JPWO2016006310A1 - 固定子コイル、固定子、電磁装置、ならびに、固定子コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

固定子コイルは、固定子のスロットに集中巻きで装着される固定子コイルであって、固定子のティースに導体が１ピッチずつ巻回される巻回部と、巻回部の両端部から延在する接続端子部とを有し、巻回部は、矩形環形状の単位巻回部を複数有し、単位巻回部は、一対の第１直線部と、一対の第２直線部と、第１直線部と第２直線部とを結ぶ湾曲角部とを有し、一対の第１直線部のうちの一方には、巻回軸方向に導体を１ピッチずらす斜行部が形成され、少なくとも一の単位巻回部において、斜行部の一部が湾曲角部の一部により構成されている。

Description

本発明は、固定子コイル、固定子、電磁装置、ならびに、固定子コイルの製造方法に関する。

回転式あるいは直動式の電動機などの電磁装置では、固定子鉄心にコイルを装着し、コイルに電流を流すことによって磁界を発生させて回転子などの可動子を動作させる。また、発電機などの電磁装置では、外部からの動力によって、回転子などの可動子を動作させることで、発電する。

このような電磁装置は、様々な機械に搭載されるが、特に自動車に搭載される電磁装置では、車両への搭載空間が限られていることやエンジンに代替できる大きな出力が必要なことから、小型化、高効率化（＝大出力化）が強く要望されている。

特許文献１には、集中巻き固定子コイルにおいて、導体をティースに巻き回す場合に巻き回しが次ターンへ移る際に、導体を巻回軸方向に１ピッチずらすためのレーンチェンジ部がコイルエンドに設けられた固定子コイルが記載されている。

日本国特開２０１１−２３４５１６号公報

しかしながら、従来の集中巻き固定子コイルのように、巻回軸方向から見たときにコイルエンドの直線部のみにレーンチェンジ部（段移行部）を形成すると、巻回部のサイズが大きくなってしまい、固定子コイルや固定子、電磁装置の小型化を図ることが難しいという問題があった。

本発明の第１の態様によると、固定子のスロットに集中巻きで装着される固定子コイルは、固定子のティースに導体が１ピッチずつ巻回される巻回部と、巻回部の両端部から延在する接続端子部とを有し、巻回部は、矩形環形状の単位巻回部を複数有し、単位巻回部は、一対の第１直線部と、一対の第２直線部と、第１直線部と第２直線部とを結ぶ湾曲角部とを有し、一対の第１直線部のうちの一方には、巻回軸方向に導体を１ピッチずらす斜行部が形成され、少なくとも一の単位巻回部において、斜行部の一部が湾曲角部の一部により構成されている。
本発明の第２の態様によると、固定子コイルの製造方法は、固定子のティースに導体が１ピッチずつ巻回される巻回部、ならびに、巻回部の両端部から延在する接続端子部を有し、固定子のスロットに集中巻きで装着される固定子コイルを製造する方法であって、巻回部を形成する際、一対の第１直線部と、一対の第２直線部と、第１直線部と第２直線部とを結ぶ湾曲角部とで矩形環形状を呈する単位巻回部を複数形成し、少なくとも一の単位巻回部を形成する際、金型でプレスすることにより導体の直線部を屈曲させて、巻回軸方向に導体を１ピッチずらす斜行部を形成し、斜行部の両端近傍を曲げて、斜行部の一部が湾曲角部の一部で構成されるように、かつ、一対の第１直線部のうちの一方に斜行部が位置するように、湾曲角部を形成する。

本発明によれば、固定子コイル、固定子および電磁装置の小型化を図ることができる。

回転電機を示す部分破断斜視図。 ハウジングを除いた回転電機の斜視図。 ハウジングを除いた回転電機の斜視図。 ステータを軸方向から見た図。 ステータの斜視図。 ステータコアの斜視図。 スロットにインシュレータが装着された状態のステータコアを示す斜視図。 インシュレータを示す斜視図。 脱落防止片を示す斜視図。 固定子コイルを示す斜視図。 （ａ）は固定子コイルの平面図、（ｂ）は固定子コイルの正面図、（ｃ）は固定子コイルの下面図、（ｄ）は固定子コイルの側面図、（ｅ）は（ｂ）のＥ部拡大模式図。 ステータの断面模式図。 一のティースに巻回される固定子コイルの断面を示す部分拡大模式図。 （ａ）は第１直線部に形成された段移行部を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）において、段移行部および湾曲角部を表す部分にハッチングを施した図。 回転電機を製造する工程を説明するための図。 固定子コイルを製造する工程を説明するための図。 比較例に係る固定子コイルの中間品を製造する工程を説明するための図。 比較例に係る固定子コイルの中間品を示す図。 中間品をティースに装着した状態を示す図。 中間品をプレス加工して段移行部を形成する様子を模式的に示す図。 比較例において、一のティースに巻回される固定子コイルの断面を示す部分拡大模式図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、回転電機１００を示す部分破断斜視図である。図１では、ハウジング９の一部を破断して示している。図２および図３は、ハウジング９を除いた回転電機１００の斜視図である。図３は図２の反対側から回転電機１００を見た斜視図である。

本実施の形態に係る回転電機１００は、たとえば回転電機１００のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機１００の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車に適用できる。図１に示すように、回転電機１００は、電動機または発電機として作動するものであり、固定子（以下、ステータ１と記す）と、ステータ１に対して回転運動する回転子（以下、ロータ２と記す）と、ロータ２およびステータ１を収容保持するハウジング９とを有している。

図２および図３に示すように、ロータ２は、円筒形状のステータ１の内側において、回転可能に配設されている。ロータ２は、円筒形状のロータコア（回転子鉄心）と、永久磁石とを備えている。ロータコアの中空部には円柱状のシャフト（回転軸）８が圧入され、ロータコアがシャフト８に固定されている。ロータコアの外周近傍には、永久磁石が周方向に沿って等間隔に配設されている。三相交流電流が後述の固定子コイル５に流されると、回転磁界がステータ１に発生し、この回転磁界がロータ２の永久磁石に作用してトルクが生じる。

図１に示すように、ハウジング９は、円筒状のセンターブラケット９ｃと、センターブラケット９ｃの両端の開口を塞ぐように取り付けられた一対のエンドブラケット９ａ，９ｂとを備えている。エンドブラケット９ａ，９ｂのそれぞれには軸受１１が設けられている。ステータ１はセンターブラケット９ｃにより保持され、ロータ２のシャフト８はエンドブラケット９ａ，９ｂのそれぞれに設けられた軸受１１により回転自在に保持されている。

図４はステータ１を軸方向から見た図であり、図５はステータ１の斜視図である。図４および図５に示すように、ステータ１は、円筒形状のステータコア（固定子鉄心）４と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相巻線を構成する固定子コイル５（図１０参照）とを備えている。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相巻線は、ステータコア４に集中巻きで巻回されており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相巻線のそれぞれの端部には電源接続用端子５９が設けられている。電源接続用端子５９は、図示しない導電部材を介して電力変換装置（インバータ）に接続される。図示しないバッテリからの直流電力は、電力変換装置により交流電力に変換され、電源接続用端子５９を介して各相巻線に供給されることで、回転磁界が発生し、ロータ２が回転する。

図６はステータコア４の斜視図である。図６に示すように、ステータコア４の内周側には、ステータコア４の中心軸ＣＬ方向（以下、単に軸方向とも記す）に延在する複数のスロット４０とティース４１とが交互に、かつ周方向に等間隔となるように形成されている。ステータコア４は、たとえば、厚さ０．０５〜１．０ｍｍ程度の電磁鋼板をプレス加工により打ち抜いて形成された円環形状のコアプレートを複数枚積層して形成されている。各ティース４１は、環状のコアバック４３から中心軸ＣＬに向かって突出するように、周方向に一定幅で形成されている。各ティース４１は、固定子コイル５に交流電力が供給されることにより発生した回転磁界をロータ２に導き、ロータ２に回転トルクを発生させる働きをする。

スロット４０はオープンスロットとされており、後述の固定子コイル５の巻回部５０（図１０参照）をステータコア４の内径側から挿入可能な構成とされている。スロット４０は、隣り合う一対のティース４１における互いに対向する周方向側面と、コアバック４３の内周面とからなる周壁によって画成される。

図７はスロット４０にインシュレータ２０が装着された状態のステータコア４を示す斜視図である。図７に示すように、スロット４０には、断面コ字状のインシュレータ２０が装着される。図５に示すように、集中巻きコイルである固定子コイル５はインシュレータ２０を介してスロット４０に装着される。スロット４０の開口側には、断面コ字状の脱落防止片２１が装着される。

インシュレータ２０および脱落防止片２１は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の絶縁性を有する樹脂材料で形成されている。

図８はインシュレータ２０を示す斜視図であり、図９は脱落防止片２１を示す斜視図である。図８に示すように、インシュレータ２０は、スロット４０の周壁を覆う覆い部２０ａと、覆い部２０ａの長手方向一端においてステータコア４の軸方向端面と当接する鍔部２０ｂとを有している。

図９に示すように、脱落防止片２１は、スロット４０の内径側開口部を覆う覆い部２１ａと、ティース４１の周方向側面とインシュレータ２０の覆い部２０ａとの間に差し込まれる差し込み部２１ｂとを有している。

図５に示すように、インシュレータ２０および脱落防止片２１がステータコア４に装着されることで、インシュレータ２０により、固定子コイル５とステータコア４との絶縁が確保され、脱落防止片２１により、固定子コイル５が内径側に脱落することが防止される。

図１０は、固定子コイル５を示す斜視図である。図１０に示すように、固定子コイル５は、ステータ１のティース４１に導体６０が１ピッチずつ巻回されてなる巻回部５０と、巻回部５０の両端部から延在する接続端子部５２，５３とを有している。一の固定子コイル５の接続端子部５２は、他の固定子コイル５の接続端子部５３に接合される（図５参照）。複数の固定子コイル５が接合されることで、単相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）巻線が形成される。固定子コイル５を構成する導体６０は、絶縁被覆された平角線である。

図１１は、固定子コイル５を示す図である。図１１（ａ）は固定子コイル５の平面図であり、図１１（ｂ）は固定子コイル５の正面図である。図１１（ｃ）は固定子コイル５の下面図であり、図１１（ｄ）は固定子コイル５の側面図である。図１１（ｅ）は、図１１（ｂ）のＥ部拡大模式図である。図１１（ａ）では、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを表す部分にハッチングを施し、図１１（ｂ）および図１１（ｅ）では、湾曲角部５５を表す部分にハッチングを施している。

図１０および図１１に示すように、巻回部５０は、単位巻回部５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）を４つ有している。各単位巻回部５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）は、一対の第１直線部５６ａ，５６ｂと、一対の第２直線部５６ｃ，５６ｄと、第１直線部５６ａ，５６ｂと第２直線部５６ｃ，５６ｄとを結ぶ湾曲角部５５とを有している。

図１１（ｂ）に示すように、巻回軸Ｘ方向から見たときに、単位巻回部５１は、それぞれ矩形環形状を呈している。第１直線部５６ａ，５６ｂおよび第２直線部５６ｃ，５６ｄは、巻回軸Ｘ方向から見た場合に直線状となる導体部分のことを指す。

図１１（ｅ）に示すように、湾曲角部５５は、点Ｏを中心として内径寸法がＲ１、外径寸法がＲ２となるように９０度の範囲で湾曲されてなる部分である（Ｒ２＞Ｒ１）。本明細書において湾曲角部５５とは、巻回軸Ｘ方向に直交する面内において、直線状に延在する第１直線部５６ａ，５６ｂと、直線状に延在する第２直線部５６ｃ，５６ｄとの間の湾曲した導体部分のことをいう。

図１２は、ステータ１の断面模式図であり、ステータコア４の中心軸ＣＬに直交する平面で切断した断面を模式的に示している。図１３は、一のティース４１に巻回される固定子コイル５の断面を示す部分拡大模式図であり、図１２のＸＩＩＩ部拡大模式図である。上述したように、固定子コイル５とティース４１との間にはインシュレータ２０が配置され、絶縁性が確保されている。単位巻回部５１は、矩形状の導体６０の一側面がティース４１の側面に平行となるように配置され、導体６０の一側面がインシュレータ２０の覆い部２０ａを介してティース４１に密着している。単位巻回部５１同士も、互いに対向する導体６０の側面同士で密着している。

上述したように、ティース４１には４つの単位巻回部５１が装着されている。説明の便宜上、各単位巻回部５１について、スロット４０の外周側（コアバック４３側）から内周側（スロット開口側）に向かって順に第１巻回部５１ａ、第２巻回部５１ｂ、第３巻回部５１ｃ、第４巻回部５１ｄと称する。

図１３に示すように、第１巻回部５１ａを構成する第２直線部５６ｃと第２直線部５６ｄとは、ティース４１を挟んで対向して配置されている。第２巻回部５１ｂ、第３巻回部５１ｃおよび第４巻回部５１ｄについても同様に、各単位巻回部５１を構成する第２直線部５６ｃと第２直線部５６ｄとがティース４１を挟んで対向して配置されている。別の言い方をすると、それぞれの単位巻回部５１の第２直線部５６ｃと第２直線部５６ｄとは、ステータコア４の中心軸ＣＬからの距離が同じ位置となるように配置されている。

図１１（ａ）、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）、ならびに、図１３に示すように、４つの単位巻回部５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）は巻回軸Ｘ方向に１列に並んで配置され、巻回部５０はステータコア４の径方向に多段構造（積層構造）とされている。図１３に示すように、以下、各導体６０が配置されるスロット４０内の各段を、スロット４０の外周側（コアバック４３側）から内周側（スロット開口側）に向かって順に第１段目（Ｓ１）、第２段目（Ｓ２）、第３段目（Ｓ３）、第４段目（Ｓ４）と称する。

集中巻きの固定子コイル５では、導体６０を巻き回す場合、巻き回しが次のターンへ移行する際に、導体６０を巻回軸Ｘ方向（ステータコア４の径方向に相当）に１ピッチずらす、すなわち巻回軸Ｘ方向の導体幅寸法分だけ導体６０を巻回軸Ｘ方向に移動させる必要が生じる。図１０および図１１（ａ）に示すように、本実施の形態では、第１段目（Ｓ１）から第２段目（Ｓ２）に移行するための段移行部５４ａ、第２段目（Ｓ２）から第３段目（Ｓ３）へ移行するための段移行部５４ｂおよび第３段目（Ｓ３）から第４段目（Ｓ４）へ移行するための段移行部５４ｃが、それぞれスロット４０の外に配置される第１直線部５６ａに形成されている。

つまり、段移行部５４ａは、一のスロット４０の第１段目（Ｓ１）からスロット外に出された導体６０を隣の他のスロット４０の第２段目（Ｓ２）へ導く斜行部である。同様に、段移行部５４ｂは、一のスロット４０の第２段目（Ｓ２）からスロット外に出された導体６０を隣の他のスロット４０の第３段目（Ｓ３）へ導く斜行部である。段移行部５４ｃは、一のスロット４０の第３段目（Ｓ３）からスロット外に出された導体６０を隣の他のスロット４０の第４段目（Ｓ４）へ導く斜行部である。

このように、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、ステータコア４の中心軸ＣＬに直交する平面内で所定の段から隣の段に向かって斜行するように形成されている。図１１（ａ）に示すように、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、隣り合う第１直線部５６ａ同士が密着するように、巻回部５０の巻回方向にわずかにずれるようにして配置されている。

図１４（ａ）は、第１直線部５６ａに形成された段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを示す斜視図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）において、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃおよび湾曲角部５５を表す部分にハッチングを施した図である。図示するように、本実施の形態では、各段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃの一部が湾曲角部５５の一部により構成されている。

段移行部５４ａの一端側は湾曲角部５５（図１４（ｂ）において図示手前側の湾曲角部５５参照）とは重複しておらず、段移行部５４ａと湾曲角部５５との間には非重複領域５７（図中、非ハッチング領域）が形成されている。段移行部５４ａの他端側は湾曲角部５５（図１４（ｂ）において図示奥側の湾曲角部５５参照）と重複しており、重複領域５８が形成されている。

段移行部５４ｂの一端側は湾曲角部５５（図１４（ｂ）において図示手前側の湾曲角部５５参照）と重複しており重複領域５８が形成されている。段移行部５４ｂの他端側は湾曲角部５５（図１４（ｂ）において図示奥側の湾曲角部５５参照）とは重複しておらず、段移行部５４ｂと湾曲角部５５との間には非重複領域５７（図中、非ハッチング領域）が形成されている。

段移行部５４ｃの一端側は湾曲角部５５（図１４（ｂ）において図示手前側の湾曲角部５５参照）と重複しており重複領域５８が形成されている。段移行部５４ｃの他端側は湾曲角部５５（図１４（ｂ）において図示奥側の湾曲角部５５参照）とは重複しておらず、段移行部５４ｃと湾曲角部５５との間には非重複領域５７（図中、非ハッチング領域）が形成されている。

このように、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃの端部で湾曲角部５５を構成することで、巻回部５０のティース幅方向の寸法を小さくすることができ、固定子コイル５の小型化を図ることができる。なお、本明細書では、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃについては総称して段移行部５４とも記す。

回転電機１００の製造方法について説明する。図１５は、回転電機１００を製造する工程を説明するための図である。回転電機１００の製造方法は、図１５に示すように、準備工程Ｓ１００と、コイル成形工程Ｓ１１０と、ステータ組み付け工程Ｓ１２０と、コイル接続工程Ｓ１３０と、ロータ組み付け工程Ｓ１４０とを含む。

−準備工程−
準備工程Ｓ１００では、回転電機１００を構成する各部品、たとえばセンターブラケット９ｃ、エンドブラケット９ａ，９ｂ、ステータコア４、ロータ２等を準備する。ロータ２のロータコアには、予め永久磁石が装着され、シャフト８がロータコアの中空部に圧入されて一体となっている。

−コイル成形工程−
コイル成形工程Ｓ１１０では、各ティース４１に装着される固定子コイル５を成形する（図１０参照）。コイル成形工程Ｓ１１０の詳細については後述する。

−ステータ組み付け工程−
ステータ組み付け工程Ｓ１２０では、ステータコア４を焼き嵌めによりセンターブラケット９ｃに固定する。ステータコア４に対して、予め加熱して熱膨張により内径を広げておいたセンターブラケット９ｃを嵌め込む。センターブラケット９ｃを冷却して内径を収縮させることで、その熱収縮によりステータコア４の外周部を締め付ける。

−コイル接続工程−
コイル接続工程Ｓ１３０では、各固定子コイル５をティース４１に装着する。巻回部５０をステータコア４の内径側からティース４１に装着し、一の固定子コイル５の接続端子部５２と、他の固定子コイル５の接続端子部５３とを接合し、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）巻線を形成する。なお、インシュレータ２０は、予めステータコア４に装着しておき、その後、固定子コイル５をティース４１に装着し、スロット４０の開口側から脱落防止片２１を装着する。

スロット４０内には単位巻回部５１の長辺側導体を構成する第２直線部５６ｃ，５６ｄが配置され、スロット４０外には単位巻回部５１の短辺側導体を構成する第１直線部５６ａ，５６ｂが配置される。

−ロータ組み付け工程−
ロータ組み付け工程Ｓ１４０では、シャフト８を一方のエンドブラケット９ａの軸受１１に装着する。ロータ２をステータ１の内側に配置させるように、一方のエンドブラケット９ａによりセンターブラケット９ｃの一端側の開口を塞いで、エンドブラケット９ａをセンターブラケット９ｃに固着させる。センターブラケット９ｃの他端側の開口を他方のエンドブラケット９ｂによって塞いで、エンドブラケット９ｂをセンターブラケット９ｃに固着させる。以上で、回転電機１００が完成する。

図１６を参照してコイル成形工程Ｓ１１０について詳細に説明する。図１６は、固定子コイル５を製造する工程を説明するための図である。コイル成形工程Ｓ１１０は、一本の直線状の導体６０に対して曲げ加工を繰り返し行うことで、矩形環形状の単位巻回部５１を複数形成する。なお、段移行部５４ａ，５４ｂ，５４ｃを構成する斜行部６２は、後述するように、直線状の導体６０を金型７０ａ，７０ｂでプレス加工することにより形成され、その後斜行部前後に曲げ加工を施すことで斜行部６２の一部を含む湾曲角部５５が形成される。

以下、斜行部６２とその前後の湾曲角部５５の形成工程について説明する。つまり、図１１に示される第１直線部５６ａに形成される段移行部５４と、第２直線部５６ｃと第１直線部５６ａとの間の湾曲角部５５、および、第２直線部５６ｄと第１直線部５６ａとの間の湾曲角部５５の形成工程について説明する。なお、第２直線部５６ｃと第１直線部５６ｂとの間の湾曲角部５５、および、第２直線部５６ｄと第１直線部５６ｂとの間の湾曲角部５５の形成工程については図示を省略する。

図１６に示すように、コイル成形工程Ｓ１１０は、プレス前位置決め工程Ｓ１１１と、プレス加工工程Ｓ１１２と、曲げ前位置決め工程Ｓ１１４と、曲げ加工工程Ｓ１１５と、曲げ前位置決め工程Ｓ１１６と、曲げ加工工程Ｓ１１７とを含む。なお、説明の便宜上、図示するように上下、前後左右方向を規定する。

−プレス前位置決め工程−
図１６（ａ）に示すように、プレス前位置決め工程Ｓ１１１では、導体（平角線）６０の直線部６１を金型７０ａと金型７０ｂの間に配置する。導体６０の直線部６１は、前後方向に延在するように配置する。矩形状の導体６０の左右両側面がそれぞれ左右の金型７０ａ，７０ｂの押圧面と対向するように、位置決めを行う。なお、導体６０は、図示しない送り装置により前方に移動可能に支持されており、送り装置を駆動させることにより導体６０を前方に送り、送り装置を停止することで導体６０を所定の位置に位置決めすることができる。

−プレス加工工程−
図１６（ｂ）に示すように、プレス加工工程Ｓ１１２では、金型７０ａと金型７０ｂにより導体６０を左右から挟圧し、導体６０を塑性変形させることで斜行部６２を形成する。図１６（ｃ）に示すように、斜行部６２は、両端が左右方向に湾曲（屈曲）され、直線部６１に対して所定の角度をなし、斜行部前後の直線部６１が１ピッチだけずれるように、すなわち導体６０の左右幅寸法分だけずれるように形成されている。

−曲げ前位置決め工程−
図１６（ｄ）に示すように、曲げ前位置決め工程Ｓ１１４では、送り装置により導体６０を前方に所定量送って、斜行部６２の前端近傍に支持棒７２が位置するように、導体６０の位置決めを行う。導体６０は、支持棒７２の上に載置され、ローラ７１は導体６０の上方に配置されている。支持棒７２およびローラ７１は、それぞれ中心軸が左右方向に延在するように配置されている。ローラ７１は、支持棒７２を回動中心として回動可能に構成されている。

−曲げ加工工程−
図１６（ｅ）に示すように、曲げ加工工程Ｓ１１５では、支持棒７２に導体６０を巻きつけるようにローラ７１を動作させる。すなわち、曲げ加工工程Ｓ１１５では、支持棒７２を回動中心としてローラ７１を前下方に向けて回動させ、斜行部６２の前方の導体６０にローラ７１を押し当てる。スプリングバック量を考慮してローラ７１を回動させ、導体６０を９０度よりも多めに下方向に屈曲させ、湾曲角部５５を形成する。これにより、巻き膨らみのない固定子コイル５を形成できる。ローラ７１は、導体６０を曲げた後、反対方向に回動して元の位置に戻る。

−曲げ前位置決め工程−
図１６（ｆ）に示すように、曲げ前位置決め工程Ｓ１１６では、送り装置により導体６０を前方に所定量送って、斜行部６２の後端近傍に支持棒７２が位置するように、導体６０の位置決めを行う。

−曲げ加工工程−
図１６（ｇ）に示すように、曲げ加工工程Ｓ１１７では、支持棒７２に導体６０を巻きつけるようにローラ７１を動作させる。すなわち、曲げ加工工程Ｓ１１７では、支持棒７２を回動中心としてローラ７１を前下方に向けて回動させ、斜行部６２の後端近傍の導体６０にローラ７１を押し当てる。曲げ加工工程Ｓ１１５と同様に、スプリングバック量を考慮してローラ７１を回動させ、導体６０を９０度よりも多めに下方向に屈曲させ、湾曲角部５５を形成する（図１６（ｈ）参照）。ローラ７１は、導体６０を曲げた後、反対方向に回動して元の位置に戻る。

なお、図示しないが、第２直線部５６ｃと第１直線部５６ｂとの間の湾曲角部５５、および、第２直線部５６ｄと第１直線部５６ｂとの間の湾曲角部５５は、それぞれ、コイル成形工程Ｓ１１０において、送り装置により導体６０の位置決めを行い、支持棒７２を回動中心としたローラ７１による曲げ加工を行うことで形成される。送り装置による曲げ加工前の位置決めは、第１直線部５６ａ，５６ｂが第２直線部５６ｃ，５６ｄよりも短くなるように行われる。

コイル成形工程Ｓ１１０は、繰り返し行われ、複数回巻回されてなる巻回部５０が形成され、巻回部５０の両端部には図示しない曲げ加工工程により接続端子部５２，５３が形成される。

このように、予め形成された斜行部６２の前端近傍と後端近傍とをそれぞれ、斜行部６２の両端部の曲げ方向（左右方向）と直交する方向（下方向）に曲げることで、上述したように、段移行部５４（斜行部６２）の一部を湾曲角部５５の一部で構成する固定子コイル５を形成できる。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）本実施の形態に係る固定子コイル５は、ステータ１のスロット４０に集中巻きで装着される固定子コイルである。固定子コイル５は、ステータ１のティース４１に導体６０が１ピッチずつ巻回される巻回部５０と、巻回部５０の両端部から延在する接続端子部５２，５３とを有している。巻回部５０は、矩形環形状の単位巻回部５１を複数有している。各単位巻回部５１は、一対の第１直線部５６ａ，５６ｂと、一対の第２直線部５６ｃ，５６ｄと、第１直線部５６ａ，５６ｂと第２直線部５６ｃ，５６ｄとを結ぶ湾曲角部５５とを有している。一対の第１直線部５６ａ，５６ｂのうちの一方、すなわち接続端子部５２，５３が配置される側の第１直線部５６ａには、巻回軸Ｘ方向に導体６０を１ピッチずらす段移行部５４（斜行部６２）が形成されている。各単位巻回部５１において、段移行部５４の一部が湾曲角部５５の一部により構成されている。
これにより、巻回部５０のティース幅方向の寸法を小さくすることができるので、従来に比べて、固定子コイル５、ステータ１および回転電機１００の小型化を図ることができる。

第１直線部５６ａだけでなく湾曲角部５５も利用して段移行を行わせることができるので、図１３に示すように、ティース４１の幅寸法（以下、ティース幅ＷＴと記す）に対して、ティース幅方向に直交する導体６０の幅寸法（以下、導体幅ＷＣと記す）が大きい場合（たとえば、ＷＴ：ＷＣ＝４：１程度）であっても、段の移行が可能となる。ティース幅ＷＴに対して、導体幅ＷＣが大きい導体６０を採用することができるので、回転電機１００の効率の向上を図ることができる。

（２）固定子コイル５は、第１直線部５６ａ，５６ｂが第２直線部５６ｃ，５６ｄよりも短く形成されている。つまり、段移行部５４は、スロット４０内に配置される長辺側の第２直線部５６ｃ，５６ｄではなく、スロット４０外に配置される短辺側の第１直線部５６ａに形成されている。これにより、スロット４０の形状を段移行のために大きくする必要がない。これにより、ステータ１の小型化を図ることができる。

（３）固定子コイル５を製造する方法は、巻回部５０を形成する際、一対の第１直線部５６ａ，５６ｂと、一対の第２直線部５６ｃ，５６ｄと、第１直線部５６ａ，５６ｂと第２直線部５６ｃ，５６ｄとを結ぶ湾曲角部５５とで矩形環形状を呈する単位巻回部５１を複数形成する工程を含む。単位巻回部５１を形成する際、金型７０ａ，７０ｂでプレスすることにより導体６０の直線部６１を湾曲（屈曲）させて、巻回軸Ｘ方向に導体６０を１ピッチずらす段移行部５４（斜行部６２）を形成する。その後、段移行部５４の両端近傍を、段移行部５４が存在する仮想平面に対して直交する方向に導体６０を曲げて、段移行部５４の一部が湾曲角部５５の一部で構成されるように、かつ、一対の第１直線部５６ａ，５６ｂのうちの一方の第１直線部５６ａに段移行部５４が位置するように、湾曲角部５５を形成する。

このような製造方法により、スロット４０内の導体６０を図１３に示すように、整列させることができる。すなわち、各単位巻回部５１を構成する第２直線部５６ｃと第２直線部５６ｄとをティース４１を挟んで対向して配置させることができ、導体６０の一側面をインシュレータ２０を介してティース４１に密着させることができる。その結果、導体６０で発生した熱がステータコア４に効率よく伝わり、放熱性能の良好な回転電機１００を提供できる。放熱性能の向上は、電気抵抗率を低減させ、モータ効率の向上につながる。

以下、図１６に示した製造方法とは別の製造方法により形成された固定子コイル９０５の例（以下、比較例と記す）と比較して、本実施の形態の製造方法を採用することにより、導体６０をティース４１に密着させることができる作用効果（３）について詳細に説明する。

図１７は、比較例に係る固定子コイル９０５の中間品９０（図１８参照）を製造する工程を説明するための図である。図１８は、比較例に係る固定子コイルの中間品９０を示す図である。比較例におけるコイル成形工程は、曲げ加工を繰り返し行うことで、矩形環形状の単位巻回部９５１を複数形成し、その後、後述するように多段構造の第２直線部９５６ｃ，９５６ｄに対してプレス加工を行うことにより段移行部９５４を形成する（図２０参照）。

図１７に示すように、比較例では、導体６０を位置決めして（図１７（ａ）参照）、ローラ７１により曲げ加工を行って湾曲角部５５を形成する（図１７（ｂ）参照）。その後、送り装置により導体６０を前方に所定量送って、位置決めを行い（図１７（ｃ）参照）、ローラ７１により曲げ加工を行って湾曲角部５５を形成する（図１７（ｄ）、図１７（ｅ）参照）。比較例では、送り装置による位置決めと、ローラ７１による曲げ加工を繰り返し行うことで、図１８に示される中間品９０を成形する。なお、導体６０は、１ターンをかけて徐々に１ピッチ変位するように、すなわち１周巻回される間に徐々に矩形状の導体６０の幅寸法分だけ導体６０が巻回軸方向に変位するように曲げ加工が行われ、らせん状に巻回される巻回部９５０を形成する。

図１８（ａ）は中間品９０の平面図であり、図１８（ｂ）は中間品９０の正面図であり、図１８（ｃ）は中間品９０の側面図である。図１８に示すように、中間品９０は、１ターンで少しずつ導体６０が巻回軸方向にずれ、らせん状の巻回部９５０が形成されている。

図１９は、中間品９０をティース４１に装着した状態を示す図である。図１９に示すように、仮に中間品９０を固定子コイルの完成品としてティース４１に装着した場合、本実施の形態と同じティース幅ＷＴ、同じ導体幅ＷＣでは固定子コイルの一端側がティース４１からはみ出してしまう。また、コアバック４３と導体６０とのインシュレータ２０を介した接触面積も減少するため、放熱性能が低下するおそれがある。

そこで中間品９０にプレス加工を行って段移行部９５４を形成する。図２０は、中間品９０をプレス加工して段移行部９５４を形成する様子を模式的に示す図である。図２０（ａ）は段移行部９５４が形成される前の中間品９０の平面模式図であり、図２０（ｂ）は段移行部９５４が形成された固定子コイル９０５を示す平面模式図である。

図２０（ａ）に示すように、中間品９０は、らせん状に巻回されているため、一の単位巻回部９５１を構成する一対の第２直線部９５６ｃ，９５６ｄ同士が巻回軸Ｘを挟んで対向して配置されない。別の言い方をすると、それぞれの単位巻回部９５１の第２直線部９５６ｃと第２直線部９５６ｄとは、ステータコア４の中心軸からの距離が同じ位置となるように配置されていない。

図２０（ｂ）において白抜きの矢印で示すように、巻回部９５０の２つの長辺側の導体（すなわち第２直線部９５６ｃの束、および、第２直線部９５６ｄの束）を巻回軸Ｘ方向に沿って、巻回部９５０の中央に向かって押圧する。これにより、段移行部９５４を形成することができる。このような製造方法によっても、段移行部９５４の一部が湾曲角部５５の一部により構成された固定子コイル９０５を形成できる。また、巻回軸Ｘ方向の寸法を小さくできるので、スロット４０内に固定子コイル９０５を収容することができる。したがって、比較例においても上述した実施の形態の作用効果（１）および（２）と同様の作用効果を奏する。

しかしながら、このような製造方法で作製された固定子コイル９０５は、図２１に示すように、ティース４１の側面に対して第２直線部９５６ｃ，９５６ｄを構成する導体６０が捻じられ、導体６０の一側面が傾いてしまい、導体６０とティース４１との密着性が劣ってしまうおそれがある。すなわち、比較例では、放熱性能が低下するおそれがある。

これに対して、図１６で示されるコイル成形工程を経て作製された固定子コイル５は、図１３に示すように、導体６０の一側面をインシュレータ２０の覆い部２０ａを介してティース４１の側面に対して良好に密着させることができるため、好適である。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
上述した実施の形態では、電磁装置の一例として、回転電機１００について説明したが、本発明はこれに限定されない。直線状に延在する固定子と、直線方向に動作する可動子を備えた直動式の電動機（リニアモータ）等の電磁装置にも本発明を適用できる。つまり、電磁装置とは、回転式、直動式の電動機、発電機および発電電動機を含む装置である。なお、直動式のステータコアは、図６に示す円筒状（円環状）のステータコア４を切り開いて展開したものに相当する。

（変形例２）
上述した実施の形態では、矩形断面を有する導体（平角線）を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。円形断面を有する導体（丸線）を用いて固定子コイル５を形成した場合についても、固定子コイル５の小型化を図ることができる。なお、平角線を採用することで、スロット４０の断面積に対する導体６０の断面積（すなわち導体６０の占積率）を増やすことができ、回転電機１００の銅損を低減できるため、好適である。つまり、平角線を採用することで、回転電機１００の小型化、高効率化を図ることができる。

（変形例３）
上述した実施の形態では、ロータ２がステータ１の径方向内側に配置されたインナーロータ型の回転電機１００について説明したが、ロータ２がステータ１の径方向外側に配置されたアウターロータ型の回転電機に本発明を適用してもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態では、固定子コイルの層数が１層である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ステータコア４の周方向に多層構造を有する固定子コイルに本発明を適用してもよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、固定子コイルの段数が４段である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。３段以下であってもよいし、５段以上であってもよい。

（変形例６）
上述した実施の形態では、固定子コイルの接続端子部５２，５３が配置される側の第１直線部５６ａに段移行部５４を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第１直線部５６ｂに段移行部５４を設けてもよい。

（変形例７）
上述した実施の形態では、一の斜行部６２（段移行部５４）において、一端側で湾曲角部５５の一部を構成し、他端側で湾曲角部５５の一部を構成しない例について説明したが、本発明はこれに限定されない。段移行部５４の両端のそれぞれで、湾曲角部５５の一部を構成してもよい。また、少なくとも一つの単位巻回部５１において、斜行部６２（段移行部５４）の一部が湾曲角部５５の一部により構成されていればよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１４年第１４０４６６号（２０１４年７月８日出願）

１ ステータ、２ ロータ、４ ステータコア、５ 固定子コイル、８ シャフト、９ ハウジング、９ａ，９ｂ エンドブラケット、９ｃ センターブラケット、１１ 軸受、２０ インシュレータ、２０ａ 覆い部、２０ｂ 鍔部、２１ 脱落防止片、２１ａ 覆い部、２１ｂ 差し込み部、４０ スロット、４１ ティース、４３ コアバック、５０ 巻回部、５１ 単位巻回部、５１ａ 第１巻回部、５１ｂ 第２巻回部、５１ｃ 第３巻回部、５１ｄ 第４巻回部、５２，５３ 接続端子部、５４（５４ａ，５４ｂ，５４ｃ） 段移行部、５５ 湾曲角部、５６ａ，５６ｂ 第１直線部、５６ｃ，５６ｄ 第２直線部、５７ 非重複領域、５８ 重複領域、５９ 電源接続用端子、６０ 導体、６１ 直線部、６２ 斜行部、７０ａ 金型、７０ｂ 金型、７１ ローラ、７２ 支持棒、９０ 中間品、１００ 回転電機、９０５ 固定子コイル、９５０ 巻回部、９５１ 単位巻回部、９５４ 段移行部、９５６ｃ，９５６ｄ 第２直線部

Claims (11)

1. 固定子のスロットに集中巻きで装着される固定子コイルであって、
   前記固定子のティースに導体が１ピッチずつ巻回される巻回部と、前記巻回部の両端部から延在する接続端子部とを有し、
   前記巻回部は、矩形環形状の単位巻回部を複数有し、
   前記単位巻回部は、一対の第１直線部と、一対の第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部とを結ぶ湾曲角部とを有し、
   前記一対の第１直線部のうちの一方には、巻回軸方向に前記導体を１ピッチずらす斜行部が形成され、
   少なくとも一の前記単位巻回部において、前記斜行部の一部が前記湾曲角部の一部により構成されている固定子コイル。
2. 請求項１に記載の固定子コイルにおいて、
   前記第１直線部は前記第２直線部よりも短い固定子コイル。
3. 請求項１または２に記載の固定子コイルと、
   前記固定子コイルが集中巻きで装着される固定子鉄心とを備えている固定子。
4. 請求項３に記載の固定子において、
   前記第２直線部は前記スロット内に配置され、
   前記第１直線部は前記スロット外に配置されている固定子。
5. 請求項３に記載の固定子と、前記固定子に対して可動する可動子とを備えている電磁装置。
6. 固定子のティースに導体が１ピッチずつ巻回される巻回部、ならびに、前記巻回部の両端部から延在する接続端子部を有し、前記固定子のスロットに集中巻きで装着される固定子コイルを製造する方法であって、
   前記巻回部を形成する際、一対の第１直線部と、一対の第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部とを結ぶ湾曲角部とで矩形環形状を呈する単位巻回部を複数形成し、
   少なくとも一の前記単位巻回部を形成する際、
   金型でプレスすることにより導体の直線部を屈曲させて、巻回軸方向に前記導体を１ピッチずらす斜行部を形成し、
   前記斜行部の両端近傍を曲げて、前記斜行部の一部が前記湾曲角部の一部で構成されるように、かつ、前記一対の第１直線部のうちの一方に前記斜行部が位置するように、前記湾曲角部を形成する固定子コイルの製造方法。
7. 請求項６に記載の固定子コイルの製造方法において、
   前記第１直線部が前記第２直線部よりも短くなるように前記湾曲角部を形成する固定子コイルの製造方法。
8. 請求項６または７に記載の固定子コイルの製造方法により製造された固定子コイル。
9. 請求項８に記載の固定子コイルが集中巻きで固定子鉄心に装着された固定子。
10. 請求項９に記載の固定子において、
    前記第２直線部は前記スロット内に配置され、
    前記第１直線部は前記スロット外に配置されている固定子。
11. 請求項９に記載の固定子と、前記固定子に対して可動する可動子とを備えている電磁装置。
    

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