JP6397851B2 - スロットコイル及び回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載可能な回転電機のステータ及び該ステータのステータコアに設けられたスロットに挿入されるスロットコイルに関する。

近年では、回転電機のステータとして、セグメントコイルを用いた回転電機が提案されている。例えば、特許文献１においては、ステータコアのスロットに配置されるスロットコイルとステータコアの外側に配置される渡り部となるコネクトコイルとをかしめて結合することでコイルループを形成している。

特開２０１３−０２７１７４号公報

特許文献１に記載の回転電機では、絶縁材で被覆されたスロットコイルをステータコアのスロットに圧入することが記載されている。

一般的にスロットコイルをステータコアのスロットに圧入しようとすると、積層された鋼板の寸法誤差等によりスロットの内周面に形成される凸部に絶縁材が引っかかりスロットコイルの進入を阻害するため、圧入荷重を大きくする必要があった。一方で、圧入荷重を大きくすると、圧入時に絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が破損して内部に滞留し、回転電機の使用中に異物となる虞があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み付け性が良く、異物の発生を抑制可能なスロットコイル及び回転電機のステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア２１）に設けられたスロット（例えば、後述の実施形態のスロット２３）に挿入されるスロットコイル（例えば、後述の実施形態のスロットコイル２５）であって、
前記スロットコイルは、
第１スロットコイル（例えば、後述の実施形態の外径側スロットコイル２６）と、
第２スロットコイル（例えば、後述の実施形態の内径側スロットコイル２７）と、
前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルの周囲を被覆し、前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルと一体に形成される絶縁材（例えば、後述の実施形態の絶縁材２８）と、を備え、
前記絶縁材には、外周面に突起部（例えば、後述の実施形態の突起部２８ａ）が設けられ、
前記スロットコイルは、前記突起部が弾性変形した状態で挿入され、前記突起部が弾性変形した状態のまま前記スロットの内周面と係合して固定される。

請求項２に記載の発明は、
ステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア２１）に設けられたスロット（例えば、後述の実施形態のスロット２３）に挿入されるスロットコイル（例えば、後述の実施形態のスロットコイル２５）であって、
前記スロットコイルは、
第１スロットコイル（例えば、後述の実施形態の外径側スロットコイル２６）と、
第２スロットコイル（例えば、後述の実施形態の内径側スロットコイル２７）と、
前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルの周囲を被覆し、前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルと一体に形成される絶縁材（例えば、後述の実施形態の絶縁材２８）と、を備え、
前記絶縁材には、外周面に凹部（例えば、後述の実施形態の凹部２８ｂ）が設けられており、
前記スロットコイルは、前記凹部を区画する壁部（例えば、後述の実施形態の壁部２８ｃ）が弾性変形した状態で挿入され、前記壁部が弾性変形した状態のまま前記スロットの内周面と係合して固定される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記凹部は、前記スロットの内周面と閉空間を形成する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記壁部は、前記スロットコイルの長手方向の両端部に設けられている。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、
前記凹部は、前記スロットコイルの長手方向に沿って複数設けられている。

請求項６に記載の発明は、
複数のスロット（例えば、後述の実施形態のスロット２３）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア２１）と、
前記ステータコアに取付けられるコイル（例えば、後述の実施形態のコイル５０）と、を備えた回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態のステータ１０）において、
前記コイルは、前記スロットに挿入される複数のスロットコイル（例えば、後述の実施形態のスロットコイル２５）と、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側において、前記スロットコイル間を接続する複数の接続コイル（例えば、後述の実施形態の接続コイル４０）と、を有し、前記スロットコイルと前記接続コイルとは当接部（例えば、後述の実施形態の当接面Ｐ２、Ｐ３）において結合されており、
前記スロットコイルは、前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のスロットコイルである。

請求項１の発明によれば、スロットコイルを被覆する絶縁材の外周面に突起部が設けられており、突起部がスロットの内周面と係合するので、スロットコイルをスロット内に固定しつつ、略全面がスロットの内周面と係合する場合に比べて圧入荷重を低く抑えることができ組み付け性が向上する。また、突起部以外の部分はスロットの内周面と接しないようにすることで、絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が折れて異物となるのを抑制できる。
また、絶縁材は突起部が変形した状態でスロットの内周面に係合することで、より確実にスロットコイルをスロット内に固定できる。

請求項２の発明によれば、スロットコイルを被覆する絶縁材の外周面にスロットコイルの長手方向に沿って凹部が設けられており、絶縁材は凹部を区画する壁部がスロットの内周面と係合するので、スロットコイルをスロット内に固定しつつ、略全面がスロットの内周面と係合する場合に比べて圧入荷重を低く抑えることができ組み付け性が向上する。また、凹部はスロットの内周面と接しないので、絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が折れて異物となるのを抑制できる。
また、絶縁材は壁部が変形した状態でスロットの内周面に係合することで、より確実にスロットコイルをスロット内に固定できる。

請求項３の発明によれば、凹部がスロットの内周面と閉空間を形成することで、絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が破損した場合でも破片を閉空間に収容でき、回転電機の使用中に異物が発生するのを抑制できる。

請求項４の発明によれば、壁部がスロットコイルの長手方向の両端部に設けられていることで長手方向全域に亘って閉空間を形成でき、より異物の発生を抑制できる。

請求項５の発明によれば、複数の凹部を区画する隔壁がスロットコイルの長手方向に沿って設けられるので、スロットコイルをスロット内に保持できる。

請求項６の発明によれば、スロットコイルをスロット内に固定しつつ、略全面がスロットの内周面と係合する場合に比べて圧入荷重を低く抑えることができ組み付け性が向上する。また、絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が折れて異物となるのを抑制できる。

本発明の一実施形態の回転電機のステータの斜視図である。 図１に示すステータの分解斜視図である。 図２に示す一方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 図２に示す他方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 スロットコイルの斜視図である。 スロットコイルの分解斜視図である。 図１に示すステータの一部を示す縦断面図である。 図３及び図４に示すベースプレート組立体の一部を示す正面図である。 図４に示すベースプレート組立体の一部を示す正面図である。 複数相のコイルの斜視図である。 図８の正面図である。 図８に示す複数相のコイルから１相分のコイルを抜き出して示す斜視図である。 Ｕ相のコイルの結線態様を示す展開図である。 Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの結線態様を示す模式図である。 外側接続コイル延出部と内側接続コイル延出部との接合を説明するための斜視図である。 外側接続コイルの内径側端部と外径側スロットコイルの段差部との接合及び内側接続コイルの内径側端部と内径側スロットコイルの段差部との接合を説明するための斜視図である。 図５Ｂに示すスロットコイルの断面図である。 第１変形例のスロットコイルの断面図である。 第２変形例のスロットコイルの断面図である。 第３変形例の内径側スロットコイルの斜視図である。 第４変形例の内径側スロットコイルの斜視図である。

以下、本発明の回転電機のステータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

［ステータ］
図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機のステータ１０は、ステータコア組立体２０と、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒと、を備え、ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが、ステータコア組立体２０の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート６５が配置され、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとを絶縁している。

［１ ステータコア組立体］
ステータコア組立体２０は、ステータコア２１と、複数（図に示す実施形態では１０８個）のスロットコイル２５と、を備える。

［１−１ ステータコア］
ステータコア２１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、その径方向内側に、複数（図に示す実施形態では１０８個）のティース２２と、隣接するティース２２間に形成される複数（図に示す実施形態では１０８個）のスロット２３とを備える。スロット２３は、ステータコア２１の軸方向に貫通して形成され、軸方向から見てステータコア２１の径方向に長い略長円形状に形成され、開口部２４がステータコア２１の内周面に開口している。

［１−２ スロットコイル］
各スロット２３に挿入されるスロットコイル２５は、図５Ａ、図５Ｂ及び図６も参照して、断面長方形状の板状導体である外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とを有し、外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７の軸方向両端部を除く周囲が射出成形された樹脂などの断面長方形状の絶縁材２８で被覆されて一体に形成されている。具体的に、外径側スロットコイル２６は、ステータコア２１の軸方向幅Ｌ１と後述する接続コイル４０の４枚分の軸方向幅（４×Ｌ２）の和と略等しい長さ（Ｌ１＋４×Ｌ２）に設定され、軸方向両端部がそれぞれ接続コイル４０の２枚分の軸方向幅と略等しい長さ（２×Ｌ２）だけ絶縁材２８から露出している。さらに、外径側スロットコイル２６の軸方向一端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向一方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２６ａが形成され、外径側スロットコイル２６の軸方向他端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向他方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２６ａが形成されている。

内径側スロットコイル２７は、ステータコア２１の軸方向幅（Ｌ１）と後述する接続コイル４０の２枚分の軸方向幅（２×Ｌ２）の和と略等しい長さ（Ｌ１＋２×Ｌ２）に設定され、軸方向両端部がそれぞれ接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と略等しい長さ（Ｌ２）だけ絶縁材２８から露出している。さらに、内径側スロットコイル２７の軸方向一端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向他方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２７ａが形成され、内径側スロットコイル２７の軸方向他端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向一方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２７ａが形成されている。

言い換えると、スロットコイル２５は、外径側スロットコイル２６が接続コイル４０の２枚分の軸方向幅と略等しい長さ（２×Ｌ２）分だけ軸方向両側にそれぞれ絶縁材２８から露出するとともに、内径側スロットコイル２７が接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ軸方向両側にそれぞれ絶縁材２８から露出し、外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７の両先端部にはそれぞれ接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ段差部２６ａ、２７ａが周方向で反対側を向くように形成されている。また、軸方向一端部と軸方向他端部では、外径側スロットコイル２６の段差部２６ａ同士と内径側スロットコイル２７の段差部２７ａ同士がそれぞれ周方向で反対側を向くように形成されている。

絶縁材２８には、図５Ａ、図５Ｂ及び図１５Ａに示すように、軸方向一端部に周方向一方及び他方を向く面に径方向に離間して複数（本実施形態では４本）の略直方体形状の突起部２８ａがスロットコイル２５の長手方向（ステータコア２１の軸方向）に延びるように形成されている。突起部２８ａは、スロット２３内への挿入時に圧入しやすくなるように挿入方向の先端部に傾斜面が形成されている。

外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７からなる複数（図に示す実施形態では１０８個）のスロットコイル２５は、圧入により各スロット２３内に外径側スロットコイル２６が径方向外側となり内径側スロットコイル２７が径方向内側となるようにステータコア２１の径方向に配置される。各スロットコイル２５は、ステータコア２１の複数のスロット２３にそれぞれ挿入されてステータコア２１の周方向に並べられ、ステータコア組立体２０を構成する。

外径側スロットコイル２６は、接続コイル４０の略２枚分の軸方向幅と略等しい長さ（２×Ｌ２）分だけ先端部がステータコア２１の両方の端面２１ａ、２１ｂからそれぞれ突出するようにスロット２３に挿入され、内径側スロットコイル２７は、接続コイル４０の略１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ先端部がステータコア２１の両方の端面２１ａ、２１ｂからそれぞれ突出するようにスロット２３に挿入されている。

また、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と、ステータコア２１のスロット２３と、の間には、両スロットコイル２６、２７を被覆する絶縁材２８が介在してステータコア２１との絶縁が確保されている。

外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７を被覆する絶縁材２８は、突起部２８ａ以外の外周面がスロット２３よりも僅かに小さくスロット２３と略同一形状を有しており、圧入によって突起部２８ａがスロット２３の内周面と接して、スロット２３の内周面に形成される凸部と係合するとともに絶縁材２８の弾性力でスロット２３へ容易に固定できる。即ち、突起部２８ａは変形した状態でスロット２３の内周面に係合して固定される。これにより、スロットコイル２５をスロット２３内に固定しつつ、略全面がスロット２３の内周面と係合する場合に比べて圧入荷重を低く抑えることができ組み付け性が向上する。また、突起部２８ａ以外の部分はスロット２３の内周面と接しないようにすることで、絶縁材２８の一部又はスロット内に突出する珪素鋼板の端部が折れて異物となるのを抑制できる。なお、絶縁材２８としては、エポキシ樹脂、エナメル樹脂等を使用することができる。

［２ ベースプレート組立体］
ステータコア組立体２０の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒは、図３及び図４に示すように、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒと、複数の接続コイル４０と、を備える。

［２−１ ベースプレート］
ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒは、絶縁性を有する樹脂（非磁性材）等によって成形され、ステータコア２１と略等しい内外径を有する略円環状部材である。

ベースプレート３１Ｒの内径側には、図３に示すように、ステータコア２１のスロット２３に挿入された各スロットコイル２５の外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７にそれぞれ対応して、複数（図に示す実施形態では１０８個）の外径側貫通孔３２及び複数（図に示す実施形態では１０８個）の内径側貫通孔３３が、それぞれ等間隔にベースプレート３１Ｒを貫通して外側面３５と内側面３６とを連通するように形成されている。ステータコア組立体２０にベースプレート組立体３０Ｒを組み付けることで、ベースプレート３１Ｒの外径側貫通孔３２には、ステータコア２１のスロット２３に挿入されステータコア２１の端面２１ａ、２１ｂから突出する外径側スロットコイル２６の先端部が配置され、ベースプレート３１Ｒの内径側貫通孔３３には、ステータコア２１のスロット２３に挿入されステータコア２１の端面２１ａ、２１ｂから突出する内径側スロットコイル２７の先端部が配置される。なお、外径側貫通孔３２に関しては、内側面３６の開口部が外側面３５の開口部よりも小さくなっており、外径側スロットコイル２６の先端部が通る部分のみベースプレート３１Ｒを貫通している。

ベースプレート３１Ｒの外径側には、さらに複数（図に示す実施形態では１０８個）の外周側孔３４が等間隔にベースプレート３１Ｒを貫通して外側面３５と内側面３６とを連通するように形成されている。ベースプレート３１Ｒの外側面３５及び内側面３６には、図７Ａに示すように、それぞれ外側面３５及び内側面３６に開口する断面略コの字型の複数（図に示す実施形態ではいずれも１０８個、１０８個）の外側面溝３７及び内側面溝３８が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。

ベースプレート３１Ｌも、基本的にはベースプレート３１Ｒと同様の構造を有し、内径側には、ステータコア２１のスロット２３に挿入された各スロットコイル２５の外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７にそれぞれ対応して、複数（図に示す実施形態では１０８個）の外径側貫通孔３２及び複数（図に示す実施形態では１０８個）の内径側貫通孔３３が、それぞれ等間隔にベースプレート３１Ｌを貫通して外側面３５と内側面３６とを連通するように形成されている。

一方で、ベースプレート３１Ｌの外径側には、図中上方部分に径方向外側に扇状に延びる展開部３１ａが設けられており、展開部３１ａ以外の部分では、複数の外周側孔３４が等間隔にベースプレート３１Ｌを貫通して外側面３５と内側面３６とを連通するように形成されている。展開部３１ａにおいては、他の外周側孔３４より僅かに大きな開口面積を有する外周側孔３４ａが６つの外周側孔３４を挟むようにＵ、Ｖ、Ｗ相の各相２つを一組として２組ずつ形成されるとともに、入力端子用切欠部３４ｃが各相１つずつ等間隔に形成されている。入力端子用切欠部３４ｃには入力端子部４３が一体に形成された後述する３つの内側接続コイル４２ｂの入力端子部４３が配置される。

ベースプレート３１Ｌの展開部３１ａの内径側には、各相２つを一組として一組のバスバー用切欠部（不図示）が内周側に形成された外径側貫通孔３２ａが８つの外径側貫通孔３２を挟んで形成され、さらに各相１つずつの中点バスバー用切欠部（不図示）が内周側に形成された内径側貫通孔３３ａが１１個の内径側貫通孔３３を挟んで形成されている。バスバー用切欠部には、同相のコイル同士を接続するバスバー６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗのバスバー接続部が配置され、中点バスバー用切欠部には、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のコイル同士を接続する中点バスバー６２の中点バスバー接続部が配置される。

ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの外周側孔３４、３４ａには、後述する外側接続コイル４１の外径側端部１１２と内側接続コイル４２の外径側端部１２３とが配置される。外径側貫通孔３２、３２ａ、内径側貫通孔３３、３３ａ及び外周側孔３４、３４ａは、軸方向から見て矩形形状を呈し、これらの内部に配置されるコイル部材よりも大きな空間を有している。

また、ベースプレート３１Ｌの外側面３５と内側面３６にも、それぞれ外側面３５及び内側面３６に開口する断面略コの字型の複数（図に示す実施形態では外側面３５に１０２個、内側面３６に１０２個）の外側面溝３７及び内側面溝３８が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。ベースプレート３１Ｌの展開部３１ａには、外側面３５に他の外側面溝３７よりも僅かに長く形成された外側面溝３７ａが各相４個ずつ合計で１２個形成されるとともに、内側面３６に他の内側面溝３８よりも僅かに長く形成された内側面溝３８ａが各相５個ずつ合計で１５個形成されている。外側面溝３７、３７ａの数は、ベースプレート３１Ｒに形成される外側面溝３７よりも各相２本ずつ合わせて６本分少なくなるとともに、内側面溝３８、３８ａの数は、ベースプレート３１Ｒに形成される内側面溝３８よりも各相１本ずつ合わせて３本分少なくなっており、代わりにバスバー６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗによって同相のコイル同士が接続されるとともに中点バスバー６２によって異相のコイル同士が接続されるようになっている。これらベースプレート３１Ｌ、３１Ｒにおいては、図６に示すように、互いに隣接する各外側面溝３７、３７ａ間、及び各内側面溝３８、３８ａ間は、ベースプレート３１Ｌから立設する壁３１ｂによって隔離され、また、軸方向において対向する外側面溝３７、３７ａと内側面溝３８、３８ａとは隔壁３１ｃによって隔離され、それぞれ電気的に絶縁される。

また、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒは、内径側貫通孔３３が形成される最内径部３９が、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）に設定されており、外径側貫通孔３２及び外周側孔３４が形成される最内径部３９以外の領域が、接続コイル４０の２枚分の軸方向幅（２×Ｌ２）と隔壁３１ｃの厚さ（Ｌ３）との合計に略等しい軸方向幅（２×Ｌ２＋Ｌ３）に設定されている。

ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒでは、図７Ａに示すように、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの各外側面溝３７は、正面視において、外周側孔３４と、この外周側孔３４から反時計方向に所定の角度離間した外径側貫通孔３２とを接続するように、インボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。但し、図７Ｂに示すように、ベースプレート３１Ｌの複数の外側面溝３７の内、展開部３１ａに向かって延びる１２個の外側面溝３７ａは、外周側孔３４ａと、この外周側孔３４ａから反時計方向に前記所定の角度を僅かに超えて離間した外径側貫通孔３２とを接続するようにインボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、外側面溝３７及び内側面溝３８に後述する外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２を収容した状態を示している。

また、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの各内側面溝３８は、正面視において、外周側孔３４と、この外周側孔３４から反時計方向に（図７Ａ側から見て時計方向に）所定の角度離間した内径側貫通孔３３とを、外径側貫通孔３２を避けて屈曲しながら接続するように形成されている。但し、図７Ｂに示すように、ベースプレート３１Ｌの複数の内側面溝３８の内、ベースプレート３１Ｌの展開部３１ａに向かって延びる１２個の内側面溝３８ａは、外周側孔３４ａと、この外周側孔３４ａから反時計方向に前記所定の角度を僅かに超えて離間した内径側貫通孔３３とを接続するようにインボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。１５個の内側面溝３８ａのうち残り３個の内側面溝３８ａは、入力端子用切欠部３４ｃと連通する。

即ち、図７Ａ及び７Ｂに示すように、外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とは、外側面溝３７及び内側面溝３８が共通に連続する外周側孔３４、又は外側面溝３７ａ及び内側面溝３８ａが共通に連続する外周側孔３４ａを介して接続されている。

［２−２ 接続コイル］
接続コイル４０は、銅などの導電材料によって板状に形成されており、外側面溝３７、３７ａにそれぞれ挿入される外側接続コイル４１（４１ａ、４１ｂ）と、内側面溝３８にそれぞれ挿入される内側接続コイル４２（４２ａ、４２ｂ）とに分けることができる。なお、ここで言う外側接続コイル４１とは、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとが組み付けられたとき、ステータ１０の軸方向外側となる接続コイル４０のことであり、内側接続コイル４２とは、ステータ１０の軸方向内側となる接続コイル４０のことである。

外側接続コイル４１ａは、一様厚を有する断面長方形状の板状導体であって、外側面溝３７と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された外側接続コイル本体１１０から内径側端部１１１が径方向に屈曲するとともに、外径側端部１１２も外側接続コイル本体１１０から径方向に屈曲している。外側接続コイル４１ａの外径側端部１１２には軸方向内側に延出するように外側接続コイル延出部１１３が形成されている。外側接続コイル本体１１０及び内径側端部１１１の軸方向幅（Ｌ２）は、外側面溝３７の溝深さと等しくなっており、外側接続コイル延出部１１３の軸方向幅（Ｌ４）は、外側面溝３７と内側面溝３８との各溝深さと隔壁３１ｃの厚さ（Ｌ３）との合計に等しい軸方向幅（２×Ｌ２＋Ｌ３）に設定されている。また、１２個の外側接続コイル４１ｂは、外側接続コイル本体１１０が外側面溝３７ａと同一形状に湾曲して形成されている以外、外側接続コイル４１ａと同様の構成を有している。

内側接続コイル４２ａは、一様厚を有する断面長方形状の板状導体であって、内側面溝３８と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された内側接続コイル本体１２０から外径側貫通孔３２を迂回するように形成された迂回部１２１を経由して内径側端部１２２が径方向に屈曲するとともに、外径側端部１２３も内側接続コイル本体１２０から径方向に屈曲している。内側接続コイル４２ａの外径側端部１２３には、軸方向外側に延出するように内側接続コイル延出部１２４が形成されている。内側接続コイル本体１２０及び内径側端部１２２の軸方向幅（Ｌ２）は、内側面溝３８の溝深さと等しくなっており、内側接続コイル延出部１２４の軸方向幅（Ｌ４）は、外側面溝３７と内側面溝３８との各溝深さと隔壁３１ｃの厚さとの合計に等しい軸方向幅（２×Ｌ２＋Ｌ３）に設定されている。また、内側面溝３８ａに挿入される１５個の内側接続コイル４２ｂは、内側接続コイル本体１２０が内側面溝３８ａと同一形状に湾曲して形成されている以外、基本的に内側接続コイル４２ａと同様の構成を有しているが、１５個の内側接続コイル４２ｂのうち、入力端子用切欠部３４ｃに対応する位置に配置される３個の内側接続コイル４２ｂには、外部機器などに接続するための入力端子部４３が入力端子用切欠部３４ｃに嵌るように外径側端部１２３に一体に形成されている。

外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２は同一の板厚を有し、この外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２の板厚は、同じく同一の板厚を有する外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と同じ板厚に設定されている。この外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２の板厚は、外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２（外側接続コイル本体１１０及び内側接続コイル本体１２０）の軸方向幅（Ｌ２）より小さくなっている。なお、上記した「接続コイル４０のｘ（ｘ＝１、２、４）枚分の軸方向幅」は、外側接続コイル本体１１０及び内側接続コイル本体１２０の軸方向幅を意味している。また、「略等しい」とは、隔壁３１ｃ分の誤差を含む表現である。絶縁シート６５の厚さについては考慮しないものとした。

外側接続コイル４１、内側接続コイル４２、及びスロットコイル２５は、所定の板厚を有する金属板（例えば銅板）からプレス打抜等の加工を行うことにより、所望の軸方向幅及び所望の平面形状に形成することができる。さらに、外側接続コイル４１については、打抜かれた板状導体を曲げ成形することにより、外側面溝３７、３７ａと同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された外側接続コイル本体１１０と、外側接続コイル本体１１０から屈曲するように接続された内径側端部１１１、外径側端部１１２とを形成することができる。同様に、内側接続コイル４２についても、打抜かれた板状導体を曲げ成形することにより、内側面溝３８、３８ａと同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された内側接続コイル本体１２０と、内側接続コイル本体１２０から屈曲するように接続された内径側端部１２２、外径側端部１２３とを形成することができる。

外側接続コイル４１ａ、４１ｂは、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの外側面溝３７、３７ａに挿入される。外側接続コイル４１の内径側端部１１１は外径側貫通孔３２に配置され、図１４に示すように、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの組み付けの際に同じくステータコア２１のスロット２３に挿入されて外径側貫通孔３２に配置される外径側スロットコイル２６の段差部２６ａと当接する。

内側接続コイル４２ａ、４２ｂは、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの内側面溝３８、３８ａに挿入される。内側接続コイル４２ａ、４２ｂの内径側端部１２２は内径側貫通孔３３に配置され、図１４に示すように、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの組み付けの際に同じくステータコア２１のスロット２３に挿入されて内径側貫通孔３３に配置される内径側スロットコイル２７の段差部２７ａと当接する。

外側接続コイル４１ａ、４１ｂの外径側端部１１２と内側接続コイル４２ａ、４２ｂの外径側端部１２３とは、図１３に示すように、いずれも外周側孔３４に配置され、外側接続コイル延出部１１３の周方向一方を向く側面１１３ａと内側接続コイル延出部１２４の周方向他方を向く側面１２４ａとが径方向及び軸方向全面に亘って当接する。

［３ 接合］
互いに当接する、外側接続コイル４１の内径側端部１１１と外径側スロットコイル２６の段差部２６ａ、内側接続コイル４２の内径側端部１２２と内径側スロットコイル２７の段差部２７ａ、及び、外側接続コイル４１の外側接続コイル延出部１１３と内側接続コイル４２の内側接続コイル延出部１２４は、いずれも板厚方向に対して交差する平面状の板表面同士が溶接により、好ましくはレーザー溶接により接合される。以下の説明ではレーザー溶接により接合する場合を例に説明する。

図１３に示すように、外側接続コイル延出部１１３と内側接続コイル延出部１２４とは、いずれも板厚方向に対して交差し軸方向に沿う平面状の板表面である、外側接続コイル延出部１１３の周方向一方を向く側面１１３ａと内側接続コイル延出部１２４の周方向他方を向く側面１２４ａとを対向させて当接させることで互いの板表面が径方向及び軸方向全面に亘って面接触する。両方の側面１１３ａ、１２４ａを面接触させた状態で、外周側孔３４の軸方向外側から径方向に延びる当接面Ｐ１に沿ってレーザー溶接することで当接面Ｐ１において接合される。これにより、同じ外周側孔３４に位置する外側接続コイル４１の外径側端部１１２と内側接続コイル４２の外径側端部１２３とが電気的に接続され、ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが構成される。なお、図１３においては、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒを省略している。図１４についても同様である。

図１４に示すように、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの組み付けにおいては、絶縁シート６５を介在させて互いの周方向の相対位置をあわせて軸方向に組み付けることで、外側接続コイル４１の内径側端部１１１と外径側スロットコイル２６の段差部２６ａとが当接し、内側接続コイル４２の内径側端部１２２と内径側スロットコイル２７の段差部２７ａとが当接することで、両者が位置決めされる。

外径側スロットコイル２６の段差部２６ａと当接する外側接続コイル４１の内径側端部１１１は、平面状の板表面である周方向他方を向く側面１１１ａが段差部２６ａの側面２６ｂ全面に亘って当接するとともに、底面１１１ｂが段差部２６ａの底面２６ｃ全面に亘って当接する。板厚方向に対して交差し軸方向に沿う平面状の両側面１１１ａ、２６ｂを面接触させた状態で、外径側貫通孔３２の軸方向外側から径方向に延びる当接面Ｐ２に沿ってレーザー溶接することで当接面Ｐ２において接合される。

内径側スロットコイル２７の段差部２７ａと当接する内側接続コイル４２の内径側端部１２２は、平面状の板表面である周方向一方を向く側面１２２ａが段差部２７ａの側面２７ｂ全面に亘って当接するとともに、底面１２２ｂが段差部２７ａの底面２７ｃ全面に亘って当接する。板厚方向に対して交差し軸方向に沿う平面状の両側面１２２ａ、２７ｂを面接触させた状態で、内径側貫通孔３３の軸方向外側から径方向に延びる当接面Ｐ３に沿ってレーザー溶接することで当接面Ｐ３において接合される。

同様に、バスバー用切欠部が形成された外径側貫通孔３２ａに配置された外径側スロットコイル２６の段差部２６ａとバスバー用切欠部に配置されるバスバー６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗのバスバー接続部とをレーザー溶接し、中点バスバー用切欠部が形成された内径側貫通孔３３ａに配置された内径側スロットコイル２７の段差部２７ａと中点バスバー６２の中点バスバー接続部とをレーザー溶接することでバスバー６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗ及び中点バスバー６２が外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７にそれぞれ接合される。

外径側貫通孔３２、３２ａ、内径側貫通孔３３、３３ａ及び外周側孔３４は、軸方向から見て矩形形状を呈し、これらの内部に配置されるコイル部材よりも大きな空間を有しているので、即ち、レーザー光の照射部分とベースプレート３１Ｌ、３１Ｒ間には隙間が設けられているので、レーザー光によるベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの損傷を防止できる。

このように接合することで、ステータコア２１のスロット２３に挿入された外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とが、外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２を介して電気的に接続された状態でステータコア組立体２０にベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが組み付けられる。外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２は、同相（例えば、Ｕ相）のスロットコイル２５同士を接続してコイル５０の渡り部を構成する。

従って、例えば図１０に示すように、同一のスロット２３に配置された外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７に関して、外径側スロットコイル２６の一端側（図中手前側）で接続された外側接続コイル４１は、径方向外側、且つ、時計回りに延びて同相の内側接続コイル４２に接続され、外径側スロットコイル２６の他端側（図中奥側）で接続された外側接続コイル４１は、径方向外側、且つ、反時計回りに延びて同相の内側接続コイル４２に接続される。また、内径側スロットコイル２７の一端側（図中手前側）で接続された内側接続コイル４２は、径方向外側、且つ、反時計回りに延びて同相の外側接続コイル４１に接続され、内径側スロットコイル２７の他端側（図中奥側）で接続された内側接続コイル４２は、径方向外側、且つ、時計回りに延びて同相の外側接続コイル４１に接続される。

このようにステータ１０は、ステータコア組立体２０の両側に一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒを組みつけることで構成され、これによりセグメント化されたコイル５０が、同一構造を有する各相６つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）を形成する。この各相６つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）は、２つのコイルループを１組として３組のＵ相コイル５０Ｕ、３組のＶ相コイル５０Ｖ、及び３組のＷ相コイル５０Ｗが、反時計方向にこの順で波巻きされる（図１１参照）。図８は、理解を容易にするためステータ１０からセグメント化された複数相（ＵＶＷ相）のコイルを抜き出して示す複数相のコイルの斜視図、図９は、図８の正面図、図１０は、更に一相分（例えば、Ｕ相）のコイルを抜き出して示す斜視図、図１１は、Ｕ相のコイルの結線態様を示す展開図、図１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの結線態様を示す模式図である。

Ｕ相コイルを例に各相の結線態様について図１１を参照しながらより詳細に説明すると、Ｕ相コイルを構成する６つのコイルループは、３つのコイルループ（Ｕループ）が連続して時計方向に波巻きされるとともに３つのコイルループ（Ｕループ）が連続して反時計方向に波巻きされ、ＵループとＵループが直列にバスバー６１Ｕで結線されている。１つのスロット２３内に配置される、絶縁材２８で被覆された外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とは、Ｕループを構成するコイルとＵループを構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。

例えば、１つのＵループに着目すると、図１１に示すように、Ｕ相のスロット２３に配置された外径側スロットコイル２６の軸方向一端（図の右手側）から、外側接続コイル４１、内側接続コイル４２の順に接続されて、次のＵ相のスロット２３における、内径側スロットコイル２７に接続される。その後、内径側スロットコイル２７の軸方向他端（図の左手側）から、内側接続コイル４２、外側接続コイル４１の順に接続されて、さらに次のＵ相のスロット２３における、外径側スロットコイル２６に接続される。以降、この接続構成を繰り返してＵループが形成されている。

同様に、他の２相、即ち、Ｖ相コイル（Ｗ相コイル）を構成する６つのコイルループも、反対方向に波巻きされた３つのＶループ（Ｗループ）と３つのＶループ（Ｗループ）が直列にバスバー６１Ｕ（バスバー６１Ｗ）で結線され、１つのスロット２３内に配置される外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とはＶループ（Ｗループ）を構成するコイルとＶループ（Ｗループ）を構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。これらＵ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗは、図１２に示すように、中点バスバー６２でスター結線されている。

ステータ１０では、外側接続コイル４１と内側接続コイル４２とが、ステータコア２１を軸方向に投影した領域内に配置されると共に、軸方向に異なる位置に配置される。また、ステータ１０の軸方向外側に配置される複数の外側接続コイル４１ａ、４１ｂの外側面は、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの端面と面一となっている。

以上説明したように、本実施形態の回転電機のステータ１０によれば、スロットコイル２５を被覆する絶縁材２８の外周面に突起部２８ａが設けられており、突起部２８ａがスロット２３の内周面と係合するので、スロットコイル２５をスロット２３内に固定しつつ、略全面がスロット２３の内周面と係合する場合に比べて圧入荷重を低く抑えることができ組み付け性が向上する。また、突起部２８ａ以外の部分はスロット２３の内周面と接しないようにすることで、絶縁材２８の一部又はスロット２３内に突出する珪素鋼板の端部が折れて異物となるのを抑制できる。

また、絶縁材２８は圧入により突起部２８ａが変形した状態でスロット２３の内周面に係合することで、より確実にスロットコイル２５をスロット２３内に固定できる。

なお、上記実施形態では、突起部２８ａを軸方向一端部にのみ設けたが、これに限らず、図１５Ｂに示す第１変形例のように突起部２８ａをスロットコイル２５の長手方向（ステータコア２１の軸方向）略全体に連続するように形成してもよく、図１５Ｃに示す第２変形例のように突起部２８ａをスロットコイル２５の長手方向（ステータコア２１の軸方向）略全体に断続（離間）するように形成してもよい。また、突起部２８ａの形状は適宜設定することができ、断面視で図１５Ａのように矩形状でもよく、図１５Ｂのように楕円状でもよく、図１５Ｃのように円弧状でもよい。

また、上記実施形態では、突起部２８ａを径方向に離間して複数（本実施形態では４本）設けたが、これに限らず、径方向に連続するように形成してもよい。

さらに、絶縁材２８には、図１６Ａに示す第３変形例及び図１６Ｂに示す第４変形例のように、周方向一方及び他方を向く面に複数の凹部２８ｂが形成されていてもよい。図１６Ａに示す第３変形例では、矩形状の凹部２８ｂが径方向に二列、スロットコイル２５の長手方向（ステータコア２１の軸方向）に沿って複数形成されており、図１６Ｂに示す第４変形例では、略正六角形状の凹部２８ｂが千鳥状に、いわゆるハニカム状に複数形成されている。なお、凹部２８ｂの数や形は適宜設定することができ、１つ以上の凹部が設けられていればよい。

このようにスロットコイル２５を被覆する絶縁材２８の外周面に凹部２８ｂが設けられている場合でも、凹部２８ｂを区画する壁部２８ｃがスロット２３の内周面と係合するので、スロットコイル２５をスロット２３内に固定しつつ、略全面がスロット２３の内周面と係合する場合に比べて圧入荷重を低く抑えることができ組み付け性が向上する。また、凹部２８ｂはスロット２３の内周面と接しないようにすることで、絶縁材２８の一部又はスロット２３内に突出する珪素鋼板の端部が折れて異物となるのを抑制できる。

また、絶縁材２８は圧入により壁部２８ｃが変形した状態でスロット２３の内周面に係合することで、より確実にスロットコイル２５をスロット２３内に固定できる。

また、凹部２８ｂがスロット２３の内周面と閉空間を形成することで、絶縁材２８の一部又はスロット２３内に突出する珪素鋼板の端部が破損した場合でも破片を閉空間に収容でき、回転電機の使用中に異物が発生するのを抑制できる。

また、壁部２８ｃがスロットコイル２５の長手方向の両端部に設けられていることで長手方向全域に亘って閉空間を形成でき、より異物の発生を抑制できる。

また、複数の凹部２８ｂを区画する壁部２８ｃがスロットコイル２５の長手方向に沿って設けられるので、スロットコイル２５をスロット２３内に保持できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、円周方向に隣接する３つのスロット毎に同相のコイルが配置されるトリプルスロットタイプのステータを例示したが、これに限らず、円周方向の１つのスロット毎に各相のコイルが配置されるシングルスロットタイプ、円周方向に隣接する２つのスロット毎に同相のコイルが配置されるダブルスロットタイプのステータを用いてもよい。
また、コイルの結線については、上記実施形態に限らず、任意の仕様を選択でき、直列結線及び並列結線も適宜選択できる。
また、スロットコイル２５は、断面長方形状の板状導体に限らず、断面円形状の円柱状導体、断面多角形状の柱状導体であってもよく、スロットコイル２５と接続コイル４０の結合は、溶接による接合に限らず、かしめによる締結等が含まれる。ただし、スロットコイルを板状導体とすることで、プレス加工等により所望の位置にスリットが形成されたスロットコイルを容易に製造できる。
また、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒの軸方向外側に絶縁性のカバーを配置してもよく、樹脂等で被覆してもよい。

１０ 回転電機のステータ
２１ ステータコア
２３ スロット
２５ スロットコイル
２８ 絶縁材
２８ａ 突起部
２８ｂ 凹部
２８ｃ 壁部
４０ 接続コイル
５０ コイル
Ｐ２、Ｐ３ 当接面（当接部）

Claims (6)

1. ステータコアに設けられたスロットに挿入されるスロットコイルであって、
   前記スロットコイルは、
   第１スロットコイルと、
   第２スロットコイルと、
   前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルの周囲を被覆し、前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルと一体に形成される絶縁材と、を備え、
   前記絶縁材には、外周面に突起部が設けられ、
   前記スロットコイルは、前記突起部が弾性変形した状態で挿入され、前記突起部が弾性変形した状態のまま前記スロットの内周面と係合して固定される、スロットコイル。
2. ステータコアに設けられたスロットに挿入されるスロットコイルであって、
   前記スロットコイルは、
   第１スロットコイルと、
   第２スロットコイルと、
   前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルの周囲を被覆し、前記第１スロットコイル及び前記第２スロットコイルと一体に形成される絶縁材と、を備え、
   前記絶縁材には、外周面に凹部が設けられており、
   前記スロットコイルは、前記凹部を区画する壁部が弾性変形した状態で挿入され、前記壁部が弾性変形した状態のまま前記スロットの内周面と係合して固定される、スロットコイル。
3. 請求項２に記載のスロットコイルであって、
   前記凹部は、前記スロットの内周面と閉空間を形成する、スロットコイル。
4. 請求項３に記載のスロットコイルであって、
   前記壁部は、前記スロットコイルの長手方向の両端部に設けられている、スロットコイル。
5. 請求項３又は４に記載のスロットコイルであって、
   前記凹部は、前記スロットコイルの長手方向に沿って複数設けられている、スロットコイル。
6. 複数のスロットを有するステータコアと、
   前記ステータコアに取付けられるコイルと、を備えた回転電機のステータにおいて、
   前記コイルは、前記スロットに挿入される複数のスロットコイルと、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側において、前記スロットコイル間を接続する複数の接続コイルと、を有し、前記スロットコイルと前記接続コイルとは当接部において結合されており、
   前記スロットコイルは、前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のスロットコイルである、回転電機のステータ。

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