JP5607852B1 - 電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分割型ステータを採用して、電気エネルギーと機械エネルギーとを効率よく変換することのできる電気機械装置を提供すること。
【解決手段】複数のコイル２０の内、当該ステータブロック１１の内側スロット１２ｂ内に内側コイル部分２２が収納されないものについては、この内側コイル部分２２が各分割面１０ａを跨いだ状態で、当該１つのステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１側の内側スロット１２ｂ内に収納したこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータや発電機のような電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置に関し、特に、分割型ステータを使用した電気機械装置に関するものである。

電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置として、例えば電気モータを例に採ってみると、この種の電気モータの主な構成部品は、一般的に、ロータと、その周囲を囲むステータであり、これらのロータまたはステータの少なくとも一方には、銅やアルミニウムを材料とした導線を巻き付けたコイルが存在している。

コイルは、ロータまたはステータのスロット間に配置されているティースを包み込むように巻かれた状態で、ロータまたはステータのスロット内に収納されるものである。このようなコイルは、上記ロータまたはステータの中心軸に対して「真円」状を維持しながら配置されなければならない。

そして、このようなコイルは勿論、このコイルが巻き付けられるべきティースや、コイルが収納されるべきスロットは、均等でかつ等間隔に形成されなければならない。各コイルが作り出す、あるいは各コイルが単位時間当たりに切り取る磁束密度を一定にすることにより、当該電気モータの回転を滑らかにし、安定した機能を発揮させる必要があるからである。

特に、この種のモータや発電機のような電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置を構成するためのコイル、これが組み込まれるステータまたはロータ、さらには、これらを構成部品とする電気機械装置を、機械的かつ大量に製造しようとする場合には、次のような数々の課題を総合的かつ同時的に解決しなければならない。

総合的かつ同時的に解決しなければならない上記課題として代表的に挙げられるのは、次の（Ａ）〜（Ｅ）である。
（Ａ）電気機械装置自体の製造が容易であること。
（Ｂ）コイルが取り付けられたロータまたはステータは、「真円」状であること。
（Ｃ）各スロットにおけるコイルの占有率が高く、隙間が殆ど存在しないこと。
（Ｄ）各スロットに対するコイルの挿入が容易であること。
（Ｅ）回転が滑らかで効率の良い電気機械装置にできること。

以上のような（Ａ）〜（Ｅ）のような課題を解決しようとしている技術として、特許文献１〜特許文献４を始めとして、種々なものが提案されてきている。

特許文献１：特開２０１２−１１０２１２号公報、代表図、図３Ａ、要約
特許文献２：特開２００５−１２９７４号公報、図３、要約
特許文献３：特開２０１１−２１７４４４号公報、代表図、図３Ａ、要約
特許文献４：特開２００９−１９５００５号公報、段落０１１７、図３０

特許文献１に記載されている「ステータ、ブラシレスモータ、ステータの製造方法」は、「インナロータタイプのブラシレスモータに用いられるステータについて、小型化及び低コスト化を実現する」ことを目的としてなされたもので、図１８及び図１９に示すように、「ステータは、環状の継鉄を構成すると共に継鉄の周方向に分割された複数の継鉄構成部と、それぞれ継鉄構成部から継鉄の径方向内側に向けて突出された複数のティース部とを一体に有する複数のコア構成部と、それぞれティース部に巻回された巻回部を複数有し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する複数の巻線と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎に設けられて、各コア構成部に一体化されティース部と巻回部とを絶縁する絶縁部を複数有すると共に、継鉄と同軸上に設けられ複数の絶縁部を連結する連結部を有する複数のインシュレータとを備えている」という構成を有するものである。

この特許文献１のステータは、「環状の継鉄を構成すると共に継鉄の周方向に分割された複数の継鉄構成部と、それぞれ継鉄構成部から継鉄の径方向内側に向けて突出された複数のティース部とを一体に有する複数のコア構成部」を有するため、「それぞれティース部に巻回された巻回部」を形成することは容易である、つまり、上記（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は解決できるものと考えられる。

しかしながら、この特許文献１のステータは、例えば図１９に示すようにして組立てなければならないから、「継鉄と同軸上に設けられ複数の絶縁部を連結する連結部を有する複数のインシュレータ」を必要とするだけでなく、「複数のコア構成部」を「真円」状に一体化することは、非常に困難ではないかと考えられる。つまり、上記（Ｂ）及び（Ｅ）の達成が困難であると考えられる。

一方、特許文献２に記載されている「ステータ、モータ、ステータの製造方法、ステータ鉄心の巻線装置、およびその使用方法」は、「内歯形状のステータ鉄心に巻線を巻き付けてコイルを形成するステータ鉄心の巻線装置、その使用方法、合理的なステータの製造方法を提供すること。大きさをコンパクトになし得るステータ、あるいはこれを用いたモータを提供すること」を目的としてなされたもので、図２０に示すように、例えば、「ステータは、多数のティースを有するステータ鉄心に、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相コイルをダブルスター型結線で分布巻きによって形成してなる」という構成を有するものである。

この特許文献２の技術では、ステータを一体的に形成できることから、「真円」状は十分確保できる、つまり上記（Ｂ）は達成できると考えられ得るが、「コイルをダブルスター型結線で分布巻きによって形成してなる」という構成を有することから、図２０にも見られるように、各コイルのコイルエンドを、ステータの端面に長くかつ多く存在させでしまうことになる。コイルエンドは、トルクの発生に寄与しない部分であるから、このコイルエンドが長くかつ多くなると、所謂「銅損」が大きくなり、電気機械装置の効率低下に繋がることになる。

この種のモータや発電機のような電気機械装置を構成するためのコイルやステータでは、常に、
（Ｆ）銅損や鉄損ができるだけ少なくなるようにすること。
も、上記（Ａ）〜（Ｅ）と同時的かつ総合的に解決しなければならない課題である。

また、「銅損」を少なくしようとすると、コイルを形成するにあたって、導線を「蜜」に巻き付けなければならないし、スロットに対するコイルの取り付けは勢い、手作業に頼らざるをえないが、それでは、電気機械装置のコストが上がってしまう。つまり、この種のモータや発電機のような電気機械装置を構成するための特にコイルでは、
（Ｇ）コイルの形成や取付けは、できるだけ機械化をすること。
も、上記（Ａ）〜（Ｆ）と同時的かつ総合的に解決しなければならない課題である。

そして、特許文献３に記載されている「回転電気機械」は、「分布巻きタイプの回転電気機械において、ステータとロータとの組立時にコイルエンドとロータとの当接を回避しつつコイルエンドを短縮化して効率の向上を図る」ことを目的としてなされたもので、図２１及び図２２に示すように、「モータは、駆動軸と、該駆動軸に取り付けられたロータと、該ロータの外周側に設けられて略円筒形状のステータコアと該ステータコアに分布巻きされた複数のコイル部とを有するステータとを備えている。ステータコアは、周方向に並ぶ３つの分割ステータコアによって構成され、各コイル部は、それぞれ３つの分割ステータコアのいずれの２つにも跨らないように配置されている。複数のコイル部の少なくとも１つのコイルエンドを、ステータコアの内周面よりも内側を通過するように構成する」という構成を有するものである。

この特許文献３に記載されている「回転電気機械」では、「ステータコアは、周方向に並ぶ３つの分割ステータコアによって構成」されることによって上記（Ｂ）が解決され、「複数のコイル部の少なくとも１つのコイルエンドを、ステータコアの内周面よりも内側を通過するように構成する」ことによって上記（Ｆ）が解決されているものと考えられる。また、「ステータコアに分布巻きされた複数のコイル部」によって、上記（Ｄ）も解決されているものと考えられる。

しかしながら、この特許文献３に記載されている「回転電気機械」では、各ステータの内面において、図２２に示すように、コアとステータの対向面における面積を増大させるための「凹凸部」を形成しなければならないものであるから、上記（Ｂ）や（Ｃ）が達成されているか否かは疑問が残る。

一方で、特許文献４の段落０１１７には、コイルを構成するための導線の巻き方について、本発明を完成するにあたって非常に参考になった「α巻き」に関する示唆がなされている。

この「α巻き」は、図２３に示すように、「巻き始めが第１のエレメントコイル１ａの外周側となり、内周側に渦巻き状となるように第１のエレメントコイル１ａを巻回し、次に内周側に延びたコイルを第２のエレメントコイル１ｂの内周側に延ばし、更に外周側に渦巻き状となるように第２のエレメントコイル１ｂを巻回している。つまり、第１のエレメントコイル１ａと第２のエレメントコイル１ｂとを繋ぐためのコイル間接続線４は、内周側同士で繋がれているためコイルの線同士が交差する部分が生じない。このような巻き方を一般的にα巻といい、この巻き方を採用することにより、コイルエンドを更に簡略化することができ、固定子４の軸方向長さを短縮することができる。尚、１対のエレメントコイル１ａ，１ｂしか表示していないが、実際には４対の周回部分を連続した線によって成形できる」もので、上記（Ｃ）や（Ｄ）、及び（Ｇ）を同時的に解決する上で、有用であると考えられる。

ところで、上記特許文献２や３においても、特許文献４の「α巻き」においても、コイルは「分布巻き」されているものであるが、この分布巻きは、コイルエンドで同相または異層同士が重なり合う巻き方であり、例えばステータでの回転磁界を正弦波に近づけることができて、高出力で騒音を小さくできるものである。

この「分布巻き」に対して、特許文献１でも示されているような「集中巻き」がある。この集中巻きは、上記分布巻きに比して、コイルエンドを小さくできるため、電気機械装置の小型化、高効率化に有効である。しかしながら、上記の（Ａ）〜（Ｄ）に関して言えば、上記「分布巻き」に対して劣ると言わざるを得ない。

そこで、本発明者等は、モータや発電機のような電気機械装置を構成するにあたって、上記（Ａ）〜（Ｇ）の課題を同時的かつ総合的に解決するにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

すなわち、本発明の目的とするところは、上記（Ａ）〜（Ｇ）という課題を同時的かつ総合的に解決することのできる、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置を提供することにある。

以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する実施形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「ロータ３０を回転可能に収納し、複数のコイル２０がそれぞれ組み込まれた複数のステータブロック１１からなる分割型ステータ１０を有して、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置１００であって、
分割型ステータ１０は、分割面１０ａによって２〜４個に分割した各ステータブロック１１の全てを、各分割面１０ａにて一体化したとき円筒状となされたものであり、
各ステータブロック１１は、その内面に、等間隔で複数のスロット１２と、これらのスロット１２間に形成された複数のティース１３とを形成したものであり、
各コイル２０は、ティース１３が挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成されて、１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなるものであり、
さらに、前記コイル２０の内、当該ステータブロック１１の内側スロット１２ｂ内に内側コイル部分２２が収納されないものについては、この内側コイル部分２２が前記各分割面１０ａを跨いだ状態で、当該１つのステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１側の内側スロット１２ｂ内に収納したことを特徴とする電気機械装置１００」
である。

この請求項１に係る電気機械装置１００を構成するにあたっては、この電気機械装置１００のための、ロータ３０を回転可能に収納する分割型ステータ１０を、次の各工程を含んで製造しなければならないが、その製造方法としては、具体的には、
（ａ）分割面１０ａと、内面に形成された等間隔のスロット１２とティース１３とを備えて、各分割面１０ａにて一体化したとき円筒状となる複数のステータブロック１１を形成する工程；
（ｂ）１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなる複数のコイル２０を、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成する工程；
（ｃ）１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入するとともに、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂ内に当該内側コイル部分２２を挿入し、この作業を他のステータブロック１１についても行う工程；
（ｄ）各コイル２０が挿入された各ステータブロック１１を分割面１０ａにて重ね合わせる際に、１つのステータブロック１１の外側に突出している内側コイル部分２２の全てを、当該ステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１において開いている内側スロット１２ｂ内に、前記一方向と同方向かつ順に挿入する工程；
が必要となる。

この製造方法は、本発明に係る電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置１００用、特に、ロータ３０を回転可能に収納する、インナーロータタイプの電気機械装置１００用の分割型ステータ１０を製造するためのものであるが、アウターロータタイプの電気機械装置１００用のロータ３０にも適用できるものである。

さて、工程（ａ）で、分割面１０ａと、内面に形成された等間隔のスロット１２とティース１３とを備えて、各分割面１０ａにて一体化したとき円筒状となる複数のステータブロック１１を形成するのであるが、このステータブロック１１の円筒に対する分割数は、２〜４が好ましい。その理由は、このステータブロック１１が円筒のままだと、その内面に対するスロット１２やティース１３の形成が困難になるだけでなく、各スロット１２に対するコイル２０の取付けあるいは組付けが困難になるからであり、２分割にするのが、その分割面１０ａで一体化して円筒にしたときの「真円」性確保が容易となるから、最も好ましい。

一方で、このステータブロック１１を「５」以上の数に分割しても、各スロット１２に対するコイル２０の取り付けは容易にはなるが、ステータブロック１１の製造工程が「分割数２」の場合に比すれば２．５倍以上となって全体としての作業性の向上は図り難く、また、５個以上のステータブロック１１を一体化したときの「真円」性を確保することが非常に困難となる。従って、このステータブロック１１の円筒に対する分割数は、２〜４が好ましいのである。

このステータブロック１１を複数に分割するにあたっての分割面１０ａは、例えば図５に示すように、各ティース１３の中心か、あるいは、スロット１２の一方の内壁面に沿った部分に形成するのが好ましい。その理由は、各ステータブロック１１の均質な製造を容易に行えるし、複数の各ステータブロック１１を一体化して円筒にするとき、あるいはしたとき、各ティース１３のどの部分においても均質な剛性確保が容易となるからである。

また、この分割面１０ａは、スロット１２やティース１３がロータ３０の回転軸方向に平行な場合には、同様にして、ロータ３０の回転軸方向に平行なものとして形成されるのが一般的である。しかしながら、後述するように、スロット１２やティース１３をスキューさせる場合には、この分割面１０ａは、スロット１２やティース１３と同じ方向にスキューされる。分割面１０ａの方向を、スロット１２やティース１３がスキューされている方向にスキューさせた方が、スロット１２やティース１３の形成を容易にするだけでなく、複数の各ステータブロック１１を一体化して円筒にするのを容易にするからである。

各ステータブロック１１の内面に形成する各スロット１２は、図５に示すように、コイル２０の挿入口となる内側（分割型ステータ１０の中心軸に近い側、以下同じ）開口部分の形状と、コイル２０が納め込められる外側（分割型ステータ１０の中心軸から遠い側、以下同じ）底面部分の形状とが同じとなる、平面視四角形状であるとよい。

何故なら、各コイル２０は、後述するように、導線を一定量まとめてステータブロック１１とは別の場所で巻回して形成されるものであり、各スロット１２内に収納することにより、ティース１３に対する巻回を完了させるものだからである。また、この予め巻回されたコイル２０を、平面視四角形状の各スロット１２内に挿入するという手段を採用することによって、導線の各スロット１２内に対する占有率を高める（後述の実施例では、７４％を達成できる）ことができるからである。そして、各スロット１２を切削加工する場合に、各スロット１２の平面視形状が四角であれば、非常に容易に行えることにもなる。

以上の結果、各スロット１２の間に存在する各ティース１３についても、図２１に示した従来技術とは異なって、その内側端部（分割型ステータ１０の中心軸に近い内端、以下同じ）には何等の突起物もないストレートなものとするのが好ましいことになる。

各スロット１２は、これを平面視したとき、外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂという２つの均等な空間あるいは部分に仮想される。これらの外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂを、図５中の「７番目」のスロット１２について具体的に見てみると、外側スロット１２ａは外側に、内側スロット１２ｂは外側スロット１２ａの内側に、平面視でそれぞれ同じ面積のものとして存在することになるものである。これらの外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂからなる１つのスロット１２内には、図１０の（ｂ）に示すように、後述する１つのコイル２０の外側コイル部分２１、及び他の１つのコイル２０の内側コイル部分２２がそれぞれ個別に収納されることになるのである。

工程（ｂ）においては、各コイル２０を、図７及び図８に示すように、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成するのである。このような枠状に形成されたコイル２０は、「重ね巻きコイル」と呼ばれ、この形成方法は、ティース毎に導線を集中して巻回する、特許文献１で採用されているような「集中巻き」のものではなく、特許文献２〜４で採用されているような「分布巻き」のものである。このようなコイル２０は、１本の導線を形成して実施してもよいが、２本や３本の複数の導線を纏めながら枠状に形成することも行われる。

なお、この「重ね巻きコイル」の複数を、コイル間接続線によって電気的に連続させれば、「α巻きコイル」となるのである。（特許文献４参照）複数の「重ね巻きコイル」をコイル間接続線によって繋げば、各コイル間接続線が内周側同士で繋がれているためコイルの線同士が交差する部分が生じないことになる。

このように、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成されたコイル２０は、例えば図７に示すように、外側コイル部分２１と、内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を枠の上下両部分で電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなることになる。

外側コイル部分２１は、図９の各（ｂ）に示すように、各ステータブロック１１における１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納されるものであり、内側コイル部分２２は、図１０の（ｂ）に示すように、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納されるものである。

これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３は、図８に示すように、捻られているものであるが、「クランク」状に曲げて実施してもよい。このように、連続コイル部分２３を、捻ったりクランク形状にしているのは、１つのコイル２０について、１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納される内側コイル部分２２とを形成しなければならないからである。

換言すれば、各コイル２０についてみてみると、外側コイル部分２１は外側の同一円周上に収納されるのであり、内側コイル部分２２は外側コイル部分２１が収納されるのとは異なった内側円周上に収納されるのであって、各コイル２０の外側コイル部分２１と内側コイル部分２２とは別々の円周上に位置することになるものである。

工程（ｃ）においては、１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入するとともに、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂ内に当該内側コイル部分２２を挿入し、この作業を他のステータブロック１１についても行うのである。

１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入していくと、最初の段階では、図９の（ｂ）に示すように、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂがないため、内側コイル部分２２は当該ステータブロック１１から浮いた状態になる。勿論、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂが存在する場合は、図１０の７番目から１８番目のスロット１２のように、内側スロット１２ｂ内にも内側コイル部分２２が挿入されて、コイル２０が隙間なく挿入されることになる。

逆に、図１０の１９番目から２４番目のスロット１２のように、各スロット１２の内側スロット１２ｂ内がコイル２０で埋まらない場合が存在する。何故なら、例えば図１０の２３番目から２４番目のスロット１２については、その外側スロット１２ａ内は２つのコイル２０の外側コイル部分２１が挿入されるが、当該２つのコイル２０の内側コイル部分２２は、図１０の１７番目から１８番目のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に挿入されてしまっていて、次の１９番目から２０番目のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に挿入されるべきコイル２０の外側コイル部分２１は、他のステータブロック１１のスロット１２内に挿入されているものだからである。

要するに、１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入していくと、最初のコイル２０については、ステータブロック１１から浮いた内側コイル部分２２が存在することになり、最終的なコイル２０については、コイル２０の内側コイル部分２２が挿入されない部分が形成されるのである。しかしながら、各コイル２０は予め巻回された纏まった部品であるから、これらの各コイル２０を一方向かつ順にスロット１２内に挿入して行く作業は、容易に行えるものであり、機械的に行うことも可能なのである。勿論、以上の作業は、円筒状の分割型ステータ１０を構成するために分割された全てのステータブロック１１について行われる。

ステータブロック１１から浮いた、あるいは挿入されていない内側コイル部分２２は、次の工程（ｄ）において、その挿入が完成される。各コイル２０が挿入された各ステータブロック１１を分割面１０ａにて重ね合わせる際には、図１２及び図１３に示すように、１つのステータブロック１１の外側に突出している内側コイル部分２２の全てを、当該ステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１において開いている内側スロット１２ｂ内に、前記一方向と同方向かつ順に挿入するのである。これにより、各スロット１２の外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂ内は、１つのコイル２０の外側コイル部分２１と、別のコイル２０の内側コイル部分２２によって完全に埋められるのであり、この作業は容易に行える。

この工程（ｄ）は、図１４〜図１７に示すように、櫛歯状の案内部材４０を採用すると、ステータブロック１１から浮いた、あるいは挿入されていない内側コイル部分２２の挿入がより一層容易となり、完全機械化も可能となる。この案内部材４０は、長さが異なり、間にスロット１２の幅と同じ空間（コイル２０を案内する空間となる）を形成した複数の櫛歯によって構成したものであり、各ステータブロック１１の内側コイル部分２２が挿入されていない部分の上下に設置されるものである。

この案内部材４０を使用し、１つのステータブロック１１に対して、他のステータブロック１１を図１４の（ａ）中に示した矢印のように回転させる。そうすると、図示一番右側に浮いた状態にある内側コイル部分２２が、案内部材４０の一番右に位置して一番長い櫛歯に当接し、当該内側コイル部分２２が挿入されるべき内側スロット１２ｂ、図１４の（ａ）で言えば１９番目の内側スロット１２ｂに向けて案内され始めるのである。この内側コイル部分２２の内側スロット１２ｂに対する案内は、案内部材４０の櫛歯と図示しない工具等の共働によってなされる。

さらに、他のステータブロック１１を回転させると、右から２番目に浮いた状態にあった内側コイル部分２２が、案内部材４０の２番目に長い櫛歯に当接し、図１４の（ｂ）に示すように、開いている２番目の内側スロット１２ｂ（図１４で言えば２０番目の内側スロット１２ｂ）に向けて案内され始める。以下、順に同じ操作を行っていくことによって、１つのステータブロック１１で浮いていた内側コイル部分２２は、他のステータブロック１１で開いていた内側スロット１２ｂ内に収納されるのである。

そして、各ステータブロック１１について、その分割面１０ａにて互いに当接させ、図５に示すような連結部１１ａや、図示しない外枠等を使用して一体化することにより、全てのステータブロック１１が「真円」となっている筒状となるのである。

なお、（ｅ）各スロット１２の内側開口に蓋１４をして、各コイル２０の全てを包み込む工程を容易する場合がある。この工程（ｅ）の、各スロット１２の内側開口に蓋１４をして、各コイル２０の全てを包み込むのは、必要な場合の付加的工程であるが、この蓋１４は、例えば合成樹脂製の薄い板であり、各ティース１３の内側端部の直ぐ外側に形成した溝（各スロット１２の内側開口の直ぐ内側に形成した軸心方向の凹み）に差し込まれるものである。この蓋１４が差し込まれるべき溝は、例えば図５では、各スロット１２の内側開口の直ぐ内側の黒い点で示したものである。

以上の工程（ｅ）によって、各スロット１２内のコイル２０は、その両側にある各ティース１３と、上記蓋１４によって完全に包まれ、これらによって保護されるのである。

以上のような本発明に係る製造方法により製造された分割型ステータ１０は、工程（ａ）と工程（ｄ）を経ることによって「真円」状のものとなるから、まず上記課題（Ｂ）が解決できるのであり、工程（ｂ）と工程（ｃ）を経ることによって各スロット１２内にコイル２０を殆ど隙間なく収納できるから、上記課題（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｆ）も解決できるのである。また、上記工程上記の課題（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｆ）が解決できることから、ティース１３の周囲へのコイル２０の配置を隙間なく「真円」状に配置でき、上記課題（Ｅ）が達成できる。そして、工程（ｂ）と工程（ｃ）を経ることによって枠状に形成されたコイル２０を各スロット１２内に容易に収納できるから、上記課題（Ｇ）が達成でき、結果的に上記課題（Ａ）の、電気機械装置１００自体の製造も容易となるのである。

また、以上の電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置１００とするためには、ロータ３０を回転可能に収納する分割型ステータ１０が必要であるが、この分割型ステータ１０は、分割面１０ａによって２〜４個に分割されて、各分割面１０ａにて全てを一体化したとき円筒状となる複数のステータブロック１１と、各ステータブロック１１の内面に等間隔に形成された複数のスロット１２、及びこれらのスロット１２間に形成された複数のティース１３と、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成されて、１つのスロット１２の外側スロット２２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット２２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなる複数のコイル２０と、を備えたことものである。

すなわち、この分割型ステータ１０は、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置１００のための、ロータ３０を回転可能に収納するものであって、まず、分割面１０ａによって２〜４個に分割されて、各分割面１０ａにて全てを一体化したとき円筒状となる複数のステータブロック１１を備えている。勿論、これら各ステータブロック１１は、その内面に等間隔に形成された複数のスロット１２、及びこれらのスロット１２間に形成された複数のティース１３を備えている。

分割面１０ａは、スロット１２やティース１３がロータ３０の回転軸方向に平行な場合には、同様にして、ロータ３０の回転軸方向に平行なものとして形成されるのが一般的である。しかしながら、後述するように、スロット１２やティース１３をスキューさせる場合には、この分割面１０ａは、スロット１２やティース１３と同じ方向にスキューされる。分割面１０ａの方向を、スロット１２やティース１３がスキューされている方向にスキューさせた方が、スロット１２やティース１３の形成を容易にするだけでなく、複数の各ステータブロック１１を一体化して円筒にするのを容易にするからである。

このステータブロック１１の円筒に対する分割数は、２〜４が必要である。その理由は、このステータブロック１１が円筒のままだと、その内面に対するスロット１２やティース１３の形成が困難になるだけでなく、各スロット１２に対するコイル２０の取付けあるいは組付けが困難になるからであり、２分割にするのが、その分割面１０ａで一体化して円筒にしたときの「真円」性確保が容易となるから、最も好ましい。

一方で、このステータブロック１１を「５」以上の数に分割しても、各スロット１２に対するコイル２０の取り付けは容易にはなるが、ステータブロック１１の製造工程が「分割数２」の場合に比すれば２．５倍以上となって全体としての作業性の向上は図り難く、また、５個以上のステータブロック１１を一体化したときの「真円」性を確保することが非常に困難となる。従って、このステータブロック１１の円筒に対する分割数は、２〜４が必要なのである。

そして、各ステータブロック１１の分割面１０ａは、スロット１２の一方の内壁面に沿った部分、またはティース１３の中心に形成したものであることが好ましい。その理由は、もしこのように形成しないと正確な形状に形成できないだけでなく、各ステータブロック１１の位置合わせが非常に困難になるし、各ステータブロック１１の均質な製造を容易に行えなくなるからである。また、分割面１０ａを、スロット１２の一方の内壁面に沿った部分、またはティース１３の中心に形成しないと、複数の各ステータブロック１１を一体化して円筒にするとき、あるいはしたとき、各ティース１３のどの部分においても均質な剛性確保が容易とならないからである。

また、各ステータブロック１１の、分割面１０ａまたはその近傍に位置する部分に、互いに隣接するステータブロック１１同士を一体化するための連結部１１ａを形成するのが好ましいが、その理由は、この連結部１１ａがあれば、各ステータブロック１１の分割面１０ａにおける一体化が容易となるからである。この連結部１１ａとして、後述する実施形態の図５では、各分割面１０ａの近傍に別途形成したものを示しているが、例えば互いに係合し合う溝と突条や、凹凸のように、各分割面１０ａ自体に連結部１１ａを形成するように実施してもよい。

ところで、各ステータブロック１１の内面に形成した各スロット１２は、図５に示すように、後述するコイル２０の挿入口となる内側（分割型ステータ１０の中心軸に近い側）開口部分の形状と、コイル２０が納め込められる外側（分割型ステータ１０の中心軸から遠い側）底面部分の形状とが同じとなる、平面視四角形状であるとよい。

何故なら、各コイル２０は、導線を一定量まとめてステータブロック１１とは別の場所で巻回して形成されるものであり、各スロット１２内に収納することにより、ティース１３に対する巻回を完了させるものだからである。また、この予め巻回されたコイル２０を、平面視四角形状の各スロット１２内に挿入することによって、導線の各スロット１２内に対する占有率を高める（後述の実施例では、７４％を達成できる）ことができるからである。そして、各スロット１２を切削加工する場合に、各スロット１２の平面視形状が四角であれば、非常に容易に行えることにもなる。

以上の結果、各スロット１２の間に存在する各ティース１３についても、図２１に示した従来技術とは異なって、その内側端部（分割型ステータ１０の中心軸に近い内端）には何等の突起物もないストレートなものとするのが好ましいことになる。

そして、この分割型ステータ１０では、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして、１本または複数本の導線により枠状に形成されて、１つのスロット１２の外側スロット２２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット２２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなる複数のコイル２０を採用する必要がある。

各コイル２０は、図７及び図８に示すように、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成したものであるが、このような枠状に形成されたコイル２０は、「重ね巻きコイル」と呼ばれ、この形成方法は、特許文献２〜４で採用されているような「分布巻き」のものである。

後述する実施形態に係るコイル２０では、この「重ね巻きコイル」の複数を、コイル間接続線によって電気的に連続させて、特許文献４で説明されている「α巻きコイル」としてある。複数の「重ね巻きコイル」をα巻きしたコイル２０では、例えば図７の（ｃ）で示した下側の連続コイル部分２３の内の一番内側の導線、つまり境界部分２４のような、コイル間接続線によって繋げば、各コイル間接続線が内周側同士で繋がれているためコイルの線同士が交差する部分が生じないことになる。

このように、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成されたコイル２０は、例えば図７に示すように、左コイル２０Ａと右コイル２０Ｂとの２つが連なったものとして形成されるものであり、左コイル２０Ａ及び右コイル２０Ｂのそれぞれは、外側コイル部分２１と、内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を枠の上下両部分で電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなることになる。

外側コイル部分２１は、図９の各（ｂ）に示すように、各ステータブロック１１における１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納されるものであり、内側コイル部分２２は、図１０の（ｂ）に示すように、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納されるものである。

これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３は、図８に示すように、捻られたり、クランク状に曲げられているものである。連続コイル部分２３が、このように捻られたりクランク状に形成されているのは、１つのコイル２０について、１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納される内側コイル部分２２とを形成しなければならないからである。

換言すれば、各コイル２０についてみてみると、外側コイル部分２１は外側の同一円周上に収納されるのであり、内側コイル部分２２は外側コイル部分２１が収納されるのとは異なった内側円周上に収納されるのであって、各コイル２０の外側コイル部分２１と内側コイル部分２２とは別々の円周上に位置することになるものである。

以上のように構成した各コイル２０は、１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１が各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入され、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂ内に当該内側コイル部分２２が挿入されるのである。

１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入していくと、最初の段階では、図９の（ｂ）に示すように、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂがないため、内側コイル部分２２は当該ステータブロック１１から浮いた状態になる。勿論、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂが存在する場合は、図１０の７番目から１８番目のスロット１２のように、内側スロット１２ｂ内にも内側コイル部分２２が挿入されて、コイル２０が隙間なく挿入されることになる。

逆に、図１０の１９番目から２４番目のスロット１２のように、各スロット１２の内側スロット１２ｂ内がコイル２０で埋まらない場合が存在する。何故なら、例えば図１０の２３番目から２４番目のスロット１２については、その外側スロット１２ａ内は２つのコイル２０の外側コイル部分２１が挿入されるが、当該２つのコイル２０の内側コイル部分２２は、図１０の１７番目から１８番目のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に挿入されてしまっていて、次の１９番目から２０番目のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に挿入されるべきコイル２０の外側コイル部分２１は、他のステータブロック１１のスロット１２内に挿入されているものだからである。

要するに、１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入していくと、最初のコイル２０については、ステータブロック１１から浮いた内側コイル部分２２が存在することになり、最終的なコイル２０については、コイル２０の内側コイル部分２２が挿入されない部分が形成されるのである。しかしながら、各コイル２０は予め巻回された纏まった部品であるから、これらの各コイル２０を一方向かつ順にスロット１２内に挿入して行く作業は、容易に行えるものであり、機械的に行うことも可能なのである。勿論、以上の作業は、円筒状の分割型ステータ１０を構成するために分割された全てのステータブロック１１について行われる。

ステータブロック１１から浮いた、あるいは挿入されていない内側コイル部分２２は、次のようにしてその挿入が完成される。各コイル２０が挿入された各ステータブロック１１を分割面１０ａにて重ね合わせる際には、図１２及び図１３に示すように、１つのステータブロック１１の外側に突出している内側コイル部分２２の全てを、当該ステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１において開いている内側スロット１２ｂ内に、前記一方向と同方向かつ順に挿入するのである。これにより、各スロット１２の外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂ内は、１つのコイル２０の外側コイル部分２１と、別のコイル２０の内側コイル部分２２によって完全に埋められるのであり、この作業は容易に行われる。

以上のように構成した分割型ステータ１０では、これを構成する各ステータブロック１１を、ロータ３０の回転軸方向に平行な分割面１０ａによって２〜４個に分割して、各分割面１０ａにて全てを一体化したとき円筒状となるものとするとともに、各ステータブロック１１の分割面１０ａを、スロット１２の一方の内壁面に沿った部分、またはティース１３の中心に形成したものであり、かつ、各ステータブロック１１の、分割面１０ａの近傍に位置する部分に、互いに隣接するステータブロック１１同士を一体化するための連結部１１ａを形成し、各ステータブロック１１の内面に複数のスロット１２及びティース１３を等間隔に形成したから、
（Ｂ）コイルが取り付けられたロータまたはステータは、「真円」状であること。
（Ｄ）各スロットに対するコイルの挿入が容易であること。
（Ｇ）コイルの形成や取付けは、できるだけ機械化をすること。
ができるのである。

一方で、各コイル２０については、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして１本の導線により枠状に形成し、１つのスロット１２の外側スロット２２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット２２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなる複数のコイル２０と、を備えたものとしたから、
（Ｃ）各スロットにおけるコイルの占有率が高く、隙間が殆ど存在しないこと。
（Ｆ）銅損や鉄損ができるだけ少なくなるようにすること。
ができるのである。

以上の結果、この分割型ステータ１０は、
（Ｅ）回転が滑らかで効率の良い電気機械装置にできること。
（Ａ）電気機械装置自体の製造が容易であること。
ができるものとなるのである。

従って、請求項１に係る電気機械装置１００は、上記（Ａ）〜（Ｇ）という課題を同時的かつ総合的に解決したものとなるのである。

また、上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１の電気機械装置１００について、
「各スロット１２及びティース１３は、スロット１２及びティース１３の１つづつ１組の合計幅を１ピッチとしたとき、これらのスロット１２及びティース１３を、各ステータブロック１１の一端から他端に掛けて０．５〜５ピッチ分スキューさせたこと」
である。

「スキュー」とは英語で「ｓｋｅｗ」といい、「スキューさせる」とは「斜めにする」あるいは「傾斜させる」ことを意味する。このことを図２で説明すると、この図２中ではティース１３や蓋１４が水平で平行に現れているが、当該請求項３でのティース１３や蓋１４は、ロータ３０の軸芯に対して「傾斜」した状態に現れることになることを意味する。勿論、この請求項３に係る分割型ステータ１０でスキューさせることは必要な条件であるが、ロータ３０については、通常通り軸芯に対して平行としたままとしてもよいし、分割型ステータ１０側のスキューとは逆方向のスキューを施して実施してもよい。

これらのスロット１２及びティース１３をロータ３０の軸芯に対してスキューさせると、回転されるロータ３０側の永久磁石の中心線と、各スロット１２内のコイル２０の中心線との交差点が当該分割型ステータ１０の一方の端から他方の端まで順に移動することになる。しかも、この交差点の移動は、各コイル２０毎に少しづつ順にズレることになるから、当該分割型ステータ１０がモータのためのものである場合には、ロータ３０側の永久磁石に与えられる磁力中心も順に移動することになる。このことは、ロータ３０の回転をより一層滑らかにすることを意味し、結果的に、
（Ｅ）回転が滑らかで効率の良い電気機械装置にできること。
をより一層効果的にするのである。

この傾斜状態が重要で、当該請求項３では、スロット１２及びティース１３の１つづつ１組の合計幅を１ピッチとしたとき、これらのスロット１２及びティース１３を、各ステータブロック１１の一端から他端に掛けて０．５〜５ピッチ分スキューさせることが必要なのである。図２で示した一つのティース１３で見ると、０．５ピッチ分スキューさせたときには、このティース１３の他端が、図２の平行状態にある蓋１４の他端と同じ位置になるということになる。

スロット１２及びティース１３を、各ステータブロック１１の一端から他端に掛けて０．５〜５ピッチ分スキューさせることが必要な理由は、スキューさせる量が０．５ピッチ以下であると、上記（Ｅ）の効果を十分発揮させることができないし、５ピッチ以上としても、スキューさせることが機械加工上困難になるだけで、上記（Ｅ）の効果をそれ程上げることができず、トルクの最大極値を小さくしてしまうからである。

従って、当該請求項２に係る電気機械装置１００は、上記（Ａ）〜（Ｇ）という課題を同時的かつ総合的に解決することができて、特に課題（Ｅ）をより一層効果的に発揮できるものとなっているのである。

さらに、上記課題を解決するために、請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１または請求項２に記載の電気機械装置１００について、
「互いに隣接する２つのコイル２０を、１本の導線の中央部分を電気的に連続した境界部分２４として左右に存在する分布巻きしたものとしたこと」
である。

このコイル２０では、図７に示すように、もともと、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして１本の導線により枠状に形成されて、１つのスロット１２の外側スロット２２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、別の他のスロット１２の内側スロット２２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなる「重ね巻きコイル」としたものであり、図７の（ｃ）に示すように、境界部分２４のようなコイル間接続線によって電気的に連続させて、２つのコイル２０が左右に存在する分布巻きしたものとしたものである。

このコイル２０は、特許文献４で説明されているような「α巻きコイル」としたものであり、図７中の左コイル２０Ａ及び右コイル２０Ｂという２つの「重ね巻きコイル」をα巻きしたコイル２０では、例えば図７の（ｃ）で示した境界部分２４で繋げば、コイルの線同士が交差する部分が生じないことになる。

このような、つまり図７で示すようなコイル２０は、２つのコイル２０のそれぞれについてコイル端子２５が上方に突出するものとなり、その他は電気的に接続された１本の導線からなることになるから、無駄、つまり銅損を生じさせるような部分が殆ど生じないものとなるのである。勿論、重ね巻きされた外側コイル部分２１、内側コイル部分２２及び連続コイル部分２３は、各ティース１３を無駄なく包み込むものとなるだけでなく、各部分はそのまま纏めて外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂ内に収納されるものとなるのである。

このような左コイル２０Ａと右コイル２０Ｂとからなるコイル２０は、
（Ｃ）各スロットにおけるコイルの占有率が高く、隙間が殆ど存在しないこと。
ができるだけでなく、
（Ｄ）各スロットに対するコイルの挿入が容易であること。
（Ｆ）銅損や鉄損ができるだけ少なくなるようにすること。
（Ｇ）コイルの形成や取付けは、できるだけ機械化をすること。
も、より一層発揮できる分割型ステータ１０とすることができるのである。

従って、この請求項３の電気機械装置１００は、上記請求項１または２のそれと同様な機能を発揮する他、上記課題（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｆ）及び（Ｇ）をより一層発揮できるものとなっている。

以上説明した通り、請求項１に係る電気機械装置１００では、
「ロータ３０を回転可能に収納し、複数のコイル２０がそれぞれ組み込まれた複数のステータブロック１１からなる分割型ステータ１０を有して、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置１００であって、
分割型ステータ１０は、分割面１０ａによって２〜４個に分割した各ステータブロック１１の全てを、各分割面１０ａにて一体化したとき円筒状となされたものであり、
各ステータブロック１１は、その内面に、等間隔で複数のスロット１２と、これらのスロット１２間に形成された複数のティース１３とを形成したものであり、
各コイル２０は、ティース１３が挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成されて、１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなるものであり、
さらに、前記コイル２０の内、当該ステータブロック１１の内側スロット１２ｂ内に内側コイル部分２２が収納されないものについては、この内側コイル部分２２が前記各分割面１０ａを跨いだ状態で、当該１つのステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１側の内側スロット１２ｂ内に収納したこと」
を構成上の特徴とするものあるから、上記（Ａ）〜（Ｇ）という課題を同時的かつ総合的に解決することができるのである。

また、上記の分割型ステータ１０を採用した電気機械装置１００は、主として、
（Ａ）電気機械装置自体の製造が容易であること。
（Ｅ）回転が滑らかで効率の良い電気機械装置にできること。
を同時的かつ総合的に達成できるのである。

特に、この電気機械装置１００は、
（Ｂ）コイルが取り付けられたステータは、「真円」状であること。
から、その中へのロータ３０の組み入れが容易かつ性格に行え、
（Ｃ）各スロットにおけるコイルの占有率が高く、隙間が殆ど存在しないこと。
（Ｄ）各スロットに対するコイルの挿入が容易であること。
（Ｆ）銅損や鉄損ができるだけ少なくなるようにすること。
（Ｇ）コイルの形成や取付けは、できるだけ機械化をすること。
ができることから、
（Ａ）電気機械装置自体の製造が容易であること。
（Ｅ）回転が滑らかで効率の良い電気機械装置にできること。
が同時的かつ総合的に達成できるものとなっているのである。

本発明に係る電気機械装置１００の平面図である。 図１に示した電気機械装置１００を縦に切って見た断面図を９０°回転させた図である。 図２中の１−１線部の部分拡大断面図である。 図１に示した電気機械装置１００を構成する分割型ステータ１０の平面図である。 図４に示した分割型ステータ１０を構成している２つのステータブロック１１を組み合わせようとしている平面図である。 図５に示した２つのステータブロック１１の組み合わせ完了時の平面図である。 本発明に係る分割型ステータ１０で採用しているコイル２０を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は沿う面図、（ｃ）は側面図である。 図７の（ｂ）中の２−２線で見たコイル２０の拡大断面図である。 １つのステータブロック１１にコイル２０を順に挿入して行く様子を示すもので、一番上の欄の番号はコイル２０の挿入順を示し、中欄の（ａ）は挿入時の平面図、下欄の（ｂ）はステータブロック１１の上面で切って見た断面図である。 図９のようにコイル２０を挿入して行ったときの最終の１２段階を示し、（ａ）は挿入時の平面図、（ｂ）はステータブロック１１の上面で切って見た断面図である。 コイル２０挿入完了時のステータブロック１１を示すもので、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は各スロット１２内のコイル２０の電気的位置関係を示す平面図である。 コイル２０挿入完了時の２つのステータブロック１１を各分割面１０ａにて一体化する様子を示すもので、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は各スロット１２内のコイル２０の電気的位置関係を示す平面図である。 コイル２０挿入完了時の２つのステータブロック１１を各分割面１０ａにて一体化した様子を示すもので、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は各スロット１２内のコイル２０の電気的位置関係を示す平面図である。 コイル２０挿入完了時の２つのステータブロック１１を、案内部材４０を使用しながら各分割面１０ａにて一体化する様子を示すもので、（ａ）は準備段階の平面図、（ｂ）は１つ目の内側コイル部分２２を案内部材４０にて案内しながら１９番目の内側スロット１２ｂ内に挿入しようとしている状態を示す平面図である。 コイル２０挿入完了時の２つのステータブロック１１を、案内部材４０を使用しながら各分割面１０ａにて一体化する様子を示すもので、（ａ）は２つ目の内側コイル部分２２を案内部材４０にて案内しながら２０番目の内側スロット１２ｂ内に挿入しようとしている状態を示す準備段階の平面図、（ｂ）は１つ目の内側コイル部分２２を案内部材４０にて案内しながら１９番目の内側スロット１２ｂ内に挿入し、３つ目の内側コイル部分２２を案内部材４０にて案内しながら２１番目の内側スロット１２ｂ内に挿入しようとしている状態を示す平面図である。 ２つのステータブロック１１の一体化の最終段階を示すもので、（ａ）は５つ目の内側コイル部分２２を案内部材４０にて案内しながら２３番目の内側スロット１２ｂ内に挿入しようとしている状態を示す準備段階の平面図、（ｂ）は６つ目の内側コイル部分２２を案内部材４０にて案内しながら２４番目の内側スロット１２ｂ内に挿入しようとしている状態を示す平面図である。 ２つのステータブロック１１の一体化と内側コイル部分２２の挿入完了時を示すもので、（ａ）は案内部材４０を取り外している状態の平面図、（ｂ）は完了時の平面図である。 特許文献１に示された完成後のステータを示す斜視図である。 特許文献１に示された製造途中にあるステータを示す斜視図である。 特許文献２に示された技術を示す斜視図である。 特許文献３に示された技術を示す平面図である。 特許文献３に示されたステータの内面状況を示す部分拡大斜視図である。 特許文献４に示された技術を示す正面図である。

以上のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した実施の形態について説明すると、図１には、分割型ステータ１０を採用して構成した、本発明に係る電気機械装置１００の概略平面図が示してある。この電気機械装置１００では、分割型ステータ１０内にロータ３０が回転可能に配置してあり、分割型ステータ１０を構成している多数のコイル２０は、Ｕ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２、Ｗ相バスバー５３、及び中性点バスバー５４によって外部に電気的に接続してある。

実施形態の分割型ステータ１０は、円筒を２分割した形状の、２つのステータブロック１１を有するものであり、これら各ステータブロック１１は、その分割面１０ａにて互いに一体化したものである。各ステータブロック１１は、図５及び図６に示したように、内方に向けて開口し、後述するコイル２０が収納される合計２４個のスロット１２を有するものであり、これらのスロット１２の両側には、コイル２０が巻かれるティース１３が形成してある。なお、各図に示したスロット１２には、説明の便宜上の番号が付してある。

本実施形態の各ステータブロック１１については、例えば図５に示したように、両側の分割面１０ａの近傍に連結部１１ａが形成してあるが、これらの連結部１１ａは、２つのステータブロック１１を、図５中の黒矢印に移動させながら、各分割面１０ａにて摺り合わせて一体化したときに互いに係合し合うものである。勿論、各連結部１１ａの形状や機能は、各ステータブロック１１を一体化して円筒にすることができるのであれば、どのような形態のものであってもよい。

また、各ステータブロック１１における分割面１０ａの形成位置は、両端部に位置しているティース１３の中心に一致している。このようにしたのは、図５及び図６に示したように、各分割面１０ａの両側に位置する半分のティース１３が２つのステータブロック１１を一体化したときに合わさって、他の独立したティース１３と同じ形状でかつ同じ剛性を有するものにできるからである。

各スロット１２については、図５等に示したように、平面視長方形状となるようにして、分割型ステータ１０の軸芯からみた入り口形状と、その奥にある底面形状とが同じになるようにしてある。各スロット１２内には、その入り口から、導線を束にして形成したコイル２０を挿入して、導線で満たすようにする必要があるが、各スロット１２の入り口形状と底面形状とを同じにしておけば、コイル２０を隙間なく挿入できることになるからである。本実施形態では７４％の占有率を達成している。

なお、本実施形態に係る各スロット１２では、図５の左側に示したステータブロック１１の、７番目のスロット１２に示したように、平面視で同じ形状となる外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂが想定される。また、各ティース１３の先端両側には、蓋１４を挿入するための、縦方向の溝が形成してある。この溝は、これに蓋１４を挿入することによって、図２に示したように、コイル２０が挿入された各スロット１２を覆うことができるようにするものであり、図５中では小さな黒い点で示してある。

ところで、図２には、図１に示した電気機械装置１００を、ロータ３０を除いた状態で縦割りし、これを横にした断面図が示してあるが、各ティース１３の内端面と、これらティース１３の溝内に挿入した蓋１４とが現れている。この図２では、上側にティース１３の断面が、下側にスロット１２とその中に挿入されているコイル２０とが示してあり、このコイル２０は上述した蓋１４によって覆われている。さらに、この図２及び図３には、各コイル２０の主として連続コイル部分２３と、各コイル２０をそれぞれ電気的に接続するＵ相バスバー５１、Ｖ相バスバー５２、Ｗ相バスバー５３及び中性点バスバー５４が示してある。

各スロット１２内に挿入されるコイル２０は、図７及び図８に示したように、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして、１本または複数本の導線により枠状に形成したものであるが、このような枠状に形成されたコイル２０は、「重ね巻きコイル」と呼ばれる。

実施形態のコイル２０では、この「重ね巻きコイル」をコイル間接続線によって電気的に連続させて、「α巻きコイル」としてある。複数の「重ね巻きコイル」をα巻きしたコイル２０では、例えば図７の（ｃ）で示した下側の連続コイル部分２３の内の一番内側の導線、つまり境界部分２４のようなコイル間接続線によって繋げば、各コイル間接続線が内周側同士で繋がれているためコイルの線同士が交差する部分が生じないことになる。

このように、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして導線により枠状に形成されたコイル２０は、例えば図７に示したように、左コイル２０Ａと右コイル２０Ｂとの２つが連なったものとして形成され、これらの左コイル２０Ａ及び右コイル２０Ｂのそれぞれは、外側コイル部分２１と、内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を枠の上下両部分で電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなることになる。

外側コイル部分２１は、図９の各（ｂ）に示したように、各ステータブロック１１における１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納されるものであり、内側コイル部分２２は、図１０の（ｂ）に示したように、別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納されるものである。

これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３は、図８に示したように、捻られているものである。連続コイル部分２３が、このように捻られているのは、１つのコイル２０について、１つのスロット１２の外側スロット１２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、別の他のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に収納される内側コイル部分２２とを形成するためである。そして、各コイル２０についてみてみると、外側コイル部分２１は外側の同一円周上に収納されるのであり、内側コイル部分２２は外側コイル部分２１が収納されるのとは異なった内側円周上に収納されるのであって、各コイル２０の外側コイル部分２１と内側コイル部分２２とは別々の円周上に位置することになるものである。

以上のように構成した各コイル２０は、１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１が各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入され、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂ内に当該内側コイル部分２２が挿入されることになるのである。

１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入していくと、最初の段階では、図９の（ｂ）に示したように、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂがないため、内側コイル部分２２は当該ステータブロック１１から浮いた状態になる。勿論、当該ステータブロック１１のスロット１２の内、各コイル２０の内側コイル部分２２が届く内側スロット２１ｂが存在する場合は、図１０の７番目から１８番目のスロット１２のように、内側スロット１２ｂ内にも内側コイル部分２２が挿入されて、コイル２０が隙間なく挿入されることになる。

逆に、図１０の１９番目から２４番目のスロット１２のように、各スロット１２の内側スロット１２ｂ内がコイル２０で埋まらない場合が存在する。何故なら、例えば図１０の２３番目から２４番目のスロット１２については、その外側スロット１２ａ内は２つのコイル２０の外側コイル部分２１が挿入されるが、当該２つのコイル２０の内側コイル部分２２は、図１０の１７番目から１８番目のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に挿入されてしまっていて、次の１９番目から２０番目のスロット１２の内側スロット１２ｂ内に挿入されるべきコイル２０の外側コイル部分２１は、他のステータブロック１１のスロット１２内に挿入されているからである。

要するに、１つのステータブロック１１について、各コイル２０の外側コイル部分２１を各スロット１２の外側スロット１２ａ内に一方向かつ順に挿入していくと、最初のコイル２０については、ステータブロック１１から浮いた内側コイル部分２２が存在することになり、最終的なコイル２０については、コイル２０の内側コイル部分２２が挿入されない部分が形成されるのである。勿論、以上の作業は、円筒状の分割型ステータ１０を構成するために分割された全てのステータブロック１１について行われる。

ステータブロック１１から浮いた、あるいは挿入されていない内側コイル部分２２は、次のようにしてその挿入が完成される。各コイル２０が挿入された各ステータブロック１１を分割面１０ａにて重ね合わせる際には、図１２及び図１３に示したように、１つのステータブロック１１の外側に突出している内側コイル部分２２の全てを、当該ステータブロック１１に隣接する他のステータブロック１１において開いている内側スロット１２ｂ内に、前記一方向と同方向かつ順に挿入するのである。これにより、各スロット１２の外側スロット１２ａ及び内側スロット１２ｂ内は、１つのコイル２０の外側コイル部分２１と、別のコイル２０の内側コイル部分２２によって完全に埋められるのであり、この作業は容易に行える。

各コイル２０については、ティース１３の複数がまとめて挿入される開口２０ａを有したものとして１本の導線により枠状に形成し、１つのスロット１２の外側スロット２２ａ内に収納される外側コイル部分２１と、前記１つのスロット１２とは別の他のスロット１２の内側スロット２２ｂ内に収納される内側コイル部分２２と、これらの内側コイル部分２２及び外側コイル部分２１を電気的に連続させる連続コイル部分２３とからなる複数のコイル２０と、を備えたものとしたから、各スロット１２における隙間が殆ど存在せずコイル２０の占有率（本実施形態では７４％を達成している）を高くでき、銅損や鉄損が少なくなるのである。

なお、各コイル２０のスロット１２への挿入は、手作業によって行うこともできるが、図１４〜図１７に示したように、櫛歯状の案内部材４０を採用すると、ステータブロック１１から浮いた、あるいは挿入されていない内側コイル部分２２の挿入がより一層容易となり、完全機械化も可能となる。この案内部材４０は、長さが異なり、間にスロット１２の幅と同じ空間（コイル２０を案内する空間となる）を形成した複数の櫛歯によって構成したものであり、各ステータブロック１１の内側コイル部分２２が挿入されていない部分の上下に設置されるものである。

この案内部材４０を使用し、１つのステータブロック１１に対して、他のステータブロック１１を図１４の（ａ）中に示した矢印のように回転させる。そうすると、図示一番右側に浮いた状態にある内側コイル部分２２が、案内部材４０の一番右に位置して一番長い櫛歯に当接し、当該内側コイル部分２２が挿入されるべき内側スロット１２ｂ、図１４の（ａ）で言えば１９番目の内側スロット１２ｂに向けて案内され始めるのである。この内側コイル部分２２の内側スロット１２ｂに対する案内は、案内部材４０の櫛歯と図示しない工具等の共働によってなされる。

さらに、他のステータブロック１１を回転させると、右から２番目に浮いた状態にあった内側コイル部分２２が、案内部材４０の２番目に長い櫛歯に当接し、図１４の（ｂ）に示すように、開いている２番目の内側スロット１２ｂ（図１４で言えば２０番目の内側スロット１２ｂ）に向けて案内され始める。以下、順に同じ操作を行っていくことによって、１つのステータブロック１１で浮いていた内側コイル部分２２は、他のステータブロック１１で開いていた内側スロット１２ｂ内に収納されるのである。

１００ 電気機械装置
１０ 分割型ステータ
１０ａ 分割面
１１ ステータブロック
１１ａ 連結部
１２ スロット
１２ａ 外側スロット
１２ｂ 内側スロット
１３ ティース
１４ 蓋
２０ コイル
２０Ａ 左コイル
２０Ｂ 右コイル
２０ａ 開口
２１ 外側コイル部分
２２ 内側コイル部分
２３ 連続コイル部分
２４ 境界部分
２５ コイル端子
３０ ロータ
４０ 案内部材
５１ Ｕ相バスバー
５２ Ｖ相バスバー
５３ Ｗ相バスバー
５４ 中性点バスバー

Claims (3)

1. ロータ（３０）を回転可能に収納し、複数のコイル（２０）がそれぞれ組み込まれた複数のステータブロック（１１）からなる分割型ステータ（１０）を有して、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する電気機械装置（１００）であって、
   分割型ステータ（１０）は、分割面（１０ａ）によって２〜４個に分割した各ステータブロック（１１）の全てを、各分割面（１０ａ）にて一体化したとき円筒状となされたものであり、
   各ステータブロック（１１）は、その内面に、等間隔で複数のスロット（１２）と、これらのスロット（１２）間に形成された複数のティース（１３）とを形成したものであり、
   各コイル（２０）は、ティース（１３）が挿入される開口（２０ａ）を有したものとして導線により枠状に形成されて、１つのスロット（１２）の外側スロット（１２ａ）内に収納される外側コイル部分（２１）と、前記１つのスロット（１２）とは別の他のスロット（１２）の内側スロット（１２ｂ）内に収納される内側コイル部分（２２）と、これらの内側コイル部分（２２）及び外側コイル部分（２１）を電気的に連続させる連続コイル部分（２３）とからなるものであり、
   さらに、前記コイル（２０）の内、当該ステータブロック（１１）の内側スロット（１２ｂ）内に内側コイル部分（２２）が収納されないものについては、この内側コイル部分（２２）が前記各分割面（１０ａ）を跨いだ状態で、当該１つのステータブロック（１１）に隣接する他のステータブロック（１１）側の内側スロット（１２ｂ）内に収納したことを特徴とする電気機械装置（１００）。
2. 各スロット（１２）及びティース（１３）は、スロット（１２）及びティース（１３）の１つづつ１組の合計幅を１ピッチとしたとき、これらのスロット（１２）及びティース（１３）を、各ステータブロック（１１）の一端から他端に掛けて０．５〜５ピッチ分スキューさせたことを特徴とする請求項１に記載の電気機械装置（１００）。
3. 互いに隣接する２つのコイル（２０）を、１本の導線の中央部分を電気的に連続した境界部分（２４）として左右に存在する分布巻きしたものとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気機械装置（１００）。

Images