JP6364465B2 - スロットコイル及び回転電機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載可能な回転電機のステータ及び該ステータのステータコアに設けられたスロットに挿入されるスロットコイルに関する。

近年では、回転電機のステータとして、セグメントコイルを用いた回転電機が提案されている。例えば、特許文献１においては、ステータコアのスロットに配置されるスロットコイルとステータコアの外側に配置される渡り部となる接続コイルとを結合することでコイルループを形成している。また、特許文献１に記載の回転電機では、絶縁材で被覆されたスロットコイルをステータコアのスロットに圧入することが記載されている。

特開２０１３−０２７１７４号公報

一般的にスロットコイルをステータコアのスロットに圧入しようとすると、積層された鋼板の寸法誤差等によりスロットの内周面に形成される凸部に絶縁材が引っかかりスロットコイルの進入を阻害するため、圧入荷重を大きくする必要があった。一方で、圧入荷重を大きくすると、圧入時に絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が破損して内部に滞留し、回転電機の使用中に異物となる虞があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み付け性が良く、異物の発生を抑制可能なスロットコイル及び回転電機のステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
ステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア２１）に設けられたスロット（例えば、後述の実施形態のスロット２３）に挿入されるスロットコイル（例えば、後述の実施形態のスロットコイル２５）であって、
前記スロットコイルは、周囲が絶縁材（例えば、後述の実施形態の絶縁材２８）で被覆されており、
前記絶縁材には、外周面に耳部（例えば、後述の実施形態の耳部２９）が設けられ、
前記スロットコイルは、前記耳部が前記ステータコアの一端面（例えば、後述の実施形態の端面２１ｂ）に溶着されることで固定される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記耳部は、前記スロットコイルの内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部（例えば、後述の実施形態の内周側耳部２９Ａ）と、前記スロットコイルの外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部（例えば、後述の実施形態の外周側耳部２９Ｂ）と、を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記耳部には、前記ステータコアの前記一端面に設けられた受容部（例えば、後述の実施形態の外径側受容部２１ｃ、内径側受容部２１ｄ）に嵌合する突起部（例えば、後述の実施形態の突起部７３）が設けられている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記突起部には、溶接ガン（例えば、後述の実施形態の溶接ガンＧ）が挿入される貫通孔（例えば、後述の実施形態の貫通孔７０）又は凹部が設けられている。

請求項５に記載の発明は、
複数のスロット（例えば、後述の実施形態のスロット２３）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態のステータコア２１）と、
前記ステータコアに取付けられるコイル（例えば、後述の実施形態のコイル５０）と、を備えた回転電機のステータ（例えば、後述の実施形態のステータ１０）において、
前記コイルは、前記スロットに挿入される複数のスロットコイル（例えば、後述の実施形態のスロットコイル２５）と、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側において、前記スロットコイル間を接続する複数の接続コイル（例えば、後述の実施形態の接続コイル４０）と、を有し、前記スロットコイルと前記接続コイルとは当接部（例えば、後述の実施形態の当接面Ｐ２、Ｐ３）において結合されており、
前記スロットコイルは、周囲が絶縁材（例えば、後述の実施形態の絶縁材２８）で被覆されており、
前記絶縁材には、外周面に耳部（例えば、後述の実施形態の耳部２９）が設けられ、
前記スロットコイルは、前記耳部が前記ステータコアの一端面（例えば、後述の実施形態の端面２１ｂ）に溶着されることで固定される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記耳部は、前記スロットコイルの内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部（例えば、後述の実施形態の内周側耳部２９Ａ）と、前記スロットコイルの外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部（例えば、後述の実施形態の外周側耳部２９Ｂ）と、を有する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、
周方向で隣り合う前記スロットに挿入される一方の前記スロットコイルの前記外周側耳部と、他方の前記スロットコイルの前記内周側耳部とは、周方向においてオーバーラップしている。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発明において、
前記耳部には、前記ステータコアの前記一端面に設けられた受容部（例えば、後述の実施形態の外径側受容部２１ｃ、内径側受容部２１ｄ）に嵌合する突起部（例えば、後述の実施形態の突起部７３）が設けられている。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、
前記突起部には、溶接ガン（例えば、後述の実施形態の溶接ガンＧ）が挿入される貫通孔（例えば、後述の実施形態の貫通孔７０）又は凹部が設けられている。

請求項１０に記載の発明は、請求項５〜９のいずれか１項に記載の発明において、
前記スロットコイルを前記ステータコアの前記スロットに挿入するスロットコイル配置工程と、
前記絶縁材の前記耳部を前記ステータコアの一端面に溶着する溶着工程と、を備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、
前記溶着工程では、前記耳部を溶融した後、圧縮エアを噴射させて前記耳部を冷却させることで固着させる。

請求項１の発明によれば、スロットコイルを被覆する絶縁材の外周面に耳部が設けられており、耳部がステータコアの一端面に溶着されることで、スロットコイルを容易にステータコアに固定することができる。また、スロットコイルを圧入しないので、圧入時に絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が破損して内部に滞留し、回転電機の使用中に異物となるのを防止できる。

請求項２の発明によれば、耳部は、スロットコイルの内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部と、スロットコイルの外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部と、を有するので、スロットコイルをバランスよくステータコアに固定できる。

請求項３の発明によれば、耳部に設けられた突起部をステータコアの一端面に設けられた受容部に嵌合させて溶着することで、スロットコイルをより確実にステータコアに固定できる。

請求項４の発明によれば、突起部に設けられた貫通孔又は凹部に溶接ガンを挿入して突起部を溶融することで、積層された鋼板の凹凸に溶融した絶縁材が係合する。これにより、スロットコイルをより確実にステータコアに固定できる。

請求項５の発明によれば、スロットコイルを被覆する絶縁材の外周面に耳部が設けられており、耳部がステータコアの一端面に溶着されることで、スロットコイルを容易にステータコアに固定することができる。また、スロットコイルを圧入しないので、圧入時に絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が破損して内部に滞留し、回転電機の使用中に異物となるのを防止できる。

請求項６の発明によれば、耳部は、スロットコイルの内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部と、スロットコイルの外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部と、を有するので、スロットコイルをバランスよくステータコアに固定できる。また、周方向で隣り合うスロットに挿入されるスロットコイルの耳部が干渉することがない。

請求項７の発明によれば、周方向で隣り合うスロットに挿入される一方のスロットコイルの外周側耳部と、他方のスロットコイルの内周側耳部とは、周方向においてオーバーラップしているので、耳部同士の干渉を避けながらステータコアの寸法を小さくできる。

請求項８の発明によれば、耳部に設けられた突起部をステータコアの一端面に設けられた受容部に嵌合させて溶着することで、スロットコイルをより確実にステータコアに固定できる。

請求項９の発明によれば、突起部に設けられた貫通孔又は凹部に溶接ガンを挿入して突起部を溶融することで、積層された鋼板の凹凸に溶融した絶縁材が係合する。これにより、スロットコイルをより確実にステータコアに固定できる。

請求項１０の発明によれば、スロットコイルを被覆する絶縁材の外周面に耳部が設けられており、耳部がステータコアの一端面に溶着されることで、スロットコイルを容易にステータコアに固定することができる。また、スロットコイルを圧入しないので、圧入時に絶縁材の一部又はスロット内に突出する鋼板の端部が破損して内部に滞留し、回転電機の使用中に異物となるのを防止できる。

請求項１１の発明によれば、簡易且つ確実にスロットコイルをステータコアに溶着することができる。

本発明の一実施形態の回転電機のステータの斜視図である。 ステータの分解斜視図である。 一方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 他方のベースプレート組立体の分解斜視図である。 スロットコイルの斜視図である。 スロットコイルの分解斜視図である。 ステータの一部を示す縦断面図である。 ベースプレート組立体の一部を示す正面図である。 複数相のコイルの斜視図である。 図８に示す複数相のコイルから１相分のコイルを抜き出して示す斜視図である。 Ｕ相のコイルの結線態様を示す展開図である。 Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの結線態様を示す模式図である。 外側接続コイル延出部と内側接続コイル延出部との接合を説明するための斜視図である。 外側接続コイルの内径側端部と外径側スロットコイルの段差部との接合及び内側接続コイルの内径側端部と内径側スロットコイルの段差部との接合を説明するための斜視図である。 ステータコアの正面図である。 ステータコアの１つのスロットに絶縁材で被覆したスロットコイルが挿入された状態を示す拡大斜視図である。 図１５のＡ−Ａ線断面図である。 溶着処理を説明する図１６の部分拡大図である。 ステータコアの全てのスロットに絶縁材で被覆したスロットコイルが挿入された状態を示すステータコアの正面図である。

以下、本発明の回転電機のステータの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

［ステータ］
図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機のステータ１０は、ステータコア組立体２０と、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒと、を備え、ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが、ステータコア組立体２０の両側に配置されて組み付けられている。ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの間には、例えば、シリコンシートなどの絶縁シート６５が配置され、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとを絶縁している。

［１ ステータコア組立体］
ステータコア組立体２０は、ステータコア２１と、複数のスロットコイル２５と、を備える。

［１−１ ステータコア］
ステータコア２１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、その径方向内側に、複数のティース２２と、隣接するティース２２間に形成される複数のスロット２３とを備える。スロット２３は、ステータコア２１の軸方向に貫通して形成され、軸方向から見てステータコア２１の径方向に長い略長円形状に形成され、開口部２４がステータコア２１の内周面に開口している。なお、ステータコア２１の外周部には、ステータコア２１を不図示のハウジングに締結する複数の締結部１５が設けられている。

ステータコア２１の軸方向一端面、本実施形態ではベースプレート組立体３０Ｒが配置される端面２１ｂには、図１４に示すように、各ティース２２に径方向に並んで２つの穴部である、外径側受容部２１ｃと内径側受容部２１ｄとが設けられている。これら外径側受容部２１ｃと内径側受容部２１ｄは、ステータコア２１の端面２１ｂを構成する最外層の珪素鋼板から複数枚（図１７の例では４枚）の珪素鋼板にのみ設けられており、後述するスロットコイル２５を固定する機能を有する。

［１−２ スロットコイル］
各スロット２３に挿入されるスロットコイル２５は、図５Ａ、図５Ｂ及び図６も参照して、断面長方形状の板状導体である外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とを有し、外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７の軸方向両端部を除く周囲が射出成形された樹脂などの断面長方形状の絶縁材２８で被覆されて一体に形成されている。具体的に、外径側スロットコイル２６は、ステータコア２１の軸方向幅Ｌ１と後述する接続コイル４０の４枚分の軸方向幅（４×Ｌ２）の和と略等しい長さ（Ｌ１＋４×Ｌ２）に設定され、軸方向両端部がそれぞれ接続コイル４０の２枚分の軸方向幅と略等しい長さ（２×Ｌ２）だけ絶縁材２８から露出している。さらに、外径側スロットコイル２６の軸方向一端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向一方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２６ａが形成され、外径側スロットコイル２６の軸方向他端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向他方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２６ａが形成されている。

内径側スロットコイル２７は、ステータコア２１の軸方向幅（Ｌ１）と後述する接続コイル４０の２枚分の軸方向幅（２×Ｌ２）の和と略等しい長さ（Ｌ１＋２×Ｌ２）に設定され、軸方向両端部がそれぞれ接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と略等しい長さ（Ｌ２）だけ絶縁材２８から露出している。さらに、内径側スロットコイル２７の軸方向一端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向他方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２７ａが形成され、内径側スロットコイル２７の軸方向他端部は、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ周方向一方を向く面が段状に切り欠かれて板厚が薄くなることで段差部２７ａが形成されている。

言い換えると、スロットコイル２５は、外径側スロットコイル２６が接続コイル４０の２枚分の軸方向幅と略等しい長さ（２×Ｌ２）分だけ軸方向両側にそれぞれ絶縁材２８から露出するとともに、内径側スロットコイル２７が接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ軸方向両側にそれぞれ絶縁材２８から露出し、外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７の両先端部にはそれぞれ接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ段差部２６ａ、２７ａが周方向で反対側を向くように形成されている。また、軸方向一端部と軸方向他端部では、外径側スロットコイル２６の段差部２６ａ同士と内径側スロットコイル２７の段差部２７ａ同士がそれぞれ周方向で反対側を向くように形成されている。

絶縁材２８には、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、長手方向（軸方向）一端側の外周面に耳部２９が形成されている。耳部２９は、ステータコア２１の端面２１ｂに溶着されることで、スロットコイル２５がステータコア２１に固定される。図１５及び図１６も参照して、耳部２９は、スロットコイル２５の内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部２９Ａと、スロットコイル２５の外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部２９Ｂと、から構成される。さらに、耳部２９には、内周側耳部２９Ａ及び外周側耳部２９Ｂに、後述する溶接ガンＧが挿入される貫通孔７０が設けられており、さらに底面７１から貫通孔７０を囲う突起部７３が長手方向（軸方向）他端側に一体に形成されている。外周側耳部２９Ｂの突起部７３は、ステータコア２１の端面２１ｂに形成された外径側受容部２１ｃに嵌合するとともに、内周側耳部２９Ａの突起部７３は、ステータコア２１の端面２１ｂに形成された内径側受容部２１ｄに嵌合する。なお、耳部２９に設けられた貫通孔７０は、溶接ガンＧが挿入される凹部であってもよい。

外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７からなる複数のスロットコイル２５は、各スロット２３内に外径側スロットコイル２６が径方向外側となり内径側スロットコイル２７が径方向内側となるようにステータコア２１の径方向に配置される。各スロットコイル２５は、ステータコア２１の複数のスロット２３にそれぞれ挿入されてステータコア２１の周方向に並べられ、ステータコア組立体２０を構成する。ステータコア組立体２０においては、図１８に示すように、周方向で隣り合うスロット２３に挿入される一方のスロットコイル２５の外周側耳部２９Ｂと、他方のスロットコイル２５の内周側耳部２９Ａとは、周方向においてオーバーラップしている。

外径側スロットコイル２６は、接続コイル４０の略２枚分の軸方向幅と略等しい長さ（２×Ｌ２）分だけ先端部がステータコア２１の両方の端面２１ａ、２１ｂからそれぞれ突出するようにスロット２３に挿入され、内径側スロットコイル２７は、接続コイル４０の略１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）分だけ先端部がステータコア２１の両方の端面２１ａ、２１ｂからそれぞれ突出するようにスロット２３に挿入されている。

また、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と、ステータコア２１のスロット２３との間には、両スロットコイル２６、２７を被覆する絶縁材２８が介在してステータコア２１との絶縁が確保されている。

外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７を被覆する絶縁材２８は、耳部２９以外の外周面がスロット２３よりも僅かに小さくスロット２３と略同一形状を有する。なお、絶縁材２８としては、エポキシ樹脂、エナメル樹脂等を使用することができる。

［１−３ ステータコア組立体の組立］
このように構成されるステータコア組立体２０の組立は、先ず、ステータコア２１の各スロット２３にスロットコイル２５を配置する（スロットコイル配置工程）。このとき、外周側耳部２９Ｂの突起部７３をステータコア２１の端面２１ｂに形成された外径側受容部２１ｃに嵌合させるとともに、内周側耳部２９Ａの突起部７３をステータコア２１の端面２１ｂに形成された内径側受容部２１ｄに嵌合させる。

続いて、図１７に示すように、内周側耳部２９Ａ及び外周側耳部２９Ｂに形成された貫通孔７０に、スポット溶接機の溶接ガンＧを挿入し、突起部７３を溶融させた後、冷却することで内径側受容部２１ｄ及び外径側受容部２１ｃに突起部７３が固定される（溶着工程）。このとき、内径側受容部２１ｄ及び外径側受容部２１ｃを構成する珪素鋼板の端面は、ばらつきにより段部を有するので、溶融した絶縁材が段部に係合してより確実に固定される。スポット溶接としては、インパルスウェルダー（ＩＰＷ）が好ましい。インパルスウェルダー（ＩＰＷ）は、溶接ガンのチップ（抵抗体）に電流を流すことにより、先端部がジュール熱により加熱され、溶着後、チップ先端部より圧縮エアを噴射させ、絶縁材を冷却固着させるものである。このようにして、スロットコイル２５がステータコア２１に対し軸方向、周方向及び径方向に位置決めされる（図１８参照）。

［２ ベースプレート組立体］
ステータコア組立体２０の両側にそれぞれ配置されるベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒは、図３及び図４に示すように、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒと、複数の接続コイル４０と、を備える。

［２−１ ベースプレート］
ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒは、絶縁性を有する樹脂（非磁性材）等によって成形され、ステータコア２１と略等しい内外径を有する略円環状部材である。

ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの内径側には、図３及び図４に示すように、ステータコア２１のスロット２３に挿入された各スロットコイル２５の外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７にそれぞれ対応して、複数の外径側貫通孔３２及び複数の内径側貫通孔３３が、それぞれ等間隔にベースプレート３１Ｒを貫通して外側面３５と内側面３６とを連通するように形成されている。ステータコア組立体２０にベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒを組み付けることで、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの外径側貫通孔３２には、ステータコア２１のスロット２３に挿入されステータコア２１の端面２１ａ、２１ｂから突出する外径側スロットコイル２６の先端部が配置され、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの内径側貫通孔３３には、ステータコア２１のスロット２３に挿入されステータコア２１の端面２１ａ、２１ｂから突出する内径側スロットコイル２７の先端部が配置される。

ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの外径側には、さらに複数の接続コイル接合孔３４が等間隔にベースプレート３１Ｌ、３１Ｒを貫通して外側面３５と内側面３６とを連通するように形成されている。ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの外側面３５及び内側面３６には、図７に示すように、それぞれ外側面３５及び内側面３６に開口する断面略コの字型の複数の外側面溝３７及び内側面溝３８が、インボリュート曲線に沿って円周方向に近接して形成されている。

なお、ベースプレート３１Ｌには、ベースプレート３１Ｌの外径側に、図中上方部分に径方向外側に扇状に延びる扇状部３１ａが設けられている。扇状部３１ａには、入力端子部４３が配置される入力端子用切欠部３４ｃが各相１つずつ等間隔に形成されるとともに、同相のコイル同士を接続するバスバー６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗのバスバー接続部が配置されるバスバー用切欠部（不図示）、及びＵ、Ｖ、Ｗ相のコイル同士を接続する中点バスバー６２が配置される中点バスバー用切欠部（不図示）が設けられている。

ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの接続コイル接合孔３４には、後述する外側接続コイル４１の外径側端部１１２と内側接続コイル４２の外径側端部１２３とが配置される。外径側貫通孔３２、内径側貫通孔３３及び接続コイル接合孔３４は、軸方向から見て矩形形状を呈し、これらの内部に配置されるコイル部材よりも大きな空間を有している。

これらベースプレート３１Ｌ、３１Ｒにおいては、図６に示すように、互いに隣接する各外側面溝３７、３７間、及び各内側面溝３８、３８間は、ベースプレート３１Ｌから立設する隔壁３１ｂによって隔離され、また、軸方向において対向する外側面溝３７と内側面溝３８とは中間壁３１ｃによって隔離される。

また、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒは、内径側貫通孔３３が形成される最内径部３９が、接続コイル４０の１枚分の軸方向幅と等しい長さ（Ｌ２）に設定されており、外径側貫通孔３２及び接続コイル接合孔３４が形成される最内径部３９以外の領域が、接続コイル４０の２枚分の軸方向幅（２×Ｌ２）と中間壁３１ｃの厚さ（Ｌ３）との合計に略等しい軸方向幅（２×Ｌ２＋Ｌ３）に設定されている。

ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒでは、図７に示すように、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの各外側面溝３７は、正面視において、接続コイル接合孔３４と、この接続コイル接合孔３４から反時計方向に所定の角度離間した外径側貫通孔３２とを接続するように、インボリュート曲線に沿って湾曲して形成されている。なお、図７では、外側面溝３７及び内側面溝３８に後述する外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２を収容した状態を示している。

また、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの各内側面溝３８は、正面視において、接続コイル接合孔３４と、この接続コイル接合孔３４から反時計方向に（図７側から見て時計方向に）所定の角度離間した内径側貫通孔３３とを、外径側貫通孔３２を避けて屈曲しながら接続するように形成されている。

即ち、外径側貫通孔３２と内径側貫通孔３３とは、外側面溝３７及び内側面溝３８が共通に連続する接続コイル接合孔３４を介して接続されている。

［２−２ 接続コイル］
接続コイル４０は、銅などの導電材料によって板状に形成されており、外側面溝３７にそれぞれ挿入される外側接続コイル４１と、内側面溝３８にそれぞれ挿入される内側接続コイル４２とに分けることができる。なお、ここで言う外側接続コイル４１とは、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとが組み付けられたとき、ステータ１０の軸方向外側となる接続コイル４０のことであり、内側接続コイル４２とは、ステータ１０の軸方向内側となる接続コイル４０のことである。

外側接続コイル４１は、一様厚を有する断面長方形状の板状導体であって、外側面溝３７と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された外側接続コイル本体１１０から内径側端部１１１が径方向に屈曲するとともに、外径側端部１１２も外側接続コイル本体１１０から径方向に屈曲している。外側接続コイル４１の外径側端部１１２には軸方向内側に延出するように外側接続コイル延出部１１３が形成されている。外側接続コイル本体１１０及び内径側端部１１１の軸方向幅（Ｌ２）は、外側面溝３７の溝深さと等しくなっており、外側接続コイル延出部１１３の軸方向幅（Ｌ４）は、外側面溝３７と内側面溝３８との各溝深さと中間壁３１ｃの厚さ（Ｌ３）との合計に等しい軸方向幅（２×Ｌ２＋Ｌ３）に設定されている。

内側接続コイル４２は、一様厚を有する断面長方形状の板状導体であって、内側面溝３８と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された内側接続コイル本体１２０から外径側貫通孔３２を迂回するように形成された迂回部１２１を経由して内径側端部１２２が径方向に屈曲するとともに、外径側端部１２３も内側接続コイル本体１２０から径方向に屈曲している。内側接続コイル４２の外径側端部１２３には、軸方向外側に延出するように内側接続コイル延出部１２４が形成されている。内側接続コイル本体１２０及び内径側端部１２２の軸方向幅（Ｌ２）は、内側面溝３８の溝深さと等しくなっており、内側接続コイル延出部１２４の軸方向幅（Ｌ４）は、外側面溝３７と内側面溝３８との各溝深さと中間壁３１ｃの厚さとの合計に等しい軸方向幅（２×Ｌ２＋Ｌ３）に設定されている。

外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２は同一の板厚を有し、この外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２の板厚は、同じく同一の板厚を有する外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と同じ板厚に設定されている。この外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２の板厚は、外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２（外側接続コイル本体１１０及び内側接続コイル本体１２０）の軸方向幅（Ｌ２）より小さくなっている。なお、上記した「接続コイル４０のｘ（ｘ＝１、２、４）枚分の軸方向幅」は、外側接続コイル本体１１０及び内側接続コイル本体１２０の軸方向幅を意味している。また、「略等しい」とは、中間壁３１ｃ分の誤差を含む表現である。絶縁シート６５の厚さについては考慮しないものとした。

外側接続コイル４１、内側接続コイル４２、及びスロットコイル２５は、所定の板厚を有する金属板（例えば銅板）からプレス打抜等の加工を行うことにより、所望の軸方向幅及び所望の平面形状に形成することができる。さらに、外側接続コイル４１については、打抜かれた板状導体を曲げ成形することにより、外側面溝３７と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された外側接続コイル本体１１０と、外側接続コイル本体１１０から屈曲するように接続された内径側端部１１１、外径側端部１１２とを形成することができる。同様に、内側接続コイル４２についても、打抜かれた板状導体を曲げ成形することにより、内側面溝３８と同一形状のインボリュート曲線に沿って形成された内側接続コイル本体１２０と、内側接続コイル本体１２０から屈曲するように接続された内径側端部１２２、外径側端部１２３とを形成することができる。

外側接続コイル４１は、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの外側面溝３７に挿入される。外側接続コイル４１の内径側端部１１１は外径側貫通孔３２に配置され、図１３に示すように、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの組み付けの際に同じくステータコア２１のスロット２３に挿入されて外径側貫通孔３２に配置される外径側スロットコイル２６の段差部２６ａと当接する。

内側接続コイル４２は、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒの内側面溝３８に挿入される。内側接続コイル４２の内径側端部１２２は内径側貫通孔３３に配置され、図１３に示すように、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの組み付けの際に同じくステータコア２１のスロット２３に挿入されて内径側貫通孔３３に配置される内径側スロットコイル２７の段差部２７ａと当接する。

外側接続コイル４１の外径側端部１１２と内側接続コイル４２の外径側端部１２３とは、図１２に示すように、いずれも接続コイル接合孔３４に配置され、外側接続コイル延出部１１３の周方向一方を向く側面１１３ａと内側接続コイル延出部１２４の周方向他方を向く側面１２４ａとが径方向及び軸方向全面に亘って当接する。

［３ 接合］
互いに当接する、外側接続コイル４１の内径側端部１１１と外径側スロットコイル２６の段差部２６ａ、内側接続コイル４２の内径側端部１２２と内径側スロットコイル２７の段差部２７ａ、及び、外側接続コイル４１の外側接続コイル延出部１１３と内側接続コイル４２の内側接続コイル延出部１２４は、いずれも板厚方向に対して交差する平面状の板表面同士が溶接により、好ましくはレーザー溶接により接合される。以下の説明ではレーザー溶接により接合する場合を例に説明する。

図１２に示すように、外側接続コイル延出部１１３と内側接続コイル延出部１２４とは、いずれも板厚方向に対して交差し軸方向に沿う平面状の板表面である、外側接続コイル延出部１１３の周方向一方を向く側面１１３ａと内側接続コイル延出部１２４の周方向他方を向く側面１２４ａとを対向させて当接させることで互いの板表面が径方向及び軸方向全面に亘って面接触する。両方の側面１１３ａ、１２４ａを面接触させた状態で、接続コイル接合孔３４の軸方向外側から径方向に延びる当接面Ｐ１に沿ってレーザー溶接することで当接面Ｐ１において接合される。これにより、同じ接続コイル接合孔３４に位置する外側接続コイル４１の外径側端部１１２と内側接続コイル４２の外径側端部１２３とが電気的に接続され、ベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが構成される。なお、図１２においては、ベースプレート３１Ｌ、３１Ｒを省略している。図１３についても同様である。

図１３に示すように、ステータコア組立体２０とベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒとの組み付けにおいては、絶縁シート６５を介在させて互いの周方向の相対位置をあわせて軸方向に組み付けることで、外側接続コイル４１の内径側端部１１１と外径側スロットコイル２６の段差部２６ａとが当接し、内側接続コイル４２の内径側端部１２２と内径側スロットコイル２７の段差部２７ａとが当接することで、両者が位置決めされる。

外径側スロットコイル２６の段差部２６ａと当接する外側接続コイル４１の内径側端部１１１は、平面状の板表面である周方向他方を向く側面１１１ａが段差部２６ａの側面２６ｂ全面に亘って当接するとともに、底面１１１ｂが段差部２６ａの底面２６ｃ全面に亘って当接する。板厚方向に対して交差し軸方向に沿う平面状の両側面１１１ａ、２６ｂを面接触させた状態で、外径側貫通孔３２の軸方向外側から径方向に延びる当接面Ｐ２に沿ってレーザー溶接することで当接面Ｐ２において接合される。

内径側スロットコイル２７の段差部２７ａと当接する内側接続コイル４２の内径側端部１２２は、平面状の板表面である周方向一方を向く側面１２２ａが段差部２７ａの側面２７ｂ全面に亘って当接するとともに、底面１２２ｂが段差部２７ａの底面２７ｃ全面に亘って当接する。板厚方向に対して交差し軸方向に沿う平面状の両側面１２２ａ、２７ｂを面接触させた状態で、内径側貫通孔３３の軸方向外側から径方向に延びる当接面Ｐ３に沿ってレーザー溶接することで当接面Ｐ３において接合される。

このように接合することで、ステータコア２１のスロット２３に挿入された外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とが、外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２を介して電気的に接続された状態でステータコア組立体２０にベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒが組み付けられる。外側接続コイル４１及び内側接続コイル４２は、同相（例えば、Ｕ相）のスロットコイル２５同士を接続してコイル５０の渡り部を構成する。

従って、例えば図９に示すように、同一のスロット２３に配置された外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７に関して、外径側スロットコイル２６の一端側（図中手前側）で接続された外側接続コイル４１は、径方向外側、且つ、時計回りに延びて同相の内側接続コイル４２に接続され、外径側スロットコイル２６の他端側（図中奥側）で接続された外側接続コイル４１は、径方向外側、且つ、反時計回りに延びて同相の内側接続コイル４２に接続される。また、内径側スロットコイル２７の一端側（図中手前側）で接続された内側接続コイル４２は、径方向外側、且つ、反時計回りに延びて同相の外側接続コイル４１に接続され、内径側スロットコイル２７の他端側（図中奥側）で接続された内側接続コイル４２は、径方向外側、且つ、時計回りに延びて同相の外側接続コイル４１に接続される。

このようにステータ１０は、ステータコア組立体２０の両側に一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒを組みつけることで構成され、これによりセグメント化されたコイル５０が、同一構造を有する各相６つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）を形成する。この各相６つのコイルループ（Ｕ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗ）は、２つのコイルループを１組として３組のＵ相コイル５０Ｕ、３組のＶ相コイル５０Ｖ、及び３組のＷ相コイル５０Ｗが、反時計方向にこの順で波巻きされる（図１０参照）。図８は、理解を容易にするためステータ１０からセグメント化された複数相（ＵＶＷ相）のコイルを抜き出して示す複数相のコイルの斜視図、図９は、更に一相分（例えば、Ｕ相）のコイルを抜き出して示す斜視図、図１０は、Ｕ相のコイルの結線態様を示す展開図、図１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの結線態様を示す模式図である。

Ｕ相コイルを例に各相の結線態様について図１０を参照しながらより詳細に説明すると、Ｕ相コイルを構成する６つのコイルループは、３つのコイルループ（Ｕループ）が連続して時計方向に波巻きされるとともに３つのコイルループ（Ｕループ）が連続して反時計方向に波巻きされ、ＵループとＵループが直列にバスバー６１Ｕで結線されている。１つのスロット２３内に配置される、絶縁材２８で被覆された外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とは、Ｕループを構成するコイルとＵループを構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。

例えば、１つのＵループに着目すると、Ｕ相のスロット２３に配置された外径側スロットコイル２６の軸方向一端（図の右手側）から、外側接続コイル４１、内側接続コイル４２の順に接続されて、次のＵ相のスロット２３における、内径側スロットコイル２７に接続される。その後、内径側スロットコイル２７の軸方向他端（図の左手側）から、内側接続コイル４２、外側接続コイル４１の順に接続されて、さらに次のＵ相のスロット２３における、外径側スロットコイル２６に接続される。以降、この接続構成を繰り返してＵループが形成されている。

同様に、他の２相、即ち、Ｖ相コイル（Ｗ相コイル）を構成する６つのコイルループも、反対方向に波巻きされた３つのＶループ（Ｗループ）と３つのＶループ（Ｗループ）が直列にバスバー６１Ｕ（バスバー６１Ｗ）で結線され、１つのスロット２３内に配置される外径側スロットコイル２６と内径側スロットコイル２７とはＶループ（Ｗループ）を構成するコイルとＶループ（Ｗループ）を構成するコイルとからなっており、電流の流れ方向が同一方向となっている。これらＵ相コイル５０Ｕ、Ｖ相コイル５０Ｖ、及びＷ相コイル５０Ｗは、図１１に示すように、中点バスバー６２でスター結線されている。

［４ 総括］
以上説明したように、本実施形態の回転電機のステータ１０によれば、スロットコイル２５を被覆する絶縁材２８の外周面に耳部２９が設けられており、耳部２９がステータコア２１の端面２１ｂに溶着されることで、スロットコイル２５を容易にステータコア２１に固定することができる。また、スロットコイル２５を圧入しないので、圧入時に絶縁材２８の一部又はスロット２３内に突出する珪素鋼板の端部が破損して内部に滞留し、回転電機の使用中に異物となるのを防止できる。

また、耳部２９は、スロットコイル２５の内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部２９Ａと、スロットコイル２５の外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部２９Ｂと、を有するので、スロットコイル２５をバランスよくステータコア２１に固定できる。また、周方向で隣り合うスロット２３に挿入されるスロットコイル２５の耳部２９が干渉することがない。

また、周方向で隣り合うスロット２３に挿入される一方のスロットコイル２５の外周側耳部２９Ｂと、他方のスロットコイル２５の内周側耳部２９Ａとは、周方向においてオーバーラップしているので、耳部２９同士の干渉を避けながらステータコア２１の寸法を小さくできる。

また、耳部２９に設けられた突起部７３をステータコア２１の端面２１ｂに設けられた外径側受容部２１ｃ及び内径側受容部２１ｄに嵌合させて溶着することで、スロットコイル２５をより確実にステータコア２１に固定できる。なお、突起部７３を外径側受容部２１ｃ及び内径側受容部２１ｄに嵌合させて溶着する代わりに、耳部２９の底面７１をステータコア２１の端面２１ｂに溶着してもよい。

また、突起部７３に設けられた貫通孔７０に溶接ガンＧを挿入して突起部７３を溶融することで、積層された珪素鋼板の凹凸に溶融した絶縁材２８が係合する。これにより、スロットコイル２５をより確実にステータコア２１に固定できる。なお、貫通孔７０の代わりに、突起部７３には凹部を設けてもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、円周方向に隣接する３つのスロット毎に同相のコイルが配置されるトリプルスロットタイプのステータを例示したが、これに限らず、円周方向の１つのスロット毎に各相のコイルが配置されるシングルスロットタイプ、円周方向に隣接する２つのスロット毎に同相のコイルが配置されるダブルスロットタイプのステータを用いてもよい。
また、コイルの結線については、上記実施形態に限らず、任意の仕様を選択でき、直列結線及び並列結線も適宜選択できる。
また、スロットコイル２５は、断面長方形状の板状導体に限らず、断面円形状の円柱状導体、断面多角形状の柱状導体であってもよく、スロットコイル２５と接続コイル４０の結合は、溶接による接合に限らず、かしめによる締結等が含まれる。ただし、スロットコイルを板状導体とすることで、プレス加工等により所望の位置にスリットが形成されたスロットコイルを容易に製造できる。
また、一対のベースプレート組立体３０Ｌ、３０Ｒの軸方向外側に絶縁性のカバーを配置してもよく、樹脂等で被覆してもよい。

１０ 回転電機のステータ
２１ ステータコア
２１ｂ 端面（一端面）
２１ｃ 外径側受容部（受容部）
２１ｄ 内径側受容部（受容部）
２３ スロット
２５ スロットコイル
２８ 絶縁材
２９ 耳部
２９Ａ 内周側耳部
２９Ｂ 外周側耳部
４０ 接続コイル
５０ コイル
７０ 貫通孔
７３ 突起部
Ｇ 溶接ガン
Ｐ２ 当接面（当接部）
Ｐ３ 当接面（当接部）

Claims (11)

1. ステータコアに設けられたスロットに挿入されるスロットコイルであって、
   前記スロットコイルは、周囲が絶縁材で被覆されており、
   前記絶縁材には、外周面に耳部が設けられ、
   前記スロットコイルは、前記耳部が前記ステータコアの一端面に溶着されることで固定される、スロットコイル。
2. 請求項１に記載のスロットコイルであって、
   前記耳部は、前記スロットコイルの内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部と、前記スロットコイルの外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部と、を有する、スロットコイル。
3. 請求項１又は２に記載のスロットコイルであって、
   前記耳部には、前記ステータコアの前記一端面に設けられた受容部に嵌合する突起部が設けられている、スロットコイル。
4. 請求項３に記載のスロットコイルであって、
   前記突起部には、溶接ガンが挿入される貫通孔又は凹部が設けられている、スロットコイル。
5. 複数のスロットを有するステータコアと、
   前記ステータコアに取付けられるコイルと、を備えた回転電機のステータにおいて、
   前記コイルは、前記スロットに挿入される複数のスロットコイルと、前記ステータコアの軸方向端面よりも軸方向外側において、前記スロットコイル間を接続する複数の接続コイルと、を有し、前記スロットコイルと前記接続コイルとは当接部において結合されており、
   前記スロットコイルは、周囲が絶縁材で被覆されており、
   前記絶縁材には、外周面に耳部が設けられ、
   前記スロットコイルは、前記耳部が前記ステータコアの一端面に溶着されることで固定される、回転電機のステータ。
6. 請求項５に記載の回転電機のステータであって、
   前記耳部は、前記スロットコイルの内周側に設けられ且つ周方向一方に延出する内周側耳部と、前記スロットコイルの外周側に設けられ且つ周方向他方に延出する外周側耳部と、を有する、回転電機のステータ。
7. 請求項６に記載の回転電機のステータであって、
   周方向で隣り合う前記スロットに挿入される一方の前記スロットコイルの前記外周側耳部と、他方の前記スロットコイルの前記内周側耳部とは、周方向においてオーバーラップしている、回転電機のステータ。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の回転電機のステータであって、
   前記耳部には、前記ステータコアの前記一端面に設けられた受容部に嵌合する突起部が設けられている、回転電機のステータ。
9. 請求項８に記載の回転電機のステータであって、
   前記突起部には、溶接ガンが挿入される貫通孔又は凹部が設けられている、回転電機のステータ。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載の回転電機のステータの製造方法であって、
    前記スロットコイルを前記ステータコアの前記スロットに挿入するスロットコイル配置工程と、
    前記絶縁材の前記耳部を前記ステータコアの一端面に溶着する溶着工程と、を備える、回転電機のステータの製造方法。
11. 請求項１０に記載の回転電機のステータの製造方法であって、
    前記溶着工程では、前記耳部を溶融した後、圧縮エアを噴射させて前記耳部を冷却させることで固着させる、回転電機のステータの製造方法。
    

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