JPWO2004062065A1 - 回転電機の固定子およびその固定子巻線の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、スロット収納部を断面レーストラック状に形成し、固定子巻線の固定子鉄心への装着時に発生する絶縁被膜の損傷を抑えて、絶縁性を高めることができる回転電機の固定子およびその製造方法を得るものである。その構成は、固定子巻線のスロット収納部を断面レーストラック状に形成し、スロット収納部を断面の長手方向を周方向に向けて径方向に１列に並んでスロット内に収納されている。これにより、スロットの内周側面に面するスロット収納部の短辺が凸状の曲面となるので、スロット収納部をスロット内に挿入する際のスロット収納部の短辺とスロットの内周側面とのこすれに起因する絶縁被膜の損傷発生が抑えられ、絶縁性が向上される。

Description

この発明は、乗用車、トラック、電車等の車両に搭載される回転電機の固定子およびその固定子巻線の製造方法に関し、特に固定子巻線のスロット収納部とスロット内周側面との接触に起因する絶縁被膜の損傷を低減できる固定子巻線およびその製造方法に関するものである。

図１２は例えば特開昭６３−１９４５４３号公報に記載された従来の回転電機の固定子構造を説明する断面図、図１３乃至図１７はそれぞれ従来の回転電機の固定子の製造方法を説明する図である。
この従来の回転電機の固定子１は、図１２に示されるように、固定子鉄心２と、この固定子鉄心２に巻装された固定子巻線４とを備えている。
固定子鉄心２は、所定形状に打ち抜き成形された磁性鋼板を所定枚数積層して構成され、円筒状のコアバック部６から径方向内方に延設されたティース部７が周方向に所定ピッチで配列されて構成されている。そして、スロット３が隣り合うティース部７間に画成されている。また、鍔部５が各ティース部７の先端部に周方向に突出するように形成されている。この鍔部５は、磁束を収集する働きを有するとともに、スロット３の開口の約半分を閉じ、固定子巻線４の飛び出しを防止する働きをする。
固定子巻線４は、三相出力が得られるように固定子鉄心２に巻装されている。そして、各スロット３内には、後述する円形断面の導体線１１の一部を断面長方形に加圧変形してなるスロット収納部１２ａが径方向に１列に並んで収納されている。
また、各スロット３内には、耐熱性のインシュレータ８が装着され、固定子鉄心２と固定子巻線４との電気的絶縁を確保している。
ついで、固定子巻線４の形成方法について図１３乃至図１７を参照しつつ説明する。
まず、図１３に示されるように、１本の断面円形の導体線１１を略長方形に６回巻回して長方形巻回部１２を形成し、この長方形巻回部１２から延出する導体線１１を６回巻回して次の長方形巻回部１２を形成する。この操作を繰り返し行い、１本の導体線１１から複数個の長方形巻回部１２を有する重ね巻き巻線１０を作製する。
次に、重ね巻き巻線１０の各長方形巻回部１２が、図１４に示されるように、加圧成形機１３に装着される。この時、６本のスロット収納部１２ａが１列に重ね合わされてバネ１６で摺動自在に支持されたスライダ１４とストッパ１５との間に挿入される。そして、スロット収納部１２ａがプッシャ１７により矢印方向に加圧される。これにより、図１５に示されるように、重ね巻き巻線１０の各長方形巻回部１２のスロット収納部１２ａが、断面長方形に変形される。なお、スロット収納部１２ａ間を連結するコイル端部１２ｂは円形断面となっている。
そして、重ね巻き巻線１０は、図１６に示されるように、そのスロット収納部１２ａをインシュレータ８が装着された各スロット３に内周側から挿入する。その後、ティース部７の先端面を、図１７に矢印Ｆで示される方向に、ローラ等で加圧する。これにより、ティース部７の先端部に形成されている貫通穴９が押しつぶされ、貫通穴９の周方向両側の部位が周方向外側に押し出され、鍔部５が形成され、図１２に示される固定子１が得られる。この固定子１では、断面長方形のスロット収納部１２ａが断面長手方向を周方向に向けて径方向に１列に並んで各スロット３内に６層に収納されている。
しかしながら、従来の固定子１の製造方法では、断面円形の６本のスロット収納部１２ａを１列に重ね、プッシャ１７により一括して加圧変形させているので、断面円形のスロット収納部１２ａ同士が直接接した状態で扁平に変形されることになり、扁平に変形された各スロット収納部１２ａの長辺の平坦度が得にくくなる。その結果、スロット収納部１２ａをスロット３内に収納した際の占積率が小さくなり、出力の低下をもたらしてしまう。また、スロット収納部１２ａを加圧変形させる際に、スロット収納部１２ａの周方向両側がスライダ１４とストッパ１５とにより拘束されているので、扁平に変形されたスロット収納部１２ａの短辺が平面になり、略断面長方形に変形されてしまう。その結果、扁平に変形されたスロット収納部１２ａの短辺側に角部が形成され、スロット収納部１２ａをスロット３に挿入する際に、スロット収納部１２ａの角部がスロット３の内周側面とこすれ、導体線１１の絶縁被膜が損傷し、電気絶縁性が悪化してしまう。

本発明は、スロット収納部を断面レーストラック状に形成し、スロット収納部をスロットに挿入する際に発生するスロット収納部の周方向側面とスロットの内周側面とのこすれを抑制し、導体線の絶縁被膜の損傷を抑えて、電気絶縁性を向上させることができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。
また、円形断面の各スロット収納部を一対の平板状のプレス板で挟み込んで加圧変形させる断面扁平化工程により、スロット収納部を扁平な長辺を平坦面とし、かつ、短辺を凸状の曲面とする断面レーストラック状に加圧変形させ、スロット収納部をスロットに挿入する際の導体線の絶縁被膜の損傷発生を抑え、電気絶縁性を向上できるとともに、占積率を高めることができる回転電機の固定子巻線の製造方法を得ることを目的とする。
本発明による回転電機の固定子は、固定子巻線は、スロットのそれぞれに収納された複数のスロット収納部と、所定スロット数離れた上記スロットの対に収納されている上記スロット収納部の端部同士を連結するコイルエンド部とを有し、上記スロット収納部が、断面レーストラック状に形成され、断面の長手方向を周方向に向けて径方向に少なくとも１列に並んで、かつ、互いに密接して収納されているものである。
また、本発明による回転電機の固定子巻線の製造方法は、断面円形のスロット収納部のそれぞれを個別に平板状のプレス板で挟み込み、該スロット収納部の伸長方向を拘束することなく該プレス板により該スロット収納部を加圧して断面レーストラック状に成形する断面扁平化工程を有するものである。

図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。
図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す要部断面図である。
図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における星形巻線ユニットを製造する工程を説明する工程図である。
図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における星形巻線ユニットのスロット収納部の断面扁平化工程を説明する工程図である。
図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットを示す斜視図である。
図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットを示す要部拡大図である。
図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットを固定子鉄心に装着する工程を説明する工程図である。
図８はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットの固定子鉄心への装着過程を説明する要部断面図である。
図９はこの発明の実施の形態１による回転電機の固定子におけるスロット収納部の縦横比と絶縁不良発生率および固定子巻線の温度上昇値との関係を示す図である。
図１０はこの発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す要部断面図である。
図１１はこの発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す要部断面図である。
図１２は従来の回転電機の固定子構造を説明する断面図である。
図１３は従来の回転電機の固定子の製造方法における重ね巻き巻線の形成工程を説明する工程図である。
図１４は従来の回転電機の固定子の製造方法における重ね巻き巻線のスロット収納部の加圧成形工程を説明する工程図である。
図１５は従来の回転電機の固定子の製造方法における重ね巻き巻線のスロット収納部を説明する要部斜視図である。
図１６は従来の回転電機の固定子の製造方法における重ね巻き巻線のスロット装着状態を説明する要部断面図である。
図１７は従来の回転電機の固定子の製造方法におけるティース部の鍔部形成工程を説明する要部断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す要部断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における星形巻線ユニットを製造する工程を説明する工程図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における星形巻線ユニットのスロット収納部の断面扁平化工程を説明する工程図、図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットを示す斜視図、図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットを示す要部拡大図、図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットを固定子鉄心に装着する工程を説明する工程図、図８はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における振り分け巻線ユニットの固定子鉄心への装着過程を説明する要部断面図、図９はこの発明の実施の形態１による回転電機の固定子におけるスロット収納部の縦横比と絶縁不良発生率および固定子巻線の温度上昇値との関係を示す図である。
図１および図２において、固定子２０は、円筒状の固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に巻装された固定子巻線２２とを備えている。
固定子鉄心２１は、所定形状にプレス加工された磁性鋼板を積層一体化して円筒状に作製され、円環状のコアバック部２１ａ、コアバック部２１ａからそれぞれ径方向内方に延出し、かつ、周方向に所定ピッチで配設されたティース部２１ｂ、隣り合うティース部２１ｂにより画成されたスロット２１ｃおよびティース部２１ｂの先端部から周方向両側に延出された鍔部２１ｄを有している。ここで、３６個のスロット２１ｃが周方向に等角ピッチで固定子鉄心２１に形成されている。そこで、この固定子２０は、１２極の磁極を有する回転子（図示せず）に対して、１つの３相交流巻線からなる固定子巻線２２が得られる。即ち、スロット２１ｃは、毎極毎相当たり１の割合で形成されている。また、各ティース部２１ｂは、固定子鉄心２１の軸心と直交する断面形状が内径側を先細りとする略台形形状に形成され、各スロット２１ｃの固定子鉄心２１の軸心と直交する断面形状が長方形となっている。
固定子巻線２２は、巻装されるスロット２１ｃを１スロットずつずらして固定子鉄心２１に装着された３相分の振り分け巻線２３を備えている。そして、３相分の振り分け巻線２３が交流結線、例えばＹ結線されて３相交流巻線を構成している。
各振り分け巻線２３は、絶縁被膜が被覆された銅線材からなる１本の導体線３０を３スロット毎のスロット２１ｃに周方向一側（例えば、時計回り）に波状に５ターン巻回し、引き続いて３スロット毎のスロット２１ｃに周方向他側（例えば、反時計回り）に波状に５ターン巻回して構成されている。そして、導体線３０のスロット２１ｃ内に収納されている部位（以下、スロット収納部３０ａとする）が断面レーストラック状の断面扁平形状に形成され、３スロット離れたスロット２１ｃ内に収納されているスロット収納部３０ａ同士を固定子鉄心２１の軸端側で連結している導体線３０の部位（以下、コイルエンド部３０ｂとする）が断面円形に形成されている。また、スロット収納部３０ａの断面レーストラック状の長辺長さＬ１が鍔部２１ｄ間（スロット開口）隙間より大きく、スロット２１ｃの周方向幅に略等しくなっている。そして、コイルエンド部３０ｂの直径が鍔部２１ｄ間の隙間より小さくなっている。
そして、各スロット２１ｃには、スロット収納部３０ａが断面レーストラック状の長手方向を周方向に向けて、長辺を互いに密接させて径方向に１列に配列されて収納されている。また、各スロット収納部３０ａの縦横比（Ｌ２／Ｌ１）は一定になっている。また、図示していないが、インシュレータがスロット２１ｃ内に装着されていてもよい。なお、Ｌ２はスロット収納部３０ａの断面レーストラック状の短辺長さである。
各スロット２１ｃ内に収納されている５本のスロット収納部３０ａは、固定子鉄心２１の軸端一側で、周方向一側に３スロット離れたスロット２１ｃに収納されている５本のスロット収納部３０ａにそれぞれコイルエンド部３０ｂにより連結され、固定子鉄心２１の軸端他側で、周方向他側に３スロット離れたスロット２１ｃに収納されている５本のスロット収納部３０ａにそれぞれコイルエンド部３０ｂにより連結されている。また、各スロット２１ｃ内に収納されている残りの５本のスロット収納部３０ａは、固定子鉄心２１の軸端一側で、周方向他側に３スロット離れたスロット２１ｃに収納されている５本のスロット収納部３０ａにそれぞれコイルエンド部３０ｂにより連結され、固定子鉄心２１の軸端他側で、周方向一側に３スロット離れたスロット２１ｃに収納されている５本のスロット収納部３０ａにそれぞれコイルエンド部３０ｂにより連結されている。
このように、各振り分け巻線２３は、各スロット２１ｃから延出する導体線３０が周方向両側に半数ずつ振り分けられている。そして、各振り分け巻線２３においては、５本のコイルエンド部３０ｂの束が３スロットピッチで周方向に配列されている。そこで、固定子鉄心２１の軸端両側において、３スロットピッチで周方向に配列されたコイルエンド部３０ｂの束の層が、周方向に１スロットピッチずれて、径方向に３層に配列されて、固定子巻線２２のコイルエンド群２２ｆ、２２ｒを構成している。
つぎに、固定子２０の製造方法について図３乃至図８を参照しつつ説明する。
まず、図３に示されるように、円形断面を有する１本の導体線３０をリング状に５回巻回して第１巻線ユニット３１Ａを作製し、引き続いてリング状に５回巻回して第２巻線ユニット３１Ｂを作製する。ついで、第１および第２巻線ユニット３１Ａ、３１Ｂを折り曲げて、隣り合う直線状のスロット収納部３２ａの端部をコ字状のコイルエンド部３２ｂにより内周側および外周側で交互に連結する星形パターンが５段に重なった第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを作製する。
ここで、第１星形巻線ユニット３２Ａのスロット収納部３２ａの各束を加圧成形機（図示せず）にセットする。この時、図４に示されるように、各束のスロット収納部３２ａは一対のプッシャ（プレス板）４０間に１列に重ねられ、平板状のプレス板４１が各スロット収納部３２ａ間に介装されている。そして、一対のプッシャ４０に所定の加圧力Ｆを印加し、断面円形の各スロット収納部３２ａを断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’に成形した後、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを加圧成形機から取り外す。なお、図４では、一対のプッシャ４０のみを示しているが、プッシャ４０は１２対用意されており、第１星形巻線ユニット３２Ａのスロット収納部３２ａを１回の断面扁平化工程で断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’に変形している。ついで、第２星形巻線ユニット３２Ｂのスロット収納部３２ａの角田場を加圧成形機にセットし、同様にして、第２星形巻線ユニット３２Ｂのスロット収納部３２ａを１回の断面扁平化工程で断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’に変形する。
そして、図３に示されるように、断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’を有する第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを連結している導体線３０の部位で折り返し、両星形パターンの山部と谷部とが重なるように、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを重ね合わせ、星形巻線ユニット３３を作製する。
ついで、星形巻線ユニット３３を円筒形に成形して振り分け巻線ユニット３４を作製する。この振り分け巻線ユニット３４は、導体線３０を波巻きに１０ターン巻回したものである。そして、図５および図６に示されるように、１０本のスロット収納部３４ａ（断面レーストラック状に成形されたスロット収納部３２ａ’に相当）の束が周方向に３スロットピッチ（３Ｐ）で配列されている。また、各束の１０本のスロット収納部３４ａは、断面長手方向を周方向に向けて径方向に１列に並んでいる。また、スロット収納部３４ａの各束の５本ずつがコイルエンド部３４ｂ（コイルエンド部３２ｂに相当）により軸方向の両端で交互に連結されている。さらに、スロット収納部３４ａの各束の残りの５本ずつがコイルエンド部３４ｂにより軸方向の両端で交互に連結されている。なお、５本ずつのスロット収納部３４ａを連結しているコイルエンド部３４ｂは軸方向で相対している。
ついで、振り分け巻線ユニット３４の軸方向一端側のコイルエンド部３４ｂを径方向内側に曲げる。そして、図７に矢印で示されるように、振り分け巻線ユニット３４を固定子鉄心２１に対して軸方向から装着する。この時、図８に示されるように、径方向内側に曲げられたコイルエンド部３４ｂのスロット収納部３４ａ近傍の部位が鍔部２１ｄ間（スロット開口）を軸方向に移動し、スロット収納部３４ａの束が各スロット２１ｃ内に引き込まれる。そして、スロット収納部３４ａの束が各スロット２１ｃ内に完全に引き込まれた後、径方向内側に曲げられたコイルエンド部３４ｂを軸方向に延びるように戻し、１つの振り分け巻線ユニット３４が固定子鉄心２１に装着される。
そして、２つ目の振り分け巻線ユニット３４が同様にして固定子鉄心２１に装着され、さらに３つ目の振り分け巻線ユニット３４が同様にして固定子鉄心２１に装着され、図１に示される固定子２０が作製される。この時、各振り分け巻線ユニット３４はスロット収納部３４ａの挿入されるスロット２１ｃを１スロットずつずらして固定子鉄心２１に装着される。固定子鉄心２１に装着された振り分け巻線ユニット３４が振り分け巻線２３となる。そして、３相分の振り分け巻線２３を交流結線、例えばＹ結線して固定子巻線２２が構成される。
この実施の形態１による固定子２０においては、スロット収納部３０ａが断面レーストラック状に形成されているので、スロット収納部３０ａの短辺が凸状の曲面形状となる。そこで、スロット収納部３０ａをスロット２１ｃ内に挿入する際に、スロット収納部３０ａの短辺の曲面部分がスロット２１ｃの内周側面に接することになり、スロット収納部３０ａとスロット２１ｃの内周側面とが擦れることに起因する絶縁被膜の損傷の発生が抑制され、絶縁性が向上される。同様に、固定子２０を車両用交流発電機等の回転電機に搭載した場合におけるエンジン等の車両の振動によってスロット収納部３０ａとスロット２１ｃの内周側面とが擦れることに起因する絶縁被膜の損傷の発生が抑制され、絶縁性が向上される。
また、断面レーストラック状のスロット収納部３０ａがその長辺を互いに密接するようにスロット２１ｃ内に１列に配列して収納されているので、スロット収納部３０ａ間の接触面積が大きくなるとともに、スロット収納部３０ａをスロット２１ｃ内に密に収納できる。その結果、固定子巻線２２で発生する熱が径方向に隣接するスロット収納部３０ａを介して固定子鉄心２１に伝達されやすくなり、固定子鉄心２１から効果的に放熱され、固定子巻線２２の過度の温度上昇が抑制され、高出力化が図られる。また、占積率（スロット収納部３０ａがスロット２１ｃ内に占める割合）が高められ、高出力化が図られる。
また、長辺の長さをスロット開口より大きい断面レーストラック状のスロット収納部３０ａが、長辺の長さ方向を周方向に向けて、かつ、その長辺を互いに密接するようにスロット２１ｃ内に径方向に１列に配列して収納されているので、スロット収納部３０ａのスロット開口からの飛び出しが防止され、スロット収納部３０ａの飛び出し防止用のウエッジの装着を不要とすることができる。
また、この実施の形態１による固定子の製造方法においては、１本の導体線３０から第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを作製した後、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂのスロット収納部３２ａ間に平板状のプレス板４１を介装し、両側から一対のプッシャ４０により加圧しているので、平坦面の長辺を有する断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’が得られる。そこで、振り分け巻線２３のスロット収納部３０ａをスロット２１ｃ内に収納した際に、スロット収納部３０ａの長辺同士が密接状態となり、占積率を高めることができるとともに、固定子巻線２２で発生した熱が固定子鉄心２１に速やかに伝達されるようになる。また、スロット収納部３２ａを断面レーストラック状に成形する際に、断面レーストラック状の短辺側（伸長方向）が拘束されていないので、スロット収納部３２ａ’の短辺が確実に凸状の曲面形状となり、スロット収納部３０ａをスロット２１ｃに挿入する際に発生する絶縁被膜の損傷を抑えることができる。
また、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂのスロット収納部３２ａを一括して断面レーストラック状に成形しているので、スロット収納部を断面円形から断面レーストラック状に変形する断面扁平化工程が短縮される。さらには、一定の縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）を有するスロット収納部３２ａ’を簡易に作製することができる。
また、振り分け巻線ユニット３４の軸方向一側のコイルエンド部３４ｂを径方向内側に折り曲げ、折り曲げられたコイルエンド部３４ｂのスロット収納部３４ａ側を鍔部２１ｄ間に通すように軸方向から振り分け巻線ユニット３４を固定子鉄心２１に装着しているので、スロット開口より大きな長辺長さを有するスロット収納部３４ａを簡易にスロット２１ｃ内に挿入することができる。また、大きな曲げ応力が発生しにくい円形断面のコイルエンド部３４ｂを曲げているので、曲げに起因する絶縁被膜の損傷を抑えることができる。さらに、ティース部２１ｂの先端に鍔部２１ｄを予め形成することができるので、固定子巻線を装着した後、ティース部２１ｂの先端部を内周側から押圧して鍔部を形成する煩雑な鍔部形成工程が不要となり、製造工程が簡素化される。
ここで、スロット収納部の縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）について図９を参照しつつ検討する。なお、図９中、曲線Ａはスロット収納部の縦横比と絶縁不良発生率との関係を表すグラフであり、曲線Ｂはスロット収納部の縦横比と固定子巻線温度上昇値との関係を表すグラフである。
まず、曲線Ａから、縦横比が小さくなるにつれ、絶縁不良の発生率が徐々に増加し、縦横比が４５％より小さくなると、絶縁不良の発生率が急激に増加することがわかる。従って、絶縁不良の発生率を考慮すると、スロット収納部の縦横比を４５％以上とすることが望ましい。
このスロット収納部の縦横比は、断面円形のスロット収納部を断面レーストラック状に変形する際の変形具合を表している。つまり、縦横比が小さくなるほど変形率が大きくなることを意味している。そこで、断面円形のスロット収納部を断面レーストラック状に変形させると、銅線材は断面レーストラック状に塑性変形し、銅線材に被覆されている絶縁被膜は銅線材の変形に追従して延びることになる。そして、銅線材の変形量が大きくなると、絶縁被膜の延びが追従しきれず、亀裂が絶縁被膜に発生し、ついには絶縁被膜の剥離に至り、絶縁不良が発生したものと推考される。
また、曲線Ｂから、縦横比が大きくなるにつれ、固定子巻線の温度が徐々に上昇し、縦横比が７０％となると、固定子巻線の温度が約２００℃となり、縦横比が７０％を超えると、固定子巻線の温度が急激に上昇することがわかる。そして、固定子巻線の温度は２００℃以下に抑えることが好ましい。従って、固定子巻線の温度上昇値を考慮すると、スロット収納部の縦横比を７０％以下とすることが望ましい。
このスロット収納部の縦横比は、扁平度合いを表している。そして、縦横比が大きくなるほど、扁平度合いが小さくなる、つまり長辺長さ（Ｌ_１）が短くなることを意味している。そこで、スロット収納部の長辺長さ方向を周方向に向けてスロット内に径方向に並んで収納した場合、径方向に隣接するスロット収納部の長辺の平坦面同士が密接する。そして、固定子巻線に通電した際にスロット収納部で発生した熱の一部は、長辺の平坦面同士の接触部を介して隣接するスロット収納部に伝導され、ついにはスロットの底面に接するスロット収納部から固定子鉄心に伝導され、固定子鉄心から放熱される。そこで、長辺長さが短くなると、隣接するスロット収納部間の接触面積が少なくなる。その結果、スロット収納部から固定子鉄心に伝導されて放熱される熱量が少なくなり、固定子巻線が温度上昇するものと推考される。
このことから、スロット収納部３０ａの縦横比は、４５％以上、７０％以下にすることが望ましい。
なお、上記実施の形態１では、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを作製した後、スロット収納部を断面円形から断面レーストラック状に加圧変形させるように説明しているが、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを重ね合わせて星形巻線ユニット３３を作製した後、スロット収納部を断面円形から断面レーストラック状に加圧変形させるようにしてもよい。
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す要部断面図である。
図１０において、固定子鉄心２１Ａは、ティース部２１ｂ’の固定子鉄心２１Ａの軸心に直交する断面が略長方形に形成され、スロット２１ｃ’の断面が内径側を先細りとする略台形形状となっている。そして、スロット２１ｃ’に径方向に１列に並んで収納されているスロット収納部３０ａの縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）は、スロット形状に合わせて内径側に位置するスロット収納部３０ａほど大きくなっている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
ここで、この実施の形態２による固定子の製造方法について説明する。
まず、上記実施の形態１と同様にして第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを作製する。そして、第１星形巻線ユニット３２Ａのスロット収納部３２ａの各束を加圧成形機にセットする。この時、各束の１本のスロット収納部３２ａが一対のプッシャ４０間にそれぞれ配置される。ついで、各対のプッシャ４０に所定の加圧力を印加し、断面円形のスロット収納部３２ａを断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’に成形する。そして、プッシャ４０に印加する加圧力を変えて、この操作を各束の５本のスロット収納部３２ａに対して繰り返し行う。これにより、各束の５本のスロット収納部３２ａ’は、断面レーストラック状の縦横比が漸次小さくなるように変形される。
ついで、第２星形巻線ユニット３２Ｂの各束のスロット収納部３２ａを同様に加圧成形し、各束の５本のスロット収納部３２ａ’の断面レーストラック状の縦横比を漸次小さくなるように変形する。この時、第２星形巻線ユニット３２Ｂのスロット収納部３２ａ’の縦横比が第１星形巻線ユニット３２Ａのスロット収納部３２ａ’の縦横比より小さくなるようにプッシャ４０への加圧力を調整している。なお、プッシャ４０は１２対用意されており、スロット２１ｃ’内の径方向の同位置に収納される１２本のスロット収納部３２ａが１回の断面扁平化工程で所定の縦横比を有する断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’に変形される。
そして、断面レーストラック状のスロット収納部３２ａ’を有する第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを連結している導体線３０の部位で折り返し、両星形パターンの山部と谷部とが重なるように、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを重ね合わせ、星形巻線ユニット３３を作製する。以降、上記実施の形態１と同様にして、星形巻線ユニット３３を固定子鉄心２１Ａに装着して固定子を作製する。
これにより、１０本のスロット収納部３０ａが扁平な断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて径方向に１列に並んで、かつ、互いに密接して各スロット２１ｃ’内に収納された固定子が得られる。そして、１列に並んだ１０本のスロット収納部３０ａの縦横比は、スロット２１ｃ’の略台形形状に合わせて、径方向内方に漸次大きくなるように形成されている。
従って、この実施の形態２によれば、径方向に１列に並んだスロット収納部３０ａの縦横比が、スロット２１ｃ’の略台形形状に合わせて、径方向内方に漸次大きくなるように形成されているので、略台形形状のスロット２１ｃ’に対してスロット収納部３０ａを高占積率に収納することができ、高出力化が図れる。
また、スロット収納部３０ａがスロット２１ｃ’内で移動しにくくなり、エンジン等の車両の振動によってスロット収納部３０ａとスロット２１ｃ’の内周側面とが擦れることに起因する絶縁被膜の損傷の発生が抑制され、絶縁性が向上される。
さらに、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂの各束のスロット収納部３２ａを１本ずつ一対のプッシャ４０で加圧変形させているので、プッシャ４０の加圧力を変えることにより断面レーストラック状の縦横比を任意に調整することができる。これにより、スロット収納部３０ａの縦横比をスロット形状に合うように形成することができる。
なお、上記実施の形態２では、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを作製した後、スロット収納部を断面円形から断面レーストラック状に加圧変形させるように説明しているが、第１および第２星形巻線ユニット３２Ａ、３２Ｂを重ね合わせて星形巻線ユニット３３を作製した後、スロット収納部を断面円形から断面レーストラック状に加圧変形させるようにしてもよい。
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子における固定子巻線のスロット収納状態を示す要部断面図である。
図１１において、ワニス２５がスロット収納部３０ａを収納したスロット２１ｃ内に含浸されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態３によれば、ワニス２５がスロット２１ｃ内に含浸されているので、ワニス２５がスロット収納部３０ａとスロット２１ｃとの隙間に浸透している。そこで、スロット２１ｃ内でのスロット収納部３０ａの移動が阻止され、エンジン等の車両の振動によってスロット収納部３０ａとスロット２１ｃの内周側面とが擦れることに起因する絶縁被膜の損傷の発生がなく、絶縁性が著しく向上される。
なお、上記各実施の形態では、振り分け巻線で構成された固定子巻線を用いるものとして説明しているが、この発明は、集中巻き巻線で構成された固定子巻線に適用してもよい。ここで、振り分け巻線とは、各スロットから延出する導体線が周方向両側に半数ずつに分けられて、周方向両側に所定スロット数離れた２つのスロットに入るように構成されたもので、集中巻き巻線とは、各スロットから延出する導体線の全数が周方向一側に所定スロット数離れた１つのスロットに入るように構成されたものである。
また、上記各実施の形態では、スロットが毎極毎相当たり１の割合で形成されている固定子鉄心を用いるものとしているが、スロットが毎極毎相当たり２の割合で形成されている固定子鉄心を用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、１本の導体線から作製された星形巻線ユニットを用いて固定子巻線を構成するものとして説明しているが、この発明はＵ字状のセグメント導体を用いて構成される固定子巻線に適用してもよいし、連続導体線を所定スロット数毎のスロットに内層と外層とを交互に採るように巻装して構成される固定子巻線に適用してもよい。
また、上記各実施の形態では、スロット収納部がスロット内に径方向に１列に配列されて収納されているものとしているが、スロット収納部はスロット内に例えば２列となって径方向に配列されて収納されてもよい。

以上のように、本発明に係る固定子およびその固定子巻線の製造方法は、固定子巻線のスロット収納部が断面レーストラック状に形成されているので、固定子巻線の固定子鉄心への装着時のスロット収納部とスロット内周側面との擦れに起因する絶縁被膜の損傷の発生が抑えられ、固定子巻線の絶縁性が高められ、自動車等の車両に搭載される車両用交流発電機等の回転電機の固定子およびその固定子巻線の製造方法として有用である。

Claims (13)

1. スロットが内径側に開口するようにして周方向に配列してなる円筒状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着された固定子巻線とを備えた回転電機の固定子であって、
   上記固定子巻線は、上記スロットのそれぞれに収納された複数のスロット収納部と、所定スロット数離れた上記スロットの対に収納されている上記スロット収納部の端部同士を連結するコイルエンド部とを有し、
   上記スロット収納部は、断面レーストラック状に形成され、断面の長手方向を周方向に向けて径方向に少なくとも１列に並んで、かつ、互いに密接して収納されていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 上記スロット収納部は、断面レーストラック状の長辺長さをＬ_１、短辺長さをＬ_２としたときに、４５％≦縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）≦７０％を満足するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 上記スロット収納部は、上記スロット内に径方向に１列に並んで収納されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
4. 上記スロット収納部は、断面レーストラック状の長辺長さをＬ_１、短辺長さをＬ_２としたときに、４５％≦縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）≦７０％を満足するように形成されていることを特徴とする請求項３記載の回転電機の固定子。
5. 上記スロットは、内径側を先細りとする略台形形状に形成され、上記スロット内に径方向に並んで収納されている上記スロット収納部の断面の縦横比が、上記スロットの略台形形状に合わせて、径方向内方に漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
6. 上記スロット収納部は、断面レーストラック状の長辺長さをＬ_１、短辺長さをＬ_２としたときに、４５％≦縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）≦７０％を満足するように形成されていることを特徴とする請求項５記載の回転電機の固定子。
7. ワニスが上記スロット内に含浸されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
8. 断面円形のスロット収納部のそれぞれを個別に平板状のプレス板で挟み込み、該スロット収納部の伸長方向を拘束することなく該プレス板により該スロット収納部を加圧して断面レーストラック状に成形する断面扁平化工程を有することを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
9. 断面レーストラック状の長辺長さをＬ_１、短辺長さをＬ_２としたときに、４５％≦縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）≦７０％を満足するよう上記スロット収納部を断面レーストラック状に成形することを特徴とする請求項８記載の回転電機の固定子巻線の製造方法。
10. 上記断面扁平化工程に先立って、断面円形の導体線をリング状に所定回に巻回して巻線ユニットを作製する工程と、上記巻線ユニットを整形して、隣り合う直線状のスロット収納部の端部をコ字状のコイルエンド部により内周側および外周側で交互に連結する星形パターンが多段に重なった星形巻線ユニットを作製する工程とを有し、
    上記断面扁平化工程において、上記星形巻線ユニットの多段に重なった上記スロット収納部を１段ずつ断面レーストラック状に成形するようにしたことを特徴とする請求項８記載の回転電機の固定子巻線の製造方法。
11. 断面レーストラック状の長辺長さをＬ_１、短辺長さをＬ_２としたときに、４５％≦縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）≦７０％を満足するよう上記スロット収納部を断面レーストラック状に成形することを特徴とする請求項１０記載の回転電機の固定子巻線の製造方法。
12. 上記断面扁平化工程に先立って、断面円形の導体線をリング状に所定回に巻回して巻線ユニットを作製する工程と、上記巻線ユニットを整形して、隣り合う直線状のスロット収納部の端部をコ字状のコイルエンド部により内周側および外周側で交互に連結する星形パターンが多段に重なった星形巻線ユニットを作製する工程とを有し、
    上記断面扁平化工程において、上記星形巻線ユニットの多段に重なった上記スロット収納部の各段間に上記プレス板を介装させ、かつ、上記スロット収納部の積層方向の両側に上記プレス板を配置し、多段に重なった上記スロット収納部を一括して断面レーストラック状に成形するようにしたことを特徴とする請求項８記載の回転電機の固定子巻線の製造方法。
13. 断面レーストラック状の長辺長さをＬ_１、短辺長さをＬ_２としたときに、４５％≦縦横比（Ｌ_２／Ｌ_１）≦７０％を満足するよう上記スロット収納部を断面レーストラック状に成形することを特徴とする請求項１２記載の回転電機の固定子巻線の製造方法。

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