(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に形成された複数のスロットに、平角線を略Ｕ字形状に形成した複数のセグメント導体からなる固定子巻線が装着された固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に設けられた回転子とを備え、
前記固定子巻線は、前記固定子鉄心の一端面から前記スロットに挿入されて端部が前記固定子鉄心の他端面から突出する複数のセグメント導体を有し、前記複数のセグメント導体の隣接する端部同士が溶接されてなり、
前記セグメント導体は、非変形部と、前記端部に形成された塑性変形部と、前記非変形部と前記塑性変形部との間に形成されたテーパ部とを有し、
前記塑性変形部は、前記固定子の周方向の寸法が前記非変形部における前記固定子の周方向の寸法に対して大きくなるように、かつ、前記固定子の径方向の寸法が前記非変形部における前記固定子の径方向の寸法に対して小さくなるように形成され、
前記セグメント導体同士は、前記塑性変形部の頂部において溶接されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記塑性変形部の前記固定子の周方向の寸法をｂｄとし、前記非変形部における前記固定子の周方向の寸法をｂｐとしたときに、
ｂｄ／ｂｐ≧１．３
とされていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記塑性変形部における前記固定子の径方向の寸法をａｄとし、前記固定子の周方向の寸法をｂｄとしたときに、
（２×ａｄ）／ｂｄ≦２．５
とされていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法であって、
前記セグメント導体の端部が前記固定子鉄心の他端面から突出するように、前記セグメント導体を前記固定子鉄心の一端面から前記スロットに挿入した後、前記端部を前記固定子の径方向に圧縮することで前記塑性変形部と前記テーパ部とを形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セグメント導体の端部同士が接合されてなる固定子巻線が固定子鉄心に装着された回転電機が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、回転電機の固定子の製造方法において、絶縁被膜が形成された導体の端部を金型で加圧して塑性変形させ、その後、端部の先端側の絶縁被膜を除去する工程が開示されている。
【０００３】
端部の絶縁被膜を除去した後、導体は折り曲げ加工により略Ｕ字形状に成形される。略Ｕ字形状に成形されたセグメント導体の端部は、固定子鉄心の一端面からスロットに挿入され、固定子鉄心の他端面から突出される。隣接するセグメント導体の端部同士は、加圧され、アーク溶接される。複数の略Ｕ字形状のセグメント導体が接合されることで、固定子鉄心に固定子巻線が装着された固定子が作製される。
【０００４】
特許文献１に記載の製造方法によれば、絶縁被膜が形成されたセグメント導体の端部を塑性変形しているので、先端に被覆されている絶縁被膜の付着力が確保される。特許文献１に記載の製造方法によれば、端部断面積を小さくできるため、接合時の入熱量が低減され、導体の端部近傍の温度上昇が抑えられ、端部根元側の絶縁被膜が劣化して絶縁性が損なわれることが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セグメント導体の端部同士の接合には、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接が一般的に用いられているが、溶接時に大気中の水素と素材中の酸素によって水蒸気が発生し、溶接金属内にブローホールが生じる。
【０００７】
溶接金属内のブローホールを低減するためには、溶接金属の凝固する時間を増やして、溶接時に発生した水蒸気を外部に放出させることが効果的である。特許文献１には、ブローホールを低減させる点については考慮されていないため、溶接金属内におけるブローホールの体積比率が大きくなるおそれがある。
【０００８】
さらに、特許文献１に記載のセグメント導体の端部は、塑性変形により断面積を小さくするため、十分な大きさの溶接金属を形成することが難しく、セグメント導体間の接合強度が不足するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、固定子鉄心に形成された複数のスロットに、平角線を略Ｕ字形状に形成した複数のセグメント導体からなる固定子巻線が装着された固定子と、固定子の内側に回転可能に設けられた回転子とを備え、固定子巻線は、固定子鉄心の一端面からスロットに挿入されて端部が固定子鉄心の他端面から突出する複数のセグメント導体を有し、複数のセグメント導体の隣接する端部同士が溶接されてなり、セグメント導体は、非変形部と、端部に形成された塑性変形部と、非変形部と塑性変形部との間に形成されたテー
パ部とを有し、塑性変形部は、固定子の周方向の寸法が非変形部における固定子の周方向の寸法に対して大きくなるように、かつ、固定子の径方向の寸法が非変形部における固定子の径方向の寸法に対して小さくなるように形成され、セグメント導体同士は、塑性変形部の頂部において溶接されていることを特徴とする回転電機である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転電機において、塑性変形部の固定子の周方向の寸法をｂｄとし、非変形部における固定子の周方向の寸法をｂｐとしたときに、ｂｄ／ｂｐ≧１．３とされていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の回転電機において、塑性変形部における固定子の径方向の寸法をａｄとし、固定子の周方向の寸法をｂｄとしたときに、（２×ａｄ）／ｂｄ≦２．５とされていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法であって、セグメント導体の端部が固定子鉄心の他端面から突出するように、セグメント導体を固定子鉄心の一端面からスロットに挿入した後、端部を固定子の径方向に圧縮することで塑性変形部とテーパ部とを形成することを特徴とする回転電機の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、セグメント導体の隣接する端部同士を接続する溶接金属におけるブローホールを低減して、セグメント導体同士の接合強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド電気自動車の概略構成を示す図。
【図２】図１の電力変換装置を示す回路図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機を示す半断面図。
【図４】図３の固定子鉄心を示す外観斜視図。
【図５】図３の固定子を示す外観斜視図。
【図６】セグメント導体を固定子鉄心に装着する工程を説明するための模式図。
【図７】固定子鉄心のスロットに挿入されたセグメント導体の位置を説明するための模式図。
【図８】熱伝導率と導電率との関係を示すグラフ。
【図９】導電率と強度との関係を示すグラフ。
【図１０】ひずみと強度との関係を示すグラフ。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る回転電機における固定子を製造する工程を説明するための図。
【図１２】セグメント導体の位置合わせ工程、塑性変形工程および溶接工程を説明するための模式図。
【図１３】（ａ）は本実施の形態に係るセグメント導体の端部に形成された溶接金属の断面を示す図、（ｂ）は比較例に係るセグメント導体の端部に形成された溶接金属の断面を示す図。
【図１４】成形率とブローホールの体積比率との関係を示す図。
【図１５】（ａ）は本実施の形態に係るセグメント導体の端部に形成された溶接金属の外形を示す模式図、（ｂ）は比較例に係るセグメント導体の端部に形成された溶接金属の外形を示す模式図。
【図１６】塑性変形部寸法比と溶接金属断面積比との関係を示す図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る回転電機における固定子を製造する工程を説明するための図。
【図１８】セグメント導体の位置合わせ工程、塑性変形工程および溶接工程を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
本発明による製造方法で製造される回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド電気自動車等に適用できる。以下ではハイブリッド電気自動車に適用した例について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機を搭載したハイブリッド電気自動車の概略構成を示す図である。
図１に示すように、ハイブリッド電気自動車（以下、車両）１００には、エンジン１２０と、第１の回転電機２００と、第２の回転電機２０２と、バッテリ１８０とが搭載されている。
【００１４】
バッテリ１８０は、リチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池やキャパシタで構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ１８０は、力行走行時には回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２から直流電力を受ける。バッテリ１８０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。
【００１５】
車両１００には低電圧電力（たとえば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリ（不図示）が搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。
【００１６】
エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御され、バッテリ１８０の充放電は、バッテリ制御装置１８４により制御される。
【００１７】
変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４および電力変換装置６００には、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０が接続されている。
【００１８】
統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４の状態を表す情報を、通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。
【００１９】
バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。
【００２０】
統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。
【００２１】
統合制御装置１７０は、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００へ送信する。
【００２２】
電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。電力変換装置６００にはインバータを構成するパワー半導体素子が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体素子のスイッチング動作を制御する。パワー半導体素子のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２は電動機としてあるいは発電機として運転される。
【００２３】
回転電機２００，２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体素子のスイッチング動作を制御して供給された直流電力を３相交流電力に変換し、回転電機２００，２０２に供給する。
【００２４】
一方、回転電機２００，２０２を発電機として運転する場合には、回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより、バッテリ１８０が充電される。
【００２５】
図２は、図１の電力変換装置６００の回路図である。電力変換装置６００には、第１の回転電機２００のための第１のインバータ装置と、第２の回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。
【００２６】
第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体素子２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。
【００２７】
制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８、コンデンサモジュール６３０およびコネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、第１のインバータ装置と第２のインバータ装置とで共通に使用される。
【００２８】
パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれ対応する駆動回路６５２，６５６から出力された駆動信号によって動作する。パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を３相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００，２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。パワーモジュール６１０，６２０は、回転電機２００，２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧のバッテリ１８０に供給する。
【００２９】
パワーモジュール６１０，６２０は、図２に示すように３相ブリッジ回路を備えており、３相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体素子２１と下アームを構成するパワー半導体素子２１とを備え、それらのパワー半導体素子２１は直列に接続されている。
【００３０】
パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、図示するように、回路構成がほぼ同じであるため、ここではパワーモジュール６１０を代表して説明する。
【００３１】
本実施の形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴは、コレクタ電極、エミッタ電極およびゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴのコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極およびアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴのエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴのコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴのエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３２】
各相のアームは、ＩＧＢＴのエミッタ電極とＩＧＢＴのコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。なお、本実施の形態では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。
【００３３】
各相の各上アームのＩＧＢＴのコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴのエミッタ電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００，２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。
【００３４】
駆動回路６５２，６５６は、対応するインバータ装置のパワーモジュール６１０，６２０を制御するための駆動部を構成しており、制御回路６４８から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴを駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの駆動回路６５２，６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０，６２０の各パワー半導体素子２１のゲートにそれぞれ出力される。駆動回路６５２，６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。
【００３５】
制御回路６４８は各インバータ装置の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子２１を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、統合制御装置１７０からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０，６６２のセンサ出力、回転電機２００，２０２に搭載された回転センサ（不図示）のセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２，６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。
【００３６】
コネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。
【００３７】
コンデンサモジュール６３０は、パワー半導体素子２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するもので、パワーモジュール６１０，６２０における直流側の端子に電気的に並列に接続されている。
【００３８】
回転電機２００，２０２の構造について説明する。第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とはほぼ同様の構造であるため、以下では、第１の回転電機２００の構造を代表例として説明する。なお、以下に示す構造は回転電機２００，２０２の双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されていてもよい。
【００３９】
図３は回転電機２００の半断面図である。回転電機２００は、ハウジング２１２内において保持された固定子２３０と、固定子２３０の内周側に隙間をあけて回転可能に配設された回転子２５０とを備える。ハウジング２１２は、軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４と、円筒状のセンターブラケット２１３とを含んで構成される。
【００４０】
回転子２５０は、回転子鉄心２５２と、永久磁石２５４と、非磁性体の当て板２２６とを備えている。回転子鉄心２５２にはシャフト２１８が一体回転するように装着されている。シャフト２１８は、エンドブラケット２１４に設けられた軸受２１６により回転可能に保持されている。
【００４１】
シャフト２１８には、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられている。このレゾルバ２２４からの出力は、図２に示した制御回路６４８に入力される。制御回路６４８は、レゾルバ２２４からの出力に基づいて制御信号を駆動回路６５２に出力する。駆動回路６５２は、その制御信号に基づく駆動信号をパワーモジュール６１０に出力する。パワーモジュール６１０は、上述したように、制御信号に基づきスイッチング動作を行い、たとえば、バッテリ１８０から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は図３に示した固定子巻線２４０に供給され、回転磁界が固定子２３０に発生する。３相交流電流の周波数はレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御され、３相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御される。
【００４２】
回転子鉄心２５２の外周近傍には、矩形の永久磁石２５４が周方向に沿って等間隔に配設されている。永久磁石２５４は回転子２５０の界磁極として作用し、本実施の形態では１２極構成となっている。３相交流電流を固定子巻線２４０に流すことで回転磁界が固定子２３０に発生すると、この回転磁界が回転子２５０の永久磁石２５４に作用してトルクが生じる。
【００４３】
図３〜図５を参照して固定子２３０について説明する。図４は固定子鉄心２３２を示す外観斜視図であり、図５は固定子２３０を示す外観斜視図である。固定子２３０は、円筒状の固定子鉄心２３２と（図３〜図５参照）、固定子鉄心２３２に装着される固定子巻線２４０（図３および図５参照）とを有している。
【００４４】
固定子鉄心２３２は、薄肉の円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。固定子鉄心２３２を構成する電磁鋼板は厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により形成される。
【００４５】
図４に示すように、固定子鉄心２３２の内周側には、固定子鉄心２３２の軸方向に平行な複数のスロット２３６とティース２３８とが周方向に等間隔となるように形成されている。本実施の形態では、７２個のスロット２３６が形成され、図５に示すように、各スロット２３６には固定子巻線２４０を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の複数の相巻線が装着されている。
【００４６】
図６は、セグメント導体２４５を固定子鉄心２３２に装着する工程を説明するための模式図である。図７は、固定子鉄心２３２のスロット２３６に挿入されたセグメント導体２４５の位置を説明するための模式図である。本実施の形態では、電気角３６０度にスロット２３６が１２個配置されており、たとえば、図７のスロット番号０１からスロット番号１２までが２極分に相当する。そのため、毎極スロット数は６、毎極毎相スロット数ＮＳＰＰは２（＝６／３）である。各スロット２３６には、固定子巻線２４０のセグメント導体２４５が２本ずつ挿通されている。矩形枠の中には、一方のコイルエンド側から反対側のコイルエンド側へ流れる電流の方向を示すクロス印「×」、その逆の方向を示す黒丸印「●」をそれぞれ記した。
【００４７】
固定子巻線２４０は略Ｕ字形状に形成した複数のセグメント導体２４５の端部３００が溶接されてなる。セグメント導体２４５の素材には、タフピッチ銅線を用いている各セグメント導体２４５は、固定子２３０のスロット２３６内に配置される直線部分のコイル辺２４１と、固定子鉄心２３２の両端からスロット２３６外方に延び出して配置されるコイルエンド２４９ａ，２４９ｂ（図５参照）とを有している。
【００４８】
図６（ａ）および図７に示すように、セグメント導体２４５は、一対のコイル辺２４１のうちの一方を固定子２３０の所定のスロット２３６の径方向内側に挿通し、一対のコイル辺２４１のうちの他方を別のスロット２３６の径方向外側に挿通することができるように、折り曲げられてコイルエンド２４９ａが形成されている。
【００４９】
図６（ａ）に示すように、Ｕ相に割り当てられた２４個のスロット２３６に固定子鉄心２３２の一端面側（図５のコイルエンド２４９ａ側）からセグメント導体２４５が挿入される。セグメント導体２４５は、所定数のスロット２３６おきに挿入される。
【００５０】
図７に示すように、本実施の形態では、一つのセグメント導体２４５の一方のコイル辺２４１が挿通されるスロット２３６と、他方のコイル辺２４１が挿通されるスロット２３６は６ピッチ離れている。
【００５１】
セグメント導体２４５がスロット２３６に挿入されると、図６（ｂ）に示すように、セグメント導体２４５の端部３００が固定子鉄心２３２の他端面（図５のコイルエンド２４９ｂ側）から突出される。図６（ｂ）に示すように、セグメント導体２４５の端部３００側直線部は交互に折り曲げられ、図６（ｃ）に示すように、Ｕ相のセグメント導体２４５の端部３００同士が隣接するように位置決めされて、隣接する端部３００同士が溶接される。これにより、Ｕ相の固定子巻線２４０が固定子鉄心２３２に捲回されることになる。Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線２４０も同様に固定子鉄心２３２に捲回され、図６（ｄ）に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線２４０が固定子鉄心２３２に装着される。
【００５２】
セグメント導体２４５は、導体断面が長方形形状の平角線を用いて製作される。平角線は、絶縁被膜によって覆われている（図６において不図示）。図６（ｅ）に示すように、平角線は、各スロット２３６内でセグメント導体２４５の長方形断面が固定子２３０の周方向（以下、単に周方向とも記す）について短く、固定子２３０の径方向（以下、単に径方向とも記す）について長くなるようにスロット２３６内に配設される。平角線としては、たとえば、周方向寸法が１．５〜３．０ｍｍ程度、径方向寸法が２．５〜６．５ｍｍ程度のものが採用される。本実施の形態で用いた平角線の周方向寸法は１．６ｍｍ、径方向寸法は６．４ｍｍである。丸線ではなく平角線を用いることで、スロット２３６内に収容されるセグメント導体２４５の占積率を大きくできるため、回転電機２００の高出力化を図ることができる。
【００５３】
本実施の形態では、図６（ｅ）に示すように、各スロット２３６において２本のセグメント導体２４５が挿入されている。セグメント導体２４５の端部３００同士は、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接により接合されるが、セグメント導体２４５中の酸素含有量が多いと、溶接時に大気中の水素と素材中の酸素によって水蒸気が発生し、溶接金属内に大きなブローホールが生じるおそれがある。
【００５４】
溶接金属内のブローホールを低減するためには、溶接金属の凝固する時間を増やして、溶接時に発生した水蒸気を外部に放出させることが効果的である。本発明の実施の形態では、溶接金属の凝固する時間を増やすために、セグメント導体２４５の端部３００を溶接前に塑性変形させることで熱伝導率を低下させる。
【００５５】
図８は熱伝導率と導電率との関係を示すグラフであり、図９は導電率と強度との関係を示すグラフである。図１０は、ひずみと強度との関係を示すグラフである。図８に示すように、熱伝導率と導電率は比例関係にあり、（Ａ）熱伝導率が小さくなると、導電率も小さくなる。図９に示すように、導電率と強度は比例関係にあり、（Ｂ）導電率が小さくなると、強度が大きくなる。図１０に示すように、（Ｃ）ひずみが大きくなるほど強度が高くなる。以上（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の関係から、”ひずみが大きくなると、熱伝導率が小さくなる”といえる。
【００５６】
本実施の形態では、セグメント導体２４５の端部３００を溶接前に塑性変形させる。塑性変形部の熱伝導率は、塑性変形前に比べて小さくなるため、塑性変形部において溶接すると、溶接金属の凝固する時間が塑性変形させずに溶接した場合に比べて増加する。その結果、本実施の形態によれば、溶接時に発生した水蒸気が十分に外部に放出されるため、塑性変形させずに溶接した場合に比べて、溶接金属内のブローホールを低減できる。
【００５７】
本発明の第１の実施の形態に係る回転電機２００の製造方法について説明する。図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機２００における固定子２３０を製造する工程を説明するための図である。図１２は、セグメント導体２４５の位置合わせ工程、塑性変形工程および溶接工程を説明するための模式図であり、図５のコイルエンド２４９ｂ側から見た図である。
【００５８】
−一次曲げ加工工程−
一次曲げ加工工程Ｓ１００では、セグメント導体２４５の両端部の所定寸法の絶縁被膜３０３ａを除去した後、図６（ａ）に示すように、セグメント導体２４５を略Ｕ字形状に曲げ加工する。絶縁被膜３０３ａを除去する範囲は、後述する非変形部３０３を除く部分、すなわち塑性変形部３０１およびテーパ部３０２に相当する範囲である（図１２（ｂ）参照）。なお、セグメント導体２４５を略Ｕ字形状に曲げ加工した後に絶縁被膜３０３ａを除去するようにしてもよい。
【００５９】
−導体挿入工程−
導体挿入工程Ｓ１１０では、図６（ａ）に示すように、セグメント導体２４５の端部３００が固定子鉄心２３２の他端面（図５のコイルエンド２４９ｂ側）から突出するように、セグメント導体２４５を固定子鉄心２３２の一端面（図５のコイルエンド２４９ａ側）からスロット２３６に挿入する。
【００６０】
−位置合わせ工程（二次曲げ加工工程）−
位置合わせ工程（二次曲げ加工工程）Ｓ１２０では、セグメント導体２４５をスロット２３６に挿入した後、図６（ｂ）に示すように、固定子鉄心２３２の他端面（図５のコイルエンド２４９ｂ側）から突出している直線部を、接続すべき隣接のセグメント導体２４５方向に折り曲げ、さらに端部側を図示下方へと折り曲げ、図６（ｃ）および図１２（ａ）に示すように、セグメント導体２４５の端部３００同士が隣接するように、位置合わせを行う。
【００６１】
−塑性変形工程（圧縮工程）−
塑性変形工程（圧縮工程）Ｓ１３０では、図１２（ｂ）に示すように、一対の端部３００同士を合わせた状態で、固定子２３０の径方向両外側から一対の端部３００を挟むように押圧して、径方向に圧縮するように塑性変形部３０１を成形する。塑性変形部３０１が形成されると同時に、塑性変形部３０１と非変形部３０３との間にテーパ部３０２が形成される。
【００６２】
成形により矩形柱形状に形成された塑性変形部３０１は、周方向寸法ｂｄが非変形部３０３における周方向寸法ｂｐよりも大きくなるように、かつ、径方向寸法ａｄが非変形部３０３における径方向寸法ａｐよりも小さくなるように形成されている。
【００６３】
テーパ部３０２は、４つのテーパ面を有している。固定子２３０の周方向両側に配置される一対のテーパ面３０２ａは、径方向寸法が非変形部３０３から塑性変形部３０１に向かって狭まっている。固定子２３０の径方向両側に配置される一対のテーパ面３０２ｂは、周方向寸法が非変形部３０３から塑性変形部３０１に向かって広がっている。
【００６４】
一対の塑性変形部３０１は、径方向両外側から圧縮されることで、非変形部３０３に対して端部３００同士の接触面側に偏心している。
【００６５】
−溶接工程−
溶接工程Ｓ１４０では、図１２（ｃ）に示すように、セグメント導体２４５同士を塑性変形部３０１の頂部においてＴＩＧ溶接法やプラズマ溶接法などにより溶接する。塑性変形部３０１の頂部には半球状の溶接金属３１０が形成される。
【００６６】
複数のセグメント導体２４５を接合することで、固定子巻線２４０を固定子鉄心２３２に装着し、固定子２３０が作製される。
【００６７】
−組立工程−
固定子鉄心２３２に固定子巻線２４０が装着されてなる固定子２３０をセンターブラケット２１３に焼嵌めまたは圧入により固定する。回転子２５０のシャフト２１８を一方のエンドブラケット２１４の軸受け２１６に装着して、回転子２５０を固定子２３０の内側に配置させるように一方のエンドブラケット２１４をセンターブラケット２１３に取り付ける。他方のエンドブラケット２１４の軸受け２１６に回転子２５０のシャフト２１８を装着させ、他方のエンドブラケット２１４をセンターブラケット２１３に取り付けることで、回転電機２００が完成する。
【００６８】
以上説明した第１の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）セグメント導体２４５の端部３００に塑性変形部３０１を形成し、非変形部３０３と塑性変形部３０１との間にはテーパ部３０２を形成した。塑性変形部３０１の周方向寸法ｂｄが非変形部３０３の周方向寸法ｂｐに対して大きくなるように、かつ、塑性変形部３０１の径方向寸法ａｄが非変形部３０３の径方向寸法ａｐに対して小さくなるように塑性変形部３０１を形成した。セグメント導体２４５の端部３００を塑性変形させることで、塑性変形部３０１の熱伝導率が小さくなるため、塑性変形部３０１の頂部において溶接すると、溶接金属３１０の凝固する時間が増加し、溶接時に発生した水蒸気が十分に外部に放出され、溶接金属３１０内のブローホールを低減できる。
【００６９】
図１３（ａ）は本実施の形態に係るセグメント導体２４５の端部３００に形成された溶接金属３１０を径方向に沿って切断した断面を示す図である。図１３（ｂ）は塑性変形させずに溶接した比較例に係るセグメント導体２４５の端部３００に形成された溶接金属５１０を径方向に沿って切断した断面を示す図である。図１３（ｂ）に示すように、比較例では大きなブローホール５１９が形成されているのに対し、本実施の形態では、小さなブローホール３１９が形成されているが、比較例のような大きなブローホール５１９は形成されていない。
【００７０】
図１４は、端部３００における塑性変形の成形率とブローホール３１９の体積比率との関係を示す図である。図１４は、セグメント導体２４５の端部３００を塑性変形の成形率を変えて成形し、溶接金属３１０内のブローホール３１９の体積比率を実測してグラフにしたものである。図１４に示すように、横軸は、成形前の端部３００の周方向寸法、すなわち非変形部３０３の周方向寸法ｂｐと、成形後の端部３００の周方向寸法、すなわち塑性変形部３０１の周方向寸法ｂｄとの比を成形率として示している。縦軸は、ブローホールの体積比率を示している。成形率ｂｄ／ｂｐ＝１．３のときのブローホール３１９の体積比率は約１３％であり、成形率ｂｄ／ｂｐ＝１．０のときのブローホール３１９の体積比率は約３２％であった。すなわち、成形率ｂｄ／ｂｐ＝１．３のときのブローホール３１９の体積比率は、成形率ｂｄ／ｂｐ＝１．０のときに比べて約４０％となった。なお、成形率ｂｄ／ｂｐ＝１．５のときのブローホール３１９の体積比率は約１７％であり、良好な結果を得た。
【００７１】
この実験結果より、塑性変形部３０１の周方向寸法（成形後の端部３００の周方向寸法）をｂｄとし、非変形部３０３の周方向寸法（成形前の端部３００の周方向寸法）をｂｐとしたとき、成形率ｂｄ／ｂｐ≧１．３とすることで、ブローホール３１９を大きく低減できることがわかった。本実施の形態によれば、ブローホール３１９が低減することにより、セグメント導体２４５間の接合強度を向上できる。
【００７２】
本実施の形態では、セグメント導体２４５の端部３００において、成形前の周方向寸法ｂｐに対して成形後の周方向寸法ｂｄを増加させるように塑性変形させることで、溶接範囲となる固定子２３０の中心軸方向から見た一対の塑性変形部３０１の端面の面積（ｂｄ×２ａｄ）が減少することを抑えつつ、端部３００を大きく塑性変形させることで、熱伝導率を効果的に下げることができる。
【００７３】
これに対して、特許文献１に記載の技術では、溶接範囲となる端部の端面が小さくなるように成形しており、端部の周方向寸法も成形により広がっていない。このため、特許文献１に記載の技術では、周方向に沿って切断したときの溶接金属の断面積を十分に確保できないおそれがあり、セグメント導体２４５同士の接合強度を向上させることが難しい。
【００７４】
（２）ブローホールの発生を抑制するために酸素含有量の低い無酸素銅線（酸素含有量１０ｐｐｍ以下）等をセグメント導体２４５の素材として採用することがある。無酸素銅線は、一般的なタフピッチ銅線よりも製造工程が多く、高価である。本実施の形態によれば、タフピッチ銅線からなるセグメント導体２４５の端部３００を塑性変形させることで、ブローホール３１９を低減できるため、高価な無酸素銅線を用いる必要がない。その結果、回転電機２００の低コスト化を図ることができる。
【００７５】
（３）塑性変形部３０１の周方向寸法ｂｄが、成形前の端部３００の周方向寸法、すなわち非変形部３０３の周方向寸法ｂｐよりも大きくなるように、かつ、塑性変形部３０１の径方向寸法ａｄが、成形前の端部３００の径方向寸法、すなわち非変形部３０３の径方向寸法ａｐよりも小さくなるように塑性変形部３０１を形成した。これにより、固定子２３０の径方向に沿って平角線の長辺が位置し、固定子２３０の周方向に沿って平角線の短辺が位置するように固定子巻線２４０が固定子鉄心２３２に装着された場合において、固定子２３０の中心軸方向から見た一対の塑性変形部３０１の総断面を正方形に近づけることができる。溶接する２本の導体の端部３００の端面の形状を正方形に近づけることで、溶融金属（溶融池）の表面張力を均一化できる。その結果、半球状の溶接金属３１０を形成することができるため、溶接金属３１０を周方向に沿って切断したとき、すなわち図１３におけるＡ−Ａ線で切断したときの切断断面積が大きくなり、十分な接合強度を確保できる。
【００７６】
図１５（ａ）は本実施の形態に係るセグメント導体２４５の端部３００に形成された溶接金属３１０の外形を示す模式図であり、図１５（ｂ）は塑性変形させずに溶接した比較例に係るセグメント導体２４５の端部３００に形成された溶接金属５１０の外形を示す模式図である。図１５（ｂ）に示すように、比較例では溶接範囲となる端部３００の端面が細長い長方形状であるため、溶融金属（溶融池）が表面張力によって径方向両外側に引張られ、扁平形状の溶接金属５１０が形成されているのに対し、本実施の形態では、半球状の溶接金属３１０が形成される。
【００７７】
図１６は、塑性変形部寸法比と溶接金属断面積比との関係を示す図である。図１６において、横軸は一対の塑性変形部全体の径方向寸法２ａｄと、周方向寸法ｂｄとの比である２ａｄ／ｂｄを示している。縦軸は溶接金属３１０を周方向に沿って切断したときの溶接金属３１０の実測断面積を所定断面積で無次元化した溶接金属断面積比を示している。図１６は、セグメント導体２４５の端部３００における塑性ひずみ量を変えて成形し、溶接金属３１０の断面積を実測してグラフにしたものである。
【００７８】
図１６に示すように、たとえば、塑性変形部寸法比２ａｄ／ｂｄ＝２．５で溶接金属断面積比は約１．２となり、塑性変形部寸法比２ｂｄ／ｂｄ＝４．０のときの溶接金属断面積比約１．０に比べて２０％程度接合面積が増加する結果を得た。複数の実験データは、比較的に溶接金属断面積比の高いデータ群Ａと、溶接金属断面積比の低いデータ群Ｂとに分けることができる。
【００７９】
この実験結果より、塑性変形部３０１の径方向寸法をａｄとし、塑性変形部３０１の周方向寸法をｂｄとしたときに、塑性変形部寸法比２ａｄ／ｂｄ≦２．５とすることで、データ群Ｂに対して接合面積を増加できることがわかった。本実施の形態によれば、セグメント導体２４５の周方向寸法を増加させ、溶接する２本の導体の端部３００の端面の形状を正方形に近づけることで、溶接金属３１０を周方向に沿って、すなわち図１３のＡ−Ａ線に沿って切断したときの溶接金属３１０の断面積を大きくできるため、セグメント導体２４５間の接合強度を向上できるとともに、電気抵抗を低減できる。
【００８０】
これに対して、特許文献１に記載の技術では、上記したように、溶接範囲となる端部の端面が小さくなるように成形しており、端部の周方向寸法も成形により広がっていない。このため、特許文献１に記載の技術では、周方向に沿って切断したときの溶接金属の断面積を十分に確保できないおそれがあり、セグメント導体２４５同士の接合強度を向上させることが難しい。
【００８１】
−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施の形態を図１７および図１８を参照して説明する。図１７は、本発明の第２の実施の形態に係る回転電機２００における固定子２３０を製造する工程を説明するための図である。図１８は、セグメント導体２４５の位置合わせ工程、塑性変形工程および溶接工程を説明するための模式図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
第２の実施の形態では、セグメント導体２４５を固定子鉄心２３２のスロット２３６に挿入する前に、セグメント導体２４５の端部３００を塑性変形させる。
【００８３】
本発明の第２の実施の形態に係る回転電機２００の製造方法について説明する。
−成形前位置合わせ工程−
成形前位置合わせ工程Ｓ２００では、図１８（ａ）に示すように、直線状のセグメント導体２４５の両端部の所定寸法の絶縁被膜３０３ａを除去し、セグメント導体２４５の端部３００同士が隣接するように、位置合わせを行う。絶縁被膜３０３ａを除去する範囲は、非変形部３０３を除く部分、すなわち塑性変形部３０１およびテーパ部３０２に相当する範囲である。
【００８４】
−塑性変形工程（一次圧縮工程）−
塑性変形工程（一次圧縮工程）Ｓ２１０では、図１８（ｂ）に示すように、一対の端部３００同士を合わせた状態で、径方向両外側から一対の端部３００を挟むように押圧して、径方向に圧縮するように塑性変形部３０１を成形する。塑性変形部３０１が形成されると同時に、塑性変形部３０１と非変形部３０３との間にテーパ部３０２が形成される。
【００８５】
成形により矩形柱形状に形成された塑性変形部３０１は、周方向寸法ｂｄ１が非変形部３０３における周方向寸法ｂｐよりも大きくなるように、かつ、径方向寸法ａｄ１が非変形部３０３における径方向寸法ａｐよりも小さくなるように形成されている。
【００８６】
テーパ部３０２は、４つのテーパ面を有している。固定子２３０の周方向両側に配置される一対のテーパ面３０２ａは、径方向寸法が非変形部３０３から塑性変形部３０１に向かって狭まっている。固定子２３０の径方向両側に配置される一対のテーパ面３０２ｂは、周方向寸法が非変形部３０３から塑性変形部３０１に向かって広がっている。
【００８７】
一対の塑性変形部３０１は、径方向両外側から圧縮されることで、非変形部３０３に対して端部３００同士の接触面側に偏心している。
【００８８】
−塑性変形工程（二次圧縮工程）−
塑性変形工程（二次圧縮工程）Ｓ２２０では、図１８（ｃ）に示すように、一次成形部である塑性変形部３０１およびテーパ部３０２を周方向両外側から挟むように押圧して、周方向に圧縮するように二次成形部３２０を成形する。二次成形部３２０は、周方向寸法ｂｄ２がスロット２３６の周方向寸法よりも短くなるように、かつ、二次成形部３２０全体の径方向寸法２×ａｄ２がスロット２３６の径方向寸法よりも短くなるように形成される。換言すれば、二次成形部３２０は、固定子鉄心２３２の一端面側からスロット２３６内に挿通可能な大きさに形成される。
【００８９】
二次成形部３２０の周方向寸法ｂｄ２は、成形前の周方向寸法ｂｐと同じかそれ以上の長さとすることが好ましい。これにより、後述の溶接工程において形成される溶接金属にの周方向に沿って切断したときの断面積が不所望に小さくなることを防止できる。
【００９０】
−一次曲げ加工工程−
一次曲げ加工工程Ｓ２３０では、セグメント導体２４５を略Ｕ字形状に曲げ加工する。
【００９１】
−導体挿入工程−
導体挿入工程Ｓ２４０では、セグメント導体２４５を固定子鉄心２３２の一端面（図５のコイルエンド２４９ａ側）からスロット２３６に挿入し、セグメント導体２４５の端部３００を固定子鉄心２３２の他端面（図５のコイルエンド２４９ｂ側）から突出させる（図６（ａ）参照）。
【００９２】
−挿入後位置合わせ工程（二次曲げ加工工程）−
挿入後位置合わせ工程（二次曲げ加工工程）Ｓ２５０では、固定子鉄心２３２の他端面（図５のコイルエンド２４９ｂ側）から突出しているセグメント導体２４５の直線部を、接続すべき隣接のセグメント導体２４５方向に折り曲げ、さらに端部側を図示下方へと折り曲げ、セグメント導体２４５の端部３００同士が隣接するように、位置合わせを行う（図６（ｂ）および図６（ｃ）、図１８（ｃ）参照）。
【００９３】
−溶接工程−
溶接工程Ｓ２６０では、図１８（ｄ）に示すように、セグメント導体２４５同士を二次成形部３２０の頂部においてＴＩＧ溶接法やプラズマ溶接法などにより溶接する。二次成形部３２０の頂部には溶接金属７１０が形成される。
【００９４】
第２の実施の形態では、塑性変形させた二次成形部３２０を溶接した。第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）と同様、二次成形部３２０の熱伝導率が小さくなるため、二次成形部３２０の頂部において溶接すると、溶接金属７１０の凝固する時間が増加し、溶接時に発生した水蒸気が十分に外部に放出され、溶接金属７１０内のブローホールを低減できる。なお、二次成形部３２０の周方向寸法ｂｄ２を成形前の周方向寸法ｂｐと同じかそれ以上とすることで、溶接金属７１０の周方向に沿って切断したときの断面積が不所望に小さくなることを防止できる。第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した（２）と同様の作用効果を奏する。さらに、第２の実施の形態によれば、次の（４）のような作用効果を奏する。
【００９５】
（４）第２の実施の形態では、セグメント導体２４５をスロット２３６へ挿入する前に、セグメント導体２４５の端部３００を固定子２３０の径方向および周方向に交互に圧縮することで二次成形部３２０を形成し、二次成形部３２０が固定子鉄心２３２の他端面（図５のコイルエンド２４９ｂ側）から突出するようにセグメント導体２４５を固定子鉄心２３２の一端面（図５のコイルエンド２４９ａ側）からスロット２３６に挿入し、複数のセグメント導体２４５の隣接する二次成形部３２０同士の頂部を溶接した。
【００９６】
スロット２３６にセグメント導体２４５を挿入した後に端部３００を成形する第１の実施の形態に比べて、第２の実施の形態ではスロット２３６への挿入前に端部３００を成形できるため、作業性がよく、作業効率の向上を図ることができる。
【００９７】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上記した第１および第２の実施の形態では、各スロット２３６に２本のセグメント導体２４５を挿入することとしたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、各スロット２３６に４本、あるいは、６本ずつセグメント導体２４５を挿入することとしてもよい。
【００９８】
（２）セグメント導体２４５の形状は、上述した形状に限定されない。コイル辺２４１の一方を所定のスロット２３６の径方向内側に配置し、コイル辺２４１の他方を別のスロット２３６の径方向外側に配置することが可能な種々の形状にセグメント導体２４５を成形することができる。
【００９９】
（３）上記した第２の実施の形態では、塑性変形工程において、セグメント導体２４５の端部３００を径方向に圧縮するように成形した後、セグメント導体２４５の端部３００を周方向に圧縮するように成形したが、本発明はこれに限定されない。セグメント導体２４５の端部３００を周方向に圧縮するように成形した後、セグメント導体２４５の端部３００を径方向に圧縮するように成形してもよい。圧縮する工程も２回に限定されることなく、３回以上、セグメント導体２４５の端部３００を径方向および周方向に交互に圧縮してもよい。
【０１００】
（４）上記した第１および第２の実施の形態では、回転電機２００，２０２は、回転子２５０に永久磁石２５４を備えた同期機として説明したが、本発明はこれに限定されない。回転電機は、誘導機でもよい。
【０１０１】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１０２】
２３０  固定子、２３２  固定子鉄心、２３６  スロット、２３８  ティース、２４０  固定子巻線、２４１  コイル辺、２４５  セグメント導体、２４９ａ，２４９ｂ  コイルエンド、２５０  回転子、２５２  回転子鉄心、３００  端部、３０１  塑性変形部、３０２  テーパ部、３０２ａ，３０２ｂ  テーパ面、３０３  非変形部、３１０  溶接金属、３１９  ブローホール、３２０  二次成形部、５１０  溶接金属、５１９  ブローホール、７１０  溶接金属
【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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