(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角導体を曲げ加工して形成したセグメントを複数備えるセグメントコイルと、前記セグメントコイルが挿入されるスロットを有する固定子コアと、を固定子に有する回転電機において、
前記固定子コアの端面より突出し捻られた前記セグメントコイルのリード部分の先端に形成された溶接部は、隣り合う一対の前記リード部分が溶接され形成される前記固定子コアの径方向に長い長楕円体であり、
第１リード部分とその隣に配置される第２リード部分がペアになって、前記一対のリード部分が形成され、
前記第１リード部分の前記固定子コアの端面から先端までの高さを、前記第２リード部分の前記固定子コアの端面から先端までの高さと異ならせることで、前記長楕円体の長軸と、前記固定子コアの中心軸とが形成する角度が、前記固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さく形成され、
隣り合って配置される長楕円体溶接玉は、その第１溶接玉の長軸と第２溶接玉の長軸とが、前記コア切断面のうち前記第１溶接玉及び前記第２溶接玉が並ぶ前記固定子コアの中心軸を通過する直線を含む放射平面上で、同一方向に向くように揃えられていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項２】
平角導体を曲げ加工して形成したセグメントを複数備えるセグメントコイルと、前記セグメントコイルが挿入されるスロットを有する固定子コアと、を固定子に有する回転電機において、
前記固定子コアの端面より突出し捻られた前記セグメントコイルのリード部分の先端に形成された溶接部は、隣り合う一対の前記リード部分が溶接され形成される前記固定子コアの径方向に長い長楕円体であり、
第１リード部分とその隣に配置される第２リード部分がペアになって、前記一対のリード部分が形成され、
前記第１リード部分の先端又は第２リード部分の先端に面取り部を形成することで、前記長楕円体の長軸と、前記固定子コアの中心軸とが形成する角度が、前記固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さく形成され、
隣り合って配置される長楕円体溶接玉は、その第１溶接玉の長軸と第２溶接玉の長軸とが、前記コア切断面のうち前記第１溶接玉及び前記第２溶接玉が並ぶ前記固定子コアの中心軸を通過する直線を含む放射平面上で、同一方向に向くように揃えられていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、
前記長楕円体溶接玉のうち、前記固定子コアの最外周に配置される最外周溶接玉又は前記固定子コアの最内周に配置される最内周溶接玉が、他の溶接玉とは前記放射平面上で長軸の向きが異なること、
を特徴とする回転電機。
【請求項４】
平角導体を曲げ加工してセグメントを形成し、前記セグメントを複数配置してセグメントコイルを形成し、固定子コアが有するスロットに前記セグメントコイルを挿入し、前記固定子コア端面より突出する前記セグメントコイルのリード部分を捻り、前記リード部分の先端を溶接し、固定子を製造する固定子製造方法において、
隣り合う一対の前記リード部分は、第１リード部分とその隣に配置される第２リード部分よりなり、
前記第１リード部分は第１剥離部分を有し、前記第２リード部分は前記第２剥離部分を有し、
前記第１剥離部分と前記第２剥離部分とはお互いに前記固定子コア端面からの高さが異なるように、前記第１リード部分と前記第２リード部分とが捻り形成され、
前記第１剥離部分と前記第２剥離部分とが溶接されることで、前記一対のリード部分の先端に前記固定子コアの径方向に長い長楕円体の溶接玉が形成され、
前記長楕円体の長軸と、前記固定子コアの中心軸とが形成する角度は、前記固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さく形成されること、
を特徴とする固定子製造方法。
【請求項５】
平角導体を曲げ加工してセグメントを形成し、前記セグメントを複数配置してセグメントコイルを形成し、固定子コアが有するスロットに前記セグメントコイルを挿入し、前記固定子コア端面より突出する前記セグメントコイルのリード部分を捻り、前記リード部分の先端を溶接し、固定子を製造する固定子製造方法において、
前記セグメントの前記リード部分の先端に面取り部を設けた第１剥離部分と、前記第１剥離部分に隣接して配置される第２剥離部分とが、交互に配置されるように前記セグメントコイルが形成されて、前記固定子コアの有する前記スロットに挿入され、
前記第１剥離部分と、前記第１剥離部分の前記面取り部が向く方向とは逆に隣接して配置される前記第２剥離部分とを溶接することで、前記リード部分の先端に前記固定子コアの径方向に長い長楕円体の溶接玉が形成され、前記長楕円体の長軸と、前記固定子コアの中心軸とが形成する角度は、前記固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さく形成されること、
を特徴とする固定子製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の固定子製造方法において、
前記第１剥離部分が、前記第２剥離部分よりも前記固定子コアの内周側に配置されること、
を特徴とする固定子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメントコイルを用いた固定子を製造する技術に関し、詳しくは固定子のスロットにセグメントコイルを挿入した後、セグメントコイルの端部を溶接する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に鑑みて自動車に駆動用のモータを搭載するケースが多くなってきている。車載される駆動用のモータは、搭載スペースが限られるために省スペースであることが求められる。また、自動車の駆動性能を高めるために高出力化が求められる。特にハイブリッド車はエンジンと駆動用モータとをエンジンルーム内に両方を搭載しなければならず、スペース的な制約は厳しい。【０００３】
モータ及び回転電機の小型化及び高出力化を図る場合には、固定子に備えられたコイルに流す電流値を高くすることが考えられる。しかし、このためには固定子に用いるコイルの断面積を確保する必要があり、平角導体を用いたコイルを使用することが提案されている。平角導体でコイルを形成する手法の１つとしてセグメントコイルを用いたものがある。略Ｕ字状に平角導体を曲げ加工してセグメントを形成し、セグメントを固定子コアのスロットに挿入した後、固定子のリード側を溶接することでコイルを形成する方法である。【０００４】
特許文献１には、回転電機の巻線接合方法に関する技術が記載されている。固定子のコイルエンドに配置されるリード部分を溶接するにあたり、中間保持部材をリード部分の径方向内周側から２番目の開放端と３番目の開放端との間に挿入する。これに対し、第１径方向拘束部材を最内周の開放端に径方向内側から押圧し、かつ、第２径方向拘束部材を最外周の開放端に径方向外側から押圧する。ついで、トーチと部材との間に電圧を供給し、かつ、トーチに不活性ガスを供給して、トーチと開放端との間にアーク放電を発生させ、径方向隣接する開放端同士を溶接する。これにより、溶接性の向上を図ることができる。【０００５】
特許文献２には、回転電機のセグメント順次接合ステータコイル及びその製造方法に関する技術が記載されている。固定子コアの端面より突出するリード部分を端面側の径方向の隙間は狭く、先端側の径方向の隙間を広げる構成とすることで、お互いに近接する端部先端部や端部斜行部の望ましくない相互接触、絶縁抵抗の劣化を防止しつつ、スロットの占積率を向上させることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２１９６１４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術を用いて回転電機に用いる固定子を製造するには以下に説明する課題があると考えられる。【０００８】
特許文献１に記載の技術を用いて固定子のリード部分の溶接を行う場合、スロットに入る平角導体の本数が増えてしまうと、対応出来なくなる虞がある。また、特許文献２に記載の技術を用いた場合には、スロットに入る平角導体の本数が増えた時には有効だが、固定子の体格が大きくなってしまう虞がある。これは、リード端部を固定子の径方向に拡張するためである。しかし、固定子は上述した様に、小型化、高出力化が望まれているので、固定子のコイルエンドが大きくなることは好ましくない。【０００９】
セグメントコイルを用いる固定子では、固定子コアが有するスロットに挿入される平角導体の数が増えるにつれて、リード側での溶接点数も増える。したがって、セグメントコイルを用いる固定子の高出力化を図る上では、溶接性の向上という課題は解決すべき重要な課題となる。溶接されるべきリード先端部同士は、固定子コア端面からの距離が等しく、隣り合って居ることが望ましい。一方で、セグメントコイルの形状精度は、曲げ加工して形成するという製造上の問題から高くは出来ない。溶接性の改善は特許文献２に示される様にリード先端部同士の距離を離すことが有効ではあるが、固定子の体格が大きくなる結果を招く上、セグメントコイルの形状精度の影響で溶接されるリード先端部同士の位置がばらつくことを改善する点には言及されていない。【００１０】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、リード部分の溶接性を改善し、回転電機の小型化を実現する回転電機と、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の一態様による回転電機は、以下のような特徴を有する。【００１２】
（１）平角導体を曲げ加工して形成したセグメントを複数備えるセグメントコイルと、前記セグメントコイルが挿入されるスロットを有する固定子コアと、を固定子に有する回転電機において、前記固定子コアの端面より突出し捻られた前記セグメントコイルのリード部分の先端に形成された溶接部は、固定子の径方向に並ぶ溶接玉の少なくとも１つが前記固定子コアの径方向に長い長楕円体であり、前記長楕円体の長手方向と、前記固定子コアの軸方向とが形成する角度は、前記固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さいこと、を特徴とする。【００１３】
（２）（１）に記載の回転電機において、前記溶接部に形成された長楕円体溶接玉は、その長手方向が前記固定子コアのリード側に放射線状に並ぶように配置され、隣り合って配置される前記長楕円体溶接玉は、その第１溶接玉の長手方向軸芯と、第２溶接玉の長手方向軸芯とが、前記コア切断面のうち前記第１溶接玉及び前記第２溶接玉が並ぶ前記前記固定子コアの中心軸を通過する直線を含む放射平面上で、同一方向に向くように揃えられていること、を特徴とする。【００１４】
（３）（２）に記載の回転電機において、前記長楕円体溶接玉のうち、前記固定子コアの最外周に配置される最外周溶接玉又は前記固定子コアの最内周に配置される最内周溶接玉が、他の溶接玉とは前記放射平面上で長手方向の向きが異なること、を特徴とする。【００１５】
また、前記目的を達成するために、本発明の一態様による固定子製造方法は、以下のような特徴を有する。【００１６】
（４）平角導体を曲げ加工してセグメントを形成し、前記セグメントを複数配置してセグメントコイルを形成し、固定子コアが有するスロットに前記セグメントコイルを挿入し、前記固定子コア端面より突出する前記セグメントコイルのリード部分を捻り、前記リード部分の先端を溶接し、固定子を製造する固定子製造方法において、前記リード部分の先端に前記固定子コアの径方向に長い長楕円体の溶接玉が形成され、前記長楕円体の長手方向と、前記固定子コアの軸方向とが形成する角度は、前記固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さく形成されること、を特徴とする。【００１７】
（５）（４）に記載の固定子製造方法において、前記固定子コアの前記スロットより突出する前記セグメントの前記リード部分が有する第１剥離部分と、隣接して配置される第２剥離部分との高さが異なるように、前記リード部分を捻り成形し、前記第１剥離部分と、前記第２剥離部分とを溶接し、溶接部を形成すること、を特徴とする。【００１８】
（６）（４）に記載の固定子製造方法において、前記セグメントの前記リード部分の先端に面取り部を設けた第１剥離部分と、前記第１剥離部分に隣接して配置される第２剥離部分とが、交互に配置されるように前記セグメントコイルが形成され、前記固定子コアの有する前記スロットに前記セグメントコイルが挿入され、前記第１剥離部分と、前記第１剥離部分の前記面取り部が向く方向とは逆に隣接して配置される前記第２剥離部分とを溶接すること、を特徴とする。【００１９】
（７）（４）乃至（６）のいずれかに記載の固定子製造方法において、前記第１剥離部分が、前記第２剥離部分よりも前記固定子コアの内周側に配置されること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このような特徴を有する本発明の一態様による回転電機により、以下のような作用、効果が得られる。【００２１】
上記（１）に記載の態様は、平角導体を曲げ加工して形成したセグメントを複数備えるセグメントコイルと、セグメントコイルが挿入されるスロットを有する固定子コアと、を固定子に有する回転電機において、固定子コアの端面より突出し捻られたセグメントコイルのリード部分の先端に形成された溶接部は、固定子の径方向に並ぶ溶接玉の少なくとも１つが固定子コアの径方向に長い長楕円体であり、長楕円体の長手方向と、固定子コアの軸方向とが形成する角度は、固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さい。即ち、隣り合うリード部分先端を跨ぐように形成される溶接玉は、長楕円体形状に形成される。【００２２】
このような態様によって、隣り合うリード部分先端同士が溶接されて溶接玉を作った際に、隣り合う溶接玉同士が接触しにくくすることが可能となる。固定子のコイルエンド部分は回転電機の小型化の要請に伴い、小型化されることが望ましい。しかし、リード部分は捻り工程を経てリード先端部同士が近接する位置に曲げられるが、この捻り工程において使用する捻り円環と呼ばれる治具を挿入する際に、リード部分同士の間に若干の隙間を要する。また、リード部分同士の距離が近いと、溶接玉同士が接触する虞があるため、所定の距離を必要とする。【００２３】
このため、固定子の端部の設計においては、最低限の溶接玉同士の距離を確保しつつも体格を最小限に抑える必要がある。この場合、溶接玉の大きさが意図した範囲の形状になることが前提だが、実際に固定子を製造してみると、リード先端部分の高さが不揃いとなる。その結果、溶接玉の形状が安定せず、互いに干渉しあうケースがあることが分かった。特に、後述する図１８に示すように隣り合って形成される溶接玉が向かい合う状態でお互いに近づくように流れてしまうケースでは、互いに接触の虞があり絶縁延面距離を稼ぐことが難しくなる。また、溶接部分は、溶接後に絶縁する必要があるが、所定の隙間が確保できないと、絶縁性物質を付着させて絶縁皮膜を形成するのに不都合である。【００２４】
この点を改善すべく、意図的に溶接する隣り合うリード先端部分の高さを変え、溶接玉が長楕円体となるようにすることで、意図しない溶接玉の流れを防ぐこととなる。結果、必要以上にリード先端部分の距離を離す必要がなくなり、固定子の小型化、及び回転電機の小型化に貢献することが可能となる。【００２５】
また、上記（２）に記載の態様は、（１）に記載の回転電機において、溶接部に形成された長楕円体溶接玉は、その長手方向が固定子コアのリード側に放射線状に並ぶように配置され、隣り合って配置される長楕円体溶接玉は、その第１溶接玉の長手方向軸芯と、第２溶接玉の長手方向軸芯とが、コア切断面のうち第１溶接玉及び第２溶接玉が並ぶ前記固定子コアの中心軸を通過する直線を含む放射平面上で、同一方向に向くように揃えられているものである。【００２６】
固定子のコイルエンド部分に形成する長楕円体溶接玉の長手方向の向きを揃えてやることで、隣り合う長楕円体溶接玉同士が干渉することを防ぐことが出来る。溶接によって溶接玉が形成される過程では、溶接玉の形成が重力の影響を受けるが為に、下側に位置する側に溶接玉の重心が偏る傾向にある。この結果、溶接玉の下側の方がより他のリード部分に近づく傾向が強くなる。このため、隣り合う長楕円体溶接玉が、お互いに向かい合う方向に溶接玉が近接すると接触し合う虞がある。これを避けるために、積極的に長楕円体溶接玉を作るようにリード部分の高さを調整して、楕円体溶接玉の長手方向が同一方向に向くようにすることで、よりリード部分同士の距離を近づけることが可能となる。この結果、回転電機の小型化に貢献することが可能となる。【００２７】
また、上記（３）に記載の態様は、（２）に記載の回転電機において、長楕円体溶接玉のうち、固定子コアの最外周に配置される最外周溶接玉又は固定子コアの最内周に配置される最内周溶接玉が、他の溶接玉とは放射平面上で長手方向の向きが異なるものである。これは具体的には、例えば楕円体溶接玉の長手方向軸芯が固定子コア軸芯側から固定子コア外周側に向けて所定の角度を付けて配置されている場合、即ち、内周側が下がり外周側が上がる形状に楕円体溶接玉が形成されている場合に、これが放射平面上において複数整列し、最外周溶接玉だけ内周側が上がり外周側が下がる形状となっていれば、楕円体溶接玉が向き合う形状となってお互いに干渉することを避けることが出来る。【００２８】
即ち、最外周に配置される最外周溶接玉は固定子の外周側に流れ、最外周溶接玉より内側に配置される楕円体溶接玉は固定子の内周側に流れるので、干渉しにくくなる。逆に、最外周溶接玉にあわせて内周側が上がり外周側が下がる形状の楕円体溶接玉が整列され、最内周溶接玉だけが内周側が下がり外周側が上がる構成とした場合も同様の効果が得られる。この結果、固定子のリード部分同士の距離を必要以上に空ける必要が無く、回転電機の小型化に貢献することが可能である。【００２９】
また、このような特徴を有する本発明の一態様による固定子製造方法により、以下のような作用、効果が得られる。【００３０】
上記（４）に記載の態様は、平角導体を曲げ加工してセグメントを形成し、セグメントを複数配置してセグメントコイルを形成し、固定子コアが有するスロットにセグメントコイルを挿入し、固定子コア端面より突出するセグメントコイルのリード部分を捻り、リード部分の先端を溶接し、固定子を製造する固定子製造方法において、リード部分の先端に固定子コアの径方向に長い長楕円体の溶接玉が形成され、長楕円体の長手方向と、固定子コアの軸方向とが形成する角度は、固定子コアの中心軸を含むコア切断面上で９０度より小さく形成されるものである。【００３１】
意図的に溶接玉が長楕円体となるようにする、即ち積極的に溶接玉の形成過程において一方向に溶接玉が流れるような状況を作ってやることで、必要以上にリード先端部分の距離を離す必要がなくなり、（１）に示す回転電機と同等の効果、即ち固定子の小型化、及び回転電機の小型化に貢献することが可能となる。【００３２】
また、上記（５）に記載の態様は、（４）に記載の固定子製造方法において、固定子コアのスロットより突出するセグメントのリード部分が有する第１剥離部分と、隣接して配置される第２剥離部分との高さが異なるように、リード部分を捻り成形し、第１剥離部分と、第２剥離部分とを溶接し、溶接部を形成するものである。隣接するリード部分同士の高さを異ならせ、例えば、第１剥離部分を第２溶接部分より高くしておくことで、その後、溶接部を形成した際に、意図した方向に傾斜する溶接玉を長楕円体形状とすることが可能となる。したがって、固定子のリード部分の間隔を必要以上に離す必要が無く、結果的に固定子の小型化に貢献することが可能となる。【００３３】
また、上記（６）に記載の態様は、（４）に記載の固定子製造方法において、セグメントのリード部分の先端に面取り部を設けた第１剥離部分と、第１剥離部分に隣接して配置される第２剥離部分とが、交互に配置されるようにセグメントコイルが形成され、固定子コアの有するスロットにセグメントコイルが挿入され、第１剥離部分と、第１剥離部分の面取り部が向く方向とは逆に隣接して配置される第２剥離部分とを溶接するものである。面取り部をセグメントの先端部分に設け、面取り部分を有する第１剥離部分と、面取り部分を備えない第２剥離部分を隣接して配置し、溶接する。このため、積極的に面取り部分の斜面に沿って溶接玉が流れる為、意図した方向に長楕円溶接玉が形成される。したがって、固定子のリード部分の間隔を必要以上に離す必要が無く、結果的に固定子の小型化に貢献することが可能となる。【００３４】
また、上記（７）に記載の態様は、（４）乃至（６）のいずれかに記載の固定子製造方法において、第１剥離部分が、第２剥離部分よりも固定子コアの内周側に配置されるものである。このため、隣り合って配置される長楕円体溶接玉は、第１溶接玉と隣に配置される第２溶接玉とで長手方向軸芯が、第１溶接玉及び第２溶接玉の並ぶ放射平面上で同一方向に向くように固定子が形成される。したがって、固定子のリード部分の間隔を必要以上に離す必要が無く、結果的に固定子の小型化に貢献することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態の、回転電機の平面図である。
【図２】第１実施形態の、固定子のコイルエンド部分リード側の拡大斜視図である。
【図３】第１実施形態の、セグメントの平面図である。
【図４】第１実施形態の、固定子の組み立て工程の概略を示す図であり、（ａ）は固定子コアの模式斜視図であり、（ｂ）は固定子コアにインシュレータを備えた様子を示す模式斜視図であり、（ｃ）はセグメントの模式斜視図であり、（ｄ）は固定子コアにセグメントを挿入した様子を示す模式断面図であり、（ｅ）はセグメントを溶接した様子を示す模式断面図である。
【図５】第１実施形態の、固定子の組み立て加工工程を示すフロー図である。
【図６】第１実施形態の、固定子コアのスロットにスロット内導線部が入った状態の断面図である。
【図７】第１実施形態の、固定子コアのスロットにスロット内導線部が入った状態のスロット部分の拡大断面図である。
【図８】第１実施形態の、捻り加工前のコイルエンド部分を拡大した断面図である。
【図９】第１実施形態の、捻り加工後の固定子のコイルエンド部分を拡大した斜視図である。
【図１０】第１実施形態の、溶接治具の斜視図である。
【図１１】第１実施形態の、溶接治具で剥離部分をクランプした状態の斜視図である。
【図１２】第１実施形態の、捻り加工後のリード部分の先端側面図である。
【図１３】第１実施形態の、溶接後のリード部分の先端側面図である。
【図１４】第１実施形態の、部分的に示したリード部分の状態を示した側面図である。
【図１５】第１実施形態の、高低差が設けられたリード部分の先端側面図である。
【図１６】第１実施形態の、高低差が設けられたリード部分の先端を溶接した様子を示す側面図である。
【図１７】第１実施形態との比較例として示した、高低差が設けられたリード部分の先端側面図である。
【図１８】第１実施形態との比較例として示した、高低差が設けられたリード部分の先端を溶接した様子を示す側面図である。
【図１９】第２実施形態の、高低差が設けられたリード部分の先端側面図である。
【図２０】第２実施形態の、高低差が設けられたリード部分の先端を溶接した様子を示す側面図である。
【図２１】第３実施形態の、リード部分の先端側面図である。
【図２２】第３実施形態の、リード部分の先端を溶接した様子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３７】
図１に、第１実施形態の、回転電機Ｍの平面図を示す。図２に、固定子１０のコイルエンド部分リード側の拡大斜視図を示す。ただし、図２では、説明のため回転子４０を省略している。固定子１０は、固定子コア２０とセグメントコイルＳＣよりなる。略円筒状の形状の電磁鋼板を積層してなる固定子コア２０には、固定子コア２０の内周側に突出するよう形成されるティース１１と、隣り合うティース１１の間にスロット１２とを有する構成となっている。
【００３８】
固定子コア２０に設けられたティース１１の数は４８で、スロット１２の数も同様に４８用意されている。固定子コア２０の外縁部には、固定子コア２０より外周側に凸となるように設けられたリブ２１と、リブ２１の中央に設けられたボルト穴２２を有する。ボルト穴２２を利用して図示しないモータカバー等を固定子１０に取り付け等ができる構成となっている。
【００３９】
スロット１２には、絶縁性を有するインシュレータ２５が挿入される。インシュレータ２５は、セグメントコイルＳＣと固定子コア２０との間の絶縁を確保している。図３に、セグメントＳｇの平面図を示す。セグメントＳｇは、平角導体Ｄを略Ｕ字状にエッジワイズ曲げ加工して形成されたものである。このセグメントＳｇを複数種類用意して円環状に配置し、リード部分Ｓｇａを溶接したものがセグメントコイルＳＣである。なお、明細書中では、説明の都合上リード部分Ｓｇａを溶接していないものもセグメントコイルＳＣとしている。
【００４０】
セグメントＳｇは３つの部分からなり、固定子コア２０のスロット１２に挿入されるスロット内導線部Ｓｇｂと、固定子１０のリード側に固定子コア２０の端面より突出するリード部分Ｓｇａと、反リード部分Ｓｇｃを有する。便宜上、リード部分Ｓｇａはリード部分ＳｇａＡとリード部ＳｇａＢと分けて呼ぶ。また、スロット内導線部Ｓｇｂは、スロット内導線部ＳｇｂＡとスロット内導線部ＳｇｂＢと分けて呼ぶ。又、反リード部分Ｓｇｃはクランク部Ｓｇｅと斜辺部ＳｇｄＡと斜辺部ＳｇｄＢとからなるものとする。なお、図２及び図３には図示していないがリード部分ＳｇａＡ及びリード部ＳｇａＢの先端には、後述する剥離加工された剥離部分Ｓｇｉが設けられる。
【００４１】
回転電機Ｍには固定子１０の内周側に回転子４０が設けられている。回転子４０は図示しない電磁鋼板が複数積層された積層鋼板４１に永久磁石片４２が多数配置されたものであり、回転子４０の中心にはシャフト４３が設けられ積層鋼板４１と結合されている。固定子１０と回転子４０の間はギャップが設けられるが、このギャップは極力小さい方が好ましい。ただし、回転子４０を回転させたときに固定子１０の内周側に干渉しない程度の公差が設けられるギャップに考慮されている。
【００４２】
図４に、固定子１０の組み立て工程の概略を示す。図４（ａ）に、固定子コア２０の斜視図を示す。図４（ｂ）に、固定子コア２０にインシュレータ２５を備えた斜視図を示す。図４（ｃ）に、セグメントＳｇの斜視図を示す。図４（ｄ）に、固定子コア２０にセグメントＳｇを挿入した断面図を示す。図４（ｅ）に、セグメントＳｇを溶接した様子を断面図に示す。なお、図４に示している斜視図は説明の為に形状を簡略化している。図４（ａ）に示される固定子コア２０に形成されるスロット１２に、図４（ｂ）に示すようにインシュレータ２５を挿入した状態で、図４（ｃ）に示すセグメントＳｇを挿入する。
【００４３】
この結果、図４（ｄ）に示すような状態になる。すなわち、セグメントＳｇが固定子コア２０の端部から一部突出し、リード部分ＳｇａＡ及びリード部ＳｇａＢが突出している状態になっている。そして、リード部分ＳｇａＡ及びリード部ＳｇａＢを捻り、図４（ｅ）に示すように先端を溶接して溶接玉Ｓｇｆを形成する。以上、図４では、固定子１０の形成過程について概念的に説明した。しかし、実際の組み付け工程では、図４（ｃ）と図４（ｄ）の間にセグメントＳｇを円環状に配置する整列工程を必要とする。
【００４４】
図５に、固定子１０の組み立て加工工程のフロー図を示す。Ｓ１では、「平角導体の直線化及び切り出し」を行う。平角導体Ｄは図示しないボビンに巻かれているので、巻き出して癖取りを行った上で必要な長さに切り出す。Ｓ２では、「セグメント形成」を行う。平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工し、更に図示しない型を用いてクランク部Ｓｇｅを作成し、略Ｕ字型のセグメントＳｇを得る。Ｓ３では、「セグメント整列」を行う。セグメントＳｇは、固定子コア２０のスロット１２にスロット内導線部ＳｇｂＡ又はスロット内導線部ＳｇｂＢが１０本収まるように、セグメントＳｇのクランク部Ｓｇｅを組み合わせて円筒状に配置され、セグメントコイルＳＣを形成する。
【００４５】
Ｓ４では、「インシュレータ挿入」を行う。固定子コア２０のスロット１２には、固定子コア２０とセグメントコイルＳＣとの絶縁を図る目的でインシュレータ２５が、各スロット１２に備えられる。この工程では、インシュレータ２５をスロット１２に挿入して位置決めを行う。Ｓ５では、「セグメントコイル挿入」を行う。厳密にはセグメントコイルＳＣを固定子コア２０に対して近接させ、リード部分Ｓｇａをインシュレータ２５の備えられたスロット１２に挿入する工程である。
【００４６】
Ｓ６では、「ウェッジ挿入」を行う。図６に、固定子コア２０のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂが入った状態の断面図を示す。図７に、固定子コア２０のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂが入った状態のスロット１２部分の拡大断面図を示す。図７は図６に示すX部分の拡大図にあたる。スロット１２に、セグメントＳｇのスロット内導線部Ｓｇｂが１０本挿入された状態で、固定子コア２０の最内周側にウェッジ紙１３を挿入する。ウェッジ紙１３はティース１１の先端にスロット１２に突出するように設けられている凸部１１ａによって、突っ張ることで保持される。
【００４７】
Ｓ７では、「捻り形成」を行う。固定子コア２０に挿入されたセグメントコイルＳＣのリード部分Ｓｇａを固定子コア２０の径方向に捻り、隣り合うコイル同士で接続するような形状に変形させる。リード部分Ｓｇａの捻り方向は、図２に示すように径方向に隣り合うリード部分Ｓｇａ同士が異なる方向に捻られる。Ｓ８では、「Ｔｉｇ溶接」を行う。図４（ｅ）に示すように、隣り合うリード部分Ｓｇａ同士を溶接することで、溶接玉Ｓｇｆを形成する。この際に、図１に示す外部接続端子３０を備えた端子台３１も溶接する。Ｓ９では、「コイルエンド部絶縁処理」を行う。溶接玉Ｓｇｆに絶縁被覆を施す工程であり、粉体塗装にて樹脂を用いて絶縁被覆する。また、固定子コア２０に組み付けられたセグメントコイルＳＣにワニスを含心させる。
【００４８】
図８に、捻り加工前のコイルエンド部分を拡大した断面図を示す。まず、固定子コア２０にセグメントコイルＳＣ（円環状に配置されたセグメントＳｇの開端側）を挿入することで、リード部分Ｓｇａが固定子コア２０の端面から突出し、図８に示すような状態となる。リード部分Ｓｇａは、内周側から、第１リード部分Ｓｇａ１、第２リード部分Ｓｇａ２、第３リード部分Ｓｇａ３、第４リード部分Ｓｇａ４、第５リード部分Ｓｇａ５、第６リード部分Ｓｇａ６、第７リード部分Ｓｇａ７、第８リード部分Ｓｇａ８、第９リード部分Ｓｇａ９、及び第１０リード部分Ｓｇａ１０となっている。第１リード部分Ｓｇａ１から順に第１０リード部分Ｓｇａ１０にかけて順に固定子コア２０の端面２０ａからの長さが長くなるよう設定されている。
【００４９】
図９に、固定子１０の捻り加工後のコイルエンド部分を拡大した斜視図を示す。図２の斜視図では固定子１０内周側からの視点であるが、図９の斜視図では固定子１０外周側からの視点で示されている。図８の状態からＳ７で示される捻り工程を経て図２或いは図９の状態となるようにリード部分Ｓｇａを捻り加工する。この状態で、Ｓ８に示される「Ｔｉｇ溶接」を行う。図１０に、溶接治具１００の斜視図を示す。図１１に、溶接治具１００で剥離部分Ｓｇｉをクランプした状態の斜視図を示す。なお、説明に不要な剥離部分Ｓｇｉは省略している。溶接治具１００は、固定子コア２０に形成されるスロット１２に対応した放射線状に配置されるゲート１１０ａを有するプレート１１０を備え、ゲート１１０ａにはクランプ固定側１１１とクランプ移動側１１２を備えている。
【００５０】
クランプ固定側１１１及びクランプ移動側１１２は、剥離部分ＳｇｉをＴｉｇ溶接可能な様に位置決めし、所定の位置に保持する機能の他に、Ｔｉｇ溶接時にはアースと接続され固定子のスパッタからの保護や、剥離部分Ｓｇｉ及び溶接玉Ｓｇｆの冷却に寄与する機能も有している。図１０及び図１１に示すようにリード部分Ｓｇａが有する剥離部分Ｓｇｉを、クランプ固定側１１１及びクランプ移動側１１２によりクランプする。具体的には、クランプ固定側１１１とクランプ移動側１１２の間に剥離部分Ｓｇｉを突出するように溶接治具１００を配置した後、クランプ移動側１１２を移動させてリード部分Ｓｇａの先端に設けられた剥離部分Ｓｇｉをクランプする。
【００５１】
クランプ固定側１１１及びクランプ移動側１１２の剥離部分Ｓｇｉに当接する部分には、剥離部分Ｓｇｉをガイドする目的でテーパ１１１ａ及びテーパ１１２ａが設けられている。このため、剥離部分Ｓｇｉが多少ばらついてもセンタリングされ、クランプ固定側１１１とクランプ移動側１１２に挟み込まれて位置が決定される。その後、図示しない電極を用いて隣り合う剥離部分Ｓｇｉ同士をＴｉｇ溶接して接合する。
【００５２】
図１２に、捻り加工後のリード部分Ｓｇａの先端側面図を示す。図１３に、溶接後のリード部分Ｓｇａの先端側面図を示す。図１２及び図１３では溶接治具１００は省略して描かれているが実際にはチャックした状態で溶接を行う。また、図１２及び図１３ではセグメントＳｇ同士が揃った理想的な状態を想定している。また、図１２及び図１３は断面図としていないが、固定子コア２０の中心軸を通り、スロット１２の中心部分を切断するコア切断面及び放射平面にあたる面を示す図である。このように、リード部分Ｓｇａの剥離部分Ｓｇｉを溶接することで溶接玉Ｓｇｆを剥離部分Ｓｇｉの先端に形成する。Ｔｉｇ溶接では母材を溶かして溶接するため、隣り合う剥離部分Ｓｇｉ同士が溶けあって電気的に接合した状態となる。なお、この図１３の状態は、模式的に示された理想状態で、実際には後述する理由で、リード部分Ｓｇａ同士の高さが異なる。
【００５３】
図１４に、部分的に示したリード部分Ｓｇａの状態を表す側面図を示す。図１５に、高低差が設けられたリード部分Ｓｇａの先端側面図を示す。図１６に、高低差が設けられたリード部分Ｓｇａの先端を溶接した側面図を示す。前述した捻り工程では、図１４に示すように、例えば第１リード部分Ｓｇａ１と第２リード部分Ｓｇａ２の場合には、第１リード部分Ｓｇａ１の第１剥離部分Ｓｇｉ１が、第２リード部分Ｓｇａ２の第２剥離部分Ｓｇｉ２よりも低くなるように捻られる。これは、図１２及び図１３で示された、ペアとなるリード部分Ｓｇａの内、内周側が低くなるように設定されることが望ましく、第１リード部分Ｓｇａ１、第３リード部分Ｓｇａ３、第５リード部分Ｓｇａ５、及び第７リード部分Ｓｇａ７が隣接するリード部分Ｓｇａよりも低くなるように捻られることが望ましい。なお、第９リード部分Ｓｇａ９だけは、第１０リード部分Ｓｇａ１０の方が低くなるように設定され、溶接される。
【００５４】
このようにして、剥離部分Ｓｇｉ同士を溶接して溶接玉Ｓｇｆを形成する。ただし、図１６では溶接玉Ｓｇｆと呼び分けるために第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１乃至第５楕円体溶接玉Ｓｇｇ５としている。第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１乃至第４楕円体溶接玉Ｓｇｇ４は、その長手方向が略平行になるように並んでいる様子が分かる。つまり、図１６の紙面が形成するコア切断面上に、第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１乃至第４楕円体溶接玉Ｓｇｇ４が同一方向に向くように揃えられている。なお、楕円体溶接玉Ｓｇｇは、通常溶接される際に形成される溶接玉Ｓｇｆのように真球形状に近づけるものではなく、敢えて楕円体形状となるように形成された溶接玉Ｓｇｆである。意図せずに楕円体形状となる溶接玉Ｓｇｆも存在するが、ここでは敢えて区別するために、楕円体溶接玉Ｓｇｇと呼び表す。リード部分ＳｇａのＴｉｇ溶接を行った結果、図２及び図９に示される様なコイルエンド部分が形成され、その後、図１に示したような回転子４０を備えることで回転電機Ｍが形成される。
【００５５】
第１実施形態の固定子１０は、上記構成であり、上述した様な形成過程を経て形成されるので、以下に示すような作用及び効果を奏する。
【００５６】
まず、効果として固定子１０のコイルエンド部分の溶接性を改善すると共に、固定子１０の小型化が実現可能である点が挙げられる。
【００５７】
第１実施形態の回転電機Ｍは、平角導体Ｄを曲げ加工して形成したセグメントコイルＳＣとセグメントコイルＳＣが挿入されるスロット１２を有する固定子コア２０とを固定子１０に有する回転電機Ｍにおいて、固定子コア２０の端面より突出し捻られたセグメントコイルＳＣのリード部分Ｓｇａの先端に形成された溶接部は、固定子１０の径方向に並ぶ溶接玉Ｓｇｆの少なくとも１つが固定子コア２０の径方向に長い長楕円体であり、長楕円体の長手方向と、固定子コア２０の軸方向とが形成する角度は、９０度より小さい。即ち、隣り合うリード部分先端を跨ぐように形成される溶接玉Ｓｇｆは、長楕円体形状に形成されるものである。
【００５８】
固定子１０のコイルエンドは、図１６に示されたように第１リード部分Ｓｇａ１及び第８リード部分Ｓｇａ８までのリード部分Ｓｇａに形成された溶接玉は、固定子１０の内周側に傾くように形成された楕円体溶接玉Ｓｇｇである。また、第９リード部分Ｓｇａ９と第１０リード部分Ｓｇａ１０とが溶接されて形成された第５楕円体溶接玉Ｓｇｇ５は外周側に低くなるように傾けられている。
【００５９】
あるいは、図示しないが第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１乃至第４楕円体溶接玉Ｓｇｇ４、又は第５楕円体溶接玉Ｓｇｇ５の何れかが、図１３に示す溶接玉Ｓｇｆのように球状に形成されている状態の固定子１０である。前述したように、セグメントコイルＳＣを固定子コア２０に挿入した場合、様々な要因からリード部分Ｓｇａの先端の位置を揃えることは困難である。これは、セグメントＳｇが平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工等の曲げ加工を行って形成されるものであるため、セグメントＳｇの形状精度が出しにくいという理由や、セグメントＳｇの形状の特性から位置決めし難い。或いは、固定子１０の組み立て工程に起因するリード部分Ｓｇａの先端位置のバラツキ等の理由が挙げられる。このような理由により、リード部分Ｓｇａの先端の位置は、図１２のように精度良く横一列に並べることが困難である。
【００６０】
図１７に、比較例として、リード部分の先端がばらついている様子を表した側面図を示す。図１８に、比較例として、リード先端がばらついている状態で溶接した様子を表した側面図を示す。図１７及び図１８には、リード部分Ｓｇａがばらついて配置されている状況を示す。具体的には、第１リード部分Ｓｇａ１と第４リード部分Ｓｇａ４が第２リード部分Ｓｇａ２及び第３リード部分Ｓｇａ３よりも高く飛び出している。この状態でＳｇａ同士を溶接すると、図１８に示すように、第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１と第２楕円体溶接玉Ｓｇｇ２とが向き合う状況で、お互いに近づく方向に第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１と第２楕円体溶接玉Ｓｇｇ２とが近接することになる。この結果、第２リード部分Ｓｇａ２と第３リード部分Ｓｇａ３の距離によっては、接触して導通してしまうようなことも考えられる。
【００６１】
このようなことを避けるために、第1実施形態の固定子１０の製造においては、リード部分Ｓｇａの捻り工程において、図１５に示すようなレイアウトとなるようにリード部分Ｓｇａの捻りを行う。或いは、捻り工程の後に先端位置の調整工程を設けてもよい。何れにしても、リード部分Ｓｇａの第１リード部分Ｓｇａ１が第２リード部分Ｓｇａ２より低く、第３リード部分Ｓｇａ３が第４リード部分Ｓｇａ４より低く、第５リード部分Ｓｇａ５が、第６リード部分Ｓｇａ６より低く、第７リード部分Ｓｇａ７が第８リード部分Ｓｇａ８より低く、第９リード部分Ｓｇａ９が第１０リード部分Ｓｇａ１０よりも高くなるように、リード部分Ｓｇａの形成を行う。そして、その後に溶接することで、図１６に示すような状況、或いは、一部が溶接玉Ｓｇｆとして球状に形成され、図１８に示すような楕円体溶接玉Ｓｇｇがお互いに近接し合う様に溶接玉Ｓｇｆが形成されることはなくなるので、リード部分Ｓｇａの溶接時における不良の発生を抑えることが可能となる。
【００６２】
また、このように溶接玉Ｓｇｆを形成することで、リード部分Ｓｇａ同士の距離を必要以上に離す必要が無くなるため、リード部分Ｓｇａ同士の間の距離を最小限に留め、固定子１０のコイルエンド部分をコンパクトに形成できる。その結果、固定子１０の小型化に貢献することが可能となる。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を用いて説明する。第２実施形態は、第１実施形態の固定子１０とほぼ同じ構成であるが、リード部分Ｓｇａの高さの設定が異なる。以下、図面を用いてその点について説明を行う。
【００６４】
図１９に、第２実施形態の高低差が設けられたリード部分Ｓｇａの先端側面図を示す。図２０に、高低差が設けられたリード部分Ｓｇａの先端を溶接した側面図を示す。第１実施形態と異なる点は、固定子１０の外周方向に向けて偶数番目のリード部分Ｓｇａ、即ち、第２リード部分Ｓｇａ２、第４リード部分Ｓｇａ４、第６リード部分Ｓｇａ６、第８リード部分Ｓｇａ８、第１０リード部分Ｓｇａ１０が隣のリード部分Ｓｇａと比べて高くなるように設定されている点である。
【００６５】
このリード部分Ｓｇａの高さの違いは、セグメントＳｇの長さを調整することで実現している。即ち、第１リード部分Ｓｇａ１より第２リード部分Ｓｇａ２の固定子コア２０端面から突出する長さが長くなるように、セグメントＳｇの長さを長く設定している。セグメントＳｇは、固定子コア２０へ挿入する位置によって長さが異なるため、長さを変更しても製造コストは殆ど変わらない。なお、第１実施形態で行ったように、捻り工程において高さを調整する方法や、捻り後に高さを調整する工程を設けても良い。
【００６６】
第２実施形態の固定子１０は、上記構成であり、第１実施形態の固定子１０と同等の効果が得られる。即ち、Ｔｉｇ溶接後の不良率の低下を図ることができることと、固定子１０のコイルエンドの体格を小さくすることが可能であるため、固定子１０そのものの大きさを小さくすることに貢献することが可能である。
【００６７】
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を用いて説明する。第３実施形態は、第１実施形態の固定子１０とほぼ同じ構成であるが、リード部分Ｓｇａの先端の形状が異なる。以下、図面を用いてその点について説明を行う。
【００６８】
図２１に、第３実施形態のリード部分Ｓｇａの先端側面図を示す。図２２に、リード部分Ｓｇａの先端を溶接した側面図を示す。なお、図２１及び図２２に示されるリード部分Ｓｇａは、固定子１０の内周側の４本だけを示し、他は省略している。第３実施形態では、第１実施形態とは異なりセグメントＳｇのリード部分Ｓｇａの形状を、隣り合うリード部分Ｓｇａで異なる形状としている。図２１に示すように、第１リード部分Ｓｇａ１の第１剥離部分Ｓｇｉ１及び第３リード部分Ｓｇａ３の第３剥離部分Ｓｇｉ３の先端部分に斜面Ｃを設けている。
【００６９】
この斜面Ｃは、固定子コア２０のスロット１２に挿入されるセグメントＳｇのうち、奇数番目のリード部分Ｓｇａ、即ち、第１リード部分Ｓｇａ１、第３リード部分Ｓｇａ３、第５リード部分Ｓｇａ５、第７リード部分Ｓｇａ７、第９リード部分Ｓｇａ９にそれぞれ設けられている。なお、第９リード部分Ｓｇａ９に関しては、斜面Ｃを設けずに第１０リード部分Ｓｇａ１０に固定子１０の外周方向に斜面Ｃが向くように設けても良い。
【００７０】
こうすることで、剥離部分ＳｇｉをＴｉｇ溶接した際には、図２２に示すように第１楕円体溶接玉Ｓｇｇ１及び第２楕円体溶接玉Ｓｇｇ２が形成される。斜面Ｃを設けることで、積極的にＴｉｇ溶接によって形成される溶接玉Ｓｇｆが斜面Ｃの向く方向、即ち固定子１０の内周方向に流れ、結果的に楕円体溶接玉Ｓｇｇのように楕円体に溶接玉Ｓｇｆが形成される。こうすることで、溶接玉Ｓｇｆ同士の干渉を抑えることが可能となる。
【００７１】
このようなセグメントＳｇを用いることで、例えば、図１７に示したようにリード部分Ｓｇａの先端の位置がばらついた場合にも、楕円体溶接玉Ｓｇｇは斜面Ｃの向く方向に移動しやすく、結果的に、図１８に示すようにお互いに溶接玉Ｓｇｆ同士が近接し合う様な溶接玉Ｓｇｆを形成することを避けることが期待出来る。この結果、第１実施形態及び第２実施形態の固定子１０と同様に、溶接玉Ｓｇｆ形成後の不良率を低下させ、固定子１０の小型化に貢献することが出来る。第１実施形態及び第２実施形態では、積極的にリード部分Ｓｇａの高さを変更する方針であるが、第３実施形態では、リード部分Ｓｇａの先端の形状を工夫することで、同等の効果を狙うものである。
【００７２】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、第１実施形態及び第２実施形態に示したパターン以外にも、リード部分Ｓｇａの先端の高さを異ならせることで、図１８に示したように、溶接玉Ｓｇｆがお互いに近接し合う事を回避できるような組み合わせとすることを妨げない。例えば、奇数番目のリード部分Ｓｇａの長さを、偶数番目のリード部分Ｓｇａの高さよりも高くするように揃える、或いは、その逆でも成り立つ。又、隣り合うリード部分Ｓｇａ同士が同じ高さであるようにするパターンを組み合わせても良い。
【００７３】
また、第３実施形態のリード部分Ｓｇａの先端形状についても、斜面Ｃのような単純な形状ではなく、丸面取りや一部を抉るような加工であっても、溶接玉Ｓｇｆの流れる方向を誘導することを目的としているのであれば、採用することを妨げない。
【符号の説明】
【００７４】
１０      固定子
１１      ティース
１２      スロット
１３      ウェッジ紙
２０      固定子コア
２５      インシュレータ
４０      回転子
Ｄ      平角導体
Ｍ      回転電機
ＳＣ      セグメントコイル
Ｓｇ      セグメント
Ｓｇａ      リード部分
Ｓｇｂ      スロット内導線部
Ｓｇｃ      反リード部分
Ｓｇｅ      クランク部
Ｓｇｆ      溶接玉
Ｓｇｇ      楕円体溶接玉
Ｓｇｉ      剥離部分
【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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