JP7058541B2 - 回転電機の固定子およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動機、発電機などの回転電機の固定子およびその製造方法に関し、特に固定子巻線における付加線接続部の耐振構造に関するものである。

従来の固定子では、コイル導線は回転軸線方向に延びるコイル導線延長部を有し、バスバーは回転軸線方向に延びるバスバー延長部を有し、コイル導線延長部とバスバー延長部とは隣接配置され、コイル導線延長部とバスバー延長部との端同士が溶接されている。そして、コイル導線延長部とバスバー延長部とは、溶接された部分から離れた位置で、樹脂により溶着されていた（例えば、特許文献１参照）。

他の従来の固定子においては、中性線により接続された各相巻線とそれらに隣接する各相巻線との間を固定する固定手段を備えていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３－７０５６８号公報 特開２０１６－１５７９７号公報

特許文献１では、コイル導線延長部とバスバー延長部とを溶接部に近い位置で固定することになる。このため、両者を固定する面積が極めて小さくなり、十分な固定力を確保することが困難であった。さらに、バスバー延長部以外のバスバー部分、およびバスバーを保持するバスバーモジュールが、どこにも固定されていない。このため、回転電機が振動した際に、バスバーおよびバスバーモジュールが大きく振動する。その結果、大きな応力が溶接部に作用し、溶接部に断線が発生するという課題があった。

また、特許文献２では、中性線の中間位置がどこにも固定されていない。このため、回転電機が振動した際に、中性線が大きく振動する。その結果、大きな応力が溶接部に作用し、溶接部に断線が発生するという課題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、付加線による接合構造の耐振性を高め、溶接部での断線の発生を抑制できる回転電機の固定子およびその製造方法を提供することを目的とする。

この発明による回転電機の固定子は、スロットが周方向に複数形成された円環状の固定子鉄心と、上記スロットに挿入配置された複数の単位コイルを有する固定子巻線と、を備え、上記複数の単位コイルのそれぞれは、上記スロットから突出する端末を有し、上記端末は、上記スロットから突出して傾斜して周方向に延びる斜辺部、および上記斜辺部から軸方向に延びる接合部を有し、上記固定子巻線は、上記複数の単位コイルの上記接合部同士を溶接して構成され、第１の樹脂部材が、上記接合部同士の溶接部のそれぞれに被覆され、第２の樹脂部材が、上記複数の単位コイルの上記端末からなるコイルエンドに含浸、硬化され、上記接合部間を接続する、上記単位コイルとは別部材の付加線を有し、上記付加線が、上記第１の樹脂部材により、上記斜辺部に固定されている。

この発明によれば、単位コイルの接合部間を接続する付加線が、第１の樹脂部材により単位コイルの斜辺部に固定されているので、十分な固定力が確保されるとともに、振動時の振幅が小さくなる。これにより、付加線による接合構造の耐振性を高められ、溶接部に作用する応力が小さくなり、溶接部の破線の発生が抑制される。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する第１単位コイルを軸方向外方から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する第１単位コイルを径方向内方から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する第２単位コイルを径方向内方から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における単位コイルのスロット収納状態を模式的に示す要部断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線の結線図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における付加線を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを示す要部斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第２の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における実施態様の第２の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における付加線固定工程を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における付加線固定工程を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１コイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図である。 図１９のＡ－Ａ矢視断面図である。 図１９のＡ－Ａ矢視断面図である。 図１９のＡ－Ａ矢視断面図である。 図１９のＡ－Ａ矢視断面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子におけるコイルエンドの付加線周りを径方向外側から見た正面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子における付加線を示す正面図である。 この発明の実施態様の回転電機の固定子におけるコイルエンドの付加線周りを径方向外側から見た正面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図、図２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図、図３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を示す斜視図、図４は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図５は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を示す斜視図、図６は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する単位コイルを軸方向外方から見た端面図、図７は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する単位コイルを径方向内方から見た正面図、図８は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線を構成する第２単位コイルを径方向内方から見た正面図、図９は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における単位コイルのスロット収納状態を模式的に示す要部断面図、図１０は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における固定子巻線の結線図、図１１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における付加線を示す斜視図、図１２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを示す要部斜視図、図１３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図、図１４は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第２の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図、図１５は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における実施態様の第２の絶縁部材が塗布されたコイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図である。なお、図８中、巻線体はスロット収容部のみを示し、１，２，・・・１２，１３は周方向の並び順にスロットに付したスロット番号である。

図１および図２において、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２およびフレーム２の開口を塞口する端板３を有するハウジング１と、フレーム２の円筒部の内部に挿入、保持された固定子１０と、フレーム２の底部および端板３に軸受４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、固定子１０の内周側に回転可能に配置された回転子５と、を備えている。

回転子５は、軸心位置に挿通された回転軸６に固着された回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外周面側に埋設されて周方向に等ピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石８と、を備えた永久磁石型回転子である。

つぎに、固定子１０の構成について図３から図１２を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜上、回転軸６の軸方向を軸方向、回転軸６の半径方向を径方向、回転軸６の軸心を中心とする回転方向を周方向とする。

固定子１０は、図３に示されるように、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に装着された固定子巻線２０と、を備える。なお、固定子巻線２０と固定子鉄心１１とを絶縁する対地絶縁部材１４が、固定子鉄心１１のスロット１３に装着されている。また、固定子巻線２０の相間を絶縁する相間絶縁部材（図示せず）が、固定子巻線２０のコイルエンドに装着されている。

ここで、説明の便宜上、回転子５の極数を８、固定子鉄心１１のスロット数を４８、固定子巻線２０を三相巻線とする。すなわち、スロット１３は、毎極毎相当たり２個の割合で固定子鉄心１１に形成されている。

固定子鉄心１１は、４８個の鉄心ブロック１２により構成される。鉄心ブロック１２は、図４に示されるように、断面円弧状のコアバック部１２ａと、コアバック部１２ａの内周壁面から径方向内方に突出するティース１２ｂと、を備える。鉄心ブロック１２は、例えば、電磁鋼板から打ち抜かれたＴ字状のコア片を積層して構成される。４８個の鉄心ブロック１２は、コアバック部１２ａの周方向の側面同士を突き合わせて円環状に配列した状態で、フレーム２の円筒部内に圧入、焼き嵌めなどにより挿入、保持される。４８個の鉄心ブロック１２が円環状に配列されて、固定子鉄心１１が構成される。固定子鉄心１１は、４８個のコアバック部１２ａからなる円環状のコアバックと、それぞれ、コアバックの内周面から径方向内方に延びて、周方向に等ピッチで配列された４８本のティース１２ｂと、から構成される。隣り合うティース１２ｂ間に形成されるスペースがスロット１３となる。

固定子巻線２０は、複数の単位コイル２１を有する。単位コイル２１は、端末線の延びる方向が異なる第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂとにより構成される。ここで、第１単位コイル２１Ａおよび第２単位コイル２１Ｂは基本的に同一であり、添え字Ａ，Ｂによって区別する。また、単位コイルを総称するときには、参照符号のみを用いる。また、説明の便宜上、単位コイルがスロットに挿入された状態に基づいて単位コイルのコイルパターンを説明する。

第１単位コイル２１Ａは、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した銅線、アルミニウム線などからなる矩形断面の導体線１９が、周方向に６スロット間隔で並ぶ第１スロット、第２スロットおよび第３スロットに、第２スロット、第１スロット、第２スロット、第３スロット、第２スロットおよび第１スロットの順に、かつ第１スロット、第２スロットおよび第３スロットへの軸方向からの挿入方向を交互に変えて、かつスロット１３内の径方向の挿入位置を径方向外方に順次１層ずつシフトするように挿入されるコイルパターンに構成されている。つまり、第１単位コイル２１Ａは、径方向内方から見て、「８」の字を横向きにしたコイルパターンに構成されている。このように作製された第１単位コイル２１Ａは、分布巻きの重ね巻きの巻線である。また、６スロット間隔とは、周方向に連続する６本のティース１２ｂの両側に位置するスロット１３の間の間隔であり、ここでは１磁極ピッチに相当する。また、導体線１９の絶縁被膜は、例えば、エナメル樹脂を裸線に被覆して形成される。

第１単位コイル２１Ａは、図６および図７に示されるように，６スロット間隔離れて３列となった、第１、第２、第３、第４、第５および第６スロット収容部Ｓ１～Ｓ６と、第１スロット収容部Ｓ１の一端から延び出す第１端末Ｔ１Ａと、第１および第２スロット収容部Ｓ１，Ｓ２の他端同士を連結する第１コイルエンド部Ｔ１２と、第２および第３スロット収容部Ｓ２，Ｓ３の一端同士を連結する第２コイルエンド部Ｔ２３と、第３および第４スロット収容部Ｓ３，Ｓ４の他端同士を連結する第３コイルエンド部Ｔ３４と、第４および第５スロット収容部Ｓ４，Ｓ５の一端同士を連結する第４コイルエンド部Ｔ４５と、第５および第６スロット収容部Ｓ５，Ｓ６の他端同士を連結する第５コイルエンド部Ｔ５６と、第６スロット収容部Ｓ６の一端から延び出す第２端末Ｔ６Ａと、を備える。第１端末Ｔ１Ａが第１単位コイル２１Ａの内径側の端末線、第２端末Ｔ６Ａが第１単位コイル２１Ａの外径側の端末線となる。

第１および第２スロット収容部Ｓ１，Ｓ２は、第１コイルエンド部Ｔ１２の周方向中間位置に形成されたクランク部により、導体線１９の径方向厚みｄだけ、径方向にシフトされている。第２および第３スロット収容部Ｓ２，Ｓ３は、第２コイルエンド部Ｔ２３の周方向中間位置に形成されたクランク部により、ｄだけ径方向にシフトされている。第３および第４スロット収容部Ｓ３，Ｓ４は、第３コイルエンド部Ｔ３４の周方向中間位置に形成されたクランク部により、ｄだけ径方向にシフトされている。第４および第５スロット収容部Ｓ４，Ｓ５は、第４コイルエンド部Ｔ４５の周方向中間位置に形成されたクランク部により、ｄだけ径方向にシフトされている。第５および第６スロット収容部Ｓ５，Ｓ６は、第５コイルエンド部Ｔ５６の周方向中間位置に形成されたクランク部により、ｄだけ径方向にシフトされている。

第１コイルエンド部Ｔ１２は、頂部となるクランク部と、クランク部の内径側端部と第１スロット収容部Ｓ１の他端およびクランク部の外径側端部と第２スロット収容部Ｓ２の他端とを接続する一対の斜辺部と、により構成されている。単位コイル２１が固定子鉄心１１に装着された際に、一方の斜辺部は、第１スロット収容部Ｓ１の他端から、径方向位置を維持して、かつクランク部の内径側端部に向かって固定子鉄心１１から漸次離間するように延びてクランク部の内径側端部に接続されている。また、他方の斜辺部は、第２スロット収容部Ｓ２の他端から、径方向位置を維持して、かつクランク部の外径側端部に向かって固定子鉄心１１から漸次離間するように延びてクランク部の外径側端部に接続されている。第２コイルエンド部Ｔ２３、第３コイルエンド部Ｔ３４、・・、第５コイルエンド部Ｔ５６も、第１コイルエンド部Ｔ１２と同様に構成されている。

第１端末Ｔ１Ａは、第１スロット収容部Ｓ１の一端から延び出た後の第１クランク部Ｔ１Ａａで、ｄだけ径方向内方にシフトされ、その後、第２コイルエンド部Ｔ２３の第３スロット収容部Ｓ３の一端に接続される斜辺部と平行に、かつ径方向位置を維持して延び出し、その後曲げられて、軸方向外方に延びている。すなわち、第１端末Ｔ１Ａは、第１クランク部Ｔ１Ａａと、第２コイルエンド部Ｔ２３の第３スロット収容部Ｓ３の一端に接続される斜辺部と平行な第１斜辺部Ｔ１Ａｂと、第１斜辺部Ｔ１Ａｂの端部から軸方向に延びる第１接合部Ｔ１Ａｃと、を備える。なお、第１接合部Ｔ１Ａｃの絶縁被膜は除去される。

第２端末Ｔ６Ａは、第６スロット収容部Ｓ６の一端から延び出た後の第２クランク部Ｔ６Ａａで、ｄだけ径方向外方にシフトされ、その後、第２コイルエンド部Ｔ２３の第３スロット収容部Ｓ３の一端に接続される斜辺部と平行に、かつ径方向位置を維持して延び出し、その後曲げられて、軸方向外方に延びている。すなわち、第２端末Ｔ６Ａは、第２クランク部Ｔ６Ａａと、第２コイルエンド部Ｔ２３の第３スロット収容部Ｓ３の一端に接続される斜辺部と平行な第２斜辺部Ｔ６Ａｂと、第２斜辺部Ｔ６Ａｂの端部から軸方向に延びる第２接合部Ｔ６Ａｃと、を備える。なお、第２接合部Ｔ６Ａｃの絶縁被膜は除去される。

第２単位コイル２１Ｂは、図８に示されるように、第１単位コイル２１Ａと同様に、導体線１９が、周方向に６スロット間隔で並ぶ第１スロット、第２スロットおよび第３スロットに、第２スロット、第１スロット、第２スロット、第３スロット、第２スロットおよび第１スロットの順に、かつ第１スロット、第２スロットおよび第３スロットへの軸方向からの挿入方向を交互に変えて、かつスロット１３内の径方向の挿入位置を径方向外方に順次１層ずつシフトするように挿入されるコイルパターンに構成されている。第２単位コイル２１Ｂも、径方向内方から見て、８の字を横向きにしたコイルパターンに構成されている。

具体的には、第２単位コイル２１Ｂは、第１、第２、第３、第４、第５および第６スロット収容部Ｓ１～Ｓ６と、第１端末Ｔ１Ｂ、第１、第２、第３、第４および第５コイルエンド部Ｔ１２，Ｔ２３，Ｔ３４，Ｔ４５，Ｔ５６および第２端末Ｔ６Ｂと、を備える。第１端末Ｔ１Ｂが第２単位コイル２１Ｂの内径側の端末線、第２端末Ｔ６Ｂが第２単位コイル２１Ｂの外径側の端末線となる。

第１端末Ｔ１Ｂは、第１スロット収容部Ｓ１の一端から、第４コイルエンド部Ｔ４５の第５スロット収容部Ｓ５の一端に接続される斜辺部と平行に、かつ径方向位置を維持して延び出し、その後曲げられて、軸方向外方に延びている。すなわち、第１端末Ｔ１Ｂは、第４コイルエンド部Ｔ４５の第５スロット収容部Ｓ５の一端に接続される斜辺部と平行な第１斜辺部Ｔ１Ｂｂと、第１斜辺部Ｔ１Ｂｂの端部から軸方向に延びる第１接合部Ｔ１Ｂｃと、を備える。

第２端末Ｔ６Ｂは、第６スロット収容部Ｓ６の一端から、第２コイルエンド部Ｔ２３の第２スロット収容部Ｓ２の一端に接続される斜辺部と平行に、かつ径方向位置を維持して延び出し、その後曲げられて、軸方向外方に延びている。すなわち、第２端末Ｔ６Ｂは、第２コイルエンド部Ｔ２３の第３スロット収容部Ｓ３の一端に接続される斜辺部と平行な第２斜辺部Ｔ６Ｂｂと、第２斜辺部Ｔ６Ｂｂの端部から軸方向に延びる第２接合部Ｔ６Ｂｃと、を備える。

このように、第２単位コイル２１Ｂは、第１端末Ｔ１Ｂおよび第２端末Ｔ６Ｂが異なる点を除いて、第１単位コイル２１Ａと同様に作製されている。

単位コイル２１は、図９に示されるように、第１スロット収容部Ｓ１が７番のスロット１３の第１層の位置に挿入され、第２スロット収容部Ｓ２が１番のスロット１３の第２層の位置に挿入され、第３スロット収容部Ｓ３が７番のスロット１３の第３層の位置に挿入され、第４スロット収容部Ｓ４が１３番のスロット１３の第４層の位置に挿入され、第５スロット収容部Ｓ５が７番のスロット１３の第５層の位置に挿入され、第６スロット収容部Ｓ６が１番のスロット１３の第６層の位置に挿入される。

このようにスロット１３に装着された単位コイル２１は、周方向に１スロットピッチで、固定子鉄心１１にスロット１３と同数配列される。これにより、各スロット１３には、３つの単位コイル２１により構成される第１、第２、第３、第４、第５および第６スロット収容部Ｓ１～Ｓ６が、径方向に１列に並んで６層に挿入される。なお、第１層は、スロット１３内に１列に並んで挿入される第１から第６スロット収容部Ｓ１～Ｓ６の６層のなかの最内径位置の層であり、第６層は、最外径位置の層である。

具体的には、第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂとは、２つずつ、周方向に交互に配列された状態で、固定子鉄心１１に装着されている。すなわち、第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂの配列状態は、第１単位コイル２１Ａ、第１単位コイル２１Ａ、第２単位コイル２１Ｂ、第２単位コイル２１Ｂ、第１単位コイル２１Ａ、第１単位コイル２１Ａ・・・となる。これにより、図５に示される円環状の固定子巻線２０が構成される。

これにより、固定子鉄心１１の軸方向の一端側には、第２コイルエンド部Ｔ２３が１スロットピッチで周方向に配列された第２コイルエンド部Ｔ２３の層と、第４コイルエンド部Ｔ４５が１スロットピッチで周方向に配列された第４コイルエンド部Ｔ４５の層と、が径方向に２層に配列され、第１コイルエンド２０ａを構成している。そして、スロット１３の第１層から延び出る第１端末Ｔ１Ａ，Ｔ１Ｂの第１斜辺部Ｔ１Ａｂ、Ｔ１Ｂｂの傾斜方向が２本ずつ交互に逆方向となって、第１コイルエンド２０ａの内径側に周方向に配列されている。同様に、スロット１３の第６層から延び出る第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂの第２斜辺部Ｔ６Ａｂ，Ｔ６Ｂｂの傾斜方向が２本ずつ交互に逆方向となって、第１コイルエンド２０ａの外径側に周方向に配列されている。

また、固定子鉄心１１の軸方向の他端側には、第１コイルエンド部Ｔ１２が１スロットピッチで周方向に配列された第１コイルエンド部Ｔ１２の層と、第３コイルエンド部Ｔ３４が１スロットピッチで周方向に配列された第３コイルエンド部Ｔ３４の層と、第５コイルエンド部Ｔ５６が１スロットピッチで周方向に配列された第５コイルエンド部Ｔ５６の層と、が径方向に３層に配列され、第２コイルエンド２０ｂを構成している。

そして、同相の相巻線を構成する第１単位コイル２１Ａおよび第２単位コイル２１Ｂの第１接合部Ｔ１Ａｃ，Ｔ１Ｂｃ同士がＴＩＧ溶接などにより接合され、第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士がＴＩＧ溶接などにより接合されて、各相巻線が構成される。各相巻線においては、一の第１単位コイル２１Ａが、６スロット間隔離れたスロット１３に挿入されている、接続対象の第２単位コイル２１Ｂに接続される。

これにより、６つの相巻線、例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線が得られる。そして、例えば、図１０に示されるように、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線がスター結線され、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、およびＺ相巻線がスター結線される。これにより、２組の三相巻線からなる固定子巻線２０が構成される。

つぎに、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線の結線構造について説明する。なお、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、およびＺ相巻線の結線構造は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線の結線構造と同じであるので、その説明を省略する。

Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線をスター結線するには、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線を接続する中性点２０１が必要となる。そこで、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線のそれぞれの外径側の第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂを一纏めにして接続する場合には、いずれか１本の第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂを長くする必要がある。これにより、単位コイル２１の取り扱い性が悪化する。さらに、単位コイル２１の種類が多くなり、単位コイル２１の製造工程が煩雑となる。

本実施の形態１では、図１１に示される付加線３０を用いて、第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂが長くなることを防ぎ、単位コイル２１の種類が多くなることを防いでいる。付加線３０は、図１１に示されるように、絶縁被覆された銅線、アルミニウム線などの導体線を曲げ成形して作製され、円弧状の底部３１と、底部３１の両端から略直角に突出する先端部３２ａ，３２ｂと、からなる略Ｕ字状に構成されている。そして、先端部３２ａ，３２ｂの先端側の絶縁被膜が除去される。

Ｕ相巻線とＶ相巻線との第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士が、図１２に示されるように、径方向に重ねられる。さらに、付加線３０の先端部３２ａが、Ｕ相巻線の第２接合部Ｔ６Ａｃに周方向に重ねられる。そして、２本の第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃと先端部３２ａとが一纏めに把持され、ＴＩＧ溶接により溶接される。ついで、付加線３０の先端部３２ｂがＷ相巻線の第２端末Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ｂｃに径方向外側から重ねられる。第２接合部Ｔ６Ｂｃと先端部３２ａとが一纏めに把持され、ＴＩＧ溶接により溶接される。付加線３０が中性点２０１となる。また、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線の残る端部である第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂが、それぞれ、口出し線となる。これにより、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線がスター結線される。なお、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、およびＺ相巻線も、同様に、スター結線される。

このように構成された固定子巻線２０においては、付加線３０は、図１２および図１３に示されるように、接触部Ａ，Ｂの２箇所で、第２端末Ｔ６Ｂの第２斜辺部Ｔ６Ｂｂおよび第１端末Ｔ６Ａの第２斜辺部Ｔ６Ａｂに接している。さらに、図１３に示されるように、固定子巻線２０の第１コイルエンド２０ａの付加線３０を含む軸方向領域には、電気絶縁性の第１の樹脂部材３００が塗布されている。すなわち、第１接合部Ｔ１Ａｃ，Ｔ１Ｂｃ同士の溶接部５０ａ、第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士の溶接部５０ｂ、付加線３０と第２接合部Ｔ６ｃとの溶接部５１ａ，５１ｂ、および付加線３０と第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとの接触部Ａ，Ｂが、第１の樹脂部材３００により覆われている。

これにより、第１接合部Ｔ１Ａｃ，Ｔ１Ｂｃ同士の溶接部５０ａ、第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士の溶接部５０ｂ、および付加線３０と第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃとの溶接部５１ａ，５１ｂの電気絶縁性が確保される。また、付加線３０は、２箇所で第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに接触している状態で、第１の樹脂部材３００により第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定されている。

さらに、第１の樹脂部材３００の塗布後、絶縁性の第２の樹脂部材、例えばワニス３０１が第１コイルエンド２０ａおよび第２コイルエンド２０ｂに塗布される。これにより、第１コイルエンド２０ａにおいては、図１４に示されるように、第１の樹脂部材３００の全領域がワニス３０１により覆われている。

なお、ワニス３０１は、第１の樹脂部材３００の全領域を覆う必要はなく、例えば、図１５に示されるように、第１の樹脂部材３００の被覆領域を避けて、第１コイルエンド２０ａに塗布されてもよく、第１の樹脂部材３００の被覆領域の一部を覆うように、第１コイルエンド２０ａに塗布されてもよい。

実施の形態１によれば、Ｕ相巻線とＶ相巻線の２本の第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃの組と、Ｗ相巻線の１本の第２接合部Ｔ６Ｂｃとを、付加線３０により接続しているので、Ｗ相巻線の中性点接続用の第２端末Ｔ６Ｂを長くする必要がない。これにより、単位コイル２１の取り扱い性が容易となる。さらに、単位コイル２１の種類が多くならないので、単位コイル２１の製造工程が簡易となり、単位コイル２１を安価に製造できる。また、付加線３０が第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定されているので、付加線３０と第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとが相対的に移動することを抑制できる。これにより、特別な固定部材を設けることなく、付加線３０と第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとの溶接部５１ａ，５１ｂにかかる応力を低減でき、溶接部５１ａ，５１ｂが断線するリスクを低減できる。
また、第１接合部Ｔ１Ａｃ、Ｔ１Ｂｃ同士の溶接部５０ａおよび第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士の溶接部５０ｂを絶縁被覆するための第１の樹脂部材３００を用いて、付加線３０と第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとを固定している。これにより、専用の接着剤などを用いることなく、付加線３０と第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとを固定できるので、付加線３０と第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとを安価に固定することができる。
また、絶縁被覆された付加線３０を用いているので、接触部Ａ，Ｂでの第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂとの電気絶縁が確実に確保される。

つぎに、付加線３０が接触部Ａ，Ｂの２箇所で第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定されていることによる効果について説明する。

付加線３０が溶接部５１ａ，５１ｂのみで第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定されている場合には、付加線３０の溶接部５１ａ，５１ｂ間の固定されていない領域が、自由に振動してしまう。そのため、回転電機１００が振動した場合には、付加線３０は、溶接部５１ａから溶接部５１ｂまでの長さで振られることになり、振幅が大きくなる。その結果、溶接部５１ａ，５１ｂにかかる応力が大きくなり、溶接部５１ａ，５ｂが破断するおそれがあった。

一方、付加線３０が溶接部５１ａ，５１ｂ間の２箇所の接触部Ａ，Ｂで第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定されている場合には、付加線３０は、溶接部５１ａから接触部Ａまでの長さ、接触部Ａから接触部Ｂまでの長さ、および接触部Ｂから溶接部５１ｂまでの長さで、それぞれ振られることになり、振幅が小さくなる。その結果、溶接部５１ａ，５１ｂにかかる応力が小さくなり、溶接部５１ａ，５ｂの破断発生が抑制される。このように、実施の形態１によれば、付加線３０による接合構造の耐振性を向上させることができる。

また、付加線３０は、接触部Ｂで、付加線３０と溶接される第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂと異なる第２端末Ｔ６Ａに固定されている。これにより、付加線３０と固定される第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂの本数が多くなり、回転電機１００が振動した際の付加線３０の振幅をより小さくすることができ、耐振性がより向上される。

また、ワニス３０１が第１コイルエンド２０ａおよび第２コイルエンド２０ｂに塗布されているので、第１コイルエンド２０ａおよび第２コイルエンド２０ｂの剛性が高められ、耐振性が向上される。また、ワニス３０１は、スロット１３内に含浸されるので、固定子鉄心１１と固定子巻線２０とがワニス３０１により固定され、耐振性が向上される。

つぎに、固定子１０の製造方法について説明する。図１６は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法を示すフロー図、図１７は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における付加線固定工程を説明する図、図１８は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法における付加線固定工程を説明する図である。

まず、絶縁被覆された導体線１９を曲げ成形して第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂとを作製する（Ｓ１００）。ついで、第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂとを固定子鉄心１１に組み付ける（Ｓ１０１）。Ｓ１０１では、第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂとを、１スロットピッチで、２つずつ周方向に交互に円環状に配列して、図５に示される固定子巻線２０を作製する。ついで、図４に示される鉄心ブロック１２のティース１２ｂを、固定子巻線２０の外径側から、径方向に１列に配列している第１～第６スロット収容部Ｓ１～Ｓ６の各列間に挿入する。これにより、４８個の鉄心ブロック１２が固定子巻線２０に装着され、固定子巻線２０が固定子鉄心１１に組み付けられる。

ついで、固定子巻線２０の第１コイルエンド２０ａにおいて、第１端末Ｔ１Ａ，Ｔ１Ｂの第１接合部Ｔ１Ａｃ，Ｔ１Ｂｃ同士を溶接し、第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士を溶接し、付加線３０の先端部３２ａ，３２ｂを第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃに溶接する（Ｓ１０２）。これにより、固定子巻線２０が２組の三相巻線に構成される。ついで、固定子巻線２０の第１コイルエンド２０ａにおいて、付加線３０を第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定する（Ｓ１０３）。Ｓ１０３では、図１７および図１８に示されるように、固定子１０の固定子巻線２０を粉体樹脂３１０の硬化温度である１５０℃程度に熱し、第１コイルエンド２０ａを槽３１１内のエポキシ樹脂を主成分とする粉体樹脂３１０に浸漬する。このとき、第１コイルエンド２０ａは、付加線３０の全体が粉体樹脂３１０内に没するまで粉体樹脂３１０に浸漬される。これにより、粉体樹脂３１０が、浸漬されている金属表面に被覆し、硬化される。その結果、第１接合部Ｔ１Ａｃ，Ｔ１Ｂｃ同士の溶接部５０ａ、第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士の溶接部５０ｂ、および付加線３０と第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃとの溶接部５１ａ，５１ｂが、粉体樹脂３１０からなる第１の樹脂部材３００により絶縁被覆される。さらに、付加線３０が、接触部Ａ，Ｂで第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに接触している状態で、第１の樹脂部材３００により第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定される。このとき、粉体樹脂３１０の内部に圧縮空気を送って粉体樹脂３１０を浮遊させた状態とする流動浸漬槽を用いることで、すなわち第１の樹脂部材３００の形成に誘導浸漬法を用いることで、形成された第１の樹脂部材３００の厚さの均一化が図られる。ついで、固定子巻線２０の第１および第２コイルエンド２０ａ，２０ｂにワニス３０１を塗布し（Ｓ１０４）、固定子１０が製造される。

上記実施の形態１では、絶縁被覆された付加線３０を用いているが、銅線、アルミニウム線などの裸線を付加線としてもよい。また、実施の形態１では、矩形断面の付加線３０を用いているが、断面円形の付加線を用いてもよい。

ここで、付加線３０の形態による効果について図１９から図２３を用いて説明する。図１９は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子における第１コイルエンドの付加線周りを径方向外方から見た正面図、図２０から図２３は、図１９のＡ－Ａ矢視断面図である。なお、図２０は、付加線３０が矩形断面の裸線である場合であり、図２１は、付加線３０が円形断面の裸線である場合であり、図２２は、付加線３０が矩形断面の絶縁被覆線である場合であり、図２３は、付加線３０が円形断面の絶縁被覆線である場合である。

矩形断面の付加線３０は、図２０および図２２に示されるように、矩形断面の第２斜辺部Ｔ６Ａｂの平坦な側面に面接触している。一方、円形断面の付加線３０は、図２１および図２３に示されるように、矩形断面の第２斜辺部Ｔ６Ａｂの平坦な側面に点接触している。このように、矩形断面の付加線３０は、第２斜辺Ｔ６Ａｂとの接触面積が多くなり、付加線３０と第２斜辺部Ｔ６Ａｂとの間の固定力を大きくできる。そこで、付加線３０と第２斜辺部Ｔ６Ａｂとの間の固定力を確保する必要がある場合には、矩形断面の付加線３０を用いることが望ましい。また、付加線３０と第２斜辺部Ｔ６Ａｂとの間の固定力に余裕がある場合には、円形断面の付加線３０を用いてもよい。この場合、付加線３０を安価に作製できる。

絶縁被覆線の付加線３０の導体３０ａは、図２２および図２３に示されるように、２層の絶縁被膜３０ｂ、１９ｂを介して第２斜辺部Ｔ６Ａｂの導体１９ａに接している。一方、裸線の付加線３０である導体３０ａは、図２０および図２１に示されるように、１層の絶縁被膜１９ｂを介して第２斜辺部Ｔ６Ａｂの導体１９ａに接している。このように、付加線３０と第２斜辺部Ｔ６Ａｂとの間の電気絶縁性を確保する必要があるときには、絶縁被覆線の付加線３０を用いることが望ましい。

なお、上記実施の形態１では、単位コイル２１が矩形断面の導体線１９を用いて作製されているが、導体線の断面は矩形に限定されず、例えば円形でもよい。
また、上記実施の形態１では、第２斜辺部Ｔ６Ａｂ，Ｔ６Ｂｂの平坦な側面で付加線３０を固定しているので、固定面積が大きくなり、固定力を大きくでき、耐振性が向上する。このことから、耐振性を向上させる観点から、第２斜辺部と付加線との少なくとも一方の断面を矩形とすることが望ましい。

実施の形態２．
図２４は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子におけるコイルエンドの付加線周りを径方向外側から見た正面図、図２５は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子における付加線を示す正面図である。

図２５において、付加線４０は、絶縁被覆された銅線、アルミニウム線などの導体線を曲げ成形して作製され、底部４１と、底部４１の両端から突出する先端部４２ａ，４２ｂと、からなる略Ｕ字状に構成されている。そして、底部４１は、長さ方向の略中央部の底曲げ部４１ａで曲げられており、底曲げ部４１ａの両側が斜辺部４１ｂとなる。さらに、先端部４２ａ，４２ｂの先端側の絶縁被膜が除去される。
なお、実施の形態２は、付加線３０に代えて付加線４０を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態２においても、Ｕ相巻線とＶ相巻線との第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃ同士が、径方向に重ねられる。さらに、付加線４０の先端部４２ａが、Ｕ相巻線の第２接合部Ｔ６Ａｃに周方向に重ねられる。そして、２本の第２接合部Ｔ６Ａｃ，Ｔ６Ｂｃと１本の先端部４２ａとが一纏めに把持され、ＴＩＧ溶接により溶接される。ついで、付加線４０の先端部４２ｂがＷ相巻線の第２端末Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ｂｃに径方向外側から重ねられる。第２接合部Ｔ６Ｂｃと先端部４２ａとが一纏めに把持され、ＴＩＧ溶接により溶接される。

このとき、付加線４０の底部４１は、斜辺部４１ｂが第２端末Ｔ６Ａの第２斜辺部Ｔ６Ａｂに沿うように底曲げ部４１ａで曲げられている。これにより、図２４に示されるように、付加線４０の斜辺部４１ｂと第２端末Ｔ６Ａの第２斜辺部Ｔ６Ａｂとが、接触部Ｂで面接触する。さらに、付加線４０の先端部４２ａが第２端末Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ｂｃと接触部Ａで接触し、底部４１の斜辺部４１ｂが第２端末Ｔ６Ｂの第２斜辺部Ｔ６Ｂｂと接触部Ｃで接触する。

このように、実施の形態２によれば、付加線４０が、接触部Ａ，Ｂ，Ｃの３箇所で第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに接した状態で、第１の樹脂部材３００により第２端末Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂに固定されている。さらに、付加線４０と第２端末Ｔ６Ａとが接触部Ｂで面接触しているので、付加線４０と第２端末Ｔ６Ａとの接触面積を大きくできる。これにより、特別な固定部材を設けることなく、付加線４０と第２端末Ｔ６Ａとの間の固定力を大きくでき、耐振性をより向上させることができる。

ここで、各実施の形態では、付加線３０，４０を用いて３相巻線をスター結線する場合について説明しているが、付加線３０，４０を用いて、相巻線を構成する第１単位コイル２１Ａと第２単位コイル２１Ｂとを結線してもよい。図２６は、この発明の実施態様の回転電機の固定子におけるコイルエンドの付加線周りを径方向外側から見た正面図である。

図２６に示されるように、Ｕ相の第２端末Ｔ６Ａの第２接合部Ｔ６Ａｃと付加線３０の先端部３２ａとが径方向に重ねられ、ＴＩＧ溶接により溶接される。また、Ｕ相の第２端末Ｔ６Ｂの第２接合部Ｔ６Ｂｃと付加線３０の先端部３２ｂとが径方向に重ねられ、ＴＩＧ溶接により溶接される。これにより、Ｕ相の第２端末Ｔ６Ａ、Ｔ６Ｂが結線される。このとき、付加線３０は、接触部Ａ，Ｂで、付加線３０と溶接される第２端末Ｔ６Ａと異なる第２端末Ｔ６Ａの第２斜辺部Ｔ６Ａｂと接している。

このように、付加線３０を用いて同相の単位コイルを結線する場合においても、付加線と単位コイルとの溶接部を第１の樹脂部材により絶縁被覆し、ワニスをコイルエンドに含浸、硬化することにより、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。

なお、各実施の形態では、単位コイル２１を用いて固定子巻線２０を構成しているが、単位コイルは、単位コイル２１に限定されず、亀甲形コイル、波巻きコイル、Ｕ字状のセグメントコイルを用いることができる。
また、上記各実施の形態では、固定子１０は、４８スロット８極に構成されているが、スロット数と極数はこれに限定されない。また、固定子１０は、毎極毎相当たりスロット数が２であるが、毎極毎相当たりのスロット数は２に限定されず、例えば１でもよい。

１１ 固定子鉄心、１３ スロット、２０ 固定子巻線、２０ａ 第１コイルエンド、２０ｂ 第２コイルエンド、２１ 単位コイル、２１Ａ 第１単位コイル、２１Ｂ 第２単位コイル、３０，４０ 付加線、４１ｂ 斜辺部、３００ 第１の樹脂部材、３０１ ワニス（第２の樹脂部材）、Ａ，Ｂ，Ｃ 接触部、Ｔ１Ａ，Ｔ１Ｂ 第１端末、Ｔ１Ａｂ，Ｔ１Ｂｂ 第１斜辺部、Ｔ１Ａｃ，Ｔ１Ｂｃ 第１接合部、Ｔ６Ａ，Ｔ６Ｂ 第２端末、Ｔ６Ａｂ，Ｔ６Ｂｂ 第２斜辺部、ＴＡ６ｃ，Ｔ６Ｂｃ 第２接合部。

Claims (9)

1. スロットが周方向に複数形成された円環状の固定子鉄心と、
   上記スロットに挿入配置された複数の単位コイルを有する固定子巻線と、を備える回転電機の固定子において、
   上記複数の単位コイルのそれぞれは、上記スロットから突出する端末を有し、
   上記端末は、上記スロットから突出して傾斜して周方向に延びる斜辺部、および上記斜辺部から軸方向に延びる接合部を有し、
   上記固定子巻線は、上記複数の単位コイルの上記接合部同士を溶接して構成され、
   第１の樹脂部材が、上記接合部同士の溶接部のそれぞれに被覆され、
   第２の樹脂部材が、上記複数の単位コイルの上記端末からなるコイルエンドに含浸、硬化されており、
   上記接合部同士を接続する、上記単位コイルとは別部材の付加線を有し、
   上記付加線は、第１接触部及び第２接触部で上記斜辺部と接触しており、
   上記斜辺部は、矩形断面を有しており、
   上記第１接触部では、上記付加線は、上記斜辺部のうち上記固定子鉄心の径方向を向いた側面と接触しており、
   上記第２接触部では、上記付加線は、上記斜辺部のうち上記径方向とは異なる方向を向いた側面と接触しており、
   上記付加線が、上記第１の樹脂部材により、上記斜辺部に固定されている回転電機の固定子。
2. スロットが周方向に複数形成された円環状の固定子鉄心と、
   上記スロットに挿入配置された複数の単位コイルを有する固定子巻線と、を備える回転電機の固定子において、
   上記複数の単位コイルのそれぞれは、上記スロットから突出する端末を有し、
   上記端末は、上記スロットから突出して傾斜して周方向に延びる斜辺部、および上記斜辺部から軸方向に延びる接合部を有し、
   上記固定子巻線は、上記複数の単位コイルの上記接合部同士を溶接して構成され、
   第１の樹脂部材が、上記接合部同士の溶接部のそれぞれに被覆され、
   第２の樹脂部材が、上記複数の単位コイルの上記端末からなるコイルエンドに含浸、硬化されており、
   上記接合部同士を接続する、上記単位コイルとは別部材の付加線を有し、
   上記付加線が、上記第１の樹脂部材により、上記斜辺部に固定されており、
   上記付加線は、上記斜辺部に沿った付加線斜辺部を有する回転電機の固定子。
3. 上記付加線は、上記斜辺部と２箇所以上の接触部で接触しており、上記第１の樹脂部材により、上記２箇所以上の接触部で上記斜辺部に固定されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 上記付加線は、上記第１の樹脂部材に完全に覆われている請求項１から請求項３の何れか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 上記単位コイルは、矩形断面であり、
   上記付加線は、上記斜辺部の平坦な側面に固定されている請求項１から請求項４の何れか１項に記載の回転電機の固定子。
6. 上記付加線は、矩形断面であり、
   上記斜辺部は、上記付加線の平坦な側面に固定されている請求項１から請求項５の何れか１項に記載の回転電機の固定子。
7. 上記付加線は、上記接合部に溶接される領域を除いて、絶縁被膜に覆われている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
8. 上記付加線が固定される上記斜辺部は、上記付加線が溶接された上記端末と異なる端末の斜辺部である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の固定子の製造方法であって、
   上記複数の単位コイルを製造する単位コイル製造工程と、
   上記複数の単位コイルを上記固定子鉄心に挿入配置するコイル・コア組立工程と、
   上記複数の単位コイルの上記接合部同士、および上記付加線と上記接合部とを溶接するコイル溶接工程と、
   上記第１の樹脂部材により上記溶接部を被覆すると共に、上記付加線を上記斜辺部に固定する付加線固定工程と、
   上記第２の樹脂部材を上記コイルエンドに塗布する第２の樹脂部材塗布工程と、
   を備える回転電機の固定子の製造方法。

Images