JPWO2014192350A1 - 回転電機の製造方法 - Google Patents

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Abstract

固定子コア（２）は、周方向に配置された複数のティース（６）と複数のティース（６）の内周部を連結する連結部（７）とからなる内輪コア（３）および内輪コア（３）の外周面に接合可能な外輪コア（４）を備える。固定子コア（２）のスロット（５）は、その内周部の周方向幅（ａ）が、その外周部の周方向幅（ｂ）より小さく形成される。そして複数のスロット収納部（１２）およびスロット収納部（１２）を連結する複数のコイルエンド部（１３）を備えた導体コイル（１１）からなる固定子コイル（１０）を内輪コア（３）の径方向外方からスロット（５）に挿入配置する。

Description

この発明は、回転電機およびその製造方法に係り、特に回転電機の固定子に関するものであり、回転電機としての高効率高出力化とその組立性の向上を図るものである。
回転電機の高効率高出力化を図る背景技術として、例えば、特許文献１を挙げることが出来る。本文献１では、固定子ティース間のスロットの周方向幅を、径方向内側ほど狭くする幅調整部を設けることで、ティースの径方向における磁気抵抗の差を低減し回転電機としての高性能化を図っている。
そして、前記幅調整部を設けたスロットへの挿入を可能とするため、固定子コイルを、２本の直線部とそれを繋ぐ連結部とを有する略Ｕ字状に形成し、この固定子コイルの直線部の断面を、前記幅調整部に沿った形状、および、径方向両端部を径方向と直交する方向に沿った形状に成形した後、スロットにその軸方向から挿通配置する。これにより、固定子コイルとスロットとの間の隙間を狭め、固定子の占積率を向上させることができる。
特開２０１３−００５６８３号公報
特許文献１の固定子コイルは、２本の直線部とそれを繋ぐ連結部とを有する略Ｕ字状に形成された導体を単位とし、この単位導体を複数個接続して構成する。本構成では、直線部が２本であるため、導体の数は、固定子の（スロット数×ターン数）／２個必要となる。これにより、固定子コイルを構成する導体本数が増え、固定子の組立性が悪くなる。また、導体本数の増加に伴い、導体同士を接続する接続点の数も増える。これにより、固定子の信頼性も低下する。更には、固定子が大型化する。
また、固定子コイルを固定子コアに組み付ける際には、導体を固定子中心軸の軸線方向と略平行に移動させることで、直線部をスロットに挿入配置する。本構成では、後から挿入する導体は、初期に挿入した導体を跨いだ状態で挿入配置する必要がある。これにより、固定子のコイルエンド高さが高くなるため、固定子が大型化する。また、使用する導線の量が増えるため、コイルの電気抵抗が増え回転電機の効率が低下する。更には、コストも上昇する。加えて、本構成においては、導体の直線部断面を成形した後、スロットに挿入配置するが、この際、スロットに収まる部分のみでなく、直線部を含めた全域の導体断面を成形しないと、前述したような挿入配置構成が実現できない。そのため、本来不要な箇所も含めて成形を施す必要があるため、工程に無駄が生じ組立性が悪くなる。
更に、直線部の断面を成形する際には、導体を個々に成形する必要があるため、固定子の組立性が悪くなる。また、本構成においては、複数の断面形状を持つ導体を同一スロット内に挿入配置する必要があるため、導体の断面形状精度が求められる。しかし、本構成においては、導体を個々に成形する必要があり、成形形状のばらつき誤差を吸収することができないため、固定子の信頼性が低下する。更には、直線部とスロットとの間の隙間も増えるため、占積率が低減し、回転電機の効率が低下する。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高効率、高出力、かつ、組立性に優れた回転電機の固定子およびその製造方法を得ることを目的としている。
この発明に係る回転電機は、回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備えたものであって、
固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備え、
固定子コアは、径方向に延びると共に周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと複数のティースの内周部を連結する連結部とからなる内輪コア、および筒状に形成され複数のティースの外周面に接合可能に構成された外輪コアを備え、
固定子コアの隣接するティースの間に形成されるスロットは、ティースの周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定となるよう、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さくなるように形成され、
固定子コイルは、導線を成形してなる導体コイルを複数個接続して構成されており、導体コイルは、スロットの内部に配置される複数のスロット収納部と、スロットの外部で複数のスロット収納部を連結する複数のコイルエンド部とを備えたものである。
この発明に係る回転電機の製造方法は、スロット収納部を内輪コアの径方向外方からティース間に挿入することにより複数個の導体コイルを内輪コアのスロット内に配置する挿入配置工程、導体コイルが挿入配置された内輪コアの外周面に外輪コアを接合組み付けるコア結合工程、および導体コイルの端部を接合して固定子コイルを形成する接合工程を備えたものである。
この発明は、以上のように、そのスロットは、ティースの周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定となるよう、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さくなるように形成されているので、ティースの径方向における磁気抵抗の差が低減し、かつ、導体コイルのスロット収納部を内輪コアの径方向外方からスロット内に挿入配置することが可能となるので、軸方向から挿入配置することに伴う種々の弊害を回避でき、回転電機としての高効率高出力とその組立性の向上が実現する。
本発明の実施の形態１による回転電機の固定子１を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による固定子コア２を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による固定子コア２の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による導体コイル１１の断面図である。 本発明の実施の形態１による導体コイル１１の要部斜視図である。 本発明の実施の形態１による導体コイル１１の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による固定子１の要部上面図である。 本発明の実施の形態１による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態１による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の要部断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の要部斜視図である。 図１１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の成形方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１を型にセットした状態を示す要部上面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１を成形する型の要部斜視図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の成形後の要部断面図である。 本発明の実施の形態３による固定子１を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３による亀甲コイル３０を示す斜視図である。 図２０におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２０におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図２０におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態３による亀甲コイル３０の成形方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態３による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態３による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の構造を、固定子１を示す図１、固定子コア２を示す図２、固定子コア２の要部断面を示す図３、導体コイル１１の断面を示す図４、導体コイル１１の要部を示す図５、導体コイル１１の要部断面を示す図６、および固定子１の要部上面を示す図７を参照して説明する。
なお、図示は省略しているが、回転電機の中央に回転子が位置し、この回転子の外周側に固定子１が配置される。
固定子１は、図１、図２に示すように、周方向に配列された複数のスロット５を有する円環状の固定子コア２を備えると共に、スロット５を挿通し、固定子コア２に分布巻方式で巻回される三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）Ｙ結線の固定子コイル１０を２組備えている。
固定子コア２は、図２に示すように、周方向に所定の略一定間隔で複数配置されるティース６、およびティース６の内周部を連結する連結部７からなる内輪コア３と、固定子１のコアバックを構成する筒状に形成された外輪コア４とから構成される。内輪コア３と外輪コア４とは別部品であり、外輪コア４を内輪コア３の外周面に組み付けることで、連結部７と隣り合うティース６と外輪コア４とにより囲まれたスロット５が形成される。
スロット５の内周部の周方向幅をａ、外周部の周方向幅をｂ、径方向長さをｃとすると、スロット５は、ａ＜ｂ＜ｃとなるように形成されている。具体的なスロット５の形状を図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。
図３（Ａ）のスロット５では、途中に段差８を設け、スロット５の内周部の周方向幅ａを外周部の周方向幅ｂよりも狭めている。図３（Ｂ）のスロット５では、スロット５の途中から、外周側から内周側に向かうにつれて徐々に周方向幅を狭めるテーパ９を設け、スロット５の内周部の周方向幅ａを外周部の周方向幅ｂよりも狭めている。図３（Ｃ）のスロット５では、スロット５の側面全域にわたって、テーパ９を設けている。
なお、本実施の形態１ではスロット５およびティース６をそれぞれ４８個として示している。
固定子コイル１０は、図１に示すように、スロット５に挿入した複数の導体コイル１１のコイル端部１５を溶接で接続することにより形成している。導体コイル１１は、図４、５に示すとおり、導体部１７と導体部１７の表面にエナメルを焼き付けて被覆する絶縁皮膜１８とからなる１本の導線を成形して構成しており、スロット５内に挿通して配置される３個以上のスロット収納部１２と、スロット収納部１２を連結する複数のコイルエンド部１３とからなる。
スロット収納部１２は、スロット５内に複数本、径方向に並ぶように配置される。この際、スロット５は、内周部の周方向幅ａを、外周部の周方向幅ｂよりも狭くしているため、少なくとも２種類の断面形状を持つスロット収納部１２を、同一スロット内に混在させる。そして、図６に示すように、スロット５の内周側に配置されるスロット収納部１２ａの周方向幅を、外周側に配置されるスロット収納部１２ｂの周方向幅よりも小さくすることで、スロット５とスロット収納部１２との隙間を狭め、固定子１の占積率を高めることができる。
具体的なスロット収納部１２の断面および配置の形状を、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を用いて説明する。図６（Ａ）は、平角断面形状の導体コイル１１を、スロット５に異なる向きに挿通して配置したものである。スロット５の内周側には、その断面形状が、周方向幅≦径方向幅となる向きに形成した第一導体コイルであるスロット収納部１２ａを２本配置し、スロット５の外周側には、その断面形状が、周方向幅≧径方向幅となる向きに形成した第一導体コイルより外周側に配置される第二導体コイルであるスロット収納部１２ｂを２本配置したものである。
図６（Ｂ）は、平角断面形状の導体コイル１１と、円形断面形状の導体コイル１１とをスロット５に挿通して配置したものである。スロット５の内周側には、その断面形状が、平角断面形状の第一導体コイルであるスロット収納部１２ａを２本配置し、外周側には、その断面形状が円形断面形状の第二導体コイルであるスロット収納部１２ｂを２本配置したものである。
なお、スロット５の内周側に、円形断面形状の第一導体コイルであるスロット収納部１２ａを配置し、外周側に、平角断面形状の第二導体コイルであるスロット収納部１２ｂを配置してもよい。また、例えば、径の異なる円形断面形状のスロット収納部１２ａ、１２ｂを配置してもよい。
あるコイルエンド部１３を介して連結する２本のスロット収納部１２は、図７に示すとおり、それぞれ異なるスロット５に配置され、かつ、スロット５内の径方向位置も互いに異なる。このため、コイルエンド部１３には、略円弧形状をしているが、この径方向位置の差を吸収するためのレーンチェンジ部１４を設けている。なお、レーンチェンジ部１４は、導体コイル１１の製造段階にて予め成形して構成しておく。
各図に示すように、本実施の形態１では、同一スロット５内に径方向に並ぶスロット収納部１２の数を４本、その断面形状を２種類として示している。
次に、本実施の形態１における固定子１の組立方法について、図８、９を用いて説明する。
先ず、内輪コア３のティース６間の隙間に、スロット収納部１２を内輪コア３の径方向外方から挿入する（挿入配置工程）。この挿入方法としては、必要数の導体コイル１１を、予め、内輪コア３より若干径が大きい治具上に略円筒状に形成しておき、これを、図８に示すように、径方向内方へ一括挿入する方法がある。この場合、径方向の圧縮による導体コイル１１の若干の変形は、固定子コア２の軸方向両端外方へ吸収される。
また、他の方法としては、図９に示すように、導体コイル１１を一旦直線状に形成しておき、巻き取るように、その端から順次、内輪コア３のスロット５に直接挿入していくようにしてもよい。
なお、スロット収納部１２を挿入する前に、図８、９に示すように、ティース６および連結部７の周縁部を覆うように絶縁紙１９を挿入配置しており、スロット収納部１２と内輪コア３との間の絶縁性を確保している。
次に、コア結合工程として、導体コイル１１が挿入配置された内輪コア３の外周面に外輪コア４を接合組み付ける。
その後、導体コイル１１のコイル端部１５同士を、例えば、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接等にて接合する（接合工程）。接合部は、コイル端部１５を２本、１箇所に集めて接合して構成する。但し、中性点は、ＵＶＷの３点を接続する必要があるため、コイル端部１５を３本、１個所に集めて接合する。また、電源、インバータ等他のデバイスと接続するコイル端部１５については、他デバイスと接続させるための仲介部品（端子等）を別途接合するか、もしくは、この段階では何もせず、次工程に進む。
なお、本実施の形態１では、コイル端部１５の接合を、成形し位置合わせした後行う方法について述べたが、例えば、樹脂にターミナルをインサートもしくはアウトサートした中継部品を介して接合するようにしてもよい。この場合、コイル端部１５の位置調整作業が不要となるため、組立工程が単純化され組立性が向上する。
また、ここでは示していないが、回転子の極数を８極とすることで、固定子１の毎極毎相スロット数を２（＝４８÷（８×３））とすることができる。これにより、回転電機を２重系で駆動することができる。２重系で駆動することで、各相の位相をずらして高調波の次数を高くすることによりリップル電流を下げることができる。
また、回転電機を駆動制御するインバータ（図示せず）を２つ用いて、独立した２つの駆動回路を持たせることができ、冗長性を得ることができる。
以上のように、本発明の実施の形態１においては、スロット５は、その内周部の周方向幅ａがその外周部の周方向幅ｂより小さくなるように形成されているので、ティース６の周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定に出来、ティース６の径方向における磁気抵抗の差が低減し回転電機としての性能が向上する。
また、導体コイル１１として、スロット５の内周側に配置されるスロット収納部１２を構成する第一導体コイルとスロット５の外周側に配置されるスロット収納部１２を構成する第二導体コイルとを備え、それぞれの断面形状が、スロット５の形状に合わせて互いに異なる形状の導線を使用したものとしたので、スロット５内でのスロット収納部１２の占積率が上がり、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、この場合、各導体コイル１１は、スロット５の形状に合わせて、その導体の一部の断面を成形する必要が無く、導体コイル１１を形成するときの作業性が向上する。
更に、この場合、スロット５の内周側に配置される第一導体コイルのコイルエンド部１３も、その断面が、スロット５の外周側に配置される第二導体コイルのコイルエンド部１３よりその周方向幅が小さいものとなる。ところで、コイルエンド部１３が占有できる領域は、当然に、外周側よりも内周側が方が狭くなる。
従って、第一導体コイル、第二導体コイルとも、そのコイルエンド部１３を無理なく構成することが出来、結果として、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、本実施の形態１によれば、導体コイル１１のスロット収納部１２を、内輪コア３の径方向外方からスロット５内に挿入して配置するが、スロット５の内周部の周方向幅ａより外周部の周方向幅ｂを大きくしているので、スロット収納部１２を挿入する際の外周側挿入口が広くなる。これにより、導体コイル１１の内輪コア３への挿入作業が容易となり、固定子１の組立性が向上する。
また、内輪コア３は、その内周部が連結部７で連結されているので、固定子コア２の剛性が高くなる。これにより、導体コイル１１の挿入時、および、内輪コア３に外輪コア４を組み付ける際にコアの変形を防ぐことができるため、固定子１の組立性が向上する。
また、固定子コア２の剛性が高くなることで、回転電機の振動・騒音を抑制することができ、回転電機の性能、品質、信頼性が向上する。
また、コイルエンド部１３にレーンチェンジ部１４を予め成形しているため、導体コイル１１をティース６間の隙間に挿入する際に、導体コイル１１同士の干渉を防ぐことができ、固定子１の組立性が向上する。更に、導体コイル１１同士が接触し、絶縁皮膜１８を傷つける等の不具合を抑制することができるため、回転電機の品質が向上する。
また、上述したように、固定子１の毎極毎相スロット数を２としているため、２重系での駆動が可能となり、リップル電流を下げることができる。これにより、回転電機のコギングトルクが低減し、かつ、品質も安定する。また、駆動電源としてインバータを２つ用意することで、回転電機に冗長性を得ることができる。これにより、回転電機の信頼性が向上する。
また、駆動回路を並列化することで、それぞれの回路に流れる電流を低減させることができる。これにより、特に小容量機であって、巻線作業等機械的ストレスに耐えるために導体に下限の同一サイズのものが採用される場合等では、回転電機の損失が低減し、回転電機の性能、信頼性が向上する。
なお、以上の説明では、固定子１は、３相Ｙ結線を２組持つ２重３相として示したが、これに限られるものではなく、単相、あるいは、３相以上であってもこの発明は同様に適用でき、同等の効果を奏する。また、結線もΔ結線であってもよい。また、固定子１のスロット数を４８として示したが、これに限定されるものではない。また、同一スロット５に配置するスロット収納部１２の数を４本、同一スロット５に挿通するスロット収納部１２の断面形状を２種類として示したが、これに限定されるものではない。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子の構造を、導体コイル１１の要部断面を示す図１０、および導体コイル１１の要部を示す図１１を参照して説明する。但し、先の実施の形態１と実質的に同じ構成部品に対しては同じ符号を付し、個々の説明を省略する。
実施の形態２は、その導体コイル１１のスロット収納部１２の断面形状を、元の導線の断面形状と異なる形に成形した点が実施の形態１と異なり、以下この部分を中心に説明する。
具体的なスロット収納部１２の断面形状を、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）を用いて説明する。図１０（Ａ）は、円形断面形状の導体コイル１１のスロット収納部１２を２辺成形したものである。スロット５の内周側には、その断面形状が、周方向幅≦径方向幅となる向きにスロット収納部１２ａを２本配置し、スロット５の外周側には、その断面形状が、周方向幅≧径方向幅となる向きにスロット収納部１２ｂを２本配置したものである。
図１０（Ｂ）は、円形断面形状の導体コイル１１のスロット収納部１２を４辺成形したものである。スロット収納部１２は、後述するように、スロット５の形状に合わせた上型２０、下型２１を用いて、周方向両端部がスロット５の周方向幅形状に沿った形状に成形されるとともに、径方向両端部が径方向と直交する方向に沿った形状に成形されている。
図１１に、本実施の形態２の導体コイル１１の外観を示す。スロット収納部１２は、その断面形状を略台形形状になるように成形している。図１２は図１１におけるＡ−Ａ線断面図、図１３は図１１におけるＢ−Ｂ線断面図、図１４は図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
次に、本実施の形態２におけるスロット収納部１２の成形方法について、図１５〜図１７を用いて説明する。始めに、下型２１に、導体コイル１１のスロット収納部１２に相当する部分をセットする（図１５（Ａ））。その後、上型２０を下型２１にセットして加圧成形する（図１５（Ｂ））。この際、スロット収納部１２のみ成形を行うため、図１３に示すように、コイルエンド部１３を型２０、２１の外にはみ出させている。
また、図１７に示すとおり、上型２０および下型２１の軸方向端部には、テーパ、もしくは、円弧状の逃がし２２を設けている。これにより、成形されるスロット収納部１２と成形加工の対象外となるコイルエンド部１３との境界に、円弧状、もしくは、テーパ状の中継部１６（図１１）が形成される。この中継部１６を介して、成形部と非成形部、即ち、スロット収納部１２とコイルエンド部１３とを滑らかにつなぎ、断面の急激な変化による絶縁皮膜の破損を防いでいる。
ここで、成形されたスロット収納部１２の断面形状について、図１０、図１８を用いて説明する。スロット収納部１２は、複数本を同時にセットし、一括で成形している。これにより、スロット収納部１２同士の密着度が増すため、型２０、２１からの離脱、および、その他製造工程内にて衝撃により起こりうる位置ずれを抑制することができる。更には、スロット収納部１２同士の接触面積が増えるため、回転電機のコイル放熱効果も向上する。
また、スロット収納部１２は、略台形形状に成形されるため、成形時、スロット収納部１２は、上型２０と下型２１、もしくは、隣接するスロット収納部１２により、４方向からの反力を受ける。これにより、断面が四隅に広がることで略台形形状に成形される。この際、導線の導体部１７のみでなく、絶縁皮膜１８も含めて四隅に広がり、かつ、図１８に示すとおり、断面角部の絶縁皮膜の厚みが他部に比べて厚くなるように成形される。
一般的に、角部、エッジ部は電界が集中し、絶縁破壊が生じやすくなる。従って、成形により断面角部の絶縁皮膜の厚みを厚くすることで、絶縁耐圧が向上し、絶縁耐力上有利となる。
なお、図１８では、図１０のスロット５の最内周に挿通配置されるスロット収納部１２の断面形状について示したが、他の断面についても、同様の成形を行っている。
以上のように、本発明の実施の形態２においては、スロット収納部１２を型２０、２１を用いてスロット形状に沿った形に加圧成形するため、スロット収納部１２とスロット５との間の隙間が狭まり、スロット５内でのスロット収納部１２の占積率、従って、固定子１の占積率を上げることができる。これにより、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、スロット収納部１２の延長上には、成形されず元の導体形状を保つコイルエンド部１３が構成されている。これにより、成形後のスロット収納部１２は、スロット５内に隙間無くフィットし、固定子コア２により確実に保持されるので、固定子コイル１０を内輪コア３に挿入配置した後、軸方向へのずれを抑制することができ、固定子１の組立性が向上する。
また、成形時、型に逃がし２２を設けることで、成形されたスロット収納部１２とコイルエンド部１３との境界に中継部１６を形成し、両者が滑らかに繋がれる。これにより、断面の急激な変化による、絶縁皮膜１８の伸び、破損を防ぐことができ、回転電機の信頼性が向上する。
また、この成形により、断面角部の絶縁皮膜１８が他部よりも厚くなるように成形されるため、固定子コイル１０の絶縁耐圧が向上し、回転電機の品質、信頼性が向上する。
また、スロット収納部１２を成形する際には、複数本を同時に一括で成形するため、断面形状を精度よく成形することが可能となり、よりスロット形状に近づけることができる。これにより、固定子１の占積率を上げることができ、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、一括成形により、作業工程、設備、時間の短縮が可能となるため、固定子コア２を安価に組み立てることができ、かつ、組立性も向上する。また、スロット収納部１２の密着度が増し、位置ずれを抑制することができるため、固定子１の組立性が向上する。更に、スロット収納部１２の接触面積が増えることで、固定子コイル１０の放熱性能が向上し、回転電機の性能、品質、信頼性が向上する。
また、成形する箇所をスロット収納部１２のみに限定するため、固定子１を組み立てた後、成型部を固定子コア２で保護できる。これにより、外乱による成形部の劣化を防ぐことができ、回転電機の信頼性を確保できる。
なお、以上の説明では、導体コイル１１は、断面が円形の導線を成形加工する場合を示したが、これに限られるものではなく、例えば、断面が平角のものであっても本願発明は同様に適用でき同等の効果を奏する。また、導体コイル１１の成形時、同時に成形するスロット収納部１２を４本としたが、これに限定されるものではない。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子の構造を、固定子１を示す図１９および導体コイルである亀甲コイル３０を示す図２０を参照して説明する。但し、先の実施の形態１、２と実質的に同じ構成部品に対しては同じ符号を付し、適宜個々の説明は省略する。
実施の形態３は、その導体コイルを、導線を略六角形状に重ね巻き成形してなる亀甲コイル３０とした点が実施の形態１、２と異なり、以下この部分を中心に説明する。
図１９は、スロット５に挿入した複数の亀甲コイル３０のコイル端部１５を溶接で接続することにより構成した固定子１を示す。
次に、図２０を用いて、亀甲コイル３０の構造を説明する。亀甲コイル３０は、導体部１７と、導体部１７の表面を被覆する絶縁皮膜１８とからなる１本の導線を略六角形状に重ね巻き成形して構成している。尚図２１は図２０におけるＡ−Ａ線断面図、図２２は図２０におけるＢ−Ｂ線断面図、図２３は図２０におけるＣ−Ｃ線断面図である。
そして、亀甲コイル３０は、第一スロット収納部１２１とこの第一スロット収納部１２１が配置されるスロット５とは異なるスロット５の内部の、第一スロット収納部１２１が配置される径方向位置より外周側に配置される第二スロット収納部１２２とを備え、かつ、これら第一スロット収納部１２１および第二スロット収納部１２２がそれぞれ複数本（図２０の例では２本）の導線で構成され、互いに複数のコイルエンド部１３で連結されている。
次に、スロット収納部１２１、１２２の成形方法について説明する。この成形は、先の実施の形態２と同様、複数本のスロット収納部１２を同時にセットし一括で成形するが、その際、図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）に示すとおり、スロット収納部１２を互いにずらし、水平に配置して成形してもよい。
なお、スロット収納部１２１、１２２は、そのいずれか一方を、それが挿入される内周部または外周部におけるスロット５の形状に合わせた導線を用いたものとし、いずれか他方を、それが挿入される外周部または内周部におけるスロット５の形状に合うよう導線の断面を成形して構成するようにしてもよく、また、スロット収納部１２１、１２２の両者ともその導線の断面を成形して構成するようにしてもよい。
続いて、本実施の形態３の固定子１の組立て方法について、図２５、図２６を用いて説明する。
内輪コア３のティース６間の隙間に、第一スロット収納部１２１を内輪コア３の径方向外方から挿入する。その後、第二スロット収納部１２２を、第一スロット収納部１２１を挿通配置したスロット５と別のスロット５に挿通配置する。
挿入方法であるが、図２５に示すように、亀甲コイル３０の第一スロット収納部１２１をスロット５の内周側に、第二スロット収納部１２２をスロット５の径方向延長上にくるように、スロット５の数と同数円筒状に配置する。その後、第二スロット収納部１２２を径方向から一括挿入する。
あるいは、図２６に示すように、亀甲コイル３０の第一スロット収納部１２１をスロット５の内周側に、第二スロット収納部１２２を互いに干渉しないようにスロット５の数と同数、放射状に配置しておき、第二スロット収納部１２２を、第一スロット収納部１２１を中心に、回転移動してスロット５に挿入してもよい。
なお、スロット収納部１２を挿入する前に、ティース６および連結部７の周縁部を覆うように絶縁紙１９を挿入配置しており、スロット収納部１２と内輪コア３との間の絶縁性を確保している。
以上のように、本発明の実施の形態３においては、導体コイルを、導線を略六角形状に重ね巻き成形してなる亀甲コイル３０としているため、コイルの形状が単純化される。
即ち、図２０を先の図５、図１１と比べてみると判るように、製作単位となる導体コイルが小型となり、コイルを成形するための型も小型で簡単な構造のものとなる。
これにより、固定子１を安価に製造することが可能となり、かつ、組立性が向上する。
更に、スロット収納部１２の長さを容易に変更することができるため、設計自由度が増す。
また、亀甲コイル３０の第一スロット収納部１２１を内輪コア３の内周側に挿通配置し、第二スロット収納部１２２を内輪コア３の外周側に挿通配置するため、１種類の形状の亀甲コイル３０により固定子コイル１０を構成することができる。これにより、部品が共通化されるため、固定子１を安価に製造することが可能となり、また組立性能も向上する。
なお、以上の説明では、亀甲コイル３０は、第一スロット収納部１２１および第二スロット収納部１２２を、それぞれ２本のスロット収納部１２の集合体としていたが、本願発明の適用上、本数はこれに限られるものではなく、また、各スロット収納部１２の本数が異なっていてもよい。
また、第二スロット収納部１２２を第一スロット収納部１２１の外側に配置したが、配置はこれに限定されるものではなく、例えば、第一、第二スロット収納部１２１、１２２とも、スロット５の内周側に配置し、スロット５の外周側には別の亀甲コイル３０を挿通配置する構造であってもよい。
また、固定子１のスロット５の数を４８として示したが、この数はこれに限定されるものではない。また、径方向に並ぶスロット収納部１２の数を４本としたが、この本数はこれに限定されるものではない。さらに、挿入する亀甲コイル３０の数をスロット５と同数としたが、これに限定されるものではなく、例えば、スロット５の数のｎ倍の亀甲コイル３０を挿入する構成としてもよい。
なお、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。
ここで説明した実施の形態１〜３の回転電機は、例えば、自動車の電動パワーステアリング用駆動モータ等に使用されるが、用途はこれに限定されるものではない。
この発明は、回転電機の製造方法に係り、特に回転電機の固定子に関するものであり、回転電機としての高効率高出力化とその組立性の向上を図るものである。
回転電機の高効率高出力化を図る背景技術として、例えば、特許文献１を挙げることが出来る。本文献１では、固定子ティース間のスロットの周方向幅を、径方向内側ほど狭くする幅調整部を設けることで、ティースの径方向における磁気抵抗の差を低減し回転電機としての高性能化を図っている。
そして、前記幅調整部を設けたスロットへの挿入を可能とするため、固定子コイルを、２本の直線部とそれを繋ぐ連結部とを有する略Ｕ字状に形成し、この固定子コイルの直線部の断面を、前記幅調整部に沿った形状、および、径方向両端部を径方向と直交する方向に沿った形状に成形した後、スロットにその軸方向から挿通配置する。これにより、固定子コイルとスロットとの間の隙間を狭め、固定子の占積率を向上させることができる。
特開２０１３−００５６８３号公報
特許文献１の固定子コイルは、２本の直線部とそれを繋ぐ連結部とを有する略Ｕ字状に形成された導体を単位とし、この単位導体を複数個接続して構成する。本構成では、直線部が２本であるため、導体の数は、固定子の（スロット数×ターン数）／２個必要となる。これにより、固定子コイルを構成する導体本数が増え、固定子の組立性が悪くなる。また、導体本数の増加に伴い、導体同士を接続する接続点の数も増える。これにより、固定子の信頼性も低下する。更には、固定子が大型化する。
また、固定子コイルを固定子コアに組み付ける際には、導体を固定子中心軸の軸線方向と略平行に移動させることで、直線部をスロットに挿入配置する。本構成では、後から挿入する導体は、初期に挿入した導体を跨いだ状態で挿入配置する必要がある。これにより、固定子のコイルエンド高さが高くなるため、固定子が大型化する。また、使用する導線の量が増えるため、コイルの電気抵抗が増え回転電機の効率が低下する。更には、コストも上昇する。加えて、本構成においては、導体の直線部断面を成形した後、スロットに挿入配置するが、この際、スロットに収まる部分のみでなく、直線部を含めた全域の導体断面を成形しないと、前述したような挿入配置構成が実現できない。そのため、本来不要な箇所も含めて成形を施す必要があるため、工程に無駄が生じ組立性が悪くなる。
更に、直線部の断面を成形する際には、導体を個々に成形する必要があるため、固定子の組立性が悪くなる。また、本構成においては、複数の断面形状を持つ導体を同一スロット内に挿入配置する必要があるため、導体の断面形状精度が求められる。しかし、本構成においては、導体を個々に成形する必要があり、成形形状のばらつき誤差を吸収することができないため、固定子の信頼性が低下する。更には、直線部とスロットとの間の隙間も増えるため、占積率が低減し、回転電機の効率が低下する。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高効率、高出力、かつ、組立性に優れた回転電機の製造方法を得ることを目的としている。
この発明に係る回転電機の製造方法は、複数個の導体コイルを円筒状に形成し、スロット収納部をティース間に内輪コアの径方向外方から一括挿入することにより複数個の導体コイルを内輪コアのスロット内に配置する挿入配置工程、複数個の導体コイルが挿入配置された内輪コアの外周面に外輪コアを接合組み付けるコア結合工程、および複数個の導体コイルの端部を接合して固定子コイルを形成する接合工程を備えたものである。
この発明は、以上のように、複数個の導体コイルのスロット収納部を内輪コアの径方向外方からスロット内に挿入配置することが可能となるので、軸方向から挿入配置することに伴う種々の弊害を回避でき、回転電機として組立性の向上が実現する。
本発明の実施の形態１による回転電機の固定子１を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による固定子コア２を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による固定子コア２の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による導体コイル１１の断面図である。 本発明の実施の形態１による導体コイル１１の要部斜視図である。 本発明の実施の形態１による導体コイル１１の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による固定子１の要部上面図である。 本発明の実施の形態１による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態１による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の要部断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の要部斜視図である。 図１１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の成形方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１を型にセットした状態を示す要部上面図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１を成形する型の要部斜視図である。 本発明の実施の形態２による導体コイル１１の成形後の要部断面図である。 本発明の実施の形態３による固定子１を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３による亀甲コイル３０を示す斜視図である。 図２０におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２０におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図２０におけるＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施の形態３による亀甲コイル３０の成形方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態３による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。 本発明の実施の形態３による固定子１の組立方法を説明する要部断面図である。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の構造を、固定子１を示す図１、固定子コア２を示す図２、固定子コア２の要部断面を示す図３、導体コイル１１の断面を示す図４、導体コイル１１の要部を示す図５、導体コイル１１の要部断面を示す図６、および固定子１の要部上面を示す図７を参照して説明する。
なお、図示は省略しているが、回転電機の中央に回転子が位置し、この回転子の外周側に固定子１が配置される。
固定子１は、図１、図２に示すように、周方向に配列された複数のスロット５を有する円環状の固定子コア２を備えると共に、スロット５を挿通し、固定子コア２に分布巻方式で巻回される三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）Ｙ結線の固定子コイル１０を２組備えている。
固定子コア２は、図２に示すように、周方向に所定の略一定間隔で複数配置されるティース６、およびティース６の内周部を連結する連結部７からなる内輪コア３と、固定子１のコアバックを構成する筒状に形成された外輪コア４とから構成される。内輪コア３と外輪コア４とは別部品であり、外輪コア４を内輪コア３の外周面に組み付けることで、連結部７と隣り合うティース６と外輪コア４とにより囲まれたスロット５が形成される。
スロット５の内周部の周方向幅をａ、外周部の周方向幅をｂ、径方向長さをｃとすると、スロット５は、ａ＜ｂ＜ｃとなるように形成されている。具体的なスロット５の形状を図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。
図３（Ａ）のスロット５では、途中に段差８を設け、スロット５の内周部の周方向幅ａを外周部の周方向幅ｂよりも狭めている。図３（Ｂ）のスロット５では、スロット５の途中から、外周側から内周側に向かうにつれて徐々に周方向幅を狭めるテーパ９を設け、スロット５の内周部の周方向幅ａを外周部の周方向幅ｂよりも狭めている。図３（Ｃ）のスロット５では、スロット５の側面全域にわたって、テーパ９を設けている。
なお、本実施の形態１ではスロット５およびティース６をそれぞれ４８個として示している。
固定子コイル１０は、図１に示すように、スロット５に挿入した複数の導体コイル１１のコイル端部１５を溶接で接続することにより形成している。導体コイル１１は、図４、５に示すとおり、導体部１７と導体部１７の表面にエナメルを焼き付けて被覆する絶縁皮膜１８とからなる１本の導線を成形して構成しており、スロット５内に挿通して配置される３個以上のスロット収納部１２と、スロット収納部１２を連結する複数のコイルエンド部１３とからなる。
スロット収納部１２は、スロット５内に複数本、径方向に並ぶように配置される。この際、スロット５は、内周部の周方向幅ａを、外周部の周方向幅ｂよりも狭くしているため、少なくとも２種類の断面形状を持つスロット収納部１２を、同一スロット内に混在させる。そして、図６に示すように、スロット５の内周側に配置されるスロット収納部１２ａの周方向幅を、外周側に配置されるスロット収納部１２ｂの周方向幅よりも小さくすることで、スロット５とスロット収納部１２との隙間を狭め、固定子１の占積率を高めることができる。
具体的なスロット収納部１２の断面および配置の形状を、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を用いて説明する。図６（Ａ）は、平角断面形状の導体コイル１１を、スロット５に異なる向きに挿通して配置したものである。スロット５の内周側には、その断面形状が、周方向幅≦径方向幅となる向きに形成した第一導体コイルであるスロット収納部１２ａを２本配置し、スロット５の外周側には、その断面形状が、周方向幅≧径方向幅となる向きに形成した第一導体コイルより外周側に配置される第二導体コイルであるスロット収納部１２ｂを２本配置したものである。
図６（Ｂ）は、平角断面形状の導体コイル１１と、円形断面形状の導体コイル１１とをスロット５に挿通して配置したものである。スロット５の内周側には、その断面形状が、平角断面形状の第一導体コイルであるスロット収納部１２ａを２本配置し、外周側には、その断面形状が円形断面形状の第二導体コイルであるスロット収納部１２ｂを２本配置したものである。
なお、スロット５の内周側に、円形断面形状の第一導体コイルであるスロット収納部１２ａを配置し、外周側に、平角断面形状の第二導体コイルであるスロット収納部１２ｂを配置してもよい。また、例えば、径の異なる円形断面形状のスロット収納部１２ａ、１２ｂを配置してもよい。
あるコイルエンド部１３を介して連結する２本のスロット収納部１２は、図７に示すとおり、それぞれ異なるスロット５に配置され、かつ、スロット５内の径方向位置も互いに異なる。このため、コイルエンド部１３には、略円弧形状をしているが、この径方向位置の差を吸収するためのレーンチェンジ部１４を設けている。なお、レーンチェンジ部１４は、導体コイル１１の製造段階にて予め成形して構成しておく。
各図に示すように、本実施の形態１では、同一スロット５内に径方向に並ぶスロット収納部１２の数を４本、その断面形状を２種類として示している。
次に、本実施の形態１における固定子１の組立方法について、図８、９を用いて説明する。
先ず、内輪コア３のティース６間の隙間に、スロット収納部１２を内輪コア３の径方向外方から挿入する（挿入配置工程）。この挿入方法としては、必要数の導体コイル１１を、予め、内輪コア３より若干径が大きい治具上に略円筒状に形成しておき、これを、図８に示すように、径方向内方へ一括挿入する方法がある。この場合、径方向の圧縮による導体コイル１１の若干の変形は、固定子コア２の軸方向両端外方へ吸収される。
また、他の方法としては、図９に示すように、導体コイル１１を一旦直線状に形成しておき、巻き取るように、その端から順次、内輪コア３のスロット５に直接挿入していくようにしてもよい。
なお、スロット収納部１２を挿入する前に、図８、９に示すように、ティース６および連結部７の周縁部を覆うように絶縁紙１９を挿入配置しており、スロット収納部１２と内輪コア３との間の絶縁性を確保している。
次に、コア結合工程として、導体コイル１１が挿入配置された内輪コア３の外周面に外輪コア４を接合組み付ける。
その後、導体コイル１１のコイル端部１５同士を、例えば、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接等にて接合する（接合工程）。接合部は、コイル端部１５を２本、１箇所に集めて接合して構成する。但し、中性点は、ＵＶＷの３点を接続する必要があるため、コイル端部１５を３本、１個所に集めて接合する。また、電源、インバータ等他のデバイスと接続するコイル端部１５については、他デバイスと接続させるための仲介部品（端子等）を別途接合するか、もしくは、この段階では何もせず、次工程に進む。
なお、本実施の形態１では、コイル端部１５の接合を、成形し位置合わせした後行う方法について述べたが、例えば、樹脂にターミナルをインサートもしくはアウトサートした中継部品を介して接合するようにしてもよい。この場合、コイル端部１５の位置調整作業が不要となるため、組立工程が単純化され組立性が向上する。
また、ここでは示していないが、回転子の極数を８極とすることで、固定子１の毎極毎相スロット数を２（＝４８÷（８×３））とすることができる。これにより、回転電機を２重系で駆動することができる。２重系で駆動することで、各相の位相をずらして高調波の次数を高くすることによりリップル電流を下げることができる。
また、回転電機を駆動制御するインバータ（図示せず）を２つ用いて、独立した２つの駆動回路を持たせることができ、冗長性を得ることができる。
以上のように、本発明の実施の形態１においては、スロット５は、その内周部の周方向幅ａがその外周部の周方向幅ｂより小さくなるように形成されているので、ティース６の周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定に出来、ティース６の径方向における磁気抵抗の差が低減し回転電機としての性能が向上する。
また、導体コイル１１として、スロット５の内周側に配置されるスロット収納部１２を構成する第一導体コイルとスロット５の外周側に配置されるスロット収納部１２を構成する第二導体コイルとを備え、それぞれの断面形状が、スロット５の形状に合わせて互いに異なる形状の導線を使用したものとしたので、スロット５内でのスロット収納部１２の占積率が上がり、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、この場合、各導体コイル１１は、スロット５の形状に合わせて、その導体の一部の断面を成形する必要が無く、導体コイル１１を形成するときの作業性が向上する。
更に、この場合、スロット５の内周側に配置される第一導体コイルのコイルエンド部１３も、その断面が、スロット５の外周側に配置される第二導体コイルのコイルエンド部１３よりその周方向幅が小さいものとなる。ところで、コイルエンド部１３が占有できる領域は、当然に、外周側よりも内周側が方が狭くなる。
従って、第一導体コイル、第二導体コイルとも、そのコイルエンド部１３を無理なく構成することが出来、結果として、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、本実施の形態１によれば、導体コイル１１のスロット収納部１２を、内輪コア３の径方向外方からスロット５内に挿入して配置するが、スロット５の内周部の周方向幅ａより外周部の周方向幅ｂを大きくしているので、スロット収納部１２を挿入する際の外周側挿入口が広くなる。これにより、導体コイル１１の内輪コア３への挿入作業が容易となり、固定子１の組立性が向上する。
また、内輪コア３は、その内周部が連結部７で連結されているので、固定子コア２の剛性が高くなる。これにより、導体コイル１１の挿入時、および、内輪コア３に外輪コア４を組み付ける際にコアの変形を防ぐことができるため、固定子１の組立性が向上する。
また、固定子コア２の剛性が高くなることで、回転電機の振動・騒音を抑制することができ、回転電機の性能、品質、信頼性が向上する。
また、コイルエンド部１３にレーンチェンジ部１４を予め成形しているため、導体コイル１１をティース６間の隙間に挿入する際に、導体コイル１１同士の干渉を防ぐことができ、固定子１の組立性が向上する。更に、導体コイル１１同士が接触し、絶縁皮膜１８を傷つける等の不具合を抑制することができるため、回転電機の品質が向上する。
また、上述したように、固定子１の毎極毎相スロット数を２としているため、２重系での駆動が可能となり、リップル電流を下げることができる。これにより、回転電機のコギングトルクが低減し、かつ、品質も安定する。また、駆動電源としてインバータを２つ用意することで、回転電機に冗長性を得ることができる。これにより、回転電機の信頼性が向上する。
また、駆動回路を並列化することで、それぞれの回路に流れる電流を低減させることができる。これにより、特に小容量機であって、巻線作業等機械的ストレスに耐えるために導体に下限の同一サイズのものが採用される場合等では、回転電機の損失が低減し、回転電機の性能、信頼性が向上する。
なお、以上の説明では、固定子１は、３相Ｙ結線を２組持つ２重３相として示したが、これに限られるものではなく、単相、あるいは、３相以上であってもこの発明は同様に適用でき、同等の効果を奏する。また、結線もΔ結線であってもよい。また、固定子１のスロット数を４８として示したが、これに限定されるものではない。また、同一スロット５に配置するスロット収納部１２の数を４本、同一スロット５に挿通するスロット収納部１２の断面形状を２種類として示したが、これに限定されるものではない。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子の構造を、導体コイル１１の要部断面を示す図１０、および導体コイル１１の要部を示す図１１を参照して説明する。但し、先の実施の形態１と実質的に同じ構成部品に対しては同じ符号を付し、個々の説明を省略する。
実施の形態２は、その導体コイル１１のスロット収納部１２の断面形状を、元の導線の断面形状と異なる形に成形した点が実施の形態１と異なり、以下この部分を中心に説明する。
具体的なスロット収納部１２の断面形状を、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）を用いて説明する。図１０（Ａ）は、円形断面形状の導体コイル１１のスロット収納部１２を２辺成形したものである。スロット５の内周側には、その断面形状が、周方向幅≦径方向幅となる向きにスロット収納部１２ａを２本配置し、スロット５の外周側には、その断面形状が、周方向幅≧径方向幅となる向きにスロット収納部１２ｂを２本配置したものである。
図１０（Ｂ）は、円形断面形状の導体コイル１１のスロット収納部１２を４辺成形したものである。スロット収納部１２は、後述するように、スロット５の形状に合わせた上型２０、下型２１を用いて、周方向両端部がスロット５の周方向幅形状に沿った形状に成形されるとともに、径方向両端部が径方向と直交する方向に沿った形状に成形されている。
図１１に、本実施の形態２の導体コイル１１の外観を示す。スロット収納部１２は、その断面形状を略台形形状になるように成形している。図１２は図１１におけるＡ−Ａ線断面図、図１３は図１１におけるＢ−Ｂ線断面図、図１４は図１１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
次に、本実施の形態２におけるスロット収納部１２の成形方法について、図１５〜図１７を用いて説明する。始めに、下型２１に、導体コイル１１のスロット収納部１２に相当する部分をセットする（図１５（Ａ））。その後、上型２０を下型２１にセットして加圧成形する（図１５（Ｂ））。この際、スロット収納部１２のみ成形を行うため、図１６に示すように、コイルエンド部１３を型２０、２１の外にはみ出させている。
また、図１７に示すとおり、上型２０および下型２１の軸方向端部には、テーパ、もしくは、円弧状の逃がし２２を設けている。これにより、成形されるスロット収納部１２と成形加工の対象外となるコイルエンド部１３との境界に、円弧状、もしくは、テーパ状の中継部１６（図１１）が形成される。この中継部１６を介して、成形部と非成形部、即ち、スロット収納部１２とコイルエンド部１３とを滑らかにつなぎ、断面の急激な変化による絶縁皮膜の破損を防いでいる。
ここで、成形されたスロット収納部１２の断面形状について、図１０、図１８を用いて説明する。スロット収納部１２は、複数本を同時にセットし、一括で成形している。これにより、スロット収納部１２同士の密着度が増すため、型２０、２１からの離脱、および、その他製造工程内にて衝撃により起こりうる位置ずれを抑制することができる。更には、スロット収納部１２同士の接触面積が増えるため、回転電機のコイル放熱効果も向上する。
また、スロット収納部１２は、略台形形状に成形されるため、成形時、スロット収納部１２は、上型２０と下型２１、もしくは、隣接するスロット収納部１２により、４方向からの反力を受ける。これにより、断面が四隅に広がることで略台形形状に成形される。この際、導線の導体部１７のみでなく、絶縁皮膜１８も含めて四隅に広がり、かつ、図１８に示すとおり、断面角部の絶縁皮膜の厚みが他部に比べて厚くなるように成形される。
一般的に、角部、エッジ部は電界が集中し、絶縁破壊が生じやすくなる。従って、成形により断面角部の絶縁皮膜の厚みを厚くすることで、絶縁耐圧が向上し、絶縁耐力上有利となる。
なお、図１８では、図１０のスロット５の最内周に挿通配置されるスロット収納部１２の断面形状について示したが、他の断面についても、同様の成形を行っている。
以上のように、本発明の実施の形態２においては、スロット収納部１２を型２０、２１を用いてスロット形状に沿った形に加圧成形するため、スロット収納部１２とスロット５との間の隙間が狭まり、スロット５内でのスロット収納部１２の占積率、従って、固定子１の占積率を上げることができる。これにより、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、スロット収納部１２の延長上には、成形されず元の導体形状を保つコイルエンド部１３が構成されている。これにより、成形後のスロット収納部１２は、スロット５内に隙間無くフィットし、固定子コア２により確実に保持されるので、固定子コイル１０を内輪コア３に挿入配置した後、軸方向へのずれを抑制することができ、固定子１の組立性が向上する。
また、成形時、型に逃がし２２を設けることで、成形されたスロット収納部１２とコイルエンド部１３との境界に中継部１６を形成し、両者が滑らかに繋がれる。これにより、断面の急激な変化による、絶縁皮膜１８の伸び、破損を防ぐことができ、回転電機の信頼性が向上する。
また、この成形により、断面角部の絶縁皮膜１８が他部よりも厚くなるように成形されるため、固定子コイル１０の絶縁耐圧が向上し、回転電機の品質、信頼性が向上する。
また、スロット収納部１２を成形する際には、複数本を同時に一括で成形するため、断面形状を精度よく成形することが可能となり、よりスロット形状に近づけることができる。これにより、固定子１の占積率を上げることができ、固定子コイル１０の抵抗が低減し、回転電機の効率、出力が向上する。
また、一括成形により、作業工程、設備、時間の短縮が可能となるため、固定子コア２を安価に組み立てることができ、かつ、組立性も向上する。また、スロット収納部１２の密着度が増し、位置ずれを抑制することができるため、固定子１の組立性が向上する。更に、スロット収納部１２の接触面積が増えることで、固定子コイル１０の放熱性能が向上し、回転電機の性能、品質、信頼性が向上する。
また、成形する箇所をスロット収納部１２のみに限定するため、固定子１を組み立てた後、成型部を固定子コア２で保護できる。これにより、外乱による成形部の劣化を防ぐことができ、回転電機の信頼性を確保できる。
なお、以上の説明では、導体コイル１１は、断面が円形の導線を成形加工する場合を示したが、これに限られるものではなく、例えば、断面が平角のものであっても本願発明は同様に適用でき同等の効果を奏する。また、導体コイル１１の成形時、同時に成形するスロット収納部１２を４本としたが、これに限定されるものではない。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子の構造を、固定子１を示す図１９および導体コイルである亀甲コイル３０を示す図２０を参照して説明する。但し、先の実施の形態１、２と実質的に同じ構成部品に対しては同じ符号を付し、適宜個々の説明は省略する。
実施の形態３は、その導体コイルを、導線を略六角形状に重ね巻き成形してなる亀甲コイル３０とした点が実施の形態１、２と異なり、以下この部分を中心に説明する。
図１９は、スロット５に挿入した複数の亀甲コイル３０のコイル端部１５を溶接で接続することにより構成した固定子１を示す。
次に、図２０を用いて、亀甲コイル３０の構造を説明する。亀甲コイル３０は、導体部１７と、導体部１７の表面を被覆する絶縁皮膜１８とからなる１本の導線を略六角形状に重ね巻き成形して構成している。尚図２１は図２０におけるＡ−Ａ線断面図、図２２は図２０におけるＢ−Ｂ線断面図、図２３は図２０におけるＣ−Ｃ線断面図である。
そして、亀甲コイル３０は、第一スロット収納部１２１とこの第一スロット収納部１２１が配置されるスロット５とは異なるスロット５の内部の、第一スロット収納部１２１が配置される径方向位置より外周側に配置される第二スロット収納部１２２とを備え、かつ、これら第一スロット収納部１２１および第二スロット収納部１２２がそれぞれ複数本（図２０の例では２本）の導線で構成され、互いに複数のコイルエンド部１３で連結されている。
次に、スロット収納部１２１、１２２の成形方法について説明する。この成形は、先の実施の形態２と同様、複数本のスロット収納部１２を同時にセットし一括で成形するが、その際、図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）に示すとおり、スロット収納部１２を互いにずらし、水平に配置して成形してもよい。
なお、スロット収納部１２１、１２２は、そのいずれか一方を、それが挿入される内周部または外周部におけるスロット５の形状に合わせた導線を用いたものとし、いずれか他方を、それが挿入される外周部または内周部におけるスロット５の形状に合うよう導線の断面を成形して構成するようにしてもよく、また、スロット収納部１２１、１２２の両者ともその導線の断面を成形して構成するようにしてもよい。
続いて、本実施の形態３の固定子１の組立て方法について、図２５、図２６を用いて説明する。
内輪コア３のティース６間の隙間に、第一スロット収納部１２１を内輪コア３の径方向外方から挿入する。その後、第二スロット収納部１２２を、第一スロット収納部１２１を挿通配置したスロット５と別のスロット５に挿通配置する。
挿入方法であるが、図２５に示すように、亀甲コイル３０の第一スロット収納部１２１をスロット５の内周側に、第二スロット収納部１２２をスロット５の径方向延長上にくるように、スロット５の数と同数円筒状に配置する。その後、第二スロット収納部１２２を径方向から一括挿入する。
あるいは、図２６に示すように、亀甲コイル３０の第一スロット収納部１２１をスロット５の内周側に、第二スロット収納部１２２を互いに干渉しないようにスロット５の数と同数、放射状に配置しておき、第二スロット収納部１２２を、第一スロット収納部１２１を中心に、回転移動してスロット５に挿入してもよい。
なお、スロット収納部１２を挿入する前に、ティース６および連結部７の周縁部を覆うように絶縁紙１９を挿入配置しており、スロット収納部１２と内輪コア３との間の絶縁性を確保している。
以上のように、本発明の実施の形態３においては、導体コイルを、導線を略六角形状に重ね巻き成形してなる亀甲コイル３０としているため、コイルの形状が単純化される。
即ち、図２０を先の図５、図１１と比べてみると判るように、製作単位となる導体コイルが小型となり、コイルを成形するための型も小型で簡単な構造のものとなる。
これにより、固定子１を安価に製造することが可能となり、かつ、組立性が向上する。
更に、スロット収納部１２の長さを容易に変更することができるため、設計自由度が増す。
また、亀甲コイル３０の第一スロット収納部１２１を内輪コア３の内周側に挿通配置し、第二スロット収納部１２２を内輪コア３の外周側に挿通配置するため、１種類の形状の亀甲コイル３０により固定子コイル１０を構成することができる。これにより、部品が共通化されるため、固定子１を安価に製造することが可能となり、また組立性能も向上する。
なお、以上の説明では、亀甲コイル３０は、第一スロット収納部１２１および第二スロット収納部１２２を、それぞれ２本のスロット収納部１２の集合体としていたが、本願発明の適用上、本数はこれに限られるものではなく、また、各スロット収納部１２の本数が異なっていてもよい。
また、第二スロット収納部１２２を第一スロット収納部１２１の外側に配置したが、配置はこれに限定されるものではなく、例えば、第一、第二スロット収納部１２１、１２２とも、スロット５の内周側に配置し、スロット５の外周側には別の亀甲コイル３０を挿通配置する構造であってもよい。
また、固定子１のスロット５の数を４８として示したが、この数はこれに限定されるものではない。また、径方向に並ぶスロット収納部１２の数を４本としたが、この本数はこれに限定されるものではない。さらに、挿入する亀甲コイル３０の数をスロット５と同数としたが、これに限定されるものではなく、例えば、スロット５の数のｎ倍の亀甲コイル３０を挿入する構成としてもよい。
なお、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。
ここで説明した実施の形態１〜３の回転電機は、例えば、自動車の電動パワーステアリング用駆動モータ等に使用されるが、用途はこれに限定されるものではない。
この発明に係る回転電機の製造方法は、複数個の導体コイルを円筒状に形成し、スロット収納部をスロット外部の径方向外周側に配置した後、最外層に配置された全てのスロット収納部をティース間に前記内輪コアの径方向外方から一括加圧して、スロット収納部を同時にティース間に挿入することにより複数個の導体コイルを内輪コアのスロット内に配置する挿入配置工程、複数個の導体コイルが挿入配置された内輪コアの外周面に外輪コアを接合組み付けるコア結合工程、および複数個の導体コイルの端部を接合して固定子コイルを形成する接合工程を備えたものである。
この発明に係る回転電機の製造方法は、固定子コイルは、導線を成形してなる導体コイルを複数個接続して構成されており、導体コイルは、導線を略六角形状に重ね巻き成形された亀甲コイルであり、スロットの内部に配置される複数のスロット収納部と、スロットの外部で複数のスロット収納部を連結する複数のコイルエンド部とを備えており、スロット収納部は、それぞれ複数本の導線で構成された第一スロット収納部およびこの第一スロット収納部が配置されるスロットとは異なるスロットに配置される第二スロット収納部を備えた分布巻き方式の回転電機の製造方法であって、
複数個の導体コイルを円筒状に形成し、第一スロット収納部をスロット内に配置し、第二スロット収納部を、第一スロット収納部を配置したスロットと異なるスロット外部の径方向外周側に配置した後、最外層に配置された全ての第二スロット収納部をティース間に内輪コアの径方向外方から一括加圧して、第一スロット収納部及び第二スロット収納部を同時にティース間に挿入することにより複数個の導体コイルを内輪コアのスロット内に配置する挿入配置工程、複数個の導体コイルが挿入配置された内輪コアの外周面に外輪コアを接合組み付けるコア結合工程、および複数個の導体コイルの端部を接合して固定子コイルを形成する接合工程を備えたものである。

Claims (13)

  1. 回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備えた回転電機であって、
    前記固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備え、
    前記固定子コアは、径方向に延びると共に周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと前記複数のティースの内周部を連結する連結部とからなる内輪コア、および筒状に形成され前記複数のティースの外周面に接合可能に構成された外輪コアを備え、
    前記固定子コアの隣接する前記ティースの間に形成されるスロットは、前記ティースの周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定となるよう、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さくなるように形成され、
    前記固定子コイルは、導線を成形してなる導体コイルを複数個接続して構成されており、前記導体コイルは、前記スロットの内部に配置される複数のスロット収納部と、前記スロットの外部で前記複数のスロット収納部を連結する複数のコイルエンド部とを備えた回転電機。
  2. 前記スロットは、その径方向の途中に段差を設けることにより、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さく形成されている請求項１記載の回転電機。
  3. 前記スロットは、その径方向にテーパを設けることにより、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さく形成されている請求項１記載の回転電機。
  4. 前記導体コイルは、第一導体コイルと前記スロット内の径方向位置が前記第一導体コイルより外周側に配置される第二導体コイルをと有し、同一の前記スロットの内部に配置される複数の前記スロット収納部の占積率が上がるよう、前記第一導体コイルと前記第二導体コイルとは、それぞれ断面形状が互いに異なる導線を使用した請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 前記スロット収納部は、同一の前記スロットの内部に配置される複数の前記スロット収納部の占積率が上がるよう、前記導線の断面形状と異なる断面形状に成形されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 前記成形されたスロット収納部が前記コイルエンド部に滑らかに連なるよう、前記スロット収納部と前記コイルエンド部との境界に円弧状もしくはテーパ状の中継部を形成した請求項５記載の回転電機。
  7. 前記導体コイルは、前記導線を略六角形状に重ね巻き成形され、前記スロット収納部として、それぞれ複数本の前記導線で構成された第一スロット収納部およびこの第一スロット収納部が配置されるスロットとは異なるスロットに配置される第二スロット収納部を備えた亀甲コイルである請求項１記載の回転電機。
  8. 前記スロット内において、前記第二スロット収納部は、前記第一スロット収納部が配置される径方向位置より外周側に配置される請求項７記載の回転電機。
  9. 前記導体コイルのコイルエンド部は、このコイルエンド部の両端に連結される前記スロット収納部の径方向位置の差を吸収するためのレーンチェンジ部を備えた請求項１記載の回転電機。
  10. 前記固定子は、毎極毎相の前記スロットの数が２以上の分布巻方式とし、前記複数個の導体コイルで多相の固定子コイル群を構成し、前記各固定子コイル群は、互いに異なる駆動回路に接続するようにした請求項１記載の回転電機。
  11. 回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備えた回転電機の製造方法であって、
    前記固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備え、
    前記固定子コアは、径方向に延びると共に周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと前記複数のティースの内周部を連結する連結部とからなる内輪コア、および筒状に形成され前記複数のティースの外周面に接合可能に構成された外輪コアを備え、
    前記固定子コアの隣接する前記ティースの間に形成されるスロットは、前記ティースの周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定となるよう、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さくなるように形成され、
    前記固定子コイルは、導線を成形してなる導体コイルを複数個接続して構成されており、前記導体コイルは、前記スロットの内部に配置される複数のスロット収納部と、前記スロットの外部で前記複数のスロット収納部を連結する複数のコイルエンド部とを備えており、
    前記スロット収納部を前記内輪コアの径方向外方から前記ティース間に挿入することにより前記複数個の導体コイルを前記内輪コアのスロット内に配置する挿入配置工程、前記導体コイルが挿入配置された内輪コアの外周面に前記外輪コアを接合組み付けるコア結合工程、および前記導体コイルの端部を接合して前記固定子コイルを形成する接合工程を備えた回転電機の製造方法。
  12. 回転子とこの回転子の外周側に配置された固定子とを備えた回転電機の製造方法であって、
    前記固定子は、固定子コアと固定子コイルとを備え、
    前記固定子コアは、径方向に延びると共に周方向に間隔をあけて配置された複数のティースと前記複数のティースの内周部を連結する連結部とからなる内輪コア、および筒状に形成され前記複数のティースの外周面に接合可能に構成された外輪コアを備え、
    前記固定子コアの隣接する前記ティースの間に形成されるスロットは、前記ティースの周方向幅が径方向に沿ってほぼ一定となるよう、その内周部の周方向幅が、その外周部の周方向幅より小さくなるように形成され、
    前記固定子コイルは、導線を成形してなる導体コイルを複数個接続して構成されており、前記導体コイルは、前記スロットの内部に配置される複数のスロット収納部と、前記スロットの外部で前記複数のスロット収納部を連結する複数のコイルエンド部とを備えており、
    前記スロット収納部は、同一の前記スロットの内部に配置される複数の前記スロット収納部の占積率が上がるよう、前記導線の断面形状と異なる断面形状に成形されており、
    同一の前記スロットに配置される複数本の前記導線を、前記スロットの形状に合わせた型内にセットし、一括加圧することにより前記スロット収納部を成形するようにした回転電機の製造方法。
  13. 前記導線を、表面にエナメルを焼き付けてなる絶縁皮膜を形成したものとし、前記一括加圧の処理により、前記絶縁皮膜の断面角部の厚さが他部より厚くなるようにした請求項１２記載の回転電機の製造方法。
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