(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ矩形断面の電気導体の一部を所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させる加圧工程と、
前記加圧工程によって部分的に変形された前記電気導体を、固定子鉄心に形成されたスロットに径方向に複数本が重複するように挿入する挿入工程と、
前記スロットに挿入された前記電気導体を、前記加圧工程によって部分的に変形された部分が径方向に隣接する他の前記電気導体と接近するように折り曲げる折り曲げ工程と、
前記折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する前記電気導体の端部同士を接合する接合工程と、
を有する回転電機の巻線の製造方法において、
前記加圧工程は、反加圧方向の前記電気導体の角部の変形を抑制する所定形状を有する第１の治具に前記電気導体をセットした状態で、第２の治具で前記電気導体を加圧することにより行い、
前記第１の治具の前記電気導体の角部の変形を抑制する形状は円弧形状であり、
前記円弧形状は、前記スロット内周の角部の半径と、前記スロット内周であって前記電気導体との間に配置される電気絶縁部材の厚みとを考慮した半径を有することを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項２】
ほぼ矩形断面の電気導体の一部を所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させる加圧工程と、
前記加圧工程によって部分的に変形された前記電気導体を、固定子鉄心に形成されたスロットに径方向に複数本が重複するように挿入する挿入工程と、
前記スロットに挿入された前記電気導体を、前記加圧工程によって部分的に変形された部分が径方向に隣接する他の前記電気導体と接近するように折り曲げる折り曲げ工程と、
前記折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する前記電気導体の端部同士を接合する接合工程と、
を有する回転電機の巻線の製造方法において、
前記加圧工程は、反加圧方向の前記電気導体の角部の変形を抑制する所定形状を有する第１の治具に前記電気導体をセットした状態で、第２の治具で前記電気導体を加圧することにより行い、
前記第１の治具の前記電気導体の角部の変形を抑制する形状は、前記スロット内周の角部の半径に対応する半径を有する円弧形状であることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記加圧工程による前記電気導体の角部の成形は、前記スロットの最外周および最内周に配置される前記電気導体に対して少なくとも行われることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記電気導体は、セグメント導体であることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記セグメント導体からなる巻線は、前記スロットに前記セグメント導体の一部が収容されており、
前記固定子鉄心の壁面と前記スロット内に挿入される絶縁部材との間に形成される隙間と、前記加圧工程によって加圧された後の前記セグメント導体と前記絶縁部材との間の隙間との総和が８０μｍ以下である箇所が、前記セグメント導体を挟んで互いに対向する位置に少なくとも２箇所存在することを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項６】
電気導体の一部を所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させる加圧工程を有する回転電機の巻線の製造方法であって、
前記加圧工程は、反加圧方向の前記電気導体の角部の変形を抑制する所定形状を有する第１の治具に前記電気導体をセットした状態で、第２の治具で前記電気導体を加圧することにより行い、
前記第１の治具の前記電気導体の角部の変形を抑制する形状は円弧形状であり、
固定子鉄心に形成されたスロットに、スロット幅方向に複数本が整列するように前記電気導体が収容されており、
前記加圧工程によって加圧された後に前記スロットに収容される前記複数本の電気導体の加圧箇所の幅の総和は、前記スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いた前記スロット幅よりも大きく、前記複数本の中の一部の電気導体の加圧箇所の幅と残りの電気導体の非加圧箇所の幅との総和は、前記スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いた前記スロット幅よりも小さいことを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項７】
電気導体の一部を所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させる加圧工程を有する回転電機の巻線の製造方法であって、
前記加圧工程は、反加圧方向の前記電気導体の角部の変形を抑制する所定形状を有する第１の治具に前記電気導体をセットした状態で、第２の治具で前記電気導体を加圧することにより行い、
前記第１の治具の前記電気導体の角部の変形を抑制する形状は円弧形状であり、
固定子鉄心に形成されたスロットに前記電気導体の一部が収容されており、
前記加圧工程によって加圧された後に所定の配列で前記スロットに収容される前記導体の幅は、前記スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いたスロット幅よりも大きく、
前記スロットへの前記電気導体の収容は、前記加圧方向が前記スロット幅に一致するように前記電気導体の向きを設定して前記スロットへ挿入した後に、前記電気導体を回転させることにより行うことを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
固定子鉄心に形成されたスロットに、スロット幅方向に複数本が整列するように前記電気導体が収容されており、
前記加圧工程によって加圧された後に前記スロットに収容される前記複数本の電気導体の加圧箇所の幅の総和は、前記スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いた前記スロット幅よりも大きく、前記複数本の中の一部の電気導体の加圧箇所の幅と残りの電気導体の非加圧箇所の幅との総和は、前記スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いた前記スロット幅よりも小さいことを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項９】
表面に絶縁皮膜が形成されるほぼ矩形断面の電気導体の角部の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒ１の角部を有する治具の空間に前記電気導体をセットした状態で、前記電気導体の角部が前記治具の角部をかたどるように変形させて、前記電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を形成することを特徴とする巻線凹部の加工方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記治具は、底面部とこの底面部に対して脱着可能な側面部とを有し、
前記治具の空間は、前記底面部および前記側面部により形成されることを特徴とする巻線凹部の加工方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記治具の半径Ｒ１を有する角部は前記底面部に形成されていることを特徴とする巻線凹部の加工方法。
【請求項１２】
電気導体の角部の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒ１の角部を有する治具の空間に、表面に絶縁皮膜が形成されたほぼ矩形断面の前記電気導体をセットした状態で、前記電気導体の角部が前記治具の角部をかたどるように変形させて、前記電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を形成するとともに、前記凹部が形成された位置で前記電気導体が交差するように巻く回転電機の巻線の製造方法であって、
前記電気導体は、絶縁皮膜が剥離された接合部を先端に設けた複数のセグメントが接合されてなり、
前記治具は、底面部とこの底面部に対して脱着可能な側面部とを有し、
前記治具の空間は、前記底面部および前記側面部により形成されることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記治具の半径Ｒ１を有する角部は前記底面部に形成されていることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
【請求項１４】
表面に絶縁皮膜が形成される電気導体の角部の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒ１の角部を有し、底面部とこの底面部に対して脱着可能な側面部とで形成される治具の空間に前記電気導体をセットした状態で、前記電気導体の角部の半径が減少するように変形させて前記電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を形成し、前記底面部と前記側面部のうちいずれか一方を他方に対し離した後に、他方から前記凹部が形成された前記電気導体を取り外すことを特徴とする巻線凹部の加工方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記治具の半径Ｒ１を有する角部は前記底面部に形成されていることを特徴とする巻線凹部の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の回転電機の巻線を製造する回転電機の巻線の製造方法および巻線凹部の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、安全制御機器等の電気負荷の増加に伴って、車両用交流発電機にはますます発電能力の向上が求められている。このような発電能力向上の要請に応えるものとして、Ｕ字状の電気導体を規則的に並べて固定子のスロット内の電気導体を高占積率化することにより高出力化を図る車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用交流発電機では、Ｕ字状の電気導体の一部を傾斜させる際に隣接する電気導体の電気的絶縁を確保するために、電気導体の一部を加圧変形させて隙間を形成する工夫がなされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６６１４８号公報（第４−７頁、図１−７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された従来の車両用交流発電機の固定子に用いられている電気導体のように部分的に加圧変形させる際に、単純に一方向から加圧しただけでは、電気導体の反加圧方向の角部が自由変形するため、加圧方向に垂直な向きに電気導体の角部が潰れて変形する場合があり、この電気導体を固定子のスロットに挿入する際に、スロットの最内周の角部あるいは最外周の角部において、電気絶縁を目的として挿入されているインシュレータの破損が発生し、固定子鉄心と電気導体との間で十分な電気絶縁が確保できないおそれがある。
【０００５】
図１２は、電気導体の加圧変形の概略を示す図である。図１２に示すように、ダイ２００にセットされた電気導体２１０を一方向からパンチ２０２で加圧することにより、この加圧方向の寸法を減少させることができるが、この加圧の際に電気導体の反加圧方向の角部が加圧方向と垂直な向きに変形してしまう。一般に、固定子鉄心に設けられた各スロットはプレス加工等で形成されるため、角部は所定の円弧形状に形成されており、この内周側の表面にインシュレータが配置された状態でこのような電気導体をスロット内に挿入すると、電気導体の変形した角部がインシュレータを突き破るおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、固定子鉄心と電気導体の電気絶縁を確保することができる回転電機の巻線の製造方法および巻線凹部の加工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の巻線の製造方法は、ほぼ矩形断面の電気導体の一部を所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させる加圧工程と、加圧工程によって部分的に変形された前記電気導体を、固定子鉄心に形成されたスロットに径方向に複数本が重複するように挿入する挿入工程と、スロットに挿入された電気導体を、加圧工程によって部分的に変形された部分が径方向に隣接する他の電気導体と接近するように折り曲げる折り曲げ工程と、折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する電気導体の端部同士を接合する接合工程とを有しており、この中で加圧工程は、反加圧方向の電気導体の角部の変形を抑制する所定形状を有する第１の治具に電気導体をセットした状態で、第２の治具で電気導体を加圧することにより行っている。
【０００８】
また、本発明の回転電機の巻線の製造方法は、電気導体の一部を所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させる加圧工程を有しており、この加圧工程は、反加圧方向の電気導体の角部の変形を抑制する所定形状を有する第１の治具に電気導体をセットした状態で、第２の治具で電気導体を加圧することにより行っている。
【０００９】
隣接する電気導体同士の間に隙間を形成するために電気導体の一部を加圧する際に、反加圧方向の電気導体の角部の変形が抑制されるため、この角部が加圧方向と垂直な向きに必要以上に変形することがなく、固定子鉄心と電気導体との間に配置される絶縁部材の破損を防止することができ、固定子鉄心と電気導体の電気絶縁を確保することが可能になる。
【００１０】
また、上述した第１の治具の電気導体の角部の変形を抑制する形状は円弧形状であることが望ましい。これにより、電気導体の角部の変形後の形状を円弧形状にすることができるため、電気導体を固定子鉄心のスロットに挿入した際の絶縁部材の破損を確実に防止することができる。
【００１１】
また、上述した円弧形状は、スロット内周の角部の半径に対応する半径を有することが望ましい。これにより、電気導体から絶縁部材に加わる圧力がほぼ均等になるため、電気導体によって絶縁部材を突き破ることを防止することができる。
【００１２】
また、上述した円弧形状は、スロット内周の角部の半径と、スロット内周であって電気導体との間に配置される電気絶縁部材の厚みとを考慮した半径を有することが望ましい。これにより、電気導体から絶縁部材に加わる圧力をさらに確実に均一にすることができる。
【００１３】
また、上述した加圧工程による電気導体の角部の成形は、スロットの最外周および最内周に配置される電気導体に対して少なくとも行われることが望ましい。スロット内のこれらの部位において電気導体と絶縁部材が接触するため、この部分に対応する電気導体の角部形状を工夫することにより、固定子鉄心と電気導体との間の確実な電気絶縁を確保することができる。
【００１４】
また、上述した電気導体は、セグメント導体であることが望ましい。セグメント導体の角部を膨らますことなくくぼみを形成することができ、高占積率巻線のようなスロット幅いっぱいにセグメント導体を配置する場合に、セグメント導体とスロット側壁との間の干渉を防止することができる。また、スロットに沿ってセグメント導体を挿入する際に生じるスロット壁面との間の干渉を防止することができることから、セグメント導体の表面に絶縁皮膜が形成されている場合であってもこの絶縁皮膜の損傷を回避することができる。
【００１５】
また、上述したセグメント導体からなる巻線は、スロットにセグメント導体の一部が収容されており、固定子鉄心の壁面とスロット内に挿入される絶縁部材との間に形成される隙間と、加圧工程によって加圧された後のセグメント導体と絶縁部材との間の隙間との総和が８０μｍ以下である箇所が、セグメント導体を挟んで互いに対向する位置に少なくとも２箇所存在することが望ましい。セグメント導体の角部の膨らみを防止することができるため、スロット幅いっぱいの幅を有するセグメント導体をスロットに挿入しても、これらの間に干渉が生じない。加圧工程においてセグメント導体の角部やその他の部分の幅が変動する量を考慮すると、セグメント導体の加圧箇所における隙間が８０μｍ程度必要であり、この値を確保することにより、製造の容易化とセグメント導体のスロット内での高占積率化を実現することが可能になる。
【００１６】
また、固定子鉄心に形成されたスロットに電気導体の一部が収容されている場合に、上述した加圧工程によって加圧された後に所定の配列でスロットに収容される導体の幅は、スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いたスロット幅よりも大きく、スロットへの電気導体の収容は、加圧方向が前記スロット幅に一致するように電気導体の向きを設定してスロットへ挿入した後に、電気導体を回転させることにより行うことが望ましい。加圧工程での加圧によって電気導体の幅が増大し、この箇所での幅がスロット幅よりも大きくなるような場合であっても、スロットに電気導体を挿入することができ、巻線を形成することが可能になる。
【００１７】
また、固定子鉄心に形成されたスロットに、スロット幅方向に複数本が整列するように前記電気導体が収容されている場合に、加圧工程によって加圧された後にスロットに収容される複数本の電気導体の加圧箇所の幅の総和は、スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いたスロット幅よりも大きく、複数本の中の一部の電気導体の加圧箇所の幅と残りの電気導体の非加圧箇所の幅との総和は、スロット内に挿入される絶縁部材の厚みを除いたスロット幅よりも小さいことが望ましい。一のスロット内に収容される電気導体の本数が多く、周方向に沿って複数本が配置されるような場合であっても、これら周方向に配置される複数本の電気導体を分割して挿入することにより、加圧工程での加圧によって幅が増大した各電気導体を容易にスロットに挿入することができ、巻線を形成することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の巻線凹部の加工方法は、表面に絶縁皮膜が形成されるほぼ矩形断面の電気導体の角部の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒ１の角部を有する治具の空間に電気導体をセットした状態で、電気導体の角部が治具の角部をかたどるように変形させて、電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を形成している。
【００１９】
また、本発明の回転電機の巻線の製造方法は、電気導体の角部の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒ１の角部を有する治具の空間に、表面に絶縁皮膜が形成されたほぼ矩形断面の電気導体をセットした状態で、電気導体の角部が治具の角部をかたどるように変形させて、電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を形成するとともに、凹部が形成された位置で電気導体が交差するように巻いている。また、この電気導体は、絶縁皮膜が剥離された接合部を先端に設けた複数のセグメントが接合されていることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の巻線凹部の形成方法は、表面に絶縁皮膜が形成される電気導体の角部の半径Ｒ０よりも小さい半径Ｒ１の角部を有し、底面部とこの底面部に対して脱着可能な側面部とで形成される治具の空間に電気導体をセットした状態で、電気導体の角部の半径が減少するように変形させて電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を形成し、底面部と側面部のうちいずれか一方を他方に対し離した後に、他方から凹部が形成された電気導体を取り外している。
【００２１】
電気導体の角部が治具の角部をかたどるように変形させることにより、電気導体の角部の変形程度を抑えることができるので、表面の絶縁皮膜を保護しつつ電気導体の長手方向と直角方向の寸法が減少した凹部を容易に形成することができる。
【００２２】
また、断面がほぼ矩形形状の電気導体を用いることにより、表面に沿って容易に先端の絶縁皮膜を剥離でき、しかも、絶縁皮膜が剥離された先端部同士を接合することで回転電機の巻線を容易に製造することができる。さらに、断面の角部半径が小さくても、凹部形成の変形時に絶縁皮膜の破れて損傷することを防ぐことができる。
【００２３】
また、断面がほぼ矩形形状の電気導体の角部の半径（＝Ｒ０）に対しそれより小さい半径（＝Ｒ１）の角部を有する第1の治具に電気導体をセットして、第２の治具で変形させて凹部を形成するため、変形時の肉の移動が抑えられ、電気導体の絶縁皮膜が変形によって破れることを抑えることができる。
【００２４】
また、上述した治具は、底面部とこの底面部に対して脱着可能な側面部とを有し、治具の空間は、底面部および側面部により形成されることが望ましい。これにより、電気導体を変形させることにより肉が底面部または側面部に食いついたとしても、側面部と底面部のうち、一方を他方に対し脱離させることで、その後電気導体を他方から取り外しやすくすることができる。すなわち、食いつきの面積を小さくすることにより、小さい力で治具から電気導体を脱離、取り外すことが可能になる。しかも、凹部形成工程、脱離工程、取り外し工程の後に、固定子鉄心のスロット内に電気導体を挿入し、電気導体の先端同士を接合して巻線を形成することが可能になり、製造が容易になる。
【００２５】
また、上述した治具の半径Ｒ１を有する角部は底面部に形成されていることが望ましい。これにより、治具から側面部のみを脱離させることが容易となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の巻線の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ハウジング４、整流器５等を含んで構成されている。
【００２７】
回転子３は、界磁として作用し、シャフト６と一体になって回転しており、ランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、送風装置としての斜流ファン１１および遠心ファン１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。
【００２８】
ランデル型ポールコア７は、一組のポールコアを組合わせて構成されている。このランデル型ポールコア７は、シャフト６に組付られたボス部７１と、ボス部７１の両端より径方向に延びるディスク部７２と、１２個の爪状磁極部７３により構成されている。
【００２９】
プーリ側の斜流ファン１１は、ポールコア７の端面に溶接などによって固着されたベース板１１１に対して鋭角の傾斜を持つブレードと直角のブレードとを有し、回転子３と一体になって回転する。反プーリ側の遠心ファン１２は、ポールコア７の端面に溶接などによって固着されたベース板１２１に対して直角のブレードのみを有する。
【００３０】
ハウジング４は、フロントハウジング４ａとリアハウジング４ｂからなっており、その軸方向端面には吸入孔４１が、外周両肩部には、固定子２の第１コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂのそれぞれの径方向外側に対応して冷却風の排出孔４２が設けられている。
【００３１】
整流器５は、固定子２から出力される交流電圧を直流に変換する整流作用を行っており、車両用交流発電機１の反プーリ側の端部に設けられている。
次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、固定子２の部分的な断面図である。図３は、固定子鉄心３２に装着されるセグメント導体３３の模式的形状を示す斜視図である。
【００３２】
固定子２は、電機子として作用し、固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成された複数のスロット３５内に配置された複数の電気導体としてのセグメント導体３３によって構成された固定子巻線３１と、固定子鉄心３２と固定子巻線３１との間を電気絶縁するインシュレータ３４とを備えている。
【００３３】
図２に示すように、固定子鉄心３２には、多相の固定子巻線３１を収容できるように、内径側に開口を有する複数のスロット３５が形成されている。本実施形態では、回転子３の磁極数に対応して、三相の固定子巻線３１を収容するために、３６個のスロット３５が、等間隔に配置されている。
【００３４】
固定子鉄心３２のスロット３５に装備された固定子巻線３１は、１本１本の電気導体として把握することができ、複数のスロット３５のそれぞれの中には、偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。また、一のスロット３５内の４本の電気導体は、固定子鉄心３２の径方向に関して内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。これらの電気導体には、絶縁被膜３７として、ポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。
【００３５】
これら電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線３１が形成される。なお、本実施形態では、スロット３５内の電気導体は、第１コイルエンド群３１ａ側においては、連続線を配置することにより一端が接続され、また、第２コイルエンド群３１ｂ側においては、他端を接合することにより接続される。
【００３６】
各スロット３５内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の１本の他の電気導体と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するために、一のスロット３５内の所定の層の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の他の層の電気導体と対をなしている。
【００３７】
例えば、一のスロット内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心３２の軸方向の一方の端部において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。したがって、固定子鉄心３２の一方の端部においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このように、固定子鉄心３２の一方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電気導体と内中層の電気導体との接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体との接続により端層コイルエンドが形成される。
【００３８】
一方、一のスロット３５内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の内端層の電気導体３３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット３５内の外端層の電気導体３３１ｂ’は、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３２の軸方向の他方の端部において接合により接続される。
【００３９】
したがって、固定子鉄心３２の他方の端部においては、外端層の電気導体と外中層の電気導体とを接続する接合部と、内端層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。外端層の電気導体と外中層の電気導体との接続、および内端層の電気導体と内中層の電気導体との接続により隣接層コイルエンドが形成される。このように固定子鉄心３２の他方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、重複することなく並べて配置される。
【００４０】
さらに、複数の電気導体は、ほぼ矩形断面（平角断面）をもった一定の太さの電気導体を所定形状に成形したＵ字状のセグメント導体により提供される。図３に示すように、内端層の電気導体と外端層の電気導体とが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント３３１により提供される。また、内中層の電気導体と外中層の電気導体とが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント３３２により提供される。
【００４１】
大セグメント３３１と小セグメント３３２とは基本セグメント導体３３を形成する。そして、基本セグメント導体３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子鉄心３２の周りを２周するコイルが形成される。しかし、固定子巻線の引出線を構成するセグメント導体および１周めと２周めとを接続するターン部は基本セグメント導体３３とは形状の異なる異形セグメント導体で構成される。本実施形態の場合、異形セグメント導体の本数は３本となる。１周めと２周めとの接続は、端層と中層の接続となるが、この接続により異形コイルエンドが形成される。
【００４２】
固定子巻線３１の製造工程を以下に説明する。
（挿入工程）基本セグメント導体３３は、Ｕ字状の小セグメント３３２のターン部３３２ｃをＵ字状の大セグメント３３１のターン部３３１ｃが囲むように揃えられ、固定子鉄心３２の軸方向側面の一方側から挿入される。その際、大セグメント３３１の一方の電気導体３３１ａは固定子鉄心３２の一のスロット３５の内端層に、小セグメント３３２の一方の電気導体３３２ａは一のスロット３５の内中層に、そして、大セグメント３３１の他方の電気導体３３１ｂは固定子鉄心３２の一のスロット３５から時計方向に１磁極ピッチ離れた他のスロット３５の外端層に、小セグメント３３２の他方の電気導体３３２ｂも他のスロット３５の外中層に挿入される。
【００４３】
図４は、挿入工程において挿入直前に重ねられた２種類の基本セグメント導体３３を示す図である。図４に示すように、小セグメント３３２を覆うように大セグメント３３１が配置された状態で、固定子鉄心３２の各スロット３５に挿入される。また、小セグメント３３２の反ターン部先端近傍および大セグメント３３１の反ターン部先端近傍には、所定方向に加圧して加圧方向の寸法を減少させた凹部としての加圧部３３２ｇ、３３１ｇが形成されている。これらの加圧部３３２ｇ、３３１ｇは、固定子巻線３１を完成させた際に、隣接する小セグメント３３２および大セグメント３３１の対向面の間に隙間を形成するためのものである。加圧部３３２ｇ、３３１ｇは、上述した挿入工程の前に実施される加圧工程において形成されており、その詳細については後述する。
【００４４】
その結果、図２に示すように一のスロット３５には内端層側から、上述した電気導体として直線部３３１ａ、３３２ａ、３３２ｂ’、３３１ｂ’が一列に配置される。ここで、直線部３３２ｂ’、３３１ｂ’は、１磁極ピッチずれた他のスロット３５内の電気導体と対をなしている大小のセグメントの直線部である。
【００４５】
（折り曲げ工程）挿入後、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、端層側に位置している直線部３３１ａ、３３１ｂは、大セグメント３３１が開く方向に接合部３３１ｄ、３３１ｅが半磁極ピッチ分（本実施形態では１．５スロット分）捻られて折り曲げられる。そして、中層に位置している直線部３３２ａ、３３２ｂは、小セグメント３３２が閉じる方向に接合部３３２ｄ、３３２ｅが半磁極ピッチ分捻られて折り曲げられる。その結果、第２コイルエンド群３１ｂにおいては、径方向に隣接する電気導体は周方向の逆向きに傾斜している。以上の構成を、全てのスロット３５のセグメント導体３３について繰り返す。
【００４６】
（接合工程）そして、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、外端層の接合部３３１ｅ' と外中層の接合部３３２ｅ、並びに内中層の接合部３３２ｄと内端層の接合部３３１ｄ' とが、溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって電気的導通を得るように接合され、図５に示すような固定子２が得られる。
【００４７】
図６は、挿入工程の前に行われる加圧工程の具体的な手順を示す図である。図において、ダイ（第１の治具）１００は、大セグメント３３１の加圧部３３１ｇを収容しており、この加圧部３３１ｇをパンチ（第２の治具）１０２を用いて一方向から加圧する。これにより、加圧部３３１ｇは、パンチ１０２が当接する部分が加圧方向に変形して、この方向に沿った寸法が減少する。
【００４８】
ところで、本実施形態の加圧工程で用いられるダイ１００は、角部１００ａが加圧部３３１ｇの角部３３１ｈの変形を抑制する形状、具体的には円弧形状に形成されている。加圧工程では、加圧部３３１ｇ全体に肉厚移動が生じるため、反加圧方向の加圧部３３１ｇの角部３３１ｈも加圧方向と垂直な向きに変形しようとするが、円弧形状を有するダイ１００の角部１００ａによってこの変形が抑制されるため、加圧後の角部３３１ｈもこの角部１００ａと同じ円弧形状になる。なお、小セグメント３３２の加圧部３３２ｇについても同様である。
【００４９】
このような加圧部３３１ｇ、３３２ｇを有する大セグメント３３１および小セグメント３３２を用いることにより、図７にハッチングを付して示したような隣接する大セグメント３３１と小セグメント３３２の間に隙間が形成される。
この結果、車両の振動時等に、第２コイルエンド群３１ｂにおいて径方向に隣接する電気導体同士が接触することが防止されるとともに、接触によって生じる絶縁被膜３７の破損も低減することが可能となる。そして、絶縁被膜３７の破損箇所同士の接触による短絡を防止できる。
【００５０】
このように、本実施形態では、セグメント導体３３を固定子鉄心３２に挿入する前に、セグメント導体３３の一部を所定方向に加圧する加圧工程が設けられており、しかもこの加圧工程で用いられるダイ１００の角部１００ａが円弧形状に形成されている。このため、この角部１００ａに対応して形成されるセグメント導体３３の断面形状も円弧形状になるため、図２に示すスロット３５の角部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄにおいてセグメント導体３３の角部がインシュレータ３４を傷つけたり突き破ることがなく、セグメント導体３３と固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保することができる。
【００５１】
また、ダイ１００の角部１００ａの形状を、スロット３５の角部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの半径に対応した半径を有する円弧形状とすることにより、セグメント導体３３からインシュレータ３４に加わる圧力をほぼ均等にすることができるため、インシュレータ３４の破損を防止することができる。特に、インシュレータ３４の厚みも考慮に入れてダイ１００の角部１００ａの円弧形状の半径を設定することにより、インシュレータ３４に加わる圧力をさらに均一化してインシュレータ３４の破損をさらに低減することができるため、固定子鉄心３２とセグメント導体３３との間の電気絶縁をさらに確実に達成することが可能になる。
【００５２】
また、本実施形態では、固定子鉄心３２の壁面とスロット３５内に挿入される絶縁部材としてのインシュレータ３４の間に形成される隙間と、セグメント導体３３の加圧部（大セグメント３３１の加圧部３３１ｇ、小セグメント３３２の加圧部３３２ｇ）との間の隙間との総和が８０μｍ以下である箇所が、セグメント導体３３を挟んで互いに対向する位置に少なくとも２箇所存在することが望ましい。セグメント導体３３の角部の膨らみを防止することができるため、スロット幅いっぱいの幅を有する加圧部が形成されたセグメント導体３３をスロット３５に挿入しても、これらの間に干渉が生じない。加圧工程においてセグメント導体３３の加圧部の幅が変動する量を考慮すると、セグメント導体３３の加圧部における隙間が８０μｍ程度必要であり、この値を確保することにより、製造の容易化とセグメント導体３３のスロット３５内での高占積率化を実現することが可能になる。
【００５３】
（他の実施形態）
ところで、図６に示したダイ１００は、コの字形状に形成したが、各辺毎に３分割するようにしてもよい。図８は、３分割したダイを用いて挿入工程の前に行われる加工工程の変形例の具体的な手順を示す図である。
【００５４】
図８に示すように、ダイ１１０は、側面部１１０−１、１１０−２と底面部１１０−３とを有しており、側面部１１０−１、１１０−２は底面部１１０−３に対して固定でき、かつ、脱離が可能である。
また、各セグメント導体３３を構成する電気導体は、予めその先端部の電気絶縁皮膜が剥離されるが、これらの電気導体は断面がほぼ矩形形状であるので容易に接合面の絶縁皮膜を剥離することができる。
【００５５】
底面部１１０−３は、板状底面１１０−３ａとその端部から厚み方向に突出する突出部１１０−３ｂ、１１０−３ｃとを有し、板状底面１１０−３ａと各突出部１１０−３ｂ、１１０−３ｃとで角部１１０ａを形成している。この角部１１０ａの半径Ｒ１は、電気導体の角部（３３１ｈ、３３２ｈ）の半径Ｒ０よりも大きく形成されている。
【００５６】
側面部１１０−１、１１０−２と底面部１１０−３とを組み合わせて固定してダイ１１０をコの字状に形成した状態で、これら側面部１１０−１、１１０−２と底面部１１０−３とによって形成される空間に電気導体を収容し、後の折り曲げ工程で径方向に隣接する電気導体と交差する位置に凹部（加圧部３３１ｇ、３３２ｇ）を形成するべくパンチ１０２で加圧する（凹部形成工程）。加圧された電気導体は、肉が角部に移動し、ダイ１１０に形成された角部１１０ａをかたどるように新しい角部が形成される。
【００５７】
ダイ１１０で電気導体の辺を拘束して、パンチ１０２で電気導体に変形を与える際、ダイ１１０に形成された電気導体をセットする空間に角部１１０ａがないと、電気導体の角部が小さくなりつつ、凹部の容積が次第に大きくなる。そして、所望の深さおよび長さの凹部が形成される時には、電気導体の角部の半径が小さくなるので表面の絶縁皮膜は、変形により内部から破れることになる。この実施形態においては、ダイ１１０に半径Ｒ１の角部１１０ａが形成されているため、電気導体表面の絶縁皮膜を維持できる程度に変形の程度が抑えられる。
【００５８】
このとき、底面部１１０−３に形成された角部１１０ａの角部表面と電気導体の角部表面とで形成される空間は小さいので、ダイ１１０の底面部１１０−３ならびに側面部１１０−１、１１０−２のいずれか一方または両方の表面には電気導体の肉が食いつくことがある。そこで、凹部の形成が完了した後に、側面部１１０−１、１１０−２と底面部１１０−３との固定を解除し、２つの側面部１１０−１、１１０−２をパンチ１０２の加圧方向とは直角方向に底面部１１０−３から脱離する（脱離工程）。側面部１１０−１、１１０−２には肉の食いつきがないかまたは食いつきの面積が少ない。しかも、電気導体の側面部に接する表面が加圧により移動する方向と同じ方向に側面部１１０−１、１１０−２を移動するので、容易に側面部１１０−１、１１０−２を電気導体から引き離すことができる。
【００５９】
その後、電気導体を底面部１１０−３から取り外す（取り外し工程）。電気導体の底面部に接する表面が加圧により移動する方向と同じ方向に電気導体を移動するので、容易に電気導体を底面部１１０−３から引き離すことができる。
次に、電気導体を固定子鉄心３２の各スロット３５内に収容し、折り曲げ工程を経て、先端部の絶縁皮膜が剥離された接合面同士を接合する。
【００６０】
このように、半径Ｒ０の角部を有するほぼ矩形断面の素線（電気導体）を使用するため、容易に先端の接合部の絶縁皮膜を剥離することができ、製造が容易となる。しかも、そのような角部の半径が小さい電気導体でも、ダイ１１０に形成された半径Ｒ１（Ｒ１＜Ｒ０）の角部１１０ａに電気導体が当接してそれ以上の変形が抑えられることで変形の程度が大きくなることを抑制することができる。したがって、変形が大きいことにより電気導体表面の絶縁皮膜が破れる損傷を低減でき、固定子鉄心３２との間の電気絶縁を確保することができる。また、変形が抑えられるので、スロット３５内に容易に収容することができる。さらに、変形を抑えるために形成されるダイ１１０の角部１１０ａと電気導体の角部との間の空間が狭く、たとえ凹部変形時の加圧により、電気導体の肉がダイ１１０に食いつくことがあったとしても、側面部１１０−１、１１０−２を底面部１１０−３から脱離させてから底面部１１０−３から電気導体をとり外すことで、電気導体をダイ１１０から容易に取り外すことができる。
【００６１】
なお、凹部形成後に先に底面部１１０−３を側面部１１０−１、１１０−２から脱離させ、その後電気導体を側面部１１０−１、１１０−２から取り外してもよい。また、各側面部１１０−１、１１０−２が、側面およびパンチ１０２の加圧方向と直角方向に突出する突出部を有し、ダイ１１０に形成される角部１１０ａがこれらの側面と突出部とで形成されるようにしてもよい。この場合、側面部、底面部のうち一方、他方をそれぞれ側面部、底面部としてもいい。逆に一方、他方をそれぞれ底面部、側面部としてもいい。
【００６２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、小セグメント３３２にも加圧部３３２ｇを形成するようにしたが、これを省略し、大セグメント３３１の加圧部３３１ｇのみを形成するようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施形態では、ダイ１００の角部１００ａを円弧形状に形成したが、セグメント導体３３の加圧方向と垂直な向きへの変形を抑制する形状であれば他の形状を採用するようにしてもよい。例えば、ダイ１００の底辺に対して４５°の傾斜を有する面取り形状や多角形形状に形成してもよい。
【００６４】
また、上述した実施形態では、車両用交流発電機について説明したが、それ以外の回転電機の固定子巻線を製造する場合に本発明を適用することができる。また、Ｕ字状のセグメント導体３３を用いたが、直線状のセグメント導体を用いて、固定子鉄心３２の両側で接合作業を行うようにしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施形態は、車両用交流発電機の固定子巻線を形成する場合について説明したが、車両用交流発電機以外の回転電機の固定子巻線や、固定子巻線以外の巻線を製造する場合にも本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では、図６に加圧工程の詳細を示したように、加圧前後で加圧部の幅がほとんど変化しない場合について説明したが、図９に示すように、角部の変形を抑制しながら幅を増大させるようにしてもよい。
【００６６】
ところで、固定子巻線のスロット内での占積率を高く設定した場合であってセグメント導体の加圧前の幅がスロット幅に近いような場合には、図１０に示すように、セグメント導体の加圧部の幅が、スロット内に挿入されるインシュレータを除いたスロット幅よりも大きくなる場合が生じる。このような場合には、スロットへのセグメント導体の収容は、加圧方向がスロット幅に一致するようにセグメント導体の向きを設定して（図１０に示す向きを基準としてセグメント導体を９０°回転させた向き）スロットへ挿入した後に、セグメント導体を回転させることにより行うことが望ましい。これにより、加圧工程での加圧によってセグメント導体の加圧部の幅が増大し、この加圧部での幅がスロット幅よりも大きくなるような場合であっても、スロットにセグメント導体を挿入することができ、固定子巻線を形成することが可能になる。
【００６７】
また、スロット内のセグメント導体の本数が多い場合であって、図１１に示すように、スロット幅方向に複数本のセグメント導体が配置されるような場合であって、これらの周方向に配置された複数本のセグメント導体の各加圧部の幅の総和が、スロット内に挿入されるインシュレータの厚みを除いたスロット幅よりも大きい場合には、複数本の中の一部のセグメント導体の加圧部の幅と残りのセグメント導体の非加圧部の幅との総和が、スロット内に挿入されるインシュレータの厚みを除いたスロット幅よりも小さいことが望ましい。これにより、一のスロット内に収容されるセグメント導体の本数が多く、周方向に沿って複数本が配置されるような場合であっても、これら周方向に配置される複数本のセグメント導体を分割して挿入することにより、加圧工程での加圧によって幅が増大した各セグメント導体を容易にスロットに挿入することができ、固定子巻線を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】固定子の部分的な断面図である。
【図３】固定子鉄心に装着されるセグメント導体の模式的形状を示す斜視図である。
【図４】挿入工程において挿入直前に重ねられた２種類の基本セグメント導体を示す図である。
【図５】固定子巻線の接合部を示す固定子の部分的な斜視図である。
【図６】挿入工程の前に行われる加圧工程の具体的な手順を示す図である。
【図７】固定子の部分的な側面図である。
【図８】別実施形態の加圧工程の具体的な手順を示す図である。
【図９】加圧工程の変形例を示す図である。
【図１０】固定子の変形例を示す斜視図である。
【図１１】固定子の他の変形例を示す斜視図である。
【図１２】従来の加圧工程を示す図である。
【符号の説明】
２  固定子
３１  固定子巻線
３２  固定子鉄心
３３  セグメント導体
３４  インシュレータ
３５  スロット
１００、１１０  ダイ
１００ａ、１１０ａ  角部
１０２  パンチ
１１０−１、１１０−２  側面部
１１０−３  底面部
３３１ｇ、３３２ｇ  加圧部
【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】
0004019951.tif 000008
【図８】
0004019951.tif 000009
【図９】
0004019951.tif 000010
【図１０】
0004019951.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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