WO2022209140A1 - 回転電機の固定子、回転電機、電気駆動システム、及び電動ホイール - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、軸方向サイズを小型化できる回転電機の固定子及びその回転電機の固定子を備えた電動ホイールを提供することにある。回転電機の固定子１０は固定子コア１００と複数のコイル２０１Ａ～２０１Ｄと渡り線２０２Ａ～２０２Ｃとを備える。固定子コア１００はコイルが巻回される第１ティース１０１と、コイルが巻回されない第２ティース１０２とを有する。第１ティース１０１と第２ティース１０２とは周方向に交互に配置される。渡り線２０２は、一方のコイルと他方のコイルとの間隔の変化を吸収するように曲り部を有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に第２ティース１０２と重なる位置に配置される。さらに渡り線２０２は、少なくとも一部が第１ティース１０１に巻回されるコイルの軸方向端部よりも固定子コア１００の側に配置される。

Description

回転電機の固定子、回転電機、電気駆動システム、及び電動ホイール

　本発明は、回転電機の固定子、回転電機、電気駆動システム、及び電動ホイールに関する。

　本技術分野の背景技術として、特開２００４－２７４９６５号公報（特許文献１）に記載された巻線コイルが知られている。特許文献１には、ティース部に嵌合可能なブロックからなる筒状導体を平角線の肉厚に応じて切面間を螺旋状に切断して平角線を形成し、巻線コイルを製造する技術が開示されている。特許文献１には、この巻線コイルにより、巻線抵抗を増加させることがなく、発熱による温度上昇を防止した巻線コイルを提供できることが説明されている（要約参照）。

　さらに特許文献１には、２個の巻線コイルの間に緩衝体を形成して２個の巻線コイルを一体的に形成する製造技術が開示されている。この製造技術では、２個の巻線コイルを、挿入するティース部の向き合う角度および固定子鉄心の曲率に合わせて形成することにより、ティース部への挿入が容易になる。また、２個の巻線コイルの間に形成される緩衝帯自体を伸縮可能に形成することにより、２個の巻線コイルと固定子鉄心との間に多少の曲率不一致等があっても、２個の巻線コイルの固定子鉄心への取り付けを簡単かつ確実に行うことができるよう配慮されている（段落００１８－００２３及び図５参照）。

特開２００４－２７４９６５号公報

　特許文献１の巻線コイルでは、２個の巻線コイルを、挿入するティース部の向き合う角度および固定子鉄心の曲率に合わせて形成することにより、また２個の巻線コイルの間に形成される緩衝帯自体を伸縮可能に形成することにより、２個の巻線コイルの固定子鉄心への取り付けを簡単かつ確実に行うことができるように配慮されている。

　しかしながら特許文献１の巻線コイルでは、２個の巻線コイルの間に形成される緩衝帯（渡り線）が、軸方向（回転電機の回転軸に沿う方向）において、コイルエンドよりも固定子の外方に向けて大きく突出しており、固定子鉄心、ひいては回転電機における軸方向サイズの大型化につながる。

　本発明の目的は、軸方向サイズを小型化できる回転電機の固定子及びその回転電機の固定子を備えた電動ホイールを提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の回転電機の回転子は、
　固定子コアと、複数のコイルと、前記複数のコイルのうち隣接するコイル同士を電気的に接続する複数の渡り線と、を備える回転電機の固定子であって、
　前記固定子コアは、内周側と外周側とが一定幅に形成されコイルが巻回される複数の第１ティースと、前記コイルが巻回されない複数の第２ティースと、を有し、
　前記第１ティースと前記第２ティースとは周方向に交互に配置され、
　前記渡り線は、前記第１ティースに巻回されて隣り合う２つのコイルのうち一方のコイルと他方のコイルとの間隔の変化を吸収するように曲り部を有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に前記第２ティースと重なる位置に配置され、
　さらに前記渡り線は、少なくとも一部が前記第１ティースに巻回されるコイルの軸方向端部よりも前記固定子コアの側に配置される。

　本発明によれば、軸方向サイズを小型化できる回転電機の固定子及びその回転電機の固定子を備えた電動ホイールを提供することができる。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る図であって、固定子１０を軸方向に垂直な方向から見た平面図であり、連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられる前後の状態を表す図である。 本発明に係る図であって、固定子１０を軸方向に垂直な方向から見た平面図であり、連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられた後の状態を表す図である。 本発明に係る図であって、固定子１０の中心側から径方向外側に向かって見た固定子１０の内周面側を表す図であり、固定子１０の内周面を平面に展開した展開図である。 本発明に係る図であって、固定子１０におけるコイル２００の渡り線２０２Ａ～２０２Ｃの接続方法を説明する説明図である。 本発明に係る図であって、連続コイル２００の外観を示す斜視図である。 本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の部分を拡大して示す部分拡大図である。 本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の変更例を示す部分拡大図である。 本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の変更例を示す部分拡大図であり、１つの渡り線２０２とこの渡り線２０２に接続されるコイル２０１の端部の部分を表す図である。 本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の変更例を示す部分拡大図であり、１つの渡り線２０２とこの渡り線２０２に接続されるコイル２０１の端部の部分を表す図である。 本発明に係る図であって、ティース１０１，１０２と、ティース１０１に巻回されたコイル２０１を示す、軸方向に垂直な固定子コア１００の断面図である。 本発明に係る図であって、連続コイル２００を固定子コア１００に組み付ける際の課題の解決方法を説明する説明図である。 本発明に係る図であって、アウターロータ型の電動ホイール１０００の外観を示す斜視図である。 図１２の電動ホイール１０００を回転軸線上に分離して示す分解立体図である。 本発明との比較例に係る図であって、連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられた状態を示す斜視図である。 本発明との比較例に係る図であって、固定子１０の中心側から径方向外側に向かって見た固定子１０の内周面側を表す図であり、固定子１０の内周面を平面に展開した展開図である。

　本発明の実施例について、図１乃至図１５を参照しながら説明する。なお、図１乃至図１３は本発明の実施例に係わる図であり、図１４及び図１５は本発明を説明するための比較例に係わる図である。

　以下の説明において、「軸方向」は回転子の回転軸、すなわち回転電機の回転軸の軸線に沿う方向であり、「軸線方向」という場合もある。

　図１及び図２を参照して、本実施例の固定子１０、固定子コア１００及び連続コイル２００について説明する。図１は、本発明に係る図であって、固定子１０を軸方向に垂直な方向から見た平面図であり、連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられる前後の状態を表す図である。図２は、本発明に係る図であって、固定子１０を軸方向に垂直な方向から見た平面図であり、連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられた後の状態を表す図である。

　本実施例の回転電機の固定子１０は、固定子コア１００と、複数のコイル２０１Ａ，２１－Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄと、複数のコイル２０１Ａ，２１－Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄのうち隣接するコイル同士を電気的に接続する複数の渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃと、を備える。固定子コア１００は、内周側と外周側とが一定幅に形成されコイル２０１Ａ，２１－Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄが巻回される複数の第１ティース１０１と、コイル２０１Ａ，２１－Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄが巻回されない複数の第２ティース１０２と、を有する。

　本実施例では、複数のコイル２０１Ａ，２１－Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄを接続して一体化した連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられて、固定子１０が構成される。複数のコイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄは、渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃで接続されている。

　コイル２０１は線材に銅線を使用することが多いが、アルミ線なども使用可能である。渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、コイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ間を接続する導体である。本実施例では、スロット３０１（図１０参照）にコイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄを挿入する時のスロット３０１の間隔（周長）の変化（ＤａからＤｂへの変化：図１０参照）を渡り線２０２で吸収する。渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、コイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄと同材質とすることが好ましく、電気抵抗率が低い弾性体、例えば銅やアルミで構成するとよい。

　図１及び図２では、４つのコイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄと３つの渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃとが、１つの導体（線材）から成形されて、１つの連続コイル２００を構成する例を示しているが、連続コイル２００を構成するコイルの数は４つに限定されない。例えば、２，３，４，５個のコイルで１つの連続コイル２００を構成することができる。

　連続コイル２００は、複数のコイルが接続された状態で、固定子コア１００に組み付けられる。すなわち連続コイル２００は、固定子コア１００への組み付け前に、複数のコイルが接続された状態になっている。

　図３を参照して、連続コイル２００を構成する個々のコイル２０１の配置について説明する。図３は、本発明に係る図であって、固定子１０の中心側から径方向外側に向かって見た固定子１０の内周面側を表す図であり、固定子１０の内周面を平面に展開した展開図である。

　固定子コア１００には複数のティースが設けられる。複数のティースは、複数の第１ティース１０１と、複数の第２ティース１０２と、複数の第１ティース１０１と複数の第２ティース１０２とを接続するコアバック１０３（図１参照）と、で構成される。ティース１０１とティース１０２とは周方向に交互に配置され、ティース１０１とティース１０２との間にコイル２０１が挿入されるスロット３０１が形成されている。

　図３から分かるように、ティース１０１にはコイル２０１が巻回され、ティース１０２にはコイル２０１は巻回されない。すなわちコイル２０１は、周方向に並ぶ複数のティース１０１，１０２のうち、１つ置きに配置されたティース１０１に巻回される。各コイル２０１には矢印で示すように同じ方向に電流が流れ、ティース１０１とティース１０２とは逆極性に磁化される。すなわち、ティース１０１の先端（内周側端部）とティース１０２の先端（内周側端部）とにはＳ極とＮ極とが交互に発生する。

　図３では、ティース１０１の先端がＳ極に、ティース１０２の先端がＮ極に、それぞれ磁化される例を示しているが、ティース１０１とティース１０２とが逆極性に磁化されるように、コイル２０１に通電してもよい。いずれにしても、周方向に並ぶ複数のティースに対してＮ極とＳ極とが交互に並ぶよう、コイル２０１の巻き方向及び通電方向が設定される。

　次に、図４を参照して、渡り線の２０２Ａ～２０２Ｃの接続形態について説明する。図４は、本発明に係る図であって、固定子１０におけるコイル２００の渡り線２０２Ａ～２０２Ｃの接続方法を説明する説明図である。

　図４（ａ）は、渡り線を省略して、スロット内のコイルのみを図示している。２０１Ｂが１つのコイルであり、２０１Ｃはコイル２０１Ｂに隣接するコイルである。コイル２０１Ｂ，２０１Ｃに電流が図示したように流れることにより、ティース１０１，１０２は図示したように磁化される。すなわち、ティース１０１の先端はＳ極に、ティース１０２の先端はＮ極に、それぞれ磁化される。

　図４（ｂ）は、２つのコイル２０１Ｂ，２０１Ｃの組み合わせにおいて、一方のコイル２０１Ｃにおけるコイル２０１Ｂの側の端部は、この一方のコイル２０１Ｃが巻回される第１ティース１０１の、固定子コア１００の径方向における外周側部分に位置し、他方のコイル２０１Ｂにおけるコイル２０１Ｃの側の端部は、この他方のコイル２０１Ｂが巻回される第１ティース１０１の、固定子コア１００の径方向における内周側部分に位置し、渡り線２０２Ｂは、一方のコイル２０１Ｃと他方のコイル２０１Ｂとの間隔の変化を吸収するように曲り部２０２ｂを有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に第２ティース１０２と重なる位置に配置される構成を例示している。渡り線２０２Ｂの周方向に延設される部分は図６の２０２ａの部分に相当する部分であり、渡り線２０２Ｂの径方向に延設される部分は図６の２０２ｃの部分に相当する部分である。

　図４（ｃ）は、２つのコイル２０１Ｂ，２０１Ｃの組み合わせにおいて、一方のコイル２０１Ｂにおけるコイル２０１Ｃ側の端部及び他方のコイル２０１Ｃにおけるコイル２０１Ｂ側の端部は、それぞれのコイル２０１Ｂ，２０１Ｃが巻回される第１ティース１０１の、固定子コア１００の径方向における外周側部分又は内周側部分のうちいずれか一方（本例では外周側部分）に位置し、渡り線２０２Ｂの両端部は、それぞれのコイル２０１Ｂ，２０１Ｃが巻回される第１ティース１０１の外周側部分又は内周側部分のうちいずれか一方（本例では外周側部分）に位置して、一方のコイル２０１Ｂの前記端部と他方のコイル２０１Ｃの前記端部とを接続する構成を例示している。この場合の渡り線２０２Ｂは、主として周方向に延設され、延設長さの周方向成分に対して小さい延設長さの径方向成分を有していてもよい。

　図５及び図６を参照して、図４（ｂ）に例示した連続コイル２００について説明する。図５は、本発明に係る図であって、連続コイル２００の外観を示す斜視図である。図６は、発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の部分を拡大して示す部分拡大図である。

　連続コイル２００は、コイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄと、渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃと、コイル２０１Ａから引き出された引き出し線２０３Ａと、コイル２０１Ｄから引き出された引き出し線２０３Ｂと、を含んで構成される。コイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ、渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ、コイル２０１Ａから引き出された引き出し線２０３Ａ、及びコイル２０１Ｄから引き出された引き出し線２０３Ｂは、１つの導体（線材）から成形される。

　連続コイル２００を１本の導体から一体成形することで、溶接工程と溶接箇所に対する絶縁被膜塗布工程を削減することができる。また、固定子、ひいては回転電機の信頼性を向上することができる。

　図５に示す連続コイル２００は、引き出し線２０３Ａがコイル２０１Ａから引き出されている側が固定子コア１００の外周側に位置し、引き出し線２０３Ｂがコイル２０１Ｄから引き出されている側が固定子コア１００の内周側に位置するように、配置される。

　コイル２０１Ａとコイル２０１Ｂとの組み合わせにおいて、一方のコイル２０１Ｂにおけるコイル２０１Ａの側の端部は、この一方のコイル２０１Ｂが巻回される第１ティース１０１の外周側部分に位置し、他方のコイル２０１Ａにおけるコイル２０１Ｂの側の端部は、この他方のコイル２０１Ａが巻回される第１ティース１０１の内周側部分に位置し、渡り線２０２Ａは、一方のコイル２０１Ｂと他方のコイル２０１Ａとの間隔の変化を吸収するように曲り部２０２ｂ（図６参照）を有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に第２ティース１０２と重なる位置に配置される。渡り線２０２Ａの周方向に延設される部分は図６の２０２ａの部分に相当する部分であり、渡り線２０２Ａの径方向に延設される部分は図６の２０２ｃの部分に相当する部分である。

　コイル２０１Ｂとコイル２０１Ｃとの組み合わせにおいて、一方のコイル２０１Ｃにおけるコイル２０１Ｂの側の端部は、この一方のコイル２０１Ｃが巻回される第１ティース１０１の外周側部分に位置し、他方のコイル２０１Ｂにおけるコイル２０１Ｃの側の端部は、この他方のコイル２０１Ｂが巻回される第１ティース１０１の内周側部分に位置し、渡り線２０２Ｂは、一方のコイル２０１Ｃと他方のコイル２０１Ｂとの間隔の変化を吸収するように曲り部２０２ｂ（図６参照）を有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に第２ティース１０２と重なる位置に配置される。渡り線２０２Ｂの周方向に延設される部分は図６の２０２ａの部分に相当する部分であり、渡り線２０２Ｂの径方向に延設される部分は図６の２０２ｃの部分に相当する部分である。

　コイル２０１Ｃとコイル２０１Ｄとの組み合わせにおいて、一方のコイル２０１Ｄにおけるコイル２０１Ｃの側の端部は、この一方のコイル２０１Ｄが巻回される第１ティース１０１の外周側部分に位置し、他方のコイル２０１Ｃにおけるコイル２０１Ｄの側の端部は、この他方のコイル２０１Ｃが巻回される第１ティース１０１の内周側部分に位置し、渡り線２０２Ｃは、一方のコイル２０１Ｄと他方のコイル２０１Ｃとの間隔の変化を吸収するように曲り部２０２ｂ（図６参照）を有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に第２ティース１０２と重なる位置に配置される。渡り線２０２Ｃの周方向に延設される部分は図６の２０２ａの部分に相当する部分であり、渡り線２０２Ｃの径方向に延設される部分は図６の２０２ｃの部分に相当する部分である。

　さらに上述した構成において、渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃは、少なくとも一部が第１ティース１０１に巻回されるコイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄの軸方向端部よりも固定子コア１００の側に配置される。本実施例では、図５に示すように、渡り線２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃはその全体が第１ティース１０１に巻回されるコイル２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄの軸方向端部よりも固定子コア１００の側に配置され、コイル高さ寸法Ｈ２０１の範囲に収まっている。これは、コイル２０１が巻回されない第２ティース１０２が設けられ、軸方向から見た場合に、渡り線２０２が第２ティース１０２に重なるように配置されることにより、可能になる。

　図１５は、本発明との比較例に係る図であって、固定子１０の中心側から径方向外側に向かって見た固定子１０の内周面側を表す図であり、固定子１０の内周面を平面に展開した展開図である。

　図１５に示す比較例では、全てのティース１０１にコイル２０１が巻回されることで、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶ。この場合、渡り線を配置するスペース（コイル２０１が巻回されないスロット）がなく、渡り線は軸方向においてコイルエンドから大きくはみ出すように配置されることになる。

　なお、曲り部２０２ｂは、図６に示すように、折れ線２０２ｂａが渡り線２０２の長辺方向（図１０で説明）に沿うように、長辺方向に沿って折り曲げられる。

　本例では、コイル２０１の外周側位置と内周側位置との径差分だけ渡り線２０２の中央部（径方向延設部）２０２ｃの長さを確保できる。渡り線２０２の中央部２０２ｃの長さが長いほど、渡り線２０２は周方向に変形し易くなる。このため、連続コイル２００の固定子コア１００への組付けが容易になる。

　図７を参照して、連続コイル２００の変更例について説明する。図７は、本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の変更例を示す部分拡大図である。

　本例では、渡り線２０２に少なくとも１か所の接合部２０４が設けられ、複数のコイル部品が接合されることにより、連続コイル２００が構成される。具体的には、渡り線２０２の中央付近で切断した形状の単品コイル２０１を複数成形し、固定子コア１００に組み付ける前に溶接して複数の単品コイル２０１を繋げることにより、連続コイル２００を製作する。

　本発明に係る実施例では、コイル２０１を固定子コア１００に組み付けた後の溶接は行わない。しかし、固定子コア１００に組み付ける前の溶接は許容するものとする。従って、図７に示す形態も本発明の実施例に含まれる。また、例えば、１本の導体からのエッジワイズ巻でコイル２０１を形成するほか、Ｌ字状のコイル片や環状のコイル片を単体で溶接してコイル２０１を製作しても良い。

　また連続コイル２００は、コイル２０１と渡り線２０２とを別々に成形して固定子コア１００に組み付ける前に溶接してもよい。

　接続方法は溶接に限らず、ろう付けや半田付けでもよい。溶接は、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接などが適用可能である。

　個々のコイル２０１を別々に製作し、固定子コア１００に挿入する前に溶接等で複数のコイル２０１を接合しておくことで、固定子コア１００への組付け後の溶接を避けながらコイル２０１単品の成形性も確保できる。すなわち単体のコイル２０１と連続コイル２００であれば、単体のコイル２０１の方が成形は簡単なことが多い。ただし、溶接と絶縁被膜塗布の工程まで含めて考えた場合には、連続コイル２００を一体成形する方が有利な場合もある。

　図８及び図９を参照して、連続コイル２００の変更例について説明する。

　図８は、本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の変更例を示す部分拡大図であり、１つの渡り線２０２とこの渡り線２０２に接続されるコイル２０１の端部の部分を表す図である。

　図８では、図４（ｃ）で説明した形態における渡り線２０２の構成を示している。連続コイル２００を構成する一方のコイル２０１（２０１Ａ）における他方のコイル２０１（２０１Ｂ）の側の端部及び他方のコイル２０１（２０１Ｂ）における一方のコイル２０１（２０１Ａ）の端部は、それぞれのコイル２０１Ａ，２０１Ｂが巻回される第１ティースの外周側部分又は内周側部分のうちいずれか一方に位置するものとする。この場合、渡り線２０２は、その両端部がそれぞれのコイル２０１が巻回される第１ティース１０１の外周側部分又は内周側部分のうちいずれか一方に位置して、一方のコイル２０１Ａの前記端部と他方のコイル２０１Ｂの前記端部とを接続することになる。

　この場合、連続コイル２００を固定子コアのスロット３０１に挿入する際にコイル２０１の周方向の間隔を変化させ易いように、渡り線２０２周方向の中央部にＶ字状の溝（曲り部）２０２ｂを設けている。すなわちＶ字状の溝（曲り部）２０２ｂが、一方のコイル２０１Ａと他方のコイル２０１Ｂとの間隔の変化を吸収する曲り部２０１ｂを構成し、Ｖ字状の曲り部２０１ｂが存在することで、渡り線２０２は周方向及び径方向に延設されることになる。

　図９は、本発明に係る図であって、連続コイル２００の渡り線２０２の変更例を示す部分拡大図であり、１つの渡り線２０２とこの渡り線２０２に接続されるコイル２０１の端部の部分を表す図である。

　図９に示すように、コイル２０１の導体断面サイズと渡り線２０２の導体断面サイズとは異なっていてもよい。

　図６及び図7に示す例では、渡り線２０２における導体長さが長くなるので電気抵抗が増加する。一方、図８及び図９に示す例では、渡り線２０２における導体長さを短くすることができるので、電気抵抗を小さくすることができる。

　図１０を参照して、ティース１０１，１０２の形状及びコイル２０１の線材の断面形状について説明する。図１０は、本発明に係る図であって、ティース１０１，１０２と、ティース１０１に巻回されたコイル２０１を示す、軸方向に垂直な固定子コア１００の断面図である。

　第１ティース１０１はコイル２０１が巻回してあるティースであり、本実施例では、コイル２０１を挿入するために第１ティース１０１を平行ティースで構成している。平行ティースは、内周側におけるティースの周方向幅Ｗ１０１Ａと外周側におけるティースの周方向幅Ｗ１０１Ｂとが同じ寸法に形成され、ティースの両側面が平行に形成されたティースのことである。第１ティース１０１を平行ティースにすることで、コイル２０１を変形させることなく、第１ティース１０１に挿入することが可能になる。また、コイル２０１の占積率を高くすることができる。第１ティース１０１を台形ティースにした場合にはデッドスペースが生じやすくなり、コイル２０１の占積率が低くなる。

　一方、第２ティース１０２は、コイル２０１を巻回していないティースであり、コイル２０１の占積率の向上のために台形ティースにすることが好ましい。台形ティースは、ティースの内周側における周方向幅が外周側における周方向幅よりも小さいティースのことである。すなわち第２ティース１０２は、内周側における周方向幅Ｗ１０２Ａが外周側における周方向の幅Ｗ１０２Ｂよりも小さい。第２ティース１０２を台形ティースにすることでスロット３０１内におけるコイル２０１の占積率を高めることができる。

　また、コイル２０１の挿入のためにオープンスロットにする必要があるので、第１ティース１０１及び第２ティース１０２はともに周方向の出張りは設けない。セミクローズスロットでは本実施例は成り立たない。

　本実施例の連続コイル２００は、コイル２０１及び渡り線２０２の断面形状が長辺と短辺とを有する長方形である。この場合、コイル２０１は、回転電機の軸方向から見た場合にコイル２０１の断面の長辺が周方向に沿うように巻回される。

　断面形状が長方形のコイル２０１を使用することにより、スロット３０１内におけるコイル２０１の占積率を高くすることができる。また、エッジワイズコイル（平角線を短辺側に曲げて成形したコイル）を使用することで、ティースの径方向長さを短くすることができる。これにより、回転電機の出力密度を向上することができる。

　本実施例では、コイル２０１はエナメル被覆平角線の扁平エッジワイズコイルを想定している。しかしコイル２０１の線材は、エナメル被覆線、平角線、エッジワイズコイルなどに限定するものではなく、被覆無銅線や丸線などで構成しても良い。図１０では１ティース１０１に５ターン巻いている。図１０では１つのスロットに１本のコイル２０１を配置しているが、スロット３０１の周方向に複数のコイル２０１が存在しても良い。コイル２０１は第１ティース１０１から外した状態で径方向から見た場合に、長円状のコイルになっていればよい。

　なお、コイル２０１のスロット３０１の内周側と外周側とでは巻幅は一定である。

　また連続コイル２００の線材は、必ずしも市販の平角線を用いる必要はなく、断面形状が長辺と短辺とを有する長方形の線材を自作して使用してもよい。

　図１と共に図１１を参照して、連続コイル２００を固定子コア１００に組み付ける際の課題について説明する。図１１は、本発明に係る図であって、連続コイル２００を固定子コア１００に組み付ける際の課題の解決方法を説明する説明図である。

　図１０に示すように、固定子コア２００は円弧形状であるため、隣接するコイル２０１を挿入するスロット３０１の間隔が径方向において変化する。すなわち、スロット３０１の入口側（径方向内側）における間隔（周長）Ｄａ（図１０参照）は小さく、スロット３０１の奥側（径方向外側）における間隔（周長）Ｄｂ（図１０参照）は大きい。このため、連続コイル２００のスロット３０１への挿入が困難になり、連続コイル２００の固定子コア１００への組付けが困難になる。

　本実施例では、渡り線２０２を曲げることで、図１１に矢印で示すように、隣接するコイル２０１の間隔を周方向に縮めておき、間隔を拡げながら固定子コア１００の第１ティース１０１に連続コイル２００を挿入することで、連続コイル２００の固定子コア１００への組付作業が容易になる。すなわち、渡り線２０２が間隔Ｄａと間隔Ｄｂとの差分を吸収するため、連続コイル２００のスロット３０１への挿入が容易になり、連続コイル２００の固定子コア１００への組付けが容易になる。

　図１、図２及び図１４を参照して、ティース１０１，１０２の個数について説明する。図１４は、本発明との比較例に係る図であって、連続コイル２００が固定子コア１００に組み付けられた状態を示す斜視図である。

　第１ティース１０１及び第２ティース１０２を含むティースの総数は、１２以上で、かつ６の倍数とすることが好ましい。

　最低のティース数は、２個のコイル２０１を渡り線２０２で接続して連続コイル２００を構成した場合で、この場合、ティースは１相あたり４個で、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相に対してティース数は１２個になる。３個のコイルを渡り線２０２で接続して連続コイル２００を構成した場合のティース数は１８、４個のコイルを渡り線２０２で接続して連続コイル２００を構成した場合のティース数は２４、５個のコイルを渡り線２０２で接続して連続コイル２００を構成した場合のティース数は３０となり、６の倍数となる。

　上述したティース数を外れると、連続コイル２００同士が隣接する部分のスロット３０１ｘは、図１４に示すように余ることになり、回転電機の出力が低下する。

　本実施例のコイル２０１は、連続コイル２００の固定子コア１００への組付け時に、連続コイル２００に生じる変形を渡り線２０２で吸収可能になり、コイル２０１を固定子コア１００に組付けた後でコイル２０１を溶接する必要がない。すなわち本実施例のコイル２０１は、１本の線材を連続して巻くことにより複数のコイル２０１が予め接続された構造（連続コイル２００）で製造されるか、或いは固定子コア１００へのコイル２０１の組付け前に複数のコイル２０１のコイルエンドを溶接することができる構造である。そのため本実施例のコイル２０１及び連続コイル２００は、下記のような効果を奏する。

　（１）ボビンや絶縁被膜等の絶縁材に対して溶接時の熱影響を与える心配がない。固定子コアにコイルを組付けたアセンブリに対して溶接を行う場合、溶接部と絶縁材（例えば樹脂ボビン）との距離を離す必要がある。このため、固定子が大型化して回転電機の軸長が増大することになる。しかし本実施例の連続コイル２００を使用する固定子１０では、小型化を図ることができる。

　（２）溶接を不要とした実施例では、溶接部の絶縁被膜処理（絶縁被膜の再塗布）が不要になり、溶接工程と合わせて工数を削減することができる。固定子コア１００へのコイル２０１の組付け前に複数のコイル２０１のコイルエンドを溶接する実施例では、溶接工程及び絶縁被膜処理工程は必要であるものの、コイル２０１単品で溶接を行うことができ、固定子コアにコイルを組付けたアセンブリ（固定子）に対して溶接を行う場合の作業と比べると簡単な作業になる。

　（３）溶接を不要とした実施例では、溶接不具合や長期信頼性の懸念がなく、歩留り悪化によるコストの増加を抑制することができる。固定子コアにコイルを組付けたアセンブリに対して溶接を行う場合、溶接部の位置合わせを高精度に行うことは簡単ではない。溶接部に位置合わせズレがあると溶接欠陥が発生し易くなるため、溶接部の位置合わせに多大な労力を払うことになり、また溶接欠陥に対する検査にも多大な労力を払うことになる。本実施例では、溶接部の位置合わせや、溶接欠陥の検査に対して払う労力が軽減される。
（４）溶接を不要とした本実施例では、溶接時の熱エネルギーが一切発生しないため、製造工程のＣＯ_２排出量を大幅に低減することができる。
その他、コイル２０１が巻回される第１ティースとコイル２０１が巻回されない第２ティースとを周方向に交互に配置したことにより、コイルエンドから軸方向に突出しない位置で渡り線２０２を構成することが可能になる。その結果、回転電機を小型化することができる。

　固定子１０において上述した効果が得られることにより、本実施例の固定子１０を電動ホイール（インホイールモータ）に適用することにより、電動ホイールの低コスト化及び高出力密度化を図ることができる。

　次に、図１２及び図１３を参照して、電動ホイール１０００の実施例について説明する。図１２は、本発明に係る図であって、アウターロータ型の電動ホイール１０００の外観を示す斜視図である。図１３は、図１２の電動ホイール１０００を回転軸線上に分離して示す分解立体図である。

　ｘＥＶ駆動モータでは、高トルクが要求されるため、コイル（モータ巻線）に大電流を通電する必要がある。本実施例のコイル２０１は、断面が長辺と短辺を有する扁平な角線が使用されていることで、スロット内における占積率を向上することができ、導体抵抗を抑制して銅損を低減することができる。

　電動ホイール１０００は、ホイール１０２０と、回転子組立体１０７０と、固定子組立体１０８０と、電力変換装置７７０と、第１ケース部４０１と、を備えている。回転子組立体１０７０は、回転子、回転子ケース４００および第２ケース部４０２を有する。固定子組立体１０８０は、固定子１０および固定子ケース５００を有する。電動ホイール１０００には、車輪を制動させる制動力を発生させるディスクブレーキ１１１０が取り付けられる。電動ホイール１０００は、サスペンション装置１１２０を介して車体を構成するフレーム（車体フレーム）に取り付けられる。本実施例の電動ホイール１０００に用いる回転電機８００は小型軽量であるため、いわゆるばね下重量が軽減され、駆動性、操舵性の性能が改善される。

　本実施例では、アウターロータ型の電動ホイール１０００を例示したが、インナーロータ型の電動ホイールに本発明に係る固定子１０を適用してもよい。

　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加したりすることが可能である。

　１０…固定子、１００…固定子コア、１０１…第１ティース、１０２…第２ティース、２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃ，２０１Ｄ…コイル、２０２，２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ…渡り線、２０２ｂ…曲り部、２０４…接合部、７７０…電力変換装置、８００…回転電機、１０００…電動ホイール、１０２０…ホイール、１１２０…サスペンション装置、Ｗ１０２Ａ…第２ティース１０２の内周側における周方向幅、Ｗ１０２Ｂ…第２ティース１０２の外周側における周方向幅。

Claims (12)

1. 　固定子コアと、複数のコイルと、前記複数のコイルのうち隣接するコイル同士を電気的に接続する複数の渡り線と、を備える回転電機の固定子であって、
   　前記固定子コアは、内周側と外周側とが一定幅に形成されコイルが巻回される複数の第１ティースと、前記コイルが巻回されない複数の第２ティースと、を有し、
   　前記第１ティースと前記第２ティースとは周方向に交互に配置され、
   　前記渡り線は、前記第１ティースに巻回されて隣り合う２つのコイルのうち一方のコイルと他方のコイルとの間隔の変化を吸収するように曲り部を有して周方向及び径方向に延設されると共に、回転電機の軸方向から見た場合に前記第２ティースと重なる位置に配置され、
   　さらに前記渡り線は、少なくとも一部が前記第１ティースに巻回されるコイルの軸方向端部よりも前記固定子コアの側に配置される回転電機の固定子。
2. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記一方のコイルにおける前記他方のコイルの側の端部は、当該一方のコイルが巻回される第１ティースの外周側部分に位置し、
   　前記他方のコイルにおける前記一方のコイルの側の端部は当該他方のコイルが巻回される第１ティースの内周側部分に位置し、
   　前記渡り線は、前記一方のコイルの前記端部と前記他方のコイルの前記端部とを接続する回転電機の固定子。
3. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記一方のコイルにおける前記他方のコイルの側の端部及び前記他方のコイルにおける前記一方のコイルの側の端部は、それぞれのコイルが巻回される第１ティースの外周側部分又は内周側部分のうちいずれか一方に位置し、
   　前記渡り線は、その両端部がそれぞれのコイルが巻回される第１ティースの外周側部分又は内周側部分のうちいずれか一方に位置して、前記一方のコイルの前記端部と前記他方のコイルの前記端部とを接続する回転電機の固定子。
4. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記第２ティースの内周側における周方向幅が外周側における周方向幅よりも小さい回転電機の固定子。
5. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記コイル及び前記渡り線の断面が長辺と短辺とを有する長方形である回転電機の固定子。
6. 　請求項５に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記コイルは、回転電機の軸方向から見た場合に前記コイルの断面の長辺が周方向に沿うように巻回され、
   　前記曲り部は前記渡り線の長辺方向に沿って折り曲げられる回転電機の固定子。
7. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記一方のコイルと前記他方のコイルと前記渡り線とは、１つの導体から成形される回転電機の固定子。
8. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記渡り線に少なくとも１か所の接合部を有する回転電機の固定子。
9. 　請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
   　前記第１ティース及び前記第２ティースを含むティースの総数は、１２以上で、かつ６の倍数である回転電機の固定子。
10. 　請求項１に記載の回転電機の固定子と、当該固定子に所定の空隙を介して対向する回転子と、を備える回転電機。
11. 　請求項１０に記載の回転電機と、当該回転電機を駆動する電力変換装置と、を備える電気駆動システム。
12. 　ホイールと、電力変換装置と、固定子及び回転子を有する回転電機と、を備える電動ホイールであって、前記固定子が前記ホイールの側、又は当該電動ホイールを車体フレームに取り付けるサスペンション装置の側に設けられる電動ホイールにおいて、
    　前記固定子として請求項１に記載の回転電機の固定子を備えた電動ホイール。

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