JP6293576B2 - 回転電機用のステータ - Google Patents

Description

本発明は、軸方向の両側及び径方向の内側に開口部を有するスロットが周方向に複数分散配置されている円筒状のコアと、スロット内に配置されるコイル辺部及び一対のコイル辺部をコアの軸方向の外側において接続する渡り部を有してコアに巻装される複数相のコイルと、を備えた回転電機用のステータに関する。

上記のような回転電機用のステータとして、特開２００２−５１４８９号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。特許文献１には、コイルエンド部（渡り部の集合体）が径方向の最外側に配置されるＵ相を含む各相のコイルエンド部を、径方向に比べて軸方向に長い扁平形状に成形すると共に、全ての相のコイルエンド部を、径方向におけるスロットの配置領域に配置する構成が記載されている。これにより、コイルエンド部を小型化することが可能とされている。

特開２００２−５１４８９号公報（段落００５０、図２等）

しかしながら、特許文献１の構成では、各相のコイルエンド部が軸方向に長い扁平形状に成形されるため、コイルエンド部が軸方向に大型化しやすい。更に、コイルエンド部の径方向の配置領域がスロットの径方向の配置領域に含まれるため、コイルエンド部におけるコイル辺部との接続部分（特許文献１の図２における立上り部３ｕ３）が、軸方向において比較的大きな配置スペースを要する。この連結部分に対して軸方向の外側には他相のコイルエンド部が配置されるため、このことによっても、特許文献１の構成ではコイルエンド部が軸方向に大型化しやすい。しかしながら、特許文献１では、この点について特段の認識がなされていなかった。

そこで、コイルエンド部の軸方向における小型化を図ることが可能な回転電機用のステータの実現が望まれる。

本発明に係る、円筒状のコアであって、前記コアの軸方向及び径方向に延びると共に前記軸方向の両側及び前記径方向の内側に開口部を有するスロットが、前記コアの周方向に複数分散配置されているコアと、前記スロット内に配置されるコイル辺部及び一対の前記コイル辺部を前記コアの前記軸方向の外側において接続する渡り部を有して前記コアに巻装される複数相のコイルと、を備えた回転電機用のステータの特徴構成は、前記渡り部は、各相毎に設定された前記径方向の領域である特定領域において前記周方向に延びるように配置された周方向延在部と、前記周方向延在部と一対の前記コイル辺部とを接続する接続部とを有し、
前記特定領域が前記径方向の最も外側に設定される相の前記渡り部の前記周方向延在部は、当該渡り部が接続する一対の前記コイル辺部の前記周方向の間に配置された他相の全ての前記スロットである対象スロットと前記軸方向に見て重複する部分を有さないように、前記対象スロットに対して前記径方向の外側に配置され、
前記コイルは、一対の前記スロット間に線状導体を複数回巻回してなる同心巻部を複数有し、
前記コアにおける前記コイル辺部の前記径方向の配置位置に応じて定まる基準周長に対する、前記同心巻部を構成する前記線状導体の１周回分の周長の比を周長比として、
前記特定領域が前記径方向の最も外側に設定される相の前記同心巻部は、前記コイル辺部が配置される前記径方向の位置が前記径方向の内側に向かうに従って、前記径方向の距離に対してより大きな増加幅で前記周長比が大きくなるように構成されている点にある。

上記の特徴構成によれば、特定領域が径方向の最も外側に設定される相（以下、「Ｕ相」とする。）の渡り部の周方向延在部が、対象スロットに対して径方向の外側に配置される。そのため、渡り部の周方向延在部が対象スロットに対して軸方向に見て重複するように配置される場合に比べて、Ｕ相のコイルエンド部（渡り部の集合体）におけるコイル辺部との接続部分の配置スペースを、軸方向に小さなスペースとすることができる。これにより、当該接続部分に対して軸方向の外側に配置される他相のコイルエンド部を、コアに対して軸方向に近い位置に配置することが可能となり、結果、各相のコイルエンド部が全体として配置される軸方向の領域を小さく抑えることができる。よって、コイルエンド部の軸方向における小型化を図ることが可能な回転電機用のステータを実現することができる。
なお、スロットに対して径方向の外側にはコアの環状部分が配置されているため、上記の特徴構成では、当該環状部分の径方向の配置領域を有効に利用して、ステータの径方向における大型化を抑制しつつ、Ｕ相の渡り部の周方向延在部を対象スロットに対して径方向の外側に配置することができる。
また、上記の特徴構成では、Ｕ相の渡り部の周方向延在部が対象スロットと軸方向に見て重複する部分を有さないように配置されるため、ステータの製造時に、対象スロットに対して容易に他相のコイルを挿入することができる。
また、上記の特徴構成によれば、Ｕ相の同心巻部が、コイル辺部が配置される径方向の位置が径方向の内側に向かうに従って、径方向の距離に対して同じ増加幅で周長比が大きくなる場合に比べて、接続対象のコイル辺部がスロット内の径方向内側部分に配置される渡り部の長さを、大きく確保することができる。よって、ステータの製造時に、接続対象のコイル辺部からスロットの径方向の外側までの距離が長い渡り部についても、比較的小さな成形力で、対象スロットに対して径方向の外側に配置されるように渡り部を変形させることができる。よって、ステータの製造時に、線状導体の伸長や変形等によって線状導体の絶縁皮膜が部分的に薄くなることを抑制することができ、コイルの電気的絶縁性を適切に確保することができる。

ここで、前記特定領域が前記径方向の最も内側に設定される相の前記渡り部の全体が、前記コアの内周面よりも前記径方向の外側に配置されている構成とすると好適である。

この構成によれば、回転電機の製造時に、ロータを容易にステータの径方向内側に配置することができ、回転電機の製造工程の簡略化を図ることができる。

また、複数本の前記コイル辺部が、１つの前記スロットの内部に非整列状態で配置されている構成とすると好適である。

本発明によれば、この構成のように１つのスロットの内部に複数のコイル辺部が非整列状態で配置される場合でも、Ｕ相の渡り部を対象スロットに対して径方向の外側に配置して、コイルエンド部の軸方向における小型化を図ることができる。

また、前記コイルは、前記コアに対して相毎に順に巻装される複数の相コイルを備え、前記特定領域が前記径方向の最も外側に設定される相の前記渡り部は、前記コアに対して最初に巻装された前記相コイルの前記渡り部であると好適である。

この構成によれば、特定領域が径方向の最も外側に設定される相の相コイル（以下、「Ｕ相コイル」とする。）を、最初に、すなわち、他相の相コイルがコアに巻装されていない状態で、コアに巻装することができる。よって、ステータの製造時に、Ｕ相コイルの渡り部の周方向延在部を、比較的容易に、対象スロットと軸方向に見て重複する部分を有さないように対象スロットに対して径方向の外側に配置することができる。また、コアに最初に巻装されるＵ相コイルが、渡り部の周方向延在部が対象スロットに対して径方向の外側に配置されるようにコアに巻装されるため、他の相コイルをコアに巻装する際に、Ｕ相コイルが巻装の妨げになることを抑制することもできる。

また、上記の回転電機用のステータは、前記スロット内に配置されて前記コイルと前記コアとを電気的に絶縁する絶縁部材を更に備え、前記絶縁部材は、前記スロットに挿入される前記絶縁部材の当該スロットから前記軸方向に突出するカフス部を有し、前記基準周長は、前記コアの前記軸方向の長さと、前記コイル辺部の前記径方向の配置位置における前記同心巻部が配置される一対の前記スロット間の円弧長と、前記カフス部の前記軸方向の長さと、に基づいて定まると好適である。

本発明の実施形態に係るステータの一部の軸方向視図である。 本発明の実施形態に係るコイル辺部のスロット内の配置状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るステータの一部の断面図である。 比較例に係るステータの一部の断面図である。 本発明の実施形態に係るステータ製造方法の各工程の模式図である。 本発明の実施形態に係る周長比とスロット底部からの距離との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る基準周長の説明図である。

本発明に係る回転電機用のステータの実施形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、特に区別して明記している場合を除き、「軸方向Ｌ」、「周方向Ｃ」、及び「径方向Ｒ」は、円筒状のコア２の内周面２ａを基準として、言い換えれば、コア２の内周面２ａの軸心Ａを基準として定義している（図１、図３参照）。また、本明細書では、寸法、配置方向、配置位置等に関する用語（例えば、平行や直交等）は、誤差（製造上許容され得る程度の誤差）による差異を有する状態も含む概念として用いている。

１．ステータの全体構成
ステータ１は、回転電機用のステータであり、図１〜図３に示すように、コア２（ステータコア）と、コア２に巻装される複数相のコイル３とを備えている。コア２は、磁性材料を用いて形成される。例えば、複数枚の磁性体板（例えば、ケイ素鋼板等の電磁鋼板）を積層してコア２が構成され、或いは、磁性材料の粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素としてコア２が構成される。本実施形態では、ステータ１は、三相交流で駆動される回転電機に用いられ、コイル３は、Ｕ相コイル３Ｕ、Ｖ相コイル３Ｖ、及びＷ相コイル３Ｗの、３つの相コイルを備えている。後述するように、本実施形態では、３つの相コイルは、コア２に対して相毎に順に巻装される。すなわち、本実施形態では、コイル３は、コア２に対して相毎に順に巻装される複数の相コイルを備えている。図１では、Ｕ相コイル３Ｕの配置状態を明確に示すべく、周方向Ｃの一部の領域においてＶ相コイル３ＶとＷ相コイル３Ｗとを省略している。ステータ１は、回転界磁型の回転電機用のステータであり、電機子として機能する。ステータ１から発生する磁界により、永久磁石や電磁石等を備えた界磁としてのロータ（図示せず）が回転する。ロータは、コア２に対して径方向Ｒの内側に配置される。

コア２には、軸方向Ｌ及び径方向Ｒに延びるスロット４０が、周方向Ｃに複数分散配置されている。図１に示すように、複数のスロット４０は、周方向Ｃに沿って一定間隔で配置されている。本実施形態では、Ｕ相用、Ｖ相用、及びＷ相用のスロット４０が、周方向Ｃに沿って繰り返し現れるように配置されている。本実施形態では、毎極毎相あたりのスロット数が“２”であり、コア２には、各相用のスロット４０が周方向Ｃに沿って２つずつ繰り返し現れるように配置されている。周方向Ｃの配置状態に関して、Ｖ相コイル３Ｖは、Ｕ相コイル３Ｕに対して周方向Ｃの一方側である周第一方向側（図１における反時計回り方向側）にスロットピッチ（スロット４０の配設ピッチ）の２倍だけずれた位置関係で配置され、Ｗ相コイル３Ｗは、Ｖ相コイル３Ｖに対して周第一方向側にスロットピッチの２倍だけずれた位置関係で配置されている。

スロット４０のそれぞれは、図２及び図７に示すように、軸方向Ｌの両側に開口部（軸方向開口部４１）を有すると共に、径方向Ｒの内側に開口部（径方向開口部４２）を有する。軸方向開口部４１は、コア２の軸方向Ｌにおける端面において、軸方向Ｌの外側に向けて開口するように形成されている。径方向開口部４２は、コア２の内周面２ａにおいて、径方向Ｒの内側に向けて開口するように形成されている。周方向Ｃに隣接する２つのスロット４０の間にはティース２３が形成される。コア２の内周面２ａは、複数のティース２３のそれぞれの径方向Ｒの内側の端面を含む円筒状の仮想面である。本実施形態では、コア２の内周面２ａを、軸方向Ｌ、周方向Ｃ、及び径方向Ｒの各方向の基準としているが、コア２の径方向Ｒの外側の面（外周面）等を各方向の基準としても良い。

本実施形態では、図１に示すように、ティース２３の周方向Ｃの両側の側面部（周方向Ｃの互いに反対側を向く２つの側面部）が互いに平行に形成された構成、すなわち、ティース２３が平行ティースである構成を採用している。よって、本実施形態では、スロット４０は、周方向Ｃの幅が径方向Ｒの内側に向かうに従って次第に小さくなるように形成されている。また、本実施形態では、ティース２３の径方向Ｒの内側の端部に周方向Ｃに突出する突出部が形成された構成、すなわち、スロット４０がセミオープンスロットである構成を採用している。

２．コイルの構成
次に、本発明の要部であるコイル３の構成について説明する。コイル３は、図２に示すように、線状の導体である線状導体３４を用いて構成されている。線状導体３４は、銅やアルミニウム等の導電性を有する材料により構成される。本実施形態では、線状導体３４として、延在方向に直交する断面の形状が円形状の線状導体を用いている。線状導体３４の表面には、樹脂等の電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁皮膜が形成されている。

コイル３は、図１及び図２に示すように、スロット４０内に配置されるコイル辺部３０と、一対のコイル辺部３０をコア２の軸方向Ｌの外側において接続する渡り部５０とを有している。コイル辺部３０は、スロット４０内を軸方向Ｌに平行に延びるように配置される。図２に示すように、各スロット４０には、複数本のコイル辺部３０が配置される。本実施形態では、複数本のコイル辺部３０が、１つのスロット４０の内部に非整列状態で配置されている。渡り部５０は、コア２に対して軸方向Ｌの両側のそれぞれに備えられる。渡り部５０のそれぞれは、互いに異なるスロット４０（本例では、互いにスロットピッチの５倍だけ離れた一対のスロット４０）にそれぞれ配置された一対のコイル辺部３０を接続する。複数本の渡り部５０の集合により、コア２から軸方向Ｌに突出するコイル３の部分であるコイルエンド部が形成される。図１及び図３では、簡略化のため、１本１本の渡り部５０の形状は示さず、周方向Ｃの同じ領域に配置される同相の複数本の渡り部５０の集合体の外形（すなわち、コイルエンド部の外形）を示している。

渡り部５０は、図１に示すように、各相毎に設定された径方向Ｒの領域である特定領域Ｄにおいて周方向Ｃに延びる部分を有するように配置されている。すなわち、渡り部５０は、特定領域Ｄにおいて周方向Ｃに延びるように配置される周方向延在部５１と、周方向Ｃの両側において周方向延在部５１とコイル辺部３０とを接続する接続部５２とを有する。ここで、周方向延在部５１の形状について「周方向Ｃに延びる」とは、周方向延在部５１の全体又は一部の延在方向が周方向Ｃに交差する方向となっていてもよく、周方向延在部５１の全体としての延在方向（各部の延在方向についてのベクトルとしての和の向く方向）が周方向Ｃに対して予め定められた範囲内（例えば１０度以下又は２０度以下）である形状を含む概念として用いている。

本実施形態では、複数の相に対応する複数の特定領域Ｄは、径方向Ｒに沿って順に並ぶように、径方向Ｒにおける互いに異なる領域に設定されている。径方向Ｒに隣接する２つの特定領域Ｄは、互いに一部が重複するように設定され、或いは、互いに重複しないように連続して又は不連続部を間に挟んで設定される。本実施形態では、図１及び図３に示すように、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相のそれぞれに対して特定領域Ｄが設定されている。本例では、３つの特定領域Ｄが、互いに重複することなく径方向Ｒに連続して設定されている。そして、本実施形態では、特定領域Ｄが径方向Ｒの最も外側に設定される相がＵ相であり、特定領域Ｄが径方向Ｒの最も内側に設定される相がＷ相である。本実施形態では、後述するように、複数の相コイルの中で、Ｕ相コイル３Ｕがコア２に対して最初に巻装される。そのため、本実施形態では、特定領域Ｄが径方向Ｒの最も外側に設定される相（ここではＵ相）の渡り部５０は、コア２に対して最初に巻装された相コイル（ここではＵ相コイル）の渡り部５０である。

図１におけるＶ相コイル３ＶとＷ相コイル３Ｗとを省略した部分に示すように、Ｕ相の渡り部５０（Ｕ相コイル３Ｕの渡り部５０）の周方向延在部５１は、当該渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０の周方向Ｃの間に配置された他相の全てのスロットである対象スロットと軸方向Ｌに見て重複する部分を有さないように、対象スロットに対して径方向Ｒの外側に配置されている。また、Ｕ相の渡り部５０の接続部５２は、対象スロットに対して周方向Ｃの両側において、対象スロットと軸方向Ｌに見て重複する部分を有さないように配置されている。すなわち、Ｕ相の渡り部５０の全体が、対象スロットと軸方向Ｌに見て重複する部分を有さないように配置される。本例では、Ｕ相の渡り部５０の全体は、当該渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０のそれぞれが配置される一対のスロット４０を除く全てのスロット４０と、軸方向Ｌに見て重複する部分を有さないように配置されている。Ｕ相の特定領域Ｄは、スロット４０の底部４３よりも径方向Ｒの外側に設定されている。また、Ｕ相の渡り部５０の周方向延在部５１（ここでは、当該渡り部５０の全体）は、コア２の外周面よりも径方向Ｒの内側に配置されている。すなわち、Ｕ相の特定領域Ｄは、スロット４０の底部４３と、コア２の外周面との径方向Ｒの間に設定されている。本実施形態では、軸方向Ｌの両側のそれぞれにおいて、Ｕ相の渡り部５０がここで説明したように配置されている。

本実施形態では、Ｕ相の渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０のうちの周方向Ｃの一方側である周第一方向側（図１における反時計回り方向側）のコイル辺部３０は、周第一方向側に隣接するＶ相の渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０の周方向Ｃの間に配置されると共に、周第一方向側に隣接するＷ相の渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０の周方向Ｃの間に配置される。また、Ｕ相の渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０のうちの周方向Ｃの他方側（周第一方向とは反対側）である周第二方向側（図１における時計回り方向側）のコイル辺部３０は、周第二方向側に隣接するＶ相の渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０の周方向Ｃの間に配置されると共に、周第二方向側に隣接するＷ相の渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０の周方向Ｃの間に配置される。そのため、本実施形態では、４つのスロット４０（具体的には、２つのＶ相用のスロット４０及び２つのＷ相用のスロット４０）が上記の対象スロットを構成する。

また、図１に示すように、本実施形態では、Ｗ相の渡り部５０の全体が、コア２の内周面２ａよりも径方向Ｒの外側に配置されている。具体的には、Ｗ相の渡り部５０の周方向延在部５１が、コア２の内周面２ａよりも径方向Ｒの外側に配置されている。すなわち、Ｗ相の特定領域Ｄは、コア２の内周面２ａよりも径方向Ｒの外側に設定されている。本実施形態では、軸方向Ｌの両側のそれぞれにおいて、Ｗ相の渡り部５０がここで説明したように配置されている。

本実施形態では、コイル３は、複数の同心巻部１０を有する。同心巻部１０は、一対のスロット４０間（本例では、互いにスロットピッチの５倍だけ離れた一対のスロット４０間）に線状導体３４を複数回巻回してなるコイル部（重ね巻部）である。周方向Ｃに沿って磁極ピッチ（本例ではスロットピッチの６倍のピッチ）分ずつずらしながら配置された複数の同心巻部１０を備えて、Ｕ相コイル３Ｕ、Ｖ相コイル３Ｖ、及びＷ相コイル３Ｗのそれぞれが構成されている。同心巻部１０の端部は、他の同心巻部１０の端部に接続され、或いは、電源端子や中性点等に接続される。

そして、本実施形態では、Ｕ相の同心巻部１０（Ｕ相コイル３Ｕの同心巻部１０）は、コイル辺部３０が配置される径方向Ｒの位置が径方向Ｒの内側に向かうに従って、言い換えれば、スロット４０の底部４３からコイル辺部３０までの径方向Ｒの距離が長くなるに従って、径方向Ｒの距離に対してより大きな増加幅で周長比が大きくなるように構成されている。ここで、「周長比」は、コア２におけるコイル辺部３０（線状導体３４）の径方向Ｒの配置位置に応じて定まる基準周長に対する、同心巻部１０を構成する線状導体３４の１周回分の周長の比である。基準周長は、少なくとも、コア２の軸方向Ｌの長さと、コイル辺部３０の径方向Ｒの配置位置における円弧長（以下、「基準円弧長」という。）とに基づき定まる。基準円弧長は、コイル辺部３０の径方向Ｒの配置位置に応じて定まり、具体的には、軸心Ａを中心とし、軸心Ａと当該コイル辺部３０との間の径方向Ｒの距離を半径とし、同心巻部１０が巻装される一対のスロット４０間の周方向Ｃの位置の差（角度差）を中心角とする円弧の長さである。本例では、一対のスロット４０間の角度差は、スロットピッチの５倍の角度である。

例えば、基準周長を、コア２の軸方向Ｌの長さの２倍と、基準円弧長の２倍と、ゼロ以上の調整値と、の加算値に設定することができる。調整値は、例えば、カフスサポート２５の軸方向Ｌの長さの４倍の値とすることができる。ここで、カフスサポート２５は、図７に示すように、スロット４０に挿入される絶縁部材２４の当該スロット４０から軸方向Ｌに突出する部分（カフス部）を、ステータ１の製造時に保護するための部材である。このように基準周長を設定した場合、基準周長は、図７において強調して太実線で示す矩形の周長に等しくなる。ここで、符号９０で示す直線部は、基準円弧長の長さの線分である。なお、絶縁部材２４は、スロット４０内に配置されてコイル３とコア２とを電気的に絶縁するシート状の部材である。図１、図２、及び図５では、絶縁部材２４を省略している。絶縁部材２４は、その一部がコア２から軸方向Ｌの両側に突出するように配置される。そのため、カフスサポート２５は、コア２の軸方向Ｌの両側の端面のそれぞれに配置される。

本実施形態では、同心巻部１０を構成する線状導体３４の１周回分の周長は、個々のコイル辺部３０毎に設定されず、複数のコイル辺部３０の群（以下、「コイル辺部群」という。）毎に設定される。そのため、本実施形態では、基準周長に関して上述した「コイル辺部３０の径方向の配置位置」は「コイル辺部群の径方向の配置位置」であり、Ｕ相の同心巻部１０は、コイル辺部群が配置される径方向Ｒの位置が径方向Ｒの内側に向かうに従って、径方向Ｒの距離に対してより大きな増加幅で周長比が大きくなるように構成されている。そして、本実施形態では、この「増加幅」は、径方向Ｒに隣接する２つのコイル辺部群のそれぞれに対応する周長比の差の、当該２つのコイル辺部群のそれぞれの径方向Ｒの配置位置の差に対する比である。なお、コイル辺部群の径方向Ｒの配置位置は、例えば、コイル辺部群が配置される径方向Ｒの領域の中心位置とすることができる。

コイル辺部群は、スロット４０の内部を径方向Ｒに沿って複数の配置領域に分割した場合の、同一の配置領域に配置される複数のコイル辺部３０の群である。そのため、コイル辺部群は、配置領域と同数形成される。本実施形態では、以下に述べるように、配置領域の数（言い換えれば、コイル辺部群の数）は、ステータ１の製造段階で用いる巻枠７０（図５（ａ）参照）の段数と同数である。そして、線状導体３４の１周回分の周長は、巻枠７０における製造段階で線状導体３４が巻回された段の外周長（巻取り長さ）に等しくなる。本実施形態では、巻枠７０の段数は“５”であり、周長比は、５段階に設定される。そして、図６に示すように、コイル辺部３０（本例ではコイル辺部群）のスロット４０の底部４３からの距離が長くなるに従って、Ｕ相の同心巻部１０の周長比が径方向Ｒの距離に対してより大きな増加幅で大きくなるように、Ｕ相コイル３Ｕを形成する際に用いられる巻枠７０の、各段の外周長が設定される。

以下、図５を参照して、本実施形態に係るステータ１の製造方法について説明する。本実施形態では、Ｕ相コイル３Ｕ、Ｖ相コイル３Ｖ、及びＷ相コイル３Ｗの順に、インサート法によりコイル３（相コイル）をコア２に対して相毎に巻装する。すなわち、本実施形態では、Ｕ相コイル３Ｕをコア２に対して最初に巻装する。ここでは、Ｕ相コイル３Ｕをコア２に巻装する場合について説明するが、巻枠７０の各段の外周長が異なる点と、コア２に対する周方向Ｃの巻装位置が異なる点等を除いて、Ｖ相コイル３Ｖ及びＷ相コイル３Ｗについても同様にコア２に巻装される。

まず、図５（ａ）に示すように、線状導体束３５を巻枠７０に対して螺旋状に複数回巻回することで、コア２に巻装された状態で同心巻部１０を構成する環状導体部１１を形成する。ここで、線状導体束３５は、複数本（例えば、３本又は４本等）の線状導体３４の束である。なお、図５及び図７では、線状導体束３５を構成する各線状導体３４の形状は示さず、線状導体束３５の概略形状のみを示している。線状導体束３５を構成する複数本の線状導体３４は互いに相対移動可能であるため、図２に示すように、複数本のコイル辺部３０はスロット４０の内部に非整列状態で配置される。

本実施形態では、巻枠７０は５段の段差形状を有し、各段に少なくとも１周回（１ターン）ずつ線状導体束３５が巻回される。図中上側から第一段、第二段、第三段、第四段、及び第五段とすると、各段の外周長、すなわち、１周回させるのに必要な線状導体束３５の長さは、図５（ａ）に示すように、段の数が大きくなるに従って長くなる。そのため、環状導体部１１における第Ｎ段（Ｎ＝１，２，３，４，５）に巻回された部分を第Ｎ段部とすると、第一段部８１、第二段部８２、第三段部８３、第四段部８４、及び第五段部８５の順に、線状導体束３５の１周回分の周長が長くなる。例えば、第一段には線状導体束３５が１周回分（１ターン分）巻回され、第二段から第五段のそれぞれの段には線状導体束３５が２周回分（２ターン分）巻回されることで、９ターンの環状導体部１１が形成される構成とすることができる。

巻枠７０を用いて形成された環状導体部１１は、図５（ｂ）に示すようにコイル保持器６０に配置される。ここでは、コイル保持器６０がコア２と同軸に配置された状態を想定して、コイル保持器６０についても軸方向Ｌ、周方向Ｃ、及び径方向Ｒの各方向を用いて説明する。コイル保持器６０は、棒状部材であるブレード６１を複数備えている。図５（ｂ）には、複数のブレード６１のうちの１つのブレード６１を示している。複数のブレード６１は、延在方向が軸方向Ｌに平行となる向きで、周方向Ｃに沿って分散配置されている。隣接するブレード６１の間には、環状導体部１１を挿入する挿入隙間が形成され、環状導体部１１は、２箇所の挿入部分のそれぞれが互いに異なる挿入隙間に挿入されるように、コイル保持器６０に配置される。

図５（ｂ）に示すようにティース２３がブレード６１に対して径方向Ｒに対向するようにコア２を配置した状態で、コイル押出器６２を軸方向Ｌにおけるコア２側に移動させる。これにより、コイル保持器６０に保持された環状導体部１１の全体が押し上げられると共にスロット４０側に押し出され、図５（ｃ）に示すように、環状導体部１１の一部がスロット４０に挿入される。この際、第一段部８１、第二段部８２、第三段部８３、第四段部８４、及び第五段部８５の順にスロット４０に挿入される。すなわち、第一段部８１、第二段部８２、第三段部８３、第四段部８４、及び第五段部８５の順に、スロット４０内を径方向Ｒの外側から内側に向かって配置される。図７は、図５（ｃ）に示す状態でのコア２及び環状導体部１１（同心巻部１０）を、径方向Ｒの内側から見た図である。図７から明らかなように、第一段部８１、第二段部８２、第三段部８３、第四段部８４、及び第五段部８５のそれぞれの周長は、基準周長よりも長く、また、記載の順に長くなっている。そして、第一段部８１、第二段部８２、第三段部８３、第四段部８４、及び第五段部８５のそれぞれについて、同一の段部に含まれる複数のコイル辺部３０によって、上述したコイル辺部群が形成される。すなわち、本実施形態では、１つのコイル辺部群を構成する複数のコイル辺部３０のそれぞれは、ステータ１の製造時に巻枠７０の互いに同一の段に巻回された部分（線状導体３４の部分）により構成される。

そして、図５（ｄ）に示すように、環状導体部１１におけるコア２から軸方向Ｌに突出する部分（渡り部５０）を、図１及び図３に示す形状となるように成形治具６３を用いて成形することで、同心巻部１０が形成される。この際、渡り部５０の接続部５２（図１参照）が、周方向延在部５１（図１参照）を当該渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０に対して径方向Ｒの外側にオフセットさせるように変形される。なお、本実施形態では、軸方向Ｌの両側の渡り部５０のそれぞれを、互いに同様の形状に成形する。

ここで、本実施形態では、図６に示すように、コイル辺部３０（本例ではコイル辺部群）のスロット４０の底部４３からの距離が長くなるに従って、Ｕ相の同心巻部１０の周長比が径方向Ｒの距離に対してより大きな増加幅で大きくなるように構成されている。そのため、図５（ｄ）に示す成形工程において渡り部５０を径方向Ｒの外側に向けて変形させる際に、線状導体３４に対して成形のために作用する力を小さく抑えることができる。この結果、線状導体３４の伸長や変形等によって線状導体３４の絶縁皮膜が部分的に薄くなることを抑制することができ、コイル３の電気的絶縁性を適切に確保することができる。

更に、Ｕ相の渡り部５０の周方向延在部５１が、図１及び図３に示すように、当該渡り部５０が接続する一対のコイル辺部３０の周方向Ｃの間に配置された他相の全てのスロットである対象スロットと軸方向Ｌに見て重複する部分を有さないように、対象スロットに対して径方向Ｒの外側に配置される。そのため、図４に示す比較例との比較から明らかなように、軸方向Ｌに見てＵ相の渡り部５０とＶ相の渡り部５０（Ｖ相コイル３Ｖの渡り部５０）とが重複する重複領域におけるＵ相の渡り部５０の軸方向Ｌの幅を小さく抑えることができ、結果、コイルエンド部の軸方向Ｌの幅（高さ）を小さく抑えることが可能となっている。また、Ｖ相コイル３Ｖをコア２に巻装する際に、Ｕ相コイル３ＵやＶ相コイル３Ｖに作用する力を小さく抑えることができ、このことによっても、コイル３の電気的絶縁性を適切に確保することができる。なお、図４は、本発明を適用しない場合の比較例を示す図であり、本発明とは異なり、Ｕ相の渡り部５０の周方向延在部が、当該渡り部５０が接続する一対のコイル辺部の周方向の間に配置された他相の全てのスロットである対象スロットと軸方向Ｌに見て重複するように配置される構成を示している。図４に示すステータは本発明の実施例ではないが、理解を容易にすべく、図３等と同様の符号を付している。

図６に示すように、本実施形態では、Ｖ相の同心巻部１０（Ｖ相コイル３Ｖの同心巻部１０）の周長比も、Ｕ相の同心巻部１０の周長比と同様に、コイル辺部３０が配置される径方向Ｒの位置が径方向Ｒの内側に向かうに従って、径方向Ｒの距離に対してより大きな増加幅で大きくなるように構成されている。一方、Ｗ相の同心巻部１０（Ｗ相コイル３Ｗの同心巻部１０）の周長比は、コイル辺部３０が配置される径方向Ｒの位置が径方向Ｒの内側に向かうに従って、減少した後に増加するように構成されている。

また、図示は省略するが、本実施形態では、Ｕ相の同心巻部１０及びＶ相の同心巻部１０のそれぞれは、コイル辺部３０が配置される径方向Ｒの位置が径方向の内側に向かうに従って、径方向Ｒの距離に対してより大きな増加幅で、渡り部５０の長さの比が大きくなるように構成されている。一方、同じく図示は省略するが、Ｗ相の同心巻部１０は、コイル辺部３０が配置される径方向Ｒの位置が径方向の内側に向かうに従って、径方向Ｒの距離に対してより小さな減少幅で、渡り部５０の長さの比が小さくなるように構成されている。ここで、「渡り部５０の長さの比」は、第一段部８１の渡り部５０の長さに対する各段部の渡り部５０の長さの比である。

３．その他の実施形態
最後に、本発明に係る回転電機用のステータの、その他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施形態では、線状導体束３５を一対のスロット４０間に複数回巻回して同心巻部１０が形成される構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、１本の線状導体３４を一対のスロット４０間に複数回巻回して同心巻部１０が形成される構成とすることも可能である。この場合、ステータ１の製造過程で、同心巻部１０を構成する線状導体３４は、巻枠７０の各段に複数回（複数ターン）ずつ巻回される。

（２）上記の実施形態では、複数本のコイル辺部３０が１つのスロット４０の内部に非整列状態で配置される構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、上記の実施形態とは異なりスロット４０の周方向Ｃの両側の側面部が互いに平行に形成される場合（すなわち、スロット４０が平行スロットである場合）等において、複数本のコイル辺部３０が１つのスロット４０の内部に整列状態で配置される構成とすることも可能である。整列状態は、例えば、複数のコイル辺部３０が周方向Ｃに隣接する複数列に並んで径方向Ｒに沿って配置される状態とされる。

（３）上記の実施形態では、コイル３が、一対のスロット４０間に線状導体３４を複数回巻回してなる同心巻部１０を有する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、コイル３が、複数対のスロット４０間に線状導体３４を複数回巻回してなるコイル部を有する構成や、コイル３が、波巻状となるようにスロット４０に巻回されるコイル部を有する構成とすることも可能である。

（４）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、軸方向の両側及び径方向の内側に開口部を有するスロットが周方向に複数分散配置されている円筒状のコアと、スロット内に配置されるコイル辺部及び一対のコイル辺部をコアの軸方向の外側において接続する渡り部を有してコアに巻装される複数相のコイルと、を備えた回転電機用のステータに利用することができる。

１：ステータ
２：コア
２ａ：内周面
３：コイル
３Ｕ：Ｕ相コイル（相コイル）
３Ｖ：Ｖ相コイル（相コイル）
３Ｗ：Ｗ相コイル（相コイル）
１０：同心巻部
３０：コイル辺部
３４：線状導体
４０：スロット
４１：軸方向開口部（開口部）
４２：径方向開口部（開口部）
５０：渡り部
５１：周方向延在部
５２：接続部
Ｃ：周方向
Ｄ：特定領域
Ｌ：軸方向
Ｒ：径方向

Claims (5)

1. 円筒状のコアであって、前記コアの軸方向及び径方向に延びると共に前記軸方向の両側及び前記径方向の内側に開口部を有するスロットが、前記コアの周方向に複数分散配置されているコアと、前記スロット内に配置されるコイル辺部及び一対の前記コイル辺部を前記コアの前記軸方向の外側において接続する渡り部を有して前記コアに巻装される複数相のコイルと、を備えた回転電機用のステータであって、
   前記渡り部は、各相毎に設定された前記径方向の領域である特定領域において前記周方向に延びるように配置された周方向延在部と、前記周方向延在部と一対の前記コイル辺部とを接続する接続部とを有し、
   前記特定領域が前記径方向の最も外側に設定される相の前記渡り部の前記周方向延在部は、当該渡り部が接続する一対の前記コイル辺部の前記周方向の間に配置された他相の全ての前記スロットである対象スロットと前記軸方向に見て重複する部分を有さないように、前記対象スロットに対して前記径方向の外側に配置され、
   前記コイルは、一対の前記スロット間に線状導体を複数回巻回してなる同心巻部を複数有し、
   前記コアにおける前記コイル辺部の前記径方向の配置位置に応じて定まる基準周長に対する、前記同心巻部を構成する前記線状導体の１周回分の周長の比を周長比として、
   前記特定領域が前記径方向の最も外側に設定される相の前記同心巻部は、前記コイル辺部が配置される前記径方向の位置が前記径方向の内側に向かうに従って、前記径方向の距離に対してより大きな増加幅で前記周長比が大きくなるように構成されている回転電機用のステータ。
2. 前記特定領域が前記径方向の最も内側に設定される相の前記渡り部の全体が、前記コアの内周面よりも前記径方向の外側に配置されている請求項１に記載の回転電機用のステータ。
3. 複数本の前記コイル辺部が、１つの前記スロットの内部に非整列状態で配置されている請求項１又は２に記載の回転電機用のステータ。
4. 前記コイルは、前記コアに対して相毎に順に巻装される複数の相コイルを備え、
   前記特定領域が前記径方向の最も外側に設定される相の前記渡り部は、前記コアに対して最初に巻装された前記相コイルの前記渡り部である請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機用のステータ。
5. 前記スロット内に配置されて前記コイルと前記コアとを電気的に絶縁する絶縁部材を更に備え、
   前記絶縁部材は、前記スロットに挿入される前記絶縁部材の当該スロットから前記軸方向に突出するカフス部を有し、
   前記基準周長は、前記コアの前記軸方向の長さと、前記コイル辺部の前記径方向の配置位置における前記同心巻部が配置される一対の前記スロット間の円弧長と、前記カフス部の前記軸方向の長さと、に基づいて定まる請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用のステータ。

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