(57)【要約】  回転電機は、隣り合うティースのティース中心軸同士がなす角度をティースピッチ角とし、最大のティースピッチ角を第１のティースピッチ角α１とし、第１のティースピッチ角α１から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、少なくとも１つのティースピッチ角は小さくなり、このティースピッチ角を第２のティースピッチ角α３とすると、第２のティースピッチ角α３に対応する隣り合うティースの間に形成されたスロットに配置された第２のコイルの回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のティースピッチ角α１に対応する隣り合うティースの間に形成されたスロットに配置された第１のコイルの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さいものである。
2018216304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転自在に支持された回転子と、前記回転子と同軸に配置された環状の継鉄部、前記継鉄部から前記回転子側に突出し周方向に並んで配置された複数のティース、および隣り合う前記ティースの間に形成されたスロットに収納された複数のコイルを有する固定子とを備え、
前記回転軸に垂直な前記固定子の断面において、前記ティースの周方向の中心と前記回転軸とを通る直線をティース中心軸とし、前記複数のティースの内隣り合う前記ティースの前記ティース中心軸同士がなす角度をティースピッチ角とし、最大の前記ティースピッチ角を第１のティースピッチ角としたとき、
前記第１のティースピッチ角から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、前記ティースピッチ角の内少なくとも１つのティースピッチ角は小さくなり、このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とすると、
前記第１のティースピッチ角に対応する隣り合うティースの間に形成された前記スロットに配置されたコイルを第１のコイルとし、前記第２のティースピッチ角に対応する隣り合うティースの間に形成された前記スロットに配置されたコイルを第２のコイルとしたとき、
前記第２のコイルの前記回転軸に垂直な断面における断面積は、前記第１のコイルの前記回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい回転電機。
【請求項２】
前記複数のコイルのそれぞれは、前記ティースに巻回された導線を有し、
前記第２のコイルの前記導線の前記回転軸に垂直な断面における断面積は、前記第１のコイルの前記導線の前記回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数のコイルは、１つの相の電流が通電される複数の相コイルを有し、
１つの相の前記電流が通電される前記複数の相コイルは、直列に接続されている請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数のコイルは、１つの相の電流が通電される複数の相コイルを有し、
１つの相の前記電流が通電される前記複数の相コイルは、並列に接続されている請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子は、複数の磁極を有し、
前記回転軸に垂直な前記固定子の断面において、前記複数の磁極の数と前記複数のティースの数との最大公約数で前記複数のティースの数を割った値から１を引いた値の個数だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角は、互いに等しい請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記複数のティースのそれぞれは、前記継鉄部から前記回転子側に突出し前記回転子側に向かう方向の先端に先端部を有する基部を具備し、
前記先端部の周方向の両端の一方と前記先端部の周方向の両端の一方に隣り合うティースの先端部の周方向の両端の他方との周方向の間隔は、すべて等しく、
前記複数のティースにおける前記先端部の周方向の幅は、すべて等しい請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第１のコイルを冷却する第１の冷却部、および前記第２のコイルを冷却する第２の冷却部を有する冷却装置をさらに備え、
前記第２の冷却部の冷却性能は、前記第１の冷却部の冷却性能よりも高い請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記第１のコイルを冷却する第１の冷却装置と、
前記第２のコイルを冷却する第２の冷却装置とをさらに備え、
前記第２の冷却装置の冷却性能は、前記第１の冷却装置の冷却性能よりも高い請求項１から請求項６のいずれか１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、回転電機の固定子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機である電動機および発電機の損失には、銅損、鉄損、および磁石に発生する渦損である磁石渦損などがある。例えば、一般的なインナーロータ型回転電機では、固定子は、電磁鋼板打ち抜かれたシート状のコアが積層されて構成される固定子コアと、固定子コアに配置されたコイルとを有している。この固定子コアに発生する鉄損、およびコイルに発生する銅損が主な固定子の損失となる。回転子コアに永久磁石が配置された回転子では、回転子コアの鉄損、および磁石に発生する磁石渦損が主な回転子の損失となる。これらの損失が大きい場合には、固定子および回転子の温度が上昇し、コイルの焼損や磁石の減磁などが発生する。このため、冷却装置を設置して回転電機の温度の上昇を抑える対策がとられている。【０００３】
上記対策で用いられる冷却装置を用いて電動機および発電機を冷却する冷却方法として、空冷、水冷、および油冷などの方法がある。具体的には、空冷の方法として、固定子の外周面に配置されたフレーム表面にフィンを設置し、フィンの間に空気を通すことによってフレームを冷却する方法がある。また、水冷または油冷の方法として、フレーム内部に空洞を設け、水や油の冷媒を循環させてフレームを冷却する方法がある。【０００４】
例えば、特許文献１に開示された冷却構造では、固定子の外周面に水冷装置が設置されている。水冷装置には、電動機の回転軸が水平に保たれた状態で、円筒状のフレームの径方向下側には冷却水の入口と、フレーム内には蛇行した水路と、フレームの径方向上側には冷却水の出口とが設置されている。冷却水は、フレームの径方向下側の冷却水の入口からフレーム内に入る。そして、冷却水がフレーム内の水路を循環することによって、冷却水は、固定子の外周面から熱を吸収する。最後に、冷却水は、フレームの径方向上側に配置された冷却水の出口から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４９７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般的に、水冷装置の冷却能力は、電動機全体で見て均一にならず偏りがある。例えば、特許文献１に開示される水冷装置では、フレームの径方向下側の冷却水の入り口から冷却水が入る。そして、冷却水は、固定子からの熱を吸収してフレームの径方向上側の冷却水の出口から排出される。このため、フレームの径方向上側に進むにつれて、冷却水の温度は上昇していく。従って、水冷装置の冷却能力は、フレームの径方向下側が一番高く、フレームの径方向上側に進むにつれて低下していく。【０００７】
一般的な回転電機の構造は、回転軸に対してほぼ回転対称の構造である。このため、固定子のコイルで発生する銅損、および固定子コアで発生する鉄損の合計である固定子の損失の分布は、回転方向、すなわち周方向にほぼ均一となる。従って、上述のように冷却性能に分布がある水冷装置によって回転電機の固定子を冷却する場合、固定子において、水冷装置の冷却性能が低い部分の温度上昇は、水冷装置の冷却性能が高い部分の温度上昇に比べて大きくなる。また、最高温度の部分が温度上限を超えないように、回転電機を設計する必要がある。このため、回転電機の温度が局所的に高くなると、温度が高くなった部分の温度で回転電機の設計が制限されてしまう。従って、回転電機の特性が局所的に制限されてしまい、放熱性を改善するために回転電機の体積が増加する問題があった。よって、回転電機の温度が局所的に高くなることを抑えるため、水冷装置の冷却性能の分布に合わせて、回転電機の固定子の損失を、回転電機の回転軸に垂直な断面内において分布させることが課題となっていた。【０００８】
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、回転電機の固定子の損失を、回転電機の回転軸に垂直な断面内において分布させ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】
【０００９】
この発明に係る回転電機は、回転軸を中心に回転自在に支持された回転子と、回転子と同軸に配置された環状の継鉄部、継鉄部から回転子側に突出し周方向に並んで配置された複数のティース、および隣り合うティースの間に形成されたスロットに収納された複数のコイルを有する固定子とを備え、回転軸に垂直な固定子の断面において、ティースの周方向の中心と回転軸とを通る直線をティース中心軸とし、複数のティースの内隣り合うティースのティース中心軸同士がなす角度をティースピッチ角とし、最大のティースピッチ角を第１のティースピッチ角としたとき、第１のティースピッチ角から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、ティースピッチ角の内少なくとも１つのティースピッチ角は小さくなり、このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とすると、第１のティースピッチ角に対応する隣り合うティースの間に形成されたスロットに配置されたコイルを第１のコイルとし、第２のティースピッチ角に対応する隣り合うティースの間に形成されたスロットに配置されたコイルを第２のコイルとしたとき、第２のコイルの回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイルの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さいものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成された回転電機は、固定子の損失を、回転電機の回転軸に垂直な断面内において分布させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転軸方向を含む縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転軸方向に垂直なＡ―Ａ断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷却装置の斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機の変形例における回転軸方向に垂直な断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る回転電機の回転軸方向を含む縦断面図である。図１において、回転電機１００は、冷媒が通る溝が外周面に設けられているインナーフレーム１１と、インナーフレーム１１の外周面に設置されるアウターフレーム１２と、インナーフレーム１１の回転軸方向両端面に配置され軸受１７を内径側に保持するブラケット１６と、シャフト５およびシャフト５の外周に固着された複数の永久磁石６を有し軸受１７を介してシャフト５の回転軸を中心に回転自在に支持された回転子３０と、インナーフレーム１１の内周に固着されて回転子３０の外径側に空隙を介して配置された固定子２０とを備えている。
【００１３】
図３は、この発明を実施するための実施の形態１に係る回転電機の回転軸方向に垂直なＡ―Ａ断面図である。固定子２０は、回転子３０と同軸に配置された環状の継鉄部であるコアバック１４、継鉄部から回転子３０側に突出し周方向に並んで配置された複数のティース２、および隣り合うティース２の間に形成されたスロット１３に収納された複数のコイル１を有する。固定子コア１５は、コアバック１４および６個のティース２から構成されている。
【００１４】
図２において、６個のティース２のそれぞれには、Ｖ１の相のコイル１が巻回されたティース２ａを基準に時計回りに、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの符号が付けられている。６個すなわち複数のティース２のそれぞれは、継鉄部であるコアバック１４から回転子３０側に突出し回転子３０側に向かう方向の先端に先端部３を有する基部４を具備する。先端部３は、基部４から周方向に突出するつば部を形成している。また、先端部３の周方向の両端の一方と先端部３の周方向の両端の一方に隣り合うティース２の先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔はすべて等しくなっている。６個すなわち複数のティース２における先端部３の周方向の幅は、すべて等しい。なお、先端部３の周方向側面が、基部４の周方向側面に連続してつながる面であり、つば部が基部４から突出しなくてもよい。
【００１５】
固定子コア１５は、厚さ０．３５ｍｍの電磁鋼板から図２のコアバック１４およびティース２の形状で打ち抜かれたシート状の複数の固定子コアが回転軸方向に積層されて構成されている。シート状の複数の固定子コアは、互いに接着剤によって回転軸方向に接着固定されている。シート状の複数の固定子コアの回転軸方向の固定は、カシメによる固定や、レーザ溶接などによる固定であってもよい。
【００１６】
また、固定子コア１５は、電磁鋼板の他、一塊のバルク磁性体や圧粉鉄心などから製造されてもよい。本実施の形態では、シート状の固定子コアは、コアバック１４とティース２とが一体となって電磁鋼板から打ち抜かれている。なお、シート状の固定子コアは、コアバック１４がティース２ごとに周方向に分離されて打ち抜かれた１ティースコアであってもよい。また、コアバック１４がティース２ごとに回転軸に垂直な面内で回転可能な構造の固定子コア１５であってもよい。
【００１７】
コイル１の個数は、３相の各相に２個ずつの合計６個である。６個のコイル１のそれぞれは、ティース２ごとに巻回される集中巻方式で、６個のティース２に１個ずつ巻回されている。図示しないインシュレータを介してティース２に丸線の導線であるマグネットワイヤが予め定められた巻数で巻回されてコイル１が形成される。コイル１は、ティース２に巻回された後にワニス処理が施されて、ティース２に固定される。コイル１の相は、図２の断面において基準のティース２ａから反時計回りにＶ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ１の順に並んでいる。ここで、コイル１に同一方向の電流が流れた場合、コイル１に発生する電磁場方向が、径方向に互いに同じ方向になる。この結果、同じ相のコイル１は、１８０°回転対称の位置に配置されている。例えば、Ｕ１とＵ２の相のコイル１が対向する位置に配置されている。また、複数のコイル１は、１つの相の電流が通電される２個すなわち複数の相コイルＵ１およびＵ２、Ｖ１およびＶ２、並びにＷ１およびＷ２を有し、１つの相の電流が通電される複数の相コイル、すなわちＵ１およびＵ２、Ｖ１およびＶ２、並びにＷ１およびＷ２は、それぞれ直列に接続されている。同一相のコイル数が多い場合などは、各相の抵抗が同じになるような構成であれば、直列ではなく、並列接続、直列並列混合などでもよい。
【００１８】
なお、コイル１の配置は、磁極の数とスロットの数との組み合わせに応じて、本実施の形態のコイル１の配置と異なってもよい。また、コイル１の導線の断面形状は、丸線の断面形状に限らず、角線など異なる断面形状であってもよい。また、コイル１の導線の材質は、本実施の形態では銅を用いているが、アルミ等の材質であってもよい。
【００１９】
回転子３０は、シャフト５と、回転子コアを兼ねるシャフト５の外周に配置された４極の円筒型の永久磁石６とを有している。すなわち、回転子３０は、複数の磁極を有している。回転子３０において、永久磁石６の極性は、交互に極性が異なって周方向に並んでいる。図２において、「Ｎ」は、永久磁石６の固定子２０側の表面の磁極が有するＮ極の極性を示し、「Ｓ」は、永久磁石６の固定子２０側の表面の磁極が有するＳ極の極性を示している。このため、回転電機１００は、表面磁石型回転電機、すなわちＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ）となっている。回転子３０は、軸受１７によってインナーフレーム１１、アウターフレーム１２および固定子２０に対して回転支持されている。本実施の形態において、永久磁石６の材質は、フェライト磁石である。
【００２０】
なお、回転子３０は、永久磁石６が回転子コア内に埋め込まれた埋込磁石型、すなわちＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ）の回転子であってもよい。また、回転子３０は、界磁巻線が内蔵された回転子や、誘導機すなわちＩＭ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｍｏｔｏｒ）の回転子など他の形態の回転子であってもよい。本実施の形態に係る回転電機１００では、永久磁石６の材質は、フェライト磁石であるが、ネオジム焼結磁石などの他の硬磁性材料であってもよい。
【００２１】
回転電機１００の磁極の数は４個、およびスロット１３の数すなわちティース２の数は６個である。すなわち回転電機１００の磁気構造は、４極６スロットの構造となっている。また、回転電機１００の磁気構造は、２極３スロットの構造を２回周方向に繰り返す構造である。すなわち、回転電機１００の磁気構造は、周方向すなわち回転方向に２回回転対称の構造となっている。
【００２２】
回転軸に垂直な固定子２０の断面において、ティース２の周方向の中心とシャフト５の回転軸とを通る直線をティース中心軸とし、複数のティース２の内隣り合うティース２のティース中心軸同士がなす角度をティースピッチ角α１、α２、α３としている。ティースピッチ角α１は、ティース２ｆおよび２ａのティース中心軸同士、並びにティース２ａおよび２ｂのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２は、ティース２ｂおよび２ｃのティース中心軸同士、並びにティース２ｆおよび２ｅのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α３は、ティース２ｃおよび２ｄのティース中心軸同士、並びにティース２ｅおよび２ｄのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角は、それぞれα１＝６４°、α２＝６０°、α３＝５６°となっている。
【００２３】
また、複数の磁極の数である４個と複数のティース２の数である６個との最大公約数は２となる。回転軸に垂直な固定子２０の断面において、ティースピッチ角α１は、この最大公約数２で複数のティースの数である６を割った値３から１を引いた値の個数である２個だけ時計方向または反時計方向に連続している。また、ティースピッチ角α３は、同様に２個だけ時計方向または反時計方向に連続している。そして、２個だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角α１は、互いに等しい。また、２個だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角α３は、互いに等しい。
【００２４】
この構成によって、磁気的単位を構成するティース２ｆ、２ａ、２ｂを流れる磁束、およびティース２ｃ、２ｄ、２ｅを流れる磁束の分布が磁気的単位内で周方向に等間隔となるため、磁気的単位内で周方向に不均等な分布となることに起因するトルク脈動などが抑制される。
【００２５】
Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１が巻回された２回回転対称の一方の周方向に連続する３つのティース２ａ、２ｂ、２ｆの内、Ｖ１の相のコイル１が巻回されたティース２ａのティース中心軸を基準７とする。基準７から時計回り方向および反時計回り方向のそれぞれに、ティースピッチ角が小さくなっている。
【００２６】
従って、最大のティースピッチ角α１を第１のティースピッチ角α１とする。このとき、第１のティースピッチ角α１から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、ティースピッチ角α２、α３の内少なくとも１つのティースピッチ角は、第１のティースピッチ角α１よりも小さくなる。このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とする。
【００２７】
ティース２ａから２ｆの基部４の周方向の幅はすべて等しい。このため、隣り合うティース２間に形成されたスロット１３の回転軸に垂直な断面における断面積も、基準７から時計回り方向、および反時計回り方向に進むにつれて小さくなっている。また、ティース２に集中巻の方式で巻回されたコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、ティース２の周方向両側において均等になる。このため、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積より小さくなる。また、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに等しく、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は互いに等しい。
【００２８】
従って、第１のティースピッチ角α１に対応する隣り合うティース２ａおよび２ｂ、並びに２ａおよび２ｆの間に形成されたスロット１３に配置されたＵ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１を第１のコイル１ａとする。また、第２のティースピッチ角α３に対応する隣り合うティース２ｃおよび２ｄ、並びに２ｄおよび２ｅの間に形成されたスロット１３に配置されたＵ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１を第２のコイル１ｂとする。ティースピッチ角α２に対応する隣り合うティース２ｂおよび２ｃ、並びに２ｅおよび２ｆの間に形成されたスロット１３のそれぞれには、第１のコイル１ａと第２のコイル１ｂとが配置されている。第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。
【００２９】
また、各コイル１の巻数は、互いに等しい。従って、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて、導線の回転軸に垂直な断面における断面積も小さくなっている。すなわち、複数のコイル１のそれぞれは、ティース２に巻回された導線を有し、第２のコイル１ｂの導線の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの導線の回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。また、導線の線径も、同様に、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて小さくなっている。
【００３０】
ここで、各コイル１が装着されたスロット１３の断面積に占めるコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の割合であるコイル占積率は同じと仮定している。なお、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、図２の断面において、基準７に対して左右対称となっている。このような構成では、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗は、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗よりも小さくなる。同じ相のコイル１同士、すなわちＵ１およびＵ２の相のコイル１は直列に接続され、Ｖ１およびＶ２の相のコイル１は直列に接続され、Ｗ１およびＷ２の相のコイル１は直列に接続されている。このため、各相のコイル１の抵抗である、Ｕ相のコイル１の抵抗、Ｖ相のコイル１の抵抗、およびＷ相のコイル１の抵抗は、互いに等しくなっている。また、各相に流れる電流もコイル１に同じ大きさで印加されるため、第１のコイル１ａに発生するＵ１、Ｖ１、Ｗ１の相の銅損は、第２のコイル１ｂに発生するＵ２、Ｖ２、Ｗ２の相の銅損よりも小さくなる。言い換えると、図２において、固定子２０の径方向上部の約半分の第１のコイル１ａに発生する銅損は、固定子２０の径方向下部の約半分の第２のコイル１ｂに発生する銅損よりも小さくなる。
また、各相のコイル１に流れる電流が同じ大きさとなるため、電流の大きさがばらつくことによって生じるトルク脈動が抑制される。
【００３１】
また、ティース２の周方向の幅はすべて等しく、各スロット１３におけるコイル１のコイル占積率も等しい。このため、固定子２０の全てのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の総和は、ティースピッチ角α１、α２、α３がすべて等しい構成の場合のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の総和と等しくなる。よって、コイル１に発生する銅損の総和は、コイル１に印加される電流が同じ場合には、ティースピッチ角α１、α２、α３がすべて等しい構成の場合のコイル１に発生する銅損の総和と等しくなる。すなわち、ティースピッチ角α１、α２、α３が周方向へずれて総和が同じとなることによって、コイル１に発生する銅損の総和を変えることなく、周方向にコイル１に発生する銅損を分布させている。
【００３２】
また、ティース２はティースピッチ角α１、α２、α３が変化する構成となっているが、ティース２の基部４のみが周方向にずれている。このため、先端部３の周方向の両端の一方と先端部３の周方向の両端の一方に隣り合うティース２の先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔はすべて等しくなっている。また、６個のティース２における先端部３の周方向の幅はすべて等しい。
【００３３】
このような構成にすることによって、ティース２の基部４が周方向にずれるのに伴って先端部３が周方向にずれて、回転電機１００の磁気構造の繰り返しが崩れて磁気的にアンバランスが生じてしまうのを防ぐことができる。また、この磁気的アンバランスによってトルク脈動が増加するなど、回転電機１００の特性低下が発生してしまうのを防ぐことができる。図２では、ティース２がずれる基準となるティース２ａの先端部と、ティース２ａと対向する位置にあるティース２ｄの先端部とは、それぞれのティース中心軸に対して左右対称である。一方、その他のティース２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｆの先端部は、それぞれのティース中心軸に対して左右非対称になる。
なお、トルク脈動などの影響が少ない回転電機の用途では、本実施の形態のようにティース２だけでなく、先端部３もティースに合わせて周方向にずらしてもよい。
【００３４】
なお、コアバック１４が隣り合うティース２の間の周方向位置で分離されて打ち抜かれた１ティースコアの場合には、固定子２０の径方向下側の１ティースコアの材質を、他の１ティースコアの材質よりも鉄損が大きなグレードの材質に変更してもよい。この場合、回転電機１００自体の効率は若干低下する。一方、温度上昇が許容範囲内ならば、１ティースコアの材質の変更によって、コスト削減が可能である。
【００３５】
以下では、回転電機１００の冷却に用いる冷却装置を説明する。図３は、本実施の形態に係る冷却装置の斜視図である。図３において、本実施の形態に係る回転電機１００を使用する場合、固定子２０の外周面に冷却装置４０が設置される。冷却装置４０は、固定子２０の外周面に配置されるインナーフレーム１１と、インナーフレーム１１の外周面に設置されるアウターフレーム１２とを有する。固定子２０の外周面に配置されるインナーフレーム１１の外周面に、冷媒である冷却水が通る溝が設けられている。アウターフレーム１２は、インナーフレーム１１の外周面に設置されている。インナーフレーム１１とアウターフレーム１２との合わせ面には、冷却水が漏れないように図示しないＯリングなどが設置されている。インナーフレーム１１の溝とアウターフレーム１２の内周面との間に、冷媒の流路９が形成されている。アウターフレーム１２の径方向の下部には、冷却水が外部から流入し流路９に流出される入口８が設けられている。アウターフレーム１２の径方向の上部には、冷却水が流路９から流入して外部に排出される出口１０が設けられている。よって、冷却水は、回転電機１００の径方向下部の入口８から流入し、入口８からインナーフレーム１１の周方向両側に分かれて蛇行する流路９を流れる。そして、冷却水は、固定子２０が固定されたインナーフレーム１１から熱を吸収しながら、回転電機１００の径方向上部の出口１０から流出される。
【００３６】
本実施の形態では、図２のように、回転電機１００に冷却装置４０が取付けられる。すなわち、冷却装置４０の冷却水の入口８は、発生する銅損が大きいコイル１、すなわち第２のコイル１ｂと同じ周方向位置に配置されている。すなわち、冷却装置４０の冷却水の入口８から第２のコイル１ｂの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第２の冷却部４２は、第２のコイル１ｂを冷却する。冷却装置４０の冷却水の出口１０は、発生する銅損が第２のコイル１ｂよりも小さいコイル１、すなわち第１のコイル１ａと同じ周方向位置に配置されている。すなわち、冷却装置４０の冷却水の出口１０から第１のコイル１ａの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第１の冷却部４１は、第１のコイル１ａを冷却する。
【００３７】
このような構成によって、発生する銅損が大きい第２のコイル１ｂの周方向位置が、冷却装置４０の冷却性能が高い入口８の周方向位置に配置される。このため、冷却装置４０の冷却性能の周方向分布に合わせて、回転電機１００の銅損を周方向に分布させることができる。すなわち、冷却装置４０は、第１のコイル１ａを冷却する第１の冷却部４１、および第２のコイル１ｂを冷却する第２の冷却部４２を有する。第２の冷却部４２の冷却性能は、第１の冷却部４１の冷却性能よりも高い。
【００３８】
また、回転電機１００は、上記のような構成によって、一方の箇所にある第２のコイル１ｂから他方の箇所にある第１のコイル１ａに向かって、固定子２０の銅損を、回転電機１００の回転軸に垂直な断面内において、周方向の一方向である時計回りおよび他方向である反時計回りに分布させることができる。よって、ティースピッチ角がすべて等しく銅損が周方向に分布を持たない回転電機よりも、効率的に冷却を行うことができ回転電機１００の温度上昇を抑制することができる。また、回転電機１００の銅損の総和は、ティースピッチ角がすべて等しい回転電機の銅損の総和と同じとなる。このため、回転電機１００の効率の低下は生じない。よって、回転電機１００の効率を維持したままで、回転電機１００の局所的な温度上昇を抑制することができる。このため、回転電機１００の特性が局所的に制限されてしまい、放熱性を改善するために回転電機１００の体積が増加するのを抑制できる。すなわち、ティースピッチ角を調整することでコイル断面積に違いを作っているためステータ外径を変える必要がない。そして、回転電機１００の設計自由度が制限されるのを抑えることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、１個の冷却装置４０の冷却性能が分布している場合を説明したが、冷却性能がそれぞれ異なる複数個の冷却装置を、固定子２０の外周に配置してもよい。図４は、本実施の形態に係る回転電機の変形例における回転軸方向に垂直な断面図である。図４において、回転電機１００ａは、第１のコイル１ａを冷却する第１の冷却装置４０ａと、第２のコイル１ａを冷却する第２の冷却装置４０ｂとを備えている。第１の冷却装置４０ａは、ティース２ａに巻回された１個の第１のコイル１ａの周方向位置と同じ周方向位置の範囲にある。第２の冷却装置４０ｂは、冷却装置４０の冷却水の入口８から、ティース２ｄに巻回された１個の第２のコイル１ｂの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある。第２の冷却装置４０ｂの冷却性能は、第１の冷却装置４０ａの冷却性能よりも高い。
【００４０】
回転電機１００ａの銅損の分布は、ティース２の基部４が周方向にずれる量によって決まる。このため、回転電機１００ａの銅損の分布は、使用する冷却装置４０、４０ａ、４０ｂの冷却性能の分布によって吸収可能な分布になるようにティース２の基部４が周方向にずれる量を調整して設計するとよい。
【００４１】
本実施の形態の冷却装置４０、４０ａ、４０ｂの配置は、冷却装置４０、４０ａ、４０ｂが固定子２０の外周面に設置される配置となっている。一方、本実施の形態の冷却装置４０、４０ａ、４０ｂに加えて、回転電機１００、１００ａの内部に油が循環し冷却する油冷の冷却方式の場合には、回転電機１００、１００ａの内部の径方向下部などの重力方向に油溜まりができる。このため、回転電機１００、１００ａの径方向下部の冷却性能が向上する。従って、回転電機１００、１００ａの径方向下部の冷却性能がさらに向上する場合には、ティース２の基部４が周方向にずれる量を大きくして、すなわち、ティースピッチ角α１、α２、α３の互いの差分を大きくして、回転電機１００、１００ａの銅損の分布を、さらに径方向下部に偏らせるのが望ましい。
【００４２】
なお、冷却装置４０、４０ａ、４０ｂの周方向の範囲は、第１のコイル１ａおよび第２のコイル１ｂの周方向の範囲に一致する必要はない。例えば、第１の冷却部４１または第１の冷却装置４０ａの周方向中央部は、第１のコイル１ａの周方向中央部の付近にあればよく、第１の冷却部４１または第１の冷却装置４０ａの周方向範囲は、第１のコイル１ａの周方向範囲に対して異なってもよい。本実施の形態では、冷媒である冷却水が通る溝が設けられているが、溝では無く大きな空間であってもよい。また、冷却装置４０、４０ａ、４０ｂの冷却方式として、油や水による水冷方式を説明したが、空冷方式であってもよい。空冷方式は、ファン等の送風による強制空冷や、空気の対流を用いる自然空冷であってもよい。この場合は、送風量の差、フィンの大小などによって冷却能力に大小が発生する。
【００４３】
また、回転電機１００、１００ａの損失の分布は、銅損の分布に限らず、固定子２０の鉄損や漂遊損を含めた分布であってもよい。
【００４４】
ここで、本実施の形態に係る導線の巻線方法について説明する。本実施の形態に係る回転電機１００、１００ａの固定子２０のコイル１において、線径が異なる導線が巻線されている。すなわち、第２のコイル１ｂの線径は、第１のコイル１ａの線径よりも小さい。一方で、巻回される際に導線に加える張力であるテンションを変えることによって、導線の伸びを調整して導線の線径を変化させることができる。よって、導線にかかるテンションを変えることによって、導線の断面積を約１０％程度変えることができる。このため、約１０％程度の差を設定して分布させる場合には、導線に加えるテンションを変更して導線の断面積を変更してもよい。この方法のメリットは、線径の仕様が同じ導線を用いることができるため、複数の線径の導線を準備する必要がない点、および巻線工程中に線径の異なる導線に交換せずに線径を変えることができる点である。特に、後者のメリットによって、同相のコイル１を連続で巻き回すことができ導線の結線箇所を減らすことができる。さらに、巻線機の大幅な調整が不要となり、巻線工程を含めた固定子２０の作製工程を複雑にしないで固定子２０を作製できる。
【００４５】
また、固定子コア１５に１ティースコアを採用する場合には、巻線後に各コイル１の引き出し線をコイル１における同じ回転軸方向側に引き出して、結線板または溶接などにより結線する方法を採用すると、異なる線径の導線を結線しやすい。１ティースコアに用いる導線の線径を大きく変えたい場合には、上述の結線方法は、有効な製造方法となる。
【００４６】
また、導線の線径を変える代わりに、導線を並列に束ねて巻回す並列巻の方法もある。この並列巻の方法は、線径が大きい太い導線１本を巻く代わりに、線径が小さい細い導線を２本並列に接続し、１本の導線として巻回す方法である。この方法の場合には、細い２本の導線の総断面積と太い導線１本の断面積とを等しくして、細い２本の導線の抵抗と太い導線１本の抵抗とを同じ大きさに設定する必要がある。細い２本の導線で巻回す場合、太い導線１本で巻回すよりも導線の屈曲半径を小さく取れるため、巻線作業を行いやすい。このため、各スロット１３におけるコイル１のコイル占積率が向上し、コイル１の抵抗を低減できるなどのメリットがある。一方で、細い２本の導線の総断面積と太い導線１本の断面積とを等しくした影響で、各スロット１３におけるコイル１のコイル占積率が低下する場合もあるため、総合的に判断する必要がある。
【００４７】
実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態に係る回転電機１００ｂの構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。図５において、磁極の数は６個であり、スロット１３の数は９個である。図５において、９個のティース２のそれぞれには、Ｖ１の相のコイル１が巻回されたティース２ａのティース中心軸の基準７から時計回りに、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉの符号が付けられている。そして、ティース２ａから２ｉにそれぞれ巻き回された９個のコイル１の相は、図５の断面において、基準７となるティース２ａから反時計回りにＶ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３、Ｕ１の順に並んでいる。すなわち、本実施の形態に係る回転電機１００ｂは、実施の形態１と同じ２個の磁極と３個のスロットとの組を、３回周方向に繰り返す構造となっている。コイル１の相は、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の第１の組のコイル１の相と、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の第２の組のコイル１の相と、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の第３の組のコイル１の相とによって構成される。よって、回転電機１００ｂの磁気構造は、周方向すなわち回転方向に３回回転対称の構造となっている。
【００４８】
複数のティース２の内、隣り合うティース２のティース中心軸同士がなす角度をティースピッチ角α１、α２、α３としている。ティースピッチ角α１は、ティース２ｉおよび２ａのティース中心軸同士、並びにティース２ａおよび２ｂのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２は、ティース２ｂおよび２ｃのティース中心軸同士、並びにティース２ｈおよび２ｉのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α３は、ティース２ｃおよび２ｄのティース中心軸同士、ティース２ｄおよび２ｅのティース中心軸同士、ティース２ｅおよび２ｆのティース中心軸同士、ティース２ｆおよび２ｇのティース中心軸同士、並びにティース２ｇおよび２ｈのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角は、それぞれα１＝４４°、α２＝４１°、α３＝３８°となっている。
【００４９】
基準７から時計回り方向および反時計回り方向のそれぞれに、ティースピッチ角が小さくなっている。従って、最大のティースピッチ角α１を第１のティースピッチ角α１とする。このとき、第１のティースピッチ角α１から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、ティースピッチ角α２、α３の内少なくとも１つのティースピッチ角は、第１のティースピッチ角α１よりも小さくなる。このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とする。
【００５０】
また、複数の磁極の数である６個と複数のティース２の数である９個との最大公約数は３となる。回転軸に垂直な固定子２０の断面において、ティースピッチ角α１は、この最大公約数３で複数のティースの数である９を割った値３から１を引いた値の個数である２個だけ時計方向または反時計方向に連続している。そして、２個だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角α１は、互いに等しい。
【００５１】
ティース２ａから２ｉの周方向の幅はすべて等しい。このため、隣り合うティース２間に形成されたスロット１３の回転軸に垂直な断面における断面積も、基準７から時計回り方向、および反時計回り方向に進むにつれて小さくなっている。また、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積より小さくなる。また、第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに等しい。第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに等しい。
【００５２】
本実施の形態に係る回転電機１００ｂにおいて、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、基準７に対して左右対称となっている。第１のティースピッチ角α１に対応する隣り合うティース２ａおよび２ｂ、並びに２ａおよび２ｉの間に形成されたスロット１３に配置された第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１を第１のコイル１ａとする。また、第２のティースピッチ角α３に対応する隣り合うティース２ｃおよび２ｄ、２ｄおよび２ｅ、２ｅおよび２ｆ、２ｆおよび２ｇ、並びに２ｇおよび２ｈの間に形成されたスロット１３に配置された第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１を第２のコイル１ｂとする。ティースピッチ角α２に対応する隣り合うティース２ｂおよび２ｃ、並びに２ｈおよび２ｉの間に形成されたスロット１３のそれぞれには、第１のコイル１ａと第２のコイル１ｂとが配置されている。
第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。
【００５３】
また、各コイル１の巻数は、互いに等しい。従って、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて、導線の回転軸に垂直な断面における断面積も小さくなっている。すなわち、複数のコイル１のそれぞれは、ティース２に巻回された導線を有し、第２のコイル１ｂの導線の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの導線の回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。また、導線の線径も、同様に、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて小さくなっている。
【００５４】
第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗は、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗よりも小さい。よって、本実施の形態の回転電機１００ｂでは、回転電機１００ｂの径方向上部の約３分の１の周方向範囲に位置する第１のコイル１ａの銅損は、回転電機１００ｂの径方向下部の約３分の２の第２のコイル１ｂの銅損よりも小さくなる。
【００５５】
冷却装置４０ｃの冷却水の入口８から第２のコイル１ｂの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第２の冷却部４２ａは、第２のコイル１ｂを冷却する。冷却装置４０ｃの冷却水の出口１０は、発生する銅損が第２のコイル１ｂよりも小さいコイル１、すなわち第１のコイル１ａと同じ周方向位置に配置されている。すなわち、冷却装置４０ｃの冷却水の出口１０から第１のコイル１ａの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第１の冷却部４１ａは、第１のコイル１ａを冷却する。
【００５６】
このような構成によって、発生する銅損が大きい第２のコイル１ｂの周方向位置が、冷却装置４０ｃの冷却性能が高い入口８の周方向位置に配置される。このため、冷却装置４０ｃの冷却性能の周方向分布に合わせて、回転電機１００の銅損を周方向に分布させることができる。すなわち、冷却装置４０ｃは、第１のコイル１ａを冷却する第１の冷却部４１ａ、および第２のコイル１ｂを冷却する第２の冷却部４２ａを有する。第２の冷却部４２ａの冷却性能は、第１の冷却部４１ａの冷却性能よりも高い。
【００５７】
従って、冷却装置４０ｃは、回転電機１００ｂの径方向上部の約３分の１の周方向範囲にある第１の冷却部４１ａの冷却性能が低く、回転電機１００ｂの径方向下部の約３分の２の周方向範囲にある第２の冷却部４２ａの冷却性能が高くなっており、効率よく冷却できる。
このような構成によって、冷却装置４０ｃの冷却性能の分布の周方向の割合に応じてティースピッチ角α１、α２、α３を変えることにより、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態３．
図６は、この発明を実施するための実施の形態３に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態に係る回転電機１００ｃの構成は、以下に述べる点で、実施の形態２と異なる。本実施の形態に係る回転電機１００ｃでは、図６において、ティース２ｂと２ｃとの間にあるＵ１の相のコイル１とＷ３との相のコイル１との境界線を基準７としている。また、第１のコイル１ａを、第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１としている。第２のコイル１ｂを、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１としている。
【００５９】
以下に、本実施の形態に係る回転電機１００ｃの具体的な構成を説明する。ティースピッチ角α１は、ティース２ｉおよび２ａのティース中心軸同士、ティース２ａおよび２ｂのティース中心軸同士、ティース２ｂおよび２ｃのティース中心軸同士、ティース２ｃおよび２ｄのティース中心軸同士、並びにティース２ｄおよび２ｅのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２は、ティース２ｅおよび２ｆのティース中心軸同士、並びにティース２ｈおよび２ｉのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α３は、ティース２ｆおよび２ｇのティース中心軸同士、並びにティース２ｇおよび２ｈのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角は、それぞれα１＝４２°、α２＝３９°、α３＝３６°となっている。
【００６０】
基準７から時計回り方向および反時計回り方向のそれぞれに、ティースピッチ角が小さくなっている。従って、最大のティースピッチ角α１を第１のティースピッチ角α１とする。このとき、第１のティースピッチ角α１から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、ティースピッチ角α２、α３の内少なくとも１つのティースピッチ角は、第１のティースピッチ角α１よりも小さくなる。このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とする。
【００６１】
また、複数の磁極の数である６個と複数のティース２の数である９個との最大公約数は３となる。回転軸に垂直な固定子２０の断面において、ティースピッチ角α３は、この最大公約数３で複数のティースの数である９を割った値３から１を引いた値の個数である２個だけ時計方向または反時計方向に連続している。そして、２個だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角α３は、互いに等しい。
【００６２】
ティース２ａから２ｉの周方向の幅はすべて等しい。このため、隣り合うティース２間に形成されたスロット１３の回転軸に垂直な断面における断面積も、基準７から時計回り方向、および反時計回り方向に進むにつれて小さくなっている。また、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積より小さくなる。また、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに等しく、第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は互いに等しい。
【００６３】
本実施の形態に係る回転電機１００ｃにおいて、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、基準７に対して左右対称となっている。第１のティースピッチ角α１に対応する隣り合うティース２ｉおよび２ａ、２ａおよび２ｂ、２ｂおよび２ｃ、２ｃおよび２ｄ、並びに２ｄおよび２ｅの間に形成されたスロット１３に配置された第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１を第１のコイル１ａとする。また、第２のティースピッチ角α３に対応する隣り合うティース２ｆおよび２ｇ、並びに２ｇおよび２ｈの間に形成されたスロット１３に配置された第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１を第２のコイル１ｂとする。ティースピッチ角α２に対応する隣り合うティース２ｅおよび２ｆ、並びに２ｈおよび２ｉの間に形成されたスロット１３のそれぞれには、第１のコイル１ａと第２のコイル１ｂとが配置されている。第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。
【００６４】
第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１、および第３の組Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗は、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗よりも小さい。よって、本実施の形態の回転電機１００ｃでは、回転電機１００ｃの径方向上部の約３分の２の周方向範囲に位置する第１のコイル１ａの銅損は、回転電機１００ｃの径方向下部の約３分の１の第２のコイル１ｂの銅損よりも小さくなる。
【００６５】
冷却装置４０ｄの冷却水の入口８から第２のコイル１ｂの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第２の冷却部４２ｂは、第２のコイル１ｂを冷却する。冷却装置４０ｄの冷却水の出口１０は、発生する銅損が第２のコイル１ｂよりも小さいコイル１、すなわち第１のコイル１ａと同じ周方向位置に配置されている。すなわち、冷却装置４０ｄの冷却水の出口１０から第１のコイル１ａの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第１の冷却部４１ｂは、第１のコイル１ａを冷却する。
【００６６】
このような構成によって、発生する銅損が大きい第２のコイル１ｂの周方向位置が、冷却装置４０ｄの冷却性能が高い入口８の周方向位置に配置される。このため、冷却装置４０ｄの冷却性能の周方向分布に合わせて、回転電機１００の銅損を周方向に分布させることができる。すなわち、冷却装置４０ｄは、第１のコイル１ａを冷却する第１の冷却部４１ｂ、および第２のコイル１ｂを冷却する第２の冷却部４２ｂを有する。第２の冷却部４２ｂの冷却性能は、第１の冷却部４１ｂの冷却性能よりも高い。
【００６７】
従って、冷却装置４０ｄは、回転電機１００ｂの径方向上部の約３分の１の周方向範囲にある第１の冷却部４１ｂの冷却性能が低く、回転電機１００ｂの径方向下部の約３分の２の周方向範囲にある第２の冷却部４２ｂの冷却性能が高くなっており、効率よく冷却できる。このような構成によって、冷却装置４０ｄの冷却性能の分布の周方向割合に応じてティースピッチ角α１、α２、α３を変えることにより、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００６８】
なお、回転電機１００ｂの磁気構造が実施の形態２、３のように周方向に３回回転対称の構造となっている場合には、第１、第２、第３の組の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、複数通りの組合せが可能である。例えば、第１の組の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積が、第２、第３の組の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積よりも大きい場合と、第１、第３の組の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積が、第２の組の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積よりも大きい場合との２通りの組合せがある。
【００６９】
一方で、実施の形態１においては、第１の組Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積が、第２の組Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１の内でのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積よりも大きい場合の１通りの組合せしかない。また、断面積の組合せは、磁極の数とスロットの数とに応じて、第１のコイル１ａおよび第２のコイル１ｂよりも回転軸に垂直な断面における断面積が小さい第３のコイルを用いてもよい。さらに、第３のコイルよりも回転軸に垂直な断面における断面積が小さい第４のコイルを用いてもよい。このように、断面積の大きさや、同じ断面積のコイル１の数などを様々に設定することができる。
【００７０】
実施の形態４．
図７は、この発明を実施するための実施の形態４に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態に係る回転電機１００ｄの構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。本実施の形態に係る回転電機１００ｄでは、図７において、ティース２はティースピッチ角α１、α２、α３が変化するのに合わせて、ティース２の基部４および先端部３が周方向にずれている。また、６個のティース２における先端部３の周方向の幅はすべて等しい。
【００７１】
このため、先端部３の周方向の両端の一方と、先端部３の周方向の両端の一方に隣り合うティース２の先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔は、回転電機１００ｄの一部で異なっている。すなわち、ティース２ｂの先端部３の周方向の両端の一方とティース２ｂに隣り合うティース２ｃの先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔は、ティース２ａの先端部３の周方向の両端の一方とティース２ａに隣り合うティース２ｂの先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔に対して小さい。また、ティース２ｃの先端部３の周方向の両端の一方とティース２ｃに隣り合うティース２ｄの先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔は、ティース２ｂの先端部３の周方向の両端の一方とティース２ｂに隣り合うティース２ｃの先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔に対して小さい。そして、本実施の形態に係る回転電機１００ｄにおいて、先端部３の周方向の両端の一方と先端部３の周方向の両端の一方に隣り合うティース２の先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔は、基準７に対して左右対称となっている。
【００７２】
また、それぞれ別の部品である、コアバック１４とティース２ａから２ｆとが一体化されて固定子コア１５ａを構成している。各ティース２の先端部３は、各ティース２ａから２ｆのティース中心軸に対して左右対称となっている。このため、コアバック１４に対するティース２ａから２ｆの周方向位置を調節することによって、固定子コア１５ａを作製することができる。よって、同じ形状のティース２を用いて固定子コア１５ａを作製することができる。従って、本実施の形態に係る回転電機１００ｄでは、固定子コア１５ａを電磁鋼板から打ち抜く際に用いられる金型の個数を減らすことができ、金型のコストの削減を図ることができる。
【００７３】
実施の形態５．
図８は、この発明を実施するための実施の形態５に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態に係る回転電機１００ｅの構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。本実施の形態に係る回転電機１００ｅでは、図８において、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、基準７に対して左右非対称となっている。すなわち、ティースピッチ角α１１は、ティース２ｆおよび２ａのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α１２は、ティース２ｅおよび２ｆのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α１３は、ティース２ｄおよび２ｅのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２１は、ティース２ａおよび２ｂのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２２は、ティース２ｂおよび２ｃのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２３は、ティース２ｃおよび２ｄのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角は、それぞれα１１＝６２°、α１２＝６０°、α１３＝５８°、α２１＝６３°、α２２＝６０°、α２３＝５７°となっている。
【００７４】
基準７から時計回り方向および反時計回り方向のそれぞれに、ティースピッチ角が小さくなっている。従って、最大のティースピッチ角α２１を第１のティースピッチ角α２１とする。このとき、第１のティースピッチ角α２１から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、ティースピッチ角α１１、α１２、α１３、α２２、α２３の内少なくとも１つのティースピッチ角は、第１のティースピッチ角α２１よりも小さくなる。このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とする。
【００７５】
Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに異なっている。すなわち、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆの回転軸に垂直な断面における断面積より小さい。よって、Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。
【００７６】
従って、第１のティースピッチ角α２１に対応する隣り合うティース２ａおよび２ｂの間に形成されたスロット１３には、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａと、Ｕ１の相のコイルである第３のコイル１ｃとが配置されている。ティースピッチ角α２２に対応する隣り合うティース２ｂおよび２ｃの間に形成されたスロット１３には、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃと、Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄとが配置されている。第２のティースピッチ角α２３に対応する隣り合うティース２ｃおよび２ｄの間に形成されたスロット１３には、Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄと、Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂとが配置されている。ティースピッチ角α１１に対応する隣り合うティース２ａおよび２ｆの間に形成されたスロット１３には、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａと、Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅとが配置されている。ティースピッチ角α１２に対応する隣り合うティース２ｆおよび２ｅの間に形成されたスロット１３には、Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅと、Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆとが配置されている。ティースピッチ角α１３に対応する隣り合うティース２ｅおよび２ｄの間に形成されたスロット１３には、Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆと、Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂとが配置されている。
【００７７】
また、各コイル１の巻数は、互いに等しい。従って、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて、導線の回転軸に垂直な断面における断面積も小さくなっている。すなわち、複数のコイル１のそれぞれは、ティース２に巻回された導線を有し、第２のコイル１ｂの導線の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの導線の回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。また、導線の線径も、同様に、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて小さくなっている。
【００７８】
ここで、各コイル１が装着されたスロット１３に占めるコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の割合であるコイル占積率は同じと仮定している。このため、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、図８の断面において、基準７に対して左右非対称となっている。このような構成では、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃの抵抗は、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗より大きい。Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄの抵抗は、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃの抵抗より大きい。Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗は、Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄの抵抗より大きい。Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅの抵抗は、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗より大きい。Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆの抵抗は、Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅの抵抗より大きい。Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗は、Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆの抵抗より大きい。Ｗ１の相のコイル１である第５のコイル１ｅの抵抗は、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃの抵抗より大きい。Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄの抵抗は、Ｕ２の相のコイル１である第６のコイル１ｆの抵抗より大きい。よって、Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗は、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗より大きい。
【００７９】
また、同じ相のコイル１、すなわちＵ１およびＵ２、Ｖ１およびＶ２、並びにＷ１およびＷ２は、それぞれ直列に接続されている。一方で、各相のコイル１の抵抗は、互いに等しくならない場合もある。また、各相の電流もコイル１に同じ大きさで印加されるため、第１から第６のコイル１ａから１ｆに発生する銅損は、コイル抵抗の大小関係と同様の大小関係となる。言い換えると、図８において、コイル１の断面積が小さくなる、すなわち、コイル１の抵抗が大きくなるにつれて、コイル１に発生する銅損は大きくなる。
【００８０】
また、ティース２の周方向の幅はすべて等しく、各スロット１３におけるコイル１のコイル占積率も等しい。このため、固定子２０の全てのコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の総和は、ティースピッチ角α１１、α１２、α１３、α２１、α２２、α２３がすべて等しい構成の場合のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の総和と等しくなる。よって、コイル１に発生する銅損の総和は、コイル１に印加される電流が同じ場合には、ティースピッチ角α１１、α１２、α１３、α２１、α２２、α２３がすべて等しい構成の場合のコイル１に発生する銅損の総和と等しくなる。すなわち、ティースピッチ角α１１、α１２、α１３、α２１、α２２、α２３が周方向へずれて総和が同じとなることによって、コイル１に発生する銅損の総和を変えることなく、周方向にコイル１に発生する銅損を分布させている。
【００８１】
以下では、本実施の形態に係る回転電機１００ｅの冷却に用いる冷却装置を説明する。図８の本実施の形態に係る回転電機１００ｅの冷却装置４０ｅにおいて、アウターフレーム１２の外周におけるティース２ｃと２ｄとの周方向の間には、冷却水が外部から流入し流路９に流出される入口８ａが設けられている。アウターフレーム１２の外周におけるティース２ａと２ｂとの周方向の間には、冷却水が流路９から流入して外部に排出される出口１０ａが設けられている。
【００８２】
本実施の形態では、図８のように、冷却装置４０ｅの冷却水の入口８ａは、ティース２ｃと２ｄとの周方向の間、すなわち、発生する銅損が最も大きいＶ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂと、Ｗ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄとの周方向の間に配置されている。すなわち、冷却装置４０ｅの冷却水の入口８ａから第２のコイル１ｂおよび第４のコイル１ｄの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第２の冷却部４２ｃは、Ｖ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂとＷ２の相のコイル１である第４のコイル１ｄとを冷却する。冷却装置４０ｅの冷却水の出口１０ａは、ティース２ａと２ｂとの周方向の間、すなわち、発生する銅損が最も小さいＶ１の相のコイル１である第１のコイル１ａと、Ｕ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃとの周方向の間に配置されている。すなわち、冷却装置４０ｅの冷却水の出口１０ａから第１のコイル１ａおよび第３のコイル１ｃの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第１の冷却部４１ｃは、Ｖ１の相のコイル１である第１のコイル１ａとＵ１の相のコイル１である第３のコイル１ｃとを冷却する。
【００８３】
このような構成によって、発生する銅損が最も大きい第２のコイル１ｂを含むティースピッチ角α２３が、冷却装置４０ｅの冷却性能が高い入口８ａの周方向位置に配置される。発生する銅損が最も小さい第１のコイル１ａを含むティースピッチ角α２１が、冷却装置４０ｅの冷却性能が低い出口１０ａの周方向位置に配置される。このため、冷却装置４０ｅの冷却性能の周方向分布に合わせて、回転電機１００ｅの銅損を周方向に分布させることができる。すなわち、冷却装置４０ｅは、第１のコイル１ａを冷却する第１の冷却部４１ｃ、および第２のコイル１ｂを冷却する第２の冷却部４２ｃを有する。第２の冷却部４２ｃの冷却性能は、第１の冷却部４１ｃの冷却性能よりも高い。一方、冷却装置４０ｅの冷却性能は、基準７に対して左右で非対称となっている。すなわち、入口８ａから反時計回りに出口１０ａに向かう周方向範囲の冷却装置４０ｅの冷却性能は、入口８ａから時計回りに出口１０ａに向かう周方向範囲の冷却装置４０ｅの冷却性能よりも高い。このため、冷却装置４０ｅは、回転電機１００ｅの銅損分布に合わせて回転電機１００ｅを効率よく冷却することができる。
【００８４】
実施の形態６．
図９は、この発明を実施するための実施の形態６に係る回転電機の回転軸方向に垂直な断面図である。本実施の形態に係る回転電機１００ｆの構成は、以下に述べる点で、実施の形態１と異なる。本実施の形態に係る回転電機１００ｆでは、図９において、磁極の数は１０個であり、スロット１３の数は１２個である。図９において、ティース２ａと２ｂとの間にある＋Ｖ１の相のコイル１と−Ｖ１との相のコイル１との境界線を基準７としている。１２個のティース２のそれぞれには、＋Ｖ１の相のコイル１が巻回されたティース２ａのティース中心軸から時計回りに、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊ、２ｋ、２ｍの符号が付けられている。そして、ティース２ａから２ｍにそれぞれ巻き回された１２個のコイル１の相は、図９の断面において、ティース２ａから時計回りに＋Ｖ１、−Ｖ１、−Ｕ１、＋Ｕ１、＋Ｗ２、−Ｗ２、−Ｖ２、＋Ｖ２、＋Ｕ２、−Ｕ２、−Ｗ１、＋Ｗ１の順に並んでいる。ただし、「＋」および「−」は、コイル１の互いに異なる巻極性を表し、コイル１に同一方向の電流が流れた場合、コイル１に発生する電磁場方向が、径方向に互いに反対となることを意味する。すなわち、本実施の形態に係る回転電機１００ｆは、５個の磁極と６個のスロットとの組を、磁極の極性を反転させて２回周方向に繰り返す構造となっている。コイル１の相は、−Ｗ１、＋Ｗ１、＋Ｖ１、−Ｖ１、−Ｕ１、＋Ｕ１の第１の組のコイル１の相と、＋Ｗ２、−Ｗ２、−Ｖ２、＋Ｖ２、＋Ｕ２、−Ｕ２の第２の組のコイル１の相とによって構成される。よって、回転電機１００ｆの磁気構造は、周方向すなわち回転方向に２回回転反対称の構造となっている。
【００８５】
複数のティース２の内、隣り合うティース２のティース中心軸同士がなす角度をティースピッチ角α１、α２、α３としている。ティースピッチ角α１は、ティース２ｋおよび２ｍのティース中心軸同士、ティース２ｍおよび２ａのティース中心軸同士、ティース２ａおよび２ｂのティース中心軸同士、ティース２ｂおよび２ｃのティース中心軸同士、並びにティース２ｃおよび２ｄのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α２は、ティース２ｄおよび２ｅのティース中心軸同士、並びにティース２ｊおよび２ｋのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角α３は、ティース２ｅおよび２ｆのティース中心軸同士、ティース２ｆおよび２ｇのティース中心軸同士、ティース２ｇおよび２ｈのティース中心軸同士、ティース２ｈおよび２ｉのティース中心軸同士、並びにティース２ｉおよび２ｊのティース中心軸同士がなす角度である。ティースピッチ角は、それぞれα１＝３２°、α２＝３０°、α３＝２８°となっている。
【００８６】
基準７から時計回り方向および反時計回り方向のそれぞれに、ティースピッチ角が小さくなっている。従って、最大のティースピッチ角α１を第１のティースピッチ角α１とする。このとき、第１のティースピッチ角α１から時計方向および反時計方向にそれぞれ進むにつれて、ティースピッチ角α２、α３の内少なくとも１つのティースピッチ角は、第１のティースピッチ角α１よりも小さくなる。このティースピッチ角を第２のティースピッチ角とする。
【００８７】
また、複数の磁極の数である１０個と複数のティース２の数である１２個との最大公約数は２となる。回転軸に垂直な固定子２０の断面において、ティースピッチ角α１は、この最大公約数２で複数のティースの数である１２を割った値６から１を引いた値の個数である５個だけ時計方向または反時計方向に連続している。そして、５個だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角α１は、互いに等しい。また、回転軸に垂直な固定子２０の断面において、ティースピッチ角α３は、この最大公約数２で複数のティースの数である１２を割った値６から１を引いた値の個数である５個だけ時計方向または反時計方向に連続している。そして、５個だけ時計方向または反時計方向に連続するティースピッチ角α３は、互いに等しい。
【００８８】
ティース２ａから２ｍの周方向の幅はすべて等しい。このため、隣り合うティース２間に形成されたスロット１３の回転軸に垂直な断面における断面積も、基準７から時計回り方向、および反時計回り方向に進むにつれて小さくなっている。すなわち、第２の組＋Ｗ２、−Ｗ２、−Ｖ２、＋Ｖ２、＋Ｕ２、−Ｕ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１の組−Ｗ１、＋Ｗ１、＋Ｖ１、−Ｖ１、−Ｕ１、＋Ｕ１の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積より小さくなる。また、第１の組−Ｗ１、＋Ｗ１、＋Ｖ１、−Ｖ１、−Ｕ１、＋Ｕ１の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに等しい。第２の組＋Ｗ２、−Ｗ２、−Ｖ２、＋Ｖ２、＋Ｕ２、−Ｕ２の相のコイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、互いに等しい。
【００８９】
また、ティース２はティースピッチ角α１、α２、α３が変化する構成となっているが、ティース２の基部４のみが周方向にずれている。このため、先端部３の周方向の両端の一方と先端部３の周方向の両端の一方に隣り合うティース２の先端部３の周方向の両端の他方との周方向の間隔はすべて等しくなっている。また、１２個のティース２における先端部３の周方向の幅はすべて等しい。
【００９０】
本実施の形態に係る回転電機１００ｆにおいて、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積は、基準７に対して左右対称となっている。第１のティースピッチ角α１に対応する隣り合うティース２ｋおよび２ｍ、２ｍおよび２ａ、２ａおよび２ｂ、２ｂおよび２ｃ、並びに２ｃおよび２ｄの間に形成されたスロット１３に配置された第１の組−Ｗ１、＋Ｗ１、＋Ｖ１、−Ｖ１、−Ｕ１、＋Ｕ１の相のコイル１を第１のコイル１ａとする。また、第２のティースピッチ角α３に対応する隣り合うティース２ｅおよび２ｆ、２ｆおよび２ｇ、２ｇおよび２ｈ、２ｈおよび２ｉ、並びに２ｉおよび２ｊの間に形成されたスロット１３に配置された第２の組＋Ｗ２、−Ｗ２、−Ｖ２、＋Ｖ２、＋Ｕ２、−Ｕ２の相のコイル１を第２のコイル１ｂとする。ティースピッチ角α２に対応する隣り合うティース２ｄおよび２ｅ、並びに２ｊおよび２ｋの間に形成されたスロット１３のそれぞれには、第１のコイル１ａと第２のコイル１ｂとが配置されている。第２のコイル１ｂの回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。
【００９１】
また、各コイル１の巻数は、互いに等しい。従って、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて、導線の回転軸に垂直な断面における断面積も小さくなっている。すなわち、複数のコイル１のそれぞれは、ティース２に巻回された導線を有し、第２のコイル１ｂの導線の回転軸に垂直な断面における断面積は、第１のコイル１ａの導線の回転軸に垂直な断面における断面積よりも小さい。また、導線の線径も、同様に、コイル１の回転軸に垂直な断面における断面積の大きさに応じて小さくなっている。
【００９２】
第１の組−Ｗ１、＋Ｗ１、＋Ｖ１、−Ｖ１、−Ｕ１、＋Ｕ１の相のコイル１である第１のコイル１ａの抵抗は、第２の組＋Ｗ２、−Ｗ２、−Ｖ２、＋Ｖ２、＋Ｕ２、−Ｕ２の相のコイル１である第２のコイル１ｂの抵抗よりも小さい。よって、本実施の形態の回転電機１００ｆでは、回転電機１００ｆの径方向上部の約２分の１の周方向範囲に位置する第１のコイル１ａの銅損は、回転電機１００ｆの径方向下部の約２分の１の第２のコイル１ｂの銅損よりも小さくなる。
【００９３】
冷却装置４０ｆの冷却水の入口８から第２のコイル１ｂの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第２の冷却部４２ｄは、第２のコイル１ｂを冷却する。冷却装置４０ｆの冷却水の出口１０は、発生する銅損が第２のコイル１ｂよりも小さいコイル１、すなわち第１のコイル１ａと同じ周方向位置に配置されている。すなわち、冷却装置４０ｆの冷却水の出口１０から第１のコイル１ａの周方向位置と同じ周方向位置までの範囲にある二点鎖線で囲まれた部分である第１の冷却部４１ｄは、第１のコイル１ａを冷却する。
【００９４】
このような構成によって、発生する銅損が大きい第２のコイル１ｂの周方向位置が、冷却装置４０ｆの冷却性能が高い入口８の周方向位置に配置される。このため、冷却装置４０ｆの冷却性能の周方向分布に合わせて、回転電機１００の銅損を周方向に分布させることができる。すなわち、冷却装置４０ｆは、第１のコイル１ａを冷却する第１の冷却部４１ｄ、および第２のコイル１ｂを冷却する第２の冷却部４２ｄを有する。第２の冷却部４２ｄの冷却性能は、第１の冷却部４１ｄの冷却性能よりも高い。
【００９５】
従って、冷却装置４０ｆは、回転電機１００ｆの径方向上部の約２分の１の周方向範囲にある第１の冷却部４１ｄの冷却性能が低く、回転電機１００ｆの径方向下部の約２分の１の周方向範囲にある第２の冷却部４２ｄの冷却性能が高くなっており、効率よく冷却できる。このような構成によって、冷却装置４０ｆの冷却性能の分布の周方向割合に応じてティースピッチ角α１、α２、α３を変えることにより、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００９６】
なお、図９において、ティース２ｄおよび２ｅの先端部３が、それぞれのティース中心軸に対して左右非対称となっているが、左右対称であってもよい。例えば、図９の構成において、他のティースの先端部３のみを周方向に回転させてずらし、先端部３のティース中心軸に対する非対称性が小さくなってもよい。この場合には、先端部３のティース２からの周方向一方および他方に突出する長さの差が小さくなる。このため、ティース２にコイル１を巻回しやすくなるなどの利点がある。
【００９７】
本実施の形態のように、５個の磁極と６個のスロットとの組の極性を反転させて繰り返す構成に限らず、７個の磁極と６個のスロットとの組や、１１個の磁極と１２個のスロットとの組の極性を反転させて繰り返す構成であってもよい。このような奇数個の磁極の構成によっても、本実施の形態と同様の効果を奏する。また、１０個の磁極と１２個のスロットとの組を繰り返して極性を反転させない構成も可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１  コイル、  １ａ  第１のコイル、  １ｂ  第２のコイル、  １ｃ  第３のコイル、  １ｄ  第４のコイル、  １ｅ  第５のコイル、  １ｆ  第６のコイル、  ２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊ、２ｋ、２ｍ  ティース、  ３  先端部、  ４  基部、  ５  シャフト、  ６  永久磁石、  ７  基準、  ８、８ａ  入口、  ９  流路、  １０、１０ａ  出口、  １１  インナーフレーム、  １２  アウターフレーム、  １３  スロット、  １４  コアバック、  １５、１５ａ  固定子コア、  １６  ブラケット、  １７  軸受、  ２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ  固定子、  ３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  回転子、  ４０、４０ｃ、４０ｄ，４０ｅ、４０ｆ  冷却装置、  ４０ａ  第１の冷却装置、  ４０ｂ  第２の冷却装置、  ４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ  第１の冷却部、  ４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ  第２の冷却部、  １００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ  回転電機。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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