(57)【要約】  コイルエンドの小型化が可能な回転電機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。  本発明は、固定子鉄心と前記固定子鉄心のスロットに挿入された略U字状の複数のセグメントコイルの端部が接続された固定子コイルと、を備えた固定子の製造方法であって、セグメントコイルの端部を捻り治具６００を用いて捻り成形するコイル捻り工程を備え、前記コイル捻り工程は、前記捻り治具の溝部６１０に前記セグメントコイルの端部を挿入した状態で、前記溝部６１０の一部を構成するエッジ部６２０を捻り支点として、セグメントコイルに前記エッジ部の押し跡が形成されるようにセグメントコイルに荷重を加えて捻り成形を行うこと、を特徴とする。
2019123977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心と前記固定子鉄心のスロットに挿入された略U字状の複数のセグメントコイルの端部が接続された固定子コイルと、を備えた固定子の製造方法であって、
セグメントコイルの端部を捻り治具を用いて捻り成形するコイル捻り工程を備え、
前記コイル捻り工程は、前記捻り治具の溝部に前記セグメントコイルの端部を挿入した状態で、前記溝部の一部を構成するエッジ部を捻り支点として、セグメントコイルに前記エッジ部の押し跡が形成されるようにセグメントコイルに荷重を加えて捻り成形を行うこと、を特徴とする固定子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固定子の製造方法において、
前記溝部は捻り支点となる複数箇所の前記エッジ部を備えており、
セグメントコイルに複数箇所の前記エッジ部の押し跡が形成されるようにセグメントコイルに荷重を加えて捻り成形を行うこと、を特徴とする固定子の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の固定子の製造方法において、
前記捻り治具の溝は、溝幅が深さ方向に一定であることを特徴とする固定子の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の固定子の製造方法において、
前記セグメントコイルは、端部を含む一部の領域を除いて絶縁被膜で被覆されており、
前記セグメントコイルの絶縁膜で被覆されていない領域と前記捻り治具の前記エッジ部を当接させて捻り成形を行う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】
本発明は、回転電機の固定子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、固定子巻線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を回転させる。また、回転子に加わる機械エネルギーを電気エネルギーに変換してコイルから交流電力を出力することもできる。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として、セグメントコイルの端部を溶接して接続する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３５４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の回転電機を自動車に搭載する場合、狭く限られた空間に取り付けられるため、小型化が要求される。小型化にともない低コイルエンド化が必要であった。略Ｕ字状のセグメント導体はスロットに挿入後、捻り成形及び溶接を行うことにより、固定子コイルを構成する。溶接側コイルエンドの更なる小型化のためには、コイル捻り部の捻り角を急にしていく必要があり、捻り成形時の捻り荷重をより大きくする必要がある。一方、捻り荷重を大きくすると、捻り成形時に捻り治具とコイルの位置ずれが生じやすくなり、コイル端部の高さ、位置ずれを招く。また、コイル端部の高さ方向、周方向あるいは径方向の位置ずれは、その後のコイル端部の溶接工程における作業性の低下、溶接部の接続信頼性の低下といった問題があり、高さのばらつきにより低コイルエンド化も達成できない。【０００５】
本発明は、コイルエンドの小型化が可能な回転電機の固定子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】
【０００６】
本発明は、固定子鉄心と前記固定子鉄心のスロットに挿入された略U字状の複数のセグメントコイルの端部が接続された固定子コイルと、を備えた固定子の製造方法であって、セグメントコイルの端部を捻り治具を用いて捻り成形するコイル捻り工程を備え、前記コイル捻り工程は、前記捻り治具の溝部に前記セグメントコイルの端部を挿入した状態で、前記溝部の一部を構成するエッジ部を捻り支点として、セグメントコイルに前記エッジ部の押し跡が形成されるようにセグメントコイルに荷重を加えて捻り成形を行うこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の回転電機の固定子の製造方法により、コイルエンドの小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】固定子を含む回転電機の全体構成を示す断面図。
【図２】固定子の構成を示す斜視図。
【図３】固定子コイルのセグメント導体を説明する図であり、（ａ）は一つのセグメント導体を示す図、（ｂ）はセグメント導体によるコイル形成を説明する図、（ｃ）はスロット内のセグメント導体の配置を説明する図。
【図４】Ｕ相の固定子コイルを示す斜視図。
【図５】溶接側コイルエンドの部分拡大図。
【図６】本実施例の捻り治具を用いたコイル捻り工程を説明する概念図。
【図７】本実施例の捻り治具を用いたコイル捻り工程を説明する概念図。
【図８】本実施例の捻り治具を用いたコイル捻り工程を説明する概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１０】
（実施例１）  
なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。
【００１１】
図１は本発明による固定子を備える回転電機を示す断面図である。回転電機１０は、ハウジング５０、固定子２０、固定子鉄心２１と、固定子コイル６０と、回転子１１とから構成される。
【００１２】
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により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形した、電動機の外被を構成している。ハウジング５０は、枠体或いはフレームとも称されている。
【００１３】
ハウジング５０の外周側には、液冷ジャケット１３０が固定されている。液冷ジャケット１３０の内周壁とハウジング５０の外周壁とで、油やＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３が構成され、この冷媒通路１５３は液漏れしないように形成されている。液冷ジャケット１３０は、軸受１４４，１４５を収納しており、軸受ブラケットとも称されている。
【００１４】
直接液体冷却の場合、冷媒ＲＦは、冷媒通路１５３を通り、冷媒出口１５４，１５５から固定子２０へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。ハウジング５０がなく、固定子２０を直接ボルト留めもしくはケースに焼き嵌めする構成でもよい。
【００１５】
固定子２０は、固定子鉄心２１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２１は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。固定子コイル６０は、固定子鉄心２１の内周部に多数個設けられているスロット１５に巻回されている。固定子コイル６０からの発熱は、固定子鉄心２１を介して、液冷ジャケット１３０に伝熱され、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより、放熱される。
【００１６】
回転子１１は、回転子鉄心１２と、回転軸１３とから構成されている。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。回転軸１３は、回転子鉄心１２の中心に固定されている。回転軸１３は、液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４，１４５により回転自在に保持されており、固定子２０内の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、回転子１１には、永久磁石１８と、エンドリング（図示せず）が設けられている。
【００１７】
回転電機の組立は、予め、固定子２０をハウジング５０の内側に挿入してハウジング５０の内周壁に取付けておき、その後、固定子２０内に回転子１１を挿入する。次に、回転軸１３に軸受１４４，１４５が嵌合するようにして液冷ジャケット１３０に組み付ける。
【００１８】
図２を用いて、本実施例による回転電機１０に用いる固定子２０の要部の詳細構成について説明する。固定子２０は、固定子鉄心２１と、前記固定子鉄心の内周部に多数個設けられているスロット１５に巻回された固定子コイル６０とから構成されている。固定子コイル６０は、断面が略矩形形状の導体（本実施例では銅線）を使用しスロット内の占積率を向上させ、回転電機１０の効率が向上する。
【００１９】
固定子鉄心２１には、内径側に開口するスロット１５が周方向に例えば７２個形成されている。そして、スロットライナー２００が各スロット１５に配設され、固定子鉄心２１と固定子コイル６０との電気的絶縁を確実にしている。
【００２０】
スロットライナー２００は、銅線を包装するようにＢ字形状や、Ｓ字形状に成形されている。ワニス２０４を滴下して固定子鉄心２１と固定子コイル６０とスロットライナー２００を固定する。ワニス２０４は固定子鉄心２１と固定子コイル６０とスロットライナー２００の隙間に浸透させ固定と絶縁、絶縁保護をする。ワニス２０４はポリエステル樹脂やエポキシ樹脂ワニスを用いる。
【００２１】
ワニス２０４はスロット１５内に浸透させる。さらに、コイルエンド６１、コイルエンド６２にも必要に応じてワニス２０４を塗布してもよい。ワニス２０４の塗布方法としてはノズルを用いた滴下含浸法やワニス液面にステータを浸漬する方法を用いてもよい。
【００２２】
コイルエンド６１、コイルエンド６２における相間絶縁、導体間絶縁のためにセグメント導体間に環状に配設して使用されるものである。このように、本実施形態に係る固定子２０は、コイルエンド６１、コイルエンド６２において絶縁紙２０３が配設されているため、絶縁皮膜が傷ついたり劣化したりしても、必要な絶縁耐圧を保持できる。なお、絶縁紙２０３は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは０．１〜０．５ｍｍ程である。
【００２３】
図３を用いて、固定子コイル６０の巻線方法について簡単に説明する。断面が略矩形のエナメル等で絶縁された銅線もしくはアルミ線を、図３（ａ）の様な、反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃを折り返し点とする様な、略Ｕ字形状のセグメント導体２８に成型する。このとき、反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃは略Ｕ字形状において導体の向きを折り返す形状であればよい。すなわち、図３のような、径方向から見たときに反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃと反溶接側反溶接側コイルエンドの導体斜行部２８Ｆとが略三角形をなすような形状に限らない。例えば、反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃの一部において、導体が固定子鉄心２１の端面と略平行になるような形状（径方向から見たとき反溶接側コイルエンド頂点２８Ｃと反溶接側コイルエンドの導体斜行部２８Ｆとが略台形をなすような形状）であってもよい。
【００２４】
そのセグメント導体２８を、軸方向からをステータスロットに差し込む。そして、ステータスロットの他端から突出したセグメント導体２８の端部を所定の形状に捻り成形を行う。所定のスロット数離れたところに差し込まれた別のセグメント導体２８と導体溶接部２８Ｅにおいて図３（ｂ）の様に接続する。接続方法は、例えば溶融接合や液相−固相反応接合法や固相接合法などである。主にＴＩＧ溶接やプラズマ溶接などを用いる。
【００２５】
このとき、セグメント導体２８には、スロット１５に挿入される部位である導体直線部２８Ｓと、接続相手のセグメント導体の導体溶接部２８Ｅへ向かって傾斜する部位である導体斜行部２８Ｄとが形成される。スロット内には２、４、６・・・（２の倍数）本のセグメント導体が挿入される。図３（ｃ）は１スロットに４本のセグメント導体が挿入された例であるが、断面が略矩形の導体のため、スロット内の占積率を向上させることが出来、回転電機の効率が向上する。
【００２６】
図４は、図３（ｂ）の接続作業をセグメント導体が環状となるまで繰り返し、一相分（例としてＵ相）のコイル４０を形成したときの図である。一相分のコイル４０は導体端部２８Ｅが軸方向一方に集まるように構成され、導体端部２８Ｅの集まる溶接側コイルエンド６２と、反溶接側コイルエンド６１とを形成する。
【００２７】
図５に溶接側コイルエンド６２の拡大図を示す。溶接側コイルエンド６２は、固定子コアのスロットから突出したセグメント導体２８が、導体斜行部２８Ｄおよび導体溶接部２８Ｅが形成されるように所定の角度で捻り成形された状態で径方向に隣り合う同相のセグメント導体の端部が溶接されて構成されている。ここで、捻り成形において、固定子鉄心２１の端面と導体斜行部２８Ｄの間の角度θ１、導体斜行部２８Ｄと導体溶接部２８Ｅの間の角度θ２をより小さくして溶接側コイルエンド６２の高さを低くすることが好ましい。
【００２８】
図６、図７を用いて、本実施例の捻り治具６００を用いてセグメント導体２８の端部を捻り成形するコイル捻り工程について説明する。図６（ａ）に示すように、捻り治具６００には、スロットから突出したセグメント導体２８の導体溶接部２８Ｅを保持するための溝部６１０が設けられており、溝部６１０の一部にセグメント導体２８の捻り支点となるエッジ部を有する。また、溝部６１０の溝幅は深さ方向にほぼ一定となっている。これは、捻り治具６１０の溝内にコイルの傾きを許容する隙間や領域があると、捻り成形後のコイルの傾きにばらつきが生じやすくなる。その結果、接合部となるコイル端部の位置に周方向のずれが発生し、重なり合うコイル端部同士を溶接する時の作業性が低下する原因となる。そのため、溝部６１０をストレート形状（溝幅を一定）にすることで、捻り成形後のコイルの傾きばらつきを抑制するようにしている。
【００２９】
コイル捻り工程では、まず、図６（ｂ）に示すように、捻り治具６００の溝部６１０でセグメント導体２８の導体溶接部２８Ｅを保持する。ここで、セグメント導体２８は、導体溶接部２８Ｅを含む一部の領域を除いてエナメル等の絶縁被膜３０で被覆されている。この状態で、捻り治具６００とセグメント導体２８が挿入された固定子鉄心を、捻り方向に相対的に移動させることで、図７のようにセグメント導体２８の捻り成形を行う。この際、捻り治具６００のエッジ部６２０を捻り支点として、エッジ部６２０とセグメント導体２８を当接させ、セグメント導体にエッジ部６２０の押し跡が形成されるようにセグメント導体に荷重を加えて捻り成形を行う。このようにセグメント導体にエッジ部６２０の押し跡が形成されるように、捻り治具６００の形状、荷重を調整することによって、捻り成形時においても捻り治具６００でセグメント導体２８を確実に保持でき、位置ずれを防止することができる。その結果、固定子鉄心２１の端面と導体斜行部２８Ｄの間の角度θ、導体斜行部２８Ｄと導体溶接部２８Ｅの間の角度θ２をより小さくしても、セグメント導体の捻り成形後の導体溶接部２８Ｅの位置ずれを防止でき、溶接作業性、接続信頼性に優れるとともに、コイルエンドの小型化を実現できる。
【００３０】
（実施例２）
図８を用いて、捻り治具６００の変形例を説明する。本実施例の捻り治具６００では溝部６１０の一部に捻り支点となる２箇所のエッジ部６２０、６２１を有する。また、２箇所のエッジ部６２０、６２１のうち、溝の底部側に位置するエッジ部６２１から溝の底部までの溝幅はほぼ一定となるように形成されている。
【００３１】
コイル捻り工程では、実施例１と同じように捻り治具６００のエッジ部６２０、６２１を捻り支点として、セグメント導体にエッジ部６２０、６２１の押し跡が形成されるようにセグメント導体に荷重を加えて捻り成形を行う。このように、エッジ部を２箇所形成した場合にも実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、導体斜行部２８Ｄから導体溶接部２８Ｅへの屈曲部２８Ｋにおける捻り支点が２箇所に分散されてセグメント導体が段階的に曲げられることで、捻り支点が１箇所の場合よりもセグメント導体の曲げ角を緩やかにできる。これによって、セグメント導体２８の絶縁被膜のやぶれ、浮き上がりを防止できる。また、低コイルエンド化に伴って溶接部と絶縁被膜の距離が近くなりやすく、絶縁被膜の損傷部分があると溶接時の熱影響を受けやすい。本実施例では捻り支点を２箇所にすることで、屈曲部におけるセグメント導体と絶縁被膜の密着性低下を抑制できることから、溶接時の熱影響を小さくできる。
【００３２】
また、図６、７の例では、セグメント導体の絶縁被膜３０と捻り治具６００のエッジ部を当接させて捻り成形を行っているが、図８に示すように、セグメント導体の絶縁被膜３０が形成されていない領域と、捻り治具６００のエッジ部を当接させて捻り成形を行うことも可能である。セグメント導体の露出部を捻り支点とした場合には、セグメント導体を曲げ易く、低コイルエンド化に有効である。
【００３３】
本実施例では、捻り支点となるエッジ部を２箇所設けた例を示したが、エッジ部を３箇所以上設けてもよい。エッジ部を複数箇所設けた場合に、セグメント導体にすべてのエッジ部に対応する押し跡が形成されることが好ましいが、複数のエッジ部のうち少なくとも１箇所以上の押し跡が形成されていれば良い。
【００３４】
以上で説明したように、本発明によれば、コイルエンドの小型化が可能な固定子の製造方法を提供することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    回転電機
１１    回転子
１２    回転子鉄心
１３    回転軸
１５    スロット
２０    固定子
２１    固定子鉄心
２８    セグメント導体
２８Ｃ  反溶接側コイルエンド頂点
２８Ｄ  導体斜行部
２８Ｅ  導体溶接部
２８Ｆ  導体斜行部
２８Ｋ  屈曲部
６００  捻り治具
６１０  溝部
６２０、６２１  エッジ部
【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】
2019123977.tif 000010
【国際調査報告】
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2019123977.tif 000012
2019123977.tif 000013
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