回転電機固定子
【課題】ダブルスター結線分布巻の回転電機固定子において、並列接続される結線間の循環電流の発生を抑制することである。
【解決手段】回転電機固定子の分布巻の各相巻線は、ステータコア１２の周方向の１周に配置された８個の第１群単位コイルと、第１群単位コイルと異なるスロット１４を用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に配置された８個の第２群単位コイルとを用いる。ここでは、４個の第１群単位コイルと４個の第２群単位コイルとを直列接続して形成される第１分布巻線部Ｕ１と、第１分布巻線部Ｕ１に用いられていない４個の第１群単位コイルと４個の第２群単位コイルとを直列接続して形成される第２分布巻線部Ｕ２とが相互に並列接続される。
【解決手段】回転電機固定子の分布巻の各相巻線は、ステータコア１２の周方向の１周に配置された８個の第１群単位コイルと、第１群単位コイルと異なるスロット１４を用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に配置された８個の第２群単位コイルとを用いる。ここでは、４個の第１群単位コイルと４個の第２群単位コイルとを直列接続して形成される第１分布巻線部Ｕ１と、第１分布巻線部Ｕ１に用いられていない４個の第１群単位コイルと４個の第２群単位コイルとを直列接続して形成される第２分布巻線部Ｕ２とが相互に並列接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機固定子に係り、特に、各相コイルの結線をダブルスター結線とする回転電機固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相回転電機固定子における固定子巻線の配置方法として、各相巻線の一方端をそれぞれインバータ等の駆動回路に接続される動力線端子とし、各相巻線の他方端をそれぞれ相互に接続して中性点端子とするスター結線が知られている。また、スター結線の各相巻線のそれぞれについて、動力線端子と中性点端子の間に２つの巻線を並列接続するダブルスター結線も知られている。
【０００３】
特許文献１には、ステータ鉄心の巻線方法として、各相コイルの結線をダブルスター結線とすることで、モータを駆動する際の印加電圧を低くできることが述べられている。ここでは、例えば、Ｕ相巻線として、同じスロットに一方のＵ相巻線と他方のＵ相巻線が配置されて、これらが並列接続され、一方のＵ相巻線も他方のＵ相巻線も、それぞれがステータの周方向に直列に接続された４つのＵ相コイルで構成されることが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、セグメント順次接合ステータコイル型回転電機において、１つのスロットに複数の部分コイルを直列に接続したものを径方向直列コイルとして、３つの径方向直列コイルをそれぞれ異なるスロットに配置して、相互に並列接続する構成、すなわち、径方向直列、周方向並列の構成が述べられている。この場合、並列接続される３つの径方向直列コイルの起電力は互いに位相がスロット間隔分ずれるので、そのままでは、並列接続される３つの径方向直列コイルの間で起電力の差が生じ、循環電流が流れる。そこで、位相が進む部分コイルと位相が遅れる部分コイルとは互いに異なるスロットに配置されるが、径方向直列コイルは、スロットをまたいで、位相が進む部分コイルと位相が遅れる部分コイルとを組み合わせて直列接続することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２９７４号公報
【特許文献２】特許第３８１５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、固定子巻線において、スロットを異ならせて並列接続される３つの径方向直列コイルの間で循環電流が発生することを指摘している。特許文献２では、周方向並列接続、径方向直列接続である。分布巻を用いるダブルスター結線は、周方向直列、径方向並列であるが、径方向並列でスロットを異ならせると、同様に循環電流が発生することが予想される。
【０００７】
本発明の目的は、分布巻を用いるダブルスター結線において、並列接続される結線間の循環電流の発生を抑制できる回転電機固定子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機固定子は、周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを４ｎ個配置して形成される分布巻の各相巻線と、を備え、分布巻の各相巻線は、ステータコアの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第１群単位コイルと、第１群単位コイルと異なるスロットを用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第２群単位コイルと、を用い、ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第１群単位コイルと第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第２分布巻線部と、を並列接続して形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機固定子において、分布巻の各相巻線は、予め、単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第１巻線部と、基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第２巻線部と、を用い、基本第１巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機固定子において、ｎは偶数であって、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機固定子において、ｎは４の倍数であって、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、回転電機固定子の分布巻の各相巻線は、それぞれ、第１分布巻線部と第２分布巻線部とが並列接続されているダブルスター結線で配置されている。第１分布巻線部と第２分布巻線部とは、合計で４ｎ個の単位コイルを用いる。４ｎ個の単位コイルは、ステータコアの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第１群単位コイルと、第１群単位コイルと異なるスロットを用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第２群単位コイルである。そして、ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して第１分布巻線部を形成し、第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第１群単位コイルと第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して第２分布巻線部を形成する。
【００１３】
スロットを異ならせて配置される２組のコイルをそのまま並列接続すると、回転電機が動作するときに、径方向に異なる位置にあるスロット間では、コイルに発生する起電力に差が生じる。これによって並列接続された２組のコイルの間に循環電流が発生する。上記の構成では、スロットを異ならせることで回転電機が動作するときの起電力が異なる２組のコイルを第１群単位コイルと第２群単位コイルとして区別し、２ｎ個の第１群単位コイルと２ｎ個の第２群単位コイルを用いる。
【００１４】
そして、分布巻の各相巻線としては、ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルを直列接続したものを２組作って、それぞれを第１分布巻線部と第２分布巻線部とする。第１分布巻線部と第２分布巻線部は、回転電機が動作するときの起電力が異なる第１群単位コイルと第２群単位コイルとをそれぞれ同数ずつ用いている。したがって、回転電機が動作するとき、第１分布巻線部の全体に発生する起電力と、第２分布巻線部の全体に発生する起電力は同じである。分布巻の各相巻線は、この第１分布巻線部と第２分布巻線部とを並列接続するので、回転電機が動作するときに、並列接続される第１分布巻線部と第２分布巻線部の間に循環電流が発生しない。
【００１５】
回転電機固定子において、単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第１巻線部と、基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第２巻線部とを用いる場合には、構成が簡単になる。すなわち、基本第１巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすればよい。
【００１６】
同様に、回転電機固定子において、ｎが偶数の場合は、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直せばよい。
【００１７】
また、ｎが４の倍数のときは、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して基本第２巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して、基本第２巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】分布巻を用いる回転電機固定子におけるスター結線とダブルスター結線を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、ダブルスター結線される分布巻の各相巻線の配置の様子を、Ｕ相分布巻線に代表させて説明する図である。
【図３】図２におけるＵ相分布巻線を抜き出して説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、循環電流が発生することが予想されるが、基本となるＵ相分布巻線の並列接続される２つの巻線部の１つである基本第１巻線部の配置の様子を説明する図である。
【図５】図４の基本第１巻線部と並列接続される基本第２巻線部の配置の様子を説明する図である。
【図６】図４、図５をまとめて、本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、基本となるＵ相分布巻線の単位コイルの配置の様子を模式的に説明する図である。
【図７】図６に対する等価回路図を用いて、並列接続されるＵ１コイルとＵ２コイルの間に循環電流が発生する様子を説明する図である。
【図８】図６において、回転電機が動作するときに各コイルに発生する起電力に基づく相間電圧の様子を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子における分布巻の各相巻線の結線の様子を説明する図である。
【図１０】図９の等価回路図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子における分布巻の各相巻線の結線の他の例を説明する図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子における分布巻の各相巻線の結線のさらに他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される三相同期型回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。以下では、回転電機固定子として、三相同期型回転電機を説明するが、分布巻コイルを含む固定子であればよく、三相に限らない。また、以下では、固定子が４８スロットを有し、各相巻線がそれぞれ１６の単位コイルで構成されるものとして説明するが、各相巻線を構成する単位コイルの数はこれ以外でもよく、それに応じたスロット数としてもよい。また、以下では、各単位コイルは、５回巻回されるものとして説明するが、勿論これは例示であって、これ以外の巻回数であっても構わない。
【００２０】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２１】
最初に、ダブルスター結線について説明する。図１は、三相同期型回転電機の固定子における各相巻線の結線の様子を説明する図で、（ａ）がスター結線、（ｂ）がダブルスター結線である。スター結線では、各相巻線であるＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の一方端を、それぞれインバータ等の駆動回路に接続される動力線端子ＰU，ＰV，ＰWとし、それぞれの他方端は中性点端子Ｎに接続される。各相巻線に分布巻を用いるスター結線では、各相巻線が複数のコイルの直列接続となる。図１（ａ）のスター結線で、各相巻線が複数の抵抗素子の直列接続として示されているのは、コイルの抵抗成分を図示したためであり、各抵抗素子がそれぞれコイルを表している。
【００２２】
ダブルスター結線は、スター結線の各相巻線のそれぞれについて、動力線端子ＰU，ＰV，ＰWと中性点端子Ｎの間に２つの巻線を並列接続したものである。例えば、図１（ｂ）のＵ相巻線は、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に、Ｕ１とＵ２とが並列接続されている。Ｕ１，Ｕ２は、それぞれ複数のコイルを直列接続して構成される。ダブルスター結線は、例えば、回転電機の固定子に流せる最大電流を増やしたいとき等に用いられる。一例をあげると、回転電機の固定子の最大電流を２倍にしたいとき、コイルの導体線に流す電流密度を同じとすると、コイルの導体径を２倍としなければならない。この場合、太い導体線を用いることになるので、渦電流損失が増加し、また、巻線の加工性が低下する。ダブルスター結線を用いれば、同じ導体径のコイルを２組準備すれば足りるので、渦電流損失を抑制でき、コイルの加工性もそのまま維持できる。
【００２３】
図２は、回転電機固定子１０の様子を説明する斜視図である。この回転電機固定子１０は、車両搭載用の三相同期型回転電機に用いられる固定子で、この回転電機固定子１０は、円環状の電磁鋼板を複数枚積層したステータコア１２と、ステータコア１２に巻回される分布巻の三相巻線とで構成される。図２では、分布巻の三相巻線のうちの１相分である分布巻のＵ相配線の様子が示されている。なお、以下では、分布巻のＵ相配線のことを、Ｕ相分布巻線２０と呼ぶことにする。スロット１４は、ステータコア１２の円環状の内周側に開口し、径方向に延び、周方向に複数個配置される溝で、ここに分布巻形式で各相巻線が配置される。図２では、スロット１４がステータコア１２の周方向に沿って４８個配置され、そのうちの１６個にＵ相分布巻線２０が配置されている。
【００２４】
図３は、回転電機固定子１０に配置されるＵ相分布巻線２０を抜き出して示す図である。Ｕ相分布巻線２０は、導体線であるコイル素線をほぼ６角形に巻回された単位コイル２１がステータコア１２の周方向に沿って１６個配置されて構成される。図３でＣ１からＣ１６と示してあるのは、１６個の単位コイル２１を区別するためのコイル番号である。
【００２５】
図３から分かるように、単位コイルＣ１のすぐ隣に単位コイルＣ２が配置され、以下、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８と順次隣り合わせに配置され、円周方向に１周する。また、単位コイルＣ９のすぐ隣に単位コイルＣ１０が配置され、以下、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６と順次隣り合わせに配置され、円周方向に１周する。
【００２６】
各単位コイルは、図２に示されるように、６スロット間隔をおいて配置される２つのスロット１４の間に巻回される。
【００２７】
また、単位コイルＣ１が配置される他方側のスロット１４と、単位コイルＣ２が配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。同様に、単位コイルＣ２からＣ８の間では、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルが配置される他方側のスロット１４と、（ｉ＋１）番コイルが配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。同様に、単位コイルＣ９からＣ１６の間でも、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルが配置される他方側のスロット１４と、（ｉ＋１）番コイルが配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。
【００２８】
また、図２に示されるように、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９とは１スロット分ずれている。同様に、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルと（ｉ＋８）番コイルとは、１スロット分ずれている。
【００２９】
ここで、単位コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８の８個を順次直列に接続し、図１で説明したＵ１コイルとし、単位コイルＣ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６の８個を順次直列に接続し、図１で説明したＵ２コイルとすることができる。この場合には、Ｕ１コイルを構成する各単位コイルと、Ｕ２コイルを構成する各単位コイルとは、１スロット分ずれているので、回転電機が動作すると、後に詳述するように、Ｕ１コイルとＵ２コイルの間に循環電流が発生する。
【００３０】
そこで、図３において、破線枠で囲んだ単位コイルＣ４，Ｃ５，Ｃ１２，Ｃ１３の間の接続を変更して、循環電流の発生を抑制する。具体的には、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ１３の巻き始めに接続する。そして、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ５の巻き始めに接続する。
【００３１】
このように、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０は、単位コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８の８個を順次直列に接続したものと、単位コイルＣ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６の８個を順次直列に接続したものを、並列接続した構成を基本としている。この基本的な構成を基本巻線部と呼ぶことにする。
【００３２】
そこで、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０の説明の前に、まず、基本巻線部の構成と、その基本巻線部において循環電流が発生する様子を、図４から図８を用いて説明する。
【００３３】
基本巻線部のうち、Ｓ１からＳ８までを基本第１巻線部と呼び、Ｓ９からＳ１６までを基本第２巻線部と呼ぶことにすると、図４は、基本第１巻線部における単位コイル２１の巻回の様子を示す模式図で、図５は、基本第２巻線部における単位コイル２１の巻回の様子を示す模式図である。
【００３４】
ここでは、ステータコア１２の平面図とその外側に各単位コイル２１の間の接続の様子が模式的に示されている。なお、ステータコア１２の４８個のスロット１４について、説明に必要な範囲でこれらを区別するためのスロット番号が付されている。図４、図５のステータコア１２に付されているスロット番号は、記載するスペースが少ないため、単に数字の１から４８のみが示されているが、以下では、スロット番号をＳ１からＳ４８とＳの記号を付して説明する。なお、以下で説明するスロット番号の付し方は一例であって、勿論、他の付し方であっても構わない。また、以下では、スロット１４の符号１４は、スロット番号と混同されることを避けるため、その表示を適宜省略した。同様に単位コイル２１の符号２１は、単位コイル番号と混同されることを避けるため、その表示を適宜省略した。
【００３５】
分布巻の場合、予め定めたスロット間隔をまたいでコイル素線２３が配置される。この予め定めたスロット間隔は、単位コイル２１の６角形の外形を規定することになるので、これを単位コイル間隔２６と呼ぶことにする。図４、図５の例では、単位コイル間隔２６は、６スロット間隔となっている。すなわち、コイル素線２３が単位コイル間隔２６である６スロット間隔分だけまたいで、５回巻回されることで、１つの単位コイル２１が形成される。
【００３６】
図４において、単位コイルＣ１は、基本第１巻線部の巻き始めの単位コイルである。基本第１巻線部の巻き始めは、動力線端子ＰUに接続されるので、図４では、単位コイルＣ１の巻き始めがＰUとして示される。
【００３７】
巻き始めの単位コイルＣ１は、スロットＳ４とスロットＳ１０との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。単位コイルＣ１の巻き始めは、スロットＳ４のステータコア１２の外周側である。図４の紙面の表側をステータコア１２の表側、図４の紙面の裏側をステータコア１２の裏側とすると、コイル素線２３は、単位コイルＣ１の巻き始めのスロットＳ４の位置からステータコア１２の裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ４からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３８】
そして、スロットＳ１０でステータコア１２の裏側から表側に上がり、ステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ４に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ４では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ４からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ４からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３９】
スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ４に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ４へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４０】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ４とスロットＳ１０の間で５回巻回して、単位コイルＣ１の形成は終る。つまり、単位コイルＣ１は、ステータコア１２の内周側から見ると、反時計方向に５回コイル素線２３が巻回されて形成される。
【００４１】
単位コイルＣ１の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ４からスロットＳ１０へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ１０を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ２の巻き始めとなる。このように、スロットＳ１０を共通として、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２とが隣接して接続される。なお、図４では、単位コイル間の接続が分かりやすいように、コイル素線２３の巻き方の方向を丸印の中に黒点マークとＸマークとで示してある。黒点マークは、コイル素線２３がステータコア１２の表側から裏側へ出る場合、Ｘマークは、コイル素線２３がステータコア１２の裏側から表側へ出る場合をそれぞれ示す。
【００４２】
単位コイルＣ２は、この巻き始めからステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ１６に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１６に渡った後は、スロットＳ１６でステータコア１２の表側から裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ１６からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ１６に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ１６へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４３】
スロットＳ１６では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ１６からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１６からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４４】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ１０とスロットＳ１６の間で５回巻回して、単位コイルＣ２の形成は終る。つまり、単位コイルＣ２は、ステータコア１２の内周側から見ると、単位コイルＣ１と異なり、時計方向に５回コイル素線２３が巻回されて形成される。
【００４５】
以後、さらに、同様な巻回が単位コイルＣ３から単位コイルＣ８について繰り返される。巻き方は、単位コイルＣ３、単位コイルＣ５、単位コイルＣ７が単位コイルＣ１と同じ反時計方向で、単位コイルＣ４、単位コイルＣ６、単位コイルＣ８が単位コイルＣ２と同じ時計方向である。そして、単位コイルＣ８の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４６から表側に出て、これが中性点端子Ｎに接続される。このようにして、基本第１巻線部の形成が終了する。
【００４６】
図５は、基本第２巻線部の巻回の順序を示す図である。ここでは、図４と同様に、動力線端子ＰUが単位コイルＣ９の巻き始めとなる。単位コイルＣ９は、単位コイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とスロットＳ９との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。巻き方は、基本第１巻線部の単位コイルＣ１と同じように、反時計方向である。単位コイルＣ９の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ３からスロットＳ９へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ９を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ１０の巻き始めとなる。このようにして、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１０とが隣接して接続される。
【００４７】
以後、図４で説明したのと同様な手順が、１スロット分ずらして行われ、同様な巻回が単位コイルＣ１０から単位コイルＣ１６まで繰り返される。そして、単位コイルＣ１６の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４５から表側に出たところとなる。これが基本第２巻線部の巻き終わりで、中性点端子Ｎに接続される。
【００４８】
このように、単位コイル間隔を６スロットとして、基本第１巻線部は、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に８個直列に接続配置して形成される。また、基本第２巻線部は、基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に８個直列に接続配置して形成される。
【００４９】
図６は、図４、図５をまとめて、基本巻線部における単位コイル２１の配置の様子を模式的に説明する図である。ここでは、ステータコア１２におけるスロット１４の内周側に、基本第１巻線部の単位コイルＣ１から単位コイルＣ８までを、実線でそれぞれ示した。また、スロット１４の外周側に、基本第２巻線部の単位コイルＣ９から単位コイルＣ１６までを、破線でそれぞれ示した。この基本第１巻線部の８個の単位コイル２１と、基本第２巻線部の８個の単位コイル２１を互いに区別するため、前者の各単位コイル２１を第１群単位コイル、後者の各単位コイル２１を第２群単位コイルと呼ぶことにする。
【００５０】
８個の第１群単位コイルのそれぞれは、対応する８個の第２群単位コイルのそれぞれと、互いに１スロット間隔だけずらして配置される。周方向に沿って磁極が配置される通常の構造の回転子を用いるとして、その１スロット間隔のずれが、回転電機が動作するときに、回転子の磁極によって第１群単位コイルに発生する起電力と、第２群単位コイルに発生する起電力との間に差を生じさせる。具体的には、起電力の発生タイミングが、１スロット分ずれる。起電力が電気角によって変動するものであると、対応する第１群単位コイル２１と第２群単位コイル２１との間に起電力の差が生じる。
【００５１】
図７は、基本巻線部の等価回路図である。基本巻線部は、単位コイルＣ１から単位コイルＣ８を直列に接続した基本第１巻線部と、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１６を直列に接続した基本第２巻線部を、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に並列接続したものである。図７では、基本第１巻線部をＵ１、基本第２巻線部をＵ２として示されている。この基本第１巻線部Ｕ１を構成する各第１群単位コイルと、基本第２巻線部Ｕ２を構成する各第２群単位コイルとは、互いに１スロット間隔だけずらして配置される。そこで、回転電機が動作するときに発生する起電力の差によって、基本第１巻線部Ｕ１と基本第２巻線部Ｕ２との間に電圧差が生じる。そして、その電圧差によって、基本第１巻線部Ｕ１と基本第２巻線部Ｕ２との間に、図７の矢印で示すように、循環電流が発生する。
【００５２】
図８は、回転電機の電気角と、基本巻線部の相間電圧の関係を示す図である。相間電圧としては、基本第１巻線部Ｕ１のＰUとＮの間の電圧、基本第２巻線部Ｕ２のＰUとＮの間の電圧、およびこれらの間の電圧差が示されている。この電圧差が、循環電流の原因となる電圧差である。電圧差は、電気角によって変動し、プラス側の電圧差とマイナス側の電圧差がある。図７の循環電流の矢印の方向は、基本第２巻線部Ｕ２の電圧が基本第１巻線部Ｕ１の電圧より高い場合である。
【００５３】
上記で、基本巻線部の構成と、基本巻線部の場合に循環電流が発生することの説明を行ったので、次に、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０を説明する。図３で述べたように、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０は、基本巻線部の単位コイル間の接続を、基本第１巻線部と基本第２巻線部との間に跨って変更した構成を有する。すなわち、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ１３の巻き始めに接続する。そして、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ５の巻き始めに接続する。
【００５４】
図９は、その様子を説明する図である。この図は、基本巻線部の図６に対応する図である。ここでは、第１群単位コイルであるＣ４の巻き終わりは、第２群単位コイルであるＣ１３の巻き始めに接続される。すなわち、単位コイルＣ１から単位コイルＣ４までの４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ１３から単位コイルＣ１６までの４個の第２群単位コイル２１が直列に接続される。また、第２群単位コイルであるＣ１２の巻き終わりは、第１群単位コイルであるＣ５の巻き始めに接続される。すなわち、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１２までの４個の第２群単位コイルと、単位コイルＣ５から単位コイルＣ８までの４個の第１群単位コイル２１が直列に接続される。
【００５５】
図１０は、図９の等価回路図である。ここでは、Ｕ相分布巻線２０について、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に、単位コイルＣ１から単位コイルＣ４の４個と、単位コイルＣ１３から単位コイルＣ１６の４個が直列接続されるＵ１と、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１２の４個と、単位コイルＣ５から単位コイルＣ８の４個が直列接続されるＵ２が並列接続されることが示される。Ｕ１，Ｕ２がダブルスター結線のそれぞれの分布巻線部であるので、Ｕ１を第１分布巻線部、Ｕ２を第２分布巻線部と呼ぶことができる。
【００５６】
回転電機が動作するとき、第１群単位コイルの８個にそれぞれ発生する起電力は同じで、図８で説明したＵ１の相間電圧の１／８に相当する値を有する。同様に、第２群単位コイルの８個にそれぞれ発生する起電力は同じで、図８で説明したＵ２の相間電圧の１／８に相当する値を有する。上記のように、第１分布巻線部Ｕ１は、基本巻線部の第１群単位コイルを４個、第２群単位コイルを４個、直列に接続したものである。また、第２分布巻線部Ｕ２も、基本巻線部の第１群単位コイルを４個、第２群単位コイルを４個、直列に接続したものである。したがって、回転電機が動作したときに各単位コイル２１に発生する起電力に起因する電圧を考えると、第１分布巻線部の電圧は、第２分布巻線部の電圧と同じとなる。したがって、循環電流は発生しない。
【００５７】
循環電流を発生させないようにするには、第１分布巻線部Ｕ１における第１群単位コイルの数と、第２群単位コイルの数を同じとし、第２分布巻線部Ｕ２における第１群単位コイルの数と、第２群単位コイルの数を同じとすればよい。例えば、単位コイルの総数を４ｎ個として、第１群単位コイルの総数を２ｎ個、第２群単位コイルの総数を２ｎ個とするとき、第１分布巻線部Ｕ１は、ｎ個の第１群単位コイルと、ｎ個の第２群単位コイルとを直列に接続し、第２分布巻線部Ｕ２は、ｎ個の第１群単位コイルと、ｎ個の第２群単位コイルとを直列に接続すればよい。大事なのは、個数であって、どこで接続を変更するかは任意に行うことができる。
【００５８】
図１０では、４個の第１群単位コイルと４個の第２群単位コイルとを接続変更の単位としたが、これを２個の第１群単位コイルと２個の第２群単位コイルとを接続変更の単位とすることができる。図１１はそのような構成のＵ相分布巻線の構成を示す図である。
【００５９】
ここでは、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ２の巻き終わりを単位コイルＣ１１の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続し、単位コイルＣ６の巻き終わりを単位コイルＣ１５の巻き始めに接続する。また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ１０の巻き終わりを単位コイルＣ３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１４の巻き終わりを単位コイルＣ７の巻き始めに接続する。
【００６０】
この構成で、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２と単位コイルＣ５と単位コイルＣ６の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ１１と単位コイルＣ１２と単位コイルＣ１５と単位コイルＣ１６の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ３と単位コイルＣ４と単位コイルＣ７と単位コイルＣ８の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１０と単位コイルＣ１３と単位コイルＣ１４の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。したがって、回転電機の動作時に、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２との間に循環電流が発生しない。
【００６１】
図１２は、２個の第１群単位コイルと２個の第２群単位コイルとを接続変更の単位としたＵ相分布巻線の構成を示す図である。ここでは、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ１の巻き終わりを単位コイルＣ１０の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１０の巻き終わりを単位コイルＣ３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ３の巻き終わりを単位コイルＣ１２の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続し、単位コイルＣ５の巻き終わりを単位コイルＣ１４の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１４の巻き終わりを単位コイルＣ７の巻き始めに接続し、単位コイルＣ７の巻き終わりを単位コイルＣ１６の巻き始めに接続する。
【００６２】
また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ９の巻き終わりを単位コイルＣ２の巻き始めに接続し、単位コイルＣ２の巻き終わりを単位コイルＣ１１の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１１の巻き終わりを単位コイルＣ４の巻き始めに接続し、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１３の巻き終わりを単位コイルＣ６の巻き始めに接続し、単位コイルＣ６の巻き終わりを単位コイルＣ１５の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１５の巻き終わりを単位コイルＣ８の巻き始めに接続する。
【００６３】
この構成で、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ１と単位コイルＣ３と単位コイルＣ５と単位コイルＣ７の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ１０と単位コイルＣ１２と単位コイルＣ１４と単位コイルＣ１６の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ２と単位コイルＣ４と単位コイルＣ６と単位コイルＣ８の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１１と単位コイルＣ１３と単位コイルＣ１５の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。したがって、回転電機の動作時に、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２との間に循環電流が発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る回転電機固定子は、ダブルスター結線の分布巻固定子を用いる回転電機に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 回転電機固定子、１２ ステータコア、１４ スロット、２０ Ｕ相分布巻線、２１ 単位コイル、２３ コイル素線、２６ 単位コイル間隔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機固定子に係り、特に、各相コイルの結線をダブルスター結線とする回転電機固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相回転電機固定子における固定子巻線の配置方法として、各相巻線の一方端をそれぞれインバータ等の駆動回路に接続される動力線端子とし、各相巻線の他方端をそれぞれ相互に接続して中性点端子とするスター結線が知られている。また、スター結線の各相巻線のそれぞれについて、動力線端子と中性点端子の間に２つの巻線を並列接続するダブルスター結線も知られている。
【０００３】
特許文献１には、ステータ鉄心の巻線方法として、各相コイルの結線をダブルスター結線とすることで、モータを駆動する際の印加電圧を低くできることが述べられている。ここでは、例えば、Ｕ相巻線として、同じスロットに一方のＵ相巻線と他方のＵ相巻線が配置されて、これらが並列接続され、一方のＵ相巻線も他方のＵ相巻線も、それぞれがステータの周方向に直列に接続された４つのＵ相コイルで構成されることが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、セグメント順次接合ステータコイル型回転電機において、１つのスロットに複数の部分コイルを直列に接続したものを径方向直列コイルとして、３つの径方向直列コイルをそれぞれ異なるスロットに配置して、相互に並列接続する構成、すなわち、径方向直列、周方向並列の構成が述べられている。この場合、並列接続される３つの径方向直列コイルの起電力は互いに位相がスロット間隔分ずれるので、そのままでは、並列接続される３つの径方向直列コイルの間で起電力の差が生じ、循環電流が流れる。そこで、位相が進む部分コイルと位相が遅れる部分コイルとは互いに異なるスロットに配置されるが、径方向直列コイルは、スロットをまたいで、位相が進む部分コイルと位相が遅れる部分コイルとを組み合わせて直列接続することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２９７４号公報
【特許文献２】特許第３８１５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、固定子巻線において、スロットを異ならせて並列接続される３つの径方向直列コイルの間で循環電流が発生することを指摘している。特許文献２では、周方向並列接続、径方向直列接続である。分布巻を用いるダブルスター結線は、周方向直列、径方向並列であるが、径方向並列でスロットを異ならせると、同様に循環電流が発生することが予想される。
【０００７】
本発明の目的は、分布巻を用いるダブルスター結線において、並列接続される結線間の循環電流の発生を抑制できる回転電機固定子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機固定子は、周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを４ｎ個配置して形成される分布巻の各相巻線と、を備え、分布巻の各相巻線は、ステータコアの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第１群単位コイルと、第１群単位コイルと異なるスロットを用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第２群単位コイルと、を用い、ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第１群単位コイルと第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第２分布巻線部と、を並列接続して形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機固定子において、分布巻の各相巻線は、予め、単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第１巻線部と、基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第２巻線部と、を用い、基本第１巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機固定子において、ｎは偶数であって、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機固定子において、ｎは４の倍数であって、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、回転電機固定子の分布巻の各相巻線は、それぞれ、第１分布巻線部と第２分布巻線部とが並列接続されているダブルスター結線で配置されている。第１分布巻線部と第２分布巻線部とは、合計で４ｎ個の単位コイルを用いる。４ｎ個の単位コイルは、ステータコアの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第１群単位コイルと、第１群単位コイルと異なるスロットを用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第２群単位コイルである。そして、ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して第１分布巻線部を形成し、第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第１群単位コイルと第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して第２分布巻線部を形成する。
【００１３】
スロットを異ならせて配置される２組のコイルをそのまま並列接続すると、回転電機が動作するときに、径方向に異なる位置にあるスロット間では、コイルに発生する起電力に差が生じる。これによって並列接続された２組のコイルの間に循環電流が発生する。上記の構成では、スロットを異ならせることで回転電機が動作するときの起電力が異なる２組のコイルを第１群単位コイルと第２群単位コイルとして区別し、２ｎ個の第１群単位コイルと２ｎ個の第２群単位コイルを用いる。
【００１４】
そして、分布巻の各相巻線としては、ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルを直列接続したものを２組作って、それぞれを第１分布巻線部と第２分布巻線部とする。第１分布巻線部と第２分布巻線部は、回転電機が動作するときの起電力が異なる第１群単位コイルと第２群単位コイルとをそれぞれ同数ずつ用いている。したがって、回転電機が動作するとき、第１分布巻線部の全体に発生する起電力と、第２分布巻線部の全体に発生する起電力は同じである。分布巻の各相巻線は、この第１分布巻線部と第２分布巻線部とを並列接続するので、回転電機が動作するときに、並列接続される第１分布巻線部と第２分布巻線部の間に循環電流が発生しない。
【００１５】
回転電機固定子において、単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第１巻線部と、基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第２巻線部とを用いる場合には、構成が簡単になる。すなわち、基本第１巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすればよい。
【００１６】
同様に、回転電機固定子において、ｎが偶数の場合は、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直せばよい。
【００１７】
また、ｎが４の倍数のときは、さらに、基本第１巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、基本第２巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して基本第２巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して、基本第２巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】分布巻を用いる回転電機固定子におけるスター結線とダブルスター結線を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、ダブルスター結線される分布巻の各相巻線の配置の様子を、Ｕ相分布巻線に代表させて説明する図である。
【図３】図２におけるＵ相分布巻線を抜き出して説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、循環電流が発生することが予想されるが、基本となるＵ相分布巻線の並列接続される２つの巻線部の１つである基本第１巻線部の配置の様子を説明する図である。
【図５】図４の基本第１巻線部と並列接続される基本第２巻線部の配置の様子を説明する図である。
【図６】図４、図５をまとめて、本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、基本となるＵ相分布巻線の単位コイルの配置の様子を模式的に説明する図である。
【図７】図６に対する等価回路図を用いて、並列接続されるＵ１コイルとＵ２コイルの間に循環電流が発生する様子を説明する図である。
【図８】図６において、回転電機が動作するときに各コイルに発生する起電力に基づく相間電圧の様子を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子における分布巻の各相巻線の結線の様子を説明する図である。
【図１０】図９の等価回路図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子における分布巻の各相巻線の結線の他の例を説明する図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子における分布巻の各相巻線の結線のさらに他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される三相同期型回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。以下では、回転電機固定子として、三相同期型回転電機を説明するが、分布巻コイルを含む固定子であればよく、三相に限らない。また、以下では、固定子が４８スロットを有し、各相巻線がそれぞれ１６の単位コイルで構成されるものとして説明するが、各相巻線を構成する単位コイルの数はこれ以外でもよく、それに応じたスロット数としてもよい。また、以下では、各単位コイルは、５回巻回されるものとして説明するが、勿論これは例示であって、これ以外の巻回数であっても構わない。
【００２０】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２１】
最初に、ダブルスター結線について説明する。図１は、三相同期型回転電機の固定子における各相巻線の結線の様子を説明する図で、（ａ）がスター結線、（ｂ）がダブルスター結線である。スター結線では、各相巻線であるＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の一方端を、それぞれインバータ等の駆動回路に接続される動力線端子ＰU，ＰV，ＰWとし、それぞれの他方端は中性点端子Ｎに接続される。各相巻線に分布巻を用いるスター結線では、各相巻線が複数のコイルの直列接続となる。図１（ａ）のスター結線で、各相巻線が複数の抵抗素子の直列接続として示されているのは、コイルの抵抗成分を図示したためであり、各抵抗素子がそれぞれコイルを表している。
【００２２】
ダブルスター結線は、スター結線の各相巻線のそれぞれについて、動力線端子ＰU，ＰV，ＰWと中性点端子Ｎの間に２つの巻線を並列接続したものである。例えば、図１（ｂ）のＵ相巻線は、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に、Ｕ１とＵ２とが並列接続されている。Ｕ１，Ｕ２は、それぞれ複数のコイルを直列接続して構成される。ダブルスター結線は、例えば、回転電機の固定子に流せる最大電流を増やしたいとき等に用いられる。一例をあげると、回転電機の固定子の最大電流を２倍にしたいとき、コイルの導体線に流す電流密度を同じとすると、コイルの導体径を２倍としなければならない。この場合、太い導体線を用いることになるので、渦電流損失が増加し、また、巻線の加工性が低下する。ダブルスター結線を用いれば、同じ導体径のコイルを２組準備すれば足りるので、渦電流損失を抑制でき、コイルの加工性もそのまま維持できる。
【００２３】
図２は、回転電機固定子１０の様子を説明する斜視図である。この回転電機固定子１０は、車両搭載用の三相同期型回転電機に用いられる固定子で、この回転電機固定子１０は、円環状の電磁鋼板を複数枚積層したステータコア１２と、ステータコア１２に巻回される分布巻の三相巻線とで構成される。図２では、分布巻の三相巻線のうちの１相分である分布巻のＵ相配線の様子が示されている。なお、以下では、分布巻のＵ相配線のことを、Ｕ相分布巻線２０と呼ぶことにする。スロット１４は、ステータコア１２の円環状の内周側に開口し、径方向に延び、周方向に複数個配置される溝で、ここに分布巻形式で各相巻線が配置される。図２では、スロット１４がステータコア１２の周方向に沿って４８個配置され、そのうちの１６個にＵ相分布巻線２０が配置されている。
【００２４】
図３は、回転電機固定子１０に配置されるＵ相分布巻線２０を抜き出して示す図である。Ｕ相分布巻線２０は、導体線であるコイル素線をほぼ６角形に巻回された単位コイル２１がステータコア１２の周方向に沿って１６個配置されて構成される。図３でＣ１からＣ１６と示してあるのは、１６個の単位コイル２１を区別するためのコイル番号である。
【００２５】
図３から分かるように、単位コイルＣ１のすぐ隣に単位コイルＣ２が配置され、以下、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８と順次隣り合わせに配置され、円周方向に１周する。また、単位コイルＣ９のすぐ隣に単位コイルＣ１０が配置され、以下、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６と順次隣り合わせに配置され、円周方向に１周する。
【００２６】
各単位コイルは、図２に示されるように、６スロット間隔をおいて配置される２つのスロット１４の間に巻回される。
【００２７】
また、単位コイルＣ１が配置される他方側のスロット１４と、単位コイルＣ２が配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。同様に、単位コイルＣ２からＣ８の間では、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルが配置される他方側のスロット１４と、（ｉ＋１）番コイルが配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。同様に、単位コイルＣ９からＣ１６の間でも、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルが配置される他方側のスロット１４と、（ｉ＋１）番コイルが配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。
【００２８】
また、図２に示されるように、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９とは１スロット分ずれている。同様に、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルと（ｉ＋８）番コイルとは、１スロット分ずれている。
【００２９】
ここで、単位コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８の８個を順次直列に接続し、図１で説明したＵ１コイルとし、単位コイルＣ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６の８個を順次直列に接続し、図１で説明したＵ２コイルとすることができる。この場合には、Ｕ１コイルを構成する各単位コイルと、Ｕ２コイルを構成する各単位コイルとは、１スロット分ずれているので、回転電機が動作すると、後に詳述するように、Ｕ１コイルとＵ２コイルの間に循環電流が発生する。
【００３０】
そこで、図３において、破線枠で囲んだ単位コイルＣ４，Ｃ５，Ｃ１２，Ｃ１３の間の接続を変更して、循環電流の発生を抑制する。具体的には、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ１３の巻き始めに接続する。そして、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ５の巻き始めに接続する。
【００３１】
このように、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０は、単位コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８の８個を順次直列に接続したものと、単位コイルＣ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６の８個を順次直列に接続したものを、並列接続した構成を基本としている。この基本的な構成を基本巻線部と呼ぶことにする。
【００３２】
そこで、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０の説明の前に、まず、基本巻線部の構成と、その基本巻線部において循環電流が発生する様子を、図４から図８を用いて説明する。
【００３３】
基本巻線部のうち、Ｓ１からＳ８までを基本第１巻線部と呼び、Ｓ９からＳ１６までを基本第２巻線部と呼ぶことにすると、図４は、基本第１巻線部における単位コイル２１の巻回の様子を示す模式図で、図５は、基本第２巻線部における単位コイル２１の巻回の様子を示す模式図である。
【００３４】
ここでは、ステータコア１２の平面図とその外側に各単位コイル２１の間の接続の様子が模式的に示されている。なお、ステータコア１２の４８個のスロット１４について、説明に必要な範囲でこれらを区別するためのスロット番号が付されている。図４、図５のステータコア１２に付されているスロット番号は、記載するスペースが少ないため、単に数字の１から４８のみが示されているが、以下では、スロット番号をＳ１からＳ４８とＳの記号を付して説明する。なお、以下で説明するスロット番号の付し方は一例であって、勿論、他の付し方であっても構わない。また、以下では、スロット１４の符号１４は、スロット番号と混同されることを避けるため、その表示を適宜省略した。同様に単位コイル２１の符号２１は、単位コイル番号と混同されることを避けるため、その表示を適宜省略した。
【００３５】
分布巻の場合、予め定めたスロット間隔をまたいでコイル素線２３が配置される。この予め定めたスロット間隔は、単位コイル２１の６角形の外形を規定することになるので、これを単位コイル間隔２６と呼ぶことにする。図４、図５の例では、単位コイル間隔２６は、６スロット間隔となっている。すなわち、コイル素線２３が単位コイル間隔２６である６スロット間隔分だけまたいで、５回巻回されることで、１つの単位コイル２１が形成される。
【００３６】
図４において、単位コイルＣ１は、基本第１巻線部の巻き始めの単位コイルである。基本第１巻線部の巻き始めは、動力線端子ＰUに接続されるので、図４では、単位コイルＣ１の巻き始めがＰUとして示される。
【００３７】
巻き始めの単位コイルＣ１は、スロットＳ４とスロットＳ１０との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。単位コイルＣ１の巻き始めは、スロットＳ４のステータコア１２の外周側である。図４の紙面の表側をステータコア１２の表側、図４の紙面の裏側をステータコア１２の裏側とすると、コイル素線２３は、単位コイルＣ１の巻き始めのスロットＳ４の位置からステータコア１２の裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ４からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３８】
そして、スロットＳ１０でステータコア１２の裏側から表側に上がり、ステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ４に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ４では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ４からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ４からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３９】
スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ４に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ４へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４０】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ４とスロットＳ１０の間で５回巻回して、単位コイルＣ１の形成は終る。つまり、単位コイルＣ１は、ステータコア１２の内周側から見ると、反時計方向に５回コイル素線２３が巻回されて形成される。
【００４１】
単位コイルＣ１の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ４からスロットＳ１０へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ１０を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ２の巻き始めとなる。このように、スロットＳ１０を共通として、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２とが隣接して接続される。なお、図４では、単位コイル間の接続が分かりやすいように、コイル素線２３の巻き方の方向を丸印の中に黒点マークとＸマークとで示してある。黒点マークは、コイル素線２３がステータコア１２の表側から裏側へ出る場合、Ｘマークは、コイル素線２３がステータコア１２の裏側から表側へ出る場合をそれぞれ示す。
【００４２】
単位コイルＣ２は、この巻き始めからステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ１６に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１６に渡った後は、スロットＳ１６でステータコア１２の表側から裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ１６からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ１６に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ１６へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４３】
スロットＳ１６では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ１６からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１６からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４４】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ１０とスロットＳ１６の間で５回巻回して、単位コイルＣ２の形成は終る。つまり、単位コイルＣ２は、ステータコア１２の内周側から見ると、単位コイルＣ１と異なり、時計方向に５回コイル素線２３が巻回されて形成される。
【００４５】
以後、さらに、同様な巻回が単位コイルＣ３から単位コイルＣ８について繰り返される。巻き方は、単位コイルＣ３、単位コイルＣ５、単位コイルＣ７が単位コイルＣ１と同じ反時計方向で、単位コイルＣ４、単位コイルＣ６、単位コイルＣ８が単位コイルＣ２と同じ時計方向である。そして、単位コイルＣ８の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４６から表側に出て、これが中性点端子Ｎに接続される。このようにして、基本第１巻線部の形成が終了する。
【００４６】
図５は、基本第２巻線部の巻回の順序を示す図である。ここでは、図４と同様に、動力線端子ＰUが単位コイルＣ９の巻き始めとなる。単位コイルＣ９は、単位コイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とスロットＳ９との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。巻き方は、基本第１巻線部の単位コイルＣ１と同じように、反時計方向である。単位コイルＣ９の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ３からスロットＳ９へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ９を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ１０の巻き始めとなる。このようにして、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１０とが隣接して接続される。
【００４７】
以後、図４で説明したのと同様な手順が、１スロット分ずらして行われ、同様な巻回が単位コイルＣ１０から単位コイルＣ１６まで繰り返される。そして、単位コイルＣ１６の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４５から表側に出たところとなる。これが基本第２巻線部の巻き終わりで、中性点端子Ｎに接続される。
【００４８】
このように、単位コイル間隔を６スロットとして、基本第１巻線部は、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に８個直列に接続配置して形成される。また、基本第２巻線部は、基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に８個直列に接続配置して形成される。
【００４９】
図６は、図４、図５をまとめて、基本巻線部における単位コイル２１の配置の様子を模式的に説明する図である。ここでは、ステータコア１２におけるスロット１４の内周側に、基本第１巻線部の単位コイルＣ１から単位コイルＣ８までを、実線でそれぞれ示した。また、スロット１４の外周側に、基本第２巻線部の単位コイルＣ９から単位コイルＣ１６までを、破線でそれぞれ示した。この基本第１巻線部の８個の単位コイル２１と、基本第２巻線部の８個の単位コイル２１を互いに区別するため、前者の各単位コイル２１を第１群単位コイル、後者の各単位コイル２１を第２群単位コイルと呼ぶことにする。
【００５０】
８個の第１群単位コイルのそれぞれは、対応する８個の第２群単位コイルのそれぞれと、互いに１スロット間隔だけずらして配置される。周方向に沿って磁極が配置される通常の構造の回転子を用いるとして、その１スロット間隔のずれが、回転電機が動作するときに、回転子の磁極によって第１群単位コイルに発生する起電力と、第２群単位コイルに発生する起電力との間に差を生じさせる。具体的には、起電力の発生タイミングが、１スロット分ずれる。起電力が電気角によって変動するものであると、対応する第１群単位コイル２１と第２群単位コイル２１との間に起電力の差が生じる。
【００５１】
図７は、基本巻線部の等価回路図である。基本巻線部は、単位コイルＣ１から単位コイルＣ８を直列に接続した基本第１巻線部と、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１６を直列に接続した基本第２巻線部を、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に並列接続したものである。図７では、基本第１巻線部をＵ１、基本第２巻線部をＵ２として示されている。この基本第１巻線部Ｕ１を構成する各第１群単位コイルと、基本第２巻線部Ｕ２を構成する各第２群単位コイルとは、互いに１スロット間隔だけずらして配置される。そこで、回転電機が動作するときに発生する起電力の差によって、基本第１巻線部Ｕ１と基本第２巻線部Ｕ２との間に電圧差が生じる。そして、その電圧差によって、基本第１巻線部Ｕ１と基本第２巻線部Ｕ２との間に、図７の矢印で示すように、循環電流が発生する。
【００５２】
図８は、回転電機の電気角と、基本巻線部の相間電圧の関係を示す図である。相間電圧としては、基本第１巻線部Ｕ１のＰUとＮの間の電圧、基本第２巻線部Ｕ２のＰUとＮの間の電圧、およびこれらの間の電圧差が示されている。この電圧差が、循環電流の原因となる電圧差である。電圧差は、電気角によって変動し、プラス側の電圧差とマイナス側の電圧差がある。図７の循環電流の矢印の方向は、基本第２巻線部Ｕ２の電圧が基本第１巻線部Ｕ１の電圧より高い場合である。
【００５３】
上記で、基本巻線部の構成と、基本巻線部の場合に循環電流が発生することの説明を行ったので、次に、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０を説明する。図３で述べたように、循環電流を抑制する構成のＵ相分布巻線２０は、基本巻線部の単位コイル間の接続を、基本第１巻線部と基本第２巻線部との間に跨って変更した構成を有する。すなわち、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ１３の巻き始めに接続する。そして、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続するのではなく、単位コイルＣ５の巻き始めに接続する。
【００５４】
図９は、その様子を説明する図である。この図は、基本巻線部の図６に対応する図である。ここでは、第１群単位コイルであるＣ４の巻き終わりは、第２群単位コイルであるＣ１３の巻き始めに接続される。すなわち、単位コイルＣ１から単位コイルＣ４までの４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ１３から単位コイルＣ１６までの４個の第２群単位コイル２１が直列に接続される。また、第２群単位コイルであるＣ１２の巻き終わりは、第１群単位コイルであるＣ５の巻き始めに接続される。すなわち、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１２までの４個の第２群単位コイルと、単位コイルＣ５から単位コイルＣ８までの４個の第１群単位コイル２１が直列に接続される。
【００５５】
図１０は、図９の等価回路図である。ここでは、Ｕ相分布巻線２０について、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に、単位コイルＣ１から単位コイルＣ４の４個と、単位コイルＣ１３から単位コイルＣ１６の４個が直列接続されるＵ１と、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１２の４個と、単位コイルＣ５から単位コイルＣ８の４個が直列接続されるＵ２が並列接続されることが示される。Ｕ１，Ｕ２がダブルスター結線のそれぞれの分布巻線部であるので、Ｕ１を第１分布巻線部、Ｕ２を第２分布巻線部と呼ぶことができる。
【００５６】
回転電機が動作するとき、第１群単位コイルの８個にそれぞれ発生する起電力は同じで、図８で説明したＵ１の相間電圧の１／８に相当する値を有する。同様に、第２群単位コイルの８個にそれぞれ発生する起電力は同じで、図８で説明したＵ２の相間電圧の１／８に相当する値を有する。上記のように、第１分布巻線部Ｕ１は、基本巻線部の第１群単位コイルを４個、第２群単位コイルを４個、直列に接続したものである。また、第２分布巻線部Ｕ２も、基本巻線部の第１群単位コイルを４個、第２群単位コイルを４個、直列に接続したものである。したがって、回転電機が動作したときに各単位コイル２１に発生する起電力に起因する電圧を考えると、第１分布巻線部の電圧は、第２分布巻線部の電圧と同じとなる。したがって、循環電流は発生しない。
【００５７】
循環電流を発生させないようにするには、第１分布巻線部Ｕ１における第１群単位コイルの数と、第２群単位コイルの数を同じとし、第２分布巻線部Ｕ２における第１群単位コイルの数と、第２群単位コイルの数を同じとすればよい。例えば、単位コイルの総数を４ｎ個として、第１群単位コイルの総数を２ｎ個、第２群単位コイルの総数を２ｎ個とするとき、第１分布巻線部Ｕ１は、ｎ個の第１群単位コイルと、ｎ個の第２群単位コイルとを直列に接続し、第２分布巻線部Ｕ２は、ｎ個の第１群単位コイルと、ｎ個の第２群単位コイルとを直列に接続すればよい。大事なのは、個数であって、どこで接続を変更するかは任意に行うことができる。
【００５８】
図１０では、４個の第１群単位コイルと４個の第２群単位コイルとを接続変更の単位としたが、これを２個の第１群単位コイルと２個の第２群単位コイルとを接続変更の単位とすることができる。図１１はそのような構成のＵ相分布巻線の構成を示す図である。
【００５９】
ここでは、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ２の巻き終わりを単位コイルＣ１１の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続し、単位コイルＣ６の巻き終わりを単位コイルＣ１５の巻き始めに接続する。また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ１０の巻き終わりを単位コイルＣ３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１４の巻き終わりを単位コイルＣ７の巻き始めに接続する。
【００６０】
この構成で、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２と単位コイルＣ５と単位コイルＣ６の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ１１と単位コイルＣ１２と単位コイルＣ１５と単位コイルＣ１６の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ３と単位コイルＣ４と単位コイルＣ７と単位コイルＣ８の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１０と単位コイルＣ１３と単位コイルＣ１４の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。したがって、回転電機の動作時に、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２との間に循環電流が発生しない。
【００６１】
図１２は、２個の第１群単位コイルと２個の第２群単位コイルとを接続変更の単位としたＵ相分布巻線の構成を示す図である。ここでは、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ１の巻き終わりを単位コイルＣ１０の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１０の巻き終わりを単位コイルＣ３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ３の巻き終わりを単位コイルＣ１２の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１２の巻き終わりを単位コイルＣ５の巻き始めに接続し、単位コイルＣ５の巻き終わりを単位コイルＣ１４の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１４の巻き終わりを単位コイルＣ７の巻き始めに接続し、単位コイルＣ７の巻き終わりを単位コイルＣ１６の巻き始めに接続する。
【００６２】
また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ９の巻き終わりを単位コイルＣ２の巻き始めに接続し、単位コイルＣ２の巻き終わりを単位コイルＣ１１の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１１の巻き終わりを単位コイルＣ４の巻き始めに接続し、単位コイルＣ４の巻き終わりを単位コイルＣ１３の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１３の巻き終わりを単位コイルＣ６の巻き始めに接続し、単位コイルＣ６の巻き終わりを単位コイルＣ１５の巻き始めに接続し、単位コイルＣ１５の巻き終わりを単位コイルＣ８の巻き始めに接続する。
【００６３】
この構成で、第１分布巻線部Ｕ１は、単位コイルＣ１と単位コイルＣ３と単位コイルＣ５と単位コイルＣ７の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ１０と単位コイルＣ１２と単位コイルＣ１４と単位コイルＣ１６の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。また、第２分布巻線部Ｕ２は、単位コイルＣ２と単位コイルＣ４と単位コイルＣ６と単位コイルＣ８の４個の第１群単位コイルと、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１１と単位コイルＣ１３と単位コイルＣ１５の４個の第２群単位コイルを直列接続したものとなっている。したがって、回転電機の動作時に、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２との間に循環電流が発生しない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る回転電機固定子は、ダブルスター結線の分布巻固定子を用いる回転電機に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 回転電機固定子、１２ ステータコア、１４ スロット、２０ Ｕ相分布巻線、２１ 単位コイル、２３ コイル素線、２６ 単位コイル間隔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、
予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを４ｎ個配置して形成される分布巻の各相巻線と、
を備え、
分布巻の各相巻線は、
ステータコアの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第１群単位コイルと、
第１群単位コイルと異なるスロットを用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第２群単位コイルと、
を用い、
ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第１群単位コイルと第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第２分布巻線部と、を並列接続して形成されることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機固定子において、
分布巻の各相巻線は、
予め、
単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第１巻線部と、
基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第２巻線部と、
を用い、
基本第１巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、
基本第２巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機固定子において、
ｎは偶数であって、さらに、
基本第１巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、
基本第２巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機固定子において、
ｎは４の倍数であって、さらに、
基本第１巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、
基本第２巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項１】
周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、
予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを４ｎ個配置して形成される分布巻の各相巻線と、
を備え、
分布巻の各相巻線は、
ステータコアの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第１群単位コイルと、
第１群単位コイルと異なるスロットを用いて、第１群単位コイルと同じ単位コイル間隔の単位コイルをステータの周方向の１周に予め定めた配置順序で配置された２ｎ個の第２群単位コイルと、
を用い、
ｎ個の第１群単位コイルとｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第１群単位コイルと第１分布巻線部に用いられていないｎ個の第２群単位コイルとを予め定めた接続方法で直列接続して形成される第２分布巻線部と、を並列接続して形成されることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機固定子において、
分布巻の各相巻線は、
予め、
単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第１巻線部と、
基本第１巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に２ｎ個直列に接続配置して形成した基本第２巻線部と、
を用い、
基本第１巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、
基本第２巻線部のｎ番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の（ｎ＋１）番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機固定子において、
ｎは偶数であって、さらに、
基本第１巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、
基本第２巻線部の（ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／２）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／２）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機固定子において、
ｎは４の倍数であって、さらに、
基本第１巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第１巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第２巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第１分布巻線部とし、
基本第２巻線部の（ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（３ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（３ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（５ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（５ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直し、基本第２巻線部の（７ｎ／４）番目の単位コイルの巻き終わりを基本第１巻線部の｛（７ｎ／４）＋１｝番目の巻き始めに接続し直して第２分布巻線部とすることを特徴とする回転電機固定子。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２２９６２（Ｐ２０１２−２２２９６２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６３４５（Ｐ２０１１−８６３４５）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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