回転電機の固定子およびその製造方法
【課題】端末線を確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現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。
【解決手段】本発明の固定子１０は、周方向に複数のスロット２１を有する円環状の固定子コア２０と、固定子コア２０のスロット２１に巻装された複数の線材３０により形成され、スロット２１内でコア径方向に複数本並んだ線材３０の最外層に出力線または中性点接合線となる端末線が存在する固定子巻線４０と、を備える。スロット２１内に設置された線材３０のうち少なくとも端末線となる線材３０ａは、固定子コア２０との間に配設された固着材シート５５により固定子コア２０に固着されている。固着材シート５５により固着された線材３０ａ以外の線材３０は、固定子コア２０の内周側からスロット開口部に滴下された含浸材５０により固着されている。
【解決手段】本発明の固定子１０は、周方向に複数のスロット２１を有する円環状の固定子コア２０と、固定子コア２０のスロット２１に巻装された複数の線材３０により形成され、スロット２１内でコア径方向に複数本並んだ線材３０の最外層に出力線または中性点接合線となる端末線が存在する固定子巻線４０と、を備える。スロット２１内に設置された線材３０のうち少なくとも端末線となる線材３０ａは、固定子コア２０との間に配設された固着材シート５５により固定子コア２０に固着されている。固着材シート５５により固着された線材３０ａ以外の線材３０は、固定子コア２０の内周側からスロット開口部に滴下された含浸材５０により固着されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両において使用される回転電機の固定子として、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアに巻回された線材により形成されその一部がスロット内に複数本重ねられた状態で設置されている固定子巻線と、を備えたものが知られている。このような固定子を備えた回転電機は、作動時における振動により固定子コアと線材が相対的に移動してしまうことを防止するために、種々の提案がされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、線材とコアを相対的に移動させないために固定することを目的として、含浸槽に固定子全体を浸漬することでスロット内を含浸し乾燥硬化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１の場合、固定子コア外周など不要な場所に付着する含浸材を除去する必要があるので、材料費も工数も増加しコストの増大化を招くこととなる。
【０００６】
そこで、線材と固定子コアをスロット内で密着固定させるために、固定子内周側のスロット開口部側から含浸材を滴下することが考えられる。しかし、その場合、最もスロットの奥（最外層）にある線材と固定子コアを含浸材が確実に浸透して固着できるとは限らない。一方、最もスロットの奥にある線材には、端末線すなわち出力線や中性点接合線などとなるものが複数存在する。これらの端末線は、固定子コアと一体化している他の層の線材よりも大きな振動環境にさらされるので、固定子コアとの固着を確実にすることが必要である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、端末線となる線材を確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現できる回転電機の固定子を提供すること、およびその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアの前記スロットに巻装された複数の線材により形成され、前記スロット内でコア径方向に複数本並んだ前記線材の最外層に出力線または中性点接合線となる端末線が存在する固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、前記スロット内に設置された前記線材のうち少なくとも前記端末線となる前記線材は、前記固定子コアとの間に配設された固着材シートにより前記固定子コアに固着され、前記固着材シートにより固着された前記線材以外の線材の内、少なくとも最内層の前記線材は、前記固定子コアの内周側からスロット開口部に滴下された含浸材により前記固定子コアに固着されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、スロット内に設置された線材のうち少なくとも端末線となる線材は、固定子コアとの間に配設された固着材シートにより固定子コア（スロット周壁面）に固着されているので、液状含浸によっては確実に固着できない部位すなわち他の線材との結合により振動の影響を受けやすい端末線となる線材を固定子コアに確実に固着することができる。また、線材と固定子コアにおける沿面距離を十分に保つことができる。
【００１０】
そして、本発明によれば、固着材シートにより固着された線材以外の線材の内、少なくとも最内層の線材は、固定子コアの内周側からスロット開口部に滴下された含浸材により固着されているので、不要な部位への含浸材塗布を抑えつつ、スロット最内層の線材すなわち回転子との干渉の恐れがある線材を確実に固着することができる。
【００１１】
さらに、本発明の構成によれば、固着材シートと液状含浸を併用することで固着材シートの使用量を必要最低限に抑えることができるので、スロット内全てに固着材シートを使用した場合と比較してコストダウンが可能である。
【００１２】
本発明において、固着材シートを形成する固着材としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を採用することができる。熱可塑性樹脂として、例えば、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等を挙げることができる。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ、ポリエステル等を挙げることができる。これらの固着材は、熱膨張性を有するものが好ましい。固着材が熱膨張することで、スロット内の線材と固定子コアとの対向面間の隙間を埋めることができるので、線材と固定子コアとの固着不良を回避することができる。熱膨張性を有する固着材として、例えば、アクリル等の熱可塑性樹脂に、ガスが封入されたビーズを混入したものを好適に採用することができる。なお、固着材シートは、厚さ方向の中間部に絶縁材層を有するようにしてもよい。また、含浸材としては、エポキシ系、ポリエステル系、アクリル系の樹脂等を好適に採用することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記線材は、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、前記スロット内でコア径方向に一列配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、スロット内に角線の線材が一列配置されていることで、端末線となる最外層の角線の線材における３面を固着材シートで均等に固着することができる。そのため、端末線となる最外層の線材（角線）を固定子コアにより確実に固着することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記スロット内で前記含浸材により固着されている前記線材と前記固定子コアとの間に絶縁シートが配設されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、スロット内で含浸材により固着されている線材と固定子コアとの間に絶縁シートが配設されていることで、液状含浸による固着部位においても線材と固定子コアにおける沿面距離を十分に保つことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、少なくとも前記端末線となる前記線材に対して用いられる前記固着材シートと、前記固着材シートが用いられる前記線材以外の前記線材に対して用いられる前記絶縁シートが組み合わされて配設されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、固定子コアとスロット内に複数本並んだ状態で設置されている固定子巻線との間において、必要固着部位に用いられる固着材シートと、それ以外の部位に用いられる絶縁シートとを組み合わせたことで、固着材シートの使用量を必要最小限に抑えることができ、コストダウンが可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記絶縁シートは、前記スロット内における内径側の前記線材に対して用いられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、スロット内における内径側の線材に対して絶縁シートを用いることで、線材のスロット収容部を固定子コアのスロットに挿入するときに、固着材シートの巻込みによる破損を防止し、線材の固着不良の発生を抑止できる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記固着材シートは、その両端部が前記固定子コアの軸方向両端面から外方へ突出した状態に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、スロット内の最外層に設置されている線材とスロット周壁面との間の隙間を埋め、含浸材付着不可部である固定子コア端面に含浸材が漏れることを抑えることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容される複数の前記線材のスロット収容部がコア径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、コア径方向に並んだ複数の前記スロット収容部のうち少なくとも端末線となる前記線材に対して、または該当するスロット周壁面の所定部位に対して固着材シートを配置する固着材シート配置工程と、前記スロット収容部が所定の前記スロット内に収容されるようにして前記固定子巻線と前記固定子コアを組み付ける組付工程と、前記固着材シートを介して、少なくとも端末線となる前記線材の前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着材シート固着工程と、前記固定子コアの内周側からスロット開口部に含浸材を滴下して、前記固着材シートにより固着された前記線材以外の前記線材を前記含浸材によりスロット周壁面に固着させる含浸材固着工程と、を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、端末線となる線材を確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現できる回転電機の固定子を容易に製造することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記固着材シート配置工程の前または後に、前記スロット内で前記固着材シートにより固着される前記線材以外の前記線材と前記スロット周壁面との間に絶縁シートを配置する絶縁シート配置工程を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、絶縁シート配置工程を行うことで、固着材シートによる固着部位のみならず液状含浸による固着部位においても、線材と固定子コアにおける沿面距離を十分に保つことができる固定子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る回転電機の固定子の全体斜視図である。
【図２】実施形態に係る回転電機の固定子の側面図である。
【図３】実施形態に係る固定子の端末線部を拡大して示す部分斜視図である。
【図４】実施形態に係る固定子の一部分を拡大して示す部分斜視図である。
【図５】実施形態において用いられる固定子コアの平面図である。
【図６】実施形態において用いられる分割コアの平面図である。
【図７】実施形態に係る固定子巻線の全体斜視図である。
【図８】実施形態において用いられる固定子巻線のコイルエンドを示す正面図である。
【図９】実施形態において用いられる線材の全体形状を示す正面図である。
【図１０】（Ａ）は実施形態において用いられる線材の断面図であり、（Ｂ）は他の実施形態に係る線材の断面図である。
【図１１】実施形態において用いられる線材のターン部の形状を示す斜視図である
【図１２】実施形態においてスロット内に設置された線材の固着状態を模式的に示す説明図である。
【図１３】実施形態において用いられる固着材シートの部分断面図である。
【図１４】実施形態において用いられる固定子巻線の結線図である。
【図１５】実施形態に係る固定子の製造方法を説明する説明図であって、（Ａ）および（Ｂ）は固着材シート配置工程の説明図、（Ｃ）は組付工程の説明図である。
【図１６】他の実施形態に係る固着材シートの使用状態を模式的に示す説明図である
【図１７】実施形態に係る固定子の製造方法の含浸材固着工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る回転電機の固定子の実施形態について図１〜図１７を参照しつつ具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術の組み合わせにより本発明の技術思想を実現してもよいことは勿論である。
【００２９】
図１は、実施形態に係る回転電機の固定子１０の外観を示す斜視図であり、図２は、その固定子１０の側面図である。図３は、固定子１０の端末線部を拡大して示す部分斜視図である。図４は、固定子１０の一部分を拡大して示す部分斜視図である。
【００３０】
図１および図２に示す固定子１０は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる電動発電機としての回転電機に使用される。勿論、この回転電機は、車両に搭載される電動機又は発電機であってもよい。
【００３１】
固定子１０は、内周側に回転子（図示せず）を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に磁性が交互に異なる磁極を固定子１０の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではなく、本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられる。
【００３２】
本実施形態の固定子１０は、固定子コア２０と、複数の線材３０から形成される三相の固定子巻線４０と、を備えている。固定子コア２０には、図４に示すように、軸方向に沿い周方向に隣接するスロット２１ａ、２１ｂを一組として固定子コア２０の内周側の周方向に複数組のスロットが形成されている。固定子巻線４０は三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット２１ａ、２１ｂに各相の固定子巻線が設置されている。そして、スロット２１ａ、２１ｂを一組として周方向に隣接する三組のスロット２１ａ、２１ｂに異なる相の固定子巻線が設置されている。
【００３３】
固定子コア２０は、図５に示すように、内周に複数のスロット２１が形成された円環状を呈している。複数のスロット２１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア２０に形成されたスロット２１の数は、回転子の磁極数に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００３４】
固定子コア２０は、図６に示す分割コア２２を所定の数（本実施形態では２４個）を周方向に連結して円環状に形成されている。これら分割コア２２は、円環状に連結された状態で外周に嵌合された外筒２７によって固定されている。分割コア２２は、一つのスロット２１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア２２との間で一つのスロット２１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア２２は、径方向内方に伸びる一対のティース部２３と、ティース部２３を径方向外方で連結するバックコア部２４とを有している。
【００３５】
固定子コア２０を構成する分割コア２２は、複数枚の電磁鋼板を積層させて形成されている。積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。分割コア２２は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板および絶縁薄膜を用いて形成してもよい。
【００３６】
固定子巻線４０は、図７に示すように、複数の線材３０により円筒形状に形成されており、固定子コア２０のスロット２１内に収容されるストレート部４１と、このストレート部４１の両端においてスロット２１外に配置されるコイルエンド４２を有する。一方のコイルエンド４２の端面において、出力線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）および中性点（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が軸方向に突出するとともに、内径側から突出した線材３０の端部を外径側から突出した線材３０の端部に接続する渡り部７０が設けられている。
【００３７】
この固定子巻線４０を形成するには、まず、図９に示すような波形に成形した線材３０を複数本（本実施形態では１２本）用意し、所定の方法で編み込み又は重ねることで帯状の線材集積体を形成する。次いで、その線材集積体を渦巻き状に巻くことにより固定子巻線４０を形成する。固定子巻線４０の線材３０は、図９に示すように、複数のターン部３２が所定ピッチで複数形成されたものであり、１本の長さは約１ｍである。
【００３８】
線材３０は、図１０（Ａ）に示すように、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、銅製の導体３７と、導体３７の外周を覆い導体３７を絶縁する内層３８ａおよび外層３８ｂからなる絶縁被覆３８とから形成されている。内層３８ａは導体３７の外周を覆い、外層３８ｂは内層３８ａの外周を覆っている。内層３８ａおよび外層３８ｂを合わせた絶縁被覆３８の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間の値に設定されている。
【００３９】
外層３８ｂは絶縁材で形成され、また内層３８ａは外層３８ｂよりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはガラス転移温度の無いポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機に発生する熱により絶縁被膜３８の外層３８ｂは内層３８ａよりも早く結晶化するため、外層３８ｂの表面硬度が高くなり、線材３０に傷がつきにくくなる。このため、ターン部３２に段部を形成する加工を施した線材３０の絶縁を確保できる。
【００４０】
なお、線材３０は、図１０（Ｂ）に示すように、内層３８ａおよび外層３８ｂからなる絶縁被膜３８の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材３９で被覆したものを採用することができる。この線材３０は、回転電機に発生する熱により、融着材３９が絶縁被膜３８よりも早く溶融するので、同じスロット２１に設置されている複数の線材３０同士が融着材３９同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の線材３０が一体化し線材３０同士が鋼体化することで、スロット２１の線材３０の機械的強度が向上する。
【００４１】
線材３０は、図４及び図８に示すように、固定子コア２０に巻装されたときに、固定子コア２０のスロット２１ａ、２１ｂ内に設置されるスロット収容部３１と、スロット２１ａ、２１ｂから固定子コア２０の外に突出し、周方向に異なるスロットに設置されているスロット収容部３１同士を接続しているターン部３２とを有しており、固定子コア２０に波巻されることにより固定子巻線４０を形成している。ターン部３２は固定子コア２０の軸方向両側にそれぞれ位置している。この場合、スロット収容部３１とターン部３２との接続部は、略直角に屈曲している。
【００４２】
ターン部３２の略中央部には、図１１に示すように、ねじりを伴わないクランク部３３が形成されている。クランク部３３は、固定子コア２０の端面２０ａに沿ってクランク形状に形成されている。このクランク部３３のクランク形状によるずれ量は、線材３０の略幅分である。これにより、径方向に隣接している線材３０のターン部３２同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００４３】
また、スロット２１ａ、２１ｂから固定子コア２０の外に突出するターン部３２の突出箇所に、線材３０がまたがって設置されているスロット同士に向けて固定子コア２０の軸方向両側の端面２０ａに沿って段部３４が形成されている。これにより、スロット２１ａ、２１ｂから突出している線材３０のターン部３２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部３２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、線材３０がまたがって設置されているスロット同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンドの高さｈが低くなる。
【００４４】
また、固定子コア２０の端面２０ａに沿った段部３４の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、線材３０の段部３４が周方向に隣り合うスロットから突出する線材３０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出する線材３０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンドの高さが高くなったり、あるいはコイルエンドの径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。さらに、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００４５】
さらに、線材３０には、ターン部３２の略中央部のクランク部３３と、ターン部３２の両端（突出箇所）に形成した段部３４との間に、それぞれ２個の段部３５が形成されている。つまり、固定子コア２０の一方の軸方向の端面２０ａ側の線材３０のターン部３２には、１個のクランク部３３と合計６個の段部３４、３５が形成されている。これにより、段部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部３２の高さｈが低くなる。段部３５は、段部３４およびクランク部３３と同様に、固定子コア２０の端面２０ａに沿って平行に延びるように形成されている。したがって、線材３０のターン部３２は、クランク部３３を挟んで両側が階段状に形成されている。
【００４６】
線材３０のスロット収容部３１は、図１２に示すように、固定子コア２０のそれぞれのスロット２１の内部に収容されている。つまり、それぞれのスロット２１内には、１２本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）が固定子コア２０の径方向に１列に並んだ状態で設置されている。図１２は、スロット２１内で１２本並んだ線材３０の最外層に端末線（例えば出力線Ｕ）となる線材３０ａ（スロット収容部３１ａ）が存在するスロット２１の分割コア２２を拡大して示したものである。なお、図１２においては、スロット２１内の構造の理解を容易にするために、１２本の線材３０（スロット収容部３１）のうちの中間部にある８本の線材３０（スロット収容部３１）を省略して、４本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）のみを模式的に示している。また、スロット２１内に配置された部材には、断面ハッチングが付されている。
【００４７】
スロット２１内に設置されている線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａは、含浸材５０と固着材シート５５と絶縁シート６０により支持されている。固着材シート５５は、スロット２１内に設置された１２本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）のうち最外層に位置し端末線となる線材３０ａと固定子コア２０のスロット周壁面２５との間に配設されており、この固着材シート５５によって、線材３０ａがスロット周壁面２５に固着されている。
【００４８】
固着材シート５５は、図１３に示すように、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等のフイルムよりなる絶縁材層５５ａと、発泡性の熱可塑性樹脂よりなり絶縁材層５５ａの両面にそれぞれ積層された固着材層５５ｂ、５５ｃとからなる三層構造を有するものである。なお、固着材層５５ｂ、５５ｃは、ガスが封入されたビーズを樹脂に混入して発泡性をもたせたものである。この固着材シート５５は、コの字形状に屈曲されて、線材３０ａ（スロット収容部３１ａ）とスロット周壁面２５との対向面間に配置された後、その固着材シート５５を加熱して膨張させた状態で硬化させたものである。この場合、端末線となる線材３０ａは、角線であることからその３面がスロット周壁面２５と対向しているので、その３面の全域が固着材層５５ｂまたは５５ｃに固着している。これにより、固着強度が十分に確保されている。
【００４９】
そして、含浸材５０および絶縁シート６０は、固着材シート５５により固着された線材３０ａ以外の１１本の線材３０（スロット収容部３１）とスロット周壁面２５との間に位置し、かつ、両者の対向面間を充填するように配設されている。このため、１１本の線材３０（スロット収容部３１）は、含浸材５０によりスロット周壁面２５に固着されて支持されている。また、スロット２１内において、隣接する線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）同士の間にも、上記含浸材５０と一体の含浸材５１が充填されている。このため、スロット２１内に収容されている１２本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）は含浸材５１により互いに固着して一体化されている。なお、含浸材５０、５１は、固定子コア２０の内周側からスロット開口部に滴下された液状含浸材が固化したものである。
【００５０】
固定子巻線４０は、図１４に示すように、それぞれが２本の三相巻線（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）により形成されている。固定子巻線４０を構成する線材３０は、固定子コア２０の内周側で周方向に沿って波巻きされた形状で成形されている。線材３０のスロット収容部３１は、所定のスロット数（例えば、３相×２個＝６個）ごとのスロット２１に収容され、ターン部３２は、固定子コア２０の軸方向の両端面２０ａからそれぞれ突出している。この固定子コア２０の軸方向の両端面２０ａから突出しているターン部３２により、固定子巻線４０のコイルエンド４２が形成される（図２参照）。
【００５１】
固定子巻線４０は、複数の線材３０を、一方の端部がスロット２１の最外周側で固定子コア２０の軸方向の端面２０ａから突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。複数の線材３０の他方の端部は、スロット３１の最内周側で固定子コア２０の軸方向の端面２０ａから一方の端部と同一方向に突出している。そして、同一のスロット２１には、２本の線材３０が巻装されている。巻装方法により異なるが、同一のスロット２１に収容される二つのスロット収容部３１は、周方向で隣り合ったスロット２１の深さ方向での位置が交互又は同位置に位置するように設置されている。
【００５２】
固定子巻線４０は、同相（Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ２、Ｗ１とＷ２）の巻線の端部同士が接続部で接合されている。接続部は、固定子コア２０から突出したターン部３２の端面より突出して形成されている。
【００５３】
固定子巻線４０は、複数の線材３０を一方の端部が固定子コア２０の軸方向の端面２０ａから突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装して形成されている。固定子巻線４０の線材３０は、径方向外方から径方向内方に向かって巻装されている。最内周面側で線材３０の端部が固定子巻線４０の端面から突出している。
【００５４】
以上のように構成された本実施形態の固定子１０は、固定子巻線作製工程と、固着材シート配置工程と、絶縁シート配置工程と、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける組付工程と、固着材シート固着工程と、含浸材固着工程と、を順に行うことにより製造される。
【００５５】
先ず、固定子巻線作製工程では、図７に示す波形に成形した１２本の線材３０を所定の方法で編み込んで帯状の線材集積体を形成する。そして、その線材集積体を渦巻き状に巻くことにより、図７に示す円筒状の固定子巻線４０を作製する。この場合、固定子巻線４０は、固定子コア２０の同一スロット２１に収容されるべき１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａが径方向に並んだ状態に形成される。
【００５６】
次の固着材シート配置工程では、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、コの字形状に折り曲げた固着材シート５５を、径方向に並んだ１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａのうち最外層に位置し端末線となる線材３０ａのスロット収容部３１ａの外周の３面に沿って配置する。
【００５７】
なお、固着材シート５５は、図１６に示すように、その両端部が固定子コア２０の軸方向両端面２０ａから外方へ突出した状態に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、スロット２１内の最外層に設置されている線材３０とスロット周壁面２５との間の隙間を埋め、含浸材５０の付着不可部である固定子コア２０端面２０ａに含浸材５０が漏れることを抑えることができる。
【００５８】
次いで、２枚の絶縁シート６０を、径方向に並んだ１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａのうちの残りの１１本の線材３０のスロット収容部３１の両側面に沿って配置し、絶縁シート配置工程を行う。なお、この絶縁シート配置工程は、固着材シート配置工程の前に行ってもよい。また、これら固着材シート５５および絶縁シート６０は、１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａの周囲に配置するのではなく、スロット周壁面２４に沿って配置するようにしてもよい。
【００５９】
次の組付工程では、図１２に示すように、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１、３１ａが固定子コア２０の所定のスロット２１内に収容されるようにして、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける。これにより、固着材シート５５および絶縁シート６０は、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１、３１ａとスロット周壁面２５との間に位置している。
【００６０】
次の固着工程では、まず固着材シート５５を加熱して膨張させる。これにより、スロット収容部３１ａとスロット周壁面２５との間に形成されている隙間を固着材シート５５で充填し、隙間を消滅させた状態で硬化させる。これにより、固着材シート５５を介して、端末線となる線材３０ａのスロット収容部３１ａがスロット周壁面２５に強固に固着される。
【００６１】
次の含浸材固着工程では、固定子コア２０を、その軸線が水平方向を向くようにして回転装置（図示せず）の保持部に保持させる。そして、その回転装置により固定子コア２０を軸線回りに回転させながら、図１７に示すように、固定子コア２０の内周側に配置したノズル５３の含浸材吐出口から固定子コア２０のスロット開口部に向けて液状の含浸材５０を滴下する。このとき、スロット２１内に進入した含浸材５０は、固定子コア２０の回転に伴う遠心力の作用により、スロット３１の径方向外方の奥へと浸透する。これにより、含浸材５０は、スロット２１内の内径側にある１１本の線材３０（スロット収容部３１）とスロット周壁面２５との間の隙間、および隣接する線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）同士の間の隙間に浸透する。その後、スロット２１内に浸透した含浸材５０が固化することによって、スロット２１内で一体的に固着された１１本の線材３０（スロット収容部３１）がスロット周壁面２５に固着される。
【００６２】
以上のようにして、固定子巻線４０と固定子コア２０の組付および固定作業を行った後、固定子巻線４０を構成する線材３０、３０ａの接続作業等の必要な処理を行うことにより、図１および図２に示す固定子１０が完成する。
【００６３】
以上のように、本実施形態の回転電機の固定子１０によれば、スロット２１内に設置された線材３０のうち少なくとも端末線となる線材３０ａは、固定子コア２０との間に配設された固着材シート５５によりスロット周壁面２５に固着され、固着材シート５５により固着された線材３０ａ以外の線材３０は、固定子コア２０の内周側からスロット開口部に滴下された含浸材５０により固着されている。そのため、端末線となる線材３０ａを確実に固着することができるとともに、不要な部位への含浸材５０の塗布を抑えることで低コスト化を実現することができる。さらに、固着材シート５５と液状含浸を併用することで固着材シート５５の使用量を必要最低限に抑えることができるので、スロット２１内全てに固着材シート５５を使用した場合と比較してコストダウンが可能である。
【００６４】
また、本実施形態では、線材３０、３０ａは、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、スロット２１内でコア径方向に一列配置されている。これにより、端末線となる最外層の線材３０ａにおける３面を固着材シート５５で均等に固着することができるので、端末線となる最外層の線材３０ａを固定子コア２０のスロット周壁面２５に、より確実に固着することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、スロット２１内で含浸材５０により固着されている線材３０と固定子コア２０のスロット周壁面２５との間に絶縁シートが配設されているので、液状含浸による固着部位においても線材３０と固定子コア２０における沿面距離を十分に保つことができる。
【００６６】
また、本実施形態では、端末線となる線材３０ａに対して用いられる固着材シート５５と、固着材シート５５が用いられる線材３０ａ以外の線材３０に対して用いられる絶縁シート６０が組み合わされて配設されている。そのため、固定子コア２０とスロット２１内に複数本並んだ状態で設置されている線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）との間において、必要固着部位に用いられる固着材シート５５と、それ以外の部位に用いられる絶縁シート６０とを組み合わせたことで、固着材シート５５の使用量を必要最小限に抑えることができるので、コストダウンが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、絶縁シート６０は、スロット２１内における内径側の線材３０に対して用いられている。これにより、線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａを固定子コア２０のスロット２１に挿入するときに固着材シート５５の巻込みによる破損を防止し、線材３０の固着不良の発生を抑止できる。
【００６８】
そして、本実施形態の固定子１０の製造方法によれば、固定子巻線作製工程と、固着材シート配置工程と、絶縁シート配置工程と、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける組付工程と、固着材シート固着工程と、含浸材固着工程と、を順に行うようにしているため、端末線となる線材３０ａを確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現できる回転電機の固定子１０を容易に製造することができる。
【００６９】
また、絶縁シート配置工程を有するので、固着材シート５５による固着部位のみならず液状含浸による固着部位においても、線材３０と固定子コア２０における沿面距離を十分に保つことができる固定子１０を製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…固定子 ２０…固定子コア ２０ａ…コア端面 ２１、２１ａ、２１ｂ…スロット ２２…分割コア ２３…ティース部 ２４…バックコア部 ２５…スロット周壁面 ２７…外筒 ３０…線材 ３０ａ…端末線となる線材 ３１…スロット収容部 ３２…ターン部 ３３…クランク部 ３４、３５…段部 ３７…導体部 ３８…絶縁被膜 ３８ａ…内層 ３８ｂ…外層 ３９…融着材 ４０…固定子巻線 ４１…ストレート部 ４２…コイルエンド ５０、５１…含浸材 ５５…固着材シート ５５ａ…絶縁材層 ５５ｂ、５５ｃ…固着材層 ６０…絶縁シート ７０…渡り部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両において使用される回転電機の固定子として、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアに巻回された線材により形成されその一部がスロット内に複数本重ねられた状態で設置されている固定子巻線と、を備えたものが知られている。このような固定子を備えた回転電機は、作動時における振動により固定子コアと線材が相対的に移動してしまうことを防止するために、種々の提案がされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、線材とコアを相対的に移動させないために固定することを目的として、含浸槽に固定子全体を浸漬することでスロット内を含浸し乾燥硬化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１の場合、固定子コア外周など不要な場所に付着する含浸材を除去する必要があるので、材料費も工数も増加しコストの増大化を招くこととなる。
【０００６】
そこで、線材と固定子コアをスロット内で密着固定させるために、固定子内周側のスロット開口部側から含浸材を滴下することが考えられる。しかし、その場合、最もスロットの奥（最外層）にある線材と固定子コアを含浸材が確実に浸透して固着できるとは限らない。一方、最もスロットの奥にある線材には、端末線すなわち出力線や中性点接合線などとなるものが複数存在する。これらの端末線は、固定子コアと一体化している他の層の線材よりも大きな振動環境にさらされるので、固定子コアとの固着を確実にすることが必要である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、端末線となる線材を確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現できる回転電機の固定子を提供すること、およびその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアの前記スロットに巻装された複数の線材により形成され、前記スロット内でコア径方向に複数本並んだ前記線材の最外層に出力線または中性点接合線となる端末線が存在する固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、前記スロット内に設置された前記線材のうち少なくとも前記端末線となる前記線材は、前記固定子コアとの間に配設された固着材シートにより前記固定子コアに固着され、前記固着材シートにより固着された前記線材以外の線材の内、少なくとも最内層の前記線材は、前記固定子コアの内周側からスロット開口部に滴下された含浸材により前記固定子コアに固着されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、スロット内に設置された線材のうち少なくとも端末線となる線材は、固定子コアとの間に配設された固着材シートにより固定子コア（スロット周壁面）に固着されているので、液状含浸によっては確実に固着できない部位すなわち他の線材との結合により振動の影響を受けやすい端末線となる線材を固定子コアに確実に固着することができる。また、線材と固定子コアにおける沿面距離を十分に保つことができる。
【００１０】
そして、本発明によれば、固着材シートにより固着された線材以外の線材の内、少なくとも最内層の線材は、固定子コアの内周側からスロット開口部に滴下された含浸材により固着されているので、不要な部位への含浸材塗布を抑えつつ、スロット最内層の線材すなわち回転子との干渉の恐れがある線材を確実に固着することができる。
【００１１】
さらに、本発明の構成によれば、固着材シートと液状含浸を併用することで固着材シートの使用量を必要最低限に抑えることができるので、スロット内全てに固着材シートを使用した場合と比較してコストダウンが可能である。
【００１２】
本発明において、固着材シートを形成する固着材としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を採用することができる。熱可塑性樹脂として、例えば、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等を挙げることができる。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ、ポリエステル等を挙げることができる。これらの固着材は、熱膨張性を有するものが好ましい。固着材が熱膨張することで、スロット内の線材と固定子コアとの対向面間の隙間を埋めることができるので、線材と固定子コアとの固着不良を回避することができる。熱膨張性を有する固着材として、例えば、アクリル等の熱可塑性樹脂に、ガスが封入されたビーズを混入したものを好適に採用することができる。なお、固着材シートは、厚さ方向の中間部に絶縁材層を有するようにしてもよい。また、含浸材としては、エポキシ系、ポリエステル系、アクリル系の樹脂等を好適に採用することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記線材は、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、前記スロット内でコア径方向に一列配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、スロット内に角線の線材が一列配置されていることで、端末線となる最外層の角線の線材における３面を固着材シートで均等に固着することができる。そのため、端末線となる最外層の線材（角線）を固定子コアにより確実に固着することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記スロット内で前記含浸材により固着されている前記線材と前記固定子コアとの間に絶縁シートが配設されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、スロット内で含浸材により固着されている線材と固定子コアとの間に絶縁シートが配設されていることで、液状含浸による固着部位においても線材と固定子コアにおける沿面距離を十分に保つことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、少なくとも前記端末線となる前記線材に対して用いられる前記固着材シートと、前記固着材シートが用いられる前記線材以外の前記線材に対して用いられる前記絶縁シートが組み合わされて配設されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、固定子コアとスロット内に複数本並んだ状態で設置されている固定子巻線との間において、必要固着部位に用いられる固着材シートと、それ以外の部位に用いられる絶縁シートとを組み合わせたことで、固着材シートの使用量を必要最小限に抑えることができ、コストダウンが可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記絶縁シートは、前記スロット内における内径側の前記線材に対して用いられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、スロット内における内径側の線材に対して絶縁シートを用いることで、線材のスロット収容部を固定子コアのスロットに挿入するときに、固着材シートの巻込みによる破損を防止し、線材の固着不良の発生を抑止できる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記固着材シートは、その両端部が前記固定子コアの軸方向両端面から外方へ突出した状態に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、スロット内の最外層に設置されている線材とスロット周壁面との間の隙間を埋め、含浸材付着不可部である固定子コア端面に含浸材が漏れることを抑えることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容される複数の前記線材のスロット収容部がコア径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、コア径方向に並んだ複数の前記スロット収容部のうち少なくとも端末線となる前記線材に対して、または該当するスロット周壁面の所定部位に対して固着材シートを配置する固着材シート配置工程と、前記スロット収容部が所定の前記スロット内に収容されるようにして前記固定子巻線と前記固定子コアを組み付ける組付工程と、前記固着材シートを介して、少なくとも端末線となる前記線材の前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着材シート固着工程と、前記固定子コアの内周側からスロット開口部に含浸材を滴下して、前記固着材シートにより固着された前記線材以外の前記線材を前記含浸材によりスロット周壁面に固着させる含浸材固着工程と、を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、端末線となる線材を確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現できる回転電機の固定子を容易に製造することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記固着材シート配置工程の前または後に、前記スロット内で前記固着材シートにより固着される前記線材以外の前記線材と前記スロット周壁面との間に絶縁シートを配置する絶縁シート配置工程を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、絶縁シート配置工程を行うことで、固着材シートによる固着部位のみならず液状含浸による固着部位においても、線材と固定子コアにおける沿面距離を十分に保つことができる固定子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る回転電機の固定子の全体斜視図である。
【図２】実施形態に係る回転電機の固定子の側面図である。
【図３】実施形態に係る固定子の端末線部を拡大して示す部分斜視図である。
【図４】実施形態に係る固定子の一部分を拡大して示す部分斜視図である。
【図５】実施形態において用いられる固定子コアの平面図である。
【図６】実施形態において用いられる分割コアの平面図である。
【図７】実施形態に係る固定子巻線の全体斜視図である。
【図８】実施形態において用いられる固定子巻線のコイルエンドを示す正面図である。
【図９】実施形態において用いられる線材の全体形状を示す正面図である。
【図１０】（Ａ）は実施形態において用いられる線材の断面図であり、（Ｂ）は他の実施形態に係る線材の断面図である。
【図１１】実施形態において用いられる線材のターン部の形状を示す斜視図である
【図１２】実施形態においてスロット内に設置された線材の固着状態を模式的に示す説明図である。
【図１３】実施形態において用いられる固着材シートの部分断面図である。
【図１４】実施形態において用いられる固定子巻線の結線図である。
【図１５】実施形態に係る固定子の製造方法を説明する説明図であって、（Ａ）および（Ｂ）は固着材シート配置工程の説明図、（Ｃ）は組付工程の説明図である。
【図１６】他の実施形態に係る固着材シートの使用状態を模式的に示す説明図である
【図１７】実施形態に係る固定子の製造方法の含浸材固着工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る回転電機の固定子の実施形態について図１〜図１７を参照しつつ具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術の組み合わせにより本発明の技術思想を実現してもよいことは勿論である。
【００２９】
図１は、実施形態に係る回転電機の固定子１０の外観を示す斜視図であり、図２は、その固定子１０の側面図である。図３は、固定子１０の端末線部を拡大して示す部分斜視図である。図４は、固定子１０の一部分を拡大して示す部分斜視図である。
【００３０】
図１および図２に示す固定子１０は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる電動発電機としての回転電機に使用される。勿論、この回転電機は、車両に搭載される電動機又は発電機であってもよい。
【００３１】
固定子１０は、内周側に回転子（図示せず）を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に磁性が交互に異なる磁極を固定子１０の内周側と向き合う外周側に複数形成している。回転子の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではなく、本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられる。
【００３２】
本実施形態の固定子１０は、固定子コア２０と、複数の線材３０から形成される三相の固定子巻線４０と、を備えている。固定子コア２０には、図４に示すように、軸方向に沿い周方向に隣接するスロット２１ａ、２１ｂを一組として固定子コア２０の内周側の周方向に複数組のスロットが形成されている。固定子巻線４０は三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット２１ａ、２１ｂに各相の固定子巻線が設置されている。そして、スロット２１ａ、２１ｂを一組として周方向に隣接する三組のスロット２１ａ、２１ｂに異なる相の固定子巻線が設置されている。
【００３３】
固定子コア２０は、図５に示すように、内周に複数のスロット２１が形成された円環状を呈している。複数のスロット２１は、その深さ方向が径方向と一致するように形成されている。固定子コア２０に形成されたスロット２１の数は、回転子の磁極数に対し、固定子巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されている。本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００３４】
固定子コア２０は、図６に示す分割コア２２を所定の数（本実施形態では２４個）を周方向に連結して円環状に形成されている。これら分割コア２２は、円環状に連結された状態で外周に嵌合された外筒２７によって固定されている。分割コア２２は、一つのスロット２１を区画するとともに、周方向で隣接する分割コア２２との間で一つのスロット２１を区画する形状を呈している。具体的には、分割コア２２は、径方向内方に伸びる一対のティース部２３と、ティース部２３を径方向外方で連結するバックコア部２４とを有している。
【００３５】
固定子コア２０を構成する分割コア２２は、複数枚の電磁鋼板を積層させて形成されている。積層された電磁鋼板の間には、絶縁薄膜が配置されている。分割コア２２は、この電磁鋼板の積層体からだけでなく、従来公知の金属薄板および絶縁薄膜を用いて形成してもよい。
【００３６】
固定子巻線４０は、図７に示すように、複数の線材３０により円筒形状に形成されており、固定子コア２０のスロット２１内に収容されるストレート部４１と、このストレート部４１の両端においてスロット２１外に配置されるコイルエンド４２を有する。一方のコイルエンド４２の端面において、出力線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）および中性点（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が軸方向に突出するとともに、内径側から突出した線材３０の端部を外径側から突出した線材３０の端部に接続する渡り部７０が設けられている。
【００３７】
この固定子巻線４０を形成するには、まず、図９に示すような波形に成形した線材３０を複数本（本実施形態では１２本）用意し、所定の方法で編み込み又は重ねることで帯状の線材集積体を形成する。次いで、その線材集積体を渦巻き状に巻くことにより固定子巻線４０を形成する。固定子巻線４０の線材３０は、図９に示すように、複数のターン部３２が所定ピッチで複数形成されたものであり、１本の長さは約１ｍである。
【００３８】
線材３０は、図１０（Ａ）に示すように、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、銅製の導体３７と、導体３７の外周を覆い導体３７を絶縁する内層３８ａおよび外層３８ｂからなる絶縁被覆３８とから形成されている。内層３８ａは導体３７の外周を覆い、外層３８ｂは内層３８ａの外周を覆っている。内層３８ａおよび外層３８ｂを合わせた絶縁被覆３８の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間の値に設定されている。
【００３９】
外層３８ｂは絶縁材で形成され、また内層３８ａは外層３８ｂよりもガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂またはガラス転移温度の無いポリアミドイミド等の絶縁材で形成されている。これにより、回転電機に発生する熱により絶縁被膜３８の外層３８ｂは内層３８ａよりも早く結晶化するため、外層３８ｂの表面硬度が高くなり、線材３０に傷がつきにくくなる。このため、ターン部３２に段部を形成する加工を施した線材３０の絶縁を確保できる。
【００４０】
なお、線材３０は、図１０（Ｂ）に示すように、内層３８ａおよび外層３８ｂからなる絶縁被膜３８の外周をエポキシ樹脂等からなる融着材３９で被覆したものを採用することができる。この線材３０は、回転電機に発生する熱により、融着材３９が絶縁被膜３８よりも早く溶融するので、同じスロット２１に設置されている複数の線材３０同士が融着材３９同士により熱接着する。その結果、同じスロット３１に設置されている複数の線材３０が一体化し線材３０同士が鋼体化することで、スロット２１の線材３０の機械的強度が向上する。
【００４１】
線材３０は、図４及び図８に示すように、固定子コア２０に巻装されたときに、固定子コア２０のスロット２１ａ、２１ｂ内に設置されるスロット収容部３１と、スロット２１ａ、２１ｂから固定子コア２０の外に突出し、周方向に異なるスロットに設置されているスロット収容部３１同士を接続しているターン部３２とを有しており、固定子コア２０に波巻されることにより固定子巻線４０を形成している。ターン部３２は固定子コア２０の軸方向両側にそれぞれ位置している。この場合、スロット収容部３１とターン部３２との接続部は、略直角に屈曲している。
【００４２】
ターン部３２の略中央部には、図１１に示すように、ねじりを伴わないクランク部３３が形成されている。クランク部３３は、固定子コア２０の端面２０ａに沿ってクランク形状に形成されている。このクランク部３３のクランク形状によるずれ量は、線材３０の略幅分である。これにより、径方向に隣接している線材３０のターン部３２同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００４３】
また、スロット２１ａ、２１ｂから固定子コア２０の外に突出するターン部３２の突出箇所に、線材３０がまたがって設置されているスロット同士に向けて固定子コア２０の軸方向両側の端面２０ａに沿って段部３４が形成されている。これにより、スロット２１ａ、２１ｂから突出している線材３０のターン部３２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部３２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、線材３０がまたがって設置されているスロット同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンドの高さｈが低くなる。
【００４４】
また、固定子コア２０の端面２０ａに沿った段部３４の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、線材３０の段部３４が周方向に隣り合うスロットから突出する線材３０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出する線材３０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンドの高さが高くなったり、あるいはコイルエンドの径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。さらに、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、固定子巻線４０が径方向外側に張り出すことを防止する。
【００４５】
さらに、線材３０には、ターン部３２の略中央部のクランク部３３と、ターン部３２の両端（突出箇所）に形成した段部３４との間に、それぞれ２個の段部３５が形成されている。つまり、固定子コア２０の一方の軸方向の端面２０ａ側の線材３０のターン部３２には、１個のクランク部３３と合計６個の段部３４、３５が形成されている。これにより、段部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部３２の高さｈが低くなる。段部３５は、段部３４およびクランク部３３と同様に、固定子コア２０の端面２０ａに沿って平行に延びるように形成されている。したがって、線材３０のターン部３２は、クランク部３３を挟んで両側が階段状に形成されている。
【００４６】
線材３０のスロット収容部３１は、図１２に示すように、固定子コア２０のそれぞれのスロット２１の内部に収容されている。つまり、それぞれのスロット２１内には、１２本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）が固定子コア２０の径方向に１列に並んだ状態で設置されている。図１２は、スロット２１内で１２本並んだ線材３０の最外層に端末線（例えば出力線Ｕ）となる線材３０ａ（スロット収容部３１ａ）が存在するスロット２１の分割コア２２を拡大して示したものである。なお、図１２においては、スロット２１内の構造の理解を容易にするために、１２本の線材３０（スロット収容部３１）のうちの中間部にある８本の線材３０（スロット収容部３１）を省略して、４本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）のみを模式的に示している。また、スロット２１内に配置された部材には、断面ハッチングが付されている。
【００４７】
スロット２１内に設置されている線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａは、含浸材５０と固着材シート５５と絶縁シート６０により支持されている。固着材シート５５は、スロット２１内に設置された１２本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）のうち最外層に位置し端末線となる線材３０ａと固定子コア２０のスロット周壁面２５との間に配設されており、この固着材シート５５によって、線材３０ａがスロット周壁面２５に固着されている。
【００４８】
固着材シート５５は、図１３に示すように、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮ等のフイルムよりなる絶縁材層５５ａと、発泡性の熱可塑性樹脂よりなり絶縁材層５５ａの両面にそれぞれ積層された固着材層５５ｂ、５５ｃとからなる三層構造を有するものである。なお、固着材層５５ｂ、５５ｃは、ガスが封入されたビーズを樹脂に混入して発泡性をもたせたものである。この固着材シート５５は、コの字形状に屈曲されて、線材３０ａ（スロット収容部３１ａ）とスロット周壁面２５との対向面間に配置された後、その固着材シート５５を加熱して膨張させた状態で硬化させたものである。この場合、端末線となる線材３０ａは、角線であることからその３面がスロット周壁面２５と対向しているので、その３面の全域が固着材層５５ｂまたは５５ｃに固着している。これにより、固着強度が十分に確保されている。
【００４９】
そして、含浸材５０および絶縁シート６０は、固着材シート５５により固着された線材３０ａ以外の１１本の線材３０（スロット収容部３１）とスロット周壁面２５との間に位置し、かつ、両者の対向面間を充填するように配設されている。このため、１１本の線材３０（スロット収容部３１）は、含浸材５０によりスロット周壁面２５に固着されて支持されている。また、スロット２１内において、隣接する線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）同士の間にも、上記含浸材５０と一体の含浸材５１が充填されている。このため、スロット２１内に収容されている１２本の線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）は含浸材５１により互いに固着して一体化されている。なお、含浸材５０、５１は、固定子コア２０の内周側からスロット開口部に滴下された液状含浸材が固化したものである。
【００５０】
固定子巻線４０は、図１４に示すように、それぞれが２本の三相巻線（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）により形成されている。固定子巻線４０を構成する線材３０は、固定子コア２０の内周側で周方向に沿って波巻きされた形状で成形されている。線材３０のスロット収容部３１は、所定のスロット数（例えば、３相×２個＝６個）ごとのスロット２１に収容され、ターン部３２は、固定子コア２０の軸方向の両端面２０ａからそれぞれ突出している。この固定子コア２０の軸方向の両端面２０ａから突出しているターン部３２により、固定子巻線４０のコイルエンド４２が形成される（図２参照）。
【００５１】
固定子巻線４０は、複数の線材３０を、一方の端部がスロット２１の最外周側で固定子コア２０の軸方向の端面２０ａから突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装した状態で形成されている。複数の線材３０の他方の端部は、スロット３１の最内周側で固定子コア２０の軸方向の端面２０ａから一方の端部と同一方向に突出している。そして、同一のスロット２１には、２本の線材３０が巻装されている。巻装方法により異なるが、同一のスロット２１に収容される二つのスロット収容部３１は、周方向で隣り合ったスロット２１の深さ方向での位置が交互又は同位置に位置するように設置されている。
【００５２】
固定子巻線４０は、同相（Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ２、Ｗ１とＷ２）の巻線の端部同士が接続部で接合されている。接続部は、固定子コア２０から突出したターン部３２の端面より突出して形成されている。
【００５３】
固定子巻線４０は、複数の線材３０を一方の端部が固定子コア２０の軸方向の端面２０ａから突出した状態で、周方向に沿って波状に巻装して形成されている。固定子巻線４０の線材３０は、径方向外方から径方向内方に向かって巻装されている。最内周面側で線材３０の端部が固定子巻線４０の端面から突出している。
【００５４】
以上のように構成された本実施形態の固定子１０は、固定子巻線作製工程と、固着材シート配置工程と、絶縁シート配置工程と、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける組付工程と、固着材シート固着工程と、含浸材固着工程と、を順に行うことにより製造される。
【００５５】
先ず、固定子巻線作製工程では、図７に示す波形に成形した１２本の線材３０を所定の方法で編み込んで帯状の線材集積体を形成する。そして、その線材集積体を渦巻き状に巻くことにより、図７に示す円筒状の固定子巻線４０を作製する。この場合、固定子巻線４０は、固定子コア２０の同一スロット２１に収容されるべき１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａが径方向に並んだ状態に形成される。
【００５６】
次の固着材シート配置工程では、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、コの字形状に折り曲げた固着材シート５５を、径方向に並んだ１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａのうち最外層に位置し端末線となる線材３０ａのスロット収容部３１ａの外周の３面に沿って配置する。
【００５７】
なお、固着材シート５５は、図１６に示すように、その両端部が固定子コア２０の軸方向両端面２０ａから外方へ突出した状態に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、スロット２１内の最外層に設置されている線材３０とスロット周壁面２５との間の隙間を埋め、含浸材５０の付着不可部である固定子コア２０端面２０ａに含浸材５０が漏れることを抑えることができる。
【００５８】
次いで、２枚の絶縁シート６０を、径方向に並んだ１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａのうちの残りの１１本の線材３０のスロット収容部３１の両側面に沿って配置し、絶縁シート配置工程を行う。なお、この絶縁シート配置工程は、固着材シート配置工程の前に行ってもよい。また、これら固着材シート５５および絶縁シート６０は、１２本の線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａの周囲に配置するのではなく、スロット周壁面２４に沿って配置するようにしてもよい。
【００５９】
次の組付工程では、図１２に示すように、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１、３１ａが固定子コア２０の所定のスロット２１内に収容されるようにして、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける。これにより、固着材シート５５および絶縁シート６０は、径方向に並んだ１２本のスロット収容部３１、３１ａとスロット周壁面２５との間に位置している。
【００６０】
次の固着工程では、まず固着材シート５５を加熱して膨張させる。これにより、スロット収容部３１ａとスロット周壁面２５との間に形成されている隙間を固着材シート５５で充填し、隙間を消滅させた状態で硬化させる。これにより、固着材シート５５を介して、端末線となる線材３０ａのスロット収容部３１ａがスロット周壁面２５に強固に固着される。
【００６１】
次の含浸材固着工程では、固定子コア２０を、その軸線が水平方向を向くようにして回転装置（図示せず）の保持部に保持させる。そして、その回転装置により固定子コア２０を軸線回りに回転させながら、図１７に示すように、固定子コア２０の内周側に配置したノズル５３の含浸材吐出口から固定子コア２０のスロット開口部に向けて液状の含浸材５０を滴下する。このとき、スロット２１内に進入した含浸材５０は、固定子コア２０の回転に伴う遠心力の作用により、スロット３１の径方向外方の奥へと浸透する。これにより、含浸材５０は、スロット２１内の内径側にある１１本の線材３０（スロット収容部３１）とスロット周壁面２５との間の隙間、および隣接する線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）同士の間の隙間に浸透する。その後、スロット２１内に浸透した含浸材５０が固化することによって、スロット２１内で一体的に固着された１１本の線材３０（スロット収容部３１）がスロット周壁面２５に固着される。
【００６２】
以上のようにして、固定子巻線４０と固定子コア２０の組付および固定作業を行った後、固定子巻線４０を構成する線材３０、３０ａの接続作業等の必要な処理を行うことにより、図１および図２に示す固定子１０が完成する。
【００６３】
以上のように、本実施形態の回転電機の固定子１０によれば、スロット２１内に設置された線材３０のうち少なくとも端末線となる線材３０ａは、固定子コア２０との間に配設された固着材シート５５によりスロット周壁面２５に固着され、固着材シート５５により固着された線材３０ａ以外の線材３０は、固定子コア２０の内周側からスロット開口部に滴下された含浸材５０により固着されている。そのため、端末線となる線材３０ａを確実に固着することができるとともに、不要な部位への含浸材５０の塗布を抑えることで低コスト化を実現することができる。さらに、固着材シート５５と液状含浸を併用することで固着材シート５５の使用量を必要最低限に抑えることができるので、スロット２１内全てに固着材シート５５を使用した場合と比較してコストダウンが可能である。
【００６４】
また、本実施形態では、線材３０、３０ａは、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、スロット２１内でコア径方向に一列配置されている。これにより、端末線となる最外層の線材３０ａにおける３面を固着材シート５５で均等に固着することができるので、端末線となる最外層の線材３０ａを固定子コア２０のスロット周壁面２５に、より確実に固着することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、スロット２１内で含浸材５０により固着されている線材３０と固定子コア２０のスロット周壁面２５との間に絶縁シートが配設されているので、液状含浸による固着部位においても線材３０と固定子コア２０における沿面距離を十分に保つことができる。
【００６６】
また、本実施形態では、端末線となる線材３０ａに対して用いられる固着材シート５５と、固着材シート５５が用いられる線材３０ａ以外の線材３０に対して用いられる絶縁シート６０が組み合わされて配設されている。そのため、固定子コア２０とスロット２１内に複数本並んだ状態で設置されている線材３０、３０ａ（スロット収容部３１、３１ａ）との間において、必要固着部位に用いられる固着材シート５５と、それ以外の部位に用いられる絶縁シート６０とを組み合わせたことで、固着材シート５５の使用量を必要最小限に抑えることができるので、コストダウンが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、絶縁シート６０は、スロット２１内における内径側の線材３０に対して用いられている。これにより、線材３０、３０ａのスロット収容部３１、３１ａを固定子コア２０のスロット２１に挿入するときに固着材シート５５の巻込みによる破損を防止し、線材３０の固着不良の発生を抑止できる。
【００６８】
そして、本実施形態の固定子１０の製造方法によれば、固定子巻線作製工程と、固着材シート配置工程と、絶縁シート配置工程と、固定子巻線４０と固定子コア２０を組み付ける組付工程と、固着材シート固着工程と、含浸材固着工程と、を順に行うようにしているため、端末線となる線材３０ａを確実に固着し得るようにしつつ、不要な部位への含浸材塗布を抑えることで低コスト化を実現できる回転電機の固定子１０を容易に製造することができる。
【００６９】
また、絶縁シート配置工程を有するので、固着材シート５５による固着部位のみならず液状含浸による固着部位においても、線材３０と固定子コア２０における沿面距離を十分に保つことができる固定子１０を製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…固定子 ２０…固定子コア ２０ａ…コア端面 ２１、２１ａ、２１ｂ…スロット ２２…分割コア ２３…ティース部 ２４…バックコア部 ２５…スロット周壁面 ２７…外筒 ３０…線材 ３０ａ…端末線となる線材 ３１…スロット収容部 ３２…ターン部 ３３…クランク部 ３４、３５…段部 ３７…導体部 ３８…絶縁被膜 ３８ａ…内層 ３８ｂ…外層 ３９…融着材 ４０…固定子巻線 ４１…ストレート部 ４２…コイルエンド ５０、５１…含浸材 ５５…固着材シート ５５ａ…絶縁材層 ５５ｂ、５５ｃ…固着材層 ６０…絶縁シート ７０…渡り部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアの前記スロットに巻装された複数の線材により形成され、前記スロット内でコア径方向に複数本並んだ前記線材の最外層に出力線または中性点接合線となる端末線が存在する固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
前記スロット内に設置された前記線材のうち少なくとも前記端末線となる前記線材は、前記固定子コアとの間に配設された固着材シートにより前記固定子コアに固着され、
前記固着材シートにより固着された前記線材以外の線材の内、少なくとも最内層の前記線材は、前記固定子コアの内周側からスロット開口部に滴下された含浸材により前記固定子コアに固着されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
請求項１において、
前記線材は、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、前記スロット内でコア径方向に一列配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記スロット内で前記含浸材により固着されている前記線材と前記固定子コアとの間に絶縁シートが配設されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項４】
請求項３において、
少なくとも前記端末線となる前記線材に対して用いられる前記固着材シートと、前記固着材シートが用いられる前記線材以外の前記線材に対して用いられる前記絶縁シートが組み合わされて配設されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記絶縁シートは、前記スロット内における内径側の前記線材に対して用いられていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、
前記固着材シートは、その両端部が前記固定子コアの軸方向両端面から外方へ突出した状態に配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法であって、
複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容される複数の前記線材のスロット収容部がコア径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、
コア径方向に並んだ複数の前記スロット収容部のうち少なくとも端末線となる前記線材に対して、または該当するスロット周壁面の所定部位に対して固着材シートを配置する固着材シート配置工程と、
前記スロット収容部が所定の前記スロット内に収容されるようにして前記固定子巻線と前記固定子コアを組み付ける組付工程と、
前記固着材シートを介して、少なくとも端末線となる前記線材の前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着材シート固着工程と、
前記固定子コアの内周側からスロット開口部に含浸材を滴下して、前記固着材シートにより固着された前記線材以外の前記線材を前記含浸材によりスロット周壁面に固着させる含浸材固着工程と、
を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記固着材シート配置工程の前または後に、前記スロット内で前記固着材シートにより固着される前記線材以外の前記線材と前記スロット周壁面との間に絶縁シートを配置する絶縁シート配置工程を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
【請求項１】
周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、該固定子コアの前記スロットに巻装された複数の線材により形成され、前記スロット内でコア径方向に複数本並んだ前記線材の最外層に出力線または中性点接合線となる端末線が存在する固定子巻線と、を備えた回転電機の固定子において、
前記スロット内に設置された前記線材のうち少なくとも前記端末線となる前記線材は、前記固定子コアとの間に配設された固着材シートにより前記固定子コアに固着され、
前記固着材シートにより固着された前記線材以外の線材の内、少なくとも最内層の前記線材は、前記固定子コアの内周側からスロット開口部に滴下された含浸材により前記固定子コアに固着されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
請求項１において、
前記線材は、延伸方向と直角な方向の断面形状が矩形の角線であり、前記スロット内でコア径方向に一列配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記スロット内で前記含浸材により固着されている前記線材と前記固定子コアとの間に絶縁シートが配設されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項４】
請求項３において、
少なくとも前記端末線となる前記線材に対して用いられる前記固着材シートと、前記固着材シートが用いられる前記線材以外の前記線材に対して用いられる前記絶縁シートが組み合わされて配設されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記絶縁シートは、前記スロット内における内径側の前記線材に対して用いられていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において、
前記固着材シートは、その両端部が前記固定子コアの軸方向両端面から外方へ突出した状態に配置されていることを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法であって、
複数の線材により、固定子コアの同一スロットに収容される複数の前記線材のスロット収容部がコア径方向に並ぶようにして円筒状の固定子巻線を作製する固定子巻線作製工程と、
コア径方向に並んだ複数の前記スロット収容部のうち少なくとも端末線となる前記線材に対して、または該当するスロット周壁面の所定部位に対して固着材シートを配置する固着材シート配置工程と、
前記スロット収容部が所定の前記スロット内に収容されるようにして前記固定子巻線と前記固定子コアを組み付ける組付工程と、
前記固着材シートを介して、少なくとも端末線となる前記線材の前記スロット収容部を前記スロット周壁面に固着させる固着材シート固着工程と、
前記固定子コアの内周側からスロット開口部に含浸材を滴下して、前記固着材シートにより固着された前記線材以外の前記線材を前記含浸材によりスロット周壁面に固着させる含浸材固着工程と、
を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記固着材シート配置工程の前または後に、前記スロット内で前記固着材シートにより固着される前記線材以外の前記線材と前記スロット周壁面との間に絶縁シートを配置する絶縁シート配置工程を有することを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−６０８１０（Ｐ２０１２−６０８１０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２８２８（Ｐ２０１０−２０２８２８）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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