JP7331670B2 - 回転電機のステータ、及び回転電機のステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータ、及び回転電機のステータの製造方法に関する。

特許文献１は、スロットにスキューを与え、斜行するスロットと同一向きに、成形導体線をステータコアの径方向内側へ押し込み、その後、成形導体線（巻線）のスロット収容部を径方向外側へ付勢してスロットに押し込み、この作業を成形導体線の各スロット収容部に対して成形導体線の一端側から順次行うことにより成形導体線からなるステータコイルをステータコアに巻装する技術を開示している。

特開２００９－０４４９０１号公報

しかし、特許文献１では、スキュー形状を形成するためにステータコアを構成する積層鋼板を一枚ずつ周方向にずらしながら積層する工程が必要であり、膨大な工数がかかる。また、ステータコアの形状に合わせて巻線をステータコアの内側（スロットの開口部）から挿入するので、複数の巻線を同時にスロットに挿入するのは困難である。

そこで、本発明は、複数の巻線を同時にスロットに挿入可能であり、ステータコアにスキュー形状を形成することなくスキュー構造を構築可能な回転電機のステータ及び回転電機のステータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様における回転電機のステータは、軸方向に貫通するスロットが周方向に所定のピッチで形成された円筒形のステータコアと、スロットに挿通されたステータコイル用の巻線と、を備える回転電機のステータである。ステータコアは、軸方向に並んで配置された複数の分割ステータコアを含み、複数の分割ステータコアのうち、互いに隣接する第１ステータコアと第２ステータコアは、第１ステータコアの第１スロットと第２ステータコアの第２スロットが軸方向に一直線に並ぶ配置から互いに周方向にずれるように配置され、巻線は、第１スロットに挿通された第１巻線と、第２スロットに挿通された第２巻線と、を含み、第１巻線と第２巻線は、第１ステータコアと第２ステータコアとの間となる位置で接続され、第１巻線と第２巻線との接続位置において、第１巻線と第２巻線が周方向に互いにずれる段差部が形成されている。

上記態様であれば、第１ステータコアの第２ステータコアの間において形成された巻線の周方向の段差によりスキューが形成されたステータとなる。これにより、ステータコア（第１ステータコア、第２ステータコア）にスキュー形状は不要となるので、高額な特殊設備を用いることなくステータコアを容易に構築することでコストを抑制できる。また、ステータコアのスロット（第１スロット、第２スロット）に挿通する巻線（第１巻線、第２巻線）は、直線形状となり、ステータコアの内周面にスロットの開口部を形成する必要がないので、トルクリプルの悪化及び磁気損失を抑制することができる。また、前記のように巻線（第１巻線、第２巻線）は、直線形状であるので、全てのスロット（第１スロット、第２スロット）に巻線（第１巻線、第２巻線）を同時に挿通することができる。したがって、製造工程を簡略化でき、コストを抑制できる。また、第１巻線と第２巻線の接合部分は、第１ステータコアと第２ステータコアの間にあるので、当該部分を目視若しくは画像処理を行うことができ品質管理を容易に行うことができる。さらに、第１ステータコアと第２ステータコアの間は樹脂モールドが可能なので、前記接合部分の絶縁処理も容易に行うことができる。

図１は、第１実施形態のステータの模式図である。 図２は、分割ステータコア（第１ステータコア、第２ステータコア）の斜視図である。 図３は、第１巻線と第２巻線の接合形態を示す図である。 図４は、第１巻線及び第２巻線のスロットに対する配置形態を示す図であり、図４（ａ）は第１巻線（図３を正面とする上面図）、図４（ｂ）は第２巻線（図３を正面とする底面図）である。 図５は、第１巻線と第２巻線の接合形態の変形例であって、図５（ａ）は第１変形例、図５（ｂ）は第２変形例である。 図６は、第１巻線と第２巻線の接合形態の変形例であって、図６（ａ）は第３変形例、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。 図７は、第１巻線と第２巻線の接合形態の変形例であって、図７（ａ）は第４変形例、図７（ｂ）は第５変形例である。 図８は、第２実施形態のステータの模式図である。 図９は、中間ステータコアの平面図である。 図１０は、第３実施形態のステータの模式図である。 図１１は、第４実施形態のステータの模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態の基本構成］
図１は、本実施形態のステータの模式図である。図２は、分割ステータコア１１（第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂ）の斜視図である。図３は、第１巻線２と第２巻線３の接合形態を示す図である。図４は、第１巻線２及び第２巻線３のスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に対する配置形態を示す図であり、図４（ａ）は第１巻線２（図３を正面とする上面図）、図４（ｂ）は第２巻線３（図３を正面とする底面図）である。

なお、本実施形態で用いる「軸方向」、「周方向」、「動径方向」は互いに直交する方向であって、「軸方向」は円筒形のステータコア１（分割ステータコア１１）の中心軸に平行な方向であり、「周方向」は、前記中心軸を法線とする平面において前記中心軸を中心として円弧状に周回する方向であり、「動径方向」は、前記中心軸を法線とする平面において前記中心軸に直線的に近接する方向及び離間する方向である。

本実施形態のステータは、ステータコア１（第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂ）と、ステータコイル用の巻線（第１巻線２、第２巻線３）により構成される。

第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂは、ステータコア１を軸方向に複数（図１では２個）に分割した分割ステータコア１１である。なお、「第１ステータコア１１Ａ」及び「第２ステータコア１１Ｂ」とは、互いに隣接する分割ステータコア１１の一方と他方を意味し、後述のようにステータコア１が３個以上に分割された場合でも、特定の分割ステータコア１１を指すものではなく、互いに隣接する分割ステータコア１１の一方と他方との関係を有する全ての組み合わせを含む概念である。

第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂは、それぞれ電磁鋼板を積層して形成されたものであり、共通の電磁鋼板が適用される。電磁鋼板は、リング状の部材であり、ステータコア１においてロータ（不図示）が挿通する挿通孔１４を形成する円形の開口部１４１と、スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）を形成する矩形の開口部１５１を備える。

スロット１５（開口部１５１）は、動径方向が長手方向となる配置で、所定のピッチで周方向に周回するように複数配置されている。またスロット１５（開口部１５１）は、挿通孔１４（開口部１４１）から離間するように配置されている。これにより、挿通孔１４の側面（内周面）にスロット１５は開口しない。

第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂは、少なくとも軸方向から見て同一の形状を有し、軸方向に同軸で配置されている。なお、分割ステータコア１１（第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂ）は、ステータコア１を軸方向に分割することで形成してもよいが、予め分割ステータコア１１の軸方向の長さになるように、独立に積層鋼板を積層して形成してもよい。

図１、図３に示すように、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂは、第１ステータコア１１Ａに形成された第１スロット１５Ａと、第２ステータコア１１Ｂに形成された第２スロット１５Ｂが軸方向に一直線に並ぶ（軸方向から見て重なって見える）位置から周方向にわずかにずれる（回転する）ように配置されている。周方向のずれの量は巻線（第１巻線２、第２巻線３）の周方向の幅以下となっている。よって、第１ステータコア１１Ａの互いに隣接する第１スロット１５Ａの間のティース１６Ａと、第２ステータコア１１Ｂの互いに隣接する第２スロット１５Ｂの間のティース１６Ｂも周方向でわずかにずれた配置となる。

図３、図４に示すように、第１巻線２及び第２巻線３は、第１ステータコア１１Ａのティース１６Ａ及び第２ステータコア１１Ｂのティース１６Ｂに巻き回されたような形態を備えることで、ステータコイルを形成するものである。なお、「第１巻線２」及び「第２巻線３」とは、互いに隣接する分割ステータコア１１の一方（例えば第１ステータコア１１Ａ）に配置された巻線（例えば第１巻線２）と他方（例えば第２ステータコア１１Ｂ）に配置された巻線（例えば第２巻線３）を意味し、後述のようにステータコア１が３個以上に分割された場合でも、特定の巻線を指すものではなく、互いに隣接する分割ステータコア１１の一方に配置された巻線と他方に配置された巻線との関係を有する全ての組み合わせを含む概念である。

第１巻線２及び第２巻線３は、例えば銅を材料とし、共通の矩形（正方形）の断面を有する平角線であって、その外周に絶縁材がコーティングされたものである。図４に示すように、第１巻線２及び第２巻線３は、第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂを介してティース１６Ａ，１６Ｂに複数回巻き回されたような形態（集中巻き）となっているが、分布巻きも実施可能である。第１巻線２は、第１スロット１５Ａに複数本挿入され、第１スロット１５Ａの矩形の開口部１５１の長手方向（動径方向）に一列に並ぶように配置される。同様に、第２巻線３は、第２スロット１５Ｂに複数本挿入され、第２スロット１５Ｂの矩形の開口部１５１の長手方向（動径方向）に一列に並ぶように配置される。第１巻線２及び第２巻線３の周方向の幅は、第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂの周方向の幅と同一かそれよりもやや小さくなるように形成されている。

第１巻線２は、複数（図４では３個）のＵ字形状のものと、２つの直線形状のものを適用することができる。直線形状の第１巻線２は、ステータコイルの端部を形成し外部に接続される引き出し電線２３を含む。第１巻線２においてＵ字形状のものは、第１スロット１５Ａに挿通される一対の直線部２１と、当該一対の直線部２１を連結する連結部２２とが一体となったものである。連結部２２及び引き出し電線２３は、第１ステータコア１１Ａの外部に配置される。よって、第１巻線２において、連結部２２及び引き出し電線２３は予め樹脂モールドして一体化することができる。したがって、第１ステータコア１１Ａに取り付ける全ての第１巻線２の連結部２２及び引き出し電線２３を樹脂モールドにより予め一体化することがき、第１ステータコア１１Ａの第１スロット１５Ａに同時に挿通させることができる。一体化した構造については、例えばＷＯ２０１５／１９８４３２Ａ１等を参照されたい。

第２巻線３は、第１巻線２と同様に複数（図４では４個）のＵ字形状のものを適用することができ、第２スロット１５Ｂに挿通される一対の直線部３１と、当該一対の直線部３１を連結する連結部３２を備える。第１巻線２と同様に、第２ステータコア１１Ｂに挿通する全ての第２巻線３の連結部３２を樹脂モールドにより予め一体化することで、第２ステータコア１１Ｂの第２スロット１５Ｂに同時に挿通させることができる。

図３に示すように、第１巻線２は、第１ステータコア１１Ａの第１スロット１５Ａに挿通されるとともに当該第１スロット１５Ａから第２ステータコア１１Ｂ側に突出するように配置される。同様に、第２巻線３は、第２ステータコア１１Ｂの第２スロット１５Ｂに挿通されるとともに当該第２スロット１５Ｂから第１ステータコア１１Ａ側に突出するように配置される。

第１巻線２と第２巻線３は、軸方向から見て一直線に重なる位置から周方向に第１巻線２（第２巻線３）の幅の略半分の長さだけ互いにずれた配置となっている。また、軸方向から見て第１巻線２と第２巻線３が互いに重なる部分であって第１巻線２の端面の一部と第２巻線３の端面の一部とが互いに接合している（基本形態）。そして、第１巻線２と第２巻線３の接合位置において第１巻線２と第２巻線３とが周方向に互いにずれる段差部４が形成される。

第１巻線２と第２巻線３と接合方法としては、冷間固相接合、微粒子粉末の固相接合、抵抗溶接、レーザー溶接等があるがこれらに限定されない。冷間固相接合は、銅の新生面（酸化膜のない面）同士を接触させて押圧して接合するものである。微粒子粉末の固相接合は、銅のナノレベル微粒子を粉末状態で接合位置に配置し（挟み込み）、衝撃を加えることで固体化させることで接合するものである。抵抗溶接は、接合部分同士を接触させて通電し、接触抵抗が発生している接合部分において優先的に発熱・溶融させることで接合するものである。レーザー溶接は、接合部分に直接レーザーを照射して発熱・溶融させることで接合するものであり、外部から視認できる範囲で適用できる。なお、第１巻線２、第２巻線３の接合部分は、接合前に絶縁材を予め除去することが望ましい。

本実施形態のステータの製造工程としては、例えば、前記のように樹脂モールドした第１巻線２を第１ステータコア１１Ａに挿通し、樹脂モールドした第２巻線３を第２ステータコア１１Ｂに挿通する。そして、第２巻線３の第１巻線２と接合する端部が上向きになるように第２ステータコア１１Ｂを作業台に配置し、第２ステータコア１１Ｂの上に第１ステータコア１１Ａを配置する。

その際、第１巻線２の第２巻線３と接合する端部が下向きとなるように第１ステータコア１１Ａを第２ステータコア１１Ｂの上に配置するとともに、第１巻線２と第２巻線３が軸方向で互いに重なる位置から周方向にずれることで、軸方向から見て第１巻線２の端面の一部と第２巻線３の端面の一部が互いに重なるように配置され、第２巻線３の端面の一部に第１巻線２が端面の一部が載る形で配置される。この状態で上記の接合方法等を用いて第１巻線２と第２巻線３とを接合することで、スキューを備えた本実施形態のステータが構築される。

図３に示すように、本実施形態（基本形態）では、第１巻線２と第２巻線３との接合部分の境界線は第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間に配置されるとともに動径方向（外側）に向いているので、接合部分を容易に視認でき良否判定を容易に行うことができる。

図５は、第１巻線２と第２巻線３の接合形態の変形例であって、図５（ａ）は第１変形例、図５（ｂ）は第２変形例である。

第１変形例、第２変形例では、基本形態と同様に、第１巻線２と第２巻線３が軸方向から見て一直線に並ぶ位置から周方向に第１巻線２（第２巻線３）の幅の略半分の長さだけ互いにずれた（回転した）配置となっている。そして、軸方向から見て互いに重なり合う第１巻線２の端部の一部と、第２巻線３の端部の一部と、に嵌め込み部をそれぞれ形成し、嵌め込み部同士を係合させた状態で接合することでスキューを備えたステータが構築されている。

図５（ａ）に示す第１変形例では、嵌め込み部として楔部２４，３４が形成されている。楔部２４，３４は、第１巻線２、第２巻線３を動径方向に貫通する切り欠きとしてそれぞれ形成されている。

第１巻線２の楔部２４は、第１巻線２の端部中央から第１巻線２の長手方向（軸方向）に切り込まれて形成された垂直面２４１と、当該垂直面２４１の最深部から第１巻線２の端部の角部であって第２巻線３に接触する角部に向けて切り込まれて形成された傾斜面２４２と、を備える。

第２巻線３の楔部３４は、第２巻線３の端部中央から第２巻線３の長手方向（軸方向）に切り込まれて形成された垂直面３４１と、当該垂直面３４１の最深部から第２巻線３の端部の角部であって第１巻線２に接触する角部に向けて切り込まれて形成された傾斜面３４２と、を備える。第１巻線２の傾斜面２４２と第２巻線３の傾斜面３４２は、大きさ及び傾斜角度が略同一となっている。

第１巻線２及び第２巻線３は、第１巻線２の傾斜面２４２と第２巻線３の傾斜面３４２とが接触し、第１巻線２の側面と第２巻線３の垂直面３４１とが接触し、第２巻線３の側面と第１巻線２の垂直面２４１とが接触した状態で接合することで段差部４が形成される。

図５（ｂ）に示す第２変形例では、嵌め込み部として凹凸部２５，３５が形成されている。凹凸部２５，３５も、第１巻線２、第２巻線３を動径方向に貫通する切り欠きとして形成されている。

第１巻線２の凹凸部２５は、第１巻線２の端部中央から第１巻線２の側面であって第２巻線３に接触する側面側に隔たった位置に形成された凹部２５１と、当該側面を包含するとともに当該凹部２５１の内壁を外壁とする凸部２５２と、を備え、凹部２５１と凸部２５２の周方向の幅が略同一となっている。

第２巻線３の凹凸部３５は、第２巻線３の端部中央から第２巻線３の側面であって第１巻線２に接触する側面側に隔たった位置に形成された凹部３５１と、当該側面を包含するとともに当該凹部３５１の内壁を外壁とする凸部３５２と、を備え、凹部３５１と凸部３５２の周方向の幅が略同一となっている。

第１巻線２及び第２巻線３は、第１巻線２の凸部２５２が第２巻線３の凹部３５１に嵌め込まれ、第２巻線３の凸部３５２が第１巻線２の凹部２５１に嵌め込まれた状態で接合することで段差部４が形成される。

第１変形例、第２変形例では、第１巻線２及び第２巻線３が接合前から互いに係合した状態になっているので、接合作業を容易に行うことができる。

図６は、第１巻線２と第２巻線３の接合形態の変形例であって、図６（ａ）は第３変形例、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。第３変形例は、第１巻線２の端部及び第２巻線３の端部にそれぞれ矩形のザグリ２６，３６が形成され、ザグリ２６とザグリ３６を互いに接合することで段差部４が形成される。

第１巻線２のザグリ２６（第１ザグリ）は、第１巻線２の端部の動径方向の内側から所定の深さ（第１巻線２の動径方向の幅の略半分の長さ）まで矩形形状に切り欠いて第１巻線２の端部を薄肉形成するものであって、第２巻線３に接触する角部が当該矩形形状の角となるように、第１巻線２の端面及び側面が開口している。

第２巻線３のザグリ３６（第２ザグリ）は、第２巻線３の端部の動径方向の外側から所定の深さ（第２巻線３の動径方向の幅の略半分の長さ）まで矩形形状に切り欠いて第２巻線３の端部を薄肉形成するものであって、第１巻線２に接触する角部が当該矩形形状の角となるように、第２巻線３の端面及び側面が開口している。

第３変形例では、第１巻線２のザグリ２６の動径方向の内側に対向する接合面２６ａが形成され、第２巻線３のザグリ２６の動径方向の外側に対向する接合面３６ａが形成され、接合面２６ａと接合面３６ａが互いに接合している。そして、接合面２６ａ及び接合面３６ｂは外部から遮蔽されている。したがって、第１巻線２と第２巻線３の接合部分の経年劣化を抑制することができる。

図７は、第１巻線２と第２巻線３の接合形態の変形例であって、図７（ａ）は第４変形例、図７（ｂ）は第５変形例である。

図７（ａ）に示す第４変形例において、第１ステータコア１１Ａ及び第２ステータコア１１Ｂの配置は、基本形態、第１変形例乃至第３変形例と同様である。第１巻線２の端部と第２巻線３の端部において、軸方向から見て互いに重なる端部の一部にそれぞれ傾斜面２７（第１傾斜面）、傾斜面３７（第２傾斜面）が形成されている。傾斜面２７，３７も、第１巻線２、第２巻線３を動径方向に貫通する切り欠きとして形成されている。

第１巻線２の傾斜面２７は、第１巻線２の端部の角部であって軸方向から見て第２巻線３と重なる角部を面取りする態様で形成される。第２巻線３の傾斜面３７は、第２巻線３の端部の角部であって軸方向から見て第１巻線２と重なる角部を面取りする態様で形成される。なお、第１巻線２の傾斜面２７と第２巻線３の傾斜面３７は略同一の傾斜角度を有する。そして、第１巻線２の傾斜面２７と第２巻線３の傾斜面３７とが互いに接合することで段差部４が形成される。

第７（ｂ）に示す第５変形例において、第１ステータコア１１Ａ及び第２ステータコア１１Ｂは、軸方向から見て第１ステータコア１１Ａの第１スロット１５Ａと第２ステータコア１１Ｂの第２スロット１５Ｂが軸方向に一直線に並ぶ位置から周方向に第１スロット１５Ａ（第１巻線２）、第２スロット１５Ｂ（第２巻線３）の幅の分だけ互いにずれた配置となっている。そして、第１巻線２の端部と第２巻線３の端部は、互いに対向する側面同士が接触しており、当該接触位置において互いに接合することで段差部４が形成される。

第４変形例及び第５変形例では、第１巻線２と第２巻線３との接合前において、第２巻線３が第１巻線２を支持するのは困難である。よって、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間に治具（スペーサ、不図示）を配置し、接合時に第１巻線２と第２巻線３の接触状態を維持できるようにすることが望ましい。なお、第５変形例は、ステータコア１のスキュー（周方向のずれ量）を大きくしたい場合に有効な構成となる。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態のステータの模式図である。図９は、中間ステータコア１１Ｃの平面図である。第２実施形態のステータは、第１実施形態のステータにおいて、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間に中間ステータコア１１Ｃが挿入されたものである。

中間ステータコア１１Ｃは、例えば第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂと共通の電磁鋼板を用いて形成することができる。中間ステータコア１１Ｃの製造工程としては、当該電磁鋼板を第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの隙間の分だけ積層し、積層した電磁鋼板においてスロット１５を挿通孔１４に連通させる開口部１５２を形成する。そして積層した電磁鋼板をスロット１５の個数（図２、図９では４８個）分だけ周方向に分割すればよい。

一方、第１巻線２と第２巻線３の接合部分（段差部４）は、周方向の幅がスロット１５の幅と同じかやや小さくなるように設計する。段差部４は、基本構成のみならず、第１変形例乃至第５変形例も適用できる。

そして、段差部４を開口部１５２から挿入して中間ステータコア１１Ｃを嵌め込む態様で、中間ステータコア１１Ｃを第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間に挿入する。そして、全ての段差部４（スロット１５の個数と同数）が中間ステータコア１１Ｃに挿入することで、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間は隙間無く閉止される。これにより、ステータコア１からの磁気の漏洩を低減させることができる。また既存の第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂで用いられる電磁鋼板を用いて中間ステータコア１１Ｃを構築できるので、コストを抑制することができる。

なお、図９では、ティース１６を２等分する位置で電磁鋼板を切断しているが、スロット１５を２等分する位置で切断してもよい。この場合、周方向で互いに隣接する段差部４の間にティース１６を差し込む態様で中間ステータコア１１Ｃを第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間に挿入することになる。

［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態のステータの模式図である。第３実施形態のステータは、ステータコア１が軸方向に３個以上配置（図１０では３個）され、スキューが複数段形成されたものである。

分割ステータコア１１の軸方向の長さは任意に設計することができ、例えば図１０では、中央に配置された分割ステータコア１１が、左右に配置された分割ステータコア１１よりも軸方向が短くなるように形成されている。

第３実施形態でも、互いに隣接する分割ステータコア１１（第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂ）との間で、分割巻線５（例えば第１巻線２）と分割巻線５（例えば第２巻線３）との接続位置で段差部４が形成され、これがスキューとなっている。ステータコア１全体としては、スロット１５の周方向のピッチよりも短い範囲にスキューが収まるように任意の配置でスキューが形成される。

図１０に示すように、中央に配置された分割ステータコア１１の左側に形成された段差部４（スキュー）と右側に形成された段差部４（スキュー）では周方向に位置が異なるように分割巻線５を接続することが可能である。よって、分割ステータコア１１を多段配置することで、周方向の位置が互いに異なる複数のスキューを形成することができ、このようなスキューを形成することで、トルクリプルをさらに低減することが可能である。なお、段差部４は、基本形態、第１変形例乃至第５変形例のいずれも適用できる。また、前記同様に互いに隣接する分割ステータコア１１の間に中間ステータコア１１Ｃを配置することができる。

［第４実施形態］
図１１は、第４実施形態のステータの模式図である。第４実施形態のステータでは、直線状の第１巻線２と直線状の第２巻線３が段差部４（スキュー）を形成するように一体で形成されている。

組み立て手順としては、作業台に配置した第２ステータコア１１Ｂに全ての第２巻線３を全ての第２スロット１５Ｂに亘って挿通させて第２巻線３と一体となっている全ての第１巻線２を第２ステータコア１１Ｂに挿通された第２巻線３により支持し、全ての第１巻線２を第１ステータコア１１Ａの全ての第１スロット１５Ａに亘って同時に挿通させる。

そして、第１ステータコア１１Ａが分割ステータコア１１の軸方向の端部に配置されている場合は、第１巻線２の端部（引き出し電線２３を除く）に連結部２２を接続する。また、第２ステータコア１１Ｂが分割ステータコア１１の軸方向の端部に配置されている場合は、第２巻線３の端部に連結部３２を接続する。以上の工程によりステータが構築される。

第４実施形態では、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間に接合箇所がないので、ステータ全体の剛性が向上する。なお、段差部４は、単に巻線を周方向にクランク状に折り曲げて形成してもよい。

［本実施形態の効果］
本実施形態の回転電機のステータによれば、軸方向に貫通するスロット１５が周方向に所定のピッチで形成された円筒形のステータコア１と、スロット１５に挿通されたステータコイル用の巻線と、を備える回転電機のステータであって、ステータコア１は、軸方向に並んで配置された複数の分割ステータコア１１を含み、複数の分割ステータコア１１のうち、互いに隣接する第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂは、第１ステータコア１１Ａの第１スロット１５Ａと第２ステータコア１１Ｂの第２スロット１５Ｂが軸方向に一直線に並ぶ配置から互いに周方向にずれるように配置され、巻線は、第１スロット１５Ａに挿通された第１巻線２と、第２スロット１５Ｂに挿通された第２巻線３と、を含み、第１巻線２と第２巻線３は、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂとの間となる位置で接続され、第１巻線２と第２巻線３との接続位置において、第１巻線２と第２巻線３が周方向に互いにずれる段差部４が形成されている。

上記構成により、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間において形成された巻線（第１巻線２、第２巻線３）の周方向の段差（段差部４）によりスキューが形成されたステータとなる。これにより、ステータコア１（第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂ）にスキュー形状は不要となるので、高額な特殊設備を用いることなくステータコア１（分割ステータコア１１）を容易に構築することでコストを抑制できる。また、ステータコア１（分割ステータコア１１）のスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通する巻線（第１巻線２、第２巻線３）は、直線形状となり、ステータコア１（分割ステータコア１１）の内周面にスロット１５の開口部１５２（図９）を形成する必要がないので、トルクリプルの悪化及び磁気損失を抑制することができる。また、前記のように巻線（第１巻線２、第２巻線３）は、直線形状であるので、全てのスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に巻線（第１巻線２、第２巻線３）を同時に挿通することができる。したがって、製造工程を簡略化でき、コストを抑制できる。また、第１巻線２と第２巻線３の接合部分は、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間にあるので、当該部分を目視若しくは画像処理を行うことができ品質管理を容易に行うことができる。さらに、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間は樹脂モールドが可能なので、前記接合部分の絶縁処理も容易に行うことができる。

本実施形態において、複数の分割ステータコア１１は、軸方向に３個以上配置されている。これにより、周方向の位置が互いに異なるスキューを複数形成できるので、トルクリプルをさらに低減できる。

本実施形態において、段差部４の周方向の長さが第１巻線２及び第２巻線３の周方向の幅と略同一となるように、第１巻線２及び第２巻線３において、互いに接合する部分の周方向の幅がそれぞれ狭くなっている。これにより、ステータコア１（分割ステータコア１１）を構成する電磁鋼板と同じ電磁鋼板を材料とする中間ステータコア１１Ｃを用いて第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間を閉止することができるので、磁束の漏洩を低減することができる。

本実施形態において、巻線は、第１巻線２と、第２巻線３と、に分割されるとともに、軸方向から見て第１巻線２の一部と、第２巻線３の一部が互いに重なるように配置され、第１巻線２の端面の一部と第２巻線３の端面の一部とが互いに接合されることで段差部４が形成されている。これにより、簡易な構成でスキューを構築できる。また例えば第２巻線３の端部に第１巻線２の端部を接触させた状態で第２巻線３の上に第１巻線２を配置できるので、第１巻線２を第２巻線３に容易に接合することができる。

本実施形態において、巻線は、第１巻線２と、第２巻線３と、に分割されるとともに、軸方向から見て第１巻線２の一部と、第２巻線３の一部が互いに重なるように配置され、第１巻線２の端部であって軸方向から見て第２巻線３と重なる位置と、第２巻線３の端部であって軸方向から見て第１巻線２と重なる位置と、に嵌め込み部（楔部２４，３４、凹凸部２５，３５）がそれぞれ形成され、嵌め込み部（楔部２４，３４、凹凸部２５，３５）が互いに嵌め込まれることで段差部４が形成されている。これにより、簡易な構成でスキューを構築できる。また第１巻線２と第２巻線３とを接合する前に両者が互いに係合しているので、第１巻線２を第２巻線３にさらに容易に接合することができる。

本実施形態において、巻線は、第１巻線２と、第２巻線３と、に分割されるとともに、軸方向から見て第１巻線２の一部と、第２巻線３の一部が互いに重なるように配置され、第１巻線２の端部であって軸方向から見て第２巻線３と重なる位置に第１傾斜面（傾斜面２７）が形成され、第２巻線３の端部であって軸方向から見て第１巻線２と重なる位置に第２傾斜面（傾斜面３７）が形成され、第１傾斜面（傾斜面２７）と第２傾斜面（傾斜面３７）が互いに接合されることで段差部４が形成されている。これにより、簡易な構成でスキューを構築できる。

本実施形態において、巻線は、第１巻線２と、第２巻線３と、に分割され、第１巻線２の側面と第２巻線３の側面とが互いに接合されることで段差部４が形成されている。これにより、簡易な構成でスキューを構築できる。また、側面で接合するので、第１巻線２及び第２巻線３の周方向の幅が小さい場合であっても段差部４を容易に形成することができる。また側面で接合することで、第１巻線２と第２巻線３が軸方向で交差するので、その分ステータ全体の軸方向の長さを短くすることができる。

本実施形態において、巻線は、第１巻線２と、第２巻線３と、に分割されるとともに、軸方向から見て第１巻線２の一部と、第２巻線３の一部が互いに重なるように配置され、第１巻線２の端部であって軸方向から見て第２巻線３と重なる位置に第１巻線２の端部を動径方向の一方から薄肉形成する第１ザグリ（ザグリ２６）が形成され、第２巻線３の端部であって軸方向から見て第１巻線２と重なる位置に第２巻線３の端部を動径方向の他方から薄肉形成する第２ザグリ（ザグリ３６）が形成され、第１ザグリと第２ザグリが互いに接合されることで段差部４が形成されている。第１巻線２のザグリ２６の動径方向の内側に対向する接合面２６ａが形成され、第２巻線３のザグリ２６の動径方向の外側に対向する接合面３６ａが形成され、接合面２６ａと接合面３６ａが互いに接合している。そして、接合面２６ａ及び接合面３６ｂは外部から遮蔽されている。したがって、第１巻線２と第２巻線３の接合部分の経年劣化を抑制することができる。

本実施形態において、巻線のうち、軸方向の端部に配置された分割ステータコア１１に挿通された巻線は、スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通された一方の巻線（直線部２１，３１）と、一方の巻線（直線部２１，３１）が挿通されたスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）とは異なるスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通された他方の巻線（直線部２１，３１）と、一方の巻線（直線部２１，３１）と他方の巻線（直線部２１，３１）とを連結するとともに一方の巻線（直線部２１，３１）が挿通されたスロット１５と他方の巻線（直線部２１，３１）が挿通されたスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）との間を跨ぐように分割ステータコア１１の端部に配置された連結部２２，３２と、が一体となったＵ字形状を含む。これにより、巻線（第１巻線２、第２巻線３）をスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通させる作業効率、及び配線作業の効率を向上させることができる。また、軸方向の両端に配置された分割ステータコア１１においてＵ字型の巻線（第１巻線２、第２巻線３）を共通に用いることができるので、コストを抑制することができる。また連結部２２，３２によりステータコイルのコイルエンドの高さを揃えることができるので、ステータに発生する磁束のムラを抑制することができる。

本実施形態において、軸方向の端部に配置された分割ステータコア１１には、スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通された一方の巻線（直線部２１，３１）と、前記一方の前記巻線（直線部２１，３１）が挿通された前記スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）とは異なる前記スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通された他方の前記巻線（直線部２１，３１）とを連結するとともに前記一方の前記巻線（直線部２１，３１）が挿通された前記スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）と前記他方の前記巻線（直線部２１，３１）が挿通された前記スロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）との間を跨ぐように連結部２２，３２が配置されている。これにより、連結部２２，３２によりステータコイルのコイルエンドの高さを揃えることができるので、ステータに発生する磁束のムラを抑制することができる。

また本実施形態に係る回転電機のステータの製造方法は、軸方向に貫通するスロット１５が周方向に所定のピッチで形成された円筒形の分割ステータコア１１を軸方向に並ぶように複数配置するとともに、複数の分割ステータコア１１のうち互いに隣接する第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１２Ａを、第１ステータコア１１Ａの第１スロット１５Ａと第２ステータコア１１Ｂの第２スロット１５Ｂが軸方向で一直線に並ぶ配置から互いに周方向にずれるように配置し、第１スロット１５Ａにステータコイル用の第１巻線２を挿通し、第２スロット１５Ｂにステータコイル用の第２巻線３を挿通し、第１巻線２と第２巻線３が軸方向から見て周方向に互いにずれた配置で第１巻線２の端部と第２巻線３の端部を互いに接合する。

上記方法により、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間において形成された巻線（第１巻線２、第２巻線３）の周方向の段差（段差部４）によりスキューが形成されたステータとなる。これにより、ステータコア１（第１ステータコア１１Ａ、第２ステータコア１１Ｂ）にスキュー形状は不要となるので、高額な特殊設備を用いることなくステータコア１（分割ステータコア１１）を容易に構築することでコストを抑制できる。また、ステータコア１（分割ステータコア１１）のスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に挿通する巻線（第１巻線２、第２巻線３）は、直線形状となり、ステータコア１（分割ステータコア１１）の内周面にスロット１５の開口部１５２（図９）を形成する必要がないので、トルクリプルの悪化及び磁気損失を抑制することができる。また、前記のように巻線（第１巻線２、第２巻線３）は、直線形状であるので、全てのスロット１５（第１スロット１５Ａ、第２スロット１５Ｂ）に巻線（第１巻線２、第２巻線３）を同時に挿通することができる。したがって、製造工程を簡略化でき、コストを抑制できる。また、第１巻線２と第２巻線３の接合部分は、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間にあるので、当該部分を目視若しくは画像処理を行うことができ品質管理を容易に行うことができる。さらに、第１ステータコア１１Ａと第２ステータコア１１Ｂの間は樹脂モールドが可能なので、前記接合部分の絶縁処理も容易に行うことができる。

１ ステータコア
１１ 分割ステータコア
１１Ａ 第１ステータコア
１１Ｂ 第２ステータコア
１５ スロット
１５Ａ 第１スロット
１５Ｂ 第２スロット
２ 第１巻線
３ 第２巻線
４ 段差部

Claims (11)

1. 軸方向に貫通するスロットが周方向に所定のピッチで形成された円筒形のステータコアと、前記スロットに挿通されたステータコイル用の巻線と、を備える回転電機のステータであって、
   前記ステータコアは、軸方向に並んで配置された複数の分割ステータコアを含み、
   複数の前記分割ステータコアのうち、互いに隣接する第１ステータコアと第２ステータコアは、前記第１ステータコアの第１スロットと前記第２ステータコアの第２スロットが軸方向に一直線に並ぶ配置から互いに周方向にずれるように配置され、
   前記巻線は、
   前記第１スロットに挿通された第１巻線と、
   前記第２スロットに挿通された第２巻線と、を含み、
   前記第１巻線と前記第２巻線は、前記第１ステータコアと前記第２ステータコアとの間となる位置で接続され、
   前記第１巻線と前記第２巻線との接続位置において、前記第１巻線と前記第２巻線が周方向に互いにずれる段差部が形成されている
   回転電機のステータ。
2. 複数の前記分割ステータコアは、軸方向に３個以上配置されている請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記段差部の周方向の長さが前記第１巻線及び前記第２巻線の周方向の幅と略同一となるように、前記第１巻線及び前記第２巻線において、互いに接合する部分の周方向の幅がそれぞれ狭くなっている請求項１または２に記載の回転電機のステータ。
4. 前記巻線は、前記第１巻線と、前記第２巻線と、に分割されるとともに、軸方向から見て前記第１巻線の一部と、前記第２巻線の一部が互いに重なるように配置され、
   前記第１巻線の端面の一部と前記第２巻線の端面の一部とが互いに接合されることで前記段差部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
5. 前記巻線は、前記第１巻線と、前記第２巻線と、に分割されるとともに、軸方向から見て前記第１巻線の一部と、前記第２巻線の一部が互いに重なるように配置され、
   前記第１巻線の端部であって軸方向から見て前記第２巻線と重なる位置と、前記第２巻線の端部であって軸方向から見て前記第１巻線と重なる位置と、に嵌め込み部がそれぞれ形成され、前記嵌め込み部が互いに嵌め込まれることで前記段差部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
6. 前記巻線は、前記第１巻線と、前記第２巻線と、に分割されるとともに、軸方向から見て前記第１巻線の一部と、前記第２巻線の一部が互いに重なるように配置され、
   前記第１巻線の端部であって軸方向から見て前記第２巻線と重なる位置に第１傾斜面が形成され、前記第２巻線の端部であって軸方向から見て前記第１巻線と重なる位置に第２傾斜面が形成され、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面が互いに接合されることで前記段差部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
7. 前記巻線は、前記第１巻線と、前記第２巻線と、に分割され、
   前記第１巻線の側面と前記第２巻線の側面とが互いに接合されることで前記段差部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
8. 前記巻線は、前記第１巻線と、前記第２巻線と、に分割されるとともに、軸方向から見て前記第１巻線の一部と、前記第２巻線の一部が互いに重なるように配置され、
   前記第１巻線の端部であって軸方向から見て前記第２巻線と重なる位置に前記第１巻線の端部を動径方向の一方から薄肉形成する第１ザグリが形成され、
   前記第２巻線の端部であって軸方向から見て前記第１巻線と重なる位置に前記第２巻線の端部を動径方向の他方から薄肉形成する第２ザグリが形成され、
   前記第１ザグリと前記第２ザグリが互いに接合されることで前記段差部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
9. 前記巻線のうち、軸方向の端部に配置された前記分割ステータコアに挿通された前記巻線は、
   前記スロットに挿通された一方の前記巻線と、前記一方の前記巻線が挿通された前記スロットとは異なる前記スロットに挿通された他方の前記巻線と、前記一方の前記巻線と前記他方の前記巻線とを連結するとともに前記一方の前記巻線が挿通された前記スロットと前記他方の前記巻線が挿通された前記スロットとの間を跨ぐように前記分割ステータコアの端部に配置された連結部と、が一体となったＵ字形状を含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
10. 軸方向の端部に配置された前記分割ステータコアには、
    前記スロットに挿通された一方の前記巻線と、前記一方の前記巻線が挿通された前記スロットとは異なる前記スロットに挿通された他方の前記巻線とを連結するとともに前記一方の前記巻線が挿通された前記スロットと前記他方の前記巻線が挿通された前記スロットとの間を跨ぐように連結部が配置されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
11. 軸方向に貫通するスロットが周方向に所定のピッチで形成された円筒形の分割ステータコアを軸方向に並ぶように複数配置するとともに、複数の前記分割ステータコアのうち互いに隣接する第１ステータコアと第２ステータコアを、前記第１ステータコアの第１スロットと前記第２ステータコアの第２スロットが軸方向で一直線に並ぶ配置から互いに周方向にずれるように配置し、
    前記第１スロットにステータコイル用の第１巻線を挿通し、
    前記第２スロットにステータコイル用の第２巻線を挿通し、
    前記第１巻線と前記第２巻線が軸方向から見て周方向に互いにずれた配置で前記第１巻線の端部と前記第２巻線の端部を互いに接合する回転電機のステータの製造方法。

Images