JP6552718B2

JP6552718B2 - 回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法

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Publication number: JP6552718B2
Application number: JP2018507179A
Authority: JP
Inventors: 川村　浩司; 浩司川村; 直弘本石; 尚俊増田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2019-07-31
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Description

この発明は、コイルエンド部の軸方向の高さを低くして製品を小型にすることのできる回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法に関するものである。

回転電機の固定子コイルの巻線方法には、各磁極に集中してコイルを巻線する集中巻方式と、複数の磁極を跨いで固定子コイルを巻線する分布巻方式がある。集中巻方式に対し、分布巻方式は、回転磁界の分布が滑らかになるので、回転電機の運転時の振動を低減できるというメリットがある。

ところで、分布巻方式で巻線した固定子コイルのコイルエンド部においては、複数のワイヤ同士が重なってしまうためにコイルエンド部が軸方向に高くなってしまい、回転電機の小型化には障害となっていた。

そこで、分布巻方式におけるコイルエンド部でのワイヤ同士の重なり方を最適化して、重なり合うワイヤ間に生じる隙間を最小限にし、コイルエンド部の高さの低減を図る手段の一つとして、１相分の固定子コイルを複数の分割コイルに分割しておいて、固定子鉄心に組み付けた後でこれらを接合するという固定子コイルの巻線方法が提案されている。

この方法は、それぞれの分割コイルのコイルエンド部となる部分を、複数の分割コイル同士が重なったときに隙間が最小限になるような形状に予め成形しておき、それらを固定子鉄心に組み付けることでコイルエンド部内での無駄な隙間を減らし、コイルエンド部の高さの低減を図るものである。

固定子コイルを分割せずに、最適なコイルエンドの形状としつつ全体を一体のコイルとすると、固定子鉄心に組み付けることは極めて困難であるため、この方法では、複数の分割コイルに分割することで最適形状での組み立てを可能としている。このように、１相分のコイルを複数の分割コイルに分割することでコイルエンド部におけるワイヤ同士の重なりを最適化した例としては、例えば特許文献１に記載の技術が提案されている。

特開２０１２−２５７３９１号公報

特許文献１では、１相分の固定子コイルを複数の分割コイルに分割しているため、まず分割コイルと固定子鉄心を組立てた後に各分割コイルの端末部を電気的に接合して固定子コイルとして構成する必要がある。そのため、固定子コイルには分割コイルの端末部同士の接合部が多数存在することになる。分割コイル同士の接合には一般的には溶接やロウ付けといった手段が用いられるが、いずれの手段においても接合箇所近傍にある他の分割コイルのワイヤを損傷しないように、接合部周辺に所定の作業スペースが必要となる。

また、２つの分割コイルを接合する端末部同士が密着していないと接合できないため、接合部の近傍で両者を把持して両者を密着させなければならず、端末部を把持する部材を配置する空間も必要となる。更に、分割コイルの端末の接合部の近傍は、それぞれを電気的に接合するために絶縁被膜が剥離されているので、他の接合部や固定子鉄心、コイルエンド部等と接触してしまうと短絡をおこしてしまう。そこで、接合部がこれらの部材と密着することは避けなければならない。以上のような理由により、特許文献１では、各分割コイルの接合部は、スロットから他のスロットに向かうワイヤ群から、更に軸方向上方に飛び出した位置に形成されている。そのため、折角コイル同士の重なる箇所を最適な形状に整えても、コイルエンド部全体が更に高くなってしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、分割コイルの接合部同士及び接合部とフレーム間の絶縁距離を確保しながら、分割コイルの端末接合部による固定子コイルのコイルエンド部の高さの増加を抑制できる回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子は、
固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティースに巻回された固定子コイルとを備えた回転電機の固定子において、
前記固定子鉄心は、円環状のバックヨーク部である外側鉄心と、
複数の前記ティースが放射状に配置され、周方向に隣り合う前記ティースの内周側先端部同士が互いに周方向に連結部により連結され、前記外側鉄心の内側に嵌合された内側鉄心とを有し、
周方向に隣り合う前記ティースの間には、前記固定子コイルを構成する最小単位である分割コイルのスロット収納部を径方向に並べて挿入するスロットを有し、
一つの前記分割コイルの第一端末線と他の前記分割コイルの第二端末線とは、前記スロットの入口側又は前記スロットの底側に隣接して配置される２つの前記スロット収納部からそれぞれ軸方向に、同じ方向に延出し、
前記第一端末線の第一端末部と、前記第二端末線の第二端末部とは、前記固定子鉄心の軸方向の上方において、軸方向上方に向けて、前記固定子の径方向に並べて配置され、
前記第一端末部の先端部と前記第二端末部の先端部とは、相互に接合部により接合され、前記接合部に続く前記第一端末部及び前記第二端末部の少なくとも一方の端末部は、周方向、及び径方向に前記第一端末部と第二端末部の相互の位置を位置決めする係合部を備えたものである。

また、この発明に係る回転電機は、
前記固定子と、前記固定子の内周面に対向して回転可能に保持された回転子とからなるものである。

また、この発明に係る回転電機の固定子の製造方法は、
前記分割コイルの端末部の絶縁皮膜を剥離する剥離工程と、
前記係合部を形成する係合部形成工程と、
前記第一端末部及び前記第二端末部を、前記第一端末部及び前記第二端末部の少なくとも一方に設けた、前記係合部により係合させた上で、相互に径方向に固定して、前記第一端末部と前記第二端末部の先端部同士を接合する接合工程とを備えたものである。

この発明に係る回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法によれば、接合する２つの分割コイルの端末部がスロットの入口側、又は底側に並び、双方の端末部の対向面の内、少なくとも一方に設けた係合部により、２つの端末部の位置を、径方向及び周方向に、所定の位置に位置決めできるので、分割コイル同士の接合不良を低減することができる。

また、２つの端末部を、接続部の無いコイルエンド部の外側又は内側に、径方向に並べて軸方向に配置し、当該コイルエンド部の高さと同等以下の位置で接合できるので、コイルエンド部全体の高さを低く抑えることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の断面模式図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の要部断面図である。この発明の実施の形態１に係る分割コイルの側面図と断面図である。この発明の実施の形態１に係るコイル籠の内側に内側鉄心を配置した状態を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係るコイル籠を縮径した状態を示す平面図である。この発明の実施の形態１に係る内側鉄心の外周面に外側鉄心を嵌合した状態を示す平面図である。図６の状態にある固定子コイル形成中の固定子を、その中心軸を含む平面で切断した要部拡大断面図である。この発明の実施の形態１に係る分割コイル同士を溶接した後の状態を示す図である。この発明の実施の形態１に係る治具と遮光板とにより固定された状態の両端末部の軸方向に垂直な断面図である。この発明の実施の形態１に係る接合される前の両端末部の軸方向に垂直な断面図である。この発明の実施の形態１に係る分割コイルの端末部の他の例を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る分割コイルの端末部の他の例を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る分割コイルの端末部の他の例を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る固定子の要部断面図である。この発明の実施の形態１に係るコイルエンド部の比較例を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法を図を用いて説明する。この明細書中で、特に断り無く「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」、「内側」、「外側」というときは、それぞれ、固定子の「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」、「内側」、「外側」をいうものとする。また、特に断り無く「上端」、「下端」等、上下を言うときは、基準となる場所において、軸方向に垂直な面を想定し、その面を境界として固定子の中心点が含まれる側を「下」、その反対を「上」とする。また、コイルエンド部の高さについて言う「高」「低」は、固定子の中心から見た高さの状態を言うものとする。

図１は、回転電機１００の断面模式図である。
図２は、回転電機１００の固定子１０の要部断面図であり、軸方向に垂直な断面を示す。
回転電機１００は、固定子１０と回転子２０と、これらを内部に保持するフレーム３とで構成される。

固定子１０は、略円筒形であり、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻回される固定子コイル１２とからなる。固定子鉄心１１は、鉄系の材料からなる薄板の磁性板を複数枚積層して構成されている。また、固定子１０は、略円筒形のフレーム３の内側に嵌合して固定されている。

固定子鉄心１１は、環状のヨークである外側鉄心１１ｂと、外側鉄心１１ｂの内側に嵌合される内側鉄心１１ａとからなる。内側鉄心１１ａは、放射状に配置された複数のティース１１ｔを有し、各ティース１１ｔの内周側の先端が隣り合うティース１１ｔと連結部１１ｃにより周方向に結合されている。隣り合うティース１１ｔの間に挟まれ、固定子コイル１２が収納される部分がスロット１５である。

回転子２０は、回転軸２１に固定された略円筒形の回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２の外周面に取り付けられた永久磁石２３とから成る。回転子２０は、フレーム３に外周を固定された２つの軸受５ａ、５ｂによって、外周面が固定子１０の内周面に対向して回転可能に支持されている。

フレーム３は、上述のように固定子１０と回転子２０を機械的に保持する。また、フレーム３は、固定子１０の放熱経路としての機能も担う。フレーム３には、鉄やアルミニウム等の金属素材が用いられる。

固定子コイル１２は、３つ、或いは、それ以上の相数のコイルからなり、更に各相のコイルは、複数の分割コイルを接合して構成されている。
図３（ａ）は、分割コイル１２Ｂの側面図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
分割コイル１２Ｂは、固定子コイル１２を構成する最小単位のコイルである。すなわち、複数の分割コイル１２Ｂを直列あるいは並列、または直並列に接合して１相分の固定子コイル１２が構成される。分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ａ〜１２ｄは、スロット１５内に配置される部分である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、分割コイル１２Ｂは、亀甲型のコイルである。分割コイル１２Ｂを構成するワイヤとしては、銅やアルミといった導電率の高い金属素材による線材が用いられ、絶縁性の樹脂被膜で表面を覆われている。分割コイル１２Ｂは、複数のティース１１ｔを跨ぐように、絶縁処理されたワイヤが１回あるいは複数回（本実施の形態では略２回）巻回されている。

図１に示すように、固定子コイル１２のうち、固定子鉄心１１の軸方向の端面から軸方向に上方に延出した部分がコイルエンド部１２ｅ、１２ｆである。コイルエンド部１２ｅにて分割コイル１２Ｂ同士の接合や、その他必要なワイヤの引き回しとそのワイヤの接合を行う。反対側のコイルエンド部１２ｆには、分割コイル１２Ｂ同士の接合部は無い。

次に、複数の分割コイル１２Ｂを用いて固定子鉄心１１に固定子コイル１２を形成する方法を説明する。
図４は、コイル籠１２Ｋの内側に内側鉄心１１ａを配置した状態を示す平面図である。
図５は、コイル籠１２Ｋを縮径した状態を示す平面図である。
図６は、内側鉄心１１ａの外周面に外側鉄心１１ｂを嵌合した状態を示す平面図である。
固定子コイル形成工程は、図４から図６へと進める。

前述したように内側鉄心１１ａの各ティース１１ｔは、それぞれの内周側の先端が隣り合うティース１１ｔと連結部１１ｃにより周方向に結合されており、隣り合うティース１１ｔに挟まれ、固定子コイル１２が配置されるスロット１５の外周側は開放されている。
ここで、スロット１５の外周側開口部を入口、連結されている内周側の端部を底とする。

事前に、図３に示すような略２ターン巻いて亀甲状（多角形状）に形成した分割コイル１２Ｂをスロット１５の個数分作成する。

まず、図４に示すように、全ての分割コイル１２Ｂを組み合わせて円筒の籠状としたコイル籠１２Ｋを組み立てる。コイル籠１２Ｋの内径は内側鉄心１１ａの外径よりわずかに大きな値としており、コイル籠１２Ｋの内側に内側鉄心１１ａを配置できる。

次に、図５では見えないが、各スロット１５の入口から全ての分割コイル１２Ｂの４本のスロット収納部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄをスロット１５内に挿入する。コイル籠１２Ｋを縮径するには、スロット収納部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを均等に径方向内側に移動させるとよい。このとき、１つのスロット１５に注目すると、スロット収納部１２ａとスロット収納部１２ｃとは、同じ分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ａとスロット収納部１２ｃであり、スロット収納部１２ｂとスロット収納部１２ｄとは、他の１つの分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ｂとスロット収納部１２ｄである。

言い換えると、１つの分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ａ、１２ｃは同じスロット１５に収納され、当該分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ｂ、１２ｄは、複数のティース１１ｔを跨いで異なったスロット１５に収納される。

次に、図６に示すように、外側鉄心１１ｂを内側鉄心１１ａの外周側に軸方向から嵌め込むことでコイル籠１２Ｋと固定子鉄心１１を組み立てることができる。

図７は、図６の状態にある固定子１０を、その中心軸を含む平面で切断した断面図であり、分割コイル１２Ｂ同士を溶接する直前の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの近傍を示す要部拡大図である。図の左側が固定子１０の内周側、右側が外周側である。
図８は、分割コイル１２Ｂ同士を溶接した後の状態を示す図である。

図７において、１つのスロット１５の中には、ある分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ｄが最も入口側に配置され、他の分割コイル１２Ｂのスロット収納部１２ｃが、入口から２番目の位置に収納されている。そして、スロット収納部１２ｄに繋がる端末線１２ｄＯＵＴ（第一端末線）と、スロット収納部１２ｃに繋がる端末線１２ｃＩＮ（第二端末線）とが、径方向に隣接して軸方向上方に延出している。

一方の端末線１２ｄＯＵＴの端末部１２ｄＴＯＵＴ（第一端末部）と、他方の端末線１２ｃＩＮの端末部１２ｃＴＩＮ（第二端末部）とは、回転電機１００の軸方向の上方に向けられ、それぞれ、軸方向に同じ高さとなっている。また、端末部１２ｄＴＯＵＴと、端末部１２ｃＴＩＮとは径方向に並べて接触し、かつ、周方向に固定子１０のスロット１５に合わせたピッチで、周方向に等間隔に並べて配置される。

２つの分割コイル１２Ｂ同士の接合は、一方の端末線１２ｄＯＵＴの端末部１２ｄＴＯＵＴと、他方の端末線１２ｃＩＮの端末部１２ｃＴＩＮのそれぞれの先端部Ｓで、アーク溶接により実施する。なお、アーク溶接の他には、レーザ溶接、抵抗溶接等が適用可能であり、溶接以外の方法で接合しても良い。

図９は、治具１８と遮光板１７とにより固定された状態の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの軸方向に垂直な断面図である。
内周側に配置された端末部１２ｃＴＩＮの内周側は、周方向に平らな平面であり、外周側は中央部が径方向内側に凹み、軸方向に垂直な断面がＶ字状の溝１２Ｒ（係合部）となっている。

一方、外周側に配置された端末部１２ｄＴＯＵＴの内周側は、中央部が内周側に突出し、軸方向に垂直な断面が三角状の凸部１２Ｐ（係合部）となっている。溝１２Ｒと凸部１２Ｐとは、断面が反転した形状となっている。

分割コイル１２Ｂを構成するワイヤは丸線あるいは角線であり、分割コイル１２Ｂの成型前あるいは分割コイル１２Ｂの成型後に、分割コイル１２Ｂの端末部１２ｄＴＯＵＴに溝１２Ｒを、端末部１２ｃＴＩＮに凸部１２Ｐを金型で成型する（係合部形成工程）。なお、この後の接合工程で溶接される部分は、端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの先端部Ｓから所定の範囲であり、端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮが全長に渡って溶接される訳ではない。また、溶接のために、端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮは、絶縁被膜を除去しておく必要がある（剥離工程）。

次に、分割コイル１２Ｂの接合工程について図７、８を用いて具体的に説明する。
溶接後のコイルエンド部１２ｅが、軸方向に高くなることを防止するために、相互に溶接する端末部１２ｄＴＯＵＴと端末部１２ｃＴＩＮのそれぞれの先端部Ｓの高さは、内周側に位置する接合部の無い内周側コイルエンド部１２ｅＩＮと略同一の高さとしている。内周側コイルエンド部１２ｅＩＮは、径方向に重なる分割コイル１２Ｂ間の隙間を最小限とすることにより高さを最小限としている。このようにして、それぞれの先端部Ｓを溶接後の溶接部１２Ｙ（接合部）の高さをこの内周側コイルエンド部１２ｅＩＮと同等以下にしておけば、溶接部１２Ｙによってコイルエンド部１２ｅ全体の高さが増大することはない。

これから溶接しようとする端末部１２ｃＴＩＮの先端部Ｓの径方向内側には、隣接して内周側コイルエンド部１２ｅＩＮが配置されている。この両者の間に径方向に距離を取ると、コイルエンド部全体での径方向の幅が広くなりフレーム３等の周囲の部材との距離が近くなる。そこで、それらの部材との絶縁距離を確保するために、内周側コイルエンド部１２ｅＩＮと端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮとの径方向の隙間を十分に大きくすることはできない。

そこで、図７に示すように、端末部１２ｃＴＩＮと内周側コイルエンド部１２ｅＩＮとの間に遮光板１７を配置する。遮光板１７は、溶接時のアーク等により内周側コイルエンド部１２ｅＩＮの絶縁被膜が損傷しないように保護するためのもので、溶接による熱を受けるため金属やセラミックといった高温に耐えられる素材からなる。

遮光板１７は、内周側コイルエンド部１２ｅＩＮと内側の端末部１２ｃＴＩＮとの間に配置され、溶接前に固定子１０の軸方向上方から両者の間に差し込んでおく（遮光板挿入工程）。遮光板１７の固定子鉄心１１に近い方の先端の位置は、少なくとも端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮが溶接部１２Ｙとなる部分の下端より低い位置とする。

溶接を実施する際には接合される２本の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮを密着させておく必要がある。両者の間に隙間があると、溶接時に、溶融部が再分離して溶接不良となる恐れがある。また、接合された場合でも十分な接合面積を確保できず、機械的強度不足や接合不良による電気抵抗の増大が生じるおそれがある。

端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮ同士を密着させるため、端末部１２ｄＴＯＵＴの外周面を径方向外側から治具１８で径方向内側に押し込み、端末部１２ｃＴＩＮの外周面に密着させる。端末部１２ｃＴＩＮの内周側には遮光板１７があり、端末部１２ｃＴＩＮはこれに押しあてられ、全体として治具１８と遮光板１７とで２本の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮを挟み込む状態となる。

図１０は、接合される前の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの軸方向に垂直な断面図である。
図において、端末部１２ｄＴＯＵＴは、ここでは図示しない治具１８によって径方向外側（図の右側）から内側（図の左側）に向かって押し込まれ、更に端末部１２ｄＴＯＵＴを介して端末部１２ｃＴＩＮも遮光板に押し付けられる。上述のように、端末部１２ｃＴＩＮの外周側は中央部が径方向内側に凹み、軸方向に垂直な断面がＶ字状の溝１２Ｒとなっていて、端末部１２ｄＴＯＵＴの内周側は、中央部が内周側に突出し、軸方向に垂直な断面が三角状の凸部１２Ｐとなっていて両者は、２面で接触している。

図１０において、２つの端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの中心を結ぶＡ−Ａ’線は固定子１０の径方向に延び、２つの端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮ同士の接触面の接線Ｃ−ＤとＡ−Ａ’線とのなす角Ａ’ＣＤは、０°より大きく、９０°未満（Ａ−Ａ’線の外周側を０°として反時計回りに正の符号とする）かつ、同様に、接線Ｃ−ＢとＡ−Ａ’線とがなす角Ａ’ＣＢは−９０°を超えて０°未満であるため、治具１８で端末部１２ｄＴＯＵＴを外側から内側に押し込むことにより端末部１２ｄＴＯＵＴと端末部１２ｃＴＩＮとは、図７、１０に示すように互いに周方向の位置が揃えられ、かつ、径方向に密着した状態となる。

この状態で溶接する端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮのそれぞれの先端部Ｓに図７に示す溶接トーチ１９を近づけ、アーク溶接で両者を溶接する。溶接後は、遮光板１７を軸方向上方に取り外し、治具１８を径方向外側に解除して接合工程が完了する。溶接後は、端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの先端部Ｓを含む所定の範囲が、図８の溶接部１２Ｙとなる。なお、端末部１２ｄＴＯＵＴを径方向内側に押し込む治具１８を導電性の高い銅系の素材で製作すると、アーク溶接における溶接電極を兼ねることができる。この場合は、溶接時の大電流を通電するために、端末部１２ｄＴＯＵＴと治具１８との接触面積を大きく取る必要がある。逆に、治具１８を溶接電極として用いず、分割コイル１２Ｂの他端部を溶接電流の通電部として用いることも可能である。この場合は、治具１８には溶接電流を通電しないので端末部１２ｄＴＯＵＴを内側に押し込むだけでよく、治具１８の軸方向の長さを最小限にして端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの長さを短くすることができる。

図１１〜図１３は、分割コイルの端末部の他の例を示す断面図である。
コイル端末部の断面形状は、径方向に両端末線を押しつけた際にお互いに係合して径方向、かつ周方向の位置を位置決めできる形状であればよく、これまでの説明で用いた図９に示した形状に限らない。例えば図１１のように、図７の例とは凹凸が反対のものを用いても同様の効果が得られる。また、図１２に示すように一方の端末部のワイヤの断面形状が円形で、他方のワイヤの対向面に円弧状の凹みのある形状でもよい。断面円形のワイヤを使用すれば、端末部の形状加工は、実質的に一方にだけ施せばよいことになる。また、図１３に示すように、端末部のみ両者の周方向の幅が異なった形状でも、径方向、かつ周方向の位置を位置決めできればよい。

なお、分割コイル１２Ｂに用いられるワイヤの素材である銅やアルミニウムは展性が高いので、端末部の断面形状を本発明で示したような各種の断面形状に変形させても素材が割れることはなく、所望の形状を得ることができる。また、ワイヤに絶縁被膜を備えている場合には被膜に亀裂や剥がれが生じて損傷し、絶縁性が損なわれる恐れがあるが、端末部はいずれにしても絶縁被膜を除去するので問題ない。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の製造方法によれば、接合する２つの分割コイル１２Ｂの端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮがスロット１５の入口側に並び、双方の対向面の少なくとも一方に設けた係合部により、２つの端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの位置を、径方向及び周方向に、所定の位置に位置決めできるので、分割コイル１２Ｂ同士の接合不良を低減することができる。

また、２つの端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮを、接続部の無い内周側コイルエンド部１２ｅＩＮの外側に、径方向に並べて引き出し、内周側コイルエンド部１２ｅＩＮの高さと同等以下の位置で接合できるので、コイルエンド部１２ｅ全体の高さを低く抑えることができる。

以下に、その理由を比較例を用いて説明する。
図１５は、コイルエンド部の比較例を示す図であり、接合されている端末線１２ｃＩＮと端末線１２ｄＯＵＴの状態を周方向に、平面状に展開したものを外側から見た模式図である。なお、図が煩雑にならないよう、他のスロットに配置されている分割コイルの端末線は省略している。また、図１５は、比較例であるが、違いを容易に理解できるよう、共通部分には同じ符号を付している。

前述のように、接合する２本の端末線１２ｃＩＮと端末線１２ｄＯＵＴとは、異なるスロット１５に配置されており、コイルエンド部１２ｅにおいてティース１１ｔを跨いで接合されている。いま、１つの分割コイルの端末線１２ｃＩＮが、スロット１５ａに、他の分割コイルの端末線１２ｄＯＵＴが、スロット１５ａから複数のティース１１ｔを挟んだ他のスロット１５ｂ配置されている。なお、図１５では、端末線１２ｃＩＮと、端末線１２ｄＯＵＴとの間に挟まれたティース１１ｔは６本であるが、これは固定子の設計、巻線仕様によって他の値をとることもある。

端末線１２ｃＩＮは、傾斜部３０を有し、端末線１２ｄＯＵＴは、傾斜部３１を有する。そして２つの傾斜部３０、３１は、固定子鉄心１１の上方においてお互いに接近する方向に傾斜する。そして、端末線１２ｃＩＮは、傾斜部３０の先に軸方向に平行な直線部３２を有し、端末線１２ｄＯＵＴは、傾斜部３１の先に軸方向に平行な直線部３３を有する。このように、傾斜部３０と傾斜部３１によって、端末線１２ｃＩＮと端末線１２ｄＯＵＴをお互いに周方向に接近させることによって２本の直線部３２と直線部３３の周方向の位置が揃っている。

ところで、回転電機の出力を落とすことなく製品を小型化するには、固定子鉄心１１から軸方向上方に配設されているコイルエンド部１２ｅの高さを低減することが有効である。コイルエンド部１２ｅの高さＨは、コイルエンド部１２ｅを構成する傾斜部３０、傾斜部３１の高さＨ１と、直線部３２、直線部３３の高さＨ２の和で決まる。よって、高さＨ１とＨ２とを低くすることによってコイルエンド部１２ｅの高さＨを低減できる。

まず、傾斜部３０、３１の高さＨ１を低減するには、傾斜部３０、３１と固定子鉄心１１の上面とが成す角度Ｖを小さくすることが有効である。角度Ｖは、各スロット１５間の周方向のピッチＰと分割コイルの線径Ｌによって幾何学的に最小の角度が求められ、それ以下の角度に小さくすることはできない。従って、コイルエンド部１２ｅの高さを低くするには、直線部３２，３３の長さを短くしなければならない。

比較例の把持方法のように、接合する２本の直線部３２と３３の周方向位置を揃えるために図１５に示す治具３４を用いて直線部３２、３３を周方向に挟んで把持しようとすると、端末部１２ｃＴＩＮと端末部１２ｄＴＯＵＴの先端の直線部３２、３３の根元部分（下端部）を把持することになる。従って、直線部の高さＨ２は、２本の端末線１２ｃＩＮ、１２ｄＯＵＴ同士の接合に必要な長さＨ４に加えて、治具３４の軸方向の長さＨ３分が別途必要となる。

しかし、本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の製造方法によれば、端末部１２ｃＴＩＮと端末部１２ｄＴＯＵＴの周方向位置を揃えるために、治具で周方向に把持する必要がなく、図７に示す治具１８により端末部１２ｄＴＯＵＴを径方向内側に押し込むだけでよい。

また、比較例と同様に端末部１２ｄＴＯＵＴの先端の直線部３３の根元を径方向内側に押し込んでもよいが、比較例とは異なり直線部３３より下の、傾斜部３１を、径方向内側に押し込むことが可能である。傾斜部３１を押し込む構成にすることで、周方向に把持するために必要であった直線部３２、３３の高さＨ２に含まれていた治具３４の軸方向の長さＨ３分が不要になり、端末線１２ｃＩＮと端末線１２ｄＯＵＴとの接合に必要な最小限の高さＨ４を実現できる。

また、本実施の形態１で説明した固定子１０においては、図２に示すようにスロット１５内に配置された固定子コイル１２のワイヤの断面形状をスロット形状に合致させることで固定子コイル１２の占積率の向上と、それに伴う回転電機１００の特性向上を図っている。コイル成形工程において金型を用いてコイル線をプレス加工することによってこのような断面の固定子コイル１２を得ることが可能である。このとき、スロット１５内に収まる部分だけではなく端末部も同時にプレスで加工することによって、端末部１２ｃＴＩＮ、１２ｄＴＯＵＴの断面形状を容易に加工することができる。

また、分割コイル１２Ｂ同士を接合して固定子コイル１２を構成するために必須である、端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮの先端部Ｓ同士の接合において、端末部１２ｄＴＯＵＴを外側から径方向内側に押さえるという簡便な治具１８を用いるだけで容易に２本の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮを径方向、かつ周方向に、所定の位置に位置決めできる。その結果、分割コイル１２Ｂ同士の接合不良を低減することができる。また、接合する２本の端末部１２ｄＴＯＵＴ、１２ｃＴＩＮが周方向にずれないので、周方向に隣接する溶接部１２Ｙ同士の間隔を一定にすることができ、隣接する溶接部１２Ｙ間での短絡を防止できる。

なお、本発明が対象としている回転電機１００においては、回転子２０の回転位置に応じて所望の回転速度やトルクを出力するように、固定子コイル１２に通電する電流を制御するインバータ部が必要である。このインバータ部を回転電機１００と一体化して両者を接続する配線を最小限に短縮し、製品全体の小型化を図ることは既に一般的に実施されている。その際、図１で示した回転電機１００の上部にインバータ部を直結する配置をとることが多い。そのような製品に、本発明を適用することにより、回転電機１００のコイルエンド部１２ｅの高さを抑制できるので、インバータ部を回転電機１００と一体化した構造とした場合に、その短縮したスペースにインバータ部の構成部品を配置することにより製品全体の小型化が可能である。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法を、図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１４は、固定子２１０の要部断面図である。
本実施の形態では、溶接をする端末線の配置位置が実施の形態１とは異なる。具体的には、ある分割コイル２１２Ｂのスロット収納部２１２ｄがスロット１５の底に配置され、他の分割コイル２１２Ｂのスロット収納部２１２ｃが、スロットの底から２番目の位置に収納されている。そして、スロット収納部２１２ｃに繋がる端末線２１２ｃＯＵＴと、スロット収納部２１２ｄに繋がる端末線２１２ｄＩＮとが、径方向に隣接して軸方向上方に延出している。端末線２１２ｄＩＮには端末部２１２ｄＴＩＮが設けられ、端末線２１２ｃＯＵＴには端末部２１２ｃＴＯＵＴが設けられている。端末部２１２ｄＴＩＮと、端末部２１２ｃＴＯＵＴとは径方向に並べて接触し、かつ、周方向に固定子１０のスロット１５に合わせたピッチで、周方向に等間隔に並べて配置される。

端末部２１２ｃＴＯＵＴと端末部２１２ｄＴＩＮの先端同士の溶接による接合時に、その外周側コイルエンド部２１２ｅＯＵＴと端末部２１２ｃＴＯＵＴとの間に遮光板１７を挿入すること、溶接時に一方の端末部２１２ｄＴＩＮを径方向外側に押圧して両端末部２１２ｃＴＯＵＴ、２１２ｄＴＩＮを密着させることは、実施の形態１と同様であるが、溶接部２１２Ｙの配置が内周側となるため、径方向の内側から外側に向けて端末部２１２ｄＴＩＮを端末部２１２ｃＴＯＵＴ側に押圧する点が実施の形態１と異なっている。従って、端末部２１２ｃＴＯＵＴ、２１２ｄＴＩＮの断面形状は、実施の形態１の端末部１２ｃＴＩＮ、１２ｄＴＯＵＴとは径方向にそれぞれ反対向きとなっている。

本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法によれば、実施の形態１と同様に端末部２１２ｃＴＯＵＴ、２１２ｄＴＩＮの溶接時に端末部２１２ｃＴＯＵＴ、２１２ｄＴＩＮの位置決め効果を得ることができる。ところで、端末部２１２ｃＴＯＵＴ、２１２ｄＴＩＮは、溶接前の剥離工程によって、絶縁被膜を剥離するため、溶接部近傍は必ず導電部が露出した状態となる。実施の形態１の構成では、フレーム３の配置によっては、コイルエンド部と溶接部との絶縁距離を十分に確保できない場合がある。その場合は、本実施の形態で示したように導電部が露出しない、接続部の無い外周側コイルエンド部２１２ｅＯＵＴを溶接部２１２Ｙの外周側に配置することで必要な絶縁距離を確保することができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティースに巻回された固定子コイルとを備えた回転電機の固定子において、
前記固定子鉄心は、円環状のバックヨーク部である外側鉄心と、
複数の前記ティースが放射状に配置され、周方向に隣り合う前記ティースの内周側先端部同士が互いに周方向に連結部により連結され、前記外側鉄心の内側に嵌合された内側鉄心とを有し、
周方向に隣り合う前記ティースの間には、前記固定子コイルを構成する最小単位である分割コイルのスロット収納部を径方向に並べて挿入するスロットを有し、
一つの前記分割コイルの第一端末線と他の前記分割コイルの第二端末線とは、前記スロットの入口側又は前記スロットの底側に隣接して配置される２つの前記スロット収納部からそれぞれ軸方向に、同じ方向に延出し、
前記第一端末線の第一端末部と、前記第二端末線の第二端末部とは、前記固定子鉄心の軸方向の上方において、軸方向上方に向けて、前記固定子の径方向に並べて配置され、
前記第一端末部の先端部と前記第二端末部の先端部とは、相互に接合部により接合され、前記接合部に続く前記第一端末部及び前記第二端末部の少なくとも一方の端末部は、周方向、及び径方向に前記第一端末部と第二端末部の相互の位置を位置決めする係合部を備えた回転電機の固定子。
前記第一端末部と前記第二端末部は、それぞれ前記係合部を備え、一方の前記係合部は、軸方向に垂直な断面がＶ字状の溝であり、他方の前記係合部は、軸方向に垂直な断面が三角状の凸部である請求項１に記載の回転電機の固定子。
前記第一端末部又は前記第二端末部の一方の前記端末部は、軸方向に垂直な断面が、丸形状であり、前記第一端末部又は前記第二端末部の他方の前記端末部は、軸方向に垂直な断面が円弧形状である前記係合部を備えた請求項１に記載の回転電機の固定子。
前記接合部は、前記分割コイルのスロット収納部同士が連続して繋がるコイルエンド部の高さと軸方向に同等以下の位置に設けられている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子と、前記固定子の内周面に対向して回転可能に保持された回転子とからなる回転電機。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子の製造方法であって、
前記分割コイルの端末部の絶縁皮膜を剥離する剥離工程と、
前記係合部を形成する係合部形成工程と、
前記第一端末部及び前記第二端末部を、前記第一端末部及び前記第二端末部の少なくとも一方に設けた、前記係合部により係合させた上で、相互に径方向に固定して、前記第一端末部と前記第二端末部の先端部同士を接合する接合工程とを備えた回転電機の固定子の製造方法。
前記接合工程の前に、前記分割コイルのスロット収納部同士が連続して繋がるコイルエンド部と、前記コイルエンド部と径方向に隣り合う一方の前記端末部との間に、溶接時のアークを遮る遮光板を挿入する、遮光板挿入工程を備えた請求項６に記載の回転電機の固定子の製造方法。