JP4442587B2 - 回転電機の固定子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子に関するものである。

従来より、略Ｕ字状の電気導体を規則的に並べて固定子のスロット内の電気導体を高占積率化することにより回転電機を高出力化を図る手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の固定子では、固定子巻線のスロットに挿入されたＵ字状の電気導体を捻り装置を用いて折り曲げる工程が開示されている。

ところで、上述した従来の回転電機の固定子に用いられている電気導体を捻り装置で折り曲げる場合には、それぞれの電気導体は固定子鉄心の端面側におけるスロット周縁部を支点として折り曲げられることになる。そのため、このスロットの周縁部に当接する電気導体の絶縁被膜が破損する場合があり、固定子鉄心と電気導体との間で十分な電気絶縁が確保できないおそれがある。
特許第３１９６７３８号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、固定子鉄心と固定子巻線との電気絶縁を確保することができる回転電機の固定子及びその製造方法を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて作用、効果等を示しつつ説明する。

請求項１に記載の発明では、周方向に複数のティースが配置され、隣接する前記ティース間に複数のスロットが形成された円筒状の固定子鉄心と、外周に絶縁被膜層を有する電気導体によって形成され、前記スロットに収容されるとともに、前記固定子鉄心の端面から突出した一部が周方向に折り曲げられて形成される固定子巻線と、前記固定子鉄心の端面における前記ティース上に配置される絶縁部材とを備えた回転電機の固定子であって、 前記固定子鉄心は、軸方向端面側において前記ティースに対応する部分の周方向幅が小さく、かつ、軸方向に突出する突出部を有し、前記絶縁部材は、前記突出部に嵌め込まれる穴部を有し、前記穴部を前記突出部に嵌め込むことにより前記絶縁部材を位置決めすることで、前記絶縁部材を、前記スロットの開口を狭める側に突出させて設けたことを特徴している。

これによると、絶縁部材はスロットの開口を狭める側に突出している。このため、固定子が振動下に置かれた場合等に、固定子巻線はスロットの周縁部ではなく、絶縁部材と接触する。この結果、仮に固定子巻線が絶縁部材と接触して固定子巻線の絶縁被膜層が損傷を受けた場合でも、固定子巻線が接触する相手が絶縁性部材なので、絶縁被膜層が損傷を受けた部分から絶縁破壊が起こることを抑止することができる。
さらに、絶縁部材の穴部に固定鉄心の突出部が嵌め込まれた構成となっている。これにより、絶縁部材の位置決めが容易となるとともに、位置ずれを抑止できる。また、絶縁部材が固定鉄心の軸方向と重なる部位を有することとなるので、体格の増大を抑止しつつも固定子巻線と対向する軸方向長さを確保することができる。この結果、回転電機の出力を向上することが可能となる。

請求項２に記載の発明では、前記ティース上に配置される絶縁部材の周方向角部を曲面としたことを特徴としている。これによると、固定子巻線が絶縁部材と接触しても、絶縁部材側の接触部が曲面であるため、固定子巻線の絶縁被膜層の損傷を抑止することができる。

請求項３に記載の発明では、前記絶縁部材を樹脂で形成したことを特徴としている。樹脂で形成することにより、絶縁部材の成形が容易となる。また、樹脂を用いることにより、良好な絶縁性を確保することができる。

請求項４に記載の発明では、前記絶縁部材に、前記スロットにおける前記固定子巻線の非収容部分に係合する突出部を設けたことを特徴としている。これにより、絶縁部材を固定子鉄心の端面上に配置する際の位置決めが容易となるとともに、配置した後の位置ずれを抑止することが可能となる。

なお、隣接するティース上に配置される絶縁部材を、その内周側又は外径側で連結して形成するとともに、当該内周側又は外径側の連結部分に、スロットに係合する突出部を設けるようにすることもできる。

請求項５に記載の発明では、前記絶縁部材を、前記ティースの軸方向と重なる部位を有するように設けたことを特徴としている。これにより、絶縁部材を固定子鉄心の端面上に配置する際の位置決めが容易となるとともに、配置した後の位置ずれを抑止することが可能となる。また、この構成とすることで、絶縁部材における固定子巻線と対向する軸方向長さを確保することができる。その結果、スロット内の軸方向端部近傍における絶縁性をより高めることができる。さらに、絶縁部材における固定子巻線と対向する軸方向長さを確保しつつも、絶縁部材をティースの軸方向とも重なる構成とすることで、固定子鉄心の高さも確保することができる。その結果、回転電機の出力の確保することが可能となる。

なお、前記絶縁部材により囲まれ且つ径方向に延びる空間を設けるとともに、当該空間の径方向端部を開口させることもできる。この構成とすることで、固定子鉄心の端面から突出した一部を周方向に折り曲げて固定子巻線を形成する際には、径方向の開口から空間内に支持部材等を挿入して行うことができる。これにより、折り曲げに際して絶縁部材に強い力が加わることよる絶縁部材の変形を抑止することができる。また、折り曲げが終わった後は支持部材等を抜き出すことにより、固定子を軽量化することができる。

請求項６に記載の発明では、前記電気導体の外周にエナメル層を設けるとともに、当該エナメル層の外周に押出被覆樹脂層を設けることにより、前記絶縁被膜層を形成したことを特徴としている。この構成とすることで、絶縁被膜を厚く形成することが容易となる。

請求項７に記載の発明では、前記電気導体として複数の導体セグメントを用い、当該複数の導体セグメントの端部を互いに接合して前記固定子巻線を形成したことを特徴としている。これにより、固定子巻線を形成する電気導体をスロット内に配置することが容易となるので、固定子巻線の製造が容易となる。

請求項８に記載の発明では、前記導体セグメントの前記スロット内における断面形状を、前記スロット形状に沿った略矩形状としたことを特徴としている。これにより、スロット内における電気導体の占積率を高めることが容易となる。

請求項９に記載の発明では、請求項１から請求項８のいずれかに記載の固定子を車両に搭載される回転電機に適用することを特徴としている。回転電機が車両に搭載された場合には、車両の振動等により固定子巻線がスロットの周縁部等に接触しやすくなる。この点、本発明の固定子を採用することで、車両のような厳しい環境下においても、絶縁破壊を抑止することが可能となる。

なお、周方向に複数のティースが配置され、隣接する前記ティース間に複数のスロットが形成された円筒状の固定子鉄心と、外周に絶縁被膜層を有する電気導体によって形成された複数の導体セグメントからなる固定子巻線と、前記固定子鉄心の端面における前記ティース上において、前記スロットの開口を狭める側に突出させて設けられる絶縁部材とを備えた回転電機の固定子の製造方法であって、前記固定子鉄心の端面に前記絶縁部材を配置する絶縁部材配置工程と、前記スロットに、前記導体セグメントを挿入するセグメント挿入工程と、前記スロットの端部から突出した前記導体セグメントを、前記絶縁部材を支点として周方向に折り曲げる折り曲げ工程と、前記折り曲げ工程によって折り曲げられた前記セグメントの端部同士を接合する接合工程とを有するようにするとよい。

これによると、導体セグメントは絶縁部材を支点として折り曲げられる。そのため、仮に折り曲げ工程の際に固定子巻線の絶縁被膜層が損傷を受けた場合でも、固定子巻線が接触する相手が絶縁性部材なので、絶縁被膜層が損傷を受けた部分から絶縁破壊が起こることを抑止することができる。

また、前記絶縁部材により囲まれ且つ端部を開口させて径方向に延びる空間を有し、前記開口部から前記空間内に支持部材を挿入する支持部材挿入工程と、前記空間内から前記支持部材を抜き出す支持部材抜出工程とを有し、前記折り曲げ工程を、前記支持部材挿入工程の後に行うとともに、前記支持部材抜出工程を、前記折り曲げ工程の後に行うこともできる。

折り曲げ工程は空間内に支持部材が挿入された状態で行われる。このため、導体セグメントの折り曲げに際して、径方向に延びる空間を有する絶縁部材に強い力が加わることにより絶縁部材が変形することを抑止することができる。また、折り曲げ工程が終了した後は、支持部材を空間内から抜き出すことで、固定子を軽量化することができる。

［第一実施形態］
以下、本発明の回転電機を車両駆動用のモータジェネレータ（ＭＧ）１０として具現化した場合の一実施の形態について説明する。

まず、本実施形態のＭＧ１０の構成について説明する。図１は本実施形態のＭＧ１０の全体構造を示す断面図である。また、図２はＭＧ１０の回路図である。図１に示すように、本実施形態のＭＧ１０は、ハウジング１１、回転子２０、固定子３０を含んで構成されている。

回転子２０は、回転軸２１、回転子鉄心２２及び永久磁石２３を含んで構成されている。回転子鉄心２２は回転軸２１に固定されている。また、回転軸２１は一組の軸受１２，１３を介してハウジング１１に回転自在に支持されている。永久磁石２３は、回転子鉄心２２の周方向に所定ピッチで複数個埋設して配置され、各永久磁石２３の極性が周方向に交互に異なるように着磁されている。なお、回転子２０の構造は、例えば、ランデルポールコアに界磁巻線を巻装した巻線界磁式等、公知の種々の形式に置換可能である。

固定子３０は、回転子２０の径方向外側に配置されている。固定子３０は、固定子鉄心３１と固定子巻線３２とにより構成されている。固定子鉄心３１は円筒状であり、ハウジング１１の周壁内周面に固定されている。固定子巻線３２は、固定子鉄心３１の各スロットに巻装されている。また、固定子鉄心３１の一方の軸方向端面からは固定子巻線３２の第１コイルエンド部３２ａが回転軸２１に沿った方向に突出しており、他方の軸方向端面からは固定子巻線３２の第２コイルエンド部３２ｂが回転軸２１に沿った方向に突出している。

図２に示すように、固定子巻線３２は、Ｕ相コイル３２ＵとＶ相コイル３２ＶとＷ相コイル３２ＷとがＹ結線されて形成されている。Ｕ相コイル３２Ｕは、周回コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４が直列接続されて形成されている。同様に、Ｖ相コイル３２Ｖは、周回コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が直列接続されて形成されている。同様に、Ｗ相コイル３２Ｗは、周回コイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が直列接続されて形成されている。

バッテリ４０と、各相コイルの外部引き出し端子３２０Ｕ，３２０Ｖ，３２０Ｗとの間には、インバータ４１が接続されている。インバータ４１は、六つのパワー素子４２から構成されている。

車両駆動時においては、コントローラ（図示略）からの指示により、パワー素子４２が適宜スイッチング操作され、バッテリ４０からインバータ４１を介して固定子巻線３２に三相交流電圧が印加される。この印加電圧により、回転子２０が回転する。回転子２０の回転軸２１は、エンジンのクランク軸（図示略）に直結或いはクラッチ、ギヤ等を介して結合されている。直結の場合は、回転子２０の回転軸２１の回転により、エンジンが始動する。一方、充電時においては、クランク軸及び回転子２０の回転軸２１の回転により、固定子巻線３２からバッテリ４０に電流が流れる。この電流により、バッテリ４０が充電される。

次に、固定子３０の詳細について説明する。

図３に示すように、固定子鉄心３１は、リング状の多数のコアシート３６を積層して形成されている。コアシート３６の内周側にはスロット３５に対応する凹部３７が等間隔に形成されている。このコアシート３６は、プレス型を用いて薄い鋼板を打ち抜くことにより形成されている。なお、スロット３５に対応する凹部３７は、回転子２０の磁極数に対応して三相の固定子巻線３２をスロット３５内に収容するために、９６個形成されている。このコアシート３６を多数積層することにより、周方向に多相の固定子巻線３２が収容される９６個のスロット３５が形成されるとともに、隣接するスロット３５間に９６個のティース３４が形成される。

図４は固定子巻線３２を構成する基本セグメント３３の模式的形状を示す斜視図である。固定子巻線３２は、図４に示すような、略矩形断面（平角断面）をもった一定の太さの電気導体を略Ｕ字状に成形したセグメント３３を接続して形成されている。基本セグメント３３は、大セグメント３３１と小セグメント３３２とにより構成されている。

大セグメント３３１は、内径側被収容部３３１ａ、外径側被収容部３３１ｂ、ターン部３３１ｃ、内径側開放端部３３１ｄ及び外径側開放端部３３１ｅを有している。内径側被収容部３３１ａ，３３２ａと外径側被収容部３３１ｂ，３３２ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチ（本実施形態では１２スロット分）だけ離間した二つのスロット３５に収容されている。大セグメント３３１の内径側被収容部３３１ａはスロット３５における最内径側に配置されており、外径側被収容部３３１ｂはスロット３５における最外径側に配置されている。ターン部３３１ｃは内径側被収容部３３１ａの一端と外径側被収容部３３１ｂの一端とをスロット３５の外で連結している。内径側開放端部３３１ｄは内径側被収容部３３１ａの他端からスロット３５の外に延在している。同様に、外径側開放端部３３１ｅは、外径側被収容部３３１ｂの他端からスロット３５の外に延在している。

小セグメント３３２も、大セグメント３３１と同様に、内径側被収容部３３２ａ、外径側被収容部３３２ｂ、ターン部３３２ｃ、内径側開放端部３３１ｄ及び外径側開放端部３３２ｅを有している。小セグメント３３２は、大セグメント３３１に囲まれるように配置されている。内径側被収容部３３２ａと外径側被収容部３３２ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。内径側被収容部３３２ａはスロット３５における内径側被収容部３３１ａの外径側に隣接して配置されており、外径側被収容部３３２ｂはスロット３５における外径側被収容部３３１ｂの内径側に隣接して配置されている。ターン部３３２ｃは、内径側被収容部３３２ａの一端と外径側被収容部３３２ｂの一端とを、スロット外で連結している。内径側開放端部３３２ｄは、内径側被収容部３３２ａの他端からスロット外に延在している。同様に、外径側開放端部３３２ｅは、外径側被収容部３３２ｂの他端からスロット外に延在している。

図５は大セグメント３３１の断面図を示している。図５に示すように、セグメント３３１は電気導体からなる導体部３３ａの外周に絶縁被膜３９を設けて形成されている。本実施形態では、導体部３３ａの外周にエナメル層３９ａが膜厚約４０μｍで設けられ、エナメル層３９ａの外周に押出被覆樹脂層としてのポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂層３９ｂが膜厚約７０μｍで設けられている。小セグメント３３２についても、同様の構成となっている。

図６は固定子３０の軸方向に垂直な断面を展開して部分的に示す図である。上述のように、固定子巻線３２は複数の基本セグメント３３の端部を接続して形成されている。そして、固定子鉄心３１の各スロット３５には、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）のセグメント３３１，３３２の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂが収容されている。一のスロット３５内の４本のセグメント３３１，３３２の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、固定子鉄心３１の径方向に関して内側から内端層Ｘ１、内中層Ｘ２、外中層Ｘ３、外端層Ｘ４の順で一列に配列されている。

なお、本実施形態では、スロット３５内におけるセグメント３３１，３３２とスロット内壁面との間には、絶縁紙等のシート状のインシュレータを配置しないインシュレータレスの構成となっている。

上述のように、各スロット３５内に配置された被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、所定の磁極ピッチ（本実施形態では１２スロット分）離れた他のスロット３５内に配置した被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂと対をなしている。特に、第１及び第２のコイルエンド部３２ａ，３２ｂにおける複数のセグメント３３１，３３２間の隙間を確保し整列して配置するために、一のスロット３５内の所定の層の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の他の層の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂと対をなしている。

例えば、図６に示すように、周回コイルＵ１における一のスロット３５内の内端層Ｘ１の被収容部３３１ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂと対をなしている。同様に、周回コイルＵ１における一のスロット３５内の内中層Ｘ２の被収容部３３２ａは固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂと対をなしている。

そして、これらの対をなす被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、固定子鉄心３１の第１コイルエンド部３２ａ側において連続線（ターン部３３１ｃ、３３２ｃ）により接続されている。したがって、固定子鉄心３１の第１コイルエンド部３２ａ側においては、内中層Ｘ２の被収容部３３２ｂと外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂとを接続するターン部３３２ｃを、内端層Ｘ１の被収容部３３１ａと外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂとを接続するターン部３３１ｃが囲むこととなる。

一方、周回コイルＵ１における一のスロット３５内の内中層Ｘ２の被収容部３３２ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の内端層Ｘ１の被収容部３３１ａ'とも対をなしている。同様に、周回コイルＵ１における一のスロット３５内の外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂ'は、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂと対をなしている。

そして、固定子鉄心３１の第２コイルエンド部３２ｂ側において、これらの被収容部３３２ａ，３３１ａ'，３３１ｂ'，３３２ｂからスロット３５の外に延在する開放端部３３２ｄ，３３１ｄ'，３３１ｅ'，３３２ｅの端部同士は溶接等で接合されている。したがって、固定子鉄心３１の第２コイルエンド部３２ｂ側においては、内端層Ｘ１の電気導体と内中層Ｘ２の電気導体とを接続する接合部と、外中層Ｘ３の電気導体と外端層Ｘ４の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。

基本セグメント３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子鉄心３１の周りを２周する各周回コイルが形成されている。なお、１周めと２周めとを接続するターン部は基本セグメント３３とは形状の異なる異形セグメントで構成されている。また、各周回コイル間を接続するセグメント及び固定子巻線３２の引出線を構成するセグメントも異形セグメントで構成されている。

固定子鉄心３１における第２コイルエンド部３２ｂ側の端面には、端板３８が配置されている。図７は端板３８を固定子鉄心３１の端面に配置した状態を部分的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は内周側の側面図を示している。また、図８は第２コイルエンド３２ｂ側の部分的な断面図である。

図７に示すように端板３８はリング状であり、樹脂によって形成されている。端板３８には固定子鉄心３１のスロット３５と同数の孔３８ａが等間隔に形成されている。孔３８ａの径方向及び周方向の長さはスロット３５の径方向及び周方向の長さよりもわずかに短くなっている。また、端板３８の上面側（固定子鉄心３１の端面と当接しない側）における孔３８ａの周縁部３８ｂは、角が落とされて曲面状となっている。

端板３８における下面の内周側にはスロット３５と同数の突起部３８ｃが形成されている。突起部３８ｃは各孔３８ａの周方向の中央に対応した位置に形成されており、スロット３５の内径側開口部３５ａの軸方向端部に嵌まる幅で形成されている。この突起部３８ｃにより、端板３８を固定子鉄心３１の端面に配置する際の位置決めが行われている。

突起部３８ｃと内径側開口部３５ａとで位置決めをして端板３８を固定子鉄心３１の端面上に配置することにより、図７に示すように、孔３８ａがスロット３５と重なって配置されるようになっている。

上述のように、端板３８に形成された孔３８ａの周方向の長さは、スロット３５の周方向の長さよりもわずかに短くなっている。このため、図８に示すように、孔３８ａの周方向の内壁部３８ｄがスロット３５の周縁部３５ｂよりもスロット３５側に突出している。換言すると、孔３８ａの周方向の内壁部３８ｄがスロット３５の軸方向側の開口を狭めるようになっている。そして、スロット３５から突出したセグメント３３は、端板３８に形成された孔３８ａの周縁部３８ｂを支点として周方向に捻られて折り曲げられている。

次に、固定子３０の製造工程を以下に説明する。

（端板配置工程）まず、コアシート３６を積層することによって形成された固定子鉄心３１の軸方向の一端面側に、端板３８を配置する。

（挿入工程）図９に示すように、小セグメント３３２のターン部３３２ｃを大セグメント３３１のターン部３３１ｃが囲むように揃えられた状態で、基本セグメント３３を固定子鉄心３１の軸方向他端面側（端板３８のない側）から挿入する。その際、大セグメント３３１の一方の収容部３３１ａは固定子鉄心３１の一のスロット３５の内端層Ｘ１に、小セグメント３３２の一方の収容部３３２ａは一のスロット３５の内中層Ｘ２に、そして、大セグメント３３１の他方の収容部３３１ｂは固定子鉄心３１の一のスロット３５から時計方向に１磁極ピッチ離れた他のスロット３５の外端層Ｘ４に、小セグメント３３２の他方の収容部３３２ｂも他のスロット３５の外中層Ｘ３に挿入する。

その結果、図６に示すように一のスロット３５には内端層Ｘ１側から、上述した収容部３３１ａ，３３２ａ，３３２ｂ'，３３１ｂ'が一列に配置される。ここで、収容部３３２ｂ'，３３１ｂ'は、１磁極ピッチずれた他のスロット３５内の収容部と対をなしている大小のセグメント３３１，３３２の収容部である。なお、上記端板配置工程及び挿入工程の順序は逆にすることも可能である。

（折り曲げ工程）セグメント３３の挿入後、第２コイルエンド部３２ｂ側（端板３８のある側）における端板３８の孔３８ａの周縁部３８ｂ近傍において、端層側に位置している外径側及び内径側の開放端部３３１ｄ，３３１ｅは、大セグメント３３１が開く方向に半磁極ピッチ分（本実施形態では６スロット分）捻られて折り曲げられる。そして、中層に位置している外径側及び内径側の開放端部３３２ｄ，３３２ｅは、小セグメント３３２が閉じる方向に半磁極ピッチ分捻られて折り曲げられる。なお、セグメント３３は、孔３８ａの周縁部３８ｂの曲面状の部位を支点として折り曲げられる。その結果、第２コイルエンド部３２ｂにおいては、径方向に隣接するセグメント３３１，３３２の開放端部３３１ｄ，３３１ｅ，３３２ｄ，３３２ｅは周方向の逆向きに傾斜する。以上の動作が、全てのスロット３５のセグメント３３について行われる。

（接合工程）そして、第２コイルエンド部３２ｂにおいて、外端層Ｘ４の開放端部３３１ｅ'と外中層Ｘ３の開放端部３３２ｅ、並びに内中層Ｘ２の開放端部３３２ｄと内端層Ｘ１の開放端部３３１ｄ'とが、溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって電気的導通を得るように接合され固定子３０が得られる。

次に、上述した折り曲げ工程の詳細について説明する。

図１０は、折り曲げ工程においてセグメント３３の開放端部３３１ｄ等を捻る捻り装置の断面図である。図１０に示す本実施形態の捻り装置５０は、ワーク受け５１、クランパ５２、ワーク押さえ５３、捻り整形部５４、昇降用シャフト５４ａ、回転駆動機構５４１ａ，５４２ａ，５４３ａ，５４４ａ、昇降駆動機構５４ｂ、コントローラ５５を備えている。

ワーク受け５１は、固定子鉄心３１の外周部を受けて固定するためのものである。クランパ５２は、固定子鉄心３１の径方向の動きを規制して固定子鉄心３１を保持するためのものである。また、ワーク押さえ５３は、固定子鉄心３１の浮き上がりを防止するためのものである。

捻り整形部５４は、固定子鉄心３１の端部から突き出たセグメント３３の開放端部３３１ｄ等を捻るためのものであり、回転駆動機構５４１ａ，５４２ａ，５４３ａ，５４４ａにより周方向に回転駆動可能となっている。昇降用シャフト５４ａは、捻り整形部５４を軸方向に駆動するためのものであり、昇降駆動機構５４ｂにより軸方向に移動可能となっている。コントローラ５５は、回転駆動機構５４１ａ，５４２ａ，５４３ａ，５４４ａおよび昇降駆動機構５４ｂの動作を制御するためのものである。

図１１は、捻り整形部５４の平面図である。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５４１，５４２，５４３，５４４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、５４２、５４３、５４４は、回転駆動機構５４１ａ，５４２ａ，５４３ａ，５４４ａによって周方向に独立に回転可能となっている。また、４つの捻り治具５４１，５４２，５４３，５４４は、昇降駆動機構５４ｂによって昇降用シャフト５４ａを昇降することにより、周方向への回転と同時に昇降可能になっている。

図１１に示すように、各捻り治具５４１，５４２，５４３，５４４の先端面には、セグメント３３の端部が挿入されて保持される被挿入部５４１ｂ，５４２ｂ，５４３ｂ，５４４ｂが設けられている。これらの被挿入部５４１ｂ，５４２ｂ，５４３ｂ，５４４ｂは、固定子鉄心３１に形成されたスロット３５と等しい数だけ、各捻り治具５４１，５４２，５４３，５４４の周方向に並べて形成されている。

次に、捻り装置５０の動作について説明する。一端面に端板が配置されるとともにスロット３５内にセグメント３３が挿入された固定子鉄心３１が、ワーク受け５１にセットされる。そして、固定子鉄心３１の外周部がクランパ５２によって固定される。その後、ワーク押さえ５３で固定子鉄心３１の上部および大セグメント３３１のターン部３３１ｃを押さえることにより、固定子鉄心３１およびセグメント３３の上下方向の動きが規制される。

その後、昇降用シャフト５４ａによって捻り整形部５４が上昇し、各捻り治具５４１，５４２，５４３，５４４に形成された被挿入部５４１ｂ，５４２ｂ，５４３ｂ，５４４ｂにセグメント３３の開放端部３３１ｄ等が挿入される。

図１２及び図１３は、捻り治具５４１等によりセグメント３３が捻られる前後の状態を模式的に示す図であり、捻り治具５４１等の周方向に沿った断面が示されている。図１２に示すように、被挿入部５４１ｂ等には、セグメント３３の開放端部３３１ｄ等であって後の接合工程で接合部として使用される部分のみが挿入される。

次に、捻り整形部５４は、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａと昇降駆動機構５４ｂとによって、回転と同時に上昇される。なお、捻り整形部５４の上昇は、捻り治具５４１〜５４４の全てについて同時に行われる。また、捻り整形部５４の回転については、図１１示す捻り治具５４１，５４３が時計回り方向に同じ角度だけ回転し、捻り治具５４２，５４４が反時計回り方向に同じ角度だけ回転する。なお、捻り治具５４１等の回転角度は、固定子３０の半磁極ピッチ（６スロット分）に対応する角度である。

これにより、セグメント３３が周方向に捻られる。図８に示すように、端板３８の孔３８ａにおける周方向の内壁部３８ｄがスロット３５の周縁部３５ｂよりもスロット３５側に突出している。このため、セグメント３３が周方向に捻られる際には、端板３８の孔３８ａの周縁部３８ｂにおける曲面状の部位を支点として折り曲げられる。その結果、図１３に示すように、第２コイルエンド３２ｂ側においては、径方向に隣接するセグメント３３１，３３２が周方向の逆向きに傾斜する。そして、１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の対をなすセグメント３３１，３３２の端部同士が径方向に隣接して配置される。

その後、捻り整形部５４が昇降駆動機構５４ｂによって昇降用シャフト５４ａとともに降下し、ワーク受け５１とクランパ５２による拘束が解除されて、接合工程前の固定子３０が取り出される。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

本実施形態では、樹脂製の端板３８に設けられた孔３８ａの周方向の内壁部３８ｄがスロット３５の周縁部３５ｂよりもスロット３５側に突出している。このため、ＭＧ１０が振動下に置かれた場合等に、セグメント３３はスロット３５の周縁部３５ｂではなく、端板３８における孔３８ａの周方向の内壁部３８ｄと接触する。端板３８は樹脂製であるため、鋼板を積層して形成された固定子鉄心３１のスロット３５と接触する場合に比べてセグメント３３の絶縁被膜３９の損傷を抑止できる。特に、本実施形態では、端板３８の孔３８ａの周縁部３８ｂが曲面状とされているため、セグメント３３と孔３８ａの周縁部３８ｂとの接触によるセグメント３３の絶縁被膜３９の損傷をより抑止することができる。

本実施形態では、スロット３５に挿入されたセグメント３３の開放端部３３１ｄ等が周方向に捻られて折り曲げられる際には、端板３８における孔３８ａの周縁部３８ｂが支点となる。そして、端板３８は樹脂製であるとともに、孔３８ａの周縁部３８ｂは曲面状となっている。そのため、セグメント３３が孔３８ａの周縁部３８ｂを支点として捻られて折り曲げられる際に、セグメント３３に設けられた絶縁被膜３９が損傷受けることが抑止される。

本実施形態では、端板３８が絶縁材である樹脂で形成されている。仮にセグメント３３が端板３８の孔３８ａの周縁部３８ｂと接触してセグメント３３の絶縁被膜３９が損傷を受けた場合でも、セグメント３３が接触する相手が絶縁性部材なので、絶縁被膜３９が損傷を受けた部分から絶縁破壊が起こることを抑止することができる。

本実施形態では、端板３８は樹脂で形成されている。樹脂で形成することにより、端板３８の成形が容易となる。また、樹脂を用いることにより、良好な絶縁性を確保することができる。

本実施形態では、端板３８はリング状であり、その内周側下面に突起部３８ｃを有している。そしてこの突起部３８ｃは、スロット３５の内径側開口部３５ａの軸方向端部に嵌まる幅で形成されている。これにより、端板３８の固定子鉄心３１に対する位置決めが容易となるとともに、端板３８を配置した後の位置ずれを抑止することができる。

本実施形態では、セグメント３３に施された絶縁被膜３９の厚さは、エナメル層３９ａとＰＰＳ層３９ｂとを合わせて約１１０μｍとなっている。これにより、セグメント３３の絶縁性を高めることが可能になる。また、スロット３５の内壁面との間に所定の距離を確保することができるので、コロナ放電の発生を抑止することも可能となる。

本実施形態では、エナメル層３９ａ及び押出被覆樹脂層としてのＰＰＳ樹脂層３９ｂで絶縁被膜３９を形成している。エナメル層３９ａのみで厚被膜化することは容易ではないが、エナメル層３９ａとＰＰＳ樹脂層３９ｂとを組み合わせて二重の絶縁被膜３９とすることで厚被膜化が容易となる。

本実施形態では、固定子巻線３２は略Ｕ字状のセグメント３３をスロット３５内に挿入した後、それらの端部を接合して形成されている。固定子巻線３２を形成する電気導体をセグメント状とすることで、セグメント３３をスロット３５内に配置することが容易となる。これにより、固定子巻線３２の製造が容易となる。また、セグメント３３は断面が略矩形状であり、スロット３５の形状に沿ったものとなっている。これにより、スロット３５内におけるセグメント３３（電気導体）の占積率を高めることが容易となる。

また、本実施形態の構成を採用することで、振動等が頻繁に生じ得る車両搭載時においても絶縁破壊を効果的に抑止することが可能となる。また、本実施形態のように、スロット内における電気導体の高占積率化を実現することで、車両駆動用としても適した高出力のＭＧ１０を実現することが可能となる。

［第二実施形態］
次に本発明を具体化した第二の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、第一実施形態と同一の構成については、第一実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。

図１４は、第二実施形態における第２コイルエンド３２ｂ側の部分的な断面図である。本実施形態でも、固定子鉄心３１はコアシート３６を積層して形成されている。そして、第２コイルエンド３２ｂ側の端面側から数枚は、ティース３４に対応する部分の周方向幅が小さくなったコアシート３６が用いられている。その結果、第２コイルエンド３２ｂ側のティース３４には、軸方向に突出した突出部３４ａが形成されている。また、固定子鉄心３１の軸方向の長さは、突出部３４ａの分だけ第一実施形態の固定子鉄心３１よりも長くなっている。

本実施形態でも、固定子鉄心３１における第２コイルエンド３２ｂ側には端板１３８が配置されている。本実施形態の端板１３８も第一実施形態と同様、樹脂でリング状に形成されたものであり、厚さも第一実施形態と同様となっている。また、孔１３８ａの周縁部１３８ｂが曲面状となっている点及び孔１３８ａの周方向の内壁部１３８ｄがスロット３５の周縁部３５ｂよりもスロット３５側に突出している点も第一実施形態と同様である。

本実施形態では、端板１３８の下面側には穴部１３８ｃが形成されている。そして、この穴部１３８ｃはティース３４の突出部３４ａが嵌め込まれることで、ティース３４の軸方向端面を覆うことが可能となっている。端板１３８は、穴部１３８ｃと突出部３４ａとで位置決めをして端板１３８を固定子鉄心３１の端面上に配置することにより、孔１３８ａがスロット３５と重なって配置されるようになっている。

本実施形態でも、第一実施形態と同様、固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間の絶縁性を確保することが可能となる。

本実施形態では、端板１３８に形成された穴部１３８ｃにティース３４の突出部３４ａが嵌め込まれた構成となっている。これにより、端板１３８の位置決めが容易となるとともに、位置ずれを抑止できる。また、端板１３８がティース３４の軸方向と重なる部位を有することとなるので、固定子巻線３２と対向する軸方向長さを確保することができる。この結果、スロット３５内の軸方向端部近傍における絶縁性をより高めることが可能となる。さらに、第一実施形態と同じ厚さの端板１３８に形成した穴部１３８ｃに突出部３４ａを嵌め込むことで、体格の増大を抑止しつつもコアシート３６の積層枚数を多くできる。この結果。第一実施形態と同じ体格で、ＭＧ１０の出力を向上することが可能となる。

［第三実施形態］
次に本発明を具体化した第三の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、第一実施形態と同一の構成については、第一実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する。図１５は、第三実施形態における第２コイルエンド３２ｂ側の部分的な断面図である。図１６は端板２３８を固定子鉄心３１の端面に配置した状態を部分的に示す平面図である。

本実施形態でも、固定子鉄心３１における第２コイルエンド３２ｂ側には端板２３８が配置されている。本実施形態の端板２３８も第一実施形態と同様、樹脂でリング状に形成されたものである。また、孔２３８ａの周方向の内壁部２３８ｄがスロット３５の周縁部３５ｂよりもスロット３５側に突出している点も第一実施形態と同様である。

図１５に示すように、隣り合う孔２３８ａの周方向の内壁部２３８ｄを接続する端板２３８の上面部２３８ｅは径方向に垂直な断面が略円弧状となるように形成されている。図１５及び図１６に示すように、端板２３８の下面側には、径方向に延びる溝部２３８ｃが形成されている。溝部２３８ｃは、内径側から外径側に向かうほど周方向の幅が広くなるように形成されており、孔２３８ａの周方向の内壁部２３８ｄの厚さが一定となるようにされている。この溝部２３８ｃにより、端板２３８とティース３４との間に径方向に延びる空間が形成されるようになっている。また、溝部２３８ｃにはその外径側及び内径側の端部にそれぞれ外径側開口部２３８ｆ及び内径側開口部２３８ｇが形成されている。そして、外径側開口部２３８ｆから金属製の支持治具２３９が挿入可能となっている。

本実施形態の端板２３８を用いて固定子３０を製造する場合には、溝部２３８ｃの形状に対応した支持治具２３９を外径側開口部２３８ｆから溝部２３８ｃ内に挿入した状態で、折り曲げ工程を行う。そして、折り曲げ工程が終了した後に、支持治具２３９を溝部２３８ｃから抜き出す。

なお、支持治具２３９を溝部２３８ｃ内にセットした状態で端板２３８を固定子鉄心３１の端面に配置してもよいし、端板２３８を固定子鉄心３１の端面に配置した後であって折り曲げ工程の前に支持治具２３９を溝部２３８ｃ内に挿入するようにしてもよい。また、支持治具２３９の抜き出しは、折り曲げ工程の直後又は接合工程の後のいずれに行ってもよい。

本実施形態でも、第一実施形態と同様、固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間の絶縁性を確保することが可能となる。

本実施形態では、折り曲げ工程は溝部２３８ｃ内に支持治具２３９を挿入した状態で行われる。このため、セグメント３３の折り曲げに際して、端板２３８に強い力が加わることによる端板２３８の変形を抑止することができる。また、折り曲げ工程が終了した後は、支持治具２３９を溝部２３８ｃから抜き出すことで、固定子３０を軽量化することができる。

本実施形態では、隣り合う孔２３８ａにおける周方向の内壁部２３８ｄは略円弧状に接続されている。これにより、セグメント３３を折り曲げる際に略円弧状の部位を支点とすることができるので、折り曲げ工程におけるセグメント３３の絶縁被膜３９の損傷を抑止することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記各実施形態では、端板３８等は樹脂により形成したが、樹脂以外の絶縁材（例えばセラミック等）で端板を形成してもよい。これによっても、セグメント３３が接触する相手が絶縁性部材なので、絶縁被膜３９が損傷を受けた部分から絶縁破壊が起こることを抑止することができる。

上記各実施形態では、固定子３０の第２コイルエンド３２ｂ側にのみ端板３８等を配置した。しかし、端板３８等を固定子３０の両端面に配置するようにしてもよい。

上記第三実施形態では、溝部２３８ｃ及び支持治具２３９は内径側から外径側に向かうほど周方向の幅が広くなるものとしたが、周方向の幅を一定としてもよい。これによると、支持治具２３９の挿入及び抜き出しを内径側開口部２３８ｇから行うことも可能となる。

上記各実施形態では、回転子２０の磁極数に対応してスロット３５の数を９６とした。しかし、スロット３５の数は９６に限るものではなく、回転子２０の磁極数に対応して変更が可能である。

上記各実施形態では、エナメル層３９ａの外周に設けられた押出被覆樹脂層をＰＰＳ樹脂を用いて形成した。しかし、押出被覆樹脂層としては押出加工が可能なものであればよく、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリメチルペンテン（ＰＭＰ）等を用いることも可能である。

第一実施形態のモータジェネレータの全体構造を示す断面図。 モータジェネレータの回路図。 コアシートを積層して形成される固定子鉄心の説明図。 固定子巻線を構成するセグメントの模式的形状を示す斜視図。 セグメントの断面図。 固定子の部分的な模式断面図。 （ａ）は端板を固定子鉄心の端面に配置した状態を部分的に示す平面図（ｂ）は内周側の側面図。 第２コイルエンド部側の部分的な断面図。 固定子鉄心に対するセグメントの挿入工程を示す斜視図。 折り曲げ工程においてセグメントの開放端部を捻る捻り装置の断面図。 捻り整形部の平面図。 捻り治具によりセグメントが捻られる前の状態を模式的に示す図。 捻り治具によりセグメントが捻られた後の状態を模式的に示す図。 第二実施形態の第２コイルエンド部側の部分的な断面図。 第三実施形態の第２コイルエンド部側の部分的な断面図。 端板を固定子鉄心の端面に配置した状態を部分的に示す平面図。

符号の説明

１０…モータジェネレータ（ＭＧ）、１１…ハウジング、１２，１３…軸受、２０…回転子、２１…回転軸、２２…回転子鉄心、２３…永久磁石、３０…固定子、３１…固定子鉄心３１…固定子巻線、３３…セグメント、３４…ティース、３５…スロット、３６…コアシート、３７…凹部、３８…端板、３８ａ…孔、３８ｂ…周縁部、３８ｃ…突起部、３８ｄ…内壁部、３９…絶縁被膜、３９ａ…エナメル層、３９ｂ…ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂層。

Claims (9)

1. 周方向に複数のティースが配置され、隣接する前記ティース間に複数のスロットが形成された円筒状の固定子鉄心と、
   外周に絶縁被膜層を有する電気導体によって形成され、前記スロットに収容されるとともに、前記固定子鉄心の端面から突出した一部が周方向に折り曲げられて形成される固定子巻線と、
   前記固定子鉄心の端面における前記ティース上に配置される絶縁部材とを備えた回転電機の固定子であって、
   前記固定子鉄心は、軸方向端面側において前記ティースに対応する部分の周方向幅が小さく、かつ、軸方向に突出する突出部を有し、
   前記絶縁部材は、前記突出部に嵌め込まれる穴部を有し、
   前記穴部を前記突出部に嵌め込むことにより前記絶縁部材を位置決めすることで、前記絶縁部材を、前記スロットの開口を狭める側に突出させて設けたことを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記ティース上に配置される絶縁部材の周方向角部を曲面としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記絶縁部材を樹脂で形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記絶縁部材に、前記スロットにおける前記固定子巻線の非収容部分に係合する突出部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電機の固定子。
5. 前記絶縁部材を、前記ティースの軸方向と重なる部位を有するように設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転電機の固定子。
6. 前記電気導体の外周にエナメル層を設けるとともに、当該エナメル層の外周に押出被覆樹脂層を設けることにより、前記絶縁被膜層を形成したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転電機の固定子。
7. 前記電気導体として複数の導体セグメントを用い、当該複数の導体セグメントの端部を互いに接合して前記固定子巻線を形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転電機の固定子。
8. 前記導体セグメントの前記スロット内における断面形状を、前記スロット形状に沿った略矩形状としたことを特徴とする請求項７に記載の回転電機の固定子。
9. 車両に搭載される回転電機に適用することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転電機の固定子。

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