JP4160536B2 - 回転電機の固定子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子及びその製造方法に係り、特に、同期機に用いるに好適な回転電機の固定子及びその製造方法に関する。

従来の回転電機の固定子としては、固定子の一つのティース（歯部）にコイルを巻線する集中巻式の固定子が知られている。コイルの巻線方法としては、例えば、特開平１１−１７８２５９号公報に示されるように、固定子コアをティースコア部とコアバック部に分割し、分割したティースコア部にボビンを装着することにより巻線した後、ボビンの装着されたティースコア部とコアバック部を結合して組み立てるものが知られている。

特開平１１−１７８２５９号公報

しかしながら、従来の方式では、分割したティースコアにボビン等の絶縁部材を装着し、巻線機の回転軸に直接装填、または、フライヤ式ノズルにて、巻線するため、特に太線や平角線の様に、巻きテンションが過大となるコイルでは、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形し、コイルに損傷を与え、コイルの絶縁性能を低下させるという問題があった。一方、ボビン破損防止を目的に、ボビンの肉厚を増加させると、ボビンの熱伝達が低下するため、高温のコイルの冷却が阻害される問題があった。

本発明の目的は、コイルの絶縁性能や冷却性が向上した回転電機の固定子及びその製造方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心と、前記固定子鉄心の歯部に巻回するように前記固定子鉄心のスロットに装着された固定子コイルを有する回転電機の固定子であって、上記固定子コイルは、Ｕ字形状に成形された長さの異なるＵ字コイルを複数積層することにより、上記固定子歯部を挟んで隣接する前記スロットに挿入されており、前記複数のＵ字コイルは、複数の短コイルと、Ｕ字形状の直線部が前記短コイルより長い複数の長コイルとを備え、前記短コイルと前記長コイルは、交互に積層され、前記複数のＵ字コイルの内、前記複数の長コイルは、それぞれ、その２つの端部が共に斜めに切断されているとともに、第１の端部は、一方に隣接する第１の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げられており、第２の端部は、他方に隣接する第２の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げられており、前記長コイルの前記第１の端部の斜め部分が、前記第１の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面に接続され、前記長コイルの前記第２の端部の斜め部分が、前記第２の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面に接続されているものである。
かかる構成により、平角線や太線のような巻きテンションが過大となるコイルを用いた場合でも、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形したり、コイルに損傷を与えることがなく、コイルの絶縁性能を向上させることができ、また、ボビン破損防止のために、ボビンの肉厚を増加させる必要もないため、ボビンの熱伝達が低下することもなく、高温のコイルの冷却性も向上し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、複数の前記Ｕ字コイルは、前記スロットに挿入されている部分において、絶縁物で固定されているものである。

（３）上記目的を達成するために、本発明は、絶縁被覆を施された直線状の平角線を用意する工程と、前記平角線を所定の長さに切断することにより、長さの異なる複数の平角線を成形する工程と、複数の前記平角線をＵ字状に成形する工程と、前記平角線の両端部の前記絶縁被覆を剥離する工程と、固定子鉄心に設けられた複数のスロットのうち隣接するスロットの内部に、Ｕ字形状に成形された複数の前記平角線を、長さの短い短コイルと長さの長い長コイルとを交互に挿入する工程と、複数の前記平角線の内、長い方の平角線の両方の端部を斜めに切断する工程と、前記複数のＵ字コイルの内、前記複数の長コイルを、それぞれ、その２つの端部が共に斜めに切断するとともに、第１の端部は、一方に隣接する第１の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げ、第２の端部は、他方に隣接する第２の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げる工程と、前記長コイルの前記第１の端部の斜め部分が、前記第１の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面方向に接続し、前記長コイルの前記第２の端部の斜め部分が、前記第２の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面方向に接続することにより所定巻回数を得る工程とを有するものである。
かかる方法により、平角線や太線のような巻きテンションが過大となるコイルを用いた場合でも、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形したり、コイルに損傷を与えることがなく、コイルの絶縁性能を向上させることができ、また、ボビン破損防止のために、ボビンの肉厚を増加させる必要もないため、ボビンの熱伝達が低下することもなく、高温のコイルの冷却性も向上し得るものとなる。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記平角線の端部は、溶接により接続されるものである。

（５）上記（４）において、好ましくは、長さの異なる複数の前記平角線は、前記スロットに挿入される部分において、絶縁物で固定されている該スロットに挿入されるものである。

本発明によれば、回転電機の固定子コイルの絶縁性能や冷却性が向上することができる。

以下、図１〜図１３を用いて、本発明の第１の実施形態による回転電機の固定子の構成及び製造方法について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による固定子の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による回転電機の固定子の全体構成を示す正面図である。

固定子１０は、固定子鉄心２０と、コイル４０と、接続環５０とから構成されている。コイル４０は、図２及び図４を用いて後述するように、Ｕ字形状の平角線を積層したものであり、固定子鉄心２０に設けられたスロット２２の中に、図示の右側から挿入されている。コイル４０の反Ｕ字側端部は、折り曲げた上で、隣り合う平角線同士を接続することにより、所定の巻回数の巻線状となっている。また、巻線形状となったコイル４０の２つの端部は、接続環５０によって接続され、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）をＹ結線されている。

次に、図２に用いて、本実施形態による固定子１０の組み付け状態について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機の固定子の組み付け状態を示す鳥瞰図である。

固定子鉄心２０は、円環状のコアバック部から内周方向に延びる複数の歯部２４を有している。隣接する歯部２４の間に、スロット２２が形成されている。固定子鉄心２０は、コアバック部と歯部が一体的に打ち抜き成形された薄板部材を積層して形成されている。

固定子コイル４０は、直線状の平角線をＵ字形状になるように予め成形して、固定子鉄心２０に設けられた複数スロット２２の径方向に複数本積層するように、固定子歯部２４を挟んで隣接するスロットに直線二辺を挿入される。固定子コイル４０がスロット２２に挿入された後、コイル４０の挿入側の端部（反Ｕ字側端部）が交互に折り曲げられ、隣り合う平角線同士を接続することにより、所定の巻回数の巻線状となる。さらに、全コイルを所定の接続回路に構成するために、例えば３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）をＹ結線として中性点になる渡り線の接続も予め完了させた接続環５０を積層したコイル４０の巻回両端部に接続して、固定子コイルが所望の接続になるようにして、固定子１０を構成する。

次に、図３〜図１１用いて、本実施形態による固定子の詳細構成について説明する。
最初に、図３〜図５を用いて、本実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程について説明する。
図３〜図５は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。

図４に示すように、固定子コイルは、絶縁被覆を施された平角線４０Ｚを用いて製造する。線材状の平角線を所定の長さに切断し、さらに、その切断時に、両端部を斜めに切断している。両端部を斜めに切断するのは、コイル状にするために、両端部を接続（例えば、ＴＩＧ溶接）する際に、その接続が容易で、確実にするためにである。

次に、図４に示すように、成形治具を用いて、Ｕ字形の固定子コイル４０Ｙに成形する。

更に、図５に示すように、図４に示した固定子コイル４０Ｙの両端部の絶縁被覆を剥離して、固定子コイル４０を成形する。絶縁被覆の剥離は、接続時の接合品質を安定させるためのものである。

次に、図６を用いて、本実施形態による固定子に用いる固定子コイルの形状について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの形状を示す平面図である。

本実施形態においては、図３〜図５の工程により、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、３種類の固定子コイル４０Ｓ，４０Ｌ，４０Ｅを成形する。図６（Ａ）に示す短コイル４０Ｓは、全長がＬ１のコイルである。全長Ｌ１は、固定子コアの全長よりも僅かに長いものである。

図６（Ｂ）に示す長コイル４０Ｌは、全長がＬ２のコイルである。長コイル４０Ｌの全長Ｌ２は、短コイル４０Ｓの全長Ｌ１より数ｍｍ程度長いものである。長コイル４０Ｌの端部は、図１０用いて後述するように、短コイル４０Ｓの端部と接触するように、斜めに曲げられる。例えば、コイル４０を挿入する固定歯部の幅が１０ｍｍとして、曲げる角度が４５°の場合、（Ｌ２−Ｌ１）は、４ｍｍ程度である。

図６（Ｃ）に示す両端用コイル４０Ｅは、Ｕ字形のコイルの一方の側の長さが、Ｌ２であり、他方の側の長さがＬ３である。長さＬ３の方の直線部の端部は、接続環５０と接続するために用いられる。（Ｌ３−Ｌ２）は、数ｍｍ程度である。

次に、図７を用いて、本実施形態による固定子に用いる積層固定子コイルについて説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる積層固定子コイルを示す斜視図である。

本実施形態では、所定巻回数を形成するため、図７で示すように、複数の固定子コイル４０Ｓ，４０Ｌ，４０Ｅを積層して、積層固定子コイル４０Ｉを形成している。積層固定子コイル４０Ｉは、２個の両端用固定子コイル４０Ｅと、ｎ個の長コイル４０Ｌと、（ｎ＋１）個の短コイル４０Ｓを積層して形成される。ｎ個の長コイル４０Ｌと、（ｎ＋１）個の短コイル４０Ｓを交互に積層すると、短コイル４０Ｓが長コイル４０Ｌより１個多いため、両側に短コイル４０Ｓが位置する。さらに、その両側に、両端用コイル４０Ｅを積層することにより、積層固定子コイル４０Ｉが積層形成される。なお、各コイルの端部は斜めに切断されているものであるが、図示は省略している。

３種類のコイル４０Ｓ，４０Ｌ，４０Ｅを積層した上で、スロットに挿入されるコイル部分のみ、絶縁物にて外装して、固定する。これによって、積層固定された積層コイル４０Ｉは、一体的に取り扱うことができるため、固定子スロットへの挿入が容易となる。なお、積層状態で固定することなく、固定子スロットに挿入してもよく、また、３種類の固定子コイル４０Ｓ，４０Ｌ，４０Ｅを、１個ずつ、固定子スロットに挿入しながら、固定子スロット内で積層状態にしてもよいものである。

次に、図８〜図１１を用いて、本実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法について説明する。
図８及び図９は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図であり、それぞれ、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形時の状態を示す部分拡大側面図である。

図８及び図９は、固定子コア２０の固定子歯部２４を挟んで、積層固定子コイル４０Ｉが挿入された状態を、固定子コイル４０Ｉの反Ｕ字側端部見た状態を示している。なお、ここでは、説明の都合上、積層固定子コイル４０Ｉは、２個の両端用固定子コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２と、１個の長コイル４０Ｌ１と、２個の短コイル４０Ｓ１，４０Ｓ２を積層して形成されているものとする。また、図８及び図９に示す状態では、各固定子コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２，４０Ｌ１，４０Ｓ１，４０Ｓ２の間には、隙間があるように図示しているが、実際には、各コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２，４０Ｌ１，４０Ｓ１，４０Ｓ２は接触して積層されているものであるが、説明がわかりやすいように、各コイル間に隙間があるように図示している。

図示するように、長コイル４０Ｌ１は、２個の短コイル４０Ｓ１，４０Ｓ２に挟まれて積層され、さらに、両側には、両端用固定子コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２が積層される。ここで、短コイル４０Ｓ１の反Ｕ字側端部を、それぞれ、端部４０Ｓ１−１，４０Ｓ１−２とする。また、短コイル４０Ｓ２の反Ｕ字側端部を、それぞれ、端部４０Ｓ２−１，４０Ｓ２−２とする。また、長コイル４０Ｌ１の反Ｕ字側端部を、それぞれ、端部４０Ｌ１−１，４０Ｌ１−２とする。さらに、両端用コイル４０Ｅ１の反Ｕ字側端部は、図６（Ｃ）に示すように、長い側の端部と短い側の端部があるが、長い側の端部を端部４０Ｅ１−Ｌとし、短い側の端部を端部４０Ｅ１−Ｓとする。また、両端用コイル４０Ｅ２の反Ｕ字側端部の内、長い側の端部を端部４０Ｅ２−Ｌとし、短い側の端部を端部４０Ｅ２−Ｓとする。

図６（Ａ），（Ｂ）において説明したように、長コイル４０Ｌは、短コイル４０Ｓよりも長いので、図９に示すように、長コイル４０Ｌ１の一方の端部４０Ｌ１−１を短コイル４０Ｓ１の一方の端部４０Ｓ１−２の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、長コイル４０Ｌ１の他方の端部４０Ｌ１−２を短コイル４０Ｓ２の一方の端部４０Ｓ２−１の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。

また、図６（Ｂ），（Ｃ）に示したように、両端用コイル４０Ｅ１の短い方の端部側の長さは、長コイル４０Ｌ１の長さＬ２と等しいので、両端用コイル４０Ｅ１の短い方の端部４０Ｅ１−Ｓを短コイル４０Ｓ１の他方の端部４０Ｓ１−１の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、両端用コイル４０Ｅ２の短い方の端部４０Ｅ２−Ｓを短コイル４０Ｓ２の他方の端部４０Ｓ２−２の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。

そして、端部４０Ｌ１−１と端部４０Ｓ１−２，端部４０Ｌ１−２と端部４０Ｓ２−１，端部４０Ｅ１−Ｓと端部４０Ｓ１−１，端部４０Ｅ２−Ｓと端部４０Ｓ２−２とを、溶接等によって接続固定する。

次に、図１０及び図１１を用いて、本実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状について説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す図であり、図９のＡ矢視断面図である。図１１は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す斜視図である。なお、図１〜図９と同一符号は、同一部分を示している。

図１０は、固定子１０をスロット２２部で軸方向に切断した状態を示している。図１０に示すように、固定子コイル４０は、絶縁物３０を介して、固定子歯部２４を挟むように隣接するスロット２２Ａと２２Ｂに挿入し、固定子コイル４０の反Ｕ字側端部を交互に折り曲げ接続することにより、一巻閉回路コイルを構成している。

両端用コイル４０Ｅ２の短い方の端部４０Ｅ２−Ｓは、短コイル４０Ｓ２の他方の端部４０Ｓ２−２の方に折り曲げ、互いに接触させた後、溶接固定される。長コイル４０Ｌ１の他方の端部４０Ｌ１−２を短コイル４０Ｓ２の一方の端部４０Ｓ２−１の方に折り曲げ、互いに接触させた後、溶接固定される。

両端用コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２の長い方の端部４０Ｅ１−Ｌ，４０Ｅ２−Ｌは溶接部分よりも長く、突出した状態となっている。これらの端部は、巻回コイルの巻始め、巻終わりに相当し、後述するように、接続環６０と接続するために用いられる。

図１１では、積層固定子コイル４０Ｉは、２個の両端用固定子コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２と、４個の長コイル４０Ｌと、５個の短コイル４０Ｓを積層して、１３個のコイルを積層し、端部を溶接接続して、巻回数が１３のコイルを形成した状態を示している。なお、両端用コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２の長い方の端部４０Ｅ１−Ｌ，４０Ｅ２−Ｌも、折り曲げているが、これは、接続環との接続を容易にするためであり、接続環の形状によっては、図１０に示したままのように、端部４０Ｅ１−Ｌ，４０Ｅ２−Ｌの折り曲げを不要とすることもできる。

図９に示したように、溶接固定する箇所は、例えば、端部４０Ｌ１−１と端部４０Ｓ１−２，端部４０Ｅ１−Ｓと端部４０Ｓ１−１との間には、端部４０Ｌ１−２を折り曲げるようにしているため、各コイルが接触しているとしても、溶接固定する部分の間には、コイル１個分の隙間が形成される。従って、溶接部同士が接触して短絡することを容易に防止することができ、絶縁性を向上することができる。すなわち、積層したコイル４０の反Ｕ字側開口端では、折り曲げるコイル同士が干渉しないようにコイル１本分ずれるように成形している。

次に、図１２を用いて、本実施形態による固定子に用いる接続環の構成について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる接続環の構成を示す平面図である。

ここで、接続環５０は、３相のＹ結線で構成したもので説明する。接続環５０には、渡り線５２が取り付けられている。渡り線５２の両端部には、開口５２Ａ，５２Ｂが設けられている。そして、開口５２には、３スロットおきに、積層コイル４０の両端部４０Ｅ１−Ｌ，４０Ｅ２−Ｌと交互に接続することで、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相が形成される。また、中性線５４は、渡り線５２にて、積層コイルの巻き終わりに相当する端部を接続することで形成される。なお、渡り線５２及び中性線５４は、耐熱樹脂にインサート成形し、一体成形された接続環５０を構成する。この接続環５０を、固定子コイル４０に接続して、固定子１０を所望の接続に構成する。

ここで、図１３を用いて、本実施形態による固定子における固定子コイルと接続環の接続状態について説明する。
図１３は、本発明の第１の実施形態による固定子における固定子コイルと接続環の接続状態を示す図であり、図１０と同一方向から図示している。図１０と同一符号は、同一部分を示している。

図８〜図１０に示したようにして巻回コイルが形成されると、両端用コイル４０Ｅ１，４０Ｅ２の長い方の端部４０Ｅ１−Ｌ，４０Ｅ２−Ｌは、巻回コイルの巻始め、巻終わりに相当するので、これらの端部は、図１２に示した接続環５０の渡り線５２の両端の開口５２Ａ，５２Ｂに挿入され、接続固定される。

以上説明したように、本実施形態によれば、固定子コイルは、予めＵ字型に成形したＵ字コイルを積層するようにして、固定子歯部を挟んで隣接するスロットに挿入し、このＵ字コイルの端部を、隣接するＵ字コイルの端部に接続するようにして、所定巻回数を得るという構成にしているので、平角線や太線のような巻きテンションが過大となるコイルを用いた場合でも、絶縁部材のボビンが破損したり、積層締結されたティースコアが変形したり、コイルに損傷を与えることがなく、コイルの絶縁性能を向上させることができる。また、ボビン破損防止のために、ボビンの肉厚を増加させる必要もないため、ボビンの熱伝達が低下することもなく、高温のコイルの冷却性も向上することができる。

次に、図１４〜図１８を用いて、本発明の第２の実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
最初に、図１４及び図１５を用いて、本実施形態による固定子に用いる固定子コイルの構成について説明する。
図１４及び図１５は、本発明の第２の実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの構成を示す平面図及び側面図である。図１４（Ａ）は、本実施形態による屈曲成形加工前の固定子コイルの側面図を示し、図１４（Ｂ）は、本実施形態による固定子コイルの平面図を示している。図１５（Ａ）は、本実施形態による屈曲成形加工後の固定子コイルの側面図を示し、図１５（Ｂ）は、本実施形態による固定子コイルの平面図を示している。

図１４（Ｂ）に示すように、本実施形態による屈曲成形加工前の固定子コイル４０Ｘは、Ｕ字形状をしている。なお、詳細な図示は省略しているが、図５に示した固定子コイル４０と同様に、固定子コイル４０Ｘの両端部は、斜めに切断されており、さらに、両端部の絶縁被覆は剥離されているものである。

次に、図１４に示した固定子コイル４０Ｘに対して、屈曲成形加工を施して、図１５に示すような形状の固定子コイル４０Ｗとする。固定子コイル４０Ｗは、特に、図１５（Ａ）に示すように、屈曲部４０Ｗ１が形成されている。屈曲部４０Ｗ１は、Ｕ字形の固定子コイル４０ＷのＵ字側の中央部に設けられている。従って、固定コイル４０Ｗの２つの直線部４０Ｗ２，４０Ｗ３は、段違いの平行状態となっている。

次に、図１６を用いて、本実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図１６は、本発明の第２の実施形態による回転電機の固定子に用いるの構成を要部背面図である。

図示するように、図１５に示した屈曲成形加工された固定子コイル４０Ｗは、複数個が積層されて、固定子コア２０の固定子歯部２４を挟み込みように、固定子スロット部に挿入される。

次に、図１７及び図１８を用いて、本実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図１７及び図１８は、本発明の第２の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図であり、それぞれ、本発明の第２の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形時の状態を示す部分拡大側面図である。

図１７及び図１８は、固定子コア２０の固定子歯部２４を挟んで、積層固定子コイル４０Ｉ’が挿入された状態を、固定子コイル４０Ｉ’の反Ｕ字側端部見た状態を示している。積層固定子コイル４０Ｉ’は、図１５に示した屈曲成形された固定子コイル４０Ｗを積層したものである。そして、図１６に図示するものを、紙面を裏側から見た場合の模式的な状態を示している。

なお、ここでは、説明の都合上、積層固定子コイル４０Ｉ’は、２個の両端用固定子コイル４０Ｅ’１，４０Ｅ’２と、１個の長コイル４０Ｌ’１と、２個の短コイル４０Ｓ’１，４０Ｓ’２を積層して形成されているものとする。また、図１７及び図１８に示す状態では、各固定子コイル４０Ｅ’１，４０Ｅ’２，４０Ｌ’１，４０Ｓ’１，４０Ｓ’２の間には、隙間があるように図示しているが、実際には、各コイル４０Ｅ’１，４０Ｅ’２，４０Ｌ’１，４０Ｓ’１，４０Ｓ’２は接触して積層されているものであるが、説明がわかりやすいように、各コイル間に隙間があるように図示している。

図示するように、長コイル４０Ｌ’１は、２個の短コイル４０Ｓ’１，４０Ｓ’２に挟まれて積層され、さらに、両側には、両端用固定子コイル４０Ｅ’１，４０Ｅ’２が積層される。ここで、短コイル４０Ｓ’１の反Ｕ字側端部を、それぞれ、端部４０Ｓ’１−１，４０Ｓ’１−２とする。また、短コイル４０Ｓ’２の反Ｕ字側端部を、それぞれ、端部４０Ｓ’２−１，４０Ｓ’２−２とする。また、長コイル４０Ｌ’１の反Ｕ字側端部を、それぞれ、端部４０Ｌ’１−１，４０Ｌ’１−２とする。さらに、両端用コイル４０Ｅ’１の反Ｕ字側端部は、図６（Ｃ）に示したものと同様に、長い側の端部と短い側の端部があるが、長い側の端部を端部４０Ｅ’１−Ｌとし、短い側の端部を端部４０Ｅ’１−Ｓとする。また、両端用コイル４０Ｅ’２の反Ｕ字側端部の内、長い側の端部を端部４０Ｅ’２−Ｌとし、短い側の端部を端部４０Ｅ’２−Ｓとする。

図６（Ａ），（Ｂ）において説明したものと同様に、長コイル４０Ｌ’は、短コイル４０Ｓ’よりも長いので、図１８に示すように、長コイル４０Ｌ’１の一方の端部４０Ｌ’１−１を短コイル４０Ｓ’１の一方の端部４０Ｓ’１−２の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、長コイル４０Ｌ’１の他方の端部４０Ｌ’１−２を短コイル４０Ｓ’２の一方の端部４０Ｓ’２−１の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。

また、図６（Ｂ），（Ｃ）に示したものと同様に、両端用コイル４０Ｅ’１の短い方の端部側の長さは、長コイル４０Ｌ’１の長さＬ２と等しいので、両端用コイル４０Ｅ’１の短い方の端部４０Ｅ’１−Ｓを短コイル４０Ｓ’１の他方の端部４０Ｓ’１−１の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。また、両端用コイル４０Ｅ’２の短い方の端部４０Ｅ’２−Ｓを短コイル４０Ｓ’２の他方の端部４０Ｓ’２−２の方に折り曲げ、互いに接触するようにする。

そして、端部４０Ｌ’１−１と端部４０Ｓ’１−２，端部４０Ｌ’１−２と端部４０Ｓ’２−１，端部４０Ｅ’１−Ｓと端部４０Ｓ’１−１，端部４０Ｅ’２−Ｓと端部４０Ｓ’２−２とを、溶接等によって接続固定する。

本実施形態においては、図８及び図９に示した例と異なり、積層固定子コイル４０Ｉ’を構成する固定子コイル４０Ｗは、屈曲成形加工したものである。しかも、屈曲の程度を、固定子コイル４０Ｗの厚み分とすることにより、例えば、端部４０Ｅ’１−Ｓを直角方向に折り曲げることによって、端部４０Ｓ’１−１と接触することができる。即ち、図９に示したように、端部４０Ｅ１−Ｓを隣り合う固定子コイルの方向に斜めに折り曲げる必要が無く、折り曲げ加工を容易に行うことができるものである。

以上説明したように、本実施形態によれば、コイルの絶縁性能を向上させることができるとともに、高温のコイルの冷却性も向上することができる。また、巻線コイル形成時の折り曲げ加工の作業性を向上することができる。

次に、図１９を用いて、本発明の第３の実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図１９は、本発明の第３の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す要部正面図である。

本実施形態においては、固定子鉄心２０の固定子鉄心歯部２４は、コア中心部側（内周側）の幅をＷ１とし、コア外周側の幅をＷ２とすると、幅Ｗ２＞幅Ｗ１としている。すなわち、固定子鉄心歯部２４は、外径に近い部位を広く、内径に近い部位を狭くなるように形成している。

固定子鉄心歯部２４を挟むようにして、固定子スロットには積層された固定子コイル４０Ｉ”が挿入される。固定子コイル４０Ｉ”は、図５若しくは図１５に示したようなＵ字状に成形されたコイルを積層したものである。固定子鉄心歯部２４の幅は内径側と外径側が異なっているので、この幅に併せて、Ｕ字形状のコイルの直線部分の間の幅も異なるように成形している。

本実施形態によれば、コイルの絶縁性能を向上させることができるとともに、高温のコイルの冷却性も向上することができる。また、歯部の歯幅が幅Ｗ１で一定のものと比較すると、歯部の幅が平均すると広がることになり、磁束密度が低下して、鉄損を減少することができる。

次に、図２０を用いて、本発明の第４の実施形態による回転電機の固定子の構成について説明する。
図２０は、本発明の第４の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す鳥瞰図である。

固定子１０’は、固定子鉄心２０’と、コイル４０と、接続環５０とから構成されている。コイル４０は、図２及び図４を用いて説明したように、Ｕ字形状の平角線を積層したものであり、固定子鉄心２０’に設けられたスロット２２’の中に、図示の右側から挿入されている。

固定子鉄心２０’は、円環状のコアバック部から内周方向に延びる複数の歯部２４’を有している。隣接する歯部２４’の間に、スロット２２’が形成されている。ここで、スロット２２’は、図２に示したスロット２２とは形状が異なっている。即ち、図２に示したスロット２２は、固定子鉄心２０の軸方向と平行に形成されている。それに対して、スロット２２’は、軸方向にスキューした形状，即ち、軸方向に捻った形状となっている。固定子鉄心２０’は、コアバック部と歯部が一体的に打ち抜き成形された薄板部材を積層して形成されている。スキューした形状のスロット２２’は、薄板部材を積層する際、僅かずつ、円周方向に角度をずらして積層することにより、形成することができる。積層したコイル４０’をスロット２２’に挿入することにより、コイル４０’もスロット２２’のスキューにならって、捻られて挿入される。なお、予めスロットスキューに適応した形状にスキュー成形した積層コイルをスロット軸方向より挿入することで、スキューした固定子を形成するようにしてもよいものである。

コイル４０の反Ｕ字側端部は、折り曲げた上で、隣り合う平角線同士を接続することにより、所定の巻回数の巻線状となっている。また、巻線形状となったコイル４０の２つの端部は、接続環５０によって接続され、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）をＹ結線されている。

本実施形態によれば、コイルの絶縁性能を向上させることができるとともに、高温のコイルの冷却性も向上することができる。また、同期機の問題であるコキングトルクを解消することもできる。

本発明の第１の実施形態による回転電機の固定子の全体構成を示す正面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態による回転電機の固定子の組み付け状態を示す鳥瞰図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの成形工程を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる固定子コイルの形状を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる積層固定子コイルを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す図である。 図１１は、本発明の第１の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの形状を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による固定子に用いる接続環の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態による固定子における固定子コイルと接続環の接続状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの構成を示す平面図及び側面図である。 本発明の第２の実施形態による回転電機の固定子に用いる固定子コイルの構成を示す平面図及び側面図である。 本発明の第２の実施形態による回転電機の固定子に用いるの構成を要部背面図である。 本発明の第２の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態による固定子に用いる巻線固定子コイルの成形方法を示す図である。 本発明の第３の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す要部正面図である。 本発明の第４の実施形態による回転電機の固定子の構成を示す鳥瞰図である。

符号の説明

１０…固定子
２０…固定子鉄心
２２…スロット
２４…固定子鉄心歯部
３０…スロット絶縁物
４０…固定子コイル
５０…接続環
５２…渡り線
５４…中性線渡り部

Claims (5)

1. 固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の歯部に巻回するように前記固定子鉄心のスロットに装着された固定子コイルを有する回転電機の固定子であって、
   上記固定子コイルは、Ｕ字形状に成形された長さの異なるＵ字コイルを複数積層することにより、上記固定子歯部を挟んで隣接する前記スロットに挿入されており、
   前記複数のＵ字コイルは、複数の短コイルと、Ｕ字形状の直線部が前記短コイルより長い複数の長コイルとを備え、
   前記短コイルと前記長コイルは、交互に積層され、
   前記複数のＵ字コイルの内、前記複数の長コイルは、それぞれ、その２つの端部が共に斜めに切断されているとともに、第１の端部は、一方に隣接する第１の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げられており、第２の端部は、他方に隣接する第２の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げられており、
   前記長コイルの前記第１の端部の斜め部分が、前記第１の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面に接続され、前記長コイルの前記第２の端部の斜め部分が、前記第２の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面に接続されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 請求項１記載の回転電機の固定子において、
   複数の前記Ｕ字コイルは、前記スロットに挿入されている部分において、絶縁物で固定されていることを特徴とする回転電機の固定子。
3. 絶縁被覆を施された直線状の平角線を用意する工程と、
   前記平角線を所定の長さに切断することにより、長さの異なる複数の平角線を成形する工程と、
   複数の前記平角線をＵ字状に成形する工程と、
   前記平角線の両端部の前記絶縁被覆を剥離する工程と、
   固定子鉄心に設けられた複数のスロットのうち隣接するスロットの内部に、Ｕ字形状に成形された複数の前記平角線を、長さの短い短コイルと長さの長い長コイルとを交互に挿入する工程と、
   複数の前記平角線の内、長い方の平角線の両方の端部を斜めに切断する工程と、
   前記複数のＵ字コイルの内、前記複数の長コイルを、それぞれ、その２つの端部が共に斜めに切断するとともに、第１の端部は、一方に隣接する第１の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げ、第２の端部は、他方に隣接する第２の前記短コイルの一方の端部の方に折り曲げる工程と、
   前記長コイルの前記第１の端部の斜め部分が、前記第１の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面方向に接続し、前記長コイルの前記第２の端部の斜め部分が、前記第２の短コイルの積層方向と垂直な端部の側面方向に接続することにより所定巻回数を得る工程とを有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
4. 請求項３記載の回転電機の固定子の製造方法において、
   前記平角線の端部は、溶接により接続されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
5. 請求項４記載の回転電機の固定子の製造方法において、
   長さの異なる複数の前記平角線は、前記スロットに挿入される部分において、絶縁物で固定されている該スロットに挿入されることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。

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