JP2016059158A - 固定子およびこの固定子を用いた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】分布巻コイルを用いているが、コイルの占積率を高めることが可能であり、小型高出力化と高効率化が要求される回転電機に用いられる固定子を得ることである。【解決手段】固定子鉄心４１が、バックヨーク部とティース部とが別体であり、且つティース部４３をバックヨーク部に組み付ける前には、スロット４６の径方向の外側が開口部となっており、開口部からスロット４６に設置した分布巻コイル２０を巻回しているティース部４３が、径方向の外側の端部を、バックヨーク部の内周面で固定されている固定子４０である。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の固定子、特にコイルが分布巻であり且つ高占積率である固定子と、この固定子を用いた回転電機に関するものである。

近年，電動機や発電機等の回転電機は、小型高出力化および高効率化が求められており、固定子に設けられたコイルの占積率を向上させることが要望されている。
コイルの占積率が、比較的高くなる固定子として、導体線を１つのティースに巻回して形成される集中巻コイルを用いた固定子がある。

この集中巻コイルを用いた固定子において、さらにコイルの線績率を向上させるものとして、固定子鉄心に分割鉄心を用いた固定子がある。
この固定子は、１つのバックヨーク部と１つのティース部とでなる分割鉄心のティース部に、前もってコイルを巻回する。その後、コイルが巻回された分割鉄心を環状に配列するとともに、リング部材等を用いて外側から囲い込むことにより形成される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１２５２７７号公報（第４頁、第１図、第３図）

導体線を２スロット以上離れたスロット間で巻回して形成される分布巻コイルを用いた固定子においても、回転電機の小型高出力化および高効率化の要求から、コイルの占積率を高めることが要求されている。
しかし、特許文献１に記載の固定子は、分割鉄心のティース部に前もってコイルを巻回するので、集中巻コイルは可能であるが、分布巻コイルを形成することは困難であるとの問題があった。
また、特許文献１に記載の固定子において、分割鉄心を環状に配置した後に分布巻コイルを形成しようとすると、非分割である一体型固定子鉄心と同様に、導体線をティース先端部間の間隙を通過させてコイルを巻回する必要があり、占積率を向上させることができないとの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、分布巻コイルを用いているが、コイルが設置されたスロット内の空隙を少なくでき、コイルの占積率を高めることが可能な固定子と、この固定子を用いた小型高出力化および高効率化が図れる回転電機を得ることである。

本発明に係わる固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心のスロットに配設した分布巻コイルとを備えた固定子であって、固定子鉄心は、バックヨーク部とティース部とが別体であり、且つティース部をバックヨーク部に組み付ける前には、スロットの径方向の外側が開口部となっており、分布巻コイルは、開口部からスロットに挿入されており、分布巻コイルが巻回されているティース部が、径方向の外側の端部を、バックヨーク部の内周面で固定されており、ティース部における周方向の側面に、周方向の外側に出張る段差が設けられているものである。

本発明に係わる回転電機は、上記の分布巻コイルを有する固定子と、固定子の内周側に、所定の間隙を設けて配設された回転子とを備えたものである。

本発明に係わる固定子は、固定子鉄心が、バックヨーク部とティース部とが別体であり、且つティース部をバックヨーク部に組み付ける前には、スロットの径方向の外側が開口部となっているので、分布巻コイルであってもコイルの占積率を高くすることができる。

本発明に係わる回転電機は、占積率が高い分布巻コイルを有する固定子を用いているので、小型高出力化および高効率化が図れる。

本発明の実施の形態１に係わる固定子の斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子における固定子鉄心の斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子における内側鉄心の斜視模式図である。 図３の内側鉄心を、矢印Ａで示す軸方向から見た端面の部分模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子における外側鉄心の斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを軸方向から見た平面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを径方向から見た平面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子の製造工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの巻回工程で使用する巻枠の分解斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの製作において、導体線を巻枠に巻回している状態を説明する斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子に用いられるコイルの巻回工程により作製された中間コイルを示す模式図である。 図１２の中間コイルのＣ−Ｃ断面の模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの成形工程により作製されたツイストコイルを示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの成形工程において、ツイストコイルの渡部を、渡部成形装置にセットした状態を示す斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの成形工程において、ツイストコイルの渡部を、渡部成形装置にセットした状態（ａ）とツイストコイルの渡部を成形した状態（ｂ）とを示す正面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを内側鉄心に仮装着する前の状態を示す正面断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを内側鉄心に仮装着する状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルが内側鉄心のスロットに挿入された状態を示す、側面模式図（ａ）と正面断面模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態１に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置された内側鉄心を取付ける前の状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置された内側鉄心を取付けた状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる固定子の部分正面断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わる固定子における内側鉄心の部分正面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わる固定子における内側鉄心のスロットに、周方向の厚みを変化させる段差が１段であるコイルを挿入した場合（ａ）と、周方向の厚みを変化させる段差が２段であるコイルを挿入した場合（ｂ）とを示す正面断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わる固定子における内側鉄心の部分正面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子における固定子鉄心の斜視模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子における外側鉄心の斜視模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるティース部の斜視模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子における固定子鉄心の部分正面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子の製造工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係わる固定子における、ティース保持具に固定されているティース部の断面を示す上面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるティース部がティース保持具に固定されている状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるコイルを固定ティース部に仮装着する状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるコイルが、固定ティース部のスロットに挿入された状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置されている固定ティース部を取付ける状況を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置されているティース部を取付けた状態を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態５に係わる回転電機の片側断面正面模式図である。

以下、本発明に係る固定子および回転電機について、図を用いて説明する。
本発明における、周方向、径方向、軸方向、の各々は、特に指定しない限り、固定子における、周方向、径方向、軸方向、の各々を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる固定子の斜視模式図である。
図１に示すように、本実施の形態の固定子４０は、固定子鉄心４１と、コイル２０と、コイル２０と固定子鉄心４１とを電気的に絶縁するスロットセル４２ａと、を備えている。コイル２０は、導体線が、２スロット以上離れたスロット間を通過しており、複数のティース部４３を巻回した状態になる分布巻コイルである。すなわち、コイル２０は、複数のティース部４３を跨いで巻回されている。
また、図１に示す固定子４０は、極数が４極の回転子に対応した、固定子鉄心４１のスロットの数が２４個で、３相コイルの場合を例示している。すなわち、スロットは、各極の１相当たり２個の割合で固定子鉄心４１に形成されている。

図２は、本発明の実施の形態１に係わる固定子における固定子鉄心の斜視模式図である。
図２に示すように、本実施の形態の固定子鉄心４１は、径方向の内側にあり且つティース部４３を有する内側鉄心４１ａと、径方向の外側にある中空円柱状であり、ティース部４３を磁気的に接続するヨークの働きをする、バックヨーク部となる外側鉄心４１ｂと、で構成されている。
すなわち、図１に示すように、コイル２０を設置した内側鉄心４１ａが、外側鉄心４１ｂの内周部に嵌められて、固定されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係わる固定子における内側鉄心の斜視模式図である。
図４は、図３の内側鉄心を、矢印Ａで示す軸方向から見た端面の部分模式図である。
図５は、本発明の実施の形態１に係わる固定子における外側鉄心の斜視模式図である。
図３と図４とに示すように、内側鉄心４１ａは、磁極を構成する複数のティース部４３が、その内周側の先端部における周方向の側面から周方向に突出している先端シュー部４３ａで、つながっている。そして、各ティース部４３の、径方向の内側の先端部と先端シュー部４３ａとで円環を形成している。
隣接する先端シュー部４３ａのつながっている部分が薄肉部４３ｂとなっており、隣接するティース部４３の間が、スロット４６となっている。

図４に示すように、ティース部４３における周方向の側面の中間の部分に、周方向の外側に出張る段差４３ｃが設けられている。そして、スロット４６の周方向の幅は、段差４３ｃより径方向の内側の部分が、狭くなっている。
スロット４６の、外側鉄心４１ｂで塞がれる前に開口している開口部の周方向の幅である、ティース部４３の根元位置におけるスロット４６の周方向の幅ｗ２と、スロット４６の段差４３ｃより径方向の内側の部分の周方向の幅ｗ１との関係は、ｗ２＞ｗ１となっている。すなわち、スロット４６の開口部の周方向の幅が最も広くなっている。
図４に示すように、ティース部４３の周方向における最小幅（ティース部最小幅と記す）を、ｔとする。

図５に示す、固定子鉄心４１のバックヨーク部である中空円柱状の外側鉄心４１ｂには、内側鉄心４１ａが挿入される。そして、図２に示すように、外側鉄心４１ｂの内周面４５ｂと、ティース部４３における径方向外側の面である、内側鉄心４１ａの外周面４５ａとが接して、外側鉄心４１ｂと内側鉄心４１ａとが磁気的に接続される。
また、ティース部４３の径方向の外側の端部である根元部が、外側鉄心４１ｂの内周面に、固定される。
図５に示すように、バックヨーク部である外側鉄心４１ｂの径方向における厚み（ヨーク部厚みと記す）を、ｂとする。

上記のティース部最小幅ｔとヨーク部厚みｂとの間に、下記（１）式の関係が成立する場合、各ティース部で発生する磁束がバックヨーク部で合流した時、バックヨーク部での磁束密度の飽和を避けることができ、ティース部の磁束密度とバックヨーク部の磁束密度とのバランスが良好となる。
ｂ≧ｓ×ｔ／（２×Ｐ）・・・・・・・・（１）
ただし ｓ：内側鉄心の総ティース数
Ｐ：固定子の極数

本実施の形態では、外側鉄心４１ｂは中空円柱状であるが、中空円柱状に限定されず、内周側が円筒面であれば、外周側は円筒面でなくても良い。外周側が円筒面でない場合でも、バックヨーク部の径方向における最小厚み（ヨーク部最小厚みと記す）をｂとして、上記（１）式の関係が成立する場合は、同様に、バックヨーク部での磁束密度の飽和を避けることができ、ティース部の磁束密度とバックヨーク部の磁束密度とのバランスが良好となる。

図６は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを軸方向から見た平面模式図である。
図７は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを径方向から見た平面模式図である。
図８は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの斜視模式図である。

図６と図７と図８とに示すように、コイル２０は、固定子鉄心４１における、一方のスロット４６に配置される第１スロット配置部２０ａと、一方のスロット４６から所定のスロット数離れた他方のスロット４６に配置される第２スロット配置部２０ｂと、第１スロット配置部２０ａと第２スロット配置部２０ｂとの、軸方向で同じ側にある端部同士を接続するとともに複数のティース部４３を跨ぐ、渡部とを備えている。
そして、渡部には、軸方向の一方側にある第１渡部２０ｃと軸方向の他方側にある第２渡部２０ｄとがある。
本実施の形態では、図１に示すように、一方のスロット４６と他方のスロット４６との間に４個のスロット４６がある場合を例示している。

また、両渡部２０ｃ，２０ｄの径方向の厚みは、両スロット配置部２０ａ，２０ｂの径方向の厚みより薄くなっており、他相を形成するコイル２０との、コイルエンド部における干渉を防止している。
また、図６に示すように、両渡部２０ｃ，２０ｄは円弧状であり、第２渡部２０ｄが、第１渡部２０ｃより、径方向において内側になっている。それと、第２渡部２０ｄは、コイル２０がスロット４６に配置された状態では、内側鉄心４１ａの薄肉部４３ｂよりも径方向において内側に位置する。
コイル２０は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された、接続部のない連続した銅またはアルミニウム等からなる導体線を複数回巻回して製作される。

次に、本実施の形態の固定子４０の製造方法について説明する。
図９は、本発明の実施の形態１に係わる固定子の製造工程を説明するフローチャートである。
図９に示すように、固定子４０は、巻回工程ＳＴ１００と、コイル成形工程ＳＴ１１０と、コイル仮装着工程ＳＴ１２０と、コイル挿入工程ＳＴ１３０と、鉄心組立工程ＳＴ１４０と、を経て完成する。

最初に、巻回工程ＳＴ１００について説明する。
巻回工程１００とは、巻枠に導体線を巻回して中間コイルを作製する工程である。
中間コイルとは、両スロット配置部２０ａ、２０ｂの形状および両渡部２０ｃ、２０ｄの形状に成形される前のコイルである。
図１０は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの巻回工程で使用する巻枠の分解斜視模式図である。
図１１は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの製作において、導体線を巻枠に巻回している状態を説明する斜視模式図である。

図１０に示すように、巻枠６０は、導体線７が外周に巻回される巻芯６１と、巻芯６１をその両側面側から挟み込む第１側板６２ａと第２側板６２ｂとで形成されている。また、巻枠６０は、巻回によって形成された中間コイルを取り出せるように、巻芯６１と両側板６２ａ，６２ｂとが、分解可能である。
また、第１側板６２ａの内面６４ａには、コイル厚みを規制する突起部６４ｂが設けられており、作製されるコイル２０の、両渡部２０ｃ，２０ｄの径方向の厚みが、両スロット配置部２０ａ，２０ｂの径方向の厚みより薄くなるようにしてある。

突起部６４ｂは、第１側板６２ａの内面６４ａにおける中央部に所定の幅で形成されており、内面６４ａにおける突起部６４ｂの両脇の外側の部分に、段部６４ｃが設けられている。この段部６４ｃにより、作製されるコイル２０の両スロット配置部２０ａ，２０ｂにおける周方向の側面にある段差が形成される。
図１０では、隠れて見えないが、第２側板６２ｂの下方半分も、第１側板６２ａと同形状である。また、第２側板６２ｂには、上部中央に導体線７の導入部６５ｄが設けられている。

図１１に示すように、第２側板６２ｂの導入部６５ｄから導体線７を巻枠６０内に入れ、矢印Ｂの方向に導体線７を巻回して中間コイル２１を作製する。
本実施の形態の巻回工程１００では、巻枠６０を用いており、中間コイル２１を構成する導体線７を整列して巻回することができる。
図１２は、本発明の実施の形態１に係わる固定子に用いられるコイルの巻回工程により作製された中間コイルを示す模式図である。
図１３は、図１２の中間コイルのＣ−Ｃ断面の模式図である。

図１２に示すように、中間コイル２１は、最終的に第１，第２スロット配置部に成る部分（第１，第２中間スロット配置部と記す）２１ａ，２１ｂと、最終的に第１，第２渡部に成る部分（第１，第２中間渡部と記す）２１ｃ，２１ｄとで形成されている。
第１，第２中間スロット配置部２１ａ，２１ｂの各々における紙面垂直方向の厚みは、巻枠６０の段部６４ｃにより、中間コイル２１における内周側が外周側より小さくなっている。

すなわち、図１３の第２中間スロット配置部２１ｂの断面に示すように、中間コイル２１の、外周側Ｏから内周側Ｉにいたる途中の部分で、第２中間スロット配置部２１ｂの厚みが小さくなり、段差が形成されている。しかし、図１３に示すように、第２中間スロット配置部２１ｂは、段差を生じるような厚みの変化があっても、配置された導体線７が整列している。
第１中間スロット配置部２１ａの断面も第２中間スロット配置部２１ｂの断面と同様であり、第１中間スロット配置部２１ａも、配置された導体線７が整列している。

次に、コイル成形工程ＳＴ１１０について説明する。
図１４は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの成形工程により作製されたツイストコイルを示す模式図である。
コイル成形工程ＳＴ１１０では、まず、図１２に示すように、中間コイル２１の、両中間スロット配置部２１ａ，２１ｂを、矢印Ｄで示す方向に捻る。
すなわち、図１４に示すような、第１，第２中間スロット配置部２１ａ，２１ｂの各内周側が紙面の前方側になった第１，第２ツイストスロット配置部２２ａ，２２ｂと、第１，第２ツイスト渡部２２ｃ，２２ｄと、を有するツイストコイル２２を作製する。

図１５は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの成形工程において、ツイストコイルの渡部を、渡部成形装置にセットした状態を示す斜視模式図である。
図１６は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルの成形工程において、ツイストコイルの渡部を、渡部成形装置にセットした状態（ａ）とツイストコイルの渡部を成形した状態（ｂ）とを示す正面模式図である。
図１５に示すように、渡部成形装置８０は、円弧状に突出した凸形金型８０ａと円弧状にへこんだ凹形金型８０ｂとを備えている。

図１５と図１６（ａ）とに示すように、ツイストコイル２２の第１ツイスト渡部２２ｃが、凸形金型８０ａと凹形金型８０ｂとの間にセットされる。
そして、図１６（ｂ）に示すように、凹形金型８０ｂを凸形金型８０ａ方向に移動することにより、第１ツイスト渡部２２ｃを加圧して、第１ツイスト渡部２２ｃを、曲率中心が固定子４０の軸心上になる円弧形状に成形する。図示しないが、渡部成形装置の金型を、ツイストコイルの第２ツイスト渡部用の金型に変更して、第２ツイスト渡部２２ｄを同様に成形して、コイル２０が作製される。
ツイストコイル２２の渡部の成形時に、第１ツイスト渡部用金型と第２ツイスト渡部用金型とを用いるので、作製されたコイル２０は、第２渡部２０ｄが、第１渡部２０ｃに比べて径方向内側になっている。

次に、コイル仮装着工程ＳＴ１２０について説明する。
図１７は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを内側鉄心に仮装着する前の状態を示す正面断面模式図である。
図１８は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルを内側鉄心に仮装着する状態を示す側面模式図である。

コイル２０には、Ｕ相を形成するコイル（Ｕ相コイルと記す）２０ｕと、Ｖ相を形成するコイル（Ｖ相コイルと記す）２０ｖと、Ｗ相を形成するコイル（Ｗ相コイルと記す）２０ｗとがあるが、図１７と図１８とには、Ｕ相コイル２０ｕを示している。
Ｕ相コイル２０ｕにおける、第１スロット配置部と第２スロット配置部と第１渡部と第２渡部との各々を、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕ、Ｕ相第２スロット配置部２０ｂｕ、Ｕ相第１渡部２０ｃｕ、Ｕ相第２渡部２０ｄｕと記す。

コイル仮装着工程ＳＴ１２０では、図１７に示すように、まず、内側鉄心４１ａのスロット４６に、内側鉄心４１ａとコイル２０とを絶縁するスロットセル４２ａを装着する。
図１７には、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕの断面と、Ｕ相第２スロット配置部２０ｂｕの断面とを、示している。

次に、図１８に示すように、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの、Ｕ相第２渡部２０ｄｕ側にある各端部を、スロット４６に挿入する。この時、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとは、Ｕ相第１渡部２０ｃｕ側の端部が、Ｕ相第２渡部２０ｄｕ側の端部より、径方向の外側になっている。すなわち、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとは、軸方向で傾斜している。
また、回転板治具７１の押圧部７１ｂを、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの各部分に配置する。
図１８は、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの側面側を、周方向の外側から見た図である。

次に、コイル挿入工程ＳＴ１３０について説明する。
図１９は、本発明の実施の形態１に係わる固定子におけるコイルが内側鉄心のスロットに挿入された状態を示す、側面模式図（ａ）と正面断面模式図（ｂ）とである。
図１９でも、Ｕ相コイル２０ｕを示している。
コイル挿入工程１３０では、回転板治具７１の押圧部７１ｂを、回転軸７１ａを中心にして回動させて、押圧部７１ｂで、図１８に示す、仮装着されたＵ相コイル２０ｕの両スロット配置部２０ａｕ，２０ｂｕを、スロット４６の方向に移動させる。

そして、図１９に示すように、両スロット配置部２０ａｕ，２０ｂｕを、スロット４６内に完全に挿入する。この時、Ｕ相第１の渡部２０ｃｕを縮径するようにして閉じる。
図１９（ａ）も、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの側面側を、周方向の外側から見た図である。
他相のコイルについても、コイル仮装着工程ＳＴ１２０とコイル挿入工程ＳＴ１３０とを行い、すなわち、コイル仮装着工程ＳＴ１２０とコイル挿入工程ＳＴ１３０とを繰返して、全てのスロット４６に、コイル２０を挿入する。

次に、鉄心組立工程１４０について説明する。
図２０は、本発明の実施の形態１に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置された内側鉄心を取付ける前の状態を示す側面模式図である。
図２１は、本発明の実施の形態１に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置された内側鉄心を取付けた状態を示す側面模式図である。

図２０に示すように、外側鉄心４１ｂに取付ける前の内側鉄心４１ａは、全てのスロット４６に、コイル２０が挿入されている。すなわち、Ｕ相コイル２０ｕとＶ相コイル２０ｖとＷ相コイル２０ｗとが、各スロット４６に挿入されている。
Ｖ相コイル２０ｖにおける、第１渡部と第２渡部との各々を、Ｖ相第１渡部２０ｃｖとＶ相第２渡部２０ｄｖと記しており、Ｗ相コイル２０ｗにおける、第１渡部と第２渡部との各々を、Ｗ相第１渡部２０ｃｗとＷ相第２渡部２０ｄｗと記している。

また、外側鉄心４１ｂへの内側鉄心４１ａの取付けは、まず、外側鉄心４１ｂとコイル２０とを絶縁するスロットセル４２ｂを、コイル２０に装着する。次に、図２０に示すように、内側鉄心４１ａを、設置されているコイル２０の第２渡部２０ｄ側から、外側鉄心４１ｂの中空部へ入るようにして、行われる。
そして、図２１に示すように、外側鉄心４１ｂが、その内周面を内側鉄心４１ａの外周面と接するとともに、内側鉄心４１ａを保持して固定することにより、固定子４０が作製される。

図２２は、本発明の実施の形態１に係わる固定子の部分正面断面模式図である。
本実施の形態の固定子４０は、固定子鉄心４１が内側鉄心４１ａと外側鉄心４１ｂとに分割されており、内側鉄心４１ａは、ティース部４３が隣接するティース部４３とつながって、一体となっている。また、スロットにおける径方向の外側が開口部となっている。
そこで、例えば、上記のような製造工程により前もって作製した導体線が整列しているコイルを、２スロット以上離れた両スロットに開口部から挿入することが可能であり、コイルが分布巻コイルであっても占積率を高くすることができ、回転電機の、小型高出力化および高効率化と、トルクリップルの低減とが図れる。
また、本実施の形態の固定子４０は、スロットセルを介してコイルがバックヨーク部の内周面と接している。

また、図２２に示すように、本実施の形態の固定子４０は、固定子鉄心４１が、導体線７が整列しているコイル２０の四方を囲むとともに、スロットセルを介してではあるがコイル２０が隣接する両ティース部４３と接する構造であり、コイルの放熱性が高いので、大電力化に対応した回転電機に用いることが可能である。
また、ティース部とコイルとの隙間がほとんどないので、ティースの電磁加振力や外部振動によるコイルの不具合が防止でき、コイルの信頼性が向上している。
また、隙間を鉄心で埋めているため、部分的に磁束密度が低くなり、回転電機の鉄損を低減し、効率を改善することができる。

実施の形態２．
図２３は、本発明の実施の形態２に係わる固定子における内側鉄心の部分正面模式図である。
図２３に示すように、本実施の形態の固定子は、ティース部１４３の周方向の側面に形成された周方向の外側に出張る段差１４３ｃが複数である内側鉄心１４１ａを用いている以外、実施の形態１の固定子４０と同様であり、実施の形態１の固定子４０と同様の効果を奏する。

図２４は、本発明の実施の形態２に係わる固定子における内側鉄心のスロットに、周方向の厚みを変化させる段差が１段であるコイルを挿入した場合（ａ）と、周方向の厚みを変化させる段差が２段であるコイルを挿入した場合（ｂ）とを示す正面断面模式図である。
図２４に示すように、本実施の形態の内側鉄心１４１ａは、スロット１４６に、例えば、コイル１２１あるいはコイル１２２のような、形状の異なるコイルを設置できるので、１種類の固定子鉄心で、複数の仕様の異なる固定子を実現でき、回転電機の低コスト化が図れる。

実施の形態３．
図２５は、本発明の実施の形態３に係わる固定子における内側鉄心の部分正面模式図である。
図２５に示すように、本実施の形態の固定子は、ティース部２４３の周方向の側面に形成された周方向の外側に出張る段差２４３ｃのエッジ部分が曲面になっている内側鉄心２４１ａを用いている以外、実施の形態１の固定子４０と同様であり、実施の形態１の固定子４０と同様の効果を奏する。

本実施の形態の固定子は、ティース部２４３に形成される段差２４３ｃのエッジ部分が曲面になっているので、スロット２４６へのコイルの挿入が容易でない場合に生じる、スロット配置部がティースの段差のエッジと擦れることに起因する、コイルの絶縁劣化を防止できる。
ティースの段差のエッジ部分を曲面にすることは、実施の形態２の固定子にも適用でき、同様の効果を奏する。

実施の形態４．
図２６は、本発明の実施の形態４に係わる固定子における固定子鉄心の斜視模式図である。
図２６に示すように、本実施の形態の固定子鉄心３４１は、バックヨーク部を形成する外側鉄心３４１ｂと、外側鉄心３４１ｂの径方向の内側に設置されており、磁極を形成するティース部３４３とを備えている。
そして固定子鉄心３４１の隣接するティース部３４３の間であるスロット３４６に、スロットセルを介してコイルが挿入されて、固定子が形成されている。
本実施に形態でも、コイルは分布巻コイルであり、複数のティース部３４３を跨いで巻回している。

図２７は、本発明の実施の形態４に係わる固定子における外側鉄心の斜視模式図である。
図２８は、本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるティース部の斜視模式図である。
図２７に示すように、外側鉄心３４１ｂは、その内周面３４５ｂに軸方向に延在するティース保持溝３４１ｃが形成されている。そして、ティース保持溝３４１ｃは、外側鉄心３４１ｂの内周面３４５ｂに、周方向で等間隔に複数個、設けられている。

図２８に示すように、ティース部３４３は、径方向内側の先端部に、ティース部３４３の周方向の側面から両側に突出する先端シュー部３４３ａを備えている。
また、ティース部３４３の周方向の各側面には、周方向の外側に出張る２個の段差３４３ｃが形成されている。
また、ティース部３４３は、径方向の外側の端部である根元部３４３ｂを、外側鉄心３４１ｂのティース保持溝３４１ｃに嵌合することにより、外側鉄心３４１ｂに保持されるとともに固定される。

図２９は、本発明の実施の形態４に係わる固定子における固定子鉄心の部分正面模式図である。
本実施の形態の固定子鉄心３４１も、スロット３４６の、外側鉄心３４１ｂで塞がれる前に開口している開口部の周方向の幅である、ティース部３４３の根元位置におけるスロット３４６の周方向の幅ｗ２と、スロット３４６の段差３４３ｃより径方向の内側の部分の周方向の幅ｗ１との関係は、ｗ２＞ｗ１となっている。
図２９では、ｗ１が、２個の段差のうち、径方向内側にある段差より内側のスロット幅となっているが、径方向外側にある段差より内側のスロット幅であっても同様である。
すなわち、スロット３４６の開口部の周方向の幅が最も広くなっている。

また、本実施の形態の固定子３４０でも、実施の形態１の固定子４０と同様に、ティース部最小幅ｔとヨーク部厚みｂとの間に、実施の形態１に記した（１）式の関係が成立する場合、各ティース部で発生する磁束がバックヨーク部で合流した時、バックヨーク部での磁束密度の飽和を避けることができ、ティース部の磁束密度とバックヨーク部の磁束密度とのバランスが良好となる。

本実施の形態でも、外側鉄心３４１ｂは中空円柱状であるが、中空円柱状に限定されず、内周側がティース保持溝を有する円筒面であれば、外周側は円筒面でなくても良い。外周側が円筒面でない場合でも、ヨーク部最小厚みをｂとして、実施の形態１に記した（１）式の関係が成立する場合は、同様に、バックヨーク部での磁束密度の飽和を避けることができ、ティース部の磁束密度とバックヨーク部の磁束密度とのバランスが良好となる。

本実施の形態の固定子には、実施の形態１のコイル２０が用いられている。
次に、本実施の形態の固定子の製造方法について説明する。
図３０は、本発明の実施の形態４に係わる固定子の製造工程を説明するフローチャートである。
図３０に示すように、固定子３４０は、巻回工程ＳＴ１００と、コイル成形工程ＳＴ１１０と、ティース固定工程ＳＴ１１５と、コイル仮装着工程ＳＴ１２５と、コイル挿入工程ＳＴ１３５と、鉄心組立工程ＳＴ１４５と、を経て完成する。

本実施の形態では、巻回工程ＳＴ１００とコイル成形工程ＳＴ１１０とは、実施の形態１と同様であり、同様なコイル２０が作製される。
次に、ティース固定工程ＳＴ１１５について説明する。
図３１は、本発明の実施の形態４に係わる固定子における、ティース保持具に固定されているティース部の断面を示す上面模式図である。
図３１では、ティース保持具は示していない。
図３２は、本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるティース部がティース保持具に固定されている状態を示す側面模式図である。

ティース固定工程ＳＴ１１５では、図３１に示すような周方向に同じ間隔を設けて円状に配置した複数のティース部３４３を、図３２に示すように、各ティース部３４３の軸方向の両端面の部分を、ティース保持具９で挟むことにより、固定する。
そして、ティース保持具９で固定されたティース部３４３（固定ティース部と記す）の間が、スロット３４６となる。

次に、コイル仮装着工程ＳＴ１２５について説明する。
図３３は、本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるコイルを固定ティース部に仮装着する状態を示す側面模式図である。
図３３には、Ｕ相コイル２０ｕを示している。
コイル仮装着工程ＳＴ１２５では、まず、スロット３４６に、ティース部３４３とコイル２０とを絶縁するスロットセル４２ａを装着する。

次に、図３３に示すように、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの、Ｕ相第２渡部２０ｄｕ側にある各端部を、スロット３４６に挿入する。この時、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとは、Ｕ相第１渡部２０ｃｕ側の端部が、Ｕ相第２渡部２０ｄｕ側の端部より、径方向の外側になっている。すなわち、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとは、軸方向で傾斜している。
また、回転板治具７１の押圧部７１ｂを、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの各部分に配置する。
図３３は、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの側面側を、周方向の外側から見た図である。

次に、コイル挿入工程ＳＴ１３５について説明する。
図３４は、本発明の実施の形態４に係わる固定子におけるコイルが、固定ティース部のスロットに挿入された状態を示す側面模式図である。
図３４でも、Ｕ相コイル２０ｕを示している。
コイル挿入工程ＳＴ１３５は、回転板治具７１の押圧部７１ｂを、回転軸７１ａを中心にして回動させて、押圧部７１ｂで、図３３に示す、仮装着されたＵ相コイル２０ｕの両スロット配置部２０ａｕ，２０ｂｕを、スロット３４６の方向に移動させる。

そして、図３４に示すように、両スロット配置部２０ａｕ，２０ｂｕを、スロット３４６内に完全に挿入する。この時、Ｕ相第１の渡部２０ｃｕを縮径するようにして閉じる。
図３４、Ｕ相第１スロット配置部２０ａｕとＵ相第２スロット配置部２０ｂｕとの側面側を、周方向の外側から見た図である。
他相のコイルについても、コイル仮装着工程ＳＴ１２５とコイル挿入工程ＳＴ１３５とを行い、すなわち、コイル仮装着工程ＳＴ１２５とコイル挿入工程ＳＴ１３５とを繰返して、全てのスロット３４６に、コイル２０を挿入する。

次に、鉄心組立工程１４５について説明する。
図３５は、本発明の実施の形態４に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置されている固定ティース部を取付ける状況を示す側面模式図である。
図３６は、本発明の実施の形態４に係わる固定子における外側鉄心に、コイルが設置されているティース部を取付けた状態を示す側面模式図である。
図３５に示すように、外側鉄心４１ｂに取付けられる前の固定ティース部は、全てのスロット３４６に、コイル２０が挿入されている。すなわち、Ｕ相コイル２０ｕとＶ相コイル２０ｖとＷ相コイル２０ｗとが、各スロット３４６に挿入されている。

外側鉄心３４１ｂへの固定ティース部の取付けは、外側鉄心３４１ｂのティース保持溝３４１ｃに、ティース部３４３の根元部３４３ｂを挿入することにより、行われる。
すなわち、外側鉄心３４１ｂへの固定ティース部の取付けは、図３５に示すように、設置されているコイル２０の第２渡部２０ｄ側から、固定ティース部が外側鉄心３４１ｂの中空部に入るようにして、行われる。この時、外側鉄心３４１ｂとコイル２０とを絶縁するスロットセルを、コイル２０に装着するのが好ましい。
次に、図３６に示すように、コイル２０を設置したティース部３４３が、外側鉄心３４１ｂのティース保持溝３４１ｃで保持されるとともに固定されて作製された固定子３４０から、ティース部３４３を固定しているティース保持具９が取り外される。

本実施の形態の固定子３４０は、ティース部３４３と外側鉄心３４１ｂとに分割されており、ティース保持具９を用いて、ティース部３４３を円状に配置して保持することにより、根元部側が開口した状態のスロットを形成できるので、前もって作製した、導体線が整列しているコイルを、２スロット以上離れた両スロットに開口部から挿入することが可能であり、コイルが分布巻コイルであっても占積率を高くすることができ、回転電機の、小型高出力化および高効率化と、トルクリップルの低減とが図れる。
本実施の形態の固定子３４０は、コイルがバックヨーク部の内周面と接している。この時、スロットセルを介して、コイルとバックヨーク部の内周面とが接するのが好ましい。

本実施の形態の固定子３４０は、導体線７が整列しているコイル２０が、スロットセルを介してではあるが、隣接する両ティース部３４３と接する構造であり、コイルの放熱性が高いので、大電力化に対応した回転電機に用いることが可能である。
また、ティース部３４３とコイル２０との隙間がほとんどないので、ティースの電磁加振力や外部振動によるコイルの不具合が防止でき、コイルの信頼性が向上している。

実施の形態１の固定子４０は、各ティース部が先端シュー部で、つながっているが、その接続部が薄肉部であるので、隣接するティース部の磁気的な繋がりは大きくない。しかし、本実施の形態の固定子３４０は、各ティース部の先端シュー部が、つながっておらず、隣接するティース部の磁気的なつながりが分断されているので、固定子の漏れ磁束を低減する効果が大きく、回転電機のトルクを向上させることができる。

本実施の形態では、ティース部３４３の周方向の側面に２個の段差３４３ｃが形成されているが、段差の個数は、１個でも良く、形成可能な範囲で２個より多くても良い。
また、実施の形態３と同様に、段差３４３ｃのエッジ部分を曲面にしても良く、この場合は、実施の形態３と同様な効果が得られる。

実施の形態５．
図３７は、本発明の実施の形態５に係わる回転電機の片側断面正面模式図である。
図３７に示すように。本実施の形態の回転電機１００は、有底円筒状のフレーム１１およびフレーム１１の開口部を塞ぐ端板１２からなるハウジング１と、フレーム１１の円筒部に内嵌状態で固着された実施の形態１の固定子４０と、フレーム１１の底部および端板１２にベアリング２を介して回転可能に支持されており、且つ固定子４０の内周側に、所定の間隙を設けて配設された回転子３０とを備えている。
固定子４０は、第１の渡部２０ｃがフレーム１１の開口部側になり、第２の渡部２０ｄがフレーム１１の底部側になるように、配設されている。

回転子３０は、回転軸３１に固定された回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２の外周面側に周方向に所定のピッチで埋設され、磁極を構成する永久磁石３３とを備えた永久磁石型回転子である。
本実施の形態では、回転子として永久磁石型回転子を例示しているが、回転子は、絶縁していない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご型回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線型回転子であってもよい。

本実施の形態の回転電機１００は、固定子に実施の形態１の固定子４０が用いられており、固定子の分布巻コイルの占積率が高いので、小型高出力化と高効率化とが可能であるとともに、トリプルトルクを低減できる。
また、本実施の形態の回転電機１００は、固定子のコイルの放熱性が高いので、大電力化が可能である。それと、固定子におけるティースの電磁加振力や外部振動によるコイルの不具合が防止できるので、信頼性が高い。

本実施の形態の回転電機１００では、実施の形態１の固定子４０が用いられているが、実施の形態２から実施の形態４の内のいずれか１種類の固定子を用いてもよく、同様な効果を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明の固定子およびこの固定子を用いた回転電機は、小型高出力化と高効率化と高信頼性とが要求される産業用機器に用いることができる。

１ ハウジング、２ ベアリング、７ 導体線、９ ティース保持具、
１１ フレーム、１２ 端板、２０ コイル、２０ａ 第１スロット配置部、
２０ｂ 第２スロット配置部、２０ｃ 第１渡部、２０ｄ 第２渡部、
２０ｕ Ｕ相コイル、２０ａｕ Ｕ相第１スロット配置部、
２０ｂｕ Ｕ相第２スロット配置部、２０ｃｕ Ｕ相第１渡部、
２０ｃｖ Ｖ相第１渡部、２０ｃｗ Ｗ相第１渡部、２０ｄｕ Ｕ相第２渡部、
２０ｄｖ Ｖ相第２渡部、２０ｄｗ Ｗ相第２渡部、２１ 中間コイル、
２１ａ 第１中間スロット配置部、２１ｂ 第２中間スロット配置部、
２１ｃ 第１中間渡部、２１ｄ 第２中間渡部、２２ ツイストコイル、
２２ａ 第１ツイストスロット配置部、２２ｂ 第２ツイストスロット配置部、
２２ｃ 第１ツイスト渡部、２２ｄ 第２ツイスト渡部、３０ 回転子、３１ 回転軸、３２ 回転子鉄心、３３ 永久磁石、４０ 固定子、４１ 固定子鉄心、
４１ａ 内側鉄心、４１ｂ 外側鉄心、４２ａ，４２ｂ スロットセル、
４３ ティース部、４３ａ 先端シュー部、４３ｂ 薄肉部、４３ｃ 段差、
４５ａ 外周面、４５ｂ 内周面、４６ スロット、６０ 巻枠、６１ 巻芯、
６２ａ 第１側板、６２ｂ 第２側板、６４ａ 内面、６４ｂ 突起部、６４ｃ 段部、６５ｄ 導入部、７１ 回転板治具、７１ａ 回転軸、７１ｂ 押圧部、
８０ 渡部成形装置、８０ａ 凸形金型、８０ｂ 凹形金型、１００ 回転電機、
１２１，１２２ コイル、１４１ａ 内側鉄心、１４２ａ，１４２ｂ スロットセル、
１４３ ティース部、１４３ｃ 段差、１４６ スロット、２４１ａ 内側鉄心、
２４３ ティース部、２４３ｃ 段差、２４６ スロット、３４０ 固定子、
３４１ 固定子鉄心、３４１ｂ 外側鉄心、３４１ｃ ティース保持溝、
３４２ａ スロットセル、３４３ ティース部、３４３ａ 先端シュー部、
３４３ｂ 根元部、３４３ｃ 段差、３４５ｂ 内周面、３４６ スロット。

Claims (8)

1. 固定子鉄心と、上記固定子鉄心のスロットに配設した分布巻コイルとを備えた固定子であって、
   上記固定子鉄心は、バックヨーク部とティース部とが別体であり、且つ上記ティース部を上記バックヨーク部に組み付ける前には、上記スロットの径方向の外側が開口部となっており、
   上記分布巻コイルは、上記開口部から上記スロットに挿入されており、
   上記分布巻コイルが巻回されている上記ティース部が、径方向の外側の端部を、上記バックヨーク部の内周面で固定されており、
   上記ティース部における周方向の側面に、周方向の外側に出張る段差が設けられている固定子。
2. 上記段差のエッジ部分が曲面になっていることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
3. 上記ティース部が、隣接する上記ティース部と、先端シュー部でつながっており、複数の上記ティース部の、径方向の内側の先端部と上記先端シュー部とで、円環を形成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定子。
4. 上記バックヨーク部が、上記内周面に、軸方向に延在している複数のティース保持溝を、周方向に等間隔で備えており、
   上記分布巻コイルが巻回されている上記ティース部が、上記径方向の外側の端部を、上記ティース保持溝に嵌合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定子。
5. 上記スロットにおける周方向の幅の最も広い部分が、上記開口部であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定子。
6. 上記ティース部の周方向における最小幅ｔと上記バックヨーク部の径方向における最小厚みｂとが、下記（１）式の関係であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固定子。
   ｂ≧ｓ×ｔ／（２×Ｐ）・・・・・・・・（１）
   ただし ｓ：内側鉄心の総ティース数
   Ｐ：固定子の極数
7. 上記コイルが上記バックヨーク部の内周面と接していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定子。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固定子と、上記固定子の内周側に、所定の間隙を設けて配設された回転子とを備えたことを特徴とする回転電機。

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