(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に開口部を有するスロットが径方向に伸びて複数形成されたアウターコアと、当該アウターコアの内部に配置されるインナーコアとを有する回転電機の製造方法において、
前記アウターコアの前記スロットにコイルを巻き付けるコイル巻き付け工程と、
前記アウターコアの端面に沿って伸びるコイルのコイルエンド部を、コイルエンド移動治具により前記アウターコアの径方向内側に移動させて前記スロット内のコイルをコイルエンド部により径方向内側に移動させるコイルエンド部移動工程と、
前記コイルエンド移動治具によりコイルエンド部を前記アウターコアの径方向内側部に移動させた後に、前記スロットにスロット挿入棒材を挿入し前記スロット内に巻き付けられるコイルを前記アウターコアの径方向内側部に偏在させる工程を有し、
前記スロットの径方向外側部にコイル不存在領域を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機の製造方法において、コイルが装着される全ての前記スロットに前記コイル不存在領域を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の回転電機の製造方法において、前記コイル不存在領域に充填材を注入する充填材注入工程を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項４】
内周面に開口部を有するスロットが径方向に伸びて複数形成されたアウターコアと、当該アウターコアの内部に配置されるインナーコアとを有する回転電機の製造方法において、
前記アウターコアの前記スロットにコイルを巻き付けるコイル巻き付け工程と、
前記スロット内のコイルを径方向内側に移動させるコイル移動工程と、
前記スロット内にスロット挿入棒材を挿入し、前記スロット内に巻き付けられるコイルを前記アウターコアの径方向内側部に移動させて前記スロットの径方向外側部にコイル不存在領域を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の回転電機の製造方法において、コイルが装着される全ての前記スロットに前記コイル不存在領域を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の回転電機の製造方法において、コイルを移動することにより前記スロットの径方向外側部に形成された前記コイル不存在領域に充填材を注入する充填材注入工程を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインナーコアとインナーコアが内部に配置されるアウターコアとを有する回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や発電機として使用される回転電機は、円柱形状のインナーコアと、このインナーコアが内部に配置される円筒形状のアウターコアとを有している。回転電機にはインナーコアが回転子つまりロータとなりアウターコアが固定子つまりステータとなったインナーロータ型と、アウターコアがロータとなりインナーコアがステータとなったアウターロータ型がある。ステータにコイルが装着された形態は巻線型のステータとなり、ロータにコイルが装着された形態は巻線型のロータとなる。
【０００３】
例えば、永久磁石型の電動機には、コイルが巻き付けられる円筒形状のアウターコアをステータとし、永久磁石が設けられてアウターコアの内部に配置されるインナーコアをロータとした回転電機がある。この形態の回転電機においては、アウターコアには、その内周面に開口部を有し開口部から径方向外方に延びる複数のスロットが形成され、スロット内には巻線つまりコイルが組み込まれることになる。コイルの巻線形態としては、分布巻きと集中巻きがある。
【０００４】
近年、大出力や大トルクが必要な射出成形機の射出軸やプレス機械の加圧ラム等を駆動する電動機として、制御性能の向上や高加速動作等を目的にサーボモータを用いる需要が高められている。この種の電動機に対する要求としては、高加減速動作の特性を高めるために回転電機のロータ自体が持つイナーシャつまり慣性を小さくすることに加えて、瞬時最大トルクや瞬時最大出力をできるだけ大きくすることが求められている。回転子の半径を小さくすると、回転子をイナーシャの小さい構造とすることができるが、これに応じて回転子に取り付けられる永久磁石の総面積が小さくなるので、総磁束量を大きくとれない構造となる。このため、固定子の巻線量を大きくして短時間に電流量を大きくすることにより瞬時最大トルクを大きくする方法が採用されている。
【０００５】
巻線量を多くするには、固定子は巻線空間を大きくするために半径方向に長いスロット形状になる。
【０００６】
半径方向に長く形成された深底スロットを初めとして高い占積率で巻線をスロットに装着する場合には、コイルのパターンに応じた各スロット内部の各電線の位置は、コイルの挿入順により定まる制約に左右される。特に、インサータを用いて分布巻きでスロットにコイルを挿入する場合には、通常２回ないし３回の挿入回数によりＵ，Ｖ．Ｗ相などの各相のコイルを挿入するため、挿入順序の早いコイルに対応するスロットでは、後に挿入されるコイルによって既に挿入されたコイルが押されることになるので、既に挿入されたコイルはスロットの底側に電線が押され、スロットの入口側にはデッドスペースが生じることになる。一方、挿入順序が後になるコイルに対応するスロットでは、挿入順序の早いコイルのコイルエンド部により形成される干渉空間に邪魔されることになり、スロットの底側まで電線が押されずに、スロットの入口部分に電線が偏在し、底側にデッドスペースが生じることになる。
【０００７】
各々のスロットにおける巻線の占積率を平均化するために、特許文献１には挿入順序の早い巻線の電線断面を大きくするようにした電動機が提案されている。
【０００８】
特許文献１に記載される電動機のように、より大きい電線断面積が割り当てられたコイルにおいては、その電線径を大きくすることができるので、巻線ごとの抵抗値の差を抑制することができる。つまり、電線の配置により長い周長になるコイルには大きい断面積を割り当てて、その代わり電線径を太くして抵抗値を調整することにより、バランスの良い３相巻線を実現するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３１５２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、スロット内での電線位置による巻線特性の相違を調べてみると、スロット入口側に電線がある場合に比べてスロット底面側に電線がある場合は通常の設計内容では大半の場合は以下のようになることが判明した。まず、誘起電圧係数は同一である。これは永久磁石の磁束がティースに効率良く流れる設計となっていれば、誘起電圧係数に差が発生しないことを表している。次いで、トルク定数は同一である。これは決められたトルク成分電流を流すことができさえすれば、同じ出力トルクが期待できることを表している。さらに、スロット底面側に電線がある場合にはスロット入口側に電線がある場合に比較してコイルのインダクタンスが大きくなる傾向が発生した。すなわち、スロット入口側に電線がある場合には、コイルによる磁束がティース間で隣接ティースに漏れやすいことを表している。これはいかに良い設計にできていても、大なり小なり差がでる性質のものである。この結果、巻線の端子電圧がより高くなるため、限られた最大電圧値の制約下では出力可能限界が劣ることになる。
【００１１】
このため、駆動回路に余裕がある範囲での動作では表面化しないが、駆動回路の限界まで動作させようとすると、スロット底側に電線が偏在している状態となった固定子では不利となり、電動機の出力特性を高めることができない。特許文献１に記載される電動機においては、抵抗値の差を無くすようにしているが、インダクタンスの大小については考慮されておらず、駆動回路の限界まで動作させようとすると、不利な状態となる。
【００１２】
本発明の目的は、回転電機の小型化を図りつつ出力特性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の回転電機の製造方法は、内周面に開口部を有するスロットが径方向に伸びて複数形成されたアウターコアと、当該アウターコアの内部に配置されるインナーコアとを有する回転電機の製造方法において、前記アウターコアの前記スロットにコイルを巻き付けるコイル巻き付け工程と、前記アウターコアの端面に沿って伸びるコイルのコイルエンド部を、コイルエンド移動治具により前記アウターコアの径方向内側に移動させて前記スロット内のコイルをコイルエンド部により径方向内側に移動させるコイルエンド部移動工程と、前記コイルエンド移動治具によりコイルエンド部を前記アウターコアの径方向内側部に移動させた後に、前記スロットにスロット挿入棒材を挿入し前記スロット内に巻き付けられるコイルを前記アウターコアの径方向内側部に偏在させる工程を有し、前記スロットの径方向外側部にコイル不存在領域を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の回転電機の製造方法は、コイルが装着される全ての前記スロットに前記コイル不存在領域を形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の回転電機の製造方法は、前記コイル不存在領域に充填材を注入する充填材注入工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の回転電機の製造方法は、内周面に開口部を有するスロットが径方向に伸びて複数形成されたアウターコアと、当該アウターコアの内部に配置されるインナーコアとを有する回転電機の製造方法において、前記アウターコアの前記スロットにコイルを巻き付けるコイル巻き付け工程と、前記スロット内のコイルを径方向内側に移動させるコイル移動工程と、前記スロット内にスロット挿入棒材を挿入し、前記スロット内に巻き付けられるコイルを前記アウターコアの径方向内側部に移動させて前記スロットの径方向外側部にコイル不存在領域を形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明の回転電機の製造方法は、コイルが装着される全ての前記スロットに前記コイル不存在領域を形成することを特徴とする。本発明の回転電機の製造方法は、コイルを移動することにより前記スロットの径方向外側部に形成された前記コイル不存在領域に充填材を注入する充填材注入工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インナーコアが内部に配置されるアウターコアにはコイルが装着される複数のスロットがアウターコアの径方向に伸びて形成されており、スロットの内部には径方向内側部にコイルの局部的な電線密度が高い高密度部が形成され、径方向外側部にコイルの局部的な電線密度が低い低密度部が形成されているので、コイルによりアウターコアに生成される磁束はインナーコアに近い側にその中心が位置することになり、漏れ磁束を少なくして効率的にインナーコアと磁束が結合することになる。これにより、アウターコアの形状を変化させることなく、コイルのインダクタンスを小さくすることができ、コイルに電流を流したときに、電圧をより低くすることができる。また、駆動回路が出力可能な最大電圧において、より大きな電流での駆動が可能となる。この結果、回転側となるコアの径を小さくしても、瞬時最大トルクを大きくすることが可能となり、回転電機の小型化を図りつつ出力特性や回転速度を向上させることができる。
【００１９】
コイルが装着される全てのスロットに高密度部と低密度部とを形成すると、全てのコイルにより生成される磁束の中心をインナーコアに近い側に位置させることができ、漏れ磁束を少なくしてより効率的にインナーコアと磁束とを結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態である回転電機のアウターコアにおけるコイルの配置状態を示す概略図である。
【図２】図１の一部を示す拡大図である。
【図３】（Ａ）は本発明の回転電機のアウターコアにおける磁束の発生状況を模式的に示す概略図であり、（Ｂ）は比較例としての従来の回転電機のアウターコアにおける磁束の発生状況を模式的に示す概略図である。
【図４】図１に示したアウターコアの製造装置を示す正面図である。
【図５】図４における５−５線方向から見た巻枠治具の拡大断面図である。
【図６】図４における６−６線方向から見たコイル挿入治具の平面図である。
【図７】１相分のコイルが巻枠治具から移載された状態のコイル挿入治具を示す平面図である。
【図８】図７における８−８線方向から見たコイル挿入治具の正面図である。
【図９】１相分のコイルがアウターコアのスロットに挿入された状態におけるコイル挿入治具を示す正面図である。
【図１０】１相目のコイルがアウターコアのスロットに挿入されたときにおけるコイルの配置状態を示す概略図である。
【図１１】２相目のコイルがアウターコアのスロットに挿入されたときにおけるコイルの配置状態を示す概略図である。
【図１２】３相目のコイルがアウターコアのスロットに挿入されたときにおけるコイルの配置状態を示す概略図である。
【図１３】（Ａ）は図１０における１３Ａ−１３Ａ線方向の一部省略拡大断面図であり、（Ｂ）は図１１における１３Ｂ−１３Ｂ線方向の一部省略拡大断面図であり、（Ｃ）は図１２における１３Ｃ−１３Ｃ線方向の一部省略拡大断面図である。
【図１４】全てのコイルが挿入されてコイルエンド移動治具にセットされた状態のアウターコアを示す一部省略断面図である。
【図１５】（Ａ）はコイルエンド移動治具が組み付けられた状態のアウターコアを示す一部省略断面図であり、（Ｂ）はコイルエンド移動治具にスロット挿入棒材が挿入された状態のアウターコアを示す一部省略断面図である。
【図１６】スロットの底面側のコイル不在領域に充填材が注入された状態のアウターコアを示す一部省略断面図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態である回転電機のアウターコアにおけるコイルの配置状態を示す概略図である。
【図１８】図１７の一部を拡大して示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示される回転電機１０は、円柱形状のインナーコア１１とこのインナーコア１１が組み込まれる円筒形状のアウターコア１２とを有している。この回転電機１０はインナーコア１１が回転子つまりロータとなり、アウターコア１２が固定子つまりステータとなったインナーロータ型である。ステータコアとしてのアウターコア１２には、外周部から内周面に向けて径方向に伸びる複数のティース１３が設けられており、ティース１３の相互間にはそれぞれ径方向に伸びるスロット１４が形成されている。それぞれのスロット１４は、アウターコア１２の外周部側に形成された底面１５により径方向外方側が閉じられ、アウターコア１２の内周面に開口部１６を介して開口している。開口部１６はインナーコア１１とアウターコア１２との間の隙間１７を介してインナーコア１１の外周面に対向している。
【００２２】
それぞれのティース１３の径方向内方端部には、図２に示されるように、円周方向両側に伸びる突起１８が設けられており、円周方向に隣り合う突起１８の間が開口部１６となっている。開口部１６はスロット１４の全体の幅よりも小さい幅に設定され、開口部１６はくびれた形状となっている。くびれた部分の内側には、図２に示すように、それぞれのスロット１４にコイルが装着された後に、ウェッジ１９が組み込まれるようになっている。ウェッジ１９はアウターコア１２の軸方向の長さ寸法に対応した長さとなっており、インナーコア１１の回転中心軸Ｏに平行となって開口部１６の内側に配置されることになる。なお、図１においてはウェッジ１９は図示省略されている。また、各図において、コイルをコアから絶縁するためのスロット内絶縁物については図示が省略されている。
【００２３】
図１に示す回転電機１０におけるロータとしてのインナーコア１１には、図示しない４極分の永久磁石が組み込まれ、アウターコア１２には合計４８個のティース１３が円周方向に一定の間隔となって放射状に設けられており、この回転電機１０は４極４８スロットの３相回転電機となっている。アウターコア１２にはそれぞれのスロット１４に組み込まれる被覆電線からなるコイル２１により３相４極の複数のコイル２１が分布巻きで装着される。
【００２４】
１相１極のコイルは、円周方向に１０個のスロット１４を隔てて対をなす２つのスロット１４に装着される大コイル２１(ａ)と、この大コイル２１(ａ)がそれぞれ装着されるスロット１４の円周方向内側のスロット１４に８個のスロット１４を隔てて装着される小コイル２１(ｂ)とを有している。図１にはＵ，Ｖ，Ｗ相のいずれか１相１極分の大コイル２１(ａ)と小コイル２１(ｂ)が、大コイルについてはカッコ書きで符号ａが付され、小コイルについてはカッコ書きで符号ｂが付されて示されている。それぞれのコイル２１は跨り部つまりコイルエンド部２２を有しており、コイルエンド部２２はアウターコア１２の前後両端面に配置されることになる。コイルエンド部２２については、図１においては、１相分のコイルについてのみ符号２２が付されている。
【００２５】
スロット１４には、広く知られているように、電線を隙間なく配置することは実用上不可能であるため、各々のスロット１４内に配置される電線部分全体の断面積は、スロット１４の断面積よりも小さくなるように設定されている。したがって、電線部分全体の断面積がスロット１４の断面積に対して占有する割合つまり占積率が、基準値に従った上限値を超えないようにアウターコア１２の形状が設定されている。通常では、仮にスロット１４内の電線全体を結束した状態つまり稠密に配置することができたときに、スロット１４内に比較的大きな空間が残る程度の占積率に設定されている。これは、アウターコア１２にコイルを装着する際に、電線に傷等が発生しないようにするためである。
【００２６】
図１，図２に示すように、それぞれのスロット１４内にはアウターコア１２の径方向内方側に偏在させてコイル２１が配置されており、スロット１４の径方向内側が最も稠密となって電線が配置され、スロット１４の径方向外側、つまり底面１５側には電線が最も疎となって配置されている。図１および図２に示すように、スロット１４内にコイル２１を径方向内方側に偏在させて配置することにより、それぞれのスロット１４の底面１５側にはコイル不在領域２３が形成されている。このコイル不在領域２３の電線密度は最も疎となっている。
【００２７】
図３（Ａ）は図１および図２のアウターコア１２の一部を拡大し、コイルに電流が流れた場合のアウターコア１２における磁束の発生状況を模式的に示す概略図であり、（Ｂ）は比較例としての従来のアウターコア１２における磁束の発生状況を模式的に示す概略図である。実際の磁束線図は、図３に示す場合よりも複雑であり、回転電機の動作状況により様々な形態となるが、これらの図においては、磁束の発生状況が簡略化して示されている。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、コイル２１をアウターコア１２の径方向内方側に偏在させて配置すると、コイル２１によりアウターコア１２に生成される磁束２４は、インナーコア１１に近い側にその中心が位置することになり、効率良くインナーコア１１と結合することができる。これに対し、比較例として図３（Ｂ）に示すように、スロット１４の底面１５側にコイル２１が偏在しているスロット１４ａやスロット１４の径方向中心部にコイル２１が偏在しているスロット１４ｂにおいては、磁束はインナーコア１１から遠い側に磁束の中心が位置することになる。このため、アウターコア１２の内部でスロット１４ａ，１４ｂを横断して隣のティース１３に流れてしまう磁束２５、２６が発生してしまい、効率良くインナーコア１１と結合することができなくなる。この結果、アウターコア１２には有効に働かない磁束を変化させるための余計な電圧が発生し、インダクタンスが大きい状態が発生する。
【００２９】
本発明の回転電機１０においては、図３（Ａ）に示すように、コイル２１をアウターコア１２の径方向内方側に偏在させることにより、コイル２１を構成する電線の密度をスロット１４の径方向内側を最も稠密とし、スロット１４の径方向外側を最も疎となってコイル２１が配置される。このように、スロット１４の内部にコイル２１の局部的な電線密度の高い高密度部２７をアウターコア１２の径方向内側部つまり開口部１６に近い部分に形成し、局部的な電線密度の低い低密度部２８をアウターコアの径方向外側部つまり底面１５側に近い部分に形成したので、比較例として示す図３（Ｂ）と相違して、漏れる磁束が少なくなり、コイルのインダクタンスを小さくすることができる。これにより、コイルに電流を流したときに、電圧をより低くすることができ、駆動回路が出力可能な最大電圧において、より大きな電流での駆動が可能となる。この結果、ロータとしてのインナーコア１１の径を小さくしても、瞬時最大トルクを大きくすることが可能となり、回転電機の小型化を図りつつ出力特性を向上させることができる。
【００３０】
図４は、図１および図２に示した回転電機１０のアウターコアを製造するアウターコアの製造装置を示す正面図である。
【００３１】
このアウターコアの製造装置は、図４に示されるように、コイルを成形する巻枠治具４１と、この巻枠治具４１により成形されたコイルを回転電機のアウターコア１２に装着するインサータつまりコイル挿入治具４２とを有している。
【００３２】
巻枠治具４１は、図４に示されるように、中心軸Ｏ１を中心に回転する回転体４３を有し、この回転体４３には大コイル２１（ａ）を成形するための第１のコイル巻部４４と、小コイル２１（ｂ）を成形するための第２のコイル巻部４５とが設けられている。コイル素材としての被覆電線つまり素線４０はノズル４６から供給されるようになっており、巻枠治具４１を中心軸Ｏ１を中心に回転させながら、ノズル４６から素線４０を繰り出すとともにノズル４６を中心軸Ｏ１に沿う方向に移動させることにより、コイル巻部４４には大コイル２１（ａ）が巻線され、コイル巻部４５には小コイル２１（ｂ）が大コイル２１（ａ）に連続して巻線される。このように、巻枠治具４１を用いた巻線工程により、それぞれのコイル巻部４４，４５に素線４０が巻き付けられてコイル２１が形成される。それぞれのコイル２１は、素線４０が相互に接触した状態あるいはほぼ接触した状態となってスパイラル状に巻枠治具４１に巻き付けられた状態となる。
【００３３】
図５は、図４における５−５線方向から見た巻枠治具４１の拡大断面図である。巻枠治具４１に巻き付けられた状態のそれぞれのコイル２１はループ状となっており、大コイル２１（ａ）の巻き付け径は小コイル２１（ｂ）の巻き付け径よりも大きくなっている。なお、素線４０は図４においては１本の線で示されているのに対して、図５においては線径を誇張して２本線で示されている。
【００３４】
図６は、図４における６−６線方向から見たコイル挿入治具４２の平面図である。コイル挿入治具４２は図４に示されるように支持台５１を有し、この支持台５１には回転体５２が中心軸Ｏ２を中心に回転自在に組み込まれている。回転体５２には、それぞれ図４において上下方向に延びる５本の棒状のブレード５３が対となって取り付けられている。それぞれのブレード５３相互間には、図６に示されるように、巻枠治具４１により成形されたコイルが入り込む隙間５７が設けられている。５本のブレード５３により対をなすブレード対５４は、図６に示されるように、回転体５２の円周方向に９０度ずらして４対設けられている。それぞれのブレード５３の外側にはウェッジガイド５５が対となって設けられている。ウェッジガイド５５は図４および図６に示されるように、それぞれのブレード５３の図４における下側部分に配置されており、対をなすウェッジガイド５５相互間にはブレード５３相互間と同様にコイルが入り込む隙間５７が設けられている。
【００３５】
図４に示す巻枠治具４１により成形されたコイルは、巻枠治具４１からコイル挿入治具４２に受け渡される。この受け渡し操作は、巻枠治具４１をコイル挿入治具４２に向けて図４において下降移動させることにより行われる。ただし、コイル挿入治具４２を巻枠治具４１に向けて上昇移動させることによって受け渡し操作を行うようにしても良く、トランスファー治具を用いて受け渡し操作を行うようにしても良い。
【００３６】
図５に示されるように、巻枠治具４１にはブレード挿入孔４７が形成されている。巻枠治具４１をコイル挿入治具４２に向けて下降移動すると、相互に９０度ずれた位置の２つのブレード対５４のブレード５３がブレード挿入孔４７内に入り込むことになる。これにより、巻枠治具４１によって成形された１相１極分の大コイル２１（ａ）と小コイル２１（ｂ）は、それぞれの一方側のコイルエンド部２２がブレード５３およびウェッジガイド５５に挟持された状態となって巻枠治具４１からコイル挿入治具４２に受け渡される。図６においては、巻枠治具４１により成形された大コイル２１（ａ）と小コイル２１（ｂ）とからなる１相１極分のコイルがコイル挿入治具４２に受け渡された状態つまり移載された状態を二点鎖線で示している。１相１極分のコイルがコイル挿入治具４２に受け渡されると、コイル挿入治具４２は９０度割り出し回転される。
【００３７】
したがって、巻枠治具４１により成形された１相１極分のコイルをコイル挿入治具４２に受け渡す操作つまりコイルセット操作を、コイル挿入治具４２を割り出し回転させて４回行うことにより、１相４極分のコイルがコイル挿入治具４２に受け渡される。図７は、このようにコイルの巻線操作とコイル移載操作とが４回繰り返されてコイル挿入治具４２に１相４極分のコイルがセットされた状態を示す。
【００３８】
１台の巻枠治具４１からはコイル挿入治具４２に１相４極分のコイルをセットするようにしているので、ブレード対５４は図６および図７に示されるように、円周方向に９０度ずらして４対設けられている。それぞれのブレード対５４には円周方向に相互に隣り合った２極分のコイルがセットされるので、ブレード対５４は５つのブレード５３を有している。
【００３９】
コイル挿入治具４２にはストリッパ５６が図４において上下方向に移動自在に装着されている。図７に示すように１相４極分のコイルがコイル挿入治具４２にセットされた状態のもとで、コイル挿入治具４２のストリッパ５６により回転電機１０のアウターコア１２に対してコイル挿入操作が行われる。
【００４０】
図８は図７における８−８線方向から見たコイル挿入治具４２の正面図である。アウターコア１２はコイル挿入治具４２の上方に搬送された後に、下降移動されてそれぞれのブレード５３がアウターコア１２の内周面内に挿入される。アウターコア１２の下降移動限はウェッジガイド５５の先端がアウターコア１２の下側の端面に突き当たることにより規制される。図８において、ウェッジガイド５５に突き当てられた状態のアウターコア１２が二点鎖線で示されている。
【００４１】
この状態のもとで、ストリッパ５６を図８において上方に移動させてストリッパ５６をアウターコア１２の内周面内に挿入させる。このコイル挿入工程により、図９に示されるように、それぞれのコイル２１はスロット１４内に挿入される。図９においては、アウターコア１２に装着された大コイル２１（ａ）が示されており、小コイル２１（ｂ）は大コイル２１（ａ）よりも円周方向内側のスロット１４に装着されることになる。これにより、図１０に示されるように、例えばＵ相用のコイル２１（Ｕ）がアウターコア１２の１６個のスロット１４に挿入され、１相４極分のコイル２１のスロット１４への巻き付け工程が完了する。図１０においてはコイルエンド部２２が作図の便宜上、アウターコア１２の径方向外方に示されているが、コイルエンド部２２はアウターコア１２の端面に沿って配置されることになる。
【００４２】
図１３（Ａ）は図１０における１３Ａ−１３Ａ線方向の一部省略拡大断面図であり、スロット１４内に最初に装着されたコイル２１はスロット１４の径方向中央部に配置されることになる。コイル２１の配置状態は、Ｕ相用の大コイル２１（ａ）と小コイル２１（ｂ）のいずれも同様に径方向中央部に配置されることになる。
【００４３】
次いで、上述した巻枠治具４１に対してさらに他の１相１極分のコイル２１、例えばＶ相用のコイル２１をコイル挿入治具４２に受け渡す操作を、コイル挿入治具４２を割り出し回転させて４回行うことにより、Ｖ相用の４極分のコイル２１をコイル挿入治具４２に受け渡した後に、図８および図９に示すように、他の１６個のスロット１４内に挿入する。これにより、第２相目のコイルの巻き付け工程が完了する。このようにして、２相目のコイル２１がスロット１４に挿入された状態を示すと、図１１の通りである。この２相目のコイル２１（Ｖ）がスロット１４に挿入されると、そのコイルのコイルエンド部２２が既に挿入されていた１相分のコイル２１（Ｕ）のコイルエンド部２２を径方向外方に押し付けるので、図１１に示されるように、１相目のコイル２１（Ｕ）はスロット１４内において径方向外方にずらされて配置されることになる。
【００４４】
図１３（Ｂ）は図１１における１３Ｂ−１３Ｂ線方向の一部省略拡大断面図であり、スロット１４内に既に装着された１相目のコイル２１（Ｕ）は径方向外方に押し付けられ、新たに装着された２相目のコイル２１（Ｖ）はスロット１４の径方向内方側に位置することになる。
【００４５】
さらに、上述したコイル挿入治具４２を用いて上述した１相目のコイル２１（Ｕ）と２相目のコイル２１（Ｖ）と同様に３相目の１相４極分のコイル２１、例えばＷ相のコイル２１（Ｗ）が図８および図９に示すようにして残りの１６個のスロット１４内に挿入される。このようにして、３相目のコイル２１（Ｗ）のスロット１４内へのコイル巻き付け工程が完了した状態を示すと、図１２の通りである。この３相目のコイル２１（Ｗ）がスロット１４に挿入されると、そのコイルエンド部２２が既に挿入されていた２相目のコイル２１（Ｖ）のコイルエンド部２２を径方向外方に押し付けるので、図１２に示すように、２相目のコイル２１（Ｖ）のコイルエンド部２２が径方向外方にずらされることになる。
【００４６】
図１３（Ｃ）は図１２における１３Ｃ−１３Ｃ線方向の一部省略拡大断面図であり、スロット１４内に既に装着された２相目のコイル２１（Ｖ）は径方向外方に押し付けられ、新たに装着された３相目のコイル２１（Ｗ）はスロット１４の径方向内方側に配置されることになる。
【００４７】
このように、３回のコイル挿入操作により１台の回転電機１０のアウターコア１２に対してコイルの巻き付け工程が完了すると、先にスロット１４内に入ったコイル２１（Ｕ）のコイルエンド部２２が次に巻き付けられるコイル２１（Ｖ）のコイルエンド部２２と干渉することになり、先にスロット１４内に巻き付けられたコイル２１（Ｕ）のコイルエンド部２２が径方向外方に向けて押し付け力を受けることになる。ただし、コイルエンド部２２相互の干渉を避けるために、先にスロット１４内に入ったコイル２１を次のコイル２１の挿入に先だって予め径方向外方に向けてずらし移動させるようにしても良い。図１２に示すように、全てのコイル２１がアウターコア１２に巻き付けられた状態のもとで、スロット１４の底面１５側にコイル２１が偏在していたり、スロット１４の径方向中心部にコイル２１が偏在していたりすると、図３（Ｂ）に示すように、スロット１４ａ，１４ｂにおいては、磁束はインナーコア１１から遠い側にその中心が位置することになる。このため、アウターコア１２の内部でスロット１４ａ，１４ｂを横断して隣のティース１３に流れてしまう磁束２５、２６が発生してしまい、効率良くインナーコア１１と結合することができなくなる。
【００４８】
本発明のアウターコア１２においては、図３（Ａ）に示すように、各コイル２１がアウターコア１２の径方向内方側に偏在させて配置され、スロット１４の内部にコイル２１の局部的な電線密度の高い高密度部２７をアウターコア１２の径方向内側部に形成し、局部的な電線密度の低い低密度部２８をアウターコアの径方向外側部に形成したので、コイル２１によりアウターコア１２に生成される磁束２４は、インナーコア１１に近い側にその中心が位置することになり、効率良くインナーコア１１と結合することができる。
【００４９】
図１４は、各コイル２１をアウターコア１２の径方向内方側に偏在させて配置させるためのコイルエンド移動治具６１を示す断面図である。コイルエンド移動治具６１は、円周方向に３つあるいは４つ程度の複数に分割されており、それぞれのコイルエンド移動治具６１には、図１４に示されるように、アウターコア１２が入り込む凹部６２が形成されている。それぞれのコイルエンド移動治具６１はアウターコア１２の端面に対向する対向面６３を有し、それぞれの対向面６３の内方端からは軸方向外方に向けて伸びるとともに径方向外方に湾曲して押し付け部６４が形成されている。
【００５０】
したがって、コイルエンド移動治具６１をアウターコア１２に噛み合わせると、図１５（Ａ）に示されるように、各コイル２１のコイルエンド部２２が径方向内方に移動してスロット１４内のコイル２１もコイルエンド部２２に引かれて径方向内方に移動することになる。これにより、各スロット１４内のコイル２１は径方向内方側に偏在してスロット１４内に配置されることになり、スロット１４の底面１５側にはコイル不在領域２３が形成されることになる。スロット１４内のコイル２１が、図１５（Ａ）に示すように、部分的にスロット１４の径方向外方に湾曲して残ることがないように、コイルエンド移動治具６１にはそれぞれのスロット１４に対応させて棒材挿入溝６５が形成され、それぞれの棒材挿入溝６５にはスロット挿入棒材６６が挿入されるようになっている。
【００５１】
図１５（Ｂ）は棒材挿入溝６５にスロット挿入棒材６６を挿入した状態を示す図であり、このようにスロット挿入棒材６６を棒材挿入溝６５に挿入することにより、スロット１４内のコイルを確実に径方向内方に偏在させることができる。これにより、スロット１４の径方向外側部にはコイル２１の電線が残らないようにすることができる。このように、コイル２１をアウターコア１２の径方向内方側に偏在させて配置すると、図３（Ａ）に示すように、コイル２１によりアウターコア１２に生成される磁束２４は、インナーコア１１に近い側にその中心が位置することになり、効率良くインナーコア１１と結合することができ、インダクタンスを小さくすることができる。これにより、ロータとしてのインナーコア１１の径を小さくしても、瞬時最大トルクを大きくすることが可能となる。
【００５２】
なお、説明を省略したが、ウェッジガイド内には予めウェッジ１９が装填され、各コイルの挿入時にはストリッパの上昇に連動して、図示しないウェッジプッシャーがウェッジガイド内を上昇して、ウェッジ１９が押し出されて、挿入されて行くコイルを追うようにしてスロット内の開口部直奥個所に挿入される。このように、コイルエンド移動治具６１によりコイルエンド部２２を移動する前には、予め、ウェッジ１９がスロット１４内に開口部１６の内側に位置させて挿入される。
【００５３】
回転電機１０が使用される過程で、コイル２１がコイル不在領域２３内に移動することがないように、コイル不在領域２３には、図１６に示すように、充填材６７が注入される。充填材６７としてはワニスや樹脂が用いられる。コイル不在領域２３にワニスを注入する方式としては、アウターコア１２を液状のワニスに浸漬する方式と、ノズルからワニスをコイル不在領域２３に注入する方式がある。いずれの方式においても、ワニスを乾燥固化させることにより、コイル不在領域２３にコイルが移動することが防止される。図１６はワニスが硬化した状態を示す。また、樹脂を充填材６７としてコイル不在領域２３に注入する方式としては、樹脂成形金型を用いて各コイル不在領域２３に溶融状態の樹脂を注入する方式があり、これを硬化させることにより、コイル不在領域２３にコイルが移動することが防止される。樹脂成形金型を用いてコイル不在領域２３に樹脂を注入する際には、スロット挿入棒材６６をスロット１４から取り外した状態として行う方式と、樹脂の注入タイミングに同期させてスロット挿入棒材６６を抜き取る方式とがある。
【００５４】
図１に示すアウターコア１２には、大コイルと小コイルとにより形成される１極１相分のコイル２１が装着されるようになっており、４８個のスロット１４が設けられているが、１極１相分のコイルを単一のコイルにより形成すると、２４個のスロット１４を有するアウターコアとなる。このアウターコア１２を製造するための巻枠治具４１には１つのコイルを成形するコイル巻部を有する形態となる。
【００５５】
図１７は本発明の他の実施の形態である回転電機１０のアウターコアにおけるコイル配置状態を示す概略図であり、図１８は図１７の一部を拡大して示す概略図である。
【００５６】
図１７および図１８に示す回転電機は５４スロット１２極の同期電動機であり、インナーコア１１には１２個の永久磁石２０が破線で示すように設けられており、アウターコア１２には５４個のスロット１４が設けられている。このタイプのアウターコア１２は、図１８に示すように、同一相の２組のコイルが装着されるスロット１４と、位相が相違する２つのコイルが装着されるスロット１４とを有しており、各コイル２１にはハッチングと網掛けが付されている。このアウターコア１２に対しては上述した場合と同様に、図４に示したアウターコアの製造装置と同様の巻枠治具とコイル挿入治具とを有するアウターコアの製造装置を用いて、複数回のコイル挿入工程を繰り返して全てのコイル２１が装着される。全てのコイル２１が装着された後に、図１５（Ａ）に示すコイルエンド部移動工程と、図１５（Ｂ）に示す偏在工程と、図１６に示す充填材注入工程とが実行される。
【００５７】
図示したアウターコア１２にはコイル２１が分布巻で装着されているが、集中巻でコイルを装着するようにしたタイプのアウターコアについても、同様に、コイル２１が装着された後に、各コイル２１をスロット１４の径方向内方側に偏在させることにより、スロット１４の径方向内側部に電線密度の高い高密度部が形成され、径方向外側部に電線密度の低い低密度部が形成される。
【００５８】
集中巻により各ティース１３にノズルから電線を繰り出してコイルを巻き付ける場合には、分布巻のようにコイルエンド部をコイルエンド移動治具によりコイルをアウターコア１２の径方向内側に移動させることなく、スロット内にスロット挿入棒材を挿入することによりアウターコア１２の径方向内側にコイルを移動させる。このように、集中巻によりアウターコア１２にコイルを巻き付ける場合にも、コイル巻き付け工程と、コイル移動工程とにより、アウターコア１２の径方向内側部にコイルの局部的な電線密度が高い高密度部を形成し、アウターコア１２の径方向外側部にコイルの局部的な電線密度の低い低密度部を形成することになる。また、集中巻の場合にも、スロット１４内に巻き付けられるコイルをアウターコア１２の径方向内側部に偏在させてスロット１４の径方向外側部にコイル不在領域を形成すると、スロット１４の径方向外側部にコイルが残らないようにすることができる。さらに、このコイル不在領域にワニスや樹脂を注入すると、コイルがコイル不在領域に移動することを確実に防止することができる。
【００５９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。本発明はアウターコアのスロットにコイルが装着されるタイプであれば、アウターコアをロータとしてアウターロータタイプの回転電機に適用することができる。また、同期型の回転電機に限られず、例えば、誘導型の回転電機を製造するためにも本発明を適用することができる。さらに、三相型の回転電機に限られず、単相型でも良く、直流の回転電機の製造にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…回転電機、１１…インナーコア、１２…アウターコア、１３…ティース、１４…スロット、１５…底面、１６…開口部、１７…隙間、１８…突起、１９…ウェッジ、２０…永久磁石、２１…コイル、２２…コイルエンド部、２３…コイル不在領域、２４…磁束、２７…高密度部、２８…低密度部、４１…巻枠治具、４２…コイル挿入治具、５１…支持台、５２…回転体、５３…ブレード、５６…ストリッパ、６１…コイルエンド移動治具、６６…スロット挿入棒材。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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