(57)【要約】【課題】同じ長さの導体セグメントを用いて固定子コイルを製造することで、固定子の製造コストを抑制することを目的とする。【解決手段】円環状に配置された複数のスロット７１ａを有する固定子鉄心７１と、各スロットに径方向に並んで挿入された複数の導体セグメント３０とを有し、導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントの軸方向端部と接合部３２ａで接合されており、導体セグメントは、スロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとしたものである。【選択図】図１３
2020205721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、
各スロットに径方向に並んで挿入された複数の導体セグメントと
を有する固定子であって、
前記導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントの軸方向端部と接合部で接合されており、
前記導体セグメントは、スロットの端部から前記接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる前記導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さが同じである
ことを特徴とする固定子。
【請求項２】
前記スロットの内径側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の前記スロットの端部からの高さが、前記スロットの外径側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の前記スロットの端部からの高さよりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
複数の前記導体セグメントの前記スロットの端部から前記接合部までの長さが同じである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固定子。
【請求項４】
前記スロットの端部から露出した位置の前記導体セグメントの断面積は、前記導体セグメントの最小の断面積である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項５】
前記複数のスロットの最内周側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の少なくとも１つは、他の接合部よりも径方向内側に突出した内周側の突出部を備えており、
前記複数のスロットの最外周側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の少なくとも１つは、他の接合部よりも径方向外側に突出した外周側の突出部を備えている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項６】
前記導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントに対向する面と反対側の面が切り欠かれている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項７】
ハウジングと、
このハウジングに固定された請求項１から６のいずれか１項に記載の固定子と、
この固定子の内径側に前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と
を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
円環状に配置された複数のスロットを有する導体セグメント保持治具を用い、前記複数のスロットそれぞれに棒状の同じ長さの複数の第１導体セグメントを挿入する第１導体セグメント挿入工程と、
前記導体セグメント保持治具の前記複数のスロットそれぞれに挿入された前記第１導体セグメントの一方の端部が対となる他の前記第１導体セグメントの前記一方の端部と接触するように前記第１導体セグメントを円弧状に捻って屈曲する第１導体セグメントの一端側捻り工程と、
前記第１導体セグメントの一端側捻り工程で屈曲された前記第１導体セグメントを前記導体セグメント保持治具から取り出し、前記第１導体セグメントとリード線部を備えた第２導体セグメントとで導体セグメント集合体を構成し、この導体セグメント集合体を円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心の前記複数のスロットに挿入する導体セグメント集合体挿入工程と、
前記導体セグメント集合体挿入工程で前記固定子鉄心の前記複数のスロットに挿入された前記導体セグメント集合体に含まれる前記第１導体セグメントの他方の端部が対となる他の前記第１導体セグメントの前記他方の端部と接触するように前記導体セグメント集合体を円弧状に捻って屈曲する導体セグメント集合体の他端側捻り工程と、
前記第１導体セグメントの一端側捻り工程および前記導体セグメント集合体の他端側捻り工程で対となる前記第１導体セグメントの前記一方の端部および前記他方の端部をそれぞれ溶融して接合部を形成する接合部形成工程とを備えた固定子の製造方法であって、
前記第１導体セグメントの一端側捻り工程および前記導体セグメント集合体の他端側捻り工程において、前記第１導体セグメントを、スロットの端部から前記接合部に向かって円弧状に屈曲し、対となる前記第１導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとする
ことを特徴とする固定子の製造方法。
【請求項９】
前記第１導体セグメント挿入工程および前記第１導体セグメントの一端側捻り工程において、前記導体セグメント保持治具に替えて前記固定子鉄心を用い、前記導体セグメント集合体挿入工程は、前記第１導体セグメントの一端側捻り工程で屈曲された前記第１導体セグメントが挿入された状態の前記固定子鉄心のスロットにリード線部を備えた第２導体セグメントを挿入することを特徴とする請求項８に記載の固定子の製造方法。
【請求項１０】
円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心の前記複数のスロットそれぞれに棒状の同じ長さの複数の第１導体セグメントおよびリード線部を備えた第２導体セグメントを挿入する導体セグメント挿入工程と、
前記固定子鉄心の前記複数のスロットそれぞれに挿入された前記第１導体セグメントおよび前記第２導体セグメントの一方の端部が対となる他の前記第１導体セグメントまたは前記第２導体セグメントの前記一方の端部と接触するように前記第１導体セグメントおよび前記第２導体セグメントを円弧状に捻って屈曲する導体セグメントの一端側捻り工程と、
前記固定子鉄心の前記複数のスロットに挿入された前記第１導体セグメントの他方の端部が対となる他の前記第１導体セグメントの前記他方の端部と接触するように前記第１導体セグメントを円弧状に捻って屈曲する導体セグメントの他端側捻り工程と、
前記導体セグメントの一端側捻り工程で対となる前記第１導体セグメントおよび前記第２導体セグメントの前記一方の端部、並びに前記導体セグメントの他端側捻り工程で対となる前記第１導体セグメントの前記他方の端部をそれぞれ溶融して接合部を形成する接合部形成工程とを備えた固定子の製造方法であって、
前記導体セグメントの一端側捻り工程および前記導体セグメントの他端側捻り工程において、前記第１導体セグメントを、スロットの端部から前記接合部に向かって円弧状に屈曲し、対となる前記第１導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとすることを特徴とする固定子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、固定子およびこの固定子を備えた回転電機、並びに固定子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に対する環境負荷低減として、燃料消費量削減のためのアイドリング回転数の低下、燃費向上のための軽量化、さらには車室内空間確保のためのエンジンルームの狭小化などの要求が強くなっている。このような要求に対して、車載用の回転電機には、小型化および高出力化が求められている。小型および高出力の回転電機として、複数の導体セグメントを固定子鉄心のスロットに挿入し、異なるスロットから突出した導体セグメント同士を接合部で接合して固定子コイルを形成することで、固定子コイルの高占積率化および低抵抗化を実現した回転電機がある。
【０００３】
例えば、従来の回転電機の固定子として、直線状で長さの異なる複数の導体セグメントを１つのスロットに挿入し、スロットから突出した導体セグメントを捻って屈曲させて他のスロットに挿入された導体セグメントと接合した固定子コイルが開示されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４７５１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、長さの異なる導体セグメントを用いると導体セグメントの製造コストが高くなるため、固定子の製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
本願は、上述の課題を解決するためになされたものであり、同じ長さの導体セグメントを用いて固定子コイルを製造することで、固定子の製造コストを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に係る固定子は、円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、各スロットに径方向に並んで挿入された複数の導体セグメントとを有し、導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントの軸方向端部と接合部で接合されており、導体セグメントは、スロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願の固定子においては、導体セグメントがスロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとしているので、同じ長さの導体セグメントを用いて固定子コイルを製造することできる。その結果、固定子の製造コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る回転電機の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の固定子を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１の固定子を軸方向から見た上面図である。
【図４】実施の形態１の固定子の側面図である。
【図５】実施の形態１の通常導体セグメントの斜視図である。
【図６】実施の形態１に係る回転電機の製造工程を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１の導体セグメントの平面図である。
【図８】実施の形態１の導体セグメント保持治具の断面図である。
【図９】実施の形態１の導体セグメントの捻りの軌跡を示した上面図である。
【図１０】実施の形態１の通常導体セグメントの接合部を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態１の固定子の側面図である。
【図１２】実施の形態１の固定子の断面図である。
【図１３】実施の形態１の固定子の上面図である。
【図１４】実施の形態１の通常導体セグメントおよびリード導体セグメントの端部を示す斜視図である。
【図１５】実施の形態１の導体セグメントの接合部の断面模式図である。
【図１６】実施の形態１の固定子を軸方向から見た上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本願を実施するための実施の形態に係る固定子および回転電機について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機の構成を示す断面図である。本実施の形態の回転電機は、例えば車両用の交流発電機である。この回転電機１は、ランドル型の回転子２がアルミニウム製のフロントブラケット３およびリヤブラケット４から構成されたハウジング５内にシャフト６を介して回転自在に装着され、円筒形状の固定子７が回転子２の外周側を覆うようにハウジング５の内壁面に固着されて構成されている。つまり、回転子２は、円筒形状の固定子７の内径側に固定子７に対して回転自在に設けられている。固定子７は、固定子鉄心７１とこの固定子鉄心７１のスロットに挿入された固定子コイル７２とで構成されている。シャフト６は、フロントブラケット３およびリヤブラケット４に回転可能に支持されている。このシャフト６の一端部にはプーリ８が固着され、エンジンの回転トルクをプーリ８に張られたベルト（図示せず）を介してシャフト６に伝達できるように構成されている。回転子２に電流を供給するスリップリング９がシャフト６の他端部に固着され、一対のブラシ１０がこのスリップリング９に摺接するようにハウジング５内に設置されたブラシホルダ１１に収納されている。固定子７で生じた交流電圧の大きさを調整するレギュレータ１２がブラシホルダ１１に嵌合されたヒートシンク１３に接着されている。固定子コイル７２に電気的に接続され、固定子コイル７２で生じた交流を直流に整流する整流器１４がハウジング５内に装着されている。
【００１２】
回転子２は、電流を流して磁束を発生する回転子コイル２１と、この回転子コイル２１を覆うように設けられ、回転子コイル２１で発生した磁束によって磁極が形成される一対のポールコア２２、２３とから構成される。一対のポールコア２２、２３は鉄製であり、それぞれ８つの爪形状の爪状磁極２４、２５が外周縁に周方向に等ピッチで突設され、爪状磁極２４、２５をかみ合わせるように対向してシャフト６に固着されている。さらに、冷却ファン１５が回転子２の軸方向の両端に固着されている。また、ハウジング５には、吸気孔３ａ、４ａがフロントブラケット３およびリヤブラケット４の軸方向の端面にそれぞれ設けられている。さらに、ハウジング５には、排気孔３ｂ、４ｂがフロントブラケット３およびリヤブラケット４の外周両肩部に、固定子コイル７２の径方向外側に対向してそれぞれ設けられている。
【００１３】
図２は、本実施の形態の固定子を示す斜視図である。固定子７は、円環状に配置され軸方向に貫通する複数のスロット７１ａが等ピッチで形成された円筒形状の固定子鉄心７１と、固定子鉄心７１に巻き回された固定子コイル７２と、各スロット７１ａ内に装着されて固定子鉄心７１と固定子コイル７２とを電気的に絶縁するインシュレータ７３とを備えている。固定子鉄心７１は積層された電磁鋼板で構成されており、円筒形状のコアバック７１ｂと、このコアバック７１ｂの内周側に中心軸に向かって突出する複数のティース７１ｃとを備えている。円環状に並んだティース７１ｃの間の空間がスロット７１ａである。インシュレータ７３は、ゴム、樹脂などの高分子化合物の素材、あるいは紙、マイカ、ガラス繊維などの素材を用いることができる。
【００１４】
図３は、本実施の形態の固定子を軸方向から見た上面図である。図３に示すように、固定子７は、各スロットに径方向に内周側から外周側に複数本配設された固定子コイル７２を備えている。以下、同一スロット内に挿入された固定子コイルの内周側を内層側、外周側を外層側と表現する。ここでは、固定子鉄心７１には、回転子の磁極数に対応して後述する３相の固定子コイルを２組収容するように、９６個のスロットが等間隔に形成されている。
【００１５】
図４は、本実施の形態の固定子の側面図である。図４に示すように、固定子コイル７２は、断面が矩形の複数の導体セグメント３０が接合部３２ａで接合されて構成されている。この導体セグメント３０は、固定子鉄心７１の外で折り返されて予め決められた数だけ離れたスロットに挿入された他の導体セグメントと接合部３２ａで接合されている。このとき、内層側の導体セグメントと外層側の導体セグメントとが交互に接合されて、固定子コイル７２を構成している。複数の導体セグメント３０は、同じ長さの第１導体セグメント（以下、通常導体セグメントと記す）と、通常導体セグメントの一方の端部に延長されたリード線部を備えた第２導体セグメント（以下、リード導体セグメントと記す）とに分けられる。例えば、３相の固定子コイルを２組収容する９６個のスロットを備えた回転電機の場合、全部で５７６本の導体セグメント３０があり、その中の５５２本が通常導体セグメント３０ａであり、残り２４本がリード導体セグメント３０ｂである。リード導体セグメント３０ｂは、延長されたリード線部で整流器などの出力端子部に接続されるか、もしくは中性点としてリード導体セグメント３０ｂ同士が接合される。また、図４に示したように、通常導体セグメント３０ａとリード導体セグメント３０ｂとは、他の導体セグメントと接合するため、あるいは導体セグメント３０同士を接触させないために固定子鉄心７１から露出した部分に捻り加工が施されて斜めになっている。
【００１６】
図５は、通常導体セグメントの斜視図である。図５は、２つの通常導体セグメント３０ａを示している。通常導体セグメント３０ａは、固定子鉄心のスロット内に挿入される軸方向に直線状の挿入部３１ａと、この挿入部３１ａから周方向に屈曲されて固定子鉄心の外部に露出するコイルエンド部３１ｂとで構成されている。通常導体セグメント３０ａのコイルエンド部３１ｂの端部で２つの通常導体セグメント３０ａが接合部３２ａで接合されている。図示はしていないが、リード導体セグメントは、通常導体セグメント３０ａのコイルエンド部３１ｂの一方の端部から延長されたリード線部をさらに備えている。なお、図５のＡ、ＢおよびＣの部分の拡大図に示すように、通常導体セグメント３０ａのそれぞれのコイルエンド部３１ｂの端部には、面取り部３１ｃが設けられている。
【００１７】
次に、本実施の形態の回転電機の製造工程について説明する。なお、本実施の形態の回転電機の製造工程においては、接合部はレーザー溶接を用いて形成される。
図６は、回転電機の製造工程を示すフローチャートである。回転電機の製造工程は、ステップＳ１の棒状の導体セグメントを製造する導体セグメント製造工程、ステップＳ２の導体セグメント保持治具に複数の棒状の通常導体セグメントを挿入する通常導体セグメント挿入工程、ステップＳ３の通常導体セグメントの一方の端部（以下、一端側と記す）を捻る通常導体セグメントの一端側捻り工程、ステップＳ４の固定子鉄心へのインシュレータを挿入するインシュレータ挿入工程、ステップＳ５の通常導体セグメントとリード導体セグメントとを合わせた導体セグメント集合体を固定子鉄心へ挿入する導体セグメント集合体挿入工程、ステップＳ６の導体セグメント集合体の他方の端部（以下、他端側と記す）を捻る導体セグメント集合体の他端側捻り工程、ステップＳ７の導体セグメント集合体の両端部をそれぞれ接合して接合部を形成する接合部形成工程、ステップＳ８のリード導体セグメントのリード線部を成形するリード導体セグメント成形工程、ステップＳ９の中性点を接合する中性点接合工程、ステップＳ１０の接合した箇所に絶縁処理を施す絶縁処理工程、およびステップＳ１１の固定子コイルにワニスを含浸させて固定子コイルを固定子鉄心に固着させるワニス含浸工程を備えている。
【００１８】
以下、各工程の概要を説明する。
導体セグメント製造工程（ステップＳ１）
この工程においては、ボビンに巻かれた断面が円形の銅線を直線状に決められた長さ引き出して切断し、断面の丸い銅線を平角状に潰して断面が矩形の棒状の導体セグメントとする加工を行う。ボビンに巻かれた銅線は絶縁被覆が施してあるので、接合部となる端部の絶縁被覆を剥離する。さらに、端部を溶接し易い形状へ塑性加工を施す。このとき、導体セグメントの端部は、図５のＡ、ＢおよびＣの部分の拡大図に示すように、接合部３２ａの外側となる面に塑性加工により面取り部３１ｃが設けられている。なお、断面の丸い銅線を平角状に潰して断面が矩形の棒状の導体セグメントとする加工を行う際に、図７に示すように、導体セグメント３０は、両端部から中央部に向かって連続的に断面積が減少し、その断面積が最小となる部分３４を２箇所備えていてもよい。導体セグメント３０は、断面積が最小となる部分３４から中央部に向かっては連続的に断面積が増加している。この断面積が最小となる部分３４は、導体セグメント３０が固定子鉄心のスロットに挿入されたときに導体セグメント３０がスロットの端部から露出した位置となるように設定する。このような形状の導体セグメントを用いることで、後述する導体セグメントの捻り工程において、導体セグメントにかけられる力を和らげることができる。その結果、導体セグメントの捻り工程において、導体セグメントの絶縁被覆が傷つけられる可能性が減り、導体セグメントの絶縁耐力が向上する。
【００１９】
通常導体セグメント挿入工程（ステップＳ２）
図５に示した導体セグメントのコイルエンド部を形成するために、第１捻り機において、導体セグメント保持治具の通常導体セグメントに対応するスロットに棒状の導体セグメントを挿入する。このとき、導体セグメントが抜け落ちないように、導体セグメント保持治具の下方に平板状の受け具を置き、すべての導体セグメントの一端側の端部を導体セグメント保持治具の上方に露出させて同じ高さに保持する。
【００２０】
図８は、棒状で同じ長さの通常導体セグメント３０ａが導体セグメント保持治具７４に挿入された状態を示す径方向の断面図である。図８に示すように、すべての通常導体セグメント３０ａは、一端側の端部を導体セグメント保持治具７４の上方に露出させて同じ高さに保持される。なお、導体セグメント保持治具７４は固定子鉄心７１に類似した形状であるため、後述するが導体セグメント保持治具７４の替わりに固定子鉄心７１を用いることもできる。
なお、導体セグメント保持治具７４の替わりに固定子鉄心７１を用いた場合、本工程においてリード導体セグメントも同時に固定子鉄心に挿入することも可能となる。その場合、図６に示す導体セグメント集合体挿入工程（ステップＳ５）を省略することもできる。
【００２１】
通常導体セグメントの一端側捻り工程（ステップＳ３）
第１捻り機において、導体セグメント保持治具の上方に露出して一端側の端部が同じ高さに保持された導体セグメントに対して、第１捻り機の円環治具を用いて軸方向に押さえながら円周方向および径方向に捻る。このようにして、通常導体セグメントの一端側が捻られる。
なお、ステップＳ２において、通常導体セグメントおよびリード導体セグメントが挿入された固定子鉄心を準備した場合、このステップＳ３で通常導体セグメントおよびリード導体セグメントに対して同時に捻り加工を行うことができる。第１捻り機において円環治具の導体セグメント挿入部の一部をリード導体セグメントも挿入できるように導体セグメント挿入部の深さを変更することで、通常導体セグメントに加えてリード導体セグメントを同時に円環治具に挿入することができる。そして、図４に示すように通常導体セグメントおよびリード導体セグメントに対して同時に捻り加工を行うことが可能となる。この場合、リード導体セグメントの捻り加工の動作については、円環治具の導体セグメント挿入部の深さが異なるだけで通常導体セグメントの捻り加工の動作と同様である。
【００２２】
図９は、ステップＳ３の通常導体セグメントの一端側捻り工程およびステップＳ６の導体セグメント集合体の他端側捻り工程における、導体セグメントの捻りの軌跡を示した上面図である。図９に示す両端矢印は、接合される通常導体セグメントの捻りの軌跡を表し、その長さをＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３およびＬ１４とする。接合する導体セグメント対の捻る長さが同じとなるように、すなわちＬ１１＝Ｌ１３およびＬ１２＝Ｌ１４となるように、捻り回転角度を調整する。言い換えると、導体セグメントは、スロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さが同じである。この方法を用いることにより、同じ長さの導体セグメントを使用することができ、設備費、加工費を押さえることができる。さらに、回転角度の調整によって導体セグメントの端部の位置を精度よく揃えることができ、溶接不良の低減につながる。
【００２３】
インシュレータ挿入工程（ステップＳ４）
固定子鉄心のスロットにインシュレータを挿入する。挿入したインシュレータがスロットから抜け落ちないように、挿入側と反対側のインシュレータの外径は、スロットの外径より大きく設計されている。
【００２４】
導体セグメント集合体挿入工程（ステップＳ５）
ステップＳ３の通常導体セグメントの一端側捻り工程で一端側が捻られた通常導体セグメントを導体セグメント保持治具から分離する。このとき、通常導体セグメントは円環状に配置された状態を維持する。これとは別に一端側が捻られたリード導体セグメントを準備し、円環状の配置が維持された通常導体セグメントの間の決められた位置にリード導体セグメントを挿入して、一端側が捻られた状態の導体セグメント集合体を形成する。最後に、この導体セグメント集合体をインシュレータが挿入された固定子鉄心に挿入する。
なお、ステップＳ２の通常導体セグメント挿入工程において、導体セグメント保持治具７４の替わりに固定子鉄心７１を用いて通常導体セグメントとリード導体セグメントとを同時に固定子鉄心に挿入した場合、本工程を不要とすることもできる。
【００２５】
導体セグメント集合体の他端側捻り工程（ステップＳ６）
導体セグメント集合体が挿入された固定子鉄心を他端側が上方になるように第２捻り機に設置する。固定子鉄心の下方に捻りが完了している一端側の導体セグメントの形状に合わせた受け具を置き、すべての導体セグメントの他端側を固定子鉄心の上方に露出させて同じ高さに保持する。第２捻り機において、固定子鉄心の上方に露出して同じ高さに保持された導体セグメント集合体に対して、第２捻り機の円環治具を用いて軸方向に押さえながら円周方向および径方向に捻る。このようにして、導体セグメント集合体の他端側が捻られる。このとき、図９に示したように、接合される導体セグメントの捻りの軌跡の長さをＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３およびＬ１４としたときに、接合する対の導体セグメントの捻る長さが同じとなるように、すなわちＬ１１＝Ｌ１３およびＬ１２＝Ｌ１４となるように、捻り回転角度を調整する。言い換えると、導体セグメントは、スロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さが同じである。
【００２６】
接合部形成工程（ステップＳ７）
ステップＳ１からステップＳ６の工程を経て、両方の端部が捻られた導体セグメント集合体において、接合される通常導体セグメント同士の両端部は、図５のＡ部分に示すように、ほぼ隙間のない状態となっている。この接合される通常導体セグメント同士の端部をレーザー溶接機を用いて接合する。図１０は、通常導体セグメント３０ａの接合部を示す斜視図である。図１０（ａ）に示すように、接合される通常導体セグメント３０ａ同士の端部は、絶縁被覆３１ｄが剥離されている。この通常導体セグメント３０ａ同士の両端部に対してレーザー光を径方向に進行させて溶接を行い、図１０（ｂ）に示すように、通常導体セグメント３０ａ同士を接合する接合部３２ａを形成する。なお、図５のＡの拡大図に示すように、接合部の外側に塑性加工により面取り部３１ｃが設けられていると、レーザー溶接のときに熱拡散が小さくなり、溶接不良の低減が期待できる。
【００２７】
図１１は、ステップＳ１からステップＳ７の工程を経て製造された固定子の側面図である。図１１は、接合部が形成された通常導体セグメント３０ａが固定子鉄心に挿入された状態の固定子を内周側から見た側面図である。なお、図１１は、説明のため対となる２本の通常導体セグメントのみを示している。ティース７１ｃの間のインシュレータ７３から突出した通常導体セグメント３０ａは、周方向に捻られて屈曲しており、軸方向の端部で他の通常導体セグメント３０ａと接合部３２ａで接合されている。
【００２８】
図１２は、ステップＳ１からステップＳ７の工程を経て製造された固定子の断面図である。図１２は、接合部が形成された通常導体セグメント３０ａが固定子鉄心７１に挿入された状態の固定子の径方向の断面図である。図１２に示すように、接合部３２ａのスロットの端部からの高さは、スロットの内径側に挿入された通常導体セグメント３０ａの接合部３２ａの方が高く、スロットの外径側に挿入された通常導体セグメント３０ａの接合部３２ａの方が低くなっている。
【００２９】
図１３は、ステップＳ１からステップＳ７の工程を経て製造された固定子の上面図である。図１３は、接合部が形成された通常導体セグメント３０ａが固定子鉄心７１に挿入された状態の固定子を軸方向から見た上面図である。なお、図１３は説明のため一部の通常導体セグメントのみを示している。図１３に示すように、通常導体セグメント３０ａは、スロット７１ａの端部から接合部３２ａに向かって円弧状に屈曲されており、対となる通常導体セグメント３０ａ同士の軸方向から見た円弧の長さが同じとなっている。
【００３０】
リード導体セグメント成形工程（ステップＳ８）
導体セグメント集合体に含まれるリード導体セグメントの端部が整流器などの出力端子部に接続できる、もしくは中性点としてリード導体セグメント同士が接合できるように、リード導体セグメントのリード線部を成形する。
【００３１】
中性点接合工程（ステップＳ９）
ステップＳ８のリード導体セグメント成形工程で中性点として接合できるように成形されたリード導体セグメントの端部をレーザー溶接機を用いて接合する。
【００３２】
絶縁処理工程（ステップＳ１０）
ステップＳ７の接合部形成工程およびステップＳ９の中性点接合工程においてレーザー溶接機を用いて接合された部分に対して、粉体塗装を用いて絶縁性樹脂の粉体を塗布することにより接合部の表面および中性点の表面に絶縁性樹脂層を形成する。
【００３３】
ワニス含浸工程（ステップＳ１１）
導体セグメント同士を接合部で接合して固定子コイルが構成された固定子鉄心のスロットにワニスを含浸させて、固定子コイルを固定子鉄心に固着する。
【００３４】
このワニス含浸工程において、図７に示すように、導体セグメントが断面積が最小となる部分を２箇所備えていた場合、断面積が最小となる部分は導体セグメントがスロットの端部から露出した位置となっているので、固定子鉄心のスロットの開口部と導体セグメントとの間に隙間がありスロット内へのワニスの注入が容易になる。また、スロットの開口部からスロットの中央部に向かって導体セグメントの表面が傾斜しているので、ワニスがこの傾斜部に沿って中央部まで浸入し易くなる。
【００３５】
インシュレータが紙、ガラス繊維などワニスが通過できる素材で構成されている場合は、固定子鉄心の内周側から軸方向に沿ってワニスを塗布することもできる。このときワニスは固定子鉄心の内周面からスロット内に浸入し、最初にスロットの最内径側に位置する導体セグメントに到達する。図７に示す形状の導体セグメントを用いた場合、最内径の導体セグメントは固定子鉄心から露出する位置に断面積が最小となる部分があり、スロットの内部では導体セグメントの表面が傾斜している。最内径の導体セグメントに到達したワニスは、この傾斜に沿って外径側へ移動する。つまり、図７に示す形状の導体セグメントを用いることでワニスの濡れ面積が増大する。そのため、固定子鉄心の内周側から軸方向に沿ってワニスを塗布することが可能となり、ワニスの軸方向への含浸性をより一層向上させることができる。また、固定子鉄心の内周側から軸方向に沿ってワニスを塗布することで、ワニスによる最内径の導体セグメントの固定をより一層確実にすることができる効果も得られる。
【００３６】
ステップＳ１からステップＳ１１の工程を経て製造された固定子は、棒状の同じ長さの導体セグメントを用いて製造されているので、固定子の製造コストを抑制することができる。また、棒状の導体セグメントを１つのスロットに挿入しているので導体セグメントの挿入工程も簡素となる。
【００３７】
また、導体セグメントをスロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲しており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとしているので、対となる導体セグメントの接合面を精度よく合わせることができるため溶接不良も低減できる。
【００３８】
また、図１２に示すように、本実施の形態の固定子は、接合部３２ａのスロットの端部からの高さが、スロットの内径側に挿入された導体セグメントの接合部３２ａの方が高く、スロットの外径側に挿入された導体セグメントの接合部の方が低くなっているので、異なる層の導体セグメントが接触することを避けることができる。なお、仮に異なる層の導体セグメントが接触した場合でも、導体セグメントの表面は絶縁被覆が施さているので、短絡することはない。さらに、本実施の形態の固定子においては、捻られる前の導体セグメントの端部の突出高さは全て同じであるが、図１２に示すように、捻られた後では各層毎に対となる導体セグメントの端部の突出高さが異なり、かつ同じ層の対となる導体セグメントの端部の突出高さが同じとなっている。そのため、接合工程での溶接作業が容易になる。
【００３９】
以下、主要な工程をさらに詳しく説明する。
導体セグメント製造工程（ステップＳ１）
上述のとおり、導体セグメントは大きく分けると２種類ある。１つは導体セグメント同士を接合する通常導体セグメントであり、もう１つはリード導体セグメントである。リード導体セグメントは、通常導体セグメントの一方の端部に延長されたリード線部を備えており、このリード線部で整流器などの出力端子部に接続されるか、もしくは中性点としてリード導体セグメント同士が接合される。
【００４０】
通常導体セグメントはエナメルの絶縁被覆が施された銅製の円柱状部材を潰して成形した角柱状部材であり、両端に塑性加工による絶縁被覆の剥離部を有している。通常導体セグメントは、固定子鉄心のスロット内に挿入される軸方向に直線状の挿入部と、この挿入部から周方向に屈曲されて固定子鉄心の外部に露出するコイルエンド部とで構成されている。リード導体セグメントは、通常導体セグメントと同じ形状の挿入部とコイルエンド部とは銅製の円柱状部材を潰して成形した角柱状であり、コイルエンド部から延長されたリード線部は円柱状である。リード導体セグメントも、端部に絶縁被覆の剥離部を有しており、剥離部以外は外側にエナメルの絶縁被覆が施されている。
【００４１】
図５の拡大図に示すように、通常導体セグメントおよびリード導体セグメントの両端部または片方の端部には面取り部３１ｃ（あるいは銅切り取り部ともいう）が施されている。この面取り部３１ｃは、導体セグメントをインシュレータの中に差し込み易くするためなどの目的で設けられている。この面取り部３１ｃは、捻り加工をする際に、捻り機に取り付けられている導体セグメント保持治具、円環治具などへの導体セグメントの挿入も容易にする。また、この面取り部３１ｃは、接合工程における導体セグメントの固定のための治具への取り付けにおいても、同様の効果を奏する。さらに、面取り部３１ｃによってレーザー溶接を行うときに導体セグメントが溶ける量が少なくなるので、溶けた導体セグメントが横方向に広がり隣接する導体セグメントと接触することを防ぐ効果がある。
【００４２】
図１４は、通常導体セグメントおよびリード導体セグメントの端部を示す斜視図である。図１４（ａ）は、リード導体セグメント３０ｂの端部の面取り部３１ｃを示している。図１４（ｂ）から（ｅ）は、通常導体セグメント３０ａの端部の面取り部３１ｃを示している。図１４に示すように、通常導体セグメントおよびリード導体セグメントは、端部の側面を直方体形状あるいは角錐台形状などの形状で切り欠くことで面取り部３１ｃが形成されており、先端部に向かって断面積が小さくなる形状である。
【００４３】
通常導体セグメント挿入工程（ステップＳ２）
始めに、導体セグメント保持治具について説明する。導体セグメント保持治具は、固定子鉄心に類似した形状であり、軸方向に延びるスロットが周方向に等ピッチで複数形成された円筒形状である。導体セグメント保持治具のスロットは、固定子鉄心のスロットとほぼ同じ形状でピッチも同じである。導体セグメント保持治具の下方には、通常導体セグメントの他端側を支持するための受け具が設けられている。この受け具は、導体セグメント保持治具に対して上下できる機構を備えている。
【００４４】
導体セグメント保持治具に通常導体セグメントを差し込む際には、長さの同じ棒状の通常導体セグメントを導体セグメント保持治具のスロットに端から順に差し込んでいく。このとき、導体セグメント保持治具のスロットの径方向に一列に内周側から外周側に１層目から４層目までの４本の通常導体セグメントを整列して挿入する。ここでは、リード導体セグメントは挿入せず、通常導体セグメントのみを挿入する。なお、導体セグメント保持治具に通常導体セグメントを差し込む際には、通常導体セグメントの両端部には面取り部が施されているために、スロットに容易に挿入することができる。また、導体セグメント保持治具の替わりに固定子鉄心を用いることもできる。なお、導体セグメント保持治具の替わりに固定子鉄心を用いた場合は、通常導体セグメントと同時にリード導体セグメントも挿入することができる。
【００４５】
導体セグメント保持治具の軸方向の一方の面から露出した通常導体セグメントの飛び出し部分の長さが、他方の面から露出した通常導体セグメントの飛び出し部分の長さより長くなるように、導体セグメント保持治具の下方に設置された受け具を上下させて通常導体セグメントの飛び出し長さを調整する。
【００４６】
通常導体セグメントの一端側捻り工程（ステップＳ３）
図４に示すように、導体セグメント３０の両側を捻る必要があるが、まずは導体セグメント保持治具に挿入された通常導体セグメントの一端側を捻る工程を説明する。第１捻り機において、導体セグメント保持治具の上方に露出して一端側の端部が同じ高さに保持された導体セグメントに対して、第１捻り機の円環治具を用いて軸方向に押さえながら円周方向および径方向に捻る。このとき、同じスロットにおいて径方向に隣り合う導体セグメント同士が離れる方向に捻るので、隣り合う導体セグメント同士が接触することはない。
【００４７】
また、隣り合うスロットに挿入された導体セグメント同士は、同じ方向に捻られるが、高さ方向に隙間が生じるので、お互いに接触することはない。なお、仮に導体セグメント同士が接触した場合でも、端部以外は表面にエナメルの絶縁被覆が施されているので、電気的に短絡することはない。このようにして、通常導体セグメントの一端側が捻られる。
【００４８】
詳細に第１捻り機の動作について説明する。なお、ステップＳ６の導体セグメント集合体の他端側捻り工程における第２捻り機の動作も基本的には同じである。以下の第１捻り機の動作の説明において、第２捻り機の場合は、導体セグメント保持治具が固定子鉄心に相当する。
スロットに通常導体セグメントが挿入された導体セグメント保持治具は、導体セグメント保持治具受けにセットされる。捻り工程前の導体セグメントの位置揃えで重要な導体セグメント保持治具受けについて説明する。
【００４９】
導体セグメント保持治具受けは、導体セグメント保持治具を軸方向に可動できる機構を備えている。この機構は、捻り工程における導体セグメントの高さを決める上で重要である。まず、導体セグメント保持治具は、第１捻り機の導体セグメント保持治具受けにセットされる。このとき、導体セグメント保持治具から下方に露出する他端側の導体セグメントの出代があらかじめ長くなるように挿通させておく。このとき他端側の導体セグメントは、平面治具によって下方より支持されている。そして、導体セグメント保持治具受けは、他端側の導体セグメントの出代が予め決められた長さとなるまで導体セグメント保持治具を軸方向に移動させて、導体セグメント保持治具から上方に露出する一端側の導体セグメントの出代の長さを決める。このように一端側の導体セグメントの出代の長さを導体セグメント保持治具受けで規制することで、精度良く捻り工程を行うことができる。そして、導体セグメント保持治具の外周部がクランパによって固定される。また、導体セグメント保持治具押さえで導体セグメント保持治具の上部を押さえることにより、導体セグメント保持治具の上下方向の動きが規制される。
【００５０】
クランパおよび導体セグメント保持治具押さえにより、導体セグメント保持治具が固定された後、捻り成形部である円環治具が上部から下降され、この円環治具に形成された導体セグメント挿入部に通常導体セグメントの一端側の端部が挿入される。なお、導体セグメント挿入部には通常導体セグメントの端部で後に接合部となる部分のみが挿入される。ただし、ステップＳ２において、通常導体セグメントおよびリード導体セグメントが挿入された固定子鉄心を準備した場合は、リード導体セグメントも同時に捻り加工を行う必要があるため、円環治具の導体セグメント挿入部の一部はリード導体セグメントの長さ分深く形成されている。また、通常導体セグメントの端部は、図５の拡大図に示すようなテーパー状の面取り部３１ｃが形成されているため、導体セグメント挿入部にスムーズに挿入される。
【００５１】
導体セグメント挿入部に通常導体セグメントの一端側の端部が挿入された円環治具は、回転駆動機構と下降駆動機構とにより、回転並びに下降される。なお、捻り成形は、通常導体セグメントの全てに対して同時に行われる。なお、円環治具は内層の導体セグメントを捻る円環治具と外層の導体セグメントを捻る円環治具とに分割されて構成されており、分割された円環治具同士が異なる方向となるように予め決められた角度回転される。
【００５２】
捻り工程は、通常導体セグメントがスロットに挿入された導体セグメント保持治具を第１捻り機へ装着し、通常導体セグメントの一端側の端部を円環治具に挿入して、捻り加工前の準備を行う装着工程と、成形工程と、成形された導体セグメント保持治具を取り出す取出工程とを含んでいる。ここで、成形工程は、まず通常導体セグメントの端部を周方向にのみ回転変位させて通常導体セグメントを周方向に倒し、続いて通常導体セグメントを周方向ならびに軸方向に変位させて導体セグメントを深く傾ける曲げ工程と、さらに設計上の変位量を越えて通常導体セグメントの端部を周方向ならびに軸方向に変位させて導体セグメントを過剰に深く傾ける過剰曲げ工程と、通常導体セグメントの端部を設計上の変位量まで曲げ戻す戻し工程とを含んでいる。
【００５３】
成形工程をさらに詳しく説明する。
始めに、予め決められた角度までは円環治具の回転のみを行う。この予め決められた角度までの回転により、スロットの出口部分および円環治具の導体セグメント挿入部の入口部分の導体セグメントが曲げられる。このとき、図７に示すように、導体セグメントはその断面積が最小となる部分を２箇所備えており、その断面積が最小となる部分は導体セグメントが曲げられる位置となっているので、導体セグメントを曲げる力を和らげることができる。その結果、この工程において導体セグメントの絶縁被覆が傷つけられる可能性が減り、導体セグメントの絶縁耐力が向上する。
【００５４】
次に、スロットの端部から円環治具の導体セグメント挿入部までの導体セグメントの長さを一定に保つように、昇降駆動機構と回転駆動機構とを制御して円環治具を回転しながら下降させる。このとき、図９に示すように、導体セグメントの端部が導体セグメント保持治具の軸心を中心とした円弧状の軌跡を描くように、円環治具は回転しながら下降する。この円弧状の軌跡を描く捻りは、スプリングバックによる導体セグメントの変形を防止するため、一度設計上の変位量を越えた捻りを行う。
【００５５】
最後に、円環治具は前工程と逆向きに回転しながら上昇して、設計上の変位量まで同じ軌跡上を逆方向に移動する。このようにして導体セグメントの捻り成形を終了し、円環治具を上昇させて円環治具の導体セグメント挿入部から導体セグメントの端部を外す。導体セグメントが外された円環治具は回転駆動機構によって回転され、原点位置に戻される。このようにして、図１０（ａ）に示すように、対となる通常導体セグメント３０ａの隣り合う端部の側面同士がほぼ接触する状態に保持される。なお、図１０（ａ）に示すように、対となる通常導体セグメント３０ａの隣り合う端部の側面同士が接触していることが望ましいが、必ずしも接触している必要はない。レーザー溶接において対となる通常導体セグメント３０ａの端部同士が溶融接続されて接合部を形成可能な距離まで近接していればよい。
【００５６】
本実施の形態では、固定子鉄心の軸心を中心とした円弧の長さが同じになるように回転角度を調整することで、図８に示すように、単一形状である棒状で同じ長さの導体セグメントを用いることができる。そのため設備費、加工費を抑えることができ、かつ互いに接合される導体セグメント対において、導体セグメント端部の接合面同士の位置を揃えることで、精度よく接合端面を合わせることができるため溶接不良を低減できる。
【００５７】
なお、捻り工程において、通常導体セグメントを精度よく捻るためには、通常導体セグメントの押さえ機構が必要となる。この機構は、通常導体セグメントの高さを決める上で重要である。通常導体セグメントの押さえ機構は、導体セグメント保持治具を第１捻り機に設置したのち、導体セグメント保持治具の下方に設置された受け具を上下させて通常導体セグメントの飛び出し長さを調整して通常導体セグメントを固定する機構である。その後、上述の捻り工程を経ることで、精度の良い捻りが実現できる。通常導体セグメントを固定して高さを規制することで、捻った後の通常導体セグメントの端部の高さを揃えることができる。その結果、レーザー溶接を用いた接合部形成工程において、導体セグメントの端部の高さばらつきが少なくなるので、溶接不良を減少させる効果がある。
【００５８】
インシュレータ挿入工程（ステップＳ４）
インシュレータは、一方の端部の外径がスロットの外径より大きく、他方の端部の外径がスロットの内径より小さい。すなわち、インシュレータの一方の端部はラッパ状に形成されている。このように、固定子鉄心の各スロットに挿入されるインシュレータの軸方向の一方の端部のみがラッパ状の拡大部となり、他方の端部は平坦な形状となっている。そのため、この他方の端部を先頭にしてインシュレータを各スロットに挿入する場合の作業がし易くなる。また、インシュレータの挿入方向と各導体セグメントの挿入方向とが同じであるため、導体セグメントの挿入時にインシュレータに対して軸方向の力が加わった場合であっても、拡大部の端部が固定子鉄心の端面に接触してインシュレータの軸方向の位置ずれが防止される。
【００５９】
導体セグメント集合体挿入工程（ステップＳ５）
ステップＳ３の通常導体セグメントの一端側捻り工程で一方の端部が捻られた通常導体セグメントを導体セグメント保持治具から抜き取る。このとき、通常導体セグメントは円環状に配置された状態を維持する。これとは別に一方の端部が捻られたリード導体セグメントを準備し、円環状の配置が維持された通常導体セグメントの間の決められた位置にリード導体セグメントを挿入して、一方の端部が捻られた状態の導体セグメント集合体を形成する。最後に、導体セグメント集合体を、ステップＳ４のインシュレータ挿入工程でインシュレータが挿入された固定子鉄心のスロットに挿入する。
【００６０】
なお、導体セグメント保持治具から通常導体セグメント抜き取る工程と固定子鉄心への導体セグメント集合体を挿入する工程は同じ設備で行うことが好ましい。例えば、固定子鉄心の隣接するスロットの間隔と同じ幅をもつ規制片がスロットと同じピッチで円周状に配置された規制治具を準備する。円環状に配置された導体セグメント集合体に対して、規制治具の規制片が各導体セグメントの直線状の挿入部の間となるように規制治具を配置する。この状態で、固定子鉄心と規制治具とを軸方向に移動させることで、スロットと同じピッチで円周状に配置された導体セグメント集合体が固定子鉄心のスロットに挿入される。
【００６１】
導体セグメント集合体の他端側捻り工程（ステップＳ６）
第２捻り機の動作は、ステップＳ３の通常導体セグメントの一端側捻り工程の第１捻り機と同様の動作となる。一端側が捻られた導体セグメント集合体が挿入された固定子鉄心が固定子鉄心受けにセットされる。このとき、他端側が上方となるようにセットされる。固定子鉄心の下方に捻りが完了している一端側の導体セグメントの形状に合わせた受け具を置き、すべての導体セグメントの他端側の端部を固定子鉄心の上方に露出させて同じ高さに保持する。固定子鉄心の外周部がクランパによって固定される。また、固定子鉄心押さえで固定子鉄心の上部を押さえることにより、固定子鉄心の上下方向の動きが規制される。
【００６２】
クランパおよび固定子鉄心押さえにより、固定子鉄心が固定された後、捻り成形部である円環治具が上部から下降され、この円環治具に形成された導体セグメント挿入部に導体セグメント集合体の他端側の端部が挿入される。なお、導体セグメント挿入部には導体セグメント集合体の端部で後に接合部となる部分のみが挿入される。また、導体セグメント集合体の端部は、図５の拡大図に示すようなテーパー状の面取り部３１ｃが形成されているため、導体セグメント挿入部にスムーズに挿入される。
【００６３】
導体セグメント挿入部に導体セグメント集合体の他端側の端部が挿入された円環治具は、回転駆動機構と下降駆動機構とにより、回転並びに下降される。なお、捻り成形は、導体セグメント集合体の全てに対して同時に行われる。なお、円環治具は内層の導体セグメントを捻る円環治具と外層の導体セグメントを捻る円環治具とに分割されて構成されており、分割された円環治具同士が異なる方向となるように予め決められた角度回転される。
【００６４】
捻り工程は、導体セグメント集合体が挿入された固定子鉄心を第２捻り機へ装着し、導体セグメント集合体の他端側の端部を円環治具に挿入して、捻り加工前の準備を行う装着工程と、成形工程と、成形された固定子鉄心を取り出す取出工程とを含んでいる。成形工程は、ステップＳ３の通常導体セグメントの一端側捻り工程と同様である。このようにして、導体セグメント集合体の他端側が捻られる。
【００６５】
なお、ステップＳ２からステップＳ４において、導体セグメント保持治具を使用した製造方法を説明したが、導体セグメント保持治具の替わりに固定子鉄心を用いてステップＳ２からステップＳ４の工程を行うことも可能である。そうすることで、ステップＳ５の導体セグメント集合体挿入工程において、導体セグメント保持治具の替わりに用いた固定子鉄心から通常導体セグメントを抜き取る必要がなく、リード導体セグメントを直接固定子鉄心に挿入すればよいので、製造工数を一層削減することができ、製造コストを削減することができる。
【００６６】
接合部形成工程（ステップＳ７）
通常導体セグメント同士の接合方法について説明する。なお、この方法は、回転電機のコイルを形成するために、複数の導体セグメントを用いて異なる通常導体セグメントの端部同士を接合する方法であり、導体セグメントの形状に限定されるものではない。また、回転電機のコイルとして固定子コイルに限定されるものではない。
【００６７】
この接合方法は、大きく２つの工程を有する。第１の工程は、通常導体セグメントの端部の位置揃え工程である。通常導体セグメントの端部の位置揃え工程では、接合対象物となる２つの通常導体セグメントが、図１０（ａ）に示すように、通常導体セグメント３０ａの隣り合う端部の側面同士がほぼ接触する状態に保持される。通常導体セグメントの端部の位置揃え工程においては、両端の捻り工程が完了した固定子を固定したあと、円錐状のテーパーピンを用いてスロット内の導体セグメントを周方向に動かして固定することにより導体セグメントの端部が保持される。なお、図１０（ａ）に示すように、接合対象物の通常導体セグメント３０ａは、端部の先端から予め規定された領域の絶縁被覆３１ｄが除去されている。
【００６８】
第２の工程は、予め規定された照射角度で、２つの隣接した導体セグメントの端部にレーザー溶接機のレーザー光を照射して導体セグメントの端部同士を溶接接合するレーザー照射工程である。図１０（ａ）に示すように、このとき、通常導体セグメント３０ａ同士の端部に対してレーザー光を径方向に進行させて溶接を行い、図１０（ｂ）に示すように、通常導体セグメント３０ａ同士を接合する接合部３２ａを形成する。このとき、２つの隣り合う端部の片側を狙って初めにレーザー光が照射され、その後、レーザー光をもう一方の片側に移動させる。２つの隣り合う端部の隙間は微細であるため、一方の端部において溶融した導体が他方の端部との隙間を埋めた後、レーザー光を動かす。これにより、レーザー光が照射された一方の端部から他方の端部にレーザー光が移り、他方の端部も溶融する。このようにして、図１０（ｂ）に示すように、２つの導体セグメントの端部同士を溶接接合することで接合部３２ａとなる溶融痕ができる。なお、第２の工程におけるレーザー溶接は、不活性ガスの雰囲気中で行われる。このようにして、固定子鉄心に挿入され、両端部が捻られた通常導体セグメントの接合部を形成する。
【００６９】
なお、本実施の形態において、接合部の形状はとくに決まりはないが、ピッチノイズを低減するために、接合部の形状を周方向に不均一にしてもよい。
図１５は、接合部形成工程におけるレーザー溶接時の導体セグメントの接合部の断面模式図である。図１５は、１つのスロットに挿入された導体セグメントの断面を示している。図１５（ａ）に示すように、１つのスロットに４本の導体セグメントが挿入されており、内層側の２本と外層側の２本とがそれぞれ接合部３２ａで接合されている。図１５において、横方向は固定子鉄心の径方向であり、左側が内周側、右側が外周側である。図１５（ａ）に示すように、レーザー溶接を行うときに内層側の溶接部に内周側から不活性ガスを吹き付けながら行う。そうすると、不活性ガスが吹き付けられた側からレーザー光の照射によって溶融した金属の冷却が始まり、表面張力により内層の接合部３２ａには溶融した金属が内周側に偏って突出部３２ｂが形成される。一方、外層の接合部３２ａは、吹き付けられたガスの影響を受けないため、溶融した金属は内周側へも外周側へも偏らず接合部は均等に形成される。
【００７０】
図１５（ｂ）は、１つのスロットに６本の導体セグメントが挿入された場合であり、内層側の２本と中間層の２本と外層側の２本とがそれぞれ接合部３２ａで接合されている。図１５（ｂ）に示すように、レーザー溶接を行うときに内層側の溶接部に内周側から不活性ガスを吹き付けながら行う。そうすると、不活性ガスが吹き付けられた側からレーザー光の照射によって溶融した金属の冷却が始まり、表面張力により溶融した金属が内周側に偏って突出部３２ｂが形成される。一方、中間層および外層の接合部３２ａは、吹き付けられたガスの影響を受けないため、溶融した金属は内周側へも外周側へも偏らず接合部は均等に形成される。
【００７１】
また、レーザー溶接を行うときに外層側の溶接部に外周側から不活性ガスを吹き付けながら行うと、不活性ガスを吹き付けた側からレーザー光の照射によって溶融した金属の冷却が始まり、表面張力により溶融した金属が外周側に偏って突出部３２ｂが形成される。
【００７２】
このように、本実施の形態の固定子においては、最内周の導体セグメントの少なくとも１つの接合部３２ａに径方向内側に突出した突出部３２ｂを形成し、最外周の導体セグメントの少なくとも１つの接合部３２ａに径方向外側に突出した突出部３２ｂを形成している。
【００７３】
図１６は、本実施の形態の固定子を軸方向から見た上面図である。図１６（ａ）は、１つのスロットに４本の導体セグメントが挿入された場合であり、最内周の導体セグメントの少なくとも１つの接合部３２ａに突出部３２ｂが形成された例を示している。図１６（ａ）のＡ−Ａ断面が図１５（ａ）に相当する。内層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ１、外層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２となっている。また、突出部をもたない他のスロットの内層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ３となっている。
【００７４】
図１６（ｂ）は、１つのスロットに４本の導体セグメントが挿入された場合であり、最外周の導体セグメントの少なくとも１つの接合部３２ａに突出部３２ｂが形成された例を示している。通常導体セグメント３０ａの端部には接合部３２ａが形成されているが、リード導体セグメント３０ｂの端部には接合部は形成されていない。内層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ３、外層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ４とすると、Ｌ４＞Ｌ３となっている。また、図１６（ａ）に示す突出部をもたない他のスロットの外層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ２とすると、Ｌ４＞Ｌ２となっている。
【００７５】
図１６（ｃ）は、１つのスロットに６本の導体セグメントが挿入された場合であり、内層側の２本と中間層の２本と外層側の２本とがそれぞれ接合部３２ａで接合されている。さらに、図１６（ｃ）は、最内周の導体セグメントの少なくとも１つの接合部３２ａに突出部３２ｂが形成された例を示している。図１６（ｃ）のＢ−Ｂ断面が図１５（ｂ）に相当する。内層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ５、中間層の接合部３２ａの径方向の長さをＬ６、外層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ７とすると、Ｌ５＞Ｌ６≒Ｌ７となっている。また、突出部をもたない他のスロットの内層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ８とすると、Ｌ５＞Ｌ８となっている。
【００７６】
図１６（ｄ）は、１つのスロットに６本の導体セグメントが挿入された場合であり、最外周の導体セグメントの少なくとも１つの接合部３２ａに突出部３２ｂが形成された例を示している。通常導体セグメント３０ａの端部には接合部３２ａが形成されているが、リード導体セグメント３０ｂの端部には接合部は形成されていない。内層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ８、中間層の接合部３２ａの径方向の長さをＬ９、外層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ１０とすると、Ｌ１０＞Ｌ８≒Ｌ９となっている。また、図１６（ｃ）に示す突出部をもたない他のスロットの外層側の接合部３２ａの径方向の長さをＬ７とすると、Ｌ１０＞Ｌ７となっている。
【００７７】
図１６（ｅ）は、１つのスロットに４本の導体セグメントが挿入された場合であり、内周側に向かって突出部３２ｂが形成された接合部３２ａをもつ最内層の導体セグメントと、外周側に向かって突出部３２ｂが形成された接合部３２ａをもつ最外層の導体セグメントとが同じスロットに挿入された例を示している。
【００７８】
図１６（ｆ）は、１つのスロットに６本の導体セグメントが挿入された場合であり、内周側に向かって突出部３２ｂが形成された接合部３２ａをもつ最内層の導体セグメントと、外周側に向かって突出部３２ｂが形成された接合部３２ａをもつ最外層の導体セグメントとが同じスロットに挿入された例を示している。
【００７９】
このように、本実施の形態の固定子の導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントと接合部で接合されており、各スロットに挿入された複数の導体セグメントのうち、最外周側に挿入された導体セグメントの接合部の少なくとも１つは、他の接合部よりも径方向外側に突出した外周側の突出部を備えており、各スロットに挿入された複数の導体セグメントのうち、最内周側に挿入された導体セグメントの接合部の少なくとも１つは、他の接合部よりも径方向内側に突出した内周側の突出部を備えている。
【００８０】
このように構成された固定子を備えた回転電機は、接合部の形状を周方向に不均一にしているのでピッチノイズを低減することができる。また、外周側の突出部および内周側の突出部は径方向に突出しているので、径方向に流れる冷却風の通過の妨げにならず、接合部を効率よく冷却することができる。したがって、本実施の形態の固定子を備えた回転電機は、ピッチノイズの低減と導体セグメントの接合部の冷却性能の向上とを両立することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態においては、レーザー溶接を行うときに不活性ガスを吹き付けながらレーザー溶接を行って突出部を形成していたが、これに限るものではない。例えば、導体セグメント端部に径方向の一方からのみレーザー光を照射する方法がある。この方法では、溶融部の溶融開始の時間差によって先に溶融した端面から冷却されて固まるので、表面張力により接合部の溶融痕がレーザー光の入射側に偏る。このような方法で突出部を形成することもできる。また、レーザー溶接の溶融痕を内周側あるいは外周側に偏らせて突出部を形成しているので、突出部と反対側の溶融痕の広がりを抑えることができる。その結果、図１６の（ａ）から（ｄ）に示すように、隣接する接合部同士の間隔Ｗ３が大きくなり、固定子コイル間の絶縁距離を確実に確保することができる。
【００８２】
接合部同士の絶縁性をさらに向上させるためには、図１６（ｃ）において、Ｌ５＞Ｌ７＞Ｌ６となっていることが好ましい。また、図１６（ｄ）において、Ｌ１０＞Ｌ８＞Ｌ９となっていることが好ましい。つまり、各スロットにおいて、最内周側に挿入された導体セグメントと最外周側に挿入された導体セグメントとの間に挿入された導体セグメントの接合部の径方向の寸法は、最内周側に挿入された導体セグメントの接合部の径方向の寸法および最外周側に挿入された導体セグメントの接合部の径方向の寸法よりも小さいことが好ましい。このように構成された固定子では、隣接する接合部同士の間隔Ｗ３、Ｗ４が大きくなり、固定子コイル間の絶縁距離をさらに大きくすることができる。定格電圧にもよるが、例えば４８Ｖ系の回転電機においては、間隔Ｗ３および間隔Ｗ４は０．８ｍｍ以上必要であり、本実施の形態の形状にすることで、導体セグメント間の絶縁距離の確保が容易となる。
【００８３】
なお、本実施の形態においては、接合部をレーザー溶接で形成する方法を説明したが、これに限るものではない。例えば、アーク溶接、カシメなどを用いて接合部を形成してもよい。
【００８４】
本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８５】
１  回転電機、  ２  回転子、  ３  フロントブラケット、  ４  リヤブラケット、  ３ａ、４ａ  吸気孔、  ３ｂ、４ｂ  排気孔、  ５  ハウジング、  ６  シャフト、７  固定子、  ８  プーリ、  ９  スリップリング、  １０  ブラシ、  １１  ブラシホルダ、  １２  レギュレータ、  １３  ヒートシンク、  １４  整流器、  １５  冷却ファン、  ２１  回転子コイル、  ２２、２３  ポールコア、  ２４、２５  爪状磁極、  ３０  導体セグメント、  ３０ａ  通常導体セグメント、  ３０ｂ  リード導体セグメント、  ３１ａ  挿入部、  ３１ｂ  コイルエンド部、  ３１ｃ  面取り部、  ３１ｄ  絶縁被覆  、  ３２ａ  接合部、  ３２ｂ  突出部、  ７１  固定子鉄心、  ７１ａ  スロット、  ７１ｂ  コアバック、  ７１ｃ  ティース、  ７２  固定子コイル、  ７３  インシュレータ、  ７４  導体セグメント保持治具。
【図１】
2020205721.tif 000003
【図２】
2020205721.tif 000004
【図３】
2020205721.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月29日(2020.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、
各スロットに径方向に並んで挿入された複数の導体セグメントと
を有する固定子であって、
前記導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントの軸方向端部と接合部で接合されており、
前記導体セグメントは、スロットの端部から前記接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる前記導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さが同じであり、
前記スロットの内径側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の前記スロットの端部からの高さが、前記スロットの外径側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の前記スロットの端部からの高さよりも高い
ことを特徴とする固定子。
【請求項２】
複数の前記導体セグメントの前記スロットの端部から前記接合部までの長さが同じである
ことを特徴とする請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記スロットの端部から露出した位置の前記導体セグメントの断面積は、前記導体セグメントの最小の断面積である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固定子。
【請求項４】
前記複数のスロットの最内周側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の少なくとも１つは、他の接合部よりも径方向内側に突出した内周側の突出部を備えており、
前記複数のスロットの最外周側に挿入された前記導体セグメントの前記接合部の少なくとも１つは、他の接合部よりも径方向外側に突出した外周側の突出部を備えている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項５】
前記導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントに対向する面と反対側の面が切り欠かれている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項６】
ハウジングと、
このハウジングに固定された請求項１から５のいずれか１項に記載の固定子と、
この固定子の内径側に前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と
を備えたことを特徴とする回転電機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に係る固定子は、円環状に配置された複数のスロットを有する固定子鉄心と、各スロットに径方向に並んで挿入された複数の導体セグメントとを有し、導体セグメントの軸方向端部は、対となる他の導体セグメントの軸方向端部と接合部で接合されており、導体セグメントは、スロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとし、スロットの内径側に挿入された導体セグメントの接合部のスロットの端部からの高さを、スロットの外径側に挿入された導体セグメントの接合部のスロットの端部からの高さよりも高くしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願の固定子においては、導体セグメントがスロットの端部から接合部に向かって円弧状に屈曲されており、対となる導体セグメント同士の軸方向から見た円弧の長さを同じとし、スロットの内径側に挿入された導体セグメントの接合部のスロットの端部からの高さを、スロットの外径側に挿入された導体セグメントの接合部のスロットの端部からの高さよりも高くしているので、同じ長さの導体セグメントを用いて固定子コイルを製造することできる。その結果、固定子の製造コストを抑制することができる。