(57)【要約】  回転電機の巻線構造は、スロットを有するコアと、互いに交差させて組み合わされた第一巻線と第二巻線からなるコイルとを備える。前記コイルの各直線部は、ある間隔をもった２つのスロットのいずれかに挿入されて、前記コイルが前記コアに組み付けられる。
2012039201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の巻線構造であって、
スロットを有するコアと、
互いに交差させて組み合わされた第一巻線と第二巻線からなるコイルとを備え、
前記コイルの各直線部は、ある間隔をもった２つのスロットのいずれかに挿入されて、前記コイルが前記コアに組み付けられる、
巻線構造。
【請求項２】
前記コイルにおいて、前記第一巻線と前記第二巻線のコイルエンド部は、それぞれ、前記回転電機の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部と、前記回転電機の半径方向に屈曲する第二クランク形状部を備え、
前記第一巻線の前記第一クランク形状部は、前記第二巻線の前記第二クランク形状部に嵌めこまれて交差し、前記第一巻線の前記第二クランク形状部は、前記第二巻線の前記第一クランク形状部に嵌めこまれて交差する、
請求項１に記載の巻線構造。
【請求項３】
他のコイルをさらに備え、
前記コイルの第一巻線は、コイルエンド部において、前記他のコイルの第二巻線と重なり、
前記コイルの第二巻線は、コイルエンド部において、前記他のコイルの第一巻線と重なる、
請求項１に記載の巻線構造。
【請求項４】
請求項２に記載の巻線構造を備える回転電機。
【請求項５】
前記コイルが前記コアのスロットに巻かれる巻線ピッチが２である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記コイルエンド部における前記第一巻線と前記第二巻線の交差する回数が２回である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記コアのスロット数が、前記回転電機の磁極数の２倍から３倍である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転電機の相数は５相であり、前記コアのスロット数と回転電機の磁極数が、５：２の比率であるか、もしくは、前記回転電機の相数は３相であり、前記コアのスロット数と回転電機の磁極数が、３：１の比率である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項９】
前記第一巻線と前記第二巻線が整列巻で巻かれている、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記第一巻線と前記第二巻線を構成する導線の断面形状が略矩形形状である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記第一巻線と前記第二巻線がα巻で巻かれている、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記第一巻線と前記第二巻線が、前記スロット内で接続されている、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記第一巻線と前記第二巻線の巻数が非整数であり、各巻線の２つの引き出し線が、両側のコイルエンド部に位置する、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記第一巻線と前記第二巻線は、片側のコイルエンド部において、直列に接続される、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記コアの歯部の根元に切欠き部を備える、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記コアの歯部が先細り形状である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１７】
回転電機の製造方法であって、
第一巻線と第二巻線を形成する第一工程と、
前記第一巻線と前記第二巻線を交差させることにより組み合わせてコイルを作製する第二工程と、
前記コイルをコアのスロットに挿入して、前記コアに組み付ける第三工程とを含む、
製造方法。
【請求項１８】
前記第三工程において、前記コイルが複数個作成され、全てのコイルがそれぞれ同時に前記コアの対応するスロットに挿入されて、同時に前記コアに組み付けられる、
請求項１７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線構造及び回転電機に関する。特に、本発明は、分布巻きの巻線構造を有する回転電機（電動機又は発電機）のコイルエンドの小型化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、ＪＰ４２３４７４９Ｂは、回転電機の分布巻き巻線構造を開示する。この巻線構造は、導線が両側面を重ね合わせて巻かれた整列巻きの巻線を有する。各相の巻線は、コイルエンド部においてクランク形状の部分を有し、クランク形状の部分は、互いに幅方向に近接するように配置される。また、各相の巻線は、回転電機の固定子鉄芯の複数のスロットを跨いで巻かれる。
【発明の概要】
【０００３】
しかしながら、ある巻線が、クランク形状を含む非常に狭い領域で、隣接する巻線へ乗り上げ、潜り込む。このため、巻線は大きな変形を強いられる。変形量を減らすためクランク形状を大きくすると、結局、コイルエンドの小型化が困難になる。
【０００４】
本発明は、上記のような問題を鑑み、分布巻きの巻線構造を有する回転電機のコイルエンドを小型化することを目的とする。
【０００５】
本発明のある態様に係る回転電機の巻線構造は、スロットを有するコアと、互いに交差させて組み合わされた第一巻線と第二巻線からなるコイルとを備える。前記コイルの各直線部は、ある間隔をもった２つのスロットのいずれかに挿入されて、前記コイルが前記コアに組み付けられる。
【０００６】
この発明の詳細は、他の特徴及び利点と同様に、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、回転電機の軸方向に沿った断面図である。
【図２】図２は、回転電機の固定子の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、コイルの一例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、コイルの他の例を示す斜視図である。
【図４】図４は、固定子の一部を円周方向に沿って展開した部分展開図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第一巻線又は第二巻線の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第一巻線又は第二巻線の側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第一巻線又は第二巻線の断面図である。
【図６】図６は、固定子の一部断面図である。
【図７】図７は、回転電機の巻線回路図である。
【図８Ａ】図８Ａは、固定子の製造方法の第一工程を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、固定子の製造方法の第二工程を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、固定子の製造方法の第三工程を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、巻線体が配置された固定子を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、複数のコイルの一方の直線部が同時にスロットに挿入された状況を示す端面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、完成後の固定子の端面図である。
【図１０】図１０は、従来の一般的な分布巻の巻線に整列巻を適用した巻線構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下では図面を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。
【０００９】
図１は、実施形態に係る巻線構造を有する回転電機の軸方向における概略断面図を示す。回転電機は、電動機又は発電機又はその両方として機能する。
【００１０】
回転電機１は、固定子（ステータ）２、固定子２と同軸的に配置される回転子（ロータ）３、固定子２と回転子３とを収容するケース４とを備える。固定子２と回転子３は略円環状の形状を有し、固定子２は回転子３の外周を包囲して配置される。回転子３は、中心部に回転軸５が取り付けられ、回転軸５は、軸受６を介してケース４に回転可能に支持される。これにより、回転子３は、ケース４に固定された固定子２に対して回転可能である。
【００１１】
回転子３は周方向に等間隔に配置された複数の永久磁石７を有する。回転子３は、固定子２の巻線体１１から与えられる回転磁束によって発生する永久磁石の反力により、回転軸５を中心に回転する。
【００１２】
図２は、固定子２の斜視図を示す。固定子２は、略円環状の固定子鉄心１０と、固定子鉄心（固定子コア）１０の内周部に取り付けられた巻線体１１を備える。固定子鉄心１０は、略円環状の本体部１０ａと、本体部１０ａから半径方向に突出する複数の歯部（ティース）１０ｂを備える。隣接する歯部１０ｂの間には、巻線体１１を収容するスロット１２が形成される。複数の歯部１０ｂは、所定の角度間隔で周方向に配置される。複数のスロット１２も、所定の角度間隔で周方向に配置される。
【００１３】
巻線体１１は、スロット１２に対して分布巻きされた複数のコイル１４から構成される。複数のコイル１４は、各相のコイル１４からなる。
【００１４】
図３Ａと図３Ｂは、個々のコイル１４を示す斜視図である。図４は、略円環状の固定子２を円周方向に沿って展開した部分展開図である。
【００１５】
図３Ａと図３Ｂのように、コイル１４は、第一巻線１５と第二巻線１６の対からなる。第一巻線１５と第二巻線１６は、それぞれの導線３０を接続部３５で接続して、一つのコイル１４を構成する。導線３０は、銅線などの金属線である。第一巻線１５の上側と下側のコイルエンド部１５ａ、１５ｂは、それぞれ、回転電機１の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部１５ａＡ、１５ｂＡを有する。また、第一巻線１５の上側と下側のコイルエンド部１５ａ、１５ｂは、それぞれ回転電機１の半径方向に屈曲する第二クランク形状部１５ａＢ、１５ｂＢを有する。なお、コイルエンド部は、固定子鉄心１０（歯部１０ｂ）の軸方向端面上に位置する巻線の部分である。
【００１６】
また、第二巻線１６の上側と下側のコイルエンド部１６ａ、１６ｂは、それぞれ回転電機１の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部１６ａＡ、１６ｂＡを有する。第二巻線１６の上側と下側のコイルエンド部１６ａ、１６ｂは、それぞれ回転電機１の半径方向に屈曲する第二クランク形状部１６ａＢ、１６ｂＢを有する。
【００１７】
図３Ａと図３Ｂの点線のリングで示すように、第一巻線１５の第一クランク形状部１５ａＡ、１５ｂＡと第二クランク形状部１５ａＢ、１５ｂＢは、それぞれ第二巻線１６の第二クランク形状部１６ａＢ、１６ｂＢと第一クランク形状部１６ａＡ、１６ｂＡとに対して、嵌めこまれて交差する。即ち、第一巻線１５の回転軸方向に曲がる第一クランク形状部１５ａＡ、１５ｂＡと第二巻線１６の半径方向に曲がる第二クランク形状部１６ａＢ、１６ｂＢが対向して交差する。第一巻線の１５の半径方向に曲がる第二クランク形状部１５ａＢ、１５ｂＢと第二巻線１６の回転軸方向に曲がる第一クランク形状部１６ａＡ、１６ｂＡが対向して交差する。
【００１８】
この構成により、ある巻線が、非常に狭い領域で、隣接するスロットに組みつけられている巻線への乗り上げと潜り込みの両方を行うことがなくなる（図４、図９Ｂ参照）。このため、巻線は大きな変形を受けず、従来技術に比較して、コイルエンドの小型化ができる。また、コイルエンド部をスロットから大きく離す必要がないため、従来技術や普通の分布巻に比べ、大幅なコイルエンドの小型化が可能である。
【００１９】
図４のように、第一と第二のクランク形状部の存在により、あるコイル１４（第一コイル）の第一巻線１５が、隣接する別のコイル１４’（第二コイル）の第一巻線１５’のコイルエンド部に潜り込みながらスロットに入る。逆に、この隣接するコイル１４’の第二巻線１６’が、コイル１４の第二巻線１６のコイルエンド部に潜り込みながらスロットに入る。
【００２０】
さらに、あるコイル１４の第一巻線１５は、歯部１０ｂ上で、隣接するコイル１４’の第二巻線１６’と、互いに平行に延在して位置をずらして重なっている（図９Ｂも参照）。即ち、歯部１０ｂ上で、コイル１４の第一巻線１５は、回転電機１の軸方向に垂直な方向（つまり半径方向）において、隣接するコイル１４’の第二巻線１６’と接して延在する。あるコイル１４の第二巻線１６は、歯部１０ｂ上で、隣接するコイル１４’の第一巻線１５’と、互いに平行に延在して位置をずらして重なっている。即ち、歯部１０ｂ上で、コイル１４の第二巻線１６は、回転電機１の軸方向に垂直な方向（つまり半径方向）において、隣接するコイル１４’の第一巻線１５’と接して延在する。これにより、巻線の占積率が向上し、回転電機１の出力トルクが大きくなる。なお、巻線の占積率とは、スロット内部の導線３０（被膜含む）の総断面積を回転軸に垂直方向のスロット断面積で割ったものである。
【００２１】
コイル１４は、ある間隔をもった二つのスロットに嵌め込まれて、固定子鉄心１０に組み付けられている。即ち、第一巻線１５と第二巻線１６の直線部（コイルの直線部）は、ある間隔をもった二つのスロットのいずれかに挿入されている。ここで、一方のスロット１２ａにおいて、第一巻線１５の左側直線部１５ｃは、第二巻線１６の左側直線部１６ｃより、回転電機１の半径方向外側に位置する。他方のスロット１２ｂにおいて、第一巻線１５の右側直線部１５ｄは、第二巻線１６の右側直線部１６ｄより、回転電機１の半径方向外側に位置する。
【００２２】
コイル１４を挿入する上記二つのスロットの間隔、即ち巻線ピッチ（コイルピッチ）は、２に設定される。即ち、コイル１４（第一巻線、第二巻線）は、一つのスロットを挟む形で、互いに隣接する二つの歯部の周りに巻かれている。この場合、全ての巻線ピッチ中で、回転電機１のコイルエンドを最大限に小型化することが可能である。
【００２３】
なお、固定子鉄心１０の軸方向端面の上に位置するコイルエンドにおいて、コイル（巻線の対）の数は、巻線ピッチと同じとなる。故に、巻線ピッチが大きいと、多くの巻線の対をクランク形状部で交差させる必要があるため、固定子２の組み立て時における隙間や、クランク形状部の微妙な膨らみによって小型化の効果が弱くなる。一方、巻線ピッチが１の場合は、普通の集中巻であり交差させる必要がない。従って、巻線ピッチが２の場合、最大限に小型化できる。
【００２４】
コイルエンド部における第一巻線１５と第二巻線１６の交差の回数は、２回である。コイルピッチが２の場合、最低２回の交差があれば、あるスロットに組みつけられている巻線は、隣接するスロットに組みつけられている巻線への乗り上げと潜り込みのどちらか一方のみを行って、大きく曲がることなく巻かれる。
【００２５】
図５Ａと図５Ｂは、第一巻線１５と第二巻線１６の詳細を示す。第一巻線１５と第二巻線１６は、固定子２が円環状であるため若干形が異なるが、ほぼ同一の形状である。図５Ａが第一巻線１５に相当すると仮定すると、図５Ａの左右を反転させたものがほぼ第二巻線１６に相当する。図５Ｃは、巻線の断面を示す。
【００２６】
第一巻線１５と第二巻線１６は整列巻であり、第一巻線１５と第二巻線１６を構成する導線３０は整列している。これによりスロット内部の巻線占積率が向上する。整列巻により、スロット中の巻線占積率を、集中巻と同程度まで向上できる。なお、整列巻の巻線に第一と第二のクランク形状部を設けることで、あるコイルの第一巻線１５（又は第二巻線１６）は、別のコイルの第一巻線１５（又は第二巻線１６）のコイルエンド部に重なりながらスロットに入る（図４、図９Ａ参照）。従って、巻線が、組み付けられない無関係のスロット上を渡る場合に、このスロットを塞ぐことがないので、巻線占積率が向上する。
【００２７】
なお、従来の一般的な分布巻の巻線に整列巻を適用する場合、図１０のように、整列巻された巻線のコイルエンド部が、無関係のスロット上を渡ってこのスロットを塞ぐ。この場合、スロット内部の巻線占積率が大幅に低くなり、回転電機が大型化して損失が増大する。このため、従来の分布巻には、非整列の巻線が用いられ、コイルエンド部をスロットから大きく離すことによって、無関係のスロットが塞がれることが防止されていた。これにより、スロット内部の巻線占積率は改善されるが、巻線が非整列であるため占積率の改善には限界があり、また、コイルエンドが大きくなる。
【００２８】
図５Ａと図５Ｂのように、巻線は、α巻方式で２層に巻かれることにより、作製されている。これにより、スロット内部での巻線占積率がさらに向上できる。また、図５Ｃのように、巻線の導線（素線）３０の断面形状は、略矩形形状である。即ち、巻線の導線３０として、角線が用いられる。これにより、さらに、スロット内部での巻線占積率が向上できる。
【００２９】
巻線の巻数は非整数（端数）とし、２つの引き出し線１８の位置は、両側エンド部にそれぞれ割り振られる。これにより、巻線直線部の片側を１ターン減らして、巻線段変えなどに使用するスペースを確保できる。また、コイルエンド部の外周に余分な空間が存在するため、第一巻線と第二巻線の接続部を回転電機の両側へ分配することでこの空間を有効に活用でき、ひいてはコイルエンドが小型化できる。
【００３０】
図３Ａのように、第一巻線１５と第二巻線１６は、固定子２の片側の端面側において、それぞれの導線３０を接続部３５で直列に接続して一つのコイル１４を形成よい。これにより、コイルエンドの小型化が可能である。
【００３１】
また、図３Ｂのように、第一巻線１５と第二巻線１６がα巻により作られた場合、巻線の直線部１５ｃ、１６ｃの接続部３５おいてスロット内部で接続されてよい。接続部３５を巻線の直線部に配置することで、接続部３５がクランク形状部を構成することへの障害とならず、ひいてはコイルエンドの小型化ができる。
【００３２】
図６のように、固定子鉄心（固定子コア）１０の歯部１０ｂは、先細りの形状を有してよい。巻線の断面形状からスロット１２は略矩形形状を有するため、歯部１０ｂの形状は先細り形状となる。これにより、歯部１０ｂの根元での磁束密度が低下し、鉄損の低下につながる。
【００３３】
図７は、回転電機１の巻線回路図の一例を示す。典型的には、コイル１４の数Ｃは、磁極数をＰ、回転電機の駆動電源の相数をｍとすると、（Ｐ／２）×ｍと表わされる。又、コイル１４の数Ｃは、スロット１２の数ＳLと等しい。図７では、磁極数Ｐは８（極対数４）、相数ｍは５、スロット数ＳLは２０、巻線ピッチは２である。結線方式は、Ｙ結線で中性点（Ｎ１−Ｎ４）の数が４である４並１直方式である。５相のコイルは、駆動電源のＵＶＷＲＳ相にそれぞれ接続されている。
【００３４】
巻線の短節係数Ｋ（短節巻係数）を高くすることで、回転電機１が高いトルクを有し得る。短節係数は、スロット数をＳL、磁極数をＰ、巻線ピッチをＬとすると、数式（１）で表される。このため、スロット数ＳLは、磁極数Ｐの２倍〜３倍であることが好ましい。図７の例では、スロット数ＳLは、磁極数Ｐの２．５倍である。
【数１】
2012039201.tif 000003
【００３５】
また、分布係数（分布巻係数）を高くすることで高トルク化が可能である。主要なスロット数と磁極数の組合せのうち、巻線ピッチが２の場合に短節係数だけでなく分布係数も高くできる組み合わせは、相数が５相で、スロット数ＳLと磁極数Ｐの比率が５：２、もしくは、相数が３相で、スロット数ＳLと磁極数Ｐの比率が３：１である。
【００３６】
図８Ａ−図８Ｄは、固定子２の製造方法について説明する図である。図８Ａのように、第一工程として、図５Ａのような整列巻の第一巻線１５と第二巻線１６が、それぞれ複数個形成される。図８Ｂのように、第二工程として、第一巻線１５と第二巻線１６が組み合わされて、複数のコイル１４が作製される。
【００３７】
第二工程において、第一巻線１５と第二巻線１６は各コイルエンド部において二回交差するよう組み合わされる。第一巻線１５の第一クランク形状部は、第二巻線１６の第二クランク形状部に対して嵌めこまれる。第一巻線１５の第二クランク形状部は、第二巻線１６の第一クランク形状部に対して嵌めこまれる。
【００３８】
図８Ｃと図８Ｄのように、第三工程において、複数のコイル１４が、各々二つのスロットに挿入されて、固定子鉄心１０に組み付けられる。第四工程において、コイル１４の第一巻線１５（又は第二巻線１６）が、隣接するコイル１４’の第二巻線１６’ （又は第一巻線１５’）と歯部１０ｂ上で固定子２の半径方向に重なるように、コイル１４はスロットに押し込まれる。
【００３９】
図９Ａと図９Ｂのように、第三工程において、複数のコイル１４が同時にスロット１２に挿入されて、固定子鉄心１０に同時に組み付けられてもよい。これにより、固定子２は適切に組み立てられる。なお、コイル１４を挿入する２つのスロットは平行ではないため、片方のスロットに各コイル１４の一つの直線部を挿入後、各コイル１４を回転させながら他方のスロットに各コイル１４の他の直線部を挿入する必要がある。この回転のために必要なスペースを設けるため、歯部１０ｂの根元に切欠き部２２が設けられる。これにより、固定子鉄心１０と巻線体１１の組立が容易になる。
【００４０】
なお、上記の実施形態において、巻線構造を固定子に適用する場合を説明したが、回転子の鉄心に巻線体を設ける回転電機では、上記の巻線構造を回転子に適用することもできる。
【００４１】
実施形態によると、回転電機１の巻線構造は、スロット１２を有する鉄心（単にコアとも呼ばれる）１０と、互いに交差させて組み合わされた第一巻線１５と第二巻線１６からなるコイル１４とを備える。コイル１４の各直線部は、ある間隔をもった２つのスロット１２のいずれかに挿入されて、コイル１４が鉄心１０に組み付けられる。このため、回転電機のコイルエンド、さらに固定子（または回転子）の小型化が可能になる。
【００４２】
第一巻線１５と第二巻線１６のコイルエンド部１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、それぞれ、回転電機１の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部１５ａＡ、１５ｂＡ、１６ａＡ、１６ｂＡと、回転電機の半径方向に屈曲する第二クランク形状部１５ａＢ、１５ｂＢ、１６ａＢ、１６ｂＢを有する。第一巻線１５の第一クランク形状部１５ａＡ、１５ｂＡは、第二巻線１６の第二クランク形状部１６ａＢ、１６ｂＢに嵌めこまれて交差する。第一巻線１５の第二クランク形状部１５ａＢ、１５ｂＢは、第二巻線１６の第一クランク形状部１６ａＡ、１６ｂＡに嵌めこまれて交差する。このため、より確実に回転電機のコイルエンドが小型化できる。
【００４３】
あるコイル１４（第一コイル）の第一巻線は、コイルエンド部において他のコイル１４’（第二コイル）の第二巻線１６’と位置をずらして重なる。また、当該あるコイル１４の第二巻線１６は、コイルエンド部において当該他のコイル１４’の第一巻線１５’と位置をずらして重なる。このため、スロット内での巻線（導線）の占積率が向上して、回転電機の出力トルクが向上する。
【００４４】
コイル１４が鉄心１０のスロット１２に巻かれる巻線ピッチが２である場合、回転電機のコイルエンドを最大限に小型化することが可能である。コイルエンド部における第一巻線１５と第二巻線１６の交差する回数が２回である。これにより、第一巻線１５と第二巻線１６は、隣接するスロットに組みつけられている巻線への乗り上げと潜り込みのどちらか一方のみを行って、無駄なスペースなく巻かれる。
【００４５】
鉄心１０のスロット数が、回転電機の磁極数の２倍から３倍であるため、短節係数は高くなり、回転電機は高いトルクを有する。好適には、回転電機１の相数は５相であり、鉄心１０のスロット数と回転電機の磁極数が、５：２の比率である。または、回転電機の相数は３相であり、鉄心１０のスロット数と回転電機の磁極数が、３：１の比率であることが好ましい。これにより、分布係数が高くなり、回転電機１はさらに高いトルクを有する。
【００４６】
第一巻線１５と第二巻線１６が整列巻で巻かれているため、スロット中の導体占積率が、集中巻と同程度にまで向上できる。第一巻線１５と第二巻線１６を構成する導線３０の断面形状が略矩形形状であるため、スロット中の導体占積率がさらに向上できる。第一巻線１５と第二巻線１６がα巻で巻かれているため、スロット中の導体占積率がさらに向上できる。
【００４７】
第一巻線１５と第二巻線１６が、スロット内で接続される場合、接続部３５が巻線の直線部に配置され、クランク形状部を構成することへの障害とならない。第一巻線１５と第二巻線１６の巻数が非整数であり、各巻線の２つの引き出し線１８が、両側のコイルエンド部に位置する場合、巻線段変えなどに使用するスペースを確保できる。第一巻線１５と第二巻線１６は、片側のコイルエンド部において、直列に接続される場合、回転電機のコイルエンドの小型化が可能である。
【００４８】
鉄心１０の歯部１０ｂの根元に切欠き部２２を備えるため、固定子２の組立が容易になる。鉄心１０の歯部１０ｂが先細り形状である場合、固定子鉄心１０の鉄損が低下する。
【００４９】
回転電機１の製造方法は、第一巻線１５と第二巻線１６を形成する第一工程と、第一巻線１５と第二巻線１６を交差させることにより組み合わせてコイル１４を作製する第二工程と、コイル１４を鉄心１０のスロット１２に挿入して、鉄心１０に組み付ける第三工程とを備える。これにより、コイルエンド部、さらに固定子２（または回転子）を小型化した回転電機１を製造できる。
【００５０】
コイル１４を複数個作成して、全てのコイル１４をそれぞれ同時に鉄心１０の対応するスロット１２に挿入して、同時に鉄心１０に組み付ける。これにより、固定子２は適切に組み立てられる。
【００５１】
次に、分布巻の巻線構造を有する従来技術に係る回転電機の試作品と、実施形態に係る回転電機１の試作品の比較結果を示す。回転電機１の試作品と従来技術の回転電機の試作品の両方において、固定子の鉄心の直径と軸方向長さは同一であり、回転子は同一であり、電磁鋼板、導線（銅線）、磁石などの材料は全て同じであった。また、両試作品において、瞬時最高トルク、瞬時最大出力、最高回転数、巻線の最大電流密度は同じである。
【００５２】
鉄心に対するコイルエンドのサイズ比率は、回転電機１の試作品について２５％と小さく、従来技術の回転電機の試作品について４７％と大きい。実施形態に係る回転電機１のコイルエンドは、従来技術の回転電機のコイルエンドより小型化されていることがわかる。なお、コイルエンドのサイズ比率は、回転電機の軸方向におけるコイルエンドの長さＬＥと軸方向における鉄心の長さＬＣから、式（ＬＥ／ＬＣ）×１００％によって求められる。また、コイルエンドの小型化によって、実施形態の試作品のサイズは、従来技術の試作品のサイズに対して８５％（＝１２５／１４７×１００％）になった。
【００５３】
前述のように定義された巻線の占積率は、回転電機１の試作品について５５％と大きく、従来技術の回転電機の試作品について４５％と小さい。実施形態に係る回転電機１において、従来技術の回転電機より多くの導線が一つのスロットを通過していることがわかる。また、回転数１０，０００ｒｐｍにおいて、回転電機１の試作品の出力（出力トルク）は、従来技術の回転電機の試作品の出力（出力トルク）から３０％増加した。
【００５４】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００５５】
２０１０年９月２１日に出願された日本国特許出願２０１０−２１１１９３の全内容は引用により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2012039201.tif 000004
【図２】
2012039201.tif 000005
【図３Ａ】
2012039201.tif 000006
【図３Ｂ】
2012039201.tif 000007
【図４】
2012039201.tif 000008
【図５Ａ】
2012039201.tif 000009
【図５Ｂ】
2012039201.tif 000010
【図５Ｃ】
2012039201.tif 000011
【図６】
2012039201.tif 000012
【図７】
2012039201.tif 000013
【図８Ａ】
2012039201.tif 000014
【図８Ｂ】
2012039201.tif 000015
【図８Ｃ】
2012039201.tif 000016
【図８Ｄ】
2012039201.tif 000017
【図９Ａ】
2012039201.tif 000018
【図９Ｂ】
2012039201.tif 000019
【図１０】
2012039201.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の巻線構造であって、
スロットを有するコアと、
互いに交差させて組み合わされた第一巻線と第二巻線からなるコイルとを備え、
前記コイルの各直線部は、ある間隔をもった２つのスロットのいずれかに挿入されて、前記コイルが前記コアに組み付けられ、
前記コイルにおいて、前記第一巻線と前記第二巻線のコイルエンド部は、それぞれ、前記回転電機の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部と、前記回転電機の半径方向に屈曲する第二クランク形状部を備え、
前記第一巻線の前記第一クランク形状部は、前記第二巻線の前記第二クランク形状部に嵌めこまれて交差し、前記第一巻線の前記第二クランク形状部は、前記第二巻線の前記第一クランク形状部に嵌めこまれて交差する、
巻線構造。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
他のコイルをさらに備え、
前記コイルの第一巻線は、コイルエンド部において、前記他のコイルの第二巻線と重なり、
前記コイルの第二巻線は、コイルエンド部において、前記他のコイルの第一巻線と重なる、
請求項１に記載の巻線構造。
【請求項４】
請求項１に記載の巻線構造を備える回転電機。
【請求項５】
前記コイルが前記コアのスロットに巻かれる巻線ピッチが２である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記コイルエンド部における前記第一巻線と前記第二巻線の交差する回数が２回である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記コアのスロット数が、前記回転電機の磁極数の２倍から３倍である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転電機の相数は５相であり、前記コアのスロット数と回転電機の磁極数が、５：２の比率であるか、もしくは、前記回転電機の相数は３相であり、前記コアのスロット数と回転電機の磁極数が、３：１の比率である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項９】
前記第一巻線と前記第二巻線が整列巻で巻かれている、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記第一巻線と前記第二巻線を構成する導線の断面形状が略矩形形状である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記第一巻線と前記第二巻線がα巻で巻かれている、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記第一巻線と前記第二巻線が、前記スロット内で接続されている、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記第一巻線と前記第二巻線の巻数が非整数であり、各巻線の２つの引き出し線が、両側のコイルエンド部に位置する、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記第一巻線と前記第二巻線は、片側のコイルエンド部において、直列に接続される、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記コアの歯部の根元に切欠き部を備える、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記コアの歯部が先細り形状である、
請求項４に記載の回転電機。
【請求項１７】
回転電機の製造方法であって、
一方向に屈曲する第一クランク形状部と、前記一方向に垂直な方向において屈曲する第二クランク形状部とを、それぞれ有する第一巻線と第二巻線を形成する第一工程と、
前記第一巻線の前記第一クランク形状部は、前記第二巻線の前記第二クランク形状部に嵌めこまれて交差し、前記第一巻線の前記第二クランク形状部は、前記第二巻線の前記第一クランク形状部に嵌めこまれて交差するように、前記第一巻線と前記第二巻線を交差させることにより組み合わせてコイルを作製する第二工程と、
前記第一クランク形状部と前記第二クランク形状部がコイルエンド部に含まれるように前記コイルをコアのスロットに挿入して、前記コアに組み付ける第三工程とを含み、
前記コイルを前記コアに組み付けた後、前記一方向が前記回転電機の回転軸方向になり、前記一方向に垂直な方向が前記回転電機の半径方向になる、
製造方法。
【請求項１８】
前記第三工程において、前記コイルが複数個作成され、全てのコイルがそれぞれ同時に前記コアの対応するスロットに挿入されて、同時に前記コアに組み付けられる、
請求項１７に記載の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月5日(2013.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の巻線構造であって、
スロットを有するコアと、
互いに交差させて組み合わされた第一巻線と第二巻線からなるコイルとを備え、
前記コイルの各直線部は、ある間隔をもった２つのスロットのいずれかに挿入されて、前記コイルが前記コアに組み付けられ、
前記コイルにおいて、前記第一巻線と前記第二巻線のコイルエンド部は、それぞれ、前記回転電機の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部と、前記回転電機の半径方向に屈曲する第二クランク形状部を備え、
前記回転軸方向から見て、前記第一巻線の前記第一クランク形状部は、前記第二巻線の前記第二クランク形状部で交差し、前記第一巻線の前記第二クランク形状部は、前記第二巻線の前記第一クランク形状部で交差する、
巻線構造。
【請求項２】
他のコイルをさらに備え、
前記コイルの第一巻線は、コイルエンド部において、前記他のコイルの第二巻線と重なり、
前記コイルの第二巻線は、コイルエンド部において、前記他のコイルの第一巻線と重なる、
請求項１に記載の巻線構造。
【請求項３】
請求項１に記載の巻線構造を備える回転電機。
【請求項４】
前記コイルが前記コアのスロットに巻かれる巻線ピッチが２である、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記コイルエンド部における前記第一巻線と前記第二巻線の交差する回数が２回である、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項６】
前記コアのスロット数が、前記回転電機の磁極数の２倍から３倍である、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転電機の相数は５相であり、前記コアのスロット数と回転電機の磁極数が、５：２の比率であるか、もしくは、前記回転電機の相数は３相であり、前記コアのスロット数と回転電機の磁極数が、３：１の比率である、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項８】
前記第一巻線と前記第二巻線が整列巻で巻かれている、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項９】
前記第一巻線と前記第二巻線を構成する導線の断面形状が略矩形形状である、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記第一巻線と前記第二巻線がα巻で巻かれている、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記第一巻線と前記第二巻線が、前記スロット内で接続されている、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記第一巻線と前記第二巻線の巻数が非整数であり、各巻線の２つの引き出し線が、両側のコイルエンド部に位置する、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記第一巻線と前記第二巻線は、片側のコイルエンド部において、直列に接続される、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記コアの歯部の根元に切欠き部を備える、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記コアの歯部が先細り形状である、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項１６】
回転電機の製造方法であって、
一方向に屈曲する第一クランク形状部と、前記一方向に垂直な方向において屈曲する第二クランク形状部とを、それぞれ有する第一巻線と第二巻線を形成する第一工程と、
前記第一巻線の前記第一クランク形状部は、前記第二巻線の前記第二クランク形状部に嵌めこまれて交差し、前記第一巻線の前記第二クランク形状部は、前記第二巻線の前記第一クランク形状部に嵌めこまれて交差するように、前記第一巻線と前記第二巻線を交差させることにより組み合わせてコイルを作製する第二工程と、
前記第一クランク形状部と前記第二クランク形状部がコイルエンド部に含まれるように前記コイルをコアのスロットに挿入して、前記コアに組み付ける第三工程とを含み、
前記コイルを前記コアに組み付けた後、前記一方向が前記回転電機の回転軸方向になり、前記一方向に垂直な方向が前記回転電機の半径方向になる、
製造方法。
【請求項１７】
前記第三工程において、前記コイルが複数個作成され、全てのコイルがそれぞれ同時に前記コアの対応するスロットに挿入されて、同時に前記コアに組み付けられる、
請求項１６に記載の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明のある態様に係る回転電機の巻線構造は、スロットを有するコアと、互いに交差させて組み合わされた第一巻線と第二巻線からなるコイルとを備える。前記コイルの各直線部は、ある間隔をもった２つのスロットのいずれかに挿入されて、前記コイルが前記コアに組み付けられる。前記コイルにおいて、前記第一巻線と前記第二巻線のコイルエンド部は、それぞれ、前記回転電機の回転軸方向に屈曲する第一クランク形状部と、前記回転電機の半径方向に屈曲する第二クランク形状部を備える。前記回転軸方向から見て、前記第一巻線の前記第一クランク形状部は、前記第二巻線の前記第二クランク形状部で交差し、前記第一巻線の前記第二クランク形状部は、前記第二巻線の前記第一クランク形状部で交差する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ｄ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ｄ】
2012039201.tif 000021
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９Ａ】
2012039201.tif 000022
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９Ｂ】
2012039201.tif 000023
【国際調査報告】
2012039201.tif 000024
2012039201.tif 000025