(57)【要約】【課題】  セグメントコイルの成形を容易とすると共に、成形誤差を減じ、セグメントコイル同士の接合を容易とする。【解決手段】  セグメントコイルに略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、この折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、折り返し部の他方端から第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、この第１離間部の端部において第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、この第２湾曲部から第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部と、この第２直線部から第１直線部に対して離れる方向に湾曲した第３湾曲部と、この第３湾曲部から第１直線部に対して離れる方向に延びる第２離間部を成形し、夫々のセグメントコイルの端部同士を接合する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に巻装される固定子コイルとを有するステータであって、
前記固定子コイルは、複数のセグメントコイルによって構成されており、
該セグメントコイルは、略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部と、該第２直線部から前記第１直線部に対して離れる方向に湾曲した第３湾曲部と、該第３湾曲部から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第２離間部とからなり、
夫々の前記セグメントコイルは、前記固定子鉄心の夫々の前記スロットに装着された状態で前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルの前記第２離間部とが接合されていることを特徴とするステータ。
【請求項２】
前記第２離間部の先端側には、前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第４湾曲部を有していることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記折り返し部の他方端と前記第１離間部との境界部には第５湾曲部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載のステータ。
【請求項４】
前記セグメントコイルの断面は、矩形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のステータ。
【請求項５】
前記セグメントコイルにおける前記折り曲げ部と前記第５湾曲部は、矩形状の湾曲する辺が異なっていることを特徴とする請求項４に記載のステータ。
【請求項６】
前記セグメントコイルの前記第１直線部の先端と、前記第２離間部の先端には、夫々を位置決め可能な位置決め部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
【請求項７】
前記位置決め部は、前記セグメントコイルの前記第１直線部の先端と、前記第２離間部の先端の一方に設けられた凸部と他方に設けられた凹部によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載のステータ。
【請求項８】
前記凸部と前記凹部は、Ｖ字形状に嵌合するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のステータ。
【請求項９】
周方向に複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に巻装される固定子コイルとを有するステータの製造方法であって、
前記固定子コイルは、複数のセグメントコイルによって構成されており、
該セグメントコイルに略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部とを折り曲げによって成形する第１成形工程と、
成形された夫々の前記セグメントコイルを前記固定子鉄心の夫々の前記スロット内に装着する装着工程と、
前記スロットに装着された夫々の前記セグメントコイルにおける前記第２直線部の先端側を前記第１直線部に対して離れる方向に折り曲げて第３湾曲部を成形し、該第３湾曲部から先端に向かって第２離間部を形成する第２成形工程と、
夫々の前記セグメントコイルにおける前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルにおける前記第２離間部とを接合する接合工程と、
からなることを特徴とするステータの製造方法。
【請求項１０】
前記第２成形工程において、前記第２離間部の先端側に前記第１直線部と略同一方向となるように折り曲げて第４湾曲部を成形することを特徴とする請求項９に記載のステータの製造方法。
【請求項１１】
前記第１成形工程において、前記折り返し部の他方端と前記第１離間部との境界部には第５湾曲部を成形することを特徴とする請求項９乃至請求項１０に記載のステータの製造方法。
【請求項１２】
前記セグメントコイルは、平角線であることを特徴とする請求項９乃至請求項１１に記載のステータの製造方法。
【請求項１３】
周方向に異なる極が交互となるように複数の磁極が設けられた回転子と、
周方向に複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に巻装される固定子コイルとを有するステータと、
で構成される回転電機であって、
前記固定子コイルは、複数のセグメントコイルによって構成されており、
該セグメントコイルは、略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部と、該第２直線部から前記第１直線部に対して離れる方向に湾曲した第３湾曲部と、該第３湾曲部から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第２離間部とからなり、
夫々の前記セグメントコイルは、前記固定子鉄心の夫々の前記スロットに装着された状態で前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルの前記第２離間部とが接合されていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機及びそれに用いられるステータ及びその製造方法に関し、特にモータや発電機等に用いられるステータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機におけるステータは、固定子鉄心の周方向内側開口するように複数設けられたスロットに固定子コイルを巻装することで構成されるが、複数のスロット内に固定子コイルを傷つけずに巻装する作業は難しく、作業性が悪いといった問題があった。
【０００３】
そこで特許文献１に示すような、固定子コイルを複数のＵ字形状のセグメントコイルにて構成し、夫々のセグメントコイルを固定子鉄心の軸方向からスロット内に挿入すると共に、夫々のセグメントコイルの両端を別々の方向に捻り、更に別々のセグメントコイルの端部同士を溶接にて接合することで固定子コイルとするものが考えられている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５５２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のセグメントコイルは、スロットに挿入する前にＵ字形状に成形されるが、実際には、線材を折り返したＵ字形状の頂点から夫々が離間する方向に成形すると共に、スロットに沿うように両側の線材を成形している。更には、セグメントコイルをスロット内に挿入した後、セグメントコイルの両端を夫々別々の方向に捻っている。つまり、セグメントコイルは、Ｕ字形状の頂点から両端側に至る間で夫々が複数箇所で湾曲している。このため、成形誤差等によってセグメントコイルの両端の位置は、ずれてしまい、溶接工程において、再度、位置調整を行う必要があった。
【０００６】
本発明の目的は、セグメントコイルの成形を容易とすると共に、成形誤差を減じ、セグメントコイル同士の接合を容易とすることが可能なステータ及びステータの製造方法及び回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固定子コイルは、複数のセグメントコイルによって構成されており、該セグメントコイルは、略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部と、該第２直線部から前記第１直線部に対して離れる方向に湾曲した第３湾曲部と、該第３湾曲部から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第２離間部とからなり、夫々の前記セグメントコイルは、前記固定子鉄心の夫々の前記スロットに装着された状態で前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルの前記第２離間部とが接合されていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のステータは、セグメントコイルに略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部とを折り曲げによって成形する第１成形工程と、成形された夫々の前記セグメントコイルを前記固定子鉄心の夫々の前記スロット内に装着する装着工程と、前記スロットに装着された夫々の前記セグメントコイルにおける前記第２直線部の先端側を前記第１直線部に対して離れる方向に折り曲げて第３湾曲部を成形し、該第３湾曲部から先端に向かって第２離間部を形成する第２成形工程と、夫々の前記セグメントコイルにおける前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルにおける前記第２離間部とを接合する接合工程とによって製造されることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の回転電機は、回転子と固定子を有し、固定子に巻装される固定子コイルは、複数のセグメントコイルによって構成されており、該セグメントコイルは、略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部と、該第２直線部から前記第１直線部に対して離れる方向に湾曲した第３湾曲部と、該第３湾曲部から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第２離間部とからなり、夫々の前記セグメントコイルは、前記固定子鉄心の夫々の前記スロットに装着された状態で前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルの前記第２離間部とが接合されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、セグメントコイルの折り返し部から一端側を略直線状としたので、湾曲させる箇所を最小限に抑えることができ、セグメントコイルの成形が容易となると共に、成形誤差を減じ、セグメントコイル同士の接合を容易とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の回転電機における１つの実施形態として、エンジンで駆動されない側の車輪を電動モータにて駆動する電動４輪駆動車に用いられる電動モータを例にとって説明する。図１は、電動４輪駆動車に用いられる駆動用電動モータの側面断面図である。
【００１２】
電動４輪駆動車の駆動用電動モータとしては、巻線界磁型の同期電動機が用いられる。この電動モータは、回転自在に設けられた回転子２と、この回転子２の外周に固定状態で配置されたステータ３とからなり、これらの回転子２及びステータ３はハウジング４内に収容されている。
【００１３】
駆動力を出力するためのシャフト１は、内部に収容空間を有するハウジング４に軸受としてのボールベアリング５ａ，５ｂによって両端側を回転自在に支持された状態で挿通されている。また、これらのボールベアリング５ａ，５ｂの間には、回転子２を構成する２対のルンデル型ロータ２ａ，２ｂが隣り合った状態でシャフト１と一体で回転できるようにシャフト１に固定されている。夫々のルンデル型ロータ２ａ，２ｂは、軸方向に先細り形状に延びる複数の爪磁極を有するロータコア２−１と、爪磁極の内側であってシャフト１に周りに環状に巻回された界磁コイル２−２とから構成されている。この界磁コイル２−２は、ロータコア２−１と絶縁するために樹脂製のボビンに巻かれており、シャフト１の端部に設けられたスリップリング６を介して、このスリップリング６に常時、押し付けられるブラシ７から界磁電流が供給される。このように界磁コイル２−２に電流を供給することで夫々の爪磁極には、異なる極が交互となるように形成される。つまり、回転子２には、周方向に異なる極が交互となるように複数の磁極が形成される。
【００１４】
次にステータ３について、図１に加え、図２〜図８に基づいて説明する。図２は、固定子鉄心に挿入する前のセグメントコイルの１つを斜視図にしたものである。図３は、セグメントコイルを上方から見た上面図である。図４は、セグメントコイルを正面から見た正面図である。図５は、セグメントコイルを固定子鉄心に挿入した状態の側面図である。図６は、ステータの一部を斜視図にしたものである。図７は、固定子コイルの接合状態を示す説明図である。図８は、ステータの正面図である。
【００１５】
ステータ３は、電磁鋼板を積層し、それらの電磁鋼板を外周側にて溶接固定することで構成された固定子鉄心３−１を有し、この固定子鉄心３−１は、内周側に開口する複数のスロット８を有する。このスロット８は、図５に示すように軸方向一端面から見て略コの字形状に構成されており、この形状のまま軸方向他端側まで延びている。尚、本実施例においては、スロット８を略コの字形状とする、いわゆるオープンスロットとしているが、一般のステータにおけるスロット形状のように、スロット８側の内周端だけを幅狭とするようにしてもよい。このように構成されたステータ３は、ハウジング４内に固定されている。
【００１６】
固定子鉄心３−１のスロット８には、３相分の固定子コイル３−２が周期的に巻装されており、これらの固定子コイル３−２は、複数のセグメントコイル３ａを溶接して接合することによって構成される。図２に示すように固定子鉄心３−１に挿入する前のセグメントコイル３ａは、断面が矩形状、詳しくは、断面が長方形となる平角線を複数箇所にて折り曲げることで成形されており、表面には、ワニス等が塗布されることで絶縁被覆が施されている。
【００１７】
固定子鉄心３−１に挿入する前のセグメントコイル３ａは、長方形となっている断面の短辺側に略Ｕ字形状に折り曲げた折り返し部３ａ−１と、この折り返し部３ａ−１の一方端から直線状に延びる第１直線部３ａ−２と、この折り返し部３ａ−１の他方側を長辺方向に折り曲げた第５湾曲部３ａ−３と、この第５湾曲部３ａ−３から第１直線部３ａ−２に対して図２の矢印Ａ方向に離れるように延びる第１離間部３ａ−４と、この第１離間部３ａ−４の端部から第１直線部３ａ−２と略同一方向となるように長辺方向に折り曲げた第２湾曲部３ａ−５と、この第２湾曲部３ａ−５から第１直線部３ａ−２と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部３ａ−６とを有している。尚、第２直線部３ａ−６の先端は、第１直線部３ａ−２の先端よりも軸方向に長くなるようになっている。また、固定子鉄心３−１のスロット８は、放射状に設けられているため、図３に示すように、セグメントコイル３ａがスロット８内に挿入しやすいように第５湾曲部３ａ−３は、若干の角度を持って折り曲げられ、第２湾曲部３ａ−５は、矢印Ｂ方向に捻り加工を施す。
【００１８】
このように成形されたセグメントコイル３ａは、第１直線部３ａ−２と第２直線部３ａ−６の先端の絶縁被覆を剥離すると共に、図４に示すように第１直線部３ａ−２における第２直線部３ａ−６側の短辺箇所に略Ｖ字形状の凹部３ａ−７を設け、第２直線部３ａ−６における第１直線部３ａ−２側の短辺箇所には凹部３ａ−７と嵌合可能に対応した形状に形成された略Ｖ字形状の凸部３ａ−８を設ける。この凹部３ａ−７と凸部３ａ−８が位置決め部を構成する。
【００１９】
その後、スロット８内に絶縁紙を挿入すると共に、凹部３ａ−７と凸部３ａ−８が形成された複数のセグメントコイル３ａは、図５に示すように固定子鉄心３−１のスロット８内に夫々が軸方向から挿入されるが、図６に示すようにセグメントコイル３ａは、短辺側に略Ｕ字形状に折り曲げた折り返し部３ａ−１が成形されていることから、第１直線部
３ａ−２が外周側に位置し、第２直線部３ａ−６が内周側に位置するように両端は内外周に振り分けられる。
【００２０】
このように複数のセグメントコイル３ａを全てスロット８に挿入し、図８に示すように、全てのセグメントコイル３ａの第２直線部３ａ−６を第１直線部３ａ−２に対して、更に離れる周方向に長辺を折り曲げて第３湾曲部３ａ−９を成形すると共に、図６に示すように、この第３湾曲部３ａ−９から第１直線部３ａ−２に対して離れる方向に延びる第２離間部３ａ−１０の先端を更に、第１直線部３ａ−２と略同一方向となるように長辺を折り曲げて第４湾曲部３ａ−１１を成形する。
【００２１】
第３湾曲部３ａ−９，第２離間部３ａ−１０，第４湾曲部３ａ−１１を成形することにより、図６に示すように他のセグメントコイル３ａにおける第１直線部３ａ−２の先端と、第４湾曲部３ａ−１１の先端側が対向し、夫々の対向面に設けられた略Ｖ字形状の凹部３ａ−７と略Ｖ字形状の凸部３ａ−８が嵌合する。この状態で図６の矢印Ｃと矢印Ｄの方向から挟み込み抵抗溶接によって接合する。このため、図７に示すようにセグメントコイル３ａは、折り返し部３ａ−１を境に一方側は、直線のままで、他方側は、４箇所に湾曲部が形成される。
【００２２】
次に本実施例の作用効果について、以下に説明する。
【００２３】
本実施例は、周方向に複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に巻装される固定子コイルとを有するステータであって、前記固定子コイルは、複数のセグメントコイルによって構成されており、該セグメントコイルは、略Ｕ字形状に湾曲した折り返し部と、該折り返し部の一方端から略直線状に延びる第１直線部と、前記折り返し部の他方端から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第１離間部と、該第１離間部の端部において前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第２湾曲部と、該第２湾曲部から前記第１直線部と略同一方向に略直線状に延びる第２直線部と、該第２直線部から前記第１直線部に対して離れる方向に湾曲した第３湾曲部と、該第３湾曲部から前記第１直線部に対して離れる方向に延びる第２離間部とからなり、夫々の前記セグメントコイルは、前記固定子鉄心の夫々の前記スロットに装着された状態で前記第１直線部の先端と、他のセグメントコイルの前記第２離間部とが接合されているので、セグメントコイルは、折り返し部を境に一方側は、直線のままで、他方側は、４箇所に湾曲部が形成される。このため、セグメントコイルの湾曲部を極力少なくすることができ、更に溶接する側も一方側のみを周方向に折り曲げるだけでよいため、成形を容易とすることができる。また、湾曲部が少なくなる分だけ成形誤差を少なくすることができるので容易に凹部と凸部を嵌合させることができる。
【００２４】
また、本実施例は、前記第２離間部の先端側には、前記第１直線部と略同一方向となるように湾曲した第４湾曲部を有しているので、他のセグメントコイルの第１直線部と第４湾曲部の先端側を略平行な状態で向かい合わせることができる。このため、接合しやすいといった作用効果が得られる。
【００２５】
また、本実施例は、前記折り返し部の他方端と前記第１離間部との境界部には第５湾曲部が設けられているので、特にスロット内での占積率を向上させるための固定子コイルの断面を矩形状とした場合、前記折り曲げ部と前記第５湾曲部を、矩形状の湾曲する辺を異ならせることで容易に成形することができる。
【００２６】
また、本実施例は、前記セグメントコイルの前記第１直線部の先端と、前記第２離間部の先端には、夫々を位置決め可能な位置決め部が設けているので第１直線部の先端と第２離間部の先端を容易に接合することができる。
【００２７】
また、本実施例は、前記位置決め部を前記セグメントコイルの前記第１直線部の先端と、前記第２離間部の先端の一方に設けられた凸部と他方に設けられた凹部によって構成したので、確実に位置決めすることができる。特に本実施例では、凹部と凸部を略Ｖ字形状としたので、多少ずれがあったとしても抵抗溶接時に挟み込む際にＶ字のテーパ部を利用して自動的にずれを矯正することができる。
【００２８】
以上、本実施例について説明したが、本発明は、本実施例に限られるものではない。例えば、本実施例では、回転電機の一例として、電動４輪駆動車に用いられるモータについて説明したが、ハイブリット車に用いられる駆動用モータ，車両用交流発電機等のステータとしても適用することができる。
【００２９】
また、本実施例では、固定子コイルの断面が矩角形状のものを説明したが、断面が円形のものであっても構わない。この場合、第４湾曲部と第５湾曲部を成形しなくてもセグメントコイルを成形，接続することができる。
【００３０】
また、本実施例では、位置決め部として略Ｖ字形状の凹部及び凸部を説明したが略Ｖ字形状に限るものではなく、円弧状や角形状等のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電動４輪駆動車に用いられる駆動用電動モータの側面断面図である。
【図２】固定子鉄心に挿入する前のセグメントコイルの１つを斜視図にしたものである。
【図３】セグメントコイルを上方から見た上面図である。
【図４】セグメントコイルを正面から見た正面図である。
【図５】セグメントコイルを固定子鉄心に挿入した状態の側面図である。
【図６】ステータの一部を斜視図にしたものである。
【図７】固定子コイルの接合状態を示す説明図である。
【図８】ステータの正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  回転子
３  ステータ
３−１  固定子鉄心
３−２  固定子コイル
３ａ  セグメントコイル
３ａ−１  折り返し部
３ａ−２  第１直線部
３ａ−３  第５湾曲部
３ａ−４  第１離間部
３ａ−５  第２湾曲部
３ａ−６  第２直線部
３ａ−７  凹部（位置決め部）
３ａ−８  凸部（位置決め部）
３ａ−９  第３湾曲部
３ａ−１０  第２離間部
３ａ−１１  第４湾曲部
８  スロット
【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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