JP7338543B2 - 分割導体セグメントおよび電動機 - Google Patents

Description

本発明は、分割導体セグメントおよび電動機に関するものである。

車両用モーターに使用される固定子コイルの構成部材として、導体から成る素線にエナメルによる絶縁層を被覆した絶縁電線が用いられている。そして、この絶縁電線においては、占積率を大きくするため丸型の線から平角の線（略矩形状の断面の絶縁電線）が用いられている。

また、近年、ハイブリッド車等の電気自動車用のモーターは、高出力とするためにモーターに流す電流の大電流化が進むと共に、インバータで発生させた高周波の交流によって駆動することが多くなっている。

しかしながら、大電流化により渦電流損が増大すると共に、導体に流れる電流が表皮効果によって導体素線の表面付近に集中して交流抵抗が大きくなるという問題があった。

そこで、渦電流損を抑え表皮効果による交流抵抗を低くするために、分割導体構造体を用いた絶縁電線が検討されている。

例えば、特許文献１（特開２００７－２２７２６５号公報）には、樹脂により被覆された導体素線を複数本一体化した集合導体が開示されている。

また、特許文献２（特開昭５９－９６６０５号公報）には、酸化銅被膜が形成された導体から成る素線を複数本あわせた集合体の上に絶縁層を設けた絶縁電線が開示されている。

特開２００７－２２７２６５号公報 特開昭５９－９６６０５号公報

分割導体構造を有する絶縁電線を短冊状に切断し、Ｕ字形状に折り曲げることにより分割導体セグメントが形成される。ステータコアのスロット内に複数の分割導体セグメントが嵌め込まれ、各分割導体セグメントの端部において、隣り合った分割導体セグメント同士が電気的に接続されることにより固定子コイルが形成される。所望のモーター性能を得るためには、分割導体セグメントの接続を良好なものとする必要がある。

本発明の目的は、分割導体セグメントの接続信頼性を向上させることにある。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態である分割導体セグメントは、延在する分割導体セグメントであって、複数の素線部を有する導電部と、前記導電部の外周を覆う導電体から成るスリーブと、前記スリーブの外周を覆う絶縁層と、延在方向の端部から順に位置する第１部分および第２部分と、を有し、複数の前記素線部のそれぞれは、導電体から成る素線と、前記素線の外周に形成された絶縁被膜とを有し、前記第１部分では、前記素線が露出し、前記第１部分と隣接する前記第２部分では、前記スリーブが露出しているものである。

本願発明によれば、分割導体セグメントの接続信頼性を向上させることができる。

実施の形態１である分割導体セグメントを備えた固定子の斜視図である。 実施の形態１である分割導体セグメントを備えた固定子の一部を示す断面図である。 実施の形態１である分割導体セグメントの斜視図である。 実施の形態１である分割導体セグメントの拡大斜視図である。 実施の形態１である分割導体セグメントの横断面図である。 実施の形態１である分割導体セグメントの斜視図である。 実施の形態１である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。 実施の形態１である分割導体セグメントの端部を示す斜視図である。 実施の形態１の変形例１である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。 実施の形態１の変形例２である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。 実施の形態１の変形例３である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。 実施の形態１の変形例４である分割導体セグメントの端部を示す斜視図である。 実施の形態２である電動機を示す断面図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

（実施の形態１）
本実施の形態の分割導体セグメントは、例えば電動機の固定子コイルを構成するものである。以下では、分割導体構造を有する分割導体セグメントの端部を他の導体に電気的に接続する際、分割導体セグメントの導電部の側面に設けられた段差に合わせた段差を有する接続材を用いることで、分割導体セグメントの接続信頼性を向上させることについて説明する。

なお、以下の説明において、「軸方向」は円筒形の固定子の中心軸に沿った方向を指す。「周方向」は、当該中心軸を中心とする円周方向を指す。「径方向」は、円筒形の固定子の径に沿う方向を指す。

＜分割導体セグメントの構造＞
以下に、図１～図８を用いて、本実施の形態の分割導体セグメントの態様について説明する。図１は、本実施の形態の分割導体セグメントを備えた固定子の斜視図である。図２は、本実施の形態の分割導体セグメントを備えた固定子の一部を示す断面図である。図３は、本実施の形態の分割導体セグメントの斜視図である。図４は、本実施の形態の分割導体セグメントの拡大斜視図である。図５は、本実施の形態の分割導体セグメントの横断面図である。図６は、本実施の形態の分割導体セグメントの斜視図である。図７は、本実施の形態の分割導体セグメントの端部を示す断面図である。図８は、本実施の形態の分割導体セグメントの端部を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の分割導体セグメント５は、例えば、電動機を構成するステータコア１２のスロット１２ｂに複数嵌め込まれて使用される。

固定子９は、ステータコア（固定子鉄心）１２と、複数の分割導体セグメント５から成る固定子巻線とを有している。図２に示すように、ステータコア１２は、環状に形成された薄板鋼板が複数枚積層された構造を有し、円筒形のステータコア１２の内周側には、当該円筒の中心軸側に突出した複数の歯部１２ａと、隣り合う歯部１２ａ同士の間のスロット１２ｂとが設けられている。径方向において、スロット１２ｂの外側には、各歯部１２ａを支持するコアバック１２ｃが形成されている。各スロット１２ｂに、各相の分割導体セグメント５が装着されている。固定子９の相数は３相のＹ結線であり、ステータコア１２のスロット１２ｂの数は４８である。スロット１２ｂ内の分割導体セグメント５の数は４本であり、分割導体セグメント５は、径方向において、各スロット１２ｂ内に４層整列している。

なお、ここでは図示していないが、スロット１２ｂ内に挿通される分割導体セグメント５の周囲には、スロットライナーが配設されていてもよい。スロットライナーを設けることにより、分割導体セグメント５の相互間および分割導体セグメント５とスロット１２ｂの内面との間の絶縁耐圧が向上する。

複数の分割導体セグメント５の両端のそれぞれは、ステータコア１２の軸方向上部の外側で他の分割導体セグメント５に電気的に接続されている。分割導体セグメント５の端部同士は、接続材（中間材、中間部材、継手材）１０により互いに接続されている。また、図示はしていないが、一部の分割導体セグメント５の端部は、回転電機を駆動するインバータ制御部等を備えたＥＣＵ（Electronic Control Unit）に接続される引き出し線として用いられ、外部端子（交流端子）に接続されている。

ステータコアにエナメル線を例えば手巻きで巻き付けて製造されたコイルに比べ、ステータコアに平角エナメル線（絶縁電線）を嵌め込んで製造された固定子コイルは、コイルの高効率化による高性能化が可能である。これは、コイルの配線密度を高め、コイルに対して大電流を流すことを可能としているためである。このような固定子コイルを用いることで、モーターの小型化および高出力化を実現できる。

図３に示すように、本実施の形態の分割導体セグメント５は、略Ｕ字形に折り曲げられている。分割導体セグメント５は、断面形状が略矩形状で、外周が絶縁層で覆われた導体である。なお、図２では、図を分かり易くするため、分割導体セグメント５のハッチングを省略している。分割導体セグメント５は、図２に示すスロット１２ｂ内に装着される部位にあたる第１直線部５ａと、他のスロット１２ｂ内に装着される部位にあたる第２直線部５ｂと、第１直線部５ａと第２直線部５ｂとを繋ぐ山形部５ｃとを連続的に形成している。分割導体セグメント５の第１直線部５ａと第２直線部５ｂとの径方向の位置は、互いにずれている。すなわち、第１直線部５ａは径方向中心側に配置され、第２直線部５ｂは第１直線部５ａより径方向外周側にずれて配置される。図２に示すスロット１２ｂの配置で説明すると、第１直線部５ａは１層目または３層目の奇数層の位置に、第２直線部５ｂは２層目または４層目の偶数層の位置となる。

また、分割導体セグメント５は、第１直線部５ａの軸方向の端部であって、山形部５ｃとは反対側の端部に接続された第１接続部５ｄを有する。また、分割導体セグメント５は、第２直線部５ｂの軸方向の端部であって、山形部５ｃとは反対側の端部に接続された第２接続部５ｅを有する。第１接続部５ｄおよび第２接続部５ｅのそれぞれは、周方向において、山形部５ｃとは反対側に延在している。また、第１接続部５ｄおよび第２接続部５ｅのそれぞれの端部であって、第１直線部５ａおよび第２直線部５ｂとは反対側の端部は、接続材１０（図１参照）に対する接続部であり、１本の分割導体セグメント５の両端を構成している。

上記のような分割導体セグメント５を複数接続することで、図１に示す固定子コイルが形成される。例えば、図１に示すステータコア１２の複数のスロット１２ｂにそれぞれ分割導体セグメント５を装着する。ここでは、図１に示すように、山形部（湾曲部）５ｃが軸方向下部となるようにステータのスロット１２ｂに分割導体セグメント５を挿入する。そして、軸方向上部でステータコア１２から突出した各分割導体セグメント５（第１接続部５ｄおよび第２接続部５ｅ）の端部を、隣の分割導体セグメント５と接続するように溶接することで、円筒状のステータコア１２の外周に沿ってコイルが形成される。

図４および図５に示すように、本実施の形態に係る分割導体セグメント５は、導電部７と、導電部７の外周に順に被覆された、スリーブ３および絶縁層４とを有する。そして、導電部（分割導電部、コア部とも言う）７は、複数の素線部６から成る。素線部６は、素線１と、素線を被覆する被膜（絶縁被膜）２とを有する。ここでは、平角型の２本の素線部６がその厚さ方向に積層されている。

素線１の材料としては、絶縁電線に使用されるものであれば特に限定されることはないが、金属材料などの導電性材料（導電体）、具体的には、例えば、銅線、銅合金線、アルミニウム線、またはアルミニウム合金線を用いることができる。また、このような金属材料の表面にニッケル等の金属めっきを施したものを用いてもよい。また、ここでは、素線１として横断面形状が略矩形状の平角線を用いたが、他の形状の線、例えば、丸線、異形状の線を用いてもよい。ただし、分割導体セグメント５の占積率を大きくするため、平角線を用いることが好ましい。素線１は、例えば、厚さ１ｍｍ～２ｍｍ程度、幅３ｍｍ～５ｍｍ程度である。なお、本明細書において、Ａ～Ｂは、原則としてＡ以上Ｂ以下を示す。具体的には、銅平角線である素線１の横断面における寸法は、１．９×３．４５ｍｍである。

被膜２の材料は、例えば有機シラン（有機ケイ素化合物）である。すなわち、被膜２は、有機シラン膜である。このような被膜（有機シラン膜、シランコート）は、シランカップリング剤を用いて形成することができる。被膜２の材料として有機シラン膜を用いることにより、被膜２の薄膜化が可能であり、分割導体セグメント５の占積率を向上させることができ、スロット内に装着されるコイルの電流密度を高くすることができる。また、このような有機シラン膜は、導体との結合性が高く、柔軟性、可撓性を有し、分割導体セグメント５の伸びおよび加工に対し容易に追従し、分割導体セグメント５の伸びおよび加工の際の被膜の剥離を抑制することができる。したがって、分割導体セグメント５の絶縁特性の長期信頼性を向上させることができる。

有機シラン膜の膜厚は、例えば、０．１μｍ～１０μｍ程度である。シランカップリング剤を作用させる方法としては、シランカップリング剤を含有する液体を塗布する方法がある。塗布方法としては、例えば、ディップコーティング法またはスプレーコーティング法などを用いることができる。

また、被膜２は、有機シランではなく、素線１の酸化物から成る酸化膜であってもよい。この酸化膜は、素線１を酸化雰囲気に連続的に通過させることにより形成できる。

スリーブ３の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金などの金属材料を用いることができる。例えば、薄膜状（テープ状）の金属材料を素線の束（導電部７）の外周に１/２ラップによる横巻で巻きつけ、素線の束（導電部７）の延在方向に巻きピッチの１/２の間隔でスポット溶接することにより、スリーブ３を形成することができる。また、薄膜状の金属材料を素線の束（導電部７）の延在方向に沿って配置（縦添え）し、巻いた後、隣り合った金属材料の端部の突合せ部分を溶接することにより、スリーブ３を形成してもよい。また、金属材料を、素線の束（導電部７）の外周に筒状に押し出すことでスリーブ３を形成することができる。スリーブ３の厚さは、例えば、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ程度である。このようなスリーブ３を設けることで、素線１のずれを防止することができるため、分割導体セグメント５を略Ｕ字状に加工する際の、曲げ加工に対する分割導体セグメント５の強度を向上させることができる。分割導体セグメント５の横断面（延在方向に対して垂直な面での断面）において、２つの素線１のそれぞれの断面積は、スリーブ３の断面積よりも大きい。

絶縁層４としては、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリビニルホルマール系、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）系の樹脂を用いることができる。すなわち、絶縁層４は、例えばエナメル樹脂である。例えば、スリーブ３の周囲に上記樹脂を被覆することにより、絶縁層４を形成することができる。例えば、複数の素線部６を束ねたコアの周囲に上記樹脂材料（前駆体）を塗布した後、加熱することで絶縁層４を形成することができる。また、押出機などにより溶融した樹脂を導電部（コア部）７の外周に押出すことにより絶縁層４を形成することができる。絶縁層４の膜厚は、例えば、５μｍ～５０μｍ程度であり、例えば３０μｍである。塗布方法としては、ディップコーティング法またはスプレーコーティング法などを用いることができる。

コイルを構成する絶縁電線としては、円形の断面を有する１本の素線およびエナメル被覆から成るエナメル線を用いることが考えられる。これに対し、本実施の形態によれば、表皮効果の低減、および、渦電流損の低減を実現することができる。表皮効果とは、交流電流が導体（電線）を流れるとき、電流密度が導体表面で高く、導体内部は低くなる現象である。この現象により、導体の電気抵抗が増大し、電力の損失が生じる。分割導体セグメント５は分割導体であるため、２本の素線１と１本のスリーブ３との計３つの経路を電流が流れる。この３つの電流経路を並列に接続し、各電流経路に別々に電流を流すことで、上記各損失の発生を防ぐことができる。分割導体から成るエナメル線（分割導体エナメル線）は、特に、モーターの高速回転時の渦電流損低減に有用である。

分割導体エナメル線の構造としては、スリーブを有さず、複数の素線にエナメル被膜を塗布したものを用いることも考えられる。しかし、その場合、分割導体を折り曲げた場合などに、素線同士の位置がずれ易いという問題がある。このようなずれが生じると、エナメル被覆に割れが生じること、および、素線がばらけることが考えられる。したがって、分割導体エナメル線の品質安定性を保つため、スリーブを用いることが望ましい。

次に、図６～図８を用いて、分割導体セグメントの端部同士の接続態様について説明する。

図６に示すように、ステータコア１２（図１参照）の軸方向上部で、径方向において互いに隣り合う２つの分割導体セグメント５の端部同士は、互いに溶接され、電気的に接続されている。この溶接は、例えばＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接により行われている。径方向に並ぶ４つの分割導体セグメント５のそれぞれの端部のうち、径方向内側の２つの端部同士が互いに接続され、径方向外側の２つの端部同士が互いに接続されている。ここでは、２本の分割導体セグメント５のそれぞれの端部を覆うキャップ状の接続材１０を２つの当該端部に被せた上で、溶接を行って端部同士を接続している（図８参照）。

図７に、１本の分割導体セグメント５の端部および当該端部に接続された接続材１０の断面図を示す。図７は、図軸方向および周方向に沿う断面であって、径方向に対して垂直な面における断面である。

図７に示すように、分割導体セグメント５の導電部材を接続材１０に電気的に接続するため、素線１およびスリーブ３は、絶縁層４から露出している。具体的には、分割導体セグメント５の端部から、分割導体セグメント５側に向かって順に、素線１が絶縁層４、スリーブ３および被膜２から露出している第１部分１Ａと、スリーブ３が絶縁層４から露出している第２部分１Ｂとが、互いに隣接して存在している。

第１部分１Ａでは、隣り合う素線１同士の間には被膜２が設けられているが、第１部分１Ａでのそれ以外の領域において、素線１の外周の被膜２は除去され、素線１が被膜２から露出している。

第２部分１Ｂにおいて、各素線１の外周全体は、被膜２およびスリーブ３により覆われている。このため、互いに接する第１部分１Ａと第２部分１Ｂとの間（境界）には、素線１の側面と、被膜２およびスリーブ３から成る積層部（積層構造）との間の段差１１ａが存在している。

接続材１０は、例えば銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金から成る導体であり、スリーブ３および素線１の側面に溶接されている。ここでは、キャップ状の接続材１０により、２本の分割導体セグメント５の端部をまとめて覆い、分割導体セグメント５の短手方向から接続材１０により当該端部を挟み込むように接続する場合について説明する（図８参照）。ただし、分割導体セグメント５の延在方向において接続材１０の上部が解放されていてもよい。言い換えれば、接続材１０はリング状であってもよい。接続材１０がリング状である場合には、２本の分割導体セグメント５の端部を束ねるように、接続材１０の孔部に当該２つの端部を嵌め込んで接続を行う。接続材１０がキャップ状である場合およびリング状である場合のいずれの場合でも、２本の分割導体セグメント５の端部は接続材１０の開口部に嵌合して溶接される。

本実施の形態の主な特徴として、接続材１０は、分割導体セグメント５の側面の段差１１ａに対応するように、分割導体セグメント５に対向する面（内壁）に段差を有している。すなわち、接続材１０の開口部は、分割導体セグメント５の延在方向において隣接する第３部分と開口端の第４部分とを有し、第３部分よりも分割導体セグメント５側に位置する第４部分の開口幅は、第３部分の開口幅よりも大きい。接続材１０と分割導体セグメント５とを接続する際には、接続材１０の第３部分に分割導体セグメント５の第１部分１Ａ（素線１）が嵌合し、接続材１０の第４部分に分割導体セグメント５の第２部分１Ｂ（スリーブ３）が嵌合する。つまり、接続材１０の内壁のうち、第３部分の内壁は第１部分１Ａの素線１の側面に接続され、第４部分の内壁は第２部分１Ｂのスリーブ３の側面に接続される。このとき、絶縁層４の終端部は、分割導体セグメント５の短手方向において接続材１０と接しておらず、例えば、絶縁層４の終端部と接続材１０とは互いに離間している。接続材１０の内壁の段差は、スリーブ３の終端部を含む段差１１ａに嵌合している。

分割導体セグメント５の延在方向において、接続材１０と素線１とが接する距離（第１部分１Ａの距離）ｘ１は、接続材１０とスリーブ３とが接する距離（第２部分１Ｂの距離）ｘ２よりも大きい。これは、接続材１０に接続される対象の電流量に比例して、接触面積を大きくすることが望ましいためである。すなわち、分割導体セグメント５の横断面（延在方向に対して垂直な面での断面）において、２つの素線１のそれぞれの断面積は、スリーブ３の断面積よりも大きい。このため、距離ｘ１およびｘ２の比は、素線の断面積と、スリーブの断面積との比と同じとすることが望ましい。

ここで、１本の分割導体セグメント５を構成する２本の素線１同士が隣り合う方向、つまり、素線１の厚さ方向において分割導体セグメント５を挟み込む接続材１０のうち、素線１の側面から、素線１の当該側面を覆う接続材１０の外側の表面（当該素線１側と反対側の表面）までの厚さをａとする。また、当該方向において分割導体セグメント５を挟み込む接続材１０のうち、第１部分１Ａにおいて素線１の一方の側面に接する接続材１０の厚さをａ１とする。また、当該方向において分割導体セグメント５を挟み込む接続材１０のうち、第２部分１Ｂにおいてスリーブ３の一方の側面に接する接続材１０の厚さをａ２とする。また、当該方向において１つの素線１の一方の側面を覆う被膜２およびスリーブ３から成る積層部の厚さをｂとする。当該方向において１つの素線１の一方の側面を覆うスリーブ３の厚さをｃとする。

この場合、第３部分（第１部分１Ａ）の厚さａ１は、第４部分（第２部分１Ｂ）の厚さａ２よりも厚い。また、厚さａ１、ｂおよびｃの関係は、ａ１＞ｂ＞ｃで表される。また、厚さａの最大値と最小値との差は、厚さｃよりも小さい。ここでいう厚さａの最大値とは、厚さａ２およびｂの合計の値であり、厚さａの最小値とは、厚さａ１の値である。

このような分割導体セグメント５の端部の構造は、次のようにして作成することができる。すなわち、第１部分１Ａおよび第２部分１Ｂの絶縁層４は、例えば、薬品処理、研磨若しくは切削またはそれらの組み合わせの方法などにより除去することができる。第１部分１Ａのスリーブ３は、例えば、切削などにより除去することができる。第１部分１Ａの被膜２は、例えば、薬品処理、研磨若しくは切削またはそれらの組み合わせの方法などにより除去することができる。

接続材１０は、例えば、鋳造、プレス加工、またはそれらの組み合わせにより製造することができる。あるいは、接続材１０の製造方法として、穴を有するキャップ状の金属材を用意し、当該穴の入り口（開口端）付近の内壁の削ることで、内壁の段差を形成することが考えられる。

図８に示すように、１つの分割導体セグメント５の端部と、相手材であるもう１つの分割導体セグメント５の端部とを覆うように接続材１０を被せ、各分割導体セグメント５の露出している素線１およびスリーブ３のそれぞれの側面に、接続材１０を溶接する。これにより、隣り合う分割導体セグメント５同士を接続し、分割導体セグメントから成る固定子コイルを製造することができる。この溶接は、Ｕ字型の複数の分割導体セグメント５をステータコア１２（図１参照）に挿入し、各分割導体セグメント５を折り曲げて、図３に示す第１接続部５ｄおよび第２接続部５ｅを作成した後に行う。

上記のように、本実施の形態の延在する分割導体セグメントは、複数の素線部６を有する導電部７（図５参照）と、導電部７の外周を覆う導電体から成るスリーブ３と、スリーブ３の外周を覆う絶縁層４と、延在方向の端部から順に位置する第１部分１Ａおよび第２部分１Ｂと、を有する。複数の素線部６のそれぞれは、導電体から成る素線１と、素線１の外周に形成された絶縁被膜（被膜２）とを有している。第１部分１Ａでは、素線１が絶縁層４、スリーブ３および絶縁被膜から露出し、第１部分１Ａと隣接する第２部分１Ｂでは、スリーブ３が絶縁層４から露出している。また、第１部分１Ａと第２部分１Ｂとの間のスリーブ３および絶縁被膜から成る積層部の、当該延在方向における端部は、第１段差（段差１１ａ）を構成している。接続材１０は、第１部分１Ａの素線１の側面と、第２部分１Ｂのスリーブ３の側面とに接続された第１導体により構成され、接続材１０は、第１段差に対応する第２段差を有する。

＜本実施の形態の効果＞
分割導体セグメントを他の導体（相手材）に接続する際には、導体から成る接続材を分割導体セグメントに溶接などにより接続することが考えられる。分割導体セグメントが、複数の素線と、それらを囲んで束ねる導体であるスリーブとにより構成される場合、スリーブと、スリーブから露出させた各素線とのそれぞれを、相手材に電気的に接続する必要がある。これは、スリーブおよび各素線を相手材に電気的に接続しなければ、固定子コイルを構成する絶縁電線に分割導体構造を採用した利点を得られなくなるためである。すなわち、固定子コイルを利用する際、分割導体セグメントを構成する各導体に電流を流すことで、表皮効果の低減、および、渦電流損の低減を実現することができる。

分割導体セグメントと相手材とを接続する方法として、分割導体セグメントの延在方向における端部において、分割導体セグメントの最外層を構成する絶縁層（例えばエナメル被覆）を除去し、露出した導体を相手材に接続することが考えられる。しかし、その場合、複数の素線を束ねて覆うスリーブの側面（外周面）は露出するが、各素線の側面は露出しないため、素線を相手材に接続することは困難である。よって、素線と相手材との接続信頼性が低下する虞がある。

これに対し、本実施の形態では、図７に示す第２部分１Ｂにおいてスリーブ３の側面を絶縁層４から露出させ、第２部分１Ｂよりも分割導体セグメント５の先端側の第１部分１Ａにおいて、複数の素線１の側面を被膜２、スリーブ３および絶縁層４から露出させている。このように、分割導体セグメント５の先端側に向かって段階的に内部導体を露出させることで、分割導体セグメント５を構成する全ての導体を露出させることができる。したがって、スリーブ３および各素線１を、相手材に容易に接続することができる。これにより、分割導体セグメントの接続信頼性を向上させることができる。

また、分割導体セグメント５の端部のスリーブ３を除去して複数の素線１を露出させると、スリーブ３に厚みがあるため、素線１の側面とスリーブ３の側面との間に段差１１ａが生じる。

この場合、接続材をスリーブ３および素線１の両方に接続させるため、例えば、接続材を素線１の側面に対して傾斜した状態で溶接することも考えられるが、このような方法では、接続の作業難易度が高くなる。また、この場合、接続材とスリーブ３および素線１との接触面積が減少することが考えられる。よって、分割導体セグメント５の品質にばらつきが生じる虞がある。また、固定子コイルの使用時などの振動、エンジンの高熱、または、溶接時の熱による金属の膨張・収縮などに起因して、接続材と分割導体セグメント５との間で剥離が起き、不良発生率が高くなる。このような剥離は、接触不良による電動機の出力低下、または、短絡による発火などを引き起こす虞がある。したがって、分割導体セグメントの端部同士の接続状態を長期に保ち、分割導体セグメントの接続信頼性の低下を防ぐ必要がある。

これに対し、本実施の形態では、図７に示すように、分割導体セグメント５の端部で露出するスリーブ３と素線１との間の段差１１ａに対応する段差を、接続材１０の内壁に設けている。すなわち、接続材１０の溶接部分に、被膜２およびスリーブ３を除去することにより生じた段差１１ａの高さに応じた段差を設けている。よって、接続材１０の内壁の段差を段差１１ａに嵌合させて接続材１０と分割導体セグメント５とを溶接することができる。

また、接続材１０に対し曲げ加工を行わずとも、第１部分１Ａで接続材１０を素線１に接続し、かつ、第２部分１Ｂで接続材１０をスリーブ３に接続できる。したがって、分割導体セグメントの製造工程における工数を減らし、分割導体セグメントの製造コストを低減することができる。ここでは、接続材１０の内壁に段差を設けているため、第１部分１Ａおよび第２部分１Ｂに亘って、接続材１０の外側の表面は平坦である。よって、厚さａの最大値と最小値との差は０であり、厚さｃよりも小さい。

本実施の形態では、接続材１０の表面と分割導体セグメント５の表面とが斜めの状態で溶接するのではなく、それらの対向する表面が互いに平行な状態で溶接を行うことができる。したがって、溶接作業が容易となる。

また、分割導体セグメントの品質にばらつきが生じることを防ぎ、歩留まりを向上させることができる。また、接続材を素線１およびスリーブ３のそれぞれの側面に対して傾斜した状態で接続する場合に比べ、溶接による接続面積を増大させることができる。よって、より確実に接続できるため、分割導体セグメント５の端部と接続材１０との接続状態を長期に保つことができる。よって、分割導体セグメントの接続信頼性を向上させることができる。

ここでは、２本の分割導体セグメント５の端部に対して、１つの接続材１０を被せることについて説明したが、１本の分割導体セグメント５の端部に対して、１つの接続材１０を被せてもよい。また、１本の分割導体セグメント５の端部を、接続材１０を介して接続する相手材は、分割導体でなくてもよい。

図１では示していないが、分割導体セグメント５の端部を、固定子９の外部に電気的に接続するための外部端子（接続端子）に接続する際にも、本実施の形態を適用することができる。すなわち、分割導体セグメント５の端部の素線１およびスリーブ３を覆うように分割導体セグメント５に接続される外部端子の内壁に、接続材１０の内壁と同様に段差を設けることで、分割導体セグメント５と外部端子との接続を維持し易くすることができる。

＜変形例１＞
図７では、素線１の延在方向において、素線１の端部の外側に接続材１０を示していなかったが、図９に示すように、分割導体セグメント５が嵌合する接続材１０の開口部の内壁に、さらに段差１１ｂを設けてもよい。図９は、本実施の形態の変形例１である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。

段差１１ｂは、接続材１０と分割導体セグメント５とが接続された状態で、素線１の延在方向において素線１の端部よりも外側に位置している。つまり、接続材１０の開口部の内壁において、下側の開口端から、段差１１ａと嵌合する段差、および、段差１１ｂとが順に並んでいる。

ここで、接続材１０は、下側の開口端から順に第４部分、第３部分および第５部分１Ｃを有している。第５部分１Ｃは、分割導体セグメント５の延在方向において、段差１１ｂよりも第３部分の反対側に位置する部分である。接続材１０の第５部分１Ｃは、分割導体セグメント５の延在方向において、素線１の端部の外側に位置している。接続材１０の第５部分１Ｃ同士は互いに離間している。分割導体セグメント５の短手方向において、第５部分１Ｃの接続材１０の厚さは、第３部分の接続材１０の厚さａ１より厚い。

本変形例のように、素線１の延在方向において、素線１の外側に段差１１ｂを設けて、接続材１０の第３部分よりも厚さが厚い第５部分１Ｃを設けることで、接続材１０の電気抵抗を低減することができる。したがって、分割導体セグメント５の短手方向における接続材１０の厚さを小さくすることができる。これにより、接続材１０が接続された複数の分割導体セグメント５をより高い密度で配置することができるため、分割導体セグメントを高効率化することができる。また、分割導体セグメント５の短手方向における接続材１０の厚さを小さくすることで、分割導体セグメント５と接続材１０との溶接をより容易にすることができる。

＜変形例２＞
図７では、接続材１０を１つの導体により構成することについて説明したが、図１０に示すように、接続材１０は２つの導体により構成されていてもよい。図１０は、本実施の形態の変形例２である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。

図１０に示すように、分割導体セグメント５に接続された接続材１０が第１導体により構成されているとする。ここで、第１導体は、第２部分１Ｂのスリーブ３の側面に接続された第２導体１０ａと、第２導体１０ａと素線１との間に設けられ、第１部分１Ａの素線１の側面に接続された第３導体１０ｂとにより構成されている。ここで、接続材１０の内壁に設けられ、段差１１ａに対応する段差は、第２導体１０ａのスリーブ３側の側面（内壁）と、分割導体セグメント５の延在方向における第３導体１０ｂの端部とにより構成されている。

このように、接続材１０を２つの第２導体１０ａおよび第３導体１０ｂにより構成することで、それらの導体の重なりにより、接続材１０の内壁の段差を設けてもよい。これにより、接続材１０の内壁の段差を形成するための切削工程などを省略することができる。

第２導体１０ａと第３導体１０ｂとは、接続材１０を分割導体セグメント５の端部に溶接する前に互いに接続されていてもよい。また、接続材１０の分割導体セグメント５の端部に第２導体１０ａと第３導体１０ｂとをそれぞれ嵌合させた後に、溶接により分割導体セグメント５、第２導体１０ａおよび第３導体１０ｂのそれぞれを相互に接続させてもよい。

＜変形例３＞
図７～図１０では、内壁に段差を有する接続材を用いることについて説明したが、図１１に示すように、接続材２０は、分割導体セグメント５の端部の段差１１ａに合わせて、曲げ加工が施されていてもよい。図１１は、本実施の形態の変形例３である分割導体セグメントの端部を示す断面図である。

分割導体セグメント５の端部の被膜２およびスリーブ３を除去して複数の素線１を露出させると、スリーブ３に厚みがあるため、素線１の側面とスリーブ３の側面との間に段差１１ａが生じる。そこで、本変形例では、図１１に示すように、接続材２０を曲げることで、接続材２０の表面を、スリーブ３と素線１との両方の側面に溶接により接続している。このように、接続材２０に対して曲げ加工を行うことで、接続材２０の表面と、スリーブ３および素線１のそれぞれの側面とを、互いに対向させた状態で溶接することができる。つまり、面同士を接続することで、接続材２０とスリーブ３および素線１のそれぞれとの接続信頼性を高めることができる。よって、分割導体セグメントの接続信頼性を向上させることができる。

また、接続材２０を曲げることで、スリーブ３と素線１との両方に接続材２０を電気的に接続しているため、固定子コイルを構成する絶縁電線に分割導体構造を採用した利点を得ることができる。すなわち、固定子コイルを利用する際、分割導体セグメントを構成する各導体に電流を流すことで、表皮効果の低減、および、渦電流損の低減を実現することができる。

ここでは、接続材２０に対して曲げ加工を行うことで、接続材２０を段差１１ａに合わせて湾曲させている。この場合、第１部分１Ａの接続材２０の厚さａ１と、第２部分１Ｂの接続材２０の厚さａ２とは、同じになる。また、第２部分１Ｂの厚さａは、第１部分１Ａの厚さａの最小値に比べ、被膜２およびスリーブ３から成る積層部（積層構造）の厚さの分だけ厚い。つまり、厚さａの最大値と最小値との差は、厚さｂと同等であり、少なくとも厚さｃよりも厚い。

＜変形例４＞
図７～図１１では、分割導体セグメントと相手材とを電気的に接続するために、接続材を用いることについて説明したが、図１２に示すように、接続材を用いず、分割導体セグメント５の端部同士を直接接続させてもよい。図１２は、本実施の形態の変形例３である分割導体セグメントの端部を示す斜視図である。

本変形例では、径方向において並ぶ２本の分割導体セグメント５の端部同士を直接溶接することで、２本の分割導体セグメント５を電気的に接続している。各分割導体セグメント５の端部近傍では、第１部分１Ａにおいて素線１を露出し、第２部分１Ｂにおいてスリーブ３を露出している。このため、２本の分割導体セグメント５の素線１同士の接続と、２本の分割導体セグメント５のスリーブ３同士の接続とを容易に実現することができる。このとき、素線１とスリーブ３とが電気的に接続されていてもよい。

図１２では、２本の分割導体セグメント５を、それらの短手方向において並べ、各分割導体セグメント５のスリーブ３および素線１を曲げることで、２本の分割導体セグメント５の端部同士を接触させている。また、スリーブ３および素線１のそれぞれを曲げずに当該端部同士を溶接してもよい。特に、絶縁層４は薄い層であるため、第２部分１Ｂでスリーブ３および素線１を曲げずとも、第２部分１Ｂのスリーブ３同士を溶接することができる。

（実施の形態２）
図１３は、本実施形態に係る電動機（回転電機）４０の断面図である。電動機４０は、固定子９と、固定子９を保持するハウジング５０と、回転子３１と、を備えている。

回転子３１が固定されるシャフト３３は、軸受４４および軸受４５により回転自在に支持されている。

ハウジング５０の内周側には、固定子９が固定されている。固定子９の内周側には、回転子３１が回転可能に支持されている。ハウジング５０は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形され、電動機４０の外被を構成している。ハウジング５０は、枠体またはフレームとも呼ばれる。ハウジング５０は、厚さ２～５ｍｍ程度の鋼板（高張力鋼板など）を絞り加工により円筒形状に形成されている。

回転子３１は、回転子鉄心３２と、シャフト３３とから構成されている。回転子鉄心３２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。シャフト３３は、回転子鉄心３２の中心に固定されている。シャフト３３は、固定子９内の所定の位置で、固定子９に対向した位置で回転する。また、回転子３１には、永久磁石３８と、エンドリング（図示しない）とが設けられている。

前記実施の形態１で説明したような固定子９を有する電動機４０は、ハイブリット自動車または電気自動車などの電動車両（ｘＥＶ）の駆動用などのモーターとして用いられる。

このようなモーターは、円筒状の固定子９と、この固定子９に取り付けられたコイル（分割導体セグメントにより構成されるコイル）と、ステータの内周壁と一定の距離を離間して回転可能に配置されたシャフト３３とを有している。そして、シャフト３３に発生する磁界に基づいて、上記シャフト３３を回転させることにより、駆動力を得ることができる。

そして、このような電動車両のモーターは、高周波の交流によって駆動されることが多く、渦電流などによる損失が生じ易いため、前記実施の形態１で説明した分割導体セグメントを好適に用いることができる。本実施の形態では、前記実施の形態１で説明した分割導体セグメントにより構成される固定子コイルを用いることで、電動機の効率を高め、かつ、電動機の信頼性を向上させることができる。

なお、ここでは車両用モーターを例に説明したが、前記実施の形態１で説明した分割導体セグメントは、他の電動機にも適用することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１ 素線
１Ａ 第１部分
１Ｂ 第２部分
２ 被膜
３ スリーブ
４ 絶縁層
５ 分割導体セグメント
６ 素線部
７ 導電部
９ 固定子
１０ 接続材
１２ ステータコア

Claims (9)

1. 延在する分割導体セグメントであって、
   複数の素線部を有する導電部と、
   前記導電部の外周を覆う導電体から成るスリーブと、
   前記スリーブの外周を覆う絶縁層と、
   延在方向の端部から順に位置する第１部分および第２部分と、
   を有し、
   複数の前記素線部のそれぞれは、導電体から成る素線と、前記素線の外周に形成された絶縁被膜とを有し、
   前記第１部分では、前記素線が露出し、
   前記第１部分と隣接する前記第２部分では、前記スリーブが露出している、分割導体セグメント。
2. 延在方向の端部に電気的に接続された接続材を備えた分割導体セグメントであって、
   複数の素線部を有する導電部と、
   前記導電部の外周を覆う導電体から成るスリーブと、
   前記スリーブの外周を覆う絶縁層と、
   前記延在方向の前記端部から順に位置する第１部分および第２部分と、
   を有し、
   複数の前記素線部のそれぞれは、導電体から成る素線と、前記素線の外周に形成された絶縁被膜とを有し、
   前記第１部分では、前記素線が露出し、
   前記第１部分と隣接する前記第２部分では、前記スリーブが露出し、
   前記第１部分と前記第２部分との間の前記スリーブおよび前記絶縁被膜から成る積層部の、前記延在方向における端部は、第１段差を構成し、
   前記接続材は、前記第１部分の前記素線の側面と、前記第２部分の前記スリーブの側面とに接続された第１導体により構成され、
   前記接続材は、前記第１段差に対応する第２段差を有する、分割導体セグメント。
3. 請求項１または２に記載の分割導体セグメントにおいて、
   前記第１部分では、互いに隣り合う前記素線同士の間に前記絶縁被膜が設けられている、分割導体セグメント。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の分割導体セグメントにおいて、
   横断面において、前記素線の断面積は、前記スリーブの断面積より大きく、
   前記延在方向において、前記第１部分の長さは、前記第２部分の長さより長い、分割導体セグメント。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の分割導体セグメントにおいて、
   前記絶縁被膜は、有機シラン膜から成る、分割導体セグメント。
6. 請求項２に記載の分割導体セグメントにおいて、
   前記分割導体セグメントの短手方向において、前記第１部分に接する前記接続材の厚さは、前記第２部分に接する前記接続材の厚さより厚い、分割導体セグメント。
7. 請求項２または６に記載の分割導体セグメントにおいて、
   前記接続材の一部は、前記延在方向において、前記素線の外側に位置している、分割導体セグメント。
8. 請求項２、６または７のいずれか１項に記載の分割導体セグメントにおいて、
   前記接続材は、
   前記第２部分の前記スリーブの側面に接続された第２導体と、
   前記第２導体と前記素線との間に設けられ、前記第１部分の前記素線の側面に接続された第３導体と、
   を有する、分割導体セグメント。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の分割導体セグメントを複数備えた固定子を有する、電動機。

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