JP6009519B2 - 回転電機および回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機および回転電機の製造方法に関する。

回転電機では、固定子巻線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を回転させる。また、回転子に加わる機械エネルギーを電気エネルギーに変換してコイルから交流電力を出力することもできる。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として、外部接続側口出し部を固定子鉄心の上部で軸方向に延長させ配置し、その両側に中性線を配置した構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−０１５４５９号公報

この種の回転電機を自動車に搭載する場合、狭く限られた空間に取り付けられるため、小型化が要求される。コイルエンドの上部はミッション部との隙間を確保するため、中性線の引き回しなどの凸部領域を狭くすることが望ましい。しかし、この種の回転電機では、コアバックやコイルエンドが大きくなってしまい軸方向や径方向に突出してしまうといった問題があった。

本発明の第１の態様によれば、回転電機は、周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心、および該固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイルを有する固定子と、前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備え、前記固定子コイルは、矩形断面の導体を予め略Ｕ字形状に成形したセグメントコイルが複数接続された複数相の主コイルと、前記スロットから引き出されて交流端子が取り付けられる口出し線を含み、各々の前記主コイルの一方の端部に接続される第１の副コイルと、前記スロットから引き出される中性線を含み、各々の前記主コイルの他方の端部に接続される第２の副コイルと、を備え、前記口出し線および前記中性線は、複数の直線部および屈曲部から構成された折り曲げ構造の導体で構成されており、前記口出し線は、前記スロットからコイルエンド方向に斜めに立ち上がると共にコイルエンドに沿って径方向に折り曲げられた第１導体部と、コイルエンド上をコイルエンドに沿って湾曲するように径方向に折り曲げられた第２導体部とを有し、前記中性線は、コイルエンドにおいて前記中性線の軸方向高さが変化する領域が径方向に折り曲げられ、前記直線部および前記屈曲部が形成されている導体領域に絶縁膜を形成したことを特徴とする。
本発明の第２の態様によれば、回転電機の製造方法は、成形前に固定子コイルの導体に前記絶縁膜を設け、導体に成形ピンを当接させつつ該導体を曲げるフォーミング加工を順に複数回行うことにより、複数の前記屈曲部を形成することを特徴とする。

本発明によれば、コアバックやコイルエンドの小型化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転電機の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。 固定子鉄心１３２の斜視図である。 電磁鋼板１３３を示す図である。 回転子１５０および固定子１３０の断面を示す図である 固定子コイル１３８を示す斜視図である。 スター結線を示す図である。 固定子コイル１３８Ｕを示す斜視図である。 固定子コイル１３８Ｕ１を示す斜視図である。 固定子コイル１３８Ｕ２を示す斜視図である。 セグメントコイル２８の接続方法を説明する図である。 図９に示す口出し線５００Ｕ１の部分の拡大図である。 口出し線５００Ｕ１のフォーミング加工を説明する図であり、口出し線５００Ｕ１を固定子鉄心１３２の中心側から見た図である。 出し線５００Ｕ１のフォーミング加工を説明する図であり、口出し線５００Ｕ１を軸方向に沿って見た図である。 Ｕ１相コイルの口出し線５００Ｕ１とＵ２相コイルの口出し線５００Ｕ２とを示す図である。 図６の中性線接続部７１２の部分を示す図である。 交流端子４１Ｕに接続されたＵ１相およびＵ１相の口出し線を示す図である。 中性線接続部７１２で接続された中性線７１２Ｕ２，７１２Ｖ２，７１２Ｗ２を示す図である。 第２の実施の形態における固定子コイルの結線構造を示す図である。 ブリッジ線４００Ｕを示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
（回転電機の全体構成）
本実施形態に係る回転電機は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機である。ここで、回転電機を使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の全体構成を示す模式図である。図１では、回転電機１００の一部分を断面とすることで、回転電機１００の内部を示している。回転電機１００は、図１に示すように、ケース１０の内部に配設されるものであり、ハウジング１１２と、ハウジング１１２に固定される固定子鉄心１３２を有する固定子１３０と、この固定子内に回転自在に配設される回転子１５０と、を備えている。ケース１０は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成される。

この回転電機１００は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１００は、固定子鉄心１３２に巻回される固定子コイル１３８に三相交流電流が供給されることで、回転子１５０を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１００は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１００は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。

固定子１３０はハウジング１１２に固定されている。固定子１３０は、ハウジング１１２に設けられたフランジ１１５がボルト１２によりケース１０に締結されることで、ケース１０内に固定保持されている。シャフト１１８に固定された回転子１５０は、ケース１０の軸受け１４Ａ、１４Ｂにより支承され、固定子鉄心１３２の内側において回転可能に保持されている。

図２はハウジング１１２に取り付けられた固定子１３０を示す斜視図である。ハウジング１１２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形成されている。ハウジング１１２の軸方向一端にはフランジ１１５が設けられて折り、上述したようにケース１０にボルト固定される（図１参照）。フランジ１１５は、絞り加工によってハウジング１１２と一体に形成される。なお、ハウジング１１２を設けずに、固定子１３０をケース１０に直接固定するようにしても良い。

固定子１３０はハウジング１１２の内周側に固定され、円筒状の固定子鉄心１３２と、この固定子鉄心１３２に装着される固定子コイル１３８と、を有している。図３は固定子鉄心１３２の斜視図である。固定子鉄心１３２は、図４に示すような電磁鋼板１３３を複数積層して形成される。電磁鋼板１３３は厚さが０．０５〜１．０ｍｍ程度であり、打ち抜き加工またはエッチング加工により成形される。積層された電磁鋼板１３３は溶接により固定される。図３に示す例では、溶接部２００がそれを示す。この溶接により積層された各電磁鋼板１３３が接続されるとともに、ハウジング１１２に圧入した際の締め付け力に起因する電磁鋼板１３３の変形が抑制される。

固定子鉄心１３２には、軸方向に延在する複数のスロット４２０が周方向に等間隔となるように形成されている。スロット４２０の数は、例えば本実施の形態では７２個である。スロット４２０には、図２に示すように固定子コイル１３８が収容される。図３に示す例では、スロット４２０は開スロットであり、固定子鉄心内周側には開口が形成されている。この開口の周方向の幅は、固定子コイル１３８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。

なお、各スロット４２０内には、絶縁紙３００が配置されている。絶縁紙３００は、スロット４２０やコイルエンド１４０ａ，１４０ｂに配設されるものである。絶縁紙３００（いわゆるスロットライナー）をスロット４２０に配設することにより、スロット４２０に挿通されるコイルの相互間およびコイルとスロット４２０の内面との間に配設されて、コイル間やコイルとスロット４２０の内面との間の絶縁耐圧の向上を図っている。

また、コイルエンド１４０ａ，１４０ｂに配設される絶縁紙３００は、コイルエンド１４０ａ，１４０ｂにおける相間絶縁、導体間絶縁のためにコイル間に環状に配設される。このように、本実施形態に係る回転電機１００は、スロット４２０の内側やコイルエンド１４０ａ，１４０ｂにおいて絶縁紙３００が配設されているため、コイルの絶縁被膜が傷ついたり劣化したりしても、必要な絶縁耐圧を保持できる。なお、絶縁紙３００は、例えば耐熱ポリアミド紙の絶縁シートであり、厚さは０.１〜０.５ｍｍ程である。

スロット４２０間にはティース４３０が形成されており、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。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とされている。ティース４３０は、固定子コイル１３８によって発生した回転磁界を回転子１５０に導き、回転子１５０に回転トルクを発生させる働きをする。

図３に示す固定子鉄心１３２は、上記した円筒状のハウジング１１２の内側に焼嵌めにより嵌合固定される。具体的な組み立て方としては、例えば、先ず固定子鉄心１３２を配置しておき、この固定子鉄心１３２に予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたハウジング１１２を嵌め込む。次に、ハウジング１１２を冷却して内径を収縮させることで、その熱収縮により固定子鉄心１３２の外周部を締め付ける。

固定子鉄心１３２は、運転時における回転子１５０のトルクによる反作用によってハウジング１１２に対して空転しないように、ハウジング１１２の内径寸法を、固定子鉄心１３２の外径寸法よりも所定値だけ小さくなるように設定する。その結果、焼嵌め嵌合により固定子鉄心１３２がハウジング１１２内に強固に固定される。常温における固定子鉄心１３２の外径とハウジング１１２の内径との差は締め代と呼ばれ、この締め代を回転電機１００の最大トルクを想定して設定することで、ハウジング１１２は所定の締め付け力により固定子鉄心１３２を保持することができる。なお、固定子鉄心１３２は焼嵌めにより嵌合固定する場合に限定されることなく、圧入によりハウジング１１２に嵌合固定することとしてもよい。

図５は回転子１５０を説明する図であり、回転子１５０および固定子１３０の断面を示す図である。なお、煩雑さを避けるために、シャフト１１８やスロット４２０の内部に収容されている固定子コイル１３８、絶縁紙３００は省略している。図５に示すように、回転子１５０は、回転子鉄心１５２と、この回転子鉄心１５２に形成された磁石挿入孔に保持されている永久磁石１５４と、を有している。

回転子鉄心１５２には、直方体形状の磁石挿入孔が外周部近傍において周方向に等間隔で形成されている。各磁石挿入孔には永久磁石１５４が埋め込まれ、接着剤などで固定されている。磁石挿入孔の円周方向の幅は、永久磁石１５４の円周方向の幅よりも大きく形成されており、永久磁石１５４の両側には磁気的空隙１５６が形成されている。この磁気的空隙１５６は接着剤を埋め込んでもよいし，樹脂で永久磁石１５４と一体に固めてもよい。

永久磁石１５４は、回転子１５０の界磁極を形成するものである。なお、本実施形態では、一つの永久磁石１５４で一つの磁極を形成する構成としているが、一つの磁極を複数の永久磁石によって構成してもよい。各磁極を形成するための永久磁石を複数に増やすことで、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１５４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、ある磁極を形成するための永久磁石１５４の固定子側の面がＮ極、シャフト側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石１５４の固定子側の面はＳ極、シャフト側の面はＮ極となるように磁化されている。本実施形態では、１２個の永久磁石１５４が、円周方向に等間隔で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ることで、回転子１５０は１２の磁極を形成している。

なお、永久磁石１５４は、磁化した後に回転子鉄心１５２の磁石挿入孔に埋め込んでもよいし、磁化する前に回転子鉄心１５２の磁石挿入孔に挿入し、その後に強力な磁界を与えて磁化するようにしてもよい。

ただし、磁化後の永久磁石１５４は磁力が強力であり、回転子１５０に永久磁石１５４を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石１５４の固定時に回転子鉄心１５２との間に強力な吸引力が生じ、この吸引力が作業の妨げとなる。また、強力な吸引力により、永久磁石１５４に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、永久磁石１５４を回転子鉄心１５２の磁石挿入孔に挿入した後に磁化する方が、回転電機１００の生産性を向上させる上で望ましい。ここで、永久磁石１５４には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができるが、永久磁石１５４の残留磁束密度は、０.４〜１.３Ｔ程度が望ましく、ネオジウム系の磁石がより適している。

本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石１５４間に補助磁極１６０が形成されている。この補助磁極１６０は、固定子コイル１３８が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。そして、この補助磁極１６０により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。

三相交流電流が固定子コイル１３８に供給されることにより固定子１３０に回転磁界が発生すると、この回転磁界が回転子１５０の永久磁石１５４に作用して磁石トルクが発生する。回転子１５０には、この磁石トルクに加えて、上述のリラクタンストルクが発生するので、回転子１５０には上述の磁石トルクとリラクタンストルクとの両方のトルクが回転トルクとして作用し、大きな回転トルクを得ることができる。

（固定子コイルの説明）
図６は、三相分の固定子コイル１３８を示す斜視図である。固定子コイル１３８は図７に示すようなスター結線の構成で接続されている。本実施の形態では、２つにスター結線が並列接続された２スター構成の固定子コイル１３８が採用されている。すなわち、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相のスター結線と、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相のスター結線とを備えており、Ｕ１およびＵ２相の口出し線は交流端子４１Ｕにより１つに纏められ、Ｖ１およびＶ２相の口出し線は交流端子４１Ｖにより１つに纏められ、Ｗ１およびＷ２相の口出し線は交流端子４１Ｗにより１つに纏められている。Ｎ１およびＮ２はそれぞれのスター結線の中性点である。

また、固定子コイル１３８は分布巻の方式で巻かれている。分布巻とは、複数のスロット４２０を跨いで離間した二つのスロット４２０に相巻コイルが収納されるように、相巻コイルが固定子鉄心１３２に巻かれる巻線方式である。本実施形態では、巻線方式として分布巻を採用しているので、形成される磁束分布は集中巻き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特徴を有している。そのため、この回転電機１００は、弱め界磁制御やリラクタンストルクを活用する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亘って利用が可能であり、電気自動車に適した優れたモータ特性を得ることができる。

固定子コイル１３８は、断面が丸形状であっても、四角形状であってもよい。ただし、スロット４２０の内部の断面をできるだけ有効に利用し、スロット内の空間が少なくなるような構造とすることが効率の向上につながる傾向にあるため、断面が四角形状の方が効率向上の点で望ましい。なお、固定子コイル１３８の断面の四角形状は、固定子鉄心１３２の周方向が短く、径方向が長い形状をしていてもよいし、逆に周方向が長く、径方向に短い形状をしていてもよい。本実施形態では、固定子コイル１３８は、各スロット４２０内で固定子コイル１３８の長方形断面が固定子鉄心１３２の周方向について長く、固定子鉄心１３２の径方向について短い形状とされる平角コイルが使用されている。また、この平角コイルは、外周が絶縁被膜で覆われている。

図６に示す固定子コイル１３８は、図２に示すように、全体で６系統（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）のコイルが固定子鉄心１３２に密着して装着されている。そして、固定子コイル１３８を構成する６系統のコイルは、スロット４２０によって相互に適正な間隔をもって配列される。図６に示すように、固定子コイル１３８における一方のコイルエンド１４０ａ側には、ＵＶＷ三相それぞれの入出力用端子である交流端子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗと、中性線接続部７１１，７１２とが配置されている。

なお、回転電機１００の組み立てにおける作業性向上のために、三相交流電力を受けるための交流端子４１Ｕ、４２Ｖ、４３Ｗは、コイルエンド１４０ａから固定子鉄心１３２の軸方向外方に突出するように配置されている。そして、固定子１３０は、この交流端子４１Ｕ、４２Ｖ、４３Ｗを介して図示しない電力変換装置に接続されることで、交流電力が供給されるようになっている。

図２および図６に示すように、固定子鉄心１３２から軸方向外方に飛び出した部分であるコイルエンド１４０ａ，１４０ｂは、全体として整然とした配置となっており、回転電機全体の小型化につながる効果がある。また、コイルエンド１４０ａ，１４０ｂが整然としていることは、絶縁特性に対する信頼性向上の観点からも望ましい。

図８は、固定子鉄心１３２に巻回されるＵ相の固定子コイル１３８Ｕを示す斜視図である。図９，１０は、固定子コイル１３８Ｕを構成するＵ１相の固定子コイル１３８Ｕ１およびＵ２相の固定子コイル１３８Ｕ２を示す斜視図である。図９，１０からも分かるように、固定子コイル１３８は、Ｕ字形状の複数のセグメントコイル２８が互いに接続されることで形成されるセグメント型コイルとされる。セグメントコイル２８は、頭頂部２８ｃが一方のコイルエンド１４０ａに配置されている。また、セグメントコイル２８の両端部２８Ｅ，２８Ｅは、他方のコイルエンド１４０ｂにおいて他のセグメントコイル２８に接続されている。

図１１はセグメントコイル２８の接続方法を説明する図である。固定子鉄心１３２のスロット４２０に装着する前のセグメントコイル２８は、図示上側に示すように山形の頭頂部２８ｃと直線部２８ｂとから成るＵ字形状に予め成形されている。各セグメントコイル２８は、固定子鉄心１３２のコイルエンド１４０ａ側（図２参照）からスロット４２０内に挿入される。スロット４２０内に挿入後、固定子鉄心１３２の反対側（図２のコイルエンド１４０ｂ側）に突出している直線部２８ｂを、接続すべき隣接のセグメントコイル方向に折り曲げ、さらに端部２８Ｅを図示下方へと折り曲げる。そして、その端部２８Ｅとその隣のセグメントコイル２８の端部２８Ｅとを溶接等により接続する。

このようにして複数のセグメントコイル２８が接続された主コイルが形成される。そして、セグメントコイル２８で構成される主コイルの両端に口出し線を含む副コイルと、中性線を含む副コイルとが接続されて、１つの相コイルが形成される。このように、主コイルにおいては、予め成形された導体であるセグメントコイル２８を用いることで、導体間の絶縁を確保し、絶縁皮膜に負担をかけない構成となっている。

図９に示すＵ１相の固定子コイル１３８Ｕ１において、交流端子４１Ｕが接続される副コイル７０１Ｕ１は、固定子鉄心１３２のスロットに収められる部分と、スロットから引き出される口出し線５００Ｕ１とを有している。本実施の形態における固定子コイル１３８では、副コイル７０１Ｕ１は、スロットの最も外周側のレイヤーに収められる。口出し線５００Ｕ１は、湾曲するように折り曲げられた折り曲げ部５０１Ｕ１と、交流端子４１Ｕが接続される端子部５０２Ｕ１とを有している。副コイル７０１Ｕ１は、コイルエンド１４０ｂ側において、Ｕ１相の主コイルの一端に設けられたセグメントコイル２８の端部２８Ｅに接続されている。また、主コイルの他端に設けられたセグメントコイル２８には、中性線７１１Ｕ１を有する副コイル７０２Ｕ１が接続されている。

一方、図１０に示すＵ２相の固定子コイル１３８Ｕ２の場合も、交流端子４１Ｕが接続される副コイル７０１Ｕ２は、固定子鉄心１３２のスロットに収められる部分と、スロットから引き出される口出し線５００Ｕ２とを有している。副コイル７０１Ｕ２は、スロットの最も内周側のレイヤーに収められる。口出し線５００Ｕ２は、湾曲するように折り曲げられた折り曲げ部５０１Ｕ２と、交流端子４１Ｕが接続される端子部５０２Ｕ２とを有している。折り曲げ部５０１Ｕ２は、Ｕ１相の折り曲げ部５０１Ｕ１とは逆方向に向けて引き出されている。副コイル７０１Ｕ２は、コイルエンド１４０ｂ側において、Ｕ２相の主コイルの一端に設けられたセグメントコイル２８の端部２８Ｅに接続されている。また、主コイルの他端に設けられたセグメントコイル２８には、中性線７１２Ｕ２を有する副コイル７０２Ｕ２が接続されている。

端子部５０２Ｕ１，５０２Ｕ２は、コイルエンド１４０ａから固定子鉄心１３２の外周方向に、コイルエンド１４０ａに対してほぼ垂直となるように折り曲げられている。説明は省略するが、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の固定子コイルもＵ相コイルと同一構成を有しており、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の固定子コイルは周方向に所定スロットピッチずつずれて配置されている。図６に示すように、交流端子４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗは、ケーブルと接続するために１箇所に集約して配置され、全て同一方向（コイルエンド１４０ａに対してほぼ垂直な方向）を向くように互いに平行に配置されている。

交流端子４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗは、固定子鉄心１３２の所定スロット数以内の周方向幅に集約される。例えば、互いの絶縁を確保するために１相につき３スロット分を確保した場合には、全体で９スロット程度の間に集約することも可能であるが、９スロットに限られるものではない。図６に示すように、交流端子４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗは各相同士が略平行となるように各端子部が曲げられている。Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に関して、端子部が平行に揃うように配置されるため、端子部における剛性をあげることができる。このとき、過大な張力や圧縮力が加わる端子部が互いに隣り合うことで張力圧縮力が吸収され、端子部における疲労破壊の発生を抑制することができる。

図６に示すように、交流端子４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗが設けられた部分をケーブルと接続するため１箇所に集約し、コイルエンド１４０ａの上部の中性コイル引き回しなどの凸部領域を狭くすることで、ミッション部との隙間を確保する。また、それらを１箇所に集中させながらも導体間の絶縁確保と製作上の作業性を考慮したシンプルな構造となっている。

さらに、図２に示すように、コイルエンド１４０ａ上における中性線７１１Ｕ１，７１２Ｕ２の引き回しの凸部領域を狭くすることで、コイルエンド１４０ａを低くするようにしている。そのために、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相の中性線７１１Ｕ１，７１１Ｖ，７１１Ｗは、コイルエンド１４０ａ上において交流端子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの図示左側に引き回して接続され、一方、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相の中性線７１２Ｕ２は、コイルエンド１４０ａ上において交流端子４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗの図示右側に引き回して接続されるようにしている。

本実施の形態では、コイルエンド１４０ａから引き出された口出し線５００Ｕ１，５００Ｕ２や中性線７１１Ｕ１，７１２Ｕ２を、コイルエンド１４０ａ上の這い回しがより短い経路となるように折り曲げることで、コイルエンド１４０ａやコアバック４４０を小さくし、巻線抵抗を低減するようにしている。以下では、口出し線５００Ｕ１，５００Ｕ２における曲げ形状、および、中性線７１１Ｕ１，７１２Ｕ２の曲げ形状について説明する。

図１２は、図９に示した口出し線５００Ｕ１の部分の拡大図である。なお、交流端子４１Ｕは図示を省略した。図１２に示した口出し線５００Ｕ１は、第１導体部５１１Ｕ１と、第２導体部５１２Ｕ１と、上述した端子部５０２Ｕ１とで構成されている。第１導体部５１１Ｕ１は、副コイル７０１Ｕ１の直線部（スロット４２０内に挿入される部分）から斜め上方に立ち上がり、セグメントコイル２８の頭頂部２８ｃの上方までの部分であり、頭頂部２８ｃに沿って弧を描いている。

また、第２導体部５１２Ｕ１は、複数の頭頂部２８ｃの上を這い回される導体部分である（図６参照）。なお、図１２ではセグメントコイルが２つしか図示されていないので頭頂部２８ｃも２つであるが、実際には、図６に示すように、コイルエンド１４０ａには多数の頭頂部２８ｃが円弧状に整列している。さらに、端子部５０２Ｕ１は、第２導体部５１２Ｕ１からコイルエンド１４０ａの外周方向へほぼ直角に曲がるように折り曲げられている。なお、図１２に示す例では、端子部５０２Ｕ１において平角線の幅広の面が上下を向くように、第２導体部５１２Ｕ１からいったん上方に立ち上げてから、外周方向へ折り曲げるようにしている。

本実施の形態では、図１２に示すように複雑な形状を有する口出し線５００Ｕ１の成形に、フォーミング加工（自動フォーミング加工）を用いるようにした。従来は、絶縁被膜を有する平角線の成形にフォーミング加工が用いられることはなく、型成形を使用してより省略された形状に成形していた。なお、セグメントコイル２８の成形については、従来と同様に型を用いた成形が用いられる。

図１３，１４は、口出し線５００Ｕ１のフォーミング加工を説明する図である。図１３は固定子鉄心１３２の中心側から見た図であり、図１４はコイルエンド１４０ａの上方から軸方向に沿って見た図である。図１３，１４から分かるように、口出し線５００Ｕ１は立体的に（三次元的）折り曲げられており、このような形状の型を用いて成形するのは非常に難しい。

図１３，１４に示す例では、フォーミング加工による曲げ加工は、図１３，図１４（ａ）、図１４（ｂ）の順に行われる。なお、Ｐ１〜Ｐ１２はフォーミング加工を行う際の成形ピンの位置を示しており、Ｐ１〜Ｐ１２の順に曲げ加工が行われる。図１３では、平角線の幅が狭い面にピンを当てて曲げ加工が行われる。ピン位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順に副コイル７０１Ｕ１が折り曲げられ、第１導体部５１１Ｕ１、第２導体部５１２Ｕ１および端子部５０２Ｕ１とされる部分が形成される。

次いで、図１４では、平角線の幅が広い面にピンを当てて曲げ加工が行われる。ピン位置Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８の順に折り曲げることによって、第１導体部５１１Ｕ１の最終形状が形成される。第１導体部５１１Ｕ１は、コイルエンド径方向に湾曲している。次いで、ピン位置Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１の順に折り曲げることにより、第２導体部５１２Ｕ１の最終形状が形成される。最後に、ピン位置Ｐ１２において９０度折り曲げて、端子部５０２Ｕ１の部分を形成する。

このように、口出し線５００Ｕ１はフォーミング加工により折り曲げられるため、図１２に示すように、成形ピンが当接した複数の屈曲部Ｂと、屈曲部Ｂと隣接する屈曲部Ｂとの間の直線部Ｓとから構成されている。屈曲部Ｂのピン当接部分には、成形ピンの圧痕が形成される。このように複数の折り曲げを行うことにより、折り曲げ部５０１Ｕ１が複雑な曲線形状であっても、折れ線で精度良く近似することができる。なお、コイルエンド１４０ａの頂部付近で湾曲するように這い回される第２導体部５１２Ｕ１には、理想的形状に対してよりよく近似されるよう、少なくとも２以上の屈曲部Ｂが形成される。

図１５は、Ｕ１相コイルの口出し線５００Ｕ１とＵ２相コイルの口出し線５００Ｕ２とを示す図である。口出し線５００Ｕ１の端子部５０２Ｕ１と口出し線５００Ｕ２の端子部５０２Ｕ２とは、共通の交流端子４１Ｕに接続されている。交流端子４１Ｕの配置の関係上、口出し線５００Ｕ１，５００Ｕ２の長さは異なっている。また、折り曲げ部５０１Ｕ１と折り曲げ部５０１Ｕ２とでは這い回す位置が異なるので、折り曲げ形状も異なっている。図１５に示すように、Ｕ１相コイルの口出し線５００Ｕ１とＵ２相コイルの口出し線５００Ｕ２とを交流端子４１Ｕで接続したときの形状が台形になるので剛性をあげることができる。それにより、片持ち構造に比べてコイル自体の固有振動数を下げることができる。

図１６は、図６の中性線接続部７１２の部分を示す図である。中性線接続部７１２は、Ｕ２相の中性線７１２Ｕ２と、Ｖ２相の中性線７１２Ｖ２と、Ｗ２相の中性線７１２Ｗ２とが接続されている部分であり、図７の中性点Ｎ２に対応する部分である。Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２相の副コイル７０２Ｕ２，７０２Ｖ２，７０２Ｗ２が挿入されるスロットは所定スロット間隔ずつずれているため、それに応じて中性線７１２Ｕ２，７１２Ｖ２，７１２Ｗ２の長さが異なっており、形状も互いに異なっている。

図１５に示すように交流端子４１Ｕを接続したならば、図１７のように副コイル７０１Ｕ１，７０１Ｕ２のスロットから引き出された部分である折り曲げ部５０１Ｕ１，５０１Ｕ２に絶縁膜６００を形成することで、それらの部分において充分な絶縁耐圧が保証されるようにする。絶縁膜６００としては、例えば、絶縁粉体塗装膜が適している。絶縁粉体塗装に用いられる塗装材料（粉体）には、電気絶縁用エポキシ樹脂等が用いられる。同様に、図１６に示すように３本の中性線７１２Ｕ２，７１２Ｖ２，７１２Ｗ２を接続したならば、図１８のようにそれら引き出された部分に絶縁膜６００を施す。

−第２の実施の形態−
図１９，２０は、本発明の第２の実施の形態を説明する図である。上述した第１の実施の形態では固定子コイル１３８を２スター結線構造としたが、第２の実施の形態では、同様のセグメントコイル２８を用いて図１９に示すように１スター結線構造とした。Ｕ相コイルを見た場合、符号Ｕ１，Ｕ２で示すコイルは図７に示したＵ１相コイルおよびＵ２相コイルと同じ構成のもので、コイルＵ１とコイルＵ２とをブリッジ線４００Ｕで接続したものである。Ｖ相およびＷ相に関しても同様である。ブリッジ線４００Ｕ，４００Ｖ，４００Ｗで接続されたＵ相、Ｖ相およびＷ相コイルは、中性点Ｎで接続されている。

図２０は、ブリッジ線４００Ｕを示してものであるが、ブリッジ線４００Ｕおよび４００Ｗも同様の構造である。ここでは、代表してブリッジ線４００Ｕを例に説明する。ブリッジ線４００Ｕは、スロット内に挿入される直線導体部７０３ａ，７０３ｂと、それら直線導体部７０３ａ，７０３ｂを繋ぐ連結部５００とを備えている。また、連結部５００はスロット外に引き出される部分であり、スロットからの引出部分である斜行部５００ａ，５００ｂと、コイルエンド上を這い回される這い回し部５００ｃを備えている。斜行部５００ａ，５００ｂはセグメントコイル２８群の隙間に配置される。

直線導体部７０３ｂから斜行部５００ｂのように引き出された導体は、反対方向に折り曲げられた後に、斜行部５００ａに接続される。本実施の形態では、第１の実施の形態で記載した口出し線および中性線に加えて、ブリッジ線４００Ｕの連結部５００の成形に、フォーミング加工が適用される。このように複雑な形状のブリッジ線４００Ｕであって、フォーミング加工で成形することにより、理想曲線に近い折れ曲がり線で形成される連結部５００を容易に得ることができる。すなわち、連結部５００は、直線部と屈曲部とで構成されている。

上述した実施の形態においては、以下に示すような作用効果を奏する。
（１）図６，８，９，１０に示すように、固定子コイル１３８Ｕ１は、矩形断面の導体を予め略Ｕ字形状に成形したセグメントコイル２８が複数接続された主コイルと、スロット４２０から引き出されて交流端子４１Ｕが取り付けられる口出し線５００Ｕ１を含み、主コイルの一方の端部に接続される副コイル７０１Ｕ１と、スロットから引き出される中性線７１１Ｕ１を含み、主コイルの他方の端部に接続される副コイル７０２Ｕ１と、を備えている。図６に示す固定子コイル１３８はこのような相コイルがＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の６組設けられている。そして、例えば、副コイル７０１Ｕ１の口出し線５００Ｕ１および第２の副コイル７０２Ｕ１の中性線７１１Ｕ１は、複数の直線部Ｓおよび屈曲部Ｂから構成された折り曲げ構造の導体で構成されている。

口出し線５００Ｕ１および中性線７１１Ｕ１を折り曲げ構造の導体とすることで、口出し線５００Ｕ１および中性線７１１Ｕ１の形状を理想形状により近づけることが容易となる。それにより、無駄な這い回しを抑制することができ、コイル使用量の低減および巻線抵抗の低減を図ることができる。また、コイルエンド１４０ａ上の這い回しの小型化が図れ、コイルエンド１４０ａやコアバック４４０を小さくすることができる。

（２）さらに、口出し線５００Ｕ１は、スロットから引き出されてセグメントコイル２８の頭頂部２８ｃに到るまでの第１導体領域である第１導体部５１１Ｕ１と、口出し線先端部に設けられた端子接続領域である端子部５０２Ｕ１と、端子部５０２Ｕ１と第１導体部５１１Ｕ１との間のコイルエンド這い回し領域である第２導体部５１２Ｕ１とを有する。そして、屈曲部Ｂが２以上形成されるように第２導体部５１２Ｕ１を立体的に折り曲げることで、コイルエンド１４０ａ上を這い回っている第２導体部５１２Ｕ１の形状を理想的な形状に近づけることができる。その結果、口出し線５００Ｕ１を這い回すことによるコイルエンド全体の高さ増加を抑制することができる。

（３）また、図１９に示すようなブリッジ線４００Ｕ〜４００Ｗを用いる巻線構造の場合に、図２０に示すように、連結部５００を複数の直線部および屈曲部から構成された折り曲げ構造の導体で構成することで、コイルエンド上を這い回される導体の形状を理想的な形状により近づけることができ、コイルエンド全体が大型化するのを抑制することができる。

（４）屈曲部は、導体に成形ピンを当接させつつ該導体を曲げるフォーミング加工により形成される。そして、自動フォーミング加工機を使用することで容易に折り曲げ構造を形成刷ることができる。フォーミング加工を行うと、導体表面に成形ピンによる圧痕が屈曲部に形成される。セグメントコイル２８は総数は多いが、数種類の形状に分類される。また、形状が比較的簡単な形状であるため、セグメントコイル２８の成形には、従来のように型を用いた成形を用いるのがコスト面からも適している。一方、口出し線や中性線の数は２スター結線の固定子コイルであっても１２本しかなく、形状がそれぞれ異なっており、形状が複雑である。そのため、それぞれを型で成形するのは非常にコスト高となる。

一方、フォーミング加工により口出し線や中性線を曲げ加工する場合には、どのような形状であっても対応が容易であり、自在に任意の形状に成形することができる。さらに、ＮＣフォーミングを用いて口出し線や中性線を成形する工程と、複数のセグメントコイルを型で成形する工程に分けることで生産性を高めることができる。また、型の削減と安定した形状のコイルを製作することができる。

（５）なお、屈曲部の曲げ半径を全て同一寸法とすることで、同一の成形ピンで連続的に曲げ加工が行うことができ、ピン交換の段取りを省くことができることから生産性の向上を図ることができる。また、折り曲げ部は同じ曲げであることでコイルのエナメル皮膜にダメージを均一にすることができ絶縁性に優れたコイルとなる。

（６）さらに、直線部および屈曲部が形成されている導体領域に絶縁膜６００を形成することで、導体の絶縁被膜と相俟って充分な絶縁耐圧が得られる。

（７）また、固定子コイル１３８に関して、口出し線および中性線がスロットの最内周側または最外周側から引き出されるような巻線構造とすることで、口出し線および中性線の這い回しが行いやすくなるとともに長さを抑えることができ、コイルエンド１４０ａやコアバック４４０を小さくすることができる。本実施形態では、口出し線の口出し線４１Ｕ，口出し線４１Ｖ１，口出し線４１Ｗは、軸方向と垂直の位置で平行に整列配置させ、中性線７１１，中性線７１２を口出し線４１Ｕ，口出し線４１Ｖ１，口出し線４１Ｗの周方向外側相反方向に配置するような巻線構造としている。そうすることで、口出し線および中性線がスロットの最内周側または最外周側から引き出されるような構造とし、また、引き回しの凸部領域を狭くしてミッション部との隙間を確保すると共に、口出し線を１箇所に集中させながらも導体間の絶縁確保と製作上の作業性を考慮したシンプルな構造としている。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では回転子に永久磁石を備えた回転電機を例に説明したが、本発明は、誘導モータ等の回転電機の固定子にも同様に適用することができる。また、車両駆動用回転電機以外にも適用できる。

２８：セグメントコイル、２８ｃ：頭頂部、４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ：交流端子、１００：回転電機、１３０：固定子、１３２：固定子鉄心、１３８，１３８Ｕ，１３８Ｕ１，１３８Ｕ２：固定子コイル、１４０ａ１４０ｂ：コイルエンド、１５０：回転子、４００Ｕ：ブリッジ線、４２０：スロット、５００：連結部、５００Ｕ１，５００Ｕ２：口出し線、５０１Ｕ１，５０１Ｕ２：折り曲げ部、５０２Ｕ１，５０２Ｕ２：端子部、５１１Ｕ１：第１導体部、５１２Ｕ１：第２導体部、６００：絶縁膜、７０１Ｕ１，７０１Ｕ２，７０２Ｕ１，７０２Ｕ２：副コイル、７１１Ｕ１，７１１Ｖ１，７１１Ｗ１，７１２Ｕ２，７１２Ｖ２，７１２Ｗ２：中性線、Ｂ：屈曲部、Ｓ：直線部、Ｐ１〜Ｐ１２：ピン位置

Claims (4)

1. 周方向に並んだ複数のスロットが形成された固定子鉄心、および該固定子鉄心の前記スロット内に挿入された絶縁被膜付き固定子コイルを有する固定子と、
   前記固定子鉄心に対して所定隙間を介して回転可能に配置された回転子と、を備える回転電機において、
   前記固定子コイルは、
   矩形断面の導体を予め略Ｕ字形状に成形したセグメントコイルが複数接続された複数相の主コイルと、
   前記スロットから引き出されて交流端子が取り付けられる口出し線を含み、各々の前記主コイルの一方の端部に接続される第１の副コイルと、
   前記スロットから引き出される中性線を含み、各々の前記主コイルの他方の端部に接続される第２の副コイルと、を備え、
   前記口出し線および前記中性線は、複数の直線部および屈曲部から構成された折り曲げ構造の導体で構成されており、
   前記口出し線は、前記スロットからコイルエンド方向に斜めに立ち上がると共にコイルエンドに沿って径方向に折り曲げられた第１導体部と、コイルエンド上をコイルエンドに沿って湾曲するように径方向に折り曲げられた第２導体部とを有し、
   前記中性線は、コイルエンドにおいて前記中性線の軸方向高さが変化する領域が径方向に折り曲げられ、
   前記直線部および前記屈曲部が形成されている導体領域に絶縁膜を形成したことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第２導体部には、前記屈曲部が２以上形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機において、
   各相の前記主コイルは、２つの分割主コイルをブリッジコイルで接続したものであって、
   前記ブリッジコイルは、２つの前記スロットを跨ぐようにスロット外に引き出された連結領域を有し、
   前記連結領域は、複数の直線部および屈曲部から構成された折り曲げ構造の導体で構成されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機の製造方法であって、
   成形前に前記固定子コイルの導体に前記絶縁膜を設け、
   前記導体に成形ピンを当接させつつ該導体を曲げるフォーミング加工を順に複数回行うことにより、複数の前記屈曲部を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。

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