JPWO2015119105A1 - 回転電機および回転電機のコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、コイルの断面形状を矩形とし、かつコイルエンド部の頂部の膨出部の断面積を斜辺部の断面積より小さくし、出力および生産性の向上を図るとともに、小型化を図ることができる回転電機およびそのコイルの製造方法を得る。この発明の回転電機では、電機子巻線を構成するコイルは、断面矩形の導体線を巻き回して作製され、２つのスロットからなるスロット対に挿入される４本の直線部と、任意の２本の直線部の端部同士を接続して、４本の直線部を一続きに連結する３本のコイルエンド部と、を有し、周方向に１スロットピッチに配列して、電機子鉄心に装着され、コイルエンド部は、軸方向外方に凸状に突出する膨出部と、接続される２本の直線部と膨出部とを連結する斜辺部と、を有し、膨出部は、接続される２本の直線部の径方向位置を設定量だけ変位させるクランク部を有し、膨出部の断面積が斜辺部の断面積より小さい。

Description

この発明は、例えば電動機や発電機などの回転電機およびそのコイルの製造方法に関し、特に電機子巻線を構成するコイル構造に関するものである。

近年、電動機や発電機として使用される回転電機において、小型高出力、および高品質が求められている。このような高出力の回転電機では、高い電圧が印加されるため、電機子鉄心に巻装されるコイル間に発生する電位差が大きくなり、それに耐える絶縁距離が必要となる。しかしながら、絶縁距離を大きくすると、その分コイルエンドの高さが高くなり、回転電機全体が大型化してしまう。

このような状況を鑑み、スロット内に挿入されるコイルの直線部の断面形状を矩形とし、占積率を高めて、高出力化を図りつつ、直線部間を連結するコイルエンド部の断面形状を円形とし、コイルエンド部同士の干渉を抑えて、コイルエンドの高さを低くし、小型化を実現する従来の回転電機が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１２５３３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の回転電機では、断面矩形の導体線を用いた場合には、導体線のコイルエンド部に相当する部分を円形断面に成形する工程が、導体線をコイルパターンに成形するコイル成形工程とは別に必要となり、生産性が低下するという課題があった。なお、断面円形の導体線を用いた場合には、導体線の直線部に相当する部分を矩形断面に成形する工程が、導体線をコイルパターンに成形するコイル成形工程とは別に必要となる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コイルの直線部およびコイルエンド部の断面形状を矩形とし、導体線を円形断面に成形する工程を不要とし、出力および生産性の向上を図るとともに、かつコイルエンド部の頂部の膨出部の断面積を斜辺部の断面積より小さくし、コイルエンド部同士の干渉を抑えて、小型化を図ることができる回転電機およびそのコイルの製造方法を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、ティースが周方向に複数配列されて、スロットが上記ティース間に形成された円環状の電機子鉄心、および上記電機子鉄心に装着された電機子巻線を有する電機子を備えている。上記電機子巻線は、それぞれ、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した、断面矩形の導体線を巻き回して作製された分布巻きの複数のコイルにより構成され、上記コイルは、それぞれ、長さ方向を軸方向として２つの上記スロットからなるスロット対に挿入される２ｍ本(但し、ｍは１以上の整数）の直線部と、それぞれ、２ｍ本の上記直線部のなかの任意の２本の上記直線部の端部同士を接続して、２ｍ本の上記直線部を一続きに連結する（２ｍ−１）本のコイルエンド部と、を有し、周方向に１スロットピッチに配列して、上記電機子鉄心に径方向に１層以上に装着される。上記コイルエンド部は、軸方向外方に凸状に突出する膨出部と、接続される２本の上記直線部と上記膨出部とを連結する斜辺部と、を有し、上記膨出部は、接続される２本の上記直線部の径方向位置を設定量だけ変位させるクランク部を有し、上記膨出部の断面積が上記斜辺部の断面積より小さい。

この発明によれば、電機子巻線は、それぞれ、断面矩形の導体線を巻き回して作製された分布巻きの複数のコイルにより構成されている。そこで、スロットに挿入される直線部が断面矩形となり、占績率が高められ、高出力化が図られる。また、導体線を円形断面に成形する工程が不要となり、生産性が高められる。
コイルエンド部において、膨出部の断面積が斜辺部の断面積より小さくなっているので、コイルエンド部同士の干渉を抑えて、コイルエンド部の軸方向高さを低くでき、小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルを示す端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルを示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルのコイルエンド部の斜辺部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルのコイルエンド部の頂部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を製造する方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を製造する方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルに用いられる導体線を示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成前の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成後の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成前の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成後の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成前の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成後の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成前の状態を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成後の状態を説明する図である。

以下、本発明による回転電機およびその製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す片側断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を示す斜視図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子鉄心を構成する鉄心ブロックを示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルを示す斜視図、図６はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルを示す端面図、図７はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルを示す正面図である。図８Ａはこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルのコイルエンド部の斜辺部を示す断面図、図８Ｂはこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を構成するコイルのコイルエンド部の頂部を示す断面図である。図９はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線を示す斜視図、図１０および図１１はそれぞれこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子を製造する方法を説明する図である。

図１および図２において、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２およびフレーム２の開口を塞口する端板３を有するハウジング１と、フレーム２の円筒部に挿入、固着された電機子１０と、フレーム２の底部および端板３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、電機子１０の内周側に回転可能に配設された回転子５と、を備えている。

回転子５は、軸心位置に挿通された回転軸６に固着された回転子鉄心７と、回転子鉄心７の外周面側に埋設されて周方向に予め定めたピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石８と、を備えた永久磁石型回転子である。なお、回転子５は、永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡したかご形回転子や、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。

つぎに、電機子１０の構成について具体的に図３から図８Ｂを参照しつつ説明する。

電機子１０は、図３に示されるように、電機子鉄心１１と、電機子鉄心１１に装着された電機子巻線２０と、電機子巻線２０と電機子鉄心１１とを電気的に絶縁するスロットセル１４と、を備えている。ここで、説明の便宜上、回転子５の極数を１０、電機子鉄心１１のスロット数を６０個、電機子巻線２０を三相巻線とする。すなわち、毎極毎相当たりのスロット数は２である。

鉄心ブロック１２は、円環状の電機子鉄心１１を周方向に３０等分割したもので、図４に示されるように、予め定めた枚数の電磁鋼板を積層一体化して作製され、断面円弧形のコアバック部１２ａと、コアバック部１２ａの内周壁面から径方向内方に延設された２本のティース１２ｂと、を備えている。そして、電機子鉄心１１は、ティース１２ｂを径方向内方に向けて、コアバック部１２ａの周方向の側面同士を突き合わせて、３０個の鉄心ブロック１２を周方向に配列、一体化して、円環状に構成されている。コアバック部１２ａと周方向に隣り合う２本ティース１２ｂにより構成されるスロット１３が、内周側に開口するように、周方向に等角ピッチで配列されている。ティース１２ｂは周方向幅が径方向内方に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されており、スロット１３の電機子鉄心１１の軸心に垂直な断面は長方形となっている。

電機子巻線２０は、６０個のコイル２００により構成される。コイル２００は、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した銅線やアルミニウム線などからなる長方形断面の導体線１９を、螺旋状に略六角形に２回巻き回したコイルパターンに構成された亀甲形コイルである。ここで、導体線１９は、長辺長さをｔ、短辺長さをｗとする矩形断面に形成されている。

具体的には、コイル２００は、図５から図７に示されるように、電機子鉄心１１のスロット１３に挿入される第１、第２、第３および第４直線部２０１，２０２，２０３，２０４、第１および第２直線部２０１，２０２の一端部間を接続する第１コイルエンド部２１１、第２および第３直線部２０２，２０３の他端部間を接続する第２コイルエンド部２１２、第３および第４直線部２０３，２０４の一端部間を接続する第３コイルエンド部２１３を備えている。

このように、コイル２００は、第１から第４直線部２０１〜２０４を第１から第３コイルエンド部２１１〜２１３により一続きに連結して構成される。

第１から第３コイルエンド部２１１〜２１３は、それぞれ、第１から第４直線部２０１〜２０４から斜めに立ち上がる斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａと、それらの頂部に軸方向（直線部の長さ方向）の外方に膨出した膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂと、を備える。さらに、膨出部２１１Ｂ〜２１３Ｂのそれぞれには、径方向に導体線１９の短辺の長さｗだけ変位するクランク部２２１が形成されている。また、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａは、立ち上がり元の第１から第４直線部２０１〜２０４と同じ径方向位置を維持している。つまり、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａは、電機子巻線２０が電機子鉄心１１に装着された際に、軸方向外方から見て、立ち上がり元の第１から第４直線部２０１〜２０４と電機子鉄心１１の軸心との間の距離を半径とする円弧形状となっている。

そして、第１および第３直線部２０１，２０３が、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間ｗをあけて１列に配列されている。また、第２および第４直線部２０２，２０４が、第１および第３直線部２０１，２０３の列から周方向一側に６スロットピッチ離れて、長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向け、長方形断面の短辺の長さ方向に隙間ｗをあけて１列に配列される。したがって、コイル２００は、分布巻きのコイルである。なお、６スロットピッチとは、連続する６つのティース１２ｂの両側のスロット１３のスロット中心間の間隔である。ここでは、６スロットピッチが、１磁極ピッチに相当する。また、分布巻きのコイルとは、導体線を、周方向に連続する２本以上のティース１２ｂの両側に位置するスロット１３に巻いて作製されるコイルである。

ここで、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａは、図８Ａに示されるように、長辺長さをｔとし、短辺長さをｗとする矩形の断面形状、すなわち第１から第４直線部２０１，２０２，２０３，２０４と同じ断面形状である。また、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂは、図８Ｂに示されるように、長辺長さをｔ”とし、短辺長さをｗ”とする矩形の断面形状である。そして、ｔ＞ｔ”、ｗ＞ｗ”であり、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積が、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの断面積より小さい。また、クランク部成形前の膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの軸方向内側を向く面は、クランク部成形後も、軸方向内側を向き、クランク部成形前の膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの軸方向外側を向く面は、クランク部成形後も、軸方向外側を向いている。

このように構成されたコイル２００が周方向に１スロットピッチで６０個配列され、図９に示される電機子巻線２０が組み立てられる。電機子巻線２０では、径方向に１列に並んだ４本の第１から第４直線部２０１〜２０４が、１スロットピッチで周方向に６０列配列される。そして、第１コイルエンド部２１１を１スロットピッチで周方向に配列してなる第１コイルエンド部２１１の群と、第３コイルエンド部２１３を１スロットピッチで周方向に配列してなる第３コイルエンド部２１３の群とが、電機子巻線２０の軸方向の一端側に径方向に２層に配列され、第１コイルエンド２０ａを構成する。また、第２コイルエンド部２１２を１スロットピッチで周方向に配列してなる第２コイルエンド部２１２の群が、電機子巻線２０の軸方向の他端側に径方向に１層で配列され、第２コイルエンド２０ｂを構成する。

そして、Ｕ字状に曲げ成形されたスロットセル１４を第１から第４直線部２０１〜２０４の各列に装着する。ついで、図１０に示されるように、３０個の鉄心ブロック１２が、ティース１２ｂのそれぞれを、電機子巻線２０の隣り合う第１から第４直線部２０１〜２０４の列間の径方向外方に位置させるように、周方向に略等角ピッチで配列される。ついで、周方向に配列された鉄心ブロック１２を、径方向内方に移動させ、鉄心ブロック１２のティース１２ｂのそれぞれを隣り合う第１から第４直線部２０１〜２０４の列間に挿入する。

そして、図１１に示されるように、隣り合う鉄心ブロック１２の周方向の側面同士が突き合わされ、３０個の鉄心ブロック１２が電機子巻線２０に装着される。ついで、円環状に配列された鉄心ブロック１２がフレーム２内に圧入、固着されて一体化され、電機子鉄心１１が作製される。これにより、電機子巻線２０が電機子鉄心１１に装着され、図３に示される電機子１０が組み立てられる。そして、各スロット１３には、４本の第１から第４直線部２０１〜２０４が長方形断面の長辺の長さ方向を周方向に向けて径方向に１列に配列されて収納されている。また、電機子巻線２０に結線処理が施され、３相交流巻線が形成される。このように組み立てられた回転電機は、１０極６０スロットのインナーロータ型の電動機として動作する。

この実施の形態１によれば、スロット１３に挿入される第１から第４直線部２０１，２０２，２０３，２０４が断面矩形に構成されているので、占積率が高められ、回転電機１００の高出力化が図られる。

膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積が、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの断面積より小さい。そこで、コイルエンドの高さが低くなり、回転電機１００の小型化が図られる。さらに、周方向に隣り合う膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂ間の隙間が広くなり、電機子巻線２０の放熱性が高められる。

また、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの短辺長さｗ”（径方向幅）が、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの短辺長さｗより短いので、周方向に隣り合う膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂ間の隙間が広くなり、電機子巻線２０の放熱性がさらに高められる。また、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの長辺長さｔ”（軸方向幅）が、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの長辺長さｔより短いので、コイルエンドの軸方向寸法が小さくなり、回転電機１００の小型化が図られる。

また、コイル２００の各部位が断面矩形であるので、断面矩形の導体線１９を用いてコイル２００を成形する際に、導体線１９を断面円形に成形する工程が不要となり、生産性が高められる。
また、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積を縮小させることが、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂを成形する工程、あるいはクランク部２２１を成形する工程で同時に実施できるので、工程を増やすことなく、コイル２００を成形することができ、生産性が高められる。

ここで、第１から第３コイルエンド部２１１，２１２，２１３が１スロットピッチで周方向に配列されているので、第１から第３コイルエンド部２１１，２１２，２１３同士の干渉を回避するには、第１から第３コイルエンド部２１１，２１２，２１３に高い寸法精度が求められる。斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａは根元部を曲げて成形されることから、高い寸法精度が確保される。しかし、第１から第３コイルエンド部２１１，２１２，２１３の頂部は、導体線１９を凸状に曲げ成形した後、クランク状に曲げ成形されるので、高い寸法精度を確保しにくい。この実施の形態１では、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積が斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの断面積より小さいので、仮に
膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂおよびクランク部２２１の寸法精度が低下しても、周方向に隣り合うクランク部２２１間の隙間を十分に確保でき、第１から第３コイルエンド部２１１，２１２，２１３同士の干渉を回避することができる。

つぎに、コイル２００の製造方法について図１２から図１４Ｂを参照しつつ説明する。図１２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルに用いられる導体線を示す平面図、図１３Ａはこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成前の状態を説明する図、図１３Ｂはこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成後の状態を説明する図、図１４Ａはこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成前の状態を説明する図、図１４Ｂはこの発明の実施の形態１に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成後の状態を説明する図である。

まず、図１２に示されるように、長辺長さｔ、短辺長さｗとする断面矩形の導体線１９を用意する。
ついで、図１３Ａに示されるように、導体線１９の膨出部２１１Ｂの形成位置を膨出部成形ツール７０，７０間に配置する。そして、図１３Ｂに示されるように、導体線１９の長辺の長さ方向から膨出部成形ツール７０，７０により押し潰し、凸状に曲げられた膨出部２１１Ｂを成形する（膨出部成形工程）。このとき、膨出部２１１Ｂは、膨出部成形ツール７０，７０で、膨出部２１１Ｂが潰れる程度の荷重で加圧され、長辺長さｔ”、短辺長さｗ”とする断面に塑性変形され、断面積がS（＝ｔ×ｗ）からS”（＝ｔ”×ｗ”）に縮小される。同様に、導体線１９の膨出部２１２Ｂ，２１３Ｂの形成位置に、断面積が縮小された膨出部２１２Ｂ，２１３Ｂを成形する。

ついで、図１４Ａに示されるように、導体線１９の膨出部２１１Ｂの両側部を、それぞれ、短辺の長さ方向から第１および第２段差成形ツール７４，７５で把持する。ついで、図１４Ｂに示されるように、第２段差成形ツール７５を第１段差成形ツール７４に対して、導体線１９の短辺の長さ方向に変位させ、膨出部２１１Ｂにクランク部２２１を形成する（クランク部成形工程）。この時、第１段差成形ツール７４は導体線１９の長さ方向の移動のみが許されており、膨出部２１１Ｂがクランク状に曲げられる際に、第２段差成形ツール７５側に移動する。同様に、膨出部２１２Ｂ，２１３Ｂのそれぞれにクランク部２２１を形成する。

ついで、膨出部２１１Ｂの両根元部をその短辺を内径面として曲げ、斜辺部２１１Ａを形成する（斜辺部成形工程）。ついで、斜辺部２１１Ａの根元部をその短辺を内径面として曲げ、第１および第２直線部２０１，２０２を形成する（直線部成形工程）。ついで、膨出部２１２Ｂの両根元部をその短辺を内径面として曲げ、斜辺部２１２Ａを形成する。ついで、斜辺部２１２Ａの根元部をその短辺を内径面として曲げ、第２および第３直線部２０２，２０３を形成する。ついで、膨出部２１３Ｂの両根元部をその短辺を内径面として曲げ、斜辺部２１３Ａを形成する。ついで、斜辺部２１３Ａの根元部をその短辺を内径面として曲げ、第３および第４直線部２０３，２０４を形成する。これにより、導体線１９が２ターン螺旋状に巻かれた略６角形のコイル体が作製される。

ついで、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａのそれぞれを、設定された曲率の円弧形に成形し（円弧成形工程）、コイル２００が作製される。

このように、膨出部成形工程において、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの成形と断面積の縮小とが同時に行われるので、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積を縮小する専用の工程が不要となり、工数を増やすことなくコイル２００の作製できる。
膨出部成形工程において、導体線１９の膨出部形成位置を膨出部成形ツール７０で凸状に曲げつつ押し潰して、断面積を縮小された膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂを成形しているので、押し潰し量を調整することで、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの長さを制御することができ、コイル２００の寸法精度を高めることができる。

この製造方法では、クランク部成形前の膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの軸方向内側を向く面は、クランク部成形後も、軸方向内側を向き、クランク部成形前の膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの軸方向外側を向く面は、クランク部成形後も、軸方向外側を向いている。

なお、上記実施の形態１では、第１から第４直線部２０１，２０２，２０３，２０４および斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの断面積が同じであるが、斜辺部２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの断面積を第１から第４直線部２０１，２０２，２０３，２０４の断面積より小さくしてもよい。
また、上記実施の形態１では、膨出部の両側の斜辺部が同じ断面形状に形成されているが、膨出部の両側の斜辺部を異なる断面形状に形成してもよい。
また、上記実施の形態１では、導体線を２ターン巻いて作製されたコイル２００を周方向に１スロットピッチで配列して電機子鉄心１１に装着しているが、コイル２００を周方向に１スロットピッチで配列したコイル群を径方向に２層に配列して電機子鉄心１１に装着してもよい。このように構成された電機子巻線は、導体線を４ターン巻いて作製されたコイルを周方向に１スロットピッチで配列して構成される電機子巻線と等価の巻線となる。

実施の形態２．
図１５Ａはこの発明の実施の形態２に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成前の状態を説明する図、図１５Ｂはこの発明の実施の形態２に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法における膨出部成形工程の膨出部形成後の状態を説明する図である。

この実施の形態２による膨出部成形工程では、図１５Ａに示されるように、導体線１９の膨出部２１１Ｂの形成位置の両側を、それぞれ、第１引き伸ばしツール７１および第２引き伸ばしツール７２で把持する。そして、図１５Ｂに示されるように、第１引き伸ばしツール７１および第２引き伸ばしツール７２を導体線１９の長さ方向に離間するように移動させつつ、導体線１９の膨出部２１１Ｂの形成位置を膨張部成形ツール７０，７０で押し曲げる。これにより、膨出部２１１Ｂの形成領域は、長さ方向に引き伸ばされて断面積がS（＝ｔ×ｗ）からS"（＝ｔ”×ｗ”）に縮小され、膨張部成形ツール７０，７０により、凸状に曲げられ、断面積を縮小された膨出部２１１Ｂが成形される。また、断面積を縮小された膨出部２１２Ｂ，２１３Ｂが、同様に導体線１９に成形される。
なお、他の工程は、上記実施の形態１と同様である。

したがって、この実施の形態２においても、膨出部成形工程において、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの成形と断面積の縮小とが同時に行われるので、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積を縮小する専用の工程が不要となり、工数を増やすことなくコイル２００の作製できる。
また、導体線１９を引き伸ばして膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積を縮小しているので、引き伸ばし量を調整することにより、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの長さを制御することができ、コイル２００の寸法精度を高めることができる。

実施の形態３．
図１６Ａはこの発明の実施の形態３に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成前の状態を説明する図、図１６Ｂはこの発明の実施の形態３に係る回転電機に適用される電機子巻線用コイルの製造方法におけるクランク部成形工程のクランク部形成後の状態を説明する図である。

この実施の形態３の膨出部成形工程では、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂが、膨出部成形ツール７０，７０を用いて、導体線１９の断面積を縮小することなく、凸状に曲げて成形される。そして、図１６Ａに示されるように、膨出部２１１Ｂを一対のクランク部成形ツール７６間に位置させる。ついで、図１６Ｂに示されるように、膨出部２１１Ｂを短辺の長さ方向から一対のクランク部成形ツール７６で押し潰す。これにより、膨出部２１１Ｂは、断面積がS（＝ｔ×ｗ）からS"（＝ｔ”×ｗ”）に縮小されると同時にクランク状に曲げられ、クランク部２２１が成形される。また、膨出部２１２Ｂ，２１３Ｂが、同様に、断面積を縮小されると同時に、クランク状に曲げられ、クランク部２２１が成形される。
なお、他の工程は、上記実施の形態１と同様である。

したがって、この実施の形態３においても、クランク部成形工程において、クランク部２２１の成形と膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積の縮小とが同時に行われるので、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの断面積を縮小する専用の工程が不要となり、工数を増やすことなくコイル２００の作製できる。
また、クランク部成形工程において、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂをクランク部成形ツール７６でクランク状に曲げつつ押し潰して、クランク部２２１と断面積を縮小された膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂを成形しているので、押し潰し量を調整することで、膨出部２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂの長さを制御することができ、コイル２００の寸法精度を高めることができる。

ここで、クランク部成形工程において、導体線１９の膨出部２１１Ｂの両側部を、それぞれ、引き伸ばしツールで把持し、引き伸ばしツールを導体線１９の長さ方向に離間するように移動させつつ、導体線１９の膨出部２１１Ｂをクランク部成形ツール７６でクランク状に曲げて、クランク部２２１を成形してもよい。

なお、上記各実施の形態では、本願を電動機に適用した場合について説明しているが、本願を発電機に適用しても、同様の効果を奏する。
また、上記各実施の形態では、スロットが毎極毎相当たり２個の割合で形成されているが、スロットは毎極毎相当たり1個、又は３個以上の割合で形成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、コイルエンド部で連結される直線部の間隔が６スロットピッチ（１磁極ピッチ）の場合について説明しているが、コイルが分布巻きコイルであれば、コイルエンド部で連結される直線部の間隔は６スロットピッチ限定されず、例えば５スロットピッチでもよい。

また、上記各実施の形態では、導体線を２ターン巻いて作製されたコイルを用いているが、コイルのターン数は２ターンに限定されず、２ｎターン（ｎは１以上の整数）であればよい。
また、上記各実施の形態では、亀甲形コイルを用いて電機子巻線を構成する場合について説明しているが、コイルは、直線部を連結するコイルエンド部が斜辺部と膨出部を備え、直線部の径方向位置を変位させるクランク部が膨出部に形成され、膨出部の断面積が斜辺部の断面積より小さく、分布巻きの電機子巻線を構成できれば、コイルは亀甲形コイルに限定されず、例えばＵ字形コイル、波巻きコイルでもよい。

この発明による回転電機は、ティースが周方向に複数配列されて、スロットが上記ティース間に形成された円環状の電機子鉄心、および上記電機子鉄心に装着された電機子巻線を有する電機子を備えている。上記電機子巻線は、それぞれ、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した、断面矩形の導体線により構成された分布巻きの複数のコイルを備え、上記コイルは、それぞれ、長さ方向を軸方向として２つの上記スロットからなるスロット対に挿入される２ｍ本(但し、ｍは１以上の整数）の直線部と、それぞれ、２ｍ本の上記直線部のなかの任意の２本の上記直線部の端部同士を接続して、２ｍ本の上記直線部を一続きに連結している（２ｍ−１）本のコイルエンド部と、を有し、周方向に１スロットピッチに配列している状態で、上記電機子鉄心に径方向に１層以上に装着される。上記コイルエンド部は、軸方向外方に凸状に突出する膨出部と、接続される２本の上記直線部と上記膨出部とを連結する斜辺部と、を有し、上記膨出部は、接続される２本の上記直線部の径方向位置を設定量だけ変位させるクランク部を有し、上記膨出部の断面形状が矩形であり、断面積が上記斜辺部の断面積より小さい。

この発明によれば、電機子巻線は、それぞれ、断面矩形の導体線を巻き回して作製された分布巻きの複数のコイルにより構成されている。そこで、スロットに挿入される直線部が断面矩形となり、占積率が高められ、高出力化が図られる。また、導体線を円形断面に成形する工程が不要となり、生産性が高められる。
コイルエンド部において、膨出部の断面積が斜辺部の断面積より小さくなっているので、コイルエンド部同士の干渉を抑えて、コイルエンド部の軸方向高さを低くでき、小型化を図ることができる。

この実施の形態２による膨出部成形工程では、図１５Ａに示されるように、導体線１９の膨出部２１１Ｂの形成位置の両側を、それぞれ、第１引き伸ばしツール７１および第２引き伸ばしツール７２で把持する。そして、図１５Ｂに示されるように、第１引き伸ばしツール７１および第２引き伸ばしツール７２を導体線１９の長さ方向に離間するように移動させつつ、導体線１９の膨出部２１１Ｂの形成位置を膨出部成形ツール７０，７０で押し曲げる。これにより、膨出部２１１Ｂの形成領域は、長さ方向に引き伸ばされて断面積がS（＝ｔ×ｗ）からS"（＝ｔ”×ｗ”）に縮小され、膨出部成形ツール７０，７０により、凸状に曲げられ、断面積を縮小された膨出部２１１Ｂが成形される。また、断面積を縮小された膨出部２１２Ｂ，２１３Ｂが、同様に導体線１９に成形される。
なお、他の工程は、上記実施の形態１と同様である。

Claims (9)

1. ティースが周方向に複数配列されて、スロットが上記ティース間に形成された円環状の電機子鉄心、および上記電機子鉄心に装着された電機子巻線を有する電機子を備えた回転電機において、
   上記電機子巻線は、それぞれ、絶縁被覆された、かつ接続部のない連続した、断面矩形の導体線を巻き回して作製された分布巻きの複数のコイルにより構成され、
   上記コイルは、それぞれ、長さ方向を軸方向として２つの上記スロットからなるスロット対に挿入される２ｍ本(但し、ｍは１以上の整数）の直線部と、それぞれ、２ｍ本の上記直線部のなかの任意の２本の上記直線部の端部同士を接続して、２ｍ本の上記直線部を一続きに連結する（２ｍ−１）本のコイルエンド部と、を有し、周方向に１スロットピッチに配列して、上記電機子鉄心に径方向に１層以上に装着され、
   上記コイルエンド部は、軸方向外方に凸状に突出する膨出部と、接続される２本の上記直線部と上記膨出部とを連結する斜辺部と、を有し、
   上記膨出部は、接続される２本の上記直線部の径方向位置を設定量だけ変位させるクランク部を有し、
   上記膨出部の断面積が上記斜辺部の断面積より小さいことを特徴とする回転電機。
2. 上記膨出部の径方向幅が上記斜辺部の径方向幅より狭いことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 上記膨出部の軸方向幅が上記斜辺部の軸方向幅より狭いことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 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コイルの製造方法において、
   上記導体線の膨出部形成部位を凸状に曲げ成形して、上記膨出部を形成する膨出部成形工程と、
   上記膨出部をクランク状に曲げ成形して、上記クランク部を形成するクランク部成形工程と、
   上記導体線を上記膨出部の根元部で折り曲げて上記斜辺部を形成する斜辺部成形工程と、
   上記導体線を上記斜辺部の根元部で折り曲げて上記直線部を形成する直線部成形工程と、を備え、
   上記膨出部成形工程において、上記導体線の膨出部形成部位の断面積を縮小させつつ、上記膨出部成形部位を凸状に曲げ成形することを特徴とする回転電機のコイルの製造方法。
5. 上記膨出部成形工程において、上記導体線の膨出部形成部位を膨張部成形ツールで加圧挟持して、上記膨出部形成部位を押し潰しつつ、凸状に曲げ成形することを特徴とする請求項４記載の回転電機のコイルの製造方法。
6. 上記膨出部成形工程において、上記導体線の膨出部形成部位の両側を引き伸ばしツールで把持し、上記引き伸ばしツールを上記導体線の長さ方向に離間させて上記膨張部形成部位を引き伸ばしつつ、膨張部成形ツールで上記膨出部形成部位を凸状に曲げ成形することを特徴とする請求項４記載の回転電機のコイルの製造方法。
7. 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コイルの製造方法において、
   上記導体線の膨出部形成部位を凸状に曲げ成形して、上記膨出部を形成する膨出部成形工程と、
   上記膨出部をクランク状に曲げ成形して、上記クランク部を形成するクランク部成形工程と、
   上記導体線を上記膨出部の根元部で折り曲げて上記斜辺部を形成する斜辺部成形工程と、
   上記導体線を上記斜辺部の根元部で折り曲げて上記直線部を形成する直線部成形工程と、を備え、
   上記クランク部成形工程において、上記膨出部の断面積を縮小させつつ、上記膨出部をクランク状に曲げ成形することを特徴とする回転電機のコイルの製造方法。
8. 上記クランク部成形工程において、上記膨出部をクランク部成形ツールで加圧挟持して、上記膨出部を押し潰しつつ、クランク状に曲げ成形することを特徴とする請求項７記載の回転電機のコイルの製造方法。
9. 上記クランク部成形工程において、上記導体線の上記膨出部の両側を引き伸ばしツールで把持し、上記引き伸ばしツールを上記導体線の長さ方向に離間させて上記膨張部を引き伸ばしつつ、クランク部成形ツールで上記膨出部をクランク状に曲げ成形することを特徴とする請求項７記載の回転電機のコイルの製造方法。

Images