(57)【要約】      （修正有）【課題】回転電機のステータに巻回されるステータコイルを提供する。【解決手段】ステータコイルは、平角線で構成されている第１コイル１１および第２コイルを備える。ステータコイルは、第１コイルの端部が一端に嵌合しており、第２コイルの端部が他端に嵌合している中空管であって、導体で形成されている中空管１３を備える。第１コイルの中空管に嵌合している端部および第２コイルの中空管に嵌合している端部の軸線に垂直な断面は、長辺ＬＳと短辺ＳＳと４つの角部ＣＲとを有する長方形である。中空管の内壁は、長辺の一部において第１コイルの表面および第２コイルの表面に接触しているとともに、４つの角部において第１コイルの表面および第２コイルの表面に接触していない。【選択図】図４
2022003859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のステータに巻回されるステータコイルであって、
平角線で構成されている第１コイルおよび第２コイルと、
前記第１コイルの端部が一端に嵌合しており、前記第２コイルの端部が他端に嵌合している中空管であって、導体で形成されている前記中空管と、
を備えており、
前記第１コイルの前記中空管に嵌合している端部および前記第２コイルの前記中空管に嵌合している端部の軸線に垂直な断面は、長辺と短辺と４つの角部とを有する長方形であり、
前記中空管の内壁は、前記長辺の一部において前記第１コイルの表面および前記第２コイルの表面に接触しているとともに、前記４つの角部において前記第１コイルの表面および前記第２コイルの表面に接触していない、ステータコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、回転電機のステータに巻回されるステータコイルを開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１および第２のセグメントコイルを連結部材を介して連結することで、ステータコアに巻回された状態のステータコイルを形成する技術が開示されている。具体的には、第１セグメントコイルの端部を連結部材の一端に嵌合し、第２セグメントコイルの端部を連結部材の他端に嵌合する。連結部材は銅などの導電性材料で形成されているため、第１および第２のセグメントコイルを電気的に接続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−１２６１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１および第２のセグメントコイルと連結部材との接合面には、接触抵抗が存在する。接触抵抗は、可能な限り低くする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書は、回転電機のステータに巻回されるステータコイルを開示する。ステータコイルは、平角線で構成されている第１コイルおよび第２コイルを備える。ステータコイルは、第１コイルの端部が一端に嵌合しており、第２コイルの端部が他端に嵌合している中空管であって、導体で形成されている中空管を備える。第１コイルの中空管に嵌合している端部および第２コイルの中空管に嵌合している端部の軸線に垂直な断面は、長辺と短辺と４つの角部とを有する長方形である。中空管の内壁は、長辺の一部において第１コイルの表面および第２コイルの表面に接触しているとともに、４つの角部において第１コイルの表面および第２コイルの表面に接触していない。
【０００６】
このステータコイルでは、第１コイルの角部および第２コイルの角部には、嵌合による応力が発生しない。第１および第２コイルの長辺と中空管の内壁との接触領域に、応力集中させることができる。これにより、コイル表面と中空管の内壁との接触圧を高めることができるため、接触抵抗を低下させることが可能となる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は、以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ステータ１の分解斜視図である。
【図２】第１コイル１１の端部１１ｅ近傍の概略斜視図である。
【図３】中空管１３の概略斜視図である。
【図４】第１コイル１１および第２コイル１２が中空管１３に嵌合されている状態を示す図である。
【図５】第１コイル１１および第２コイル１２が中空管１３に嵌合されている状態を示す図である。
【図６】挿入前の状態を説明する図である。
【図７】挿入中の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（ステータ１の構造）
図１は、回転電機のステータ１の分解斜視図である。このステータ１は、不図示のロータと組み合わされて、電動機や発電機などの回転電機を構成する。ステータ１は、ステータコア２および複数のステータコイル１０を備えている。なお図１では、分かりやすさのために、１つのステータコイル１０のみを示している。ステータコア２は、径方向内側に突出する複数のティース３を有している。
【０００９】
ステータコイル１０は、第１コイル１１、第２コイル１２、中空管１３を備えている。第１コイル１１および第２コイル１２は、導体の平角線で構成されている。第１コイル１１および第２コイル１２は、分割された巻線形状であるが、本明細書では便宜上「コイル」と呼称する。中空管１３は、導体で形成されている。本実施例では、第１コイル１１、第２コイル１２、中空管１３は、銅製である。第１コイル１１の端部１１ｅが、中空管１３の端部１３ｅ１に嵌合する。第２コイル１２の端部１２ｅが、中空管１３の端部１３ｅ２に嵌合する。これによりステータコイル１０は、ティース３に巻回される。
【００１０】
（ステータコイル１０の構造）
図２に、第１コイル１１の端部１１ｅ近傍の概略斜視図を示す。第１コイル１１の端部１１ｅには、嵌合領域Ｊ１が形成されている。嵌合領域Ｊ１は、中空管１３に嵌合される領域である。嵌合領域Ｊ１では、銅が露出している。一方、嵌合領域Ｊ１以外の領域は、絶縁被膜２０で覆われている。本明細書では、絶縁被膜２０をグレーの塗りつぶしで表している。
【００１１】
軸線Ａ１に垂直な方向（＋ｚ方向）から見たときに、嵌合領域Ｊ１は、長辺ＬＳと短辺ＳＳを有する長方形の断面を有している。長辺ＬＳの幅はＷ１である。短辺ＳＳの幅はＷ２である。長辺ＬＳを含んだ側面が、第１側面ＳＤ１である。短辺ＳＳを含んだ側面が、第２側面ＳＤ２である。第１側面ＳＤ１および第２側面ＳＤ２は、中空管１３の内壁と接触する面である。
【００１２】
なお、第２コイル１２の端部１２ｅの構造も、前述した第１コイル１１の端部１１ｅの構造と同様であるため、説明を省略する。
【００１３】
図３に、中空管１３の概略斜視図を示す。中空管１３の内壁には、銅が露出している。軸線Ａ２に垂直な断面において中空管１３は、長方形の４つの隅部ＣＰが、長辺および短辺に対して外側へ突出している断面形状を有している。このような断面形状を有すること、および、中空管１３の材料である銅の弾性により、中空管１３は、締め付け力を有するバネ部材として機能する。中空管１３の長辺方向の内径の最小値はＤ１である。短辺方向の内径の最小値はＤ２である。内径Ｄ２は、第１コイル１１の短辺ＳＳの幅Ｗ２（図２）よりも小さい。従って、内径Ｄ２よりも大きい幅Ｗ２を有する第１コイル１１が挿入された場合に、中空管１３は、第１コイル１１を締め付けることができる。
【００１４】
図４および図５に、第１コイル１１および第２コイル１２が中空管１３に嵌合されている状態を示す。図４は、第１コイル１１と中空管１３が嵌合されている領域における、軸線Ａ１およびＡ２に垂直な断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【００１５】
図４に示すように、第１コイル１１の第１側面ＳＤ１は、長辺ＬＳの中点Ｐ１の近傍の領域では中空管１３の内壁に接触している。しかし角部ＣＲの近傍では、第１側面ＳＤ１は中空管１３の内壁に接触していない。これにより、ギャップＧＰが形成されている。ここで、中空管１３の内壁と長辺ＬＳが接触している領域を、接触領域Ｒ１とする。接触領域Ｒ１の幅は、長辺ＬＳの幅Ｗ１よりも小さい。従って、長辺ＬＳの全てが中空管１３の内壁に接触している場合に比して、接触面積を小さくできるため、接触領域Ｒ１に接触圧力を集中させることができる。
【００１６】
同様にして、第１コイル１１の第２側面ＳＤ２は、短辺ＳＳの中点Ｐ２の近傍の領域では中空管１３の内壁に接触しているが、角部ＣＲの近傍では接触していない。ここで、中空管１３の内壁と短辺ＳＳが接触している領域を、接触領域Ｒ２とする。接触領域Ｒ２の幅は、短辺ＳＳの幅Ｗ２よりも小さい。よって、接触領域Ｒ２に接触圧力を集中させることができる。
【００１７】
なお、第２コイル１２においても同様の断面構造を有しているため、説明を省略する。
【００１８】
（組立工程）
図５〜図７を用いて、ステータコイル１０の組み立て工程を説明する。例として、中空管１３に第２コイル１２が挿入されている状態で、第１コイル１１を挿入する場合を説明する。図６および図７は、図５と同一の断面における図である。
【００１９】
図６を用いて挿入前の状態を説明する。軸線Ａ１とＡ２が一致するように、第１コイル１１および中空管１３がセットされる。中空管１３の内径Ｄ２は、第１コイル１１の幅Ｗ２よりも小さい。また第１側面ＳＤ１の一部拡大図に示すように、第１側面ＳＤ１の表面には絶縁膜ＩＬ１が形成されている。同様に、中空管１３の内壁１３ｗの一部拡大図に示すように、内壁１３ｗの表面には絶縁膜ＩＬ２が形成されている。絶縁膜ＩＬ１やＩＬ２は、例えば、酸化銅などの自然酸化膜である。なお図５〜図７では、絶縁膜ＩＬ１およびＩＬ２を、グレーの塗りつぶしで示している。
【００２０】
図７を用いて、挿入中の状態を説明する。第１コイル１１を、軸線Ａ１に沿って中空管１３に近づく方向へ移動させる（矢印Ｙ１）。これにより、第１コイル１１の先端部によって、中空管１３の内径Ｄ２が幅Ｗ２まで押し広げながら挿入されていく。前述したように中空管１３は、挿入された部材を締め付けるバネ部材として機能するため、面圧を加えながら挿入することができる。内壁１３ｗと第１側面ＳＤ１とが摺動しながら挿入されるため、互いの面で研磨が行われる。図７の一部拡大図の領域Ｒ３に示すように、摺動距離がある一定値を超えることによって、界面ＩＦに存在する絶縁膜ＩＬ１およびＩＬ２が除去される。これにより、図５に示す挿入完了の状態において、絶縁膜を介さずに金属表面同士が接触している、金属間接合を形成することができる。
【００２１】
（効果）
中空管にコイル端部を嵌合することでコイル同士を接合する場合における、課題を説明する。第１に、コイルと中空管との接合面に存在する接触抵抗が、溶接や圧接などの他の接合方法に比して高くなってしまう場合がある。第２に、嵌合部の接合強度が、他の接合方法に比して低下してしまう場合がある。
【００２２】
本実施例のステータコイル１０では、図４で説明したように、角部にギャップＧＰを形成することで、接触面積を小さくできるため、接触領域Ｒ１およびＲ２に接触圧力を集中させることができる。また中空管１３の内径Ｄ２を第１コイル１１の幅Ｗ２よりも小さくすることで、挿入された第１コイル１１を締め付けるバネ部材として、中空管１３を機能させることができる。これにより、コイルと中空管との接合面の接触圧を高めることができる。従って、接触抵抗を低下させることが可能となる。また、嵌合部の接合強度を高めることが可能となる。
【００２３】
また図７で説明したように、面圧を加えながら挿入することで、絶縁膜を介さずに金属表面同士が接触している、金属間接合を形成することができる。従って、接触抵抗を低下させることが可能となる。また、凝着を発生させることができるため、嵌合部の接合強度を高めることが可能となる。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００２５】
（変形例）
図４に示すように、中空管１３の内壁と長辺ＬＳが接触している接触領域Ｒ１、および、中空管１３の内壁と短辺ＳＳが接触している接触領域Ｒ２、の両方を備える形態を説明したが、この形態に限られない。少なくとも接触領域Ｒ１を備えていればよい。
【００２６】
図３に示す隅部ＣＰの形状は、曲面で形成される形態に限られない。例えば、平面が組み合わされた多角形の形状でもよい。
【００２７】
図４に示すように、４つの角部の全てにギャップＧＰが形成されている形態に限られない。４つの角部の少なくとも１つに、ギャップＧＰが形成されていればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１：ステータ    ２：ステータコア    １０：ステータコイル    １１：第１コイル    １２：第２コイル    １３：中空管    Ａ１およびＡ２：軸線    ＬＳ：長辺    ＳＳ：短辺    Ｗ１およびＷ２：幅    Ｄ１およびＤ２：内径    ＣＰ：隅部    ＣＲ：角部    ＧＰ：ギャップ    Ｒ１およびＲ２：接触領域
【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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