(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの各スロットに交互に挿通される往き導体部及び還り導体部からなるスロット導体部と、前記スロット導体部と一体に形成されて前記往き導体部及び還り導体部の同一側端部を接続してコイルエンドを構成する渡り導体部とからなる各相のコイル導体を波巻きしてなり、前記渡り導体部は、前記往き導体部の一端から周方向一方側へ延在するとともに軸方向外側へ延在する第１の重なり部と、前記還り導体部の一端から周方向他方側へ延在するとともに軸方向外側へ延在する第２の重なり部と、前記両重なり部よりも更に軸方向へ突出する先端部とを有し、前記両重なり部は、周方向に近接する他の渡り導体部と径方向に重なる回転電機の多相波巻き巻線において、
前記先端部は、前記第１の重なり部の延在方向から前記第２の重なり部の延在方向へ直接向きを変え、
前記渡り導体部の先端部の一端と他端とは、径方向へ前記渡り導体部の略径方向厚さ以上変位していることを特徴とする回転電機の多相波巻き巻線。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機の多相波巻き巻線において、
前記渡り導体部の先端部は、径方向へ前記渡り導体部の略径方向厚さ以上の段差を有することを特徴とする回転電機の多相波巻き巻線。
【請求項３】
請求項１又は２記載の回転電機の多相波巻き巻線において、
前記コイル導体は、コアの径方向が厚さ方向に一致する姿勢を保持しつつ線状導体薄板を塑性変形して形成されていることを特徴とする回転電機の多相波巻き巻線。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の回転電機の多相波巻き巻線において、
前記コイル導体は、前記コアの径方向に薄く、周方向に広い略角形断面形状を有し、かつ、前記スロットの開口幅より狭い幅を有することを特徴とする回転電機の多相波巻き巻線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の多相波巻き巻線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ・発電機等の回転電機の固定子巻線や回転子巻線の巻装方法として、１磁極に所定巻数の導体を巻装し、巻装終了後、次の磁極に移る集中巻きと、導体を波状に巻装していく波巻きとが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集中巻きの場合、巻装を磁極毎に行っていくため製作に時間がかかる。また、波巻きの場合、回転電機に広く使用されている３相コイルを巻装する場合、コイルエンド部に重なりが生じるため、コイルエンド部のスペースが大きくなって回転電機の体格が増大してしまい、また、コイルエンド部の導体長の合計における抵抗電力損失が増大するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、コイルエンド部のスペースや抵抗電力損失の低減が可能な回転電機の多相波巻き巻線を提供することをその目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コアの各スロットに交互に挿通される往き導体部及び還り導体部からなるスロット導体部と、前記スロット導体部と一体に形成されて前記往き導体部及び還り導体部の同一側端部を接続してコイルエンドを構成する渡り導体部とからなる各相のコイル導体を波巻きしてなり、前記渡り導体部は、前記往き導体部の一端から周方向一方側へ延在するとともに軸方向外側へ延在する第１の重なり部と、前記還り導体部の一端から周方向他方側へ延在するとともに軸方向外側へ延在する第２の重なり部と、前記両重なり部よりも更に軸方向へ突出する先端部とを有し、前記両重なり部は、周方向に近接する他の渡り導体部と径方向に重なる回転電機の多相波巻き巻線において、前記先端部が、前記第１の重なり部の延在方向から前記第２の重なり部の延在方向へ直接向きを変え、前記渡り導体部の先端部の一端と他端とは、径方向へ前記渡り導体部の略径方向厚さ以上変位していることを特徴とする回転電機の多相波巻き巻線である。
本発明の回転電機の多相波巻き巻線において、渡り導体部の先端部の一端と他端とは径方向へ前記渡り導体部の略径方向厚さ以上変位しているので、プレス成形などで作製した各相のコイル導体をスロットに収容するだけで巻装をほとんど完了することができ、巻線機を用いてもしくは手作業で行っていた従来の複雑な巻装工程に対し巻装が格段に簡素となる。
【０００６】
また、従来のコイル導体の渡り導体部を湾曲成形するのに比較して各渡り導体部の三次元形状をほとんど等しくすることができ、かつ、同一形状に塑性変形された各渡り導体部を周方向に順次ずらして配置することによりコイルエンドを作成することができるので、コイルエンドを従来より格段に小型化（特にその径方向へ縮小）することができ、かつ、渡り導体部の無駄な配線延長による抵抗電力損失も生じず、コイルエンドにおける各渡り導体部間の間隙も一定となるので渡り導体部の一部が冷却しにくいという不具合も生じない。
【０００７】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の回転電機の多相波巻き巻線において更に、渡り導体部の先端部は、径方向へ渡り導体部の略径方向厚さ以上の段差を有するので、段差以外の部位は径方向に塑性あるいは弾性変形する必要がなく、コイル導体の製造、組み付けが容易となる。
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載の回転電機の多相波巻き巻線において更に、コイル導体は、コアの径方向が厚さ方向に一致する姿勢を保持しつつ線状導体薄板を塑性変形して形成されているので、段差形成が容易であり、コイル導体の製造が容易となる。
【０００８】
請求項４記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれか記載の回転電機の多相波巻き巻線において更に、コイル導体はコアの径方向に薄く周方向に広い略角形形状を有し、少なくともコイル導体を挿入する時点でスロットの開口幅より狭い幅を有するので、あらかじめ成形されたコイル導体のスロット導体部を径方向へ押し入れるだけで巻線作業をほとんど完了することができる。なお、スロット導体部をスロットへ挿入した後、スロットの開口を狭搾してもよい。
【０００９】
【発明を実施するための態様】
本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。なお、本発明の三相ステータコイルは、ステータコイルとしてだけではなく、ロータコイルとしても採用できることはもちろんである。
【００１０】
【実施例１】
本発明の波巻き巻線を固定子巻線（ステータコイル）に適用した三相モータの実施例を説明する。図１はこのモータの固定子の平面図を示し、図２は正面図を示し、図３はコイル２の一部を示し、図５はコイル（三相ステータコイル）２の全体展開図を示す。
【００１１】
１は薄板状の電極鋼板を積層した固定子コアで、内径側に開口する多数のスロットを有する。各スロット内には、星型接続された三相二層波巻き型の固定子コイル（以下、単にコイルともよぶ）２が巻装されており、スロット入り口部には、コイルのスロットからの飛出しを防止する板状のウエッジ４が嵌着されている。また、スロットの内周部にはコイル２とコア１とを絶縁するインシュレータ３が挿入されている。
【００１２】
コイル２は、スロット内に挿入される直線状のスロット導体部２１と、スロット導体部２１と一体に形成される渡り導体部２２とを有し、渡り導体部２２の両端は、２スロット挟んだ両側のスロットに挿入される一対のスロット導体部２１の同一端部に個別に接続されている。コイル２は、図１に示すように、三つの相コイル（コイル導体）２ａ、２ｂ、２ｃからなり、スロット導体部２１は、図３に示すように、各相コイル２ａ、２ｂ、２ｃの始端からみて離れる往き方向へ延在する往き導体部２１ａと、各相コイル２ａ、２ｂ、２ｃの始端からみて近づく還り方向へ延在する還り導体部２１ｂとからなる。したがって、スロット両側のコイルエンドは、正確にはスロット導体部２１の両側の端部と渡り導体部２２とで構成され、各渡り導体部２２は、図１に示すように、スロット導体部２１に対して仮想円筒面上を周方向かつ軸方向へ延設されており、渡り導体部２２の軸方向反コア側へ突出する中央部で径方向に渡り導体部２２の厚さだけ径方向へ段差２２３を各一個づつ有する。
【００１３】
以下、図３を参照してコイル２について更に詳しく説明する。
図３（ａ）は、成形済みで円筒状に湾曲させる前のコイル２のスロット挿入前の状態を示す部分平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す成形済みのコイル２の相コイル（コイル導体）２１ａをスロット導体部２１の延設方向（ｘ方向）にみた状態を示す正面図であり、図３（ｃ）は、成形済みのコイル２をスロット導体部２１の延設方向（ｘ方向）にみた状態を示す正面図である。
【００１４】
渡り導体部２２は、円筒状に湾曲させる前において、同一コイル導体２１ａの隣接するスロット導体部２１の往き導体部２１ａの一端とスロット導体部２１の還り導体部２１ｂの一端とを接続するために、スロット導体部２１と同一平面上をｘ方向に対して斜めに延設されている。
渡り導体部２２は、周方向に近接する他の渡り導体部２２と径方向に重なる重なり部２２１と、重なり部２２１よりも更に軸方向へ突出する先端部２２２とを有し、先端部２２２の中央部に位置して径方向へ渡り導体部の略径方向厚さ以上の段差２２３を有している。
【００１５】
このようにすれば、渡り導体部２２の厚さの略２倍の厚さにコイルエンドの厚さを圧縮することができ、しかも、コイルエンドの軸方向突出寸法も短縮することができる。更に、コイル２を成形後、スロットに挿入することができ、コイル組み付け工程を簡素化することができる。
コイル２は、１スロットピッチずつ離れて平行に配列された６本のコイル導体２３〜２８を有し、コイル導体２３、２７が相コイル２ａを構成し、コイル導体２４、２８が相コイル２ｂを構成し、コイル導体２５、２６が相コイル２ｃを構成している。各コイル導体２３〜２８は、固定子コア１の径方向に薄く周方向に広い略角形断面形状を有し、往き導体部２１ａ及び還り導体部２１ｂからなるスロット導体部２１と、往き導体部２１ａ及び還り導体部２１ｂを接続する渡り導体部２２とからなり、つづら折り状に屈曲されている。
【００１６】
更に、６本のコイル導体２３〜２８の各始端部のうち、２、４、６番目の始端は互いに短絡されて中性点とされ、残る１、３、５番目の始端は、三相星型接続された各相コイル２ａ、２ｂ、２ｃの端子をなす。
ただし、図５において段差２２３は図１に示すそれと異なる方向へ設けられている。
【００１７】
（コイル２の成形）
以下、コイル２の成形組み付けについて以下に説明する。
まず、６本のコイル導体２３〜２８を１スロットピッチずつ離れて平行に配置する。スロット導体部２１及び渡り導体部２２はそれぞれ直線帯状に形成されており、渡り導体部２２はスロット導体部２１に対して適当な角度（ここでは約６０度）で斜設されている。
【００１８】
次に、図５に示すように、コイル導体２３〜２８の始端２３〜２８から数えて最初の６個の渡り導体部２２を、最初のスロット導体部２１が下となるように段差２２３を設け、これによりコイル導体２３の二番目のスロット導体部２１はコイル導体２７の最初のスロット導体部２１の上に重なり、以下同様に、コイル導体２４の二番目のスロット導体部２１はコイル導体２８の最初のスロット導体部２１の上に重なり、コイル導体２６の二番目のスロット導体部２１はコイル導体２５の最初のスロット導体部２１の上に重なる。
【００１９】
以下、順次段差２２３を設け、６本のコイル導体２３〜２８を各スロットに２層に収容する。これにより各コイル導体２３〜２８は一周することになり、スロット内に２層に２ターン分のコイルが形成される。
次に、いままでと反対方向へ段差２２３を設けることにより、その後のスロット導体部２１はスロット内で３、４層目に円滑に配置されることができ、６本のコイル導体２３〜２８を各スロットに４層に収容する。これにより、各コイル導体２３〜２８は次の一周を行うことになり、スロット内に４層に４ターン分のコイルが形成される。以下、必要なターン数が上記と同じ手順で作製される。
【００２０】
次に、所定ターンを作製した後、図５に示すように、コイル導体２３〜２８の最終渡り導体部は、いままでの渡り導体部２２に対して約半分の長さとされ、かつ、コイル導体２７、２５、２８の最終渡り導体部２２はコイル導体２３、２６、２４の最終渡り導体部２２と線対称方向に斜設される。その結果、図５に示すように、コイル導体２３、２７の最終渡り導体部２２の先端部は重なり、コイル導体２４、２８の最終渡り導体部２２の先端部は重なり、コイル導体２５、２６の最終渡り導体部２２の先端部は重なり、これら重なり部分を溶接することにより、三相ステータコイルが形成されることになる。
【００２１】
次に、上述のように作製されたコイル２を固定子コア１の各スロットに挿入される。なお、コイル導体２０２、２０４、２０６の始端を短絡して中性点とする。
（コアへの挿入）
次に、上述のようにして作製された三相ステータコイル２のステータコア１への挿入について図６、図７を参照して以下に説明する。
【００２２】
ステータコア１は、スロット１０の数に等しいだけそれぞれ同一形状に分割されたコア片１１を図７に示すように組み合わせてなる。組み立てられた三相ステータコイル２は、図示しないコイル保持装置により保持されて図６に示す状態で固定されている。
三相ステータコイル２の径方向外側に位置してコア片保持装置が配置される。このコア片保持装置は、コア片１１の数だけコア片挟持具を有し、各コア片挟持具は、三相ステータコイル２の径方向外側に周方向一定ピッチで配置され、各コア片１１の両端面を軸方向に個別に挟持する。次に、各コア片挟持具を縮径方向へ一斉に等速移動させ、これにより各コア片１１のティース１２が各スロット導体部２１の間に挿入されていく（図６参照）。その後、更に、各コア片１１を縮径方向へ移動することにより最終的に図７に示すように、各コア片１１は一個のステータコア１となる。最後に、外周面に露出して軸方向に延在する接合縁１１ｃを軸方向に溶接してステータコア１を完成すると同時に三相ステータコイル２の巻装作業も終了する。
【００２３】
この分割コア式のステータコア１は、上述した渡り導体部２２の軸方向先端部に段差をもつ三相ステータコイル２と組み合わせた場合に、その巻装作業を簡素化できる点で特に実用性に優れている。更に、この実施例では、コア片１１の外周部１１ａが周方向一方側に長く延在するので、隣接するコア片１１同士の接触部１１ｂの面積を大きくすることができ、その結果として、このコア片１１同士の接触部１１ｂにおける磁気抵抗を低減してモータ出力の大幅な向上を実現できるという優れた利点が生じる。
【００２４】
なお、コア片１１の外周部１１ａを図６、図７の実施例に示すよりも更に長く延長できることはもちろんであり、また、各コア片１１の縮径に際して単純に求心方向へ動作させるだけでなく、いわゆる渦巻き状の動きで縮径させてもよいことはもちろんである。
【００２５】
【実施例２】
他の実施例を図４を参照して説明する。ただし、理解を容易とするために主要機能が共通の構成要素には同一符号を付す。図４は、成形済みで円筒状に湾曲させる前のコイル２のスロット挿入前の状態を示す部分平面図である。
この変形例は、図３（ａ）に示すコイル２において、重なり部２２１よりも更に軸方向へ突出する先端部２２２が、４つの屈折部２２４この４つの屈折部２２４の順次屈折により渡り導体部２２の厚さだけ、渡り導体部２２を径方向（ここでは紙面直角方向）へ段差を稼いでいる。このようにすればこの部分の段差加工が容易となる。
【００２６】
なお、先端部２２２の両端が径方向へその厚さ分だけ変位していればよいので、その間において連続的に変位させてもよい。
【００２７】
【変形態様】
上述した実施例では、断面長方形の角形導体を用いたが、丸線を用いてもよい。また、導体を複数本周方向に並べて１本のコイル導体としてもよい。
また、渡り導体部２２の折り曲げ方向は上記に限定されるものではなく、コイルエンド部の必要スペース増大を招くものの任意である。
【００２８】
更に、コイル導体一本づつに段差２２３を設けておいて６本を編んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の波巻き巻線を固定子巻線に適用した三相モータの実施例における固定子の平面図である。
【図２】  図１に示す固定子の正面図である。
【図３】  図３（ａ）は、成形済みで円筒状に湾曲させる前のコイル２のスロット挿入前の状態を示す部分平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す成形済みのコイル２の相コイル（コイル導体）２１ａをスロット導体部２１の延設方向（ｘ方向）にみた状態を示す正面図であり、図３（ｃ）は、成形済みのコイル２をスロット導体部２１の延設方向（ｘ方向）にみた状態を示す正面図である。
【図４】  実施例２における成形済みで円筒状に湾曲させる前のコイル２のスロット挿入前の状態を示す部分平面図である。
【図５】  実施例１、２のコイル２の展開図である。
【図６】  分割式のステータコアへのコイル２の挿入動作を示す模式部分正面図（縮径状態）である。
【図７】  分割式のステータコアへのコイル２の挿入動作を示す模式部分正面図（縮径完了状態）である。
【符号の説明】
１は固定子コア、２はコイル、２１はスロット導体部、２２は渡り導体部、２２１は渡り導体部２２の重なり部、２２２は渡り導体部２２の先端部、２２３は渡り導体部２２の段差
【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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