(57)【要約】【課題】コアが有するスロットの形状とコイルを構成する導体の形状との組み合わせに関係なく、当該スロットにコイルを巻装可能な回転電機用電機子を提供する。【解決手段】コアとコイル２１とを備えた回転電機用電機子。コアは、ティース側嵌合部３５を有する複数のティース片４１と、ヨーク側嵌合部４５を有する円筒状のヨーク部３１とを備え、コイル２１は、スロット内に配置される複数のコイル辺部２２を周方向に分散配置して略円筒状に形成されるとともに、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径がヨーク部３１の内径よりも小さく形成され、ティース片４１が、互いに隣接するコイル辺部２２間に径方向に挿入可能に形成され、ヨーク側嵌合部３５とティース側嵌合部４５とは軸方向に相対移動して嵌合可能な形状を有し、これらが嵌合した状態でヨーク部３１に対して複数のティース片４１が径方向及び周方向に固定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる複数のスロットが周方向に分散配置された円筒状のコアと、前記スロットに巻装されるコイルと、を備えた回転電機用電機子であって、
前記コアは、ティース側嵌合部を有し、複数の前記スロット間に配置される複数のティース片と、前記ティース片と同数のヨーク側嵌合部を有する円筒状のヨーク部と、を備え、
前記コイルは、前記スロット内に配置される複数のコイル辺部を周方向に分散配置して略円筒状に形成されるとともに、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径が前記ヨーク部の内径よりも小さく形成され、
前記ティース片が、互いに隣接する前記コイル辺部間に径方向に挿入可能に形成され、
前記ヨーク側嵌合部と前記ティース側嵌合部とは軸方向に相対移動して嵌合可能な形状を有し、これらが嵌合した状態で前記ヨーク部に対して複数の前記ティース片が径方向及び周方向に固定されている回転電機用電機子。
【請求項２】
前記ティース側嵌合部及び前記ヨーク側嵌合部のうちのいずれか一方が嵌合凸部であるともに、いずれか他方が嵌合凹部であり、
前記嵌合凸部及び前記嵌合凹部は、それぞれ軸方向に直交する面の断面形状が軸方向全体に亘って同一であるとともに、径方向に沿った周方向凸部又は周方向凹部を少なくとも一箇所に有する請求項１に記載の回転電機用電機子。
【請求項３】
前記ティース側嵌合部が嵌合凸部であるともに、前記ヨーク側嵌合部が嵌合凹部である請求項２に記載の回転電機用電機子。
【請求項４】
前記ティース側嵌合部及び前記ヨーク側嵌合部が、径方向に波形状に延びる互いに相補的な蛇行面を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項５】
前記スロットは、径方向内側に開口する内周開口部の周方向幅が、当該内周開口部よりも径方向外側に位置するスロット内部の周方向幅よりも狭く形成され、
前記コイルを構成する線状導体は、その周方向幅が前記内周開口部の周方向幅よりも広く形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項６】
前記コアの軸方向両側の軸方向端面に当接する環状部材を備え、
前記環状部材が、全周に亘って前記ティース側嵌合部と前記ヨーク側嵌合部との間の境界面を跨いで配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項７】
前記環状部材が磁性材料により構成されている請求項６に記載の回転電機用電機子。
【請求項８】
前記ティース片における周方向両側の周方向壁部が、互いに平行に形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項９】
前記線状導体は、矩形状の断面形状を有し、
それぞれの前記スロット内に複数本の前記線状導体が径方向に並べて配置されるとともに、前記線状導体は、径方向外側に配置されるものほど周方向幅が広くかつ径方向幅が狭くなるように形成されている請求項８に記載の回転電機用電機子。
【請求項１０】
前記ヨーク部が、周方向に分割された複数の分割ヨーク片が円筒状に組み合わされて構成されている請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項１１】
前記ティース片は、当該ティース片における周方向中心部に仮想される中心面に対して対称な形状を有し、
前記分割ヨーク片は、各ティース片の前記中心面に対応する周方向位置で分割されている請求項１０に記載の回転電機用電機子。
【請求項１２】
前記ヨーク部が、周方向両側の周方向端面の間に微小隙間を有して略Ｃ字状に形成されるヨーク本体部が前記周方向端面どうしを外縁が一致するように当接させた状態で固定されて構成されている請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項１３】
前記コイルの互いに隣接する前記コイル辺部間に、複数の前記ティース片が径方向に挿入されてなる中間サブユニットと、
前記ヨーク部と、
を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の回転電機用電機子。
【請求項１４】
軸方向に延びる複数のスロットが周方向に分散配置された円筒状のコアと、前記スロットに巻装されるコイルと、を備えた回転電機用電機子の製造方法であって、
前記コアとして、ティース側嵌合部を有し、複数の前記スロット間に配置される複数のティース片と、前記ティース片と同数のヨーク側嵌合部を有する円筒状のヨーク部と、を備えたコアを用いるとともに、
軸方向に延びるコイル辺部が前記スロットの位置に対応して周方向に分散配置されるとともに、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径が前記ヨーク部の内径よりも小さくなるように、予め略円筒状に形成されたコイルを用い、
前記コイルの互いに隣接する前記コイル辺部間に複数の前記ティース片を径方向に挿入して、前記コイルと複数の前記ティース片とが一体化された中間サブユニットを形成する中間一体化工程と、
前記中間サブユニットに対して前記ヨーク部を相対的に軸方向に挿入し、前記ヨーク側嵌合部と前記ティース側嵌合部とを互いに嵌合させて複数の前記ティース片と前記ヨーク部とを一体化させる最終一体化工程と、
を備えた回転電機用電機子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に延びる複数のスロットが周方向に分散配置された円筒状のコアと、前記スロットに巻装されるコイルと、を備えた回転電機用電機子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータ（電動機）やジェネレータ（発電機）等として用いられる回転電機においては、より小さな体格でより大きな出力が可能であるものが求められる。したがって、回転電機のエネルギ効率を高めることは重要な課題の一つである。ここで、回転電機のエネルギ効率を高めるための技術としては、例えば、回転電機の電機子におけるコイルの占積率を向上させるものが従来から知られている。
【０００３】
コイルの占積率を向上させることが記載された文献として、以下の特許文献１が挙げられる。この特許文献１に記載された回転電機用電機子としてのステータでは、断面が略矩形状の角線導体を用いてコイルを構成することで占積率を向上させ、単位断面積当たりのアンペアターンを高めることで、回転電機の出力の向上を図っている。
なお、この特許文献１に記載された回転電機では、ステータのスロットはオープンスロット（径方向内側に開口する内周開口部の周方向幅が、コイルが装着される部分の周方向幅と同等以上であるスロット）とされ、連続巻きで所定形状に予備成形されたコイルは、周方向及び軸方向に変形されながら、オープンスロットの内周開口部から径方向に挿入されてスロットに巻装される。これにより、コイルをスロットに挿入した後において電気的に接続すべき箇所を減らして生産性の向上を図ることが可能とされている。
【０００４】
また、コイルの占積率を向上させることが記載された別の文献として、以下の特許文献２が挙げられる。この特許文献２に記載された回転電機用電機子としてのステータでは、細線を周方向及び径方向に積層して所定形状のコイルが形成される。このとき、スロット内における占積率を高めるべく、スロットの断面形状に応じた断面形状となるように細線が積層されて束ねられる。
なお、この特許文献２に記載された回転電機のステータでは、ステータのコアが備えるスロットが、セミオープンスロット（径方向内側に開口する内周開口部の周方向幅が、コイルが装着される部分の周方向幅よりも狭いスロット）とされている。これにより、ステータと界磁としてのロータとの間に作用する有効磁束の増大を図ることによっても、回転電機の出力の向上が図られている。ここで、この回転電機のステータでは、セミオープンスロット型のコアを用いるのに伴い、コイルが有する軸方向一方側のコイル端部において前記細線が径方向内側に屈曲されるとともに軸方向に積層された形状に予備成形される。つまり、コイルを構成する細線が径方向に延びる部位においては、細線を周方向には積層しない構成とすることで当該部分の周方向幅がスロットの径方向内側の内周開口部の幅よりも小さくされ、予備形成されたコイルは、屈曲したコイル端部の側から軸方向に挿入されてコアが有するスロットに巻装される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６７５６７号公報
【特許文献２】特許第３７９８９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された回転電機では、オープンスロットとされているためにスロットの内周開口部の周方向幅が大きく、かつ、角線導体のロータ側の表面積が大きい。したがって、ロータが回転したときに永久磁石等からの磁束が前記角線導体に到達し、そのロータ側の表面に渦電流が発生する。そのため、渦電流損が大きくなり、回転電機のエネルギ効率が却って低下する場合があるという問題があった。
【０００７】
この点、永久磁石等からの磁束が角線導体に到達する量を減少させて渦電流損を低減するためには、特許文献２に記載されたようなセミオープン型のスロットを備えたコアを用いることも考えられる。しかしながら、セミオープン型のスロットを備えたコアと角線導体により構成されるコイルとを組み合わせて回転電機を構成しようとしても、角線導体の周方向幅自体がスロットの内周開口部の周方向幅よりも広いため、特許文献１に記載されたようにコイルをスロットに径方向内側から挿入することができない。また、軸方向一方側のコイル端部を径方向内側に屈曲させた構成としても、やはり角線導体の周方向幅自体がスロットの内周開口部の周方向幅よりも広いため、特許文献２に記載されたようにコイルをスロットに軸方向に挿入することもできない。
【０００８】
このように、その製造自体に困難性があるため、セミオープンスロット型のコアと、角線導体を用いて所定形状に形成されるコイルと、を用いて回転電機を構成することはこれまで行われていなかった。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、コアが有するスロットの形状とコイルを構成する導体の形状との組み合わせに関係なく、当該スロットにコイルを巻装可能な回転電機用電機子を提供することを目的とする。特に、セミオープン型のスロットに角線導体で構成されるコイルを巻装可能な回転電機用電機子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するための、本発明に係る軸方向に延びる複数のスロットが周方向に分散配置された円筒状のコアと、前記スロットに巻装されるコイルと、を備えた回転電機用電機子の特徴構成は、前記コアは、ティース側嵌合部を有し、複数の前記スロット間に配置される複数のティース片と、前記ティース片と同数のヨーク側嵌合部を有する円筒状のヨーク部と、を備え、前記コイルは、前記スロット内に配置される複数のコイル辺部を周方向に分散配置して略円筒状に形成されるとともに、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径が前記ヨーク部の内径よりも小さく形成され、前記ティース片が、互いに隣接する前記コイル辺部間に径方向に挿入可能に形成され、前記ヨーク側嵌合部と前記ティース側嵌合部とは軸方向に相対移動して嵌合可能な形状を有し、これらが嵌合した状態で前記ヨーク部に対して複数の前記ティース片が径方向及び周方向に固定されている点にある。
【００１１】
なお、本願では、「軸方向」、「径方向」及び「周方向」の各方向は、円筒状のコアを基準として定めるものとする。このとき、各ティース片についての各方向は、各ティース片とヨーク部とが一体化された状態での方向として規定するものとする。同様に、コイルについての各方向は、コイルがスロットに巻装された状態での方向として規定するものとする。
また、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
【００１２】
上記の特徴構成によれば、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径がヨーク部の内径よりも小さく形成されているので、コイルに対してヨーク部を軸方向に相対的に挿入することができる。その際、ヨーク側嵌合部とティース側嵌合部とは軸方向に相対移動して嵌合可能な形状を有するので、コイルの互いに隣接するコイル辺部間に各ティース片を、ティース側嵌合部を径方向外側に向けて径方向に挿入した状態で、ヨーク部のヨーク側嵌合部と各ティース片のティース側嵌合部とを軸方向に相対移動させて嵌合させることにより、ヨーク部と各ティース片とを一体化することができる。よって、例えばコアが有するスロットがセミオープン型のスロットであって、かつ、コイルを構成する導体の周方向幅がスロットの径方向内側に開口する内周開口部の周方向幅よりも広い場合であっても、当該セミオープン型のスロットにコイルを巻装することができる。なお、コアが有するスロットがオープンスロットの場合にも、当然にコイルを巻装することができる。つまり、上記の特徴構成によれば、コアが有するスロットの形状とコイルを構成する導体の形状との組み合わせに関係なく、当該スロットにコイルを巻装可能な回転電機用電機子を提供することができる。
【００１３】
また、上記の構成では、ヨーク側嵌合部とティース側嵌合部とが嵌合した状態でヨーク部に対して複数のティース片が径方向及び周方向に固定されるので、ヨーク部と各ティース片とが一体化された後にティース片が径方向内側に抜け出るのを防止することができるとともに、各ティース片の周方向のぐらつきを防止して回転電機の出力が低下するのを抑制することができる。
【００１４】
なお、上記のような特徴構成は、前記スロットは、径方向内側に開口する内周開口部の周方向幅が、当該内周開口部よりも径方向外側に位置するスロット内部の周方向幅よりも狭く形成され、前記コイルを構成する線状導体は、その周方向幅が前記内周開口部の周方向幅よりも広く形成されている回転電機用電機子に適用可能な構成として特に適している。なお、ここでは、「線状導体」は、コイルの各ターンを構成する１本の線状部材としての導体を表す概念として用いている。
【００１５】
すなわち、このような構成では、線状導体の周方向幅がスロットの内周開口部の周方向幅よりも広いため、背景技術の欄でも説明したように、通常、コイルをスロットに径方向又は軸方向に相対的に挿入することは非常に困難である。しかし、そのような構成を備えた回転電機用電機子であったとしても、本発明を適用することにより、セミオープン型のスロットにコイルを適切に巻装することができる。
このとき、線状導体の周方向幅を、コイルをスロットに巻装可能な範囲内で自由に設定することができるので、線状導体の周方向幅を例えばスロットの内部における周方向幅と略等しく設定することで、コイルの占積率の向上を図ることができる。また、上記の構成では、コアが有するスロットは、セミオープン型のスロットとなっている。そのため、界磁が備える永久磁石等からの磁束がコイルを構成する線状導体の表面に到達する量を減少させることができる。よって、渦電流の発生を抑制して渦電流損を低減することができる。したがって、この構成では、コイルの占積率の向上を図りつつ、渦電流損を低減することができる回転電機用電機子を簡便に提供することができる。
【００１６】
ここで、前記ティース側嵌合部及び前記ヨーク側嵌合部のうちのいずれか一方が嵌合凸部であるともに、いずれか他方が嵌合凹部であり、前記嵌合凸部及び前記嵌合凹部は、それぞれ軸方向に直交する面の断面形状が軸方向全体に亘って同一であるとともに、径方向に沿った周方向凸部又は周方向凹部を少なくとも一箇所に有する構成とすると好適である。
【００１７】
この構成によれば、ティース側嵌合部及びヨーク側嵌合部を、嵌合凸部と嵌合凹部との組み合わせにより適切に形成することができる。また、嵌合凸部及び嵌合凹部が、径方向に沿った周方向凸部又は周方向凹部を少なくとも一箇所有することにより、ヨーク部と各ティース片とが一体化された後にティース片が径方向内側に抜け出るのを防止することができるとともに、各ティース片の周方向のぐらつきを防止することができる。
【００１８】
また、前記ティース側嵌合部が嵌合凸部であるともに、前記ヨーク側嵌合部が嵌合凹部である構成とすると好適である。
【００１９】
この構成によれば、径方向におけるティース側嵌合部とヨーク側嵌合部との間の嵌合位置を、確実に軸方向一方側のコイルエンド部の径方向外側の端部よりも更に径方向外側とすることができる。よって、コイルエンド部の形状によらずに、互いに隣接するコイル辺部間に各ティース片が径方向に挿入された状態で、確実にヨーク部を軸方向に相対的に挿入することができる。
また、ヨーク部及び各ティース片のうち、大きい方の部材であるヨーク部に嵌合凹部、小さい方の部材である各ティース片に嵌合凸部を形成することで、これらの加工性を良好なものとすることができる。
【００２０】
また、前記ティース側嵌合部及び前記ヨーク側嵌合部が、径方向に波形状に延びる互いに相補的な蛇行面を有する構成とすると好適である。
【００２１】
この構成によれば、径方向に波形状に延びる互いに相補的な蛇行面により、ティース側嵌合部及びヨーク側嵌合部の双方に周方向凸部及び周方向凹部の双方をそれぞれ形成して、ヨーク部に対して複数のティース片を径方向及び周方向に適切に固定することができる。よって、ヨーク部と各ティース片とが一体化された後にティース片が径方向内側に抜け出るのを有効に防止することができるとともに、各ティース片の周方向のぐらつきを有効に防止することができる。
【００２２】
また、前記コアの軸方向両側の軸方向端面に当接する環状部材を備え、前記環状部材が、全周に亘って前記ティース側嵌合部と前記ヨーク側嵌合部との間の境界面を跨いで配置されている構成とすると好適である。
【００２３】
この構成によれば、環状部材が全周に亘ってティース側嵌合部とヨーク側嵌合部との間の境界面を跨いで配置されるので、各ティース片がヨーク部に対して軸方向で環状部材側に相対移動するのを規制することができる。そして、そのような環状部材をコアの軸方向両側の軸方向端面に当接して設けることで、ヨーク部と各ティース片とが一体化された後に、各ティース片が軸方向に抜け出るのを防止することができる。
【００２４】
また、前記環状部材が磁性材料により構成されている構成とすると好適である。
【００２５】
この構成によれば、コアの軸方向両端部においてコイルが発生させる磁束を有効に利用することができる。よって、回転電機のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２６】
また、前記ティース片における周方向両側の周方向壁部が、互いに平行に形成されている構成とすると好適である。
【００２７】
この構成によれば、各ティース片における径方向に直交する面の断面積が径方向全体に亘って略等しくなるので、各ティース片を通過する、界磁により発生される磁界の磁束密度の大きさを径方向に略均一とすることができる。よって、磁気飽和が生じるまでの最大磁束密度を大きくして、回転電機のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２８】
また、前記ティース片における周方向両側の周方向壁部が互いに平行に形成されている構成において、前記線状導体は、矩形状の断面形状を有し、それぞれの前記スロット内に複数本の前記線状導体が径方向に並べて配置されるとともに、前記線状導体は、径方向外側に配置されるものほど周方向幅が広くかつ径方向幅が狭くなるように形成されている構成とすると好適である。
【００２９】
各ティース片における周方向両側の周方向壁部が互いに平行に形成されている場合には、各ティース片間に形成されるスロットは、軸方向に直交する面での断面形状が、ヨーク部が位置する側である径方向外側ほど周方向幅が広くなる略台形状となる。そこで、そのようなスロット形状に合わせて、スロット内において径方向に複数本並べて配置される線状導体の周方向幅を、径方向外側に配置されるものほど広くなるように形成することで、スロット内における空隙部分を減少させ、コイルの占積率を向上させることができる。
また、この場合において、径方向外側に配置されるものほど径方向幅が狭くなるように形成することで、スロット内において径方向に複数本並べて配置される各線状導体の軸方向（通電方向に一致する）に直交する面の断面積を略等しくすることができる。よって、各線状導体における電気抵抗値を略一定にすることができるので、コイルにおいてジュール熱による発熱量が局所的に増大する等の不都合が生じるのを抑制することができる。
【００３０】
また、前記ヨーク部が、周方向に分割された複数の分割ヨーク片が円筒状に組み合わされて構成されている構成とすると好適である。
【００３１】
この構成によれば、互いに隣接するコイル辺部間に各ティース片が径方向に挿入された状態で、ヨーク部を軸方向に相対的に挿入してヨーク部のヨーク側嵌合部と各ティース片のティース側嵌合部とを嵌合させる際に、分割ヨーク片毎に挿入することができる。よって、例えば周方向全体に亘って一体的に構成されたヨーク部を軸方向に相対的に挿入する場合と比較して、挿入時の摺動抵抗を低減することができる。したがって、上述したような回転電機用電機子の製造性を向上させることができる。
【００３２】
また、前記ヨーク部が複数の分割ヨーク片で構成されている構成において、前記ティース片は、当該ティース片における周方向中心部に仮想される中心面に対して対称な形状を有し、前記分割ヨーク片は、各ティース片の前記中心面に対応する周方向位置で分割されている構成とすると好適である。
【００３３】
この構成によれば、互いに隣接する二つのティース片のティース側嵌合部の周方向に対向する面どうしの間に、分割ヨーク片を順次挿入させることにより、ヨーク部と各ティース片とを一体化させることができる。この際、挿入時の摺動抵抗を大幅に低減することができるので、回転電機用電機子の製造性を一層向上させることができる。
【００３４】
また、前記ヨーク部が、周方向両側の周方向端面の間に微小隙間を有して略Ｃ字状に形成されるヨーク本体部が前記周方向端面どうしを外縁が一致するように当接させた状態で固定されて構成されている構成とすると好適である。
【００３５】
この構成によれば、互いに隣接するコイル辺部間に各ティース片が径方向に挿入された状態で、ヨーク部を軸方向に相対的に挿入してヨーク部のヨーク側嵌合部と各ティース片のティース側嵌合部とを嵌合させる際に、微小隙間によりヨーク本体部のヨーク側嵌合部と各ティース片のティース側嵌合部との間に所定の組み付けクリアランスが存在する状態でヨーク本体部を挿入することができる。よって、例えば周方向全体に亘って一体的に構成されたヨーク部を軸方向に相対的に挿入する場合と比較して、挿入時の摺動抵抗を低減することができる。したがって、上述したような回転電機用電機子の製造性を向上させることができる。
【００３６】
なお、回転電機用電機子を構成するコアの軸方向長さが比較的長い場合には、挿入時の摺動抵抗が問題となる状況が生じやすいので、上記したような分割ヨーク片や略Ｃ字状に形成されたヨーク本体部を用いてヨーク部を構成すると、そのような不都合を回避することができるので特に有効である。
【００３７】
また、前記コイルの互いに隣接する前記コイル辺部間に、複数の前記ティース片が径方向に挿入されてなる中間サブユニットと、前記ヨーク部と、を有する構成とすると好適である。
【００３８】
この構成によれば、コイルの互いに隣接するコイル辺部間に各ティース片が径方向に挿入されてなる中間サブユニットに対してヨーク部を軸方向に相対的に挿入することで、上述したような回転電機用電機子を適切に構成することができる。
【００３９】
本発明に係る軸方向に延びる複数のスロットが周方向に分散配置された円筒状のコアと、前記スロットに巻装されるコイルと、を備えた回転電機用電機子の製造方法の特徴構成は、前記コアとして、ティース側嵌合部を有し、複数の前記スロット間に配置される複数のティース片と、前記ティース片と同数のヨーク側嵌合部を有する円筒状のヨーク部と、を備えたコアを用いるとともに、軸方向に延びるコイル辺部が前記スロットの位置に対応して周方向に分散配置されるとともに、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径が前記ヨーク部の内径よりも小さくなるように、予め略円筒状に形成されたコイルを用い、前記コイルの互いに隣接する前記コイル辺部間に複数の前記ティース片を径方向に挿入して、前記コイルと複数の前記ティース片とが一体化された中間サブユニットを形成する中間一体化工程と、前記中間サブユニットに対して前記ヨーク部を相対的に軸方向に挿入し、前記ヨーク側嵌合部と前記ティース側嵌合部とを互いに嵌合させて複数の前記ティース片と前記ヨーク部とを一体化させる最終一体化工程と、を備えた点にある。
【００４０】
上記の特徴構成によれば、予め略円筒状に形成されたコイルの互いに隣接するコイル辺部間に、各ティース片を径方向に挿入することで、中間一体化工程において、各ティース片のティース側嵌合部を径方向外側に向けて配置させた状態でコイルと各ティース片とが一体化された中間サブユニットを形成することができる。また、コイルは少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部の外径がヨーク部の内径よりも小さいので、その状態で、最終一体化工程においてヨーク部を軸方向に相対的に挿入してヨーク部のヨーク側嵌合部と各ティース片のティース側嵌合部とを互いに嵌合させることにより、ヨーク部と各ティース片とを一体化させることができる。よって、上記の特徴構成によれば、例えばコアが有するスロットがセミオープン型のスロットであって、かつ、コイルを構成する導体の周方向幅がセミオープン型のスロットの内周開口部の周方向幅よりも広い場合であっても、当該セミオープン型のスロットにコイルを巻装することができる。なお、コアが有するスロットがオープンスロットの場合にも、当然にコイルを巻装することができる。つまり、上記の特徴構成によれば、コアが有するスロットの形状とコイルを構成する導体の形状との組み合わせに関係なく、当該スロットにコイルを巻装可能な回転電機用電機子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第一の実施形態に係る回転電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】第一の実施形態に係るステータの全体構成を示す斜視図である。
【図３】第一の実施形態に係るステータの軸方向に直交する断面における断面図である。
【図４】図３における部分拡大図である。
【図５】第一の実施形態に係るヨーク部の平面図である。
【図６】第一の実施形態に係るステータの中間サブユニットの軸方向に直交する断面における断面図である。
【図７】第一の実施形態に係るステータの中間サブユニットの軸方向断面図である。
【図８】第一の実施形態に係るステータの組み付け手順の一場面を示す軸方向断面図である。
【図９】第一の実施形態に係るステータの軸方向断面図である。
【図１０】第二の実施形態に係るステータの軸方向に直交する断面における断面図である。
【図１１】第三の実施形態に係るステータの軸方向に直交する断面における断面図である。
【図１２】第四の実施形態に係るステータの軸方向に直交する断面における断面図である。
【図１３】その他の実施形態に係るヨーク部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
〔第一の実施形態〕
本発明に係る回転電機用電機子の第一の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、本発明に係る回転電機用電機子を、回転電機１のステータ２に適用した場合を例として説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機１の全体構成を示す断面図であり、図２は、本実施形態に係るステータ２の全体構成を示す斜視図である。本実施形態に係るステータ２は、コイル２１を予め略円筒形状に形成するとともに、ステータコア１１をヨーク部３１と複数のティース片４１とに分割可能に構成し、これらを組み合わせてステータ２を構成している点に特徴を有する。これにより、ステータコア１１が有するスロット１２の形状とコイル２１を構成する導体の形状との組み合わせに関係なく、当該スロット１２にコイル２１が巻装可能となっている。以下、この回転電機１の各部の構成について詳細に説明する。
【００４３】
１．回転電機の全体構成
図１に示すように、回転電機１は、ステータ２、ロータ３、及びケース５を備えている。ステータ２はコイル２１を備えており、当該コイル２１に電流を流すことで磁界を発生させることができる。本実施形態においては、このステータ２が本発明における「回転電機用電機子」に相当する。ステータ２は、ケース５の内周面に固定されている。ステータ２の構成については後に詳細に説明する。また、ステータ２の径方向内側には、永久磁石（不図示）を備えた界磁としてのロータ３が、ロータ軸４を回転軸としてステータ２に対して相対回転可能に支持されて配置されている。すなわち、本実施形態における回転電機１は、電機子としてのステータ２を備えたインナーロータ型の回転電機とされている。ケース５は、軸方向一方側に端壁５ａが設けられた円筒形状に形成されている。ケース５は軸方向他方側に開口しており、当該開口を塞ぐようにケース５にカバー６が取り付けられている。そして、ケース５の端壁５ａ及びカバー６の径方向中央部に軸受７が設けられており、ロータ３及びロータ軸４は軸受７を介してケース５及びカバー６に対して回転可能に支持されている。
【００４４】
２．ステータの構成
図２に示すように、ステータ２は、ステータコア１１及びコイル２１を備えている。ステータコア１１は磁性材料を用いて構成されており、略円筒形状に形成されている。ステータコア１１の内周面には、その軸方向に延びる複数のスロット１２が、周方向に分散配置されて所定の周方向間隔で設けられている。本実施形態においては、このステータコア１１が本発明における「コア」に相当する。各スロット１２は、軸方向に直交する面における断面が互いに同じ断面形状に形成されている。本実施形態においては、ステータコア１１には、その全周で計４８個のスロット１２が設けられている。ステータコア１１のスロット１２には、複数相（本例ではＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相）のコイル２１が波巻・分布巻で巻装されている。
【００４５】
本実施形態においては、コイル２１は、長手方向（通電方向に等しい）に直交する面における断面形状が略矩形状の線状導体で構成されている。この線状導体を構成する材料は、例えば銅やアルミニウム等とすることができる。線状導体の表面は、樹脂等からなる絶縁被膜により被覆されている。また、コイル２１は、スロット１２内に配置されるコイル辺部２２と、異なるスロット１２に配置されるコイル辺部２２間をステータコア１１の軸方向両端部において周方向に接続するコイルエンド部２３と、を備えて構成されている。ここで、コイル２１は、各コイル辺部２２がステータコア１１の内周面に設けられた複数のスロット１２の位置に対応して周方向に所定間隔で分散配置されて、全体として略円筒状に形成されている。
【００４６】
各コイル辺部２２は、ステータコア１１のスロット１２内を軸方向に直線的に延びる導体部である。また、コイルエンド部２３は、周方向に沿って略円弧状に延びる周方向導体部２６を有し、当該周方向導体部２６における周方向の両端部で軸方向に屈曲してそれぞれ異なるスロット１２内に配置されるコイル辺部２２に連続している。本実施形態においては、ステータ２は三相交流で駆動される回転電機１に用いられるステータとされており、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相のコイル２１を備えている。なお、以下では、コイル２１を構成する各部材について、特にＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相を区別する必要がある場合には、例えば２１ｕ、２１ｖ及び２１ｗのように、各部材を示す符合の後に小文字の「ｕ」、「ｖ」及び「ｗ」を付して説明するものとする。そして、これら三相のコイル２１ｕ、２１ｖ、及び２１ｗが組み合わされた状態で、全体として略円筒状のコイル２１が形成されている。
【００４７】
本実施形態においては、図２に示すように、コイルエンド部２３では全周に亘って三相のうちの二相分の周方向導体部２６が径方向に重なって配置されている。本例では、Ｖ相コイル２１ｖを構成する周方向導体部２６ｖは、その周方向中央部に径方向の段差部を有し、周方向一方側の部位が周方向他方側の部位に対して径方向外側にオフセットされている。そして、Ｖ相コイル２１ｖを構成する周方向導体部２６ｖの周方向一方側の部位の径方向内側にはＷ相コイル２１ｗを構成する周方向導体部２６ｗの周方向他方側の部位が配置されている。また、Ｖ相コイルを構成する周方向導体部２６ｖの周方向他方側の部位の径方向外側にはＵ相コイル２１ｕを構成する周方向導体部２６ｕの周方向一方側の部位が配置されている。更に、Ｕ相コイル２１ｕを構成する周方向導体部２６ｕの周方向他方側の部位の径方向内側にはＷ相コイル２１ｗを構成する周方向導体部２６ｗの周方向一方側の部位が配置されている。
【００４８】
図３に示すように、本実施形態においては、ステータコア１１は、円筒状のヨーク部３１と複数のティース片４１とを備えて構成されている。ヨーク部３１は、その内周面側に複数の嵌合凹部３５を有している。各ティース片４１は、径方向外側に突出する嵌合凸部４５を有している。そして、嵌合凹部３５と嵌合凸部４５とが嵌合することによりヨーク部３１と複数のティース片４１とが一体化されて、ステータコア１１が構成されている。なお、ヨーク部３１と各ティース片４１とが一体化された状態で、各ティース片４１のティース本体部４３がティース１５を構成している。ティース１５は、ステータコア１１の互いに隣接するスロット１２間に軸方向に延びるように形成されている。
【００４９】
図４に示すように、各ティース片４１の径方向内側の端部には、周方向に突出して軸方向に延びる周方向突出部４２が、周方向両側に設けられている。また、各ティース片４１は、ティース本体部４３の周方向両側に、軸方向及び径方向に延在する周方向壁部４４を備えている。周方向突出部４２は、周方向壁部４４から連続してティース本体部４３と一体的に形成されている。互いに隣接するティース片４１に形成されて周方向に対向する二つの周方向突出部４２間に、スロット１２の径方向内側に開口する内周開口部１３が形成されている。本実施形態では、スロット１２の内周開口部１３の周方向幅Ｗ１が、当該内周開口部１３よりも径方向外側に位置するスロット１２の内部における最内周側の周方向幅Ｗ３よりも狭く形成されている。すなわち、本実施形態においては、ステータコア１１のスロット１２は、セミオープンスロットとされている。そのため、ロータ３が回転したときに、ロータ３が備える永久磁石からの磁束がコイル２１を構成するコイル辺部２２の表面に到達する量を減少させることができる。よって、コイル辺部２２の表面における渦電流の発生を抑制して、渦電流損を低減することができるようになっている。
【００５０】
また、本実施形態においては、各ティース片４１における周方向両側の周方向壁部４４は、互いに平行に形成されている。よって、本実施形態においては、軸方向に直交する断面におけるスロット１２の断面形状は、当該スロット１２の内部における最外周側の周方向幅Ｗ３’が最内周側の周方向幅Ｗ３よりも広い略台形状となっている。このような形状を有するそれぞれのスロット１２内には、コイル２１を構成するコイル辺部２２が径方向に複数本（本例では６本）並べて配置されている。本実施形態においては、このようなスロット１２の断面形状に対応して、それぞれのスロット１２内に径方向に複数本並べて配置されるコイル辺部２２をなす線状導体は、径方向外側に配置されるものほど周方向幅が広くなるように形成されている。これにより、スロット１２におけるコイル２１の占積率を向上させることで回転電機１のエネルギ効率の向上が図られている。
【００５１】
さらに、本実施形態においては、径方向外側に配置されるものほど径方向幅が狭くなるように形成されている。より具体的には、径方向に並べて配置されるコイル辺部２２をなす６本の線状導体の全てについて、軸方向に直交する面の断面積が略等しくなるように、その周方向幅及び径方向幅が設定されている。これにより、コイル２１に電流を流す際に、通電方向の断面積が全てのコイル辺部２２をなす線状導体について略等しくなるので、電気抵抗値を略一定にして、コイル２１においてジュール熱による発熱量が局所的に増大する等の不都合が生じることが抑制されている。
【００５２】
スロット１２とコイル辺部２２との間には、絶縁シート１８が介挿されて配置されている。これにより、これらの間の電気的絶縁性が適切に確保されている。絶縁シート１８は、例えばアラミド繊維とポリエチレンテレフタラートを貼り合わせたもの等の電気的絶縁性及び耐熱性の高い材料で形成したシート等を用いることができる。
【００５３】
ヨーク部３１は、磁性材料を用いて構成されており、図５に示すように、内周面側に周方向外側に向かって引退する複数の嵌合凹部３５を有して略円筒状に形成されている。本実施形態においては、ステータコア１１の全周に計４８個のスロット１２が設けられていることに対応して、ヨーク部３１にはその全周に計４８個の嵌合凹部３５が設けられている。なお、後述するように、ステータコア１１の全周に計４８個のスロット１２が設けられていることに対応して、ティース片４１も計４８個備えられているので、ヨーク部３１が有する嵌合凹部３５の数は、ティース片４１の数と同数となっている。これらの嵌合凹部３５は、周方向に均等に分散配置されている。
【００５４】
嵌合凹部３５は、軸方向に直交する面の断面形状が軸方向全体に亘って同一に形成されているとともに、径方向に沿った周方向凸部又は周方向凹部を少なくとも一箇所に有している。すなわち、嵌合凹部３５は、少なくとも径方向外側に向かって周方向幅が広くなる（径方向内側に向かって周方向幅が狭くなる）部位を有している。本実施形態においては、図４に示すように、嵌合凹部３５は周方向両側に径方向に波形状に延びる蛇行面を有している。これにより、嵌合凹部３５は、径方向に沿った周方向凸部及び周方向凹部の双方を有している。また、この蛇行面は、各ティース片４１の嵌合凸部４５が有する蛇行面と、互いに相補的な形状となっている。したがって、ヨーク部３１の嵌合凹部３５は、各ティース片４１の嵌合凸部４５に対して軸方向に相対移動して嵌合可能な形状となっている。本実施形態においては、この嵌合凹部３５が本発明における「ヨーク側嵌合部」として機能している。
【００５５】
また、本実施形態においては、ヨーク部３１の内径は、コイル２１の少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部２３の外径よりも大きく形成されている。言い換えれば、略円筒状に形成されるコイル２１は、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部２３の外径がヨーク部３１の内径よりも小さくなるように形成されている。これにより、ヨーク部３１は、少なくとも軸方向一方側からコイル２１に対して相対的に外挿可能な構成となっている。
【００５６】
各ティース片４１は、磁性材料を用いて構成されており、図３及び図４に示すように、径方向外側の位置に、径方向外側に向かって突出する嵌合凸部４５を有する略直方体状の小片として形成されている。本実施形態においては、ステータコア１１の全周に計４８個のスロット１２が設けられていることに対応して、計４８個のティース片４１が備えられている。上記のとおり、各ティース片４１は、その径方向内側の端部における周方向両側に、周方向に突出して軸方向に延びる周方向突出部４２を備えている。このように、各ティース片４１は、ティース本体部４３に対して径方向内側に形成された二つの周方向突出部４２と、径方向外側に形成された嵌合凸部４５と、を備えている。そして、ティース本体部４３の周方向幅Ｔ３は二つの周方向突出部４２間の周方向幅Ｔ１よりも狭く形成されており、さらに嵌合凸部４５の周方向幅Ｔ５はティース本体部４３の周方向幅Ｔ３よりも狭く形成されている。なお、ここでは、嵌合凸部４５における周方向の最大幅を当該嵌合凸部４５の周方向幅Ｔ５としている。
【００５７】
嵌合凸部４５は、軸方向に直交する面の断面形状が軸方向全体に亘って同一に形成されているとともに、径方向に沿った周方向凸部又は周方向凹部を少なくとも一箇所有している。すなわち、嵌合凸部４５は、少なくとも径方向外側に向かって周方向幅が広くなる（径方向内側に向かって周方向幅が狭くなる）部位を有している。本実施形態においては、図４に示すように、嵌合凸部４５は周方向両側に径方向に波形状に延びる蛇行面を有している。これにより、嵌合凸部４５は、径方向に沿った周方向凸部及び周方向凹部の双方を有している。また、この蛇行面は、ヨーク部３１の嵌合凹部３５が有する蛇行面と、互いに相補的な形状となっている。したがって、各ティース片４１の嵌合凸部４５は、ヨーク部３１の嵌合凹部３５に対して軸方向に相対移動して嵌合可能な形状となっている。本実施形態においては、この嵌合凸部４５が本発明における「ティース側嵌合部」として機能している。各ティース片４１は、それぞれのティース片４１における周方向中心部に仮想される中心面Ｍに対して対称な形状を有して形成されている。
【００５８】
本実施形態においては、ティース片４１のティース本体部４３の周方向幅Ｔ３は、略円筒状に形成されるコイル２１において周方向に互いに隣接して配置されるコイル辺部２２間の周方向幅よりも狭く形成されている。よって、各ティース片４１は、互いに隣接するコイル辺部２２間に径方向に挿入可能となっている。ただし、本実施形態においては、ティース片４１の二つの周方向突出部４２間の周方向幅Ｔ１はコイル辺部２２間の周方向幅よりも広くなっていることから、各ティース片４１は、互いに隣接するコイル辺部２２間に、嵌合凸部４５を径方向外側に向けた状態で径方向内側からのみ挿入可能となっている。そして、コイル２１の全周に亘って、互いに隣接して配置される全てのコイル辺部２２間に４８個のティース片４１が径方向内側から挿入された状態で、中間サブユニットＵが形成されている（図６を参照）。
【００５９】
本実施形態では、中間サブユニットＵにおいて、各ティース片４１は、嵌合凸部４５が略円筒状のコイル２１の径方向外側の端部よりも更に径方向外側に突出する状態で保持されている。そして、図３に示すように、この中間サブユニットＵに対してヨーク部３１が固定一体化されている。つまり、軸方向に相対移動して嵌合可能な形状を有する、中間サブユニットＵにおいて径方向外側に突出する各ティース片４１の嵌合凸部４５とヨーク部３１の内周面側に形成される複数の嵌合凹部３５とが嵌合した状態で、ヨーク部３１に対して複数のティース片４１が一体化されて、それぞれ径方向及び周方向に固定されている。なお、これらは、ヨーク部３１の軸方向両側の端面と各ティース片４１の軸方向両側の端面とがそれぞれ同一平面上に位置する状態で固定されており、この状態でステータ２が構成されている。
【００６０】
図２及び図９に示すようにステータコア１１の軸方向両側には、環状部材５１が設けられている。環状部材５１は、ステータコア１１を構成するヨーク部３１及び各ティース片４１の軸方向端面に当接した状態で配置されている。また、環状部材５１（図４において二点鎖線で示している）は、ステータコア１１の全周に亘って、ヨーク部３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５との間のそれぞれの境界面のうち、径方向の少なくとも一箇所で、当該境界面を跨いで配置されている。本例では、ヨーク部３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５との間のそれぞれの境界面の全体を跨いで環状部材５１が配置されている。このような環状部材５１は、ヨーク部３１と各ティース片４１との間の軸方向の相対移動を規制する軸方向移動規制手段としての機能を果たす。そしてそのような環状部材５１を軸方向両側に設けることで、ヨーク部３１と各ティース片４１とが一体化された後における各ティース片４１の軸方向の抜け出しが防止されている。
【００６１】
ここで、本実施形態においては、環状部材５１は磁性材料により構成されている。本例では、環状部材５１は複数枚の円環板状の電磁鋼板を積層して構成されている。このように、磁性材料を用いて環状部材５１を形成することで、コイル２１を構成するコイル辺部２２が発生する磁束のみならず、ステータコア１１の軸方向両端部においてコイルエンド部２３が発生させる磁束をも有効に利用することができる。よって、ロータ３が備える永久磁石との間で、より大きなマグネットトルクを発生させることができるので、回転電機１のエネルギ効率を向上させることができるようになっている。
【００６２】
３．ステータの製造方法
次に、本実施形態に係るステータ２の製造方法について説明する。本実施形態に係るステータ２は、コイル成形工程、中間一体化工程、及び最終一体化工程を有し、これらの工程を経て製造することができる。以下では、これらの各工程について詳細に説明する。
【００６３】
コイル成形工程は、各相のコイル２１を予め形成する工程である。コイル成形工程では、断面形状が略矩形状の一本の線状導体を用い、所定のコイル形成用治具（不図示）を利用して、所定形状の各相のコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗが形成される。これら各相のコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗが組み合わされた状態で、軸方向に延びるコイル辺部２２がステータコア１１のスロット１２の位置に対応して周方向に分散配置された、分布巻・波巻の略円筒状のコイル２１が形成される。このとき、コイル２１における少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部２３の外径は、ヨーク部３１の内径よりも小さくなるように形成される。
【００６４】
中間一体化工程は、コイル２１と複数のティース片４１とを一体化して中間サブユニットＵを形成する工程である。図６及び図７に示すように、中間一体化工程では、コイル２１において互いに隣接するコイル辺部２２間に複数のティース片４１が径方向に挿入されて、コイル２１と複数のティース片４１とが一体化された中間サブユニットＵが形成される。各ティース片４１は、嵌合凸部４５を径方向外側に向けた状態で、略円筒状のコイル２１の互いに隣接するコイル辺部２２間に径方向内側から径方向外側に向かって挿入される。全てのティース片４１が挿入された状態で中間サブユニットＵが形成される。中間サブユニットＵにおいては、各ティース片４１は、嵌合凸部４５が略円筒状のコイル２１の径方向外側の端部よりも更に径方向外側に突出する状態で保持される。
【００６５】
最終一体化工程は、中間サブユニットＵとヨーク部３１とを一体化してステータ２を形成する工程である。図８に示すように、最終一体化工程では、中間サブユニットＵに対してヨーク部３１が軸方向に相対的に挿入され、ヨーク部３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５とが互いに嵌合されて、ヨーク部３１と複数のティース片４１とが一体化される。上記のとおり、コイル２１における少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部２３の外径は、ヨーク部３１の内径よりも小さくなるように形成されている。本例では、軸方向両側のコイルエンド部２３の外径がヨーク部３１の内径よりも小さくなっている。また、ヨーク３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５とは、それぞれ軸方向に直交する面の断面形状が軸方向全体に亘って同一に形成されるとともに、互いに相補的な蛇行面を有して形成されている。よって、中間サブユニットＵに対してヨーク部３１が軸方向に相対移動する際に、ヨーク部３１とコイル２１、及び嵌合凹部３５と嵌合凸部４５とがそれぞれ干渉しない。したがって、中間サブユニットＵに対してヨーク部３１を適切に軸方向に相対的に挿入して、ステータ２を形成することが可能となっている。
【００６６】
ヨーク部３１は、当該ヨーク部３１の軸方向両側の端面と各ティース片４１の軸方向両側の端面とがそれぞれ同一平面上に位置する状態となるまで挿入される。そしてその状態で、図９に示すように、ステータコア１１の軸方向両側においてステータコア１１を構成するヨーク部３１及び各ティース片４１の双方の軸方向端面に当接させて、環状部材５１が配置される。環状部材５１は、ステータコア１１の全周に亘って、ヨーク部３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５との間のそれぞれの境界面を跨いで配置される。これにより、ヨーク部３１からの各ティース片４１の軸方向の抜け出しが防止される。以上のような工程を経てステータ２が製造される。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るステータ２では、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部２３の外径がヨーク部３１の内径よりも小さくなるように予め略円筒状に形成されたコイル２１の互いに隣接するコイル辺部２２間に、各ティース片４１が径方向に挿入される。そして、各ティース片４１の嵌合凸部４５がコイル２１のコイルエンド部２３の径方向外側の端部よりも更に径方向外側に位置するように配置された状態で、コイル２１と各ティース片４１とが一体化された中間サブユニットＵが形成される。そしてその状態で、ヨーク部３１を中間サブユニットＵに対して軸方向に相対的に挿入してヨーク部３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５とを互いに嵌合させることにより、ヨーク部３１と各ティース片４１とを一体化させることができる。
【００６８】
つまり、本実施形態に係るステータ２では、少なくとも軸方向一方側のコイルエンド部２３の外径がヨーク部３１の内径よりも小さく形成されているので、コイル２１に対してヨーク部３１を軸方向に相対的に挿入することができる。その際、ヨーク部３１の嵌合凹部３５とティース片４１の嵌合凸部４５とは軸方向に相対移動して嵌合可能な形状となっているので、コイル２１の互いに隣接するコイル辺部２２間に各ティース片４１を、ティース片４１の嵌合凸部４５を径方向外側に向けて径方向に挿入した状態で、ヨーク部３１の嵌合凹部３５と各ティース片４１の嵌合凸部４５とを軸方向に相対移動させて嵌合させることにより、ヨーク部３１と各ティース片４１とを一体化することができるのである。したがって、ステータコア１１が有するスロット１２の形状とコイル２１を構成する線状導体の形状との組み合わせに関係なく、当該スロット１２内にコイル２１を確実に巻装することができるようになっている。
【００６９】
特に、本実施形態においては、ステータコア１１が有するスロット１２がセミオープンスロットとなっており、かつ、コイル２１を構成する線状導体の周方向幅がスロット１２の内周開口部１３の周方向幅Ｗ１よりも広くなっている。そのため、仮にヨーク部３１とティース１５とが完全に一体化されたステータコア１１を用いてステータ２を構成しようとすれば、セミオープン型のスロット１２にコイル２１を巻装するのは非常に困難である。つまり、各ティース１５における周方向突出部４２とコイル２１を構成する線状導体とが干渉するため、各スロット１２に対してコイル２１を径方向にも軸方向にも挿入することができない。
これに対して、本実施形態に係るステータ２では、ステータコア１１の構成及びその組み付け手順を工夫することで、スロット１２及び線状導体の組み合わせが上記のような組み合わせであったとしても、当該スロット１２内にコイル２１を確実に巻装することができるようになっている。
【００７０】
〔第二の実施形態〕
本発明に係る回転電機用電機子の第二の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においても、本発明に係る回転電機用電機子を、インナーロータ型の回転電機１のステータ２に適用している。ただし、本実施形態においては、ステータコア１１を構成するヨーク部３１の構成が、上記第一の実施形態と相違している。以下では、本実施形態に係るステータ２について、主に上記第一の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、特に特に明記しない点については、上記第一の実施形態と同様である。
【００７１】
図１０に示すように、本実施形態においては、ヨーク部３１が、周方向に分割された複数の分割ヨーク片６１が円筒状に組み合わされて構成されている。本実施形態においては、ティース片４１の個数に対応して、計４８個の分割ヨーク片６１が円筒状に組み合わされている。また、本実施形態においても各ティース片４１は周方向中心部に仮想される中心面Ｍに対して対称な形状を有して形成されている。そして、各分割ヨーク片６１は、各ティース片４１の中心面Ｍに対応する周方向位置で分割されている。つまり、分割ヨーク片６１の周方向両側の分割面６２とティース片４１における中心面Ｍとが同一平面上に位置する状態で、ヨーク部３１が周方向に均等に分割されている。この場合、各分割ヨーク片６１は、周方向両側に径方向に波形状に延びる蛇行面を有することになる。そして、互いに隣接する分割ヨーク片６１間で周方向に対向する二つの蛇行面が組み合わされて、ヨーク側嵌合部としての嵌合凹部３５が形成される。各分割ヨーク片６１は、互いに隣接する分割ヨーク片６１どうしが周方向に対向する分割面６２を当接させて円筒状に組み合わされた状態でコアホルダ６３が相対的に外挿されて、固定一体化されている。
【００７２】
ところで、上記第一の実施形態のように、ヨーク部３１全体が一体的に形成されている場合には、ヨーク部３１を中間サブユニットＵに対して軸方向に相対的に挿入する際の、ヨーク部３１の嵌合凹部３５の内周面と各ティース片の嵌合凸部４５の外周面との間の摺動抵抗が大きくなって、軸方向に挿入し難い場合がある。このような摺動抵抗が問題となる状況は、ステータコア１１の軸方向長さが長くなるほど生じやすい。本実施形態に係るステータ２では、周方向に分割された複数の分割ヨーク片６１を組み合わせてヨーク部３１が構成されるので、中間サブユニットＵに対して分割ヨーク片６１毎に軸方向に相対的に挿入することができる。よって、ヨーク部３１全体が一体的に形成されている場合と比較して、一挿入当たりの摺動面の表面積を小さくすることができるので、挿入時の摺動抵抗を低減し、ステータ２の製造性を向上させることができるようになっている。
【００７３】
また、本実施形態では、各分割ヨーク片６１は各ティース片４１の中心面Ｍに対応する周方向位置で分割されている。このような構成では、各分割ヨーク片６１を互いに隣接する二つのティース片４１の嵌合凸部４５の周方向に対向する蛇行面どうしの間に順次挿入させることにより、各分割ヨーク片６１と各ティース片４１とを一体化させることができる。この際、一挿入当たりの摺動面の表面積を極めて小さくすることができるので、挿入時の摺動抵抗を大幅に低減し、ステータ２の製造性を一層向上させることができるようになっている。
【００７４】
本実施形態においても、ステータコア１１の軸方向両側には環状部材５１が設けられている（不図示）。環状部材５１は、ステータコア１１を構成する各分割ヨーク片６１及び各ティース片４１の軸方向端面に当接した状態で配置されている。本例では、分割ヨーク片６１と各ティース片４１との間のそれぞれの境界面の全てを跨いで環状部材５１が配置されている。このような環状部材５１は、各分割ヨーク片６１と各ティース片４１との間の軸方向の相対移動を規制する軸方向移動規制手段としての機能を果たす。そしてそのような環状部材５１を軸方向両側に設けることで、各分割ヨーク片６１と各ティース片４１とが一体化された後における各分割ヨーク片６１及び各ティース片４１の軸方向の抜け出しが防止されている。
【００７５】
〔第三の実施形態〕
本発明に係る回転電機用電機子の第三の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においても、本発明に係る回転電機用電機子を、インナーロータ型の回転電機１のステータ２に適用している。ただし、本実施形態においては、コイル２１及びステータコア１１の構成が、上記第一の実施形態と相違している。以下では、本実施形態に係るステータ２について、主に上記第一の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、特に特に明記しない点については、上記第一の実施形態と同様である。
【００７６】
本実施形態においては、図１１に示すように、同じ相のコイル２１を構成する２本のコイル辺部２２は、周方向に間隔を空けずに互いに隣接して配置されている。また、互いに異なる相のコイル２１を構成する２本一組のコイル辺部２２は、周方向に所定の間隔を空けて隣接して配置されている。このときの所定の周方向間隔は、各ティース片４１のティース本体部の周方向幅Ｔ３に略等しい。
【００７７】
このようなコイル２１の形状に対応して、本実施形態においては、ステータコア１１が有するスロット１２の個数が上記第一の実施形態よりも少なくなっている。つまり、上記の形状を有するコイル２１では、周方向に隣接配置される同じ相のコイル２１を構成する２本１組のコイル辺部２２は、１つのスロット１２内にまとめて配置されるため、ステータコア１１が有するスロット１２の個数は、上記第一の実施形態の半分となっている。具体的には、ステータコア１１には、その全周で計２４個のスロット１２が設けられている。また、これに対応して、ティース片４１の個数も計２４個となっている。なお、ティース片４１のティース本体部４３の周方向幅Ｔ３は、上記第一の実施形態の約２倍となっている。
【００７８】
このような構成のステータ２でも、上記第一の実施形態で説明した各種のメリットを享受することができる。また、本実施形態の構成では、ティース片４１の個数が上記第一の実施形態と比べて半減しているのに伴い、更に中間サブユニットＵに対してヨーク部３１を軸方向に相対的に挿入する際の摺動面の表面積が小さくなっているので、挿入時の摺動抵抗を低減し、ステータ２の製造性を向上させることができる。また、各スロット１２内において、コイル２１を構成する辺部導体２２との間に介挿して配置される絶縁シート１８の絶対量を低減することが可能となっているので、製造コストの低減が可能となっている。
【００７９】
〔第四の実施形態〕
本発明に係る回転電機用電機子の第四の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態においても、本発明に係る回転電機用電機子を、インナーロータ型の回転電機１のステータ２に適用している。ただし、本実施形態においては、ヨーク部３１と各ティース片４１との間の嵌合構造が、上記第一の実施形態と相違している。また、それに伴って予め略円筒状に形成されるコイル２１の形状も、上記第一の実施形態と一部相違している。以下では、本実施形態に係るステータ２について、主に上記第一の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、特に特に明記しない点については、上記第一の実施形態と同様である。
【００８０】
本実施形態においては、図１２に示すように、ヨーク部３１はその内周面側に径方向内側に向かって突出する複数の嵌合凸部３６を有して略円筒状に形成されている。本実施形態においては、ヨーク部３１にはその全周に計４８個の嵌合凸部３６が設けられている。ヨーク部３１が有する嵌合凸部３６の数は、ティース片４１の数と同数となっている。これらの嵌合凸部３６は、周方向に均等に分散配置されている。本実施形態においては、嵌合凸部３６は周方向両側に径方向に波形状に延びる蛇行面を有している。これにより、嵌合凸部３６は、径方向に沿った周方向凸部及び周方向凹部の双方を有している。また、この蛇行面は、各ティース片４１の嵌合凹部４６が有する蛇行面と、互いに相補的な形状となっている。したがって、ヨーク部３１の嵌合凸部３６は、各ティース片４１の嵌合凹部４６に対して軸方向に相対移動して嵌合可能な形状となっている。本実施形態においては、この嵌合凸部３６が本発明における「ヨーク側嵌合部」として機能している。
【００８１】
各ティース片４１は、図１２に示すように、径方向外側の位置に、径方向内側に向かって引退する嵌合凹部４６を有する略直方体状の小片として形成されている。本実施形態においては、計４８個のティース片４１が備えられている。各ティース片４１は、その径方向内側の端部における周方向両側に、周方向に突出して軸方向に延びる周方向突出部４２を備えている。このように、各ティース片４１は、ティース本体部４３に対して径方向内側に形成された二つの周方向突出部４２と、径方向外側に形成された嵌合凹部４６と、を備えている。そして、ティース本体部４３の周方向幅Ｔ３は二つの周方向突出部４２間の周方向幅Ｔ１よりも狭く形成されている。
【００８２】
本実施形態においては、嵌合凹部４６は周方向両側に径方向に波形状に延びる蛇行面を有している。これにより、嵌合凹部４６は、径方向に沿った周方向凸部及び周方向凹部の双方を有している。また、この蛇行面は、ヨーク部３１の嵌合凸部３６が有する蛇行面と、互いに相補的な形状となっている。したがって、各ティース片４１の嵌合凹部４６は、ヨーク部３１の嵌合凸部３６に対して軸方向に相対移動して嵌合可能な形状となっている。本実施形態においては、この嵌合凹部４６が本発明における「ティース側嵌合部」として機能している。
【００８３】
本実施形態においても、各ティース片４１は互いに隣接するコイル辺部２２間に、嵌合凹部４６を径方向外側に向けた状態で径方向内側から挿入可能となっている。そして、コイル２１の全周に亘って、互いに隣接して配置される全てのコイル辺部２２間に４８個のティース片４１が径方向内側から挿入された状態で、中間サブユニットＵが形成されている。本実施形態に係る中間サブユニットＵにおいては、各ティース片４１の「ティース側嵌合部」は嵌合凹部４６として形成されているので、当該嵌合凹部４６は、略円筒状のコイル２１の径方向外側の端部よりも径方向内側に位置する状態で保持されている。そのため、この中間サブユニットＵに対してヨーク部３１を軸方向に相対的に挿入して固定一体化することを可能とするべく、コイル２１の軸方向一方側（ヨーク部３１の内径よりもその外径が小さい側）のコイルエンド部２３が径方向内側に屈曲された形状を有している。
【００８４】
つまり、図１２に一点鎖線で示すように、各相のコイル２１を構成するコイルエンド部２３は、径方向に延びる径方向導体部２５と周方向に延びる周方向導体部２６とを備えて構成されている。径方向導体部２５は、スロット１２内に配置されるコイル辺部２２から連続して、ステータコア１１の軸方向外側で径方向外側から径方向内側に向かって延びる導体部である。周方向導体部２６は、異なるスロット１２内に配置されるコイル辺部２２から連続する二つの径方向導体部２５間に連続して周方向に延びる導体部である。周方向導体部２６は、少なくともヨーク部３１の嵌合凸部３６の径方向内側の端部よりも径方向内側に配置されている。本例では、周方向導体部２６は、各ティース片４１の径方向内側の端部よりも更に径方向内側に配置されている。
【００８５】
コイル２１の形状をこのような形状としたことにより、中間サブユニットＵに対してヨーク部３１が軸方向に相対移動する際に、ヨーク部３１の各嵌合凸部３６が、周方向導体部２６よりも径方向外側であって、周方向に互いに隣接する径方向導体部２５の間に形成される空間を通過する。よって、ヨーク部３１とコイル２１と（特に、嵌合凸部３６とコイルエンド部２３を構成する周方向導体部２６と）が干渉しない。したがって、中間サブユニットＵに対してヨーク部３１を適切に軸方向に相対的に挿入して、ステータ２を形成することが可能となっている。
【００８６】
〔その他の実施形態〕
（１）上記第一から第三の実施形態においては、ヨーク部３１の嵌合凹部３５及び各ティース片４１の嵌合凸部４５が、それぞれ周方向両側に径方向に波形状に延びる相補的な形状の蛇行面を有している場合を例として説明した。また、上記第四の実施形態においては、ヨーク部３１の嵌合凸部３６及び各ティース片４１の嵌合凹部４６が、それぞれ周方向両側に径方向に波形状に延びる相補的な形状の蛇行面を有してい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。すなわち、ヨーク部３１において「ヨーク側嵌合部」として機能する部分と各ティース片４１において「ティース側嵌合部」として機能する部分とが軸方向に相対移動して嵌合可能な形状を有し、かつ、これらが嵌合した状態でヨーク部３１に対して各ティース片４１が径方向及び周方向に固定されれば良く、その具体的形状は任意に設定することができる。
この場合において、例えば嵌合凹部３５及び嵌合凸部４５、又は嵌合凸部３６及び嵌合凹部４６が径方向の少なくとも一箇所に、互いに相補的な形状の周方向凸部及び周方向凹部の少なくとも一方を有する構成とすれば、嵌合凹部３５及び嵌合凸部４５、又は嵌合凸部３６及び嵌合凹部４６の境界面が径方向外側ほど拡径する部分を有することになるので、ヨーク部３１と各ティース片４１とが一体化された後における各ティース片４１の径方向内側への抜け出しが有効に防止される。
【００８７】
（２）上記の各実施形態においては、ステータコア１１のスロット１２が、セミオープンスロットとされてい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。すなわち、各スロット１２における内周開口部１３の周方向幅Ｗ１がスロット内部の周方向幅Ｗ３に略等しい、いわゆるオープンスロットとされた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、各ティース片４１は径方向内側の端部に周方向突出部４２を備えない構成となるので、各ティース片４１を、互いに隣接するコイル辺部２２間に嵌合凸部４５又は嵌合凹部４６を径方向外側に向けた状態で径方向外側から挿入することも可能である。
【００８８】
（３）上記の各実施形態においては、各ティース片４１における周方向両側の周方向壁部４４が互いに平行に形成されてい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。すなわち、各ティース片４１を、互いに隣接するコイル辺部２２間に嵌合凸部４５を径方向外側に向けた状態で径方向に挿入することができれば、例えばティース本体部４３における周方向幅が、径方向外側ほど狭くなるように各ティース片４１における周方向両側の周方向壁部４４を形成する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００８９】
（４）上記第二の実施形態においては、ヨーク部３１が、ティース片４１の個数に対応して周方向に計４８個に分割された分割ヨーク片６１が円筒状に組み合わされて構成されてい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。すなわち、例えば計２４個、１６個、１２個、８個、その他、の複数個に分割された分割ヨーク片６１が円筒状に組み合わされてヨーク部３１を構成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合において、ヨーク部３１が周方向に均等に分割されて各分割ヨーク片６１が同一形状に形成されていても良く、ヨーク部３１が周方向に不均等に分割されて各分割ヨーク片６１の一部又は全部が互いに異なる形状に形成されていても良い。
【００９０】
（５）上記第一、第三及び第四の実施形態においては、ヨーク部３１全体が一体的に形成されている場合を例として説明した。また、上記第二の実施形態においては、ヨーク部３１が複数の分割ヨーク片６１を円筒状に組み合わせて構成されてい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。すなわち、例えば図１３に示すように、周方向両側の周方向端面６６の間に微小隙間ｇを有して略Ｃ字状に形成されるヨーク本体部３３を用い、当該ヨーク本体部３３における周方向端面６６どうしを外縁が一致するように当接させた状態で固定してヨーク部３１を構成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成を採用すれば、互いに隣接するコイル辺部２２間に各ティース片４１が径方向に挿入された状態で、ヨーク本体部３３を軸方向に相対的に挿入してヨーク部３１の嵌合凸部３５と各ティース片４１の嵌合凹部４５とを嵌合させる際に、微小隙間ｇにより嵌合凸部３５と嵌合凹部４５との間に所定の組み付けクリアランスが存在する状態でヨーク本体部３３を挿入することができる。よって、上記第一、第三及び第四の実施形態のように周方向全体に亘って一体的に構成されたヨーク部３１を軸方向に相対的に挿入する場合と比較して、上記第二の実施形態と同様に、挿入時の摺動抵抗を低減することができる。したがって、このような構成によってもステータ２の製造性を向上させることができる。
【００９１】
（６）上記第四の実施形態においては、周方向導体部２６が、各ティース片４１の径方向内側の端部よりも更に径方向内側に配置されてい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。すなわち、周方向導体部２６は、少なくともヨーク部３１の嵌合凸部３６の径方向内側の端部よりも径方向内側に配置されていれば、中間サブユニットＵに対してヨーク部３１が軸方向に相対移動する際にヨーク部３１の嵌合凸部３６とコイルエンド部２３を構成する周方向導体部２６とが干渉しないので、例えば軸方向から見て周方向導体部２６がティース片４１の径方向内側の部分と一部重なる位置に配置された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００９２】
（７）上記の各実施形態においては、コイル成形工程において所定形状の略円筒状のコイル２１を形成し、そのコイル２１を用いてステータ２を製造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。すなわち、予め所定形状に形成された略円筒状のコイル２１を別途取得し、そのコイル２１を用いて、中間一体化工程及び最終一体化工程を経てステータ２を製造する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００９３】
（８）上記の実施形態においては、本発明に係る回転電機用電機子を、回転電機１のステータ２に適用し、回転電機１を電機子としてのステータ２を備えたインナーロータ型の回転電機とした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。すなわち、例えば本発明に係る回転電機用電機子を回転電機１の回転子に適用し、回転電機１を、電機子としての回転子を備えたアウターロータ型の回転電機とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。当然ながら、この場合であっても、上記の各実施形態において、その好適な構成例として挙げて説明したいくつかの付加的技術を組み込むことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、軸方向に延びる複数のスロットが周方向に分散配置された円筒状のコアと、前記スロットに巻装されるコイルと、を備えた回転電機用電機子に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１        回転電機
２        ステータ（電機子）
１１      ステータコア（コア）
１２      スロット
１３      内周開口部
２１      コイル
２３      コイルエンド部
３１      ヨーク部
３３      ヨーク本体部
３５      嵌合凹部（ヨーク側嵌合部）
３６      嵌合凸部（ヨーク側嵌合部）
４１      ティース片
４４      周方向壁部
４５      嵌合凸部（ティース側嵌合部）
４６      嵌合凸部（ティース側嵌合部）
５１      環状部材
６１      分割ヨーク片
６６      周方向端面
Ｕ        中間サブユニット
Ｍ        中心面
ｇ        微小隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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