JP2024057239A - 回転電機のステータおよび回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイル同士の接触抵抗のばらつきが小さく、高い締結強度が得られる回転電機のステータを提供する。【解決手段】スロット３が周方向に並んで配置されたコア４と、スロットに絶縁シート５を介して挿入された複数のセグメントコイル６の端部同士が締結されて構成されたコイルとを有する回転電機のステータであって、セグメントコイルの一方の端部はセグメントコイルの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部１５を有し、他方の端部は突起部の外周部に締結された溝部１６を有し、突起部の中央部にはくびれ部１５ａが形成されており、溝部の外周部のくびれ部と対向する位置に表面くびれ部１６ａが形成されている。【選択図】図４

Description

本願は、回転電機のステータおよび回転電機のステータの製造方法に関する。

従来から、オルターネータ、スタータなど多種多様な回転電機が自動車に搭載されている。とくに近年、世界的な排気ガス規制の強化などにより電動化の流れが加速し、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）用途の高電圧、高出力な回転電機の開発が盛んである。ＥＶ用途の回転電機のステータにおいては、複数のセグメントコイルを締結してコイルが構成されていることが多い。複数のセグメントコイルを締結して構成されたコイルを用いた回転電機においては、回転電機の容積に対してコイルエンドが占める割合が大きくなる。そのため、コイルエンドの容積を下げる、あるいはコアのスロットに高密度にコイルを配置するなど、出力密度をより大きくするためのステータ構造およびステータ製造技術の開発が盛んである。併せて、ステータをより低コストで製造するためのステータ構造およびステータ製造技術の開発も盛んである。

複数のセグメントコイルを締結してコイルを構成する場合のセグメントコイル同士の締結方法に着目すると、例えば、オス型コネクタ部を端部に有するセグメントコイルと、メス型コネクタ部を端部に有するセグメントコイルとを備えた回転電機のステータが開示されている。この回転電機のステータにおいては、オス型コネクタ部はテーパ面を有しており、そのテーパ面の一部に凹部が形成され、また、メス型コネクタ部もテーパ面を有しており、そのテーパ面の一部に凸部が形成されている。そして、凸部が凹部に挿入されることでオス型コネクタ部のテーパ面とメス型コネクタ部のテーパ面とが互いに接触してセグメントコイル同士が締結された回転電機のステータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－７８３１４号公報

しかしながら、従来の回転電機のステータにおいては、メス型コネクタ部の凸部がオス型コネクタ部のテーパ面に摺動しながら締結されるため、摺動による摩耗または変形によって締結面に隙間が生じ、接触抵抗にばらつきが生じるという問題があった。また、セグメントコイル同士はメス型コネクタ部の凸部とオス型コネクタ部の凹部とが嵌合されて締結されているため、振動に対して締結強度が低いという問題があった。

本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、セグメントコイル同士の接触抵抗のばらつきが小さく、高い締結強度が得られる回転電機のステータを提供することを目的とする。

本願の回転電機のステータは、円筒状のコアバックから内径方向に開口したスロットが周方向に並んで配置されたコアと、スロットに絶縁シートを介して挿入された複数のセグメントコイルの端部同士が締結されて構成されたコイルとを有する回転電機のステータであって、セグメントコイルの一方の端部はセグメントコイルの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部を有し、セグメントコイルの他方の端部は突起部の外周部に締結された溝部を有し、突起部の中央部にはくびれ部が形成されており、溝部の外周部のくびれ部と対向する位置に表面くびれ部が形成されている。

本願の回転電機のステータにおいては、セグメントコイルの一方の端部はセグメントコイルの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部を有し、セグメントコイルの他方の端部は突起部の外周部に締結された溝部を有し、突起部の中央部にはくびれ部が形成されており、溝部の外周部のくびれ部と対向する位置に表面くびれ部が形成されているので、セグメントコイル同士の接触抵抗のばらつきが小さく、高い締結強度が得られる。

実施の形態１に係る回転電機のステータの斜視図である。 実施の形態１に係るセグメントコイルの斜視図である。 実施の形態１に係るコイル締結部の模式図である。 実施の形態１に係る回転電機のステータの拡大図である。 実施の形態１に係る回転電機のステータを用いた回転電機の模式図である。 実施の形態１に係るマグネットワイヤ端部形成工程を示す図である。 実施の形態１におけるマグネットワイヤの端部を示す図である。 実施の形態１におけるセグメントコイル形成工程を示す図である。 実施の形態１におけるセグメントコイル挿入工程を示す図である。 実施の形態１におけるセグメントコイル先端部挿入工程および先端部締結工程を示す図である。 実施の形態１におけるセグメントコイル先端部挿入工程を示す図である。 実施の形態１における結線工程を示す図である。 実施の形態１に係るコイル締結部の模式図である。 実施の形態１に係るコイル締結部の模式図である。 実施の形態１に係るコイル締結部の模式図である。 実施の形態２におけるマグネットワイヤの端部を示す図である。 実施の形態２におけるセグメントコイル先端部挿入工程を示す図である。 実施の形態３に係る回転電機のステータの拡大図である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係る回転電機のステータについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機のステータの斜視図である。本実施の形態の回転電機のステータ１は、円筒状のコアバック２から内径方向に開口したスロット３が周方向に並んで配置されたコア４と、スロット３に絶縁シート５を介して挿入された複数のセグメントコイル６の端部同士が締結されて構成されたコイル７とを有している。スロット３は、コアバック２から内径側に突き出した複数のティースで区切られた空間である。セグメントコイル６は、直線導体のマグネットワイヤがＵ字状またはＶ字状に折り曲げて形成されている。マグネットワイヤの断面形状は矩形状である。ここで、円筒状のコア４の中心軸方向を軸方向、コア４の円周方向を周方向、コア４の中心軸方向と直交する方向を径方向と称する。スロット３は、周方向に均等に４８個配置されている。１つのスロット３には径方向に４本のセグメントコイル６が挿入されている。コイル７の軸方向端部のコア４から露出した部分をコイルエンド部と称する。図１に示すように、セグメントコイル６の折り曲げられた部分はコア４の下方向に露出してコイルエンド部８ｂとなっており、セグメントコイル６の両端部はコア４の上方向に露出してコイルエンド部８ａとなっている。コイルエンド部８ａのセグメントコイル６の端部は、他のセグメントコイル６の端部と締結されてコイル締結部９となっている。

コイルエンド部８ａの上部には外部電源からコイル７に給電する結線部１０が配置されている。結線部１０は、例えば、銅などの導電体の板金を加工したバスバーあるいはリード線を接続端子などと組み合わせてコイル７同士を電気的に接続している。結線部１０は、コイル締結部９同士の短絡、コイル締結部９とコア４との短絡などを防止するため、ワニスまたは樹脂などで絶縁処理がなされているが、図１においては簡略化した円環状の部品として示している。

コイル７は、スロット３の内部に挿入されているコイル挿入部１１と、円筒状のコア４の軸方向の両方の端面から上側および下側それぞれに露出しているコイルエンド部８ａ、８ｂとから構成されている。上側のコイルエンド部８ａにおいては、セグメントコイル６の先端部同士が締結されたコイル締結部９が複数箇所あり、下側のコイルエンド部８ｂにおいては、それぞれのセグメントコイル６が２つのスロット３に跨って繋がっている。なお、上側のコイルエンド部８ａにおいて、セグメントコイル６の一部の先端部は他のセグメントコイル６の端部ではなく結線部１０と電気的に接続されている。

本実施の形態の回転電機のステータにおいては、１つのスロットに４本のセグメントコイルが挿入されて４周に巻かれたコイルで構成されているが、例えば１つのスロットに２本、６本または８本などのセグメントコイルが挿入されてコイルが構成されていてもよい。すなわち、本実施の形態の回転電機のステータは、Ｎを自然数とすると１つのスロットに２Ｎ本のセグメントコイルが挿入されて２Ｎ周に巻かれたコイルで構成されていてもよい。また、本実施の形態の回転電機のステータにおいては、スロットは周方向に均等に４８個配置されていが、例えば周方向に９個または３６個など、Ｍを自然数とするとスロットは周方向に均等に３Ｍ個配置されていてもよい。

図２は、本実施の形態に係る１本のセグメントコイルの斜視図である。図２に示すように、セグメントコイル６は、スロット３の内部に挿入される２本のコイル辺部１２ａ、１２ｂと、２本のコイル辺部１２ａ、１２ｂ同士を繋ぐコイル渡り部１３と、それぞれのコイル辺部１２ａ、１２ｂからコイル渡り部１３の反対方向に延びるコイル先端部１４ａ、１４ｂとを備えている。コイル渡り部１３は、Ｕ字状またはＶ字状に形成されている。

図１と図２との関係からセグメントコイル６がコア４に挿入されてコイル７を構成している場合のコイル７とセグメントコイル６との関係は次のようになる。コイル締結部９があるコイルエンド部８ａがコイル先端部１４ａ、１４ｂとなり、コイル締結部９がないコイルエンド部８ｂがコイル渡り部１３となる。そして、コイル挿入部１１が２本のコイル辺部１２ａ、１２ｂとなる。

一方のコイル先端部１４ａの先端にはセグメントコイル６の主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部１５が形成されている。また、他方のコイル先端部１４ｂの先端には他のセグメントコイルの突起部の外周部に締結された溝部１６が形成されている。２本のセグメントコイルは突起部１５と溝部１６とで締結されて電気的に接続されている。すなわち、コイル締結部９は、突起部１５と溝部１６とが締結されて構成されている。

なお、先端に溝部１６が形成されているコイル先端部１４ｂには、セグメントコイル６がコア４に挿入されたときに、溝部１６の位置を径方向および周方向にオフセットさせるためのレーンチェンジ部１７が形成されている。１つのスロット３には径方向に４本のセグメントコイル６が挿入されているが、レーンチェンジ部１７があることで、コイル先端部１４ｂの先端に形成された溝部１６は、異なるスロット３の径方向にずれた位置に挿入されたセグメントコイル６のコイル先端部１４ａの先端に形成された突起部１５と締結される。このレーンチェンジ部１７によって、図１に示すコイル７は螺旋状に巻き回されている。

図３は、本実施の形態の回転電機のステータにおけるコイル締結部の模式図である。図３は、コイル締結部９の１つを示ししたもので、上はコイル締結部９の上面図、下は斜視図である。図３に示すように、一方のコイル先端部１４ａの先端にはセグメントコイルの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部１５が形成されている。また、他方のコイル先端部１４ｂの先端には他のセグメントコイルの突起部１５の外周部に締結された溝部１６が形成されている。突起部１５の中央部にはくびれ部１５ａが形成されており、このくびれ部１５ａと対向する溝部１６の外周部に表面くびれ部１６ａが形成されている。くびれ部１５ａの断面積は、突起部１５の他の部分の断面積よりも小さい。詳細は後述するが、溝部１６の外周部の表面くびれ部１６ａは、溝部１６に突起部１５が挿入された後に溝部１６の外周からカシメが行われて形成される。

図３に示すように、セグメントコイルの断面形状は矩形状である。突起部１５は、矩形状の断面の対向する２面が削られて形成されている。溝部１６は、突起部１５が挿入可能な空洞部が形成されている。この空洞部は、矩形状の断面の対向する２面間を貫通するように形成されている。

図４は、本実施の形態の回転電機のステータのコイルエンド部の拡大図である。図４に示すように、スロット３に径方向に並んで４本のセグメントコイルが挿入されており、径方向内側の２本の異なるスロットに挿入されたセグメントコイル同士がコイル締結部９で締結されており、径方向外側の２本の異なるスロットに挿入されセグメントコイル同士がコイル締結部９で締結されてコイル７が構成されている。ここで、スロット３に径方向に並んで挿入された４本のセグメントコイルをスロット３の内径側から１本目、２本目、３本目および４本目のセグメントコイルと称する。具体的には、１本目のセグメントコイル６の溝部１６がレーンチェンジ部１７によって周方向に５つのスロットを跨いで隣接するスロットに挿入された２本目のセグメントコイル６の突起部１５と締結されている。また、３本目のセグメントコイル６の溝部１６がレーンチェンジ部１７によって周方向に５つのスロットを跨いで隣接するスロットに挿入された４本目のセグメントコイル６の突起部１５と締結されている。なお、レーンチェンジ部１７によって先端部同士が締結される２つのセグメントが周方向に跨ぐスロットの数は５個に限るものではない。突起部１５が形成されているコイル先端部１４ａは、突起部１５の反対側で隣接するセグメントコイルのコイル先端部１４ｂのレーンチェンジ部１７よりもコア４の端部側に潜り込んだ位置から周方向および軸方向外側に向かって突き出しており、溝部１６が形成されている他のセグメントコイルのコイル先端部１４ｂと締結されている。なお、突起部１５と溝部１６とは、入れ替わって形成されていてもよい。

図５は、本実施の形態の回転電機のステータを用いた回転電機の模式図である。図５において左半分は外観図であり、右半分は断面図である。図５に示すように、ステータ１は、ハウジング２１に固定されている。回転電機２０は、ハウジング２１とブラケット２２とで外枠が構成されている。ステータ１のコア４と同軸にロータ２３が配置されており、ロータ２３は中心に回転軸２４が固定されている。ロータ２３とコア４との間には隙間が存在する。回転軸２４は、ハウジング２１およびブラケット２２にそれぞれ固定されたベアリング２５で回転可能に支持されている。このように構成された回転電機は、例えば電気自動車、ハイブリッド車などの動力源として利用することができる。

次に、本実施の形態の回転電機のステータの製造方法について説明する。
図６は、本実施の形態におけるマグネットワイヤ端部形成工程を示す図である。図６は、マグネットワイヤ端部形成工程で形成されたマグネットワイヤを示しており、上はマグネットワイヤの上面図、下は斜視図である。図６に示すように、セグメントコイルに用いられるマグネットワイヤ１８は、断面が矩形状の直線導体である。マグネットワイヤ１８の材料は、例えば銅、アルミニウムなどである。マグネットワイヤ端部形成工程において、マグネットワイヤ１８の一方の端部にマグネットワイヤ１８の主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部１５を形成し、他方の端部に突起部１５が挿入可能な空洞部を有する溝部１６を形成する。突起部１５および溝部１６の詳細な構造は後述する。マグネットワイヤの端部形成方法としては、例えばリール状に巻かれたマグネットワイヤを巻き解き、直線状に加工した後に一定の長さ毎にパンチとダイとによる打ち抜き切断を行う。このとき、打ち抜き切断と同時にマグネットワイヤの両端部に突起部および溝部を打ち抜き加工することができる。別の方法として、直線状に加工されたマグネットワイヤを一定の長さに切断した後に、マグネットワイヤの両端部に突起部および溝部を打ち抜き加工してもよい。

図７は、本実施の形態におけるマグネットワイヤの端部を示す図である。図７において、左は突起部１５が形成された端部、右は溝部１６が形成された端部を示している。マグネットワイヤの一方の端部には、マグネットワイヤ１８の主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部１５が形成されている。また、突起部１５の中央部にはくびれ部１５ａが形成されている。くびれ部１５ａの断面積は、突起部１５の他の部分の断面積よりも小さい。マグネットワイヤの他方の端部には、突起部１５が挿入可能な空洞部１６ｂを有する溝部１６が形成されている。空洞部１６ｂの中央部には、突起部１５が挿入されたときに突起部１５のくびれ部１５ａと対向する位置にくさび部１６ｃが形成されている。くさび部１６ｃの位置の空洞部１６ｂの断面積は、空洞部１６ｂの他の部分の断面積よりも小さい。図３で説明したように、マグネットワイヤ１８の断面形状は矩形状である。突起部１５は、矩形状の断面の対向する２面が削られて形成されている。溝部１６の空洞部１６ｂは、矩形状の断面の対向する２面間を貫通するように形成されている。

図８は、本実施の形態におけるセグメントコイル形成工程を示す図である。図８は、セグメントコイル形成工程で形成されたセグメントコイルの斜視図である。セグメントコイル形成工程において、マグネットワイヤの溝部１６が形成された端部側にマグネットワイヤの直線方向に対して端部を平行にずらしたレーンチェンジ部１７を曲げ加工で形成する。その後、マグネットワイヤのほぼ中央部をＵ字状またはＶ字状に折り曲げる。その結果、このセグメントコイル形成工程において、マグネットワイヤから直線状の２箇所のコイル辺部１２ａ、１２ｂがコイル渡り部１３で連結されたセグメントコイル６を形成することができる。

このようなマグネットワイヤ端部形成工程とセグメントコイル形成工程とによって、セグメントコイル６を必要数製造する。なお、結線部と接続するセグメントコイルについては、マグネットワイヤ端部形成工程およびセグメントコイル形成工程においてマグネットワイヤの端部は結線部と接続可能な端部形状に形成する必要があるが、詳細な説明は省略する。

図９は、本実施の形態におけるセグメントコイル挿入工程を示す図である。図９に示すように、コア４の全てのスロット３に筒状の絶縁シート５を挿入する。その後セグメントコイル６を突起部１５および溝部１６側から軸方向に絶縁シート５の内部を貫通させて挿入する。このとき、セグメントコイル６の一方のコイル辺部１２ａと他方のコイル辺部１２ｂとは、異なるスロットに挿入される。なお、図９は、１本のセグメントコイルの挿入工程を示しているが、全てのセグメントコイルをスロットに挿入する。本実施の形態の回転電機のステータにおいては、１つのスロットに４本の異なるセグメントコイルのコイル辺部がそれぞれ挿入される。

図１０は、本実施の形態におけるセグメントコイル先端部挿入工程および先端部締結工程を示す図である。図１０は、セグメントコイル先端部挿入工程および先端部締結工程後のステータの斜視図である。セグメントコイル先端部挿入工程において、始めにコア４のスロット３に挿入されたセグメントコイルの先端に溝部１６が形成されたコイル先端部１４ｂを円周方向に沿って曲げる。次にコア４のスロット３に挿入されたセグメントコイルの先端に突起部１５が形成されたコイル先端部１４ａをコイル先端部１４ｂとは円周方向に沿って逆方向に曲げる。２つのコイル先端部１４ａと１４ｂとをお互いに円周方向に沿って逆方向に曲げることで、溝部１６に突起部１５をはめ込む。

図１１は、本実施の形態におけるセグメントコイル先端部挿入工程を示す図である。図１１は、溝部１６に突起部１５がはめ込まれる工程を示している。２つのコイル先端部１４ａと１４ｂとをお互いに円周方向に沿って順に逆方向に曲げることで、図１１に示すように、突起部１５がセグメントコイルの導通方向と直交する方向から溝部１６の空洞部１６ｂにはめ込まれる。なお、２つのコイル先端部１４ａおよび１４ｂを円周方向に沿って曲げる工程は、全てのセグメントコイルに対して一括で行ってもよく、全てのセグメントコイルを複数の群に分け、その群毎に行ってもよい。また、本実施の形態においては、溝部１６が形成されたコイル先端部１４ｂを先に曲げ、突起部１５が形成されたコイル先端部１４ａを後に曲げているが、その順番を入れ替えてもよい。その場合は、溝部１６が突起部１５にはめ込まれることになる。

先端部締結工程において、溝部１６に突起部１５がはめ込まれたセグメントコイルに対して、突起部１５のくびれ部１５ａと対向する溝部１６の外周部にカシメ具３０でカシメを行う。カシメ具３０は、例えば先端部にカシメ用の突起を有するペンチ状の器具などである。溝部１６に突起部１５がはめ込まれた全てのセグメントコイルに対してカシメを行ってコイル締結部９を形成する。全てのセグメントコイルの端部にコイル締結部９を形成することで、コイル７を組み立てることができる。このようにして本実施の形態の回転電機のステータが完成する。

図１２は、本実施の形態における結線工程を示す図である。図１２に示すように、結線部１０を軸方向の上側から接近させて結線部１０とコイル７の端末線とを電気的に接続する。本実施の形態の回転電機のステータは、結線部１０を介して外部電源から電力が給電することでステータ１に磁界を発生させることができる。

図１３は、本実施の形態の回転電機のステータのコイル締結部の模式図である。図１３は、コイル締結部９の１つを示ししたもので、上はコイル締結部９の上面図、下は斜視図である。コイル締結部９には先端部締結工程のカシメによって突起部１５のくびれ部１５ａに溝部１６のくさび部１６ｃがカシメられている。また、コイル締結部９には先端部締結工程のカシメによって溝部１６の外周部のくびれ部１５ａと対向する位置に表面くびれ部１６ａが形成されている。そのため、溝部１６のくさび部１６ｃと突起部１５のくびれ部１５ａとが電気的に確実に接続されると共に、溝部１６のくさび部１６ｃと突起部１５のくびれ部１５ａとが機械的に強固に締結されているので、セグメントコイル同士の接触抵抗のばらつきが小さく、高い締結強度が得られる。

本実施の形態の回転電機のステータの製造方法においては、セグメントコイル同士の締結を溶接ではなくカシメで行っている。仮に、セグメントコイル同士の締結を溶接で行った場合、溶接時に発生する発熱、材料のスパッタなどが問題となる。溶接時に発生する発熱は、セグメントコイルの素材であるマグネットワイヤの絶縁被膜の損傷、セグメントコイルの近傍にある絶縁シートの損傷の原因となる。また、溶接時に発生する材料のスパッタは、コイル締結部以外の他の部位に金属が付着することで絶縁性の低下を招く。本実施の形態の回転電機のステータの製造方法においては、セグメントコイル同士の締結をカシメで行っているため発熱およびスパッタの発生はないので、溶接を用いた場合に発生する不具合を回避することができる。

また、セグメントコイル同士の締結を溶接で行う場合、溶接不良を低減するためにマグネットワイヤの絶縁被膜の剥離工程が必要である。さらには、溶接後はコイル締結部に溶融池が生成される場合がある。これに起因して近接したコイル締結部間の絶縁性能が低下する可能性がある。本実施の形態の回転電機のステータの製造方法においては、セグメントコイル同士の締結部となる突起部および溝部は打ち抜き加工で形成されているので、絶縁被膜の剥離工程は不要である。また、セグメントコイル同士の締結をカシメで行っているため、近接したコイル締結部間の絶縁性能が低下することもない。

さらに、セグメントコイル同士の締結を溶接で行う場合、コイル締結部近傍のセグメントコイルが熱膨張してコイル締結部の位置がばらつく場合がある。また、溶接によってコイル締結部の温度が上昇する。そのため、セグメントコイル同士の締結を溶接で行う場合、コイル締結部の位置を矯正する治具、溶接後の冷却手段などが必要となる場合がある。本実施の形態の回転電機のステータの製造方法においては、セグメントコイル同士の締結をカシメで行っているため、コイル締結部の位置を矯正する治具、溶接後の冷却手段などが不要となる。そのため、本実施の回転電機のステータの製造方法は、生産性が良好である。

また、本実施の回転電機のステータにおいては、締結される２本のセグメントコイルは、それぞれのコイル先端部１４ａと１４ｂとをお互いに円周方向に沿って逆方向に曲げることで締結される。そのため、コイルエンド部８ａ、８ｂの軸方向の長さを短くすることができる。その結果、セグメントコイルに用いられるマグネットワイヤの使用量を抑制することができると共に、コイルエンド部８ａ、８ｂの容積も抑制することができるので、低コストでかつ体積当たりの出力の大きい回転電機が得られる。

また、本実施の回転電機のステータは、図１３に示すように、コイル締結部９は突起部１５に形成されたくびれ部１５ａに溝部に形成されたくさび部１６ｃがカシメられて強固に締結されているので耐震性に優れている。また、コイル締結部９は、カシメられるときに突起部１５の先端部分が伸びて溝部１６の空洞部の底面に向かって押されるので、突起部１５と溝部１６との間の電気抵抗は低下する。そのため、コイル締結部９における銅損および発熱が小さくなる。

本実施の回転電機のステータのコイル締結部９において、図３に示すように、突起部１５は矩形状の断面の対向する２面が削られて形成されおり、くびれ部１５ａはその２面の両面が削られて形成されている。図１４は、本実施の形態の回転電機のステータにおける別のコイル締結部の模式図である。図１４は、コイル締結部９の１つを示ししたもので、上はコイル締結部９の上面図、下は斜視図である。図１４に示すように、突起部１５は矩形状の断面の対向する２面が削られて形成されおり、くびれ部１５ａはその一方の面のみが削られて形成されていてもよい。また、図１５は、本実施の形態の回転電機のステータにおける別のコイル締結部の模式図である。図１５は、コイル締結部９の１つを示ししたもので、上はコイル締結部９の上面図、下は斜視図である。図１５に示すように、セグメントコイルの断面形状は、円弧状であってもよい。セグメントコイルの断面形状が円弧状の場合でも突起部１５の断面形状は矩形状であることが好ましい。突起部１５およびくびれ部１５ａの断面形状が矩形状である方がカシメを行うときにセグメントコイルが回転することを防ぐことができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る回転電機のステータでは、セグメントコイル先端部挿入工程において、先端に溝部１６が形成されたコイル先端部１４ｂを円周方向に沿って先に曲げ、先端に突起部１５が形成されたコイル先端部１４ａをコイル先端部１４ｂとは逆方向の円周方向に沿って後に曲げている。このように、２つのコイル先端部１４ａと１４ｂとをお互いに円周方向に沿って順に曲げることで、突起部１５がセグメントコイルの導通方向と直交する方向から溝部１６にはめ込まれる。実施の形態２に係る回転電機のステータにおいては、突起部がセグメントコイルの導通方向と平行な方向から溝部１６にはめ込まれる。

本実施の形態に係る回転電機のステータでは、セグメントコイル先端部挿入工程において、先端に溝部１６が形成されたコイル先端部１４ｂを円周方向に沿って曲げる動作と、先端に突起部１５が形成されたコイル先端部１４ａをコイル先端部１４ｂとは逆方向の円周方向に沿って曲げる動作とを同時に行う。２つのコイル先端部１４ａと１４ｂとを円周方向に沿ってお互いに逆方向に同時に曲げることで、突起部がセグメントコイルの導通方向と平行な方向から溝部１６にはめ込まれる。

本実施の形態に係る回転電機のステータの製造方法は、実施の形態１の回転電機のステータの製造方法と同様である。実施の形態１の回転電機のステータの製造方法と異なる点は、マグネットワイヤ端部形成工程で形成されるマグネットワイヤの端部の形状、およびセグメントコイル先端部挿入工程における２つのコイル先端部１４ａと１４ｂとを円周方向に沿ってお互いに逆方向に曲げる方法である。

図１６は、本実施の形態におけるマグネットワイヤの端部を示す図である。図１６において、左は突起部１５が形成された端部、右は溝部１６が形成された端部を示している。マグネットワイヤの一方の端部には、マグネットワイヤ１８の主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部１５が形成されている。また、突起部１５の中央部にはくびれ部１５ａが形成されている。くびれ部１５ａの断面積は、突起部１５の他の部分の断面積よりも小さい。マグネットワイヤの他方の端部には、突起部１５が挿入可能な空洞部１６ｂを有する溝部１６が形成されている。実施の形態１のマグネットワイヤの端部においては、図７に示すように、空洞部１６ｂの中央部にくさび部１６ｃが形成されているが、本実施の形態においては、空洞部１６ｂの断面積はマグネットワイヤの長手方向に対して一定である。この空洞部１６ｂは、マグネットワイヤの長手方向から突起部１５が挿入可能な形状である。

本実施の形態のセグメントコイル先端部挿入工程においては、先端に溝部１６が形成されたコイル先端部１４ｂを円周方向に沿って曲げる動作と、先端に突起部１５が形成されたコイル先端部１４ａをコイル先端部１４ｂとは逆方向に曲げる動作とを同時に行う。図１７は、本実施の形態におけるセグメントコイル先端部挿入工程を示す図である。図１７は、溝部１６に突起部１５がはめ込まれる工程を示している。２つのコイル先端部１４ａと１４ｂとを円周方向に沿ってお互いに逆方向に同時に曲げることで、図１７に示すように、突起部１５がセグメントコイルの導通方向とほぼ平行な方向から溝部１６の空洞部１６ｂにはめ込まれる。

先端部締結工程において、溝部１６に突起部１５がはめ込まれたセグメントコイルに対して、突起部１５のくびれ部１５ａと対向する溝部１６の外周部にカシメ具３０でカシメを行う。溝部１６に突起部１５がはめ込まれた全てのセグメントコイルに対してカシメを行ってコイル締結部９を形成する。このようにして形成されたコイル締結部９には、実施の形態１の図３に示したコイル締結部と同様に、先端部締結工程のカシメによって突起部１５のくびれ部１５ａと対向する溝部１６の外周部に表面くびれ部１６ａが形成される。そのため、溝部１６と突起部１５のくびれ部１５ａとが電気的に確実に接続されると共に、溝部１６と突起部１５のくびれ部１５ａとが機械的に強固に締結されているので、セグメントコイル同士の接触抵抗のばらつきが小さく、高い締結強度が得られる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る回転電機のステータは、実施の形態１の回転電機のステータと同様に、コア、コイルおよび絶縁シートで構成されている。したがって、本実施の形態の回転電機のステータの外観は、実施の形態１の図１と同様である。本実施の形態の回転電機のステータと実施の形態１の回転電機のステータとの違いは、セグメントコイルの接続関係である。

図１８は、本実施の形態の回転電機のステータのコイルエンド部の拡大図である。図１８に示すように、スロット３に径方向に並んで４本のセグメントコイルが挿入されている。ここで、スロット３に径方向に並んで挿入された４本のセグメントコイルをスロット３の内径側から１本目、２本目、３本目および４本目のセグメントコイルと称する。本実施の形態の回転電機のステータにおいては、１本目のセグメントコイル６の溝部１６がレーンチェンジ部１７によって周方向に１つのスロットを飛ばして隣接するスロットに挿入された４本目のセグメントコイル６の突起部１５と締結されている。また、３本目のセグメントコイル６の溝部１６がレーンチェンジ部１７によって周方向に１つのスロットを飛ばして隣接するスロットに挿入された２本目のセグメントコイル６の突起部１５と締結されている。突起部１５が形成されているコイル先端部１４ａは、突起部１５の反対側で隣接するセグメントコイルのコイル先端部１４ｂのレーンチェンジ部１７よりもコア４の端部側に潜り込んだ位置から周方向および軸方向外側に向かって突き出しており、溝部１６が形成されている他のセグメントコイルのコイル先端部１４ｂと締結されている。なお、突起部１５と溝部１６とは、入れ替わって形成されていてもよい。

スロット３に径方向に並んで４本のセグメントコイルが挿入されている場合、１本目のセグメントコイルと４本目のセグメントコイルとのコイル締結部９の位置は、２本目のセグメントコイルと３本目のセグメントコイルとのコイル締結部９の位置よりもコア４の軸方向の端部から遠い位置となる。

Ｎを自然数とし、スロットに径方向に並んで挿入されたセグメントコイルの本数を２Ｎ本とした場合、スロット内のセグメントコイルをスロットの内径側から１本目、２本目、３本目、・・・２Ｎ本目のセグメントコイルと称する。本実施の形態の回転電機のステータにおいては、１本目のセグメントコイルと２Ｎ本目セグメントコイルとが締結されており、２本目のセグメントコイルと２Ｎ－１本目セグメントコイルとが締結されており、・・・Ｎ本目のセグメントコイルとＮ＋１本目セグメントコイルとが締結されている。そして、１本目のセグメントコイルと２Ｎ本目セグメントコイルとのコイル締結部の位置がコアの軸方向の端部から最も遠い位置となり、２本目のセグメントコイルと２Ｎ－１本目セグメントコイルとのコイル締結部の位置がコアの軸方向の端部から次に遠い位置となり、・・・Ｎ本目のセグメントコイルとＮ＋１本目セグメントコイルとのコイル締結部の位置がコアの軸方向の端部から最も近い位置となる。

このように構成された回転電機のステータにおいては、コイル締結部９の位置を軸方向から見て干渉することなくコアの軸方向の端部に近づけることができるので、コイルエンド部８ａの容積を小さくすることができる。その結果、本実施の形態の回転電機のステータを用いることで、低コストでかつ体積当たりの出力の大きい回転電機が得られる。

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独でまたは様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
円筒状のコアバックから内径方向に開口したスロットが周方向に並んで配置されたコアと、前記スロットに絶縁シートを介して挿入された複数のセグメントコイルの端部同士が締結されて構成されたコイルとを有する回転電機のステータであって、
前記セグメントコイルの一方の端部は前記セグメントコイルの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部を有し、前記セグメントコイルの他方の端部は前記突起部の外周部に締結された溝部を有し、前記突起部の中央部にはくびれ部が形成されており、前記溝部の外周部の前記くびれ部と対向する位置に表面くびれ部が形成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
（付記２）
前記くびれ部の断面積は、前記突起部の他の部分の断面積よりも小さいことを特徴とする付記１に記載の回転電機のステータ。
（付記３）
前記セグメントコイルは、異なる２つの前記スロットの内部にそれぞれ挿入された２本のコイル辺部と、端部に前記突起部および前記溝部がそれぞれ形成された２本のコイル先端部と、前記２本のコイル辺部同士を繋ぐコイル渡り部とで構成されており、前記コイル渡り部の形状はＵ字状またはＶ字状であることを特徴とする付記１または２に記載の回転電機のステータ。
（付記４）
端部に前記突起部および前記溝部がそれぞれ形成された２本の前記コイル先端部のうち一方のコイル先端部の長さは他方のコイル先端部の長さよりも長く、前記一方のコイル先端部には端部の位置を径方向および周方向にオフセットさせるレーンチェンジ部を有し、前記レーンチェンジ部によって前記一方のコイル先端部の端部は異なるスロットに挿入された前記セグメントコイルの前記他方のコイル先端部の端部と締結されていることを特徴とする付記３に記載の回転電機のステータ。
（付記５）
前記セグメントコイルの断面形状は矩形状であり、前記突起部は前記セグメントコイルの断面の対向する２面が削られて形成されており、前記溝部は前記セグメントコイルの断面の対向する２面間を貫通し前記突起部が挿入可能な空洞部が形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
（付記６）
前記セグメントコイルの断面形状は円弧状であり、前記突起部の断面形状は矩形状であることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
（付記７）
直線状の複数のマグネットワイヤの一方の端部に前記マグネットワイヤの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部を形成し、前記マグネットワイヤの他方の端部に溝部を形成するマグネットワイヤ端部形成工程と、
複数の前記マグネットワイヤをそれぞれＵ字状またはＶ字状に折り曲げて複数のセグメントコイルに形成するセグメントコイル形成工程と、
複数の前記セグメントコイルをコアのスロットに絶縁シートを介して挿入するセグメントコイル挿入工程と、
前記スロットに挿入された複数のセグメントコイルの両端部を折り曲げて前記突起部を前記溝部に挿入するセグメントコイル先端部挿入工程と、
前記溝部の外周部からカシメを行って前記突起部と前記溝部とを締結する先端部締結工程とを有する回転電機のステータの製造方法であって、
前記マグネットワイヤ端部形成工程において前記突起部の中央部にはくびれ部が形成され前記溝部には前記突起部が挿入可能な空洞部が形成され、前記セグメントコイル形成工程において前記マグネットワイヤは異なる２つの前記スロットの内部にそれぞれ挿入される２本のコイル辺部と、端部に前記突起部および前記溝部がそれぞれ形成された２本のコイル先端部と、前記２本のコイル辺部同士を繋ぐコイル渡り部とで構成された前記セグメントコイルに形成され、前記セグメントコイル挿入工程において前記セグメントコイルの２本の前記コイル辺部は異なる前記スロットにそれぞれ挿入され、前記セグメントコイル先端部挿入工程において２本の前記コイル先端部が円周方向に沿ってそれぞれ逆方向に曲げられて前記突起部が前記溝部の前記空洞部に挿入され、前記先端部締結工程において前記カシメを行って前記溝部の外周部の前記くびれ部と対向する位置に表面くびれ部を形成することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
（付記８）
前記セグメントコイル先端部挿入工程において、前記突起部は前記溝部の前記空洞部に前記セグメントコイルの導通方向と直交する方向から挿入されることを特徴とする付記７に記載の回転電機のステータの製造方法。
（付記９）
前記セグメントコイル先端部挿入工程において、前記突起部は前記溝部の前記空洞部に前記セグメントコイルの導通方向と平行な方向から挿入されることを特徴とする付記７に記載の回転電機のステータの製造方法。

１ ステータ、２ コアバック、３ スロット、４ コア、５ 絶縁シート、６ セグメントコイル、７ コイル、８ａ、８ｂ コイルエンド部、９ コイル締結部、１０ 結線部、１１ コイル挿入部、１２ａ、１２ｂ コイル辺部、１３ コイル渡り部、１４ａ、１４ｂ コイル先端部、１５ 突起部、１５ａ くびれ部、１６ 溝部、１６ａ 表面くびれ部、１６ｂ 空洞部、１６ｃ くさび部、１７ レーンチェンジ部、１８ マグネットワイヤ、２０ 回転電機、２１ ハウジング、２２ ブラケット、２３ ロータ、２４ 回転軸、２５ ベアリング、３０ カシメ具。

Claims (9)

1. 円筒状のコアバックから内径方向に開口したスロットが周方向に並んで配置されたコアと、前記スロットに絶縁シートを介して挿入された複数のセグメントコイルの端部同士が締結されて構成されたコイルとを有する回転電機のステータであって、
   前記セグメントコイルの一方の端部は前記セグメントコイルの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部を有し、前記セグメントコイルの他方の端部は前記突起部の外周部に締結された溝部を有し、前記突起部の中央部にはくびれ部が形成されており、前記溝部の外周部の前記くびれ部と対向する位置に表面くびれ部が形成されていることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記くびれ部の断面積は、前記突起部の他の部分の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記セグメントコイルは、異なる２つの前記スロットの内部にそれぞれ挿入された２本のコイル辺部と、端部に前記突起部および前記溝部がそれぞれ形成された２本のコイル先端部と、前記２本のコイル辺部同士を繋ぐコイル渡り部とで構成されており、前記コイル渡り部の形状はＵ字状またはＶ字状であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
4. 端部に前記突起部および前記溝部がそれぞれ形成された２本の前記コイル先端部のうち一方のコイル先端部の長さは他方のコイル先端部の長さよりも長く、前記一方のコイル先端部は端部の位置を径方向および周方向にオフセットさせるレーンチェンジ部を有し、前記レーンチェンジ部によって前記一方のコイル先端部の端部は異なるスロットに挿入された前記セグメントコイルの前記他方のコイル先端部の端部と締結されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機のステータ。
5. 前記セグメントコイルの断面形状は矩形状であり、前記突起部は前記セグメントコイルの断面の対向する２面が削られて形成されており、前記溝部は前記セグメントコイルの断面の対向する２面間を貫通し前記突起部が挿入可能な空洞部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
6. 前記セグメントコイルの断面形状は円弧状であり、前記突起部の断面形状は矩形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
7. 直線状の複数のマグネットワイヤの一方の端部に前記マグネットワイヤの主要部の断面積よりも小さい断面積を有する突起部を形成し、前記マグネットワイヤの他方の端部に溝部を形成するマグネットワイヤ端部形成工程と、
   複数の前記マグネットワイヤをそれぞれＵ字状またはＶ字状に折り曲げて複数のセグメントコイルに形成するセグメントコイル形成工程と、
   複数の前記セグメントコイルをコアのスロットに絶縁シートを介して挿入するセグメントコイル挿入工程と、
   前記スロットに挿入された複数のセグメントコイルの両端部を折り曲げて前記突起部を前記溝部に挿入するセグメントコイル先端部挿入工程と、
   前記溝部の外周部からカシメを行って前記突起部と前記溝部とを締結する先端部締結工程とを有する回転電機のステータの製造方法であって、
   前記マグネットワイヤ端部形成工程において前記突起部の中央部にはくびれ部が形成され前記溝部には前記突起部が挿入可能な空洞部が形成され、前記セグメントコイル形成工程において前記マグネットワイヤは異なる２つの前記スロットの内部にそれぞれ挿入される２本のコイル辺部と、端部に前記突起部および前記溝部がそれぞれ形成された２本のコイル先端部と、前記２本のコイル辺部同士を繋ぐコイル渡り部とで構成された前記セグメントコイルに形成され、前記セグメントコイル挿入工程において前記セグメントコイルの２本の前記コイル辺部は異なる前記スロットにそれぞれ挿入され、前記セグメントコイル先端部挿入工程において２本の前記コイル先端部が円周方向に沿ってそれぞれ逆方向に曲げられて前記突起部が前記溝部の前記空洞部に挿入され、前記先端部締結工程において前記カシメを行って前記溝部の外周部の前記くびれ部と対向する位置に表面くびれ部を形成することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
8. 前記セグメントコイル先端部挿入工程において、前記突起部は前記溝部の前記空洞部に前記セグメントコイルの導通方向と直交する方向から挿入されることを特徴とする請求項７に記載の回転電機のステータの製造方法。
9. 前記セグメントコイル先端部挿入工程において、前記突起部は前記溝部の前記空洞部に前記セグメントコイルの導通方向と平行な方向から挿入されることを特徴とする請求項７に記載の回転電機のステータの製造方法。

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