(57)【要約】【課題】回転電機用のセグメントコイルについて、必要な耐圧のための絶縁被膜の厚さを確保しながら、小型化を可能とすることである。【解決手段】セグメントコイル製造方法は、所定の長さの導体線を、真直部分と曲げ成形部分とを有するＪ字状またはＬ字状に成形して導体セグメントとし、導体セグメントの曲げ成形部分の所定の箇所の絶縁被膜の厚さを厚くし、予め定めた所定のコイル巻回方法に従って、コアに設けられたスロットの軸方向の一方側端面または他方側端面から導体セグメントの真直部分を挿入し、各スロットの他方側端面または一方側端面において、一方の導体セグメントの真直部分が突出した先端部と、他方の導体セグメントの曲げ成形部分の先端部とを、所定の巻回方法に従って順次電気的に接続してコアに巻回されるセグメントコイルとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さの導体線を、真直部分と曲げ成形部分とを有するＪ字状またはＬ字状に成形して導体セグメントとし、
導体セグメントの曲げ成形部分の所定の箇所の絶縁被膜の厚さを厚くし、
予め定めた所定のコイル巻回方法に従って、コアに設けられたスロットの軸方向の一方側端面または他方側端面から導体セグメントの真直部分を挿入し、
各スロットの他方側端面または一方側端面において、一方の導体セグメントの真直部分が突出した先端部と、他方の導体セグメントの曲げ成形部分の先端部とを、所定のコイル巻回方法に従って順次電気的に接続してコアに巻回されるセグメントコイルとすることを特徴とするセグメントコイル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメントコイル製造方法に係り、特に回転電機のコアのスロットに配置されて巻回されるセグメントコイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のステータコアまたはロータコアに巻線を巻回する方法として、複数の導体セグメントを所定のコイル巻回方法に従ってコアのスロットに挿入し、コアの端部に突き出た先端部を順次接続してセグメントコイルとすることが行われる。
【０００３】
特許文献１には、固定子のコイルエンドにおいて隣接するセグメントコイルが異相同士か同相同士か、または固定子のスロット内においてセグメントコイルの向かい合う先が他のセグメントコイルか固定子コアの内壁かによって、必要な耐圧が異なることに応じ、異なる厚さの絶縁被膜層を設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９４０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導体セグメントをスロットに挿入する際に、挿入側の絶縁被膜が厚いと、スロットに挿入できないか、挿入したとしてもスロット内のコイル占積率が低下するので、回転電機の性能が低下し、あるいは回転電機が大型化する。
【０００６】
本発明の目的は、耐圧に必要な絶縁被膜の厚さを確保しながら、回転電機の小型化を可能とするセグメントコイルの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るセグメントコイル製造方法は、所定の長さの導体線を、真直部分と曲げ成形部分とを有するＪ字状またはＬ字状に成形して導体セグメントとし、導体セグメントの曲げ成形部分の所定の箇所の絶縁被膜の厚さを厚くし、予め定めた所定のコイル巻回方法に従って、コアに設けられたスロットの軸方向の一方側端面または他方側端面から導体セグメントの真直部分を挿入し、各スロットの他方側端面または一方側端面において、一方の導体セグメントの真直部分が突出した先端部と、他方の導体セグメントの曲げ成形部分の先端部とを、所定のコイル巻回方法に従って順次電気的に接続してコアに巻回されるセグメントコイルとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、Ｊ字状またはＬ字状の導体セグメントの曲げ成形部分の所定の箇所の絶縁被膜の厚さを厚くし、スロットに挿入され配置される真直部分の絶縁被膜の厚さは厚くされない。これにより、耐圧に必要な絶縁被膜の厚さを確保しながら、回転電機の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るセグメントコイルが巻回されるステータを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るセグメントコイルの製造方法において、巻回される対象のステータコアを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るセグメントコイルの製造方法において、絶縁被膜の厚い部分付きのＪ字状導体セグメントがステータコアのスロットの軸方向両側端面からそれぞれ挿入される手順を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るセグメントコイルの製造方法において、ステータコアのスロットの軸方向両側端面からそれぞれ挿入された導体セグメントが組み合わされて形成されるセグメントコイルを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るセグメントコイルにおける絶縁被膜の厚い部分の効果を示す図である。（ａ）は図１から図４で説明した絶縁被膜の厚い部分の配置箇所の場合を示し、（ｂ）は、絶縁被膜の厚い部分の配置箇所を変更した例を示す図である。
【図６】絶縁被膜の厚い部分の配置箇所の他の２つの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、セグメントコイルの巻回対象が回転電機ステータであるとして述べるが、セグメントコイルの巻回対象は回転電機ロータであってもよい。以下で述べる寸法、形状、材質等は説明のための例示であって、セグメントコイルの巻回対象の仕様に応じ適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、回転電機のステータ１０の構成図である。このステータ１０は、三相同期型回転電機に用いられる固定子であって、各相コイルを構成するセグメントコイル２０は、分布巻型でステータコア１２に巻回される。ここで、セグメントコイル２０は、Ｊ字状に成形された複数の導体セグメント３０を所定のコイル巻回方法で順次接続して形成されるものである。ここで、Ｊ字状の真直部分がステータコア１２のスロット１６に挿入され、スロット１６に挿入されない曲げ成形部分に、絶縁被膜の厚い部分４０が設けられる。
【００１２】
なお、図１に、回転電機ステータ１０における軸方向、径方向、周方向を示した。軸方向については、一方側と他方側を示した。
【００１３】
ステータコア１２は、外周側のベース部と、内周側に周方向に沿って複数配置され径方向に突き出すティース１４と、隣接するティース１４の間で軸方向に貫通する空隙である複数のスロット１６とを含む円環状の磁性体部品である。
【００１４】
かかるステータコア１２は、ティース１４およびスロット１６を含んで所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を複数積層したものが用いられる。磁性体薄板としては、電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を所定の形状に一体化成形したものを用いることもできる。
【００１５】
各相コイルを構成するセグメントコイル２０は、Ｊ字状の導体セグメント３０を複数用い、これらを、予め定めたコイル巻回方法で順次電気的に接続して、ステータコア１２に巻回し三相巻線を形成したものである。ここで予め定めたコイル巻回方法は、分布巻におけるコイル配置方法である。すなわち、スロット１６の軸方向の一方側端面または他方側端面からＪ字状の導体セグメント３０の真直部分を挿入しながら、周方向に沿って分布巻で定められた所定のスロット間隔だけ離れた複数のスロット１６の間に渡って配置し、各スロット１６の他方側端面または一方側端面において、一方の導体セグメント３０の真直部分が突出した先端部と、他方の導体セグメント３０の曲げ成形部分の先端部とを順次電気的に接続して、セグメントコイル２０が形成される。セグメントコイル２０を形成する手順の詳細は後述する。
【００１６】
導体セグメント３０は、所定の長さの絶縁被膜付き導体線を、真直部分と曲げ成形部分とを有するＪ字状に成形したものである。真直部分とは、Ｊ字状の直線的に延伸する部分で、ステータコア１２のスロット１６内に配置される部分である。曲げ成形部分とは、Ｊ字状において、真直部分の一方端から曲げられた部分で、ステータコア１２の軸方向の一方側端面または他方側端面から突き出してコイルエンドを形成する部分である。なお、真直部分の他方端は曲げ成形が行われない。このように、Ｊ字状とは、曲げられた部分が真直部分の一方端からのみで、他方端からは曲げられていない形状を字形に例えて示すもので、Ｌ字状、あるいは一方端山部を有する形状等と呼んでもよい。なお、真直部分の長さと曲げ成形部分の長さ等については、分布巻のコイル配置方法と関連付けて後述する。
【００１７】
導体セグメント３０に用いられる絶縁被膜付きの導体線としては、断面形状が矩形の平角線を用いる。平角線を用いることで、スロット１６内のコイル占積率の向上を図ることができる。平角線に代えて、断面が円形、楕円形のものを用いてもよい。絶縁被膜としては、ポリイミド（ＰＡ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂等を用いることができる。絶縁被膜の厚さｔSCは、セグメントコイル２０とステータコア１２との間の部分放電耐圧ＶSCに基づいて設定される。一例を挙げると、
【００１８】
ステータコア１２のコイルエンドにおいては、互いに異相のセグメントコイル２０の間で要求される部分放電耐圧ＶSSはＶSCよりも高い。絶縁被膜の厚い部分４０は、セグメントコイル２０において、この高い部分放電耐圧ＶSSが必要とされる箇所に設けられる。絶縁被膜の厚い部分４０は、導体セグメント３０の絶縁被膜の上にさらに絶縁被膜を重ねるもので、その厚さｔSSは、ｔSS＝（ｔSC＋Δｔ）で、Δｔが導体セグメント３０の絶縁被膜の上に重ねられた分の絶縁被膜の厚さである。
【００１９】
ｔSS，ｔSCは、回転電機等の仕様によって定めることができるが、一例を挙げると、ｔSCを約５〜１０μｍとし、Δｔを約５〜１０μｍとし、ｔSSを約１０〜２０μｍとし、することができる。これは例示であって、これ以外の厚さに設定することもできる。絶縁被膜の厚い部分４０は、導体セグメント３０の絶縁被膜の上にポリイミド（ＰＡ）樹脂等をさらに塗布することで形成することができる。あるいは、所定の厚さのポリイミド（ＰＡ）樹脂チューブ等を導体セグメント３０の絶縁被膜の上に被せるものとしてもよい。
【００２０】
接続部５０は、セグメントコイル２０を形成するときに、順次接続されるべき２つの導体セグメント３０同士が接続される箇所である。接続部５０は、各スロット１６の他方側端面または一方側端面において、一方の導体セグメント３０の真直部分が突出した先端部と、他方の導体セグメント３０の曲げ成形部分の先端部とを突き合せ位置決めし、溶接等で電気的に接続して形成される。図１に示すように、Ｊ字状の導体セグメント３０の真直部分がスロット１６に挿入されると、その先端部は、ステータコア１２の軸方向の端面からわずかに突き出す程度である。したがって、接続部５０は、ステータコア１２の軸方向の端面のごく近傍の位置に設けられる。
【００２１】
上記構成について、セグメントコイル２０の形成手順を示す図２から図４を用いて、さらに詳細に説明する。セグメントコイル２０を形成してステータコア１２に三相巻線を巻回するには、まず、ステータコア１２を準備する。図２は、セグメントコイル２０が巻回されるステータコア１２を示す図である。ステータコア１２は、内周側にティース１４とスロット１６とが交互に配置された形状を有する電磁鋼板を複数積層したものである。
【００２２】
次に、絶縁被膜の厚い部分４０を有するＪ字状の導体セグメント３０を複数準備し、これらの真直部分を、スロット１６の軸方向の一方側端面または他方側端面から挿入する。絶縁被膜の厚い部分４０は、挿入の前に、予めＪ字状の導体セグメント３０に設けておく。
【００２３】
図３には、準備されたうちの４つの導体セグメント３０が示されている。４つの導体セグメント３０は同じものであるが、ステータコア１２のスロット１６に挿入する方向が異なる場合がある。図３では、４つの導体セグメント３０を区別するため、ステータコア１２の軸方向の一方端から他方端に挿入されるものを、導体セグメント３０ｂ，３０ｄとし、ステータコア１２の軸方向の一方端から他方端に挿入されるものを、導体セグメント３０ａ，３０ｃとした。
【００２４】
４つの導体セグメント３０は同じ形状を有するので代表として、導体セグメント３０ｂについて説明すると、導体セグメント３０ｂは、真直部分３２と曲げ成形部分３４とを有する。曲げ成形部分３４は、真直部分３２の一方端側から鋭角に曲げられ、さらに山形に曲げ成形される。Ｊ字状の両端部の１つは、真直部分３２の他方端側の先端部３６ｂで、図３では、軸方向の他方端側を向く。もう１つは、曲げ成形部分３４の先端部３８ｂで、やはり軸方向の他方端側を向く。絶縁被膜の厚い部分４０は、曲げ成形部分３４の先端部３８寄りの山形の部分に設けられる。同様に、導体セグメント３０ｄも、真直部分３２の他方端側の先端部３６ｄは軸方向の他方端側を向き、曲げ成形部分３４の先端部３８ｄは軸方向の他方端側を向く。
【００２５】
ステータコア１２に対する挿入方向が導体セグメント３０ｂ，３０ｄと反対方向となる導体セグメント３０ａは、真直部分３２の先端部３６ａは軸方向の一方端側を向き、曲げ成形部分３４の先端部３８ａは軸方向の一方端側を向く。同様に、導体セグメント３０ｃも、真直部分３２の先端部３６ｃは軸方向の一方端側を向き、曲げ成形部分３４の先端部３８ｃは軸方向の一方端側を向く。
【００２６】
導体セグメント３０の寸法について、図３では導体セグメント３０ｄに代表させて、真直部分３２の軸方向の長さをＨ、曲げ成形部分３４の長さをＤとして示した。曲げ成形部分３４の長さＤは、ステータコア１２のスロット１６が配置される周方向に沿った長さである。真直部分３２の軸方向の長さＨは、ステータコア１２の軸方向に沿った長さＨ0より僅かに長く設定される。「僅かに長く」とは、ステータコア１２の一方側端面または他方側端面において溶接工程を行うために必要な程度にＨ0より長く、という意味で、例えばＨ0より数ｍｍ長い。曲げ成形部分３４の長さＤは、導体セグメント３０ｂの真直部分３２が挿入されるスロット１６と、導体セグメント３０ｂと組み合わされる導体セグメント３０ｃの真直部分３２が挿入されるスロット１６との間の周方向に沿った距離である所定のスロット間隔Ｄ0と同じ長さに設定される。図３の例では、所定のスロット間隔Ｄ0は、６スロット間隔である。６スロット間隔は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相と三相が２回順次配置されたときの最初のスロットと、２回配置された後の最初のスロットとの間のスロット間隔である。このように、三相分布巻の場合、所定のスロット間隔Ｄ0としては、３の倍数のスロット間隔であればよい。
【００２７】
図４は、ステータコア１２の図示を省略し、セグメントコイル２０において、４つの導体セグメント３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが組み合わされて形成された部分を示す図である。図４に示されるように、ステータコア１２の他方端側の端面において、導体セグメント３０ａの曲げ成形部分３４の先端部３８ａと導体セグメント３０ｂの真直部分３２の先端部３６ｂが突き合わされる。そして、ステータコア１２の一方端側の端面において、導体セグメント３０ｂの曲げ成形部分３４の先端部３８ｂと導体セグメント３０ｃの真直部分３２の先端部３６ｃが突き合わされる。また、ステータコア１２の他方端側の端面において、導体セグメント３０ｃの曲げ成形部分３４の先端部３８ｃと導体セグメント３０ｄの真直部分３２の先端部３６ｄが突き合わされる。
【００２８】
このようにして、ステータコア１２の所定のスロット間隔Ｄ0毎に、１つの導体セグメント３０の曲げ成形部分３４の先端部３８と次の導体セグメント３０の真直部分３２の先端部３６が順次突き合わされ、この突き合せ箇所で溶接等の接続処理が行われて、接続部５０が形成される。これを所定の巻回数まで順次繰り返して１相分のセグメントコイル２０が形成される。これを三相分行うことで、三相のセグメントコイル２０が形成される。
【００２９】
図４に示されるように、絶縁被膜の厚い部分４０は、導体セグメント３０のＪ字状の曲げ成形部分３４に設けられるので、導体セグメント３０の真直部分３２がスロット１６に挿入されるときに妨げとならない。スロット１６に挿入される真直部分３２は元々の絶縁被膜の厚さ分の大きさのままであるので、絶縁被膜の厚い部分４０を設けたことによりスロット１６内のコイル占積率が低下することがない。
【００３０】
図５は、絶縁被膜の厚い部分４０が設けられる作用効果を説明する図である。図３、図４では、１相分のセグメントコイル２０の形成を説明したが、ステータコア１２には、三相分のセグメントコイル２０が配置される。その場合、ステータ１０のコイルエンドでは、異なる相のセグメントコイルが隣接することが生じる。絶縁被膜の厚い部分４０は、セグメントコイルにおいて、異なる相が隣接する箇所に配置される。
【００３１】
図５（ａ）は、図３の導体セグメント３０ａと、異なる相の導体セグメント３１ｂがコイルエンドで隣接する場合を示す図である。導体セグメント３０ａの絶縁被膜の厚い部分４０は、導体セグメント３０ｂと導体セグメント３１ｂとが交差して隣接する箇所に設けられる。絶縁被膜の厚い部分４０の厚さｔSSは、互いに異相のセグメントコイル２０の間で要求される部分放電耐圧ＶSSに対応する厚さに設定されている。したがって、導体セグメント３０の真直部分３２の絶縁被膜の厚さが、ＶSSより低いＶSCに基づいて設定されても、スロット１６の内部では、セグメントコイル２０とステータコアの間の部分放電耐圧ＶSCが確保され、コイルエンドでは、異なる相のセグメントコイル２０の間の武運放電耐圧ＶSSが確保される。
【００３２】
このようにして、スロット１６内におけるセグメントコイル２０の占積率の確保と、ステータ１０の全体としての十分な部分放電耐圧特性の確保とを両立させて、ステータ１０の小型化を図ることができる。
【００３３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の変形例で、絶縁被膜の厚い部分４２の配置位置を、導体セグメント３０ｂ，３１ｂの曲げ成形部分３４における山形の真直部分３２に近い部分としたものである。ここでも、絶縁被膜の厚い部分４２は、導体セグメント３０ｂと導体セグメント３１ｂとが交差して隣接する箇所に設けられる。
【００３４】
図６は、絶縁被膜の厚い部分の他の配置例を示す図である。図６（ａ）は、図５（ａ）の絶縁被膜の厚い部分４０と図５（ｂ）の絶縁被覆の厚い部分４２を合わせて用いる場合である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の２つの絶縁被膜の厚い部分４０，４２を一体化して１つの絶縁被覆の厚い部分４４としたものである。これらのいずれの例も、絶縁被膜の厚い部分４２，４４は、導体セグメント３０のＪ字状の曲げ成形部分３４に設けられるので、導体セグメント３０の真直部分３２がスロット１６に挿入されるときに妨げにならない。
【符号の説明】
【００３５】
１０  （回転電機）ステータ、１２  ステータコア、１４  ティース、１６  スロット、２０  セグメントコイル、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３１ｂ  導体セグメント、３２  真直部分、３４  曲げ成形部分、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ  真直部分の先端部、３８，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ  曲げ成形部分の先端部、４０，４２，４４  絶縁被膜の厚い部分、５０  接続部。
【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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