(57)【要約】  回転電機では、第１及び第２の電機子コイル群が、一対のコイル辺を含む複数の電機子コイルをそれぞれ有している。第１の電機子コイル群の各コイル辺は電機子コアのスロットの上口に配置され、第２の電機子コイル群の各コイル辺は電機子コアのスロットの下口に配置されている。仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方をスロットの上口、他方をスロットの下口にそれぞれ配置して、複数の仮想コイル辺を各スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、各電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、電流相及び電流の向きを仮想コイル辺と一致させて各仮想コイル辺の位置に配置されている。
2015128964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向について互いに間隔を置いて設けられた複数の磁極ティースを有し、各上記磁極ティース間にスロットが形成されている電機子コア、
互いに異なる上記スロットに配置された一対のコイル辺と上記一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ含む複数の電機子コイルをそれぞれ有し、各上記電機子コイルが重ね巻きで上記磁極ティースに巻かれている第１の電機子コイル群及び第２の電機子コイル群、及び
周方向へ並ぶ複数の磁極を持ち、上記電機子コア、上記第１の電機子コイル群及び上記第２の電機子コイル群に対して回転される回転子
を備え、
上記第１の電機子コイル群の各上記コイル辺は、上記スロットの上口に配置され、
上記第２の電機子コイル群の各上記コイル辺は、上記スロットの下口に配置され、
各上記電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ上記磁極ティースの数は、すべて同じであり、
互いに異なる上記スロットに配置された一対の仮想コイル辺と上記一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルを想定し、上記仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を上記スロットの上口、他方を上記スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の上記仮想コイル辺を各上記スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、
各上記電機子コイルのそれぞれの上記コイル辺は、電流相及び電流の向きを上記仮想コイル辺と一致させて各上記仮想コイル辺の位置に配置されている回転電機。
【請求項２】
第１の電機子コアと、上記第１の電機子コアに設けられた第１の電機子コイル群とを有する第１の電機子、
上記第１の電機子に対して回転される第１の回転子、
第２の電機子コアと、上記第２の電機子コアに設けられた第２の電機子コイル群とを有する第２の電機子、
上記第２の電機子に対して回転される第２の回転子、及び
上記第１及び第２の回転子が固定された共通の回転軸
を備え、
上記第１及び第２の回転子は、周方向へ並ぶ複数の磁極を同数ずつ有し、
上記第１及び第２の電機子コアは、複数の磁極ティースを同数ずつ有し、
上記第１及び第２の電機子コアでは、各上記磁極ティース間にスロットが同数ずつ形成されており、
上記第１及び第２の電機子コイル群は、上記磁極ティースに重ね巻きで巻かれている複数の電機子コイルをそれぞれ有し、
各上記電機子コイルは、互いに異なる上記スロットに配置された一対のコイル辺と上記一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ有し、
各上記電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ上記磁極ティースの数は、すべて同じであり、
上記第１及び第２の電機子コアのそれぞれの上記スロットの数と同数の仮想スロットが形成されている仮想電機子コアと、互いに異なる上記仮想スロットに配置された一対の仮想コイル辺と上記一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルとを想定し、上記仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を上記仮想スロットの上口、他方を上記仮想スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の上記仮想コイル辺を各上記仮想スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、
上記第１の電機子コイル群のそれぞれの上記コイル辺は、上記仮想スロットの上口に配置された上記仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて上記第１の電機子コアのそれぞれの上記スロットに配置され、
上記第２の電機子コイル群のそれぞれの上記コイル辺は、上記仮想スロットの下口に配置された上記仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて上記第２の電機子コアのそれぞれの上記スロットに配置され、
上記第１及び第２の電機子コイル群の各上記コイル辺についてみると、共通の上記仮想スロットに配置された各上記仮想コイル辺のそれぞれに対応する上記コイル辺同士の周方向の位置関係は、上記第１の回転子の上記磁極と上記第２の回転子の上記磁極との周方向の位置関係と同じである回転電機。
【請求項３】
上記第１及び第２の回転子は、上記磁極の位置を周方向について一致させて配置されている請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記第１及び第２の回転子は、上記磁極の位置を周方向について互いにずらして配置されている請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
上記第１及び第２の電機子コアの少なくともいずれかは、周方向へ並ぶ複数の分割コアに分割されており、
各上記分割コアの境界の位置は、各上記電機子コイルがいずれも跨らない上記磁極ティースの位置となっている請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電機子と、電機子に対して回転する回転子とを有する回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電機子コアに電機子コイルを２層重ね巻きで巻くために、コイルエンドの形態をコイルごとで揃えずに電機子コアの各スロットに電機子コイルの素線を順番に挿入するようにした回転電機の電機子の製造方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９８７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、各電機子コイルのコイルエンドが複雑に配置されるので、電機子コアのスロットに電機子コイルの素線を挿入するときに隣の電機子コイルのコイルエンドが邪魔になることもあり、電機子コアに電機子コイルを巻く作業が難しくなってしまうおそれがある。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、動作特性が良好であり、かつ製造を容易にすることができる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による回転電機は、周方向について互いに間隔を置いて設けられた複数の磁極ティースを有し、各磁極ティース間にスロットが形成されている電機子コア、互いに異なるスロットに配置された一対のコイル辺と一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ含む複数の電機子コイルをそれぞれ有し、各電機子コイルが重ね巻きで磁極ティースに巻かれている第１の電機子コイル群及び第２の電機子コイル群、及び周方向へ並ぶ複数の磁極を持ち、電機子コア、第１の電機子コイル群及び第２の電機子コイル群に対して回転される回転子を備え、第１の電機子コイル群の各コイル辺は、スロットの上口に配置され、第２の電機子コイル群の各コイル辺は、スロットの下口に配置され、各電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ磁極ティースの数は、すべて同じであり、互いに異なるスロットに配置された一対の仮想コイル辺と一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルを想定し、仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方をスロットの上口、他方をスロットの下口にそれぞれ配置して、複数の仮想コイル辺を各スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、各電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、電流相及び電流の向きを上記コイル辺と一致させて各仮想コイル辺の位置に配置されている。【０００７】
また、この発明による回転電機は、第１の電機子コアと、第１の電機子コアに設けられた第１の電機子コイル群とを有する第１の電機子、第１の電機子に対して回転される第１の回転子、第２の電機子コアと、第２の電機子コアに設けられた第２の電機子コイル群とを有する第２の電機子、第２の電機子に対して回転される第２の回転子、及び第１及び第２の回転子が固定された共通の回転軸を備え、第１及び第２の回転子は、周方向へ並ぶ複数の磁極を同数ずつ有し、第１及び第２の電機子コアは、複数の磁極ティースを同数ずつ有し、第１及び第２の電機子コアでは、各磁極ティース間にスロットが同数ずつ形成されており、第１及び第２の電機子コイル群は、磁極ティースに重ね巻きで巻かれている複数の電機子コイルをそれぞれ有し、各電機子コイルは、互いに異なるスロットに配置された一対のコイル辺と一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ有し、各電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ磁極ティースの数は、すべて同じであり、第１及び第２の電機子コアのそれぞれのスロットの数と同数の仮想スロットが形成されている仮想電機子コアと、互いに異なる仮想スロットに配置された一対の仮想コイル辺と一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルとを想定し、仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を仮想スロットの上口、他方を仮想スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の仮想コイル辺を各仮想スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、第１の電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、仮想スロットの上口に配置された仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて第１の電機子コアのそれぞれのスロットに配置され、第２の電機子コイルのそれぞれのコイル辺は、仮想スロットの下口に配置された仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて第２の電機子コアのそれぞれのスロットに配置され、第１及び第２の電機子コイル群の各コイル辺についてみると、共通の仮想スロットに配置された各仮想コイル辺のそれぞれに対応するコイル辺同士の周方向の位置関係は、第１の回転子の磁極と第２の回転子の磁極との周方向の位置関係と同じである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による回転電機によれば、動作特性が良好な回転電機を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機を示す縦断面図である。
【図２】図１の回転電機を示す斜視図である。
【図３】図１の回転電機を示す構成図である。
【図４】図３の電機子を示す展開図である。
【図５】比較例１による回転電機を示す構成図である。
【図６】図５の回転電機の電機子を示す展開図である。
【図７】図６の回転電機の電機子の要部拡大図である。
【図８】比較例１による電機子において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力を各磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。
【図９】比較例１による回転電機における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【図１０】この発明の実施の形態２による回転電機を示す縦断面図である。
【図１１】図１０の回転電機を示す斜視図である。
【図１２】図１０の第１の電機子及び第１の回転子を示す構成図である。
【図１３】図１２の第１の電機子を示す展開図である。
【図１４】図１０の第２の電機子及び第２の回転子を示す構成図である。
【図１５】図１４の第２の電機子を示す展開図である。
【図１６】図１２の第１の電機子において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。
【図１７】図１２の第１の電機子及び第１の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【図１８】図１４の第２の電機子において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。
【図１９】図１４の第２の電機子及び第２の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【図２０】この発明の実施の形態３による回転電機の第１の電機子及び第１の回転子を示す構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態３による回転電機の第２の電機子及び第２の回転子を示す構成図である。
【図２２】比較例２による回転電機を示す構成図である。
【図２３】図２２の電機子を示す展開図である。
【図２４】比較例２による電機子において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力を各磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。
【図２５】比較例２による回転電機における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【図２６】この発明の実施の形態４による回転電機の電機子を示す展開図である。
【図２７】この発明の実施の形態５による回転電機の第１の電機子及び第１の回転子を示す構成図である。
【図２８】図２７の第１の電機子を示す展開図である。
【図２９】この発明の実施の形態５による回転電機の第２の電機子及び第２の回転子を示す構成図である。
【図３０】図２９の第２の電機子を示す展開図である。
【図３１】図２７の第１の電機子において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。
【図３２】図２７の第１の電機子及び第１の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【図３３】図２９の第２の電機子において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティースの位置との関係で示すグラフである。
【図３４】図２９の第２の電機子及び第２の回転子の構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【図３５】この発明の実施の形態６による回転電機の第１の電機子及び第１の回転子を示す構成図である。
【図３６】この発明の実施の形態６による回転電機の第２の電機子及び第２の回転子を示す構成図である。
【図３７】この発明の実施の形態２による回転電機の他の例を示す縦断面図である。
【図３８】図３７の回転電機を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を示す縦断面図である。また、図２は、図１の回転電機を示す斜視図である。さらに、図３は、図１の回転電機を示す構成図である。図において、回転電機１は、円筒状の電機子（固定子）２と、電機子２の軸線上に配置された回転軸３と、回転軸３に固定され回転軸３と一体に電機子２に対して回転される回転子４とを有している。
【００１１】
また、回転電機１は、支持台５０に支持されている。支持台５０は、ベース５１と、ベース５１の上面に互いに離して固定された電機子用支持部５２及び回転子用支持部５３とを有している。電機子２は、電機子用支持部５２に支持されている。回転軸３は、回転子用支持部５３に軸受５４を介して回転自在に支持されている。回転軸３及び回転子４は、回転子用支持部５３に片持ちで支持されている。
【００１２】
回転子４は、電機子２の内側に配置されている。また、回転子４は、磁性材料（例えば鉄等）で構成された円柱状の回転子コア５と、回転子コア５の外周面（電機子２の内周面に対向する面）に設けられた複数の磁石６とを有している。各磁石６は、図３に示すように、回転子コア５の周方向について互いに間隔を置いて配置されている。回転子４には、各磁石６によって回転子コア５の周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。この例では、１０個の磁石６が回転子コア５の外周面に設けられており、回転子４の磁極数Ｐが１０になっている。
【００１３】
電機子２は、図３に示すように、磁性材料（例えば鉄等）で構成された電機子コア７と、電機子コア７にそれぞれ設けられた第１の電機子コイル群２０及び第２の電機子コイル群３０とを有している。
【００１４】
電機子コア７は、円筒状のバックヨーク８と、バックヨーク８の内周部から径方向内側へ（回転子４に向けて）突出する複数の磁極ティース９とを有している。各磁極ティース９は、電機子コア７の周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース９間には、電機子コア７の径方向内側へ（回転子４に向けて）開放されたスロット１０が形成されている。電機子コア７では、磁極ティース９の数とスロット１０の数（スロット数）Ｑとが同じになっている。この例では、磁極ティース９の数及びスロット数Ｑがともに２４になっている。
【００１５】
ここでは、説明の便宜上、図１の回転軸３の中心から鉛直上方に位置するスロット１０を基準スロットとし、基準スロット１０の番号をＮｏ．１としている。また、図１の基準スロットＮｏ．１から反時計まわりの順に各スロット１０の番号をＮｏ．２、Ｎｏ．３、…、Ｎｏ．２４としている。また、図１のＮｏ．１及びＮｏ．２のスロット１０間に位置する磁極ティース９の番号をＮｏ．１とし、Ｎｏ．１の磁極ティース９から反時計まわりの順に各磁極ティース９の番号をＮｏ．２、Ｎｏ．３、…、Ｎｏ．２４としている。
【００１６】
また、電流の相数をｍ（この例では、第１及び第２の電機子コイル群２０，３０に流れる電流の相数が３相であるため、ｍ＝３）とすると、スロット数Ｑと磁極数Ｐとの関係を示す係数である毎極毎相スロット数ｑは、以下の式（１）で表される。
【００１７】
ｑ＝Ｑ／（Ｐ・ｍ）  …（１）
【００１８】
従って、この例では、毎極毎相スロット数ｑの値が２４／３０＝４／５となっている。
【００１９】
図４は、図３の電機子２を示す展開図である。第１の電機子コイル群２０は複数の電機子コイル２１を有し、第２の電機子コイル群３０は複数の電機子コイル３１を有している。
【００２０】
各電機子コイル２１，３１は、複数の磁極ティース９にまとめて巻かれた導線束により構成されている。即ち、各電機子コイル２１，３１は、重ね巻きで磁極ティース９に巻かれている。また、各電機子コイル２１，３１を構成する導線束の線種及びターン数は、すべて同じである。
【００２１】
各電機子コイル２１，３１は、互いに異なるスロット１０に配置された一対のコイル辺４１と、複数の磁極ティース９を跨いで一対のコイル辺４１間を繋ぐ一対のコイルエンド４２とを有している。各コイル辺４１は、スロット１０に沿った略直線部である。各コイルエンド４２は、電機子コア７の軸線方向外側でコイル辺４１の端部間を繋いでいる。
【００２２】
各スロット１０には、コイル辺４１を配置するための空間である上口（上層）及び下口（下層）がスロット１０の深さ方向について存在している。スロット１０の上口は、スロット１０の下口よりも電機子コア７の径方向内側（スロット１０の開口側）に位置している。
【００２３】
第１の電機子コイル群２０の各電機子コイル２１は、一方及び他方のコイル辺４１をいずれもスロット１０の上口に配置して電機子コア７に設けられている。第２の電機子コイル群３０の各電機子コイル３１は、一方及び他方のコイル辺４１をいずれもスロット１０の下口に配置して電機子コア７に設けられている。電機子コア７では、各電機子コイル２１の各コイル辺４１が各スロット１０の上口のすべてに配置され，各電機子コイル３１の各コイル辺４１が各スロット１０の下口のすべてに配置されている。
【００２４】
コイルエンド４２が跨ぐ磁極ティース９の数（即ち、共通のコイルにおける一方及び他方のコイル辺４１間に挟まれる磁極ティース９の数）をコイルピッチとすると、各電機子コイル２１，３１のそれぞれのコイルピッチは、すべて同じになっている。この例では、各電機子コイル２１，３１のそれぞれのコイルピッチが２になっている。
【００２５】
なお、図４では、各電機子コイル２１，３１のそれぞれに流れる電流の相をＵ、Ｖ、Ｗで示している。また、図４では、各コイル辺４１に流れる電流の向きを、Ｕ、Ｖ、Ｗの大文字及び小文字と、コイル辺４１を示す白抜きの丸印の中に黒丸印及びＸ印を付した記号とで示している。従って、各電機子コイル２１，３１の巻き回し方向は、各コイル辺４１の電流の向きで分かるようになっている。
【００２６】
ここで、本実施の形態による回転電機１での各電機子コイル２１，３１の位置を特定するために、複数の仮想コイルを電機子コア７に設けた比較例１による回転電機を想定する。
【００２７】
図５は、比較例１による回転電機１０１を示す構成図である。また、図６は、図５の回転電機１０１の電機子２を示す展開図である。さらに、図７は、図６の回転電機１０１の電機子２の要部拡大図である。なお、図６及び図７では、各仮想コイル１０２に流れる電流相と、各仮想コイル辺１０３に流れる電流の向きとが、図４と同様の方法で示されている。
【００２８】
比較例１による回転電機１０１の構成は、第１の電機子コイル群２０及び第２の電機子コイル群３０の代わりに複数の仮想コイル１０２が電機子コア７に設けられていることを除いて、実施の形態１による回転電機１の構成と同様である。
【００２９】
比較例１による回転電機１０１における電機子コア７には、複数の仮想コイル１０２が設けられている。各仮想コイル１０２は、互いに異なるスロット１０に配置された一対の仮想コイル辺１０３と、複数の磁極ティース９を跨いで一対の仮想コイル辺１０３間を繋ぐ一対の仮想コイルエンド１０４とを有している。各仮想コイル辺１０３は、スロット１０に沿った略直線部である。各仮想コイルエンド１０４は、電機子コア７の軸線方向外側で仮想コイル辺１０３の端部間を繋いでいる。
【００３０】
各仮想コイル１０２は、一方の仮想コイル辺１０３をスロット１０の上口に配置し、他方の仮想コイル辺１０３をスロット１０の下口に配置して電機子コア７に設けられている。また、各仮想コイル１０２の仮想コイルエンド１０４は、電機子コア７の周方向に対して同じ方向に傾いた状態で複数の磁極ティース９を跨いでいる。さらに、各仮想コイル１０２の仮想コイルエンド１０４が跨ぐ磁極ティース９の数は、すべての仮想コイル１０２で同じになっている。即ち、各仮想コイル１０２のコイルピッチは、すべて同じになっている。比較例１では、仮想コイル１０２のコイルピッチが２になっている。
【００３１】
各仮想コイル１０２は、電機子コア７に規則的に並べられている。各仮想コイル辺１０３は、各スロット１０の上口及び下口のすべてに配置されている。これにより、比較例１による回転電機１０１の電機子２の状態は、各仮想コイル１０２が２層重ね巻きで電機子コア７に規則的に配置された仮想コイル装着状態となっている。
【００３２】
回転電機の理想状態は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子コイルがつくる誘起電圧のそれぞれの合成ベクトルの大きさが同じで、各相の誘起電圧の合成ベクトルが電気角で位相差１２０°ごとに分布している状態である。従って、比較例１による回転電機１０１では、回転電機の理想状態になるように、各仮想コイル１０２に接続される電流相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の選択と、各仮想コイル１０２の巻き回し方向の選択とが行われている。回転電機１０１では、各相の仮想コイル１０２の配置順及び各仮想コイル１０２の巻き回し方向をそれぞれ調整することにより、回転子４の磁極がつくる磁束に対応するおよそ正弦波状の誘起電圧が発生するようになっている。
【００３３】
図６では、各スロット１０の上口に配置された各仮想コイル辺１０３の集合群である仮想コイル辺群Ａと、各スロット１０の下口に配置された各仮想コイル辺１０３の集合群である仮想コイル辺群Ｂとに分けてみると、仮想コイル辺群Ａ及び仮想コイル辺群Ｂのいずれについても、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３を２組ずつ組み合わせた複数の集合単位で、電機子２の全周にわたってそれぞれ独立して分けることができる。比較例１では、仮想コイル辺群Ａ及び仮想コイル辺群Ｂのそれぞれを、４つのスロット１０の集合単位（即ち、仮想コイル辺群Ａでいえば、スロットＮｏ．３〜６、スロットＮｏ．７〜１０、スロットＮｏ．１１〜１４、スロットＮｏ．１５〜１８、スロットＮｏ．１９〜２２、スロットＮｏ．２３〜２のそれぞれの集合単位）にそれぞれ独立して分けることができる。
【００３４】
同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３間に挟まれる磁極ティース９の数は、仮想コイル１０２のコイルピッチ（即ち、仮想コイルエンド１０４が跨ぐ磁極ティース９の数）と同じになっている。従って、比較例１では、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３間に挟まれる磁極ティース９の数がすべて２つになっている。また、比較例１では仮想コイル１０２のコイルピッチが２であることから、仮想コイル辺群Ｂでは、仮想コイル辺群Ａに対して、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３を２組ずつ組み合わせた各集合単位が、周方向へスロット１０の２つ分だけずれて現れている。
【００３５】
図８は、比較例１による電機子２において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力を各磁極ティース９の位置との関係で示すグラフである。また、図９は、比較例１による回転電機１０１における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。なお、図８では、起磁力の分布の傾向を簡単にするために、仮想コイル１０２のターン数が１であり、電流のピーク値が１［Ａ］であるものとして起磁力を算出している。
【００３６】
巻線係数Ｋｄは、回転電機の特性を示す指標であり、基本波成分の数値が１に近いほどトルク特性が良い。また、電機子２がつくる起磁力の分布は、電機子２の周方向について回転子４の磁極数に対応した正弦波状に近づくほど、回転電機の動作特性が良好になる（例えばトルクリップルが低くなる）。
【００３７】
比較例１では、回転子４の磁極数Ｐが１０であるので、回転子４の極対数が５である。一方、図８のグラフをみてみると、比較例１での電機子２がつくる起磁力は、電機子２の周方向へおよそ均等に５周期分の正弦波状で分布していることが分かる。従って、比較例１では、電機子２がつくる磁束分布が回転子４の極対数に対応しており、回転電機１０１の動作特性が良好であることが分かる。
【００３８】
本実施の形態による回転電機１では、図４を図６と比較すると、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３の位置に、各電機子コイル２１，３１の一対のコイル辺４１がそれぞれ配置されている。また、第１の電機子コイル群２０の各コイル辺４１が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させて仮想コイル辺群Ａの各仮想コイル辺１０３の位置に配置され、第２の電機子コイル群３０の各コイル辺４１が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させて仮想コイル辺群Ｂの各仮想コイル辺１０３の位置に配置されている。これにより、図４に示すように、第１の電機子コイル群２０では、２つの電機子コイル２１をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子２の周方向へそれぞれ独立して配置され、第２の電機子コイル群３０では、２つの電機子コイル３１をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子２の周方向へそれぞれ独立して配置されている。
【００３９】
各電機子コイル２１，３１のそれぞれのコイルエンド４２が跨ぐ磁極ティース９の数（各電機子コイル２１，３１のコイルピッチ）は、仮想コイル１０２の仮想コイルエンド１０４が跨ぐ磁極ティース９の数（仮想コイル１０２のコイルピッチ）と同じになっている。
【００４０】
本実施の形態での電機子２は、図４を図６と比較すると、仮想コイル１０２を無くして電機子コイル２１，３１を加えている点で、比較例１での電機子２と異なっているが、本実施の形態での各スロット１０の上口及び下口のそれぞれのコイル辺４１の電流相及び電流の向きは、比較例１での各スロット１０の上口及び下口のそれぞれの仮想コイル辺１０３の電流相及び電流の向きと同じになっていることが分かる。これにより、本実施の形態での電機子２がつくる起磁力は、比較例１での電機子２がつくる起磁力と同じになる。
【００４１】
比較例１の仮想コイル辺群Ａ及び仮想コイル辺群Ｂのそれぞれにおいて、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３を２組ずつ組み合わせた複数の集合単位を電機子２の全周にわたって配置するためには、まず、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の仮想コイル１０２の数が偶数（スロット１０の数が偶数）であり、仮想コイル辺群Ａ内及び仮想コイル辺群Ｂ内でＵとｕ、Ｖとｖ、Ｗとｗの仮想コイル辺１０３がそれぞれ同数存在していることが必要である。即ち、電機子コア７のスロット１０の数は、６の倍数であることが必要である。
【００４２】
また、回転電機のトルク特性を向上させ、回転電機のトルクリップルを低減させるためには（即ち、回転電機の動作特性を良好にするためには）、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の仮想コイル１０２が形成する３つの磁束群内のばらつきが電気角６０°以内であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの合成磁束が電気角位相差１２０°で均等に分布していることが望ましい。
【００４３】
これらの前提を考慮すると、第１及び第２の電機子コイル群２０，３０の各電機子コイル２１，３１を電機子コア７に適用するためには、毎極毎相スロット数ｑが以下の条件１〜３のすべてを満たす必要がある。
【００４４】
条件１：整数でないこと
条件２：分子が偶数であること
条件３：分母が偶数でなく、かつ３の倍数ではないこと
【００４５】
各電機子コイル２１，３１を電機子コア７に巻くときには、まず第２の電機子コイル群３０の各電機子コイル３１（スロット１０の下口に配置されたコイル辺４１を持つ電機子コイル３１）を電機子コア７に巻いた後、第１の電機子コイル群２０の各電機子コイル２１（スロット１０の上口に配置されたコイル辺４１を持つ電機子コイル３１）を電機子コア７に巻く。このようにして、電機子２を作製する。これにより、各電機子コイル２１，３１を電機子コア７に巻くときに他の電機子コイルが邪魔になることを回避することができる。
【００４６】
このような回転電機１では、第１の電機子コイル群２０の各電機子コイル２１のコイル辺４１が各スロット１０の上口に配置され、第２の電機子コイル群３０の各電機子コイル３１のコイル辺４１が各スロット１０の下口に配置されており、複数の仮想コイル１０２が電機子コア７に２層重ね巻きで規則的に配置されている仮想コイル装着状態を想定すると、各電機子コイル２１，３１のそれぞれのコイル辺４１が、電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させて各仮想コイル辺１０３の位置に配置されているので、第１の電機子コイル群２０の各コイル辺４１と第２の電機子コイル群３０の各コイル辺４１とを、スロット１０の上口と下口とに分けて配置することができる。従って、スロット１０の下口に配置されるコイル辺４１を持つ電機子コイル３１を電機子コア７に巻いた後に、スロット１０の上口に配置されるコイル辺４１を持つ電機子コイル２１を電機子コア７に巻くことにより、すでに巻かれている電機子コイル３１が邪魔にならずに電機子コイル２１を巻くことができる。このことから、各電機子コイル２１，３１を電機子コア７に巻きやすくすることができ、回転電機１の製造を容易にすることができる。また、各スロット１０の上口及び下口に配置されている各コイル辺４１の電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させているので、回転電機１の動作特性を良好に保つことができる。即ち、動作特性が良好な回転電機１を容易に製造することができる。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態１では、第１の電機子コイル群２０と第２の電機子コイル群３０とが共通の電機子コア７に設けられているが、第１の電機子コイル群２０と第２の電機子コイル群３０とを、互いに別個の第１及び第２の電機子コアに分けて設けてもよい。
【００４８】
即ち、図１０は、この発明の実施の形態２による回転電機１を示す縦断面図である。また、図１１は、図１０の回転電機１を示す斜視図である。図において、回転電機１は、円筒状の第１の電機子２ａと、第１の電機子２ａに対して回転される第１の回転子４ａと、円筒状の第２の電機子２ｂと、第２の電機子２ｂに対して回転される第２の回転子４ｂと、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが固定された共通の回転軸３とを有している。第１及び第２の回転子４ａ，４ｂは、回転軸３の軸線方向について並んで配置されている。第１及び第２の電機子２ａ，２ｂは、回転軸３の軸線方向について、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂのそれぞれの位置に合わせて並んで配置されている。
【００４９】
回転電機１は、支持台５０に支持されている。支持台５０は、ベース５１と、ベース５１の上面にそれぞれ固定された第１の電機子用支持部５２ａ、第２の電機子用支持部５２ｂ及び回転子用支持部５３とを有している。第１の電機子用支持部５２ａ、第２の電機子用支持部５２ｂ及び回転子用支持部５３は、回転軸３の軸線方向について互いに離して配置されている。第１の電機子２ａは第１の電機子用支持部５２ａに支持され、第２の電機子２ｂは第２の電機子用支持部５２ｂに支持されている。回転軸３の一端部は、回転子用支持部５３に軸受５４を介して回転自在に支持されている。第１及び第２の回転子４ａ，４ｂは、回転軸３の他端部にそれぞれ固定されている。従って、第１の回転子４ａ、第２の回転子４ｂ及び回転軸３は、回転子用支持部５３に片持ちで支持されている。
【００５０】
図１２は、図１０の第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａを示す構成図である。また、図１３は、図１２の第１の電機子２ａを示す展開図である。第１の回転子４ａは、第１の電機子２ａと隙間を介して対向した状態で第１の電機子２ａの内側に配置されている。また、第１の回転子４ａは、磁性材料（例えば鉄等）で構成された円柱状の回転子コア５ａと、回転子コア５ａの外周面（第１の電機子２ａの内周面に対向する面）に設けられた複数の磁石６ａとを有している。各磁石６ａは、回転子コア５ａの周方向について互いに間隔を置いて配置されている。第１の回転子４ａには、各磁石６ａによって回転子コア５ａの周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。
【００５１】
第１の電機子２ａは、磁性材料（例えば鉄等）で構成された第１の電機子コア７ａと、第１の電機子コア７ａに設けられた実施の形態１と同じ構成の第１の電機子コイル群２０とを有している。
【００５２】
第１の電機子コア７ａは、円筒状のバックヨーク８ａと、バックヨーク８ａの内周部から径方向内側へ（第１の回転子４ａに向けて）突出する複数の磁極ティース９ａとを有している。各磁極ティース９ａは、第１の電機子コア７ａの周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース９ａ間には、第１の電機子コア７ａの径方向内側へ（第１の回転子４ａに向けて）開放されたスロット１０ａが形成されている。各スロット１０ａの深さ寸法は、実施の形態１でのスロット１０の深さ寸法よりも小さくなっている。これにより、各スロット１０ａ内には、コイル辺４１が１層分だけ配置される空間が形成されている。第１の電機子コア７ａの各スロット１０ａには、第１の電機子コイル群２０における各電機子コイル２１のコイル辺４１がそれぞれ配置されている。
【００５３】
図１４は、図１０の第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂを示す構成図である。また、図１５は、図１４の第２の電機子２ｂを示す展開図である。第２の回転子４ｂは、第２の電機子２ｂと隙間を介して対向した状態で第２の電機子２ｂの内側に配置されている。また、第２の回転子４ｂは、磁性材料（例えば鉄等）で構成された円柱状の回転子コア５ｂと、回転子コア５ｂの外周面（第２の電機子２ｂの内周面に対向する面）に設けられた複数の磁石６ｂとを有している。各磁石６ｂは、回転子コア５ｂの周方向について互いに間隔を置いて配置されている。第２の回転子４ｂには、各磁石６ｂによって回転子コア５ｂの周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。
【００５４】
第２の電機子２ｂは、磁性材料（例えば鉄等）で構成された第２の電機子コア７ｂと、第２の電機子コア７ｂに設けられた実施の形態１と同じ構成の第２の電機子コイル群３０とを有している。
【００５５】
第２の電機子コア７ｂは、円筒状のバックヨーク８ｂと、バックヨーク８ｂの内周部から径方向内側へ（第２の回転子４ｂに向けて）突出する複数の磁極ティース９ｂとを有している。各磁極ティース９ｂは、第２の電機子コア７ｂの周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース９ｂ間には、第２の電機子コア７ｂの径方向内側へ（第２の回転子４ｂに向けて）開放されたスロット１０ｂが形成されている。各スロット１０ｂの深さ寸法は、実施の形態１でのスロット１０の深さ寸法よりも小さくなっている。これにより、各スロット１０ｂ内には、コイル辺４１が１層分だけ配置される空間が形成されている。第２の電機子コア７ｂの各スロット１０ｂには、第２の電機子コイル群３０における各電機子コイル３１のコイル辺４１がそれぞれ配置されている。
【００５６】
第１及び第２の回転子４ａ，４ｂのそれぞれの磁極数Ｐは、実施の形態１での回転子４の磁極数Ｐと同数になっている。従って、この例では、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂのそれぞれの磁極数Ｐが１０になっている。また、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのそれぞれのスロット１０ａ，１０ｂの数（スロット数）Ｑは、実施の形態１での電機子コア７のスロット１０の数Ｑと同数になっている。従って、この例では、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのそれぞれのスロット１０ａ，１０ｂの数Ｑが２４になっている。
【００５７】
ここで、図６に示す比較例１の回転電機１０１を想定すると、回転電機１０１の電機子コア（仮想電機子コア）７には、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのそれぞれのスロット１０ａ，１０ｂの数と同数のスロット（仮想スロット）１０が形成されている。従って、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのそれぞれには、比較例１による仮想電機子コア７の各仮想スロット１０にそれぞれ対応するスロット１０ａ，１０ｂが形成されている。第１の電機子コイル群２０のそれぞれのコイル辺４１は、比較例１での仮想スロット１０の上口に配置された仮想コイル辺１０３と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット１０に対応する第１の電機子コア７ａの各スロット１０ａに配置されている。また、第２の電機子コイル群３０のそれぞれのコイル辺４１は、比較例１での仮想スロット１０の下口に配置された仮想コイル辺１０３と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット１０に対応する第２の電機子コア７ｂの各スロット１０ｂに配置されている。
【００５８】
図１６は、図１２の第１の電機子２ａにおいて時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース９ａの位置との関係で示すグラフである。また、図１７は、図１２の第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。さらに、図１８は、図１４の第２の電機子２ｂにおいて時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース９ｂの位置との関係で示すグラフである。また、図１９は、図１４の第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【００５９】
第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがそれぞれつくる起磁力の分布に着目すると、図１６及び図１８から、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがそれぞれつくる起磁力の分布形状は、実施の形態１での電機子２がつくる起磁力分布と比べて周波数が同じで振幅が半分の高次正弦波と、電機子１周分の電気角を周期とする低次正弦波とが合成された形状になっている。従って、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂのそれぞれがつくる起磁力分布の正弦波形状は崩れており、第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａの構成部分の動作特性、及び第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂの構成部分の動作特性は、いずれも単独では良好とはいえないことが分かる。
【００６０】
しかし、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる２つの起磁力の分布（図１６及び図１８）を比較すると、第１の電機子２ａがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相が、第２の電機子２ｂがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相に対して１８０°ずれていることが分かる。一方、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる起磁力分布の高次正弦波の位相は、ほぼ同じである。ここで、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる２つの起磁力の分布を合成すると、合成した起磁力の分布は、比較例１による回転電機１０１での起磁力の分布（図８）と同じになる。
【００６１】
このように第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる２つの起磁力の分布を合成するために、本実施の形態による回転電機１では、第１及び第２の電機子コイル群２０，３０の各コイル辺４１について、共通の仮想スロット１０の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺１０３のそれぞれに対応する２つのコイル辺４１同士の周方向の位置関係を、第１の回転子４ａの磁極と第２の回転子４ｂの磁極との周方向の位置関係と同じにしている。これにより、本実施の形態による回転電機１では、回転軸３に対する第１の電機子２ａ及び第２の電機子２ｂのそれぞれの電気角位相の位置関係と、回転軸３に対する第１の回転子４ａ及び第２の回転子４ｂのそれぞれの電気角位相の位置関係とが、同じになる。
【００６２】
この例では、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが各磁極を周方向について一致させて共通の回転軸３に固定され、共通の仮想スロット１０の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺１０３のそれぞれに対応する２つのコイル辺４１同士の位置を周方向について一致させて第１及び第２の電機子コイル群２０，３０が配置されている。即ち、第１及び第２の電機子コイル群２０，３０では、各コイル辺４１の位置が周方向について仮想コイル装着状態の各仮想コイル辺１０３の位置と同じになっている。ここでは、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂが、電機子コア７ａのＮｏ．１のスロット（基準スロット）１０ａの位置と電機子コア７ｂのＮｏ．１のスロット（基準スロット）１０ｂの位置とを周方向について一致させて配置されている。これにより、この例では、回転軸３に対する電気角位相の位置が第１及び第２の回転子４ａ，４ｂで同じになり、回転軸３に対する電気角位相の位置が第１及び第２の電機子コイル群２０，３０で同じになる（即ち、回転軸３に対する機械角位相の位置が同じになる）。
【００６３】
本実施の形態による回転電機１では、共通の回転軸３に対して、２つの電機子２ａ，２ｂと２つの回転子４ａ，４ｂとを上記のように構成させることで、回転電機１全体では第１及び第２の電機子２ａ，２ｂのそれぞれがつくる２つの起磁力を合成させることと同じ効果を得ることができ、この合成された起磁力が比較例１による回転電機１０１での起磁力の分布（図８）と同じとすることができる。これにより、本実施の形態による回転電機１の巻線係数Ｋｄも、比較例１による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄ（図９）と同じになる。従って、回転電機１全体としては動作特性が良好になっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６４】
このような回転電機１では、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが共通の回転軸３に固定されているとともに、第１の電機子２ａの電機子コア７ａに第１の電機子コイル群２０が設けられ、第２の電機子２ｂの電機子コア７ｂに第２の電機子コイル群３０が設けられているので、電機子コア７ａ，７ｂの各スロット１０ａ，１０ｂに配置されるコイル辺４１を１層分だけにすることができる。これにより、各スロット１０ａ，１０ｂに対してコイル辺４１を１つずつ入れるだけでよくなり、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂを製造しやすくすることができる。また、回転子が第１及び第２の回転子４ａ，４ｂに分かれ、電機子が第１及び第２の電機子２ａ，２ｂに分かれているので、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂ、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂの１つ当たりのサイズをそれぞれ小さくすることができる。特に大型の回転電機では、部品のサイズ及び重さが大きくなると、部品の運搬及び組立等の取り扱いが著しく悪くなる。本実施の形態による回転電機１では、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂ、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂのそれぞれのサイズを小さくすることができるので、回転電機１の生産性の向上を図ることができる。
【００６５】
実施の形態３．
図２０は、この発明の実施の形態３による回転電機１の第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａを示す構成図である。また、図２１は、この発明の実施の形態３による回転電機１の第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂを示す構成図である。本実施の形態による回転電機１の構成は、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂの構成を除いて、実施の形態２による回転電機１の構成と同様である。第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂは、周方向へ並ぶ複数の分割コア６１にそれぞれ分割されている。
【００６６】
第１の電機子コイル群２０では、２つの電機子コイル２１を組み合わせた複数の集合単位が、電機子２の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第１の電機子コア７ａでは、電機子コイル２１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ａが電機子コイル２１の各集合単位間に存在している。第１の電機子コア７ａにおける各分割コア６１の境界６２は、電機子コイル２１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ａの位置に形成されている。この例では、第１の電機子コア７ａにおける各分割コア６１の境界６２が第１の電機子コア７ａの径方向に沿って形成されている。第１の電機子２ａは、分割コア６１と、分割コア６１に設けられた２つの電機子コイル２１とを含む複数（この例では、６つ）の分割電機子６３で構成されている。
【００６７】
第２の電機子コイル群３０でも、２つの電機子コイル３１を組み合わせた複数の集合単位が、電機子２の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第２の電機子コア７ｂでも、電機子コイル３１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ｂが電機子コイル３１の各集合単位間に存在している。第２の電機子コア７ｂにおける各分割コア６１の境界６２は、電機子コイル３１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ｂの位置に形成されている。この例では、第２の電機子コア７ｂにおける各分割コア６１の境界６２が第２の電機子コア７ｂの径方向に沿って形成されている。第２の電機子２ｂは、分割コア６１と、分割コア６１に設けられた２つの電機子コイル３１とを含む複数（この例では、６つ）の分割電機子６３で構成されている。他の構成は実施の形態２と同様である。
【００６８】
このような回転電機１では、電機子コイル２１，３１が跨っていない磁極ティース９ａ，９ｂが第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂに存在し、電機子コイル２１，３１が跨っていない磁極ティース９ａ，９ｂの位置で第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂが複数の分割コア６１にそれぞれ分割されているので、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂのそれぞれを複数の分割電機子６３に分割することができる。これにより、各分割電機子６３に分けて第１及び第２の電機子２ａ，２ｂを製造することができ、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂの製造を容易にすることができる。また、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂを構成する各部品の小形軽量化を図ることができるので、回転電機１の完成後も、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂを分割電機子６３単位で分解及び再組立を行うことができ、回転電機１の修理及びメンテナンス等の作業性を向上させることができる。これにより、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂが損傷した場合であっても、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂ全体を修理、交換する必要がなくなり、回転電機１の修理及び交換に要するコストの低減化及び作業期間の短縮化を図ることができる。
【００６９】
実施の形態４．
実施の形態４による回転電機１を説明する前に、比較例２による回転電機１０１の構成を説明する。
【００７０】
図２２は、比較例２による回転電機１０１を示す構成図である。また、図２３は、図２２の電機子２を示す展開図である。比較例２による回転電機１の電機子２の状態は、比較例１と同様に、各仮想コイル１０２が２層重ね巻きで電機子コア７に規則的に配置された仮想コイル装着状態となっている。また、比較例２による回転電機１０１では、スロット１０の数Ｑが３６、回転子４の磁極数Ｐが１４になっている。従って、比較例２での毎極毎相スロット数ｑの値は、式（１）から６／７であり、回転電機１０１に本発明を適用するための上述の条件１〜３をすべて満たす。また、比較例２では、各仮想コイル１０２のコイルピッチが３になっている。
【００７１】
図２３では、各スロット１０の上口に配置された各仮想コイル辺１０３の集合群である仮想コイル辺群Ａと、各スロット１０の下口に配置された各仮想コイル辺１０３の集合群である仮想コイル辺群Ｂとに分けてみると、仮想コイル辺群Ａ及び仮想コイル辺群Ｂのいずれについても、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３を３組ずつ組み合わせた複数の集合単位で、電機子２の全周にわたってそれぞれ独立して分けることができる。比較例２では、仮想コイル辺群Ａ及び仮想コイル辺群Ｂのそれぞれを、６つのスロット１０の集合単位（即ち、仮想コイル辺群Ａでいえば、スロットＮｏ．４〜９、スロットＮｏ．１０〜１５、スロットＮｏ．１６〜２１、スロットＮｏ．２２〜２７、スロットＮｏ．２８〜３３、スロットＮｏ．３４〜３のそれぞれの集合単位）でそれぞれ独立して分けることができる。
【００７２】
同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３間に挟まれる磁極ティース９の数は、仮想コイル１０２のコイルピッチ（即ち、仮想コイルエンド１０４が跨ぐ磁極ティース９の数）と同じになっている。従って、比較例１では、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３間に挟まれる磁極ティース９の数がすべて３つになっている。また、比較例２では仮想コイル１０２のコイルピッチが３であることから、仮想コイル辺群Ｂでは、仮想コイル辺群Ａに対して、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３を３組ずつ組み合わせた各集合単位が、周方向へスロット１０の３つ分だけずれて現れている。他の構成は比較例１と同様である。
【００７３】
図２４は、比較例２による電機子２において時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力を各磁極ティース９の位置との関係で示すグラフである。また、図２５は、比較例２による回転電機１０１における基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。なお、図２４では、起磁力の分布の傾向を簡単にするために、仮想コイル１０２のターン数が１であり、電流のピーク値が１［Ａ］であるものとして起磁力を算出している。
【００７４】
比較例２では、回転子４の磁極数Ｐが１４であるので、回転子４の極対数が７である。一方、図２４のグラフをみてみると、比較例２での電機子２がつくる起磁力は、電機子２の周方向へおよそ均等に７周期分の正弦波状で分布していることが分かる。従って、比較例２では、電機子２がつくる磁束分布が回転子４の極対数に対応しており、回転電機１０１の動作特性が良好であることが分かる。
【００７５】
図２６は、この発明の実施の形態４による回転電機１の電機子２を示す展開図である。図２６を図２３と比較すると、本実施の形態による回転電機１では、実施の形態１と同様に、同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想コイル辺１０３の位置に、各電機子コイル２１，３１の一対のコイル辺４１がそれぞれ配置されている。また、第１の電機子コイル群２０の各コイル辺４１が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させて仮想コイル群Ａの各仮想コイル辺１０３の位置に配置され、第２の電機子コイル群３０の各コイル辺４１が電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させて仮想コイル群Ｂの各仮想コイル辺１０３の位置に配置されている。これにより、図２６に示すように、第１の電機子コイル群２０では、３つの電機子コイル２１をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子２の周方向へそれぞれ独立して配置され、第２の電機子コイル群３０では、３つの電機子コイル３１をそれぞれ組み合わせた複数の集合単位が電機子２の周方向へそれぞれ独立して配置されている。
【００７６】
各電機子コイル２１，３１のそれぞれのコイルエンド４２が跨ぐ磁極ティース９の数（各電機子コイル２１，３１のコイルピッチ）は、仮想コイル１０２の仮想コイルエンド１０４が跨ぐ磁極ティース９の数（仮想コイル１０２のコイルピッチ）と同じになっている。他の構成は比較例２と同様である。
【００７７】
本実施の形態での電機子２は、仮想コイル１０２を無くして電機子コイル２１，３１を加えている点で、比較例２での電機子２と異なっているが、図２６を図２３と比較すると、各スロット１０の上口及び下口のそれぞれのコイル辺４１の電流相及び電流の向きは、本実施の形態も比較例２も同じになっていることが分かる。これにより、本実施の形態での電機子２がつくる起磁力は、比較例２での電機子２がつくる起磁力と同じになる。
【００７８】
このように、毎極毎相スロット数ｑの値が６／７である場合であっても、各スロット１０の上口及び下口のそれぞれに配置されるコイル辺４１の電流相及び電流の向きを仮想コイル辺１０３と一致させながら、電機子コイル２１のコイル辺４１と、電機子コイル３１のコイル辺４１とを各スロット１０の上口及び下口に分けて配置することができる。即ち実施の形態１と同様に、回転電機１の動作特性を良好に維持しながら、回転電機１の製造を容易にすることができる。
【００７９】
実施の形態５．
図２７は、この発明の実施の形態５による回転電機１の第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａを示す構成図である。また、図２８は、図２７の第１の電機子２ａを示す展開図である。さらに、図２９は、この発明の実施の形態５による回転電機１の第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂを示す構成図である。また、図３０は、図２９の第２の電機子２ｂを示す展開図である。
【００８０】
本実施の形態による回転電機１は、実施の形態２と同様に、円筒状の第１の電機子２ａと、第１の電機子２ａに対して回転される第１の回転子４ａと、円筒状の第２の電機子２ｂと、第２の電機子２ｂに対して回転される第２の回転子４ｂと、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが固定された共通の回転軸３とを有している。
【００８１】
第１の回転子４ａの磁極数Ｐと、第２の回転子４ｂの磁極数Ｐとは、同数になっている。この例では、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂの磁極数Ｐが、比較例２での回転子４の磁極数Ｐ（即ち、実施の形態４での回転子４の磁極数Ｐ）と同数の１４になっている。また、第１の電機子２ａにおける第１の電機子コア７ａのスロット１０ａの数Ｑと、第２の電機子２ｂにおける第２の電機子コア７ｂのスロット１０ｂの数Ｑとは、同数になっている。この例では、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのそれぞれのスロット１０ａ，１０ｂの数Ｑが、比較例２での電機子コア７のスロット１０の数Ｑと同数（即ち、実施の形態４での電機子コア７のスロット１０の数Ｑ）の３６になっている。
【００８２】
各スロット１０ａ，１０ｂ内には、１層分のコイル辺４１が配置される空間が形成されている。第１の電機子コア７ａの各スロット１０ａには、第１の電機子コイル群２０における各電機子コイル２１のコイル辺４１がそれぞれ配置され、第２の電機子コア７ｂの各スロット１０ｂには、第２の電機子コイル群３０における各電機子コイル３１のコイル辺４１がそれぞれ配置されている。
【００８３】
図２３に示す比較例２の回転電機１０１を想定すると、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのそれぞれには、比較例２による回転電機１０１の電機子コア（仮想電機子コア）７の各スロット（仮想スロット）１０にそれぞれ対応するスロット１０ａ，１０ｂが形成されている。第１の電機子コイル群２０のそれぞれのコイル辺４１は、比較例２での仮想スロット１０の上口に配置された仮想コイル辺１０３と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット１０に対応する第１の電機子コア７ａの各スロット１０ａに配置されている。また、第２の電機子コイル群３０のそれぞれのコイル辺４１は、比較例２での仮想スロット１０の下口に配置された仮想コイル辺１０３と電流相及び電流の向きを一致させて、仮想スロット１０に対応する第２の電機子コア７ｂの各スロット１０ｂに配置されている。
【００８４】
図３１は、図２７の第１の電機子２ａにおいて時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース９ａの位置との関係で示すグラフである。また、図３２は、図２７の第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。さらに、図３３は、図２９の第２の電機子２ｂにおいて時間Ｔ０（Ｕ相が電気位相角９０°）のときに３相電流がつくる起磁力の分布を磁極ティース９ｂの位置との関係で示すグラフである。また、図３４は、図２９の第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂの構成部分の基本波成分の分布巻係数、短節係数及び巻線係数Ｋｄを示す表である。
【００８５】
第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがそれぞれつくる起磁力の分布形状は、図３１及び図３３から、実施の形態４での電機子２がつくる起磁力分布と比べて周波数が同じで振幅が半分の高次正弦波と、電機子１周分の電気角を周期とする低次正弦波とが合成された形状になっている。また、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる２つの起磁力の分布（図３１及び図３３）を比較すると、第１の電機子２ａがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相は、第２の電機子２ｂがつくる起磁力分布の低次正弦波の位相に対して１８０°ずれている。一方、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる起磁力分布の高次正弦波の位相は、ほぼ同じである。ここで、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂがつくる２つの起磁力の分布を合成すると、合成した起磁力の分布は、比較例２による回転電機１０１での起磁力の分布（図２４）と同じになる。本実施の形態による回転電機１では、実施の形態２と同様に、第１及び第２の電機子コイル群２０，３０の各コイル辺４１について、共通の仮想スロット１０の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺１０３のそれぞれに対応する２つのコイル辺４１同士の周方向の位置関係を、第１の回転子４ａの磁極と第２の回転子４ｂの磁極との周方向の位置関係と同じにしている。これにより、本実施の形態による回転電機１では、回転軸３に対する第１の電機子２ａ及び第２の電機子２ｂのそれぞれの電気角位相の位置関係と、回転軸３に対する第１の回転子４ａ及び第２の回転子４ｂのそれぞれの電気角位相の位置関係とが、同じになっている。
【００８６】
この例でも、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが各磁極を周方向について一致させて共通の回転軸３に固定され、共通の仮想スロット１０の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺１０３のそれぞれに対応する２つのコイル辺４１同士の位置を周方向について一致させて第１及び第２の電機子コイル群２０，３０が配置されている。即ち、第１及び第２の電機子コイル群２０，３０では、各コイル辺４１の位置が周方向について仮想コイル装着状態の各仮想コイル辺１０３の位置と同じになっている。これにより、回転軸３に対する電気角位相の位置が第１及び第２の回転子４ａ，４ｂで同じになり、回転軸３に対する電気角位相の位置が第１及び第２の電機子コイル群２０，３０で同じになる（即ち、回転軸３に対する機械角位相の位置が同じになる）。
【００８７】
本実施の形態による回転電機１では、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂのそれぞれがつくる２つの起磁力が合成されることにより、回転電機１全体としての起磁力の分布が比較例２による回転電機１０１での起磁力の分布（図２４）と同じになっている。これにより、本実施の形態による回転電機１の巻線係数Ｋｄも、比較例２による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄ（図２５）と同じになる。従って、回転電機１全体としては動作特性が良好になっている。他の構成は実施の形態４と同様である。
【００８８】
このように、毎極毎相スロット数ｑの値が６／７である場合であっても、実施の形態２と同様に回転電機１の動作特性を良好に維持しながら、回転子を第１及び第２の回転子４ａ，４ｂに分け、電機子を第１及び第２の電機子２ａ，２ｂに分けることができ、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂ、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂの１つ当たりのサイズをそれぞれ小さくすることができる。これにより、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂ、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂのそれぞれのサイズを小さくすることができ、回転電機１の生産性の向上を図ることができる。
【００８９】
実施の形態６．
図３５は、この発明の実施の形態６による回転電機１の第１の電機子２ａ及び第１の回転子４ａを示す構成図である。また、図３６は、この発明の実施の形態６による回転電機１の第２の電機子２ｂ及び第２の回転子４ｂを示す構成図である。本実施の形態による回転電機１の構成は、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂの構成を除いて、実施の形態５による回転電機１の構成と同様である。第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂは、周方向へ並ぶ複数（この例では、６つ）の分割コア６１にそれぞれ分割されている。
【００９０】
第１の電機子コイル群２０では、図３５に示すように、３つの電機子コイル２１を組み合わせた複数の集合単位が、電機子２の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第１の電機子コア７ａでは、電機子コイル２１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ａが電機子コイル２１の各集合単位間に存在している。第１の電機子コア７ａにおける各分割コア６１の境界６２は、電機子コイル２１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ａの位置に形成されている。この例では、第１の電機子コア７ａにおける各分割コア６１の境界６２が第１の電機子コア７ａの径方向に沿って形成されている。第１の電機子２ａは、分割コア６１と、分割コア６１に設けられた２つの電機子コイル２１とを含む複数（この例では、６つ）の分割電機子６３で構成されている。
【００９１】
第２の電機子コイル群３０でも、図３６に示すように、３つの電機子コイル３１を組み合わせた複数の集合単位が、電機子２の全周にわたってそれぞれ独立して配置されている。従って、第２の電機子コア７ｂでも、電機子コイル３１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ｂが電機子コイル３１の各集合単位間に存在している。第２の電機子コア７ｂにおける各分割コア６１の境界６２は、電機子コイル３１のコイルエンド４２が跨っていない磁極ティース９ｂの位置に形成されている。この例では、第２の電機子コア７ｂにおける各分割コア６１の境界６２が第２の電機子コア７ｂの径方向に沿って形成されている。第２の電機子２ｂは、分割コア６１と、分割コア６１に設けられた２つの電機子コイル３１とを含む複数（この例では、６つ）の分割電機子６３で構成されている。他の構成は実施の形態５と同様である。
【００９２】
このように、毎極毎相スロット数ｑの値が６／７である場合であっても、電機子コイル２１，３１が跨っていない磁極ティース９ａ，９ｂを第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂに存在させることができ、電機子コイル２１，３１が跨っていない磁極ティース９ａ，９ｂの位置で第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂを複数の分割コア６１にそれぞれ分割することができる。これにより、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂのそれぞれを複数の分割電機子６３に分けて第１及び第２の電機子２ａ，２ｂを製造することができ、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂの製造を容易にすることができる。また、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂを構成する各部品の小形軽量化を図ることができるので、実施の形態３と同様に、回転電機１の完成後の回転電機１の修理及びメンテナンス等の作業性も向上させることができる。これにより、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂが損傷した場合であっても、第１及び第２の電機子２ａ，２ｂ全体を修理、交換する必要がなくなり、回転電機１の修理及び交換に要するコストの低減化及び作業期間の短縮化を図ることができる。
【００９３】
なお、毎極毎相スロット数ｑの値は、実施の形態１〜３による回転電機１で４／５、実施の形態４〜６による回転電機１で６／７となっているが、毎極毎相スロット数ｑの値はこれに限定されず、上述の条件１〜３を満たす回転電機の中から、この発明を適用できる回転電機を見つけることができる。例えば、毎極毎相スロット数ｑが６／５である回転電機にこの発明を適用してもよい。
【００９４】
また、実施の形態２及び５では、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが各磁極の位置を周方向について一致させて回転軸３に固定されているが、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂの各磁極の位置を周方向について互いに位相差α°だけずらして（即ち、第２の回転子４ｂに対する第１の回転子４ａの電気角位相の位置を位相差α°だけずらして）第１及び第２の回転子４ａ，４ｂを回転軸３に固定してもよい。この場合、共通の仮想スロット１０の上口及び下口に配置された各仮想コイル辺１０３のそれぞれに対応する２つのコイル辺４１同士の位置も周方向について位相差α°だけずらして（即ち、第２の電機子コイル群３０に対する第１の電機子コイル群２０の電気角位相の位置も位相差α°だけずらして）第１及び第２の電機子２ａ，２ｂが配置される。即ち、第１の回転子４ａが第２の回転子４ｂに対してずれている位相分だけ、第１の電機子コイル群２０が第２の電機子コイル群３０に対して周方向へずらして配置される。
【００９５】
また、実施の形態２及び５では、回転軸３の一端部が回転子用支持部５３に支持され、第１及び第２の回転子４ａ，４ｂが回転軸３の他端部に固定されているが、回転子用支持部５３による回転軸３の支持位置、及び回転軸３に対する第１及び第２の回転子４ａ，４ｂの固定位置は、これに限定されない。例えば、図３７及び図３８に示すように、回転軸３の中間部を回転子用支持部５３で支持するとともに、回転軸３の一端部に第１の回転子４ａを固定し、回転軸３の他端部に第２の回転子４ｂを固定してもよい。この場合、第１の電機子２ａ及び第１の電機子用支持部５２ａが回転軸３の軸線方向について第１の回転子４ａの位置に合わせて配置され、第２の電機子２ｂ及び第２の電機子用支持部５２ｂが回転軸３の軸線方向について第２の回転子４ｂの位置に合わせて配置される。
【００９６】
また、実施の形態３及び６では、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂがいずれも複数の分割コア６１に分割されているが、第１及び第２の電機子コア７ａ，７ｂのうち、第１の電機子コア７ａのみを複数の分割コア６１に分割してもよいし、第２の電機子コア７ｂのみを複数の分割コア６１に分割してもよい。
【００９７】
また、各上記実施の形態では、電機子２の内側に回転子４が配置されたインナロータ型の回転電機１にこの発明が適用されているが、これに限定されず、筒状の回転子の内側に電機子が配置されたアウタロータ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。また、電機子と回転子とが径方向について対向するラジアルギャップ型（インナロータ型、アウタロータ型）の回転電機だけでなく、例えば、電機子と回転子とが軸線方向について対向するアキシャルギャップ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。
【００９８】
また、各上記実施の形態による回転電機１は、例えば電動機、発電機及び発電電動機のいずれにも適用することができる。また、各上記実施の形態による回転電機１は、同期機以外の例えば誘導機等に適用することもできる。
【図１】
2015128964.tif 000003
【図２】
2015128964.tif 000004
【図３】
2015128964.tif 000005
【図４】
2015128964.tif 000006
【図５】
2015128964.tif 000007
【図６】
2015128964.tif 000008
【図７】
2015128964.tif 000009
【図８】
2015128964.tif 000010
【図９】
2015128964.tif 000011
【図１０】
2015128964.tif 000012
【図１１】
2015128964.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015128964.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
2015128964.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2015128964.tif 000037
【図３６】
2015128964.tif 000038
【図３７】
2015128964.tif 000039
【図３８】
2015128964.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月26日(2016.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電機子コアと、上記第１の電機子コアに設けられた第１の電機子コイル群とを有する第１の電機子、
上記第１の電機子に対して回転される第１の回転子、
第２の電機子コアと、上記第２の電機子コアに設けられた第２の電機子コイル群とを有する第２の電機子、
上記第２の電機子に対して回転される第２の回転子、及び
上記第１及び第２の回転子が固定された共通の回転軸
を備え、
上記第１及び第２の回転子は、周方向へ並ぶ複数の磁極を同数ずつ有し、
上記第１及び第２の電機子コアは、複数の磁極ティースを同数ずつ有し、
上記第１及び第２の電機子コアでは、各上記磁極ティース間にスロットが同数ずつ形成されており、
上記第１及び第２の電機子コイル群は、上記磁極ティースに重ね巻きで巻かれている複数の電機子コイルをそれぞれ有し、
各上記電機子コイルは、互いに異なる上記スロットに配置された一対のコイル辺と上記一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ有する回転電機。
【請求項２】
各上記電機子コイルのコイルエンドが跨ぐ上記磁極ティースの数は、すべて同じであり、
上記第１及び第２の電機子コアのそれぞれの上記スロットの数と同数の仮想スロットが形成されている仮想電機子コアと、互いに異なる上記仮想スロットに配置された一対の仮想コイル辺と上記一対の仮想コイル辺間を繋ぐ仮想コイルエンドとをそれぞれ含む複数の仮想コイルとを想定し、上記仮想コイルの一対の仮想コイル辺のうち、一方を上記仮想スロットの上口、他方を上記仮想スロットの下口にそれぞれ配置して、複数の上記仮想コイル辺を各上記仮想スロットの上口及び下口のすべてに配置した仮想コイル装着状態を想定すると、
上記第１の電機子コイル群のそれぞれの上記コイル辺は、上記仮想スロットの上口に配置された上記仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて上記第１の電機子コアのそれぞれの上記スロットに配置され、
上記第２の電機子コイル群のそれぞれの上記コイル辺は、上記仮想スロットの下口に配置された上記仮想コイル辺と電流相及び電流の向きを一致させて上記第２の電機子コアのそれぞれの上記スロットに配置され、
上記第１及び第２の電機子コイル群の各上記コイル辺についてみると、共通の上記仮想スロットに配置された各上記仮想コイル辺のそれぞれに対応する上記コイル辺同士の周方向の位置関係は、上記第１の回転子の上記磁極と上記第２の回転子の上記磁極との周方向の位置関係と同じである請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記第１及び第２の回転子は、上記磁極の位置を周方向について一致させて配置されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記第１及び第２の回転子は、上記磁極の位置を周方向について互いにずらして配置されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
上記第１及び第２の電機子コアの少なくともいずれかは、周方向へ並ぶ複数の分割コアに分割されており、
各上記分割コアの境界の位置は、各上記電機子コイルがいずれも跨らない上記磁極ティースの位置となっている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【国際調査報告】
2015128964.tif 000041
2015128964.tif 000042
2015128964.tif 000043