JP6259115B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関する。

本技術分野の背景技術として、接合部に埃等が付着しにくい固定子を有する車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、固定子の複数の導体セグメントの端部である接合部を絶縁被膜で被覆し、この絶縁被膜が冷却用の空気流や当該空気流に混入する粉塵の衝突により剥がれないようにした回転電機の固定子が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−３４１７３０号公報 特開２０１１−１５１９７５号公報

特許文献１に開示される技術では、電気導体は、固定子上で接合されており、この接合部を玉形状に形成することを特徴とすることで、接合部に埃等が付着しにくい固定子を有する車両用交流発電機を達成している。しかし、接合部を玉形状にすることで、接合部が電気導体の断面寸法よりも大きく形成され、接合部から他の部品への絶縁距離が短くなったり、コイルエンド部のサイズが大きくなったりする懸念がある。

特許文献２に開示される技術では、特許文献２の図１２に示されるように、同じスロットに配置された複数の導体セグメントは、ひとつの導体セグメントの先端部と他の導体セグメントの先端部とを固定子鉄心の径方向外側に折り曲げ、この折曲がった先端部同士を溶接し、これを複数の導体セグメントで繰り返すことによって１つの相の巻線を形成している。ここで、特許文献２の図１２に示されるように、溶接された先端は、接合部が電気導体の幅よりも大きくなり、接合部から他の部品への絶縁距離が短くなったり、コイルエンド部のサイズが大きくなったりする懸念がある。

また、特許文献１，２に開示されるような固定子巻線の形成に際して、通常は導体セグメントの先端方向から溶接が行われる。しかし、１つの固定子内でコイルセグメントの先端が軸方向や径方向を向いている場合、溶接電極の向きをコイルセグメントの向きに応じて変える必要がある。

そこで本発明は、固定子のコイルエンドにおいてコイルセグメントの端部同士の接合部が固定子鉄心の反固定子鉄心側に膨らまずに形成され、軸方向にコイルエンドの小型化ができる回転電機の固定子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、複数のスロットを有する固定子鉄心と、固定子巻線を形成するために前記固定子鉄心に配置されるコイルセグメントを備え、前記コイルセグメントの端部同士が前記軸方向に重なり接合されている回転電機において、反固定子鉄心側の前記端部が固定子鉄心側の前記端部に向かって溶け落ちていることを特徴とする。

本発明によれば、固定子のコイルエンドにおいてコイルセグメントの端部同士の接合部が固定子鉄心の反固定子鉄心側に膨らまずに形成され、軸方向にコイルエンドの小型化ができる回転電機の固定子を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

回転電機の固定子の構成を示す斜視図（実施例１）。 回転電機の固定子の組立て途中の状態を示す斜視図（実施例１）。 回転電機の固定子の組立て途中の状態を示す斜視図（実施例１）。 回転電機の固定子の組立て途中の状態を示す斜視図（実施例１）。 コイルセグメントの端部の接合前の形状を示す図（実施例１）。 コイルセグメントの端部のＴＩＧ溶接の例を示す図（実施例１）。 コイルセグメントの端部の接合の失敗例を示す図。 コイルセグメントの端部の接合後の形状を示す図（実施例１）。 コイルセグメントの端部の接合後の形状を示す図（実施例１）。 コイルセグメントの端部のＴＩＧロウ付けの例を示す図（実施例１）。 コイルセグメントの端部の接合前の形状を示す図（実施例２）。 コイルセグメントの端部の接合後の形状を示す図（実施例２）。 コイルセグメントの端部の接合前の形状を示す図（実施例３）。 コイルセグメントの端部の接合後の形状を示す図（実施例３）。 コイルセグメントの端部の接合部の接合状況を示す図（実施例４）。 コイルセグメントの端部の接合部の接合状況を示す図（実施例４）。 コイルセグメントの端部の接合部の接合状況を示す図（実施例４）。 コイルセグメントの端部の絶縁皮膜を剥離する前の状態の例を示す図。 コイルセグメントの端部の絶縁皮膜を剥離した後の状態の例を示す図。 コイルセグメントの端部の絶縁皮膜を剥離した後に端部を成形した状態の例を示す図（実施例４）。 コイルセグメントの端部の絶縁皮膜を剥離した後に端部が成形されたコイルセグメントを軸方向に並べた状態の例を示す図（実施例４）。 回転電機の固定子の一部の構成を示す斜視図（実施例５）。 コイルセグメントの端部の接合前の形状を示す図（実施例５）。 コイルセグメントの端部の接合後の形状を示す図（実施例５）。 コイルセグメントの向きの例を示す図。 コイルセグメントの向きの例を示す図。 コイルセグメントの端部の接合部の変化例を示す図。 ハウジング内に固定子と回転子とが配置された状態の一例を示す図。 回転電機全体を示す図。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリッド電気自動車に用いられる電動機を用いる。また、以下の説明において、「軸方向」は回転電機の回転軸に沿った方向を指す。周方向は回転電機の回転方向に沿った方向を指す。「径方向」は回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指す。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指す。

図１乃至図４を用いて、本発明の実施例１に係る回転電機の固定子の構成を説明する。

図１は、回転電機の固定子１の構成を示す斜視図である。固定子１は、固定子鉄心１０と固定子巻線３から構成される。

固定子鉄心１０は、円環状に打ち抜き加工またはエッチング加工により成形された、厚さ０．０５乃至１．０ｍｍ程度の電磁鋼板を複数枚積層して構成される。固定子鉄心は外径側のヨーク部と、ヨーク部から周方向に等間隔の放射状に配置された複数のティース部から成り、略円筒状の形状を成している。固定子鉄心１０は、略ストレート形状のティースで構成される全開スロットタイプであり、固定子コイルを固定子鉄心内径側から装着しやすい形状である。

固定子鉄心のティース部（或いはスロット部）には、絶縁部材２が装着される。絶縁部材２は、例えば絶縁性樹脂で成形されたボビンや絶縁紙等で構成される。実施例１における絶縁部材２は、固定子鉄心の形状と同様に内径側が開放された形状であり、固定子コイルを固定子鉄心内径側から装着しやすい形状である。

ティース部には、集中巻に巻かれたコイルセグメント３０が固定子鉄心の中心側から装着される。本実施例に係る回転電機は２４極３６スロットの３相交流の回転電機なので、固定子１のティースは３６ヶ所存在し、固定子巻線はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の固定子巻線に分かれ、異なるティースに装着された同相のコイルセグメントが直列に接続される。

図２２に示すように、固定子１の中心側には空隙を解して回転可能に保持された回転子５００が配置され、固定子１と回転子５００と空隙で回転電機の磁気回路を構成する。固定子１の外径側には、図２１に示すようなハウジング６００が設けられる場合もある。

図２に、組立て途中の固定子１の構造を示す。コイルセグメント３０１は、固定子１において第１番目に固定子鉄心１０に装着されるコイルセグメントである。

第２番目に固定子鉄心１０に装着されるコイルセグメント３０２は、コイルセグメント３０１に隣接して配置されるコイルセグメントである。コイルセグメント３０２の巻始め側端末部３０２ａは、既に配置されているコイルセグメント３０１の巻終り側端末部３０１ｂと固定子鉄心１０の間を抜けて、固定子鉄心のティース部に装着される。

以降、同様の手順で最後に装着されたコイルセグメントに隣接するコイルセグメントが順次、固定子鉄心に装着される。

なお、本実施例の固定子は３相交流の回転電機の固定子であるので、第１番目に装着された固定子コイルをＵ相、第２番目に装着された固定子コイルをＶ相、第３番目に装着された固定子コイルをＷ相と設定すると、第３番目以降の固定子コイルの相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が繰り返される形となる。

図３に、第４番目のコイルセグメントが固定子鉄心に装着された状態の固定子１の構造を示す。

第４番目に装着されるコイルセグメント３０４の巻始め側端末部３０４ａとコイルセグメント３０１の巻終り側端末３０１ｂは、軸方向において互いに重なっている。

コイルセグメントの端部は、軸方向において互いに重なるようにあらかじめ成形されているので、コイルセグメントを固定子鉄心に装着するだけで、コイルセグメントの端部が固定子鉄心の外周方向にあたる固定子鉄心のヨーク上において軸方向に重なる。

図４に、第３４番目のコイルセグメントが装着される途中の固定子１の構造を示す。

第３４番目に固定子鉄心に装着されるコイルセグメント３３４は、そのコイルセグメント３３４の巻始め側端末部３３４ａが、コイルセグメント３３１乃至３３３の巻終り側端末部３３１ｂ乃至３３３ｂと、固定子鉄心１０の間を抜けて、固定子鉄心のティース部に装着される。

コイルセグメント３３４の巻終り側端末部３３４ｂは、コイルセグメント３０１の巻終り側端末部３０１ｂの反固定子鉄心側を抜けて固定子鉄心の外周方向のコイルエンド外に配置される。

以降、同様の手順で最後に装着されたコイルセグメントに隣接するコイルセグメントが順次、第３６番目まで固定子鉄心に装着される。

以上説明したように、本実施例によれば、全てのコイルセグメントがティースに装着するだけで後からの成形作業等を行わずとも、コイルセグメントの端部を固定子鉄心の外周方向にあたる固定子鉄心のヨーク上で、軸方向に重なり配置することができる。

全てのコイルセグメントが装着された固定子１は、軸方向に重なったコイルセグメントの端部同士が接続される。

コイルセグメントの端部同士の接続において、コイルセグメントの被接合部の絶縁皮膜の剥離作業性や、接合時に被接合部以外への過剰な熱伝達が発生するリスクを考慮すると、コイルセグメント端部の被接合部は、ある程度の長さが必要となる。

実施例１の固定子１では、被接合部となるコイルセグメントの端部を固定子鉄心のヨーク上で周方向に延伸することで、コイルセグメントの端部を固定子鉄心の外径内に収めつつ、被接合部の長さを確保することができている。

一方で、固定子１はコイルセグメントの端部が周方向に向いているため、後述するコイルセグメントの端部の溶接において、コイルセグメントの先端方向に溶接電極を配置すると、電極がコイルセグメントと干渉してしまう。

そこで、本実施例の固定子１においては、溶接電極の位置をコイルセグメントの被接合部の側面方向（すなわち軸方向）としている。これにより、溶接電極が他のコイルセグメントと干渉することなくコイルセグメントの端部を接合することができる。

また、溶接電極をコイルセグメントの被接合部の側面方向とすることで、電極で発生させたエネルギーが軸方向に重なったコイルセグメントの端部のうち反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部から伝達される。

したがって、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部から溶融しやすく、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部から固定子鉄心側のコイルセグメントの端部に溶け落ちる形状を形成しやすい。

次に、接合部の詳細を説明する。

図５は、固定子鉄心１０のヨーク上で軸方向に重なったコイルセグメントの端部の接合前の状態を示している。

固定子鉄心側のコイルセグメント５の端部５ａと反固定子鉄心側のコイルセグメント６の端部６ａは絶縁皮膜が除去され導体が露出した状態で接し、被接合部７０を形成している。被接合部７０は、たとえば、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接などにより接合される。

図６は、コイルセグメントの端部をＴＩＧ溶接により接合する状態を示している。このＴＩＧ溶接は、コイルセグメントの端部のうち一端面側から行うものである。ガスノズル９１よりアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）の不活性ガスを噴射し、その不活性ガスの雰囲気中で、溶接電極９２とコイルセグメントの端部との間でアーク９３を発生させる。

本実施例の固定子１は、コイルセグメントの端部の側面方向である軸方向にＴＩＧ溶接の電極を配置している。電極の先端は、反固定子鉄心側のコイルセグメントの先端から約±２ｍｍ程度の間に位置させる。

アークで発生したエネルギーは反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａに伝わる。端部６ａは高温になり融点に達した部位から溶融する。

アークで発生したエネルギーは、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａから固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａにも伝わり、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａの固定子鉄心側の一部も溶融する。

アークによるエネルギーが大きすぎると、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部が溶融するだけでなく、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部も広範囲に渡って溶融してしまい図７に示すように接合部７が固定子鉄心側のコイル端部から固定子鉄心側に向かって垂れてしまうので、溶接の際には適度なエネルギーとなるように溶接の電流量、通電時間を選択する。

溶融した反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａは、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａに広がり引き寄せられ、その後、自然放熱による温度低下によって溶融部は凝固する。

以上の溶接過程において、接合部は反固定子鉄心側のコイルセグメント端部から固定子鉄心側のコイルセグメント端部に向かい溶け落ちる形状となる。

ＴＩＧ溶接の際、軸方向を天地方向とし、被接合部７０が天方向になるように固定子を設置して接合を行うと、溶融したコイルセグメントが自身の自重によって固定子鉄心側のコイルセグメントの端部に寄りやすい。

図８ａおよび図８ｂは、ＴＩＧ溶接におけるアーク終了後、溶融部が凝固して接合部７が形成され、接合が完了した状態のコイルセグメントの端部を示している。溶融部は、固定子鉄心側に位置するコイルセグメントの端部５ａ側に引き寄せられた後に固体化しているので、接合部が固定子のコイルエンドにおいて固定子鉄心の反固定子鉄心側に膨らまずに形成され、確実に固定子のコイルエンドを軸方向に小型化がなせる。

また、図９に示すように、アーク発生中に外部からコイルセグメント素材に親和性のある融点の低い金属（ロウ材９４）を投入することで、ＴＩＧロウ付けが可能である。

コイルセグメントは、通常、銅製の電気導体であり、融点が高い。ＴＩＧロウ付けでは、コイルセグメントの端部の接合部において、コイルセグメントを溶融させるより少ないエネルギーで金属（ロウ材）を溶融させることができる。したがって、接合の際にコイルセグメントの端部からコイルセグメントの主部に伝達する熱量が抑制され、コイルセグメントの絶縁皮膜が熱劣化するリスクを低減することが出来る。

ＴＩＧロウ付けにおいてアークで発生したエネルギーは、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａやロウ材９４を溶融させる。また、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａも高温となっているので、溶融したロウ材は表面張力が低く、濡れ性により固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａに広がり、端部５ａに引き寄せられた後、自然放熱による温度低下によって凝固し、接合部７が形成される。

図１０は、固定子鉄心１０のヨーク上で軸方向に重なったコイルセグメントの端部の接合前の状態を示している。

反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａが、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａより１段短い位置に設定されており、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａ上に段差空間が構成されている。

この段差空間によって、溶融した反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部が固定子鉄心側のコイルセグメントに上に広がることのできる面積が大きくなる。したがって、実施例１に比較して、溶融したコイルセグメントの端部をさらに固定子鉄心側に位置するコイルセグメントの端部５ａ上に引き寄せることが出来る。

また、ＴＩＧロウ付けのように外部から金属を供給する溶接においては、外部から供給した金属の量だけ接合部の容積が大きくなるため、接合部がコイルセグメントの高さ（軸方向）より大きくなる懸念がある。しかし、実施例２においては、コイルセグメントの端部５ａ上の段差空間により接合部の許容容積が大きく、接合部を反固定子鉄心側のコイルセグメントの高さ（軸方向）より膨らむことなく、確実にモータの軸方向に小型化することができる。

図１１は、ＴＩＧ溶接（又はＴＩＧロウ付け）におけるアーク終了後、溶融部が凝固して接合部７が形成され、接合が完了した状態のコイルセグメントの端部を示している。溶融部は、固定子鉄心側に位置するコイルセグメントの端部５ａ側に引き寄せられた後に固体化しているので、接合部が固定子のコイルエンドにおいて固定子鉄心の反固定子鉄心側に膨らまずに形成され、確実に固定子のコイルエンドを軸方向に小型化がなせる。

図１２は、固定子鉄心１０のヨーク上で軸方向に重なったコイルセグメントの端部の接合前の状態を示している。

反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａが、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａより断面積が小さく設定されている。

ＴＩＧ溶接時にコイルセグメントの端部の側面方向から発生されるアークによるエネルギーは、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部に伝わり、そこから固定子鉄心側のコイルセグメントの端部に伝達する。ここで、アークによるエネルギーが大きい場合、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部が溶融するだけでなく、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部も広範囲に渡って溶融してしまい図７に示すように接合部７が固定子鉄心側のコイル端部から固定子鉄心側に向かって垂れてしまう。

本実施例では、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａの方が固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａの容積より小さいため、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａの方が、温度が上昇しやすい。したがって、アークによるエネルギー量を低く抑えて、固定子鉄心側のコイルセグメントが溶融量を抑制しつつ、主として反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部を溶融させ、接合部を固定子鉄心側のコイルセグメントの反固定子鉄心側に確実に配置させることが出来る
また、実施例２と同様に、ＴＩＧロウ付けのように外部から金属を供給する溶接においては、外部から供給した金属の量だけ接合部の容積が大きくなるため、接合部がコイルセグメントの高さ（軸方向）より大きくなる懸念がある。しかし、実施例３においては、コイルセグメントの端部５ａ上の段差空間により接合部の許容容積が大きく、接合部を反固定子鉄心側のコイルセグメントの高さ（軸方向）より膨らむことなく、確実にモータの軸方向に小型化がなせる。

図１３は、ＴＩＧ溶接（又はＴＩＧロウ付け）におけるアーク終了後、溶融部が凝固して接合部７が形成され、接合が完了した状態のコイルセグメントの端部を示している。溶融部は、固定子鉄心側に位置するコイルセグメントの端部５ａ側に引き寄せられた後に固体化しているので、接合部が固定子のコイルエンドにおいて固定子鉄心の反固定子鉄心側に膨らまずに形成され、確実に固定子のコイルエンドを軸方向に小型化がなせる。

いずれの実施例においてもコイルセグメントの被接合部は絶縁皮膜を剥離して導体部が露出されているため、絶縁皮膜を剥離していないコイルセグメントの主部より細くなっている。したがって、単に絶縁皮膜を除去しただけのコイルセグメントを軸方向に重ねただけでは、コイルセグメントの端部同士の接触状態は必ずしも良くない。

コイルセグメントの端部同士の接触状態を良くして、ＴＩＧ溶接でのアークによるエネルギーを反固定子鉄心側から固定子鉄心側のコイルセグメントにも伝達させるため、被接合部を構成するコイルセグメントの端部のいずれか或いは両方は、軸方向に成形されることが望ましい。

例えば、コイルセグメントの端部は図１５ａに示される如く絶縁皮膜を有しているが、絶縁皮膜は機械加工やレーザにより剥離される。図１５ｂは、絶縁皮膜が剥離された状態を示している。絶縁皮膜が剥離され導体が露出したコイルセグメントの端部３０ａは、コイルセグメントの主部３０ｂよりも細くなっている。

例えば、２本のコイルセグメントを重ねた時にコイルセグメントの端部同士が確実に接触するため、図１５ｃに示されるようにコイルセグメントの端部を成形して寄せる。端部を成形したコイルセグメントを用いることで、図１５ｄに示されるように軸方向に重なったコイルセグメントの端部は良好な接触状態となる。

図１４ａ、図１４ｂ、図１４ｃに、接合部７とコイルセグメントの端部の断面の状態を示す。

図１４ａに示される例では、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部が溶融し、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部方向に溶け落ちる形状をしている。固定子鉄心側のコイルセグメントの端部は、反固定子鉄心側の一部が溶融して、接合部７を形成している。

図１４ｂに示される例では、コイルセグメントの端部の導体は溶融せず、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部の固定子鉄心側に、外部から供給された金属が溶融し、接合部７を形成している。接合部７と反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａとの界面７６ａ、及び、接合部７と固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａとの界面７５ａは、拡散接合されている。

図１４ｃに示される例は、図１４ａと図１４ｂに示される例の組合せであり、コイルセグメントの端部は、コイルセグメントの端部の導体が溶融して接合部が形成されている面と、拡散接合によって接合されている面の双方をあわせもつ。なお、図１４ｃでは、例として、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部の導体が溶融している例を示している。

次に、図１６乃至図１８を用いて、本発明の実施例５による回転電機の固定子の構成を説明する。図１６は、実施例５による回転電機の固定子１ａの構成を示す斜視図である。

固定子１ａは、複数のスロットが形成された固定子鉄心１０と、固定子鉄心の各スロットに挿通されて複数のレイヤの内のいずれか１つを構成するコイルセグメント３０と、異なるスロットに挿通されたコイルセグメントの同一側端部同士を接続してコイルエンドを構成する渡り導体とから成る波巻の周回巻線を複数有している。

固定子１ａは８極４８スロットのＹ結線２並列の３相交流の回転電機の固定子なので、スロットは４８ヶ所存在し、固定子巻線３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の固定子巻線に分かれている。

本実施例の固定子１ａは、Ｙ結線２並列なので中性点が２ヶ所存在する。そのうちの１つの中性点は、Ｕ相のコイルセグメント３７１、Ｖ相のコイルセグメント３８１、Ｗ相のコイルセグメント３９１が軸方向に重なり接合されて構成されている。

図１７は、軸方向に重なった中性点を構成するＵ相コイルセグメント３７１の端部、Ｖ相コイルセグメント３８１の端部、Ｗ相コイルセグメント３９１の端部の接合前の状態を示している。

中性点を構成する３つのコイルセグメントは、各々が収められているスロットから１箇所に集められている。ここでは、Ｕ相コイルセグメントとＶ相コイルセグメントが被接合部７０における軸方向の固定子鉄心側に配置され、Ｗ相コイルセグメントが被接合部７０における軸方向の反固定子鉄心側に配置されている。

固定子鉄心側のコイルセグメントの端部５ａ、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部６ａは、被接合部７０の絶縁皮膜が除去され導体が露出した状態で接している。被接合部７０は、実施例１と同様、たとえば、ＴＩＧ溶接などの適宜の溶接手段を介して接合される。

前述の如く、このＴＩＧ溶接は、コイルセグメントのうち一端面側から行うものであり、溶接電極とコイルセグメントとの間でアークを発生させる。本実施例では、軸方向であるＷ相コイルセグメントの端部の側面に電極を配置し、Ｗ相コイルセグメントの端部を溶融させる。溶融したＷ相コイルセグメントの端部は、反固定子鉄心側のＵ相コイルセグメントとＶ相コイルセグメント上に広がり引き寄せられる。

中性点の接合部７については、ＴＩＧ溶接の際、軸方向を天地方向とし、被接合部７０が天方向になるように設置して接合を行うと、溶融したコイルセグメントが自身の自重によって固定子鉄心側のコイルセグメントに寄りやすい。

一方で、固定子１ａの異なるスロットに挿通されたコイルセグメント端部８は、軸方向に配置され、径方向に複数組が接続されている。したがって、電極とコイルセグメントが干渉することなく電極を被接合部に配置させるためには、溶接電極をコイルセグメントの端部の先端方向である軸方向に配置する。つまり、固定子１ａにおける接合の必要なコイルセグメントの端部は、場所によって軸方向や径方向を向いている。

しかし、径方向を向いているコイルセグメントの端部同士を前記軸方向に重ね、コイルセグメントの端部の側面方向から接合することで、固定子１ａのコイルセグメントはいずれの方向を向いていても溶接電極を軸方向に溶接電極を配置して接合を行える。

また、溶接電極を軸方向に配置して全てのコイルセグメントが溶接できることは、固定子の最も安定した姿勢である軸方向面を受けて溶接作業が行えることでもあり、溶接作業性が非常に優れている。

図１８は、ＴＩＧ溶接におけるアーク終了後、溶融部が凝固して接合部７が形成され、接合が完了したコイルセグメントの端部を示している。溶融部は、固定子鉄心側に位置するコイルセグメントの端部導体に引き寄せられた後に固体化しているので、接合部が反固定子鉄心側のコイルセグメント高さ（軸方向）より出張ることなく、確実にモータの軸方向に小型化がなせる。

以上説明した如く、本発明によれば、コイルセグメントの端部同士を接合する際、被接合部において溶融した金属が固定子鉄心側に位置するコイルセグメントの端部に引き寄せられた後に固体化するので、接合部が反固定子鉄心側のコイルセグメントより反固定子鉄心側に膨らまずに形成され、確実に固定子の軸方向に小型化がなせる。

以上、実施例に基づき本発明について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

例えば、上記実施例では、３相交流の回転電機の固定子を例示したが、３相交流に限定されるものではない。

例えば、上記実施例では、コイルセグメントは図６に示されるような軸方向に対して垂直を向いているが、垂直に限らず図１９ａや図１９ｂに示されるような軸方向に対してある程度の角度を有していても構わない。

例えば、上記実施例では、接合部は反固定子鉄心側の先端から固定子鉄心側の先端方向に向かって溶け落ちているが、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部から固定子鉄心側のコイルセグメントの端部方向であればこの方向に限らず図２０に示されるような接合でも構わない。

例えば、上記実施例では、実施例１においてコイルセグメントの端部は周方向に向いており、また、実施例５においてコイルセグメントの端部は固定子鉄心の外径方向を向いているが、コイルセグメントの端部が軸方向に重なっていれば向きは問わない。

例えば、上記実施例では、直列の集中巻タイプの回転電機とＹ結線の波巻分布巻の回転電機を例示したが、いかなる巻線方式や結線方式に限定されるものではない。

例えば、上記実施例では、軸方向に２段に重なるコイルセグメントの接合を例示したが、軸方向に重なり接合されていれば２段に限定するものではない。

例えば、上記実施例では、固定子コイルに偏平コイルを例示したが、偏平コイルに限定されず、例えば丸線コイルを用いても構わない。

例えば、上記実施例では、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部と反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部の両方を成形する例を示したが、必ずしも成形が必要というわけはなく、成形無し、或いは、被接合部を構成するコイルセグメントの端部の一部でも構わない。

例えば、上記実施例では、コイルセグメントの端部をＴＩＧ溶接により接合する例を示したが溶接を用いる場合に必ずしもＴＩＧ溶接である必要はなく、短時間のエネルギー注入で行う溶接であれば、例えばＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接やプラズマ溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等でも構わない。

１…固定子
１０…固定子鉄心
２…絶縁部材
３…固定子巻線
３０…コイルセグメント
３０１…第１番目にティース部に装着されるコイルセグメント
３０１ａ…第１番目にティース部に装着されるコイルセグメントの巻始め側端部
３０１ｂ…第１番目にティース部に装着される固定子コイルの巻終り側端部
３０２…第２番目にティース部に装着される固定子コイル
３３６…第３６番目にティース部に装着される固定子コイル
５…固定子鉄心側のコイルセグメント
５ａ…固定子鉄心側のコイルセグメントの端部
６…反固定子鉄心側のコイルセグメント
６ａ…反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部
７…接合部
７０…被接合部
８…接合部
９１…ガスノズル
９２…溶接電極
９３…アーク
９４…ロウ材
１ａ…固定子
３７１…中性点を構成するＵ相コイルセグメント
３８１…中性点を構成するＶ相コイルセグメント
３９１…中性点を構成するＷ相コイルセグメント

Claims (9)

1. 複数のスロットを有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心に配置されて固定子巻線を形成するコイルセグメントを備え、
   前記コイルセグメントの端部同士が前記軸方向に重なり、接合部を介して接合されている回転電機の固定子において、
   前記接合部が、反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部から固定子鉄心側のコイルセグメントの端部に向かって溶け落ちる形状に形成されている回転電機の固定子。
2. 請求項１に記載の回転電機の固定子において、
   前記コイルセグメントの端部が、前記固定子鉄心のヨークの軸方向上部に、周方向を向くように配置されている回転電機の固定子。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機の固定子において、
   前記接合部が、溶融した前記コイルセグメントにより構成されている回転電機の固定子。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機の固定子において、
   前記接合部が、前記コイルセグメントより融点の低い素材で構成されている回転電機の固定子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機の固定子において、
   前記反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部が、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部より短い回転電機の固定子。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機の固定子において、
   被接合部を構成するコイルセグメントのうち反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部の断面積が、固定子鉄心側のコイルセグメントの端部より小さい回転電機の固定子
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機の固定子において、
   前記固定子鉄心側のコイルセグメントの端部、及び前記反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部は、導体が露出し、かつ、前記導体部同士が接触するように前記導体部が成形されている回転電機の固定子。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の固定子と、回転子とを備えた回転電機。
9. 複数のスロットを有する固定子鉄心と、
   固定子巻線を形成するために前記固定子鉄心に配置されるコイルセグメントを備え、
   前記コイルセグメントの端部同士が前記軸方向に重なり接合されている回転電機の固定子の製造方法において、
   前記コイルセグメントの端部が、前記反固定子鉄心側のコイルセグメントの端部の側面に電極を配置して溶接される回転電機の固定子の製造方法。

Images