JP6381820B2

JP6381820B2 - 回転電機および回転電機の製造方法

Info

Publication number: JP6381820B2
Application number: JP2017543088A
Authority: JP
Inventors: 辰郎日野; 康平江頭; 哲也横川; 信吉澤; 山村　明弘; 明弘山村; 井上　正哉; 正哉井上; 橋本　昭; 昭橋本; 中村　成志; 成志中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: JPWO2017056949A1; WO2017056949A1; DE112016004389T5; US20180145549A1; CN108028558A; CN108028558B

Description

この発明は、高出力、高品質かつ安価に製造可能な回転電機および回転電機の製造方法に関するものである。

従来の回転電機として、固定子コアを径方向に分割することで、コイルの占積率を高めて高出力化を図った回転電機の構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の回転電機では、分割コアを固定子の径方向内側に押圧する環状構造物（外側コア）を備えた回転電機の固定子が提案されている。

特許文献１に示す固定子コアは、円環状の１つの外側コアと、周方向に分割された複数の内側コアを備え、それぞれのティース部から周方向両側に延在する接続部を設けることで、外側コアと内側コアの当接面の面積を拡大している。これにより、外側コアと内側コアとの間の磁気抵抗を低減して、回転電機の高出力化をもたらす効果があった。

また、ティース部から周方向に延在する接続部は、隣接するティース部から延在する他の接続部と当接することで、隣接する内側コア間に圧縮応力を発生させてそれぞれの内側コアを外側コアに、部品数を増やすことなく固定できるため、回転電機を安価に製造できるという効果もあった。

特許第３４１４８７９号

しかしながら、先行文献１に記載の回転電機の固定子においては、それぞれの内側コアの周方向両側に延在する接続部は、周方向に隣接する他の内側コアの接続部と嵌合するため、隣り合う内側コア間に圧縮応力が作用し、鉄損が増加するという課題があった。また、当接面に作用する応力を適正に管理するためには、金型の精度が要求され、金型の寿命が短くなって回転電機の製造コストが増加するという課題があった。

一方で、周方向に隣接する内側コアの接続部を周方向に嵌合させない構成とすると、内側コアを固定することができないため、別途、外側コアと内側コアを溶接や接着や樹脂充填などの固定手段により固定する必要が生じ、回転電機の材料コストおよび製造コストが増加してしまう課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、高出力、高品質かつ安価に製造可能な回転電機および回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機は、
円筒状の外側コアと、前記外側コアの内周面に沿って周方向に配置され、ティース部と前記ティース部の径方向外側端部から周方向に延出する突起を有する複数の内側コアと、
隣り合う前記内側コアの前記ティース部の対向する周方向側面と、隣り合う前記内側コアの前記突起の内周面に囲まれたスロットに収納されるコイルとからなる固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備えた回転電機において、
隣り合う少なくとも二つの前記内側コアの周方向側面の間には隙間を有し、
前記コイルは、異なる前記スロットに収納される第一スロット収納部、及び第二スロット収納部と、
前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部とを、前記外側コアと前記内側コアとからなる固定子鉄心の軸方向の一端面上において繋ぐターン部とを有し、
前記ターン部は、前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部とが、周方向に離れようとする方向に弾性付勢されているものである。

また、この発明に係る上記回転電機の製造方法は、
円筒状の外側コアと、前記外側コアの内周面に沿って周方向に配置され、ティース部と前記ティース部の径方向外側端部から周方向に延出する突起を有する複数の内側コアと、
隣り合う前記内側コアの前記ティース部の対向する周方向側面と、隣り合う前記内側コアの前記突起の内周面に囲まれたスロットに収納されるコイルとからなる固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備え、
隣り合う少なくとも二つの前記内側コアの周方向側面の間には隙間を有し、
前記コイルは、異なる前記スロットに収納される第一スロット収納部、及び第二スロット収納部と、
前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部とを、前記外側コアと前記内側コアとからなる固定子鉄心の軸方向の一端面上において繋ぐターン部とを有する回転電機の製造方法において、
前記コイルを、前記ターン部の周方向の幅が、前記スロットに装着された際の幅より大きくなるように予め成形するコイル製造工程と、
複数の前記コイルを組み立ててコイル籠を構成する固定子巻線製造工程と、
前記内側コアを前記コイル籠の外側に配置する内側コア配置工程と、
前記内側コアを把持して前記内側コアを、径方向内側に移動させて、
各前記コイルの前記ターン部の幅を収縮させながら前記コイル籠に全ての前記内側コアを挿入する内側コア挿入工程と、
前記内側コアを挿入した前記コイル籠の外周側に前記外側コアを軸方向から挿入する外側コア挿入工程とを有するものである。

本発明に係る回転電機によれば、隣り合う内側コア同士は、周方向に嵌合されていないので、隣り合う内側コアに作用する応力を低減して、交流磁界によるヒステリシス損を低減して回転電機の高効率化を実現できる。

また、内側コア同士の周方向への嵌合がないため、内側コアの金型の管理コストを低減することができる。さらに、接着等の固定手段を使用する必要がないので、部品数および工程数を低減して回転電機の生産性を向上することができる。

また、この発明に係る回転電機の製造方法によれば、複数のコイルを組み立てた固定子巻線に対して外周側から内側コアを挿入することにより、あらかじめ所定の寸法に近い状態に固定子巻線を成形しておくことが可能なため、固定子鉄心と固定子巻線の間に必要以上に大きい力が作用しない。これにより、コイルと固定子鉄心との間の絶縁に対する信頼性を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。この発明の実施の形態１に係る固定子を軸方向から見た平面図である。図３の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この発明の実施の形態１に係るコイルの斜視図である。この発明の実施の形態１に係るコイルを軸方向上方から見た平面図である。この発明の実施の形態１に係るコイルを径方向内側から見た正面図である。この発明の実施の形態１に係るコイルのスロット収納部のスロット内における配置を模式的に示す概念図である。この発明の実施の形態１に係るコイルの１つのターン部と、このターン部に繋がる２つのスロット収納部とを径方向内側から見た模式図である。この発明の実施の形態１に係るコイルの一部分が、スロットに挿入される前後の状態を示す模式図である。この発明の実施の形態１に係る３つのコイルのスロット収納部とターン部の一部だけを抽出し、固定子の径方向内側から見た正面模式図である。図１１のＡ−Ａ線における断面模式図である。図１２の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この発明の実施の形態１に係るコイルを組み立てた固定子巻線の斜視図である。この発明の実施の形態１に係る固定子巻線の周囲に内側コアを４８個、周方向に配置した状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る固定子巻線に内側コアを挿入した後の状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る外側コアを内側コアの外側に装着した後の状態を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係る固定子を軸方向から見た平面図である。図１８の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この発明の実施の形態３に係る固定子を軸方向からみた平面図である。図２０の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この発明の実施の形態４に係る固定子を軸方向からみた平面図である。図２２の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この発明の実施の形態５に係る固定子の斜視図である。この発明の実施の形態６に係る固定子の斜視図である。この発明の実施の形態６に係る固定子を軸方向から見た平面図である。図２６の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この発明の実施の形態１に係るスロット底部近傍の状態を示す一例である。この発明の実施の形態６に係るスロット底部近傍の状態を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機および回転電機の製造方法を図を用いて説明する。
図１は、回転電機１００の斜視図である。
図２は、回転電機１００の断面図である。
本明細書で、特に断り無く「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」、というときは、それぞれ、固定子の「軸方向」、「周方向」、「径方向」、「内周側」、「外周側」、「内周面」、「外周面」をいうものとする。また、この明細書で、特に断り無く「上」、「下」と言うときは、基準となる場所において、軸方向に垂直な面を想定し、その面を境界として固定子の中心点が含まれる側を「下」、その反対を「上」とする。また、高さの高低を比較する場合は、固定子の中心からの距離が長い方を「高い」とする。

回転電機１００は、有底円筒状のフレーム１ａおよびフレーム１ａの開口を塞口するブラケット１ｂを有するハウジング１と、ブラケット１ｂにボルト９により締結された固定子３と、フレーム１ａの底部の中央およびブラケット１ｂの中央にベアリング４を介して固定子３の内周側に回転可能に支持された回転子２とを備えている。

回転子２は、回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の軸心位置に挿通、固着された回転軸２２と、回転子鉄心２１の外周面近傍に、周方向に所定のピッチで埋設して配列され、磁極を構成する複数の永久磁石２３とを備える。なお、回転子２は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。

次に、固定子３の構成を図を用いて説明する。固定子３は、図１に示すように、固定子鉄心３１と、固定子鉄心３１に装着された固定子巻線３２（コイル籠）と、固定子巻線３２と固定子鉄心３１を電気的に隔離する絶縁紙１４（絶縁部材）を備えている。固定子巻線３２は、複数のコイル５を接続して構成されている。すなわち、コイル５の集合体が固定子巻線３２である。

図３は、回転電機１００を軸方向から見た平面図である。なお、丸印で囲んだ部分は軸方向に垂直な断面図を含む。
図４は、図３の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
説明の便宜上、固定子３は、極数を８極とし、固定子鉄心３１のスロット数を４８個とし、固定子巻線３２は、３相巻線のものを用いて説明する。したがって、固定子鉄心３１のスロット６は、毎極毎相当たり２個の割合で形成されている。

固定子鉄心３１は、円筒状の外側コア３１ａと、外側コア３１ａの内周面に沿って周方向に配置された複数の内側コア３１ｂからなる。また、内側コア３１ｂは、径方向内側に向かって延在するティース部３１ｂ１と、ティース部３１ｂ１の径方向外側の端部から周方向の両側に向かって延出する２つの突起３１ｂ２とを有する。隣り合う内側コア３１ｂのティース部３１ｂ１の対向する周方向側面と、当該隣り合う内側コア３１ｂの突起３１ｂ２の内周面に囲まれて、コイル５を収納するスロット６が形成され、スロット６の内壁面に沿って、コイル５と固定子鉄心３１とを電気的に絶縁する絶縁紙１４が収納される。コイル５と内側コア３１ｂとの間に絶縁紙１４が収納されることで、内側コア３１ｂのエッジ部とコイル５とが直接、接触することがないので相互の絶縁性を向上する効果がある。固定子鉄心３１の外側コア３１ａ、内側コア３１ｂは、それぞれ所定枚数の電磁鋼板を積層、一体化して構成されている。なお、固定子鉄心としては、紛体鉄心など任意の磁性材料を用いたものを採用してもよい。

外側コア３１ａには、固定子鉄心３１をハウジング１内に固定するための取付穴１２が設けられている。取付穴１２を固定子鉄心３１に設けることで、焼嵌めや圧入等の固定手段で固定子鉄心３１を固定する必要がないため、生産性を向上できる。また、外側コア３１ａには後述する嵌合による圧縮応力が作用しないため、交流磁界によるヒステリシス損を低減して回転電機の高効率化できる。また、本実施の形態に代表される分割コアでは、一体コアと比較して固定子鉄心の剛性が低下する傾向があるが、外側コアの径方向幅を大きくした取付穴１２を有する取付部１２Ａを設けることで、固定子鉄心３１の剛性を向上する効果がある。
なお、取付穴１２による固定に限定せず、フレーム１ａと嵌合して固定してもよい。

次に、固定子巻線３２の構成について図を用いて説明する。
図５は、固定子巻線３２を構成する最小単位のコイル５の斜視図である。
図６は、コイル５を軸方向上方から見た平面図である。
図７は、コイル５を径方向内側から見た正面図である。
図８は、コイル５のスロット収納部Ｓ１〜Ｓ６のスロット６内における配置を模式的に示す概念図である。

図３、４、８に示すように、固定子鉄心３１の隣り合う内側コア３１ｂの間にはスロット６が４８個形成されている。コイル５は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された連続した銅やアルミニウムなどからなる導体線を、径方向内側からみて８の字状に巻回した形状となっている。コイル５の材料として銅を用いる場合は、コイル５を溶接する際に無酸素銅を用いることが望ましい。無酸素銅を用いることで、溶接時に生じるブローホールを抑制することができるため、溶接部の信頼性を向上する効果がある。また、Ｃｕ−Ｚｒなどの熱伝導性に優れた銅合金を用いてもよい。熱伝導性に優れた材料を用いることで、コイル５の放熱性を向上する効果がる。

また、コイル５は、スロット６に収納されるスロット収納部Ｓ１〜Ｓ６と、１つのスロット６から延出し、他のスロット６に収納されるまでのターン部Ｔ１〜Ｔ５と、両端の端末部Ｈ１、Ｅ１とで構成される。なお、特許請求の範囲でいう第一スロット収納部と第二スロット収納部は、例えばスロット収納部Ｓ６を第一スロット収納部とするとスロット収納部Ｓ５が、第二スロット収納部となる関係にある。

図８に示すように、各スロット６には、コイル５のスロット収納部Ｓ１〜Ｓ６が、径方向に整然と並んで収納される。図８において、各スロット６の上部に付した数字は、説明の便宜のためにスロット６に連番を付したものである。３番目から５番目のスロット６及び、９番目から１１番目のスロット６は省略している。そして、２番目のスロット６にＳ１〜Ｓ６の番号を付した位置が、それぞれ、各スロット収納部Ｓ１〜Ｓ６が収納される径方向の位置を示している。また、以下では、コイル５の各スロット収納部Ｓ１〜Ｓ６の収納位置を説明するために１つのコイル５についてのみ注目して図示、説明する。

具体的には、あるコイル５のスロット収納部Ｓ１は、７番目のスロット６のＳ１の位置に収納されている。７番目のスロット６から図８の紙面裏側に出た導体線は、固定子鉄心３１の一端面上においてターン部Ｔ１（破線で示している）となって１番目のスロット６のＳ２の位置に収納されるスロット収納部Ｓ２に連続して繋がる。次に、１番目のスロット６から図８の紙面表側に出た導体線は、ターン部Ｔ２（実線で示している）となって７番目のスロット６のＳ３の位置に収納されるスロット収納部Ｓ３に連続して繋がる。

次に、７番目のスロット６から図８の紙面裏側に出た導体線は、ターン部Ｔ３（破線で示している）となって１３番目のスロット６のＳ４の位置に収納されるスロット収納部Ｓ４に連続して繋がる。次に、１３番目のスロット６から図８の紙面表側に出た導体線は、ターン部Ｔ４（実線で示している）となって７番目のスロット６のＳ５の位置に収納されるスロット収納部Ｓ５に連続して繋がる。

次に、７番目のスロット６から図８の紙面裏側に出た導体線は、ターン部Ｔ５（破線で示している）となって１番目のスロット６のＳ６の位置に収納されるスロット収納部Ｓ６に連続して繋がる。このように、コイル５の各スロット収納部Ｓ１〜Ｓ６は、ターン部Ｔ１〜Ｔ５を介して、１磁極ピッチ分（本実施例においては６スロット分を跨いで）周方向に離れた別のスロット６の径方向に導体線一本分異なる位置に順次収納される。また、スロット収納部Ｓ１に繋がる端末部Ｈ１および、スロット収納部Ｓ６に繋がる端末部Ｅ１は、溶接等の接合手段により、他のコイル５の端末部Ｈ１、Ｅ１又は中性点、給電部に接続される。

このように構成されたコイル５を周方向に４８個並べ、所定の結線を行うことにより固定子巻線３２を構成する。

次に、内側コア３１ｂの構成上の特徴について図を用いて説明する。
図４に示すように、隣接する内側コア３１ｂの突起３１ｂ２同士の間の少なくとも１箇所は、周方向に互いに当接させずに、隙間Ｇを設けている。突起３１ｂ２同士を周方向に当接させないことにより、隣り合ういずれの内側コア３１ｂ間にも周方向に圧縮応力が加わることはない。これにより固定子鉄心３１に作用する応力を低減して、交流磁界によるヒステリシス損を低減でき、回転電機１００を高効率化できる。

また、隣接する突起３１ｂ２の周方向対向面の幅および角度を必要以上に厳しく管理する必要がないので、製造コストを低減することができる。また、隣り合う内側コア３１ｂが周方向に嵌合された場合と比較して、内側コアの積層間が積層方向に電気的に短絡することがないので、鉄心の渦電流損を低減して高効率化できる。

外側コア３１ａの内側に内側コア３１ｂを周方向に並べて配置し、隣り合う内側コア３１ｂ間の隙間Ｇが０より大となるようにする。このとき、内側コア３１ｂの周方向分割数をＮとし、図４に示すようにＮ個のそれぞれの内側コア３１ｂの外周長をＪ１、Ｊ２、・・・、ＪＮ、とし、外側コア３１ａの内径をＫｉｎとすると、ΣＪＮ（＝Ｊ１＋Ｊ２＋・・・＋ＪＮ）＜π・Ｋｉｎとなる。外側コア３１ａと内側コア３１ｂをこのような寸法とすることで、外側コア３１ａ、内側コア３１ｂそれぞれを独立して管理するだけで確実に隙間Ｇを確保することができるので、安価に回転電機１００を製造できる。

図４に示す二点鎖線２１ｇの位置が、固定子３の内側に配置される回転子２の外周面の位置である。回転子鉄心２１の外周面と内側コア３１ｂのティース部３１ｂ１の内側先端部３１ｂ１ｓとの間のエアギャップＬと、隙間Ｇとの大小関係は、Ｌ＞Ｇとすることが望ましい。ＬとＧとをこのような関係とすることで、エアギャップＬによる磁気抵抗と隙間Ｇによる磁気抵抗とを比較すると、隙間Ｇによる磁気抵抗の影響が相対的に小さくなるため、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。

なお、隙間Ｇは、周方向全周に渡って分散して設けてもよい。隙間Ｇを全周に渡って分散すると、１箇所のみに集中して設けた場合と比較して各ティース部３１ｂ１間の周方向の磁気抵抗が均一となるので、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。

次に、コイル５を、突起３１ｂ２に対して径方向に押圧させるための、コイル５の寸法関係について図を用いて説明する。
本発明では、外側コア３１ａと内側コア３１ｂは、上述のように嵌合されていない。したがって、そのままの状態では、内側コア３１ｂを外側コア３１ａの内周面に固定することはできない。そこで、コイル５の反発力と、スロット６の形状を利用して、コイル５によって各内側コア３１ｂを外側コア３１ａの内周面に固定する構成としている。

図９は、コイル５の１つのターン部Ｔ５と、ターン部Ｔ５に繋がる２つのスロット収納部Ｓ６、Ｓ５とを径方向内側から見た模式図である。
図１０は、図９に示したコイル５の一部分が、スロットに挿入される前後の状態を軸方向から見た模式図である。
図９、１０において、Ｈは、コイル５がスロットに挿入されたときの周方向ピッチ（幅）を示し、１磁極ピッチ分に相当する。同様に、Ｈ２は、コイル５を予め成形した際の図９、１０における周方向のピッチを示す。コイル５の成形時の周方向ピッチＨ２は、Ｈ＜Ｈ２となるように設定する。
図１１は、３つのコイル５のスロット収納部Ｓ５、Ｓ６とターン部Ｔ５だけを抽出し、固定子３の径方向内側から見た正面模式図である。
図１２は、図１１のＡ−Ａ線における断面模式図である。
図１３は、図１２の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
なお、図１２、１３については、４つ目のコイル５のスロット収納部Ｓ６だけについても説明の便宜上記載している。
また、図１１から図１３において、実際は円筒状に形成された外側コア３１ａ、円弧状に形成された内側コア３１ｂおよびコイル５を説明の便宜上、平面状に引き延ばして図示している。

コイル５のターン部Ｔ１〜Ｔ５の周方向の幅を、スロット６に収納時より大きくなるように予め製造することで、コイル５をスロット６内に収納すると、各ターン部Ｔ１〜Ｔ５は弾性付勢され、周方向外側に開こうとする力（ばねの反発力）が生じる。

すなわち、図９の矢印に示すように、スロット６に挿入されることにより、幅が小さくなるように押圧されたターン部Ｔ５が周方向に開こうとすると、スロット収納部Ｓ５、Ｓ６は、周方向外側へ広がる。実際には、スロット収納部Ｓ５、Ｓ６が収納されている２つのスロット６は、外周側に行くほど相対的に離れる位置関係にあるので、スロット収納部Ｓ５、Ｓ６は、それぞれ図１３の矢印に示す互いに離れる方向に移動しようとする。その結果、スロット収納部Ｓ６は、スロット６の側壁に沿って径方向外側に移動し、絶縁紙１４を介して突起３１ｂ２に突き当たりこれを径方向外側に押圧する。そして、他のコイル５のスロット収納部Ｓ５が、径方向外側にある先のスロット収納部Ｓ６を径方向外側に押圧する。ここでは、図示と説明を省略したが、他のスロット収納部Ｓ１〜Ｓ４についてもそれぞれ、スロット６の内壁に沿ってそれぞれ径方向外側に移動し、スロット収納部Ｓ６〜Ｓ１全体として突起３１ｂ２を径方向外側に押圧し、この力を受けた内側コア３１ｂの外周面は、更にその外側にある外側コア３１ａの内周面に押圧される。

全ての内側コア３１ｂが、コイル５の反発力により径方向外側に力を受けて、外側コア３１ａの内周面に押圧されるので、隣り合う内側コア３１ｂの突起の３１ｂ２同士の間に隙間Ｇが存在しても、内側コア３１ｂが固定できる。このような構成とすることで、溶接や接着等の他の固定手段を用いずに内側コア３１ｂを固定することができるので、安価に回転電機１００を製造することができる。

なお、スロット収納部Ｓ６が内側コア３１ｂを周方向斜め外側に押し付ける方向と、スロット収納部Ｓ５が周方向に内側コア３１ｂを周方向斜め外側に押し付ける方向は、周方向で逆向きとなる。これにより、内側コア３１ｂが合力により径方向外側に強固に固定され、回転電機１００の振動騒音を低減することができる。

内側コア３１ｂと外側コア３１ａとの当接面の間に、例えばエポキシ系樹脂などを含む緩衝材を設けてもよい。緩衝材を設けることで、振動・騒音を更に低減することができる。また、緩衝材はエポキシ系材料やアクリル系材料などの絶縁性材料であることが望ましい。絶縁性材料を用いることで、内側コア３１ｂと外側コア３１ａとの間で軸方向に電気的に短絡することがなくなるので、固定子鉄心３１に生じる渦電流損を抑制することができる。また、緩衝剤に紛体鉄心などの磁性材料を用いてもよい。紛体鉄心を用いることで、内側コア３１ｂと外側コア３１ａとの間に微小に存在する隙間を磁性材料で埋めることができるため、固定子鉄心３１の磁気抵抗を抑制して回転電機１００を高出力化することができる。

また、内側コア３１ｂの軸方向の長さは、外側コア３１ａの軸方向の長さ以下とすることが望ましい。これにより、外側コア３１ａの軸方向の端面から内側コア３１ｂが軸方向に突出することがないので、内側コア３１ｂが、外側コア３１ａに径方向で接触していない部分がなくなり、固定強度を向上することができる。

なお、本実施の形態のコイル５は、６つのスロット収納部Ｓ１〜Ｓ６を有するコイルを用いて説明したが、使用するコイルは、少なくとも２個のスロット収納部とこれらのスロット収納部を繋ぐ弾性を有する１つのターン部で構成されたコイルを最小単位としてもよい。

次に、本実施の形態に係る回転電機１００の製造方法について、図１４から図１７を用いて説明する。
図１４は、４８個のコイル５を組み立てた固定子巻線３２の斜視図である。
図１５は、固定子巻線３２の周囲に内側コア３１ｂを４８個、周方向に配置した状態を示す斜視図である。
図１６は、固定子巻線３２に内側コア３１ｂを挿入した後の状態を示す斜視図である。
図１７は、外側コア３１ａを内側コア３１ｂの外側に装着した後の状態を示す斜視図である。

まず、図９に示すコイル５を４８個製造する（コイル製造工程）。このときターン部Ｔ１〜Ｔ５の幅は、回転電機１００の完成時におけるターン部Ｔ１〜Ｔ５の幅より大きくする。次に、図１４に示すように、コイル５を周方向に４８個組み合せることで固定子巻線３２を組み立てる（固定子巻線製造工程）。次に、コイル５と固定子鉄心３１とを電気的に絶縁する絶縁紙１４を固定子巻線３２に装着する（絶縁紙挿入工程）。次に、図１５に示すように、内側コア３１ｂを固定子巻線３２の外周側に、均等に、放射状に、固定子巻線３２を取り囲むように配置する（内側コア配置工程）。その後に、図示しない把持具により全ての内側コア３１ｂを把持して、図１６に示すように全ての内側コア３１ｂが均等に縮径するように、これらを径方向内側に移動させて、固定子巻線３２の間に内側コア３１ｂを挿入する（内側コア挿入工程）。この時、各コイル５の２つのスロット収納部を繋いだターン部Ｔ１〜Ｔ５の幅は、それぞれ収縮され、弾性付勢される。

次に、外側コア３１ａを軸方向から内側コア３１ｂの外側に挿入する（外側コア挿入工程）。その後、先述の把持具による内側コア３１ｂの把持を開放すると、全てのターン部Ｔ１〜Ｔ５の幅が伸長し、前述のように各コイル５が、内側コア３１ｂを径方向外側に押圧し、内側コア３１ｂを外側コア３１ａの内周面に固定することができる（内側コア固定工程）。

本発明の実施の形態１に係る回転電機１００および回転電機１００の製造方法によれば、隣り合う内側コア３１ｂ同士は、隙間Ｇにより、周方向に嵌合されていないので、内側コア３１ｂに作用する応力を低減して、交流磁界によるヒステリシス損を低減して回転電機１００の高効率化を実現できる。

また、内側コア３１ｂ同士の周方向への嵌合がないため、内側コア３１ｂの金型の管理コストを低減することができる。さらに、接着等の固定手段を使用する必要がないので、部品数および工程数を低減して回転電機１００の生産性を向上することができる。

また、複数のコイル５を組み立てた固定子巻線３２に対して外周側から内側コア３１ｂを挿入することにより、あらかじめ所定の寸法に近い状態に固定子巻線３２を成形しておくことが可能なため、固定子鉄心３１と固定子巻線３２との間に必要以上に大きい力が作用しない。これにより、コイル５と固定子鉄心３１との間の絶縁に対する信頼性を向上することができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機および回転電機の製造方法を、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１８は、固定子２０３を軸方向から見た平面図である。なお、丸印で囲んだ部分は軸方向に垂直な断面図を含む。
図１９は、図１８の丸印で囲んだ部分の拡大図である。

本実施の形態に係る外側コア２３１ａの内周面には、内側コア２３１ｂの外周面に軸方向に設けた凹部２３１ｂ３（位置決め部）と噛み合い、内側コア２３１ｂを周方向に位置決めするための、径方向内側に突出し軸方向に延在する凸部２３１ａ３（位置決め部）を有する。このとき隣り合う内側コア２３１ｂから周方向に突出する突起２３１ｂ２の周方向に対向する面の間には、実施の形態１と同様に隙間Ｇを設けている。なお、凹部２３１ｂ３と凸部２３１ａ３との間にも、それぞれが嵌合しないように隙間を設けておく。

本発明の実施の形態２に係る回転電機および回転電機の製造方法によれば、内側コア２３１ｂを周方向に位置決めする凹部２３１ｂ３と凸部２３１ａ３を設けることで、ティース部２３１ｂ１の周方向のピッチ精度が向上するため、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。なお、上述の凹凸関係は逆でもよい。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る回転電機と回転電機の製造方法を、実施の形態１、２と異なる部分を中心に説明する。
図２０は、固定子３０３を軸方向からみた平面図である。なお、丸印で囲んだ部分は軸方向に垂直な断面図を含む。
図２１は、図２０の丸印で囲んだ部分の拡大図である。

本実施の形態に係る内側コア３３１ｂは、実施の形態１における隣り合う内側コア３１ｂを一体化してティース部３３１ｂ１を２つ有する形状としている。このような構成とすることで、部品数を抑制し、回転電機の生産性を向上することができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る回転電機と回転電機の製造方法を、実施の形態１〜３と異なる部分を中心に説明する。
図２２は、固定子４０３を軸方向からみた平面図である。なお、丸印で囲んだ部分は軸方向に垂直な断面図である
図２３は、図２２の丸印で囲んだ部分の拡大図である。なお、丸印で囲んだ部分は軸方向に垂直な断面図を含む。
内側コア４３１ｂは、実施の形態３と同様にティース部４３１ｂ１を２つ有する形状となっている。外側コア４３１ａの内周面には、軸方向に垂直な断面が外周側に次第に狭くなるＶ字形の凹部４３１ａ３（溝）が軸方向に形成されている。そして、内側コアの４３１ｂの外周面には、外側コア４３１ａの凹部４３１ａ３に沿うように当接する、軸方向に垂直な断面がＶ字形の凸部４３１ｂ３が軸方向に形成されている。

本発明の実施の形態４に係る回転電機および回転電機の製造方法によれば、外側コア４３１ａの内周面と内側コア４３１ｂの外周面の形状を上記のような構成とすることで、内側コア４３１ｂをコイル５により径方向外側に押圧することにより、内側コア４３１ｂが周方向に正確に位置決めされるので、ティース部４３１ｂ１の周方向の位置精度を向上できる。これにより回転電機のコギングトルクおよびトルクリップルを低減できる。

本実施の形態においては、実施の形態３のように２つのティース部４３１ｂ１を有する内側コア４３１ｂを用いて説明したが、実施の形態１のように１つのティース部３１ｂ１を有するものと組み合わせることも可能である。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５に係る回転電機と回転電機の製造方法を、実施の形態１〜４と異なる部分を中心に説明する。
図２４は、固定子５０３の斜視図である。固定子５０３は、固定子鉄心３１の少なくとも一端面を軸方向に押圧する端板５１５を有する。

本発明の実施の形態５に係る回転電機および回転電機の製造方法によれば、端板５１５を設けることで、固定子鉄心５３１の剛性を向上して、回転電機の振動および騒音を抑制することができる。

実施の形態６
以下、本発明の実施の形態６に係る回転電機および回転電機の製造方法を、実施の形態１、５と異なる部分のみを説明する。
図２５は、固定子６０３の斜視図である。
図２６は、固定子６０３を軸方向から見た平面図である。なお、丸印で囲んだ部分は軸方向に垂直な断面図を含む。
図２７は、図２６の丸印で囲んだ部分の拡大図である。
図２７に示すように、内側コア６３１ｂは、周方向に延出する突起６３１ｂ２を周方向一方側のみに有する。内側コア６３１ｂをこのような構成とすることで、スロット底部６３１ｃに、内側コア６３１ｂの周方向分割面がなくなる。

図２８は、実施の形態１に係る固定子３の、スロット底部３１ｃ近傍の状態を示す一例である。
実施の形態１では、図２８に示すようにスロット底部３１ｃに、内側コア３１ｂの周方向の分割面３１ｄがある。したがって、スロット底部３１ｃは、中央部で軸方向に２分割されている。絶縁紙１４が、薄くて柔らかい材質の材料で作られているような場合、万が一、絶縁紙１４に皺などが発生すると、内側コア３１ｂの分割面３１ｄの間にこれが噛み込まれる恐れがある。

図２９は、本実施の形態に係る固定子６０３の、スロット底部６３１ｃ近傍の状態を示す図である。図２９に示すように、スロット底部６３１ｃに内側コア６３１ｂの周方向分割面がないので、コイル５により、径方向外側に絶縁紙１４が押し付けられても、絶縁紙１４が隣り合う内側コア６３１ｂ間に噛み込まれることはない。したがって、絶縁紙１４が破れることがなく、回転電機の信頼性を向上する効果がある。また、絶縁紙１４が噛み込まれる不良がなくなるので、設備の稼働率を向上し、回転電機の生産性を向上する効果がある。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

円筒状の外側コアと、前記外側コアの内周面に沿って周方向に配置され、ティース部と前記ティース部の径方向外側端部から周方向に延出する突起を有する複数の内側コアと、
隣り合う前記内側コアの前記ティース部の対向する周方向側面と、隣り合う前記内側コアの前記突起の内周面に囲まれたスロットに収納されるコイルとからなる固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備えた回転電機において、
隣り合う少なくとも二つの前記内側コアの周方向側面の間には隙間を有し、
前記コイルは、異なる前記スロットに収納される第一スロット収納部、及び第二スロット収納部と、
前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部とを、前記外側コアと前記内側コアとからなる固定子鉄心の軸方向の一端面上において繋ぐターン部とを有し、
前記ターン部は、前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部とが、周方向に離れようとする方向に弾性付勢されている回転電機。
前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部は、前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部が収納されるそれぞれの前記スロット内において、前記コイルの導体線一本分だけ径方向に異なる位置に収納されている請求項１に記載の回転電機。
前記内側コアの周方向分割数をＮとし、Ｎ個のそれぞれの内側コアの外周長をＪ１、Ｊ２、・・・、ＪＮ、とし、前記外側コアの内径をＫｉｎとするとき、ΣＪＮ＜π・Ｋｉｎである請求項１または請求項２に記載の回転電機。
前記回転子の回転子鉄心の外周面と、前記内側コアの前記ティース部の内側先端部との間のエアギャップより、前記隙間の方が小さい請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記内側コアと、前記外側コアは、前記外側コアの内周面上における前記内側コアの周方向の位置決めをする位置決め部を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記位置決め部は、軸方向に延在し、軸方向に垂直な断面がＶ字状の溝と、前記溝に当接する軸方向に垂直な断面がＶ字状の凸部である請求項５に記載の回転電機。
前記内側コアは、二つ以上の前記ティース部を有する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
前記内側コアと外側コアとの間には緩衝材が設けられている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
前記固定子鉄心と前記コイルとは、絶縁部材により絶縁されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
前記外側コアには前記固定子をハウジングに取り付けるための、軸方向に延在する取付穴が設けられている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
前記固定子鉄心の少なくとも軸方向の一端面には端板が設けられている請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機。
前記突起は、前記ティース部の径方向外側端部から周方向一方側にのみ設けられている請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機。
円筒状の外側コアと、前記外側コアの内周面に沿って周方向に配置され、ティース部と前記ティース部の径方向外側端部から周方向に延出する突起を有する複数の内側コアと、
隣り合う前記内側コアの前記ティース部の対向する周方向側面と、隣り合う前記内側コアの前記突起の内周面に囲まれたスロットに収納されるコイルとからなる固定子と、
前記固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備え、
隣り合う少なくとも二つの前記内側コアの周方向側面の間には隙間を有し、
前記コイルは、異なる前記スロットに収納される第一スロット収納部、及び第二スロット収納部と、
前記第一スロット収納部と前記第二スロット収納部とを、前記外側コアと前記内側コアとからなる固定子鉄心の軸方向の一端面上において繋ぐターン部とを有する回転電機の製造方法において、
前記コイルを、前記ターン部の周方向の幅が、前記スロットに装着された際の幅より大きくなるように予め成形するコイル製造工程と、
複数の前記コイルを組み立ててコイル籠を構成する固定子巻線製造工程と、
前記内側コアを前記コイル籠の外側に配置する内側コア配置工程と、
前記内側コアを把持して前記内側コアを、径方向内側に移動させて、
各前記コイルの前記ターン部の幅を収縮させながら前記コイル籠に全ての前記内側コアを挿入する内側コア挿入工程と、
前記内側コアを挿入した前記コイル籠の外周側に前記外側コアを軸方向から挿入する外側コア挿入工程とを有する回転電機の製造方法。