JP2005124361A - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程が簡単であり且つ効率の高い回転電機及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 巻線プリフォーム冶具に平角導体線を所定回数巻き付けることにより所定形状の巻線３０を形成する。巻線３０の断面形状は、その巻線３０が挿入されるべきステータコアのスロットの断面形状に略一致させる。ステータコアの複数のスロットを跨ぐようにして巻線３０をそれらのスロットに挿入することにより、回転電機のステータを構成する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、回転電機およびその製造方法に係わり、特に、予め所定形状に成型された巻線をステータコアに装着する工程を含む回転電機の製造方法に係わる。

回転電機は、従来より、様々な分野において広く使用されてきている。ここで、回転電機は、モータおよび発電機を含み、特に限定されるものではないが、例えば、空調装置のコンプレッサを駆動するモータ、電気自動車（ハイブリッド車を含む）の走行用モータ、車載用の発電機等として使用されている。

回転電機は、一般に、回転磁界を発生させるための巻線（発電機の場合は、磁束の変化に応じた起電力を発生させるための巻線）を備えているが、この巻線の製造工程を簡略化できれば、回転電機の製造コストの低下など、様々なメリットが得られる。このため、回転電機の巻線の製造工程を簡略化するための技術として、例えば、特許文献１〜４に記載の方法が知られている。

特許文献１、２に記載の製造方法では、まず、図１７（ａ）に示すように、導体線を複数回リング状に巻く。続いて、図１７（ｂ）に示すように、モータの極数に応じてリング状の導体線に凹凸を設ける。そして、この導体線が、モータのステータコアに設けられているスロットに挿入される。このように、これらの特許文献に記載の製造方法では、予め所定の形状に成型された巻線が用意され、その巻線がステータコアのスロットに挿入されるようになっている。このため、ステータコアのスロットに導体線を巻き付けていく方法と比べて作業効率がよい。

特許文献３にも、予め所定形状の巻線を形成しておき、その巻線をステータコアのスロットに挿入する製造方法が記載されている。ただし、特許文献３に記載の製造方法では、モータの各極ごとに巻線が形成され、それらの巻線がそれぞれ対応する１組のスロットに挿入されるようになっている。また、特許文献４には、複数の松葉状の導体（セグメントコイル）をそれぞれ対応する１組のスロットに挿入し、それらを順次接続していくことにより巻線を形成する製造方法が記載されている。なお、他の関連技術として、特許文献５および特許文献６が知られている。
特開２００２−２０９３５８号公報（図６〜図７、段落００１３〜００１５） 特開平１０−１４１４９号公報（図１〜図２、段落０００７〜００１０） 特開２００３−１５３４７８号公報（図４、段落００１２〜００１４） 特開２００１−３７１３２号公報（図２〜図６） 特開平１０−２７１７３３号公報 特開２０００−６９７００号公報

ところで、回転電機は、上述のように、その製造工程が簡単であることが望ましいが、それに加えて、回転電機の効率が高いことも要求される。ここで、回転電機の効率は、巻線を構成する導体線がより密集して巻かれているほど高くなる。すなわち、巻線を収容するためのスロット内における導体線の占積率が高いほど、回転電機の効率が高くなる。なお、スロット内における導体線の占積率とは、「スロットの断面積」と「そのスロット内に収容されている複数の導体線の各断面積の和」との比率をいうものとする。

しかし、上述の工程（予め所定形状に形成された巻線をステータコアのスロットに挿入する工程）を含む製造方法で製造される従来の回転電機は、スロット内における導体線の占積率が高いとはいえなかった。すなわち、従来は、製造工程を簡単にすることと、スロット内における導体線の占積率を上げて回転電機の効率を向上させることとを両立させることは難しかった。

また、特許文献３に記載のモータにおいては、３以上のスロットに連続して巻線を形成することができない、挿入する側のコイルエンドが１列に積層されるためにコイルエンドが大きくなってしまう、巻線を特殊な形状に形成する冶具やステータに装着するための装置が必要になる、セミクローズスロットを有するステータに限定される、などの課題がある。

他方、特許文献４に記載のモータにおいては、巻線を構成するための複数の松葉状導体を溶接等で順番に接続していく必要があるので、その溶接部分における損失によりモータの効率が低下するとともに、製造工程が複雑になる。また、高電圧環境下で使用される場合には、巻き数やスロット数を増やす必要があり、生産性の低下やモータ効率の低下を招く。さらに、コイルレイアウトの関係上、巻線の巻き数を１ターンずつ増やすことが困難であり、設計の自由度が低い。

本発明の課題は、製造工程が簡単であり、且つ、効率の高い回転電機をおよびその製造方法を提供することである。

本発明の回転電機の製造方法は、平角導体線を所定形状の成型部材に複数回巻き付けることにより巻線を形成する第１の工程、回転電機のステータコアに設けられている３以上のスロットに跨って上記巻線を挿入してステータを作製する第２の工程、を含む。そして、第１の工程において、上記平角導体線は、上記巻線の断面形状が上記スロットの断面形状に略一致するように、上記成型部材に巻き付けられる。

本発明によれば、予め所定の形状に成形された巻線がステータコアの３以上のスロットに跨って挿入されるようにして装着されるので、製造工程が簡単である。また、巻線を構成する導体線として平角導体線を使用しているので、スロット内の導体線の占積率が高くなり、回転電機の効率が向上する。さらに、巻線の断面形状がスロットの断面形状に略一致しているので、スロット内の導体線の占積率がさらに高くなり、回転電機の効率がさらに向上する。

上記製造方法の第２の工程において、上記巻線は、３以上のスロットに跨って波巻を形成するように挿入されるようにしてもよい。この発明によれば、複数のセグメントコイルをそれぞれ対応するスロットに挿入した後にそれらを互いに接続する製造方法と比べて、ステータを製造するための作業工程が少なく、また、巻線自体の損失が少なくなる。

また、上記製造方法において、第１の工程が、上記成型部材の圧接面に沿って第１の方向に向かって順番に上記平角導体線がｎ列並べられるように上記平角導体線をｎ回巻き付ける第１のサブ工程、上記第１のサブ工程により巻き付けられた平角導体線の外側に重ねて上記第１の方向と逆方向に向かって順番に上記平角導体線がｎ列並べられるように上記平角導体線をｎ回巻き付ける第２のサブ工程、上記第１および第２のサブ工程により巻き付けられた平角導体線の外側に重ねてさらに上記平角導体線が巻き付けられるように上記第１のサブ工程および上記第２のサブ工程を交互に繰り返す第３のサブ工程、を含むようにしてもよい。さらに、第３のサブ工程の後に、上記巻線の断面形状が台形になるようにさらに上記平角導体線が巻き付けられるようにしてもよい。これらの発明によれば、巻線を構成する平角導体線は、常に、その直前に巻き付けられた平角導体線と隣接しているので、巻線を構成する平角導体線の整列の乱れが小さい。このため、スロット内の導体線の占積率が高くなり、回転電機の効率が向上する。

さらに、上記製造方法の第１の工程において、上記成型部材の圧接面に垂直方向に重なっていくように上記平角導体線を複数回巻き付ける作業が複数回行われるようにしてもよい。この発明によれば、巻線を構成する平角導体線の整列が乱れる回数が少ないので、このことによってもスロット内の導体線の占積率が高くなる。なお、上記複数回行われる作業における巻き数を互いに同じにすれば、巻線の断面形状は長方形になる。一方、上記複数回行われる作業における巻き数が順番に１ずつ異なるようにすれば、巻線の断面形状は台形になる。

さらに、上記製造方法において、上記成型部材の圧接面が階段状に形成されており、上記第１の工程において、上記成型部材の圧接面の各段に対して垂直方向に重ねて巻き付けられる上記平角導体線の巻き数が、各段ごとに順番に所定数ずつ異なるように上記平角導体線が巻かれるようにしてもよい。この発明によれば、巻線の断面形状が台形になる。

さらに、上記製造方法において、上記成型部材が直線領域および曲線領域を備え、上記巻線が、上記成形部材の直線領域を利用して形成される複数の直線部分および上記成形部材の曲線領域を利用して形成される曲線部分を備え、上記第２の工程において、上記巻線の複数の直線部分が上記ステータコアの対応する複数のスロットにそれぞれ挿入され、上記巻線の直線部分が挿入されたスロット間を跨ぐように上記巻線の曲線部分が配置されるようにしてもよい。そして、上記第１の工程において、巻線の直線部分で平角導体線どうしを交差させないようにすれば、スロット内での平角導体線の整列が確保される。また、上記ステータコアが上記第１の工程により作製される複数の巻線が装着される構成である場合は、上記第２の工程の前に、上記複数の巻線がそれぞれ上記ステータコアに装着されたときにそれらが互いに干渉しないように各曲線部分がそれぞれ成型されるようにしてもよい。この場合、巻線をスロットに挿入する作業が容易になる。

さらに、上記製造方法において、上記巻線に絶縁材を巻き付ける等の絶縁処理を施した後、上記第２の工程においてその絶縁処理が施された巻線を上記スロットに挿入するようにしてもよい。この発明によれば、ステータコアのスロットに予め絶縁紙等を挿入しておく必要がない。また、巻線に対して予め絶縁処理を施しておくことにより、その巻線をスロットに挿入する際に、平角導体線の整列が崩れにくくなる。

本発明の回転電機は、ステータコアに巻線が装着されたステータを含む構成であり、上記巻線は平角導体線により構成されている。また、その巻線の断面形状は上記ステータコアに設けられているスロットの断面形状に略一致するように形成されている。さらに、上記ステータは、上記ステータコアに設けられている３以上のスロットに跨って上記巻線を挿入することにより作製されている。

本発明においては、平角導体線を用いて予め所定形状の巻線を形成しておき、その巻線を回転電機のステータコアのスロットに挿入することによりステータを作製するので、その製造が簡単であり、且つ効率のよい回転電機を提供できる。また、これに伴って、回転電機の小型化が図れる。

本発明の回転電機は、一般的な回転電機と同様にステータおよびロータを含むが、ロータの構成には特徴はない。よって、ロータの構成についての説明は省略する。また、本発明の回転電機の製造方法において、ステータを製造する工程以外の工程は、一般的な技術または公知の技術により実現されるものとする。なお、以下では、３相の回転電機であって、各相の極数がそれぞれ「６」であるケースを採り上げて説明する。

図１は、本発明に係る回転電機が備えるステータコア１０の一実施形態の分解斜視図である。ステータコア１０は、図１に示すように、内輪部材１１および外輪部材１２から構成される。ここで、内輪部材１１は、それぞれ径方向に向かって突出する複数の突起部を備えている。そして、これらの突起部間に、それぞれ、スロット１３が形成されている。なお、これらのスロットは、後で詳しく説明するが、巻線を収容するために使用される。他方、外輪部材１２は、略円筒形状をしており、内輪部材１１を包み込むようにして取り付けられる。なお、内輪部材１１は、内径側にスロット開口部を有さない形状であるが、内径側にスロット開口部を有する形状であってもよい。

図２は、ステータコア１０を上方から見た図である。ここでは、内輪部材１１の外側に外輪部材１２が取り付けられた状態が描かれている。このように、ステータコア１０は、複数（この例では、１８個）のスロット１３を備えている。そして、各スロット１３の断面形状は、この例では、それぞれ「台形（或いは、扇形）」である。

図３は、巻線を形成するための巻線プリフォーム冶具２０を模式的に示す図である。なお、巻線プリフォーム冶具２０は、１回の工程で、１相分（例えば、Ｕ相、Ｖ相、またはＷ相）の巻線を作成することができる。また、この巻線プリフォーム冶具２０は、各相の極数が「６」である場合を想定している。

巻線プリフォーム冶具２０は、本体部（成型部材）２１、直線領域押圧部材２２、曲線領域押圧部材２３を備える。ここで、本体部２１は、放射状に３方向に伸びる直線領域、各直線領域の先端に形成されている凸型曲線領域、直線領域の根本付近に形成されている凹型曲線領域から構成されている。また、直線領域押圧部材２２は、本体部２１の直線領域に対向する位置に設けられており、本体部２１に巻き付けられた導体線をその直線領域に押圧する。他方、曲線領域押圧部材２３は、本体部２１の凹型曲線領域に対向する位置に設けられており、本体部２１に巻き付けられた導体線をその凹型曲線領域に押圧する。

そして、本体部２１に導体線を複数回巻き付けることにより、ステータコア１０に装着すべき巻線が形成される（第１の工程）。このとき、導体線は、本体部２１と直線領域押圧部材２２との間、あるいは本体部２１と曲線領域押圧部材２３との間を通過するようにして本体部２１に巻き付けられ、直線領域押圧部材２２および曲線領域押圧部材２３により本体部２１に押しつけられることにより、本体部２１の外周形状と同じ形状に成型される。なお、実施形態で使用する導体線は、後で詳しく説明するが、その断面形状が長方形または略長方形である「平角導体線」である。

図４は、巻線プリフォーム冶具２０を用いて形成された巻線３０の一例である。なお、巻線３０は、上述したように、導体線を本体部２１に複数回（例えば、数回〜数十回程度）巻き付けることにより形成される。したがって、巻線３０は、本体部２１の直線領域を利用して形成される直線部分、本体部２１の凸型曲線領域を利用して形成される凸型曲線部分、および本体部２１の凹型曲線領域を利用して形成される凹型曲線部分を備える。具体的には、巻線３０は、直線部分３１ａ〜３１ｆ、凸型曲線部分３２ａ〜３２ｃ、および凹型曲線部分３３ａ〜３３ｃから構成される。なお、凸型曲線部分３２ａ〜３２ｃおよび凹型曲線部分３３ａ〜３３ｃのことを、単に「曲線部分（または、巻線の曲線部分）」と呼ぶことがある。

そして、このようにして形成された巻線３０は、図５に示すように成形される。すなわち、巻線３０は、凹型曲線部分３３ａ〜３３ｃの近傍で各直線部分３１ａ〜３１ｆを立ち上げるように変形される。換言すれば、巻線３０は、直線部分３１ａ〜３１ｆがそれぞれステータコア１０の内輪部材１１に設けられている対応するスロットに挿入されるような形状に成形される。なお、このとき、巻線３０の直線部分３１ａ〜３１ｆは、それぞれ実質的に直線状態を保持する。

図６は、ステータコアの対応するスロットに巻線が挿入された状態を描いた図である。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、それぞれ斜視図、ステータコアの上側に配置される巻線の凸型曲線部分を模式的に描いた図、ステータコアの下側に配置される巻線の凹型曲線部分を模式的に描いた図である。また、ここでは、図面を見やすくするために、外輪部材１２を省略するとともに、１相分の巻線のみを描いている。

図５に示す形状に成形された巻線３０は、ステータコア１０の内輪部材１１を外から包み込むようにして装着される。このとき、巻線３０の各直線部分が３スロット間隔で対応するスロットに挿入される（第２の工程）。具体的には、巻線３０の直線部分３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆが、それぞれステータコア１０に設けられている１８個のスロット１３ａ〜１３ｒのなかのスロット１３ａ、１３ｄ、１３ｇ、１３ｊ、１３ｍ、１３ｐに挿入される。

また、巻線３０の凸型曲線部分３２ａ〜３２ｃは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、巻線３０の直線部分が挿入されたスロット間を跨ぐように配置される。具体的には、凸型曲線部分３２ａは、スロット１３ａの上端部からスロット１３ｄの上端部に跨るように配置され、凸型曲線部分３２ｂは、スロット１３ｇの上端部からスロット１３ｊの上端部に跨るように配置され、凸型曲線部分３２ｃは、スロット１３ｍの上端部からスロット１３ｐの上端部に跨るように配置される。一方、巻線３０の凹型曲線部分３３ａ〜３３ｃは、図５（ｃ）に示すように、巻線３０の直線部分が挿入されたスロット間を跨ぐように配置される。具体的には、凹型曲線部分３３ａは、スロット１３ｄの下端部からスロット１３ｇの下端部に跨るように配置され、凹型曲線部分３３ｂは、スロット１３ｊの下端部からスロット１３ｍの下端部に跨るように配置され、凹型曲線部分３３ｃは、スロット１３ｐの下端部からスロット１３ａの下端部に跨るように配置される。なお、凸型曲線部分３２ａ〜３２ｃおよび凹型曲線部分３３ａ〜３３ｃは、上述のようにして巻線３０がステータコア１０に装着されたときにスロット間を跨ぐように配置されるので、これらの部分のことを「渡り部分（または、巻線の渡り部分）」と呼ぶことがある。

そして、このようにして巻線３０が内輪部材１１に装着された後、外輪部材１２がその内輪部材１１を包み込むようにして取り付けられる。これにより、回転電機のステータが構成される。
この結果、３以上のスロット（実施例では、６スロット）に跨る波巻きの分布巻きが形成されたステータが完成する。ここで、巻線の経路は、例えば、スロット１３ｄの上端→スロット１３ｄの下端→スロット１３ｇの下端→スロット１３ｇの上端→スロット１３ｊの上端→スロット１３ｊの下端→スロット１３ｍの下端→スロット１３ｍの上端→スロット１３ｐの上端→スロット１３ｐの下端→スロット１３ａの下端→スロット１３ａの上端→スロット１３ｄの上端・・・となる。

なお、巻線３０をステータコア１０のスロットに挿入する前に、巻線３０に対して絶縁処理を施すようにしてもよい。ここで、絶縁処理は、特に限定されるものではないが、例えば、巻線３０の直線部分（または、直線部分および曲線部分の双方）を絶縁紙、絶縁フィルム、樹脂材料等で覆う処理である。そして、このような手順を導入すれば、ステータコア１０のスロットに予め絶縁紙等を挿入しておく必要はなく、絶縁処理が施された巻線３０を対応するスロットに挿入するだけで、巻線３０とステータコア１０との間の絶縁が確保される。また、図４に示す形状に成形された段階で巻線３０に対して上記絶縁処理を施しておけば、図５に示す形状に変形する際に、巻線３０を構成する導体線の整列が崩れにくくなる。さらに、図５に示す形状に成形した段階で上記絶縁処理を施す場合であっても、同様に、巻線３０をステータコア１０のスロットに挿入する際に導体線の整列が崩れにくくなる。

ところで、巻線を構成する導体線としては、通常、その断面形状が円形である「丸導体線」が使用される。特に、予め所定形状に成型した巻線をステータコアのスロットに挿入する製造方法で回転電機を製造する場合には、巻線の成型のしやすさを考慮して、基本的に、丸導体線が使用されている。しかし、丸導体線で巻線を構成すると、その丸導体線を整列させたとしても、図７（ａ）に示すように、導体線どうしの間に必然的に隙間ができてしまうので、スロット内の占積率が低くなってしまう。

これに対して、本発明の実施形態の回転電機では、巻線を構成する導体線として、その断面形状が長方形または略長方形である「平角導体線」を使用する。ここで、平角導体線で巻線を構成すると、図７（ｂ）に示すように、導体線をスロット内で隙間なく整列させることが出来る。このため、スロット内における導体線の占積率が高くなる。すなわち、丸導体線および平角相対線の本数が互いに同じであるとすると、平角導体線の方が巻線の断面積を大きくできる。従って、平角導体線で巻線を構成した方が、回転電機の効率が向上する。

また、本発明の実施形態の製造方法では、図３〜図６を参照しながら説明したように、予め所定の形状に成型された巻線３０がスロット１３に挿入されるが、このとき、巻線３０は、その断面形状がスロット１３の断面形状に略一致するように作成される。例えば、スロット１３の断面形状が「台形（図２参照）」であった場合は、巻線３０は、その断面形状が「台形」になるように形成される。また、スロット１３の断面形状が「長方形」であった場合は、巻線３０は、その断面形状が「長方形」になるように形成される。したがって、スロット内における導体線の占積率がさらに高くなり、回転電機の効率がさらに向上する。

なお、巻線を構成する導体線が丸導体線である場合は、巻線を構成する導体線が平角導体線である場合と比べて、予め所定の形状の巻線を形成する際に、それらの丸導体線を整列させることが難しい。このため、巻線を構成する導体線が丸導体線である場合は、その断面形状がスロットの断面形状に一致するように巻線を予め形成しておくことは困難である。

次に、巻線３０の作製方法の実施例について説明する。なお、巻線３０は、図４に示す通りであり、直線部分３１（３１ａ〜３１ｆ）、凸型曲線部分３２（３２ａ〜３２ｃ）、凹型曲線部分３３（３３ａ〜３３ｃ）から構成されているものとする。
巻線３０は、巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１に平角導体線を整列させながら複数回巻き付けることにより形成される。そして、そのようにして形成された巻線３０は、ステータコア１０の対応するスロットに挿入可能とするために、図５に示すように成型される。ところが、この成型工程および／またはそれに続く挿入工程では、巻線３０を構成する平角導体線の整列が崩れるおそれがある。そこで、本実施形態の製造方法では、巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１に平角導体線を巻き付けていく際の巻き方を工夫し、巻線３０を変形させたときの平角導体線の整列の乱れが小さくなるようにしている。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１における平角導体線の巻き付け順序を示す図であり、図４に示す巻線３０のＡＡ断面を示している。なお、実施例１では、スロット１３の断面形状が「台形（図２参照）」であるものとする。
実施例１では、まず、巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１の圧接面に沿って並べるようにして、平角導体線を３回巻き付ける（第１のサブ工程）。ここで、特許請求の範囲に記載した「第１の方向」は、例えば図８（ａ）においては、「１」が付された導体線が配置されている位置から「３」が付された導体線が配置されている位置に向かう方向である。続いて、第１のサブ工程により巻き付けられた平角導体線の外側に重ねるように、第４ターン目から第６ターン目の平角導体線を巻き付ける（第２のサブ工程）。このとき、第４ターン目から第６ターン目の平角導体線は、第１のサブ工程での並べ順と逆の順序で並べられる。すなわち、第４ターン目の平角導体線は、第３ターン目の平角導体線の外側に重ねて巻き付けられ、第５ターン目の平角導体線は、第２ターン目の平角導体線の外側に重ねて巻き付けられ、さらに、第６ターン目の平角導体線は、第１ターン目の平角導体線の外側に重ねて巻き付けられる。

以下、同様にして、第１および第２のサブ工程により巻き付けられた平角導体線の外側に重ねてさらに平角導体線が巻き付けられるように、第１のサブ工程および上記第２のサブ工程が交互に繰り返される（第３のサブ工程）。これにより、第７ターン目〜第２１ターン目に平角導体線が巻き付けられる。

この後、巻線３０の断面形状を「台形」にするために、第２０ターン目の平角導体線の外側に重ねて第２２ターン目の平角導体線を巻き付け、第１９ターン目の平角導体線の外側に重ねて第２３ターン目の平角導体線を巻き付け、第２３ターン目の平角導体線の外側に重ねて第２４ターン目の平角導体線を巻き付ける。この結果、図８（ａ）または図８（ｂ）に示すように、第１のサブ工程により巻き付けられた３列の平角導体線の外側にそれぞれ重ねて巻き付けられる平角導体線の巻き数が、順番に１ずつ異なるようになる。すなわち、巻線３０の断面形状が「台形」になる。

なお、巻線３０の断面形状は、平角導体線の断面形状、平角導体線を巻線プリフォーム冶具２０に巻き付けるターン数、図８（ａ）等において平角導体線を紙面上の縦方向および紙面上の横方向に並べる数、などにより任意に変更可能である。すなわち、巻線３０の断面形状は、スロット１３の断面形状に略一致させることができる。

図９は、平角導体線の巻き付け方法を説明する図である。巻線３０は、巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１の圧接面２４に平角導体線を圧接しながら巻き付けることにより形成される。このとき、巻線３０の断面形状を「台形」にする場合は、圧接面２４は、例えば、図９に示すように、階段状に加工されるようにしてもよい。この場合、圧接面２４は、圧接面２４ａ〜２４ｃにより構成される。なお、この階段の各段の高さＨは、例えば平角導体線の幅と同程度であり、また、この階段の格段の奥行きＤは、例えば平角導体線の厚さの半分程度とする。

そして、例えば、図８（ａ）に示す巻線を形成する際には、まず、平角導体線の高さ位置を圧接面２４ａの高さ位置に保持し、その平角導体線を圧接面２４ａに圧接しながら本体部２１に１ターンだけ巻き付ける。つづいて、平角導体線の高さ位置を圧接面２４ｂの高さ位置に合わせ、その状態で平角導体線を圧接面２４ｂに圧接しながら本体部２１に１ターンだけ巻き付ける。さらに、平角導体線の高さ位置を圧接面２４ｃの高さ位置に合わせ、その状態で平角導体線を圧接面２４ｃに圧接しながら本体部２１に１ターンだけ巻き付ける。以下、同様に、平角導体線の高さ位置を順次変えながら、その平角導体線を繰り返し本体部２１に巻き付けていく。

ところで、一般に、導体線を複数回巻き付けることで巻線を形成する場合、その巻線内で導体線どうしが交差することがある。そして、導体線どうしが交差する場所では、導体線の整列が乱れることになる。
このため、巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１に平角導体線を巻き付けていく過程で平角導体線どうしの交差が避けられないときは、本体部２１の曲線領域（例えば、凸型曲線領域）において平角導体線を交差させるようにし、少なくとも本体部２１の直線領域では平角導体線を交差させないようにする。この結果、巻線３０の直線部分３１ａ〜３１ｆでは、平角導体線の整列が乱れることはない。すなわち、巻線３０を構成する平角導体線は、少なくともステータコア１０のスロット内においては、整列を保つことができる。

また、上述の順序で平角導体線が巻き付けられると、例えば、第４、７、１０、１３、１５、１８、２１、２４ターン目の開始位置で平角導体線どうしが交差することになる。すなわち、例えば、平角導体線は、第４ターン目の開始位置で第３ターン目の平角導体線と交差してその第３ターン目の平角導体線に斜めに乗り上げることになる。しかし、図８に示す順序で平角導体線が巻き付けられると、互いに交差する平角導体線（例えば、第３ターン目の平角導体線と第４ターン目の平角導体線）が巻線３０の断面内で互いに隣接しているので、平角導体線の整列の乱れは小さい。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例２における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。ここで、実施例２は、巻線ステータコアのスロットの断面形状が「長方形」である場合を想定しているが、その基本的な手順は、実施例１と同じである。よって、巻き付け順序についての具体的な説明は省略する。ただし、実施例２では、巻線プリフォーム冶具２０の圧接面２４は、階段状に形成されている必要はない。なお、実施例２においても、実施例１と同様の効果が得られる。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、実施例３における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。なお、実施例３は、実施例１と同様に、巻線ステータコアのスロットの断面形状が「台形」である場合を想定している。
実施例３では、巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１の圧接面２４に対して垂直方向に重なっていくように平角導体線を所定回数巻き付ける作業を複数回行う。ここでは、まず、第１ターン目の平角導体線〜第９ターン目の平角導体線が外周方向に向かって重なっていくように巻き付けられている。続いて、第１〜第９ターン目の平角導体線に隣接させて、第１０〜第１７ターン目の平角導体線が巻き付けられる。さらに、その第１０〜第１７ターン目の平角導体線に隣接させて、第１８〜第２４ターン目の平角導体線が巻き付けられる。

また、実施例３では、実施例１と同様に、巻線プリフォーム冶具２０の圧接面２４は、図９に示すように、階段状に形成されている。そして、平角導体線は、各段ごとにそれぞれ外周方向に向かって重なっていくように巻き付けられていく。このとき、各段ごとに重ねて巻き付けられる平角導体線の巻き付け回数は、並び順に従って１ずつ変化（実施例では、９ターン、８ターン、７ターン）していく。そして、これにより、巻線３０の断面形状が「台形」になる。

なお、各段ごとに重ねて巻き付けられる平角導体線の巻き付け回数は、並び順に従って所定数（例えば、２）ずつ変化していくようにしてもよい。この場合も、巻線の断面形状は「台形」になる。
また、実施例３において、例えば図１１（ａ）に示す例では、まず、圧接面２４ａの高さ位置に平角導体線を保持しながらそれを９ターン巻き付ける。続いて、圧接面２４ｂの高さ位置に平角導体線を保持しながらそれを８ターン巻き付ける。さらに、圧接面２４ｃの高さ位置に平角導体線を保持しながらそれを７ターン巻き付ける。すなわち、実施例３では、巻線３０を形成する工程において、平角導体線が先に巻かれている平角導体線と交差する回数が最小限に抑えられる。よって、巻線３０を構成する平角導体線の整列が乱れる箇所が少なくなる。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例４における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。ここで、実施例４は、実施例２と同様に、ステータコアのスロットの断面形状が「長方形」である場合を想定しているが、その基本的な手順は、実施例３と同じである。よって、巻き付け順序についての具体的な説明は省略する。なお、実施例４においても、実施例３と同様の効果が得られる。

巻線プリフォーム冶具２０を用いて作成された巻線３０は、図５に示す形状に成形された後、図６に示すようにステータコア１０の対応するスロットに挿入される。ここで、１つの巻線３０は、この実施形態では、３相分の巻線の中の任意の１つに相当する。すなわち、実施形態のステータを構成するためには、３個の巻線３０をステータコア１に装着する必要がある。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、巻線をステータコアの対応するスロットに挿入する工程を説明する図である。なお、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、ステータコアおよび巻線を上方から見た状態を示している。また、ここでは、３個の巻線（Ｕ相用巻線３０Ｕ、Ｖ相用巻線３０Ｖ、Ｗ相用巻線３０Ｗ）が対応するスロット１３に挿入されるものとする。さらに、ステータコアは、１８個のスロット（スロット１３ａ〜１３ｒ）を有するものとする。

まず、図１３（ａ）に示すように、Ｕ相用巻線３０Ｕの直線部分が、それぞれスロット１３ａ、１３ｄ、１３ｇ、１３ｊ、１３ｍ、１３ｐに挿入される。このとき、Ｕ相用巻線３０Ｕの凸型曲線部分および凹型曲線部分は、Ｕ相用巻線３０Ｕの直線部分が挿入されたスロット間を跨ぐように配置される。具体的には、図６を参照しながら説明した通りである。なお、このＵ相用巻線３０Ｕの渡り部分（すなわち、凸型曲線部分および凹型曲線部分）は、この後の工程で挿入されるＶ相用巻線３０Ｖ、Ｗ相用巻線３０Ｗとの干渉を回避するために、可能な限りステータコアの中心側に配置される。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、Ｖ相用巻線３０Ｖの各直線部分が、それぞれスロット１３ｂ、１３ｅ、１３ｈ、１３ｋ、１３ｎ、１３ｑに挿入される。このとき、Ｖ相用巻線３０Ｖの渡り部分は、それぞれ、一方のスロット側では可能な限りステータコアの中心側に配置され、他方のスロット側ではＵ相用巻線３０Ｕの外側から対応するスロットに挿入されるように配置される。

さらに、図１３（ｃ）に示すように、Ｗ相用巻線３０Ｗの各直線部分が、それぞれスロット１３ｃ、１３ｆ、１３ｉ、１３ｌ、１３ｏ、１３ｒに挿入される。このとき、Ｗ相用巻線３０Ｖの渡り部分は、それぞれ、先に装着されているＵ相用巻線３０ＵおよびＶ相用巻線３０Ｖの外側から対応するスロットに挿入されるように配置される。

このように、実施形態の製造方法によれば、巻線３０Ｕ〜３０Ｗをステータコア１０に装着することにより、各相ごとに、それぞれ分布巻きで且つ波巻きの巻線が実現される。
なお、各巻線３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗの渡り部分（すなわち、凸型曲線部分および凹型曲線部分）は、それぞれステータコア１０に装着されたときに上述のような配置となるように予め成形されていてもよい。また、各巻線３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗは、巻線間の絶縁処理を不要にするためには、各渡り部分が互いに接触しないように配置されることが望ましい。

また、各巻線３０Ｕ〜３０Ｗの渡り部分の形態は、図１３に示すものに限定されるものではなく、互いの干渉が回避されるものであればよい。例えば、図１４に示すように、各巻線の渡り部分がそれぞれＳ字状に形成されるようにしてもよい。すなわち、各巻線の渡り部分は、１組のスロット間を跨ぐように配置される際に、それぞれ、一方のスロット側では可能な限りステータコアの中心側に配置されるとともに、他方のスロット側では他の巻線の外側から対応するスロットに挿入されるようにしてもよい。なお、図１４は、図面を見やすくするために、各巻線の渡り部分をそれぞれ１本の曲線で模式的に描いている。

このように、実施形態の回転電機は、予め所定の形状に形成した巻線をステータコアのスロットに挿入する構成でありながら、巻線を構成する導体線として平角導体線を使用するので、巻線工程が簡略化されると共に、回転電機の効率が向上する。
また、実施形態の巻線は、上述した特許文献３、４に記載されているようなセグメントコイルではないので、巻線のターン数を自由に設定することができ、また、高電圧仕様の回転電機に適用する場合であっても、スロット数を増やす必要はない。

さらに、予め所定の形状に形成した巻線をステータコアのスロットに挿入する構成なので、コイルエンドが小さくなり、回転電機の小型化、高効率化が図れる。
なお、本発明の回転電機は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、ステータコアが内輪部材および外輪部材から構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ステータコアは、例えば、図１５に示すように、その中心に向かってスロットが開口しているものであってもよい。ただし、この場合、予め所定の形式に成型された巻線は、ステータコアの内側から径方向に広げるようにして対応するスロットに挿入されることになる。また、この場合、各スロットの断面形状は、基本的に、それぞれ「長方形」になる。

さらに、回転電機は、３相に限定されるものではなく、各相の極数も「６」に限定されるものではない。例えば、各相の極数が「４」である場合は、平角導体線で図１６（ａ）に示す形状の巻線を形成する。また、各相の極数が「８」である場合は、平角導体線で図１６（ｂ）に示す形状の巻線を形成する。そして、いずれの場合も、上述した実施例の手順と同様に、その巻線を図５に示すように成形した後、ステータコアの対応するスロットに挿入する。ここで、前者の場合は、４スロットに跨る波巻きの分布巻きが実現され、後者の場合は、８スロットに跨る波巻きの分布巻きが実現される。

さらに、上述の実施形態では、巻線の渡り部分に相当する部分（凸型曲線部分３２ａ〜３２ｃ）は、図３に示すように巻線プリフォーム冶具２０の本体部２１の凸型曲線領域に沿って曲線的に形成されているが、必ずしも曲線的である必要はない。すなわち、例えば直線押圧部材２２と同様な押圧部材を用いて直線部を含む形状とするようにしてもよい。同様に、巻線の渡り部分に相当する部分（凹型曲線部分３３ａ〜３３ｃ）も、直線部を含む形状とするようにしてもよい。なお、本願明細書における「巻線の曲線部分」は、これらの形状も含むものとする。

さらに、上述の実施形態では、導体線を直接的に巻線プリフォーム冶具２０に巻き付けようにしているが、これに限定されるものではない。すなわち、導体線が上述のように整列した状態の環状の巻線を形成し、その環状の巻線を、少なくともスロットに挿入されるべき部分の整列を保持したまま巻線プリフォーム冶具２０を用いて図４に示す形状に成型するようにしてもよい。

本発明に係る回転電機が備えるステータコアの一実施形態の斜視図である。 図１に示すステータコアを上方から見た図である。 巻線を形成するための巻線プリフォーム冶具を模式的に示す図である。 巻線プリフォーム冶具を用いて作成された巻線の一例である。 ステータコアに装着するために成形された巻線を示す図である。 ステータコアのスロットに巻線を挿入した状態を示す図である。 丸導体線および平角導体線の占積率を比較する図である。 実施例１における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。 平角導体線の巻き付け方法を説明する図である。 実施例２における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。 実施例３における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。 実施例４における平角導体線の巻き付け順序を示す図である。 巻線をステータコアの対応するスロットに挿入する工程を説明する図である。 巻線の渡り部分の他の形態を模式的に示す図である。 ステータコアの他の形態の例である。 巻線の変形例を示す図である。 従来技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０ ステータコア
１１ 内輪部材
１２ 外輪部材
１３（１３ａ〜１３ｒ） スロット
２０ 巻線プリフォーム冶具
２１ 本体部（成型部材）
２２ 直線領域押圧部材
２３ 曲線領域押圧部材
２４（２４ａ〜２４ｃ） 圧接面
３０ 巻線
３１ａ〜３１ｆ 直線部分
３２ａ〜３２ｃ 凸型曲線部分
３３ａ〜３３ｃ 凹型曲線部分

Claims (15)

1. 平角導体線を所定形状の成型部材に複数回巻き付けることにより巻線を形成する第１の工程、
   回転電機のステータコアに設けられている３以上のスロットに跨って上記巻線を挿入してステータを作製する第２の工程
   を含み、
   上記第１の工程において、上記平角導体線は、上記巻線の断面形状が上記スロットの断面形状に略一致するように、上記成型部材に巻き付けられる
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   上記第２の工程において、上記巻線は、３以上のスロットに跨って波巻を形成するように挿入される
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   上記第１の工程が、
   上記成型部材の圧接面に沿って第１の方向に向かって順番に上記平角導体線がｎ列並べられるように上記平角導体線をｎ回巻き付ける第１のサブ工程、
   上記第１のサブ工程により巻き付けられた平角導体線の外側に重ねて、上記第１の方向と逆方向に向かって順番に上記平角導体線がｎ列並べられるように上記平角導体線をｎ回巻き付ける第２のサブ工程、
   上記第１および第２のサブ工程により巻き付けられた平角導体線の外側に重ねてさらに上記平角導体線が巻き付けられるように、上記第１のサブ工程および上記第２のサブ工程を交互に繰り返す第３のサブ工程
   を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   上記第３のサブ工程の後に、上記巻線の断面形状が台形になるようにさらに上記平角導体線が巻き付けられる
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   上記第１の工程において、上記成型部材の圧接面に垂直方向に重なっていくように上記平角導体線を複数回巻き付ける作業が複数回行われる
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   上記複数回行われる作業における巻き数が互いに同じである
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、
   上記複数回行われる作業における巻き数が順番に１ずつ異なっている
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、
   上記成型部材の圧接面が階段状に形成されており、
   上記第１の工程において、上記成型部材の圧接面の各段に対して垂直方向に重ねて巻き付けられる上記平角導体線の巻き数が、各段ごとに順番に所定数ずつ異なるように上記平角導体線が巻かれる
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   上記成型部材は、直線領域および曲線領域を備え、
   上記巻線は、上記成形部材の直線領域を利用して形成される複数の直線部分および上記成形部材の曲線領域を利用して形成される曲線部分を備え、
   上記第２の工程において、上記巻線の複数の直線部分が上記ステータコアの対応する複数のスロットにそれぞれ挿入され、上記巻線の直線部分が挿入されたスロット間を跨ぐように上記巻線の曲線部分が配置される
   ことを特徴とする回転電機の製造方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    上記第１の工程において、上記巻線の直線部分で平角導体線どうしを交差させない
    ことを特徴とする回転電機の製造方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、
    上記ステータコアは、上記第１の工程により作製される複数の巻線が装着される構成であり、
    上記第２の工程の前に、上記複数の巻線がそれぞれ上記ステータコアに装着されたときにそれらが互いに干渉しないように各曲線部分がそれぞれ成型される
    ことを特徴とする回転電機の製造方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、
    上記巻線に対して絶縁処理を施した後、上記第２の工程においてその絶縁処理が施された巻線を上記スロットに挿入する
    ことを特徴とする回転電機の製造方法。
13. ステータコアに巻線が装着されたステータを含む回転電機であって、
    上記巻線は平角導体線により構成されており、
    その巻線の断面形状は上記ステータコアに設けられているスロットの断面形状に略一致するように形成されており、
    上記ステータは、上記ステータコアに設けられている３以上のスロットに跨って上記巻線を挿入することにより作製されている
    ことを特徴とする回転電機。
14. 請求項１３に記載の回転電機であって、
    上記ステータコアに設けられているスロットの断面形状は、台形である
    ことを特徴とする回転電機。
15. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の製造方法により製造される回転電機。
    
    
    

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