JPWO2011039850A1 - ステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ステータ径方向へのコイルの膨らみを低減してステータ径方向における小型化を図ることができるコイルを有するステータ及びその製造方法を提供することを目的になされたものであって、断面が矩形状の導線が、つづら折り状に連続して形成されており、ステータのスロット内に、導線を、矩形の長辺がステータの径方向となるように、ステータの円周方向に複数重ねて配置したスロット内導線部と、コイルエンドに、導線を、矩形の短辺がステータの径方向となるように、ステータの径方向に複数重ねて配置した円周導線部と、スロット内導線部と円周導線部とを接続する曲げ接続部と、曲げ接続部内に形成された捻り部と、を有し、曲げ接続部には、円周導線部側に形成された第１曲げ部と、スロット導線部側に形成された第２曲げ部とが設けられている。

Description

本発明は、モータ等に使用される分布巻きステータ及びその製造方法に関する。より詳細には、断面が矩形状の導線を用いた多相コイルを有するステータ及びその製造方法に関するものである。

モータ等に使用されるステータにはコイルが備わっており、このステータコイルとして導線を波状に巻いていく波巻きコイルが知られている。この波巻きコイルとして、例えば、特許文献１に開示されたものがある。ここに開示された波巻きコイルは、コアの各スロットに交互に挿通される往き導体部及び還り導体部からなるスロット導体部と、スロット導体部と一体に形成されて往き導体部及び還り導体部の同一側端部を接続してコイルエンドを構成する渡り導体部とからなる各相のコイル導体を波巻きしてなり、渡り導体部は、周方向に近接する他の渡り導体部と径方向に重なる重なり部と、重なり部よりも更に軸方向へ突出する先端部とを有する回転電機の多相波巻き巻線において、渡り導体部の先端部の一端と他端とは、径方向へ渡り導体部の略径方向厚さ以上変位している。すなわち、導体を波状に巻装した波巻きコイルを複数個用意し、ピッチをずらして重ね合わせてコイルを形成している。これにより、コイルエンド部のスペースや抵抗電力損失の低減が図られている。

特開２０００−０６９７００号公報

しかしながら、上記した特許文献１には、明確に記載されていないが、複数本の波巻きコイルを単純に重ね合わせることができず、２本の波巻きコイルを順次編み込む工程が必ず必要となる。このため、生産効率が低下するという問題があった。
また、順次編み込む工程を採用しない場合には、スロット間のコイルエンド結線において、他相をまたぐので、長いコイル線を３次元的に配置しなければならず、コイルエンド結線が長くなり、コイルエンドが大きくなるという問題が生じる。

そのため、本出願人は、コイルエンドにおいて、コイルを編み込む必要をなくして、生産効率を上げることができるステータ及びコイル籠を提案した（特願２００９−０１６５４９号）。
ところが、上記した提案技術では、図２１に示すように、コイル籠を形成するために導線同士を重ね合わせた際に、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉し合う。そのため、レーン部が２段となってコイルエンドに無駄なスペースが生じ、ステータ径方向（バックヨーク側）へコイルが膨らんでしまい、ステータ径方向に大型化するという問題があった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ステータ径方向へのコイルの膨らみを低減してステータ径方向における小型化を図ることができるコイルを有するステータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、断面が矩形状の導線を用いたコイルを有するステータにおいて、前記導線が、つづら折り状に連続して形成されており、前記ステータのスロット内に、前記導線を、前記矩形の長辺が前記ステータの径方向となるように、前記ステータの円周方向に複数重ねて配置したスロット内導線部と、コイルエンドに、前記導線を、前記矩形の短辺が前記ステータの径方向となるように、前記ステータの径方向に複数重ねて配置した円周導線部と、前記スロット内導線部と前記円周導線部とを接続する曲げ接続部と、前記曲げ接続部内に形成された捻り部と、を有し、前記曲げ接続部には、前記円周導線部側に形成された第１曲げ部と、前記スロット導線部側に形成された第２曲げ部とが設けられていることを特徴とする。

このステータでは、曲げ接続部に、円周導線部側に形成された第１曲げ部と、スロット導線部側に形成された第２曲げ部とが設けられているので、コイル同士を重ね合わせる際、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉しなくなるためレーン部を１段化することができる。これにより、ステータ径方向（バックヨーク側）へのコイルの膨らみを低減することができるため、ステータ径方向における小型化を図ることができる。

そして、スロット内において、複数のスロット内導線部を、断面の長辺側がステータの径方向となるように、円周方向で重ねることができるので、他相と干渉しない位置にスロット内導線部を配置することができるため、最小経路でスロット間を結線することができることと、コイルエンドにおいて、複数の円周導線部を、断面の短辺側がステータの円周方向で重なるように配置しているため、コイルエンドでの占有空間を最小とすることができることから、コイルエンドを小さくすることができる。
また、コイルエンドにおいて、コイルを編み込む必要がないため、生産効率を上げることもできる。

上記したステータにおいて、前記第１曲げ部における曲げ角度θ１がθ１＜９０°であり、前記曲げ角度θ１と前記第２曲げ部における曲げ角度θ２とが、θ１＋θ２＝９０°の関係を満たすことが望ましい。

これにより、コイルエンドにおいて、導線の曲げ部分が干渉しないようにするとともに、コイルエンド高さを低くすることができる。従って、コイルエンドにおいて、コイルの径方向及び高さ方向の小型化を図ることができる。

なお、第１曲げ部における曲げ角度θ１は、３０°≦θ１≦６０°であることが好ましい。曲げ角度θ１がθ１＜３０°であると、スロット間における最小距離（図４に示す距離ｄ）が大きくなりすぎて、隣接するスロットに配置されたスロット内導線部の端部に形成された捻り部と干渉する可能性が高くなり、コイルエンド高さを低減することができなくなるからである。一方、θ１＞６０°であると、捻り部同士が干渉するおそれはなくなるが、レーン部を１段化することが困難になるとともに、コイルエンド高さも低減することができなくなるからである。

ここで、上記したステータに備わるコイルでは、導線の曲げ接続部における曲げ方向がそれぞれのコイルエンドで逆方向になるため、コイルを重ね合わせたときに、一方のコイルエンド（例えばリード側）では曲げ接続部が交差することはないが、他方のコイルエンド（例えば反リード側）では曲げ接続部が交差することになる。

そこで、上記したステータにおいて、一方のコイルエンド側における第２曲げ部は、前記捻り部が形成された後に前記曲げ接続部をステータ側に倒し込むことにより形成されることが好ましい。

一方のコイルエンド側においては、コイルを重ね合わせたときに、曲げ接続部が交差していないから、捻り部が形成された後に曲げ接続部をステータ側に倒し込んで第２曲げ部を形成することができる。そして、曲げ接続部を倒し込むことにより、捻り部周辺に無理な力を加えることなく、導線の曲げ部分同士を離間させて干渉しないようにすることができる。これにより、導線のエナメルを損傷させることなく（絶縁性能を低下させずに）、ステータ径方向へのコイルの膨らみを低減することができる。

また、上記したステータにおいて、他方のコイルエンド側における第２曲げ部は、前記捻り部が形成される前に前記導線をエッジワイズ曲げすることにより形成されることが好ましい。

他方のコイルエンドでは曲げ接続部が交差するため、導線を倒し込むことができない。そのため、第２曲げ部を、捻り部が形成される前に導線をエッジワイズ曲げして形成する、つまり、導線を２段階にエッジワイズ曲げして第１曲げ部と第２曲げ部とを形成することにより、他方のコイルエンド側において、コイルを重ね合わせた際、導線の曲げ部分が干渉しないようにすることができる。これにより、他方のコイルエンドにおいても、ステータ径方向へのコイルの膨らみを低減することができる。

上記課題を解決するためになされた本発明の別態様は、断面が矩形状の導線を用いたコイルを有するステータの製造方法において、前記導線に対して９０°より小さい角度でエッジワイズ曲げを行う曲げ工程と、前記曲げ工程が実施された前記導線のうちステータのスロット内に配置される部分を捻る捻り工程と、を含み、前記曲げ工程にて、前記導線のうち少なくとも一方のコイルエンド側に位置する箇所に対して２段階にエッジワイズ曲げを行うことを特徴とする。

そして、上記したステータの製造方法において、前記曲げ工程にて、前記導線のうち一方のコイルエンド側に位置する箇所に対しては１段階のエッジワイズ曲げを行い、前記捻り工程が実施された前記導線の捻り部のうち前記一方のコイルエンド側に位置するものの端部を、倒し込む倒し込み工程をさらに含むことが望ましい。

このような方法により、上記したステータを製造することができるため、コイル同士を重ね合わせる際、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉しなくなるため、ステータ径方向へのコイルの膨らみを低減することができる。これにより、ステータ径方向における小型化を図ったステータを製造することができる。

また、上記したステータの製造方法において、前記捻り工程にて、前記曲げ工程が実施された複数の前記導線同士を、捻り位置を合わせて重ねた状態で同時に捻ることが望ましい。

こうすることにより、１本の導線ごとに捻る場合に比べ、コイルの生産効率を向上させることができるとともに、スロット内導線部において導線をぴったりと重ね合わせることができる。

本発明に係るステータ及びその製造方法によれば、上記した通り、コイル同士を重ね合わせる際、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉しなくなるので、ステータ径方向へのコイルの膨らみを低減することができるため、ステータ径方向における小型化を図ることができる。

曲げ加工及びクランク成形がなされた導線の材料の形状を示す図である。 導線に設けるクランク量を示す図である。 曲げ角度を決定するための、曲げ加工後の導線と捻り加工後の導線における各パラメータを示す図である。 曲げ角度に対するコイルエンド高さｚ及び距離ｄの関係を示す図である。 Ｕ相の第１導線の構成要素である導線ＵＡＸの一部分（１周目）を示す図である。 ２つの導線材料の捻り位置を一致させた状態を示す図である。 ２つの導線材料の捻り加工を同時に行った後の状態を示す図である。 倒し込み加工を行った後の状態を示す図である。 ２つの導線材料の捻り位置を一致させた状態を示す図である。 ２つの導線材料の捻り加工を同時に行った後の状態を示す図である。 Ｕ相第１組導線ＵＡＣの一部分を示す図である。 図１１に示すＵ相第１組導線ＵＡＣのスロット挿入部付近をリード側（上側）から見た様子を模式的に示す図である。 左から配置された導線ＵＡ、ＵＢ、ＶＡ、ＶＢ、ＷＡ、ＷＢ、ＵＣ、ＵＤ、ＶＣ、ＶＤ、ＷＣ、ＷＤが順次上側にくるように積み重ねた図である。 図１３に示す１２個の導線を巻き取っている途中の斜視図である。 図１４の平面図である。 ステータにおけるスロット内導線部の配置を示す概念図である。 円周導線部付近の断面図である。 実施の形態に係るステータの斜視図である。 コイルエンドのレーン部を１段化するための変形例を示す図である。 コイルエンドのレーン部を１段化するための別の変形例を示す図である。 コイルエンドにおいて曲げ部分が干渉し合う様子を模式的に示す図である。

以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に、導線の材料を示す。図１に示すのは、Ｕ相の第１導線である導線材料ＵＡＸＸである。導線材料ＵＡＸＸは、所定位置で４５°のエッジワイズ曲げが行われ、略「十」形状に形成されるとともに、紙面前後方向にクランク成形されている。導線材料ＵＡＸＸの長さは、ほぼステータ１周分である。本実施の形態における導線ＵＡＸＸの断面は、短辺が１ｍｍ、長辺が６ｍｍの矩形状である。図１に見えているのは、長辺であり、短辺は厚みとしてある。材質は、銅であり、絶縁のためのエナメル被覆がされている。エナメル被覆の厚みは、図１のように変形されても、十分な絶縁性を保つことができるように、設定している。なお、図１は、直線状であった導線材料ＵＡＸＸに対して曲げ加工及びクランク成形を行った状態を示している。

そして、導線材料ＵＡＸＸの直線部分に、スロット内導線材料部ＳＳ１，ＳＳ２，・・・と、それを順次連結している円周導線部Ｅ１，Ｅ２，・・・とが形成されている。各円周導線部Ｅ１，Ｅ２，・・・は、各スロット内導線材料部ＳＳ１，ＳＳ２，・・・に対して、所定量のクランク（オフセット）が付けられている。例えば、本実施の形態に係る導線材料ＵＡＸＸ，ＵＣＸＸ（１周目相当）のクランク量は、図２に示す通りである。図２において、数値がプラスの場合はステータ径外方向にクランクが付けられており、数値がマイナスの場合はステータ径内方向にクランクが付けられていることを意味する。すなわち、図１に示す導線材料ＵＡＸＸであれば、円周導線部Ｅ１，Ｅ２において、左側が紙面手前に３．５ｍｍ、右側が紙面奥に５．５ｍｍずれており、円周導線部Ｅ３〜Ｅ７においては全域が紙面奥に５．５ｍｍずれている。なお、導線材料ＵＡＸＸ，ＵＣＸＸの２周目以降に相当するもの、及びＶ相、Ｗ相を構成する各導線材料についても、所定量のクランクが付けられている。

円周導線部Ｅの左側には、曲げ接続部ＥＬが形成され、円周導線部Ｅの右側には、曲げ接続部ＥＲが形成されている。すなわち、スロット内導線材料部ＳＳと円周導線部Ｅとを接続するように曲げ接続部ＥＬ，ＥＲが配置されている。
曲げ接続部ＥＬ，ＥＲのうち、リード側に配置される円周導線部Ｅ２，Ｅ４，・・・の左右に形成されている箇所（Ｅ２Ｌ，Ｅ２Ｒ，・・・）では、一段階で４５°のエッジワイズ曲げが行われている。また、曲げ接続部ＥＬ，ＥＲのうち、反リード側に配置される円周導線部Ｅ１，Ｅ３，・・・の左右に形成されている箇所（Ｅ１Ｌ，Ｅ１Ｒ，・・・）では、二段階に４５°のエッジワイズ曲げ行われている。

ここで、曲げ工程における曲げ角度について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、曲げ角度を決定するための、曲げ加工後の導線と捻り加工後の導線における各パラメータを示す図である。図４は、曲げ角度に対するコイルエンド高さｚ及び距離ｄの関係を示す図である。
曲げ角度を決定するためのパラメータには、材料パラメータと、設計パラメータと、性能設計パラメータと、性能パラメータとがある。そして、材料パラメータには、図３に示す導線幅ａ、及び導線厚ｂが含まれる。設計パラメータには、図３に示すスロット挿入部長さＬｓ、捻り部長さＬｎ、リード側捻り部干渉回避長さＬ１、反リード側捻り部干渉回避長さＬ２、反リード側曲げ接続部直線長さＬ３、リード側第１曲げ角度θ１ｘ、及び反リード側第１曲げ角度θ１ｙが含まれる。性能設計パラメータには、図３に示す曲げＲの大きさＲ、及び捻り幅ｃが含まれる。性能パラメータには、図３に示すコイルエンド高さｚ、及び距離ｄが含まれる。なお、距離ｄは、隣接するスロットに配置されたスロット内導線部の端部に形成された捻り部同士が干渉するか否かを判断するための指標となるものであり、距離ｄが隣接するスロット間の距離より小さければ捻り部同士の干渉が起こらないことを意味する。

導線幅ａと導線厚ｂは、使用する導線に依存するものであり、本実施の形態では、ａ＝６（ｍｍ）、ｂ＝１（ｍｍ）である。
スロット挿入部長さＬｓは、ステータ積厚に依存するものであり、本実施の形態では、Ｌｓ＝５０（ｍｍ）である。捻り部長さＬｎは、式（１）により決定される。

ｃ：捻り幅、ｈ１：リード側クランク量

捻り部長さＬｎは、式（２）により決定される。

ａ：導線幅、θ１ｘ：リード側第１曲げ角度、Ｒ：曲げＲの大きさ

反リード側捻り部干渉回避長さＬ２は、式（３）により決定される。

Ｒ：曲げＲの大きさ、Ｌ３：反リード側曲げ接続部直線長さ、θ２ｙ：反リード側第２曲げ角度、ｈ２：反リード側クランク高さ

反リード側曲げ接続部直線長さＬ３、曲げＲの大きさＲ、及び捻り幅ｃは、必要な絶縁性能を満たす範囲でそれぞれ最小値を設定すればよく、本実施の形態では、Ｌ３＝１２（ｍｍ）、Ｒ＝５（ｍｍ）、ｃ＝６（ｍｍ）である。

コイルエンド高さｚは、式（４）により決定される。

ａ：導線幅、ｂ：導線厚、ｃ：捻り幅、θ１ｘ：リード側第１曲げ角度、Ｒ：曲げＲの大きさ

距離ｄは、リード側捻り部干渉回避長さＬ１がＬ１＞０の場合には式（５−１）により決定され、Ｌ１＝０の場合には式（５−２）により決定される。

ａ：導線幅、ｂ：導線厚、ｃ：捻り幅、θ１ｘ：リード側第１曲げ角度、Ｌ１：リード側捻り部干渉回避長さ、Ｒ：曲げＲの大きさ

ａ：導線幅、ｂ：導線厚、ｃ：捻り幅、θ１ｘ：リード側第１曲げ角度、Ｒ：曲げＲの大きさ

そして、式（５−１）（５−２）からリード側第１曲げ角度θ１ｘを調整して、隣接するスロット間において捻り部同士が干渉しないように距離ｄを設定する必要がある。図４から明らかなように、第１曲げ角度θ１ｘが小さくなるにつれて距離ｄが大きくなって、隣接するスロットに配置されたスロット内導線部の端部に形成された捻り部と干渉する可能性が高くなる。そして、コイルエンド高さｚは、第１曲げ角度θ１ｘが３０°≦θ１ｘ≦６０°の場合に低くなることがわかる。このため、リード側第１曲げ角度θ１ｘは、３０°≦θ１ｘ≦６０°とするのが好ましい。こうすることにより、隣接するスロット間において倒し込まれた捻り部同士が干渉しないようにすることができ、レーン部を１段化することができるとともに、コイルエンド高さも低減することができる。これにより、コイルエンドにおいて、コイルの径方向及び高さ方向の小型化を図ることができる。

本実施の形態では、生産効率も考慮して形状的に作りやすく、コイルエンド高さを低減することができることから、リード側第１曲げ角度θ１ｘは、θ１ｘ＝４５°としている。また、同様の理由で、反リード側第１曲げ角度θ１ｙも、θ１ｙ＝４５°としている。そして、第１曲げ角度θ１と第２曲げ角度θ２とは、θ１＋θ２＝９０°の関係を満たすため、リード側第２曲げ角度θ２ｘは、θ２ｘ＝９０°−θ１ｘ＝４５°となり、反リード側第２曲げ角度θ２ｙは、θ２ｙ＝９０°−θ１ｙ＝４５°となる。

図５に、本発明のＵ相の第１導線の構成要素である導線ＵＡＸを示す。図５に示すのは、曲げ工程（倒し込みも含む）及び捻り工程がすべて終了した状態の導線ＵＡＸである。図１のスロット内導線材料部ＳＳが、捻り材料部ＨＨＭと捻り材料部ＨＨＮで同じ方向に捻られて、図５において上端側の捻り部ＨＭと、下端側の捻り部ＨＮが形成されている。図５では、スロット内導線Ｓ２においては、スロット内導線材料部ＳＳ２が、上から見て時計回りに捻られている。また、スロット内導線Ｓ３においては、スロット内導線材料部ＳＳ３が、上から見て反時計回りに捻られている。すなわち、円周導線部Ｅ２から見ると、左端の曲がり部Ｅ２Ｌ側と、右端の曲がり部Ｅ２Ｒ側とで、捻り方向が逆向きとなっている。

このような捻り加工は、チャック爪でスロット内導線材料部ＳＳを把持して、他の部分を固定した状態で、チャック爪を回転させるだけで、容易に捻り加工することが可能である。これにより、スロット内導線Ｓ１，Ｓ２，・・・は、図５において、短辺が見え、長辺が厚み方向に位置する。
なお、エナメル被覆の厚みは、図５のように捻り加工されても、十分な絶縁性を保つことができるように、設定している。

そして、スロット内導線材料部ＳＳと円周導線部Ｅとを接続する曲げ接続部ＥＬとＥＲには、２つの曲げ部である、第１曲げ部ＥＬ１、第２曲げ部ＥＬ２と、第１曲げ部ＥＲ１、第２曲げ部ＥＲ２とが設けられている（図１も参照）。第１曲げ部ＥＬ１，ＥＲ１は、円周導線部Ｅ側に設けられ、第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２は、スロット内導線材料部ＳＳ側に設けられている。

具体的に、リード側（図中上側）に位置する曲げ接続部ＥＬとＥＲには、捻り加工前に行われる曲げ加工で形成された第１曲げ部ＥＬ１，ＥＲ１、及び捻り加工後に行われる倒し込み加工で形成された第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２とが設けられている。一方、反リード側（図中下側）に位置する曲げ接続部ＥＬとＥＲには、捻り加工前に行われる曲げ加工で形成された第１曲げ部ＥＬ１，ＥＲ１と第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２とが設けられている。例えば、リード側の曲げ接続部Ｅ２Ｌであれば、第１曲げ部Ｅ２Ｌ１と第２曲げ部Ｅ２Ｌ２とが設けられており、反リード側の曲げ接続部Ｅ１Ｒであれば、第１曲げ部Ｅ１Ｒ１と第２曲げ部Ｅ１Ｒ２とが設けられている。

ここで、図１に示す導線材料ＵＡＸＸから図５に示す導線ＵＡＸを形成する手順について、図６〜図１０を参照しながら説明する。本実施の形態では、Ｕ相の第１導線の構成要素である導線材料ＵＡＸＸと、Ｕ相の第３導線の構成要素である導線ＵＣＸＸとを用いて、導線ＵＡＸと導線ＵＣＸとを形成する。

まず、図６に示すように、図１に示す形状に曲げ加工及びクランク成形された導線材料ＵＡＸＸと導線材料ＵＣＸＸとが捻り位置を合わせた状態で重ね合わせられる。具体的には、導線材料ＵＡＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ２と、導線材料ＵＣＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ１とが重ね合わせられる。そして、重ね合わせられたスロット内導線材料部ＳＳを、チャック爪で把持して、他の部分を固定した状態で、チャック爪を回転させて捻る。このとき、導線材料ＵＡＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ２及び導線材料ＵＣＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ１は、図６の上方から見て時計回りに捻られる。これにより、重ね合わせられて捻り加工されたスロット内導線材料部ＳＳ２，ＳＳ１が、スロット内導線部Ｓ２，Ｓ１となり、図７において、短辺が見えるようになり、長辺が厚み方向に位置する。

次に、スロット内導線部Ｓ２，Ｓ１の上端部が、図７の下方に向かって倒し込まれる。具体的には、スロット内導線部Ｓ２，Ｓ１の上端部において、導線材料ＵＡＸＸと導線材料ＵＣＸＸとをそれぞれ４５°で折り曲げる。このときに、リード側の第２曲げ部Ｅ２Ｌ２が形成される。これにより、導線材料ＵＡＸＸと導線材料ＵＣＸＸとは、図８に示すような形状となり、円周導線部Ｅ２の左側の曲げ接続部Ｅ２Ｌが形成される。

次いで、図９に示すように、導線材料ＵＡＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ３と、導線材料ＵＣＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ２とが重ね合わせられる。そして、重ね合わせられたスロット内導線材料部ＳＳ３，ＳＳ２を、チャック爪で把持して、他の部分を固定した状態で、チャック爪を回転させて捻る。このとき、導線材料ＵＡＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ３及び導線材料ＵＣＸＸのスロット内導線材料部ＳＳ２は、図９の上方から見て反時計回りに捻られる。これにより、重ね合わせられて捻り加工されたスロット内導線材料部ＳＳ３，ＳＳ２が、スロット内導線部Ｓ３，Ｓ２となり、図１０において、短辺が見えるようになり、長辺が厚み方向に位置する。

その後、上記したようなスロット内導線材料部の重ね合わせ、捻り加工、及び倒し込み加工（４５°の折り曲げ加工）が、繰り返し行われる。なお、捻り加工時の捻り方向は、時計回り、反時計回り、時計回り、・・・のように、順次逆方向とされる。その結果、図５に示す導線ＵＡＸ、及び導線ＵＣＸが得られる。

そして、Ｕ相の第１導線ＵＡは、上記したようにして形成された導線ＵＡＸと導線ＵＡＹとが、それぞれ３つずつ（３周分）を各端部同士で溶接したものが、ぴったり重ね合わされて、構成されている。なお、２周目、３周目に相当する導線の始点側（左側）は、図５に示す１周目に相当する導線とは異なり、１周目に相当する導線の終点側（右側）に接続できるように曲げ加工されて水平状態になっている。溶接部分は、絶縁テープなどにより絶縁されている。また、導線の長さは、１周目より２周目、２周目より３周目の方が長くなっている。同様に、第１導線ＵＡと１ピッチ位相をずらした第３導線ＵＣは、導線ＵＣＸと導線ＵＣＹとが、それぞれ３つずつ（３周分）を各端部同士で溶接したものが、ぴったり重ね合わされて、構成されている。そして、第３導線ＵＣが、第１導線ＵＡの上に重ね合わされ、図１１に示すように、Ｕ相第１組導線ＵＡＣが形成される。なお、１ピッチとは、第１導線ＵＡ及び第３導線ＵＣの１サイクルの１／２の長さである。

第１導線ＵＡと第３導線ＵＣとが、１ピッチずらして重ね合わされることにより、図１１に示すように、矩形状のコイルが形成される。スロット内導線部ＵＡＣＳ２は、図中下から上に向かう第１導線ＵＡのスロット内導線部ＵＡＳ２（ＵＡＳ２Ｘ＋ＵＡＳ２Ｙ）と、上から下に向かう第３導線ＵＣのスロット内導線部ＵＣＳ１（ＵＣＳ１Ｘ＋ＵＣＳ１Ｙ）とが、スロット内導線部ＵＣＳ１を上にして重ね合わされた状態である。すなわち、４本の導線ＵＡＳ２Ｘ，ＵＡＳ２Ｙ，ＵＣＳ１Ｘ，ＵＣＳ１Ｙが、短辺方向で重ね合わされた状態である。

このようにして第１導線ＵＡと第３導線ＵＣとで構成される矩形状のコイルでは、リード側において、曲げ接続部ＥＬ，ＥＲに曲げ加工された第１曲げ部ＥＬ１，ＥＲ１と倒し込み加工された第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２とが形成されているため、図１２に示すように、コイルエンドで円周導線部ＵＡＥとＵＣＥとが干渉することなくレーン部が１段化されている。図１２は、図１１に示すＵ相第１組導線ＵＡＣのスロット挿入部付近をリード側（上側）から見た図である。このようにリード側において、倒し込み加工により第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２を形成することができるのは、同じスロットからコイルエンドに出て行く曲げ接続部ＥＬとＥＲが交差しないからである。なお、倒し込み加工により、捻り部周辺に無理な力が加わることはないので、導線のエナメルを損傷させることはない。

一方、反リード側においては、曲げ接続部ＥＬ，ＥＲに曲げ加工された第１曲げ部ＥＬ１と第２曲げ部ＥＲ２とが形成されているため、コイルエンドで円周導線部ＵＡＥとＵＣＥとが干渉することなくレーン部が１段化されている。このように、反リード側において２段階のエッジワイズ曲げ加工を行うのは、反リード側においては、同じスロットからコイルエンドに出て行く曲げ接続部ＥＬとＥＲが交差するため、リード側のように倒し込み加工により第２曲げ部ＥＲ２を形成することができないからである。

このようにして、リード側及び反リード側ともに、コイルエンドで無駄なスペースが生じないようにしている。そのため、ステータ径方向（バックヨーク側）へのコイルの膨らみを低減することができるので、ステータ径方向における小型化を図ることができる。

図１３に、導線ＵＡ（Ｕ相の第１導線）の上に順次、導線ＵＢ（Ｕ相の第２導線）、導線ＶＡ（Ｖ相の第１導線）、導線ＶＢ（Ｖ相の第２導線）、導線ＷＡ（Ｗ相の第１導線）、導線ＷＢ（Ｗ相の第２導線）、さらに、導線ＵＣ（Ｕ相の第３導線）、導線ＵＤ（Ｕ相の第４導線）、導線ＶＣ（Ｖ相の第３導線）、導線ＶＤ（Ｖ相の第４導線）、導線ＷＣ（Ｗ相の第３導線）、導線ＷＤ（Ｗ相の第４導線）を、１スロット分ずらしながら重ね合わせた状態を示す。すなわち、左から配置された導線ＵＡ，ＵＢ，ＶＡ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢ，ＵＣ，ＵＤ，ＶＣ，ＶＤ，ＷＣ，ＷＤが順次上側にくるように、１スロット分ずらしながら積み重ねられる。すなわち、導線ＵＡが一番下に位置し、導線ＷＤが一番上に位置している。

図１３に示す１２本の導線ＵＡ，ＵＢ，ＶＡ，ＶＢ，ＷＡ，ＷＢ，ＵＣ，ＵＤ，ＶＣ，ＶＤ，ＷＣ，ＷＤを、重ね合わせて巻き取っている状態の斜視図を図１４に示す。図１４の平面図を図１５に示す。本実施の形態のステータは、内周にスロットを４８箇所備えるので、図１１に示すＵ相第１組導線ＵＡＣは、１周目に８箇所のスロット内導線部ＵＡＣＳ１〜ＵＡＣＳ８を備える。同様に、Ｕ相第２組導線ＵＢＤは、１周目に８箇所のスロット内導線部ＵＢＤＳ１〜ＵＢＤＳ８を備える。同様に、Ｖ相第１組導線ＶＡＣは、１周目に８箇所のスロット内導線部ＶＡＣＳ１〜ＶＡＣＳ８を備える。同様に、Ｖ相第２組導線ＶＢＤは、１周目に８箇所のスロット内導線部ＶＢＤＳ１〜ＶＢＤＳ８を備える。同様に、Ｗ相第１組導線ＷＡＣは、１周目に８箇所のスロット内導線部ＷＡＣＳ１〜ＷＡＣＳ８を備える。同様に、Ｗ相第２組導線ＷＢＤは、１周目に８箇所のスロット内導線部ＷＢＤＳ１〜ＷＢＤＳ８を備える。
６個の組導線ＵＡＣ、ＵＢＤ、ＶＡＣ、ＶＢＤ、ＷＡＣ、ＷＢＤの各々が、１周目に８箇所のスロット内導線部Ｓを備えるので、１周目に４８箇所のスロット内導線部Ｓが形成される。４８箇所のスロット内導線部Ｓは、１スロット分ずつずれて位置している。

図１４及び図１５に示すように、本実施の形態に係る三相コイルＧは、６組の組導線を３周巻き取ることにより完成される。したがって、１周目のスロット内導線部Ｓ（例えば、ＵＡＣＳ２）の外側に、２周目のスロット内導線部（例えば、ＵＡＣＳ１０）が積み重ねられ、さらに、その外側に３周目のスロット内導線部（例えば、ＵＡＣＳ１８）が積み重ねられる。すなわち、各スロット内導線部は、３段に積み重ねられる。なお、図１４及び図１５は、２周目を巻き終えて、３周目を巻き取り始めるタイミングを示している。

同様に、三相コイルＧでは、円周導線部Ｅがステータ径方向に重ねられる。このため、上記した提案技術では、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉し合うため、コイルエンドに無駄なスペースが生じてステータ径方向へコイルが膨らんでしまい、コイルがステータ径方向に大きくなっていた。
これに対して、本実施の形態に係る三相コイルＧでは、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉しないため、コイルエンドに無駄なスペースがなくなるのでステータ径方向へのコイルの膨らみが低減されている。このようにして、三相コイルＧでは、ステータ径方向への小型化が図られている。
なお、三相コイルＧの基本的な構成は、提案技術におけるコイル籠と同じあり、その詳細は特願２００９−０１６５４９号に記載しているので、ここでは三相コイルＧの詳細な説明は省略する。

図１６に、ステータにおけるスロット内導線部の配置を概念図で示す。便宜的に、本来円周上に配置されているスロットを、直線的に配置して表示している。
スロット内導線部は、Ｕ相の第１組導線ＵＡＣ（導線ＵＡ＋導線ＵＣ）からなるＵ１相、Ｕ相の第２組導線ＵＢＤ（導線ＵＢ＋導線ＵＤ）からなるＵ２相、Ｖ相の第１組導線ＶＡＣ（導線ＶＡ＋導線ＶＣ）からなるＶ１相、Ｖ相の第２組導線ＶＢＤ（導線ＶＢ＋導線ＶＤ）からなるＶ２相、Ｗ相の第１組導線ＷＡＣ（導線ＷＡ＋導線ＷＣ）からなるＷ１相、Ｗ相の第２組導線ＷＢＤ（導線ＷＢ＋導線ＷＤ）からなるＷ２相が順次並んで配置されている。

各スロット内導線部Ｓには、１周目に４本のスロット内導線部Ｓが密着して配置されている。例えば、Ｕ１相の１周目に配置されているスロット内導線部ＵＡＣＳ６は、図１６に示すように、左側から、ＵＡＳ６Ｙ，ＵＡＳ６Ｘ，ＵＣＳ５Ｙ，ＵＣＳ５Ｘと、長辺が直径方向になるように、円周方向で順次密着して重ねられて配置されている。スロット内導線部ＵＣＳ５（ＵＣＳ５Ｘ＋ＵＣＳ５Ｙ）は、図１６に示すように上側に表れた円周導線部ＵＣＥ５により、次のＵ１相スロットに配置されたＵＡＣＳ７に接続している。
また、スロット内導線部ＵＡＳ６（ＵＡＳ６Ｘ＋ＵＡＳ６Ｙ）は、下側に隠れている円周導線部ＵＡＥ６により、次のＵ１相スロットに配置されたＵＡＣＳ７に接続している。

同様に、スロット内導線部ＵＢＤＳ６は、左側から、４個のスロット内導線部ＵＢＳ６Ｙ，ＵＢＳ６Ｘ，ＵＤＳ５Ｙ，ＵＤＳ５Ｘが、長辺が直径方向になるように、円周方向で順次密着して重ねられて配置されている。
Ｕ２相の１周目に配置されているスロット内導線部ＵＤＳ５（ＵＤＳ５Ｘ＋ＵＤＳ５Ｙ）は、図１６に示すように上側に表れた円周導線部ＵＤＥ５により、次のＵ１相スロットに配置されたＵＢＤＳ７に接続している。
また、スロット内導線部ＵＢＳ６（ＵＢＳ６Ｘ＋ＵＢＳ６Ｙ）は、下側に隠れている円周導線部ＵＢＥ６により、次のＵ１相スロットに配置されたＵＢＤＳ７に接続している。

図１７に、円周導線部付近の断面図を示す。図１７に示すように、Ｕ１相とＵ２相が直径方向に重ねられて配置されており、次に、Ｖ１相とＶ２相が直径方向に重ねられて配置されており、次に、Ｗ１相とＷ２相が直径方向に重ねられて配置されているので、相間絶縁紙２１を装着する箇所を少なくすることができる。
Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、Ｗ２相の導線の形状については、詳細な説明を割愛するが、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、Ｗ２相の捻り部は、他相と干渉しないように、また挿入しやすいように、捻り部で調整している。

三相コイルＧは、図１４に示すように、３周目まで巻かれて完成される。図１６に示すように、Ｕ１相の１周目のスロット内導線部ＵＡＣＳ６の外周にスロット内導線部ＵＡＣＳ１４が配置され、さらにその外周にスロット内導線部ＵＡＣＳ２２が配置される。また、Ｕ１相の１周目のスロット内導線部ＵＡＣＳ７の外周にスロット内導線部ＵＡＣＳ１５が配置され、さらにその外周にスロット内導線部ＵＡＣＳ２３が配置される。
Ｕ２相の１周目のスロット内導線部ＵＢＤＳ６の外周にスロット内導線部ＵＢＤＳ１４が配置され、さらにその外周にスロット内導線部ＵＢＤＳ２２が配置される。また、Ｕ２相の１周目のスロット内導線部ＵＢＤＳ７の外周にスロット内導線部ＵＢＤＳ１５が配置され、さらにその外周にスロット内導線部ＵＢＤＳ２３が配置される。
図１４に示すものを完全に巻き取ることにより、三相コイルＧが完成する。さらに、三相コイルＧに対して、分割された分割コア部材Ｈを、各スロット内導線部の間の空間に、外周から装着し固定する。そして、外部接続端子を固着する。これにより、図１８に示すステータ１０が完成する。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るステータ１０では、三相コイルＧのコイルエンドに位置する曲げ接続部ＥＬ，ＥＲに、円周導線部Ｅ側に形成された第１曲げ部ＥＬ１，ＥＲ１と、スロット導線部Ｓ側に形成された第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２とが設けられているので、コイル同士を重ね合わせる際、コイルエンドにおいて導線の曲げ部分が干渉しなくなるためレーン部を１段化することができる。これにより、ステータ径方向（バックヨーク側）へのコイルの膨らみを低減することができるため、ステータ径方向における小型化を図ることができる。

そして、スロット内において、複数のスロット内導線部Ｓを、断面の長辺側がステータ１０の径方向となるように、円周方向で重ねることができるので、他相と干渉しない位置にスロット内導線部Ｓを配置することができるため、最小経路でスロット間を結線することができることと、コイルエンドにおいて、複数の円周導線部Ｅを、断面の短辺側がステータ１０の円周方向で重なるように配置しているため、コイルエンドでの占有空間を最小とすることができることから、コイルエンドを小さくすることができる。
また、コイルエンドにおいて、コイルを編み込む必要がないため、生産効率を上げることもできる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、曲げ接続部ＥＬ，ＥＲに、２つの曲げ部ＥＬ１，ＥＬ１とＥＬ２，ＥＲ２を設けることにより、コイルエンドにおけるレーン部の１段化を行っているが、図１９に示すように、曲げ接続部に２つの曲げ部を設けずに曲げＲを大きくすることによってもレーン部の１段化を行うことができる。ただし、この場合には、コイルエンド高さｚ及び距離ｄが大きくなってしまう。

また、上記した実施の形態では、リード側において、捻り加工後に行う倒し込み加工により第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２を形成することにより、コイルエンドにおけるレーン部の１段化を行っているが、図２０に示すように、円周導線部Ｅを左右に引っ張ることによってもレーン部の１段化を行うことができる。ただし、この場合には、捻り部周辺に無理な力が加わるため、導線のエナメル被覆を損傷させて絶縁性能が大幅に低下するおそれがある。

また、上記した実施の形態では、リード側における第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２を捻り加工後に行う倒し込み加工により形成しているが、反リード側と同様に、第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２を捻り加工前に行う曲げ加工で形成する、つまり２段階のエッジワイズ曲げにより第１曲げ部ＥＬ１，ＥＲ１と第２曲げ部ＥＬ２，ＥＲ２を形成するようにしてもよい。

また、上記した実施の形態では、捻り工程において、２本の導線材料を重ね合わせた状態でスロット内導線材料部を捻っているが、もちろん、１本の導線材料ごとに捻り加工を行うこともできる。

また、上記した実施の形態では、スロット内導線部Ｓとして、４個の矩形状導線（ＵＡＳＸ、ＵＡＳＹ、ＵＣＳＸ、ＵＣＳＹ）を重ねたが、導線ＵＡと導線ＵＣを１ピッチずらすことにより、２個（ＵＡＳＸ、ＵＣＳＸ）を重ねて構成しても良い。また、導線ＵＡと導線ＵＣとを各々３個の導線で構成することにより、６個（ＵＡＳＸ、ＵＡＳＹ、ＵＡＳＺ、ＵＣＳＸ、ＵＣＳＹ、ＵＣＳＺ）を重ねて構成しても良い。また、導線ＵＡと導線ＵＣとを各々４個の導線で構成することにより、６個（ＵＡＳＸ、ＵＡＳＹ、ＵＡＳＺ、ＵＡＳＺＺ、ＵＣＳＸ、ＵＣＳＹ、ＵＣＳＺ、ＵＣＳＺＺ）を重ねて構成しても良い。また、１個のスロット内導線部（ＵＡＳＸ）を配置することも可能である。

また、上記した実施の形態では、捻り部ＨＭ，ＨＮを曲面で形成しているが、段差を有する平面で形成することも可能である。
さらに、円周導線部Ｅを、元の導線の形状のままとしているが、プレス加工により、元の形状よりさらに薄くしても良い。円周導線部Ｅをプレス加工により、さらに薄くすることにより、ステータ径方向の大きさを小型化することができる。

また、上記した実施の形態では、ステータ組立をモールドする工程の説明を省略したが、図１８に示すステータ組立を樹脂でモールドして、ステータとしてもよい。

１０ ステータ
Ｅ 円周導線部
ＥＬ，ＥＲ 曲げ接続部
ＥＬ１，ＥＲ１ 第１曲げ部
ＥＬ２，ＥＲ２ 第２曲げ部
Ｇ 三相コイル
ＨＭ，ＨＮ 捻り部
Ｓ スロット内導線部
ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ，ＵＤ Ｕ相導線
ＵＡＣ Ｕ相第１組導線
ＵＢＤ Ｕ相第２組導線
ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ Ｖ相導線
ＶＡＣ Ｖ相第１組導線
ＶＢＤ Ｖ相第２組導線
ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ，ＷＤ Ｗ相導線
ＷＡＣ Ｗ相第１組導線
ＷＢＤ Ｗ相第２組導線

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、断面が矩形状の導線を用いたコイルを有するステータにおいて、前記導線が、つづら折り状に連続して形成されており、前記ステータのスロット内に、前記導線を、前記矩形の長辺が前記ステータの径方向となるように、前記ステータの円周方向に複数重ねて配置したスロット内導線部と、コイルエンドに、前記導線を、前記矩形の短辺が前記ステータの径方向となるように、前記ステータの径方向に複数重ねて配置した円周導線部と、前記スロット内導線部と前記円周導線部とを接続する曲げ接続部と、前記曲げ接続部内に形成された捻り部と、を有し、前記曲げ接続部には、前記円周導線部側に前記ステータの円周方向に曲げられて形成された第１曲げ部と、前記スロット導線部側に前記ステータの円周方向に曲げられて形成された第２曲げ部とが設けられていることを特徴とする。

Claims (7)

1. 断面が矩形状の導線を用いたコイルを有するステータにおいて、
   前記導線が、つづら折り状に連続して形成されており、
   前記ステータのスロット内に、前記導線を、前記矩形の長辺が前記ステータの径方向となるように、前記ステータの円周方向に複数重ねて配置したスロット内導線部と、
   コイルエンドに、前記導線を、前記矩形の短辺が前記ステータの径方向となるように、前記ステータの径方向に複数重ねて配置した円周導線部と、
   前記スロット内導線部と前記円周導線部とを接続する曲げ接続部と、
   前記曲げ接続部内に形成された捻り部と、
   を有し、
   前記曲げ接続部には、前記円周導線部側に形成された第１曲げ部と、前記スロット導線部側に形成された第２曲げ部とが設けられている
   ことを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載するステータにおいて、
   前記第１曲げ部における曲げ角度θ１がθ１＜９０°であり、
   前記曲げ角度θ１と前記第２曲げ部における曲げ角度θ２とが、θ１＋θ２＝９０°の関係を満たす
   ことを特徴とするステータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載するステータにおいて、
   一方のコイルエンド側における第２曲げ部は、前記捻り部が形成された後に前記曲げ接続部をステータ側に倒し込むことにより形成される
   ことを特徴とするステータ。
4. 請求項１から請求項３に記載するいずれか１つのステータにおいて、
   他方のコイルエンド側における第２曲げ部は、前記捻り部が形成される前に前記導線をエッジワイズ曲げすることにより形成される
   ことを特徴とするステータ。
5. 断面が矩形状の導線を用いたコイルを有するステータの製造方法において、
   前記導線に対して９０°より小さい角度でエッジワイズ曲げを行う曲げ工程と、
   前記曲げ工程が実施された前記導線のうちステータのスロットに内に配置される部分を捻る捻り工程と、
   を含み、
   前記曲げ工程にて、前記導線のうち少なくとも一方のコイルエンド側に位置する箇所に対して２段階にエッジワイズ曲げを行う
   ことを特徴とするステータの製造方法。
6. 請求項５に記載するステータの製造方法において、
   前記曲げ工程にて、前記導線のうち一方のコイルエンド側に位置する箇所に対しては１段階のエッジワイズ曲げを行い、
   前記捻り工程が実施された前記導線の捻り部のうち前記一方のコイルエンド側に位置するものの端部を、倒し込む倒し込み工程をさらに含む
   ことを特徴とするステータの製造方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載するステータの製造方法において、
   前記捻り工程にて、前記曲げ工程が実施された複数の前記導線同士を、捻り位置を合わせて重ねた状態で同時に捻る
   ことを特徴とするステータの製造方法。
   
   

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