JP2024056281A - 回転電機の電機子および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で生産設備を簡素化できる回転電機の電機子を提供する。【解決手段】電機子巻線５５は、周方向に電気角１８０度離れたスロット５１Ｓ内に収容され、径方向の位置が変位された一対の脚部４１と、脚部４１の軸方向一端同士を連結する連結部４２とを有する単位コイル４０を複数接続して成る巻線群５５Ｇを複数備え、各巻線群５５Ｇは、電機子鉄心５１の径方向内側から径方向外側に渡って波巻されて、径方向内側あるいは径方向外側の一方側に第１端部を、径方向他方側に第２端部を配設し、径方向にｎ層の巻線層が構成され、毎相毎極スロット数をＫとすると、径方向にｎ／２層の巻線層において巻線群が各相あたり２Ｋ本配設され、各相において第２端部同士が接続されて直列巻線群５５ＧＳが構成され、該直列巻線群５５ＧＳを並列接続して構成される。【選択図】図１

Description

本願は、回転電機の電機子および回転電機に関するものである。

特に狭小な空間に搭載される自動車用の電動機、発電機等の回転電機においては、小型化が求められている。また、システムの大電流化に対応するために、回転電機のステータコイルにおいて各相毎にコイルを並列接続するものが多く採用されている。このように小型化を実現しつつ、大電流化に対応するためのコイルの並列接続数が確保可能な、以下のような構成の回転電機の固定子が開示されている。

即ち、従来の回転電機の固定子においては、線材は、異なるスロットに配置されるスロット収容部同士を接続するターン部を有しており、固定子コアに波巻されることにより固定子巻線が形成される。スロット（１４）（１５）の位置に配置される線材は、各位置の線材が連続して接続されて複数のグループを形成する。各グループの線材は、連続した線材により、並列に接続された固定子巻線を形成する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９－１１１４８号公報（段落［００２６］～［００２８］、図８、図９）

上記のような従来の回転電機の固定子では、波巻に配線された複数のグループの固定子巻線同士を、当該固定子巻線を構成する線材と異なる他の連続する線材を織り交ぜ、この他の線材により接続することで、固定子巻線を並列接続して大電流化、小型化を実現している。しかしながら固定子巻線の並列接続を成立させるために、用いられる線材のスロット収容部間のピッチは、固定子巻線を構成する線材のスロット収容部間のピッチと異なる。このように異なる構造の線材を用いているため、線材の種類が増え、生産設備が増加し、コストの増大、管理の複雑化が懸念されるという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、安価で生産設備を簡素化できる回転電機の電機子および回転電機を提供することを目的とする。

本願に開示される回転電機の電機子は、
設定された間隔で環状に並び、径方向内側に突出する複数のティース部を有する電機子鉄心と、隣接する前記ティース部間にそれぞれ形成される複数のスロットに収容される複数相の電機子巻線と、を備え、
前記スロットの総数を、相数、及び複数の磁極を有する回転子の磁極数、により除算した毎極毎相スロット数が２以上の整数Ｋである回転電機の電機子において、
前記電機子巻線は、
周方向に電気角１８０度離れた前記スロット内にそれぞれ収容され、前記スロット内における互いの径方向の位置が変位された一対の脚部と、該一対の脚部の軸方向の一端同士を連結する連結部とを有する単位コイルを複数接続して成る巻線群を複数備え、
各前記巻線群は、前記電機子鉄心の径方向内側から径方向外側に渡って波巻されて、前記電機子鉄心の径方向内側あるいは径方向外側の一方側に該巻線群の第１端部を配設し、径方向他方側に第２端部を配設し、
各前記スロットにおいて前記単位コイルの前記脚部が径方向に一列に並んでｎ本（ｎは偶数）収容されて径方向にｎ層の巻線層が構成され、径方向にｎ／２層の巻線層を定義すると、各前記ｎ／２層の巻線層において前記巻線群が各相あたり２Ｋ本配設され、
各相において前記巻線群の前記第２端部同士が接続されて直列巻線群が構成され、該直列巻線群を並列接続して構成される、
ものである。
また、本願に開示される回転電機は、
上記のように構成された回転電機の電機子を固定子として用い、
前記固定子に対向するように前記固定子と同軸上に配置された回転子を備える、
ものである。

本願に開示される回転電機の電機子および回転電機によれば、安価で生産設備を簡素化できる回転電機の電機子および回転電機を得られる。

実施の形態１による回転電機の概略構成を示す断面模式図である。 実施の形態１による回転電機の固定子の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１による回転電機の固定子の概略構成を示す部分斜視図である。 実施の形態１による回転電機のコイルを構成する各単位コイルを示す斜視図である。 実施の形態１による固定子の、軸方向に垂直な断面模式図である。 図６Ａ、図６Ｂはそれぞれ、実施の形態１によるコイルの結線図である。 実施の形態１によるコイルの結線図である。 実施の形態１によるコイルの他の構成を示す結線図である。 実施の形態１による回転電機の固定子の概略構成を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、本実施の形態１に係る回転電機の電機子および回転電機について図を用いて説明する。本明細書中で、「周方向」、「径方向」、「軸方向」、「内」、「外」というときは、回転電機の電機子における、「周方向」、「径方向」、「軸方向」、「内側」、「外側」をいうものとする。

図１は、実施の形態１による回転電機１００の概略構成を示す断面模式図である。
回転電機１００は、円筒状のハウジング７０と、その内部に収容される電機子としての固定子５０と、固定子５０に対向するように設けられる回転子６０と、を備える。
ハウジング７０は、有底円筒状のフレーム７１と、このフレーム７１の開口部を塞口する端板７２とを有する。
固定子５０は、フレーム７１の径方向内側Ｘ１において内嵌状態でフレーム７１に固着される。
回転子６０は、フレーム７１の端板７２の中心部においてベアリング７３を介して設けられた回転軸７４により、固定子５０の径方向内側Ｘ１において回転可能に支持される。

回転子６０は、回転軸７４に固着された回転子鉄心６１と、この回転子鉄心６１に設けられて磁極を構成する複数の永久磁石６２と、を備える永久磁石型回転子である。永久磁石６２は、回転子鉄心６１の外周面において、周方向Ｃに設定された間隔でそれぞれ埋設される。
なお、回転子６０は、永久磁石型回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を回転子鉄心のスロットに収納して軸方向Ｙの両側を短絡環により短絡したかご形回転子、あるいは、絶縁した導体線を回転子鉄心のスロットに装着した巻線形回転子、等でもよい。

図２は、実施の形態１による回転電機１００の固定子５０の概略構成を示す斜視図である。
図３は、図２のＡ－Ａ矢視斜視図である。
固定子５０は、複数の電磁鋼板を軸方向Ｙに積層して構成された電機子鉄心としての固定子鉄心５１と、この固定子鉄心５１に巻装される電機子巻線としての複数相のコイル５５と、を有する。

固定子鉄心５１は、周方向Ｃに設定された間隔を有して環状に並び、径方向内側Ｘ１に突出する複数のティース部５１Ｔと、これらティース部５１Ｔの径方向外側Ｘ２を連結する環状のヨーク部５１Ｙと、を有する。
隣接するティース部５１Ｔ間にはそれぞれ、溝状のスロット５１Ｓが形成され、このスロット５１Ｓ内にコイル５５が収容される。

なお、本実施の形態では、スロット５１Ｓの総数Ｓが９６、回転子６０の磁極数Ｍが８、相数が３であり、スロットの総数Ｓを相数３及び磁極数Ｍにより除算した毎極毎相スロット数Ｋが４である。本実施の形態において毎極毎相スロット数Ｋは、２以上の整数となるように構成される。

コイル５５は、径方向外側Ｘ２において、周方向Ｃに延在する渡り部としてのジョイント４６を有する。以下、このジョイント４６およびコイル５５の構成について説明する。
図４は、実施の形態１によるコイル５５を構成する単位コイル４０Ｉ、４０Ｊ、４０Ｋを示す斜視図である。
図５は、実施の形態１による固定子５０の、軸方向Ｙに垂直な断面模式図である。

本実施の形態のコイル５５は、図４に示すＵ字形状の３種類の単位コイル４０Ｉ、４０Ｊ、４０Ｋを複数有して構成される。なお、以降の説明において、３種類の単位コイル４０Ｉ、４０Ｊ、４０Ｋのそれぞれを区別する必要の無い場合は、単位コイル４０と称して用いる。
単位コイル４０は、設定された長さに切り出された平角状の導線を成形して構成され、スロット５１Ｓ内に収容される脚部としての一対のスロット収容部４１と、この一対のスロット収容部４１の軸方向Ｙの一端部同士を連結する連結部としてのコイルエンド部４２と、を有する。

スロット収容部４１の軸方向Ｙの他端部側には、スロット５１Ｓ内から突出する突出部としての曲げ部４３と、突出部としての接続部４４とが設けられる。
曲げ部４３は、固定子鉄心５１の軸方向端面において周方向Ｃに折り曲げられる部分である。接続部４４は、曲げ部４３から軸方向Ｙに延びる部分である。接続部４４は、詳細は後述するが、他の単位コイル４０の接続部４４、電源に接続される給電部Ｐ、中性点Ｎ、あるいは、ジョイント４６に電気的に接続される。ここでは便宜上、接続部４４の内、給電部Ｐあるいは中性点Ｎに接続される接続部を４４ＰＮとして示し、ジョイント４６に接続される接続部を４４Ｊとして示す。

また、各単位コイル４０の一対のスロット収容部４１は、周方向Ｃに電気角で１８０度離れたスロット５１Ｓにそれぞれ収容されるように、一対のスロット収容部４１間の間隔が調整されている。
また、コイルエンド部４２には、一対のスロット収容部４１がそれぞれがスロット５１Ｓ内に収容された際に、スロット５１Ｓ内における互いの径方向Ｘの位置を変位させるように屈曲されたクランク部４２Ｃが形成されている。

これら３種類の単位コイル４０Ｉ、４０Ｊ、４０Ｋにおいて、単位コイル４０Ｋは固定子鉄心５１の径方向外側Ｘ２に配設され、単位コイル４０Ｉ、４０Ｊは、固定子鉄心５１の径方向内側Ｘ１に配設される。よって、径方向外側Ｘ２に配設される単位コイル４０Ｋのスロット収容部４１間の間隔は、単位コイル４０Ｉ、４０Ｊのスロット収容部４１間の間隔よりも大きく構成されている。
また、径方向内側Ｘ１に配設される単位コイル４０Ｉ、４０Ｊの内、単位コイル４０Ｉの接続部４４ＰＮは、電源に接続される給電部Ｐまたは中性点Ｎに接続可能なように、その長さが他の接続部４４よりも長く構成されている。

前述のように、本実施の形態では、固定子５０は、極数が８、スロット数Ｓが９６の毎極毎相スロット数Ｋ＝４である。図５の固定子５０の断面模式図に示されるように、１つのスロット５１Ｓ内には、各単位コイル４０のスロット収容部４１が径方向Ｘに一列に並んで４本収容され、径方向Ｘに４層の巻線層を構成している。

ここで、スロット５１Ｓ内における巻線層の層数ｎを２により除算した、ｎ／２層の巻線層を径方向Ｘに対して定義する。即ち、スロット５１Ｓ内に径方向Ｘに一列に収容されているスロット収容部４１を径方向内側Ｘ１から径方向外側Ｘ２に向かって、１、２、３、４番線とする。この時、１番線の層と２番線の層とで１つめの巻線層Ａを構成し、３番線の層と４番線の層とで２つめの巻線層Ｂを構成すると定義できる。この径方向Ｘに並ぶｎ／２層の巻線層Ａ、Ｂは、以降の説明に用いる。

以下、コイル５５を構成する単位コイル４０の結線方式について説明する。
なお、前述のように単位コイル４０として３種類の単位コイル４０Ｉ、４０Ｊ、４０Ｋを有するが、これらは、固定子鉄心５１における径方向Ｘの位置、あるいは給電部Ｐ、中性点Ｎへの接続構成などに応じて、固定子鉄心５１において配設される位置が異なる。しかしながら、説明簡略化のため、以下の説明ではそれぞれを区別せずに単位コイル４０として説明する。

図６Ａ、図６Ｂは、実施の形態１によるコイル５５の結線図である。
図の簡略化のため、Ｕ層、Ｖ層、Ｗ層の内、Ｕ層のコイルが収容されるスロット５１Ｓと、Ｕ層のコイル５５のみを示している。本図においては、各スロット５１Ｓに対してＵ１～Ｕ３２の符号を付してそれぞれを区別している。
図７は、実施の形態１によるコイル５５の結線図である。
図の簡略化のため、Ｕ層のコイル５５のみを示している。

単位コイル４０が有する一対のスロット収容部４１は、クランク部４２Ｃにより、互いの径方向Ｘの位置が一層分変位されて、電気角で１８０度離れたスロット５１Ｓ内にそのスロット収容部４１がそれぞれ収容される。

即ち、図６Ａに示すように、径方向内側Ｘ１のＡ層において、スロットＵ１の１層目（Ｎｏ．１）に一方のスロット収容部４１が収容された単位コイル４０は、他方のスロット収容部４１がスロットＵ５の２層目（Ｎｏ．２）に収容される。
同様に、スロットＵ９の１層目（Ｎｏ．１）に一方のスロット収容部４１が収容された単位コイル４０は、他方のスロット収容部４１が図示しないスロットＵ１３の２層目（Ｎｏ．２）に収容される。
同様に、スロットＵ２５の１層目（Ｎｏ．１）に一方のスロット収容部４１が収容された単位コイル４０は、他方のスロット収容部４１がスロットＵ２９の２層目（Ｎｏ．２）に収容される。

径方向外側Ｘ２のＢ層においても同様に、電気角で１８０度離れたスロット５１Ｓに各単位コイル４０のスロット収容部４１をそれぞれ収容する。なお、図の理解を容易にするために、Ｂ層に配設される単位コイル４０は点線にて図示している。

そして、隣接する単位コイル４０の、スロット５１Ｓから延出する曲げ部４３の先端側に設けられる接続部４４同士を接続する。こうして各単位コイル４０は周方向Ｃに順次接続されて、一本の巻線群５５Ｇを形成する。
なお、図を簡略化するため、接続部４４は〇印にて示している。
また、接続関係の理解が容易になるように、巻線群５５Ｇの図６Ａにおける左右端には、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の符号を付している。

Ａ層において、固定子鉄心５１を周方向Ｃに一周するように複数の単位コイル４０が順次接続されて形成される巻線群５５Ｇは、スロットＵ２９の２層目（Ｎｏ．２）から延出する接続部４４が、Ｂ層のスロットＵ１の３層目（Ｎｏ．３）から延出する接続部４４へと接続されており、これにより巻線群５５Ｇは、Ａ層からＢ層へと径方向外側Ｘ２に変位する。こうして巻線群５５Ｇは、固定子鉄心５１の径方向内側Ｘ１から径方向外側Ｘ２に至るように、固定子鉄心５１を周方向Ｃに機械角で２周して波巻方式にて巻装される。

巻装された巻線群５５Ｇは、固定子鉄心５１の径方向内側Ｘ１においてその一端の接続部４４ＰＮ（第１端部）がスロットＵ１の１層目（Ｎｏ．１）から延出し、径方向外側Ｘ２においてその他端の接続部４４Ｊ（第２端部）がスロットＵ２９の４層目（Ｎｏ．４）から延出する。

Ｕ層を構成する巻線群５５Ｇは複数本設けられる。これら複数の巻線群５５Ｇは、周方向Ｃに連続してスロット５１Ｓ内にそれぞれ収容される。図６Ａにおいては図示していないが、Ｕ層を構成する他の３本の巻線群５５Ｇも上記と同様に、スロットＵ２、Ｕ３、Ｕ４の１層目（Ｎｏ．１）からその接続部４４ＰＮ（第１端部）が延出し、他端の接続部４４Ｊ（第２端部）がスロットＵ３０、３１、３２の４層目（Ｎｏ．４）から延出するように配設される。

ここで、スロットＵ５、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８の１層目（Ｎｏ．１）は、空き領域となるが、ここには、図６Ｂに示すように、スロットＵ５、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８の１層目（Ｎｏ．１）から一端の接続部４４ＰＮ（第１端部）が延出し、他端の接続部４４Ｊ（第２端部）がスロットＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４の４層目（Ｎｏ．４）から延出するように、４本の巻線群５５Ｇが配設される。
また、図６Ｂにおいても、接続関係の理解が容易になるように、巻線群５５Ｇの図６Ｂにおける左右端には、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０の符号を付している。

従って、本実施の形態の固定子５０においては、固定子鉄心５１を２周する４本の巻線群５５Ｇと、この巻線群５５Ｇからそれぞれ電気角で１８０度離れたスロットに収容される４本の巻線群５５Ｇと、合計で８本（＝２×Ｋ）の巻線群５５Ｇが配設される。各巻線層Ａ、Ｂに着目した場合、巻線層Ａ、Ｂのそれぞれには、固定子鉄心５１を機械角で１周する巻線群５５Ｇが８本（＝２×Ｋ）が配設される。

ここで、スロットＵ２９、Ｕ３０、Ｕ３１、Ｕ３２の４層目（Ｎｏ．４）から接続部４４Ｊ（第２端部）が延出するＵ層の４本の巻線群５５Ｇを、Ｕ相の同相巻線群Ｇ１とする。また、スロットＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４の４層目（Ｎｏ．４）から接続部４４Ｊ（第２端部）が延出するＵ層の巻線群５５Ｇを、Ｕ相の同相巻線群Ｇ２とする。

図７に示すように、この同相巻線群Ｇ１、Ｇ２間において、それぞれの接続部４４Ｊがジョイント４６により接続される。
より詳細には、同相巻線群Ｇ１、Ｇ２間において、同相巻線群Ｇ１、Ｇ２間の周方向の中心を径方向に延びる第１線Ｆ１に対して、周方向Ｃに対称となる位置に存在する同相巻線群Ｇ１の接続部４４Ｊと、同相巻線群Ｇ２の接続部４４Ｊとが、ジョイント４６によりそれぞれ接続される。

ジョイント４６は、毎極毎相スロット数Ｋと同数の４本あり、スロットピッチをｔとし、極数をＭ、スロット総数をＳとしたときに、その周方向Ｃの長さＬは、それぞれＸ×ｔ（但し、Ｓ／Ｍ－（Ｋ－１）≦Ｘ≦Ｓ／Ｍ＋（Ｋ－１））に構成される。
本実施の形態では、ジョイント４６は、１５×ｔ、１３×ｔ、１１×ｔ、９×ｔの周方向Ｃの長さＬをそれぞれ有する。

こうして、同相巻線群Ｇ１を構成する４本の巻線群５５Ｇと、同相巻線群Ｇ２を構成する４本の巻線群５５Ｇとが、固定子鉄心５１の径方向外側Ｘ２においてジョイント４６により直列接続され、４本の直列巻線群５５ＧＳ（ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４）が形成される。

この４本のＵ相の直列巻線群５５ＧＳにおいて、同相巻線群Ｇ１を構成していた巻線群５５Ｇのそれぞれの接続部４４ＰＮを給電部Ｐに接続する。また、同相巻線群Ｇ２を構成していた巻線群５５Ｇのそれぞれの接続部４４ＰＮを中性点Ｎに接続する。これにより、Ｕ相において、４本の直列巻線群５５ＧＳ（ＧＳ１、ＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４）が、給電部Ｐと中性点Ｎとの間で並列接続される。

Ｖ相、Ｗ相においても同様の単位コイル４０の接続を行うことにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相を構成する各直列巻線群５５ＧＳが、各相において並列接続され、３相のＹ結線が構成される。

ジョイント４６は、図３に示されるように、各巻線群５５Ｇに対して径方向外側Ｘ２に隣接して配置され、周方向Ｃに延在する部分と、その周方向Ｃの両端側において軸方向Ｙに延在し、各接続部４４に接続される部分とで構成されるＵ字形状の接続導体で構成される。
図３において、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の給電部Ｐに接続される接続部４４ＰＮと、中性点Ｎに接続される接続部４４ＰＮとを示す。このように給電部Ｐあるいは中性点Ｎに接続される複数の接続部４４ＰＮが、各相毎に一箇所に集中して配設される構成となる。

前述のように、径方向内側Ｘ１に配設される単位コイル４０Ｉ、４０Ｊの内、単位コイル４０Ｉの接続部４４ＰＮは、電源に接続される給電部Ｐまたは中性点Ｎに接続可能なように、その長さが他の接続部４４よりも長く構成されているため、他の接続部４４よりも軸方向Ｙに突出する。これにより接続部４４ＰＮが、他の接続部４４に干渉することなく給電部Ｐまたは中性点Ｎに接続できる。

なお、固定子５０において、給電部Ｐ、および中性点Ｎに接続される接続部４４ＰＮを径方向内側Ｘ１側に配設している理由は、自動車駆動、発電用の電動機においては、固定子鉄心５１の径方向外径側Ｘ２のスペースが狭小になることがあるためである。よって、固定子鉄心５１の径方向外径側Ｘ２の構造を簡易化して、複雑になる結線構造部は径方向内側Ｘ１において構成することで、車体への搭載容易性を確保している。
しかしながら、接続部４４ＰＮを径方向外側Ｘ２に配設し、径方向外側Ｘ２から給電するように構成した場合でも、後述する本実施の形態の効果は得られる。

以下、上記の固定子５０と異なる構成の固定子５０Ａについて、説明する。
図８は、実施の形態１によるコイル５５の他の構成を示す結線図である。
上記固定子５０では、巻線層Ａ、Ｂのそれぞれには、固定子鉄心５１を１周する巻線群５５Ｇが８本（＝２×Ｋ）が配設されていた。しかしながら図８に示すように、スロット数Ｓが７２、極数８、の毎極毎相スロット数Ｋ＝３に構成して、巻線層Ａ、Ｂのそれぞれには、固定子鉄心５１を１周する巻線群５５Ｇを６本（＝２×Ｋ）配設する構成にしてもよい。

この場合、スロット５１Ｓ内に挿入される巻線群５５Ｇの本数が６本のため、ｎ／２層、即ち６／２＝３となり、径方向Ｘに３つの巻線層Ａ、Ｂ、Ｃが構成される。また、この固定子５０Ａでは、径方向内側Ｘ１にジョイント４６が配設され、径方向外側Ｘ２において給電部Ｐ、中性点Ｎが配設される。よって、この固定子５０Ａでは、固定子鉄心５１の径方向外側Ｘ２においてその一端の接続部４４ＰＮ（第１端部）がスロット５１Ｓから延出し、径方向内側Ｘ１においてその他端の接続部４４Ｊ（第２端部）がスロット５１Ｓから延出する構成となる。こうして、最も径方向外側Ｘ２の巻線層Ｃ→Ｂ→Ａと、径方向内側Ｘ１に向かって変位しながら巻線群５５Ｇが波巻される。
そして、それぞれの周方向Ｃの長さＬが、１１×ｔ、９×ｔ、７×ｔである３本のジョイント４６により、径方向内側Ｘ１において接続部４４Ｊ（第２端部）が接続される。

以下、上記の固定子５０と異なる構成の固定子５０Ｂについて、説明する。
図９は、実施の形態１による回転電機の固定子５０Ｂの概略構成を示す斜視図である。
単位コイル４０の接続方法は、上記固定子５０、５０Ａと同じであるが、３相の給電部Ｐの位置が機械角で各相間で約１２０±１０度ずつ離れて配設されている。
このような構成とすることで、電圧が比較的高くなる給電部同士を離すことができ、コイルエンドにおいて要求される絶縁能力を低くできる。そのため、コイル５５の巻線に施された絶縁被膜などの厚みを薄くでき、低価格な固定子を得ることができる。

上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子は、
設定された間隔で環状に並び、径方向内側に突出する複数のティース部を有する電機子鉄心と、隣接する前記ティース部間にそれぞれ形成される複数のスロットに収容される複数相の電機子巻線と、を備え、
前記スロットの総数を、相数、及び複数の磁極を有する回転子の磁極数、により除算した毎極毎相スロット数が２以上の整数Ｋである回転電機の電機子において、
前記電機子巻線は、
周方向に電気角１８０度離れた前記スロット内にそれぞれ収容され、前記スロット内における互いの径方向の位置が変位された一対の脚部と、該一対の脚部の軸方向の一端同士を連結する連結部とを有する単位コイルを複数接続して成る巻線群を複数備え、
各前記巻線群は、前記電機子鉄心の径方向内側から径方向外側に渡って波巻されて、前記電機子鉄心の径方向内側あるいは径方向外側の一方側に該巻線群の第１端部を配設し、径方向他方側に第２端部を配設し、
各前記スロットにおいて前記単位コイルの前記脚部が径方向に一列に並んでｎ本（ｎは偶数）収容されて径方向にｎ層の巻線層が構成され、径方向にｎ／２層の巻線層を定義すると、各前記ｎ／２層の巻線層において前記巻線群が各相あたり２Ｋ本配設され、
各相において前記巻線群の前記第２端部同士が接続されて直列巻線群が構成され、該直列巻線群を並列接続して構成される、
ものである。

このように、固定子のコイルである電機子巻線は、電気角１８０度離れたスロット内にそれぞれ収容される一対の脚部と、この一対の脚部の軸方向一端同士を連結する連結部とを有する単位コイルを複数接続して成る巻線群を複数備える。この巻線群は電機子鉄心の径方向内側から径方向外側に渡って波巻されるため、径方向内側あるいは径方向外側の一方側にその第１端部が配設され、径方向他方側にその第２端部が配設される。
そして、径方向Ｘに並ぶｎ／２層の巻線層において巻線群が各相あたり２Ｋ本配設されるように構成する。また、単位コイルの一対の脚部は、そのスロット内における互いの径方向の位置が変位されるように構成する。これにより巻線群を構成する単位コイルと異なる構成の線材を別途用いる必要なく、径方向内側から径方向外側に至る巻線群を形成できる。これにより、用いる単位コイルの種類を最小とでき、また、線材の種類が増え、生産設備が増加することに起因するコストの増大、管理の複雑化を招くことがない。
さらに、各相において巻線群の第２端部同士を接続した直列巻線群を並列接続することにより、大電流に対して対応可能となる。

また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子においては、
各前記巻線群は、各相毎に周方向に連続して前記スロット内にそれぞれ収容され、該周方向に連続する同相の複数の前記巻線群を同相巻線群と定義すると、
前記同相巻線群間において、該同相巻線群間の周方向の中心を径方向に延びる第１線に対して周方向に対称となる位置に存ずる前記第２端部同士を渡り部により接続して前記直列巻線群が構成される、
ものである。

このように、巻線群は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに、周方向に連続してスロット内にそれぞれ収容される。そして、周方向に連続して収容される同相の同相巻線群は、同相巻線群間の周方向の中心を径方向に延びる第１線に対して周方向に対称となる位置に存在する第２端部同士を渡り部により接続して直列巻線群を構成する。
このように、第１線に対して対称な位置の第２端部同士を接続して直列巻線群を構成することにより、対称関係にある巻線群間における起電力の位相差をキャンセルすることができる。こうして、各巻線群の位相を磁極の中心に合わせて形成された直列巻線群を並列接続した並列回路において、位相差に起因する循環電流を抑制できる。

さらに、第１線に対して対称関係にある巻線群の第２端部同士を接続して直列巻線群を構成することにより、同相巻線群を構成する複数の直列巻線群の各第１端部が、径方向内側あるいは径方向外側において一か所に集合して配設される。即ち、中性点あるいは給電部に接続される第１端部が一箇所に集合されるため、複雑な結線をすることなく並列結線をすることができる。こうして給電部を構成する結線版が大きくなったり、配線用のコイルが長くなることがない。

また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子においては、
前記スロット間の周方向の間隔をｔとし、
前記電機子鉄心の前記スロットの総数をＳとし、
前記回転子の磁極数をＭとすると、
各相における前記渡り部の周方向の長さＬは、
Ｌ＝Ｘ×ｔ
但し、Ｓ／Ｍ－（Ｋ－１）≦Ｘ≦Ｓ／Ｍ＋（Ｋ－１）
に構成される、
ものである。

渡り部の長さを上記のように構成することで、確実に周方向に対称な位置にある巻線群の第２端部同士を接続して直列巻線群を構成できる。こうして、位相差に起因する循環電流を確実に抑制できるため、トルクリップルが抑制された高性能の回転電機を提供できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子においては、
各前記単位コイルは、前記脚部の軸方向の他端において前記スロットから突出する突出部を有し、
前記巻線群の前記第１端部を構成する前記単位コイルは、前記第１端部を構成する前記突出部の長さが、前記巻線群を構成する他の前記単位コイルの前記突出部の長さよりも長く構成される、
ものである。

これにより、給電部あるいは中性点に接続される第１端部が、他のコイルの接続部と干渉することを抑制できる。これにより、複雑な結線をすることなく並列結線をすることができると共に、高電位の給電部に接続される第１端部が他の単位コイルの接続部と干渉することを抑止できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子においては、
前記毎極毎相スロット数Ｋが３以上に構成され、
各相において並列接続される前記直列巻線群の数が毎極毎相スロット数Ｋと同数に構成される、
ものである。
このように毎極毎相スロット数Ｋが３以上となるような直列巻線群の数が多い固定子において、直列巻線群の数が増えるほど複雑になる結線を簡素化できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子においては、
前記巻線群の前記第１端部が、前記電機子鉄心の径方向内側に設けられる、
ものである。
このように、寸法制約などがある電機子鉄心の径方向外側ではなく、径方向内側に第１端部を配設することで、搭載性のよい固定子および回転電機を提供できる。

また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の電機子においては、
各相の前記第１端部が、各相間において機械角で１２０度±１０度の間隔ごとに配設される、
ものである。
このように、高電位の給電部に接続される第１端部を機械角で約１２０度ずれた箇所に配置することで、高電位の給電部同士を物理的に離すことができ、コイル５５のコイルエンド部の絶縁部を薄く構成できる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
設定された間隔で環状に並び、径方向内側に突出する複数のティース部を有する電機子鉄心と、隣接する前記ティース部間にそれぞれ形成される複数のスロットに収容される複数相の電機子巻線と、を備え、
前記スロットの総数を、相数、及び複数の磁極を有する回転子の磁極数、により除算した毎極毎相スロット数が２以上の整数Ｋである回転電機の電機子において、
前記電機子巻線は、
周方向に電気角１８０度離れた前記スロット内にそれぞれ収容され、前記スロット内における互いの径方向の位置が変位された一対の脚部と、該一対の脚部の軸方向の一端同士を連結する連結部とを有する単位コイルを複数接続して成る巻線群を複数備え、
各前記巻線群は、前記電機子鉄心の径方向内側から径方向外側に渡って波巻されて、前記電機子鉄心の径方向内側あるいは径方向外側の一方側に該巻線群の第１端部を配設し、径方向他方側に第２端部を配設し、
各前記スロットにおいて前記単位コイルの前記脚部が径方向に一列に並んでｎ本（ｎは偶数）収容されて径方向にｎ層の巻線層が構成され、径方向にｎ／２層の巻線層を定義すると、各前記ｎ／２層の巻線層において前記巻線群が各相あたり２Ｋ本配設され、
各相において前記巻線群の前記第２端部同士が接続されて直列巻線群が構成され、該直列巻線群を並列接続して構成される、
回転電機の電機子。

（付記２）
各前記巻線群は、各相毎に周方向に連続して前記スロット内にそれぞれ収容され、該周方向に連続する同相の複数の前記巻線群を同相巻線群と定義すると、
前記同相巻線群間において、該同相巻線群間の周方向の中心を径方向に延びる第１線に対して周方向に対称となる位置に存ずる前記第２端部同士を渡り部により接続して前記直列巻線群が構成される、
付記１に記載の回転電機の電機子。

（付記３）
前記スロット間の周方向の間隔をｔとし、
前記電機子鉄心の前記スロットの総数をＳとし、
前記回転子の磁極数をＭとすると、
各相における前記渡り部の周方向の長さＬは、
Ｌ＝Ｘ×ｔ
但し、Ｓ／Ｍ－（Ｋ－１）≦Ｘ≦Ｓ／Ｍ＋（Ｋ－１）
に構成される、
付記２に記載の回転電機の電機子。

（付記４）
各前記単位コイルは、前記脚部の軸方向の他端において前記スロットから突出する突出部を有し、
前記巻線群の前記第１端部を構成する前記単位コイルは、前記第１端部を構成する前記突出部の長さが、前記巻線群を構成する他の前記単位コイルの前記突出部の長さよりも長く構成される、
付記１から付記３のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。

（付記５）
前記毎極毎相スロット数Ｋが３以上に構成され、
各相において並列接続される前記直列巻線群の数が毎極毎相スロット数Ｋと同数に構成される、
付記１から付記４のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。

（付記６）
前記巻線群の前記第１端部が、前記電機子鉄心の径方向内側に設けられる、
付記１から付記５のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。

（付記７）
各相の前記第１端部が、各相間において機械角で１２０度±１０度の間隔ごとに配設される、
付記１から付記６のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。

（付記８）
付記１から付記７のいずれか１項に記載の回転電機の電機子を固定子として用い、
前記固定子に対向するように前記固定子と同軸上に配置された回転子を備える回転電機。

４０ 単位コイル、４１ スロット収容部（脚部）、
４２ コイルエンド部（連結部）、４６ ジョイント（渡り部）、
５０，５０Ａ，５０Ｂ 固定子（電機子）、５１ 固定子鉄心（電機子鉄心）、
５１Ｔ ティース部、５１Ｓ スロット、５５ コイル（電機子巻線）、
５５Ｇ 巻線群、５５ＧＳ 直列巻線群、６０ 回転子、１００ 回転電機。

Claims (8)

1. 設定された間隔で環状に並び、径方向内側に突出する複数のティース部を有する電機子鉄心と、隣接する前記ティース部間にそれぞれ形成される複数のスロットに収容される複数相の電機子巻線と、を備え、
   前記スロットの総数を、相数、及び複数の磁極を有する回転子の磁極数、により除算した毎極毎相スロット数が２以上の整数Ｋである回転電機の電機子において、
   前記電機子巻線は、
   周方向に電気角１８０度離れた前記スロット内にそれぞれ収容され、前記スロット内における互いの径方向の位置が変位された一対の脚部と、該一対の脚部の軸方向の一端同士を連結する連結部とを有する単位コイルを複数接続して成る巻線群を複数備え、
   各前記巻線群は、前記電機子鉄心の径方向内側から径方向外側に渡って波巻されて、前記電機子鉄心の径方向内側あるいは径方向外側の一方側に該巻線群の第１端部を配設し、径方向他方側に第２端部を配設し、
   各前記スロットにおいて前記単位コイルの前記脚部が径方向に一列に並んでｎ本（ｎは偶数）収容されて径方向にｎ層の巻線層が構成され、径方向にｎ／２層の巻線層を定義すると、各前記ｎ／２層の巻線層において前記巻線群が各相あたり２Ｋ本配設され、
   各相において前記巻線群の前記第２端部同士が接続されて直列巻線群が構成され、該直列巻線群を並列接続して構成される、
   回転電機の電機子。
2. 各前記巻線群は、各相毎に周方向に連続して前記スロット内にそれぞれ収容され、該周方向に連続する同相の複数の前記巻線群を同相巻線群と定義すると、
   前記同相巻線群間において、該同相巻線群間の周方向の中心を径方向に延びる第１線に対して周方向に対称となる位置に存ずる前記第２端部同士を渡り部により接続して前記直列巻線群が構成される、
   請求項１に記載の回転電機の電機子。
3. 前記スロット間の周方向の間隔をｔとし、
   前記電機子鉄心の前記スロットの総数をＳとし、
   前記回転子の磁極数をＭとすると、
   各相における前記渡り部の周方向の長さＬは、
   Ｌ＝Ｘ×ｔ
   但し、Ｓ／Ｍ－（Ｋ－１）≦Ｘ≦Ｓ／Ｍ＋（Ｋ－１）
   に構成される、
   請求項２に記載の回転電機の電機子。
4. 各前記単位コイルは、前記脚部の軸方向の他端において前記スロットから突出する突出部を有し、
   前記巻線群の前記第１端部を構成する前記単位コイルは、前記第１端部を構成する前記突出部の長さが、前記巻線群を構成する他の前記単位コイルの前記突出部の長さよりも長く構成される、
   請求項３に記載の回転電機の電機子。
5. 前記毎極毎相スロット数Ｋが３以上に構成され、
   各相において並列接続される前記直列巻線群の数が毎極毎相スロット数Ｋと同数に構成される、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。
6. 前記巻線群の前記第１端部が、前記電機子鉄心の径方向内側に設けられる、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。
7. 各相の前記第１端部が、各相間において機械角で１２０度±１０度の間隔ごとに配設される、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の電機子。
8. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の電機子を固定子として用い、
   前記固定子に対向するように前記固定子と同軸上に配置された回転子を備える回転電機。