WO2020013331A1 - 回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法 Download PDF

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中山　健一
直希 西川
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a stator for a rotating electrical machine, a rotating electrical machine using the same, and a method for manufacturing a stator for a rotating electrical machine.
  • a rotating magnetic field is generated by supplying AC power to a stator coil, and the rotor is rotated by the rotating magnetic field.
  • mechanical energy applied to a rotor is converted into electric energy, and AC power is output from a stator coil.
  • the rotating electric machine operates as a motor or a generator.
  • the present invention provides a stator of a rotating electric machine, a rotating electric machine, and a method of manufacturing a stator of the rotating electric machine, which can reduce the height of a coil end.
  • a stator of a rotating electric machine includes a stator coil, a stator core having a slot in which the stator coil is mounted, an insulating slot liner inserted into the slot, The conductor wire constituting the stator coil is inserted into the slot liner, and the projecting portion of the slot liner from the slot has a bellows portion.
  • a rotating electric machine according to the present invention includes a stator and a rotor facing the stator, and the stator is the stator of the rotating electric machine according to the present invention.
  • a method for manufacturing a stator of a rotating electric machine includes inserting an insulating slot liner into a slot of a stator core, and inserting a stator coil liner into the slot liner inserted into the slot. And forming a bellows portion on the projecting portion by pressing the projecting portion from the slot in the slot liner by the bent portion of the conductor wire material.
  • the height of the coil end can be reduced without impairing the insulation of the stator.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an overall perspective view of a stator 20.
  • FIG. 4 is an overall perspective view of a stator core 132. 2 shows a cross section of a rotor and a stator core in the rotary electric machine of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an overall perspective view showing a stator coil 60.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a connection state of a stator coil 60.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating segment conductors that constitute a stator coil.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a U-phase coil 60U of the stator coil 60 shown in FIG. It is a perspective view which shows U1 phase coil 60U1.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows U2 phase coil 60U2. The vicinity of the ends 28E1 to 28E4 of the segment conductor 28 is shown.
  • the state of the stator core 132 after the slot liner is inserted into the slot is shown.
  • the state of the stator core 132 immediately after the stator coil 60 is inserted into the slot liner 310 is shown.
  • the state of the stator core 132 after pushing the stator coil 60 into the slot is shown.
  • 9 shows a state of the stator core 132 when the coil stopper jig is removed.
  • 9 shows a coil end portion of a stator 20 including a slot liner 310 provided with a bellows portion 311. The state of the stator core 132 after the slot liner is inserted into the slot is shown.
  • the state of the stator core 132 when the slot liner expanding jig 511 is inserted into the slot liner 310 is shown. This shows a state of the stator core 132 immediately after the stator coil 60 is inserted into the slot liner 310 whose tip is widened. The state of the stator core 132 after pushing the stator coil 60 into the slot is shown. 9 shows a state of the stator core 132 when the coil stopper jig is removed.
  • 1 shows a schematic configuration of a hybrid electric vehicle according to one embodiment.
  • FIG. 22 shows a schematic configuration of a hybrid electric vehicle (HEV) on which a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • the rotating electric machine according to one embodiment of the present invention can be applied to a pure electric vehicle (EV) that runs only by the rotating electric machine without an engine in addition to the HEV.
  • EV pure electric vehicle
  • axial direction refers to a direction along the rotation axis of the rotating electric machine.
  • Circumferential direction refers to a direction along the rotation direction of the rotating electric machine.
  • Radial direction refers to the radial direction (radial direction) when the rotation axis of the rotating electric machine is the center.
  • Inner circumference side indicates the radially inner side (inner diameter side)
  • outer circumference side indicates the opposite direction, that is, the radially outer side (outer diameter side).
  • the HEV shown in FIG. 22 has an engine ENG and the rotating electric machine 10 as main power sources on the front wheel side.
  • the power generated by the engine ENG and the rotary electric machine 10 is transmitted to the front drive wheels FW via the transmission TR.
  • the main power source on the rear wheel side is the rotating electric machine 10.
  • the rotating electric machine 10 disposed on the rear wheel side and the rear wheel driving wheel RW By mechanically connecting the rotating electric machine 10 disposed on the rear wheel side and the rear wheel driving wheel RW, the power of the rotating electric machine 10 is transmitted to the rear wheel driving wheel RW.
  • the rotating electric machine 10, which is a power source on the front wheel side is arranged in a narrow space between the engine ENG and the transmission TR.
  • the rotating electric machine 10 starts the engine ENG.
  • the rotating electric machine 10 generates a driving force (torque) according to the running state of the vehicle, and also generates electric power to recover kinetic energy as electric energy when the vehicle decelerates.
  • the driving operation and the power generation operation of the rotating electric machine 10 are controlled by the power converter INV so that the torque and the rotation speed are optimized according to the driving condition of the vehicle.
  • the driving power of the rotating electric machine 10 is supplied from the battery BAT via the power converter INV. Further, electric power generated by rotating electric machine 10 is stored in battery BAT via electric power conversion device INV.
  • the rotating electric machine 10 is an embedded permanent magnet synchronous motor.
  • the rotating electric machine 10 operates as an electric motor that rotates the rotor when three-phase alternating current is supplied to the stator coil.
  • the rotating electric machine 10 When driven by the engine ENG, the rotating electric machine 10 operates as a generator and outputs three-phase AC power. That is, the rotating electric machine 10 has both a function as an electric motor that generates a rotating torque using electric energy and a function as a generator that outputs electric power using mechanical energy. Then, one of the two functions is selectively used according to the traveling state of the vehicle.
  • FIG. 1 is a sectional view of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention.
  • the rotating electric machine 10 is disposed inside the liquid cooling jacket 130.
  • the liquid cooling jacket 130 includes a case of the engine ENG and a case of the transmission TR.
  • the rotating electric machine 10 includes a stator 20, a housing 50 that holds the stator 20, and a rotor 11.
  • the stator coil is mounted on the stator core 132.
  • the coil end portions of the stator coil protrude from the stator core 132 in the rotation axis direction.
  • a permanent magnet 18 is embedded in the rotor core 12.
  • a shaft 13 serving as a rotation axis is fixed to the center of the rotor core 12.
  • An end ring 19 serving as a holding plate for the permanent magnet 18 is provided on the axial end face of the rotor core 12.
  • a plurality of thin sheets of electromagnetic steel sheets (silicon steel sheets) are laminated.
  • a liquid cooling jacket 130 is fixed to the outer peripheral side of the housing 50.
  • a gap between the inner peripheral wall of the liquid cooling jacket 130 and the outer peripheral wall of the housing 50 forms refrigerant passages 153, 154, and 155 for a liquid refrigerant RF such as oil.
  • the refrigerant RF accumulated in the refrigerant storage space 150 passes through the refrigerant passage 153, and further passes through the coil passage of the stator 20 via the refrigerant passage 154 and the refrigerant passage 155. It flows toward the ends 61 and 62 and cools the stator 20.
  • cooling oil is applied as the refrigerant RF.
  • the shaft 13 to which the rotor core 12 is fixed is rotatably supported by bearings 144 and 145 provided on the liquid cooling jacket 130, and is located inside the stator 20 with a predetermined gap from the stator 20. It rotates at a position facing the stator 20. That is, the liquid cooling jacket 130 also functions as a bearing bracket.
  • the stator 20 is fixed to the inner peripheral side of the housing 50.
  • the rotor 11 is rotatably supported on the inner peripheral side of the stator 20.
  • the housing 50 is formed into a cylindrical shape by cutting an iron-based material such as carbon steel, casting cast steel or an aluminum alloy, or pressing, and forms a jacket of the rotating electric machine 10.
  • the housing 50 also functions as a frame or a frame.
  • the housing 50 is manufactured by drawing a steel plate (such as a high-tensile steel plate) having a thickness of about 2 to 5 mm into a cylindrical shape by drawing.
  • the housing 50 has a plurality of flanges (not shown) attached to the liquid cooling jacket 130.
  • the plurality of flanges protrude radially outward at the periphery of one end surface of the cylindrical housing 50.
  • the flange is formed by cutting off a portion other than the flange at an end of the housing 50 formed at the time of drawing, and is integrated with the housing 50.
  • the stator 20 may be directly fixed to the liquid cooling jacket 130 serving as a case without providing the housing 50.
  • FIG. 2 is an overall perspective view of the stator 20.
  • the stator 20 includes a stator core 132 and a stator coil 60.
  • a stator core 132 a plurality of thin sheets of electromagnetic steel sheets (silicon steel sheets) are stacked.
  • the stator coil 60 is wound around a plurality of slots 420 provided on the inner periphery of the stator core 132.
  • the heat generated by the stator coil 60 is transmitted to the liquid cooling jacket 130 (FIG. 1) via the stator core 132, and is released by the refrigerant RF (FIG. 1) flowing in the liquid cooling jacket 130.
  • FIG. 3 is an overall perspective view of the stator core 132.
  • the stator core 132 is provided with a plurality of slots 420 parallel to the axial direction of the stator core 132 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the number of the slots 420 is, for example, 72 in the present embodiment, and the stator coils 60 (FIG. 2) are accommodated in the slots 420.
  • Each slot 420 opens on the inner peripheral side of the stator core 132.
  • the circumferential width of the opening of the slot 420 is substantially equal to or slightly smaller than the coil mounting portion of each slot 420 where the stator coil 60 is mounted.
  • Stator core 132 has teeth 430 between slots 420. Each tooth 430 is integrated with an annular core back 440. That is, the stator core 132 is an integrated core in which the teeth 430 and the core back 440 are integrally formed. The teeth 430 guide the rotating magnetic field generated by the stator coil 60 to the rotor 11. As a result, a rotating torque is generated in the rotor 11.
  • the stator core 132 is formed by forming an electromagnetic steel sheet having a thickness of about 0.05 to 1.0 mm by punching, and laminating a plurality of formed annular electromagnetic steel sheets.
  • the welded portion 200 is provided in parallel with the axial direction of the stator core 132 at the outer peripheral portion of the cylindrical stator core 132 by TIG (Tungsten Inert Gas) welding, laser welding, or the like. Note that, instead of the welded portion 200, caulking or the like may be applied.
  • FIG. 4 shows a cross section of the rotor 11 and the stator core 132 in the rotary electric machine 10 of FIG.
  • This cross section is a cross section in a direction perpendicular to the axial direction.
  • the illustration of the shaft 13 (FIG. 1) is omitted.
  • magnet insertion holes 810 into which the rectangular permanent magnets 18 are inserted are arranged in the rotor core 12 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the permanent magnet 18 is fixed to each magnet insertion hole 810 by means such as an adhesive, a powder resin, and a mold.
  • the circumferential width of the magnet insertion hole 810 is set to be larger than the circumferential width of the permanent magnet 18. Therefore, a magnetic gap 156 is located between both ends in the width direction of the permanent magnet 18 and the rotor core 12.
  • An adhesive may be embedded in the magnetic gap 156. Further, by filling the magnetic gap 156 with a molding resin, the resin may be embedded in the magnetic gap 156 and the permanent magnet 18 may be fixed in each magnet insertion hole 810.
  • the permanent magnet 18 forms a field pole of the rotor 11.
  • one magnetic pole is formed by one permanent magnet 18, but the number of permanent magnets 18 constituting each magnetic pole may be increased.
  • the magnetic flux density of each magnetic pole generated by the permanent magnets increases, and the magnet torque can be increased.
  • the magnetization direction of the permanent magnet 18 is in the radial direction, and the direction of the magnetization direction is reversed for each field pole.
  • the stator-side magnetic pole surface of the permanent magnet 18 for forming a certain magnetic pole is magnetized to the N pole and the rotating shaft side magnetic pole surface is magnetized to the S pole
  • the stator of the permanent magnet 18 constituting the adjacent magnetic pole is magnetized.
  • the side magnetic pole surface is magnetized so as to have an S pole
  • the magnetic pole surface on the rotation axis side has an N pole.
  • These permanent magnets 18 are magnetized and arranged in the circumferential direction such that the magnetization direction changes alternately for each magnetic pole.
  • twelve permanent magnets 18 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the rotor 11 has twelve magnetic poles.
  • the permanent magnet 18 a neodymium-based, samarium-based sintered magnet, a ferrite magnet, a neodymium-based bonded magnet, or the like can be used.
  • the rotor 11 has the auxiliary magnetic pole 160 between the permanent magnets 18.
  • the auxiliary magnetic pole 160 acts to reduce the magnetic resistance of the q-axis magnetic flux generated by the stator coil 60. With this auxiliary magnetic pole 160, the reluctance torque can be increased because the magnetic resistance of the q-axis magnetic flux is significantly smaller than the magnetic resistance of the d-axis magnetic flux.
  • FIG. 5 is an overall perspective view showing the stator coil 60.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing a connection state of the stator coil 60.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the segment conductors 28 constituting the stator coil 60.
  • the stator coil 60 is an aggregate of the segment conductors 28 shown in FIG. 7, and is formed by connecting a plurality of segment conductors 28 to each other.
  • the stator coil 60 has a two-star configuration in which two star connections are connected in parallel. That is, the stator coil 60 includes a first star connection including a U1-phase coil 60U1, a V1-phase coil 60V1, and a W1-phase coil 60W1, and a second star connection including a U2-phase coil 60U2, a V2-phase coil 60V2, and a W2-phase coil 60W2. It has. The neutral point N1 of the first star connection and the neutral point N2 of the second star connection are separated from each other.
  • a rectangular wire having a rectangular cross section is used as the conductor wire constituting the stator coil 60 of the present embodiment.
  • the long side of the rectangular cross section extends along the circumferential direction of the stator core 132, and the short side extends along the radial direction of the stator core 132.
  • the outer peripheral surface of the rectangular wire is covered with an insulating film.
  • Oxygen-free copper or oxygenated copper is used as the conductor material of the rectangular wire. In the case of oxygenated copper, the oxygen content is about 10 ppm or more to about 1000 ppm.
  • the cross-sectional shape of the conductor wire constituting the stator coil 60 is not limited to a rectangular shape, but may be a square shape or a round shape. If the shape is rectangular or square, the space factor of the coil in the slot 420 (FIG. 3) can be increased, so that the efficiency of the rotating electric machine can be improved. In the rectangular shape, the side along the radial direction of the stator core 132 may be longer or shorter than the side along the circumferential direction.
  • FIG. 7 shows the segment conductor 28 before being mounted on the stator core 132 (upper view) and the segment conductor 28 after being mounted on the stator core 132 (lower view).
  • the segment conductor 28 before being attached to the stator core 132 has a substantially U-shape formed of a bent rectangular wire and having a pair of parallel legs 28B and a crown 28C connecting the legs 28B to each other. ing.
  • each phase coil a plurality of segment conductors 28 are connected.
  • one and the other of the pair of leg portions 28B of the segment conductor 28 are inserted into one and the other of two different slots 420 from one axial side of the stator core 132, respectively.
  • leg portions 28B protruding on the other side in the axial direction of the stator core 132 in the two adjacent segment conductors 28 are bent in the direction of the segment conductors 28 to be connected, so that the two facing two segment conductors 28 face each other.
  • the ends 28E1 and 28E2 of the two legs 28B1 and 28B2 are welded.
  • the set of crowns 28C protruding from one side of the stator core 132 constitutes a coil end 61 on one side of the stator coil 60 shown in FIG.
  • a set of end portions 28E protruding to the other side of the stator core 132 constitutes a coil end 62 on the other side of the stator coil 60 shown in FIG.
  • the coil end 61 is referred to as “non-welding side coil end 61”
  • the coil end 62 is referred to as “welding side coil end 62”.
  • a lead wire 41U1 connected to one end of the U1-phase coil 60U1, and a lead wire 41U2 connected to one end of the U2-phase coil 60U2. Is pulled out.
  • the lead wire 41U1 and the lead wire 41U2 are both connected to the AC terminal 42U.
  • a lead wire 41V1 connected to one end of the V1 phase coil 60V1 and a lead wire 41V2 connected to one end of the V2-phase coil 60V2 are drawn out.
  • the lead wire 41V1 and the lead wire 41V2 are both connected to the AC terminal 42V.
  • a lead wire 41W1 connected to one end of the W1-phase coil 60W1 and a lead wire 41W2 connected to one end of the W2-phase coil 60W2 are drawn out.
  • the lead wire 41W1 and the lead wire 41W2 are both connected to the AC terminal 42W.
  • Neutral point connection conductor 40N1 is connected to first star connection neutral point N1 (FIG. 6), and neutral point connection conductor 40N2 is connected to second star connection neutral point N2.
  • the stator coil 60 of the present embodiment is wound around the stator core 132 by distributed winding.
  • the phase winding is wound around the stator core 132 such that the phase winding is housed in two slots 420 separated from each other across a plurality of slots 420 (FIG. 3).
  • the magnetic flux distribution (spatial distribution) of the distributed winding stator coil is closer to a sine wave than that of the concentrated winding stator coil, and the reluctance torque is easily generated. Therefore, the rotating electric machine 10 of the present embodiment improves the controllability of the field weakening control and the control for using the reluctance torque, and is applicable to a wide rotation speed range from a low rotation speed to a high rotation speed. Therefore, according to the rotating electric machine 10 of the present embodiment, motor characteristics suitable for an electric vehicle or the like can be obtained.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a U-phase coil 60U, which is one phase of the stator coil 60 shown in FIG.
  • the U-phase coil 60U includes two phase coils, that is, a U1-phase coil 60U1 and a U2-phase coil 60U2 (see FIG. 6), and one end of each of the U1-phase coil 60U1 and the U2-phase coil 60U2 is commonly used.
  • An AC terminal 42U to be connected is provided.
  • V-phase coil 60V and W-phase coil 60W have the same configuration as U-phase coil 60U shown in FIG.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the U1-phase coil 60U1 of the U1-phase coil 60U1 and the U2-phase coil 60U2 (see FIG. 6) constituting the U-phase coil 60U.
  • the U1-phase coil 60U1 is wound by distributed winding.
  • the lead wire 41U1 and the neutral point connection conductor 40N1 are connected to one end and the other end of the U1-phase coil 60U1, respectively.
  • the lead wire 41U1 is connected to the AC terminal 42U.
  • Neutral point connection conductor 40N1 is electrically connected to the respective neutral point connection conductors of V1 phase coil 60V1 and W1 phase coil 60W1 (see FIG. 6), which are not shown, and constitutes the neutral point of the first star connection. I do.
  • the V1-phase coil 60V1 and the W1-phase coil 60W1 have the same configuration as the U1-phase coil 60U1 shown in FIG. 9, although the winding position on the stator core is different from the U1-phase coil 60U1.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the U2-phase coil 60U2 of the U1-phase coil 60U1 and the U2-phase coil 60U2 (see FIG. 6) constituting the U-phase coil 60U.
  • the U2-phase coil 60U2 is wound by distributed winding.
  • the lead wire 41U2 and the neutral point connection conductor 40N2 are connected to one end and the other end of the U2-phase coil 60U2, respectively.
  • Lead wire 41U2 is connected to AC terminal 42U.
  • Neutral point connection conductor 40N2 is electrically connected to each of the neutral point connection conductors of V2 phase coil 60V2 and W2 phase coil 60W2 (see FIG. 6) which are not shown, and constitutes the neutral point of the second star connection. I do.
  • the V2-phase coil 60V2 and the W2-phase coil 60W2 have the same configuration as the U2-phase coil 60U2 shown in FIG. 10, although the winding position on the stator core is different from the U2-phase coil 60U2.
  • stator 20 According to the present embodiment, a method of manufacturing the stator 20 according to the present embodiment will be briefly described.
  • the legs 28B1 and 28B2 of the segment conductor 28 drawn out of the slot 420 are connected to the segment conductor 28 to be connected. It is bent in the direction.
  • the legs 28B1 and 28B2 protruding from the slot 420 are bent to the left and right in the circumferential direction, respectively.
  • the end 28E1 of the leg 28B1 and the end 28E2 of the leg 28B2 are arranged so as to be adjacent in the radial direction.
  • FIG. 11 shows the vicinity of the plurality of ends 28E1 to 28E4 of the segment conductor 28 after bending and before welding in the welding side coil end 62.
  • slot liners 310 are provided on the legs 28B1 to 28B4 inserted into the slots 420.
  • the portions adjacent to the openings of the slots 420 in the legs 28B1 to 28B4 protruding from the inside of the slots 420 and the portions located in the slots 420 are formed of a thin body such as insulating paper. It is covered with a slot liner 310 made of an insulator. That is, the slot liner 310 is located inside the slot 420, and a part of the slot liner 310 protrudes out of the slot 420 from the opening of the slot 420. Therefore, in the segment conductor 28 shown in FIG. 7, the straight portion excluding the bent portion is covered with the slot liner 310.
  • the ends 28E1 to 28E4 have an insulating coating removed and an exposed conductor surface for electrical connection by welding.
  • the slot liner 310 By providing the slot liner 310, the dielectric strength between the segment conductors 28 and between the segment conductors 28 and the inner surface of the slot 420 is improved. Insulating paper 300 for interlayer insulation is provided between the segment conductors adjacent to each other in the radial direction.
  • the end 28E1 to the end 28E4 are cut. If the coil ends have the same height, the cutting process may be omitted.
  • End 28E1 and end 28E2 are connected by welding.
  • the end 28E3 and the end 28E4 are connected by welding. Therefore, a welded portion in which the base material (the conductor portion of the conductor wire) is melted and solidified is formed at the end portion 28E1 and the end portion 28E2. Similar welds are formed at the ends 28E3 and 28E4.
  • arc welding such as TIG (Tungsten Inert Gas) welding or plasma welding is applied.
  • As the shielding gas argon, helium, a mixed gas of argon and helium, or the like is applied.
  • FIG. 12 shows a state of the stator core 132 after the slot liner 310 is inserted into the slot 420 and before the segment conductor 28 is inserted into the slot 420.
  • FIG. 12 is a diagram when the stator core 132 is viewed from the near side along the circumferential direction in FIG. 11 (the same applies to FIGS. 13 to 21 described later).
  • a coil stopper jig for holding the segment conductor at a predetermined axial position between the projecting portions of the adjacent slot liners 310 from the slot 420. 510 is mounted.
  • the coil stopper jig 510 has a rod shape, and is inserted between the projecting portions of the slot liner 310 such that the longitudinal direction is along the circumferential direction (FIG. 11).
  • the contact surface with the stator core 132 is flat.
  • the contact portion of the coil stopper jig 510 with the slot liner 310 is chamfered to prevent the slot liner 310 from being damaged.
  • the exposed surface of the coil stopper jig 510 opposite to the contact surface with the stator core 132 is an arc-shaped curved surface that is convex toward the outside of the coil stopper jig 510.
  • the height (h) of the coil stopper jig 510 in the rotation axis direction is lower than the height (H) of the projecting portion of the slot liner 310.
  • the coil stopper jig 510 may be mounted using an automatic machine.
  • FIG. 13 shows a state of the stator core 132 immediately after the stator coil 60 is inserted into the slot liner 310.
  • each segment conductor is inserted into the slot 420 and the slot liner 310.
  • each segment conductor is inserted into the slot 420 until a predetermined position corresponding to the height h of the coil stopper jig 510. Is pushed inside. Thereby, the height along the axial direction of the coil end portion can be reduced.
  • the pushing amount is limited by the height of the coil stopper jig 510. For this reason, the segment conductor is prevented from being excessively pushed in and the segment conductor and the slot liner 310 are prevented from being damaged.
  • the stator coil 60 may be pushed into the slot using an automatic machine.
  • FIG. 14 shows a state of the stator core 132 after the stator coil 60 is pushed into the slot.
  • the coil stopper jig 510 prevents the stator coil 60 from being excessively pushed in, and the contact portion of the coil stopper jig 510 with the slot liner 310 is chamfered so that the bellows portion is formed. 311 is prevented from being damaged.
  • FIG. 15 shows a state of the stator core 132 when the coil stopper jig is removed after the pushing of the stator coil 60 is completed.
  • the bellows portions 311 may be provided at both ends of the slot liner 310, that is, at both the welding side and the non-welding side protrusions. Thereby, the coil end height can be reduced, and the electrical insulation distance between the stator coil 60 and the stator core 132 can be ensured.
  • FIG. 16 shows a coil end portion of the stator 20 including the slot liner 310 provided with the bellows portion 311 as described above.
  • the creeping distance can be increased by the bellows portion 311, the distance between the bent portion 28 ⁇ / b> R adjacent to the stator core 132 in the stator coil 60 and the stator core can be reduced while securing insulation. For this reason, the height of the coil end can be reduced without impairing the insulation of the stator. Further, since the end of the slot liner 310 is formed in a bellows shape, concentration of the stress applied to the end of the slot liner 310 from the bent portion 28R can be avoided, so that the end of the slot liner 310 is prevented from being broken. . Therefore, the reliability of the electrical insulation by the slot liner 310 is improved.
  • the pushing amount of the stator coil 60 at the time of forming the bellows is limited by the coil stopper jig, so that in the projecting portion of the slot liner 310, between the bellows portion 311 and the opening of the slot 420, The linear portion 315 is secured. For this reason, the presence or absence of damage to the slot liner 310 can be easily confirmed, and the efficiency of the confirmation operation is improved. Further, since the linear portion 315 is provided on the projecting portion of the slot liner 310, the height of the projecting portion of the slot liner 310 can be made substantially constant, so that the reliability of electrical insulation by the slot liner 310 is improved. I do.
  • FIG. 17 shows a state of the stator core 132 of the present modified example after the slot liner 310 is inserted into the slot 420 and before the segment conductor 28 is inserted into the slot 420 (the state of FIG. Correspondence).
  • the coil stopper jig 510 is mounted between the projecting portions of the adjacent slot liners 310 from the slots 420, similarly to the above embodiment (FIG. 12).
  • the coil stopper jig 510 according to the present modification has a shape different from that of the above embodiment, and this will be described later.
  • FIG. 18 shows a state of the stator core 132 when the slot liner expanding jig 511 is inserted into the slot liner 310 in FIG.
  • the slot liner expanding jig 511 is pushed into the projecting portion of the slot liner 310 by a predetermined amount, and the circumferential width of the distal end portion 512 of the projecting portion of the slot liner 310 is adjusted to the linear portion 315 of the slot liner 310.
  • the circumferential direction so as to be wider than the width in the circumferential direction. This facilitates formation of the bellows portion 311 as described later.
  • the tip of the projecting portion of the slot liner 310 in the coil stopper jig 510 is appropriately set according to the shape of the slot liner spreading jig 511.
  • slot liner expanding jig 511 may be pushed into the slot liner 310 using an automatic machine.
  • FIG. 19 shows a state of the stator core 132 immediately after the stator coil 60 is inserted into the slot liner 310 whose tip is widened.
  • each segment conductor is inserted into the slot 420 and the slot liner 310 as in the above embodiment (FIG. 13).
  • each segment conductor is pushed into the slot 420 by pressing the entire stator coil 60 from above in the drawing, that is, along the axial direction, similarly to the above-described embodiment (FIG. 13). Also in this modification, the amount of pushing of the stator coil 60 is limited by the height of the coil stopper jig 510, as in the above embodiment.
  • FIG. 20 shows the state of the stator core 132 after the stator coil 60 has been pushed into the slot.
  • FIG. 21 shows the state of the stator core 132 when the coil stopper jig is removed after the stator coil 60 is completely pushed.
  • the bellows portion 311 can ensure a highly reliable electrical insulation distance as in the above-described embodiment (FIG. 15). Furthermore, the insulating property of the stator is improved by the varnish treatment, similarly to the embodiment (FIG. 15).
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
  • V2 phase coil 60W: W-phase coil, 60W1: W1-phase coil, 60W2: W2-phase coil, 61: non-welding side coil end, 62: welding side coil end, 130: liquid cooling jacket, 132: stator core, 144: bearing, 145: bearing, 150: refrigerant storage space, 153: refrigerant passage, 154: refrigerant passage, 155: refrigerant passage, 156: magnetic gap, 160: auxiliary magnetic pole, 200: welded part, 310: slot liner, 311: bellows part 315: Linear portion, 420: Slot, 430: Teeth, 440: Core back, 510: Coil stopper jig, 512: Tip, 810: Magnet insertion hole, BAT: Battery, ENG: Engine, FW: Front wheel side drive Wheel, INV: power conversion device, N1: neutral point, N2: neutral point, TR: transmission, RF: refrigerant, RW: rear wheel side drive wheel

Landscapes

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Abstract

コイルエンドの高さを低減できる回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法を開示する。本回転電機の固定子は、固定子コイル（６０）と、固定子コイルが装着されるスロット（４２０）を有する固定子鉄心（１３２）と、スロットに挿通される絶縁性のスロットライナー（３１０）と、を備え、スロットライナーには、固定子コイルを構成する導体線材が挿通され、スロットライナーにおけるスロットからの突出部が蛇腹部（３１１）を有する。

Description

回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法
　本発明は、回転電機の固定子、それを用いた回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法に関する。
　回転電機においては、固定子コイルに交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子が回転する。また、回転電機においては、回転子に加わる機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、固定子コイルから交流電力が出力される。このように、回転電機は、電動機または発電機として作動する。
　このような回転電機の固定子において、セグメントコイルの端末を溶接して接続する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、固定子の絶縁紙に折り曲げ部を設けることにより、ステータコイル部の沿面距離を確保しながらステータコイル部を小型化する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２０１１－１５１９７５号公報 特開２００５－１１０４６０号公報
　回転電機を自動車などの狭く限られた空間に取り付けるためには、小型化が要求される。これに対し、固定子におけるコイルエンドの上部と、ミッション部などの取付け部との間の隙間を確保するため、セグメント部における溶接部や非溶接部においてコイルエンド高さを下げることが望ましい。しかし、従来技術による回転電機の固定子では、コイルエンド高さを下げることが難しい。
　そこで、本発明は、コイルエンドの高さを低減できる回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明による回転電機の固定子は、固定子コイルと、固定子コイルが装着されるスロットを有する固定子鉄心と、スロットに挿通される絶縁性のスロットライナーと、を備え、スロットライナーには、固定子コイルを構成する導体線材が挿通され、スロットライナーにおけるスロットからの突出部が蛇腹部を有する。
　上記課題を解決するために、本発明による回転電機は、固定子と、固定子に対向する回転子と、を備えるものであって、固定子は上記本発明による回転電機の固定子である。
　上記課題を解決するために、本発明による回転電機の固定子の製造方法は、固定子鉄心のスロットに絶縁性のスロットライナーを挿通することと、スロットに挿通されたスロットライナーに、固定子コイルを構成しかつ折り曲げ部を有する導体線材を挿通することと、導体線材の折り曲げ部によって、スロットライナーにおけるスロットからの突出部を押圧することによって、突出部に蛇腹部を形成することを含む。
　本発明によれば、固定子の絶縁性を損なうことなくコイルエンドの高さを低減できる。
　上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態である回転電機の断面図である。 固定子２０の全体斜視図である。 固定子鉄心１３２の全体斜視図である。 図１の回転電機における回転子および固定子鉄心の断面を示す。 固定子コイル６０を示す全体斜視図である。 固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。 固定子コイル６０を構成するセグメント導体を説明する図である。 図５に示した固定子コイル６０のＵ相コイル６０Ｕを示す斜視図である。 Ｕ１相コイル６０Ｕ１を示す斜視図である。 Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。 セグメント導体２８の端部２８Ｅ１～２８Ｅ４の付近を示す。 スロットにスロットライナーを挿入した後における、固定子鉄心１３２の状態を示す。 スロットライナー３１０に固定子コイル６０を挿入した直後における固定子鉄心１３２の状態を示す。 固定子コイル６０をスロット内へ押し込んだ後の固定子鉄心１３２の状態を示す。 コイルストッパージグが取り除かれたときの固定子鉄心１３２の状態を示す。 蛇腹部３１１が設けられるスロットライナー３１０を備える固定子２０のコイルエンド部を示す。 スロットにスロットライナーを挿入した後における、固定子鉄心１３２の状態を示す。 スロットライナー３１０にスロットライナー拡げジグ５１１を挿入するときの固定子鉄心１３２の状態を示す。 先端部を拡げたスロットライナー３１０に固定子コイル６０を挿入した直後における固定子鉄心１３２の状態を示す。 固定子コイル６０をスロット内へ押し込んだ後の固定子鉄心１３２の状態を示す。 コイルストッパージグが取り除かれたときの固定子鉄心１３２の状態を示す。 一実施形態であるハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す。
　以下、本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。
　各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。なお、一図面において説明されない符号の構成要件については、適宜、他の図面において説明される。
　まず、本発明の一実施形態である回転電機が搭載される自動車について説明する。
　図２２は、本発明の一実施形態である回転電機が搭載されるハイブリッド型電気自動車（ＨＥＶ）の概略構成を示す。なお、本発明の一実施形態である回転電機は、ＨＥＶのほか、エンジンを備えなず回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）にも適用できる。
　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２２に示すＨＥＶは、前輪側の主動力源として、エンジンＥＮＧと回転電機１０を有する。エンジンＥＮＧと回転電機１０の発生する動力は、変速機ＴＲを介して、前輪側駆動輪ＦＷに伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側の主動力源は回転電機１０である。後輪側に配置される回転電機１０と後輪側駆動輪ＲＷとが機械的に接続されることにより、回転電機１０の動力が後輪側駆動輪ＲＷに伝達される。前輪側の動力源である回転電機１０は、エンジンＥＮＧと変速機ＴＲの間の狭い空間に配置される。
　回転電機１０は、エンジンＥＮＧを始動する。また、回転電機１０は、車両の走行状態に応じて駆動力（トルク）を発生するとともに、車両減速時に、運動エネルギーを電気エネルギーとして回収するため電力を発生する。回転電機１０の駆動動作および発電動作は、車両の運転状況に応じて、トルクや回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶによって制御される。回転電機１０の駆動電力は、電力変換装置ＩＮＶを介して、バッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１０が発生する電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに蓄電される。
　回転電機１０は、埋込永久磁石同期モータである。回転電機１０は、固定子コイルに三相交流電流が供給されることで回転子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ＥＮＧによって駆動されると、発電機として作動して三相交流電力を出力する。すなわち、回転電機１０は、電気エネルギーによって回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーによって電力を出力する発電機としての機能の両方を有する。そして、車両の走行状態に応じて、両機能のいずれかが選択的に利用される。
　次に、本発明の一実施形態である回転電機について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態である回転電機の断面図である。
　図１に示すように、回転電機１０は、液冷ジャケット１３０の内部に配設されている。液冷ジャケット１３０は、エンジンＥＮＧのケースや変速機ＴＲのケースによって構成される。回転電機１０は、固定子２０と、固定子２０を保持するハウジング５０と、回転子１１と、を備えている。
　固定子２０においては、固定子鉄心１３２に固定子コイルが券装される。固定子コイルのコイルエンド部（後述する、非溶接側コイルエンド６１、溶接側コイルエンド６２）は、回転軸方向に固定子鉄心１３２から突出している。回転子１１においては、回転子鉄心１２内に永久磁石１８が埋め込まれる。回転子鉄心１２の中心には、回転軸となるシャフト１３が固定される。また、回転子鉄心１２の軸方向端面には、永久磁石１８の押え板となるエンドリング１９が設けられる。なお、回転子鉄心１２においては、電磁鋼板（珪素鋼板）の薄板が複数枚積層されている。
　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の外周壁との間の空隙によって、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３，１５４，１５５が構成される。
　なお、本実施形態のように直接液体冷却方式の場合には、冷媒貯蔵空間１５０に溜まった冷媒ＲＦが、冷媒通路１５３を通り、さらに冷媒通路１５４や冷媒通路１５５を介して固定子２０のコイルエンド６１，６２へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。ここで、冷媒ＲＦとしては、例えば、冷却用の油が適用される。
　回転子鉄心１２が固定されるシャフト１３は、液冷ジャケット１３０に設けられる軸受１４４および軸受１４５により回転可能に支持され、固定子２０内に、固定子２０と所定の空隙を介して位置し、固定子２０に対向した位置で回転する。すなわち、液冷ジャケット１３０は、軸受ブラケットとしても機能している。
　ハウジング５０の内周側には、固定子２０が固定されている。固定子２０の内周側には、回転子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、または鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造、またはプレス加工によって、円筒状に成形され、回転電機１０の外被を構成する。ハウジング５０は、枠体あるいはフレームとしても機能する。
　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成形することにより製造される。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（図示せず）が設けられている。複数のフランジは、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、フランジは、絞り加工時に形成されるハウジング５０の端部において、フランジ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。なお、ハウジング５０を設けずに、固定子２０を、ケースとなる液冷ジャケット１３０に直接固定するようにしてもよい。
　図２は、固定子２０の全体斜視図である。
　図２に示すように、固定子２０は、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０とによって構成されている。固定子鉄心１３２においては、電磁鋼板（珪素鋼板）の薄板が複数枚積層されている。固定子コイル６０は、固定子鉄心１３２の内周部に多数個設けられているスロット４２０に巻回されている。固定子コイル６０が発生する熱は、固定子鉄心１３２を介して、液冷ジャケット１３０（図１）に伝わり、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦ（図１）により放出される。
　図３は、固定子鉄心１３２の全体斜視図である。
　図３に示すように、固定子鉄心１３２には、固定子鉄心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設けられている。スロット４２０の数は、例えば本実施形態では７２個であり、スロット４２０に固定子コイル６０（図２）が収容される。各スロット４２０は、固定子鉄心１３２の内周側で開口する。スロット４２０の開口の周方向の幅は、固定子コイル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。
　固定子鉄心１３２は、スロット４２０間に、ティース４３０を有する。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。すなわち、固定子鉄心１３２は、各ティース４３０とコアバック４４０とが一体成形された、一体型コアである。ティース４３０は、固定子コイル６０によって発生した回転磁界を回転子１１に導く。これにより、回転子１１に回転トルクが発生する。
　固定子鉄心１３２は、厚さ０．０５～１．０ｍｍ程度の電磁鋼板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を複数枚積層して構成される。溶接部２００は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接やレーザー溶接などにより、円筒状の固定子鉄心１３２の外周部において、固定子鉄心１３２の軸方向に平行に設けられている。なお、溶接部２００に代えて、カシメなどを適用してもよい。
　図４は、図１の回転電機１０における回転子１１および固定子鉄心１３２の断面を示す。本断面は、軸方向に直角な方向における断面である。なお、本図４では、シャフト１３（図１）の図示は省略している。
　図４に示すように、回転子鉄心１２には、矩形形状の永久磁石１８が挿入される磁石挿入孔８１０が周方向で等間隔に配置されている。各磁石挿入孔８１０には、永久磁石１８が、接着剤、粉体樹脂、モールドなどの手段で固定されている。磁石挿入孔８１０の周方向の幅は、永久磁石１８の周方向の幅よりも大きく設定されている。このため、永久磁石１８の幅方向両端と回転子鉄心１２との間には磁気的空隙１５６が位置する。この磁気的空隙１５６には接着剤を埋め込んでもよい。また、磁気的空隙１５６内に成形樹脂を充填することによって、磁気的空隙１５６内に樹脂を埋め込むと共に永久磁石１８を各磁石挿入孔８１０内に固定しても良い。
　永久磁石１８は、回転子１１の界磁極を構成する。本実施形態では、一つの永久磁石１８で１つの磁極を形成する構成としているが、各磁極を構成する永久磁石１８を複数個に増やしてもよい。永久磁石１８を増やすことで、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、ある磁極を構成するための永久磁石１８の固定子側磁極面がＮ極、回転軸側の磁極面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を構成する永久磁石１８の固定子側磁極面はＳ極、回転軸側の磁極面はＮ極となるように磁化されている。これらの永久磁石１８が、周方向に、磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて、配置されている。本実施形態では、各永久磁石１８は、周方向に等間隔に１２個配置されており、回転子１１は１２極の磁極を有する。
　ここで、永久磁石１８としては、ネオジム系、サマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、ネオジム系のボンド磁石などを用いることができる。本実施形態では、回転子１１は、永久磁石１８間に補助磁極１６０を有する。補助磁極１６０は、固定子コイル６０が発生するｑ軸磁束の磁気抵抗を低減するように作用する。この補助磁極１６０により、ｑ軸磁束の磁気抵抗がｄ軸磁束の磁気抵抗に比べて大幅に小さくなるため、リラクタンストルクを増大できる。
　次に、固定子コイルの構成について、図５～７を用いて説明する。
　図５は、固定子コイル６０を示す全体斜視図である。図６は、固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。図７は、固定子コイル６０を構成するセグメント導体２８を説明する図である。
　図５に示すように、固定子コイル６０は、図７に示すセグメント導体２８の集合体であり、複数のセグメント導体２８が互いに接続されて構成される、図６に示すような三相コイル（Ｕ相コイル６０Ｕ、Ｖ相コイル６０Ｖ、Ｗ相コイル６０Ｗ）である。
　本実施形態における固定子コイル６０は、図６に示すように、２つのスター結線が並列接続される２スター構成である。すなわち、固定子コイル６０は、Ｕ１相コイル６０Ｕ１とＶ１相コイル６０Ｖ１とＷ１相コイル６０Ｗ１からなる第１スター結線と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２とＶ２相コイル６０Ｖ２とＷ２相コイル６０Ｗ２からなる第２スター結線を備えている。第１スター結線の中性点Ｎ１と第２スター結線の中性点Ｎ２は互いに分離されている。
　本実施形態の固定子コイル６０を構成する導体線材として、長方形断面の平角線が適用される。スロット４２０内において、長方形断面の長辺は、固定子鉄心１３２の周方向に沿って延び、短辺は固定子鉄心１３２の径方向に沿って延びる。平角線の外周表面は絶縁被膜で覆われている。平角線の導体材料として、無酸素銅や有酸素銅が用いられる。有酸素銅の場合、酸素含有率は、概略１０ｐｐｍ以上から１０００ｐｐｍ程度である。
　なお、固定子コイル６０を構成する導体線材の断面形状は、長方形状に限らず、正方形状や丸形状でもよい。なお、長方形状や正方形状にすると、スロット４２０（図３）におけるコイルの占積率を大きくできるので、回転電機の効率が向上できる。なお、長方形状において、固定子鉄心１３２の径方向に沿う辺が、周方向に沿う辺よりも、長くてもよいし、短くてもよい。
　図７においては、固定子鉄心１３２に装着する前のセグメント導体２８（上図）と、固定子鉄心１３２に装着した後のセグメント導体２８（下図）とが示される。固定子鉄心１３２に装着する前のセグメント導体２８は、折り曲げられた平角線からなり、平行な一対の脚部２８Ｂと、脚部２８Ｂどうしを連結する頭頂部２８Ｃとを有する略Ｕ字形状を備えている。
　図７（下図）に示すように、各相コイルにおいては、複数のセグメント導体２８が接続される。本実施形態においては、セグメント導体２８の一対の脚部２８Ｂの一方および他方が、固定子鉄心１３２の軸方向の一方側から、それぞれ、互いに異なる二つのスロット４２０の一方および他方に挿入される。さらに、隣接する二つのセグメント導体２８において固定子鉄心１３２の軸方向の他方側に突出する脚部２８Ｂを、接続すべきセグメント導体２８の方向に折り曲げて、隣接する二つのセグメント導体２８において向かい合う二つの脚部２８Ｂ１および２８Ｂ２の端部２８Ｅ１および２８Ｅ２が溶接される。
　固定子鉄心１３２の一方の側に突出する頭頂部２８Ｃの集合は、図５に示される固定子コイル６０の一方の側のコイルエンド６１を構成する。また、固定子鉄心１３２の他方の側に突出する端部２８Ｅの集合は、図５に示される固定子コイル６０の他方の側のコイルエンド６２を構成する。なお、以下の説明では、コイルエンド６１を「非溶接側コイルエンド６１」と記し、コイルエンド６２を「溶接側コイルエンド６２」と記す。
　図５および図６に示すように、非溶接側コイルエンド６１の側には、Ｕ１相コイル６０Ｕ１の一端に接続される口出し線４１Ｕ１と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２の一端に接続される口出し線４１Ｕ２とが引き出される。口出し線４１Ｕ１と口出し線４１Ｕ２とは、共に交流端子４２Ｕに接続される。また、Ｖ１相コイル６０Ｖ１の一端に接続される口出し線４１Ｖ１と、Ｖ２相コイル６０Ｖ２の一端に接続される口出し線４１Ｖ２とが引き出される。口出し線４１Ｖ１と口出し線４１Ｖ２とは、共に交流端子４２Ｖに接続される。また、Ｗ１相コイル６０Ｗ１の一端に接続される口出し線４１Ｗ１と、Ｗ２相コイル６０Ｗ２の一端に接続される口出し線４１Ｗ２とが引き出される。口出し線４１Ｗ１と口出し線４１Ｗ２とは、共に交流端子４２Ｗに接続される。
　さらに、非溶接側コイルエンド６１の側には、中性点結線用導体４０Ｎ１および中性点結線用導体４０Ｎ２が配置される。中性点結線用導体４０Ｎ１は、第１スター結線の中性点Ｎ１（図６）に接続され、中性点結線用導体４０Ｎ２は第２スター結線の中性点Ｎ２に接続される。
　図５に示すように、本実施形態の固定子コイル６０は、分布巻によって、固定子鉄心１３２に巻装されている。分布巻とは、複数のスロット４２０（図３）を跨いで離間する二つのスロット４２０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１３２に巻装される。分布巻の固定子コイルによる磁束分布（空間分布）は、集中巻きの固定子コイル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。そのため、本実施形態の回転電機１０は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを用いるための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適用可能である。従って、本実施形態の回転電機１０によれば、電気自動車などに好適なモータ特性を得ることができる。
　図８は、図５に示した固定子コイル６０の一相分であるＵ相コイル６０Ｕを示す斜視図である。
　図８に示すように、Ｕ相コイル６０Ｕは、二つの相コイルすなわちＵ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２（図６参照）からなり、Ｕ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２の各一端が共通に接続される交流端子４２Ｕを備える。
　図示されないが、Ｖ相コイル６０ＶおよびＷ相コイル６０Ｗは、固定子鉄心において巻装される位置はＵ相コイル６０Ｕとは異なるが、図８に示すＵ相コイル６０Ｕと同様の構成を有する。
　図９は、Ｕ相コイル６０Ｕを構成するＵ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２（図６参照）の内、Ｕ１相コイル６０Ｕ１を示す斜視図である。
　図９に示すように、Ｕ１相コイル６０Ｕ１は分布巻によって巻かれる。口出し線４１Ｕ１および中性点結線用導体４０Ｎ１は、それぞれＵ１相コイル６０Ｕ１の一端および他端に接続される。口出し線４１Ｕ１は交流端子４２Ｕに接続される。中性点結線用導体４０Ｎ１は、図示されないＶ１相コイル６０Ｖ１およびＷ１相コイル６０Ｗ１（図６参照）の各中性点結線用導体と電気的に接続され、第１スター結線の中性点を構成する。なお、Ｖ１相コイル６０Ｖ１およびＷ１相コイル６０Ｗ１は、固定子鉄心において巻装される位置はＵ１相コイル６０Ｕ１とは異なるが、図９に示すＵ１相コイル６０Ｕ１と同様の構成を有する。
　図１０は、Ｕ相コイル６０Ｕを構成するＵ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２（図６参照）の内、Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。
　図１０に示すように、Ｕ２相コイル６０Ｕ２は分布巻によって巻かれる。口出し線４１Ｕ２および中性点結線用導体４０Ｎ２は、それぞれＵ２相コイル６０Ｕ２の一端および他端に接続される。口出し線４１Ｕ２は交流端子４２Ｕに接続される。中性点結線用導体４０Ｎ２は、図示されないＶ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２（図６参照）の各中性点結線用導体と電気的に接続され、第２スター結線の中性点を構成する。なお、Ｖ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２は、固定子鉄心において巻装される位置はＵ２相コイル６０Ｕ２とは異なるが、図１０に示すＵ２相コイル６０Ｕ２と同様の構成を有する。
　ここで、本実施形態における固定子２０の製造方法について簡単に説明する。
　図７に示したように、セグメント導体２８を固定子鉄心１３２のスロット内に挿入された後、スロット４２０から引き出されたセグメント導体２８の脚部２８Ｂ１，２８Ｂ２が、接続相手となるセグメント導体２８の方向に曲げ加工される。例えば、図７において、スロット４２０から突出する脚部２８Ｂ１および２８Ｂ２は、それぞれ周方向左側および右側に曲げられる。そして、脚部２８Ｂ１の端部２８Ｅ１と、脚部２８Ｂ２の端部２８Ｅ２は径方向に隣接するように配置される。
　図１１は、溶接側コイルエンド６２における、曲げ加工後かつ溶接前におけるセグメント導体２８の複数の端部２８Ｅ１～２８Ｅ４の付近を示す。
　図１１に示すように、スロット４２０内には径方向に４列のセグメント導体２８が挿通される。スロット４２０内に挿通される脚部２８Ｂ１～２８Ｂ４には、スロットライナー３１０が配設される。セグメント導体２８を構成する導体線材において、スロット４２０内から突出している脚部２８Ｂ１～２８Ｂ４におけるスロット４２０の開口部に隣接する部分と、スロット４２０内に位置する部分とが、絶縁紙などの薄体状の絶縁体からなるスロットライナー３１０によって被覆される。すなわち、スロットライナー３１０は、スロット４２０内に位置するとともに、スロットライナー３１０の一部がスロット４２０の開口部からスロット４２０外へ突出する。従って、図７に示すセグメント導体２８において、折り曲げ部を除く直線状部分が、スロットライナー３１０で被覆される。なお、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４は、溶接による電気的接続のために、絶縁被膜が除去されていて導体表面が露出している。
　スロットライナー３１０を設けることにより、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の内面との間の絶縁耐圧が向上する。なお、径方向において互いに隣接するセグメント導体間には、層間絶縁用の絶縁紙３００が配設される。
　端部２８Ｅ１～２８Ｅ４の先端の高さを揃えたり、コイルエンド高さを抑えたりするために、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４の切断加工を行う。コイルエンドの高さが揃っていれば切断加工は省略しても良い。
　端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２が溶接により接続される。また、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４が溶接により接続される。このため、端部２８Ｅ１および端部２８Ｅ２には、母材（導体線材の導体部）が溶けて固まった溶接部が形成される。また、端部２８Ｅ３および端部２８Ｅ４にも、同様の溶接部が形成される。溶接手段としては、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接などのアーク溶接や、プラズマ溶接などが適用される。シールドガスとしては、アルゴン、ヘリウム、アルゴンとヘリウムの混合ガスなどが適用される。
　図１２は、スロット４２０にスロットライナー３１０を挿入した後、かつスロット４２０内にセグメント導体２８を挿入する前における、固定子鉄心１３２の状態を示す。なお、本図１２は、図１１中の周方向に沿って手前側から固定子鉄心１３２を見た場合の図である（後述する図１３～２１も同様）。
　図１２に示すように、スロット４２０にスロットライナー３１０を挿入したあと、隣接するスロットライナー３１０におけるスロット４２０からの突出部の間に、セグメント導体を所定の軸方向位置で保持するためのコイルストッパージグ５１０が装着される。コイルストッパージグ５１０は、棒状であり、長手方向が周方向（図１１）に沿うように、スロットライナー３１０の突出部の間に挿入される。コイルストッパージグ５１０において、固定子鉄心１３２との接触面は平坦である。コイルストッパージグ５１０におけるスロットライナー３１０との接触部は面取り加工され、これによりスロットライナー３１０の損傷が防止される。
　本実施形態では、コイルストッパージグ５１０における固定子鉄心１３２との接触面の反対側の露出表面は、コイルストッパージグ５１０外に向って凸である円弧状曲面である。コイルストッパージグ５１０の回転軸方向（図１１における周方向および径方向に垂直な方向）の高さ（ｈ）は、スロットライナー３１０の突出部の高さ（Ｈ）よりも低い。
　なお、コイルストッパージグ５１０は、自動機械を用いて装着されても良い。
　図１３は、スロットライナー３１０に固定子コイル６０を挿入した直後における固定子鉄心１３２の状態を示す。
　図１３に示すように、各セグメント導体がスロット４２０内およびスロットライナー３１０内に挿通される。
　図１３の状態で、固定子コイル６０全体を、図中上方から、すなわち軸方向に沿って押圧することにより、コイルストッパージグ５１０の高さｈに応じた所定位置まで、各セグメント導体がスロット４２０内に押し込まれる。これにより、コイルエンド部の軸方向に沿った高さを低減できる。ここで、セグメント導体の突き出し部すなわち折り曲げ部２８Ｒが、コイルストッパージグ５１０に当接する時点で、固定子コイル６０の押し込みを終了する。従って、押し込み量は、コイルストッパージグ５１０の高さによって制限される。このため、セグメント導体が過度に押し込まれ、セグメント導体やスロットライナー３１０が損傷することが防止される。
　なお、固定子コイル６０は、自動機械を用いてスロット内に押し込まれても良い。
　図１４は、固定子コイル６０をスロット内へ押し込んだ後の固定子鉄心１３２の状態を示す。
　固定子コイル６０を押し込むと、スロットライナー３１０の突出部の先端部にセグメント導体の折り曲げ部２８Ｒが接し、このような折り曲げ部２８Ｒによってスロットライナー３１０の突出部が押圧される。これにより、図１４に示すように、スロットライナー３１０の突出部に蛇腹部３１１が形成される。この蛇腹部３１１によって、セグメント導体と固定子鉄心１３２間の電気的絶縁距離が確保されるので、固定子２０の絶縁性が向上する。なお、上述のように、コイルストッパージグ５１０によって固定子コイル６０の過度な押し込みが防止されることや、コイルストッパージグ５１０におけるスロットライナー３１０との接触部は面取り加工されていることにより、蛇腹部３１１の損傷が防止される。
　なお、図１４に示すようなセグメント導体の折り曲げ部２８Ｒが蛇腹状に加工されたスロットライナー３１０の先端部に接した状態は、蛇腹部３１１形成以降の固定子製造工程において、また固定子の製造工程完了後においても、保持される。
　図１５は、固定子コイル６０の押し込みが完了した後、コイルストッパージグが取り除かれたときの固定子鉄心１３２の状態を示す。
　蛇腹部３１１によって、スロットライナー３１０の突出部が破けにくくなるので、信頼性高く電気的絶縁距離を確保することができる。また、このような状態の固定子にワニス処理を施すと、蛇腹部３１１の入り口から絶縁ワニスが浸漬するため固定子の絶縁性が向上する。
　なお、蛇腹部３１１は、スロットライナー３１０の両端部、すなわち溶接側および非溶接側の突出部の両方に設けられても良い。これにより、コイルエンド高さを低減することができるとともに、固定子コイル６０と固定子鉄心１３２との電気的絶縁距離を確保することができる。
　図１６は、上述のような蛇腹部３１１が設けられるスロットライナー３１０を備える固定子２０のコイルエンド部を示す。
　蛇腹部３１１によって沿面距離を大きくできるので、絶縁性を確保しながら固定子コイル６０において固定子鉄心１３２に隣接する折り曲げ部２８Ｒと固定子鉄心との間の距離を低減することができる。このため、固定子の絶縁性を損なうことなく、コイルエンドの高さを低減できる。また、スロットライナー３１０の端部を蛇腹状にすることで、スロットライナー３１０の端部が折り曲げ部２８Ｒから受ける応力の集中を避けることができるため、スロットライナー３１０の端部の破けが防止される。従って、スロットライナー３１０による電気的絶縁の信頼性が向上する。
　また、上述のように蛇腹形成時における固定子コイル６０の押し込み量がコイルストッパージグによって制限されるため、スロットライナー３１０の突出部においては、蛇腹部３１１とスロット４２０の開口部との間に、直線状部３１５が確保される。このため、スロットライナー３１０の損傷の有無を容易に確認することができるので、確認作業の効率が向上する。さらに、スロットライナー３１０の突出部に直線状部３１５が設けられることで、スロットライナー３１０の突出部の高さをほぼ一定にすることができるため、スロットライナー３１０による電気的絶縁の信頼性が向上する。
　次に、上述した実施形態の変形例である回転電機について説明する。なお、主に上記実施形態とは異なる点について説明する。
　図１７は、本変形例について、スロット４２０にスロットライナー３１０を挿入した後、かつスロット４２０内にセグメント導体２８を挿入する前における、固定子鉄心１３２の状態を示す（前述の図１２の状態に対応）。
　図１７に示すように、本変形例においても、上記実施形態（図１２）と同様に、隣接するスロットライナー３１０におけるスロット４２０からの突出部の間に、コイルストッパージグ５１０が装着される。なお、本変形例におけるコイルストッパージグ５１０には、形状において上記実施形態とは異なる点が有るが、この点については後述する。
　図１８は、図１７におけるスロットライナー３１０にスロットライナー拡げジグ５１１を挿入するときにおける固定子鉄心１３２の状態を示す。
　図１８に示すように、スロットライナー３１０の突出部内にスロットライナー拡げジグ５１１を所定量押し込んで、スロットライナー３１０の突出部の先端部５１２の周方向の幅を、スロットライナー３１０の直線状部３１５の周方向の幅よりも広くなるように、一周方向に向って拡げる。これにより、後述するように、蛇腹部３１１の形成が容易になる。
　ここで、スロットライナー３１０の突出部の先端部５１２の拡がり量を所定量確保するとともに、スロットライナー拡げジグ５１１の押し込み量を制限するために、コイルストッパージグ５１０におけるスロットライナー３１０の突出部の先端部５１２が広がる側の表面形状は、スロットライナー拡げジグ５１１の形状に応じて適宜設定される。
　なお、スロットライナー拡げジグ５１１は、自動機械を用いてスロットライナー３１０内に押し込まれても良い。
　図１９は、先端部を拡げたスロットライナー３１０に固定子コイル６０を挿入した直後における固定子鉄心１３２の状態を示す。
　図１９に示すように、各セグメント導体が、上記実施形態（図１３）と同様に、スロット４２０内およびスロットライナー３１０内に挿通される。
　図１９の状態で、固定子コイル６０全体を、上記実施形態（図１３）と同様に、図中上方から、すなわち軸方向に沿って押圧することにより、各セグメント導体をスロット４２０内に押し込む。本変形例においても、上記実施形態と同様に、固定子コイル６０の押し込み量は、コイルストッパージグ５１０の高さによって制限される。
　図２０は、固定子コイル６０をスロット内へ押し込んだ後の固定子鉄心１３２の状態を示す。
　固定子コイル６０を押し込むと、セグメント導体の折り曲げ部２８Ｒによってスロットライナー３１０の突出部の先端部５１２の拡がり部が押圧される。これにより、図２０に示すように、スロットライナー３１０の突出部に所望の蛇腹部３１１が確実に形成される。
　図２１は、固定子コイル６０の押し込みが完了した後、コイルストッパージグが取り除かれたときの固定子鉄心１３２の状態を示す。
　蛇腹部３１１によって、上記実施形態（図１５）と同様に、信頼性高く電気的絶縁距離を確保することができる。さらに、ワニス処理によって、上記実施形態（図１５）と同様に、固定子の絶縁性が向上する。
　上述の実施形態およびその変形例によれば、コイルエンド部の軸方向寸法すなわちコイルエンド高さを低減しながらも、固定子の絶縁性を確保することができる。このため、回転電機を、絶縁耐力を損なうことなく、小型化することができる。
　なお、本発明は前述した実施形態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、前述した実施形態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、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
１０…回転電機、１１…回転子、１２…回転子鉄心、１３…シャフト、１８…永久磁石、１９…エンドリング、２０…固定子、２８…セグメント導体、２８Ｂ，２８Ｂ１，２８Ｂ２…脚部、２８Ｃ…頭頂部、２８Ｅ…端部、２８Ｅ１，２８Ｅ２，２８Ｅ３，２８Ｅ４…端部、２８Ｒ…折り曲げ部、４０Ｎ１…中性点結線用導体、４０Ｎ２…中性点結線用導体、４１Ｕ１…口出し線、４１Ｕ２…口出し線、４１Ｖ１…口出し線、４１Ｖ２…口出し線、４１Ｗ１…口出し線、４１Ｗ２…口出し線、４２Ｕ…交流端子、４２Ｖ…交流端子、４２Ｗ…交流端子、５０…ハウジング、６０…固定子コイル、６０Ｕ…Ｕ相コイル、６０Ｕ１…Ｕ１相コイル、６０Ｕ２…Ｕ２相コイル、６０Ｖ…Ｖ相コイル、６０Ｖ１…Ｖ１相コイル、６０Ｖ２…Ｖ２相コイル、６０Ｗ…Ｗ相コイル、６０Ｗ１…Ｗ１相コイル、６０Ｗ２…Ｗ２相コイル、６１…非溶接側コイルエンド、６２…溶接側コイルエンド、１３０…液冷ジャケット、１３２…固定子鉄心、１４４…軸受、１４５…軸受、１５０…冷媒貯蔵空間、１５３…冷媒通路、１５４…冷媒通路、１５５…冷媒通路、１５６…磁気的空隙、１６０…補助磁極、２００…溶接部、３１０…スロットライナー、３１１…蛇腹部、３１５…直線状部、４２０…スロット、４３０…ティース、４４０…コアバック、５１０…コイルストッパージグ、５１２…先端部、８１０…磁石挿入孔、ＢＡＴ…バッテリ、ＥＮＧ…エンジン、ＦＷ…前輪側駆動輪、ＩＮＶ…電力変換装置、Ｎ１…中性点、Ｎ２…中性点、ＴＲ…変速機、ＲＦ…冷媒、ＲＷ…後輪側駆動輪

Claims (12)

  1. 　回転電機の固定子において、
    　固定子コイルと、
    　前記固定子コイルが装着されるスロットを有する固定子鉄心と、
    　前記スロットに挿通される絶縁性のスロットライナーと、
    を備え、
    　前記スロットライナーには、前記固定子コイルを構成する導体線材が挿通され、
    　前記スロットライナーにおける前記スロットからの突出部が蛇腹部を有することを特徴とする回転電機の固定子。
  2. 　請求項１に記載の回転電機の固定子において、
    　前記スロットライナーの前記突出部は、前記蛇腹部と前記固定子鉄心との間に、直線状部を有することを特徴とする回転電機の固定子。
  3. 　請求項１に記載の回転電機の固定子において、
    　前記スロットライナーは絶縁紙からなることを特徴とする回転電機の固定子。
  4. 　請求項１に記載の回転電機の固定子において、
    　前記導体線材は、前記固定子コイルのコイルエンド部において、前記固定子鉄心に隣接する折り曲げ部を有し、
    　前記折り曲げ部が、前記スロットライナーの前記蛇腹部に接することを特徴とする回転電機の固定子。
  5. 　請求項１に記載の回転電機の固定子において、
    　前記固定子コイルは分布巻によって前記固定子鉄心に巻装されることを特徴とする回転電機の固定子。
  6. 　請求項１に記載の回転電機の固定子において、
    　前記突出部は、前記スロットライナーの両端に位置することを特徴とする回転電機の固定子。
  7. 　請求項１に記載の回転電機の固定子において、
    　前記導体線材は絶縁被膜によって被覆されている平角線からなることを特徴とする回転電機の固定子。
  8. 　固定子と、固定子に対向する回転子と、を備える回転電機において、
    　前記固定子は、
    　固定子コイルと、
    　前記固定子コイルが装着されるスロットを有する固定子鉄心と、
    　前記スロットに挿通される絶縁性のスロットライナーと、
    を備え、
    　前記スロットライナーには、前記固定子コイルを構成する導体線材が挿通され、
    　前記スロットライナーにおける前記スロットからの突出部が蛇腹部を有することを特徴とする回転電機。
  9. 　請求項８に記載の回転電機において、
    　前記固定子は液状冷媒によって冷却されることを特徴とする回転電機。
  10. 　回転電機の固定子の製造方法において、
    　固定子鉄心のスロットに絶縁性のスロットライナーを挿通することと、
    　前記スロットに挿通された前記スロットライナーに、固定子コイルを構成しかつ折り曲げ部を有する導体線材を挿通することと、
    　前記導体線材の前記折り曲げ部によって、前記スロットライナーにおける前記スロットからの突出部を押圧することによって、前記突出部に蛇腹部を形成することを含むことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
  11. 　請求項１０に記載の回転電機の固定子の製造方法において、
    　前記スロットライナーに前記導体線材を挿通する前に、隣接する前記スロットライナーの前記突出部間に、コイルストッパージグを設置することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
  12. 　請求項１０に記載の回転電機の固定子の製造方法において、
    　前記スロットライナーに前記導体線材を挿通する前に、隣接する前記スロットライナーの前記突出部の先端部を拡げることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
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