JPWO2018016331A1 - 回転電機及び、回転電機の単位コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

回転電機（１００）は、径方向に配置された複数のクランク部（３４ｋ）の内の少なくとも一組の隣り合うクランク部（３４ｋ）を、軸方向から見たときの、それぞれのクランク部（３４ｋ）のそれぞれの曲げ部の曲率半径は、径方向外側に存在するクランク部（３４ｋ）の方が、径方向内側に存在するクランク部（３４ｋ）より大きく、一組のクランク部（３４ｋ）と、固定子（３）の中心から見て相対的に同じ位置関係にある、全ての組のクランク部（３４ｋ）は、一組のクランク部（３４ｋ）と同じ構成である。

Description

この発明は、巻線構造に特徴を有する回転電機及び、回転電機の単位コイルの製造方法に関するものである。

近年、電動機や発電機として使用される回転電機には、小型高出力、かつ高品質なものが求められている。このような回転電機では、大電流を流せるよう、導体として太線、特に角線を用いる傾向にある。

このような状況を鑑み、太線に適した巻線構造が種々提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に記載された従来の回転電機では、コイルエンド頂部にコイルを径方向に変位させるためのクランク部を設け、コイルの冷却性を高めている。

このような状況を鑑み、太線に適した巻線構造が種々提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に記載された従来の回転電機では、コイルエンド頂部にコイルを径方向に変位させるためのクランク部を設け、コイルの冷却性を高めている。

詳細には、導線のターン部は、固定子鉄心から軸方向外方へ最も離れた頂部に、固定子鉄心の中心軸から径方向に延びる直線に対して周方向に傾斜した渡り部を含んでなるクランク部を有し、固定子鉄心の軸方向一端側に位置する渡り部の傾斜方向と軸方向他端側に位置する渡り部の傾斜方向とを同一にしている。

また、特許文献２に記載された従来の回転電機では、コイルエンド頂部のクランク部の角度を変化させ、外周側ほど角度を大きくすることによって、外周側のコイルの絶縁性能を向上させている。

詳細には、周方向に並んだ複数のスロットを有する固定子鉄心と、絶縁被膜を備えた矩形断面の導体で形成され、前記スロットに挿入される固定子巻線とを有する固定子を備え、前記固定子巻線は前記固定子の径方向外側に設けられた第１のセグメント移行曲げ部と前記固定子の径方向内側に設けられた第２のセグメント移行曲げ部を有し、第１のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部角度が、第２のセグメント移行曲げ部の層移行曲げ部角度より大きい回転電機が開示されている。

特開２０１０−１１５０３１号公報 特開２０１３−１９８３８０号公報

特許文献１に開示された回転電機では、固定子の内周側は外周側よりも周長が小さいため、周方向に隣り合うコイル同士の間隔が小さくなり、絶縁性能の悪化を招いていた。また、特許文献２に開示された回転電機では、内周側のセグメント移行曲げ角度が小さいため、内周側コイルの周方向に隣接するコイル同士の間隔を大きくすることができるが、回転電機の小型高出力化、大電流化を進めるにあたって、更なる絶縁性の向上が求められるという課題があった。

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、絶縁性が高く、小型高出力化、大電流化に対応可能な回転電機及び、回転電機の単位コイル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、
円環状のヨーク部及び前記ヨーク部から内側に突出する複数のティース部を有する固定子鉄心の隣り合う前記ティース部の間に形成されるスロット部に、複数の前記ティース部を跨いで挿入される複数の単位コイルからなる固定子巻線を備える固定子と、
前記固定子の内側に、前記固定子の内周面に対向して回転可能に配設された回転子とを備える回転電機において、
前記単位コイルは、六角形状に成形され、前記スロット内に挿入される４本以上のスロット収納部と、
２本の前記スロット収納部の端部同士を前記固定子鉄心の軸方向の端面上方で接続するコイルエンド部を有し、
前記コイルエンド部は、前記コイルエンド部の周方向中央部に、２本の前記スロット収納部の、前記スロット内における径方向の位置を変更させる複数のクランク部を備え、
各前記クランク部は周方向両端に曲げ部を有し、
径方向に配置された複数の前記クランク部の内の、隣り合う少なくとも一組の前記クランク部を、軸方向から見たときの、それぞれの前記クランク部のそれぞれの前記曲げ部の曲率半径は、径方向外側に存在する前記クランク部の方が、径方向内側に存在する前記クランク部より大きく、
前記一組のクランク部と、前記固定子の中心から見て相対的に同じ位置関係にある、全ての組の前記クランク部は、前記一組のクランク部と同じ構成である。

また、この発明に係る回転電機の単位コイルの製造方法は、
直線状の線材に、膨出部成形器を用いて前記膨出部を成形する膨出部成形工程と、
前記膨出部を基準として前記クランク部を成形するクランク成形工程と、
前記クランク成形工程を終えた前記線材を、六角形状に巻回して成形する巻回成形工程と、
前記コイルエンド部を、周方向に円弧状に成形する円弧成形工程とを備えるものである。

この発明に係る回転電機及び、回転電機の単位コイルの製造方法は、上述のように構成されたものなので、回転電機の内周側においても、周方向に隣り合うスロットに挿入された２つの単位コイルの一方のクランク部と他方の斜辺部との間の間隔を大きくすることができる。また、固定子の内側において周方向に隣接する単位コイル同士の、クランク部の部分における径方向の間隔も大きくすることができる。これらにより、回転電機の絶縁性能を向上させることができ、絶縁性が高く、小型高出力化、大電流化に対応可能となる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の片側断面側面図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子鉄心を構成する分割鉄心の斜視図である。 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に係る固定子巻線を構成する最小単位である単位コイルの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る単位コイルの上面図と正面図である。 この発明の実施の形態１に係るクランク部の詳細を示す上面図である。 この発明の実施の形態１に係る単位コイルの下面図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子巻線の下面図である。 図９の部分拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る単位コイルのクランク部の詳細図である。 この発明の実施の形態１に係る異なる曲率半径を有する２つの曲げ部の例を示す図である。 周方向に隣り合うスロットに挿入された２つの単位コイルの一方のクランク部と他方の斜辺部との間の間隔が最短となる部分を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るクランク部を成形加工前の線材を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るクランク部を成形後の第一保持部と第二保持部との相対的位置関係を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子巻線のコイルエンド部の断面図である。 コイルエンド部の比較例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子巻線のコイルエンド部の断面図である。 この発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子巻線のコイルエンド部の断面図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機の単位コイルの上面図と正面図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機のコイルエンド部を示す詳細図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機のコイルエンド部の膨出部を示す詳細図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機の単位コイルの加工工程を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る膨出部成形器の斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機を、図を用いて説明する。なお、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」、「内側」、「外側」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」、「内側」、「外側」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。

図１は、回転電機１００の片側断面側面図である。
図２は、固定子３の斜視図である。
図３は、固定子鉄心３０を構成する分割鉄心３１の斜視図である。
図１に示すように、回転電機１００は、回転磁界を発生させる固定子３と、固定子３の内側に空隙を介して回転可能に設けられた回転子２と、固定子３及び回転子２を保持するハウジング１とで構成される。

図２に示すように、固定子３は、磁束を通す円環状の固定子鉄心３０と、通電することにより磁界を発生させる、導体を巻回して作られた固定子巻線３５と、図示しない固定子巻線３５の相間絶縁と、固定子巻線３５と固定子鉄心３０とを絶縁する絶縁紙３７とで構成される。

回転子２は、磁束を通す回転子鉄心２０と回転子鉄心２０の中に埋め込まれた永久磁石２１と、トルクを外部に伝達するシャフト２２とで構成される。回転子２は、固定子３内で回転自在となるように軸受５ａ、５ｂを介してハウジング１に支持されている。

次に、固定子鉄心３０について、図２、図３を用いて説明する。
図２に示すように、固定子鉄心３０は、分割鉄心３１を周方向に４８個、円環状に並べて一体として構成されている。図３に示すように、分割鉄心３１は、例えば、電磁鋼板からなる鉄心片３１ｋをカシメや接着等によって積層方向に連結している。分割鉄心３１は、固定子鉄心３０のバックヨーク部を周方向４８等分した分割バックヨーク部３１ａと、分割バックヨーク部３１ａの内周面から径方向内側に伸びるティース部３１ｂとで構成される。なお、周方向に隣り合うティース部３１ｂの間は、径方向内側に開口するスロット６となり、ここに固定子巻線３５が収められる。本実施の形態では、ティース部３１ｂの数は４８個となっているがこれに限るものではない。

次に、固定子巻線３５の構成について説明する。
図４は、固定子巻線３５の斜視図である。
図５は、固定子巻線３５を構成する最小単位である単位コイル３４の斜視図である。
図６（ａ）は、単位コイル３４の上面図である。
図６（ｂ）は、単位コイル３４の正面図である。
図４に示す固定子巻線３５は、図５に示すような単位コイル３４を複数個組み合わせたコイル籠として構成されている。図示しないが、コイル籠状に構成された固定子巻線３５には、スロット６において固定子巻線３５と固定子鉄心３０との接触を防止するための絶縁紙３７を、スロット６内に収納される部分であるスロット収納部３４ｓに巻き付けている。１個の単位コイル３４は、複数のティース部３１ｂを跨いだ２つのスロット６内に収納される。

次に、単位コイル３４について説明する。図５、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、単位コイル３４は、断面略矩形の導体が略六角形状に成形されており、６本のスロット収納部３４ｓと、異なったスロット６に収納される２本のスロット収納部３４ｓの端部間を固定子鉄心３０の端面上方で接続する５本のコイルエンド部３４ｅとからなる。１本のコイルエンド部３４ｅは、その周方向両端に接続される２本のスロット収納部３４ｓ間のほぼ中央部が最も軸方向に高く成形されるように、固定子鉄心３０の軸方向上方において周方向に傾斜する２つの斜辺部３４ｆ１、ｆ２を有している。コイルエンド部３４ｅの周方向の中央部は、このコイルエンド部３４ｅが接続されている２つのスロット収納部３４ｓの、スロット６内における径方向の位置を変更させるためのクランク部３４ｋとなる。

図７は、クランク部３４ｋの詳細を示す上面図である。
クランク部３４ｋの径方向の変位幅であるクランク幅Ｌは、スロット収納部３４ｓの径方向位置を、単位コイル３４を形成する線材Ｗの１本分だけ外周側に変更させるために、線材Ｗの幅に若干の余裕を持たせて隙間を確保している。

図８は、単位コイル３４の下面図である。単位コイル３４の端末線３４ｄが接続されていない側には、３本のコイルエンド部３４ｅが存在する。ここで、３本のコイルエンド部３４ｅを、外周側からコイルエンド部３４ｅ１、３４ｅ２、３４ｅ３とする。

コイルエンド部３４ｅ１のクランク部３４ｋ１の周方向両端部の曲げ部を、軸方向から見た曲率半径をＲ１、同じくコイルエンド部３４ｅ２のクランク部３４ｋ２の曲率半径をＲ２、同じくコイルエンド部３４ｅ３のクランク部３４ｋ３の曲率半径をＲ３とすると、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３となるように各クランク部３４ｋ１〜３４ｋ３を成形する。すなわち、径方向外側に存在するクランク部の方が、その径方向内側に存在するクランク部よりも曲げ部の曲率半径が大きい。

図９は、固定子巻線３５の下面図である。
図１０は、図９の部分拡大図である。
単位コイル３４が固定子巻線３５として組み立てられると、クランク部３４ｋ１が周方向に、固定子３の中心から見て均等に並ぶ。クランク部３４ｋ２、３４ｋ３も同様である。
図１１は、単位コイル３４のクランク部３４ｋの詳細図である。

ここで、図１１に示す１つのクランク部３４ｋの周方向両端に成形される２つの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率中心ｏ１およびｏ２間の中点をクランク位置Ｐとすると、図１０に示す周方向に隣り合う２つのクランク位置Ｐ間の間隔は、最も内側のクランク部３４ｋ３が一番小さく、最も外側のクランク部３４ｋ１が一番大きい。なお、ここでは２つの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径は、同じ半径Ｒとしているが、曲げ部Ｍ１と曲げ部Ｍ２の曲率半径が異なるようにしてもよい。
図１２は、曲げ部Ｍ１の曲率半径と、曲げ部Ｍ２の曲率半径を異なるように設定した例である。一番外周側のクランク部１３４ｋ１の内周側の曲げ部Ｍ１の曲率半径Ｒａ１は、同じクランク部１３４ｋ１の外周側の曲げ部Ｍ２の曲率半径Ｒｂ１より小さい。クランク部１３４ｋ２、１３４ｋ３の曲げ部についても、同様である。この場合においても、径方向に並ぶ各曲げ部間の関係においては、上述のように内周側の曲げ部の曲率半径ほど小さくなるように設定する必要がある。

図１３は、周方向に隣り合うスロット６に挿入された２つの単位コイル３４の一方のクランク部３４ｋと他方の斜辺部３４ｆ１との間の間隔Ｑが最短となる部分を示す図である。従来、周方向に隣り合う２つの単位コイルの線材間の、一方のクランク部の位置における間隔は、固定子巻線の内側ほど小さくなっていた。このため、固定子の内側に存在するクランク部ほど、周方向に隣り合うスロットに挿入された２つの単位コイル同士の線材間の間隔が小さくなり、当該部分の相間絶縁性能が悪化していた。

しかし、複数のクランク部３４ｋ１〜ｋ３の曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径を上述の関係とすることで、内周側においても、周方向に隣り合うスロット６に挿入された２つの単位コイル３４の一方のクランク部３４ｋと他方の斜辺部３４ｆ１との間の間隔Ｑを大きくすることができ、回転電機１００の絶縁性能を向上させることができる。

また、従来、周方向に隣り合うクランク部間の間隔は、固定子巻線の内側ほど小さいため、内側ほど、隣接する単位コイル同士の径方向の間隔も狭くなり、単位コイル同士が干渉しやすく、この干渉を避けるため、コイルエンド部が、径方向に高くなる形状となっていた。しかし、複数のクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径を上述の関係とすることで、固定子３の内側において周方向に隣接する単位コイル３４同士の、クランク部３４ｋ部分における径方向の間隔も大きくすることができるため、相互の干渉を避け易くなり、コイルエンド部３４ｅを低くすることが可能である。これにより、更に単位コイル３４同士の間隔が広くなるため、固定子巻線３５の放熱性も向上する。

本実施の形態では６本のスロット収納部３４ｓを配置し、５種類のコイルエンド部３４ｅを設ける例を示したが、その数は適宜設定され、４本以上のスロット収納部３４ｓと、固定子鉄心３０の、少なくとも軸方向一端側に２個以上のコイルエンド部３４ｅがあれば本発明は適用できる。径方向にＮ個のクランク部３４ｋを有する場合（Ｎ：２以上の整数）、最外周側のクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径をＲ１、最外周側のクランク部３４ｋの１つ内周側のクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径をＲ２、さらに１つ内周側のクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径をＲ３・・・最外周側からＮ個内周側、つまり最内周側のクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径をＲＮとすると、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞・・・＞ＲＮであればよい。

各曲率半径の大きさの比率は適宜設定可能であるが、上述のクランク幅Ｌに対して、径方向に隣り合うクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径の差（（Ｒｎ−１）−（Ｒｎ））は、０より大、２Ｌπ／（スロット６の数）以下とすることで、絶縁性を向上させることができる。

すなわち、径方向に隣り合うクランク部３４ｋの周長差は２Ｌπであるので、２Ｌπをスロット６の数で割った値は、内側のクランク部３４ｋが、外側のクランク部３４ｋより内側に配置されることにより周方向に隣り合うスロット６に配置された単位コイル３４同士の、周方向の間隔Ｑが狭くなる量と近い値となる（クランク部３４ｋ付近は３次元的に複雑に単位コイル３４同士を躱し合うため、正確には異なる）。その分だけ、内側に配置されたクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径を小さくすることにより、２つの単位コイル３４間の周方向の絶縁距離を保つことができる。

ただし、実際には成形ばらつきや線材Ｗのばらつき等があるため、２Ｌπ／（スロット６の数）より尤度を持った値とすることが望ましい。また、被膜の損傷を抑制するためには、Ｒ１≦（線材幅）≦ＲＮとすることが好ましい。本実施例では、（Ｒｎ／Ｒｎ＋１）を、０．９７〜０．７（ｎは１〜Ｎ−１の整数）とし、（Ｒ１／ＲＮ）を、０．８〜０．３とすることにより、周方向に隣り合うスロット６に配置された単位コイル３４同士の周方向の絶縁距離を確保しつつ、線材Ｗの被膜損の傷を抑制できる。また、本実施の形態では、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞・・・＞ＲＮとしているが、Ｒ１＝Ｒ２＞Ｒ３＞・・・や、Ｒ１＞Ｒ２＝Ｒ３＞・・・という構成でもよい。すなわち、絶縁性能に余裕がある場合は、径方向に隣り合う少なくとも一組のクランク部の、それぞれのクランク部のそれぞれの曲げ部の曲率半径について、径方向外側に存在するクランク部の方が、径方向内側に存在する前記クランク部より大きく、当該一組のクランク部と、固定子３の中心から見て相対的に同じ位置関係にある全ての組のクランク部が、当該一組のクランク部と同じ構成であればよい。

本実施の形態では、略六角形の複数の単位コイル３４を、同心巻状に周方向に並べて固定子巻線３５を構成しているが、波形コイルやＵ字状のセグメントコイル等を用いてもよく、さらに、単位コイル３４の数は適宜設定することができる。その場合、複数の単位コイル３４を組み合わせて固定子巻線３５とした状態で、径方向に隣り合うクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径の関係を前記の通りとする。

図１０に示すように、径方向に並ぶコイルエンド部３４ｅの間には、隙間３１ｇが設けられている。このように隙間３１ｇを設けることによって、クランク部３４ｋにおいて、周方向に隣り合うスロット６に収納された単位コイル３４同士の径方向の間隔を３次元的に大きくすることができる。

即ち、クランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径を上述の関係とすることで周方向に、また、隙間３１ｇを設けることで径方向に隣り合う２つの単位コイル３４同士の間の間隔を大きくすることができる。これにより、より回転電機１００の絶縁性を向上させることができる。また、単位コイル３４同士の間隔を大きくできることは斜辺部３４ｆ１、３４ｆ２の立ち上がり角度を緩やかにすることを可能にするため、コイルエンド部３４ｅの軸方向の高さを小さくすることができる。

また、固定子鉄心３０に装着された固定子巻線３５のスロット収納部３４ｓやコイルエンド部３４ｅの隙間には、図１０に示すようにワニス等の樹脂部材Ｊ（図中では一部のみ示す）を充填してもよい。複数のクランク部３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径を上述の関係とすることにより、径方向に隣接する単位コイル３４同士の間隔を大きくすることができ、ワニスの浸透性が向上し、単位コイル３４の固定性、放熱性が向上する。

次に、図６に示す単位コイル３４のクランク部３４ｋの製造方法について説明する。
図１４（ａ）、（ｂ）は、クランク部３４ｋを成形加工前の線材Ｗを示す図である。
図１４（ａ）は、位置決め機構５０により斜辺部３４ｆ１と斜辺部３４ｆ２の繋ぎ目であるコイルエンド頂部３４ｔに相当する部分を位置決めされた単位コイル３４の模式図である。軸方向、径方向に相当する方向を矢印で示している。

以下で使用する「径方向に相当する方向」等、「相当する方向」とは、単位コイル３４が回転電機１００の部品として組み込まれた状態における方向を意味する。
図１４（ｂ）は、クランク成形機構６０により把持された線材Ｗを示す図である。軸方向、径方向に相当する方向を矢印で示している。実際には、この状態においても位置決め機構５０によって線材Ｗは把持されているが、説明の都合上、図示していない。

まず、図１４（ａ）に示すように、線材Ｗをほぼ六角形に巻回した単位コイル３４の１つのコイルエンド部３４ｅのコイルエンド頂部３４ｔに相当する部分を、位置決め機構５０により把持して位置決めする。

クランク成形機構６０は、クランク部３４ｋを成形するために使用する。クランク成形機構６０は、コイルエンド部３４ｅのクランク部３４ｋとなる部分以外の部分を、径方向に相当する方向の両側からそれぞれ部分的に保持する第一保持部６１および第二保持部６２とを有する。

第一保持部６１は、それぞれ径方向に相当する方向に移動可能な曲げ型６１ａと押さえ型６１ｂとからなり、第二保持部６２も同様に、径方向に相当する方向に移動可能な曲げ型６２ａと押さえ型６２ｂとからなる。

図１５（ａ）、（ｂ）は、クランク部３４ｋを成形後の第一保持部６１と第二保持部６２との相対的位置関係を示す図である。
次に、第一保持部６１と第二保持部６２とを、それぞれ線材Ｗを挟んだ状態で径方向に相当する方向に、相対的に反対方向に移動させることによりコイルエンド頂部３４ｔを中心にクランク部３４ｋを成形する。このとき線材Ｗは、曲げ型６１ａと曲げ型６２ａの外周面に沿ってそれぞれ曲率半径Ｒで曲げられてクランク部３４ｋが成形される。なお第一保持部６１と第二保持部６２は、相対的に移動すれば良いので、一方だけが移動しても、双方が移動してもよい。

クランク成形機構６０は、各コイルエンド部３４ｅの形状に併せて複数個用いられる。それぞれのクランク成形機構６０が有する曲げ型６１ａ、６２ａの外周面の曲率半径等は異なる。複数の金型をそれぞれのコイルエンド部３４ｅごとに設けることで、より精度良くクランク部３４ｋを成形することができる。

このように成形した単位コイル３４を４８個組み付けることで固定子巻線３５を形成する。もちろん、単位コイル３４の数は設計要件として適宜設定できる。なお、波形コイルやＵ字状コイルを用いる場合でも、線材Ｗを波形やＵ字に成形し、複数のクランク形状に対応した複数の金型を用いて同様のクランク部を成形すればよい。さらに、クランク型に円弧成形等の機能を持たせることも可能である。

この発明の実施の形態１に係る回転電機１００によれば、回転電機１００の内周側においても、周方向に隣り合うスロット６に挿入された２つの単位コイル３４の一方のクランク部３４ｋと他方の斜辺部３４ｆ１との間の間隔Ｑを大きくすることができる。また、固定子３の内側において周方向に隣接する単位コイル３４同士の、クランク部３４ｋ部分における径方向の間隔も大きくすることができる。これらにより、回転電機１００の絶縁性能を向上させることができ、絶縁性が高く、小型高出力化、大電流化に対応可能な回転電機１００及び、回転電機１００の単位コイル３４の製造方法を提供することができる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２に係る回転電機について、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１６は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子巻線２３５のコイルエンド部２３４ｅ１〜２３４ｅ３の断面図である。図９におけるＡ−Ａ断面に相当する。
図１７は、軸方向に真っ直ぐに延出する固定子巻線２３５Ｂのコイルエンド部２３４Ｂｅの断面図である。それぞれの矢印は、軸方向上側、径方向内側を示している。固定子巻線２３５以外の構成については、実施の形態１の回転電機１００と同様なので説明は省略する。

図１６に示すように、コイルエンド部２３４ｅ１〜ｅ３は、それぞれ、スロット収納部２３４ｓから軸方向上側に延出した部分に、固定子鉄心３０の端面上方において、径方向外側に傾斜したオフセット部ＯＦｅ１１、ＯＦｅ１２、ＯＦｅ２１、ＯＦｅ２２、ＯＦｅ３１を備える。クランク部２３４ｋには、実施の形態１で言及した隙間３１ｇを形成する。このとき、各コイルエンド部２３４ｅ１〜２３４ｅ３における線材Ｗの径方向の変位幅であるクランク幅Ｌ２は、線材１本分の幅と隙間３１ｇを足し合わせた長さとなる。

また、スロット収納部２３４ｓの外周側の側面と、コイルエンド部２３４ｅの外周側の側面との径方向の変位幅を示すオフセット幅Ｈ２は、コイルエンド部２３４ｅ１〜２３４ｅ３によってそれぞれ異なり、外周側のコイルエンド部のオフセット幅Ｈ２ほど大きい。

また、径方向に隣り合うオフセット部ＯＦｅ同士の干渉を避けるため、各オフセット部ＯＦｅ１１、ＯＦｅ１２、ＯＦｅ２１、ＯＦｅ２２、ＯＦｅ３１の根元部分の軸方向の位置は異なり、外側のオフセット部ＯＦｅほど、その位置は、固定子鉄心３０に近づけている。固定子鉄心３０にこのような単位コイルを複数組み付けることによって固定子巻線２３５が形成される。

図１７に示す比較例では、コイルエンド部２３４Ｂｅに形成された隙間３１ｇと同等の隙間３１ｇｂがスロット６内にも生じるため、スロット６内のスロット収納部２３４Ｂｓのコイル占積率が低下している。ここで、占積率とは、スロット６の軸方向に垂直な断面積に対して、当該スロット６に収容されたスロット収納部２３４Ｂｓの軸方向に垂直な断面積が占める割合である。

この発明の実施の形態２に係る回転電機によれば、コイルエンド部２３４ｅに径方向外側に傾斜するオフセット部ＯＦｅ１１〜ＯＦｅ３１を設けることにより、スロット６内における単位コイルの占積率を高めることができる。また、コイルエンド部２３４ｅを径方向外側にオフセットさせることで固定子巻線２３５と回転子２との干渉を防止することができる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３に係る回転電機について、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１８は、この発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子巻線３３５のコイルエンド部３３４ｅ１〜３３４ｅ３の断面図である。図９におけるＡ−Ａ断面に相当する。
固定子巻線３３５以外については実施の形態１、２と同様のため説明は省略する。

図１８に示すように、コイルエンド部３３４ｅ１〜ｅ３は、それぞれ、スロット収納部３３４ｓから軸方向上側に延出した部分に、固定子鉄心３０の軸方向端面上方において径方向内側に傾斜したオフセット部ＯＦｅ３１１、ＯＦｅ３２１、ＯＦｅ３２２、ＯＦｅ３３１、ＯＦｅ３３２を備える。クランク部３３４ｋには、実施の形態１で言及した隙間３１ｇを形成する。このとき、各コイルエンド部３３４ｅにおける線材Ｗの径方向の変位幅であるクランク幅Ｌ３は、線材１本分の幅と隙間３１ｇを足し合わせた長さとなる。

また、スロット収納部３３４ｓの内周側の側面と、コイルエンド部３３４ｅの内周側の側面との径方向の変位幅を示すオフセット幅Ｈ３は、コイルエンド部３３４ｅ１〜３３４ｅ３によってそれぞれ異なり、内周側のコイルエンド部のオフセット幅Ｈ３ほど大きい。

また、径方向に隣り合うオフセット部ＯＦｅ同士の干渉を避けるため、各オフセット部ＯＦｅ３１１、ＯＦｅ３２１、ＯＦｅ３２２、ＯＦｅ３３１、ＯＦｅ３３２の根元部分の軸方向の位置は異なり、内側のオフセット部ＯＦｅほど、その位置は、固定子鉄心３０に近づけている。固定子鉄心３０にこのような単位コイル３３４を複数組み付けることによって固定子巻線３３５が形成される。

この発明の実施の形態３に係る回転電機によれば、コイルエンド部３３４ｅに径方向内側に傾斜するオフセット部ＯＦｅ３１１〜ＯＦｅ３３２を設けることにより、スロット６内における単位コイルの占積率を高めることができる。また、コイルエンド部３３４ｅを径方向内側にオフセットさせることでコイルエンド部３３４ｅが径方向に大型化することを防止できる。

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４に係る回転電機について、実施の形態１〜３と異なる部分を中心に説明する。
図１９は、この発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子巻線４３５のコイルエンド部４３４ｅ１〜４３４ｅ３の断面図である。図９におけるＡ−Ａ断面に相当する。
固定子巻線４３５以外については実施の形態１〜３と同様のため説明は省略する。

図１９に示すように、コイルエンド部３３４ｅ１〜ｅ３は、それぞれ、スロット収納部４３４ｓから軸方向上方に延出した部分に、径方向外側に傾斜したオフセット部ＯＦｅ４１１、ＯＦｅ４１２と、径方向内側に傾斜したオフセット部ＯＦｅ４３１、ＯＦｅ４３２とを備える。すなわち、固定子鉄心３０の径方向中央部より外側にあるオフセット部ＯＦｅ４１１、ＯＦｅ４１２は、径方向外側に傾斜し、固定子鉄心３０の径方向中央部より内側にあるオフセット部ＯＦｅ４３１、ＯＦｅ４３２は、径方向内側に傾斜している。クランク部４３４ｋには、実施の形態１で言及した隙間３１ｇを形成する。このとき、各コイルエンド部３４ｅにおける線材Ｗの径方向の変位幅であるクランク幅Ｌ４は、線材１本分の幅と隙間３１ｇを足し合わせた長さとなる。

また、スロット収納部４３４ｓの内周側の側面と、コイルエンド部４３４ｅの内周側の側面との径方向のオフセット幅、又はスロット収納部４３４ｓの外周側の側面と、コイルエンド部４３４ｅの外周側の側面との径方向のオフセット幅を示すオフセット幅Ｈ４は、コイルエンド部４３４ｅ１〜４３４ｅ３によってそれぞれ異なり、径方向中央が小さく、径方向内側及び外側が大きい。

また、径方向に隣り合うオフセット部ＯＦｅ同士の干渉を避けるため、各オフセット部ＯＦｅ４１１〜ＯＦｅ４３２は、径方向中央のオフセット部ＯＦｅ４２１、４２２ほど、固定子鉄心３０から上方に離れる位置に設けている。固定子鉄心３０にこのような単位コイルを複数組み付けることによって固定子巻線４３５が形成される。

この発明の実施の形態４に係る回転電機によれば、径方向外側に傾斜したオフセット部ＯＦｅ４１１、ＯＦｅ４１２と、径方向内側に傾斜したオフセット部ＯＦｅ４３１、ＯＦｅ４３２とを備えることにより、スロット６内における単位コイルの占積率を高めることができる。また、径方向内側のコイルエンド部４３４ｅ３に径方向内側に傾斜するオフセット部ＯＦｅ４３１、ＯＦｅ４３２を備え、径方向外側のコイルエンド部４３４ｅ１に径方向外側に傾斜するオフセット部ＯＦｅ４１１、ＯＦｅ４１２を備えることによりそれぞれの最大オフセット幅（径方向の変位幅）をクランク幅より小さくさせ、製造時におけるコイルの被膜へのダメージを軽減することができる。

実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５に係る回転電機について、実施の形態１〜４と異なる部分を中心に説明する。
図２０（ａ）は、単位コイル５３４の上面図である。
図２０（ｂ）は、単位コイル５３４の正面図である。
図２１は、コイルエンド部５３４ｅを示す詳細図である。
図２２は、コイルエンド部５３４ｅの膨出部５３４ｂを示す詳細図である。

単位コイル５３４について、図２０〜２２を用いて説明する。
図２０、２１に示すように、単位コイル５３４は、クランク部５３４ｋの周方向中央に、軸方向上方に向かって突出し、立ち上がり角度が斜辺部５３４ｆ１、５３４ｆ２よりも大きい、凸形状をした膨出部５３４ｂを備える。ここで、立ち上がり角度とは、図２１に示すように、固定子鉄心３０の軸方向端面と各斜辺部５３４ｆ１、５３４ｆ２とが成す角度である。

図２０〜図２２に示すように、クランク部５３４ｋに膨出部５３４ｂを設け、膨出部５３４ｂの軸方向の立ち上がり角度θ４を、斜辺部５３４ｆ２の立ち上がり角度θ３より大きくすることで、周方向に隣り合うスロット６に収納される単位コイル５３４同士の干渉を回避し易くなり、コイルエンド部５３４ｅの軸方向の高さを低くすることができる。

図２２に膨出部５３４ｂの直線部分を示す。本実施の形態では、図２２に示すように、説明を簡単にするために膨出部５３４ｂの内の直線部の長さＸや立ち上がり角度θ４は、全て同一とし、クランク部５３４ｋの曲げ部Ｍ１、Ｍ２の曲率半径のみ径方向に隣り合うコイルエンド部５３４ｅ毎に異ならせている。このような単位コイル５３４を複数組み付けることによって固定子巻線が形成される。なお、複数形状のクランク部５３４ｋに対応させて、膨出部５３４ｂの直線部Ｘの長さや、立ち上がり角度θ４を複数値設けてもよい。

図２３は、単位コイル５３４の加工工程を示す図である。
図２４は、膨出部５３４ｂを成形する膨出部成形器７０の斜視図である。
膨出部５３４ｂを有する単位コイル５３４の製造方法について図２３、図２４を用いて説明する。まず、直線状の線材に、膨出部成形器７０を用いて凸形状の膨出部５３４ｂを成形する（ステップＳ００１：膨出部成形工程）。

膨出部成形器７０は、凹形状を有する下型７１と、凸形状を有し、線材を下型７１との間に挟んで軸方向に相当する方向に移動可能な上型７２とを有する。このような下型７１および上型７２とで線材をプレスし膨出部５３４ｂを成形する。なお膨出部５３４ｂに対応した複数組の膨出部成形器７０を、線材の長手方向に並べ、一度に全て成形することで、線材を搬送することなく複数の膨出部５３４ｂを成形することができる。

次に、膨出部５３４ｂを基準として径方向相当方向にクランク部を成形する（ステップＳ００２：クランク成形工程）。クランク成形工程では、異なるクランク部の曲率半径に対応した複数のクランク成形機構６０を用いて、それぞれのクランク部５３４ｋを成形することで、精度良くクランク形状を成形する。

次に、線材を略六角形に巻回する（ステップＳ００３：巻回成形工程）。次に、コイルエンド部５３４ｅを周方向に円弧状に成形して（ステップＳ００４：円弧成形工程）、単位コイル５３４の成形を終了する（ステップＳ００５）。

実施の形態１〜５では、略六角形のコイルについて説明したが、波形コイルやＵ字状のセグメントコイル等を用いてもよく、さらに、単位コイルの数は適宜設定することができる。

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 (10)

1. 円環状のヨーク部及び前記ヨーク部から内側に突出する複数のティース部を有する固定子鉄心の隣り合う前記ティース部の間に形成されるスロット部に、複数の前記ティース部を跨いで挿入される複数の単位コイルからなる固定子巻線を備える固定子と、
   前記固定子の内側に、前記固定子の内周面に対向して回転可能に配設された回転子とを備える回転電機において、
   前記単位コイルは、六角形状に成形され、前記スロット内に挿入される４本以上のスロット収納部と、
   ２本の前記スロット収納部の端部同士を前記固定子鉄心の軸方向の端面上方で接続するコイルエンド部を有し、
   前記コイルエンド部は、前記コイルエンド部の周方向中央部に、２本の前記スロット収納部の、前記スロット内における径方向の位置を変更させる複数のクランク部を備え、
   各前記クランク部は周方向両端に曲げ部を有し、
   径方向に配置された複数の前記クランク部の内の、隣り合う少なくとも一組の前記クランク部を、軸方向から見たときの、それぞれの前記クランク部のそれぞれの前記曲げ部の曲率半径は、径方向外側に存在する前記クランク部の方が、径方向内側に存在する前記クランク部より大きく、
   前記一組のクランク部と、前記固定子の中心から見て相対的に同じ位置関係にある、全ての組の前記クランク部は、前記一組のクランク部と同じ構成である回転電機。
2. 前記クランク部の径方向の変位幅であるクランク幅は、前記単位コイルを形成する線材の幅よりも大きい請求項１に記載の回転電機。
3. 前記クランク部は、前記端面上方において、外側に傾斜するオフセット部を有する請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記クランク部は、前記端面上方において、内側に傾斜するオフセット部を有する請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
5. 前記固定子鉄心の径方向中央より外側に配置された前記クランク部は、前記端面上方において外側に傾斜するオフセット部を有し、
   前記固定子鉄心の径方向中央より内側に配置された前記クランク部は、前記端面上方において内側に傾斜するオフセット部を有し、各前記オフセット部の径方向の変位幅は、前記クランク幅よりも小さい請求項２に記載の回転電機。
6. 各前記オフセット部の径方向の変位幅は、各前記オフセット部が傾斜する方向に向かって順に大きい請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
7. 各前記オフセット部の根元部分の位置は、各前記オフセット部が傾斜する方向に向かって順に低い請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記クランク部は、周方向中央に軸方向上方に向かって凸形状の膨出部を有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
9. 樹脂部材が、前記スロット部及び前記コイルエンド部に充填されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
10. 請求項８に記載の回転電機の単位コイルの製造方法であって、
    直線状の線材に、膨出部成形器を用いて前記膨出部を成形する膨出部成形工程と、
    前記膨出部を基準として前記クランク部を成形するクランク成形工程と、
    前記クランク成形工程を終えた前記線材を、六角形状に巻回して成形する巻回成形工程と、
    前記コイルエンド部を、周方向に円弧状に成形する円弧成形工程とを備える回転電機の単位コイルの製造方法。

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