WO2015019778A1

WO2015019778A1 - 回転電機の固定子巻線、回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法、及び回転電機の固定子の製造に用いる治具

Info

Publication number: WO2015019778A1
Application number: PCT/JP2014/068301
Authority: WO
Inventors: 久明下津; 久巳葛山; 健男垣内; 洋明長島
Original assignee: 東芝産業機器システム株式会社
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2015-02-12
Also published as: JP5677530B2; US20160156240A1; JP2015035835A; US9698643B2; CN105393437B; CN105393437A

Abstract

　回転電機の固定子巻線は、各相各極の巻線が単層の重ね巻きコイルで構成されている。単層の重ね巻きコイルは、２以上に分割された同相の単位コイルを固定子鉄心のスロット内において該固定子鉄心の径方向へ重ねて配置された組合せコイルで構成されている。

Description

回転電機の固定子巻線、回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法、及び回転電機の固定子の製造に用いる治具

　本発明の実施形態は、回転電機の固定子巻線、回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法、及び回転電機の固定子の製造に用いる治具に関する。

　回転電機の固定子巻線において、巻線の形成方法には、同心巻きコイルを用いたものと、重ね巻きコイルを用いたものとがある。同心巻きコイルは、中心が同一であって径が異なる複数のコイルを組み合わせて、全体としてコイルの径が拡大するように構成されている。同心巻きコイルは、径方向外側へ向かうほど、コイルの外周長は長くなる。この場合、固定子巻線のうちスロットから出た部分は、回転電機の性能に寄与しないため、同心巻きコイルを用いた固定子巻線においては、コイルの径方向の外側ほど無駄な部分が多くなるという事情があった。

　一方で、重ね巻きコイルは、同一の径で構成された複数のコイルを、挿入するスロットをずらしつつ固定子の径方向へ重ねながら配置することで構成される。重ね巻きコイルは、同心巻きコイルに比べて、固定子巻線のうちスロットから出た部分が低減されるため巻線の無駄が生じにくい。しかし、重ね巻きコイルを用いる場合、同心巻きコイルを用いる場合に比べて配置が複雑になる。そのため、重ね巻きコイルを用いる場合、多数の巻線で構成されて柔軟性に乏しいものとなった重ね巻きコイルを、固定子鉄心のスロットへ挿入することは難しかった。そして、このような事情から、重ね巻きコイルを用いたものでは、コイルの挿入に関して機械化が難しいという事情があった。

特開平８－２３６５０号公報

　そこで、固定子巻線の無駄を低減するとともに、固定子鉄心のスロットへ容易に挿入することができる回転電機の固定子巻線、回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法、及び回転電機の固定子の製造に用いる治具を提供する。

　本実施形態の回転電機の固定子巻線は、各相各極の巻線が単層の重ね巻きコイルで構成されている。前記単層の重ね巻きコイルは、２以上に分割された同相の単位コイルを固定子鉄心のスロット内において該固定子鉄心の径方向へ重ねて配置された組合せコイルで構成されている。

　本実施形態の固定子は、前記固定子鉄心の径方向に隣接する前記各単位コイルの相互間に設けられた絶縁紙を備える。

　本実施形態の回転電機の固定子の製造方法は、前記固定子鉄心に嵌め込まれて前記スロットの開口を塞ぐコイル浮き押さえ治具を備え、前記単位コイルの段数を２以上の整数からなるＸとした場合に、Ｘ－１段目の単位コイルを前記スロットへ挿入する工程と、前記固定子鉄心に前記コイル浮き押さえ治具を嵌め込む工程と、前記コイル浮き押さえ治具を前記鉄心から押し外すとともにＸ段目の単位コイルを前記スロットに挿入する工程と、を備える。

　本実施形態の回転電機の固定子の製造方法の使用に用いる治具は、前記固定子鉄心に嵌め込まれる主体部と、前記主体部から突出して設けられ前記スロットに挿入されて前記スロットの開口を塞ぐことで前記単位コイルが前記スロットから浮き出ることを防ぐ押さえ部と、を備える。

第１実施形態による回転電機の固定子を示す平面図固定子巻線の構成を示す図固定子の一部を破断して示す図１段目単位コイル及び２段目単位コイルの構成を示す斜視図（ａ）は図４のａ－ａ線に沿って示す断面図、（ｂ）は図４のｂ－ｂ線に沿って示す断面図コイル挿入治具、アライメント治具、及びコイル浮き押さえ治具を示す斜視断面図コイル挿入治具及びアライメント治具を示す斜視図コイルをスロットに挿入する際のコイル及びコイル挿入治具を示す平面図コイル浮き押さえ治具が挿入された状態の固定子鉄心を部分的に示す断面図１段目コイルをスロットに挿入する工程を、（１）から（６）の順に経時的に示す図２段目コイルをスロットに挿入する工程を、（１）から（６）の順に経時的に示す図絶縁紙が設けられた状態の固定子を示す平面図（ａ）は第１相間絶縁紙を示す図、（ｂ）は第２相間絶縁紙を示す図第２実施形態による図２相当図第３実施形態による図２相当図第４実施形態による図２相当図第５実施形態による図２相当図第６実施形態による図２相当図第７実施形態による図２相当図第８実施形態による図２相当図第９実施形態による図２相当図第１０実施形態による図５相当図

　以下、複数の実施形態による回転電機の固定子巻線、回転電機の固定子、回転電機の固定子の製造方法、及び回転電機の固定子の製造に用いる治具について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

　（第１実施形態）
　まず、第１実施形態について、図１から図１３を参照して説明する。
　図１に示す三相交流の回転電機の固定子１０は、固定子鉄心１１と、三相各相の固定子巻線、すなわちＵ相の固定子巻線２０と、Ｖ相の固定子巻線３０と、Ｗ相の固定子巻線４０と、を備えている。固定子鉄心１１は、例えば電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、その打ち抜いた電磁鋼板を複数枚積層して構成されている。固定子鉄心１１には、４８個のスロット１２が形成されている。固定子巻線２０、３０、４０は、それぞれスロット１２に納められている。これにより、固定子１０は、４極４８スロットの固定子を構成している。

　各相の固定子巻線２０、３０、４０は、それぞれの構成が共通しているため、Ｕ相の固定子巻線２０を代表させ、その構成について説明する。Ｕ相の固定子巻線２０の各極は、図１及び図２に示すように、第１組合せコイル２１と第２組合せコイル２２とから構成されている。この場合、Ｕ相の固定子巻線２０は、４組の第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２を有している。これら第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２は、それぞれ固定子鉄心１１のスロット１２内に納められている。各組の第１組合せコイル２１と第２組合せコイル２２とは、各極における重ね巻きコイルを構成している。

　図２には、４８個の各スロット１２について、Ｎを１～４８の整数とし、あるスロット１２を第１スロットとした場合のＮ番目のスロット１２を第Ｎスロットとして表す。第１組合せコイル２１と第２組合せコイル２２とは、配置が異なることを除いて同一の構成である。例えば第１組合せコイル２１は、第１スロットと第１１スロットに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第１２スロットに納められている。この場合、第１スロットと第１１スロット、及び第２スロットと第１２スロットには、Ｕ相以外のコイルを構成する固定子巻線、すなわちＶ相の固定子巻線３０及びＷ相の固定子巻線４０は納められていない。つまり、第１組合せコイル２１と第２組合せコイル２２とは、単層の重ね巻きのコイルを構成している。

　各コイルのコイルピッチＫは、次式（１）で求められる。この場合、第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２のコイルピッチＫは、Ｋ＝８３．３％となる。なお、Ｓはスロットピッチ、Ｐは極数、Ｚはスロット数を示す。本実施形態の場合、スロットピッチＳは、例えば第１１スロットと第１スロットとの差、又は第１２スロットと第２スロットとの差であり、スロットピッチＳ＝１０となる。また、本実施形態の場合、固定子１０は、４極４８スロットであるため、極数Ｐ＝４、スロット数Ｚ＝４８となる。

　Ｋ＝Ｓ×Ｐ／Ｚ×１００・・・（１）
　重ね巻きコイルを構成する第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２は、同一の構成であるため、第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２について第１組合せコイル２１を代表させて説明する。第１組合せコイル２１は、２以上に分割された同相の単位コイルで構成されている。本実施形態の場合、第１組合せコイル２１は、２個に分割されたＵ相の単位コイルである１段目単位コイル２１１と２段目単位コイル２２２とから構成されている。１段目単位コイル２１１は、スロット１２内において、固定子鉄心１１の径方向の外側つまり外周側に配置されている。２段目単位コイル２１２は、スロット１２内において、固定子鉄心１１の径方向の内側つまり内周側に配置されている。

　１段目単位コイル２１１及び２段目単位コイル２１２は、いずれも同一の巻数、例えば２６巻きで構成されている。一方、１段目単位コイル２１１と２段目単位コイル２１２とでは、その構成が若干異なっている。すなわち、図３及び図４に示すように、内周側に設けられる２段目単位コイル２１２の周長は、外周側に設けられる１段目単位コイル２１１の周長よりも短い。これは、図３に示すように、２段目単位コイル２１２が、１段目単位コイル２１１よりも固定子鉄心１１の径方向の内側に配置されることにより、２段目単位コイル２１２におけるスロット間の距離Ｌ２が、１段目単位コイル２１１におけるスロット間の距離Ｌ１より短くなるからである。

　第１組合せコイル２１は、２以上の線径の巻線で構成されている。また、１段目単位コイル２１１の口出し線の本数と、２段目単位コイル２１２の口出し線の本数とは異なる。すなわち、図４及び図５（ａ）に示すように、１段目単位コイル２１１は、直径１．１ｍｍ×２本の巻線により構成されている。すなわち、１段目単位コイル２１１の口出し線の本数は２本に構成されている。これに対し、図４及び図５（ｂ）に示すように、２段目単位コイル２１２は、直径１．０ｍｍ×１本の巻線により構成されている。すなわち、２段目単位コイル２１２の口出し線の本数は１本に構成されている。

　次に、固定子巻線２０、３０、４０を備えた固定子１０の製造方法について説明する。各コイル２１１、２２１、２１２、２２２を、固定子鉄心１１の各スロット１２内へ挿入する際、図６に示すコイル挿入治具５０、アライメント治具６０、及びコイル浮き押さえ治具７０が用いられる。

　まず、これらコイル挿入治具５０、アライメント治具６０、及びコイル浮き押さえ治具７０の構成について説明する。コイル挿入治具５０は、複数のウエッジガイド５１、複数のブレード５２、ブレードホルダ５３、及びストリッパ５４を有している。コイル挿入治具５０は、固定子鉄心１１が有するスロット１２の数と同数のウエッジガイド５１を有している。ウエッジガイド５１は、固定子鉄心１１の軸方向へ長い棒状に構成されている。複数のウエッジガイド５１は、全体として円筒形になるように配置されている。各ウエッジガイド５１の基端部は、図示しないウエッジホルダに固定されている。各ウエッジガイド５１の相互間にはウエッジ用隙間５１１及びコイル用隙間５１２が形成されている。ウエッジ用隙間５１１には、図示しないウエッジが挿入される。コイル用隙間５１２には、各コイル２１１、２２１、２１２、２２２が通される。

　ブレード５２、ブレードホルダ５３、及びストリッパ５４は、各ウエッジガイド５１で形成された円筒状の内側に設けられている。コイル挿入治具５０は、固定子１０が有するスロット１２の数と同数のブレード５２を有している。各ブレード５２は、固定子鉄心１１の軸方向へ長い半円柱状に構成されている。複数のブレード５２は、全体として円筒形になるように配置されている。ブレード５２の半円柱状の平面側は、円筒形状の外方を向いている。ブレード５２の外周側となる平面部の一部には、図８に示すように、矩形の溝形状のガイド部５２１が形成されている。ガイド部５２１は、スロット１２のティース１５の端部と勘合する。

　ブレードホルダ５３は、図６に示すように、全体として円板状に構成されている。各ブレード５２は、ブレードホルダ５３の円周に沿って等間隔に配置されている、各ブレード５２の基端部は、ブレードホルダ５３に固定されている。これにより、各ブレード５２は、全体として円筒形状に構成されている。各ブレード５２の相互間には、隙間５２２が形成されている。隙間５２２には、各コイル２１１、２２１、２１２、２２２が通される。

　ストリッパ５４は、各ブレードホルダ５３で形成された円筒状の内側に設けられている。ストリッパ５４は、ブレードホルダ５３の反対側へ向かって細くなる円錐台形に形成されている。詳細は図示しないが、ストリッパ５４の外周部には、各ブレード５２に勘合する溝が形成されている。ストリッパ５４は、各ブレードホルダ５３で形成された円筒状の内側を、ブレードホルダ５３に沿って摺動する。すなわち、ブレード５２及びブレードホルダ５３と、ストリッパ５４とは、相対的に移動可能となっている。

　ブレードホルダ５３には、図１０に示すように、第１シャフト５５が固定されている。ストリッパ５４には、第２シャフト５６が固定されている。第１シャフト５５は、中空軸で構成されている。第２シャフト５６は、第１シャフト５５の内側に通されている。第１シャフト５５と、第２シャフト５６とは、軸方向へ相対的に移動可能となっている。第１シャフト５５及び第２シャフト５６は、それぞれ図示しないシリンダなどの駆動源に接続されている。このため、ブレード５２及びブレードホルダ５３と、ストリッパ５４とは、段階的に移動する。すなわち、第１シャフト５５が移動すると、その第１シャフト５５の移動に伴って、ブレード５２及びブレードホルダ５３と、ストリッパ５４とが共に移動する。第２シャフト５６が移動すると、その第２シャフト５６の移動に伴って、ストリッパ５４が移動する。

　アライメント治具６０は、図６及び図７に示すように、ブレードガイド６１、ティースガイド６２、及び握り棒６３を有している。アライメント治具６０は、コイル挿入時に加わる力を受けて、コイル挿入治具５０のブレード５２等が変形することを抑制する。ブレードガイド６１は、全体として円板状に構成されている。図７に示すように、ブレードガイド６１の外周部には、各ブレード５２に対応してブレード５２の数と同数のブレード溝部６１１が形成されている。各ブレード５２は、ブレードガイド６１のブレード溝部６１１に勘合する。これにより、各ブレード５２は、基端側がブレードホルダ５３に固定されていると共に、先端側がブレードガイド６１に保持されて、全体として円筒形状に維持される。

　ティースガイド６２は、全体として円板状に構成されており、ブレードガイド６１に対してコイル挿入治具５０と反対側に設けられている。ティースガイド６２の外周部には、複数のガイド突部６２１が設けられている。ガイド突部６２１は、ティース１５の相互間の隙間に挿入され、これによりアライメント治具６０が、固定子鉄心１１に対して相対的に回転することを規制する。握り棒６３は、円柱状の棒に形成され、ブレードガイド６１及びティースガイド６２に固定されている。作業者は、握り棒６３を持って、アライメント治具６０を、コイル挿入治具５０に取り付け又はコイル挿入治具５０から取り外す。

　コイル浮き押さえ治具７０は、固定子鉄心１１のスロット１２に挿入されたコイルがスロット１２から飛び出さないように、コイルをスロット１２内に押さえ込むための治具である。コイル浮き押さえ治具７０は、図６に示すように、主体部としての複数の円板体７１と、各円板体７１を繋ぐ複数の接続部７２とを有している。円板体７１は、例えば合成樹脂などによって円板状に形成されている。円板体７１の外周部には、図９に示すように、各スロット１２に対応して複数の押さえ部７１１が設けられている。押さえ部７１１は、円板体７１の外周部分から外側へ向かって突出している。押さえ部７１１は、スロット１２の開口側の一部分に挿入されて当該開口を塞ぐ。円板体７１の中央部には、握り棒６３が通る穴７１２が形成されている。複数の接続部７２は、例えば円柱状であって、各円板体７１を接続している。

　ここで、単位コイルの段数を２以上の整数からなるＸ段とした場合、つまり組合せコイルの分割数をＸ個とした場合、各単位コイルは次のようにしてスロット１２へ挿入される。すなわち、まず、コイル挿入治具５０によって、Ｘ－１段目の単位コイルをスロット１２へ挿入する。その後、固定子鉄心１１の内側にコイル浮き押さえ治具７０を嵌め込む。そして、次のＸ段目の単位コイルをスロット１２へ挿入する際、コイル挿入治具５０が固定子鉄心１１の内側へ挿入されることに伴って、アライメント治具６０によりコイル浮き押さえ治具７０を固定子鉄心１１から押し出す。その後、コイル挿入治具５０によって、Ｘ段目の単位コイルをスロット１２へ挿入する。

　本実施形態の場合、分割段数Ｘ＝２である。この場合、固定子鉄心１１の各スロット１２内には、各相各極の１段目単位コイルが挿入された後、各相各極の２段目単位コイルが挿入される。なお、以下では各相各極のコイルについて１段目単位コイル２１１及び２段目単位コイル２１２を代表して説明する。

　まず、１段目単位コイル２１１の挿入について、図１０を参照して説明する。作業者は、アライメント治具６０をコイル挿入治具５０から外した状態で、コイル挿入治具５０に、各相各極の１段目単位コイル２１１をセットする。この場合、１段目単位コイル２１１は、スロットピッチＳに相当するＳ本のブレード５２を囲むようにして、ブレード５２間の隙間５１１に挿入される。その後、図１０（１）に示すように、アライメント治具６０をコイル挿入治具５０に取り付ける。

　次に、図１０（２）に示すように、第１シャフト５５を前進させて、アライメント治具６０を固定子鉄心１１の内側に進入させる。このとき、アライメント治具６０のガイド突部６２１が、固定子鉄心１１のティース１５間に挿入され、これにより、固定子鉄心１１に対するアライメント治具６０及びコイル挿入治具５０の相対的な回転が規制される。そして、ブレード５２をティース１５に勘合させた状態でさらに第１シャフト５５を前進させて、ブレード５２を固定子鉄心１１に押し込む。

　その後、図１０（３）に示すように、さらに第１シャフト５５を前進させて、ブレード５２の先端が固定子鉄心１１の先端から露出するまでブレード５２を前進させる。このとき、アライメント治具６０は、固定子鉄心１１の内側を突き抜けて、固定子鉄心１１の外部に露出する。次に、図１０（４）に示すように、第２シャフト５６を前進させて、ストリッパ５４を前進させる。このとき、図８にも示すように、１段目単位コイル２１１は、ストリッパ５４によって、スロット１２内に押し込まれる。ストリッパ５４が前端まで前進した後、図１０（５）に示すように、アライメント治具６０をコイル挿入治具５０から取り外す。そして、１段目単位コイル２１１は、ブレード５２の先端を乗り越えて、コイル挿入治具５０から取り外される。このようにして、１段目単位コイル２１１は、スロット１２内に挿入される。その後、図１０（６）に示すように、固定子鉄心１１の内側に、コイル浮き押さえ治具７０が挿入される。

　次に、２段目単位コイル２１２の挿入について、図１１を参照して説明する。作業者は１段目単位コイル２１１の場合と同様に、アライメント治具６０をコイル挿入治具５０から外した状態で、コイル挿入治具５０に、各極各相の２段目単位コイル２１２をセットする。その後、図１１（１）に示すように、アライメント治具６０をコイル挿入治具５０に取り付ける。

　次に、図１１（２）に示すように、第１シャフト５５を前進させて、アライメント治具６０を固定子鉄心１１の内側に侵入させる。このとき、１段目単位コイル２１１の場合と同様に、アライメント治具６０のガイド突部６２１が、固定子鉄心１１のティース１５間に挿入され、これにより、固定子鉄心１１に対するアライメント治具６０及びコイル挿入治具５０の相対的な回転が規制される。また、このとき、アライメント治具６０の握り棒６３が、コイル浮き押さえ治具７０の穴７１２に通されるとともに、アライメント治具６０によってコイル浮き押さえ治具７０が押される。そして、さらに第１シャフト５５を前進させて、ブレード５２を固定子鉄心１１に押し込む。

　その後、図１１（３）に示すように、さらに第１シャフト５５を前進させて、ブレード５２の先端が固定子鉄心１１の先端から露出するまでブレード５２を前進させる。このとき、コイル浮き押さえ治具７０は、固定子鉄心１１の内側から押し出され、これにより、コイル浮き押さえ治具７０が固定子鉄心１１から取り外される。その後、１段目単位コイル２１１と同様に、図１１（４）に示すように第２シャフト５６を前進させて、ストリッパ５４を前進させる。これにより、２段目単位コイル２１２は、ストリッパ５４によって、スロット１２内に押し込まれる。

　ストリッパ５４が前端まで前進した後、図１１（５）に示すように、アライメント治具６０をコイル挿入治具５０から取り外す。そして、２段目単位コイル２１２は、ブレード５２の先端を乗り越えて、コイル挿入治具５０から取り外される。このようにして、２段目単位コイル２１２も、スロット１２内に挿入される。これにより、図１１（６）に示すように、各相各極の１段目単位コイル２１１及び２段目単位コイル２１２のスロット１２内への挿入が完了する。その後、相間絶縁紙１３、１４を配置し、コイルエンドを拡開する。

　固定子１０は、図１２に示すように、第１相間絶縁紙１３、及び複数の第２相間絶縁紙１４を備えている。なお、図１２は、説明を簡便にするため、４極２４スロットの固定子１０を示している。この場合、第１相間絶縁紙１３及び複数の第２相間絶縁紙１４の構成については、４極４８スロットの固定子１０のものと差違はほとんど無い。

　第１相間絶縁紙１３は、図１３（ａ）に示すように、例えば絶縁性を有するアラミド紙を帯状に切断し、その帯状の両端を接続して環状に構成されている。第１相間絶縁紙１３は、固定子鉄心１１の軸方向の両端部にあって、固定子鉄心１１の径方向に隣接する各単位コイルの相互間に設けられている。例えば、第１組合せコイル２１について見ると、第１相間絶縁紙１３は、１段目単位コイル２１１と２段目単位コイル２１２とにおいて、スロット１２から飛び出た部分となるコイルエンド部にあって、１段目単位コイル２１１と２段目単位コイル２１２との間に設けられている。これにより、１段目単位コイル２１１と２段目単位コイル２１２との間が電気的に絶縁されている。第２相間絶縁紙１４は、図１３（ｂ）に示すように、例えば絶縁性を有する矩形状のアラミド紙で構成されている。第２相間絶縁紙１４は、図１２に示すように、コイルエンド部において、各相のコイル間に設けられている。ちなみに、スロット１２内には、絶縁紙は設けられていない。

　これによれば、各相の固定子巻線２０、３０、４０を、それぞれ重ね巻きコイルとしているため、同心巻きコイルを採用した場合に比べて、巻線の無駄を削減することができる。また、各相各極について見ると、例えばＵ相の各極は第１組合せコイル２１と第２組合せコイル２２とから構成されている。そして、第１組合せコイル２１又は第２組合せコイル２２は、２以上この場合２つに分割された同相の１段目単位コイル２１１、２２１と２段目単位コイル２１２、２２２とを組み合わせて構成されている。

　例えば１段目単位コイル２１１と２段目単位コイル２１２とを、複数のスロット１２のうち同一のスロット１２である第１スロット及び第１２スロット内において固定子鉄心１１の径方向へ重ねて配置することにより、第１組合せコイル２１が構成されている。同様に、１段目単位コイル２２１と２段目単位コイル２２２とを、複数のスロット１２のうち同一のスロット１２である第２スロット及び第１３スロット内において固定子鉄心１１の径方向へ重ねて配置することにより、第２組合せコイル２２が構成されている。

　この場合、１段目単位コイル２１１、２２１及び２段目単位コイル２１２、２２２は、これら１段目単位コイル２１１、２２１及び２段目単位コイル２１２、２２２を分割することなく一体に構成した場合に比べて、個々の巻線の数量が減る。そのため、１段目単位コイル２１１、２２１及び２段目単位コイル２１２、２２２は、個々を見ると、これら１段目単位コイル２１１、２２１及び２段目単位コイル２１２、２２２を分割することなく構成した場合に比べて柔軟なものとすることができる。そのため、個々のコイル２１１、２２１、２１２、２２２の取り扱いが容易となり、これにより、コイル２１１、２２１、２１２、２２２を固定子鉄心１１のスロット１２へ容易に挿入することができる。その結果、各コイル２１１、２１２、２２１、２２２の挿入について、機械化が容易となる。

　２段目単位コイル２１２、２２２の巻線は、１段目単位コイル２１１、２１２の巻線に比べて細く本数が少ない。この場合、１段目単位コイル２１１、２２１は、２段目単位コイル２１２、２２２よりも柔軟性に乏しくなるが、未だコイルが挿入されていない状態のスロット１２に対して挿入されるため、スロット１２内の空間に余裕があり、その挿入が比較的容易になる。一方、２段目単位コイル２１２、２２２は、１段目単位コイル２１１、２２１よりも柔軟性に富んでいるため、１段目単位コイル２１１、２２１が挿入されて空間に余裕が少ない状態のスロット１２内に対しても、その挿入が比較的容易になる。これにより、コイル２１１、２２１、２１２、２２２を固定子鉄心１１のスロット１２へ容易に挿入することができる。その結果、各コイル２１１、２１２、２２１、２２２の挿入について、機械化が容易となる。

　また、例えば任意の整数をＹとすると、１段目単位コイル２１１、２２１は、それぞれφ１．１ｍｍの２本の巻線をＹ巻きして構成されている。また、２段目単位コイル２１２、２２２は、それぞれφ１．０ｍｍの１本の巻線をＹ巻きして構成されている。これにより、組合せコイル２１、２２は、それぞれ全体としてφ１．１ｍｍの２本の巻線とφ１．０ｍｍの１本の巻線をＹ巻きした構成となる。なお、本実施形態の場合、Ｙ＝２６である。この場合、１段目単位コイル２１１、２２１の口出し線は、２本×２＝４本となる。２段目単位コイル２１２、２２２の口出し線は、１本×２＝２本となる。したがって、各組合せコイル２１、２２の口出し線の総数は、それぞれ２本×２＋１本×２＝６本となる。

　一方、比較例として、１段目単位コイル２１１、２２１及び２段目単位コイル２１２、２２２を、それぞれφ１．１ｍｍの２本及びφ１．０ｍｍの１本の巻線をＹ／２巻きしたもので構成し、これにより全体としてφ１．１ｍｍの２本及びφ１．０ｍｍの１本の巻線をＹ巻きした構成とした場合、その口出し線の総数は（２＋１）本×４＝１２本となる。したがって、本実施形態の構成によれば、比較例に対して、その口出し線の総本数を低減この場合半減させることができる。各コイルの両端となる口出し線は、通常、所定寸法を切断される。そして、その切断した部分は廃棄等されて無駄になる。本実施形態の構成によれば、第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２の口出し線の総本数を低減することができるため、切断されて廃棄される部分も低減することができる。これにより、コイル２１、２２を製造するための巻線量を削減することができる。

　なお、この場合、１段目単位コイル２１１、２２１を、φ１．１ｍｍの１本の巻線及びφ１．０ｍｍの１本の巻線の合計２本の巻線で構成し、２段目単位コイル２２１、２２２を、φ１．１ｍｍの１本の巻線で構成しても良い。これによっても、上記と同様に、２段目単位コイル２２１、２２２を、１段目単位コイル２１１、２２１よりも柔軟性に富む構成とすることができるとともに、口出し線の総本数を低減して製造過程で無駄になる巻線量を削減することができる。

　また、スロット１２内には、絶縁紙は設けられていない。そのため、スロット１２内の空間が絶縁紙によって圧迫されることが無い。したがって、スロット１２内において、各コイル２１１、２１２、２２１、２２２を挿入するための空間をより広く確保することができる。さらに、スロット１２内の絶縁紙が、各コイル２１１、２１２、２２１、２２２を挿入する際の抵抗となることがない。これにより、各コイル２１１、２１２、２２１、２２２のスロット１２内への挿入がより容易なものとすることができる。その結果、各コイル２１１、２１２、２２１、２２２の挿入について機械化が容易となる。

　また、本実施形態の製造方法は、コイル浮き押さえ治具７０を備えている。コイル浮き押さえ治具７０は、固定子鉄心１１に嵌め込まれてスロット１２の開口を塞ぎ、これにより、一旦スロット１２内に配置されたコイルをスロット１２の開口から飛び出ることを防止する。この場合、１段目の単位コイル２１１、２２１をスロット１２へ挿入し、その後、固定子鉄心１１にコイル浮き押さえ治具７０を嵌め込む。そして、コイル浮き押さえ治具７０を固定子鉄心１１から押し外すとともに２段目の単位コイル２１２、２２２をスロット１２に挿入する。これにより、２段目単位コイル２１２、２２２のスロット１２内への挿入をより容易なものとすることができる。

　（第２実施形態）
　次に第２実施形態について、図１４を参照して説明する。
　第２実施形態において、第１組合せコイル２１は、１段目単位コイル２１１と、２段目単位コイル２１２と、３段目単位コイル２１３とから構成されている。同様に、第２組合せコイル２２は、１段目単位コイル２２１と、２段目単位コイル２２２と、３段目単位コイル２２３とから構成されている。これによれば、各単位コイル２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３を、より柔軟性に富む構成にすることができ、その取り扱いを容易なものとすることができる。その結果、スロット１２内への各コイル２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３の挿入をより容易なものとすることができ、機械化が容易となる。

　（第３実施形態）
　次に第３実施形態について、図１５を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、２極３６スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１と、第２組合せコイル２２と、第３組合せコイル２３とから構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第１０スロットとに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第１１スロットとに納められている。第３組合せコイル２３は、第２組合せコイル２２に対して１スロット分ずらした位置、つまり第３スロットと第１２スロットとに納められている。この場合、各組合せコイル２１、２２、２３のコイルピッチＫは、Ｋ＝５０％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝９、極数Ｐ＝２、スロット数Ｚ＝３６となる。

　また、第３組合せコイル２３は、第１組合せコイル２１及び第２組合せコイル２２と同様に構成されている。つまり、第３組合せコイル２３は、１段目単位コイル２３１と２段目単位コイル２３２とから構成されている。第３組合せコイル２３の１段目単位コイル２３１は、第１組合せコイル２１の１段目単位コイル２１１及び第２組合せコイル２２の１段目単位コイル２２１と同様に構成されている。第３組合せコイル２３の２段目単位コイル２３２は、第１組合せコイル２１の２段目単位コイル２１２及び第２組合せコイル２２の２段目単位コイル２２２と同様に構成されている。
　これによれば、固定子１０が２極３６スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第４実施形態）
　次に第４実施形態について、図１６を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、２極３６スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１と、第２組合せコイル２２と、第３組合せコイル２３とから構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第１６スロットとに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第１７スロットとに納められている。第３組合せコイル２３は、第２組合せコイル２２に対して１スロット分ずらした位置、つまり第３スロットと第１８スロットとに納められている。この場合、各組合せコイル２１、２２、２３のコイルピッチＫは、Ｋ＝８３．３％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝１５、極数Ｐ＝２、スロット数Ｚ＝３６となる。
　これによれば、固定子１０が２極３６スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第５実施形態）
　次に第５実施形態について、図１７を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、２極２４スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１と、第２組合せコイル２２とから構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第１１スロットとに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第１２スロットとに納められている。この場合、各組合せコイル２１、２２のコイルピッチＫは、Ｋ＝８３．３％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝１０、極数Ｐ＝２、スロット数Ｚ＝２４となる。
　これによれば、固定子１０が２極２４スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第６実施形態）
　次に第６実施形態について、図１８を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、２極４８スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１と、第２組合せコイル２２と、第３組合せコイル２３と、第４組合せコイル２４とから構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第２１スロットとに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第２２スロットとに納められている。第３組合せコイル２３は、第２組合せコイル２２に対して１スロット分ずらした位置、つまり第３スロットと第２３スロットとに納められている。第４組合せコイル２４は、第３組合せコイル２３に対して１スロット分ずらした位置、つまり第４スロットと第２４スロットとに納められている。この場合、各組合せコイル２１、２２、２３、２４のコイルピッチＫは、Ｋ＝８３．３％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝２０、極数Ｐ＝２、スロット数Ｚ＝４８となる。

　また、第４組合せコイル２４は、１段目単位コイル２４１と２段目単位コイル２４２とから構成されている。第４組合せコイル２４の１段目単位コイル２４１は、第１組合せコイル２１の１段目単位コイル２１１、第２組合せコイル２２の１段目単位コイル２２１、及び第３組合せコイル２３の１段目単位コイル２３１と同様に構成されている。第４組合せコイル２４の２段目単位コイル２４２は、第１組合せコイル２１の２段目単位コイル２１２、第２組合せコイル２２の２段目単位コイル２２２、及び第３組合せコイル２３の２段目単位コイル２３２と同様に構成されている。
　これによれば、固定子１０が２極４８スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第７実施形態）
　次に第７実施形態について、図１９を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、６極３６スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１から構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第８スロットとに納められている。この場合、第１組合せコイル２１のコイルピッチＫは、Ｋ＝１１６．７％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝７、極数Ｐ＝６、スロット数Ｚ＝３６となる。
　これによれば、固定子１０が６極３６スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第８実施形態）
　次に第８実施形態について、図２０を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、６極５４スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１、第２組合せコイル２２、及び第３組合せコイル２３とから構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第１０スロットとに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第１１スロットとに納められている。第３組合せコイル２３は、第２組合せコイル２２に対して１スロット分ずらした位置、つまり第３スロットと第１２スロットとに納められている。この場合、各組合せコイル２１、２２、２３のコイルピッチＫは、Ｋ＝１００％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝９、極数Ｐ＝６、スロット数Ｚ＝５４となる。
　これによれば、固定子１０が６極５４スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第９実施形態）
　次に第９実施形態について、図２１を参照して説明する。
　本実施形態において、固定子１０は、６極７２スロットに構成されている。この場合も、各相の固定子巻線２０、３０、４０の構成は共通している。例えばＵ相の固定子巻線２０の各極は、第１組合せコイル２１と、第２組合せコイル２２とから構成されている。第１組合せコイル２１は、第１スロットと第１１スロットとに納められている。第２組合せコイル２２は、第１組合せコイル２１に対して１スロット分ずらした位置、つまり第２スロットと第１２スロットとに納められている。この場合、各組合せコイル２１、２２のコイルピッチＫは、Ｋ＝８３．３％となる。なお、この場合、スロットピッチＳ＝１０、極数Ｐ＝６、スロット数Ｚ＝７２となる。
　これによれば、固定子１０が６極７２スロットの回転電機の固定子であっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

　（第１０実施形態）
　次に第１０実施形態について、図４及び図２２を参照して説明する。
　第１０実施形態は、組合せコイル２１、２２の巻線の構成が上記第１実施形態と異なる。ここで、組合せコイル２１、２２は同一の構成であるため、第１組合せコイル２１を代表させて説明する。第１組合せコイル２１は、上記第１実施形態と同様に２以上の線径の巻線、この場合、φ１．１ｍｍの巻線２本と、φ１．０ｍｍの巻線１本と、で構成されている。１段目単位コイル２１１は、図２２に示すように、φ１．１ｍｍの巻線１本と、φ１．０ｍｍの巻線１本と、の合計２本の巻線で構成されている。一方、２段目単位コイル２１２は、φ１．１ｍｍの巻線１本で構成されている。

　すなわち、第１組合せコイル２１を構成する１段目単位コイル２１１及び２段目単位コイル２１２のうち、固定子鉄心１１の径方向の内側に配置される２段目単位コイル２１２には、２以上の線径の巻線のうち太い方の巻線が含まれている。つまり、２段目単位コイル２１２には、φ１．０ｍｍとφ１．１ｍｍとの２種の巻線のうち、太い方となるφ１．１ｍｍの巻線が含まれている。

　また、上記第１実施形態と同様に、２段目単位コイル２１２の周長は、図４に示すように１段目単位コイル２１１の周長よりも短い。すなわち、第１組合せコイル２１を構成する単位コイル２１１、２１２のうち、固定子鉄心１１の径方向の内側に配置される２段目単位コイル２１２の周長が、固定子鉄心１１の径方向の外側に配置される１段目単位コイル２１１の周長よりも短い。

　これによれば、２段目単位コイル２１２の周長は、図４に示すように１段目単位コイル２１１の周長よりも短いため、内側に配置される２段目単位コイル２１２のコイルエンドの高さ寸法を低減できる。また、２段目単位コイル２１２について、スロット１２に収まっていない渡り部分を低減、すなわち一方のスロット１２から他方のスロット１２へ渡る部分を短くすることができる。これにより、２段目単位コイル２１２に生じる巻線の無駄を削減することができる。

　そして、２段目単位コイル２１２には、２以上の線径の巻線のうち太い方の巻線、この場合、φ１．１ｍｍの巻線が含まれている。これによれば、２段目単位コイル２１２の周長を短くしたことに伴う巻線の低減量を、より多いものとすることができる。その結果、より多くの巻線の無駄を削減することができる。

　以上説明した実施形態によれば、各相各極の巻線が単層の重ね巻きコイルで構成され、前記単層の重ね巻きコイルは、２以上に分割された同相の単位コイルを固定子鉄心のスロット内において該固定子鉄心の径方向へ重ねて配置された組合せコイルで構成されている。

　これによれば、同心巻きコイルを採用した場合に比べて、巻線の無駄を削減することができる。また、個々の単位コイルを柔軟なものとすることができるため、個々の単位コイルの取り扱いが容易となり、これにより、単位コイルを固定子鉄心のスロットへ容易に挿入することができる。その結果、コイルの挿入について機械化が容易となる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変更は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　各相各極の巻線が単層の重ね巻きコイルで構成され、前記単層の重ね巻きコイルは、２以上に分割された同相の単位コイルを固定子鉄心のスロット内において該固定子鉄心の径方向へ重ねて配置された組合せコイルで構成されている回転電機の固定子巻線。
　前記各組合せコイルは、同一のコイルピッチで構成されている請求項１に記載の回転電機の固定子巻線。
　前記組合せコイルは、１段目の単位コイルと、前記１段目の単位コイルに対して前記固定子鉄心の径方向の内側に配置される２段目の単位コイルと、で構成され、
　前記１段目の単位コイルの巻数と前記２段目の単位コイルの巻数とが同一であって、かつ、前記１段目の単位コイルの口出し線の本数と前記２段目の単位コイルの口出し線の本数とが異なる請求項１又は２に記載の回転電機の固定子巻線。
　前記コイルピッチは、１１６．７％ピッチ又は１００％ピッチ又は８３．３％ピッチ又は５０％ピッチのいずれかである請求項２又は３に記載の回転電機の固定子巻線。
　前記組合せコイルは２以上の線径の巻線で構成され、
　前記単位コイルのうち前記固定子鉄心の径方向の内側に配置される単位コイルには、前記２以上の線径の巻線のうち太い方の巻線が含まれ、
　前記単位コイルのうち前記固定子鉄心の径方向の内側に配置される単位コイルの周長が、前記固定子鉄心の径方向の外側に配置される単位コイルの周長よりも短い請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機の固定子巻線。
　前記固定子鉄心の径方向に隣接する前記各単位コイルの相互間に設けられた絶縁紙を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の固定子巻線を用いた回転電機の固定子。
　請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の固定子巻線を有する固定子又は請求項６に記載の固定子の製造方法であって、
　前記固定子鉄心に嵌め込まれて前記スロットの開口を塞ぐコイル浮き押さえ治具を備え、
　前記単位コイルの段数を２以上の整数であるＸ段とした場合に、
　Ｘ－１段目の単位コイルを前記スロットへ挿入する工程と、
　前記固定子鉄心に前記コイル浮き押さえ治具を嵌め込む工程と、
　前記コイル浮き押さえ治具を前記鉄心から押し外すとともにＸ段目の単位コイルを前記スロットに挿入する工程と、を備える回転電機の固定子の製造方法。
　前記請求項７に記載の回転電機の固定子の製造方法の使用に用いる治具であって、前記固定子鉄心に嵌め込まれる主体部と、前記主体部から突出して設けられ前記スロットに挿入されて前記スロットの開口を塞ぐことで前記単位コイルが前記スロットから浮き出ることを防ぐ押さえ部と、を備える治具。