JP5039598B2 - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル、及び回転電機、並びに回転電機の製造方法に関する。

回転電機に用いられるコイルとしては、熱可塑性フィルムを巻回して成るフィルム絶縁材を使用して、コイル辺部となる一対の直線状部を有する原形コイルに仮止めテープを巻回し、その原形コイルの直線状部のみ固定装置を備えた超音波溶着装置で素線の絶縁フィルムを溶着し、その後で対地絶縁テープを巻回してからスロットに挿入するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開昭６４−１４４４号公報

例えば回転電機のスロットにコイルを挿入する場合、コイルを巻線形状に形成した後、スロット内に挿入するための形状に変形させる時には、コイル全体として柔軟性を持たせたい。しかし、変形した後でスロット内に挿入する時には、スロット挿入部がほぐれないように固定する必要がある。このような２つの性質を両立することについて、従来技術は十分に考慮していなかった。

本発明の目的は、上記を考慮することにより、回転電機の生産性を高めることにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、コイルを複数回周回させることにより巻線を構成するステップと、周回されたコイルの対向する部分をそれぞれ熱可塑性の絶縁体で束ねて固定するステップと、絶縁体で束ねられたコイル部分の少なくとも一部を固定子のスロットに挿入するステップと、前記コイルのスロット挿入部分とは異なる部分を引っ張って、当該スロットとは異なる他のスロットに挿入するステップと、を有し、周回されたコイルの対向する部分をそれぞれ絶縁体で束ねて固定するステップにおいて、絶縁体がコイルを周回したそれぞれの端部同士が互いに重なり合う重ね合わせ部を設けてコイルに巻回され、重ね合わせ部に熱を加えて端部同士を溶着され、コイルのスロット挿入部分とは異なる部分を引っ張って、当該スロットとは異なる他のスロットに挿入するステップにおいて、コイルが、巻線された形状から、他のスロット内に挿入するための形状に変形される回転電機の製造方法である。

本発明によれば、回転電機の生産性を高めることができる。

以下、本発明の一実施形態をなす回転電機およびコイルを説明する。ここでは回転電機の固定子に用いられるコイルの例である。

各種回転電機に使われている、コアと巻線から構成される固定子においては、巻線の密度を高め、高効率を追求する必要がある。分布巻巻線では、固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた複数のスロットに対して、断面が略四角形状の平角線からなる素線を複数回周回したコイルを巻回するにあたり、複数回周回した素線を絶縁体で束ねて固定した亀甲形状コイルの対向する直線部の一方と他方を、周方向に重ねてスロット内に装着する構造である。コアの外周側に配置するコイルを先に入れて、後から内周側に配置するコイルを入れていくが、一部、既に挿入されているコアの内周側となるコイルの直線部の一方を一旦スロット内から出して、コアの外周側となるコイルの直線部の他方をスロット内に挿入してから再度、コアの内周側となるコイルの直線部の一方をスロット内に挿入する必要がある。

このため、複数回周回したコイルを絶縁体で束ねて固定する際に、巻線された形状から、スロット内に挿入するための形状に変形させる時にはコイル全体として柔軟性を持たせ、変形した後でスロット内に挿入する時には、スロット挿入部がほぐれないように固定する性質を両立させる必要がある。

例えば、素線として絶縁被覆の上に融着層を配置した自己融着線を使用して、コイル形状を形成してから、その外周に絶縁紙を位置決め、密着させる。その状態で素線に電流を流し、その発熱によって素線表面の融着層を溶かすことで、素線と絶縁紙を固着させることも可能である。

この方法では、加熱が素線全体となりスロット部の絶縁紙の固着以外に、コイルエンド部まで融着する可能性があり、巻線された形状から、スロット内に挿入するための形状に変形させる時に絶縁被覆の剥れ等の弊害が生じる。また、絶縁紙の重ね合せ部には融着層がないためにそのままの状態か、接着剤等の別手段で固着する必要がある。更に自己融着線の価格が非融着線に較べ高くなるというデメリットも考えられる。

また別の従来方法として、コイル全体もしくはコアスロット相当部分に絶縁テープを斜めに重ねながら巻いていく方法が考えられる。このテープ巻では、コイルのコアスロット相当部分間隔が充分なければ人手や機構が入らない。

絶縁材料巻付機構がコイルの対向する直線部の間に配置しても邪魔にならない大きさであれば適用することが出来る。全外周に重ね合せ部があるためスロット面積に対する素線の面積の比率である占積率向上に限界がある。また、コイル断面積に対して、絶縁テープの断面積の比率が小さいために、占積率の点で問題となる影響が小さい。しかし、小型モータのコイルでは、コイル寸法が小さくなるため、絶縁材料巻付機構がコイルの対向する直線部の間に配置することが困難になり、更にコイル断面積に対して、絶縁テープの断面積の比率が大きくなり、占積率の点で不利となる可能性もある。

本実施形態では、複数回周回したコイルへの絶縁材料付与方法として、素線とは別に、絶縁材料を供給し、コイルエンド部には巻付けず、スロット挿入部のコイル全周を覆って絶縁材料を巻付け、その一部を固着させる。これにより、固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた複数のスロットに対して、複数回周回したコイルを巻回するにあたって、複数回周回したコイルを絶縁体で束ねて固定する際に、巻線された形状から、スロット内に挿入するための形状に変形させる時にはコイル全体として柔軟性を持たせ、変形した後でスロット内に挿入する時には、スロット挿入部がほぐれないように固定する性質を両立したコイルが実現可能である。

また、コアスロット部が強固に固定され、コイルエンド部は柔軟性が確保されることで信頼性の高いモータが得られる。また材料表面に潤滑性があるのでコイルをコアへ組立する際の作業性が向上する。

図４７に、本発明の一実施例について、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を複数回周回したコイル４１３１の外周に、絶縁材料４２２が付与されたコイル４１３１がスロット４１１に挿入された状態の断面形状を示す。ステータ内周側にスロット４１１の開口部が設けられ、この開口部を経由して、絶縁材料４２２が付与されたコイル４１３１がスロット４１１奥側（この場合はステータ外周側）に挿入される。

ここで、使用するコイル４１３１は、亀甲形状コイルの対向する一対の直線部の一方と他方を、隣り合うスロット４１１ではない円周方向に２スロット以上離れたスロット４１１を結んで装着される。依って、スロット４１１には、絶縁材料４２２が付与されたコイル４２が２組挿入されることになる。この時スロット４１１の中でステータ外周側に位置するコイル４１３１を外コイル、ステータ内周側に位置するコイル４１３１を内コイルと呼ぶことにする。

次にスロット４１１に対する、絶縁材料４２２の重ね合せ部４２２１の配置方向を説明する。コイル４１３１に絶縁材料４２２を付与する場合に、外コイルと内コイルで同じステータ内周側に配置する図４７（ａ）、コイル４１３１に絶縁材料４２２を付与する場合に、外コイルと内コイルで互いに相反してステータ外周側・内周側に配置する図４７（ｂ）がある。その他に図４７（ａ）と逆に、コイル４１３１に絶縁材料４２２を付与する場合に、外コイルと内コイルで同じステータ外周側に配置する方法や、図４７（ｂ）と逆に外コイルと内コイルで互いに相反してステータ内周側・外周側に配置する方法が考えられるが、ここでは説明図を省略する。

図４８は、コイル４１３１に絶縁材料４２２を付与する工程の概略図を示す。ここでのコイル４１３１は、亀甲形状コイルが２組に対して、コイルの周回部分から突出した端末線４２３が２本となっている。通常のコイルでは、亀甲形状コイル１組に対して外周側・内周側から出ている端末線４２３が２本であり、亀甲形状コイルが２組の場合は端末線４２３が４本発生する。しかし巻線方法の工夫により、各々の内周側の端末線４２３を共用化することで、図に示すような亀甲形状コイルが２組に対して、コイルの周回部分から突出した端末線４２３が２本とすることが可能である。このような巻線方法はアルファ巻と呼ばれている。

このコイル４１３１に、図示しない付与手段を用いて絶縁材料４２２を巻付け、固着する。この絶縁材料４２２が付与されたコイル４１３１を複数組用意して、図示しない装着手段を用いて後述するように固定子鉄心４１２に組み込み固定子４を形成する。

図４９は、本実施例の工程の説明図である。固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた複数のスロットに対して、断面が略四角形状の平角線からなる素線を、複数回周回した後で絶縁体で束ねて固定する亀甲形状コイルの対向する一対の直線部の片側に対して絶縁材４２２を付与する工程を示す。

図４９（ａ）は、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を、複数回（今回は３周）周回したものである。この時の素線４２１を分離しないようにする方法として、固定子鉄心４１２のコイルが装着される部分（スロット部と呼ぶ）から、コイル４１３１が突出した部分（コイルエンド部と呼ぶ）に図示しない素線保持部材を使うことで、素線４２１を分離することなく保持することが可能である。

図４９（ｂ）は、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を、複数回周回したものに絶縁材料４２２を供給・位置決めしたものである。この図では、素線４２１に対してＵ字形状をした絶縁材料４２２の端部長さが異なっている。これは絶縁材料が重なった状態で、絶縁の重ね厚さが概ね同一になるように配慮したものである。しかし、重ね合せ部分が確保可能であれば、絶縁材料４２２の端部長さは同一であっても構わない。

図４９（ｃ）は、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を、複数回周回したものに絶縁材料４２２を供給・位置決めし、Ｕ字形状をした絶縁材料４２２の端部一方を折り曲げた状態である。これは図４９（ｂ）の状態から、絶縁材料の重ね合せ部のうち、素線４２１に近接する側を図示しない折り曲げ機構を用いて折り曲げたものである。

図４９（ｄ）は、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を、複数回周回したものに絶縁材料４２２を供給・位置決めし、Ｕ字形状をした絶縁材料４２２の端部を折り曲げた状態である。これは図４９（ｃ）の状態から、絶縁材料の重ね合せ部４２２１のうち、素線４２１に近接する側の上から、絶縁材料４２２の残る端部を図示しない折り曲げ機構を用いて折り曲げたものである。

図４９（ｅ）は、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を、複数回周回したものに絶縁材料４２２を供給・位置決めし、Ｕ字形状をした絶縁材料４２２の端部を折り曲げ、その重ね合せ部４２２１に固着ヘッド１６を位置決めした状態である。これは図４９（ｄ）の状態に、絶縁材料の重ね合せ部４２２１に対し、固着ヘッド１６を位置決めし、その機能により絶縁材料の重ね合せ部４２２１を溶解させて、絶縁材料４２２同士を固着させるものである。絶縁材料４２２に熱可塑性樹脂を使用した場合には、樹脂が軟化温度以上に達するような手段（例えば加熱ヘッドや超音波ヘッド等）を使用することで、絶縁材料の重ね合せ部４２２１のうち、素線４２１に近接する側の絶縁材料４２２と、その上側の絶縁材料４２２が溶解・固化することで固着強度を発揮させる。この樹脂が軟化温度以上に達するような手段の温度条件として、溶解・固化後の絶縁材料重ね合せ部４２２１の最小厚さが絶縁材料４２２の厚さと同等またはそれ以上になるように選定する。

図４９（ｆ）は、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を、複数回周回したものに絶縁材料４２２を供給・位置決めし、Ｕ字形状をした絶縁材料４２２の端部を折り曲げ、その重ね合せ部４２２１が固着した状態である。

これら一連の工程を、亀甲形状コイルの対向する一対の直線部の他方側にも同時または順次実施することで、断面が略四角形状の平角線からなる素線を、複数回周回した後で絶縁体で束ねて固定する亀甲形状コイルを得る。

また、本実施例の回転電機は、断面が略矩角形状のコイル４１３１を用いているため、固定子鉄心のスロット４１１内での占積率を向上させることができる。特に重ね巻きを採用することにより、断面が略略矩角形状のコイル４１３１が積層したような状態で巻回することができる。このため、高出力と良好な回転特性とすることができる。

また、本実施例の回転電機は、コイル４１３１の断面を固定子鉄心の法線方向が長く、径方向が短い略長方形としている。このため、スロット４１１内でのコイル４１３１の本数を出来るだけ多くすることができ、更に、高調波による損失の低減効果をより大きくすることができる。また、スペース的にもコイルエンド側に突出する側の長さが短くなるので、コイルエンドの突出量をより少なくすることができる。更に、薄肉のコイル４１３１を一枚ずつ変形させて成形するのは困難であるが、本実施例では、重ね巻きされて束ねられているので容易に成形することができる。

また、本実施例の回転電機は、コイル４１３１におけるスロット挿入部分に絶縁部材が固着されているので、コイル４１３１の成形やスロットへの挿入時にコイル表面の被覆の損傷を回避することができる。

また、本実施例の回転電機は、スロットにおけるコイル挿入部をスロットにおけるコイル４１３１が装着される部分とほぼ同等もしくは、コイル４１３１が装着される部分以上の周方向幅を有するオープンスロットにしているので、コイル４１３１をスロット挿入部から挿入し易く、また、スロット内でのコイル４１３１の占積率を低下させることがない。

また、本実施例の回転電機は、スロットにおけるコイル挿入部の内周側にコイル４１３１の内周側への移動を阻止する保持部材を装着したので、コイル４２がスロットのコイル挿入部から抜けてしまうのを防止することができる。

その他の実施例の詳細について図面を用いながら説明する。

図５０に別の実施例を示す。素線４２１の持つ絶縁特性で、絶縁性能を確保できる場合には、複数回周回したコイルを絶縁体で束ねて固定したコイルの対向する直線部の一方と他方のうち、一方に絶縁材料４２２を巻付け、他方には巻きつけない。

図５１に、別の実施例を示す。図４９では、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を複数回周回したコイル４１３１の外周に、絶縁材料４２２を付与する時に、重ね合せ部４２２１の幅は素線４２１の幅と概ね同じ寸法としていた。しかし絶縁材料４２２の特性から、重ね合せ部４２２１の幅を狭くしても所望の絶縁特性が確保出来るのであれば、その重ね合せ部４２２１の幅を狭くすることが可能である。更に固着ヘッド１６の幅も狭くすることで、絶縁材料４２２の重ね合せ部４２２１を溶解させる出力の低減可能、または出力が同じであれば、軟化温度に達するまでの時間短縮が短縮可能となる。

図５２に、別の実施例を示す。図４９では、断面が略四角形状の平角線からなる素線４２１を複数回周回したコイル４１３１の外周に、絶縁材料４２２を付与する時に、スロット４１１の幅方向（固定子４としては円周方向）部分に重ね合せ部４２２１がくるように、配置していた。これは重ね合せ部４２２１の長さが最小、即ち占積率が最大とするための設定だが、占積率の大小に影響されず、より固着面積を増大させたい場合には、図５２のように、スロット４１１の奥行き方向（固定子４としては半径方向）部分に重ね合せ部４２２１がくるように、配置することも可能である。その時の固着ヘッド１６は、重ね合せ部４２２１の位置・幅に合せた形状とする。

図５３に、別の実施例を示す。これまでの実施例では、従来の絶縁紙と呼ばれていた表面が繊維状のものから、スロット４１１への挿入抵抗を軽減するために、絶縁材料の表面の平滑性をそのまま利用していた。しかし、回転電機の固定子として利用する場合に、電磁力や振動でコイル４１３１がスロット４１１から脱落しないようにスロット４１１の開口部にクサビと呼ばれる別部材を装着していることから、この絶縁材料４２２表面に突起を設けることにより、前記クサビを使用しない、またはクサビの厚さの縮小や強度の弱い材質でも使用可能になる等の利点が生じる。

図５３（ａ）では、絶縁材料４２２が素材の状態では、本来の表面平滑性を持ったまま使用し、素線４２１に固着した段階で、スロット４１１の幅方向（固定子４としては円周方向）に相対する箇所に突起を設置する。この時の突起形状をコイル４１３１の挿入方向に対して、移動しやすく、逆にコイル４１３１が抜け出る方向には移動しにくい形状とすることで、コイル４１３１の脱落防止に有効となる。

図５３（ｂ）では、絶縁材料４２２が素材の状態で、表面に突起を有したものを使用した状態を示す。この場合、素材として絶縁材料４２２表面に突起のないものと同一の装置を使用することが出来、さらにコイル４１３１の脱落防止にも有効となる。

また上記実施例では、素線４２１と絶縁材料４２２との固着を行わないように固着程度を制御することにより、ステータ挿入直前に、素線４２１と絶縁材料４２２の位置決めを適正化することが可能となる。

素線４２１と絶縁材料４２２を固着させる方法では、絶縁材料４２２の長さを決定する際に、絶縁距離を考慮したステータ積厚からの突出長さを確保した上で、コイルに対する絶縁材料４２２の固着位置決め精度を考慮して、長めに設定していた。本実施例のように、素線４２１と絶縁材料４２２との固着を行わないことで、コイルに対する絶縁材料４２２の固着位置決め精度に左右されず、ステータ挿入直前での調整により、絶縁材料４２２の長さを必要最小限まで低減することが可能となる。

また上記実施例では、素線４２１と絶縁材料４２２との固着を行わないように固着程度を制御することにより、ステータ挿入時に不具合が発生しても、素線４２１が損傷せず、絶縁材料４２２だけが損傷した場合には、一度取り出して、絶縁材料４２２の交換・再固着を行うことで、廃棄コイルを低減することが可能となる。

また上記実施例では、絶縁材料４２２を固着する際に、コイルスロット部に使用する絶縁材料４２２と一緒にコイルエンド部に使用する絶縁材料４２２を同時また別工程で固着することができる。これにより、コイルスロット部の対地絶縁用と、コイルエンド部の相間絶縁用に、絶縁材料４２２の種類や厚みを変えたものを選定することができる。また、同一材料同一厚みであっても、各部で必要する形状が異なっている場合には、絶縁材料４２２の使用歩留まりを考えて分割して切り出したものを、固着工程で一体化することができる。

また上記実施例では、ステータ内周側に設けられた開口部からコイルを挿入し、ステータ外周側に向かって組み込む方法を説明したが、ステータ外周側に設けられた開口部からコイルを挿入し、ステータ内周側に向かって組み込む方法にも適用可能である。

別の実施例として、絶縁材料４２２に熱硬化性樹脂を使用する。スロット組み込み前に、絶縁材料４２２をスポット固着で仮止めする。ワニス処理等の加熱工程で本硬化させることも可能である。

上記で説明した全ての実施例は、以下に説明する回転電機およびそのコイルに好適である。

本発明の一実施形態をなす回転電機として、ハイブリッド自動車に用いられる電動機に基づいて説明する。本実施形態のハイブリッド自動車用電動機は、車輪を駆動する駆動用のモータの機能と、発電を行う発電機の機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって、夫々の機能を切り替えるようにしている。ここでは誘導型回転電機を例に説明するが、他の種類、例えば同期型回転電機に適用しても良い。

図１は、誘導型回転電機の側面断面図である。図２は、回転子の断面を斜視図にしたものである。図３は、本実施形態の誘導型回転電機に関する各部品の展開斜視図である。

誘導型回転電機は、軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有している。ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられ、水路形成部材２２の一端はハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が固定子４とハウジング１との間に形成される。冷却水の取入口３２から冷却水が水路２４に取入れられ、冷却水は水路２４から排出口３４に排出されて回転電機を冷却する。ハウジング１とカバー２は、複数本、例えば６本のボルト３によって締結されている。

ハウジング１の内周には水路形成部材２２が設けられているが、この水路形成部材２２の内側には、固定子４が焼き嵌め等で固定されている。この固定子４は、周方向等間隔に、図６に記載の如く、複数のスロット４１１が設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット４１１内に巻回された３相の固定子巻線４０とによって構成されている。この実施形態では８極４８スロットで、固定子巻線４０はスター結線にて結線されており、それぞれの相は、図４に示す如く、一対の固定子コイル４１３が並列に接続された２Ｙ結線となっている。

また、固定子鉄心４１２の内周には、固定子鉄心４１２と対向するように微小な隙間を介して回転可能に回転子５が配置されている。回転子５はシャフト６に固定されており、シャフト６と一体に回転する。シャフト６はその両サイドにおいて、ハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた軸受として作用するボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。これらのボールベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のボールベアリング７ａは、図３に示す略四角形状の固定板８によって固定されており、ハウジング１の底部側のボールベアリング７ｂは、ハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。このため、固定子４に対して回転子５が相対回転するようになっており、シャフト６のカバー２側端にスリーブ９及びスペーサ１０を介してナット１１によって取付けられたプーリー１２によってシャフト６の回転力が外部に出力される、もしくは、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力される。尚、スリーブ９の外周及びプーリー１２の内周は、若干、円錐形状となっているため、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６が強固に一体化され、一体的に回転できるようになっている。

回転子５は、回転軸方向に延びる導体バー５１１を等間隔で周方向に全周に渡って有しており、回転軸方向両端にて各導体バー５１１を短絡させるよう一対の短絡環５１２が連結されたかご型回転子である。導体バー５１１は磁性体からなる回転子鉄心５１３に埋め込まれている。なお、図２は回転子鉄心５１３と導体バー５１１との関係を明示するために回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー１２側の短絡環５１２とシャフト６が見えていない。

回転子鉄心５１３は、厚さ０.０５〜１mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。図２及び図３に示すように内周側には、軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられている。また、外周側には、夫々の導体バー５１１が配置される複数の空間が設けられている。回転子鉄心５１３は、固定子側に導体バー５１１を有しており、導体バー５１１の内側に磁気回路を作るための回転子ヨーク５３０を有している。

本実施形態では固定子は８極の固定子巻線を有しており、極数が２極や４極の誘導電動機に比べ、回転子ヨーク５３０に形成される磁気回路の径方向の厚さを薄くできる。８極より極数を増やす方が前記厚さを薄くできるが、１２極以上では出力および効率が低下する問題がある。従ってエンジン始動機能も含め車両走行用の回転電機は６極から１０極、特に８極あるいは１０極が良好である。

回転子５の夫々の導体バー５１１及び短絡環５１２は、アルミによって構成されており、回転子鉄心５１３にダイキャストによって一体となるように成形している。尚、回転子鉄心の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。尚、この導体バー及び短絡環５１２は、例えば銅によって構成しても良く、その場合もダイキャストで成形できる他、生産性向上や耐高調波対策のため、ダイキャストではなくロー付けや摩擦攪拌接合によって導体バー及び短絡環５１２を接合，固定してもよい。

また、ハウジング１の底部側には、検出ロータ１３２が設けられ、回転速度や回転子位置を検出するための回転センサ１３は前記検出ロータ１３２の歯を検出することで回転子５の位置や回転子５の回転速度を検知するための電気信号を出力する。尚、回転センサ１３はレゾルバを用いても構わない。

次に本実施形態における誘導電動機の動作について図１乃至図６を用いて説明する。

まず、車輪およびエンジンを駆動する駆動用のモータとして機能する回転電機の力行運転について説明する。図４は電気接続を説明するためのシステムであり、例えば１００Ｖ乃至６００Ｖの電圧に対応した高電圧用の二次電池６１２とインバータ装置６２０の直流端子が電気的に接続されている。またインバータ装置６２０の交流端子は固定子巻線４０と電気的に接続されている。後述する如く、固定子巻線４０の各相は並列接続された固定子コイル４１３をそれぞれ有している。

力行運転では、二次電池６１２からインバータ装置６２０に直流電力が供給され、固定子鉄心４１２に巻回された３相の固定子巻線４０の各固定子コイル４１３にインバータ装置から交流電力が供給される。この交流電力により、固定子鉄心４１２に交流電力の周波数に基づく回転速度の回転磁界が発生し、図５に記載の如く回転磁界により回転子５を磁路とする磁束を生じる。図５は固定子巻線４０により発生する回転磁界の状態を示す。固定子巻線４０の巻回構造は例えば以下の実施の形態で説明する如く８極の分布巻である。図５は回転子の影響を取除いた状態であり、仮想的に導体バーを有していない一般の鉄心を配置した場合のシミュレーション結果である。固定子鉄心４１２のスロットの外周側にコアバック４３０が設けられ、上記回転磁界の磁気回路を形成している。本シミュレーションでは固定子巻線４０が８極と極数が多いため、コアバック４３０における磁気回路の径方向の厚みを薄くできる。また回転子５側における磁気回路の径方向の厚みも薄くなっている。図５に示す回転磁界が固定子巻線４０に供給される交流周波数に基づいて回転する。

図４で、インバータ装置６２０は、回転電機に要求されるトルクを発生するに必要な交流電流を発生し、固定子巻線４０に供給する。回転磁界の回転速度に対し回転子５の回転速度が遅い状態では、導体バー５１１が固定子鉄心４１２に生じた回転磁界と鎖交し、フレミングの右手の法則により導体バー５１１には電流が流れる。更に、導体バー５１１に電流が流れることでフレミングの左手の法則により、回転子５に回転トルクが生じて回転子５が回転する。尚、回転子５の回転速度と固定子４の回転磁界の回転速度との差が上記トルクの大きさに影響するので、速度差すなわち「すべり」を適切に制御することが必要である。このため回転子５の回転速度を回転センサ１３の出力に基づいて検出してインバータの切り替え周波数を制御して、固定子４に供給する交流電流の周波数を制御する。

図６は、導体バー５１１を有する回転子５の回転速度が固定子鉄心４１２で発生する回転磁界の回転速度より遅い場合の磁束の様子を示すシミュレーション結果である。回転子５の回転方向は反時計方向である。スロット４１１に配置された固定子巻線４０による磁束はコアバック４３０および回転子鉄心５１３の回転子ヨーク５３０を含む磁気回路を通る。回転子鉄心５１３の磁束は固定子鉄心４１２の磁束より回転子の回転方向において遅れ側にシフトしている。固定子巻線の極数が８極と多いので回転子の回転ヨーク５３０の磁束は導体バー５１１側が密なのに比べ回転軸側が粗である。

次に、回転電機が発電を行う発電機として動作している場合について説明する。発電機として動作する場合は、プーリー１２から入力される回転力によって回転する回転子５の回転速度が、固定子鉄心４１２に生じている回転磁界の回転速度より速い場合である。回転子５の回転速度が回転磁界の回転速度を上回ると、導体バー５１１が回転磁界に対して鎖交するので回転子５に制動力が作用する。この作用により、固定子巻線４０に電力が誘起され、発電が行われる。図４で、インバータ装置６２０が発生する交流電力の周波数を低くし、固定子鉄心４１２に生じている回転磁界の回転速度を回転子５の回転速度より遅くするとインバータ装置６２０から二次電池６１２に直流電力が供給される。回転電機の発生する電力は上記回転磁界の回転速度と回転子５の回転側との差に基づくので、インバータ装置の動作を制御することで発電電力を制御できる。回転電機の損失や無効電力などを無視すると、回転電機の回転磁界を回転子５の回転速度より速くすると二次電池６１２からインバータ装置６２０を介して回転電機に電力が供給され、回転電機はモータとして機能し、回転電機の回転磁界を回転子５の回転速度と同じにすると二次電池６１２と回転電機間の電力の送受は無くなり、回転電機の回転磁界を回転子５の回転速度より遅くすると回転電機から二次電池６１２にインバータ装置６２０を介して電力が供給される。しかし、実際は回転電機の損失や無効電力などを無視できないので、回転電機の回転磁界が回転子５の回転速度よりやや遅い状態で二次電池６１２から回転電機への電力の供給が無くなる。

次に図４および図７乃至図１３を用いて、固定子４の詳細について説明する。

図７は、固定子４の斜視図である。図７に示す固定子４は、周方向に等間隔に４８個のスロット４１１が形成された固定子鉄心４１２と、スロット４１１に巻回された固定子巻線４０を構成する複数個の固定子コイル４１３とを有している。固定子鉄心４１２は、例えば厚さ０.０５〜１mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなり、周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット４１１が形成されている。この実施形態ではスロットの数は４８個である。これらのスロット４１１間にはティース４１４が設けられており、夫々のティース４１４は環状のコアバック４３０と一体化されている。つまり、各ティース４１４とコアバック４３０が一体成形されている。また、スロット４１１の内周側は開口しており、この開口部分から固定子巻線４０を構成する固定子コイル４１３が挿入される。スロットの前記開口の周方向の幅は、上記コイルが装着される位置でのスロットの幅、すなわち各スロットのコイル装着部の幅とほぼ同等もしくは、スロットのコイル装着部よりも若干大きな幅となるように形成されている。各スロットはオープンスロットに成形されており、各スロットに挿入されたコイルがスロットの出口側すなわち固定子の内周側へ移動するのを阻止するために各ティース４１４の先端側には保持部材４１６が装着されるようになっている。尚、この保持部材４１６は、樹脂等の非磁性体、もしくは非磁性金属材で作られ、ティース４１４の先端側の周方向両側面に軸方向に延びるように形成された保持溝４１７内に軸方向から装着されるようになっている。

次に図８及び図９に基づいて、固定子巻線４０を構成する固定子コイル４１３について説明する。図８は、固定子コイル４０を構成している、連続した１本の絶縁被覆導体で作られた固定子コイル４１３の斜視図である。図９は、１相分の固定子コイル４１３の斜視図である。本実施形態の場合には３相の固定子巻線４０を有しているが、まずはそのうちの１相について説明する。尚、本実施形態の固定子コイル４１３は、平角線と呼ばれる断面形状が略四角形状で外周が絶縁被膜で覆われた導体を使用しており、巻回された状態での前記導体の断面の四角形状は、固定子鉄心４１２の周方向が長く、径方向が短くなっている。また、上述のとおり、固定子コイル４１３の導体の表面は絶縁のための被覆が施されている。

図８を説明する前に図４により、固定子巻線４０の結線を説明する。この実施形態で固定子巻線４０は、固定子巻線４０を構成する各相の巻線が並列接続された２個の固定子コイル４１３で構成される方式で、２個のスター結線を有している。２個のスター結線をＹ１結線とＹ２結線とすると、Ｙ１結線はＵ相巻線Ｙ１ＵとＶ相巻線Ｙ１ＶとＷ相巻線Ｙ１Ｗとを有している。またＹ２結線はＵ相巻線Ｙ２ＵとＶ相巻線Ｙ２ＶとＷ相巻線Ｙ２Ｗとを有している。Ｙ１結線とＹ２結線は並列接続されており、それぞれの中性点も接続されている。

コイルＹ１Ｕは直列接続されたコイルＵ１１とコイルＵ１２とコイルＵ１３とコイルＵ１４から構成されている。またコイルＹ２Ｕは直列接続されたコイルＵ２１とコイルＵ２２とコイルＵ２３とコイルＵ２４から構成されている。コイルＹ１Ｖは直列接続されたコイルＶ１１とコイルＶ１２とコイルＶ１３とコイルＶ１４から構成されている。コイルＹ２Ｖは直列接続されたコイルＶ２１とコイルＶ２２とコイルＶ２３とコイルＶ２４から構成されている。コイルＹ１Ｗは直列接続されたコイルＷ１１とコイルＷ１２とコイルＷ１３とコイルＷ１４から構成され、コイルＹ２Ｗは直列接続されたコイルＷ２１とコイルＷ２２とコイルＷ２３とコイルＷ２４から構成されている。図４に記載のとおり、コイルＵ１１からコイルＷ２４はそれぞれ二組のコイルをさらに有している。例えばコイルＵ１１はコイル２とコイル１の直列接続で構成されている。ここでコイル２とコイル１の数字はコイルが挿入されている回転子側のスロット番号を示している。すなわちコイルＵ１１はスロット番号２のコイルとスロット番号１のコイルの直列接続である。同様にコイルＵ１２はスロット番号３８のコイルとスロット番号３７のコイルの直列接続である。以下同様に図４のコイル番号は挿入されている回転子側スロットの番号を表している。最後のコイルＷ２４はスロット番号１１のコイルとスロット番号１２のコイルの直列接続である。ここで注目すべきは各直列コイルが隣同士のスロットに挿入されていることである。以下で説明のとおり、このようにすることで、製造が容易となり、更にトルク脈動を低減できる効果がある。上記各コイルの巻回状態は後で詳述する。

上記コイルＹ１ＵとＹ１ＶとＹ１ＷとＹ２ＵとＹ２ＶとＹ２Ｗとはそれぞれ同様の構造であるので、コイルＹ１Ｕを代表例として図８で説明する。

固定子コイル４１３の構造をコイルＹ１Ｕに代表して記載すると、コイルＹ１ＵはコイルＵ１１とコイルＵ１２とコイルＵ１３とコイルＵ１４の直列接続により構成されている。上記各コイルは等間隔に配置されているので、各コイルは機械角で９０°の間隔で配置されている。コイルＵ１１は２つのエレメントコイル４１３１ａとエレメントコイル４１３１ｂを有しており、エレメントコイル４１３１ａはスロット２の回転子側とスロット７の底側を周回する構造をしている。スロット２とスロット７を対として複数回、本実施形態では３回、周回する構造をしている。これらの周回は連続した導線で行われるので、コイル４１３１の周回では接続作業の必要が無い。

コイルＵ１１を構成するエレメントコイル４１３１ｂはスロット１の回転子側とスロット６の底側を３回周回する構造をしている。これらのエレメントコイル４１３１ａとエレメントコイル４１３１ｂはそれぞれ２つのスロット間を周回する構造をしており、それぞれのコイルにおける一方のスロットではこれらのコイルは回転子側に配置され、他のスロットではスロットの底側に配置されている。エレメントコイル４１３１ａとエレメントコイル４１３１ｂはコイル間接続線４１３４により直列に接続されている。この直列接続の部分も連続した導線で構成されており、特別な接続作業は不要である。２つのスロットを周回するこれらの周回部分であるコイル４１３１は、固定子鉄心４１２に装着された状態では、略亀甲形状となっており、コイルエンドにおいて一方のスロット４１１の回転子側である内周側と他方のスロットの底側である外周側を跨ぐように巻回されている。一方のスロットであるスロット２やスロット１と他のスロットであるスロット７やスロット６の間隔は、固定子のスロット数と極数とに基づいて定まる分布巻き方式で巻回されている。

上述のとおり、周回構造を成すエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂは連続した導体で作られており接続作業を必要とする箇所を減らすことが可能である。更に以下の方法によれば２つのエレメントコイル４１３１ａやエレメントコイル４１３１ｂはこれらを繋ぐコイル間接続線４１３４も連続した導体で作ることが可能である。このため本実施形態では固定子コイル４１３のターン数が増加しているが接続作業を必要とする接続箇所の増加は抑えられている。

また、周回部分である２つのエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂで組を成し、この組を単位として周方向に離れた複数箇所、本実施形態では９０°の間隔で４箇所、に等間隔で配置されており、エレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの組における渦巻き部の内周側から延びるコイルと他のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの組における外周側から延びるコイルとがコイルエンドの各頂部同士を接続する構造で、渡り線４１３２で接続されている。尚、本実施形態ではエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの組における渦巻き部の内周側から延びるコイルと他のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの組における渦巻き部の外周側から伸びるコイルとが連続するように巻回されているので隣り合うように成形された４対の周回部分の組は１本の連続した導体からなるコイルによって成形されている。また、この渡り線４１３２の部分は、固定子４の軸方向一端側だけに設けられており、固定子鉄心４１２の外周側から固定子鉄心４１２の内周側に横断するように収束している。

図８に示した１本のコイルは、固定子巻線の１相分の半分であり、１相を構成する固定子巻線は、図９に示すように図８で説明した巻線Ｙ１Ｕと同じ構造を持つ巻線Ｙ２Ｕを周方向に巻線Ｙ１Ｕに対して機械角で４５°ずらした配置となる。同じように成形されたコイル成形体のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの組が機械角で４５°シフトして配置される。コイルＵ１１を構成するエレメントコイル４１３１ａはスロット２の回転子側に配置され、コイルＵ１１を構成するエレメントコイル４１３１ｂはスロット１の回転子側に配置される。上記機械角で４５°シフトした配置となるコイルＵ２１を構成するエレメントコイル４１３１ａはスロット４４の回転子側とスロット１の底側を周回する構造となる。またコイルＵ２１を構成するエレメントコイル４１３１ｂはスロット４３の回転子側とスロット４８の底側を周回する構造となる。

図９のように成形されたコイル成形体である固定子コイル４１３を周方向に１５°と３０°ずらしたかたちで配置することで３相分のコイル成形体である固定子コイル４１３が形成される。このように、本実施形態では、３相分の固定子コイル４１３を固定子鉄心４１２に、接続作業を要する接続点数が少なくなる構造で巻回することができる。

図１０は、固定子の正面図である。図１１は、固定子の側面図である。図１２は結線図であり、図４に示す２Ｙ接続された固定子巻線４０の接続図である。図１０に示すように夫々のコイル成形体における渡り線４１３２の部分は、固定子鉄心４１２の外周側と内周側を跨ぐように配置されているので、全体としては、渡り線４１３２が略渦巻き状に構成されることになる。スター接続の中性点となる箇所については、渡り線４１３２が連続したコイルではなく、各コイルの端末と別に設けた渡り線とをＴＩＧ溶接等で接続する必要がある。尚、この中性点となる渡り線についても固定子鉄心４１２の外周側と内周側を跨ぐように配置している。このような構造をとることで、固定子コイル４１３が規則的な構造で配置され、空間を効率よく利用することとなり、結果として回転電機の小型化が可能となる。

図１３は固定子のスロット番号と固定子コイルを構成するコイルの関係を示し、スロットと固定子巻線４０を構成する固定子コイル４１３の周回部分の配置関係を示す図である。図でスロット番号の欄４４２はスロット番号を示し、４８個のスロットを予め定めたスロットを基準とし、そのスロットから順に付した番号を示す。図４の固定子コイル４１３を構成する各コイルＵ１１からＷ２４は、回転子側に配置されるスロット番号で付したコイルの周回部分から構成されており、これらの構成をスロットとの関係で欄４４２の下側に示した。欄４４２でコイルＷ１３はスロット番号２９と３０である。これはスロット番号２９の回転子側に配置されたコイルの周回部分とスロット番号３０の回転子側に配置されたコイルの周回部分との直列接続でコイルＷ１３が構成されていることを示している。このことは図４のコイルＷ１３を構成するコイル番号２９と３０でも示されている。図１３の欄４４２でコイルＵ２２はスロット番号３１と３２であり、スロット番号３１の回転子側に配置されたコイルの周回部分とスロット番号３２の回転子側に配置されたコイルの周回部分との直列接続でコイルＵ２２が構成されていることを示している。このことは図４のコイルＵ２２を構成するコイル番号３１と３２でも示されている。図８で説明したコイルＵ１１を見るとスロット番号１と２である。これはスロット番号１の回転子側に配置されたコイルの周回部分とスロット番号２の回転子側に配置されたコイルの周回部分との直列接続でコイルＵ１１が構成されていることを示しており、このことは図４のコイルＵ１１を構成するコイル番号１と２であることからも分る。

図１３で欄４４４は、固定子コイル４１３の相とその相における配置の順番を示している。欄４４２でコイルＵ１１はスロット番号１と２である。これは上述の通り、スロット番号１と２に配置されたコイルの周回部分の直列接続で構成されていることを示している。このコイルＵ１１は欄４４４で共に「Ｕ１」と記されている。これは固定子コイル４１３におけるＵ相の１番目の配置すなわちＵ相の基準位置に配置されていることを示している。コイルＵ２１は欄４４４で共に「Ｕ２」と記されている。これは固定子コイルのＵ相の２番目すなわちＵ相の基準位置から機械角で４５°の位置に配置されていることを示している。同様にコイルＵ１２は欄４４４で共に「Ｕ３」と記されている。これは固定子コイルのＵ相の３番目すなわちＵ相の基準位置から機械角で９０°の位置に配置されていることを示している。このことは既に図８を用いて説明したとおりである。

コイルＵ１１を基準とするとコイルＶ１１は機械角で１５°シフトしている。従って欄４４４に示す「Ｖ２」のコイルＶ２１は、コイルＵ１１の基準位置に対して機械角で１５°シフトした位置のコイルＶ１１を基準とし、コイルＶ１１の位置から機械角で４５°シフトした位置にある。以下Ｖ相のコイルは全てコイルＶ１１を基準とするので、Ｕ相のコイルに対して１５°シフトしている。同様にコイルＷ１１はコイルＵ１１の位置から機械角で３０°シフトしているので、Ｗ相のコイルは全てＵ相のコイルに対して３０°シフトしている。

次に欄４４６について説明する。この実施形態では周回するコイル４１３１は２つのスロットを通して周回する構造となっている。すなわち図８に示すエレメントコイル４１３１ａはスロット２とスロット７を通して周回し、エレメントコイル４１３１ａが回転子側の配置となる一方のスロットは２番、エレメントコイル４１３１ａが奥側の配置となる他方のスロットは７番となる。欄４４２は上記一方のスロット番号であるのに対して欄４４６は上記他方のスロット番号を示している。すなわち欄４４２のスロット番号２の４４６欄は「７」である。これはスロット番号２を一方のスロットとスロット番号７を他方のスロットとしてコイルが周回していることを示している。以下欄４４２と４４６は同様に周回するコイルの一方と他方のスロットを示している。

欄４４８は、欄４４２に示すスロット番号の奥に位置するコイルの相およびその相におけるコイルの配置の順番を示している。また欄４５０は欄４４８に記載のコイルの周回するスロットを示している。例えば欄４４２のスロット番号２の奥に配置されるコイルはＶ相の２番目に位置するコイルであることを示している。また欄４５０の記載「４５」は、スロット番号２の奥に配置されているコイルは一方のスロット番号が「４５」、他方のスロット番号が「２」の２つのスロットを通して周回していることを示している。欄４４２のスロット番号４５を見ると欄４４６は「２」と記載されている。この記載は上記と同じコイルを指している。すなわち一方のスロット番号「４５」と他方のスロット番号２を通して周回するコイルがＶ相の２番目に配置されたコイルであることを示している。

このように結線された最終的な固定子巻線４０の結線状態を図１２に示す。尚、図１２におけるコイル４１３１の周回部分は１周分で表示されているが、実際には上述したとおり、３周分周回している。また、図１２におけるコイル４１３１の周回部分の中央に表示されている番号はスロット番号であり、コイルが破線となっているところは、スロット４１１における内周側、つまり、スロット開口側に位置するコイルであり、コイルが実線となっているところはスロット４１１における外側、つまり、スロット底部側に位置するコイルである。更に、線同士の交点が丸で表示されている箇所が溶接などの接続作業が必要な箇所である。この図１２を見ると明らかなように溶接によって接続する必要がある箇所は、９箇所だけである。

図４と図１３で説明の構造では、各スロットには径方向に複数の導体が並んで配置されており、２つのスロットを通してこれらの導体が周回する形状のコイルを形成している。この周回するコイルは連続する導体で構成されているので、本実施形態では、ターン数が増えているが接続点数の増加が抑えられている。また各スロットの周方向には１つの導体が挿入されているのみであり、以下で説明する如く、この構造は製造が容易である。また導体は周方向に広く径方向に薄い形状となるので、漏れ磁束によるスロット内の導体に生じる渦電流が抑えられる構造である。このため回転電機の効率が向上し、発熱が抑えられる。

また、図１１に示すように、これらの渡り線４１３２の部分は、固定子４の軸方向一端側の略同一平面上に位置するようになっていることからコイルエンドを短くすることができる。上述の通り、本実施形態では回転方向において、コイルエンドの外側に渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機全体が小型化となる。また電気的な絶縁等の点でも信頼性が確保できる。特に最近自動車駆動用の回転電機は使用電圧が高く、１００Ｖを超えるものが多くあり、場合によっては４００Ｖあるいは６００Ｖの電圧がかかることがあり、固定子コイルの線間の信頼性が重要である。

更に上記実施形態では、複数回巻回されたエレメントコイル４１３１ａと同じく複数回巻回されたエレメントコイル４１３１ｂとをコイル間接続線４１３４で接続している。このコイル間接続線４１３４の外側に渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっている。上述と同様にこれにより回転電機全体が小型化となる。また電気的な絶縁等の点でも信頼性が確保できる。

本実施形態で説明する回転電機は自動車の駆動用モータに適用する比較的小型であるにもかかわらず比較的大きな出力が得られ、また生産性の向上に繋がる構造を備えている。固定子巻線の導体として断面が円形の導体のみならず、断面が略矩形形状の導体を使用でき、スロット内の占積率を向上できることから、回転電機の効率が向上する。従来の回転電機では、導体断面が略矩形形状の導体を使用すると固定子のスロットに導体を挿入後に電気接続すべき箇所が多く、生産性の観点で課題があった。以下の実施の形態では、表面が絶縁された導体を連続巻したコイルをスロットに挿入できるので、電気接続箇所が少なく生産性が向上する。

また本実施形態では、コイルが有する複数の周回部の各周回部を構成する一方の側をスロットの奥側に挿入し、次に前記各周回部の他方の側と前記各一方の側との距離を所定の距離に調整し、前記各他方の側をスロットの入口側に挿入することで、連続巻きしたコイルを効率良くスロットに挿入でき、生産性が向上する。

本実施形態では、連続巻コイルの重ね巻きされた部分は連続した線からなり、重ね巻きされた部分のコイルを構成する一方の側が一のスロットに挿入されと前記コイルを構成する他方の側が所定間隔離れた他のスロットに挿入されるように配置され、前記一のスロットでは径方向における内側に、前記他のスロットでは径方向における外側に配置され、コイルエンドにおいて前記スロットの内側から外側にあるいは外側から内側に移るように巻回される構造となっている。このような配置とすることにより、連続巻コイルは規則的に配置され、コイルのターン数を増やすことができ、コイルのターン数の増加に対する電気的接続点の増加を抑えることが可能である。またコイルのターン数を増やしても回転機の形状の大型化を抑えることができる。

本実施形態では、各スロットには回転軸に対する径方向に複数で周方向にはコイルを構成する導体を一列に配置する構造としている。このような構造により、連続して巻かれたコイルをスロットに挿入する工程が比較的簡単となり、生産性が向上する。また周方向に隣接するスロットに同相で同方向の電流を流すように前記コイルが配置されているので、生産性の向上に繋がる構造の回転電機を提供できる。また隣接するスロットに配置された同相の巻線を直列接続し、この直列接続された巻線を単位巻線とする固定子コイルを電気接続することで、固定子巻線が作られており、電気的特性のバランスを取り易くできる効果がある。

本実施形態で説明の固定子巻線は永久磁石型回転機にもまた誘導型回転電機にも使用可能である。誘導型回転電機として使用される場合の一例として以下の実施の形態では、誘導型回転電機は８極である。誘導型回転電機の極数を６極以上、特に８極や１０極とすることで、固定子鉄心のコアバックの磁路の径方向厚さを薄くすることができる。また回転子に関しても同様に６極以上、特に８極や１０極とすることで、回転子ヨークの磁路の径方向厚さを薄くできる。誘導電動機の場合、固定子の極数を多くすると回転子のかご型導体との関係で効率が低下することとなり、自動車の駆動系に使用する回転電機としては６極から１０極が良く、その中で８極から１０極がよりすぐれており、８極が非常に良い。自動車の駆動系に使用する回転電機とは停止中のエンジンを始動する、あるいはエンジンと共に車両を走行するためのトルクを発生する、あるいは単独のトルクで車両を走行する回転電機のことである。

次に図１４〜図２７に基づいて、回転電機の製造方法について説明する。本実施形態の特徴の一つは、コイルを固定子のスロット内へ挿入する方法であり、この方法について説明する。図１４は、本実施形態の製造工程を示すフローチャートである。図１５（Ａ）は、芯がねにコイルを巻回した状態の斜視図である。また、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の図における箇所（Ｂ）を拡大した図である。図１６は、芯がねに巻回したコイルを更に加圧成形している状態の斜視図である。図１７は、予備成形されたコイルの斜視図である。図１８（Ａ）や図１８（Ｂ）は、予備成形されたコイルをさらに変形させた側面図である。図１９は、予備成形されたコイルを固定子鉄心のスロット内に装着した状態の斜視図である。図２０は、内側治具の押し出し部が退出している状態を説明する斜視図である。図２１は、内側治具の押し出し部が突出している状態を説明する斜視図である。図２２は、ティースサポート治具を装着した固定子鉄心の図中上側部分を切り取った状態の断面斜視図である。図２３における（Ａ）は、予備成形されたコイルを固定子鉄心のスロット内に装着し、更に内側治具及びサポート治具を装着した状態の斜視図である。図２３における（Ｂ）は、（Ａ）の図における部分断面拡大図である。図２４は、押圧治具を装着した状態の部分断面斜視図である。図２５は、仮成形を行った固定子の斜視図である。図２６は、挿入工程におけるコイルの周回部分の変形を示す図である。図２７は、コイルが固定子鉄心のスロット内に挿入された状態の斜視図である。

本実施形態の製造方法では、図１４のフローチャートにおける工程１１１で、まず、表面に絶縁被膜した線、例えばエナメル線、を芯がね１４に複数回巻回して、エレメントコイル４１３１ａとエレメントコイル４１３１ｂをつくる。この芯がね１４は、図１５（Ａ）に示すような角部がアールとなっている薄肉平板形状であり、長辺側の薄肉面には、図１５（Ｂ）に示すように隣接して設けられた２本ずつのからげピン１５が略等間隔で４対設けられている。

ここで芯がね１４の長辺方向一端側のからげピン１５の一側面に引っ掛けるようにしエレメントコイル４１３１ａとエレメントコイル４１３１ｂが渦巻状となるように絶縁被覆線を複数回（本実施形態では３周）周回させる。その後、隣接するからげピン１５の側面に引っ掛けるようにして更に絶縁被覆線を複数回（本実施形態では３周）周回させることで一対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂが成形される。このように成形された一対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂは、両方共、内周側から外周側に渦巻き状に巻回されるので２つのエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂは、渦巻き部の外周側から隣の周回部分における渦巻き部の内周側に連続している。

また、一対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂにおける巻き終わり側のコイル端末は、周回する渦巻き部の外周側となっており、この外周側にある固定子コイル４１３の端末部を芯がね１４におけるからげピン１５が設けられた長辺側の薄肉面に沿って、エレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対が機械角で９０°周方向にずれるのに相当する長さであるスロットピッチ×１１の長さだけ離して、次のからげピン１５に引っ掛けて、同様に絶縁被覆線を周回させる。つまり、隣り合って設けられた一対のからげピン１５は、エレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対が機械角で９０°周方向にずれるのに必要な長さ毎に４対設けられており、このような周回部分の対を４つ成形するために４回同様の作業を繰り返すことで図１５（Ａ）に示すように芯がね１４に巻回された固定子コイル４１３が形成される。

次に図１４のフローチャートにおける工程１１２に示すように固定子コイル４１３を加圧成形して予備成形を完了させる。尚、図１４のフローチャートにおける工程１１１と工程１１２が予備成形工程となる。芯がね１４に巻回された固定子コイル４１３を加圧成形させるには、まず、図１６に示すように芯がね１４の厚さ方向両側から芯がね１４と略同形状の加圧用のブロック１６を２つ用いて挟持加圧し、固定子コイル４１３の両側の膨らみを除去する。尚、その後の成形を容易にする為に固定子コイル４１３に自己融着線を使用し、通電することで一体化されるように固めると良い。

次に芯がね１４に巻回された固定子コイル４１３を芯がね１４から取外す。尚、芯がね１４から固定子コイル４１３を取出すには、からげピン１５を着脱式にしたり、芯がね１４を高さ方向に分割して巻線後に高さ方向の間隔を狭められるようにしたり、からげピン１５を芯がね１４内に退出できるようにしておけば良い。このように芯がね１４から取外された固定子コイル４１３は、図１７に示すように渦巻き状に複数回（本実施形態では３周）周回させた一対の辺となる直線部分４１３３を含む小判形状のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対を４対有し、それらの周回部分の対は渡り線４１３２を介して連続している。

次に図１８（Ａ）に示すように小判形状に成形された夫々の周回部分４１３１における直線部分４１３３を側面から押圧する。押圧するときに使用する装置は、一方側は平坦なダイ１７となっており、他方側は略台形状のパンチ１８となっているため、固定子コイル４１３における小判形状の周回部分４１３１がダイ１７とパンチ１８によって挟み込まれ、コイルエンド側の一端側の側面が凹んだ略Ｐ字形状に成形される。このように、固定子コイル４１３における小判形状の周回部分４１３１を略Ｐ字形状に成形して、凹んだ側を固定子鉄心４１２の外周側に配置することで、固定子コイル４１３が内周側に突出してしまうことがなく、回転子５を挿入する際の妨げになることがなくなる。

尚、固定子コイル４１３が内周側に突出しないようにする他の手段として、図１８（Ｂ）に示すようなものも考えられる。図１８（Ｂ）は、パンチ１８よりも長手方向に長く、かつ、パンチ１８と同様に略台形状の凹部をダイ１７１に形成して、固定子コイル４１３をパンチ１８で挟み込むと、固定子コイル４１３における小判形状の周回部分４１３１は、周回部分における直線部分４１３３同士を結ぶ両端側、つまり、コイルエンドを一方向側に変形させた断面略コの字形状に成形される。ここで成形された周回部分４１３１における変形させた側が固定子鉄心４１２の外周側に配置されるようにすれば、図１８（Ａ）よりも固定子コイル４１３が内周側に突出してしまうことを確実に防止することができ、コイルエンドの高さを低くすることも可能となる。

この予備成形工程１１２において、図４７〜図５３で説明した絶縁紙の装着を行う。尚、絶縁紙の装着は、図１７で示す芯がね１４から外した後かつ図１８の押圧前に装着を行ってもよいし、また図１８の押圧後に装着を行っても良い。

以上で固定子コイル４１３の予備成形工程１１２が完了する。次に図１４のフローチャートにおける工程１１３に示すように予備成形された周回部分４１３１の外周側直線部分４１３３ａが固定子鉄心４１２のスロット４１１内に挿入されるように夫々の外周側直線部分４１３３ａを周方向に配置する配置工程を行う。つまり、小判形状の周回部分４１３１における短軸方向が放射状となるように配置する。ここで、エレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対は、渡り線４１３２で接続されているので、渡り線を変形させながら配置する必要がある。これら一連の作業が配置工程となる。図１９は、固定子鉄心４１２のスロット４１１内に周回部分４１３１の一方側、例えば外周側直線部分４１３３ａが挿入された状態を示している。尚、図１９は、わかり易く表示するために一部のコイル４１３１だけがスロット４１１に挿入された状態を示しており、渡り線４１３２の部分についても省略して表示してある。

また、配置工程１１３では、図１８（Ａ）、もしくは、図１８（Ｂ）にて変形させた突出箇所が固定子鉄心４１２の外周側に向くように挿入されると共に、予備成形された連続した固定子コイル４１３は、隣り合って巻回されたエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対の外周側直線部分４１３３ａが隣り合うスロット４１１に挿入され、渡り線４１３２によって連続した他のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対の外周側直線部分４１３３ａは、機械角で９０°ずれたスロット４１１に夫々が挿入される。更に、その他のスロット４１１内にも予備成形された連続した周回部分４１３１における外周側直線部分４１３３ａが軸方向から挿入されて、３相分の固定子コイル４１３における外周側直線部分４１３３ａが全てスロット４１１内に挿入される。

また、固定子コイル４１３におけるエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対を接続している渡り線４１３２の部分は、図７に示すように固定子鉄心４１２の外周側と内周側を跨ぐように略渦巻き状となるように成形して配置するが、後で行う挿入工程に備えて、軸方向にも略Ｖ字形状や略Ｕ字形状に突形状となるように成形しておくことが望ましい。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１１４に示すように周回部分４１３１における他方側、例えば内周側直線部分４１３３ｂに内側治具１９を固定子鉄心４１２の軸方向から装着する。尚、図１４のフローチャートにおける工程１１３と工程１１４が配置工程となる。ここで内側治具１９の詳細について、図２０及び図２１を用いて説明する。

図２０に示すように内側治具１９は、外周に固定子鉄心４１２のスロット４１１と同数の外周側開口溝１９１を備えており、これらの外周側開口溝１９１は、スロット４１１と対向できるようになっている。また、外周側開口溝１９１の周方向幅は、スロット４１１の内周側開口の周方向幅より小さい幅、もしくは、同じ幅となっており、外周側開口溝１９１の軸方向長さは、スロット４１１の軸方向長さより長くなっている。また、各外周側開口溝１９１の底部には、スリット１９２が形成されており、これらのスリット１９２からは、板状の押し出し部材１９３が内外周方向、つまり、放射状に出没可能に設けられている。更に、これらの押し出し部材１９３の内周側には、拡大部材１９４が軸方向に移動可能に設けられている。この拡大部材１９４は、挿入する方向に向かって連続的に小径となるテーパ部が設けられており、拡大部材１９４を各押し出し部材１９３の内周に挿入するとテーパ部によるカム作用で図２１に示すように押し出し部材１９３がスリット１９２から押し出される。

このように構成された内側治具１９の各外周側開口溝１９１に各周回部分４１３１における内周側直線部分４１３３ｂが挿入されるように固定子鉄心４１２の軸方向から内側治具１９を挿入する。図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）に内側治具１９を固定子鉄心４１２の内周に挿入した状態を示すが、わかり易くなるように図２３（Ａ）は、一部のコイル４１３１だけがスロット４１１に挿入された状態を示しており、内側治具１９の詳細な形状、及び、渡り線４１３２の部分は省略して表示している。尚、上述したが図２３（Ｂ）に明確に表されているように内側治具１９の軸方向寸法は、固定子鉄心４１２のスロット４１１の軸方向寸法より長くなっている。つまり、外周側開口溝１９１の軸方向長さは、スロット４１１の軸方向長さより長くなっている。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１１５に示すように、固定子鉄心４１２にサポート部材２０及びティースサポート治具２１を装着する。まず、各スロット４１１の底部と周回部分４１３１における外周側直線部分４１３３ａとの間の隙間にスロット４１１に沿った略棒状のティースサポート治具２１を固定子鉄心４１２の軸方向から挿入する。図２２は、固定子鉄心４１２における図中上側を断面とした図であるが、この図に示されているように全てのスロット４１１には、ティースサポート治具２１とコイル４１３１の外周側直線部分４１３３ａが対となって挿入されている。ここでコイル４１３１における夫々の外周側直線部分４１３３ａに固定子鉄心４１２の回転方向の力が加わったとき、ティース４１４を周方向に倒す力が作用するが、全てのスロット４１１には、ティースサポート治具２１が挿入されているため、ティース４１４を周方向に倒すことができなくなる。このため、後で行われる仮成形工程において、コイル４１３１の外周側直線部分４１３３ａに固定子鉄心４１２の回転方向の力が加わったとしてもティース４１４の倒れを防止することができる。

更に、図２３に示すように固定子鉄心４１２の軸方向両端において、各ティース４１４に相当する場所全てに、内周に向かって若干先細りテーパ形状に形成された棒状のサポート部材２０を外周側から、コイル４１３１における各外周側直線部分４１３３ａ間に装着する。図２３（Ｂ）に示すように、このサポート部材２０は、装着した状態で内側治具１９と軸方向の高さがほぼ等しくなるようになっており、固定子鉄心４１２との接触面とは逆側面の周方向両側が、なだらかな曲面となるような、略かまぼこ形状となっている。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１１６に示すように、固定子鉄心４１２に押圧治具２３を装着する。この押圧治具２３は、図２４に示すように固定子鉄心４１２の軸方向両端に装着され、周回部分４１３１の直線部分４１３３同士を結ぶ両端、つまり、コイルエンドの頂部を固定子鉄心４１２の軸方向両側から押圧できるように構成されている。このため押圧治具２３は、渡り線４１３２が設けられる側の押圧治具２３ａと、その反対側の押圧治具２３ｂとによって構成されており、夫々の押圧治具２３ａ，２３ｂは、内周に内側治具１９が挿入可能な穴２３１を有するリング形状となっている。また、渡り線４１３２が設けられた側の押圧治具２３ａには、渡り線４１３２の形状に沿った溝２３２が形成されており、これらの溝２３２に渡り線４１３２を挿入することにより、渡り線４１３２の形状を整えながら、コイルエンドの頂部に押圧力を加えることができる。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１１７に示すように、内側治具１９を固定子鉄心４１２に対して回転させて周回部分４１３１の両端を広げ、この結果小判形状であった周回部分４１３１を略亀甲形状に成形する。この作業が仮成形工程となる。詳細には、固定子鉄心４１２の外周に複数設けられた電磁鋼板を溶接するための溝に固定部材を固定した状態で、コイルエンドの頂部を押圧治具２３で固定子鉄心４１２の軸方向両側から押し付けながら、内側治具１９を時計方向に所定角度だけ回転させて、周回部分４１３１における内周側直線部分４１３３ｂが別の周回部分４１３１における外周側直線部分４１３３ａと重なって径方向に一列になるように成形する。尚、本実施形態では、周回部分４１３１における内周側直線部分４１３３ｂを固定子鉄心４１２における５つのスロット４１１分ずれる角度だけ回転させている。つまり、亀甲形状に成形されたコイル４１３１の外周側直線部分４１３３ａの内側には、５つ離れたスロット４１１に挿入されているコイル４１３１の内周側直線部分４１３３ｂが重なるように固定子鉄心４１２のスロット４１１と内側治具１９の外周側開口溝１９１とが対向するようになっている。本実施形態では、固定子鉄心４１２に対して内側治具１９を回転させているが、固定子鉄心４１２を内側治具１９に対して回転させてもよい。

図４７〜図５３で説明した絶縁紙の装着によれば、巻線された形状から、スロット内に挿入するための形状に変形させる時にはコイル全体として柔軟性を持たせ、変形した後でスロット内に挿入する時には、スロット挿入部がほぐれないように固定する性質を両立したコイルが実現可能であり、この工程１１７において好都合である。また、コアスロット部が強固に固定され、コイルエンド部は柔軟性が確保されることで信頼性の高いモータが得られる。また材料表面に潤滑性があるのでコイルをコアへ組立する際の作業性が向上する。

図２５は、全ての周回部分４１３１が整列した状態で互いに広がった状態、すなわち略亀甲形状に成形された状態を示しているが、わかり易くなるように、内側治具１９の詳細な形状，渡り線４１３２，押圧治具２３は省略して表示している。尚、渡り線４１３２については、コイルエンドの頂部同士を繋いでいるため、周回部分４１３１を略亀甲形状に成形したとしても渡り線４１３２の形状が変更されず、形状を保ったまま渡り線４１３２全体が回転するだけである。つまり、渡り線４１３２が挿入された押圧治具２３ａ，２３ｂが内側治具１９に追従して回転する。

このように本実施形態では、押圧治具２３で周回部分４１３１を押し付けながら亀甲形状に成形しているので、周回部分４１３１が変形する際に作用する応力を分散させることができ、成形が容易となると共に、固定子コイル４１３の表面に施されたワニス等の絶縁被覆を傷付けることも防止することができる。更には、コイルエンドの軸方向長も短くすることが可能となる。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１１８に示すように、周回部分４１３１における内周側直線部分４１３３ｂを固定子鉄心４１２のスロット４１１内に挿入する。この作業が挿入工程となる。仮成形工程が終了した後、挿入工程を行う前に、まず、サポート部材２０及びティースサポート治具２１を取外す。その後、内側治具１９の拡大部材１９４を各押し出し部材１９３の内周に挿入して、図２１に示すように押し出し部材１９３をスリット１９２から押し出すことで内周側直線部分４１３３ｂを固定子鉄心４１２のスロット４１１内に挿入する。ここでスロット４１１と外周側開口溝１９１の周方向幅が同一、もしくは、スロット４１１の周方向幅の方が大きく、また、固定子鉄心４１２におけるスロット４１１の軸方向長さよりも周回部分４１３１における各直線部分４１３３の軸方向長さが長くなっているので、周回部分４１３１が固定子鉄心４１２におけるティース４１４の先端に引っ掛かってしまうことを防止することができる。このため、固定子鉄心４１２のスロット４１１内に固定子コイル４１３が挿入された状態では、図２６に示すように、固定子鉄心４１２のスロット４１１内から連続した方向に延びる延出部４１８がスロット４１１の軸方向両端側に延出するようになる。

また、スロット４１１は、放射状に形成されているため、図２６に示すように周回部分４１３１における一対の直線部分４１３３間を広げる必要がある。このため、仮成形工程と同様に、コイルエンドの頂部を押圧治具２３で固定子鉄心４１２の軸方向両側から押し付けながら内周側直線部分４１３３ｂを挿入することで、固定子コイル４１３の挿入を容易とすることができ、コイルエンドの軸方向長も短くすることができる。更に、一対の直線部分４１３３間が広がることに伴い、渡り線４１３２の径方向長さを伸ばす必要があるが、配置工程で軸方向に略Ｖ字形状や略Ｕ字形状に突形状となるように成形していた渡り線４１３２を軸方向に略同一面となるように変形させることで渡り線４１３２の径方向長さを伸ばすことができる。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１１９に示すように、押圧治具２３及び内側治具１９を固定子鉄心４１２の内周から取出し、固定子鉄心４１２における各ティース４１４の先端側の周方向両側面に設けられた各保持溝４１７内に固定子鉄心４１２の軸方向から、夫々、保持部材４１６を装着する。図２７及び図２８に押圧治具２３及び内側治具１９を取外した固定子鉄心４１２を示す。この図２７及び図２８も、わかり易くなるように渡り線４１３２の部分を省略して表示している。本実施形態は、周回部分４１３１におけるコイルエンドの頂部を押圧治具２３で押し付けながら仮成形工程及び挿入工程を行ったため、図２８から明らかなようにコイル４１３１における夫々の直線部分４１３３間の幅αよりも、固定子鉄心４１２の軸方向に対して傾斜したコイルエンドにおけるコイル４１３１間の幅βの方が小さくなっている。このように本実施形態におけるコイルエンドの軸方向長さは短くすることができる。

また、保持部材４１６は、固定子鉄心４１２の軸方向長さをほぼ同じ長さとなっており、保持部材４１６の断面は、内周側の辺長さが短い略台形となっている。これに対して、各保持溝４１７も保持部材４１６に合わせた形状に形成されているため、固定子コイル４１３に内周側に引っ張られるような力を生じた際、なるべく大きな面積で保持部材４１６と保持溝４１７とを接触させることができる。

次に、図１４のフローチャートにおける工程１２０に示すように、各固定子コイル４１３の端末を図４及び図１２のように接続するために図１０に示すような固定子コイル４１３とは連続しない、別に設けられた４本の渡り線４１３２ａを用いて溶接例えばＴＩＧ溶接等によって接続する。この作業が接続工程となる。尚、別に設けた渡り線４１３２ａも固定子鉄心４１２の外周側と内周側を跨ぐように収束しているので渡り線４１３２全体としては略渦巻き状となるように配置される。

以上で固定子４が完成するが、回転電機としては、図１４のフローチャートにおける工程１２１に示すように、各部品を組み付けたハウジング１内に固定子４を固定して、更に固定子４の内周側に回転子５を軸受としてのボールベアリング７ａ，７ｂを用いて回転自在に支持することで製造される。この作業が回転電機の組立工程である、取付工程となる。

以上、第１実施形態について説明したが、第１実施形態の作用効果を以下に示す。

絶縁被覆された導体を連続したコイル状に成形し、次に上記コイルを固定子４の内側に配置し、上記コイルを構成するそれぞれのターンの一方の辺を固定子４の各スロット４１１の開口からそれぞれスロット内に挿入し、次に上記コイルを構成するそれぞれのターンの他方の辺を上記固定子４の各スロット４１１の開口からそれぞれスロット内に挿入して上記連続したコイルを上記固定子のスロットに挿入し、次にコイル端を電気的に接続し、固定子４内部に回転し４を回転可能に取付けて回転電機を生産している。この生産方法では連続して巻かれたコイルをスロット内に装着するので、電気的な接続作業を必要とする接続点を少なくでき、生産性が向上する。ここで上記コイルのターンは一回でも良いし、複数回でも良い。特に複数回の方が効果が大きいので、実施の形態ではターンの数を複数回とした周回部分を各スロットに入れる構造としている。上述の通り、周回部分が１回であっても固定子巻線全体の接続作業を必要とする接続点の数を減らすことが可能である。

第１実施形態の回転電機の製造方法は、連続したコイルを、対向する一対の直線部分を含む渦巻き状に複数回周回させて予備成形を行う予備成形工程と、該予備成形された前記コイルにおける夫々の前記直線部分が内周側と外周側に位置するように複数の周回部分を周方向に配置する配置工程と、前記コイルの周回部分における内周側と外周側の前記直線部分を相対回転させる仮成形工程と、該仮成形されたコイルにおける外周側の前記直線部分が前記スロットの底部側に、内周側の前記直線部分が前記コイル挿入部側に位置するように前記コイルを前記スロット内に挿入する挿入工程と、前記コイルにおける端末部分を用途に応じた夫々の箇所に接続する接続工程と、前記固定子内に前記回転子を軸受によって相対回転可能に取付ける取付工程とからなることを特徴としている。このようにコイルの周回部分は何周しようとも接続箇所は増大しないため、接続箇所を出来るだけ少なくして、固定子鉄心にコイルを容易に巻回することができる。このため、接続工数の低減，絶縁処理の軽減，強度信頼性の向上が実現できる。また、コイルエンドにおいてスロットの内周側と外周側を跨ぐように巻回されているので、異なるスロットから延びるコイルエンド同士が固定子鉄心における軸方向に並ぶのではなく、周方向に干渉しないように並ぶため、コイルエンド、ひいては回転電機の軸長を小さくできる。更にコイルの冷却性も向上することができる。また、コイルを連続して周回させていることから、スロット内でのコイルの本数を増大させることができるので、高調波による損失を低減することが可能となる。また、固定子鉄心にコイルを容易に装着できるので製造を自動化することができ、量産化することを可能とする。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記仮成形工程を行う際、前記コイルの前記直線部分の両端が前記スロットから離れた位置となるように、前記仮成形工程を行う前に前記直線部分の両端にサポート治具を挿入した状態で内周側と外周側の前記直線部分を相対回転させるようにしている。このため、挿入工程で、コイルの湾曲した部分が固定子鉄心のティース先端に引っ掛かってしまうことを防止することができるため、容易に直線部分をスロット内に挿入することができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、仮成形工程で他の前記周回部分の前記直線部分同士が内外周に重なるように成形している。このため、スロット内に直線部分を挿入し易くすることができ、更には、コイルが径方向に整列しているのでスロット内でのコイルの占積率を向上させることができる。特に、本実施形態では、断面が略矩角形状のコイルを用いているため、更に占積率を向上させることができる。このため、高出力と良好な回転特性とすることができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で周方向に複数配置された一対の前記周回部分が渡り線を介して連続するように成形している。このため、各相における周回部分を効率よく配置することができ、接続箇所を出来るだけ少なくすることができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で前記渡り線が前記固定子における軸方向一端側だけに設けられるように成形している。このため、渡り線が固定子における軸方向両端にあるよりも固定子の軸方向長さを短くすることができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で前記渡り線が前記固定子鉄心の外周側と内周側を跨ぐように略渦巻状となるように成形している。このため、渡り線が固定子の軸方向に重なるような箇所をできるだけ少なくすることができ、固定子の軸方向長さを短くすることができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で前記渡り線が前記固定子における軸方向略同一面上に位置するように成形している。このため、更に固定子の軸方向長さを短くすることができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記配置工程で前記コイルにおける外周側の前記直線部分を前記固定子鉄心の前記スロット内に配置し、前記仮成形工程では、前記コイルにおける内周側の前記直線部分と前記スロット間を内側治具によって相対回転させて仮成形している。このため、仮成形したコイルを治具から取出して、更に固定子鉄心内に配置し直すような作業が不要となる。このため、作業性を向上させることができ、製造工程を短縮させることができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記仮成形工程を行う前に、夫々の前記スロットにおける底部と前記コイルとの間にティースサポート治具を挿入し、その状態で仮成形を行うようにしている。このため、仮成形する際、コイルに回転方向の力が加わり、ティースを周方向に倒す力が作用するが、全てのスロットにティースサポート治具が挿入されているため、ティースを周方向に倒すことができなくなる。このため、コイルに回転方向の力が加わったとしてもティースの倒れを防止することができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記内側治具が前記コイル挿入部と対向するように前記スロットと同数の外周開口溝を備えると共に、該外周開口溝の底部から内外周に出没可能な押し出し部を備えており、前記挿入工程は、前記押し出し部を突出させることで行うようにしている。このため、仮成形工程から挿入工程に至るまで内側治具を固定子鉄心内に配置したままでよい。このように本実施形態では、治具の出し入れを最小限として、作業工数を出来るだけ少なくすることができる。また、この内側治具は、固定子鉄心の内外径が変更になっても同じ内側治具で対応することができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記挿入工程後、前記接続工程を行う前に、前記スロットにおける前記コイル挿入部に絶縁機能を有する保持部材を固定するようにしている。このため、回転子との間で磁束が生じてもスロットから回転子側にコイルが飛び出してしまうのを防止することができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記仮成形工程及び前記挿入工程で前記コイルの前記直線部分同士を結ぶ両端部分を押圧しながら行うようにしている。このため、仮成形工程及び挿入工程でコイルに作用する応力を分散させることができるので成形が容易となると共に、コイルの表面に施されたワニス等の絶縁被覆を傷付けることも防止することができる。更には、コイルエンドの軸方向長も短くすることが可能となる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で連続したコイルによって一対の前記周回部分が隣り合うように成形している。このため、隣接した周回部分が隣り合うスロットに挿入されるので、隣接した周回部分が同じスロット内に挿入されるよりも、スロット数を多くすることができる。このため、各相の起磁力を合成した波形を滑らかな波形とすることができるのでトルク脈動や騒音を低減することが可能となる。また、スロット数が多くできることで、高調波による渦電流損失を低減することもできる。更に、コイルにおける周回部分同士が周方向に離間するので冷却性を向上することができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で前記周回部分における前記直線部分同士を結ぶ両端側を略Ｐ字形に成形し、前記配置工程では、略Ｐ字形の凸部が前記固定子の外周側となるように配置している。このため、コイルが内周側に突出してしまうことがなく、取付工程で回転子を挿入する際の妨げになることがなくなる。また、前記周回部分における前記直線部分同士を結ぶ両端側を一方向に変形させ、前記配置工程では、変形させた方向が前記固定子の外周側となるように配置するようにすれば、コイルが内周側に突出してしまうことを更に確実に防止することができる。

また、第１実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程を行った後に夫々の線材同士を一体的に固着している。このため、予備成形工程以降の工程でコイルの線同士が離間してしまうことがなく、容易にスロット内に挿入することができる。また、予備成形されたコイルの周回部分を略亀甲形状に成形する際に積層されたコイルを一体的に変形させることができるので成形性もよくなる。

また、第１実施形態の回転電機は、コイルの断面を固定子鉄心の法線方向が長く、径方向が短い略長方形としている。このため、スロット内でのコイルの本数を出来るだけ多くすることができ、更に、高調波による損失の低減効果をより大きくすることができる。また、スペース的にもコイルエンド側に突出する側の長さが短くなるので、コイルエンドの突出量をより少なくすることができる。更に、薄肉のコイルを一枚ずつ変形させて成形するのは困難であるが、本実施形態では、重ね巻きされて束ねられているので容易に成形することができる。

また、第１実施形態の回転電機は、渡り線が周回部分の外周側に引き出される端末同士を繋いでいるため、渡り線と周回部分が交差することがない。このため、固定子の軸方向長さを短くすることができる。

また、第１実施形態の回転電機は、スロットにおけるコイル挿入部をスロットにおけるコイルが装着される部分とほぼ同等もしくは、コイルが装着される部分以上の周方向幅を有するオープンスロットにしているので、コイルをスロット挿入部から挿入し易く、また、スロット内でのコイルの占積率を低下させることがない。

次に回転電機の製造方法における第２実施形態について図３０〜図３２に基づいて説明する。図３０は、第２実施形態のコイルにおける周回部分の対の巻き方を簡略化して表示したものである。図３１は、第２実施形態における予備成形方法を説明した図である。尚、図３１（Ａ）は、予備成形を行っている状態を正面から見た図であり、図３１（Ｂ）は、図３１（Ａ）をＡ−Ａ側面から見た図である。図３２は、第２実施形態の予備成形方法を用いて成形したコイルの斜視図である。尚、第１実施形態と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１実施形態と第２実施形態は、固定子コイル４１３における渦巻き状に周回させた一対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂを連続的にどのように成形しているかが異なるため、予備成形工程が異なるがその他の工程は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

この場合、図４７〜図５３で説明した絶縁紙の装着は、この予備成形の際に実施することが好ましい。

第１実施形態では、巻き始めのコイル端末が内周側となり、外周側に渦巻き状となるように第１のエレメントコイル４１３１ａを巻回し、次に外周側に延びたコイルを第２のエレメントコイル４１３１ｂの内周側に延ばし、更に外周側に渦巻き状となるように第２のエレメントコイル４１３１ｂを巻回している。つまり、第１のエレメントコイル４１３１ａと第２のエレメントコイル４１３１ｂとを繋ぐためのコイル間接続線４１３４は、外周側から内周側に向かうようになっているため、コイルの線同士が交差する部分が生じてしまう。

これに対して、第２実施形態では、図３０に示すように巻き始めが第１のエレメントコイル４１３１ａの外周側となり、内周側に渦巻き状となるように第１のエレメントコイル４１３１ａを巻回し、次に内周側に延びたコイルを第２のエレメントコイル４１３１ｂの内周側に延ばし、更に外周側に渦巻き状となるように第２のエレメントコイル４１３１ｂを巻回している。つまり、第１のエレメントコイル４１３１ａと第２のエレメントコイル４１３１ｂとを繋ぐためのコイル間接続線４１３４は、内周側同士で繋がれているためコイルの線同士が交差する部分が生じない。このような巻き方を一般的にα巻といい、この巻き方を採用することにより、コイルエンドを更に簡略化することができ、固定子４の軸方向長さを短縮することができる。尚、図３０では、１対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂしか表示していないが、実際には図３２に示すように４対の周回部分を連続した線によって成形する。

次に、このような周回部分の対を予備成形する予備成形工程について説明する。

第２実施形態の予備成形工程は、図３１（Ａ）に示すように、まず、連続したコイルを略コの字形状の凹凸となるように成形する。このとき、凹凸部分の頂点間の長さ、つまり、図３１（Ａ）において上下方向の長さは、１対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂ分の長さとし、最終的に渡り線４１３２となる凹凸部分の頂点の長さ、つまり、図３１（Ａ）において左右方向の長さは、渡り線４１３２の長さにしておく。更に、凹凸部分の頂点間における全ての略中間位置をコイルの断面長さ分だけクランク状に折曲させて、コイル間接続部４１３４を成形しておく。

次に外周に小判形状の成形溝２５３を有するα巻成形治具２５に凹凸形状に成形されたコイルを装着する。α巻成形治具２５は、板状部材２５１に脱着自在に設けられた複数の仕切り２５２を有しており、各仕切り２５２によって複数の成形溝２５３が構成されている。これらの成形溝２５３は、隣接して対となるように配置されており、更に、板状部材２５１の長手方向４箇所に隣接した成形溝２５３の対が渡り線４１３２の長さだけ間隔を空けて設けられている。また、隣接した成形溝２５３の対における成形溝２５３間の仕切り２５２には、１本分のコイルが挿通可能な挿通溝２５４が設けられており、この挿通溝２５４は小判形状の長軸方向一端側に位置している。尚、詳細な説明は省略するが板状部材２５１は伸縮可能となっている。

このように構成されたα巻成形治具２５の挿通溝２５４にコイルのコイル間接続部４１３４を挿通させる。図３１は、挿通溝２５４にコイルのコイル間接続部４１３４を挿通させた状態を示している。

次に各成形溝２５３に夫々設けられた、図３１（Ｂ）に示すようなローラー２５５によってコイルを成形溝２５３側に押し付けながら周回させて周回部分を成形する。尚、隣接した成形溝２５３の対に夫々設けられるローラー２５５は、周回する方向が異なるようになっている。

次に各成形溝２５３の両側にある仕切り２５２を全て取外し、板状部材２５１を伸縮させて成形されたコイルをα巻成形治具２５から取外す。このようにして、図３２に示すコイルが成形される。更に第１実施形態と同様に、図１４における１１２の作業を行い予備成形工程が終了する。尚、予備成形工程以外の工程は、第１実施形態と同様に行う。

このように第２実施形態の回転電機の製造方法は、予備成形工程で一対の前記周回部分同士が内周側の端末にて連続するように成形している。このため、周回部分４１３１の対同士とを繋ぐためのコイル間接続線が内周側同士で繋がれているため、コイルの線同士が交差する部分が生じない。よって、コイルエンドを更に簡略化することができ、固定子の軸方向長さを短縮することができる。

また、第２実施形態の回転電機の製造方法は、前記予備成形工程で予め凹凸を成形した状態で、該凹凸の頂部を成形型に沿って周回させるように成形するようにしている。このため、周回部分同士が内周側の端末にて連続するように成形した周回部分の対を容易に成形することができ、更には製造を自動化することも可能となる。

次に図３３〜図４１に基づいて、回転電機の製造方法における第３実施形態について説明する。図３３は、本実施形態の特徴となる配置工程から挿入工程までの製造工程を示すフローチャートである。図３４は、スライド治具にコイルを配置した状態の斜視図である。図３５は、スライド治具をスライドさせてコイルの周回部分を略亀甲形状に成形している状態の斜視図である。図３６は、スライド治具における固定溝の部分を拡大した斜視図である。図３７は、図３６における一方側の固定溝を傾斜させた状態の斜視図である。図３８は、内側治具に略亀甲形状のコイル成形体を巻き付けている状態の斜視図である。図３９は、コイルを装着した内側治具を固定子鉄心内に配置する状態の斜視図である。図４０は、挿入工程を行った状態の斜視図である。尚、図４０（Ａ）は、全体図である。また、図４０（Ｂ）は、内側治具の押し出し部材が退出している状態の斜視図であり、図４０（Ａ）は、内側治具の押し出し部材が突出している状態の斜視図である。図４１は、内側治具を取出している状態の斜視図である。尚、他の実施形態と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

本実施形態は、配置工程から挿入工程までが第２実施形態と異なるが、その他の工程は、第２実施形態と同様である。このため、本実施形態では、配置工程から挿入工程までを説明する。

本実施形態の製造方法は、予備成形工程を第２実施形態と同様に行い、図３３のフローチャートにおけるステップ２２１で示すように、長手方向に延びるコイル成形体をスライド治具３５に装着する。この作業が配置工程となる。スライド治具３５は、固定側治具３５ａと移動側治具３５ｂとに分かれて構成されており、夫々が長手方向に延びる略板状に形成され、移動側治具３５ｂが固定側治具３５ａに対して長手方向に移動可能となっている。尚、この移動側治具３５ｂの移動は、図３６及び図３７に示すようなガイド３５２に沿って移動するようになっている。

また、固定側治具３５ａと移動側治具３５ｂが対向する夫々の面には、短辺方向に延びる固定子鉄心４１２と同数の固定部としての固定溝３５１が等間隔に平行に設けられており、これらの固定溝３５１の長さは、固定子鉄心４１２のスロット４１１の長さより長くなっている。更に図３６及び図３７に示すように、移動側治具３５ｂは、固定溝３５１を構成する各固定片３５３が可動するようになっており、図３６に示す底面に対して各固定片３５３が垂直となっている状態から図３７に示すように底面に対して各固定片３５３が傾斜した状態に同時に可動するようになっている。尚、可動する機構の構成については詳細な説明を省略するが、リンク機構やカム機構等を採用することで各固定片３５３を同時に可動させることができる。

このように構成されたスライド治具３５において、まず、図３４に示すように固定側治具３５ａと移動側治具３５ｂの全ての固定溝３５１が対向する状態とし、スライド治具３５の短辺方向から各固定溝３５１に予備成形を行ったコイルの小判形状の周回部分４１３１を挿入する。尚、図３４では、わかり易くなるように、４つのコイル４１３１の周回部分の対を連続したコイルで成形した１つのコイル成形体だけを固定溝３５１に挿入した状態を示しているが、実際には、全ての固定溝３５１内にコイル４１３１の周回部分を挿入する。

次に図３３のフローチャートにおけるステップ２２２で示すように、移動側治具３５ｂを固定側治具３５ａに対して長手方向にスライドさせ、コイルの周回部分４１３１を略亀甲形状に仮成形する。図３５には、移動側治具３５ｂを固定側治具３５ａに対して長手方向にスライドさせている状態を示しているが、最終的には、図３４の状態から移動側治具３５ｂ側の固定溝３５１が固定側治具３５ａにおける５つ先の固定溝３５１と対向する位置まで移動させる。尚、図示していないが、第１実施形態と同様に、コイル４１３１の周回部分のコイル頂部を押圧しながら移動側治具３５ｂをスライドさせるとコイル４１３１の周回部分を容易に略亀甲形状に成形することができる。

次に図３３のフローチャートにおけるステップ２２３で示すように、略亀甲形状されたコイル４１３１の周回部分における移動側治具３５ｂ側の直線部分４１３３を断面が所定の角度となるように曲げる。尚、図３３のフローチャートにおけるステップ２２２とステップ２２３が仮成形工程となる。曲げる方法としては、図３７に示すように、移動側治具３５ｂの全ての固定片３５３を同時に傾斜させることで行う。ここで固定子コイル４１３は、断面が矩角形状の平角線を採用しているため、固定片３５３が傾斜することに伴ってコイルの直線部分４１３３の断面も傾斜するように成形される。この傾斜する角度は、次工程でコイル成形体を環状とした際に、固定側治具３５ａと移動側治具３５ｂに夫々挿入されていたコイルの直線部分４１３３の断面が放射状に重なる角度としておくとよい。

次に図３３のフローチャートにおけるステップ２２４で示すように、内側治具３６に周回部分４１３１が亀甲形状に成形されたコイル成形体を装着する。内側治具３６は、第１実施形態における内側治具１９と同様、外周に固定子鉄心４１２のスロット４１１数と同様の外周側開口溝３６１を備えており、これらの外周側開口溝３６１の周方向幅は、スロット４１１の内周側開口の周方向幅より小さい幅、もしくは、同じ幅となっており、外周側開口溝３６１の軸方向長さは、スロット４１１の軸方向長さより長くなっている。また、図４０に示すように、各外周側開口溝３６１の底部には、スリット３６２が形成されており、これらのスリット３６２からは、板状の押し出し部材３６３が内外周方向、つまり、放射状に出没可能に設けられている。尚、詳細な構造の説明は省略するが、内側治具３６の軸方向一端側に設けたレバー３６４を周方向に回転させることで押し出し部材３６３がスリット３６２から放射状に出没するようになっている。

このように構成された内側治具３６における各外周側開口溝３６１に、図３８に示すように、コイル４１３１の周回部分の直線部分４１３３が夫々挿入されるように巻き付ける。このとき、固定側治具３５ａと移動側治具３５ｂに夫々挿入されていたコイルの直線部分４１３３を重ねて各外周側開口溝３６１に挿入するが、長手方向に延びるコイル成形体の両端における夫々５つ分の直線部分４１３３は、互いに重なるように外周側開口溝３６１に挿入する。ここで、移動側治具３５ｂに挿入されていたコイルの直線部分４１３３の断面と、固定側治具３５ａに挿入されていたコイルの直線部分４１３３の断面は、図３３のフローチャートにおけるステップ２２３の工程で互いに角度を持たせているので、長手方向に延びるコイル成形体を内側治具３６に巻き付けるだけで平角線に形成されたコイルの断面を放射状に重なり合わせることができる。以上で、仮成形工程が終了する。尚、図３８は、わかり易くするために内側治具３６の詳細な構造及びコイルの渡り線４１３２を省略している。

次に図３３のフローチャートにおけるステップ２２５で示すように、コイルの各直線部分４１３３を固定子鉄心４１２のスロット４１１内に挿入する。この作業が挿入工程となる。図３９に示すように仮成形工程で固定子コイル４１３を巻き付けた内側治具３６を固定子鉄心４１２の内周側に配置する。本実施形態における固定子鉄心４１２のスロット４１１は、第１実施形態とは異なっており、夫々のスロット４１１が周方向一方向に傾斜している。このようにスロット４１１を周方向に傾斜させることで環状に成形した固定子コイル４１３を挿入し易くすることができる。尚、図３９でも、わかり易くするためにコイルの渡り線４１３２を省略している。

次に図４０（Ａ）に示すように内側治具３６のレバー３６４を周方向に回転させる。上述したとおり、このレバー３６４を回転させることで図４０（Ｂ）の押し出し部材３６３がスリット３６２から退出した状態と図４０（Ｃ）の押し出し部材３６３がスリット３６２から突出した状態を切り替えることができる。詳細に説明すると、レバー３６４が図４０（Ａ）の状態では、図４０（Ｂ）に示すように押し出し部材３６３がスリット３６２から退出しており、レバー３６４を図４０（Ａ）の矢印の方向に回転させると、図４０（Ｃ）に示すように押し出し部材３６３がスリット３６２から突出して、コイルの各直線部分４１３３を固定子鉄心４１２のスロット４１１内に押し出す。このようにレバー３６４を回転させることで固定子コイル４１３をスロット４１１に挿入し、更に、図４１に示すようにレバー３６４を矢印の方向に回転させて押し出し部材３６３をスリット３６２から退出させて、内側治具３６を固定子鉄心４１２の内周から取出す。その後は、第１実施形態と同様に接合工程と取付工程を行えばよい。尚、図４０及び図４１も、わかり易くするためにコイルの渡り線４１３２を省略している。

以上、第３実施形態について説明したが、第３実施形態の回転電機の製造方法は、連続したコイルを、対向する一対の直線部分を含む渦巻き状に複数回周回させて予備成形を行う予備成形工程と、該予備成形された前記コイルの夫々の前記直線部分が軸方向に並ぶように、異なる成形型に夫々対向して設けられた固定部に別々に固定する配置工程と、前記直線部分が固定された別々の前記成形型の少なくとも一方を直線的に相対移動させて長手方向に延びるコイル成形体を成形し、その後、該コイル成形体の長手方向両端が重なり合うように環状に成形する仮成形工程と、該仮成形されたコイルにおける外周側の前記直線部分が前記スロットの底部側に、内周側の前記直線部分が前記コイル挿入部側に位置するように前記コイルを前記スロット内に挿入する挿入工程と、前記コイルにおける端末部分を用途に応じた夫々の箇所に接続する接続工程と、前記固定子内に前記回転子を軸受によって相対回転可能に取付ける取付工程とからなる。このため、本実施形態は、第１実施形態の作用効果に加え、固定子鉄心のティースに力が作用しないようにすることができる。このため、ティースの幅が小さく倒れやすいものであっても連続した重ね巻きコイルを挿入することができる。

また、第３実施形態の回転電機の製造方法は、前記コイルを断面が矩角形状の平角線を用い、前記仮成形工程で前記コイル成形体を環状とした際に前記コイルの前記直線部分の断面が放射状となるように、前記コイル成形体が前記成形型の固定部に固定されている状態で、少なくとも一方の前記成形型の前記固定部を可動させるようにしている。このため、コイル成形体を環状とした際に外周側の直線部分と内周側の直線部分が重なるようにすることができ、挿入工程での挿入作業を容易とすることができる。

また、第３実施形態の回転電機の製造方法は、前記仮成形工程で複数の外周開口溝を備えた内側治具に前記コイル成形体における前記直線部分を巻き付けて環状に成形している。このため、固定子鉄心の内周に沿ってコイル成形体を環状にすることができ、挿入工程での挿入作業を容易とすることができる。

また、第３実施形態の回転電機の製造方法は、前記内側治具が前記外周開口溝の底部から内外周に出没可能な押し出し部を備えており、前記挿入工程は、前記押し出し部を突出させることで行うようにしている。このため、治具の数を出来るだけ少なくすることができ、更に治具の固定子鉄心内への出し入れも最小限に留めることができる。

以上が本発明における回転電機の製造方法の実施形態であるが、コイルの他の実施形態及び回転子の他の実施形態について以下に説明する。

次に第４実施形態について、図４２に基づいて説明する。図４２は、エレメントコイル４１３１ａとエレメントコイル４１３１ｂからなるコイルの組つまりコイル対同士を繋ぐ渡り線を接続することを示す図である。尚、他の実施形態と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第１実施形態の固定子コイル４１３は、図８に示すとおり、４組すなわち４対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対を連続した線で成形したものであったが、第４実施形態は、１対の周回部分毎に異なる固定子コイル４１３を成形し、最後に夫々のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂの対を溶接等で接続している。具体的には、１対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂにおけるコイル端末の一端側を渡り線４１３２となる長さだけ長くしておき、固定子鉄心４１２のスロット４１１内に挿入された後に渡り線４１３２を変形させて他の周回部分の対とＴＩＧ溶接等で接続している。

このように後で渡り線４１３２を接続できるようにしておけば、固定子鉄心４１２のスロット４１１内にコイル成形体が拡径しながら挿入する際の渡り線４１３２の変形を考慮する必要がない。このため、接続箇所は多少増大するが渡り線４１３２の配置自由度を向上させることができる。また、渡り線４１３２は周回部分４１３１の一方側のコイル端末であるため、渡り線だけを別の線で構成するよりも部品点数及び接続箇所を低減することができる。尚、図４２における１対の周回部分は第２実施形態で説明した巻き方によって巻回されたものである。

次に第５実施形態について、図４３に基づいて説明する。図４３は、第５実施形態の固定子の斜視図である。尚、他の実施形態と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第５実施形態は、第１実施形態に対して、渡り線４１３２の接続の仕方が異なっており、更に第２実施形態と同様に１対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂをα巻きで巻回したものであるが、その他の構成は同一である。第１実施形態の渡り線４１３２は、各周回部分４１３１におけるコイルエンドの頂部から延びるように構成していたが、第５実施形態の渡り線４１３２は、各周回部分４１３１におけるスロット４１１の底部側からコイル挿入部側を跨ぐように設けられている。詳細に説明すると各周回部分４１３１の外周側に位置するコイル端末のうちスロット４１１の底部側に位置するコイル端末を周回部分４１３１から固定子鉄心４１２の外周側に向かって階段状に変形させてコイルエンドの頂部側に延ばす。更にコイルエンドの外周側から内周側に第１実施形態と同様に略渦巻き形状に延ばし、他の周回部分４１３１におけるコイル挿入部側に連続する。このコイル挿入部側もスロットの底部側と同様に固定子鉄心４１２の内周側に向かって階段状に変形させてコイルエンドの頂部側と連続している。尚、図４３は、中性点となる渡り線及び連続した線で構成される各コイル成形体同士を接続する部分は省略して表示してある。

このように第５実施形態は、渡り線４１３２がコイルエンドの頂部から延びていないので、固定子４の軸方向長さを更に小さくすることができる。また、平角線の長辺方向が固定子４の軸方向を向くように渡り線が構成されているので、小さな径の固定子鉄心４１２であっても十分に渡り線を配置することができる。

尚、第５実施形態の渡り線４１３２は、コイルエンドの頂部から延びておらず、スロット挿入部分から延びているため、コイルの周回部分４１３１を略亀甲形状とする際に長さが大きく変化してしまう。このため、第１実施形態にて説明したように周回部分４１３１を略亀甲形状に成形する前に、渡り線４１３２を軸方向、もしくは、径方向等に略Ｖ字形状や略Ｕ字形状に折りたたんでおき、略亀甲形状に成形したり、固定子鉄心４１２のスロット４１１内に挿入したりするときに折りたたんだ渡り線４１３２が伸びるようにしておけばよい。また、１対のエレメントコイル４１３１ａ，４１３１ｂは図３０で説明の巻き方だけでなく上述の第１実施形態のような巻回方法であっても構わない。

次に第６実施形態について、図４４に基づいて説明する。図４４は、第６実施形態の固定子の斜視図である。尚、他の実施形態と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。

第６実施形態は、第５実施形態に対して、渡り線４１３２の形状や配置が異なるが、その他は第５実施形態と同様である。第６実施形態の渡り線４１３２は、第４実施形態のようにコイルエンドの頂部より先端側で渦巻き状としていたが、第６実施形態の渡り線４１３２は、渦巻き状ではなく、スロット４１１の底部側、つまり、固定子鉄心４１２の外周側で螺旋状に成形されて、他の周回部分４１３１と接続されている。この第６実施形態では、渡り線４１３２を固定子鉄心４１２の外周側で螺旋状に成形し、コイルエンドの部分で周回部分４１３１のコイル端末と接続するように構成されているが、図４４では、コイル同士を溶接する前の状態を示している。しかしながら、実際には、図４４の状態からＴＩＧ溶接等を用いて固定子４の軸方向に突出している線同士を溶かして接合するため、軸方向に突出した部分は、ほぼコイルエンドの位置まで溶けて退出することになる。

このように第６実施形態では、接続箇所が多少増えてしまうものの、コイルエンドの頂部から固定子４の軸方向にあまり突出することなく渡り線４１３２を配置することができるため、第５実施形態よりも更に固定子４の軸方向を短縮することが可能となる。尚、成形方法を工夫すれば渡り線４１３２を周回部分４１３１と連続した線で構成することも可能である。更に、螺旋状に成形する部分は、コイル挿入部側、つまり、固定子鉄心４１２の内周側で螺旋状となっていても構わず、固定子鉄心４１２の内周側及び外周側の両方が螺旋状となっていても構わない。

以上、各実施形態の作用効果について説明したが、本発明においては、他にも様々な構成を採用することができる。例えば、上記実施形態では、コイルの断面形状が略矩角形状となっている平角線を採用しているが、完全な矩角形状となっていなくてもよく、例えば、最終的にスロット内にて押し潰したときのように、各辺が直線でなく変形した曲線となっていても構わない。また、コイルの断面形状が略円形，略楕円形状，４つの辺以外の略多角形のものを採用しても良く、矩角形状を用いる場合には、断面が略正方形のものや、固定子鉄心の法線方向が短く、径方向が長い略長方形状であっても構わない。

また、上記実施形態では、回転電機の一例として、誘導電動機について説明したが、回転子の周方向に永久磁石を有する磁石式同期電動機等であっても構わない。このような磁石式同期電動機を採用する場合には、回転子の表面に複数の磁石を配置し、非磁性体のリング等で固定した表面磁石式回転子や、回転子の内周側における周方向複数箇所に軸方向に延びる孔を形成し、その孔内に磁石を内蔵する内蔵磁石式回転子を採用することが考えられる。更には、車両用交流発電機として使用する場合には、内部に界磁コイルが巻回されたランデル型回転子を用いることもできる。

また、上記実施形態では、固定子鉄心及び回転子における磁性体部を積層鋼板にて構成したが、表面に絶縁被覆が施された鉄粉を圧縮して固めた圧粉鉄心を採用してもよい。また、固定子鉄心は、複数の部材を固定して構成する分割式固定子鉄心を採用しても構わない。

また、上記実施形態では、導体バー及び短絡環をアルミによって構成したが、銅を用いるようにしても構わない。導体バー及び短絡環に銅を用いれば、アルミを用いるよりも電気抵抗を低下させることができるので、電動機の効率を向上させることができる。

また、上記実施形態では、固定子鉄心のスロット数を４８としたが、仕様に応じてスロット数を変更することができる。このようにスロット数を変更した場合には、コイルの周回部分の配置も変更する必要がある。

また、上記実施形態では、コイルの周回部分を隣り合うように１対ずつ連続線で構成したが、接続点数が増えても構わなければ、固定子鉄心に挿入した後に溶接等で接続することも可能である。更にコイルの隣り合う周回部分は２つずつでなくてもよく、渦巻き状に周回させる回数も仕様に応じて自由に設定することができる。

また、上記実施形態では、コイルに自己融着線を用いて固着したが接着剤やテープ等の別の部材を用いて固着することも可能である。更に成形のやり方次第では、固着しなくても成形することが可能である。

また、上記実施形態では、スロットをオープンスロットとしたが、夫々のティースにおける内周端を周方向に延びるように構成しても構わない。更にオープンスロットとする場合には、保持部材を設けているがティースの内周端を樹脂等でモールドするようにして保持部材を構成しても構わない。

また、上記実施形態では、コイルの周回部分を略亀甲形状として固定鉄心に挿入したが、亀甲形状でなくてもよく大きな小判形状のようなものであっても構わない。

また、上記実施形態では、固定子巻線を一対の固定子コイルが並列に接続された２Ｙ結線としたが、複数の固定子コイルが直列に接続されただけの１Ｙ結線とすることも可能である。このような１Ｙ結線を採用すると、さらに接続点数が減らすことができる。

上述の固定子巻線は誘導電動機のみならず永久磁石回転電機にも使用可能であり、図４５及び図４６を用いて上述の固定子巻線を使用した永久磁石回転電機を説明する。図４５は永久磁石回転電機２００の断面図である。図４６は図４５に示す固定子２３０および回転子２５０のＡ−Ａ断面である。この図ではハウジング２１２およびシャフト２１８の記載を省略した。

ハウジング２１２の内部に固定子２３０が保持されており、固定子２３０は固定子鉄心２３２と上述の固定子巻線２３８とを備えている。固定子鉄心２３２に対して空隙２２２を介して永久磁石２５４を有する回転子２５０が配置されている。ハウジング２１２はシャフト２１８の回転軸方向の両側にエンドブラケット２１４をそれぞれ有しており、前記回転子鉄心２５２を有するシャフト２１８はエンドブラケット２１４のそれぞれに軸受２１６により回転自在に保持されている。

シャフト２１８には回転子の極の位置を検出する回転子位置センサ２２４と回転子の回転速度を検出する回転速度センサ２２６とが設けられている。これらセンサの出力に基づいて固定子巻線に供給される三相交流が制御される。

図４６を用いて図４５に示す固定子２３０および回転子２５０の具体的な構造を説明する。固定子２３０は固定子鉄心２３２を有しており、固定子鉄心２３２は上述の構造と同様に周方向に均等に多数のスロット２３４とティース２３６とを有しており、スロット２３４は上述の構造の固定子コイル２３８を有している。図４６に示すとおり、この実施形態では固定子鉄心のスロット数は４８であるが、これに限るものではない。

回転子鉄心２５２には永久磁石２５４や２５６を挿入する永久磁石挿入孔が設けられており、上記永久磁石挿入孔に永久磁石２５４や２５６が挿入されている。永久磁石２５４や２５６の磁化方向は、磁石の固定子側面がＮ極またはＳ極となる方向で、回転子の極毎に磁化方向が反転している。

図４６に示す実施の形態では、永久磁石２５４と２５６とで回転子２５０の１つの極として作用する。永久磁石２５４と２５６とを備えた回転子２５０の極は回転子２５０の周方向に等間隔に配置されており、この実施形態では８極である。しかし８極に固定されるものではなく、１０極以上３０極まで、場合によってはそれ以上であっても良く、回転電機に要求される出力などの条件により極数が定まる。また極数を多くすると磁石数が増大し、作業性が低下する。場合によっては８極以下でもよい。回転子２５０の各極として作用する永久磁石２５４と２５６の固定子側に存在する回転子鉄心の部分は磁極片２８０として作用し、永久磁石２５４と２５６に出入りする磁力線はこの磁極片２８０を通して固定子鉄心２３２に出入りする。

上述したとおり、回転子２５０の極として作用する永久磁石２５４と２５６は極毎に逆方向に磁化されており、ある極の磁石２５４と２５６が固定子側がＮ極でシャフト側がＳ極となるように磁化されているとすると、その両隣の極として作用する永久磁石２５４と２５６は固定子側がＳ極でシャフト側がＮ極となるように磁化されている。回転子２５０の極と極との間にはそれぞれ補助磁極２９０として作用する部分が存在し、これら補助磁極２９０を通るｑ軸磁束と磁石を通るｄ軸磁束の磁気回路の磁気抵抗の差でリラクタンストルクを発生する。各補助磁極２９０と各磁極片２８０との間にはそれぞれブリッジ部２８２と２８４とが存在し、このブリッジ部２８２と２８４では磁気的な空隙２６２と２６４とにより磁気回路の断面積が狭められている。このため各ブリッジ部２８２と２８４では磁気飽和現象が起こり、磁極片２８０と補助磁極２９０との間を通るすなわちブリッジ部２８２と２８４を通る磁束量が所定量以下に押さえられる。

図４５および図４６の回転電機で、回転子の上記回転速度センサ２２６と上記回転子位置センサ２２４との出力に基づき、図４に記載のインバータ装置のスイッチング動作が制御され、二次電池６１２から供給された直流電力を３相交流電力に変換する動作が制御される。この３相交流電力は図４５や図４６に示す固定子コイル２３８に供給され、上記回転速度センサ２２６の検出値に基づいて３相交流電流の周波数が制御され、上記回転子位置センサ２２４の検出値に基づいて上記３相交流電流の回転子に対する位相が制御される。

上記位相と周波数に基づく回転磁界が上記３相交流電流により固定子２３０に発生する。固定子２３０の回転磁界が回転子２５０の永久磁石２５４や２５６に作用して回転子２５０に永久磁石２５４と２５６に基づく磁石トルクが生じる。また上記回転磁界が回転子２５０の補助磁極２９０に作用し、上記回転磁界の磁石２５４や２５６を通り磁気回路と補助磁極２９０を通る磁気回路との磁気抵抗の差に基づき回転子２５０にリラクタンストルクを発生する。回転子２５０の回転トルクは上記永久磁石に基づく磁石トルクと上記補助磁極に基づくリラクタンストルクの両トルクに基づいて定まる値となる。

上記リラクタンストルクは、固定子巻線が発生する回転磁界が磁石を通る磁気抵抗と上記補助磁極２９０を通る磁気抵抗との差によって発生するので、図４に示すインバータ装置６２０は、固定子巻線２３８による電機子起磁力の合成ベクトルを補助磁極の中心位置より回転方向の進み側になるように制御し、回転子の補助磁極２９０に対する回転磁束の進み側位相によりリラクタンストルクを発生する。

このリラクタンストルクは回転電機の始動状態や低速運転状態において、永久磁石２５４と２５６による磁石トルクに加算される方向の回転トルクを回転子２５０に発生するので、磁石トルクとリラクタンストルクの加算トルクで回転電機が発生しなければならない必要トルクを作り出すことができる。従って、リラクタンストルクに相当するトルク分、磁石トルクの発生を小さくでき、永久磁石の起磁力を下げることができる。永久磁石の起磁力を下げることにより、回転電機の高速運転時の永久磁石による誘起電圧を抑えることができ、高速回転時の回転電機への電力供給が容易となる。さらにリラクタンストルクを大きくすることで磁石量を少なくできる効果がある。希土類永久磁石は価格が高いので使用磁石量を少なくできることは経済的な観点でも望ましい。

上記固定子巻線は誘導型回転電機や永久磁石型回転電気に適用可能であり、これらの回転電機に使用することで、生産し易い、また信頼性の高い回転電機を得ることができる。またスロットの周方向に一つの導体を有していることで、トルク脈動を低減できると共に生産性の優れた回転電機をえることができる。上述の実施形態では、複数回周回するコイルを連続した導体で生産可能であり、接続点の少ない生産性の優れた回転電機を得ることができる。

電動機の側面断面図である。 回転子の断面を斜視図にしたものである。 電動機における各部品の斜視図である。 電気接続を説明するためのシステム図である。 固定子巻線により発生する回転磁界の状態を示す図である。 回転子の回転速度が固定子鉄心で発生する回転磁界の回転速度より遅い場合の磁束の様子を示す図である。 固定子の斜視図である。 固定子巻線を構成するための連続した１本分のコイルの斜視図である。 １相分のコイルの斜視図である。 固定子の正面図である。 固定子の側面図である。 固定子巻線の結線図である。 固定子のスロット番号と固定子巻線を構成するコイルの関係を示す図である。 第１実施形態の製造工程を示すフローチャートである。 第１実施形態において小判形状のコイルを成形する方法を説明する図である。 第１実施形態において小判形状のコイルを更に加圧成形している状態の斜視図である。 第１実施形態の方法で予備成形されたコイルの斜視図である。 第１実施形態の方法で予備成形されたコイルをさらに変形させた側面図である。 第１実施形態の方法で予備成形されたコイルを固定子鉄心のスロット内に装着した状態の斜視図である。 第１実施形態で用いる内側治具の押し出し部が退出している状態を説明する斜視図である。 第１実施形態で用いる内側治具の押し出し部が突出している状態を説明する斜視図である。 第１実施形態においてティースサポート治具を装着した固定子鉄心の図中上側部分を切り取った状態の断面斜視図である。 第１実施形態において予備成形されたコイルを固定子鉄心のスロット内に装着し、更に内側治具及びサポート治具を装着した状態の図である。 第１実施形態において押圧治具を装着した状態の部分断面斜視図である。 第１実施形態の方法で仮成形を行った固定子の斜視図である。 第１実施形態の挿入工程におけるコイルの周回部分の変形を示す図である。 第１実施形態の方法でコイルが固定子鉄心のスロット内に挿入された状態の斜視図である。 第１実施形態の方法で製造した固定子のコイルエンドを拡大した斜視図である。 第１実施形態の方法で製造した固定子の正面断面図である。 第２実施形態のコイルにおける周回部分の対の巻き方を簡略化して表示したものである。 第２実施形態における予備成形方法を説明した図である。 第２実施形態の予備成形方法を用いて成形したコイルの斜視図である。 第３実施形態の特徴となる配置工程から挿入工程までの製造工程を示すフローチャートである。 第３実施形態で用いるスライド治具にコイルを配置した状態の斜視図である。 第３実施形態で用いるスライド治具をスライドさせてコイルの周回部分を略亀甲形状に成形している状態の斜視図である。 第３実施形態で用いるスライド治具における固定溝の部分を拡大した斜視図である。 図３６における一方側の固定溝を傾斜させた状態の斜視図である。 第３実施形態において内側治具に略亀甲形状のコイル成形体を巻き付けている状態の斜視図である。 第３実施形態においてコイルを装着した内側治具を固定子鉄心内に配置する状態の斜視図である。 第３実施形態の挿入工程を行った状態の斜視図である。 第３実施形態において内側治具を取出している状態の斜視図である。 第４実施形態においてコイル対同士を繋ぐ渡り線を接続することを示す図である。 第５実施形態の固定子の斜視図である。 第６実施形態の固定子の斜視図である。 永久磁石回転電機の断面図である。 図４５に示す固定子および回転子のＡ−Ａ断面である。 本発明の一実施例をなすコイル形状を示す断面図である。 固定子の組立工程を示す説明図である。 本発明の一実施例をなす絶縁材料の固着工程を示す説明図である。 その他の実施例のコイル形状を示す断面図である。 その他の実施例の絶縁材料の固着工程を示す説明図である。 その他の実施例の絶縁材料の固着工程を示す説明図である。 その他の実施例の絶縁材料を示す説明図である。

符号の説明

４ 固定子
５ 回転子
７ａ，７ｂ ボールベアリング（軸受）
１６ 固着ヘッド
１９，３６ 内側治具
２０ サポート部材
２１ ティースサポート治具
２３ 押圧治具
３５ スライド治具
１９１，３６１ 外周側開口溝
１９３，３６３ 押し出し部材
３５１ 固定溝（固定部）
４１１ スロット
４１２ 固定子鉄心
４１３ 固定子コイル
４１６ 保持部材
４２１ 素線
４２２ 絶縁材料
４１３１ コイルの周回部分
４１３２ 渡り線
４１３３ 直線部分
４２２１ 重ね合せ部

Claims (3)

1. コイルを複数回周回させることにより巻線を構成するステップと、
   周回された前記コイルの対向する部分をそれぞれ熱可塑性の絶縁体で束ねて固定するステップと、
   前記絶縁体で束ねられた前記コイル部分の少なくとも一部を固定子のスロットに挿入するステップと、
   前記コイルの前記スロット挿入部分とは異なる部分を引っ張って、当該スロットとは異なる他のスロットに挿入するステップと、
   を有し、
   前記周回された前記コイルの対向する部分をそれぞれ絶縁体で束ねて固定するステップにおいて、前記絶縁体が前記コイルを周回したそれぞれの端部同士が互いに重なり合う重ね合わせ部を設けて前記コイルに巻回され、前記重ね合わせ部に熱を加えて前記端部同士を溶着され、
   前記コイルの前記スロット挿入部分とは異なる部分を引っ張って、当該スロットとは異なる他のスロットに挿入するステップにおいて、前記コイルが、巻線された形状から、前記他のスロット内に挿入するための形状に変形される回転電機の製造方法。
2. 請求項１に記載の回転電機の製造方法であって、
   前記コイルの前記巻線された形状が小判形状であり、前記他のスロット内に挿入するための形状が略亀甲形状である回転電機の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機の製造方法であって、
   前記コイルの前記スロット挿入部分とは異なる部分を引っ張って、当該スロットとは異なる他のスロットに挿入するステップにおいて、
   前記コイルが変形された後、前記コイルは前記スロットでは固定子側に配置され、前記他のスロットでは回転子側に配置されている回転電機の製造方法。

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