JP7068990B2 - 波巻コイル - Google Patents

Description

本発明は、波巻コイルに関する。

従来、ステータコアのスロットに挿入される波巻コイルとして、各相を構成するコイルを渦巻き状に巻回すると共に、最も内周側で折り返すものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１７－３４８４７号公報

上記従来の波巻コイルは、波型状に成形した２本のコイルを渦巻き状に巻回する際に編み込む必要があるが、ステータコイルの複数層を連続させた長尺の波巻コイルを作製する際、例えば略直方体状の長尺プレートに波巻コイルを巻き取りながら、長尺プレートおよび波巻コイルを旋回させる工程が必要となる。しかし、実際には、この工程を、生産性を犠牲にすることなく成立させるのが困難であるという問題点があった。また、作製した波巻コイルをステータコアのスロットに装着する際、スロットの径方向位置によって、スロット間ピッチが変化するため、波巻コイルを長尺方向へ伸縮させる工程が必要となる。しかし、編み込みされた波巻コイルのように各コイル片が単体で自由に動くことができないコイル形状の場合、剛性の高い複数本の平角線を複数本同時に伸縮させる工程の成立が困難であるという問題点があった。

本発明は、コイルを編み込む必要がなく、容易に作業可能で、かつ、波巻コイルを構成するコイル線材が単体で自由に動ける構成とした、波巻コイルの生産性とステータコアのスロットへの装着性に優れた波巻コイルを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る波巻コイルは、複数並列されてステータコア（例えば、後述のステータコア５０）のスロット（例えば、後述のスロット５２）に挿入されるストレート部（例えば、後述のストレート部１１）と、隣り合う前記ストレート部の端部（例えば、後述の上端部１１ａ、下端部１１ｂ）同士を連結する複数のターン部（例えば、後述のターン部１２）と、を有する複数のコイル線材（例えば、後述のコイル線材１０）により構成され、前記ステータコアの周方向に沿って渦巻き状に巻回される波巻コイル（例えば、後述の波巻コイル１）であって、前記ステータコアの周方向に延びる第１コイル部（例えば、後述の第１コイル部２）と、前記ステータコアの周方向に延びると共に前記第１コイル部と平行に配置される第２コイル部（例えば、後述の第２コイル部３）と、前記第１コイル部の一方端部（例えば、後述の一方端部２ａ）と前記第２コイル部の一方端部（例えば、後述の一方端部３ａ）とを連結する連結部（例えば、後述の連結部４）と、を有し、前記第１コイル部と前記第２コイル部とは、前記連結部において折り返され、前記スロット内の径方向に隣接している。

上記（１）に記載の波巻コイルによれば、各層において隣り合うストレート部が、スロット内の径方向の同一位置に配置されるため、編み込みの必要がなく、ステータコアのスロットへ容易に装着可能である。また、第１コイル部と第２コイル部とが連結部において折り返されているため、コイル同士の結線部分を少なくできる。更に、波巻コイルは編み込まれていないため、波巻コイルを構成するコイル線材が、単体で自由に動くことができる。このため、波巻コイルは、生産性とステータコアのスロットへの装着性に優れる。

（２） （１）に記載の波巻コイルにおいて、前記ターン部は、二つの斜行部（例えば、後述の斜行部１２１）と一つの頂部（例えば、後述の頂部１２２）とを有し、前記二つの斜行部のうちの一方は、前記ストレート部に対して前記ステータコアの径方向外側にオフセットして配置される外側部位（例えば、後述の外側部位１２１ａ）を構成すると共に、前記二つの斜行部のうちの他方は、前記ストレート部に対して前記ステータコアの径方向内側にオフセットして配置される内側部位（例えば、後述の内側部位１２１ｂ）を構成し、複数の前記コイル線材は、前記ターン部の前記外側部位同士及び前記内側部位同士を、それぞれ前記ステータコアの周方向にずらしながら重ねられてもよい。

上記（２）に記載の波巻コイルによれば、コイル線材のターン部同士が干渉しないので、径方向の厚みを抑制することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の波巻コイルにおいて、前記連結部は、前記第１コイル部の前記一方端部に対して前記第２コイル部の前記一方端部を、前記ステータコアの周方向に沿って前記第１コイル部の他方端部（例えば、後述の他方端部２ｂ）側にずらして連結していてもよい。

上記（３）に記載の波巻コイルによれば、第１コイル部及び第２コイル部の他方端部に配置されるコイル端末部同士がステータコアの周方向にずれて配置されるようになるため、コイル端末部を利用した第１コイル部及び第２コイル部に対する結線を容易に行うことが可能である。

（４） （３）に記載の波巻コイルにおいて、前記連結部は、巻回状態の最外周側に配置されてもよい。

上記（４）に記載の波巻コイルによれば、ステータコアのスロット内に最初に連結部を挿入して以降は、コイルを１本ずつステータコアのスロットに挿入することができる。さらには、編み込みされていないコイル形状であるため、コイルを１本ずつ伸縮させることが可能であり、コイル挿入時の拡径及び縮径にも対応することができる。

（５） （４）に記載の波巻コイルにおいて、前記第１コイル部は奇数層を構成し、前記第２コイル部は偶数層を構成してもよい。

上記（５）に記載の波巻コイルによれば、巻回状態の連結部において、第１コイル部を挟んで異なる層に配置される第２コイル部のターン部同士が干渉することがないため、連結部における径方向の厚みを抑制することができる。

（６） （３）に記載の波巻コイルにおいて、前記連結部は、巻回状態の最内周側に配置されてもよい。

上記（６）に記載の波巻コイルによれば、第１コイル部及び第２コイル部のコイル端末部がステータコアの外周側に配置されるため、コイル端末部を利用した第１コイル部と第２コイル部との結線を更に容易に行うことが可能である。

（７） （６）に記載の波巻コイルにおいて、前記第１コイル部は偶数層を構成し、前記第２コイル部は奇数層を構成してもよい。

上記（７）に記載の波巻コイルによれば、巻回状態の連結部において、第１コイル部を挟んで異なる層に配置される第２コイル部のターン部同士が干渉することがないため、連結部における径方向の厚みを抑制することができる。

（８） 本発明に係る波巻コイルは、（１）～（３）のいずれかに記載の波巻コイルからなる第１波巻コイル（例えば、後述の第１波巻コイル１Ａ）及び第２波巻コイル（例えば、後述の第２波巻コイル１Ｂ）を有し、前記第１波巻コイルは、前記連結部（例えば、後述の連結部４Ａ）が巻回状態の最外周側に配置され、前記第２波巻コイルは、前記連結部（例えば、後述の連結部４Ｂ）が巻回状態の最内周側に配置され、前記第１波巻コイルと前記第２波巻コイルとの他方端部（例えば、後述の他方端部２ｂ、３ｂ）同士が、前記ステータコア（例えば、後述のステータコア５０）の周方向に沿って対向して配置され、且つ、前記第２波巻コイルが前記第１波巻コイルの内周側に配置される。

上記（８）に記載の波巻コイルによれば、ステータコアに装着される波巻コイルの第１コイル部と第２コイル部とが、第１波巻コイルと第２波巻コイルとの二つに分割された構造となるため、第１波巻コイルと第２波巻コイルとに対して別々の回路接続を行うことができ、波巻コイルの回路接続の自由度が向上する。また、ステータコアのスロットへの波巻コイルの装着時に波巻コイルの長尺方向への伸縮が必要となるが、特に外径側の層のコイルの伸縮代が大きくなる。外径側に連結部を備えることで、波巻コイルの装着性を向上させつつ、長尺コイルを二分割とすることにより、コイルの生産性も同時に向上させることができる。

（９） （８）に記載の波巻コイルにおいて、前記第１波巻コイルの前記第１コイル部は奇数層を構成し、前記第１波巻コイルの前記第２コイル部は偶数層を構成し、前記第２波巻コイルの前記第１コイル部は偶数層を構成し、前記第２波巻コイルの前記第２コイル部は奇数層を構成してもよい。

上記（９）に記載の波巻コイルによれば、第１波巻コイル及び第２波巻コイルにおける巻回状態の各連結部において、それぞれの第１コイル部を挟んで異なる層に配置される第２コイル部のターン部同士が干渉することがないため、第１波巻コイル及び第２波巻コイルの各連結部における径方向の厚みを抑制することができる。

（１０） （１）～（９）のいずれかに記載の波巻コイルにおいて、前記第１コイル部及び前記第２コイル部は、前記連結部において、前記ストレート部の並び方向と直交する方向に折り返されていてもよい。

上記（１０）に記載の波巻コイルによれば、渦巻き状に巻回する前の波巻コイルを一平面上でシート状に成形することができるため、複数層を有する波巻コイルを容易に成形可能である。

本発明によれば、コイルを編み込む必要がなく、容易に作業可能で、かつ、波巻コイルを構成するコイル線材が単体で自由に動ける構成とした、波巻コイルの生産性とステータコアのスロットへの装着性に優れた波巻コイルを提供することができる。

本発明に係る波巻コイルが挿入されるステータコアの一例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る波巻コイルを一平面上に展開した状態を示す正面図である。 図２に示す波巻コイルの部分拡大図である。 図２に示す波巻コイルのうちの１本のコイル線材の部分拡大図である。 図４に示すコイル線材の平面図である。 第１の実施形態に係る波巻コイルの第１使用形態を示す等価図である。 第１使用形態に係る波巻コイルを渦巻き状に巻回した状態を模式的に示す図である。 第１使用形態に係る波巻コイルをステータコアに装着した状態を示す斜視図である。 第１使用形態に係る波巻コイルにおけるスロット内の各相のストレート部の配列状態を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る波巻コイルの第２使用形態を示す等価図である。 第２使用形態に係る波巻コイルを渦巻き状に巻回した状態を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る波巻コイルを一平面上に展開した状態を示す正面図である。 第２の実施形態に係る波巻コイルを示す等価図である。 第２の実施形態に係る波巻コイルを渦巻き状に巻回した状態を模式的に示す図である。 第２の実施形態に係る波巻コイルにおけるスロット内の各相のストレート部の配列状態の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［ステータコア］
先ず、本発明に係る波巻コイルが挿入されるステータコアの一実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る波巻コイルが挿入されるステータコアの一例を示す平面図である。
ステータコア５０は、中央に円形の軸孔５１を有する六角柱状に形成される。軸孔５１の内周側には、後述の波巻コイル１を装着する複数のスロット５２が、ステータコア５０の周方向（Ｄ１方向に沿う方向）に沿って均等間隔で放射状に配列されている。各スロット５２は、ステータコア５０の軸方向（図１における紙面に対する垂直方向）に貫通している。また、各スロット５２は、径方向（Ｄ２方向に沿う方向）の内側の軸孔５１に開放する開口部５２１から、径方向の外側に配置される底部５２２に向けて凹設された溝状に形成されている。このステータコア５０は、７２個のスロット５２を備え、各スロット５２に後述の波巻コイル１が挿入されることにより、７２スロットのステータを構成する。

［第１の実施形態］
次に、波巻コイルの第１の実施形態について、図２、図３を用いて説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る波巻コイルを一平面上に展開した状態を示す正面図である。図３は、図２に示す波巻コイルの部分拡大図である。
本実施形態に示す波巻コイル１は、図２に示すように、第１コイル部２と第２コイル部３とを有する。第１コイル部２と第２コイル部３は、一平面上に展開した状態で、図中の上下に並列して配置されると共に、それぞれ図中のＤ１方向に沿って長尺に延びている。このＤ１方向は、ステータコア５０の周方向に対応する。

第１コイル部２の一方端部（図２における上側の第１コイル部２の左端部）２ａと、この一方端部２ａと同じ側に配置される第２コイル部３の一方端部（図２における上側の第２コイル部３の左端部）３ａとは、連結部４によって一体に連結されている。また、第１コイル部２の他方端部（図２における下側の第１コイル部２の右端部）２ｂと、この他方端部２ｂと同じ側に配置される第２コイル部３の他方端部（図２における下側の第２コイル部３の右端部）３ｂとは、図示しない駆動回路と電気的に接続されるコイル端末部１６、１７とされる。なお、図２に示す波巻コイル１の上側の第１コイル部２及び第２コイル部３のそれぞれの右端部と、下側の第１コイル部２及び第２コイル部３のそれぞれの左端部とは途切れることなく連続している。

波巻コイル１は、図３に示すように、複数本のコイル線材１０により構成される。１本のコイル線材１０はステータの一つの相に対応する。本実施形態に示す波巻コイル１は、Ｕ１及びＵ２の二つのＵ相と、Ｖ１及びＶ２の二つのＶ相と、Ｗ１及びＷ２の二つのＷ相と、に対応する３相６本のコイル線材１０により構成される。１本のコイル線材１０は、第１コイル部２と第２コイル部３とに亘って連続して延びている。

６本のコイル線材１０は、同一の波型形状を有するため、１本のコイル線材１０について図４を用いて説明する。図４は、図２に示す波巻コイルのうちの１本のコイル線材の部分拡大図である。
コイル線材１０は、銅やアルミ等の断面矩形状の導体と、その導体の外表面を覆う絶縁被覆とからなる平角線により形成される。コイル線材１０は、ステータコア５０の周方向（Ｄ１方向）に沿って所定の間隔をおいて平行に並列される複数のストレート部１１と、隣り合うストレート部１１、１１の上端部１１ａ、１１ａ同士又は下端部１１ｂ、１１ｂ同士を山型状に連結する複数のターン部１２と、を有し、ステータコア５０の周方向に長尺な波型形状に形成される。

ストレート部１１は、ステータコア５０のスロット５２内に挿入される部位であり、スロット５２の軸方向の長さと同一又は僅かに長く形成される。本実施形態に示す１本のコイル線材１０は、第１コイル部２と第２コイル部３とで４８本ずつ、合計９６本のストレート部１１を有する。１本のコイル線材１０におけるストレート部１１は、Ｄ１方向に隣り合うストレート部１１、１１の間に５スロット分の間隔をおいて並列配置される。このコイル線材１０の第１コイル部２及び第２コイル部３において、隣り合う１２本のストレート部１１は、ステータコア５０の１周分に対応する。従って、本実施形態に示すコイル線材１０の第１コイル部２と第２コイル部３とは、ステータコア５０の４周分ずつのストレート部１１をそれぞれ有する。

コイル線材１０の全てのストレート部１１は、図４に示すように、第１コイル部２と第２コイル部３とが連結部４において折り返されていない展開状態において、同一平面上に配列されるように形成されている。

ターン部１２は、コイル線材１０の隣り合うストレート部１１、１１を、ステータコア５０の軸方向の両外側で山型状に連結してコイルエンドを形成する部位である。具体的には、ターン部１２は、コイル線材１０の隣り合うストレート部１１、１１の上端部１１ａ、１１ａ同士又は下端部１１ｂ、１１ｂ同士を、ステータコア５０の周方向に沿って交互に連結する。

ターン部１２は、二つの斜行部１２１、１２１と、一つの頂部１２２と、を有する。斜行部１２１の一端は、ストレート部１１の上端部１１ａ又は下端部１１ｂと一体に連結されている。一つのターン部１２を構成する二つの斜行部１２１、１２１は、ストレート部１１、１１との連結部位から互いに近づく方向に斜め上方又は斜め下方に延びている。頂部１２２は、二つの斜行部１２１、１２１の他端同士が一体に連結することにより形成される。

ここで、更に図５を用いて、ターン部１２における二つの斜行部１２１、１２１のオフセットについて説明する。図５は、図４に示すコイル線材の平面図である。
展開状態の波巻コイル１において、各ターン部１２の二つの斜行部１２１、１２１のうちの一方は、ストレート部１１の位置に対して、コイル線材１０の線幅Ｘの半分の幅Ｘ／２だけステータコア５０の径方向（Ｄ２方向に沿う方向、図４における紙面垂直方向）に対応する一方側（本実施形態では図４の紙面奥側）にオフセットして配置される外側部位１２１ａを構成する。同様に、各ターン部１２の二つの斜行部１２１、１２１のうちの他方は、ストレート部１１の位置に対して、コイル線材１０の線幅Ｘの半分の幅Ｘ／２だけステータコア５０の径方向に対応する他方側（本実施形態では図４の紙面手前側）にオフセットして配置される内側部位１２１ｂを構成する。

具体的には、各ターン部１２における一方の外側部位１２１ａは、ストレート部１１との連結部位において、ストレート部１１に対して一方側（図４の紙面奥側）にＸ／２だけ変位（＋Ｘ／２）した後、頂部１２２に向けて傾斜状に延びている。他方の内側部位１２１ｂは、頂部１２２において、外側部位１２１ａに対して他方側（図４の紙面手前側）に１Ｘだけ変位（－１Ｘ）した後、隣りのストレート部１１に向けて傾斜状に延び、そのストレート部１１との連結部位において、再びステータコア５０の径方向外側にＸ／２だけ変位（＋Ｘ／２）している。

このため、一つのストレート部１１から外側部位１２１ａ、頂部１２２及び内側部位１２１ｂを経て、隣りのストレート部１１に向かうコイル線材１０の径方向の変位は、合計で（＋Ｘ／２）＋（－１Ｘ）＋（＋Ｘ／２）＝０となり、図３に示すように６本を並べて重ねたコイル線材１０の各ストレート部１１は、スロット５２内の径方向の同一位置に配置される。即ち、６本のコイル線材１０は、並べて重ねることにより一つの層を構成しても、ストレート部１１の部位は、コイル線材１０の線幅Ｘ分の幅しか有していない。なお、線幅Ｘは、ステータコア５０の径方向（図４における紙面垂直方向、図５におけるＤ２方向）に沿うコイル線材１０の厚みである。また、図５は、図４に示すコイル線材１０のうちの第１コイル部２のみを示すが、第２コイル部３におけるターン部１２の斜行部１２１、１２１も同様にオフセットされる。

図４に示すように、１本のコイル線材１０において、第１コイル部２の外側部位１２１ａは、ターン部１２を構成する二つの斜行部１２１、１２１のうち、頂部１２２を境にしてＤ１方向（図示右側）に配置される斜行部１２１により構成され、第１コイル部２の内側部位１２１ｂは、頂部１２２を境にしてＤ１方向の反対方向（図示左側）に配置される斜行部１２１により構成される。一方、第２コイル部３の外側部位１２１ａは、ターン部１２を構成する二つの斜行部１２１、１２１のうち、頂部１２２を境にしてＤ１方向と反対方向（図示左側）に配置される斜行部１２１により構成され、第２コイル部３の内側部位１２１ｂは、頂部１２２を境にしてＤ１方向（図示右側）に配置される斜行部１２１により構成される。従って、コイル線材１０の各ターン部１２をＤ１方向に沿って見た場合、第１コイル部２及び第２コイル部３のいずれも、外側部位１２１ａと内側部位１２１ｂとが交互に配置される。

連結部４は、第１コイル部２の一方端部２ａに対応する部位に設けられる第１連結線１３と、第２コイル部３の一方端部３ａに対応する部位に設けられる第２連結線１４と、を有する。第１連結線１３は、第１コイル部２において最も連結部４側の端部に配置されるストレート部１１の下端部１１ｂから、第２コイル部３に向けて傾斜状（図２及び図３における右斜め下方）に延びている。一方、第２連結線１４は、第２コイル部３において最も連結部４側の端部に配置されるストレート部１１の上端部１１ａから、第１コイル部２に向けて傾斜状（図２及び図３における左斜め上方）に延びている。第１連結線１３と第２連結線１４との傾斜方向及び傾斜角度は略同一である。この第１連結線１３及び第２連結線１４の傾斜角度は、ターン部１２において傾斜方向を略同一とする一方の斜行部１２１の傾斜角度と略同一である。

これにより、連結部４は、第１コイル部２の一方端部２ａに対して第２コイル部３の一方端部３ａを、ステータコア５０の周方向に対応するＤ１方向に沿って第１コイル部２の他方端部２ｂ（図２参照）側にずらして連結している。具体的には、第１連結線１３に連結される第１コイル部２のストレート部１１と、第２連結線１４に連結される第２コイル部３のストレート部１１とは、ストレート部１１の並び方向（Ｄ１方向）に６スロットずれている。このため、第２コイル部３において連結部４の第２連結線１４と連結されるストレート部１１は、第１コイル部２において連結部４の第１連結線１３と連結させるストレート部１１の１本右隣りのストレート部１１と、Ｄ１方向に沿って同一位置に配置される。

第１連結線１３と第２連結線１４との端部同士は、第３連結線１５によって一体に連結されている。第３連結線１５は、ストレート部１１と平行に配置されているが、ストレート部１１よりも遥かに短い。なお、第１連結線１３、第２連結線１４及び第３連結線１５は一体となって、第１コイル部２のターン部１２における斜行部１２１の内側部位１２１ｂと同様に、ストレート部１１の位置に対してステータコア５０の径方向に対応する他方側（図４における紙面手前側）にＸ／２だけオフセットして配置されている。

第１コイル部２と第２コイル部３とが連結部４において折り返されていない展開状態の波巻コイル１は、同一構造の６本のコイル線材１０を、図２、図３における紙面奥側から手前側にかけて、編み込むことなく順次重ねることによって構成される。具体的には、６本のコイル線材１０は、ステータコア５０の軸方向（Ｄ３方向に沿う方向）の位置を同一に揃えられると共に、ステータコア５０の周方向（Ｄ１方向）に１スロット分ずつずらされている。即ち、６本のコイル線材１０は、ターン部１２の外側部位１２１ａ同士及び内側部位１２１ｂ同士を、それぞれステータコア５０の周方向（Ｄ１方向）にずらしながら重ねられる。

これにより、図３に示すように、６本のコイル線材１０は、各ターン部１２において反対方向にオフセットしている斜行部１２１の外側部位１２１ａと内側部位１２１ｂとが交差するように重ねられる。このとき、各ターン部１２における外側部位１２１ａ同士及び内側部位１２１ｂ同士は、径方向の同一位置に配置されるようになる。このため、ターン部１２同士の干渉がなくなり、径方向の厚みが抑制される。

展開状態の波巻コイル１は、６本のコイル線材１０が重ねられた状態で、図３に示すＡ線に沿って折り返される。具体的には、連結部４の第３連結線１５が、Ａ線を境にして、ストレート部１１の並び方向（Ｄ１方向）と直交する方向（Ｄ３方向に沿う方向）に折り曲げられる。これにより、ステータコア５０に装着される前の波巻コイル１は、第１コイル部２と第２コイル部３とが、連結部４で折り重ねられた二層構造とされる。折り返された後の第１コイル部２のストレート部１１と第２コイル部３のストレート部１１とは、１本ずれた同一位置に互いに重なり合う。第１連結線１３と第２連結線１４とは、連結部４で折り返されることで山型状となり、新たにターン部を形成する。第３連結線１５は、新たに形成されたターン部の頂部となる。

このように、波巻コイル１は、第１コイル部２と第２コイル部３とが連結部４において折り返されているため、コイル同士の結線部分が少なくて済む。更に、波巻コイル１の第１コイル部２及び第２コイル部３は、連結部４において、ストレート部１１の並び方向（Ｄ１方向）と直交する方向（Ｄ３方向に沿う方向）に折り返されるため、渦巻き状に巻回する前の波巻コイル１を一平面上でシート状に成形することができる。このため、複数層を有する波巻コイル１を容易に成形可能である。

連結部４で折り返された二層構造の波巻コイル１は、軸孔５１よりも小径の渦巻き状に巻回された後、軸孔５１内に挿入される。その後、波巻コイル１は、スロット５２の開口部５２１から底部５２２に向けて拡径され、各層のストレート部１１が、編み込まれることなく、スロット５２に挿入される。波巻コイル１を構成する各コイル線材１０は、編み込まれていないため、単体で自由に動くことが可能である。このため、コイル線材１０を複数本同時に伸縮させることが可能であり、ストレート部１１をスロット５２に容易に挿入可能である。

ここで、以上のように６本のコイル線材１０が重ねられて波巻コイル１が構成されることにより、第１コイル部２及び第２コイル部３は、それぞれ２８８本ずつのストレート部１１を有する。ステータコア５０は７２スロットであるため、第１コイル部２及び第２コイル部３は、それぞれステータコア５０の４周分ずつに相当する。具体的には、第１コイル部２は、ステータコア５０の１周分を１層とする４層分の層ユニット２１～２４を構成し、第２コイル部３は、同様に４層分の層ユニット３１～３４を構成する。従って、波巻コイル１は、渦巻き状に巻回されてステータコア５０のスロット５２に挿入されることにより、全体として８層分の層ユニット２１～２４、３１～３４が、スロット５２の径方向に積層される。

（波巻コイルの第１使用形態）
次に、この第１の実施形態に係る波巻コイル１の第１使用形態について、図６～図９を用いて説明する。
図６は、第１の実施形態に係る波巻コイルの第１使用形態を示す等価図である。図７は、第１使用形態に係る波巻コイルを渦巻き状に巻回した状態を模式的に示す図である。図８は、第１使用形態に係る波巻コイルをステータコアに装着した状態を示す斜視図である。図９は、第１使用形態に係る波巻コイルにおけるスロット内の各相のストレート部の配列状態を示す平面図である。

図６、図７に示すように、波巻コイル１の第１コイル部２は、８つの層のうちの奇数層を構成し、第２コイル部３は、偶数層を構成することができる。即ち、渦巻き状に巻回された波巻コイル１において、ステータコア５０の径方向の最も内側（スロット５２の開口部５２１側）を第１層とした場合、第１コイル部２の層ユニット２４が第１層、層ユニット２３が第３層、層ユニット２２が第５層、層ユニット２１が第７層をそれぞれ構成し、第２コイル部３の層ユニット３４が第２層、層ユニット３３が第４層、層ユニット３２が第６層、層ユニット３１が第８層をそれぞれ構成する。なお、図７において、第１コイル部２を破線で示し、第２コイル部３を実線で示している。また、図７中の白丸は、ステータコア５０の周方向に隣り合う層ユニット同士の境界部を示し、黒丸は、第１コイル部２と第２コイル部３との連結部４を示す。

巻回状態の波巻コイル１の連結部４は、図７に示すように最外周側に配置される。具体的には、連結部４は、第１コイル部２の最も外周側に配置される最外周端部２０ａと、第２コイル部３の最も外周側に配置される最外周端部３０ａと、が連結されることにより構成される。最外周端部２０ａは、第一コイル部２の一方端部２ａに対応し、最外周端部３０ａは、第２コイル部３の一方端部３ａに対応する。また、第１コイル部２のコイル端末部１６及び第２コイル部３のコイル端末部１７は最内周側に配置される。

波巻コイル１は、第１コイル部２の層ユニット２４が最も内周側（スロット５２の開口部５２１側）となり、第２コイル部３の層ユニット３１が最も外周側（スロット５２の底部５２２側）となるように渦巻き状に巻回されて軸孔５１に挿入され、スロット５２の開口部５２１に向けて拡径される。その後、各層ユニット２１～２４、３１～３４のストレート部１１が、第８層から第１層にかけて、スロット５２に順次挿入される。全ての層ユニット２１～２４、３１～３４のストレート部１１が、対応するスロット５２に挿入されることにより、図８、図９に示すように、第１コイル部２及び第２コイル部３による８層分の層ユニット２１～２４、３１～３４からなる波巻コイル１が、ステータコア５０のスロット５２に挿入される。層ユニット２１～２４、３１～３４毎のストレート部１１は、図９に示すように、スロット５２内の径方向の同一位置に配置される。また、各スロット５２には、同一相のストレート部１１が積層されて配置される。

この第１使用形態に係る波巻コイル１によれば、第１コイル部２と第２コイル部３とが最外周端部２０ａ、３０ａのみで連結されており、且つ編み込みされていないコイル形状であるため、ステータコア５０のスロット５２に対して内径側から挿入する際に、最初に連結部４側からスロット５２に挿入した以降は、コイルを１本ずつステータコア５０のスロット５２に挿入することができる。更には、波巻コイル１は編み込みされていないことにより、コイルを１本ずつ伸縮させることが可能であり、コイル挿入時の拡径及び縮径にも容易に対応することができる。このため、渦巻き状に巻回された波巻コイル１を第８層側からスロット５２に順次挿入する際の作業性が良好となる。

また、第１コイル部２と第２コイル部３とは連結部４によってステータコア５０の周方向にずれて連結されているため、図７に示すように、第１コイル部２及び第２コイル部３のコイル端末部１６、１７同士もステータコア５０の周方向にずれて配置される。従って、各コイル端末部１６、１７を利用した第１コイル部２及び第２コイル部３に対する結線を容易に行うことが可能である。

更に、第１コイル部２と第２コイル部３とがずれて連結されていることにより、図７に示すように、連結部４は、僅かに第８層側にずれて配置される。このとき、第７層の第１コイル部２を挟んで第６層と第８層にそれぞれ第２コイル部３が配置されるが、連結部４が第８層側にずれて配置されるために、連結部４において第６層と第８層の第２コイル部３同士（第２コイル部３のターン部１２、１２同士）が干渉することがなく、連結部４の径方向の厚みが抑制される。

（波巻コイルの第２使用形態）
次に、第１の実施形態に係る波巻コイル１の第２使用形態について、図１０、図１１を用いて説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る波巻コイルの第２使用形態を示す等価図である。図１１は、第２使用形態に係る波巻コイルを渦巻き状に巻回した状態を模式的に示す図である。

図１０に示すように、第２使用形態に係る波巻コイル１は、第１コイル部２が偶数層を構成し、第２コイル部３が奇数層を構成する点で、第１使用形態に係る波巻コイル１と異なる。即ち、この波巻コイル１は、第１コイル部２の層ユニット２１が第２層、層ユニット２２が第４層、層ユニット２３が第６層、層ユニット２４が第８層をそれぞれ構成し、第２コイル部３の層ユニット３１が第１層、層ユニット３２が第３層、層ユニット３３が第５層、層ユニット３４が第７層をそれぞれ構成する点で、第１使用形態に係る波巻コイル１と相違する。

巻回状態の波巻コイル１の連結部４は、図１１に示すように最内周側に配置される。具体的には、連結部４は、第１コイル部２の最も内周側に配置される最内周端部２０ｂと、第２コイル部３の最も内周側に配置される最内周端部３０ｂと、が連結されることにより構成される。最内周端部２０ｂは、第１コイル部２の一方端部２ａに対応し、最内周端部３０ｂは、第２コイル部３の一方端部３ａに対応する。また、第１コイル部２及び第２コイル部３のコイル端末部１６、１７は最外周側に配置される。

波巻コイル１は、第１コイル部２の層ユニット２４が最も外周側（スロット５２の底部５２２側）となるように渦巻き状に巻回されて軸孔５１に挿入される。その後、スロット５２の開口部５２１に向けて拡径されることにより、各ストレート部１１が、第８層から第１層にかけてスロット５２に順次挿入される。層ユニット２１～２４、３１～３４毎のストレート部１１は、図９と同様に、スロット５２内の径方向の同一位置に配置される。また、各スロット５２には、同一相のストレート部１１が積層されて配置される。

第２使用形態に係る波巻コイル１も、第１使用形態に係る波巻コイル１の場合と同様に、渦巻き状に巻回された波巻コイル１を第８層側からスロット５２に順次挿入する際の作業性が良好となる効果が得られる。しかも、第１コイル部２及び第２コイル部３のコイル端末部１６、１７がステータコア５０の最も外周側に配置されるため、各相の線をステータコア５０の外周側から容易に取り出すことができる。

また、第１コイル部２と第２コイル部３とは連結部４によってステータコア５０の周方向にずれて連結されていることにより、図１１に示すように、連結部４は、僅かに第１層側にずれて配置される。このとき、第１コイル部２を挟んで第１層と第３層にそれぞれ第２コイル部３が配置されるが、連結部４が第１層側にずれて配置されるために、第１層と第３層の第２コイル部３同士（第２コイル部３のターン部１２、１２同士）が干渉することがなく、連結部４における径方向の厚みが抑制される。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る波巻コイルについて、図１２～図１５を用いて説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る波巻コイルを一平面上に展開した状態を示す正面図である。図１３は、第２の実施形態に係る波巻コイルを示す等価図である。図１４は、第２の実施形態に係る波巻コイルを渦巻き状に巻回した状態を模式的に示す図である。図１５は、第２の実施形態に係る波巻コイルにおけるスロット内の各相のストレート部の配列状態の一例を示す平面図である。

第２の実施形態に係る波巻コイル１００は、図１２に示すように、第１波巻コイル１Ａと第２波巻コイル１Ｂとの二つの独立した波巻コイルで構成される。このため、波巻コイル１００は、ステータコア５０の周方向（Ｄ１方向）に二分割された構造を有する。第１波巻コイル１Ａと第２波巻コイル１Ｂとは、層ユニットの数が半分である以外、即ち、Ｄ１方向の長さが半分である以外、それぞれ第１の実施形態に係る波巻コイル１と同様の構成を有する。

第１波巻コイル１Ａは、第１コイル部２Ａと第２コイル部３Ａとで構成され、第２波巻コイル１Ｂは、第１コイル部２Ｂと第２コイル部３Ｂとで構成される。第１波巻コイル１Ａにおいて、第１コイル部２Ａは、二つの層ユニット２０１、２０２のみを有し、第２コイル部３Ａは、二つの層ユニット３０１、３０２のみを有する。また、第２波巻コイル１Ｂにおいて、第１コイル部２Ｂは、二つの層ユニット２０３、２０４のみを有し、第２コイル部３Ｂは、二つの層ユニット３０３、３０４のみを有する。

第１波巻コイル１Ａは、第１の実施形態に係る波巻コイル１と同様に、第１コイル部２Ａの一方端部２ａと第２コイル部３Ａの一方端部３ａとが連結部４Ａで連結される。第１コイル部２Ａの他方端部２ｂはコイル端末部１６Ａとされ、第２コイル部３Ａの他方端部３ｂはコイル端末部１７Ａとされる。連結部４Ａは、波巻コイル１の連結部４と同様に、第１コイル部２Ａに対して、第２コイル部３Ａを第１コイル部２Ａの他方端部２ｂ側にずらして連結している。

また、第２波巻コイル１Ｂも、第１の実施形態に係る波巻コイル１と同様に、第１コイル部２Ｂの一方端部２ａと第２コイル部３Ｂの一方端部３ａとが連結部４Ｂで連結される。第１コイル部２Ｂの他方端部２ｂはコイル端末部１６Ｂとされ、第２コイル部３Ｂの他方端部３ｂはコイル端末部１７Ｂとされる。連結部４Ｂは、波巻コイル１の連結部４と同様に、第１コイル部２Ｂに対して、第２コイル部３Ｂを第１コイル部２Ｂの他方端部２ｂ側にずらして連結している。

この波巻コイル１００では、第１波巻コイル１Ａにおける第１コイル部２Ａの層ユニット２０１が第７層を構成し、層ユニット２０２が第５層を構成する。また、第１波巻コイル１Ａにおける第２コイル部３Ａの層ユニット３０１が第８層を構成し、層ユニット３０２が第６層を構成する。一方、第２波巻コイル１Ｂにおける第１コイル部２Ｂの層ユニット２０３が第４層を構成し、層ユニット２０４が第２層を構成する。また、第２波巻コイル１Ｂにおける第２コイル部３Ｂの層ユニット３０３が第３層を構成し、層ユニット３０４が第１層を構成する。従って、第１波巻コイル１Ａの第１コイル部２Ａ及び第２波巻コイル１Ｂの第２コイル部３Ｂが奇数層を構成し、第１波巻コイル１Ａの第２コイル部３Ａ及び第２波巻コイル１Ｂの第１コイル部２Ｂが偶数層を構成する。

第１波巻コイル１Ａと第２波巻コイル１Ｂとは、図１３、図１４に示すように、他方端部２ｂ、３ｂ同士がステータコア５０の周方向に沿って対向して配置される。即ち、第１波巻コイル１Ａの第１コイル部２Ａの他方端部２ｂと、第２波巻コイル１Ｂの第２コイル部３Ｂの他方端部３ｂとが対向して配置され、第１波巻コイル１Ａの第２コイル部３Ａの他方端部２ｂと、第２波巻コイル１Ｂの第１コイル部２Ｂの他方端部３ｂとが対向して配置される。

これにより、第１波巻コイル１Ａにおける第１コイル部２Ａの層ユニット２０２と、第２波巻コイル１Ｂにおける第２コイル部３Ｂの層ユニット３０３と、が突き合わされるように配置されると共に、第１波巻コイル１Ａにおける第２コイル部３Ａの層ユニット３０２と、第２波巻コイル１Ｂにおける第１コイル部２Ｂの層ユニット２０３と、が突き合わされるように配置される。そして、第１波巻コイル１Ａにおける第２コイル部３Ａの層ユニット３０１が最も外周側（スロット５２の底部５２２側）になり、第２波巻コイル１Ｂにおける第２コイル部３Ｂの層ユニット３０４が最も内周側（スロット５２の開口部５２１側）になるように渦巻き状に巻回される。

巻回状態の波巻コイル１００において、第１波巻コイル１Ａの連結部４Ａは、図１４に示すように外周側に配置される。具体的には、連結部４Ａは、第１波巻コイル１Ａにおける第１コイル部２Ａの最も外周側に配置される最外周端部２００ａと、第２コイル部３Ａの最も外周側に配置される最外周端部３００ａと、が連結されることにより構成される。最外周端部２００ａは、第１波巻コイル１Ａにおける第１コイル部２Ａの一方端部２ａに対応し、最外周端部３００ａは、第１波巻コイル１Ａにおける第２コイル部３Ａの一方端部３ａに対応する。また、第１波巻コイル１Ａにおける第１コイル部２Ａ及び第２コイル部３Ａのコイル端末部１６Ａ、１７Ａは、第１波巻コイル１Ａにおける最内周側に配置される。

一方、巻回状態の波巻コイル１００において、第２波巻コイル１Ｂの連結部４Ｂは、図１４に示すように、波巻コイル１００の内周側に配置される。具体的には、連結部４Ｂは、第２波巻コイル１Ｂにおける第１コイル部２Ｂの最も内周側に配置される最内周端部２００ｂと、第２コイル部３Ｂの最も内周側に配置される最内周端部３００ｂと、が連結されることにより構成される。最内周端部２００ｂは、第２波巻コイル１Ｂにおける第１コイル部２Ｂの一方端部２ａに対応し、最内周端部３００ｂは、第２波巻コイル１Ｂにおける第２コイル部３Ｂの一方端部３ａに対応する。また、第２波巻コイル１Ｂにおける第１コイル部２Ｂ及び第２コイル部３Ｂのコイル端末部１６Ｂ、１７Ｂは、第２波巻コイル１Ｂの最外周側に配置され、第１波巻コイル１Ａのコイル端末部１６Ａ、１７Ａと対峙している。

この波巻コイル１００は、図１３に示すように、第１波巻コイル１Ａと第２波巻コイル１Ｂとが突き合わされて長尺にされた後、第１波巻コイル１Ａにおける第２コイル部３Ａの層ユニット３０１が最も外周側であり、第２波巻コイル１Ｂにおける第２コイル部３Ｂの層ユニット３０４が最も内周側となるように、渦巻き状に巻回されて軸孔５１に挿入される。その後、スロット５２の開口部５２１に向けて拡径されることにより、各ストレート部１１が、第８層から第１層にかけてスロット５２に順次挿入される。層ユニット２１～２４、３１～３４毎のストレート部１１は、図９と同様に、スロット５２内の径方向の同一位置に配置される。各コイル端末部１６Ａ、１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂは、渦巻き状に巻回された波巻コイル１００の径方向の中途部に配置される。

この第２の実施形態に係る波巻コイル１００は、独立した第１波巻コイル１Ａと第２波巻コイル１Ｂとで８層分のコイルを構成するため、径方向外側に配置される第１波巻コイル１Ａの第１コイル部２Ａ及び第２コイル部３Ａと、径方向内側に配置される第２波巻コイル１Ｂの第１コイル部２Ｂ及び第２コイル部３Ｂとは、それぞれ異なる相に接続可能となり、回路接続の自由度が向上する。

波巻コイル１００は、コイル線材１０を編み込みせずに構成されるため、コイルエンド部を径方向にオフセットしてターン部を構成し、同一層のみでレーンチェンジを実現するコイル形状では、そのコイルエンド部が干渉してしまうため、内周側／外周側コイルを１スロットずらすことが難しい。しかし、この波巻コイル１００のように、スロットをずらした位置に結線部を配置することで、電気的に位相をずらすことが可能である。例えば図１５に示すように、第１コイル部２Ａ及び第２コイル部３Ａの各ストレート部１１の相と、第１コイル部２Ｂ及び第２コイル部３Ｂの各ストレート部１１の相とを、１スロット分ずらした構成とすることもできる。

また、ステータコア５０のスロット５２への波巻コイル１００の装着時に波巻コイル１００の長尺方向への伸縮が必要となるが、特に外径側の層のコイルの伸縮代が大きくなる。外径側（最外周側）に連結部４Ａを備えることで、波巻コイル１００の装着性を向上させつつ、長尺コイルを二分割とすることにより、コイルの生産性も同時に向上させることができる。

以上の各実施形態に示す波巻コイル１、１００は、８層分の層ユニット２１～２４、３１～３４、２０１～２０４、３０１～３０４を有するものとしたが、波巻コイルの層数は、それぞれ複数の偶数層と奇数層とを含むものであればよく、８層に限定されない。また、ステータコア５０のスロット数も７２スロットに限定されない。

１、１００ 波巻コイル
１Ａ 第１波巻コイル
１Ｂ 第２波巻コイル
１０ コイル線材
１１ ストレート部
１１ａ （ストレート部の）上端部
１１ｂ （ストレート部の）下端部
１２ ターン部
１２１ 斜行部
１２１ａ 外側部位
１２１ｂ 内側部位
２、２Ａ、２Ｂ 第１コイル部
２ａ （第１コイル部の）一方端部
３、３Ａ、３Ｂ 第２コイル部
３ａ （第２コイル部の）一方端部
４、４Ａ、４Ｂ 連結部
５０ ステータコア
５２ スロット

Claims (5)

1. 複数並列されてステータコアのスロットに挿入されるストレート部と、隣り合う前記ストレート部の端部同士を連結する複数のターン部と、を有する複数のコイル線材により構成され、前記ステータコアの周方向に沿って渦巻き状に巻回される波巻コイルであって、
   前記ステータコアの周方向に延びる第１コイル部と、
   前記ステータコアの周方向に延びると共に前記第１コイル部と平行に配置される第２コイル部と、
   前記第１コイル部の一方端部と前記第２コイル部の一方端部とを連結する連結部と、を有し、
   前記第１コイル部と前記第２コイル部とは、前記連結部において折り返され、前記スロット内の径方向に隣接している、波巻コイルからなる第１波巻コイル及び第２波巻コイルを有し、
   前記第１波巻コイルは、前記連結部が巻回状態の最外周側に配置され、
   前記第２波巻コイルは、前記連結部が巻回状態の最内周側に配置され、
   前記第１波巻コイルと前記第２波巻コイルとの他方端部同士が、前記ステータコアの周方向に沿って対向して配置され、且つ、前記第２波巻コイルが前記第１波巻コイルの内周側に配置される、波巻コイル。
2. 前記ターン部は、二つの斜行部と一つの頂部とを有し、
   前記二つの斜行部のうちの一方は、前記ストレート部に対して前記ステータコアの径方向外側にオフセットして配置される外側部位を構成すると共に、前記二つの斜行部のうちの他方は、前記ストレート部に対して前記ステータコアの径方向内側にオフセットして配置される内側部位を構成し、
   複数の前記コイル線材は、前記ターン部の前記外側部位同士及び前記内側部位同士を、それぞれ前記ステータコアの周方向にずらしながら重ねられる、請求項１に記載の波巻コイル。
3. 前記連結部は、前記第１コイル部の前記一方端部に対して前記第２コイル部の前記一方端部を、前記ステータコアの周方向に沿って前記第１コイル部の他方端部側にずらして連結している、請求項１又は２に記載の波巻コイル。
4. 前記第１波巻コイルの前記第１コイル部は奇数層を構成し、前記第１波巻コイルの前記第２コイル部は偶数層を構成し、
   前記第２波巻コイルの前記第１コイル部は偶数層を構成し、前記第２波巻コイルの前記第２コイル部は奇数層を構成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の波巻コイル。
5. 前記第１コイル部及び前記第２コイル部は、前記連結部において、前記ストレート部の並び方向と直交する方向に折り返されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の波巻コイル。

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