WO2015182346A1 - 回転電機および回転電機の製造方法 - Google Patents

回転電機および回転電機の製造方法 Download PDF

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WO2015182346A1
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coil
stator
slot
rotating electrical
portions
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宏紀 立木
秋田　裕之
橋本　昭
川村　浩司
祥子 川崎
篤史 坂上
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三菱電機株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K15/0037—Shaping or compacting winding heads
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    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
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    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in machines
    • H02K15/062—Windings in slots; salient pole windings
    • H02K15/065—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves
    • H02K15/066—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves inserted perpendicularly to the axis of the slots or inter-polar channels

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine having excellent coil cooling performance and a method for manufacturing the rotating electrical machine.
  • Patent Document 1 When trying to increase the output of a rotating electrical machine, it is necessary to efficiently dissipate heat generated by a large current flowing in the coil.
  • the conventional rotating electric machine described in Patent Document 1 has a problem that heat dissipation is deteriorated because the coil is wound without any gap for the purpose of improving the space factor, and the output cannot be increased.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to provide a rotating electric machine that is small, has a high output, and has a high efficiency by improving the cooling efficiency of the coil, and the rotating electric machine.
  • the rotating electrical machine is A stator core composed of an outer iron core as an annular back yoke portion and an inner iron core as a plurality of teeth portions, and a plurality of teeth portions of the stator core between two adjacent teeth portions
  • a stator having a plurality of insulation-coated coils housed in two slots formed in
  • a rotating electrical machine comprising a rotor that is rotatably supported inside the stator core,
  • the transition part of the coil constituting the coil end part at both axial ends of the stator is configured concentrically around the axis of the stator, Of the crossover portions at both ends in the axial direction of the coil, at least one of the crossover portions is disposed outside the inner peripheral surface of the stator, There is a gap between the axial end surface of the stator core and the crossover portion.
  • the manufacturing method of the rotating electrical machine includes: A stator core composed of an outer iron core as an annular back yoke portion and an inner iron core as a plurality of teeth portions, and between the two adjacent tooth portions across the plurality of teeth portions of the stator core.
  • a method of manufacturing a rotating electrical machine comprising a rotor that is rotatably supported inside the stator core, Using a winding frame, an intermediate coil having two slot storage portions in which a conductor wire coated with insulation is stored in a slot of a stator core and two transition portions to which both ends of the slot storage portion are connected is continuous.
  • a winding process configured in a flat plate shape
  • a coil forming process for twisting the two slot housing portions of the intermediate coil and forming the transition portion into an arc shape, and a coil temporary assembly for temporarily mounting the coil after the coil forming step obliquely in the two slots Wearing process
  • a coil insertion step of inserting the slot housing portion of the coil that has finished the temporary coil attachment step into the slot by pressing it radially outward from the outside
  • An iron core assembling step for inserting the inner iron core on which the coil is mounted into the outer iron core
  • the rotor includes a final assembly step of inserting the rotor into the stator and storing the stator and the rotor in a frame.
  • the rotating electrical machine according to this invention is The transition part of the coil constituting the coil end part at both axial ends of the stator is configured concentrically around the axis of the stator, Of the crossover portions at both ends in the axial direction of the coil, at least one of the crossover portions is disposed outside the inner peripheral surface of the stator, Since there is a gap between the axial end face of the stator core and the crossover part, While suppressing interference with other coils, it is possible to secure a flow path through which a refrigerant such as air or cooling oil passes and to improve the cooling performance.
  • a refrigerant such as air or cooling oil
  • the rotating electrical machine manufacturing method uses a winding frame, and includes two slot storage portions for storing the insulation-coated conductor wires in slots of the stator core, and both end portions of the slot storage portions.
  • An iron core assembling step for inserting the inner iron core on which the coil is mounted into the outer iron core; Since it has a final assembly step of inserting the rotor into the stator and storing the stator and the rotor in a frame, A gap can be formed between the axial end face of the inner iron core and the crossover,
  • FIG. 1 It is a half sectional front schematic diagram of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view of the rotary electric machine (only a stator and a rotor) concerning Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view of the stator which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view of the inner core of the stator which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view of the outer side iron core of the stator which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view of the coil used for the stator which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a front view of the coil used for the stator which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. It is a front view of the twist intermediate coil which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the state which mounted
  • Embodiment 1 FIG.
  • the rotating electrical machine and the method for manufacturing the rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the terms “circumferential direction”, “radial direction”, “axial direction”, “inside”, “outside” refer to “circumferential direction”, “radial direction”, “shaft” of the stator of the rotating electrical machine. “Direction” and “inside”, “outside”, “outer”, “inner”, etc. of the stator.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of one side of a rotary electric machine 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rotating electrical machine 100 (only the stator 40 and the rotor 30).
  • the rotating electrical machine 100 includes a housing 1 composed of a bottomed cylindrical frame 11 and an end plate 12 closing an opening of the frame 11, a stator 40 fixed to the cylindrical portion of the frame 11 in an internally fitted state, and the frame 11. And a rotor 30 that is rotatably supported by the end plate 12 via the bearing 2 and disposed on the inner peripheral side of the stator 40.
  • the rotor 30 includes a permanent magnet 32 that is fixed to a rotary shaft 31 and a permanent magnet 33 that is embedded at a predetermined pitch in the circumferential direction on the outer peripheral surface side of the rotor core 32 and constitutes a magnetic pole.
  • Type rotor Type rotor.
  • the rotor 30 is not limited to a permanent magnet type rotor, and a squirrel-cage rotor in which a non-insulated rotor conductor is housed in a slot of a rotor core and both sides are short-circuited by a short-circuit ring, or an insulated conductor. You may use the winding-type rotor which attached the wire to the slot of the rotor core.
  • FIG. 3 is a perspective view of the stator 40.
  • FIG. 4 is a perspective view of the inner iron core 41 a of the stator 40.
  • FIG. 5 is a perspective view of the outer iron core 41 b of the stator 40.
  • the stator 40 includes a stator core 41, a coil 20 attached to the stator core 41, and a slot cell 42 a that electrically insulates the coil 20 and the stator core 41.
  • the number of poles of the rotor 30 is four
  • the number of slots 46 of the stator core 41 is 24,
  • the coil 20 is a three-phase winding. That is, the slots 46 are formed in the stator core 41 at a rate of two per phase per phase.
  • the stator core 41 is composed of an inner core 41a and an outer core 41b.
  • the inner iron core 41 a has a plurality of teeth portions 43 constituting magnetic poles arranged in an annular shape with the inner peripheral tip portions connected by a thin portion 44.
  • a slot 46 is defined between adjacent teeth portions 43.
  • the outer iron core 41b shown in FIG. 5 is a back yoke portion that magnetically connects the teeth 43 of the inner iron core 41a.
  • FIG. 6 is a perspective view of the coil 20 used for the stator 40.
  • FIG. 7 is a front view of the coil 20.
  • FIG. 8 is a plan view of the coil 20.
  • the coil 20 includes a first slot storage portion 20a and a second slot storage portion 20b (hereinafter simply referred to as slot storage portions 20a and 20b) which are inserted into the slots 46 of the stator core 41 later.
  • the end portions of the slot accommodating portion 20a and the slot accommodating portion 20b are connected to each other, and have an opening-side transition portion 20c and a closing-side transition portion 20d that straddle the plurality of teeth portions 43.
  • the “opening side” refers to the side on which the frame 11 opens, and the “closed side” refers to the opposite side.
  • the coil 20 is manufactured by, for example, winding a conductor wire made of continuous copper, aluminum, or the like, which is insulated with an enamel resin and has no connection portion, a plurality of times.
  • the crossover portions 20c and 20d have their radial thickness thinner than the radial thickness of the slot storage portions 20a and 20b.
  • the closing-side connecting portion 20d is radially inward of the opening-side connecting portion 20c, and when the coil 20 is inserted into the slot 46, the thin-walled portion of the inner iron core 41a. It is located inside 44.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a manufacturing process of the rotating electrical machine 100. As shown in the drawing, the rotating electrical machine 100 is completed through a winding process ST100, a coil forming process ST110, a coil temporary mounting process ST120, a coil inserting process ST130, an iron core assembling process ST140, and a final assembling process ST150.
  • FIG. 10A is an exploded perspective view of the winding frame 60 used in the winding step ST100.
  • FIG. 10B is a perspective view after assembling of the winding frame 60 used in the winding process ST100.
  • FIG. 11 is a diagram showing a winding process ST100.
  • FIG. 12 is a front view of the hollow flat intermediate coil 21 taken out from the winding frame 60 after the winding step ST100.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • the intermediate coil 21 is a coil before the shape of the slot accommodating portions 20a and 20b and the crossover portions 20c and 20d of the coil 20 is formed.
  • the winding frame 60 includes a winding core 61 around which the intermediate coil 21 is wound, and side plates 62a and 62b sandwiched from both side surfaces of the winding core 61 so that the intermediate coil 21 after winding can be taken out. Can be disassembled.
  • the inner surface 62a1 of the side plate 62a is provided with a protrusion 62at for regulating the winding width.
  • the lower half of the side plate 62b has the same shape as the side plate 62a.
  • the conductor wire 7 is put into the winding frame 60 from the introducing portion 62b3 provided at the upper center of the side plate 62b, and the conductor wire 7 is wound in the arrow direction shown in FIG. .
  • the conductor wires 7 constituting the intermediate coil 21 can be aligned and wound.
  • FIG. 14 is a front view of the twisted intermediate coil 22.
  • the slot accommodating portions 21a and 21b of the intermediate coil 21 shown in FIG. 12 are twisted in the direction of the arrow in FIG. 12 to obtain the twisted intermediate coil 22 shown in FIG.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a state where the twist intermediate coil 22 is attached to the transition part molding die 80.
  • FIG. 16A is a front view of a state in which the twist intermediate coil 22 is mounted on the transition part molding die 80.
  • FIG. 16B is a front view of a state where the transition portion 22 c of the twisted intermediate coil 22 is molded by the transition portion molding die 80.
  • the transition part molding die 80 is composed of a convex die 80a and a concave die 80b.
  • the coil 20 is obtained by forming the connecting portions 22 c and 22 d of the twisted intermediate coil 22 by the convex mold 80 a and the concave mold 80 b so that the center of curvature is in an arc shape on the axis of the stator 40.
  • the connecting part 20d of the completed coil 20 has a radial direction compared to the connecting part 20c.
  • the twisted intermediate coil 22 is formed so as to exist inside.
  • FIGS. 17 and 18 are perspective views of the inner iron core 41a and the coil 20U in the temporary coil mounting step ST120.
  • FIG. 19 is a perspective view showing the state of the inner iron core 41a and the U-phase coil 20U that have finished the U-phase coil insertion step ST130.
  • the slot cells 42a that insulate the teeth 43 and the coils 20 are mounted, and the U phase is formed first.
  • the coil 20U to be inserted is obliquely inserted into each slot 46 from the opening portion 20Uc on the opening side, and temporarily attached to the inner iron core 41a so as to be in the state of FIG.
  • the opening-side transition portion 20 ⁇ / b> Uc is closed to reduce the diameter, and the slot accommodating portions 20 ⁇ / b> Ua and 20 ⁇ / b> Ub of the respective coils 20 ⁇ / b> U are completely inserted into the slots 46.
  • FIG. 20A and 20B are diagrams showing a method of inserting the coil 20U using the rotating plate jig 71.
  • FIG. FIG. 20A shows the state of the coil 20U after the temporary coil mounting step ST120
  • FIG. 20B shows the state of the coil 20U after the coil insertion step ST130.
  • Each figure is a schematic cross-sectional view centering on the axis of the inner iron core 41a.
  • the rotating plate jig 71 has a rotation center 71a on the radially outer side of the closing side ends of the slot storage portions 20Ua and 20Ub.
  • the pressing portion 71b of the rotating plate jig 71 is rotated so that the slot accommodating portions 20Ua and 20Ub of the coil 20U temporarily mounted obliquely in the slot 46 gradually become parallel to the axial direction.
  • the slot accommodating portions 20Ua and 20Ub are pushed into the slot 46 from the outer peripheral side while rotating around 71a.
  • FIGS. 21A and 21B are views showing a method of inserting the coil 20 ⁇ / b> U using a roller jig 72 different from the rotating plate jig 71.
  • FIG. 21A shows the state of the coil 20U after the temporary coil mounting step ST120
  • FIG. 21B shows the state of the coil 20U after the coil insertion step ST130.
  • Each figure is a schematic cross-sectional view centering on the axis of the inner iron core 41a.
  • the slot accommodating portions 20Ua and 20Ub of the coil 20U temporarily mounted in the slot 46 are opened from the end portion on the closing side using the roller 72b of the roller jig 72. You may push in toward the edge part of the side.
  • FIG. 22A and 22B are views showing a method of inserting the coil 20U using a slide jig 73 different from the rotary plate jig 71 and the roller jig 72.
  • FIG. FIG. 22A shows the state of the coil 20U after the temporary coil mounting step ST120
  • FIG. 22B shows the state of the coil 20U after the coil insertion step ST130.
  • Each figure is a schematic cross-sectional view centering on the axis of the inner iron core 41a.
  • the slide jig 73 is a cylinder whose inner diameter is substantially equal to the outer diameter of the inner iron core 41a. Inside the slide jig 73, the inner iron core 41a that has finished the temporary coil mounting step ST120 is completely inserted while sliding from the closing side end.
  • a chamfered portion 73 a for facilitating insertion of the inner iron core 41 a is provided at the upper edge of the inner peripheral surface of the slide jig 73.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a diameter-reduced state of the slot accommodating portions 20Ua and 20Ub of the coil 20U before and after the coil insertion step ST130.
  • FIG. 24 is a diagram showing a state in which the opening-side transition portion 20Uc rises before and after the coil insertion step ST130.
  • the transition portion 20Uc has a substantially rectangular shape when viewed from the axis of the stator.
  • the length of the arc that moves to the inner peripheral side and that is centered on the axis O connecting the inner peripheral end portions 20Uai and 20Ubi of the slot accommodating portions 20Ua and 20Ub decreases from R1 to R2 and decreases.
  • the arc length R1 is set so that the radius between the straight line passing through the center of the two slots 46 into which the coil 20U is inserted and the axis O of the stator 40 is the outermost position of the tooth portion 43. It is also the length of the arc.
  • R2 is the length of an arc whose center is the axis O of the stator 40 and whose radius is between the straight lines passing through the centers of the two slots 46 into which the coils 20U are inserted. But there is. In FIG. 24 and FIG. 25 described below, R1 and R2 indicate the length of the arc.
  • a gap S can be formed between the crossing portion 20Uc.
  • the gap S secures a space for avoiding interference with other coil crossovers, and serves as a refrigerant flow path, contributing to an improvement in cooling performance of the rotating electrical machine 100.
  • the dimension of the height T of the gap S at this time is (R1-R2) / 2. Due to the generation of the gap S, the coil insertion step ST130 can be performed smoothly.
  • the coil 20U is arranged slightly outside the position R1 in FIG. 23, and therefore T ⁇ (R1-R2) / 2.
  • the range is set to about 5%, and T ⁇ ((R1-R2) / 2) x 1.05 is desirable.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating the relationship between R1, R2, and T when the coil 20U having the top portion 20Uct is used as the crossover portion 20Uc.
  • the transition portion 20Uc has a substantially triangular shape as viewed from the axis of the stator.
  • T is set as the “height” of a pseudo isosceles triangle, and T Can be obtained by the three-square theorem.
  • the coil insertion step ST130 can be performed smoothly.
  • FIGS. 26 and 27 are diagrams showing a V-phase coil temporary mounting step ST120.
  • FIG. 28 is a diagram illustrating a state where the V-phase coil insertion step ST130 has been completed.
  • all the coils 20V constituting the V phase are attached to the inner iron core 41a to which the coils 20U are attached in the same manner as the coil 20U described above.
  • FIGS. 29 and 30 are views showing a W-phase coil temporary mounting step ST120.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating a state in which the W-phase coil insertion step ST130 has been completed.
  • all the coils 20W constituting the W phase are attached to the inner iron core 41a to which the coils 20V are attached, similarly to the coils 20U and 20V described above.
  • the temporary coil mounting step ST120 and the coil insertion step ST130 are completed.
  • the transition portions 20Uc, 20Vc, and 20Wc constitute the coil end portion Kc on the opening side
  • the transition portions 20Ud, 20Vd, and 20Wd constitute the coil end portion Kd on the closing side.
  • FIG. 32 is a perspective view showing a state immediately before the inner iron core 41a fitted with all the three-phase coils 20 (20U, 20V, 20W) is fitted to the outer iron core 41b.
  • FIG. 33 is a perspective view of the completed stator 40.
  • FIG. 34 is a diagram showing a final assembly process for inserting the rotor 30 into the stator 40.
  • the stator 40 is obtained by assembling into the inner iron core 41a from the connecting portion 20d on the closing side, and completing the iron core assembling step ST140.
  • FIG. 35 is a view showing variations of the slot shape, and is a plan view of the main part of each inner iron core.
  • the slot 46 has a rectangular cross section perpendicular to the axial direction except for the innermost peripheral portion as shown in FIG. 35 (a), but as shown in FIG. 35 (b),
  • the relationship between the circumferential width dimension w1 of the slot 46b inner part and the width dimension w2 of the slot opening width between the outer peripheral side end parts 43bx of the teeth part 43b is a tapered shape extending outwardly where w2> w1, A shape having a change point 46c1 at which the gradient of the tapered shape changes as shown in FIG.
  • the aligned coils 20 can be smoothly inserted into the slot 46, and the assembly of the stator 40 is improved.
  • the present invention is not limited thereto. Instead of this, any crossing portion may be arranged outside the inner peripheral surface of the stator.
  • a gap can be provided between the coil transition portion and the axial end surface of the stator core, so that each phase is configured. While preventing the coil from interfering with the coils that make up other phases, it secures a flow path through which refrigerants such as air and cooling oil pass, improves the cooling efficiency of the coil, and is small, high output, and highly efficient rotation
  • a method for manufacturing an electric machine and a rotating electric machine can be provided.
  • stator core is divided into an inner iron core (teeth portion) and an outer iron core (back yoke portion), and the tips of each tooth portion are connected in the circumferential direction by thin portions, so that the aligned coils are inserted into the slots.
  • the space factor of the coil can be improved.
  • the stator can be assembled from one direction (outside). .
  • the rotor can be inserted into the stator after the coil is mounted by disposing at least one of the transition portions at both ends in the axial direction of each coil outside the inner peripheral surface of the stator. Therefore, the productivity of the rotating electrical machine is improved.
  • FIG. 36 is a perspective view of the stator 240 according to the second embodiment.
  • the stator 240 includes a stator core 241 and coils 20U, 20V, and 20W attached to the stator core 241.
  • FIG. 37 is a perspective view of the tooth portion 243 of the stator core 241.
  • 38 is a perspective view of the outer core 241b of the stator core 241.
  • the stator iron core 241 includes a tooth portion 243 constituting the magnetic pole shown in FIG. 37 and an outer iron core 241b which is an annular back yoke portion shown in FIG.
  • the tip of the tooth portion 243 is provided with a flange portion 243a that protrudes on both sides in the circumferential direction.
  • the fitting portions 243b and 243c provided in a predetermined range of the root portions of both sides in the circumferential direction of the teeth portion 243 are wall surfaces 5b of the grooves 5 provided at equal intervals in the axial direction on the inner peripheral surface of the outer iron core 241b. Fits 5c.
  • FIG. 39 is a flowchart showing manufacturing steps of the rotating electrical machine according to the present embodiment.
  • FIG. 40 is a diagram showing a temporary coil mounting step ST120. A state in which the coil 20U is temporarily mounted in the slot 246 between the tooth portions 243 fixed by the tooth holder 9 is shown.
  • FIG. 41 is a diagram showing a state of the coil 20U after the coil insertion step ST130. 40 and 41 are schematic cross-sectional views centered on the axis of the teeth holder 9.
  • the teeth portions 243 according to the present embodiment are all disjoint, and the tips on the inner peripheral side are not connected by the thin-walled portions like the teeth portions 43 of the first embodiment. However, all the teeth portions correspond to the inner iron core of the first embodiment.
  • a teeth fixing step ST115 in which all the teeth portions 243 are arranged in advance radially and fixed by the teeth holder 9 as shown in FIG. 40 is required before the temporary coil mounting step ST120. Then, the U-phase coil 20U is temporarily mounted in the slot 246 formed between the fixed adjacent teeth portions 243 in the coil temporary mounting step ST120 as in the first embodiment. Next, as in the first embodiment, a coil insertion step ST130 shown in FIG. 41 is performed.
  • FIG. 42 is a cross-sectional view showing the teeth portion 243 and the coil 20 after the coil insertion process for all three phases.
  • the transition portions 20Uc, 20Vc, and 20Wc constitute the coil end portion Kc on the opening side
  • the transition portions 20Ud, 20Vd, and 20Wd constitute the coil end portion Kd on the closing side.
  • 43 and 44 are cross-sectional views of the stator 240 being assembled in the iron core assembling step ST140.
  • the fitting portions 243b and 243c of all the teeth portions 243 are placed in the grooves 5 of the outer iron core 241b as shown in FIGS.
  • the stator 240 is obtained by fitting. After the outer iron core 241b and all the teeth portions 243 are fitted and fixed, the teeth holder 9 is removed.
  • FIG. 45 is a diagram illustrating a final assembly process for inserting the rotor 30 into the stator 240. Finally, the rotor 30 is inserted into the stator 240 from the coil end portion Kc side where the opening-side transition portion 20c is formed, and these are housed in a housing (not shown) to complete the final assembly step ST150. A rotating electrical machine can be obtained.
  • the inner peripheral side end of the teeth portion 243 is not connected by a thin portion, and the flange portion 243a that protrudes on both sides in the circumferential direction is configured so as to divide the magnetic connection. Magnetic flux can be reduced and the torque of the rotating electrical machine can be improved.
  • the flange portion 243a since it is not necessary to pass the coil 20 through a narrow opening width between the adjacent flange portions 243a, restrictions on the opening width between the flange portions are reduced, and the design freedom of the stator is improved. Thereby, the rotary electric machine with a high coil space factor and few torque ripples can be provided.

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Abstract

この発明に係る回転電機１００の固定子４０の軸方向両端のコイルエンド部（Ｋｃ，Ｋｄ）を構成するコイル（２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ）の渡り部（２０Ｕｃ，２０Ｕｄ，２０Ｖｃ，２０Ｖｄ，２０Ｗｃ，２０Ｗｄ）は、固定子（４０）の軸心を中心とする同心状に構成され、コイル（２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ）の軸方向両端の渡り部（２０Ｕｃ～２０Ｗｃ、２０Ｕｄ～２０Ｗｄ）の内、少なくとも一方の渡り部は、固定子（４０）の内周面よりも外側に配置され、固定子鉄心（４１）の軸方向の端面（４１Ｔ）と渡り部（２０Ｕｃ～２０Ｗｃ，２０Ｕｄ～２０Ｗｄ）の間には、隙間が存在する。

Description

回転電機および回転電機の製造方法
　この発明は、コイルの冷却性に優れた回転電機および回転電機の製造方法に関するものである。
　近年、電動機や発電機などの回転電機において、小型高出力、高効率が求められている。この種の回転電機を小型化、高出力化とするに当たり、コイルの占積率が比較的高くなる集中巻の固定子を備えた回転電機が用いられていたが、更なる高出力化が可能な分布巻構造のコイルを用いた固定子を備えた回転電機（例えば、特許文献１参照）の要望が高まっている。ここで、導体線を１つのティースに巻回して構成された集中巻のコイルに対し、導体線を２スロット以上離れたスロット間に巻回して構成されたコイルを分布巻のコイルとする。
特開平１０－１１７４５２号公報
　回転電機を高出力化しようとすると、コイルに流れる大電流によって発生する熱を効率よく放熱する必要がある。しかし特許文献１に記載された従来の回転電機では、占積率の向上を目的としてコイルを隙間無く巻回するために放熱性が悪くなり、出力を上げられない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、コイルの冷却効率を向上させ、小型で高出力、高効率な回転電機および回転電機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、
円環状のバックヨーク部としての外側鉄心及び複数のティース部としての内側鉄心とからなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心の複数の前記ティース部を跨いで、２つの隣り合う前記ティース部の間に形成される２つのスロット内に収納される絶縁被覆された複数のコイルとを有する固定子と、
前記固定子鉄心の内側に回転可能に支持される回転子とを備えた回転電機において、
前記固定子の軸方向両端のコイルエンド部を構成する前記コイルの渡り部は、前記固定子の軸心を中心とする同心状に構成され、
前記コイルの軸方向両端の前記渡り部の内、少なくとも一方の前記渡り部は、前記固定子の内周面よりも外側に配置され、
前記固定子鉄心の軸方向の端面と前記渡り部の間には、隙間が存在するものである。
　また、この発明に係る回転電機の製造方法は、
円環状のバックヨーク部としての外側鉄心及び複数のティース部としての内側鉄心とからなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心の複数の前記ティース部を跨いで、隣り合う２つの前記ティース部の間に形成される２つのスロット内に収納される絶縁被覆された複数のコイルとを有する固定子と、
前記固定子鉄心の内側に回転可能に支持される回転子とを備えた回転電機の製造方法において、
巻き枠を用いて、絶縁被覆された導体線を固定子鉄心のスロット内に収納される２つのスロット収納部と前記スロット収納部の両端部が接続された２つの渡り部を有する中間コイルを連続して平板状に構成する巻線工程と、
前記中間コイルの２つの前記スロット収納部をツイストし、前記渡り部を円弧状に成形するコイル成形工程と前記コイル成形工程を終了した前記コイルを、２つの前記スロットに斜めに仮装着するコイル仮装着工程と、
前記コイル仮装着工程を終えた前記コイルの前記スロット収納部を、外側から径方向内側に押圧して前記スロット内に挿入するコイル挿入工程と、
前記コイルを装着した前記内側鉄心を、前記外側鉄心に挿入する鉄心組立工程と、
前記回転子を前記固定子内に挿入し、前記固定子と前記回転子をフレーム内に収納する最終組立工程を有するものである。
　この発明に係る回転電機は、
前記固定子の軸方向両端のコイルエンド部を構成する前記コイルの渡り部は、前記固定子の軸心を中心とする同心状に構成され、
前記コイルの軸方向両端の前記渡り部の内、少なくとも一方の前記渡り部は、前記固定子の内周面よりも外側に配置され、
前記固定子鉄心の軸方向の端面と前記渡り部の間には、隙間が存在するものなので、
他のコイルとの干渉を抑制しつつ、空気や冷却油などの冷媒を通す流路を確保し、冷却性を向上させることができる。
　また、この発明に係る回転電機の製造方法は、巻き枠を用いて、絶縁被覆された導体線を固定子鉄心のスロット内に収納される２つのスロット収納部と前記スロット収納部の両端部が接続された２つの渡り部を有する中間コイルを連続して平板状に構成する巻線工程と、
前記中間コイルの２つの前記スロット収納部をツイストし、前記渡り部を円弧状に成形するコイル成形工程と前記コイル成形工程を終了した前記コイルを、２つの前記スロットに斜めに仮装着するコイル仮装着工程と、
前記コイル仮装着工程を終えた前記コイルの前記スロット収納部を、外側から径方向内側に押圧して前記スロット内に挿入するコイル挿入工程と、
前記コイルを装着した前記内側鉄心を、前記外側鉄心に挿入する鉄心組立工程と、
前記回転子を前記固定子内に挿入し、前記固定子と前記回転子をフレーム内に収納する最終組立工程を有するものなので、
内側鉄心の軸方向の端面と渡り部との間に隙間を形成でき、他のコイルとの干渉を抑制しつつ、空気や冷却油などの冷媒を通す流路を確保し、冷却性を向上させることができる。
この発明の実施の形態１に係る回転電機の片側断面正面模式図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機（固定子と回転子のみ）の斜視図である。 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に係る固定子の内側鉄心の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子の外側鉄心の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子に使用するコイルの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子に使用するコイルの正面図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子に使用するコイルの平面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の製造工程を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る巻線工程で使用する巻枠の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る巻線工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る巻線工程を終え、巻枠から取り出した中間コイルの正面図である。 図１２に示すＡ－Ａ線における断面矢視図である。 この発明の実施の形態１に係るツイスト中間コイルの正面図である。 この発明の実施の形態１に係る渡り部成形金型にツイスト中間コイルを装着した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る渡り部成形金型による、ツイスト中間コイルの渡り部の成形前後を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るコイル仮装着工程における内側鉄心とＵ相のコイルの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るコイル仮装着工程における内側鉄心とＵ相のコイルの斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るＵ相のコイル挿入工程を終了した内側鉄心とＵ相のコイルの状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る治具を用いたコイルの挿入方法を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る治具を用いたコイルの挿入方法を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る治具を用いたコイルの挿入方法を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るコイル挿入工程の前後におけるコイルのスロット収納部の縮径状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るコイル挿入工程の前後における開口側の渡り部のせり上がり状態を示す図である。 渡り部に頂部を有するコイルを使用する場合のＲ１、Ｒ２、Ｔの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＶ相のコイル仮装着工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＶ相のコイル仮装着工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＶ相のコイル挿入工程を終了した状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＷ相のコイル仮装着工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＷ相のコイル仮装着工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＷ相のコイル挿入工程を終了した状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る３相分のコイルを全て装着した内側鉄心を外側鉄心に嵌合する直前の状態を示す斜視図である。 完成した固定子の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る最終組立工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るスロット形状のバリエーションを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る固定子の斜視図である。 この発明の実施の形態２に係るティース部の斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る固定子鉄心の外側鉄心の斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の製造工程を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るＵ相のコイル仮装着工程を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るＵ相のコイル挿入工程を終えたコイルの状態を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る３相全てのコイル挿入工程を終えたティース部とコイルを示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る鉄心組立工程において組み立て中の固定子の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る鉄心組立工程において組み立て中の固定子の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る最終組立工程を示す図である。
実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１に係る回転電機および回転電機の製造方法について図を用いて説明する。本明細書中で、「周方向」、「径方向」、「軸方向」、「内」、「外」というときは、回転電機の固定子の「周方向」、「径方向」、「軸方向」及び、固定子の「内側」、「外側」、「外周」、「内周」等をいうものとする。
　図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機１００の片側断面正面模式図である。
図２は、回転電機１００（固定子４０、回転子３０のみ）の斜視図である。
回転電機１００は、有底円筒状のフレーム１１およびフレーム１１の開口部を塞口する端板１２からなるハウジング１と、フレーム１１の円筒部に内嵌状態に固着された固定子４０、フレーム１１の底部および端板１２にベアリング２を介して回転可能に支持され、固定子４０の内周側に配設された回転子３０とを備えている。
　回転子３０は、回転軸３１に固着された回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２の外周面側に周方向に所定のピッチで埋設され、磁極を構成する永久磁石３３とを備えた永久磁石型回転子である。
　なお、回転子３０は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。
　次に、固定子４０の構成について図を用いて説明する。
図３は、固定子４０の斜視図である。
図４は、固定子４０の内側鉄心４１ａの斜視図である。
図５は、固定子４０の外側鉄心４１ｂの斜視図である。
　固定子４０は、各図に示すように、固定子鉄心４１と、固定子鉄心４１に装着されたコイル２０と、コイル２０と固定子鉄心４１を電気的に絶縁するスロットセル４２ａとを備えている。ここで、説明の便宜上、回転子３０の極数を４極、固定子鉄心４１のスロット４６の数を２４個、コイル２０を３相巻線とする。すなわち、スロット４６は、毎極毎相当たり２個の割合で固定子鉄心４１に形成されている。
　固定子鉄心４１は、内側鉄心４１ａと、外側鉄心４１ｂとで構成されている。図４に示すように、内側鉄心４１ａは、磁極を構成する複数のティース部４３が、内周側の先端部を薄肉部４４で接続されて円環状に配置されている。そして、隣り合うティース部４３の間には、区切られたスロット４６を形成する。図５に示す外側鉄心４１ｂは、内側鉄心４１ａの各ティース部４３を磁気的に接続するバックヨーク部である。内側鉄心４１ａを外側鉄心４１ｂの内側に勘合することにより、内側鉄心４１ａの外周面４５ａと外側鉄心４１ｂの内周面４５ｂとが磁気的に接続される。
　図６は、固定子４０に使用するコイル２０の斜視図である。
図７は、コイル２０の正面図である。
図８は、コイル２０の平面図である。
コイル２０は、図６から図８に示すように、後に固定子鉄心４１のスロット４６内に挿入される第１スロット収納部２０ａ、第２スロット収納部２０ｂ（以下、単にスロット収納部２０ａ、２０ｂという）と、スロット収納部２０ａおよびスロット収納部２０ｂの端部同士を接続し、複数のティース部４３を跨ぐ開口側の渡り部２０ｃ、および閉口側の渡り部２０ｄを有する。なお、「開口側」とはフレーム１１が開口する側を言い、「閉口側」とは、その反対側を言う。
　コイル２０は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆され、接続部のない連続した銅やアルミニウムなどからなる導体線を複数回巻回して製造される。渡り部２０ｃ、２０ｄは、コイルエンド部において他相を形成するコイル２０との干渉を避けるため、それらの径方向の厚みをスロット収納部２０ａ、２０ｂの径方向の厚みよりも薄くしている。また、図８に示すように、閉口側の渡り部２０ｄは開口側の渡り部２０ｃよりも径方向内側にあり、コイル２０がスロット４６内に挿入された際には、内側鉄心４１ａの薄肉部４４よりも内側に位置する。
　次に回転電機１００の製造方法について説明する。
図９は、回転電機１００の製造工程を示すフローチャートである。
回転電機１００は、図に示すように、巻線工程ＳＴ１００、コイル成形工程ＳＴ１１０、コイル仮装着工程ＳＴ１２０、コイル挿入工程ＳＴ１３０、鉄心組立工程ＳＴ１４０、最終組立工程ＳＴ１５０を経て完成する。
　まず、巻線工程ＳＴ１００について説明する。
図１０（ａ）は、巻線工程ＳＴ１００で使用する巻枠６０の分解斜視図である。
図１０（ｂ）は、巻線工程ＳＴ１００で使用する巻枠６０の組み立て後の斜視図である。
図１１は、巻線工程ＳＴ１００を示す図である。
図１２は、巻線工程ＳＴ１００を終え、巻枠６０から取り出した中空の平板状の中間コイル２１の正面図である。
図１３は、図１２に示すＡ－Ａ線における断面矢視図である。
中間コイル２１は、コイル２０のスロット収納部２０ａ、２０ｂや渡り部２０ｃ、２０ｄの形状が成形される前のコイルである。巻枠６０は、中間コイル２１が外周に巻回される巻芯６１と、巻芯６１の両側面側から挟み込む側板６２ａ、６２ｂとからなり、これらは、巻線後の中間コイル２１を取り出せるように分解可能である。
　コイル２０の渡り部２０ｃ、２０ｄはスロット収納部２０ａ、２０ｂ部に比べて径方向に薄く形成する必要があるため、側板６２ａの内面６２ａ１には、巻線幅を規制する突起部６２ａｔを設けている。図１０では隠れて見えないが、側板６２ｂの下方半分についても、側板６２ａと同形状である。図１１に示すように側板６２ｂの上部中央に設けた導入部６２ｂ３から導体線７を巻枠６０内に入れ、図１１示す矢印方向に導体線７を巻回して中間コイル２１の巻線を行う。図１３に示すように、巻枠６０を用いることにより、中間コイル２１を構成する導体線７を整列して巻回することができる。
　次に、コイル成形工程ＳＴ１１０について図１２から図１６を用いて説明する。
図１４は、ツイスト中間コイル２２の正面図である。
まず、図１２に示す中間コイル２１のスロット収納部２１ａ、２１ｂを、図１２の矢印方向にツイストし、図１４に示すツイスト中間コイル２２を得る。
図１５は、渡り部成形金型８０にツイスト中間コイル２２を装着した状態を示す斜視図である。
図１６（ａ）は、渡り部成形金型８０にツイスト中間コイル２２を装着した状態の正面図である。
図１６（ｂ）は、渡り部成形金型８０によりツイスト中間コイル２２の渡り部２２ｃを成形した状態の正面図である。
　渡り部成形金型８０は、凸形金型８０ａと凹形金型８０ｂとで構成されている。凸形金型８０ａと凹形金型８０ｂによりツイスト中間コイル２２の渡り部２２ｃ、２２ｄを、曲率中心が固定子４０の軸心上にある円弧状になるように成形してコイル２０を得る。図示しないが、渡り部２２ｃ用と渡り部２２ｄ用の渡り部成形金型を変更することにより、図８に示すように、完成したコイル２０の渡り部２０ｄが、渡り部２０ｃに比べて径方向内側に存在するようにツイスト中間コイル２２を成形する。
　次に、コイル仮装着工程ＳＴ１２０とコイル挿入工程ＳＴ１３０について図１７から図３１を用いて説明する。
図１７、図１８は、コイル仮装着工程ＳＴ１２０における内側鉄心４１ａとコイル２０Ｕの斜視図である。
図１９は、Ｕ相のコイル挿入工程ＳＴ１３０を終了した内側鉄心４１ａとＵ相のコイル２０Ｕの状態を示す斜視図である。
　コイル仮装着工程ＳＴ１２０では、内側鉄心４１ａのスロット４６の内壁面に沿って、各ティース部４３とコイル２０（コイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ）を絶縁するスロットセル４２ａを装着し、まずＵ相を形成するコイル２０Ｕを、図１７に示すように、開口側の渡り部２０Ｕｃ側から各スロット４６内に斜めに挿入し、図１８の状態になるように内側鉄心４１ａに仮装着する。
　次に、図１９に示すように、コイル挿入工程ＳＴ１３０にて開口側の渡り部２０Ｕｃを縮径するように閉じ、各コイル２０Ｕのスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂをスロット４６内に完全に挿入する。
　図２０（ａ）、図２０（ｂ）は、回転板治具７１を用いたコイル２０Ｕの挿入方法を示す図である。
図２０（ａ）は、コイル仮装着工程ＳＴ１２０を終えたコイル２０Ｕの状態を示し、図２０（ｂ）は、コイル挿入工程ＳＴ１３０を終えたコイル２０Ｕの状態を示している。それぞれの図は、内側鉄心４１ａの軸心を中心とする断面模式図である。回転板治具７１は、スロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂの閉口側の端部の径方向外側に回転中心７１ａを有する。コイル挿入工程ＳＴ１３０において、回転板治具７１の押圧部７１ｂは、スロット４６内に斜めに仮装着されたコイル２０Ｕのスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂが、次第に軸方向に平行になるように、回転中心７１ａを中心として回転しながら外周側からスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂをスロット４６内に押し込む。
　図２１（ａ）、図２１（ｂ）は、回転板治具７１とは別のローラ治具７２を用いたコイル２０Ｕの挿入方法を示す図である。
図２１（ａ）は、コイル仮装着工程ＳＴ１２０を終えたコイル２０Ｕの状態を示し、図２１（ｂ）は、コイル挿入工程ＳＴ１３０を終えたコイル２０Ｕの状態を示している。それぞれの図は、内側鉄心４１ａの軸心を中心とする断面模式図である。
図２１に示すように、コイル挿入工程ＳＴ１３０において、スロット４６内に仮装着されたコイル２０Ｕのスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂを、ローラ治具７２のローラ７２ｂを用いて、閉口側の端部から開口側の端部に向けて押し込んでも良い。
　図２２（ａ）、図２２（ｂ）は、回転板治具７１、ローラ治具７２とは別のスライド治具７３を用いたコイル２０Ｕの挿入方法を示す図である。
図２２（ａ）は、コイル仮装着工程ＳＴ１２０を終えたコイル２０Ｕの状態を示し、図２２（ｂ）は、コイル挿入工程ＳＴ１３０を終えたコイル２０Ｕの状態を示している。それぞれの図は、内側鉄心４１ａの軸心を中心とする断面模式図である。
スライド治具７３は、その内径が内側鉄心４１ａの外径と概略等しい円筒である。スライド治具７３の内側に、コイル仮装着工程ＳＴ１２０を終えた内側鉄心４１ａを閉口側端部側からスライドさせながら完全に挿入する。スライド治具７３の内周面上縁には、内側鉄心４１ａの挿入を容易にするための面取部７３ａを設けている。
　図２３は、コイル挿入工程ＳＴ１３０の前後におけるコイル２０Ｕのスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂの縮径状態を示す図である。
図２４は、コイル挿入工程ＳＴ１３０の前後における開口側の渡り部２０Ｕｃの競り上がり状態を示す図である。渡り部２０Ｕｃは、固定子の軸心から見た形状が略矩形状である。いずれかの治具を用いてコイル２０Ｕのスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂをスロット４６内に完全に収納すると、図２３に示すように２つのスロット収納部２０ａ、２０ｂの位置が矢印Ｂ１、Ｂ２に示す内周側に移動し、スロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂの内周側端部２０Ｕａｉ、２０Ｕｂｉを結ぶ軸心Ｏを中心とする円弧の長さは、Ｒ１からＲ２へと縮径して小さくなる。ここで、円弧の長さＲ１は、固定子４０の軸心Ｏを中心とし、コイル２０Ｕが挿入される２つのスロット４６の中心を通る直線間の、半径をティース部４３の最も外側の位置とした円弧の長さでもある。また、Ｒ２は、固定子４０の軸心Ｏを中心とし、コイル２０Ｕが挿入される２つのスロット４６の中心を通る直線間の、半径をティース部４３の最も内側の位置とした円弧の長さでもある。なお、図２４及び以下で説明する図２５においても、Ｒ１、Ｒ２は円弧の長さを示すものである。
　コイル２０Ｕのスロット収納部２０Ｕａ、２０Ｕｂをスロット４６内に完全に挿入すると、これと同時に、図２４に示すように、開口側の渡り部２０Ｕｃが競り上がり、内側鉄心４１ａの軸方向の端面４１Ｔと渡り部２０Ｕｃとの間に隙間Ｓを形成できる。この隙間Ｓは、他のコイルの渡り部との干渉を避けるための空間を確保し、かつ冷媒の流路となり、回転電機１００の冷却性向上に寄与する。
　この時の隙間Ｓの高さＴの寸法は、（Ｒ１－Ｒ２）／２である。この隙間Ｓの発生により、スムーズにコイル挿入工程ＳＴ１３０を実施することが可能となる。ところで、実際にコイル２０Ｕを内側鉄心４１ａの周囲に配置するためには、図２３のＲ１の位置よりも若干外側に配置することになるので、Ｔ≧（Ｒ１－Ｒ２）／２となる。ただし、Ｔの値をあまり大きくし過ぎるとコイル２０Ｕの周長が伸び、抵抗値の増加やモータ全体の大型化につながるため、５％程度の範囲までとし、Ｔ＜（（Ｒ１－Ｒ２）／２）×１．０５となることが望ましい。
　図２５は、渡り部２０Ｕｃに頂部２０Ｕｃｔを有するようなコイル２０Ｕを使用する場合のＲ１、Ｒ２、Ｔの関係を示す図である。渡り部２０Ｕｃは、固定子の軸心から見た形状が略三角形状である。渡り部２０Ｕｃの周方向の中央部分が軸方向に突出するようなコイル２０Ｕの場合は、Ｔを、擬似的な二等辺三角形の「高さ」とし、その二等辺三角形の半分の直角三角形からＴを三平方の定理で求めることができる。すなわち、Ｒ１の１／２の渡り部２０Ｕｃがそのまま競り上がり斜辺となり、底辺はＲ２の１／２となり、高さがＴなので、Ｔ２＝（Ｒ１／２）２－（Ｒ２／２）２より、Ｔ＝√（Ｒ１２－Ｒ２２）／２となる。そして上述の余裕分を考慮すると、Ｔ≧√（Ｒ１２－Ｒ２２）／２、かつ、Ｔ＜（√（Ｒ１２－Ｒ２２）／２）×１．０５となる。このようなコイルであってもスムーズにコイル挿入工程ＳＴ１３０を行うことができる。
　図２６、図２７は、Ｖ相のコイル仮装着工程ＳＴ１２０を示す図である。
図２８は、Ｖ相のコイル挿入工程ＳＴ１３０を終了した状態を示す図である。
次に、図２６～図２８に示すように、上述したコイル２０Ｕと同様に、コイル２０Ｕを装着した内側鉄心４１ａにＶ相を構成する全てのコイル２０Ｖを装着する。
　図２９、図３０は、Ｗ相のコイル仮装着工程ＳＴ１２０を示す図である。
図３１は、Ｗ相のコイル挿入工程ＳＴ１３０を終了した状態を示す図である。
次に、図２９～図３１に示すように、上述したコイル２０Ｕ、２０Ｖと同様に、コイル２０Ｖを装着した内側鉄心４１ａにＷ相を構成する全てのコイル２０Ｗを装着する。このように、この一連の動作を繰り返して行うことによりコイル仮装着工程ＳＴ１２０、コイル挿入工程ＳＴ１３０を完了する。渡り部２０Ｕｃ、２０Ｖｃ、２０Ｗｃが開口側のコイルエンド部Ｋｃを構成し、渡り部２０Ｕｄ、２０Ｖｄ、２０Ｗｄが、閉口側のコイルエンド部Ｋｄを構成する。
　図３２は、３相分のコイル２０（２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ）を全て装着した内側鉄心４１ａを外側鉄心４１ｂに嵌合する直前の状態を示す斜視図である。
図３３は、完成した固定子４０の斜視図である。
図３４は、回転子３０を固定子４０に挿入する最終組立工程を示す図である。
全てのコイル２０を内側鉄心４１ａに完全に装着したら、外側鉄心４１ｂと各コイル２０間を絶縁するスロットセル４２ｂをコイル２０のスロット収納部２０ａ、２０ｂの外周面側に装着し、外側鉄心４１ｂを閉口側の渡り部２０ｄ側から内側鉄心４１ａ内に組み付け、鉄心組立工程ＳＴ１４０を完了し固定子４０を得る。
　最後に、回転子３０を開口側の渡り部２０ｃが形成されているコイルエンド部側から固定子４０内に挿入し、ここでは図１に示すようなハウジング１内にこれらを収納して最終組立工程ＳＴ１５０を完了し、回転電機１００を得ることができる。
　図３５は、スロット形状のバリエーションを示す図であり、それぞれ内側鉄心の要部平面図である。
これまでの説明では、図３５（ａ）のようにスロット４６は、その軸方向に垂直な断面が最内周部を除き長方形の形状をしているが、図３５（ｂ）のように、スロット４６ｂ奥部の周方向幅の寸法ｗ１と、ティース部４３ｂの外周側端部４３ｂｘ間のスロット開口部の幅の寸法ｗ２の関係が、ｗ２＞ｗ１である外側に広がるテーパ形状であったり、図３５（ｃ）のようにテーパ形状の勾配が変わる変化点４６ｃ１を有するような形状でもよい。なお、スロット４６、４６ｂ、４６ｃ奥部の周方向幅の寸法ｗ１と、ティース部４３、４３ｂ、４３ｃの外周側端部４３ｘ、４３ｂｘ、４３ｃｘ間のスロット開口部の幅の寸法ｗ２の関係が、ｗ２≧ｗ１であると、整列したコイル２０をスムーズにスロット４６内に挿入することができ、固定子４０の組立性が良くなる。なお、上記実施の形態では、各コイルの軸方向の両端の渡り部の内、少なくとも一方の渡り部を固定子の内周面よりも外側に配置する例を示したが、これに限定されるものではなく、いずれの渡り部も固定子の内周面よりも外側に配置するようにしても良い。
　この発明の実施の形態１に係る回転電機および回転電機の製造方法によれば、コイルの渡り部と固定子鉄心の軸方向の端面の間に隙間を設けることができるので、各相を構成するコイルが他の相を構成するコイルと干渉することを抑制しつつ、空気や冷却油などの冷媒を通す流路を確保し、コイルの冷却効率を向上させ、小型で高出力、高効率な回転電機および回転電機の製造方法を提供できる。
　また、内側鉄心（ティース部）と外側鉄心（バックヨーク部）に固定子鉄心を分割し、各ティース部先端が薄肉部により周方向に接続されているので、整列したコイルをスロット内に挿入することができ、コイルの占積率の向上が可能となる。また、各相を構成するコイルのコイルエンド部を固定子の軸心を中心とする同心状に重ねて配置することにより、一方向（外側）からの固定子の組立を可能とすることができる。
　さらに、各コイルの軸方向の両端の渡り部の内、少なくとも一方の渡り部を固定子の内周面よりも外側に配置することで、回転子をコイル装着後の固定子に挿入することができるため、回転電機の生産性が向上する。
実施の形態２．
　以下、本発明の実施の形態２に係る回転電機および回転電機の製造方法を実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図３６は、実施の形態２に係る固定子２４０の斜視図である。
固定子２４０は、図に示すように、固定子鉄心２４１と、固定子鉄心２４１に装着されたコイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗとを備えている。
　図３７は、固定子鉄心２４１のティース部２４３の斜視図である。
図３８は、固定子鉄心２４１の外側鉄心２４１ｂの斜視図である。
固定子鉄心２４１は、図３７に示す磁極を構成するティース部２４３と、図３８に示す円環状のバックヨーク部である外側鉄心２４１ｂからなる。ティース部２４３の先端には周方向両側に突出する鍔部２４３ａを備える。
　ティース部２４３の周方向の両面の根元部分の所定の範囲に設けられた嵌合部２４３ｂ、２４３ｃが、外側鉄心２４１ｂの内周面に軸方向に等間隔に設けられた溝５の壁面５ｂ、５ｃに嵌合する。
　本実施の形態に係る回転電機の製造方法を図３９から図４５を用いて説明する。なお、巻線工程ＳＴ１００、コイル成形工程ＳＴ１１０については実施の形態１と同様であるため省略する。
図３９は、本実施の形態における、回転電機の製造工程を示すフローチャートである。
図４０は、コイル仮装着工程ＳＴ１２０を示す図である。ティース保持具９で固定したティース部２４３間のスロット２４６内にコイル２０Ｕを仮装着した状態を示している。
図４１は、コイル挿入工程ＳＴ１３０を終えたコイル２０Ｕの状態を示す図である。
図４０、図４１は、ティース保持具９の軸心を中心とする断面模式図である。
本実施の形態に係るティース部２４３は、全てバラバラであり、実施の形態１のティース部４３のように内周側先端が薄肉部で接続されていない。しかし、全てのティース部全体が実施の形態１の内側鉄心に相当する。
　したがって、予め全てのティース部２４３を放射状に並べておいて、図４０に示すようにティース保持具９で固定するティース固定工程ＳＴ１１５が、コイル仮装着工程ＳＴ１２０の前に必要となる。そして固定した隣り合うティース部２４３の間に構成されるスロット２４６内に実施の形態１と同様にＵ相のコイル２０Ｕをコイル仮装着工程ＳＴ１２０で仮装着する。次いで、実施の形態１と同様に、図４１に示すコイル挿入工程ＳＴ１３０を行う。
　図４２は、３相全てのコイル挿入工程を終えたティース部２４３とコイル２０を示す断面図である。渡り部２０Ｕｃ、２０Ｖｃ、２０Ｗｃが開口側のコイルエンド部Ｋｃを構成し、渡り部２０Ｕｄ、２０Ｖｄ、２０Ｗｄが、閉口側のコイルエンド部Ｋｄを構成する。
図４３、図４４は、鉄心組立工程ＳＴ１４０において、組み立て中の固定子２４０の断面図である。
図４２に示すように全てのコイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗを挿入し終わったら、図４３、図４４に示すように全てのティース部２４３の嵌合部２４３ｂ、２４３ｃを外側鉄心２４１ｂの溝５内に嵌合して固定子２４０を得る。外側鉄心２４１ｂと全てのティース部２４３を嵌合して固定した後、ティース保持具９を取り外す。
　図４５は、回転子３０を固定子２４０に挿入する最終組立工程を示す図である。
最後に回転子３０を開口側の渡り部２０ｃが形成されているコイルエンド部Ｋｃ側から固定子２４０内に挿入し、ここでは図示しないハウジング内にこれらを収納して最終組立工程ＳＴ１５０を完了し、回転電機を得ることができる。
　この発明の実施の形態２に係る回転電機および回転電機の製造方法によれば、実施の形態１と同様の効果がある。また、ティース部２４３の内周側端部を薄肉部で接続せず、周方向両側に突出する鍔部２４３ａを構成し、磁気的な繋がりを分断する構成とすることで、固定子２４０の漏れ磁束を低減でき、回転電機のトルクを向上させることができる。また、隣り合う鍔部２４３ａ間の狭い開口幅にコイル２０を通す必要がないため、鍔部間の開口幅に対する制約が減り、固定子の設計自由度が向上する。これにより、コイルの占積率が高く、トルクリップルが少ない回転電機を提供することができる。
　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。

Claims (12)

  1. 円環状のバックヨーク部としての外側鉄心及び複数のティース部としての内側鉄心とからなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心の複数の前記ティース部を跨いで、２つの隣り合う前記ティース部の間に形成される２つのスロット内に収納される絶縁被覆された複数のコイルとを有する固定子と、
    前記固定子鉄心の内側に回転可能に支持される回転子とを備えた回転電機において、
    前記固定子の軸方向両端のコイルエンド部を構成する前記コイルの渡り部は、前記固定子の軸心を中心とする同心状に構成され、
    前記コイルの軸方向両端の前記渡り部の内、少なくとも一方の前記渡り部は、前記固定子の内周面よりも外側に配置され、
    前記固定子鉄心の軸方向の端面と前記渡り部の間には、隙間が存在する回転電機。
  2. 前記渡り部を前記固定子の軸心側から見た形状は略矩形であり、前記隙間の前記渡り部の前記固定子鉄心側の下面から前記固定子鉄心の軸方向の端面までの距離をＴ、
    前記固定子の前記軸心を中心とし、前記コイルが挿入される２つの前記スロットの中心を通る直線間の、半径を前記ティース部の最も外側の位置とした円弧の長さをＲ１、
    前記固定子の前記軸心を中心とし、前記コイルが挿入される２つの前記スロットの前記中心を通る前記直線間の、半径を前記ティース部の最も内側の位置とした円弧の長さをＲ２とするとき、
    Ｔ≧（Ｒ１－Ｒ２）／２
    である請求項１に記載の回転電機。
  3. 前記渡り部を前記固定子の軸心側から見た形状は略三角形状であり、前記隙間の前記渡り部の前記固定子鉄心側の下面から前記固定子鉄心の軸方向の端面までの距離をＴ、
    前記固定子の軸心を中心とし、前記コイルが挿入される２つの前記スロットの中心を通る直線間の、半径を前記ティース部の最も外側の位置とした円弧の長さをＲ１、
    前記固定子の前記軸心を中心とし、前記コイルが挿入される２つの前記スロットの前記中心を通る前記直線間の、半径を前記ティース部の最も内側の位置とした円弧の長さをＲ２とするとき、
    Ｔ≧√（Ｒ１２－Ｒ２２）／２
    である請求項１に記載の回転電機。
  4. 前記コイルは、前記固定子を収納するフレームが開口する側に存在する開口側の前記渡り部と前記フレームが閉口する側に存在する閉口側の渡り部を有し、前記閉口側の前記渡り部は、前記開口側の前記渡り部より内側に形成されている請求項３に記載の回転電機。
  5. 前記内側鉄心の各前記ティース部の先端部は、薄肉部により接続されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 前記各ティース部は独立しており、
    前記内側鉄心の各前記ティース部の先端部は、周方向に突出する鍔部を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
  7. 前記スロット内の周方向の幅の寸法をｗ１、
    前記ティース部の外周側端部間のスロット開口幅の寸法をｗ２とするとき、
    ｗ２≧ｗ１である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
  8. 円環状のバックヨーク部としての外側鉄心及び複数のティース部としての内側鉄心とからなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心の複数の前記ティース部を跨いで、隣り合う２つの前記ティース部の間に形成される２つのスロット内に収納される絶縁被覆された複数のコイルとを有する固定子と、
    前記固定子鉄心の内側に回転可能に支持される回転子とを備えた回転電機の製造方法において、
    巻き枠を用いて、絶縁被覆された導体線を固定子鉄心のスロット内に収納される２つのスロット収納部と前記スロット収納部の両端部が接続された２つの渡り部を有する中間コイルを連続して平板状に構成する巻線工程と、
    前記中間コイルの２つの前記スロット収納部をツイストし、前記渡り部を円弧状に成形するコイル成形工程と前記コイル成形工程を終了した前記コイルを、２つの前記スロットに斜めに仮装着するコイル仮装着工程と、
    前記コイル仮装着工程を終えた前記コイルの前記スロット収納部を、外側から径方向内側に押圧して前記スロット内に挿入するコイル挿入工程と、
    前記コイルを装着した前記内側鉄心を、前記外側鉄心に挿入する鉄心組立工程と、
    前記回転子を前記固定子内に挿入し、前記固定子と前記回転子をフレーム内に収納する最終組立工程を有する回転電機の製造方法。
  9. 複数の独立した前記ティース部を、放射状に固定するティース固定工程を前記コイル仮装着工程の前に有する請求項８に記載の回転電機の製造方法。
  10. 前記コイル挿入工程は、斜めに前記スロット内に仮装着した前記コイルの前記スロット収納部の外周面全体を、一点を中心に回転する回転板治具で押圧して挿入する請求項８又は請求項９に記載の回転電機の製造方法。
  11. 前記コイル挿入工程は、斜めに前記スロット内に仮装着した前記コイルの前記スロット収納部の外周面を、軸方向の一端側から他端側に向かってローラ治具で押圧して挿入する請求項８又は請求項９に記載の回転電機の製造方法。
  12. 前記コイル挿入工程は、斜めに前記スロット内に仮装着した前記コイルの前記スロット収納部を、前記内側鉄心ごと円筒状のスライド治具に挿入して前記スロット内に挿入する請求項８又は請求項９に記載の回転電機の製造方法。
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