JP7100130B2 - 回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子、それを用いた回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法に関する。

回転電機においては、固定子コイルに交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子が回転する。また、回転電機においては、回転子に加わる機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、固定子コイルから交流電力が出力される。このように、回転電機は、電動機または発電機として作動する。

このような回転電機の固定子において、セグメントコイルの端末を溶接して接続する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１－１５１９７５号公報

回転電機を自動車などの狭く限られた空間に取り付けるためには、小型化が要求される。これに対し、固定子におけるコイルエンドの上部と、ミッション部などの取付け部との間の隙間を確保するため、セグメント部における溶接部や非溶接部においてコイルエンド高さを下げることが望ましい。しかし、従来技術による回転電機の固定子では、小型化を図ると、固定子の冷却が難しくなるという問題がある。

そこで、本発明は、小型化を図りながらも冷却性が向上できる回転電機の固定子、回転電機、並びに回転電機の固定子の製造方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による回転電機の固定子は、固定子コイルと、固定子コイルが装着されるスロットを有する固定子鉄心と、を備え、固定子コイルのコイルエンドは、固定子鉄心の中心軸の周りで楕円状であり、固定子コイルは、複数のセグメント導体が接続されて構成され、複数のセグメント導体の複数の接続部は、固定子コイルのコイルエンドにおいて、固定子鉄心の中心軸の周りに楕円状に配置される。

上記課題を解決するために、本発明による回転電機は、固定子と、固定子に対向する回転子と、を備えるものであって、固定子は、上記本発明による回転電機の固定子である。

上記課題を解決するために、本発明による回転電機の固定子の製造方法は、固定子鉄心のスロットに挿通され、固定子コイルを構成する複数のセグメント導体を、コイルエンド部において、電気溶接によって接続する溶接工程を含み、溶接工程においては、コイルエンド部を複数の領域に分け、各領域で溶接電極の位置を異ならしめる。

本発明によれば、回転電機の固定子の冷却性が向上する。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態である回転電機の断面図である。 固定子２０の全体斜視図である。 固定子鉄心１３２の全体斜視図である。 図１の回転電機における回転子および固定子鉄心の断面を示す。 固定子コイル６０を示す全体斜視図である。 固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。 固定子コイル６０を構成するセグメント導体を説明する図である。 図５に示した固定子コイル６０のＵ相コイル６０Ｕを示す斜視図である。 Ｕ１相コイル６０Ｕ１を示す斜視図である。 Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。 セグメント導体２８の端部２８Ｅ１～２８Ｅ４の付近を示す。 溶接側コイルエンドの溶接工程の一例のフローを示す。 図１２に示す溶接工程を経た固定子の溶接側コイルエンド６２を軸方向に沿って見た場合の正面図である。 楕円状の溶接側コイルエンド６２の短径部と長径部における固定子の部分断面図である。 溶接側コイルエンドの溶接工程の一例のフローを示す。 図１５に示す溶接工程を経た固定子の溶接側コイルエンド６２を軸方向に沿って見た場合の正面図である。 一実施形態であるハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。

各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。なお、一図面において説明されない符号の構成要件については、適宜、他の図面において説明される。

まず、本発明の一実施形態である回転電機が搭載される自動車について説明する。

図１７は、本発明の一実施形態である回転電機が搭載されるハイブリッド型電気自動車（ＨＥＶ）の概略構成を示す。なお、本発明の一実施形態である回転電機は、ＨＥＶのほか、エンジンを備えず回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）にも適用できる。

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。

図１７に示すＨＥＶは、前輪側の主動力源として、エンジンＥＮＧと回転電機１０を有する。エンジンＥＮＧと回転電機１０の発生する動力は、変速機ＴＲを介して、前輪側駆動輪ＦＷに伝えられる。また、後輪の駆動においては、後輪側の主動力源は回転電機１０である。後輪側に配置される回転電機１０と後輪側駆動輪ＲＷとが機械的に接続されることにより、回転電機１０の動力が後輪側駆動輪ＲＷに伝達される。前輪側の動力源である回転電機１０は、エンジンＥＮＧと変速機ＴＲの間の狭い空間に配置される。

回転電機１０は、エンジンＥＮＧを始動する。また、回転電機１０は、車両の走行状態に応じて駆動力（トルク）を発生するとともに、車両減速時に、運動エネルギーを電気エネルギーとして回収するため電力を発生する。回転電機１０の駆動動作および発電動作は、車両の運転状況に応じて、トルクや回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶによって制御される。回転電機１０の駆動電力は、電力変換装置ＩＮＶを介して、バッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１０が発生する電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに蓄電される。

回転電機１０は、埋込永久磁石同期モータである。回転電機１０は、固定子コイルに三相交流電流が供給されることで回転子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ＥＮＧによって駆動されると、発電機として作動して三相交流電力を出力する。すなわち、回転電機１０は、電気エネルギーによって回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーによって電力を出力する発電機としての機能の両方を有する。そして、車両の走行状態に応じて、両機能のいずれかが選択的に利用される。

次に、本発明の一実施形態である回転電機について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である回転電機の断面図である。

図１に示すように、回転電機１０は、液冷ジャケット１３０の内部に配設されている。液冷ジャケット１３０は、エンジンＥＮＧのケースや変速機ＴＲのケースによって構成される。回転電機１０は、固定子２０と、固定子２０を保持するハウジング５０と、回転子１１と、を備えている。

固定子２０においては、固定子鉄心１３２に固定子コイルが券装される。固定子コイルのコイルエンド部（後述する、非溶接側コイルエンド６１、溶接側コイルエンド６２）は、回転軸方向に固定子鉄心１３２から突出している。回転子１１においては、回転子鉄心１２内に永久磁石１８が埋め込まれる。回転子鉄心１２の中心には、回転軸となるシャフト１３が固定される。また、回転子鉄心１２の軸方向端面には、永久磁石１８の押え板となるエンドリング１９が設けられる。なお、回転子鉄心１２においては、電磁鋼板（珪素鋼板）の薄板が複数枚積層されている。

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の外周壁との間の空隙によって、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３，１５４，１５５が構成される。

なお、本実施形態のように直接液体冷却方式の場合には、冷媒貯蔵空間１５０に溜まった冷媒ＲＦが、冷媒通路１５３を通り、さらに冷媒通路１５４や冷媒通路１５５を介して固定子２０のコイルエンド６１，６２へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。ここで、冷媒ＲＦとしては、例えば、冷却用の油が適用される。

回転子鉄心１２が固定されるシャフト１３は、液冷ジャケット１３０に設けられる軸受１４４および軸受１４５により回転可能に支持され、固定子２０内に、固定子２０と所定の空隙を介して位置し、固定子２０に対向した位置で回転する。すなわち、液冷ジャケット１３０は、軸受ブラケットとしても機能している。

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、または鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造、またはプレス加工によって、円筒状に成形され、回転電機１０の外被を構成する。ハウジング５０は、枠体あるいはフレームとしても機能する。

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成形することにより製造される。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（図示せず）が設けられている。複数のフランジは、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、フランジは、絞り加工時に形成されるハウジング５０の端部において、フランジ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。なお、ハウジング５０を設けずに、固定子２０を、ケースとなる液冷ジャケット１３０に直接固定するようにしてもよい。

図２は、固定子２０の全体斜視図である。

図２に示すように、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においては、電磁鋼板（珪素鋼板）の薄板が複数枚積層されている。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が発生する熱は、固定子鉄心１３２を介して、液冷ジャケット１３０（図１）に伝わり、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦ（図１）により放出される。

図３は、固定子鉄心１３２の全体斜視図である。

図３に示すように、固定子鉄心１３２には、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設けられている。スロット４２０の数は、例えば本実施形態では７２個であり、スロット４２０に固定子コイル６０（図２）が収容される。各スロット４２０は、固定子鉄心１３２の内周側で開口する。スロット４２０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。

固定子鉄心１３２は、スロット４２０間に、ティース４３０を有する。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。すなわち、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、一体型コアである。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に導く。これにより、回転子１１に回転トルクが発生する。

固定子鉄心１３２は、厚さ０．０５～１．０ｍｍ程度の電磁鋼板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を複数枚積層して構成される。溶接部２００は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）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。なお、溶接部２００に代えて、カシメなどを適用してもよい。

図４は、図１の回転電機１０における回転子１１および固定子鉄心１３２の断面を示す。本断面は、軸方向に直角な方向における断面である。なお、本図４では、シャフト１３（図１）の図示は省略している。

図４に示すように、回転子鉄心１２には、矩形形状の永久磁石１８が挿入される磁石挿入孔８１０が周方向で等間隔に配置されている。各磁石挿入孔８１０には、永久磁石１８が、接着剤、粉体樹脂、モールドなどの手段で固定されている。磁石挿入孔８１０の周方向の幅は、永久磁石１８の周方向の幅よりも大きく設定されている。このため、永久磁石１８の幅方向両端と回転子鉄心１２との間には磁気的空隙１５６が位置する。この磁気的空隙１５６には接着剤を埋め込んでもよい。また、磁気的空隙１５６内に成形樹脂を充填することによって、磁気的空隙１５６内に樹脂を埋め込むと共に永久磁石１８を各磁石挿入孔８１０内に固定しても良い。

永久磁石１８は、回転子１１の界磁極を構成する。本実施形態では、一つの永久磁石１８で１つの磁極を形成する構成としているが、各磁極を構成する永久磁石１８を複数個に増やしてもよい。永久磁石１８を増やすことで、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。

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、ある磁極を構成するための永久磁石１８の固定子側磁極面がＮ極、回転軸側の磁極面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を構成する永久磁石１８の固定子側磁極面はＳ極、回転軸側の磁極面はＮ極となるように磁化されている。これらの永久磁石１８が、周方向に、磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて、配置されている。本実施形態では、各永久磁石１８は、周方向に等間隔に１２個配置されており、回転子１１は１２極の磁極を有する。

ここで、永久磁石１８としては、ネオジム系、サマリウム系の焼結磁石、フェライト磁石、ネオジム系のボンド磁石などを用いることができる。本実施形態では、回転子１１は、永久磁石１８間に補助磁極１６０を有する。補助磁極１６０は、固定子コイル６０が発生するｑ軸磁束の磁気抵抗を低減するように作用する。この補助磁極１６０により、ｑ軸磁束の磁気抵抗がｄ軸磁束の磁気抵抗に比べて大幅に小さくなるため、リラクタンストルクを増大できる。

次に、固定子コイルの構成について、図５～７を用いて説明する。

図５は、固定子コイル６０を示す全体斜視図である。図６は、固定子コイル６０の接続状態を示す概念図である。図７は、固定子コイル６０を構成するセグメント導体２８を説明する図である。

図５に示すように、固定子コイル６０は、図７に示すセグメント導体２８の集合体であり、複数のセグメント導体２８が互いに接続されて構成される、図６に示すような三相コイル（Ｕ相コイル６０Ｕ、Ｖ相コイル６０Ｖ、Ｗ相コイル６０Ｗ）である。

本実施形態における固定子コイル６０は、図６に示すように、２つのスター結線が並列接続される２スター構成である。すなわち、固定子コイル６０は、Ｕ１相コイル６０Ｕ１とＶ１相コイル６０Ｖ１とＷ１相コイル６０Ｗ１からなる第１スター結線と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２とＶ２相コイル６０Ｖ２とＷ２相コイル６０Ｗ２からなる第２スター結線を備えている。第１スター結線の中性点Ｎ１と第２スター結線の中性点Ｎ２は互いに分離されている。

本実施形態の固定子コイル６０を構成する導体線材として、長方形断面の平角線が適用される。スロット４２０内において、長方形断面の長辺は、固定子鉄心１３２の周方向に沿って延び、短辺は固定子鉄心１３２の径方向に沿って延びる。平角線の外周表面は絶縁被膜で覆われている。平角線の導体材料として、無酸素銅や有酸素銅が用いられる。有酸素銅の場合、酸素含有率は、概略１０ｐｐｍ以上から１０００ｐｐｍ程度である。

なお、固定子コイル６０を構成する導体線材の断面形状は、長方形状に限らず、正方形状や丸形状でもよい。なお、長方形状や正方形状にすると、スロット４２０（図３）におけるコイルの占積率を大きくできるので、回転電機の効率が向上できる。なお、長方形状において、固定子鉄心１３２の径方向に沿う辺が、周方向に沿う辺よりも、長くてもよいし、短くてもよい。

図７においては、固定子鉄心１３２に装着する前のセグメント導体２８（上図）と、固定子鉄心１３２に装着した後のセグメント導体２８（下図）とが示される。固定子鉄心１３２に装着する前のセグメント導体２８は、折り曲げられた平角線からなり、平行な一対の脚部２８Ｂと、脚部２８Ｂどうしを連結する頭頂部２８Ｃとを有する略Ｕ字形状を備えている。

図７（下図）に示すように、各相コイルにおいては、複数のセグメント導体２８が接続される。本実施形態においては、セグメント導体２８の一対の脚部２８Ｂの一方および他方が、固定子鉄心１３２の軸方向の一方側から、それぞれ、互いに異なる二つのスロット４２０の一方および他方に挿入される。さらに、隣接する二つのセグメント導体２８において固定子鉄心１３２の軸方向の他方側に突出する脚部２８Ｂを、接続すべきセグメント導体２８の方向に折り曲げて、隣接する二つのセグメント導体２８において向かい合う二つの脚部２８Ｂ１および２８Ｂ２の端部２８Ｅ１および２８Ｅ２が溶接される。

固定子鉄心１３２の一方の側に突出する頭頂部２８Ｃの集合は、図５に示される固定子コイル６０の一方の側のコイルエンド６１を構成する。また、固定子鉄心１３２の他方の側に突出する端部２８Ｅの集合は、図５に示される固定子コイル６０の他方の側のコイルエンド６２を構成する。なお、以下の説明では、コイルエンド６１を「非溶接側コイルエンド６１」と記し、コイルエンド６２を「溶接側コイルエンド６２」と記す。

図５および図６に示すように、非溶接側コイルエンド６１の側には、Ｕ１相コイル６０Ｕ１の一端に接続される口出し線４１Ｕ１と、Ｕ２相コイル６０Ｕ２の一端に接続される口出し線４１Ｕ２とが引き出される。口出し線４１Ｕ１と口出し線４１Ｕ２とは、共に交流端子４２Ｕに接続される。また、Ｖ１相コイル６０Ｖ１の一端に接続される口出し線４１Ｖ１と、Ｖ２相コイル６０Ｖ２の一端に接続される口出し線４１Ｖ２とが引き出される。口出し線４１Ｖ１と口出し線４１Ｖ２とは、共に交流端子４２Ｖに接続される。また、Ｗ１相コイル６０Ｗ１の一端に接続される口出し線４１Ｗ１と、Ｗ２相コイル６０Ｗ２の一端に接続される口出し線４１Ｗ２とが引き出される。口出し線４１Ｗ１と口出し線４１Ｗ２とは、共に交流端子４２Ｗに接続される。

さらに、非溶接側コイルエンド６１の側には、中性点結線用導体４０Ｎ１および中性点結線用導体４０Ｎ２が配置される。中性点結線用導体４０Ｎ１は、第１スター結線の中性点Ｎ１（図６）に接続され、中性点結線用導体４０Ｎ２は第２スター結線の中性点Ｎ２に接続される。

図５に示すように、本実施形態の固定子コイル６０は、分布巻によって、固定子鉄心１３２に巻装されている。分布巻とは、複数のスロット４２０（図３）を跨いで離間する二つのスロット４２０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心１３２に巻装される。分布巻の固定子コイルによる磁束分布（空間分布）は、集中巻きの固定子コイル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。そのため、本実施形態の回転電機１０は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを用いるための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適用可能である。従って、本実施形態の回転電機１０によれば、電気自動車などに好適なモータ特性を得ることができる。

図８は、図５に示した固定子コイル６０の一相分であるＵ相コイル６０Ｕを示す斜視図である。

図８に示すように、Ｕ相コイル６０Ｕは、二つの相コイルすなわちＵ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２（図６参照）からなり、Ｕ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２の各一端が共通に接続される交流端子４２Ｕを備える。

図示されないが、Ｖ相コイル６０ＶおよびＷ相コイル６０Ｗは、固定子鉄心において巻装される位置はＵ相コイル６０Ｕとは異なるが、図８に示すＵ相コイル６０Ｕと同様の構成を有する。

図９は、Ｕ相コイル６０Ｕを構成するＵ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２（図６参照）の内、Ｕ１相コイル６０Ｕ１を示す斜視図である。

図９に示すように、Ｕ１相コイル６０Ｕ１は分布巻かつ波巻によって巻かれる。口出し線４１Ｕ１および中性点結線用導体４０Ｎ１は、それぞれＵ１相コイル６０Ｕ１の一端および他端に接続される。口出し線４１Ｕ１は交流端子４２Ｕに接続される。中性点結線用導体４０Ｎ１は、図示されないＶ１相コイル６０Ｖ１およびＷ１相コイル６０Ｗ１（図６参照）の各中性点結線用導体と電気的に接続され、第１スター結線の中性点を構成する。なお、Ｖ１相コイル６０Ｖ１およびＷ１相コイル６０Ｗ１は、固定子鉄心において巻装される位置はＵ１相コイル６０Ｕ１とは異なるが、図９に示すＵ１相コイル６０Ｕ１と同様の構成を有する。

図１０は、Ｕ相コイル６０Ｕを構成するＵ１相コイル６０Ｕ１およびＵ２相コイル６０Ｕ２（図６参照）の内、Ｕ２相コイル６０Ｕ２を示す斜視図である。

図１０に示すように、Ｕ２相コイル６０Ｕ２は分布巻かつ波巻によって巻かれる。口出し線４１Ｕ２および中性点結線用導体４０Ｎ２は、それぞれＵ２相コイル６０Ｕ２の一端および他端に接続される。口出し線４１Ｕ２は交流端子４２Ｕに接続される。中性点結線用導体４０Ｎ２は、図示されないＶ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２（図６参照）の各中性点結線用導体と電気的に接続され、第２スター結線の中性点を構成する。なお、Ｖ２相コイル６０Ｖ２およびＷ２相コイル６０Ｗ２は、固定子鉄心において巻装される位置はＵ２相コイル６０Ｕ２とは異なるが、図１０に示すＵ２相コイル６０Ｕ２と同様の構成を有する。

ここで、本実施形態における固定子２０の製造方法について説明する。

図７に示したように、セグメント導体２８を固定子鉄心１３２のスロット内に挿入された後、スロット４２０から引き出されたセグメント導体２８の脚部２８Ｂ１，２８Ｂ２が、接続相手となるセグメント導体２８の方向に曲げ加工される。例えば、図７において、スロット４２０から突出する脚部２８Ｂ１および２８Ｂ２は、それぞれ周方向左側および右側に曲げられる。そして、脚部２８Ｂ１の端部２８Ｅ１と、脚部２８Ｂ２の端部２８Ｅ２は径方向に隣接するように配置される。

図１１は、溶接側コイルエンド６２における、曲げ加工後かつ溶接前におけるセグメント導体２８の複数の端部２８Ｅ１～２８Ｅ４の付近を示す。

図１１に示すように、スロット４２０内には径方向に４列のセグメント導体２８が挿通される。スロット４２０内に挿通される脚部２８Ｂ１～２８Ｂ４には、スロットライナー３１０が配設される。セグメント導体２８を構成する導体線材において、スロット４２０内から突出している脚部２８Ｂ１～２８Ｂ４におけるスロット４２０の開口部に隣接する部分と、スロット４２０内に位置する部分とが、絶縁紙などの薄体状の絶縁体からなるスロットライナー３１０によって被覆される。すなわち、スロットライナー３１０は、スロット４２０内に位置するとともに、スロットライナー３１０の一部がスロット４２０の開口部からスロット４２０外へ突出する。従って、図７に示すセグメント導体２８において、折り曲げ部を除く直線状部分が、スロットライナー３１０で被覆される。なお、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４は、溶接による電気的接続のために、絶縁被膜が除去されていて導体表面が露出している。

スロットライナー３１０を設けることにより、セグメント導体２８の相互間およびセグメント導体２８とスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧が向上する。なお、径方向において互いに隣接するセグメント導体間には、層間絶縁用の絶縁紙３００が配設される。

端部２８Ｅ１～２８Ｅ４の先端の高さを揃えたり、コイルエンド高さを抑えたりするために、端部２８Ｅ１ないし端部２８Ｅ４の切断加工を行う。コイルエンドの高さが揃っていれば切断加工は省略しても良い。

端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２が電気溶接により接続される。また、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４が電気溶接により接続される。このため、端部２８Ｅ１および端部２８Ｅ２には、母材（導体線材の導体部）が溶けて固まった溶接部が形成される。また、端部２８Ｅ３および端部２８Ｅ４にも、同様の溶接部が形成される。溶接手段としては、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接などのアーク溶接や、プラズマ溶接などが適用される。シールドガスとしては、アルゴン、ヘリウム、アルゴンとヘリウムの混合ガスなどが適用される。

図１２は溶接側コイルエンドの溶接工程の一例のフローを示す。以下、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２の溶接工程について説明するが、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４の溶接工程も同様である。

一つの固定子において、互いに接続する端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２の組が７２個ある場合、すなわち端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２との溶接個所（Ｓ１～Ｓ７２：図１３参照）が７２箇所ある場合、図１２に示すように、７２箇所の溶接個所Ｓ１～Ｓ７２が、１２個所ずつ、すなわち、Ｓ１～Ｓ１２，Ｓ１３～Ｓ２４，Ｓ２５～Ｓ３６，Ｓ３７～Ｓ４８，Ｓ４９～Ｓ６０，Ｓ６１～Ｓ７２に、６分割される。すなわち、溶接側コイルエンド６２を偶数個、本実施形態では６個の部分領域に分けて、溶接が施される。なお、溶接個所Ｓ１～Ｓ７２は、溶接側コイルエンド６２において、軸方向に沿って溶接側コイルエンド６２を見る場合、この順（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ７２の順）で、固定子鉄心の中心軸Ｃ（図１３参照）の周りに環状に配置される。従って、６分割される溶接個所の内、「Ｓ１～Ｓ１２」と「Ｓ３７～Ｓ４８」は、固定子鉄心の中心を対称点として、対称に配置される。同様に、「Ｓ１３～Ｓ２４」と「Ｓ４９～Ｓ６０」は対称に配置され、「Ｓ２５～Ｓ３６」と「Ｓ６１～Ｓ７２」は対称に配置される。このように、対称配置される部分領域を一つの領域とし、以下説明するように、各領域に溶接が施される。

本実施形態における溶接工程においては、三台の溶接機（６０１～６０３）が用いられる。各溶接機は、固定子がセットされている場合、固定子鉄心の中心を対称点として、対称配置される二つの溶接電極（図１２中の電極１，２）を備える。

図１２に示すように、まず、溶接機６０１によって、溶接側コイルエンド６２において対称配置される「Ｓ１～Ｓ１２」および「Ｓ３７～Ｓ４８」が溶接される。「Ｓ１～Ｓ１２」および「Ｓ３７～Ｓ４８」は、それぞれ、溶接機６０１における電極１および電極２によって溶接される。上述のように、電極１および電極２は対称に配置されるので、電極１，２を同時に操作して、対称配置される「Ｓ１～Ｓ１２」および「Ｓ３７～Ｓ４８」を精度よく効率的に溶接できる。

次に、溶接機６０２によって、溶接側コイルエンド６２において対称配置される「Ｓ１３～Ｓ２４」および「Ｓ４９～Ｓ６０」が溶接される。「Ｓ１３～Ｓ２４」および「Ｓ４９～Ｓ６０」は、それぞれ、溶接機６０２における電極１および電極２によって溶接される。溶接機６０１と同様に、電極１，２を同時に操作して、対称配置される「Ｓ１３～Ｓ２４」および「Ｓ４９～Ｓ６０」を精度よく効率的に溶接できる。なお、溶接機６０２の電極１，２の位置は、溶接機６０１の電極１，２の位置から、固定子鉄心の径方向で内側に向ってシフトさせる。

次に、溶接機６０３によって、溶接側コイルエンド６２において対称配置される「Ｓ２５～Ｓ３６」および「Ｓ６１～Ｓ７２」が溶接される。「Ｓ２５～Ｓ３６」および「Ｓ６１～Ｓ７２」は、それぞれ、溶接機６０３における電極１および電極２によって溶接される。溶接機６０１，６０２と同様に、電極１，２を同時に操作して、対称配置される「Ｓ２５～Ｓ３６」および「Ｓ６１～Ｓ７２」を精度よく効率的に溶接できる。なお、溶接機６０３の電極１，２の位置は、溶接機６０２の電極１，２の位置から、固定子鉄心の径方向で内側に向ってシフトさせる。

図１３は、図１２に示す溶接工程を経た固定子の溶接側コイルエンド６２を軸方向に沿って見た場合の正面図である。

上述の溶接工程によれば、溶接機ごとに電極の位置を異ならしめるため、溶接にともなうセグメント導体の接続部の変形の度合いが溶接機ごとに異なる。これにより、図１３に示すように、溶接側コイルエンド６２において７２個のセグメント導体間接続部は、固定鉄心の中心軸Ｃの周りに環状かつ楕円状に配置される。すなわち、溶接側コイルエンド６２は楕円状である。これにより、溶接側コイルエンド６２において、油などの液状の冷媒ＲＦ（図１）に接触する面積が拡がるので、固定子の冷却効率が向上する。

図１４は、楕円状の溶接側コイルエンド６２の短径部と長径部における固定子の部分断面図である。

図１４に示すように、溶接側コイルエンド６２の径方向における、固定子鉄心の中心軸Ｃ側の縁部と、固定子鉄心１３２の径方向における、中心軸Ｃ側の縁部すなわち内壁Ａとの距離Ｌ１，Ｌ３は、短径部における距離Ｌ１が長径部における距離Ｌ３よりも小さい。このため、溶接側コイルエンド６２の径方向における外周側の縁部と、固定子鉄心１３２の径方向における外周側の縁部との距離Ｌ２，Ｌ４は、短径部における距離Ｌ２が長径部における距離Ｌ４よりも大きい。

本実施形態では、楕円状の溶接側コイルエンド６２の短径が、冷媒貯蔵空間１５０（図１）に対向する。これにより、図１４に示したようにＬ２＞Ｌ４であるため、短径部の側方が、長径の方向に沿って、溶接側コイルエンド６２に向かって流出する冷媒ＲＦの通路となる。これにより、溶接側コイルエンド６２が効率的に冷却できる。

ここで、隣接するセグメント導体間の溶接部８００（図１３）には、固定子コイルの通電および非通電に伴う温度の上昇および低下によって応力が働く。上述のように、楕円状の溶接側コイルエンド６２によって、溶接側コイルエンド６２が効率的に冷却されることにより、溶接部８００に働く応力が緩和される。従って、固定子コイル６０の信頼性や寿命が向上する。

図１５は、溶接側コイルエンドの溶接工程の一例のフローを示す。以下、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２の溶接工程について説明するが、端部２８Ｅ３と端部２８Ｅ４の溶接工程も同様である。

本例では、端部２８Ｅ１と端部２８Ｅ２との溶接個所（Ｓ１～Ｓ４８：図１６参照）が４８箇所あり、図１５に示すように、４８箇所の溶接個所Ｓ１～Ｓ４８が、８個所ずつ、すなわち、Ｓ１～Ｓ８，Ｓ９～Ｓ１６，Ｓ１７～Ｓ２４，Ｓ２５～Ｓ３２，Ｓ３３～Ｓ４０，Ｓ４１～Ｓ４８に、６分割される。なお、溶接個所Ｓ１～Ｓ４８は、溶接側コイルエンド６２において、軸方向に沿って溶接側コイルエンド６２を見る場合、この順（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓ４８の順）で、回転中心を中心とする環状に配置される。従って、６分割される溶接個所の内、「Ｓ１～Ｓ８」と「Ｓ２５～Ｓ３２」は、固定子鉄心の中心を対称点として、対称に配置される。同様に、「Ｓ９～Ｓ１６」と「Ｓ３３～Ｓ４０」は対称に配置され、「Ｓ１７～Ｓ２４」と「Ｓ４１～Ｓ４８」は対称に配置される。

本実施形態における溶接工程においては、三台の溶接機（６０１～６０３）が用いられる。各溶接機は、固定子がセットされている場合、固定子鉄心の中心を対称点として、対称配置される二つの電極１，２を備える。

図１５に示すように、まず、溶接機６０１によって、溶接側コイルエンド６２において対称配置される「Ｓ１～Ｓ８」および「Ｓ２５～Ｓ３２」が溶接される。「Ｓ１～Ｓ８」および「Ｓ２５～Ｓ３２」は、それぞれ、溶接機６０１における電極１および電極２によって溶接される。上述のように、電極１および電極２は対称に配置されるので、電極１，２を同時に操作して、対称配置される「Ｓ１～Ｓ８」および「Ｓ２５～Ｓ３２」を精度よく効率的に溶接できる。

次に、溶接機６０２によって、溶接側コイルエンド６２において対称配置される「Ｓ９～Ｓ１６」および「Ｓ３３～Ｓ４０」が溶接される。「Ｓ９～Ｓ１６」および「Ｓ３３～Ｓ４０」は、それぞれ、溶接機６０２における電極１および電極２によって溶接される。溶接機６０１と同様に、電極１，２を同時に操作して、対称配置される「Ｓ９～Ｓ１６」および「Ｓ３３～Ｓ４０」を精度よく効率的に溶接できる。なお、溶接機６０２の電極１，２の位置は、溶接機６０１の電極１，２の位置から、固定子鉄心の径方向で内側に向ってシフトさせる。

次に、溶接機６０３によって、溶接側コイルエンド６２において対称配置される「Ｓ１７～Ｓ２４」および「Ｓ４１～Ｓ４８」が溶接される。「Ｓ１７～Ｓ２４」および「Ｓ４１～Ｓ４８」は、それぞれ、溶接機６０３における電極１および電極２によって溶接される。溶接機６０１，６０２と同様に、電極１，２を同時に操作して、対称配置される「Ｓ１７～Ｓ２４」および「Ｓ４１～Ｓ４８」を精度よく効率的に溶接できる。なお、溶接機６０３の電極１，２の位置は、溶接機６０２の電極１，２の位置から、固定子鉄心の径方向で内側に向ってシフトさせる。

図１６は、図１５に示す溶接工程を経た固定子の溶接側コイルエンド６２を軸方向に沿って見た場合の正面図である。

図１５に示す溶接工程によれば、溶接機ごとに電極の位置を異ならしめるため、溶接にともなうセグメント導体の接続部の変形の度合いが溶接機ごとに異なる。これにより、図１６に示すように、溶接側コイルエンド６２において４８個のセグメント導体間接続部は環状かつ楕円状に配置される。すなわち、溶接側コイルエンド６２は楕円状である。これにより、溶接側コイルエンド６２において、油などの液状の冷媒ＲＦ（図１）に接触する面積が拡がるので、固定子の冷却効率が向上する。

図１４は、楕円状の溶接側コイルエンド６２の短径部と長径部における固定子の部分断面図である。

図１４に示すように、溶接側コイルエンド６２の径方向における固定子鉄心１３２の中心軸Ｃ側の縁部と、固定子鉄心１３２の径方向における中心軸Ｃ側の縁部すなわち内壁Ａとの距離Ｌ１，Ｌ３は、短径部における距離Ｌ１が長径部における距離Ｌ３よりも小さい。このため、溶接側コイルエンド６２の径方向における外周側の縁部と、固定子鉄心１３２の径方向における外周側の縁部との距離Ｌ２，Ｌ４は、短径部における距離Ｌ２が長径部における距離Ｌ４よりも大きい。

図１６に示す固定子を備える場合でも、本実施形態では、楕円状の溶接側コイルエンド６２の短径の長手方向が、冷媒貯蔵空間１５０（図１）に平行に位置する。これにより、短径部の側方が、長径部の方から流れてくる冷媒ＲＦの通路となるので、溶接側コイルエンド６２が効率的に冷却できる。また、溶接側コイルエンド６２が効率的に冷却されることにより、溶接部８００に働く熱応力が緩和される。従って、固定子コイル６０の信頼性や寿命が向上する。

上述の実施形態によれば、小型化を図りながらも、楕円状の溶接側コイルエンドにより、固定子の冷却性が向上する。このため、固定子および回転電機の信頼性や寿命が向上する。 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、冷却性が優れた回転電機の固定子を提供することができる。

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、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態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、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、隣接するセグメント導体を溶接した後、溶接側コイルエンドを機械的に楕円状に成形しても良い。隣接するセグメント導体は、半田やろう材によって接続されても良い。

また、溶接工程においては、コイルエンド部を６個以上の偶数個の部分領域に分け、対称に配置される二つの部分領域を一つの領域とし、各領域で溶接電極の位置を異ならしめても良い。なお、本発明者の検討によれば、より少ない台数の溶接機で効率的に溶接して楕円形状のコイルを形成するためには、上記実施形態（６個の部分領域、３台の溶接機）が好適である。

１０…回転電機、１１…回転子、１２…回転子鉄心、１３…シャフト、１８…永久磁石、１９…エンドリング、２０…固定子、２８…セグメント導体、２８Ｂ，２８Ｂ１，２８Ｂ２…脚部、２８Ｃ…頭頂部、２８Ｅ…端部、２８Ｅ１，２８Ｅ２，２８Ｅ３，２８Ｅ４…端部、２８Ｒ…折り曲げ部、４０Ｎ１…中性点結線用導体、４０Ｎ２…中性点結線用導体、４１Ｕ１…口出し線、４１Ｕ２…口出し線、４１Ｖ１…口出し線、４１Ｖ２…口出し線、４１Ｗ１…口出し線、４１Ｗ２…口出し線、４２Ｕ…交流端子、４２Ｖ…交流端子、４２Ｗ…交流端子、５０…ハウジング、６０…固定子コイル、６０Ｕ…Ｕ相コイル、６０Ｕ１…Ｕ１相コイル、６０Ｕ２…Ｕ２相コイル、６０Ｖ…Ｖ相コイル、６０Ｖ１…Ｖ１相コイル、６０Ｖ２…Ｖ２相コイル、６０Ｗ…Ｗ相コイル、６０Ｗ１…Ｗ１相コイル、６０Ｗ２…Ｗ２相コイル、６１…非溶接側コイルエンド、６２…溶接側コイルエンド、１３０…液冷ジャケット、１３２…固定子鉄心、１４４…軸受、１４５…軸受、１５０…冷媒貯蔵空間、１５３…冷媒通路、１５４…冷媒通路、１５５…冷媒通路、１５６…磁気的空隙、１６０…補助磁極、２００…溶接部、３１０…スロットライナー、３１１…蛇腹部、３１５…直線状部、４２０…スロット、４３０…ティース、４４０…コアバック、５１０…コイルストッパージグ、５１２…先端部、６０１，６０２，６０３…溶接機、８００…溶接部、８１０…磁石挿入孔、ＢＡＴ…バッテリ、ＥＮＧ…エンジン、ＦＷ…前輪側駆動輪、ＩＮＶ…電力変換装置、Ｎ１…中性点、Ｎ２…中性点、ＴＲ…変速機、ＲＦ…冷媒、ＲＷ…後輪側駆動輪

Claims (10)

1. 回転電機の固定子において、
   固定子コイルと、
   前記固定子コイルが装着されるスロットを有する固定子鉄心と、
   を備え、
   前記固定子コイルのコイルエンドは、前記固定子鉄心の中心軸の周りで楕円状であり、
   前記固定子コイルは、複数のセグメント導体が接続されて構成され、
   前記複数のセグメント導体の複数の接続部は、前記固定子コイルの前記コイルエンドにおいて、前記固定子鉄心の中心軸の周りに楕円状に配置されることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 請求項１に記載の回転電機の固定子において、
   前記複数のセグメント導体は、溶接によって接続されていることを特徴とする回転電機の固定子。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転電機の固定子において、
   前記固定子コイルは分布巻によって前記固定子鉄心に巻装されることを特徴とする回転電機の固定子。
4. 請求項３に記載の回転電機の固定子において、
   前記固定子コイルは波巻によって前記固定子鉄心に巻装されることを特徴とする回転電機の固定子。
5. 固定子と、固定子に対向する回転子と、を備える回転電機において、
   前記固定子は、
   固定子コイルと、
   前記固定子コイルが装着されるスロットを有する固定子鉄心と、
   を備え、
   前記固定子コイルのコイルエンドは、前記固定子鉄心の中心軸の周りで楕円状であり、
   前記固定子コイルは、複数のセグメント導体が接続されて構成され、
   前記複数のセグメント導体の複数の接続部は、前記固定子コイルの前記コイルエンドにおいて、前記固定子鉄心の中心軸の周りに楕円状に配置され、
   前記コイルエンドが液状冷媒によって冷却されることを特徴とする回転電機。
6. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記コイルエンドの長径に沿って、前記液状冷媒が流出することを特徴とする回転電機。
7. 請求項５に記載の回転電機において、
   前記コイルエンドの短径に対向する、前記液状冷媒の貯蔵空間を有することを特徴とする回転電機。
8. 回転電機の固定子の製造方法において、
   固定子鉄心のスロットに挿通され、固定子コイルを構成する複数のセグメント導体を、コイルエンド部において、電気溶接によって接続する溶接工程を含み、
   前記溶接工程においては、前記コイルエンド部を複数の領域に分け、各領域で溶接電極の位置を異ならしめることを特徴とする固定子の製造方法。
9. 請求項８に記載の固定子の製造方法において、
   前記溶接工程においては、前記各領域で前記溶接電極を前記固定子鉄心の径方向にシフトすることを特徴とする固定子の製造方法。
10. 請求項８に記載の固定子の製造方法において、
    前記複数の領域を、複数の溶接機によって溶接することを特徴とする固定子の製造方法。

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