JP5418686B2 - ステータ及びステータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ及びステータの製造方法に関するものであり、具体的にはコイルの巻回方法を工夫することでモータに用いるステータのコイルエンドの軸方向の高さを短縮する技術に関するものである。

近年、ハイブリッド車や電気自動車などの需要が高まってきたために、自動車の動力としてモータを搭載するケースが増えてきた。そして、エンジンとモータを併用するハイブリッド車は、エンジンとモータの両方をエンジンルームの中に納める必要があり、その結果、モータには小型化及び高出力化が強く望まれるようになっている。

従来、高出力のモータを車載するケースは殆ど無く、このような高出力のモータを車載する場合には、車載用モータ特有の問題も多く生ずる。このため、ハイブリッド車や電気自動車の開発において様々な技術が現在検討されている。

特許文献１には回転電機、クランク形状の連続巻きコイル、分布巻きステータ及びそれらの形成方法についての技術が開示されている。平角導体を六角のボビンに巻いて形成した後に金型を用いてクランク部分を形成してステータコアにコイルを配置していくことで、コイルエンドに配置されるコイルの両端の頭頂部を重ね巻きした素線の全幅だけずれるように、かつ隣接するスロットの間隔の範囲内の長さとなる様にクランクを形成することが可能となる。その結果、ステータのコイルエンドの短縮を図ることが可能となり、モータの小型化に貢献することができる。

特許文献２には回転電機とその製造方法についての技術が開示されている。複数のティースとティース間に構成されコイルが巻回されるステータスロットとを有するステータコアと、複数のティースを跨って対をなすステータスロットに巻回されコイルを構成する複数個のコイルアセンブリを備え、コイルが分布巻構造を有する回転電機において、コイルアセンブリは、コイルアセンブリのスロット内導線部の一方はスロットの外層側に挿入され、スロット内導線部の他方はスロットの内層側に挿入される。また、用いられるコイルアセンブリは略同一形状である。このような構成によって、回転電機の製造作業を簡略化している。

特許文献３には回転電機のステータについての技術が開示されている。周方向に複数のスロットを有する固定コアと、周方向に位置の異なるスロットに設置されている２個のスロット導体およびスロットの外部でスロット導体同士を接続しているターン部を有する複数のセグメント導体を接続して形成されているステータ巻線とを備えている。各スロットに半径方向に一列に設置されているスロット導体の数をＮｃとすると６≦Ｎｃであり、各スロットに半径方向に一列に設置されているスロット導体をスロットの半径方向内側から半径方向外側に向けて１層、２層、……、Ｎｃ層とすると、周方向に位置の異なる２個のスロットにスロット導体を設置している３個のセグメント導体は、それぞれ２個のスロット導体を、ｋ（１≦ｋ≦Ｎｃ−５であり、１２≦Ｎｃであれば複数の値を取り得る）層と（ｋ＋２）層、（ｋ＋３）層と（ｋ＋５）層、（ｋ＋１）層と（ｋ＋４）層に設置する。このことで、ステータのコイルエンドの高さの低減を果たしている。

特許文献４には、回転電機のステータについての技術が開示されている。周方向に複数のスロットを有するステータコアと、線材により形成されスロットに設置されているステータ巻線とを備える回転電機のステータにおいて、ステータ巻線は周方向の異なるスロットに設置されているスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続しているターン部とを有し、スロットから突出するターン部に、ステータコアの端面に平行な段部が形成されており、ステータコアはステータ巻線に対して径方向に挿入可能な複数の分割コア部からなり、ステータ巻線は、複数の分割ステータ巻線を組み合わせて結線を行ったものである。この結果、ステータのコイルエンドの高さを低減している。

特許文献５には、ステータと巻線素子からなり、ステータ溝に挿入されているステータ巻き線とを備えた交流発電機並びに本発明によるステータの製造方法についての技術が開示されている。交流発電機に関する。Ｎ極とＳ極を有する回転子と、スロットを備えた磁心および磁心のスロット内に配置されているコイルを有するステータとを有し、コイルは巻線ヘッドを有し、該巻線ヘッドは、ロータに取り付けられているファンによってもたらされる半径方向の空気の流れによってそれぞれ冷却される。ステータは回転子に対向しており、ステータおよび回転子は規定どおりに相互に位置決めされており、多層コイルはコイルから成り、少なくとも１つのコイルはスロットに挿入されている２つ以上の区間を有し、少なくとも１つのコイルは半径方向位置を変化させる反転区間を１つ以上有する構成とすることで、コイルの製造を容易にしている。

特開２００８−１０４２９３号公報 特開２００８−１２５２１２号公報 特開２００８−２４５４８９号公報 特開２００９−０１１１５２号公報 特開２０１０−５３１１２７号公報

しかしながら、特許文献１乃至特許文献５に開示される技術でモータまたはモータのステータを形成する場合には、以下に説明する課題があると考えられる。

特許文献１は、波巻きコイルを採用しており、コイルのレーンチェンジするにあたってはコイルのコイルエンド部を階段状に形成することで他の平角導体をかわしている。特許文献２は、コイルエンド部はコイルを山形に形成しており、平角導体を捻ることでレーンチェンジを行っていると思われる。特許文献３乃至特許文献５は何れも平角導体をステータコアの軸方向に対して積み上げる形状を採用している。したがって、何れの方法も平角導体のターン数を増やすと、ステータのコイルエンドの高さが高くなってしまうという問題がある。

モータの出力を上げるためには、ステータに用いるコイルのターン数を増やすことは検討すべき課題であり、平角導体の断面積を増やす場合であっても、コイルエンドの高さへの影響が大きいと考えられる。このことはモータの小型化の妨げになり、小型化、高出力化が求められている車載用のモータにとっては好ましくない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、コイルエンドの高さの低減を可能としたステータ及びステータ製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様によるステータは以下のような特徴を有する。

（１）導体を巻回して形成されスロット内部導線とコイルエンド部導線とを備えるコイルと、前記スロット内部導線が納められるスロットと前記スロットに隣接して形成されるティースとを有する分割型のステータコアと、を有するステータにおいて、前記コイルは、同芯巻きに形成され、巻回された隣り合う前記導体の間に前記導体が挿入可能な隙間を有する第１同芯巻きコイルと、前記第１同芯巻きコイルと同様に巻回される第２同芯巻きコイルと、を有し、前記スロットには、前記第１同芯巻きコイルの前記スロット内部導線と前記第２同芯巻きコイルの前記スロット内部導線とが交互に配置され、前記第１同芯巻きコイルの前記コイルエンド部導線に形成されるレーンチェンジ部は、前記第２同芯巻きコイルの前記コイルエンド部導線に用いられる前記導体１本分の幅をかわすよう形成され、前記第１同芯巻きコイルと前記第２同芯巻きコイルとが用いられて円環状に配置された分布巻きのコイル籠を有していることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様によるステータ製造方法は以下のような特徴を有する。

（２）導体を巻回して、スロット内部導線とコイルエンド部導線とを備えるコイルを形成し、前記コイルを籠状に配置してコイル籠を形成し、ティースとスロットを備える分割型のステータコアを前記コイル籠に挿入して、略円環状のステータを形成するステータ製造方法において、前記コイルを、隣り合う前記導体の間に他の前記導体が挿入可能な隙間を有するように同芯巻きに形成し、前記コイルエンド部導線に、前記導体の１本分の幅をかわすようにレーンチェンジ部を形成し、前記コイルを用いて、第１同芯巻きコイルのスロット内部導線と前記第１同芯巻きコイルの隣に配置する第２同芯巻きコイルのスロット内部導線とが互いの前記隙間に挿入され交互に並ぶように円環状に配置されるコイル籠を形成し、前記コイル籠に前記ステータコアの前記ティースを前記コイル籠の外周側から挿入することで前記ステータを形成することを特徴とする。

このような特徴を有するステータの態様により、以下のような作用、効果が得られる。

上記（１）に記載の態様は、導体を巻回して形成されスロット内部導線とコイルエンド部導線とを備えるコイルと、スロット内部導線が納められるスロットとスロットに隣接して形成されるティースとを有する分割型のステータコアと、を有するステータにおいて、コイルは、同芯巻きに形成され、巻回された隣り合う導体の間に導体が挿入可能な隙間を有する第１同芯巻きコイルと、第１同芯巻きコイルと同様に巻回される第２同芯巻きコイルと、を有し、スロットには、第１同芯巻きコイルのスロット内部導線と第２同芯巻きコイルのスロット内部導線とが交互に配置され、第１同芯巻きコイルのコイルエンド部導線に形成されるレーンチェンジ部は、第２同芯巻きコイルのコイルエンド部導線に用いられる導体１本分の幅をかわすよう形成され、前記第１同芯巻きコイルと前記第２同芯巻きコイルとが用いられて円環状に配置された分布巻きのコイル籠を有しているものである。

したがって、ステータが有する分布巻きのコイル籠のコイルエンド部導線に設けられたレーンチェンジ部が導線１本分の幅をかわすように形成され、第１同芯巻きコイルと第２同芯巻きコイルとがステータコアのスロット内において、スロット内部導線が交互に配置されるように設計されており、第１同芯巻きコイルと第２同芯巻きコイルは同様の形状に巻回されているので、レーンチェンジ部分において複数の導体をかわすようにレーンチェンジ部分が形成される必要がない。また、ステータの径方向のスペースに余裕が出来るため、コイルの巻き数を増やしたとしてもコイルエンド部導線をコンパクトに形成することが可能となる。すなわち、組み立て性が高くコイルエンドの軸方向の高さを短縮可能なステータが実現可能となる。

また、このような特徴を有するステータ製造方法の態様により、以下のような作用、効果が得られる。

上記（２）に記載の態様は、導体を巻回して、スロット内部導線とコイルエンド部導線とを備えるコイルを形成し、コイルを籠状に配置してコイル籠を形成し、ティースとスロットを備える分割型のステータコアをコイル籠に挿入して、略円環状のステータを形成するステータ製造方法において、コイルを、隣り合う導体の間に他の導体が挿入可能な隙間を有するように同芯巻きに形成し、コイルエンド部導線に、導体の１本分の幅をかわすようにレーンチェンジ部を形成し、コイルを用いて、第１同芯巻きコイルのスロット内部導線と第１同芯巻きコイルの隣に配置する第２同芯巻きコイルのスロット内部導線とが互いの隙間に挿入され交互に並ぶように円環状に配置されるコイル籠を形成し、コイル籠にステータコアのティースをコイル籠の外周側から挿入することでステータを形成するものである。

したがって、（１）に記載のステータと同様に、モータに用いるステータのコイルエンドにおいて、コイルエンド部導線に設けられたレーンチェンジ部が導線１本分の太さをかわすように形成され、第１同芯巻きコイルと第２同芯巻きコイルとがステータコアのスロット内において、スロット内部導線を交互に配置されるように設計されている。このため、レーンチェンジ部分において複数の導体をかわすようにレーンチェンジ部分が形成される必要がなく、結果的にステータのコイルエンド部導線をコンパクトに形成するステータの製造方法を提供することが可能となる。

本実施形態の、ステータの斜視図である。 本実施形態の、ステータの上面視図である。 本実施形態の、ステータの側面図である。 本実施形態の、コイル籠の斜視図である。 本実施形態の、コイル籠の側面図である。 本実施形態の、コイル籠の上面視図である。 本実施形態の、同芯巻きコイルの正面図である。 本実施形態の、同芯巻きコイルの側面図である。 本実施形態の、同芯巻きコイルの上面視図である。 本実施形態の、ステータコアに同芯巻きコイルを挿入した際の断面図である。 本実施形態の、第１同芯巻きコイルと第２同芯巻きコイルとを重ねた状態の正面図である。 本実施形態の、第１同芯巻きコイルと第２同芯巻きコイルとを重ねた状態の側面図である。 本実施形態の、第１同芯巻きコイルと第２同芯巻きコイルとを重ねた状態の上面視図である。 本実施形態の、同芯巻きコイルを６つ重ねた様子を表した正面図である。 本実施形態の、同芯巻きコイルを６つ重ねた様子を表した側面図である。 本実施形態の、同芯巻きコイルを６つ重ねた様子を表した上面視図である。 本実施形態の、同相の同芯巻きコイルを並べた様子を表した正面図である。 本実施形態の、同相の同芯巻きコイルを並べた様子を表した側面図である。 本実施形態の、同相の同芯巻きコイルを並べた様子を表した上面視図である。 本実施形態の、コイル籠にコアピースを挿入する様子を表した斜視図である。 本実施形態の、ステータコアの外周にアウターリングを嵌め込む様子を表した斜視図である。 本実施形態の、ステータの斜視図である。 本実施形態の、モータにロータを挿入する様子を表した側面図である。

まず、本発明の実施形態について、図を用いながら説明する。

図１に、本実施形態のステータ１００の斜視図を示す。図２に、ステータ１００の上面視図を示す。図３に、ステータ１００の側面図を示す。ステータ１００はステータコア１１０とコイル籠１２０とアウターリング１３０とを有している。ステータコア１１０は分割型でありコアピース１１１を円環状に配置して形成される。コアピース１１１は略扇状の電磁鋼板を積層して形成されている。コアピース１１１の内周側には図１０に示すようにスロットＳＬが１つとティース１１２が２つ備えられている。アウターリング１３０は金属製の素材が円筒形状に形成されたものであり、アウターリング１３０の外周側にはリブ１３１とボルト孔１３１ａが備えられている。ボルト孔１３１ａはモータＭを図示しないエンジンに取り付ける、あるいはモータＭにカバーを設けるなどの目的で使用される。

図４に、コイル籠１２０の斜視図を示す。図５に、コイル籠１２０の側面図を示す。図６に、コイル籠１２０の上面視図を示す。コイル籠１２０は、４８個の同芯巻きコイルＣを用いて形成されている。コイル籠１２０のリード側ＬＳには後述する図１７乃至図１９に示される第１接合部Ｃ１３ｅ及び第２接合部Ｃ１３ｆが接合される接合部ＪＶが形成される。この接合部ＪＶはコイル籠１２０のリード側ＬＳに放射線上に配置されている部分である。ただし、ステータ１００として形成される際にはコネクタを接合する部分が必要となるため、第１リード部Ｃ１３ｄが並ぶコネクタ接合部１２０ａが用意される。

図７に、同芯巻きコイルＣの正面図を示す。図８に、同芯巻きコイルＣの側面図を示す。図９に、同芯巻きコイルＣの上面視図を示す。同芯巻きコイルＣは、平角導体Ｄを用いて略６角形にエッジワイズ曲げ加工されて巻回されたコイルである。同芯巻きコイルＣを４８個用意することで、コイル籠１２０を形成することが可能である。平角導体Ｄは導電性の高い銅やアルミニウム等の金属を矩形断面のワイヤとして形成したものであり、その周囲はエナメル等の絶縁被覆材で覆われている。この平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工し、５周巻回することで、同芯巻きコイルＣを形成する。したがって、同芯巻きコイルＣのスロット内部導線Ｃ１１は平角導体Ｄの矩形断面における短辺方向の厚みで５枚分積み重ねられた厚みと同等となる。

同芯巻きコイルＣは、スロット内部導線Ｃ１１と、反リード側ＲＬＳに形成される反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２、及びリード側ＬＳに形成されるリード側コイルエンド部導線Ｃ１３は図７に示されるように３つの部分よりなる。反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２にはレーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１２ａとスロット内部導線Ｃ１１とを接続する第１縁部Ｃ１２ｂと第２縁部Ｃ１２ｃが形成される。リード側コイルエンド部導線Ｃ１３にはレーンチェンジ部Ｃ１３ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａとスロット内部導線Ｃ１１とを接続する第１縁部Ｃ１３ｂと第２縁部Ｃ１３ｃとを有し、同芯巻きコイルＣの巻き始めと巻き終わりにそれぞれ第１リード部Ｃ１３ｄ及び第１接合部Ｃ１３ｅが形成される。なお、同芯巻きコイルＣによっては第１リード部Ｃ１３ｄ又は第１接合部Ｃ１３ｅの代わりに後述する第２接合部Ｃ１３ｆが形成される。

便宜上、スロット内部導線Ｃ１１の左右で第１スロット内部導線Ｃ１１ａと第２スロット内部導線Ｃ１１ｂと呼び分けることにすると、第１スロット内部導線Ｃ１１ａと第１縁部Ｃ１２ｂ及び第１縁部Ｃ１３ｂとが接続し、第２スロット内部導線Ｃ１１ｂと第２縁部Ｃ１２ｃ及び第２縁部Ｃ１３ｃとが接続することになる。

そして、図９に示されるように、同芯巻きコイルＣは円弧状になるように巻回されて形成されている。また、スロット内部導線Ｃ１１は隣り合う平角導体Ｄの間に隙間Ｓが出来るように形成されている。図９ではこの隙間Ｓに対して説明の便宜上番号を付けて称呼することにする。内周側より図面右側に第１隙間Ｓ１、第３隙間Ｓ３、第５隙間Ｓ５、第７隙間Ｓ７、第９隙間Ｓ９が形成され、図面左側に、第２隙間Ｓ２、第４隙間Ｓ４、第６隙間Ｓ６，第８隙間Ｓ８、第１０隙間Ｓ１０が形成される。なお、第１隙間Ｓ１は内周側に開放され、第１０隙間Ｓ１０は外周側に開放されている。第２隙間Ｓ２乃至第９隙間Ｓ９は平角導体Ｄの幅とほぼ同じだけの間隔で形成されている。

また、図９に示されるようにレーンチェンジ部Ｃ１２ａは外周側に向けて図面左から図面右にクランクするのに対して、レーンチェンジ部Ｃ１３ａは外周側に向けて図面右から図面左にクランクするよう形成されている。

図１０に、ステータコア１１０に同芯巻きコイルＣを挿入した場合の断面図を示す。ステータコア１１０に同芯巻きコイルＣを１つだけ配置した場合の断面図が図１０である。同芯巻きコイルＣはステータコア１１０に備えられるティース１１２をまたぎ、スロットＳＬに同芯巻きコイルＣのスロット内部導線Ｃ１１が配置されることになる。スロットＳＬにはインシュレータ１１５が配置されている。インシュレータ１１５は絶縁性の高い樹脂素材で形成されており、ステータコア１１０と同芯巻きコイルＣとの絶縁を確保するために設けられている。

なお、便宜上、図面左側のスロットＳＬは第１スロットＳＬ１とする。また図面右側のスロットＳＬは第７スロットＳＬ７としている。したがって、ステータコア１１０に１つだけ同芯巻きコイルＣを挿入した場合、左側の第２スロット内部導線Ｃ１１ｂは第１スロットＳＬ１に、右側の第１スロット内部導線Ｃ１１ａは第７スロットＳＬ７に挿入されることになり、５つのスロットＳＬを隔てて左右のスロット内部導線Ｃ１１が挿入される状態となる。

このように同芯巻きコイルＣがステータコア１１０に配置されると、千鳥状にスロット内部導線Ｃ１１がスロットＳＬに挿入されることになる。すなわち、隙間ＳがスロットＳＬにそれぞれ５カ所形成され、スロット内部導線Ｃ１１は５本挿入される状態となる。実際に、コイル籠１２０の状態でステータコア１１０に挿入される場合には、同相の同芯巻きコイルＣが隙間Ｓに配置されることになり、１つのスロットＳＬに１０本のスロット内部導線Ｃ１１が挿入される結果となる。

この同芯巻きコイルＣを２４対重ねて形成したのが、図４乃至図６に示されるコイル籠１２０である。このコイル籠１２０の形成過程について次に説明する。

図１１に、第１同芯巻きコイルＣ１と第２同芯巻きコイルＣ２とを重ねた状態の正面図を示す。図１２に、第１同芯巻きコイルＣ１と第２同芯巻きコイルＣ２とを重ねた状態の側面図を示す。図１３に、第１同芯巻きコイルＣ１と第２同芯巻きコイルＣ２とを重ねた状態の上面視図を示す。

同芯巻きコイルＣは、図１１において２つ使用するので、説明のために便宜的に第１同芯巻きコイルＣ１と第２同芯巻きコイルＣ２と称呼することにする。ただし、どちらも同じ様に巻回された同芯巻きコイルＣである。ただし、リード側コイルエンド部導線Ｃ１３の第１リード部Ｃ１３ｄや第１接合部Ｃ１３ｅ、第２接合部Ｃ１３ｆなどリード部分は配置される位置によって異なる形状に形成される。第１同芯巻きコイルＣ１と第２同芯巻きコイルＣ２とは、ステータコア１１０に備えるスロットＳＬを１つ分ずらして重ねられている。したがって、第１同芯巻きコイルＣ１のスロット内部導線Ｃ１１と第２同芯巻きコイルＣ２のスロット内部導線Ｃ１１との間には、インシュレータ１１５及びティース１１２が挿入される隙間が形成されることになる。

この結果、反リード側ＲＬＳでは第１同芯巻きコイルＣ１の第１縁部Ｃ１２ｂ１と第２同芯巻きコイルＣ２の第１縁部Ｃ１２ｂ２との関係で、コイル籠１２０の軸方向に積み重ねられる部分と、コイル籠１２０の軸方向でレーンチェンジ部Ｃ１２ａ１とレーンチェンジ部Ｃ１２ａ２との間にステータ１００の内周側から見てクロスする部分ができる。また、リード側ＬＳでは第１同芯巻きコイルＣ１の第１縁部Ｃ１３ｂ１と第２同芯巻きコイルＣ２の第１縁部Ｃ１３ｂ２との関係で、コイル籠１２０の軸方向に重ねられる部分と、コイル籠１２０の軸方向でレーンチェンジ部Ｃ１３ａ１とレーンチェンジ部Ｃ１３ａ２との間にステータ１００の内周側から見てクロスする部分ができる。このクロスする部分付近で、隣り合う同芯巻きコイルＣがお互いの有する平角導体Ｄを反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２及びリード側コイルエンド部導線Ｃ１３でかわすことになる。

第１同芯巻きコイルＣ１のレーンチェンジ部Ｃ１３ａ１と、第２同芯巻きコイルＣ２のレーンチェンジ部Ｃ１３ａ２とが隣り合うように配置される。また、第１同芯巻きコイルＣ１のレーンチェンジ部Ｃ１２ａ１と、第２同芯巻きコイルＣ２のレーンチェンジ部Ｃ１２ａ２とが隣り合うように配置される。こうして第１同芯巻きコイルＣ１と第２同芯巻きコイルＣ２とが重ねられていくことで、コイル籠１２０を形成する。

図１４に、同芯巻きコイルＣを６つ重ねた様子を表した正面図を示す。図１５に、同芯巻きコイルＣを６つ重ねた様子を表した側面図を示す。図１６に、同芯巻きコイルＣを６つ重ねた様子を示した上面視図を示す。複数の同芯巻きコイルＣを図１１乃至図１３に示すように６つの同芯巻きコイルＣを順に重ねることで、図１４乃至図１６に示すようなユニットが形成される。

ステータ１００はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相から形成され、Ｕ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、Ｗ２相の順に並べられる。便宜上、Ｕ相第１コイルＵＣ１、Ｕ相第２コイルＵＣ２、Ｖ相第１コイルＶＣ１、Ｖ相第２コイルＶＣ２、Ｗ相第１コイルＷＣ１、及びＷ相第２コイルＷＣ２と呼ぶ。そして、図１４乃至図１６に示されるユニットで１つの極を形成し、これを第１極Ｐ１とする。これを８組用意することでコイル籠１２０を形成することができる。

図１７に、同相の同芯巻きコイルＣを並べた様子を表した正面図に示す。図１８に、同相の同芯巻きコイルＣを並べた様子を表した側面図を示す。図１９に、同相の同芯巻きコイルＣを並べた様子を表した上面視図を表す。同芯巻きコイルＣを同相同士接続した様子を図１７乃至図１９に示す。図では第１極Ｐ１のＵ相第１コイルＵＣ１と第３極Ｐ３のＵ相第１コイルＵＣ１を接続している様子を示している。具体的には第１極Ｕ相第１コイルＰ１ＵＣ１の第２縁部Ｃ１３ｃから縁設される第２接合部Ｃ１３ｆと第３極Ｕ相第１コイルＰ３ＵＣ１の第１縁部Ｃ１３ｂから縁設される第１接合部Ｃ１３ｅとが接続されてＵ相第１接合部ＪＶ１を形成する。

前述した図１０に示されるように、例えば第１極Ｐ１のＵ相第１コイルＵＣ１の第２スロット内部導線Ｃ１１ｂが第１スロットＳＬ１に挿入されるとすると、第７スロットＳＬ７には第１極Ｕ相第１コイルＰ１ＵＣ１の第１スロット内部導線Ｃ１１ａと第２極Ｕ相第１コイルＰ２ＵＣ１の第２スロット内部導線Ｃ１１ｂが配置されることになる。一方で、第３極Ｕ相第１コイルＰ３ＵＣ１は図示しない第１３スロットＳＬ１３に第２スロット内部導線Ｃ１１ｂが、図示しない第１９スロットＳＬ１９に第１スロット内部導線Ｃ１１ａが挿入される。よって、第７スロットＳＬ７に挿入される第１極Ｕ相第１コイルＰ１ＵＣ１の第１スロット内部導線Ｃ１１ａに接続される第２接合部Ｃ１３ｆと、第１３スロットＳＬ１３に挿入される第３極Ｕ相第１コイルＰ３ＵＣ１の第２スロット内部導線Ｃ１１ｂに接続される第１接合部Ｃ１３ｅとでＵ相第１接合部ＪＶ１を形成することになる。

図２０に、コイル籠１２０にコアピース１１１を挿入する斜視図を示す。図２１に、ステータコア１１０の外周にアウターリングを嵌め込む様子を表した斜視図を示す。コイル籠１２０には、複数設けられているスロット挿入口１２１があり、スロット挿入口１２１は隣り合うスロット内部導線Ｃ１１の間に形成されている。このスロット挿入口１２１に図２０に示される様にコアピース１１１のティース１１２が挿入されることで、コアピース１１１はコイル籠１２０を中心に円環状に配置される。この状態で図２１に示すようにアウターリング１３０をコアピース１１１が形成するステータコア１１０の外周に嵌め込む。アウターリング１３０を事前に加熱しておくことで金属膨張を利用して内径を広げ、ステータコア１１０の外周に嵌め込み冷却することで、コアピース１１１を円環状に保持する事が可能となる。

図２２に、ステータ１００の斜視図を示す。図２２のステータ１００の斜視図は図１のステータ１００の斜視図とは異なり、コイルエンド部分に外部接続端子部１４０が形成されている。ステータ１００のリード側のコイルエンドは、コイル同士を接続する為にバスバが溶接などの手法によって接合され、外部接続端子部１４０も接合される。この外部接続端子部１４０によって、図示しない車載される二次電池などに電気的に接続される。

図２３に、モータＭにロータ１５０を挿入する様子を表す側面図を示す。なお、図２３では外部接続端子部１４０を省略している。上述したように同芯巻きコイルＣを順に重ねることで図４に示すようなコイル籠１２０を形成する。円環状に形成されたコイル籠１２０をステータコア１１０に挿入し、接合部ＪＶを溶接して接合し、コネクタ接合部１２０ａに図示しないバスバで外部に接続する為のコネクタと接合することでステータ１００を形成する。そして、ロータ１５０を図２０に示すように挿入することで、ステータ１００の内周部に配置され、モータＭが形成される。なお、図示していないが実際にはモータＭのカバーが設けられ、ベアリングでロータ１５０は保持されることになる。

本実施形態のステータ１００は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

まず、モータＭに用いるステータ１００のコイルエンドを小さくすることが可能である点が効果として挙げられる。本実施形態のモータＭは、平角導体Ｄを巻回して形成されスロット内部導線Ｃ１１と反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２及びリード側コイルエンド部導線Ｃ１３とを備える同芯巻きコイルＣと、スロット内部導線Ｃ１１が納められるスロットＳＬとスロットＳＬに隣接して形成されるティース１１２とを有する分割型のコアピース１１１の集合体であるステータコア１１０と、を有するステータ１００において、同芯巻きコイルＣは、同芯巻きに形成され、巻回された隣り合う平角導体Ｄの間に平角導体Ｄが挿入可能な隙間Ｓを有する第１同芯巻きコイルＣ１と、第１同芯巻きコイルＣ１と同様に巻回される第２同芯巻きコイルＣ２と、を有し、スロットＳＬには、第１同芯巻きコイルＣ１のスロット内部導線Ｃ１１と、第２同芯巻きコイルＣ２のスロット内部導線Ｃ１１とが交互に配置され、第１同芯巻きコイルＣ１の反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２及びリード側コイルエンド部導線Ｃ１３に形成されるレーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａは、第２同芯巻きコイルＣ２の反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２又はリード側コイルエンド部導線Ｃ１３に用いられる平角導体Ｄの１本分の太さをかわすよう形成されているものである。

モータＭに用いるステータ１００の反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２においてレーンチェンジ部Ｃ１２ａがリード側コイルエンド部導線Ｃ１３においてレーンチェンジ部Ｃ１３ａが形成されている。このレーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａは、平角導体Ｄの厚み１本分をかわすように形成されている。すなわち、平角導体Ｄの矩形断面のうち短辺側の幅分だけ、レーンチェンジするように曲げられている。

同芯巻きコイルＣは平角導体Ｄを５巻きして形成しているので、従来技術であれば平角導体Ｄの矩形断面のうち短辺側の幅分の約５倍の厚みをフラットワイズ曲げ方向に変形させてレーンチェンジ部を形成する必要がある。したがって、ステータ１００の周方向に形成されたレーンチェンジ部の分の幅を必要とする。ただし、平角導体Ｄには最小曲げ半径が平角導体Ｄの幅によって決定されるため、レーンチェンジ部の外側に行くほど条件は悪くなり、単純に平角導体Ｄの５倍幅があれば良い、と言う訳ではない。実際にはプラスアルファの幅をステータ１００の周方向に必要とする。

しかし、本実施形態の同芯巻きコイルＣでは、レーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａがこのような平角導体Ｄの１本分の幅をかわす構成とすることで、隣り合う同芯巻きコイルＣ同士のレーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａが形成される部分の幅を抑えることができる。これは平角導体Ｄの一本分の幅をかわすレーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａを形成すれば良く、同じ同芯巻きコイルＣが有するレーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａには隣り合う平角導体Ｄの間に隙間があるためレーンチェンジ部を形成する為の余裕ができるためである。

この結果、レーンチェンジ部Ｃ１２ａ及びレーンチェンジ部Ｃ１３ａの幅方向の制約が緩くなる。ステータ１００の周方向の幅の制約は、同芯巻きコイルＣの巻き数や、平角導体の短辺方向の幅などに影響してくる。このため、モータＭの出力を上げるために、同芯巻きコイルＣの巻き数を増やしたり、平角導体の短辺方向の幅を広くしたりするなど平角導体の断面積を増やすことが検討される場合、設計要件によってはステータ１００の軸方向に積み増す形でレーンチェンジ部を設けるスペースを検討する必要がある。本実施形態の同芯巻きコイルＣでは、このような条件が緩和され、結果、反リード側コイルエンド部導線Ｃ１２及びリード側コイルエンド部導線Ｃ１３をコンパクトに形成することが可能となる。よって、ステータ１００のコイルエンドの軸方向の高さを短縮することに貢献することが出来る。

また、モータＭの組み立て性が向上することが可能となる点も効果としてあげられる。本実施形態のモータＭは、同じ形状の同芯巻きコイルＣを用いて、同芯巻きコイルＣを順に重ねていくことでコイル籠１２０を形成することが出来る。したがって、特許文献３及び特許文献４に示されるような、複数のコイルを組み合わせて形成する必要のある波巻きコイルを用いる場合よりも容易にステータ１００を形成することができ、モータＭの組み立て性を向上させることが可能となる。それでいて前述したとおりコイルエンドの軸方向の高さを短縮することが可能である。

そしてステータ１００に分割型のステータコア１１０を用いているので、コイル籠１２０に無理な変形を加えることなくコアピース１１１をコイル籠１２０の外周側から組み付け、アウターリング１３０でコアピース１１１を保持する事でステータ１００が形成されているので、ステータ１００の組み立てを容易に行うことが出来る。ステータ１００に一体型のステータコア１１０を使用することも考えられるが、同芯巻きコイルＣをコイル籠１２０のように円筒状に組み付けてからステータコア１１０と組み付ける必要があるため、単純に組み付けることは難しく複雑な組み付け工程を必要とするものと考えられる。よって、一体型のステータコア１１０を用いる場合よりも鉄損は大きくなるものの分割型のステータコア１１０を用いることで、ステータ１００の組付けを容易にすることは、モータＭの生産性を高めることに貢献することが可能である。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。

例えば、本実施形態では４８スロットのステータコア１１０を用いており８極のモータＭとして構成しているが、スロット数は設計事項であり、設計の範囲内で変更することを妨げない。また、同芯巻きコイルＣの詳細な形状についても、発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更を妨げない。

１００ ステータ
１１０ ステータコア
１１１ コアピース
１１１ａ ボルト孔
１１２ ティース
１１５ インシュレータ
１２０ コイル籠
１２０ａ コネクタ接合部
１５０ ロータ
Ｃ 同芯巻きコイル
Ｃ１ 第１同芯巻きコイル
Ｃ２ 第２同芯巻きコイル
Ｃ１１ スロット内部導線
Ｃ１２ 反リード側コイルエンド部導線
Ｃ１３ リード側コイルエンド部導線
Ｄ 平角導体
ＪＶ 接合部
ＪＶ１ Ｕ相第１接合部
ＬＳ リード側
Ｍ モータ
ＲＬＳ 反リード側
Ｓ 隙間
ＳＬ スロット

Claims (2)

1. 導体を巻回して形成されスロット内部導線とコイルエンド部導線とを備えるコイルと、前記スロット内部導線が納められるスロットと前記スロットに隣接して形成されるティースとを有する分割型のステータコアと、を有するステータにおいて、
   前記コイルは、
   同芯巻きに形成され、巻回された隣り合う前記導体の間に前記導体が挿入可能な隙間を有する第１同芯巻きコイルと、
   前記第１同芯巻きコイルと同様に巻回される第２同芯巻きコイルと、を有し、
   前記スロットには、
   前記第１同芯巻きコイルの前記スロット内部導線と前記第２同芯巻きコイルの前記スロット内部導線とが交互に配置され、
   前記第１同芯巻きコイルの前記コイルエンド部導線に形成されるレーンチェンジ部は、前記第２同芯巻きコイルの前記コイルエンド部導線に用いられる前記導体１本分の幅をかわすよう形成され、
   前記第１同芯巻きコイルと前記第２同芯巻きコイルとが用いられて円環状に配置された分布巻きのコイル籠を有していることを特徴とするステータ。
2. 導体を巻回して、スロット内部導線とコイルエンド部導線とを備えるコイルを形成し、前記コイルを籠状に配置してコイル籠を形成し、ティースとスロットを備える分割型のステータコアを前記コイル籠に挿入して、略円環状のステータを形成するステータ製造方法において、
   前記コイルを、隣り合う前記導体の間に他の前記導体が挿入可能な隙間を有するように同芯巻きに形成し、前記コイルエンド部導線に、前記導体の１本分の幅をかわすようにレーンチェンジ部を形成し、
   前記コイルを用いて、第１同芯巻きコイルのスロット内部導線と、前記第１同芯巻きコイルの隣に配置する第２同芯巻きコイルのスロット内部導線とが互いの前記隙間に挿入され交互に並ぶように円環状に配置されるコイル籠を形成し、
   前記コイル籠に前記ステータコアの前記ティースを前記コイル籠の外周側から挿入することで前記ステータを形成することを特徴とするステータ製造方法。

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