(57)【要約】【課題】この発明は、レーザ溶接時に、溶接箇所の周辺の絶縁被膜被覆部における絶縁被膜の損傷発生を抑制できる回転電機の固定子を得る。【解決手段】コイルセグメントが、各スロットに、径方向に１列に並んで挿入された複数挿入され、各コイルセグメントは、絶縁被膜が導体部に被覆された導体であり、スロットから突出するコイルエンド部と、コイルエンド部の先端から軸方向に延びる端末と、を有し、端末は、コイルエンド部に隣り合う、絶縁被膜と導体部とからなる基部と、絶縁被膜が除去された絶縁被膜除去部と、を有し、異なるスロットに挿入されているコイルセグメントは、端末同士が径方向に重ねられ、絶縁被膜除去部の径方向に相対する径方向面同士が突き合わされた状態で、絶縁被膜除去部が溶接されており、絶縁被膜除去部の径方向の突き合わせ部は、軸方向から見て、径方向に重ねられた端末の基部の径方向に相対する面に対して、径方向にずれている。【選択図】図１７
2020039191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロット深さ方向を径方向とするスロットが周方向に複数配列されている円環状の固定子鉄心と、
上記固定子鉄心に装着されている固定子コイルと、を備え、
上記固定子コイルは、上記スロットのそれぞれに、上記径方向に１列に並んで挿入された複数のコイルセグメントを有し、
上記複数のコイルセグメントのそれぞれは、絶縁被膜が導体部に被覆された導体であり、上記スロットから突出するコイルエンド部と、上記コイルエンド部の先端から軸方向に延びる端末と、を有し、
上記端末は、上記コイルエンド部に隣り合う、上記絶縁被膜と上記導体部とを備えた基部と、上記絶縁被膜が除去された絶縁被膜除去部と、を有し、
異なるスロットに挿入されているコイルセグメントは、上記端末同士が上記径方向に重ねられ、上記絶縁被膜除去部の上記径方向に相対する径方向面同士が突き合わされた状態で、上記絶縁被膜除去部が溶接されており、
上記絶縁被膜除去部の上記径方向の突き合わせ部は、上記軸方向から見て、上記径方向に重ねられた上記端末の上記基部の上記径方向に相対する面に対して、上記径方向にずれている固定子。
【請求項２】
上記径方向に重ねられた上記端末の一方の端末の絶縁被膜除去部は、上記径方向に相対する上記径方向面の一方の径方向面が形成された第１先端部を有し、上記一方の径方向面が、上記一方の端末の基部の導体部の他方の端末側の面に対して、上記他方の端末と反対側に位置しており、
上記他方の端末の絶縁被膜除去部は、上記径方向に相対する上記径方向面の他方の径方向面が形成された第２先端部を有し、上記他方の径方向面が、上記他方の端末の基部の導体部に対して上記一方の端末側に変位している請求項１記載の固定子。
【請求項３】
上記第１先端部および上記第２先端部の断面積が上記基部の上記導体部の断面積より小さい請求項２記載の固定子。
【請求項４】
上記他方の端末の上記絶縁被膜除去部は、上記基部に隣り合う、断面積が上記第２先端部の断面積より大きい根元部をさらに有する請求項３記載の固定子。
【請求項５】
上記コイルセグメントは、上記スロット内に挿入される直線部と、上記直線部の両端から延びて上記スロットから突出する一対の上記コイルエンド部と、上記一対のコイルエンド部のそれぞれから延びる一対の上記端末と、を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定子。
【請求項６】
上記固定子鉄心の上記軸方向の両側において、上記絶縁被膜除去部の上記径方向の突き合わせ部が、上記軸方向から見て、上記径方向に重ねられた上記端末の上記基部の径方向に相対する面に対して、上記径方向にずれる方向が、反対である請求項５記載の固定子。
【請求項７】
上記コイルセグメントは、異なる上記スロット内に挿入される一対の直線部と、上記一対の直線部の一端から延びて上記スロットから突出し、上記一対の直線部の一端同士を連結する連結部と、上記一対の直線部の他端のそれぞれから延びて上記スロットから突出する一対の上記コイルエンド部と、上記一対のコイルエンド部のそれぞれから延びる一対の上記端末と、を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子鉄心と固定子コイルとを備えた回転電機の固定子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子は、固定子鉄心と、固定子コイルと、を備える。固定子コイルの巻線方式には、磁極のそれぞれに導体線を巻き付ける集中巻方式と、複数の磁極を跨いだ磁極の対に導体線を巻き付ける分布巻方式と、がある。分布巻方式は、集中巻方式に比べて、回転磁界の分布が滑らかになることから、回転電機の運転時の振動を低減できるという効果が得られる。一方、分布巻方式においては、磁極の対に巻き付けられる各コイルを１本の導体線で形成する場合、先に巻き付けられているコイルが邪魔となるので、コイルを形成しにくかった。
【０００３】
このような状況を鑑み、複数のＵ字状のコイルセグメントを磁極の各対に軸方向の一側から挿入した後、軸方向の他側に突出するコイルセグメントの端部同士を接合して、各コイルを形成する方法が提案されていた（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４２００６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、Ｕ字状のコイルセグメントを用いて各コイルを形成する場合、コイルセグメントの端部同士を接合する必要があるので、接合箇所が多数存在し、固定子の生産性が低下してしまう。そこで、各接合箇所における溶接時間を短縮することが、固定子の生産性を向上させる一つの方策となる。
【０００６】
溶接箇所においては、求められる機械的強度および電気的特性から、溶接時に溶融させなければならない導体体積が決まっている。また、単位時間当たりの熱量を大きくすることで、既定の導体体積を溶融させるために必要な時間を短縮することができる。単位時間当たりの熱量を大きくする方法として、レーザ溶接の適用がある。レーザ光は、極めて大きなエレルギーを溶接箇所に局所的に与えることができるので、溶接時間の短縮が可能である。また、溶接時には、溶接箇所からの熱伝導によって、溶接箇所の周辺の温度が高くなる。しかし、溶接時間の短縮は、溶接箇所の周辺の温度が高くなる前に溶接を完了させることが可能となる。これにより、レーザ溶接を適用しても、溶接箇所の周辺の温度上昇による絶縁被膜の損傷発生を抑制することができる。
【０００７】
しかし、レーザ光は大きなエネルギーを有しているので、レーザ光が絶縁被膜被覆部に当たると、絶縁被膜の損傷が生じてしまう。特に、溶接されるコイルセグメントの端部間に隙間が生じていると、レーザ光がその隙間を通って溶接箇所の周辺の絶縁被膜被覆部に当たってしまう。
【０００８】
特許文献１では、コイルセグメントは、溶接される一方のコイルセグメントの端部を他方のコイルセグメントの端部に押し付ける弾性力が生じるようなＵ字形状に予め曲げ成形されていた。しかし、コイルセグメントの加工誤差および組立誤差などにより、多数の溶接箇所の全てで、コイルセグメントの端部間の隙間をなくすことは困難である。そこで、レーザ溶接を適用した場合、絶縁被膜の損傷の発生は避けられなかった。
【０００９】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、レーザ溶接を適用しても、溶接箇所の周辺の絶縁被膜被覆部における絶縁被膜の損傷発生を抑制できる回転電機の固定子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による回転電機の固定子は、スロット深さ方向を径方向とするスロットが周方向に複数配列されている円環状の固定子鉄心と、上記固定子鉄心に装着されている固定子コイルと、を備え、上記固定子コイルは、上記スロットのそれぞれに、上記径方向に１列に並んで挿入された複数のコイルセグメントを有し、上記複数のコイルセグメントのそれぞれは、絶縁被膜が導体部に被覆された導体であり、上記スロットから突出するコイルエンド部と、上記コイルエンド部の先端から軸方向に延びる端末と、を有し、上記端末は、上記コイルエンド部に隣り合う、上記絶縁被膜と上記導体部とを備えた基部と、上記絶縁被膜が除去された絶縁被膜除去部と、を有し、異なるスロットに挿入されているコイルセグメントは、上記端末同士が上記径方向に重ねられ、上記絶縁被膜除去部の上記径方向に相対する径方向面同士が突き合わされた状態で、上記絶縁被膜除去部が溶接されており、上記絶縁被膜除去部の上記径方向の突き合わせ部は、上記軸方向から見て、上記径方向に重ねられた上記端末の上記基部の上記径方向に相対する面に対して、上記径方向にずれている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、レーザ光が、絶縁被膜除去部の径方向の突き合わせ部を通過しても、基部の絶縁被膜に到達しないので、レーザ溶接を適用しても、溶接箇所の周辺の絶縁被膜の損傷発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る固定子の要部を示す横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る固定子の要部を示す縦断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る固定子を示す展開図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における切り出された導体の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における導体の端末の絶縁被膜除去工程を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における導体の端末の絶縁被膜除去工程を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における絶縁被膜除去工程後の導体の端末周りを示す要部側面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における導体の端末曲げ工程を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における端末曲げ工程後の導体の端末周りを示す要部側面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る固定子における第１コイルセグメントの端末形状を説明する側面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る固定子における第２コイルセグメントの端末形状を説明する側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法におけるコイルセグメントを固定子鉄心に挿入する方法を説明する展開図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法におけるコイルセグメントがスロットに挿入されている状態を示す縦断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における第１コイルエンド部が曲げ成形された状態を示す展開図である。
【図１６】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における第２コイルエンド部が曲げ成形された状態を示す展開図である。
【図１７】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法において第１コイルセグメントの第１端末と第２コイルセグメントの第１端末とが径方向に重なった状態を示す側面図である。
【図１８】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法において第１コイルセグメントの第１端末と第２コイルセグメントの第１端末とが径方向に重なった状態を示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における溶接工程を説明する側面図である。
【図２０】この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法において第１コイルセグメントの第１端末と第２コイルセグメントの第１端末とが接合された状態を示す斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態２に係る固定子の要部を示す縦断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態２に係る固定子におけるコイルセグメントを固定子鉄心に装着する方法を説明する縦断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態３に係る固定子を示す展開図である。
【図２４】この発明の実施の形態３に係る固定子におけるセグメントコイルを示す平面図である。
【図２５】この発明の実施の形態３に係る固定子におけるスロットに挿入されているセグメントコイルの配列状体を説明する展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２は、この発明の実施の形態１に係る固定子の要部を示す横断面図、図３は、この発明の実施の形態１に係る固定子の要部を示す縦断面図、図４は、この発明の実施の形態１に係る固定子を示す展開図である。なお、縦断面図とは、回転軸の軸心を含む平面における断面を示す図である。横断面図とは、回転軸の軸心と直交する平面における断面を示す図である。展開図とは、固定子鉄心を直線状に展開した状態を内径側から見た要部平面図である。また、図１および図２では、便宜上、インシュレータが省略されている。
【００１４】
図１において、回転電機１００は、円筒部および底部を有する有底円筒状のフレーム２およびフレーム２の開口を塞ぐブラケット３を有するハウジング１と、フレーム２の円筒部の内部に収納された固定子１０と、フレーム２の底部およびブラケット３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、固定子１０の内周側に回転可能に設けられた回転子５と、を備えている。フレーム２は、鉄、アルミニウムなどの金属材料で作製され、回転子５と固定子１０とを機械的に保持するとともに、固定子１０の放熱経路となる。
【００１５】
回転子５は、軸心位置に挿入された回転軸６に固着された回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外周面に固着されて周方向に等ピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石８と、を備えた永久磁石型回転子である。なお、回転子５は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子、絶縁した回転子導体を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子などを用いてもよい。
【００１６】
つぎに、固定子１０の構成について図１から図４を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜上、回転軸６の軸心と平行な方向を軸方向、回転軸６の半径方向を径方向、回転軸６の軸心を中心とする回転方向を周方向とする。
【００１７】
固定子１０は、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に装着された固定子コイル２０と、固定子鉄心１１と固定子コイル２０とを絶縁するインシュレータ１５と、を備える。
【００１８】
固定子鉄心１１は、円環状のコアバック１２と、コアバック１２の内周面から径方向内方に突出して、周方向に等角ピッチで配列された複数のティース１３と、を備える。周方向に隣り合うティース１３の間に形成されるスペースがスロット１４となる。スロット１４は、スロット深さ方向を径方向として、固定子鉄心１１の軸方向に一端から他端に至るように形成されて、周方向に等角ピッチで配列されている。固定子鉄心１１は、例えば、電磁鋼板などの磁性薄板から打ち抜かれた磁性片を積層して構成される。
【００１９】
インシュレータ１５は、スロット１４のそれぞれに、スロット１４の内壁面に沿うように収納され、固定子鉄心１１と固定子コイル２０とを電気的に絶縁する。このインシュレータ１５は、後述するコイルセグメント２１をスロット１４に挿入する際に、緩衝材となる。これにより、固定子鉄心１１を構成する磁性片のバリとコイルセグメント２１の絶縁被膜との干渉がなく、絶縁被膜の損傷発生が抑制される。インシュレータ１５は、紙、樹脂、それらの複合材料により作製されるが、ここでは、ポリイミドフィルムをメタ系アラミド繊維で挟み込んでシート状に作製されている。
【００２０】
固定子コイル２０は、複数のコイルセグメント２１により構成される。コイルセグメント２１は、端末形状が異なる第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂとにより構成される。ここで、第１コイルセグメント２１Ａおよび第２コイルセグメント２１Ｂは、端末形状を除いて同一形状に形成されており、添え字Ａ，Ｂによって区別する。また、コイルセグメントを総称するときには、参照符号のみを用いる。
【００２１】
コイルセグメント２１は、銅、アルミニウムなどの断面矩形の裸線にエナメル樹脂などの絶縁材料を被覆して作製された、直線状の導体である。コイルセグメント２１は、スロット１４に挿入される直線部２１ａと、直線部２１ａの一端から直線部２１ａの長さ方向に突出する第１コイルエンド部２１ｂと、直線部２１ａの他端から直線部２１ａの長さ方向に突出する第２コイルエンド部２１ｃと、第１コイルエンド部２１ｂから延びる第１端末２１ｄと、第２コイルエンド部２１ｃから延びる第２端末２１ｅと、を備える。各スロット１４には、８本のコイルセグメント２１の直線部２１ａが径方向に１列に配列されて挿入されている。第１コイルエンド部２１ｂが各直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出している。第２コイルエンド部２１ｃが各直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出している。
【００２２】
固定子コイル２０は、固定子鉄心１１の各スロット１４に挿入されたコイルセグメント２１の第１端末２１ｄ同士を接合し、第２端末２１ｅ同士を接合して構成される。ここで、コイルセグメント２１の接合構造を説明する。説明の便宜上、スロット１４内のコイルセグメント２１の挿入位置を、内径側から第１層、第２層・・・第８層とする。また、スロット１４の周方向の並び順に１番、２番、３番・・・とする。図３および図４中、上下方向が軸方向であり、上側を軸方向一側、下側を軸方向他側とする。図４中、左右方向が周方向であり、右側を周方向一側、左側を周方向他側とする。
【００２３】
まず、第１層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出した第１コイルエンド部２１ｂは、図４中、周方向一側に傾斜するように曲げられる。さらに、第１端末２１ｄが、第１コイルエンド部２１ｂの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。一方、第１層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出した第２コイルエンド部２１ｃは、図４中、周方向他側に傾斜するように曲げられる。さらに、第２端末２１ｅが、第２コイルエンド部２１ｃの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。第２層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出した第１コイルエンド部２１ｂは、図４中、周方向他側に傾斜するように曲げられる。さらに、第１端末２１ｄが、第１コイルエンド部２１ｂの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。一方、第２層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出した第２コイルエンド部２１ｃは、図４中、周方向一側に傾斜するように曲げられる。さらに、第２端末２１ｅが、第２コイルエンド部２１ｃの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。
【００２４】
さらに、第３層、第５層および第７層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出した第１コイルエンド部２１ｂは、図４中、周方向一側に傾斜するように曲げられる。さらに、第１端末２１ｄが、第１コイルエンド部２１ｂの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。第３層、第５層および第７層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出した第２コイルエンド部２１ｃは、図４中、周方向他側に傾斜するように曲げられる。さらに、第２端末２１ｅが、第２コイルエンド部２１ｃの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。第４層、第６層および第８層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出した第１コイルエンド部２１ｂは、図４中、周方向他側に傾斜するように曲げられる。さらに、第１端末２１ｄが、第１コイルエンド部２１ｂの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。第４層、第６層および第８層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出した第２コイルエンド部２１ｃは、図４中、周方向一側に傾斜するように曲げられる。さらに、第２端末２１ｅが、第２コイルエンド部２１ｃの先端から軸方向に外方に延びるように曲げられる。
【００２５】
第１層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出する第１コイルエンド部２１ｂから軸方向に延びる第１端末２１ｄは、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第２層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向一側に突出する第１コイルエンド部２１ｂから軸方向に延びる第１端末２１ｄに接続される。第１層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出する第２コイルエンド部２１ｃから軸方向に延びる第２端末２１ｅは、周方向他側に６スロット離れたスロット１４の第２層に挿入された直線部２１ａからスロット１４の軸方向他側に突出する第２コイルエンド部２１ｃから軸方向に延びる第２端末２１ｅに接続される。これにより、スロット１４の第１層と第２層とに挿入されているすべてのコイルセグメント２１が接続される。
【００２６】
このようにして、（１＋６（ｎ−１））番のスロット１４の群の第１層と第２層とに挿入されているコイルセグメント２１が直列に接続され、２本の１ターンの波巻き巻線が得られる。（２＋６（ｎ−１））番のスロット１４の群の第１層と第２層とに挿入されているコイルセグメント２１が直列に接続され、２本の１ターンの波巻き巻線が得られる。（３＋６（ｎ−１））番のスロット１４の群の第１層と第２層とに挿入されているコイルセグメント２１が直列に接続され、２本の１ターンの波巻き巻線が得られる。（４＋６（ｎ−１））番のスロット１４の群の第１層と第２層とに挿入されているコイルセグメント２１が直列に接続され、２本の１ターンの波巻き巻線が得られる。（５＋６（ｎ−１））番のスロット１４の群の第１層と第２層とに挿入されているコイルセグメント２１が直列に接続され、２本の１ターンの波巻き巻線が得られる。（６＋６（ｎ−１））番のスロット１４の群の第１層と第２層とに挿入されているコイルセグメント２１が直列に接続され、２本の１ターンの波巻き巻線が得られる。但し、ｎは１以上の整数である。
【００２７】
スロット１４の第３層と第４層とに挿入されているすべてのコイルセグメント２１が、同様に接続される。スロット１４の第５層と第６層とに挿入されているすべてのコイルセグメント２１が、同様に接続される。スロット１４の第７層と第８層とに挿入されているすべてのコイルセグメント２１が、同様に接続される。
【００２８】
固定子鉄心１１の軸方向一側においては、第１層と第２層のコイルセグメント２１の第１端末２１ｄ同士の溶接部１６ａと、第３層と第４層のコイルセグメント２１の第１端末２１ｄ同士の溶接部１６ｂと、第５層と第６層のコイルセグメント２１の第１端末２１ｄ同士の溶接部１６ｃと、第７層と第８層のコイルセグメント２１の第１端末２１ｄ同士の溶接部１６ｄとが、径方向に１列に並んで配列されている。つまり、溶接部１６ａ−１６ｄにより接続された第１コイルエンド部２１ｂの４対が径方向に配列されている。このように径方向に並んだ第１コイルエンド部２１ｂの４対を、１スロットピッチで周方向に配列して、軸方向一側のコイルエンド２０ａが構成される。また、径方向に１列に並んだ溶接部１６ａ−１６ｄにおいては、図３に示されるように、溶接部１６ａ−１６ｄの軸方向高さが同じである。
【００２９】
固定子鉄心１１の軸方向他側においては、第１層と第２層のコイルセグメント２１の第２端末２１ｅ同士の溶接部１６ｅと、第３層と第４層のコイルセグメント２１の第２端末２１ｅ同士の溶接部１６ｆと、第５層と第６層のコイルセグメント２１の第２端末２１ｅ同士の溶接部１６ｇと、第７層と第８層のコイルセグメント２１の第２端末２１ｅ同士の溶接部１６ｈとが、径方向に１列に並んで配列されている。つまり、溶接部１６ｅ−１６ｈにより接続された第２コイルエンド部２１ｃの４対が径方向に配列されている。このように径方向に並んだ第２コイルエンド部２１ｃの４対を、１スロットピッチで周方向に配列して、軸方向他側のコイルエンド２０ｂが構成される。また、径方向に１列に並んだ溶接部１６ｅ−１６ｈにおいては、図３に示されるように、溶接部１６ｅ−１６ｈの軸方向高さが同じである。
【００３０】
つぎに、固定子１０の組み立て方法を図５から図１２を用いて説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における切り出された導体の断面図、図６および図７は、それぞれ、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における導体の端末の絶縁被膜除去工程を説明する図、図８は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における絶縁被膜除去工程後の導体の端末周りを示す要部側面図、図９は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における導体の端末曲げ工程を説明する図、図１０は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における端末曲げ工程後の導体の端末周りを示す要部側面図、図１１は、この発明の実施の形態１に係る固定子における第１コイルセグメントの端末形状を説明する側面図、図１２は、この発明の実施の形態１に係る固定子における第２コイルセグメントの端末形状を説明する側面図である。
【００３１】
ここで、第１コイルセグメント２１Ａおよび第２コイルセグメント２１Ｂの作製方法を説明する。
【００３２】
まず、銅、アルミニウムなどの裸線にエナメル樹脂などの絶縁材料を被覆して作製された連続線から、既定の長さの直線状の導体３０が切り出される。切り出された導体３０は、図５に示されるように、導体３０の長さ方向と直交する断面が矩形の導体部３６と、導体部３６の４側面に被覆された絶縁被膜３７と、を備える。
【００３３】
ついで、絶縁被膜除去工程において、切り出された導体３０の両端部の既定の範囲の絶縁被膜３７が除去される。絶縁被膜除去工程では、まず、図６に示されるように、導体３０の第１端部が下金型４２に設置される。ついで、上金型４１が、図６中矢印で示される方向に移動される。これにより、図７に示されるように、導体３０の第１端部の一方の相対する２面の既定の範囲に被覆されている絶縁被膜３７が除去される。相対する絶縁被膜除去面は、平行な平坦面である。
【００３４】
ついで、導体３０を９０度回転させて、同様に、導体３０の第１端部の他方の相対する２面の既定の範囲に被覆されている絶縁被膜３７が除去される。このとき、導体３０の既定の範囲の先端側の導体部３６の他方の面の一部が絶縁被膜３７とともに除去される。これにより、導体部３６の先端側の厚みが根元側より薄くなっている。図８に示されるように、一方の絶縁被膜除去面は、平坦面となっている。また、他方の絶縁被膜除去面は、一方の絶縁被膜除去面と平行な根元側および先端側の平坦面と、両平坦面をつなぐ傾斜面と、を備える。導体部３６の他方の面の一部が絶縁被膜３７とともに除去されて形成された先端側の平坦面が、後述する第１径方向面３１ａとなる。また、根元側の平坦面と先端側の平坦面とをつなぐ傾斜面が、後述する段差部３２となる。
ついで、導体３０の第２端部の４面に被覆されている絶縁被膜３７が同様に除去され、第１コイルセグメント２１Ａが作製される。
【００３５】
ついで、端末曲げ工程において、絶縁被膜３７が除去された導体３０の両端部が曲げ成形される。端末曲げ工程では、まず、導体３０の第１端部が、下金型４４に設置される。このとき、導体３０の第１端部の他方の相対する２面にうちの、平坦面のみで構成される一方の絶縁被膜除去面が下金型４４上に置かれる。ついで、上金型４３が下金型４４の方向に移動される。これにより、図９に示されるように、導体３０の第１端部の絶縁被膜除去部がクランク形状に塑性変形される。そこで、図１０に示されるように、先端側が、根元側に対して、一方の絶縁被膜除去面の側にシフトされたクランク形状の、導体３０の第１端部が形成される。先端側の一方の絶縁被膜除去面が、後述する第２径方向面３１ｂとなる。
ついで、導体３０の第２端部が同様に曲げ成形され、第２コイルセグメント２１Ｂが作製される。
【００３６】
ここでは、絶縁被膜除去工程により導体３０の端部の絶縁被膜３７を除去した後、端末曲げ工程により導体３０の端末を既定のクランク形状に曲げ成形して、第２コイルセグメント２１Ｂを作製している。しかし、端末曲げ工程により導体３０の端部を既定のクランク形状に曲げ成形した後、絶縁被膜除去工程により導体３０の端部の絶縁被膜３７を除去して、第２コイルセグメント２１Ｂを作製してもよい。
【００３７】
つぎに、このように作製された第１コイルセグメント２１Ａおよび第２コイルセグメント２１Ｂの端末形状について説明する。
【００３８】
第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１は、図１１に示されるように、絶縁被膜３７が除去された第１絶縁被膜除去部３４と、絶縁被膜３７が被覆され、第１コイルエンド部２１ｂと同等の断面形状を有する第１基部３３ａと、を有する。第１絶縁被膜除去部３４は、第１基部３３ａに隣接する第１根元部３４ａと、先端側の第１先端部３４ｂと、を有する。第１根元部３４ａは、第１基部３３ａの導体部３６と同等の断面形状を有する。第１先端部３４ｂは、１面を第１根元部３４ａに対して厚みｔ１だけ窪ませて、第１根元部３４ａより小さな断面積となっている。この窪ませた１面が、第１径方向面３１ａとなる。第１先端部３４ｂの第１径方向面３１ａと第１根元部３４ａの１面とをつなぐ傾斜面が、段差部３２となる。第１基部３３ａの第１径方向面３１ａと同じ側の面が、コイル中間面３７ａとなる。なお、第１コイルセグメント２１Ａの第２端末２１ｅ１も、第１端末２１ｄ１と同じ形状に形成されている。すなわち、第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と第２端末２１ｅ１は、第１コイルセグメント２１Ａの長さ方向の中央を通り、長さ方向と直交する平面について面対称の形状である。
【００３９】
第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２は、図１２に示されたように、絶縁被膜３７が除去された第２絶縁被膜除去部３５と、絶縁被膜３７に被覆された第２基部３３ｂと、を有する。第２絶縁被膜除去部３５は、第２基部３３ｂに隣接する第２根元部３５ａと、先端側の第２先端部３５ｂと、を有する。第２根元部３５ａは、第２基部３３ｂの導体部３６と同等の断面形状を有する。第２先端部３５ｂは、第２根元部３５ａより小さな断面積を有する。第２絶縁被膜除去部３５は、第２先端部３５ｂが第２根元部３５ａに対して一面側に厚みｔ２だけシフトしたクランク形状となっている。第２先端部３５ｂの一面が第２径方向面３１ｂとなる。第２基部３３ｂの第２径方向面３１ｂと同じ側の面が、コイル中間面３７ｂとなる。ここで、厚みｔ１と厚みｔ２との関係は、ｔ２−ｔ１＝２ｄとなっている。但し、ｄは絶縁被膜３７の厚みである。なお、第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ２も、第１端末２１ｄ２と同じ形状に形成されている。すなわち、第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２と第２端末２１ｅ２は、第２コイルセグメント２１Ｂの長さ方向の中央を通り、長さ方向と直交する平面について面対称の形状である。
【００４０】
ここで、第１端末２１ｄ１，２１ｄ２が径方向に重ねられた際に、第１径方向面３１ａは、第１基部３３ａの導体部３６の第１端末２１ｄ２側の面に対して、第１端末２１ｄ２と反対側に厚みｔ１だけ変位した位置に位置している。また、第１端末２１ｄ１，２１ｄ２が径方向に重ねられた際に、第２径方向面３１ｂは、第２基部３３ｂの導体部３６の第１端末２１ｄ１側の面に対して、第１端末２１ｄ１側に厚みｔ２だけ変位した位置に位置している。
【００４１】
つぎに、固定子１０の組み立て方法を図１３から図２０を用いて説明する。図１３は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法におけるコイルセグメントを固定子鉄心に挿入する方法を説明する展開図、図１４は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法におけるコイルセグメントがスロットに挿入されている状態を示す縦断面図、図１５は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における第１コイルエンド部が曲げ成形された状態を示す展開図、図１６は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における第２コイルエンド部が曲げ成形された状態を示す展開図、図１７は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法において第１コイルセグメントの第１端末と第２コイルセグメントの第１端末とが径方向に重なった状態を示す側面図、図１８は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法において第１コイルセグメントの第１端末と第２コイルセグメントの第１端末とが径方向に重なった状態を示す斜視図、図１９は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における溶接工程を説明する側面図、図２０は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法において第１コイルセグメントの第１端末と第２コイルセグメントの第１端末とが接合された状態を示す斜視図である。なお、図１８および図２０では、便宜上、４本のコイルセグメントの第１端末のみを図示している。
【００４２】
まず、インシュレータ１５がスロット１４のそれぞれに装着される。ついで、図１３に示されるように、固定子鉄心１１の軸方向一側から各スロット１４に第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂとが４本ずつ挿入される。このとき、第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂとは、第１端末２１ｄ１，２１ｄ２および第２端末２１ｅ１，２１ｅ２の第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂが相対するように重ねられて、各スロット１４に挿入される。第１コイルセグメント２１Ａは、第１端末２１ｄ１および第２端末２１ｅ１の第１径方向面３１ａが径方向外方を向くように各スロット１４に挿入される。第２コイルセグメント２１Ｂは、第１端末２１ｄ２および第２端末２１ｅ２の第２径方向面３１ｂが径方向内方を向くように各スロット１４に挿入される。図１４に示されるように、４本の第１コイルセグメント２１Ａの直線部２１ａが、各スロット１４の第１層、第３層、第５層および第７層に位置するように収納される。４本の第２コイルセグメント２１Ｂの直線部２１ａが、各スロット１４の第２層、第４層、第６層および第８層に位置するように収納される。
【００４３】
ついで、固定子鉄心１１の軸方向一側において、第１層、第３層、第５層および第７層のそれぞれに挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第１コイルエンド部２１ｂの根元部が曲げられて、第１コイルエンド部２１ｂが周方向一側に傾斜される。さらに、直線部２１ａが挿入されているスロット１４から周方向一側に３スロット分シフトした位置で第１コイルエンド部２１ｂの先端部が曲げられて、第１端末２１ｄ１が軸方向外側に延ばされる。
【００４４】
ついで、第２層、第４層、第６層および第８層のそれぞれに挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第１コイルエンド部２１ｂの根元部が曲げられて、第１コイルエンド部２１ｂが周方向他側に傾斜される。さらに、直線部２１ａが挿入されているスロット１４から周方向他側に３スロット分シフトした位置で第１コイルエンド部２１ｂの先端部が曲げられて、第１端末２１ｄ２が軸方向外側に延ばされる。
【００４５】
これにより、第１層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第２層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２とが、径方向に重ねられる。同様に、第３層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第４層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２とが、径方向に重ねられる。同様に、第５層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第６層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２とが、径方向に重ねられる。同様に、第７層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第８層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２とが、径方向に重ねられる。
【００４６】
ついで、固定子鉄心１１の軸方向他側において、第１層、第３層、第５層および第７層のそれぞれに挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第２コイルエンド部２１ｃの根元部が曲げられて、第２コイルエンド部２１ｃが周方向他側に傾斜される。さらに、直線部２１ａが挿入されているスロット１４から周方向他側に３スロット分シフトした位置で第２コイルエンド部２１ｃの先端部が曲げられて、第２端末２１ｅ１が軸方向外側に延ばされる。
【００４７】
第２層、第４層、第６層および第８層のそれぞれに挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第２コイルエンド部２１ｃの根元部を曲げて、第２コイルエンド部２１ｃが周方向一側に傾斜される。さらに、直線部２１ａが挿入されているスロット１４から周方向一側に３スロット分シフトした位置で第２コイルエンド部２１ｃの先端部が曲げられて、第２端末２１ｅ２が軸方向外側に延ばされる。
【００４８】
これにより、第１層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第２端末２１ｅ１と、周方向他側に６スロット離れたスロット１４の第２層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ２とが、径方向に重ねられる。同様に、第３層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第２端末２１ｅ１と、周方向他側に６スロット離れたスロット１４の第４層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ２とが、径方向に重ねられる。同様に、第５層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第２端末２１ｅ１と、周方向他側に６スロット離れたスロット１４の第６層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ２とが、径方向に重ねられる。同様に、第７層に挿入された第１コイルセグメント２１Ａの第２端末２１ｅ１と、周方向他側に６スロット離れたスロット１４の第８層に挿入された第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ２とが、径方向に重ねられる。
【００４９】
ここで、第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２とは、図１７および図１８に示されるように、径方向に重ねられる。このとき、第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１のコイル中間面３７ａと第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２のコイル中間面３７ｂとが突き合わされて接触する。また、第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１の第１径方向面３１ａと第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２の第２径方向面３１ｂとが突き合わされて接触する。第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの接触部は、軸方向から見て、コイル中間面３７ａ，３７ｂの接触部に対して径方向内側にシフトしている。段差部３２は、径方向に関して、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの接触部とコイル中間面３７ａ，３７ｂの接触部との間に位置している。なお、第１コイルセグメント２１Ａの第２端末２１ｅ１と第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ２も、同様に、径方向に重ねられる。
【００５０】
ついで、固定子鉄心１１の軸方向両側において、径方向に重ねられた第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ１，２１ｄ２同士、および第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂの第２端末２１ｅ１，２１ｅ２同士が、それぞれ、レーザ溶接により接続される。溶接工程では、固定子鉄心１１は軸心を上下方向に向けて配置され、レーザ照射ヘッド５１は固定子鉄心１１の軸方向上方に配置される。そして、レーザ照射ヘッド５１から出射されたレーザ光が、図１９に示されるように、径方向に重ねられた第１端末２１ｄ１，２１ｄ２の第１先端部３４ｂと第２先端部３５ｂとの端面に軸方向から照射される。これにより、図２０に示されるように、第１先端部３４ｂと第２先端部３５ｂとが溶接部１６により接合される。なお、溶接部１６は、溶接部１６ａ−１６ｈの総称である。
【００５１】
実施の形態１では、第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１の第１絶縁被膜除去部３４の第１径方向面３１ａと第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２の第２絶縁被膜除去部３５の第２径方向面３１ｂとが突き合わされている。第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの突き合わせ部が、軸方向から見て、コイル中間面３７ａ，３７ｂの突き合わせ部より径方向内方にシフトしている。そして、段差部３２は、径方向に関して、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの接触部とコイル中間面３７ａ，３７ｂの接触部との間に位置している。同様に、第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂとの第２端末２１ｅ１，２１ｅ２においても、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの突き合わせ部が、軸方向から見て、コイル中間面３７ａ，３７ｂの突き合わせ部より径方向内方にシフトしている。そして、段差部３２は、径方向に関して、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの接触部とコイル中間面３７ａ，３７ｂの接触部との間に位置している。そこで、軸方向外方から照射されるレーザ光が、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの間を貫通しても、段差部３２にあたり、絶縁被覆された第１基部３３ａおよび第２基部３３ｂには到達しない。これにより、溶接箇所の周辺の絶縁被膜３７の損傷発生を抑制できる。そこで、レーザ溶接を適用して、溶接時間を短縮し、固定子１０の生産性を向上できるとともに、絶縁被膜３７の損傷発生に起因する品質低下を防止できる。
【００５２】
回転電機においては、特性向上の観点から、スロット１４内の導体線の占積率を高めることが求められる。すなわち、コイルセグメント２１の直線部２１ａがスロット１４内に隙間のない状態で配置される。そのため、コイルセグメント２１の端末同士を接合して構成されるコイルエンドにおいて、端末同士の接合部である溶接部１６の直径が大きくなると、径方向に隣り合う溶接部１６間の絶縁距離を確保できなくなる。実施の形態１では、絶縁被膜除去工程において、導体部３６の他方の面の一部を絶縁被膜３７とともに除去している。これにより、第１先端部３４ｂの断面積が第１基部３３ａの導体部３６より小さくなり、第２先端部３５ｂの断面積が第２基部３３ｂの導体部３６より小さくなっている。その結果、溶接部１６の直径を小さくでき、径方向に隣り合う溶接部１６間の絶縁距離を確保できる。
【００５３】
絶縁被膜３７の被覆部がレーザ照射部に隣接している場合、レーザ照射部での熱が絶縁被膜３７の被覆部に伝達され、絶縁被膜３７が損傷する恐れがあった。絶縁被膜３７の損傷部から発生するガスが溶接部１６に混入すると、接続不良、溶接強度の低下をもたらす。実施の形態１では、絶縁被膜３７が除去された第１根元部３４ａが第１基部３３ａと隣り合うように形成されている。また、絶縁被膜３７が除去された第２根元部３５ａが第２基部３３ｂと隣り合うように形成されている。つまり、レーザ光の照射部と第１基部３３ａとの間に第１根元部３４ａが存在し、レーザ光の照射部と第２基部３３ｂとの間に第２根元部３５ａが存在する。これにより、レーザ光の照射部での熱が第１基部３３ａおよび第２基部３３ｂに伝達されにくくなる。その結果、レーザ溶接時における絶縁被膜３７の損傷発生を抑制でき、接続不良、溶接強度の低下の発生を防止できる。
【００５４】
第１絶縁被膜除去部３４が断面積の小さい第１先端部３４ｂのみで構成され、第２絶縁被膜除去部３５が断面積の小さい第２先端部３５ｂのみで構成されている場合、第１絶縁被膜除去部３４および第２絶縁被膜除去部３５の電気抵抗が高くなる。その結果、固定子コイル２０の電気抵抗が増大し、固定子コイル２０での発熱による損失が増大する。実施の形態１では、第１先端部３４ｂより断面積の大きい第１根元部３４ａが第１基部３３ａに隣接して形成されている。第２先端部３５ｂより断面積の大きい第２根元部３５ａが第２基部３３ｂに隣接して形成されている。これにより、第１絶縁被膜除去部３４と第２絶縁被膜除去部３５の電気抵抗が小さくなり、固定子コイル２０での発熱による損失が低減され、回転電機の効率を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態１では、第１コイルセグメント２１Ａおよび第２コイルセグメント２１Ｂは、固定子鉄心１１の各スロット１４に挿入した後、第１コイルエンド部２１ｂおよび第２コイルエンド部２１ｃを周方向に曲げている。しかし、第１コイルエンド部２１ｂが予め曲げ成形された第１コイルセグメント２１Ａおよび第２コイルセグメント２１Ｂを固定子鉄心１１の各スロット１４に挿入した後、第２コイルエンド部２１ｃのみを周方向に曲げてもよい。
【００５６】
実施の形態２．
図２１は、この発明の実施の形態２に係る固定子の要部を示す縦断面図、図２２は、この発明の実施の形態２に係る固定子におけるコイルセグメントを固定子鉄心に装着する方法を説明する縦断面図である。
【００５７】
図２１において、コイルセグメント２１は、第１コイルセグメント２１Ｃと第２コイルセグメント２１Ｄとにより構成される。
【００５８】
第１コイルセグメント２１Ｃは、直線部２１ａと、直線部２１ａの一端から直線部２１ａの長さ方向に突出する第１コイルエンド部２１ｂと、直線部２１ａの他端から直線部２１ａの長さ方向に突出する第２コイルエンド部２１ｃと、第１コイルエンド部２１ｂから延びる第１端末２１ｄ１と、第２コイルエンド部２１ｃから延びる第２端末２１ｅ３と、を備える。第１端末２１ｄ１は、第１基部３３ａと、第１根元部３４ａおよび第１先端部３４ｂを有する第１絶縁被膜除去部３４と、を備える。第１先端部３４ｂの径方向外方を向く面が第１根元部３４ａの径方向外方を向く面に対して径方向内方にシフトし、第１径方向面３１ａとなる。第２端末２１ｅ３は、第２根元部３５ａおよび第２先端部３５ｂを有する第２絶縁被膜除去部３５と、を備える。第２絶縁被膜除去部３５は、第２先端部３５ｂが第２根元部３５ａに対して径方向外方にシフトするクランク形状となっている。第２先端部３５ｂの径方向外方を向く面が、第２径方向面３１ｂとなる。このように、第１コイルセグメント２１Ｃは、第２端末２１ｅ３の形状が異なる点を除いて、実施の形態１における第１コイルセグメント２１Ａと同様に構成されている。
【００５９】
第２コイルセグメント２１Ｄは、直線部２１ａと、直線部２１ａの一端から直線部２１ａの長さ方向に突出する第１コイルエンド部２１ｂと、直線部２１ａの他端から直線部２１ａの長さ方向に突出する第２コイルエンド部２１ｃと、第１コイルエンド部２１ｂから延びる第１端末２１ｄ２と、第２コイルエンド部２１ｃから延びる第２端末２１ｅ４と、を備える。第１端末２１ｄ２は、第２基部３３ｂと、第２根元部３５ａおよび第２先端部３５ｂを有する第２絶縁被膜除去部３５と、を備える。第２絶縁被膜除去部３５は、第２先端部３５ｂが第２根元部３５ａに対して径方向内方にシフトするクランク形状となっている。第２先端部３５ｂの径方向内方を向く面が第２径方向面３１ｂとなる。第２端末２１ｅ４は、第１根元部３４ａおよび第１先端部３４ｂを有する第１絶縁被膜除去部３４と、を備える。第１先端部３４ｂの径方向内方を向く面が第１根元部３４ａの径方向内方を向く面に対して径方向外方にシフトし、第１径方向面３１ａとなる。このように、第２コイルセグメント２１Ｄは、第２端末２１ｅ４の形状が異なる点を除いて、実施の形態１における第２コイルセグメント２１Ｂと同様に構成されている。
【００６０】
各スロット１４には、第１コイルセグメント２１Ｃと第２コイルセグメント２１Ｄとが径方向に１列に交互に並んで４本ずつ挿入されている。固定子鉄心１１の軸方向両側において、第１基部３３ａと第２基部３３ｂとのコイル中間面３７ａ，３７ｂが突き合わされ、第１先端部３４ｂの第１径方向面３１ａと第２先端部３５ｂの第２径方向面３１ｂとが突き合わされている。
【００６１】
ここで、固定子鉄心１１の軸方向の一端側では、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの突き合わせ部が、コイル中間面３７ａ，３７ｂの突き合わせ部に対して、径方向内方に位置している。一方、固定子鉄心１１の軸方向の他端側では、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの突き合わせ部が、コイル中間面３７ａ，３７ｂの突き合わせ部に対して、径方向外方に位置している。このように、第１径方向面３１ａと第２径方向面３１ｂとの突き合わせ部が、コイル中間面３７ａ，３７ｂの突き合わせ部に対して、径方向にずれる方向が、固定子鉄心１１の軸方向両側において、反対である。つまり、第１コイルセグメント２１Ｃの第１端末２１ｄ１の第１径方向面３１ａは、コイル中間面３７ａより径方向内方に位置している。第２コイルセグメント２１Ｄの第２端末２１ｅ４の第１径方向面３１ａは、コイル中間面３７ｂより径方向外方に位置している。そこで、図２２に示されるように、第２コイルセグメント２１Ｄをスロット１４の第８層に挿入することができる。
【００６２】
このように、実施の形態２では、第１コイルセグメント２１Ｃおよび第２コイルセグメント２１Ｄを、先に挿入されているコイルセグメントに干渉されることなく、１本ずつスロット１４に挿入することができる。
【００６３】
回転電機においては、固定子コイル２０を制御装置に接続するための出力線、固定子コイル２０の各相のコイルを連結するための中性点などが必要となる。つまり、出力線用のコイルセグメント、中性点用のコイルセグメントなどが必要となる。出力線用、中性点用などのコイルセグメントは、固定子コイル２０を構成するコイルセグメント２１とは、長さ、形状が異なることが多い。
【００６４】
実施の形態１の構成では、第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂとを径方向に重ね合わせた状態でスロット１４に挿入する必要があった。そこで、出力線用、中性点用などの特異な形状のコイルセグメントと固定子コイル２０を構成するコイルセグメント２１とを同時にスロット１４に挿入する工程が煩雑となってしまう。
【００６５】
実施の形態２の構成では、第１コイルセグメント２１Ｃと第２コイルセグメント２１Ｄとを別々にスロット１４に挿入することができる。そこで、出力線用、中性点用などの特異な形状のコイルセグメントと固定子コイル２０を構成するコイルセグメント２１とを１本ずつ順番にスロット１４に挿入することができる。これにより、特異な形状のコイルセグメントと固定子コイル２０を構成するコイルセグメント２１のスロット１４への装着工程が簡易となる。
【００６６】
実施の形態３．
図２３は、この発明の実施の形態３に係る固定子を示す展開図、図２４は、この発明の実施の形態３に係る固定子におけるセグメントコイルを示す平面図、図２５は、この発明の実施の形態３に係る固定子におけるスロットに挿入されているセグメントコイルの配列状体を説明する展開図である。なお、図２５では固定子が省略されている。
【００６７】
図２３において、固定子コイル２０Ａは、固定子鉄心１１の各スロット１４に装着された多数のＵ字形のコイルセグメント４０を接続して構成されている。
【００６８】
コイルセグメント４０は、銅、アルミニウムなどの断面矩形の裸線にエナメル樹脂などの絶縁材料を被覆して作製された、Ｕ字形の導体である。コイルセグメント４０は、図２４に示されるように、例えば６スロット離れたスロット１４に挿入される一対の直線部４０ａと、一対の直線部４０ａの一端同士を連結する連結部４０ｂと、一対の直線部４０ａの他端から延びる一対のコイルエンド部４０ｃと、一対のコイルエンド部４０ｃの先端から延びる第１端末４０ｄおよび第２端末４０ｅと、を備える。連結部４０ｂは、一対の直線部４０ａを導体の径方向の厚さ分、導体の厚さ方向、すなわち径方向に変位させている。第１端末４０ｄは、第１コイルセグメント２１Ａの第１端末２１ｄ１と同形状に形成されている。第２端末４０ｅは、第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ２と同形状に形成されている。
【００６９】
このように構成されたコイルセグメント４０は、固定子鉄心１１の軸方向他側から、６スロット離れたスロット１４の対の第１層と第２層とに挿入される。また、コイルセグメント４０は、固定子鉄心１１の軸方向他側から、６スロット離れたスロット１４の第３層と第４層とに挿入される。また、コイルセグメント４０は、固定子鉄心１１の軸方向他側から、６スロット離れたスロット１４の第５層と第６層とに挿入される。さらに、コイルセグメント４０は、固定子鉄心１１の軸方向他側から、６スロット離れたスロット１４の第７層と第８層とに挿入される。これにより、コイルセグメント４０は、図２５に示されるように、第１層と第２層、第３層と第４層、第５層と第６層、および第７層と第８層とに、１スロットピッチでスロット１４と同数環状に配列される。
【００７０】
各スロット１４の第１層から軸方向一側に突出するコイルエンド部４０ｃが、周方向一側に傾斜するように曲げられる。さらに、直線部４０ａが挿入されているスロット１４から周方向一側に３スロット分シフトした位置でコイルエンド部４０ｃの先端部が曲げられて、第１端末４０ｄが軸方向外側に延ばされる。各スロット１４の第２層から軸方向一側に突出するコイルエンド部４０ｃが、周方向他側に傾斜するように曲げられる。さらに、直線部４０ａが挿入されているスロット１４から周方向他側に３スロット分シフトした位置でコイルエンド部４０ｃの先端部が曲げられて、第２端末４０ｅが軸方向外側に延ばされる。
【００７１】
さらに、各スロット１４の第３層、第５層および第７層から軸方向一側に突出するコイルエンド部４０ｃが、それぞれ、周方向一側に傾斜するように曲げられる。さらに、第１端末４０ｄが、コイルエンド部４０ｃの先端から軸方向外方に延びるように曲げられる。さらに、各スロット１４の第４層、第６層および第８層から軸方向一側に突出するコイルエンド部４０ｃが、それぞれ、周方向他側に傾斜するように曲げられる。さらに、第２端末４０ｅが、コイルエンド部４０ｃの先端から軸方向外方に延びるように曲げられる。
【００７２】
これにより、スロット１４の第１層に挿入されているコイルセグメント４０の第１端末４０ｄが、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第２層に挿入されているコイルセグメント４０の第２端末４０ｅと径方向に重ねられる。そして、第１端末４０ｄの第１先端部の第１径方向面と第２端末４０ｅの第２先端部の第２径方向面とが突き合わされた状態でレーザ溶接される。同様に、スロット１４の第３層、第５層および第７層に挿入されているコイルセグメント４０の第１端末４０ｄが、周方向一側に６スロット離れたスロット１４の第４層、第６層および第８層に挿入されているコイルセグメント４０の第２端末４０ｅと径方向に重ねられる。そして、第１端末４０ｄの第１先端部の第１径方向面と第２端末４０ｅの第２先端部の第２径方向面とが突き合わされた状態でレーザ溶接される。
【００７３】
実施の形態３では、コイルセグメント４０の第１端末４０ｄと第２端末４０ｅは、第１コイルセグメント２１Ａと第２コイルセグメント２１Ｂの第１端末２１ｄ１，２１ｄ２と同形状に形成されている。したがって、実施の形態３においても、レーザ溶接を適用して、溶接時間を短縮し、固定子１０の生産性を向上できるとともに、絶縁被膜３７の損傷発生に起因する品質低下を防止できる。
【００７４】
なお、上記各実施の形態では、固定子コイルがコイルセグメントを接続して形成された複数の波巻き巻線により構成されているが、固定子コイルは、波巻き巻線に限定されず、分布巻巻線であればよく、例えば亀甲形コイルなどの重ね巻き巻線でもよい。
【００７５】
また、上記各実施の形態では、６スロット離れたスロットの対に挿入されているコイルセグメントの端末同士が接続されているが、接続されるコイルセグメントが挿入されるスロットの対は、６スロット離れたスロットの対に限定されない。つまり、接続されるコイルセグメントが挿入されるスロットの対は、複数スロット離れたスロットの対であればよく、例えば、３スロット離れたスロットの対でもよい。
【００７６】
また、上記各実施の形態では、コイルセグメントの直線部が各スロット内に径方向に１列に配列して８本収納されているが、各スロット内に収納されるコイルセグメントの直線部の本数は２ｍ本（ただし、ｍは１以上の整数）であればよい。
【００７７】
また、上記各実施の形態では、接続されるコイルセグメントの端末は、それぞれ、直線部が挿入されているスロットから互いに近づく方向に３スロット分シフトして径方向に重なっている。しかし、両端末は、一方が２スロット分、他方が４スロット分互いに近づく方向にシフトして、径方向に重なるようにしてもよい。
【００７８】
また、上記各実施の形態では、スロットが径方向内方に開口するインアーロータ型の回転電機について説明しているが、本発明は、スロットが径方向外方に開口するアウターロータ型の回転電機に適用しても、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７９】
１１  固定子鉄心、１４  スロット、２０，２０Ａ  固定子コイル、２１  コイルセグメント、２１Ａ，２１Ｃ  第１コイルセグメント、２１Ｂ，２１Ｄ  第２コイルセグメント、２１ｄ、２１ｄ１，２１ｄ２  第１端末、２１ｅ、２１ｅ１，２１ｅ２，２１ｅ３，２１ｅ４  第２端末、３０  導体、３１ａ  第１径方向面、３１ｂ  第２径方向面、３３ａ  第１基部、３３ｂ  第２基部、３４  第１絶縁被膜除去部、３４ａ  第１根元部、３４ｂ  第１先端部、３５  第２絶縁被膜除去部、３５ａ  第２根元部、３５ｂ  第２先端部、３６  導体部、３７  絶縁被膜、３７ａ，３７ｂ  コイル中間面、４０  コイルセグメント、４０ｃ  コイルエンド部、４０ｄ  第１端末、４０ｅ  第２端末。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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