JP7146137B2

JP7146137B2 - 固定子

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Publication number: JP7146137B2
Application number: JP2022504892A
Authority: JP
Inventors: 秀樹久田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: JPWO2021176662A1; WO2021176662A1; US20220416605A1; CN115066824A

Description

この発明の実施形態は、回転電機の固定子に関する。

通常、回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に装着されたコイルと、を備えている。コイルは、線状導体（導線）からなる複数のコイルセグメントを互いに電気的、かつ、機械的に接合することにより構成されている。
一般に、線状導体（コイルセグメント）は、先端の被覆が剥離された後、ヘアピン状に整形され、固定子鉄心のスロットに挿入される。続いて、コイルセグメントを曲げ整形した後、冶具等を用いて線状導体の先端を保持し、アーク溶接やレーザー溶接で隣合うコイルセグメントの先端同士を接合する。
上記コイルの製造工程において、溶接部に隙間が出来ないよう２本のコイルセグメントの先端部を保持するための高精度かつ剛性の高い冶具が必要となる。レーザー溶接により接合する場合は、熱の拡散が大きいため、高出力のレーザーが必要となる。更に、隣接する溶接部間の絶縁を確保するため、接合部に絶縁塗装を施す、あるいは、接合部を外周側に折り曲げる等の追加の加工が必要となる場合がある。

特開２０１９－１７２２３号公報特開２０１５－１２６６４３号公報特開２００７－３７３４４号公報

本発明の実施形態の課題は、製造コストの低減および製造性の向上を図ることが可能の回転子を提供することにある。

実施形態によれば、固定子は、環状のヨークと、前記ヨークの内周からそれぞれ径方向に延出し前記ヨークの周方向に間隔を置いて並んで位置する複数のティースと、を有し、前記周方向に隣り合う一対のティースの間の隙間がスロットを形成している固定子鉄心と、前記スロットに装着された複数のコイルセグメントを接合して構成された固定子コイルと、を備えている。前記コイルセグメントは、それぞれ異なるスロット内に配置された一対の直線部と、前記固定子鉄心の外方に配置され前記一対の直線部の一端部同士を連結している架橋部と、前記直線部の他端から前記固定子鉄心の外方に延出する延出部と、前記延出部の延出端に形成された先端面を有する接合端部と、前記接合端部に形成され前記先端面および前記先端面と交差する第1係合面を有するフック形状部と、を具備している。前記複数のコイルセグメントの前記接合端部は、前記先端面がほぼ同一高さに位置するように前記径方向に複数並んで配置され、前記径方向に隣合う２つの接合端部は、一方の接合端部の前記フック形状部の前記第１係合面が他方の接合端部の前記フック形状部の前記第１係合面に当接し、２つの前記先端面および２つの前記第1係合面が互いに接合されている。

図１は、第1実施形態に係る回転電機を示す縦断面図。図２は、第１実施形態に係る回転電機の横断面図。図３は、前記回転電機の固定子の第１端面側を示す斜視図。図４は、前記固定子のコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図。図５は、前記固定子のコイルを構成するコイルセグメントを示す平面図。図６は、前記固定子の１つのスロットを拡大して示す断面図。図７は、前記コイルセグメントの延出部を示す斜視図。図８は、前記コイルセグメントの延出部の三面図。図９は、前記コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石の一例を模式的に示す図。図１０は、径方向に隣合う２つのコイルセグメントの接合端部を係合させた状態を示すコイルセグメントの斜視図。図１１は、径方向に並んだコイルセグメントの接合部を示す平面図。図１２は、第２実施形態に係る回転電機のコイルセグメントの延出端部を示す斜視図。図１３は、第３実施形態に係る回転電機のコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図。図１４は、第３実施形態におけるコイルセグメントの延出部を示す斜視図。図１５は、前記コイルセグメントの延出部の三面図。図１６は、前記コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石を模式的に示す図。図１７は、径方向に隣合う２つのコイルセグメントの接合端部を係合させた状態を示すコイルセグメントの斜視図。図１８は、第４実施形態に係る回転電機において、径方向に並んだコイルセグメントの接合部を示す平面図。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る回転電機の縦断面図であり、中心軸線Ｃ１を中心として片側の半分だけを示している。図２は、回転電機の横断面図である。
図１に示すように、回転電機１０は、例えば、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機１０は、環状あるいは円筒状の固定子１２と、固定子１２の内側に中心軸線Ｃ１の回りで回転自在に、かつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、これら固定子１２および回転子１４を支持するケーシング３０と、を備えている。
以下の説明では、中心軸線Ｃ１の延在方向を軸方向、中心軸線Ｃ１回りに回転する方向を周方向、軸方向および周方向に直交する方向を径方向と称する。

図１および図２に示すように、固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に装着された固定子コイル（以下、コイル）１８とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板１７を多数枚、同芯状に積層して構成されている。多数枚の電磁鋼板１７は、固定子鉄心１６の外周面の複数個所を溶接することにより、互いに積層状態に連結されている。固定子鉄心１６は、中心軸線Ｃ１と同軸的に位置する内周面、軸方向一端に位置する第１端面１６ａ、および軸方向他端に位置する第２端面１６ｂを有している。第１端面１６ａおよび第２端面１６ｂは、中心軸線Ｃ１と直交して延在している。
固定子鉄心１６の内周部には、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。本実施形態において、各スロット２０は固定子鉄心１６の内周面に開口した内周側端を有している。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面側から放射方向（固定子鉄心１６の中心軸に対する径方向の外側）に延出している。各スロット２０は、固定子鉄心１６の軸方向の全長に亘って延在している。各スロット２０の軸方向の一端は第１端面１６ａに開口し、軸方向の他端は第２端面１６ｂに開口している。なお、各スロット２０の内周側端を固定子鉄心１６の内周に開口しないように構成し、固定子鉄心１６の内周面を円筒面状としても構わない。

複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、中心軸線Ｃ１に向かって突出する複数（例えば、本実施形態では４８個）のティース２１を構成している。ティース２１は、周方向に沿って等間隔を置いて配置されている。このように、固定子鉄心１６は、円環状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から中心軸線Ｃ１に向かって径方向に突出した複数のティース２１とを一体に有している。周方向に隣り合う２本のティース２１の間にスロット２０が形成されている。

複数のスロット２０にコイル１８が装着され、各ティース２１に巻き付けられている。コイル１８は、固定子鉄心１６の第１端面１６ａおよび第２端面１６ｂから軸方向外側に向かって延出するコイルエンド１８ａ、１８ｂを有するように設けられている。コイル１８に交流電流を流すことにより、固定子１２（ティース２１）に所定の鎖交磁束が形成される。

図１に示すように、固定子鉄心１６の軸方向両端には鉄心押え２６が設けられている。ケーシング３０は、ほぼ円筒状の第１ブラケット３２ａと、お椀形状の第２ブラケット３２ｂと、を有している。第１および第２ブラケット３２ａ、３２ｂは、例えば、アルミニウム合金等で形成されている。第１ブラケット３２ａは、固定子鉄心１６の駆動端側に位置する鉄心押え２６に連結されている。第１ブラケット３２ａの先端側に、環状のベアリングブラケット３４がボルトにて同軸的に締結されている。ベアリングブラケット３４の中央部に、第１軸受３５として、例えば、ころ軸受を内蔵した第１軸受ハウジング３６が締結されている。
第２ブラケット３２ｂは、反駆動端側に位置する鉄心押え２６に連結されている。第２ブラケット３２ｂの中央部に、第２軸受３７として、例えば、玉軸受を内蔵した第２軸受ハウジング３８が締結されている。

一方、回転子１４は、円柱形状のシャフト（回転シャフト）４３と、シャフト４３の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心４４と、回転子鉄心４４内に埋め込まれた複数の永久磁石４６と、を有している。回転シャフト４３は、軸方向の両端部が第１軸受３５および第２軸受３７により支持され、中心軸線Ｃ１の回りで回転自在に支持されている。回転子鉄心４４は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板４７を多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心４４は中心軸線Ｃ１と同軸的に形成された内孔４８を有している。回転シャフト４３は内孔４８に挿通および嵌合され、回転子鉄心４４と同軸的に延在している。回転子鉄心４４の軸方向両端に、略円板状の磁気遮蔽板５４および回転子鉄心押え５６が設けられている。

図１および図２に示すように、回転子鉄心４４は、固定子鉄心１６の内側に僅かな隙間（エアギャップ）を置いて同軸的に配置されている。すなわち、回転子鉄心４４の外周面は、僅かな隙間をおいて、固定子鉄心１６の内周面（ティース２１の先端面）に対向している。
回転子鉄心４４には、回転子鉄心４４を軸方向に貫通する複数の磁石埋め込み孔５０が形成されている。各磁石埋め込み孔５０内に、永久磁石４６が装填および配置され、例えば、接着剤等により回転子鉄心４４に固定されている。各永久磁石４６は、回転子鉄心４４の全長に亘って延在している。また、複数の永久磁石４６は、回転子鉄心４４の周方向に所定の間隔を置いて配列されている。

図２に示すように、回転子鉄心４４は、それぞれ回転子鉄心４４の半径方向あるいは放射方向に延びるｄ軸、およびｄ軸に対して周方向に電気的に９０°離間したｑ軸を有している。ここでは、隣合う磁極間の境界および中心軸線Ｃ１を通って放射方向に延びる軸をｑ軸とし、ｑ軸に対して電気的に直角な方向をｄ軸としている。ｄ軸およびｑ軸は、回転子鉄心４４の周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。
回転子鉄心４４の円周方向において、各ｄ軸の両側に２つの磁石埋め込み孔５０が形成され、これらの埋め込み孔５０に永久磁石４６が装填されている。各埋め込み孔５０および永久磁石４６は、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれｄ軸に対して傾斜している。回転子鉄心４４の中心軸線Ｃ１と直交する平面でみた場合、２つの埋め込み孔５０および永久磁石４６は、例えば、外周に向かって開いたほぼＶ字状に並んで配置されている。

ｄ軸の周方向両側に位置する２つの永久磁石４６は、回転子鉄心４４の円周方向において磁化方向が逆向きとなるように配置され、また、ｑ軸の周方向両側に位置する２つの永久磁石４６は、磁化方向が同一となるように配置されている。複数の永久磁石４６を上記のように配置することにより、回転子鉄心４４の外周部において各ｄ軸上の領域は１つの磁極を中心に形成している。本実施形態では、回転電機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石４６のＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した、８極（４極対）、４８スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。

次に、固定子１２の構成について詳細に説明する。
図３は、固定子の第２端面側を示す斜視図、図４は、固定子コイルのコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図、図５は、コイルセグメントの一例を示す斜視図である。
コイル１８は、線状導体として例えば、平角導体（平角線）からなる複数のコイルセグメントＣＳを用いて構成され、固定子鉄心１６に組みつけられている。
図５に示すように、コイルセグメントＣＳは、平角線を切断および折り曲げることにより、ほぼＵ字形状に形成されている。すなわち、コイルセグメントＣＳは、互いに間隔を置いて対向する一対の直線部ＣＳＳと、直線部ＣＳＳの一端部同士を連結した架橋部ＣＳＢと、を一体に有している。コイルセグメントＣＳは、長手方向に垂直な断面（横断面）が略矩形状を成している。すなわち、横断面は、互いに対向する一対の長辺Ｌ１および互いに対向する一対の短辺Ｓ１（図６参照）を有している。コイルセグメントＣＳの外面は絶縁ワニス等の絶縁被覆ＣＬで覆われている。各直線部ＣＳＳの延出端は、長手方向と直交する方向にカットされ、長手方向とほぼ直交する矩形状の先端面（接合面）ｄＳを形成している。直線部ＣＳＳの延出端部（接合端部）において、１つの角部に切欠き４０が形成されている。切欠き４０は、角部において、交差する２側面および接合面ｄｓに開口している。切欠き４０の内面（第１係合面および第２係合面）および接合面ｄｓは、絶縁被覆で覆われておらず、導通可能な導通部を形成している。上記のような切欠き４０を設けることにより、接合端部の残部分は、後述する接合面ｄｓ、第１係合面４０ｂ、および第１対向面ＦＳを有するフック形状部（フック）４２を形成している。切欠き４０およびフック形状部４２の詳細な形状、構成については後述する。

なお、線状導体の横断面が矩形である場合、四隅は直角である必要はなく、面取りやＲ加工がされていてもよい。また、横断面が対向する２長辺を有する場合、例えば長円状など、断面においてこれらの対向する２長辺の端部を結ぶ部分は曲線であってもよい。更に、導体は、平角導体に限らず、横断面が円形あるいは楕円形に形成された導体を用いることも可能である。

図３および図４に示すように、複数のコイルセグメントＣＳは、一対の直線部ＣＳＳが、例えば、固定子鉄心１６の第１端面１６ａ側からそれぞれ異なるスロット２０に差し込まれ、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂから所定長さだけ突出している。各直線部ＣＳＳは、スロット２０の内に配置された挿入部とスロット２０から固定子鉄心１６の外方に延出する延出部ＣＥとを形成している。

図６は、固定子鉄心１６の１スロットの断面図である。図示のように、１つのスロット２０に例えば、６つのコイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳが挿通される。スロット２０において、６つの直線部ＣＳＳは、固定子鉄心１６の半径方向に並んで配置されている。横断面で見た場合、６つの直線部ＣＳＳは、長辺Ｌ１同士が平行に向かい合った状態で、スロット２０内に配置されている。６つの直線部ＣＳＳの外面に絶縁材、例えば、絶縁紙Ｐが巻付けられ、直線部ＣＳＳは絶縁紙Ｐと共にスロット２０内に挿入されている。なお、絶縁紙Ｐをスロット２０に予め挿入し、スロット２０内に絶縁紙Ｐが配置された状態でコイル１８を挿入しても構わない。絶縁紙Ｐは、コイル１８を外部から電気的に絶縁するとともに、コイル１８を物理的に保護している。

図３に示すように、コイルセグメントＣＳの架橋部ＣＳＢは、固定子鉄心１６の外方に配置され、固定子鉄心１６の第１端面１６ａに僅かに隙間を置いて対向している。架橋部ＣＳＢは、固定子鉄心１６のほぼ円周方向に沿って延在し、幾つかの架橋部ＣＳＢは、他の架橋部ＣＳＢと交差して延在している。これらの架橋部ＣＳＢは、第１端面１６ａから突出したコイルエンド１８ａを構成している。

図３および図４に示すように、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂ側において、第２端面１６ｂから軸方向に突出した直線部ＣＳＳの延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の円周方向に折り曲げられ、軸方向に対して傾斜して延在している。更に、延出部ＣＥの延出端部は、軸方向に折り曲げられ、軸方向に延びた第２直線部を形成している。このように、各延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の軸方向から周方向にある角度、折れ曲がる第１曲げ部（曲げ部）５２ａと、第１曲げ部５２ａから軸方向に対し傾斜して直線的に延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部５２ｂの延出端から軸方向に折れ曲がる第２曲げ部５２ｃと、第２曲げ部５２ｃから固定子鉄心１６の軸方向に直線的に延出した第２直線部（接合端部）５２ｄと、を一体に有している。

各スロット２０に挿通された６本の直線部ＣＳＳの延出部ＣＥは、交互に一方向および逆方向に折曲げられている。すなわち、最外周に位置する延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の周方向の一方向に折り曲げられ、１つ内側の延出部ＣＥは、周方向の他方向（逆方向）に折り曲げられている。更に１つ内側の延出部ＣＥは、前記一方向に折り曲げられ、更に１つ内側の延出部ＣＥは前記逆方向に折り曲げられている。異なる複数のスロット２０から延出している６本の延出部ＣＥの接合端部５２ｄは、固定子鉄心１６の径方向にほぼ一列に並んで位置している。これら接合端部５２ｄの先端面、すなわち、接合面ｄｓは、固定子鉄心１６の端面１６ｂに対してほぼ同一の高さに位置し、固定子鉄心１６の径方向に沿って一列に並んで位置し、ほぼ同一平面に延在している。

径方向に隣合う２つの接合端部５２ｄは、前述したフック形状部４２を噛み合わせることにより互いに係合し連結されている。各列の６つの接合端部５２ｄの接合面ｄｓは、２つずつ（２本ずつ）互いに溶接され、機械的かつ電気的に接合されている。溶接には、例えば、レーザー溶接を用いることができる。径方向に隣り合う２つの接合面ｄｓにレーザー光を照射し、接合面ｄｓおよび接合端部５２ｄを部分的に溶融し、２つの接合面ｄｓに跨る溶接ビードＷＢを形成する。各溶接部あるいは接合部は、粉体塗装、ワニス等の絶縁材料で覆われる。このように互いに接合された複数のコイルセグメントＣＳにより３本のコイルが形成される。コイルセグメントＣＳの延出部ＣＥは、第２端面１６ｂから突出するコイルエンド１８ｂを構成している。３本のコイル１８に、それぞれＵ相接続端子ＴＵ、Ｖ相接続端子ＴＶ、Ｗ相接続端子ＴＷが接続されている。

次に、接合端部５２ｄ、切欠き４０、およびフック形状部４２の形状、構成について詳細に説明する。
図７はコイルセグメントの延出部を示す斜視図、図８は延出部の三面図、図９は、コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石の一例を模式的に示す図、図１０は連結された２本の延出部を示す斜視図、図１１は２本ずつ連結された６本の延出部を示す平面図である。
図７および図８に示すように、コイルセグメントＣＳの各延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の周方向に湾曲した第１曲げ部５２ａと、第１曲げ部５２ａから固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部５２ｂの延出端から軸方向に折れ曲がる第２曲げ部５２ｃと、第２曲げ部５２ｃから固定子鉄心１６の軸方向に直線的に延出した第２直線部（接合端部）５２ｄと、を一体に有している。接合端部５２ｄの先端面は接合面ｄｓを形成している。

接合端部５２ｄの一つの角部が切削され切欠き４０を形成している。切欠き４０を形成することにより、接合端部５２ｄの残部分によりフック形状部（フック）４２が形成されている。切欠き４０は、接合端部５２ｄの第１対向面ＦＳ（他方の接合端部５２ｄと対向する側面）、この第１対向面ＦＳと交差する他の側面、および接合面ｄｓに、開口して形成されている。切欠き４０は、それぞれ接合端部５２ｄの長手方向の中途部から接合面ｄｓまで延びる第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａを有し、これら第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａは、９０°以下の開き角度θをなすように互いに交差している。
フック形状部４２の一部を構成する第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの幅方向中央部から第１対向面ＦＳまで接合端部５２ｄの幅方向に対し傾斜して延在している。第２係合面４０ａは、接合する他方の接合端部５２ｄに対向しているとともに、第１対向面ＦＳから接合端部５２ｄの中心軸線側３に傾斜している。

第１係合面４０ｂは、第２係合面４０ａの一側縁に沿って、接合面ｄｓの長手方向の中央部から第１対向面ＦＳの中途部まで延在している。第１係合面４０ｂは、延出部ＣＥの第１曲げ部５２ａに向いている、すなわち、第１曲げ部５２ａの曲げ方向とほぼ逆の方向を向いている。第１係合面４０ｂと第２係合面４０ａとの成す角度は、９０°以下に設定されている。接合面ｄｓにおいて、第２係合面４０ａは接合面ｄｓの長手方向に延び、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの幅方向（固定子鉄心の径方向）、あるいは、幅方向よりも第１曲げ部５２ａ側に傾斜して延びている。
なお、図９に模式的に示すように、上述した切欠き４０およびフック形状部４２は、例えば、Ｖ字型の砥石ＧＲにより直線部ＣＳＳの延出端部を部分的に研削することにより形成することができる。

図１０および図１１に示すように、径方向に隣合う２つの接合端部５２ｄは、フック形状部４２同士を噛み合わせることにより互いに係合し連結される。すなわち、一方の接合端部５２ｄのフック形状部４２が他方の接合端部５２ｄの切欠き４０に係合される。一方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂが他方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂに対向かつ当接し、一方のフック形状部４２の第１対向面ＦＳが他方の接合端部５２ｄの第２係合面４０ａに対向および係合している。この際、第１曲げ部５２ａの曲げ成形後に生じる復元力（スプリングバック）により、２つのフック形状部４２は、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う（当接する）方向に付勢される。これにより、２つ延出部ＣＥの接合端部５２ｄは強固に連結され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。同時に、一方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓと他方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓとが、ほぼ隙間なく、面一に並んでいる。レーザー溶接においては、接合面ｄｓにおいて第１係合面４０ｂの境界付近にレーザー光を照射することにより、接合面ｄｓ同士および第１係合面４０ｂ同士が溶接、すなわち、接合される。
このように、２つの接合端部５２ｄを隙間なく連結可能であることから、溶接時、高精度かつ剛性の高い冶具等により２本の接合端部を保持する必要がなく、固定子の製造性が向上する。

また、各フック形状部４２の第１対向面ＦＳが、他方の接合端部５２ｄの傾斜した第２係合面４０ａに押し付けられることにより、２つの接合端部５２ｄは、一方の接合端部５２ｄが他方の接合端部５２ｄに向かって僅かに弾性変形した状態で連結される。そのため、径方向に並んだ３組の接合端部の間に隙間を設けることができ、これらの間の絶縁性の向上が図られる。同時に、このような隙間を設けるための接合端部の曲げ加工が不要となり、固定子の製造性が一層向上する。
溶接する接合部において、平角線の絶縁被覆ＣＬは、接合面ｄｓ、切欠き４０の第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａのみが除去され導通可能状態となっているが、接合端部５２ｄの周囲および第１対向面ＦＳは絶縁被覆ＣＬで覆われている。このように溶接部の近傍に絶縁被覆ＣＬが残っている場合、溶接時、熱の拡散が阻害されるため、廉価な低出力レーザーによる溶接が可能となる。更に、振動などの外力が直接、溶接部に加わる事が軽減され、溶接の信頼性が向上する。
以上のことから、本実施形態によれば、製造コストの低減および製造性の向上を図ることが可能な回転電機の固定子が得られる。

次に、他の実施形態に係る回転電機の固定子について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、第１実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態に係る固定子のコイルセグメントの延出部を示す斜視図である。
図１２（ａ）に示すように、第２実施形態では、互いに連結、接合される２本の接合端部５２ｄのうち、一方の接合端部５２ｄに形成されたフック形状部４２において、第１係合面４０ｂは、軸方向の中央部が軸方向と交差する方向に凸状となるように屈曲した複数の傾斜面を有している。すなわち、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓから基端側に向かって第１曲げ部５２ａ側に傾斜した第１傾斜面と第１傾斜面から切欠き４０の基端まで第１曲げ部５２ａと反対の方向に傾斜した第２傾斜面とを有している。
図１２（ｂ）に示すように、他方の接合端部５２ｄに形成されたフック形状部４２において、第１係合面４０ｂは軸方向の中央部が軸方向と交差する方向に凹状となるように屈曲している。すなわち、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓから基端側に向かって第１曲げ部５２ａと反対方向に傾斜した第1傾斜面と第１傾斜面から切欠き４０の基端まで第１曲げ部５２ａ側に傾斜した第２傾斜面とを有している。

２つの接合端部５２ｄおよびフック形状部４２を互いに連結した場合、前述した第１実施形態と同様に、第１曲げ部５２ａの曲げ成形後に生じる復元力（スプリングバック）により、２つの接合端部５２ｄは、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う方向に付勢される。２つの接合端部５２ｄは強固に連結され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。この際、凸状に屈曲した第１係合面４０ｂと凹状に屈曲した第１係合面４０ｂとが互いに当接、嵌合することにより、２つの接合端部５２ｄは軸方向（上下方向）の変位が規制され、所定の高さ位置に位置決めされる。これにより、２つの接合端部５２ｄの接合面ｄｓの高さを揃えることができる。接合面ｄｓの高さを揃えることにより、一層容易に、かつ、確実にレーザー溶接することが可能となる。

（第３実施形態）
図１３は、第３実施形態に係る固定子のコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図、図１４は、第３実施形態に係る固定子のコイルセグメントの延出部を示す斜視図、図１５は、前記延出部の三面図、図１６は、コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石の一例を模式的に示す図、図１７は、径方向に隣合う２本の延出部を係合、連結した状態を示す斜視図である。
図１３に示すように、第３実施形態では、コイルセグメントＣＳの各延出部ＣＥの先端は長手方向に対して斜めにカットされている。これにより、延出部ＣＥは、長手方向に対して傾斜した接合面（先端面）ｄｓを有している。固定子鉄心１６の第２端面１６ｂ側において、第２端面１６ｂから突出した延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の軸方向から周方向に折れ曲がる第１曲げ部５２ａと、第１曲げ部５２ａから軸方向に対し傾斜して直線的に延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部５２ｂの延出端に形成された接合面ｄｓと、を有している。第１曲げ部５２ａは、接合面ｄｓが固定子鉄心１６の第２端面１６ｂとほぼ平行に位置するように折り曲げられている。傾斜部５２ｂの先端部が接合端部を構成している。

各スロット２０に挿通された６本の直線部ＣＳＳの延出部ＣＥは、交互に一方向および逆方向に折曲げられている。すなわち、最外周に位置する延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の円周方向の一方向に折り曲げられ、１つ内側の延出部ＣＥは、円周方向の他方向（逆方向）に折り曲げられている。更に１つ内側の延出部ＣＥは、前記一方向に折り曲げられ、更に１つ内側の延出部ＣＥは前記逆方向に折り曲げられている。異なる複数のスロット２０から延出している６本の延出部ＣＥの先端面、すなわち、接合面ｄｓは、固定子鉄心１６の径方向に沿ってほぼ一列に並んで位置し、ほぼ同一平面に延在している。

図１４および図１５に示すように、延出部ＣＥの接合端部に切欠き４０およびフック形状部４２が形成されている。切欠き４０は、接合端部の第１対向面ＦＳおよび接合面ｄｓを部分的に切削して形成されている。切欠き４０は、接合端部５２ｄの長手方向の中途部から接合面ｄｓまで延びる第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａを有し、これら第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａは、９０°以下の開き角θをなすように互いに交差している。
第２係合面４０ａは、接合面ｄｓの幅方向中央部から第１対向面ＦＳまで延出部ＣＥの軸方向に対し傾斜して延在している。第２係合面４０ａは、接合する他方の接合端部に向いているとともに、第１対向面ＦＳから延出部ＣＥの中心軸線側に傾斜している。
第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの長手方向の中央部から第１対向面ＦＳの中途部まで延在している。第１係合面４０ｂは、延出部ＣＥの第１曲げ部５２ａに向いている、すなわち、第１曲げ部５２ａの曲げ方向とほぼ逆の方向を向いている。第２係合面４０ａと第１係合面４０ｂとの成す角度は、９０°以下に設定されている。接合面ｄｓにおいて、第２係合面４０ａは接合面ｄｓの長手方向に延び、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの幅方向、あるいは、幅方向よりも第１曲げ部５２ａ側に傾斜して延びている。
上記のような切欠き４０を設けることにより、延出部ＣＥの接合端部は、接合面ｄｓ、第１係合面４０ｂ、および第１対向面ＦＳを有する爪状のフック形状部（フック）４２を形成している。なお、図１６に模式的に示すように、上述した切欠き４０は、例えば、Ｖ字型の砥石ＧＲにより直線部ＣＳＳの延出端部を研削することにより形成することができる。

図１３および図１６に示すように、径方向に隣合う２つの延出部ＣＥの接合端部は、フック形状部４２同士を噛み合わせることにより互いに係合し連結される。すなわち、一方の接合端部のフック形状部４２が他方の接合端部の切欠き４０に係合されている。一方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂが他方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂに対向かつ当接し、一方のフック形状部４２の第１対向面ＦＳが他方の接合端部の第２係合面４０ａに対向および係合している。この際、第１曲げ部５２ａの曲げ成形後に生じる復元力（スプリングバック）により、２つの接合端部は、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う方向に付勢される。これにより、２つの延出部ＣＥの接合端部は強固に連結され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。同時に、一方の接合端部の接合面ｄｓと他方の接合端部の接合面ｄｓとが、ほぼ同一の高さに位置し、ほぼ隙間なく面一に並んでいる。
レーザー溶接においては、接合面ｄｓにおいて第１係合面４０ｂの境界付近にレーザー光を照射することにより、接合面ｄｓ同士および第１係合面４０ｂ同士が溶接、接合される。

このように、コイルセグメントの２つの接合端部を隙間なく連結可能であることから、溶接時、高精度かつ剛性の高い冶具等により２本の接合端部を保持する必要がなく、製造性が向上する。その他、第３実施形態においても、前述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。更に、第３実施形態では、コイルセグメントの延出部ＣＥは、第２直線部を持たない構成であるため、コイルエンドの高さを低減し、固定子の小型化を図ることができる。

（第４実施形態）
図１８は、第４実施形態に係る回転電機において、径方向に並んだコイルセグメントの接合部を示す平面図である。
本実施形態によれば、コイルセグメントの接合端部５２ｄに設けられた各切欠き４０の第２係合面４０ａは、軸方向に対して傾斜角度が小さく形成され、あるいは、ほぼ軸方向と平行に形成されている。径方向に隣合う２つ接合端部５２ｄは、フック形状部４２同士を噛み合わせることにより互いに係合し接合されている。一方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂが他方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂに対向かつ当接している。この際、２つの接合端部５２ｄは、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う方向に付勢され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。
また、一方のフック形状部４２の第１対向面ＦＳは他方の接合端部５２ｄの第２係合面４０ａに隙間を置いて対向している。同時に、一方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓと他方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓとが、第１係合面４０ｂの部分において、隙間なく、面一に並んでいる。レーザー溶接においては、接合面ｄｓにおいて第１係合面４０ｂの境界付近にレーザー光を照射することにより、接合面ｄｓ同士および第１係合面４０ｂ同士が溶接される。
このように、第２係合面４０ａと第１対向面ＦＳとの間に隙間があってもよく、第１係合面４０ｂ同士が密着して接合されていれば、安定した接合部を構成することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、コイルの巻数、コイルセグメントの設置数は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜、増減可能である。例えば、１つのスロットに４本あるいは８本のセグメント直線部が配置されるように構成してもよい。固定子の寸法、材質、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。本実施形態に係る固定子および回転電機は、永久磁石型の回転電機に限らず、誘導電動機にも適用可能である。

Claims

環状のヨークと、前記ヨークの内周からそれぞれ径方向に延出し前記ヨークの周方向に間隔を置いて並んで位置する複数のティースと、を有し、前記周方向に隣り合う一対のティースの間の隙間がスロットを形成している固定子鉄心と、
前記スロットに装着された複数のコイルセグメントを接合して構成された固定子コイルと、を備え、
前記コイルセグメントは、それぞれ異なるスロット内に配置された一対の直線部と、前記固定子鉄心の外方に配置され前記一対の直線部の一端部同士を連結している架橋部と、前記直線部の他端から前記固定子鉄心の外方に延出する延出部と、前記延出部の延出端に形成された先端面を有する接合端部と、前記接合端部に形成され前記先端面および前記先端面と交差する第１係合面を有するフック形状部と、を具備し、
前記複数のコイルセグメントの延出部は、
前記固定子鉄心の周方向の第１方向に曲げられた曲げ部と前記曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して延出する傾斜部と、前記傾斜部の延出端に設けられた前記接合端部および前記フック形状部と、を有し、前記第１係合面が前記周方向で前記第１方向と逆方向の第２方向を向き、かつ、前記径方向に対し前記先端面の一側から中心側に向かって前記第１方向に傾斜している、複数の第１延出部と、
前記固定子鉄心の周方向で前記第１方向と逆方向の第２方向に曲げられた曲げ部と前記曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して延出する傾斜部と前記傾斜部の延出端に設けられた前記接合端部および前記フック形状部と、を有し、前記フック形状部の前記第１係合面が前記周方向で前記第２方向と逆方向の前記第１方向を向き、かつ、前記径方向に対し前記先端面の一側から中心側に向かって前記第２方向に傾斜している、複数の第２延出部と、を含み、
前記第１延出部の前記接合端部および前記第２延出部の前記接合端部は、前記先端面がほぼ同一高さに位置するように前記径方向に並んで配置され、前記第１延出部の前記フック形状部が前記第２延出部の前記フック形状部に噛み合わされ、一方の前記第１係合面が他方の前記第1係合面に対向および当接している、
固定子。
前記フック形状部は、前記第１係合面と、前記第１係合面および前記先端面と交差し前記径方向を向いた第２係合面と、で形成された切欠きを有し、
前記第２係合面は、前記固定子鉄心の軸方向に対し前記径方向に傾斜し、前記第１係合面と９０°以下の開き角度で交差して配置されている請求項１に記載の固定子。
前記第１延出部の前記フック形状部と前記第２延出部の前記フック形状部とのうち、一方のフック形状部の前記第１係合面は、前記固定子鉄心の軸方向と交差する方向に凸状となる複数の傾斜面あるいは湾曲面で形成され、他方のフック形状部の前記第１係合面は、前記軸方向と交差する方向に凹状となる複数の傾斜面あるいは湾曲面で形成され、前記凸状の前記第１係合面に嵌合している請求項１に記載の固定子。