JP5935587B2 - マルチギャップ型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車においてエンジンと変速機との間に配設されるエンジン直結型モータや、洗濯機などの家電用機器のように、限られたスペースで特に偏平構造が求められる分野では、高トルクを出す方法として、磁気ギャップを径方向に多重にしたマルチギャップ型回転電機に関する。

従来では、作業性の向上を図りつつ、偏平構造とステータの高い軸心精度を確保し得ることを目的とするマルチギャップ型回転電機に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。このマルチギャップ型回転電機は、外側スロット、中間スロットおよび内側スロットに収容されるスロット収容部を有する複数の導体線がステータコアの周方向に周回するようにしてステータコアに巻装されたステータコイルを備える。

上記マルチギャップ型回転電機は、２ステータ・１ロータタイプのものである。ステータコアに巻装される多相（３相）ステータコイルは、外側コアと連結コアと内側コアが一体となった一つのステータコアに対して巻装しており作業性の向上を図ることができる。また、多相ステータコイルは、外側スロット、中間スロットおよび内側スロットに収容されるスロット収容部を有する複数の多相巻線組の導体線がステータコアの周方向に周回するようにしてステータコアに巻装されているので、多相ステータコイルの組数を一つに削減できている。

特開２０１２−０８０６９２号公報

しかしながら、一本の連続したコイル材（導体線）で巻装すれば、その巻線は内外のステータを渡りかつ周回する構造となるため、非常に複雑となり生産し難いという問題点がある。この解決策として、Ｕ字形などに短く成形した複数の導体線をスロットに挿入した後に、亀甲状に曲げて溶接する方法が考えられる。ところが、Ｕ字形などに成形したコイル材の端部が軸方向に非常に高くなって溶接部の高さが増加するため、軸方向の全長が長くなってしまう。したがって、体格も大きくなるという問題点がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、軸方向の全長を短くして体格を小さく抑えられるマルチギャップ型回転電機を提供することを第１目的とする。電気的な接続を行う際に、平角導体線を覆う絶縁被膜の劣化を抑えられるマルチギャップ型回転電機を提供することを第２目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、回転軸に固定したディスク部にその一端が固定された円筒状のロータと、前記ロータにかかるロータコアの少なくとも外径側と内径側とに磁気的ギャップを介して配置される内外一対のステータとを備え、前記一対のステータの各ステータコアにそれぞれ平角導体線が備えられたマルチギャップ型回転電機において、内外の前記ステータコアに備えられたそれぞれの前記平角導体線は、あらかじめＵ字形に成形されたものであって、前記ディスク部側から挿通によって前記内外一対のステータに成形されたスロットに収容されており、前記ディスク部側とは反対側の空間において内外の前記平角導体線が電気的に接続されていることを特徴とする。

ディスク部側にはロータコアが存在するので、平角導体線を電気的に接続するには込み入った場所になる。この構成によれば、ディスク部側とは反対側の空間において内外の平角導体線を電気的に接続するので、軸方向の全長を短くして、マルチギャップ型回転電機の体格を小さく抑えることができる。

第２の発明は、一方または双方の前記平角導体線は、前記溶加材の一部または全部を収容する収容部を有することを特徴とする。この構成によれば、平角導体線に収容部を構成したので溶加材が安定して収容され、また溶加材が溶ける構造にしている。よって、電気的に接続すべき平角導体線が過熱することがなく、平角導体線を覆う被膜の熱劣化を抑制することができる。

なお「回転軸」は、ディスク部と一体成形してもよく、別体に成形して固定してもよい。「円筒状」は円環状を含み、一のロータコアで成形してもよく、複数の部分ロータコアで構成してもよい。「平角導体線」は、長手方向（延伸方向）と直交する断面の形状が長方形に成形される導体線であり、導電性を示せば材料・材質等を問わない。「ディスク部側とは反対側の空間」は、ディスク部側からロータコアを隔てた反対側の空間であって、軸方向空間および径方向空間のうちで一方または双方を含む。「挿通」は、孔などの通路（下記のスロットに相当）に挿し通すことを意味する。「収容部」は、溶加材の一部または全部を収容できれば任意である。例えば段差，凹部，切欠き等が該当する。平角導体線の「接合」は、溶接，ろう接，圧着，かしめ等を含む。「溶加材」は、ＪＩＳ規格（JIS Z 3001）に定義されている「溶接（ブレーズ溶接、ろう接及びサーフェシングを含む。）中に付加される金属（材料）」である。

マルチギャップ型回転電機の第１構成例を示す軸方向断面図である。 ステータとロータが組み付けられた状態を示す斜視図である。 ステータコアとロータが組み付けられた状態を示す斜視図である。 平角導体線の端部の第１接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 図４に示す矢印Ｖ方向から見たステータコイルの側面図である。 平角導体線の成形例を示す図である。 図６に示すVII−VII線の断面図である。 複数の平角導体線を接続した後の状態例を模式的に示す斜視図である。 平角導体線の端部の第２接続例を部分的に拡大して示す斜視図である。 平角導体線の端部の第３接続例を示す斜視図である。 平角導体線の端部の第４接続例を示す斜視図である。 平角導体線の端部の第５接続例を示す斜視図である。 平角導体線の端部の第６接続例を示す斜視図である。 平角導体線の端部の第７接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 平角導体線の端部の第１接合例を示す図である。 平角導体線の端部の第２接合例を示す図である。 平角導体線の端部の第３接合例を示す図である。 平角導体線の端部の第４接合例を示す図である。 平角導体線の端部の第８接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 図１９に示す矢印XX方向から見た側面図である。 第８接続例にかかる接続状態を示す側面図である。 平角導体線の端部の第９接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 平角導体線の端部の第１０接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 図２３に示す矢印XXIV方向から見た側面図である。 第１０接続例にかかる接続状態を示す側面図である。 平角導体線の端部の第１１接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 平角導体線の端部の第１２接続例を部分的に拡大して示す側面図である。 図２７に示す矢印XXVIII方向から見た側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。以下では、簡素化のために「マルチギャップ型回転電機」を単に「回転電機」と呼ぶことにする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は、ディスク部側とは反対側の空間内のうち、軸方向にロータコアから遠い位置で平角導体線を接続する例であって、図１〜図１３を参照しながら説明する。図１に示す回転電機２０は、エンジン直結型であり、パラレル方式のハイブリッド車両における内燃機関（エンジン１０）と変速機３０との間に配置される。

回転電機２０は、ハウジング２１，ステータ２２，ロータ２５等を有する。ステータ２２は、ステータコア２３やステータコイル２４等を有する。ロータ２５は、ロータコア２５ａやディスク部２５ｂなどを有する。

ハウジング２１は円筒状（円環状を含む。以下同じである。）に成形され、フレーム１１とディスク部２５ｂとの間に固定される。固定は任意であり、着脱可能な固定と着脱不能な固定のいずれでもよく、直接的な固定と間接的な固定のいずれでもよい。通常は締結部材（例えばボルトやネジ等）を用いる締結を行うが、ろう接や溶接等を行う接合や、接着剤を用いる接着などでもよい。以下では特に明示しない限り、この意味で「固定」を用いる。

ステータ２２やロータ２５等は、ハウジング２１の内部（内側）に備える。ステータ２２は、ステータコア２３やステータコイル２４などを有する。ステータコア２３は、ハウジング２１の内面に対して直接的または間接的に固定される。ステータコア２３は、外径側コア２３ａ，内径側コア２３ｂ，連結コア２３ｃなどを有する。外径側コア２３ａはロータコア２５ａの外径側に配置され、内径側コア２３ｂはロータコア２５ａの内径側に配置される。連結コア２３ｃは、外径側コア２３ａと内径側コア２３ｂとを連結する。ステータコイル２４は、外径側コイル２４ａ，内径側コイル２４ｂなどを有する。各コイルには、長手方向（延伸方向）と直交する断面の形状が長方形（正方形を含む）に成形される平角導体線を用いる。

ロータ２５は、ロータコア２５ａやディスク部２５ｂなどを有する。ロータコア２５ａは円筒状に構成され、ディスク部２５ｂの外周端部に固定される。ディスク部２５ｂは円盤状に成形され、シャフトハブ１５に固定される。この構成によれば、ロータ２５はクランクシャフト１４と一体に回転する。クランクシャフト１４は「回転軸」に相当する。

上述した回転電機２０において、ステータコア２３とロータ２５（具体的にはロータコア２５ａ）との配置関係を図２と図３に斜視図で示す。図２に示すように、外径側コア２３ａと内径側コア２３ｂとの間にロータコア２５ａを配置する。外径側コア２３ａは、ロータコア２５ａと対向する内周面に外径側スロット２３ｄが成形される。内径側コア２３ｂは、ロータコア２５ａと対向する外周面に内径側スロット２３ｅが成形される。外径側スロット２３ｄの数と内径側スロット２３ｅの数は、ロータコア２５ａの磁極数と、相数とに応じて設定される。例えばロータコア２５ａの磁極数をＮ（Ｎは正の整数）とし、相数をＰ（Ｐは正の整数）とすると、Ｎ×Ｐ×２になる。

本例のロータコア２５ａは、一方端をＮ極に磁化するとともに他方端をＳ極に磁化した複数の磁性体で構成し、隣り合う磁性体の磁極が同じ極となるように配置する。なお、外径側コア２３ａとロータコア２５ａとの間には磁気的ギャップＧが介在し、外径側コア２３ａと内径側コア２３ｂとの間にも磁気的ギャップＧが介在する（図４を参照）。

外径側スロット２３ｄや内径側スロット２３ｅは複数のコイルを収容可能に成形される。複数のコイルは、単相でもよく、複数相（例えば３相や６相等）でもよい。外径側スロット２３ｄには外径側コイル２４ａを収容する。内径側スロット２３ｅには内径側コイル２４ｂを収容する。これらの外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとを後述する接続を行うと、図４に示す状態になる。図４では、全体で複数相（例えば３相）となるように接続する。例えば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相となるように各相ごとに１本状に接続する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の６相で接続した後、Ｕ相とＸ相を接続し、Ｖ相とＹ相を接続し、Ｗ相とＺ相を接続してもよい。６相のままでもよく、単相に接続してもよい。

次に内外の平角導体線を電気的に接続する形態、すなわち外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとを接続する巻線構造について説明する。図４に示すように、まず外径側スロット２３ｄに外径側コイル２４ａを軸方向（矢印Ｄ１方向）に挿通し、内径側スロット２３ｅに内径側コイル２４ｂを軸方向に挿通する。挿通するときの外径側コイル２４ａおよび内径側コイル２４ｂは、例えば図６および図７に示す形状で成形される。図６では、上側に平面図を示し、下側に側面図を示す。各コイルは、曲折部２４ｆと線状部２４ｇとを有するＵ字形である。曲折部２４ｆの中央部では、さらに図７に示すように厚み方向にクランク状に成形される。

図４に戻り、挿通して外径側コア２３ａより突出した外径側コイル２４ａを径方向内側（図面下方向）に向けて屈曲させる。同様に、挿通して内径側コア２３ｂより突出した内径側コイル２４ｂを径方向外側（図面上方向）に向けて屈曲させる。さらに、屈曲させた外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとが対面する位置において軸方向（矢印Ｄ１方向）に立ち上げて対面させて接続する。こうして立ち上げた部位は、一点鎖線内に示す立ち上げ部２４ｃである。立ち上げ部２４ｃは、ディスク部２５ｂ側とは反対側の空間内のうち、軸方向にロータコア２５ａから遠い位置になる。

上述した曲げ加工を複数の外径側コイル２４ａおよび複数の内径側コイル２４ｂについて行う。この際、複数の外径側コイル２４ａは曲げ加工後に並行するように、曲げ加工する位置をずらす。内径側コイル２４ｂについても同様である。こうして曲げ位置をずらす部位は、一点鎖線内に示す除変部２４ｄである。

複数（本例では４）の外径側コイル２４ａおよび同数の内径側コイル２４ｂについて、図４に示す矢印Ｖ方向から見ると図５のようになる。図５において、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとを対面するように屈曲させる位置と、立ち上げ部２４ｃとの間には、レーン変更部２４ｅを設ける。レーン変更部２４ｅは、複数の外径側コイル２４ａおよび同数の内径側コイル２４ｂについて目的のコイルどうしを接続するために、長手方向で互いの相手方と寄り添う方向（図５では左右方向）に曲げてずらす。こうして目的となるコイルの端部どうしを接続する。この接続はインラインで行える。なお、端部どうしの具体的な接続形態については後述する（図９〜図１３を参照）。

図８には、全巻線にかかるごく一部分の接続例であって、３つの外径側コイル２４ａと３つの内径側コイル２４ｂとを接続して巻線状にした状態を示す。この接続例では、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとが径方向で対向しない位置（互い違いの位置）に配置され、１本の巻線状に接続される。図示しないが、外径側コイル２４ａどうしを接続したり、内径側コイル２４ｂどうしを接続したりしてもよく、１本状になればよい。

次に、内外コイルの端部どうしを接続する形態、すなわち接合例について説明する。図９〜図１２には溶加材２６を溶かして接合する例を示す。溶加材２６が溶ければ接合の種類を問わない。例えば溶接には、ガス溶接、アーク溶接、エレクトロスラグ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接などが該当する。このうちアーク溶接は、ティグ溶接（ＴＩＧ溶接）、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接）、マグ溶接（ＭＡＧ溶接）、プラズマ溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、セルフシールドアーク溶接などが該当する。ろう接には、ろう付け、ハンダ付けなどが該当する。本形態では、ＴＩＧ溶接にて不活性ガス中で酸化防止と冷却を図りながらプラズマ溶接を行う。

図９は、溶加材２６として、円柱状の銅ピンを用いて溶接を行う例である。外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂは、各端面を揃えるとき、溶加材２６を収容可能な収容部２４ｈになるように成形される。図９の収容部２４ｈは、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの厚み方向に共通する切欠き形状（凹形状）である。この収容部２４ｈに溶加材２６の一部または全部を収容し、通電することで溶加材２６を溶かして接続する。図示しないが、後述する図１１に示すＶ字状に形成してもよく、Ｕ字状等に形成してもよい。要するに、収容部２４ｈは溶加材２６を収容できればよい。

図１０は、溶加材２６として、円板状の銅ペレットを用いて溶接を行う例である。外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂは、各端面を揃えるとき、溶加材２６を収容可能な円筒状（楕円筒状を含む）の窪みである収容部２４ｈになるように形成される。この収容部２４ｈに溶加材２６を収容し、通電することで溶加材２６を溶かして接続する。図示しないが、半球状の収容部２４ｈが形成されるように各端部を成形してもよく、この場合には円板状だけでなく、球状や半球状の銅ペレットを用いることができる。

図１１は、溶加材２６として、図９と同様に円柱状の銅ピンを用いて溶接を行う例である。図９と異なるのは、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの幅方向（厚み方向とほぼ直交する方向）に共通する切欠き形状（Ｖ字状）である。この収容部２４ｈに溶加材２６の一部または全部を収容し、通電することで溶加材２６を溶かして接続する。図示しないが、図１１に示す凹形状に形成してもよく、Ｕ字状等に形成してもよい。要するに、収容部２４ｈは溶加材２６を収容できればよい。また、図９に示す厚み方向の切欠き形状と、図１１に示す幅方向の切欠き形状とを併せ持たせ、各端面を揃えると十字状の収容部２４ｈが形成されるように成形してもよい。

図１２は、溶加材２６として、図９や図１１と同様に円柱状の銅ピンを用いて溶接を行う例である。図９や図１１と異なるのは、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとの端面をずらして段差を設ける（階段状にする）点である。この段差部位が収容部２４ｈに相当し、溶加材２６を収容して（置いて）通電することで溶加材２６を溶かして接続する。図１２の例では外径側コイル２４ａが高くなるように成形しているが、内径側コイル２４ｂが高くなるように成形してもよい。

図９〜図１２では溶加材２６を用いて溶接するのに対して、図１３では溶加材２６を用いずに直接的に溶接する例である。例えば、スポット溶接、ガス溶接、テルミット溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接、プラズマアーク溶接などが該当する。図１３の例では外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとの端面をずらしているが、図９や図１０と同様に外径側コイル２４ａおよび内径側コイル２４ｂの端面を合わせてもよい。

図１に戻り、上述のように構成された回転電機２０をエンジン１０と変速機３０との間に配置する。エンジン１０は、フレーム１１，ピストン１２，ピストンロッド１３，クランクシャフト１４，シャフトハブ１５などを有する一般的な構成である。変速機３０は、ハウジング３１，クラッチ機構３２，トランスミッションシャフト３３などを有する一般的な構成である。

図１のように配置された回転電機２０は次のように作動する。エンジン１０を始動させる場合は、クラッチ機構１８をトルク伝達が遮断される状態とし、図示しないインバータから伝達される制御電力に基づいてステータ２２を励磁させる。ステータ２２の励磁に伴う回転トルクが発生するとロータ２５が回転し、さらにクランクシャフト１４が駆動されてエンジン１０を始動する。なお、クラッチ機構１８をトルク伝達が可能な状態にすれば、ロータ２５の回転トルクをトランスミッションシャフト３３にトルク伝達することができる。いずれの場合も回転電機２０は電動機として作動する。

エンジン１０が始動した後、クランクシャフト１４からトランスミッションシャフト３３にトルク伝達を行うには、クラッチ機構１８をトルク伝達が可能な状態にすればよい。エンジン１０が動力を発生しているとき、ロータ２５はクランクシャフト１４と一体に回転するので、ステータ２２（具体的には外径側コイル２４ａや内径側コイル２４ｂ）に逆起電力が発生する。車輪の回転に伴ってトランスミッションシャフト３３が回転する場合も同様である。発生した逆起電力（回生電力）は、インバータを介してバッテリに充電することができる。よって回転電機２０は発電機として作動する。

なお、エンジン１０が動力を発生しているときでも、図示しないインバータから制御電力が伝達されると回転トルクが発生するので、エンジン１０の動力をアシストすることができる。この場合の回転電機２０は電動機として作動する。

従来では、コイル端を亀甲型として高さが高いのに加えてさらにコイル寄り添い・溶接個所を形成して非常に高い寸法になっていた。これに対して、上述した回転電機２０では、従来の箇所での溶接が無くなり、かつ、立ち上げ部２４ｃや除変部２４ｄが連結コア２３ｃ内にほぼ収まることから、高さ増加分も少なくて済む（図４を参照）。したがって、図１に示す回転電機２０は軸方向長さを短く抑えてコンパクトにできる。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）回転電機２０において、内外のステータコア２３に備えられたそれぞれのステータコイル２４（外径側コイル２４ａおよび内径側コイル２４ｂ）は、あらかじめＵ字形に成形され（図６を参照）、ディスク部２５ｂ側から挿通されてスロット（外径側スロット２３ｄおよび内径側スロット２３ｅ）に収容されるとともに、ディスク部２５ｂ側とは反対側の空間ＳＰにおいて内外のステータコイル２４を接続する構成とした（図１，図４，図９〜図１３を参照）。この構成によれば、ディスク部２５ｂ側とは反対側の空間ＳＰにおいて内外のステータコイル２４を接続するので、軸方向の全長を短くして、回転電機２０の体格を小さく抑えることができる。

（２）内外のステータコア２３より突出したそれぞれのステータコイル２４は、それぞれ径方向の外側と内側とに向けて屈曲させ、かつ、屈曲させたステータコイル２４が対面する位置において軸方向に立ち上げて接続する構成とした（図４を参照）。この構成によれば、込み入った場所での接続をしなくても済む。また、対面する位置において軸方向に立ち上げる立ち上げ成形を行う必要があり、その立ち上げ部２４ｃの長さを短くできる。したがって、軸方向の全長をより確実に短くできる。

（４）ステータコイル２４は、内外いずれかのステータコア２３の軸方向端部で軸方向と交差する方向に対面させて接続する構成とした（図４を参照）。この構成によれば、軸方向に必要な長さはステータコイル２４の厚み（高さ）分で済むので、軸方向の全長をより確実に短くできる。

（５）複数のステータコイル２４は、曲げ加工後に（並列）並行するように、曲げ加工する位置をずらす構成とした（図４の除変部２４ｄを参照）。ステータコア２３の軸方向端部で屈曲させたステータコイル２４を軸方向に立ち上げるには、その立ち上げ角度への徐変のための距離を要する。この構成によれば、複数のステータコイル２４が並行するように曲げ加工する位置をずらすので、ステータコイル２４（コイル）の端面からのはみ出し量が少なくて済む。

（６）ステータコイル２４を母材とし、一方または双方のステータコイル２４に溶加材２６を置いて、溶加材２６を溶かして接続する構成とした（図９〜図１２を参照）。この構成によれば、溶加材２６が溶けて接続するので、ステータコイル２４どうしを強固に固定することができる。

（７）一方または双方のステータコイル２４は、溶加材２６の一部または全部を収容する収容部２４ｈを有する構成とした（図９〜図１２を参照）。この構成によれば、ステータコイル２４に収容部２４ｈを構成したので溶加材２６が安定して収容され、また溶加材２６が溶ける構造にしている。よって、接続すべきステータコイル２４が過熱することがなく、ステータコイル２４を覆う被膜の熱劣化を抑制することができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は、上述した実施の形態１と同様の構成において、コイルの接続形態が異なる例であって、図１４〜図２５を参照しながら説明する。なお、図示および説明を簡単にするために、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。各図において、接合した部位は、一点鎖線で囲った接続部２４ｉで示す。

図１４において、挿通した外径側コイル２４ａを径方向内側（図面左方向）に向けて屈曲させる。同様に、内径側コイル２４ｂを径方向外側（図面右方向）に向けて屈曲させる（図１９では矢印Ｄ７，Ｄ８方向）。屈曲後は、図示するように外径側コイル２４ａの端面と内径側コイル２４ｂの端面が対向する。言い換えれば、屈曲後に１本状となるように、屈曲後の長さ（図面の水平方向長さ）を外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとで予め調整する。さらに、屈曲させた外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとの端面を接続する。なお積層方向（図面の上下方向）に接合位置をずらすと、何ら絶縁措置を行わなくてもコイル間のショートを防止できる。

次に、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとの端面を接続する形態、すなわち接合例について図１５〜図２５を参照しながら説明する。なお図１５〜図１８では、上側に平面図を示し、下側に側面図を示す。また図１５〜図１７，図２０，図２２に示すコイルの端部形状の成形は、図６と図７に示すＵ字形の成形とともに行うとよい。

図１５には、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの両端部を対向（あるいは面接触）させて接合する例を示す。両端部の対向は、接合可能な間隙で端面を接近させることを意味する。外径側コイル２４ａの端部は上から見て「＜」形状に突出させて成形し、内径側コイル２４ｂの端部は上から見て「＜」形状に凹ませて成形しておく。両コイルの端部は、矢印Ｄ２ａ，Ｄ２ｂで示すように両端部を対向（あるいは面接触）させて１本状にした後、溶接して接合を行う。接合面積が増えるので、接合力が高まる。なお接合面積が増えれば、「＜」形状以外の任意形状で端部を成形してもよい。

図１６には、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの両端部を連結して接合する例を示す。外径側コイル２４ａの端部は上から見て「Ω」形状に突出させて成形し、内径側コイル２４ｂの端部を上から見て「Ω」形状に凹ませて成形しておく。両コイルの端部は、図面上下方向から嵌め合わせる。嵌め合わせた後は、図面の左右方向に抜けないので、これらのコイルの端部は「連結部」に相当する。嵌め合わせて１本状にした後、矢印Ｄ３ａ，Ｄ３ｂで示すようにかしめて接合する。なお、図面の左右方向に抜けなければ、「Ω」形状以外の任意形状で端部を成形してもよい。

図１７には、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの両端部を対向（あるいは面接触）させて接合する例を示す。外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂについて双方の端部を階段状に成形しておく。両端部は矢印Ｄ４ａ，Ｄ４ｂで示す方向（図面上下方向）に対向（あるいは面接触）させた状態で溶接するか、かしめて接合を行う。工具でかしめる場合も矢印Ｄ４ａ，Ｄ４ｂで示す方向に行う。かしめた後に溶接してもよい。なお図１７では１段の階段状に成形したが、２段以上の複数段で階段状に成形してもよい。

図１８には、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの両端部をスリーブ部材２７で接合する例を示す。一方のコイルにスリーブ部材２７を入れ、両コイルの端部を対向させてからスリーブ部材２７を移動させる。両端部をスリーブ部材２７で覆った後、工具で矢印Ｄ５ａ，Ｄ５ｂで示す方向（図面上下方向）に圧着して接合を行う。なお両端部の形状は任意であり、図６および図７のままでもよく、図１５〜図１７に示す形状に成形してもよい。両端部をスリーブ部材２７で覆う手順については後述する（図２３を参照）。

図１９〜図２１には、複数の外径側コイル２４ａと複数の内径側コイル２４ｂについて、対応するコイルの両端部の端面を対向（あるいは面接触）させて接合する例を示す。複数の外径側コイル２４ａと複数の内径側コイル２４ｂについて各端部は、上から見て「／」形状（あるいは「＼」形状）に成形しておく。図１９に示すように、外径側コイル２４ａを径方向内側（矢印Ｄ８方向）に向けて屈曲させる。同様に、内径側コイル２４ｂを径方向外側（矢印Ｄ７方向）に向けて屈曲させる。

屈曲後は、図２０に示すように対応するコイルの両端部の端面を対向（あるいは接触）させて、溶接して接合を行う。他の外径側コイル２４ａおよび内径側コイル２４ｂについても同様に行う。図１４の例と同様に、屈曲後に１本状となるように、屈曲後の長さを外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとで予め調整するとよい。図２１に示すように積層方向（図面の上下方向）に接合位置をずらすと、何ら絶縁措置を行わなくてもコイル間のショートを防止できる。なお、対応するコイルの両端部の端面が対向（あるいは接触）すれば、「／」形状以外の任意形状で端部を成形してもよい。

図２２には、図１９〜図２１と同様に、対応するコイルの両端部を面接触させて接合する例を示す。ただし、図１９〜図２１の例は突き合わせるコイルの端面どうしを面接触させるのに対して、図２２の例はコイル端部の上下面どうし（具体的には一方端部が上面で他方端部が下面）を面接触させる点で相違する。

まず図１９と同様に、外径側コイル２４ａを径方向内側に向けて屈曲させる。また、内径側コイル２４ｂを径方向外側に向けて屈曲させる。屈曲後は、図２２に示すように対応するコイルの両端部の上下面を面接触させて、溶接して接合を行う。屈曲後の長さを外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとで予め調整すると、接合位置がずれて何ら絶縁措置を行わなくてもコイル間のショートを防止できる。

なお、図２２の例ではコイル端部の上下面どうしを面接触させたが、コイル端部の側面どうしを面接触させてもよい。対面するように屈曲させるとともに、コイルの側面どうしが面接触するように上から見て少し斜め方向に曲げる必要がある。

図２３〜図２５には、図１９〜図２１に示す例と同様に対応するコイルの両端部の端面を対向（あるいは面接触）させて接合した後、スリーブ部材２７で圧着する例を示す。複数の外径側コイル２４ａと複数の内径側コイル２４ｂについて各端部は、上から見て「／」形状（あるいは「＼」形状）に成形しておく。図２３に示すように、外径側コイル２４ａを径方向内側（矢印Ｄ８方向）に向けて屈曲させる。同様に、内径側コイル２４ｂを径方向外側（矢印Ｄ７方向）に向けて屈曲させる。ただし、一方のコイル（図２３では内径側コイル２４ｂ）にはスリーブ部材２７を矢印Ｄ９のように通す。

屈曲後は、図２４に示すように対応するコイルの両端部の端面を対向（あるいは接触）させる。必要に応じて、接続部２４ｉのように溶接して接合してもよい。他の外径側コイル２４ａおよび内径側コイル２４ｂについても同様に行う。そして両端部の端面が対向する位置に、図２５に示す矢印Ｄ１０のようにスリーブ部材２７を移動させて圧着する。

スリーブ部材２７どうしが接触しないように、積層方向にスリーブ部材２７の位置をずらすと、何ら絶縁措置を行わなくてもショートを防止できる。この場合は、スリーブ部材２７の位置をずらすために、図１４の例と同様に屈曲後の長さを外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとで予め調整するとよい。スリーブ部材２７の外周面が絶縁皮膜で覆われている場合には、任意の位置で圧着してよい。なお、対応するコイルの両端部の端面が対向（あるいは接触）すれば、「／」形状以外の任意形状で端部を成形してもよい。

上述した実施の形態２によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお、コイルどうしの接続形態を除く回転電機２０の構成については実施の形態１と同様である。よって、接続形態が異なる（５），（６），（７）を除いて、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（８）ステータコイル２４は、端部をステータコイル２４の長手方向と直交する断面形状以外の断面形状で成形し、成形面（端面）どうしを対向または面接触させて接合することにより接続する構成とした（図１４〜図１８を参照）。この構成によれば、成形面どうしを対向または面接触させて接合すればよく、軸方向に必要な長さはステータコイル２４の厚み（高さ）分で済む。よって、線状を保って接続が行え、軸方向の全長をより確実に短くできる。

（９）ステータコイル２４は、端部どうしを連結可能な形状で成形し、連結した部位をかしめて接続する構成とした（図１６を参照）。この構成によれば、連結した部位をかしめればよく、軸方向に必要な長さはステータコイル２４の厚み（高さ）分で済む。よって、軸方向の全長をより確実に短くできる。

（１０）ステータコイル２４は、端部どうしをスリーブ部材２７で覆い、スリーブ部材２７を圧着して接続する構成とした（図１８を参照）。この構成によれば、スリーブ部材２７で覆ったステータコイル２４の端部を圧着すればよく、軸方向に必要な長さはステータコイル２４の厚み（高さ）分で済む。よって、軸方向の全長をより確実に短くできる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、ロータコアを基準としてディスク部側と反対側の空間内のうち、軸方向にロータコアから近い位置で平角導体線を接続する例であって、図２６を参照しながら説明する。なお、図示および説明を簡単にするために、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図２６に示す構成が図４に示す構成と異なるのは、立ち上げ部２４ｃおよび除変部２４ｄの位置である。すなわち図４ではディスク部２５ｂから軸方向に遠く、エンジン１０に近い空間ＳＰに立ち上げ部２４ｃが位置する。これに対して、図２６ではディスク部２５ｂから軸方向に近く、ロータコア２５ａに成形される凹み（凹部２５ｃ）を含む空間ＳＰに立ち上げ部２４ｃが位置する。

挿通した外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとを対面する方向に屈曲させ、屈曲後に外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとが対面する位置において軸方向に立ち上げて対面させて接続する。立ち上げ方向は、実施の形態１と逆になる。すなわち挿通を行う矢印Ｄ１方向とは逆方向（図面右方向）に行う。ロータコア２５ａに成形される凹部２５ｃによって、接合を行う空間が確保される。

接合を行う空間は実施の形態１よりも狭い空間になるので、電子ビームを飛ばして接合する電子ビーム溶接がよい。電子ビーム溶接は、ＴＩＧ溶接よりも高エネルギーで行われ、ガス流も不要である。そのため、各コイルの絶縁皮膜を傷めることもなく、高能率かつ高品質な溶接ができる。なお、図９〜図１３に示す接合を行ってもよい。

上述した実施の形態３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。なお、回転電機２０の構成については立ち上げ方向を除いて、実施の形態１と同様である。よって、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（３）ロータコア２５ａは、ディスク部２５ｂとは反対側の端面を凹ませて、当該凹み部分（凹部２５ｃ）を含む空間ＳＰにおいてステータコイル２４を接続する構成とした（図２６を参照）。ステータコイル２４の接続には、接合を行うための空間ＳＰが必要になる。この構成によれば、凹部２５ｃを含む空間ＳＰで接合を行えるので、ステータコイル２４の接続が容易に行えて作業性が向上する。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は、ディスク部側とは反対側の空間内のうち、軸方向と交差する方向に平角導体線を突出させて接続する例であって、図２７と図２８を参照しながら説明する。なお、図示および説明を簡単にするために、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図２７に示す構成が図４に示す構成と異なるのは、接続部２４ｉの位置である。すなわち図４ではディスク部２５ｂから軸方向に立ち上げる位置であるのに対して、図２７では軸方向と交差する方向（内径方向；図面下方向）に突出させた位置である。

実施の形態１とは異なり、挿通した外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂの双方を内径方向に屈曲させるだけでよい。屈曲後に複数の外径側コイル２４ａ複数の内径側コイル２４ｂが並行するように、屈曲する位置をずらすとよい。図２８に示すように、対応するコイルの端部を揃えて、図９〜図１３に示す接合や、電子ビーム溶接等の接合を行う。なお図２７，図２８の例では内径方向に屈曲させたが、外径方向（図面上方向）に屈曲させてもよい。いずれの径方向に屈曲させても接合を行うのに十分な空間を確保できる。

上述した実施の形態４によれば、回転電機２０の構成はコイルの屈曲方向を除いて、実施の形態１と同様である。よって、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、軸方向に接合のための空間ＳＰが不要になるので、ロータコア２５ａと連結コア２３ｃとの間に介在する磁気的ギャップを狭くでき、磁束も流れ易くなる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜４に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜４では、回転電機２０を電動機の機能と発電機の機能とを併せ持つ構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、電動機の機能のみを持たせる構成としてもよく、発電機の機能のみを持たせる構成としてもよい。例えば、車両に搭載される電動機や発電機が該当する。機能が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜４では、回転電機２０をエンジン１０と変速機３０との間に配置する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、スプリット方式のハイブリッド車両における動力分割機構（遊星ギア）と変速機３０との間に配置する構成としてもよい。変速機３０に代えて、ドライブシャフトを適用する構成としてもよい。車両のホイールに配置する構成としてもよく、この場合の回転軸は車軸等が相当する。配置の相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜４では、別体に成形されたクランクシャフト１４を回転軸に適用し、当該クランクシャフト１４とディスク部２５ｂとを固定する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、他の回転軸（例えば上記車軸等）とディスク部２５ｂとを固定する構成としてもよい。また、ディスク部２５ｂとクランクシャフト１４とを一体成形してもよく、ディスク部２５ｂと上記他の回転軸とを一体成形してもよい。固定か一体成形かの相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜４では、接続部２４ｉは、外径側コイル２４ａと内径側コイル２４ｂとを接続する構成とした（図４，図２６，図２７を参照）。この形態に代えて、外径側コイル２４ａどうしを接続したり、内径側コイル２４ｂどうしを接続したりする構成としてもよい。接続の相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜４では、外径側コア２３ａと内径側コア２３ｂとの間に連結コア２３ｃを介在させる構成とした（図４，図２６，図２７を参照）。この形態に代えて、連結コア２３ｃを介在させずに、外径側コア２３ａと内径側コア２３ｂのみで構成してもよい。ロータコア２５ａとの間で磁束の流れが少なくなる点を除けば、実施の形態１〜４と同様である。よって、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜４では、溶接の一種である融接（ガス溶接、アーク溶接、エレクトロスラグ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接等）を適用してコイルどうしを接続する構成とした（図９〜図１３，図１５，図２０〜図２２を参照）。この形態に代えて、溶接の一種である「圧接」を適用してコイルどうしを接続する構成としてもよい。圧接には、抵抗溶接、鍛接、摩擦圧接などが該当する。このうち抵抗溶接には、スポット溶接、プロジェクション溶接、シーム溶接、アプセット溶接、フラッシュ溶接、バットシーム溶接などが該当する。接合方法が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果を得ることができる。

２０ マルチギャップ型回転電機
２２ ステータ
２３ ステータコア
２４ ステータコイル
２５ ロータ
２５ａ ロータコア
２５ｂ ディスク部
Ｇ 磁気的ギャップ
ＳＰ 空間（ディスク部側とは反対側の空間）

Claims (10)

1. 回転軸に固定したディスク部にその一端が固定された円筒状のロータと、前記ロータにかかるロータコアの少なくとも外径側と内径側とに磁気的ギャップを介して配置される内外一対のステータとを備え、前記一対のステータの各ステータコアにそれぞれ平角導体線が備えられたマルチギャップ型回転電機において、
   内外の前記ステータコアに備えられたそれぞれの前記平角導体線は、あらかじめＵ字形に成形されたものであって、前記ディスク部側から挿通によって前記内外一対のステータに成形されたスロットに収容されており、前記ディスク部側とは反対側の空間において内外の前記平角導体線が電気的に接続されていることを特徴とするマルチギャップ型回転電機。
2. 内外の前記ステータコアより突出したそれぞれの前記平角導体線は、それぞれ径方向の外側と内側とに向けて屈曲させた前記平角導体線が対面する位置において軸方向に立ち上げた状態で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチギャップ型回転電機。
3. 前記ロータコアは、前記ディスク部とは反対側の端面を凹ませた凹み部分を含む空間において前記平角導体線が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチギャップ型回転電機。
4. 前記平角導体線は、内外いずれかの前記ステータコアの軸方向端部で軸方向と交差する方向に対面させた状態で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチギャップ型回転電機。
5. 複数の前記平角導体線は、並行するように曲げ加工する位置が軸方向および径方向にずれていることを特徴とする請求項４に記載のマルチギャップ型回転電機。
6. 前記平角導体線を母材とし、一方または双方の前記平角導体線に置かれた溶加材が溶かされた状態で電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチギャップ型回転電機。
7. 一方または双方の前記平角導体線は、前記溶加材の一部または全部を収容する収容部を有することを特徴とする請求項６に記載のマルチギャップ型回転電機。
8. 前記平角導体線は、端部を前記平角導体線の長手方向と直交する断面形状以外の断面形状で成形されたものであって、成形面どうしを対向または面接触する状態で接合されたことにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマルチギャップ型回転電機。
9. 前記平角導体線は、端部どうしを連結可能な形状で成形されたものであって、連結した部位がかしめられ、かつ、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマルチギャップ型回転電機。
10. 前記平角導体線は、端部どうしがスリーブ部材で覆われており、前記スリーブ部材が圧着され、かつ、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のマルチギャップ型回転電機。

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