特許 6372562 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6372562

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/18 20060101AFI20180806BHJP

   H02K 3/04 20060101ALI20180806BHJP

   H02K 3/24 20060101ALI20180806BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/18 P

   H02K3/04 J

   H02K3/24 J

   H02K21/16 M

【請求項の数】12

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-508404(P2016-508404)

(86)(22)【出願日】2014年3月19日

(86)【国際出願番号】JP2014057604

(87)【国際公開番号】WO2015140970

(87)【国際公開日】20150924

【審査請求日】2016年8月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100104503

【弁理士】

【氏名又は名称】益田 博文

(74)【代理人】

【識別番号】100191112

【弁理士】

【氏名又は名称】益田 弘之

(72)【発明者】

【氏名】野中 剛

(72)【発明者】

【氏名】牧野 省吾

(72)【発明者】

【氏名】加茂 光則

【審査官】 津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０３０３５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２０５８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５４４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２７４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８７２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５０１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４８４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０３０２１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／００− ３／２８

Ｈ０２Ｋ ３／３０− ３／５２

Ｈ０２Ｋ １／０４− １／１６

Ｈ０２Ｋ１５／０４−１５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子及び固定子を有する回転電機であって、
ティース部を備えた固定子鉄心と、
前記ティース部に装着された空芯コイルと、
を有する回転電機であって、
前記空芯コイルは、
径方向内側及び外側にそれぞれ位置し、実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる第１端面と、
周方向一方側に位置し、実質的に平面状となる第２端面と、
周方向他方側に位置し、実質的に平面状となる第３端面と、
軸方向一方側に位置し、実質的に平面状となる第４端面と、
軸方向他方側に位置し、実質的に平面状となる第５端面と、
を備えており、
前記ティース部は、
軸方向中央の中央側ティース部と、
前記中央側ティース部の軸方向一方側に設けられ、周方向寸法が前記中央側ティース部よりも短い反負荷側ティース部と、
前記中央側ティース部の軸方向他方側に設けられ、周方向寸法が前記中央側ティース部よりも短い負荷側ティース部と、
を有し、
前記反負荷側ティース部の前記第４端面側の端面と前記空芯コイルとの間に、インシュレータが介挿されており、
前記負荷側ティース部の前記第５端面側の端面と前記空芯コイルとの間に、インシュレータが介挿されており、
前記中央側ティース部の前記第２端面及び前記第３端面側の端面と前記空芯コイルとの間に、それぞれインシュレータが介挿されており、
前記空芯コイルは、
周方向両側及び軸方向両側に位置する４つの平面部と、
前記平面部の各々の間に位置する４つの角部と、を備え、
前記平面部において巻線が径方向と略直交する方向で整列に配置され、前記４つの角部のうちいずれか２つの角部において巻き位置の移動が行われるように、前記巻線が巻回されて構成され、
前記第１端面、前記第２端面、前記第３端面、前記第４端面、及び前記第５端面に対し加圧成形されている
ことを特徴とする回転電機。

【請求項2】

前記空芯コイルの前記第４端面及び前記第５端面は、それぞれ、
前記回転子の回転軸心に垂直な面方向の端面である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記空芯コイルは、
スロット装着部及びコイルエンド部を備え、
前記スロット装着部の周方向の断面形状が実質的に径方向外側ほど寸法が大きくなる扇形であり、前記コイルエンド部の軸方向の断面形状が実質的に長方形である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。

【請求項4】

前記空芯コイルは、
前記スロット装着部及び前記コイルエンド部における各巻線の断面形状が、丸形が加圧成形により塑性変形した形状を含むように構成される
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。

【請求項5】

前記空芯コイルは、
前記巻線の巻き位置の移動が行われる前記２つの角部の曲率半径が、前記巻線の巻き位置の移動が行われない他の２つの角部の曲率半径よりも大きくなるように構成される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項6】

前記空芯コイルは、
軸方向一方側の２つの前記角部又は軸方向他方側の２つの前記角部よりコイルエンド部の径方向外側又は内側に向けて引き出された２つのリード端部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項7】

巻き始め側の前記リード端部は、
軸方向一方側の一方の角部において径方向外側の第１層目より引き出され、
巻き終わり側の前記リード端部は、
軸方向一方側の他方の角部においてコイル最外層より引き出される
ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

【請求項8】

巻き始め側の前記リード端部は、
軸方向一方側の一方の角部において径方向内側のコイル最外層より引き出され、
巻き終わり側の前記リード端部は、
軸方向一方側の他方の角部においてコイル最外層より引き出される
ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

【請求項9】

前記空芯コイルの軸方向両側の前記端面と筐体との間に密着して配置された絶縁体をさらに有する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項10】

固定子鉄心、前記空芯コイル、及び前記絶縁体を一体に成形したモールド樹脂部をさらに有する
ことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。

【請求項11】

前記空芯コイルのコイルエンド部の径方向外側又は内側に配置され、前記空芯コイルのリード端部を結線する結線部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の回転電機。

【請求項12】

前記固定子は、
ティース部及び前記ティース部よりも軸方向寸法が大きいヨーク部を備えた固定子鉄心を有する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、固定子コイルの負荷側コイルエンドがコイルエンドの内周面、外周面及び端面の少なくとも２面で絶縁体を介し負荷側ブラケットの凹部と密着した回転電機が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００８／１４９６４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術では、コイルエンドの軸方向の断面形状が径方向外側程寸法が大きくなる略扇形であり、且つ、反負荷側コイルエンドが整列巻きでなく加圧成形もされていないので、コイルエンドの軸方向長さが比較的大きくなる傾向にあった。このため、回転電機の軸方向長さの短縮化を図る上で更なる改善の余地があった。

【0005】

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、放熱性を損なうことなく軸方向長さを短縮できる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】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転子及び固定子を有する回転電機であって、ティース部を備えた固定子鉄心と、前記ティース部に装着された空芯コイルと、を有する回転電機であって、前記空芯コイルは、径方向内側及び外側にそれぞれ位置し、実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる第１端面と、周方向一方側に位置し、実質的に平面状となる第２端面と、周方向他方側に位置し、実質的に平面状となる第３端面と、軸方向一方側に位置し、実質的に平面状となる第４端面と、軸方向他方側に位置し、実質的に平面状となる第５端面と、を備えており、前記ティース部は、軸方向中央の中央側ティース部と、前記中央側ティース部の軸方向一方側に設けられ、周方向寸法が前記中央側ティース部よりも短い反負荷側ティース部と、前記中央側ティース部の軸方向他方側に設けられ、周方向寸法が前記中央側ティース部よりも短い負荷側ティース部と、を有し、前記反負荷側ティース部の前記第４端面側の端面と前記空芯コイルとの間に、インシュレータが介挿されており、前記負荷側ティース部の前記第５端面側の端面と前記空芯コイルとの間に、インシュレータが介挿されており、前記中央側ティース部の前記第２端面及び前記第３端面側の端面と前記空芯コイルとの間に、それぞれインシュレータが介挿されており、前記空芯コイルは、周方向両側及び軸方向両側に位置する４つの平面部と、前記平面部の各々の間に位置する４つの角部と、を備え、前記平面部において巻線が径方向と略直交する方向で整列に配置され、前記４つの角部のうちいずれか２つの角部において巻き位置の移動が行われるように、前記巻線が巻回されて構成され、前記第１端面、前記第２端面、前記第３端面、前記第４端面、及び前記第５端面に対し加圧成形されている回転電機が適用される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、回転電機の放熱性を損なうことなく軸方向長さを短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る回転電機の軸方向断面図である。

【図2】第１実施形態に係る回転電機の横断面図である。

【図3】固定子鉄心のティース部に装着された空芯コイルを表す平面図である。

【図4】空芯コイルの平面図、周方向断面図、及び軸方向断面図である。

【図5】空芯コイルの巻線構成を表す説明図である。

【図6】空芯コイルの巻回方法を表す説明図である。

【図7】空芯コイルの巻き治具の正面図、水平断面図、及び側面図である。

【図8】空芯コイルの上パンチによる加圧成形を表す説明図である。

【図9】空芯コイルの横パンチによる加圧成形を表す説明図である。

【図10】加圧成形後の空芯コイルの巻線の断面形状の一例を表す説明図である。

【図11】回転電機の用途の一例を表す説明図である。

【図12】第２実施形態に係る回転電機の軸方向断面図である。

【図13】空芯コイルの巻線構成を表す説明図である。

【図14】空芯コイルの巻回方法を表す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、回転電機等の構成の説明の便宜上、上下左右等の方向を適宜使用するが、回転電機等の各構成の位置関係を限定するものではない。

【0012】

＜１．第１実施形態＞
（１−１．回転電機の概略構成）
図１及び図２を用いて、第１実施形態に係る回転電機の概略構成について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機１０は、固定子３０と、固定子３０の内側に配置された回転子５０とを備え、軸方向長さを短縮した扁平なインナーロータ型のモータである。この回転電機１０は、後述の図１１に示すように、例えば産業用ロボットの関節部７を駆動するモータ１１等に使用される。

【0013】

回転電機１０はシャフト５１を備えている。シャフト５１は、回転電機１０の軸方向一方側（図１中左側）に設けられた反負荷側ブラケット４２（筐体の一例に相当）及び軸方向他方側（図１中右側）に設けられた負荷側ブラケット４１（筐体の一例に相当）に、それぞれ反負荷側軸受４４及び負荷側軸受４３を介して回転自在に支持されている。シャフト５１の反負荷側端部には、エンコーダ４０が設けられている。なお、エンコーダ４０は設置されなくてもよい。負荷側ブラケット４１は、円筒状のフレーム部４１ａを一体に備えている。フレーム部４１ａ、負荷側ブラケット４１及び反負荷側ブラケット４２は、回転電機１０の筐体を構成する。

【0014】

なお、本明細書において「負荷側」とは回転電機１０に対してシャフト５１が突出する方向（図１中右側）を指し、「反負荷側」とは負荷側の反対方向、すなわち回転電機１０に対してエンコーダ４０が配置される方向（図１中左側）を指す。

【0015】

（１−２．回転子の構成）
回転子５０は、固定子３０と径方向に磁気的間隙を空けて、シャフト５１の外周側に設けられている。回転子５０は、周方向に配置された複数の永久磁石５８と、永久磁石５８の径方向外側及び径方向内側を挟むように配置された外側の回転子鉄心５２及び内側の回転子鉄心５３とを備える。複数の永久磁石５８は、軸方向から見て実質的にＶ字状に配置された１対の永久磁石５８が複数対（この例では１６対）、周方向に沿うように配列されている。複数対の永久磁石５８は、各対の永久磁石５８の互いに向かい合う側の磁極同士が同極のＮ極又はＳ極となり、かつそのＮ極同士、Ｓ極同士の磁極が周方向に交互に繰り返されるように配置されている。永久磁石５８、外側の回転子鉄心５２、及び内側の回転子鉄心５３は、ボルト５７によってシャフト５１に固定された円環状の大径の負荷側プレート５５と、該第１プレート５５の反負荷側に配置された狭幅の円環状の反負荷側プレート５６との間に挟持される。そして、永久磁石５８及び回転子鉄心５２，５３は、回転子鉄心５２，５３の各々を貫通して負荷側プレート５５及び反負荷側プレート５６を結合したボルト５４によって一体に固定され、負荷側プレート５５を介してシャフト５１に支持されている。

【0016】

（１−３．固定子の構成）
固定子３０は、ヨーク部３１から径方向内側に突出したティース部３３を有するとともに、フレーム部４１ａの内周面に周方向に配置されて環状に連結された複数（この例では１８個）の固定子鉄心３２と、ティース部３３に装着された複数（この例では１８個）の空芯コイル２０（固定子コイルの一例に相当）とを備えている。隣り合うティース部３３，３３間にはスロット３４が形成され、ティース部３３に装着された空芯コイル２０は、周方向両側部がスロット３４内に装着される。空芯コイル２０の巻き始め側のリード端部２１、巻き終り側のリード端部２２は、空芯コイル２０の反負荷側から径方向外側に引き出されて結線部３９で結線され、外部の給電ケーブル８と接続される。

【0017】

図３に示すように、ティース部３３は、軸方向（図３中左右方向）中央の中央側ティース部３３ａと、中央側ティース部３３ａの軸方向両側に小さく突出した負荷側ティース部３３ｂ及び反負荷側ティース部３３ｃとを有している。負荷側ティース部３３ｂ及び反負荷側ティース部３３ｃは、周方向（図３中上下方向）の寸法が中央側ティース部３３ａよりも短くなっている。また、反負荷側ティース部３３ｃは、負荷側ティース部３３ｂよりも軸方向の寸法が長くなっている。空芯コイル２０と負荷側ティース部３３ｂ、反負荷側ティース部３３ｃ、中央側ティース部３３ａとの間にはインシュレータ３７が介挿されている。また、空芯コイル２０の軸方向両側の端面２３，２４と、負荷側ブラケット４１及び反負荷側ブラケット４２との間には、図１に示すように、絶縁体３６が密着して配置されている。絶縁体３６としては、例えば絶縁シート等が用いられるが、空芯コイル２０を被覆するモールド材や、ブラケットの表面に形成されたコーティング材でもよい。が設けられている。さらに、固定子鉄心３２、空芯コイル２０、及び絶縁体３６を一体に樹脂成形したモールド樹脂部３８が設けられている。

【0018】

なお、図３において、符号１８は、空芯コイル２０の反負荷側の角部であり、符号１９は、空芯コイル２０の負荷側の角部である。本実施形態では、反負荷側の両側の角部１８において、空芯コイル２０の巻線１７（後述の図５参照）の巻き位置の移動が行われる。負荷側の両側の角部１９では、巻線１７の巻き位置の移動は行われない。上述のように、反負荷側ティース部３３ｃの軸方向寸法が負荷側ティース部３３ｂよりも長いことにより、反負荷側の２つの角部１８の曲率半径は負荷側の２つの角部１９よりも大きくなる。

【0019】

（１−４．空芯コイルの形状）
図４（ｂ）に示すように、空芯コイル２０は、径方向内側（図４（ｂ）中右側）及び径方向外側（図４（ｂ）中左側）に実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる端面２８及び端面２９をそれぞれ備えている。また、空芯コイル２０は、周方向両側（図４（ｂ）中上側及び下側）に実質的に平面状となる端面２５，２５をそれぞれ備えている。また、空芯コイル２０は、図４（ｃ）に示すように、軸方向両側の負荷側、反負荷側に実質的に平面状となる端面２３及び端面２４をそれぞれ備えている。これら端面２３及び端面２４は、いずれも回転子５０の回転軸心ＡＸ（図１参照）に垂直な面方向の端面となっている。

【0020】

なお、上記の説明における「曲面状」及び「平面状」とは、厳密な意味での「曲面」及び「平面」ではない。すなわち、端面２８，２９については、曲面状のプレス治具により加圧成形された結果得られた「実質的に曲面状」の端面という意味であり、巻線１７の輪郭による細かな凹凸形状や、コイル端面の形状によりプレス治具との間に隙間が生じた場合の窪み等の形状は許容される。端面２３，２４，２５についても同様であり、平面状のプレス治具により加圧成形された結果得られた「実質的に平面状」の端面という意味であり、巻線１７の輪郭による細かな凹凸形状や、コイル端面の形状によりプレス治具との間に隙間が生じた場合の窪み等の形状は許容される。

【0021】

また、空芯コイル２０は、周方向両側にスロット３４内に装着されるスロット装着部２６、及び、軸方向両側に固定子鉄心３２の軸方向両側に位置するコイルエンド部２７を備える。図４（ｂ）に示すように、スロット装着部２６の周方向の断面形状は、実質的に径方向外側ほど寸法が大きくなる扇形であり、図４（ｃ）に示すように、コイルエンド部２７の軸方向の断面形状は、実質的に長方形である。

【0022】

以上のような空芯コイル２０の形状により、複数（この例では１８個）の空芯コイル２０を固定子鉄心３２に装着して周方向に配置したとき、１つの正確な円筒形状が形成され、空芯コイル２０をブラケット４１，４２に密着させた固定子３０を構成することができる。

【0023】

（１−５．空芯コイルの巻線の構成）
図５に示すように、空芯コイル２０を形成する巻線１７は、周方向両側（図５中左右両側）と軸方向両側（図５中紙面の奥側及び手前側）の４つの平面部１３において整列配置されている。巻線１７の巻き位置の移動は、空芯コイル２０の軸方向のいずれか一方側の２つの角部、本実施形態では反負荷側（図５中紙面の手前側）の両側の角部１８のみで行われる。

【0024】

なお、図５は、反負荷側のコイルエンド部２７の側から見た加圧成形前の空芯コイル２０の周方向の断面を示している。巻き始めのリード端部２１は、巻き治具８０の径方向外側より導入され、巻線１７（「線材」ともいう。）の巻回が開始される。図５中右側の巻線１７に示したＸ印は、図中右側のスロット装着部２６に入って負荷側（図５中紙面の奥側）に向けて巻回される巻線１７を示し、図５中左側の巻線１７に示した番号は、負荷側に向けて巻回された巻線１７が図中左側のスロット装着部２６に入って反負荷側に向けて巻回される順序（内側から外側に巻く通常の巻き方式による巻回の順序）を示している。スロット装着部２６と負荷側のコイルエンド部２７の間は全て整列巻きであり、巻線１７の巻き位置の移動は行われない。反負荷側のコイルエンド部２７も整列巻きであるが、他の整列巻き部に対し径方向に半ピッチ位置がずれている。この半ピッチの位置ずれとなるように、反負荷側のコイルエンド部２７の両側の角部１８で巻き位置の移動が行われる。

【0025】

このように巻線１７の巻き位置の移動が反負荷側の角部１８で行われる結果、周方向両側と軸方向両側の４つの平面部１３において整列巻きが可能になり、反負荷側のコイルエンド部２７を含めた空芯コイル２０の外形部の６面全てにおける加圧成形が可能になる。なお、巻線１７の巻き位置の移動を行う箇所は反負荷側の角部１８のみに限定されるものではなく、４つの角部１８，１８，１９，１９のうちいずれか２つの角部において行われればよい。

【0026】

図６（ａ）に空芯コイル２０の巻線１７の巻き始め時の様子を示し、図６（ｂ）に空芯コイル２０の巻線１７の巻き終り時の様子を示す。なお、図６（ａ）は、巻線１７の巻き始めより１層目の巻回を終え、２層目の巻回中の状態である。

【0027】

図６（ａ）に示すように、巻き治具８０に巻回される空芯コイル２０の巻線１７において、巻き始め側のリード端部２１は、空芯コイル２０の反負荷側（図６中紙面の手前側）の一方（図６（ａ）中右側）の角部１８において径方向外側の第１層目より引き出される。一方、図６（ｂ）に示すように、巻き終わり側のリード端部２２は、空芯コイル２０の反負荷側の他方（図６（ｂ）中左側）の角部１８においてコイル最外層より径方向外側に引き出される。

【0028】

なお、例えば結線部３９が固定子鉄心３２の負荷側に配置される場合には、２つのリード端部２１，２２を負荷側の２つの角部１９，１９より引き出してもよい。また、例えば結線部３９がコイルエンド部２７の径方向内側に配置される場合には、２つのリード端部２１，２２をコイルエンド部２７の径方向内側に向けて引き出してもよい。

【0029】

（１−６．巻き治具の構成）
空芯コイル２０は、巻線１７を定位置に巻回できるような形状の巻き治具８０に巻回された後、平坦な型に装着されて加圧成形される。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、巻き治具８０は、空芯コイル２０の内側の巻き治具本体８７と、巻き治具本体８７の径方向両側（図７（ａ）中左右両側）にはめ合わされた径方向内側治具８５及び径方向外側治具８６とを備えている。この例では、図７（ｂ）に示すように、巻き治具本体８７は、負荷側治具８１、反負荷側治具８２、周方向右側治具８３、及び周方向左側治具８４の４つの組み合わせで構成されている。

【0030】

反負荷側治具８２、周方向右側治具８３、及び周方向左側治具８４には、空芯コイル２０の１層目の巻線１７を導く溝８８が形成されている。これにより、巻き治具８０における巻線１７の位置が固定される。反負荷側治具８２の溝８８は、他の溝付きの治具である周方向右側治具８３、周方向左側治具８４に対し半ピッチ、溝位置がずれている。

【0031】

巻き治具本体８７のうち、負荷側治具８１には溝がないので、他の反負荷側治具８２、周方向右側治具８３、及び周方向左側治具８４から取り外し可能である。このため、巻き治具８０への空芯コイル２０の巻線１７の巻回後、初めに負荷側治具８１が外される。次に、反負荷側治具８２、周方向右側治具８３、及び周方向左側治具８４が取り外される。そして、巻回された空芯コイル２０に平坦なコアピン７１（後述の図８及び図９参照）が装着され、加圧成形される。

【0032】

（１−７．空芯コイルの加圧成形）
上述のように、巻き治具８０に巻線１７を巻回して未成形の空芯コイル２０を形成した後、空芯コイル２０の径方向内側及び外側の端面を円筒形状の一部を構成する曲面状のプレス治具で加圧成形し、空芯コイル２０の周方向両側及び軸方向両側の端面を平面状のプレス治具で加圧成形する。この空芯コイル２０の加圧成形について図８及び図９を用いて説明する。

【0033】

図８に示すように、まず、巻線１７の巻回により形成された未成形の空芯コイル２０に、コアピン７１が装着される。そして、コアピン７１が上パンチ７３に取り付けられ、上パンチ７３を受容するダイ７２の成形穴７０にセットされる。

【0034】

成形穴７０は、空芯コイル２０の軸方向両側に対応する前側及び後側が開口した有底の穴である。この成形穴７０は、空芯コイル２０の径方向内側の外形状を成形する径方向内側用の成形面７０ａと、空芯コイル２０の周方向両側の外形状を成形する周方向用の１対の成形面７０ｂを有する。成形面７０ａは、円筒形状の一部を構成する曲面状であり、具体的には、空芯コイル２０の径方向内側の外形状に対応した所定の曲率で上に凸に湾曲した湾曲壁面からなる。１対の成形面７０ｂは、平面状であり、具体的には、空芯コイル２０の周方向両側の外形状に対応した傾斜で成形面７０ａの左右の辺から外開き状に立ち上がる傾斜壁面からなる。上パンチ７３は、空芯コイル２０の径方向外側の外形状を成形する成形面７３ａを有する。成形面７３ａは、円筒形状の一部を構成する曲面状であり、具体的には、空芯コイル２０の径方向外側の外形状に対応した所定の曲率で上に凹に湾曲した湾曲壁面からなる。

【0035】

空芯コイル２０がダイ７２の成形穴７０にセットされたら、図８中白抜きの矢印に示すように、上パンチ７３がダイ７２に対し所定量降下される。これにより、ダイ７２と上パンチ７３とにより空芯コイル２０の径方向両側の端面が押圧され、空芯コイル２０の径方向両側の外形状が加圧成形される。また、空芯コイル２０の周方向両側の端面が押圧され、空芯コイル２０の周方向両側の外形状が加圧成形される。

【0036】

次に、図９に示すように、上パンチ７３とダイ７２との間に形成された前後両側の１対の開口７５のそれぞれに、横パンチ７４が図９中白抜きの矢印で示すように挿入される。横パンチ７４は、空芯コイル２０の周方向断面形状に対応する左右方向の断面形状を有している。また、横パンチ７４の空芯コイル２０と接触する側の壁面は、平面状であり、具体的には、空芯コイル２０の軸方向両側の端面に対応した扇型の外郭を有する垂直な成形面となっている。ダイ７２の開口７５に挿入されたそれぞれの横パンチ７４が所定量前進されると、空芯コイル２０の軸方向両側の端面が押圧され、空芯コイル２０の軸方向両側の外形状が軸心ＡＸに対して略垂直な端面となるように加圧成形される。

【0037】

以上により、空芯コイル２０の加圧成形が完了する。その後、成形された空芯コイル２０を熱硬化性等の樹脂で樹脂モールドすることにより、本実施形態で使用する完成品の空芯コイル２０が得られる。

【0038】

なお、成形面７３ａを備えた上パンチ７３及び成形面７０ａを備えたダイ７２が曲面状のプレス治具の一例に相当し、１対の成形面７０ｂを備えたダイ７２及び横パンチ７４が平面状のプレス治具の一例に相当する。

【0039】

（１−８．加圧成形による巻線の変形）
加圧成形後の空芯コイル２０の各巻線１７の断面の様子を図１０に示す。巻線１７は、導体１５をエナメル等の絶縁被膜１６で被覆した構造である。導体１５は、例えば銅又はアルミ等からなる。なお、導体１５にアルミを用いた場合には、空芯コイル２０を軽量化でき、固定子３０、ひいては回転電機１０を軽量化できる。各巻線１７は、加圧成形により丸形の断面が塑性変形した形状（例えば略矩形や略多角形等）となっている。図中の符号Ｐは、ダイ７２の成形面７０ｂや横パンチ７４の成形面を表しており、加圧成形により空芯コイル２０の端面が実質的に平面状に形成されている。これにより、占積率を高めつつ、各端面を所望の形状とした空芯コイル２０を実現できる。

【0040】

（１−９．扁平モータの用途）
例えば産業用ロボットの関節部の駆動に使用するモータには、関節部の肥大化を防ぐためにモータを扁平形状に構成したい要望がある。図１１に産業用ロボットの関節部の一例を示す。産業用ロボットの関節部７では、元アーム９と、先アーム１２との間をモータ１１で連結して、モータ１１により関節部７を駆動し、元アーム９に対し先アーム１２の回動動作を行わせている。

【0041】

本実施形態の回転電機１０は、軸方向に扁平なモータを構成することが可能であるので、産業用ロボットの関節部７等を駆動するモータ１１として使用するのに好適である。

【0042】

以上において、空芯コイル２０における巻線１７の巻き位置の移動を反負荷側の角部１８のみで行い、周方向両側と軸方向両側の４つの平面部１３において整列巻きとする構成、及び、リード端部２１，２２を角部１８において引き出す構成が、径方向内側又は径方向外側への引き出しが、空芯コイルの径方向両側、軸方向両側、周方向両側の端面の加圧成形を可能とする手段の一例に相当する。

【0043】

（１−１０．第１実施形態の効果）
以上説明したように、第１実施形態の回転電機１０は、ティース部３３を備えた固定子鉄心３２と、ティース部３３に装着され、径方向内側及び外側に実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる端面２８，２９を備えると共に周方向両側に実質的に平面状となる端面２５，２５及び軸方向両側に実質的に平面状となる端面２３，２４を備えた空芯コイル２０と、を有する。

【0044】

このように、空芯コイル２０の軸方向両側に実質的に平面状となる端面２３，２４を備えるので、両端面２３，２４を負荷側ブラケット４１及び反負荷側ブラケット４２に十分に密着させることが可能となり、放熱性を向上できる。また、軸方向両側の端面２３，２４は加圧成形により平面状に形成されるので、軸方向両側のコイルエンド部２７，２７の軸方向長さを短縮できる。したがって、放熱性を損なうことなく軸方向長さを短縮した回転電機１０を実現できる。

【0045】

また、空芯コイル２０の径方向内側及び外側に実質的に円筒形状の一部を構成する曲面状となる端面２８，２９を備えるので、複数の空芯コイル２０を各ティース部３３に装着したときに１つの正確な円筒形状が形成され、断面形状が単なる台形状であるコイルに比べて占積率を高めることができる。

【0046】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０の軸方向両側の端面２３，２４が回転子５０の回転軸心ＡＸに垂直な面方向の端面として形成される。これにより、例えばコイルエンド部２７の軸方向の断面形状が径方向外側程寸法が大きくなる略扇形である場合に比べ、空芯コイル２０の軸方向長さを短縮できる。その結果、軸方向長さの小さい扁平形の回転電機１０を実現できる。

【0047】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０のスロット装着部２６の周方向の断面形状が実質的に径方向外側ほど寸法が大きくなる扇形であり、コイルエンド部２７の軸方向の断面形状が実質的に長方形である。これにより、占積率の高い固定子を構成できる。

【0048】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０は、スロット装着部２６及びコイルエンド部２７における各巻線１７の断面形状が、丸形が加圧成形により塑性変形した形状を含むように構成される。これにより、占積率を高めつつ、各端面２３，２４，２５，２８，２９を所望の形状とした空芯コイル２０を実現できる。

【0049】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０は、周方向両側に位置する２つの平面部１３（端面２５，２５を含む２つの平面部）及び軸方向両側に位置する２つの平面部１３（端面２３，２４を含む２つの平面部）と、この４つの平面部１３の各々の間に位置する４つの角部１８，１８，１９，１９と、を備え、各平面部１３において巻線１７が整列に配置され、４つの角部１８，１８，１９，１９のうちいずれか２つの角部において巻き位置の移動が行われるように、巻線１７が巻回されて構成される。このように、巻線１７の巻き位置の移動が角部のみで行われる結果、周方向両側と軸方向両側の４つの平面部１３において整列巻きが可能となり、反負荷側のコイルエンド部２７の端面２４を含めた空芯コイル２０の６面全てに対し加圧成形が可能となる。

【0050】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０は、巻線１７の巻き位置の移動が行われる２つの角部１８の曲率半径が、巻き位置の移動が行われない他の２つの角部１９の曲率半径よりも大きくなるように構成される。これにより、巻線１７の巻き位置の移動が行われる角部において、巻き位置の移動を無理なく行うのに必要な長さ（巻線１７の経路の長さ）を確保できる。

【0051】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０は、反負荷側の２つの角部１８，１８よりコイルエンド部２７の径方向外側に向けて引き出された２つのリード端部２１，２２を有する。これにより、２つのリード端部２１，２２をコイルエンド部２７の径方向外側に配置された結線部３９に導くことができる。また、２つのリード端部２１，２２を加圧成形が行われない角部より引き出すので、加圧成形によるリード端部の損傷を防止できる。

【0052】

また、本実施形態では特に、巻き始め側のリード端部２１は、反負荷側の一方の角部１８において径方向外側の第１層目より引き出され、巻き終わり側のリード端部２２は、反負荷側の他方の角部１８においてコイル最外層より引き出される。これにより、巻線１７を内側から外側に積層して巻回した通常の巻き方式の空芯コイル２０を実現できる。

【0053】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０の軸方向両側の端面２３，２４と負荷側ブラケット４１及び反負荷側ブラケット４２との間に密着して配置された絶縁体３６を有する。これにより、回転電機１０の放熱性を損なうことなく、空芯コイル２０と負荷側ブラケット４１及び反負荷側ブラケット４２との絶縁を確保できる。

【0054】

また、本実施形態では特に、固定子鉄心３２、空芯コイル２０、及び絶縁体３６を一体に成形したモールド樹脂部３８を有する。これにより、固定子３０が一体的に構成されるので、回転電機１０の組立時の作業性を向上できる。また、固定子鉄心３２と空芯コイル２０とのガタつきを防止し、絶縁に対する長期的な信頼性を確保できる。

【0055】

また、本実施形態では特に、空芯コイル２０のコイルエンド部２７の径方向外側に配置され、空芯コイル２０のリード端部２１，２２を結線する結線部３９を有する。このように、結線部３９がコイルエンド部２７の径方向外側に配置されるので、結線部３９による回転電機１０の軸方向長さの増大を防止できる。

【0056】

＜２．第２実施形態＞
図１２乃至図１４を用いて、第２実施形態について説明する。

【0057】

（２−１．回転電機の概略構成）
図１２に、第２実施形態に係る回転電機１０Ａの概略構成を示す。回転電機１０Ａは、固定子３０Ａの構成が第１実施形態の回転電機１０における固定子３０と異なる。回転電機１０Ａのその他の構成は第１実施形態の回転電機１０と同様である。図１２において図１０と同様な要素については同一の符号を付して適宜説明を省略又は簡略化する。

【0058】

本実施形態における固定子３０Ａの固定子鉄心３２Ａは、ヨーク部３１の軸方向両側に環状鉄心３５を設けて、ヨーク部３１及び両側の環状鉄心３５からなるヨーク部３１Ａを有する。この構造により、ヨーク部３１Ａはティース部３３より軸方向寸法が大きくなる。これにより、ティース部３３の磁路の大きさを確保したままヨーク部３１Ａの内径を大きくすることができ、その分、ティース部３３に装着する空芯コイル２０Ａのコイル寸法を大きく設計できる。

【0059】

（２−２．空芯コイルの巻線の構成）
なお、空芯コイル２０Ａを、第１実施形態で説明した空芯コイル２０のように、巻き始め側のリード端部２１を第１層目のコイルエンド部２７の径方向外側に引き出す構成とした場合、環状鉄心３５に干渉する可能性があることから、環状鉄心３５に干渉しないようなリード端部の設け方を工夫する必要がある。

【0060】

そこで、本実施形態では、図１３に示すように、空芯コイル２０Ａの一方のリード端部２１Ａ（巻き終り側のリード端部に相当）は、径方向内側のコイル最外層より角部１８を経て、コイルエンド部２７の径方向外側に引き出され、もう一方のリード端部２２Ａ（巻き始め側のリード端部に相当）は、コイル最外層より角部１８を経て、コイルエンド部２７の外側に引き出されるように構成される。

【0061】

すなわち、空芯コイル２０Ａの巻線１７の巻回はいわゆるα巻き方式となっており、２本のリード端部２１Ａ，２２Ａが外側に形成される。なお、第１実施形態と同様に、巻線１７の巻き位置の移動は、反負荷側の両側の角部１８のみで行われ、周方向両側と軸方向両側の４つの平面部１３において整列巻となり、反負荷側のコイルエンド部２７を含めた空芯コイル２０Ａの外形６面全てで加圧成形される。

【0062】

図１３に示すように、巻線１７の巻き始めは径方向内側より行われる。一方のリード端部２２Ａは巻き治具８０Ａの径方向外側へ１，２，３，・・・と１５ターン巻回して１層目とし、これを２層目、３層目、・・・と巻回し、６層目の６９ターン（符号２２ａで示す）で巻回を終了する。もう一方のリード端部２１Ａは径方向内側を２層目、３層目と巻回し、２ターン（符号２１ａで示す）で巻回を終了するため、空芯コイル２０Ａのターン数は第１実施形態の空芯コイル２０と同じ７１ターンである。

【0063】

巻き治具８０Ａは、径方向外側治具８６のリード端部２１Ａの位置が変更される以外は、第１実施形態で使用する巻き治具８０と同じ形状である。

【0064】

図１４（ａ）に空芯コイル２０Ａの巻線１７の巻き始め時の様子を示し、図１４（ｂ）に空芯コイル２０Ａの巻線１７の巻き終り時の様子を示す。なお、図１４（ａ）は、巻線１７の巻き始めより１層目の巻回を終え、２層目の巻回中の状態である。

【0065】

空芯コイル２０Ａの一方のリード端部２１Ａは、径方向内側のコイル最外層より反負荷側のコイルエンド部２７の周方向右側の角部１８を経て、コイルエンド部２７の外側に引き出される。もう一方のリード端部２２Ａは、コイル最外層より反負荷側のコイルエンド部２７の周方向左側の角部１８を経て、コイルエンド部２７の外側に引き出される。そのため、図１２で示した環状鉄心３５に干渉せずにリード端部２１Ａ，２２Ａを結線部３９に導くことができる空芯コイル２０Ａが得られる。

【0066】

（２−３．第２実施形態の効果）
以上説明した第２実施形態によれば、リード端部２１Ａ，２２Ａの両方を最外層より引き出した、いわゆるα巻き方式の空芯コイル２０Ａを実現できる。この場合、両方のリード端部２１Ａ，２２Ａをコイルエンド部２７の軸方向外側位置で引き出すことができるので、固定子鉄心３２Ａのヨーク部３１Ａの軸方向寸法をティース部３３よりも大きくした場合でも、リード端部２１Ａ，２２Ａとヨーク部３１Ａとの干渉を防止できる。

【0067】

また、本実施形態では特に、固定子３０Ａは、ティース部３３及びティース部３３よりも軸方向寸法が大きいヨーク部３１Ａを備えた固定子鉄心３２Ａを有する。これにより、ティース部３３の磁路の大きさを確保しつつ、ヨーク部３１Ａの内径を大きくすることが可能となり、その分空芯コイル２０Ａの寸法を大きく設計できる。また、空芯コイル２０Ａの寸法を増大させない場合には、ヨーク部３１Ａの外径を小さくすることが可能となり、回転電機１０Ａの径方向寸法を小型化できる。

【0068】

＜３．変形例＞
以上では、回転電機１０，１０Ａがモータである場合を一例として説明したが、本実施形態は、回転電機１０，１０Ａが発電機である場合にも適用することができる。

【0069】

なお、以上の説明における「垂直」とは、厳密な意味での垂直ではない。すなわち、「垂直」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」という意味である。

【0070】

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

【0071】

その他、一々例示はしないが、上記実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

【符号の説明】

【0072】

１０，１０Ａ 回転電機
１３ 平面部
１７ 巻線
１８ 角部
１９ 角部
２０，２０Ａ 空芯コイル（固定子コイル）
２１ リード端部
２１Ａ リード端部
２２ リード端部
２２Ａ リード端部
２３，２４ 端面
２５ 端面
２６ スロット装着部
２７ コイルエンド部
２８ 端面
２９ 端面
３０，３０Ａ 固定子
３１Ａ ヨーク部
３２，３２Ａ 固定子鉄心
３３ ティース部
３６ 絶縁体
３８ モールド樹脂部
３９ 結線部
４１ 負荷側ブラケット（筐体）
４２ 反負荷側ブラケット（筐体）
５０ 回転子
７２ ダイ（プレス治具）
７３ 上パンチ（プレス治具）
７４ 横パンチ（プレス治具）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】