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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110167
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】モータ及びコイルの巻き付け方法
(51)【国際特許分類】
   H02K 3/18 20060101AFI20240807BHJP
   H02K 15/095 20060101ALI20240807BHJP
【FI】
H02K3/18 P
H02K15/095
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023014578
(22)【出願日】2023-02-02
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 雄己
(72)【発明者】
【氏名】土方 大樹
【テーマコード(参考)】
5H603
5H615
【Fターム(参考)】
5H603AA03
5H603AA09
5H603BB01
5H603BB12
5H603CA01
5H603CA05
5H603CB01
5H603CC04
5H603CC11
5H603CC17
5H603CD01
5H603CD21
5H603CE02
5H603CE05
5H603EE00
5H615AA01
5H615BB01
5H615BB14
5H615BB16
5H615PP01
5H615PP08
5H615PP12
5H615QQ03
5H615QQ19
5H615SS11
5H615SS15
(57)【要約】
【課題】耐振性を向上すること。
【解決手段】モータ1は、ステータコア4と、ステータコア4の周方向に配置された複数のスロット9と、スロット9に単層巻きで配置された、コイル5と、を備え、コイル5は、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第1コイルセグメント5Fと、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第2コイルセグメント5Rとのロータ側の端部同士が接合されて形成され、第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、軸方向一方側の第1コイルエンド部52において、高さを変えて交差して配置され、軸方向他方側の第2コイルエンド部53において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置されている。
【選択図】図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータコアと、
前記ステータコアの周方向に配置された複数のスロットと、
前記スロットに単層巻きで配置された、コイルと、
を備え、
前記コイルは、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第1コイルセグメントと、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第2コイルセグメントとのロータ側の端部同士が接合されて形成され、
前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとは、軸方向一方側の第1コイルエンド部において、高さを変えて交差して配置され、軸方向他方側の第2コイルエンド部において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置されている、
モータ。
【請求項2】
前記第1コイルセグメントのバックヨーク側の端部と、前記第2コイルセグメントのバックヨーク側の端部は、渡り線である、
請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記第1コイルエンド部において、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとが交差する部分では、前記第2コイルセグメントは、前記第1コイルセグメントに対して軸方向一方側に位置する、
請求項1に記載のモータ。
【請求項4】
前記第1コイルエンド部において、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとが交差する部分では、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとのどちらか一方が他方の軸方向一方側に位置する、
請求項1に記載のモータ。
【請求項5】
前記コイルの前記第1コイルエンド部の軸方向のコイル幅は、前記第1コイルエンド部における前記第1コイルセグメントのコイル幅と前記第2コイルセグメントのコイル幅と、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとの隙間との和である、
請求項1に記載のモータ。
【請求項6】
前記第1コイルエンド部の軸方向のコイル幅は、前記第2コイルエンド部の軸方向のコイル幅より広い、
請求項3に記載のモータ。
【請求項7】
前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとは、前記第1コイルエンド部におけるコイル幅が、他の部分より狭い
請求項4に記載のモータ。
【請求項8】
ステータコアの周方向に配置された複数のスロットに単層巻きで配置される、コイルの巻き付け方法であって、
前記コイルの第1コイルセグメントを、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けて、前記コイルの第2コイルセグメントを、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けて、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとが、軸方向一方側の第1コイルエンド部において、高さを変えて交差させて配置し、軸方向他方側の第2コイルエンド部において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置することと、
前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントのロータ側の端部同士を接合することと、
を含む、コイルの巻き付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、モータ及びコイルの巻き付け方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ステータコアの各ティースに巻装された集中巻コイルを有するステータと、ロータとを備える回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の技術では、コイルは一層巻で巻回されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2014/020755号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の技術では、コイルの巻き終わりが、ロータ側に位置する。これにより、バックヨーク側に引き出すために、渡り線長さが長くなる。渡り線の長さが長くなると、耐振性が低下するおそれがある。
【0005】
本開示は、耐振性を向上したモータ及びコイルの巻き付け方法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】
本開示に従えば、ステータコアと、前記ステータコアの周方向に配置された複数のスロットと、前記スロットに単層巻きで配置された、コイルと、を備え、前記コイルは、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第1コイルセグメントと、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第2コイルセグメントとのロータ側の端部同士が接合されて形成され、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとは、軸方向一方側の第1コイルエンド部において、高さを変えて交差して配置され、軸方向他方側の第2コイルエンド部において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置されているモータが提供される。
【0007】
本開示に従えば、ステータコアの周方向に配置された複数のスロットに単層巻きで配置される、コイルの巻き付け方法であって、前記コイルの第1コイルセグメントを、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けて、前記コイルの第2コイルセグメントを、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けて、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントとが、軸方向一方側の第1コイルエンド部において、高さを変えて交差させて配置し、軸方向他方側の第2コイルエンド部において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置することと、前記第1コイルセグメントと前記第2コイルセグメントのロータ側の端部同士を接合することと、を含む、コイルの巻き付け方法が提供される。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、耐振性を向上したモータ及びコイルの巻き付け方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、実施形態に係るモータを模式的に示す図である。
図2図2は、実施形態に係るステータコア及びコイルを模式的に示す平面図である。
図3図3は、実施形態に係るコイルの概略を示す側面図である。
図4図4は、実施形態に係るコイルの概略を示す平面図である。
図5図5は、実施形態に係るコイルの概略を示す正面図である。
図6図6は、実施形態に係るコイルの概略を示す側面図である。
図7図7は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。
図8図8は、変形例に係るコイルの概略を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【0011】
[実施形態]
<モータ>
図1は、実施形態に係るモータ1を模式的に示す図である。実施形態において、モータ1は、3相のスイッチトリラクタンスモータである。モータ1は、円筒形状のステータ2と、ステータ2の内側に配置されたロータ3とを備える。ステータ2は、円筒形状のステータコア4と、ステータコア4に支持されるコイル5とを有する。ステータ2の内周面とロータ3の外周面とは間隔を空けて対向する。ロータ3は、ステータコア4に対向する。ロータ3は、回転軸AXを中心に回転する。ロータ3の回転軸AXとステータ2の中心軸とは同一である。ロータ3は、シャフト8を介して対象物Eに接続される。対象物Eは、例えば、建設機械の一種であるハイブリッドショベルに搭載されるエンジンである。モータ1は、エンジンによって駆動される発電機として機能する。
【0012】
以下の説明において、回転軸AXと平行な方向を軸方向という。軸方向における一方側を軸方向一方側といい、軸方向一方側の反対側を軸方向他方側という。また、回転軸AXの周囲を周回する方向を周方向という。周方向おける回転方向の一方側を周方向一方側といい、周方向一方側の反対側を周方向他方側という。さらに、回転軸AXの放射方向を径方向という。径方向において中心軸AXから離れる方向側を径方向外側といい、径方向外側の反対側を径方向内側という。
【0013】
ロータ3は、ステータコア4と対向可能に配置される。ロータ3は、ロータホルダ6と、ロータホルダ6に保持されるロータコア7とを有する。ロータホルダ6は、非磁性体で形成される。ロータコア7は、磁性体で形成される。
【0014】
ステータコア4は、コイル5を収容するスロット9を有する。スロット9は、ステータコア4の内周面から径方向外側に凹んだ凹部である。スロット9は、ステータコア4の内周面において周方向に複数配置される。スロット9は、軸方向に延在する。スロット9は、ステータコア4の内周面に配置されている。スロット9は、軸方向一方側及び軸方向他方側と、径方向内側とに向かって開口している。
【0015】
ステータコア4は、周方向において隣接するスロット9の間に配置された、複数のティース10を有する。ティース10は、ステータコア4におけるコイル5が巻回される部分である。ティース10は、コイル5を支持する。ティース10は、コイル5の開口に挿入される。
【0016】
<コイル>
図3は、実施形態に係るコイルの概略を示す側面図である。図4は、実施形態に係るコイルの概略を示す平面図である。図5は、実施形態に係るコイルの概略を示す正面図である。図6は、実施形態に係るコイルの概略を示す側面図である。図7は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。各図では、説明のためにコイルの巻き数を簡素化し、導体の厚さを厚くして図示している。図4ないし図5図7では、周方向を円弧状ではなく模式的に直線状にして図示している。
【0017】
コイル5は、ティース10の周囲に配置される。コイル5は、ティース10に支持される。コイル5は、開口を有する。コイル5の開口に、ティース10が挿入される。
【0018】
コイル5は、コイル本体部51とコイルエンド部52とコイルエンド部53とを含む。コイル5のうちスロット10に収容される部分がコイル本体部51である。コイル5のうちステータコア4から軸方向一方側に突出する部分がコイルエンド部52である。コイル5のうちステータコア4から軸方向他方側に突出する部分がコイルエンド部53である。
【0019】
コイル5は、例えば、平角線、丸線、又は、板状のセグメント導体等の線状又は帯状の導体により構成される。コイル5は、螺旋状に配置された導体により構成される。コイル5は、1本の導体を螺旋状に巻き付けて構成されてもよいし、複数の導体を螺旋状に接続して構成されてもよい。コイル5の巻付け方法及び接続方法は限定されない。
【0020】
コイル5は、U相コイル(第1相コイル)5Uと、V相コイル(第2相コイル)5Vと、W相コイル(第3相コイル)5Wとを含む。
【0021】
コイル5は、スロット9内では単層巻きで、コイルエンド52では部分的に交差して2層となる部分がある。コイル5は、一部がスロット9に収容されて、ティース10によって支持される。
【0022】
コイル5は、バックヨーク側からコア側に向かってティース10に巻き付けられている第1コイルセグメント5Fと、コア側からバックヨーク側に向かってティース10に巻き付けられている第2コイルセグメント5Rとが接合されて形成される。より詳しくは、コイル5は、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第1コイルセグメント5Fと、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第2コイルセグメント5Rとのロータ側の端部同士が接合されて形成される。
【0023】
第1コイルセグメント5F1は、下セグメント導体5FD1と、上セグメント導体5FU1とが圧接により接合されて形成されている。周方向一方側において、下セグメント導体5FD1の軸方向一方側の端部と、上セグメント導体5FU1の軸方向他方側の端部とが接合されている。下セグメント導体5FD1は、U字形状のセグメント導体である。下セグメント導体5FD1は、巻き付け方向におけるねじれを有していない。上セグメント導体5FU1は、U字形状のセグメント導体である。上セグメント導体5FU1は、軸方向一方側においてティース10上に位置する。上セグメント導体5FU1は、巻き付け方向におけるねじれを有している。上セグメント導体5FU1は、曲げ部5FU1aと、曲げ部5FU1bとにおいて曲げられている。上セグメント導体5FU1の周方向一方側は、周方向他方側よりもロータ側に位置する。周方向他方側において、上セグメント導体5FU1の軸方向他方側の端部は、第1コイルセグメント5F2の下セグメント導体5FD2の軸方向一方側の端部と接合されている。
【0024】
第1コイルセグメント5F2は、下セグメント導体5FD2と、上セグメント導体5FU2とが接合されて形成されている。下セグメント導体5FD2は、下セグメント導体5FD1と同様に構成されている。上セグメント導体5FU2は、上セグメント導体5FU1と同様に構成されている。周方向一方側において、下セグメント導体5FD2の軸方向一方側の端部と、上セグメント導体5FU2の軸方向他方側の端部とが接合されている。周方向他方側において、第1コイルセグメント5F1の上セグメント導体5FU2の軸方向他方側の端部は、下セグメント導体5FD3の軸方向一方側の端部と接合されている。
【0025】
第1コイルセグメント5F3は、下セグメント導体5FD3である。周方向他方側において、下セグメント導体5FD3の軸方向一方側の端部は、第1コイルセグメント5F2の上セグメント導体5FU2の軸方向他方側の端部と接合されている。
【0026】
第1コイルセグメント5Fの巻き始めは、第1コイルセグメント5F3の下セグメント導体5FD3である。周方向一方側において、下セグメント導体5FD3は、軸方向一方側が渡り線55Fと接合されている。
【0027】
第1コイルセグメント5Fのバックヨーク側の端部は、渡り線55Fである。
【0028】
第2コイルセグメント5R1は、上セグメント導体5RU1と、下セグメント導体5RD1とが接合されて形成されている。周方向一方側において、上セグメント導体5RU1の軸方向他方側の端部と、下セグメント導体5RD1の軸方向一方側の端部とが接合されている。上セグメント導体5RU1は、軸方向一方側において第1コイルセグメント5Fの上セグメント導体5FU1上に位置する。上セグメント導体5RU1は、U字形状のセグメント導体である。上セグメント導体5RU1は、巻き付け方向におけるねじれを有している。上セグメント導体5RU1は、曲げ部5RU1aと、曲げ部5RU1bとにおいて曲げられている。上セグメント導体5RU1の周方向他方側は、周方向一方側よりもロータ側に位置する。周方向他方側において、下セグメント導体5RD1の軸方向一方側の端部は、第2コイルセグメント5R2の上セグメント導体5RU2の軸方向他方側の端部と接合されている。下セグメント導体5RD1は、U字形状のセグメント導体である。下セグメント導体5RD1は、巻き付け方向におけるねじれを有していない。
【0029】
第2コイルセグメント5R2は、上セグメント導体5RU2と、下セグメント導体5RD2とが接合されて形成されている。上セグメント導体5RU2は、上セグメント導体5RU1と同様に構成されている。下セグメント導体5RD2は、下セグメント導体5RD1と同様に構成されている。周方向他方側において、第2コイルセグメント5R1の下セグメント導体5RD2は、軸方向他方側の端部が渡り線55Rと接合されている。周方向一方側において、上セグメント導体5RU2の軸方向他方側の端部と、下セグメント導体5RD2の軸方向一方側の端部とが接合されている。
【0030】
第2コイルセグメント5Rの巻き始めは、第1コイルセグメント5R1の上セグメント導体5RU1である。
【0031】
第2コイルセグメント5Rのバックヨーク側の端部は、渡り線55Rである。
【0032】
径方向内側かつ周方向他方側において、第1コイルセグメント5R1の上セグメント導体5RU1の軸方向他方側は、第1コイルセグメント5F1の下セグメント導体5FD1の軸方向一方側と接合されている。
【0033】
第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、軸方向一方側においての第1コイルエンド部52において、高さを変えて交差して配置されている。言い換えると、第2コイルセグメント5Rの上セグメント導体5RUは、軸方向一方側において第1コイルセグメント5Fの上セグメント導体5FU上に位置する。
【0034】
第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、軸方向他方側の第2コイルエンド部52において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置されている。言い換えると、第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、軸方向他方側の第2コイルエンド部52において、交差していない。
【0035】
コイル5の第1コイルエンド部52の軸方向のコイル幅は、第1コイルエンド部52における第1コイルセグメント5Fのコイル幅w1と第2コイルセグメント5Rのコイル幅w2と、それらの間の隙間の和である。
【0036】
コイル5の第2コイルエンド部52の軸方向のコイル幅w3は、第2コイルエンド部52における第1コイルセグメント5Fのコイル幅w1と第2コイルセグメント5Rのコイル幅w2と同じである。
【0037】
第1コイルエンド部52の軸方向のコイル幅は、第2コイルエンド部52の軸方向のコイル幅より広い。
【0038】
<巻き付け方法>
ステータコア4の周方向に配置された複数のスロット9に単層巻きで配置される、コイル5の巻き付け方法を説明する。
【0039】
コイル5の第1コイルセグメント5Fを、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付ける。第1コイルセグメント5Fは、バックヨーク側からコア側に向かって、下セグメント導体5FDと上セグメント導体5FUとを順番に接合して形成される。コイル5の第2コイルセグメント5Rを、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付ける。第2コイルセグメント5Rは、コア側からバックヨーク側に向かって、上セグメント導体5FUと下セグメント導体5FDとを順番に接合して形成される。
【0040】
先に、第1コイルセグメント5Fを巻き付けた後、第2コイルセグメント5Rを巻き付ける。これにより、第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、第1コイルエンド部52において、高さを変えて交差させて配置される。第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、第2コイルエンド部53において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置される。
【0041】
第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rのロータ側の端部同士を接合する。このようにして、コイル5が巻回される。
【0042】
<効果>
以上説明したように、実施形態では、コイル5は、バックヨーク側からコア側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第1コイルセグメント5Fと、コア側からバックヨーク側に位置をずらしながららせん状に巻き付けられる第2コイルセグメント5Rとのロータ側の端部同士が接合されて形成される。実施形態では、第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、軸方向一方側の第1コイルエンド部52において、高さを変えて交差して配置され、軸方向他方側の第2コイルエンド部53において、ロータ側とバックヨーク側の間に交互に配置されている。実施形態では、第1コイルセグメント5Fのバックヨーク側の端部と、第2コイルセグメント5Rのバックヨーク側の端部は、渡り線55F、渡り線55Rである。実施形態によれば、コイル5の巻き終わりが、いずれもバックヨーク側に位置するようにすることができる。実施形態によれば、渡り線55の長さを抑えることができる。実施形態によれば、振動を抑えられるので、耐振性を向上することができる。実施形態は、渡り線の長さを抑えることができるので、渦電流による損失を低減することができる。
【0043】
実施形態では、第1コイルエンド部52において、第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとが交差する部分では、上セグメント導体5RU1は、第1コイルセグメント5Fの上セグメント導体5FU1の軸方向一方側に位置する。実施形態によれば、コイル5の巻き終わりを、いずれもロータ側に位置するようにすることができる。
【0044】
実施形態では、コイル5の第1コイルエンド部52の軸方向のコイル幅は、第1コイルエンド部52における第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとのコイル幅の和である。コイル5の第2コイルエンド部53の軸方向のコイル幅は、第2コイルエンド部52における第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとのコイル幅と同じである。実施形態によれば、コイル5をコイル幅が一定のセグメント導体で形成することができる。実施形態によれば、簡易な構成にすることができる。
【0045】
実施形態では、第1コイルエンド部52の軸方向のコイル幅は、第2コイルエンド部53の軸方向のコイル幅より広い。実施形態によれば、第2コイルエンド部53の軸方向を小型化することができる。
【0046】
実施形態によれば、追加部材を用いずに、振動を抑えることができる。実施形態は、部品点数を増やすことなく、振動を抑えることができる。
【0047】
[変形例]
図8を用いて、コイルの変形例について説明する。図8は、変形例に係るコイルの概略を示す正面図である。図8に示す例では、第1コイルセグメント5Fと第2コイルセグメント5Rとは、第1コイルエンド部52におけるコイル幅w1、コイル幅w2が、他の部分より狭くなっている。第1コイルエンド部52の軸方向のコイル幅は、第2コイルエンド部53の軸方向のコイル幅w3と同じである。
【0048】
<効果>
以上説明したように、変形例によれば、第1コイルエンド部52のコイル幅を縮小することができる。変形例によれば、軸方向を小型化することができる。
【0049】
上述の実施形態においては、セグメント導体同士の接合方法は圧接を例に挙げたが、これに限られず、溶接でもよいし加締め等別の方法でもよい。
【0050】
上述の実施形態において、ロータ3がステータコア4の内側(内周側)に配置され、モータ1がインナロータ側モータであることとした。ロータ3はステータコア4に対向する位置に配置されていればよい。モータ1は、ロータ3がステータコア4の外周側に配置されるアウタロータ型モータでもよいし、ロータ3がステータコア4の内周側及び外周側の両方に配置されるデュアルロータ型モータでもよいし、ロータ3がステータコア4の軸方向側に配置されるアキシャルギャップ型モータでもよい。
【0051】
なお、上述の実施形態においては、モータ1がスイッチトリラクタンスモータであることとした。モータ1はシンクロナスリラクタンスモータ(Synchronous Reluctance Motor)でもよいし、フラックススイッチングモータ(Flux Switching Motor)でもよいし、永久磁石モータ(Permanent Magnet Motor)でもよいし、誘導モータ(Induction Motor)でもよいし、アキシャルギャップモータでもよいし、リニアアクチュエータでもよい。
【符号の説明】
【0052】
1…モータ、2…ステータ、3…ロータ、4…ステータコア、5…コイル、5A…A相コイル、5B…B相コイル、5C…C相コイル、5F…第1コイルセグメント、5FD1…下セグメント導体、5FU…上セグメント導体、5R…第2コイルセグメント、5RD1…下セグメント導体、5FU…上セグメント導体、5U…U相コイル(第1相コイル)、5V…V相コイル(第2相コイル)、5W…W相コイル(第3相コイル)、6…ロータホルダ、7…ロータコア、8…シャフト、9…スロット、10…ティース、51…コイル本体部、52…コイルエンド部、53…コイルエンド部、55…渡り線、55F…渡り線、55R…渡り線、56…端子部、57…渡り線、58…端子部、AX…回転軸、E…対象物。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8