JP6986475B2 - 回転電機用のコイル及びその挿入方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用のコイル及びその挿入方法に関する。

従来、回転電機用のコイルとして特許文献１に記載されたものが知られている。このコイルは、エッジワイズ曲げ加工によって成形・組み立てされたものであり、１つのコイル部材において、平角導線が複数周分巻き回されている。

このコイルでは、多数のコイル部材及び多数の絶縁部材を組み合わせて、コイルアセンブリが組み立てられ、このコイルアセンブリは、ステータ装着前の外径がステータの内径よりも小さくなるように縮径される。そして、コイルアセンブリは、ステータ装着時、ガイド治具によって、その内側から径方向の外側に向かって押圧され、拡径される。それにより、コイルの平角導線は、互いに接した姿勢でかつ径方向に多数積み重なった状態でスロット内に収容される。

国際公開第２０１５／１８６８３８号パンフレット

上記従来の回転電機用のコイルによれば、コイルアセンブリをステータに装着する際、これを縮径した後に拡径する必要があるので、径方向の押圧力が各コイル部材に対して縮径側と拡径側に繰り返し作用することになる。その際、コイルの平角導線は、腕部をエッジワイズ方向に弾性／塑性変形させる必要があるとともに、径方向に互いに接した姿勢で多数、積み重なっているので、その押圧力が増大することなる。それに伴い、コイルへの負担も増大するとともに、ガイド治具などの加工装置の大型化及び高価格化を招くことで、製造コストの増大を招くおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コイルをステータに装着する際の押圧力を低減でき、コイルへの負担及び製造コストを低減することができる回転電機用のコイル及びその挿入方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数のコイル部材１０で環状に形成され、回転電機の環状のステータ２のスロット２ａに挿入される回転電機用のコイル１において、複数のコイル部材１０の各々は、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄで構成され、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄは、スロット２ａ内に挿入され、コイル１の軸線方向に延びるとともにコイル１の周方向に間隔を存する第１基部１１及び第２基部１１と、第１基部１１の一端部と第２基部１１の一端部との間を接続する第１接続部（腕部１２，カール部１３）と、第２基部１１の他端部から延びる第２接続部（腕部１２，カール部１３）とを１組のコイル要素構造として複数組のコイル要素構造を一体に備えており、複数組のコイル要素構造における隣り合う各２組のコイル要素構造の一方の第１基部１１の他端部が、第２接続部を介して他方のコイル要素構造の第１基部１１の他端部に接続されていることによって、複数組のコイル要素構造は環状に構成されており、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄは、第１基部１１及び第２基部１１の各々においてコイル１の径方向に互いに重なるように配置されているとともに、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄのうちの少なくとも１つのコイル要素の各々は、複数の導線１０ａ〜１０ｄで構成されており、複数の導線１０ａ〜１０ｄは、第１基部１１及び第２基部１１の各々においてコイル１の周方向に沿って並ぶように配置されており、第１接続部及び第２接続部の各々は、第１基部１１及び第２基部１１からコイル１の周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくように延びる２つの腕部１２と、２つの腕部１２の一方からねじれながら１回転して２つの腕部１２の他方に連続するカール部１３とを備えており、２つの腕部１２の一方は、他方の腕部１２に対してコイル１の径方向に腕部１２の径方向の長さ分ずれた状態で設けられていることを特徴とする。

この回転電機用のコイルによれば、コイルが複数のコイル部材で環状に形成され、回転電機の環状のステータのスロットに挿入される。その場合、複数のコイル部材の各々が、複数のコイル要素で構成され、複数のコイル要素は、スロット内に挿入され、コイルの軸線方向に延びるとともにコイルの周方向に間隔を存する第１基部及び第２基部と、第１基部の一端部と第２基部の一端部との間を接続する第１接続部と、第２基部の他端部から延びる第２接続部とを１組のコイル要素構造として複数組のコイル要素構造を一体に備えており、複数組のコイル要素構造における隣り合う各２組のコイル要素構造の一方の第１基部の他端部が、第２接続部を介して他方のコイル要素構造の第１基部の他端部に接続されていることによって、複数組のコイル要素構造が環状に構成されている。さらに、複数のコイル要素は、第１基部及び第２基部の各々においてコイルの径方向に互いに重なるように配置されているとともに、複数のコイル要素のうちの少なくとも１つのコイル要素の各々は、複数の導線で構成されており、複数の導線は、第１基部及び第２基部の各々においてコイルの周方向に沿って並ぶように配置されているので、特許文献１のような、１本の導線が径方向に多数、積み重なっている構成と比べて、環状のコイルをステータに装着する際、縮径時及び拡径時の押圧力を低減することができる。それにより、コイルをステータに装着する際、コイルへの負担を低減できるとともに、加工装置の小型化及び低価格化を図ることができ、製造コストを低減することができる。

この回転電機用のコイルによれば、第１接続部及び第２接続部の各々が、第１基部及び第２基部からコイルの周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくように延びる２つの腕部と、２つの腕部の一方からねじれながら１回転して２つの腕部の他方に連続するカール部とを備えているので、結束具などを用いることなく、複数のコイル要素を一体化でき、その分、製造コストを削減することができる。さらに、２つの腕部の一方は、他方の腕部に対してコイルの径方向に腕部の径方向の長さ分ずれた状態で設けられているので、２つの腕部及びカール部がスロットの外方に突出する寸法を低減することができ、コイルエンド高さを低減することができる。これに加えて、カール部が、２つの腕部の一方からねじれながら１回転して２つの腕部の他方に連続しているので、前述したように、環状のコイルをステータに装着する際、縮径時には、カール部をねじりコイルばねのように弾性変形させながら縮径することができるとともに、拡径時には、その復元力を利用しながら拡径することができる。それにより、縮径時及び拡径時の押圧力をさらに低減することができ、絶縁品質を向上させることができる。

本発明において、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄの両端部は、結線部１４になっており、結線部１４では、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄのうちのコイルの径方向に重なり合う各２つのコイル要素において、各２つのコイル要素の一方の一端部と各２つのコイル要素の他方の一端部とが一体に結線され、複数のコイル要素のうちの、コイル１の径方向の最も外側に配置された１つのコイル要素１０Ｄの他端部が一体に結線され、コイル１の径方向の最も内側に配置された１つのコイル要素１０Ａの他端部が一体に結線されていることが好ましい。

この回転電機用のコイルによれば、複数のコイル要素の両端部が結線部になっており、結線部では、複数のコイル要素のうちのコイルの径方向に重なり合う各２つのコイル要素において、各２つのコイル要素の一方の一端部と、各２つのコイル要素の他方の一端部とが一体に結線され、複数のコイル要素のうちの、コイルの径方向の最も外側に配置された１つのコイル要素の他端部が一体に結線され、コイルの径方向の最も内側に配置された１つのコイル要素の他端部が一体に結線されているので、複数の導線を、コイル要素数分の巻き数で、ステータに巻き付けることができる。

本発明において、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄの各々は、互いに同数の複数の導線１０ａ〜１０ｄで構成されており、複数の導線１０ａ〜１０ｄは、コイル１の径方向の内側に配置されているものほど、断面積がより小さくなるように構成されているとともに、断面積は、各コイル要素におけるコイル１の軸心からの径方向の距離に応じて設定されていることが好ましい。

この回転電機用のコイルによれば、複数のコイル要素の各々は、互いに同数の複数の導線で構成されている。この場合、コイルの径方向の内側に配置された導線は、径方向の外側に配置されたものよりも周長が短くなるので、複数の導線が同じ断面積の場合には、径方向の外側に配置されたものよりも抵抗が小さくなる。これに対して、この回転電機用のコイルによれば、複数の導線は、コイルの径方向の内側に配置されているものほど、断面積がより小さくなるように構成されているとともに、断面積は、各コイル要素におけるコイルの軸心からの径方向の距離に応じて設定されているので、コイルの径方向の内側に配置された導線と径方向の外側に配置された導線との間で抵抗を同一又はほぼ同一に揃えることができる。それにより、複数のコイル要素間で、同一又はほぼ同一の大きさの電流を流すことができ、回転電機の効率を向上させることができる。

本発明において、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄの各々は、互いに同数の複数の平角導線で構成されており、複数の平角導線は、第１〜第２基部１１，１１及び第１〜第２接続部（腕部１２，カール部１３）において、複数の平角導線の各々の断面における短辺側が径方向に互いに重なる状態で配置されていることが好ましい。

この回転電機用のコイルによれば、複数のコイル要素の各々が、互いに同数の複数の平角導線で構成されており、複数の平角導線は、第１〜第２基部及び第１〜第２接続部において、複数の平角導線の各々の断面における短辺側が径方向に互いに重なる状態で配置されているので、複数の平角導線をフラットワイズ曲げ加工することによって、第１〜第２基部及び第１〜第２接続部を形成することができる。それにより、コイル製作時において、加工が容易になるとともに、絶縁被膜が導線から剥離するのを抑制でき、絶縁品質を向上させることができる。

さらに、上記目的を達成するために、他の本発明は、複数のコイル部材１０で環状に形成されたコイル１を回転電機の環状のステータ２のスロット２ａに挿入する回転電機用のコイル１の挿入方法において、複数のコイル部材１０の各々を、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄで構成し、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄを、コイル１の軸線方向に延びるとともにコイル１の周方向に間隔を存する第１基部１１及び第２基部１１と、第１基部１１の一端部と第２基部１１の一端部との間を接続する第１接続部（腕部１２，カール部１３）と、第２基部１１の他端部から延びる第２接続部（腕部１２，カール部１３）とを１組のコイル要素構造として複数組のコイル要素構造を一体に備えるように構成し、複数組のコイル要素構造における隣り合う各２組のコイル要素構造の一方の第１基部１１の他端部を、第２接続部を介して他方のコイル要素構造の第１基部１１の他端部に接続することによって、複数組のコイル要素構造を環状に構成し、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄを、第１基部１１及び第２基部１１の各々においてコイル１の径方向に互いに重なるように配置するとともに、複数のコイル要素１０Ａ〜１０Ｄのうちの少なくとも１つのコイル要素の各々を、複数の導線１０ａ〜１０ｄで構成し、複数の導線１０ａ〜１０ｄを、第１基部１１及び第２基部１１の各々においてコイル１の周方向に沿って並ぶように配置し、複数組のコイル要素構造における第１基部１１及び第２基部１１をスロット２ａ内に挿入し、第１接続部及び第２接続部の各々は、第１基部１１及び第２基部１１からコイル１の周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくように延びる２つの腕部１２と、２つの腕部１２の一方からねじれながら１回転して２つの腕部１２の他方に連続するカール部１３とを備えており、２つの腕部１２の一方は、他方の腕部１２に対してコイル１の径方向に腕部１２の径方向の長さ分ずれた状態で設けられていることを特徴とする。

この回転電機用のコイルの挿入方法によれば、複数のコイル部材で環状に形成されたコイルを回転電機の環状のステータのスロットに挿入する。その場合、複数のコイル部材の各々を、複数のコイル要素で構成し、複数のコイル要素を、コイルの軸線方向に延びるとともにコイルの周方向に間隔を存する第１基部及び第２基部と、第１基部の一端部と第２基部の一端部との間を接続する第１接続部と、第２基部の他端部から延びる第２接続部とを１組のコイル要素構造として複数組のコイル要素構造を一体に備えるように構成するとともに、複数組のコイル要素構造における隣り合う各２組のコイル要素構造の一方の第１基部の他端部を、第２接続部を介して他方のコイル要素構造の第１基部の他端部に接続することによって、複数組のコイル要素構造を環状に構成する。さらに、複数のコイル要素を、第１基部及び第２基部の各々においてコイルの径方向に互いに重なるように配置するとともに、複数のコイル要素のうちの少なくとも１つのコイル要素の各々を、複数の導線で構成し、複数の導線を、第１基部及び第２基部の各々においてコイルの周方向に沿って並ぶように配置する。そして、複数組のコイル要素構造における第１基部及び第２基部をスロット内に挿入するので、特許文献１のような、複数のコイル要素の各々が１つの部材又は導線で構成されたものをスロットに挿入する場合と比べて、環状のコイルをステータに装着する際、縮径時及び拡径時の押圧力を低減することができる。それにより、コイルへの負担を低減できるとともに、加工装置の小型化及び低価格化を図ることができ、製造コストを低減することができる。さらに、第１接続部及び第２接続部の各々が、第１基部及び第２基部からコイルの周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくように延びる２つの腕部と、２つの腕部の一方からねじれながら１回転して２つの腕部の他方に連続するカール部とを備えているので、結束具などを用いることなく、複数のコイル要素を一体化でき、その分、製造コストを削減することができる。さらに、２つの腕部の一方は、他方の腕部に対してコイルの径方向に腕部の径方向の長さ分ずれた状態で設けられているので、２つの腕部及びカール部がスロットの外方に突出する寸法を低減することができ、コイルエンド高さを低減することができる。これに加えて、カール部が、２つの腕部の一方からねじれながら１回転して２つの腕部の他方に連続しているので、前述したように、環状のコイルをステータに装着する際、縮径時には、カール部をねじりコイルばねのように弾性変形させながら縮径することができるとともに、拡径時には、その復元力を利用しながら拡径することができる。それにより、縮径時及び拡径時の押圧力をさらに低減することができ、絶縁品質を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機用のコイル及びこれを装着したステータを示す正面図である。 図１ＡのＹ−Ｙ矢視部分を平面展開した図である。 コイル部材の正面図である。 コイル部材の平面図である。 図２ＡのＸ部の拡大図である。 曲げ加工する前のコイルアセンブリの平面図である。 コイルアセンブリをステータに装着するために、縮径した状態を示す正面図である。 コイルアセンブリをステータに装着したときの１つのコイル部材を示す斜視図である。 コイルアセンブリをステータに装着したときのコイル部材及びスロットの一部を示す断面図である。 コイル部材の導線の結線状態の一例を模式的に示す図である。 図７の構成の等価回路を示す図である。 コイル部材の導線の結線状態の変形例を模式的に示す図である。 図９の構成の等価回路を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る回転電機用のコイルについて説明する。図１に示すように、本実施形態のコイル１は、回転電機用のステータ２に装着されるものである。

このコイル１の場合、図２Ａ，２Ｂに示すコイル部材１０を計１２個組み合わせて、図３に示すコイルアセンブリ１Ａを作製する。そして、このコイルアセンブリ１Ａを円環状（円筒状）に成形した後、これを後述する手法でステータ２のスロット２ａ（図４参照）に挿入することによって、図１Ａに示すようにステータ２に装着される。

まず、コイル部材１０について説明する。このコイル部材１０は、図２Ｃに示すように、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄを一体に組み合わせたものであり、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄの各々は、３本の導線で構成されている。

具体的には、コイル要素１０Ａは３本の導線１０ａで構成されており、これらの３本の導線１０ａは、互いに同じ断面積に設定され、その長辺側が互いに接する状態で並んでいる。また、コイル要素１０Ｂは３本の導線１０ｂで構成されており、これらの３本の導線１０ｂも、互いに同じ断面積に設定され、その長辺側が互いに接する状態で並んでいる。

さらに、コイル要素１０Ｃは３本の導線１０ｃで構成されており、これらの３本の導線１０ｃも、互いに同じ断面積に設定され、その長辺側が互いに接する状態で並んでいる。また、コイル要素１０Ｄは３本の導線１０ｄで構成されており、これらの３本の導線１０ｄも、互いに同じ断面積に設定され、その長辺側が互いに接する状態で並んでいる。

以上の１２本の導線１０ａ〜１０ｄはいずれも、平角導線タイプのものであり、導電性の高い金属（例えばアルミニウム合金）の表面に、絶縁材をコーティングしたもので構成されている。なお、図２Ａ〜２Ｃにおいては、理解の容易化のために、導線１０ａ〜１０ｄの各々を示すラインが適宜、省略されている。

また、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄにおいては、コイルアセンブリ１Ａがスロット２ａに挿入されたときに、最も内径側に位置するコイル要素１０Ａの導線１０ａの断面積が最も小さく、それよりも外径側に位置するものほど、断面積が大きくなるように構成されている。すなわち、最も外径側に位置するコイル要素１０Ｄの導線１０ｄの断面積が最も大きく設定されている。この理由については後述する。

コイル部材１０は、図２Ａ，２Ｂに示すように、基部１１、腕部１２、カール部１３及び結線部１４を備えており、これらの要素１１〜１４は、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄをフラットワイズ曲げ加工することによって一体に形成されている。すなわち、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄにおいて、３本の導線の長辺側が互いに接している方向に曲げ加工することにより、上記の要素１１〜１４が一体に形成されている。なお、以下の各構成の説明では、コイル１の径方向及び周方向を適宜「径方向」及び「周方向」という。

各基部１１は、コイル１の軸線方向に沿って延びており、コイルアセンブリ１Ａがステータ２に装着されるときに、ステータ２のスロット２ａに挿入される。この基部１１は、その両端部間の長さがスロット２ａの軸線方向のサイズよりも若干、長くなっており、スロット２ａに挿入されるときに、図２Ｂに示す長さＬの部位で、スロット２ａに嵌合する。

さらに、一対の腕部１２，１２は、一対の基部１１，１１からコイル１の周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくようにカール部１３まで延びており、カール部１３は、一方の腕部１２の一端からねじれながら１回転して他方の腕部１２の一端に連続している。

このカール部１３の構成により、カール部１３の両側の一対の腕部１２，１２は、腕部１２の径方向のサイズ分、すなわち４本の導線１０ａ〜１０ｄの径方向の厚さ分、互いに径方向にずれるように構成されている。それに伴い、一対の基部１１，１１も、４本の導線１０ａ〜１０ｄの径方向の厚さ分、互いに径方向にずれるように構成されている。

さらに、隣り合う２つのカール部１３，１３は、コイル１の径方向に対して、互いに逆方向に１回転しながらねじれており、それにより、基部１１は、径方向の内側に位置するものと、それに対して４本の導線１０ａ〜１０ｄの径方向の厚さ分、径方向の外側に位置するものとが周方向に交互に配置されている。

なお、本実施形態では、隣り合う一対の基部１１，１１が第１基部及び第２基部に相当し、一対の基部１１，１１の間に設けられた一対の腕部１２，１２及びカール部１３が第１接続部及び第２接続部に相当する。さらに、コイル１は、第１基部及び第２基部、第１接続部及び第２接続部を１組のコイル要素構造として、５組のコイル要素構造を一体に備えている。

一方、コイル部材１０の両端部は、２つの腕部１２，１２にそれぞれ連続する２つの結線部１４，１４になっており、これらの結線部１４，１４では、１２本の導線１０ａ〜１０ｄが後述するように結線される。

また、本実施形態の場合、図３に示すように、計１２個のコイル部材１０を、各々の基部１１、腕部１２、カール部１３及び結線部１４が図３中の左右方向に所定間隔で並ぶように組み合わせることにより、コイルアセンブリ１Ａが組み立てられる。このようにコイルアセンブリ１Ａが組み立てられた状態では、各コイル部材１０の左端側の結線部１４が、コイルアセンブリ１Ａの左端側に所定間隔で隣接するように並ぶとともに、各コイル部材１０の右端側の結線部１４が、コイルアセンブリ１Ａの右端側に所定間隔で隣接するように並んだ状態になる（図３参照）。

さらに、コイルアセンブリ１Ａは、以上のようにコイル部材１０を組み合わせた後、図示しない治具により円環状に成形される。その際、各コイル部材１０の両端部の結線部１４は、図示しないが周方向の所定範囲内に所定間隔で互いに隣接した状態となる。そして、コイルアセンブリ１Ａをステータ２に装着する際には、まず、コイルアセンブリ１Ａを、図示しない治具によって、図４に２点鎖線で示すように、その外径がステータ２の内径よりも小さい状態まで縮径した後、加工装置で拡径する。

それにより、コイルアセンブリ１Ａの各コイル部材１０の基部１１がステータ２のスロット２ａに挿入されることによって、コイルアセンブリ１Ａがステータ２に装着される。このように、コイルアセンブリ１Ａがステータ２に装着された場合、図３の右側の結線部１４ａがステータ２の内径側に位置し、図３の左側の結線部１４ｂがステータ２の外径側に位置することになる（図１Ａ参照）。なお、以下の説明では、ステータ２の内径側に位置する結線部１４ａを「内径側結線部１４ａ」といい、ステータ２の外径側に位置する結線部１４ｂを「外径側結線部１４ｂ」という。

そして、コイルアセンブリ１Ａをステータ２に装着した状態から、図示しない治具によって、各コイル部材１０の内径側結線部１４ａ及び外径側結線部１４ｂは、いずれも外径側に折り曲げられ、図１Ａ及び図１Ｂに示すように成形される。この成形により、１つのコイル部材１０における内径側結線部１４ａ及び外径側結線部１４ｂは、図１Ｂに示すように、一方が他方に対して径方向の長さ分、径方向にずれるとともに、一方が他方に対して周方向の厚さ分、周方向にずれた状態となるように構成される。これに加えて、隣り合うコイル部材１０間の内径側結線部１４ａ及び外径側結線部１４ｂは互いに等間隔で周方向に並ぶ状態となるように構成される。

ステータ２の内周には、所定数（本実施形態では７２個）のスロット２ａが周方向に並んでおり、各スロット２ａは、隣り合う２つのコア歯２ｂ，２ｂ間に形成されている。コイルアセンブリ１Ａがステータ２に装着された状態では、１つのコイル部材１０は、図５に示すように円環状になっているとともに、図６に示すように、１つのコイル部材１０の隣り合う２つの基部１１，１１（太線で示すもの）は、５つのスロット２ａを間にして配置された２つのスロット２ａ，２ａにそれぞれ挿入された状態となる。すなわち、１つのコイル部材１０において、基部１１は５つ置きに並ぶスロット２ａに挿入される。なお、図６においては、理解の容易化のために、ステータ２及び基部１１の断面を示すハッチングが省略されている。

また、隣り合う２つの基部１１，１１は、前述したように、４本の導線１０ａ〜１０ｄの径方向の厚さ分、互いに径方向にずれるように構成されている関係上、一方の基部１１は内径側に、他方の基部１１は外径側にそれぞれ隙間が存在するとともに、それらの隙間には、他のコイル部材１０の基部１１が配置されている状態となる（図６参照）。

次に、コイル１の結線手法について説明する。このコイル１では、コイルアセンブリ１Ａをステータ２に装着した後、一本のコイル部材１０において、その両端の結線部１４，１４が図７に示すように結線される。まず、同図の左側の結線部１４を入力側として、同図の右側の結線部１４をコモン側としたときに、入力側の結線部１４における３本の導線１０ｄを一体に結線し、入力側の結線部１４における３本の導線１０ｃと、コモン側の結線部１４における３本の導線１０ｄとを一体に結線する。

さらに、入力側の結線部１４における３本の導線１０ｂと、コモン側の結線部１４における３本の導線１０ｃとを一体に結線し、入力側の結線部１４における３本の導線１０ａと、コモン側の結線部１４における３本の導線１０ｂとを一体に結線するとともに、コモン側の結線部１４における３本の導線１０ａを一体に結線する。

以上のように結線した場合、一本のコイル部材１０において、入力側とコモン側との間に延びる３本の導線１０ａを１巻きとして、計４巻き分の導線１０ａ〜１０ｄがステータ２に巻かれている状態になる。この構成を等価回路で表すと、図８に示すものとなる。

同図において、Ｒａ〜Ｒｄは、導線１０ａ〜１０ｄの抵抗をそれぞれ表しており、Ｐａ〜Ｐｃは、電流の流れる経路を示している。ここで、例えば、導線１０ａ〜１０ｄとして、互いに同一断面積のものを用いた場合、内径側のものほど、その両端間の長さが短くなることで、抵抗がより小さくなる関係上、Ｒａ≦Ｒｂ≦Ｒｃ≦Ｒｄが成立することになる。その結果、通電時、３つの経路Ｐａ〜Ｐｃには同じ電流が流れるものの、内径側の導線ほど、発熱量がより大きくなることで、銅損が発生してしまうことになる。

本実施形態のコイル１の場合、この問題の発生を回避すべく、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ又はＲａ≒Ｒｂ≒Ｒｃ≒Ｒｄを成立させるために、前述したように、最も内径側に配置された導線１０ａの断面積が最も小さく、外径側に配置されたものほど、断面積がより大きくなるように構成されているとともに、各導線の断面積は、各コイル要素の導線におけるコイル１の軸心からの径方向の距離に応じて設定されている。これは、導線のコイル１の軸心からの径方向の距離の長さに応じて、導線の両端間の長さが決まることによる。

以上のように、本実施形態のコイル１によれば、コイルアセンブリ１Ａは、１２個のコイル部材１０を組み合わせて環状に形成され、その外径がステータ２の内径よりも小さい状態まで縮径された後、拡径されることで、ステータ２のスロット２ａに挿入される。その場合、基部１１における４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄの各々は、コイル１の周方向に並んだ３本の導線で構成されているので、縮径時及び拡径時に必要な押圧力を、１本の平角導線が径方向に多数積み重なっている特許文献１の場合と比べて、低減することができる。

例えば、１つのスロット２ａ内に径方向に積み重なっているコイル要素の数を本実施形態のコイル１と特許文献１のコイルとで同一に設定した場合、本実施形態のコイル１では、各コイル要素が３本の導線で構成されていることによって、縮径時及び拡径時に必要な押圧力を、特許文献１のコイルと比べて、(1/3)×(1/3)×(1/3)×3=1/9まで低減させることができる。以上により、コイル１をステータ２に装着する際、コイル１への負担を低減できるとともに、加工装置の小型化及び低価格化を図ることができ、製造コストを低減することができる。

さらに、コイル部材１０では、平角導線１０ａ〜１０ｄが、基部１１、腕部１２及びカール部１３において、各平角導線の断面における短辺側が径方向に互いに重なる状態で配置されているので、１２本の導線１０ａ〜１０ｄをフラットワイズ曲げ加工することによって、基部１１、腕部１２、カール部１３及び結線部１４を一体に形成することができる。それにより、コイル製作時において、結束具などを用いることなく、１２本の導線１０ａ〜１０ｄを一体化でき、その分、製造コストを削減することができる。同じ理由により、コイル製作時において、絶縁被膜が導線１０ａ〜１０ｄから剥離するのを抑制でき、製造コストをさらに削減することができる。

これに加えて、前述した一対の腕部１２，１２とカール部１３の構成により、カール部１３の両側の一対の腕部１２，１２は、腕部１２の径方向のサイズ分、すなわち４本の導線１０ａ〜１０ｄの径方向の厚さ分、互いに径方向にずれるように構成されているので、腕部１２及びカール部１３がスロット２ａの外方に突出する寸法を低減することができ、コイルエンド高さを低減することができる。

また、図７に示すように結線したときの図８の等価回路において、Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ又はＲａ≒Ｒｂ≒Ｒｃ≒Ｒｄを成立させるために、導線１０ａ〜１０ｄにおいて、最も内径側に配置された導線１０ａの断面積が最も小さく、外径側に配置されたものほど、断面積がより大きくなるように構成されている。それにより、導線１０ａ〜１０ｄにおける抵抗を揃えることができ、銅損の発生を抑制できることで、回転電機の効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態のコイル１の挿入方法によれば、以上の作用効果を得ることができる。

なお、実施形態は、コイル部材１０の両端の結線部１４，１４を図７に示すように結線した例であるが、これに代えて、図９に示すように結線してもよい。同図に示す結線例は、入力側の１２本の導線１０ａ〜１０ｄを一体に結線するとともに、コモン側の１２本の導線１０ａ〜１０ｄを一体に結線したものである。

このように結線した際、その等価回路は図１０に示すものとなる。同図において、１２本の導線１０ａ〜１０ｄの断面積が同一の場合には、前述したように、Ｒａ≦Ｒｂ≦Ｒｃ≦Ｒｄが成立する関係上、最も外径側の３本の導線３ａを通る経路が最も抵抗が大きくなる一方、より内径側の導線を通る経路ほど、抵抗が小さくなる。その結果、３本の導線３ｄを通る経路には、小電流しか流れず、３本の導線３ａを通る経路には、大電流が流れてしまうことになる。

これに対して、本実施形態の１２本の導線１０ａ〜１０ｄの場合、前述したように、最も内径側に配置された導線１０ａの断面積が最も小さく、外径側に配置されたものほど、断面積がより大きくなるように構成されているとともに、各導線の断面積は、各コイル要素の導線におけるコイル１の軸心からの径方向の距離に応じて設定されているので、４つの経路における抵抗を同じ値に揃えることが可能になる。それにより、図９に示すように結線した場合でも、導線１０ａ〜１０ｄにおける抵抗を揃えることができ、特定導線の発熱による銅損の発生を抑制できることで、回転電機の効率を向上させることができる。

また、実施形態は、複数のコイル部材として、１２個のコイル部材１０を用いた例であるが、本発明の複数のコイル部材の数はこれに限らず、回転電機の極数や相数などに応じて適宜設定すればよい。例えば、複数のコイル部材として、６×ｎ（ｎは整数）個のコイル部材を用いてもよい。

さらに、実施形態は、複数組のコイル要素構造として、６組相当のコイル要素構造を用いた例であるが、本発明のコイル要素構造の組数はこれに限らず、複数組であればよい。例えば、５組相当以下や７組相当以上のコイル要素構造を用いてもよい。

一方、実施形態は、複数のコイル要素として、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄを用いた例であるが、これに代えて、複数のコイル要素として、２〜３又は５つ以上のコイル要素を用いてもよい。また、コイル部材として、実施形態のコイル部材１０を、２つのコイル要素１０Ａ，１０Ｂで構成したコイル部材と、２つのコイル要素１０Ｃ，１０Ｄで構成したコイル部材とに２分割したものを用いてもよい。このように構成した場合には、１つのスロット２ａ内に、４つのコイル部材の基部が挿入された状態となる。

また、実施形態は、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄの各々を３本の導線で構成した例であるが、本発明のコイル要素はこれに限らず、複数のコイル要素のうちの少なくとも１つのコイル要素の各々が複数の導線で構成されていればよい。例えば、４つのコイル要素１０Ａ〜１０Ｄのうちのいずれか１つを３本の導線で構成し（例えば、コイル要素１０Ａを３本の導線１０ａで構成し）、それ以外のコイル要素を１本の導線で構成してもよい。また、２つのコイル要素１０Ａ，１０Ｄの各々を３本の導線で構成し、残り２つのコイル要素Ｂ，１０Ｃの各々を１本又は２本の導線で構成してもよく、これらを逆の関係に構成してもよい。また、複数のコイル要素を互いに異なる数の導線で構成してもよい。

さらに、実施形態は、コイル１の導線１０ａ〜１０ｄにおいて、最も内径側に配置された導線１０ａの断面積が最も小さく、外径側に配置されたものほど、断面積がより大きくなるように構成した例であるが、これらに代えて、導線１０ａ〜１０ｄとして、互いに同一の断面積のものを用いてもよい。

一方、実施形態は、コイル１をステータ２に装着する際、１つのコイル部材１０において、基部１１が５つ置きに並ぶスロット２ａに挿入されるように構成した例であるが、基部１１が挿入されるスロット２ａの間隔はこれに限らず、回転電機の極数や相数などに応じて適宜設定可能である。例えば、コイル部材の基部を、６×ｎ−１（ｎは整数）置きにスロットに挿入するように構成してもよい。

１ コイル
２ ステータ
２ａ スロット
１０ コイル部材
１０Ａ コイル要素
１０Ｂ コイル要素
１０Ｃ コイル要素
１０Ｄ コイル要素
１０ａ 導線
１０ｂ 導線
１０ｃ 導線
１０ｄ 導線
１１ 基部（第１基部，第２基部）
１２ 腕部（第１接続部，第２接続部）
１３ カール部（第１接続部，第２接続部）
１４ 結線部

Claims (5)

1. 複数のコイル部材で環状に形成され、回転電機の環状のステータのスロットに挿入される回転電機用のコイルにおいて、
   前記複数のコイル部材の各々は、複数のコイル要素で構成され、
   当該複数のコイル要素は、前記スロット内に挿入され、前記コイルの軸線方向に延びるとともに前記コイルの周方向に間隔を存する第１基部及び第２基部と、当該第１基部の一端部と当該第２基部の一端部との間を接続する第１接続部と、当該第２基部の他端部から延びる第２接続部とを１組のコイル要素構造として複数組のコイル要素構造を一体に備えており、
   当該複数組のコイル要素構造における隣り合う各２組の前記コイル要素構造の一方の前記第１基部の他端部が、前記第２接続部を介して他方のコイル要素構造の前記第１基部の他端部に接続されていることによって、当該複数組のコイル要素構造は環状に構成されており、
   前記複数のコイル要素は、前記第１基部及び前記第２基部の各々において前記コイルの径方向に互いに重なるように配置されているとともに、当該複数のコイル要素のうちの少なくとも１つのコイル要素の各々は、複数の導線で構成されており、
   当該複数の導線は、前記第１基部及び前記第２基部の各々において前記コイルの周方向に沿って並ぶように配置されており、
   前記第１接続部及び前記第２接続部の各々は、前記第１基部及び前記第２基部から前記コイルの周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくように延びる２つの腕部と、当該２つの腕部の一方からねじれながら１回転して当該２つの腕部の他方に連続するカール部とを備えており、
   前記２つの腕部の一方は、他方の腕部に対して前記コイルの径方向に当該腕部の径方向の長さ分ずれた状態で設けられていることを特徴とする回転電機用のコイル。
2. 前記複数のコイル要素の両端部は、結線部になっており、
   当該結線部では、前記複数のコイル要素のうちの前記コイルの径方向に重なり合う各２つのコイル要素において、当該各２つのコイル要素の一方の一端部と、当該各２つのコイル要素の他方の一端部とが一体に結線され、前記複数のコイル要素のうちの、前記コイルの径方向の最も外側に配置された１つのコイル要素の他端部が一体に結線され、前記コイルの径方向の最も内側に配置された１つのコイル要素の他端部が一体に結線されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用のコイル。
3. 前記複数のコイル要素の各々は、互いに同数の前記複数の導線で構成されており、
   当該複数の導線は、前記コイルの径方向の内側に配置されているものほど、断面積がより小さくなるように構成されているとともに、当該断面積は、前記各コイル要素における前記コイルの軸心からの径方向の距離に応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機用のコイル。
4. 前記複数のコイル要素の各々は、互いに同数の複数の平角導線で構成されており、
   当該複数の平角導線は、前記第１〜第２基部及び前記第１〜第２接続部において、前記複数の平角導線の各々の断面における短辺側が径方向に互いに重なる状態で配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機用のコイル。
5. 複数のコイル部材で環状に形成されたコイルを回転電機の環状のステータのスロットに挿入する回転電機用のコイルの挿入方法において、
   前記複数のコイル部材の各々を、複数のコイル要素で構成し、
   当該複数のコイル要素を、前記コイルの軸線方向に延びるとともに前記コイルの周方向に間隔を存する第１基部及び第２基部と、当該第１基部の一端部と当該第２基部の一端部との間を接続する第１接続部と、当該第２基部の他端部から延びる第２接続部とを１組のコイル要素構造として複数組のコイル要素構造を一体に備えるように構成し、
   当該複数組のコイル要素構造における隣り合う各２組の前記コイル要素構造の一方の前記第１基部の他端部を、前記第２接続部を介して他方のコイル要素構造の前記第１基部の他端部に接続することによって、当該複数組のコイル要素構造を環状に構成し、
   前記複数のコイル要素を、前記第１基部及び前記第２基部の各々において前記コイルの径方向に互いに重なるように配置するとともに、当該複数のコイル要素のうちの少なくとも１つのコイル要素の各々を、複数の導線で構成し、
   当該複数の導線を、前記第１基部及び前記第２基部の各々において前記コイルの周方向に沿って並ぶように配置し、
   前記複数組のコイル要素構造における前記第１基部及び前記第２基部を前記スロット内に挿入し、
   前記第１接続部及び前記第２接続部の各々は、前記第１基部及び前記第２基部から前記コイルの周方向側に折れ曲がりながら、互いに近づくように延びる２つの腕部と、当該２つの腕部の一方からねじれながら１回転して当該２つの腕部の他方に連続するカール部とを備えており、
   前記２つの腕部の一方は、他方の腕部に対して前記コイルの径方向に当該腕部の径方向の長さ分ずれた状態で設けられていることを特徴とする回転電機用のコイルの挿入方法。

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