WO2018131640A1 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

回転電機（１０）の固定子（１３）は、円環状をなし周方向に複数のスロット（２１）を有する固定子コア（２０）と、スロットに巻装された固定子巻線（３０）とを備える。固定子巻線は、線状の導体（５１）が絶縁被膜（５２）で被覆された複数の被覆導線（４０）からなり、当該被覆導線の端部には導体が露出した露出部（５３）が形成されている。複数の被覆導線は、異なる導体どうしで露出部にて接合され、その導体接合部が、少なくとも絶縁被膜の端部を含む範囲で絶縁体（５５）により覆われている。絶縁被膜は、導体に対して接着状態で被覆させて設けられ、かつ露出部の側の端部から離れた位置に、導体に対する接着がなされていない又は導体に対する接着力が他部位よりも弱められた非接着部（５６）を備えている。

Description

回転電機の固定子 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年１月１３日に出願された日本出願番号２０１７－００４４０５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、車両等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機の固定子に関するものである。

　回転電機の固定子においては、固定子コアのスロットに固定子巻線が巻装される。固定子巻線は、例えば各スロットに挿入される複数の導体セグメントを有し、それら各導体セグメントどうしが接続されることで、回転電機の相ごとの固定子巻線が構成されるようになっている。より具体的には、導体セグメントは、線状の導体が絶縁被膜で被覆された被覆導線からなり、導体セグメントの端部において導体の露出部にて他の導体セグメントに接合されている。また、その導体接合部が、少なくとも絶縁被膜の端部を含む範囲で絶縁体により覆われている（例えば特許文献１参照）。上記構成では、導体接合部を覆う絶縁体により、回転電機において導体接合部の絶縁性が確保されるようになっている。

特開平１１－３４１７３０号公報

　ところで、回転電機では、使用に際して常温と常温よりも高い温度との温度変化が繰り返し生じることで、導体セグメントにおける絶縁被膜の端部近傍で導体接合部の絶縁体にクラックが発生すること、さらにクラックが進展することで絶縁体の剥がれが生じることが懸念される。クラックが発生する原因としては、例えば導体セグメントの絶縁被膜と導体接合部を覆う絶縁体との線膨張率が異なることや、温度変化により絶縁被膜の端部に応力集中が生じることが考えられる。

　本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、導体接合部を覆う絶縁体においてクラックの発生を抑制し、ひいては固定子巻線を好適に保護することができる回転電機の固定子を提供することにある。

　以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

　第１の手段では、
　円環状をなし周方向に複数のスロットを有する固定子コアと、前記スロットに巻装された固定子巻線とを備える回転電機の固定子であって、
　前記固定子巻線は、線状の導体が絶縁被膜で被覆された複数の被覆導線からなり、当該被覆導線の端部には前記導体が露出した露出部が形成されており、
　前記複数の被覆導線は、異なる導体どうしで前記露出部にて接合され、その導体接合部が、少なくとも前記絶縁被膜の端部を含む範囲で絶縁体により覆われており、
　前記絶縁被膜は、前記導体に対して接着状態で被覆させて設けられ、かつ前記露出部の側の端部から離れた位置に、前記導体に対する接着がなされていない又は前記導体に対する接着力が他部位よりも弱められた非接着部を備えている。

　回転電機の固定子においては、使用に際して温度の上昇及び低下が繰り返され、固定子巻線を構成する被覆導線の絶縁被膜において体積変化（収縮及び膨張）が生じる。そして、この絶縁被膜の体積変化に起因して絶縁体（すなわち、導体接合部を覆う絶縁体）にクラックが発生することが懸念される。

　この点、上記構成によれば、絶縁被膜が、導体に対して接着状態で被覆させて設けられ、かつ露出部の側の端部から離れた位置に、導体に対する接着がなされていない又は導体に対する接着力が他部位よりも弱められた非接着部を備えるものとなっているため、温度の上昇及び低下に起因する絶縁体のクラック発生を抑制できる。つまり、絶縁被膜に部分的に非接着部を設けることにより、導体接合部を覆う絶縁体に対して絶縁被膜の体積変化が生じても、その体積変化が非接着部にて吸収され、絶縁体に対して絶縁被膜の体積変化により付与される応力（せん断応力）が緩和される。その結果、導体接合部を覆う絶縁体においてクラックの発生を抑制し、ひいては固定子巻線を好適に保護することができる。

　第２の手段では、前記絶縁被膜において、前記露出部の側の端部と前記非接着部との間に、前記非接着部よりも強い接着力を有する接着部を備えている。

　一般に、被覆導線においては絶縁被膜が引張残留応力を有していることが考えられる。その理由として、導体に絶縁被膜ワニスを塗布し、その後加熱し重合させ絶縁被膜を形成する際に引張応力が生じることや、被覆導線をリールに巻き取る際の伸長により引張応力が生じること、固定子製造時の加工により引張応力が生じることなどが考えられる。上記構成では、絶縁被膜において、露出部の側の端部と非接着部との間に、非接着部よりも強い接着力を有する接着部を備えるため、その接着部によって、非接着部での引張残留応力が維持される。そのため、温度変化に伴い絶縁被膜の体積膨張が生じる場合に、引張残留応力を利用して、絶縁被膜の体積膨張を好適に非接着部にて吸収することができる。

　第３の手段では、前記導体に、導体表面が凹んだ凹状部が形成されており、前記絶縁被膜において前記凹状部を被覆する部位が前記非接着部となっている。

　被覆導線においては導体に密着した状態で絶縁被膜が被覆されることで、導体に対して絶縁被膜が接着状態となるが、導体表面に凹状部を形成することで、導体に対して絶縁被膜が浮き上がりやすくなり、非接着部を好適に設けることができる。

　第４の手段では、前記導体において、断面内側に潰れた状態で前記凹状部が形成されており、その凹状部において前記導体が断面所定方向に凹み、かつその断面所定方向に直交する方向に膨出した形状となっている。

　上記構成では、導体の断面形状により、絶縁被膜が、導体の長手方向とそれに直交する方向とにそれぞれ引っ張られ、導体に対して絶縁被膜が浮き上がりやすい状態となる。そのため、絶縁被膜においてその一部に非接着部を容易に設けることができる。なお、例えば被覆導線をプレス加工により押し潰すことで、凹状部において導体を所定方向に凹ませ、かつその所定方向に直交する方向に膨出させるとよい。

　第５の手段では、前記凹状部において前記露出部の側の外縁が円弧状に形成されている。

　上記構成によれば、導体に形成された凹状部の外縁が円弧状であるため、非接着部と接着部との境界が円弧状となる。これにより、非接着部の過剰な拡がりを抑制し、導体と絶縁被膜との接着性が過剰に低下することを抑制できる。つまり、仮に非接着部と接着部との境界において角部等の応力集中点があると、非接着部の引張応力や温度変化に伴う収縮膨張によって、応力集中点で被覆剥離が生じやすくなり、意に反して非接着部の広がりが促進されることが考えられる。この点、上記構成では、非接着部と接着部との境界において応力集中が生じにくくなっており、非接着部の大きさを適正に維持できる。

　第６の手段では、前記被覆導線の長手方向において前記凹状部よりも外側を非接着の開始点として、前記非接着部が設けられている。

　上記構成によれば、被覆導線の長手方向において凹状部よりも広域に非接着部が設けられており、逆に言えば、非接着部よりも狭い範囲で凹状部が設けられている。この場合、絶縁被膜に非接着部を設けつつも凹状部を極力小さくすることが可能となり、凹状部を設けることに起因するモータ効率の低下等を抑制できる。つまり、導体に凹状部を設けると、断面積の低下に伴うモータ効率の低下が懸念される。この点、凹状部を極力小さくすることで、上記のとおり凹状部の形成により非接着部を好適に設けつつも、モータ効率の低下を抑制できる。

　第７の手段では、前記非接着部において、その非接着部に隣り合う接着部分との境界が円弧状に形成されている。

　上記構成によれば、非接着部の過剰な拡がりを抑制し、導体と絶縁被膜との接着性が過剰に低下することを抑制できる。つまり、仮に非接着部と接着部との境界において角部等の応力集中点があると、非接着部の引張応力や温度変化に伴う収縮膨張によって、応力集中点で被覆剥離が生じやすくなり、意に反して非接着部の広がりが促進されることが考えられる。この点、上記構成では、非接着部と接着部との境界において応力集中が生じにくくなっており、非接着部の大きさを適正に維持できる。

　第８の手段では、前記被覆導線は、折り曲げ部を有し、その折り曲げ部を挟んで一方の側に前記露出部が設けられ、他方の側に前記非接着部が設けられており、前記被覆導線において前記折り曲げ部の内側及び外側となる折り曲げ面に直交する方向の面に、前記非接着部が設けられている。

　回転電機の固定子においては、例えばコイルエンド部において被覆導線の折り曲げが行われる。ここで、折り曲げ部を挟んで一方の側に露出部が設けられ、他方の側に非接着部が設けられている場合には、折り曲げ部の存在によって、端部付近における絶縁被膜の体積変化が非接着部において吸収されにくくなると考えられる。この点、被覆導線において折り曲げ部の内側及び外側となる折り曲げ面に直交する方向の面に非接着部を設ける構成にしたため、被覆導線に折り曲げ部が存在していても、非接着部において絶縁被膜の体積変化を好適に吸収することができる。

　第９の手段では、前記非接着部における前記絶縁被膜の厚さが、前記非接着部に隣り合う接着部分における前記絶縁被膜の厚さよりも薄くなっている。

　被覆導線では、絶縁被膜を酸素が透過し、その酸素により導体表面が酸化することが考えられる。導体表面が酸化することにより導体に対する絶縁被膜の接着強度が低下する。上記構成によれば、非接着部における絶縁被膜の厚さが、非接着部に隣り合う接着部分における絶縁被膜の厚さよりも薄くなっているため、非接着部における酸素透過量が多くなり、非接着部の下側の導体が酸化しやすい状態となる。この場合、非接着部における酸化膜の厚みを他部位よりも意図的に厚くすることができ、絶縁被膜において部分的な非接着部を好適に設けることができる。

　第１０の手段では、前記導体の表面において前記絶縁被膜に被覆された部位に酸化膜が形成されることで、前記非接着部が設けられている。

　上述のとおり導体表面が酸化することにより導体に対する絶縁被膜の接着強度が低下する。そのため、導体表面において絶縁被膜に被覆された部位に酸化膜を形成して非接着部を設けることで、絶縁被膜において部分的な非接着部を好適に設けることができる。

　第１１の手段では、前記導体の表面において前記非接着部における前記酸化膜が、前記非接着部に隣り合う接着部分における前記酸化膜よりも厚くなっている。

　導体表面の酸化膜が厚いほど、絶縁被膜の接着力が低下する。そのため、非接着部において酸化膜が接着部よりも厚くなっていることで、被覆導線において非接着部を安定に存在させることができる。

　第１２の手段では、前記複数の被覆導線は、前記スロットから軸方向外部に延びるコイルエンド部を有しており、前記コイルエンド部に、前記導体接合部と前記非接着部とが設けられている。

　コイルエンド部では、複数の被覆導線において中間部分どうしが接合されないこと等により、絶縁被膜の非接着部を好適に設けることができる。また、コイルエンド部において導体接合部（絶縁体）の付近に非接着部が設けられることにより、絶縁被膜の体積変化を非接着部により好適に吸収できる。

　第１３の手段では、前記複数の被覆導線は、前記スロットから軸方向外部に延びるコイルエンド部を有しており、前記コイルエンド部には、前記導体接合部が設けられるとともに、前記コイルエンド部において前記露出部からの長さが前記コイルエンド部の長さの１／２となる範囲内に前記非接着部が設けられている。

　コイルエンド部では、複数の被覆導線において中間部分どうしが接合されないこと等により、絶縁被膜の非接着部を好適に設けることができる。また、コイルエンド部において導体接合部（絶縁体）の付近に非接着部が設けられることにより、非接着部において絶縁被膜の体積変化をより好適に吸収できる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、回転電機の軸方向断面図であり、 図２は、固定子の全体を示す斜視図であり、 図３は、固定子コアに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図であり、 図４は、固定子の部分断面図であり、 図５は、コイルエンド部での導体接合状態を拡大して示す斜視図であり、 図６は、導体接合部分の断面図であり、 図７は、導体接合部分の断面図であり、 図８は、導体セグメントの断面図であり、 図９は、導体セグメントにおいて非接着部の構成を説明するための図であり、 図１０は、導体セグメントにおいて非接着部の構成を説明するための図であり、 図１１は、導体セグメントにおいて非接着部の構成を説明するための図であり、 図１２は、導体セグメントの先端部分を示す斜視図であり、 図１３は、導体セグメントの断面図である。

　以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

　本実施形態に係る回転電機１０は、車両用交流発電機として用いられるものである。回転電機１０は、図１に示すように、回転軸１１に固定された回転子１２と、回転子１２を包囲する位置に設けられる固定子１３と、これら回転子１２及び固定子１３を収容するハウジング１４とを備えている。ハウジング１４は、有底筒状の一対のハウジング部材１４ａ，１４ｂを有し、ハウジング部材１４ａ，１４ｂが開口部どうしで接合された状態でボルト１５の締結により一体化されている。

　ハウジング１４には軸受け１６，１７が設けられ、この軸受け１６，１７により回転軸１１及び回転子１２が回転自在に支持されている。回転子１２は、固定子１３の内周側に対して径方向に対向する外周側に、周方向に所定距離を隔てて極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有する。これらの磁極は、回転子１２の所定位置に埋設された複数の永久磁石により形成されている。回転子１２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い。本実施形態では、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。

　次に、固定子１３について説明する。固定子１３は、図２～図４に示すように、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の各スロット２１に分布巻で巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線３０と、を備えている。

　固定子コア２０は、円環状の複数の電磁鋼板２０ａ（図１参照）を固定子コア２０の軸方向に積層して形成された一体型のものである。この固定子コア２０は、円環状のバックコア部２３と、バックコア部２３から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース２４とを有し、隣り合うティース２４の間にスロット２１が形成されている。各ティース２４の先端部には内側壁部としてフランジ２５が形成されている。固定子コア２０に形成されたスロット２１の数は、回転子１２のＮＳ磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線３０の１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により、スロット数が４８個とされている。４８個のスロット２１は、周方向に繰り返し２個ずつ配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなる。

　スロット２１は、固定子コア２０の径方向を長手として延びる開口形状をなし、そのスロット長手方向に複数の導体セグメント４０を並べて配置可能となっている。本実施形態では、固定子コア２０のスロット２１を、コア内周側のスロット２１の端部がフランジ２５により狭められ、かつ一部が開通する、いわゆるセミクローズドスロットとしている。ただしこれに代えて、スロット２１を、コア内周側のスロット２１の端部が内側壁部により閉鎖されたクローズドスロットとしたり、内側壁部を有していないオープンスロットとしたりしてもよい。

　固定子巻線３０は、略Ｕ字状をなす複数の導体セグメント４０を用いて構成されている。導体セグメント４０は、一対の直線部４１と、一対の直線部４１の一端どうしを連結するターン部４２とからなる。一対の直線部４１は、固定子コア２０の軸方向の厚さよりも大きい長さを有している。ターン部４２の中央部には、固定子コア２０の端面２０ｂに沿って延びる頭頂段部４３が設けられており、頭頂段部４３の両側には、固定子コア２０の端面２０ｂに対して所定の角度で傾斜した傾斜部４４が設けられている。

　導体セグメント４０は、断面が長方形の線状材よりなる銅製の導体５１と、導体５１の外周面を被覆する被覆材としての絶縁被膜５２とからなる被覆導線（平角線）を用いて構成され、略Ｕ字形状に塑性変形させることで形成されている。絶縁被膜５２としては、導体セグメント４０の耐熱性要求を考慮し、ポリイミド（ＰＩ）等の高耐熱樹脂材料が用いられ、その絶縁被膜５２が導体５１に対して接着状態で被覆されている。図３に示すように、導体セグメント４０において直線部４１の端部（ターン部４２とは逆側の端部）は、絶縁被膜５２が切除されることで、導体５１が露出した露出部５３となっている。導体セグメント４０においてスロット挿入状態でコア周方向となる側の幅寸法は、スロット２１のコア周方向の開口寸法よりも小さいものとなっている。

　なお、導体５１の材料は、電気導線用純銅であるタフピッチ銅、無酸素銅、又は銅主成分とする合金であり、それ以外に電気導線用純アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金等であってもよい。また、絶縁被膜５２は任意の被覆材料であればよく、具体的にはポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルスルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等、又はそれらの複数の材料から構成される多層絶縁被膜等であるとよい。

　固定子コア２０には、スロット２１内に、複数の導体セグメント４０がコア径方向に一列に並べて挿入されている。より具体的には、固定子コア２０には、周方向に隣接して同一相の２個ずつのスロット２１Ａ，２１Ｂが設けられ、そのスロット２１Ａ，２１Ｂには、２個で１組の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂが挿入配置される。この場合、２個の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂの各々の直線部４１は、同一のスロット２１ではなく、隣接した２個のスロット２１Ａ，２１Ｂに別々に軸方向一端側（図３の上側）から挿入される。すなわち、図３の右側にある２個の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂにおいて、一方の導体セグメント４０Ａは、一方の直線部４１が一のスロット２１Ａの最外層（第８層）に挿入され、他方の直線部４１が固定子コア２０の反時計回り方向に１磁極ピッチ（６スロットピッチ）離れた他のスロット２１Ａ（図示せず）の第７層に挿入される。

　また、他方の導体セグメント４０Ｂは、一方の直線部４１がスロット２１Ａと隣接したスロット２１Ｂの最外層（第８層）に挿入され、他方の直線部４１が固定子コア２０の反時計回り方向に１磁極ピッチ（６スロットピッチ）離れた他のスロット２１Ｂ（図示せず）の第７層に挿入される。すなわち、２個の導体セグメント４０Ａ，４０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット２１に対して偶数本の導体セグメント４０の直線部４１が挿入配置される。本実施形態の場合には、図４に示すように、各スロット２１内に、合計８本の直線部４１が径方向１列に整列した状態で収容されている。

　スロット２１内には、固定子コア２０と固定子巻線３０（導体セグメント４０）との間を電気絶縁する絶縁シート２６が設けられている。絶縁シート２６は、スロット２１内に挿入される複数（本実施形態では８個）の導体セグメント４０の形状及び大きさに応じて折り曲げられ、これら複数の導体セグメント４０をまとめて囲むように設けられている。これにより、スロット２１内において固定子コア２０の内壁面と導体セグメント４０との間に絶縁シート２６が挟まれた状態となっている。絶縁シート２６は、固定子コア２０の端面２０ｂよりも外側に突出して設けられている。

　スロット２１から軸方向他端側（図３の下側）へ延出した一対の直線部４１の先端部は、固定子コア２０の端面２０ｂに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られ、略半磁極ピッチ分の長さの捻り部４５（図２参照）が形成されている。そして、固定子コア２０の軸方向他端側において、導体セグメント４０の２層ずつの捻り部４５の先端部どうしが例えば溶接やカシメ等により接合されることで、各導体セグメント４０が所定のパターンで電気的に接続されている。つまり、固定子１３では、各導体セグメント４０の一対の直線部４１が径方向に１つずれた層にそれぞれ配置される構成において、層ごとに周方向反対側への捻り部４５が形成されることで、各導体セグメント４０どうしが連続的に接続されている。

　この場合、所定の導体セグメント４０が直列に接続されて、各スロット２１内に収容された第ｍ層（ｍは１以上の自然数）と第ｍ＋１層のスロット収容部（直線部４１）とが電気的に接続されることにより、固定子コア２０のスロット２１に沿って周方向に波巻きにて各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗが巻回され、その各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗにより固定子巻線３０が形成されている。なお、固定子巻線３０は、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの巻線端が星型結線で結線されている。

　固定子コア２０に固定子巻線３０が巻装された状態では、固定子コア２０の軸方向一端側に、その一端側の端面２０ｂからスロット２１の外部に複数のターン部４２が突出し、これにより全体としてリング状のコイルエンド部４７（図２参照）が形成されている。また、固定子コア２０の軸方向他端側には、その他端側の端面からスロット２１の外部に複数の捻り部４５及び端末接合部４６が突出し、これにより全体としてリング状のコイルエンド部４８（図２参照）が形成されている。コイルエンド部４７では、導体セグメント４０のターン部４２により６スロットピッチでスロット間の電気接続がなされ、コイルエンド部４８では、捻り部４５及び端末接合部４６により６スロットピッチでスロット間の電気接続がなされている。

　ここで、導体セグメント４０の接合についてより具体的に説明する。図５はコイルエンド部４８での導体接合状態を拡大して示す斜視図であり、図６は導体接合部分の断面図である。

　図５及び図６に示すように、導体セグメント４０の先端部には導体５１の露出部５３が設けられ、その露出部５３において異なる導体５１どうしが溶接やカシメ等により接合されている。そして、導体５１どうしが接合された導体接合部分が、少なくとも絶縁被膜５２の端部を含む範囲で絶縁体５５により覆われている。なお、絶縁体５５は、例えば粉体樹脂により形成されている。その製造工程においては、紛体樹脂を入れた粉体槽内に空気が送り込まれる状態で紛体樹脂が撹拌され、その粉体槽の中に予備過熱された導体接合部が浸漬され、導体接合部の熱により紛体樹脂が溶かされ、導体接合部の表面に絶縁体５５が形成される。絶縁体５５の材料として、具体的には主な樹脂成分としてエポキシ系、ポリエステル系樹脂成分を含む絶縁材料等であるとよい。

　ところで、回転電機１０においては、その使用に際して常温と常温よりも高い温度とで温度変化が繰り返し生じることが考えられ、その温度変化に起因して、導体セグメント４０における絶縁被膜５２の端部近傍で絶縁体５５にクラックが発生すること、さらにクラックが進展することで絶縁体５５の剥がれが生じることが懸念される。クラックが発生する原因としては、例えば導体セグメント４０の絶縁被膜５２と導体接合部を覆う絶縁体５５との線膨張率が異なることや、温度変化により絶縁被膜５２の端部に応力集中が生じることが考えられる。

　つまり、図７に示すように、絶縁体５５内の絶縁被膜５２の端部近傍においては、絶縁体５５とは異なる態様で絶縁被膜５２の体積変化（収縮及び膨張）が生じ、絶縁体５５に繰り返しの応力変化が及ぶ。そして、その応力変化に起因して、絶縁体５５に亀裂や割れが生じることが考えられる。なお、絶縁被膜５２の線膨張率は、絶縁体５５よりも大きいものとなっている。また、絶縁被膜５２では、内周側が導体５１に接着されているため、外周側ほどその導体５１の接着部位から離れる。そのため、絶縁被膜５２の外周側では、絶縁被膜５２が樹脂材料自体の線膨張率で膨張及び収縮することになり、内周側（すなわち導体５１の外表面付近）に比べて膨張及び収縮の程度が大きくなる。したがって、絶縁被膜５２の端部において外縁端部を起点としてクラック発生することが懸念される。

　そこで本実施形態では、図８に示すように、導体セグメント４０において、導体５１に対して絶縁被膜５２を接着状態で被覆させて設ける一方、露出部５３の側の端部から離れた所定位置に、導体５１に対する接着がなされていない非接着部５６を設けることとしている。なお、非接着部５６は、導体５１に対する絶縁被膜５２の接着がなされていない部位である以外に、導体５１に対する絶縁被膜５２の接着力が他部位よりも弱められた部位であってもよい。なお、図８には絶縁体５５を仮想線にて示しており、導体セグメント４０には、絶縁体５５の外において絶縁体５５の端部から離れた位置に非接着部５６が設けられている。

　絶縁被膜５２において、露出部５３側の端部と非接着部５６との間、非接着部５６を挟んで露出部５３の反対側は、それぞれ非接着部５６よりも強い接着力を有する接着部５７Ａ，５７Ｂとなっている。なお、絶縁被膜５２の端部からの接着部５７Ａの長さ（すなわち絶縁被膜５２の端部から非接着部５６までの距離）は、例えば５ｃｍ以内であり、望ましくは３ｃｍ以内であるとよい。

　上記のように絶縁被膜５２の一部に非接着部５６が設けられることにより、その非接着部５６においては導体５１に対して絶縁被膜５２が浮いた状態となる。そのため、導体接合部分を覆う絶縁体５５に対して絶縁被膜５２の体積変化（導体セグメント４０の長手方向の体積変化）が生じても、その体積変化が非接着部５６にて吸収され、絶縁体５５に対して絶縁被膜５２の体積変化により付与される応力（せん断応力）が緩和される。その結果、絶縁体５５においてクラックの発生が抑制される。

　なお、非接着部５６が、導体５１に対する接着力が比較的弱い弱接着部であったとしても、その弱接着部によって、導体５１の表面付近でその導体表面に対して絶縁被膜５２が伸縮移動可能になっていれば、絶縁被膜５２の体積変化が生じた際にその体積変化を非接着部５６にて吸収できる。したがって、絶縁体５５のクラック抑制効果を期待できることとなる。

　また一般に、導体セグメント４０においては絶縁被膜５２が引張残留応力を有していることが考えられる。その理由としては、導体５１に絶縁被膜ワニスを塗布し、その後加熱し重合させ絶縁被膜５２を形成する際に引張応力が生じることや、セグメント材をリールに巻き取る際の伸長により引張応力が生じること、固定子製造時の加工により引張応力が生じることなどが考えられる。また、絶縁被膜５２が導体５１に接着されている構成であれば、例えば導体セグメント４０の製造時に生じた残留応力や製造後の加工時に生じた絶縁被膜５２の弾性変形が保存され、絶縁被膜５２において応力が緩和されないまま残留する。上記構成では、絶縁被膜５２において、露出部５３側の端部と非接着部５６との間に接着部５７Ａを備えるため、その接着部５７Ａによって、非接着部５６での引張残留応力が維持される。そのため、温度変化に伴い絶縁被膜５２の体積膨張が生じる場合に、引張残留応力を利用しつつ絶縁被膜５２の体積膨張が非接着部５６にて好適に吸収される。

　次に、導体セグメント４０における非接着部５６についてより詳しく説明する。図９は、導体セグメント４０において非接着部５６の構成を説明するための図であり、（ａ）は、（ｃ）のＸ方向に延びる切断面での断面構造を示し、（ｂ）は、（ｃ）のＹ方向に延びる切断面での断面構造を示している。

　図９において、導体５１には、導体表面が凹んだ凹状部５１ａが形成されている。この凹状部５１ａは、導体５１において断面内側に押し潰された状態で形成されており、その凹状部５１ａにおいて導体５１が断面所定方向（Ｘ方向）に凹み、かつその断面所定方向に直交する方向（Ｙ方向）に膨出した形状となっている。そのため、凹状部５１ａには楕円状の平面部５１ｂが形成されている。そして、絶縁被膜５２において凹状部５１ａを被覆する部位が非接着部５６となっている。つまり、導体５１において、Ｘ方向に存在する２つの導体側面に凹状部５１ａがそれぞれ設けられており、その２つの導体側面に沿って非接着部５６が設けられている。なお、導体セグメント４０をプレス加工により押し潰すことで、凹状部５１ａにおいて導体５１をＸ方向に凹ませ、かつＹ方向に膨出させるとよい。

　上記のとおり導体５１に凹状部５１ａが形成されているため、導体５１に対して絶縁被膜５２が浮き上がりやすくなっている。また、導体５１が押し潰された状態で凹状部５１ａが形成されているため、導体５１の断面形状によって、絶縁被膜５２が、導体５１の長手方向とそれに直交する方向とにそれぞれ引っ張られ、導体５１に対して絶縁被膜５２が浮き上がりやすい状態となっている。そのため、絶縁被膜５２に非接着部５６を設ける上で好適な構成となっている。

　凹状部５１ａにおいて露出部５３の側の外縁は円弧状に形成されている。また、非接着部５６は、凹状部５１ａの外側に拡張された範囲で設けられている。つまり、非接着部５６は、導体セグメント４０の長手方向において凹状部５１ａよりも外側を非接着の開始点として設けられている。これにより、図９（ｂ）に示すように、導体セグメント４０の長手方向に見て凹状部５１ａの長さＬ１が、非接着部５６の長さＬ２よりも小さい寸法となっている（Ｌ１＜Ｌ２）。

　凹状部５１ａにおいて凹状部５１ａの外縁が円弧状であるため、非接着部５６と接着部５７Ａ，５７Ｂとの境界が円弧状となる。これにより、非接着部５６の過剰な拡がりが抑制され、導体５１と絶縁被膜５２との接着性が過剰に低下することが抑制される。つまり、仮に非接着部５６と接着部との境界において角部等の応力集中点があると、非接着部５６の引張応力や温度変化に伴う収縮膨張によって、応力集中点で被覆剥離が生じやすくなり、意に反して非接着部５６の広がりが促進されることが考えられる。この点、上記構成では、非接着部５６と接着部との境界において応力集中が生じにくくなっており、非接着部５６の大きさが適正に維持される。

　また、導体セグメント４０の長手方向において凹状部５１ａよりも広域に非接着部５６が設けられており、逆に言えば、非接着部５６よりも狭い範囲で凹状部５１ａが設けられている。そのため、絶縁被膜５２に非接着部５６を設けつつも凹状部５１ａを極力小さくすることが可能となり、凹状部５１ａを設けることに起因するモータ効率の低下等が抑制される。つまり、導体５１に凹状部５１ａを設けると、断面積の低下に伴うモータ効率の低下が懸念される。この点、凹状部５１ａを極力小さくすることで、凹状部５１ａの形成により非接着部５６を好適に設けつつも、モータ効率の低下が抑制される。

　本実施形態では、導体５１に対する絶縁被膜５２の接着力を積極的に低下させる方法として、非接着部５６において導体５１の表面に酸化膜を形成することとしている。銅製の導体５１を用いる場合、酸化銅（ＣｕＯやＣｕＯ2）により酸化膜を形成することとしている。この場合、導体５１を絶縁被膜５２により被覆した状態で、絶縁被膜５２を通過する酸素により導体５１の表面が酸化されることで酸化膜が形成される。導体表面が酸化することにより導体５１に対する絶縁被膜５２の接着強度が低下する。

　より具体的には、図１０に示すように、導体セグメント４０の非接着部５６において導体５１の表面（すなわち導体５１と絶縁被膜５２との間）には酸化膜層５８が形成されている。なお、酸化膜層５８は、絶縁被膜５２を通過する酸素により形成されるものであるため、導体セグメント４０の全体にわたって形成されることが考えられる。そのため、図１０においては、導体５１の長手方向全体に酸化膜層５８が形成されているが、厚さの違いにより非接着部５６とそれ以外の部分とが形成されている。非接着部５６における酸化膜層５８の厚さはＴ１、それ以外の部位の酸化膜層５８の厚さはＴ２となっている（Ｔ１＞Ｔ２）。酸化膜層５８の厚さを変えるには、例えば非接着部５６に相当する部位だけ局部的に高酸素雰囲気に晒し、これにより非接着部５６に比較的厚めの酸化膜層５８を形成するとよい。

　また、図１１においては、導体セグメント４０において絶縁被膜５２の厚さが非接着部５６とそれ以外とで相違しており、非接着部５６での絶縁被膜５２の厚さＴ３が、非接着部５６に隣り合う接着部分における絶縁被膜５２の厚さＴ４よりも薄くなっている（Ｔ３＜Ｔ４）。絶縁被膜５２が薄肉である非接着部５６では酸素透過量が多くなることから、導体５１が酸化しやすい状態となり、所望とする非接着部５６が好適に設けられる。

　また、導体セグメント４０では、その端部がスロット２１から軸方向外部に突出してコイルエンド部４８となっており、そのコイルエンド部４８に捻り部４５及び端末接合部４６が形成されている。かかる構成において、そのコイルエンド部４８に非接着部５６が設けられている。より詳しくは、コイルエンド部４８において露出部５３からの長さがコイルエンド部４８の長さの１／２となる範囲内に非接着部５６が設けられているとよい。例えば図５のＡ部に非接着部５６が設けられる。

　コイルエンド部４８では、複数の導体セグメント４０において中間部分どうしが接合されないこと等により、絶縁被膜５２の非接着部５６を好適に設けることができる。また、コイルエンド部４８において絶縁体５５の付近に非接着部５６が設けられることにより、非接着部５６において絶縁被膜５２の体積変化をより好適に吸収できる。

　また、導体セグメント４０において、コイルエンド部４８の曲げ方向を考慮した位置に非接着部５６が設けられることが望ましい。つまり、図１２に示すように、導体セグメント４０には、導体５１どうしの接合のために先端部付近に折り曲げ部５９が設けられており、その折り曲げ部５９を挟んで一方の側に露出部５３が設けられ、他方の側に非接着部５６が設けられている。そして、導体セグメント４０において折り曲げ部５９の内側及び外側となる折り曲げ面に直交する方向の面に、非接着部５６が設けられている。

　固定子コア２０のスロット２１における各導体セグメント４０の並び方向に絡めて言えば、各導体セグメント４０は、セグメント並び方向（すなわちコア径方向）に直交する方向（すなわちコア周方向）に折り曲げ形成されており、その状態で、コア径方向の２つの面に、非接着部５６がそれぞれ形成されている。

　導体セグメント４０に折り曲げ部５９が設けられていると、その折り曲げ部５９の内側及び外側の各面において、絶縁被膜５２の体積変化が非接着部５６で吸収されにくくなると考えられる。この点、導体セグメント４０において折り曲げ部５０の内側及び外側となる折り曲げ面に直交する方向の面に非接着部５６を設けることで、非接着部５６において絶縁被膜５２の体積変化が好適に吸収される。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　導体セグメント４０の絶縁被膜５２において、露出部５３の側の端部から離れた位置に非接着部５６を設けたため、絶縁被膜５２の体積変化に起因する絶縁体５５のクラックの発生を抑制でき、ひいては固定子巻線３０において好適なる保護を実現することができる。

　絶縁被膜５２において、露出部５３側の端部と非接着部５６との間に接着部５７Ａを設けたため、その接着部５７Ａによって、非接着部５６での引張残留応力が維持される。そのため、絶縁被膜５２の引張残留応力を利用して、絶縁被膜５２の体積膨張を好適に非接着部５６にて吸収することができる。

　導体５１に凹状部５１ａを形成し、その凹状部５１ａを被覆する部位を非接着部５６とした。また特に、凹状部５１ａにおいて導体５１を、断面所定方向に凹み、かつその断面所定方向に直交する方向に膨出した形状とした。これにより、導体５１に対して絶縁被膜５２が浮き上がりやすくなり、非接着部５６を好適に設けることができる。

　凹状部５１ａの外縁を円弧状にしたため、非接着部５６と接着部５７Ａとの境界が円弧状となる。これにより、非接着部５６の過剰な拡がりを抑制でき、非接着部５６の大きさを適正に維持できる。

　導体セグメント４０の長手方向において凹状部５１ａよりも広域に非接着部５６を設けたため、絶縁被膜５２に非接着部５６を設けつつも凹状部５１ａを極力小さくすることが可能となる。したがって、凹状部５１ａを設けることに起因するモータ効率の低下等を抑制できる。

　導体セグメント４０において折り曲げ部５９の内側及び外側となる折り曲げ面に直交する方向の面に非接着部５６を設ける構成にしたため、導体セグメント４０に折り曲げ部５９が存在していても、非接着部５６において絶縁被膜５２の体積変化を好適に吸収することができる。

　非接着部５６における絶縁被膜５２の厚さを、非接着部５６に隣り合う接着部分における絶縁被膜５２の厚さよりも薄くしたため、非接着部５６における酸化膜の厚みを他部位よりも意図的に厚くすることができ、絶縁被膜５２において部分的な非接着部５６を好適に設けることができる。

　非接着部５６における酸化膜を、非接着部５６に隣り合う接着部分における酸化膜よりも厚くすることで、導体セグメント４０において非接着部５６を安定に存在させることができる。

　コイルエンド部４８に非接着部５６を設ける構成とした。特に、コイルエンド部４８に、露出部５３からの長さがコイルエンド部４８の長さの１／２となる範囲内に非接着部５６を設ける構成とした。これにより、非接着部５６において絶縁被膜５２の体積変化をより好適に吸収できる。

　以下に、導体セグメント４０に非接着部５６を設ける手法について説明する。

　（１）押圧又は加熱の工程において、導体５１と絶縁被膜５２との接着力以上のせん断応力で導体５１に凹状部５１ａを形成する。この場合、導体５１から絶縁被膜５２が剥離されることで、導体セグメント４０に非接着部５６が形成される。本方法によれば、管理コストや製造コストが安価になる。

　（２）押圧又は加熱の工程において、導体５１と絶縁被膜５２との接着力以上、かつ絶縁被膜５２の降伏応力以下であるせん断応力で、絶縁被膜５２に凹状部５１ａを形成する。この場合、導体５１から絶縁被膜５２が剥離されることで、導体セグメント４０に非接着部５６が形成される一方、その際において、加工による絶縁被膜５２の薄膜化を抑制できる。これにより、絶縁信頼性の低下を抑制できる。

　（３）押圧又は加熱の工程において、導体５１と絶縁被膜５２との接着力以上、かつ絶縁被膜５２の降伏応力以下、かつ導体の降伏応力以上であるせん断応力で、導体５１に凹状部５１ａを形成する。この場合、導体５１から絶縁被膜５２が剥離されることで、導体セグメント４０に非接着部５６が形成される一方、その際において、加工による絶縁被膜５２の薄膜化を抑制できる。これにより、絶縁信頼性の低下を抑制できる。また、導体５１の変形により、導体セグメント４０に確実に非接着部５６を形成することができる。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　・導体セグメント４０において導体周囲のどの面に非接着部５６を設けるかは任意でよい。たとえば、導体周囲の４面のうち１面に非接着部５６を設ける構成や、３面に非接着部５６を設ける構成、４面に非接着部５６を設ける構成であってもよい。要するに、導体５１の少なくとも１面に非接着部５６が設けられていればよい。ただし、非接着部５６の面が増えるほど、絶縁体５５にかかるせん断応力が緩和されるため、クラック抑制効果が高くなるとも考えられる。

　・導体セグメント４０において導体５１に凹状部５１ａを設けない構成であってもよい。また、導体５１に凹状部５１ａを設けない構成において、非接着部５６と接着部５７Ａ，５７Ｂとの境界が円弧状に形成されていてもよい。本構成によれば、非接着部５６の過剰な拡がりを抑制することで、非接着部５６の大きさを適正に維持できる。

　・上記実施形態では、絶縁被膜５２の線膨張率が絶縁体５５の線膨張率より大きいとしたが、これを変更してもよい。これとは逆に、絶縁被膜５２の線膨張率が絶縁体５５の線膨張率より小さくても、やはりクラック抑制の効果が得られる。

　・導体５１と絶縁被膜５２との接着力を下げる方法として、絶縁被膜５２を形成する前の導体５１にオイルを塗布しておき、その後に絶縁被膜５２を形成するようにしてもよい。

　・図１３に示す構成であってもよい。図１３には絶縁体５５を仮想線にて示しており、導体セグメント４０には、絶縁体５５の内側となる位置に非接着部５６が設けられている。

　・導体セグメント４０は、断面矩形状をなすものに限られず、断面円形状をなすものであってもよい。つまり、丸線材でも平角線材でもよい。

　・回転電機は、車両に搭載される発電機、電動機、あるいはそれら両者の機能を発揮し得るものとして実用化できる。また、車両搭載以外の用途にて、上記構成の回転電機を用いることも可能である。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (13)

1. 　円環状をなし周方向に複数のスロット（２１）を有する固定子コア（２０）と、前記スロットに巻装された固定子巻線（３０）とを備える回転電機（１０）の固定子（１３）であって、
   　前記固定子巻線は、線状の導体（５１）が絶縁被膜（５２）で被覆された複数の被覆導線（４０）からなり、当該被覆導線の端部には前記導体が露出した露出部（５３）が形成されており、
   　前記複数の被覆導線は、異なる導体どうしで前記露出部にて接合され、その導体接合部が、少なくとも前記絶縁被膜の端部を含む範囲で絶縁体（５５）により覆われており、
   　前記絶縁被膜は、前記導体に対して接着状態で被覆させて設けられ、かつ前記露出部の側の端部から離れた位置に、前記導体に対する接着がなされていない又は前記導体に対する接着力が他部位よりも弱められた非接着部（５６）を備えている回転電機の固定子。
2. 　前記絶縁被膜において、前記露出部の側の端部と前記非接着部との間に、前記非接着部よりも強い接着力を有する接着部（５７）を備えている請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 　前記導体に、導体表面が凹んだ凹状部（５１ａ）が形成されており、
   　前記絶縁被膜において前記凹状部を被覆する部位が前記非接着部となっている請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
4. 　前記導体において、断面内側に潰れた状態で前記凹状部が形成されており、その凹状部において前記導体が断面所定方向に凹み、かつその断面所定方向に直交する方向に膨出した形状となっている請求項３に記載の回転電機の固定子。
5. 　前記凹状部において前記露出部の側の外縁が円弧状に形成されている請求項３又は４に記載の回転電機の固定子。
6. 　前記被覆導線の長手方向において前記凹状部よりも外側を非接着の開始点として、前記非接着部が設けられている請求項３乃至５のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
7. 　前記非接着部において、その非接着部に隣り合う接着部分との境界が円弧状に形成されている請求項１又は２に記載の回転電機の固定子。
8. 　前記被覆導線は、折り曲げ部（５９）を有し、その折り曲げ部を挟んで一方の側に前記露出部が設けられ、他方の側に前記非接着部が設けられており、
   　前記被覆導線において前記折り曲げ部の内側及び外側となる折り曲げ面に直交する方向の面に、前記非接着部が設けられている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
9. 　前記非接着部における前記絶縁被膜の厚さが、前記非接着部に隣り合う接着部分における前記絶縁被膜の厚さよりも薄くなっている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
10. 　前記導体の表面において前記絶縁被膜に被覆された部位に酸化膜が形成されることで、前記非接着部が設けられている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
11. 　前記導体の表面において前記非接着部における前記酸化膜が、前記非接着部に隣り合う接着部分における前記酸化膜よりも厚くなっている請求項１０に記載の回転電機の固定子。
12. 　前記複数の被覆導線は、前記スロットから軸方向外部に延びるコイルエンド部（４８）を有しており、
    　前記コイルエンド部に、前記導体接合部と前記非接着部とが設けられている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
13. 　前記複数の被覆導線は、前記スロットから軸方向外部に延びるコイルエンド部（４８）を有しており、
    　前記コイルエンド部には、前記導体接合部が設けられるとともに、前記コイルエンド部において前記露出部からの長さが前記コイルエンド部の長さの１／２となる範囲内に前記非接着部が設けられている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。

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