crossover portion (for example, a crossover portion 300 in the third embodiment) outside the coil in the axial direction, and the crossover portion and the coil are laser welded. It is characterized by having an indirect joint portion (for example, the indirect joint portion 375 in the third embodiment) that is joined to each other by means of.

また、請求項６に記載の発明に係るステータは、前記コイルは、単一の前記導体セグメントで構成された一のコイル（例えば、第２実施形態における第一コイル３１及び第五コイル４１）と、複数の前記導体セグメント（例えば、第２実施形態における複数の導体セグメント２３６，２３７，２４６，２４７）で構成され、前記一のコイルより前記径方向の内側に配置される他のコイル（例えば、第２実施形態における第三コイル２３３、第四コイル２３４、第七コイル２４３、第八コイル２４４）と、を有し、前記軸方向から見て、前記他のコイルにおける複数の前記導体セグメントの総断面積と、前記一のコイルの断面積と、が同等となるように形成されていることを特徴としている。 Further, in the stator according to the invention of claim 6, the coil includes one coil (for example, the first coil 31 and the fifth coil 41 in the second embodiment) composed of the single conductor segment. , The other coil (eg, the other coil) composed of the plurality of the conductor segments (for example, the plurality of conductor segments 236,237,246,247 in the second embodiment) and arranged inside the coil in the radial direction from the one coil. It has a third coil 233, a fourth coil 234, a seventh coil 243, and an eighth coil 244) in the second embodiment, and is the total of the plurality of the conductor segments in the other coil when viewed from the axial direction. It is characterized in that the cross-sectional area and the cross-sectional area of the one coil are formed to be equal to each other.

また、請求項７に記載の発明に係るステータは、前記スロット内において、前記径方向の外側から数えてｎ番目の前記コイルの前記径方向の内側に位置する短辺（例えば、第１実施形態における短辺３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ）の長さをａｎとし、前記ｎ番目のコイルの前記径方向に沿う高さをｈｎとし、前記軸方向から見た単一の前記スロットに入る前記導体セグメントの断面積の和をＳとし、前記スロットの前記径方向の外側を構成する底壁（例えば、第１実施形態における底壁２６）と、前記スロットの前記周方向に面する側壁（例えば、第１実施形態における側壁２７）と、のなす角度をθとしたとき、前記ｎ番目のコイルの前記径方向の内側に位置する前記短辺の長さａｎ、前記ｎ番目のコイルの前記径方向に沿う高さｈｎ、単一の前記スロットに入る前記導体セグメントの断面積の和Ｓ、前記スロットの前記底壁と前記側壁とのなす角度θ、前記スロットの前記底壁における前記周方向に沿う長さａ０、前記スロットの前記径方向に沿う高さｈ０、前記ステータに形成される前記スロットの個数ｋ、単一の前記スロットに挿入される前記コイルの個数ｍは、

Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
 の各式を全て満たすことを特徴としている。 Further, the stator according to the invention according to claim 7 has a short side (for example, the first embodiment) located inside the radial direction of the nth coil in the slot, counting from the outside in the radial direction. The length of the short side 31b, 32b, 33b, 34b) in the above is an, the height of the nth coil along the radial direction is hn, and the conductor that enters the single slot as viewed from the axial direction. The sum of the cross-sectional areas of the segments is S, and the bottom wall (for example, the bottom wall 26 in the first embodiment) constituting the radial outer side of the slot and the side wall facing the circumferential direction of the slot (for example, for example). When the angle formed by the side wall 27) in the first embodiment is θ, the length an of the short side located inside the nth coil in the radial direction and the radial direction of the nth coil. Along the height hn along, the sum S of the cross-sectional areas of the conductor segments entering the single slot, the angle θ between the bottom wall of the slot and the side wall, and the circumferential direction of the bottom wall of the slot. The length a0, the height h0 of the slot along the radial direction, the number k of the slots formed in the stator, and the number m of the coils inserted into the single slot are:
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
 It is characterized by satisfying all of the above equations.

請求項８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。 The rotary electric machine according to the invention according to claim 8 (for example, the rotary electric machine 10 in the first embodiment) is arranged inside the above-mentioned stator and the above-mentioned radial direction from the stator, and is arranged around the axis of the stator. It is characterized by including a rotor (for example, a rotor 9 in the first embodiment) that rotates in a.

請求項９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、直線状の前記導体セグメントを前記スロットの形状に合わせて成形することにより前記コイルを形成する形成工程と、前記形成工程の後、前記コイルを前記軸方向から前記スロットに挿入する挿入工程と、前記スロットから前記軸方向の外側に突出した前記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レーザー溶接により互いに接合する接合工程と、を有し、前記接合工程では、断面形状の異なる前記コイルの前記コイルエンド同士を接合することを特徴としている。 The method for manufacturing a stator according to the invention according to claim 9 is the above-mentioned method for manufacturing a stator, which is a forming step of forming the coil by forming the linear conductor segment according to the shape of the slot. After the forming step, the coil is inserted into the slot from the axial direction, and the coil end protruding outward from the slot in the axial direction is twisted to laser the plurality of coil ends. It has a joining step of joining to each other by welding, and the joining step is characterized in that the coil ends of the coils having different cross-sectional shapes are joined to each other.

本発明の請求項１に記載のステータによれば、スロットは、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台形状に形成されている。また、複数のコイルは、軸方向から見てスロット内に配置される挿通部の断面積が同一となるように形成されるとともに、径方向に隣り合う２つのコイルの幅寸法が互いに異なるように形成される。このため、台形状のスロットに対してコイルを挿入する際、各コイルに流れる電流量を一定に近づけるとともに、スロットの周方向に沿う幅寸法と同等の幅寸法を有するコイルを径方向の各層に応じて配置することができる。これにより、スロット形状に合わせたコイルをスロット内に配置できるとともに、スロット内の空間を最大限利用できる。よって、磁気回路の最適化及びスロットに対するコイルの占積率向上を両立できる。
コイルは、直線状の導体セグメントが径方向に並んでスロットに配置されることにより形成され、複数のコイルは、接合部においてレーザー溶接されることにより互いに接合される。コイルは直線状であるため、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。また、レーザー溶接では、接合したいコイルエンド同士を挟持して隣接させ、隣接した部分にレーザー光を照射することによりコイルエンド同士を接合する。このため、レーザー溶接では、ＴＩＧ溶接と比較してクランパの構成を簡素化できる。すなわち、コイルの形状の組み合わせ毎に異なる電極クランパを準備する必要がなく、例えば走査条件を設定するだけで種々の組み合わせのコイルに適用できる。よって、簡素な方法により安定的にコイルエンド同士を接合できる。
したがって、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロットに対するコイルの占積率向上を両立したステータを提供できる。 According to the stator according to claim 1 of the present invention, the slots are formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction increases from the inner side in the radial direction to the outer side in the radial direction. Further, the plurality of coils are formed so that the cross-sectional areas of the insertion portions arranged in the slots are the same when viewed from the axial direction, and the width dimensions of the two coils adjacent to each other in the radial direction are different from each other. It is formed. For this reason, when inserting a coil into a trapezoidal slot, the amount of current flowing through each coil is brought close to a constant value, and a coil having a width dimension equivalent to the width dimension along the circumferential direction of the slot is placed in each layer in the radial direction. It can be arranged accordingly. As a result, the coil matching the slot shape can be arranged in the slot, and the space in the slot can be used to the maximum. Therefore, the optimization of the magnetic circuit and the improvement of the space factor of the coil with respect to the slot can be achieved at the same time.
The coils are formed by arranging linear conductor segments radially side by side in a slot, and the plurality of coils are joined to each other by laser welding at the joint. Since the coil is linear, it is easy to form a coil having an optimum shape for each layer in the radial direction, and the formed coil can be easily inserted into the slot from the axial direction. Further, in laser welding, the coil ends to be joined are sandwiched and adjacent to each other, and the coil ends are joined by irradiating the adjacent portions with laser light. Therefore, in laser welding, the configuration of the clamper can be simplified as compared with TIG welding. That is, it is not necessary to prepare different electrode clampers for each combination of coil shapes, and for example, it can be applied to various combinations of coils simply by setting scanning conditions. Therefore, the coil ends can be stably joined to each other by a simple method.
Therefore, it is possible to provide a stator that improves manufacturability, optimizes the magnetic circuit, and improves the space factor of the coil with respect to the slot.

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、スロット内に配置されるコイルの挿通部の断面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とされている。このように、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のスロットに台形状のコイルを配置できるので、スロットに対するコイルの占積率を向上することができる。 According to the second aspect of the present invention, when viewed from the axial direction, the cross section of the coil insertion portion arranged in the slot has a width along the circumferential direction from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction. It has a trapezoidal shape with increasing dimensions. In this way, the trapezoidal coil can be arranged in the trapezoidal slot whose width dimension along the circumferential direction increases from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction, so that the space factor of the coil with respect to the slot can be improved. Can be done.

本発明の請求項３に記載のステータによれば、コイルは、コイルエンドが互いに隣接した状態でクランパにより挟持され、接合部がレーザー溶接により接合されることでステータに固定される。このように、軸方向の両側に突出したコイルエンドがそれぞれ接合されることにより、コイルのスロットからの抜けが抑制されるとともに、容易に複数のコイルを電気的に接続できる。よって、簡素かつ廉価な手法によりステータコアにコイルを巻き回すことができる。 According to the stator according to claim 3 of the present invention, the coil is sandwiched by a clamper with the coil ends adjacent to each other, and the joint portion is joined by laser welding to be fixed to the stator. By joining the coil ends protruding on both sides in the axial direction in this way, the coil can be prevented from coming out of the slot, and a plurality of coils can be easily electrically connected. Therefore, the coil can be wound around the stator core by a simple and inexpensive method.

本発明の請求項４に記載のステータによれば、第一スロットに挿入される第一コイルのコイルエンドと、第二スロットに挿入される第二コイルのコイルエンドと、が接合され、第一コイル及び第二コイルは、スロット内に配置される挿通部の断面形状が異なる。これにより、第一コイル及び第二コイルの接合部では、異形状のコイルエンド同士がレーザー溶接により接合される。レーザー溶接では、各コイルエンドをクランパで挟持してレーザー光を走査することにより接合できるので、特に形状の異なるコイルエンド同士を接合する場合に、走査条件を変えるだけで種々のコイル形状の組み合わせに対応できる。これにより、例えばＴＩＧ溶接により形状の異なる第一コイルと第二コイルとを接合する場合と比較して、コイルの形状の組み合わせ毎に電極クランパや治具等を変更する必要がない。よって、ＴＩＧ溶接によりコイルエンドを接合する従来技術と比較して、製造にかかるコストを削減しつつ、安定的にコイルエンド同士を接合できる。 According to the stator according to claim 4 of the present invention, the coil end of the first coil inserted into the first slot and the coil end of the second coil inserted into the second slot are joined to form the first coil. The coil and the second coil have different cross-sectional shapes of the insertion portions arranged in the slots. As a result, at the joint portion of the first coil and the second coil, the coil ends having different shapes are joined by laser welding. In laser welding, each coil end can be joined by sandwiching it with a clamper and scanning the laser beam, so when joining coil ends with different shapes, it is possible to combine various coil shapes simply by changing the scanning conditions. Can be handled. As a result, it is not necessary to change the electrode clamper, the jig, or the like for each combination of coil shapes, as compared with the case where the first coil and the second coil having different shapes are joined by, for example, TIG welding. Therefore, as compared with the conventional technique of joining coil ends by TIG welding, coil ends can be joined stably while reducing the manufacturing cost.

本発明の請求項５に記載のステータによれば、コイルより軸方向の外側には渡り部が設けられ、渡り部及びコイルは、間接接合部においてレーザー溶接されることにより互いに接合される。これにより、複数のコイルは、渡り部を介して電気的に接続されるとともに、渡り部から電力が供給される。よって、複数のコイル同士を容易に接合し、製造時の作業性を向上できる。 According to the stator according to claim 5 of the present invention, a crossover portion is provided on the outer side in the axial direction from the coil, and the crossover portion and the coil are joined to each other by laser welding at the indirect joint portion. As a result, the plurality of coils are electrically connected via the crossover portion, and power is supplied from the crossover portion. Therefore, a plurality of coils can be easily joined to each other, and workability during manufacturing can be improved.

本発明の請求項６に記載のステータによれば、他のコイルは、複数の導体セグメントで構成されるとともに一のコイルより径方向の内側に配置され、軸方向から見て、他のコイルにおける複数の導体セグメントの総断面積と、一のコイルの断面積と、が同等となるように形成されている。ここで、径方向の内側に位置する他のコイルは、径方向の外側に位置する一のコイルと比較して例えばステータの径方向の内側に配置されたロータの回転時に磁気影響を受けやすく、渦電流が発生しやすい。また、コイルの断面積が小さいほど渦電流は発生しにくい。このため、径方向の内側に位置する他のコイルを複数の導体セグメントに分割し、各導体セグメントの断面積を小さくすることで、渦電流の発生を抑制できる。よって、特に径方向の内側に配置されたコイルに発生する渦電流損を抑制した高効率なステータとすることができる。 According to the stator according to claim 6 of the present invention, the other coil is composed of a plurality of conductor segments and is arranged inside the coil in the radial direction with respect to the other coil when viewed from the axial direction. The total cross-sectional area of the plurality of conductor segments and the cross-sectional area of one coil are formed to be equal to each other. Here, the other coil located on the inner side in the radial direction is more susceptible to magnetic influence when the rotor arranged on the inner side in the radial direction of the stator, for example, is rotated as compared with one coil located on the outer side in the radial direction. Eddy currents are likely to occur. Further, the smaller the cross-sectional area of the coil, the less likely it is that an eddy current is generated. Therefore, the generation of eddy current can be suppressed by dividing the other coil located inside in the radial direction into a plurality of conductor segments and reducing the cross-sectional area of each conductor segment. Therefore, it is possible to obtain a highly efficient stator in which the eddy current loss generated in the coil arranged inside in the radial direction is suppressed.

本発明の請求項７に記載のステータによれば、式（１）から式（４）を用いて径方向の各層におけるコイルの寸法を設定できる。これにより、スロットの形状に沿う断面を有するコイルを形成できるので、コイルの占積率を向上するとともに、スロットへのコイルの挿入作業を容易に行うことができる。また、式（１）から式（４）を用いることにより、スロットの形状に合わせてコイルの寸法を決定できるので、スロット形状の設計自由度を向上できる。これにより、磁気回路を最適化できる。よって、簡素な手法により磁気回路の最適化及びスロットに対するコイルの占積率向上を両立した高効率なステータとすることができる。 According to the stator according to claim 7 of the present invention, the dimensions of the coil in each layer in the radial direction can be set using the equations (1) to (4). As a result, a coil having a cross section that follows the shape of the slot can be formed, so that the space factor of the coil can be improved and the operation of inserting the coil into the slot can be easily performed. Further, by using the equations (1) to (4), the dimensions of the coil can be determined according to the shape of the slot, so that the degree of freedom in designing the slot shape can be improved. This makes it possible to optimize the magnetic circuit. Therefore, it is possible to obtain a highly efficient stator that achieves both optimization of the magnetic circuit and improvement of the space factor of the coil with respect to the slot by a simple method.

本発明の請求項８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、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロットに対するコイルの占積率向上を両立したステータを備えた高性能な回転電機を提供できる。 According to the rotary electric machine according to claim 8 of the present invention, the rotary electric machine includes the above-mentioned stator and a rotor that rotates about an axis with respect to the stator. As a result, it is possible to provide a high-performance rotary electric machine provided with a stator that improves manufacturability, optimizes the magnetic circuit, and improves the space factor of the coil with respect to the slot.

本発明の請求項９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、形成工程と、挿入工程と、接合工程と、を有する。形成工程では、直線状の導体セグメントをスロットの形状に合わせて成形することによりコイルを形成する。挿入工程では、形成工程の後、コイルを軸方向からスロットに挿入する。接合工程では、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レーザー溶接により互いに接合する。
このように、形成工程と、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。これにより、スロット形状に合わせた断面形状を有するコイルを容易に形成し、形成されたコイルのスロットへの挿入を容易に行うことができる。また、接合工程では、断面形状の異なるコイルのコイルエンド同士をレーザー溶接により接合する。これにより、例えばＴＩＧ溶接では困難だった種々の異形状コイル同士の組み合わせに対して、レーザー光の走査条件を変えるだけで種々の組み合わせに対応させることができる。よって、コイルの組み合わせ毎に異なる種類の電極クランパを準備する必要がないので、設備を簡素化するとともに、接合時の作業性を向上できる。
したがって、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロットに対するコイルの占積率向上を両立したステータの製造方法を提供できる。 According to the method for manufacturing a stator according to claim 9 of the present invention, the method for manufacturing a stator includes a forming step, an insertion step, and a joining step. In the forming step, a coil is formed by forming a linear conductor segment according to the shape of a slot. In the insertion step, after the forming step, the coil is inserted into the slot from the axial direction. In the joining step, the coil ends protruding outward in the axial direction from the slot are twisted and bent, and the plurality of coil ends are joined to each other by laser welding.
In this way, the coil is mounted on the stator core through the forming step, the inserting step, and the joining step, and the stator is manufactured. As a result, a coil having a cross-sectional shape matching the slot shape can be easily formed, and the formed coil can be easily inserted into the slot. Further, in the joining process, the coil ends of coils having different cross-sectional shapes are joined by laser welding. Thereby, for example, the combination of various irregularly shaped coils, which was difficult in TIG welding, can be made to correspond to various combinations only by changing the scanning conditions of the laser beam. Therefore, it is not necessary to prepare different types of electrode clampers for each combination of coils, so that the equipment can be simplified and the workability at the time of joining can be improved.
Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a stator that improves the manufacturability, optimizes the magnetic circuit, and improves the space factor of the coil with respect to the slot.

第１実施形態に係る回転電機の部分断面図。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a rotary electric machine according to the first embodiment. 第１実施形態に係るステータの分解斜視図。An exploded perspective view of the stator according to the first embodiment. 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。An enlarged cross-sectional view of the slot according to the first embodiment and the coil inserted into the slot as viewed from the axial direction. 第１実施形態に係るコイルエンドの接合部を示す説明図。Explanatory drawing which shows the joint part of the coil end which concerns on 1st Embodiment. 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。An enlarged cross-sectional view of the slot according to the second embodiment and the coil inserted into the slot as viewed from the axial direction. 第３実施形態に係るコイルエンドの間接接合部を示す説明図。Explanatory drawing which shows the indirect joint part of the coil end which concerns on 3rd Embodiment.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（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。 (First Embodiment)
(Rotating machine)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the rotary electric machine 10 according to the embodiment.
The rotary electric machine 10 is a traveling motor mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. However, the configuration of the present invention is not limited to traveling motors, but can also be applied to power generation motors, motors for other purposes, and rotary electric machines (including generators) other than those for vehicles.

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。 The rotary electric machine 10 includes a case 8, a rotor 9, and a stator 1.
The case 8 houses the rotor 9 and the stator 1. A refrigerant (not shown) is housed inside the case 8. The rotor 9 and the stator 1 described above are arranged inside the case 8 in a state where a part of the rotor 9 and the stator 1 is immersed in the refrigerant. As the refrigerant, ATF (Automatic Transmission Fluid) or the like, which is a hydraulic oil used for lubrication of a transmission, power transmission, or the like, is preferably used.
The rotor 9 is configured to be rotatable around the axis C. The rotor 9 is rotatably attached to the case 8 via a bearing provided in the case 8.

（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。 (Stator)
The stator 1 is arranged at intervals on the outer side in the radial direction with respect to the rotor 9. The stator 1 is formed in an annular shape. The outer peripheral portion of the stator 1 is fixed to the inner wall surface of the case 8. The stator 1 has a stator core 2 and a coil 3.

（ステータコア）
図２は、第１実施形態に係るステータ１の分解斜視図であって、ステータコア２にコイル３を挿入する工程を示す説明図である。図２では、後述するコイル３のコイルエンド７を捩り曲げる前の状態におけるステータ１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回りの方向を周方向という場合がある。
ステータコア２は、コア本体４と、ティース５と、スロット２０と、を有する。
コア本体４は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。 (Stator core)
FIG. 2 is an exploded perspective view of the stator 1 according to the first embodiment, and is an explanatory view showing a step of inserting the coil 3 into the stator core 2. FIG. 2 shows the stator 1 in a state before the coil end 7 of the coil 3 described later is twisted.
The stator core 2 is a laminated core formed by laminating a plurality of steel plates in the axial direction of the axis C. In the following description, the direction along the axis C of the stator core 2 may be simply referred to as the axial direction, the direction orthogonal to the axis C may be referred to as the radial direction, and the direction around the axis C may be referred to as the circumferential direction.
The stator core 2 has a core body 4, a teeth 5, and a slot 20.
The core body 4 is formed in an annular shape centered on the axis C.

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、コア本体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、コア本体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。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the slot 20 and the coil 3 inserted in the slot 20 according to the first embodiment as viewed from the axial direction.
The teeth 5 project inward in the radial direction from the inner peripheral portion of the core main body 4. A plurality of teeth 5 are arranged at intervals in the circumferential direction. The teeth 5 are integrally formed with the core body 4. The teeth 5 are formed in a substantially T shape when viewed from the axial direction. Specifically, the tooth 5 is integrally formed with a tooth body 5a extending in the radial direction and a flange portion 5b extending in the circumferential direction from the radial inner end (tip) of the tooth body 5a.

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。本実施形態において、スロット２０の最外周部における周方向に沿う幅寸法は、ａ０となっている。スロット２０の最内周部から最外周部までの径方向に沿う高さ寸法は、ｈ０となっている。 The slot 20 is provided between the teeth 5 adjacent to each other in the circumferential direction. A plurality of slots 20 are provided in the circumferential direction. When viewed from the axial direction, the cross-sectional shape of the slot 20 is formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction increases from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction. As a result, the width dimension of the teeth 5 along the circumferential direction is constant in the radial direction. In the present embodiment, the width dimension along the circumferential direction of the outermost peripheral portion of the slot 20 is a0. The height dimension along the radial direction from the innermost peripheral portion to the outermost peripheral portion of the slot 20 is h0.

（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。 (coil)
As shown in FIG. 2, the coil 3 is formed in a straight line along the axial direction. The coil 3 is inserted in the slot 20. A plurality of coils 3 are arranged side by side in the radial direction in the slot 20. With the coil 3 inserted into the slot 20, the coil 3 has an insertion portion 6 arranged in the slot 20 and a coil end 7 protruding outward in the axial direction from the slot 20. The coil ends 7 project on both sides in the axial direction with respect to the stator 1.

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４参照）。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（例えば、第一スロット２１）に対して４個挿入されている。具体的に、第一スロット２１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、を有する。第一コイル３１、第二コイル３２、第三コイル３３及び第四コイル３４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及び第四コイル３４は、単一の導体セグメントにより構成されている。 As shown in FIG. 3, the coil 3 is inserted into the slot 20 with the outer peripheral portion covered with the coating film 29 at least in the insertion portion 6. Specifically, in the present embodiment, the coating film 29 covers the entire insertion portion 6 and a part of the base end portion of the coil end 7 (see FIG. 4). The coating film 29 secures insulation between adjacent coils 3 at the insertion portion 6. In this embodiment, four coils 3 are inserted into a single slot 20 (for example, the first slot 21). Specifically, the coil 3 inserted into the first slot 21 has a first coil 31, a second coil 32, a third coil 33, and a fourth coil 34. The first coil 31, the second coil 32, the third coil 33, and the fourth coil 34 have different cross-sectional shapes when viewed from the axial direction at the insertion portion 6, and have the same cross-sectional area when viewed from the axial direction. It is formed. In the present embodiment, the first coil 31, the second coil 32, the third coil 33, and the fourth coil 34 are composed of a single conductor segment.

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、径方向の外側から径方向の内側へ向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が減少する台形状に形成されている。具体的に、第一コイル３１の挿通部６のうち、径方向の外側に面する長辺３１ａの周方向に沿う幅寸法は、ａ０となっている。第一コイル３１の挿通部６のうち、径方向の内側に面する短辺３１ｂの周方向に沿う幅寸法は、ａ１となっている。第一コイル３１の短辺３１ｂの幅寸法ａ１は、第一コイル３１の長辺３１ａの幅寸法ａ０より小さい（ａ１＜ａ０）。第一コイル３１の挿通部６のうち、長辺３１ａから短辺３１ｂまでの径方向に沿う高さ寸法は、ｈ１となっている。 The first coil 31 is arranged at the outermost peripheral portion of the slot 20 in the radial direction. When viewed from the axial direction, the cross section of the insertion portion 6 of the first coil 31 is formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction decreases from the outer side in the radial direction to the inner side in the radial direction. Specifically, the width dimension of the insertion portion 6 of the first coil 31 along the circumferential direction of the long side 31a facing the outside in the radial direction is a0. Of the insertion portion 6 of the first coil 31, the width dimension of the short side 31b facing inward in the radial direction along the circumferential direction is a1. The width dimension a1 of the short side 31b of the first coil 31 is smaller than the width dimension a0 of the long side 31a of the first coil 31 (a1 <a0). The height dimension of the insertion portion 6 of the first coil 31 along the radial direction from the long side 31a to the short side 31b is h1.

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、径方向の外側から径方向の内側へ向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が減少する台形状に形成されている。第二コイル３２の挿通部６における形状は、周方向に沿う幅寸法が第一コイル３１の周方向に沿う幅寸法より小さく、かつ径方向に沿う高さ寸法が第一コイル３１の径方向に沿う高さ寸法より大きい。具体的に、第二コイル３２の挿通部６のうち、径方向の外側に面する長辺３２ａの周方向に沿う幅寸法は、ａ１となっている。第二コイル３２の挿通部６のうち、径方向の内側に面する短辺３２ｂの周方向に沿う幅寸法は、ａ２となっている。第二コイル３２の短辺３２ｂの幅寸法ａ２は、第二コイル３２の長辺３２ａの幅寸法ａ１より小さい（ａ２＜ａ１）。第二コイル３２の挿通部６のうち、長辺３２ａから短辺３２ｂまで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の高さ寸法ｈ２は、第一コイル３１の高さ寸法ｈ１より大きい（ｈ２＞ｈ１）。 The second coil 32 is arranged inside the first coil 31 in the radial direction. The second coil 32 is arranged adjacent to the first coil 31. When viewed from the axial direction, the cross section of the insertion portion 6 of the second coil 32 is formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction decreases from the outer side in the radial direction to the inner side in the radial direction. The shape of the insertion portion 6 of the second coil 32 is such that the width dimension along the circumferential direction is smaller than the width dimension along the circumferential direction of the first coil 31, and the height dimension along the radial direction is the radial direction of the first coil 31. Greater than the height dimension along. Specifically, the width dimension of the insertion portion 6 of the second coil 32 along the circumferential direction of the long side 32a facing the outside in the radial direction is a1. Of the insertion portion 6 of the second coil 32, the width dimension of the short side 32b facing inward in the radial direction along the circumferential direction is a2. The width dimension a2 of the short side 32b of the second coil 32 is smaller than the width dimension a1 of the long side 32a of the second coil 32 (a2 <a1). Of the insertion portion 6 of the second coil 32, the height dimension along the radial direction from the long side 32a to the short side 32b is h2. The height dimension h2 of the second coil 32 is larger than the height dimension h1 of the first coil 31 (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、径方向の外側から径方向の内側へ向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が減少する台形状に形成されている。第三コイル３３の挿通部６における形状は、周方向に沿う幅寸法が第二コイル３２の周方向に沿う幅寸法より小さく、かつ径方向に沿う高さ寸法が第二コイル３２の径方向に沿う高さ寸法より大きい。具体的に、第三コイル３３の挿通部６のうち、径方向の外側に面する長辺３３ａの周方向に沿う幅寸法は、ａ２となっている。第三コイル３３の挿通部６のうち、径方向の内側に面する短辺３３ｂの周方向に沿う幅寸法は、ａ３となっている。第三コイル３３の短辺３３ｂの幅寸法ａ３は、第三コイル３３の長辺３３ａの幅寸法ａ２より小さい（ａ３＜ａ２）。第三コイル３３の挿通部６のうち、長辺３３ａから短辺３３ｂまで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の高さ寸法ｈ３は、第二コイル３２の高さ寸法ｈ２より大きい（ｈ３＞ｈ２）。 The third coil 33 is arranged inside the second coil 32 in the radial direction. The third coil 33 is arranged adjacent to the second coil 32. When viewed from the axial direction, the cross section of the insertion portion 6 of the third coil 33 is formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction decreases from the outside in the radial direction to the inside in the radial direction. The shape of the insertion portion 6 of the third coil 33 is such that the width dimension along the circumferential direction is smaller than the width dimension along the circumferential direction of the second coil 32, and the height dimension along the radial direction is in the radial direction of the second coil 32. Greater than the height dimension along. Specifically, the width dimension of the insertion portion 6 of the third coil 33 along the circumferential direction of the long side 33a facing the outer side in the radial direction is a2. Of the insertion portion 6 of the third coil 33, the width dimension of the short side 33b facing inward in the radial direction along the circumferential direction is a3. The width dimension a3 of the short side 33b of the third coil 33 is smaller than the width dimension a2 of the long side 33a of the third coil 33 (a3 <a2). The height dimension of the insertion portion 6 of the third coil 33 along the radial direction from the long side 33a to the short side 33b is h3. The height dimension h3 of the third coil 33 is larger than the height dimension h2 of the second coil 32 (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、径方向の外側から径方向の内側へ向かうにつれて周方向に沿う幅寸法が減少する台形状に形成されている。第四コイル３４の挿通部６における形状は、周方向に沿う幅寸法が第三コイル３３の周方向に沿う幅寸法より小さく、かつ径方向に沿う高さ寸法が第三コイル３３の径方向に沿う高さ寸法より大きい。具体的に、第四コイル３４の挿通部６のうち、径方向の外側に面する長辺３４ａの周方向に沿う幅寸法は、ａ３となっている。第四コイル３４の挿通部６のうち、径方向の内側に面する短辺３４ｂの周方向に沿う幅寸法は、ａ４となっている。第四コイル３４の短辺３４ｂの幅寸法ａ４は、第四コイル３４の長辺３４ａの幅寸法ａ３より小さい（ａ４＜ａ３）。第四コイル３４の挿通部６のうち、長辺３３ａから短辺３３ｂまで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の高さ寸法ｈ４は、第三コイル３３の高さ寸法ｈ３より大きい（ｈ４＞ｈ３）。 The fourth coil 34 is arranged inside the third coil 33 in the radial direction. The fourth coil 34 is arranged adjacent to the third coil 33. When viewed from the axial direction, the cross section of the insertion portion 6 of the fourth coil 34 is formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction decreases from the outer side in the radial direction to the inner side in the radial direction. The shape of the insertion portion 6 of the fourth coil 34 is such that the width dimension along the circumferential direction is smaller than the width dimension along the circumferential direction of the third coil 33, and the height dimension along the radial direction is in the radial direction of the third coil 33. Greater than the height dimension along. Specifically, the width dimension of the insertion portion 6 of the fourth coil 34 along the circumferential direction of the long side 34a facing the outside in the radial direction is a3. Of the insertion portion 6 of the fourth coil 34, the width dimension of the short side 34b facing inward in the radial direction along the circumferential direction is a4. The width dimension a4 of the short side 34b of the fourth coil 34 is smaller than the width dimension a3 of the long side 34a of the fourth coil 34 (a4 <a3). The height dimension of the insertion portion 6 of the fourth coil 34 along the radial direction from the long side 33a to the short side 33b is h4. The height dimension h4 of the fourth coil 34 is larger than the height dimension h3 of the third coil 33 (h4> h3).

ここで、スロット２０内において、径方向の外側から数えてｎ番目のコイル３の短辺の長さ（周方向に沿う幅寸法）をａｎとし、ｎ番目のコイル３の径方向に沿う高さ寸法をｈｎとし、軸方向から見た単一のスロット２０（例えば第一スロット２１）に入る導体セグメントの断面積の和をＳとし、スロット２０の径方向の外側を構成する底壁２６と、スロット２０の周方向に面する側壁２７と、のなす角度をθとする。このとき、ｎ番目のコイル３の短辺の幅寸法ａｎ、ｎ番目のコイル３の径方向に沿う高さ寸法ｈｎ、単一のスロット２０に入る導体セグメントの断面積の和Ｓ、スロット２０の底壁２６と側壁２７とのなす角度θ、スロット２０の底壁２６における周方向に沿う幅寸法ａ０、スロット２０の径方向に沿う高さ寸法ｈ０、ステータ１に形成されるスロット２０の個数ｋ、単一のスロット２０に挿入されるコイル３の個数ｍは、以下の式（１）、式（２）、式（３）、式（４）の各式の関係を全て満たす。 Here, in the slot 20, the length of the short side of the nth coil 3 counting from the outside in the radial direction (width dimension along the circumferential direction) is an, and the height along the radial direction of the nth coil 3 is defined as an. The dimension is hn, the sum of the cross-sectional areas of the conductor segments entering the single slot 20 (for example, the first slot 21) viewed from the axial direction is S, and the bottom wall 26 constituting the radial outer side of the slot 20 and the bottom wall 26. Let θ be the angle formed by the side wall 27 facing the circumferential direction of the slot 20. At this time, the width dimension of the short side of the nth coil 3 an, the height dimension hn along the radial direction of the nth coil 3, the sum S of the cross-sectional areas of the conductor segments entering the single slot 20, and the slot 20. The angle θ between the bottom wall 26 and the side wall 27, the width dimension a0 along the circumferential direction of the bottom wall 26 of the slot 20, the height dimension h0 along the radial direction of the slot 20, and the number k of the slots 20 formed in the stator 1. The number m of the coils 3 inserted into the single slot 20 satisfies all the relationships of the following equations (1), (2), (3), and (4).

Figure 2021097539
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このように寸法が決定された各コイル３は、少なくとも挿通部６に対応する部分の外形寸法が式（１）から式（４）を満たすように形成された後、軸方向からスロット２０に挿入される。本実施形態において、コイル３は、挿通部６及びコイルエンド７を含む全体が式（１）から式（４）を満たすように形成される。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同等となるように形成されている。 Each coil 3 whose dimensions are determined in this way is formed so that at least the external dimensions of the portion corresponding to the insertion portion 6 satisfy the equations (1) to (4), and then the coil 3 is inserted into the slot 20 from the axial direction. Will be done. In the present embodiment, the coil 3 is formed so that the entire coil 3 including the insertion portion 6 and the coil end 7 satisfies the equations (1) to (4). That is, the coil 3 is formed so that the cross-sectional shape is the same regardless of the extending direction of the coil 3.

第一スロット２１と異なる第二スロット２２には、第一スロット２１と同様に、複数（本実施形態では４個）のコイル３が径方向に並んで挿入されている。具体的に、第二スロット２２に挿入されるコイル３は、第五コイル４１と、第六コイル４２と、第七コイル４３（請求項の第二コイル）と、第八コイル４４と、を有する。第二スロット２２に挿入されるコイル３は、径方向の外側から第五コイル４１、第六コイル４２、第七コイル４３、第八コイル４４の順番で並んでいる。第二スロット２２の形状は、第一スロット２１の形状と同等に形成されている。第五コイル４１の形状は、第一コイル３１の形状と同等に形成されている。第六コイル４２の形状は、第二コイル３２の形状と同等に形成されている。第七コイル４３の形状は、第三コイル３３の形状と同等に形成されている。第八コイル４４の形状は、第四コイル３４の形状と同等に形成されている。 Similar to the first slot 21, a plurality of (4 in this embodiment) coils 3 are inserted side by side in the radial direction in the second slot 22, which is different from the first slot 21. Specifically, the coil 3 inserted into the second slot 22 has a fifth coil 41, a sixth coil 42, a seventh coil 43 (claimed second coil), and an eighth coil 44. .. The coils 3 inserted into the second slot 22 are arranged in the order of the fifth coil 41, the sixth coil 42, the seventh coil 43, and the eighth coil 44 from the outside in the radial direction. The shape of the second slot 22 is formed to be the same as the shape of the first slot 21. The shape of the fifth coil 41 is formed to be the same as the shape of the first coil 31. The shape of the sixth coil 42 is formed to be the same as the shape of the second coil 32. The shape of the seventh coil 43 is formed to be the same as the shape of the third coil 33. The shape of the eighth coil 44 is formed to be the same as the shape of the fourth coil 34.

図４は、第１実施形態に係るコイルエンド７の接合部７５を示す説明図である。図４は、ステータ１を径方向の内側から径方向の外側に向かって見た側面図である。
各コイル３のうちスロット２０より軸方向の外側に突出した複数のコイルエンド７は、レーザー溶接により所定の一対のコイルエンド７同士が接合されている。コイルエンド７は、端部において被膜２９が剥離された露出部７１を有する。露出部７１は、一対のコイルエンド７がレーザー溶接により接合される接合部７５を有する。露出部７１及び接合部７５は、軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。 FIG. 4 is an explanatory view showing a joint portion 75 of the coil end 7 according to the first embodiment. FIG. 4 is a side view of the stator 1 as viewed from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction.
A pair of predetermined coil ends 7 are joined to each other by laser welding of a plurality of coil ends 7 protruding outward in the axial direction from the slot 20 of each coil 3. The coil end 7 has an exposed portion 71 from which the coating film 29 has been peeled off at the end portion. The exposed portion 71 has a joint portion 75 to which a pair of coil ends 7 are joined by laser welding. The exposed portion 71 and the joint portion 75 are provided at both ends in the axial direction, respectively.

コイル３は、一対のコイルエンド７がそれぞれ捩り曲げられた状態で互いに隣接され、隣接したコイルエンド７同士がクランパ１１で挟持された状態でレーザー光１２が照射されることにより接合される。軸方向における両端部のコイルエンド７がそれぞれレーザー溶接により接合されることにより、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。 The coils 3 are joined by irradiating the laser beam 12 with the pair of coil ends 7 adjacent to each other in a twisted state and the adjacent coil ends 7 sandwiched between the clampers 11. By joining the coil ends 7 at both ends in the axial direction by laser welding, the coil 3 is suppressed from coming out of the slot 20, and the coil 3 is fixed to the stator core 2.

ここで、図３に示すように、接合される一対のコイル３は、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同士とされている。例えば、本実施形態において、第一スロット２１に挿入された第一コイル３１のコイルエンド７と、第二スロット２２に挿入された第七コイル４３のコイルエンド７と、が接合されている。換言すれば、スロット２０内に配置される挿通部６の断面形状が互いに異なるコイル３同士が接合されている。
第一コイル３１及び第七コイル４３間の接合部７５では、レーザー光１２がコイル３の延在方向と交差する方向（図３の矢印Ｓ参照）に往復走査されることにより、第一コイル３１と第七コイル４３とが接合されている。 Here, as shown in FIG. 3, the pair of coils 3 to be joined are the coils 3 inserted in different slots 20 in the insertion portion 6 and at different positions (layers) in the radial direction. For example, in the present embodiment, the coil end 7 of the first coil 31 inserted in the first slot 21 and the coil end 7 of the seventh coil 43 inserted in the second slot 22 are joined. In other words, the coils 3 having different cross-sectional shapes of the insertion portions 6 arranged in the slot 20 are joined to each other.
At the joint portion 75 between the first coil 31 and the seventh coil 43, the laser beam 12 is reciprocally scanned in the direction intersecting the extending direction of the coil 3 (see the arrow S in FIG. 3), whereby the first coil 31 is scanned. And the seventh coil 43 are joined.

（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、形成工程と、挿入工程と、接合工程と、を有する。
形成工程では、まず直線状の導体セグメントを準備する。次に、導体セグメントの外形をスロット２０の形状に合わせて成形することによりコイル３を形成する。具体的に、コイル３の延在方向に直交する断面が台形状となるように形成するとともに、台形状の各種外形寸法が式（１）から式（４）により算出された寸法となるように、導体セグメントをプレスにより成形する。また、形成工程では、スロット２０内の径方向の各層毎に形状の異なる複数種類（本実施形態では４種類）のコイル３を形成する。 (Manufacturing method of stator)
Next, the method for manufacturing the stator 1 described above will be described.
The method for manufacturing the stator 1 includes a forming step, an inserting step, and a joining step.
In the forming process, first, a linear conductor segment is prepared. Next, the coil 3 is formed by forming the outer shape of the conductor segment according to the shape of the slot 20. Specifically, the cross section orthogonal to the extending direction of the coil 3 is formed to be trapezoidal, and the various external dimensions of the trapezoidal shape are the dimensions calculated by the equations (1) to (4). , Conductor segments are formed by pressing. Further, in the forming step, a plurality of types (4 types in this embodiment) of coils 3 having different shapes are formed for each layer in the radial direction in the slot 20.

図２に示すように、挿入工程では、形成工程の後、形成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、単一のスロット２０において径方向の各層に応じて異なる形状のコイル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。 As shown in FIG. 2, in the insertion step, after the forming step, a plurality of coils 3 formed by the forming step are inserted into the slot 20 from the axial direction. At this time, the coils 3 having different shapes are sequentially inserted in the single slot 20 according to each layer in the radial direction. The coils 3 of each layer may be inserted into the slot 20 in a state of being put together.

図４に示すように、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同士をレーザー溶接により互いに接合する。接合工程では、断面形状の異なるコイル３のコイルエンド７同士を接合する。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。このとき、接合される一対のコイル３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する。 As shown in FIG. 4, in the joining step, among the coils 3 inserted into the slot 20 by the insertion step, the coil ends 7 protruding outward in the axial direction from the slot 20 are twisted and the plurality of coil ends 7 are laser welded to each other. Join each other with. In the joining step, the coil ends 7 of the coils 3 having different cross-sectional shapes are joined to each other. Specifically, in the joining step, first, the exposed portion 71 from which the coating film 29 has been peeled off from the pair of coil ends 7 is sandwiched by the clamper 11. Next, the pair of coil ends 7 are joined by scanning the laser beam 12 while irradiating the portion where the pair of exposed portions 71 are clamped and adjacent to each other with the laser beam 12. At this time, the scanning conditions and the scanning path of the laser beam 12 are set for each combination of the shapes of the pair of coils 3 to be joined.

このように、形成工程と、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が固定され、ステータ１の製造が完了する。 In this way, the coil 3 is fixed to the stator core 2 through the forming step, the inserting step, and the joining step, and the production of the stator 1 is completed.

（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、スロット２０は、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台形状に形成されている。また、複数のコイル３は、軸方向から見てスロット２０内に配置される挿通部６の断面積が同一となるように形成されるとともに、径方向に隣り合う２つのコイル３の幅寸法が互いに異なるように形成される。このため、台形状のスロット２０に対してコイル３を挿入する際、各コイル３に流れる電流量を一定に近づけるとともに、スロット２０の周方向に沿う幅寸法と同等の幅寸法を有するコイル３を径方向の各層に応じて配置することができる。これにより、スロット２０形状に合わせたコイル３をスロット２０内に配置できるとともに、スロット２０内の空間を最大限利用できる。よって、磁気回路の最適化及びスロット２０に対するコイル３の占積率向上を両立できる。 (Action, effect)
Next, the operations and effects of the above-mentioned stator 1, rotary electric machine 10, and stator 1 manufacturing method will be described.
According to the stator 1 of the present embodiment, the slot 20 is formed in a trapezoidal shape in which the width dimension along the circumferential direction increases from the inner side in the radial direction to the outer side in the radial direction. Further, the plurality of coils 3 are formed so that the cross-sectional areas of the insertion portions 6 arranged in the slots 20 when viewed from the axial direction are the same, and the width dimensions of the two coils 3 adjacent to each other in the radial direction are the same. Formed to be different from each other. Therefore, when the coil 3 is inserted into the trapezoidal slot 20, the amount of current flowing through each coil 3 is brought close to a constant value, and the coil 3 having a width dimension equivalent to the width dimension along the circumferential direction of the slot 20 is provided. It can be arranged according to each layer in the radial direction. As a result, the coil 3 that matches the shape of the slot 20 can be arranged in the slot 20, and the space in the slot 20 can be used to the maximum. Therefore, the optimization of the magnetic circuit and the improvement of the space factor of the coil 3 with respect to the slot 20 can be achieved at the same time.

コイル３は、直線状の導体セグメントが径方向に並んでスロット２０に配置されることにより形成され、複数のコイル３は、接合部７５においてレーザー溶接されることにより互いに接合される。コイル３は直線状であるため、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。また、レーザー溶接では、接合したいコイルエンド７同士を挟持して隣接させ、隣接した部分にレーザー光１２を照射することによりコイルエンド７同士を接合する。このため、レーザー溶接では、ＴＩＧ溶接と比較してクランパ１１の構成を簡素化できる。すなわち、コイル３の形状の組み合わせ毎に異なる電極クランパを準備する必要がなく、例えば走査条件を設定するだけで種々の組み合わせのコイル３に適用できる。よって、簡素な方法により安定的にコイルエンド７同士を接合できる。
したがって、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロット２０に対するコイル３の占積率向上を両立したステータ１を提供できる。 The coil 3 is formed by arranging linear conductor segments in the slot 20 in a radial direction, and the plurality of coils 3 are joined to each other by laser welding at the joint portion 75. Since the coil 3 has a linear shape, it is easy to form a coil 3 having an optimum shape for each layer in the radial direction, and the formed coil 3 can be easily inserted into the slot 20 from the axial direction. Further, in laser welding, the coil ends 7 to be joined are sandwiched and adjacent to each other, and the coil ends 7 are joined by irradiating the adjacent portions with laser light 12. Therefore, in laser welding, the configuration of the clamper 11 can be simplified as compared with TIG welding. That is, it is not necessary to prepare different electrode clampers for each combination of the shapes of the coils 3, and for example, it can be applied to various combinations of coils 3 only by setting scanning conditions. Therefore, the coil ends 7 can be stably joined to each other by a simple method.
Therefore, it is possible to provide the stator 1 in which the manufacturability is improved, the magnetic circuit is optimized, and the space factor of the coil 3 with respect to the slot 20 is improved.

軸方向から見て、スロット２０内に配置されるコイル３の断面は台形状とされている。このように、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のスロット２０に台形状のコイル３を配置できるので、スロット２０に対するコイル３の占積率を向上することができる。 When viewed from the axial direction, the cross section of the coil 3 arranged in the slot 20 is trapezoidal. In this way, since the trapezoidal coil 3 can be arranged in the trapezoidal slot 20 in which the width dimension along the circumferential direction increases from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction, the space factor of the coil 3 with respect to the slot 20 Can be improved.

コイル３は、コイルエンド７が互いに隣接した状態でクランパ１１により挟持され、接合部７５がレーザー溶接により接合されることでステータ１に固定される。このように、軸方向の両側に突出したコイルエンド７がそれぞれ接合されることにより、コイル３のスロット２０からの抜けが抑制されるとともに、容易に複数のコイル３を電気的に接続できる。よって、簡素かつ廉価な手法によりステータコア２にコイル３を巻き回すことができる。 The coil 3 is fixed to the stator 1 by being sandwiched by the clamper 11 with the coil ends 7 adjacent to each other and the joint portion 75 being joined by laser welding. By joining the coil ends 7 projecting on both sides in the axial direction in this way, the coil 3 can be prevented from coming out of the slot 20, and a plurality of coils 3 can be easily electrically connected. Therefore, the coil 3 can be wound around the stator core 2 by a simple and inexpensive method.

第一スロット２１に挿入される第一コイル３１のコイルエンド７と、第二スロット２２に挿入される第七コイル４３のコイルエンド７と、が接合され、第一コイル３１及び第七コイル４３は、スロット２０内に配置される挿通部６の断面形状が異なる。これにより、第一コイル３１及び第七コイル４３の接合部７５では、異形状のコイルエンド７同士がレーザー溶接により接合される。レーザー溶接では、各コイルエンド７をクランパ１１で挟持してレーザー光１２を走査することにより接合できるので、特に形状の異なるコイルエンド７同士を接合する場合に、走査条件を変えるだけで種々のコイル３の形状の組み合わせに対応できる。これにより、例えばＴＩＧ溶接により形状の異なる第一コイル３１と第七コイル４３とを接合する場合と比較して、コイル３の形状の組み合わせ毎に電極クランパや治具等を変更する必要がない。よって、ＴＩＧ溶接によりコイルエンド７を接合する従来技術と比較して、製造にかかるコストを削減しつつ、安定的にコイルエンド７同士を接合できる。 The coil end 7 of the first coil 31 inserted into the first slot 21 and the coil end 7 of the seventh coil 43 inserted into the second slot 22 are joined, and the first coil 31 and the seventh coil 43 are joined. , The cross-sectional shape of the insertion portion 6 arranged in the slot 20 is different. As a result, at the joint portion 75 of the first coil 31 and the seventh coil 43, the coil ends 7 having different shapes are joined by laser welding. In laser welding, each coil end 7 can be joined by sandwiching each coil end 7 with a clamper 11 and scanning the laser beam 12, so that various coils can be joined by simply changing the scanning conditions, especially when joining coil ends 7 having different shapes. It can correspond to the combination of 3 shapes. As a result, it is not necessary to change the electrode clamper, the jig, or the like for each combination of the shapes of the coils 3, as compared with the case where the first coil 31 and the seventh coil 43 having different shapes are joined by, for example, TIG welding. Therefore, as compared with the conventional technique of joining the coil ends 7 by TIG welding, the coil ends 7 can be joined stably while reducing the manufacturing cost.

ステータ１は、式（１）から式（４）を用いて径方向の各層におけるコイル３の寸法を設定できる。これにより、スロット２０の形状に沿う断面を有するコイル３を形成できるので、コイル３の占積率を向上するとともに、スロット２０へのコイル３の挿入作業を容易に行うことができる。また、式（１）から式（４）を用いることにより、スロット２０の形状に合わせてコイル３の寸法を決定できるので、スロット２０形状の設計自由度を向上できる。これにより、磁気回路を最適化できる。よって、簡素な手法により磁気回路の最適化及びスロット２０に対するコイル３の占積率向上を両立した高効率なステータ１とすることができる。 The stator 1 can set the dimensions of the coil 3 in each layer in the radial direction using the equations (1) to (4). As a result, the coil 3 having a cross section that follows the shape of the slot 20 can be formed, so that the space factor of the coil 3 can be improved and the operation of inserting the coil 3 into the slot 20 can be easily performed. Further, by using the equations (1) to (4), the dimensions of the coil 3 can be determined according to the shape of the slot 20, so that the degree of freedom in designing the shape of the slot 20 can be improved. This makes it possible to optimize the magnetic circuit. Therefore, it is possible to obtain a highly efficient stator 1 that achieves both optimization of the magnetic circuit and improvement of the space factor of the coil 3 with respect to the slot 20 by a simple method.

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、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロット２０に対するコイル３の占積率向上を両立したステータ１を備えた高性能な回転電機１０を提供できる。 According to the rotary electric machine 10 of the present embodiment, the rotary electric machine 10 includes the above-mentioned stator 1 and a rotor 9 that rotates about the axis C with respect to the stator 1. As a result, it is possible to provide a high-performance rotary electric machine 10 provided with a stator 1 that improves manufacturability, optimizes a magnetic circuit, and improves the space factor of the coil 3 with respect to the slot 20.

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、形成工程と、挿入工程と、接合工程と、を有する。形成工程では、直線状の導体セグメントをスロット２０の形状に合わせて成形することによりコイル３を形成する。挿入工程では、形成工程の後、コイル３を軸方向からスロット２０に挿入する。接合工程では、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同士をレーザー溶接により互いに接合する。
このように、形成工程と、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。これにより、スロット２０形状に合わせた断面形状を有するコイル３を容易に形成し、形成されたコイル３のスロット２０への挿入を容易に行うことができる。また、接合工程では、断面形状の異なるコイル３のコイルエンド７同士をレーザー溶接により接合する。これにより、例えばＴＩＧ溶接では困難だった種々の異形状コイル３同士の組み合わせに対して、レーザー光１２の走査条件を変えるだけで種々の組み合わせに対応させることができる。よって、コイル３の組み合わせ毎に異なる種類の電極クランパを準備する必要がないので、設備を簡素化するとともに、接合時の作業性を向上できる。
したがって、製造性を向上するとともに、磁気回路の最適化及びスロット２０に対するコイル３の占積率向上を両立したステータ１の製造方法を提供できる。 According to the method for manufacturing the stator 1 of the present embodiment, the method for manufacturing the stator 1 includes a forming step, an insertion step, and a joining step. In the forming step, the coil 3 is formed by forming a linear conductor segment according to the shape of the slot 20. In the insertion step, after the forming step, the coil 3 is inserted into the slot 20 from the axial direction. In the joining step, the coil ends 7 protruding outward in the axial direction from the slot 20 are twisted and bent, and the plurality of coil ends 7 are joined to each other by laser welding.
In this way, the coil 3 is mounted on the stator core 2 through the forming step, the inserting step, and the joining step, and the stator 1 is manufactured. As a result, the coil 3 having a cross-sectional shape matching the shape of the slot 20 can be easily formed, and the formed coil 3 can be easily inserted into the slot 20. Further, in the joining step, the coil ends 7 of the coils 3 having different cross-sectional shapes are joined by laser welding. Thereby, for example, the combination of various irregularly shaped coils 3 which was difficult in TIG welding can be made to correspond to various combinations only by changing the scanning conditions of the laser beam 12. Therefore, it is not necessary to prepare different types of electrode clampers for each combination of the coils 3, so that the equipment can be simplified and the workability at the time of joining can be improved.
Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing the stator 1 in which the manufacturability is improved, the magnetic circuit is optimized, and the space factor of the coil 3 with respect to the slot 20 is improved.

（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５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、第三コイル３３、第四コイル３４、第七コイル４３及び第八コイル４４が複数の導体セグメント２３６，２３７，２４６，２４７により構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。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the slot 20 and the coil 3 inserted in the slot 20 according to the second embodiment as viewed from the axial direction. This embodiment differs from the above-described embodiment in that the third coil 33, the fourth coil 34, the seventh coil 43, and the eighth coil 44 are composed of a plurality of conductor segments 236,237,246,247. ing.

本実施形態において、第一スロット２１に挿入される複数のコイル３は、第一コイル３１（請求項の一のコイル）と、第二コイル３２（請求項の一のコイル）と、第三コイル２３３（請求項の他のコイル）と、第四コイル２３４（請求項の他のコイル）と、を有する。第一コイル３１及び第二コイル３２は、第１実施形態と同様に、単一の導体セグメントにより構成されている。第三コイル２３３及び第四コイル２３４は、複数の導体セグメント２３６，２３７により構成されている。
具体的に、第三コイル２３３は、軸方向から見て、径方向に２分割された２個の導体セグメント２３６，２３６を有する。軸方向から見て、第三コイル３３における２個の導体セグメント２３６，２３６の総断面積は、第一コイル３１の断面積と同等となるように形成されている。
第四コイル２３４は、軸方向から見て、径方向に２分割された２個の導体セグメント２３７，２３７を有する。軸方向から見て、第四コイル２３４における２個の導体セグメント２３７，２３７の総断面積は、第一コイル３１の断面積と同等となるように形成されている。 In the present embodiment, the plurality of coils 3 inserted into the first slot 21 are the first coil 31 (the coil according to the first claim), the second coil 32 (the coil according to the first claim), and the third coil. It has 233 (another coil of the claim) and a fourth coil 234 (another coil of the claim). The first coil 31 and the second coil 32 are composed of a single conductor segment as in the first embodiment. The third coil 233 and the fourth coil 234 are composed of a plurality of conductor segments 236 and 237.
Specifically, the third coil 233 has two conductor segments 236 and 236 that are divided into two in the radial direction when viewed from the axial direction. When viewed from the axial direction, the total cross-sectional area of the two conductor segments 236 and 236 in the third coil 33 is formed to be equivalent to the cross-sectional area of the first coil 31.
The fourth coil 234 has two conductor segments 237 and 237 that are divided into two in the radial direction when viewed from the axial direction. When viewed from the axial direction, the total cross-sectional area of the two conductor segments 237 and 237 in the fourth coil 234 is formed to be equivalent to the cross-sectional area of the first coil 31.

第二スロット２２に挿入される複数のコイル３は、第五コイル４１（請求項の一のコイル）と、第六コイル４２（請求項の一のコイル）と、第七コイル２４３（請求項の他のコイル）と、第八コイル２４４（請求項の他のコイル）と、を有する。第五コイル４１及び第六コイル４２は、第１実施形態と同様に、単一の導体セグメントにより構成されている。第七コイル２４３及び第八コイル２４４は、複数の導体セグメント２４６，２４７により構成されている。
第七コイル２４３及び第八コイル２４４の構成は、第一スロット２１の第三コイル２３３及び第四コイル２３４の構成とそれぞれ同等に形成されている。すなわち、第七コイル２４３における２個の導体セグメント２４６，２４６の総断面積は、第五コイル４１の断面積と同等となるように形成されている。第八コイル２４４における２個の導体セグメント２４７，２４７の総断面積は、第五コイル４１の断面積と同等となるように形成されている。 The plurality of coils 3 inserted into the second slot 22 include a fifth coil 41 (claim 1 coil), a 6th coil 42 (claim 1 coil), and a 7th coil 243 (claim 1). The other coil) and the eighth coil 244 (the other coil of the claim). The fifth coil 41 and the sixth coil 42 are composed of a single conductor segment as in the first embodiment. The seventh coil 243 and the eighth coil 244 are composed of a plurality of conductor segments 246 and 247.
The configurations of the seventh coil 243 and the eighth coil 244 are formed in the same manner as the configurations of the third coil 233 and the fourth coil 234 of the first slot 21, respectively. That is, the total cross-sectional area of the two conductor segments 246 and 246 in the seventh coil 243 is formed to be equivalent to the cross-sectional area of the fifth coil 41. The total cross-sectional area of the two conductor segments 247 and 247 in the eighth coil 244 is formed to be equivalent to the cross-sectional area of the fifth coil 41.

各コイル３のうちスロット２０より軸方向の外側に突出した複数のコイルエンド７は、レーザー溶接により所定の一対のコイルエンド７同士が接合されている。本実施形態では、例えば第一コイル３１と第七コイル２４３とが接合されている。より具体的に、第一コイル３１における単一の導体セグメントのコイルエンド７と、第七コイル２４３における２個の導体セグメント２４６，２４６のそれぞれのコイルエンド７，７と、が接合されている。第一コイル３１及び第七コイル２４３間の接合部７５では、レーザー光１２がコイル３の延在方向及び延在方向と交差する方向（図５の矢印Ｓ参照）にそれぞれ往復走査されることにより、第一コイル３１と第七コイル２４３とが接合されている。 A pair of predetermined coil ends 7 are joined to each other by laser welding of a plurality of coil ends 7 protruding outward in the axial direction from the slot 20 of each coil 3. In this embodiment, for example, the first coil 31 and the seventh coil 243 are joined. More specifically, the coil ends 7 of a single conductor segment in the first coil 31 and the coil ends 7 and 7 of the two conductor segments 246 and 246 in the seventh coil 243 are joined. At the joint portion 75 between the first coil 31 and the seventh coil 243, the laser beam 12 is reciprocally scanned in the extending direction of the coil 3 and in the direction intersecting the extending direction (see the arrow S in FIG. 5), respectively. , The first coil 31 and the seventh coil 243 are joined.

本実施形態によれば、第三コイル２３３、第四コイル２３４、第七コイル２４３及び第八コイル２４４は、複数の導体セグメント２３６，２３７，２４６，２４７で構成されるとともに第一コイル３１、第二コイル３２、第五コイル４１及び第六コイル４２より径方向の内側に配置され、軸方向から見て、第三コイル２３３、第四コイル２３４、第七コイル２４３及び第八コイル２４４における複数の導体セグメント２３６，２３７，２４６，２４７の総断面積と、第一コイル３１、第二コイル３２、第五コイル４１及び第六コイル４２の断面積と、が同等となるように形成されている。ここで、径方向の内側に位置する第三コイル２３３、第四コイル２３４、第七コイル２４３及び第八コイル２４４は、径方向の外側に位置する第一コイル３１、第二コイル３２、第五コイル４１及び第六コイル４２と比較してロータ９回転時の磁気影響を受けやすく、渦電流が発生しやすい。また、コイル３の断面積が小さいほど渦電流は発生しにくい。このため、径方向の内側に位置する第三コイル２３３、第四コイル２３４、第七コイル２４３及び第八コイル２４４を複数の導体セグメント２３６，２３７，２４６，２４７に分割し、各導体セグメント２３６，２３７，２４６，２４７の断面積を小さくすることで、渦電流の発生を抑制できる。よって、特に径方向の内側に配置されたコイル３に発生する渦電流損を抑制した高効率なステータ１とすることができる。 According to the present embodiment, the third coil 233, the fourth coil 234, the seventh coil 243 and the eighth coil 244 are composed of a plurality of conductor segments 236,237,246,247, and the first coil 31, the first coil 31, A plurality of coils 32, the fifth coil 41, and the sixth coil 42 are arranged inside in the radial direction, and are formed in the third coil 233, the fourth coil 234, the seventh coil 243, and the eighth coil 244 when viewed from the axial direction. The total cross-sectional area of the conductor segments 236, 237, 246, 247 is formed to be equal to the cross-sectional area of the first coil 31, the second coil 32, the fifth coil 41, and the sixth coil 42. Here, the third coil 233, the fourth coil 234, the seventh coil 243, and the eighth coil 244 located on the inner side in the radial direction are the first coil 31, the second coil 32, and the fifth coil located on the outer side in the radial direction. Compared with the coil 41 and the sixth coil 42, it is more susceptible to magnetic influence when the rotor 9 is rotated, and eddy currents are more likely to be generated. Further, the smaller the cross-sectional area of the coil 3, the less likely it is that an eddy current is generated. Therefore, the third coil 233, the fourth coil 234, the seventh coil 243, and the eighth coil 244 located inside in the radial direction are divided into a plurality of conductor segments 236, 237, 246, 247, and each conductor segment 236, By reducing the cross-sectional area of 237, 246, and 247, the generation of eddy current can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a highly efficient stator 1 in which the eddy current loss generated in the coil 3 arranged inside in the radial direction is suppressed.

なお、第三コイル２３３、第四コイル２３４、第七コイル２４３及び第八コイル２４４は、３個以上の導体セグメントにより構成されてもよい。また、複数の導体セグメントは、スロット２０内の空間を例えば周方向に分割した形状やランダムに分割した形状にそれぞれ形成されていてもよい。 The third coil 233, the fourth coil 234, the seventh coil 243, and the eighth coil 244 may be composed of three or more conductor segments. Further, the plurality of conductor segments may be formed, for example, in a shape in which the space in the slot 20 is divided in the circumferential direction or a shape in which the space is randomly divided.

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係るコイルエンド７の間接接合部３７５を示す説明図である。図６は、ステータ１を径方向の内側から径方向の外側に向かって見た側面図である。本実施形態では、ステータ１が渡り部３００を備える点において上述した実施形態と相違している。 (Third Embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 6 is an explanatory view showing an indirect joint portion 375 of the coil end 7 according to the third embodiment. FIG. 6 is a side view of the stator 1 as viewed from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction. This embodiment is different from the above-described embodiment in that the stator 1 includes a crossover portion 300.

本実施形態において、ステータ１は、渡り部３００を備える。渡り部３００は、コイル３より軸方向の外側に設けられている。渡り部３００及びコイル３は、レーザー溶接により互いに接合される間接接合部３７５を有する。軸方向に突出した複数のコイルエンド７は、間接接合部３７５により接合された渡り部３００を介して電気的に接続されている。 In this embodiment, the stator 1 includes a crossover 300. The crossover portion 300 is provided outside the coil 3 in the axial direction. The crossover 300 and the coil 3 have an indirect joint 375 that is joined to each other by laser welding. The plurality of coil ends 7 projecting in the axial direction are electrically connected via a crossover portion 300 joined by an indirect joint portion 375.

本実施形態によれば、コイル３より軸方向の外側には渡り部３００が設けられ、渡り部３００及びコイル３は、間接接合部３７５においてレーザー溶接されることにより互いに接合される。これにより、複数のコイル３は、渡り部３００を介して電気的に接続される。よって、複数のコイル３同士を容易に接合し、製造時の作業性を向上できる。 According to the present embodiment, a crossover portion 300 is provided outside the coil 3 in the axial direction, and the crossover portion 300 and the coil 3 are joined to each other by laser welding at the indirect joint portion 375. As a result, the plurality of coils 3 are electrically connected via the crossover portion 300. Therefore, the plurality of coils 3 can be easily joined to each other, and workability at the time of manufacturing can be improved.

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、第一スロット２１に挿入された第一コイル３１のコイルエンド７と、第二スロット２２に挿入された第七コイル４３のコイルエンド７と、が接合された構成について説明したが、接合されるコイル３の組み合わせは上述の実施形態に限らない。例えば、第一スロット２１に挿入された第一コイル３１のコイルエンド７と、第二スロット２２に挿入された第八コイル４４のコイルエンド７と、が接合されてもよい。また、第一スロット２１に挿入された径方向の外側から数えてｎ番目のコイル３と、第一スロット２１及び第二スロット２２と異なる第三スロット（不図示）に挿入された径方向から数えてｎ番目以外のコイル３と、が接合されてもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the present embodiment, the configuration in which the coil end 7 of the first coil 31 inserted in the first slot 21 and the coil end 7 of the seventh coil 43 inserted in the second slot 22 are joined will be described. However, the combination of the coils 3 to be joined is not limited to the above-described embodiment. For example, the coil end 7 of the first coil 31 inserted in the first slot 21 and the coil end 7 of the eighth coil 44 inserted in the second slot 22 may be joined. Further, counting from the nth coil 3 inserted in the first slot 21 from the outside in the radial direction and counting from the radial direction inserted in the third slot (not shown) different from the first slot 21 and the second slot 22. The coil 3 other than the nth coil may be joined.

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。
レーザー溶接時のレーザー光１２の走査方向は、上述の実施形態に限定されない。 The number of coils 3 inserted into the single slot 20 is not limited to the above-described embodiment.
The scanning direction of the laser beam 12 during laser welding is not limited to the above-described embodiment.

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。 In addition, it is possible to replace the components in the above-described embodiments with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention, and the above-described embodiments may be combined as appropriate.

１ ステータ
２ ステータコア
３ コイル
６ 挿通部
７ コイルエンド
９ ロータ
１０ 回転電機
１１ クランパ
２０ スロット
２１ 第一スロット
２２ 第二スロット
２６ 底壁
２７ 側壁
３１ 第一コイル（一のコイル）
３２ 第二コイル（一のコイル）
３３ 第三コイル（他のコイル）
３４ 第四コイル（他のコイル）
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ 短辺
４１ 第五コイル（一のコイル）
４２ 第六コイル（一のコイル）
４３ 第七コイル（第二コイル，他のコイル）
４４ 第八コイル（他のコイル）
７５ 接合部
２３６，２３７，２４６，２４７ （複数の）導体セグメント
３００ 渡り部
３７５ 間接接合部
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４ 周方向に沿うコイルの幅寸法
Ｃ 軸線 1 stator 2 stator core 3 coil 6 insertion part 7 coil end 9 rotor 10 rotary electric machine 11 clamper 20 slot 21 first slot 22 second slot 26 bottom wall 27 side wall 31 first coil (one coil)
32 Second coil (one coil)
33 Third coil (other coil)
34 Fourth coil (other coil)
31b, 32b, 33b, 34b Short side 41 Fifth coil (one coil)
42 Sixth coil (one coil)
43 Seventh coil (second coil, other coil)
44 Eighth coil (other coil)
75 Joints 236,237,246,247 (plural) Conductor segments 300 Crossovers 375 Indirect joints a1, a2, a3, a4 Width dimension of coil along the circumferential direction C axis

Claims (9)

軸線を中心とする環状に形成され、軸方向から見て径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられた複数のスロットを有するステータコアと、
直線状の導体セグメントが前記径方向に並んで前記スロットに配置されることにより形成された複数のコイルと、
を備え、
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周方向に沿う幅寸法が増加するように形成され、
複数の前記コイルは、前記軸方向から見て、前記スロット内に配置される挿通部の断面積が同一となるように形成されるとともに、前記径方向に隣り合う２つの前記コイルの前記周方向に沿う幅寸法が互いに異なるように形成され、
複数の前記コイルのうち、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、レーザー溶接により複数の前記コイルが互いに接合される接合部を有することを特徴とするステータ。 A stator core that is formed in an annular shape centered on the axis, extends along the radial direction when viewed from the axial direction, and has a plurality of slots provided side by side in the circumferential direction.
A plurality of coils formed by arranging linear conductor segments in the slot side by side in the radial direction, and a plurality of coils.
With
The slot is formed so that the width dimension along the circumferential direction increases from the inside in the radial direction to the outside in the radial direction.
The plurality of the coils are formed so that the cross-sectional areas of the insertion portions arranged in the slots are the same when viewed from the axial direction, and the circumferential direction of the two coils adjacent to each other in the radial direction. The width dimensions along the are formed to be different from each other,
Among the plurality of the coils, the coil end protruding outward in the axial direction from the slot has a stator in which the plurality of the coils are joined to each other by laser welding. 前記軸方向から見て、前記スロット内に配置される前記コイルの前記挿通部の断面は、台形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。 The stator according to claim 1, wherein the cross section of the insertion portion of the coil arranged in the slot when viewed from the axial direction is formed to have a trapezoidal shape. 前記コイルエンドは、前記スロットに対して前記軸方向の両側に設けられ、
前記コイルの前記コイルエンドは、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隣接され、隣接した前記コイルエンド同士がクランパで挟持された状態でレーザー溶接により接合されて、前記ステータに固定され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。 The coil ends are provided on both sides in the axial direction with respect to the slot.
The coil ends of the coil are adjacent to each other in a plastically deformed state after being subjected to at least one of bending and twisting, and the adjacent coil ends are joined by laser welding while being sandwiched by a clamper. The stator according to claim 1 or 2, wherein the stator is fixed to the stator. 前記スロットは、
第一スロットと、
前記第一スロットと異なる第二スロットと、
を有し、
前記第一スロットには第一コイルが挿入され、前記第二スロットには第二コイルが挿入され、
前記第一コイルの前記コイルエンドと前記第二コイルの前記コイルエンドとが接合され、
前記第一コイル及び前記第二コイルは、前記スロット内に配置される前記挿通部の断面形状が互いに異なることを特徴とする請求項３に記載のステータ。 The slot
First slot and
A second slot different from the first slot,
Have,
The first coil is inserted into the first slot, the second coil is inserted into the second slot, and the second coil is inserted.
The coil end of the first coil and the coil end of the second coil are joined to each other.
The stator according to claim 3, wherein the first coil and the second coil have different cross-sectional shapes of the insertion portion arranged in the slot. 前記コイルより前記軸方向の外側に渡り部を備え、
前記渡り部及び前記コイルは、レーザー溶接により互いに接合される間接接合部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステータ。 A crossover is provided on the outer side in the axial direction from the coil.
The stator according to any one of claims 1 to 4, wherein the crossover and the coil have an indirect joint that is joined to each other by laser welding. 前記コイルは、
単一の前記導体セグメントで構成された一のコイルと、
複数の前記導体セグメントで構成され、前記一のコイルより前記径方向の内側に配置される他のコイルと、
を有し、
前記軸方向から見て、前記他のコイルにおける複数の前記導体セグメントの総断面積と、前記一のコイルの断面積と、が同等となるように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のステータ。 The coil
A coil composed of the single conductor segment and
With another coil composed of a plurality of the conductor segments and arranged inside the coil in the radial direction from the one coil.
Have,
Claim 1 is characterized in that the total cross-sectional area of the plurality of conductor segments in the other coil and the cross-sectional area of the one coil are formed to be equal to each other when viewed from the axial direction. The stator according to any one of claims 5. 前記スロット内において、前記径方向の外側から数えてｎ番目の前記コイルの前記径方向の内側に位置する短辺の長さをａｎとし、
前記ｎ番目のコイルの前記径方向に沿う高さをｈｎとし、
前記軸方向から見た単一の前記スロットに入る前記導体セグメントの断面積の和をＳとし、
前記スロットの前記径方向の外側を構成する底壁と、前記スロットの前記周方向に面する側壁と、のなす角度をθとしたとき、
前記ｎ番目のコイルの前記径方向の内側に位置する前記短辺の長さａｎ、前記ｎ番目のコイルの前記径方向に沿う高さｈｎ、単一の前記スロットに入る前記導体セグメントの断面積の和Ｓ、前記スロットの前記底壁と前記側壁とのなす角度θ、前記スロットの前記底壁における前記周方向に沿う長さａ０、前記スロットの前記径方向に沿う高さｈ０、前記ステータに形成される前記スロットの個数ｋ、単一の前記スロットに挿入される前記コイルの個数ｍは、
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
 の各式を全て満たすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のステータ。 In the slot, the length of the short side located inside the radial direction of the nth coil counting from the outside in the radial direction is defined as an.
Let hn be the height of the nth coil along the radial direction.
Let S be the sum of the cross-sectional areas of the conductor segments that enter the single slot as viewed from the axial direction.
When the angle formed by the bottom wall forming the outer side of the slot in the radial direction and the side wall facing the circumferential direction of the slot is θ.
The length an of the short side located inside the nth coil in the radial direction, the height hn along the radial direction of the nth coil, and the cross-sectional area of the conductor segment entering the single slot. S, the angle θ between the bottom wall of the slot and the side wall, the length a0 of the bottom wall of the slot along the circumferential direction, the height h0 of the slot along the radial direction, and the stator. The number k of the slots formed and the number m of the coils inserted into the single slot are
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
Figure 2021097539
 The stator according to any one of claims 1 to 6, wherein all of the above equations are satisfied. 請求項１から請求項７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。 The stator according to any one of claims 1 to 7,
A rotor that is arranged inside the stator in the radial direction and rotates about the axis with respect to the stator.
A rotary electric machine characterized by being equipped with. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のステータの製造方法であって、
直線状の前記導体セグメントを前記スロットの形状に合わせて成形することにより前記コイルを形成する形成工程と、
前記形成工程の後、前記コイルを前記軸方向から前記スロットに挿入する挿入工程と、
前記スロットから前記軸方向の外側に突出した前記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レーザー溶接により互いに接合する接合工程と、
を有し、
前記接合工程では、断面形状の異なる前記コイルの前記コイルエンド同士を接合することを特徴とするステータの製造方法。 The method for manufacturing a stator according to any one of claims 1 to 7.
A forming step of forming the coil by forming the linear conductor segment according to the shape of the slot, and
After the forming step, an insertion step of inserting the coil into the slot from the axial direction and
A joining step of twisting and bending the coil ends protruding outward in the axial direction from the slots and joining the plurality of coil ends to each other by laser welding.
Have,
A method for manufacturing a stator, which comprises joining the coil ends of the coils having different cross-sectional shapes to each other in the joining step.
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CN116633059A (en) * 2023-05-15 2023-08-22 浙江大学 Motor forming winding structure and processing method thereof
CN116633059B (en) * 2023-05-15 2024-05-14 浙江大学 Motor forming winding structure and processing method thereof

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