回転電機及び回転電機の固定子コイルの製造方法
【課題】
回転電機の高出力化によって固定子コイルが発熱して高温になった時には、コイルエンドの絶縁被膜とコイル導体の界面に熱による大きな剥離力が発生し、これによって絶縁皮膜が導体から剥離して結果的に絶縁不良が発生する。
【解決手段】
コイルエンドの絶縁皮膜の先端の厚みが導体の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜に傾斜面を形成する。熱サイクルよって絶縁皮膜が導体から剥離する現象を抑制することができる。
回転電機の高出力化によって固定子コイルが発熱して高温になった時には、コイルエンドの絶縁被膜とコイル導体の界面に熱による大きな剥離力が発生し、これによって絶縁皮膜が導体から剥離して結果的に絶縁不良が発生する。
【解決手段】
コイルエンドの絶縁皮膜の先端の厚みが導体の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜に傾斜面を形成する。熱サイクルよって絶縁皮膜が導体から剥離する現象を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機や発電機のような回転電機に係り、特に固定子のコイル端部の絶縁不良を抑制した回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車等では電動機によって自動車のタイヤを駆動したり、自動車の減速時の走行慣性を利用してこの電動機を発電機として用いてリチウム電池に充電するような利用方法で回転電機が使用されている。
【０００３】
そして、このような回転電機においては当然のことながら高出力化の要請があるが、この高出力化により回転電機の固定子コイルに加わる振動が大きくなったり、固定子コイルの発熱が多くなるといった現象に起因する新たな課題が浮かび上がってきている。
【０００４】
具体的な例では発熱に起因する課題として、特にハイブリッド自動車のように発進／停止が繰り返されて固定子コイルに高熱の熱サイクルが与えられると、固定子コイルのコイル端部と隣接する他のコイル端部との間の溶接接続部に絶縁不良が発生し易くなるといった現象が発現してきている。
【０００５】
固定子コイルのコイル端部は隣接する他のコイル端部と電気的な接続を確保するため、コイル端部の絶縁皮膜（例えばエナメル皮膜）を除去してコイルの導体部分を露出させ、この導体部分のそれぞれが溶接によって結合されている。
【０００６】
尚、従来から行われてきたコイル端部の絶縁被膜の除去方法として、特許文献１にあるような回転ブラシを押し当てて絶縁被膜を除去する方法や、特許文献２にあるような有機溶剤に浸漬させて絶縁被膜を除去する方法が提案されている。
【０００７】
上述したように、固定子コイルのコイル端部の溶接箇所付近は隣接するコイル端部同士の結合のためにコイル端部の絶縁被膜が除去されている。
【０００８】
そして、高出力化によって固定子コイルの通電による発熱が多くなって高温になった状態、或いはこの通電が遮断され高温状態から固定子コイルが冷却されていく状態を繰り返す熱サイクルの中で、コイル端部の絶縁被膜とコイル導体の界面に熱による大きな剥離力が発生して絶縁皮膜が剥離され、結果的にこの剥離によって絶縁破壊が生じて絶縁不良を発生し易くなってきている。この現象は熱サイクルが繰り返されるたびに生じるので根本的な対策が必要であった。
【０００９】
ここで、特許文献３にあるように、固定子鉄心のスロット内に収められた固定子コイルの絶縁皮膜が切削油等によって劣化するのを抑えるためにワニスを使用していたが、副次的な用い方として固定子コイルのコイル端部部分にも含浸させるとワニスの接着力によってコイル端部の絶縁被膜とコイル導体の界面の間の絶縁皮膜の剥離現象をある程度抑えることが期待できる。
【００１０】
しかしながら、このワニスによる剥離抑制作用は固定子コイルに高熱の熱サイクルが加わると剥離現象が助長されるという副作用が生じることが判明した。この理由は課題の項で詳細に説明する。
【００１１】
いずれにしても、固定子コイルに生じる高熱の熱サイクルによってコイル端部の絶縁被膜とコイル導体の界面に熱による大きな剥離力が発生して絶縁皮膜が剥離され、結果的にこの剥離によって絶縁破壊が生じて絶縁不良を発生し易くなってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１４１８２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５１０号公報
【特許文献３】実開平５−０３９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、一般的にコイルの絶縁被膜の剥離や損傷の保護として、特許文献３にあるような絶縁被膜の上をワニスで覆い固める方法が提案されていた。
しかしながら、高熱の熱サイクルの繰り返しによる剥離現象に加えて、ワニスとして使用されているエポキシ系の熱硬化性樹脂では180℃〜200℃以上の高温時にワニス自体からガスが発生し、その後の冷えた状態のときにワニスの体積が減少するというワニス自体の熱収縮によって絶縁皮膜の剥離現象を助長するといった副作用が生じているらしいことがわかった。
【００１４】
したがって、高出力化に伴う固定子コイルの発熱が多くなるといった現象に対して従来例で行われていたワニスによる絶縁皮膜の剥離抑制作用は高温になると効果がさほど期待できないものであった。
【００１５】
ただ、このワニスの使用は機械的な振動等に対しては有効であるので本発明では使用することは否定しないものであり、要はワニスを使用しても剥離が抑制できれば良いものである。
発明者等の解析の結果によれば、結局のところ特許文献１や特許文献２にある絶縁皮膜の除去法だと絶縁皮膜の除去された先端部分はコイル導体面に対してほぼ直角の状態となっていることがわかった。
【００１６】
そして、熱サイクルが加わるとコイル導体と絶縁皮膜はそれぞれ固有の異なった膨張係数を有しているので膨張と収縮によって両者が相互にずれる挙動を行うが、絶縁皮膜の除去部分が直角の形状であると絶縁皮膜の除去部分の断面積は正規の絶縁皮膜の断面積とほぼ同一となり、膨張と収縮に伴う膨張力と収縮力は断面積に比例して大きくなる。
【００１７】
よって、絶縁皮膜の除去部分が直角の形状であるので、その部分での断面積は最大となり大きな膨張力と収縮力が発生する。このため、コイル導体の間に大きなずれを生じることになり、結果として剥離が生じることになる。更に、これにワニスの収縮力が作用するとより剥離現象が助長されるようになる。
【００１８】
本発明の目的は、コイル端部の絶縁皮膜が熱サイクルによって剥離することを抑制した回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の特徴は、コイルエンドの絶縁皮膜の厚みが導体の溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜の先端に傾斜面を形成するものである。
【発明の効果】
【００２０】
絶縁皮膜の先端を厚みが薄くなるように傾斜させることにより、コイルの高温発熱時から冷却するまでの間に生じる熱収縮による絶縁被膜の剥離を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用される回転電機の断面図である。
【図２】図１に示す回転電機の固定子の断面図である。
【図３】図１に示す回転電機の回転子を軸方向に垂直に断面した斜視図である。
【図４】コイルの重ね巻きによる巻線構造を有する固定子の斜視図である。
【図５】従来の固定子コイルのコイル端部の斜視図である。
【図６】図５に示す従来の固定子コイルのコイル端部のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の一実施例（第１の実施形態）になる固定子コイルのコイル端部の斜視図である。
【図８】図７に示す本発明の一実施例になる固定子コイルのコイル端部のＡ−Ａ断面図である。
【図９】絶縁被膜先端の界面の熱応力の説明図である。
【図１０】絶縁被膜のカット面のテーパー角度に対する引き剥がし荷重特性を説明する特性図である。
【図１１】絶縁被膜の引き剥がしの疲労限界強度の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例（第２の実施形態）になる固定子コイルのコイル端部の斜視図である。
【図１３】図１２に示す本発明の他の実施例になる固定子コイルのコイル端部のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】本発明の更に他の実施例（第３の実施形態）になる固定子コイルのコイル端部の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態になる固定子コイルのコイル端部の製造方法を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態になる固定子コイルのコイル端部の製造方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に従い本発明の一実施例を詳細に説明するが、まず、回転電機について図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本発明が適用される回転電機としてのかご型誘導電動機の断面図であり、図２は図１に示す固定子の断面を示す図であり、図３は回転子を軸方向に垂直な面で断面した斜視図である。
【００２３】
図１乃至図３において、かご型誘導電動機は軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有し、これらハウジング１とカバー２は例えば６本のボルト３によって締結されている。
【００２４】
ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられおり、固定子４はその水路形成部材２２の内側に焼き嵌め等で固定されている。水路形成部材２２の図示左端のフランジはハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が水路形成部材２２とハウジング１との間に形成される。
【００２５】
回転電機を冷却する冷却水は、ハウジング１に形成された取入口３２から水路２４に取り入れられた後、ハウジング１の排出口３４から排出される。
固定子４は図２の断面図に示されるように、複数のスロット４１１が周方向等間隔に設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット４１１内に挿入された３相の固定子コイル４１３とによって構成されている。
【００２６】
固定子コイル４１３が挿入される固定子鉄心４１２には２４個のスロット４１１が形成されており、固定子鉄心４１２は例えば厚さ０．０５〜０．３５ｍｍの一枚の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により内周にスロットを備えた円環状に成形し、成形された電磁鋼板を数百枚程度積層して構成された積層鋼板からなり、内周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット４１１が形成されている。
【００２７】
図１に戻り、固定子鉄心４１２の内周側には固定子鉄心４１２と微小な隙間を介して対向するように回転子５が回転可能に配置されている。回転子５はシャフト６に固定されてシャフト６と一体に回転し、このシャフト６はハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた一対のボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。
【００２８】
これらのベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のベアリング７ａは図示しない固定板によってカバー２に固定されており、ベアリング７ｂはハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。
【００２９】
シャフト６の左端にはプーリー１２がナット１１によって取り付けられており、シャフト６のプーリー１２とベアリング７ａとの間には、スリーブ９およびスペーサ１０が設けられている。
【００３０】
スリーブ９の外周およびプーリー１２の内周はやや円錐形状となっており、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６とが強固に一体化されてこれらは一体的に回転できるようになっている。
そして電動機として使用する場合は、固定子４に対して回転子５が回転駆動されるとプーリー１２によってシャフト６の回転力が外部に出力され、また発電機として使用する場合は、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力されて固定子コイルによって発電されるものである。
【００３１】
図３に示すように、かご型回転子である回転子５の回転子鉄心５１３には回転軸方向に延びる複数の導体バー５１１が周方向の全周に渡って等間隔で埋め込まれている。
回転子鉄心５１３は磁性体からなり、回転子鉄心５１３の軸方向両端には各導体バー５１１を短絡させる短絡環５１２がそれぞれ設けられている。
尚、図３の斜視図においては回転子鉄心５１３と導体バー５１１との関係を明示するために、回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー１２側の短絡環５１２およびシャフト６は図示していない。
【００３２】
回転子鉄心５１３は固定子鉄心４１２と同様に、厚さ０．０５〜０．３５mmの電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を数百枚程度積層して構成された積層鋼板からなる。
【００３３】
図３に示すように、回転子鉄心５１３の内周側には軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられ、また、回転子鉄心５１３の外周側すなわち固定子側には前述した導体バー５１１が埋め込まれており、導体バー５１１の内側の回転子ヨーク５３０に磁気回路が形成される。
【００３４】
各導体バー５１１および短絡環５１２はアルミ二ウム或いはアルミニウム合金によって構成されており、ダイキャストによって回転子鉄心５１３に一体とされている。
回転子鉄心５１３の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。
尚、図１に図示していないが、ハウジング１の底部側には回転子５の回転を検出するための検出ロータが設けられ、回転センサ１３は回転する検出ロータの歯を検出して回転子５の位置や回転子５の回転速度を検知するための電気信号を出力する。
【００３５】
図４は、固定子鉄心４１２のスロット４１１に納められて固定子鉄心内から固定子鉄心外側の長手方向に伸びた固定子コイル４１３を示している。
一つの固定子コイル４１３は所定数のスロットを間に挟んだ一対のスロットに挿入されている。
【００３６】
固定子鉄心４１２の両端面には各スロットから外部に突出した固定子コイル４１３によってコイル端部（以下、コイルエンドと称する）４１４が形成されている。
各スロットの出口部近傍のコイルエンド４１４には固定子コイル４１３が直線状に延在する直線部が設けられており、固定子鉄心４１２と固定子コイル４１３との間に絶縁紙が巻き付けられている。
【００３７】
固定子鉄心４１２に納められた固定子コイル４１３と固定子鉄心４１２及び絶縁紙には、ギャップを隔てて回転自在に設けられた回転子５の回転振動によって振動が発生する。
この固定子鉄心４１２と固定子コイル４１３の振動を防止するためと、固定子鉄心４１２に固定子コイル４１３を挿入した時に出来る傷による電気的な絶縁破壊の防止のためにエポキシ系合成樹脂からなるワニスが固定子鉄心４１２内に含浸されている。
【００３８】
また、コイルエンド４１４及び固定子コイル４１３同志の各導体線間の絶縁皮膜の保護にもエポキシ系合成樹脂からなるワニスがコイルの絶縁被覆表面に被覆されている。
【００３９】
以上のような回転電機において、コイルエンド４１４の絶縁皮膜と導体の間に生じる絶縁不良の説明と本発明によるその解決方法を説明する。
【００４０】
図５に従来のコイルエンド４１４のコイル結合部の外観図を示し、図６に図５のＡ−Ａ断面図を示している。
固定子コイル４１３は全体として導体４１６及びこの導体４１６を被覆しているポリアミドイミドやポリエステルイミドのエナメル質の絶縁被膜４１５から構成されている。
【００４１】
そして、従来の固定子コイル４１３のコイルエンド４１４付近では絶縁皮膜４１５を除去して導体４１６を露出させ、この露出された導体４１６は固定子鉄心４１４の他スロットに挿入されている隣接するコイルエンドの導体４１６と溶接によって結合される。
【００４２】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に示された回転ブラシや有機溶剤などで絶縁被膜４１５を除去する方法では、図６に示す断面のように絶縁被膜４１５の除去面４１７の先端の傾斜が導体４１６の面に対してほぼ９０°に近い直角の形状になってしまうことがわかった。
【００４３】
そして、熱サイクルが加わると導体４１６と絶縁皮膜４１５はそれぞれ固有の異なった膨張係数を有しているので膨張と収縮によって相互にずれる挙動を行う。
絶縁皮膜４１５の除去面４１７が直角の形状であると絶縁皮膜４１５の除去面４１７の断面積は正規の絶縁皮膜４１５の断面積とほぼ同一となり、膨張と収縮に伴う膨張力と収縮力は断面積に比例して大きくなる。
【００４４】
よって、絶縁皮膜の除去面４１７が導体４１６に対して直角の形状であるので、除去面４１７の部分での断面積は最大となり、この部分で大きな膨張力と収縮力が導体の軸方向或いは直角方向、もしくは両方向に発生する。
このため、導体４１６と絶縁皮膜の除去面４１７の間に大きなずれを生じることになり、結果として剥離現象が生じることになる。
【００４５】
更に、このような絶縁被膜４１５の除去面４１７の先端部分で絶縁被膜４１５に被覆させたワニスが高温の環境から温度が降下する時に発生する熱収縮力によって、絶縁皮膜４１５と導体４１６の界面で発生した剥離を助長する力が発生して絶縁皮膜４１５を導体４１６から更に剥離させる現象が生じてしまうことが判明した。
【００４６】
上述したように、回転電機の高出力化によって固定子コイルが発熱して高温になった時には、コイルエンド４１４の絶縁被膜４１５とコイル導体４１６の界面に熱による大きな剥離力が発生し、これによって絶縁皮膜が導体４１６から剥離して結果的に絶縁不良が発生し易くなってきているのが現状である。
そこで、本発明では熱サイクルよって絶縁皮膜４１５が導体４１６から剥離する現象を抑制することができる技術を提案するものである。
【実施例１】
【００４７】
本発明の第１の実施形態では、コイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが導体４１６の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜に傾斜面４１８を形成するものである。
【００４８】
以下に、第１の実施形態におけるコイルエンド４１４の構成を詳細に説明するが、図７に第１の実施形態におけるコイルエンド４１４のコイル結合部の外観図を示し、図８に図７のＡ−Ａ断面図を示している。
【００４９】
固定子コイル４１３は断面が長方形の導線（いわゆる平角線と称されている）であって、そのコイルエンド４１４は絶縁皮膜４１５を施した導体と絶縁皮膜４１５を除去した溶接結合部を構成する導体４１６となっている。
ここで、導体４１６は絶縁皮膜４１５が施されている部分を含め形状変化がない断面が長方形状の導体として形成され、絶縁皮膜４１５もこの導体上に均一に被覆されている。
【００５０】
そして、絶縁被膜４１５の先端はコイルエンド４１４の先端側に向かって絶縁被膜４１５だけの厚みが徐々に薄くなるように導体４１６の表面に対して傾斜角θを有する傾斜面４１８が形成されている。例えば、導体４１６が平角線の場合では、導体４１６の各面（４面）に接する絶縁被膜４１５の４箇所の先端を厚みが徐々に薄くなるように傾斜角θを有する傾斜面４１８をつけて形成されている。
【００５１】
尚、ここで、傾斜面４１８は直線状に構成されているが実際には曲線状であっても良いし、少々凹凸が存在しても良いものである。要はコイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが導体４１６の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となり、後述する絶縁皮膜４１５の引き剥がし荷重が所定の値に抑制されれば良いものである。
【００５２】
そして、このように絶縁被膜４１５の除去面は厚みが徐々に薄くなるように傾斜角θを有する傾斜面４１８をつけて形成されているので、この部分に発生する熱サイクルによる膨張力と収縮力は断面積に比例することから、この断面積の減少に応じて徐々に小さくなっていくようになる。このため傾斜面４１８の終点では膨張力と収縮力はかなり小さくなる。したがって、導体４１６と絶縁被膜４１５傾斜面４１８の間での剥離を抑制することができるようになる。
【００５３】
また、このように構成することで傾斜面４１８の剥離が抑制されているのでワニスの収縮力が加わっても、そもそも絶縁被膜４１５の傾斜面４１８が強固に接合されているため剥離を抑制することができる。
【００５４】
ここで、好ましくは絶縁被膜４１５の先端の傾斜面４１８と導体４１６の表面の傾斜角度θは、固定子コイル４１３が高温時から冷却時（或いはその逆）に移行するときの絶縁被膜４１５と導体４１６の界面に発生する引き剥がし力が絶縁被膜４１５の引き剥がし荷重を超えない値に決められる必要がある。
【００５５】
図９に絶縁被膜４１５先端と導体４１６の界面の熱応力の説明図を示し、図１０に絶縁被膜４１５の先端（除去面）の傾斜角度に対する引き剥がし荷重特性についての説明図を示し、図１１に絶縁被膜４１５の引き剥がしの疲労限界強度の説明図を示している。
【００５６】
図９にあるように、熱サイクルで１８０℃に加熱された後に常温２０℃に戻した時の絶縁被膜４１５と導体４１６の界面の引き剥がし力は絶縁被膜４１５の先端部で最大となる傾向にある。
【００５７】
図１０の縦軸は引き剥がし荷重の値を示し、横軸に絶縁皮膜４１５の傾斜面４１８の傾斜角度を示している。ここで、絶縁被膜４１５として通常に用いられている３種類の絶縁被膜を準備した。
一つは導体周りにポリアミドイミド層を施工したコイル（特性Ａ）、一つは導体周りにポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイル（特性Ｂ）、一つは導体周りにポリイミド層を施工したコイル（特性Ｃ）である。
【００５８】
図１０に示すように、ポリアミドイミド層を施工したコイル、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイル、ポリイミド層を施工したコイルにおいては、絶縁皮膜４１５の先端面の傾斜角度が小さくなるにつれて絶縁被膜４１５と導体４１６の界面の引き剥がし力は減少する傾向にある。
そして、この絶縁被膜４１５と導体４１６の界面の引き剥がし力が絶縁被膜４１５を引き剥がす疲労限界値を超えると剥離が生じてしまうことがわかる。
【００５９】
図１１は絶縁被膜４１５の引き剥がし荷重を実際に測定する場合の例を示しており、対象とするコイルはポリアミドイミド層を施工したコイル、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイル、ポリイミド層を施工したコイルである。
そして、熱サイクルで１８０℃に加熱した後に常温２０℃に戻した状態で、引き剥がし幅を1．5ｍｍに設定して引き剥がし、このときの荷重をフォースゲージにて測定した。この結果、絶縁被膜４１５を引き剥がす疲労限界値はおおよそで最大で約０．１６Ｎであった。
【００６０】
したがって、図１０に戻り熱サイクルで１８０℃に加熱した後の疲労限界値は最大０．１６Ｎであるので、疲労限界値である最大０．１６Ｎを満足する傾斜角度は、ポリアミドイミド層を施工したコイルでは５０°以下の傾斜角度に設定すれば良く、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイルでは６５°以下の傾斜角度に設定すれば良い、ポリイミド層を施工したコイルでは７０°以下の傾斜角度に設定すれば良いことがわかる。
【実施例２】
【００６１】
本発明の第２の実施形態では、コイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜４１５及び導体４１６の表面に傾斜面４１９を形成するものである。
【００６２】
以下に、第２の実施形態におけるコイルエンド４１４の構成を詳細に説明するが、図１２に第２の実施形態におけるコイルエンド４１４のコイル結合部の外観図を示し、図１３に図１２のＡ−Ａ断面図を示している。
【００６３】
第１実施の形態では絶縁被膜４１５だけの先端面が傾斜して形成されているのに対して、第２の実施の形態では絶縁被膜４１５の先端面に絶縁皮膜側傾斜面４２０とこれに続く導体４１６の導体本体表面から内側に導体側傾斜面４２１とが形成され、両者でもって傾斜面４１９が形成されているものである。
この実施例においても、平角線の４面は導体４１６の面に接する絶縁被膜４１５と導体４１６の表面に４箇所の絶縁皮膜４１５の先端と導体４１６に表面が傾斜を形成するように構成されている。
【００６４】
そして、図１０で説明したように１８０℃に加熱した後の疲労限界値は最大０．１６Ｎであるので疲労限界値である最大０．１６Ｎを満足する傾斜角度は、ポリアミドイミド層を施工したコイルでは５０°以下の傾斜角度に設定すれば良く、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイルでは６５°以下の傾斜角度に設定すれば良く、ポリイミド層を施工したコイルでは７０°以下の傾斜角度に設定すれば良いことがわかる。
この他、この実施形態によれば第１の実施形態に比べて、絶縁皮膜４１５と導体４１６の表面に連続した傾斜面４１９を形成するとその形成方法が容易になるといった効果を期待できる。
【００６５】
すなわち、第１の実施形態では絶縁皮膜４１５のみに傾斜面４１８を形成していたので、絶縁皮膜４１５だけを除去するのは形成工程に精密な技術を必要とする場合があるのに対し、第２の実施形態では絶縁皮膜４１５と導体４１６の表面に連続した傾斜面４１９を形成するので絶縁皮膜４１５と導体４１６の界面を明確に分けることなく形成でき、第１の実施形態に比べて形成工程に精密な技術を要さないという効果が期待できるものである。
【００６６】
また、コイルの先端部分が第１の実施形態に比べて細くなっているので固定子に配置するときにスロットに事前装着されている絶縁紙を損傷することなく配置できるという効果が期待できる。
【００６７】
この実施例においても傾斜面４１９は厳密に直線状でなくても良く、要はコイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが導体４１６の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となり、絶縁皮膜４１５の引き剥がし荷重が所定の値に抑制されれば良いものである。
【００６８】
次に、第２の実施形態における傾斜面４１９を有するコイルエンドの作り方について説明する。
【００６９】
図１４において、参照番号４２３は割り型によるプレス金型である。このプレス金型４２３は内部に固定子コイルの導体４１６が入る空間４２４を有し、その先端側内面に傾斜角部４２５を形成している。
【００７０】
この空間４２４が固定子コイルの絶縁被膜４１５を露出させた導体４１６を形成し、傾斜角部４２５が図１３に示す傾斜面４１９を形成することになる。
そして、金型４２３の下に絶縁被膜が施された固定子コイルを設置すると、金型４２３を所定の圧力で押し下げて導体４１６と絶縁被膜４１５を所定形状（ここでは図１３に示す形状））に打ち抜くものである。この場合は平角線の場合は２面しか形成できないので、次にこのコイルを９０度回転させて再度金型４２３で打ち抜いて完成されるものである。
【実施例３】
【００７１】
本発明の第３の実施形態では、第２の実施形態と同様にコイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜４１５及び導体４１６の表面に傾斜面４２２を形成するものである。
ここで、第２の実施形態と異なる点は導体４１６に形成した傾斜面が円弧状を成していることである。
【００７２】
図１５に第３の実施の形態おける固定子コイル４１４の溶接結合部の断面図を示しており、この実施の形態においては絶縁被膜４１５の先端面は第２の実施の形態と同じように直線状の絶縁皮膜側傾斜面４２３を有し、導体４１６の表面は傾斜面として滑らかな円弧状の導体側傾斜面４２４としている。もちろん、平角線の４面は導体４１６の面に接する絶縁被膜４１５と導体４１６の表面に４箇所の絶縁皮膜４１５の先端に直線状の傾斜面と導体４１６に表面が円弧状の傾斜面を形成するように構成されている。
【００７３】
この実施例においても、図１０で説明したように熱サイクルで１８０℃に加熱した後の疲労限界値は最大０．１６Ｎであるので、疲労限界値である最大０．１６Ｎを満足する傾斜角度はポリアミドイミド主体の汎用ＡＩＷでは５０°以下の傾斜角度に設定すれば良く、またポリイミド・ポリアミドイミドの複数層の絶縁皮膜では６５°以下の傾斜角度に設定すれば良いものである。
【００７４】
また、この実施例においても第２の実施形態と同様に、絶縁皮膜４１５と導体４１６の表面に連続した傾斜面４２２を形成するとその形成方法が容易になるといった効果を期待できる。
【００７５】
更に、この実施例においても第２の実施形態と同様に、コイルの先端部分が第１の実施形態に比べて細くなっているので固定子に配置するときにスロットに事前装着されている絶縁紙を損傷することなく配置できるという効果が期待できる。
【００７６】
次に、第３の実施形態における傾斜面４２２を有するコイルエンドの作り方について説明する。
【００７７】
図１６において、参照番号４２６は割り型によるプレス金型である。このプレス金型４２６は内部に固定子コイルの導体４１６が入る空間４２７を有し、その先端側内面に傾斜面と円弧面が連続して形成された傾斜角部４２８を形成している。
【００７８】
図１４と同様に、この空間４２７がコイルの絶縁被膜４１５を露出させた導体４１６を形成し、傾斜角部４２８が図１５に示す傾斜面４２２を形成することになる。
【００７９】
そして、実際には金型４２６の下に絶縁被膜が施された固定子コイルを設置すると、金型４２６を所定の圧力で押し下げて導体４１６と絶縁被膜４１５を所定形状（ここでは図１５に示す形状））に打ち抜くものである。この場合は平角線の場合は２面しか形成できないので、次にこのコイルを９０度回転させて再度金型４２３で打ち抜いて完成される。
【００８０】
尚、第１の実施形態の作り方は省略したが、第１の実施形態においても絶縁被膜４１５を傾斜して打ち抜くような金型を製作してやれば同様に絶縁被膜４１５に傾斜面を形成することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１…回転電機、４…固定子、５…回転子、４１１…スロット、４１２…固定子鉄心、４１３…固定子コイル、４１４…コイルエンド、４１５…絶縁被覆、導体…４１６
４１８…傾斜面、４１９…傾斜面、４２０…絶縁皮膜側傾斜面、４２１…直線状の導体側傾斜面、４２２…傾斜面、４２３…絶縁皮膜側傾斜面、４２４…円弧状の傾斜面
４２３…金型、４２４…空間、４２５…傾斜角部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機や発電機のような回転電機に係り、特に固定子のコイル端部の絶縁不良を抑制した回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車等では電動機によって自動車のタイヤを駆動したり、自動車の減速時の走行慣性を利用してこの電動機を発電機として用いてリチウム電池に充電するような利用方法で回転電機が使用されている。
【０００３】
そして、このような回転電機においては当然のことながら高出力化の要請があるが、この高出力化により回転電機の固定子コイルに加わる振動が大きくなったり、固定子コイルの発熱が多くなるといった現象に起因する新たな課題が浮かび上がってきている。
【０００４】
具体的な例では発熱に起因する課題として、特にハイブリッド自動車のように発進／停止が繰り返されて固定子コイルに高熱の熱サイクルが与えられると、固定子コイルのコイル端部と隣接する他のコイル端部との間の溶接接続部に絶縁不良が発生し易くなるといった現象が発現してきている。
【０００５】
固定子コイルのコイル端部は隣接する他のコイル端部と電気的な接続を確保するため、コイル端部の絶縁皮膜（例えばエナメル皮膜）を除去してコイルの導体部分を露出させ、この導体部分のそれぞれが溶接によって結合されている。
【０００６】
尚、従来から行われてきたコイル端部の絶縁被膜の除去方法として、特許文献１にあるような回転ブラシを押し当てて絶縁被膜を除去する方法や、特許文献２にあるような有機溶剤に浸漬させて絶縁被膜を除去する方法が提案されている。
【０００７】
上述したように、固定子コイルのコイル端部の溶接箇所付近は隣接するコイル端部同士の結合のためにコイル端部の絶縁被膜が除去されている。
【０００８】
そして、高出力化によって固定子コイルの通電による発熱が多くなって高温になった状態、或いはこの通電が遮断され高温状態から固定子コイルが冷却されていく状態を繰り返す熱サイクルの中で、コイル端部の絶縁被膜とコイル導体の界面に熱による大きな剥離力が発生して絶縁皮膜が剥離され、結果的にこの剥離によって絶縁破壊が生じて絶縁不良を発生し易くなってきている。この現象は熱サイクルが繰り返されるたびに生じるので根本的な対策が必要であった。
【０００９】
ここで、特許文献３にあるように、固定子鉄心のスロット内に収められた固定子コイルの絶縁皮膜が切削油等によって劣化するのを抑えるためにワニスを使用していたが、副次的な用い方として固定子コイルのコイル端部部分にも含浸させるとワニスの接着力によってコイル端部の絶縁被膜とコイル導体の界面の間の絶縁皮膜の剥離現象をある程度抑えることが期待できる。
【００１０】
しかしながら、このワニスによる剥離抑制作用は固定子コイルに高熱の熱サイクルが加わると剥離現象が助長されるという副作用が生じることが判明した。この理由は課題の項で詳細に説明する。
【００１１】
いずれにしても、固定子コイルに生じる高熱の熱サイクルによってコイル端部の絶縁被膜とコイル導体の界面に熱による大きな剥離力が発生して絶縁皮膜が剥離され、結果的にこの剥離によって絶縁破壊が生じて絶縁不良を発生し易くなってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１４１８２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５１０号公報
【特許文献３】実開平５−０３９１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、一般的にコイルの絶縁被膜の剥離や損傷の保護として、特許文献３にあるような絶縁被膜の上をワニスで覆い固める方法が提案されていた。
しかしながら、高熱の熱サイクルの繰り返しによる剥離現象に加えて、ワニスとして使用されているエポキシ系の熱硬化性樹脂では180℃〜200℃以上の高温時にワニス自体からガスが発生し、その後の冷えた状態のときにワニスの体積が減少するというワニス自体の熱収縮によって絶縁皮膜の剥離現象を助長するといった副作用が生じているらしいことがわかった。
【００１４】
したがって、高出力化に伴う固定子コイルの発熱が多くなるといった現象に対して従来例で行われていたワニスによる絶縁皮膜の剥離抑制作用は高温になると効果がさほど期待できないものであった。
【００１５】
ただ、このワニスの使用は機械的な振動等に対しては有効であるので本発明では使用することは否定しないものであり、要はワニスを使用しても剥離が抑制できれば良いものである。
発明者等の解析の結果によれば、結局のところ特許文献１や特許文献２にある絶縁皮膜の除去法だと絶縁皮膜の除去された先端部分はコイル導体面に対してほぼ直角の状態となっていることがわかった。
【００１６】
そして、熱サイクルが加わるとコイル導体と絶縁皮膜はそれぞれ固有の異なった膨張係数を有しているので膨張と収縮によって両者が相互にずれる挙動を行うが、絶縁皮膜の除去部分が直角の形状であると絶縁皮膜の除去部分の断面積は正規の絶縁皮膜の断面積とほぼ同一となり、膨張と収縮に伴う膨張力と収縮力は断面積に比例して大きくなる。
【００１７】
よって、絶縁皮膜の除去部分が直角の形状であるので、その部分での断面積は最大となり大きな膨張力と収縮力が発生する。このため、コイル導体の間に大きなずれを生じることになり、結果として剥離が生じることになる。更に、これにワニスの収縮力が作用するとより剥離現象が助長されるようになる。
【００１８】
本発明の目的は、コイル端部の絶縁皮膜が熱サイクルによって剥離することを抑制した回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の特徴は、コイルエンドの絶縁皮膜の厚みが導体の溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜の先端に傾斜面を形成するものである。
【発明の効果】
【００２０】
絶縁皮膜の先端を厚みが薄くなるように傾斜させることにより、コイルの高温発熱時から冷却するまでの間に生じる熱収縮による絶縁被膜の剥離を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用される回転電機の断面図である。
【図２】図１に示す回転電機の固定子の断面図である。
【図３】図１に示す回転電機の回転子を軸方向に垂直に断面した斜視図である。
【図４】コイルの重ね巻きによる巻線構造を有する固定子の斜視図である。
【図５】従来の固定子コイルのコイル端部の斜視図である。
【図６】図５に示す従来の固定子コイルのコイル端部のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の一実施例（第１の実施形態）になる固定子コイルのコイル端部の斜視図である。
【図８】図７に示す本発明の一実施例になる固定子コイルのコイル端部のＡ−Ａ断面図である。
【図９】絶縁被膜先端の界面の熱応力の説明図である。
【図１０】絶縁被膜のカット面のテーパー角度に対する引き剥がし荷重特性を説明する特性図である。
【図１１】絶縁被膜の引き剥がしの疲労限界強度の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例（第２の実施形態）になる固定子コイルのコイル端部の斜視図である。
【図１３】図１２に示す本発明の他の実施例になる固定子コイルのコイル端部のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】本発明の更に他の実施例（第３の実施形態）になる固定子コイルのコイル端部の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態になる固定子コイルのコイル端部の製造方法を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態になる固定子コイルのコイル端部の製造方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に従い本発明の一実施例を詳細に説明するが、まず、回転電機について図１乃至図３を用いて説明する。
図１は本発明が適用される回転電機としてのかご型誘導電動機の断面図であり、図２は図１に示す固定子の断面を示す図であり、図３は回転子を軸方向に垂直な面で断面した斜視図である。
【００２３】
図１乃至図３において、かご型誘導電動機は軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有し、これらハウジング１とカバー２は例えば６本のボルト３によって締結されている。
【００２４】
ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられおり、固定子４はその水路形成部材２２の内側に焼き嵌め等で固定されている。水路形成部材２２の図示左端のフランジはハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が水路形成部材２２とハウジング１との間に形成される。
【００２５】
回転電機を冷却する冷却水は、ハウジング１に形成された取入口３２から水路２４に取り入れられた後、ハウジング１の排出口３４から排出される。
固定子４は図２の断面図に示されるように、複数のスロット４１１が周方向等間隔に設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット４１１内に挿入された３相の固定子コイル４１３とによって構成されている。
【００２６】
固定子コイル４１３が挿入される固定子鉄心４１２には２４個のスロット４１１が形成されており、固定子鉄心４１２は例えば厚さ０．０５〜０．３５ｍｍの一枚の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により内周にスロットを備えた円環状に成形し、成形された電磁鋼板を数百枚程度積層して構成された積層鋼板からなり、内周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット４１１が形成されている。
【００２７】
図１に戻り、固定子鉄心４１２の内周側には固定子鉄心４１２と微小な隙間を介して対向するように回転子５が回転可能に配置されている。回転子５はシャフト６に固定されてシャフト６と一体に回転し、このシャフト６はハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた一対のボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。
【００２８】
これらのベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のベアリング７ａは図示しない固定板によってカバー２に固定されており、ベアリング７ｂはハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。
【００２９】
シャフト６の左端にはプーリー１２がナット１１によって取り付けられており、シャフト６のプーリー１２とベアリング７ａとの間には、スリーブ９およびスペーサ１０が設けられている。
【００３０】
スリーブ９の外周およびプーリー１２の内周はやや円錐形状となっており、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６とが強固に一体化されてこれらは一体的に回転できるようになっている。
そして電動機として使用する場合は、固定子４に対して回転子５が回転駆動されるとプーリー１２によってシャフト６の回転力が外部に出力され、また発電機として使用する場合は、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力されて固定子コイルによって発電されるものである。
【００３１】
図３に示すように、かご型回転子である回転子５の回転子鉄心５１３には回転軸方向に延びる複数の導体バー５１１が周方向の全周に渡って等間隔で埋め込まれている。
回転子鉄心５１３は磁性体からなり、回転子鉄心５１３の軸方向両端には各導体バー５１１を短絡させる短絡環５１２がそれぞれ設けられている。
尚、図３の斜視図においては回転子鉄心５１３と導体バー５１１との関係を明示するために、回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー１２側の短絡環５１２およびシャフト６は図示していない。
【００３２】
回転子鉄心５１３は固定子鉄心４１２と同様に、厚さ０．０５〜０．３５mmの電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を数百枚程度積層して構成された積層鋼板からなる。
【００３３】
図３に示すように、回転子鉄心５１３の内周側には軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられ、また、回転子鉄心５１３の外周側すなわち固定子側には前述した導体バー５１１が埋め込まれており、導体バー５１１の内側の回転子ヨーク５３０に磁気回路が形成される。
【００３４】
各導体バー５１１および短絡環５１２はアルミ二ウム或いはアルミニウム合金によって構成されており、ダイキャストによって回転子鉄心５１３に一体とされている。
回転子鉄心５１３の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。
尚、図１に図示していないが、ハウジング１の底部側には回転子５の回転を検出するための検出ロータが設けられ、回転センサ１３は回転する検出ロータの歯を検出して回転子５の位置や回転子５の回転速度を検知するための電気信号を出力する。
【００３５】
図４は、固定子鉄心４１２のスロット４１１に納められて固定子鉄心内から固定子鉄心外側の長手方向に伸びた固定子コイル４１３を示している。
一つの固定子コイル４１３は所定数のスロットを間に挟んだ一対のスロットに挿入されている。
【００３６】
固定子鉄心４１２の両端面には各スロットから外部に突出した固定子コイル４１３によってコイル端部（以下、コイルエンドと称する）４１４が形成されている。
各スロットの出口部近傍のコイルエンド４１４には固定子コイル４１３が直線状に延在する直線部が設けられており、固定子鉄心４１２と固定子コイル４１３との間に絶縁紙が巻き付けられている。
【００３７】
固定子鉄心４１２に納められた固定子コイル４１３と固定子鉄心４１２及び絶縁紙には、ギャップを隔てて回転自在に設けられた回転子５の回転振動によって振動が発生する。
この固定子鉄心４１２と固定子コイル４１３の振動を防止するためと、固定子鉄心４１２に固定子コイル４１３を挿入した時に出来る傷による電気的な絶縁破壊の防止のためにエポキシ系合成樹脂からなるワニスが固定子鉄心４１２内に含浸されている。
【００３８】
また、コイルエンド４１４及び固定子コイル４１３同志の各導体線間の絶縁皮膜の保護にもエポキシ系合成樹脂からなるワニスがコイルの絶縁被覆表面に被覆されている。
【００３９】
以上のような回転電機において、コイルエンド４１４の絶縁皮膜と導体の間に生じる絶縁不良の説明と本発明によるその解決方法を説明する。
【００４０】
図５に従来のコイルエンド４１４のコイル結合部の外観図を示し、図６に図５のＡ−Ａ断面図を示している。
固定子コイル４１３は全体として導体４１６及びこの導体４１６を被覆しているポリアミドイミドやポリエステルイミドのエナメル質の絶縁被膜４１５から構成されている。
【００４１】
そして、従来の固定子コイル４１３のコイルエンド４１４付近では絶縁皮膜４１５を除去して導体４１６を露出させ、この露出された導体４１６は固定子鉄心４１４の他スロットに挿入されている隣接するコイルエンドの導体４１６と溶接によって結合される。
【００４２】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に示された回転ブラシや有機溶剤などで絶縁被膜４１５を除去する方法では、図６に示す断面のように絶縁被膜４１５の除去面４１７の先端の傾斜が導体４１６の面に対してほぼ９０°に近い直角の形状になってしまうことがわかった。
【００４３】
そして、熱サイクルが加わると導体４１６と絶縁皮膜４１５はそれぞれ固有の異なった膨張係数を有しているので膨張と収縮によって相互にずれる挙動を行う。
絶縁皮膜４１５の除去面４１７が直角の形状であると絶縁皮膜４１５の除去面４１７の断面積は正規の絶縁皮膜４１５の断面積とほぼ同一となり、膨張と収縮に伴う膨張力と収縮力は断面積に比例して大きくなる。
【００４４】
よって、絶縁皮膜の除去面４１７が導体４１６に対して直角の形状であるので、除去面４１７の部分での断面積は最大となり、この部分で大きな膨張力と収縮力が導体の軸方向或いは直角方向、もしくは両方向に発生する。
このため、導体４１６と絶縁皮膜の除去面４１７の間に大きなずれを生じることになり、結果として剥離現象が生じることになる。
【００４５】
更に、このような絶縁被膜４１５の除去面４１７の先端部分で絶縁被膜４１５に被覆させたワニスが高温の環境から温度が降下する時に発生する熱収縮力によって、絶縁皮膜４１５と導体４１６の界面で発生した剥離を助長する力が発生して絶縁皮膜４１５を導体４１６から更に剥離させる現象が生じてしまうことが判明した。
【００４６】
上述したように、回転電機の高出力化によって固定子コイルが発熱して高温になった時には、コイルエンド４１４の絶縁被膜４１５とコイル導体４１６の界面に熱による大きな剥離力が発生し、これによって絶縁皮膜が導体４１６から剥離して結果的に絶縁不良が発生し易くなってきているのが現状である。
そこで、本発明では熱サイクルよって絶縁皮膜４１５が導体４１６から剥離する現象を抑制することができる技術を提案するものである。
【実施例１】
【００４７】
本発明の第１の実施形態では、コイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが導体４１６の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜に傾斜面４１８を形成するものである。
【００４８】
以下に、第１の実施形態におけるコイルエンド４１４の構成を詳細に説明するが、図７に第１の実施形態におけるコイルエンド４１４のコイル結合部の外観図を示し、図８に図７のＡ−Ａ断面図を示している。
【００４９】
固定子コイル４１３は断面が長方形の導線（いわゆる平角線と称されている）であって、そのコイルエンド４１４は絶縁皮膜４１５を施した導体と絶縁皮膜４１５を除去した溶接結合部を構成する導体４１６となっている。
ここで、導体４１６は絶縁皮膜４１５が施されている部分を含め形状変化がない断面が長方形状の導体として形成され、絶縁皮膜４１５もこの導体上に均一に被覆されている。
【００５０】
そして、絶縁被膜４１５の先端はコイルエンド４１４の先端側に向かって絶縁被膜４１５だけの厚みが徐々に薄くなるように導体４１６の表面に対して傾斜角θを有する傾斜面４１８が形成されている。例えば、導体４１６が平角線の場合では、導体４１６の各面（４面）に接する絶縁被膜４１５の４箇所の先端を厚みが徐々に薄くなるように傾斜角θを有する傾斜面４１８をつけて形成されている。
【００５１】
尚、ここで、傾斜面４１８は直線状に構成されているが実際には曲線状であっても良いし、少々凹凸が存在しても良いものである。要はコイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが導体４１６の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となり、後述する絶縁皮膜４１５の引き剥がし荷重が所定の値に抑制されれば良いものである。
【００５２】
そして、このように絶縁被膜４１５の除去面は厚みが徐々に薄くなるように傾斜角θを有する傾斜面４１８をつけて形成されているので、この部分に発生する熱サイクルによる膨張力と収縮力は断面積に比例することから、この断面積の減少に応じて徐々に小さくなっていくようになる。このため傾斜面４１８の終点では膨張力と収縮力はかなり小さくなる。したがって、導体４１６と絶縁被膜４１５傾斜面４１８の間での剥離を抑制することができるようになる。
【００５３】
また、このように構成することで傾斜面４１８の剥離が抑制されているのでワニスの収縮力が加わっても、そもそも絶縁被膜４１５の傾斜面４１８が強固に接合されているため剥離を抑制することができる。
【００５４】
ここで、好ましくは絶縁被膜４１５の先端の傾斜面４１８と導体４１６の表面の傾斜角度θは、固定子コイル４１３が高温時から冷却時（或いはその逆）に移行するときの絶縁被膜４１５と導体４１６の界面に発生する引き剥がし力が絶縁被膜４１５の引き剥がし荷重を超えない値に決められる必要がある。
【００５５】
図９に絶縁被膜４１５先端と導体４１６の界面の熱応力の説明図を示し、図１０に絶縁被膜４１５の先端（除去面）の傾斜角度に対する引き剥がし荷重特性についての説明図を示し、図１１に絶縁被膜４１５の引き剥がしの疲労限界強度の説明図を示している。
【００５６】
図９にあるように、熱サイクルで１８０℃に加熱された後に常温２０℃に戻した時の絶縁被膜４１５と導体４１６の界面の引き剥がし力は絶縁被膜４１５の先端部で最大となる傾向にある。
【００５７】
図１０の縦軸は引き剥がし荷重の値を示し、横軸に絶縁皮膜４１５の傾斜面４１８の傾斜角度を示している。ここで、絶縁被膜４１５として通常に用いられている３種類の絶縁被膜を準備した。
一つは導体周りにポリアミドイミド層を施工したコイル（特性Ａ）、一つは導体周りにポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイル（特性Ｂ）、一つは導体周りにポリイミド層を施工したコイル（特性Ｃ）である。
【００５８】
図１０に示すように、ポリアミドイミド層を施工したコイル、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイル、ポリイミド層を施工したコイルにおいては、絶縁皮膜４１５の先端面の傾斜角度が小さくなるにつれて絶縁被膜４１５と導体４１６の界面の引き剥がし力は減少する傾向にある。
そして、この絶縁被膜４１５と導体４１６の界面の引き剥がし力が絶縁被膜４１５を引き剥がす疲労限界値を超えると剥離が生じてしまうことがわかる。
【００５９】
図１１は絶縁被膜４１５の引き剥がし荷重を実際に測定する場合の例を示しており、対象とするコイルはポリアミドイミド層を施工したコイル、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイル、ポリイミド層を施工したコイルである。
そして、熱サイクルで１８０℃に加熱した後に常温２０℃に戻した状態で、引き剥がし幅を1．5ｍｍに設定して引き剥がし、このときの荷重をフォースゲージにて測定した。この結果、絶縁被膜４１５を引き剥がす疲労限界値はおおよそで最大で約０．１６Ｎであった。
【００６０】
したがって、図１０に戻り熱サイクルで１８０℃に加熱した後の疲労限界値は最大０．１６Ｎであるので、疲労限界値である最大０．１６Ｎを満足する傾斜角度は、ポリアミドイミド層を施工したコイルでは５０°以下の傾斜角度に設定すれば良く、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイルでは６５°以下の傾斜角度に設定すれば良い、ポリイミド層を施工したコイルでは７０°以下の傾斜角度に設定すれば良いことがわかる。
【実施例２】
【００６１】
本発明の第２の実施形態では、コイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜４１５及び導体４１６の表面に傾斜面４１９を形成するものである。
【００６２】
以下に、第２の実施形態におけるコイルエンド４１４の構成を詳細に説明するが、図１２に第２の実施形態におけるコイルエンド４１４のコイル結合部の外観図を示し、図１３に図１２のＡ−Ａ断面図を示している。
【００６３】
第１実施の形態では絶縁被膜４１５だけの先端面が傾斜して形成されているのに対して、第２の実施の形態では絶縁被膜４１５の先端面に絶縁皮膜側傾斜面４２０とこれに続く導体４１６の導体本体表面から内側に導体側傾斜面４２１とが形成され、両者でもって傾斜面４１９が形成されているものである。
この実施例においても、平角線の４面は導体４１６の面に接する絶縁被膜４１５と導体４１６の表面に４箇所の絶縁皮膜４１５の先端と導体４１６に表面が傾斜を形成するように構成されている。
【００６４】
そして、図１０で説明したように１８０℃に加熱した後の疲労限界値は最大０．１６Ｎであるので疲労限界値である最大０．１６Ｎを満足する傾斜角度は、ポリアミドイミド層を施工したコイルでは５０°以下の傾斜角度に設定すれば良く、ポリイミドとポリアミドイミドの複数層を形成したコイルでは６５°以下の傾斜角度に設定すれば良く、ポリイミド層を施工したコイルでは７０°以下の傾斜角度に設定すれば良いことがわかる。
この他、この実施形態によれば第１の実施形態に比べて、絶縁皮膜４１５と導体４１６の表面に連続した傾斜面４１９を形成するとその形成方法が容易になるといった効果を期待できる。
【００６５】
すなわち、第１の実施形態では絶縁皮膜４１５のみに傾斜面４１８を形成していたので、絶縁皮膜４１５だけを除去するのは形成工程に精密な技術を必要とする場合があるのに対し、第２の実施形態では絶縁皮膜４１５と導体４１６の表面に連続した傾斜面４１９を形成するので絶縁皮膜４１５と導体４１６の界面を明確に分けることなく形成でき、第１の実施形態に比べて形成工程に精密な技術を要さないという効果が期待できるものである。
【００６６】
また、コイルの先端部分が第１の実施形態に比べて細くなっているので固定子に配置するときにスロットに事前装着されている絶縁紙を損傷することなく配置できるという効果が期待できる。
【００６７】
この実施例においても傾斜面４１９は厳密に直線状でなくても良く、要はコイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが導体４１６の溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ形状となり、絶縁皮膜４１５の引き剥がし荷重が所定の値に抑制されれば良いものである。
【００６８】
次に、第２の実施形態における傾斜面４１９を有するコイルエンドの作り方について説明する。
【００６９】
図１４において、参照番号４２３は割り型によるプレス金型である。このプレス金型４２３は内部に固定子コイルの導体４１６が入る空間４２４を有し、その先端側内面に傾斜角部４２５を形成している。
【００７０】
この空間４２４が固定子コイルの絶縁被膜４１５を露出させた導体４１６を形成し、傾斜角部４２５が図１３に示す傾斜面４１９を形成することになる。
そして、金型４２３の下に絶縁被膜が施された固定子コイルを設置すると、金型４２３を所定の圧力で押し下げて導体４１６と絶縁被膜４１５を所定形状（ここでは図１３に示す形状））に打ち抜くものである。この場合は平角線の場合は２面しか形成できないので、次にこのコイルを９０度回転させて再度金型４２３で打ち抜いて完成されるものである。
【実施例３】
【００７１】
本発明の第３の実施形態では、第２の実施形態と同様にコイルエンド４１４の絶縁皮膜４１５の先端の厚みが溶接による溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状となるように絶縁皮膜４１５及び導体４１６の表面に傾斜面４２２を形成するものである。
ここで、第２の実施形態と異なる点は導体４１６に形成した傾斜面が円弧状を成していることである。
【００７２】
図１５に第３の実施の形態おける固定子コイル４１４の溶接結合部の断面図を示しており、この実施の形態においては絶縁被膜４１５の先端面は第２の実施の形態と同じように直線状の絶縁皮膜側傾斜面４２３を有し、導体４１６の表面は傾斜面として滑らかな円弧状の導体側傾斜面４２４としている。もちろん、平角線の４面は導体４１６の面に接する絶縁被膜４１５と導体４１６の表面に４箇所の絶縁皮膜４１５の先端に直線状の傾斜面と導体４１６に表面が円弧状の傾斜面を形成するように構成されている。
【００７３】
この実施例においても、図１０で説明したように熱サイクルで１８０℃に加熱した後の疲労限界値は最大０．１６Ｎであるので、疲労限界値である最大０．１６Ｎを満足する傾斜角度はポリアミドイミド主体の汎用ＡＩＷでは５０°以下の傾斜角度に設定すれば良く、またポリイミド・ポリアミドイミドの複数層の絶縁皮膜では６５°以下の傾斜角度に設定すれば良いものである。
【００７４】
また、この実施例においても第２の実施形態と同様に、絶縁皮膜４１５と導体４１６の表面に連続した傾斜面４２２を形成するとその形成方法が容易になるといった効果を期待できる。
【００７５】
更に、この実施例においても第２の実施形態と同様に、コイルの先端部分が第１の実施形態に比べて細くなっているので固定子に配置するときにスロットに事前装着されている絶縁紙を損傷することなく配置できるという効果が期待できる。
【００７６】
次に、第３の実施形態における傾斜面４２２を有するコイルエンドの作り方について説明する。
【００７７】
図１６において、参照番号４２６は割り型によるプレス金型である。このプレス金型４２６は内部に固定子コイルの導体４１６が入る空間４２７を有し、その先端側内面に傾斜面と円弧面が連続して形成された傾斜角部４２８を形成している。
【００７８】
図１４と同様に、この空間４２７がコイルの絶縁被膜４１５を露出させた導体４１６を形成し、傾斜角部４２８が図１５に示す傾斜面４２２を形成することになる。
【００７９】
そして、実際には金型４２６の下に絶縁被膜が施された固定子コイルを設置すると、金型４２６を所定の圧力で押し下げて導体４１６と絶縁被膜４１５を所定形状（ここでは図１５に示す形状））に打ち抜くものである。この場合は平角線の場合は２面しか形成できないので、次にこのコイルを９０度回転させて再度金型４２３で打ち抜いて完成される。
【００８０】
尚、第１の実施形態の作り方は省略したが、第１の実施形態においても絶縁被膜４１５を傾斜して打ち抜くような金型を製作してやれば同様に絶縁被膜４１５に傾斜面を形成することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１…回転電機、４…固定子、５…回転子、４１１…スロット、４１２…固定子鉄心、４１３…固定子コイル、４１４…コイルエンド、４１５…絶縁被覆、導体…４１６
４１８…傾斜面、４１９…傾斜面、４２０…絶縁皮膜側傾斜面、４２１…直線状の導体側傾斜面、４２２…傾斜面、４２３…絶縁皮膜側傾斜面、４２４…円弧状の傾斜面
４２３…金型、４２４…空間、４２５…傾斜角部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子収納空間を備えた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周に等間隔に設けられた複数のスロットと、前記スロットに挿入され隣接するコイルと溶接結合部によって結合されるコイルエンドをそれぞれ有し前記コイルエンド以外に絶縁皮膜が施された複数のコイルと、前記回転子収納空間に収納された回転子とを少なくとも備えた回転電機において、
前記コイルエンドに至る前記絶縁皮膜の先端に、その厚みが前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ傾斜面を形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、前記傾斜面は前記絶縁皮膜の先端にだけ形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、前記傾斜面は前記絶縁被膜の先端と前記コイルエンドの導体の表面から内部側に向かって形成されていること特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機において、前記コイルエンドの導体の表面から内部側に向かって形成されている傾斜面は直線状に形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項３に記載の回転電機において、前記コイルエンドの導体の表面から内部側に向かって形成されている傾斜面は円弧状に形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の回転電機において、前記絶縁被膜がポリアミドイミド及びポリイミドを含む複数層から形成されているときの前記絶縁被膜の先端に形成した傾斜面の傾斜角度は６５°以下の傾斜角度であることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５に記載の回転電機において、前記絶縁被膜がポリアミドイミドであるときの前記絶縁被膜の先端に形成した傾斜面の傾斜角度は５０°以下の傾斜角度であることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５に記載の回転電機において、前記絶縁被膜がポリイミドであるときの前記絶縁被膜の先端に形成した傾斜面の傾斜角度は７０°以下の傾斜角度であることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１に記載の回転電機おいて、前記コイルは角線であって前記絶縁被膜は前記角線の4面に施され、前記絶縁皮膜の先端にその厚みが前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ傾斜面を形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
回転子収納空間を備えた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周に等間隔に設けられた複数のスロットと、前記スロットに挿入され隣接するコイルと溶接結合部によって結合されるコイルエンドをそれぞれ有し前記コイルエンド以外に絶縁皮膜が施された複数のコイルと、前記回転子収納空間に収納された回転子とを少なくとも備えた回転電機において、
前記コイルエンドに施された前記絶縁皮膜が前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状に打ち抜く金型の打ち抜き工程によって前記絶縁被膜の先端に傾斜面を形成することを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項１１】
回転子収納空間を備えた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周に等間隔に設けられた複数のスロットと、前記スロットに挿入され隣接するコイルと溶接結合部によって結合されるコイルエンドをそれぞれ有し前記コイルエンド以外に絶縁皮膜が施された複数のコイルと、前記回転子収納空間に収納された回転子とを少なくとも備えた回転電機において、
前記コイルエンドに施された前記絶縁皮膜及び前記コイルの導体の表面から内側を前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状に打ち抜く金型の打ち抜き工程によって前記絶縁被膜の先端及び前記導体の内側に傾斜面を形成することを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回転電機の固定子コイルの製造方法において、前記傾斜面は前記絶縁被膜及び前記導体に亘って直線状に形成する金型の打ち抜き工程によって形成されるか、或いは前記絶縁被膜は直線状に形成され、かつ前記導体は円弧状に形成する金型の打ち抜き工程によって形成されることを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項１】
回転子収納空間を備えた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周に等間隔に設けられた複数のスロットと、前記スロットに挿入され隣接するコイルと溶接結合部によって結合されるコイルエンドをそれぞれ有し前記コイルエンド以外に絶縁皮膜が施された複数のコイルと、前記回転子収納空間に収納された回転子とを少なくとも備えた回転電機において、
前記コイルエンドに至る前記絶縁皮膜の先端に、その厚みが前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ傾斜面を形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、前記傾斜面は前記絶縁皮膜の先端にだけ形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、前記傾斜面は前記絶縁被膜の先端と前記コイルエンドの導体の表面から内部側に向かって形成されていること特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機において、前記コイルエンドの導体の表面から内部側に向かって形成されている傾斜面は直線状に形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項３に記載の回転電機において、前記コイルエンドの導体の表面から内部側に向かって形成されている傾斜面は円弧状に形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の回転電機において、前記絶縁被膜がポリアミドイミド及びポリイミドを含む複数層から形成されているときの前記絶縁被膜の先端に形成した傾斜面の傾斜角度は６５°以下の傾斜角度であることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５に記載の回転電機において、前記絶縁被膜がポリアミドイミドであるときの前記絶縁被膜の先端に形成した傾斜面の傾斜角度は５０°以下の傾斜角度であることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５に記載の回転電機において、前記絶縁被膜がポリイミドであるときの前記絶縁被膜の先端に形成した傾斜面の傾斜角度は７０°以下の傾斜角度であることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１に記載の回転電機おいて、前記コイルは角線であって前記絶縁被膜は前記角線の4面に施され、前記絶縁皮膜の先端にその厚みが前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなる傾斜をもつ傾斜面を形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
回転子収納空間を備えた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周に等間隔に設けられた複数のスロットと、前記スロットに挿入され隣接するコイルと溶接結合部によって結合されるコイルエンドをそれぞれ有し前記コイルエンド以外に絶縁皮膜が施された複数のコイルと、前記回転子収納空間に収納された回転子とを少なくとも備えた回転電機において、
前記コイルエンドに施された前記絶縁皮膜が前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状に打ち抜く金型の打ち抜き工程によって前記絶縁被膜の先端に傾斜面を形成することを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項１１】
回転子収納空間を備えた円環状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周に等間隔に設けられた複数のスロットと、前記スロットに挿入され隣接するコイルと溶接結合部によって結合されるコイルエンドをそれぞれ有し前記コイルエンド以外に絶縁皮膜が施された複数のコイルと、前記回転子収納空間に収納された回転子とを少なくとも備えた回転電機において、
前記コイルエンドに施された前記絶縁皮膜及び前記コイルの導体の表面から内側を前記コイルエンドの前記溶接結合部に向かって徐々に薄くなるような傾斜をもつ形状に打ち抜く金型の打ち抜き工程によって前記絶縁被膜の先端及び前記導体の内側に傾斜面を形成することを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回転電機の固定子コイルの製造方法において、前記傾斜面は前記絶縁被膜及び前記導体に亘って直線状に形成する金型の打ち抜き工程によって形成されるか、或いは前記絶縁被膜は直線状に形成され、かつ前記導体は円弧状に形成する金型の打ち抜き工程によって形成されることを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１３−２１８９６（Ｐ２０１３−２１８９６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５８５５（Ｐ２０１１−１５５８５５）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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