WO2021039682A1 - コイル、ステータ、及びモータ - Google Patents

Abstract

コイルは、ステータコアのスロットに配置されるセンター部と、ステータコアから軸方向に突出するエンド部と、を備える。エンド部は、第１部分と、第１部分の厚さよりも薄い第２部分とを有する。

Description

コイル、ステータ、及びモータ

　本開示は、コイル、ステータ、及びモータに関する。

　モータは、ステータとロータとを備える。ステータは、ステータコアとコイルとを有する。ステータ巻線の一例が特許文献１に開示されている。

特開２０１６－０７３１４８号公報

　コイルの巻回方式として全節巻及び短節巻が知られている。全節巻とは、ロータの極ピッチとステータのコイルピッチとが等しい巻回方式をいう。短節巻とは、ロータの極ピッチよりもステータのコイルピッチの方が小さい巻回方式をいう。例えばスイッチトリラクタンスモータのコイルが全節巻で巻回される場合、全節巻のモータは、短節巻のモータよりもステータの単位体積あたりのトルクは大きくなる。しかし、全節巻のモータは、短節巻のモータよりもコイルエンドが大きくなり、モータのトルク密度の著しい改善が見込めない。また、ステータの構造によっては、分割ステータコアを採用しないと、成形済のコイルをステータコアのスロットに挿入することが困難となる可能性がある。

　本開示は、コイルエンド部の大きさを抑制することを目的とする。

　本開示に従えば、ステータコアのスロットに配置されるセンター部と、前記ステータコアから軸方向に突出するエンド部と、を備え、前記エンド部は、第１部分と、前記第１部分の厚さよりも薄い第２部分とを有する、コイルが提供される。

　本開示によれば、コイルエンド部の大きさを抑制することができる。

図１は、本実施形態に係るモータを模式的に示す図である。 図２は、本実施形態に係るステータの一部を示す斜視図である。 図３は、本実施形態に係るステータ及びロータを模式的に示す図である。 図４は、本実施形態に係るティース及びコイルを模式的に示す図である。 図５は、本実施形態に係るコイルセットを示す斜視図である。 図６は、本実施形態に係るコイルセットを示す平面図である。 図７は、本実施形態に係るステータの製造方法を示すフローチャートである。 図８は、本実施形態に係るセグメント導体の第１コイル片を示す斜視図である。 図９は、本実施形態に係るセグメント導体の第２コイル片を示す斜視図である。 図１０は、本実施形態に係るセグメント導体を示す斜視図である。 図１１は、本実施形態に係るＵ相コイルを示す斜視図である。 図１２は、本実施形態に係るＶ相コイルを示す斜視図である。 図１３は、本実施形態に係るスロットを模式的に示す図である。 図１４は、本実施形態に係る第２コイル片を模式的に示す図である。 図１５は、図１４に示した第２コイル片の製造方法を模式的に示す図である。 図１６は、図８に示した第１コイル片の製造方法を模式的に示す図である。

　以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［モータ］
　図１は、本実施形態に係るモータ１を模式的に示す図である。本実施形態において、モータ１は、セグメント型スイッチトリラクタンスモータである。図１に示すように、モータ１は、ステータ２と、ロータ３とを備える。

　ステータ２は、実質的に円筒状である。ステータ２の内周面とロータ３の外周面とは間隙を介して対向する。ロータ３は、回転軸ＡＸを中心に回転する。ロータ３の回転軸ＡＸとステータ２の中心軸とは実質的に一致する。

　本実施形態においては、回転軸ＡＸと平行な方向を適宜、軸方向、と称し、回転軸ＡＸの周囲を周回する方向を適宜、周方向、と称し、回転軸ＡＸの放射方向を適宜、径方向、と称する。

　また、軸方向においてモータ１の中心から規定の方向に離れる方向又は位置を適宜、軸方向一方側、と称し、軸方向において軸方向一方側の反対側を適宜、軸方向他方側、と称する。また、周方向において規定の回転方向を適宜、周方向一方側、と称し、周方向において周方向一方側の反対側を適宜、周方向他方側、と称する。また、径方向において中心軸ＡＸから離れる方向又は位置を適宜、径方向外側、と称し、径方向において径方向外側の反対側を適宜、径方向内側、と称する。

　ステータ２は、ステータコア４と、ステータコア４に支持されるコイル５とを有する。ロータ３は、ステータコア４と対向するように配置される。本実施形態において、ロータ３は、ステータコア４の内側に配置される。ロータ３は、ロータホルダ６と、ロータホルダ６に保持されるロータコアピース７とを有する。ロータホルダ６は、非磁性体である。ロータコアピース７は、磁性体である。ロータコアピース７は、ロータ３の極として機能する。

　モータ１は、３相モータである。コイル５は、Ｕ相コイル５Ｕと、Ｖ相コイル５Ｖと、Ｗ相コイル５Ｗとを含む。

　ロータ３は、シャフト８を介して対象物ＲＳに接続される。対象物ＲＳとして、建設機械の一種であるハイブリッドショベルに搭載されるエンジンが例示される。モータ１は、エンジンにより駆動される発電機として機能する。

［ステータ］
　図２は、本実施形態に係るステータ２の一部を示す斜視図である。図２に示すように、ステータ２は、ステータコア４と、ステータコア４のスロット９に配置されるコイル５とを有する。

　ステータコア４は、内周面４Ｓと、外周面４Ｔと、第１端面４Ａと、第２端面４Ｂとを有する。内周面４Ｓは、径方向内側を向く。外周面４Ｔは、径方向外側を向く。第１端面４Ａは、軸方向一方側を向く。第２端面４Ｂは、軸方向他方側を向く。第１端面４Ａは、内周面４Ｓの軸方向一方側の端部と外周面４Ｔの軸方向一方側の端部とを結ぶ。第２端面４Ｂは、内周面４Ｓの軸方向他方側の端部と外周面４Ｔの軸方向他方側の端部とを結ぶ。

　スロット９は、内周面４Ｓにおいて周方向に複数設けられる。スロット９は、内周面４Ｓから径方向外側に凹む。スロット９は、軸方向に延伸する。スロット９は、内周面４Ｓに設けられ径方向内側を向く開口部９Ｍと、第１端面４Ａに設けられ軸方向一方側を向く開口部９Ａと、第２端面４Ｂに設けられ軸方向他方側を向く開口部９Ｂとを有する。

　また、ステータコア４は、周方向において隣り合うスロット９の間に配置されるティース１０を有する。

　ティース１０は、コイル５を支持する。ティース１０は、軸方向一方側を向く端面１０Ａと、軸方向他方側を向く端面１０Ｂとを有する。第１端面４Ａは、端面１０Ａを含む。第２端面４Ｂは、端面１０Ｂを含む。

　コイル５は、ティース１０に支持される。コイル５は、開口１１を有する。ティース１０は、コイル５の開口１１に挿入される。コイル５の一部は、スロット９の内側に配置される。コイル５の一部は、ステータコア４から軸方向に突出する。

　以下の説明においては、コイル５のうちスロット９の内側に配置される部分を適宜、コイルセンター部５１、と称し、コイル５のうちステータコア４から軸方向に突出する部分を適宜、コイルエンド部５２、と称する。

　コイル５は、コイルセンター部５１を２つ有する。コイル５は、コイルエンド部５２を２つ有する。一方のコイルセンター部５１が所定のスロット９に配置された場合、他方のコイルセンター部５１は、一方のコイルセンター部５１が配置されているスロット９とは別のスロット９に配置される。コイルエンド部５２は、ステータコア４の第１端面４Ａから軸方向一方側に突出する第１のコイルエンド部５２と、ステータコア４の第２端面４Ｂから軸方向他方側に突出する第２のコイルエンド部５２とを含む。

　上述のように、コイル５は、Ｕ相コイル５Ｕと、Ｖ相コイル５Ｖと、Ｗ相コイル５Ｗとを含む。図２には、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとが示されている。

　図２に示すように、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとは重ね合わせられる。Ｕ相コイル５Ｕの間にＶ相コイル５Ｖの一部が配置され、Ｖ相コイル５Ｖの間にＵ相コイル５Ｕの一部が配置されるように、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとが重ね合わせられることにより、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとのコイルセット３１が形成される。

　コイルセット３１と同様に、Ｖ相コイル５Ｖの間にＷ相コイル５Ｗの一部が配置され、Ｗ相コイル５Ｗの間にＶ相コイル５Ｖの一部が配置されるように、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとが重ね合わせられることにより、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとのコイルセット３２が形成される。Ｗ相コイル５Ｗの間にＵ相コイル５Ｕの一部が配置され、Ｕ相コイル５Ｕの間にＷ相コイル５Ｗの一部が配置されるように、Ｗ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとが重ね合わせられることにより、Ｗ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとのコイルセット３３が形成される。ステータコア４は、コイルセット３１、コイルセット３２、及びコイルセット３３のそれぞれを支持する（図３参照）。

　コイル５は、２スロットピッチでティース１０の周囲に配置される。すなわち、コイル５の一方のコイルセンター部５１が所定のスロット９に配置された場合、他方のコイルセンター部５１は、周方向において一方のコイルセンター部５１が配置されているスロット９から２つ隣のスロット９に配置される。

　図２に示す例において、スロット９は、第１スロット９１と、第１スロット９１の周方向一方側の隣に配置される第２スロット９２と、第２スロット９２の周方向一方側の隣に配置される第３スロット９３と、第３スロット９３の周方向一方側の隣に配置される第４スロット９４を含む。

　Ｕ相コイル５Ｕの他方のコイルセンター部５１は、第１スロット９１に配置される。Ｖ相コイル５Ｖの他方のコイルセンター部５１は、第２スロット９２に配置される。Ｕ相コイル５Ｕの一方のコイルセンター部５１は、第３スロット９３に配置される。Ｖ相コイル５Ｖの一方のコイルセンター部５１は、第４スロット９４に配置される。

　コイルセット３２のＶ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗと複数のスロット９との関係、及びコイルセット３３のＷ相コイル５Ｗ及びＵ相コイル５Ｕと複数のスロット９との関係は、コイルセット３１のＵ相コイル５Ｕ及びＶ相コイル５Ｖと複数のスロット９との関係と同様である。

［極数とスロット数との関係］
　図３は、本実施形態に係るステータ２及びロータ３を模式的に示す図である。図３は、半分に分割されたステータ２及びロータ３を示す。なお、図３に示す巻線の極性は一例である。巻線の極性は、図３に示す向きでも成立し、図３に示す向きとは逆向きでも成立する。

　図３に示すように、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとのコイルセット３１、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとのコイルセット３２、及びＷ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとのコイルセット３３のそれぞれが、ステータコア４に支持される。Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ、及びＷ相コイル５Ｗのそれぞれは、２スロットピッチでティース１０の周囲に配置される。

　ロータ３は、複数のロータコアピース７を有する。複数のロータコアピース７の形状及び寸法は同一である。複数のロータコアピース７は、周方向に等間隔で配置される。ロータコアピース７は、ロータ３の極として機能する。ロータ３の極数は、ロータコアピース７の数を意味する。

　本実施形態において、ロータ３の極数をＰ、ステータコア４のスロット数をＳ、自然数をＮとしたとき、モータ１は、以下の（１）式及び（２）式の条件を満足する。

　Ｐ＝７×Ｎ　　　…（１）
　Ｓ＝１２×Ｎ　　　…（２）

　すなわち、本実施形態に係るモータ１として、７極１２スロットのモータ、１４極２４スロットのモータ、及び２１極３６スロットのモータが例示される。

　本実施形態においては、ロータ３の回転において、Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ、及びＷ相コイル５Ｗの少なくとも２つのコイルセンター部５１と、周方向において隣り合う２つのロータコアピース７とが対向するように、極数Ｐ及びスロット数Ｓが定められる。図３に示す例においては、Ｖ相コイル５Ｖの２つのコイルセンター部５１と、周方向において隣り合う２つのロータコアピース７とが、同時に対向する。ロータ３が回転すると、Ｕ相コイル５Ｕの２つのコイルセンター部５１と周方向において隣り合う２つのロータコアピース７とが同時に対向する状態が発生する。更に、ロータ３が回転すると、Ｗ相コイル５Ｗの２つのコイルセンター部５１と周方向において隣り合う２つのロータコアピース７とが同時に対向する状態が発生する。

　このように、本実施形態において、Ｕ相コイル５ＵのコイルピッチＩｃ、Ｖ相コイル５ＶのコイルピッチＩｃ、及びＷ相コイル５ＷのコイルピッチＩｃと、ロータ３の極ピッチＩｐとが実質的に等しくなるように、極数Ｐ及びスロット数Ｓが定められている。

　本実施形態において、コイルピッチＩｃとは、回転軸ＡＸを基準として１つのコイル５の一方のコイルセンター部５１と他方のコイルセンター部５１とがなす角度をいう。極ピッチＩｐとは、回転軸ＡＸを基準として周方向に隣り合う２つのロータコアピース７がなす角度をいう。

［ティース］
　図４は、本実施形態に係るティース１０及びコイル５を模式的に示す図である。図４は、径方向内側からステータコア４を見た図に相当する。図３及び図４に示すように、ティース１０は、コイルセット３１のＵ相コイル５Ｕの開口１１及びＶ相コイル５Ｖの開口１１の両方に配置される第１ティース１０１と、Ｕ相コイル５Ｕの開口１１及びＶ相コイル５Ｖの開口１１の一方に配置される第２ティース１０２と、Ｕ相コイル５Ｕの開口１１及びＶ相コイル５Ｖの開口１１の両方に配置されない第３ティース１０３とを含む。

　すなわち、第１ティース１０１は、２つのコイル５の開口１１の内側に配置されるティース１０である。第２ティース１０２は、１つのコイル５の開口１１の内側に配置されるティース１０である。第３ティース１０３は、コイル５の開口１１の内側に配置されないティース１０である。

　第１ティース１０１は、コイルセット３２のＶ相コイル５Ｖの開口１１及びＷ相コイル５Ｗの開口１１の両方に配置されるティース１０と、コイルセット３３のＷ相コイル５Ｗの開口１１及びＵ相コイル５Ｕの開口１１の両方に配置されるティース１０とを含む。

　第２ティース１０２は、コイルセット３２のＶ相コイル５Ｖの開口１１及びＷ相コイル５Ｗの開口１１の一方に配置されるティース１０と、コイルセット３３のＷ相コイル５Ｗの開口１１及びＵ相コイル５Ｕの開口１１の一方に配置されるティース１０とを含む。

　第３ティース１０３は、コイルセット３２のＶ相コイル５Ｖの開口１１及びＷ相コイル５Ｗの開口１１のいずれにも配置されないティース１０と、コイルセット３３のＷ相コイル５Ｗの開口１１及びＵ相コイル５Ｕの開口１１の両方に配置されないティース１０とを含む。

　換言すれば、第１ティース１０１は、端面１０Ａ及び端面１０Ｂが２つのコイル５に対向するティース１０である。第２ティース１０２は、端面１０Ａ及び端面１０Ｂが１つのコイル５に対向するティース１０である。第３ティース１０３は、端面１０Ａ及び端面１０Ｂがコイル５に対向しないティース１０である。

　図４に示すように、周方向において、第１ティース１０１、第２ティース１０２、及び第３ティース１０３のうち、第１ティース１０１の寸法Ｒ１が最も小さく、第１ティース１０１に次いで第２ティース１０２の寸法Ｒ２が小さく、第３ティース１０３の寸法Ｒ３が最も大きい。

［コイル］
　図５は、本実施形態に係るコイルセット３１を示す斜視図である。図６は、本実施形態に係るコイルセット３１を示す平面図である。コイルセット３１は、Ｕ相コイル５Ｕ及びＶ相コイル５Ｖを含む。本実施形態において、コイル５は、板状のセグメント導体２０により構成される。セグメント導体２０は、Ｕ相コイル５Ｕを構成するセグメント導体２０Ｕと、Ｖ相コイル５Ｖを構成するセグメント導体２０Ｖとを含む。なお、図５及び図６には示されていないが、セグメント導体２０は、Ｗ相コイル５Ｗを構成するセグメント導体２０Ｗを含む。

　複数のセグメント導体２０が螺旋状に接続されることにより、コイル５が形成される。Ｕ相コイル５Ｕは、螺旋状に接続された複数のセグメント導体２０Ｕにより構成される。Ｖ相コイル５Ｖは、螺旋状に接続された複数のセグメント導体２０Ｖにより構成される。Ｕ相コイル５Ｕのセグメント導体２０Ｕの間に、Ｖ相コイル５Ｖのセグメント導体２０Ｖの一部が配置される。Ｕ相コイル５Ｕのセグメント導体２０ＵとＶ相コイル５Ｖのセグメント導体２０Ｖとは径方向に交互に配置される。Ｕ相コイル５Ｕの間にＶ相コイル５Ｖの一部が配置されることにより、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとが重ね合わせられ、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとのコイルセット３１が形成される。

　同様に、Ｖ相コイル５Ｖの間にＷ相コイル５Ｗの一部が配置されることにより、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとが重ね合わせられ、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとのコイルセット３２が形成される。Ｗ相コイル５Ｗの間にＵ相コイル５Ｕの一部が配置されることにより、Ｗ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとが重ね合わせられ、Ｗ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとのコイルセット３３が形成される。ステータコア４は、コイルセット３１、コイルセット３２、及びコイルセット３３のそれぞれを支持する。

［製造方法］
　図７は、本実施形態に係るステータ２の製造方法を示すフローチャートである。図７に示すように、ステータ２は、コイルセットを製造する工程ＰＲ１と、コイルセットをスロット９に挿入する工程ＰＲ２と、複数のコイルセットを結線する工程ＰＲ３とを含む製造方法により製造される。

　コイルセット３１を製造する場合、まず、Ｕ相コイル５Ｕ及びＶ相コイル５Ｖのそれぞれが製造される。

　図８、図９、図１０、及び図１１のそれぞれは、Ｕ相コイル５Ｕの製造方法を説明するための図である。Ｕ相コイル５Ｕは、複数のセグメント導体２０Ｕを螺旋状に接続することにより製造される。セグメント導体２０Ｕは、第１コイル片４１と第２コイル片４２とを接続することにより製造される。図８は、本実施形態に係るセグメント導体２０Ｕの第１コイル片４１を示す斜視図である。図９は、本実施形態に係るセグメント導体２０Ｕの第２コイル片４２を示す斜視図である。図１０は、本実施形態に係るセグメント導体２０Ｕを示す斜視図である。図１１は、本実施形態に係るＵ相コイル５Ｕを示す斜視図である。

　図８に示すように、第１コイル片４１は、厚さＤ１の板状の部材である。厚さＤ１とは、第１コイル片４１の径方向の寸法をいう。第１コイル片４１は、軸方向に延伸するセンター部４１１と、センター部４１１の軸方向一方側の端部及び軸方向他方側の端部のそれぞれに続くエンド部４１２とを有する。２つのエンド部４１２のそれぞれは、センター部４１１の軸方向の端部から周方向一方側に延伸する。

　エンド部４１２は、センター部４１１の軸方向の端部に続く第１エンド部４１２Ａと、第１曲折部４１２Ｄを介して第１エンド部４１２Ａの周方向一方側の端部に続く第２エンド部４１２Ｂと、第２曲折部４１２Ｅを介して第２エンド部４１２Ｂの周方向一方側の端部に続く第３エンド部４１２Ｃを含む。第１曲折部４１２Ｄは、第１曲折部４１２Ｄの径方向内側の角部が径方向内側に突出するように曲がる。第２曲折部４１２Ｅは、第２曲折部４１２Ｅの径方向外側の角部が径方向外側に突出するように曲がる。第１エンド部４１２Ａの表面は、センター部４１１の表面と同一平面内に配置される。第２エンド部４１２Ｂは、周方向一方側に向かって径方向外側に傾斜する。第３エンド部４１２Ｃは、周方向一方側に向かって径方向内側に傾斜する。

　センター部４１１は、ステータコア４のスロット９の内側に配置される。エンド部４１２は、ステータコア４から軸方向に突出する。センター部４１１は、コイルセンター部５１を形成する。エンド部４１２は、コイルエンド部５２を形成する。

　図９に示すように、第２コイル片４２は、厚さＤ２の板状の部材である。厚さＤ２とは、第２コイル片４２の径方向の寸法をいう。第２コイル片４２の厚さＤ２は、第１コイル片４１の厚さＤ１よりも薄い。第２コイル片４２は、軸方向に延伸するセンター部４２１と、センター部４２１の軸方向一方側の端部及び軸方向他方側の端部のそれぞれに続くエンド部４２２とを有する。２つのエンド部４２２のそれぞれは、センター部４２１の軸方向の端部から周方向一方側に延伸する。

　エンド部４２２は、センター部４２１の軸方向の端部に続く第４エンド部４２２Ａと、第４エンド部４２２Ａの周方向一方側の端部に続く第５エンド部４２２Ｂとを含む。エンド部４２２の表面は、センター部４２１の表面と同一平面内に配置される。

　センター部４２１は、ステータコア４のスロット９の内側に配置される。エンド部４２２は、ステータコア４から軸方向に突出する。センター部４２１は、コイルセンター部５１を形成する。エンド部４２２は、コイルエンド部５２を形成する。

　図１０に示すように、第１コイル片４１のエンド部４１２と第２コイル片４２のエンド部４２２とが接続されることにより、セグメント導体２０Ｕが形成される。図１０に示す例において、軸方向他方側のエンド部４１２の第３エンド部４１２Ｃと、軸方向他方側のエンド部４２２の第５エンド部４２２Ｂとが接続される。第３エンド部４１２Ｃの周方向一方側の端部と、第５エンド部４２２Ｂの周方向他方側の端部とが接続される。

　第１コイル片４１と第２コイル片４２とは、溶接により接続されてもよいし、加締めにより接続されてもよいし、圧入により接続されてもよいし、第３エンド部４１２Ｃの端面と第５エンド部４２２Ｂの端面とを圧接することによって接続してもよい。

　セグメント導体２０Ｕは、ステータコア４のスロット９に配置されるセンター部５１０と、ステータコア４から軸方向に突出するエンド部５２０とを備える。セグメント導体２０Ｕのセンター部５１０は、第１コイル片４１のセンター部４１１と、第２コイル片４２のセンター部４２１とを含む。セグメント導体２０Ｕのエンド部５２０は、第１コイル片４１のエンド部４１２と、第２コイル片４２のエンド部４２２とを含む。

　上述のように、エンド部４２２の厚さＤ２は、エンド部４１２の厚さＤ１よりも薄い。第１コイル片４１と第２コイル片４２とが接続されることにより、セグメント導体２０Ｕのエンド部５２０は、第１部分５２１と、第１部分５２１の厚さよりも薄い第２部分５２２とを含む。第１部分５２１は、第１コイル片４１のエンド部４１２を含む。第２部分５２２は、第２コイル片４２のエンド部４２２を含む。第１部分５２１の厚さＤ１は、第２部分５２２の厚さＤ２よりも厚い。本実施形態において、第１部分５２１の厚さＤ１は、第２部分５２２の厚さＤ２の２倍である。例えば、厚さＤ２が０．４ｍｍである場合、厚さＤ１は０．８ｍｍに設定される。

　また、第１部分５２１の断面積は、第２部分５２２の断面積よりも大きい。

　また、センター部４１１の厚さは、第１部分５２１の厚さＤ１と等しく、第２部分５２２の厚さＤ２よりも厚い。センター部４２１の厚さは、第２部分５２２の厚さＤ２と等しい。センター部４１１の断面積は、第１部分５２１の断面積と等しい。

　このように、本実施形態においては、第１コイル片４１のエンド部４１２を含む第１部分５２１と、第１部分５２１の厚さＤ１よりも薄い第２コイル片４２のエンド部４２２を含む第２部分５２２とが接続されることにより、Ｕ相コイル５Ｕのセグメント導体２０Ｕが形成される。

　図１０に示したようなセグメント導体２０Ｕが複数製造される。第１のセグメント導体２０Ｕの軸方向一方側のエンド部４１２と、第２のセグメント導体２０Ｕの軸方向一方側のエンド部４２２とが接続される。異なるセグメント導体２０Ｕのエンド部４１２とエンド部４２２とが順次接続されることにより、複数のセグメント導体２０Ｕが螺旋状に接続される。これにより、図１１に示すように、複数のセグメント導体２０Ｕを含むＵ相コイル５Ｕが製造される。

　図１２は、本実施形態に係るＶ相コイル５Ｖを示す斜視図である。Ｕ相コイル５Ｕと同様、Ｖ相コイル５Ｖは、センター部５１０と、エンド部５２０とを備える。エンド部５２０は、第１部分５２１と、第１部分５２１の厚さよりも薄い第２部分５２２とを有する。Ｖ相コイル５Ｖの製造方法は、Ｕ相コイル５Ｕの製造方法と同様である。また、Ｕ相コイル５Ｕの形状及び寸法と、Ｖ相コイル５Ｖの形状及び寸法とは、実質的に等しい。第１コイル片４１及び第２コイル片４２を、金型を用いて製造する場合、Ｕ相コイル５Ｕの第１コイル片４１及び第２コイル片４２と、Ｖ相コイル５Ｖの第１コイル片４１及び第２コイル片４２とは、同じ金型を用いて製造することができる。Ｖ相コイル５Ｖの製造方法の説明は省略する。

　Ｕ相コイル５Ｕ及びＶ相コイル５Ｖのそれぞれが製造された後、Ｕ相コイル５Ｕのセグメント導体２０Ｕの間に、Ｖ相コイル５Ｖのセグメント導体２０Ｖの一部が配置される。図６に示すように、コイルエンド部５２において、Ｕ相コイル５Ｕの第２部分５２２と、Ｖ相コイル５Ｖの第２部分５２２とが径方向に交互に配置される。図６に示す例において、Ｕ相コイル５Ｕの第２部分５２２は、Ｕ相コイル５Ｕの第１部分５２１よりも周方向一方側に配置される。Ｖ相コイル５Ｖの第２部分５２２は、Ｖ相コイル５Ｖの第１部分５２１よりも周方向他方側に配置される。Ｕ相コイル５Ｕの第２部分５２２との間にＶ相コイル５Ｖの第２部分５２２が配置される。

　前記配置方法の一例として、螺旋状の巻線を径方向に適切に引き伸ばした上で、異相のコイルエンド部が径方向に交互に重ね合わされるようにステータ形状を模擬した治具等で誘導しながら組み合わせる。その後に引き伸ばした巻線を径方向に圧縮し機械的または熱的な処理により形状固定する。

　Ｕ相コイル５Ｕのセグメント導体２０Ｕの第２部分５２２とＶ相コイル５Ｖのセグメント導体２０Ｖの第２部分５２２とが径方向に交互に配置されるように、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとが重ね合わせられることにより、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとのコイルセット３１が製造される。同様に、コイルエンド部５２において、Ｖ相コイル５Ｖの第２部分５２２とＷ相コイル５Ｗの第２部分５２２とが径方向に交互に配置されるように、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとが重ね合わせられることにより、Ｖ相コイル５ＶとＷ相コイル５Ｗとのコイルセット３２が製造される。コイルエンド部５２において、Ｗ相コイル５Ｗの第２部分５２２とＵ相コイル５Ｕの第２部分５２２とが径方向に交互に配置されるように、Ｗ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとが重ね合わせられることにより、Ｗ相コイル５ＷとＵ相コイル５Ｕとのコイルセット３３が製造される（工程ＰＲ１）。

　コイルセット３１、コイルセット３２、及びコイルセット３３のそれぞれのコイルエンド部５２が、第１部分５２１及び第２部分５２２を有する。コイルセット３１、コイルセット３２、及びコイルセット３３が製造された後、コイルセット３１、コイルセット３２、及びコイルセット３３のそれぞれが、径方向内側からスロット９に挿入される。第１部分５２１及び第２部分５２２がステータコア４から軸方向に突出するように、ステータコア４に、Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ、及びＷ相コイル５Ｗのそれぞれが装着される。

　図３に示したように、コイルセット３３はコイルセット３２の周方向一方側に配置され、コイルセット３２はコイルセット３１の周方向一方側に配置される。複数のスロット９のそれぞれにコイルセンター部５１が１つずつ配置される（工程ＰＲ２）。

　コイルセット３１、コイルセット３２、及びコイルセット３３のそれぞれがスロット９に挿入された後、複数のコイル５が結線部材により接続される（工程ＰＲ３）。

　前記コイル製造工程における中途において、コイルとステータ間、同相又は異相コイル間における適切な絶縁処理を行う。

　以上により、ステータ２が製造される。

［効果］
　以上説明したように、本実施形態によれば、コイル５のエンド部５２０は、第１部分５２１と、第１部分５２１の厚さよりも薄い第２部分５２２とを有する。例えばコイルセット３１を形成する場合、コイルエンド部５２において、Ｕ相コイル５Ｕの第２部分５２２とＶ相コイル５Ｖの第２部分５２２とが、径方向に交互に配置されるように、Ｕ相コイル５ＵとＶ相コイル５Ｖとが重ね合わせられることにより、コイルエンド部５２の大きさを抑制することができる。

　例えばセグメント導体２０のエンド部５２０の厚さが均一である場合、コイルエンド部５２において複数のコイル５が重複すると、コイルエンド部５２が大きくなってしまう。コイルエンド部５２は、モータ１のトルクの発生に寄与しない。そのため、コイルエンド部５２が大きくなると、モータ１が発生するトルクが大きくならないにもかかわらず、モータ１が大型化してしまう。その結果、モータ１のトルク密度が低下してしまう。トルク密度とは、モータ１が発生可能なトルクをモータ１の質量又は体積で除した値をいう。トルク密度は大きい方が好ましい。

　本実施形態によれば、コイルエンド部５２において、２つのコイル５の第２部分５２２が重複する。また、コイルエンド部５２において、コイル５の第１部分５２１は他のコイル５と重複しない。そのため、コイルエンド部５２が大きくなってしまうことが抑制される。したがって、モータ１の大型化が抑制される。

　本実施形態において、第２部分５２２の厚さＤ２は、第１部分５２１の厚さＤ１よりも厚い。第２部分５２２の厚さＤ２は、第１部分５２１の厚さＤ１の半分である。これにより、図６を参照して説明したように、Ｕ相コイル５Ｕの第２部分５２２とＶ相コイル５Ｖの第２部分５２２とを径方向に交互に配置したとき、複数の第２部分５２２の厚さＤ２の合計値と、複数の第１部分５２１の厚さＤ１の合計値とを、実質的に等しくすることができる。

　本実施形態において、モータ１は、（１）式及び（２）式の条件を満足する。７極１２スロットのモータ１においては、２スロットピッチでコイル５を配置することができる。そのため、コイルエンド部５２の大きさを抑制することができる。

　例えば３スロットピッチでコイルが配置される場合、コイルエンド部において３つのコイルが重複することとなる。その結果、コイルエンド部が大きくなってしまう。本実施形態によれば、コイルエンド部５２において重複するコイル５は２つである。そのため、コイルエンド部５２が大きくなってしまうことが抑制される。したがって、モータ１の大型化が抑制される。

　また、例えば１スロットピッチで配置されるコイルを有するモータよりも、２スロットピッチで配置されるコイル５を有するモータ１の方が、大きいトルクを発生できる。すなわち、２スロットピッチでコイルが配置されることにより、モータ１は十分なトルクを発生することができる。そのため、モータ１のトルク密度の低下が抑制される。

　また、３スロットピッチのコイルピッチよりも２スロットピッチのコイルピッチＩｃの方が小さい。そのため、本実施形態によれば、３スロットピッチに比べて、コイル５の相抵抗が低減される。そのため、モータ１の性能の低下が抑制される。セグメント導体２０の板厚が薄い部分は抵抗値が増加するが、コイルエンド部５２は冷媒が当たりやすく冷却がしやすいので問題になり難い。

　また、本実施形態においては、７極１２スロットが採用されることにより、２つのコイル５を組み合わせたコイルセットを成形した後、コイルセットを径方向内側からスロット９に挿入することができる。本実施形態によれば、例えば分割ステータコアを採用しなくても、ボビン状に巻かれた成形済のコイル５（コイルセット）をステータコア４のスロット９に挿入することができる。したがって、モータ１を容易に製造することができる。

　本実施形態において、ティース１０は、端面１０Ａ及び端面１０Ｂが２つのコイル５に対向する第１ティース１０１と、端面１０Ａ及び端面１０Ｂが１つのコイル５に対向する第２ティース１０２と、端面１０Ａ及び端面１０Ｂがコイル５に対向しない第３ティース１０３とを含む。第１ティース１０１は、２つのコイル５の開口１１の内側に配置される。第２ティース１０２は、１つのコイル５の開口１１の内側に配置される。第３ティース１０３は、コイル５の開口１１の内側に配置されない。周方向において、第１ティース１０１の寸法Ｒ１が最も小さく、第１ティース１０１に次いで第２ティース１０２の寸法Ｒ２が小さく、第３ティース１０３の寸法Ｒ３が最も大きい。本発明者は、第１ティース１０１と第２ティース１０２と第３ティース１０３とが［Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３］の条件を満足することにより、モータ１が発生するトルクが向上することを見出した。これは、［Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３］の条件を満足するようにステータ２を設計すると、漏れ磁束が少なくなり、磁束が適切に流通することができると考えられる。［Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３］の条件を満足することにより、モータ１は、大きいトルクを発生することができる。

　ロータ３の回転において、コイル５の２つのコイルセンター部５１と、隣り合う２つのロータコアピース７とが対向するように、コイルピッチＩｃと極ピッチＩｐとが定められることにより、モータ１は適正にトルクを発生することができる。

［その他の実施形態］
　図１３は、本実施形態に係るスロット９を模式的に示す図である。図１３に示すように、回転軸ＡＸと直交する断面において、第１スロット９１の内面９１Ａと第２スロット９２の内面９２Ａと第３スロット９３の内面９３Ａと第４スロット９４の内面９４Ａとは平行に近い形状である。スロット９の内面とは、軸方向及び径方向のそれぞれに延伸し、コイル５の開口１１の内周面と対向する面をいう。

　上述のように、例えばスロット９にコイルセット３１を挿入する場合、第１スロット９１は、Ｕ相コイル５Ｕの他方のコイルセンター部５１が配置され、第２スロット９２には、Ｖ相コイル５Ｖの他方のコイルセンター部５１が配置され、第３スロット９３には、Ｕ相コイル５Ｕの一方のコイルセンター部５１が配置され、第４スロットには、Ｖ相コイル５Ｖの一方のコイルセンター部５１が配置される。第１スロット９１の内面９１Ａと第２スロット９２の内面９２Ａと第３スロット９３の内面９３Ａと第４スロット９４の内面９４Ａとが平行に近い形状のため、コイルセット３１はスロット９に円滑に挿入される。

　図１４は、本実施形態に係る第２コイル片４２を模式的に示す図である。上述の実施形態において、第２コイル片４２の厚さＤ２は、均一であることとした。すなわち、第２コイル片４２のセンター部４２１の厚さとエンド部４２２の厚さとは等しいこととした。図１４に示すように、センター部４２１の厚さは、エンド部４２２の厚さよりも厚くてもよい。センター部４２１の厚さがエンド部４２２の厚さよりも厚い場合、センター部４１１及びセンター部４２１によって形成されるセンター部５１０の厚さは、第２部分５２２の厚さＤ２よりも厚くなる。センター部５１０の厚さが厚くなることにより、大電流を流すことができ、モータ１は大きいトルクを発生することができる。例えば、センター部４１１及びセンター部４２１によって形成されるセンター部５１０の厚さは、第１部分５２１の厚さＤ１と等しくてもよい。厚さが厚いコイル片の一部を切削加工したり圧延加工したりすることにより、図１４に示すような第２コイル片４２が製造される。

　図１５は、図１４に示した第２コイル片４２の製造方法を模式的に示す図である。図１５に示すように、厚さが薄いコイル片の一部を折り曲げることにより、図１４に示したような第２コイル片４２が製造されてもよい。

　図１６は、図８に示した第１コイル片４１の製造方法を模式的に示す図である。図１６に示すように、厚さが薄い矩形環状のコイル片を半分に折り曲げることにより、図８に示したような第１コイル片４１が製造されてもよい。

　上述の実施形態において、エンド部５２０は、第１部分５２１と第２部分５２２とを含み、第２部分５２２の厚さＤ２は、第１部分５２１の厚さＤ１よりも薄いこととした。エンド部５２０が、第１部分５２１と第２部分５２２とを含み、第２部分５２２の断面積が、第１部分５２１の断面積よりも小さくてもよい。この場合、第１部分５２１の厚さＤ１と第２部分５２２の厚さＤ２とが同一で、第２部分５２２の断面積が、第１部分５２１の断面積よりも小さくてもよい。

　上述の実施形態において、ロータ３がステータコア４の内側（内周側）に配置され、モータ１がインナロータ側モータであることとした。ロータ３はステータコア４に対向する位置に配置されていればよい。モータ１は、ロータ３がステータコア４の外周側に配置されるアウタロータ型モータでもよいし、ロータ３がステータコア４の内周側及び外周側の両方に配置されるデュアルロータ型モータでもよいし、ロータ３がステータコア４の軸方向側に配置されるアキシャルギャップ型モータでもよい。

　なお、上述の実施形態においては、モータ１がセグメント型スイッチトリラクタンスモータであることとした。モータ１は極歯が設けられたスイッチトリラクタンスモータ(Switched　Reluctance　Motor)でもよいし、シンクロナスリラクタンスモータ（Synchronous　Reluctance　Motor）でもよいし、フラックススイッチングモータ（Flux　Switching　Motor）でもよいし、永久磁石モータモータ（Permanent　Magnet　Motor）でもよいし、誘導モータ（Induction　Motor）でもよいし、アキシャルギャップモータでもよいし、リニアアクチュエータでもよい。

　上述の実施形態においては、モータ１は３相モータであることとした。モータ１は４相モータでもよい。その場合は、ロータの極数をＰ、ステータコアのスロット数をＳ、自然数をＮとしたとき、
　Ｐ＝５×Ｎ、
　Ｓ＝８×Ｎ、
の条件を満足する。

　１…モータ、２…ステータ、３…ロータ、４…ステータコア、４Ａ…第１端面、４Ｂ…第２端面、４Ｓ…内周面、４Ｔ…外周面、５…コイル、５Ｕ…Ｕ相コイル、５Ｖ…Ｖ相コイル、５Ｗ…Ｗ相コイル、６…ロータホルダ、７…ロータコアピース、８…シャフト、９…スロット、９Ａ…開口部、９Ｂ…開口部、９Ｍ…開口部、１０…ティース、１０Ａ…端面、１０Ｂ…端面、１１…開口、２０…セグメント導体、２０Ｕ…セグメント導体、２０Ｖ…セグメント導体、２０Ｗ…セグメント導体、３１…コイルセット、３２…コイルセット、３３…コイルセット、４１…第１コイル片、４２…第２コイル片、５１…コイルセンター部、５２…コイルエンド部、９１…第１スロット、９１Ａ…内面、９２…第２スロット、９２Ａ…内面、９３…第３スロット、９３Ａ…内面、９４…第４スロット、９４Ａ…内面、１０１…第１ティース、１０２…第２ティース、１０３…第３ティース、４１１…センター部、４１２…エンド部、４１２Ａ…第１エンド部、４１２Ｂ…第２エンド部、４１２Ｃ…第３エンド部、４１２Ｄ…第１曲折部、４１２Ｅ…第２曲折部、４２１…センター部、４２２…エンド部、４２２Ａ…第４エンド部、４２２Ｂ…第５エンド部、５１０…センター部、５２０…エンド部、５２１…第１部分、５２２…第２部分、ＡＸ…回転軸、Ｄ１…厚さ、Ｄ２…厚さ、Ｉｃ…コイルピッチ、Ｉｐ…極ピッチ、Ｒ１…寸法、Ｒ２…寸法、Ｒ３…寸法、ＲＳ…対象物。

Claims (9)

1. 　ステータコアのスロットに配置されるセンター部と、
   　前記ステータコアから軸方向に突出するエンド部と、を備え、
   　前記エンド部は、第１部分と、前記第１部分の厚さよりも薄い第２部分とを有する、
   　コイル。
2. 　前記第１部分の断面積は、前記第２部分の断面積よりも大きい、
   　請求項１に記載のコイル。
3. 　前記センター部の厚さは、前記第２部分の厚さよりも厚い、
   　請求項１又は請求項２に記載のコイル。
4. 　前記センター部の厚さは、前記第１部分の厚さと等しい、
   　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコイル。
5. 　前記センター部の断面積は、前記第１部分の断面積と等しい、
   　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコイル。
6. 　ステータコアと、
   　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコイルと、を備える、
   　ステータ。
7. 　前記コイルは、第１相コイルと第２相コイルと第３相コイルとを含み、
   　前記第１相コイルの間に前記第２相コイルの一部が配置され、前記第２相コイルの間に前記第１相コイルの一部が配置されることにより、前記第１相コイルと前記第２相コイルとのコイルセットが形成され、
   　前記第２相コイルの間に前記第３相コイルの一部が配置され、前記第３相コイルの間に前記第２相コイルの一部が配置されることにより、前記第２相コイルと前記第３相コイルとのコイルセットが形成され、
   前記第３相コイルの間に前記第１相コイルの一部が配置され、前記第１相コイルの間に前記第３相コイルの一部が配置されることにより、前記第３相コイルと前記第１相コイルとのコイルセットが形成され、
   　コイルエンド部において、前記第１相コイルの前記第２部分と前記第２相コイルの第２部分とが、径方向に交互に配置され、前記第２相コイルの前記第２部分と前記第３相コイルの第２部分とが、径方向に交互に配置され、前記第３相コイルの前記第２部分と前記第１相コイルの第２部分とが、径方向に交互に配置される、
   　請求項６に記載のステータ。
8. 　前記ステータコアは、隣り合う前記スロットの間に配置されるティースを有し、
   　前記コイルは、２スロットピッチで前記ティースの周囲に配置される、
   　請求項６又は請求項７に記載のステータ。
9. 　請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のステータと、
   　前記ステータコアに対向するロータと、を備え、
   　前記ロータの極数をＰ、前記ステータコアのスロット数をＳ、自然数をＮとしたとき、
   　Ｐ＝７×Ｎ、
   　Ｓ＝１２×Ｎ、
   の条件を満足する、
   　モータ。

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