JP2008271720A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】螺旋巻きステータであって、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行うことが可能なステータを提供する。
【解決手段】ステータコア１０のスロット１２に、予め巻線された複数のコイルＣの一側辺Ｃａをそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルＣの他側辺Ｃｂをそれぞれ他のスロット１２に挿入して、ステータコア１０の端面から見たときコイル同士が螺旋状に重なった形態をなすステータにおいて、上記挿入操作を２回以上繰り返すことにより、前記螺旋状に重なったコイル同士のループがステータコアの半径方向に２層以上に積層されており、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計が前記ステータコアの内半径に基づく所定値より大とされたステータを得る。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイル同士が螺旋状に重なった形態をなすステータに関する。

巻線されたコイルを有するステータの製造方法としては、ステータコアの内歯に直接コイルを巻き付ける直巻線方法と、予め巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入するコイル挿入方法とが主として知られている。

しかしながら、これらの方法では、各磁極に対して同心巻きされたコイルしか形成できないので、そのようなステータコアを用いたモータは、周方向の起磁力密度が不均一になるという現象によってトルクムラが発生する。このトルクムラはモータの振動や騒音を発生させる原因となるため、これを解決するための様々な提案がなされている。

上記トルクムラが著しく低減されたモータとして、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイル同士が螺旋状に重なった形態をなすステータ（以下「螺旋巻きステータ」とする）を用いたモータが知られている。

こうして得られたステータは、コイルエンドが短く、その高さが比較的均一でコンパクトな形状となると共に、モータとしたときのトルクムラが小さく、モータの振動や騒音を低減させることができるという優れた特性を有している。

しかしながら、上記のような螺旋巻きステータは、コイルの両側辺を一つずつ他のコイルと重ね合わせながらスロットに挿入しなければならず、その作業を機械化することが困難であった。このため、予め巻線されたコイルをステータコアのスロットに手作業で挿入しなければならず、製造作業性が悪く、製造コストが高くなるという問題があった。

一方、上記のような螺旋巻きステータに関する技術として、下記特許文献１には、毎極毎相当りのスロット数が１未満の２層巻多相電機子巻線で、複数個の相隣り合う極の同相コイルを１スロットおきにスロットに収納するように連続巻きする多相電機子巻線の製造方法において、１スロット以上づつ隔てたスロットを使用して２層巻線を施した後、残るスロットを使用して、同様な２層巻線を施すことを特徴とする多相電機子巻線の製造方法が開示されている（同公報の図４参照）。

また、下記特許文献２には、ステータのスロット内に２段巻きに構成したステータ巻線を施し、かつこれらステータ巻線のパラターンをスロット２内に１段にて巻線すべきパラターンの半分にして構成したブレシレスＤＣモータが開示されている（同公報の図１参照）。
特開昭５６−４１７３６号公報 特開平１０−２８３４６号公報

しかしながら、上記特許文献１、２においては、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行う方法については開示されておらず、コイル挿入を手作業で行わなければならないので、工業的に安価かつ高い占有率で製造することができなかった。

したがって、本発明の目的は、螺旋巻きステータであって、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業の機械化と高い占有率を両立したステータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイル同士が螺旋状に重なった形態をなすステータにおいて、前記螺旋状に重なったコイル同士のループがステータコアの半径方向に２層以上に積層されており、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計が前記ステータコアの内半径に基づく所定値より大であることを特徴とするステータを提供するものである。

本発明のステータは、例えば後述する方法によって、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行うことが可能である。また、モータとしたときのトルクムラが小さく、モータの振動や騒音を低減させることができるという螺旋巻きステータの特性を有すると共に、コイルエンドが短く、その高さが比較的均一でコンパクトな形状となり、しかもスロット内のコイル占有率が高いという優れた特性を有している。

本発明の好ましい態様の１つは、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（１）が成り立つステータを提供するものである。
Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／４π …（１）
本発明の別の好ましい態様では、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（２）が成り立つステータを提供する。
Ｓｃｕ＞２・Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π …（２）
本発明の更に別の好ましい態様では、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（３）が成り立つステータを提供する。
Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／２π …（３）
本発明の更に別の好ましい態様では、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（４）が成り立つステータを提供する。
Ｓｃｕ＞２・Ｒｉｎ・ｄ−２・Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π …（４）
本発明の更に別の好ましい態様では、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（５）が成り立つステータを提供する。
Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ／２−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／８π …（５）
上記数式（１）〜（５）が成り立つステータは、後述する方法によって、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行うことが可能である。

また、本発明の更に好ましい態様では、前記螺旋状に重なったコイル同士の１層のループは、各スロットに当該１層のループを構成する各コイルの一側辺が１個ずつ挿入されたループをなしているステータを提供する。

上記態様によれば、前記螺旋状に重なったコイル同士の１層のループは、各スロットに当該１層のループを構成する各コイルの一側辺が１個ずつ挿入されたループをなしているため、螺旋状に重なったコイル同士のループを２層以上積層させたとき、半径方向におけるコイル同士の重なりがより均一となり、それらのコイルエンドもより均一でコンパクトとなるため、スロット内のコイル占有率が更に高く、コイルエンドが更に短くなって、より高い性能のステータを得ることができる。

本発明によれば、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行うことが可能であると共に、モータとしたときのトルクムラが小さく、モータの振動や騒音を低減させることができ、更に、コイルエンドが短く、その高さが比較的均一でコンパクトな形状となり、しかもスロット内のコイル占有率が高いという優れた特性を有するステータを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１及び図２には、本発明のステータを製造するための装置の一例が示されている。

図において、１０はステータコアであり、ステータコア１０はその内周に内歯１１を有し、内歯１１同士の間にスロット１２が形成されている。

この製造装置は、上記ステータコア１０の内周に挿入される、全体としてほぼ円柱状の治具２０を有している。治具２０は、中心の軸部２１と、この軸部２１の上端面中心に設けられた孔２２と、軸部２１の外周から円柱状の外周に向けて放射状に形成された複数の保持溝２３とを有している。

保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２のピッチの整数倍ピッチで形成されている。この例の場合、保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２のピッチの２倍のピッチで形成されており、スロット１２の半数の数の保持溝２３が形成されている。また、この例では、治具２０の軸部２１の外周から保持溝２３が半径方向に向けて放射状に形成されているが、保持溝２３を、例えば、螺旋形状等の湾曲した形状でも良いし、放射方向に対して傾いた方向に形成することもできる。この場合、保持溝に収容できるコイル側辺を増やすことができる。

コイルＣは、その一側辺Ｃａを治具２０の外側に出し、他側辺Ｃｂを治具２０の保持溝２３に挿入されて、治具２０の円周に沿って配列されるようになっている。特に、図２に示すように、治具２０は、その周面と端面２６との間にＲ状に面取りされた端縁部２７を有している。なお、端面とは、治具２０をステータコア１０の内周に挿入する際の挿入方向における、治具２０の挿入方向端部の面を意味し、また、端縁部とは、前述したように周面と端面との間に位置する角部周辺を意味している。

治具２０の一方の端面には、補助部材７０が配置されるようになっている。補助部材７０は、全体として円筒状をなし、基部７１と、この基部７１から周方向に沿って所定間隔で、かつ、軸方向に伸びる複数の板状のブレード部７２とを有している。そして、ブレード部７２同士の間には、スリット状の間隙７３が形成されている。補助部材７０は、ブレード部７２の遊離した端部を、治具２０の一方の端面に当接するように設置される。このとき、治具２０に前述した態様で保持されたコイルＣの一側辺Ｃａが、ブレード部７２の対応する各間隙７３に挿入されて、一側辺Ｃａが外径側に出た状態にセットされる。

補助部材７０のブレード部７２の外周は、ステータコア１０の内歯１１の内周に当接し、間隙７３がステータコア１０のスロット１２に対応する位置となるように回転位置決めされて、ステータコア１０内に挿入されるようになっている。

再び、図１を参照すると、この製造装置は、上記治具２０の保持溝２３に挿入保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを、ステータコア１０の対応するスロット１２に押し込むための押出し手段として、押圧治具３０を有している。この押圧治具３０は、中心に軸３１を有している。この軸３１の外周には、軸方向に沿ったガイド溝３２が周方向に所定間隔で形成されており、軸３１の軸下端３５は縮径されて、前記治具２０の孔２２に挿入されるようになっている。

軸３１の外周には、環体３３が上下スライド可能に装着されている。環体３３は、軸３１のガイド溝３２に嵌合する内歯を内周に有している。環体３３の下面には、板状の複数枚のプッシャ３４が取付けられており、各プッシャ３４は、軸３１の対応するガイド溝３２に嵌合し、軸３１に対して放射状に取付けられている。プッシャ３４は、その下方部分に軸３１に向けて次第に幅狭となるテーパ部３４ａを有している。軸３１のガイド溝３２及びプッシャ３４は、この実施形態の場合、ステータコア１０のスロット１２に一つおきに入るような数及びピッチで形成されている。

図３〜図１５には、上記製造装置を用いて本発明の一実施形態によるステータを製造する例が示されている。

前述したように、コイルＣの他側辺Ｃｂを治具２０の保持溝２３に挿入して、複数のコイルＣを治具２０の円周に沿って配列しておく。この状態で、補助部材７０の各ブレード部７２のそれぞれの間隙７３にコイルＣを挟ませながら、補助部材７０を治具２０の端面に設置する。コイルＣは、その一側辺Ｃａが治具２０及び補助部材７０の外側に出た状態で保持される。

この状態で、ステータコア１０の内周に補助部材７０側から治具２０を挿入していく。このとき図４に示すように、ブレード部７２はステータコア１０の内歯１１の内周に当接し、ブレード部７２の間隙７３がステータコア１０のスロット１２に対応する位置となるように回転位置決めされる。また、ブレード部７２の間隙７３は治具２０の保持溝２３同士の間に位置し、間隙７３から外側に出されたコイルＣの一側辺Ｃａが治具２０の端縁部２７に乗り上げるように配置されている。

こうして、補助部材７０側から治具２０をステータコア１０の内周に挿入していくと、図５及び図６に示すように、ブレード部７２同士の間隙７３をガイドにして、治具２０の端縁部２７によって、コイルＣの一側辺Ｃａがステータコア１０のスロット１２に押し込まれる。このとき、ブレード部７２の両側辺部が内径側に間隙７３が広がるような蒲鉾型のＲ形状をなし、治具２０の端縁部２７もＲ状に面取りされているため、コイルＣは損傷することなくスムーズにスロット１２内に挿入される。なお、ブレード部７２をステータコア１０の内歯１１の内周に当接させたとき、保持溝２３がスロット１２に整合しないような角度にすることにより、治具２０をステータコア１０の内周に挿入する際に保持溝２３内のコイルＣの他側辺Ｃｂがスロット１２に挿入されてしまうのを防止できる。

図７は、こうして治具２０をステータコア１０の内周に完全に挿入した状態を示している。なお、この実施形態の各斜視図においては、便宜上一つのコイルしか示していないが、実際には、治具２０の保持溝２３のそれぞれにコイルＣが保持されている。そして、この状態では、コイルＣの一側辺Ｃａが対応するスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂは対応する保持溝２３に挿入された状態となっている。この状態で、図８に示すように、補助部材７０を治具２０の端面から離して、間隙７３からそれぞれのコイルＣを抜き出す。

図９は、この状態を平面的に示す説明図である。すなわち、コイルＣの一側辺Ｃａは、ステータコア１０の対応するスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂは、治具２０の前記一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２に隣接する保持溝２３に挿入保持された状態となっている。この状態で、図１０に示すように、治具２０を所定方向に所定角度回動させて、保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂが所定のスロット１２に整合するように回転位置決めする。この実施形態の場合は、一側辺Ｃａが保持されたスロット１２に対して五つ先のスロット１２に、他側辺Ｃｂが保持された保持溝２３が整合するように回転させている。

次に図１１に示すように、前述した押圧治具３０を用いて、治具２０の保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出して、ステータコア１０の対応するスロット１２に挿入する。すなわち、図２に示した押圧治具３０を治具２０の上部に設置し、プッシャ３４が保持溝２３に整合するように回転位置決めする。

そして、軸３１に対して環体３３を下方にスライドさせ、プッシャ３４をその下端から保持溝２３に挿入していく。すると、保持溝２３に挿入されたコイルＣの他側辺Ｃｂが、プッシャ３４のテーパ部３４ａによって押されて外径側に押出され、ステータコア１０のスロット１２に挿入される。図１２は、こうしてコイルＣの他側辺Ｃｂを、対応するスロット１２に完全に挿入した状態を示している。

こうして、コイルＣはその一側辺Ｃａを一つのスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂをそこから五つ離れたスロット１２に挿入される。この挿入作業は複数のコイルＣに対して同時になされるため、ステータコア１０の端面から見て、コイルエンドが螺旋状をなすように、コイルＣが挿入された状態となる。

次に、この実施形態では、上記コイル挿入工程をもう一度繰り返す。その結果、図１３に示すように、ステータコア１０の各スロット１２には、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１の一側辺Ｃ１ａ又は他側辺Ｃ１ｂがスロット１２内の外径側に挿入され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ又は他側辺Ｃ２ｂがスロット１２内の内径側に挿入されている。すなわち、ステータコア１０の一つおきに配置されたスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の一側辺Ｃ１ａ,Ｃ２ａが外内に重なって挿入され、これらの間に位置するスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の他側辺Ｃ１ｂ,Ｃ２ｂが外内に重なって挿入されている。その結果、図１４に示すように、ステータコア１０のスロット１２内にコイルが密に挿入され、スロット内でのコイル占有率が高いステータを得ることができる。

こうして形成されたステータは、図１３及び図１５に示すように、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１のコイルエンドが外径側に螺旋状をなして形成され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２のコイルエンドがその内側に同じく螺旋状をなして形成された２重の螺旋形状をなしている。また、図１６に示すように、ステータコア１０の両端面から、コイルＣが突出した部分であるコイルエンドは、その高さが比較的小さく、かつ、全周に亘って均一となる。

また、治具２０によって保持されたコイルＣの一側辺Ｃａを挿入した後、治具２０を回転位置決めした後に他側辺Ｃｂを挿入しているので、回転位置決めによってコイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。また、通常のステータコアの一端から他端に向かってコイルをインサートする方法と違い、ステータコア１０の内歯１１に対して内径側からコイルＣを挿入するため、コイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。従ってコイルエンドを小さくすることができる。

このステータは、各コイルＣが部分的に重なりながら、周方向に並んで配列されているため、モータにしたときのコギングトルクムラが極めて小さくなり、振動や騒音を著しく軽減することができる。また、コイルエンドがコンパクトで均一に突出した状態となるので、ステータコア１０やそれを用いて作られるモータをコンパクトにすることができる。

図１７は、治具２０の保持溝２３内からコイル線Ｗをスロット１２に挿入する状態を模式的に示している。ステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、軸部２１の半径をＲｄｄとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、保持溝２３内にコイル線Ｗが一列に配列される場合を仮に想定すると、保持溝２３内に入り得るコイル線Ｗの合計断面積は、最大でも（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなり、これが１回の操作でスロット１２に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積となる。

ところで、本発明のステータは、上記挿入操作を二回以上繰り返すことによって、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすように挿入されたものを対象としているため、この実施形態で得られるステータは、少なくとも上記（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄで求められるコイル線Ｗの合計断面積よりも、スロット１２内に挿入されるコイル線Ｗの合計断面積が大きくなる。なお、軸部２１の半径Ｒｄｄは、軸部２１の円周が擬似的にｄ×（Ｓｌｏｔ／２）で表されるため、これを２πで割ることにより、ｄ×Ｓｌｏｔ／４πで求められる。このため、この実施形態で得られるステータは、下記数式（１）を満たすステータとなる。

Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／４π）｝×ｄ＝Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／４π … （１）
注）式中、Ｓｃｕはステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計、Ｒｉｎはステータコア１０の内半径、Ｒｄｄは軸部２１の半径、Ｓｌｏｔはスロット１２の数、ｄはコイル線直径を表す。

図１８〜図２２には、本発明の他の実施形態によるステータの製造例が示されている。

この実施形態では、治具２０の保持溝２３がステータコア１０のスロット１２と同じ数で設けられている。つまりスロット１２のピッチの１倍で保持溝２３が設けられている。各コイルＣは、治具２０の保持溝２３に他側辺Ｃｂを挿入保持され、一側辺Ｃａを外側に出した状態で、治具２０の周方向に沿って配列され、その状態で前述した補助部材７０を設置されて、コイルＣの一側辺Ｃａを、補助部材７０のブレード部７２の間隙７３を通して外側に出た状態にする。そして、補助部材７０のブレード部７２がステータコア１０の各内歯１１の内周に当接するように回転位置決めして、治具２０を補助部材７０側からステータコア１０の内周に挿入することにより、治具２０の端縁部２７によって外側に出たコイルＣの一側辺Ｃａが押圧され、ブレード部７２の間隙７３を通して、ステータコア１０の対応するスロット１２に挿入される。図１８は、こうしてコイルＣの一側辺Ｃａがステータコア１０の対応する各スロット１２に図３〜５と同様な方法で挿入された状態を示している。コイルＣの他側辺Ｃｂは、該スロット１２に隣接する治具２０の保持溝２３に挿入保持されている。

次に、図１９に示すように、治具２０を所定角度回動させ、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する保持溝２３が、一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２の五つ先のスロット１２に整合するように回転位置決めされる。この状態で前述した押圧手段、例えば、図１に示す押圧治具３０を用いて、保持溝２３内にあるコイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出し、他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入する。その結果、図２０に示すように、各スロット１２内の外径側にはコイルＣの一側辺Ｃａが挿入され、該スロット１２内の内径側には他のコイルＣの他側辺Ｃｂが挿入されて、一つのスロット１２内に二つのコイルが挿入された状態となる。そして、外径側に位置する一側辺Ｃａと、内径側に位置する他側辺Ｃｂとを有するコイルが、ステータコア１０の端面において螺旋状に重なったコイルエンドをなす形状となる。

この実施形態では、上記挿入操作を２回繰り返すことにより、図２１に示すように、一つのスロット１２内に四つのコイルが挿入された状態とする。すなわち、図２０に示される螺旋状に重なったコイルエンドが二重に形成されたステータとなっている。

図２２は、上記実施形態において治具２０の保持溝２３内からコイル線Ｗをスロット１２に挿入する状態を模式的に示している。ステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、軸部２１の半径をＲｄｄとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、保持溝２３内にコイル線Ｗが一列に配列される場合を仮に想定すると、保持溝２３内に入り得るコイル線Ｗの合計断面積は、最大でも（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなり、これが１つの保持溝２３からスロット１２に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積となる。

この実施形態では、１回の挿入操作で、２つの保持溝２３に保持されたコイル線Ｗが１つのスロット１２内に挿入されるため、１回の挿入操作（図１８〜２０に示される一連の挿入操作）でスロット１２内に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積は、上記の２倍、すなわち２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなる。

しかしながら、この実施形態では、上記挿入操作を２回繰り返すことによって、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすように挿入されたものを対象としているため、この実施形態で得られるステータは、少なくとも上記２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄで求められるコイル線Ｗの合計断面積よりも、スロット１２内に挿入されるコイル線Ｗの合計断面積が大きくなる。なお、軸部２１の半径Ｒｄｄは、軸部２１の円周が擬似的にｄ×Ｓｌｏｔで表されるため、これを２πで割ることにより、ｄ×Ｓｌｏｔ／２πで求められる。このため、この実施形態で得られるステータは、下記数式（２）を満たすステータとなる。

Ｓｃｕ＞２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝２×｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／２π）｝×ｄ＝２・Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π … （２）
注）式中、Ｓｃｕはステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計、Ｒｉｎはステータコア１０の内半径、Ｒｄｄは軸部２１の半径、Ｓｌｏｔはスロット１２の数、ｄはコイル線直径を表す。

図２３及び図２４には、本発明のステータを製造するための装置の他の例が示されている。なお、前述の図１及び図２に示す実施形態と実質的に同一部分には、同符号を付してその説明を省略する。

この製造装置は、上記ステータコア１０の内周に挿入される、全体としてほぼ円柱状の治具２０を有している。治具２０は、中心の軸部２１と、この軸部２１の上端面中心に設けられた孔２２と、軸部２１の外周から円柱状の外周に向けて放射状に形成された複数の保持溝２３とを有している。保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２のピッチの整数倍ピッチ（本実施の形態では２倍ピッチ）で形成された第１保持溝２３ａと、この第１保持溝２３ａ同士の間にあって、前記第１保持溝２３ａと同じピッチで形成された第２保持溝２３ｂとを有している。

この実施形態の場合、第１保持溝２３ａと第２保持溝２３ｂとが交互にそれぞれ等間隔で形成されているが、第１保持溝２３ａ同士の間隔及び第２保持溝２３ｂ同士の間隔が、ステータコア１０のスロット１２のピッチの整数倍ピッチであればよく、第１保持溝２３ａと第２保持溝２３ｂとの間隔は特に限定されない。また、この実施形態では、治具２０の軸部２１の外周から保持溝２３が半径方向に向けて放射状に形成されているが、保持溝２３を例えば、螺旋形状等の湾曲した形状でも良いし、放射方向に対して傾いた方向に形成することもできる。この場合、保持溝に収容できるコイル側辺を増やすことができる。

治具２０の第１保持溝２３ａには、コイルＣの一側辺Ｃａが挿入され、第２保持溝２３ｂにはコイルＣの他側辺Ｃｂが挿入されるようになっている。コイルＣは、治具２０の隣接する第１保持溝２３ａと、第２保持溝２３ｂとに挿入されて、治具２０の円周に沿って配列されるようになっている。

図２４に示すように、治具２０はステータコア１０の内周に挿入され、コイルＣの挿入しようとする側辺部の保持溝２３が対応するスロット１２に位置するように、回転位置決めされた状態で、押圧治具３０を治具２０の上部に設置される。すなわち、押圧治具３０の軸下端３５を、治具２０の孔２２に挿入し、プッシャ３４がコイルＣの挿入しようとする側辺部が保持された保持溝２３に位置するように回転位置決めされる。

その状態で、押圧治具３０の環体３３を軸３１に沿って、下方にスライドさせることにより各プッシャ３４が対応する保持溝２３に挿入され、プッシャ３４のテーパ部３４ａによって、保持溝２３に保持されたコイルＣの対応する側辺部が外径側に押出され、対応するスロット１２に挿入されるようになっている。

図２５〜図３４には、上記製造装置を用いて本発明の他の実施形態によるステータを製造する例が示されている。

図２５に示すように、治具２０の第１保持溝２３ａにコイルＣの一側辺Ｃａを挿入し、その第１保持溝２３ａに隣接する第２保持溝２３ｂに、コイルＣの他側辺Ｃｂを挿入する。こうして、複数のコイルＣを治具２０の円周に沿って配列する。

次に、コイルＣを保持溝２３に保持させた治具２０を、ステータコア１０の内周に挿入する。図２５は、この状態を示している。治具２０は、各保持溝２３がステータコア１０の対応するスロット１２に整合するように回転位置決めされる。この状態で、前記図２３及び図２４に示した押圧治具３０を、治具２０の上部に設置し、プッシャ３４が第１保持溝２３ａに整合するように回転位置決めする。

そして、軸３１に対して環体３３を下方にスライドさせ、プッシャ３４をその下端から第１保持溝２３ａに挿入していく。すると、図２６に示すように、第１保持溝２３ａに挿入されているコイルＣの一側辺Ｃａは、プッシャ３４のテーパ部３４ａによって押されて、外径側に押出され、ステータコア１０のスロット１２に挿入される。図２７は、こうして、コイルＣの一側辺Ｃａを対応するスロット１２に完全に挿入した状態を示している。

次いで、図２８に示すように、押圧治具３０の環体３３を引き上げて、プッシャ３４を第１保持溝２３ａから引き上げる。なお、押圧治具３０は、治具２０の上部に設置したままの状態で次の作業を行ってもよいが、一旦、押圧治具３０を治具２０から取外してもよい。

こうして、プッシャ３４を引き抜いた後、図２９に示すように、治具２０を所定角度回動させ、コイルＣの他側辺Ｃｂが前記一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２から、五つ先のスロット１２に整合するように回転位置決めされる。

そして、図３０に示すように、プッシャ３４を、今度は第２保持溝２３ｂに整合するように回転位置決めさせ、その状態で環体３３を軸３１に対して下方にスライドして、プッシャ３４をその下端部から第２保持溝２３ｂに挿入する。その結果、第２保持溝２３ｂに挿入されていたコイルＣの他側辺Ｃｂが、外径側に押し出されてスロット１２に挿入される。

こうして、コイルＣはその一側辺Ｃａを一つのスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂをそこから五つ離れたスロット１２に挿入される。この挿入作業は複数のコイルＣに対して同時になされるため、ステータコア１０の端面から見て、コイルエンドが螺旋状をなすように、コイルＣが挿入された状態となる。

そして、この実施形態では、上記挿入操作を二回繰り返す。その結果、図３１に示すように、ステータコア１０の各スロット１２には、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１の一側辺Ｃ１ａ又は他側辺Ｃ１ｂがスロット１２内の外径側に挿入され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ又は他側辺Ｃ２ｂがスロット１２内の内径側に挿入される。すなわち、治具２０の第１保持溝２３ａからコイルを挿入されたスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の一側辺Ｃ１ａ,Ｃ２ａが外内に重なって挿入され、治具２０の第２保持溝２３ｂからコイルを挿入されたスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の他側辺Ｃ１ｂ,Ｃ２ａが外内に重なって挿入される。

こうして形成されたステータは、図３１及び図３３に示すように、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１のコイルエンドが外径側に螺旋状をなして形成され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２のコイルエンドがその内側に同じく螺旋状をなして形成された２重の螺旋形状をなしている。

この実施形態によれば、治具２０の保持溝２３に一つのスロット１２を満たすのに、十分な量のコイルＣを挿入保持できない場合であっても、挿入操作を二回繰り返して、行うことにより図３２に示すように十分な量のコイルＣを挿入することが可能となる。なお、挿入工程は、二回に限定されるものではなく、三回以上繰り返して行うこともできる。

また、螺旋状に重なったコイルＣ１のループ並びにコイルＣ２のループは、各スロット１２に各コイルの一側辺が１個ずつ挿入されたループをなしているため、半径方向におけるコイル同士の重なりがより均一となり、それらのコイルエンドもより均一でコンパクトとなるため、スロット内のコイル占有率が更に高く、コイルエンドが更に短くなって、より高い性能のステータを得ることができる。

図３４は、こうして製造されたステータの側面図を表している。このように、ステータコア１０の両端面から、コイルＣが突出した部分であるコイルエンドは、その高さが比較的小さく、かつ、全周に亘って均一となる。

また、治具２０によって保持されたコイルＣの一側辺Ｃａを挿入した後、治具２０を回転位置決めした後に他側辺Ｃｂを挿入しているので、回転位置決めによってコイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。また、ステータコアの一端から他端に向かってコイルをインサートする通常の方法と違い、ステータコア１０の内歯１１に対して内径側からコイルＣを挿入するため、コイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。従ってコイルエンドを小さくすることができる。

このステータにおいても、各コイルＣが部分的に重なりながら、周方向に並んで配列されているため、モータにしたときのコギングトルクムラが極めて小さくなり、振動や騒音を著しく軽減することができる。また、コイルエンドがコンパクトで均一に突出した状態となるので、ステータコア１０やそれを用いて作られたモータをコンパクトにすることができる。

このステータについて、前記図２２を参照して、スロット１２に挿入できるコイル線Ｗの合計断面積Ｓｃｕについて考察すると、次の通りとなる。すなわち、前記と同様に、ステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、軸部２１の半径をＲｄｄとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、保持溝２３内にコイル線Ｗが一列に配列される場合を仮に想定すると、保持溝２３内に入り得るコイル線Ｗの合計断面積は、最大でも（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなり、これが１つの保持溝２３からスロット１２に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積となる。

この実施形態では、１回の挿入操作で、１つの保持溝２３に保持されたコイル線Ｗが１つのスロット１２内に挿入されるため、１回の挿入操作（図２５〜３０に示される一連の挿入操作）でスロット１２内に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積は、（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなる。

しかしながら、この実施形態では、上記挿入操作を２回繰り返すことによって、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすように挿入されたものを対象としているため、この実施形態で得られるステータは、少なくとも上記（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄで求められるコイル線Ｗの合計断面積よりも、スロット１２内に挿入されるコイル線Ｗの合計断面積が大きくなる。なお、軸部２１の半径Ｒｄｄは、軸部２１の円周が擬似的にｄ×Ｓｌｏｔで表されるため、これを２πで割ることにより、ｄ×Ｓｌｏｔ／２πで求められる。このため、この実施形態で得られるステータは、下記数式（３）を満たすステータとなる。

Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／２π）｝×ｄ＝Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／２π … （３）
注）式中、Ｓｃｕはステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計、Ｒｉｎはステータコア１０の内半径、Ｒｄｄは軸部２１の半径、Ｓｌｏｔはスロット１２の数、ｄはコイル線直径を表す。

図３５〜３９には、本発明の他の実施形態によるステータの製造例が示されている。

この実施形態では、治具２０の保持溝２３の第１保持溝２３ａと第２保持溝２３ｂとが、ステータコア１０のスロット１２に対応して1組ずつ設けられている。すなわち、図２５等に示した治具２０に比べて、保持溝の数が倍の数となっている。すなわち、第１保持溝２３ａ同士及び第２保持溝２３ｂ同士は、それぞれスロット１２と同じピッチで配列されている。その結果、各保持溝２３が内径側に向かうにつれて、それぞれの間隔が著しく狭くなるため、各保持溝２３の内径側の溝幅が外径側の溝幅に比べて狭くなるように形成されている。なお、治具２０の強度が充分確保できる場合や、ステータコア１０や治具２０が充分大きく、保持溝の数が倍になっても間隔が確保できる場合などは、保持溝２３の内径側の溝幅を狭くする必要はない。コイルＣは、その一側辺Ｃａを第１保持溝２３ａに挿入保持され、他側辺Ｃｂを該第１保持溝２３ａに隣接する第２保持溝２３ｂに挿入保持されている。こうして、ステータコア１０のスロット１２の数と同じ数のコイルＣが治具２０の円周方向に沿って配列される。

図３５は、この治具２０をステータコア１０の内周に挿入配置し、第１保持溝２３ａを対応する各スロット１２に整合するように回転位置決めした状態を示している。この状態で前述した押出し手段、例えば、図１に示す押圧治具３０等を用いて、第１保持溝２３ａに保持されたコイルＣの一側辺Ｃａを対応するスロット１２に押し込むことができる。

図３６は、こうしてコイルＣの一側辺Ｃａを対応する各スロット１２に押し込んだ状態を示している。すなわち、ステータコア１０の全スロット１２に対応するコイルＣの一側辺Ｃａが押し込まれる。

次に図３７に示すように、治具２０を所定角度回転させて、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する第２保持溝２３ｂが所定のスロット１２、この実施形態の場合は、前記一側辺Ｃａが挿入されたスロットから、五つ離れたスロット１２に整合するように位置決めされる。この状態で、再び前記押圧治具３０等の押し出し手段を用いて、第２保持溝２３ｂに保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出し、対応するスロット１２に挿入する。その結果、図３８に示すように、各スロット１２内の外径側には、コイルＣの一側辺Ｃａが挿入され、該スロット１２内の内径側には他のコイルＣの他側辺Ｃｂが挿入されて、一つのスロット１２内に二つのコイルが挿入された状態となる。こうして、外径側に位置する一側辺Ｃａと、内径側に位置する他側辺Ｃｂとを有するコイルが、ステータコア１０の端面において螺旋状に重なったコイルエンドをなす形状となる。

そして、この実施形態では、上記挿入操作を二回繰り返す。その結果、図３９に示すように、ステータコア１０の各スロット１２には、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１の一側辺Ｃ１ａ及び他側辺Ｃ１ｂがスロット１２内の外径側に挿入され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ及び他側辺Ｃ２ｂがスロット１２内の内径側に挿入される。すなわち、治具２０のスロット１２には、合計４つのコイルＣ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ａ、Ｃ２ｂが、外内に重なって挿入される。また、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１のコイルエンドが外径側に螺旋状をなして形成され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２のコイルエンドがその内側に同じく螺旋状をなして形成された２重の螺旋形状をなしている。

この実施形態によれば、治具２０の保持溝２３に一つのスロット１２を満たすのに、十分な量のコイルＣを挿入保持できない場合であっても、挿入操作を二回繰り返して、行うことにより十分な量のコイルＣを挿入することが可能となる。なお、挿入工程は、二回に限定されるものではなく、三回以上繰り返して行うこともできる。

このステータについて、図４０を参照して、スロット１２に挿入できるコイル線Ｗの合計断面積Ｓｃｕについて考察すると、次の通りとなる。すなわち、前記と同様に、ステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、軸部２１の半径をＲｄｄとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、保持溝２３内にコイル線Ｗが一列に配列される場合を仮に想定すると、保持溝２３内に入り得るコイル線Ｗの合計断面積は、最大でも（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなり、これが１つの保持溝２３からスロット１２に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積となる。

この実施形態では、１回の挿入操作で、２つの保持溝２３に保持されたコイル線Ｗが１つのスロット１２内に挿入されるため、１回の挿入操作（図３５〜３８に示される一連の挿入操作）でスロット１２内に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積は、２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなる。

しかしながら、この実施形態では、上記挿入操作を２回繰り返すことによって、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすように挿入されたものを対象としているため、この実施形態で得られるステータは、少なくとも上記２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄで求められるコイル線Ｗの合計断面積よりも、スロット１２内に挿入されるコイル線Ｗの合計断面積が大きくなる。なお、軸部２１の半径Ｒｄｄは、軸部２１の円周が擬似的に２×ｄ×Ｓｌｏｔで表されるため、これを２πで割ることにより、ｄ×Ｓｌｏｔ／πで求められる。したがって、この実施形態で得られるステータは、下記数式（４）を満たすステータとなる。

Ｓｃｕ＞２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝２×｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／π）｝×ｄ＝２・Ｒｉｎ・ｄ−２・Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π … （４）
注）式中、Ｓｃｕはステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計、Ｒｉｎはステータコア１０の内半径、Ｒｄｄは軸部２１の半径、Ｓｌｏｔはスロット１２の数、ｄはコイル線直径を表す。

図４１及び図４２には、前記製造例において、コイルＣの押出し手段の他の例が示されている。

この例では、治具２０を例えばアルミニウムなどの非磁性体で形成し、コイルＣの両端部に、電源４０が接続され、治具２０の保持溝２３に挿入保持されたコイルに電流が流されるようになっている。図４１に示す状態で、第２保持溝２３ｂに挿入されたコイルＣの他側辺Ｃｂに対しては、第２保持溝２３ｂの出口部分に図示しないストッパーを設けておき、他側辺Ｃｂが外径側に押出されないようにしておく。この状態で、コイルＣに急峻な過渡電流を流すと、渦電流による反発力が作用して、コイルＣを外径側に押出そうとする力が作用する。

その結果、図４２に示すように、コイルＣの一側辺Ｃａが対応するスロット１２に挿入される。その後、一旦電流を切り、ステータコア１０に対して治具２０を所定角度回動させ、コイルＣの他側辺Ｃｂが所定のスロット、例えば、五つ離れたスロット１２に位置するように回転位置決めされる。そして、第２保持溝２３ｂのストッパーを解除して、前記と同様にコイルＣに電流を流すことにより、今度は他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入することができる。このように、電流を流すだけで、コイルを外径側に押出すことができるので、製造装置の構造が簡略化され、コイル挿入を迅速に行わせることができる。

図４３及び図４４には、コイルＣの押出し手段の更に他の例が示されている。

この例では、治具２０の各保持溝２３の間に位置する放射状の隔壁内に永久磁石Ｍがそれぞれ埋設して配置されており、この永久磁石Ｍによって、それぞれの保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇが形成されている。この状態で、電源４０によりコイルＣに電流を流すと、ローレンツ力が作用して、コイル側辺の一方には外径側に押出す力が作用し、他方には内径側に押付ける力が作用する。

図４３に示す状態では、コイルＣの一側辺Ｃａに外径側に押出す力が作用し、他側辺Ｃｂには内径側に押付ける力が作用する。その結果、図４４に示すように、コイルＣの一側辺Ｃａは対応するスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂは第２保持溝２３ｂに挿入された状態を保持される。

こうして、コイルＣの一側辺Ｃａをスロット１２に挿入した後、ステータコア１０に対して治具２０を所定角度回転させ、コイルＣの他側辺Ｃｂが挿入された第２保持溝２３ｂが、所定のスロットに位置するように回転位置決めされる。

そして、前述したように、第２保持溝２３ｂが所定のスロットに配置された後、電源４０のスイッチを切替えて、今度は電流を前記と反対方向に流す。コイルＣの他側辺Ｃｂには外径側に押出す力が作用し、コイルＣｂが対応するスロット１２に挿入される。

図４５及び図４６には、コイルＣの押出し手段の更に他の例が示されている。

この例は、基本的には、図４３及び図４４に示した例と同様であるが、永久磁石Ｍの代わりに電磁石Ｅｍが用いられている点が異なっている。すなわち、各保持溝２３の間に形成された隔壁に軸方向に延びる挿入溝を形成しておき、この挿入溝に電磁石Ｅｍが挿入され、この電磁石Ｅｍに図示しない電源回路から電流を流すことにより、各保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇを形成する。したがって、この状態でコイルＣに電流を流すことにより、前記実施形態と同様に、コイルＣの一方の側辺には外径側に押出す力を作用させ、他方の側辺には内径側に押付ける力を作用させることができ、後は前記実施形態と同様な方法で、各コイルをスロット１２に挿入することができる。

なお、一側辺Ｃａをスロット１２に挿入後、他側辺Ｃｂをスロット１２に挿入する際にコイルＣを流す電流の向きを反対方向にする代わりに、電磁石Ｅｍに流す電流の向きを反対方向にして磁界Ｇの向きを逆にしてもよい。

図４５は、コイルＣの一側辺Ｃａを、外径側に押出す状態を示し、図４６は、該一側辺Ｃａをスロット１２内に挿入した状態を示している。

図４７〜４９には、コイルＣの押出し手段の更に他の例が示されている。

この例では、コイルＣの押出し手段として、引き出し装置５０が用いられている。引き出し装置５０は、ステータコア１０の両端面に配置され、この両端面の近傍において半径方向に進退可能に設けられたアーム５１と、このアーム５１の先端部に取付けられたフック５２とを有している。そして、アーム５１をステータコア１０の内径方向に進入させ、フック５２をコイルＣのいずれかの側辺に引っ掛かけた後、アーム５１を外径方向に引き戻すことによって、コイルＣの側辺を外径側に引き出すような動作をするようになっている。ステータコア１０の両端面近傍に配置された一対の引き出し装置５０により、コイルＣの側辺を５２に引き掛けて外径側に引き寄せることにより、コイルＣは保持溝２３からステータコア１０の対応するスロット１２内に押し込まれるようになっている。

図４７においては、一対の引き出し装置５０しか図示していないが、実際には、各コイルＣに対応して一対ずつの引き出し装置５０が、ステータコア１０の外周に放射状に配置されている。なお、図４７においては、一つのコイルＣしか図示されていないが、実際には複数のコイルＣが治具２０の円周に沿って一列に配列された状態となる。

図４８は、上記引き出し装置５０によって、コイルＣの一側辺Ｃａをスロット１２に挿入した状態を示している。こうして、コイルＣの一側辺Ｃａをスロット１２に挿入した後、治具２０を所定角度回転させて、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する第２保持溝２３ｂが所定のスロット１２に整合するように位置決めする。その状態で、再び前記引き出し装置５０により、コイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に引っ張り出すことにより、第２保持溝２３ｂからコイルＣの他側辺Ｃｂを対応するスロット１２内に挿入することができる。

図４９は、こうしてコイルＣの両側辺Ｃａ、Ｃｂを対応するスロット１２に挿入した状態を示している。なお、図４８、４９においては、コイルＣが一つしか図示していないが、実際には、複数のコイルＣが治具２０に保持されており、放射状に配列された複数組の引き出し装置５０によって、各コイルＣの挿入動作が同時になされることになる。

図５０には、コイルＣの押出し手段の更に他の例が示されている。

この例では、押出し手段として空圧装置６０が用いられている。空圧装置６０は、圧縮された空気を送り込む空圧機６１と、この空気を供給するチューブ６２と、このチューブ６２の先端部に取付けられたノズル６３とを有し、ノズル６３は円筒形状をなして、その周面に多数の噴出孔６４が形成されている。治具２０には、その中心に孔２５が設けられ、この孔２５内に上記ノズル６３が挿入されるようになっている。治具２０の保持溝２３は、それらの内径側端部に、前記孔２５に連通するスリット状の開口部が形成されている。したがって、治具２０の孔２５内にノズル６３を配置し、空圧機６１によってチューブ６２を通してノズル６３を圧縮空気を供給することにより、ノズル６３の噴出孔６４から圧縮空気が吹き出され、治具２０の保持溝２３の内径側の開口部から圧縮空気が送り出されて、保持溝２３に保持されたコイルＣが所定のスロット１２に押し込まれるようになっている。なお、この空圧装置６０は、前述した各押出し手段と併用して用いることもできる。

図５１〜５５には、本発明の他の実施形態によるステータの製造例が示されている。

この例では、図４３及び図４４に示した押出し手段を利用している。すなわち、図５１に示すように、治具２０の各保持溝２３の間に位置する放射状の隔壁内に永久磁石Ｍがそれぞれ埋設して配置されており、この永久磁石Ｍによって、それぞれの保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇが形成されている。

治具２０の保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２に対応して、同じピッチで同数形成されている。そして、この例では、１つの保持溝２３に、コイルＣの一側辺Ｃａと他側辺Ｃｂとを一緒に挿入する。すなわち、保持溝２３の一側にコイルＣの一側辺Ｃａを配列し、反対側の側部にコイルＣの他側辺Ｃｂを配列した状態で挿入する。また、コイルＣの両端部は、前述したように電源４０に接続する。

この状態で、電源４０によりコイルＣに電流を流すと、ローレンツ力が作用して、コイル側辺の一方には外径側に押出す力が作用し、他方には内径側に押付ける力が作用する。この例では、一側辺Ｃａが外径側に押され、他側辺Ｃｂが内径側に押付けられる。その結果、図５２に示すように、コイルＣの一側辺Ｃａがステータコア１０の対応するスロット１２に挿入される。

次に、図５３に示すように、ステータコア１０に対して治具２０を回転させ、この例では、保持溝２３が図５３の状態から５つ離れたスロット１２に整合するように位置決めされる。この状態が図５４に示されている。図５４の状態で、今度は、前記とは逆方向にコイルＣに電流を流すと、保持溝２３に残されたコイルＣの他側辺Ｃｂに、前記とは逆の外径側に押出す力が作用する。

その結果、図５４に示すように、コイルＣの他側辺Ｃｂがステータコア１０の対応するスロット１２に挿入され、各スロット１２にコイルＣの一側辺Ｃａが外側に、別のコイルＣの他側辺Ｃｂが内側に配置されて挿入された状態となる。この挿入作業は複数のコイルＣに対して同時になされるため、ステータコア１０の端面から見て、コイルエンドが螺旋状をなすように、コイルＣが挿入された状態となる。

そして、この実施形態では、上記挿入操作を二回繰り返す。その結果、図５５に示すように、ステータコア１０の各スロット１２には、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１の一側辺Ｃ１ａ及び他側辺Ｃ１ｂがスロット１２内の外径側に挿入され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ及び他側辺Ｃ２ｂがスロット１２内の内径側に挿入される。すなわち、ステータコア１０の各スロット１２には、コイルＣ１の一側辺Ｃａ、他側辺Ｃｂ、コイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ、他側辺Ｃ２ｂが外内に重なって挿入され、ステータコア１０の端面から見ると、複数のコイルＣが螺旋状に重なったループが二重に形成された形状となる。

このステータについて、図５６を参照して、スロット１２に挿入できるコイル線Ｗの合計断面積Ｓｃｕについて考察すると、次の通りとなる。すなわち、前記と同様に、ステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、軸部２１の半径をＲｄｄとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、保持溝２３内にコイル線Ｗが二列、すなわち一側辺Ｃａ及び他側辺Ｃｂが一列ずつ配列される場合を仮に想定すると、保持溝２３内に挿入された一方の列のコイル線Ｗをスロット１２に挿入したときのコイル線の合計断面積は、最大でも（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなる。

この実施形態では、１回の挿入操作（図５１〜５４に示される一連の挿入操作）で２つの列のコイル線Ｗが１つのスロット１２内に挿入されるため、１回の挿入操作でスロット１２内に挿入できるコイル線Ｗの最大合計断面積は２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄとなる。

しかしながら、この実施形態では、上記挿入操作を２回繰り返すことによって、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすように挿入されたものを対象としているため、この実施形態で得られるステータは、少なくとも上記２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄで求められるコイル線Ｗの合計断面積よりも、スロット１２内に挿入されるコイル線Ｗの合計断面積が大きくなる。なお、軸部２１の半径Ｒｄｄは、軸部２１の円周が擬似的に２×ｄ×Ｓｌｏｔで表されるため、これを２πで割ることにより、ｄ×Ｓｌｏｔ／πで求められる。したがって、この実施形態で得られるステータは、下記数式（４）を満たすステータとなる。

Ｓｃｕ＞２×（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝２×｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／π）｝×ｄ＝２・Ｒｉｎ・ｄ−２・Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π … （４）
注）式中、Ｓｃｕはステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計、Ｒｉｎはステータコア１０の内半径、Ｒｄｄは軸部２１の半径、Ｓｌｏｔはスロット１２の数、ｄはコイル線直径を表す。

図５７及び図５８には、本発明によるステータを製造する際の他の好ましい態様が示されている。

この態様においては、コイルＣの一側辺Ｃａをステータコア１０のスロット１２に挿入し、治具２０を所定角度回動させて、他側辺Ｃｂを保持する保持溝２３ｂを所定のスロット１２に位置決めする際、ステータコア１０及び治具２０の両端面から突出するコイルエンドを一対の回転補助治具７０によって、治具２０に向けて軸方向に押圧するようにしている。

すなわち、図５７に示すように、上記回転補助治具７０は、治具２０の両端面の孔２２に挿入される支軸７１と、この支軸７１にスライド可能に装着された筒体７２と、この筒体７２の治具２０側の端部に取付けられたフランジ状の押圧板７３とを有しており、筒体７２及び押圧板７３を図中矢印で示すように支軸７１に沿ってスライドさせることにより、コイルエンドを軸方向に押圧するようにしている。

図５８において、Ｔはステータコア１０及び治具２０の厚さである。同図（Ａ）は、コイルＣのコイルエンドを押圧しない状態を示し、コイルＣは、ステータコア１０及び治具２０の軸方向にＬ１の長さで伸びたループをなし、コイルエンドが長く突出している。これに対して、同図（Ｂ）は、コイルＣのコイルエンドを上記回転補助治具７０の押圧板７３によって押圧した状態を示し、コイルＣは、ステータコア１０及び治具２０の軸方向長さＬ２が短くなって、図中矢印で示すように幅方向に広がる。

その結果、ステータコア１０に対して治具２０が回動して、コイルＣのループが押し広げられるときに、上記回転補助治具７０の押圧板７３によってコイルエンドを押圧することにより、コイルＣが幅方向に広がるため、コイルＣの剛性に抗してコイルを広げるために治具２０にかかる力を軽減することができ、治具２０の保持溝２３ａ，２３ｂの隔壁部分が変形したりすることを防止することができる。

図５９〜６２には、本発明の更に他の実施形態によるステータの製造例が示されている。なお、図５９〜６２では、説明を分かりやすくするため、一つの保持溝２３とそれに対応するスロット１２にしかコイルＣが挿入されていないが、実際には、全ての保持溝２３及びスロット１２にコイルが挿入されることになる。

この実施形態では、ステータコア１０のスロット１２の数の半分の数の保持溝２３が、治具２０の外周に形成されている。

そして、図５９に示すように、各保持溝２３には、コイルＣのコイル線Ｗが一列で、かつ、コイルＣの両側辺Ｃａ、Ｃｂが同じ保持溝２３に半径方向に分かれて挿入されている。また、各保持溝２３がステータコア１０のスロット１２に対応して配置されている。

この状態で、例えば、前記図４７〜４９に示したフック５２を有する引き出し装置５０を用いる挿入方法や、前記図５１〜５５に示したローレンツ力の作用による挿入方法などを利用して、図６０に示すように、コイルの他側辺Ｃｂを保持溝２３内に保持したまま、外径側に位置するコイルの一側辺Ｃａを対応するスロット１２に挿入する。

次いで、図６１に示すように、治具２０を所定方向に所定角度回動させて、保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂが所定のスロット１２に整合するように回転位置決めする。この実施形態の場合は、一側辺Ｃａが保持されたスロット１２に対して五つ先のスロット１２に、他側辺Ｃｂが保持された保持溝２３が整合するように回転させている。

そして、図６２に示すように、再び前述したような方法により、保持溝２３に残っているコイルの他側辺Ｃｂを上記スロット１２に挿入する。こうして、コイルＣを所定の２つのスロット１２間に挿入することができる。

更に、図示を省略したが、上記挿入操作を二回以上繰り返すことにより、最終的には、図１３、図２１に示したような、各スロット１２にコイルＣの側辺Ｃａ又はＣｂが２つ以上ずつ挿入されて、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすステータコア１０を得ることができる。

上記実施形態では、１回の操作でスロット１２に挿入できるコイル線Ｗの量は、１つの保持溝２３に一列に並んだコイル線Ｗの半分の量となる。このため、１回の操作で挿入できるコイル線Ｗの総断面積は、（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ／２となる。そして、このステータ１０は、上記操作を二回以上繰り返すことによって、螺旋状に重なったコイルＣが多重ループをなすように挿入されたステータコアを対象としているので、スロット１２内に挿入されるコイル線Ｗの合計断面積は、上記式で求められる合計断面積よりも大きくなる。

また、軸部２１の半径Ｒｄｄは、軸部２１の円周が擬似的にｄ×（Ｓｌｏｔ／２）で表されるため、これを２πで割ることにより、ｄ×Ｓｌｏｔ／４πで求められる。

したがって、この実施形態で得られるステータは、下記数式（５）を満たすステータとなる。

Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ／２＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／４π）｝×ｄ／２＝Ｒｉｎ・ｄ／２−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／８π … （５）
注）式中、Ｓｃｕはステータコア１０のスロット１２内に挿入されるコイル断面積の合計、Ｒｉｎはステータコア１０の内半径、Ｒｄｄは軸部２１の半径、Ｓｌｏｔはスロット１２の数、ｄはコイル線直径を表す。

なお、上記各製造例において、電磁吸引力を利用してコイルＣをスロット１２内に保持するようにしてもよい。例えば、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）挿入後の状態でコイルＣに電流を流しつづけることで、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）を磁性体であるステータコア１０に押付けておくことができる。ただし、ローレンツ力を利用した押出し手段の場合は、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３ｂから出ない向きに電流を流すか、電磁石Ｅｍを使った場合は電磁石に流す電流を止めて磁界Ｇをなくすようにする。こうすることで確実に一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）をスロット１２内に保持することができる。

また、同様に他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）挿入後の状態でコイルＣに電流を流しつづけることによっても、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）と他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を確実にスロット１２内に保持することができる。

また、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）挿入後、治具２０を回転位置決めする際にコイルＣに電流を流しつづけることで、治具２０の回転による力で一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）がスロット１２から出てくることが抑制され、ステータコア１０と治具２０との間にはさみこまれることが抑制される。ローレンツ力を利用して押出し手段の場合は、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３ｂから出ない向きに電流を流すことでさらに、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を保持溝２３ｂに確実に保持することができ、治具２０の回転による力で他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３ｂから出てくることが抑制され、ステータコア１０と治具２０との間にはさみこまれることが抑制される。

ここで電磁吸引力を発生させるのに流す電流は、コイルＣに渦電流による反発力が無視できる電流であればよく、例えば、２０Ｈｚ以下の交流や直流であればよい。

また、上記各実施の形態では一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）が挿入されたスロットから五つ先のスロット１２へ他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を挿入したが、五つ先に限られない。

本発明によるステータを製造するための製造装置の一例を示す斜視図である。 同製造装置における治具と補助部材とステータコアとの関係を示す斜視図である。 同製造装置を用いた、本発明によるステータを製造するための製造方法の一実施形態において、コイルを治具に保持させ、この治具に補助部材を設置した状態を示す斜視図である。 同実施形態において、補助部材側から治具をステータコアの内周に挿入する状態を示す斜視図である。 同実施形態において、治具をステータコアの内周に挿入した状態を示す部分拡大断面図である。 同実施形態において、補助部材のブレード部の間隙を通してコイルの一側辺をステータコアのスロットに挿入する状態を示す部分拡大斜視図である。 同実施形態において、治具をステータコアの内周に挿入した状態を示す下方から見た斜視図である。 同実施形態において、補助部材を取外した状態を示す斜視図である。 同実施形態において、ステータコアの内周に治具を挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態において、ステータコアに対し治具を所定角度回動させた状態を示す平面図である。 同実施形態において、治具の保持溝に保持されたコイルの他側辺を押圧治具によって外径側に押し出す状態を示す斜視図である。 同実施形態において、治具の保持溝に保持されたコイルの他側辺をステータコアの対応するスロットに挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態において、挿入操作を２回繰り返して行った状態を示す説明図である。 同実施形態で得られるステータコアのスロット内に充填されたコイルを断面にして示す説明図である。 同実施形態で得られるステータのコイルエンドの形状を示す平面図である。 同ステータコアの側面図である。 同実施形態において、治具の保持溝とステータコアのスロットとの関係を考察するための説明図である。 本発明によるステータを製造するための製造方法の他の実施形態において、ステータコアの内周に治具を挿入し、コイルの一側辺をステータコアのスロットに挿入し、他側辺が治具の保持溝に保持された状態を示す説明図である。 同実施形態において、ステータコアに対して治具を所定角度回動させた状態を示す説明図である。 同実施形態において、治具の保持溝に保持されたコイルの他側辺をステータコアのスロットに挿入した状態を示す説明図である。 同実施形態において、挿入操作を２回繰り返して行った状態を示す説明図である。 同実施形態において、治具の保持溝とステータコアのスロットとの関係を考察するための説明図である。 本発明によるステータを製造するための製造装置の他の実施形態を示す斜視図である。 同製造装置を組付けた状態を示す斜視図である。 同製造装置を用いた、本発明によるステータを製造するための製造方法の実施形態において、コイルを保持した治具をステータコアの内周に挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態において、治具の保持溝に押圧治具のプッシャを挿入し、コイルの一側辺をスロットに挿入する状態を示す平面図である。 同実施形態において、プッシャを更に押し込み、コイルの一側辺をスロットに完全に挿入した状態を示す平面図である。 図２７の状態からプッシャを抜いた状態を示す平面図である。 コイルの他側辺を保持する第２保持溝が所定のスロットに位置するように治具を所定角度回転させた状態を示す平面図である。 第２保持溝にプッシャを挿入して、コイルの他側辺を対応するスロットに挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態において、挿入操作を２回繰り返して行った状態を示す説明図である。 同実施形態で得られるステータのスロット内に充填されたコイルを断面にして示す説明図である。 同実施形態で得られるステータの端面形状を示す平面図である。 同ステータの側面図である。 本発明によるステータを製造するための製造方法の更に他の実施形態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態においてコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態においてコイルの他側辺を保持する第２保持溝が対応するスロットに整合するように回転位置決めした状態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態において、コイルの他側辺を対応するスロットに挿入した状態を示す説明図である。 同実施形態において、挿入操作を２回繰り返して行った状態を示す説明図である。 同実施形態において、治具の保持溝とステータコアのスロットとの関係を考察するための説明図である。 前記各実施形態における押圧手段の他の例を示す説明図である。 同押圧手段によってコイルの一側辺を挿入した状態を示す説明図である。 前記各実施形態における押圧手段の更に他の例を示す説明図である。 同押圧手段によってコイルの一側辺を挿入した状態を示す説明図である。 前記各実施形態における押圧手段の更に他の例を示す説明図である。 同押圧手段によってコイルの一側辺を挿入した状態を示す説明図である。 前記各実施形態における押圧手段の更に他の例を示す説明図である。 同押圧手段によってコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す説明図である。 同押圧手段によりステータコアのスロットにコイルの両側辺を挿入した状態を示す斜視説明図である。 前記各実施形態における押圧手段の更に他の例を示す説明図である。 本発明によるステータを製造するための製造方法の更に他の実施形態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態において、コイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態において、コイルの他側辺が残っている保持溝を対応するスロットに整合するように回転位置決めした状態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態において、コイルの他側辺を対応する保持溝に挿入した状態を示す説明図である。 同実施形態において、挿入操作を２回繰り返して行った状態を示す説明図である。 同実施形態において、治具の保持溝とステータコアのスロットとの関係を考察するための説明図である。 前記各実施形態において使用できる回転補助治具を示す説明図である。 同回転補助治具によりコイルエンドを押圧する前と押圧した後の状態を示す説明図である。 本発明の更に他の実施形態によるステータの製造例において、保持溝にコイルの両側辺を挿入した状態を示す説明図である。 同実施形態において、保持溝からコイルの１側辺を対応するスロットに挿入した状態を示す説明図である。 同実施形態において、治具を回転させて、保持溝を所定のスロットに回転位置決めした状態を示す説明図である。 同実施形態において、保持溝に残っているコイルの他側辺を対応するスロットに挿入した状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ ステータコア
１１ 内歯
１２ スロット
２０ 治具
２１ 軸部
２２ 孔
２３ 保持溝
２３ａ 第１保持溝
２３ｂ 第２保持溝
２５ 孔
３０ 押圧治具
３１ 軸
３２ ガイド溝
３３ 環体
３４ プッシャ
３４ａ テーパ部
３５ 軸下端
４０ 電源
５０ 引き出し装置
５１ アーム
５２ フック
６０ 空圧装置
６１ 空圧機
６２ チューブ
６３ ノズル
６４ 噴出孔
７０ 回転補助治具
７３ 押圧板
Ｃ、C１、C２ コイル
Cａ、C１ａ、C２ａ 一側辺
Cｂ、C１ｂ、C２ｂ 他側辺
Ｅｍ 電磁石
Ｇ 磁界
Ｍ 永久磁石
Ｒｉｎ ステータ内半径
Ｓｃｕ 総断面積
Ｓｌｏｔ スロット数
ｄ コイル線直径

Claims (7)

1. ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイル同士が螺旋状に重なった形態をなすステータにおいて、前記螺旋状に重なったコイル同士のループがステータコアの半径方向に２層以上に積層されており、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計が前記ステータコアの内半径に基づく所定値より大であることを特徴とするステータ。
2. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（１）が成り立つ請求項１記載のステータ。
   Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／４π …（１）
3. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（２）が成り立つ請求項１記載のステータ。
   Ｓｃｕ＞２・Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π …（２）
4. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（３）が成り立つ請求項１記載のステータ。
   Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／２π …（３）
5. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（４）が成り立つ請求項１記載のステータ。
   Ｓｃｕ＞２・Ｒｉｎ・ｄ−２・Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π …（４）
6. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、コイル線直径をｄとしたとき、下記数式（５）が成り立つ請求項１記載のステータ。
   Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ／２−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／８π …（５）
7. 前記螺旋状に重なったコイル同士の１層のループは、各スロットに当該１層のループを構成する各コイルの一側辺が１個ずつ挿入されたループをなしている請求項１〜６のいずれか１つに記載のステータ。

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