WO2025258044A1 - 回転電機 - Google Patents

回転電機

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WO2025258044A1
WO2025258044A1 PCT/JP2024/021611 JP2024021611W WO2025258044A1 WO 2025258044 A1 WO2025258044 A1 WO 2025258044A1 JP 2024021611 W JP2024021611 W JP 2024021611W WO 2025258044 A1 WO2025258044 A1 WO 2025258044A1
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WO
WIPO (PCT)
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electric machine
rotating electric
coil
insertion portion
slot
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PCT/JP2024/021611
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French (fr)
Inventor
暁史 高橋
健一 中山
哲也 須藤
誠 伊藤
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Hitachi Ltd
Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Astemo Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure

Definitions

  • the present invention relates to the structure of a rotating electric machine, and in particular to technology that is effective when applied to a method of fixing a coil to a stator core.
  • Rotating electric machines such as motors and generators are installed in a wide range of products, including automobiles, trucks, buses, construction machinery, railway vehicles, elevators, and home appliances.
  • stator core or coil vibrates during operation, the coil's insulating coating can be damaged, increasing the risk of a short circuit. For this reason, the stator core and coil have traditionally been fixed together using varnish hardening or resin potting.
  • Patent Document 1 discloses a technology in which an adhesive layer, an expansion material made of foam resin, and an insulator are sequentially arranged between the stator core and the coil, and the foam resin is expanded by heating to secure the coil.
  • motors serving as drive sources are being required to not only have high energy consumption efficiency while driving, but also to reduce CO 2 emissions over their life cycle and to recycle resources.
  • varnish curing and resin potting methods used on conventional coils consume a large amount of energy for heating during the manufacturing process, and it is difficult to dismantle the coil in the event of a malfunction such as insulation breakdown, posing issues such as the inability to reduce CO2 emissions during manufacturing and the inability to recycle resources.
  • the stator core and coil are fixed via an adhesive layer, making it relatively easy to dismantle the coil.
  • the adhesive layer remains on the stator core after the coil is dismantled, making it difficult to reuse.
  • a heating process is required, similar to conventional varnish curing and resin potting, it is not possible to significantly reduce energy consumption during manufacturing.
  • an object of the present invention is to provide a rotating electric machine that allows easy assembly and disassembly of coils while maintaining secure fixation of the coils to the stator core during rotational driving, and that reduces CO2 emissions during manufacturing and enables resource recycling.
  • the rotating electric machine of the present invention is a rotating electric machine comprising: a stator core having a plurality of teeth and a plurality of slots formed between adjacent teeth; a stator including coils wound around the teeth; and a rotor arranged opposite the stator with a predetermined gap between them and held for free rotation, wherein the slots are open at one radial end of the rotating electric machine, the coils have first and second slot insertion portions inserted into the slots, and a winding portion connecting the first and second slot insertion portions at the axial end of the rotating electric machine, the first and second slot insertion portions are covered with an insulating material formed to fit the shape of the slots, and the insulating material each has at least one protrusion formed extending in the radial direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a rotating electric machine (motor) according to a first embodiment of the present invention
  • 2 is a diagram showing the structure of the coil 200 of FIG. 1.
  • 2A and 2B are diagrams showing the structure of a slot 13 in FIG. 1;
  • 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the coil 200 of FIG. 1.
  • 4B is a diagram showing a modification of FIG. 4A (Modification 1).
  • 4B is a diagram showing a modification of FIG. 4A (Modification 2).
  • FIG. 2 is a perspective view showing the three-dimensional shape of the coil 200 of FIG. 1.
  • FIG. 5B is a diagram showing a modification of FIG. 5A.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a rotating electric machine (motor) according to a second embodiment of the present invention.
  • 7A and 7B are diagrams showing the structure of the slot 13 in FIG. 6;
  • 7A and 7B are diagrams showing the structure of coils 201 and 202 in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a rotating electric machine (motor) according to a third embodiment of the present invention.
  • 1A to 1C are diagrams showing a manufacturing process of a conventional distributed winding structure.
  • 1A to 1C are diagrams showing a manufacturing process of a conventional concentrated winding structure.
  • 10 is a diagram showing the effects of reducing CO 2 emissions and recycling resources during the manufacture of a rotating electrical machine according to the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a rotating electric machine (motor) 1 of this embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a coil 200 in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view showing the structure of a slot 13 in FIG. 1.
  • FIG. 4A is a view showing the cross-sectional structure of the coil 200 in FIG. 1.
  • FIGS. 4B and 4C are both views showing modified examples of FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a perspective view showing the three-dimensional shape of the coil 200 in FIG. 1.
  • FIG. 5B is a view showing a modified example of FIG. 5A.
  • FIG. 10A is a view showing a manufacturing process for a conventional distributed winding structure.
  • FIG. 10B is a view showing a manufacturing process for a conventional concentrated winding structure.
  • FIG. 10C is a view showing the effects of reducing CO2 emissions and recycling resources during the manufacture of a rotating electric machine according to the present invention.
  • the rotating electric machine (motor) 1 of this embodiment primarily comprises a cylindrical stator 10 and a rotor 20 concentrically arranged inside the stator 10 with a gap 30 between them.
  • the direction parallel to the central axis of rotation of the rotor 20 of the rotating electric machine 1 will be referred to as the "axial direction”
  • the diameter direction of the rotor 20 perpendicular to the central axis of rotation of the rotor 20 of the rotating electric machine 1 will be referred to as the "radial direction”
  • the circumferential direction centered on the central axis of rotation of the rotor 20 of the rotating electric machine 1 will be referred to as the "circumferential direction.”
  • Figure 1 is a view of the rotating electric machine 1 as seen from the axial direction.
  • the stator 10 is composed of a stator core 11 having multiple teeth 12 and multiple slots 13 formed between adjacent teeth 12, and coils 200 wound around the teeth 12. In the example shown in Figure 1, there are 12 slots.
  • Coil 200 consists of three phases, U, V, and W, with two coils for each phase. That is, the U phase consists of coil 200 (U1) and coil 200 (U2), the V phase consists of coil 200 (V1) and coil 200 (V2), and the W phase consists of coil 200 (W1) and coil 200 (W2), for a total of six coils for the three phases.
  • the rotor 20 consists of a rotor core 21 with permanent magnets 22 embedded in it.
  • the permanent magnets 22 are arranged in a V-shape, forming magnetic poles of either north or south poles, for a total of 10 poles.
  • the coil 200 comprises a first slot insertion portion 210, a second slot insertion portion 220, and a winding portion 230 connecting the first and second slot insertion portions at their axial ends.
  • the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220 are covered with an insulating material 300 (not shown in FIG. 2) formed to match the shape of the slot 13.
  • the insulating material 300 comprises a press-fit retaining protrusion 400 formed to extend radially; in the state shown in FIG. 1, the press-fit retaining protrusion 400 comes into contact with the inside of the slot 13 to secure the coil 200 in place.
  • the insulating material 300 may be made of epoxy resin, or may be made of other insulating materials. At least one press-fit retaining protrusion 400 needs to be provided in each of the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220; in Figure 2, press-fit retaining protrusions 400 are provided in a total of 12 locations on the outside and inside of the coil 200.
  • the slot 13 has an open radial end (open slot) facing the gap 30, and during manufacturing, the coil 200 is pressed into this opening from the radial inside to the radial outside (coil press-fit direction). Both the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220 are fixed in place by contact between the press-fit retaining protrusion 400 and the inside of the slot 13.
  • the insulating material 300 covering the coil 200 is easily damaged.
  • this requires setting work for the insulating paper or insulating film, which increases manufacturing costs, and there is also the issue that the insulating paper or insulating film may be damaged when the coil 200 is pressed into place, resulting in defects.
  • the press-fit retaining protrusion 400 comes into contact with the slot 13 during the press-fitting operation, but the insulating material 300 does not come into contact with the slot 13. This prevents damage to the insulating material 300. Furthermore, the presence of the press-fit retaining protrusion 400 creates a gap between the coil 200 and the slot 13, but this gap can be used as an oil passage 500, and cooling oil can be passed through this gap to cool the coil 200.
  • the press-fit retaining protrusion 400 is configured to gradually widen in the direction of the gap 30 (radially inward). This makes it easier to position and press-fit the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220 when inserting the coil 200 into the slot 13.
  • the press-fit retaining protrusions 400 are arranged in a staggered pattern so that their axial positions differ when viewed from a radial direction between the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220. This allows the stress that the coil 200 receives from the press-fit retaining protrusions 400 during press-fitting to be distributed axially, preventing deformation of the coil 200 and damage to the insulating material 300.
  • the press-fit holding protrusion 400 may be made of a different material than the insulating material 300.
  • the press-fit holding protrusion 400 is made of a softer or more elastic material than the insulating material 300, the press-fit holding protrusion 400 will deform during press-fitting, making the press-fitting operation even easier.
  • the cross sections of the coil 200 at the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220 can take various forms. Specific examples include a configuration in which flat, rectangular coil conductors 240 are stacked radially as shown in Figure 4A, a configuration in which rectangular coil conductors 240 are arranged circumferentially and radially as shown in Figure 4B, and a configuration in which round coil conductors 240 are arranged circumferentially and radially as shown in Figure 4C. In all configurations, the coil conductors 240 are each covered with an insulating coating (not shown), and are further covered with insulating material 300 formed to match the shape of the slot 13.
  • the coil 200 comprises a first slot insertion portion 210, a second slot insertion portion 220, and a winding portion 230 connecting the first and second slot insertion portions 210 and 220 at their axial ends.
  • the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220 are covered with an insulating material 300 (see FIGS. 4A to 4C) formed to match the shape of the slot 13, and a total of 20 press-fit retaining protrusions 400 are provided on the outside and inside of the coil 200. In this way, the number of press-fit retaining protrusions 400 may be increased or decreased depending on the axial length of the coil 200, etc.
  • press-fit retaining protrusions 400 may be provided on the lower half of the coil 200, or may be provided so as to cover the entire circumference of the coil 200, including the first slot insertion portion 210, the second slot insertion portion 220, and the winding portion 230.
  • an insulating material 300 such as insulating paper or film may be provided with a press-fit retaining protrusion 400 in advance, which may then be attached to the coil 200.
  • insulating materials 300a and 300b are attached to the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220, respectively.
  • the insulating material 300 may be fixed to the coil 200 with an adhesive or the like, or may be fixed using other methods as long as the insulating material 300 does not peel off or break when the coil 200 is press-fitted into the slot 13.
  • the insulating materials 300a and 300b are configured with three sides in a roughly U-shape when viewed axially, they may also be configured with four sides in a roughly square-shape, or may be configured with some overlapping sides.
  • the coil 200 is press-fitted through the opening of the slot 13, and after press-fitting, the coil 200 is fixed using the frictional force generated by the press-fit holding protrusions 400, which eliminates the need for a heating process and reduces CO2 emissions during manufacturing. Furthermore, because no adhesive is used, the stator core 11 can be easily dismantled by pushing the coil 200 toward the opening of the slot 13, enabling resource recycling. Furthermore, because expensive equipment such as a heating device is not required during manufacturing or dismantling, capital investment and operating costs can be reduced.
  • the coil 200 is most stably fixed to the stator core 11 in the cases shown in Figures 3 and 4A to 4C. That is, of the three adjacent teeth 12a, 12b, and 12c, the coil 200 is wound around the central tooth 12b, the first slot insertion portion 210 of the coil 200 is fixed to the teeth 12a and 12b via the press-fit retaining protrusions 400, and the second slot insertion portion 220 is fixed to the teeth 12b and 12c via the press-fit retaining protrusions 400.
  • Such a coil configuration can be achieved by selecting a pole-slot combination such that the relationship between the number of slots Q, number of phases m, number of poles P, and number of pole slots q per phase of the rotating electric machine 1 is expressed by equation (1), and c in equation (1) is an even number.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the general configuration of the rotating electric machine (motor) 1 of this embodiment.
  • Figure 7 is a diagram showing the structure of the slot 13 in Figure 6.
  • Figure 8 is a diagram showing the structure of the coils 201, 202 in Figure 6.
  • Example 1 what differs from Example 1 ( Figure 1) is that coils 201 and 202 are wound around each tooth 12, resulting in a concentrated winding configuration. Specifically, as shown in Figure 7, a first coil 201 and a second coil 202 are wound around adjacent teeth 12a and 12b, respectively, and the first coil 201 and second coil 202 are arranged adjacent to each other in the circumferential direction within the same slot 13.
  • the first coil 201 and the second coil 202 each have at least one press-fit retaining protrusion 400, and each press-fit retaining protrusion 400 is arranged so that it is positioned at a different position when viewed radially, i.e., in a staggered pattern.
  • the coils 201, 202 are press-fitted from the openings of the slots 13, and after press-fitting, the coils 201, 202 are fixed using the frictional force generated by the press-fit holding protrusions 400, which eliminates the need for a heating process and reduces CO2 emissions during manufacturing.
  • the stator core 11 can be easily disassembled by pushing the coils 201, 202 toward the openings of the slots 13, making it possible to recycle resources.
  • FIG. 9 is a diagram showing the general configuration of the rotating electric machine (motor) of this embodiment, and corresponds to FIG. 3 of embodiment 1.
  • the explanation was based on an inner rotor type rotating electric machine, but the present invention can also be applied to an outer rotor type rotating electric machine as shown in FIG. 9.
  • the slot 13 has an open radial end facing the gap 30 (open slot), and during manufacturing, the coil 200 is pressed into this opening from the radial outside toward the inside (coil press-fit direction). Both the first slot insertion portion 210 and the second slot insertion portion 220 are fixed in place by contact between the press-fit retaining protrusion 400 and the inside of the slot 13.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those that include all of the configurations described.
  • it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

回転駆動時におけるステータコアへのコイルの確実な固定を維持しながら、コイルの組み立て及び解体が容易で、製造時のＣＯ２排出量の低減と資源循環が可能な回転電機を提供する。複数のティースと隣接するティース同士の間に形成される複数のスロットとを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるコイルとを含むステータと、前記ステータと所定のギャップを介して対向して配置され、回転自在に保持されるロータと、を備える回転電機であって、前記スロットは、前記回転電機の径方向の一端が開口しており、前記コイルは、前記スロットに挿入される第一スロット挿入部および第二スロット挿入部と、前記第一スロット挿入部と前記第二スロット挿入部とを前記回転電機の軸方向端部で接続する巻回部とを有し、前記第一スロット挿入部および前記第二スロット挿入部は、前記スロットの形状に合わせて形成される絶縁材料に覆われており、前記絶縁材料は、前記径方向に延在して形成された突部をそれぞれ少なくとも１つ有することを特徴とする。

Description

回転電機
　本発明は、回転電機の構造に係り、特に、ステータコアへのコイルの固定方法に適用して有効な技術に関する。
　モータや発電機などの回転電機は、自動車、トラック、バス、建設機械、鉄道車両、エレベータ、家電製品など、幅広い分野の製品に搭載されている。
　これらの回転電機では、駆動時にステータコアやコイルが振動すると、コイルの絶縁被膜が損傷し、短絡事故を招くリスクが高まる。このため、従来はステータコアとコイルをワニス硬化や樹脂ポッティングによって固定していた。
　本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、ステータコアとコイルとの間に、接着層と発泡性樹脂から成る膨張材および絶縁体（インシュレータ）を順に配置し、加熱により発泡性樹脂を膨張させてコイルを固定する技術が開示されている。
特開２０１４－９３８９３号公報
　ところで、昨今の電動車両の急速な普及に伴い、駆動源となるモータに対しては駆動中のエネルギー消費効率のみならず、ライフサイクルでのＣＯ２排出量の低減や、資源循環が求められている。
　しかしながら、従来のコイルに施されているワニス硬化や樹脂ポッティングでは、製造過程において加熱のために大きなエネルギーが消費される他、絶縁破壊などの故障時にはコイルの解体が困難であり、製造時のＣＯ２排出量の低減や資源循環が図れない課題があった。
　上記特許文献１の方法によれば、ステータコアとコイルは接着層を介して固定されるため、比較的容易にコイルを解体できる。しかし、コイル解体後のステータコアには接着層が残留するため再利用は困難である。また、従来のワニス硬化や樹脂ポッティングと同様に加熱工程が必要となるため、製造時のエネルギー消費を大きく削減することはできない。
　そこで、本発明の目的は、回転駆動時におけるステータコアへのコイルの確実な固定を維持しながら、コイルの組み立て及び解体が容易で、製造時のＣＯ２排出量の低減と資源循環が可能な回転電機を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明には様々な実施形態を含むが、その一例を挙げると、本発明の回転電機は、複数のティースと隣接するティース同士の間に形成される複数のスロットとを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるコイルとを含むステータと、前記ステータと所定のギャップを介して対向して配置され、回転自在に保持されるロータと、を備える回転電機であって、前記スロットは、前記回転電機の径方向の一端が開口しており、前記コイルは、前記スロットに挿入される第一スロット挿入部および第二スロット挿入部と、前記第一スロット挿入部と前記第二スロット挿入部とを前記回転電機の軸方向端部で接続する巻回部とを有し、前記第一スロット挿入部および前記第二スロット挿入部は、前記スロットの形状に合わせて形成される絶縁材料に覆われており、前記絶縁材料は、前記径方向に延在して形成された突部をそれぞれ少なくとも１つ有することを特徴とする。
　本発明によれば、回転駆動時におけるステータコアへのコイルの確実な固定を維持しながら、コイルの組み立て及び解体が容易で、製造時のＣＯ２排出量の低減と資源循環が可能な回転電機を実現することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施例１に係る回転電機（モータ）の概略構成を示す断面図である。 図１のコイル２００の構造を示す図である。 図１のスロット１３の構造を示す図である。 図１のコイル２００の断面構造を示す図である。 図４Ａの変形例を示す図である。（変形例１） 図４Ａの変形例を示す図である。（変形例２） 図１のコイル２００の３次元形状を示す斜視図である。 図５Ａの変形例を示す図である。 本発明の実施例２に係る回転電機（モータ）の概略構成を示す断面図である。 図６のスロット１３の構造を示す図である。 図６のコイル２０１，２０２の構造を示す図である。 本発明の実施例３に係る回転電機（モータ）の概略構成を示す図である。 従来の分布巻構造の製造過程を示す図である。 従来の集中巻構造の製造過程を示す図である。 本発明による回転電機製造時のＣＯ２排出量の低減と資源循環の効果を示す図である。
　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
　また、以下の説明では主にインナーロータ型の回転電機を対象としているが、本発明の対象はこれに限定されるものではなく、実施例３で後述するアウターロータ型の回転電機にも適用可能である。
　図１から図５、及び図１０Ａから図１０Ｃを参照して、本発明の実施例１に係る回転電機について説明する。
　図１は、本実施例の回転電機（モータ）１の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のコイル２００の構造を示す図である。図３は、図１のスロット１３の構造を示す図である。図４Ａは、図１のコイル２００の断面構造を示す図である。図４Ｂ及び図４Ｃはいずれも、図４Ａの変形例を示す図である。図５Ａは、図１のコイル２００の３次元形状を示す斜視図である。図５Ｂは、図５Ａの変形例を示す図である。図１０Ａは、従来の分布巻構造の製造過程を示す図である。図１０Ｂは、従来の集中巻構造の製造過程を示す図である。図１０Ｃは、本発明による回転電機製造時のＣＯ２排出量の低減と資源循環の効果を示す図である。
　図１に示すように、本実施例の回転電機（モータ）１は、主要な構成として、円筒形のステータ１０と、ステータ１０の内側にギャップ３０を介して同心配置されるロータ２０とを備える。以下の説明では、回転電機１のロータ２０の回転中心軸に平行な方向を「軸方向」と記し、回転電機１のロータ２０の回転中心軸に直交するロータ２０の直径方向を「径方向」と記し、回転電機１のロータ２０の回転中心軸を中心とする円周方向を「周方向」と記す。図１は、回転電機１を軸方向から見た図である。
　ステータ１０は、複数のティース１２と隣接するティース１２同士の間に形成される複数のスロット１３とを備えたステータコア１１と、ティース１２に巻回されたコイル２００とで構成される。図１の例では、スロット数は１２である。
　コイル２００は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相から成り、各相２個で構成される。すなわち、Ｕ相はコイル２００（Ｕ１）とコイル２００（Ｕ２）、Ｖ相はコイル２００（Ｖ１）とコイル２００（Ｖ２）、Ｗ相はコイル２００（Ｗ１）とコイル２００（Ｗ２）で構成され、三相合計で６個のコイルとなる。
　ロータ２０は、永久磁石２２を埋設したロータコア２１で構成される。Ｖ字状に配置された永久磁石２２は、Ｎ極またはＳ極の磁極を構成し、極数は１０である。
　図２に示すように、コイル２００は、第一スロット挿入部２１０と、第二スロット挿入部２２０と、両者を軸方向端部で接続する巻回部２３０とを備える。第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０は、スロット１３の形状に合わせて形成される絶縁材料３００（図２では図示せず）により覆われている。絶縁材料３００は、径方向に延在して形成された圧入保持突部４００を備えており、図１の状態においては、圧入保持突部４００はスロット１３の内部と接触してコイル２００を固定する。
　絶縁材料３００は、エポキシ系の樹脂で構成しても良いし、それ以外の絶縁性の材料で構成しても良い。圧入保持突部４００は、第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０それぞれに少なくとも１つ設けられていれば良く、図２ではコイル２００の外側と内側の合計１２カ所に圧入保持突部４００が設けられている。
　図３に示すように、スロット１３は、ギャップ３０に面した径方向の一端が開口（オープンスロット）しており、製造時において、コイル２００は径方向内側から外側に向かって（コイル圧入方向に）この開口部に圧入される。第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０はともに、圧入保持突部４００とスロット１３の内側とが接触することによって固定される。
　但し、圧入作業の際には、コイル２００を覆う絶縁材料３００が損傷しやすい。これを回避するために、絶縁紙や絶縁フィルムなどをスロット１３に配置することも考えられるが、絶縁紙や絶縁フィルムなどのセッティング作業が必要となり製造コストが増加する他、コイル２００の圧入に伴い絶縁紙や絶縁フィルムなどが破損して不良を招くといった課題がある。
　これに対して本発明では、圧入作業の際に圧入保持突部４００がスロット１３と接触する一方で、絶縁材料３００とスロット１３とは接触しない。このため、絶縁材料３００の損傷を回避することができる。なお、コイル２００とスロット１３との間には圧入保持突部４００が介在することで間隙が生じるが、この間隙を油路５００として活用し、ここに冷却油を流すことでコイル２００を冷却しても良い。
　ここで、図２に示すように、圧入保持突部４００は、ギャップ３０方向（径方向内側）に向かって徐々に幅広となるように構成する。これによって、コイル２００をスロット１３に挿入する際に、第一スロット挿入部２１０及び第二スロット挿入部２２０の位置決めや圧入作業を容易にできる。
　また、圧入保持突部４００は、第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０とで、径方向視において軸方向の位置が異なるように、すなわち千鳥状に設ける。これによって、圧入時にコイル２００が圧入保持突部４００から受ける応力を軸方向に分散できるので、コイル２００の変形や絶縁材料３００の破損を回避できる。
　また、圧入保持突部４００は、絶縁材料３００とは異なる材質で構成しても良い。例えば、絶縁材料３００よりも柔らかい材質や、弾性のある材質で圧入保持突部４００を構成すると、圧入時において圧入保持突部４００が変形して圧入作業をさらに容易にできる。
　また、圧入保持突部４００と対向するティース１２の面に凹部を設けて、圧入保持突部４００と嵌合するように構成することで、圧入時において圧入保持突部４００のみが変形するので、圧入作業をさらに容易にできる。
　図４Ａから図４Ｃに示すように、コイル２００の第一スロット挿入部２１０及び第二スロット挿入部２２０における断面は様々な形態を取り得る。具体的には、図４Ａのように扁平で角形のコイル導体２４０を径方向に積み重ねる構成や、図４Ｂのように角形のコイル導体２４０を周方向及び径方向に並べる構成や、図４Ｃのように丸形のコイル導体２４０を周方向及び径方向に並べる構成などがある。いずれの構成においても、コイル導体２４０は１本ずつ絶縁被膜（図示せず）で覆われており、さらにスロット１３の形状に合わせて形成される絶縁材料３００に覆われている。
　図５Ａに示すように、コイル２００は、第一スロット挿入部２１０と、第二スロット挿入部２２０と、両者を軸方向端部で接続する巻回部２３０とを備える。第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０は、スロット１３の形状に合わせて形成される絶縁材料３００（図４Ａから図４Ｃ参照）に覆われ、コイル２００の外側と内側に合計２０の圧入保持突部４００を備える。このように、圧入保持突部４００はコイル２００の軸方向長などに応じて数を増減しても良い。また、圧入保持突部４００はコイル２００の下半分に設けても良く、第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０と巻回部２３０の全体にコイル２００の全周を覆うように設けても良い。
　また、図５Ｂに示すように、絶縁紙やフィルムなどの絶縁材料３００に圧入保持突部４００を予め備えておいて、それをコイル２００に取り付ける方法でも良い。図５Ｂでは、絶縁材料３００ａ，３００ｂを、第１スロット挿入部２１０，第２スロット挿入部２２０にそれぞれ取り付けている。絶縁材料３００は、接着剤などでコイル２００に固定しても良いし、コイル２００をスロット１３に圧入する際に絶縁材料３００が剥離したり破損したりしなければ他の方法で固定しても良い。また、絶縁材料３００ａ，３００ｂは、軸方向視で略コの字状に３辺で構成されているが、略ロの字状に４辺で構成しても良いし、一部の辺がオーバーラップするように構成しても良い。
　以上のように、本発明では、スロット１３の開口部からコイル２００を圧入し、圧入後に圧入保持突部４００により生じる摩擦力を利用してコイル２００を固定するため、加熱工程が不要となり製造時のＣＯ２排出量を低減することができる。また、接着剤を使用しないため、スロット１３の開口部に向かってコイル２００を押し出すことでステータコア１１を容易に解体でき、資源循環が可能となる。また、製造時や解体時に、加熱装置などの高価な設備が不要となるため、設備投資や運用コストの削減が可能となる。
　本発明によって得られるこのような効果を、図１０Ａの従来の分布巻や図１０Ｂの従来の集中巻と対比しながら図１０Ｃに示す。図１０Ａに示すように、従来の分布巻では溶接やワニス硬化の工程において加熱が必要なため、製造時のエネルギー消費が大きくなる点が課題であった。また、運用中に絶縁破壊などの故障が発生した場合、ワニス硬化したコイルを分解してステータコアを再利用するためには多くの工数が必要となり、新品よりもコストが高くなる。したがって、故障後は分解せずに廃棄する以外に実質的な選択肢が無い点が課題であった。これらの課題は、図１０Ｂに示す従来の集中巻でも同じである。一方で、図１０Ｃに示すように、本発明の構成では溶接やワニス硬化といった加熱工程がなく、故障後のコイルの分解及びステータコアの再利用が可能となる。
　なお、本発明において最も安定してコイル２００がステータコア１１に固定されるのは、図３及び図４Ａから図４Ｃに示す場合である。すなわち、隣接する３つのティース１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうち、中央のティース１２ｂにコイル２００が巻回され、コイル２００の第一スロット挿入部２１０は圧入保持突部４００を介してティース１２ａとティース１２ｂに対して固定され、第二スロット挿入部２２０は圧入保持突部４００を介してティース１２ｂとティース１２ｃに対して固定される。
　このようなコイル構成は、回転電機１のスロット数Ｑ、相数ｍ、極数Ｐ、毎相毎極スロット数ｑの関係が式（１）で表され、かつ、式（１）のｃが偶数となるような極スロットコンビネーションを選択することで成し得る。
　例えば、図１に示すようにスロット数Ｑが１２、相数ｍが３、極数Ｐが１０の場合、式（１）においてａ＝０、ｂ＝５、ｃ＝２となる。したがって、図３のようなコイル構成にできる。
　図６から図８を参照して、本発明の実施例２に係る回転電機について説明する。
　図６は、本実施例の回転電機（モータ）１の概略構成を示す断面図である。図７は、図６のスロット１３の構造を示す図である。図８は、図６のコイル２０１，２０２の構造を示す図である。
　図６に示すように、実施例１（図１）と異なるのは、ティース１２それぞれにコイル２０１，２０２が巻回され、集中巻の構成となっている点である。具体的には、図７に示すように、隣接するティース１２ａ，１２ｂにそれぞれ第一コイル２０１と第二コイル２０２が巻回され、同一のスロット１３内に第一コイル２０１と第二コイル２０２が周方向に隣接して配置される。
　図８に示すように、第一コイル２０１と第二コイル２０２の隣接面において、第一コイル２０１と第二コイル２０２はそれぞれ少なくとも１カ所の圧入保持突部４００を備え、それぞれの圧入保持突部４００は、径方向視において位置が異なるように、すなわち千鳥状に設ける。
　このような集中巻の構成においても、本発明ではスロット１３の開口部からコイル２０１，２０２を圧入し、圧入後に圧入保持突部４００により生じる摩擦力を利用してコイル２０１，２０２を固定するため、加熱工程が不要となり製造時のＣＯ２排出量を低減することができる。また、接着剤を使用しないため、スロット１３の開口部に向かってコイル２０１，２０２を押し出すことでステータコア１１を容易に解体でき、資源循環が可能となる。
　図９を参照して、本発明の実施例３に係る回転電機について説明する。
　図９は、本実施例の回転電機（モータ）の概略構成を示す図であり、実施例１の図３に相当する。実施例１及び実施例２では、インナーロータ型の回転電機を前提に説明したが、本発明は図９に示すアウターロータ型の回転電機にも適用可能である。
　本実施例では、図９に示すように、スロット１３は、ギャップ３０に面した径方向の一端が開口（オープンスロット）しており、製造時において、コイル２００は径方向外側から内側に向かって（コイル圧入方向に）この開口部に圧入される。第一スロット挿入部２１０と第二スロット挿入部２２０はともに、圧入保持突部４００とスロット１３の内側とが接触することによって固定される。
　本実施例（図９）のようなアウターロータ型の回転電機においても、実施例１（図３）のインナーロータ型の回転電機と同様の効果を得ることができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１：回転電機（モータ）、１０：ステータ、１１：ステータコア、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：ティース、１３：スロット、２０：ロータ、２１：ロータコア、２２：永久磁石、３０：ギャップ、２００：コイル、２０１：第一コイル、２０２：第二コイル、２１０：第一スロット挿入部、２２０：第二スロット挿入部、２３０：巻回部、２４０：コイル導体、３００，３００ａ，３００ｂ：絶縁材料、４００：圧入保持突部、５００：油路。

Claims (12)

  1. 　複数のティースと隣接するティース同士の間に形成される複数のスロットとを有するステータコアと、前記ティースに巻回されるコイルとを含むステータと、
    　前記ステータと所定のギャップを介して対向して配置され、回転自在に保持されるロータと、を備える回転電機であって、
    　前記スロットは、前記回転電機の径方向の一端が開口しており、
    　前記コイルは、前記スロットに挿入される第一スロット挿入部および第二スロット挿入部と、前記第一スロット挿入部と前記第二スロット挿入部とを前記回転電機の軸方向端部で接続する巻回部とを有し、
    　前記第一スロット挿入部および前記第二スロット挿入部は、前記スロットの形状に合わせて形成される絶縁材料に覆われており、
    　前記絶縁材料は、前記径方向に延在して形成された突部をそれぞれ少なくとも１つ有することを特徴とする回転電機。
  2. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記突部は、前記ギャップ方向に向かって、徐々に幅広となることを特徴とする回転電機。
  3. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記突部は、前記絶縁材料とは異なる材質で構成されることを特徴とする回転電機。
  4. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記突部は、前記第一スロット挿入部と前記第二スロット挿入部とで、径方向視において位置が異なることを特徴とする回転電機。
  5. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記スロットの数Ｑ、相数ｍ、極数Ｐ、毎相毎極スロット数ｑの関係が式（１）で表され、かつ式（１）のｃが偶数となることを特徴とする回転電機。
  6. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記第一スロット挿入部と前記第二スロット挿入部とが、互いに隣接するスロットにそれぞれ挿入される分布巻であることを特徴とする回転電機。
  7. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記第一スロット挿入部と前記第二スロット挿入部とが、同一スロットに挿入される集中巻であることを特徴とする回転電機。
  8. 　請求項７に記載の回転電機であって、
    　前記コイルは、各ティースに巻回される第一コイルと第二コイルとを有し、
    　前記同一スロット内に前記第一コイルと前記第二コイルとが周方向に隣接して配置され、
    　前記第一コイルと前記第二コイルの隣接面において、前記第一コイルと前記第二コイルはそれぞれ少なくとも１つの突部を有することを特徴とする回転電機。
  9. 　請求項８に記載の回転電機であって、
    　前記同一スロット内の前記第一コイルと前記第二コイルの隣接面において、それぞれの前記突部は、径方向視において位置が異なることを特徴とする回転電機。
  10. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　インナーロータ型およびアウターロータ型のいずれかであることを特徴とする回転電機。
  11. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記絶縁材料は、前記突部を備える絶縁紙またはフィルム材であることを特徴とする回転電機。
  12. 　請求項１に記載の回転電機であって、
    　前記突部と対向する前記ティースの面に凹部を有し、前記突部と前記凹部とが嵌合することを特徴とする回転電機。
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