WO2016063976A1 - 回転機及び回転機の製造方法 - Google Patents

回転機及び回転機の製造方法 Download PDF

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成文 遠嶋
武弘 軸丸
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株式会社Ihi
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    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • This disclosure relates to a rotating machine and a method for manufacturing the rotating machine.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-217020 filed in Japan on October 24, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a rotating machine such as a motor may employ a salient pole whose peripheral surface is tapered so as to narrow toward the tip.
  • the salient poles having such a shape, magnetic saturation can be suppressed, and reduction in motor efficiency can be suppressed even at high output.
  • a coil is formed by winding a rectangular conductor having a rectangular cross section formed from an element wire in an edgewise manner and spirally winding the rectangular conductor. It is disclosed that when it is wound, it is preliminarily molded into a stepped shape so that the length of the long side and the short side of the rectangular cross section differ for each turn. With such a shape, the space factor of the first coil and the second coil with respect to the slot can be increased.
  • Patent Documents 3 to 4 also disclose background art.
  • a single stator is provided with a plurality of coils. Usually, these coils have the same shape. When a coil is used so as to maximize the space factor, such a coil having the same shape is generally provided so as to abut on an adjacent coil.
  • the present disclosure has been made in view of the above-described problems, and in a rotating machine including a stator having salient poles protruding radially inward, the space factor of the coil is improved to improve performance. With the goal.
  • an annular yoke portion, a plurality of salient poles projecting radially inward and arranged in the circumferential direction, and a coil provided on the salient poles are provided.
  • the rotating machine includes a ring-shaped stator having a tapered surface in which the peripheral surface of the salient pole is narrowed toward the tip of the salient pole.
  • the coil includes a first coil having an inner peripheral surface inclined along the tapered surface of the salient pole and an outer peripheral surface inclined toward the radially inner side of the stator, and a salient pole adjacent to the salient pole on which the first coil is provided.
  • a second coil having an inner peripheral surface inclined along the tapered surface of the salient pole and an outer peripheral surface inclined toward the radially outer side of the stator.
  • a second aspect of the present disclosure includes an annular stator having an annular yoke portion, a plurality of salient poles protruding radially inward and arranged in the circumferential direction, and a coil provided on the salient poles.
  • the rotating machine has a taper surface in which the peripheral surface of the pole is constricted toward the tip of the salient pole, and the coil is inclined toward the inner peripheral surface and the radially inner side of the stator along the taper surface of the salient pole.
  • the first coil having the outer peripheral surface and the salient pole adjacent to the salient pole on which the first coil is provided, toward the inner peripheral surface inclined along the tapered surface of the salient pole and the radially outer side of the stator
  • a second coil having an inclined outer peripheral surface.
  • the method of manufacturing the rotating machine includes a winding process for forming the first coil and the second coil by winding the winding a plurality of times, and compression molding the coil formed in the winding process.
  • the coil includes a first coil having an inner peripheral surface inclined along the tapered surface of the salient pole and an outer peripheral surface inclined toward the radially inner side of the stator, and a tapered surface of the salient pole. And a second coil having an outer peripheral surface inclined toward the radially outer side of the stator. Further, the first coil and the second coil are alternately provided on the plurality of salient poles in the circumferential direction of the stator. According to such a rotating machine, when the first coil is first attached to the salient pole, the outer peripheral surface of the first coil is inclined toward the radially outer side of the stator. The end part close to the inside of is arranged close to the salient pole.
  • similar to the inner side of the stator in the outer peripheral surface of a 1st coil obstructs the attachment of a 2nd coil.
  • the second coil has an outer peripheral surface that is inclined so as to face the outer side in the radial direction of the stator, the end portion of the outer peripheral surface close to the inner side of the stator protrudes away from the salient pole. Thereby, since the outer peripheral surface of the second coil can be brought close to or in contact with the outer peripheral surface of the first coil, the space factor of the coil can be improved.
  • the present disclosure by providing two coils having different shapes alternately on the salient poles, it is possible to attach all the coils to the salient poles, and to improve the coil space factor. ing. According to the present disclosure as described above, in a rotating machine including a stator having salient poles protruding radially inward, it is possible to improve performance by improving the coil space factor.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a switched reluctance motor according to an embodiment of the present disclosure. It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the switched reluctance motor which concerns on one Embodiment of this indication. It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the switched reluctance motor which concerns on one Embodiment of this indication.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a switched reluctance motor 1 of the present embodiment.
  • the switched reluctance motor 1 of this embodiment includes a rotor 2 and a stator 3.
  • the switched reluctance motor 1 of the present embodiment includes necessary components such as a casing, a shaft, and a control circuit.
  • the rotor 2 has an annular shape centered on the rotor shaft L, and is supported so as to be rotatable about the rotor shaft L by a bearing or the like (not shown).
  • the rotor 2 includes an annular yoke portion 2 a and salient poles 2 b that protrude from the yoke portion 2 a toward the outside of the rotor 2.
  • the yoke portion 2a and the salient pole 2b are formed by fastening a plurality of electromagnetic steel plates stacked in the direction along the rotor axis L by any one of press fitting, shrink fitting, or bolts (not shown). ing.
  • the salient poles 2 b protrude from the outer peripheral surface of the yoke portion 2 a toward the stator 3, and a plurality of salient poles 2 b are provided at equal intervals in the circumferential direction of the rotor 2. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, six salient poles 2b are provided at intervals of 60 °.
  • the stator 3 is disposed outside the rotor 2 and has an annular shape centered on the rotor axis L so as to surround the rotor 2 from the radially outer side.
  • a stator 3 includes an annular yoke portion 3 a and salient poles 3 b protruding from the yoke portion 3 a toward the inside of the stator 3.
  • the yoke portion 3a and the salient pole 3b are integrally formed of a magnetic material.
  • the stator 3 includes a first coil 3c and a second coil 3d that are wound around the salient pole 3b.
  • the salient pole 3b protrudes from the inner peripheral surface of the yoke portion 3a toward the rotor 2 and has a peripheral surface that narrows toward the tip. That is, the salient pole 3b has a tapered surface 3b1 that narrows toward the tip.
  • a plurality of salient poles 3 b are provided at equal intervals in the circumferential direction of the stator 3. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, eight salient poles 3b are provided at 45 ° intervals.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the stator 3.
  • the first coil 3c includes an inner peripheral surface 3c1 inclined along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b, and an outer peripheral surface 3c2 inclined toward the radially outer side of the stator 3.
  • the 1st coil 3c is comprised by the coil
  • the windings constituting the first coil 3c are arranged so that the windings for each turn are in close contact with each other along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b, and the inner circumference of the yoke portion 3a where the salient pole 3b is not formed.
  • the windings are aligned and wound so that the windings of each turn are in close contact with each other along the surface.
  • first coil 3c is formed by further compressing the one that has been formed into a shape close to the first coil 3c by winding the winding, "each turn along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b"
  • the phrase “so that the windings of each other are in close contact with each other” also includes that the windings of each turn are in close contact with each other with a slight deviation from the direction along the tapered surface 3b1, and “the yoke portion 3a in which the salient poles 3b are not formed”.
  • the windings for each turn along the inner peripheral surface of each other are in close contact with each other means that the windings for each turn are slightly deviated from the direction along the inner peripheral surface of the yoke portion 3a where the salient poles 3b are not formed. Including close contact with each other.
  • the inner peripheral surface 3c1 and the outer peripheral surface 3c2 mean the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the molded body obtained by finally forming the winding into the shape of the first coil 3c.
  • Such an inner peripheral surface 3c1 and outer peripheral surface 3c2 are defined in advance at the design stage, and are formed according to the design.
  • the first coil 3c has such an inner diameter that the inner peripheral surface 3c1 is in contact with the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b.
  • the inner peripheral surface 3c1 is inclined along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b. For this reason, as shown in FIG. 2, the inner peripheral surface 3c1 of the first coil 3c is in surface contact with the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b.
  • the first coil 3c is inclined so that the outer peripheral surface 3c2 faces the outer side in the radial direction of the stator 3 when the radial direction of the stator 3 passing through the outer peripheral surface 3c2 is used as a reference. Therefore, the end portion of the outer peripheral surface 3c2 close to the inner side of the stator 3 (the upper end portion of the first coil 3c in FIG. 2) is formed when the outer peripheral surface is formed along the radial direction of the stator 3 or the salient pole 3b. Compared with the case where it forms in parallel with the central axis, it arrange
  • the second coil 3d is provided on the salient pole 3b adjacent to the salient pole 3b on which the first coil 3c is provided, and the inner peripheral surface 3d1 and the diameter of the stator 3 are inclined along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b.
  • the outer peripheral surface 3d2 is inclined toward the inner side in the direction.
  • the second coil 3d is also composed of a winding (element wire) wound densely over a plurality of times. The windings constituting the second coil 3d are arranged so that the windings for each turn are in close contact with each other along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b, and the inner circumference of the yoke portion 3a where the salient pole 3b is not formed.
  • the windings are aligned and wound so that the windings of each turn are in close contact with each other along the surface.
  • the second coil 3d is molded by further compressing the one that has been formed into a shape close to the second coil 3d by winding a winding, "each turn along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b"
  • the phrase “so that the windings of each other are in close contact with each other” also includes that the windings of each turn are in close contact with each other with a slight deviation from the direction along the tapered surface 3b1, and “the yoke portion 3a in which the salient poles 3b are not formed”.
  • the windings for each turn along the inner peripheral surface of each other are in close contact with each other means that the windings for each turn are slightly deviated from the direction along the inner peripheral surface of the yoke portion 3a where the salient poles 3b are not formed. Including close contact with each other.
  • the inner peripheral surface 3d1 and the outer peripheral surface 3d2 mean the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the molded body obtained by finally forming the winding into the shape of the second coil 3d.
  • Such inner peripheral surface 3d1 and outer peripheral surface 3d2 are defined in advance at the design stage, and are formed in accordance with the design.
  • the second coil 3d has such an inner diameter that the inner peripheral surface 3d1 is in contact with the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b.
  • the inner peripheral surface 3c1 is inclined along the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b.
  • the inner peripheral surface 3d1 of the second coil 3d is in surface contact with the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b.
  • the second coil 3d is inclined such that the outer peripheral surface 3d2 faces the inner side in the radial direction of the stator 3 when the radial direction of the stator 3 passing through the outer peripheral surface 3d2 is used as a reference. Therefore, the end portion of the outer peripheral surface 3d2 close to the inside of the stator 3 (the end portion on the upper side of the second coil 3d in FIG. 2) is formed when the outer peripheral surface is formed along the radial direction of the stator 3 or the salient pole 3b. Compared with the case where it is formed in parallel with the central axis, it protrudes away from the salient pole 3b where the second coil 3d is provided.
  • the inclination angle formed by the reference line along the radial direction of the stator 3 and the outer peripheral surface 3c2 of the first coil 3c inclined so as to face the inside of the stator 3, and the diameter of the stator 3 The inclination angle formed by the direction (reference line) and the outer peripheral surface 3d2 of the second coil 3d inclined so as to face the outside of the stator 3 is set to be the same. Further, the outer diameter of the first coil 3c and the outer diameter of the second coil 3d are set such that the outer peripheral surface 3c2 and the outer peripheral surface 3d2 are in surface contact with each other. For this reason, the outer peripheral surface 3c2 of the first coil 3c and the outer peripheral surface 3d2 of the second coil 3d are in surface contact with each other in the entire radial direction of the stator 3 at a position where they contact each other. *
  • the diameter of the first coil 3c and the diameter of the second coil 3d are the cross-sectional area in the cross section (the cross section shown in FIG. 2) orthogonal to the winding direction of the winding of the first coil 3c, and the winding of the second coil 3d. It is set so that the cross-sectional area in the cross section (cross section shown in FIG. 2) orthogonal to the winding direction of the wire is the same. Moreover, when it is assumed that the inner and outer surfaces of the stator 3 in the first coil 3c and the second coil 3d are flat, the shapes of the cross sections of the first coil 3c and the second coil 3d are shown in FIG. So it is trapezoidal.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process of the switched reluctance motor 1 of the present embodiment.
  • the rotor 2 and the integrally molded body of the yoke portion 3a and the salient pole 3b of the stator 3 are already formed.
  • a winding process (step S1) is performed.
  • the first coil 3c and the second coil 3d are molded by winding the winding a plurality of times. Specifically, assuming the tapered surface 3b1 of the salient pole 3b, the inner peripheral surface of the yoke portion 3a where the salient pole 3b is not formed so that the windings for each turn are in close contact with each other along the tapered surface. Assume that the first coil 3c and the second coil 3d are molded by aligning the windings so that the windings of each turn are in close contact with each other along the inner peripheral surface thereof.
  • the winding step S1 the windings may be wound in a state where two or more windings are bundled (in parallel) instead of being wound with a single wire.
  • a press process step S2 is performed.
  • the first coil 3c and the second coil 3d molded in the winding step S1 are compression-molded by pressing using a mold. Thereby, the winding density of the first coil 3c and the second coil 3d is increased, and the first coil 3c and the second coil 3d are molded into a final shape and size.
  • step S3 an assembly process (step S3) is performed as shown in FIG.
  • the first coil 3 c and the second coil 3 d that have been compression-molded by the pressing step S ⁇ b> 2 are attached to the salient pole 3 b of the stator 3.
  • the first coil 3c is attached to every other plurality of salient poles 3b arranged in the circumferential direction of the stator 3, and then the second coil 3d is attached to the second coil 3d as shown in FIG.
  • One coil 3c is attached to a salient pole 3b that is not provided. Thereafter, the rotor 2 and the like are assembled.
  • the first coil 3 c and the second coil 3 d are alternately provided on the plurality of salient poles 3 b arranged in the circumferential direction of the stator 3.
  • the second coil 3d has an outer peripheral surface 3d2 that is inclined so as to face the outer side in the radial direction of the stator 3, the end portion of the outer peripheral surface 3d2 that is close to the inner side of the stator 3 extends from the salient pole 3b. It protrudes away. Thereby, the outer peripheral surface 3d2 of the second coil 3d can be brought into contact with the outer peripheral surface 3c2 of the first coil 3c, and the space factor of the coil can be improved.
  • the switched reluctance motor 1 of the present embodiment by providing two coils having different shapes alternately on the salient poles, it is possible to attach all the coils to the salient poles 2b, and the coils Has improved the space factor. According to the switched reluctance motor 1 of this embodiment, it is possible to improve the performance by improving the coil space factor.
  • the outer peripheral surface 3c2 of the first coil 3c and the outer peripheral surface 3d2 of the second coil 3d are contacted over the entire radial direction of the stator 3 at a position where they are in contact with each other. It is touched. For this reason, it becomes possible to maximize the coil space factor.
  • the shape of the first coil 3c and the second coil 3d in the above cross section is a trapezoid as shown in FIG.
  • the shape of the first coil 3c and the second coil 3d in the cross section can be a triangle.
  • the apex of the triangle is sharpened at an acute angle.
  • the 1st coil 3c and the 2nd coil 3d may become easy to collapse structurally.
  • the first coil 3c and the second coil 3d have a trapezoidal shape in the cross section, so that the first coil 3c and the second coil 3d are structurally resistant to collapse and have high strength. It will be a thing.
  • this indication is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
  • this indication is not limited to this.
  • the present disclosure can be applied to a PM motor.
  • the present disclosure can also be applied to other rotating machines such as a generator.
  • the space factor of the coil can be improved and the performance can be improved.

Abstract

　本開示の回転機は、円環状のヨーク部（３ａ）と、径方向内側に突出しかつ周方向に配列される複数の突極（３ｂ）と、前記突極（３ｂ）に設けられるコイル（３ｃ、３ｄ）とを有する環状のステータ（３）を備え、前記突極（３ｂ）の周面が前記突極（３ｂ）の先端に向けて窄むテーパ面（３ｂ１）であり、コイル（３ｃ、３ｄ）は、第１コイル（３ｃ）と、第２コイル（３ｄ）と、を備える。

Description

回転機及び回転機の製造方法
　本開示は、回転機及び回転機の製造方法に関するものである。本願は、２０１４年１０月２４日に日本に出願された特願２０１４－２１７０２０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、特許文献１に示すように、モータ等の回転機においては、先端に向けて窄むように周面がテーパ面とされた突極が採用される場合がある。このような形状の突極を用いることにより、磁気飽和を抑止し、高出力時であってもモータ効率が低下することを抑止することができる。また、特許文献２は、モータの固定子において、コイルは、素線から成型された矩形断面の平角導体をエッジワイズ曲げして螺旋状に巻回することにより形成されており、この平角導体は、巻回された際にターン毎に矩形断面の長辺と短辺の長さが異なるように予め段付き形状に成型されていることを開示している。このような形状により、スロットに対する第１のコイルと第２のコイルの占積率を高くすることができる。また、特許文献３～４にも、背景技術が開示されている。
国際公開第２０１２／１３７３０２号 日本国特開２００８－１６７５９３号 日本国特開平１１－０３２４５７号 日本国特開２０００－０４１３６５号 日本国特開平０９－３０８１４２号
　１つのステータには、複数のコイルが設けられる。通常、これらのコイルは、同一形状を有している。占積率を最大にするようにコイルを使用すると、一般的には、このような同一形状のコイルは、隣のコイルに当接するように設けられる。
　しかしながら、ステータの径方向内側に向けて突出しかつ周面がテーパ面である突極に、同一形状のコイルを設ける場合には、突極と突極との間に巻線の存在しないデッドスペースが生じる。より詳説すると、ステータの組立て時において、周方向に設けられた複数の突極に順次成型されたコイルを取り付けるときに、コイルはステータの径方向に向かう突極の中心軸に沿って突極に差し込まれる。このとき、先に取り付けられたコイルの外周面のステータ内側に近い端部に、後から取り付けられるコイルの外周面のステータ外側に近い端部が干渉することを防止するためには、コイルのステータ外側に近い端部の径を縮小する必要がある。この結果、隣り合うコイル同士の間にデッドスペースが生じる。
　本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、径方向内側に向けて突出する突極を有するステータを備える回転機において、コイルの占積率を向上させて性能の向上を図ることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の第１の態様は、円環状のヨーク部と、径方向内側に突出しかつ周方向に配列される複数の突極と、突極に設けられるコイルとを有する環状のステータを備え、突極の周面が突極の先端に向けて窄むテーパ面である回転機である。コイルは、突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及びステータの径方向内側に向けて傾斜する外周面を有する第１コイルと、第１コイルが設けられる突極に隣り合う突極に設けられ、突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及びステータの径方向外側に向けて傾斜された外周面を有する第２コイルと、を備える。
　本開示の第２の態様は、円環状のヨーク部と、径方向内側に突出しかつ周方向に配列される複数の突極と、突極に設けられるコイルとを有する環状のステータを備え、突極の周面が突極の先端に向けて窄むテーパ面である回転機であって、コイルは、突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及びステータの径方向内側に向けて傾斜された外周面を有する第１コイルと、第１コイルが設けられる突極に隣り合う突極に設けられ、突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及びステータの径方向外側に向けて傾斜された外周面を有する第２コイルと、を備える、回転機の製造方法である。この回転機の製造方法は、巻線を複数回に渡り巻回することにより、第１コイルと、第２コイルと、を成型する巻線工程と、巻線工程において成型されたコイルを圧縮成型するプレス工程と、プレス工程において圧縮成型された上記コイルを突極に取り付ける組立工程と、を有する。
　本開示の回転機によれば、コイルは、突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及びステータの径方向内側に向けて傾斜する外周面を有する第１コイルと、突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及びステータの径方向外側に向けて傾斜された外周面を有する第２コイルと、を備えている。また、第１コイルと第２コイルとが、ステータの周方向において、複数の突極に交互に設けられている。このような回転機によれば、先に第１コイルを突極に取り付けると、第１コイルの外周面がステータの径方向外側に向けて傾斜されているため、第１コイルの外周面のステータの内側に近い端部が突極に寄せて配置される。これにより、第１コイルの外周面におけるステータの内側に近い端部が第２コイルの取り付けの邪魔になることを防止することができる。さらに、第２コイルがステータの径方向外側に向くように傾斜されている外周面を有していることから、外周面のステータの内側に近い端部が突極から遠ざかるように張り出している。これにより、第２コイルの外周面を第１コイルの外周面に近接あるいは当接させることができることから、コイルの占積率の向上が図れる。このように、本開示によれば、形状の異なる２つのコイルを交互に突極に設けることにより、全てのコイルを突極に取り付けることを可能にするとともに、コイル占積率の向上を実現している。このような本開示によれば、径方向内側に向けて突出する突極を有するステータを備える回転機において、コイルの占積率を向上させることにより性能の向上を図ることが可能となる。
本開示の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの断面図である。 本開示の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの部分拡大断面図である。 本開示の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの製造方法を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの製造工程を説明する断面図である。 本開示の一実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの製造工程を説明する断面図である。
　以下、図面を参照して、本開示に係る回転機の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態においては、本開示の回転機をスイッチトリラクタンスモータに適用した例について説明する。
　図１は、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１の断面図である。この図１に示すように、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１は、ロータ２と、ステータ３と、を備えている。なお、図１に示されていないが、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１は、ケーシング、シャフト、制御回路等の必要な構成要素を備えている。
　ロータ２は、ロータ軸Ｌを中心とする環状形状とされており、不図示の軸受等によってロータ軸Ｌを中心として回転可能に支持されている。このロータ２は、円環状のヨーク部２ａと、ヨーク部２ａからロータ２の外側に向けて突出する突極２ｂと、を備えている。これらのヨーク部２ａ及び突極２ｂは、ロータ軸Ｌに沿う方向に積層された複数の電磁鋼板が、圧入、焼嵌め、又はボルト（不図示）のいずれかにより締結されること等によって形成されている。突極２ｂは、ヨーク部２ａの外周面からステータ３に向けて突出されており、複数の突極２ｂが、ロータ２の周方向に等間隔で設けられている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、６０°間隔にて６個の突極２ｂが設けられている。
　ステータ３は、ロータ２の外側に配置されており、ロータ２を径方向外側から囲うようにロータ軸Ｌを中心とする環状形状とされている。このようなステータ３は、円環状のヨーク部３ａと、ヨーク部３ａからステータ３の内側に向けて突出する突極３ｂとを備えている。これらのヨーク部３ａ及び突極３ｂは、磁性体によって一体的に形成されている。さらに、ステータ３は、突極３ｂに巻回されて設けられる第１コイル３ｃと第２コイル３ｄとを備えている。
　突極３ｂは、ヨーク部３ａの内周面からロータ２に向けて突出されており、先端に向けて窄む周面を有している。つまり、突極３ｂは、先端に向けて窄むテーパ面３ｂ１を有している。また、複数の突極３ｂが、ステータ３の周方向に等間隔で設けられている。なお、本実施形態においては、図１に示すように４５°間隔にて８個の突極３ｂが設けられている。
　図２は、ステータ３の部分拡大図である。この図２に示すように、第１コイル３ｃは、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿って傾斜する内周面３ｃ１と、ステータ３の径方向外側を向けて傾斜された外周面３ｃ２と、を有している。なお、第１コイル３ｃは、複数回に渡り密に巻回された巻線（素線）で構成されている。この第１コイル３ｃを構成する巻線は、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように、且つ、突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように、整列巻きされている。ただし、巻線を巻回すことで第１コイル３ｃに近い形状に成型されたものを更に圧縮することにより第１コイル３ｃを成型することから、「突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように」とは、テーパ面３ｂ１に沿う方向から多少ずれてターン毎の巻線が互いに密接していることも含み、「突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように」とは、突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面に沿う方向から多少ずれてターン毎の巻線が互いに密接することも含む。ここで、内周面３ｃ１と外周面３ｃ２とは、巻線が第１コイル３ｃの形状に最終的に成型されることで得られる成型体の内周面と外周面とを意味している。このような内周面３ｃ１及び外周面３ｃ２は、予め設計段階で規定されており、設計に沿って形成されている。
　このような第１コイル３ｃは、内周面３ｃ１が突極３ｂのテーパ面３ｂ１に当接する内径を有している。ここで、上述のように内周面３ｃ１が突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿って傾斜されている。このため、図２に示すように、第１コイル３ｃの内周面３ｃ１は、突極３ｂのテーパ面３ｂ１と面接触されている。
　また、第１コイル３ｃは、外周面３ｃ２を通るステータ３の径方向を基準としたときに、外周面３ｃ２がステータ３の径方向外側に向くように傾斜されている。このため、外周面３ｃ２のステータ３の内側に近い端部（図２における第１コイル３ｃの上側の端部）が、外周面をステータ３の径方向に沿って形成した場合や突極３ｂの中心軸と平行に形成した場合と比較して、第１コイル３ｃが設けられる突極３ｂに近接するように配置されている。
　第２コイル３ｄは、第１コイル３ｃが設けられた突極３ｂと隣り合う突極３ｂに設けられており、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿って傾斜する内周面３ｄ１及びステータ３の径方向内側に向けて傾斜された外周面３ｄ２を有している。なお、第１コイル３ｃと同様に、第２コイル３ｄも、複数回に渡り密に巻回された巻線（素線）で構成されている。この第２コイル３ｄを構成する巻線は、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように、且つ、突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように、整列巻きされている。ただし、巻線を巻回すことで第２コイル３ｄに近い形状に成型されたものを更に圧縮することにより第２コイル３ｄを成型することから、「突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように」とは、テーパ面３ｂ１に沿う方向から多少ずれてターン毎の巻線が互いに密接していることも含み、「突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように」とは、突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面に沿う方向から多少ずれてターン毎の巻線が互いに密接することも含む。ここで、内周面３ｄ１と外周面３ｄ２とは、巻線が第２コイル３ｄの形状に最終的に成型されることで得られる成型体の内周面と外周面とを意味している。このような内周面３ｄ１及び外周面３ｄ２は、予め設計段階で規定されており、設計に沿って形成されている。
　このような第２コイル３ｄは、内周面３ｄ１が突極３ｂのテーパ面３ｂ１に当接する内径を有している。ここで、上述のように内周面３ｃ１が、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿って傾斜されている。このため、図２に示すように、第２コイル３ｄの内周面３ｄ１は、突極３ｂのテーパ面３ｂ１と面接触されている。
　また、第２コイル３ｄは、外周面３ｄ２を通るステータ３の径方向を基準としたときに、外周面３ｄ２がステータ３の径方向内側に向くように傾斜されている。このため、外周面３ｄ２のステータ３の内側に近い端部（図２における第２コイル３ｄの上側の端部）が、外周面をステータ３の径方向に沿って形成した場合や突極３ｂの中心軸と平行に形成した場合と比較して、第２コイル３ｄが設けられる突極３ｂから遠ざかるように張り出されている。
　また、本実施形態においては、ステータ３の径方向に沿う基準線と、ステータ３の内側に向くように傾斜している第１コイル３ｃの外周面３ｃ２とが成す傾斜角度と、ステータ３の径方向（基準線）と、ステータ３の外側に向くように傾斜している第２コイル３ｄの外周面３ｄ２とが成す傾斜角度とが、同一に設定されている。さらに、第１コイル３ｃの外径と第２コイル３ｄの外径とは、互いの外周面３ｃ２及び外周面３ｄ２とが面接触するように設定されている。このため、第１コイル３ｃの外周面３ｃ２と第２コイル３ｄの外周面３ｄ２とは、互いが接触する位置において、ステータ３の径方向の全域で面接触されている。　
　また、第１コイル３ｃの径と第２コイル３ｄの径とは、第１コイル３ｃの巻線の巻き方向と直交する断面（図２に示す断面）における断面積と、第２コイル３ｄの巻線の巻き方向と直交する断面（図２に示す断面）における断面積とが同一となるように、設定されている。また、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄにおけるステータ３の内側及び外側の面が平面であると仮定したときに、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄの上記断面の形状は、図２に示すように、台形である。
　次に、このような本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１の製造方法について図３～図５を参照して説明する。図３は、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１の製造工程の概略を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、ロータ２と、ステータ３のヨーク部３ａ及び突極３ｂとの一体成型体とが既に形成されているものとする。
　まず、図３に示すように、巻線工程（ステップＳ１）を行う。ここでは、巻線を複数回に渡り巻回することにより、第１コイル３ｃと、第２コイル３ｄとを成型する。詳しくは、突極３ｂのテーパ面３ｂ１を想定し、そのテーパ面に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように、且つ、突極３ｂが形成されていないヨーク部３ａの内周面を想定し、その内周面に沿ってターン毎の巻線が互いに密接するように、巻線を整列巻きすることにより、第１コイル３ｃと、第２コイル３ｄとを成型する。ここでは、第１コイル３ｃ及び第２コイル３ｄのサイズが、最終的なサイズよりも大きくなるように成型する。なお、スイッチトリラクタンスモータ１で扱う電流が大きい場合には、巻線の胴体部の断面積を大きくしてスイッチトリラクタンスモータ１の抵抗値を下げることにより銅損を小さくすることが望ましい。このため、巻線工程Ｓ１において、巻線を単線で巻回するのではなく、２本以上の巻線を束ねた（並列した）状態でそれらを巻回しても良い。続いて、図３に示すように、プレス工程（ステップＳ２）を行う。ここでは、巻線工程Ｓ１で成型された第１コイル３ｃと第２コイル３ｄを、型を用いてプレス加工することにより圧縮成型する。これによって、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄの巻線密度が高まるとともに、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄを最終的な形状及びサイズに成型される。
　続いて、図３に示すように組立工程（ステップＳ３）を行う。ここでは、プレス工程Ｓ２によって圧縮成型された第１コイル３ｃ及び第２コイル３ｄをステータ３の突極３ｂに取り付ける。まず、図４に示すように、第１コイル３ｃをステータ３の周方向に配列された複数の突極３ｂに１つ置きに取り付け、その後、図５に示すように、第２コイル３ｄを第１コイル３ｃが設けられていない突極３ｂに取り付ける。この後、ロータ２等が、組み付けられる。
　以上のような本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１によれば、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿って傾斜する内周面３ｃ１とステータ３の径方向外側を向けて傾斜された外周面３ｃ２とを有する第１コイル３ｃと、突極３ｂのテーパ面３ｂ１に沿って傾斜する内周面３ｄ１及びステータ３の径方向内側に向けて傾斜された外周面３ｄ２を有する第２コイル３ｄと、を備えている。また、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄとが、ステータ３の周方向に配列される複数の突極３ｂに、交互に設けられている。
　このようなスイッチトリラクタンスモータ１によれば、図４に示すように、先に第１コイル３ｃを突極３ｂに取り付けると、第１コイル３ｃの外周面３ｃ２がステータ３の径方向外側に向けて傾斜されているため、第１コイル３ｃの外周面３ｃ２のステータ３の内側に近い端部が、突極３ｂに寄せて配置される。これにより、図５に示すように、第１コイル３ｃの外周面３ｃ２のステータ３の内側に近い端部が第２コイル３ｄの取り付けの邪魔になることを防止することができる。
　さらに、第２コイル３ｄが、ステータ３の径方向外側に向くように傾斜されている外周面３ｄ２を有していることから、外周面３ｄ２のステータ３の内側に近い端部が突極３ｂから遠ざかるように張り出している。これにより、第２コイル３ｄの外周面３ｄ２を第１コイル３ｃの外周面３ｃ２に当接させることができ、コイルの占積率の向上が図れる。
　このように、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１によれば、形状の異なる２つのコイルを交互に突極に設けることにより、全てのコイルを突極２ｂに取り付けることを可能にするとともに、コイルの占積率の向上を実現している。このような本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１によれば、コイルの占積率を向上させることにより性能の向上を図ることが可能となる。
　また、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１においては、第１コイル３ｃの外周面３ｃ２と第２コイル３ｄの外周面３ｄ２とが、互いが接触する位置において、ステータ３の径方向の全域で当接されている。このため、コイルの占積率を最大化することが可能となる。
　また、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１においては、第１コイル３ｃの巻線の巻き方向と直交する断面（図２に示す断面）における断面積と、第２コイル３ｄの巻線の巻き方向と直交する断面（図２に示す断面）における断面積とが、同一に設定されている。このため、第１コイル３ｃにより形成される磁束密度と、第２コイル３ｄにより形成される磁束密度とを同一とすることができることから、トルクリップル等を効果的に低減させることが可能となる。
　また、本実施形態のスイッチトリラクタンスモータ１においては、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄの上記断面における形状は、図２に示すように、台形である。例えば、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄの上記断面における形状を三角形とすることも可能であるが、このような場合には、三角形の頂部が鋭角に尖る。このため、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄは、構造的に崩れやすくなる可能性がある。これに対して、上述のように第１コイル３ｃと第２コイル３ｄの上記断面における形状を台形とすることで、第１コイル３ｃと第２コイル３ｄは、構造的に崩れにくく、強度の高いものとなる。
　なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。上記実施形態においては、本開示をスイッチトリラクタンスモータ１に適用した例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、ＰＭモータに本開示を適用することも、可能である。また、本開示を、発電機等の他の回転機に適用することも、可能である。
　本開示によれば、内側に向けて突出する突極を有するステータを備える回転機において、コイルの占積率を向上させて性能の向上を図ることができる。
１…スイッチトリラクタンスモータ
２…ロータ
２ａ…ヨーク部
２ｂ…突極
３…ステータ
３ａ…ヨーク部
３ｂ…突極
３ｂ１…テーパ面
３ｃ…第１コイル
３ｃ１…内周面
３ｃ２…外周面
３ｄ…第２コイル
３ｄ１…内周面
３ｄ２…外周面
Ｌ…ロータ軸

Claims (7)

  1. 　円環状のヨーク部と、径方向内側に突出しかつ周方向に配列される複数の突極と、前記突極に設けられるコイルとを有する環状のステータを備え、前記突極の周面が前記突極の先端に向けて窄むテーパ面である回転機であって、
    　前記コイルは、
    　前記突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及び前記ステータの径方向内側に向けて傾斜する外周面を有する第１コイルと、
    　前記第１コイルが設けられる前記突極に隣り合う前記突極に設けられ、前記突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及び前記ステータの径方向外側に向けて傾斜された外周面を有する第２コイルと
    　を備える回転機。
  2. 　隣り合う前記第１コイルの前記外周面と前記第２コイルの前記外周面とが前記ステータの径方向の全域で当接されている請求項１記載の回転機。
  3. 　前記第１コイルの巻線の巻き方向と直交する断面の形状と、前記第２コイルの巻線の巻き方向と直交する断面での形状とが、それぞれ台形である請求項１または２記載の回転機。
  4. 　前記第１コイルの巻線の巻き方向と直交する断面における断面積と、前記第２コイルの巻線の巻き方向と直交する断面における断面積とが、同一である請求項１～３いずれか一項に記載の回転機。
  5. 　前記巻線は、前記突極の前記テーパ面に沿ってターン毎の前記巻線が互いに密接するように、且つ、前記突極が形成されていない前記ヨーク部の内周面に沿ってターン毎の前記巻線が互いに密接するように、整列巻きされている請求項１記載の回転機。
  6. 　円環状のヨーク部と、径方向内側に突出しかつ周方向に配列される複数の突極と、前記突極に設けられるコイルとを有する環状のステータを備え、前記突極の周面が前記突極の先端に向けて窄むテーパ面である回転機であって、前記コイルは、前記突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及び前記ステータの径方向内側に向けて傾斜された外周面を有する第１コイルと、前記第１コイルが設けられる前記突極に隣り合う前記突極に設けられ、前記突極のテーパ面に沿って傾斜する内周面及び前記ステータの径方向外側に向けて傾斜された外周面を有する第２コイルと、を備える回転機の製造方法であって、
    　巻線を複数回に渡り巻回することにより、前記第１コイルと、前記第２コイルとを成型する巻線工程と、
    　前記巻線工程において成型された前記第１コイル及び前記第２コイルを圧縮成型するプレス工程と、
    　前記プレス工程において圧縮成型された前記第１コイル及び前記第２コイルを前記突極に取り付ける組立工程と
    　を有する回転機の製造方法。
  7. 　前記巻線工程では、前記突極の前記テーパ面を想定し、前記テーパ面に沿ってターン毎の前記巻線が互いに密接するように、且つ、前記突極が形成されていない前記ヨーク部の内周面を想定し、前記内周面に沿って前記ターン毎の前記巻線が互いに密接するように、巻線を整列巻きする請求項６記載の回転機の製造方法。
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