WO2021144898A1

WO2021144898A1 - 固定子の製造方法

Info

Publication number: WO2021144898A1
Application number: PCT/JP2020/001132
Authority: WO
Inventors: 和洋内山; 敬大遠井; 宮崎　健太郎; 健太深津
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝インフラシステムズ株式会社
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2021-07-22
Also published as: JP6848130B1; JPWO2021144898A1; US20220352796A1; CN114982110A

Abstract

実施形態によれば、成形治具（第１の治具）１０２のフランジ部１０２ｃによってコイルセグメント１９の延出部１９ｂの端部を固定子鉄心１６の径方向外側から支持しつつ、成形治具１０２の押圧部１０２ｂによって傾斜面１９ｃを固定子鉄心１６の軸方向に他端面１６ｂに向かって押圧しながら、固定子鉄心１６を成形治具１０２に対して相対的に周方向に回動させて、傾斜面１９ｃが他端面１６ｂとほぼ平行に位置するように延出部１９ｂを固定子鉄心１６の周方向に折曲げた後、固定子鉄心１６の径方向において隣り合う傾斜面１９ｃを互いに接合する。

Description

固定子の製造方法

　この発明の実施形態は、固定子の製造方法に関する。

　回転電機は、筒状の固定子と、固定子に対して回転自在に設けられた回転子とを有している。固定子は、円環状の電磁鋼板を多数枚積層して構成された固定子鉄心と、固定子鉄心に取付けられたコイルと、を有している。複数のコイルセグメントを接合して構成されるコイルは、固定子鉄心の両端面から軸方向に突出するコイルエンドを有している。近年、回転電機の固定子は、一層の小型化が望まれている。

特開２００６－３０４５０７号公報特開２０１７－８５８０６号公報

　本発明の実施形態の課題は、小型化を図りつつ複数のコイルセグメントを良好に接合することのできる固定子の製造方法を提供することにある。

　実施形態の固定子の製造方法は、平角導体であって、長さ方向に対して傾斜した面を各々の一端とする一対の線状部を有し、前記一対の線状部の他端同士が連結するようにして構成されたコイルセグメントを複数用意する。
　前記複数のコイルセグメントの各々において、前記一対の線状部をそれぞれ固定子鉄心の一端面側からスロットの各々に挿通して、前記固定子鉄心の他端面側から前記線状部と前記傾斜した面からなる延出部を突出させ、かつ各スロットにおいて前記線状部の複数を径方向において隣り合うように配置することにより、前記複数のコイルセグメントを前記固定子鉄心と同軸の複数層の円筒状に配列する。
　第１の治具のフランジ部により前記延出部の端部を前記固定子鉄心の径方向外側から支持しつつ、前記第１の治具の押圧部により前記傾斜した面を前記固定子鉄心の他端面に向かって押圧しながら、前記固定子鉄心を前記第１の治具に対して相対的に周方向に回動させて、前記傾斜した面が前記他端面とほぼ平行に位置するように前記延出部を前記固定子鉄心の周方向に折曲げ、
　前記固定子鉄心の径方向において隣り合う前記傾斜した面を互いに接合する。

図１は、実施形態に係る回転電機を示す縦断面図。図２は、前記回転電機を示す横断面図。図３は、前記回転電機の固定子の他端面側を示す斜視図。図４は、図３の領域Ａであって前記固定子のコイルセグメントのコイルエンド部分を拡大して示す斜視図。図５は、前記コイルセグメントを示す斜視図。図６は、固定子鉄心および円筒状に配列されたコイルセグメントを示す斜視図。図７は、前記固定子鉄心に前記コイルセグメントを装着した状態を示す斜視図。図８は、前記固定子鉄心の他端面側およびコイルセグメントの延出部を示す斜視図。図９は、図８の領域Ｂを拡大して示す斜視図。図１０は、前記固定子鉄心の内部に内壁治具を取り付けた状態を示す斜視図。図１１は、前記コイルセグメントを折曲げ成形する成形治具を示す斜視図。図１２は、前記固定子鉄心に装着された前記コイルセグメントのうち６層目（最外層）に位置する４８個のコイルセグメントを、４８本の前記成形治具によって最初（１回目）に折曲げ成形する状態を示す斜視図。図１３は、図１２の領域Ｄにおける１本のコイルセグメントの折曲げ成形前の状態を示す斜視図。図１４は、図１２の領域Ｄにおける１本のコイルセグメントの折曲げ成形後の状態を示す斜視図。図１５は、コイルセグメントの折曲げ成形の過程を模式的に示す側面図。図１６は、前記固定子鉄心に装着された前記コイルセグメントのうち１層目（最内層）に位置する４８個の前記コイルセグメントを、４８本の前記成形治具によって最後（６回目）に折曲げ成形する状態を示す斜視図。図１７は、図１６の領域Ｅにおける１本のコイルセグメントの折曲げ成形前の状態を示す斜視図。図１８は、図１６の領域Ｅにおける１本のコイルセグメントの折曲げ成形後の状態を示す斜視図。図１９は、折曲げ成形されたコイルセグメントの傾斜面を拡大して示す斜視図。図２０は、内壁治具および外壁治具によるコイルセグメントの曲げ加工工程を示す斜視図。図２１は、前記曲げ加工における、前記内壁治具、外壁治具、およびコイルセグメントの延出部の一部を拡大して示す斜視図。図２２は、曲げ加工された延出部を示す斜視図。図２３は、コイルセグメントの溶接工程を示す斜視図。図２４は、溶接された前記コイルセグメントの傾斜面を拡大して示す斜視図。

　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

　（実施形態）　
　初めに、実施形態に係る固定子が適用される回転電機の一例について説明する。　
　図１は、実施形態に係る回転電機の縦断面図であり、中心軸線Ｃ１を中心として片側の半分だけを示している。図２は、回転電機の横断面図である。

　図１に示すように、回転電機１０は、例えば、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機１０は、環状あるいは円筒状の固定子１２と、固定子１２の内側に中心軸線Ｃ１の回りで回転自在に、かつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、これら固定子１２および回転子１４を支持するケーシング３０と、を備えている。　
　以下の説明では、中心軸線Ｃ１の延在方向を軸方向、中心軸線Ｃ１回りに回転する方向を周方向、軸方向および周方向に直交する方向を径方向と称する。

　図１および図２に示すように、固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に巻き付けられた回転子巻線（コイル）１８とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板１７を多数枚、同芯状に積層して構成されている。多数枚の電磁鋼板１７は、固定子鉄心１６の外周面の複数個所を溶接することにより、互いに積層状態に連結されている。固定子鉄心１６は、軸方向一端に位置する一端面１６ａ、および軸方向他端に位置する他端面１６ｂを有している。一端面１６ａおよび他端面１６ｂは、中心軸線Ｃ１と直交して延在している。

　固定子鉄心１６の内周部には、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面に開口し、その径方向において、この内周面から外周面に向けた放射方向に延出している。各スロット２０は、固定子鉄心１６の軸方向の全長に亘って延在している。各スロット２０の一端は一端面１６ａに開口し、他端は他端面１６ｂに開口している。　
　複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、中心軸線Ｃ１に向かって突出する複数（例えば、本実施形態では４８個）のティース２１を構成している。ティース２１は、周方向に沿って等間隔を置いて配置されている。このように、固定子鉄心１６は、円環状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から中心軸線Ｃ１に向かって径方向に突出した複数のティース２１とを一体に有している。

　複数のスロット２０にコイル１８が埋め込まれ、各ティース２１に巻き付けられている。コイル１８は、固定子鉄心１６の一端面１６ａおよび他端面１６ｂから軸方向外側に向かって延出するコイルエンド１８ａ、１８ｂを有している。コイル１８に交流電流を流すことにより、固定子１２（ティース２１）に所定の鎖交磁束が形成される。

　図１に示すように、固定子鉄心１６の軸方向両端には、固定子鉄心１６と略同一断面形状を有する鉄心端板２４がそれぞれ設けられている。更に、これら鉄心端板２４の上に鉄心押え２６が設けられている。　
　ケーシング３０は、ほぼ円筒状の第１ブラケット３２ａと、お椀形状の第２ブラケット３２ｂと、を有している。第１ブラケット３２ａは、固定子鉄心１６の駆動端側に位置する鉄心押え２６に連結されている。第２ブラケット３２ｂは、反駆動端側に位置する鉄心押え２６に連結されている。第１および第２ブラケット３２ａ、３２ｂは、例えば、アルミニウム合金等で形成されている。第１ブラケット３２ａの先端側に、環状のベアリングブラケット３４がボルトにて同軸的に締結されている。ベアリングブラケット３４の中央部に、例えば、ころ軸受３５を内蔵した第１軸受部３６が締結されている。第２ブラケット３２ｂの中央部に、例えば玉軸受３７を内蔵した第２軸受部３８が締結されている。

　一方、回転子１４は、第１および第２軸受部３６、３８により、中心軸線Ｃ１を中心に回転自在に支持された円柱形状のシャフト（回転軸）４２と、シャフト４２の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心４４と、回転子鉄心４４内に埋め込まれた複数の永久磁石４６と、を有している。回転子鉄心４４は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板４７を多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心４４は中心軸線Ｃ１と同軸的に形成された内孔４８を有している。シャフト４２は内孔４８に挿通および嵌合され、回転子鉄心４４と同軸的に延在している。回転子鉄心４４の軸方向両端に、略円板状の磁気遮蔽板５４、回転子鉄心押え５６が設けられている。

　図１および図２に示すように、回転子鉄心４４は、固定子鉄心１６の内側に僅かな隙間（エアギャップ）を置いて同軸的に配置されている。すなわち、回転子鉄心４４の外周面は、僅かな隙間をおいて、固定子鉄心１６の内周面（ティース２１の先端面）に対向している。

　回転子鉄心４４には、軸方向に貫通する複数の磁石埋め込み孔が形成されている。各磁石埋め込み孔内に永久磁石４６が装填および配置され、例えば、接着剤等により回転子鉄心４４に固定されている。各永久磁石４６は、回転子鉄心４４の全長に亘って延在している。また、複数の永久磁石４６は、回転子鉄心４４の周方向に所定の間隔を置いて配列されている。

　図２に示すように、回転子鉄心４４は、それぞれ回転子鉄心４４の半径方向あるいは放射方向に延びるｄ軸、およびｄ軸に対して電気的に９０°離間したｑ軸を有している。ここでは、隣り合う磁極間の境界および中心軸線Ｃ１を通って放射方向に延びる軸をｑ軸とし、ｑ軸に対して電気的に直角な方向をｄ軸としている。ｄ軸およびｑ軸は、回転子鉄心４４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。

　回転子鉄心４４の円周方向において、各ｄ軸の両側に２つの永久磁石４６が配置されている。各永久磁石４６は、断面が矩形状の細長い平板状に形成され、回転子鉄心４４の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。回転子鉄心４４の中心軸線Ｃ１と直交する断面でみた場合、永久磁石４６は、それぞれｄ軸に対して傾斜している。２つの永久磁石４６は、例えば、ほぼＶ字状に並んで配置されている。ここでは、永久磁石４６の内周側の端はそれぞれｄ軸に隣接し、僅かな隙間をおいて互いに対向している。永久磁石４６の外周側の端は、回転子鉄心４４の円周方向に沿ってｄ軸から離間し、回転子鉄心４４の外周面の近傍およびｑ軸の近傍に位置している。これにより、永久磁石４６の外周側の端は、隣り合う磁極の永久磁石４６の外周側端と、ｑ軸を挟んで隣接対向している。

　図３は、固定子の他端面側を示す斜視図、図４は、図３の領域Ａであって固定子の第２コイルエンド部分を拡大して示す斜視図、図５は、コイルセグメントを示す斜視図である。図３および図４に示すように、コイル１８は、平角導体として、線の長さ方向に対して交差する断面形状が矩形の銅の平角線からなる複数のコイルセグメント１９を用いて構成され、固定子鉄心１６に組みつけられている。

　図５に示すように、コイルセグメント１９は、平角線を切断および折曲げることにより、ほぼＵ字形状に形成されている。すなわち、コイルセグメント１９は、互いに間隔を置いて対向し長さ方向に対して傾斜した傾斜面１９ｃを各々の一端とする一対の線状部１９ａと、線状部１９ａの他端同士を連結する架橋部１９ｄと、を一体に有している。コイルセグメント１９は、矩形の断面形状を有し、すなわち、断面は、互いに対向する一対の長辺および互いに対向する一対の短辺を有している。コイルセグメント１９の外面は、エナメル等の絶縁被膜１９ｅ（ドットで図示）で覆われている。各線状部１９ａの延出端は、絶縁被膜１９ｅが除去され、導通可能な状態となっている。一対の線状部１９ａの延出部１９ｂは、その先端部分に、線状部１９ａの長さ方向に沿った中心軸線に対して所定角度（９０°未満）傾斜した傾斜面１９ｃを有している。傾斜面１９ｃは、矩形状に形成され、一対の長辺が中心軸線に対し所定角度傾斜し、一対の短辺が中心軸線と直交する方向に延在している。図５においてドットで図示している絶縁被膜１９ｅは、図５以外の図面において図示を省略している。

　図３に示すように、複数のコイルセグメント１９は、複数の円筒状、ここでは、６層の円筒状に配列され、各コイルセグメントの一対の線状部１９ａが、例えば、固定子鉄心１６の一端面１６ａ側からそれぞれ対応する異なるスロット２０に差し込まれ、固定子鉄心１６の他端面１６ｂから所定長さだけ突出している。図２に示すように、１スロット２０に例えば、６つの線状部１９ａが挿通される。スロット２０において、６つの線状部１９ａは、固定子鉄心１６の半径方向に並んで配置されている。６つの線状部１９ａは、長辺同士が平行に向かい合った状態で、スロット２０内に配置されている。

　コイルセグメント１９の架橋部１９ｄは、固定子鉄心１６の一端面１６ａに僅かに隙間を置いて対向している。架橋部１９ｄは、固定子鉄心１６のほぼ円周方向に沿って延在し、幾つかの架橋部１９ｄは、他の架橋部１９ｄと交差して延在している。これらの架橋部１９ｄは、一端面１６ａから突出するコイルエンド１８ａを構成している。

　図３および図４に示すように、他端面１６ｂから所定長さ軸方向に延出している線状部１９ａは、固定子鉄心１６の周方向に沿って折曲げられ、軸方向に対して傾斜して延在している。詳細には、各線状部１９ａの延出部１９ｂは、固定子鉄心１６の軸方向から周方向に所定角度折れ曲がる第１曲げ部１９Ｍと、第１曲げ部１９Ｍから軸方向に対して傾斜して直線的に延在する傾斜部１９Ｎとを有している。延出部１９ｂの先端に位置する傾斜面１９ｃは、固定子鉄心１６の他端面１６ｂとほぼ平行に位置している。

　各スロット２０に挿通された６本の線状部１９ａの延出部１９ｂは、交互に一方向および逆方向に折曲げられている。すなわち、最内周に位置する延出部１９ｂは、固定子鉄心１６の周方向の一方向に折曲げられ、１つ外側の延出部１９ｂは、周方向の他方向（逆方向）に折曲げられている。更に１つ外側の延出部１９ｂは、一方向に折曲げられている。異なる複数のスロット２０から延出している６本の延出部１９ｂは、傾斜面１９ｃが、固定子鉄心１６の径方向にほぼ一列に並んで位置するように折曲げられている。これら６つの傾斜面１９ｃは、ほぼ同一平面に延在している。

　径方向に並んだ各列の６つの線状部１９ａの先端面あるいは傾斜面１９ｃは、２つずつ（２本ずつ）互いに機械的かつ電気的に接合されている。接合には、例えば、レーザー溶接を用いることがでいる。２つの傾斜面１９ｃにレーザー光を照射し導体を部分的に溶融することにより、溶接ビード１９ｆを形成する。径方向において隣り合う２つの先端部を接合することにより、複数のコイルセグメント全体で３相のコイル１８を構成している。また、延出部１９ｂは、他端面１６ｂから突出するコイルエンド１８ｂを構成している。線状部１９ａの傾斜面（溶接面）を含む先端部（導電部）は、粉体塗装、ワニス等の図示しない絶縁材料で覆われる。　
　図３に示すように、コイル１８の内、３本のコイルに、それぞれＵ相接続端子ＴＵ、Ｖ相接続端子ＴＶ、、Ｗ相接続端子ＴＷが接続されている。

　次に、実施形態に係る回転電機の固定子の製造方法の一例について説明する。
　図６は、固定子鉄心１６および円筒状に配列されたコイルセグメント１９を示す斜視図である。　
　図６に示すように、まず、多数本のコイルセグメント１９を用意し、これらを円筒状に配列する。図示していないが、それぞれ円筒状に配列された３組のコイルセグメント１９を用意する。１組（４８本）のコイルセグメント１９は、固定子鉄心１６の複数のスロット２０に沿って円筒形状に配列されている。１組のコイルセグメント１９は、Ｕ相用の２本のコイルセグメント１９Ｕ１と１９Ｕ２、Ｖ相用の２本のコイルセグメント１９Ｖ１と１９Ｖ２、およびＷ相用の２本のコイルセグメント１９Ｗ１と１９Ｗ２の合計６本を最小ユニットとして、８ユニットから構成されている。円筒状に配列された１組において、コイルセグメント１９の線状部１９ａは、径方向に２列に並んでいる。すなわち、多数（４８本×２）の線状部１９ａは、径の異なる２層の円筒状に配列されている。

　図７は、固定子鉄心１６にコイルセグメント１９を装着した状態を示す斜視図である。　
　図７に示すように、各組のコイルセグメント１９は、固定子鉄心１６の一端面１６ａ側からスロット２０に挿入される。コイルセグメント１９の線状部１９ａは、スロット２０に差し込まれ、固定子鉄心１６の他端面１６ｂから所定長さだけ突出し、延出部１９ｂを構成する。円筒状に配列された１組（４８本）のコイルセグメント１９の両端に位置する９６個（４８×２）の線状部１９ａは、対応する４８個のスロット２０において、２層分の円筒に相当し、例えば６層目（最外層）と５層目の位置に差し込まれる。円筒状に配列された３組（１４４本、４８本×３）のコイルセグメント１９が、固定子鉄心１６の一端面１６ａ側から対応する４８個のスロット２０に挿入される。３組のコイルセグメント１９の線状部１９ａおよび延出部１９ｂは、同芯で径の異なる６層の円筒状に配列される。各スロット２０において、線状部１９ａは、６層目（最外層）から１層目（最内層）まで径方向に並んで配置される。

　図８は、固定子鉄心１６に全てのコイルセグメント１９を装着し、かつ、上下向きを変えて示す斜視図、図９は、図８の領域Ｂを拡大して示す斜視図である。
　図８および図９に示すように、コイルセグメント１９が装着された固定子鉄心１６は、後述するコイルセグメント１９の延出部１９ｂの折曲げ成形のために、上下の向きが反転される。各スロット２０に挿通された６本の線状部１９ａは、固定子鉄心１６の径方向に並んで位置している。以下、径方向において、最外層（６層目）に位置するコイルセグメント、線状部、延出部、傾斜面を１９Ｐ、１９Ｐａ、１９Ｐｂ、１９Ｐｃとし、５層目に位置するコイルセグメント、線状部、延出部、傾斜面を１９Ｑ、１９Ｑａ、１９Ｑｂ、１９Ｑｃとし、４層目に位置するコイルセグメント、線状部、延出部、傾斜面を１９Ｒ、１９Ｒａ、１９Ｒｂ、１９Ｒｃとし、３層目に位置するコイルセグメント、線状部、延出部、傾斜面を１９Ｓ、１９Ｓａ、１９Ｓｂ、１９Ｓｃとし、２層目に位置する線状部、延出部、傾斜面を１９Ｔ、１９Ｔａ、１９Ｔｂ、１９Ｔｃとし、最内層（１層目）に位置するコイルセグメント、線状部、延出部、傾斜面を１９Ｕａ、１９Ｕｂ、１９Ｕｃと称する。
　径方向に並んだ傾斜面１９Ｐｃ、１９Ｑｃ、１９Ｒｃ、１９Ｓｃ、１９Ｔｃ、１９Ｕｃの傾斜方向は、交互に逆向きにしている。すなわち、６層目、４層目、２層目の傾斜面１９Ｐｃ、１９Ｒｃ、１９Ｔｃは同一方向に傾斜し、５層目、３層目、１層目の傾斜面１９Ｑｃ、１９Ｓｃ、１９Ｕｃは、逆方向に傾斜している。

　図１０は、固定子鉄心１６の内部に内壁治具１０１を取り付けた状態を示す斜視図である。
　図１０に示すように、円筒状に配列された最内層の延出部１９Ｕｂの内側に内壁治具（第２の治具）１０１が配置される。内壁治具１０１は、円筒形状に形成され、支持面と機能する外周面１０１ａを有している。内壁治具１０１は、十分な剛性を備えた金属から形成されている。内壁治具１０１の直径は、最内層の延出部１９Ｕｂによって構成される円筒の内径とほぼ等しく形成されている。なお、内壁治具１０１は、円筒形状に限らず、中実の円柱形状に形成されていてもよい。
　内壁治具１０１は、固定子鉄心１６と同軸的に配置され、最内層の延出部１９Ｕｂの内側に挿通される。これにより、内壁治具１０１の外周面１０１ａは、延出部１９Ｕｂの内周側の側面に隣接対向している。最内層の延出部１９Ｕｂを固定子鉄心１６の周方向に折曲げ成形する際、内壁治具１０１は、延出部１９Ｕｂが固定子鉄心１６の径方向内側に向かって傾斜しないように、延出部１９Ｕｂを内周側から支持する。ここで、１層目（最内層）に位置する延出部１９Ｕｂは、固定子鉄心１６の径方向内側に隣接する他の延出部１９ｂが存在しない。そのため、１層目（最内層）に位置する延出部１９Ｕｂを内壁治具１０１によって径方向内側から支持することにより、径方向内側に向かって倒れることを防止する。

　図１１は、コイルセグメント１９を折曲げ成形する成形治具１０２を示す斜視図である。　
　図１１では、一例として８個の成形治具１０２を図示している。成形治具１０２は、後述する図１２等に示すように、４８個を１組として構成し、ほぼ均等な間隔で円筒状に配置されている。１組の成形治具１０２は、固定子鉄心１６に装着されているコイルセグメント１９のうち、各１層の４８本の延出部１９ｂを同時に押圧して折曲げ成形する。

　成形治具（第１の治具）１０２は、固定子鉄心１６の中心軸線Ｃ１と平行に延びる、すなわち、鉛直方向に延びる角柱形状の本体部１０２ａと、本体部１０２ａから下方に延出し下端が円弧状に湾曲した押圧部１０２ｂと、押圧部１０２ｂよりも固定子鉄心１６の径方向外側に位置するフランジ部１０２ｃと、を有し、金属等により一体に形成されている。フランジ部１０２ｃは、押圧部１０２ｂよりも幅および長さが大きく形成され、押圧部１０２ｂの両側縁及び下端縁から外方に突出している。すなわち、フランジ部１０２ｃは、押圧部１０２ｂを、固定子鉄心１６の径方向外側から内側に向かって覆うように形成されている。具体的には、成形治具１０２は、本体部１０２ａの下端部の両側縁部および下端縁部を部分的に切削することにより、固定子鉄心１６の径方向内側に位置する部分を押圧部１０２ｂとして、固定子鉄心１６の径方向外側に位置する部分をフランジ部１０２ｃとしている。本体部１０２ａは、図示しない、昇降自在な支持体に支持されている。

　上述した１組の成形治具１０２を用いて、コイルセグメント１９の延出部１９ｂを１層毎に折曲げ成形する。一例では、成形治具１０２により、最外層（６層目）から最内層（１層目）に向かって、１層ごとに、延出部１９ｂを押し曲げる。

　図１２は、６層目（最外層）に位置する４８個の延出部１９Ｐｂを成形治具１０２によって折曲げ成形する工程を示す斜視図である。
　図１２に示すように、１組の成形治具１０２の間隔を調整し、最外層の延出部１９Ｐｂからなる円筒の径とほぼ一致する径に配列する。４８個の成形治具１０２が４８本の延出部１９Ｐｂと整列する位置に成形治具１０２を配置し、押圧部１０２ｂを延出部１９Ｐｂの傾斜面（先端面）１９Ｐｃに当接させ、フランジ部１０２ｃを延出部１９Ｐｂの外周側の側面に当接させる。この状態で、成形治具１０２を軸方向に下降させ傾斜面１９Ｐｃを介して延出部１９Ｐｂを押圧するとともに、固定子鉄心１６を中心軸線の回りで傾斜面１９Ｐｃの傾斜方向、ここでは、反時計方向ＣＣＷに回動する。これにより、最外層の４８本の延出部１９Ｐｂが折曲げられ、傾斜面１９Ｐｃは、固定子鉄心１６の他端面１６ｂとほぼ平行な状態になる。

　図１３は、コイルセグメント１９Ｐの折曲げ成形前の状態を示す斜視図、図１４は、そのコイルセグメント１９Ｐの折曲げ成形後の状態を示す斜視図である。図１５は、折曲げ成形の工程を模式的に示す側面図である。
　図１３および図１５（Ａ）に示すように、折曲げ成形する直前の状態において、延出部１９Ｐｂは、固定子鉄心１６の軸方向に沿って、固定子鉄心１６の他端面１６ｂから上方に突出している。延出部１９Ｐｂの傾斜面１９Ｐｃは、中心軸線に対して傾斜している。成形治具１０２の押圧部１０２ｂは傾斜面１９Ｐｃに当接し、フランジ部１０２ｃは延出部１９Ｐｂの外側面を固定子鉄心１６の径方向内側に向かって支持している。

　図１４、図１５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、成形治具１０２が降下し、押圧部１０２ｂが傾斜面１９Ｐｃを固定子鉄心１６の軸方向に沿って他端面１６ｂ側に押圧しつつ、固定子鉄心１６が反時計方向ＣＣＷに回動される。これにより、延出部１９Ｐｂを傾斜面１９Ｐｃの傾斜方向と反対の方向、かつ、固定子鉄心１６の周方向に押し倒し折曲げ成形する。この際、傾斜面１９Ｐｃは、固定子鉄心１６の他端面１６ｂに向かって降下するが、固定子鉄心１６の周方向に移動しない。すなわち、折曲げ成形に伴って、延出部１９Ｐｂの傾斜面１９Ｐｃは固定子鉄心１６の周方向に移動することなく、延出部１９Ｐｂの基端部が固定子鉄心１６の周方向に折れ曲がる。これにより、延出部１９Ｐｂは、基端側から先端側に対して時計方向ＣＷに傾斜するように折曲げ成形される。図１４および図１５（Ｄ）に示すように、傾斜面１９Ｐｃが固定子鉄心１６の他端面１６ｂとほぼ平行となる位置まで延出部１９Ｐｂを折曲げる。

　折曲げ成形の間、成形治具１０２のフランジ部１０２ｃは、延出部１９Ｐｂの外周側の側面に当接し、延出部１９Ｐｂが固定子鉄心１６の径方向外側に倒れないように支持する。すなわち、６層目（最外層）の延出部１９Ｐｂは、固定子鉄心１６の径方向外側において隣接する他の延出部１９ｂが存在しないことから、成形治具１０２のフランジ部１０２ｃが存在しなければ、径方向外側に向かって傾斜し易い。一方、６層目（最外層）の延出部１９ｂは、固定子鉄心１６の径方向内側において隣接する５層目の延出部１９ｂにより、径方向内側に向かって傾斜することが抑制される。

　１組の成形治具１０２は、折曲げ成形後、コイルセグメント１９から離間する位置まで上昇される。次いで、図示しない駆動機構により、成形治具１０２を一層分だけ径方向内側に移動させるとともに、成形治具１０２間の間隔を狭めるように調整し、成形治具１０２の配置径を５層目の延出部１９Ｑｂの径に合わせる。この状態で、成形治具１０２を下降させ５層目に位置する４８個の延出部１９Ｑｂの傾斜面１９Ｑｃを同時に押圧するとともに、固定子鉄心１６を時計方向ＣＷに回動することにより、５層目の延出部１９Ｑｂを固定子鉄心１６の周方向に沿って同時に折曲げる。

　成形治具１０２は、延出部１９ｂの折曲げ成形が終了する毎に、コイルセグメント１９の１層分に相当する距離だけ固定子鉄心１６の径方向内側に移動され、上述した折曲げ成形を繰り返し行う。成形治具１０２は、全ての層（最外層の６層目から最内層の１層目までの合計６層）における延出部１９ｂの折曲げ成形が終了した後、固定子鉄心１６の径方向外側に移動されて、最外層に対応する位置まで戻る。

　延出部１９Ｐｂ、１９Ｑｂ、１９Ｒｂ、１９Ｓｂ、１９Ｔｂおよび１９Ｕｂは、固定子鉄心１６の周方向に沿って交互に逆方向に折曲げ成形される。すなわち、延出部１９Ｐｂ（６層目）、１９Ｒｂ（４層目）および１９Ｔｂ（２層目）は、固定子鉄心１６の周方向に沿って、基端側から先端側に対して時計方向ＣＷに折曲げ成形される。また、延出部１９Ｑｂ（５層目）、１９Ｓｂ（３層目）および１９Ｕｂ（１層目）は、固定子鉄心１６の周方向に沿って、基端側から先端側に対して反時計方向ＣＣＷに折曲げ成形される。折曲げ方向は、傾斜面１９ｃの傾斜方向および固定子鉄心１６の回動方向を変えることにより、選択することができる。

　なお、成形治具１０２の押圧部１０２ｂにより、例えば、５層目に位置する延出部１９Ｕｂの傾斜面１９ｃを押圧し折曲げ成形する際、成形治具１０２のフランジ部１０２ｃが折曲げ成形済みの６層目の延出部１９Ｕｂに当接する場合がある。この場合、６層目の延出部１９ｂは、フランジ部１０２ｃに押されて一旦弾性変形するが、成形治具１０２が離間した段階でスプリングバックにより元の折曲げ成形位置に戻る。

　図１６、図１７、図１８、図１９は、最内層の延出部を折曲げ成形する工程をそれぞれ示す斜視図である。
　図１６に示すように、１組の成形治具１０２は、互いの間隔を最も狭めるように移動され、最内層の延出部１９Ｕｂの径に一致する径に調整される。調整後、成形治具１０２は、固定子鉄心１６の中心軸線方向に下降し、最内層に位置する４８個の延出部１９Ｕｂの傾斜面Ｕｃを同時に押圧する。

　図１７および図１８に示すように、成形治具１０２の押圧部１０２ｂは、延出部１９Ｕｂの傾斜面１９Ｕｃを下方に押圧する。同時に、固定子鉄心１６は、時計方向ＣＷに回動される。これにより、延出部１９Ｕｂの基端部が、傾斜面１９Ｕｃの傾斜方向と反対の方向、かつ、固定子鉄心１６の円周方向に折り曲げられる。延出部１９Ｕｂは、傾斜面１９Ｕｃが固定子鉄心１６の他端面１６ｂとほぼ平行となる位置まで折曲げられる。　
　折曲げ成形の間、成形治具１０２のフランジ部１０２ｃは、延出部１９Ｕｂの外周側の側面を支持し、延出部１９Ｕｂの径方向外側への移動、変形を防止する。更に、折曲げ成形の間、延出部１９Ｕｂの内周側の側面を内壁治具１０１の外周面１０１ａで支持することにより、延出部１９Ｕｂの径方向内方への移動、変形を防止している。すなわち、１層目（最内層）の延出部１９Ｕｂは、固定子鉄心１６の径方向内側に隣接する他の延出部１９ｂが存在していないため、押圧工程に伴って径方向内側に変形し易いが、内壁治具１０１の外周面１０１ａによって延出部１９Ｕｂを押えることにより、延出部１９Ｕｂの径方向内側への変形、倒れを防止することができる。
　コイルセグメント１９の折曲げ成形後、１組の成形治具１０２は、内壁治具１０１の上方まで引き上げられ、コイルセグメント１９から離間する。

　なお、１層目（最内層）の延出部１９Ｕｂが固定子鉄心１６の径方向内側に向かって傾斜するか否かは、コイルセグメント１９の材質や折曲げ条件に依存する。そのため、１層目（最内層）の延出部１９Ｕｂが径方向内側に変形し難い条件の場合、また、変形が許容範囲内となる場合、内壁治具１０１を省略してもよい。

　図１９は、折曲げ成形されたコイルセグメント１９の一部を拡大して示す斜視図である。
　図示のように、成形治具１０２をコイルセグメント１９から離間させた状態において、コイルセグメント１９の延出部１９Ｐｂ、１９Ｑｂ、１９Ｒｂ、１９Ｓｂ、１９Ｔｂ、１９Ｕｂは、折曲げ成形後のスプリングバックによって、固定子鉄心１６の径方向外側に向かって僅かに位置ずれしている。傾斜面１９Ｐｃ、１９Ｑｃ、１９Ｒｃ、１９Ｓｃ、１９Ｔｃ、１９Ｕｃは、固定子鉄心１６の周方向に互いずれて位置し、固定子鉄心１６の径方向にジグザグに並んでいる。６層目に傾斜面１９Ｐｃと５層目の傾斜面１９Ｑｃとの間、４層目の傾斜面１９Ｒｃと３層目の傾斜面１９Ｓｃとの間、および２層目の傾斜面１９Ｔｃと１層目の傾斜面１９Ｕｃとの間には、それぞれ僅かな隙間が生じている。

　そこで、次の曲げ工程で延出部を湾曲させることにより、傾斜面間の隙間を無くし、傾斜面を径方向に一列に並べて配置する。
　図２０は、曲げ加工の工程を示す斜視図、図２１は、曲げ加工工程における、延出部、内壁治具および外壁治具の一部を拡大して示す斜視図である。
　図２０に示すように、曲げ加工工程では、内壁治具１０１と外壁治具１０３とで延出部１９ｂを径方向両側から押圧することにより、延出部１９ｂを曲げ加工する。外壁治具１０３は、リング形状の部材を複数、例えば、４分割した４つの円弧状の分割治具１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄで構成されている。外壁治具１０３は、傾斜面として機能する内周面１０３ａを有している。分割治具１０３Ａ～１０３Ｄを組み合わせてリング状の外壁治具１０３を構成した状態において、内周面１０３ａの直径は、６層目（最外層）に位置する４８個の延出部１９Ｐｂによって構成される円筒の外径よりも僅かに小さい。分割治具１０３Ａ～１０３Ｄは、十分な剛性を備えた金属から形成されている。

　図２０および図２１に示すように、曲げ加工工程では、図示しない駆動機構により、４つの分割治具１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄを径方向外方から内壁治具１０１に向かって移動させ、外壁治具１０３の内周面１０３ａで最外層の延出部１９ｂを内壁治具１０１に向かって所定の圧力で押圧する。６層の延出部１９Ｐｂ、１９Ｑｂ、１９Ｒｂ、１９Ｓｂ、１９Ｔｂおよび１９Ｕｂは、外壁治具１０３の内周面１０３ａと内壁治具１０１の外周面１０１ａとの間に挟み込まれ、径方向の両側から外壁治具１０３および内壁治具１０１により押圧される。これにより、６層の延出部１９Ｐｂ、１９Ｑｂ、１９Ｒｂ、１９Ｓｂ、１９Ｔｂおよび１９Ｕｂの少なくとも先端部は、外壁治具１０３の内周面１０３ａおよび内壁治具１０１の外周面１０１ａに沿うように曲げられる。

　図２２は、曲げ加工が施された後の延出部１９ｂを示す斜視図である。図示のように、曲げ加工を施すことにより、コイルセグメント１９の延出部１９Ｐｂ、１９Ｑｂ、１９Ｒｂ、１９Ｓｂ、１９Ｔｂおよび１９Ｕｂは、径方向外側への位置ずれおよび隙間が無くなり、傾斜面１９Ｐｃ、１９Ｑｃ、１９Ｒｃ、１９Ｓｃ、１９Ｔｃ、１９Ｕｃは、互いに隣接して固定子鉄心１６の径方向にほぼ一列に並んでいる。これにより、６層目の傾斜面１９Ｐｃと５層目の傾斜面１９Ｑｃとの間の隙間、４層目の傾斜面１９Ｒｃと３層目の傾斜面１９Ｓｃとの間の隙間、および２層目の傾斜面１９Ｔｃと１層目の傾斜面１９Ｕｃとの間の隙間、がほとんど無くなり、それぞれ接合が容易な状態となる。

　なお、前述した折曲げ成形において、固定子鉄心１６の径方向において隣り合う傾斜面１９ｃの間に隙間が生じるか否かは、コイルセグメント１９の材質や折曲げ条件に依存する。条件によっては、固定子鉄心１６の径方向において隣り合う傾斜面１９ｃの間に隙間が生じないことも有り得る。仮に、隣り合う傾斜面１９ｃの間に隙間が生じない場合または隙間が許容範囲内の場合、図２０に示した曲げ加工を省略してもよい。

　上述した曲げ加工の後、径方向において隣り合う２つの傾斜面（面）１９ｃを互いに機械的かつ電気的に接合し、３相のコイル１８を構成する。図２３は、接合工程の一例を示す斜視図、図２４は、接合された接合部を示す斜視図である。
　本実施形態によれば、一例として、接合工程は、レーザー光による溶接により傾斜面を接合する。図２３に示すように、折曲げ成形された６層の延出部１９ｂを内壁治具１０１と外壁治具１０３とで挟んだ状態で、レーザー光源１０４からレーザー光Ｌを出射し、ガルバノミラー１０７を介して延出部１９ｂの傾斜面１９ｃにレーザー光Ｌを照射する。具体的には、固定子鉄心１６を所定位置に保持した状態でガルバノミラー１０５を駆動し、径方向に一列に並んだ６層目の傾斜面１９Ｐｃと５層目の傾斜面１９Ｑｃとの境界部、４層目の傾斜面１９Ｒｃと３層目の傾斜面１９Ｓｃとの境界部、および２層目の傾斜面１９Ｔｃと１層目の傾斜面１９Ｕｃとの境界部に、それぞれレーザー光を照射する。隣り合う２つの傾斜面１９ｃは、それぞれレーザー光Ｌにより部分的に加熱、溶解され、その後、融合した状態で固まり溶接ビード１９ｆ（図２４を参照）が形成される。溶接ビード１９ｆによって、隣り合う２つの傾斜面１９ｃが機械的かつ電気的に接合される。

　一列の傾斜面１９ｃを溶接した後、固定子鉄心１６を周方向に７．５度（３６０度を４８で割った角度）回転させてから停止する。この状態で、２列目の傾斜面１９Ｐｃと傾斜面１９Ｑｃとの境界部、傾斜面１９Ｒｃと傾斜面１９Ｓｃとの境界部、および傾斜面１９Ｔｃと傾斜面１９Ｕｃとの境界部に、ガルバノミラー１０５を介してレーザー光Ｌをそれぞれ照射し、隣り合う２つの傾斜面同士を溶接する。このような溶接工程を繰り返し行い、径方向に並んだ全列の傾斜面を２つずつ溶接する。図２４に示すように、各列の傾斜面１９ｃを２つずつ溶接および接合することにより、複数のコイルセグメント１９からなる３相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）のコイル１８が形成される。

　なお、接合工程において、レーザー溶接は、半導体レーザーから導出されたレーザー光を光ファイバーによって伝播し、光ファイバーから導出されたレーザー光を集光レンズによって傾斜面１９ｃに集光して行う構成としてもよい。この場合、光ファイバーに接続された集光レンズを、直動ステージやロボットハンド等によってコイルセグメント１９の傾斜面１９ｃの近傍に移動させる。また、接合工程は、レーザー溶接に限定されことなく、半田付けや超音波接合等の他の接合手法を用いてもよい。

　接合工程が終了した後、内壁治具１０１および外壁治具１０３を固定子鉄心１６およびコイルセグメント１９から取り外す。続いて、延出部１９ｂの先端部および接合部を粉体塗装、あるいは、ワニス等の絶縁材料で覆うことにより、コイル１８間の電気的絶縁を担保する。更に、コイル１８の各相に、それぞれＵ相接続端子ＴＵ、Ｖ相接続端子ＴＶ、Ｗ相接続端子ＴＷが接続される。
　以上の製造工程により、固定子鉄心１６にコイル１８を装着および接続し、固定子１２が構成される。

　以上のように構成された本実施形態に係る固定子の製造方法によれば、複数のコイルセグメント１９の各々において、一対の線状部１９ａをそれぞれ固定子鉄心１６の一端面１６ａ側からスロット２０の各々に挿通して、固定子鉄心１６の他端面１６ｂ側から線状部と傾斜した面からなる延出部１９ｂを突出させ、かつ各スロット２０において線状部１９ａの複数を径方向において隣り合うように配置することにより、複数のコイルセグメント１９を固定子鉄心１６と同軸の複数層の円筒状に配列する。成形治具１０２のフランジ部１０２ｃによってコイルセグメント１９の延出部１９ｂを固定子鉄心１６の径方向外側から支持しつつ、成形治具１０２の押圧部１０２ｂによって傾斜面１９ｃを固定子鉄心１６の軸方向に他端面１６ｂに向かって押圧しながら、固定子鉄心１６を周方向に回動させて、コイルセグメント１９の傾斜面１９ｃが他端面１６ｂとほぼ平行に位置するように延出部１９ｂを固定子鉄心１６の周方向に折曲げる。折曲げ成形の後、固定子鉄心１６の径方向において隣り合う傾斜面１９ｃを互いに接合することによりコイル１８を形成している。また、円筒状かつ複数層に配列されたコイルセグメント１９の複数の延出部１９ｂを、固定子１２の径方向において、最外層の延出部から最内層の延出部に向かって一層毎に同時に折曲げ成形する。この際、円筒状に配列された複数の延出部１９ｂを、円筒状に配列された内側の複数の他の延出部１９ｂに沿わせて折曲げ成形するものである。更に、最内層の延出部１９ｂを折曲げ成形する間、内壁治具１０１の外周面１０１ａにより、延出部１９ｂを内周側から支持し、径方向内方への曲がり、倒れを抑制している。
　このような製造方法によれば、延出部の先端部を把持することなく延出部を折り曲げることが可能となる。そのため、コイルセグメントの延出部に把持部を設ける必要がなく、把持部の分だけ、延出部を短く設定することができる。従って、形成されるコイルのコイルエンド１８ｂの突出高さ（固定子鉄心１６の他端面１６ｂからの突出高さ）を低く抑えることができる。この結果、コイル１８および固定子１２の小型化が可能となる。
　本実施形態の製造方法によれば、成形治具１０２よって延出部１９ｂを折曲げ成形する間、成形治具１０２のフランジ部１０２ｃによって延出部１９ｂを固定子鉄心１６の径方向外側から支持することにより、延出部１９ｂが径方向外側に倒れることを防止できる。また、最内層の延出部を折曲げ成形する間、内壁治具１０１により延出部１９ｂを内周側から支持することにより、延出部１９ｂが固定子鉄心１６の径方向内側に曲がり、倒れることを防止できる。これにより、延出部１９ｂの傾斜面１９ｃの位置ずれを抑制でき、複数の傾斜面を固定子鉄心の径方向に隙間なく配列することができる。その結果、径方向において隣り合う傾斜面を良好に、かつ、容易に接合することができる。
　以上のこから、本実施形態によれば、小型化を図りつつ複数のコイルセグメントを良好に接合できる固定子の製造方法が得られる。

　なお、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。　
　例えば、コイルの巻数、コイルセグメントの設置数は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜、増減可能である。例えば、１スロットに４本あるいは８本のセグメント線状部が配置されるように構成してもよい。回転子の寸法、材質、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。本実施形態に係る回転子および回転電機は、永久磁石界磁電動機に限らず、誘導電動機にも適用可能である。

Claims

　平角導体であって、長さ方向に対して傾斜した面を各々の一端とする一対の線状部を有し、前記一対の線状部の他端同士が連結するようにして構成されたコイルセグメントを複数用意し、
　前記複数のコイルセグメントの各々において、前記一対の線状部をそれぞれ固定子鉄心の一端面側からスロットの各々に挿通して、前記固定子鉄心の他端面側から前記線状部と前記傾斜した面からなる延出部を突出させ、かつ各スロットにおいて前記線状部の複数を径方向において隣り合うように配置することにより、前記複数のコイルセグメントを前記固定子鉄心と同軸の複数層の円筒状に配列し、
　第１の治具のフランジ部により前記延出部の端部を前記固定子鉄心の径方向外側から支持しつつ、前記第１の治具の押圧部により前記傾斜した面を前記固定子鉄心の他端面に向かって押圧しながら、前記固定子鉄心を前記第１の治具に対して相対的に周方向に回動させて、前記傾斜した面が前記他端面とほぼ平行に位置するように前記延出部を前記固定子鉄心の周方向に折曲げ、
　前記固定子鉄心の径方向において隣り合う前記傾斜した面を互いに接合する、固定子の製造方法。
　円筒状に配列された複数の前記押圧部により、円筒状に配列された前記複数のコイルセグメントの一層において、複数の前記延出部を同時に折曲げ成形する請求項１に記載の固定子の製造方法。
　円筒状かつ複数層に配列された複数の前記延出部を、前記固定子の径方向において、最外層から最内層に向かって、一層毎に、同時に折曲げ成形する請求項２記載の固定子の製造方法。
　最内層の複数の前記延出部を折曲げ成形する際、第２の治具により、前記延出部を径方向内側から支持する請求項３に記載の固定子の製造方法。
　折曲げ成形された前記固定子鉄心の最も径方向外側に位置する前記延出部を前記固定子鉄心の径方向外側から径方向内側に向かって押圧する、請求項１に記載の固定子の製造方法。
　折曲げ成形され前記固定子鉄心の径方向に並んだ複数の前記延出部を前記固定子鉄心の径方向外側と径方向内側から押圧し前記延出部を湾曲させる請求項１に記載の固定子の製造方法。
　前記折曲げ成形された複数の前記延出部の径方向において隣り合う２つの面を互いに溶接する請求項１に記載の固定子の製造方法。