WO2025197166A1 - 電機子、回転電機、リニアモータおよび電機子の製造方法 - Google Patents

電機子、回転電機、リニアモータおよび電機子の製造方法

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WO2025197166A1
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WO
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armature
coils
coil
corners
adjacent
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Application number
PCT/JP2024/037388
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English (en)
French (fr)
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辰郎 日野
秀哲 有田
朋平 高橋
悠希 西村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines
    • H02K15/0414—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines the windings consisting of separate elements, e.g. bars, segments or half coils
    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • This disclosure relates to armatures, rotating electric machines, linear motors, and methods for manufacturing armatures.
  • a thin rotating electric machine is an axial gap type rotating electric machine in which a circular rotor and an armature are arranged facing each other.
  • an armature for an axial gap type rotating electric machine has been disclosed in which multiple coils manufactured by punching copper plate are stacked with an insulating layer sandwiched between them (see, for example, Patent Document 1).
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an armature with high insulation between adjacent coils on the same layer.
  • the armature disclosed herein is an armature arranged opposite the mover across a gap, and has a coil whose width changes from the first direction toward the third direction when viewed from the first direction, where the direction facing the mover is defined as a first direction, the direction perpendicular to the first direction and in which the mover moves relative to the armature is defined as a second direction, and the direction perpendicular to the first and second directions is defined as a third direction.
  • the coils are stacked in two or more layers in the first direction with an insulator interposed between them, and at least two coils are arranged in the second direction.
  • Chamfered portions are formed at the corners of the coils in a cross section perpendicular to the third direction.
  • the armature disclosed herein has chamfered corners of the coils in a cross section perpendicular to the third direction, thereby improving insulation between adjacent coils on the same layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of a rotor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an armature according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of an armature of a reference example according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a coil of the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature of a comparative example according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a coil of the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a coil of an armature of a comparative example according to the first embodiment.
  • 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the armature according to the first embodiment.
  • 1A and 1B are diagrams showing a coil in the process of being manufactured according to the first embodiment;
  • 5A to 5C are diagrams for explaining a method for manufacturing an armature according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are diagrams for explaining a method for manufacturing an armature according to the first embodiment.
  • FIG. 10A to 10C are diagrams for explaining deformation of the coil when pressed by a die in the armature according to the first embodiment.
  • 10A to 10C are diagrams for explaining deformation of the coil when pressed by a die in the armature according to the first embodiment.
  • 10A to 10C are diagrams for explaining deformation of the coil when pressed by a die in the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the armature according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a coil of an armature according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature of a comparative example according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a coil of an armature according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a coil of an armature of a comparative example according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature of a comparative example according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a coil of an armature according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a coil of an armature according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to a fifth embodiment.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a coil of an armature according to a fifth embodiment.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to embodiment 1.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the right half from the center of rotation, which will be described later, in order to explain the structure of the rotating electric machine according to this embodiment.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment is an axial gap type rotating electric machine in which an annular rotor and an armature are arranged axially opposite each other.
  • the rotating electric machine 1 of this embodiment is composed of a stator 2 and a rotor 3.
  • the stator 2 has a circular armature 21, a housing 22 that holds the armature 21, a bearing 23, and a bracket 24.
  • the rotor 3 has a rotating shaft 31 that is rotatably supported relative to the stator 2 via the bearing 23, a circular rotor core 32 that is fastened to the rotating shaft 31, and magnets 33 that are arranged circumferentially around the rotor core 32.
  • the rotating shaft 31 rotates around the center of rotation C.
  • the direction parallel to the center of rotation C will be referred to as the axial direction
  • the direction perpendicular to the axial direction will be referred to as the radial direction
  • the circumferential direction of the annular armature 21 will be referred to as the circumferential direction.
  • the inner diameter side is the direction approaching the center of rotation C in the radial direction
  • the outer diameter side is the direction moving away from the center of rotation C in the radial direction.
  • the rotor core 32 is arranged on both sides of the armature 21 in the axial direction, and the magnets 33 are arranged facing the armature 21 across a gap in the axial direction.
  • a coil is formed in the armature 21, and a current is applied to this coil from the power supply terminal 4.
  • the armature 21 generates a rotating magnetic field due to the applied current.
  • the rotor 3 rotates due to this rotating magnetic field. Therefore, the rotor 3 is arranged coaxially with the armature 21 across a gap, and can also be described as a mover that moves relative to the armature 21.
  • Figure 2 is a plan view of the rotor 3 of this embodiment, viewed from the armature 21 side.
  • the magnets 33 are arranged in a line in the circumferential direction of the annular rotor core 32.
  • the magnets 33 are magnetized in a direction perpendicular to the plane of the paper in Figure 2, with south poles and north poles arranged alternately in the circumferential direction.
  • FIG. 3 is a plan view of the armature 21 of this embodiment
  • FIG. 4 is a side view of the armature 21 of this embodiment.
  • the armature 21 of this embodiment is composed of two layers of coils stacked in the axial direction. Therefore, FIG. 3 shows the coils of the first layer.
  • FIG. 5 is a plan view of the coils of the second layer of the armature 21 of this embodiment.
  • the coils of each layer are made of a conductive metal such as copper, and an insulating coating is formed on their surfaces.
  • the armature 21 of this embodiment has 72 coils 26 divided circumferentially by slits 25.
  • Each coil 26 is composed of a slot portion 26a in the radial center, an outer diameter turn portion 26b on the outer diameter side of the slot portion 26a, and an inner diameter turn portion 26c on the inner diameter side of the slot portion 26a.
  • the first layer coil 26 is joined to the second layer coil 26 at an outer diameter joint portion 27.
  • the second layer coil 26 joined at the outer diameter joint portion 27 is joined to the first layer coil 26 at an inner diameter joint portion 28.
  • the coils 26 joined in this manner are joined to coils 26 positioned six pitches apart circumferentially by bus bars 29.
  • bus bars 29 may be used for purposes other than electrically joining coils in the stacking direction. For example, they may be used as a neutral point connection portion in a Y-connection. Furthermore, the bus bar 29 is not limited to joining coils spaced six slot pitches apart, but may also join coils spaced five slot pitches or seven slot pitches apart.
  • the first and second layer coils which are six pitches apart, are joined in sequence to form a wave-wound armature coil.
  • the armature of this embodiment has a distributed winding with full pitch winding of 2 per pole per phase, and as shown in Figure 3, the coils U1, U2, W1, W2, V1, and V2 are arranged in order. Also, as shown in Figure 4, power supply terminals 4 are connected to both ends of the coils U1, U2, W1, W2, V1, and V2.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of an armature according to this embodiment.
  • a U-phase coil, in which U1 and U2 coils are connected in series, a W-phase coil, in which W1 and W2 coils are connected in series, and a V-phase coil, in which V1 and V2 coils are connected in series, are connected in a Y-connection, and a three-phase AC power supply 30 such as an inverter is connected to the ends of the coils of each phase.
  • a rotating magnetic field is generated in the armature by applying three-phase AC current from the three-phase AC power supply 30 to the coils of each phase.
  • the armature is fully-pitch wound with two coils per pole per phase, but the armature may be fractionally wound, distributed with one coil per pole per phase, salient pole concentrated winding, or other types of winding, as long as the winding method generates a rotating magnetic field and coils set to different potentials are arranged adjacent to each other.
  • the armature of this embodiment is not limited to three phases, and can also be applied to dual three-phase structures, or structures that generate a rotating magnetic field with five-phase or seven-phase current.
  • Figure 7 is a plan view of an armature wound with magnet wire of the same cross-sectional shape as a reference example. Note that the busbars and power supply terminals are omitted from Figure 7.
  • the width of the coil 26 must be determined by physical constraints such as space interference on the inner diameter and ensuring insulation distance. In this case, the space other than the coil on the outer diameter side becomes large. As a result, the coil space factor cannot be increased, resulting in reduced efficiency and output.
  • the coil width when viewed from the axial direction is varied, allowing the coils to be arranged densely even on the outer diameter side, resulting in higher efficiency and higher output.
  • the coils in order to obtain coil shapes with different cross-sectional areas, the coils must be formed by stamping, laser processing, etching, etc. For example, if the coils are formed by stamping, the corners of the coil will be nearly right-angled.
  • Figure 8 is an enlarged cross-sectional view of the coils of the armature according to this embodiment.
  • Figure 8 is a cross-sectional view of the portion indicated by A-A in Figure 3, i.e., a cross-sectional view perpendicular to the radial direction, with the vertical direction of the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 8 shows an enlarged view of a slot portion where coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction, are W-phase coils.
  • These coils 41 to 44 are covered with an insulating coating 45.
  • the potential difference between coils 41 and 43 of different phases is greater than the potential difference between coils 41 and 42 of the same phase.
  • the corners of the coils are chamfered in a radial cross section.
  • chamfering refers to removing sharp corners after machining to form a flat, curved surface, etc.
  • a chamfered shape refers to a shape that can reduce electric field concentration by removing sharp corners.
  • the corners of the coils are rounded.
  • the chamfered shape will be referred to as chamfered portion 40.
  • the shape of the chamfered portion defined in this embodiment is achieved, it is not limited to processing methods that remove sharp corners after machining, but can also be processing methods that directly form chamfered portions using near-net shaping with a 3D printer, die casting, etc.
  • Figure 9 is an enlarged cross-sectional view of a coil in an armature of a comparative example to this embodiment.
  • Figure 9 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the radial direction, with the vertical direction on the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 9 shows an enlarged view of a slot portion in which coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction, are W-phase coils.
  • These coils 41 to 44 are covered with an insulating coating 45.
  • the potential difference between coils 41 and 43 of different phases is greater than the potential difference between coils 41 and 42 of the same phase.
  • the corners of the coils are not chamfered, so the corners of the coils are nearly right-angled in radial cross section. In this embodiment, if the corners of the coils are not chamfered in radial cross section, the corners of the coils will be nearly right-angled.
  • FIG. 10 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in FIG. 8
  • FIG. 11 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in FIG. 9.
  • three locations are assumed to be potential locations where short-circuiting with other coils may occur, relative to coil 41: between the corner of coil 41 indicated by double-headed arrow a and the corner of coil 42; between the corner of coil 41 indicated by double-headed arrow b and the corner of coil 43; and between the corner of coil 41 indicated by double-headed arrow c and the corner of coil 44.
  • the lengths of double-headed arrow a and double-headed arrow b are the same between the armature of this embodiment and the armature of the comparative example.
  • the corners are shaped like chamfered portions 40, which alleviates electric field concentration compared to the armature of the comparative example shown in FIG. 11.
  • the length of double-ended arrow c is longer in the armature of this embodiment shown in Figure 10 than in the armature of the comparative example shown in Figure 11.
  • the insulation between the corners of coil 41 and coil 44 is higher in the armature of this embodiment than in the armature of the comparative example.
  • the corners of the armature of this embodiment are chamfered, electric field concentration is alleviated compared to the armature of the comparative example shown in Figure 11.
  • the corners of the coils in the radial cross section are chamfered 40, which improves the insulation between adjacent coils in the same layer. Furthermore, in the armature of this embodiment, the insulation between adjacent coils in the same layer is improved compared to the armature of the comparative example, so the thickness of the insulating coating 45 can also be reduced. Reducing the thickness of the insulating coating 45 can also improve the coil space factor. As a result, it is possible to achieve a smaller armature, higher output, and higher efficiency.
  • the chamfered portion has a rounded shape, but the chamfered portion may also have a shape known as C-chamfering, in which sharp corners left after machining are cut at a 45-degree angle, a shape known as light chamfering, in which only the tip of a sharp corner is cut, or a shape in which a sharp corner is cut into a polygonal shape.
  • the method for manufacturing an armature according to this embodiment includes a coil forming step S1, a chamfered portion forming step S2, an insulating coating forming step S3, a coil joining step S4, and a coil cutting step S5.
  • FIG. 13 is a diagram showing the coil after slits have been punched in the coil formation process S1.
  • the metal plate 34 is processed into a circular ring shape, and a slit 25 is formed through the metal plate 34.
  • a coil 26 is formed in the metal plate 34, consisting of a slot portion 26a, an outer diameter turn portion 26b, and an inner diameter turn portion 26c.
  • the outer diameter joint portion 27 and the inner diameter joint portion 28 are formed at the same time as the coil 26 is formed. At this time, the outer diameter joint portion 27 is connected to the outer diameter connecting portion 36 via the outer diameter cutting portion 35. Furthermore, the inner diameter joint portion 28 is connected to the inner diameter connecting portion 38 via the inner diameter cutting portion 37. Furthermore, in the coil forming process S1, a positioning hole 39 is formed in the outer diameter connecting portion 36.
  • connecting the coil 26 to the outer diameter connecting portion 36 and the inner diameter connecting portion 38 makes it easier to transport the coil, and forming the positioning holes 39 makes it easier to position it in subsequent processes.
  • FIG 14 is a diagram for explaining the chamfer forming process S2.
  • the coil 26 formed in the coil forming process S1 has corners that are approximately right angles. As shown in Figure 14, this coil 26 is placed on a lower mold 51. An upper mold 52 is pressed from above onto the coil 26 placed on the lower mold 51. Through this process, chamfers 40 are formed at the corners of the coil 26. Note that, as shown in Figure 15, multiple coils 26 lined up in the circumferential direction may be pressed simultaneously using the lower mold 51 and upper mold 52. Alternatively, the entire coil 26 may be pressed simultaneously.
  • Figure 16 is a diagram illustrating the deformation of a coil when a limited number of coils are pressed with a mold.
  • the arrows indicate the force applied from the coil 26 to the upper mold 52.
  • a similar force is also applied to the lower mold 51, but this is not shown.
  • a force is applied at right angles to the coil at the end of the upper mold 52, which may cause the mold to deform.
  • a smaller circumferential spacing is desirable to improve the coil's space factor, so the thickness of the mold at the circumferential end is smaller. If the circumferential gap of the coil is increased to suppress mold deformation, the output of the rotating electric machine will decrease.
  • Figure 17 is a diagram illustrating the deformation of coils when a limited number of coils are pressed with a mold. As shown in Figure 17, it is also possible to form a chamfer on only one side of the coil adjacent to the end of the mold. In this case, the imbalance of force on the mold is smaller than with the method shown in Figure 16, but the coil adjacent to the end of the mold will move. If the coil shifts circumferentially, in the worst case scenario, it will short-circuit with the adjacent coil. Even if there is no short-circuit, the required insulation distance cannot be secured, and insulation reliability cannot be ensured.
  • Figure 18 is a diagram illustrating the deformation of the coil when the entire coil is pressed simultaneously with a mold.
  • the circumferential ends of the mold are eliminated, which has the effect of suppressing deformation of the coil 26.
  • Suppressing deformation of the coil 26 and reducing variation in the circumferential gap of the coil has the effect of improving insulation reliability.
  • the force acting on the mold is reduced because there are no ends, which has the effect of extending the life of the mold.
  • pressing the entire coil 26 simultaneously can also prevent warping of the coil.
  • an insulating coating is formed on the surface of the coil.
  • Methods that can be used to form the insulating coating include electrocoating and powder coating.
  • the first and second layer coils are manufactured by performing the coil forming process S1, the chamfer forming process S2, and the insulating coating forming process S3 on two metal plates, respectively.
  • the insulating coating formed on the surfaces of the outer diameter joint portion 27 and the inner diameter joint portion 28 is first peeled off.
  • the first and second layer coils are then overlapped and joined at the outer diameter joint portion 27 and the inner diameter joint portion 28.
  • Methods that can be used to join the coils include welding, crimping, and soldering.
  • the power supply terminal 4 and the bus bar 29 are joined to the coil 26, respectively.
  • the chamfer may also be formed by cutting the corners of the coil using an abrasive.
  • Methods using an abrasive include sandblasting, shot blasting, and barrel polishing. Methods using an abrasive can form the chamfer without using a mold, which has the effect of reducing costs.
  • the abrasive increases the surface roughness of the coil, improving adhesion between the coil and the insulating coating and preventing pinholes and peeling in the insulating coating. As a result, the reliability of the coil's insulation is improved.
  • the insulating coating is formed after chamfering the corners of the coil, allowing for a more uniform thickness of the insulating coating at the corners of the coil compared to coils without chamfering. If the insulating coating were formed without chamfering, the electric field concentration at the corners would cause the insulating coating to have an uneven thickness. Therefore, to ensure the insulating properties of the insulating coating, it is necessary to increase the average thickness of the entire insulating coating. As a result, the coil space factor is reduced in armatures without chamfering. In the armature manufacturing method of this embodiment, the insulating coating is formed after chamfering the corners of the coil, eliminating the need to increase the average thickness of the insulating coating more than necessary, which also has the effect of improving the coil space factor.
  • the coil 26 is processed while connected to the outer diameter connecting portion 36 and the inner diameter connecting portion 38, but the coil 26 may also be processed while separated. Even in this case, the thickness of the insulating coating at the corners of the coil can be made uniform by providing the chamfered portion forming process S2 before the insulating coating forming process S3.
  • the armature has been described as being for an axial gap type rotating electric machine, but the same effect as this embodiment can be achieved by forming chamfered portions at the corners of the coils in the armature of a linear motor in which disk-shaped coils 26 are arranged in a straight line, as shown in Figure 19. Furthermore, in a radial gap type rotating electric machine in which the armature is made by processing linearly arranged coils into a cylindrical shape, the same effect as this embodiment can be achieved by forming chamfered portions at the corners of the coils.
  • an armature composed of two layers of coils has been described as an example, but the same effect as this embodiment can be achieved in an armature composed of three or more layers of coils by forming chamfered portions at the corners of the coils.
  • the axial thickness of the coils can be reduced, thereby reducing the skin effect, eddy current loss, etc.
  • the armature in this embodiment has been described as being composed of Y-connected coils as an example, it may also be composed of coils connected in parallel, delta, etc.
  • Embodiment 2 In the armature according to the second embodiment, two layers of coils are arranged circumferentially shifted from each other in the armature of the first embodiment. Note that a rotating electric machine having the armature of this embodiment is similar to the rotating electric machine of the first embodiment shown in FIG.
  • Figure 20 is an enlarged cross-sectional view of the coils of the armature according to this embodiment.
  • Figure 20 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the radial direction, with the vertical direction on the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 20 shows an enlarged view of a slot portion where coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction, are W-phase coils.
  • These coils 41 to 44 are covered with insulating coating 45.
  • chamfered portions 40 are formed at the corners of the coils in a radial cross section. Furthermore, in the armature of this embodiment, the second layer coils are arranged circumferentially offset from the first layer coils.
  • Figure 21 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in Figure 20. As shown in Figure 21, in the armature of this embodiment, the corners of axially adjacent coils do not face each other, and the corner of one coil faces the flat portion of the axially adjacent coil. Therefore, in the armature of this embodiment, the insulation is improved compared to the armature of embodiment 1, in which the corners of axially adjacent coils face each other.
  • the amount of circumferential deviation between axially adjacent coils is X
  • the distance between circumferentially adjacent coils is Y
  • the distance from the circumferential end of the coil to the start position of the chamfered portion 40 is R.
  • X it is preferable that X>R.
  • X ⁇ Y+2R it is preferable that X ⁇ Y+2R. If X ⁇ Y+2R, the distance between coils 42 and 43 of different phases will be small, which could result in a decrease in insulation. By satisfying X ⁇ Y+2R, the distance between coils of different phases can be increased, preventing a decrease in insulation.
  • Embodiment 3 In the armature of the first embodiment, two layers of coils are stacked in the axial direction, and insulation between the coils is ensured by an insulating coating formed on the surface of the coils. In the armature of the third embodiment, an insulating sheet is placed between the two layers of coils stacked in the axial direction to ensure insulation between the coils. Note that a rotating electric machine having an armature of this embodiment is similar to the rotating electric machine of the first embodiment shown in FIG. 1.
  • Figure 22 is an enlarged cross-sectional view of the coils of the armature according to this embodiment.
  • Figure 22 is a cross-sectional view perpendicular to the radial direction, with the vertical direction of the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 22 shows an enlarged view of a slot where coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction
  • Chamfered portions 40 are formed at the corners of these coils 41 to 44.
  • no insulating coating is formed on the surfaces of these coils 41 to 44, and insulating sheets 46 are placed between axially adjacent coils.
  • the armature of this embodiment is manufactured by the armature manufacturing method shown in Figure 12 of embodiment 1, excluding the insulating coating formation process S3, and by placing an insulating sheet in areas other than the outer diameter joint and inner diameter joint when overlapping the first and second layer coils in the coil joining process S4.
  • Figure 23 is an enlarged cross-sectional view of a coil in an armature of a comparative example to this embodiment.
  • Figure 23 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the radial direction, with the vertical direction of the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 23 shows an enlarged view of a slot portion where coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction
  • No chamfers are formed at the corners of these coils 41 to 44.
  • no insulating coating is formed on the surfaces of these coils 41 to 44, and an insulating sheet 46 is placed between axially adjacent coils.
  • FIG. 24 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in FIG. 22, and FIG. 25 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in FIG. 23.
  • the creepage distance between circumferentially adjacent coils is indicated by a double-ended arrow d.
  • the length of double-ended arrow d is longer in the armature of this embodiment shown in FIG. 24 than in the armature of the comparative example shown in FIG. 25. Therefore, the insulation between circumferentially adjacent coils is higher in the armature of this embodiment, in which chamfered portions 40 are formed, than in the armature of the comparative example.
  • Figure 26 is an enlarged cross-sectional view of a coil in an armature of another comparative example related to this embodiment.
  • the armature of another comparative example shown in Figure 26 uses a punching process in the coil formation process and does not have a chamfered portion.
  • protrusions 47 called burrs are formed at the corners of the coil.
  • these protrusions 47 can damage the insulating sheet 46, potentially reducing the insulating properties of the insulating sheet 46.
  • gaps 48 can still form between the insulating sheet 46 and the protrusions 47. These gaps 48 reduce the coil's space factor and increase the thermal resistance from the coil to the insulating sheet. As a result, a rotating electrical machine equipped with the armature of this comparative example will experience a decrease in output.
  • the coil and insulating sheet are in close contact with each other as shown in Figure 24, which improves the coil space factor and reduces the thermal resistance from the coil to the insulating sheet.
  • a rotating electric machine equipped with the armature of this embodiment can achieve high output.
  • Embodiment 4 In the armature of embodiment 3, an insulating sheet is disposed between two layers of coils stacked in the axial direction. In the armature of embodiment 4, the circumferentially adjacent coils in the armature of embodiment 3 are fixed with fixing members. Note that a rotating electric machine having an armature of this embodiment is similar to the rotating electric machine of embodiment 1 shown in FIG. 1.
  • Figure 27 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to this embodiment.
  • Figure 27 is a cross-sectional view perpendicular to the radial direction, with the vertical direction of the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 27 shows an enlarged view of a slot portion where coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction, are W-phase coils.
  • Chamfered portions 40 are formed at the corners of these coils 41 to 44.
  • fixing members 49 are disposed between circumferentially adjacent coils 41 and 43, and between circumferentially adjacent coils 42 and 44.
  • the fixing members 49 secure the circumferentially adjacent coils to each other.
  • a thermosetting resin or a room-temperature curing adhesive can be used as the fixing member 49.
  • Figure 28 is an enlarged cross-sectional view of the coil of another armature according to this embodiment.
  • Figure 28 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the radial direction, with the vertical direction on the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • the surface of the fixing member 49 is curved.
  • Figure 29 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in Figure 27, and Figure 30 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in Figure 28.
  • the creepage distance between circumferentially adjacent coils is indicated by double-ended arrows d.
  • the length of double-ended arrow d is longer in the armature shown in Figure 30 than in the armature shown in Figure 29. Therefore, the insulation between circumferentially adjacent coils is higher in the armature shown in Figure 30 than in the armature shown in Figure 29.
  • the surface of fixing member 49 is curved.
  • Embodiment 5 The armature of the fifth embodiment is the armature of the first embodiment, in which a magnetic member is disposed between circumferentially adjacent coils. Note that a rotating electric machine having the armature of the present embodiment is similar to the rotating electric machine of the first embodiment shown in FIG.
  • Figure 31 is an enlarged cross-sectional view of a coil of an armature according to this embodiment.
  • Figure 31 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the radial direction, with the vertical direction of the page being the axial direction and the horizontal direction being the circumferential direction.
  • Figure 31 shows an enlarged view of a slot portion where coils of different phases are adjacent in the circumferential direction.
  • coils 41 and 42 which are stacked in two layers in the axial direction, are U-phase coils
  • coils 43 and 44 which are stacked in two layers in the axial direction, are W-phase coils.
  • Chamfered portions 40 are formed at the corners of these coils 41 to 44.
  • FIG. 41 is an enlarged view of the portion indicated by the dashed circle in Figure 31.
  • magnetic metal particles such as iron-based or iron-silicon-based particles solidified with resin can be used as the magnetic member 50.
  • the magnetic member 50 is inserted into at least a portion of the circumferentially adjacent coils.
  • the magnetic member may be inserted only between the slot portions 26a of the coils 26 in Figure 5 of embodiment 1. Because magnetic members are typically conductive, it is necessary to ensure insulation between the coil and the magnetic member. Even in this case, however, providing a chamfered portion on the coil has the effect of improving insulation. Furthermore, in areas where no magnetic material is inserted, the coils are adjacent to each other circumferentially without any magnetic material in between, so the same effect as in embodiment 1 can be expected.
  • appendices an armature disposed opposite to the mover across a gap, a direction facing the mover is defined as a first direction, a direction perpendicular to the first direction in which the mover moves relative to the armature is defined as a second direction, and a direction perpendicular to the first direction and the second direction is defined as a third direction, the coil has a width that changes from the first direction toward the third direction, the coils are stacked in two or more layers in the first direction with an insulator interposed therebetween, at least two of the coils are arranged in the second direction, and chamfered portions are formed at the corners of the coils in a cross section perpendicular to the third direction.
  • a rotating electric machine comprising: the armature according to any one of claims 1 to 8; and a mover arranged coaxially opposite the armature with a gap therebetween.
  • (Appendix 10) 9.
  • a linear motor comprising: an armature according to any one of claims 1 to 8; and a mover arranged linearly opposite the armature with a gap interposed therebetween.

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Abstract

同じ層で隣接するコイル間の絶縁性が高い電機子を提供する。　可動子とギャップを介して対向して配置される電機子であって、可動子と対向する方向を第一方向とし、第一方向と直交し可動子が電機子に対して相対的に移動する方向を第二方向とし、第一方向および第二方向に直交する方向を第三方向としたときに、第一方向からみて第三方向に向かって幅が変化しているコイルを有し、コイル（４１、４２）は第一方向に絶縁物を介して２層以上に積層されており、第二方向に少なくとも２つ以上のコイル（４１、４３）が配置され、第三方向と直交する方向の断面において、コイルの角部に面取り部（４０）が形成されている。

Description

電機子、回転電機、リニアモータおよび電機子の製造方法
　本開示は、電機子、回転電機、リニアモータおよび電機子の製造方法に関する。
　薄型の回転電機として円環形状の回転子と電機子とが対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機がある。アキシャルギャップ型の回転電機の電機子として、例えば、銅板を打ち抜いて製造された複数のコイルを絶縁層を挟んで積層した電機子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－９９４２９号公報
　従来の電機子においては、銅板を打ち抜いて製造された複数のコイルを絶縁層を挟んで積層しているため、同じ層で隣接するコイル間の絶縁性が低いという問題があった。
　本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、同じ層で隣接するコイル間の絶縁性が高い電機子を提供することを目的とする。
　本開示の電機子は、可動子とギャップを介して対向して配置される電機子であって、可動子と対向する方向を第一方向とし、第一方向と直交し可動子が電機子に対して相対的に移動する方向を第二方向とし、第一方向および第二方向に直交する方向を第三方向としたときに、第一方向からみて第三方向に向かって幅が変化しているコイルを有し、コイルは第一方向に絶縁物を介して２層以上に積層されており、第二方向に少なくとも２つ以上のコイルが配置され、第三方向と直交する方向の断面において、コイルの角部に面取り部が形成されている。
　本開示の電機子は、第三方向と直交する方向の断面において、コイルの角部に面取り部が形成されているので、同じ層で隣接するコイル間の絶縁性を向上させることができる。
実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 実施の形態１に係る回転子の平面図である。 実施の形態１に係る電機子の平面図である。 実施の形態１に係る電機子の側面図である。 実施の形態１に係る電機子の平面図である。 実施の形態１に係る電機子の回路図である。 実施の形態１に係る参考例の電機子の平面図である。 実施の形態１に係る電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態１に係る比較例の電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態１に係る電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態１に係る比較例の電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態１に係る電機子の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る製造途中のコイルを示した図である。 実施の形態１に係る電機子の製造方法を説明するための図である。 実施の形態１に係る電機子の製造方法を説明するための図である。 実施の形態１に係る電機子における金型で押圧する場合のコイルの変形を説明するための図である。 実施の形態１に係る電機子における金型で押圧する場合のコイルの変形を説明するための図である。 実施の形態１に係る電機子における金型で押圧する場合のコイルの変形を説明するための図である。 実施の形態１に係る電機子の平面図である。 実施の形態２に係る電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態２に係る電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態３に係る電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態３に係る比較例の電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態３に係る電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態３に係る比較例の電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態３に係る比較例の電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態４に係る電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態４に係る電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態４に係る電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態４に係る電機子のコイルの拡大図である。 実施の形態５に係る電機子のコイルの拡大断面図である。 実施の形態５に係る電機子のコイルの拡大図である。
　以下、本開示を実施するための実施の形態に係る電機子について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る回転電機の断面図である。図１は、本実施の形態に係る回転電機の構造を説明するために、後述する回転中心から右半分の構造を示した断面図である。本実施の形態の回転電機１は、円環形状の回転子と電機子とが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機である。
　本実施の形態の回転電機１は、固定子２と回転子３とで構成されている。固定子２は、円環形状の電機子２１と、電機子２１を保持するハウジング２２と、軸受２３と、ブラケット２４とを有している。回転子３は、軸受２３を介して固定子２に対して回転可能に支持された回転軸３１と、回転軸３１に締結された円環形状の回転子コア３２と、回転子コア３２の円周方向に配置された磁石３３とを有している。
　回転軸３１は、回転中心Ｃを中心に回転する。これ以降、回転中心Ｃと平行な方向を軸方向、軸方向と直交する方向を径方向、円環形状の電機子２１の円周方向を周方向と称する。さらに、内径側とは径方向において回転中心Ｃに近づく方向であり、外径側とは径方向において回転中心Ｃから遠ざかる方向である。回転子コア３２は電機子２１の軸方向の両側に配置されており、磁石３３は軸方向にギャップを介して電機子２１と対向して配置されている。電機子２１にはコイルが形成されており、このコイルに給電端子４から電流が印加される。電機子２１は、印加された電流によって回転磁界を発生する。回転子３は、この回転磁界によって回転する。したがって、回転子３は、電機子２１に対してギャップを介して同軸状に配置され、電機子２１に対して相対的に移動する可動子と表現することもできる。
　図２は、本実施の形態の回転子３を電機子２１側から見た平面図である。図２に示すように、本実施の形態の回転子３において、磁石３３は円環形状の回転子コア３２の円周方向に並んで配置されている。磁石３３は図２の紙面に対して直交方向に着磁されており、Ｓ極とＮ極とが周方向に交互に配置されている。
　図３は本実施の形態の電機子２１の平面図、図４は本実施の形態の電機子２１の側面図である。本実施の形態の電機子２１は、軸方向に積層された２層のコイルで構成されている。したがって、図３は１層目のコイルを示している。図５は、本実施の形態の電機子２１の２層目のコイルの平面図である。各層のコイルは、銅などの導電性の金属で構成されており、その表面には絶縁被膜が形成されている。
　図３および図５に示すように、本実施の形態の電機子２１においては、スリット２５で周方向に７２個に分割されたコイル２６が形成されている。１つのコイル２６は、径方向の中央部分のスロット部２６ａと、スロット部２６ａより外径側の外径ターン部２６ｂと、スロット部２６ａより内径側の内径ターン部２６ｃとで構成されている。１層目のコイル２６は、外径接合部２７で２層目のコイル２６に接合される。外径接合部２７で接合された２層目のコイル２６は、内径接合部２８で１層目のコイル２６に接合される。このように接合されたコイル２６は、バスバー２９で周方向に６ピッチ離れた位置のコイル２６と接合される。なお、バスバー２９は、コイル同士を積層方向に電気的に接合する部分以外の用途に用いてもよい。例えば、Ｙ結線における中性点の接続部に用いてもよい。また、バスバー２９は、６スロットピッチ離れたコイル同士を接合することに限定されず、５スロットピッチ、７スロットピッチ離れたコイル同士を接合してもよい。
　６ピッチ離れた位置の１層目のコイルと２層目のコイルとが順次接合されることで波状に巻き回された電機子のコイルが構成される。本実施の形態の電機子は、毎極毎相２の全節巻きの分布巻きとなっており、図３に示すように、Ｕ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２のコイルが順番に配置された構造である。また、図４に示すように、Ｕ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２のコイルの両端には給電端子４がそれぞれ接続されている。
　図６は、本実施の形態に係る電機子の回路図である。Ｕ１およびＵ２コイルが直列に接続されたＵ相コイルと、Ｗ１およびＷ２コイルが直列に接続されたＷ相コイルと、Ｖ１およびＶ２コイルが直列に接続されたＶ相コイルとがＹ結線で接続されており、各相のコイルの端部にインバータなどの三相交流電源３０が接続されている。三相交流電源３０から各相のコイルに三相交流電流を印加することで電機子に回転磁界を発生させる。
　なお、本実施の形態においては、電機子は毎極毎相２の全節巻きの分布巻きとしたが、回転磁界を発生させる巻き方であって異なる電位に設定されるコイルが隣接して配置される構成であれば、電機子は短節巻き、毎極毎相１の分布巻き、突極集中巻きなどでもよい。また、本実施の形態の電機子は三相に限定されず、二重三相構造、五相または七相の電流で回転磁界を発生する構造にも適用できる。
　図７は、参考例としての同一断面形状のマグネットワイヤを巻き回した電機子の平面図である。なお、図７において、バスバーおよび給電端子は省略している。この参考例においては、内径部のスペース干渉の制約、絶縁距離の確保などの物理的な制約によってコイル２６の幅を決めざるを得ない。この場合、外径側でコイル以外のスペースが大きくなってしまう。そのため、コイルの占積率を上げられず、効率低下、出力低下の原因となる。
　これに対して、本実施の形態の電機子においては、図３に示すように、軸方向からみたコイルの幅を変化させているため、外径側でもコイルを高密度に配置でき、高効率化、高出力化の効果がある。一方、断面積の異なるコイル形状を得るために、打ち抜き加工、レーザ加工、エッチングなどによってコイルを形成する必要がある。例えば、打ち抜き加工でコイルを形成した場合、コイルの角部は直角に近い形状となる。
　図８は、本実施の形態に係る電機子のコイルの拡大断面図である。図８は図３におけるＡ－Ａで示す箇所の断面図つまり径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図８は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図８において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４は、絶縁被膜４５で被覆されている。相が異なるコイル４１とコイル４３との電位差は、同じ相のコイル４１とコイル４２との電位差よりも大きくなる。
　図８に示すように、本実施の形態の電機子においては、径方向の断面においてコイルの角部を面取りした形状としている。ここで面取りとは、機械加工後の鋭利な角部を落として平面、曲面などに加工することを意味し、面取りした形状とは、鋭利な角部を落として電界集中を緩和することができる形状を意味する。具体的に本実施の形態の電機子においては、コイルの角部を丸みを帯びた形状としている。なお、これ以降、面取りした形状を面取り部４０と表現する。なお、本実施の形態において定義する面取り部の形状であれば、機械加工後の鋭利な角部を落とす加工方法に限定せず、３Ｄプリンタ、ダイキャストなどによりニアネットシェイプを用いて直接的に面取り部を形成する加工方法でもよい。
　図９は、本実施の形態に係る比較例の電機子のコイルの拡大断面図である。図９は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図９は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図９において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４は、絶縁被膜４５で被覆されている。相が異なるコイル４１とコイル４３との電位差は、同じ相のコイル４１とコイル４２との電位差よりも大きくなる。
　図９に示す比較例の電機子においては、コイルの角部を面取りしていないため径方向の断面においてコイルの角部はほぼ直角の形状である。本実施の形態においては、径方向の断面においてコイルの角部を面取りしていない場合、コイルの角部は直角に近い形状となる。
　図１０は図８の破線丸印で示した部分の拡大図であり、図１１は図９の破線丸印で示した部分の拡大図である。図１０および図１１に示したように、コイル４１を基準に他のコイルと短絡する可能性がある箇所は、両端矢印ａで示すコイル４１の角部とコイル４２の角部との間、両端矢印ｂで示すコイル４１の角部とコイル４３の角部との間および両端矢印ｃで示すコイル４１の角部とコイル４４の角部との間の３箇所が想定される。両端矢印ａの長さおよび両端矢印ｂの長さは、本実施の形態の電機子と比較例の電機子との間で差異はない。しかしながら、図１０に示す本実施の形態の電機子においては、角部が面取り部４０の形状となっているので、図１１に示す比較例の電機子に比べて電界集中が緩和される。
　両端矢印ｃの長さは、図１０に示す本実施の形態の電機子の方が図１１に示す比較例の電機子に比べて長い。そのため、コイル４１の角部とコイル４４の角部との間の絶縁性は本実施の形態の電機子の方が比較例の電機子よりも高い。さらに、本実施の形態の電機子においては、角部が面取り部の形状となっているので、図１１に示す比較例の電機子に比べて電界集中が緩和される。
　このように、本実施の形態の電機子においては、径方向の断面においてコイルの角部が面取り部４０となっているので、同じ層で隣接するコイル間の絶縁性を向上させることができる。また、本実施の形態の電機子においては、比較例の電機子に比べて同じ層で隣接するコイル間の絶縁性が向上するので、絶縁被膜４５の厚さを小さくすることもできる。絶縁被膜４５の厚さを小さくすることで、コイルの占積率を向上させることもできる。その結果、電機子の小型化、高出力化、高効率化を実現できる効果もある。
　なお、本実施の形態の電機子において面取り部は丸みを帯びた形状としているが、面取り部は機械加工後の鋭利な角部を４５度に削るＣ面取りと呼ばれる形状、鋭利な角部の先端のみを削る糸面取りと呼ばれる形状、鋭利な角部を多角形に削る形状などであってもよい。
　次に、本実施の形態の電機子の製造方法について説明する。
　図１２は、本実施の形態に係る電機子の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態における電機子の製造方法は、コイル形成工程Ｓ１と、面取り部形成工程Ｓ２と、絶縁被膜形成工程Ｓ３と、コイル接合工程Ｓ４と、コイル切断工程Ｓ５とで構成されている。
　始めに、コイル形成工程Ｓ１では、銅などの板状の金属板に対して打ち抜き加工またはレーザ加工によってスリットを貫通させてコイルを形成する。図１３は、コイル形成工程Ｓ１でスリットを貫通させた状態のコイルを示した図である。図１３に示すように、コイル形成工程Ｓ１において金属板３４を円環形状に加工すると共に、金属板３４を貫通したスリット２５を形成する。スリット２５を形成することで、金属板３４にスロット部２６ａと外径ターン部２６ｂと内径ターン部２６ｃとで構成されたコイル２６が形成される。
　コイル形成工程Ｓ１において、コイル２６を形成すると同時に外径接合部２７および内径接合部２８を形成する。このとき、外径接合部２７は、外径切断部３５を介して外径連結部３６とつながった状態とする。また、内径接合部２８は、内径切断部３７を介して内径連結部３８とつながった状態とする。また、コイル形成工程Ｓ１において、外径連結部３６に位置決め孔３９を形成する。
　このようにコイル２６を外径連結部３６および内径連結部３８とつながった状態とすることでコイルの搬送が容易になると共に、位置決め孔３９を形成することで後工程での位置決めが容易となる。
　次に、面取り部形成工程Ｓ２では、径方向の断面においてコイルの角部に面取り部を形成する。図１４は、面取り部形成工程Ｓ２を説明するための図である。コイル形成工程Ｓ１で形成されたコイル２６は角部がほぼ直角となっている。図１４に示すように、このコイル２６を下金型５１の上に載置する。下金型５１の上に載置されたコイル２６に対して、上金型５２を上からプレスする。このような工程によってコイル２６の角部に面取り部４０を形成する。なお、図１５に示すように、周方向に並んだ複数のコイル２６に対して、下金型５１と上金型５２とを用いて同時にプレスしてもよい。また、コイル２６の全体を同時にプレスしてもよい。
　図１６は、限られた個数のコイルを金型で押圧する場合のコイルの変形を説明するための図である。図１６において、矢印はコイル２６から上金型５２に加わる力を示している。なお、下金型５１にも同様な力が加わるが図示を省略している。図１６に示すように、上金型５２の端部においてはコイルと直角方向に力が加わり、金型が変形する可能性がある。実際のコイルにおいては、コイルの占積率を向上させるために周方向の間隔は小さい方が望ましいため、周方向端部の金型の厚みが小さくなる。金型の変形を抑制するためにコイルの周方向の隙間を大きくした場合は、回転電機の出力が低下してしまう。
　図１７は、限られた個数のコイルを金型で押圧する場合のコイルの変形を説明するための図である。図１７に示すように、金型端部に隣接するコイルの片側のみに面取り部を成形する方法も考えられる。この場合、図１６に示した方法に比べて金型への力のアンバランスは小さくなるが、金型端部に隣接するコイルが動いてしまう。コイルが周方向にずれてしまうと、最悪の場合、隣接するコイルと短絡してしまう。短絡しなかった場合でも必要な絶縁距離が確保できず、絶縁に対する信頼性を確保することができない。
　図１８は、コイル全体を金型で同時に押圧する場合のコイルの変形を説明するための図である。図１８に示すように、コイル全体を金型で同時に押圧する場合は金型の周方向端部がなくなるため、コイル２６の変形を抑制できる効果がある。コイル２６の変形を抑制してコイルの周方向隙間のバラツキを低減することで、絶縁に対する信頼性を向上する効果がある。また、コイル２６の全体を同時にプレスする場合、端部がなくなるため金型に作用する力が小さくなり、金型が長寿命化する効果もある。さらに、コイル２６の全体を同時にプレスすることでコイルの反りなども防ぐことができる。
　次に、絶縁被膜形成工程Ｓ３においては、コイルの表面に絶縁物の被膜を形成する。絶縁被膜の形成方法としては、電着塗装、粉体塗装などの方法を用いることができる。
　２枚の金属板に対してコイル形成工程Ｓ１と面取り部形成工程Ｓ２と絶縁被膜形成工程Ｓ３とをそれぞれ行って１層目のコイルと２層目のコイルとを製造する。
　次に、コイル接合工程Ｓ４においては、始めに外径接合部２７および内径接合部２８の表面に形成された絶縁被膜を剥離する。その後、１層目のコイルと２層目のコイルとを重ね合わせ、外径接合部２７および内径接合部２８の位置で１層目のコイルと２層目のコイルとを接合する。コイルの接合方法としては、例えば溶接、圧着、はんだ付けなどの方法を用いることができる。さらに、コイル接合工程Ｓ４において、給電端子４およびバスバー２９をコイル２６にそれぞれ接合する。
　最後にコイル切断工程Ｓ５においては、外径切断部３５および内径切断部３７を切断して、コイル２６から外径連結部３６および内径連結部３８を分離する。このような工程によって本実施の形態の電機子が製造される。
　なお、本実施の形態の面取り部形成工程Ｓ２では、金型を用いてコイルの角部を押圧加工して面取り部を形成する方法を説明したが、研磨剤を用いてコイルの角部を切削加工して面取り部を形成してもよい。研磨剤を用いる方法としてサンドブラスト、ショットブラスト、バレル研磨などの方法を用いてもよい。研磨剤を用いる方法は金型を用いずに面取り部を形成できるので、コスト低減の効果がある。また、研磨剤でコイルの表面粗さが大きくなるのでコイルと絶縁被膜との密着性が向上し、絶縁被膜におけるピンホールの発生、剥離などを抑制することができる。その結果、コイルの絶縁性に対する信頼性が向上する。
　また、本実施の形態の電機子の製造方法においては、コイルの角部に面取り部を形成した後に絶縁被膜を形成しているので、面取り部を形成していないコイルに比べてコイルの角部の絶縁被膜の膜厚を均一にすることができる。仮に、面取り部を形成せずに絶縁被膜を形成した場合、角部の電界集中によって絶縁被膜の膜厚が不均一になる。そのため、絶縁被膜の絶縁性を確保するためには、絶縁被膜全体の平均膜厚を大きくする必要がある。その結果として、面取り部を形成していない電機子においては、コイルの占積率が低下する。本実施の形態の電機子の製造方法においては、コイルの角部に面取り部を形成した後に絶縁被膜を形成しているため、絶縁被膜の平均膜厚を必要以上に大きくする必要がないのでコイルの占積率を向上させる効果もある。
　なお、本実施の形態の電機子の製造方法においては、コイル２６が外径連結部３６および内径連結部３８とつながった状態で加工する例を示したが、コイル２６が分離した状態で加工してもよい。この場合でも絶縁被膜形成工程Ｓ３の前に面取り部形成工程Ｓ２を設けることでコイルの角部の絶縁被膜の膜厚を均一にすることができる。
　本実施の形態においては、アキシャルギャップ型の回転電機の電機子として説明したが、図１９に示すような円盤形状のコイル２６を直線状に配置したリニアモータの電機子でもコイルの角部に面取り部を形成することで本実施の形態と同じ効果が得られる。また、直線状に配置したコイルを円筒形状に加工して電機子を構成したラジアルギャップ型の回転電機においても、コイルの角部に面取り部を形成することで本実施の形態と同じ効果が得られる。
　また、本実施の形態においては、２層のコイルで構成された電機子を例として説明したが、３層以上のコイルで構成された電機子においてもコイルの角部に面取り部を形成することで本実施の形態と同じ効果が得られる。コイルを多層化することでコイルの軸方向の厚さを小さくすることができるので、表皮効果、渦電流損失などを低減することができる。さらに、本実施の形態の電機子はＹ結線のコイルを例として説明したが、並列接続、デルタ結線などのコイルであってもよい。
実施の形態２．
　実施の形態２に係る電機子は、実施の形態１の電機子において、２層のコイルが周方向にずれて配置されている。なお、本実施の形態の電機子を有する回転電機は、実施の形態１の図１に示した回転電機と同様である。
　図２０は、本実施の形態に係る電機子のコイルの拡大断面図である。図２０は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図２０は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図２０において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４は、絶縁被膜４５で被覆されている。
　図２０に示すように、本実施の形態の電機子においては、径方向の断面においてコイルの角部に面取り部４０を形成している。また、本実施の形態の電機子においては、１層目のコイルに対して２層目のコイルが周方向にずれて配置されている。図２１は、図２０の破線丸印で示した部分の拡大図である。図２１に示したように、本実施の形態の電機子においては、軸方向に隣接するコイルの角部同士は対向せず、一方のコイルの角部は軸方向に隣接するコイルの平面部と対向する。そのため、本実施の形態の電機子においては、軸方向に隣接するコイルの角部同士が対向している実施の形態１の電機子よりも絶縁性が向上する。
　ここで、図２１に示すように、軸方向に隣接するコイル同士の周方向のずれ量をＸ、周方向に隣接するコイル間の距離をＹ、コイルの周方向の端部から面取り部４０の開始位置までの距離をＲとする。本実施の形態の電機子においては、Ｘ＞Ｒであることが好ましい。この条件を満足することで、軸方向に隣接するコイルの角部同士は対向せず、一方のコイルの角部は軸方向に隣接するコイルの平面部と必ず対向する。
　また、本実施の形態の電機子においては、Ｘ＜Ｙ＋２Ｒであることが好ましい。仮にＸ≧Ｙ＋２Ｒであると、相が異なるコイル４２とコイル４３との間の距離が小さくなり、絶縁性が低下する可能性がある。Ｘ＜Ｙ＋２Ｒを満足すことで相が異なるコイル間の距離を大きくできるので、絶縁性の低下を防ぐことができる。
実施の形態３．
　実施の形態１の電機子においては、軸方向に積層された２層のコイルは、コイルの表面に形成された絶縁被膜でコイル間の絶縁性を確保している。実施の形態３に係る電機子においては、軸方向に積層された２層のコイルの間に絶縁シートを配置してコイル間の絶縁性を確保するものである。なお、本実施の形態の電機子を有する回転電機は、実施の形態１の図１に示した回転電機と同様である。
　図２２は、本実施の形態に係る電機子のコイルの拡大断面図である。図２２は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図２２は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図２２において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４の角部には面取り部４０が形成されている。また、これらのコイル４１～４４の表面には絶縁被膜は形成されておらず、軸方向に隣接するコイルの間に絶縁シート４６が配置されている。
　本実施の形態の電機子は、実施の形態１の図１２に示した電機子の製造方法において、絶縁被膜形成工程Ｓ３を除き、コイル接合工程Ｓ４において１層目のコイルと２層目のコイルとを重ね合わせるときに外径接合部および内径接合部以外の部分に絶縁シートを配置することによって製造される。
　図２３は、本実施の形態に係る比較例の電機子のコイルの拡大断面図である。図２３は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図２３は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図２３において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４の角部には面取り部は形成されていない。また、これらのコイル４１～４４の表面には絶縁被膜は形成されておらず、軸方向に隣接するコイルの間に絶縁シート４６が配置されている。
　図２４は図２２の破線丸印で示した部分の拡大図であり、図２５は図２３の破線丸印で示した部分の拡大図である。図２４および図２５において、周方向に隣接するコイルの沿面距離を両端矢印ｄで示す。両端矢印ｄの長さは、図２４に示す本実施の形態の電機子の方が図２５に示す比較例の電機子に比べて長い。そのため、周方向に隣接するコイルの間の絶縁性は、面取り部４０が形成されている本実施の形態の電機子の方が比較例の電機子よりも高い。
　図２６は、本実施の形態に係る別の比較例の電機子のコイルの拡大断面図である。図２６に示した別の比較例の電機子は、コイル形成工程において打ち抜き加工を採用し、面取り部を形成していないものである。
　図２６に示すように、コイル形成工程に打ち抜き加工を採用した場合、コイルの角部にバリと呼ばれる突起４７が発生する。面取り部を形成してないこの比較例の電機子においては、この突起４７が絶縁シート４６に損傷を与え、絶縁シート４６の絶縁性が低下する可能性がある。また、突起４７が絶縁シート４６に損傷を与えなかった場合でも、絶縁シート４６と突起４７との間に隙間４８が生じる可能性がある。この隙間４８によってコイルの占積率が低下すると共に、コイルから絶縁シートへの熱抵抗が増加する。その結果、この比較例の電機子を備えた回転電機においては、出力低下を引き起こす。
　これに対して本実施の形態の電機子においては、図２４に示すようにコイルと絶縁シートとが密着されているので、コイルの占積率を向上させることができると共に、コイルから絶縁シートへの熱抵抗を低下させることができる。その結果、本実施の形態の電機子を備えた回転電機においては、高出力化を実現できる。
実施の形態４．
　実施の形態３の電機子においては、軸方向に積層された２層のコイルの間に絶縁シートを配置している。実施の形態４の電機子は、実施の形態３の電機子において、周方向に隣接するコイルの間を固定部材で固定したものである。なお、本実施の形態の電機子を有する回転電機は、実施の形態１の図１に示した回転電機と同様である。
　図２７は、本実施の形態に係る電機子のコイルの拡大断面図である。図２７は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図２７は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図２７において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４の角部には面取り部４０が形成されている。また、これらのコイル４１～４４の表面には絶縁被膜は形成されておらず、軸方向に隣接するコイルの間に絶縁シート４６が配置されている。さらに、周方向に隣接するコイル４１とコイル４３との間、および周方向に隣接するコイル４２とコイル４４との間に固定部材４９を配置している。固定部材４９は、周方向に隣接するコイル同士を固定している。固定部材４９としては、例えば熱硬化性の樹脂、常温硬化型の接着剤などを用いることができる。
　このように構成された電機子は剛性が向上するので、振動および騒音を抑制する効果がある。図２８は、本実施の形態に係る別の電機子のコイルの拡大断面図である。図２８は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図２８に示すように、本実施の形態の電機子において、固定部材４９の表面は湾曲していることが好ましい。
　図２９は図２７の破線丸印で示した部分の拡大図であり、図３０は図２８の破線丸印で示した部分の拡大図である。図２９および図３０において、周方向に隣接するコイルの沿面距離を両端矢印ｄで示す。両端矢印ｄの長さは、図３０に示す電機子の方が図２９に示す電機子に比べて長い。そのため、周方向に隣接するコイルの間の絶縁性は図３０に示す電機子の方が図２９に示す電機子よりも高い。このような理由から、本実施の形態の電機子においては、固定部材４９の表面は湾曲していることが好ましい。
実施の形態５．
　実施の形態５の電機子は、実施の形態１の電機子において、周方向に隣接するコイルの間に磁性部材を配置したものである。なお、本実施の形態の電機子を有する回転電機は、実施の形態１の図１に示した回転電機と同様である。
　図３１は、本実施の形態に係る電機子のコイルの拡大断面図である。図３１は径方向に直交する方向の断面図であり、紙面の縦方向は軸方向、横方向は周方向である。図３１は、異なる相のコイルが周方向に隣接したスロット部を拡大して示している。図３１において、例えば軸方向に２層に積層されたコイル４１、４２はＵ相コイルであり、軸方向に２層に積層されたコイル４３、４４はＷ相コイルである。これらのコイル４１～４４の角部には面取り部４０が形成されている。また、これらのコイル４１～４４は、絶縁被膜４５で被覆されている。さらに、本実施の形態に係る電機子においては、周方向に隣接したコイルの間に磁性部材５０が挿入されている。図３２は図３１の破線丸印で示した部分の拡大図である。磁性部材５０としては、例えば鉄系、鉄シリコン系などの磁性金属粒子を樹脂で固めたものなどを用いることができる。
　磁性部材５０は周方向に隣接したコイルのうち、少なくとも一部に挿入されていればよい。例えば、実施の形態１の図５におけるコイル２６のうち、スロット部２６ａの間にのみ磁性部材を挿入してもよい。磁性部材は通常導電性を有するため、コイルと磁性部材との間の絶縁性を確保する必要があるが、その場合においても、コイルに面取り部が設けられていることで、絶縁性を向上させる効果がある。また、磁性体が挿入されていない部分に関しては、磁性体を介さずにコイルが周方向に隣接するため、実施の形態１と同様の効果が期待できる。
　このように構成された電機子においては、磁気回路としての電機子の磁気抵抗が低減するため同じ電流値で大きいトルクを得ることができる。その結果、本実施の形態の電機子を備えた回転電機においては、高出力化を実現できる。
　以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
　可動子とギャップを介して対向して配置される電機子であって、
　前記可動子と対向する方向を第一方向とし、第一方向と直交し可動子が電機子に対して相対的に移動する方向を第二方向とし、第一方向および第二方向に直交する方向を第三方向としたときに、前記第一方向からみて前記第三方向に向かって幅が変化しているコイルを有し、
　前記コイルは前記第一方向に絶縁物を介して２層以上に積層されており、前記第二方向に少なくとも２つ以上の前記コイルが配置され、前記第三方向と直交する方向の断面において、前記コイルの角部に面取り部が形成されていることを特徴とする電機子。
（付記２）
　積層方向に互いに隣接する前記コイルは、積層方向と直交する方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする付記１に記載の電機子。
（付記３）
　積層方向に互いに隣接する前記コイルの積層方向と直交する方向のずれ量をＸとし、前記コイルの端部と前記面取り部の開始位置との距離をＲとすると、Ｘ＞Ｒであることを特徴とする付記２に記載の電機子。
（付記４）
　積層方向と直交する方向に隣接する前記コイルの間の距離をＹとすると、Ｘ＜Ｙ＋２Ｒであることを特徴とする付記３に記載の電機子。
（付記５）
　前記コイルの表面には絶縁被膜が形成されていることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の電機子。
（付記６）
　積層方向に互いに隣接する前記コイルの間に絶縁シートが配置されていることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の電機子。
（付記７）
　積層方向と直交する方向に隣接する前記コイルの間に前記コイル同士を固定する固定部材が配置されていることを特徴とする付記６に記載の電機子。
（付記８）
　積層方向と直交する方向に隣接する前記コイルの間に磁性部材が配置されていることを特徴とする付記１から４のいずれか１項に記載の電機子。
（付記９）
　付記１から８のいずれか１項に記載の電機子と、前記電機子とギャップを介して同軸状に対向配置された可動子とを有することを特徴とする回転電機。
（付記１０）
　付記１から８のいずれか１項に記載の電機子と、前記電機子とギャップを介して直線状に対向配置された可動子とを有することを特徴とするリニアモータ。
（付記１１）
　金属板にスリットを貫通させて２枚以上のコイルを形成するコイル形成工程と、
　前記コイル形成工程で形成された２枚以上の前記コイルの角部に面取り部を形成する面取り部形成工程と、
　前記面取り部形成工程で前記面取り部が形成された２枚以上の前記コイルの表面に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、
　前記絶縁被膜形成工程で前記絶縁被膜が形成された２枚以上の前記コイルを重ね合わせて接合するコイル接合工程とを有することを特徴とする電機子の製造方法。
（付記１２）
　前記面取り部形成工程は、金型を用いて前記コイルの角部を押圧加工して前記面取り部を形成することを特徴とする付記１１に記載の電機子の製造方法。
（付記１３）
　前記面取り部形成工程は、研磨剤を用いて前記コイルの角部を切削加工して前記面取り部を形成することを特徴とする付記１１に記載の電機子の製造方法。
　本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　したがって、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　回転電機、２　固定子、３　回転子、４　給電端子、２１　電機子、２２　ハウジング、２３　軸受、２４　ブラケット、２５　スリット、２６　コイル、２６ａ　スロット部、２６ｂ　外径ターン部、２６ｃ　内径ターン部、２７　外径接合部、２８　内径接合部、２９　バスバー、３０　三相交流電源、３１　回転軸、３２　回転子コア、３３　磁石、３４　金属板、３５　外径切断部、３６　外径連結部、３７　内径切断部、３８　内径連結部、３９　位置決め孔、４０　面取り部、４１、４２、４３、４４　コイル、４５　絶縁被膜、４６　絶縁シート、４７　突起、４８　隙間、４９　固定部材、５０　磁性部材、５１　下金型、５２　上金型。

Claims (13)

  1. 　可動子とギャップを介して対向して配置される電機子であって、
    　前記可動子と対向する方向を第一方向とし、第一方向と直交し可動子が電機子に対して相対的に移動する方向を第二方向とし、第一方向および第二方向に直交する方向を第三方向としたときに、前記第一方向からみて前記第三方向に向かって幅が変化しているコイルを有し、
    　前記コイルは前記第一方向に絶縁物を介して２層以上に積層されており、前記第二方向に少なくとも２つ以上の前記コイルが配置され、前記第三方向と直交する方向の断面において、前記コイルの角部に面取り部が形成されていることを特徴とする電機子。
  2. 　積層方向に互いに隣接する前記コイルは、積層方向と直交する方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
  3. 　積層方向に互いに隣接する前記コイルの積層方向と直交する方向のずれ量をＸとし、前記コイルの端部と前記面取り部の開始位置との距離をＲとすると、Ｘ＞Ｒであることを特徴とする請求項２に記載の電機子。
  4. 　積層方向と直交する方向に隣接する前記コイルの間の距離をＹとすると、Ｘ＜Ｙ＋２Ｒであることを特徴とする請求項３に記載の電機子。
  5. 　前記コイルの表面には絶縁被膜が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電機子。
  6. 　積層方向に互いに隣接する前記コイルの間に絶縁シートが配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電機子。
  7. 　積層方向と直交する方向に隣接する前記コイルの間に前記コイル同士を固定する固定部材が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の電機子。
  8. 　積層方向と直交する方向に隣接する前記コイルの間に磁性部材が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電機子。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の電機子と、前記電機子とギャップを介して同軸状に対向配置された可動子とを有することを特徴とする回転電機。
  10. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の電機子と、前記電機子とギャップを介して直線状に対向配置された可動子とを有することを特徴とするリニアモータ。
  11. 　金属板にスリットを貫通させて２枚以上のコイルを形成するコイル形成工程と、
    　前記コイル形成工程で形成された２枚以上の前記コイルの角部に面取り部を形成する面取り部形成工程と、
    　前記面取り部形成工程で前記面取り部が形成された２枚以上の前記コイルの表面に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、
    　前記絶縁被膜形成工程で前記絶縁被膜が形成された２枚以上の前記コイルを重ね合わせて接合するコイル接合工程とを有することを特徴とする電機子の製造方法。
  12. 　前記面取り部形成工程は、金型を用いて前記コイルの角部を押圧加工して前記面取り部を形成することを特徴とする請求項１１に記載の電機子の製造方法。
  13. 　前記面取り部形成工程は、研磨剤を用いて前記コイルの角部を切削加工して前記面取り部を形成することを特徴とする請求項１１に記載の電機子の製造方法。
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