JP7331748B2

JP7331748B2 - 回転電機のステータ、及び、セグメントコイル製造方法

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Publication number: JP7331748B2
Application number: JP2020052737A
Authority: JP
Inventors: 雅志松本; 葉月川村; 航平渡邉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: CN113452175A; EP3886297A1; US20210305865A1; JP2021153360A; CN113452175B

Description

本発明は、セグメントコイルを利用した回転電機のステータ、及び、セグメントコイル製造方法に関する。

回転電機のステータでは、複数のセグメントコイルを接続して、コイルを形成する場合がある。セグメントコイルをステータコアに配置した場合、ステータコアの回転軸方向の両端に、セグメントコイルが突出したコイルエンドが形成される。そこで、コイルエンドの高さを低減して、ステータの小型化することが試みられている。

下記特許文献１には、平角線を略Ｕ字型に加工したセグメントコイルを用いる態様が記載されている。ここでは、Ｕ字型の２本の脚部をつなぐ渡り部によって形成されるコイルエンドについて、コイルエンドを所定の態様で曲げ加工して、高さを抑制している。

下記特許文献２には、一本の平角線を曲げ加工し、渡り部に階段状の段差をつけたセグメントコイルについて記載されている。隣り合うセグメントコイルは段差を利用して組み合わせられ、これによりコイルエンドの高さを抑制している。

下記特許文献３には、特許文献２に記載された複数のセグメントコイルを接続する方法が記載されている。ここでは、２本の脚が短く、ステータコアの回転軸方向の一端側に配置される第１のセグメントコイルと、２本の脚が短く、回転軸方向の他端側に配置される第２のセグメントコイルを用意する。そして、第１のセグメントコイルの脚と第２のセグメントコイルの脚を突き合わせて圧接することでコイルが形成される。

特開２０１４－２２５９７４号公報特開２００９－１９４９９４号公報特開２００９－１９４９９９号公報

回転電機のステータでは、セグメントコイルの断面積を大きくすることで、通電時の電気抵抗を低減し、電費を低減することができる。その一方で、セグメントコイルの断面積を大きくした場合には、コイルエンドも大きくなって、ステータを大型化することになる。

本発明は、回転電機のステータにおいて、電費の向上と小型化とを改善する新たな技術を確立することにある。

本発明にかかる回転電機のステータは、複数のティースと、各ティース間に設けられたスロットとが、回転軸の周りに配置されたステータコアと、複数のセグメントコイルを接続して形成され、前記ティースを巻回するコイルと、を備え、前記複数のセグメントコイルは、前記スロットに収容される第１脚部と、前記第１脚部に接続された第１渡り部と、を有する第１セグメントコイルを含み、前記第１渡り部は、前記ステータコアの前記回転軸方向の端面から前記コイルが突出したコイルエンドの一部として機能し、前記第１渡り部は、前記第１脚部に比べて前記ステータコアの外周側に拡幅されており、前記第１渡り部の断面積は、前記第１脚部の断面積より大きく、前記第１渡り部は、複数の導体片を前記ステータコアの径方向に重ねて接合して構成される、または、前記第１脚部を構成する導体片より前記ステータコア径方向の寸法が大きい導体片を前記第１脚部を構成する導体片に接合して構成される。

本発明の一態様においては、前記コイルエンドは、前記スロットの外端よりも外側まで拡がっている。

本発明の一態様においては、前記複数のセグメントコイルは、さらに、第２脚部と、第２渡り部と、を有する第２セグメントコイルを含み、前記第２渡り部の断面積は、前記第２脚部の断面積と同じであり、前記コイルエンドにおいては、前記第１渡り部及び前記第２渡り部が接続されている。

本発明のセグメントコイル製造方法は、プレス加工された２以上の導体片を接続し、ステータコア内に配置される脚部と、コイルエンドに配置される渡り部とを含む接続導体を形成する工程と、前記接続導体に絶縁処理を行ってセグメントコイルを形成する工程と、を含み、前記セグメントコイルは、前記スロットに収容される第１脚部と、前記第１脚部に接続された第１渡り部と、を有し、前記第１渡り部は、前記ステータコアの前記回転軸方向の端面から前記コイルが突出したコイルエンドの一部として機能し、前記第１渡り部は、前記第１脚部に比べて前記ステータコアの外周側に拡幅されており、前記第１渡り部の断面積は、前記第１脚部の断面積より大きく、前記接続導体を形成する工程は、複数の導体片を前記ステータコアの径方向に重ねて接合して前記第１渡り部を形成する工程、または、前記第１脚部を構成する導体片より前記ステータコア径方向の寸法が大きい導体片を前記第１脚部を構成する導体片に接合する工程を含む。

本発明によれば、セグメントコイルの電気抵抗と大きさを制御し、電費の向上と小型化とを改善したステータを実現することができる。

実施形態にかかるステータコアの部分的な斜視図である。セグメントコイルの例を示す斜視図である。別のセグメントコイルの例を示す斜視図である。図２と図３のセグメントコイルを接続した状態を示す斜視図である。ステータコアにセグメントコイルを配置した状態を示す斜視図である。ステータの断面を模式的に示す図である。セグメントコイルの製造例を示す分解図である。セグメントコイルの別の製造例を示す分解図である。階段状のセグメントコイルの例を示す斜視図である。図６とは異なる例におけるステータ断面の模式的な図である。図６、図１０とは異なる例におけるステータ断面の模式的な図である。セグメントコイルの別の例を示す斜視図である。冷媒流路が形成されたステータを回転軸方向から見た図である。冷媒流路が形成されたステータを側面から見た図である。冷媒流路の形成に用いるセグメントコイルの斜視図である。冷媒流路の形成に用いる別のセグメントコイルの斜視図である。冷媒流路の形成に用いるさらに別のセグメントコイルの斜視図である。セグメントコイルを組み合わせて冷媒流路を形成した図である。

以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。

（１）断面積が異なるセグメントコイルにかかる実施形態
図１は、実施形態にかかる回転電機のステータを構成するステータコア１０の部分的斜視図である。実施形態では、ステータコア１０は、ラジアルギャップ型の回転電機に用いられることを想定しており、略円筒形状に形成されて、ロータの周りにロータの回転軸と同軸に配置される。図１においては、周方向の一部の角度について図示したものである。図中には（Ｒ，θ，Ｚ）の円筒座標系を示している。Ｚ軸はロータの回転軸に一致している。Ｒ軸はＺ軸から垂直に外向きに延びており、θ軸はＺ軸周りの回転方向（回転の正負を特定せずに、単に周方向と呼ぶ場合もある）に設定されている。

ステータコア１０は、例えば、電磁鋼板を積層して形成されている。ステータコア１０には、内周側（回転軸に近い側を言う）に複数のティース１２及びスロット１４が設けられている。ティース１２は、コイルが巻回されて磁極となる突起構造であり、スロット１４はティース１２間に設けられている溝である。ステータコア１０の外周側（回転軸に遠い側を言う）はヨーク１６と呼ばれる電磁鋼板が周方向に連続的に配置された部位となっている。

次に、図２～図７を参照して、ステータコア１０に巻回されるコイルについて説明する。図２は、セグメントコイル２０の形状を示す概略的な斜視図である。セグメントコイル２０は、脚部２２と渡り部２４とからなる。実施形態において、脚部２２と渡り部２４の名称は、後に図４に示すように、別のセグメントコイルと接続されて略Ｕ字型に形成された場合の形状に基づいて付与されている。すなわち、Ｕ字の２本の脚に相当する部分を脚部２２と呼んでおり、２本の脚をつなぐ部分を渡り部２４と呼んでいる。

セグメントコイル２０は、渡り部２４をステータコア１０の回転軸方向の一端側に配置し、脚部２２をスロット１４の内部に配置するように形成されている。脚部２２と渡り部２４は、それぞれ直線状に形成されており、両者は所定の角度をなしている。なお、渡り部２４は、ステータコア１０の周方向の曲がりに対応して若干曲げられて形成される場合も多いが、図２では無視している。脚部２２と渡り部２４は、電流の流れる方向に対して垂直の断面でみた場合に、幅Ｗ、厚みＤの大きさに形成されている。つまり、脚部２２と渡り部２４の断面積はＷ×Ｄである。脚部２２と渡り部２４の境界は、内側曲がり点２３ａと外側曲がり点２３ｂとの距離をＷより大きくとることで、断面積がＷ×Ｄよりも大きくなるような形状に形成されている。

図３は、別のセグメントコイル３０の形状を示す概略的な斜視図である。セグメントコイル３０は、脚部３２と渡り部３４とからなる。セグメントコイル３０は、セグメントコイル２０と同様にして、脚部３２と渡り部３４は直線状に形成されており、両者は所定の角度をなしている。なお、渡り部３４におけるステータコア１０に対応した周方向の曲がりについては、図２と同様無視している。

セグメントコイル３０では、電流の流れる方向に対して垂直の断面でみた場合、脚部３２は幅Ｗ、厚みＤに形成されており、断面積はＷ×Ｄである。他方、渡り部３４は、脚部３２に比べて紙面奥行方向に厚く形成された拡幅部となっており、幅Ｗ、厚みＥ（ただしＥ＞Ｄ）、断面積Ｗ×Ｅである。なお、脚部３２と渡り部３４との境界では、少なくとも断面積がほぼＷ×Ｄかそれ以上の大きさに形成されている。

図４は、図２に示したセグメントコイル２０と図３に示したセグメントコイル３０とを接続した略Ｕ字型のセグメントコイル４０を示す斜視図である。接続は、渡り部２４の先端付近と渡り部３４の先端付近を、例えば溶接することで行われている。接続にあたっては、接続部位の断面積が少なくともＷ×Ｄを有するように行われている。また、接続にあたっては、脚部２２と脚部３２がほぼ平行になり、両者を円滑にスロット１４の内部に配置できるように接続角度が設定されている。

セグメントコイル４０は、導体と、導体の周囲を絶縁被覆する絶縁体とによって形成されている。導体としては、典型的には銅が用いられる。また、絶縁体としては、エナメルなどの絶縁性の樹脂が用いられる。セグメントコイル２０、３０は、一切の絶縁被覆がなされていない導体片同士を溶接等により接続し、形成された接続導体に絶縁被覆を行うことで形成可能である。あるいは、予め、接続部以外の部位を絶縁被覆したセグメントコイル２０、３０を用意し、接続部を溶接等で接続した後に、接続部の絶縁処理を行ってもよい。

図５は、ステータ５０を示す図である。ステータ５０は、図４に示したセグメントコイル４０を、図１に示したステータコア１０に配置して形成されている。ただし、図５では、セグメントコイル４０がＲ軸方向には１列のみ配置されている状態を示している。このＲ軸方向の１列においては、周方向には予定されている全てのセグメントコイル４０が配置されている。図５に示すように、周方向に隣接するセグメントコイル４０は、周方向及び回転軸方向に十分に密接するように配置されている。セグメントコイル４０は、周方向に隣接するセグメントコイル４０と組み合わせ配置できる形状に形成されているため、コイル密度を高めることができている。もちろん、セグメントコイル４０の間には、公差、あるいは、組付け作業を考慮して若干の空隙が設けられてもよい。

図６は、図５のＡＡの面について示した図である。ただし、図６では、図５には示していないＲ軸方向の残り５列のセグメントコイル６２を一点鎖線で示している。

図６に示すように、Ｒ軸方向の最外側の列にあるセグメントコイル４０は、ステータコア１０の内部、及び、ステータコアの回転軸方向の一端の面から突出したコイルエンド６６においては、Ｒ軸方向に厚みＤを有している。しかし、ステータコア１０の回転軸方向の他端の面から突出したコイルエンド６４では、このセグメントコイル４０は、スロット１４のＲ軸方向の端部１４ａよりもＲ軸方向に延びた拡幅部４０ａを有している。これは、図３などに示したように、セグメントコイル４０の一部であるセグメントコイル３０の渡り部３４が、厚みＥであることに起因している。拡幅部４０ａの厚みＥは、コイルエンド６４がステータコア１０のＲ軸方向の端部からははみ出ていない大きさに設定されている。

セグメントコイル４０よりもＲ軸方向の内周側に設けられた５列のセグメントコイル６２は、いずれも、Ｒ軸方向の厚みをＤに設定されている。このため、セグメントコイル４０及び５列のセグメントコイル６２により形成されるコイル６０は、Ｒ軸方向にも密接に配置されている。そして、コイル６０は、内周側においては特段の凹凸もなく、回転軸方向に平行な直線状に形成されている。

ここで、図６に示したステータ５０の効果について検討する。まず、図６に示したステータ５０において、セグメントコイル４０を使わず、Ｒ軸方向の最外側の列も厚みＤのセグメントコイル６２を使用した場合を考える。この場合、コイル６０における全ての位置において、断面積はＷ×Ｄとなる。一般に、電気抵抗は、導線の長さに比例し、導線の断面積に反比例することから、電気抵抗を減らすためには、導線の断面積を増やすことが考えられる。しかし、図５からも明らかなように、特に、コイルエンド６４では、既にコイル６０の密度が十分に高く、さらに密度を高めるような組付けは困難である。したがって、コイルエンド６４の高さ（回転軸方向の長さ）を増やすことが考えられるが、ステータ５０を大型化してしまう。

これに対し、図６に示したステータ５０では、Ｒ軸方向の最外周側のセグメントコイル４０が、コイルエンド６４において、外周側に拡幅され断面積をＷ×Ｅに設定されている。このため、コイル６０は、電気抵抗を低減させ、電費を向上させることができている。しかも、コイルエンド６４の高さを変えず、かつ、ステータコア１０のＲ軸方向の幅を変えることもないため、ステータ５０の大型化を防ぐことができている。

以上の説明では、図５に示すように、同一の形状のセグメントコイル４０を周方向全体に一様に並べるものとした。しかし、実際のステータ５０では、セグメントコイル４０は、供給される交流電力（例えば三相交流電力）によって磁極を形成するように配置される必要がある。このため、通常は、渡り部の長さが異なる複数種類のセグメントコイルを配置することになる。また、二つの脚部がそれぞれのスロット１４において配置されるＲ軸方向の位置（内周側あるいは外周側から数えて何列目かという位置）は、互いに異なる場合もある。したがって、実際には、コイルエンドにおいて、図５に示すよりも同じ列内のコイル密度を減らすことで、複数の列にわたるセグメントコイルを配置する空間を確保することになる。しかし、当業者であれば、本実施形態の技術思想を容易に理解し、実施することができるであろう。

また、以上の説明では、コイルエンド６６では、セグメントコイル４０、６２の脚部の先端付近を適宜周方向に曲げて、渡り部の形状に加工した上で、他のセグメントコイルと接続することを想定した。しかし、セグメントコイル４０、６２の脚部をあまり長く形成せず、形状を変形しない態様をとることも可能である。この場合には、コイルエンド６６において、渡り部を有する別のセグメントコイルと接続することが考えられる。あるいは、予め、コイルエンド６６の側にも、コイルエンド６４の側と同様の渡り部を設けたセグメントコイルを製造することも考えられる。このようなセグメントコイルは、次に示すように、プレス加工等を利用することで、容易に形成することが可能である。

続いて、図７及び図８を参照して、セグメントコイル４０を構成するセグメントコイル３０の製造方法について例示する。

図７は、図３に示したセグメントコイル３０の分解図である。図７に示した例では、セグメントコイル３０は、厚みＤの４枚の導体片３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを溶接等により接続することで形成されている（図７の例では、Ｅ＝４×Ｄであることを仮定している）。導体片３０ａは、脚部３２及び渡り部３４を備えている。また、導体片３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、いずれも渡り部３４のみの形状に形成されている。これらの導体片３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、厚みＤの銅板を金型で打ち抜くプレス加工によって形成される。あるいは、プレス加工の数を減らす観点からは、厚み３×Ｄの銅板を打ち抜いて、厚み３×Ｄの導体片を形成し、この導体片を導体片３０ａに接続するようにしてもよい。プレス加工は大量生産に適しており、セグメントコイル３０を迅速かつ安価に製造可能である。

図８は、図３に示したセグメントコイル３０の別の製造方法に基づく分解図である。図８の例では、セグメントコイル３０は、渡り部をなす導体片３０ｅと、脚部をなす導体片３０ｆを溶接等により接続することで形成される。このうち、導体片３０ｆは、図７の例と同様に、厚みＤの銅板をプレス加工により打ち抜くことで形成可能である。また、導体片３０ｅは、厚みＥの銅板をプレス加工によって打ち抜くことで形成可能である。ただし、プレス加工は、銅板の厚みが増大するにつれて、加工精度が低下する。そこで、厚みＥの程度によっては、鍛造あるいは鋳造など、他の加工方法によって導体片３０ｅを製造してもよい。鍛造あるいは鋳造のように、部分的に厚みが異なる製品を形成可能な加工法では、セグメントコイル３０あるいは、セグメントコイル４０自体を一体的に製造することも考えられる。

なお、セグメントコイル２０は、厚みＤの銅板をプレス加工することで、容易に製造可能である。図７及び図８に示した製造方法では、セグメントコイル３０に対応する導体片を、セグメントコイル２０に対応する導体片と溶接して、図４に示したセグメントコイル４０に対応する接続導体を形成する。この接続導体に電着塗装などを用いて絶縁処理を行うことで、セグメントコイル４０を製造することができる。絶縁処理にあたっては、セグメントコイル４０の脚部の先端付近を絶縁被覆せず、ただちに、他のセグメントコイル４０あるいはセグメントコイル６２と溶接できるようにしてもよい。溶接後に接続部位を熱硬化性の樹脂に浸すなどすれば、接続部位を含めた絶縁処理を行うことができる。

続いて、図９～図１２を参照して、各種の別の実施形態について説明する。

図９は、セグメントコイルの形状に関する変形例を示す図である。図９に示したセグメントコイル７０は、図２に示したセグメントコイル２０に対応するものである。セグメントコイル７０が、脚部７２及び渡り部７４から形成されている点は、セグメントコイル２０と同様である。しかし、セグメントコイル７０では、渡り部７４が階段状の段差構造に形成されている点で、セグメントコイル２０とは異なる。

セグメントコイル７０は、同形状あるいは別形状のセグメントコイルと組み合わせて使用することができる。例えば、図４に示したセグメントコイル４０において、セグメントコイル２０に代えて、セグメントコイル７０を使用することができる。セグメントコイル４０は、図５に示したように、隣り合うセグメントコイル４０と密に組み合わせることを想定して形成されている。セグメントコイル７０は、周方向に隣接する同形状のセグメントコイル７０と密に組み合わせることが可能であるため、セグメントコイル２０に代えてセグメントコイル７０を使用した場合にも、密なコイルエンドが形成される。

図面は省略するが、同様にして、図３に示したセグメントコイル３０の渡り部３４を、階段状に形成したセグメントコイルを利用することも可能である。すなわち、図４に示したセグメントコイル４０において、セグメントコイル２０の渡り部２４またはセグメントコイル３０の渡り部３４の一方または両方を階段状にすることが可能である。コイルエンドにおける全てまたは大多数のセグメントコイルが段差構造をもつ場合、回転軸方向、周方向または、Ｒ軸方向に隣り合うセグメントコイルの段差の位置を若干ずらすことで、別のセグメントコイルを通す空間、あるいは、後述する冷媒流路用の空間を容易に形成することができる。

図１０は、セグメントコイルの厚みに関する変形例を示す図である。図１０は、図６に対応する図であり、同一の構成には同一の符号を付している。

図１０に示したステータ７５では、コイル８０のうち、Ｒ軸方向の内側の４列は、図６に示したセグメントコイル６２と同じである。セグメントコイル６２は、回転軸方向の全てにおいて、Ｒ軸方向の厚みがＤである。

Ｒ軸方向の内側から５列目に設けたセグメントコイル８２と、内側から６列目（最外側）に設けたセグメントコイル８４も、ステータコア１０の内部及びコイルエンド６６においては、Ｒ軸方向の厚みはＤである。しかし、コイルエンド６４は、セグメントコイル８２は、Ｒ軸方向に、厚みＤよりも拡がった拡幅部８２ａを有している。また、セグメントコイル８４は、Ｒ軸方向に厚みＤよりもさらに拡がった厚みＥをもつ拡幅部８４ａを有している。そして、拡幅部８２ａと拡幅部８４ａは組み合わされて、全体として、Ｄ＋Ｅの厚みをもつように設計されている。

コイル８０では、全体としては、図６に示したコイル６０と、コイルエンド６４における形状は変わらない。しかし、図１０に示したコイルでは、セグメントコイル８２、８４の二つの断面積を大きくしている点で異なる。コイル６０とコイル８０のどちらが電気抵抗を低減できるかは、コイルエンド６４における回路の長さにも依存するため、一概に言うことはできず、実際の回路構成を詳細に検討することになる。

図１０に示した例では、セグメントコイル８２は、Ｒ軸の外形側の方向に、厚みの大きな部位を小さくシフトするように形成し、セグメントコイル８４は、厚みの大きな部位を大きくシフトするように形成する。セグメントコイル８２とセグメントコイル８４との間は、互いに１段の階段状の構造を設けて、この階段状の構造を組み合わせて密接して配置させることを想定している。しかし、セグメントコイル８２とセグメントコイル８４との境界は、例えば、複数段の階段構造としてもよいし、傾斜面構造としてもよい。

図１０に示した例では、Ｒ軸方向の外側２列のセグメントコイル８２、８４のみについて、Ｒ軸方向の厚みをＤよりも大きくすることとした。しかし、Ｒ軸方向の外側３列またはそれ以上の列について、Ｒ軸方向の厚みをＤよりも大きくするようにしてもよい。

別の実施形態としては、Ｒ軸方向の最内側から数えて、１列、あるいは２列以上のセグメントコイルのＲ軸方向の厚みをＤよりも大きく設定し、かつ、この厚み分をＲ軸方向の内側にシフトして配置することが考えられる。これは、Ｒ軸方向の内側に存在するロータなどに対し、物理的に干渉すること、あるいは、電磁気学的に干渉することを防止できるのであれば、実現可能である。

ここで、図１１を参照して、さらに別の実施形態について説明する。図１１は、図６に対応する図であり、同一の構成には同一の符号を付している。図１１に示したステータ５００におけるコイル５０２では、Ｒ軸方向の内側の５列は、図６に示したセグメントコイル６２と同じものが用いられている。セグメントコイル６２は、回転軸方向の全てにおいて、Ｒ軸方向の厚みがＤである。

コイル５０２では、Ｒ軸方向の内側から６列目（これは最外側の列である）に設けたセグメントコイル５０４の形状が、図６に示したセグメントコイル４０とは異なっている。セグメントコイル５０４は、ステータコア１０の内部においては、Ｒ軸方向の厚みはＤである。しかし、セグメントコイル５０４は、両方のコイルエンド６４、６６において、Ｒ軸方向に、厚みＥで拡がった拡幅部５０４ａ、５０４ｂを有している。このため、セグメントコイル５０４では、両方のコイルエンド６４、６６において電気抵抗が低減されて、電費をさらに向上させることができる。

セグメントコイル５０４は、例えば、図８に示したセグメントコイル３０において、導体片３０ｆの両端に、導体片３０ｅを設けることで形成可能である。もちろん、セグメントコイル５０４を、図７に示した態様で製造することも可能である。あるいは、直線状の脚部におけるコイルエンド６６の部位を厚みＥに形成し、適宜曲げ変形を行うことでも形成可能である。さらには、図１０に示すように、コイルエンド６６においても、Ｒ軸方向の複数の列のセグメントコイルに拡幅部を設けて組み合わせることで、拡幅部５０４ｂに相当する拡がりを形成してもよい。なお、これらの場合において、コイルエンド６４、６６における拡幅部５０４ａと拡幅部５０４ｂの拡幅の大きさを異ならせるようにしてもよい。

次に、図１２を参照して、さらに別の実施形態をもつセグメントコイル９０について説明する。図１２に示したセグメントコイル９０は、直線状の脚部９２と、脚部９２から直線状に延びる渡り部９４を有している。脚部９２における電流が流れる方向の断面は、紙面内の方向の幅をＷ、紙面奥行方向の厚みをＦに設定されており、断面積はＷ×Ｆである。他方、渡り部９４における電流の流れ方向の断面は、紙面内の方向をＷ１（ただしＷ１＜Ｗ）、紙面奥行方向をＦに設定されており、断面積はＷ１×Ｆである。また、渡り部９４が脚部９２となす角度は、図２のセグメントコイル２０に比べて急である（直角に近い）。

セグメントコイル９０をステータコア１０に設置した場合には、コイルエンドを小型化することが可能である。セグメントコイル９０は、渡り部９４の断面積を小さくしているために、コイルエンドの体積を小さくすることが可能である。図１２のセグメントコイル９０では、特に、コイルエンドの回転軸方向の高さを小さくするように、紙面の上下方向の厚みを、例えば図２のセグメントコイル２０に比べて薄く設定している。そして、この薄さのために、渡り部９４をステータコア１０の回転軸方向の端面に近づけた形状に形成することが可能となっている。

ただし、セグメントコイル９０では、脚部９２に比べて、渡り部９４の電気抵抗が高くなる。セグメントコイル９０は、電費の向上よりも、装置の小型化を優先した態様であると言える。

セグメントコイル９０では、脚部９２よりも渡り部９４の断面積を小さくするにあたり、渡り部９４の紙面上下方向の厚みを小さくした。これに代えて、例えば、渡り部９４の紙面奥行方向の厚みを小さくすることでも、コイルエンド全体の容積を小さくすることが可能である。紙面奥行方向の厚みを小さくした場合には、図６または図１０を参照して説明したこととは反対に、Ｒ軸方向にコイルエンドを縮小することが可能である。

（２）冷媒流路にかかる実施形態
図１３～図１８を参照して、コイルエンドに設ける冷媒流路について説明する。

図１３は、ステータ３００を回転軸方向（Ｚ軸方向）から見た図である。また、図１４は、ステータ３００の側面図である。ステータ３００は、回転軸が水平に配置されており、図１４の紙面の上から下に向かう方向が、鉛直下向き（重力の作用する向き）となっている。

ステータ３００は、ステータコア１０とコイル１００とを含んでいる。ステータコア１０は、図１に示したものと同一であることを想定している。ステータコア１０は、基本的には円筒形状に形成されており、さらに、外表面の３箇所に固定用孔部を設ける突起１８を備えている。

コイル１００は、図６に示したコイル６０あるいは図１０に示したコイル８０と同様に形成されている。ただし、図１３に示したコイル１００では、液体冷媒を流すための冷媒流路が設けられている。液体冷媒としては、例えば、オイル、水などを用いることができる。実施形態では、ステータ３００は車両に搭載され、液体冷媒としてＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）と呼ばれるオイルを使用することを想定している。

冷媒流路は、ステータコア１０内ではなく、回転軸方向両側のコイルエンド１０２、１０４にそれぞれ設けられている。コイルエンド１０２における冷媒流路は、導入路１１０、二つの周方向路１１２、１１４と、導出路１１６とからなる。導入路１１０は、コイルエンド１０２の上部から供給される液体冷媒をコイルエンド１０２の内部に導き入れる冷媒流路である。図１３の例では、導入路１１０は、コイルエンド１０２の鉛直方向の最高部付近に設けられており、ステータコア１０との境界において鉛直下向きに延びた後に、ステータコア１０から離れる方向に水平に伸びている。

周方向路１１２、１１４は、冷媒流路をコイルエンド１０２の内部に流すための冷媒流路である。周方向路１１２、１１４は、ともにコイルエンド１０２の内部を周方向に半周するように形成されており、全体として周方向に一周する冷媒流路を形成している。周方向路１１２、１１４は、鉛直方向上部において導入路１１０と連通している。また、鉛直方向下部において、導出路１１６と連通している。

導出路１１６は、液体冷媒をコイルエンド１０２の内部から外部に導き出す冷媒流路である。導出路１１６は、コイルエンド１０２の鉛直方向最低部付近において、周方向路１１２、１１４と連通して設けられている。導出路１１６は、水平方向にステータコア１０の側に延びた後に、ステータコア１０との境界において鉛直下向きに延びて、コイルエンド１０２の外表面に達している。

ステータ３００は、図示を省略したケースの内部に設置されており、ケース内部には液体冷媒が注入されている。ケースの底付近に溜まっている液体冷媒は、ポンプによって汲み上げられ、ステータ３００の上方からステータ３００に掛けられる。一部の液体冷媒は、ステータ３００のステータコア１０の側面を伝って下方に流れる。また、一部の液体冷媒は、コイルエンド１０２、１０４の外表面を伝って下方に流れる。この過程で、コイル１００あるいはステータコア１０内で発生する熱を液体冷媒が奪い、コイル１００及びステータコア１０をある程度低温に維持することができる。しかし、コイル１００の外表面から冷却を行うだけでは、冷却効率には限界がある。

そこで、ステータ３００では、一部の液体冷媒１３０が、導入路１１０に注ぎ込まれる。導入路１１０に注ぎ込まれた液体冷媒は、周方向路１１２、１１４を流れた後、導出路１１６に至る。そして、液体冷媒１３２が、導出路１１６からコイルエンド１０２の外部に流れ出る。この結果、コイルエンド１０２の内部においても、液体冷媒が熱を奪い、コイルエンド１０２付近を低温化させることができる。

同様にして、コイルエンド１０４においても、導入路１２０、周方向路１２２、１２４、導出路１２６からなる連通した冷媒流路が設けられている。そして、液体冷媒１４０が導入路１２０から流し込まれ、液体冷媒１４２が導出路１２６から流れ出す。この過程で、コイルエンド１０４の内部が冷却される。

なお、図１３、図１４に示した冷媒流路は一例に過ぎないことに注意されたい。例えば、周方向路１１２、１１４は互いに連通せず、独立に形成することも可能である。この場合、周方向路１１２、１１４のそれぞれに、導入路１１０と導出路１１６を設けるようにすればよい。また、例えば、周方向路１１２、１１４を、ステータコア１０との境界に設けることも考えられる。さらに、周方向路１１２、１１４を、複数本設けるようにいてもよい。

図１５～図１８は、隣接するセグメントコイルが周方向に密接して配置されるコイルエンドにおいて、冷媒流路を形成する例を示す図である。図１５～図１７は、冷媒流路を形成するために使用される３本のセグメントコイル１５０、１６０、１７０の概略的な斜視図である。また、図１８は、セグメントコイル１５０、１６０、１７０が、図２に示したセグメントコイル２０と組み合わされて使用される状況を示す図である。

図１５に示したセグメントコイル１５０は、脚部１５２と渡り部１５４とからなる。脚部１５２は直線状に形成されており、幅Ｗ、厚みＤに形成されている。渡り部１５４は、脚部１５２の側から順に部位１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃとなっている。部位１５４ａは、脚部１５２に対して斜めの角度に形成されている。部位１５４ｂは、脚部１５２に対して直交する角度に形成されている。また、部位１５４ｃは、脚部１５２に対して斜めの角度に形成されており、部位１５４ａとは平行に設定されている。部位１５４ａ，１５４ｂでは、脚部１５２とは異なり、紙面奥行方向の厚みがＷに設定されている。また、部位１５４ｂの紙面上下方向の高さはＤに設定されている。

他方、部位１５４ｃでは、図２に示したセグメントコイル２０の渡り部２４と同様に設定されている。すなわち、紙面奥行き方向の厚みは脚部１５２と同じくＤであり、電流の流れ方向に見た幅はＷである。

セグメントコイル１５０では、全体にわたって、電流の流れ方向にみた断面積がＷ×Ｄと同程度か、または、それよりも若干大きく設定されている。したがって、セグメントコイル１５０の電気抵抗は、全体として、ほぼ一様となっている。

図１６に示したセグメントコイル１６０は、脚部１６２と渡り部１６４とからなる。脚部１６２は、幅Ｗ、厚みＤに設定されている。渡り部１６４は、脚部１６２の側から順に、部位１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄ、１６４ｅからなる。このうち、部位１６４ａと部位１６４ｅは、図２に示したセグメントコイル２０の渡り部２４と同様の形状に形成されており、電流の流れる方向に、幅Ｗ、厚みＤの大きさをもつ。部位１４６ｂは脚部１６２と同方向に延びており、部位１６４ｃは部位１４６ａ、１６４ｅと平行な方向に延びており、部位１６４ｄは脚部１６２と直交する方向に延びている。部位１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄは、電流の流れる方向の断面において、紙面奥行方向にＷ、紙面内の方向にＤの大きさをもつ。したがって、セグメントコイル１６０においても、電気抵抗は、全体として、ほぼ一様となっている。

図１７に示したセグメントコイル１７０は、脚部１７２と渡り部１７４とからなる。脚部１７２は、幅Ｗ、厚みＤに設定されている。渡り部１７４は、脚部１７２の側から順に、部位１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄ、１７４ｅからなる。部位１７４ａと部位１７４ｅは、図２に示したセグメントコイル２０の渡り部２４と同様の形状に形成されており、電流の流れる方向に、幅Ｗ、厚みＤの大きさをもつ。他方、部位１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄでは、電流の流れる方向の断面において、紙面奥行方向にＷ、紙面内の方向にＤの大きさをもつ。このうち、部位１７４ｃは、部位１７４ａ、１７４ｅと平行に設定されている。また、部位１７４ｂは、部位１７４ａと部位１７４ｃの間において、断面積がＷ×Ｄ程度となるように設けられている。同様に、部位１７４ｄは、部位１７４ｃと部位１７４ｅの間において断面積がＷ×Ｄ程度となるように設けられている。したがって、セグメントコイル１７０においても、電気抵抗は、全体として、ほぼ一様となっている。

図１８は、セグメントコイル２０、１５０、１６０、１７０、２０がこの順番に、組み合わされることで、冷媒流路１８０、１８２を形成した状態を示す図である。図１８は、図５におけるセグメントコイル２０の組み合わせに相当する。そして、冷媒流路１８０、１８２は、図１３に示した導入路１１０あるいは導出路１１６の一部に相当している。図５においては、セグメントコイル２０は、互いに密接するように組み合わされている。これに対し、図１８の例では、セグメントコイル２０に隣接するセグメントコイル１５０を変形した結果、略方形の断面を有する空間である冷媒流路１８０が形成されている。また、セグメントコイル２０との関係で、冷媒流路１８０と連通している略三角形の断面の冷媒流路１８２も形成されている。セグメントコイル１５０の変形にあたっては、断面積が減少し電気抵抗が増大することを防止するために、図１５に示したように、紙面奥行方向の幅を広げている。

冷媒流路１８０は、冷媒流路１８２が存在しない場合にも、液体冷媒が円滑に流れる程度の大きさに設定されている。また、冷媒流路１８０、１８２の壁面は、セグメントコイル１５０、２０と図示を省略したステータコア１０のティース１２とによって形成される。セグメントコイル１５０、２０の間、セグメントコイル１５０とティース１２の間、及び、セグメントコイル２０とティース間の空隙は、液体冷媒がある程度大量に漏れ出す限界の大きさよりも小さく設定されている。空隙の限界の大きさは、典型的には、液体冷媒と、セグメントコイル２０、１５０、ティース１２の表面張力によって決定される。

セグメントコイル１５０の形状を変えたことで、隣接するセグメントコイル１６０、１７０の形状も変わっている。セグメントコイル１６０は、セグメントコイル１５０の変形形状を吸収して、セグメントコイル２０に近づけるように形成している。同様に、セグメントコイル１７０は、セグメントコイル１６０の変形を吸収して、セグメントコイル２０に近づけるように形成している。この結果、セグメントコイル１６０の隣には、再度、セグメントコイル２０を設定することができている。また、セグメントコイル１６０、１７０においても、断面積が減少し電気抵抗が増大することを防止するために、図１６、図１７に示したように、紙面奥行方向の幅を広げている。

セグメントコイル１５０、１６０、１７０にお９ける紙面奥行方向の拡がりは、図３に示したセグメントコイル３０を変形することで吸収可能である。セグメントコイル３０は、セグメントコイル２０に比べて断面積が大きいため、変形をした場合にも、セグメントコイル２０と同じかそれ以上の断面積を確保することができる。

また、図１８に示した冷媒流路１８０の紙面奥側には、セグメントコイル３０を経形して、冷媒流路１８０と同じかそれ以上の面積を有する冷媒流路を形成することになる。セグメントコイル３０は、もともと断面積が大きいため、冷媒流路を確保するように変形する場合においても、セグメントコイル２０と同じかそれ以上の断面積を確保することが可能である。

同様にして、コイルエンド１０２の内部に空間を設けることで、図１３に示した周方向路１１２、１１４も形成することが可能である。周方向路１１２、１１４の壁面を形成するセグメントコイルは周方向に沿って順次入れ替わるが、十分に密接して配置することで、液体冷媒の漏れ出しを防ぐことができる。

以上の説明においては、冷媒流路１８０、１８２を設けるために、セグメントコイル１５０、１６０、１７０をＲ軸方向に特別な厚みを持たせて、断面積の低下を防いだ。しかし、これによって、セグメントコイル１５０、１６０、１７０の形状が複雑化している。そこで、セグメントコイル１５０、１６０、１７０におけるＲ軸方向の特別な厚みを設けずないようにしてもよい。この場合、セグメントコイル１５０、１６０、１７０は、部分的に断面積が減少し、電気抵抗が増大する。しかし、電気抵抗の増大を許容範囲以内に収まるのであれば、セグメントコイル１５０、１６０、１７０の形状を単純化する選択をとることができる。同様のことは、周方向路１１２、１１４を形成する場合にも言える。

導入路１１０、１２０及び導出路１１６、１２６は、ステータコア１０のティース１２を利用してＲ軸方向に延びる形態に形成している。図１に示すように、典型的には、ティース１２の周方向における幅は、Ｒ軸方向の外側ほど広く、内側ほど狭い。また、各セグメントコイル周方向の幅をＲ軸方向の配置位置によらず一定に形成した場合には、Ｒ軸方向の内側と外側では、外側の方がセグメントコイル間の空間を広く確保できる。このため、Ｒ軸方向の外側からコイル内に向かう空間を確保することは、Ｒ軸の内側からコイル内に向かう冷媒流路用の空間を確保するよりも容易となる。

冷媒流路は、両方のコイルエンドで形成可能である。上述の通り、セグメントコイルはプレス加工等により、所望の形状に容易に形成できるため、両方のコイルエンドにおいて、冷媒流路の形状を形成することが可能である。

１０ステータコア、１２ティース、１４スロット、１４ａ端部、１４ｃ、１４ｄスロット、１６ヨーク、１８突起、２０セグメントコイル、２２脚部、２３ａ内側曲がり点、２３ｂ外側曲がり点、２４渡り部、３０セグメントコイル、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ導体片、３２脚部、３４渡り部、４０セグメントコイル４０ａ拡幅部、５０ステータ、６０コイル、６２セグメントコイル、６４、６６コイルエンド、７０セグメントコイル、７２脚部、７４渡り部、７５ステータ、８０コイル、８２セグメントコイル、８２ａ拡幅部、８４セグメントコイル、８４ａ拡幅部、９０セグメントコイル、９２脚部、９４渡り部、１００コイル、１０２コイルエンド、１０４コイルエンド、１１０導入路、１１２、１１４周方向路、１１６導出路、１２０導入路、１２２、１２４周方向路、１２６導出路、１３０、１３２、１４０、１４２液体冷媒、１４６ａ、１４６ｂ部位、１５０セグメントコイル、１５２脚部、１５４渡り部、１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ部位、１６０セグメントコイル、１６２脚部、１６４渡り部、１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ、１６４ｄ、１６４ｅ部位、１７０セグメントコイル、１７２脚部、１７４渡り部、１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄ、１７４ｅ部位、１８０、１８２冷媒流路、３００、ステータ５００、コイル５０２、５０４セグメントコイル、５０４ａ、５０４ｂ拡幅部。

Claims

複数のティースと、各ティース間に設けられたスロットとが、回転軸の周りに配置されたステータコアと、
複数のセグメントコイルを接続して形成され、前記ティースを巻回するコイルと、
を備え、
前記複数のセグメントコイルは、前記スロットに収容される第１脚部と、前記第１脚部に接続された第１渡り部と、を有する第１セグメントコイルを含み、
前記第１渡り部は、前記ステータコアの前記回転軸方向の端面から前記コイルが突出したコイルエンドの一部として機能し、
前記第１渡り部は、前記第１脚部に比べて前記ステータコアの外周側に拡幅されており、前記第１渡り部の断面積は、前記第１脚部の断面積より大きく、
前記第１渡り部は、複数の導体片を前記ステータコアの径方向に重ねて接合して構成される、または、前記第１脚部を構成する導体片より前記ステータコア径方向の寸法が大きい導体片を前記第１脚部を構成する導体片に接合して構成される、
ことを特徴とする回転電機のステータ。
請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、
前記コイルエンドは、前記スロットの外端よりも外側まで拡がっている、ことを特徴とする回転電機のステータ。
請求項２に記載の回転電機のステータにおいて、
前記複数のセグメントコイルは、さらに、第２脚部と、第２渡り部と、を有する第２セグメントコイルを含み、
前記第２渡り部の断面積は、前記第２脚部の断面積と同じであり、
前記コイルエンドにおいては、前記第１渡り部及び前記第２渡り部が接続されている、
ことを特徴とする回転電機のステータ。
プレス加工された２以上の導体片を接続し、ステータコア内に配置される脚部と、コイルエンドに配置される渡り部とを含む接続導体を形成する工程と、
前記接続導体に絶縁処理を行ってセグメントコイルを形成する工程と、
を含み、
前記セグメントコイルは、前記スロットに収容される第１脚部と、前記第１脚部に接続された第１渡り部と、を有し、
前記第１渡り部は、前記ステータコアの前記回転軸方向の端面から前記コイルが突出したコイルエンドの一部として機能し、
前記第１渡り部は、前記第１脚部に比べて前記ステータコアの外周側に拡幅されており、前記第１渡り部の断面積は、前記第１脚部の断面積より大きく、
前記接続導体を形成する工程は、複数の導体片を前記ステータコアの径方向に重ねて接合して前記第１渡り部を形成する工程、または、前記第１脚部を構成する導体片より前記ステータコア径方向の寸法が大きい導体片を前記第１脚部を構成する導体片に接合する工程を含む、
ことを特徴とするセグメントコイル製造方法。