JP6499064B2 - 回転電機用固定子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用固定子の製造方法に関する。

回転電機では、固定子巻線に交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子を回転させる。このような回転電機において、長方形断面の平角線によるセグメント導体を複数接続した波巻きコイルを、固定子巻線として使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

セグメント導体は略Ｕ字形状を成し、その両端部は隣接するセグメント導体の端部に溶接にて接続される。溶接時に、溶融した部分は表面張力によって丸くなるため、固まった後の溶接部は玉形状となるのが一般的である。

特開２０１１−１５１９７５号公報

この種の回転電機を自動車に搭載する場合、狭く限られた空間に取り付けられるため、小型化が要求される。例えば、固定子に関しては低コイルエンド化が要求される。そのため、コイルエンドの高さを小さくし、狭く限られた空間の中で安定した絶縁距離を確保することが必要とされている。

本発明による第１の形態によれば、複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに挿通される長方形断面のセグメント導体を複数接続して成る固定子コイルと、を備える回転電機用固定子の製造方法であって、前記固定子鉄心の内周側に配置された一対のセグメント導体のうち外周側のセグメント導体の端部と、前記固定子鉄心の外周側に配置された一対のセグメント導体のうち内周側のセグメント導体の端部との隙間に、スペーサを配置し、前記外周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部を、前記スペーサが配置された状態で第一の切断ツールにより前記外周側から挟み込んで切断することで、前記外周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部の先端を、稜線と前記稜線から下り勾配の斜面とを有する山形状にそれぞれ加工し、前記内周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部を、前記スペーサが配置された状態で第二の切断ツールにより前記内周側から挟み込んで切断することで、前記内周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部の先端を、稜線と前記稜線から下り勾配の斜面とを有する山形状にそれぞれ加工し、前記内周側に配置されて先端が前記山形状に加工された一対の前記セグメント導体の端部同士と、前記外周側に配置されて先端が前記山形状に加工された一対の前記セグメント導体の端部同士とをそれぞれ溶接して、複数の前記セグメント導体が直列に接続された前記固定子コイルを形成する。

本発明によれば、固定子のコイルエンド高さを低減することができる。

図１は、本実施の形態に係る固定子を備える回転電機の断面図である。 図２は、固定子の斜視図である。 図３は、固定子鉄心の斜視図である。 図４は、回転子および固定子鉄心の断面を示す図である。 図５は、固定子コイルを示す斜視図である。 図６は、スター結線を示す図である。 図７は、セグメント導体を説明する図である。 図８は、Ｕ相コイルを示す図である。 図９は、Ｕ１相コイルを示す図である。 図１０は、Ｕ２相コイルを示す図である。 図１１は、溶接側コイルエンドにおける、曲げ加工後の端部の配置を示す図である。 図１２は、セグメント導体の端部先端加工を説明する図である。 図１３は、セグメント導体の端部先端加工を説明する図である。 図１４は、端部溶接後の溶接側コイルエンドを示す図である。 図１５は、セグメント導体の端部の形状を説明する図である。 図１６は、セグメント導体の矩形断面形状において、周方向寸法よりも径方向寸法の方が長い場合を示す図である。 図１７は、スロット内にセグメント導体を６本配置した場合を示す図である。 図１８は、図１７の場合の端部切断を説明する図である。 図１９は、四輪駆動を前提としたハイブリッド自動車のパワートレインの概略構成を示す模式図である。 図２０は、変形例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本実施形態における回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。ここで、回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがある。以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機に基づいて説明する。

また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

（車両の概略構成）
まず、図１９を参照して、回転電機が搭載される車両の概略構成を説明する。図１９は、四輪駆動を前提としたハイブリッド自動車のパワートレインの概略構成を示す模式図である。前輪側の主動力として、エンジンＥＮＧと回転電機１０を有する。エンジンＥＮＧと回転電機１０の発生する動力は、変速機ＴＲにより変速され、前輪側駆動輪ＦＷに動力を伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側に配置された回転電機１０と後輪側駆動輪ＲＷを機械的に接続され、動力が伝達される。前輪側の動力源である回転電機１０は、エンジンＥＮＧと変速機ＴＲの間に配置される。

回転電機１０は、エンジンの始動を行い、また、車両の走行状態に応じて、駆動力の発生と、車両減速時のエネルギーを電気エネルギーとして回収する発電力の発生を切り換える。回転電機１０の駆動，発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルクおよび回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶにより制御される。回転電機１０の駆動に必要な電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１０が発電動作のときは、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに電気エネルギーが充電される。

この回転電機１０は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１０は、固定子コイルに三相交流電流が供給されることで、回転子を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１０は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１０は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、車両の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。

（回転電機１０の説明）
図１は、本発明に係る回転電機１０の断面図である。本実施の形態においては、回転電機１０は、液冷ジャケット１３０の内部に配設されている。液冷ジャケット１３０は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成される。回転電機１０は、固定子２０、固定子２０を保持するハウジング５０および回転子１１を備えている。

ハウジング５０の外周側には、液冷ジャケット１３０が固定されている。液冷ジャケット１３０の内周壁とハウジング５０の外周壁とで、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３が構成され、この冷媒通路１５４は液漏れしないように形成されている。回転子１１が固定されるシャフト１３は、液冷ジャケット１３０に設けられた軸受１４４，１４５により回転自在に支持されている。そのため、液冷ジャケット１３０は、軸受ブラケットとも称されている。

なお、直接液体冷却の場合、冷媒ＲＦは、冷媒（油）貯蔵空間１５０に溜まった液体が冷媒通路１５３を通り、冷媒通路１５４，１５５から固定子２０へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。

ハウジング５０の内周側には、固定子２０が固定されている。固定子２０の内周側には、回転子１１が回転可能に支持されている。ハウジング５０は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形され、回転電機１０の外被を構成している。ハウジング５０は、枠体或いはフレームとも称されている。

ハウジング５０は、厚さ２〜５ｍｍ程度の鋼板（高張力鋼板など）を絞り加工により円筒形状に形成されている。ハウジング５０には、液冷ジャケット１３０に取り付けられる複数のフランジ（不図示）が設けられている。複数のフランジは、円筒状のハウジング５０の一端面周縁において、径方向外方に突設されている。なお、フランジは、絞り加工時に形成される端部において、フランジ以外の部分を切除して形成されるものであり、ハウジング５０と一体となっている。なお、ハウジング５０を設けずに、固定子２０をケースである液冷ジャケット１３０に直接固定するようにしても良い。

図２は固定子２０の斜視図である。固定子２０は、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０とによって構成されている。図３は固定子鉄心１３２の斜視図であり、固定子鉄心１３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。固定子コイル６０は、固定子鉄心１３２の内周部に多数個設けられているスロット４２０に巻回されている。固定子コイル６０からの発熱は、固定子鉄心１３２を介して、液冷ジャケット１３０に伝熱され、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより、放熱される。

回転子１１は、回転子鉄心１２と、シャフト１３とから構成されている。図４は、回転子１１および固定子鉄心１３２の断面を示す図である。なお、図４ではシャフト１３の図示を省略した。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。シャフト１３は、回転子鉄心１２の中心に固定されている。シャフト１３は、図１に示すように液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４，１４５により回転自在に保持されており、固定子２０内の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、図示を省略したが回転子１１には、永久磁石１８と、エンドリング１９が設けられている。

固定子鉄心１３２には、固定子鉄心１３２の軸方向に平行な複数のスロット４２０が周方向に等間隔となるように形成されている。スロット４２０の数は、例えば本実施の形態では７２個であり、スロット４２０に上記した固定子コイル６０が収容される。各スロット４２０の内周側は開口とされ、この開口の周方向の幅は、固定子コイル６０が装着される各スロット４２０のコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干小さくなっている。

スロット４２０間にはティース４３０が形成されており、それぞれのティース４３０は環状のコアバック４４０と一体となっている。つまり、固定子鉄心１３２は、各ティース４３０とコアバック４４０とが一体成形された一体型コアとされている。ティース４３０は、固定子コイル６０によって発生した回転磁界を回転子１１に導き、回転子１１に回転トルクを発生させる働きをする。

固定子鉄心１３２は、厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜き加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板を複数枚積層してなる。溶接部２００は、ＴＩＧ溶接やレーザー溶接などにより、円筒状の固定子鉄心１３２の外周部において、固定子鉄心１３２の軸方向に平行に設けられている。なお、溶接部２００を設けずにカシメなどで固定して、固定子鉄心１３２をケースに直接挿入して固定するようにしても良い。

回転子鉄心１２には、矩形形状の磁石が挿入される磁石挿入孔８１０が等間隔に形成されており、各磁石挿入孔８１０には永久磁石１８が埋め込まれ、接着剤や粉体樹脂やモールドなどで固定されている。磁石挿入孔８１０の円周方向の幅は、永久磁石１８の円周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石１８の両側には磁気的空隙１５６が形成されている。この磁気的空隙１５６は接着剤を埋め込んでも良いし，成形樹脂で永久磁石１８と一体に固めても良い。永久磁石１８は回転子１１の界磁極を形成する作用をなす。この実施例では一つの永久磁石で１つの磁極を形成する構成としているが、各磁極を構成する磁石を複数に増やしても良く、永久磁石１８を増やすことで、永久磁石が発せする各磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大することができる。

永久磁石１８の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石１８の固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石１８の固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となるように磁化されている。これらの永久磁石１８が円周方向に磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて、配置されている。本実施の形態では、各永久磁石１８は等間隔に１２個配置しており、回転子１１は１２極の磁極を形成している。

ここで、永久磁石１８には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石１８間に補助磁極１６０が形成されている。この補助磁極１６０は、固定子コイル６０が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。そして、この補助磁極１６０により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。

図５は、固定子コイル６０を示す斜視図である。本実施の形態では、固定子コイル６０は、図６に示すような、２つのスター結線が並列接続された２スター構成の固定子コイルが採用されている。すなわち、固定子コイル６０は、Ｕ１相コイル６０Ｕ１、Ｖ１相コイル６０Ｖ１およびＷ１相コイル６０Ｗ１のスター結線と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２、Ｖ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２のスター結線とを備えている。Ｎ１およびＮ２はそれぞれのスター結線の中性点である。

固定子コイル６０は、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよい。ただし、スロット４２０の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、四角形状断面の各辺の長さは、固定子鉄心１３２の径方向が長く設定されていても良いし、逆に周方向が長く設定されていても良い。

本実施形態の固定子コイル６０は長方形断面の平角線が使用されており、長方形断面の長辺はスロット４２０内において固定子鉄心１３２の周方向に並んでおり、短辺は固定子鉄心１３２の径方向に並んでいる。平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。固定子コイル６０には無酸素銅や有酸素銅を用いられる。例えば、有酸素銅の場合は、酸素含有率がおよそ１０ｐｐｍ以上から１０００ｐｐｍ程度である。

図７は、セグメント導体２８を説明する図である。Ｕ１相コイル６０Ｕ１、Ｖ１相コイル６０Ｖ１、Ｗ１相コイル６０Ｗ１、Ｕ２相コイル６０Ｕ２、Ｖ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２は、図７（ａ）に示すようなセグメント導体２８を複数接続して形成された波巻きのコイルである。図７（ａ）は、固定子鉄心１３２に装着する前のセグメント導体２８の形状を示したものである。セグメント導体２８は平角線で形成されており、一対の脚部２８Ｂと、それらを連結する頭頂部２８Ｃとを有する略Ｕ字形状に形成されている。

セグメント導体２８同士を接続して各相コイルを形成する場合、図７（ｂ）に示すように、セグメント導体２８の一対の脚部２８Ｂを、固定子鉄心１３２の軸方向一方の側から異なるスロット４２０にそれぞれ挿入する。その後、固定子鉄心１３２の軸方向他方の側に突出した脚部２８Ｂを、接続すべきセグメント導体方向に折り曲げて、脚部２８Ｂの端部２８Ｅを他方のセグメント導体２８の端部２８Ｅに溶接する。

図５に示すように、固定子鉄心１３２の一方の側に突出する頭頂部２８Ｃの集合は、固定子コイル６０の一方の側のコイルエンド６１を構成している。固定子鉄心１３２の他方の側に突出する端部２８Ｅの集合は、固定子コイル６０の他方の側のコイルエンド６２を構成している。以下では、コイルエンド６２を溶接側コイルエンド６２と呼び、コイルエンド６１を反溶接側コイルエンド６１と呼ぶことにする。

反溶接側コイルエンド６１の側には、Ｕ１相コイル６０Ｕ１の一端に接続された口出し線４１Ｕ１と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２の一端に接続された口出し線４１Ｕ２とが引き出されている。口出し線４１Ｕ１と口出し線４１Ｕ２とは、交流端子４２Ｕにより１つに纏められている。同様に。反溶接側コイルエンド６１の側には、Ｖ１相コイル６０Ｖ１およびＶ２相コイル６０Ｖ２の一端に接続された口出し線４１Ｖ１，４１Ｖ２が交流端子４２Ｖにより１つに纏められ、Ｗ１相コイル６０Ｗ１およびＷ２相コイル６０Ｗ２の一端に接続された口出し線４１Ｗ１，４１Ｗ２が交流端子４２Ｗにより１つに纏められている。

また、反溶接側コイルエンド６１の側には、中性点結線用導体４０Ｎ１，４０Ｎ２が配置されている。中性点結線用導体４０Ｎ１は一方のスター結線の中性点Ｎ１（図６参照）に関するものであり、中性点結線用導体４０Ｎ２は他方のスター結線の中性点Ｎ２に関するものである。

固定子コイル６０は分布巻の方式で巻かれている。分布巻とは、複数のスロット４２０（図３参照）を跨いで離間した二つのスロット４２０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１３２に巻かれる巻線方式である。本実施形態では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻きに比べて正弦波に近く、リラクタンストルクを発生しやすい特徴を有している。そのため、この回転電機１０は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する制御の制御性が向上し、低回転速度から高回転速度までの広い回転速度範囲に亘って利用が可能であり、電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。

図８は、図５に示した固定子コイル６０の一相分であるＵ相コイル６０Ｕを示す図である。図６に示したように、Ｕ相コイル６０Ｕは、一方のスター結線のＵ１相コイル６０Ｕ１と他方のスター結線のＵ２相コイル６０Ｕ２とで構成される。図９はＵ１相コイル６０Ｕ１を示す図であり、図１０はＵ２相コイル６０Ｕ２を示す図である。図９，１０に示すように、中性点結線用導体４０Ｎ１はＵ１相コイル６０Ｕ１の他端に接続され、中性点結線用導体４０Ｎ２はＵ２相コイル６０Ｕ２の他端に接続されている。

（固定子の製造方法）
−曲げ加工−
次に、本実施の形態における固定子２０の製造方法について説明する。前述したように、図７（ａ）の状態のセグメント導体２８を固定子鉄心１３２のスロット内に挿入した後、図７（ｂ）のように脚部２８Ｂを接続すべき他のセグメント導体２８の方向に曲げ加工する。

図１１は、溶接側コイルエンド６２における、曲げ加工後の端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の配置を示す図である。図１１（ａ）は溶接側コイルエンド６２の斜視図であり、図１１（ｂ）は溶接側コイルエンド６２を軸方向から見た平面図である。

スロット４２０内には径方向に４列のセグメント導体２８が挿通されており、スロット４２０内に挿通される脚部２８Ｂには、スロットライナー３１０が配設されている。スロットライナー３１０を設けることにより、セグメント導体２８の相互間およびセグメント導体２８とスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧が向上する。なお、接続が行われる端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の部分は、絶縁被膜が除去されていて導体が剥き出しになっている。

また、溶接側コイルエンド６２には、径方向に並ぶように配置された４列のセグメント導体２８の間に絶縁紙３００が配設されている。絶縁紙３００は、溶接側コイルエンド６２における相間絶縁、導体間絶縁の向上のためにセグメント導体２８間に環状に配設される。なお、絶縁紙３００は、固定子コイル６０の全体又は一部に樹脂部材（例えば、ポリエステルやエポキシ液体ワニス）を滴下したときの、たれ落ち防ぐ保持部材としても機能する。

このように、スロット内側やコイルエンドに絶縁紙３００およびスロットライナー３１０が配設されているため、セグメント導体２８の絶縁被膜が傷ついたり劣化したりしても、必要な絶縁耐圧を保持できる。なお、絶縁紙３００は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは０.１〜０.５ｍｍ程である。

各スロット４２０から引き出された各脚部２８Ｂは、４列の配置を維持しつつ接続すべきセグメント導体２８の方向に曲げられる。例えば、スロット４２０内の内周側１列目に挿通されている脚部２８Ｂ１は周方向左側に曲げられる。一方。脚部２８Ｂ１の端部２８Ｅ１に接続される端部２８Ｅ２を有する脚部２８Ｂ２は、図示していないが、端部２８Ｅ２よりも図示左側のスロット４２０の内周側２列目に挿通されており、スロット４２０から周方向右側に曲げ加工されている。そして、端部２８Ｅ１，２８Ｅ２は径方向に隣接するように配置される。さらに、端部２８Ｅ２の外周側には、互いに接続される端部２８Ｅ３，２８Ｅ４が順に径方向に配置されている。

−端部先端加工−
次いで、端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の先端の高さを揃えたりコイルエンド高さを抑えたりするために、端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の切断加工を行う。図１２，１３は、端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の部分を先端方向から見た図である。ここでは、一例として、図１２，１３に示すような切断ツール８９０を用いて、セグメント導体２８を切断する。切断ツール８９０は開閉自在な一対の刃８９０ａ，８９０ｂを備えており、一対の刃８９０ａ，８９０ｂの間に導体を挟んで、刃８９０ａ，８９０ｂ同士を突き合わせるように閉じることにより導体を切断する。

図１２（ａ）のように、互いに接続される一対の端部２８Ｅ１，２８Ｅ２の先端部分を下側の切断ツール８９０で切断し、互いに接続される一対の端部２８Ｅ３，２８Ｅ４の先端部分を上側の別の切断ツール８９０で切断する。２つの切断ツール８９０による切断は同時に行われる。

切断を行う際には、まず、端部２８Ｅ２と端部２８Ｅ３との隙間にスペーサ８８０を配置する。次に、一方の切断ツール８９０により端部２８Ｅ３，２８Ｅ４を外周側から挟み込み、他方の切断ツール８９０により端部２８Ｅ１，２８Ｅ２を内周側から挟み込む。図１１に示すように、脚部２８Ｂ１と脚部２８Ｂ２との間、および脚部２８Ｂ３と脚部２８Ｂ４との間には絶縁紙３００が配置されている。そのため、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２との間、および端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４との間には隙間Ｇが空いている。

切断ツール８９０による切断動作を行うと、端部２８Ｅ１は外周方向に、端部２８Ｅ４は内周方向に付勢される（図１２（ａ），図１３（ａ）参照）。その結果、端部２８Ｅ１，２８Ｅ４が変形して、端部２８Ｅ１は端部２８Ｅ２に押圧され、端部２８Ｅ４は端部２８Ｅ３に押圧される。このとき、スペーサ８８０を設けたことにより、端部２８Ｅ２と端部２８Ｅ３との間隔は維持され、端部２８Ｅ１，２８Ｅ４の端部２８Ｅ２，２８Ｅ３への押圧を効果的に行わせることができる。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す切断ツールおよび端部２８Ｅ２をスペーサ８８０側から見た図である。銅の平角線が用いられるセグメント導体２８は硬いため、切断ツール８９０を閉じるときに刃８９０ａ，８９０ｂが先端方向に逃げて、切断部を側面形状は破線２８０で示すような略二等辺三角形になる。すなわち、切断部の先端側に凸の山形状（屋根形状）になる。

次いで、図１４に示すように端部先端を溶接することにより、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２とを接続し、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４とを接続する。端部２８Ｅ１，２８Ｅ２および端部２８Ｅ３，２８Ｅ４には、母材が溶けて固まった溶接部８００がそれぞれ形成される。溶接方法としては、アーク溶接のＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などでセグメント導体２８の母材を溶融して接続する。シールドガスにはアルゴンやヘリウム、さらにアルゴンとヘリウムの混合ガスなどが使用される。

図１５は端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の形状を説明する図であり、従来の一般的な切断形状（（ａ）と（ｄ））、本実施形態の切断後の形状（（ｂ）と（ｅ））および溶接後の形状（（ｃ）と（ｆ））を示す。図１５（ａ）、（ｄ）に示す従来の形状の場合、端部先端がほぼ平らな形状に切断される。

従来は、端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の先端がほぼ平らになっているので、溶接時のアークの飛ぶ位置が一定に定まらない。そのため、必要とされる溶接性能を確保するために、先端平面の全域を溶かすような形で溶接が行われる。さらに、図１５（ａ）に示すように、端部２８Ｅ１，２８Ｅ２間および端部２８Ｅ３，２８Ｅ４間に隙間が生じているので、その隙間を埋めて端部同士が接合されるように、より多くの母材を溶かす必要がある。その結果、破線で示すように先端が球状になり、溶接部の高さが高くなってコイルエンド高さ低減に対して障害となる。

一方、本実施の形態では、図１５（ｂ），（ｅ）に示すように、端部２８Ｅ１〜１８Ｅ４の先端は、稜線９０１と、稜線９０１から下り勾配の斜面９００とを有する山形状に形成されている。このように、端部先端に尖った稜線９０１を形成することで、アークが端部２８Ｅ１〜１８Ｅ４の稜線９０１に飛んで行くので安定した溶接ができ、安定した溶接面積を確保することができる。

図１５（ｃ），（ｆ）は溶接後の端部形状を示したものである。稜線９０１の部分が尖った形状なのでアークが稜線９０１に飛びやすく、稜線９０１の部分から徐々に溶けるので、空気を巻き込みにくい。その結果、ボイドの発生を抑えることができ、安定した溶接強度を確保することができる。また、稜線９０１の部分から徐々に溶けるので、端部２８Ｅ１〜１８Ｅ４の先端が球状にならずに裾野形状部８３０を有する山状の溶接部８００となり、角部８１１が溶けずに残る。このように、球状ではなく山状の溶接部８００が形成されるのが、本実施の形態の固定子コイル６０の特徴である。すなわち、溶接を行う前に、端部２８Ｅ１〜１８Ｅ４の先端に稜線９０１と、稜線９０１から下り勾配の斜面９００とを形成することで、図１５（ｃ），（ｆ）に示すように、溶接部８００において脚部導体の周方向側面２８１と接する裾野形状部８３０が、溶接部中央に向けて上り勾配の斜面となる。溶接部８００が球状ではなく山状となることで、溶接部８００の高さすなわちコイルエンド高さを抑えることができる。

さらに、本実施の形態では、切断ツール８９０で端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の先端部分を切断する際に、端部２８Ｅ１，２８Ｅ４が端部２８Ｅ２，２８Ｅ３に押しつけられるように変形する。そのため、接続前にあらかじめ隣接する端部同士を接触させるための事前の調整が不要となり、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接、レーザー溶接後工程の溶接作業が容易となり生産性が向上する。そのため、安定した接合面積が確保することが可能となる。さらに、溶接前のコイルの位置関係が安定するため剥離長さ（端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の長さ）を短くすることもできる。

図１６は、セグメント導体２８の矩形断面形状において、周方向寸法よりも径方向寸法の方が長い場合を示す図である。図１６の（ａ）〜（ｆ）は、図１５の（ａ）〜（ｆ）に対応する図であり、図１５の場合と同様の形態となる。

図１７は、図１５の場合と同様の断面形状を有するセグメント導体２８を、スロット４２０内に６本配置した場合を示す。図１７の（ａ）〜（ｆ）は、図１５の（ａ）〜（ｆ）に対応する図であり、図１５の場合と同様の形態となる。この場合、端部２８Ｅ１〜２８Ｅ６の切断は、例えば、図１８のように行われる。図１８に示す例では、右側の切断ツール８９０により一対の端部２８Ｅ１，２８Ｅ２を切断し、左側の切断ツール８９０により一対の端部２８Ｅ３，２８Ｅ４および他の一対の端部２８Ｅ５，２８Ｅ６を同時に切断する。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）上述のように、複数のスロット４２０が形成された固定子鉄心１３２と、スロット４２０に挿通される長方形断面のセグメント導体２８を複数接続して成る固定子コイル６０と、を備える回転電機用の固定子２０の製造方法において、互いに接続される一対のセグメント導体２８の端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４の先端を、稜線９０１と稜線９０１から下り勾配の斜面９００とを有する山形状に加工し、山形状に加工された端部２８Ｅ１を他のセグメント導体２８の端部２８Ｅ２に溶接して、複数のセグメント導体２８が直列に接続された固定子コイル６０を形成する。

このように、溶接を行う前に、端部２８Ｅ１〜１８Ｅ４の先端に稜線９０１と、稜線９０１から下り勾配の斜面９００とを形成することで、図１５（ｃ），（ｆ）に示すように、脚部導体の周方向側面２８１と接する裾野形状部８３０が、溶接部中央に向けて上り勾配の斜面となる。溶接部８００が球状ではなく山状となることで、溶接部８００の高さすなわちコイルエンド高さを抑えることができる。

（２）例えば、図１１，図１５（ｂ），（ｅ）および図１６（ｂ），（ｅ）に示すように、互いに溶接される一対の端部２８Ｅ１，１８Ｅ２は、固定子鉄心１３２の径方向に沿って配置され、稜線９０１は固定子鉄心１３２の径方向に延在し、端部２８Ｅ１，１８Ｅ２の先端には、下り勾配の斜面９００が稜線９０１を境界として一対形成されているのが好ましい。

図１２に示すような切断ツール８９０を用いて端部２８Ｅ１，１８Ｅ２を径方向に切断すると、端部２８Ｅ１は端部２８Ｅ２に押圧されて接近する。そのため、溶接の際の端部２８Ｅ１，１８Ｅ２の位置決めが容易となり、溶接の作業性向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、稜線９０１が径方向に沿って形成されている場合について説明したが、図２０に示す変形例のように、稜線９０２が周方向に沿って形成されていても良い。図２０（ａ）は、コイルエンド部分の平面図であり、図２０（ｂ）は、互いに接続される一対の端部２８Ｅ１，１８Ｅ２の斜視図である。稜線９０２は、端部２８Ｅ１，１８Ｅ２の互いに対向する側面の先端に形成され、各稜線９０２から下りこう配の斜面９０３が形成されている。このような稜線９０２と斜面９０３とを有する山形状の端部先端であっても、上述した実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（３）また、端部２８Ｅ１〜２８Ｅ４における断面形状は、図１５に示すように固定子鉄心１３２の周方向に長い長方形でも良いし、図１６に示すように固定子鉄心１３２の径方向に長い長方形でも良い。

（４）また、回転子１１と、固定子コイル６０が装着された固定子２０と、を備える回転電機１０において、固定子コイル６０は、屈曲導体である頭頂部２８Ｃおよび頭頂部２８Ｃの両端から伸延する一対の脚部２８Ｂを有すると共に断面形状が矩形のセグメント導体２８を、複数接続して成る波巻きコイルであって、複数のセグメント導体２８の各々は、脚部２８Ｂの端部２８Ｅ１が他のセグメント導体２８の脚部２８Ｂの端部２８Ｅ２に溶接されており、上述のように、端部先端を山形状に切断した後に溶接を行うことで、互いに溶接された一対の端部２８Ｅ１，２８Ｅ２の先端に形成される山状の溶接部８００は、脚部２８Ｂの周方向側面２８１と接する領域に、溶接部中央に向けて上り勾配の斜面である裾野形状部８３０が形成される。その結果、コイルエンド高さの低減を図ることができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１０…回転電機、１１…回転子、２０…固定子、２８…セグメント導体、２８Ｂ，２８Ｂ１〜２８Ｂ４…脚部、２８Ｃ…頭頂部、２８Ｅ，２８Ｅ１〜２８Ｅ６…端部、６０…固定子コイル、１３２…固定子鉄心、２８１…周方向側面、４２０…スロット、８００…溶接部、８３０…裾野形状部、８８０…スペーサ、８９０…切断ツール、９００，９０３…斜面、９０１，９０２…稜線

Claims (4)

1. 複数のスロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに挿通される長方形断面のセグメント導体を複数接続して成る固定子コイルと、を備える回転電機用固定子の製造方法であって、
   前記固定子鉄心の内周側に配置された一対のセグメント導体のうち外周側のセグメント導体の端部と、前記固定子鉄心の外周側に配置された一対のセグメント導体のうち内周側のセグメント導体の端部との隙間に、スペーサを配置し、
   前記外周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部を、前記スペーサが配置された状態で第一の切断ツールにより前記外周側から挟み込んで切断することで、前記外周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部の先端を、稜線と前記稜線から下り勾配の斜面とを有する山形状にそれぞれ加工し、
   前記内周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部を、前記スペーサが配置された状態で第二の切断ツールにより前記内周側から挟み込んで切断することで、前記内周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部の先端を、稜線と前記稜線から下り勾配の斜面とを有する山形状にそれぞれ加工し、
   前記内周側に配置されて先端が前記山形状に加工された一対の前記セグメント導体の端部同士と、前記外周側に配置されて先端が前記山形状に加工された一対の前記セグメント導体の端部同士とをそれぞれ溶接して、複数の前記セグメント導体が直列に接続された前記固定子コイルを形成する、回転電機用固定子の製造方法。
2. 請求項１に記載の回転電機用固定子の製造方法において、
   前記第一の切断ツールによる前記外周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部の切断と、前記第二の切断ツールによる前記内周側に配置された一対の前記セグメント導体の端部の切断とを、同時に行う、回転電機用固定子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の回転電機用固定子の製造方法において、
   互いに溶接される一対の前記端部は、前記固定子鉄心の径方向に沿って配置され、
   前記稜線は前記固定子鉄心の径方向に延在し、
   前記端部の先端には、前記下り勾配の斜面が前記稜線を境界として一対形成されている、回転電機用固定子の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機用固定子の製造方法において、
   前記端部における断面形状は、前記固定子鉄心の径方向に長い長方形または前記固定子鉄心の周方向に長い長方形である、回転電機用固定子の製造方法。

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