回転電機ステータ
【課題】回転電機ステータにおいて、多くの溶接部を設ける場合でも、溶接部同士の絶縁性を向上させつつ、生産性を向上させることである。
【解決手段】ステータ１０は、ステータコイルである複数のセグメントコイル２２を含む。各セグメントコイル２２は、片側コイルエンド４６において、複数のコイル要素である導体セグメント２８を径方向に離れた３個所以上の複数の溶接部５０で、相手側の導体セグメント２８と連結することによりコイル状に形成する。複数の溶接部５０は、最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって、周方向に隣り合うスロット１２同士の間隔ｄｓの１／２未満の大きさｄａずつ周方向に徐々にずれて配置する。
【解決手段】ステータ１０は、ステータコイルである複数のセグメントコイル２２を含む。各セグメントコイル２２は、片側コイルエンド４６において、複数のコイル要素である導体セグメント２８を径方向に離れた３個所以上の複数の溶接部５０で、相手側の導体セグメント２８と連結することによりコイル状に形成する。複数の溶接部５０は、最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって、周方向に隣り合うスロット１２同士の間隔ｄｓの１／２未満の大きさｄａずつ周方向に徐々にずれて配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、ステータコアに巻装された複数のステータコイルとを備える回転電機ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機のステータとして、スロットと呼ばれる径方向に伸びる溝を周方向に複数設けたステータコアを備え、互いに周方向に離れた２ずつのスロットに挿入するように、ステータコアにステータコイルを分布巻きで巻装する構造が知られている。
【０００３】
また、この場合にステータコイルを、複数のコイル要素である導体セグメントが互いに接続されることによりそれぞれコイル状に形成されるセグメントコイルとすることも考えられる。例えば、各導体セグメントは、２の平行な脚部と、２の脚部同士を連結するターン部とによりＵ字形に形成される。
【０００４】
さらに、複数の導体セグメントを連結することによりコイル状に形成し、単位コイルであるセグメントコイルとしたものを複数個設け、ステータコアの周方向に複数のセグメントコイルを連結することにより各相の環状部分を形成することも考えられる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、複数相のステータコイルが、Ｕ字形に形成された複数の導体セグメントを接合して形成される交流発電機が記載されている。この交流発電機では、導体セグメントにおいて、ステータ鉄心のスロットの片側に延出したつなぎ部を別の導体セグメントのつなぎ部同士を半田溶接またはＴＩＧ溶接することで形成されている。つなぎ部の先端部の溶接接合された内周側接続部と外周側接続部とが周方向に１／２スロットずれて配置された構成となっている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５３３８０号公報
【特許文献２】特開２００２−７８２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に記載されたステータにおいて、径方向にずれた３個所以上の複数個所に溶接部が設けられると、複数の溶接部をステータの軸方向に見た場合にほぼ全周を複数の溶接部で囲まれる領域が形成される可能性がある。言い換えれば、各溶接部のほぼ全周が多くの別の溶接部で遮られる可能性がある。この場合、複数の溶接部で囲まれる領域にはアース電極を兼ねた溶接冶具等の、溶接部を形成するための冶具が入り込みにくくなり、生産性が悪化する可能性がある。これに対して、複数の溶接部をステータの周方向同位置に並べるように配置することも考えられるが、この場合には溶接部同士の間の絶縁性を向上させる面から改良の余地がある。
【０００８】
本発明の目的は、回転電機ステータにおいて、多くの溶接部を設ける場合でも、溶接部同士の絶縁性を向上させつつ、生産性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機ステータは、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに巻装された複数のステータコイルとを備える回転電機ステータであって、前記各ステータコイルは、前記ステータコアの軸方向片側から突出する片側コイルエンドにおいて、複数のコイル要素が径方向に離れた３個所以上の複数の溶接部で相手側の前記コイル要素と連結されることによりコイル状に形成されており、前記複数の溶接部は、最内周側の前記溶接部から最外周側の前記溶接部に向かうにしたがって、周方向に隣り合う前記スロット同士の間隔の１／２未満ずつ周方向に徐々にずれて配置されていることを特徴とする回転電機ステータである。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機ステータにおいて、好ましくは、前記ステータコアに分布巻きで巻装され、前記複数のステータコイルが環状に連結されることにより、複数相のセグメント環状部が形成されており、前記各相のセグメント環状部は、複数の前記コイル要素であるＵ字形の導体セグメントが前記ステータコアの前記スロットに軸方向に挿入されてから曲げ形成された後、互いに径方向に離れた前記導体セグメントの先端部同士が前記溶接部で接続され、コイル状に形成される前記ステータコイルである複数のセグメントコイルを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る回転電機ステータによれば、溶接部同士の絶縁性を向上させつつ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の回転電機ステータを示す斜視図である。
【図２】図１のステータを外周側から見た図である。
【図３】各相ステータコイルを構成する１の導体セグメントを、ステータコアに配置する以前の状態で示す図である。
【図４】図１のステータにおいて、１相分であるＵ相分のセグメント環状部をステータコアから取り出したもので、各ステータコイルの複数の溶接部を周方向同位置に配置して示す図である。
【図５】図４のセグメント環状部のうち、前半部の巻き始めの１番目から８番目までの８個の単位コイルを示す図である。
【図６】図５の前半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。
【図７】図６に引き続いて、後半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。
【図８】図５の１つのステータコイルの片側コイルエンド部分を複数のスロットとの関係で示す斜視図である。
【図９】図１のステータの片側コイルエンドの周方向一部を、軸方向から見た概略図である。
【図１０】比較例の第１例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。
【図１１】図１０の回転電機ステータにおいて、スロットに対応する部分で切断した断面図である。
【図１２】比較例の第２例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、図１から図９を用いて本発明に係る実施の形態を説明する。本実施の形態の回転電機ステータ（以下、単に「ステータ」という。）は、例えば電動モータ、発電機等の回転電機を構成するために使用される。図１、図２に示すように、ステータ１０は、環状の磁性材料製のステータコア１４と、ステータコア１４に分布巻きで巻装された複数相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のセグメント環状部１６，１８，２０とを備える。ステータ１０の使用時には、ステータ１０の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ（図示せず）を配置し、ステータ１０とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機を構成する。ステータコア１４は、例えば、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、または電磁鋼板等の金属板の積層体等により形成されている。ステータコア１４は、内周面の周方向複数個所に放射状に形成されたスロット１２を有する。図１、図２では、「ｕ」「ｖ」「ｗ」の符号を付した部分が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表している。
【００１４】
各相のセグメント環状部１６，１８，２０は、それぞれ環状に複数のステータコイルであるセグメントコイル２２を連結してなり、互いに連結される１周目要素２４（図５）及び２周目要素２６（図７）を含む。また、各セグメントコイル２２は、図３に示す、略Ｕ字形の導体セグメント２８を複数個並べて複数の導体セグメント２８が互いに接続される、すなわち接合されることによりコイル状に形成されている。各導体セグメント２８は、幅方向（図３の左右方向）両端部に２ずつのスロット１２（図１）にそれぞれ挿入される直線部３０を有する２本の平行な脚部３２と、脚部３２の一端同士を連結するターン部３４とを有する。また、導体セグメント２８は、両端部を除く導体線３６の周囲に、ポリアミドイミド等により構成されるエナメル樹脂等の絶縁部である絶縁被膜３８が被覆されている。
【００１５】
すなわち、本実施の形態のステータ１０（図１）は、いわゆる「セグメントコイル巻き型」と呼ばれるもので、断面矩形の平角線等の角線である導体線３６が絶縁被膜３８により被覆されてなるコイル素線をコイル状に形成したセグメントコイル２２（図１）が複数個設けられている。そして、ステータコア１４の周方向に複数のセグメントコイル２２を少なくとも一周分（本実施形態の場合は２周分）環状に連結することにより各相のセグメント環状部１６，１８，２０（図１）が形成されている。
【００１６】
図４は、図１のステータ１０において、１相分であるＵ相分のセグメント環状部１６をステータコア１４（図１）から取り出したもので、各セグメントコイル２２の複数の溶接部５０を周方向同位置に配置して示す図である。なお、実際には、後で図８、図９を用いて詳しく説明するように、各セグメントコイル２２の複数の溶接部５０は、最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって周方向片側に徐々にずれて配置されている（図５も同様である）が、説明の容易化のために溶接部５０の図示を上記のようにしている。
【００１７】
次に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のセグメント環状部１６，１８，２０のうち、代表してＵ相のセグメント環状部１６で説明する。Ｕ相セグメント環状部１６は、それぞれ周方向の幅が予め定められた単位コイル間隔Ｄ１（図５）である８個の単位コイルであるセグメントコイル２２を環状に連結するようにステータコア１４に巻装したものを１周目要素２４としてステータコア１４を１周りさせ、続いて同様に８個のセグメントコイル２２を環状に連結するようにステータコア１４に巻装したものを２周目要素２６（図７）としてステータコア１４を１周りさせることにより、セグメント環状部１６が形成されている。この場合、１周目要素２４を配置するスロット１２（図１）と、２周目要素２６を配置するスロット１２とは、周方向に１ずつずらしている。
【００１８】
なお、Ｖ相、Ｗ相のセグメント環状部１８，２０（図１）の基本形状は、Ｕ相の場合と同様である。Ｕ相のセグメント環状部１６は、コイル素線をコイル状に形成した単位コイルであるセグメントコイル２２を１６個組み合わせて構成している。図４で、Ｃ１、Ｃ２・・・Ｃ１６と示しているのは、１６個のセグメントコイル２２を区別するためのコイル番号で、Ｕ相セグメント環状部１６の巻き始めが１番目単位コイルであるセグメントコイルＣ１で、巻き終わりが１６番目単位コイルであるセグメントコイルＣ１６である。
【００１９】
図４に示すように、セグメントコイルＣ１に隣接してセグメントコイルＣ２を配置し、以下Ｃ３、Ｃ４・・・Ｃ１６と順次隣接して配置し、周方向に２周している。このため、コイル番号をｉとして、ｉ番目コイルと（ｉ＋８）番目コイルとは、１スロット分ずれているが一部径方向に重なり合うように配置されている。
【００２０】
図５は、図４のセグメント環状部１６のうち、１周目要素２４を取り出して示す図である。セグメント環状部１６の１周目要素２４は、８個のセグメントコイル２２が環状に連結されることにより形成されている。各セグメントコイル２２は、複数の導体セグメント２８から形成される。図５では、セグメントコイル２２のうち、２周目要素２６（図７参照）の９番目から１６番目までのセグメントコイル２２の図示を省略しているが、基本形状は図５の１周目要素２４の形状と同様で、配置位置が１周目要素２４に対し周方向にずれている。３相のセグメントコイル２２は、ステータコア１４（図１）に分布巻きで巻装されている。
【００２１】
図６は、図４のセグメント環状部１６のうち、１周目要素２４をステータコア１４に配置する様子を説明する模式図である。図７は、図４のセグメント環状部１６のうち、２周目要素２６をステータコア１４に配置する様子を説明する模式図である。図７では、図６の１周目要素２４の図を省略している。なお、図６、図７では、ステータコア１４の平面図と、その外側の複数のセグメントコイル２２とを示している。セグメントコイル２２は、いくつかのスロット１２をまたいで周方向に離れた２つのスロット１２に挿入するように、ステータコア１４の周方向複数個所に巻装している。この２つのスロット１２は、予め定めた単位コイル間隔Ｄ１で離れている。以下、セグメントコイル２２は、コイル番号を付して説明する場合がある。図６に示す、セグメントコイルＣ１は、セグメント環状部１６（図４）の巻き始めで、回転電機の動力線側である入力端子側（ＩＮ側）に接続されている。
【００２２】
セグメントコイルＣ１は、スロットＳ４とＳ１０との間にコイル素線を複数回巻回してコイル状に形成している。この巻き始めは、入力端子側であるステータコア１４の外周側であり、外周側から内周側に向かうようにスロット１２にコイル状に巻装される。次いで、セグメントコイルＣ１の巻き終わりでセグメントコイルＣ２に接続される。すなわち、セグメントコイルＣ１の巻き終わりでスロットＳ１０から単位コイル間隔Ｄ１離れたスロットＳ１６に渡り、スロットＳ１０とＳ１６との間にコイル素線を複数回巻回してコイル状に形成することで、セグメントコイルＣ２を構成している。次いで順次これを繰り返してセグメントコイルＣ１からセグメントコイルＣ８までを形成することにより１周目要素２４が構成される。
【００２３】
１周目要素２４の巻き終わりは、ステータコア１４の最外周側で、図７に示す２周目要素２６のセグメントコイルＣ９に接続される。このとき、セグメントコイルＣ９は、セグメントコイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とＳ９との間にわたって複数回巻回されることによりコイル状に形成されている。次いで、セグメントコイルＣ９の巻き終わりでセグメントコイルＣ１０に接続される。すなわち、セグメントコイルＣ９の巻き終わりでスロットＳ９から単位コイル間隔Ｄ１離れたスロットＳ１５に渡り、スロットＳ９とＳ１５との間にコイル素線を複数回巻回してコイル状に形成することで、セグメントコイルＣ１０を構成している。次いで順次これを繰り返してセグメントコイルＣ９からセグメントコイルＣ１６までを形成することにより２周目要素２６が構成される。
【００２４】
また、セグメントコイルＣ１６の巻き終わりは、ステータコア１４の最外周側から取り出され、回転電機の中性点に接続される。図７では、セグメントコイルＣ１６の巻き終わりがＯＵＴ（中性点）として示されている。このように、セグメント環状部１６の１周目要素２４と２周目要素２６とが配置されるスロット１２は、周方向にずれている。以上は、Ｕ相のセグメント環状部１６について説明したが、Ｖ相、Ｗ相のセグメント環状部１８，２０についても同様に形成するとともに、図１に示すように、Ｖ相セグメント環状部１８を配置するスロット１２を周方向に２ずつずらし、Ｗ相セグメント環状部２０を配置するスロット１２を、周方向にさらに２ずつずらしている。
【００２５】
このような各相のセグメント環状部１６，１８，２０を形成する際に、上記の図３に１つを示した複数の略Ｕ字形のコイル要素である導体セグメント２８を使用している。すなわち、複数の導体セグメント２８をコイル状に連結することにより１つのセグメントコイル２２を形成し、このセグメントコイル２２を複数環状に接続、すなわち連結することにより各相のセグメント環状部１６，１８，２０を形成している。この場合、各導体セグメント２８は、両端部に単位コイル間隔Ｄ１と同じ間隔で設けられた２本の平行な脚部３２を有し、各脚部３２の一端をターン部３４で連結している。
【００２６】
図８は、図５の１つのセグメントコイル２２の片側コイルエンド部分を複数のスロット１２との関係で示す斜視図である。図８に示すように、セグメントコイル２２を形成する場合、導体セグメント２８を複数本、例えば５本を使用し、予め一定に定めた単位コイル間隔Ｄ１で配置される２つのスロット１２に軸方向に挿入してからステータコア１４の軸方向片側（図８の上側）から突出した部分を、略周方向に曲げ形成する。その後、ステータコア１４の軸方向片側から突出した、互いに径方向に離れた導体セグメント２８の先端部で絶縁被膜３８から露出した部分であって、互いに周方向の対向する側に曲げ形成した導体セグメント２８同士の先端部を重ね合わせて溶接部５０で接続し、これを複数本の導体セグメント２８で行うことによりコイル状に形成して、セグメントコイル２２としている。
【００２７】
より具体的には、複数本の略Ｕ字形の導体セグメント２８は、ステータ１０の径方向に沿って整列させるように、ステータコア１４の軸方向他側（図８の下側）から軸方向片側（図８の上側）に向け挿入する。そして、各導体セグメント２８の２つの脚部３２の先端部で、ステータコア１４の軸方向片側面（図８の上側面）から突出した部分を、互いに略周方向（「周方向」とは、特に断らない限り、ステータの周方向を言う。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）に対向する側に曲げ形成する。
【００２８】
また、１つの導体セグメント２８の片側の脚部３２の先端部で軸方向（図１の上下方向）に向くように曲げた部分と、この１つの導体セグメント２８に径方向（「径方向」とは、特に断らない限り、ステータの径方向を言う。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）に隣り合う他の導体セグメント２８の他側の脚部３２の先端部で軸方向に向くように曲げた部分とを、ＴＩＧ溶接等の溶接により接続して溶接部５０を形成する。そして、このような溶接部５０の形成作業を各導体セグメント２８で行うことにより、コイル状のセグメントコイル２２を形成する。
【００２９】
図１に示すように、ステータコア１４に各相のセグメント環状部１６，１８，２０を組み付けた状態で、各セグメントコイル２２のうち、ステータコア１４の軸方向両端面からそれぞれ外側に突出する部分により軸方向両側の２つのコイルエンドである、片側コイルエンド４６と他側コイルエンド４８とが形成されている。片側コイルエンド４６は、各セグメントコイル２２のうち、複数の導体セグメント２８の先端部同士の接合部である溶接部５０側部分により形成される。他側コイルエンド４８は、各セグメントコイル２２のターン部３４（図３）側部分により形成される。
【００３０】
図９は、図１のステータ１０の片側コイルエンド４６の周方向一部を、軸方向から見た概略図である。図９に示すように、各セグメントコイル２２は、片側コイルエンド４６において、複数の導体セグメント２８が径方向に離れた３個所以上（図示の例では５個所）の複数の溶接部５０で相手側の導体セグメント２８と連結されることによりコイル状に形成されている。また、複数の溶接部５０は、最内周側（図９の左端）の溶接部５０から最外周側（図９の右端）の溶接部５０に向かうにしたがって、周方向に隣り合うスロット１２同士の間隔であるスロット間隔ｄｓの１／２未満の大きさであるｄａ（＜ｄｓ／２）ずつ周方向片側（図９の矢印α側）に徐々にずれて配置されている。ここで、複数のスロット１２は、ステータ１０に放射状に形成されているため、「スロット間隔」とはステータ１０の中心軸を中心とするスロット１２間の間隔角度である中心角を意味し、スロット数がｎである場合、（３６０／ｎ）度をいう。したがって、周方向に隣り合うスロット１２同士の間隔の１／２未満の大きさｄａは、３６０／２ｎ未満の角度分であることを意味する（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである。）。
【００３１】
このように複数の溶接部５０の配置位置を規制するために、例えば、図８に示すセグメントコイル２２の片側コイルエンド４６部分において、複数の導体セグメント２８の各脚部３２の先端部の略周方向に曲げ形成した部分の長さを、最内周側の導体セグメント２８から最外周側の導体セグメント２８に向かうにしたがって、徐々に小さくしたり、または徐々に大きくすることができる。
【００３２】
なお、図８、図９に示す例の場合と異なり、複数の溶接部５０は、最内周側の溶接部５０から最外周側の溶接部５０に向かうにしたがって、スロット間隔ｄｓの１／２未満の大きさであるｄａ（＜ｄｓ／２）ずつ周方向他側（図９の矢印αと反対側）に徐々にずれて配置されるようにすることもできる。
【００３３】
このようなステータ１０によれば、各セグメントコイル２２において、複数の溶接部５０がステータ１０の周方向にずれた位置に配置されるので径方向に隣り合う溶接部５０同士の間隔を大きくでき、溶接部５０同士の絶縁性を向上させることができる。しかも、複数の溶接部５０が最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって、スロット間隔ｄｓの１／２未満の大きさｄａずつ周方向に徐々にずれている。このため、周方向に離れた溶接部５０を形成すべき部分同士の間に、溶接部５０を形成するための冶具、例えばアース電極を兼ねた溶接冶具を挿入しやすくなり、多くの溶接部５０を設ける場合でも、ステータ１０の生産性の向上を図れる。
【００３４】
例えば、溶接部５０の形成作業時には、溶接部５０を形成するための２つの導体セグメント２８の先端部同士を重ね合わせることにより重ね合わせ部を形成し、ステータ１０の軸方向片側から重ね合わせ部と空間を介して対向させ、重ね合わせ部との間でアーク放電を生じさせる放電電極である溶接ヘッド（図示せず）を配置する。これとともに、図９に二点鎖線で示すアース電極を兼ねた溶接冶具５２を溶接部５０となる部分の周方向片側または両側に１または複数の導体セグメント２８に接触するように配置する。
【００３５】
また、溶接冶具５２を接地し、溶接ヘッドに所定の高電圧を印加する。この結果、溶接ヘッドの先端と重ね合わせ部との間にアーク放電が生じ、重ね合わせ部が溶融し、２つの導体セグメント２８の端部同士が電気的にかつ機械的に接合され、溶接部５０が形成される。本実施形態によれば、図９に示すように溶接冶具５２を周方向に隣り合う重ね合わせ部同士の間に容易に配置でき、ステータ１０の生産性の向上を図れる。さらに、溶接作業の容易化を図れるため、溶接部５０の品質向上を図れる。
【００３６】
これに対して、上記の特許文献１に記載された構成の場合、導体セグメントの先端部の溶接接合された内周側接続部と外周側接続部とが周方向に１／２スロットずれて配置されている。このような特許文献１の構成でステータの径方向にずれた３個所以上の複数個所に溶接部が設けられると、ステータの溶接部を軸方向に見た場合にほぼ全周を複数の溶接部で囲まれる領域が形成される可能性がある。このため、電極を兼ねた溶接冶具等の冶具を周方向に隣り合う溶接部同士の間に挿入するためには、溶接冶具をかなり細くする必要があり、溶接部の品質が悪化する可能性がある。また、特許文献１には、別の構成として、コイルエンドで径方向に離れた複数の接続部の軸線方向高さを変えることも記載されているが、この方法ではＴＩＧ溶接等の溶接の際に高電圧を印加する溶接ヘッドで軸線方向高さの小さい重ね合わせ部分に溶接部を形成する際に、アーク放電に伴う輻射熱が別の軸線方向高さの大きい重ね合わせ部分に伝わりやすくなり、溶接部や絶縁部の品質が悪化する可能性がある。本実施形態によれば、片側コイルエンドで各溶接部のステータコアからの軸線方向高さを同じとする等、大きく変化させずに済むので、このような不都合をいずれもなくすことができる。
【００３７】
さらに、特許文献２には、導体セグメントの接合部とターン部とをそれぞれ設ける側を、径方向複数個所に配置された導体セグメントで径方向に交互に逆にすることが記載されている。このため、両側のコイルエンドのそれぞれで、ターン部と溶接部とが径方向に交互に配置されている。このような構成では、ターン部に対して溶接部から熱害を防止するため、溶接部とターン部との距離を確保する必要があり、その分だけコイルエンドのステータコアからの軸線方向高さが大きくなる可能性がある。本実施形態によれば、このような不都合をなくして、コイルエンドのステータコアからの軸線方向高さを小さくしつつ、絶縁性を十分に確保できる。
【００３８】
なお、上記の実施形態の説明では溶接作業でアース電極を兼ねた溶接冶具５２を用いる場合を説明したが、溶接冶具が溶接部５０を形成する重ね合わせ部の単なる位置決め用である場合でも、周方向に隣り合う重ね合わせ部の間に溶接冶具を挿入しやすくなる。このため、生産性の向上を図れるとともに、溶接部の品質向上を図れる。
【００３９】
図１０は、比較例の第１例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。図１０に示す比較例の第１例では、上記の図１〜９の実施形態において、ステータコイルである各セグメントコイル２２において、径方向に離れた複数の溶接部５０の配置位置を、周方向に関して同位置としている。すなわち、ステータ１０の片側コイルエンド４６において、複数の溶接部５０が径方向である放射状に並んでいる。その他の構成は図１〜９に示した実施形態と同様である。
【００４０】
このような比較例の第１例では、各セグメントコイル２２において、径方向に隣り合う溶接部５０が近接するため、溶接部５０同士の絶縁性を向上させる面から改良の余地がある。図１１は、図１０の回転電機ステータにおいて、スロット１２に対応する部分で切断した断面図である。図１１に示すように、比較例の第１例では、片側コイルエンド４６において、複数の溶接部５０が径方向に並んだ状態となるので、隣り合う溶接部５０同士の間隔が小さくなりやすい。このため、図１１の例では、隣り合う溶接部５０同士の間に絶縁紙５４が配置されている。また、この絶縁紙５４の配置スペースを確保するため、または絶縁紙５４がない場合でも隣り合う溶接部５０同士の絶縁間隔を確保するため、図１１に示すように、導体セグメント２８の片側コイルエンド４６部分が径方向両端に近づくほど外側に膨らむように曲げ形成する必要がある。このため、片側コイルエンド４６の径方向（図１１の左右方向）寸法が大きくなっている。また、導体セグメント２８を外側に曲げ形成する分、導体セグメント２８の材料の使用量が多くなったり、加工費が増加する可能性がある。
【００４１】
これに対して、上記の図１〜９に示す本実施形態によれば、このような不都合をいずれもなくすことができる。すなわち、本実施形態によれば、図１１の比較例に対して、片側コイルエンド４６で溶接部５０同士の絶縁間隔や絶縁紙の配置スペースを確保するために外側に大きく曲げ形成する必要がなく、導体セグメント２８の材料の使用量を低減できるとともに、加工費の低減を図れる。
【００４２】
また、図１２は、比較例の第２例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。図１２に示す比較例の第２例では、上記の図１〜９の実施形態において、ステータコイルである各セグメントコイル２２において、径方向に離れた複数の溶接部５０の配置位置を、周方向にずらしているが、最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって周方向片側に徐々にずらす構成を採用していない。比較例の第２例では、径方向に離れた複数の溶接部５０同士で径方向片側に向かうにしたがって、周方向片側と他側とに交互にずらす千鳥配置状としている。
【００４３】
このような比較例の第２例では、周方向に隣り合う溶接部５０同士の間に溶接冶具を挿入することが難しい。このため、ステータ１０の生産性向上及び溶接部５０の品質向上の面から改良の余地がある。これに対して、本実施形態によれば、このような不都合をなくして、ステータ１０の生産性向上及び溶接部５０の品質向上を図れる。
【００４４】
なお、本実施形態では、導体セグメント２８がＵ字形に形成されたものに限定するものではなく、互いに複数個を接続することでコイル状に形成されるものであれば種々の形状の導体セグメントを使用できる。また、上記では、ステータがセグメントコイル巻き型の場合を説明したが、本発明はこのような構成に限定するものではなく、ステータコイルを形成する複数のコイル要素が片側コイルエンドで溶接され、複数の溶接部が径方向に離れた３個所以上の複数個所に配置されるものであれば、種々の形式のステータに適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ステータ、１２ スロット、１４ ステータコア、１６，１８，２０ セグメント環状部、２２ セグメントコイル、２４ １周目要素、２６ ２周目要素、２８ 導体セグメント、３０ 直線部、３２ 脚部、３４ ターン部、３６ 導体線、３８ 絶縁被膜、４６ 片側コイルエンド、４８ 他側コイルエンド、５０ 溶接部、５２ 溶接冶具、５４ 絶縁紙。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、ステータコアに巻装された複数のステータコイルとを備える回転電機ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機のステータとして、スロットと呼ばれる径方向に伸びる溝を周方向に複数設けたステータコアを備え、互いに周方向に離れた２ずつのスロットに挿入するように、ステータコアにステータコイルを分布巻きで巻装する構造が知られている。
【０００３】
また、この場合にステータコイルを、複数のコイル要素である導体セグメントが互いに接続されることによりそれぞれコイル状に形成されるセグメントコイルとすることも考えられる。例えば、各導体セグメントは、２の平行な脚部と、２の脚部同士を連結するターン部とによりＵ字形に形成される。
【０００４】
さらに、複数の導体セグメントを連結することによりコイル状に形成し、単位コイルであるセグメントコイルとしたものを複数個設け、ステータコアの周方向に複数のセグメントコイルを連結することにより各相の環状部分を形成することも考えられる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、複数相のステータコイルが、Ｕ字形に形成された複数の導体セグメントを接合して形成される交流発電機が記載されている。この交流発電機では、導体セグメントにおいて、ステータ鉄心のスロットの片側に延出したつなぎ部を別の導体セグメントのつなぎ部同士を半田溶接またはＴＩＧ溶接することで形成されている。つなぎ部の先端部の溶接接合された内周側接続部と外周側接続部とが周方向に１／２スロットずれて配置された構成となっている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５３３８０号公報
【特許文献２】特開２００２−７８２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に記載されたステータにおいて、径方向にずれた３個所以上の複数個所に溶接部が設けられると、複数の溶接部をステータの軸方向に見た場合にほぼ全周を複数の溶接部で囲まれる領域が形成される可能性がある。言い換えれば、各溶接部のほぼ全周が多くの別の溶接部で遮られる可能性がある。この場合、複数の溶接部で囲まれる領域にはアース電極を兼ねた溶接冶具等の、溶接部を形成するための冶具が入り込みにくくなり、生産性が悪化する可能性がある。これに対して、複数の溶接部をステータの周方向同位置に並べるように配置することも考えられるが、この場合には溶接部同士の間の絶縁性を向上させる面から改良の余地がある。
【０００８】
本発明の目的は、回転電機ステータにおいて、多くの溶接部を設ける場合でも、溶接部同士の絶縁性を向上させつつ、生産性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機ステータは、周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、前記ステータコアに巻装された複数のステータコイルとを備える回転電機ステータであって、前記各ステータコイルは、前記ステータコアの軸方向片側から突出する片側コイルエンドにおいて、複数のコイル要素が径方向に離れた３個所以上の複数の溶接部で相手側の前記コイル要素と連結されることによりコイル状に形成されており、前記複数の溶接部は、最内周側の前記溶接部から最外周側の前記溶接部に向かうにしたがって、周方向に隣り合う前記スロット同士の間隔の１／２未満ずつ周方向に徐々にずれて配置されていることを特徴とする回転電機ステータである。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機ステータにおいて、好ましくは、前記ステータコアに分布巻きで巻装され、前記複数のステータコイルが環状に連結されることにより、複数相のセグメント環状部が形成されており、前記各相のセグメント環状部は、複数の前記コイル要素であるＵ字形の導体セグメントが前記ステータコアの前記スロットに軸方向に挿入されてから曲げ形成された後、互いに径方向に離れた前記導体セグメントの先端部同士が前記溶接部で接続され、コイル状に形成される前記ステータコイルである複数のセグメントコイルを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る回転電機ステータによれば、溶接部同士の絶縁性を向上させつつ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の回転電機ステータを示す斜視図である。
【図２】図１のステータを外周側から見た図である。
【図３】各相ステータコイルを構成する１の導体セグメントを、ステータコアに配置する以前の状態で示す図である。
【図４】図１のステータにおいて、１相分であるＵ相分のセグメント環状部をステータコアから取り出したもので、各ステータコイルの複数の溶接部を周方向同位置に配置して示す図である。
【図５】図４のセグメント環状部のうち、前半部の巻き始めの１番目から８番目までの８個の単位コイルを示す図である。
【図６】図５の前半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。
【図７】図６に引き続いて、後半部の８個の単位コイルをステータコアに巻装する様子を説明する模式図である。
【図８】図５の１つのステータコイルの片側コイルエンド部分を複数のスロットとの関係で示す斜視図である。
【図９】図１のステータの片側コイルエンドの周方向一部を、軸方向から見た概略図である。
【図１０】比較例の第１例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。
【図１１】図１０の回転電機ステータにおいて、スロットに対応する部分で切断した断面図である。
【図１２】比較例の第２例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下において、図１から図９を用いて本発明に係る実施の形態を説明する。本実施の形態の回転電機ステータ（以下、単に「ステータ」という。）は、例えば電動モータ、発電機等の回転電機を構成するために使用される。図１、図２に示すように、ステータ１０は、環状の磁性材料製のステータコア１４と、ステータコア１４に分布巻きで巻装された複数相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のセグメント環状部１６，１８，２０とを備える。ステータ１０の使用時には、ステータ１０の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ（図示せず）を配置し、ステータ１０とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機を構成する。ステータコア１４は、例えば、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、または電磁鋼板等の金属板の積層体等により形成されている。ステータコア１４は、内周面の周方向複数個所に放射状に形成されたスロット１２を有する。図１、図２では、「ｕ」「ｖ」「ｗ」の符号を付した部分が、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表している。
【００１４】
各相のセグメント環状部１６，１８，２０は、それぞれ環状に複数のステータコイルであるセグメントコイル２２を連結してなり、互いに連結される１周目要素２４（図５）及び２周目要素２６（図７）を含む。また、各セグメントコイル２２は、図３に示す、略Ｕ字形の導体セグメント２８を複数個並べて複数の導体セグメント２８が互いに接続される、すなわち接合されることによりコイル状に形成されている。各導体セグメント２８は、幅方向（図３の左右方向）両端部に２ずつのスロット１２（図１）にそれぞれ挿入される直線部３０を有する２本の平行な脚部３２と、脚部３２の一端同士を連結するターン部３４とを有する。また、導体セグメント２８は、両端部を除く導体線３６の周囲に、ポリアミドイミド等により構成されるエナメル樹脂等の絶縁部である絶縁被膜３８が被覆されている。
【００１５】
すなわち、本実施の形態のステータ１０（図１）は、いわゆる「セグメントコイル巻き型」と呼ばれるもので、断面矩形の平角線等の角線である導体線３６が絶縁被膜３８により被覆されてなるコイル素線をコイル状に形成したセグメントコイル２２（図１）が複数個設けられている。そして、ステータコア１４の周方向に複数のセグメントコイル２２を少なくとも一周分（本実施形態の場合は２周分）環状に連結することにより各相のセグメント環状部１６，１８，２０（図１）が形成されている。
【００１６】
図４は、図１のステータ１０において、１相分であるＵ相分のセグメント環状部１６をステータコア１４（図１）から取り出したもので、各セグメントコイル２２の複数の溶接部５０を周方向同位置に配置して示す図である。なお、実際には、後で図８、図９を用いて詳しく説明するように、各セグメントコイル２２の複数の溶接部５０は、最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって周方向片側に徐々にずれて配置されている（図５も同様である）が、説明の容易化のために溶接部５０の図示を上記のようにしている。
【００１７】
次に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のセグメント環状部１６，１８，２０のうち、代表してＵ相のセグメント環状部１６で説明する。Ｕ相セグメント環状部１６は、それぞれ周方向の幅が予め定められた単位コイル間隔Ｄ１（図５）である８個の単位コイルであるセグメントコイル２２を環状に連結するようにステータコア１４に巻装したものを１周目要素２４としてステータコア１４を１周りさせ、続いて同様に８個のセグメントコイル２２を環状に連結するようにステータコア１４に巻装したものを２周目要素２６（図７）としてステータコア１４を１周りさせることにより、セグメント環状部１６が形成されている。この場合、１周目要素２４を配置するスロット１２（図１）と、２周目要素２６を配置するスロット１２とは、周方向に１ずつずらしている。
【００１８】
なお、Ｖ相、Ｗ相のセグメント環状部１８，２０（図１）の基本形状は、Ｕ相の場合と同様である。Ｕ相のセグメント環状部１６は、コイル素線をコイル状に形成した単位コイルであるセグメントコイル２２を１６個組み合わせて構成している。図４で、Ｃ１、Ｃ２・・・Ｃ１６と示しているのは、１６個のセグメントコイル２２を区別するためのコイル番号で、Ｕ相セグメント環状部１６の巻き始めが１番目単位コイルであるセグメントコイルＣ１で、巻き終わりが１６番目単位コイルであるセグメントコイルＣ１６である。
【００１９】
図４に示すように、セグメントコイルＣ１に隣接してセグメントコイルＣ２を配置し、以下Ｃ３、Ｃ４・・・Ｃ１６と順次隣接して配置し、周方向に２周している。このため、コイル番号をｉとして、ｉ番目コイルと（ｉ＋８）番目コイルとは、１スロット分ずれているが一部径方向に重なり合うように配置されている。
【００２０】
図５は、図４のセグメント環状部１６のうち、１周目要素２４を取り出して示す図である。セグメント環状部１６の１周目要素２４は、８個のセグメントコイル２２が環状に連結されることにより形成されている。各セグメントコイル２２は、複数の導体セグメント２８から形成される。図５では、セグメントコイル２２のうち、２周目要素２６（図７参照）の９番目から１６番目までのセグメントコイル２２の図示を省略しているが、基本形状は図５の１周目要素２４の形状と同様で、配置位置が１周目要素２４に対し周方向にずれている。３相のセグメントコイル２２は、ステータコア１４（図１）に分布巻きで巻装されている。
【００２１】
図６は、図４のセグメント環状部１６のうち、１周目要素２４をステータコア１４に配置する様子を説明する模式図である。図７は、図４のセグメント環状部１６のうち、２周目要素２６をステータコア１４に配置する様子を説明する模式図である。図７では、図６の１周目要素２４の図を省略している。なお、図６、図７では、ステータコア１４の平面図と、その外側の複数のセグメントコイル２２とを示している。セグメントコイル２２は、いくつかのスロット１２をまたいで周方向に離れた２つのスロット１２に挿入するように、ステータコア１４の周方向複数個所に巻装している。この２つのスロット１２は、予め定めた単位コイル間隔Ｄ１で離れている。以下、セグメントコイル２２は、コイル番号を付して説明する場合がある。図６に示す、セグメントコイルＣ１は、セグメント環状部１６（図４）の巻き始めで、回転電機の動力線側である入力端子側（ＩＮ側）に接続されている。
【００２２】
セグメントコイルＣ１は、スロットＳ４とＳ１０との間にコイル素線を複数回巻回してコイル状に形成している。この巻き始めは、入力端子側であるステータコア１４の外周側であり、外周側から内周側に向かうようにスロット１２にコイル状に巻装される。次いで、セグメントコイルＣ１の巻き終わりでセグメントコイルＣ２に接続される。すなわち、セグメントコイルＣ１の巻き終わりでスロットＳ１０から単位コイル間隔Ｄ１離れたスロットＳ１６に渡り、スロットＳ１０とＳ１６との間にコイル素線を複数回巻回してコイル状に形成することで、セグメントコイルＣ２を構成している。次いで順次これを繰り返してセグメントコイルＣ１からセグメントコイルＣ８までを形成することにより１周目要素２４が構成される。
【００２３】
１周目要素２４の巻き終わりは、ステータコア１４の最外周側で、図７に示す２周目要素２６のセグメントコイルＣ９に接続される。このとき、セグメントコイルＣ９は、セグメントコイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とＳ９との間にわたって複数回巻回されることによりコイル状に形成されている。次いで、セグメントコイルＣ９の巻き終わりでセグメントコイルＣ１０に接続される。すなわち、セグメントコイルＣ９の巻き終わりでスロットＳ９から単位コイル間隔Ｄ１離れたスロットＳ１５に渡り、スロットＳ９とＳ１５との間にコイル素線を複数回巻回してコイル状に形成することで、セグメントコイルＣ１０を構成している。次いで順次これを繰り返してセグメントコイルＣ９からセグメントコイルＣ１６までを形成することにより２周目要素２６が構成される。
【００２４】
また、セグメントコイルＣ１６の巻き終わりは、ステータコア１４の最外周側から取り出され、回転電機の中性点に接続される。図７では、セグメントコイルＣ１６の巻き終わりがＯＵＴ（中性点）として示されている。このように、セグメント環状部１６の１周目要素２４と２周目要素２６とが配置されるスロット１２は、周方向にずれている。以上は、Ｕ相のセグメント環状部１６について説明したが、Ｖ相、Ｗ相のセグメント環状部１８，２０についても同様に形成するとともに、図１に示すように、Ｖ相セグメント環状部１８を配置するスロット１２を周方向に２ずつずらし、Ｗ相セグメント環状部２０を配置するスロット１２を、周方向にさらに２ずつずらしている。
【００２５】
このような各相のセグメント環状部１６，１８，２０を形成する際に、上記の図３に１つを示した複数の略Ｕ字形のコイル要素である導体セグメント２８を使用している。すなわち、複数の導体セグメント２８をコイル状に連結することにより１つのセグメントコイル２２を形成し、このセグメントコイル２２を複数環状に接続、すなわち連結することにより各相のセグメント環状部１６，１８，２０を形成している。この場合、各導体セグメント２８は、両端部に単位コイル間隔Ｄ１と同じ間隔で設けられた２本の平行な脚部３２を有し、各脚部３２の一端をターン部３４で連結している。
【００２６】
図８は、図５の１つのセグメントコイル２２の片側コイルエンド部分を複数のスロット１２との関係で示す斜視図である。図８に示すように、セグメントコイル２２を形成する場合、導体セグメント２８を複数本、例えば５本を使用し、予め一定に定めた単位コイル間隔Ｄ１で配置される２つのスロット１２に軸方向に挿入してからステータコア１４の軸方向片側（図８の上側）から突出した部分を、略周方向に曲げ形成する。その後、ステータコア１４の軸方向片側から突出した、互いに径方向に離れた導体セグメント２８の先端部で絶縁被膜３８から露出した部分であって、互いに周方向の対向する側に曲げ形成した導体セグメント２８同士の先端部を重ね合わせて溶接部５０で接続し、これを複数本の導体セグメント２８で行うことによりコイル状に形成して、セグメントコイル２２としている。
【００２７】
より具体的には、複数本の略Ｕ字形の導体セグメント２８は、ステータ１０の径方向に沿って整列させるように、ステータコア１４の軸方向他側（図８の下側）から軸方向片側（図８の上側）に向け挿入する。そして、各導体セグメント２８の２つの脚部３２の先端部で、ステータコア１４の軸方向片側面（図８の上側面）から突出した部分を、互いに略周方向（「周方向」とは、特に断らない限り、ステータの周方向を言う。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）に対向する側に曲げ形成する。
【００２８】
また、１つの導体セグメント２８の片側の脚部３２の先端部で軸方向（図１の上下方向）に向くように曲げた部分と、この１つの導体セグメント２８に径方向（「径方向」とは、特に断らない限り、ステータの径方向を言う。本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）に隣り合う他の導体セグメント２８の他側の脚部３２の先端部で軸方向に向くように曲げた部分とを、ＴＩＧ溶接等の溶接により接続して溶接部５０を形成する。そして、このような溶接部５０の形成作業を各導体セグメント２８で行うことにより、コイル状のセグメントコイル２２を形成する。
【００２９】
図１に示すように、ステータコア１４に各相のセグメント環状部１６，１８，２０を組み付けた状態で、各セグメントコイル２２のうち、ステータコア１４の軸方向両端面からそれぞれ外側に突出する部分により軸方向両側の２つのコイルエンドである、片側コイルエンド４６と他側コイルエンド４８とが形成されている。片側コイルエンド４６は、各セグメントコイル２２のうち、複数の導体セグメント２８の先端部同士の接合部である溶接部５０側部分により形成される。他側コイルエンド４８は、各セグメントコイル２２のターン部３４（図３）側部分により形成される。
【００３０】
図９は、図１のステータ１０の片側コイルエンド４６の周方向一部を、軸方向から見た概略図である。図９に示すように、各セグメントコイル２２は、片側コイルエンド４６において、複数の導体セグメント２８が径方向に離れた３個所以上（図示の例では５個所）の複数の溶接部５０で相手側の導体セグメント２８と連結されることによりコイル状に形成されている。また、複数の溶接部５０は、最内周側（図９の左端）の溶接部５０から最外周側（図９の右端）の溶接部５０に向かうにしたがって、周方向に隣り合うスロット１２同士の間隔であるスロット間隔ｄｓの１／２未満の大きさであるｄａ（＜ｄｓ／２）ずつ周方向片側（図９の矢印α側）に徐々にずれて配置されている。ここで、複数のスロット１２は、ステータ１０に放射状に形成されているため、「スロット間隔」とはステータ１０の中心軸を中心とするスロット１２間の間隔角度である中心角を意味し、スロット数がｎである場合、（３６０／ｎ）度をいう。したがって、周方向に隣り合うスロット１２同士の間隔の１／２未満の大きさｄａは、３６０／２ｎ未満の角度分であることを意味する（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである。）。
【００３１】
このように複数の溶接部５０の配置位置を規制するために、例えば、図８に示すセグメントコイル２２の片側コイルエンド４６部分において、複数の導体セグメント２８の各脚部３２の先端部の略周方向に曲げ形成した部分の長さを、最内周側の導体セグメント２８から最外周側の導体セグメント２８に向かうにしたがって、徐々に小さくしたり、または徐々に大きくすることができる。
【００３２】
なお、図８、図９に示す例の場合と異なり、複数の溶接部５０は、最内周側の溶接部５０から最外周側の溶接部５０に向かうにしたがって、スロット間隔ｄｓの１／２未満の大きさであるｄａ（＜ｄｓ／２）ずつ周方向他側（図９の矢印αと反対側）に徐々にずれて配置されるようにすることもできる。
【００３３】
このようなステータ１０によれば、各セグメントコイル２２において、複数の溶接部５０がステータ１０の周方向にずれた位置に配置されるので径方向に隣り合う溶接部５０同士の間隔を大きくでき、溶接部５０同士の絶縁性を向上させることができる。しかも、複数の溶接部５０が最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって、スロット間隔ｄｓの１／２未満の大きさｄａずつ周方向に徐々にずれている。このため、周方向に離れた溶接部５０を形成すべき部分同士の間に、溶接部５０を形成するための冶具、例えばアース電極を兼ねた溶接冶具を挿入しやすくなり、多くの溶接部５０を設ける場合でも、ステータ１０の生産性の向上を図れる。
【００３４】
例えば、溶接部５０の形成作業時には、溶接部５０を形成するための２つの導体セグメント２８の先端部同士を重ね合わせることにより重ね合わせ部を形成し、ステータ１０の軸方向片側から重ね合わせ部と空間を介して対向させ、重ね合わせ部との間でアーク放電を生じさせる放電電極である溶接ヘッド（図示せず）を配置する。これとともに、図９に二点鎖線で示すアース電極を兼ねた溶接冶具５２を溶接部５０となる部分の周方向片側または両側に１または複数の導体セグメント２８に接触するように配置する。
【００３５】
また、溶接冶具５２を接地し、溶接ヘッドに所定の高電圧を印加する。この結果、溶接ヘッドの先端と重ね合わせ部との間にアーク放電が生じ、重ね合わせ部が溶融し、２つの導体セグメント２８の端部同士が電気的にかつ機械的に接合され、溶接部５０が形成される。本実施形態によれば、図９に示すように溶接冶具５２を周方向に隣り合う重ね合わせ部同士の間に容易に配置でき、ステータ１０の生産性の向上を図れる。さらに、溶接作業の容易化を図れるため、溶接部５０の品質向上を図れる。
【００３６】
これに対して、上記の特許文献１に記載された構成の場合、導体セグメントの先端部の溶接接合された内周側接続部と外周側接続部とが周方向に１／２スロットずれて配置されている。このような特許文献１の構成でステータの径方向にずれた３個所以上の複数個所に溶接部が設けられると、ステータの溶接部を軸方向に見た場合にほぼ全周を複数の溶接部で囲まれる領域が形成される可能性がある。このため、電極を兼ねた溶接冶具等の冶具を周方向に隣り合う溶接部同士の間に挿入するためには、溶接冶具をかなり細くする必要があり、溶接部の品質が悪化する可能性がある。また、特許文献１には、別の構成として、コイルエンドで径方向に離れた複数の接続部の軸線方向高さを変えることも記載されているが、この方法ではＴＩＧ溶接等の溶接の際に高電圧を印加する溶接ヘッドで軸線方向高さの小さい重ね合わせ部分に溶接部を形成する際に、アーク放電に伴う輻射熱が別の軸線方向高さの大きい重ね合わせ部分に伝わりやすくなり、溶接部や絶縁部の品質が悪化する可能性がある。本実施形態によれば、片側コイルエンドで各溶接部のステータコアからの軸線方向高さを同じとする等、大きく変化させずに済むので、このような不都合をいずれもなくすことができる。
【００３７】
さらに、特許文献２には、導体セグメントの接合部とターン部とをそれぞれ設ける側を、径方向複数個所に配置された導体セグメントで径方向に交互に逆にすることが記載されている。このため、両側のコイルエンドのそれぞれで、ターン部と溶接部とが径方向に交互に配置されている。このような構成では、ターン部に対して溶接部から熱害を防止するため、溶接部とターン部との距離を確保する必要があり、その分だけコイルエンドのステータコアからの軸線方向高さが大きくなる可能性がある。本実施形態によれば、このような不都合をなくして、コイルエンドのステータコアからの軸線方向高さを小さくしつつ、絶縁性を十分に確保できる。
【００３８】
なお、上記の実施形態の説明では溶接作業でアース電極を兼ねた溶接冶具５２を用いる場合を説明したが、溶接冶具が溶接部５０を形成する重ね合わせ部の単なる位置決め用である場合でも、周方向に隣り合う重ね合わせ部の間に溶接冶具を挿入しやすくなる。このため、生産性の向上を図れるとともに、溶接部の品質向上を図れる。
【００３９】
図１０は、比較例の第１例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。図１０に示す比較例の第１例では、上記の図１〜９の実施形態において、ステータコイルである各セグメントコイル２２において、径方向に離れた複数の溶接部５０の配置位置を、周方向に関して同位置としている。すなわち、ステータ１０の片側コイルエンド４６において、複数の溶接部５０が径方向である放射状に並んでいる。その他の構成は図１〜９に示した実施形態と同様である。
【００４０】
このような比較例の第１例では、各セグメントコイル２２において、径方向に隣り合う溶接部５０が近接するため、溶接部５０同士の絶縁性を向上させる面から改良の余地がある。図１１は、図１０の回転電機ステータにおいて、スロット１２に対応する部分で切断した断面図である。図１１に示すように、比較例の第１例では、片側コイルエンド４６において、複数の溶接部５０が径方向に並んだ状態となるので、隣り合う溶接部５０同士の間隔が小さくなりやすい。このため、図１１の例では、隣り合う溶接部５０同士の間に絶縁紙５４が配置されている。また、この絶縁紙５４の配置スペースを確保するため、または絶縁紙５４がない場合でも隣り合う溶接部５０同士の絶縁間隔を確保するため、図１１に示すように、導体セグメント２８の片側コイルエンド４６部分が径方向両端に近づくほど外側に膨らむように曲げ形成する必要がある。このため、片側コイルエンド４６の径方向（図１１の左右方向）寸法が大きくなっている。また、導体セグメント２８を外側に曲げ形成する分、導体セグメント２８の材料の使用量が多くなったり、加工費が増加する可能性がある。
【００４１】
これに対して、上記の図１〜９に示す本実施形態によれば、このような不都合をいずれもなくすことができる。すなわち、本実施形態によれば、図１１の比較例に対して、片側コイルエンド４６で溶接部５０同士の絶縁間隔や絶縁紙の配置スペースを確保するために外側に大きく曲げ形成する必要がなく、導体セグメント２８の材料の使用量を低減できるとともに、加工費の低減を図れる。
【００４２】
また、図１２は、比較例の第２例の回転電機ステータにおいて、図９に対応する図である。図１２に示す比較例の第２例では、上記の図１〜９の実施形態において、ステータコイルである各セグメントコイル２２において、径方向に離れた複数の溶接部５０の配置位置を、周方向にずらしているが、最内周側溶接部５０から最外周側溶接部５０に向かうにしたがって周方向片側に徐々にずらす構成を採用していない。比較例の第２例では、径方向に離れた複数の溶接部５０同士で径方向片側に向かうにしたがって、周方向片側と他側とに交互にずらす千鳥配置状としている。
【００４３】
このような比較例の第２例では、周方向に隣り合う溶接部５０同士の間に溶接冶具を挿入することが難しい。このため、ステータ１０の生産性向上及び溶接部５０の品質向上の面から改良の余地がある。これに対して、本実施形態によれば、このような不都合をなくして、ステータ１０の生産性向上及び溶接部５０の品質向上を図れる。
【００４４】
なお、本実施形態では、導体セグメント２８がＵ字形に形成されたものに限定するものではなく、互いに複数個を接続することでコイル状に形成されるものであれば種々の形状の導体セグメントを使用できる。また、上記では、ステータがセグメントコイル巻き型の場合を説明したが、本発明はこのような構成に限定するものではなく、ステータコイルを形成する複数のコイル要素が片側コイルエンドで溶接され、複数の溶接部が径方向に離れた３個所以上の複数個所に配置されるものであれば、種々の形式のステータに適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ステータ、１２ スロット、１４ ステータコア、１６，１８，２０ セグメント環状部、２２ セグメントコイル、２４ １周目要素、２６ ２周目要素、２８ 導体セグメント、３０ 直線部、３２ 脚部、３４ ターン部、３６ 導体線、３８ 絶縁被膜、４６ 片側コイルエンド、４８ 他側コイルエンド、５０ 溶接部、５２ 溶接冶具、５４ 絶縁紙。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、
前記ステータコアに巻装された複数のステータコイルとを備える回転電機ステータであって、
前記各ステータコイルは、前記ステータコアの軸方向片側から突出する片側コイルエンドにおいて、複数のコイル要素が径方向に離れた３個所以上の複数の溶接部で相手側の前記コイル要素と連結されることによりコイル状に形成されており、
前記複数の溶接部は、最内周側の前記溶接部から最外周側の前記溶接部に向かうにしたがって、周方向に隣り合う前記スロット同士の間隔の１／２未満ずつ周方向に徐々にずれて配置されていることを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
前記ステータコアに分布巻きで巻装され、前記複数のステータコイルが環状に連結されることにより、複数相のセグメント環状部が形成されており、
前記各相のセグメント環状部は、
複数の前記コイル要素であるＵ字形の導体セグメントが前記ステータコアの前記スロットに軸方向に挿入されてから曲げ形成された後、互いに径方向に離れた前記導体セグメントの先端部同士が前記溶接部で接続され、コイル状に形成される前記ステータコイルである複数のセグメントコイルを含むことを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項１】
周方向複数個所に設けられたスロットを有するステータコアと、
前記ステータコアに巻装された複数のステータコイルとを備える回転電機ステータであって、
前記各ステータコイルは、前記ステータコアの軸方向片側から突出する片側コイルエンドにおいて、複数のコイル要素が径方向に離れた３個所以上の複数の溶接部で相手側の前記コイル要素と連結されることによりコイル状に形成されており、
前記複数の溶接部は、最内周側の前記溶接部から最外周側の前記溶接部に向かうにしたがって、周方向に隣り合う前記スロット同士の間隔の１／２未満ずつ周方向に徐々にずれて配置されていることを特徴とする回転電機ステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機ステータにおいて、
前記ステータコアに分布巻きで巻装され、前記複数のステータコイルが環状に連結されることにより、複数相のセグメント環状部が形成されており、
前記各相のセグメント環状部は、
複数の前記コイル要素であるＵ字形の導体セグメントが前記ステータコアの前記スロットに軸方向に挿入されてから曲げ形成された後、互いに径方向に離れた前記導体セグメントの先端部同士が前記溶接部で接続され、コイル状に形成される前記ステータコイルである複数のセグメントコイルを含むことを特徴とする回転電機ステータ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５５７３２（Ｐ２０１３−５５７３２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０４６３（Ｐ２０１１−１９０４６３）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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