特許 6606311 固定子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6606311

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】固定子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20191031BHJP

   H02K 15/085 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   H02K15/04 E

   H02K15/085

   H02K15/04 F

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-522336(P2019-522336)

(86)(22)【出願日】2018年11月16日

(86)【国際出願番号】JP2018042582

【審査請求日】2019年4月24日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠井 敬大

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０９９２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２８１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４８４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１８９９０５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １５／０４

Ｈ０２Ｋ １５／０８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに間隔を置いて対向する一対の直線部と前記直線部の一端同士を連結した架橋部とを一体に有する平角導体からなるコイルセグメントを複数個配列する準備工程と、
前記一対の直線部を固定子鉄心の第１端面側から固定子鉄心のスロットにそれぞれ挿入し、前記架橋部が前記第１端面と対向して位置し、前記一対の直線部の延出端部を前記固定子鉄心の第２端面側から軸方向に突出させる挿入工程と、
前記コイルセグメントの延出端部をそれぞれ把持可能な治具を前記第２端面側から前記固定子鉄心の中心軸線方向に離間して配置し、前記コイルセグメントの延出端部の端部側の一部である延出端部把持部をそれぞれ治具に把持させる治具配置工程と、
前記治具配置工程ののち前記治具の前記固定子鉄心に対する相対的な位置を前記固定子鉄心の前記中心軸線に対する円周方向に回動させて各コイルセグメントの各延出端部のうち前記固定子鉄心と前記治具との間に位置する折曲げ部を前記固定子鉄心の周方向に折曲げ、それぞれの前記延出端部に、前記スロットから固定子鉄心の第２端面に向かって湾曲した第１曲げ部、前記第１曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して直線的に延在する傾斜部、前記傾斜部から前記固定子鉄心の軸方向に湾曲した第２曲げ部、および前記第２曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に直線的に延在し前記治具により把持された第２直線部を成形する折曲げ工程と、
前記折曲げ工程で折り曲げられた前記各コイルセグメントの延出端部を前記第２曲げ部と前記第２直線部との境界の近傍で切断し、前記延出端部把持部の全体を切除する切断工程と、
を備えることを特徴とする固定子の製造方法。

【請求項2】

前記切断工程は、前記治具が前記延出端部把持部を把持したまま行われることを特徴とする請求項１に記載の固定子の製造方法。

【請求項3】

前記切断工程における切除方向を周方向とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定子の製造方法。

【請求項4】

前記切断工程により前記固定子鉄心の第２端面とほぼ平行に延在する切断面を形成し、
前記溶接工程は、前記固定子鉄心の径方向に隣り合う切断面をレーザー溶接により互いに溶接する請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子の製造方法。

【請求項5】

前記挿入工程は、１つの前記スロットに前記固定子鉄心の径方向に並ぶように複数の前記コイルセグメントを横断面の長辺同士が向かい合うように配列し、
前記切断工程は、１つの前記スロットに配置された複数の前記コイルセグメントを同時に切断する請求項１から４のいずれか１項に記載の固定子の製造方法。

【請求項6】

互いに間隔を置いて対向する一対の直線部と前記直線部の一端同士を連結した架橋部とを一体に有する平角導体からなるコイルセグメントを複数個配列する準備工程と、
前記一対の直線部を固定子鉄心の第１端面側から固定子鉄心のスロットにそれぞれ挿入し、前記架橋部が前記第１端面と対向して位置し、前記一対の直線部の延出端部を前記固定子鉄心の第２端面側から軸方向に突出させる挿入工程と、
前記コイルセグメントの延出端部をそれぞれ把持可能な治具を前記第２端面側から前記固定子鉄心の中心軸線方向に離間して配置し、前記コイルセグメントの延出端部の端部側の一部である延出端部把持部をそれぞれ治具に把持させる治具配置工程と、
前記治具配置工程ののち前記治具の前記固定子鉄心に対する相対的な位置を前記固定子鉄心の前記中心軸線に対する円周方向に回動させて各コイルセグメントの各延出端部のうち前記固定子鉄心と前記治具との間に位置する折曲げ部を前記固定子鉄心の周方向に折曲げる折曲げ工程と、
前記折曲げ工程で折り曲げられた前記各コイルセグメントの前記延出端部把持部の全体を切除する切断工程と、を備え、
前記切断工程は、前記治具が前記延出端部把持部を把持したまま行われることを特徴とする固定子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明の実施形態は、固定子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、永久磁石の目覚しい研究開発により、高磁気エネルギ積の永久磁石が開発され、このような永久磁石を用いた永久磁石型の回転電機が電車や自動車の電動機あるいは発電機として適用されつつある。通常、永久磁石型の回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に装着されたコイルと、を備えている。コイルは、固定子鉄心の両端面から軸方向に突出するコイルエンドを有している。このような回転電機は、小型化及び軽量化が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６２９９７２２号公報

【特許文献2】特許第６２９９７２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態の課題は、小型化を図ることのできる固定子の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、固定子の製造方法は、互いに間隔を置いて対向する一対の直線部と前記直線部の一端同士を連結した架橋部とを一体に有する平角導体からなるコイルセグメントを複数個配列する準備工程と、前記一対の直線部を固定子鉄心の第１端面側から固定子鉄心のスロットにそれぞれ挿入し、前記架橋部が前記第１端面と対向して位置し、前記一対の直線部の延出端部を前記固定子鉄心の第２端面側から軸方向に突出させる挿入工程と、前記コイルセグメントの延出端部をそれぞれ把持可能な治具を前記第２端面側から前記固定子鉄心の中心軸線方向に離間して配置し、前記コイルセグメントの延出端部の端部側の一部である延出端部把持部をそれぞれ治具に把持させる治具配置工程と、前記治具配置工程ののち前記治具の前記固定子鉄心に対する相対的な位置を前記固定子鉄心の前記中心軸線に対する円周方向に回動させて各コイルセグメントの各延出端部のうち前記固定子鉄心と前記治具との間に位置する折曲げ部を前記固定子鉄心の周方向に折曲げ、それぞれの前記延出端部に、前記スロットから固定子鉄心の第２端面に向かって湾曲した第１曲げ部、前記第１曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に対し傾斜して直線的に延在する傾斜部、前記傾斜部から前記固定子鉄心の軸方向に湾曲した第２曲げ部、および前記第２曲げ部から前記固定子鉄心の軸方向に直線的に延在し前記治具により把持された第２直線部を成形する折曲げ工程と、前記折曲げ工程で折り曲げられた前記各コイルセグメントの延出端部を前記第２曲げ部と前記第２直線部との境界の近傍で切断し、前記延出端部把持部の全体を切除する切断工程と、を備えることを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態に係る電動機を示す縦断面図。

【図2】図２は、実施形態に係る電動機の横断面図。

【図3】図３は、前記電動機の固定子の第１端面側を示す斜視図。

【図4】図４は、前記電動機の固定子の第２端面側を示す斜視図。

【図5】図５は、前記固定子の１つのスロットを拡大して示す断面図。

【図6】図６は、前記固定子のコイルを構成するコイルセグメントを示す平面図。

【図7】図７は、前記固定子の製造工程を模式的に示す図。

【図8】図８は、複数配列されたコイルセグメントを示す斜視図。

【図9】図９は、円筒状に配列されたコイルセグメントおよび固定子鉄心を示す分解斜視図。

【図10】図１０は、前記固定子鉄心に円筒状に配列されたコイルセグメントを装着した状態を示す斜視図。

【図11】図１１は、曲げ治具によるコイルセグメント直線部の曲げ成形工程を概略的に示す図。

【図12】図１２は、曲げ成形されたコイルセグメントの延出端部を示す斜視図。

【図13】図１３は、曲げ成形されたコイルセグメントの切断位置を示す図。

【図14】図１４は、前記コイルセグメントの延出端部の切断構成を模式的に示す図。

【図15】図１５は、切断により変形した状態の切断部を模式的に示す平面図。

【図16】図１６は、切断および溶接されたコイルセグメントの延出端部を示す斜視図。

【図17】図１７は、本実施形態に係る製造方法により製造された固定子の一部を示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0008】

（実施形態）
初めに、実施形態に係る製造方法が適用される回転電機の一例について説明する。
図１は、実施形態に係る回転電機の縦断面図であり、中心軸線Ｃ１を中心として片側の半分だけを示している。図２は、回転電機の横断面図である。

【0009】

図１に示すように、回転電機１０は、例えば、永久磁石型の回転電機として構成されている。回転電機１０は、環状あるいは円筒状の固定子１２と、固定子１２の内側に中心軸線Ｃ１の回りで回転自在に、かつ固定子１２と同軸的に支持された回転子１４と、これら固定子１２および回転子１４を支持するケーシング３０と、を備えている。
以下の説明では、中心軸線Ｃ１の延在方向を軸方向、中心軸線Ｃ１回りに回転する方向を周方向、軸方向および周方向に直交する方向を径方向と称する。

【0010】

図１および図２に示すように、固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１６と固定子鉄心１６に巻き付けられた回転子巻線（コイル）１８とを備えている。固定子鉄心１６は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板１７を多数枚、同芯状に積層して構成されている。多数枚の電磁鋼板１７は、固定子鉄心１６の外周面の複数個所を溶接することにより、互いに積層状態に連結されている。固定子鉄心１６は、軸方向一端に位置する第１端面１６ａ、および軸方向他端に位置する第２端面１６ｂを有している。第１端面１６ａおよび第２端面１６ｂは、中心軸線Ｃ１と直交して延在している。

【0011】

固定子鉄心１６の内周部には、複数のスロット２０が形成されている。複数のスロット２０は、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。本実施形態において、各スロット２０は固定子鉄心１６の内周面に開口している。各スロット２０は、固定子鉄心１６の内周面側から放射方向（固定子鉄心１６の中心軸に対する径方向の外側）に延出している。各スロット２０は、固定子鉄心１６の軸方向の全長に亘って延在している。各スロット２０の軸方向の一端は第１端面１６ａに開口し、軸方向の他端は第２端面１６ｂに開口している。なお、各スロット２０の内周側端部を固定子鉄心１６の内周側に開口しないように構成し、固定子鉄心１６の内周面を円筒面状としても構わない。
複数のスロット２０を形成することにより、固定子鉄心１６の内周部は、中心軸線Ｃ１に向かって突出する複数（例えば、本実施形態では４８個）のティース２１を構成している。ティース２１は、周方向に沿って等間隔を置いて配置されている。このように、固定子鉄心１６は、円環状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から中心軸線Ｃ１に向かって径方向に突出した複数のティース２１とを一体に有している。

【0012】

複数のスロット２０にコイル１８が埋め込まれ、各ティース２１に巻き付けられている。コイル１８は、固定子鉄心１６の第１端面１６ａおよび第２端面１６ｂから軸方向外側に向かって延出するコイルエンド１８ａ、１８ｂを有するように設けられている。コイル１８に交流電流を流すことにより、固定子１２（ティース２１）に所定の鎖交磁束が形成される。

【0013】

図１に示すように、固定子鉄心１６の軸方向両端には、固定子鉄心１６と略同一断面形状を有する鉄心端板（以下、端板と称する）２４がそれぞれ設けられている。更に、これら端板２４の上に鉄心押え２６が設けられている。
ケーシング３０は、ほぼ円筒状の第１ブラケット３２ａと、お椀形状の第２ブラケット３２ｂと、を有している。第１ブラケット３２ａは、固定子鉄心１６の駆動端側に位置する鉄心押え２６に連結されている。第２ブラケット３２ｂは、反駆動端側に位置する鉄心押え２６に連結されている。第１および第２ブラケット３２ａ、３２ｂは、例えば、アルミニウム合金等で形成されている。第１ブラケット３２ａの先端側に、環状のベアリングブラケット３４がボルトにて同軸的に締結されている。ベアリングブラケット３４の中央部に、例えば、ころ軸受３５を内蔵した第１軸受部３６が締結されている。第２ブラケット３２ｂの中央部に、例えば玉軸受３７を内蔵した第２軸受部３８が締結されている。

【0014】

一方、回転子１４は、第１および第２軸受部３６、３８により、中心軸線Ｃ１を中心に回転自在に支持された円柱形状のシャフト（回転軸）４２と、シャフト４２の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒形状の回転子鉄心４４と、回転子鉄心４４内に埋め込まれた複数の永久磁石４６と、を有している。回転子鉄心４４は、磁性材、例えば、ケイ素鋼などの円環状の電磁鋼板４７を多数枚、同芯状に積層した積層体として構成されている。回転子鉄心４４は中心軸線Ｃ１と同軸的に形成された内孔４８を有している。シャフト４２は内孔４８に挿通および嵌合され、回転子鉄心４４と同軸的に延在している。回転子鉄心４４の軸方向両端に、略円板状の磁気遮蔽板５４、回転子鉄心押え５６が設けられている。

【0015】

図１および図２に示すように、回転子鉄心４４は、固定子鉄心１６の内側に僅かな隙間（エアギャップ）を置いて同軸的に配置されている。すなわち、回転子鉄心４４の外周面は、僅かな隙間をおいて、固定子鉄心１６の内周面（ティース２１の先端面）に対向している。

【0016】

回転子鉄心４４には、軸方向に貫通する複数の磁石埋め込み孔５２が形成されている。各磁石埋め込み孔５２内に、永久磁石４６が装填および配置され、例えば、接着剤等により回転子鉄心４４に固定されている。各永久磁石４６は、回転子鉄心４４の全長に亘って延在している。また、複数の永久磁石４６は、回転子鉄心４４の周方向に所定の間隔を置いて配列されている。

【0017】

図２に示すように、回転子鉄心４４は、それぞれ回転子鉄心４４の半径方向あるいは放射方向に延びるｄ軸、およびｄ軸に対して電気的に９０°離間したｑ軸を有している。ここでは、隣合う磁極間の境界および中心軸線Ｃ１を通って放射方向に延びる軸をｑ軸とし、ｑ軸に対して電気的に直角な方向をｄ軸としている。ｄ軸およびｑ軸は、回転子鉄心４４の円周方向に交互に、かつ、所定の位相で設けられている。

【0018】

回転子鉄心４４の円周方向において、各ｄ軸の両側に２つの磁石埋め込み孔５２が形成されている。各埋め込み孔５２は、回転子鉄心４４を軸方向に貫通して延びている。埋め込み孔５２は、ほぼ矩形の断面形状を有し、それぞれｄ軸に対して傾斜している。回転子鉄心４４の中心軸線Ｃ１と直交する平面でみた場合、２つの埋め込み孔５２は、例えば、ほぼＶ字状に並んで配置されている。ここでは、磁石埋め込み孔５２の内周側の端はそれぞれｄ軸に隣接し、僅かな隙間をおいて互いに対向している。埋め込み孔５２の外周側の端は、回転子鉄心４４の円周方向に沿ってｄ軸から離間し、回転子鉄心４４の外周面の近傍およびｑ軸の近傍に位置している。これにより、埋め込み孔５２の外周側の端は、隣合う磁極の埋め込み孔５２の外周側端と、ｑ軸を挟んで隣接対向している。回転子鉄心４４において、埋め込み孔５２の外周側端と回転子鉄心４４の外周縁との間に幅の狭い磁路狭隘部（ブリッジ部）が形成されている。

【0019】

回転子鉄心４４に複数の空隙孔（透孔）３１が形成されている。空隙孔３１は、それぞれ回転子鉄心４４を軸方向に貫通して延びている。空隙孔３１は、それぞれｑ軸上に位置し、隣合う磁極の２つ埋め込み孔５２の間に設けられている。

【0020】

永久磁石４６は、各埋め込み孔５２に装填され、回転子鉄心４４に埋め込まれている。永久磁石４６は、例えば、断面が矩形状の細長い平板状に形成され、回転子鉄心４４の軸方向長さとほぼ等しい長さを有している。永久磁石４６は、軸方向（長手方向）もしくは周方向（幅方向）に複数に分割された磁石を組み合わせて構成されてもよく、この場合、複数の磁石の合計の長さが回転子鉄心４４の軸方向長さとほぼ等しくなうように形成される。各永久磁石４６は回転子鉄心４４のほぼ全長に亘って埋め込まれている。永久磁石４６の磁化方向は、永久磁石４６の表面および裏面と直交する方向としている。

【0021】

永久磁石４６は、埋め込み孔５２に装填され、接着剤等により回転子鉄心４４に固定されている。各ｄ軸の両側に位置する２つの永久磁石４６は、ほぼＶ字状に並んで配置されている。すなわち、２つの永久磁石４６は、内周側端から外周側端に向かうに従って、ｄ軸からの距離が徐々に広がるように配置されている。ｄ軸の両側に位置する２つの永久磁石４６は、回転子鉄心４４の円周方向において磁化方向が逆向きとなるように配置され、また、ｑ軸の両側に位置する２つの永久磁石４６は、磁化方向が同一となるように配置されている。
複数の永久磁石４６を上記のように配置することにより、回転子鉄心４４の外周部において各ｄ軸上の領域は１つの磁極を中心に形成している。本実施形態では、回転電機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石４６のＮ極とＳ極の表裏を交互に配置した、８極（４極対）、４８スロットで、単層分布巻で巻線した永久磁石埋め込み型の回転電機を構成している。

【0022】

次に、固定子１２の構成およびその製造方法について説明する。

【0023】

図３は、固定子の第１端面側を示す斜視図、図４は、固定子の第２端面側を示す斜視図、図５は、径方向に延びる１つのスロットを拡大して示す断面図、図６は、コイルセグメントの一例を示す図である。

【0024】

コイル１８は、平角導体としての平角線からなる複数のコイルセグメントＣＳを用いて構成され、かつ、固定子鉄心１６に組みつけられている。平角導体は、長手方向に垂直な断面（横断面）が略矩形の形状をしているか、少なくとも、長手方向に垂直な断面の形状が対向する２長辺を有する。平角導体の横断面が矩形である場合、四隅は直角である必要はなく、面取りやＲ加工がされていてもよい。また、横断面が対向する２長辺を有する場合、例えば長円状など、断面においてこれらの対向する２長辺の端部を結ぶ部分は曲線であってもよい。図６に示すように、コイルセグメントＣＳは、平角線を切断および折り曲げることにより、ほぼＵ字形状に形成されている。すなわち、コイルセグメントＣＳは、互いに間隔を置いて対向する一対の直線部ＣＳＳと、直線部ＣＳＳの一端部同士に繋がる架橋部ＣＳＢと、を一体に有している。コイルセグメントＣＳは、矩形の断面形状を有し、すなわち、断面は、互いに対向する一対の長辺Ｌ１および互いに対向する一対の短辺Ｓ１を有している。コイルセグメントＣＳの外面は絶縁被覆で覆われている。各直線部ＣＳＳの延出端部は、被覆が除去され、導通可能な導通部を形成している。

【0025】

図３および図４に示すように、複数のコイルセグメントＣＳは、一対の直線部ＣＳＳが、例えば、固定子鉄心１６の第１端面１６ａ側からそれぞれ対応する異なるスロット２０に差し込まれ、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂから所定長さだけ突出している。図５に示すように、１つのスロット２０に例えば、６つのコイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳが挿通される。６つの直線部ＣＳＳは、スロット２０において、固定子鉄心１６の半径方向に並んで配置されている。横断面で見た場合、６つの直線部ＣＳＳは、長辺Ｌ１同士が平行に向かい合った状態で、スロット２０内に配置されている。各直線部ＣＳＳの外面に絶縁紙Ｐが巻付けられ、直線部ＣＳＳは絶縁紙Ｐと共にスロット２０内に挿入されている。なお、絶縁紙Ｐをスロット２０に予め挿入し、スロット２０内に絶縁紙Ｐが配置された状態でコイル１８を挿入しても構わない。絶縁紙Ｐは、コイル１８を外部から電気的に絶縁し、コイル１８を物理的に保護している。

【0026】

図３に示すように、コイルセグメントＣＳの架橋部ＣＳＢは、固定子鉄心１６の第１端面１６ａに僅かに隙間を置いて対向している。架橋部ＣＳＢは、固定子鉄心１６のほぼ円周方向に沿って延在し、幾つかの架橋部ＣＳＢは、他の架橋部ＣＳＢと交差して延在している。これらの架橋部ＣＳＢは、第１端面１６ａから突出するコイルエンド１８ａを構成している。

【0027】

図４に示すように、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂ側において、各コイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳは、スロット２０を貫通した後、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂから所定長さ軸方向に延出および突出している。直線部ＣＳＳの延出部は、固定子鉄心１６の円周方向に折り曲げられ、軸方向に対して傾斜して延在している。更に、直線部ＣＳＳの延出端は、斜めに切断され、第２端面１６ｂとほぼ平行に延在する端面を有している。

【0028】

各スロット２０に挿通された６本の直線部ＣＳＳは、交互に一方向および逆方向に折曲げられている。すなわち、最外周に位置する直線部ＣＳＳは、固定子鉄心１６の円周方向の一方向に折り曲げられ、１つ内側の直線部ＣＳＳは、円周方向の他方向（逆方向）に折り曲げられている。更に１つ内側の直線部ＣＳＳは、前記一方向に折り曲げられている。異なる複数のスロット２０から延出している６本の直線部ＣＳＳの端面が、固定子鉄心１６の径方向に沿ってほぼ一列に並んで位置している。これら６つの端面は、ほぼ同一平面に延在している。

【0029】

各列の６つの直線部ＣＳＳの端面は、２つずつ（２本ずつ）互いに溶接され、電気的に導通している。溶接には、例えば、レーザー溶接を用いることがでいる。溶接部あるいは接合部は、粉体塗装、ワニス等の絶縁材料で覆われる。これら直線部ＣＳＳの延出端部は、第２端面１６ｂから突出するコイルエンド１８ｂを構成している。コイル１８の内、３本のコイルに、それぞれＵ相接続端子ＴＵ、Ｖ相接続端子ＴＶ、Ｗ相接続端子ＴＷが接続されている。本実施形態は固定子１２のコイル並列数を１とした場合を例示しており、固定子１２が備えるコイルの並列数が複数となる場合、コイル並列数に応じた接続端子がそれぞれ設けられる。

【0030】

図７は、上記のように構成された固定子１２の製造工程を模式的に示す図、図８は、複数のコイルセグメントを示す斜視図、図９は、円筒状に配列されたコイルセグメントおよび固定子鉄心を示す分解斜視図、図１０は、コイルセグメントを固定子鉄心に挿入した状態を示す斜視図である。

【0031】

固定子１２の製造工程では、図８および図９に示すように、まず、多数本のコイルセグメントＣＳを用意し、これらを円筒状に配列する。図示していないが、それぞれ円筒状に配列された３組のコイルセグメントＣＳを用意する。続いて、図７（ａ）および図１０に示すように、円筒状に配列されたコイルセグメントＣＳを、固定子鉄心１６の第１端面１６ａ側から対応するスロット２０に挿入する。この際、コイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳが対応するスロット２０に差し込まれ、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂから所定長さだけ突出する。１つのスロット２０に、６つのコイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳが挿通される。

【0032】

次いで、図７（ｂ）、（ｃ）、および図１１に示すように、円筒形状の曲げ治具５０を第２端面１６ｂ側からコイルセグメントＣＳの延出端に装着する。一例では、曲げ治具５０は、互いに同軸的に、かつ、互いに回動自在に配置された複数の環状部材を有し、各環状部材の一端に複数の直線状の係合凹所５１が設けられている。直線部ＣＳＳの延出端部を係合凹所５１に差し込んで把持した状態で、曲げ治具５０がコイルセグメントＣＳに装着される。直線部ＣＳＳ（コイルセグメントＣＳ）の延出端部のうち曲げ治具５０の係合凹所５１に差し込まれた部分を延出端部把持部と称する。延出端部把持部は、コイルセグメントＣＳの延出端部の端部側の一部を構成する。曲げ治具５０がコイルセグメントＣＳの延出端部に装着された状態で、曲げ治具５０は固定子鉄心１６の第２端面１６ｂから固定子鉄心１６の中心軸方向に離間している。なお、曲げ治具５０によるコイルセグメントＣＳの延出端部の把持は、コイルセグメントＣＳの延出端部をそれぞれ確実に固定するものでなくても構わない。すなわち、曲げ治具５０の係合凹所５１はコイルセグメントＣＳの延出端部が差し込み可能となっていればよく、係合凹所５１の内寸とコイルセグメントＣＳの延出端部の外寸との間の（周方向、径方向および／または軸方向の）隙間は許容される。

【0033】

この状態で、曲げ治具５０の複数の環状部材を時計方向あるいは反時計方向に回動させることで曲げ治具５０の固定子鉄心１６に対する相対的な位置を円周方向に回動（移動）させ、各コイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳを固定子鉄心１６の円周方向に折り曲げ、軸方向に対して傾斜させる。この際、スロット２０に挿通された６本の直線部ＣＳＳは、交互に一方向および逆方向に折曲げられている。その後、図７（ｄ）に示すように、曲げ治具５０を取外すことにより、曲げ成形が完了する。このようにして、コイルセグメントＣＳの延出端部のうち、曲げ治具５０の回動が完了した時点で曲げ治具５０の係合凹所５１に差し込まれた部分（延出端部把持部）以外の、固定子鉄心１６と曲げ治具５０との間に位置する部分が折曲げ部となる。

【0034】

図１２は、曲げ成形したコイルセグメントＣＳを拡大して示す斜視図である。図示のように、コイルセグメントＣＳの各直線部ＣＳＳは、固定子鉄心１６の軸方向から周方向に所定角度折れ曲がる第１曲げ部５２ａと、第１曲げ部５２ａから軸方向に対して傾斜して直線的に延在する傾斜部５２ｂと、傾斜部の延出端から軸方向に折れ曲がる第２曲げ部５２ｃと、第２曲げ部５２ｃから固定子鉄心１６の軸方向に直線的に延出した第２直線部（把持部）５２ｄと、を一体に有している。第２直線部（把持部）５２ｄは、曲げ治具５０により把持される部分である。把持部５２ｄは、６本ずつ、固定子鉄心１６の径方向に整列して位置している。

【0035】

続いて、図７（ｅ）、図１３に示すように、直線部ＣＳＳの延出端部をカッティングラインＣＬに沿って切断し、把持部（第２直線部）５２ｄの全体、すなわち、直線部ＣＳＳの延出端部のうち、折り曲げが完了した時点で曲げ治具５０の係合凹所５１に差し込まれた部分全て、を切除する。詳細には、第２曲げ部５２ｃと傾斜部５２ｂとの境界の近傍で延出端部を切断する。切断位置は、境界の近傍であれば、第２曲げ部５２ｃ内、あるいは、傾斜部５２ｂ内としてもよく、更に、境界上でもよい。カッティングラインＣＬは、固定子鉄心１６の第２端面１６ａとほぼ平行な面内に設定する。すなわち、延出端部を切断することにより、第２端面１６ａとほぼ平行な切断面（先端面）ｄｓが形成される。

【0036】

図１４に示すように、一例では、切断具、例えば、はさみＣＴで延出端部を切断する。この際、固定子鉄心１６の径方向に一列に並んでいる６本の把持部５２ｄを、２本ずつ、あるいは、６本同時に切断する。切断方向、すなわち、はさみＣＴの歯の移動方向は、固定子鉄心１６の周方向、すなわち、直線部ＣＳＳの長辺Ｌ１と平行な方向ｄ１としている。このような切断方向ｄ１とすることにより、図１５に示すように、切断部は、はさみＣＴにより圧縮され、長辺Ｌ１と平行な方向に縮み、短辺Ｓ１と平行な方向に伸びるように変形する。これにより、隣合う直線部ＣＳＳが互いに接近し、直線部ＣＳＳ間の隙間を小さくすることが可能となる。隙間が小さい方が、後段の溶接工程で有利となる。径方向に並ぶ６本の直線部ＣＳＳの切断面ｄｓは、ほぼ同一高さで面一に並んでいる。
なお、切断具は、はさみに限らず、カッター、レーザーカッター等の他の切断具を適宜選択可能である。

【0037】

更に、把持部（第２直線部）５２ｄの切除は、コイルセグメントＣＳの延出端部を曲げ治具５０の係合凹所５１に差し込んだ状態のまま行ってもよい。

【0038】

また、切除の際の切断具の刃（またはレーザーカッターの場合のレーザー光の光軸）の移動方向を、固定子鉄心１６の中心軸に対する周方向またはスロット２０が延びる延出方向（径方向）に対して垂直な方向とすることで、切除方向を周方向とすることが好ましい。切断具の刃を周方向に移動させてコイルセグメントＣＳの延出部分を切断する場合、切断面には周方向（または径方向に垂直な方向）の力が作用して断面形状がスロット２０の延出方向である径方向に広がることとなるため、径方向に隣接する２つのコイルセグメントＣＳの延出端同士の間隔ができにくく、以下に説明するコイルセグメントＣＳの直線部ＣＳＳの延出端の接合性を良好とできる。なお、切除方向は周方向以外に径方向としても構わない。

【0039】

切断後、図７（ｆ）および図１６に示すように、径方向に隣り合う２つの直線部ＣＳＳの延出端を溶接により接合する。溶接には、レーザー溶接を用いる。径方向に隣り合う２本の直線部ＣＳＳの切断面ｄｓにレーザー光を照射し、切断面ｄｓおよび延出端を部分的に溶融し、２つの切断面ｄｓに跨る溶接ビードＷＢを形成する。隣合う２本の直線部ＣＳＳが機械的かつ電気的に接合される。各列の直線部ＣＳＳを上記と同様に溶接および接合することにより、３相のコイル１８が形成される。
その後、各溶接部あるいは接合部を粉体塗装、あるいは、ワニス等の絶縁材料で覆うことにより、コイル間の電気的絶縁を担保する。以上の工程により、固定子鉄心１６にコイル１８を装着および接続し、固定子１２が構成される。

【0040】

以上のように構成された固定子およびその製造方法によれば、コイルセグメントＣＳの延出端部を切断、除去することにより、固定子鉄心１６の第２端面１６ｂ側のコイルエンド１８ｂの突出高さを大幅に削減し、固定子１２の小型化を実現することができる。一例では、図１７に示すように、第２直線部あるいは把持部が残っているコイルエンド１８ｂの突出高さＴ２が約２９ｍｍであるのに対して、本実施形態に係る固定子１２のコイルエンド１８ｂの突出高さＴ１は、約２０ｍｍであり、突出高さが３０％以上低減している。

【0041】

第２直線部あるいは把持部を切除した場合でも、レーザー溶接を用いることにより、コイルセグメント同士を容易に溶接、接合することができる。切断面を固定子鉄心１６の第２端面１６ｂとほぼ平行にすることことにより、コイルエンド１８ｂの高さを一層低くすることができるとともに、レーザー溶接あるいは接合を容易に行うことができる。
コイルエンドを曲げ成形した後に切断する構成であることから、曲げ成形は、従来と同様の簡易な曲げ治具を用いて行うことが可能である。同時に、予め、コイルセグメントの延出端を斜めに成形しておく必要がなく、製造工程の簡素化を図ることが可能となる。接合するコイルセグメントペアを同時に切断することで、接合部の密着度が向上し、更に、接合面（切断面）の段差を無くすることができる。これにより、以後の溶接工程を容易に、かつ、安定して行うことが可能となる。

【0042】

なお、本発明のいくつかの実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、コイルの巻数、コイルセグメントの設置数は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜、増減可能である。例えば、１つのスロットに４本あるいは８本のセグメント直線部が配置されるように構成してもよい。回転子の寸法、材質、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。本実施形態に係る回転子および電動機は、永久磁石界磁電動機に限らず、誘導電動機にも適用可能である。

【要約】

実施形態によれば、固定子の製造方法は、平角導体を折り曲げて形成されたコイルセグメント（ＣＳ）の一対の直線部（ＣＳＳ）を固定子鉄心（１６）の第１端面（１６ａ）側から固定子鉄心のスロットにそれぞれ挿入し、コイルセグメントの架橋部が第１端面と対向して位置し、直線部の延出端部を固定子鉄心の第２端面（１６ｂ）側から軸方向に突出させ、直線部の延出端部をそれぞれ把持可能な治具（５０）を固定子鉄心の第２端面側に軸方向に離間して配置してコイルセグメントの延出端部の端部側の一部である延出端部把持部（５２ｄ）を治具で把持した状態で治具の前記固定子鉄心に対する相対的な位置を固定子鉄心の中心軸線に対する円周方向に回動させ、各延出端部のうち前記固定子鉄心と治具との間に位置する折曲げ部を周方向に折曲げ、各コイルセグメントの延出端部把持部（５２ｄ）の全体を切除する。

【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】