(57)【要約】導線（１）を環状となるように複数回巻回して導線を複数層積層して形成するとともに、コイルエンド部（７１、７２）は積層方向（Ｈ）において外形を階段状に積層して、収納部（６）は積層方向（Ｈ）において外形を直線状に積層して、単位コイル（５）の中間体（５０）を形成し、両コイルエンド部（７１、７２）間の軸方向（Ｙ）の長さが大きく形成されている層において収納部（６）から軸方向（Ｙ）に最も突出するコイルエンド部（７１、７２））の位置が、前状態から比較して積層方向（Ｈ）において収納部（６）の位置よりも離れる方向に、中間体（５０）のコイルエンド部（７１、７２）を屈曲して、コイルエンド部（７１、７２）の環状の内側の軸方向（Ｙ）の位置を積層毎に揃えるように成形して単位コイル（５）を形成する。
2020075390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータコアの内周側に、周方向に間隔を隔てて複数個形成されたスロットに挿入されるとともに、複数個が環状に並べられステータコイルを構成する回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
導線を環状となるように複数回巻回して前記導線を複数層積層して形成するとともに、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層して、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層して、前記単位コイルの中間体を形成する巻回工程と、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、前記巻回工程の状態から比較して積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記中間体の前記コイルエンド部を屈曲して、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置を積層毎に揃えるように成形して前記単位コイルを形成する成形工程とを備える回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項２】
前記回転電機の軸方向の両側のそれぞれの前記コイルエンド部は、一方の前記収納部から他方の前記収納部に至る長さが、
前記コイルエンド部の前記収納部の位置よりも離れる方向に屈曲される側の層が、前記収納部の位置に近い側の層よりも長く形成される請求項１に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項３】
前記巻回工程において、前記コイルエンド部の外形を階段状の積層は、前記導線の積層方向の厚みの１／２を最大とする積層方向の段差量を設けて行う請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項４】
前記成形工程において、前記中間体の各前記収納部の間隔と、各前記収納部を挿入する所定の２つの前記スロットの間隔とが同一になるとともに、前記中間体の各前記収納部の周方向の角度と、所定の２つの前記スロットの周方向の角度とが同一になるように成形する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項５】
前記導線は、長方形断面形状を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項６】
前記巻回工程において、前記中間体は前記導線の長方形断面の短辺を含む面が曲がる方向に曲げて六角形の環状に積層される請求項５に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法の前記巻回工程に用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置において、
基板と、前記基板上であって前記中間体の前記コイルエンド部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が階段状の筒状の第一軸体および第二軸体と、
前記基板上であって前記中間体の前記収納部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が直線状の筒状の第三軸体、第四軸体、第五軸体、第六軸体と、
前記第一軸体、前記第二軸体、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿うように前記導線を巻回する巻回部とを備えた回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置。
【請求項８】
前記巻回部は、前記第一軸体および前記第二軸体の階段状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う逆階段状の形状を有する第一ガイド部と、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿う直線状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う直線状の形状を有する第二ガイド部とを備える請求項７に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置。
【請求項９】
内周側において周方向に間隔を隔てて複数個のスロットが形成された環状のステータコア、および、前記スロットに挿入されるとともに、単位コイルが複数個環状に並べられて構成されたステータコイルを有するステータと、
前記ステータの内周側に空隙を介して対向して回転可能に配置されたロータとを備えた回転電機において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
前記単位コイルは、導線が環状となるように複数回巻回されて前記導線が複数層積層されて形成されるとともに、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層されて、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層されており、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記コイルエンド部が屈曲されて、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置が積層毎に揃っている回転電機。
【請求項１０】
前記回転電機の軸方向の両側のそれぞれの前記コイルエンド部は、一方の前記収納部から他方の前記収納部に至る長さが、
前記コイルエンド部の前記収納部の位置よりも離れる方向に屈曲される側の層が、前記収納部の位置に近い側の層よりも長く形成される請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記コイルエンド部は、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部の外形が前記導線の積層方向の厚みの１/２を最大とする積層方向の段差量が設けられた階段状に積層されている請求項９または請求項１０に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置および回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電車用の電動機において、さらに小型化、高出力化が求められている。そこで矩形断面を有する導線が複数回、巻回される、分布巻によってコイルが形成されるインナーローター型の回転電機において、コイルのコイルエンド部の長さを短くすることが可能な、単位コイルの製造方法および単位コイルの形状の開発が望まれている。【０００３】
また、分布巻のコイルを組み込む工程は、ステータコアに単位コイルを挿入し、周方向において隣り合う単位コイルのコイルエンド部の径方向の重なりを極力抑えるよう成形しながら人手で組み込んでいく（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２０１１／１１１６８２号公報
【特許文献２】特許第４２３４７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置では、ステータの作成において、労力と技能とが必要となる作業であり、生産性が低いという問題点があった。また、コイルを成形する際に木槌、へらなどの工具を用いて作業するためコイルの絶縁皮膜に傷を付け、絶縁性能が劣化するという品質に対する問題点もあった。【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、絶縁性能の劣化の防止、かつ、高生産性となる回転電機を得るための回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置および回転電機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】
【０００７】
本願に開示される回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法は、
環状のステータコアの内周側に、周方向に間隔を隔てて複数個形成されたスロットに挿入されるとともに、複数個が環状に並べられステータコイルを構成する回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
導線を環状となるように複数回巻回して前記導線を複数層積層して形成するとともに、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層して、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層して、前記単位コイルの中間体を形成する巻回工程と、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、前記巻回工程の状態から比較して積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記中間体の前記コイルエンド部を屈曲して、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置を積層毎に揃えるように成形して前記単位コイルを形成する成形工程とを備えたものである。
また、本願に開示される回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置は、
前記回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法の前記巻回工程に用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置において、
基板と、前記基板上であって前記中間体の前記コイルエンド部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が階段状の筒状の第一軸体および第二軸体と、
前記基板上であって前記中間体の前記収納部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が直線状の筒状の第三軸体、第四軸体、第五軸体、第六軸体と、
前記第一軸体、前記第二軸体、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿うように前記導線を巻回する巻回部とを備えたものである。
また、本願に開示される回転電機は、
内周側において周方向に間隔を隔てて複数個のスロットが形成された環状のステータコア、および、前記スロットに挿入されるとともに、単位コイルが複数個環状に並べられて構成されたステータコイルを有するステータと、
前記ステータの内周側に空隙を介して対向して回転可能に配置されたロータとを備えた回転電機において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
前記単位コイルは、導線が環状となるように複数回巻回されて前記導線が複数層積層されて形成されるとともに、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層されて、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層されており、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記コイルエンド部が屈曲されて、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置が積層毎に揃っている。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置および回転電機によれば、絶縁性能の劣化の防止、かつ、高生産性となる回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】実施の形態１による回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示したステータのステータコアに挿入後の単位コイルの構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１Ｂに示した単位コイルのステータコアに挿入前の構成を示す上面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂに示した単位コイルのステータコアに挿入前の構成を示す正面図である。
【図２Ｃ】図１Ｂに示した単位コイルのステータコアに挿入前の構成を示す側面図である。
【図２Ｄ】図２Ｂに示した単位コイルの点線の丸にて囲まれた部分の構成を示す部分拡大図である。
【図３】図２に示した単位コイルを形成する矩形形状導線の構成を示す断面図である。
【図４】図２に示した単位コイルの中間体の構成を示す斜視図である。
【図５Ａ】図４に示した単位コイルの中間体の構成を示す上面図である。
【図５Ｂ】図４に示した単位コイルの中間体の構成を示す正面図である。
【図５Ｃ】図４に示した単位コイルの中間体の構成を示す側面図である。
【図５Ｄ】図４に示した単位コイルの中間体の点線の丸にて囲まれた部分の構成を示す部分拡大図である。
【図６】図４に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の構成の一部を示す斜視図である。
【図７】図６に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の構成を示す上面図である。
【図８】図７に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の使用方法を説明する上面図である。
【図９Ａ】図８に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第一ガイド部の構成を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第一ガイド部の使用方法を示す側面図である。
【図９Ｃ】図９Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第一ガイド部の使用方法を示す側面図である。
【図１０Ａ】図８に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第二ガイド部の構成を示す側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第二ガイド部の使用方法を示す側面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第二ガイド部の使用方法を示す側面図である。
【図１１】図２に示した単位コイルを製造する成形装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の構成を示す上面斜視図である。
【図１３】図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の製造方法を示す斜視図である。
【図１４】図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の製造方法を示す側面図である。
【図１５】図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の製造方法を示す側面図である。
【図１６Ａ】図２に示した単位コイルおよび中間体の構成を比較する上面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示した単位コイルとスロットとの関係を示す上面図である。
【図１７Ａ】図２に示した単位コイルをスロットに設置する製造方法を示す断面斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの次工程の単位コイルをスロットに設置する製造方法を示す断面斜視図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｂの次工程の単位コイルをスロットに設置する製造方法を示す断面斜視図である。
【図１８Ａ】図１７Ｃに示した１個の単位コイルをスロットに設置した状態を示す上面図である。
【図１８Ｂ】図１７Ｃに示した１個の単位コイルをスロットに設置した状態を示す側面図である。
【図１９Ａ】図１８Ａに示した状態からさらに単位コイルをスロットに設置した状態を示す上面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａに示した単位コイルを二個設置した状態を示す断面斜視図である。
【図２０Ａ】図１９Ａに示した状態からさらに複数個の単位コイルをスロットに設置した状態を示す上面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａに示した単位コイルを複数個設置した状態を示す断面斜視図である。
【図２１】図２に示した単位コイルを２個環状に配置する場合の単位コイルの間隔を説明するための図である。
【図２２Ａ】比較例の回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａに示した比較例のステータのステータコアに挿入後の単位コイルの構成を示す斜視図である。
【図２３Ａ】図２２に示した比較例の単位コイルのステータコアに挿入前の構成を示す正面図である。
【図２３Ｂ】図２３Ａに示した単位コイルの点線の丸にて囲まれた部分の構成を示す部分拡大図である。
【図２４Ａ】図２３Ａに示した単位コイルの中間体の構成を示す上面図である。
【図２４Ｂ】図２３Ａに示した単位コイルの中間体の構成を示す正面図である。
【図２４Ｃ】図２２Ａに示した単位コイルの中間体の構成を示す側面図である。
【図２５】図２２Ａに示した単位コイルの中間体の製造方法を示す斜視図である。
【図２６】図２３に示した単位コイルを２個環状に配置する場合の単位コイルの間隔を説明するための図である。
【図２７Ａ】他の比較例の回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
【図２７Ｂ】図２７Ａに示した他の比較例のステータのステータコアに挿入後の単位コイルの構成を示す斜視図である。
【図２８Ａ】本願における図１Ｂにて示した単位コイルの構成を示す図である。
【図２８Ｂ】図２７Ｂに示した他の比較例の単位コイルの構成を示す図である。
【図２９Ａ】実施の形態１による単位コイルを用いたステータにて構成された回転電機の構成を示す斜視図である。
【図２９Ｂ】図２９Ａに示した回転電機の軸方向の断面の構成を示す斜視図である。
【図３０】図２９に示した回転電機のロータの構成を示す斜視図である。
【図３１Ａ】実施の形態２による回転電機のステータの単位コイルの製造方法を示す斜視図である。
【図３１Ｂ】図３１Ａに示した単位コイルの製造方法の後の単位コイルの構成を示す斜視図である。
【図３２Ａ】他の比較例による回転電機のステータの単位コイルの製造方法を示す斜視図である。
【図３２Ｂ】図３２Ａに示した単位コイルの製造方法の後の単位コイルの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本願は、回転電機のステータを形成するために用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置について説明する。以下の説明において、回転電機のステータ用の単位コイルは、“単位コイル”と略す場合もある。単位コイルは、環状のステータコアの内周側に、周方向に間隔を隔てて複数個形成されたスロットに挿入される。さらに、当該単位コイルが複数個、環状に並べられてステータコイルが形成される。
【００１１】
また、単位コイルは、環状に形成され、各スロットの内の所定の２つのスロットにそれぞれ収納される収納部と、各収納部の回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備える。
【００１２】
図１Ａは実施の形態１による回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
図１Ｂは図１Ａに示したステータを構成する複数の単位コイルの内、１つの単位コイルの構成を示す斜視図である。
図２Ａは図１Ｂに示した単位コイルの構成を示す上面図である。
図２Ｂは図１Ｂに示した単位コイルの構成を示す正面図である。
図２Ｃは図１Ｂに示した単位コイルの構成を示す側面図である。
図２Ｄは図２Ｂに示した単位コイルの点線の丸にて囲まれた部分の構成を示す部分拡大図である。
【００１３】
図３は図２に示した単位コイルを形成する矩形形状導線の構成を示す断面図である。
図４は図２に示した単位コイルの中間体の構成を示す斜視図である。
図５Ａは図４に示した単位コイルの中間体の構成を示す上面図である。
図５Ｂは図４に示した単位コイルの中間体の構成を示す正面図である。
図５Ｃは図４に示した単位コイルの中間体の構成を示す側面図である。
図５Ｄは図４に示した単位コイルの中間体の点線の丸にて囲まれた部分の構成を示す部分拡大図である。
【００１４】
図６は図４に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部を除いた構成を示す斜視図である。
図７は図６に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の構成を示す上面図である。
図８は図７に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の使用方法を説明する上面図である。
【００１５】
図９Ａは図８に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第一ガイド部の構成を示す側面図である。
図９Ｂは図９Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第一ガイド部の使用方法を示す側面図である。
図９Ｃは図９Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第一ガイド部の使用方法を示す側面図である。
【００１６】
図１０Ａは図８に示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第二ガイド部の構成を示す側面図である。
図１０Ｂは図１０Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第二ガイド部の使用方法を示す側面図である。
図１０Ｃは図１０Ａに示した単位コイルの中間体を製造する巻回装置の巻回部の第二ガイド部の使用方法を示す側面図である。
【００１７】
図１１は図２に示した単位コイルを製造する成形装置の構成を示す斜視図である。
図１２は図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の下部ユニットの構成を示す上面斜視図である。
図１３は図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の製造方法を示す斜視図である。
図１４は図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の製造方法を示す側面図である。
図１５は図１１に示した単位コイルを製造する成形装置の製造方法を示す側面図である。
図１６Ａは図２に示した単位コイルおよび中間体の構成を比較する上面図である。
図１６Ｂは図１６Ａに示した単位コイルとスロットとの関係を示す上面図である。
【００１８】
図１７Ａは図２に示した単位コイルをスロットに設置する製造方法を示す断面斜視図である。
図１７Ｂは図１７Ａの次工程の単位コイルをスロットに設置する製造方法を示す断面斜視図である。
図１７Ｃは図１７Ｂの次工程の単位コイルをスロットに設置する製造方法を示す断面斜視図である。
【００１９】
図１８Ａは図１７Ｃに示した１個の単位コイルをスロットに設置した状態を示す上面図である。
図１８Ｂは図１７Ｃに示した１個の単位コイルをスロットに設置した状態を示す側面図である。
図１９Ａは図１８Ａに示した状態からさらに単位コイルをスロットに設置した状態を示す上面図である。
図１９Ｂは図１９Ａに示した単位コイルを二個設置した状態を示す断面斜視図である。
【００２０】
図２０Ａは図１９Ａに示した状態からさらに複数個の単位コイルをスロットに設置した状態を示す上面図である。
図２０Ｂは図２０Ａに示した単位コイルを複数個設置した状態を示す断面斜視図である。
図２１は図２に示した単位コイルを２個環状に配置する場合の単位コイルの間隔を説明するための図である。
【００２１】
図２２Ａは比較例の回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
図２２Ｂは図２２Ａに示した比較例のステータのステータコアに挿入後の単位コイルの構成を示す斜視図である。
図２３Ａは図２２に示した比較例の単位コイルのステータコアに挿入前の構成を示す正面図である。
図２３Ｂは図２３Ａに示した単位コイルの点線の丸にて囲まれた部分の構成を示す部分拡大図である。
【００２２】
図２４Ａは図２３Ａに示した単位コイルの中間体の構成を示す上面図である。
図２４Ｂは図２３Ａに示した単位コイルの中間体の構成を示す正面図である。
図２４Ｃは図２２Ａに示した単位コイルの中間体の構成を示す側面図である。
図２５は図２２に示した単位コイルの中間体の製造方法を示す斜視図である。
図２６は図２３に示した単位コイルを２個環状に配置する場合の単位コイルの間隔を説明するための図である。
【００２３】
以下の説明において、回転電機のステータ１０における各方向を、周方向Ｚ、軸方向Ｙとしてそれぞれ示す。また、単位コイル５を形成する導線１を積層する方向を積層方向Ｈとして示す。よって、他の部分においても、これらの方向を基準として各方向を示して説明する。
【００２４】
図１Ａにおいて、インナーロータ型の回転電機のステータ１０は、ステータコア２とステータコイル４とにて構成される。ステータコア２は、円環状に形成され、内周側に周方向Ｚに所定の間隔を隔てて複数個のスロット３が形成される。ステータコイル４は、分布巻の３相で、２極、４８個のスロット３の例で示しており、複数個の単位コイル５が環状に並べられて形成される。各単位コイル５は、所定のスロット３に挿入されて設置される。尚、本実施の形態１における、ステータ１０の極数およびスロット３の数は一例であり適宜増減可能である。
【００２５】
次に単位コイル５の構成について図１Ｂおよび図２を用いて説明する。単位コイル５は、環状に形成される。単位コイル５は各スロット３の内の所定の２つのスロット３にそれぞれ収納される収納部６と、各収納部６の回転電機の軸方向Ｙの両側をそれぞれ接続するコイルエンド部７１、コイルエンド部７２と、単位コイル５の両端となり他の部分と電気的に接続するための結線部８とを備える。
【００２６】
図３に示すように、単位コイル５を形成するための導線１は、長方形断面形状を有する矩形形状導線にて形成される。導線１は、導体１１に絶縁膜１２が被覆されて形成される。導線１の寸法は、積層方向Ｈとなる縦寸法Ｗ１（厚みＷ１）が２．０ｍｍ、横寸法Ｗ２が８．７ｍｍであり、縦横比が大きく形成される。尚、当該寸法は一例であり、ここでは本願の理解を助けるために使用する値である。
【００２７】
次に、単位コイル５を形成するための前段階の状態である、単位コイル５の中間体５０について図４および図５を用いて説明する。以下、単位コイル５の中間体５０は、“中間体”と略す場合もある。中間体５０とは、導線１を環状となるように複数回巻回して導線１を積層方向Ｈに複数層積層した状態のものを示す。ここでは、中間体５０を六角形の環状にて形成する。中間体５０においても、単位コイル５と同様に、スロット３の内の所定の２つのスロット３にそれぞれ収納される収納部６と、各収納部６の回転電機の軸方向Ｙの両側をそれぞれ接続するコイルエンド部７１、７２と、中間体５０の両端である結線部８とを備える。
【００２８】
中間体５０のコイルエンド部７１、７２は積層方向Ｈにおいて外形が階段状に積層される（図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ参照）。このように、コイルエンド部７１、７２が階段状に積層されているため、両コイルエンド部７１、７２間の軸方向Ｙの長さＷ５、Ｗ６は、積層方向Ｈの一方の長さＷ５よりも他方の長さＷ６の方が大きく（長く）形成されることとなる。
【００２９】
また、コイルエンド部７１、７２は、一方の収納部６から他方の収納部６に至る長さＴが、コイルエンド部７１、７２の収納部６の位置よりも離れる方向に屈曲される側の層、ここでは、積層方向Ｈの他方側（長さＷ６を有する側）が、収納部６の位置に近い側の層、ここでは、積層方向Ｈの一方側（長さＷ５を有する側）よりも長く形成される。
また、中間体５０の収納部６は積層方向Ｈにおいて外形が直線状に積層される。
また、当該中間体５０は、言い換えれば、単位コイル５をコイルエンド部７１、７２の位置が積層方向Ｈにおいて収納部６の位置と一致するような位置に変形したものである。
【００３０】
このような導線１を用いて単位コイル５を製造する製造装置について図に基づいて説明する。まず、単位コイル５の中間体５０を形成する巻回工程に用いる製造装置である巻回装置２０について図６から図１０を用いて説明する。導線１を巻回して中間体５０を形成するためには、導線１を曲げる、エッジワイズ曲げ、すなわち導線１を長方形断面の短辺を含む面が曲がる方向に曲げることを行う必要があり、特殊な巻回装置２０が必要となる。
【００３１】
巻回装置２０は、基板２８と、基板２８上であって中間体５０のコイルエンド部７１、７２の形成位置の軸方向Ｙの両端に設置された外形が階段状の筒状の第一軸体２１１および第二軸体２１２と、基板２８上であって中間体５０の収納部６の形成位置の軸方向Ｙの両端に設置された外形が直線状の筒状の第三軸体２１３、第四軸体２１４、第五軸体２１５、第六軸体２１６とを備える。第一軸体２１１、第二軸体２１２、第三軸体２１３、第四軸体２１４、第五軸体２１５、および第六軸体２１６はそれぞれ六角形の頂点の位置であり、これにより六角形の環状の中間体５０が形成可能となる。
【００３２】
第一軸体２１１および第二軸体２１２の外形の階段状は、例えば図９Ｂに示すように、積層方向Ｈの幅Ｗ４は、導線１の縦寸法Ｗ１と同一の２．０ｍｍ、階段状の段差の幅Ｗ３（段差量Ｗ３）は、導線１の縦寸法Ｗ１の１／２を最大寸法とする値、１．０ｍｍにて形成される。さらに、第一軸体２１１、第二軸体２１２、第三軸体２１３、第四軸体２１４、第五軸体２１５、第六軸体２１６の外形に沿うように導線１を巻回する巻回部２３とを備える。
【００３３】
巻回部２３は、図９に示すように、第一軸体２１１および第二軸体２１２の階段状の外形に導線１を沿わした状態で、当該外形が沿う逆階段状の形状を有する第一ガイド部２４１と、図１０に示すように、第三軸体２１３、第四軸体２１４、第五軸体２１５、第六軸体２１６の直線状の外形に導線１を沿わした状態で、当該外形が沿う直線状の形状を有する第二ガイド部２４２とを備える。
【００３４】
さらに巻回部２３は、図８に示すように、導線１を第一軸体２１１、または、第二軸体２１２と、第一ガイド部２４１との間に沿わせた状態にて曲げるため、または、導線１を各第三軸体２１３、または、第四軸体２１４、または、第五軸体２１５、または、第六軸体２１６と、第二ガイド部２４２との間に沿わせた状態にて曲げるため、第一ガイド部２４１または第二ガイド部２４２を各軸体２１１〜２１６の軸の周りを回転させるハンドル２５を有する。
【００３５】
次に、中間体５０を所定のスロット３に収納するための形状である単位コイル５に成形する、すなわち、図５に示した中間体５０の状態から、図２に示した単位コイル５の状態に成形するための成形工程に用いる製造装置である成形装置４０について図１１および図１２に基づいて説明する。成形装置４０は、上部ユニット４８と、載置台３０上に設置された下部ユニット４４と、上部ユニット４８を下部ユニット４４に対して上下に離合可能に案内するガイド棒４７とから構成される。
【００３６】
ガイド棒４７は、載置台３０の対角線上の隅に一対設けられている。下部ユニット４４は一対の第一保持部４２１と、スライド部４３と、回転軸４６と、一対の下型４４１と、一対の第二保持部４９１とを備える（図１２参照）。一対の第一保持部４２１は、中間体５０の収納部６を保持するための溝部４２２がそれぞれ形成される。一対の第二保持部４９１は、中間体５０のコイルエンド部７１、７２の軸方向Ｙの両端を保持する。スライド部４３は、一対の第一保持部４２１を載置台３０上において平行にかつ、相互に、独立して接近可能にスライドさせる。
【００３７】
スライド部４３のスライド方向と、溝部４２２が延びている方向とは垂直の方向である。回転軸４６は、一対の第一保持部４２１をそれぞれ独立して軸方向Ｙと垂直方向に回転させ、よって、溝部４２２は回転軸４６を中心に回転する。一対の下型４４１は、中間体５０のコイルエンド部７１、７２の成形に利用する。一対の下型４４１は、載置台３０上にスライド部４３と平行に、スライド部４３を間に挟んで配置される。
【００３８】
上部ユニット４８は、平面状の可動プレート４１と、可動プレート４１の下面に取り付けられ、上述の一対の下型４４１と共に中間体５０のコイルエンド部７１、７２の成形に利用する一対の上型４８１とを備える。一対の上型４８１の下面は下方突出し、一対の下型４４１の上面の窪みに沿う形状である。可動プレート４１はガイド棒４７をガイドとして載置台３０上を上下動する。
【００３９】
次に、上記のように構成された実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイル５の製造装置を用いた、単位コイル５の製造方法について説明する。まず、単位コイル５を形成するための中間体５０の製造方法である巻回工程について説明する。巻回装置２０の基板２８上の各第一軸体２１１、第二軸体２１２、第三軸体２１３、第四軸体２１４、第五軸体２１５、第六軸体２１６の外形に沿うように導線１を巻回する。
【００４０】
その際、各軸体２１１〜２１６の外形と、巻回部２３の第一ガイド部２４１または第二ガイド部２４２の外形とにおいて導線１を挟み込む。そして、ハンドル２５を図７または図８に示すように、矢印Ｄ１の方向に一定角度、軸の周りを回転させる。すると、導線１は矢印Ｄ２の方向に曲げられて、各第一軸体２１１〜第六軸体２１６の外形に巻回され、導線１は所望の曲げ形状を得る。
【００４１】
この際、第一軸体２１１および第二軸体２１２のように外形が階段状の場合には、第一ガイド部２４１に挟持されながら、図９に示すように、導線１が積層方向Ｈにおいて階段状となるように積層される。よって、中間体５０のコイルエンド部７１、７２は、外形が階段状に形成される。また、第三軸体２１３から第六軸体２１６のように外形が直線状の場合には、第二ガイド部２４２に挟持されながら、図１０に示すように、導線１は積層方向Ｈにおいて直線状となるように積層される。よって、中間体５０の収納部６は、外形が直線状に形成される。
【００４２】
この巻回工程にて、中間体５０のコイルエンド部７１、７２が階段状であり、その幅Ｗ３として１．０ｍｍずつずらして積層するのは、次の成形工程で成形したときのずれ量から推定して求めた値である。積層毎に中間体５０のコイルエンド部７１、７２に１．０ｍｍの段差を付けて巻回すると、後工程の成形工程でコイルエンド部７１、７２を屈曲させて、立体波形形状に成形した際、コイルエンド部７１、７２が軸方向Ｙにおいてずれがなく揃うように形成するためである。
【００４３】
すなわち、成形工程において予め積層毎に発生するずれ量を見込んで巻回工程でコイルエンド部７１、７２の軸方向Ｙの長さＷ５、Ｗ６を変える。これにより、単位コイル５をステータコア２の所定のスロット３に組み込んだ際、周方向Ｚの隣接する単位コイル５のコイルエンド部７１、７２同士が干渉せず、理想状態の単位コイル５の配列が可能となる。上記巻回工程を繰り返し、略六角形状の中間体５０を今回の場合は６周（６層積層）して完成する。
【００４４】
次に、導線１の巻回工程が終了し、図５に示すように中間体５０を巻回装置２０から取り外す。次に、図５に示した中間体５０を図２に示した単位コイル５に成形する成形工程を行う。まず、図１２に示す成形装置４０の下部ユニット４４に、中間体５０を設置し、上部ユニット４８を図１３および図１４に示すように設置する。この際、単位コイル５の両コイルエンド部７１、７２間の軸方向Ｙの長さＷ６が大きい方が下側となるように設置される。次に、可動プレート４１をガイド棒４７をガイドとして下降させ、下部ユニット４４の一対の下型４４１と、上部ユニット４８の一対の上型４８１との間に、中間体５０のコイルエンド部７１、７２を挟んで加圧し、中間体５０を単位コイル５に成形する（図１５）。
【００４５】
よって、両コイルエンド部７１、７２間の軸方向Ｙの長さＷ６が大きく形成されている層において収納部６から軸方向Ｙに最も突出するコイルエンド部７１、７２の位置が、巻回工程の状態から比較して積層方向Ｈにおいて収納部６の位置よりも離れる方向に、中間体５０のコイルエンド部７１、７２が屈曲される。この際、コイルエンド部７１、７２の積層された導線１同士が軸方向Ｙの中央側にずれないよう一対の第二保持部４９１にて規制する。よって、コイルエンド部７１、７２の環状の内側の軸方向Ｙの位置が、積層毎に揃えるように成形される（図２Ｄ）。
【００４６】
また、中間体５０のコイルエンド部７１、７２を平面形状から、単位コイル５の立体波形形状へ変形させる際には、中間体５０の２つの収納部６は、上部ユニット４８の下降に従って徐々に、一対の第一保持部４２１を、互いにスライド部４３にて平行移動させつつ、回転軸４６を中心に回転させながら、収納部６の間隔が狭く、かつ、収納部６の角度を変える。そして、中間体５０の各収納部６の間隔と、各収納部６を挿入する所定の２つのスロット３の間隔とが同一になるとともに、中間体５０の各収納部６の周方向Ｚの中心点Ｍ、すなわち、ステータ１０の周方向Ｚの中心点Ｍからの角度α、角度βと、所定の２つのスロット３の周方向Ｚの中心点Ｍからの角度α、βとが同一になるように成形する。
【００４７】
具体的には、図１６に示すように、中間体５０の収納部６の間隔Ｗ７よりも単位コイル５の収納部６の間隔Ｗ８が短くなるように、一対の第一保持部４２１を平行移動させる。さらに、中間体５０の収納部６の角度α、βが、所定のスロット３の角度α、βつまり挿入角度となるよう、一対の第一保持部４２１を、回転軸４６を中心に回転させる。次に、単位コイル５の成形が完了したら、上部ユニット４８の可動プレート４１を、ガイド棒４７をガイドとして上昇させて、単位コイル５を一対の第一保持部４２１から取り外す。
【００４８】
次に、当該単位コイル５を用いた、回転電機のステータ１０の製造方法について図１７から図２０を用いて説明する。ここでは、スロット３が４８個あり、３相の回転電機の場合を示しているため、４８個の単位コイル５が、９個のティースを跨いで順にステータコア２に収納される。次に、単位コイル５のステータコア２への挿入であるが、単位コイル５の収納部６の角度α、βは、先に示したように、所定のスロット３へ挿入する角度α、βにて成形されているため、図１７Ａに示すように、単位コイル５をステータコア２の内側に、軸方向Ｙの矢印Ｄ３の方向に挿入する。
【００４９】
次に、図１７Ｂに示すように、単位コイル５の一方の収納部６を矢印Ｄ４の方向であって、所定のスロット３に収納する。次に、図１７Ｃに示すように、先ほど収納した一方の収納部６を収納したスロット３から周方向Ｚに１０個離れたスロット３に、他方の収納部６を収納する。このとき、単位コイル５の弾性変形量の範囲内で、若干、２つのスロット３の間隔を周方向Ｚに伸ばしつつ、先に収納したスロット３を中心として、図１７Ｃの矢印Ｄ５に示す方向に単位コイル５を回転させながら、他方の収納部６をスロット３に収納し、１個の単位コイル５のステータコア２への収納が完了する（図１８Ａ、図１８Ｂ）。
【００５０】
同様にして、２個目の単位コイル５を収納する（図１９Ａ、図１９Ｂ）。さらに、同様の動作を繰り返し行い、１０個目の単位コイル５を収納する（図２０Ａ、図２０Ｂ）。そして、４８個の全ての単位コイル５のステータコア２への収納を完了すると、図１に示すように構成される。その後、各単位コイル５の結線部８を結線して、ステータコイル４を形成して、ステータ１０が形成される。
【００５１】
このように、ステータ１０が形成されるため、図２に示したような形状の単位コイル５はステータコア２のスロット３に、ほぼそのままの形状にて挿入できる。よって、図１Ｂに示すようにステータコア２に挿入後の単位コイル５の形状は、図２に示した単位コイル５の形状とほぼ同一である。このことからも単位コイル５のステータコア２のスロット３への装着性の向上、および、絶縁性能の維持が明らかである。
【００５２】
次に、本願と比較例との違いについて図を用いて説明する。比較例のステータは図２２Ａに示すように構成される。ステータのステータコアに挿入された単位コイルは図２２Ｂに示すように構成される。ステータのステータコアに挿入される前の単位コイルは図２３Ａに示すように構成される。また、単位コイルの中間体は図２４に示すように構成される。比較例の製造方法は、図２５に示すように、外形が六角形の巻枠に、導線を巻回して、単位コイルの中間体を形成する。このため、図２４に示すように、積層方向Ｈに対して単位コイルの中間体は、全ての箇所、コイルエンド部および収納部において、積層方向Ｈに直線状に形成される。
【００５３】
そして、中間体のコイルエンド部を屈曲して単位コイルを形成すると、図２３Ａに示すように構成される。そして、図２３Ａにように成形された単位コイルを図２２に示すようにステータコアに装着する。この際、図２３Ｂに示したように単位コイルのコイルエンド部は軸方向Ｙにおいてその位置にばらつきが生じているため、このままの形状で、周方向Ｚにおいて単位コイルを配置する場合、図２６に示したように、単位コイル間の距離Ｗ１０が長く必要となる。よって、この形状のままでは、周方向Ｚにおいて単位コイルを所定の位置に設置することが難しい、よって、周方向Ｚにおいて隣接する単位コイルのコイルエンド部同士の重なりを避けるように木槌、へらなどを用いて成形しながら、順々に組み込んでいく作業を行う。その結果、ステータのステータコアに挿入後の単位コイルの形状は図２２Ｂに示すように、図２３Ａに示した挿入前の単位コイルの形状から変形している。
【００５４】
これに対し、本実施の形態１においては、図２１に示したように、コイルエンド部７１、７２の軸方向Ｙの位置が揃っているため、周方向Ｚにおいて隣接する単位コイル５間の距離Ｗ９が短く設定でき、所定のスロット３に装着し易い。
【００５５】
次に、本願と他の比較例との違いについて図を用いて説明する。
図２７Ａは他の比較例の回転電機のステータの構成を示す斜視図である。
図２７Ｂは図２７Ａに示した他の比較例のステータのステータコアに挿入後の単位コイルの構成を示す斜視図である。当該他の比較例の単位コイルはコイルエンド部の軸方向Ｙの端部がループ形状Ｒにて形成される。
【００５６】
このように形成された他の比較例と、本願の単位コイルとの差について図２８を用いて説明する。図２８Ａは本願における図１Ｂにて示した単位コイル５の構成を示す図である。図２８Ｂは他の比較例の単位コイルの構成を示す図である。図２８は、図２８Ａ、２８Ｂの双方の単位コイルを軸方向Ｙの長さＬ２、および、コイルエンド部の軸方向Ｙの長さＬ１を同一に形成した時の、コイルエンド部の斜辺の角度γ１、γ２の大きさの関係を説明するための図である。
【００５７】
図２８Ａに示すように、実施の形態１における単位コイル５では、コイルエンド部７１、７２の軸方向Ｙの端部がループ形状に形成されないため、他の比較例に示す単位コイルよりもコイルエンド部の軸方向Ｙの寸法を短くできる。そこで、図２８で示すように、単位コイルの軸方向Ｙの長さＬ２およびコイルエンド部の軸方向Ｙの長さＬ１を、実施の形態１の単位コイル５と他の比較例の単位コイルとを同一寸法に製作した場合、コイルエンド部７１、７２の斜辺の角度γ１は、他の比較例のコイルエンド部の斜辺の角度γ２よりも大きく形成される。このように、本願の単位コイル５の角度γ１が他の比較例の単位コイルの角度γ２よりも大きくなることは、幾何学的に明らかである。
【００５８】
本願のように、コイルエンド部７１、７２の斜辺の角度γ１が大きくなると、単位コイル５をステータコア２に組付けたときに、コイルエンド部７１、７２の斜辺の隣接する単位コイル５同士の隙間が大きくなる。また、コイルエンド部７１、７２の斜辺の隙間を通る空気量が増えることで、コイルエンド部７１、７２の温度上昇を抑え、結果、回転電機としての性能向上に繋がる。
【００５９】
そして、本願の単位コイル５において、コイルエンド部７１、７２の長さＬ１を変更するには、先に示した図７に示す単位コイル５の中間体５０を製造する巻回装置２０の第三軸体２１３と第六軸体２１６とに対する第二軸体２１２、および、第四軸体２１４と第五軸体２１５とに対する第一軸体２１１の軸方向Ｙの寸法を変化させることで容易に可能となる。
【００６０】
次に、上記のように製造された単位コイル５を用いたステータ１０にて構成される回転電機１００について図２９および図３０を用いて説明する。図２９Ａは本願の単位コイルを用いたステータとロータとにより構成される回転電機の構成を示す斜視図である。図２９Ｂは、図２９Ａに示した回転電機の軸方向の断面を示す断面図である。図３０は図２９Ａに示した回転電機のロータの構成を示す斜視図である。図２９に示すようにステータ１０の内周側に空隙を介して対向して回転可能にロータ１０１が配置され回転電機１００が形成される。
【００６１】
上記のような実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法によれば、
環状のステータコアの内周側に、周方向に間隔を隔てて複数個形成されたスロットに挿入されるとともに、複数個が環状に並べられステータコイルを構成する回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
導線を環状となるように複数回巻回して前記導線を複数層積層して形成するとともに、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層して、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層して、前記単位コイルの中間体を形成する巻回工程と、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、前記巻回工程の状態から比較して積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記中間体の前記コイルエンド部を屈曲して、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置を積層毎に揃えるように成形して前記単位コイルを形成する成形工程とを備え、
また、実施の形態１の回転電機によれば、
内周側において周方向に間隔を隔てて複数個のスロットが形成された環状のステータコア、および、前記スロットに挿入されるとともに、単位コイルが複数個環状に並べられて構成されたステータコイルを有するステータと、
前記ステータの内周側に空隙を介して対向して回転可能に配置されたロータとを備えた回転電機において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
前記単位コイルは、導線が環状となるように複数回巻回されて前記導線が複数層積層されて形成されるとともに、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層されて、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層されており、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記コイルエンド部が屈曲されて、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置が積層毎に揃っているので、
単位コイルのコイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置が、積層毎に揃えられて形成されるため、複数の単位コイルを周方向に間隔を隔てて設置する場合において、単位コイルの周方向の間隔の距離が短く設定できるため、絶縁性能の劣化の防止、かつ、高生産性となる回転電機を得ることができる。
【００６２】
例えば具体的には、特許文献１の場合では、巻取り工程と、１部曲げ工程と、２部ねじり工程、コイルエンドＲ成形工程を経て最終形状が作られているが、本願では、積層毎に階段状に段差を付けて巻回する巻回工程と、コイルエンド部を曲げて単位コイルを形成する成形工程との２工程で単位コイルを形成できるため、工程数を削減できる。
【００６３】
また、実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機によれば、
前記回転電機の軸方向の両側のそれぞれの前記コイルエンド部は、一方の前記収納部から他方の前記収納部に至る長さが、
前記コイルエンド部の前記収納部の位置よりも離れる方向に屈曲される側の層が、前記収納部の位置に近い側の層よりも長く形成されるので、
ステータコアのスロットに単位コイルを設置すると、コイルエンド部の軸方向の位置が揃うため、周方向において隣接する単位コイル間の距離が短く設定でき、所定のスロットへの装着がし易くなる。
【００６４】
また、実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法によれば、
前記巻回工程において、前記コイルエンド部の外形を階段状の積層は、前記導線の積層方向の厚みの１／２を最大とする積層方向の段差量を設けて行い、
また、実施の形態１の回転電機によれば、
前記コイルエンド部は、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部の外形が前記導線の積層方向の厚みの１/２を最大とする積層方向の段差量が設けられた階段状に積層されているので、
ステータコアのスロットに単位コイルを設置すると、コイルエンド部の軸方向の位置うを確実に揃えることができるため、周方向において隣接する単位コイル間の距離が確実に短く設定でき、所定のスロットへの装着がさらにし易くなる。
【００６５】
また、実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法によれば、
前記成形工程において、前記中間体の各前記収納部の間隔と、各前記収納部を挿入する所定の２つの前記スロットの間隔とが同一になるとともに、前記中間体の各前記収納部の周方向の角度と、所定の２つの前記スロットの周方向の角度とが同一になるように成形するので、
単位コイルを所定の２つのスロットに容易に挿入できるため、さらに高生産性となる。
【００６６】
また、実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法によれば、
前記巻回工程において、前記中間体は前記導線の長方形断面の短辺を含む面が曲がる方向に曲げて六角形の環状に積層されるので、
巻回工程を容易に行うことができるため、さらに高生産性となる。
【００６７】
また、実施の形態１の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法によれば、
前記導線は、長方形断面形状を有するので、回転電機の小型化、および、高出力化が可能となる。
【００６８】
また、回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法の前記巻回工程に用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置によれば、
基板と、前記基板上であって前記中間体の前記コイルエンド部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が階段状の筒状の第一軸体および第二軸体と、
前記基板上であって前記中間体の前記収納部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が直線状の筒状の第三軸体、第四軸体、第五軸体、第六軸体と、
前記第一軸体、前記第二軸体、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿うように前記導線を巻回する巻回部とを備えたので、
導線を環状となるように複数回巻回して導線を複数層積層して形成して、コイルエンド部を積層方向において外形を階段状に積層する、および、収納部を積層方向において外形を直線状に積層することが容易に実現できる。
【００６９】
例えば、具体的には、特許文献２で示す巻回工程では、フォームドコイルで必要とするテーパ角度を巻線コイルの段階で成形しており、テーパ角度が付いた巻き付け面に張力を掛けた矩形断面の導線を巻取る方式となっている。本願では、導線の矩形形状導線であり、断面形状の縦横比が大きくエッジワイズ曲げとなるため、特許文献２のような正方形に近い断面の導線を巻取る方式では、正確に略六角柱形状に曲げることは不可能である。そのため別の巻回装置を開発した。この巻回装置によると所定の形状に導線の曲げ加工が行えると共に、コイルエンド部の曲げ形状後の単位コイルの形状は設計通りの形状にて形成できる。
【００７０】
また、回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法の前記巻回工程に用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置によれば、
前記巻回部は、前記第一軸体および前記第二軸体の階段状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う逆階段状の形状を有する第一ガイド部と、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿う直線状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う直線状の形状を有する第二ガイド部とを備えるので、
コイルエンド部の積層方向における外形の階段状の積層、および、収納部の積層方向における外形を直線状の積層を、確実に実現できる。
【００７１】
また、中間体から単位コイルへの成形は、成形装置を用いて行うので、単位コイルの一対の収納部をステータコアのスロットに収納するだけで、単位コイルの設置が完了できる。このように、従来、単位コイルのステータコアに装着後に行っていた、コイルエンド部の曲げ作業を省くことが可能となり、生産性が向上する。また、２箇所のコイルエンド部を同時にプレス成形して完了できるので、単位コイルの生産性が向上する。また、単位コイルを順々にステータコアに収納するだけで、ステータコイルを形成できるので、ステータコイルの成形過程において導線の絶縁被膜にダメージを与えることがなくなり、絶縁品質が向上する。また、回転電機を構成する単位コイルを、予め理想形状に成形できるので、周方向に隣接する単位コイル同士の干渉を極力抑えることができる。その結果、コイルエンド部の軸方向の高さが低くなり、ステータ、回転電機の小型化を実現できる。これによりコイルに用いる銅の使用量を削減できるため、回転電機としての性能向上できる。
【００７２】
実施の形態２．
図３１Ａは上記実施の形態１と同様の製造方法で製作された単位コイルに絶縁テープを巻き付ける動作を示した図である。図３１Ｂは図３１Ａの単位コイルの製造方法で製作された単位コイルに絶縁テープを巻き付け終えた状態を示した図である。図３２Ａは上記実施の形態１にて示した他の比較例と同様の単位コイルに絶縁テープを巻き付ける動作を示した図である。図３２Ｂは図３２Ａの単位コイルの製造方法で製作された他の比較例と同様の単位コイルに絶縁テープを巻き付け終えた状態を示した図である。
【００７３】
本実施の形態２では、単位コイル５に、ステータコア２と単位コイル５との間、または、単位コイル５同士の電気絶縁を目的として、単位コイル５に絶縁テープ９を巻き付ける場合について説明する。絶縁テープ９は、当該幅Ｊの１／３から１／２の重なり代を持たせ、単位コイル５の全周に等間隔に巻き付ける。図３１Ａおよび図３１Ｂに示すように、本実施の形態２の単位コイル５のコイルエンド部７１、７２は波型形状であるため、絶縁テープボビン９１をコイルエンド部７１、７２の環状の内側に通すことが容易であり、絶縁テープ９を一定間隔で容易に巻き付けることができる。
【００７４】
これに対し、他の比較例の場合には、図３２Ａおよび図３２Ｂに示すように、他の比較例の単位コイルに絶縁テープを巻き付ける際、コイルエンド部の軸方向Ｙの端部がループ形状Ｒで形成されているため、コイルエンド部の軸方向Ｙの端部の幅Ｊ０が絶縁テープボビン９１の幅Ｊより小さく、絶縁テープボビン９１をループ形状Ｒの内側に通しながら等間隔で巻き付けることは、非常に困難な作業である。そのためかなりの工数を要し、生産性が悪いという問題点があった。
【００７５】
さらに、他の比較例の単位コイルの場合は、コイルエンド部の軸方向Ｙの端部がループ形状Ｒにて形成されているため、絶縁テープのテーピングを人手で巻き付けていたが、本実施の形態２の単位コイル５によれば、絶縁テープボビン９１をコイルエンド部７１、７２の内側に容易に通すことが可能となるため、例えばテーピング装置により自動巻き付けが可能となり、大幅な生産性向上を実現できる。
【００７６】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００７７】
１  導線、１０  ステータ、１００  回転電機、１０１  ロータ、１１  導体、１２  絶縁膜、２  ステータコア、２０  巻回装置、２１１  第一軸体、２１２  第二軸体、２１３  第三軸体、２１４  第四軸体、２１５  第五軸体、２１６  第六軸体、２３  巻回部、２４１  第一ガイド部、２４２  第二ガイド部、２５  ハンドル、２８  基板、３  スロット、３０  載置台、４  ステータコイル、４０  成形装置、４１  可動プレート、４２１  第一保持部、４２２  溝部、４３  スライド部、４４  下部ユニット、４４１  下型、４６  回転軸、４７  ガイド棒、４８  上部ユニット、４８１  上型、４９１  第二保持部、５  単位コイル、５０  中間体、６  収納部、７１  コイルエンド部、７２  コイルエンド部、８  結線部、  Ｈ  積層方向、Ｊ  幅、Ｊ０  幅、Ｍ  中心点、Ｒ  ループ形状、Ｗ１  縦寸法、Ｗ１  厚み、Ｗ２  横寸法、Ｗ３  幅、Ｗ３  段差量、Ｗ４  幅、Ｗ５  長さ、Ｗ６  長さ、Ｗ７  間隔、Ｗ８  間隔、Ｗ９  距離、Ｗ１０  距離、Ｙ  軸方向、Ｚ  周方向、α  角度、β  角度、γ１  角度、γ２  角度。
【図１】
2020075390.tif 000003
【図２】
2020075390.tif 000004
【図３】
2020075390.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020075390.tif 000007
【図６】
2020075390.tif 000008
【図７】
2020075390.tif 000009
【図８】
2020075390.tif 000010
【図９】
2020075390.tif 000011
【図１０】
2020075390.tif 000012
【図１１】
2020075390.tif 000013
【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】
2020075390.tif 000020
【図１９】
2020075390.tif 000021
【図２０】
2020075390.tif 000022
【図２１】
2020075390.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年9月15日(2020.9.15)
【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】
環状のステータコアの内周側に、周方向に間隔を隔てて複数個形成されたスロットに挿入されるとともに、複数個が環状に並べられステータコイルを構成する回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
導線を環状となるように複数回巻回して前記導線を複数層積層して形成するとともに、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層して、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層して、前記単位コイルの中間体を形成する巻回工程と、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、前記巻回工程の状態から比較して積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記中間体の前記コイルエンド部を屈曲して、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置を積層毎に揃えるように成形して前記単位コイルを形成する成形工程とを備える回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項２】
前記回転電機の軸方向の両側のそれぞれの前記コイルエンド部は、一方の前記収納部から他方の前記収納部に至る長さが、
前記コイルエンド部の前記収納部の位置よりも離れる方向に屈曲される側の層が、前記収納部の位置に近い側の層よりも長く形成され、
前記コイルエンド部の各層は、前記収納部に対して同じ軸方向の位置で曲げられている請求項１に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項３】
前記巻回工程において、前記コイルエンド部の外形を階段状の積層は、前記導線の積層方向の厚みの１／２を最大とする積層方向の段差量を設けて行う請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項４】
前記成形工程において、前記中間体の前記収納部を保持しながら軸方向に垂直な面内で回転させることによって、
前記中間体の各前記収納部の間隔と、各前記収納部を挿入する所定の２つの前記スロットの間隔とが同一になるとともに、前記中間体の各前記収納部の周方向の角度と、所定の２つの前記スロットの周方向の角度とが同一になるように成形する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項５】
前記導線は、長方形断面形状を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項６】
前記巻回工程において、前記中間体は前記導線の長方形断面の短辺を含む面が曲がる方向に曲げて六角形の環状に積層される請求項５に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法の前記巻回工程に用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置において、
基板と、前記基板上であって前記中間体の前記コイルエンド部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が階段状の筒状の第一軸体および第二軸体と、
前記基板上であって前記中間体の前記収納部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が直線状の筒状の第三軸体、第四軸体、第五軸体、第六軸体と、
前記第一軸体、前記第二軸体、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿うように前記導線を巻回する巻回部とを備え、
前記巻回部は、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿う直線状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う直線状の形状を有する第二ガイド部とを備える回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置。
【請求項８】
前記巻回部は、前記第一軸体および前記第二軸体の階段状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う逆階段状の形状を有する第一ガイド部を備える請求項７に記載の回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置。
【請求項９】
内周側において周方向に間隔を隔てて複数個のスロットが形成された環状のステータコア、および、前記スロットに挿入されるとともに、単位コイルが複数個環状に並べられて構成されたステータコイルを有するステータと、
前記ステータの内周側に空隙を介して対向して回転可能に配置されたロータとを備えた回転電機において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
前記単位コイルは、導線が環状となるように複数回巻回されて前記導線が複数層積層されて形成されるとともに、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層されて、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層されており、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記コイルエンド部が屈曲されて、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置が積層毎に揃っている回転電機。
【請求項１０】
前記回転電機の軸方向の両側のそれぞれの前記コイルエンド部は、一方の前記収納部から他方の前記収納部に至る長さが、
前記コイルエンド部の前記収納部の位置よりも離れる方向に屈曲される側の層が、前記収納部の位置に近い側の層よりも長く形成され、
前記コイルエンド部の各層は、前記収納部に対して同じ軸方向の位置で曲げられている請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記コイルエンド部は、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部の外形が前記導線の積層方向の厚みの１／２を最大とする積層方向の段差量が設けられた階段状に積層されている請求項９または請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の単位コイルの製造方法を用いて製造された単位コイルを有する回転電機を製造する回転電機の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本願は、回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置および回転電機および回転電機の製造方法に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、絶縁性能の劣化の防止、かつ、高生産性となる回転電機を得るための回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置および回転電機および回転電機の製造方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に開示される回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法は、
環状のステータコアの内周側に、周方向に間隔を隔てて複数個形成されたスロットに挿入されるとともに、複数個が環状に並べられステータコイルを構成する回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
導線を環状となるように複数回巻回して前記導線を複数層積層して形成するとともに、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層して、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層して、前記単位コイルの中間体を形成する巻回工程と、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、前記巻回工程の状態から比較して積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記中間体の前記コイルエンド部を屈曲して、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置を積層毎に揃えるように成形して前記単位コイルを形成する成形工程とを備えたものである。
また、本願に開示される回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置は、
前記回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法の前記巻回工程に用いられる回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置において、
基板と、前記基板上であって前記中間体の前記コイルエンド部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が階段状の筒状の第一軸体および第二軸体と、
前記基板上であって前記中間体の前記収納部の形成位置の軸方向の両端に設置された外形が直線状の筒状の第三軸体、第四軸体、第五軸体、第六軸体と、
前記第一軸体、前記第二軸体、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿うように前記導線を巻回する巻回部とを備え、
前記巻回部は、前記第三軸体、前記第四軸体、前記第五軸体、前記第六軸体の外形に沿う直線状の外形に前記導線を沿わした状態で外形が沿う直線状の形状を有する第二ガイド部とを備えるものである。
また、本願に開示される回転電機は、
内周側において周方向に間隔を隔てて複数個のスロットが形成された環状のステータコア、および、前記スロットに挿入されるとともに、単位コイルが複数個環状に並べられて構成されたステータコイルを有するステータと、
前記ステータの内周側に空隙を介して対向して回転可能に配置されたロータとを備えた回転電機において、
前記単位コイルは、環状に形成され、各前記スロットの内の所定の２つの前記スロットにそれぞれ収納される収納部と、各前記収納部の前記回転電機の軸方向の両側をそれぞれ接続するコイルエンド部とを備え、
前記単位コイルは、導線が環状となるように複数回巻回されて前記導線が複数層積層されて形成されるとともに、前記コイルエンド部の位置が積層方向において前記収納部の位置に一致するように変形された場合に、前記コイルエンド部は積層方向において外形を階段状に積層されて、前記収納部は積層方向において外形を直線状に積層されており、
両前記コイルエンド部間の軸方向の長さが大きく形成されている層において前記収納部から軸方向に最も突出する前記コイルエンド部の位置が、積層方向において前記収納部の位置よりも離れる方向に、前記コイルエンド部が屈曲されて、前記コイルエンド部の環状の内側の軸方向の位置が積層毎に揃っている。
また、本願に開示される回転電機の製造方法は、
前記記載の単位コイルの製造方法を用いて製造された単位コイルを有する回転電機を製造するものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願に開示される回転電機のステータ用の単位コイルの製造方法および回転電機のステータ用の単位コイルの製造装置および回転電機および回転電機の製造方法によれば、絶縁性能の劣化の防止、かつ、高生産性となる回転電機を得ることができる。
【国際調査報告】
2020075390.tif 000035
2020075390.tif 000036
2020075390.tif 000037
2020075390.tif 000038