JP5331160B2

JP5331160B2 - 回転電機のコイル固定部材、および、回転電機

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Publication number: JP5331160B2
Application number: JP2011111198A
Authority: JP
Inventors: 裕和内田; 健登竹内
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: US8987970B2; US20120293037A1; JP2012244719A

Description

本発明は、ステータコアのスロット内に配置されるコイルを固定するための回転電機のコイル固定部材、および、これを用いた回転電機に関する。

従来、例えば特開２００９−１１０６３号公報（特許文献１）には、回転電機のステータにおいて、スロット内に平角線からなるコイルを一列に配列して挿入し、その後、スロットの径方向内方の開口部に絶縁樹脂等からなるウェッジ（８２）を軸方向に挿入して閉じることが記載されている。

また、特開２００２−３５４７３１号公報（特許文献２）には、ケースに回転可能に支持されたシャフトに固着された回転子と、軸方向に延びるスロット１４が毎極毎相当たり２個の割合で周方向に並んで形成され、上記回転子を内包するように上記ケースに支持された円筒状の固定子鉄心およびこの固定子鉄心に導体線が巻装されて構成された固定子巻線を有する固定子とを備える車両用交流発電機において、絶縁被覆された円形断面の導体線の径寸法（ｄ）、スロット１４の周方向の幅寸法（Ｌ）との関係が２ｄ＜Ｌであることを特徴とするものが記載されている。そして、この車両用交流発電機では、径方向内方の開口部からスロット内に断面丸型の導体線を巻き入れてコイルを巻装した後、スロット開口部に、変形する円柱形状、円筒形状、または、切断部を有する略円筒形状のウェッジを装着することが記載されている。

特開２００９−１１０６３号公報特開２００２−３５４７３１号公報

コイルが巻装されるステータにおいて、ステータコアの軸方向端面から突出したコイルエンド部がステータコアの内周側へ膨出した形状に巻装されることがある。この場合、特許文献１に記載されるようにウェッジをスロット内に軸方向から挿入することができないこととなる。

これに対し、特許文献２に記載される変形可能な円柱状または円筒状のウェッジであれば、径方向内方の開口部からスロット内に挿入することが可能である。しかしながら、スロット側壁面の内周側に周方向へ突設された突出部に対して円周状の外周面上で当接または係合することになるため、スロットに対するウェッジの固定力が十分に確保できないおそれがある。特に、スロット内に挿入および配置されるコイル素線が断面積の比較的大きい角線である場合には、コイルエンド部の曲げ変形等の影響によってスロット内のコイル素線が径方向内方へ変位しようとする力（スプリングバック力）が大きいために、コイル素線を径方向外方へ押さえつける力が不足する可能性がある。そのため、ロータからの鎖交磁束による銅渦損が発生しやすい径方向内方側の位置にコイル素線が配置されることがあり、結果として回転電機の出力効率が低下することになる。

本発明の目的は、スロット内に配置されたコイルの銅渦損を低減することにより回転電機の出力効率を向上させることができる回転電機のコイル固定部材、および、これを用いた回転電機を提供することにある。

本発明に係る回転電機のコイル固定部材は、環状のステータコアの内周部に形成されたスロット内に配置されるコイルを前記ステータコアに対して固定するために、前記スロットに挿入される回転電機のコイル固定部材であって、前記スロット内に配置されている前記コイルを径方向外方側へ押圧する押圧部と、前記ステータコアの周方向における前記押圧部の両端部に連設されて径方向内方側へそれぞれ延伸し、前記スロットの内周側の開口部を規定する径方向内方壁部に先端部がそれぞれ係止される係止部とを備え、前記係止部は前記コイルと前記径方向内方壁部との間に突っ張って配置されて前記押圧部の押圧状態を支持し、前記押圧部は、前記スロット内の最内周部に位置する角線からなるコイルの側面に略沿った形状の平面部と、該平面部の中間位置に径方向へ突出して湾曲形成された突出部とを有し、前記突出部が前記コイル固定部材のスロット挿入時における弾性変形部となるものである。

この場合、前記押圧部の平面部は前記係止部と同じ厚みに形成される一方、前記押圧部の突出部は前記平面部よりも薄く形成されていてもよい。

またこの場合、前記突出部は、前記スロット内に挿入されて前記コイルに押し付けられることにより塑性変形されて前記平面部と面一とされてもよい。

さらに、本発明に係る回転電機のコイル固定部材において、前記押圧部は、前記スロット内の最内周部に位置する角線からなるコイルの側面に略沿った形状の平面部によって構成され、前記平面部は前記係止部よりも薄く形成されており、前記平面部が前記コイル固定部材のスロット挿入時における弾性変形部となってもよい。

そして、本発明に係る回転電機は、回転可能に設けられたロータと、前記ロータの周囲に配置された環状のステータとを備える回転電機であって、前記ステータは、該ステータの周方向に間隔を隔てて形成されたスロットが径方向に延びて形成されているステータコアと、前記スロット内に挿入された絶縁紙と、前記絶縁紙により前記ステータコアから絶縁されて前記スロット内に配置されるコイルと、前記スロット内のコイルを径方向外方へ押圧して前記ステータコアに固定する上記いずれかの構成のコイル固定部材とを有するものである。

本発明に係る回転電機のコイル固定部材では、スロット内でコイルを径方向外方へ押圧して固定するコイル固定部材は、押圧部の両側に連設された係止部の先端部がスロットの径方向内方壁部に係止されて係止部が突っ張った姿勢で押圧部の押圧状態を維持するので、係止部の突っ張り力によってスロット内のコイルに対して大きな押圧力を作用させることができる。これにより、スロット内でコイルが密に配置されるとともに、ステータコアに対してコイルをしっかりと固定することができる。

本発明の一実施の形態である回転電機の軸方向の断面図である。図１に示すＡ−Ａ線におけるステータコアの断面図である。図２における１つのスロットを拡大して示す断面図である。コイルを構成する単位である１つの導体セグメントの斜視図である。絶縁紙の展開平面図である。スロット挿入前の絶縁紙の折り曲げ状態を示す側面図である。スロット内に配置された絶縁紙、コイル、ウェッジ部材を示す部分拡大斜視図である。絶縁紙の変形例を示す図７と同様の図である。ウェッジ部材の拡大斜視図である。図９におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。ウェッジ部材をスロットに挿入する様子を示す図である。ウェッジ部材をスロットに挿入する様子を示す図１１の続きの図である。ウェッジ部材をスロットに挿入する様子を示す図１２の続きの図である。絶縁紙の層構造を示す断面図である。ステータの製造手順を示すフローチャートである。スロットに絶縁紙が挿入される様子を示す斜視図である。ウェッジ部材の変形例を示す端面図である。ウェッジ部材の別の変形例を示す端面図である。ウェッジ部材のさらに別の変形例を示す端面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機１０の側断面図である。図１に示すように、回転電機１０は、回転中心軸Ｘを中心に回転可能に設けられた回転シャフト１２に固設されたロータ１４と、このロータ１４の周囲に設けられた環状のステータ１６とを備えている。

ロータ１４は、複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア１８と、このロータコア１８の外周縁部側に形成され、回転中心軸Ｘ方向に延びる永久磁石挿入孔２０内に挿入された複数の永久磁石２２と、ロータコア１８を軸方向両側から挟持するエンドプレート２４とを備えている。そして、永久磁石２２は、樹脂２６によって永久磁石挿入孔２０内に固定されている。

ステータ１６は、ロータ１４の周囲を取り囲むように環状に形成されたステータコア２８と、このステータコア２８に装着されたコイル３０とを備えている。ステータコア２８は、円筒状のケース３２の内周面上に固定されている。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線におけるステータコア２８の断面図である。図２に示すように、ステータコア２８は、ステータコア２８の周方向に延びる環状のヨーク部３４と、このヨーク部３４の内周面からロータ１４に向けて径方向内方へ突出し、周方向に間隔をあけて設けられたティース部３６とを備えている。そして、各ティース部３６間には、ステータコア２８の径方向に延びるスロット３８が形成されている。スロット３８も、ステータコア２８の径方向に向けて延びると共に、周方向に間隔を置いて形成されている。

図３は、図２における１つのスロット３８を拡大して示す断面図である。スロット３８は、ステータコア２８の内周面に向けて開口している。このスロット３８の径方向内方側の開口部４０は、周方向に隣り合うティース部３６の径方向内方側の端面によって規定されている。

ここで、ティース部３６は、ヨーク部３４の内周面からステータコア２８の径方向に向けて突出する本体部４２と、この本体部４２の径方向内方側端部に形成され、ステータコア２８の周方向に張り出した張出部４４，４５とを備えている。これにより、径方向内方側の開口部４０は、両側の張出部４４，４５間に規定され、開口部４０よりも径方向外側のスロット３８の幅ｗよりも狭く形成されている。なお、スロット３８は、開口部４０を除いて、周方向の幅ｗが径方向にわたって一定に形成されている。

スロット３８の内表面は、最も径方向外方側に位置する内周面３８１と、この内周面３８１に連設して、ティース部３６の本体部４２の側面によって規定された側壁面３８２と、側壁面３８２と周方向に対向する側壁面３８３と、径方向内方側において側壁面３８２に連設された前壁面３８４と、径方向内方側において側壁面３８３に連設された前壁面３８５とを備えている。ここで、前壁面３８４は張出部４４の背面によって規定されており、前壁面３８５は張出部４５の背面によって規定されている。

このように形成されたスロット３８には、スロット３８の内表面に沿って配設された絶縁紙５０が挿入されている。絶縁紙５０は、側壁面３８２に沿って延びる側面絶縁部５２と、側壁面３８３に沿って延びる側面絶縁部５４と、側面絶縁部５２の径方向外方側の端部および側面絶縁部５４の径方向外方側の端部とを接続する外周絶縁部５６と、側面絶縁部５２の他方の端部に形成され、側面絶縁部５４側に向けて屈曲する屈曲部５８と、側面絶縁部５４の他方の端部に形成され、側面絶縁部５２側に向けて屈曲する屈曲部６０とを備えている。

ここで、絶縁紙５０において、側面絶縁部５４の長手方向（すなわち径方向）の長さは、側面絶縁部５２の長手方向の長さよりも短くされている。このため、側面絶縁部５４の端部に形成された屈曲部６０の先端部側は、屈曲部５８の背面側（スロット３８内方側の側面）に延びている。これにより、屈曲部５８，６０は互いに重なり合った重なり合い部６２を構成して、絶縁紙５０の径方向内方側を閉じた形状とされている。

このように絶縁紙５０が挿入されたスロット３８内には、コイル３０が挿入されている。コイル３０は、その周囲に絶縁紙５０が巻かれることによってステータコア２８と絶縁された状態で配置されている。コイル３０は、断面が略四角形をなす角線からなるコイル素線６８によって構成され、１つのスロット３８内で複数（本実施形態では１０本）のコイル素線６８が一列に並んで配置されている。

本実施形態のコイル素線６８には、長方形状断面の平角線が用いられるが、略正方形状断面を有する角線が用いられてもよい。また、コイル素線６８の周方向の幅は、スロット幅ｗから側面絶縁部５２，５４の厚みを減じた値よりも若干小さく設定されている。すなわち、スロット３８に配置された絶縁紙５０内にコイル素線６８が軸方向から挿入されるときに、コイル素線６８が絶縁紙５０の内面と接触しないように挿入できるようにされている。さらに、同一スロット３８に配置された複数のコイル素線６８を後述するウェッジ部材７０によって径方向外方側へ押圧して隙間無く密着させたとき、最内周部に位置するコイル素線６８の径方向内方の側面とティース部３６の径方向内方側の端面との間に予め定められた距離ｄが確保されるようにスロット３８、絶縁紙５０およびウェッジ部材７０の寸法が設定されている。

本実施の形態に係る回転電機１０は、三相交流電力が供給されており、コイル３０は、Ｕ相コイルと、Ｖ相コイルと、Ｗ相コイルとを備えている。これらの三相コイルは、例えば、周方向に４８個並んで形成されているスロット３８において、それぞれ１６個のスロット３８に各相コイルが収容されている。この場合、周方向に沿って各スロット３８内にＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを順次に配置してもよいし、あるいは、隣接する２つずつのスロット３８内に同相コイルを挿入して周方向に順次に各相コイルを配置してもよい。

図４は、コイル３０を構成するコイル素線６８の単位となる導体セグメント１００を示す斜視図である。導体セグメント１００は、断面矩形状の平角線をＵ型に曲げて形成されており、互いに平行に延びた２本の脚部１０２，１０４と、各脚部１０２，１０４の一方端部にそれぞれ連続する湾曲部１０６とを備えている。脚部１０２，１０４の他端部は、それぞれ、絶縁被覆が除去されることによって例えば銅製の芯材１０８が露出している。上記各脚部１０２，１０４の中間部分１０２ａ，１０４ａがスロット３８内に配置されるコイル素線６８を構成する。

このような形状の導体セグメント１００の脚部１０２，１０４が周方向に離間した２つのスロット３８内に挿入されている絶縁紙５０の内側にステータコア２８の軸方向一端側から挿入される。そして、複数の導体セグメント１００が同じようにして２つのスロット３８に順次に挿入されて径方向に配列されることにより、スロット３８内にコイル素線６８が整列して挿入された状態とされる。このとき、各脚部１０２，１０４の先端部分は、ステータコア２８の軸方向他端面から突出している。

そして、導体セグメント１００の脚部１０２，１０４の先端部分は、ステータコア２８の軸方向他端側において、図４中に破線１１０で示すように外側へ曲げられて周方向に隣接する同相コイルの別の導体セグメント１００の脚部１０２または１０４と芯材１０８同士が溶接されて接続されるか、又は、図４中に一点鎖線１１２で示すように内側へ曲げられて径方向の内方および外方にそれぞれ隣接する別の導体セグメント１００の脚部１０２または１０４と芯材１０８同士が溶接されて接続されるか、又は、一方の脚部１０２が外側へ曲げられる一方で他方の脚部１０４が内側へ曲げられて周方向または径方向に隣接する別の導体セグメント１００と芯材１０８同士が溶接されて接続される。

このようにしてスロット３８に配置された導体セグメント１００が順次に電気接続されることによりＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが構成される。そして、各相コイルの一端部が回転電機１０の三相交流電力の入力端子にそれぞれ接続され、各相コイルの他端部が中性点において共通接続される。

図５は、スロット３８に挿入される前の絶縁紙５０の展開平面図である。絶縁紙５０は、略長方形の１枚の絶縁シート５１を折り曲げて構成されている。

絶縁シート５１は、短辺方向に平行な４本の谷折線５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを含む。各谷折線５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ上で絶縁シート５１が谷折りされることによって、図６に示すように扁平な略直方体状の内部空間を有する筒状の絶縁紙５０が形成されることになる。

ここで、谷折線５３ａ，５３ｂ間の領域が側面絶縁部５２となる部分であり、谷折線５３ｃ，５３ｄ間の領域が側面絶縁部５４となる部分であり、谷折線５３ｂ，５３ｃ間の領域が外周絶縁部５６となる部分である。また、谷折線５３ａより外側の端部が屈曲部５８となる部分であり、谷折線５３ｄの外側の端部が屈曲部６０となる部分である。

図５，６に示すように、側面絶縁部５４の長手方向の長さＬ２は、側面絶縁部５２の長手方向の長さＬ１よりも短くされている。これにより、絶縁シート５１を折り曲げて絶縁紙５０を形成したときに、側面絶縁部５２に連設される屈曲部５８が側面絶縁部５４に連設される屈曲部６０よりも外側に配置されるのを確実にして、重なり合い部６２における屈曲部５８，６０の重なり状態が各スロット３８間で揃うようにしている。

また、屈曲部５８の長さ又は幅Ｌ４は、屈曲部６０の長さ又は幅Ｌ５よりも長くされている。これによっても、絶縁シート５１を折り曲げて絶縁紙５０を形成したときに、屈曲部５８が屈曲部６０の外側から重なるのをより確実にしている。

谷折線５３ｂ，５３ｃ間の長さＬ３は、スロット３８の幅ｗよりも若干短く設定されている。これにより、折り曲げ形成された絶縁紙５０の外周絶縁部５６の幅がスロット３８の開口幅ｗよりも若干小さく形成されるため、スロット３８の軸方向開口部から絶縁紙５０を挿入する作業を容易にすることができる。

また、このように外周絶縁部５６の幅をスロット３８の幅ｗより小さくしても、後述するように絶縁紙５０は発泡層を含んで構成されることから、加熱処理で発泡層が膨張することによって絶縁紙５０とステータコア２８との間を隙間無く埋めることができる。

図５に示すように、絶縁シート５１は、長辺方向に平行な２本の山折線５５ａ，５５ｂをさらに含む。これらの山折線５５ａ，５５ｂ上で絶縁シート５１を上記谷折りの前または後に山折りして折り返すことにより、絶縁紙５０の軸方向端部に折り返し部５７が形成される。この折り返し部５７の機能については後述する。

また、折り返し部５７を除いた絶縁シート５１の縦方向（軸方向に相当する）の長さＨ１は、この長さＨ１から両端の折り返し部５７の幅（２×Ｈ２）を減じた値がステータコア２８の軸方向長さとほぼ同じになるよう設定されている。これにより、折り曲げ加工された絶縁紙５０がスロット３８内に挿入されたときに、図７に示すように、両端に形成された折り返し部５７の先端部５７ａがステータコア２８の軸方向両端面、より詳細にはティース部３６の本体部４２の軸方向両端面にそれぞれ当接するようにしてある。

さらに、絶縁シート５１は、図５においてハッチングで示す４つの角部５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄの四角形部分が予め切除されている。これにより、絶縁紙５０がスロット３８内に配置されたときに、図７に示すようにスロット３８から軸方向外側に突出した部分における屈曲部５８，６０に折り返し部が形成されないようにしてある。

ただし、これに限定されるものではなく、４つの角部５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄを切除することなく、絶縁シート５１を長方形状のまま用いて屈曲部５８，６０においても折り返し部が形成されるようにしてもよい。

あるいは、屈曲部５８に連続する２つ角部５９ａ，５９ｂを切除する一方、屈曲部６０に連続する２つの角部５９ｃ，５９ｄを切除することなく谷折線５３ｄ上に長さＨ２の切れ目を形成してもよい。この場合、図８に示すように、屈曲部６０の軸方向端部に形成された折り返し部５７ｂが屈曲部５８の内周側表面を押えることにより屈曲部５８，６０の重なり合い部６２を形成するのを補助することができる。これにより、屈曲部５８，６０が互いに重なり合った状態に維持しながらスロット３８内へ絶縁紙５０を挿入することが可能になり、その結果、屈曲部５８，６０がスロット内側へ出っ張ることによりコイル挿入時にコイル素線６８と干渉するのを回避することができる。

図３を再び参照すると、スロット３８内の最内周側には、山型をなすウェッジ部材７０が取り付けられている。ウェッジ部材７０は、絶縁紙５０の重なり合い部６２を介してコイル素線６８を径方向外方側へ押圧することによりコイル３０をステータコア２８に対して固定するコイル固定部材である。また、ウェッジ部材７０は、スロット３８内に配置された絶縁紙５０の屈曲部５８，６０をスロット奥側、すなわち径方向外方側へ押さえる保持部材としても機能し、これにより屈曲部５８が屈曲部６０上に重なり合って閉じられた状態に保持されている。

図９は、ウェッジ部材７０を示す拡大斜視図であり、図１０は図９中におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。ウェッジ部材７０は、総じて略Ｕ字状または略台形状の端面および断面を有している。また、ウェッジ部材７０は、ステータコア２８の軸方向の全長、すなわちスロット３８の軸方向長さとほぼ同じ長さに形成されており、スロット３８の全長にわたって延びている。

ウェッジ部材７０は、例えばポリエーテルイミド等の絶縁性樹脂によって一体成形されるのが好ましい。また、ウェッジ部材７０は、スロット３８内に配置されたときにスロット３８内の最内周部に位置するコイル素線６８の側面に略沿った形状となる平坦な平面部７２と、この平面部７２の両側に連設される係止部７４，７６とを備えており、平面部７２の中間位置には径方向外方側（図１０中の上側）へ凸状に湾曲形成された突出部（弾性変形部）７３が形成されている。

ここで、ウェッジ部材７０において、突出部７３を含む平面部７２がコイル素線６８を径方向外方側へ押圧する押圧部を構成する。また、係止部７４，７６は、スロット３８へのウェッジ部材７０の挿入が完了したときに、先端部７４ａ，７６ａがスロット３８の前壁面３８４，３８５上にそれぞれ係止されてコイル素線６８と前壁面３８４，３８５との間に突っ張って配置されることにより、平面部７２がコイル素線６８を径方向外方側へ押圧する状態を支持するものである。

また、ウェッジ部材７０において、各係止部７４，４６は平面部７２の両側から外側へ開くように折れ曲がって形成されており、スロット３８に装着されたときに平面部７２と係止部７４，７６とがなす内側の角度θが例えば９０度以上で１３５度以下に設定されるのが好ましい。このようにすることで、係止部７４，７６の面方向の突っ張り力をコイル素線６８の押圧力として効果的に作用させることができ、大きなコイル固定力を得ることができる。なお、本実施形態では、ウェッジ部材７０の係止部７４，７６は、突出部７３の中心を通る直線に対して対称形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、非対称形状に形成されてもよい。例えば、張出部４４，４５の周方向への張出長さが異なって形成されるのに応じて、平面部７２に対する係止部７４，７６の折り曲げ角度を異ならせてもよい。

さらに、ウェッジ部材７０において、図１０中に破線で示すように、係止部７４，７６の先端面７４ｂ，７６ｂが平面部７２と略平行に形成されてもよい。このようにすれば、ウェッジ部材７０がスロット３８内に装着されたときに、先端面７４ｂ，７６ｂがスロット３８の前壁面３８４，３８５上にぴったりと当接することができ、係止部７４，７６の係止状態、ひいてはウェッジ部材７０の固定状態をより安定したものにできる。

さらにまた、本実施形態のウェッジ部材７０において、平面部７２は係止部７４，７６と同じ厚みｔ１に形成される一方、突出部７３の厚みｔ２は平面部７２の厚みｔ１よりも薄く形成されている。これにより、スロット３６の開口部４０を通してウェッジ部材７０が挿入されるときの弾性変形が突出部７３において生じ易くなり、その結果、ウェッジ部材７０の挿入作業を容易にすることができる。

上記のようなウェッジ部材７０は、次のようにしてスロット３８内に挿入される。図１１に示すように、ウェッジ部材７０をスロット３８の開口部４０に対向して設け、押し込み冶具７８によって径方向内方側から開口部４０に押し込む。このとき、押し込み冶具７８の先端面が突出部７３の上に載った状態で押し込むようにする。

また、このときスロット３８内に既に配置されている絶縁紙５０の内側に挿入された複数のコイル素線６８間には、隙間６９が形成されていることがある。この隙間６９は、導体セグメント１００の脚部１０２，１０４が曲げ変形されることによって生じるコイル素線６８のスプリングバック力や、導体セグメント１００同士が溶接等で接続されて形成されるコイル３０の製造誤差等に起因して生じるものである。

ウェッジ部材７０が開口部４０を通過するとき、図１２に示すように、張出部４４，４５に外表面が当接することによって係止部７４，７６が互いに接近するように弾性変形して幅が狭くなり、これにより開口部４０を通過することが可能になる。このときの弾性変形が主として突出部７３において生じることは上述した通りである。

そして、スロット３８に押し込まれたウェッジ部材７０の平面部７２上にある突出部７３は、押し込み冶具７８の押し込み力によって絶縁紙５０の屈曲部５８，６０を介してコイル素線６８を径方向外方へと押圧する。これにより、図１３に示すように、絶縁紙５０の屈曲部５８，６０が互いに重なり合った状態に保持されるとともに、各コイル素線６８同士が互いに密着した状態となる。

また、このとき突出部７３は、押し潰されて塑性変形することにより絶縁紙５０との接触面が平面部７２と面一にされる。これにより、平面部７２の幅が周方向に広くなってその全面でコイル素線６８を押圧した状態となり、大きく且つ安定した押圧力を作用させることができる。

このようにして各コイル素線６８が密着状態に押し込まれるのと略同時に、ウェッジ部材７０の係止部７４，７６が開口部４０を通り抜けて外側へ広がるように弾性復元する。そうすると、係止部７４，７６の先端部７４ａ，７６ａがスロット３８の前壁面３８４，３８５上、または、前壁面３８４，３８５および側壁面３８２，３８３上に係止される。これにより、ウェッジ部材７０が平面部７２でコイル素線６８を押圧固定した状態でスロット３８内に固定される。

このようにウェッジ部材７０を用いた本実施形態の回転電機１０によれば、スロット３８の径方向内方の開口部４０からスロット３８内に挿入されたウェッジ部材７０は、平面部７２の両側に連設された係止部７４，７６の先端部７４ａ，７６ａがスロット３８の前壁面３８４，３８５に係止されてスロット３８内に固定される。そのとき、係止部７４，７６が突っ張った姿勢で平面部７２の押圧状態を維持するので、スロット３８内のコイル素線６８に対して大きな押圧力を作用させることができ、スロット３８内に配置されたコイル素線６８を互いに密着させた状態でスロット３８の径方向外方の内周面３８１に対して押圧固定することができる。これにより、ステータコア２８に対してコイル３０をしっかりと固定することができる。

また、径方向内方側へ向いた係止部７４，７６の先端部７４ａ，７６ａがスロット３８の前壁面３８４，３８５に引っ掛かって係止されるので、スロット３８に一旦装着されると開口部４０から径方向内方側へ抜け出ることはない。

さらに、スロット３８内に配置されたウェッジ部材７０によってティース部３６の内周先端面とスロット３８内で最内周側に位置するコイル素線６８との間に予め定められた距離ｄ（図３参照）を確保することができる。その結果、ロータ１４からの鎖交磁束によるコイル銅渦損が発生しにくい位置でコイルを固定することができ、回転電機１０の出力効率を向上させることができる。

次に、図１４を参照して、絶縁紙５０の層構造について説明する。図１４は、スロット３８の最内周部の部分拡大断面図である。

絶縁紙５０は、シート状の絶縁基材８０の一方表面に発泡層８２を、他方表面に接着層８４を積層して形成された三層構造を有している。この場合、発泡層８２がステータコア２８側に、接着層がコイル３０側に向けられている。

絶縁基材８０には、例えばポリエチレンナフタレート等の樹脂フィルムが好適に用いられる。また、発泡層８２は例えばエポキシ系発泡樹脂材料により好適に形成され、接着層８４は例えば不飽和ポリエステル系樹脂材料により好適に形成される。

絶縁紙５０の発泡層８２は、絶縁紙５０、コイル３０およびウェッジ部材７０が組み付けられたステータコア２８を加熱処理すると発泡して厚さ方向に膨張し、これにより接着層８４がコイル３０側へ押し付けられて、コイル３０に対して絶縁紙５０が強固に固着される。

また、発泡層８２もまた接着性能を有することから、それ自身の発泡によってスロット３８の内壁面に押し付けられることによりステータコア２８に対して強固に固着される。これにより、コイル３０は、絶縁紙５０を介してステータコア２８に強固に固着されることになる。

さらに、絶縁紙５０の重なり合い部６２においては、上記加熱処理によって屈曲部５８の接着層８４によって屈曲部６０に対して強固に接着される。これにより、絶縁紙５０の重なり合い部６２がしっかりと閉じた状態に維持されることになる。

続いて、図１５および図１６も参照して、回転電機１０のステータ１６の製造方法について説明する。図１５は、ステータ１６の製造手順を示すフローチャートであり、図１６は、スロット３８に絶縁紙５０が挿入される様子を示す斜視図である。

図１５を参照すると、まずステップＳ１０において、絶縁紙５０を加工する。ここでは、図５，６を参照して上述したように、帯状基材からの絶縁シート５１の切り出し、絶縁シート５１の角部５９ａ−５９ｄの切除、および、谷折線５３ａ−５３ｄおよび山折線５５ａ，５５ｂでの折り曲げを行うことによって、扁平矩形筒状に折り曲げられた絶縁紙５０が得られる。

次に、ステップＳ１２において、このように加工した絶縁紙５０を図１６に示すようにステータコア２８のスロット３８内に軸方向開口部から挿入する。このとき、挿入前端側に位置する折り返し部５７は、側面絶縁部５２，５４に押し付けられた状態でスロット３８の側壁面３８２，３８３上を摺接しながら挿入されていくため、絶縁紙５０の挿入作業を妨げることはない。

そして、図７に示すように、挿入後端側に位置する折り返し部５７の先端部５７ａがステータコア２８のティース部３６の軸方向一方端面に当接すると、絶縁紙５０の軸方向位置が決められて挿入作業が完了する。この際、挿入前端側の折り返し部５７は、スロット３８を通り抜けたときに絶縁シート５１が持つそれ自身の弾性力によって少し外側に広がる。これにより、挿入前端側の折り返し部５７の先端部５７ａがティース部３６の軸方向他端面に当接または係合可能になり、これにより挿入方向とは反対側への絶縁紙５０の移動が規制される。その結果、ステータコア２８に対する絶縁紙５０の軸方向位置がほぼ決められるため、コイル挿入方向にかかわらず絶縁紙５０が軸方向にずれるのを抑制することができる。

なお、本実施形態では、絶縁紙５０の両端に折り返し部５７を設けたが、これに限定されるものではなく、コイル挿入方向の後端側の絶縁紙５０の端部にだけ折り返し部５７を設けてもよい。これにより、絶縁シート５１の軸方向長さを小さくすることができ、コスト低減を図れる。この効果は、ステータコア２８に形成されるスロット３８の数が多いほど、より顕著となる。この場合でも、絶縁紙５０のスロット３８への挿入時にステータコア２８に対する絶縁紙５０の位置決め機能を果たすことができるとともに、絶縁紙５０の挿入方向と同じ方向でコイル３０を構成する導体セグメント１００を挿入すれば、折り返し部５７の先端部がティース部３６の端面に係合していることにより絶縁紙５０が軸方向にずれるのを抑制することができる。

次に、ステップＳ１４において、コイル３０をスロット３８内に挿入する。具体的には、スロット３８内に配置された絶縁紙５０の内側に、コイル３０を構成する導体セグメント１００を軸方向に挿入して配置する。そして、導体セグメント１００の脚部１０２，１０４を曲げて結線することによりＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを含むコイル３０が形成されることになる。

このようにしてコイル３０がスロット３８内に挿入された後、続くステップＳ１６において、ウェッジ部材７０がスロット３８に挿入される。図１１ないし図１３を参照して上述したように、ウェッジ部材７０は、スロット３８の径方向内方側から開口部４０を介して挿入されて装着される。

そして、続くステップＳ１８において、絶縁紙５０、コイル３０およびウェッジ部材７０が組み付けられたステータコア２８を加熱処理する。これにより、絶縁紙５０において、例えば熱可塑性樹脂からなる接着層８４が溶融して強力な接着性能を発現するとともに、発泡層８２が発泡して膨張することにより絶縁紙５０がスロット３８の内壁面３８１，３８２，３８３およびコイル素線６８が押し付けられて強固に接着される。その結果、コイル３０が絶縁紙５０を介してステータコア２８にしっかりと固定される。

このようにしてコイル３０が絶縁紙５０によりステータコア２８に対して固定されて、ステータ１６の製造が完了する。

なお、本発明に係る回転電機におけるウェッジ部材は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、種々の改良または変更がなされてもよい。

例えば、上記実施形態のウェッジ部材７０では、ウェッジ部材７０の平面部７２における突出部７３が径方向外方側へ凸状に湾曲形成されるものとして説明するが、これとは逆に、突出部７３が径方向内方側へ凸状に湾曲形成されてもよい。このようにしても、突出部の弾性変形部としての機能、および、塑性変形によって平面部と面一となってコイルをスロット奥側へ押圧する機能を果たすことができる。ただし、この場合には、突出部を塑性変形させることなく、そのままの形状で残してもよく、そのときでも平面部によってコイルに対する押圧面が確保されているためコイル固定力に問題が生じることはない。

また、上記実施形態ではウェッジ部材７０の平面部７２に突出部７３を形成した例について説明したが、図１７に示すように、突出部を省略して平面部７２が当初から全面にわたって平坦に形成されて、略台形状の端面および断面を有するように形成されてもよい。この場合も同様に、平面部７２の厚みｔ２は、係止部７４，７６の厚みｔ１よりも薄く形成されるのが好ましい。この変形例のウェッジ部材７０がスロット３８内に挿入されるとき、平面部７２が比較的薄く形成されて弾性変形しやすくなっているため、ウェッジ部材７０の挿入作業が行いにくくなることはない。

また、別の変形例として、図１８に示すウェッジ部材７０のように、形状は図１７に示すものと同様であるが、平面部７２および係止部７４，７６の全体が同一厚みｔ１に形成されてもよい。この場合、ウェッジ部材７０の平面部７２の周方向幅を図１７に示すものよりも少し短く形成するのが好ましい。このようにすることで、ウェッジ部材７０がスロット３８内に挿入されるとき、平面部７２が弾性変形するとともに係止部７４，７６もまた湾曲するように弾性変形することによってウェッジ部材７０の周方向幅が小さくなり、これによりスロット３８の開口部４０を通過することが可能になる。

さらに、上記実施形態および変形例では、ウェッジ部材７０が総じて略Ｕ字状または略台形状の端面および断面を有するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、略Ｖ字状または略三角形状等の他の形状の端面および断面に形成されてもよい。あるいは、図１９に示すように、ウェッジ部材７０は、一定厚みｔ１を有する略円弧状の端面および断面を有する形状に形成されてもよい。この場合、絶縁紙５０を介してコイルを押圧することとなる押圧部７２ａとその両側の係止部７４，７６とが境目なく連続する。したがって、この変形例のウェッジ部材７０では、スロット３８内へ挿入されるときの弾性変形は押圧部７２ａおよび係止部７４，７６の両方に生じることになる。ただし、この場合にも、押圧部７２ａの厚みを比較的薄く形成してもよい。

さらにまた、上記実施形態では、コイル３０の周囲に絶縁紙５０が巻かれており、ウェッジ部材７０が絶縁紙５０の屈曲部５８，６０の重なり合い部６２を介してコイル素線６８を押圧するものとして説明したが、絶縁紙５０を省略してもよい。このように絶縁紙を用いない場合には、ステータコアにコイルおよびウェッジ部材を組み付けた後にスロット内壁面とコイル素線との間にワニス等の絶縁性樹脂を含浸および硬化させることによって、ステータコアとコイルとの絶縁性能を確保するのが好ましい。

１０回転電機、１２回転シャフト、１４ロータ、１６ステータ、１８ロータコア、２０永久磁石挿入孔、２２永久磁石、２４エンドプレート、２６樹脂、２８ステータコア、３０コイル、３２ケース、３４ヨーク部、３６ティース部、３８スロット、４０開口部、４２本体部、４４，４５張出部、５０絶縁紙、５１絶縁シート、５２，５４側面絶縁部、５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ谷折線、５５ａ，５５ｂ山折線、５６外周絶縁部、５７，５７ｂ折り返し部、５７ａ先端部、５８，６０屈曲部、５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄ角部、６２重なり合い部または内周絶縁部、６８コイル素線、７０ウェッジ部材、７２平面部、７２ａ押圧部、７３突出部、７４，７６係止部、７４ａ，７６ａ先端部、７４ｂ、７６ｂ先端面、７８押し込み冶具、８０絶縁基材、８２発泡層、８４接着層、１００導体セグメント、１０２，１０４脚部、１０２ａ，１０４ａ一部または中間部分、１０６湾曲部、１０８芯材、３８１内周面、３８２，３８３側壁面、３８４，３８５前壁面、ｄ距離、Ｌ１−Ｌ５長さまたは幅、Ｈ１，Ｈ２長さまたは幅、ｔ１，ｔ２厚み、ｗ幅、Ｘ回転中心軸、θ 角度。

Claims

環状のステータコアの内周部に形成されたスロット内に配置されるコイルを前記ステータコアに対して固定するために、前記スロットに挿入される回転電機のコイル固定部材であって、
前記スロット内に配置されている前記コイルを径方向外方側へ押圧する押圧部と、前記ステータコアの周方向における前記押圧部の両端部に連設されて径方向内方側へそれぞれ延伸し、前記スロットの内周側の開口部を規定する径方向内方壁部に先端部がそれぞれ係止される係止部とを備え、
前記係止部は前記コイルと前記径方向内方壁部との間に突っ張って配置されて前記押圧部の押圧状態を支持し、前記押圧部は、前記スロット内の最内周部に位置する角線からなるコイルの側面に略沿った形状の平面部と、該平面部の中間位置に径方向へ突出して湾曲形成された突出部とを有し、前記突出部が前記コイル固定部材のスロット挿入時における弾性変形部となる、回転電機のコイル固定部材。
請求項１に記載の回転電機のコイル固定部材において、
前記押圧部の平面部は前記係止部と同じ厚みに形成される一方、前記押圧部の突出部は前記平面部よりも薄く形成されていることを特徴とする回転電機のコイル固定部材。
請求項１または２に記載の回転電機のコイル固定部材において、
前記突出部は、前記スロット内に挿入されて前記コイルに押し付けられることにより塑性変形されて前記平面部と面一とされていることを特徴とする回転電機のコイル固定部材。
請求項１に記載の回転電機のコイル固定部材において、
前記押圧部は、前記スロット内の最内周部に位置する角線からなるコイルの側面に略沿った形状の平面部によって構成され、前記平面部は前記係止部よりも薄く形成されており、前記平面部が前記コイル固定部材のスロット挿入時における弾性変形部となることを特徴とする回転電機のコイル固定部材。
回転可能に設けられたロータと、前記ロータの周囲に配置された環状のステータとを備える回転電機であって、
前記ステータは、
該ステータの周方向に間隔を隔てて形成されたスロットが径方向に延びて形成されているステータコアと、
前記スロット内に挿入された絶縁紙と、
前記絶縁紙により前記ステータコアから絶縁されて前記スロット内に配置されるコイルと、
前記スロット内のコイルを径方向外方へ押圧して前記ステータコアに固定する請求項１ないし４のいずれか一項に記載のコイル固定部材とを有する、回転電機。