(57)【要約】【課題】コイルピッチが全節で誘導起電力の高調波成分を低減した巻線配置で、かつ部品点数を低減し安価に製作できる、三相回転電機のステータを提供する。【解決手段】波巻された電機子巻線と、それぞれ当該電機子巻線の複数のコイル片１２を収める、複数のスロット１３と、それぞれ磁極ピッチと等しいコイルピッチである、複数のコイル片１２とを備える三相回転電機のステータであって、一つ置きのスロット１３のそれぞれにおいて、複数のコイル片１２は、ｎを正の整数としてｎ層目とｎ＋１層目のコイル片１２を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有し、奇数層のコイル片１２を流れる電流が全て同位相であり、偶数層のコイル片１２を流れる電流が全て同位相となるように収められるものとすることで、コイルピッチが全節で誘導起電力の高調波成分を低減した巻線配置で部品点数を低減し安価に製作できる、三相回転電機のステータを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波巻された電機子巻線と、
それぞれ当該電機子巻線の複数のコイル片を収める、複数のスロットと、
それぞれ磁極ピッチと等しいコイルピッチである、複数の前記コイル片と
を備える三相回転電機のステータであって、
一つ置きの前記スロットのそれぞれにおいて、複数の前記コイル片は、ｎを正の整数としてｎ層目とｎ＋１層目の前記コイル片を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有し、かつ、奇数層の前記コイル片を流れる前記電流が全て同位相であり、かつ、偶数層の前記コイル片を流れる前記電流が全て同位相となるように収められることを特徴とする三相回転電機のステータ。
【請求項２】
前記スロット１つ当たりの前記コイル片の数は、ｍを正の整数として、２ｍであることを特徴とする請求項１に記載の三相回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導起電力の高調波成分を低減する効果を有する三相回転電機のステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機に発生する誘導起電力の高調波成分（主に５次、７次）を低減し、起電力波形を正弦波に近づける方法として、電機子巻線のスロットに挿入するコイル片のコイルピッチを磁極ピッチよりも短い間隔とする短節巻にする方法がある。
【０００３】
さらに、電機子巻線の巻き方には、代表的に円周方向にずれたスロット内に挿入されたコイル片を並列接続する重ね巻及び磁極ピッチ２つ分ずれたスロット内に挿入されるコイル片を直列接続する波巻があり、一般的に、短節巻には、電機子巻線が挿入されるスロットを二層（外層、内層）に分けて、ステータ内層側の電機子巻線のコイル片から、ステータ外層側の電機子巻線のコイル片へ、所定ピッチτ（τ＜磁極ピッチ）に渡り巻装する、二層重ね巻が用いられる。
【０００４】
例えば、下記特許文献１に記載された平角導体からなる電機子巻線を用いれば、電機子巻線の一方のコイル片をステータ内層側、他方のコイル片をステータ外層側に配置することで重ね巻とし、短節巻を施すことが可能となる。
【０００５】
ところで、図４は、回転電機のステータの１磁極対分の領域（周方向における１／４の領域）を表す断面図である。回転電機のステータはステータコア１１及び電機子巻線を備えている。なお、当該図では電機子巻線のコイル片１２を表している。
【０００６】
ステータコア１１には、複数のスロット１３が設けられており、各スロット１３にコイル片１２がそれぞれ複数ずつ収められている。図４に示す回転電機のステータでは、一例として、極数が８、スロット１３の数が４８（毎極毎相のスロット数＝２）、各スロット１３に収められるコイル片１２の数が８（８層）であるものとしている。
【０００７】
図４では、各スロット１３に対し、周方向の順にスロット番号（１），（２），…，（１２）を付している。また、１つ当たりのスロット１３に収められた複数層のコイル片１２は、当該図中に示すように、ステータ外径側からステータ内径側に向けて、１層目，…，８層目としている。
【０００８】
図５は、二層重ね巻により短節巻を施した、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）回転電機のステータの１磁極分の巻線配置図であり、横矢印方向にスロット番号（１），（２），…，（１２）を記してあり、下矢印方向に各コイル片１２の位置を示す層番号１，２，…，８を記している。なお、層番号１〜４が外層、層番号５〜８が内層である。また、図５の巻線配置図は、図４の断面図と対応しており、図示していない３／４領域（スロット番号（１３）〜（４８））は、図示した１／４領域（スロット番号（１）〜（１２））の回転周期対象となる。換言すれば、図示した１／４領域における巻線配置を１周期とすると、図示していない３／４領域においては当該１周期を繰り返す巻線配置となる。
【０００９】
従来技術として二層重ね巻により短節巻を施す場合、図５に示すように、スロット番号（１）のステータ内層側のコイル片１２はスロット番号（６）のステータ外層側のコイル片１２へと渡りＵ相コイルを形成し、同様に、スロット番号（２）のステータ内層側のコイル片１２はスロット番号（７）のステータ外層側のコイル片１２へと渡りＵ相コイルを形成する。すなわち、短節巻のコイルピッチは、層番号１‐６，２‐７，…となり、磁極ピッチに対し１スロット分ピッチが狭くなる。
【００１０】
一方、波巻では、コイルピッチが磁極ピッチと等しい全節巻が、一般的に採用される。通常、全節巻は起電力波形に高調波成分が発生しやすい。
【００１１】
図３は、波巻により、電機子巻線のスロットに挿入するコイル片の全てのコイルピッチが磁極ピッチと等しい全節巻を施した、三相回転電機のステータの１磁極分の巻線配置図であり、当該図中の各番号及び巻線配置の周期については、図５と同様である。図３に示すように、全節巻は、１つのスロット１３に収められたコイル片１２は全て同位相となっており、スロット番号（１）の各コイル片１２はスロット番号（７）の各コイル片１２へとそれぞれ渡りＵ相コイル形成し、同様に、スロット番号（２）の各コイル片１２はスロット番号（８）の各コイル片１２へとそれぞれ渡りＵ相コイルを形成する。このように、全節巻におけるコイルピッチは、層番号１‐７，２‐８，…となり、全節巻の磁極ピッチと等しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１９５００６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献１には、二層重ね巻による短節巻であるため、高調波は発生しにくいが、コイル同士を並列接続する重ね巻は端子電圧を高電圧にすることが不向きであり、適用用途が限られる問題が生じる。
【００１４】
さらに、上記特許文献２には、全てのコイルピッチが全節巻で、５次、７次の高調波成分を低減し、波巻の起電力波形を改善する技術が開示されている。しかし、例えば、コイル片の数／スロット数＝６の場合（特許文献２の図５）には、巻線が３種類以上必要になり、部品点数が増えてコストが増加するという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明では、コイル片の接続を波巻でコイルピッチが全節巻で誘導起電力の高調波成分を低減した巻線配置で、かつ前記特許文献２とは異なってコイル片が１種類で部品点数を低減し安価に製作できる、三相回転電機のステータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する第１の発明に係る三相回転電機のステータは、
波巻された電機子巻線と、
それぞれ当該電機子巻線の複数のコイル片を収める、複数のスロットと、
それぞれ磁極ピッチと等しいコイルピッチである、複数の前記コイル片と
を備える三相回転電機のステータであって、
一つ置きの前記スロットのそれぞれにおいて、複数の前記コイル片は、ｎを正の整数としてｎ層目とｎ＋１層目の前記コイル片を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有し、かつ、奇数層の前記コイル片を流れる前記電流が全て同位相であり、かつ、偶数層の前記コイル片を流れる前記電流が全て同位相となるように収められることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第２の発明に係る三相回転電機のステータは、
上記第１の発明に係る三相回転電機のステータにおいて、
前記スロット１つ当たりの前記コイル片の数は、ｍを正の整数として、２ｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る回転電機のステータによれば、コイル片の接続を波巻でコイルピッチが全節巻で誘導起電力の高調波成分を低減した巻線配置で、かつコイル片が１種類で部品点数を低減し安価に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの１磁極分の巻線配置図である。
【図２】本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータ、短節巻のステータ及び全節巻のステータの誘導起電力を比較したグラフである。縦軸が誘導起電力（ｐ．ｕ．）、横軸が電気角［ｄｅｇ］を表している。
【図３】電機子巻線のスロットに挿入するコイル片の全てのコイルピッチが磁極ピッチと等しい全節巻を施した、三相回転電機のステータの１磁極分の巻線配置図である。
【図４】回転電機のステータの１磁極対分の領域を表す断面図である。
【図５】二層重ね巻により短節巻を施した、三相回転電機のステータの１磁極分用いた巻線配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る三相回転電機のステータを、実施例により図面を用いて説明する。
【００２１】
［実施例１］
本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの１磁極分の巻線配置図であり、当該図中の各番号及び巻線配置の周期については、図５と同様である。なお、以下では、既に説明した図４のステータと同様に、極数が８、スロット１３の数が４８（毎極毎相のスロット数＝２）、各スロット１３に収められるコイル片１２の数が８つであるものとしている。
【００２２】
本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの巻線配置は、図１のスロット番号（１）において、コイル片１２の位相が全て＋Ｕであるのに対し、隣のスロット番号（２）では、ｎ（ｎは正の整数。以下同様。）層目とｎ＋１層目のコイル片１２は、＋Ｕと−Ｗの位相が交互となるように配置されている。
【００２３】
すなわち、一つ置きのスロット１３のそれぞれにおいて、複数のコイル片１２は、ｎ層目とｎ＋１層目のコイル片１２を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有し、かつ、奇数層のコイル片１２を流れる電流が全て同位相であり、かつ、偶数層のコイル片１２を流れる電流が全て同位相となるように収められている。
【００２４】
また、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの巻線配置は、図１において、スロット番号（１）の１層目のコイル片１２はスロット番号（７）の２層目のコイル片１２へと渡り、そこからスロット番号（１３）（不図示。周期的にはスロット番号（１）に相当）の３層目のコイル片１２へと波状に巻装され、Ｕ相コイルを形成する。
【００２５】
同様に、スロット番号（２）の１層目のコイル片１２はスロット番号（８）の２層目のコイル片１２へと渡り、そこからスロット番号（１４）（不図示。周期的にはスロット番号（２）に相当）の３層目のコイル片１２へと波状に巻装され、Ｗ相コイルを形成する。
【００２６】
すなわち、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータにおけるコイルピッチは、層番号１‐７，２‐８，…となり、全て磁極ピッチと等しい全節巻となる。
【００２７】
本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの巻線配置は、例えばスロット番号（２）において、＋Ｕのコイル片１２が計４つ、−Ｗのコイル片１２が計４つ配置されている。一方、従来の二層重ね巻による短節巻を施した、三相回転電機のステータの巻線配置（図５）は、スロット番号（２）において、＋Ｕのコイル片１２が計４つ（ステータ内層側）、−Ｗのコイル片１２が計４つ（ステータ外層側）配置されている。
【００２８】
よって、各スロット１３に収められたコイル片１２の数は、本発明の実施例１に係る波巻による全節巻を施した三相回転電機のステータの巻線配置と、従来の二層重ね巻による短節巻を施した三相回転電機のステータの巻線配置とで等しい。
【００２９】
図２は、本発明の実施例１に係る波巻による一つ置きのスロット内に巻装されるコイル片がｎ層目とｎ＋１層目を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有する全節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータ、二相重ね巻による短節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータ、波巻によるスロット内に巻装されるコイル片を流れる電流が同位相の全節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータのそれぞれについて、磁界解析により算出した誘導起電力波形を比較したグラフである。縦軸が誘導起電力（ｐ．ｕ．）、横軸が電気角［ｄｅｇ］を表しており、Ａは本発明の実施例１に係る波巻による一つ置きのスロット内に巻装されるコイル片がｎ層目とｎ＋１層目を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有する全節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータ、Ｂは二相重ね巻による短節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータ、Ｃは波巻によるスロット内に巻装されるコイル片を流れる電流が同位相の全節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータである。
【００３０】
図２に示すように、Ａの本発明の実施例１に係る波巻による一つ置きのスロット内に巻装されるコイル片がｎ層目とｎ＋１層目を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有する全節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータと、Ｂの二相重ね巻による短節巻を施した巻線配置で構成された三相回転電機のステータの起電力波形は等しい。すなわち、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの巻線配置により、波巻による全節巻でありながら、二層重ね巻による短節巻と同等の起電力波形特性を得ることができる。
【００３１】
なお、各電機子巻線の巻き始め及び巻き終わりの結線処理によって、各電機子巻線の位相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は決まり、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータの巻線配置は、磁極ピッチとコイルピッチが等しいので、結線処理によって図３に示すような全節巻とすることもできる。
【００３２】
なお、上述において、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータは、極数が８、スロット１３の数が４８（毎極毎相のスロット数＝２）、各スロット１３に収められるコイル片１２の数が８つであるものとしたが、本実施例はこれに限定されるものではない。
【００３３】
以上、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータについて説明したが、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータは、波巻された電機子巻線と、それぞれ当該電機子巻線の複数のコイル片１２を収める、複数のスロット１３と、それぞれ磁極ピッチと等しいコイルピッチである、複数の前記コイル片とを備える三相回転電機のステータであって、一つ置きのスロット１３のそれぞれにおいて、複数のコイル片１２は、ｎを正の整数としてｎ層目とｎ＋１層目のコイル片１２を流れる電流が２／３πｒａｄの位相差を有し、かつ、奇数層のコイル片１２を流れる電流が全て同位相であり、かつ、偶数層のコイル片１２を流れる電流が全て同位相となるように収められるものである。このようにして、波巻による全節巻で、誘導起電力の高調波成分を低減し、より正弦波に近い起電力波形を得ることができる。
【００３４】
また、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータは、磁極ピッチとコイル片１２のコイルピッチが等しいものとしてもよい。このようにして、コイルエンド端部の結線処理により、図３に示すような全節巻を施したステータとすることもできる。
【００３５】
さらに、本発明の実施例１に係る三相回転電機のステータは、スロット１３の１つ当たりのコイル片１２の数は、ｍを正の整数として、２ｍとなるようにしてもよい。このように、コイル片１２の数／スロット１３の数が偶数であれば、必要な電機子巻線のコイル片が１種類のみとなり、部品点数の削減による低コスト化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、三相回転電機のステータとして好適である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  ステータコア
１２  （電機子巻線の）コイル片
１３  スロット
【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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