JP5821606B2 - 回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、波巻き巻装方式の回転電機のステータの製造方法に関する。

回転電機のステータの巻装方法として、コイル導体を波状に巻装する波巻き巻装方式が知られている。波巻き巻装方式で回転電機のステータを構成した一例として、例えば、特許文献１及び２に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の発明では、帯状波巻治具の短手方向と平行にスロット導体部が形成されるようにコイル導体が巻き付けられて、帯状波巻コイルが形成される。次に、環状波巻治具を回転させながら帯状波巻コイルを多重に巻取り、環状波巻コイルが形成される。そして、環状波巻コイルをステータコアのスロットに装着して、ステータが構成される。特許文献２に記載の発明についても同様である。また、特許文献１及び２に記載の発明では、ステータコアの周回毎に環状波巻コイルを設けて、それらの端部を接続することにより、多重の環状波巻コイルを形成する方法も開示されている。

特開２００９−１１１１６号公報 特開２００４−３２０８８６号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の発明では、帯状波巻コイルが多重に巻重ねられて環状に巻取られるので、巻取られた環状波巻コイルの外周側はコイル間ピッチが広くなり、内周側はコイル間ピッチが狭くなる。そのため、帯状波巻コイルの巻取り工程及び環状波巻コイルのステータコアへの装着工程において、軸方向コイル端部に変形が生じて、コイル形成不良や絶縁劣化を招く可能性がある。また、ステータコアの周回毎に環状波巻コイルを設けて、それらの端部を接続する方法は、例えば、回転電機の出力を向上させる目的でスロット内のコイル導体数を増加させる際に、溶接点数が増えて作業効率が低下する。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コイル形成の作業効率を向上させると共に、コイル形成における波巻コイルの変形を抑制して、波巻コイルの絶縁劣化を防止することが可能な回転電機のステータの製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る回転電機のステータの製造方法は、ステータコアの各スロットに交互に挿通されるコイル辺部と、コイル辺部と一体に形成されてコイル辺部の同一側端部を接続するコイル端部と、を有するコイル導体を波巻き構成となるように巻装して各スロットに装着する回転電機のステータの製造方法であって、軸線に対して傾斜するガイドが設けられた巻枠にガイドに沿ってコイル導体を巻装する巻装工程と、巻枠の厚さ方向に隣接するコイル辺部を密着させて加圧成形してシート状コイルを形成する加圧成形工程と、シート状コイルのコイル辺部方向とステータの軸方向とを一致させて巻取り治具の巻芯にシート状コイルを螺旋状に巻取る巻取り工程と、巻取り治具の巻芯をステータの周方向に回転させながらステータコアの内径部に移動させて、螺旋状に巻取られたシート状コイルのコイル辺部をスロットに挿入するスロット装着工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る回転電機のステータの製造方法は、請求項１において、スロット装着工程は、巻取り治具の巻芯が１巻線ピッチ分移動する毎にシート状コイルのコイル辺部を１個ずつスロットに挿入する。

請求項３に係る回転電機のステータの製造方法は、請求項１又は２において、巻装工程は、ステータコアの１周分毎に巻枠の高さを変えてコイル導体を巻装する。

請求項１に係る回転電機のステータの製造方法によれば、軸線に対して傾斜するガイドに沿ってコイル導体を巻装して、コイル辺部方向とステータの軸方向とを一致させてシート状コイルを螺旋状に巻取るので、巻取り治具の巻芯にシート状コイルが積み重なることなく、螺旋進行方向のコイル辺部間ピッチを均一にしてシート状コイルを巻取ることができる。そのため、シート状コイルの巻取り工程において、シート状コイルに過剰な張力を付与しないので、シート状コイルの変形を抑制することができる。したがって、シート状コイルの変形によるコイル形成不良や絶縁劣化を防止することができる。

また、巻取り治具の巻芯をステータの周方向に回転させながらステータコアの内径部に移動させて、螺旋状に巻取られたシート状コイルのコイル辺部をスロットに挿入するので、シート状コイルの巻上げ周回数を増やすことにより、スロット内のコイル導体数を増加させて回転電機の出力を向上させることができる。そのため、ステータコアの周回毎に環状波巻コイルを設けて、それらの端部を接続する方法のように、コイルエンド部の溶接点数を増やす必要がない。

請求項２に係る回転電機のステータの製造方法によれば、巻取り治具の巻芯が１巻線ピッチ分移動する毎にシート状コイルのコイル辺部を１個ずつスロットに挿入するので、スロットに装着する周回に合わせてコイル辺部の押力を調整することができる。そのため、シート状コイルをスロットに挿入する際に必要な最低限の押力によって、シート状コイルをスロットに押し出すことができ、スロット装着工程におけるシート状コイルの変形を抑制することができる。

請求項３に係る回転電機のステータの製造方法によれば、ステータコアの１周分毎に巻枠の高さを変えてコイル導体を巻装するので、スロットに装着する周回毎に必要なコイル導体長でコイル導体を巻装することができ、コイル端部の高さを必要最低限の高さにすることができる。そのため、巻線抵抗の増加を抑え、銅損の低減を図ることができる。また、コイル端部の高さを必要最低限の高さで均一にすることができるので、回転電機の体格を小型化することができる。

第１実施形態に係り、コイル導体が巻枠に巻装された状態を示す正面図である。 図１に示す巻枠端部の拡大図である。 巻枠の側面図である。 ガイドの傾斜角とステータの各軸との位置関係を示す説明図である。 （ａ）はシート状コイルの平面図であり、（ｂ）はシート状コイルの正面図である。 巻取り治具によってシート状コイルが巻取られた状態を示す斜視図である。 図６に示すステータコア部分の拡大図であり、シート状コイルをスロットに挿入する状態を示す斜視図である。 巻取り治具の断面を模式的に示す模式図である。 押し出し機構の押し出し部、シート状コイル及びスロットの位置関係を示すステータの軸方向の部分断面図である。 シート状コイルがスロットに装着された状態を示すステータの軸方向の平面図である。 シート状コイルの端部構成の一例を示す模式図である。 第２実施形態に係り、巻枠の正面図である。 図１２の巻枠の一部にコイル導体が巻装された状態を示す正面図である。 第２実施形態に係り、ステータの径方向の部分断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態について共通の箇所には共通の符号を付して対応させることにより重複する説明を省略する。なお、各図は概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。

（１）第１実施形態
本実施形態に係る回転電機のステータの製造方法は、コイル導体３０を波巻き構成となるように巻装して各スロット６２に装着する回転電機のステータ６０の製造方法である。本実施形態では、巻装工程、加圧成形工程、巻取り工程及びスロット装着工程を有しており、この順に実施される。

（巻装工程）
巻装工程は、巻枠４０にコイル導体３０を巻装する工程である。図１は、コイル導体３０が巻枠４０に巻装された状態を示す正面図である。図２は、図１に示す巻枠４０端部の拡大図である。図３は、巻枠４０の側面図である。コイル導体３０は、ステータコア６１の各スロット６２に交互に挿通されるコイル辺部１０と、コイル辺部１０と一体に形成されてコイル辺部１０の同一側端部を接続するコイル端部２０と、を有している。コイル導体３０は、巻線の導体表面がエナメルなどの絶縁層で被覆されており、断面多角形状の角線が用いられる。なお、巻線の断面形状は、特に限定されるものではなく、任意の断面形状とすることができる。例えば、断面円形状の丸線などの種々の断面形状の巻線を用いることができる。また、ステータコア６１は、電磁鋼板からなるコアシートをステータ６０の軸方向Ｚに複数枚積層して形成することができる。

巻枠４０は、本体部４１及び側枠部４２、４２を有しており、本体部４１は、側枠部４２、４２によって短手方向から着脱可能に狭持されている。本体部４１の巻装部４１１、４１１には、軸線Ｉ−Ｉ’に対して傾斜角θで傾斜するガイド４３が設けられている。ガイド４３は、例えば、コイル導体３０を案内可能な溝で構成されており、溝のピッチは、コイル辺部１０がスロット６２に装着される際の巻線ピッチＳと同一ピッチに設定されている。なお、ガイド４３は、本体部４１の一方の巻装部４１１のみに設けることもできる。

図４は、ガイド４３の傾斜角θとステータ６０の各軸との位置関係を示す説明図である。横軸はステータ６０の周方向Ｘを示し、縦軸はステータ６０の軸方向Ｚを示している。同図では、コイル導体３０の巻始めのコイル辺部１０と軸線Ｉ−Ｉ’との交点を点Ａとし、ステータコア６１の１周分を巻装した巻終りのコイル辺部１０と軸線Ｉ−Ｉ’との交点を点Ｂとする。また、軸線Ｉ−Ｉ’と横軸との交点を点Ｃとし、点Ａから横軸までの距離をＡＤ、点Ａから縦軸までの距離をＡＥとする。ここで、ステータ６０のスロット数をｎ（同図では４８）とすると、ステータコア６１の周方向Ｘ長は、巻線ピッチＳを用いて、ｎ×Ｓで表すことができ、同図では、ＡＥ間の長さに相当する。∠ＢＡＥは、９０°−θであるので、傾斜角θは、ＢＥ間の距離ｈを用いて、下記数１で表すことができる。なお、後述するように、コイル導体３０が加圧成形されたシート状コイル３１は、巻取り治具５０の巻芯５１に螺旋状に巻取られるので、距離ｈは、コイル辺部１０及びコイル端部２０の軸方向Ｚ長と、後述するギャップ１Ｇと、を加算した距離とすることができる。
（数１）
θ＝９０°−ｔａｎ^−１（ｈ／（ｎ×Ｓ））

本工程では、巻枠４０のガイド４３に沿ってコイル導体３０を巻装する。具体的には、コイル導体３０を軸線Ｉ−Ｉ’に対して傾斜角θで固定して、巻枠４０を軸線Ｉ−Ｉ’に対して回転させて巻装しても良く、巻枠４０を固定して、コイル導体３０を螺旋状に巻装しても良い。なお、巻線は、１本毎に巻枠４０に巻装しても複数本を同時に巻装しても良い。例えば、図２に示すように、１２本の巻線を同時に巻装することができる。この場合は、巻枠４０の長手方向にＵ相（順方向Ｕ１）、Ｕ相（順方向Ｕ２）、Ｗ相（逆方向Ｗ１）、Ｗ相（逆方向Ｗ２）、Ｖ相（順方向Ｖ１）、Ｖ相（順方向Ｖ２）、Ｕ相（逆方向Ｕ１）、Ｕ相（逆方向Ｕ２）、Ｗ相（順方向Ｗ１）、Ｗ相（順方向Ｗ２）、Ｖ相（逆方向Ｖ１）、Ｖ相（逆方向Ｖ２）の順に相コイルが形成される。ここで、順方向とは、相端子側から視て離れる方向へ巻装されるコイル導体３０を言い、コイルユニット１ａと呼称する。また、逆方向とは、相端子側に近づく方向へ巻装されるコイル導体３０を言い、コイルユニット１ｂと呼称する。本実施形態では、同相のコイル辺部１０、１０が巻枠４０の長手方向に２本隣接しており、巻枠４０の厚さ方向に対向するコイル辺部１０、１０と併せて、同相コイルの巻線単位は４本からなる。同相のコイル辺部１０、１０、１０、１０は、回転電機の駆動時に流れる電流方向が一致するようにコイル端部２０によって接続され、１２本の巻線単位からなる３相回転電機を構成することができる。コイル導体３０の接続順序及びコイルエンド部の詳細は後述する。

（加圧成形工程）
加圧成形工程は、巻枠４０の厚さ方向に隣接するコイル辺部１０、１０を密着させて加圧成形してシート状コイル３１を形成する工程である。図５（ａ）は、シート状コイル３１の平面図であり、同図（ｂ）は、シート状コイル３１の正面図である。まず、巻装されたコイル導体３０を巻枠４０から取り外す。巻枠４０の本体部４１を支持した状態で、側枠部４２、４２をそれぞれ軸線Ｉ−Ｉ’と平行に移動させることにより、本体部４１から側枠部４２、４２を取り外すことができる。そして、本体部４１をコイル導体３０から取り外す。このとき、巻枠４０の厚さ方向に隣接するコイル辺部１０、１０の隣接状態を保持するために、例えば、くし状治具を用いることができる。くし状治具の凸部間ピッチを巻線ピッチＳと同一ピッチにすることにより、くし状治具の各凹部に巻枠４０の厚さ方向に隣接するコイル辺部１０、１０を挿入して、その隣接状態を保持することができる。

本工程では、コイル辺部１０、１０を加圧成形するために図示しない加圧成形治具を用いる。加圧成形治具は、巻枠４０の巻装部４１１と略同一形状の一対の加圧部を有している。一対の加圧部によって巻枠４０の厚さ方向からコイル辺部１０、１０を狭持して、巻枠４０の厚さ方向に加圧成形する。これにより、巻枠４０の厚さ方向に隣接するコイル辺部１０、１０は、巻枠４０の長手方向（軸線Ｉ−Ｉ’方向）に２層に亘って１巻線ピッチずつ離間された状態で整列する。コイルエンド部を後述するように接続すると、シート状コイル３１が形成される。なお、加圧成形の際に巻線が損傷する場合を考慮して、加圧成形後に補修用樹脂コーティング等を施しても良い。

（巻取り工程）
巻取り工程は、巻取り治具５０の巻芯５１にシート状コイル３１を螺旋状に巻取る工程である。図６は、巻取り治具５０によってシート状コイル３１が巻取られた状態を示す斜視図である。本工程は、シート状コイル３１のコイル辺部１０方向とステータ６０の軸方向Ｚとを一致させて、シート状コイル３１を螺旋状に巻取る。

図４に示すように、シート状コイル３１が螺旋状に巻取られるときに、コイル辺部１０方向がステータ６０の軸方向Ｚと一致するように、巻枠４０のガイド４３の傾斜角θが設定されている。また、図６に示すように、巻取り治具５０の巻芯５１の軸芯方向は、ステータ６０の軸方向Ｚと一致している。そのため、シート状コイル３１を軸線Ｉ−Ｉ’に対して角度θ傾斜させた状態で、巻芯５１にシート状コイル３１を巻取ることにより、シート状コイル３１のコイル辺部１０方向とステータ６０の軸方向Ｚとを一致させてシート状コイル３１を螺旋状に巻取ることができる。なお、巻取り治具５０の巻芯５１に軸芯方向に延びる螺旋状の巻取りガイド５１１を設けることができる。巻取りガイド５１１のピッチは、巻取りピッチと同一ピッチで設けられ、巻線ピッチＳと同一にすると良い。これにより、シート状コイル３１を軸線Ｉ−Ｉ’に対して角度θ傾斜させた状態で、巻芯５１にシート状コイル３１を巻取ることが容易になる。

本実施形態では、シート状コイル３１は、ステータコア６１の周方向Ｘに４周分、引回すことが可能である。ここで、スロット６２の最外周に配されるシート状コイル３１を第１シート状コイル３Ｌ１と呼称する。第１シート状コイル３Ｌ１の内周側に配されるシート状コイル３１を第２シート状コイル３Ｌ２と呼称する。第２シート状コイル３Ｌ２の内周側に配されるシート状コイル３１を第３シート状コイル３Ｌ３と呼称する。そして、第３シート状コイル３Ｌ３の内周側であり、スロット６２の最内周に配されるシート状コイル３１を第４シート状コイル３Ｌ４と呼称する。図６は、シート状コイル３１をコイル始端部３１Ｓから巻取り始めて、シート状コイル３１がコイル終端部３１Ｅまで巻取られた状態を示している。そのため、コイル始端部３１Ｓ側から第１シート状コイル３Ｌ１、第２シート状コイル３Ｌ２、第３シート状コイル３Ｌ３、第４シート状コイル３Ｌ４の順にシート状コイル３１が巻芯５１に巻取られる。なお、同図に示すように、シート状コイル３１は、巻芯５１の軸芯方向にギャップ１Ｇを設けて螺旋状に巻取られる。ギャップ１Ｇを設けることにより、周回が異なるシート状コイル３１のコイル端部２０が積み重なることを防止することができる。そのため、後述するスロット装着工程において、コイル辺部１０を支障なくスロット６２に挿入することができる。

本実施形態では、軸線Ｉ−Ｉ’に対して傾斜するガイド４３に沿ってコイル導体３０を巻装して、コイル辺部１０方向とステータの軸方向Ｚとを一致させてシート状コイル３１を螺旋状に巻取るので、巻取り治具５０の巻芯５１にシート状コイル３１が積み重なることなく、螺旋進行方向のコイル辺部１０間ピッチを均一にしてシート状コイル３１を巻取ることができる。そのため、シート状コイル３１の巻取り工程において、シート状コイル３１に過剰な張力を付与しないので、シート状コイル３１の変形を抑制することができる。したがって、シート状コイル３１の変形によるコイル形成不良や絶縁劣化を防止することができる。

（スロット装着工程）
スロット装着工程は、巻取り治具５０の巻芯５１をステータ６０の周方向Ｘに回転させながらステータコア６１の内径部６３に移動させて、螺旋状に巻取られたシート状コイル３１のコイル辺部１０をスロット６２に挿入する工程である。図７は、図６に示すステータコア６１部分の拡大図であり、シート状コイル３１をスロット６２に挿入する状態を示す斜視図である。同図は、巻取り治具５０の巻芯５１が１巻線ピッチ分移動する毎にシート状コイル３１のコイル辺部１０を１個ずつステータ６０の径方向Ｙに押し出して、スロット６２に挿入する様子を示している。図８は、巻取り治具５０の断面を模式的に示す模式図である。

巻取り治具５０は、円筒状の巻芯５１の内周側に巻芯５１を軸支する支持部５２を有している。支持部５２の内周側には、ボールねじ等で構成される送り機構５３が巻芯５１と同軸に軸支されており、送り機構５３は、減速機５４を介してサーボモータ５５に連結されている。減速機５４の出力側には、巻芯５１の軸芯方向端部が接続され、サーボモータ５５が回転することにより、巻芯５１は、３６０°／Ｓ（Ｓは巻線ピッチ。以下、同じ。）の回転角ずつ、ステータ６０の周方向Ｘに回転することができる。また、巻芯５１は、ラック・ピニオン機構５６を有しており、ピニオン歯車にはサーボモータ５７が連結されている。サーボモータ５７の回転に連動してピニオン歯車が回転し、ラックによって回転運動が直線運動に変換されて巻芯５１はステータ６０の軸方向Ｚに移動することができる。これらにより、巻取り治具５０は、巻芯５１をステータ６０の周方向Ｘに回転させながらステータコア６１の内径部６３に移動させることができる。巻芯５１は、ステータ６０の周方向Ｘに３６０°／Ｓ回転する毎に、ステータ６０の軸方向ＺにＳ／ｔａｎθ移動することができる。なお、ステータコア６１の内径部６３とは、図示しないロータが収容される部分をいう。

送り機構５３には、カム機構５８を介して押し出し機構５９が設けられている。サーボモータ５５の回転により送り機構５３の図示しない被駆動部がステータ６０の軸方向Ｚに移動する。このとき、被駆動部に設けられる突出部５８１が押し出し機構５９に対して傾動することにより、押し出し機構５９の押し出し部５９１をステータ６０の径方向Ｙに押し出すことができる。押し出し部５９１は、スロット６２の周方向Ｘ長よりやや幅狭になっており、押し出し部５９１の高さ５９ｈは、スロット６２の軸方向Ｚ長と略同一になっている。押し出し部５９１をステータ６０の径方向Ｙに押し出すことにより、シート状コイル３１のコイル辺部１０をステータ６０の径方向Ｙに押し出すことができ、コイル辺部１０をスロット６２に挿入することができる。

図８は、押し出し部５９１がコイル辺部１０を押し出した直後の状態を示している。このとき、突出部５８１は、最も下降位置にあり、押し出し部５９１は、巻芯５１の外周面から距離５Ｌ１まで押し出されている。一方、押し出し機構５９が非作動状態では、突出部５８１は非作動位置５８０にあり、押し出し部５９１は、巻芯５１の外周面と略同一面上にある。なお、スロット６２に配されるシート状コイル３１の周回によって、押し出し部５９１が巻芯５１の外周面から押し出される距離を変更することもできる。例えば、スロット６２の最内周に配される第４シート状コイル３Ｌ４を押し出すときは、突出部５８１を調整位置５８２まで傾動させて、押し出し部５９１を巻芯５１の外周面から距離５Ｌ２まで押し出すことができる。これにより、スロット６２の開口部から第４シート状コイル３Ｌ４までの距離を調整することができる。

図９は、押し出し機構５９の押し出し部５９１、シート状コイル３１及びスロット６２の位置関係を示すステータ６０の軸方向Ｚの部分断面図である。本工程では、巻芯５１をステータ６０の周方向Ｘに３６０°／Ｓ回転させる毎に、巻芯５１をステータ６０の軸方向ＺにＳ／ｔａｎθ移動させる。そして、シート状コイル３１のコイル辺部１０をスロット６２の開口部に対向させて、押し出し部５９１によってコイル辺部１０を押し出す。コイル辺部１０が押し出されると、巻芯５１を同様に回転及び移動させて、押し出し部５９１を非作動状態まで復帰させながら、周方向Ｘに隣接するコイル辺部１０を次のスロット６２の開口部に対向させる。そして、押し出し部５９１によってコイル辺部１０を押し出す。これを繰り返すことにより、巻芯５１が１回転して、スロット６２の最外周に配される第１シート状コイル３Ｌ１がスロット６２に挿入される。

同様にして、巻芯５１がさらに１回転すると、第１シート状コイル３Ｌ１の内周側に配される第２シート状コイル３Ｌ２がスロット６２に挿入される。このとき、第１シート状コイル３Ｌ１は、第２シート状コイル３Ｌ２によってステータ６０の径方向Ｙに押し出される。巻芯５１がさらに１回転すると、第２シート状コイル３Ｌ２の内周側に配される第３シート状コイル３Ｌ３がスロット６２に挿入される。このとき、第１シート状コイル３Ｌ１及び第２シート状コイル３Ｌ２は、第３シート状コイル３Ｌ３によってステータ６０の径方向Ｙに押し出される。巻芯５１がさらに１回転すると、スロット６２の最内周に配される第４シート状コイル３Ｌ４がスロット６２に挿入される。このとき、第１シート状コイル３Ｌ１、第２シート状コイル３Ｌ２及び第３シート状コイル３Ｌ３は、第４シート状コイル３Ｌ４によってステータ６０の径方向Ｙに押し出される。このようにして、第１シート状コイル３Ｌ１〜第４シート状コイル３Ｌ４は、スロット６２内の所定位置に配される。図１０は、シート状コイル３１がスロット６２に装着された状態を示すステータ６０の軸方向Ｚの平面図である。同図は、ステータコア６１の４周分のシート状コイル３１がスロット６２に装着された状態を示している。

本実施形態では、巻取り治具５０の巻芯５１が１巻線ピッチ分移動する毎にシート状コイル３１のコイル辺部１０を１個ずつスロット６２に挿入するので、スロット６２に装着する周回に合わせてコイル辺部１０の押力を調整することができる。そのため、シート状コイル３１をスロット６２に挿入する際に必要な最低限の押力によって、シート状コイル３１をスロット６２に押し出すことができ、スロット装着工程におけるシート状コイル３１の変形を抑制することができる。また、本実施形態では、巻取り治具５０の巻芯５１をステータ６０の周方向Ｘに回転させながらステータコア６１の内径部６３に移動させて、螺旋状に巻取られたシート状コイル３１のコイル辺部１０をスロット６２に挿入するので、シート状コイル３１の巻上げ周回数を増やすことにより、スロット６２内のコイル導体数を増加させて回転電機の出力を向上させることができる。

（シート状コイルのコイルエンド部）
次に、シート状コイル３１のコイルエンド部の構成例を示す。図１１は、シート状コイル３１の端部構成の一例を示す模式図である。同図は、シート厚さ方向視におけるシート両端部の巻線の接続状態を示している。（ａ）〜（ｃ）は、順にＵ相〜Ｗ相の１相分の接続状態を示しており、（ｄ）は、３相分の接続状態を示している。本実施形態では、Ｘ１相（ＸはＵ、Ｖ、Ｗのいずれか。以下同じ。）のコイルユニット１ａと、Ｘ２相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｘ１が形成される。また、Ｘ２相のコイルユニット１ａと、Ｘ１相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｘ２が形成される。相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２は並列接続されて、相コイル６Ｘが形成される。

同図では、コイルユニット１ａを実線で示し、コイルユニット１ｂを破線で示している。図中の丸数字は、相端子５ＴＸから中性点５Ｎまでの巻線の接続順を示している。相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２は並列接続されているので、説明の便宜上、相単位コイル５Ｘ１の巻線の接続順を１番から始まる丸数字で示し、相単位コイル５Ｘ２の巻線の接続順を１００番から始まる丸数字で示している。以下、同図（ａ）に基づいてＵ相を例に説明するが、Ｖ相及びＷ相についても同様である。

Ｕ１相のコイルユニット１ａと、Ｕ２相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｕ１が形成されている。Ｕ１相のコイルユニット１ａは、Ｕ相端子５ＴＵを起点にして紙面右方向に巻装されている（丸数字１〜５）。Ｕ１相のコイルユニット１ａは、シート端部の接続点５ＪＵ１において、Ｕ２相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ２相のコイルユニット１ｂは、接続点５ＪＵ１で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（丸数字６〜１１）、中性点５Ｎに接続されている。なお、Ｕ２相のコイルユニット１ａ、１ｂは、Ｕ１相のコイルユニット１ａ、１ｂに対して可動子磁極の移動方向（紙面右方向）に１巻線ピッチ分、離間しており、コイルユニット１ａ、１ｂは、シート厚さ方向に対をなしている。

Ｕ２相のコイルユニット１ａと、Ｕ１相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｕ２が形成されている。Ｕ２相のコイルユニット１ａは、Ｕ相端子５ＴＵを起点にして紙面右方向に巻装されている（丸数字１００〜１０４）。Ｕ２相のコイルユニット１ａは、シート端部の接続点５ＪＵ２において、Ｕ１相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ１相のコイルユニット１ｂは、接続点５ＪＵ２で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（丸数字１０５〜１１０）、シート端部の接続点５ＪＵ３において、Ｕ２相のコイルユニット１ｂと接続されて中性点５Ｎに接続されている。なお、接続点５ＪＵ３における接続を行わないで、そのまま中性点５Ｎまで配策して、３相分すべてを中性点５Ｎで接合処理しても良い。

シート状コイル３１をスロット６２に装着後は、相端子５ＴＸおける接合、引き出し処理、中性点５Ｎにおける接合及びシート端部の接続点５ＪＸ１、５ＪＸ２における巻線の接合を行う。３相分の接合後に接合部を絶縁処理して、ワニスの含浸、樹脂モールド等によって巻線をステータコア６１に固定する。なお、スロット６２とシート状コイル３１の間は、絶縁材によって絶縁するのが好ましい。また、クサビ等をステータコア６１に備えることにより、シート状コイル３１がスロット６２から脱落することを防止することができる。

本実施形態では、コイル辺部１０、１０がつなぎ替えられるシート端部を除いて、全節巻の波巻き構成となるように巻装されているので、全節巻部分のコイル端部２０の高さを均一にすることができる。また、シート端部において、コイル辺部１０、１０のつなぎ替えを行うことができるので、コイル製作が容易であり、作業性が向上する。さらに、コイル辺部１０、１０をつなぎ替える同相のコイル端部２０がシート厚さ方向に積み重ならないので、コイル辺部１０、１０のつなぎ替えを行うコイル端部２０をコンパクトにすることができる。

（変形形態）
巻枠４０のガイド４３は、例えば、巻枠４０の短手方向に延びるガイドピンを用いることができる。この場合、ガイドピンは、側枠部４２、４２にそれぞれ設けられ、側枠部４２、４２間で対をなす。一対のガイドピンは、ガイドピンの基端部同士を結んだ直線が巻枠４０の軸線Ｉ−Ｉ’に対して傾斜角θで傾斜するように配される。軸線Ｉ−Ｉ’方向に隣接するガイドピンのピッチは、コイル辺部１０がスロット６２に装着される際の巻線ピッチＳと同一ピッチに設定される。

押し出し機構５９の押し出し部５９１は、ステータコア６１の周方向Ｘに複数個設けることもできる。これにより、複数個のコイル辺部１０を同時に各スロット６２に挿入することができる。この場合は、コイル辺部１０がステータコア６１から突出した状態でスロット６２に挿入されるので、コイル辺部１０をステータ６０の軸方向Ｚに適宜、移動させる必要がある。なお、押し出し機構５９は、螺旋状に巻取られたシート状コイル３１のコイル辺部１０をスロット６２に挿入することができれば、その構成は限定されない。例えば、押し出し機構５９は、押し出し部５９１に対してエアー等を吐出して、押し出し部５９１をスロット６２に押し出しても良い。

同相のコイル辺部１０の種類数は、２（Ｘ１相、Ｘ２相）に限定されるものではなく、３以上（Ｘ１相、Ｘ２相、Ｘ３相、．．．、Ｘｍ相。但し、ｍは自然数。）とすることもできる。また、シート状コイル３１のコイルエンド部は、相端子側から視て離れる方向へ巻装されるコイルユニット１ａと、相端子側に近づく方向へ巻装されるコイルユニット１ｂと、を一体に形成して、巻線を引回すこともできる。この場合は、シート端部の接続点５ＪＸ１、５ＪＸ２における巻線の接合が不要になる。なお、回転電機は、Ｙ結線に限定されるものではなく、Δ結線とすることもできる。また、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２を直列接続して、相コイル６Ｘを形成することもできる。

（２）第２実施形態
本実施形態は、第１実施形態と比べて巻装工程が異なる。図１２は、巻枠４０ａの正面図である。図１３は、図１２の巻枠４０ａの一部にコイル導体３０が巻装された状態を示す正面図である。図１４は、ステータ６０の径方向Ｙの部分断面図である。図１４は、図１０に示すII−II’部分の断面図に相当する。本実施形態で用いる巻枠４０ａは、第１実施形態で用いる巻枠４０と比べて、側枠部４２ａ、４２ａに特徴がある。なお、本実施形態で用いる本体部４１ａは、ガイド４３の傾斜角がθ’となっているが、第１実施形態で用いる本体部４１と同様に、ガイド４３の傾斜角をθとすることもできる。

図１２に示すように、側枠部４２ａは、長手方向に順に、第１巻部４２１、第１徐変部４２２、第２巻部４２３、第２徐変部４２４、第３巻部４２５、第３徐変部４２６及び第４巻部４２７を有している。第１巻部４２１は、スロット６２の最外周に配される第１シート状コイル３Ｌ１に相当するコイル導体３０が巻装される部分であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ１である。第２巻部４２３は、第２シート状コイル３Ｌ２に相当するコイル導体３０が巻装される部分であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ２である。第１徐変部４２２は、第１シート状コイル３Ｌ１に相当するコイル導体３０と、第２シート状コイル３Ｌ２に相当するコイル導体３０と、の間の第１シート乗り上げ部１Ｔ１であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ１から４Ｌ２へ徐々に短くなっている。

第３巻部４２５は、第３シート状コイル３Ｌ３に相当するコイル導体３０が巻装される部分であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ３である。第２徐変部４２４は、第２シート状コイル３Ｌ２に相当するコイル導体３０と、第３シート状コイル３Ｌ３に相当するコイル導体３０と、の間の第２シート乗り上げ部１Ｔ２であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ２から４Ｌ３へ徐々に短くなっている。第４巻部４２７は、スロット６２の最内周に配される第４シート状コイル３Ｌ４に相当するコイル導体３０が巻装される部分であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ４である。第３徐変部４２６は、第３シート状コイル３Ｌ３に相当するコイル導体３０と、第４シート状コイル３Ｌ４に相当するコイル導体３０と、の間の第３シート乗り上げ部１Ｔ３であり、巻枠４０ａの傾斜方向の長さは４Ｌ３から４Ｌ４へ徐々に短くなっている。なお、第１シート乗り上げ部１Ｔ１〜第３シート乗り上げ部１Ｔ３は、図１０において破線で囲まれる領域である。

巻枠４０の軸線Ｉ−Ｉ’に対する傾斜角はθ’であるので、巻枠４０ａの短手方向の高さ（以下、単に巻枠４０ａの高さという。）は、例えば第１巻部４２１の場合は、４Ｌ１×ｓｉｎθ’となる。第２巻部４２３、第３巻部４２５及び第４巻部４２７についても同様であり、巻枠４０ａの高さは、４Ｌ２×ｓｉｎθ’、４Ｌ３×ｓｉｎθ’、４Ｌ４×ｓｉｎθ’となる。本実施形態では、シート状コイル３１をスロット６２に装着後において、第１シート状コイル３Ｌ１〜第４シート状コイル３Ｌ４の各コイル端部２０の高さ２０ｈが均一になるように、第１巻部４２１〜第４巻部４２７における巻枠４０ａの高さが設定されている。

本実施形態における巻装工程は、ステータコア６１の１周分毎に巻枠４０ａの高さを変えてコイル導体３０を巻装する。コイル導体３０は、１周目（スロット６２の最外周に配される第１シート状コイル３Ｌ１に相当）、２周目（第２シート状コイル３Ｌ２に相当）、３周目（第３シート状コイル３Ｌ３に相当）、４周目（スロット６２の最内周に配される第４シート状コイル３Ｌ４に相当）になるにつれて、必要なコイル導体長は短くなる。本実施形態では、ステータコア６１の１周分毎に巻枠４０ａの高さを変えてコイル導体３０を巻装するので、スロット６２に装着する周回毎に必要なコイル導体長で巻装することができ、コイル端部２０の高さ２０ｈを必要最低限の高さにすることができる。そのため、巻線抵抗の増加を抑え、銅損の低減を図ることができる。また、図１４に示すように、コイル端部２０の高さ２０ｈを必要最低限の高さで均一にすることができるので、回転電機の体格を小型化することができる。

（３）その他
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。また、本発明は、波巻き巻装方式の種々の回転電機に用いることができ、例えば、車両用電動機や家庭用電器に用いられる電動機あるいは一般的な産業用機械を駆動する電動機に用いることができる。

１０：コイル辺部
２０：コイル端部
３０：コイル導体 ３１：シート状コイル
４０：巻枠 ４３：ガイド
５０：巻取り治具 ５１：巻芯
６０：ステータ ６１：ステータコア ６２：スロット ６３：内径部

Claims (3)

1. ステータコアの各スロットに交互に挿通されるコイル辺部と、前記コイル辺部と一体に形成されて前記コイル辺部の同一側端部を接続するコイル端部と、を有するコイル導体を波巻き構成となるように巻装して前記各スロットに装着する回転電機のステータの製造方法であって、
   軸線に対して傾斜するガイドが設けられた巻枠に前記ガイドに沿って前記コイル導体を巻装する巻装工程と、
   前記巻枠の厚さ方向に隣接する前記コイル辺部を密着させて加圧成形してシート状コイルを形成する加圧成形工程と、
   前記シート状コイルのコイル辺部方向と前記ステータの軸方向とを一致させて巻取り治具の巻芯に前記シート状コイルを螺旋状に巻取る巻取り工程と、
   前記巻取り治具の前記巻芯を前記ステータの周方向に回転させながら前記ステータコアの内径部に移動させて、螺旋状に巻取られた前記シート状コイルの前記コイル辺部を前記スロットに挿入するスロット装着工程と、
   を有することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
2. 前記スロット装着工程は、前記巻取り治具の前記巻芯が１巻線ピッチ分移動する毎に前記シート状コイルの前記コイル辺部を１個ずつ前記スロットに挿入する請求項１に記載の回転電機のステータの製造方法。
3. 前記巻装工程は、前記ステータコアの１周分毎に前記巻枠の高さを変えて前記コイル導体を巻装する請求項１又は２に記載の回転電機のステータの製造方法。

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