WO2021176662A1 - 固定子 - Google Patents

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WO2021176662A1
WO2021176662A1 PCT/JP2020/009488 JP2020009488W WO2021176662A1 WO 2021176662 A1 WO2021176662 A1 WO 2021176662A1 JP 2020009488 W JP2020009488 W JP 2020009488W WO 2021176662 A1 WO2021176662 A1 WO 2021176662A1
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WO
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joint
hook
stator
stator core
engaging surface
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/009488
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English (en)
French (fr)
Inventor
久田　秀樹
Original Assignee
株式会社 東芝
東芝インフラシステムズ株式会社
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Publication date
Application filed by 株式会社 東芝, 東芝インフラシステムズ株式会社 filed Critical 株式会社 東芝
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Priority to JP2022504892A priority patent/JP7146137B2/ja
Priority to PCT/JP2020/009488 priority patent/WO2021176662A1/ja
Publication of WO2021176662A1 publication Critical patent/WO2021176662A1/ja
Priority to US17/929,725 priority patent/US20220416605A1/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/505—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto for large machine windings, e.g. bar windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a stator of a rotary electric machine.
  • a rotary electric machine includes a cylindrical stator and a cylindrical rotor rotatably supported inside the stator.
  • the stator includes a stator core and a coil attached to the stator core.
  • a coil is formed by electrically and mechanically joining a plurality of coil segments made of linear conductors (conductors) to each other.
  • the linear conductor (coil segment) is shaped into a hairpin after the coating at the tip is peeled off, and is inserted into the slot of the stator core. Subsequently, after bending and shaping the coil segments, the tips of the linear conductors are held by using a jig or the like, and the tips of the adjacent coil segments are joined by arc welding or laser welding.
  • a jig having high precision and high rigidity for holding the tip portions of the two coil segments is required so that a gap is not formed in the welded portion.
  • a high-power laser is required because of the large heat diffusion.
  • An object of the embodiment of the present invention is to provide a rotor capable of reducing manufacturing cost and improving manufacturability.
  • the stator has an annular yoke and a plurality of teeth extending radially from the inner circumference of the yoke and located side by side at intervals in the circumferential direction of the yoke.
  • a stator core in which a gap between a pair of teeth adjacent to each other in the circumferential direction forms a slot, and a stator coil formed by joining a plurality of coil segments mounted in the slot are provided.
  • the coil segment includes a pair of straight portions arranged in different slots, a crosslinked portion arranged outside the stator core and connecting one ends of the pair of straight portions, and the straight portion.
  • An extension portion extending outward from the other end of the stator core, a joint end portion having a tip surface formed at the extension end of the extension portion, and the tip formed at the joint end portion. It includes a hook-shaped portion having a surface and a first engaging surface that intersects the tip surface.
  • a plurality of the joint ends of the plurality of coil segments are arranged side by side in the radial direction so that the tip surfaces are located at substantially the same height, and the two joint ends adjacent to each other in the radial direction are one.
  • the first engaging surface of the hook-shaped portion of the joint end abuts on the first engaging surface of the hook-shaped portion of the other joint end, and the two tip surfaces and the two first engagement surfaces. The faces are joined to each other.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the first end surface side of the stator of the rotary electric machine.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a part of the coil end of the stator.
  • FIG. 5 is a plan view showing coil segments constituting the stator coil.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing one slot of the stator.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an extended portion of the coil segment.
  • FIG. 8 is a three-view view of the extension portion of the coil segment.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the first end surface side of the stator of the
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of an extended end portion of the coil segment and a grindstone for notch processing.
  • FIG. 10 is a perspective view of a coil segment showing a state in which the joint ends of two coil segments adjacent to each other in the radial direction are engaged with each other.
  • FIG. 11 is a plan view showing a joint portion of coil segments arranged in the radial direction.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an extended end portion of the coil segment of the rotary electric machine according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged perspective view showing a part of the coil end of the rotary electric machine according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an extended portion of the coil segment according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of a coil segment showing a state in which the joint ends of two coil segments adjacent to each other in the radial direction are engaged with each other.
  • FIG. 11 is a plan view showing a joint portion of coil segments arranged in the
  • FIG. 15 is a three-view view of the extension portion of the coil segment.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing an extended end portion of the coil segment and a grindstone for notch processing.
  • FIG. 17 is a perspective view of a coil segment showing a state in which the joint ends of two coil segments adjacent to each other in the radial direction are engaged with each other.
  • FIG. 18 is a plan view showing joints of coil segments arranged in the radial direction in the rotary electric machine according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the rotary electric machine according to the first embodiment, and shows only one half of the rotary electric machine with the central axis C1 as the center.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotary electric machine.
  • the rotary electric machine 10 is configured as, for example, a permanent magnet type rotary electric machine.
  • the rotary electric machine 10 includes an annular or cylindrical stator 12, a rotor 14 rotatably supported inside the stator 12 around the central axis C1 and coaxially supported with the stator 12, and these stators.
  • a casing 30 that supports the rotor 12 and the rotor 14 is provided.
  • the extending direction of the central axis C1 is referred to as an axial direction
  • the direction of rotation around the central axis C1 is referred to as a circumferential direction
  • the directions orthogonal to the axial direction and the circumferential direction are referred to as a radial direction.
  • the stator 12 includes a cylindrical stator core 16 and a stator coil (hereinafter, coil) 18 mounted on the stator core 16.
  • the stator core 16 is formed by laminating a large number of annular electromagnetic steel plates 17 made of a magnetic material, for example, silicon steel, in a concentric manner. A large number of electrical steel sheets 17 are connected to each other in a laminated state by welding a plurality of locations on the outer peripheral surface of the stator core 16.
  • the stator core 16 has an inner peripheral surface coaxially located with the central axis C1, a first end surface 16a located at one end in the axial direction, and a second end surface 16b located at the other end in the axial direction.
  • the first end surface 16a and the second end surface 16b extend orthogonally to the central axis C1.
  • a plurality of slots 20 are formed in the inner peripheral portion of the stator core 16.
  • the plurality of slots 20 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • each slot 20 has an inner peripheral side end opened on the inner peripheral surface of the stator core 16.
  • Each slot 20 extends in the radial direction (outward in the radial direction with respect to the central axis of the stator core 16) from the inner peripheral surface side of the stator core 16.
  • Each slot 20 extends over the entire length of the stator core 16 in the axial direction.
  • each slot 20 in the axial direction is open to the first end surface 16a, and the other end in the axial direction is open to the second end surface 16b.
  • the inner peripheral end of each slot 20 may be configured so as not to open to the inner circumference of the stator core 16, and the inner peripheral surface of the stator core 16 may have a cylindrical surface shape.
  • the inner peripheral portion of the stator core 16 constitutes a plurality of teeth 21 (for example, 48 in the present embodiment) protruding toward the central axis C1.
  • the teeth 21 are arranged at equal intervals along the circumferential direction.
  • the stator core 16 integrally has an annular yoke portion and a plurality of teeth 21 protruding in the radial direction from the inner peripheral surface of the yoke portion toward the central axis C1.
  • a slot 20 is formed between two teeth 21 adjacent to each other in the circumferential direction.
  • Coil 18 is mounted in a plurality of slots 20 and is wound around each tooth 21.
  • the coil 18 is provided so as to have coil ends 18a and 18b extending outward in the axial direction from the first end surface 16a and the second end surface 16b of the stator core 16. By passing an alternating current through the coil 18, a predetermined interlinkage magnetic flux is formed in the stator 12 (teeth 21).
  • the casing 30 has a substantially cylindrical first bracket 32a and a bowl-shaped second bracket 32b.
  • the first and second brackets 32a and 32b are made of, for example, an aluminum alloy.
  • the first bracket 32a is connected to the iron core retainer 26 located on the drive end side of the stator core 16.
  • An annular bearing bracket 34 is coaxially fastened to the tip end side of the first bracket 32a with bolts.
  • a first bearing housing 36 incorporating a roller bearing is fastened to the central portion of the bearing bracket 34.
  • the second bracket 32b is connected to the iron core retainer 26 located on the opposite drive end side.
  • a second bearing housing 38 having a built-in ball bearing is fastened to the central portion of the second bracket 32b.
  • the rotor 14 includes a cylindrical shaft (rotating shaft) 43, a cylindrical rotor core 44 fixed to a substantially central portion in the axial direction of the shaft 43, and a plurality of rotor cores embedded in the rotor core 44. It has a permanent magnet 46 and. Both ends of the rotary shaft 43 in the axial direction are supported by the first bearing 35 and the second bearing 37, and are rotatably supported around the central axis C1.
  • the rotor core 44 is configured as a laminated body in which a large number of magnetic materials, for example, a large number of annular electromagnetic steel plates 47 such as silicon steel are laminated concentrically.
  • the rotor core 44 has an inner hole 48 formed coaxially with the central axis C1.
  • the rotary shaft 43 is inserted and fitted into the inner hole 48 and extends coaxially with the rotor core 44.
  • a substantially disk-shaped magnetic shielding plate 54 and a rotor core retainer 56 are provided at both ends of the rotor core 44 in the axial direction.
  • the rotor core 44 is coaxially arranged with a slight gap (air gap) inside the stator core 16. That is, the outer peripheral surface of the rotor core 44 faces the inner peripheral surface (tip surface of the teeth 21) of the stator core 16 with a slight gap.
  • the rotor core 44 is formed with a plurality of magnet embedding holes 50 that penetrate the rotor core 44 in the axial direction.
  • a permanent magnet 46 is loaded and arranged in each magnet embedding hole 50, and is fixed to the rotor core 44 by, for example, an adhesive or the like. Each permanent magnet 46 extends over the entire length of the rotor core 44. Further, the plurality of permanent magnets 46 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the rotor core 44.
  • the rotor core 44 has a d-axis extending in the radial or radial direction of the rotor core 44, and a q-axis electrically separated from the d-axis by 90 ° in the circumferential direction.
  • the axis extending in the radial direction through the boundary between adjacent magnetic poles and the central axis C1 is defined as the q-axis
  • the direction electrically perpendicular to the q-axis is defined as the d-axis.
  • the d-axis and the q-axis are provided alternately in the circumferential direction of the rotor core 44 and in a predetermined phase.
  • Two magnet embedding holes 50 are formed on both sides of each d-axis in the circumferential direction of the rotor core 44, and permanent magnets 46 are loaded in these embedding holes 50.
  • Each of the embedded holes 50 and the permanent magnets 46 has a substantially rectangular cross-sectional shape and is inclined with respect to the d-axis. When viewed in a plane orthogonal to the central axis C1 of the rotor core 44, the two embedding holes 50 and the permanent magnets 46 are arranged side by side in a substantially V shape that opens toward the outer circumference, for example.
  • the two permanent magnets 46 located on both sides of the d-axis circumferential direction are arranged so that the magnetization directions are opposite to each other in the circumferential direction of the rotor core 44, and the two permanent magnets 46 are located on both sides of the q-axis circumferential direction.
  • the permanent magnets 46 are arranged so that the magnetization directions are the same.
  • the rotary electric machine 10 has 8-pole (4-pole pair), 48 slots in which the front and back sides of the north and south poles of the permanent magnets 46 are alternately arranged for each adjacent magnetic pole, and is a single-layer distributed winding. It constitutes a wound permanent magnet embedded type rotary electric machine.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the second end surface side of the stator
  • FIG. 4 is a perspective view showing a part of the coil end of the stator coil in an enlarged manner
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of a coil segment.
  • the coil 18 is configured by using, for example, a plurality of coil segments CS made of a flat conductor (flat wire) as a linear conductor, and is assembled to a stator core 16. As shown in FIG. 5, the coil segment CS is formed into a substantially U shape by cutting and bending a flat wire.
  • the coil segment CS integrally has a pair of straight-line parts CSS facing each other at intervals and a cross-linking part CSB connecting one ends of the straight-line parts CSS.
  • the coil segment CS has a substantially rectangular cross section (cross section) perpendicular to the longitudinal direction. That is, the cross section has a pair of long sides L1 facing each other and a pair of short sides S1 facing each other (see FIG. 6).
  • the outer surface of the coil segment CS is covered with an insulating coating CL such as an insulating varnish.
  • the extending end of each straight portion CSS is cut in a direction orthogonal to the longitudinal direction to form a rectangular tip surface (joint surface) dS substantially orthogonal to the longitudinal direction.
  • a notch 40 is formed at one corner portion.
  • the notch 40 opens at the corners to the two intersecting side surfaces and the joint surface ds.
  • the inner surface (first engaging surface and the second engaging surface) and the joint surface ds of the notch 40 are not covered with an insulating coating, and form a conductive portion capable of conducting.
  • the remaining portion of the joint end portion forms a hook-shaped portion (hook) 42 having a joint surface ds, a first engagement surface 40b, and a first facing surface FS, which will be described later. doing.
  • the detailed shape and configuration of the notch 40 and the hook shape portion 42 will be described later.
  • the four corners do not have to be right angles and may be chamfered or rounded.
  • the portion connecting the ends of the two long sides facing each other in the cross section may be curved, for example, in an oval shape.
  • the conductor is not limited to a flat conductor, and a conductor having a circular or elliptical cross section can be used.
  • a pair of linear portion CSSs are inserted into different slots 20 from the first end surface 16a side of the stator core 16, for example, and the stator core 16 has a pair of straight portions CSS. It protrudes from the second end surface 16b by a predetermined length.
  • Each straight line portion CSS forms an insertion portion arranged in the slot 20 and an extension portion CE extending from the slot 20 to the outside of the stator core 16.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of one slot of the stator core 16.
  • the linear portion CSS of the six coil segments CS is inserted into one slot 20.
  • the six straight line portions CSS are arranged side by side in the radial direction of the stator core 16.
  • the six straight line portions CSS are arranged in the slot 20 with the long sides L1 facing each other in parallel.
  • An insulating material for example, an insulating paper P is wound around the outer surface of the six straight portion CSS, and the straight portion CSS is inserted into the slot 20 together with the insulating paper P.
  • the insulating paper P may be inserted into the slot 20 in advance, and the coil 18 may be inserted with the insulating paper P arranged in the slot 20.
  • the insulating paper P electrically insulates the coil 18 from the outside and physically protects the coil 18.
  • the cross-linked portion CSB of the coil segment CS is arranged outside the stator core 16 and faces the first end surface 16a of the stator core 16 with a slight gap.
  • the cross-linking portion CSB extends substantially along the circumferential direction of the stator core 16, and some cross-linking portions CSB extend intersecting with other cross-linking portions CSBs. These cross-linked portions CSB form a coil end 18a protruding from the first end surface 16a.
  • the extension portion CE of the straight portion CSS protruding in the axial direction from the second end surface 16b is the circumferential direction of the stator core 16. It is bent in the direction of the axis and extends at an angle with respect to the axial direction. Further, the extending end portion of the extending portion CE is bent in the axial direction to form a second straight line portion extending in the axial direction. In this way, each extending portion CE is inclined with respect to the axial direction from the first bending portion (bending portion) 52a that bends at an angle in the circumferential direction from the axial direction of the stator core 16 and the first bending portion 52a.
  • the extending portions CE of the six straight portions CSS inserted into each slot 20 are alternately bent in one direction and the opposite direction. That is, the extension portion CE located on the outermost circumference is bent in one direction in the circumferential direction of the stator core 16, and the extension portion CE located one inside is bent in the other direction (opposite direction) in the circumferential direction. There is. The extending portion CE on the inner side is bent in the one direction, and the extending portion CE on the inner side is bent in the opposite direction.
  • the joint end portions 52d of the six extending portions CE extending from the plurality of different slots 20 are located substantially in a line in the radial direction of the stator core 16.
  • joint surfaces ds are located at substantially the same height as the end surface 16b of the stator core 16 and are arranged in a row along the radial direction of the stator core 16. However, it extends almost in the same plane.
  • Two joint end portions 52d adjacent to each other in the radial direction are engaged with each other and connected by engaging the hook-shaped portion 42 described above.
  • the joint surfaces ds of the six joint ends 52d in each row are welded to each other by two (two each) and are mechanically and electrically joined.
  • laser welding can be used.
  • the two joint surfaces ds adjacent to each other in the radial direction are irradiated with laser light to partially melt the joint surface ds and the joint end portion 52d to form a weld bead WB straddling the two joint surfaces ds.
  • Each weld or joint is covered with an insulating material such as powder coating or varnish.
  • Three coils are formed by the plurality of coil segments CS joined to each other in this way.
  • the extending portion CE of the coil segment CS constitutes a coil end 18b protruding from the second end surface 16b.
  • a U-phase connection terminal TU, a V-phase connection terminal TV, and a W-phase connection terminal TW are connected to the three coils 18, respectively.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an extended portion of the coil segment
  • FIG. 8 is a three-view view of the extended portion
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing an extended end portion of the coil segment and an example of a grindstone for notch processing.
  • FIG. 10 is a perspective view showing two connected extension portions
  • FIG. 11 is a plan view showing six extension portions connected by two.
  • each of the extending portions CE of the coil segment CS has a first bent portion 52a curved in the circumferential direction of the stator core 16 and an axial direction from the first bent portion 52a to the stator core.
  • An inclined portion 52b that is inclined and extends, a second bent portion 52c that bends in the axial direction from the extending end of the inclined portion 52b, and a linear extension from the second bent portion 52c in the axial direction of the stator core 16. It integrally has a second straight portion (joint end portion) 52d that has been put out. The tip surface of the joint end portion 52d forms the joint surface ds.
  • One corner of the joint end 52d is cut to form a notch 40.
  • the hook-shaped portion (hook) 42 is formed by the remaining portion of the joint end portion 52d.
  • the notch 40 is opened in the first facing surface FS of the joint end portion 52d (the side surface facing the other joint end portion 52d), the other side surface intersecting with the first facing surface FS, and the joint surface ds. It is formed.
  • the notch 40 has a first engaging surface 40b and a second engaging surface 40a extending from the middle portion of the joint end portion 52d in the longitudinal direction to the joint surface ds, respectively, and these first engaging surfaces 40b and the second engaging surface 40a.
  • the mating surfaces 40a intersect each other so as to form an opening angle ⁇ of 90 ° or less.
  • the first engaging surface 40b forming a part of the hook-shaped portion 42 extends from the central portion in the width direction of the joint surface ds to the first facing surface FS so as to be inclined with respect to the width direction of the joint end portion 52d. ..
  • the second engaging surface 40a faces the other joining end portion 52d to be joined, and is inclined from the first facing surface FS to the central axis side 3 of the joining end portion 52d.
  • the first engaging surface 40b extends along one side edge of the second engaging surface 40a from the central portion of the joint surface ds in the longitudinal direction to the middle portion of the first facing surface FS.
  • the first engaging surface 40b faces the first bending portion 52a of the extending portion CE, that is, faces in a direction substantially opposite to the bending direction of the first bending portion 52a.
  • the angle formed by the first engaging surface 40b and the second engaging surface 40a is set to 90 ° or less.
  • the second engagement surface 40a extends in the longitudinal direction of the joint surface ds
  • the first engagement surface 40b is in the width direction of the joint surface ds (diameter direction of the stator core) or in the width direction.
  • the notch 40 and the hook-shaped portion 42 described above are formed by, for example, partially grinding the extending end portion of the straight portion CSS with a V-shaped grindstone GR. can do.
  • two joint end portions 52d adjacent to each other in the radial direction are engaged with each other and connected by engaging the hook-shaped portions 42 with each other. That is, the hook-shaped portion 42 of one joint end portion 52d is engaged with the notch 40 of the other joint end portion 52d.
  • the first engaging surface 40b of one hook-shaped portion 42 faces and abuts on the first engaging surface 40b of the other hook-shaped portion 42, and the first facing surface FS of one hook-shaped portion 42 faces and abuts on the other joint end. It faces and engages with the second engaging surface 40a of the portion 52d.
  • the two hook-shaped portions 42 are urged in the direction in which the first engaging surfaces 40b mesh with each other (contact) by the restoring force (spring back) generated after the bending molding of the first bending portion 52a.
  • the joint end portions 52d of the two extension portions CE are firmly connected to each other, and the first engaging surfaces 40b are brought into close contact with each other with almost no gap.
  • the joint surface ds of one joint end portion 52d and the joint surface ds of the other joint end portion 52d are lined up flush with each other with almost no gap.
  • the joint surfaces ds and the first engagement surfaces 40b are welded, that is, joined by irradiating the vicinity of the boundary of the first engagement surface 40b on the joint surface ds with a laser beam.
  • the two joint ends 52d can be connected without a gap, it is not necessary to hold the two joint ends with a jig or the like having high accuracy and rigidity at the time of welding, and the manufacturability of the stator Is improved.
  • each hook shape portion 42 is pressed against the inclined second engaging surface 40a of the other joint end portion 52d, so that the two joint end portions 52d are separated from each other by the joint end portion 52d.
  • the two joint end portions 52d are separated from each other by the joint end portion 52d.
  • a gap can be provided between the three sets of joint ends arranged in the radial direction, and the insulating property between them can be improved.
  • bending of the joint end portion for providing such a gap becomes unnecessary, and the manufacturability of the stator is further improved.
  • the flat wire insulating coating CL is in a conductive state by removing only the joint surface ds, the first engagement surface 40b and the second engagement surface 40a of the notch 40, but the joint end.
  • the periphery of the portion 52d and the first facing surface FS are covered with an insulating coating CL.
  • the insulating coating CL remains in the vicinity of the welded portion in this way, heat diffusion is hindered during welding, so that welding with an inexpensive low-power laser becomes possible. Further, the external force such as vibration is reduced from being directly applied to the welded portion, and the reliability of welding is improved. From the above, according to the present embodiment, a stator of a rotary electric machine capable of reducing manufacturing cost and improving manufacturability can be obtained.
  • stator of the rotary electric machine will be described.
  • same parts as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals to omit or simplify the detailed description thereof, and parts different from those in the first embodiment. Will be explained in detail.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an extended portion of the coil segment of the stator according to the second embodiment.
  • the hook-shaped portion 42 formed on one of the joint end portions 52d is the first.
  • the engaging surface 40b has a plurality of inclined surfaces that are bent so that the central portion in the axial direction is convex in the direction intersecting the axial direction. That is, the first engaging surface 40b is a first inclined surface inclined from the joint surface ds toward the base end side toward the first bent portion 52a side, and a first bent portion from the first inclined surface to the base end of the notch 40.
  • the first engaging surface 40b is concave in the direction in which the central portion in the axial direction intersects the axial direction. It is bent to. That is, the first engaging surface 40b is a first inclined surface inclined in the direction opposite to the first bent portion 52a from the joint surface ds toward the base end side, and the first inclined surface from the first inclined surface to the base end of the notch 40. It has a second inclined surface that is inclined toward the bent portion 52a side.
  • the two joint end portions 52d and the hook shape portion 42 are connected to each other, the two joint end portions are caused by the restoring force (springback) generated after the bending molding of the first bending portion 52a, as in the first embodiment described above.
  • the 52d is urged in a direction in which the first engaging surfaces 40b mesh with each other.
  • the two joint end portions 52d are firmly connected to each other, and the first engaging surfaces 40b are brought into close contact with each other with almost no gap.
  • the convexly bent first engaging surface 40b and the concavely bent first engaging surface 40b abut and fit with each other, so that the two joint end portions 52d are in the axial direction (vertical direction).
  • Displacement is regulated and positioned at a predetermined height position. Thereby, the heights of the joint surfaces ds of the two joint end portions 52d can be made uniform. By aligning the heights of the joint surfaces ds, laser welding can be performed more easily and reliably.
  • FIG. 13 is an enlarged perspective view showing a part of the coil end of the stator according to the third embodiment
  • FIG. 14 is a perspective view showing an extended portion of the coil segment of the stator according to the third embodiment
  • 15 is a three-view view of the extension portion
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of an extension end portion of a coil segment and a grindstone for notch processing
  • FIG. 17 is a diagram showing two adjacent coils in the radial direction. It is a perspective view which shows the state in which the extension part of is engaged and connected.
  • the tip of each extending portion CE of the coil segment CS is cut obliquely with respect to the longitudinal direction.
  • the extending portion CE has a joint surface (tip surface) ds inclined with respect to the longitudinal direction.
  • the extending portion CE protruding from the second end surface 16b is from the first bending portion 52a and the first bending portion 52a that bend in the circumferential direction from the axial direction of the stator core 16. It has an inclined portion 52b that is inclined with respect to the axial direction and extends linearly, and a joint surface ds formed at the extending end of the inclined portion 52b.
  • the first bent portion 52a is bent so that the joint surface ds is located substantially parallel to the second end surface 16b of the stator core 16.
  • the tip of the inclined portion 52b constitutes the joint end portion.
  • the extending portions CE of the six straight portions CSS inserted into each slot 20 are alternately bent in one direction and the opposite direction. That is, the extension portion CE located on the outermost circumference is bent in one direction in the circumferential direction of the stator core 16, and the extension portion CE located one inside is bent in the other direction (opposite direction) in the circumferential direction. Has been done.
  • the extending portion CE on the inner side is bent in the one direction, and the extending portion CE on the inner side is bent in the opposite direction.
  • the tip surfaces of the six extending portions CE extending from the plurality of different slots 20, that is, the joint surfaces ds, are located substantially in a line along the radial direction of the stator core 16 and are substantially in the same plane. It is postponed.
  • a notch 40 and a hook-shaped portion 42 are formed at the joint end portion of the extension portion CE.
  • the notch 40 is formed by partially cutting the first facing surface FS and the joint surface ds of the joint end portion.
  • the notch 40 has a first engaging surface 40b and a second engaging surface 40a extending from a midway portion of the joint end portion 52d in the longitudinal direction to the joining surface ds, and these first engaging surface 40b and the second engaging surface 40a.
  • the surfaces 40a intersect with each other so as to form an opening angle ⁇ of 90 ° or less.
  • the second engaging surface 40a extends from the central portion of the joint surface ds in the width direction to the first facing surface FS so as to be inclined with respect to the axial direction of the extending portion CE.
  • the second engaging surface 40a faces the other joining end portion to be joined, and is inclined from the first facing surface FS toward the central axis side of the extending portion CE.
  • the first engaging surface 40b extends from the central portion of the joint surface ds in the longitudinal direction to the middle portion of the first facing surface FS.
  • the first engaging surface 40b faces the first bending portion 52a of the extending portion CE, that is, faces in a direction substantially opposite to the bending direction of the first bending portion 52a.
  • the angle formed by the second engaging surface 40a and the first engaging surface 40b is set to 90 ° or less.
  • the second engagement surface 40a extends in the longitudinal direction of the joint surface ds
  • the first engagement surface 40b is inclined toward the width direction of the joint surface ds or the first bending portion 52a side from the width direction. And is extending.
  • the joint end portion of the extension portion CE has a claw-shaped hook-shaped portion (hook) having a joint surface ds, a first engagement surface 40b, and a first facing surface FS. 42 is formed.
  • the above-mentioned notch 40 can be formed by, for example, grinding the extending end portion of the straight portion CSS with a V-shaped grindstone GR.
  • the joint ends of two radially adjacent extension CEs are engaged and connected to each other by engaging the hook-shaped portions 42 with each other. That is, the hook-shaped portion 42 of one joint end is engaged with the notch 40 of the other joint end.
  • the first engaging surface 40b of one hook-shaped portion 42 faces and abuts on the first engaging surface 40b of the other hook-shaped portion 42, and the first facing surface FS of one hook-shaped portion 42 faces and abuts on the other joint end. It faces and engages with the second engaging surface 40a of the portion.
  • the two joint end portions are urged in the direction in which the first engaging surfaces 40b mesh with each other by the restoring force (spring back) generated after the bending molding of the first bending portion 52a.
  • the joint ends of the two extending portions CE are firmly connected to each other, and the first engaging surfaces 40b are brought into close contact with each other with almost no gap.
  • the joint surface ds of one joint end portion and the joint surface ds of the other joint end portion are located at substantially the same height and are lined up flush with each other with almost no gap.
  • the joint surfaces ds and the first engagement surfaces 40b are welded and joined by irradiating the vicinity of the boundary of the first engagement surface 40b on the joint surface ds with a laser beam.
  • the two joint ends of the coil segment can be connected without a gap, it is not necessary to hold the two joint ends with a high-precision and highly rigid jig or the like during welding, and the manufacturability is improved. improves.
  • the same effects as those in the first embodiment described above can be obtained.
  • the extension portion CE of the coil segment does not have the second straight portion, the height of the coil end can be reduced and the stator can be miniaturized.
  • FIG. 18 is a plan view showing joints of coil segments arranged in the radial direction in the rotary electric machine according to the fourth embodiment.
  • the second engaging surface 40a of each notch 40 provided at the joint end portion 52d of the coil segment is formed so as to have a small inclination angle with respect to the axial direction, or is substantially parallel to the axial direction. Is formed in.
  • the two joint end portions 52d adjacent to each other in the radial direction are engaged with each other and joined by engaging the hook-shaped portions 42 with each other.
  • the first engaging surface 40b of one hook-shaped portion 42 faces and is in contact with the first engaging surface 40b of the other hook-shaped portion 42.
  • the two joint end portions 52d are urged in the direction in which the first engaging surfaces 40b mesh with each other, and the first engaging surfaces 40b are brought into close contact with each other with almost no gap.
  • the first facing surface FS of one hook-shaped portion 42 faces the second engaging surface 40a of the other joint end portion 52d with a gap.
  • the joint surface ds of one joint end portion 52d and the joint surface ds of the other joint end portion 52d are lined up flush with each other at the portion of the first engaging surface 40b without any gap.
  • the joint surfaces ds and the first engagement surfaces 40b are welded to each other by irradiating a laser beam near the boundary of the first engagement surface 40b on the joint surface ds. In this way, there may be a gap between the second engaging surface 40a and the first facing surface FS, and if the first engaging surfaces 40b are closely joined to each other, a stable joining portion is formed. can do.

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Abstract

実施形態によれば、固定子は、固定子鉄心と、複数のコイルセグメントを互いに接合して構成された固定子コイルと、を備えている。コイルセグメントは、それぞれ異なるスロット内に配置された一対の直線部と、固定子鉄心の外方に配置され一対の直線部の一端部同士を連結している架橋部と、直線部の他端から固定子鉄心の外方に延出する延出部と、延出部の延出端に形成された先端面ｄｓを有する接合端部５２ｄと、接合端部に形成され先端面および先端面と交差する第1係合面４０ｂを有するフック形状部４２と、を具備している。複数のコイルセグメントの接合端部は、先端面ｄｓがほぼ同一高さに位置するように径方向に複数並んで配置され、径方向に隣合う２つの接合端部は、一方の接合端部のフック形状部の第１係合面が他方の接合端部のフック形状部の第１係合面に当接し、２つの先端面および２つの第1係合面が互いに接合されている。

Description

固定子
　この発明の実施形態は、回転電機の固定子に関する。
　通常、回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に装着されたコイルと、を備えている。コイルは、線状導体（導線）からなる複数のコイルセグメントを互いに電気的、かつ、機械的に接合することにより構成されている。
　一般に、線状導体（コイルセグメント）は、先端の被覆が剥離された後、ヘアピン状に整形され、固定子鉄心のスロットに挿入される。続いて、コイルセグメントを曲げ整形した後、冶具等を用いて線状導体の先端を保持し、アーク溶接やレーザー溶接で隣合うコイルセグメントの先端同士を接合する。
　上記コイルの製造工程において、溶接部に隙間が出来ないよう２本のコイルセグメントの先端部を保持するための高精度かつ剛性の高い冶具が必要となる。レーザー溶接により接合する場合は、熱の拡散が大きいため、高出力のレーザーが必要となる。更に、隣接する溶接部間の絶縁を確保するため、接合部に絶縁塗装を施す、あるいは、接合部を外周側に折り曲げる等の追加の加工が必要となる場合がある。
特開２０１９－１７２２３号公報 特開２０１５－１２６６４３号公報 特開２００７－３７３４４号公報
　本発明の実施形態の課題は、製造コストの低減および製造性の向上を図ることが可能の回転子を提供することにある。
　実施形態によれば、固定子は、環状のヨークと、前記ヨークの内周からそれぞれ径方向に延出し前記ヨークの周方向に間隔を置いて並んで位置する複数のティースと、を有し、前記周方向に隣り合う一対のティースの間の隙間がスロットを形成している固定子鉄心と、前記スロットに装着された複数のコイルセグメントを接合して構成された固定子コイルと、を備えている。前記コイルセグメントは、それぞれ異なるスロット内に配置された一対の直線部と、前記固定子鉄心の外方に配置され前記一対の直線部の一端部同士を連結している架橋部と、前記直線部の他端から前記固定子鉄心の外方に延出する延出部と、前記延出部の延出端に形成された先端面を有する接合端部と、前記接合端部に形成され前記先端面および前記先端面と交差する第1係合面を有するフック形状部と、を具備している。前記複数のコイルセグメントの前記接合端部は、前記先端面がほぼ同一高さに位置するように前記径方向に複数並んで配置され、前記径方向に隣合う２つの接合端部は、一方の接合端部の前記フック形状部の前記第１係合面が他方の接合端部の前記フック形状部の前記第１係合面に当接し、２つの前記先端面および２つの前記第1係合面が互いに接合されている。
図１は、第1実施形態に係る回転電機を示す縦断面図。 図２は、第１実施形態に係る回転電機の横断面図。 図３は、前記回転電機の固定子の第１端面側を示す斜視図。 図４は、前記固定子のコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図。 図５は、前記固定子のコイルを構成するコイルセグメントを示す平面図。 図６は、前記固定子の１つのスロットを拡大して示す断面図。 図７は、前記コイルセグメントの延出部を示す斜視図。 図８は、前記コイルセグメントの延出部の三面図。 図９は、前記コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石の一例を模式的に示す図。 図１０は、径方向に隣合う２つのコイルセグメントの接合端部を係合させた状態を示すコイルセグメントの斜視図。 図１１は、径方向に並んだコイルセグメントの接合部を示す平面図。 図１２は、第２実施形態に係る回転電機のコイルセグメントの延出端部を示す斜視図。 図１３は、第３実施形態に係る回転電機のコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図。 図１４は、第３実施形態におけるコイルセグメントの延出部を示す斜視図。 図１５は、前記コイルセグメントの延出部の三面図。 図１６は、前記コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石を模式的に示す図。 図１７は、径方向に隣合う２つのコイルセグメントの接合端部を係合させた状態を示すコイルセグメントの斜視図。 図１８は、第４実施形態に係る回転電機において、径方向に並んだコイルセグメントの接合部を示す平面図。
　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。
　（第１実施形態）　
　図１は、第１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に装着された固定子コイル（以下、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、中心軸線Ｃ１と同軸的に位置する内周面、軸方向一端に位置する第１端面１６ａ、および軸方向他端に位置する第２端面１６ｂを有している。第１端面１６ａおよび第２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。本実施形態において、各スロット２０は固定子鉄心１６の内周面に開口した内周側端を有している。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面側から放射方向（固定子鉄心１６の中心軸に対する径方向の外側）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の軸方向の一端は第１端面１６ａに開口し、軸方向の他端は第２端面１６ｂに開口している。なお、各スロット２０の内周側端を固定子鉄心１６の内周に開口しないように構成し、固定子鉄心１６の内周面を円筒面状としても構わない。　
　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。周方向に隣り合う２本のティース２１の間にスロット２０が形成されている。
　複数のスロット２０にコイル１８が装着され、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の第１端面１６ａおよび第２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を有するように設けられている。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、第１軸受３５として、例えば、ころ軸受を内蔵した第１軸受ハウジング３６が締結されている。
　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２ブラケット３２ｂの中央部に、第２軸受３７として、例えば、玉軸受を内蔵した第２軸受ハウジング３８が締結されている。
　一方、回転子１４は、円柱形状のシャフト（回転シャフト）４３と、シャフト４３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。回転シャフト４３は、軸方向の両端部が第１軸受３５および第２軸受３７により支持され、中心軸線Ｃ１の回りで回転自在に支持されている。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。回転シャフト４３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および回転子鉄心押え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、回転子鉄心４４を軸方向に貫通する複数の磁石埋め込み孔５０が形成されている。各磁石埋め込み孔５０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軸に対して周方向に電気的に９０°離間したｑ軸を有している。ここでは、隣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つの磁石埋め込み孔５０が形成され、これらの埋め込み孔５０に永久磁石４６が装填されている。各埋め込み孔５０および永久磁石４６は、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれｄ軸に対して傾斜している。回転子鉄心４４の中心軸線Ｃ１と直交する平面でみた場合、２つの埋め込み孔５０および永久磁石４６は、例えば、外周に向かって開いたほぼＶ字状に並んで配置されている。
　ｄ軸の周方向両側に位置する２つの永久磁石４６は、回転子鉄心４４の円周方向において磁化方向が逆向きとなるように配置され、また、ｑ軸の周方向両側に位置する２つの永久磁石４６は、磁化方向が同一となるように配置されている。複数の永久磁石４６を上記のように配置することにより、回転子鉄心４４の外周部において各ｄ軸上の領域は１つの磁極を中心に形成している。本実施形態では、回転電機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石４６のＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した、８極（４極対）、４８スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。
　次に、固定子１２の構成について詳細に説明する。　
　図３は、固定子の第２端面側を示す斜視図、図４は、固定子コイルのコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図、図５は、コイルセグメントの一例を示す斜視図である。　
　コイル１８は、線状導体として例えば、平角導体（平角線）からなる複数のコイルセグメントＣＳ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ＣＳは、平角線を切断および折り曲げることにより、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ＣＳは、互いに間隔を置いて対向する一対の直線部ＣＳＳと、直線部ＣＳＳの一端部同士を連結した架橋部ＣＳＢと、を一体に有している。コイルセグメントＣＳは、長手方向に垂直な断面（横断面）が略矩形状を成している。すなわち、横断面は、互いに対向する一対の長辺Ｌ１および互いに対向する一対の短辺Ｓ１（図６参照）を有している。コイルセグメントＣＳの外面は絶縁ワニス等の絶縁被覆ＣＬで覆われている。各直線部ＣＳＳの延出端は、長手方向と直交する方向にカットされ、長手方向とほぼ直交する矩形状の先端面（接合面）ｄＳを形成している。直線部ＣＳＳの延出端部（接合端部）において、１つの角部に切欠き４０が形成されている。切欠き４０は、角部において、交差する２側面および接合面ｄｓに開口している。切欠き４０の内面（第１係合面および第２係合面）および接合面ｄｓは、絶縁被覆で覆われておらず、導通可能な導通部を形成している。上記のような切欠き４０を設けることにより、接合端部の残部分は、後述する接合面ｄｓ、第１係合面４０ｂ、および第１対向面ＦＳを有するフック形状部（フック）４２を形成している。切欠き４０およびフック形状部４２の詳細な形状、構成については後述する。
　なお、線状導体の横断面が矩形である場合、四隅は直角である必要はなく、面取りやＲ加工がされていてもよい。また、横断面が対向する２長辺を有する場合、例えば長円状など、断面においてこれらの対向する２長辺の端部を結ぶ部分は曲線であってもよい。更に、導体は、平角導体に限らず、横断面が円形あるいは楕円形に形成された導体を用いることも可能である。
　図３および図４に示すように、複数のコイルセグメントＣＳは、一対の直線部ＣＳＳが、例えば、固定子鉄心１６の第１端面１６ａ側からそれぞれ異なるスロット２０に差し込まれ、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂから所定長さだけ突出している。各直線部ＣＳＳは、スロット２０の内に配置された挿入部とスロット２０から固定子鉄心１６の外方に延出する延出部ＣＥとを形成している。
　図６は、固定子鉄心１６の１スロットの断面図である。図示のように、１つのスロット２０に例えば、６つのコイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳが挿通される。スロット２０において、６つの直線部ＣＳＳは、固定子鉄心１６の半径方向に並んで配置されている。横断面で見た場合、６つの直線部ＣＳＳは、長辺Ｌ１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。６つの直線部ＣＳＳの外面に絶縁材、例えば、絶縁紙Ｐが巻付けられ、直線部ＣＳＳは絶縁紙Ｐと共にスロット２０内に挿入されている。なお、絶縁紙Ｐをスロット２０に予め挿入し、スロット２０内に絶縁紙Ｐが配置された状態でコイル１８を挿入しても構わない。絶縁紙Ｐは、コイル１８を外部から電気的に絶縁するとともに、コイル１８を物理的に保護している。
　図３に示すように、コイルセグメントＣＳの架橋部ＣＳＢは、固定子鉄心１６の外方に配置され、固定子鉄心１６の第１端面１６ａに僅かに隙間を置いて対向している。架橋部ＣＳＢ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ＣＳＢは、他の架橋部ＣＳＢと交差して延在している。これらの架橋部ＣＳＢは、第１端面１６ａから突出したコイルエンド１８ａを構成している。
　図３および図４に示すように、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂ側において、第２端面１６ｂから軸方向に突出した直線部ＣＳＳの延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の円周方向に折り曲げられ、軸方向に対して傾斜して延在している。更に、延出部ＣＥの延出端部は、軸方向に折り曲げられ、軸方向に延びた第２直線部を形成している。このように、各延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の軸方向から周方向にある角度、折れ曲がる第１曲げ部（曲げ部）５２ａと、第１曲げ部５２ａから軸方向に対し傾斜して直線的に延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部５２ｂの延出端から軸方向に折れ曲がる第２曲げ部５２ｃと、第２曲げ部５２ｃから固定子鉄心１６の軸方向に直線的に延出した第２直線部（接合端部）５２ｄと、を一体に有している。
　各スロット２０に挿通された６本の直線部ＣＳＳの延出部ＣＥ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、最外周に位置する延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の周方向の一方向に折り曲げられ、１つ内側の延出部ＣＥは、周方向の他方向（逆方向）に折り曲げられている。更に１つ内側の延出部ＣＥは、前記一方向に折り曲げられ、更に１つ内側の延出部ＣＥは前記逆方向に折り曲げられている。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ＣＥの接合端部５２ｄは、固定子鉄心１６の径方向にほぼ一列に並んで位置している。これら接合端部５２ｄの先端面、すなわち、接合面ｄｓは、固定子鉄心１６の端面１６ｂに対してほぼ同一の高さに位置し、固定子鉄心１６の径方向に沿って一列に並んで位置し、ほぼ同一平面に延在している。
　径方向に隣合う２つの接合端部５２ｄは、前述したフック形状部４２を噛み合わせることにより互いに係合し連結されている。各列の６つの接合端部５２ｄの接合面ｄｓは、２つずつ（２本ずつ）互いに溶接され、機械的かつ電気的に接合されている。溶接には、例えば、レーザー溶接を用いることができる。径方向に隣り合う２つの接合面ｄｓにレーザー光を照射し、接合面ｄｓおよび接合端部５２ｄを部分的に溶融し、２つの接合面ｄｓに跨る溶接ビードＷＢを形成する。各溶接部あるいは接合部は、粉体塗装、ワニス等の絶縁材料で覆われる。このように互いに接合された複数のコイルセグメントＣＳにより３本のコイルが形成される。コイルセグメントＣＳの延出部ＣＥは、第２端面１６ｂから突出するコイルエンド１８ｂを構成している。３本のコイル１８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、接合端部５２ｄ、切欠き４０、およびフック形状部４２の形状、構成について詳細に説明する。　
　図７はコイルセグメントの延出部を示す斜視図、図８は延出部の三面図、図９は、コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石の一例を模式的に示す図、図１０は連結された２本の延出部を示す斜視図、図１１は２本ずつ連結された６本の延出部を示す平面図である。
　図７および図８に示すように、コイルセグメントＣＳの各延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の周方向に湾曲した第１曲げ部５２ａと、第１曲げ部５２ａから固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部５２ｂの延出端から軸方向に折れ曲がる第２曲げ部５２ｃと、第２曲げ部５２ｃから固定子鉄心１６の軸方向に直線的に延出した第２直線部（接合端部）５２ｄと、を一体に有している。接合端部５２ｄの先端面は接合面ｄｓを形成している。
　接合端部５２ｄの一つの角部が切削され切欠き４０を形成している。切欠き４０を形成することにより、接合端部５２ｄの残部分によりフック形状部（フック）４２が形成されている。切欠き４０は、接合端部５２ｄの第１対向面ＦＳ（他方の接合端部５２ｄと対向する側面）、この第１対向面ＦＳと交差する他の側面、および接合面ｄｓに、開口して形成されている。切欠き４０は、それぞれ接合端部５２ｄの長手方向の中途部から接合面ｄｓまで延びる第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａを有し、これら第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａは、９０°以下の開き角度θをなすように互いに交差している。
　フック形状部４２の一部を構成する第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの幅方向中央部から第１対向面ＦＳまで接合端部５２ｄの幅方向に対し傾斜して延在している。第２係合面４０ａは、接合する他方の接合端部５２ｄに対向しているとともに、第１対向面ＦＳから接合端部５２ｄの中心軸線側３に傾斜している。
　第１係合面４０ｂは、第２係合面４０ａの一側縁に沿って、接合面ｄｓの長手方向の中央部から第１対向面ＦＳの中途部まで延在している。第１係合面４０ｂは、延出部ＣＥの第１曲げ部５２ａに向いている、すなわち、第１曲げ部５２ａの曲げ方向とほぼ逆の方向を向いている。第１係合面４０ｂと第２係合面４０ａとの成す角度は、９０°以下に設定されている。接合面ｄｓにおいて、第２係合面４０ａは接合面ｄｓの長手方向に延び、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの幅方向（固定子鉄心の径方向）、あるいは、幅方向よりも第１曲げ部５２ａ側に傾斜して延びている。　
　なお、図９に模式的に示すように、上述した切欠き４０およびフック形状部４２は、例えば、Ｖ字型の砥石ＧＲにより直線部ＣＳＳの延出端部を部分的に研削することにより形成することができる。
　図１０および図１１に示すように、径方向に隣合う２つの接合端部５２ｄは、フック形状部４２同士を噛み合わせることにより互いに係合し連結される。すなわち、一方の接合端部５２ｄのフック形状部４２が他方の接合端部５２ｄの切欠き４０に係合される。一方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂが他方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂに対向かつ当接し、一方のフック形状部４２の第１対向面ＦＳが他方の接合端部５２ｄの第２係合面４０ａに対向および係合している。この際、第１曲げ部５２ａの曲げ成形後に生じる復元力（スプリングバック）により、２つのフック形状部４２は、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う（当接する）方向に付勢される。これにより、２つ延出部ＣＥの接合端部５２ｄは強固に連結され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。同時に、一方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓと他方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓとが、ほぼ隙間なく、面一に並んでいる。レーザー溶接においては、接合面ｄｓにおいて第１係合面４０ｂの境界付近にレーザー光を照射することにより、接合面ｄｓ同士および第１係合面４０ｂ同士が溶接、すなわち、接合される。
　このように、２つの接合端部５２ｄを隙間なく連結可能であることから、溶接時、高精度かつ剛性の高い冶具等により２本の接合端部を保持する必要がなく、固定子の製造性が向上する。
　また、各フック形状部４２の第１対向面ＦＳが、他方の接合端部５２ｄの傾斜した第２係合面４０ａに押し付けられることにより、２つの接合端部５２ｄは、一方の接合端部５２ｄが他方の接合端部５２ｄに向かって僅かに弾性変形した状態で連結される。そのため、径方向に並んだ３組の接合端部の間に隙間を設けることができ、これらの間の絶縁性の向上が図られる。同時に、このような隙間を設けるための接合端部の曲げ加工が不要となり、固定子の製造性が一層向上する。
　溶接する接合部において、平角線の絶縁被覆ＣＬは、接合面ｄｓ、切欠き４０の第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａのみが除去され導通可能状態となっているが、接合端部５２ｄの周囲および第１対向面ＦＳは絶縁被覆ＣＬで覆われている。このように溶接部の近傍に絶縁被覆ＣＬが残っている場合、溶接時、熱の拡散が阻害されるため、廉価な低出力レーザーによる溶接が可能となる。更に、振動などの外力が直接、溶接部に加わる事が軽減され、溶接の信頼性が向上する。　
　以上のことから、本実施形態によれば、製造コストの低減および製造性の向上を図ることが可能な回転電機の固定子が得られる。
　次に、他の実施形態に係る回転電機の固定子について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、第１実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
　（第２実施形態）
　図１２は、第２実施形態に係る固定子のコイルセグメントの延出部を示す斜視図である。
　図１２（ａ）に示すように、第２実施形態では、互いに連結、接合される２本の接合端部５２ｄのうち、一方の接合端部５２ｄに形成されたフック形状部４２において、第１係合面４０ｂは、軸方向の中央部が軸方向と交差する方向に凸状となるように屈曲した複数の傾斜面を有している。すなわち、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓから基端側に向かって第１曲げ部５２ａ側に傾斜した第１傾斜面と第１傾斜面から切欠き４０の基端まで第１曲げ部５２ａと反対の方向に傾斜した第２傾斜面とを有している。
　図１２（ｂ）に示すように、他方の接合端部５２ｄに形成されたフック形状部４２において、第１係合面４０ｂは軸方向の中央部が軸方向と交差する方向に凹状となるように屈曲している。すなわち、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓから基端側に向かって第１曲げ部５２ａと反対方向に傾斜した第1傾斜面と第１傾斜面から切欠き４０の基端まで第１曲げ部５２ａ側に傾斜した第２傾斜面とを有している。
　２つの接合端部５２ｄおよびフック形状部４２を互いに連結した場合、前述した第１実施形態と同様に、第１曲げ部５２ａの曲げ成形後に生じる復元力（スプリングバック）により、２つの接合端部５２ｄは、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う方向に付勢される。２つの接合端部５２ｄは強固に連結され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。この際、凸状に屈曲した第１係合面４０ｂと凹状に屈曲した第１係合面４０ｂとが互いに当接、嵌合することにより、２つの接合端部５２ｄは軸方向（上下方向）の変位が規制され、所定の高さ位置に位置決めされる。これにより、２つの接合端部５２ｄの接合面ｄｓの高さを揃えることができる。接合面ｄｓの高さを揃えることにより、一層容易に、かつ、確実にレーザー溶接することが可能となる。
　（第３実施形態）
　図１３は、第３実施形態に係る固定子のコイルエンドの一部を拡大して示す斜視図、図１４は、第３実施形態に係る固定子のコイルセグメントの延出部を示す斜視図、図１５は、前記延出部の三面図、図１６は、コイルセグメントの延出端部および切欠き加工用の砥石の一例を模式的に示す図、図１７は、径方向に隣合う２本の延出部を係合、連結した状態を示す斜視図である。
　図１３に示すように、第３実施形態では、コイルセグメントＣＳの各延出部ＣＥの先端は長手方向に対して斜めにカットされている。これにより、延出部ＣＥは、長手方向に対して傾斜した接合面（先端面）ｄｓを有している。固定子鉄心１６の第２端面１６ｂ側において、第２端面１６ｂから突出した延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の軸方向から周方向に折れ曲がる第１曲げ部５２ａと、第１曲げ部５２ａから軸方向に対し傾斜して直線的に延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部５２ｂの延出端に形成された接合面ｄｓと、を有している。第１曲げ部５２ａは、接合面ｄｓが固定子鉄心１６の第２端面１６ｂとほぼ平行に位置するように折り曲げられている。傾斜部５２ｂの先端部が接合端部を構成している。
　各スロット２０に挿通された６本の直線部ＣＳＳの延出部ＣＥ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、最外周に位置する延出部ＣＥは、固定子鉄心１６の円周方向の一方向に折り曲げられ、１つ内側の延出部ＣＥは、円周方向の他方向（逆方向）に折り曲げられている。更に１つ内側の延出部ＣＥは、前記一方向に折り曲げられ、更に１つ内側の延出部ＣＥは前記逆方向に折り曲げられている。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ＣＥの先端面、すなわち、接合面ｄｓは、固定子鉄心１６の径方向に沿ってほぼ一列に並んで位置し、ほぼ同一平面に延在している。
　図１４および図１５に示すように、延出部ＣＥの接合端部に切欠き４０およびフック形状部４２が形成されている。切欠き４０は、接合端部の第１対向面ＦＳおよび接合面ｄｓを部分的に切削して形成されている。切欠き４０は、接合端部５２ｄの長手方向の中途部から接合面ｄｓまで延びる第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａを有し、これら第１係合面４０ｂおよび第２係合面４０ａは、９０°以下の開き角θをなすように互いに交差している。
　第２係合面４０ａは、接合面ｄｓの幅方向中央部から第１対向面ＦＳまで延出部ＣＥの軸方向に対し傾斜して延在している。第２係合面４０ａは、接合する他方の接合端部に向いているとともに、第１対向面ＦＳから延出部ＣＥの中心軸線側に傾斜している。
　第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの長手方向の中央部から第１対向面ＦＳの中途部まで延在している。第１係合面４０ｂは、延出部ＣＥの第１曲げ部５２ａに向いている、すなわち、第１曲げ部５２ａの曲げ方向とほぼ逆の方向を向いている。第２係合面４０ａと第１係合面４０ｂとの成す角度は、９０°以下に設定されている。接合面ｄｓにおいて、第２係合面４０ａは接合面ｄｓの長手方向に延び、第１係合面４０ｂは、接合面ｄｓの幅方向、あるいは、幅方向よりも第１曲げ部５２ａ側に傾斜して延びている。
　上記のような切欠き４０を設けることにより、延出部ＣＥの接合端部は、接合面ｄｓ、第１係合面４０ｂ、および第１対向面ＦＳを有する爪状のフック形状部（フック）４２を形成している。なお、図１６に模式的に示すように、上述した切欠き４０は、例えば、Ｖ字型の砥石ＧＲにより直線部ＣＳＳの延出端部を研削することにより形成することができる。
　図１３および図１６に示すように、径方向に隣合う２つの延出部ＣＥの接合端部は、フック形状部４２同士を噛み合わせることにより互いに係合し連結される。すなわち、一方の接合端部のフック形状部４２が他方の接合端部の切欠き４０に係合されている。一方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂが他方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂに対向かつ当接し、一方のフック形状部４２の第１対向面ＦＳが他方の接合端部の第２係合面４０ａに対向および係合している。この際、第１曲げ部５２ａの曲げ成形後に生じる復元力（スプリングバック）により、２つの接合端部は、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う方向に付勢される。これにより、２つの延出部ＣＥの接合端部は強固に連結され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。同時に、一方の接合端部の接合面ｄｓと他方の接合端部の接合面ｄｓとが、ほぼ同一の高さに位置し、ほぼ隙間なく面一に並んでいる。
　レーザー溶接においては、接合面ｄｓにおいて第１係合面４０ｂの境界付近にレーザー光を照射することにより、接合面ｄｓ同士および第１係合面４０ｂ同士が溶接、接合される。
　このように、コイルセグメントの２つの接合端部を隙間なく連結可能であることから、溶接時、高精度かつ剛性の高い冶具等により２本の接合端部を保持する必要がなく、製造性が向上する。その他、第３実施形態においても、前述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。更に、第３実施形態では、コイルセグメントの延出部ＣＥは、第２直線部を持たない構成であるため、コイルエンドの高さを低減し、固定子の小型化を図ることができる。
（第４実施形態）
　図１８は、第４実施形態に係る回転電機において、径方向に並んだコイルセグメントの接合部を示す平面図である。　
　本実施形態によれば、コイルセグメントの接合端部５２ｄに設けられた各切欠き４０の第２係合面４０ａは、軸方向に対して傾斜角度が小さく形成され、あるいは、ほぼ軸方向と平行に形成されている。径方向に隣合う２つ接合端部５２ｄは、フック形状部４２同士を噛み合わせることにより互いに係合し接合されている。一方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂが他方のフック形状部４２の第１係合面４０ｂに対向かつ当接している。この際、２つの接合端部５２ｄは、第１係合面４０ｂ同士が噛み合う方向に付勢され、第１係合面４０ｂ同士はほぼ隙間なく密着する。
　また、一方のフック形状部４２の第１対向面ＦＳは他方の接合端部５２ｄの第２係合面４０ａに隙間を置いて対向している。同時に、一方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓと他方の接合端部５２ｄの接合面ｄｓとが、第１係合面４０ｂの部分において、隙間なく、面一に並んでいる。レーザー溶接においては、接合面ｄｓにおいて第１係合面４０ｂの境界付近にレーザー光を照射することにより、接合面ｄｓ同士および第１係合面４０ｂ同士が溶接される。　
　このように、第２係合面４０ａと第１対向面ＦＳとの間に隙間があってもよく、第１係合面４０ｂ同士が密着して接合されていれば、安定した接合部を構成することができる。
　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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つのスロットに４本あるいは８本のセグメント直線部が配置されるように構成してもよい。固定子の寸法、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。本実施形態に係る固定子および回転電機は、永久磁石型の回転電機に限らず、誘導電動機にも適用可能である。

Claims (5)

  1. 　環状のヨークと、前記ヨークの内周からそれぞれ径方向に延出し前記ヨークの周方向に間隔を置いて並んで位置する複数のティースと、を有し、前記周方向に隣り合う一対のティースの間の隙間がスロットを形成している固定子鉄心と、
    　前記スロットに装着された複数のコイルセグメントを接合して構成された固定子コイルと、を備え、
    　前記コイルセグメントは、それぞれ異なるスロット内に配置された一対の直線部と、前記固定子鉄心の外方に配置され前記一対の直線部の一端部同士を連結している架橋部と、前記直線部の他端から前記固定子鉄心の外方に延出する延出部と、前記延出部の延出端に形成された先端面を有する接合端部と、前記接合端部に形成され前記先端面および前記先端面と交差する第1係合面を有するフック形状部と、を具備し、
    　前記複数のコイルセグメントの前記接合端部は、前記先端面がほぼ同一高さに位置するように前記径方向に複数並んで配置され、前記径方向に隣合う２つの接合端部は、一方の接合端部の前記フック形状部の前記第１係合面が他方の接合端部の前記フック形状部の前記第１係合面に当接し、２つの前記先端面および２つの前記第1係合面が互いに接合されている
    　固定子。
  2. 　少なくとも１つの前記延出部は、前記固定子鉄心の周方向に折り曲げられた曲げ部と前記曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して延出する傾斜部と前記傾斜部の延出端に位置する前記接合端部と、を有し、前記フック形状部の前記第1係合面は、前記周方向で前記曲げ部の曲げ方向と逆方向を向き、かつ、前記径方向に対し前記接合端部の一側から中心側に向かって前記曲げ方向に傾斜している請求項１に記載の固定子。
  3. 　前記接合端部は、前記第1係合面と、前記第1係合面および前記先端面と交差し前記径方向を向いた第２係合面と、で形成された切欠きを具備し、前記一方の接合端部の前記フック形状部は、前記他方の接合端部の前記切欠きに係合している請求項１に記載の固定子。
  4. 　前記第２係合面は、前記固定子鉄心の軸方向に対し前記径方向に傾斜し、前記第１係合面と９０°以下の開き角度で交差して配置されている請求項３に記載の固定子。
  5. 　前記２つの接合端部の前記フック形状部のうち、一方のフック形状部の前記第１係合面は、前記固定子鉄心の軸方向と交差する方向に凸状となる複数の傾斜面あるいは湾曲面で形成され、他方のフック形状部の前記第１係合面は、前記軸方向と交差する方向に凹状となる複数の傾斜面あるいは湾曲面で形成され、前記凸状の前記第１係合面に嵌合している請求項１に記載の固定子。
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