JP3744461B2

JP3744461B2 - 回転電機のステータ

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Publication number: JP3744461B2
Application number: JP2002125663A
Authority: JP
Inventors: 二郎浅井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: US20030201687A1; JP2003324876A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁積層鋼板などから構成されて軟磁性を有する回転電機のステータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機のステータコアは、電磁ギャップを挟んでロータに対面する周面（以下、ロータ対向周面ともいう）近傍にティースとスロットとを周方向へ交互に有している。スロットは、ロータ対向周面に連通するスロット開口部を有しているが、このスロット開口部は、電磁ギャップ又はロータ対向周面における磁気抵抗やその変動、磁束分布の歪み、さらにはこれらの原因による回転変動などの問題の解決を図るために、スロット両側のティースから周方向へ延在するティース爪部により狭窄されているのが通常である。ただし、このスロット開口部の周方向幅は、ステータコイルをスロットに挿入するために少なくともステータコイルを構成する導体の周方向幅よりも大きく形成される必要があり、更にはティース爪部を全廃してスロット周方向幅に等しいスロット開口部の周方向幅を設けるオープン開口によりステータコイルのスロットへの挿入を格段に容易とすることも知られている。
【０００３】
しかしながら、このようなスロット開口部の周方向幅確保は、上記した電磁ギャップ又はロータ対向周面における磁気抵抗やその変動さらには磁束分布の改善を図るという効果を減殺する。そこで、この問題を改善するために、従来、次のような対策が提案されている。
【０００４】
特開平６−１１３４９３号公報は、周方向に重ねた積層電磁鋼板によりスロット開口部を塞ぐことを提案している。また、ステータコイルをスロット開口部からスロットに挿入してからステータコアと別部材の略リング状ティース爪部によりスロット開口部を狭窄又は全廃することも特開平１０−５１９８７号公報や特開２０００−６００３６号公報により提案されている。更に、ステータコアを分割することにより、ステータコイルのスロット挿入容易性と十分に狭窄されたスロット開口部の形成とを両立することもたとえば特開平１０−２３４１５９号公報などにより公知となっている
また、所定形状に分割されＵ字状に形成された多数の短導体（セグメントと呼ぶ）をステータコアのスロットに軸方向に挿通し、各セグメントの端部同士を順次接続してステータコイルを構成するステータコイル製造技術が、本出願人により出願された特開２０００−９２７６６号などにより公知となっている。
【０００５】
更に、電磁鋼板によりステータコアを形成する方法として、通常の輪板状の電磁鋼板を軸方向に積層する方法以外に、一長辺にスロットおよびティースを有するテープ状電磁鋼板を螺旋状に巻回する方向が公知となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来公知の手法はすべてステータコアを複数の透磁性部材（通常は電磁鋼板）により構成するものであるため、製造工程が複雑化し、複数の透磁性部材間に必然的に発生する隙間による磁気抵抗の増大、更にはステータコアの機械的剛性の低下といった諸問題が新たに発生するという欠点が派生した。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、製造工程の複雑化、磁気抵抗の増大、ステータコアの機械的剛性の低下といった諸問題の派生を防止しつつ、ステータコアのスロット開口部の十分な良好な狭窄又は全廃を実現可能な回転電機のステータを提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、電磁ギャップを挟んでロータに対面する周面近傍にティースおよびスロットを周方向へ交互に有する高透磁性のステータコアと、前記スロットに巻装されるステータコイルとを備える回転電機のステータにおいて、
前記ステータコアが、前記ティースと一体に形成されて前記ティースの径方向先端部から周方向へ延在することにより前記スロットと前記電磁ギャップとの連通を実質的に遮断する高透磁性の爪部を有し、
前記ステータコイルが、所定形状に分割されて前記スロットに軸方向に挿通された多数のセグメント導体の端部同士を前記ステータコアの軸方向外側で順次接続して形成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明は、セグメント順次接合型ステータコイルと閉スロット構造のステータコアとの組み合わせにより、閉スロット構造を構成するための分割コア構造を省略して製造工程の複雑化、磁気抵抗の増大、更にはステータコアの機械的剛性の低下といった諸問題を新たに派生させることなく、従来の分割コアの効果である電磁ギャップ又はステータコアのロータ対向周面近傍の磁気抵抗やその変動、磁束分布の歪み、さらにはこれらの原因によるトルク変動などの問題解決を実現することができ、実用上非常に優れた回転電機を実現することができる。
【００１０】
すなわち、この発明は、上記セグメント導体順次接続型ステータコイルをもつステータにおいては、セグメント導体をスロットに軸方向に挿通するためステータコイルを構成する導体をステータコアのスロット開口部を通じてスロットに挿入する作業が不必要となり、この結果として、スロット開口部の周方向幅を略０としてもなんらステータコアへのステータコイル装着作業に不都合が発生しないという、通常の連続導体型ステータコイルにはない特異的な特徴があることに着目してなされたものである。従来のセグメント順次接合型ステータコイルをもつステータ又はその製造方法においては、ステータコイルの巻線作業の簡素化やそのコイルエンドの軸方向長さの短縮を目的としていたため、このセグメント順次接合型ステータコイルを用いると従来のようにステータコアを分割することなく上述したスロット開口部を実質的に閉鎖する構造（以下、閉スロット構造ともいう）を採用することができるという点が全く看過されていた。
【００１１】
なお、この明細書でいう「ティースの径方向先端部から周方向へ延在してスロットと電磁ギャップとの連通を実質的に遮断する爪部」とは、スロット開口を、スロット両側のティースと一体のスロット開口遮蔽部で完全遮蔽する場合、並びに、スロット両側のティースからスロット開口遮蔽のために周方向へ延在する爪部の先端同士を突き合わせる（当接させる）場合とを意味するものとする。
【００１２】
本発明では更に、前記ティースの前記爪部は、前記スロットの両側に位置して径方向に延在する一対の前記ティースと完全に一体化されて、前記スロットを前記電磁ギャップから完全に断絶し、前記セグメント導体は、長板Ｕ字形状を有し、前記スロットは、径方向に長い略長方形断面を有している。これにより、スロット占積率を一層向上することができる。
【００１４】
好適態様において、前記爪部の径方向厚さは、前記電磁ギャップの径方向未満に設定されている。これにより、電機子反作用による偏磁作用を軽減することができるという効果を奏する。
【００１５】
なお、本発明の回転電機のステータは、インナロータ構造にも、アウタロータ構造にも適用することができる。
【００１６】
【発明を実施するための態様】
本発明の回転電機の固定子コアの好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１７】
【実施例１】
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態である車両用交流発電機の製造について図面を参照して説明する。図１はこの実施形態の車両用交流発電機の縦断面図、図２はステータコイルの一部をなすセグメントの斜視図、図３はスロット内におけるセグメントの収容状態を示す断面図である。
（全体構成）
図１において、車両用交流発電機１は、ロータ２、ステータ３、ハウジング４、レクチファイア５、出力端子６、回転軸７、ブラシ８、スリップリング９を有している。ステータ３は、ステータコイル３１と、ハウジング４の周壁内周面に固定されたステータコア３２とを有し、ステータコイル３１はステータコア３２の各スロットに巻装されている。ロータ３は、ハウジング４に回転自在に支持された回転軸７に固定されたランデル型のロータコア７１と、ロータコア７１に巻装された界磁コイル７２とを有し、ステータ３の径内側に配置されている。ステータコイル３１は三相電機子巻線であって、その三つの交流出力端から出力される三相交流電圧は、三相全波整流回路を構成するレクチファイア５で整流されて出力端子６から出力される。界磁コイル７２は、ブラシ８およびスリップリング９を通じて給電された界磁電流により磁化されて界磁磁界を発生する。界磁電流は、図示しないレギュレータにより調整されて発電電圧が所定レベルに制御される。この種の車両用交流発電機の構造、動作はオルタネータとしてもはや周知であるので、これ以上の説明は省略する。
（ステータコイル３１の説明）
ステータコイル３１は、図２に示す所定数のセグメント３３をステータコア３２の一側からステータコア３２の各スロットに挿通して、スロットから各セグメント３３の飛び出し端部をステータコア３２の他側に必要長さだけ突出させ、各セグメント３３の飛び出し端部を周方向に略電気角π／２だけそれぞれ捻り、各セグメント３３の飛び出し端部の先端部（接合部）を所定の組み合わせで溶接して構成されている。セグメント３３は、溶接部分すなわち上記飛び出し端部の先端部（接合部）を除いて樹脂皮膜で被覆された長板Ｕ字形状を有している。この種のセグメント順次接合型のステータコイル自体は、上述したようにもはや公知となっている。
【００１９】
セグメント（セグメント導体ともいう）３３の詳細を更に詳しく説明する。
【００２０】
セグメント３３は、略五角形又は略Ｕ字状又は略V字状に形成されたセグメントの頭部と、この頭部の両端から直線的に伸びてスロットに収容されている一対のスロット導体部と、両スロット導体部の先端からそれぞれ伸びる一対の飛び出し端部とからなる。これにより、ステータコイル３１は、ステータコア３２の一側に全体としてリング状に存在する第一のコイルエンド部（頭部側コイルエンド）３１１と、ステータコア３２の他側に全体としてリング状に存在する第二のコイルエンド（端部側コイルエンド）部３１２と、スロット内に存在するスロット導体部とに区分される。したがって、コイルエンド部３１１は各セグメント３３の上記頭部により構成され、コイルエンド部３１２は各セグメント３３の上記飛び出し端部により構成されている。
【００２１】
セグメント３３は、図２に示すように、大きい（大回り状の）大セグメント３３１と、小さい（小回り状の）小セグメント３３２とを有している。
【００２２】
大セグメント３３１において、３３１ａ、３３１ｂはスロット導体部、３３１ｃは頭部、３３１ｆ、３３１ｇは飛び出し端部である。飛び出し端部３３１ｆ、３３１ｇの先端部３３１ｄ、３３１ｅは接合部分であるので端部先端又は接合部とも称する。スロット導体部３３１ａを最内層のスロット導体部と称し、スロット導体部３３１ｂを最外層のスロット導体部と称する。
【００２３】
小セグメント３３２において、３３２ａ、３３２ｂはスロット導体部、３３２ｃは頭部、３３２ｆ、３３２ｇは飛び出し端部である。飛び出し端部３３２ｆ、３３２ｇの先端部３３２ｄ、３３２ｅは接合部分であるので端部先端又は接合部とも称する。スロット導体部３３２ａを中内層のスロット導体部と称し、スロット導体部３３２ｂを中外層のスロット導体部と称する。
【００２４】
符号’は、図示しない大セグメント又は小セグメントの符号’がない部分と同じ部分を示す。したがって、図２では、互いに径方向に隣接する接合部３３１ｄと接合部３３２ｄ’とが溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｄと接合部３３１ｄ’とが溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｅと接合部３３１ｅ’とが溶接されている。
【００２５】
図２では、最内層のスロット導体部３３１ａと中内層のスロット導体部３３２ａが、ロータコア７１の所定のスロットに収容される場合、同一のセグメント３３１、３３２の最外層のスロット導体部３３１ｂと中外層のスロット導体部３３２ｂはこの所定のスロットから所定奇数磁極ピッチＴ（この実施例では１磁極ピッチ（電気角度π））離れたスロットに収容される。小セグメント３３２の頭部３３２ｃは大セグメント３３１の頭部３３１ｃに囲まれるようにして配置されている。
【００２６】
スロットのセグメント配置状態を図３に示す。
【００２７】
最内層のスロット導体部３３１ａはステータコア３２のスロット３５の径方向最内側に配置され、以下、径方向外側へ順に、中内層のスロット導体部３３２ａ、中外層のスロット導体部３３２ｂ’、最外層のスロット導体部３３１ｂ’の順に配置され、結局、各スロット３５は４本のスロット導体部を４層１列に収容する。図３において、スロット導体部３３２ｂ’、３３２ｂ’は、スロット導体部３３２ａ、３３１ａをもつ大セグメント３３１、小セグメント３３２とは異なる大セグメント３３１、小セグメント３３２に属している。
【００２８】
大セグメント３３１と小セグメント３３２とをスロット３５に挿通する状態を図４に示す。ただし、図４では、ステータコア３２のスロット３５は従来通り径方向内側に開口するスロット開口部を有している。
【００２９】
必要本数の松葉状セグメントを準備する。この松葉状セグメントの両脚部は、互いに略隣接して直線状に延在しており、その頭部は鋭く屈曲している。次に、松葉状セグメントをＵ字状セグメントに加工してセグメントの一対のスロット導体部を周方向へ互いに略磁極ピッチ離れさせるともに必要数のセグメントをステータコアの各スロットに同時挿通できるようにそれらを空間配置（周方向へ整列）させる工程が行われる。この工程は、たとえば特許３１１８８３７号の第３図に示される同軸の一対の穴付きリングを用い、この両穴付きリングの周方向同位置の一対の穴に松葉状セグメントの両脚部を個別に挿入し、両リングを略磁極ピッチ相対回転して、この松葉状セグメントを、頭部が周方向へＶ字状に開いて全体として略Ｕ字状のＵ字状セグメントに加工することにより行われる。
【００３０】
この実施例では、小回り状の松葉状のセグメントの頭部捻り加工は、中内層のスロット導体部の径方向挿通位置に貫通孔をもつ中内層穴付きリングと、これと同軸に配置されて中外層のスロット導体部の径方向挿通位置に貫通孔をもつ中外層穴付きリングとを相対回転可能に設け、中内層穴付きリングの各貫通孔に小回り状の松葉状のセグメントの中内層のスロット導体部を嵌挿し、中外層穴付きリングの各貫通孔に小回り状の松葉状のセグメントの中外層のスロット導体部を嵌挿し、小回り状の松葉状のセグメントの頭部の頂点を回動しないように保持プレートで保持して、両穴付きリングを互いに逆方向に１／２磁極ピッチづつ回動させて行われる。これにより、図２に示す小回り状のＵ字状セグメント３３２が捻り加工により形成される。なお、両穴付きリングの回動とともに、小回り状の松葉状のセグメントの頭部の頂点は軸方向穴付きリング側へ変位するので、これに合わせて、保持プレートが軸方向に変位される。
【００３１】
同様に、大回り状の松葉状のセグメントの頭部捻り加工は、最内層のスロット導体部の径方向挿通位置に貫通孔をもつ最内層穴付きリングと、これと同軸に配置されて最外層のスロット導体部の径方向挿通位置に貫通孔をもつ最外層穴付きリングとを相対回転可能に設け、最内層穴付きリングの各貫通孔に大回り状の松葉状のセグメントの最内層のスロット導体部を嵌挿し、最外層穴付きリングの各貫通孔に大回り状の松葉状のセグメントの最外層のスロット導体部を嵌挿し、大回り状の松葉状のセグメントの頭部の頂点を回動しないように保持プレートで保持して、両穴付きリングを互いに逆方向に１／２磁極ピッチづつ回動させて行われる。これにより、図２に示す大回り状のＵ字状セグメント３３１が捻り加工により形成される。なお、両穴付きリングの回動とともに、大回り状の松葉状のセグメントの頭部の頂点は軸方向穴付きリング側へ変位するので、これに合わせて、保持プレートが軸方向に変位される。
【００３２】
２．セグメント挿入工程
次に、小回り状のＵ字状セグメント３３２を上記両穴付きリングから抜き出して、図４に一部示すようにステータコア３２のスロット３５の中内層位置及び中外層位置に挿通する。この時、上記保持プレートで各小回り状のＵ字状セグメント３３２がばらけないように保持することにより、各小回り状のＵ字状セグメント３３２を一挙にスロット３５に挿通することができる。その後、この保持プレートは取り外される。
【００３３】
同様に、大回り状のＵ字状セグメント３３１を上記両穴付きリングから抜き出して、図４に一部示すようにステータコア３２のスロット３５の最内層位置及び最外層位置に挿通する。この時、上記保持プレートで各大回り状のＵ字状セグメント３３１がばらけないように保持することにより、各大回り状のＵ字状セグメント３３１を一挙にスロット３５に挿通することができる。その後、この保持プレートは取り外される。
【００３４】
なお、上記した小回り状のＵ字状セグメント３３２、大回り状のＵ字状セグメント３３１のステータコアのスロット３５へ挿通するまでの工程は上記に限られるものではなく、上記した他に種々採用することができる。
【００３５】
３．端部捻り工程
上記のようにスロットに挿通されたセグメント３３の端部の捻り成形工程を以下に説明する。
【００３６】
この実施例では、大セグメント３３１の最外層スロット導体部３３１ｂに連なる端部３３１ｇ（外層側端部ともいう）は周方向一方側に捻られ、大セグメント３３１の最内層スロット導体部３３１ａに連なる端部３３１ｆ（内層側端部ともいう）は周方向他方側に捻られている。小セグメント３３２の中内層のスロット導体部３３２ａに連なる端部３３２ｆ（内層側端部ともいう）は周方向一方側に捻られ、小セグメント３３２の中外層のスロット導体部３３２ｂに連なる端部３３２ｇ（外層側端部ともいう）は周方向他方側に捻られている。導体部３３１ｆと３３２ｆとの周方向捻り量の合計は１磁極ピッチとされ、導体部３３１ｇと３３２ｇとの周方向捻り量の合計は１磁極ピッチとされている。
【００３７】
上記した大セグメント３３１および小セグメント３３２の捻り加工を図５、図６を参照して更に詳しく説明する。図５はステータコイル捻り装置５００の模式縦断面図、図６は図５におけるＡーＡ断面矢視図である。
【００３８】
まず、ステータコイル捻り装置５００の構成を説明する。
【００３９】
ステータコイル捻り装置５００は、ステータコア３２の外周部を受けるワーク受け５１、ステータコア３２の径方向の動きを規制して保持するクランパ５２、ステータコア３２の浮き上がりを防止するワーク押さえ５３、ステータコア３２の一端から出たセグメント３３の飛び出し脚部を捻るための捻り整形部５４、捻り整形部５４を軸方向に駆動するための昇降用シャフト５４ａ、捻り整形部５４を周方向に回転駆動する回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａ、昇降用シャフト５４ａを軸方向に移動するための昇降駆動機構５４ｂ、及び、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａと昇降駆動機構５４ｂとを制御するコントローラ５５を備えている。
【００４０】
捻り整形部５４は、同心状に配置された４つの円筒状の捻り治具５４１〜５４４がそれらの先端面を揃えて配置されている。各捻り治具５４１〜５４４は回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａにより独立に回転可能とされ、かつ、昇降駆動機構５４ｂにより昇降用シャフト５４ａを昇降することにより同時に昇降可能となっている。
【００４１】
図６に示されているように、捻り治具５４１〜５４４の先端面には、挿入されたセグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの各先端（接合部）を保持するセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂが穿設されている。このセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂは、ステータコア３２のスロット３５（図３、図４参照）と等しい数だけ、各捻り治具５４１〜５４４の周方向に並べて形成されている。なお、図３において、３４は絶縁用樹脂シートである。
【００４２】
セグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂは、図６に示すように、互いに径方向に隣接するセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂ同士の連通を防止するための隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄが設けられている。隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄの厚みは、径方向外側から数えて１層目と２層目との間の隔壁５４１ｃ、５４２ｃで形成される間隔ｄ１及び３層目と４層目の間の隔壁５４３ｃ、５４４ｃで形成される間隔ｄ３よりも、２層目と３層目との間の隔壁５４２ｄ、５４３ｄで形成される間隔ｄ２の方が大きくなるように設定されている。
【００４３】
次に、ステータコイル捻り装置５の作動を説明する。
【００４４】
スロット３５内にセグメント３３が配置されたステータコア３２をワーク受け５１にセットする。次に、ステータコア３２の外周部をクランパ５２に固定する。その後、ワーク押さえ５３でステータコア３２の上部及び大セグメント３３１の頭部３３１ｃを押さえることにより、ステータコア３２及びセグメント３３の上下方向の動きを規制する。
【００４５】
セグメント３３が配置されたステータコア３２をクランパ５２及びワーク受け５３により固定した後、昇降用シャフト５４ａによって捻り整形部５４を上昇させ、各捻り治具５４１〜５４４に形成されたセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにセグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを挿入する。
【００４６】
セグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにはセグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの先端すなわち後に接合部となる部分だけが挿入可能となっている。セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇはテーパ状に形成されているため、セグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにスムーズに挿入されることができる。
【００４７】
セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを捻り整形部５４のセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂに挿入した後、捻り整形部５４は、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａおよび昇降駆動機構５４ｂにより回動され、昇降される。捻り整形部５４は捻り整形部５４１〜５４４の全て同時に行う。
【００４８】
次に、捻り整形部５５４の回転について説明する。
【００４９】
捻り治具５４１および治具５４３が時計回り方向に第一の角度だけ回転させ、捻り治具５４２および捻り治具５４４が反時計回り方向に第二の角度だけ回転させる。
【００５０】
ここで重要なことは、上記第一の角度は、上記第二の角度よりも５０％以上大きく設定されている点にある。これにより、セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうちスロット３５の出口からセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分に曲げＲがつけられる。従って、端部３３１ｇ、３３２ｆには大きな曲げＲがつけられ、端部３３１ｆ、３３２ｇには小さい曲げＲがつけられる。
【００５１】
その後、セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうちスロット３５の出口からセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分の長さを一定に保つように、昇降駆動機構５４ｂおよび回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａを制御しながら捻り整形部５４を回転しながら上昇させる。この時、セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇは円弧状の軌跡を描くように回転しながら上昇する。この円弧状の軌跡を描く捻りは、スプリングバックによるセグメント３３の変形を防止するため、半磁極ピッチ（Ｔ／２）に相当する角度を所定量超えた角度まで行われる。
【００５２】
なお、この工程においては、捻り整形部５４１〜５４４は、周方向だけでなく軸方向にも規定の加工量を所定量超えて駆動されるが、セグメント３３のスロット３５の出口部分が既に曲げられているため、セグメント３３が上昇してスロット３５から抜け出すことはない。
【００５３】
その後、昇降駆動機構５４ｂおよび回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａを上記前工程と逆向きの回転と下降をさせる。このようにして、セグメント３３の捻り行程を終了し、捻り整形部５４を下降させて捻り治具５４１〜５４４のセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂからセグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを取り外す。セグメント３３が外された捻り整形部５４は回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａによって回転され、原位置に戻される。最後に、クランパ５２及びワーク押さえ５３が外され、セグメント３３に捻りが加えられたステータが取り出される。
【００５４】
その後、隣りあう端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの接合部３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅを溶接して、所要のターン数をもった３相のステータコイルを完成する。
【００５５】
結局、この捻り工程は、まずセグメント３３の端部を周方向にのみ回転変位させてセグメント３３を周方向に倒し、続いてセグメント３３の端部を周方向並びに軸方向に変位させてセグメント３３を深く傾け、その後、所定の加工量を超えてセグメント３３の端部を周方向ならびに軸方向に変位させてセグメント３３を過剰に深く傾け、その後でセグメント３３の端部を所定の加工量まで戻すことにより行われる。
【００５６】
捻り整形部５４はステータコア３２に対して、周方向だけでなく軸方向にも相対移動する。そのため、セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうち、スロット３５の出口からセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分、すなわち、端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇからその端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅの長さを差し引いた長さを一定に保つように、セグメント３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇが円弧状の軌跡を描くように捻じることができ、これにより、セグメント３３がセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂから抜け出るのを防止することができる。
【００５７】
また、セグメント３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅのみが、セグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂに挿入されており、また、前述のようにセグメント３３がセグメント挿入部５４１ｂ〜５４４ｂから抜け出ることはない。従って、セグメント３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅ以外に傷がつくのを防止することができる。なお、セグメント３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅは、捻り後に他のセグメント３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅと接合されるため、傷は全く問題とならない。
【００５８】
また、隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄの厚みは、１層目と２層目との隔壁５４１ｃ、５４２ｃ及び３層目と４層目との間の隔壁５４３ｃ、５４４ｃよりも、３層目と４層目との間の隔壁５４１ｄ、５４２ｄが大きくなるように設定されている。１層目と２層目および３層目と４層目とをそれぞれ逆方向に半磁極ピッチ回転すると、１層目と２層目および３層目と４層目のセグメント３３が互いに接近する。一方、２層目と３層目のセグメント３３の挿入部５４２ｂ、５４３ｂは隔壁５４２ｄ、５４３ｄの厚みが大きく設定されているため、２層目と３層目のセグメント３の間の間隔は大きくなる。これにより、接合するセグメント３３間、即ち１層目と２層目並びに３層目と４層目のセグメント３３間は接近させることができ、また、接合しない３層目と４層目のセグメント３３間は隙間を大きくして、接合工程を容易にすることができる。
【００５９】
また、捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４を交換することで、各種ステータに対応することができる。例えば、３６スロットのステータに限らず、４８、８４、９６といった、より多いスロット数をもったステータに対しても、捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４の交換により対応することができる。しかも、各捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４の回転量を相互に独立して制御でき、それらの回転量と独立して昇降量を制御できるため、種々のステータにおいても、適切な捻り加工を加えることができる。
４．接合工程
次に行う接合工程を以下に説明する。
【００６０】
上記端部の捻りの後、図２に示すように、径方向内側から１層目と２層目の端部先端（接合部）が溶接され、径方向内側から３層目と４層目の端部先端（接合部）が溶接されて、ステータコイル３１が完成される。溶接には、ＴＩＧ溶接、ロー付け、抵抗溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接等が用いられる。
【００６１】
このようにして完成されたステータコイル３１の状態を図７、図８に示す。ただし、この例では、端部３３１ｆ、３３２ｇを周方向に大きく捻り整形し、端部３３１ｇ、３３２ｆを小さく捻り整形した場合を示す。
（変形態様）
上記実施例では、略U字状又は略V字状の頭部を有するセグメント導体をスロットに軸方向に挿通する態様を説明したが、その他、ステータコアの両側でセグメント接合を実施することもできる。この場合には、上記Ｖ字状セグメントではなく、後述する斜めＬ字状セグメント、Ｉ字状セグメントを採用して、上記ステータコアの両側においてセグメント間の接合を行うことによりステータコイルが形成される。
【００６２】
図９に示す変形態様では、斜めＬ字状セグメント１０１０をスロット３０００に挿入後、そのスロット外の一端部を屈曲し、接合してステータコイルを形成する場合を示し、図１０は、Ｉ字状セグメント１０２０をスロット３０００に挿入後、そのスロット外の両端部をそれぞれ屈曲し、接合してステータコイルを形成する場合を示す。
（この実施例のステータコア形状）
この実施例のステータコア形状を図１１、図１２を参照して以下に説明する。
【００６３】
図１１において、１００はステータコア（図１におけるステータコア３２に相当）、１０１はスロット、１０２はティース、１０３はスロット開口遮蔽部（本発明でいう爪部）である。
【００６４】
ステータコア１００は、薄い電磁鋼板を打ち抜き後、積層して形成されており、図１１において図示省略したロータコアの外周面に対面するステータコア１００の内周面近傍には、スロット１０１とティース１０２とが周方向交互に等ピッチで形成されている。
【００６５】
この実施例では特に、スロット１００が径方向に長い略長方形断面を有し、その径方向内側の短辺とステータコア１００の内周面との間には、ティース１０２から周方向に延在するスロット開口遮蔽部（本発明でいう爪部）で１０３が設けられている。なお、スロット１００の角部は図１１、図１２に示されるように面取りされている。更に説明すると、このスロット開口遮蔽部１０３は、各スロット１０１の両側のティース１０２、１０２の径方向内側の端部同士を磁気的に連通するようにティース１０２又はステータコア１００と一体に電磁鋼板から打ち抜かれて、スロット１０１と電磁ギャップｇとの連通を完全に遮断している。
【００６６】
これにより、電磁ギャップｇ又はステータコア１００のロータ対向周面１０４近傍における磁気抵抗やその変動、磁束分布の歪み、さらにはこれらの原因によるトルク変動や騒音などの問題を、分割ステータコアの組み立てという厄介な問題を回避しつつ解決することができる。
【００６７】
なお、この実施例では、スロット開口遮蔽部１０３（本発明で言う爪部）の径方向幅は、ロータコアの外周面とステータコアのロータ対向周面との間の径方向ギャップ（電磁ギャップｇ）の径方向幅ｘ未満に制限される。これにより、ステータコイルが形成する界磁束やロータが発生する磁束がこのスロット開口遮蔽部１０３によりバイパスして回転電機の性能を低下させる問題を改善することができる。
【００７４】
（変形態様）
上記した実施例では、ステータコアを積層電磁鋼板により構成したが、その代わりにテープ状電磁鋼板を螺旋巻きにして形成しても良いことはもちろんである。この螺旋巻きの場合は、図１５、図１６の突き合わせ爪部によりスロットを遮蔽する構造が螺旋形成上での応力低減の点で特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の車両用交流発電機の縦断面図である。
【図２】図１のセグメントの模式斜視図である。
【図３】図１のステータコアの部分断面図である。
【図４】セグメントのスロット挿通直前の状態を示す模式斜視図である。
【図５】捻り整形装置の模式縦断面図である。
【図６】図５の捻り治具の平面図である。
【図７】捻り整形方法で作製したステータコイルの部分径方向展開図である。
【図８】図７に示すステータコイルの部分正面図である。
【図９】斜めＬ字状セグメントをスロットに挿入して端部を折り曲げる工程を示す模式工程図である。
【図１０】Ｉ字状セグメントをスロットに挿入して端部を折り曲げる工程を示す模式工程図である。
【図１１】電磁ギャップから完全に遮断されたスロットを有するステータコアを示す径方向側面図である。
【図１２】図１１の部分拡大図である。
【符号の説明】
１００ステータコア
１０１スロット
１０２ティース
１０３スロット開口遮蔽部（爪部）
ｇ電磁ギャップ

Claims

電磁ギャップを挟んでロータに対面する周面近傍にティースおよびスロットを周方向へ交互に有する高透磁性のステータコアと、前記スロットに巻装されるステータコイルとを備える回転電機のステータにおいて、
前記ステータコアは、前記ティースと一体に形成されて前記ティースの径方向先端部から周方向へ延在することにより前記スロットと前記電磁ギャップとの連通を実質的に遮断する高透磁性の爪部を有し、
前記ステータコイルは、所定形状に分割されて前記スロットに軸方向に挿通された多数のセグメント導体の端部同士を前記ステータコアの軸方向外側で順次接続して形成され、
前記ティースの前記爪部は、前記スロットの両側に位置して径方向に延在する一対の前記ティースと完全に一体化されて前記スロットを前記電磁ギャップから完全に断絶し、
前記セグメント導体は、長板Ｕ字形状を有し、
前記スロットは、径方向に長い略長方形断面を有していることを特徴とする回転電機のステータ。
請求項１記載の回転電機のステータにおいて、
前記爪部の径方向厚さは、前記電磁ギャップの径方向未満に設定されていることを特徴とする回転電機のステータ。