回転電機
【課題】固定子巻線の相間における共振を低減させて、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くし得るようにした回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１は、周方向に複数対の磁極を有する回転子１４と、周方向に複数のスロット３１を有する固定子鉄心３０、及び、スロット３１に挿入されて固定子鉄心３０に巻装された複数の相巻線４１よりなる固定子巻線４０を有する固定子２０と、を備える。固定子鉄心３０は、同一相の相巻線４１が収容される同相スロットを前記磁極ごとに周方向に連続してｎ(ｎ＝２)個ずつ有し、各相巻線４１は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個（４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロットに収容されている。
【解決手段】回転電機１は、周方向に複数対の磁極を有する回転子１４と、周方向に複数のスロット３１を有する固定子鉄心３０、及び、スロット３１に挿入されて固定子鉄心３０に巻装された複数の相巻線４１よりなる固定子巻線４０を有する固定子２０と、を備える。固定子鉄心３０は、同一相の相巻線４１が収容される同相スロットを前記磁極ごとに周方向に連続してｎ(ｎ＝２)個ずつ有し、各相巻線４１は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個（４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロットに収容されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用の電動機や発電機として使用される回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機として、周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子と、周方向に配列された複数のスロットを有し前記回転子と径方向に対向配置された固定子鉄心、及び、前記スロットに挿入されて前記固定子鉄心に巻装された複数の相巻線よりなる固定子巻線を有する固定子と、を備えた回転電機が知られている。このような回転電機においては、高出力化の要請から、固定子鉄心は、同一相の相巻線が収容される同相スロットを磁極ごとに周方向に連続して複数個ずつ有するように構成されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、各相２倍スロット（同相スロットが２個の場合）の固定子において波巻きにて巻装された三相の固定子巻線が開示されている。この固定子巻線を構成する各相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）は、図１９（ａ）に示すように、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを４個に分割されて、出力端子側から順に配置された第１〜第４部分巻線（ａ）〜（ｄ）により構成されている。この場合の各相巻線は、図１９（ｂ）に示すように、第１部分巻線（ａ）と第４部分巻線（ｄ）が同じ同相スロットＵ１に収容され、第２部分巻線（ｂ）と第３部分巻線（ｃ）が同じ同相スロットＵ２に収容されるように接続されている。なお、図１９（ｂ）には、代表としてＵ相の２個の同相スロットＵ１、Ｕ２が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、各相３倍スロット（同相スロットが３個の場合）で各スロットに固定子巻線の導体が径方向に６層存在する固定子において、重ね巻きと波巻きを混合した巻線方式について開示されており、内周側の４層を重ね巻きでスロットを充填した後、外周側の２層を波巻きにて充填している。この場合には、各相巻線の第１部分巻線と第６部分巻線が同じ同相スロットに収容されるように接続されることになる。
【０００５】
このように最先端の部分巻線と最後端の部分巻線が同じ同相スロットに収容される理由として、コイルエンドが高くなることを防ぐこと、コイルエンド上を径方向に横切る渡り線の形状を出来るだけ統一し造り易くすることが挙げられる。
【０００６】
なお、コイルエンドを出来るだけ低く抑えるためには、各相出力線と中性点の位置を固定子鉄心の外径側に揃えることが有効であり、これを達成するように渡り線を配置すると、コイルエンド上を径方向に横切る渡り線の本数は偶数本に限られる。各相２倍スロットの回転電機の場合には０本又は各相２本の計６本となる。
【０００７】
コイルエンド上を横切る渡り線の本数が０本の場合、各部分巻線のスロット挿入位置に関わらず、コイルエンド上で巻線は６重に重なる。また、渡り線の形状パターンも９種類で同じである。ここで図２０（ａ）には、第１部分巻線と第４部分巻線が同一スロットに挿入される場合の、図２０（ｂ）には、第１部分巻線と第２部分巻線が同一スロットに挿入される場合の渡り線の重なりをそれぞれ示した。各図で、スロットよりも内径側に渡り線を示すが、実際にはこの渡り線は内周側→コイルエンド上→内周側の経路で内径側を避ける様にスロット間をつないでいる。この時、第１部分巻線と第３部分巻線が同一スロットに挿入されることは、コイルエンド上を横切る渡り線が０本である限り有り得ない。
【０００８】
一方、コイルエンド上を横切る渡り線の本数が計６本の場合、第１部分巻線と第２部分巻線および第３部分巻線と第４部分巻線がそれぞれ同じスロットに挿入される場合は、図２１（ｃ）に示すように、コイルエンド上で巻線は６重に重なり、渡り線の形状パターンが８種類となる。また、第１部分巻線と第３部分巻線および第２部分巻線と第４部分巻線がそれぞれ同じスロットに挿入される場合は、図２１（ｂ）に示すように、コイルエンド上での巻線の重なりは４重であり、渡り線の形状パターンは５種類となる。また、第１部分巻線と第４部分巻線および第２部分巻線と第３部分巻線がそれぞれ同じスロットに挿入される場合は、図２１（ａ）に示すように、コイルエンド上での巻線の重なりは４重であり、渡り線の形状パターンは４種類となる。
【０００９】
従って、波巻きにおいて、最もコイルエンドが低く、造り易いのは第１部分巻線と第４部分巻線を同じスロットに挿入する構成であり、各相２倍スロットの回転電機では多くの場合この方式が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−６９７２９号公報
【特許文献２】特開２００４−６４９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、回転電機の固定子巻線には、電動機として作動させる場合に各相出力端子間に図２２に示すような最大電圧Ｖ０なる方形波の電圧が印加されるが、実際に固定子巻線の相間に発生する最大の電圧は、図２３に示す様にＶ０を超える。図２４は、固定子巻線における、入力電圧に対する出力電圧の増幅率を周波数に対してプロットした例であるが、印加された方形波の高周波成分に対し、固定子巻線が共振周波数を持つことが電圧増幅の原因である。
【００１２】
このように最大相間電圧が大きくなると、相間の電流短絡を防ぐために固定子巻線の被膜を厚くする等相間距離を広げ、絶縁性能を向上させる必要性が生じる。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固定子巻線の相間における共振を低減させて、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くし得るようにした回転電機を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた第一の発明は、周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）を前記磁極ごとに周方向に連続してｎ(ｎは２以上の自然数)個ずつ有し、各前記相巻線（４１）は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個に分割されて、前記延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線（ａ）、第２部分巻線（ｂ）、・・・、第２ｎ部分巻線（ｄ）により構成され、前記第１部分巻線（ａ）と前記第２ｎ部分巻線（ｄ）が前記固定子鉄心（３０）の異なる前記同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）に収容されていることを特徴とする。
【００１５】
第一の発明によれば、各相巻線は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線、第２部分巻線、・・・、第２ｎ部分巻線により構成され、第１部分巻線と第２ｎ部分巻線が固定子鉄心の異なる同相スロットに収容されている。そのため、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができるので、共振周波数が低くなり且つ共振ピークが低くなる。これにより、固定子巻線の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００１６】
なお、相間電圧に影響を与える固定子巻線の共振周波数ｆｎは、コイルインダクタンスをＬ、静電容量をＣとした場合に、下記の式１により求められる。
【００１７】
ｆｎ＝１／２π√ＬＣ ………式１
ここで、共振要素としてのコイルインダクタンスＬは、単独のコイルにより発生する自己インダクタンスと、コイルの結合により発生する相互インダクタンスとで決まる。また、静電容量Ｃは、主に固定子巻線と固定子鉄心との間に発生する対地容量で決まる。本発明では、同相スロットに収容される各相巻線の部分巻線の収容位置を上記のように変更することで、互いに影響し合う負の相互インダクタンスを０に近づけることができる。これにより、共振周波数ｆｎが低くなり且つ共振ピークが低くなるように、共振特性を変えることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた第二の発明は、周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）を前記磁極ごとに周方向に連続して２ｋ(ｋは２以上の自然数)個ずつ有し、前記固定子巻線（４０）は、延伸方向一端から他端までにおいてｋ列に並んだ第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）よりなり、前記第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）を構成する各前記相巻線（４１）は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第２ｋの各前記同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）に独立して収容されていることを特徴とする。
【００１９】
第二の発明によれば、第１〜第ｋ並列巻線の延伸方向一端から他端までを２分割された前半と後半の分割巻線が隔離（別の同相スロットに配置）されることとなり、前半と後半の分割巻線の磁気結合が比較的弱くなるため、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができる。その結果、各分割巻線間の磁気結合を弱め、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができる。
【００２０】
なお、相間電圧に影響を与える固定子巻線の共振周波数ｆｎは、第一の発明の場合と同様に、上記の式１により求められる。第二の発明の場合にも、同相スロットに収容される各相巻線の部分巻線の収容位置を上記のように変更することで、互いに影響し合う負の相互インダクタンスを０に近づけることができる。これにより、共振周波数ｆｎが低くなり且つ共振ピークが低くなるように、共振特性を変えることができる。これにより、固定子巻線の相間における共振を低減させることができるため、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００２１】
また、第二の発明によれば、同相内において、電気角が６０°／ｋずれた巻線が形成されることにより、起磁力分布が変化し、合計起磁力の変動幅が小さくなるため、磁気騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。
【図２】実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。
【図３】実施形態１において固定子鉄心のスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。
【図４】実施形態１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。
【図５】（ａ）は実施形態１に係る固定子巻線を構成する各相巻線の結線図であり、（ｂ）は実施形態１に係る固定子鉄心のＵ相の２個の同相スロット内に収容されたＵ相部分巻線の収容位置を示す模式図である。
【図６】パッシェンの法則により示される部分放電開始電圧と大気圧および導体間距離との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態１（本発明）及び従来１の周波数とゲインとの関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は試験１における固定子巻線の電圧測定位置を示す説明図であり、（ｂ）は試験１に用いた実施形態１に係る固定子巻線を構成するＵ相巻線の部分巻線の同相スロット内での収容位置を示す模式図である。
【図９】試験１における実施形態１、従来１及び従来２の電圧測定結果を示すグラフである。
【図１０】変形例１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図である。
【図１１】変形例２における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。
【図１２】実施形態２に係る固定子巻線を構成する各相巻線の結線図である。
【図１３】実施形態２における各相巻線の第１〜第４部分巻線のスロット内での収容位置を示す説明図である。
【図１４】実施形態２に係る固定子巻線の接続状態を示す説明図である。
【図１５】比較例１に係る固定子巻線の接続状態を示す説明図である。
【図１６】試験２における実施形態２の起磁力分布を示す図である。
【図１７】試験２における比較例１の起磁力分布を示す図である。
【図１８】試験２における実施形態２及び比較例１の騒音レベルを示すグラフである。
【図１９】（ａ）は従来の回転電機における固定子巻線を構成する各相巻線の結線図であり、（ｂ）は従来の回転電機における固定子鉄心のＵ相の２個の同相スロット内に収容されたＵ相部分巻線の収容位置を示す模式図である。
【図２０】従来の各相２倍スロットの回転電機において、固定子上を径方向に横切る渡り線の数が０本の時の第１〜第４部分巻線のスロット内での収容位置を示す説明図であって、（ａ）は第１部分巻線と第４部分巻線が同じスロットに入る場合を示し、（ｂ）は第１部分巻線と第２部分巻線が同じスロットに入る場合を示す。
【図２１】従来の各相２倍スロットの回転電機において、固定子上を径方向に横切る渡り線の数が２本の時の第１〜第４部分巻線のスロット内での収容位置を示す説明図であって、（ａ）は第１部分巻線と第４部分巻線が同じスロットに入る場合を示し、（ｂ）は第１部分巻線と第３部分巻線が同じスロットに入る場合を示し、（ｃ）は第１部分巻線と第２部分巻線が同じスロットに入る場合を示す。
【図２２】従来の回転電機において各相出力端子間に印加される電圧波形を示すグラフである。
【図２３】従来の回転電機において固定子巻線の共振により増幅された相間の電圧波形を示すグラフである。
【図２４】従来の回転電機において周波数に対する固定子巻線の電圧増幅率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の構成を模式的に示す軸方向断面図である。本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機として使用されるものであって、図１に示すように、略有底筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３に固定された回転子１４と、ハウジング１０内の回転子１４を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子２０と、を備えている。
【００２５】
回転子１４は、固定子２０の内周側と径方向に向き合う外周側に、周方向に所定距離を隔てて極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有する。これらの磁極は、回転子１４の所定位置に埋設された複数の永久磁石により形成されている。回転子１４の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。
【００２６】
次に、図２〜図６を参照して固定子２０について説明する。図２は、実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。図３は、実施形態１において固定子鉄心のスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。図４は、実施形態１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。図５（ａ）は、実施形態１に係る固定子巻線を構成する各相巻線の結線図であり、（ｂ）は実施形態１に係る固定子鉄心のＵ相の２個の同相スロット３１内に収容されたＵ相部分巻線の収容位置を示す模式図である。
【００２７】
固定子２０は、図２に示すように、周方向に複数のスロット３１を有する円環状の固定子鉄心３０と、スロット３１に挿通配置された略Ｕ字形状の複数の導体セグメント５０の開放端部の端末部同士が固定子鉄心３０の軸方向一方側で溶接により接続されて固定子鉄心３０に巻装された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線４０と、を備えている。
【００２８】
固定子鉄心３０は、複数枚のコアシート（鋼板）を軸方向に積層して構成されている。固定子鉄心３０の内周面には、固定子巻線４０を収容できるように、固定子鉄心３０を軸方向に貫通し断面略矩形状の複数のスロット３１が周方向に等ピッチに、また、径方向に放射状に設けられている。固定子鉄心３０に形成されたスロット３１の数は、回転子１４の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の１相あたり２個の割合で形成されており、スロット倍数ｎ(ｎは２以上の自然数)が２とされている。即ち、固定子鉄心３０には、同一相の相巻線４１を収容する同相スロット３１が前記磁極ごとに周方向に連続して２個ずつ設けられている。よって、本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００２９】
固定子鉄心３０のスロット３１に巻装された固定子巻線４０は、略Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０の開放端側の端部同士を溶接で互いに接合することにより構成されている。この導体セグメント５０は、外周に絶縁被膜（図示せず）が被覆された平角導体をＵ字形状に折り曲げることにより形成されている。なお、導体セグメント５０両端部の溶接で接合される接合部５６には、絶縁被膜が剥離されることにより導体露出部（図示せず）が形成されている。
【００３０】
略Ｕ字形状に形成された導体セグメント５０は、図３に示すように、互いに平行な一対の直線部５１、５１と、一対の直線部５１、５１の一端を互いに連結するターン部５２とからなる。ターン部５２の中央部には、固定子鉄心３０の端面３０ａに沿って延びる頭頂段部５３が設けられており、頭頂段部５３の両側には、固定子鉄心３０の端面３０ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部が設けられている。なお、符号２４は、固定子鉄心３０と固定子巻線４０との間を電気絶縁するインシュレータである。
【００３１】
図３には、同一相の隣接する２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂが示されている。この場合、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、それらの一対の直線部５１、５１が、同一のスロット３１ではなく、隣接した２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに別々に軸方向一端側から挿入される。即ち、図３の右側にある２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂにおいて、一方の導体セグメント５０Ａは、一方の直線部５１が一のスロット３１Ａの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子鉄心３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第５層に挿入される。
【００３２】
そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１がスロット３１Ａと隣接したスロット３１Ｂの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子鉄心３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第５層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット３１に対して偶数本の導体セグメント５０の直線部５１が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット３１内に、合計６本の直線部５１が径方向１列に積層配置されている。
【００３３】
スロット３１から軸方向他端側へ延出した一対の直線部５１、５１の開放端部は、固定子鉄心３０の端面３０ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、略半磁極ピッチ分の長さの捻り部５４（図２及び図４参照）が形成されている。そして、固定子鉄心３０の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の捻り部５４の先端部同士が溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。即ち、所定の導体セグメント５０が直列に接続されることにより、固定子鉄心３０のスロット３１に沿って周方向に渦巻き状に波巻きで巻回された３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１を有する固定子巻線４０が形成される。
【００３４】
なお、固定子巻線４０の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０により、固定子鉄心３０の周りを６周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線４０の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目とを接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント５０とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、図５（ａ）に示すように、固定子巻線４０の各相の巻線端が星型結線により結線される。
【００３５】
固定子巻線４０を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、図５（ａ）に示すように、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを２ｎ個（本実施形態ではｎ＝２から４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成されている。これら第１〜第４部分巻線ａ〜ｄの巻線方式は、全て波巻きである。
【００３６】
本実施形態では、各相巻線４１は、図５（ｂ）に示すように、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に収容されている。なお、図５（ｂ）には、代表としてＵ相の２個の同相スロットＵ１、Ｕ２が示されており、Ｖ相及びＷ相の場合も、Ｕ相と同様である。
【００３７】
また、各相巻線４１は、出力端子側から偶数番目に位置する第２ｍ(ｍは１≦ｍ≦ｎを満たす全ての自然数)部分巻線と、第２ｍ部分巻線の１つ前の奇数番目に位置する第(２ｍ−１)部分巻線が、固定子鉄心３０の同一の同相スロット３１に収容されている。即ち、図５（ｂ）に示すように、Ｕ相の相巻線４１の第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロットＵ１に収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロットＵ２に収容されている。
【００３８】
なお、上記のように構成された固定子巻線４０の軸方向一端側には、図２に示すように、固定子鉄心３０の一端面から突出した導体セグメント５０の複数のターン部５２が固定子鉄心３０の径方向に積層されてなる第１コイルエンド群４７が形成されている。また、固定子巻線４０の軸方向他端側には、固定子鉄心３０の他端面から突出した導体セグメント５０の複数の斜行部５５及び溶接による接合部５６が固定子鉄心３０の径方向に積層されてなる第２コイルエンド群４８が形成されている。
【００３９】
また、本実施形態の回転電機１は、固定子巻線４０を流れる交流電流が各相出力端子間で最大電圧３３０Ｖ以上となるように設定されている。即ち、図６に示すパッシェンの法則に従い、大気圧にて約３３０Ｖ以上で部分放電が発生し得るようにされている。
【００４０】
以上のように構成された本実施形態の回転電機１によれば、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１は、２ｎ個（本実施形態では４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に収容されている。そのため、負の相互インダクタンスを０に近づけることができるので、図７に示すように、従来の巻線配置に比べて、共振周波数が低くなり且つ共振ピークが低くなる。これにより、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、各相巻線４１の延伸方向一端側から偶数番目に位置する第２ｍ部分巻線と、その１つ前の奇数番目に位置する第(２ｍ−１)部分巻線が、同一の同相スロット３１に収容されている。即ち、各相巻線４１の第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロット３１に収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロット３１に収容されている。これにより、上記の、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に収容されていることと相俟って、固定子巻線４０の相間における共振を相乗的に低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００４２】
また、本実施形態の回転電機１は、パッシェンの法則に従い、固定子巻線４０を流れる交流電流が各相出力端子間で最大電圧３３０Ｖ以上となるように設定されている。そのため、絶縁のための導体間の必要空間距離は、約３３０Ｖ以上の領域にて相間電圧と正の相関を持ち、最大相間電圧の低減により必要相間距離を直接低減させることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、各相巻線４１の第１〜第４部分巻線ａ〜ｄの巻線方式が全て波巻きにされているため、固定子巻線４０を容易に形成することできる。また、固定子巻線４０の相間における共振の低減効果を確実に得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態の固定子巻線４０は、スロット３１に軸方向に挿入配置された複数の導体セグメント５０が直列に接続されて固定子鉄心３０に巻装された複数の相巻線４１により構成され、固定子鉄心３０の軸方向一端側には、異なるスロット３１から延出した導体セグメント５０の端末部同士が互いに接合された接合部が周方向に周期的に且つ放射方向に配置されてなる第１コイルエンド群４７が形成され、固定子鉄心３０の軸方向他端側には、異なるスロット３１に収容されたスロット収容部５７同士を前記スロット３１の外部で連結する複数のターン部５２よりなる第２コイルエンド群４８が形成されている。そのため、固定子巻線４０を連続線で形成する場合に比べて、導体セグメント５０単体は、長さが非常に短く、ハンドリングが容易であるため、固定子巻線４０を容易に作製することができる。
【００４５】
〔試験１〕
実施形態１の奏する最大電圧低減効果を確認するため、各相２倍スロットで１２層の波巻き仕様の回転電機にて、各部分巻線間の結線部のみを操作し、部分巻線のスロット挿入順をふった場合の相間電圧を測定する試験を行った。相間電圧の測定は、図８に示すように、相巻線４１間で共振が高くなる部位（例えば、相巻線４１の延伸方向において出力端子側から約１／４の位置）で行った。その実測値を図９に示す。
【００４６】
図９に示すように、ａ→ｃ→ｄ→ｂで示すプロット線（従来１）とａ→ｄ→ｃ→ｂで示すプロット線（従来２）は、特許文献１と同様に第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが同じスロットに収容されている場合である。そして、ａ→ｂ→ｃ→ｄで示すプロット線（実施形態１）は、図８（ｂ）に示すように、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが異なる同相スロットＵ１、Ｕ２に収容されており、実施形態１の条件を満たす結線方式である。
【００４７】
実施形態１による結線方式では、共振による電圧波形の揺らぎが顕著に低減されることが図９のグラフより明らかである。また、従来１及び２の結線方式の場合には、最大電圧が入力電圧よりも増大しているのに対して、実施形態１の結線方式の場合には、入力電圧に対して約１８％の最大電圧の低減を達成している。
【００４８】
〔変形例１〕
図１０は、変形例１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図である。
【００４９】
変形例１は、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１が、実施形態１のように、複数の導体セグメント５０を接続して形成されたものではなく、それぞれの相巻線４１が１本の連続線６０により形成されたものである。この場合、各相巻線４１の連続線６０は、固定子鉄心３０のスロット３１に収容される直線状の複数（１２本）のスロット収容部（図示せず）と、隣り合ったスロット収容部同士をスロット収容部の一端側と他端側とで交互に接続する複数（１１個）のターン部６２とを有する。この連続線６０は、延伸方向の最も一端側に位置する第１スロット収容部が固定子鉄心３０のスロット３１の最内層（第１層）に収容され、延伸方向の最も他端側に位置する第１２スロット収容部が固定子鉄心３０のスロット３１の最外層（第６層）に収容されて、固定子鉄心３０を周方向に１１／８周するように波巻により巻装されている。
【００５０】
なお、変形例１の場合にも、固定子巻線４０を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、実施形態１と同様に、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを２ｎ個（本実施形態ではｎ＝２から４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロットに収容されている（図５（ａ）（ｂ）参照）。これら第１〜第４部分巻線ａ〜ｄの巻線方式は、全て波巻きである。
【００５１】
また、各相巻線４１は、実施形態１と同様に、第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロットに収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロットに収容されている（図５（ｂ）参照）。
【００５２】
以上のように構成された変形例１の場合も、実施形態１と同様に、共振周波数を低くして共振ピークを低くすることができるので、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００５３】
〔変形例２〕
図１１は、変形例２における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。
【００５４】
変形例２は、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１が、実施形態１と同様に、Ｕ字形状の複数の導体セグメント５０を溶接により接続して形成されたものであるが、実施形態１の各相巻線４１が波巻きで形成されているのに対して、変形例２の各相巻線４１は重ね巻きで形成されている点でのみ実施形態１と異なる。
【００５５】
この場合、各相巻線４１は、図１１に示すように、２本のスロット収容部が同一の同相スロット３１に収容されて、それぞれの同相スロットで２層ずつ重ねられるようにして固定子鉄心３０に巻装されている。
【００５６】
なお、変形例２の場合にも、固定子巻線４０を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、実施形態１と同様に、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを２ｎ個（本実施形態ではｎ＝２から４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロットに収容されている（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【００５７】
また、各相巻線４１は、実施形態１と同様に、第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロットに収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロットに収容されている（図５（ｂ）参照）。
【００５８】
以上のように構成された変形例２の場合も、実施形態１と同様に、共振周波数を低くして共振ピークを低くすることができるので、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００５９】
〔実施形態２〕
実施形態２の回転電機は、実施形態１の回転電機と固定子２０の構成のみが異なる。即ち、実施形態２では、固定子鉄心３０に形成されるスロット３１のスロット倍数が２ｋ(ｋは２以上の自然数)とされ、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１が、延伸方向一端（各相端子４３）から他端（中性点４４）までをｋ並列に配置された第１〜第ｋ並列巻線４２により構成され、第１〜第ｋ並列巻線４２は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第２ｋの各同相スロットに独立して収容されている点で、実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については詳しい説明を省略し、以下、実施形態１と異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。
【００６０】
実施形態２の固定子２０は、周方向に９６個のスロット３１を有する円環状の固定子鉄心３０と、スロット３１に挿通配置された略Ｕ字形状の複数の導体セグメント５０の開放端部の端末部同士が固定子鉄心３０の軸方向一方側で溶接により接続されて固定子鉄心３０に巻装された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線４０と、を備えている。そして、実施形態２の固定子鉄心３０は、実施形態２ではｋ＝２とされているので、同一相の相巻線４１を収容する同相スロットが磁極ごとに周方向に連続して４（２ｋ＝４）個ずつ設けられている。即ち、スロット倍数が４とされている。
【００６１】
また、固定子巻線４０は、実施形態２ではｋ＝２とされているので、図１２に示すように、各相端子４３から中性点４４までにおいて２（ｋ）並列に構成された第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２より構成されている。そして、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２を構成する各相巻線４１は、延伸方向一端から他端までをそれぞれ４個の部分巻線に分割されている。即ち、第１並列巻線４２−１を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、それぞれ各相端子４３側から順に配置された第１部分巻線１ａ、第２部分巻線１ｂ、第３部分巻線１ｃ及び第４部分巻線１ｄにより構成されている。また、第２並列巻線４２−２を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、各相端子４３側から順に配置された第１部分巻線２ａ、第２部分巻線２ｂ、第３部分巻線２ｃ及び第４部分巻線２ｄにより構成されている。
【００６２】
第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２は、図１３及び図１４に示すように、前半側の第１及び第２部分巻線（１ａ，１ｂ）（２ａ，２ｂ）と後半側の第３及び第４部分巻線（１ｃ，１ｄ）（２ｃ，２ｄ）が、固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に独立して収容されている。なお、図１３には、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２を構成する各相巻線４１のうち、代表として、Ｕ相の相巻線４１の同相スロット内での収容位置が示されており、Ｖ相及びＷ相の場合もＵ相と同様である。
【００６３】
図１３及び図１４において、Ｕ相の連続する４個の同相スロットＵ１〜Ｕ４は、右側から左側へ順番に第１〜第４同相スロットＵ１〜Ｕ４が並んでいる。この場合、第１同相スロットＵ１には、第２並列巻線４２−２の前半側の第１及び第２部分巻線（２ａ，２ｂ）が交互に４本ずつ収容され、第２同相スロットＵ２には、第２並列巻線４２−２の後半側の第３及び第４部分巻線（２ｃ，２ｄ）が交互に４本ずつ収容されている。また、第３同相スロットＵ３には、第１並列巻線４２−１の前半側の第１及び第２部分巻線（１ａ，１ｂ）が交互に４本ずつ収容され、第４同相スロットＵ４には、第１並列巻線４２−１の後半側の第３及び第４部分巻線（１ｃ，１ｄ）が交互に４本ずつ収容されている。
【００６４】
そして、第１同相スロットＵ１に収容された第２並列巻線４２−２の前半側の第１及び第２部分巻線（２ａ，２ｂ）と、第３同相スロットＵ３に収容された第１並列巻線４２−１の前半側の第１及び第２部分巻線（１ａ，１ｂ）は、電気角で３０°離間している。これと同様に、第２同相スロットＵ２に収容された第２並列巻線４２−２の後半側の第３及び第４部分巻線（２ｃ，２ｄ）と、第４同相スロットＵ４に収容された第１並列巻線４２−１の後半側の第３及び第４部分巻線（１ｃ，１ｄ）も、電気角で３０°離間している。即ち、２並列に構成された第１並列巻線４２−１と第２並列巻線４２−２は、固定子鉄心３０に対して電気角で３０°離間した状態で巻装されている。
【００６５】
以上のように構成された実施形態２の回転電機によれば、各相巻線４１は、延伸方向一端から他端までを２（ｋ＝２）並列に配置された第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２により構成され、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第４同相スロットに独立して収容されている。そのため、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２の延伸方向一端から他端までを２分割された前半と後半の分割巻線が隔離（別の同相スロットに配置）されることとなり、前半と後半の分割巻線の磁気結合が比較的弱くなるので、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができる。これにより、上記実施形態１の場合と同様に、共振周波数が低くなり且つ共振ピークが低くなるため、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００６６】
また、実施形態２の回転電機によれば、同相内において、電気角が３０°（６０°／（ｋ＝２））ずれた巻線が形成されることにより、起磁力分布が変化し、合計起磁力の変動幅が小さくなるため、磁気騒音を低減することができる。この実施形態２の優れた効果は、下記の試験２により確認されている。
【００６７】
なお、実施形態２では、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１は、複数の導体セグメント５０を接続して形成されたものであるが、実施形態２の場合にも、上記の変形例１のように、それぞれの相巻線４１を１本の連続線６０で形成するようにしてもよい。また、実施形態２では、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１の巻線方式が波巻きとされているが、上記の変形例２のように、波巻きではなく重ね巻きにしてもよい。
【００６８】
〔試験２〕
実施形態２の奏する磁気騒音低減効果を確認するため、図１５に示すようなスロット倍数が１とされた点でのみ異なる比較例１を準備し、実施形態２と比較例１の騒音レベルを調べる試験を行った。図１６には、実施形態２の起磁力分布の測定結果が示され、図１７には、比較例１の起磁力分布の測定結果が示されている。そして、図１８には、実施形態２と比較例１のそれぞれの騒音レベル（合計起磁力変動幅）が示されている。
【００６９】
図１６及び図１７において、起磁力分布は、電気角６０°周期で変化しており、電気角が０°から３０°に変化したときに変動幅が最大となり、この変動幅が大きい程、騒音レベルは高くなる。そして、図１６及び図１７においてそれぞれの領域に発生する変動幅の差分を累積したものが、図１８に騒音レベル（合計起磁力変動幅）として示されている。図１８から明らかなように、実施形態２の騒音レベルは、比較例１の半分以下に低減されていることが解る。
【００７０】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
【００７１】
例えば、実施形態１では、固定子巻線４０を構成する基本となる導体セグメント５０として、Ｕ字形状のものが採用されているが、Ｕ字形状のものに代えてＩ字形状の導体セグメントを用いてもよい。
【００７２】
また、実施形態１では、ｎ(ｎは２以上の自然数)の値がｎ＝２とされ、実施形態２では、ｋ(ｋは２以上の自然数)の値がｋ＝２とされていたが、ｎ及びｋの値は、任意に設定することができる。
【００７３】
また、実施形態１及び２は、本発明に係る回転電機をモータ（電動機）に適用した例であるが、本発明は、車両に搭載される回転電機として、電動機あるいは発電機、さらには両者を選択的に使用しうる回転電機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…回転電機、 １０…ハウジング、 １１、１２…軸受け、 １３…回転軸、 １４…回転子、 ２０…固定子、 ３０…固定子鉄心、 ３１…スロット、 ４０…固定子巻線、 ４１…相巻線、 ４２…並列巻線、 ４２−１…第１並列巻線、 ４２−２…第２並列巻線、 ａ，１ａ，２ａ…第１部分巻線、 ｂ，１ｂ，２ｂ…第２部分巻線、 ｃ，１ｃ，２ｃ…第３部分巻線、 ｄ，１ｄ，２ｄ…第４部分巻線、 ４３…相端子、 ４４…中性点、 ４７…第１コイルエンド群、 ４８…第２コイルエンド群、 ５０…導体セグメント、 ５１…直状部、 ５２…ターン部、 ５３…頭頂段部、 ５４…傾斜部、 ５５…斜行部、 ５６…接合部、 ５７…スロット収容部、 ６０…連続線、 ６２…ターン部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用の電動機や発電機として使用される回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機として、周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子と、周方向に配列された複数のスロットを有し前記回転子と径方向に対向配置された固定子鉄心、及び、前記スロットに挿入されて前記固定子鉄心に巻装された複数の相巻線よりなる固定子巻線を有する固定子と、を備えた回転電機が知られている。このような回転電機においては、高出力化の要請から、固定子鉄心は、同一相の相巻線が収容される同相スロットを磁極ごとに周方向に連続して複数個ずつ有するように構成されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、各相２倍スロット（同相スロットが２個の場合）の固定子において波巻きにて巻装された三相の固定子巻線が開示されている。この固定子巻線を構成する各相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）は、図１９（ａ）に示すように、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを４個に分割されて、出力端子側から順に配置された第１〜第４部分巻線（ａ）〜（ｄ）により構成されている。この場合の各相巻線は、図１９（ｂ）に示すように、第１部分巻線（ａ）と第４部分巻線（ｄ）が同じ同相スロットＵ１に収容され、第２部分巻線（ｂ）と第３部分巻線（ｃ）が同じ同相スロットＵ２に収容されるように接続されている。なお、図１９（ｂ）には、代表としてＵ相の２個の同相スロットＵ１、Ｕ２が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、各相３倍スロット（同相スロットが３個の場合）で各スロットに固定子巻線の導体が径方向に６層存在する固定子において、重ね巻きと波巻きを混合した巻線方式について開示されており、内周側の４層を重ね巻きでスロットを充填した後、外周側の２層を波巻きにて充填している。この場合には、各相巻線の第１部分巻線と第６部分巻線が同じ同相スロットに収容されるように接続されることになる。
【０００５】
このように最先端の部分巻線と最後端の部分巻線が同じ同相スロットに収容される理由として、コイルエンドが高くなることを防ぐこと、コイルエンド上を径方向に横切る渡り線の形状を出来るだけ統一し造り易くすることが挙げられる。
【０００６】
なお、コイルエンドを出来るだけ低く抑えるためには、各相出力線と中性点の位置を固定子鉄心の外径側に揃えることが有効であり、これを達成するように渡り線を配置すると、コイルエンド上を径方向に横切る渡り線の本数は偶数本に限られる。各相２倍スロットの回転電機の場合には０本又は各相２本の計６本となる。
【０００７】
コイルエンド上を横切る渡り線の本数が０本の場合、各部分巻線のスロット挿入位置に関わらず、コイルエンド上で巻線は６重に重なる。また、渡り線の形状パターンも９種類で同じである。ここで図２０（ａ）には、第１部分巻線と第４部分巻線が同一スロットに挿入される場合の、図２０（ｂ）には、第１部分巻線と第２部分巻線が同一スロットに挿入される場合の渡り線の重なりをそれぞれ示した。各図で、スロットよりも内径側に渡り線を示すが、実際にはこの渡り線は内周側→コイルエンド上→内周側の経路で内径側を避ける様にスロット間をつないでいる。この時、第１部分巻線と第３部分巻線が同一スロットに挿入されることは、コイルエンド上を横切る渡り線が０本である限り有り得ない。
【０００８】
一方、コイルエンド上を横切る渡り線の本数が計６本の場合、第１部分巻線と第２部分巻線および第３部分巻線と第４部分巻線がそれぞれ同じスロットに挿入される場合は、図２１（ｃ）に示すように、コイルエンド上で巻線は６重に重なり、渡り線の形状パターンが８種類となる。また、第１部分巻線と第３部分巻線および第２部分巻線と第４部分巻線がそれぞれ同じスロットに挿入される場合は、図２１（ｂ）に示すように、コイルエンド上での巻線の重なりは４重であり、渡り線の形状パターンは５種類となる。また、第１部分巻線と第４部分巻線および第２部分巻線と第３部分巻線がそれぞれ同じスロットに挿入される場合は、図２１（ａ）に示すように、コイルエンド上での巻線の重なりは４重であり、渡り線の形状パターンは４種類となる。
【０００９】
従って、波巻きにおいて、最もコイルエンドが低く、造り易いのは第１部分巻線と第４部分巻線を同じスロットに挿入する構成であり、各相２倍スロットの回転電機では多くの場合この方式が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−６９７２９号公報
【特許文献２】特開２００４−６４９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、回転電機の固定子巻線には、電動機として作動させる場合に各相出力端子間に図２２に示すような最大電圧Ｖ０なる方形波の電圧が印加されるが、実際に固定子巻線の相間に発生する最大の電圧は、図２３に示す様にＶ０を超える。図２４は、固定子巻線における、入力電圧に対する出力電圧の増幅率を周波数に対してプロットした例であるが、印加された方形波の高周波成分に対し、固定子巻線が共振周波数を持つことが電圧増幅の原因である。
【００１２】
このように最大相間電圧が大きくなると、相間の電流短絡を防ぐために固定子巻線の被膜を厚くする等相間距離を広げ、絶縁性能を向上させる必要性が生じる。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、固定子巻線の相間における共振を低減させて、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くし得るようにした回転電機を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた第一の発明は、周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）を前記磁極ごとに周方向に連続してｎ(ｎは２以上の自然数)個ずつ有し、各前記相巻線（４１）は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個に分割されて、前記延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線（ａ）、第２部分巻線（ｂ）、・・・、第２ｎ部分巻線（ｄ）により構成され、前記第１部分巻線（ａ）と前記第２ｎ部分巻線（ｄ）が前記固定子鉄心（３０）の異なる前記同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）に収容されていることを特徴とする。
【００１５】
第一の発明によれば、各相巻線は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線、第２部分巻線、・・・、第２ｎ部分巻線により構成され、第１部分巻線と第２ｎ部分巻線が固定子鉄心の異なる同相スロットに収容されている。そのため、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができるので、共振周波数が低くなり且つ共振ピークが低くなる。これにより、固定子巻線の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００１６】
なお、相間電圧に影響を与える固定子巻線の共振周波数ｆｎは、コイルインダクタンスをＬ、静電容量をＣとした場合に、下記の式１により求められる。
【００１７】
ｆｎ＝１／２π√ＬＣ ………式１
ここで、共振要素としてのコイルインダクタンスＬは、単独のコイルにより発生する自己インダクタンスと、コイルの結合により発生する相互インダクタンスとで決まる。また、静電容量Ｃは、主に固定子巻線と固定子鉄心との間に発生する対地容量で決まる。本発明では、同相スロットに収容される各相巻線の部分巻線の収容位置を上記のように変更することで、互いに影響し合う負の相互インダクタンスを０に近づけることができる。これにより、共振周波数ｆｎが低くなり且つ共振ピークが低くなるように、共振特性を変えることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するためになされた第二の発明は、周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）を前記磁極ごとに周方向に連続して２ｋ(ｋは２以上の自然数)個ずつ有し、前記固定子巻線（４０）は、延伸方向一端から他端までにおいてｋ列に並んだ第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）よりなり、前記第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）を構成する各前記相巻線（４１）は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第２ｋの各前記同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）に独立して収容されていることを特徴とする。
【００１９】
第二の発明によれば、第１〜第ｋ並列巻線の延伸方向一端から他端までを２分割された前半と後半の分割巻線が隔離（別の同相スロットに配置）されることとなり、前半と後半の分割巻線の磁気結合が比較的弱くなるため、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができる。その結果、各分割巻線間の磁気結合を弱め、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができる。
【００２０】
なお、相間電圧に影響を与える固定子巻線の共振周波数ｆｎは、第一の発明の場合と同様に、上記の式１により求められる。第二の発明の場合にも、同相スロットに収容される各相巻線の部分巻線の収容位置を上記のように変更することで、互いに影響し合う負の相互インダクタンスを０に近づけることができる。これにより、共振周波数ｆｎが低くなり且つ共振ピークが低くなるように、共振特性を変えることができる。これにより、固定子巻線の相間における共振を低減させることができるため、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００２１】
また、第二の発明によれば、同相内において、電気角が６０°／ｋずれた巻線が形成されることにより、起磁力分布が変化し、合計起磁力の変動幅が小さくなるため、磁気騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１に係る回転電機の軸方向断面図である。
【図２】実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。
【図３】実施形態１において固定子鉄心のスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。
【図４】実施形態１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。
【図５】（ａ）は実施形態１に係る固定子巻線を構成する各相巻線の結線図であり、（ｂ）は実施形態１に係る固定子鉄心のＵ相の２個の同相スロット内に収容されたＵ相部分巻線の収容位置を示す模式図である。
【図６】パッシェンの法則により示される部分放電開始電圧と大気圧および導体間距離との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態１（本発明）及び従来１の周波数とゲインとの関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は試験１における固定子巻線の電圧測定位置を示す説明図であり、（ｂ）は試験１に用いた実施形態１に係る固定子巻線を構成するＵ相巻線の部分巻線の同相スロット内での収容位置を示す模式図である。
【図９】試験１における実施形態１、従来１及び従来２の電圧測定結果を示すグラフである。
【図１０】変形例１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図である。
【図１１】変形例２における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。
【図１２】実施形態２に係る固定子巻線を構成する各相巻線の結線図である。
【図１３】実施形態２における各相巻線の第１〜第４部分巻線のスロット内での収容位置を示す説明図である。
【図１４】実施形態２に係る固定子巻線の接続状態を示す説明図である。
【図１５】比較例１に係る固定子巻線の接続状態を示す説明図である。
【図１６】試験２における実施形態２の起磁力分布を示す図である。
【図１７】試験２における比較例１の起磁力分布を示す図である。
【図１８】試験２における実施形態２及び比較例１の騒音レベルを示すグラフである。
【図１９】（ａ）は従来の回転電機における固定子巻線を構成する各相巻線の結線図であり、（ｂ）は従来の回転電機における固定子鉄心のＵ相の２個の同相スロット内に収容されたＵ相部分巻線の収容位置を示す模式図である。
【図２０】従来の各相２倍スロットの回転電機において、固定子上を径方向に横切る渡り線の数が０本の時の第１〜第４部分巻線のスロット内での収容位置を示す説明図であって、（ａ）は第１部分巻線と第４部分巻線が同じスロットに入る場合を示し、（ｂ）は第１部分巻線と第２部分巻線が同じスロットに入る場合を示す。
【図２１】従来の各相２倍スロットの回転電機において、固定子上を径方向に横切る渡り線の数が２本の時の第１〜第４部分巻線のスロット内での収容位置を示す説明図であって、（ａ）は第１部分巻線と第４部分巻線が同じスロットに入る場合を示し、（ｂ）は第１部分巻線と第３部分巻線が同じスロットに入る場合を示し、（ｃ）は第１部分巻線と第２部分巻線が同じスロットに入る場合を示す。
【図２２】従来の回転電機において各相出力端子間に印加される電圧波形を示すグラフである。
【図２３】従来の回転電機において固定子巻線の共振により増幅された相間の電圧波形を示すグラフである。
【図２４】従来の回転電機において周波数に対する固定子巻線の電圧増幅率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の構成を模式的に示す軸方向断面図である。本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機として使用されるものであって、図１に示すように、略有底筒状の一対のハウジング部材１０ａ，１０ｂが開口部同士で接合されてなるハウジング１０と、ハウジング１０に軸受け１１，１２を介して回転自在に支承される回転軸１３に固定された回転子１４と、ハウジング１０内の回転子１４を包囲する位置でハウジング１０に固定された固定子２０と、を備えている。
【００２５】
回転子１４は、固定子２０の内周側と径方向に向き合う外周側に、周方向に所定距離を隔てて極性が交互に異なるように配置された複数の磁極を有する。これらの磁極は、回転子１４の所定位置に埋設された複数の永久磁石により形成されている。回転子１４の磁極の数は、回転電機により異なるため限定されるものではない。本実施形態においては、８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４）の回転子が用いられている。
【００２６】
次に、図２〜図６を参照して固定子２０について説明する。図２は、実施形態１に係る固定子の全体斜視図である。図３は、実施形態１において固定子鉄心のスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。図４は、実施形態１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。図５（ａ）は、実施形態１に係る固定子巻線を構成する各相巻線の結線図であり、（ｂ）は実施形態１に係る固定子鉄心のＵ相の２個の同相スロット３１内に収容されたＵ相部分巻線の収容位置を示す模式図である。
【００２７】
固定子２０は、図２に示すように、周方向に複数のスロット３１を有する円環状の固定子鉄心３０と、スロット３１に挿通配置された略Ｕ字形状の複数の導体セグメント５０の開放端部の端末部同士が固定子鉄心３０の軸方向一方側で溶接により接続されて固定子鉄心３０に巻装された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線４０と、を備えている。
【００２８】
固定子鉄心３０は、複数枚のコアシート（鋼板）を軸方向に積層して構成されている。固定子鉄心３０の内周面には、固定子巻線４０を収容できるように、固定子鉄心３０を軸方向に貫通し断面略矩形状の複数のスロット３１が周方向に等ピッチに、また、径方向に放射状に設けられている。固定子鉄心３０に形成されたスロット３１の数は、回転子１４の磁極数（８磁極）に対し、固定子巻線４０の１相あたり２個の割合で形成されており、スロット倍数ｎ(ｎは２以上の自然数)が２とされている。即ち、固定子鉄心３０には、同一相の相巻線４１を収容する同相スロット３１が前記磁極ごとに周方向に連続して２個ずつ設けられている。よって、本実施形態では、８×３×２＝４８より、スロット数は４８個とされている。
【００２９】
固定子鉄心３０のスロット３１に巻装された固定子巻線４０は、略Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０の開放端側の端部同士を溶接で互いに接合することにより構成されている。この導体セグメント５０は、外周に絶縁被膜（図示せず）が被覆された平角導体をＵ字形状に折り曲げることにより形成されている。なお、導体セグメント５０両端部の溶接で接合される接合部５６には、絶縁被膜が剥離されることにより導体露出部（図示せず）が形成されている。
【００３０】
略Ｕ字形状に形成された導体セグメント５０は、図３に示すように、互いに平行な一対の直線部５１、５１と、一対の直線部５１、５１の一端を互いに連結するターン部５２とからなる。ターン部５２の中央部には、固定子鉄心３０の端面３０ａに沿って延びる頭頂段部５３が設けられており、頭頂段部５３の両側には、固定子鉄心３０の端面３０ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部が設けられている。なお、符号２４は、固定子鉄心３０と固定子巻線４０との間を電気絶縁するインシュレータである。
【００３１】
図３には、同一相の隣接する２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂが示されている。この場合、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、それらの一対の直線部５１、５１が、同一のスロット３１ではなく、隣接した２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに別々に軸方向一端側から挿入される。即ち、図３の右側にある２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂにおいて、一方の導体セグメント５０Ａは、一方の直線部５１が一のスロット３１Ａの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子鉄心３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第５層に挿入される。
【００３２】
そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１がスロット３１Ａと隣接したスロット３１Ｂの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子鉄心３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第５層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット３１に対して偶数本の導体セグメント５０の直線部５１が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット３１内に、合計６本の直線部５１が径方向１列に積層配置されている。
【００３３】
スロット３１から軸方向他端側へ延出した一対の直線部５１、５１の開放端部は、固定子鉄心３０の端面３０ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、略半磁極ピッチ分の長さの捻り部５４（図２及び図４参照）が形成されている。そして、固定子鉄心３０の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の捻り部５４の先端部同士が溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。即ち、所定の導体セグメント５０が直列に接続されることにより、固定子鉄心３０のスロット３１に沿って周方向に渦巻き状に波巻きで巻回された３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１を有する固定子巻線４０が形成される。
【００３４】
なお、固定子巻線４０の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０により、固定子鉄心３０の周りを６周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線４０の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目とを接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント５０とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、図５（ａ）に示すように、固定子巻線４０の各相の巻線端が星型結線により結線される。
【００３５】
固定子巻線４０を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、図５（ａ）に示すように、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを２ｎ個（本実施形態ではｎ＝２から４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成されている。これら第１〜第４部分巻線ａ〜ｄの巻線方式は、全て波巻きである。
【００３６】
本実施形態では、各相巻線４１は、図５（ｂ）に示すように、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に収容されている。なお、図５（ｂ）には、代表としてＵ相の２個の同相スロットＵ１、Ｕ２が示されており、Ｖ相及びＷ相の場合も、Ｕ相と同様である。
【００３７】
また、各相巻線４１は、出力端子側から偶数番目に位置する第２ｍ(ｍは１≦ｍ≦ｎを満たす全ての自然数)部分巻線と、第２ｍ部分巻線の１つ前の奇数番目に位置する第(２ｍ−１)部分巻線が、固定子鉄心３０の同一の同相スロット３１に収容されている。即ち、図５（ｂ）に示すように、Ｕ相の相巻線４１の第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロットＵ１に収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロットＵ２に収容されている。
【００３８】
なお、上記のように構成された固定子巻線４０の軸方向一端側には、図２に示すように、固定子鉄心３０の一端面から突出した導体セグメント５０の複数のターン部５２が固定子鉄心３０の径方向に積層されてなる第１コイルエンド群４７が形成されている。また、固定子巻線４０の軸方向他端側には、固定子鉄心３０の他端面から突出した導体セグメント５０の複数の斜行部５５及び溶接による接合部５６が固定子鉄心３０の径方向に積層されてなる第２コイルエンド群４８が形成されている。
【００３９】
また、本実施形態の回転電機１は、固定子巻線４０を流れる交流電流が各相出力端子間で最大電圧３３０Ｖ以上となるように設定されている。即ち、図６に示すパッシェンの法則に従い、大気圧にて約３３０Ｖ以上で部分放電が発生し得るようにされている。
【００４０】
以上のように構成された本実施形態の回転電機１によれば、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１は、２ｎ個（本実施形態では４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に収容されている。そのため、負の相互インダクタンスを０に近づけることができるので、図７に示すように、従来の巻線配置に比べて、共振周波数が低くなり且つ共振ピークが低くなる。これにより、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、各相巻線４１の延伸方向一端側から偶数番目に位置する第２ｍ部分巻線と、その１つ前の奇数番目に位置する第(２ｍ−１)部分巻線が、同一の同相スロット３１に収容されている。即ち、各相巻線４１の第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロット３１に収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロット３１に収容されている。これにより、上記の、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に収容されていることと相俟って、固定子巻線４０の相間における共振を相乗的に低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００４２】
また、本実施形態の回転電機１は、パッシェンの法則に従い、固定子巻線４０を流れる交流電流が各相出力端子間で最大電圧３３０Ｖ以上となるように設定されている。そのため、絶縁のための導体間の必要空間距離は、約３３０Ｖ以上の領域にて相間電圧と正の相関を持ち、最大相間電圧の低減により必要相間距離を直接低減させることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、各相巻線４１の第１〜第４部分巻線ａ〜ｄの巻線方式が全て波巻きにされているため、固定子巻線４０を容易に形成することできる。また、固定子巻線４０の相間における共振の低減効果を確実に得ることができる。
【００４４】
また、本実施形態の固定子巻線４０は、スロット３１に軸方向に挿入配置された複数の導体セグメント５０が直列に接続されて固定子鉄心３０に巻装された複数の相巻線４１により構成され、固定子鉄心３０の軸方向一端側には、異なるスロット３１から延出した導体セグメント５０の端末部同士が互いに接合された接合部が周方向に周期的に且つ放射方向に配置されてなる第１コイルエンド群４７が形成され、固定子鉄心３０の軸方向他端側には、異なるスロット３１に収容されたスロット収容部５７同士を前記スロット３１の外部で連結する複数のターン部５２よりなる第２コイルエンド群４８が形成されている。そのため、固定子巻線４０を連続線で形成する場合に比べて、導体セグメント５０単体は、長さが非常に短く、ハンドリングが容易であるため、固定子巻線４０を容易に作製することができる。
【００４５】
〔試験１〕
実施形態１の奏する最大電圧低減効果を確認するため、各相２倍スロットで１２層の波巻き仕様の回転電機にて、各部分巻線間の結線部のみを操作し、部分巻線のスロット挿入順をふった場合の相間電圧を測定する試験を行った。相間電圧の測定は、図８に示すように、相巻線４１間で共振が高くなる部位（例えば、相巻線４１の延伸方向において出力端子側から約１／４の位置）で行った。その実測値を図９に示す。
【００４６】
図９に示すように、ａ→ｃ→ｄ→ｂで示すプロット線（従来１）とａ→ｄ→ｃ→ｂで示すプロット線（従来２）は、特許文献１と同様に第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが同じスロットに収容されている場合である。そして、ａ→ｂ→ｃ→ｄで示すプロット線（実施形態１）は、図８（ｂ）に示すように、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが異なる同相スロットＵ１、Ｕ２に収容されており、実施形態１の条件を満たす結線方式である。
【００４７】
実施形態１による結線方式では、共振による電圧波形の揺らぎが顕著に低減されることが図９のグラフより明らかである。また、従来１及び２の結線方式の場合には、最大電圧が入力電圧よりも増大しているのに対して、実施形態１の結線方式の場合には、入力電圧に対して約１８％の最大電圧の低減を達成している。
【００４８】
〔変形例１〕
図１０は、変形例１における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）は斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図である。
【００４９】
変形例１は、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１が、実施形態１のように、複数の導体セグメント５０を接続して形成されたものではなく、それぞれの相巻線４１が１本の連続線６０により形成されたものである。この場合、各相巻線４１の連続線６０は、固定子鉄心３０のスロット３１に収容される直線状の複数（１２本）のスロット収容部（図示せず）と、隣り合ったスロット収容部同士をスロット収容部の一端側と他端側とで交互に接続する複数（１１個）のターン部６２とを有する。この連続線６０は、延伸方向の最も一端側に位置する第１スロット収容部が固定子鉄心３０のスロット３１の最内層（第１層）に収容され、延伸方向の最も他端側に位置する第１２スロット収容部が固定子鉄心３０のスロット３１の最外層（第６層）に収容されて、固定子鉄心３０を周方向に１１／８周するように波巻により巻装されている。
【００５０】
なお、変形例１の場合にも、固定子巻線４０を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、実施形態１と同様に、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを２ｎ個（本実施形態ではｎ＝２から４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロットに収容されている（図５（ａ）（ｂ）参照）。これら第１〜第４部分巻線ａ〜ｄの巻線方式は、全て波巻きである。
【００５１】
また、各相巻線４１は、実施形態１と同様に、第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロットに収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロットに収容されている（図５（ｂ）参照）。
【００５２】
以上のように構成された変形例１の場合も、実施形態１と同様に、共振周波数を低くして共振ピークを低くすることができるので、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００５３】
〔変形例２〕
図１１は、変形例２における各相巻線の巻線方式を示す説明図であって、（ａ）斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は軸方向から見た平面図であり、（ｃ）は周方向に展開した展開図である。
【００５４】
変形例２は、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１が、実施形態１と同様に、Ｕ字形状の複数の導体セグメント５０を溶接により接続して形成されたものであるが、実施形態１の各相巻線４１が波巻きで形成されているのに対して、変形例２の各相巻線４１は重ね巻きで形成されている点でのみ実施形態１と異なる。
【００５５】
この場合、各相巻線４１は、図１１に示すように、２本のスロット収容部が同一の同相スロット３１に収容されて、それぞれの同相スロットで２層ずつ重ねられるようにして固定子鉄心３０に巻装されている。
【００５６】
なお、変形例２の場合にも、固定子巻線４０を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、実施形態１と同様に、延伸方向一端側の出力端子から他端側の中性点までを２ｎ個（本実施形態ではｎ＝２から４個）に分割されて、延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線ａ、第２部分巻線ｂ、第３部分巻線ｃ、第４部分巻線ｄにより構成され、第１部分巻線ａと第４部分巻線ｄが固定子鉄心３０の異なる同相スロットに収容されている（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【００５７】
また、各相巻線４１は、実施形態１と同様に、第２部分巻線ｂと第１部分巻線ａが同一の同相スロットに収容されていると共に、第４部分巻線ｄと第３部分巻線ｃが同一の同相スロットに収容されている（図５（ｂ）参照）。
【００５８】
以上のように構成された変形例２の場合も、実施形態１と同様に、共振周波数を低くして共振ピークを低くすることができるので、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧を小さくし、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００５９】
〔実施形態２〕
実施形態２の回転電機は、実施形態１の回転電機と固定子２０の構成のみが異なる。即ち、実施形態２では、固定子鉄心３０に形成されるスロット３１のスロット倍数が２ｋ(ｋは２以上の自然数)とされ、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１が、延伸方向一端（各相端子４３）から他端（中性点４４）までをｋ並列に配置された第１〜第ｋ並列巻線４２により構成され、第１〜第ｋ並列巻線４２は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第２ｋの各同相スロットに独立して収容されている点で、実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成については詳しい説明を省略し、以下、実施形態１と異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を用いる。
【００６０】
実施形態２の固定子２０は、周方向に９６個のスロット３１を有する円環状の固定子鉄心３０と、スロット３１に挿通配置された略Ｕ字形状の複数の導体セグメント５０の開放端部の端末部同士が固定子鉄心３０の軸方向一方側で溶接により接続されて固定子鉄心３０に巻装された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線４０と、を備えている。そして、実施形態２の固定子鉄心３０は、実施形態２ではｋ＝２とされているので、同一相の相巻線４１を収容する同相スロットが磁極ごとに周方向に連続して４（２ｋ＝４）個ずつ設けられている。即ち、スロット倍数が４とされている。
【００６１】
また、固定子巻線４０は、実施形態２ではｋ＝２とされているので、図１２に示すように、各相端子４３から中性点４４までにおいて２（ｋ）並列に構成された第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２より構成されている。そして、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２を構成する各相巻線４１は、延伸方向一端から他端までをそれぞれ４個の部分巻線に分割されている。即ち、第１並列巻線４２−１を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、それぞれ各相端子４３側から順に配置された第１部分巻線１ａ、第２部分巻線１ｂ、第３部分巻線１ｃ及び第４部分巻線１ｄにより構成されている。また、第２並列巻線４２−２を構成する３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）４１は、各相端子４３側から順に配置された第１部分巻線２ａ、第２部分巻線２ｂ、第３部分巻線２ｃ及び第４部分巻線２ｄにより構成されている。
【００６２】
第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２は、図１３及び図１４に示すように、前半側の第１及び第２部分巻線（１ａ，１ｂ）（２ａ，２ｂ）と後半側の第３及び第４部分巻線（１ｃ，１ｄ）（２ｃ，２ｄ）が、固定子鉄心３０の異なる同相スロット３１に独立して収容されている。なお、図１３には、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２を構成する各相巻線４１のうち、代表として、Ｕ相の相巻線４１の同相スロット内での収容位置が示されており、Ｖ相及びＷ相の場合もＵ相と同様である。
【００６３】
図１３及び図１４において、Ｕ相の連続する４個の同相スロットＵ１〜Ｕ４は、右側から左側へ順番に第１〜第４同相スロットＵ１〜Ｕ４が並んでいる。この場合、第１同相スロットＵ１には、第２並列巻線４２−２の前半側の第１及び第２部分巻線（２ａ，２ｂ）が交互に４本ずつ収容され、第２同相スロットＵ２には、第２並列巻線４２−２の後半側の第３及び第４部分巻線（２ｃ，２ｄ）が交互に４本ずつ収容されている。また、第３同相スロットＵ３には、第１並列巻線４２−１の前半側の第１及び第２部分巻線（１ａ，１ｂ）が交互に４本ずつ収容され、第４同相スロットＵ４には、第１並列巻線４２−１の後半側の第３及び第４部分巻線（１ｃ，１ｄ）が交互に４本ずつ収容されている。
【００６４】
そして、第１同相スロットＵ１に収容された第２並列巻線４２−２の前半側の第１及び第２部分巻線（２ａ，２ｂ）と、第３同相スロットＵ３に収容された第１並列巻線４２−１の前半側の第１及び第２部分巻線（１ａ，１ｂ）は、電気角で３０°離間している。これと同様に、第２同相スロットＵ２に収容された第２並列巻線４２−２の後半側の第３及び第４部分巻線（２ｃ，２ｄ）と、第４同相スロットＵ４に収容された第１並列巻線４２−１の後半側の第３及び第４部分巻線（１ｃ，１ｄ）も、電気角で３０°離間している。即ち、２並列に構成された第１並列巻線４２−１と第２並列巻線４２−２は、固定子鉄心３０に対して電気角で３０°離間した状態で巻装されている。
【００６５】
以上のように構成された実施形態２の回転電機によれば、各相巻線４１は、延伸方向一端から他端までを２（ｋ＝２）並列に配置された第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２により構成され、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第４同相スロットに独立して収容されている。そのため、第１及び第２並列巻線４２−１，４２−２の延伸方向一端から他端までを２分割された前半と後半の分割巻線が隔離（別の同相スロットに配置）されることとなり、前半と後半の分割巻線の磁気結合が比較的弱くなるので、負の相互インダクタンスによるコイルインダクタンスの低減を抑えることができる。これにより、上記実施形態１の場合と同様に、共振周波数が低くなり且つ共振ピークが低くなるため、固定子巻線４０の相間における共振を低減させることができる。その結果、最大相間電圧は小さくなり、絶縁のために必要な相間距離を短くすることができる。
【００６６】
また、実施形態２の回転電機によれば、同相内において、電気角が３０°（６０°／（ｋ＝２））ずれた巻線が形成されることにより、起磁力分布が変化し、合計起磁力の変動幅が小さくなるため、磁気騒音を低減することができる。この実施形態２の優れた効果は、下記の試験２により確認されている。
【００６７】
なお、実施形態２では、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１は、複数の導体セグメント５０を接続して形成されたものであるが、実施形態２の場合にも、上記の変形例１のように、それぞれの相巻線４１を１本の連続線６０で形成するようにしてもよい。また、実施形態２では、固定子巻線４０を構成する各相巻線４１の巻線方式が波巻きとされているが、上記の変形例２のように、波巻きではなく重ね巻きにしてもよい。
【００６８】
〔試験２〕
実施形態２の奏する磁気騒音低減効果を確認するため、図１５に示すようなスロット倍数が１とされた点でのみ異なる比較例１を準備し、実施形態２と比較例１の騒音レベルを調べる試験を行った。図１６には、実施形態２の起磁力分布の測定結果が示され、図１７には、比較例１の起磁力分布の測定結果が示されている。そして、図１８には、実施形態２と比較例１のそれぞれの騒音レベル（合計起磁力変動幅）が示されている。
【００６９】
図１６及び図１７において、起磁力分布は、電気角６０°周期で変化しており、電気角が０°から３０°に変化したときに変動幅が最大となり、この変動幅が大きい程、騒音レベルは高くなる。そして、図１６及び図１７においてそれぞれの領域に発生する変動幅の差分を累積したものが、図１８に騒音レベル（合計起磁力変動幅）として示されている。図１８から明らかなように、実施形態２の騒音レベルは、比較例１の半分以下に低減されていることが解る。
【００７０】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。
【００７１】
例えば、実施形態１では、固定子巻線４０を構成する基本となる導体セグメント５０として、Ｕ字形状のものが採用されているが、Ｕ字形状のものに代えてＩ字形状の導体セグメントを用いてもよい。
【００７２】
また、実施形態１では、ｎ(ｎは２以上の自然数)の値がｎ＝２とされ、実施形態２では、ｋ(ｋは２以上の自然数)の値がｋ＝２とされていたが、ｎ及びｋの値は、任意に設定することができる。
【００７３】
また、実施形態１及び２は、本発明に係る回転電機をモータ（電動機）に適用した例であるが、本発明は、車両に搭載される回転電機として、電動機あるいは発電機、さらには両者を選択的に使用しうる回転電機にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…回転電機、 １０…ハウジング、 １１、１２…軸受け、 １３…回転軸、 １４…回転子、 ２０…固定子、 ３０…固定子鉄心、 ３１…スロット、 ４０…固定子巻線、 ４１…相巻線、 ４２…並列巻線、 ４２−１…第１並列巻線、 ４２−２…第２並列巻線、 ａ，１ａ，２ａ…第１部分巻線、 ｂ，１ｂ，２ｂ…第２部分巻線、 ｃ，１ｃ，２ｃ…第３部分巻線、 ｄ，１ｄ，２ｄ…第４部分巻線、 ４３…相端子、 ４４…中性点、 ４７…第１コイルエンド群、 ４８…第２コイルエンド群、 ５０…導体セグメント、 ５１…直状部、 ５２…ターン部、 ５３…頭頂段部、 ５４…傾斜部、 ５５…斜行部、 ５６…接合部、 ５７…スロット収容部、 ６０…連続線、 ６２…ターン部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、
前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）を前記磁極ごとに周方向に連続してｎ(ｎは２以上の自然数)個ずつ有し、
各前記相巻線（４１）は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個に分割されて、前記延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線（ａ）、第２部分巻線（ｂ）、・・・、第２ｎ部分巻線（ｄ）により構成され、前記第１部分巻線（ａ）と前記第２ｎ部分巻線（ｄ）が前記固定子鉄心（３０）の異なる前記同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）に収容されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
各前記相巻線（４１）は、前記延伸方向一端側から偶数番目に位置する第２ｍ(ｍは１≦ｍ≦ｎを満たす全ての自然数)部分巻線と第(２ｍ−１)部分巻線が前記固定子鉄心（３０）の同一の前記同相スロットに収容されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記第１〜第２ｎ部分巻線（ａ〜ｄ）の巻線方式は全て波巻きであることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、
前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）を前記磁極ごとに周方向に連続して２ｋ(ｋは２以上の自然数)個ずつ有し、
前記固定子巻線（４０）は、延伸方向一端から他端までにおいてｋ並列に構成された第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）よりなり、
前記第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）を構成する各前記相巻線（４１）は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第２ｋの各前記同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）に独立して収容されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機において、
前記固定子巻線（４０）は、前記スロット（３１）に軸方向に挿入配置された複数の導体セグメント（５０）が直列に接続されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の前記相巻線（４１）により構成され、前記固定子鉄心（３０）の軸方向一端側には、異なる前記スロット（３１）から延出した前記導体セグメント（５０）の端末部同士が互いに接合された接合部が周方向に周期的に且つ放射方向に配置されてなる第１コイルエンド群（４７）が形成され、前記固定子鉄心（３０）の軸方向他端側には、異なる前記スロット（３１）に収容されたスロット収容部（５７）同士を前記スロット（３１）の外部で連結する複数のターン部（５２）よりなる第２コイルエンド群（４８）が形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機において、
前記固定子巻線（４０）を流れる交流電流は、各相出力端子間で最大電圧３３０Ｖ以上であることを特徴とする回転電機。
【請求項１】
周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、
前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）を前記磁極ごとに周方向に連続してｎ(ｎは２以上の自然数)個ずつ有し、
各前記相巻線（４１）は、延伸方向一端から他端までを２ｎ個に分割されて、前記延伸方向一端側から順に配置された第１部分巻線（ａ）、第２部分巻線（ｂ）、・・・、第２ｎ部分巻線（ｄ）により構成され、前記第１部分巻線（ａ）と前記第２ｎ部分巻線（ｄ）が前記固定子鉄心（３０）の異なる前記同相スロット（Ｕ１，Ｕ２）に収容されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
各前記相巻線（４１）は、前記延伸方向一端側から偶数番目に位置する第２ｍ(ｍは１≦ｍ≦ｎを満たす全ての自然数)部分巻線と第(２ｍ−１)部分巻線が前記固定子鉄心（３０）の同一の前記同相スロットに収容されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記第１〜第２ｎ部分巻線（ａ〜ｄ）の巻線方式は全て波巻きであることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
周方向に配列された複数対の磁極を有する回転子（１４）と、周方向に配列された複数のスロット（３１）を有し前記回転子（１４）と径方向に対向配置された固定子鉄心（３０）、及び、前記スロット（３１）に挿入されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の相巻線（４１）よりなる固定子巻線（４０）を有する固定子（２０）と、を備えた回転電機において、
前記固定子鉄心（３０）は、同一相の前記相巻線（４１）が収容される同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）を前記磁極ごとに周方向に連続して２ｋ(ｋは２以上の自然数)個ずつ有し、
前記固定子巻線（４０）は、延伸方向一端から他端までにおいてｋ並列に構成された第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）よりなり、
前記第１〜第ｋ並列巻線（４２−１，４２−２）を構成する各前記相巻線（４１）は、それぞれ延伸方向一端から他端までを２分割されて、それぞれの分割巻線が第１〜第２ｋの各前記同相スロット（Ｕ１〜Ｕ４）に独立して収容されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機において、
前記固定子巻線（４０）は、前記スロット（３１）に軸方向に挿入配置された複数の導体セグメント（５０）が直列に接続されて前記固定子鉄心（３０）に巻装された複数の前記相巻線（４１）により構成され、前記固定子鉄心（３０）の軸方向一端側には、異なる前記スロット（３１）から延出した前記導体セグメント（５０）の端末部同士が互いに接合された接合部が周方向に周期的に且つ放射方向に配置されてなる第１コイルエンド群（４７）が形成され、前記固定子鉄心（３０）の軸方向他端側には、異なる前記スロット（３１）に収容されたスロット収容部（５７）同士を前記スロット（３１）の外部で連結する複数のターン部（５２）よりなる第２コイルエンド群（４８）が形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機において、
前記固定子巻線（４０）を流れる交流電流は、各相出力端子間で最大電圧３３０Ｖ以上であることを特徴とする回転電機。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−８１３５６（Ｐ２０１３−８１３５６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４８５７０（Ｐ２０１２−１４８５７０）
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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