特開 2024-139549 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139549

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/48 20060101AFI20241002BHJP

【ＦＩ】

H02K3/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050540

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】池田 賢二

(72)【発明者】

【氏名】榎本 裕治

(72)【発明者】

【氏名】床井 博洋

(72)【発明者】

【氏名】村木 孝仁

(72)【発明者】

【氏名】酒井 亨

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA05

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC15

5H604DA02

5H604QB13

(57)【要約】

【課題】ステータコアの凹部と凸部による接続部の接触領域に生じるマイクロレベルの溝の改善により、嵌合部の接触面積を拡大して導通信頼性を向上した回転電機を提供する。
【解決手段】凸部３５を一端に有する第１コイルセグメント３０と、凹部４６を一端に有する第２コイルセグメント４０を有するステータコイルを備え、凸部３５の突起側面３５ｂは第１コイルセグメント３０の金属面とし、凹部４６の内側壁面４６ｂの金属面の上には、第１コイルセグメント３０の金属よりも硬度が低い金属メッキ層５０を形成する。コイルセグメント３０、４０の接合時には、突起側面３５ｂの金属面が、硬度が低い金属メッキ層５０と接触するので、突起３８ａ、溝３８ｂと金属メッキ層５０との間の隙間が塞がれ、接触抵抗が低減する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に固定されるロータと、
金属製の複数のコイルセグメントを接続して形成されるステータコイルと、前記ステータコイルの一部を収納するスロットが複数形成されたステータコアと、を有するステータを備えた回転電機において、
前記コイルセグメントは、
前記ステータコアの前記回転軸方向の一方側又は他方側から前記スロット内に挿入されるものであって、
前記スロットに収納される直線部と、
前記ステータコアの端面から突出して前記ステータコアの軸方向に対して交差する方向に延在するようにして前記スロットの外部に配置される傾斜部と、を有し、
前記コイルセグメントとして、凸部を一端に有する第１のコイルセグメントと凹部を一端に有する第２のコイルセグメントを有し、
前記凸部又は前記凹部は、少なくとも凹凸による嵌合面の一方側に第一金属層を含み、他方側に前記第一金属層よりも硬度の低い第二金属層を有する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、
前記第１及び第２のコイルセグメントは同一金属によって形成され、前記第２のコイルセグメントの前記凹部の挿入方向と平行な内側壁面に、前記第１のコイルセグメントよりも硬度の低い金属によるメッキ層を形成することにより前記第二金属層を形成した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、
前記第１及び第２のコイルセグメントは同一金属によって形成され、前記第１のコイルセグメントの前記凸部の挿入方向と平行な突起側面に、前記第２のコイルセグメントの前記凹部の挿入方向と平行な内側壁面よりも硬度の高い金属によるメッキ層を形成することにより前記第二金属層を形成したことを特徴とする回転電機。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の回転電機において、
前記第１のコイルセグメントの前記凸部の挿入方向と平行な突起側面の挿入方向の長さは、前記凹部の挿入方向と平行な内側壁面の挿入方向の長さよりも短く形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項４に記載の回転電機において、
前記第１のコイルセグメントの前記凸部は、挿入方向と平行な２つの突起側面と、前記挿入方向と直交方向に延在して２つの前記突起側面を接続する先端面と、前記突起側面と交差するように形成される２つの段差面を含んで構成され、
前記第２のコイルセグメントの前記凹部は、挿入方向と平行な２つの内側壁面と、前記挿入方向と直交方向に延在して２つの前記内側壁面を接続する底面と、前記内側壁面の前記底面と離れた側に形成される２つの突当面を含んで構成され、
第１のコイルセグメントの前記段差面と前記突起側面のなす角度が９０度未満になるように形成され、
第２のコイルセグメントの前記内側壁面と前記突当面のなす角度が９０度未満になるように形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

請求項５に記載の回転電機において、
前記第１及び第２のコイルセグメントは、金属製の導体部と、前記導体部の外側を被覆する不導体による被膜部とを有し、
前記第１のコイルセグメントの前記先端面及び前記突起側面は前記被膜部によって覆われない部位に形成され、前記第２のコイルセグメントの前記内側壁面と前記突当面は前記被膜部によって覆われない部位に形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項7】

回転軸に固定されるロータと、
金属製の複数のコイルセグメントを接続して形成されるステータコイルと、前記ステータコイルの一部を収納するスロットが複数形成されたステータコアと、を有するステータを備えた回転電機において、
前記コイルセグメントは、
前記ステータコアの前記回転軸方向の一方側又は他方側から前記スロット内に挿入されるものであって、
前記スロットに収納される直線部と、
前記ステータコアの端面から突出して前記ステータコアの軸方向に対して交差する方向に延在するようにして前記スロットの外部に配置される傾斜部と、を有し、
前記コイルセグメントとして、凸部を一端に有する第１のコイルセグメントと、凹部を一端に有する第２のコイルセグメントを有し、
前記第１のコイルセグメントの前記凸部の挿入方向と平行な突起側面の挿入方向の長さは、前記凹部の挿入方向と平行な内側壁面の長さよりも短く形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項8】

請求項７に記載の回転電機において、
前記第１のコイルセグメントの前記凸部は、挿入方向と平行な２つの突起側面と、前記挿入方向と直交方向に延在して２つの前記突起側面を接続する先端面と、前記突起側面と交差するように形成される２つの段差面を含んで構成され、
前記第２のコイルセグメントの前記凹部は、挿入方向と平行な２つの内側壁面と、前記挿入方向と直交方向に延在して２つの前記内側壁面を接続する底面と、前記内側壁面の前記底面と離れた側に形成される２つの突当面を含んで構成され、
第１のコイルセグメントの前記段差面と前記突起側面のなす角度が９０度未満になるように形成され、
第２のコイルセグメントの前記内側壁面と前記突当面のなす角度が９０度未満になるように形成されることを特徴とする回転電機。

【請求項9】

請求項８に記載の回転電機において、
前記スロットの径方向に複数のコイルを整列させるために不導体材料に形成されたボビンを配置し、
前記第１のコイルセグメントと前記第２のコイルセグメントを前記ボビン内に挿入し、
前記第１のコイルセグメントの前記凸部と、前記第２のコイルセグメントの前記凹部は前記回転軸方向と平行方向への圧入によって嵌合させ、嵌合位置が前記ボビンの内部に位置するように形成したことを特徴とする回転電機。

【請求項10】

請求項９に記載の回転電機において、
前記凸部は、少なくとも前記凹部との嵌合面に第一金属層を含み、前記凹部は少なくとも前記凸部との嵌合面に前記第一金属層よりも硬度の低い第二金属層を有することを特徴とする回転電機。

【請求項11】

請求項１０に記載の回転電機において、
前記第１及び第２のコイルセグメントは同一金属によって形成され、前記第２のコイルセグメントの前記内側壁面に、前記第１のコイルセグメントの前記突起側面よりも硬度の低い金属によるメッキ層が形成されることを特徴とする回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転電機に関し、特に、ステータコアのスロット内で導体となるコイルセグメントの端部を連結する方法の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

産業機械の動力源や、自動車駆動用として用いられる回転電機は、高効率化が求められる。モータを高効率化するためには、モータの損失を低減することが重要であり、モータの損失の２大要因であるコイル銅損と鉄心鉄損の低減設計を検討していく設計手法が一般的である。一般的なモータでは鉄心部分には電磁鋼板が採用されており、その厚みやＳｉの含有量などによって損失レベルが異なるものが利用されている。軟磁性材料には、電磁鋼板よりも透磁率が高く、鉄損が低い鉄基アモルファス金属や、ファインメット、高磁束密度が期待できるナノ結晶材料などの高機能材料が存在する。

【0003】

回転電機は小型化の要求がある一方で、電気絶縁性の向上が求められる。特にステータ（固定子）の小型化には、巻線占積率を高めて高出力密度化を図る構造が有効である。例えば、導線として一般的な丸線に対して、断面が扁平形状の平角線を用いたコイルセグメントで構成する固定子構造が知られている。また、平角線を用いたステータを構成する際に、分割されたコイルセグメントの端部を接続するセグメント方式があり、このセグメント方式として大きく分けてコイルエンド接続方式とスロット内接続方式が知られている。

【0004】

コイルエンド接続方式は、コイルセグメントを概略Ｕ字形状であり、一対の直線部と、２つの直線部の一方側の端部間を接続する傾斜部を形成し、その２つの直線部がそれぞれステータコアのスロット内に収納されることによって、ロータ（回転子）に回転トルクを発生させるための磁界を発生させる。傾斜部は、ステータコアの軸方向の一方側の端部から外側に配置され、ステータコアのスロットから外側に突き出る構造となる。コイルセグメントの各直線部は、スロットのスロットを貫通して他方側（反対側）の端部から突出するように配置され、ステータコアの反対側の外部で曲げ加工されて、別コイルセグメントの直線部の曲げ加工された箇所と、コイルエンド間で溶接されて連続的に接続されたコイル構造となる。

【0005】

スロット内接続方式は、コイルセグメントが概略Ｕ字形状であり、一対の直線部と、と、２つの直線部の一方側の端部間を接続する傾斜部を有している。ステータコイルは、多数のコイルセグメントを直列に接続して形成されるものである。直列接続される電気的に隣接する２つコイルセグメントは、概略Ｕ字形状の一方の端部同士が接続される。各コイルセグメントの２つの直線部は、それぞれステータコアのスロット内に収納される。ここで直線部の長さは、ステータコアのスロット部の回転軸線方向の長さより短く形成される。傾斜部は、ステータコアの軸方向の端部から外側に突き出る構造となる。ここまでの構成はコイルエンド接続方式とほぼ同じである。しかし、スロット内接続方式では、２つのコイルセグメントの直線部がステータコアの軸方向の両端からスロット内に挿入されてスロットの内部で圧着等によって接続される構造となっている。この接続方式は、概略Ｕ字形状のコイルセグメントを量産して使用できる上に、直線部同士の接続にコイルエンドにおける曲げ加工と溶接が不要となるため、コイルエンド接続方式に比べて高生産化、小型化に有利である。尚、スロット内で接続される直線部の端部の形状は、直線部の端部同士の接続工法によって異なる場合がある。

【0006】

このようなスロット内接続方式を用いた回転電機のステータに関する技術として特許文献１が開示されている。図１１は従来の回転電機１０１を示す断面斜視図である。回転電機１０１は、内転型のラジアルギャップ型回転電機で、電力により磁力を発生させるステータ１１０と、ステータ１１０から発生する磁力により回転するロータ５と、ロータ５と共に回転するシャフト４と、ステータ１１０とロータ５を覆うハウジング２と、を備えて構成される。ハウジング２には、設置台等に固定するための取り付け部３が設けられる。ステータ１１０は、積層鋼板によって構成されるステータコア１１と、ステータコア１１のスロット内に配置されるステータコイル１２０を含んで構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２２－４９１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１の回転電機のステータでは、ステータコア１１のスロット内にて、対向する２つの導体セグメント（図１２で後述するコイルセグメント１３０、１４０）の脚部の先端（直線部の端部）に、部分的に長手方向に突出するように形成される突起部（凸部）か、先端面に溝部が形成された溝部（凹部）のいずれかが形成されている。図１２は従来の回転電機１０１のステータコイル１２０のうち、端部に凸部１３５が形成されたコイルセグメント１３０と、端部に凹部１４６が形成されたコイルセグメント１４０の接続構造を示す部分側面図である。ここでは多数の第１コイルセグメント１３０と多数の第２コイルセグメント１４０が交互に接続されることによって、図示しない１相分のステータコイル１２０を構成する。第１コイルセグメント１３０の２つの端部には凸部１３５が形成され、第２コイルセグメント１４０の２つの端部には凹部１４６が形成され、これら凸部１３５と凹部１４６が嵌合されるようにして接合される。凸部１３５と凹部１４６の導通経路は、例えば、凸部１３５の先端面１３５ａと凹部１４６の底部１４６ｃの接触箇所や、凸部１３５の突起側面１３５ｂと凹部１４６の軸方向に対して平行な内側壁面１４６ｂで接触して確保される事例が多い。凸部１３５は概略四角柱で、これに対向する凹部１４６が概略四角柱状の同等の空間を備えている。凸部１３５と凹部１４６の加工された表面には、金型などで打抜き加工される際にマイクロレベルの溝が生じる。

【0009】

凸部１３５と凹部１４６の嵌合部分の接合状態を示す部分拡大図が、図１２の下側の図である。凸部１３５の表面にはマイクロレベルの突起１３８ａや窪み１３８ｂが存在し、凹部１４６の表面にはマイクロレベルの突起１４９ａや窪み１４９ｂが存在する。マイクロレベルで観察すると、突起１３８ａと突起１４９ａが接触点（例えば矢印１４９ｃの部位）となって導通経路となる。このように従来の嵌合部分では、マイクロレベルの突起１３８ａ、１４９ａが主に接触することになるため、全体的に見た際の接触面積の更なる改善の余地が残されていた。

【0010】

特許文献１では、凸部１３５の突出側面と凹部１４６の内側面のいずれに、メッキ層が形成されるが、これらは同種のメッキであるため、メッキ層間の接触部分でもマイクロレベルの凹凸による接触状態にある。尚、図１２の部分拡大図では、接触面の凸凹状態を理解のために突起１３８ａ、１４９ａと窪み１３８ｂ、１４９ｂを誇張して図示しているが、実際には凹凸状態は目視ではわからない程度の小さいものである。このように、特許文献１の凸部１３５側のメッキ層と凹部１４６側のメッキ層は同種の金属によるものであるため、メッキ同士に塑性変形が起こりにくく、マイクロレベルの溝を埋める機能が不十分であることがわかった。

【0011】

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、コイルセグメントの凹部と凸部の嵌合部分に存在するマイクロレベルの溝の改善により、コイルセグメント間の嵌合領域の接触面積を拡大させて導通信頼性を向上させた回転電機を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ステータコアのスロット内での接続される２つの平角線状のコイルセグメントの嵌合部の物理的な嵌合状態を改善させ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】

【0012】

上記目的を達成するために、回転軸に固定されるロータと、金属製の複数のコイルセグメントを接続して形成されるステータコイルと、ステータコイルの一部を収納するスロットが複数形成されたステータコアと、を有するステータを備えた回転電機において、突起部（凸部）を一端に有する第１コイルセグメントと、溝部（凹部）を一端に有する第２コイルセグメントと、突起部が溝部に嵌合される嵌合部を有するステータコイルを備え、突起部は、少なくとも溝部との嵌合面が第一金属にて形成され、溝部には少なくとも突起部との嵌合面に第一金属より硬度が低い第二金属層が形成されるようにした。即ち、コイルセグメントは、ステータコアの回転軸方向の一方側又は他方側からスロット内に挿入されるものであって、スロットに収納される直線部と、ステータコアの端面（エンド面）から突出してステータコアの軸方向に対して交差する方向に延在するようにしてスロットの外部に配置される傾斜部を有する。また、コイルセグメントとして、凸部を一端に有する第１のコイルセグメントと凹部を一端に有する第２のコイルセグメントを用意し、これら凸部又は凹部の嵌合面の一方側が第一金属層になり、他方側に第一金属層よりも硬度の低い第二金属層となるように、硬度の異なる金属層による接合となるように構成した。例えば、第１及び第２のコイルセグメントは同一金属材料によって形成し、第２のコイルセグメントの凹部の挿入方向と平行な内側溝面に、第１のコイルセグメントよりも硬度の低い金属によるメッキ層（第２金属層）を形成する。また、第１のコイルセグメントの凸部の挿入方向と平行な突起側面に、第２のコイルセグメントの凹部の挿入方向と平行な内側溝面よりも硬度の高い金属によるメッキ層（第２金属層）を形成しても良い。

【0013】

本発明の他の特徴によれば、回転電機の第１のコイルセグメントの凸部の挿入方向と平行な突起側面の挿入方向の長さＬ１が、凹部の挿入方向と平行な内側溝面の挿入方向の長さＬ２よりもわずかに短くなるように形成する。第１のコイルセグメントの凸部は、挿入方向と平行な２つの突起側面と、挿入方向と直交方向に延在して２つの突起側面を接続する先端面と、突起側面と交差するように形成され、先端面と離れた側に形成される２つの段差面を含んで構成される。また、第２のコイルセグメントの凹部は、挿入方向と平行な２つの内側壁面と、挿入方向と直交方向に延在して２つの内側壁面を接続する底面と、内側壁面の底面と離れた側に形成される２つの突当面を含んで構成される。そして、第１のコイルセグメントの段差面と突起側面のなす角度が９０度以下になるように形成され、第２のコイルセグメントの内側壁面と突当面のなす角度が９０度以下になるように形成される。

【0014】

本発明のさらに他の特徴によれば、第１及び第２のコイルセグメントは、金属製の導体部と、導体部の外側を被覆する不導体による被膜部とを有し、第１のコイルセグメントの先端面及び突起側面は被膜部によって覆われない部位に形成され、第２のコイルセグメントの内側壁面と突当面は被膜部によって覆われない部位に形成される。また、スロットの径方向に複数のコイルを整列させるために不導体材料に形成されたボビンを配置し、第１のコイルセグメントと第２のコイルセグメントをボビン内に挿入して、第１のコイルセグメントの凸部と、第２のコイルセグメントの凹部は回転軸方向と平行方向への圧入によって嵌合され、その嵌合位置がボビンの内部空間内に位置するようにした。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ステータコアのスロット内での２つの平角線状のコイルセグメントの接続部の導通信頼性を向上できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施例に係る回転電機１のロータ５とステータ１０の斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施例に係るステータ１０の斜視図である。

【図3】本発明の第１の実施例に係るステータコイル２０の組み立て方法を説明するための展開図であって、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０をステータコア１１に差し込む状態を示す。

【図4】（Ａ）は本発明の第１の実施例に係るステータコイル２０の組み立て後の状態を示す断面斜視図であり、（Ｂ）はボビン１５の斜視図と、ボビン１５内のステータコイル２０の嵌合部の部分透視図である。

【図5】本発明の第１の実施例に係る第１コイルセグメント３０の凸部３５と、第２コイルセグメント４０の凹部４６の形状を示す側面図である（嵌合前）。

【図6】本発明の第１の実施例に係る第１コイルセグメント３０の凸部３５と、第２コイルセグメント４０の凹部４６の形状を示す側面図である（嵌合後）。

【図7】本発明の第２の実施例に係る第１コイルセグメント３０の凸部３５と、第２コイルセグメント４０の凹部４６を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は嵌合前の側面図であり、（Ｃ）は嵌合後の側面図である。

【図8】本発明の第３の実施例に係る第１コイルセグメント３０の凸部３５と、第２コイルセグメント４０の凹部４６を示す側面図である。

【図9】本発明の第４の実施例に係る第１コイルセグメント８０の凸部８５と、第２コイルセグメント９０の凹部９６の形状を示す側面図であって、（Ａ）は嵌合前の状態であり、（Ｂ）は嵌合後の状態である。

【図10】本発明の第５の実施例に係るステータコイルの嵌合部の接続位置を例示するための図である。

【図11】従来の回転電機１０１を示す断面斜視図である。

【図12】図１１のステータコイル１２０の第１コイルセグメント１３０の凸部１３５と、第２コイルセグメント１４０の凹部１４６の嵌合時の状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本発明の実施例の回転電機を説明する。以下の実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

【実施例0018】

図１は本発明の第１の実施例に係る回転電機１のロータ５とステータ１０の斜視図である。回転電機１は、シャフト４に固定されたロータ５が、略円筒形のステータ１０の内部で回転する。径方向に見てステータ１０の外周面と、ロータ５の外周面は非接触であり、一定の空隙９を有する。回転電機１のロータ５は従来の回転電機１０１（図１１参照）と同じものを用いることができる。ロータ５は、磁極を形成する複数の永久磁石（図では見えない）を含んで形成される。ステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコア１１に形成されたスロット１４（後述する図３参照）に配置されるステータコイル２０（図では見えない）を有して構成される。ステータコア１１の回転軸線Ａ１方向の両方の端部には、フランジ１７ａ、１７ｂが設けられる。

【0019】

図２は、第１の実施例に係るステータ１０の概略斜視図である。ステータコア１１は、打ち抜きされた薄い電磁鋼板を回転軸線Ａ１方向に積層して形成されるものであって、外周側に円筒部１２が形成され、円筒部１２から径方向内側に向けて突出するティース１３が複数形成される。隣接するティース１３間の空間がスロット１４となる。複数のスロット１４の各々には、分布巻きされたステータコイル２０が差し込まれる。ステータコイル２０は、電気的に導電度の高い銅や、アルミニウムなどが適しており、この表面にはエナメル被膜や、無機材被膜などの絶縁塗料が塗られているものが使用される。ステータコイル２０の長手方向と直交する断面の形状は円形又は長方形が好ましく、本実施例では長方形に形成された軟銅によるエナメル線が用いられる。スロット１４には、内周側から外周側にかけて６本のエナメル線が平行に並ぶように配置される。ステータコイル２０はセグメント方式が採用され、スロット１４の内部で接続される。

【0020】

図３は、本発明の第１の実施例に係るステータコイル２０の組み立て方法を説明するための展開図である。ここでは第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０をステータコアの複数のスロットのいずれかに差し込む前の状態を示す概略斜視図である。本実施例のステータコイル２０の各相は、連続する１本のエナメル線で形成されるのではなく、分割されたエナメル線を複数連結させることによって、電気的に接続されたコイルが形成される。この分割されたコイル部分を、本明細書では「コイルセグメント」と称し、複数のコイルセグメントを物理的、且つ、電気的に接続したものを「（一相分の）コイル」又は「ステータコイル」と称する。回転電機１のステータコイル２０は、つながったひとつの波巻コイルを複数形成する。

【0021】

ステータコア１１の回転軸Ａ１方向の一方側（図３では前側）から、複数の第１コイルセグメント３０が矢印２６の方向に向けてスロット１４に挿入される。これに対向するように、回転軸Ａ１方向の他方側（図３では後側）から複数の第２コイルセグメント４０が矢印２８の方向に向けてスロット１４に挿入される。第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の端部は、スロット１４の内部空間内にて接続される。

【0022】

第１コイルセグメント３０は、スロット１４内に収納される直線部３１、３２と、ステータコア１１の前側端面から突出してステータコア１１の軸方向に対して交差する方向に延在するようにしてスロット部から露出する傾斜部３３、３４を有して、概略Ｕ字状に形成される。直線部３１、３２の端部であって、傾斜部３３、３４と接続されていない解放端の端部には、凸部３５、３６がそれぞれ形成される。

【0023】

第２コイルセグメント４０は、スロット１４内に収納される直線部４１、４２と、ステータコア１１の後側端面から突出してステータコア１１の軸方向に対して交差する方向に延在するようにしてスロット部から露出する傾斜部４３、４４を有して、概略Ｕ字状に形成される。直線部４１、４２の端部であって、傾斜部４３、４４と接続されていない解放端の端部には、凹部４５、４６がそれぞれ形成される。第２コイルセグメント４０の基本的な形状は、第１コイルセグメント３０と同じような形状である。但し、第１コイルセグメント３０の傾斜部３３、３４、第２コイルセグメント４０の傾斜部４３、４４の形状は、直線部３１、３２、４１、４２が収容されるスロット１４の位置に応じて長さや傾斜する角度が異なる。本実施例では、２～３種類の形状の第１コイルセグメント３０と、２～３種類の形状の第２コイルセグメント４０が複数準備される。

【0024】

第１コイルセグメント３０の２つ端部であって、直線部３１の端部には凸部３５が形成される。凸部３５は、先端面３５ａから所定の長さ分だけ２つの側面を直方体状に取り除いた部位を形成することによって形成された突起部である。直線部３２の端部にも同様に凸部３６が形成される。凸部３５と凸部３６の形状は同一である。

【0025】

第２コイルセグメント４０の２つ端部であって、直線部４１の端部には凹部４５が形成される。凹部４５は、先端面４５ａの中心を含む領域を所定の長さ分だけ長手方向に窪むように切り抜いた溝部である。直線部４２の端部にも同様に凹部４６が形成される。凹部４５と凹部４６の形状は同一である。

【0026】

組み立て時において、第１コイルセグメント３０の端部（凸部３５）は、第２コイルセグメント４０の端部（凹部４６）と嵌合され、端部（凸部３６）は、第２コイルセグメント４０の端部（凹部４５）と嵌合される。この嵌合は、凸部３６をスロット１４内に向けて直線部３２の長手方向後方側に移動させ、凹部４５をスロット１４内に向けて直線部３２の長手方向前方側に移動させる。すると凸部３６が凹部４５に差し込まれるようにして嵌合される。同様にして、凸部３５をスロット１４内に向けて直線部３２の長手方向後方側に移動させ、凹部４６をスロット１４内に向けて直線部３２の長手方向前方側に移動させる。すると凸部３５が凹部４６に差し込まれるようにして嵌合される。この嵌合位置は、ステータコア１１の回転軸線方向（前後方向）のほぼ中央に配置される。

【0027】

ステータコイル２０のコイルセグメントの接合には、溶接やカシメ、ハンダ付けなどを用いることが多い。但し、本実施例では、溶接やカシメ、ハンダなどを行わずに、嵌合だけで接続が完了するように構成される。この嵌合を良好に行うために、第１コイルセグメント３０の端部（凸部３５、３６）と第２コイルセグメント４０の端部（凹部４５、４６）が、図４以降にて後述するような形状にて製造される。さらに、本実施例では、図３の右側丸枠内に示すように、スロット１４内にボビン１５を設けて、ボビン１５内に第１コイルセグメント３０の直線部３１、３２を挿入し、ボビン１５の内部で接続するようにした。

【0028】

図３の右側丸枠内では、ティース１３間に形成されるスロット１４に設けられるボビン１５の一部と、第１コイルセグメント３０の２本分だけを図示している。実際にはボビン１５（詳細は後述の図４参照）には径方向に６本分の第１コイルセグメント３０が配置される。丸枠内の図において、第１コイルセグメント３０の断面形状は、長方形に形成され、断面の長辺方向が周方向に配置され、断面の短辺方向が径方向に配置される。合成樹脂製のボビン１５は、複数の第１コイルセグメント３０の直線部３１、３２を収容し、これらがスロット１４内でがたつかないように保持する。第１コイルセグメント３０に使用されるエナメル線は、銅線３０ａと、その外側表面部分にエナメル被膜３０ｂを有する。エナメル被膜（被覆部）３０ｂは、電気を通さない。また、ボビン１５は不導体及び非磁性体の材料、例えば、合成樹脂にて製造される。尚、ボビン１５は必ず設けなければならない訳ではない。例えばノーメックスシート等を用いて複数の第１コイルセグメント３０をスロット１４内で規則正しく保持させる構造や、その他の公知のコイル保持構造を採用しても良い。

【0029】

図３では図示していないが、第２コイルセグメント４０が収容される部分においても、右側丸枠内に示す断面形状と同様の配置であって、第２コイルセグメント４０は直線部４１、４２の長手方向に直交する断面形状が長方形に形成される。また、直線部４１、４２が径方向に向けて複数本（ここでは６本）配置される。

【0030】

ステータ１０の組み立て工程では、複数の第１コイルセグメント３０をステータコア１１の前側から差し込み、複数の第２コイルセグメント４０を後ろ側から差し込んだら、複数の第２コイルセグメント４０の頂点４３ａを第２の治具（図示せず）の円筒面に当接させ、複数の第１コイルセグメント３０の頂点３３ａを第１の治具（図示せず）の円筒面に当接させ、第１の治具と第２の治具を回転軸線Ａ１方向に近づけるように移動させることで、第１コイルセグメント３０の凸部３５、３６を第２コイルセグメント４０の凹部４６、４５に押し込むようにして嵌合させる。このような組み立て方法を可能とするために、第１コイルセグメント３０の傾斜部３３、３４の山状の形状、特に傾斜や長さが最適となるように形成される。同様に第２コイルセグメント４０の傾斜部４３、４４の山状の形状、特に傾斜や長さが最適となるように形成される。このような組み立て方法の実行後に形成されるステータ１０の断面斜視図が図４である。

【0031】

図４（Ａ）は本発明の第１の実施例に係るステータコイル２０の組み立て後の状態を示す断面斜視図であり、（Ｂ）はボビン１５の斜視図と、ボビン１５内のステータコイル２０の嵌合部の部分透視図である。図４（Ａ）に示すように、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０はステータコア１１の回転軸線方向のほぼ中央付近の接合部で接続される。接合部より前方側のボビン１５の内部には、径方向内側（回転軸線Ａ１に近い方）から径方向外側にかけて、第１コイルセグメント３０の直線部３２、直線部３１…が交互に、合計６本整列され、同様に、接合部より後方側のボビン１５の内部には、径方向内側から径方向外側にかけて、第２コイルセグメント４０の直線部４２、直線部４１…が交互に、合計６本整列される。

【0032】

図４（Ｂ）はボビン１５の形状を示す単体図である。ここでは、収容される６本の銅線のうち符号３１で示す１本だけ示し、その他の部分の銅線は図示していない。ボビン１５は、コイルによって発生される磁界に影響しないように、非磁性体の材質であることが重要であり、ここでは合成樹脂の一体構造によって形成される。ボビン１５は、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の断面形状に対応して長方形の断面を６区画分形成したもので、各区画は、ボビン１５の一方側（前方側）から他方側（後方側）に貫通する管路となる。第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０は、ボビン１５の管路の中央部分、即ち図中の矢印１８ｂ付近にて接合される。尚、第１コイルセグメント３０の直線部３１（又は３２）と第２コイルセグメント４０の直線部４２（又は４１）の接合箇所は、符号１８ｂ付近で示すボビン１５の長手方向中央部分だけに限られずに、他の位置、例えば、矢印１８ａから１８ｃの範囲内の任意の位置に設定できる。また、接合位置の設定に合わせて、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の直線部の長さを適宜設定すれば良い。

【0033】

図４（Ｂ）の右側の拡大図は、符号１８ｂで示す接合箇所付近の透視図である。この拡大図によって、ボビン１５内における凸部３５と凹部４６の位置関係がわかるであろう。ここでは凸部３５の突起側面３５ｂと、凹部４６の内側壁面４６ｂが回転軸線方向（前後方向）及び、径方向に延在する面となるように配置される。このように嵌合される主な面（突起側面３５ｂとの内側壁面４６ｂ）が、回転電機１の回転方向（周方向）と直交するように配置されることによって、ロータ５の加速、減速時に加わる力によって第１コイルセグメント３０の直線部３１（又は３２）と、第２コイルセグメント４０の直線部４２（又は４１）を密着させる力が加わるので、凸部３５と凹部４６（又は凸部３６と凹部４５）が外れてしまうことを効果的に回避できる。

【0034】

図５は、本発明の第１の実施例に係る第１コイルセグメント３０の直線部３１の一端に形成された凸部３５と、第２コイルセグメント４０の直線部４２の一端に形成された凹部４６の形状を示す側面図である。ここでは、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の接合（嵌合）前の状態を示している。第１コイルセグメント３０の直線部３１の端部では、加工前のエナメル線から点線部分３９ａ、３９ｂで示す直方体部分を切り落とすことによって、残りの部分により凸部３５が形成される。この切り落とす製造方法は、プレス加工、研削等の公知の手法を用いることができる。このような加工の結果、直線部３１の端部には、挿入方向と平行方向に延在する２つの突起側面３５ｂと、挿入方向と直交方向に延在して２つの突起側面３５ｂの辺部を接続する先端面３５ａと、２つの段差面３５ｃが形成される。２つの段差面３５ｃは、突起側面３５ｂの先端面３５ａから離れた側に形成される面であり、突起側面３５ｂの他方の辺部と直角に交差するように形成される。

【0035】

第１コイルセグメント３０は厚さＴ、幅Ｗの角棒状のエナメル線を切断してその長手方向の長さが決定されるため、先端面３５ａは切断面の一部であり、エナメル層が存在しない。また、平行する２つの突起側面３５ｂと、２つの段差面３５ｃは、削り取られた部位であるためエナメル層は存在しない。本実施例で、第１コイルセグメント３０の先端面３５ａの幅はＷ２であり、突起側面３５ｂの前後方向の長さはＬ１である。また、２つの段差面は、長手方向（挿入方向）にみて同一位置にあり、それらの幅はＷ１、Ｗ３である。本実施例では、強度的な面も考慮して、Ｗ１＝Ｗ３とし、更にＷ２≧Ｗ１、Ｗ３とした例である。

【0036】

第２コイルセグメント４０側の直線部４２では、点線４９に示す先端部分から直線部４２の長手方向の内側（挿入方向と反対方向）に窪むように、直方体状に繰りぬいた空間４７を形成することによって凹部（溝部）４６が形成される。この凹部４６の形成方法は、プレス加工、切削等の公知の手法を用いることができる。このような加工の結果、直線部４２の端部には、挿入方向と平行な２つの内側壁面４６ｂと、凸部３５挿入方向と直交方向に延在して２つの凸部３５内側壁面４６ｂを接続する底面４６ｃと、内側壁面４６ｂの底面と離れた辺と直交するように形成される２つの突当面４６ａを含んで形成される。

【0037】

第２コイルセグメント４０は厚さＴ、幅Ｗの角棒状のエナメル線を切断してその長手方向の長さが決定されるため、突当面４６ａは切断面の一部であり、表面にはエナメル層が存在しない。また、平行する２つの内側壁面４６ｂの間の空間４７は切り抜かれる部位になるため、内側壁面４６ｂと底面４６ｃの表面には、エナメル層は存在しない。第２コイルセグメント４０の突当面４６ａの幅はＷ４、Ｗ６であり、内側壁面４６ｂの前後方向の長さはＬ２である。また、２つの段差面の幅はＷ４、Ｗ６であり、ここでは、Ｗ４＝Ｗ６となるようにし、更にＷ５≧Ｗ４、Ｗ６となるように形成する。

【0038】

２つの内側壁面４６ｂの表面全体には、第１コイルセグメント３０の表面（第一金属層）の硬度よりも、低い硬度を有する第二金属層が形成される。ここでは第二金属層として、メッキ技術を用いて金属メッキ層５０を形成する。底面４６ｃの表面（第一金属層）を金属メッキ層５０にて形成するか否かは任意である。金属メッキ層５０のメッキ加工時に内側壁面４６ｂ、突当面４６ａ、底面４６ｃのそれぞれにメッキ層を形成した方が製造上有利ならばこれらすべてに金属メッキ層５０を形成しても良いし、内側壁面４６ｂと底面４６ｃだけに金属メッキ層５０を形成するようにしても良い。

【0039】

図５の下側に引き出した図は、内側壁面４６ｂのＣ部分の拡大図である。第２コイルセグメント４０の内側壁面４６ｂの金属部分は、第１コイルセグメント３０と同じ第１の金属（例えば、無酸素銅など純度の高い金属）によって形成される。その表面は、矢印４９に示すように金型などで打抜き加工される際に生じるマイクロレベルの凹凸が生じている（尚、図５では凹凸４９を極端に大きく図示しているが、実際には目視できない程の小さなものである）。この内側壁面４６ｂの表面に金属メッキ層５０を形成する。金属メッキ層５０の製法は公知の手法、例えば、電解メッキや無電解メッキを用いることができる。金属メッキ層５０の硬度はメッキの素材や製法によって調整可能であるが、第１コイルセグメント３０の一端に有する凸部３５の金属やメッキの硬度よりも小さくすると好ましい。金属メッキ層５０の素材は、例えば、金、銀、ニッケル、錫、亜鉛であり、硬度、導通性および価格の観点で錫メッキが好ましい。

【0040】

図６は、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の接合後の状態を示す側面図である。第２コイルセグメント４０の内側壁面４６ｂには、金属メッキ層５０が形成される。金属メッキ層５０は、第１コイルセグメント３０の凸部３５の金属部分、特に凸部３５の突起側面３５ｂの部材よりも硬度が低い材質とする。図５に示す第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の状態から、これらを互いに近づけるようにして凸部３５を凹部４６内に嵌め込むようにして嵌合する。すると、この嵌合の際に、金属メッキ層５０が塑性変形することにより、凸部３５の突起側面３５ｂの表面に存在するマイクロレベルの突起３８ａや溝３８ｂに入り込み、突起側面３５ｂと金属メッキ層５０との間の空隙を埋める作用を奏する。金属メッキ層５０は凹部４６側にあらかじめ形成されているので、内側壁面４６ｂと金属メッキ層５０は強固に接触しており、これらの間、特に、内側壁面４６ｂの表面に存在するマイクロレベルの突起４９ａや溝４９ｂと金属メッキ層５０との間には空隙は存在しない。このように塑性変形した金属メッキ層５０は、突起側面３５ｂの表面と凹部４６の内側壁面４６ｂ間の物理的、電気的な接触を大幅に改善する。

【0041】

本実施例では、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０間の電気的な接触抵抗に大きく影響する領域（突起側面３５ｂと内側壁面４６ｂ）の接触面積を拡大できるので、ステータコイルの実質的な導通経路を拡大して接触抵抗を低減させることができる。また、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の接触面積の拡大により、凸部３５と凹部４６の嵌合領域の物理的な嵌合力を高めることもできる。

【0042】

［効果］
本実施例の回転電機は、第１コイルセグメント３０の端部に設けられた凸部３５と、第２コイルセグメント４０の端部に設けられた凹部４６とをステータコア１１のスロット１４内で嵌合させ、この凸部３５と凹部４６とが嵌合した嵌合部において、金属メッキ層５０の表面が部分的に塑性変形するため、凸部３５と凹部４６に複数の接触点を生成して、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の接触面積を拡大できる。この結果、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の導通性を高めて信頼性を向上できる上に、両社の実質的な接触度合いを改善できるため、凸部３５と凹部４６の機械的な嵌合力を向上できる。

【0043】

以上、図５、図６においては、第１コイルセグメント３０の凸部３５と、第２コイルセグメント４０の凹部４６の形状、及び、それらの嵌合状態を説明した。ここでは説明していないが、第１コイルセグメント３０の凸部３６の形状と、第２コイルセグメント４０の凹部４５の形状は、凸部３５と凹部４６の形状とそれぞれ同一であり、嵌合状態も同一となる。また、凸部３６側には金属メッキ層が形成されずに、凹部４５の少なくとも内側壁面に金属メッキ層５０が形成される。このように、本実施例に係る第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の嵌合部は、接触部位の凹部４５、４６側に金属メッキ層５０が形成されるので、これらを電気的及び機械的に良好に嵌合させることができる。従来の回転電機で用いられた、導電性粒子を有するペースト状の結合剤を凸部と凹部に塗布し、熱硬化させて接続強度を高めた回転電機に比べると、本発明のステータ１０では、ステータコイル２０の分解が容易なので、回転電機が廃棄される場合における分別性を高め、材料の再利用性が容易でありリサイクル性に優れる。さらに、本実施例のステータコイル２０の製造時に、ペースト状の結合剤を使用しないことと、ペースト使用時の硬化工程のような熱を加えることが不要となるので、製造が容易なだけでなく、環境負荷の低減に寄与することができ、環境に優しい回転電機を実現できる。

【0044】

以上説明した第１の実施例は、図示した形状だけに限られずに種々の変形が可能である。例えば、図３～図６では、凸部３５が第１コイルセグメント３０の両端に設けられ、凹部４６が第２コイルセグメント４０の両端に設けられる実施例を示した。しかし、これに限定されず、第１コイルセグメント３０の一端に凸部３５を形成して他端に凹部を形成し、同様に第２コイルセグメント４０の一端に凹部４５を形成して他端に凸部を形成しても良い。

【0045】

第１の実施例では、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０をステータコア１１の複数のスロット１４のいずれかに差し込んだ後に嵌合させて、ステータコイル２０を分布巻きする実施例を示した。しかし、これに限定されず、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０をステータコア１１の複数のスロット１４の隣合う２つのスロット１４に差し込み嵌合させてステータコイル２０を集中巻きするようにしても良い。

【実施例0046】

図７は、本発明の第２の実施例に係る凸部３５と凹部４６の形状を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は接合前の状態を示す側面図であり、（Ｃ）は接合した状態を示す側面図である。図５、図６に示す第１の実施例との違いは、内側壁面４６ｂに金属メッキ層５０が形成されていない点と、凸部３５の長さＬ１′である。コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の幅Ｗと厚さＴは、第１の実施例と同一である。ここでは長さＬ１′を、図５の長さＬ１よりもわずかに短くして、Ｌ１′＜Ｌ１の関係になるようにした。図７（Ｃ）の矢印４７ａで示すように、嵌合時の凸部３５の先端面３５ａは、凹部４６の底面４６ｃと接触しないようにして、わずかな隙間が生ずるようにした。このように形成すると、凹部４６の空間４７内に挿入した凸部３５の２つの段差面３５ｃは、凹部４６の２つの突当面４６ａと確実に面接触する。

【0047】

以上、本発明の第２の実施例では、凸部３５の長さＬ１′を凹部４６の長さＬ２よりもわずかに短くしたので、第１コイルセグメント３０と第２コイルセグメント４０の確実な接触領域を、それぞれ４面ずつ確保できる。即ち、第１コイルセグメント３０でみると、２つの突起側面３５ｂと２つの段差面３５ｃが接触領域となり、第２コイルセグメント４０では、２つの突当面４６ａと２つの内側壁面４６ｂが接触領域になる。第２の実施例では、電気的及び物理的な接触領域を十分確保することが可能となるので、導通経路の拡大によるステータコイル２０の抵抗値を下げて導通性を向上させた回転電機１を実現できる。