(57)【要約】【課題】  絶縁性と生産性とに優れた回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機を提供する。【解決手段】  複数のスロット４２０が設けられた固定子鉄心１３２と、前記スロットに絶縁紙３００を介して設けられた固定子コイル６０とを有し、各々の前記スロットにＮ本（ただし、Ｎは正の偶数）のセグメントコイル２８が設けられ、前記固定子コイルは、各々のセグメントコイルの導体端部２８Ｅに設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメントコイルが接続されて構成され、前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、Ｎ列の環状列が構成されており、前記固定子鉄心は複数の電磁鋼板１３３が積層されて構成され、前記電磁鋼板の結晶粒９１０の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きくなるよう回転電機の固定子を構成する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記スロットに絶縁紙を介して設けられた固定子コイルとを有し、
各々の前記スロットにＮ本（ただし、Ｎは正の偶数）のセグメントコイルが設けられ、
前記固定子コイルは、各々のセグメントコイルの導体端部に設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメントコイルが接続されて構成され、
前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、Ｎ列の環状列が構成されている回転電機の固定子において、
前記固定子鉄心は複数の電磁鋼板が積層されて構成され、
前記電磁鋼板の結晶粒の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きい回転電機の固定子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
前記固定子鉄心の電磁鋼板は、径方向外周側のダレ面の方向と、径方向内周側のダレ面の方向とが異なっている回転電機の固定子。
【請求項３】
複数の磁石挿入穴が設けられた回転子鉄心と、
前記磁石挿入穴に挿入された磁石と、を有し、
内径側にはシャフト等を挿入する内径穴を有する回転電機の回転子であって、
前記回転子鉄心は複数の電磁鋼板が積層されて構成され、
前記電磁鋼板の結晶粒の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きい回転電機の回転子。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機の回転子であって、
前記回転子鉄心の電磁鋼板は、径方向外周側のダレ面の方向と、径方向内周側のダレ面の方向とが異なっている回転電機の固定子。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の回転電機の固定子と、
請求項３又は４に記載の回転電機の回転子と、を備える回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機であって、
前記固定子鉄心の径方向内周側のダレ面の方向と、前記回転子鉄心の径方向外周側のダレ面の方向とが異なっている回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の地球温暖化に対し、回転電機、特に自動車の走行のためにトルクを発生したり、あるいは制動時に発電したりする回転電機には、小型高出力が求められている。このような回転電機として、例えば内周側に開口する多数のスロットを備えた固定子鉄心を有し、各スロットに複数の略Ｕ字形状のセグメントコイルを挿入する事で占積率を向上させて冷却性能を向上させることにより高出力化を図ったものが知られている。
【０００３】
そして、略Ｕ字形状セグメントコイルのスロットへの挿入方向と固定子鉄心の積層鋼板の打ち抜き方向を同方向とする事により、積層鋼板のバリによる絶縁破壊を防止した車輌用交流発電機の固定子がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、略Ｕ字形状セグメントコイルのスロットへの挿入方向と固定子鉄心の積層鋼板の打ち抜き方向を逆方向とする事により、絶縁紙のずれを防止し、絶縁破壊を防止した車輌用交流発電機の固定子もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
なお、略Ｕ字セグメントコイルではなく、丸線の巻線がなされた回転電機において、積層鋼板のバリに着目し、固定子のハウジングへの挿入方向、回転子のシャフトへの挿入方向を規定したものもある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４７８１８２号公報
【特許文献２】特許第３４７８１８３号公報
【特許文献３】特開２００８−１９９８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２の技術は主に空冷で低電圧（１２Ｖｄｃ）の車輌用交流発電機を対象としているため、反結線側（セグメントの挿入側）もしくは結線側（反挿入側）のバリによる絶縁破壊を防止するだけで良いが、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる回転電機においては、電圧が１５０〜３００Ｖｄｃ（昇圧により６００Ｖｄｃの物もある）と高く、直接液体（例えば油）冷却などのトランスケース内で使用するものも多い。さらに、その様な回転電機は電圧が高いため、バリによるセグメントコイル、絶縁紙、磁石、シャフト、ハウジングの挿入性を向上する必要がある。さらに、品質信頼性の点からコアバリの脱落を防止する必要がある。
【０００８】
また、特許文献１および２の技術は、特許文献１の図１、特許文献２の図６に示されているように、鋼板シートを積層する工程は巻コアを前提としている。巻コアのバリは全て同じ方向であるため、セグメントコイルの挿入方向とスロット部のバリの方向のみ考えれば良いが、抜型を用いて鋼板シートを打ち抜いて積層する場合、バリの向きは同じ方向ではないため、スロット部以外のバリの向きも着目し、挿入性向上やバリの脱落防止を行わなければならない。固定子鉄心だけではなく、回転子コアも同時に打ち抜く場合はなおさらである。
【０００９】
一方、特許文献３の技術は、丸線の巻線がなされた回転電機を前提としているため、最も絶縁破壊が起きやすいスロットのバリとコイル挿入方向に関する検討が十分になされておらず、バリによる信頼性低下が課題となる、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる電圧が１５０〜３００Ｖｄｃ（昇圧により６００Ｖｄｃの物もある）の回転電機に関しては考察が不十分である。
【００１０】
そこで本発明は、絶縁性と生産性とに優れた回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１２】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数のスロットが設けられた固定子鉄心と、前記スロットに絶縁紙を介して設けられた固定子コイルとを有し、各々の前記スロットにＮ本（ただし、Ｎは正の偶数）のセグメントコイルが設けられ、前記固定子コイルは、各々のセグメントコイルの導体端部に設けられた溶接部を介して、複数の前記セグメントコイルが接続されて構成され、前記導体端部は、軸方向一方のコイルエンドで周方向に環状に配列され、Ｎ列の環状列が構成されている回転電機の固定子において、前記固定子鉄心は複数の電磁鋼板が積層されて構成され、前記電磁鋼板の結晶粒の粒子径が、当該電磁鋼板の板厚の半分よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、絶縁性と生産性とに優れた回転電機の固定子、回転子、及びこれらを備えた回転電機を提供することができる。
【００１４】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回転電機の全体構成を示す模式図。
【図２】固定子鉄心をハウジングに挿入する断面を示す模式図。
【図３】固定子鉄心に巻回される三相分の固定子コイルを示す斜視図。
【図４】固定子コイルのセグメントコイルを説明する図であり、（ａ）は一つのセグメントコイルを示す図、（ｂ）はセグメントコイルによるコイル形成を説明する図、（ｃ）はスロット内のセグメントコイルの配置を説明する図。
【図５】固定子鉄心に巻回されるＵ１相の固定子コイルを示す斜視図。
【図６】固定子鉄心に巻回されるＵ２相の固定子コイルを示す斜視図。
【図７】固定子鉄心に巻回されるＵ相の固定子コイルを示す斜視図。
【図８】回転電機の固定子鉄心を示す斜視図。
【図９】固定子鉄心を構成する電磁鋼板を示す斜視図。
【図１０】電磁鋼板のプレス加工時の断面図。
【図１１】電磁鋼板のプレス加工時の断面図。
【図１２】電磁鋼板のプレス加工時の断面図。
【図１３】電磁鋼板のプレス加工時の断面図。
【図１４】電磁鋼板のプレス加工時の断面図。
【図１５】電磁鋼板のプレス加工時の断面図。
【図１６】固定子鉄心と回転子鉄心の断面状態を示す模式図。
【図１７】固定子鉄心に絶縁紙を挿入する態様を示す斜視図。
【図１８】各部材を組み合わせる前の状態を示す断面図。
【図１９】各部材を組み合わせた後の状態を示す断面図。
【図２０】固定子鉄心に固定子コイルを挿入する態様を示す斜視図（別方式）。
【図２１】各部材を組み合わせる前の状態を示す断面図（別方式）。
【図２２】各部材を組み合わせた後の状態を示す断面図（別方式）。
【図２３】回転子および固定子の斜視図。
【図２４】回転電機を搭載する車両の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。  
なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。
【００１７】
図１は本発明による固定子を備える回転電機を示す断面図である。回転電機１０は、ハウジング５０、固定子２０、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０と、回転子１１とから構成される。
【００１８】
ハウジング５０の内周側には、固定子２０が固定されている。固定子２０の内周側には、回転子１１が回転可能に支持されている。ハウジング５０は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形した、電動機の外被を構成している。ハウジング５０は、枠体或いはフレームとも称されている。
【００１９】
ハウジング５０の外周側には、液冷ジャケット１３０が固定されている。液冷ジャケット１３０の内周壁とハウジング５０の外周壁とで、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３が構成され、この冷媒通路１５４は液漏れしないように形成されている。液冷ジャケット１３０は、軸受１４４、１４５を収納しており、軸受ブラケットとも称されている。
【００２０】
直接液体冷却の場合、冷媒ＲＦは、冷媒（油）貯蔵空間１５０に溜まった液体が冷媒通路１５３を通り、冷媒出口１５４，１５５から固定子２０へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。
【００２１】
固定子２０は、固定子鉄心１３２と、固定子コイル６０とによって構成されている。固定子鉄心１３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。固定子コイル６０は、固定子鉄心１３２の内周部に多数個設けられているスロット４２０に巻回されている。固定子コイル６０からの発熱は、固定子鉄心１３２を介して、液冷ジャケット１３０に伝熱され、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより、放熱される。
【００２２】
回転子１１は、回転子鉄心１２と、シャフト１３とから構成されている。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。シャフト１３は、回転子鉄心１２の中心に固定されている。シャフト１３は、液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４，１４５により回転自在に保持されており、固定子２０内の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、回転子１１には、永久磁石１８と、エンドリング１９が設けられている。
【００２３】
回転電機１０は、図１に示すように、液冷ジャケット１３０の内部に配設されるものであり、ハウジング５０と、ハウジング５０に固定される固定子鉄心１３２を有する固定子２０と、この固定子内に回転自在に配設される回転子１１と、を備えている。液冷ジャケット１３０は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成される。
【００２４】
この回転電機１０は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１０は、固定子鉄心１３２に巻回される固定子コイル６０に三相交流電流が供給されることで、回転子１１を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１０は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１０は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。
【００２５】
ハウジング５０に固定された固定子２０は、ハウジング５０に設けられたフランジ１１５がボルト１５により液冷ジャケット１３０に締結されることで、液冷ジャケット１３０内に固定保持されている。
【００２６】
回転子１１は、液冷ジャケット１３０の軸受け１４４，１４５により支承されるシャフト１１８に固定されており、固定子鉄心１３２の内側において回転可能に保持されている。回転磁界を発生する固定子２０と、固定子２０との磁気的作用により回転すると共に、固定子２０の内周側とギャップ８５０を介して回転可能に配置された回転子１１とを備えている。
【００２７】
図２を参照してハウジング５０および固定子２０について説明する。図２は、本発明の第１の実施例に係る回転電機１０のハウジング５０と固定子２０とを示す斜視図である。
【００２８】
ハウジング５０は、厚さ２〜５ｍｍ程度の鋼板（高張力鋼板など）を絞り加工により円筒形状に形成されている。ハウジング５０には、液冷ジャケット１３０に取り付けられる複数のフランジ１１５が設けられている。複数のフランジ１１５は、円筒状のハウジング５０の一端面周縁において、径方向外方に突設されている。なお、フランジ１１５は、絞り加工時に形成される端部において、フランジ１１５以外の部分を切除して形成されるものであり、ハウジング５０と一体となっている。
【００２９】
―固定子―  
固定子２０は、固定子コイル６０と、この固定子コイル６０が装着される円筒状の固定子鉄心１３２と、を有している。
【００３０】
―固定子コイル―  
図３−７を参照して固定子コイル６０について説明する。図３は、三相分の固定子コイル６０を示す斜視図である。図４は固定子コイル６０の巻線方法を示す図、図５−７は、それぞれ固定子鉄心１３２に巻回されるＵ１相の固定子コイル６０、Ｕ２相の固定子コイル６０、およびＵ相の固定子コイル６０を示す斜視図である。
【００３１】
固定子コイル６０は分布巻の方式で巻かれ、スター結線の構成で接続されている。分布巻とは、複数のスロット４２０を跨いで離間した二つのスロット４２０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１３２に巻かれる巻線方式である。本実施例では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻きに比べて正弦波に近く、リラクタンストルクを発生しやすい特徴を有している。そのため、この回転電機１０は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する制御の制御性が向上し、低回転速度から高回転速度までの広い回転速度範囲に亘って利用が可能であり、電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。
【００３２】
固定子コイル６０は三相のスター接続された相コイルを構成しており、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよいが、スロット４２０の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、固定子コイル６０の断面の四角形状は、固定子鉄心１３２の周方向が短く、径方向が長い形状をしていてもよいし、逆に周方向が長く、径方向に短い形状をしていてもよい。
【００３３】
本実施例では、固定子コイル６０は、各スロット４２０内で固定子コイル６０の長方形断面が固定子鉄心１３２の周方向について長く、固定子鉄心１３２の径方向について短い形状とされる平角線が使用されている。また、この平角線は、外周が絶縁被膜で覆われている。
【００３４】
図４を用いて、固定子コイル６０の巻線方法について簡単に説明する。断面が略矩形のエナメル等で絶縁された銅線を、図４（ａ）の様な、反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃを折り返し点とする様な、略Ｕ字形状のセグメントコイル２８に成型する。このとき、反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃは略Ｕ字形状において導体の向きを折り返す形状であればよい。すなわち、径方向から見たときに反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃと反溶接側反溶接側コイルエンド６１の導体斜行部２８Ｆとが略三角形をなすような形状に限らない。例えば、反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃの一部において、導体が固定子鉄心１３２の端面と略平行になるような形状（径方向から見たとき反溶接側コイルエンド６１頂点２８Ｃと反溶接側コイルエンド６１の導体斜行部２８Ｆとが略台形をなすような形状）であっても良い。
【００３５】
そのセグメントコイル２８を、軸方向からステータスロット４２０に差し込む。所定のスロット４２０離れたところに差し込まれた別のセグメントコイル２８と導体端部２８Ｅにおいて（例えば溶接等により）図４（ｂ）の様に接続する。
【００３６】
このとき、セグメントコイル２８には、スロット４２０に挿入される部位である導体直線部２８Ｓと、接続相手のセグメントコイル２８の導体端部２８Ｅへ向かって傾斜する部位である導体斜行部２８Ｄとが形成される（斜行部２８Ｄや端部２８Ｅは曲げにより形成する）。
【００３７】
スロット４２０内には２、４、６・・・（２の倍数）本のセグメントコイル２８が挿入される。図４（ｃ）は１スロット４２０に４本のセグメントコイル２８が挿入された例であるが、断面が略矩形の導体のため、スロット４２０内の占積率を向上させることが出来、回転電機１０の効率が向上する。
【００３８】
図５，６は、図４（ｂ）の接続作業をセグメントコイル２８が環状となるまで繰り返し、一系統分（それぞれＵ１相，Ｕ２相）のコイルを形成したときの図である。図７は、これらをＵ相コイルとして統合した図である。一相分のコイルは導体端部２８Ｅが軸方向一方に集まるように構成され、導体端部２８Ｅの集まる溶接側コイルエンド６２と、反溶接側コイルエンド６１とを形成する。一相分のコイルには、一端に各相のターミナル（図７の例ではＵ相のターミナル４１Ｕ）、他端に中性線４０が形成される。
【００３９】
固定子コイル６０は、図２に示すように、全体で６系統（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）のコイルが固定子鉄心１３２に密着して装着されている。そして、固定子コイル６０を構成する６系統のコイルは、スロット４２０によって相互に適正な間隔をもって配列される。
【００４０】
固定子コイル６０における一方のコイルエンド１４０には、ＵＶＷ三相それぞれの固定子コイル６０の入出力用のコイル導体である交流端子４１（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）と、中性点結線用導体４０と、が引き出されている。
【００４１】
なお、回転電機１０の組み立てにおける作業性向上のために、三相交流電力を受けるための交流端子４１（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）は、コイルエンド１４０から固定子鉄心１３２の軸方向外方に突出するように配置されている。そして、固定子２０は、この交流端子４１（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）を介して図示しない電力変換装置に接続されることで、交流電力が供給されるようになっている。
【００４２】
図２および図３に示すように、固定子コイル６０における固定子鉄心１３２から軸方向外方に飛び出した部分であるコイルエンド１４０には、渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機１０全体の小型化につながる効果がある。また、コイルエンド１４０が整然としていることは、絶縁特性に対する信頼性向上の観点からも望ましい。
【００４３】
固定子コイル６０は、導体の外周が絶縁被膜で覆われた構造とされ、電気的な絶縁性が維持されているが、絶縁被膜に加えて絶縁紙３００（図２参照）により絶縁耐圧を維持することで、より信頼性の向上を図ることができるため好適である。
【００４４】
絶縁紙３００は、スロット４２０やコイルエンド１４０に配設されるものである。スロット４２０に配設される絶縁紙３００（いわゆるスロットライナー）は、スロット４２０に挿通されるセグメントコイル２８の相互間およびセグメントコイル２８とスロット４２０の内面との間に配設されて、セグメントコイル間やセグメントコイル２８とスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧を向上するものである。
【００４５】
コイルエンド１４０において配設される絶縁紙３００は、コイルエンド１４０における相間絶縁、導体間絶縁のためにセグメントコイル間に環状に配設して使用されるものである。また、絶縁紙３００は固定子コイル６０の全体又は一部に樹脂部材（例えばポリエステルやエポキシ液体ワニス）を滴下したときのたれ落ち防ぐ保持部材になる。
【００４６】
このように、本実施例に係る回転電機１０は、スロット４２０の内側やコイルエンド１４０において絶縁紙３００が配設されているため、絶縁被膜が傷ついたり劣化したりしても、必要な絶縁耐圧を保持できる。なお、絶縁紙３００は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは０．１〜０．５ｍｍ程である。
【００４７】
固定子コイルの全体を樹脂部材で覆って絶縁を強化する。もしくは、固定子コイルの全体又は一部に第１の樹脂部材（例えばポリエステルやエポキシ液体ワニス）を滴下し、硬化させる。溶接部の絶縁の強化のため、溶接部近傍には第２の樹脂部材（例えばエポキシ系粉体ワニス）で覆っても良い。
【００４８】
―固定子鉄心―  
固定子鉄心１３２について、図８および図９を参照して説明する。図８は、固定子鉄心１３２を示す斜視図であり、図９は、固定子鉄心１３２を構成する電磁鋼板１３３を示す斜視図である。固定子鉄心１３２は、図８に示すように、固定子鉄心１３２の軸方向に平行な複数のスロット４２０が周方向に等間隔となるように形成されている。
【００４９】
スロット４２０の数は、例えば本実施の形態では７２個であり、スロット４２０に上記した固定子コイル６０が収容される。各スロット４２０の内周側は開口とされ、この開口の周方向の幅は、固定子コイル６０が装着される各スロット４２０のコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干小さくなっている。
【００５０】
スロット４２０間にはティース４３０が形成されており、それぞれのティース４３０は環状のコアバック４４０と一体となっている。つまり、固定子鉄心１３２は、各ティース４３０とコアバック４４０とが一体成形された一体型コアとされている。
【００５１】
ティース４３０は、固定子コイル６０によって発生した回転磁界を回転子１１に導き、回転子１１に回転トルクを発生させる働きをする。
【００５２】
固定子鉄心１３２は、厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板１３３（図９参照）を打ち抜き加工により成形し、成形された円環形状の電磁鋼板１３３を複数枚積層してなる。溶接部２００は、ＴＩＧ溶接やレーザー溶接などにより、円筒状の固定子鉄心１３２の外周部において、固定子鉄心１３２の軸方向に平行に設けられている。溶接部２００は、図８に示すように、固定子鉄心１３２の外周部に予め設けられた半円状の溶接溝に形成されており、溶接部２００が固定子鉄心１３２の径方向外方に突出することはない。
【００５３】
図１０−１５を用いて、型（本実施例ではパンチ８５０とダイ８６０）による電磁鋼板１３３の打ち抜き加工を説明する。なお、これらの図は電磁鋼板１３３の断面から見た様を表している。
【００５４】
図１０に示すように、電磁鋼板１３３の結晶粒９１０は板厚のほぼ半分の粒子径で形成されている。例えば、固定子鉄心１３２の板厚が０．３ｍｍだった場合、本実施例の結晶粒子径はおおよそ０．１５ｍｍである。これにより、パンチ８５０とダイ８６０によりプレス工程で打ち抜き加工したときのバリ（かえり）の発生を抑えることができる。すなわち、結晶粒９１０が大きいことにより、結晶粒の分裂が発生しやすくなり、また、比較的材料が硬く、脆く、伸びが少ないことから、バリの発生を抑えることができる。
【００５５】
図１０に示すように、ダイ８６０で電磁鋼板１３３を保持し、パンチ８５０を下降させる。
【００５６】
図１１はパンチ８５０が電磁鋼板１３３に押し付けられた状態を示している。パンチ８５０によって電磁鋼板１３３にはＲ状のダレ８００が発生し、剪断面８０１が形成される。
【００５７】
図１２に示すように、パンチ８５０が電磁鋼板１３３の板厚の半分以上入った状態で打ち抜きが完了する。電磁鋼板１３３の結晶粒９１０の粒子径が、電磁鋼板１３３の板厚の半分以上となるように形成されているため、粒子の分裂が比較的容易に発生し、破断面８１０を有しているがバリの発生は抑えることができる。
【００５８】
図１３は、図１０と同様に、ダイ８６０で電磁鋼板１３３を保持し、パンチ８５０を下降させる状態を示している。
【００５９】
図１４はパンチ８５０が電磁鋼板１３３を押し付けられた状態を示している。そのため、パンチ８５０によってＲ状のダレ８００が発生し、剪断面８０１が形成される。
【００６０】
図１５に示すように、パンチ８５０が電磁鋼板１３３の板厚の半分以上入った状態で打ち抜きが完了する。電磁鋼板１３３の結晶粒９１０の粒子径が、電磁鋼板１３３の板厚の半分以上となるように形成されているため、粒子の分裂が比較的容易に発生し、破断面８１０を有しているがバリ発生は抑えることができる。このため、ダイ８６０とパンチ８５０のクリアランスを比較的大きく設定しても、バリの発生を抑えることができる。
【００６１】
図１６は、本実施例の固定子鉄心１３２の内周側に回転子鉄心１２を挿入した状態の断面図である。参考用に、この状態の斜視図を図２３に示している。
【００６２】
本実施例における固定子鉄心１３２では、図１６に示すように、固定子鉄心１３２のスロット４２０や固定子鉄心１３２の内径のダレ８００面の方向と固定子鉄心１３２の外径のダレ８００面の方向とを反転させる。言い換えれば、破断面８１０の方向が、固定子鉄心１３２の内径側と外径側とで異なるようにする。
【００６３】
ダレ８００方向（破断面８１０方向）を反転させることにより、図１７に示すように、絶縁紙３００をダレ８００方向から挿入でき、図１８−１９に示すように、固定子鉄心１３２の外径からハウジング５０に挿入するときも反転しているダレ８００方向から挿入することができる。このようにすることで、絶縁紙３００、ハウジング５０の挿入性を向上させることができる。また、挿入時に絶縁紙３００に傷がつきにくくなり、バリや切子が脱落してスロット内に残る可能性も減少することから、絶縁性も向上する。
【００６４】
このとき、セグメントコイル２８は破断面８１０方向から挿入するが、図２０−２２に示すように、ダレ８００方向から挿入してもよい。
【００６５】
ハウジング５０がない直接液冷ジャケット１３０などに取り付ける場合にも、固定子鉄心１３２のダレ８００方向から取り付けることで、バリの脱落を抑制でき、さらにバリによる隙間の発生を抑えて取り付けることができるので、信頼性も向上する。
【００６６】
また、本実施例では絶縁紙３００とスロット４２０に空間ができ接触面積が低減するので、固定子コイル６０と固定子鉄心１３２間の絶縁性が向上する。
【００６７】
また、絶縁紙３００とスロット４２０間に空間ができる。つまり、接触面積が少なくなるため固定子コイル６０を挿入する力を低減することができる。
【００６８】
また、絶縁紙３００は、アラミド紙などで構成された比較的表面が粗いものであっても、スロット４２０に挿入するときのスロット４２０への接触面積が低減するため引っかかりにくくなり、挿入性が向上する。
【００６９】
さらに、本実施例では絶縁紙３００とスロット４２０に空間ができるためワニスがスロット４２０間に浸透しやすくなり、スロット４２０との間で絶縁紙３００と固定子コイル６０がワニスで固定できるため安定する。また、空隙にワニスが溜まり、さらにワニス浸透性も向上するため絶縁性も向上する。
【００７０】
なお、バリは、電磁鋼板１３３の粒子径９１０の調整のみならず、打ち抜き時のパンチ８５０とダイ８６０のクリアランスや抜き圧力を調整することにより、更に発生しにくくすることができる。
【００７１】
さらに、回転電機１０の組立て性を考慮して、型の打ち抜き方向を変えることにより、電磁鋼板１３３のダレ８００の方向を任意に変えることも可能である。
【００７２】
図２，１８−１９，２１−２２に示すように、固定子鉄心１３２は、ハウジング５０の内側に焼嵌めにより嵌合固定される。具体的な組み立て方としては、例えば、先ず固定子鉄心１３２を配置しておき、この固定子鉄心１３２に予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたハウジング５０を嵌め込む。次に、ハウジング５０を冷却して内径を収縮させることで、その熱収縮により固定子鉄心１３２の外周部を締め付ける。
【００７３】
固定子鉄心１３２は、運転時における回転子１１のトルクによる反作用によってハウジング５０に対して空転しないように、ハウジング５０の内径寸法を、固定子鉄心１３２の外径寸法よりも所定値だけ小さくしておき、焼嵌め嵌合により固定子鉄心１３２がハウジング５０内に強固に固定されるようになっている。
【００７４】
ここで、常温における固定子鉄心１３２の外径と、ハウジング５０の内径との差を締め代といい、この締め代を回転電機１０の最大トルクを想定して設定することで、ハウジング５０は所定の締め付け力により固定子鉄心１３２を保持することになる。
【００７５】
固定子鉄心１３２に設けられた溶接部２００は、積層された各電磁鋼板１３３を接続するとともに、ハウジング５０の締め付け力に起因する電磁鋼板１３３の変形を抑制する。
【００７６】
なお、固定子鉄心１３２は焼嵌めにより嵌合固定する場合に限定されることなく、圧入によりハウジング５０に嵌合固定することとしてもよい。
【００７７】
―回転子―  
次に回転子１１について、図１および図１６，２３を参照して説明する。図２３は、回転子１１および固定子２０を示す斜視図である。なお、煩雑さを避けるために、シャフト１３やスロット４２０の内部に収容されている固定子コイル６０、絶縁紙３００は省略している。
【００７８】
回転子１１は、回転子鉄心１２と、この回転子鉄心１２に形成された磁石挿入孔１５９に保持されている永久磁石１８と、を有している。
【００７９】
―回転子鉄心―  
回転子鉄心１２には、直方体形状の磁石挿入孔１５９が外周部近傍において周方向に等間隔で形成されており、各磁石挿入孔１５９には永久磁石１８が埋め込まれ、接着剤などで固定されている。磁石挿入孔１５９の円周方向の幅は、永久磁石１８の円周方向の幅よりも大きく形成されており、永久磁石１８の両側には磁気的空隙１５６が形成されている。この磁気的空隙１５６は接着剤を埋め込んでもよいし，樹脂で永久磁石１８と一体に固めてもよい。さらに、使用条件によっては磁石のみで磁石が挿入できるクリアランスがあってもよい。
【００８０】
―永久磁石―  
永久磁石１８は、回転子１１の界磁極を形成するものである。なお、本実施例では、一つの永久磁石１８で一つの磁極を形成する構成としているが、一つの磁極を複数の永久磁石によって構成してもよい。各磁極を形成するための永久磁石を複数に増やすことで、永久磁石が発する各磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大することができる。
【００８１】
永久磁石１８の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石１８の固定子側の面がＮ極、シャフト側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石１８の固定子側の面はＳ極、シャフト側の面はＮ極となるように磁化されている。本実施例では、１２個の永久磁石１８が、円周方向に等間隔で磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて配置されることで、回転子１１は１２の磁極を形成している。
【００８２】
なお、永久磁石１８は、磁化した後に回転子鉄心１２の磁石挿入孔１５９に埋め込んでもよいし、磁化する前に回転子鉄心１２の磁石挿入孔１５９に挿入し、その後に強力な磁界を与えて磁化するようにしてもよい。
【００８３】
しかしながら、磁化後の永久磁石１８は磁力が強力であり、回転子１１に永久磁石１８を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石１８の固定時に回転子鉄心１２との間に強力な吸引力が生じ、この吸引力が作業の妨げとなる。また、強力な吸引力により、永久磁石１８に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、永久磁石１８を回転子鉄心１２の磁石挿入孔１５９に挿入した後に磁化する方が、回転電機１０の生産性を向上させる上で望ましい。ここで、永久磁石１８には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができるが、永久磁石１８の残留磁束密度は、０．４〜１．３Ｔ程度が望ましく、ネオジウム系の磁石がより適している。
【００８４】
本実施例では、磁極を形成する各永久磁石１８間に補助磁極１６０が形成されている。この補助磁極１６０は、固定子コイル６０が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。そして、この補助磁極１６０により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。
【００８５】
三相交流電流が固定子コイル６０に供給されることにより固定子２０に回転磁界が発生すると、この回転磁界が回転子１１の永久磁石１８に作用して磁石トルクが発生する。つまり、回転子１１には、この磁石トルクに加えて、上述のリラクタンストルクが発生するので、回転子１１には上述の磁石トルクとリラクタンストルクとの両方のトルクが回転トルクとして作用し、大きな回転トルクを得ることができる。
【００８６】
本実施例における回転子鉄心１２には、図１６に示すように、回転子鉄心１２の磁石挿入孔１５９や回転子鉄心１２の内径の剪断面８０１（ダレ８００側）と回転子鉄心１２の外径の剪断面８０１（ダレ８００側）の方向を反転させる。すなわち、剪断面８０１の方向を内径側と外径側とで反転させる。これにより、シャフト１１８、永久磁石１８、さらに固定子２０と回転子１１との挿入性を向上することができる。挿入時にバリが脱落してモータ内に残る可能性も減少するため、信頼性も向上する。
【００８７】
また、回転子鉄心１２の打ち抜き面でバリが発生しないため、永久磁石１８との接触面が少なくなる。そのため渦電流経路がなくなり、ロータ渦電流損を低減することができる。
【００８８】
固定子２０に挿入するときも、回転子１１のダレ８００方向から挿入することで、固定子２０の固定子コイル６０のコイル被膜を傷つける可能性が減少し、絶縁性が向上するとともに、作業性が向上する。また、挿入時にバリが剥がれて切子などが発生することがなくなるため、信頼性も向上する。
【００８９】
以上で説明したように、本発明によれば、小型高出力であるにも関わらず、絶縁性が優れた回転電機の固定子を提供することができる。
【００９０】
図２４を用いて、本発明による回転電機を車両に適用した場合の車両の構成例を説明する。図２４は、四輪駆動を前提としたハイブリッド自動車のパワートレインを示す模式図である。前輪側の主動力として、エンジンとモータ（実施例で説明した回転電機１０）を有する。エンジンとモータの発生する動力は、変速機により変速され、前輪側駆動輪に動力を伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側に配置されたモータと後輪側駆動輪を機械的に接続され、動力が伝達される。
【００９１】
モータは、エンジンの始動を行い、また、車両の走行状態に応じて、駆動力の発生と、車両減速時のエネルギーを電気エネルギーとして回収する発電力の発生を切り換える。モータの駆動，発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルクおよび回転数が最適になるように電力変換装置により制御される。モータの駆動に必要な電力は、電力変換装置を介してバッテリから供給される。また、モータが発電動作のときは、電力変換装置を介してバッテリに電気エネルギーが充電される。
【００９２】
ここで、前輪側の動力源であるモータ（回転電機１０）は、エンジンと変速機の間に配置されている。後輪側の駆動力源であるモータとしては、回転電機１０を用いることもできるし、他の一般的な構成の回転電機を用いることもできる。
【００９３】
本発明の回転電機は、四輪駆動式以外のハイブリッド方式においても勿論適用可能である。本発明の適用例として、電気自動車やハイブリット電気自動車用回転電機を挙げて説明したが、同様な課題をもつものであれば、オルタネータ、スタータジェネレータ（モータジェネレータ含む）、電動コンプレッサ用、電動ポンプ用等の自動車用補機モータは当然の事として、エレベータ用等の産業用、エアコン圧縮機等の家電用モータへの適用も可能である。
【００９４】
また、以上においては、永久磁石式の回転電機において説明を行ったが、回転子は永久磁石式でなく、インダクション式や、シンクロナスリラクタンス、爪磁極式等にも適用可能である。また、巻線方式においては波巻方式であるが、同様の特徴を持つ巻線方式であれば、適用可能である。次に、内転型で説明を行っているが、外転型でも同様に適用可能である。
【００９５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  回転電機
１１  回転子
１２  回転子鉄心
１３  シャフト
１５  ボルト
１８  永久磁石
１９  エンドリング
２０  固定子
２８  セグメントコイル
２８Ｃ  反溶接側コイルエンド頂点
２８Ｄ  結線側セグメントコイルコイル斜行部
２８Ｅ  導体端部
２８Ｆ  反結線側セグメントコイルコイル斜行部
４０  中性点結線用導体
４１  交流端子（Ｕ）、４２（Ｖ）、４３（Ｗ）
５０  ハウジング
６０  固定子コイル
６１  反溶接側コイルエンド
６２  溶接側コイルエンド
１１５  フランジ
１３０  液冷ジャケット
１３２  固定子鉄心
１３３  電磁鋼板
１４０  コイルエンド
１４４  軸受
１４５  軸受
１５０  冷媒（油）貯蔵空間
１５３  冷媒通路
１５４  冷媒出口
１５５  冷媒出口
１５９  磁石挿入孔
２００  溶接部
２０１  加締め部
２１０  溶接溝
３００  絶縁紙
４２０  スロット
４３０  ティース
４４０  コアバック
８００  ダレ
８０１  剪断面
８１０  破断面
８５０  パンチ
８６０  ダイ
９１０  結晶粒
【図１】
2016163500.tif 000003
【図２】
2016163500.tif 000004
【図３】
2016163500.tif 000005
【図４】
2016163500.tif 000006
【図５】
2016163500.tif 000007
【図６】
2016163500.tif 000008
【図７】
2016163500.tif 000009
【図８】
2016163500.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016163500.tif 000012
【図１１】
2016163500.tif 000013
【図１２】
2016163500.tif 000014
【図１３】
2016163500.tif 000015
【図１４】
2016163500.tif 000016
【図１５】
2016163500.tif 000017
【図１６】
2016163500.tif 000018
【図１７】
2016163500.tif 000019
【図１８】
2016163500.tif 000020
【図１９】
2016163500.tif 000021
【図２０】
2016163500.tif 000022
【図２１】
2016163500.tif 000023
【図２２】
2016163500.tif 000024
【図２３】
2016163500.tif 000025
【図２４】
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