(57)【要約】【課題】急峻なインバータサージ電圧に対する供電ライン側の単位巻線への電圧集中を低減する回転電機を提供する。【解決手段】複数のスロット１１６が形成された固定子鉄心１１０と、該固定子鉄心１１０に装着された固定子巻線１１１と、を有する固定子と、該固定子に空隙を介して対向配置され、かつ回転可能に支持された回転子と、を備え、前記固定子巻線１１１を構成する単位巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とが、前記スロット１１６の外で、前記巻線の絶縁膜を介して接触している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットが形成された固定子鉄心と、該固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を有する固定子と、
該固定子に空隙を介して対向配置され、かつ回転可能に支持された回転子と、
を備え、
前記固定子巻線を構成する単位巻線の巻始め引出線と巻終り引出線とが、前記スロットの外で、前記巻線の絶縁被膜を介して接触していることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記固定子巻線は、供電側より第１の単位巻線と第２の単位巻線との間のわたり線間で、前記単位巻線の巻始め引出線と巻終り引出線とが平行に接触していることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１において、
前記固定子巻線は、供電側より第１の単位巻線と第２の単位巻線との間のわたり線間で、前記単位巻線の巻始め引出線と巻終り引出線とが互いに撚り合わされていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１において、
前記固定子巻線は、供電側より第１の単位巻線と第２の単位巻線との間のわたり線間で、前記単位巻線の巻始め引出線と巻終り引出線が絶縁チューブで覆われることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１において、
前記固定子巻線は、供電側より第１の単位巻線と第２の単位巻線との間のわたり線間で、前記単位巻線の巻始め引出線と巻終り引出線とが、樹脂で固着されることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項５において、
前記樹脂は、ワニス樹脂、または紫外線硬化樹脂であることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機、特にインバータ駆動回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化の観点からインバータ装置を用いて回転電機（電動機）を可変速運転することが盛んに行われている。しかしながら、インバータ装置を用いて回転電機を駆動した場合、インバータ装置の動作により発生する急峻なサージ電圧（インバータサージ電圧）が原因となり、従来の商用周波電源駆動時に比べて高い電圧が、回転電機の固定子巻線を構成する巻線間に発生することが報告されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、今後はスイッチング損失を低減し、インバータ装置を小型化するために、電圧立上り時間が小さいＳｉＣ（ＩＧＢＴ<Insulated Gate Bipolar Transistor>＋ＳｉＣ−Ｄｉｏｄｅ、ＭＯＳＦＥＴ<Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor>）インバータが増えると予測されている。この立上り時間が小さいインバータ装置の採用によって、サージ電圧は一般的に増大する。
回転電機では、インバータの電圧立上り時間が短くなると、供電ライン側の第１コイルの分担電圧が高くなる問題があった。このような問題に対して従来は、絶縁強化をする方法や、サージ電圧に対する巻線間電圧分布を改善する方法により解決を図っていた。
【０００４】
この解決策において、前者の絶縁強化をする方法としては、インバータ装置からサージ電圧が加わる固定子巻線の巻数を減らし、絶縁皮膜を厚くする技術がある(例えば非特許文献２参照)。
【０００５】
また、巻線間の電圧分布を改善する方法においては、インバータ装置のサージ電圧が問題化する以前から、高圧モータ、高圧発電機などの高圧回転機、高圧変圧器、リアクトルなどの高圧静止誘導機器で、雷インパルス、真空遮断機の開閉サージなどの高圧急峻サージ電圧への対策が検討されている。例えば巻線間分布静電容量と巻線各部の対地分布静電容量で形成した等価回路で電磁巻線を近似し、ユニットステップ電圧に対する電圧分布を計算することで、巻線間電圧分布を解析する方法がある（例えば非特許文献３参照）。
【０００６】
また、巻線間の分布静電容量に比し巻線各部の対地分布静電容量を小さく設計することにより、巻線間電圧分布を低減する方法もある。さらに、スロット内における巻き始めの巻線導体と巻き終わりの巻線導体との間の距離が近接するように巻線を行い、巻線間電圧を低減する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０２８８８０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】電気学会技術報告第７３９号、ｐ．１４〜２０
【非特許文献２】電気学会回転機研究会資料ＲＭ−００−９５
【非特許文献３】現代高電圧工学、ｐ．９１〜９３、家田正之著、オーム社発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献２などに開示された絶縁被膜を厚くして絶縁強化をする方法では、回転電機の巻線の線積率を低下させ、回転電機を大型化させてしまうという問題がある。また、絶縁被膜を厚くすることにより放熱性が悪化するという問題がある。そのため、絶縁を強化する方法にも限界がある。
また、特許文献１などに開示された技術では、集中巻と分布巻の巻線方式で、スロット内の巻始めと巻終りを近接して巻回すことは装置の制御が複雑になる問題がある。さらに、１本持ちの巻線では、巻始めと巻終りを近接させることによって、巻線の交差箇所が発生する。この巻線交差による応力集中のために絶縁被膜劣化が発生して絶縁性が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、その目的および課題は、急峻なインバータサージ電圧に対する供電ライン側の単位巻線への電圧集中を低減する回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の回転電機は、複数のスロットが形成された固定子鉄心と、該固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を有する固定子と、該固定子に空隙を介して対向配置され、かつ回転可能に支持された回転子と、を備え、前記固定子巻線を構成する単位巻線の巻始め引出線と巻終り引出線とが、前記スロットの外で、前記巻線の絶縁被膜を介して接触していることを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、急峻なインバータサージ電圧に対する供電ライン側の単位巻線への電圧集中を低減する回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータのステータコアのティースコアとスロットとにおいて、巻回された巻線の構造例を示す模式図であり、（ａ）はティースコアとスロットで巻回された巻線の斜視図であり、（ｂ）はスロット内部における複数の巻線の配置を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータのステータコアのティースコアとスロットとにおいて、巻回された巻線の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコアとスロットで巻回された巻線の斜視図であり、（ｂ）は巻線の巻始め引出線と巻終り引出線との間の関係であるＢ構造と表記した部分の構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る回転電機のステータのステータコアのティースコアとスロットとにおいて、巻回された巻線の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコアとスロットで巻回された巻線の斜視図であり、（ｂ）は巻線の巻始め引出線と巻終り引出線との間の関係であるＢ構造と表記した部分の構造を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る回転電機のステータのステータコアのティースコアとスロットとにおいて、巻回された巻線の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコアとスロットで巻回された巻線の斜視図であり、（ｂ）は巻線の巻始め引出線と巻終り引出線との間の関係であるＢ構造と表記した部分の構造を示す模式図である。
【図５】比較例のティースコアとスロットとにおいて、巻回された巻線の構造を示す図であり、（ａ）はティースコアとスロットで巻回された巻線の斜視図であり、（ｂ）はスロット内部における複数の巻線の配置を示す模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る回転電機を駆動、制御するシステム構成例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る回転電機の構造の外観を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る回転電機のＣ−Ｃ’軸方向の断面を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る回転電機の固定子巻線の回路構成例を示す図であり、（ａ）はΔ結線、（ｂ）はＹ結線を示す。
【図１０】図８の回転電機の断面構造で、かつ図９の固定子巻線の回路構成である場合において、巻線にステップ電圧を印加した場合の対地間電圧とコイル電圧の測定結果を示す図であり、（ａ）は巻始め部と各わたり部の対地間電圧を示し、（ｂ）はコイルの両端のコイル電圧を示している。
【図１１】第１コイルの巻始めにステップ電圧を印加した場合の巻線間の静電容量の大小による対地電圧波形とコイル電圧波形の相異を示す模式図であり、（ａ）は第１コイルの巻終りの対地間電圧の静電容量の大小による相異を示し、（ｂ）は第１コイル電圧の静電容量の大小による相異を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本願の発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称す）を、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータにおける巻線構造例を説明する。
【００１６】
＜ティースコアとスロットとにおいて巻回された巻線の構造・その１＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転電機３１０（図７）のステータ（固定子）３０１（図７）のステータコア（固定子鉄心）１１０の複数の歯形状のティースコア１１４と溝状の空間部であるスロット１１６とにおいて、巻回された巻線１１１の構造例を示す模式図であり、（ａ）はティースコア１１４とスロット１１６で巻回された巻線１１１の斜視図であり、（ｂ）はスロット１１６内部における複数の巻線１〜１２の配置を示す模式図である。
本発明の第１実施形態の特徴は、図１（〜図４）の回転電機のステータにおける巻線構造にあるが、図１（〜図４）で示した構造が如何なる効果があるかについては、図１のみの説明では、かならずしも理解され難いところがある。
したがって、わかりやすさの観点から、図６〜図１１の回転電機のシステム構成や回転電機の構造、さらには回路構成や特性について先に説明し、その後、あらためて、図１（〜図４）の回転電機のステータにおける巻線構造について詳細に説明する。
【００１７】
＜回転電機のシステム構成例＞
図６は、本発明の第１実施形態に係る回転電機を駆動、制御するシステム構成例を示す図である。
図６において、電源（３相交流電源）２３０からの交流電力をインバータ（電力変換器）２２０で可変電圧可変周波数の３相交流電力に変換して、回転電機２１０に供給して駆動制御する。回転電機２１０は、その回転トルクで負荷２４０を駆動する。
【００１８】
なお、インバータ２２０は、複数のダイオード２２２を組み合わせたコンバータ回路２２１と、平滑コンデンサ２２３と、複数のスイッチング素子であるＩＧＢＴ２２５を組み合わせたインバータ回路２２４から構成されている。
前記のコンバータ回路２２１は、交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。また、平滑コンデンサ２２３は、コンバータ回路２２１から出力される直流電圧（直流電力）を平滑化し、高周波成分を除去するとともに、直流電圧（直流電力）を安定化させる。また、インバータ回路２２４は、複数のＩＧＢＴ２２５をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路（不図示）によって制御することによって、直流電圧（直流電力）を可変電圧可変周波数の３相交流電圧（３相交流電力）に変換して出力する。
【００１９】
＜回転電機の構造の外観＞
次に、回転電機の構造の外観について説明する。
図７は、本発明の第１実施形態に係る回転電機３１０の構造の外観を示す図である。
図７において、本発明の第１実施形態に係る回転電機３１０は、ステータ（固定子）３０１と、このステータ３０１の内周側に空隙を介して対向配置され、かつ回転可能に支持されているロータ（回転子）３０２から構成されている。
また、ロータ３０２の中心にはシャフト３０４があり、シャフト３０４の端部には軸受３０６とベアリング３０５が設けられている。
【００２０】
ステータ３０１とロータ３０２は、回転電機３１０のハウジング３０９とエンドブラケット３０７内に保持（支持）されている。
また、コイル（巻線、巻線群）３０３は、後記するステータコイル４１１、４１２、４１３（図８）と接続されている。
また、蓋３０８によって、回転電機３１０の下半分の内部構造は、図示されていないが下半分と上半分とは対称構造であって、図示された上半分の内部構造と同様な構造をしている。
なお、回転電機３１０の上半分は、回転電機の内部構造を示すために、蓋３０８を外した状態で図示されている。
【００２１】
＜回転電機の断面構造＞
次に、回転電機の断面構造について説明する。
図８は、本発明の第１実施形態に係る回転電機のＣ−Ｃ’（図７）軸方向の断面を示す図である。
図８において、回転電機３１０（図７）のステータ３０１（図７）とロータ４２０の断面を示しており、それぞれについて順に説明する。
【００２２】
［ステータ３０１について］
図８において、ステータ３０１（図７）は、ステータコア４１０と、ステータコイル（固定子巻線）４１１、４１２、４１３（順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相）とを備えて構成されている。
ステータコア４１０は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で、積層したものである。また、ステータコア４１０は、環状のヨークコア４１５と、これから径方向に突出し、周方向に等間隔で配置された複数の歯型状のティースコア４１４とを備えて構成されている。
また、ヨークコア４１５とティースコア４１４とは、一体に形成されている。
ステータコア４１０の内周部には、ステータコア４１０の内周表面側が開口し、軸方向に連続した複数のスロット４１６が形成されている。このスロット４１６は、周方向に隣接する複数のティースコア４１４の間に形成された溝状の空間部である。
図８に示した第１実施形態において、ステータコア４１０には、合計４８個のスロット４１６が形成されている。
【００２３】
《ステータコイル》
次に、ステータ３０１に備えられたステータコイル（固定子巻線）４１１、４１２、４１３について説明する。また、ステータコイルについては、集中巻と分布巻があるが、図８では分布巻の場合を示している。なお、集中巻と分布巻の相異については、後記する。
ステータコイル４１１、４１２、４１３は、また同心巻であり、ステータコア４１０のティースコア４１４に巻回されている。ここで、同心巻きとは、コイルが、複数のスロットを跨いで（或いは挟んで）離した２つのスロット４１６に収納されるように、ティースコア４１４に巻かれ、同じ極のコイルであれば同心状に配置される巻線方式である。
ステータコイル４１１、４１２、４１３は、コイル導体を積層しながら連続的に巻回したＵ相ステータコイル４１１と、Ｖ相ステータコイル４１２と、Ｗ相ステータコイル４１３とから構成されている。
【００２４】
ステータコイル４１１、４１２、４１３は、自動巻線機を用いて、巻き枠に所定の順序で予め巻回され、その後、自動挿入機を用いて、ステータコア４１０のスロット４１６の入口部からスロット４１６内に挿入され、ステータコア４１０に巻かれる。
ステータコイル４１１、４１２、４１３は、Ｕ相ステータコイル４１１、Ｖ相ステータコイル４１２、Ｗ相ステータコイル４１３の順に、スロット４１６内に挿入される。
ステータコイル４１１、４１２、４１３のスロット４１６内における巻き順の詳細については、図１、図５を参照して後記する。
ステータコイル４１１、４１２、４１３のコイル端部は、スロット４１６から軸方向両方向に突出してステータコイル４１３の軸方向の両端面に配置されている。
【００２５】
《ステータコイルの巻き方》
全体としてのステータコイルは、Ｕ相ステータコイル４１１、Ｖ相ステータコイル４１２、Ｗ相ステータコイル４１３の３相で、各相にステータコイルが８個で構成されているので、合計２４個のステータコイルを備えている。
各ステータコイル、例えば、ひとつのＵ相のステータコイルは、間に他のＶ相、Ｗ相のステータコイルが入る８個のスロット４１６を挟んで巻回される。つまり、ステータコア４１０に存在する複数の突極、つまりティースコア４１４の複数の突極を跨ぐように、互いに離したスロット４１６内に挿入され、ティースコア４１４の突極に巻回される。
【００２６】
なお、ティースコア４１４の突極とは、周方向に隣接するスロット４１６間に形成されたコア部分を指す。
また、他のＵ相ステータコイル４１１、Ｖ相ステータコイル４１２、Ｗ相ステータコイル４１３も、他の相のコイルが入る８個のスロット４１６を挟んで巻回される。そして、複数のティースコア４１４の突極を跨ぐように、互いに離したスロット４１６内に挿入されるように、ティースコア４１４の突極に巻回される分布巻の構成となっている。
分布巻の構成であるため、弱め界磁制御や、リラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲について制御が可能となる。
【００２７】
［ロータ４２０について］
図８において、ロータ４２０は、ロータコア４２１と、永久磁石４２２、シャフト４２３とから構成されている。ロータコア４２１は、薄板の鋼板をプレス成形により所定の形状とした上で積層し、シャフト４２３に固定したものである。
ロータコア４２１の外周部には、ロータ４２０の軸方向に貫通した複数（４個）の磁石挿入孔（４２２）が周方向に等間隔で形成されている。なお、図８の断面図では、永久磁石と磁石挿入孔とを区別して明確に示せないので、同一の符号４２２を用いて箇所を示している。
また、磁石挿入孔（４２２）のそれぞれに永久磁石４２２が挿入され、固定されている。
また、シャフト４２３（３０４、図７）は、前記したように、ハウジング３０９（図７）の両側にそれぞれ固定されたエンドブラケット３０７（図７）に、軸受３０６（図７）とベアリング３０５（図７）によって回転可能に支持されている。
【００２８】
＜回転電機の固定子巻線の回路構成＞
次に、回転電機の固定子巻線の回路構成について説明する。
図９は、本発明の第１実施形態に係る回転電機３１０（図７）の固定子巻線の回路構成例を示す図であり、（ａ）はΔ結線、（ｂ）はＹ結線を示す。
【００２９】
図９（ａ）において、直列接続された複数（図９では３個）のコイルが、Ｕ端子５４３、Ｖ端子５４４、Ｗ端子５４５のそれぞれの端子間に接続され、Δ結線を構成している。
第１コイル（第１の単位巻線）５４０は、端子（供電側）に近いコイルであって、Ｕ端子５４３、Ｖ端子５４４、Ｗ端子５４５から１番目のコイルである。Δ結線の場合には、端子に一番近いコイルは各端子に２個ずつあるので、第１コイル５４０は計６個ある。
第１コイル５４０の巻始め部５４１は、コイルの最初のターンである。また、第１コイル５４０の巻終り部５４２は、コイルの最終のターンである。なお、ターンとは、コイルを構成する線の１巻分に相当する最小単位の構成部分であって、このターンが複数の集合となることでコイルが構成されている。
また、第１コイル５４０の巻始め部５４１は、図１の巻始め引出線１５０に対応し、第１コイル５４０の巻終り部５４２は、図１の巻終り引出線１５１に対応している。
【００３０】
前記したように、図９（ａ）では、直列接続された複数のコイルは、３個しか表記していないが、３個を超したコイルが直列接続されているのが一般的で、各端子の第１コイル５４０に続いて、端子から離れていく各コイルを順に第２コイル、第３コイル、第４コイル、・・・と表記するものとする。
また、第１コイル５４０の巻終り部５４２とそれに続く第２コイルの間の巻線を第１・２コイルわたり部（５４２）と表記する。同様に、第２コイルと第３コイルの間の巻線を第２・３コイルわたり部、第３コイルと第４コイルの間の巻線を第３・４コイルわたり部と表記するものとする。
なお、前記した第１コイル５４０の巻終り部５４２は、前記した第１・２コイルわたり部（わたり線）５４２は、概ね同一の箇所であるので、符号で示す場合は、ともに符号５４２で示すものとする。
【００３１】
また、図９（ｂ）において、直列接続された複数（図９では３個）のコイルが、Ｕ端子５４３、Ｖ端子５４４、Ｗ端子５４５の各端子と中性電位点５４６とのそれぞれの間に接続され、Ｙ結線を構成している。
Ｙ結線の場合には、端子に一番近いコイルは各端子に１個ずつであるので、第１コイル５４０は計３個である。Ｙ結線の場合にも、第１コイル５４０の巻始め部５４１は、コイルの最初のターンであり、第１コイル５４０の巻終り部５４２は、コイルの最終ターンである。
また、各端子の第１コイル５４０に続いて、端子から順に離れていく各コイルを第２コイル、第３コイル、第４コイル、・・・と表記するものとする。
また、第１コイル５４０の巻終り部５４２とそれに続く第２コイルの間の巻線を第１・２コイルわたり部と表記する。同様に、第２コイルと第３コイルの間の巻線を第２・３コイルわたり部、第３コイルと第４コイルの間の巻線を第３・４コイルわたり部と表記するものとする。
【００３２】
＜電圧波形測定結果＞
図１０は、図８の回転電機の断面構造で、かつ図９の固定子巻線の回路構成である場合において、巻線にステップ電圧を印加した場合の対地間電圧とコイル電圧の測定結果を示す図であり、（ａ）は巻始め部（巻始め引出線）と各わたり部の対地間電圧を示し、（ｂ）はコイルの両端のコイル電圧を示している。なお、ステップ電圧を印加するのは、サージ電圧を想定している。
また、スロット外部でもスロット内部においても、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との間に静電容量を付加していない場合の測定結果である。
また、図１０（ａ）、（ｂ）において、横軸は時間の推移であり、１目盛りが５００ｎｓである。また、縦軸は（ａ）に対地線間電圧、（ｂ）にコイル電圧を示していて、（ａ）、（ｂ）ともに１目盛りが２００ｍＶである。
【００３３】
また、図１０（ａ）において、巻始め部（巻始め引出線５４１、図９）の特性線６０１、第１・２コイルわたり部の特性線６０２、第２・３コイルわたり部の特性線６０３、第３・４わたり部の特性線６０４についての対地線間電圧の測定結果を示している。
また、図１０（ｂ）において、第１コイルの特性線６１１、第２コイルの特性線６１２、第３コイルの特性線６１３についてのコイル電圧の測定結果を示している。
【００３４】
図１０（ａ）において、特性線６０１に示すように、巻始め部（巻始め引出線５４１、図９）にステップ電圧が印加された場合において、特性線６０２が示す第１・２コイルわたり部（第１コイルの巻終り）は、巻始め部（特性線６０１）の電圧変化に素早く追従していない。
また第２・３コイルわたり部の特性線６０３や第３・４コイルわたり部の特性線６０４は、さらに遅れて電圧が変化している。
【００３５】
図１０（ｂ）において、第１コイルの電圧変化の特性線６１１、第２コイルの電圧変化の特性線６１２、第３コイルの電圧変化の特性線６１３が示されている。
なお、図１０（ａ）における巻始め部の特性線６０１と第１・２コイルわたり部の特性線６０２との差分が、図１０（ｂ）の第１コイルの特性線６１１となる。また、図１０（ａ）における第１・２コイルわたり部の特性線６０２と第２・３コイルわたり部の特性線６０３との差分が、図１０（ｂ）の第２コイルの特性線６１２となる。
【００３６】
また、図１０（ｂ）において、第１コイル電圧（特性線６１１）が、ピークに達してから、１．２μｓ遅れて、第２コイル電圧（特性線６１２）がピークに達している。この結果、巻始めの対地間電圧の約９０％が第１コイルに集中している。そして、同一の時間において、第１コイル、第２コイル、第３コイルが同じ電圧を分担していない。
このように，図８かつ図９の構造を備えた回転電機では、急峻なサージ電圧に対して第１コイル５４０に高い電圧が発生する。
なお、望ましくは、前記のように第１コイルに電圧が集中せずに、複数のコイル（第１コイル、第２コイル、第３コイル・・・）が概ね同じ電圧を分担して、急峻なサージ電圧に対して耐える構造をとることである。
【００３７】
＜巻線間静電容量の付加による改善＞
図１０において、サージ電圧が発生した場合の各コイル、特に第１コイルに電圧が集中する結果が得られた。次に、この電圧の集中を防止する対策として、巻線の間に静電容量を付加することを検討する。
【００３８】
《理論的な考察》
巻線間の静電容量が大きくなると静電容量分圧によって、第１コイル電圧を小さくすることができる。ここで、静電容量Ｃは、一般的に以下の（１式）で与えられる。
Ｃ＝ε０×εｒ×Ｓ／ｄ    ・・・（１式）
ここに、ε０：真空の誘電率［Ｆ／ｍ］、εｒ：比誘電率、ｄ：距離［ｍ］、Ｓ：断面積［ｍ２］とする。
【００３９】
上記の（１式）によれば巻線間の静電容量を大きくするためには、コイル間の距離ｄを近づけることが有効である。
さらに、第１コイル電圧、つまり、第１コイルの巻始めと巻終りの電圧差を低減するために、巻線間のどの位置に静電容量を設けることが電気的に有効かという観点で検討すると、コイルの巻始めと巻終りに静電容量を付加することが効果的である。
したがって、コイルの巻始めと巻終りの距離ｄを近づけることが特に有効である。
【００４０】
《理論的な考察の模式図》
図１１は、第１コイルの巻始めにステップ電圧を印加した場合の巻線間の静電容量の大小による対地電圧波形とコイル電圧波形の相異を示す模式図であり、（ａ）は第１コイルの巻終りの対地間電圧の静電容量の大小による相異を示し、（ｂ）は第１コイル電圧（巻始めと巻終りの電圧差）の静電容量の大小による相異を示している。なお、静電容量は第１コイルの巻始めと巻終りとの間に付加されている。
また、図１１は、理論的な考察を簡易的に図式化した模式図であって、測定結果ではない。
【００４１】
図１１（ａ）において、横軸は時間の推移を示し、縦軸は第１コイルの巻始め、および巻終りの対地電圧を示している。
特性線７００は、第１コイルの巻始めにステップ電圧を印加したときの第１コイルの巻始めの対地電圧の時間の推移を示している。つまり、ステップ電圧の波形そのものを示している。
特性線７０１は、付加した巻線間静電容量の値が小さい場合の第１コイルの巻終りの対地電圧の時間の推移を示している。
また、特性線７０２は、付加した巻線間静電容量の値が大きい場合の第１コイルの巻終りの対地電圧の時間の推移を示している。
【００４２】
特性線７０２を特性線７０１と比較すると、立上がりは急峻となって、第１コイルの巻終りの対地電圧の変化が、第１コイルの巻始めの対地電圧の変化に、より追従するような特性となっている。
この特性線７０２と特性線７０１との相異は、第１コイルの巻始めと巻終りの間に大きな静電容量を付加したことによって、第１コイルの巻終りが第１コイルの巻始めの電圧変化により追従するようになったことによる。
【００４３】
図１１（ｂ）において、横軸は時間の推移を示し、縦軸は第１コイルの巻始めと巻終りの間のコイル電圧を示している。
特性線７１１は、付加した巻線間静電容量の値が小さい場合の第１コイルのコイル電圧の時間の推移を示している。
また、特性線７１２は、付加した巻線間静電容量の値が大きい場合の第１コイルのコイル電圧の時間の推移を示している。
この特性線７１２と特性線７１１との相異は、第１コイルの巻始と巻終りの間に大きな静電容量を付加したことによって、第１コイルの巻終りが第１コイルの巻始の電圧変化により追従するようになったことによる。そのため、巻終りと巻始との間の電位差が小さくなる、つまり第１コイルのコイル電圧が小さくなったことを示している。
以上のように、第１コイルの巻始と巻終りの間に大きな静電容量を付加することは、第１コイルの巻始にステップ電圧やサージ電圧が印加された場合に、第１コイルに過大な電圧が印加されることを防止するのに効果的である。
【００４４】
＜ティースコアとスロットとにおいて巻回された巻線の構造・その２＞
図１の本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータのステータコア１１０のティースコア１１４とスロット１１６とにおいて、巻回された巻線の構造について、詳細に説明する。
前記したように、図１は、本発明の第１実施形態に係る回転電機３１０（図７）のステータ３０１（図７）のステータコア１１０の複数の歯形状のティースコア１１４と溝状の空間部であるスロット１１６とにおいて、巻回された巻線１１１の構造例を示す模式図であり、（ａ）はティースコア１１４とスロット１１６で巻回された巻線１１１の斜視図であり、（ｂ）はスロット１１６内部における複数の巻線１〜１２の配置を示す模式図である。実際には、（ａ）、（ｂ）においてともに巻線の数は１２本を超す本数が選択されるのが一般的である。また、（ｂ）における巻線１〜１２は、（ａ）における複数の巻線１１１とつながっている。
また、図１（ａ）の「Ａ部」と表記した部分のスロット１１６の構造の図の上部から見た平面の断面構造を、図１（ｂ）において「Ａ部断面図」として図示している。
【００４５】
図１における本発明の第１実施形態の大きな特徴は、（ａ）に示すように、巻線の巻始め部１５０における引出線（１５０）と巻終り部１５１における引出線（１５１）とを、スロット１１６の外部で巻線の絶縁被膜を介して、接触させていることである。なお、巻線の巻始め部１５０と巻始め引出線１５０とは、実質的に同一であるので共通の符号を使用する。また、同様に、巻線の巻終り部１５１と巻終り引出線１５１とは、実質的に同一であるので共通の符号を使用する。
この巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とを、絶縁被膜を介して接触させることで、巻線の巻始め部１５０と巻終り部１５１との間に静電容量が付加される。この静電容量の付加により、前記したように第１コイル５４０（図９）の電圧の集中を軽減する。
また、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とを接触させる箇所は、図９の回路構成における前記した第１コイル（第１の単位巻線）５４０（図９）と第２コイル（第２の単位巻線）とのわたり線（わたり部）５４２の箇所とする。
【００４６】
なお、巻線をティースコア１１４とスロット１１６に直接巻きつける方法を集中巻と呼称する。集中巻の場合は、スロット１１６にコイルを巻回した後に、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とを接触させる。
また、あらかじめ巻かれた巻線をスロット１１６に挿入する方法を分布巻と呼称する。
分布巻の場合は、巻枠にて巻回した巻線を、スロット１１６に挿入した後に、巻始め引出線１５０と巻終わり引出線１５１とを接触させる。
【００４７】
なお、図１（ｂ）のスロット１１６内部における複数の巻線１〜１２の配置において、巻終り（巻終）が番号（符号）の１で、巻始め（巻始）が番号（符号）の１２である。そして、巻終りから巻始めに従って、順番に番号付けがされている。
図１（ｂ）は、集中巻の場合の巻き方であって、巻終りの巻線１は、コアの中心を基準として最外層にあり、巻始めの巻線１２は、最内層に配置されている。また、巻終りと巻始めの途中のある巻線２、３は、巻線１と同様に最外層ある。次の巻線４、５、６は、最外層より１層分だけ内側にある。さらに次の巻線７、８、９は、最内層より１層分だけ外側にある。さらに次の巻線１０、１１は、巻線１２と同じ最内層に配置されている。
【００４８】
なお、巻線３と巻線４とは、隣りに配置されている。同様に巻線６と巻線７、および巻線９と巻線１０とは、それぞれ隣りに配置されている。このように、巻始めの巻線１２から巻終りの巻線１まで、最内層から最外層に向かって順に配置している。このような巻線の配置にすると、巻線どうしが互いに交差することがない。
巻線の交差箇所がないので、巻線に無理な外力が加わるおそれがない。したがって、外力による損傷の危険性は少ない。また、応力集中に起因する絶縁被膜の劣化による絶縁性の低下の可能性も少ない。
【００４９】
また、図１（ｂ）のスロット１１６内部において、巻始である巻線１２と巻終である巻線１とは離れた位置にあり、スロット１１６内部においては、巻始である巻線１２と巻終である巻線１との静電容量の値は小さい。
したがって、巻始である巻線１２と巻終である巻線１との大きな静電容量を付加するためには、スロット外部で付加する。このため、前記したように、スロット外部で巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とを巻線の絶縁被膜を介して接触させる方法をとっている。
なお、図１（ａ）において、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とが平行に接触している。また、その平行している長さが大きいほど、（１式）の断面積Ｓが増加して、静電容量の値が大きくなる。
【００５０】
（比較例：巻線の構造）
次に、比較例として、本発明の第１実施形態とは異なるティースコア１１４とスロット１１６とにおいて、巻回された巻線の構造を説明する。
図５は、比較例のティースコア１１４とスロット１１６とにおいて、巻回された巻線の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコア１１４とスロット１１６で巻回された巻線の斜視図であり、（ｂ）はスロット１１６内部における複数の巻線１〜１２の配置を示す模式図である。
なお、図５（ａ）の「Ａ部」と表記した部分のスロット１１６の構造の図の上部から見た平面の断面構造を、図５（ｂ）において「Ａ部断面図」として図示している。
【００５１】
図５（ａ）においては、巻線の巻始め部１５０における引出線（１５０）と巻終り部１５１における引出線（１５１）を、スロット１１６の外部で接触、もしくは近接させることはしていない。
【００５２】
一方、図５（ｂ）において、スロット１１６内部で、巻始である巻線１２と巻終である巻線１は、隣接していて、スロット１１６内部で、巻線の巻始め部１５０と巻終り部１５１との間に静電容量を付加する手法をとっている。
すなわち、図５（ｂ）において、巻始である巻線１２と巻終である巻線１とは、最内層と最外層との間の中間層で隣接している。そして、巻線２〜１１は、最内層（１１、１０、９）、中間層（８、７、６、５）、最外層（４、３、２）との間を比較的に不規則に配置されている。
【００５３】
以上、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例では、スロット１１６内で巻始めと巻終りを近接させる巻線の巻回方法を行っている。そして、スロット１１６の外では、巻始めと巻終りを近接させることはしていない。
したがって、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とには、静電容量が付加されているので、インバータサージ電圧が印加されても第１コイル５４０（図９）に電圧が集中することは避けられる。
【００５４】
しかしながら、図５（ｂ）に示すような分布巻では巻始めと巻終りの距離のばらつきが大きいため近接させるには手作業や巻線設備による複雑な制御が必要である。
なお、図１（ｂ）に相当する集中巻では、巻始めは最内層にあり、巻終りは最外層にあるため巻始めと巻終りの距離が大きい。つまり、スロット１１６内で巻始めと巻終りを近接させることはできない。
また、前記したように比較例では、スロット１１６内の巻始めと巻終りを近接して巻回すことは、装置の制御が複雑になる問題があった。
さらに、１本持ちの巻線では、スロット１１６内で巻始めと巻終りを近接させることにより、交差箇所が発生する。分布巻においては、巻線を巻いた後にスロット１１６に挿入するが、巻線交差による外力によってスロット１１６内に挿入する際の損傷が発生しやすくなる。また、挿入後においても、巻線交差の箇所における応力集中のために絶縁被膜劣化が発生し、それによって絶縁性が低下する可能性がある。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る回転電機３１０（図７）のステータ３０１（図７）のステータコア１１０の複数の歯形状のティースコア１１４と溝状の空間部であるスロット１１６とにおいて、巻回された巻線１１１の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコア１１４とスロット１１６で巻回された巻線１１１の斜視図であり、（ｂ）は巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との間の関係であるＢ構造と表記した部分の構造を示す模式図である。
図２において、（ｂ）に示すように、（ａ）のＢ構造として表記した巻線の巻始め部１５０と巻終り部１５１の関係は、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１を互いに撚り合わされた撚り線状にすることによって、接触させ、かつ接触状態を保っている。この撚り線状の構造によって、静電容量を巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との間で付加する。
また、撚る回数は多くして、接触面積（（１式）の断面積Ｓ）を増やし、巻線間の静電容量を増加させることが望ましい。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る回転電機３１０（図７）のステータ３０１（図７）のステータコア１１０の複数の歯形状のティースコア１１４と溝状の空間部であるスロット１１６とにおいて、巻回された巻線１１１の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコア１１４とスロット１１６で巻回された巻線１１１の斜視図であり、（ｂ）は巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との間の関係であるＢ構造と表記した部分の構造を示す模式図である。
図３において、巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１を巻線の絶縁被膜を介して接触させ、絶縁チューブ１６０で覆う、または拘束することによって、接触状態を保持する方法である。
絶縁チューブ１６０は、伸縮性があり巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１を覆った長さ分だけ接触させることが望ましい。
【００５７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る回転電機３１０（図７）のステータ３０１（図７）のステータコア１１０の複数の歯形状のティースコア１１４と溝状の空間部であるスロット１１６とにおいて、巻回された巻線１１１の構造を示す模式図であり、（ａ）はティースコア１１４とスロット１１６で巻回された巻線１１１の斜視図であり、（ｂ）は巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との間の関係であるＢ構造と表記した部分の構造を示す模式図である。
図４において、巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１は、樹脂状の誘電体１６１で固着され、接触状態が保持されている。
なお、誘電体１６１の比誘電率（（１式）のεｒ）は１以上であるが、高い（大きい）方が望ましい。
また、巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１を固着される方法としては、ワニス処理（ワニス樹脂）、紫外線硬化剤（紫外線硬化樹脂）、自己融着銅線などがある。
なお、自己融着銅線とは、銅線に融着材が塗布されているものであって、融着材の材質としては、エナメル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ホルマールなどがある。
【００５８】
＜実機による確認＞
図１の本発明の第１実施形態において、実機による特性を確認した。
図１における巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１の接触状態の長さを、第１コイル５４０（図９）と第２コイルのわたりの長さで接触させた場合（他の諸条件の説明は省略する）に、概ね２％の第１コイル電圧の低減が確認できた。
また、前記の接触状態の長さを増加すると、接触長さに応じてコイル電圧が低減した。
また、図４の本発明の第４実施形態において、第１実施形態と同一の長さで接触させた場合で、誘電体１６１で固着させたときに、コイル電圧はさらに低減した。
【００５９】
＜効果＞
以上説明したように、第１〜第４実施形態によれば、モータあるいはインバータ駆動回転電機システムを使用した場合、回転電機３１０の対コアのサージ電圧を低減することができる。このため、モータ巻線間のコイル電圧を低減し、巻線間の絶縁劣化を防止することができる。したがって、インバータ駆動時にも急峻なインバータサージ電圧が原因と考えられるモータ巻線間の絶縁劣化を防止した回転電機３１０、あるいはインバータ駆動回転電機システムを提供することができる。
【００６０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明はこれら実施形態およびその変形に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもよく、以下にその例をあげる。
【００６１】
《引出線の接触方法》
巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との接触方法として、図２においては、接触部分のＢ構造を撚り線の構造で示し、図３では絶縁チューブ１６０で覆う方法を示したが、撚り線構造の上から絶縁チューブ１６０を覆ってもよい。
また、図４の誘電体１６１を付加した構造の上から、接触状態の保持を確実にするためや、外力からの損傷を防ぐためなどに、絶縁チューブ１６０を覆ってもよい。
また、これら図２、図３、図４で示したＢ構造の方法をすべて組み合わせてもよい。
【００６２】
《集中巻と分布巻》
図１（ａ）、（ｂ）において、スロット１１６内の巻線１〜１２については、集中巻の場合を例にあげて主として説明したが、分布巻の場合においても、同様なことがいえる。
すなわち、分布巻の場合においても、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とを絶縁被膜を介して接触されると、集中巻の場合と同様に、サージ電圧が発生した場合の第１コイルに電圧が集中することを防止することに効果がある。
【００６３】
《接触状態の保持方法》
図３を参照して、絶縁チューブ１６０を用いることにより、巻線の巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１とを巻線の絶縁被膜を介して接触させ、接触状態を保持する方法について説明したが、接触状態を保持できるものであれば絶縁チューブ１６０に限定されない。例えば、複数個の輪によって複数個所で拘束して接触状態を保持してもよい。
また、接触状態を保持できるチューブであれば、かならずしも絶縁性の素材に限定されない。
また、絶縁チューブ１６０の長さと、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１を覆った長さが、かならずしも一致しなくともよい。一致していない場合においても、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１との接触状態に応じた静電容量が確保できる。
【００６４】
《固着用の樹脂》
図４で示した第４実施形態において、巻始め引出線１５０と巻終り引出線１５１を固着する方法として、ワニス処理（ワニス樹脂）、紫外線硬化剤（紫外線硬化樹脂）、自己融着銅線を例にあげたが、これらの方法に限定されない。
固着性を有する樹脂であり、さらに望ましい条件として比誘電率の大きい樹脂であれば、他の素材の樹脂を用いられる可能性がある。
【００６５】
（本発明、本実施形態の補足）
本発明、本実施形態の回転電機では、近年、インバータ駆動が盛んに行われている低圧モータにおいて、急峻サージ電圧に対し巻線間の分担電圧を緩和し、巻線間での絶縁劣化の発生を防止するものである。インバータ装置の発生するサージ電圧は、時間的な割合は少ないが、数１０ＫＨｚ程度の周期で動作中は、絶えず繰り返される。そして、固定子鉄心に巻回されている巻線群を備えた回転電機に繰り返し印加される。
本実施形態では、回転電機の単位巻線の巻始めと巻終りをスロット外で接触させることにより、巻線間静電容量を向上させ、急峻なインバータサージ電圧に対して、供電ライン側巻線に集中する電圧を低減する。また、この供電ライン側巻線の分担電圧の低減分を他の単位巻線にも分担させ、各単位巻線の分担電圧を平等化する。したがって、同相の単位巻線の巻線端部間の巻線接触部に発生する電圧を低減できる。
【００６６】
また、本実施形態では、スロット外で巻線の巻始めと巻終りを接触させるので、巻線の交差を無くすことができる。そのため応力集中による絶縁被膜劣化と絶縁性の低下を防止できる。また、巻線の巻位置を制御する複雑な巻線装置も必要がない。
また、前記のように、巻線の巻始め引出線と巻終り引出線を接触させる簡易な構成のため、巻線の仕様を変えることなく、電圧に対する巻線の絶縁耐力を向上させることができる。
また、従来と同程度の体格（容積、形状）で回転電機の高出力化を達成できる。特にインバータ装置によって駆動され、インバータ装置から巻線に過大なサージ電圧が印加される回転電機には好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１〜１２    巻線（固定子巻線）
１１０、４１０    ステータコア（固定子鉄心）
１１１、４１１    ステータコイル、巻線、固定子巻線、Ｕ相ステータコイル
１１４、４１４    ティースコア
１１６、４１６    スロット
１５０、５４１    巻始め引出線、巻始め部
１５１    巻終り引出線、巻終り部
１６０    絶縁チューブ
１６１    誘電体
２１０、３１０    回転電機
２２０    インバータ（電力変換器）
２２１    コンバータ回路
２２２    ダイオード
２２３    平滑コンデンサ
２２４    インバータ回路
２２５    ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
２３０    電源（３相交流電源）
２４０    負荷
３０１    ステータ（固定子）
３０２、４２０    ロータ（回転子）
３０３    コイル、巻線、巻線群
３０４、４２３    シャフト
３０５    ベアリング
３０６    軸受
３０７    エンドブラケット
３０８    蓋
３０９    ハウジング
４１２    ステータコイル、固定子巻線、Ｖ相ステータコイル
４１３    ステータコイル、固定子巻線、Ｗ相ステータコイル
４１５    ヨークコア
４２１    ロータコア
４２２    永久磁石（磁石挿入孔）
５４０    第1コイル（単位巻線、第１の単位巻線）
５４２    巻終り部、わたり部、わたり線
５４３    Ｕ端子
５４４    Ｖ端子
５４５    Ｗ端子
５４６    中性電位点
６０１〜６０４、６１１〜６１３、７００〜７０２、７１１、７１２    特性線
【図７】
2014064420.tif 000003
【図８】
2014064420.tif 000004
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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