JP6824787B2 - 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。

一方で、従来より回転電機のステータにおいては、ワニスによりステータコアにコイルを固定する方法が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１３−０２７１７４号公報 特開平６−３２７２０３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。特に、一端側から他端側に亘って全体的に絶縁材が設けられたスロットコイルでは圧入荷重を大きくする必要があり、また使用する樹脂量が多いという課題があった。

また、ワニスによりステータコアにコイルを固定する方法では、ノズルから滴下したワニスがコイルを伝ってステータコア内まで浸透していくが、ステータコアに留まる量は少なく、大量のワニスがステータコアから漏れ出てしまう。

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、使用する樹脂量を減らしつつ、スロット内にスロットコイルを固定可能な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、
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）であって、
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）を有し、
前記スロットコイルには、前記スロットの内部であって軸方向の一部（例えば、後述の実施形態の凹部形成部２５ａ）の外周に係合部（例えば、後述の実施形態の凹部２５ｂ）が設けられており、
前記スロットコイルの前記一部と前記スロットの内壁面（例えば、後述の実施形態の内壁面２３ａ）との間には、第１樹脂部（例えば、後述の実施形態の内側樹脂部７１）が設けられ、
前記スロットの前記内壁面には、全体に亘って第２樹脂部（例えば、後述の実施形態の外側樹脂部７０）が設けられ、
前記スロットコイルの前記一部と前記スロットの内壁面との間には、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部が設けられ、且つ、前記第１樹脂部と前記係合部とが係合し、
前記係合部は、前記スロットの内部であって、且つ、前記ステータコアの一端側の表面（例えば、後述の実施形態の端面２１ａ）近傍に位置しており、
前記スロットコイルの他部（例えば、後述の実施形態の凹部非形成部２５ｃ）と前記スロットの前記内壁面との間には、空隙部（例えば、後述の実施形態の空隙部７５）及び前記第２樹脂部が設けられている。

請求項１の発明によれば、スロットコイルの一部とスロットの内壁面との間にのみ樹脂を充填して第１樹脂部とし、スロットコイルの他部とスロットの内壁面との間を空隙部とすることで、スロットコイルとスロットの内壁面との間に全体に亘って樹脂を充填する場合に比べて、使用する樹脂量を削減できる。
また、スロットコイルには、スロットの内部であって軸方向の一部の外周に係合部が設けられており、第１樹脂部と係合部とが係合することで、スロットコイルをスロット内に強固に固定することができる。

さらに、スロットの内壁面には全体に亘って第２樹脂部が設けられ、スロットコイルの他部とスロットの内壁面との間には空隙部及び第２樹脂部が設けられているので、使用する樹脂量を減らしながら、スロットコイルとスロットとの絶縁性を確実に保つことができる。

また、スロットコイルに形成される係合部は、スロットの内部であって、且つ、ステータコアの一端側の表面近傍に位置しているので、第１樹脂部の樹脂量をより減らすことができる。

本発明の第１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。 １つのスロットの断面図である。 第１実施形態の回転電機のステータの製造方法を説明する説明図である。 第２実施形態の回転電機のステータにおける１つのスロットの断面図である。 第２実施形態の回転電機のステータの製造方法を説明する説明図である。

以下、本発明の回転電機のステータの各実施形態を、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。

＜第１実施形態＞
［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、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ステータコア２１の軸方向に貫通して形成され、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の各スロット２３の内壁面２３ａには、図１４に示すように、外側樹脂部７０が全面に亘って形成されている。外側樹脂部７０としては、熱可塑性樹脂が好ましい。

［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５に示すように、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とから構成されている。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、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。

外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の周方向両面には、それぞれ軸方向一端側であって段差部２６ａ、２７ａよりも軸方向中央寄り、即ち、スロット２３に挿入された状態においてスロット２３の内部且つステータコア２１の一端側の端面２１ａ近傍となる位置（以下、凹部形成部２５ａと呼ぶ。）に、長手方向と直交する方向に延びる凹部２５ｂが形成されている。

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。

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は、図１４に示すように、凹部形成部２５ａのみが、外側樹脂部７０との隙間に充填された内側樹脂部７１によってスロット２３内に支持されている。言い換えると、スロット２３に挿入された状態においてスロット２３の内部且つ凹部形成部２５ａ以外の領域（以下、凹部非形成部２５ｃ）と外側樹脂部７０との間には空隙部７５が形成されている。

即ち、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７は、凹部形成部２５ａとスロット２３の内壁面２３ａとの間に内側樹脂部７１及び外側樹脂部７０が設けられることで絶縁され、且つ、内側樹脂部７１と凹部２５ｂとが係合することでスロット２３に固定される。内側樹脂部７１としては、例えば、熱可塑性樹脂が好ましい。

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は、凹部非形成部２５ｃとスロット２３の内壁面２３ａとの間に空隙部７５及び外側樹脂部７０が設けられていることで絶縁されている。したがって、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７は絶縁被膜を不要にできる。なお、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７として絶縁被膜付の導体を排除するものではない。

［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の組立について図１５に基づいて説明する。
先ず、図１５の（ａ）に示すようにステータコア２１を準備し（準備工程）、図１５の（ｂ）に示すようにステータコア２１の各スロット２３の中央に中子８０を配置する（中子配置工程）。中子８０は、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７よりも僅かに大きい外形寸法を有する矩形状の中子８１、８２が連結部８３で連結されており、径方向から見ていわゆるバーベル形状を有している。

続いて、図１５の（ｃ）に示すように中子８０とスロット２３の内壁面２３ａとの隙間に樹脂を充填することで外側樹脂部７０を形成する（外側樹脂部形成工程）。続いて、中子８０を取り出して、図１５の（ｄ）に示すようにスロット２３の内壁面２３ａ全体に形成された外側樹脂部７０に囲まれた部分に外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７を配置する（スロットコイル配置工程）。このとき、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の凹部形成部２５ａが下向きになるように外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７をスロット２３内に設置する。

最後に、図１５の（ｅ）に示すように樹脂充填型の下型（端面２１ａ側）から外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と外側樹脂部７０との隙間に樹脂を充填することで内側樹脂部７１を形成する（内側樹脂部形成工程）。内側樹脂部形成工程の樹脂充填は、所定の大きさの樹脂タブレットを押圧することで、樹脂充填型に形成された樹脂流路を流れる樹脂が外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と外側樹脂部７０との隙間に移動することで行われる。樹脂タブレットの量は、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の凹部形成部２５ａのみに樹脂が充填されるように設定されている。

このように凹部形成部２５ａとスロット２３の内壁面２３ａとの間に内側樹脂部７１及び外側樹脂部７０が設けられ、内側樹脂部７１と凹部２５ｂとが係合することで、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７はスロット２３に固定される。また、凹部非形成部２５ｃとスロット２３の内壁面２３ａとの間には、空隙部７５及び外側樹脂部７０が設けられる。

なお、スロット配置工程において、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の凹部形成部２５ａを上向きに配置し、内側樹脂部形成工程において、樹脂充填型の上側（端面２１ａ側）から外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７と外側樹脂部７０との隙間に樹脂を充填してもよいが、この場合、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の凹部非形成部２５ｃとスロット２３の内壁面２３ａとの間に樹脂が浸入しないように中子を配置する必要がある。

［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。なお、図６では、外側樹脂部７０が省略されている。

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（外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７）の凹部形成部２５ａとスロット２３の内壁面２３ａとの間にのみ樹脂を充填して内側樹脂部７１とし、スロットコイル２５の凹部非形成部２５ｃとスロット２３の内壁面２３ａとの間を空隙部７５とすることで、スロットコイル２５とスロット２３の内壁面２３ａとの間に全体に亘って樹脂を充填する場合に比べて、使用する樹脂量を削減できる。

また、スロットコイル２５には、スロット２３の内部であって軸方向の一部の外周に凹部２５ｂが設けられており、内側樹脂部７１と凹部２５ｂとが係合することで、スロットコイル２５をスロット２３内に強固に固定することができる。

また、スロット２３の内壁面２３ａには全体に亘って外側樹脂部７０が設けられ、スロットコイル２５の凹部非形成部２５ｃとスロット２３の内壁面２３ａとの間には空隙部７５及び外側樹脂部７０が設けられているので、使用する樹脂量を減らしながら、スロットコイル２５とスロット２３との絶縁性を確実に保つことができる。なお、外側樹脂部７０は必ずしも必要ではなく、この場合には、絶縁距離を確保するように空隙部７５を形成する必要がある。

また、スロットコイル２５に形成される凹部２５ｂは、スロット２３の内部であって、且つ、ステータコア２１の端面２１ａ近傍に位置しているので、内側樹脂部７１の樹脂量をより減らすことができる。

さらに、外側樹脂部形成工程では、スロットコイル２５の凹部形成部２５ａとスロット２３の内壁面２３ａとの間にのみ樹脂を充填し、スロットコイル２５の凹部非形成部２５ｃとスロット２３の内壁面２３ａとの間を空隙部７５とすることで、スロットコイル２５とスロット２３の内壁面２３ａとの間に全体に亘って樹脂を充填する場合に比べて、使用する樹脂量を削減できる。このように、スロットコイル２５をスロット２３に圧入しないので、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。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の回転電機のステータ１０について図１６及び図１７を参照しながら説明する。なお、第２実施形態の回転電機のステータ１０は、スロット２３に挿入されるスロットコイル２５の支持構成及びステータコア組立体の組立方法が異なるため、以下では相違点のみ詳細に説明する。

図１６に示すようにステータコア２１の各スロット２３の内壁面２３ａには、外側樹脂部７０が形成されておらず、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の外周には、両スロットコイル２６、２７に跨って軸方向略中央部にストッパ樹脂部７６がインサートモールドにより予め形成されている。ストッパ樹脂部７６としては、熱可塑性樹脂に限らず、任意の樹脂材料を使用できるが、後述の固定用樹脂部７７の樹脂材料よりも変形開始温度が高いことが好ましい。

外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７は、ストッパ樹脂部７６よりも軸方向一端側のみが、スロット２３の内壁面２３ａとの隙間に充填された固定用樹脂部７７によってスロット２３内に支持されている。言い換えると、スロット２３に挿入された状態においてスロット２３の内部且つストッパ樹脂部７６よりも軸方向他端側とスロット２３の内壁面２３ａとの間には空隙部７５が形成されている。

即ち、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７は、ストッパ樹脂部７６よりも軸方向一端側とスロット２３の内壁面２３ａとの間に固定用樹脂部７７が設けられることで絶縁されつつスロット２３に固定されている。固定用樹脂部７７としては、例えば、熱可塑性樹脂が好ましい。

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は、ストッパ樹脂部７６よりも軸方向他端側とスロット２３の内壁面２３ａとの間に空隙部７５が設けられていることで絶縁されている。

このように構成されるステータコア組立体２０の組立について図１７に基づいて説明する。
先ず、図１７の（ａ）に示すように外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７の軸方向の一部の外周にインサートモールドによりストッパ樹脂部７６を形成する（ストッパ樹脂部形成工程）。ストッパ樹脂部７６は、スロット２３のよりも僅かに小さい外形寸法を有し、スロット２３には挿入可能であるもの、スロット２３の内壁面２３ａとの隙間から樹脂が流出しない大きさに設定される。

続いて、図１７の（ｂ）に示すようにスロット２３にストッパ樹脂部７６で連結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を配置する（スロットコイル配置工程）。このとき、ストッパ樹脂部７６とスロット２３の内壁面２３ａとの間には、樹脂が流出しない程度の隙間が形成されるため、圧入せずとも外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７はスロット２３内で位置決めされる。

最後に、図１７の（ｃ）に示すように樹脂充填型の上型（端面２１ａ側）から外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７とスロット２３の内壁面２３ａとの間に樹脂を充填することで固定用樹脂部７７を形成する（固定用樹脂部形成工程）。

このようにストッパ樹脂部７６よりも軸方向一端側とスロット２３の内壁面２３ａとの間に固定用樹脂部７７が設けられることで、外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７はスロット２３に固定される。また、ストッパ樹脂部７６よりも軸方向他端側とスロット２３の内壁面２３ａとの間に空隙部７５が設けられる。

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（外径側スロットコイル２６及び内径側スロットコイル２７）には、スロット２３の内部であって軸方向の一部の外周にストッパ樹脂部７６が設けられており、ストッパ樹脂部７６よりも一端側にはスロットコイル２５とスロット２３の内壁面２３ａとの間に固定用樹脂部７７が設けられており、ストッパ樹脂部７６よりも他端側には、スロットコイル２５とスロット２３の内壁面２３ａとの間に空隙部７５が設けられているので、スロットコイル２５とスロット２３の内壁面２３ａとの間に全体に亘って樹脂を充填する場合に比べて、使用する樹脂量を削減できる。

また、スロットコイル２５に設けられたストッパ樹脂部７６によりスロットコイル２５をスロット２３内に精度よく配置することができる。なお、ストッパ樹脂部７６よりも一端側には第１実施形態のように凹部２５ｂが形成されていてもよい。これにより、第１実施形態と同様に固定用樹脂部７７と凹部２５ｂとが係合することで、スロットコイル２５をスロット２３内に強固に固定することができる。

また、ストッパ樹脂部７６の変形開始温度が固定用樹脂部７７の変形開始温度よりも高くなるように適切に樹脂材料を選択することで、固定用樹脂部７７を成形するための樹脂によってストッパ樹脂部７６に影響を及ぼすことを回避できる。

なお、ストッパ樹脂部７６はスロット２３の内部であって、且つ、ステータコア２１の中央よりも一端側に位置していることが好ましい。これにより、固定用樹脂部７７の樹脂量をより減らすことができる。

また、固定用樹脂部形成工程では、スロットコイル２５のストッパ樹脂部７６よりも一端側にのみ樹脂を充填し、ストッパ樹脂部７６よりも他端側を空隙部７５とすることで、スロットコイル２５とスロット２３の内壁面２３ａとの間に全体に亘って樹脂を充填する場合に比べて、使用する樹脂量を削減できる。さらに、スロットコイル２５をステータコア２１に配置した後の樹脂充填工程が一度で済むため、製造時間を短縮できる。

さらに、スロットコイル２５をスロット２３に圧入しないので、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。また、スロットコイル２５をスロット２３に固定する力が乏しい場合、ストッパ樹脂部７６の軸方向位置を深めに調整することにより、固定する力を上げることが可能である。

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、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。
また、係合部として凹部２５ｂを例示したがこれに限らず、凸部等であってもよい。

１０ 回転電機のステータ
２１ ステータコア
２１ａ 端面（ステータコアの一端側の表面）
２３ スロット
２３ａ 内壁面
２５ スロットコイル
２５ａ 凹部形成部（スロットコイルの一部、スロットコイルの一端側部）
２５ｂ 凹部（係合部）
２５ｃ 凹部非形成部（スロットコイルの他部、スロットコイルの他端側部）
５０ コイル
７０ 外側樹脂部（第２樹脂部）
７１ 内側樹脂部（第１樹脂部）
７５ 空隙部
７６ ストッパ樹脂部（第１樹脂部）
７７ 固定用樹脂部（第２樹脂部）
８０ 中子

Claims (1)

1. 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であって、
   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を有し、
   前記スロットコイルには、前記スロットの内部であって軸方向の一部の外周に係合部が設けられており、
   前記スロットコイルの前記一部と前記スロットの内壁面との間には、第１樹脂部が設けられ、
   前記スロットの前記内壁面には、全体に亘って第２樹脂部が設けられ、
   前記スロットコイルの前記一部と前記スロットの前記内壁面との間には、前記第１樹脂部及び前記第２樹脂部が設けられ、且つ、前記第１樹脂部と前記係合部とが係合し、
   前記係合部は、前記スロットの内部であって、且つ、前記ステータコアの一端側の表面近傍に位置しており、
   前記スロットコイルの他部と前記スロットの前記内壁面との間には、空隙部及び前記第２樹脂部が設けられている、回転電機のステータ。

Images