JP2020167893A - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットに対するコイルの占積率を向上するとともに、コイルの発熱による効率低下を抑制した回転電機及びこの回転電機の製造方法を提供する。【解決手段】回転電機は、径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられたティース４３と、ティース４３間に形成されたスロット４５と、を有し、環状に形成されたステータコア４と、スロット４５に挿入されるコイル５と、ステータコア４の内周部に配置されるロータと、を備え、コイル５は、複数の撚り線５７が束ねられて圧縮されたセグメントコイル５０により形成されている。回転電機の製造方法は、撚り線５７を複数束ねることにより、ステータコア４の軸方向から見て所定の断面積を有するセグメントコイル５０を成形するセグメントコイル成形工程と、セグメントコイル成形工程により成形されたセグメントコイル５０をスロット４５に挿入する挿入工程とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機及び回転電機の製造方法に関するものである。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源として回転電機が使用されている。回転電機は、コイルが装着されたステータと、ステータの内側でステータに対して回転するロータと、を有する。ステータでは、ステータコアに設けられたスロットにコイルが挿入されることによりコイルが装着される。近年、回転電機の高回転化に伴い、スロットに対するコイルの占積率を向上してエネルギ効率を向上する技術が種々提案されている。

例えば特許文献１には、環状の支持構造体と、支持構造体から放射状に延びている第１の突起と、第１の突起から円周方向において離間している第２の突起と、第１の突起と第２の突起との間に設けられた断面台形状のスロットと、スロットに配置された第１のワイヤと、を備えたステータの構成が記載されている。第１のワイヤは、その断面の円周方向の長さが放射方向の外側に向かって増大するように形成されている。特許文献１に記載の技術によれば、第１のワイヤが断面台形状に形成されているので、隣接する突起間の空間は第１のワイヤにより実質的に満たされている。これにより、スロットに対するコイルの存在する領域が増大し、高い効率を得ることができるとされている。

特開２０１１−１８２６３７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、第１のワイヤを構成するセグメントコイル１本あたりの太さが太いため、通電時にコイルに渦電流が生じやすい。これにより、コイルの発熱量が増大し、回転電機の効率が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、スロットに対するコイルの占積率を向上するとともに、コイルの発熱による効率低下を抑制した回転電機及びこの回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る回転電機（例えば、第１実施形態における回転電機１）は、径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられたティース（例えば、第１実施形態におけるティース４３）と、前記ティース間に形成されたスロット（例えば、第１実施形態におけるスロット４５）と、を有し、環状に形成されたステータコア（例えば、第１実施形態におけるステータコア４）と、前記スロットに挿入されるコイル（例えば、第１実施形態におけるコイル５）と、前記ステータコアの内周部に配置されるロータ（例えば、第１実施形態におけるロータ２）と、を備え、前記コイルは、複数の撚り線（例えば、第１実施形態における撚り線５７）が束ねられて圧縮されたセグメントコイル（例えば、第１実施形態におけるセグメントコイル５０）により形成されていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明に係る回転電機は、前記コイルは複数の前記セグメントコイルを有し、複数の前記セグメントコイルの前記スロット内における前記ステータコアの軸方向に直交する断面形状は、前記スロットを前記径方向に分割した形状にそれぞれ形成されていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明に係る回転電機は、複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が台形状に形成されることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明に係る回転電機は、複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が長方形状に形成されることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明に係る回転電機は、複数の前記セグメントコイルは、第一セグメントコイル（例えば、第１実施形態における第一セグメントコイル５１）と、前記第一セグメントコイルよりも前記スロットの内径側に挿入される第二セグメントコイル（例えば、第１実施形態における第二セグメントコイル５２）と、を含み、前記断面形状における前記第一セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さよりも長く、かつ前記第一セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さよりも短いことを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明に係る回転電機は、複数の前記セグメントコイルは、それぞれ同一数の前記撚り線を有することを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられたティース（例えば、第１実施形態におけるティース４３）と、前記ティース間に形成されたスロット（例えば、第１実施形態におけるスロット４５）と、を有し、環状に形成されたステータコア（例えば、第１実施形態におけるステータコア４）と、前記スロットに挿入されるコイル（例えば、第１実施形態におけるコイル５）と、前記ステータコアの内周部に配置されるロータ（例えば、第１実施形態におけるロータ２）と、を備え、前記コイルは複数の撚り線（例えば、第１実施形態における撚り線５７）を有し、前記撚り線を複数束ねることにより、前記ステータコアの軸方向から見て所定の断面積を有するセグメントコイル（例えば、第１実施形態におけるセグメントコイル５０）を成形するセグメントコイル成形工程と、前記セグメントコイル成形工程により成形された前記セグメントコイルを前記スロットに挿入する挿入工程と、前記挿入工程の後、前記ステータコアの内径側に前記ロータを配置するロータ配置工程と、を有することを特徴としている。

また、請求項８に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、前記挿入工程では、前記セグメントコイルは、前記軸方向から前記スロットに挿入されることを特徴としている。

また、請求項９に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルを成形し、前記セグメントコイル成形工程と前記挿入工程とが交互に複数回繰り返されることを特徴としている。

また、請求項１０に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルの前記スロット内における前記軸方向に直交する断面形状は、前記スロットを前記径方向に分割した形状にそれぞれ形成されることを特徴としている。

また、請求項１１に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が台形状に形成されることを特徴としている。

また、請求項１２に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が長方形状に形成されることを特徴としている。

また、請求項１３に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、複数の前記セグメントコイルは、第一セグメントコイル（例えば、第１実施形態における第一セグメントコイル５１）と、前記第一セグメントコイルよりも前記スロットの内径側に挿入される第二セグメントコイル（例えば、第１実施形態における第二セグメントコイル５２）と、を含み、前記セグメントコイル成形工程では、前記断面形状における前記第一セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さよりも長く、かつ前記第一セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さよりも短くなるように形成されることを特徴としている。

また、請求項１４に記載の発明に係る回転電機の製造方法は、前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルは、それぞれ同一数の前記撚り線により形成されることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の回転電機によれば、コイルは、複数の撚り線が圧縮された状態でスロットに挿入されているので、撚り線が一本ずつスロットに挿入される場合と比較して、各撚り線間の距離を近接させることができる。また、例えばセグメントコイルの断面形状をスロットの断面形状に合わせて形成することにより、セグメントコイルとスロットとの間の隙間を小さくすることができる。これにより、スロットに対するコイルの占積率を向上できる。セグメントコイルは複数の撚り線を圧縮することにより形成されているので、コイルに通電する際に必要な断面積を確保しつつ、一本の太いセグメントコイルを使用する従来技術と比較して、細線化により渦電流の発生を抑制できる。よって、コイルの発熱を抑制し、熱損失による回転電機の効率低下を抑制できる。
コイルは撚り線により形成されているので、磁束が通るステータコアに面する各撚り線が交互に並ぶため、撚り線間の発熱量の違いが生じにくい。これにより、モータ効率の低下をより一層抑制できる。
したがって、スロットに対するコイルの占積率を向上するとともに、コイルの発熱による効率低下を抑制した回転電機を提供できる。

本発明の請求項２に記載の回転電機によれば、コイルは複数のセグメントコイルを有し、複数のセグメントコイルの断面形状は、スロットを径方向に分割した形状にそれぞれ形成されているので、各セグメントコイルを順にスロットに挿入することによりコイルが形成される。これにより、セグメントコイルをスロットの断面積と同じとなるように一度に形成する場合と比較して、各セグメントコイルの断面積を小さくできる。よって、撚り線を圧縮する際に撚り線の潰れ代を均等にできる。また、撚り線の圧縮率を高めることができる。したがって、スロットに対するコイルの占積率を向上できる。

本発明の請求項３に記載の回転電機によれば、セグメントコイルのうち少なくとも一つは、断面形状が台形状に形成される。この構成によれば、例えば断面形状が台形状のスロットにセグメントコイルを配置する場合に、スロットとセグメントコイルとの間の隙間を小さくすることができる。よって、台形状のスロットにおけるコイルの占積率を向上できる。

本発明の請求項４に記載の回転電機によれば、セグメントコイルのうち少なくとも一つは、断面形状が長方形状に形成される。この構成によれば、例えば断面形状が長方形状のスロットにセグメントコイルを配置する場合に、スロットとセグメントコイルとの間の隙間を小さくすることができる。よって、長方形状のスロットにおけるコイルの占積率を向上できる。

本発明の請求項５に記載の回転電機によれば、第一セグメントコイルは、第二セグメントコイルよりも、径方向外側に配置される辺の長さが長く、かつ径方向に沿う辺の長さが短いので、特に断面形状が台形状のスロットにセグメントコイルを配置する場合に、スロットとセグメントコイルとの間の隙間を小さくすることができる。また、第一セグメントコイルと第二セグメントコイルの断面形状における断面積が同等となるように、各セグメントコイルを形成できる。これにより、例えばスロットの形状が決められた従来のステータコアに適用した場合であっても、コイルの占積率を向上できる。よって、汎用性及びコイルの占積率を向上した回転電機とすることができる。

本発明の請求項６に記載の回転電機によれば、複数のセグメントコイルは、それぞれ同一数の撚り線を有するので、各セグメントコイルの断面積を同等とすることができる。これにより、各セグメントコイルにおける撚り線の圧縮率を均等にし、スロットに対してセグメントコイルを高精度に配置できる。

本発明の請求項７に記載の回転電機の製造方法によれば、セグメントコイル成形工程では、ステータコアの軸方向から見て所定の断面積を有するセグメントコイルを成形する。挿入工程では、セグメントコイル成形工程で成形されたセグメントコイルをスロットに挿入する。ロータ配置工程では、コイルが装着されたステータコアの内径側にロータを配置する。このように、セグメントコイル成形工程と、挿入工程と、ロータ配置工程と、を経ることにより回転電機を製造できる。
セグメントコイル成形工程において、セグメントコイルは複数の撚り線を圧縮することにより形成されているので、コイルに通電する際に必要な断面積を確保しつつ、一本の太いセグメントコイルを使用する従来技術と比較して、細線化により渦電流の発生を抑制できる。よって、コイルの発熱を抑制し、熱損失による回転電機の効率低下を抑制できる。また、コイルは撚り線により形成されているので、スロットの壁面に隣接する撚り線において、撚り線を構成する各丸細線がスロットの壁面に対して交互に隣接する。これにより、各丸細線における発熱量の差が小さくなり、効率低下をより一層抑制できる。
挿入工程において、コイルは、複数の撚り線を圧縮した状態でスロットに挿入されているので、撚り線を一本ずつスロットに挿入する場合と比較して、各撚り線間の距離を近接させることができる。また、例えばセグメントコイルの断面形状をスロットの断面形状に合わせて形成することにより、セグメントコイルとスロットとの間の隙間を小さくすることができる。これにより、スロットに対するコイルの占積率を向上できる。
したがって、スロットに対するコイルの占積率を向上するとともに、コイルの発熱による効率低下を抑制した回転電機の製造方法を提供できる。

本発明の請求項８に記載の回転電機の製造方法によれば、挿入工程では、セグメントコイルは軸方向からスロットに挿入されるので、セグメントコイルをスロットに挿入し易い。よって、作業性を向上できる。

本発明の請求項９に記載の回転電機の製造方法によれば、セグメントコイル成形工程では複数のセグメントコイルを成形し、セグメントコイル成形工程と挿入工程とが交互に複数回繰り返されることにより、回転電機が製造される。これにより、セグメントコイルをスロットの断面積と同じとなるように一度に形成する場合と比較して、各セグメントコイルの断面積を小さくできる。よって、撚り線を圧縮する際に撚り線の潰れ代を均等にできる。また、撚り線の圧縮率を高めることができる。したがって、スロットに対するコイルの占積率を向上できる。

本発明の請求項１０に記載の回転電機の製造方法によれば、セグメントコイル成形工程では、複数のセグメントコイルの断面形状は、スロットを径方向に分割した形状にそれぞれ形成される。これにより、各セグメントコイルを径方向に沿って順にスロットに挿入することによりコイルを形成できる。また、各セグメントコイルの断面積を小さくできる。

本発明の請求項１１に記載の回転電機の製造方法によれば、セグメントコイルのうち少なくとも一つは、断面形状が台形状に形成される。この構成によれば、例えば断面形状が台形状のスロットにセグメントコイルを配置する場合に、スロットとセグメントコイルとの間の隙間を小さくすることができる。よって、汎用性を向上した回転電機の製造方法とすることができる。

本発明の請求項１２に記載の回転電機の製造方法によれば、セグメントコイルのうち少なくとも一つは、断面形状が長方形状に形成される。この構成によれば、例えば断面形状が長方形状のスロットにセグメントコイルを配置する場合に、スロットとセグメントコイルとの間の隙間を小さくすることができる。よって、汎用性を向上した回転電機の製造方法とすることができる。

本発明の請求項１３に記載の回転電機の製造方法によれば、第一セグメントコイルは、第二セグメントコイルよりも周方向に沿う辺の長さが長く、かつ径方向に沿う辺の長さが短くなるように形成される。この構成によれば、特に断面形状が台形状のスロットにセグメントコイルを配置する場合に、スロットとセグメントコイルとの間の隙間を小さくすることができる。また、第一セグメントコイルと第二セグメントコイルの断面積が同等となるように、各セグメントコイルを形成できる。これにより、例えばスロットの形状が決められた従来のステータコアに適用した場合であっても、コイルの占積率を向上できる。よって、汎用性及びコイルの占積率を向上した回転電機の製造方法とすることができる。

本発明の請求項１４に記載の回転電機の製造方法によれば、複数のセグメントコイルは、それぞれ同一数の撚り線を有するので、各セグメントコイルの断面形状における断面積を同等とすることができる。これにより、各セグメントコイルにおける撚り線の圧縮率を均等にし、スロットに対してセグメントコイルを高精度に配置できる。

第１実施形態に係る回転電機の概略断面図。 第１実施形態に係るステータの部分断面図。 第１実施形態に係るセグメントコイル成形工程の説明図。 第１実施形態の第１変形例に係るセグメントコイル成形工程の説明図。 第２実施形態に係るステータの部分断面図。 第２実施形態に係るセグメントコイル成形工程の説明図。 第２実施形態の第１変形例に係るセグメントコイル成形工程の説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
（回転電機）
図１は、第１実施形態に係る回転電機１の概略断面図である。回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）としても適用可能である。

回転電機１は、ケース８と、ロータ２と、ステータ３と、を備える。
ケース８は、ロータ２及びステータ３を収容している。ケース８の内部には、冷媒が収容されている。上述したロータ２及びステータ３は、ケース８の内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられている。

（ロータ）
ロータ２は、軸線Ｃ回りに回転可能に構成されている。ロータ２は、回転軸２１と、ロータコア２３と、永久磁石２５と、を備える。
以下の説明では、ロータ２における軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。

回転軸２１は、軸線Ｃを中心とする筒状に形成されている。回転軸２１は、ケース８に取り付けられた軸受８１を介してケース８に回転可能に支持されている。

ロータコア２３は、回転軸２１の外周部に設けられている。ロータコア２３は、環状に形成されている。ロータコア２３は、軸線Ｃ回りに回転軸２１と一体で回転可能に構成されている。

永久磁石２５は、ロータコア２３の外周部に配置されている。永久磁石２５は、例えばロータコア２３の内部を軸方向に沿って延びている。永久磁石２５は、周方向に間隔をあけて複数形成されている。永久磁石２５は、例えば希土類磁石である。希土類磁石としては、例えばネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石等が挙げられる。

（ステータ）
ステータ３は、ロータ２に対して径方向の外側に、間隔をあけて配置されている。ステータ３は、環状に形成されている。ステータ３の外周部は、ケース８の内壁面に固定されている。ステータ３は、ステータコア４と、コイル５と、を有する。

（ステータコア）
図２は、第１実施形態に係るステータ３を軸方向から見た部分断面図である。
ステータコア４は、複数の鋼板を軸方向に積層して形成される積層コアである。ステータコア４は、コア本体４１と、ティース４３と、スロット４５と、を有する。

コア本体４１は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。
ティース４３は、コア本体４１の内周部から径方向内側に向かって突出している。ティース４３は、周方向に間隔をあけて複数並んでいる。ティース４３は、コア本体４１と一体形成されている。ティース４３は、軸方向から見て略Ｔ字状に形成されている。具体的に、ティース４３は、径方向に延びるティース本体４３ａと、ティース本体４３ａの径方向内側端（先端）から周方向に延びる鍔部４３ｂと、が一体成形されたものである。

スロット４５は、周方向において隣り合うティース４３同士の間に設けられている。スロット４５は、周方向に複数設けられている。軸方向から見て、スロット４５の断面形状は、径方向外側から内側に向かうにしたがい周方向に沿う幅寸法が減少する台形状に形成されている。

（コイル）
コイル５は、スロット４５に挿入されている。コイル５は、複数のセグメントコイル５０を有する。具体的に、本実施形態において、コイル５は、第一セグメントコイル５１と、第二セグメントコイル５２と、第三セグメントコイル５３と、第四セグメントコイル５４と、第五セグメントコイル５５と、を有する。各セグメントコイル５１，５２，５３，５４，５５（以下、セグメントコイル５０という。）は、スロット４５内を径方向に並んでいる。スロット４５内における各セグメントコイル５０の軸方向と直交する断面形状は、スロット４５を径方向に分割した形状にそれぞれ形成されている。

セグメントコイル５０は、複数の撚り線５７が束ねられて圧縮されることにより形成されている。換言すれば、セグメントコイル５０は、複数の撚り線５７を有する。スロット４５内において隣り合う撚り線５７同士は導通可能とされている。このように形成されたセグメントコイル５０とステータコア４との間には、絶縁部材６２が配置されている。

次に、各セグメントコイル５１，５２，５３，５４，５５のスロット４５内における配置について説明する。
第一セグメントコイル５１は、スロット４５の最外径側に配置されている。第一セグメントコイル５１の断面形状は、径方向内側へ向かうにしたがい周方向の幅寸法が減少する台形状となるように形成されている。第一セグメントコイル５１の外形は、スロット４５の内形に沿うように形成されている。第一セグメントコイル５１の断面形状において、径方向外側に位置する辺と、周方向の両側に位置する辺と、はそれぞれスロット４５の内壁に近接している。

第二セグメントコイル５２は、第一セグメントコイル５１よりもスロット４５の内径側に隣接して配置されている。第二セグメントコイル５２の断面形状は、径方向内側へ向かうにしたがい周方向の幅寸法が減少する台形状となるように形成されている。断面形状において、第二セグメントコイル５２の径方向外側に配置される辺の長さは、第一セグメントコイル５１の径方向外側に配置される辺の長さよりも短い。具体的に、第二セグメントコイル５２の径方向外側に配置される辺の長さは、第一セグメントコイル５１の径方向内側に配置される辺の長さと同等とされている。第二セグメントコイル５２の径方向に沿う辺の長さは、第一セグメントコイル５１の径方向に沿う辺の長さよりも長い。第二セグメントコイル５２の外形は、スロット４５の内形に沿うように形成されている。第二セグメントコイル５２の断面形状において、周方向の両側に位置する辺はそれぞれスロット４５の内壁に近接している。

第三セグメントコイル５３は、第二セグメントコイル５２よりもスロット４５の内径側に隣接して配置されている。第三セグメントコイル５３の断面形状は、径方向内側へ向かうにしたがい周方向の幅寸法が減少する台形状となるように形成されている。断面形状において、第三セグメントコイル５３の径方向外側に配置される辺の長さは、第二セグメントコイル５２の径方向外側に配置される辺の長さよりも短い。具体的に、第三セグメントコイル５３の径方向外側に配置される辺の長さは、第二セグメントコイル５２の径方向内側に配置される辺の長さと同等とされている。第三セグメントコイル５３の径方向に沿う辺の長さは、第二セグメントコイル５２の径方向に沿う辺の長さよりも長い。第三セグメントコイル５３の外形は、スロット４５の内形に沿うように形成されている。第三セグメントコイル５３の断面形状において、周方向の両側に位置する辺はそれぞれスロット４５の内壁に近接している。

第四セグメントコイル５４は、第三セグメントコイル５３よりもスロット４５の内径側に隣接して配置されている。第四セグメントコイル５４の断面形状は、径方向内側へ向かうにしたがい周方向の幅寸法が減少する台形状となるように形成されている。断面形状において、第四セグメントコイル５４の径方向外側に配置される辺の長さは、第三セグメントコイル５３の径方向外側に配置される辺の長さよりも短い。具体的に、第四セグメントコイル５４の径方向外側に配置される辺の長さは、第三セグメントコイル５３の径方向内側に配置される辺の長さと同等とされている。第四セグメントコイル５４の径方向に沿う辺の長さは、第三セグメントコイル５３の径方向に沿う辺の長さよりも長い。第四セグメントコイル５４の外形は、スロット４５の内形に沿うように形成されている。第四セグメントコイル５４の断面形状において、周方向の両側に位置する辺はそれぞれスロット４５の内壁に近接している。

第五セグメントコイル５５は、第四セグメントコイル５４よりもスロット４５の内径側に隣接して配置されている。第五セグメントコイル５５は、スロット４５の最外径側に配置されている。第五セグメントコイル５５の断面形状は、径方向内側へ向かうにしたがい周方向の幅寸法が減少する台形状となるように形成されている。断面形状において、第五セグメントコイル５５の径方向外側に配置される辺の長さは、第四セグメントコイル５４の径方向外側に配置される辺の長さよりも短い。具体的に、第五セグメントコイル５５の径方向外側に配置される辺の長さは、第四セグメントコイル５４の径方向内側に配置される辺の長さと同等とされている。第五セグメントコイル５５の径方向に沿う辺の長さは、第四セグメントコイル５４の径方向に沿う辺の長さよりも長い。第五セグメントコイル５５の外形は、スロット４５の内形に沿うように形成されている。第五セグメントコイル５５の断面形状において、径方向内側に位置する辺の一部と、周方向の両側に位置する辺と、はそれぞれスロット４５の内壁に近接している。

このようにスロット４５に配置された各セグメントコイル５０は、断面形状における断面積が同等となるように形成されている。
また、各セグメントコイル５０は、それぞれ同一数の撚り線５７を有する。

（回転電機の製造方法）
次に、上述の回転電機１を製造する方法について説明する。回転電機の製造方法は、セグメントコイル成形工程と、挿入工程と、ロータ配置工程と、を有する。

図３は、第１実施形態に係るセグメントコイル成形工程の説明図である。
セグメントコイル成形工程では、撚り線５７を複数束ねることにより、ステータ３の軸方向から見て所定の断面積を有するセグメントコイル５０を成形する。本実施形態において、セグメントコイル成形工程では、第一セグメントコイル５１と、第二セグメントコイル５２と、第三セグメントコイル５３と、第四セグメントコイル５４と、第五セグメントコイル５５と、を成形する。各セグメントコイル５０は同様の方法により成形される。このため、以下の説明では第一セグメントコイル５１を成形する方法について説明し、第二セグメントコイル５２、第三セグメントコイル５３、第四セグメントコイル５４及び第五セグメントコイル５５を成形する方法についての説明を省略する。
セグメントコイル成形工程では、まず、複数の撚り線５７を束ねる。次に、台形状に形成された金型１５の内部に撚り線５７を配置する。次に、金型１５を圧縮する。最後に、金型１５を除去することにより、所望の断面形状に圧縮された第一セグメントコイル５１が成形される。

挿入工程では、セグメントコイル成形工程により成形されたセグメントコイル５０をスロット４５に挿入する。このとき、スロット４５に対して軸方向からセグメントコイル５０を挿入する。
本実施形態では、セグメントコイル成形工程と、挿入工程と、を交互に複数回繰り返す。具体的に、回転電機の製造方法は、第一セグメントコイル５１を成形する１回目のセグメントコイル成形工程と、第一セグメントコイル５１をスロット４５に挿入する１回目の挿入工程と、第二セグメントコイル５２を成形する２回目のセグメントコイル成形工程と、第二セグメントコイル５２をスロット４５に挿入する２回目の挿入工程と、・・・の順番で合計５回のセグメントコイル成形工程及び挿入工程を交互に繰り返す。これにより、スロット４５にコイル５が装着される。

ロータ配置工程では、挿入工程の後、コイル５が装着されたステータコア４の内径側にロータ２を配置する。

このように、セグメントコイル成形工程と、挿入工程と、ロータ配置工程と、を経ることにより、回転電機１が製造される。

（作用、効果）
次に、回転電機１及び回転電機の製造方法の作用、効果について説明する。
本実施形態の回転電機１によれば、コイル５は、複数の撚り線５７が圧縮された状態でスロット４５に挿入されているので、撚り線５７が一本ずつスロット４５に挿入される場合と比較して、各撚り線５７間の距離を近接させることができる。また、例えばセグメントコイル５０の断面形状をスロット４５の断面形状に合わせて形成することにより、セグメントコイル５０とスロット４５との間の隙間を小さくすることができる。これにより、スロット４５に対するコイル５の占積率を向上できる。セグメントコイル５０は複数の撚り線５７を圧縮することにより形成されているので、コイル５に通電する際に必要な断面積を確保しつつ、一本の太いセグメントコイルを使用する従来技術と比較して、細線化により渦電流の発生を抑制できる。よって、コイル５の発熱を抑制し、熱損失による回転電機１の効率低下を抑制できる。
コイル５は撚り線５７により形成されているので、磁束が通るステータコア４に面する各撚り線５７が交互に並ぶため、撚り線５７間の発熱量の違いが生じにくい。これにより、モータ効率の低下をより一層抑制できる。
したがって、スロット４５に対するコイル５の占積率を向上するとともに、コイル５の発熱による効率低下を抑制した回転電機１を提供できる。

コイル５は複数のセグメントコイル５０を有し、複数のセグメントコイル５０の断面形状は、スロット４５を径方向に分割した形状にそれぞれ形成されているので、各セグメントコイル５０を順にスロット４５に挿入することによりコイル５が形成される。これにより、セグメントコイル５０をスロット４５の断面積と同じとなるように一度に形成する場合と比較して、各セグメントコイル５０の断面積を小さくできる。よって、撚り線５７を圧縮する際に撚り線５７の潰れ代を均等にできる。また、撚り線５７の圧縮率を高めることができる。したがって、スロット４５に対するコイル５の占積率を向上できる。

セグメントコイル５０のうち少なくとも一つは、断面形状が台形状に形成される。この構成によれば、例えば断面形状が台形状のスロット４５にセグメントコイル５０を配置する場合に、スロット４５とセグメントコイル５０との間の隙間を小さくすることができる。よって、台形状のスロット４５におけるコイル５の占積率を向上できる。

径方向外側に配置されるセグメントコイル５０（例えば、第一セグメントコイル５１）は、径方向内側に配置されるセグメントコイル５０（例えば、第一セグメントコイル５１に対する第二セグメントコイル５２）よりも、径方向外側に配置される辺の長さが長く、かつ径方向に沿う辺の長さが短くなるように構成される。この構成によれば、特に断面が台形状のスロット４５にセグメントコイル５０を配置する場合に、スロット４５とセグメントコイル５０との間の隙間を小さくすることができる。また、第一セグメントコイル５１と第二セグメントコイル５２の断面積が同等となるように、各セグメントコイル５０を形成できる。これにより、例えばスロット４５の形状が決められた従来のステータコア４に適用した場合であっても、コイル５の占積率を向上できる。よって、汎用性及びコイル５の占積率を向上した回転電機１とすることができる。

複数のセグメントコイル５０は、それぞれ同一数の撚り線５７を有するので、各セグメントコイル５０の断面積を同等とすることができる。これにより、各セグメントコイル５０における撚り線５７の圧縮率を均等にし、スロット４５に対してセグメントコイル５０を高精度に配置できる。

本実施形態の回転電機の製造方法によれば、セグメントコイル成形工程では、ステータコア４の軸方向から見て所定の断面積を有するセグメントコイル５０を成形する。挿入工程では、セグメントコイル成形工程で成形されたセグメントコイル５０をスロット４５に挿入する。ロータ配置工程では、コイル５が装着されたステータコア４の内径側にロータ２を配置する。このように、セグメントコイル成形工程と、挿入工程と、ロータ配置工程と、を経ることにより回転電機１を製造できる。

ここで、従来、スロット４５にコイル５を挿入する際には、予め予備巻きされた導線（例えば、撚り線５７）を、インサータ方式によりステータコア４の径方向内側から１本ずつスロット４５に挿入する方法が知られている。このようなインサータ方式においては、スロット４５内に挿入される導線を所望の位置に配置することが難しい。このため、スロット４５に対するコイルの占積率が、想定された占積率よりも小さくなるおそれがあった。
一方、占積率を向上するために、スロット４５にセグメントコンダクタを挿入する技術が知られている。しかしながら、セグメントコンダクタを用いた場合には、ティース４３からの漏れ磁束によりコイルに渦電流が生じるおそれがあった。

本実施形態の回転電機の製造方法によれば、コイル５は、複数の撚り線５７を圧縮した状態で軸方向からスロット４５に挿入されているので、撚り線５７を内径側から一本ずつスロット４５に挿入する従来技術と比較して、各撚り線５７を所望の位置に配置できる。これにより、スロット４５内に挿入する撚り線５７の本数を安定化させることができ、回転電機１の品質を安定的に維持できる。また、各撚り線５７間の距離を近接させることができるので、従来技術と比較して、スロット４５に対するコイル５の占積率を向上できる。また、セグメントコイル５０は軸方向からスロット４５に挿入されるので、セグメントコイル５０をスロット４５に挿入し易い。よって、製造時の作業性を向上できる。
一方、セグメントコイル５０は複数の撚り線５７を圧縮することにより形成されているので、コイル５に通電する際に必要な断面積を確保しつつ、一本の太いセグメントコンダクタを使用する従来技術と比較して、細線化により渦電流の発生を抑制できる。また、コイル５は複数の撚り線５７により形成されているので、セグメントコンダクタを用いる従来技術と比較して、ティース４３の幅を一定に設定できる。これにより、ティース４３における磁気抵抗を均等化し、従来技術と比較してステータ３の鉄損を低減できる。
したがって、スロット４５に対するコイル５の占積率を向上するとともに、コイル５の発熱や損失等による効率低下を抑制した回転電機の製造方法を提供できる。

セグメントコイル成形工程では、複数のセグメントコイル５０の断面形状は、スロット４５を径方向に分割した形状にそれぞれ形成される。これにより、各セグメントコイル５０を径方向に沿って順にスロット４５に挿入することによりコイル５を形成できる。また、各セグメントコイル５０の断面積を小さくできる。よって、撚り線５７を圧縮する際に撚り線５７の潰れ代を均等にできる。また、撚り線の圧縮率を高めることができる。したがって、スロット４５に対するコイル５の占積率を向上できる。

（第１実施形態の第１変形例）
次に、本発明に係る第１実施形態の第１変形例について説明する。図４は、第１実施形態の第１変形例に係るセグメントコイル成形工程の説明図である。本実施形態では、スロット４５が単一のセグメントコイル５０を有する点において上述した実施形態と相違している。

本実施形態において、コイル５は、単一のセグメントコイル５０を有する。セグメントコイル５０の断面形状は、スロット４５の断面形状と同等となるように形成されている。本実施形態において、セグメントコイル成形工程では、スロット４５の断面形状と同等の形状に形成された金型１５の内部に、複数の撚り線５７を配置する。これにより、スロット４５の断面形状と同等の断面形状に圧縮されたセグメントコイル５０が成形される。

本実施形態によれば、回転電機の製造方法は、単一のスロット４５に対して、セグメントコイル成形工程と、挿入工程と、をそれぞれ１回ずつ有するので、セグメントコイル成形工程及び挿入工程を複数回繰り返す場合と比較して、工程数を削減できる。よって、作業性を向上できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係るステータ３の部分断面図である。図６は、第２実施形態に係るセグメントコイル成形工程の説明図である。本実施形態では、スロット４５の断面形状が長方形状に形成されている点において上述した実施形態と相違している。

図５に示すように、スロット４５の断面形状は長方形状となるように形成されている。スロット４５には、コイル５が挿入されている。コイル５は、複数のセグメントコイル５０を有する。
図６に示すように、複数のセグメントコイル５０のうち少なくとも一つは、断面形状が長方形状となるように形成されている。本実施形態において、すべてのセグメントコイル５０は、断面形状が長方形状となるように形成されている。各セグメントコイル５０の外形は、スロット４５の内形に沿うように形成されている。

本実施形態によれば、セグメントコイル５０のうち少なくとも一つは断面形状が長方形状に形成される。この構成によれば、例えば断面形状が長方形状のスロット４５にセグメントコイル５０を配置する場合に、スロット４５とセグメントコイル５０との間の隙間を小さくすることができる。よって、汎用性を向上した回転電機１及び回転電機の製造方法とすることができる。

（第２実施形態の第１変形例）
次に、本発明に係る第２実施形態の第１変形例について説明する。図７は、第２実施形態の第１変形例に係るセグメントコイル成形工程の説明図である。本実施形態では、単一のスロット４５が単一のセグメントコイル５０を有する点において上述した第２実施形態と相違している。

本実施形態において、コイル５は、単一のセグメントコイル５０を有する。セグメントコイル５０の断面形状は、スロット４５の断面形状と同等となるように形成されている。セグメントコイル５０の断面形状は、長方形状となるように形成されている。本実施形態において、セグメントコイル成形工程では、スロット４５の断面形状と同等の形状に形成された金型１５の内部に、複数の撚り線５７を配置する。これにより、スロット４５の断面形状と同等の断面形状に圧縮されたセグメントコイル５０が成形される。

本実施形態によれば、コイル５は単一のセグメントコイル５０を有するので、セグメントコイル成形工程及び挿入工程を複数回繰り返す場合と比較して、回転電機の製造方法における工程数を削減できる。よって、作業性を向上できる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、単一のスロット４５に配置されるセグメントコイル５０の個数は１個又は５個に限らない。コイル５は、２個、３個、４個又は６個以上のセグメントコイル５０を有してもよい。この場合、セグメントコイル５０の個数に応じてセグメントコイル成形工程及び挿入工程の繰り返し回数を設定するのが好ましい。

セグメントコイル５０の断面形状は、三角形状や円形状、多角形状等であってもよい。
セグメントコイル５０は、スロット４５を例えば周方向に分割した形状やランダムに分割した形状にそれぞれ形成されていてもよい。各セグメントコイル５０の断面形状における断面積が互いに異なってもよい。但し、各セグメントコイル５０における撚り線５７の潰れ代を均等にできる点で、各セグメントコイル５０の断面積を同等とした場合は優位性がある。

上述した実施形態では、コイル５が複数のセグメントコイル５０を有する場合、セグメントコイル成形工程及び挿入工程が交互に複数回繰り返される構成について説明したが、これに限らない。始めに１回目から５回目のセグメントコイル成形工程を実施した後、１回目から５回目の挿入工程を順に実施してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した実施形態及び変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 回転電機
２ ロータ
４ ステータコア
５ コイル
４３ ティース
４５ スロット
５０ セグメントコイル
５１ 第一セグメントコイル
５２ 第二セグメントコイル
５７ 撚り線

Claims (14)

1. 径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられたティースと、前記ティース間に形成されたスロットと、を有し、環状に形成されたステータコアと、
   前記スロットに挿入されるコイルと、
   前記ステータコアの内周部に配置されるロータと、
   を備え、
   前記コイルは、複数の撚り線が束ねられて圧縮されたセグメントコイルにより形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記コイルは複数の前記セグメントコイルを有し、
   複数の前記セグメントコイルの前記スロット内における前記ステータコアの軸方向に直交する断面形状は、前記スロットを前記径方向に分割した形状にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が台形状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が長方形状に形成されることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 複数の前記セグメントコイルは、第一セグメントコイルと、前記第一セグメントコイルよりも前記スロットの内径側に挿入される第二セグメントコイルと、を含み、
   前記断面形状における前記第一セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さよりも長く、かつ前記第一セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さよりも短いことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 複数の前記セグメントコイルは、それぞれ同一数の前記撚り線を有することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 径方向に沿って延びるとともに周方向に並んで設けられたティースと、前記ティース間に形成されたスロットと、を有し、環状に形成されたステータコアと、
   前記スロットに挿入されるコイルと、
   前記ステータコアの内周部に配置されるロータと、
   を備え、
   前記コイルは複数の撚り線を有し、
   前記撚り線を複数束ねることにより、前記ステータコアの軸方向から見て所定の断面積を有するセグメントコイルを成形するセグメントコイル成形工程と、
   前記セグメントコイル成形工程により成形された前記セグメントコイルを前記スロットに挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の後、前記ステータコアの内径側に前記ロータを配置するロータ配置工程と、
   を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
8. 前記挿入工程では、前記セグメントコイルは、前記軸方向から前記スロットに挿入されることを特徴とする請求項７に記載の回転電機の製造方法。
9. 前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルを成形し、
   前記セグメントコイル成形工程と前記挿入工程とが交互に複数回繰り返されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の回転電機の製造方法。
10. 前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルの前記スロット内における前記軸方向に直交する断面形状は、前記スロットを前記径方向に分割した形状にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項９に記載の回転電機の製造方法。
11. 前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が台形状に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機の製造方法。
12. 前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルのうち少なくとも一つは、前記断面形状が長方形状に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機の製造方法。
13. 複数の前記セグメントコイルは、第一セグメントコイルと、前記第一セグメントコイルよりも前記スロットの内径側に挿入される第二セグメントコイルと、を含み、
    前記セグメントコイル成形工程では、前記断面形状における前記第一セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向の外側に配置される辺の長さよりも長く、かつ前記第一セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さは、前記第二セグメントコイルの前記径方向に沿う辺の長さよりも短くなるように形成されることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法。
14. 前記セグメントコイル成形工程では、複数の前記セグメントコイルは、それぞれ同一数の前記撚り線により形成されることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法。

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