WO2016035533A1

WO2016035533A1 - 回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機

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Publication number: WO2016035533A1
Application number: PCT/JP2015/072982
Authority: WO
Inventors: 中山　健一; 松延　豊; 清水　尚也; 知紘福田
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2016-03-10
Also published as: CN106575890A; EP3197019A4; EP3197019A1; JPWO2016035533A1; US20170256997A1

Abstract

　絶縁性と生産性とに優れた回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機を提供する。　複数のスロット４２０が設けられたステータコア１３２と、スロットに設けられたステータコイル６０とを有し、各々のスロットにＮ本（ただし、Ｎは正の偶数）のセグメント導体２８が設けられ、ステータコイルは、各々のセグメント導体の導体端部に設けられた溶接部を介して、複数のセグメント導体が接続されて構成され、導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、Ｎ列の環状列が構成されている回転電機のステータ２０において、ステータスロットおよびステータ内径側のステータコアの打ち抜きバリ８１０の向きと、ステータ外径側のステータコアの打ち抜きバリ８１０の向きとが逆である回転電機のステータ。

Description

回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機

　本発明は、回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機に関する。

　昨今の地球温暖化に対し、回転電機は小型高出力が求められている。このような回転電機として、例えば内周側に開口する多数のスロットを備えたステータコアを有し、各スロットに複数の略Ｕ字形状のセグメント導体を挿入する事で占積率を向上させて冷却性能を向上させることにより高出力化を図ったものが知られている。

　そして、略Ｕ字形状セグメント導体のスロットへの挿入方向とステータコアの積層鋼板の打ち抜き方向を同方向とする事により、積層鋼板のバリによる絶縁破壊を防止した車輌用交流発電機のステータがある（例えば、特許文献１参照）。また、略Ｕ字形状セグメント導体のスロットへの挿入方向とステータコアの積層鋼板の打ち抜き方向を逆方向とする事により、絶縁紙のずれを防止し、絶縁破壊を防止した車輌用交流発電機のステータもある（例えば、特許文献２参照）。

　なお、略Ｕ字セグメント導体ではなく、丸線の巻線がなされた回転電機において、積層鋼板のバリに着目し、ステータのハウジングへの挿入方向、ロータのシャフトへの挿入方向を規定したものもある（例えば、特許文献３参照）。

特許第３４７８１８２号公報特許第３４７８１８３号公報特開２００８－１９９８３１号公報

　特許文献１及び２の技術は主に空冷で低電圧（１２Ｖｄｃ）の車輌用交流発電機を対象としているため、反結線側（セグメントの挿入側）もしくは結線側（反挿入側）のバリによる絶縁破壊を防止するだけで良いが、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる回転電機においては、電圧が１５０～３００Ｖｄｃ（昇圧により６００Ｖｄｃの物もある）と高く、直接液体（例えば油）冷却などのトランスケース内で使用するものも多い。さらに、その様な回転電機は電圧が高いため、バリによるセグメントコイル、絶縁紙、磁石、シャフト、ハウジングの挿入性を向上する必要がある。さらに、品質信頼性の点からコアバリの脱落を防止する必要がある。

　また、特許文献１および２の技術は、特許文献１の図１、特許文献２の図６に示されているように、鋼板シートを積層する工程は巻コアを前提としている。巻コアのバリは全て同じ方向であるため、セグメント導体の挿入方向とスロット部のバリの方向のみ考えれば良いが、抜型を用いて鋼板シートを打ち抜いて積層する場合、バリの向きは同じ方向ではないため、スロット部以外のバリの向きも着目し、挿入性向上やバリの脱落防止を行わなければならない。ステータコアだけではなく、ロータコアも同時に打ち抜く場合はなおさらである。

　一方、特許文献３の技術は、丸線の巻線がなされた回転電機を前提としているため、最も絶縁破壊が起きやすいスロットのバリとコイル挿入方向に関する検討が十分になされておらず、バリによる信頼性低下が課題となる、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる電圧が１５０～３００Ｖｄｃ（昇圧により６００Ｖｄｃの物もある）の回転電機に関しては考察が不十分である。

　そこで、本発明は絶縁性と生産性とに優れた回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数のスロットが設けられたステータコアと、前記スロットに設けられたステータコイルとを有し、各々の前記スロットにＮ本（ただし、Ｎは正の偶数）のセグメント導体が設けられ、前記ステータコイルは、各々のセグメント導体の導体端部に設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメント導体が接続されて構成され、前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、Ｎ列の環状列が構成されている回転電機のステータにおいて、ステータスロットおよびステータ内径側のステータコアの打ち抜きバリの向きと、ステータ外径側のステータコアの打ち抜きバリの向きとが逆であることを特徴とする。

　本発明によれば、本発明は絶縁性と生産性とに優れた回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機を提供することができる。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る回転電機の全体構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る回転電機のステータコアを示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るステータコアを構成する電磁鋼板を示す斜視図である。ステータコアに巻回される三相分のステータコイルを示す斜視図である。ステータコアに巻回されるＵ相のステータコイルを示す斜視図である。ステータコアに巻回されるＵ１相のステータコイルを示す斜視図である。ステータコアに巻回されるＵ２相のステータコイルを示す斜視図である。ステータコイルのセグメント導体を説明する図であり、（ａ）は一つのセグメント導体を示す図、（ｂ）はセグメント導体によるコイル形成を説明する図、（ｃ）はスロット内のセグメント導体の配置を説明する図。ロータおよびステータの断面を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係るステータコアに絶縁紙を挿入した状態を示す斜視図である本発明の第１の実施形態に係るステータコアにステータコイルを挿入した状態を示す斜視図である本発明の実施形態に係る回転電機のステータコアとロータコア、永久磁石、絶縁紙、ステータコイルを挿入する状態を示す平面図である。本発明の実施形態に係る回転電機のステータコアとロータコア、永久磁石、絶縁紙、ステータコイルを挿入した状態を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る回転電機のステータコアとロータコア、永久磁石、絶縁紙、ステータコイルを挿入する状態を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る回転電機のステータコアとロータコア、永久磁石、絶縁紙、ステータコイルを挿入した状態を示す平面図である。本発明の実施形態に係る回転電機のステータコアとロータコアの断面状態を示す模式図である。本発明の実施形態に係るステータコアをハウジングに挿入する断面を示す模式図である。本発明による回転電機を搭載する車両の構成を示すブロック図。

　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。　
　なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。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。

　図１は本発明によるステータを備える回転電機を示す断面図である。回転電機１０は、ハウジング５０、ステータ２０、ステータコア１３２と、ステータコイル６０と、ロータ１１とから構成される。

　ハウジング５０の内周側には、ステータ２０が固定されている。ステータ２０の内周側には、ロータ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した、電動機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。液冷ジャケット１３０は、軸受１４４，１４５を収納しており、軸受ブラケットとも称されている。

　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、冷媒出口１５４，１５５からステータ２０へ向けて流出し、ステータ２０を冷却する。

　ステータ２０は、ステータコア１３２と、ステータコイル６０とによって構成されている。ステータコア１３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。ステータコイル６０は、ステータコア１３２の内周部に多数個設けられているスロット１５に巻回されている。ステータコイル６０からの発熱は、ステータコア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。

　ロータ１１は、ロータコア１２と、シャフト１３とから構成されている。ロータコア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、ロータコア１２の中心に固定されている。シャフト１３は、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、ステータ２０内の所定の位置で、ステータ２０に対向した位置で回転する。また、ロータ１１には、永久磁石１８と、エンドリング１９が設けられている。

　回転電機１０は、図１に示すように、液冷ジャケット１３０の内部に配設されるものであり、ハウジング５０と、ハウジング５０に固定されるステータコア１３２を有するステータ２０と、このステータ内に回転自在に配設されるロータ１１と、を備えている。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。

　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、ステータコア１３２に巻回されるステータコイル６０に三相交流電流が供給されることで、ロータ１１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、自動車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。

　ハウジング５０に固定されたステータ２０は、ハウジング５０に設けられたフランジ１１５がボルト１５により液冷ジャケット１３０に締結されることで、液冷ジャケット１３０内に固定保持されている。

　ロータ１１は、液冷ジャケット１３０の軸受け１４４，１４５により支承されるシャフト１１８に固定されており、ステータコア１３２の内側において回転可能に保持されている。回転磁界を発生するステータ２０と、ステータ２０との磁気的作用により回転すると共に、ステータ２０の内周側とギャップ８５０を介して回転可能に配置されたロータ１１とを備えている。

　図２を参照してハウジング５０およびステータ２０について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機１０のハウジング５０とステータ２０とを示す斜視図である。

　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１１５が設けられている。複数のフランジ１１５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１１５は、絞り加工時に形成される端部において、フランジ１１５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。

　―ステータ―　
　ステータ２０は、円筒状のステータコア１３２と、このステータコア１３２に装着されるステータコイル６０と、を有している。

　―ステータコア―　
　ステータコア１３２について、図３および図４を参照して説明する。図３は、ステータコア１３２を示す斜視図であり、図４は、ステータコア１３２を構成する電磁鋼板１３３を示す斜視図である。ステータコア１３２は、図３に示すように、ステータコア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に上記したステータコイル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、ステータコイル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、ステータコア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、ステータコイル６０によって発生した回転磁界をロータ１１に導き、ロータ１１に回転トルクを発生させる働きをする。

　ステータコア１３２は、厚さ０．０５～１．０ｍｍ程度の電磁鋼板１３３（図４参照）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１３３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、円筒状のステータコア１３２の外周部において、ステータコア１３２の軸方向に平行に設けられている。溶接部２００は、図１０に示すように、ステータコア１３２の外周部に予め設けられた半円状の溶接溝２１０に形成されており、溶接部２００がステータコア１３２の径方向外方に突出することはない。

　本実施形態におけるステータコア１３２には、図３に示すように、ステータコア１３２のスロット４２０やステータコア１３２の内径のダレ８００方向（バリ８１０方向）とステータコア１３２の外径のダレ８００（バリ８１０方向）の方向を反転させる。ダレ８００方向（バリ８１０方向）を反転させることにより、セグメント導体２８、絶縁紙３００、ハウジング５０の挿入性を向上することができる。

　ダレ８００（バリ８１０）は打ち抜き時のパンチ８５０とダイ８６０のクリアランスや抜き圧力を調整することによりバリ８１０とダレ８００を管理することができる。さらに、ダレ８００とバリ８１０を反転させるためにパンチ８５０とダイ８６０の方向を変えること型を用いることでプレス作業の順送型でも単発型でもよい。

　これにより、絶縁紙３００とセグメント導体２８をダレ８００方向から挿入し、ステータコア１３２の外径からハウジング５０に挿入するときは反転しているダレ８００方向から挿入することでコイル皮膜を傷つける可能性が減少し絶縁性が向上するとともに、作業性が向上する。

　ハウジング５０がない直接液冷ジャケット１３０などに取り付ける場合にもステータコア１３２のダレ８００方向から取り付けることでバリ８１０の脱落を防止でき、さらにバリ８１０による隙間なく取り付けることができるので信頼性も向上する。

　ステータコア１３２は、上記した円筒状のグ５０の内側に焼嵌めにより嵌合固定される。具体的な組み立て方としては、例えば、先ずステータコア１３２を配置しておき、このステータコア１３２に予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたハウジング５０を嵌め込む。次に、ハウジング５０を冷却して内径を収縮させることで、その熱収縮によりステータコア１３２の外周部を締め付ける。

　ステータコア１３２は、運転時におけるロータ１１のトルクによる反作用によってハウジング５０に対して空転しないように、ハウジング５０の内径寸法を、ステータコア１３２の外径寸法よりも所定値だけ小さくしておき、焼嵌め嵌合によりステータコア１３２がハウジング５０内に強固に固定されるようになっている。

　ここで、常温におけるステータコア１３２の外径と、ハウジング５０の内径との差を締め代といい、この締め代を回転電機１０の最大トルクを想定して設定することで、ハウジング５０は所定の締め付け力によりステータコア１３２を保持することになる。

　なお、ステータコア１３２は焼嵌めにより嵌合固定する場合に限定されることなく、圧入によりハウジング５０に嵌合固定することとしてもよい。

　ステータコア１３２には、図３に示すように、溶接部２００が設けられている。溶接部２００は、積層された各電磁鋼板１３３を接続するとともに、ハウジング５０の締め付け力に起因する電磁鋼板１３３の変形を抑制する。

　―ステータコイル―　
　図２および図５～図８を参照してステータコイル６０について説明する。図５は、三相分のステータコイル６０を示す斜視図である。図６、７および８は、それぞれステータコア１３２に巻回されるＵ相のステータコイル６０、Ｕ１相のステータコイル６０およびＵ２相のステータコイル６０を示す斜視図である。

　ステータコイル６０は分布巻の方式で巻かれ、スター結線の構成で接続されている。分布巻とは、複数のスロット４２０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、相巻線がステータコア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。

　ステータコイル６０は三相のスター接続された相コイルを構成しており、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよいが、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、ステータコイル６０の断面の四角形状は、ステータコア１３２の周方向が短く、径方向が長い形状をしていてもよいし、逆に周方向が長く、径方向に短い形状をしていてもよい。

　本実施形態では、ステータコイル６０は、各スロット４２０内でステータコイル６０の長方形断面がステータコア１３２の周方向について長く、ステータコア１３２の径方向について短い形状とされる平角線が使用されている。また、この平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。

　図３（ａ）の様な、反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃを折り返し点とする様な、略Ｕ字形状のセグメント導体２８に成型する。このとき、反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃは略Ｕ字形状において導体の向きを折り返す形状であればよい。

　すなわち、図３のような、径方向から見たときに反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃと反溶接側反溶接側コイルエンド６１の導体斜行部２８Ｆとが略三角形をなすような形状に限らない。例えば、反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃの一部において、導体がステータコア１３２の端面と略平行になるような形状（径方向から見たとき反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃと反溶接側コイルエンド６１の導体斜行部２８Ｆとが略台形をなすような形状）であっても良い。

　そのセグメント導体２８を、軸方向からをステータスロット４２０に差し込む。所定のスロット４２０離れたところに差し込まれた別のセグメント導体２８と導体端部２８Ｅにおいて（例えば溶接等により）図３（ｂ）の様に接続する。

　このとき、セグメント導体２８には、スロット４２０に挿入される部位である導体直線部２８Ｓと、接続相手のセグメント導体２８の導体端部２８Ｅへ向かって傾斜する部位である導体斜行部２８Ｄとが形成される（斜行部２８Ｄや端部２８Ｅは曲げにより形成する）。

　スロット４２０内には２、４、６・・・（２の倍数）本のセグメント導体２８が挿入される。図３（ｃ）は１スロット４２０に４本のセグメント導体２８が挿入された例であるが、断面が略矩形の導体のため、スロット４２０内の占積率を向上させることが出来、回転電機１０の効率が向上する。

　図４は、図３（ｂ）の接続作業をセグメント導体２８が環状となるまで繰り返し、一相分（例としてＵ相）のコイルを形成したときの図である。一相分のコイルは導体端部２８Ｅが軸方向一方に集まるように構成され、導体端部２８Ｅの集まる溶接側コイルエンド６２と、反溶接側コイルエンド６１とを形成する。一相分のコイルには、一端に各相のターミナル（図４の例ではＵ相のターミナル４２Ｕ）、他端に中性線４１が形成される。

　ステータコイル６０は、図２に示すように、全体で６系統（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）のコイルがステータコア１３２に密着して装着されている。そして、ステータコイル６０を構成する６系統のコイルは、スロット４２０によって相互に適正な間隔をもって配列される。

　ステータコイル６０における一方のコイルエンド１４０には、ＵＶＷ三相それぞれのステータコイル６０の入出力用のコイル導体である交流端子４１（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）と、中性点結線用導体４０と、が引き出されている。

　なお、回転電機１０の組み立てにおける作業性向上のために、三相交流電力を受けるための交流端子４１（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）は、コイルエンド１４０からステータコア１３２の軸方向外方に突出するように配置されている。そして、ステータ２０は、この交流端子４１（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）を介して図示しない電力変換装置に接続されることで、交流電力が供給されるようになっている。

　図２および図５に示すように、ステータコイル６０におけるステータコア１３２から軸方向外方に飛び出した部分であるコイルエンド１４０には、渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機１０全体の小型化につながる効果がある。また、コイルエンド１４０が整然としていることは、絶縁特性に対する信頼性向上の観点からも望ましい。

　図８を用いて、ステータコイル６０の巻線方法について簡単に説明する。断面が略矩形のエナメル等で絶縁された銅線を、図８（ａ）の様な、反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃを折り返し点とする様な、略Ｕ字形状のセグメント導体２８に成型する。このとき、反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃは略Ｕ字形状において導体の向きを折り返す形状であればよい。すなわち、図８のような、径方向から見たときに反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃと反溶接側反溶接側コイルエンドの導体斜行部２８Ｆとが略三角形をなすような形状に限らない。例えば、反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃの一部において、導体がステータコア２１の端面と略平行になるような形状（径方向から見たとき反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃと反溶接側コイルエンドの導体斜行部２８Ｆとが略台形をなすような形状）であっても良い。

　そのセグメント導体２８を、軸方向からをステータスロットに差し込む。所定のスロット離れたところに差し込まれた別のセグメント導体２８と導体端部２８Ｅにおいて（例えば溶接等により）図８（ｂ）の様に接続する。このとき、セグメント導体２８には、スロットに挿入される部位である導体直線部２８Ｓと、接続相手のセグメント導体の導体端部２８Ｅへ向かって傾斜する部位である導体斜行部２８Ｄとが形成される（斜行部２８Ｄや端部２８Ｅは曲げにより形成する）。スロット内には２、４、６・・・（２の倍数）本のセグメント導体が挿入される。図８（ｃ）は１スロットに４本のセグメント導体が挿入された例であるが、断面が略矩形の導体のため、スロット内の占積率を向上させることが出来、回転電機の効率が向上する。

　ステータコイル６０は、導体の外周が絶縁被膜で覆われた構造とされ、電気的な絶縁性が維持されているが、絶縁被膜に加えて絶縁紙３００（図２参照）により絶縁耐圧を維持することで、より信頼性の向上を図ることができるため好適である。

　絶縁紙３００は、スロット４２０やコイルエンド１４０に配設されるものである。スロット４２０に配設される絶縁紙３００（いわゆるスロットライナー）は、スロット４２０に挿通されるセグメント導体２８の相互間およびセグメント導体２８とスロット４２０の内面との間に配設されて、セグメント導体間やセグメント導体２８とスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧を向上するものである。

　コイルエンド１４０において配設される絶縁紙３００は、コイルエンド１４０における相間絶縁、導体間絶縁のためにセグメント導体間に環状に配設して使用されるものである。また、前記絶縁紙３００はステータコイル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になる。

　このように、本実施形態に係る回転電機１０は、スロット４２０の内側やコイルエンド１４０において絶縁紙３００が配設されているため、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。

　前記ステータコイルの全体を樹脂部材で覆って絶縁を強化する。もしくは、ステータコイルの全体又は一部に第１の樹脂部材（例えばポリエステルやエポキシ液体ワニス）を滴下し、硬化させる。溶接部の絶縁の強化のため、溶接部近傍には第２の樹脂部材（例えばエポキシ系粉体ワニス）で覆っても良い。

　―ロータ―　
　次にロータ１１について、図１および図９を参照して説明する。図９は、ロータ１１およびステータ２０の断面を示す模式図である。なお、煩雑さを避けるために、シャフト１３やスロット４２０の内部に収容されているステータコイル６０、絶縁紙３００は省略している。

　ロータ１１は、ロータコア１２と、このロータコア１２に形成された磁石挿入孔１５９に保持されている永久磁石１８と、を有している。

　―ロータコア―　
　ロータコア１２には、直方体形状の磁石挿入孔１５９が外周部近傍において周方向に等間隔で形成されており、各磁石挿入孔１５９には永久磁石１８が埋め込まれ、接着剤などで固定されている。磁石挿入孔１５９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形成されており、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よいし，樹脂で永久磁石１８と一体に固めてもよい。さらに、使用条件によっては磁石のみで磁石が挿入できるクリアランスがあってもよい。

　本実施形態におけるロータコア１２には、図３に示すように、ロータコア１２の磁石挿入孔１５９やロータコア１２の内径のダレ８００方向（バリ８１０方向）とロータコア１２の外径のダレ８００（バリ８１０方向）の方向を反転させる。ダレ８００方向（バリ８１０方向）を反転させることにより、シャフト１１８、永久磁石１８、さらにステータ２０とロータ１１との挿入性を向上することができる。

　ダレ８００（バリ８１０）は打ち抜き時のパンチ８５０とダイ８６０のクリアランスや抜き圧力を調整することによりバリ８１０とダレ８００を管理することができる。さらに、ダレ８００とバリ８１０を反転させるためにパンチ８５０とダイ８６０の方向を変えること型を用いることでプレス作業の順送型でも単発型でもよい。打ち抜き方法については、後述する。

　これにより、シャフト１１８と永久磁石１８をダレ８００方向から挿入し、ステータ２０に挿入するときはロータ１１のダレ８００方向から挿入することでステータ２０のステータコイル６０のコイル皮膜を傷つける可能性が減少し絶縁性が向上するとともに、作業性が向上する。

　―永久磁石―　
　永久磁石１８は、ロータ１１の界磁極を形成するものである。なお、本実施形態では、一つの永久磁石１８で一つの磁極を形成する構成としているが、一つの磁極を複数の永久磁石によって構成してもよい。各磁極を形成するための永久磁石を複数に増やすことで、永久磁石が発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のステータ側の面がＮ極、シャフト側の面が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のステータ側の面はＳ極、シャフト側の面はＮ極となるように磁化されている。本実施形態では、１２個の永久磁石１８が、円周方向に等間隔で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ることで、ロータ１１は１２の磁極を形成している。

　なお、永久磁石１８は、磁化した後にロータコア１２の磁石挿入孔１５９に埋め込んでもよいし、磁化する前にロータコア１２の磁石挿入孔１５９に挿入し、その後に強力な磁界を与えて磁化するようにしてもよい。

　しかしながら、磁化後の永久磁石１８は磁力が強力であり、ロータ１１に永久磁石１８を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石１８の固定時にロータコア１２との間に強力な吸引力が生じ、この吸引力が作業の妨げとなる。また、強力な吸引力により、永久磁石１８に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、永久磁石１８をロータコア１２の磁石挿入孔１５９に挿入した後に磁化する方が、回転電機１０の生産性を向上させる上で望ましい。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が、永久磁石１８の残留磁束密度は、０．４～１．３Ｔ程度が望ましく、ネオジウム系の磁石がより適している。

　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、ステータコイル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。

　三相交流電流がステータコイル６０に供給されることによりステータ２０に回転磁界が発生すると、この回転磁界がロータ１１の永久磁石１８に作用して磁石トルクが発生する。つまり、ロータ１１には、この磁石トルクに加えて、上述のリラクタンストルクが発生するので、ロータ１１には上述の磁石トルクとリラクタンストルクとの両方のトルクが回転トルクとして作用し、大きな回転トルクを得ることができる。

　本構成により、前記スロットライナに破れが生じないため、電気自動車やハイブリッド電気自動車に求められる絶縁性を満足した回転電機を得られるものとなる。

　以上においては、永久磁石式の回転電機において説明を行ったが、本発明の特徴はステータのコイルエンド溶接部に関するものであるため、ロータは永久磁石式でなく、インダクション式や、シンクロナスリラクタンス、爪磁極式等にも適用可能である。また、巻線方式においては波巻方式であるが、同様の特徴を持つ巻線方式であれば、適用可能である。次に、内転型で説明を行っているが、外転型でも同様に適用可能である。

　図１８を用いて、本実施例による回転電機１０を搭載する車両の構成について説明する。図１８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である。前輪側の主動力として、エンジンと回転電機１０を有する。エンジンと回転電機１０の発生する動力は、変速機により変速され、前輪側駆動輪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と後輪側駆動輪を機械的に接続され、動力が伝達される。

　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、電力変換装置を介してバッテリから供給される。また、回転電機１０が発電動作のときは、電力変換装置を介してバッテリに電気エネルギーが充電される。

　ここで、前輪側の動力源である回転電機１０は、エンジンと変速機の間に配置されており、図１～図１７にて説明した構成を有するものである。後輪側の駆動力源である回転電機１０としては、同様のものを用いることもできるし、他の一般的な構成の回転電機を用いることもできる。なお、四輪駆動式以外のハイブリッド方式においても勿論適用可能である。

　以上で説明したように、本発明によれば、小型高出力であるにも関わらず、絶縁性と生産性とに優れた回転電機のステータ、及びこれを備えた回転電機を提供することができる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、本発明の適用例として、電気自動車やハイブリット電気自動車用回転電機を挙げて説明したが、同様な課題をもつものであれば、オルタネータ、スタータジェネレータ（モータジェネレータ含む）、電動コンプレッサ用、電動ポンプ用等の自動車用補機モータは当然の事として、エレベータ用等の産業用、エアコン圧縮機等の家電用モータへの適用も可能である。

　１０：回転電機
　１１：ロータ
　１２：ロータコア
　１３：シャフト
　１５：ボルト
　１８：永久磁石
　１９：エンドリング
　２０：ステータ
　２８：セグメント導体
　２８Ｃ：反溶接側コイルエンド頂点
　２８Ｄ：結線側セグメント導体コイル斜行部
　２８Ｅ：導体端部
　２８Ｆ：反結線側セグメント導体コイル斜行部
　４０：中性点結線用導体
　４１：交流端子（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）
　５０：ハウジング
　６０：ステータコイル
　６１：反溶接側コイルエンド
　６２：溶接側コイルエンド
　１１５：フランジ
　１３０：液冷ジャケット
　１３２；ステータコア
　１３３：電磁鋼板
　１４０：コイルエンド
　１４４：軸受
　１４５：軸受
　１５０：冷媒（油）貯蔵空間
　１５３：冷媒通路
　１５４：冷媒出口
　１５５：冷媒出口
　１５６：磁気的空隙
　１５９：磁石挿入孔
　２００：溶接部
　２０１：加締め部
　２１０：溶接溝
　３００：絶縁紙
　４２０：スロット
　４３０：ティース
　４４０：コアバック
　８００：ダレ
　８１０：バリ
　８５０：パンチ
　８６０：ダイ

Claims

　複数のスロットが設けられたステータコアと、
　前記スロットに設けられたステータコイルとを有し、
　各々の前記スロットにＮ本（ただし、Ｎは正の偶数）のセグメント導体が設けられ、
　前記ステータコイルは、各々のセグメント導体の導体端部に設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメント導体が接続されて構成され、
　前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、Ｎ列の環状列が構成されている回転電機のステータにおいて、
　ステータスロットおよびステータ内径側のステータコアの打ち抜きバリの向きと、ステータ外径側のステータコアの打ち抜きバリの向きとが逆であ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と、
　複数の磁石挿入穴が設けられたロータコアと、前記磁石挿入穴に挿入された磁石とを有し、内径側にはシャフトが挿入される内径穴を有するロータとを備え、
　前記ロータが前記ステータの内径側に空隙を介して配置され、
　前記磁石挿入穴および前記内径穴のロータコアの打ち抜きバリの向きと、ロータ外径側のロータコアの打ち抜きバリの向きが逆である回転電機。
　請求項２に記載の回転電機において、
　ステータコアとロータコアとが同じ鋼板シートから打ち抜かれた回転電機。
　請求項２に記載の回転電機において、
　積層鋼板のプレスの方向、セグメント導体のスロットへの挿入方向、ハウジングへステータを入れる方向、ステータへロータを入れる方向、ロータへ磁石を入れる方向、ロータへシャフトを入れる方向が全て同じ方向である回転電機。
　請求項２に記載の回転電機において、
　積層鋼板のプレスの方向、ハウジングへステータを入れる方向、ステータへロータを入れる方向、ロータへ磁石を入れる方向、ロータへシャフトを入れる方向が同じ方向であり、
　前記セグメント導体のスロットへの挿入方向のみが逆方向である回転電機。
　請求項２に記載の回転電機において、
　Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の結線端子が、セグメント導体のスロットへの挿入方向にある回転電機。
　請求項４または請求項５に記載の回転電機において、
　Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の交流端子が、セグメント導体のスロットへの挿入方向側にある回転電機
　請求項７に記載の回転電機において、
　ステータコイルの冷却が油によってなされている回転電機。
　請求項１に記載の回転電機のステータと、
　複数の誘導バー挿入部が設けられたロータコアと、前記挿入部に挿入された誘導バーとを有し、内径側にはシャフトが挿入される内径穴を有するロータとを備え、
　前記ロータが前記ステータの内径側に空隙を介して配置され、
　誘導バー挿入部および内径穴のロータコアの打ち抜きバリの向きと、ロータ外径側のロータコアの打ち抜きバリの向きとが逆である誘導回転電機。
　請求項１に記載の回転電機のステータと、
　複数のスリットが設けられたロータコアを有し、内径側にはシャフトが挿入される内径穴を有するロータとを備え、
　前記ロータが前記ステータの内径側に空隙を介して配置され、
　複数のスリットおよび内径穴のロータコアの打ち抜きバリの向きと、ロータ外径側のロータコアの打ち抜きバリの向きとが逆であるシンクロナスリラクタンストルク回転電機。