JP7070075B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、波巻きで構成されたコイルを備えた回転電機に関する。

従来、複数のティース部と、隣接するティース部の間に夫々形成された複数のスロットとを有する環状のステータコアと、ステータコアに巻回されるコイルと、ステータコアの径方向内側に対向して設けられ、コイルへの通電により発生する磁束を受けて回転するロータとを備えた３相交流回転電機が知られている。波巻きで構成されたコイルを備えた３相交流回転電機は、複数の導線の束を所定のコイルピッチで波巻きした単位コイルを相毎に有しており、複数のスロットに同一径となる円周方向に沿って各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の単位コイルを順番に挿入している（例えば特許文献１～３参照）。

特許文献１に記載の回転電機は、各相の単位コイル（文献では導体）を夫々複数に分けて分束コイルを形成し、各相の１層目の分束コイルを同一径となる円周方向に沿って順番に波巻きした後、各相の２層目の分束コイルを同一径となる円周方向に沿って順番に波巻きする巻形態を複数層繰り返している。これにより、１層分の分束コイルにおけるコイルエンドの幅が小さくなり、各相のコイルエンド同士が干渉することによる径方向への拡がりを極力低減している。

特許文献２～３には、３相８極４８スロットの回転電機において、コイルピッチが毎極スロット数（ステータコアのスロット数をロータの極数で割った値）よりも大きい長節巻とコイルピッチが毎極スロット数よりも小さい短節巻とを同一径となる円周方向に沿って交互に繰り返して波巻きした回転電機が開示されている。特許文献２～３に記載の回転電機は、隣接する２つのスロットに夫々挿入される２つの同相の単位コイルを夫々繋ぎ目のない連続線で構成している。

特開平７－１６３０７４号公報 特開２０１１－１８２５２２号公報 特開２０１３－１８３４９２号公報

特許文献１～３に記載の回転電機は、何れも複数のスロットに同一径となる円周方向に沿って各相の単位コイルを順番に挿入している。このため、各相のコイルエンドがステータコアの外周側から内周側に向かって夫々積層した状態となり、各相の単位コイルの端部がステータコアの外周側から内周側に亘って複数延在している。その結果、Ｙ結線における各相の単位コイル同士の相端子や中性点同士の結線作業が複雑になる。

そこで、波巻きで構成されるコイル端部の結線作業が容易な回転電機が望まれている。

本発明に係る回転電機の特徴構成は、複数のティース部と、隣接する前記ティース部の間に夫々形成された複数のスロットとを有する環状のステータコアと、複数の前記スロットに亘って波巻きで巻回されて構成された単位コイルを複数有するコイルと、を備え、全ての前記単位コイルの両端部は、一方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最外周側に配置され、他方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最内周側に配置されており、前記単位コイルは、前記ティース部の一方の端面側のコイルエンドが、前記ステータコアのスロット数を前記ロータの極数で割った毎極スロット数よりもコイルピッチが大きい長節巻と前記毎極スロット数よりもコイルピッチが小さい短節巻とを交互に繰返しており、前記ティース部の他方の端面側のコイルエンドが、前記毎極スロット数とコイルピッチが等しい全節巻で構成されている点にある。

本構成では、全ての単位コイルの両端部は、一方の端部がステータコアの最外周側に配置され、他方の端部がステータコアの最内周側に配置されている。このため、例えば３相交流回転電機におけるＹ結線の場合において、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の単位コイル同士の相端子の結線作業や、各相間の単位コイルの中性点同士の結線作業が容易である。

しかも、単位コイルの一方の端部（例えば相端子）が最外周側に配置され、単位コイルの他方の端部（例えば中性点）が最内周側に配置されていれば、相端子と中性点との区分けが明確となる。このように、波巻きで構成されるコイル端部の結線作業が容易な回転電機を提供できた。

本構成のように、ティース部の一方の端面側のコイルエンドを長節巻と短節巻とで構成し、ティース部の他方の端面側のコイルエンドを全節巻で構成すれば、単位コイルの形状を共通化しつつ単位コイルの両端部を最外周側又は最内周側に配置することが可能となる。

他の特徴構成は、前記単位コイルの両端部が前記ティース部の前記一方の端面側に延出している点にある。

本構成では、ティース部の一方の端面側が長節巻と短節巻とで構成されているので、隣接するスロットに同相の２つの単位コイルが挿入される場合に、１つの単位コイルが長節巻で他の単位コイルが短節巻となるコイルエンドが配置される。このため、同相の２つの単位コイルにおける夫々のコイルエンドが径方向で干渉することがなく、コイルエンドの径方向の空間が生み出される。そこで、本構成のように、この一方の端面側に単位コイルの両端部が引き出されていれば、径方向の空間を有効活用して結線部位を形成することができる。

他の特徴構成は、前記単位コイルの両端部が前記ティース部の前記他方の端面側に延出している点にある。

本構成では、ティース部の他方の端面側が全節巻で構成されているので、隣接するスロットに同相の２つの単位コイルが挿入される場合に径方向の幅が大きくなるが、軸方向の空間が生み出される。そこで、本構成のように、この他方の端面側に単位コイルの両端部が引き出されていれば、軸方向の空間を有効活用して結線部位を形成することができる。

他の特徴構成は、隣接する前記スロットに挿入される同相の２つの前記単位コイルのうち、一方の前記単位コイルは、前記ティース部の一方の端面側のコイルエンドが、前記ステータコアのスロット数を前記ロータの極数で割った毎極スロット数よりもコイルピッチが大きい長節巻で構成されており、前記ティース部の他方の端面側のコイルエンドが、前記毎極スロット数よりもコイルピッチが小さい短節巻で構成されており、他方の前記単位コイルは、前記ティース部の前記一方の端面側のコイルエンドが、前記短節巻で構成されており、前記ティース部の前記他方の端面側のコイルエンドが、前記長節巻で構成されている点にある。

本構成では、ティース部の一方又は他方の端面側に配置される２つの単位コイルは、長節巻と短節巻とが繰返し配置されることとなる。このため、同相の２つの単位コイルにおける夫々のコイルエンドが干渉することがなく、ティース部の両方の端面におけるコイルエンドの径方向の幅を小さくできる。

本発明に係る回転電機の特徴構成は、複数のティース部と、隣接する前記ティース部の間に夫々形成された複数のスロットとを有する環状のステータコアと、複数の前記スロットに亘って波巻きで巻回されて構成された単位コイルを複数有するコイルと、を備え、全ての前記単位コイルの両端部は、一方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最外周側に配置され、他方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最内周側に配置されており、前記単位コイルは、３６０度を同相の複数の前記単位コイルを電気的に並列接続した並列数で割った値に対し、前記ステータコアのスロット数を相数及び前記ロータの極数で割った毎極毎相スロット数を乗じた角度毎に、径方向に１層ずらした螺旋状に構成されている点にある。

本構成では、全ての単位コイルの両端部は、一方の端部がステータコアの最外周側に配置され、他方の端部がステータコアの最内周側に配置されている。このため、例えば３相交流回転電機におけるＹ結線の場合において、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の単位コイル同士の相端子の結線作業や、各相間の単位コイルの中性点同士の結線作業が容易である。しかも、単位コイルの一方の端部（例えば相端子）が最外周側に配置され、単位コイルの他方の端部（例えば中性点）が最内周側に配置されていれば、相端子と中性点との区分けが明確となる。また、本構成では、例えば３相８極４８スロットの回転電機において並列数を４つとした場合、単位コイルが１８０度ごとに径方向に１層ずらして螺旋状に構成されている。つまり、毎極毎相スロット数が２となる回転電機において、全節巻のコイルピッチ角となる４５度（３６０度／８極）まで並列数を増やすことが可能となり、並列数を最大で１６とすることができる。これにより、並列数を増やして回転電機に大電流を流すことを可能にしながらも単位コイルの両端部を最外周側又は最内周側に配置することができる。

他の特徴構成は、前記単位コイルの前記一方の端部は、Ｙ結線の中性点で構成されている点にある。

Ｙ結線の中性点は全ての相を結線するため中性点接続線が１本となり、各相に設けられる相端子接続線に比べて少ない。そこで、本構成のようにステータコアの最外周側に配置される単位コイルの一方の端部を中性点とすれば、コイルエンドの外周側でコイルエンドに沿って中性点接続線を配策することが可能となるため、回転電機の軸寸法をコンパクトにすることができる。

回転電機の一部拡大断面図である。 単位コイルの構成例を示す模式図である。 単位コイルのスロット内における配設例を示す平面模式図である。 Ｙ結線の配線例を示す平面模式図である。 Ｕ１相の巻線構成を示す平面模式図である。 Ｕ２相の巻線構成を示す平面模式図である。 Ｕ３相の巻線構成を示す平面模式図である。 Ｕ４相の巻線構成を示す平面模式図である。 各相の単位コイルを示す展開図である。 各相の巻線構成を示す側面模式図である。 別実施形態１に係るＵ相の単位コイルの配設例を示す平面模式図である。 別実施形態２に係るＵ相の単位コイルの配設例を示す平面模式図である。 別実施形態２に係るＵ１相の巻線構成を示す平面模式図である。 別実施形態２に係るＵ２相の巻線構成を示す平面模式図である。

以下に、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、回転電機の一例として、三相交流同期電動機（以下、モータＭと称する。）として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

図１に示すように、モータＭは、コイル１が巻回される複数のスロット３２を有するステータ３と、ステータ３と対向し複数の永久磁石２２を有するロータ２とを備えている。以下の説明において、ロータ２の回転方向及び逆回転方向を周方向Ｘ、ロータ２の半径方向を径方向Ｙ、ステータコア３１の軸芯（ロータ２の回転軸芯と同軸芯）と平行な方向を軸芯方向Ｚと称する。また、径方向Ｙのうち、ステータ３からロータ２に向かう方向（スロット３２の開口側）を径内方向Ｙ１と称し、ロータ２からステータ３に向かう方向（スロット３２の底部側）を径外方向Ｙ２と称する。また、軸芯方向Ｚのうち、図１の紙面手前側から紙面奥側に向かう方向を軸奥方向Ｚ１と称し、図１の紙面奥側から紙面手前側に向かう方向を軸前方向Ｚ２と称する。

ステータ３は、筒状のステータコア３１を有しており、ステータコア３１は複数の磁性鋼板を積層して形成されている。ステータコア３１は、径外方向Ｙ２側で環状に形成されたヨーク部３１ａと、ヨーク部３１ａから径内方向Ｙ１に突出する複数のティース部３１ｂと、複数のティース部３１ｂの突出端において周方向Ｘに沿って配置されるフランジ部３１ｃとで構成されている。隣接するティース部３１ｂの間には、コイル１が巻回されるスロット３２が夫々形成されており、複数のスロット３２が、複数のティース部３１ｂと同じ数だけ設けられている。

ロータ２は、ステータコア３１のフランジ部３１ｃと対向して設けられており、コイル１への通電により発生する磁束を受けて回転する。ロータ２は、複数の磁性鋼板を積層して形成される筒状のロータコア２１と、ロータコア２１に埋設された複数の永久磁石２２とを有している。このロータコア２１は不図示の軸部材に支持されており、ロータ２がステータ３に対して周方向Ｘに相対回転可能に構成されている。永久磁石２２は、希土類系磁石等で構成されており、Ｎ極とＳ極とが周方向Ｘに沿って交互に配置されている。なお、複数の永久磁石２２の外周面をロータコア２１から露出させても良い。

複数のスロット３２に巻回されるコイル１は、例えば銅線を絶縁層で被覆した導線で構成されている。この導線は、断面円形状の丸線、断面多角形状の角線、断面矩形状の平角線等の種々の導線が用いられる。本実施形態において、スロット３２に対するコイル１の巻回方式は波巻きとなっている。

図２には、コイル１のスロット３２に対する巻回方式として、波巻きの単位コイル１１が示されている。詳細は後述するが、コイル１は、同相の複数の単位コイル１１を夫々電気的に並列接続することにより形成されている（図４参照）。

この単位コイル１１は通常、複数の導線を束にして構成されているが、便宜上１つの線分で表現している。単位コイル１１は、軸芯方向Ｚに沿う複数のコイルサイド１１ａと、周方向Ｘに沿う複数のコイルエンド１１ｂと、を有している。コイルサイド１１ａの軸芯方向Ｚに沿う一方の端部は、周方向Ｘに沿う第一方向（紙面右方向）にコイルエンド１１ｂが接続され、コイルサイド１１ａの軸芯方向Ｚに沿う他方の端部は、周方向Ｘに沿う第一方向とは反対の第二方向（紙面左方向）にコイルエンド１１ｂが接続されている。つまり、コイルエンド１１ｂは、周方向Ｘに所定のコイルピッチで隣り合う一対のコイルサイド１１ａの軸芯方向Ｚに沿う一方の端部同士又は他方の端部同士を交互に接続している。このように、波巻きのコイル１は、コイルエンド１１ｂがティース部３１ｂの一方の端面側と、ティース部３１ｂの他方の端面側とを交互に繰り返している（図１０参照）。

コイルピッチは、ステータ３のスロット３２の数をロータ２の磁極数で除算した毎極スロット数又は毎極スロット数に近い整数である。このコイルピッチは、例えば８極４８スロット（毎極スロット数が６）のモータＭの場合、６スロット（全節巻）、５スロット（短節巻）、又は７スロット（長節巻）が選択される。

図１に戻り、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のコイル１の夫々は、スロット３２内に径方向Ｙに沿って複数の単位コイル１１（本実施形態では、図５と図７の組合せの２つ）のコイルサイド１１ａを複数層（本実施形態では５層）積層させている。なお、スロット３２内のコイルサイド１１ａの積層数は、２層以上であれば特に限定されない。

図３には、各相における単位コイル１１の複数のコイルサイド１１ａがスロット３２内に積層された配設例が示されている。Ｕ相のコイル１とＶ相のコイル１とＷ相のコイル１とは、夫々がこの順番で電気角にして１２０°位相がずれている。以下、各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）は位相のずれを除いて単位コイル１１の配置構成が同一であるので、Ｕ相のコイル１を代表して説明する。また、外周に沿って反時計回りに順番に大きくなる数字は、仮想で設定したスロット番号を示している。以下、各スロット３２のスロット番号を表現するとき、例えば「１番スロット」のように記載する。

本実施形態では、３相８極４８スロットのモータＭを例に説明する。本実施形態のモータＭは、ステータ３のスロット３２の数（４８スロット）を相数（３相）及びロータ２の磁極数（８極）で除算した既約分数（以下、毎極毎相スロット数とも称する。）が２となる整数スロットである。つまり、毎極（Ｎ極又はＳ極）で同相且つ電流方向が同じであるスロット数が２となり、例えば、Ｕ相の場合、隣接する１番スロット及び４８番スロットが同一の磁極に対向している。

図４に示すように、Ｕ相のコイル１は、４つの単位コイル１１を有しており、これら単位コイル１１が電気的に並列接続されている。同様に、Ｖ相のコイル１及びＷ相のコイル１も４つの単位コイル１１が電気的に並列接続されている。そして、３相のコイル１がＹ結線の中性点で電気的に接続されている。なお、３相のコイル１をΔ結線で電気的に接続しても良く、特に限定されない。以下、Ｕ相の４つの単位コイル１１を夫々、「Ｕ１相の単位コイル１１」、「Ｕ２相の単位コイル１１」、「Ｕ３相の単位コイル１１」、「Ｕ４相の単位コイル１１」と表現する。

図３に戻り、Ｕ１相の単位コイル１１は、１番スロットの最も径外方向Ｙ２に位置する最外層に一方の端部（本実施形態では中性点Ｕ１ｎ）を設け、１８番スロットの最も径内方向Ｙ１に位置する最内層に他方の端部（本実施形態では相端子Ｕ１ｓ）を設けている。Ｕ２相の単位コイル１１は、１３番スロットの最も径外方向Ｙ２に位置する最外層に一方の端部（本実施形態では中性点Ｕ２ｎ）を設け、３０番スロットの最も径内方向Ｙ１に位置する最内層に他方の端部（本実施形態では相端子Ｕ２ｓ）を設けている。

Ｕ３相の単位コイル１１は、２５番スロットの最も径外方向Ｙ２に位置する最外層に一方の端部（本実施形態では中性点Ｕ３ｎ）を設け、４２番スロットの最も径内方向Ｙ１に位置する最内層に他方の端部（本実施形態では相端子Ｕ３ｓ）を設けている。Ｕ４相の単位コイル１１は、３７番スロットの最も径外方向Ｙ２に位置する最外層に一方の端部（本実施形態では中性点Ｕ４ｎ）を設け、６番スロットの最も径内方向Ｙ１に位置する最内層に他方の端部（本実施形態では相端子Ｕ４ｓ）を設けている。なお、上述したように、Ｖ相の相端子Ｖ１ｓ～Ｖ４ｓ、Ｖ相の中性点Ｖ１ｎ～Ｖ４ｎ、Ｗ相の相端子Ｗ１ｓ～Ｗ４ｓ、及びＷ相の中性点Ｗ１ｎ～Ｗ４ｎについても、同様の構成であるので説明を省略する。

つまり、本実施形態では、全ての単位コイル１１の両端部は、一方の端部がステータコア３１の最外周側に配置されており、他方の端部がステータコア３１の最内周側に配置されている。また、単位コイル１１の一方の端部は、Ｙ結線の中性点で構成されており、単位コイル１１の他方の端部は、Ｙ結線の相端子で構成されている。

続いて、図３及び図５～図１０を用いて、全ての単位コイル１１の両端部を、ステータコア３１の最外周側又は最内周側に配置するための巻線構成（単位コイル１１の配設構成）について説明する。以下の説明において、５層のコイルサイド１１ａが収容されているスロット３２において、最外周側の最外層から最内周側の最内層へと行くに従い、１層目～５層目として説明する。つまり、スロット３２の最外層を１層目として、径内方向Ｙ１に向かうに連れて２層目、３層目、４層目、５層目となる。

図３及び図５～図８では、Ｕ１相（図３ではＶ１相，Ｗ１相も同様）の単位コイル１１のコイルサイド１１ａを実線の丸、Ｕ２相（図３ではＶ２相，Ｗ２相も同様）の単位コイル１１のコイルサイド１１ａを実線の四角、Ｕ３相（図３ではＶ３相，Ｗ３相も同様）の単位コイル１１のコイルサイド１１ａを破線の丸、Ｕ４相（図３ではＶ４相，Ｗ４相も同様）の単位コイル１１のコイルサイド１１ａを破線の四角で示している。また、図５～図８では、周方向Ｘに隣り合うコイルサイド１１ａを接続するコイルエンド１１ｂについて、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）を実線、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）を破線で示している。また、図９～図１０では、Ｕ相の単位コイル１１を実線、Ｖ相の単位コイル１１を一点鎖線、Ｗ相の単位コイル１１を二点鎖線で示している。また、図９に示す単位コイル１１の展開図に付した数字は、コイルピッチを示している。なお、図３及び図５～図８は、ステータコア３１のフランジ部３１ｃを省略した模式図としている。

図５には、Ｕ１相の単位コイル１１の巻構成が示されている。Ｕ１相の単位コイル１１の一方の端部（中性点Ｕ１ｎ）が１番スロットの１層目となり、１番スロットの軸奥方向Ｚ１に向けてコイルサイド１１ａが配設されると共に、コイルピッチが全節巻（６スロット）となる１番スロットの１層目から７番スロットの１層目に向けて、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）にコイルエンド１１ｂが配設される。次に、７番スロットの軸前方向Ｚ２に向けてコイルサイド１１ａが配設されると共に、コイルピッチが短節巻（５スロット）となる７番スロットの１層目から１２番スロットの１層目に向けて、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）にコイルエンド１１ｂが配設される。

次に、１２番スロットの軸奥方向Ｚ１に向けてコイルサイド１１ａが配設されると共に、コイルピッチが全節巻（６スロット）となる１２番スロットの１層目から１８番スロットの１層目に向けて、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）にコイルエンド１１ｂが配設される。次に、１８番スロットの軸前方向Ｚ２に向けてコイルサイド１１ａが配設されると共に、コイルピッチが長節巻（７スロット）となる１８番スロットの１層目から２５番スロットの２層目に向けて、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）にコイルエンド１１ｂが配設される。この半周（０．５ターン）におけるＵ１相の単位コイル１１は、コイルピッチが、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返している。また、Ｕ１相の単位コイル１１は、１番スロットから１８０度ずれた２５番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらして配設されている。

つまり、Ｕ１相の単位コイル１１の１回目の０．５ターンは、１番スロット、７番スロット、１２番スロット、１８番スロット、２５番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、１番スロットから１８０度ずれた２５番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の２層目にコイルサイド１１ａが配設されている。

同様に、Ｕ１相の単位コイル１１の２回目の０．５ターンは、２５番スロット、３１番スロット、３６番スロット、４２番スロット、１番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、２５番スロットから１８０度ずれた１番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の３層目にコイルサイド１１ａが配設されている。さらに、同様の巻構成を１周分（１ターン）繰り返し、１番スロットの３層目及び５層目にＵ１相の単位コイル１１のコイルサイド１１ａが配設される。

次に、コイルピッチが全節巻（６スロット）となる１番スロットの５層目から７番スロットの５層目に向けて、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）にコイルエンド１１ｂが配設される。次に、７番スロットの軸前方向Ｚ２に向けてコイルサイド１１ａが配設されると共に、コイルピッチが短節巻（５スロット）となる７番スロットの５層目から１２番スロットの５層目に向けて、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）にコイルエンド１１ｂが配設される。次に、１２番スロットの軸奥方向Ｚ１に向けてコイルサイド１１ａが配設されると共に、コイルピッチが全節巻（６スロット）となる１２番スロットの５層目から１８番スロットの５層目に向けて、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）にコイルエンド１１ｂが配設される。そして、１８番スロットの軸前方向Ｚ２に向けてコイルサイド１１ａを配設してＵ１相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ１ｓ）を引き出す。すなわち、１８番スロットの５層目がＵ１相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ１ｓ）となる。つまり、Ｕ１相の単位コイル１１の５回目の約０．５ターンは、１番スロットの５層目から１８番スロットの５層目まで全節巻、短節巻、全節巻の順で配設されており、全節巻の端部からＵ１相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ１ｓ）が引き出されている。

その結果、Ｕ１相の単位コイル１１は、合計約２．５ターンとなり、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）においては、短節巻と長節巻とが交互に繰り返され、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）においては、全て全節巻となっている。

図６には、Ｕ２相の単位コイル１１の巻構成が示されている。Ｕ２相の単位コイル１１の一方の端部（中性点Ｕ２ｎ）が１３番スロットの１層目となり、Ｕ２相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ２ｓ）が３０番スロットの５層目となっている。つまり、Ｕ１相の単位コイル１１の両端部の位置に比べて、３６０度をＵ相の単位コイル１１の数（４つ、図４の並列数と同じ）で割った角度（９０度）だけＵ２相の単位コイル１１の両端部の位置が反時計回りにずれている。

Ｕ２相の単位コイル１１の巻構成については、Ｕ１相の単位コイル１１と同様に、１回目の０．５ターンにおいて、１３番スロット、１９番スロット、２４番スロット、３０番スロット、３７番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、１３番スロットから１８０度ずれた３７番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の２層目にコイルサイド１１ａが配設されている。同様に、Ｕ２相の単位コイル１１の２回目の０．５ターンは、３７番スロット、４３番スロット、４８番スロット、６番スロット、１３番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、３７番スロットから１８０度ずれた１３番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の３層目にコイルサイド１１ａが配設されている。さらに、同様の巻構成を１周分（１ターン）繰り返し、１３番スロットの３層目及び５層目にＵ２相の単位コイル１１のコイルサイド１１ａが配設される。そして、Ｕ２相の単位コイル１１の５回目の約０．５ターンは、１３番スロットの５層目から３０番スロットの５層目まで全節巻、短節巻、全節巻の順で配設されており、全節巻の端部からＵ２相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ２ｓ）が引き出されている。

図７には、Ｕ３相の単位コイル１１の巻構成が示されている。Ｕ３相の単位コイル１１の一方の端部（中性点Ｕ３ｎ）が２５番スロットの１層目となり、Ｕ３相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ３ｓ）が４２番スロットの５層目となっている。つまり、Ｕ２相の単位コイル１１の両端部の位置に比べて、３６０度をＵ相の単位コイル１１の数（４つ、図４の並列数と同じ）で割った角度（９０度）だけＵ３相の単位コイル１１の両端部の位置が反時計回りにずれている。

Ｕ３相の単位コイル１１の巻構成については、Ｕ１相の単位コイル１１と同様に、１回目の０．５ターンにおいて、２５番スロット、３１番スロット、３６番スロット、４２番スロット、１番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、２５番スロットから１８０度ずれた１番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の２層目にコイルサイド１１ａが配設されている。同様に、Ｕ３相の単位コイル１１の２回目の０．５ターンは、１番スロット、７番スロット、１２番スロット、１８番スロット、２５番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、１番スロットから１８０度ずれた２５番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の３層目にコイルサイド１１ａが配設されている。さらに、同様の巻構成を１周分（１ターン）繰り返し、２５番スロットの３層目及び５層目にＵ３相の単位コイル１１のコイルサイド１１ａが配設される。そして、Ｕ３相の単位コイル１１の５回目の約０．５ターンは、２５番スロットの５層目から４２番スロットの５層目まで全節巻、短節巻、全節巻の順で配設されており、全節巻の端部からＵ３相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ３ｓ）が引き出されている。

図８には、Ｕ４相の単位コイル１１の巻構成が示されている。Ｕ４相の単位コイル１１の一方の端部（中性点Ｕ４ｎ）が３７番スロットの１層目となり、Ｕ４相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ４ｓ）が６番スロットの５層目となっている。つまり、Ｕ３相の単位コイル１１の両端部の位置に比べて、３６０度をＵ相の単位コイル１１の数（４つ、図４の並列数と同じ）で割った角度（９０度）だけＵ４相の単位コイル１１の両端部の位置が反時計回りにずれている。

Ｕ４相の単位コイル１１の巻構成については、Ｕ１相の単位コイル１１と同様に、１回目の０．５ターンにおいて、３７番スロット、４３番スロット、４８番スロット、６番スロット、１３番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、３７番スロットから１８０度ずれた１３番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の２層目にコイルサイド１１ａが配設されている。同様に、Ｕ４相の単位コイル１１の２回目の０．５ターンは、１３番スロット、１９番スロット、２４番スロット、３０番スロット、３７番スロットの順で、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻をこの順で繰り返し、１３番スロットから１８０度ずれた３７番スロットにおいて、径内方向Ｙ１に１層ずらしたスロット３２の３層目にコイルサイド１１ａが配設されている。さらに、同様の巻構成を１周分（１ターン）繰り返し、３７番スロットの３層目及び５層目にＵ４相の単位コイル１１のコイルサイド１１ａが配設される。そして、Ｕ４相の単位コイル１１の５回目の約０．５ターンは、３７番スロットの５層目から６番スロットの５層目まで全節巻、短節巻、全節巻の順で配設されており、全節巻の端部からＵ４相の単位コイル１１の他方の端部（相端子Ｕ４ｓ）が引き出されている。

このように、Ｕ相の単位コイル１１の巻構成は、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻で構成される０．５ターン分を２ターン分繰り返し、最後の約０．５ターンで全節巻、短節巻、全節巻となる同一形状となっている（図９の展開図参照）。また、図５～図８に示すように、同相の複数の単位コイル１１は、夫々両端部の位置を周方向Ｘに９０度ずらして構成した同一の螺旋形状となっている。このため、Ｕ１相～Ｕ４相の単位コイル１１を電気的に並列接続した場合でも、夫々の単位コイル１１の間で電位差が生じなくなり、循環電流の発生を防止できる。

また、電気的に並列接続された複数の単位コイル１１は、夫々、１８０度（０．５ターン）ごとに径内方向Ｙ１に１層ずらして螺旋状に形成している。この１層ずらす角度は、３６０度を同相の複数の単位コイル１１を電気的に並列接続した並列数（４つ）で割った値に対し、毎極毎相スロット数（２つ）を乗じた角度で規定されている。つまり、毎極毎相スロット数が２となる本実施形態のモータＭにおいて、全節巻のコイルピッチ角となる４５度（３６０度／８極）まで並列数を増やすことが可能となり、並列数を最大で１６とすることができる。これにより、並列数を増やしてモータＭに大電流を流すことが可能となる。

図９に示すように、単位コイル１１を展開したとき、Ｕ相の単位コイル１１は、全て、全節巻が１０回、短節巻又は長節巻が計９回で構成される同一形状となっている。Ｕ相と同様に、Ｖ相及びＷ相も全て、全節巻が１０回、短節巻又は長節巻が計９回で構成される同一形状となっている。このように、全ての単位コイル１１の形状が同一であるので、単位コイル１１の成形治具を共通化することが可能となり、製造コストを低減することができる。

ここで、本実施形態における単位コイル１１の全節巻のコイルエンド１１ｂの総数（Ｆ）や短節巻又は長節巻のコイルエンド１１ｂの総数（Ｇ）について、下記の式（１）～式（２）で規定できる。なお、相数をＡ、スロット数をＢ、同相の単位コイル１１数（並列数と同義）をＣ、スロット３２の積層数をＤとする。
式（１）Ｆ＝（Ｄ／Ｃ）×（Ｂ／２Ａ）
式（２）Ｇ＝（Ｄ／Ｃ）×（Ｂ／２Ａ）－１

本実施形態のモータＭは３相８極４８スロット（Ａ＝３，Ｂ＝４８）であり、同相の単位コイル１１数が４つ（Ｃ＝４）且つスロット３２の積層数が５つ（Ｄ＝５）ある。このため、全節巻のコイルエンド１１ｂの総数は、式（１）よりＦ＝（５／４）×（４８／６）＝１０となり、短節巻又は長節巻のコイルエンド１１ｂの総数は、式（２）よりＧ＝（５／４）×（４８／６）－１＝９となる。

図１０には、径方向Ｙ視における各相の巻線構成の概念図が示されている。同図からも理解されるように、各相の単位コイル１１は全て、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面上側）において、短節巻と長節巻とが交互に繰り返され、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面下側）において、全て全節巻となっている。ティース部３１ｂの一方の端面側は長節巻と短節巻とで構成されているので、隣接するスロット３２に同相の２つの単位コイル１１が挿入されるとき、１つの単位コイル１１が長節巻で他の単位コイル１１が短節巻となるコイルエンド１１ｂが配置される。このため、同相の単位コイル１１におけるコイルエンド１１ｂが干渉することがなく、コイルエンド１１ｂの径方向Ｙの幅を小さくできる。一方、ティース部３１ｂの他方の端面側は全節巻が繰り返されているので、同相の単位コイル１１におけるコイルエンド１１ｂが干渉することで一方の端面側に比べて径方向Ｙの幅が大きくなる。このため、平面視において一方の端面側には径方向Ｙに空間が形成されることとなる。そこで、本実施形態では、単位コイル１１の両端部を軸芯方向Ｚで同一方向に延出させ、一方の端面側に単位コイル１１の両端部を引き出している（図９～図１０参照）。つまり、径方向Ｙに空間が形成される一方の端面側が単位コイル１１の両端部が延出する同一方向側となるため、該空間を有効活用して結線部位を形成することが可能となり、モータＭの径寸法をコンパクトにすることができる。なお、単位コイル１１の両端部を軸芯方向Ｚで同一方向に延出させ、他方の端面側に単位コイル１１の両端部を引き出しても良い。この場合、他方の端面側は一方の端面側に比べて径方向Ｙの幅が大きくなるが、軸芯方向Ｚに空間が生み出されるため、該空間を有効活用して結線部位を形成することが可能となり、モータＭの軸寸法をコンパクトにすることができる。

［別実施形態１］
図１１には、３相８極４８スロットのモータＭにおいて、別実施形態１に係るＵ相の単位コイル１１の構成例を示している。本実施形態では、隣接するスロット３２に挿入される同相の２つの単位コイル１１のうち、一方の単位コイル１１は、ティース部３１ｂの一方の端面側のコイルエンド１１ｂが長節巻で構成されており、ティース部３１ｂの他方の端面側のコイルエンド１１ｂが短節巻で構成されており、他方の単位コイル１１は、ティース部３１ｂの一方の端面側のコイルエンド１１ｂが短節巻で構成されており、ティース部３１ｂの他方の端面側のコイルエンド１１ｂが長節巻で構成されている。

つまり、１番スロットに挿入されるＵ１相の単位コイル１１及びＵ３相の単位コイル１１は、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）のコイルエンド１１ｂが長節巻で構成されており、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）のコイルエンド１１ｂが短節巻で構成されている。一方、１番スロットに隣接する４８番スロットに挿入されるＵ２相の単位コイル１１及びＵ４相の単位コイル１１は、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）のコイルエンド１１ｂが短節巻で構成されており、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）のコイルエンド１１ｂが長節巻で構成されている。

つまり、本実施形態では、ティース部３１ｂの一方又は他方の端面側に配置される２つの単位コイル１１（例えば、Ｕ１相の単位コイル１１とＵ２相の単位コイル１１）は、長節巻と短節巻とが繰返し配置されることとなる。このため、同相の単位コイル１１におけるコイルエンド１１ｂが干渉することがなく、ティース部３１ｂの両方の端面におけるコイルエンド１１ｂの径方向Ｙの幅を小さくできる。

［別実施形態２］
図１２～図１４には、３相８極４８スロットのモータＭにおいて、別実施形態２に係るＵ相の単位コイル１１の構成例を示している。

本実施形態では、同相の複数（本実施形態では２つ）の単位コイル１１を電気的に並列接続した並列数を２つとしている。本実施形態においても、上述した実施形態のように、３６０度を並列数（２つ）で割った値に対し、毎極毎相スロット数（２つ）を乗じた角度（３６０度）毎に、径方向Ｙに１層ずらした螺旋状に構成されている（図１３～図１４参照）。

本実施形態では、並列数と毎極毎相スロット数とが同一であるため、１つのスロット３２に対して１つの単位コイル１１の複数（本実施形態では５つ）のコイルサイド１１ａを配設することができる。このため、図３に示す例のように、Ｕ１相の単位コイル１１の端部とＵ３相の単位コイル１１の端部とを１８０度ずらして配置する必要がない。

また、本実施形態では、図１２に示すように、Ｕ１相のコイルサイド１１ａの一方の端部（中性点Ｕ１ｎ）を１番スロットの１層目とし、Ｕ２相のコイルサイド１１ａの一方の端部（中性点Ｕ２ｎ）を１番スロットに隣接する４８番スロットの１層目としている。さらに、Ｕ１相のコイルサイド１１ａの他方の端部（相端子Ｕ１ｓ）を４２番スロットの５層目とし、Ｕ２相のコイルサイド１１ａの他方の端部（相端子Ｕ２ｓ）を４２番スロットに隣接する４３番スロットの５層目としている。

その結果、Ｕ相の２つの単位コイル１１の端部同士を隣接するスロット３２から引き出される。その結果、相端子接続線を短縮することができると共に、各相の相端子接続線の誤配線を防止することができる。

また、全ての単位コイル１１は、合計約５ターンとなり、ティース部３１ｂの一方の端面側（紙面手前側）においては、短節巻と長節巻とが交互に繰り返され、ティース部３１ｂの他方の端面側（紙面奥側）においては、全て全節巻となっている（図１３～図１４参照）。

ここで、単位コイル１１の全節巻のコイルエンド１１ｂの総数（Ｆ）や短節巻又は長節巻のコイルエンド１１ｂの総数（Ｇ）については下記のようになる。本実施形態のモータＭは３相８極４８スロット（Ａ＝３，Ｂ＝４８）であり、同相の単位コイル１１数が２つ（Ｃ＝２）且つスロット３２の積層数が５つ（Ｄ＝５）ある。このため、全節巻のコイルエンド１１ｂの総数は、上述した式（１）よりＦ＝（５／２）×（４８／６）＝２０となり、短節巻又は長節巻のコイルエンド１１ｂの総数は、式（２）よりＧ＝（５／２）×（４８／６）－１＝１９となる。

一方、単位コイル１１の形状がＵ１相とＵ２相とで異なっている。図１３に示すように、Ｕ１相の単位コイル１１は、全節巻、短節巻、全節巻、長節巻で構成される０．５ターン分を４．５ターン分繰り返し、最後の約０．５ターンで全節巻、短節巻、全節巻となっている。図１４に示すように、Ｕ２相の単位コイル１１は、全節巻、長節巻、全節巻、短節巻で構成される０．５ターン分を４．５ターン分繰り返し、最後の約０．５ターンで全節巻、長節巻、全節巻となっている。

このように、本実施形態では、単位コイル１１の形状を２種類用意する必要があるが、相端子接続線を短縮することができると共に、各相の相端子接続線の誤配線を防止することができる。なお、図３の例においても、本実施形態のように、Ｕ１相の単位コイル１１の両端部とＵ２相の単位コイル１１の両端部とを隣接するスロット３２から引き出すと共に、Ｕ３相の単位コイル１１の両端部とＵ４相の単位コイル１１の両端部とを隣接するスロット３２から引き出しても良い。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、ステータコア３１の最外周側に配置される単位コイル１１の一方の端部をＹ結線の中性点で構成し、ステータコア３１の最内周側に配置される単位コイル１１の他方の端部をＹ結線の相端子で構成した。これに代えて、ステータコア３１の最外周側に配置される単位コイル１１の一方の端部をＹ結線の相端子で構成し、ステータコア３１の最内周側に配置される単位コイル１１の他方の端部をＹ結線の中性点で構成しても良い。
（２）上述した実施形態では、ステータコア３１の最外周側から単位コイル１１を巻回して所定の角度毎に径内方向Ｙ１に１層ずらす形態について説明したが、ステータコア３１の最内周側から単位コイル１１を巻回して所定の角度毎に径外方向Ｙ２に１層ずらす形態でも良い。
（３）上述した実施形態では、８極４８スロットのモータＭを例に挙げて説明したが、毎極毎相スロット数が整数となる整数スロットであれば、どのようなモータＭであっても良い。また、ステータコア３１の径内方向Ｙ１にロータ２を設けるモータＭに限定されず、ステータコア３１の径外方向Ｙ２にロータ２を設けるモータＭであっても良い。
（４）上述した実施形態におけるモータＭは、三相交流同期電動機に限定されず、二相以上の交流電動機、誘導電動機、同期電動機等であっても良い。

本発明は、波巻きで構成されたコイルを備えた回転電機に利用可能である。

１ ：コイル
２ ：ロータ
３ ：ステータ
１１ ：単位コイル
１１ｂ ：コイルエンド
３１ ：ステータコア
３１ｂ ：ティース部
３２ ：スロット
Ｍ ：モータ（回転電機）
Ｕ１ｎ～Ｕ４ｎ ：中性点（一方の端部）
Ｕ１ｓ～Ｕ４ｓ ：相端子（他方の端部）
Ｙ ：径方向
Ｚ ：軸芯方向

Claims (6)

1. 複数のティース部と、隣接する前記ティース部の間に夫々形成された複数のスロットとを有する環状のステータコアと、
   複数の前記スロットに亘って波巻きで巻回されて構成された単位コイルを複数有するコイルと、
   前記ステータコアと対向して設けられ、前記コイルへの通電により発生する磁束を受けて回転するロータと、を備え、
   全ての前記単位コイルの両端部は、一方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最外周側に配置され、他方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最内周側に配置されており、
   前記単位コイルは、前記ティース部の一方の端面側のコイルエンドが、前記ステータコアのスロット数を前記ロータの極数で割った毎極スロット数よりもコイルピッチが大きい長節巻と前記毎極スロット数よりもコイルピッチが小さい短節巻とを交互に繰返しており、前記ティース部の他方の端面側のコイルエンドが、前記毎極スロット数とコイルピッチが等しい全節巻で構成されている回転電機。
2. 前記単位コイルの両端部が前記ティース部の前記一方の端面側に延出している請求項１に記載の回転電機。
3. 前記単位コイルの両端部が前記ティース部の前記他方の端面側に延出している請求項１に記載の回転電機。
4. 複数のティース部と、隣接する前記ティース部の間に夫々形成された複数のスロットとを有する環状のステータコアと、
   複数の前記スロットに亘って波巻きで巻回されて構成された単位コイルを複数有するコイルと、
   前記ステータコアと対向して設けられ、前記コイルへの通電により発生する磁束を受けて回転するロータと、を備え、
   全ての前記単位コイルの両端部は、一方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最外周側に配置され、他方の端部が前記スロット内における前記ステータコアの最内周側に配置されており、
   前記単位コイルは、３６０度を同相の複数の前記単位コイルを電気的に並列接続した並列数で割った値に対し、前記ステータコアのスロット数を相数及び前記ロータの極数で割った毎極毎相スロット数を乗じた角度毎に、径方向に１層ずらした螺旋状に構成されている回転電機。
5. 隣接する前記スロットに挿入される同相の２つの前記単位コイルのうち、
   一方の前記単位コイルは、前記ティース部の一方の端面側のコイルエンドが、前記ステータコアのスロット数を前記ロータの極数で割った毎極スロット数よりもコイルピッチが大きい長節巻で構成されており、前記ティース部の他方の端面側のコイルエンドが、前記毎極スロット数よりもコイルピッチが小さい短節巻で構成されており、
   他方の前記単位コイルは、前記ティース部の前記一方の端面側のコイルエンドが、前記短節巻で構成されており、前記ティース部の前記他方の端面側のコイルエンドが、前記長節巻で構成されている請求項４に記載の回転電機。
6. 前記単位コイルの前記一方の端部は、Ｙ結線の中性点で構成されている請求項１～５の何れか一項に記載の回転電機。

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