(57)【要約】【課題】ダブルスター結線分布巻の回転電機固定子において、並列接続される結線間の循環電流の発生を抑制することである。【解決手段】回転電機の固定子巻線は、予め定めた単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成される単位コイルをｎ個直列接続配置して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻線部と予め定めた所定スロット間隔だけ離れているスロットを用いて、単位コイルをｎ個直列接続配置して形成される第２分布巻線部とを並列接続したダブルスター分布巻線である。ロータ３０は、軸方向に沿って一方端部側の半分領域である第１ロータ部３２と、他方端部側の半分領域である第２ロータ部３４とを有し、第１ロータ部３２の磁極中心位置と第２ロータ部３４の磁極中心位置が、所定スロット間隔に相当する周方向距離だけ異なる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、
予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向の１周に単位コイルをｎ個直列接続配置して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻き線部と予め定めた所定スロット間隔だけ離れている異なるスロットを用いて、ステータコアの周方向の１周に単位コイルをｎ個直列接続配置して形成される第２分布巻線部と、を並列接続されて形成される分布巻の各相巻線と、
軸方向に沿って一方端部側の半分領域である第１ロータ部と、他方端部側の半分領域である第２ロータ部と、を有するロータであって、第１ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置と第２ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置が、所定スロット間隔に相当する周方向距離だけ異なるロータと、
を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
第１分布巻線部は、
単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周にｎ個直列に接続配置して形成し、
第２分布巻線部は、
第１分布巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周にｎ個直列に接続配置して形成し、
第１ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置と第２ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置は、ステータコアの周方向における１スロット間隔に相当する周方向距離だけ異な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、回転電機に係り、特に、各相コイルの結線をダブルスター結線とする回転電機固定子を用いる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相回転電機における固定子巻線の配置方法として、各相巻線の一方端をそれぞれインバータ等の駆動回路に接続される動力線端子とし、各相巻線の他方端をそれぞれ相互に接続して中性点端子とするスター結線が知られている。また、スター結線の各相巻線のそれぞれについて、動力線端子と中性点端子の間に２つの巻線を並列接続するダブルスター結線も知られている。
【０００３】
特許文献１には、ステータ鉄心の巻線方法として、各相コイルの結線をダブルスター結線とすることで、モータを駆動する際の印加電圧を低くできることが述べられている。ここでは、例えば、Ｕ相巻線として、同じスロットに一方のＵ相巻線と他方のＵ相巻線が配置されて、これらが並列接続され、一方のＵ相巻線も他方のＵ相巻線も、それぞれがステータの周方向に直列に接続された４つのＵ相コイルで構成されることが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、セグメント順次接合ステータコイル型回転電機において、１つのスロットに複数の部分コイルを直列に接続したものを径方向直列コイルとして、３つの径方向直列コイルをそれぞれ異なるスロットに配置して、相互に並列接続する構成、すなわち、径方向直列、周方向並列の構成が述べられている。この場合、並列接続される３つの径方向直列コイルの起電力は互いに位相がスロット間隔分ずれるので、そのままでは、並列接続される３つの径方向直列コイルの間で起電力の差が生じ、循環電流が流れる。そこで、位相が進む部分コイルと位相が遅れる部分コイルとは互いに異なるスロットに配置されるが、径方向直列コイルは、スロットをまたいで、位相が進む部分コイルと位相が遅れる部分コイルとを組み合わせて直列接続することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２９７４号公報
【特許文献２】特許第３８１５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、固定子巻線において、スロットを異ならせて並列接続される３つの径方向直列コイルの間で循環電流が発生することを指摘している。特許文献２では、周方向並列接続、径方向直列接続である。分布巻を用いるダブルスター結線は、周方向直列、径方向並列であるが、径方向並列でスロットを異ならせると、同様に循環電流が発生することが予想される。
【０００７】
本発明の目的は、分布巻を用いるダブルスター結線において、並列接続される結線間の循環電流の発生を抑制でき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】
【０００８】
本発明に係る回転電機は、周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向の１周に単位コイルをｎ個直列接続配置して形成される第１分布巻線部と、第１分布巻き線部と予め定めた所定スロット間隔だけ離れている異なるスロットを用いて、ステータコアの周方向の１周に単位コイルをｎ個直列接続配置して形成される第２分布巻線部と、を並列接続されて形成される分布巻の各相巻線と、軸方向に沿って一方端部側の半分領域である第１ロータ部と、他方端部側の半分領域である第２ロータ部と、を有するロータであって、第１ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置と第２ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置が、所定スロット間隔に相当する周方向距離だけ異なるロータと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機において、第１分布巻線部は、単位コイル間隔を６スロットとして、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周にｎ個直列に接続配置して形成し、第２分布巻線部は、第１分布巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周にｎ個直列に接続配置して形成し、第１ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置と第２ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置は、ステータコアの周方向における１スロット間隔に相当する周方向距離だけ異なることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、回転電機における固定子の分布巻各相巻線は、それぞれ、第１分布巻線部と第２分布巻線部とが並列接続されているダブルスター結線で配置されている。ここで、第２分布巻き線部は、第２分布巻線部に用いられるスロットと、予め定めた所定スロット間隔だけ離れている異なるスロットを用いる。そして、ロータは、軸方向に沿って一方端部側の半分領域である第１ロータ部と、他方端部側の半分領域である第２ロータ部とを有し、第１ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置と第２ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置が、分布巻き各相巻線の第１分布巻線部と第２分布巻線部との間における所定スロット間隔に相当する周方向距離だけ異なる。これによって、第１分布巻線部を構成する各単位コイルの鎖交磁束と、これに対応して所定スロット間隔だけ離れている第２分布巻線部を構成する各単位コイルの鎖交磁束とを同じにできる。したがって、回転電機が動作するとき、第１分布巻線部と第２分布巻線部との間で電圧差が生じず、循環電流が生じない。
【００１１】
また、回転電機において、第２分布巻線部として、第１分布巻線部で用いたスロットの隣のスロットを用いるときは、第１ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置と第２ロータ部の周方向に沿った磁極中心位置は、ステータコアの周方向における１スロット間隔に相当する周方向距離だけ異ならせればよい。これによって、第１分布巻線部を構成する各単位コイルの鎖交磁束と、これに対応する第２分布巻線部の単位コイルの鎖交磁束とを同じにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】分布巻を用いる回転電機の固定子におけるスター結線とダブルスター結線を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機の固定子において、ダブルスター結線される分布巻の各相巻線の配置の様子を、Ｕ相分布巻線に代表させて説明する図である。
【図３】図２におけるＵ相分布巻線を抜き出して説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の回転電機のロータの構成を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の回転電機の固定子において、循環電流が発生することが予想されるが、基本となるＵ相分布巻線の並列接続される２つの巻線部の１つである第１分布巻線部の配置の様子を説明する図である。
【図６】図５の第１分布巻線部と並列接続される第２分布巻線部の配置の様子を説明する図である。
【図７】図５、図６をまとめて、本発明に係る実施の形態の回転電機の固定子において、基本となるＵ相分布巻線の配置の様子を模式的に説明する図である。
【図８】図７に対する等価回路図を用いて、並列接続されるＵ１コイルとＵ２コイルの間に循環電流が発生する様子を説明する図である。
【図９】図７において、回転電機が動作するときに各コイルに発生する起電力に基づく相間電圧の様子を説明する図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態の回転電機において、第１分布巻線部の単位コイルの鎖交磁束と、第２分布巻線部の単位コイルの鎖交磁束とが同じとなることを説明する模式図である。
【図１１】従来のロータを用いるときに、第１分布巻線部の単位コイルの鎖交磁束と、第２分布巻線部の単位コイルの鎖交磁束とが異なることを説明する模式図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の回転電機において、回転電機が動作するときに第１ロータ部によって生じる第１分布巻線部の電圧と第２分布巻線部の電圧の様子を説明する図である。
【図１３】図１２に対応して、第１ロータ部によって生じる第１分布巻線部の電圧と第２分布巻線部の電圧の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載される三相同期型回転電機を説明するが、車両搭載以外に用いられるものでもよい。以下では、回転電機固定子として、三相同期型回転電機を説明するが、分布巻コイルを含む固定子であればよく、三相に限らない。また、以下では、固定子が４８スロットを有し、各相巻線がそれぞれ１６の単位コイルで構成されるものとして説明するが、各相巻線を構成する単位コイルの数はこれ以外でもよく、それに応じたスロット数としてもよい。また、以下では、各単位コイルは、５回巻回されるものとして説明するが、勿論これは例示であって、これ以外の巻回数であっても構わない。
【００１４】
また、以下では、ロータを永久磁石型として説明するが、リラクタンス型のロータであってもよい。例えば、突極を有するロータであってもよい。その場合の磁極中心は、リラクタンス型モータの構成によって定めることができる。なお、永久磁石型としては、表面永久磁石型を説明するが、埋め込み永久磁石型であってもよい。また、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９の間のスロット差を１スロットとしたが、これは１つの例であって、必ずしも１スロット差でなく、予め定めた所定スロット差であっても構わない。その場合には、第１ロータ部の磁極中心位置と第２ロータ部の磁極中心位置との差は、所定スロット差に対応する大きさとなる。
【００１５】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１６】
最初に、ダブルスター結線について説明する。図１は、三相同期型回転電機の固定子における各相巻線の結線の様子を説明する図で、（ａ）がスター結線、（ｂ）がダブルスター結線である。スター結線では、各相巻線であるＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の一方端を、それぞれインバータ等の駆動回路に接続される動力線端子ＰU，ＰV，ＰWとし、それぞれの他方端は中性点端子Ｎに接続される。各相巻線に分布巻を用いるスター結線では、各相巻線が複数のコイルの直列接続となる。図１（ａ）のスター結線で、各相巻線が複数の抵抗素子の直列接続として示されているのは、コイルの抵抗成分を図示したためであり、各抵抗素子がそれぞれコイルを表している。
【００１７】
ダブルスター結線は、スター結線の各相巻線のそれぞれについて、動力線端子ＰU，ＰV，ＰWと中性点端子Ｎの間に２つの巻線を並列接続したものである。例えば、図１（ｂ）のＵ相巻線は、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に、Ｕ１とＵ２とが並列接続されている。Ｕ１，Ｕ２は、それぞれ複数のコイルを直列接続して構成される。ダブルスター結線は、例えば、回転電機の固定子に流せる最大電流を増やしたいとき等に用いられる。一例をあげると、回転電機の固定子の最大電流を２倍にしたいとき、コイルの導体線に流す電流密度を同じとすると、コイルの導体径を２倍としなければならない。この場合、太い導体線を用いることになるので、渦電流損失が増加し、また、巻線の加工性が低下する。ダブルスター結線を用いれば、同じ導体径のコイルを２組準備すれば足りるので、渦電流損失を抑制でき、コイルの加工性もそのまま維持できる。
【００１８】
図２から図４は、車両搭載用の三相同期型回転電機を構成する回転電機固定子１０と、ロータ３０の様子を説明する図である。図２と図３は、回転電機固定子１０を示し、図４は、回転電機固定子１０の中心部に同軸に配置されるロータ３０を示す図である。
【００１９】
回転電機固定子１０は、円環状の電磁鋼板を複数枚積層したステータコア１２と、ステータコア１２に巻回される分布巻の三相巻線とで構成される。図２では、分布巻の三相巻線のうちの１相分である分布巻のＵ相配線の様子が示されている。なお、以下では、分布巻のＵ相配線のことを、Ｕ相分布巻線２０と呼ぶことにする。スロット１４は、ステータコア１２の円環状の内周側に開口し、径方向に延び、周方向に複数個配置される溝で、ここに分布巻形式で各相巻線が配置される。図２では、スロット１４がステータコア１２の周方向に沿って４８個配置され、そのうちの１６個にＵ相分布巻線２０が配置されている。
【００２０】
図３は、回転電機固定子１０に配置されるＵ相分布巻線２０を抜き出して示す図である。Ｕ相分布巻線２０は、導体線であるコイル素線をほぼ６角形に巻回された単位コイル２１がステータコア１２の周方向に沿って１６個配置されて構成される。図３でＣ１からＣ１６と示してあるのは、１６個の単位コイル２１を区別するためのコイル番号である。
【００２１】
図３から分かるように、単位コイルＣ１のすぐ隣に単位コイルＣ２が配置され、以下、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８と順次隣り合わせに配置され、円周方向に１周する。また、単位コイルＣ９のすぐ隣に単位コイルＣ１０が配置され、以下、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６と順次隣り合わせに配置され、円周方向に１周する。
【００２２】
各単位コイルは、図２に示されるように、６スロット間隔をおいて配置される２つのスロット１４の間に巻回される。
【００２３】
また、単位コイルＣ１が配置される他方側のスロット１４と、単位コイルＣ２が配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。同様に、単位コイルＣ２からＣ８の間では、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルが配置される他方側のスロット１４と、（ｉ＋１）番コイルが配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。同様に、単位コイルＣ９からＣ１６の間でも、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルが配置される他方側のスロット１４と、（ｉ＋１）番コイルが配置される一方側のスロット１４は同じスロット１４である。
【００２４】
また、図２に示されるように、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９とは１スロット分ずれている。同様に、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルと（ｉ＋８）番コイルとは、１スロット分ずれている。
【００２５】
ここで、単位コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８の８個を順次直列に接続し、図１で説明したＵ１コイルとし、単位コイルＣ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６の８個を順次直列に接続し、図１で説明したＵ２コイルとすることができる。この場合には、Ｕ１コイルを構成する各単位コイルと、Ｕ２コイルを構成する各単位コイルとは、１スロット分ずれているので、回転電機が動作すると、後に詳述するように、Ｕ１コイルとＵ２コイルの間に循環電流が発生する。
【００２６】
図４は、循環電流の発生を抑制する構成を有するロータ３０を示す図である。ここでは、軸方向を紙面の上下方向として配置したロータ３０の斜視図と、ロータ３０の軸方向の一方端部側を示す底面図と、他方端側を示す上面図が示されている。図４にＸＹＺ方向を示したが、Ｚ方向が軸方向である。ロータ３０は、８個の永久磁石型の磁極を有し、図４では、ＮとＳとで、Ｎ極の磁極領域とＳ極の磁極領域がそれぞれ示されている。８個のＮとＳの磁極は、回転電機固定子１０のＣ１からＣ８の８個の単位コイル、あるいはＣ９からＣ１６の８個の単位コイルに対応する。
【００２７】
ロータ３０は、通常に用いられるロータ構造と異なり、軸方向に沿って一方端部側の半分領域である第１ロータ部３２と、他方端部側の半分領域である第２ロータ部３４とを有する。第１ロータ部３２の８個のＮとＳの磁極は、回転電機固定子１０のＣ１からＣ８の８個の単位コイルに対応する。また、第２ロータ部３４の８個のＮとＳの磁極は、回転電機固定子１０のＣ９からＣ１６の８個の単位コイルに対応する。この対応に応じて、第１
ロータ部３２の周方向に沿った磁極中心位置と、第２ロータ部３４の周方向に沿った磁極中心位置は、ΔＰだけずれている。このΔＰは、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９との間の配置差である１スロット分である。
【００２８】
このように、第１ロータ部３２の磁極中心位置と第２ロータ部３４の磁極中心位置とをΔＰ＝１スロット分だけずらすことで、回転電機が動作したときに生じ得る循環電流を抑制できる。その説明の前に、通常のロータ構造、つまり、軸方向に沿って、一様に８個の磁極が形成され、ΔＰ＝０の場合のロータ構造の場合に、循環電流が生じ得ることを説明する。
【００２９】
Ｕ相分布巻線２０のダブルスター結線では、Ｃ１からＣ８の単位コイル２１が直列に接続され、またＣ９からＣ１６の単位コイル２１が直列に接続される。ここで、Ｃ１からＣ８の単位コイル２１が直列に接続されたものを、第１分布巻線部Ｕ１とし、Ｃ９からＣ１６の単位コイル２１が直列に接続されたものを、第２分布巻線部Ｕ２と呼ぶことにする。なお、Ｕ相分布巻線２０は、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２とを、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間で並列接続したものである。
【００３０】
図５は、第１分布巻線部Ｕ１における単位コイル２１の巻回の様子を示す模式図で、図６は、第２分布巻線部Ｕ２における単位コイル２１の巻回の様子を示す模式図である。
【００３１】
ここでは、ステータコア１２の平面図とその外側に各単位コイル２１の間の接続の様子が模式的に示されている。なお、ステータコア１２の４８個のスロット１４について、説明に必要な範囲でこれらを区別するためのスロット番号が付されている。図５、図６のステータコア１２に付されているスロット番号は、記載するスペースが少ないため、単に数字の１から４８のみが示されているが、以下では、スロット番号をＳ１からＳ４８とＳの記号を付して説明する。なお、以下で説明するスロット番号の付し方は一例であって、勿論、他の付し方であっても構わない。また、以下では、スロット１４の符号１４は、スロット番号と混同されることを避けるため、その表示を適宜省略した。同様に単位コイル２１の符号２１は、単位コイル番号と混同されることをさけるため、その表示を適宜省略した。
【００３２】
分布巻の場合、予め定めたスロット間隔をまたいでコイル素線２３が配置される。この予め定めたスロット間隔は、単位コイル２１の６角形の外形を規定することになるので、これを単位コイル間隔２６と呼ぶことにする。図５、図６の例では、単位コイル間隔２６は、６スロット間隔となっている。すなわち、コイル素線２３が単位コイル間隔２６である６スロット間隔分だけまたいで、５回巻回されることで、１つの単位コイル２１が形成される。
【００３３】
図５において、単位コイルＣ１は、第１分布巻線部Ｕ１の巻き始めの単位コイルである。第１分布巻線部Ｕ１の巻き始めは、動力線端子ＰUに接続されるので、図５では、単位コイルＣ１の巻き始めがＰUとして示される。
【００３４】
巻き始めの単位コイルＣ１は、スロットＳ４とスロットＳ１０との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。単位コイルＣ１の巻き始めは、スロットＳ４のステータコア１２の外周側である。図５の紙面の表側をステータコア１２の表側、図５の紙面の裏側をステータコア１２の裏側とすると、コイル素線２３は、単位コイルＣ１の巻き始めのスロットＳ４の位置からステータコア１２の裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ４からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３５】
そして、スロットＳ１０でステータコア１２の裏側から表側に上がり、ステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ４に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ４では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ４からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ４からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３６】
スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ４に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ４へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３７】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ４とスロットＳ１０の間で５回巻回して、単位コイルＣ１の形成は終る。つまり、単位コイルＣ１は、ステータコア１２の内周側から見ると、反時計方向に５回コイル素線２３が巻回されて形成される。
【００３８】
単位コイルＣ１の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ４からスロットＳ１０へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ１０を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ２の巻き始めとなる。このように、スロットＳ１０を共通として、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２とが隣接して接続される。なお、図５では、単位コイル間の接続が分かりやすいように、コイル素線２３の巻き方の方向を丸印の中に黒点マークとＸマークとで示してある。黒点マークは、コイル素線２３がステータコア１２の表側から裏側へ出る場合、Ｘマークは、コイル素線２３がステータコア１２の裏側から表側へ出る場合をそれぞれ示す。
【００３９】
単位コイルＣ２は、この巻き始めからステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ１６に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１６に渡った後は、スロットＳ１６でステータコア１２の表側から裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ１６からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ１６に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ１６へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４０】
スロットＳ１６では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ１６からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１６からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４１】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ１０とスロットＳ１６の間で５回巻回して、単位コイルＣ２の形成は終る。つまり、単位コイルＣ２は、ステータコア１２の内周側から見ると、単位コイルＣ１と異なり、時計方向に５回コイル素線２３が巻回されて形成される。
【００４２】
以後、さらに、同様な巻回が単位コイルＣ３から単位コイルＣ８について繰り返される。巻き方は、単位コイルＣ３、単位コイルＣ５、単位コイルＣ７が単位コイルＣ１と同じ反時計方向で、単位コイルＣ４、単位コイルＣ６、単位コイルＣ８が単位コイルＣ２と同じ時計方向である。そして、単位コイルＣ８の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４６から表側に出て、これが中性点端子Ｎに接続される。このようにして、第１分布巻線部Ｕ１の形成が終了する。
【００４３】
図６は、第２分布巻線部Ｕ２の巻回の順序を示す図である。ここでは、図５と同様に、動力線端子ＰUが単位コイルＣ９の巻き始めとなる。単位コイルＣ９は、単位コイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とスロットＳ９との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。巻き方は、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１と同じように、反時計方向である。単位コイルＣ９の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ３からスロットＳ９へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ９を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ１０の巻き始めとなる。このようにして、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１０とが隣接して接続される。
【００４４】
以後、図５で説明したのと同様な手順が、１スロット分ずらして行われ、同様な巻回が単位コイルＣ１０から単位コイルＣ１６まで繰り返される。そして、単位コイルＣ１６の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４５から表側に出たところとなる。これが第２分布巻線部Ｕ２の巻き終わりで、中性点端子Ｎに接続される。
このように、単位コイル間隔を６スロットとして、第１分布巻線部Ｕ１は、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に８個直列に接続配置して形成される。また、第２分布巻線部Ｕ２は、第１分布巻線部Ｕ１で用いたスロットの隣のスロットを用い、隣接する単位コイルの一方の巻き終わりスロットと他方の巻き始めスロットを共通にして、ステータコアの周方向の１周に８個直列に接続配置して形成される。
【００４５】
図７は、図５、図６をまとめて、Ｕ相分布巻線２０における単位コイル２１の配置の様子を模式的に説明する図である。ここでは、ステータコア１２におけるスロット１４の内周側に、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１から単位コイルＣ８までを、実線でそれぞれ示した。また、スロット１４の外周側に、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９から単位コイルＣ１６までを、破線でそれぞれ示した。
【００４６】
第１分布巻線部Ｕ１を構成する８個の単位コイルのそれぞれは、対応する８個の第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルのそれぞれと、互いに１スロット間隔だけずらして配置される。周方向に沿って磁極が配置される通常の構造の回転子を用いるとして、その１スロット間隔のずれが、回転電機が動作するときに、回転子の磁極によって第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルに発生する起電力と、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルに発生する起電力との間に差を生じさせる。具体的には、起電力の発生タイミングが、１スロット分ずれる。起電力が電気角によって変動するものであると、対応する第１分布巻線部Ｕ１の単位コイル２１と第２分布巻線部Ｕ２の単位コイル２１との間に起電力の差が生じる。
【００４７】
図８は、Ｕ相分布巻線２０の等価回路図である。上記のように、Ｕ相分布巻線２０は、単位コイルＣ１から単位コイルＣ８を直列に接続した第１分布巻線部Ｕ１と、単位コイルＣ９から単位コイルＣ１６を直列に接続した第２分布巻線部Ｕ２を、動力線端子ＰUと中性点端子Ｎとの間に並列接続したものである。第１分布巻線部Ｕ１を構成する各単位コイルと、第２分布巻線部Ｕ２を構成する各単位コイルとは、互いに１スロット間隔だけずらして配置される。そこで、回転電機が動作するときに発生する起電力の差によって、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２との間に電圧差が生じる。そして、その電圧差によって、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２との間に、図８の矢印で示すように、循環電流が発生する。
【００４８】
図９は、回転電機の電気角と、Ｕ相分布巻線２０の相間電圧の関係を示す図である。相間電圧としては、第１分布巻線部Ｕ１のＰUとＮの間の電圧、第２分布巻線部Ｕ２のＰUとＮの間の電圧、およびこれらの間の電圧差が示されている。この電圧差が、循環電流の原因となる電圧差である。電圧差は、電気角によって変動し、プラス側の電圧差とマイナス側の電圧差がある。図８の循環電流の矢印の方向は、第２分布巻線部Ｕ２の電圧が第１分布巻線部Ｕ１の電圧より高い場合である。
【００４９】
上記で、Ｕ相分布巻線２０の構成と、その構成において循環電流が発生することの説明を行ったので、次に、図４で説明した構成のロータ３０によって循環電流が抑制できることを説明する。
【００５０】
図１０は、比較のために、従来構造のロータ、つまり、軸方向に一様な磁極を有し、ΔＰ＝０の場合のロータを用いたときの第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルにおける鎖交磁束と、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルにおける鎖交磁束の様子を説明する図である。図１０の中段の図は、従来構造のロータ３６の一部を示す図である。図１０の上段と下段には、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９の中心位置がロータ３６のＮ極の中心位置と合ったときの様子が示されている。この状態は、図９で説明した電気角が９０°または２７０°に相当する。
【００５１】
このとき、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１の中心位置は、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９の中心位置と１スロット分ずれている。この１スロット分のずれは、図４で説明したロータ３０の第１ロータ部３２の磁極の中心位置と第２ロータ部３４の磁極の中心位置との差であるΔＰと同じである。そこで、図１０では、ロータ３０との比較がしやすいように、この１スロット分のずれをΔＰとして示した。
【００５２】
図１０から分かるように、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９についてのＮ極からの鎖交磁束は、ロータ３６のＮ極領域の全体からの分である。これに対し、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１についてのＮ極からの鎖交磁束は、ロータ３６のＮ極領域の全体からΔＰの分を差し引いた分である。つまり、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１についてのＮ極からの鎖交磁束は、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９についてのＮ極からの鎖交磁束よりも少ない。
【００５３】
図１０には、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ２と、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ１０の様子も示されている。第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ１０についてのＳ極からの鎖交磁束は、ロータ３６のＳ極領域の全体からの分である。これに対し、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ２についてのＳ極からの鎖交磁束は、ロータ３６のＳ極領域の全体からΔＰの分を差し引いた分である。つまり、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ２についてのＳ極からの鎖交磁束は、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ１０についてのＳ極からの鎖交磁束よりも少ない。
【００５４】
図１１は、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルにおける鎖交磁束と、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルにおける鎖交磁束の様子を説明する図である。図１１の中段の図は、ロータ３０の一部を示す図である。第１ロータ部３２と第２ロータ部３４の磁極の中心位置はΔＰだけずれている。このΔＰは、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１と第２分布巻線部の単位コイルＣ９との間における配置差である１スロット分と同じである。図１１の上段と下段には、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１の中心位置が第１ロータ部３２のＮ極の中心位置と合い、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９の中心位置が第２ロータ部３４のＮ極の中心位置と合ったときの様子が示されている。この状態は、図１０の状態と同様に、図９で説明した電気角が９０°または２７０°に相当する。
【００５５】
図１１から分かるように、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１についてのＮ極からの鎖交磁束は、第１ロータ部３２のＮ極領域の全体からの分と、第２ロータ部３４のＮ極領域の全体からΔＰの分を差し引いた分との和である。また、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９についてのＮ極からの鎖交磁束は、第１ロータ部３２のＮ極領域の全体からΔＰの分を差し引いた分と、第２ロータ部３４のＮ極領域の全体からの分との和である。したがって、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１についてのＮ極からの鎖交磁束は、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９についてのＮ極からの鎖交磁束と同じである。
【００５６】
図１１には、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ２と、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ１０の様子も示されている。第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ２についてのＳ極からの鎖交磁束は、第１ロータ部３２のＳ極領域の全体からの分と、第２ロータ部３４のＳ極領域の全体からΔＰの分を差し引いた分との和である。また、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ１０についてのＳ極からの鎖交磁束は、第１ロータ部３２のＳ極領域の全体からΔＰの分を差し引いた分と、第２ロータ部３４のＳ極領域の全体からの分との和である。したがって、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ２についてのＳ極からの鎖交磁束は、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ１０についてのＳ極からの鎖交磁束と同じである。
【００５７】
図１１において、第１ロータ部３２について見ると、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１または単位コイルＣ２における鎖交磁束は、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９または単位コイルＣ１０における鎖交磁束よりも先に最大値になっている。つまり、第１ロータ部３２では、鎖交磁束の変化について、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルの方が第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルよりも位相が進んでいる。
【００５８】
これに対し、第２ロータ部３４においては、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルＣ９または単位コイルＣ１０における鎖交磁束の方が、第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルＣ１または単位コイルＣ２における鎖交磁束よりも先に最大値になっている。つまり、第２ロータ部３４では、鎖交磁束の変化について、第２分布巻線部Ｕ２の単位コイルの方が第１分布巻線部Ｕ１の単位コイルよりも位相が進んでいる。
【００５９】
その様子を図１２、図１３に示す。図１２、図１３は、図９と同様の図で、横軸に電気角、縦軸に相間電圧がとられている。相間電圧としては、第１分布巻線部Ｕ１の電圧と、第２分布巻線部Ｕ２の電圧と、第１分布巻線部Ｕ１の電圧と第２分布巻線部Ｕ２の電圧の間の電圧差が示されている。第１分布巻線部Ｕ１の電圧は、第１分布巻線部Ｕ１を構成する単位コイルの鎖交磁束の大きさに比例し、第２分布巻線部Ｕ２の電圧は、第２分布巻線部Ｕ２を構成する単位コイルの鎖交磁束の大きさに比例する。
【００６０】
図１２から分かるように、第１ロータ部３２においては、第１分布巻線部Ｕ１の電圧の方が、第２分布巻線部Ｕ２の電圧よりも位相が進んでいる。また、図１３から分かるように、第２ロータ部３４においては、第２分布巻線部Ｕ２の電圧の方が、第１分布巻線部Ｕ１の電圧よりも位相が進んでいる。
【００６１】
また、図１３に示される第２分布巻線部Ｕ２の電圧と第１分布巻線部Ｕ１の電圧の間の電圧差と、図１２に示される第１分布巻線部Ｕ１の電圧と第２分布巻線部Ｕ２の電圧の間の電圧差とは、電気角に対し、同じ波形となっている。すなわち、第１ロータ部３２による電圧差と、第２ロータ部３４による電圧差は、符号が逆で大きさが同じである。これによって、第１ロータ部３２による第１分布巻線部Ｕ１の電圧と第２分布巻線部Ｕ２の電圧の間の電圧差と、第２ロータ部３４による第１分布巻線部Ｕ１の電圧と第２分布巻線部Ｕ２の電圧の間の電圧差とは、互いに打消し合う。したがって、第１分布巻線部Ｕ１と第２分布巻線部Ｕ２の間に、循環電流が生じない。
【００６２】
このようにして、図７で説明したＵ相分布巻線２０に、図４で説明した構成のロータ３０を組み合わせることで、ダブルスター分布巻結線における循環電流の発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る回転電機固定子は、ダブルスター結線の分布巻固定子を用いる回転電機に利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  回転電機固定子、１２  ステータコア、１４  スロット、２０  Ｕ相分布巻線、２１  単位コイル、２３  コイル素線、２６  単位コイル間隔、３０，３６  ロータ、３２  第１ロータ部、３４  第２ロータ部。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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