(57)【要約】【課題】コイルエンド周長を短くしつつ、ステータ起磁力波形に空間高調波を少なくできてコイルの小型化、効率改善を図った回転電機を提供する。【解決手段】円筒状の電機子鉄心１１の内径側にスロット１５を通して電機子巻線１６がティース１２に巻回されてコイル部２１、２２が構成されており、各コイル部２１、２２は、電機子鉄心１１の周方向に沿って各相ごとに形成され、かつ複数のティース１２を跨いで配置されるコイル部を少なくとも一つ有しており、コイル部の巻線角度ピッチをＣ、ティースの数をＴ、極数をｐ、相の数をＱとすると、３６０／Ｔ［°］≦Ｃ≦（（２×（Ｔ／（Ｑ×ｐ）−１）×３６０／Ｔ）［°］（ただしＴ、Ｑ、ｐはＴ／（Ｑ×ｐ）＞１となる自然数）の関係を満たすように設定されている。【選択図】図４
2017046508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の電機子鉄心の内径側には電機子巻線のコイル部が装着されるスロットと上記コイル部が発生する磁束の磁極となるティースとが、上記電機子鉄心の周方向に沿って交互に順次形成されている回転電機において、
上記コイル部は、上記電機子鉄心の周方向に沿って各相ごとに形成され、かつ複数のティースを跨いで配置されるコイル部を少なくとも一つ有しており、上記コイル部を構成するための上記電機子巻線が上記ティースを跨ぐ場合の上記電機子鉄心の周方向の機械的な角度を巻線角度ピッチとしたとき、この巻線角度ピッチをＣ、上記ティースの数をＴ、極数をｐ、相の数をＱとすると、
３６０／Ｔ［°］≦Ｃ≦（（２×（Ｔ／（Ｑ×ｐ）−１）×３６０／Ｔ）［°］
（ただしＴ、Ｑ、ｐはＴ／（Ｑ×ｐ）＞１となる自然数）の関係を満たすように設定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
各相の上記コイル部は、上記電機子鉄心の径方向の内側に配置される内層コイルと、径方向の外側に配置される外層コイルとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記内層コイルと上記外層コイルの各相に対応して設けられている上記コイル部は、各相につきその総数が極数と同数であり、かつ上記電機子鉄心の周方向に沿って等間隔で配置されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
各々の上記コイル部は、上記電機子鉄心の径方向を軸心中心として同心状となるように上記スロットを通して上記電機子巻線を巻回して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
各々の上記コイル部は、上記電機子鉄心の径方向における重なり具合が周方向に沿って順次ずれる状態で上記スロットを通して上記電機子巻線を巻回して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項６】
各々の上記コイル部は、上記スロットを通して巻回される上記電機子巻線の巻数が上記電機子鉄心の径方向につき不均等であり、かつ巻数の不均等に対応して上記スロットの面積が異なるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項７】
円筒状の電機子鉄心の内径側には電機子巻線のコイル部が装着されるスロットと上記コイル部が発生する磁束の磁極となるティースとが、上記電機子鉄心の周方向に沿って交互に順次形成されており、上記コイル部は、上記電機子鉄心の周方向に沿って各相ごとに形成されるとともに、上記電機子鉄心の径方向の内側に配置される内層コイルと、径方向の外側に配置される外層コイルとで構成され、上記内層コイルと上記外層コイルの少なくとも一方は、複数のティースを跨いで配置されるコイル部が設けられており、上記コイル部を構成するための上記電機子巻線が上記ティースを跨ぐ場合の上記電機子鉄心の周方向の機械的な角度を巻線角度ピッチとしたとき、この巻線角度ピッチをＣ、上記ティースの数をＴ、極数をｐ、相の数をＱとすると、
３６０／Ｔ［°］≦Ｃ≦（（２×（Ｔ／（Ｑ×ｐ）−１）×３６０／Ｔ）［°］
（ただしＴ、Ｑ、ｐはＴ／（Ｑ×ｐ）＞１となる自然数）の関係を満たすように設定されている回転電機を製造する方法であって、
上記電機子鉄心と上記電機子巻線と電気的に絶縁するスロットライナを組み付ける絶縁部材組み付け工程と、上記電機子鉄心の径方向の外側に上記外層コイルを形成する外層コイル形成工程と、上記外層コイルの内側に層間絶縁部材を挿入する層間絶縁部材組み付け工程と、上記層間絶縁部材の内側に上記内層コイルを形成する内層コイル形成工程と、を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機や発電機などの回転電機において、小型高出力、高効率が求められている。この種の回転電機を小型化、高出力化とするに当たり、コイルエンドが小さくなる集中巻の回転電機が用いられていた。しかしながら、集中巻のステータがステータとロータの間で発生する起磁力分布の空間高調波が高くなり、損失増加の要因となっていた。
【０００３】
これらの課題に対して、特許文献１に記載の従来技術では、ティースを周方向に変位させ、巻線ピッチを短くしつつ、分布巻の場合と同様に、毎極毎相ごとに設けられたコイルが複数のスロットにわたって分布するように、複数のティースを跨いでコイルを配置することで、空間高調波を低減していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９５７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された従来構造では、ティースを周方向に折り曲げる構造のために、ティースを径方向に変形させるだけのスペースが必要となり、電機子鉄心の形状が径方向に拡大するため、モータの小型化を図る上での阻害要因となっている。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ステータとロータ間の空隙に発生するステータ起磁力の高調波成分を低減することができるとともに、従来のように電機子鉄心の形状が径方向に拡大することがなくてモータの小型化を図ることができる回転電機およびその製造方法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】
【０００７】
この発明の回転電機は、円筒状の電機子鉄心の内径側には電機子巻線のコイル部が装着されるスロットと上記コイル部が発生する磁束の磁極となるティースとが、上記電機子鉄心の周方向に沿って交互に順次形成されている回転電機において、上記コイル部は、上記電機子鉄心の周方向に沿って各相ごとに形成され、かつ複数のティースを跨いで配置されるコイル部を少なくとも一つ有しており、上記コイル部を構成するための上記電機子巻線が上記ティースを跨ぐ場合の上記電機子鉄心の周方向の機械的な角度を巻線角度ピッチとしたとき、この巻線角度ピッチをＣ、上記ティースの数をＴ、極数をｐ、相の数をＱとすると、
３６０／Ｔ［°］≦Ｃ≦（（２×（Ｔ／（Ｑ×ｐ）−１）×３６０／Ｔ）［°］
（ただしＴ、Ｑ、ｐはＴ／（Ｑ×ｐ）＞１となる自然数）の関係を満たすように設定されていることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明の回転電機の製造方法は、円筒状の電機子鉄心の内径側には電機子巻線のコイル部が装着されるスロットと上記コイル部が発生する磁束の磁極となるティースとが、上記電機子鉄心の周方向に沿って交互に順次形成されており、上記コイル部は、上記電機子鉄心の周方向に沿って各相ごとに形成されるとともに、上記電機子鉄心の径方向の内側に配置される内層コイルと、径方向の外側に配置される外層コイルとで構成され、上記内層コイルと上記外層コイルの少なくとも一方は、複数のティースを跨いで配置されるコイル部が設けられており、上記コイル部を構成するための上記電機子巻線が上記ティースを跨ぐ場合の上記電機子鉄心の周方向の機械的な角度を巻線角度ピッチとしたとき、この巻線角度ピッチをＣ、上記ティースの数をＴ、極数をｐ、相の数をＱとすると、
３６０／Ｔ［°］≦Ｃ≦（（２×（Ｔ／（Ｑ×ｐ）−１）×３６０／Ｔ）［°］
（ただしＴ、Ｑ、ｐはＴ／（Ｑ×ｐ）＞１となる自然数）の関係を満たすように設定されている回転電機を製造する方法であって、
上記電機子鉄心と上記電機子巻線と電気的に絶縁するスロットライナを組み付ける絶縁部材組み付け工程と、上記電機子鉄心の径方向の外側に上記外層コイルを形成する外層コイル形成工程と、上記外層コイルの内側に層間絶縁部材を挿入する層間絶縁部材組み付け工程と、上記層間絶縁部材の内側に上記内層コイルを形成する内層コイル形成工程と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の回転電機によれば、巻線ピッチを短くすることで、コイルエンドでの干渉を抑え、かつステータとロータ間の空隙（ギャップ）に発生するステータ起磁力の高調波成分を低減することができる。しかも、コイルの配置構成のみで達成することができ、従来のようにティースを周方向に変形させる必要がないので、電機子鉄心の形状が径方向に拡大することがなく、モータの小型化を図ることができる。
【００１０】
また、この発明の回転電機の製造方法によれば、上記構成および効果を有する回転電機をコイルの配置構成を工夫するだけで達成できるので、少ない工数で製造することができ、製造コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における回転電機を示す半裁断断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の全体を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子を軸方向から見た拡大部分断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子を周方向に沿って展開して内層コイルと外層コイルの巻線状態を示したもので、同図（ａ）は模式的な平面図、同図（ｂ）は模式的な正面図である。
【図５】従来の回転電機の固定子とこの発明の実施の形態１における回転電機の固定子とを比較するために、固定子を周方向に沿って展開して示した模式的な平面図で、同図（ａ）は従来のスロット内の巻線配置を、同図（ｂ）はこの実施の形態１のスロット内の巻線配置を示す。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の製造方法を工程順に示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の製造方法の内の絶縁部材組み付け工程と外層コイル形成工程の手順を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の製造方法の内の外層コイル形成工程のコイルエンドの形成手順を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の製造方法の内の層間絶縁部材組み付け工程の手順を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の製造方法の内の層間絶縁部材組み付け工程の手順を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の製造方法の内の内層コイル形成工程の手順を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態１の固定子の製造方法の内の内層コイル形成工程のコイルエンドの形成手順を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態１における回転電機の固定子が発生する起磁力分布を従来例と比較して示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１の回転電機の固定子の変形例を示すもので、同図（ａ）は固定子を周方向に沿って展開して内層コイルと外層コイルの巻線状態を示した模式的な平面図、同図（ｂ）は模式的な正面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における回転電機の固定子を周方向に沿って展開して示す模式的な平面図で、同図（ａ）は内層コイルと外層コイルのスロット内の巻線配置を、同図（ｂ）は内層コイルと外層コイルの巻線状態を示す。
【図１６】この発明の実施の形態２における回転電機の固定子が発生する起磁力分布を従来例と比較して示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態３における回転電機の固定子を周方向に沿って展開して示す模式的な平面図で、同図（ａ）は内層コイルと外層コイルのスロット内の巻線配置を、同図（ｂ）は内層コイルと外層コイルの巻線状態を示す。
【図１８】図１７（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態３における回転電機の固定子が発生する起磁力分布を従来例と比較して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す半裁断断面図である。
図１において、回転電機１は、略有底円筒状のフレーム２、およびこのフレーム２の開口を塞口する端板３を有するハウジング５と、フレーム２の円筒部に内嵌状態に固着された電機子としての固定子７と、フレーム２の底部および端板３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、固定子７の内周側に回転可能に配設された回転子８とを備えている。
【００１３】
この回転子８は、永久磁石型回転子であって、回転軸６にその軸心位置が挿着された円筒状の回転子鉄心９と、この回転子鉄心９の外周面側に埋設されて周方向に所定のピッチで配列されて磁極を構成する永久磁石１０とを備えている。
【００１４】
なお、回転子８は、このような永久磁石式回転子に限定されず、絶縁しない回転子導体を、回転子鉄心９のスロットに収納して、両側を短絡環で短絡した、いわゆるかご形回転子や、電機子巻線を回転子鉄心９に形成したスロットに装着した巻線形回転子を用いてもよい。
【００１５】
次に、固定子７の構成について、図２から図４を参照して説明する。
【００１６】
図２は固定子の全体を示す斜視図、図３は固定子を軸方向から見た拡大部分断面図である。また、図４はこの発明の実施の形態１の回転電機の固定子を周方向に沿って展開して内層コイルと外層コイルの巻線状態を示したもので、図４（ａ）は模式的な平面図、図４（ｂ）は模式的な正面図である。
【００１７】
固定子７は、略円筒状の電機子鉄心１１を備え、この電機子鉄心１１の内径側には絶縁された電機子巻線１６が装着されるスロット１５と電機子巻線１６のコイル部に発生する磁束の磁極となるティース１２とが電機子鉄心１１の周方向に沿って交互に順次形成されるとともに、各ティース１２を磁気的および物理的に接続する円環状のバックヨーク部１７を有する。また、各スロット１５内には、電機子鉄心１１と電機子巻線１６とを電気的に絶縁するスロットライナ１８が装着されている。
【００１８】
なお、この実施の形態１においては、説明の便宜上、極数を４極、電機子鉄心１１のスロット１５の数を３６個、電機子巻線１６を三相巻線とする。したがって、スロット１５は、毎極毎相当たり３個の割合で電機子鉄心１１に形成されている。ただし、この発明はこのような構成に限定されるものでないのは勿論である。
【００１９】
また、この固定子７は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、各ティース１２に対して電機子巻線１６をリング状に複数回巻回して構成されたＵ、Ｖ、Ｗ相それぞれのコイル部を備えている。
【００２０】
しかも、この実施の形態１の特徴として、電機子鉄心１１の径方向の内側にＵ、Ｖ、Ｗ相それぞれにつき２つのコイル部が周方向に沿って設けられた内層コイル２１と、径方向の外側にＵ、Ｖ、Ｗ相それぞれにつき２つのコイル部が周方向に沿って設けられた外層コイル２２とを備えている。そして、内層コイル２１と外層コイル２２を構成する各相における各コイル部の位置は、電機子鉄心１１の周方向において各相につき４ティース分ずれた状態で形成されている。
【００２１】
すなわち、内層コイル２１については、電機子鉄心１１の径方向の内側においてその周方向に沿って２１１Ｕ、２１２Ｕ、２１１Ｖ、２１２Ｖ、２１１Ｗ、２１２Ｗの各コイル部がそれぞれの磁極の中心が電機角で１２０°離れて順次等間隔で配置されている。また、外層コイル２２については、内層コイル２１によりも径方向の外側の位置においてその周方向に沿って２２１Ｕ、２２２Ｕ、２２１Ｖ、２２２Ｖ、２２１Ｗ、２２２Ｗの各コイル部がそれぞれの磁極の中心が電機角で１２０°離れて順次等間隔で配置されている。
【００２２】
そして、内層コイル２１を構成する各コイル部２１１Ｕ、２１２Ｕ、２１１Ｖ、２１２Ｖ、２１１Ｗ、２１２Ｗと、外層コイル２２を構成する各コイル部２２１Ｕ、２２２Ｕ、２２１Ｖ、２２２Ｖ、２２１Ｗ、２２２Ｗとは、電機子鉄心１１の周方向において各相ごとに電機角で６０°ずれて形成されている。
【００２３】
したがって、内層コイル２１と外層コイル２２を含めた全体で見ると、ここでは、電機子鉄心１１の周方向に沿って、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相について４極と同数の４つのコイル部が形成されている。具体的には、例えばＵ相に着目すれば、２１１Ｕ、２１２Ｕ、２２１Ｕ、２２２Ｕの４つのコイル部が存在する。他のＶ、Ｗの各相のコイル部についても同様である。
【００２４】
また、図４（ａ）に示すように、内層コイル２１と外層コイル２２の各相のコイル部は、電機子鉄心１１の径方向を軸心中心として３段階にわたって同心状となるようにスロット１５を通して電機子巻線１６をリング状に巻回して形成されている。
【００２５】
図５は、３相で３６スロットの４極の回転電機の固定子について、従来のスロット内の巻線配置（図５（ａ））と、この実施の形態１におけるスロット内の巻線配置（図５（ｂ））を比較するために、固定子を周方向に沿って展開して示した模式的な平面図である。
【００２６】
ここで、従来例を示す図５（ａ）では、毎極毎相ごとに設けられたコイル部が各ティースに集中して巻き付けられているので、ある一つの相の電機子巻線１６が他相の電機子巻線１６が配置されたスロット１５の上を跨ぐ必要がある。この例では７つのティース１２を跨いでいる。
【００２７】
ここで、各コイル部を構成するためにスロット１５に挿入される電機子巻線１６がティース１２を跨ぐ場合の電機子鉄心１１の周方向の機械的な角度を巻線角度ピッチと定義すると、図５（ａ）に示した従来構成の場合、巻線角度ピッチＣ０は７０°と大きい。このため、各々のコイル部が電機子鉄心１１から軸方向に突出するコイルエンドにおいて他相のコイルエンドと接触するなどの干渉が生じ易く、これを防ぐためにコイルエンドの長さやコイルエンドの収納スペースを十分に確保する必要が生じて固定子７の寸法拡大を招いている。
【００２８】
これに対して、図５（ｂ）に示すこの実施の形態１の構成では、内層コイル２１と外層コイル２２のＵ、Ｖ、Ｗの各相の各コイル部について、巻線角度ピッチが最も大きいのは５つのティース１２を跨ぐ巻線角度ピッチＣ１で５０°である。また、巻線角度ピッチが最も小さいのは１つのティース１２を跨ぐ巻線角度ピッチＣ２で１０°である。したがって、図５（ｂ）に示した構成の巻線配置における巻線角度ピッチをＣとすれば、巻線角度ピッチＣを１０°≦Ｃ≦５０°の範囲に設定すれば、ある一つの相の電機子巻線１６が他相の電機子巻線１６が巻回されたスロット１５を跨ぐことなく配置することができる。
【００２９】
これを一般化して考えると、内層コイル２１と外層コイル２２を構成する各相のコイル部の巻線角度ピッチＣは、ティース１２の数をＴ、極数をｐ、固定子７である電機子の相の数をＱとした場合、
３６０／Ｔ［°］≦Ｃ≦（（２×（Ｔ／（Ｑ×ｐ）−１）×３６０／Ｔ）［°］
（ただしＴ、Ｑ、ｐはＴ／（Ｑ×ｐ）＞１となる自然数）
とすることにより、ある一つの相のコイル部の電機子巻線１６が他相のコイル部の電機子巻線１６が巻回されたスロット１５を跨ぐことなく配置することができる。
【００３０】
このように、この実施の形態１の巻線配置をすると、巻線角度ピッチＣが従来の構成よりも小さくなるため、電機子巻線１６のコイルエンドの周長が全体的に低減し、使用する銅等の量を低減することができる。また、図５（ｂ）に示すように、各相のコイルエンドを他相のコイルエンドと干渉することなく配置することができる。その結果、コイルエンドの長さを徒に長くする必要がなく、またコイルエンドの収納スペースが大きくなるなどの不具合発生を低減することができる。
【００３１】
ところで、内層コイル２１と外層コイル２２は、図２、図３に示すように、層間絶縁紙１３で互いに電気的に隔離されている。すなわち、層間絶縁紙１３は、スロット１５内で内層コイル２１と外層コイル２２の相互の電機子巻線１６を絶縁するスロット絶縁部１３ａと、内層コイル２１と外層コイル２２の各コイルエンドを絶縁するコイルエンド絶縁部１３ｂとを有する。また各コイル２１、２２の飛出し防止のためにウェッジ１９が各スロット１５の開口部側に挿着されている。
【００３２】
次に、この実施の形態１の回転電機における固定子の製造方法、特にここでは電機子巻線１６の組み付け手順について、図６から図１２を参照して説明する。
【００３３】
電機子巻線１６の組み付け手順は、図６に示すように、絶縁部材組み付け工程５００、外層コイル形成工程６００、層間絶縁部材組み付け工程７００、および内層コイル形成工程８００を経て製造される。
【００３４】
まず、絶縁部材組み付け工程５００において、電機子鉄心１１のスロット１５に、スロットライナ１８をセットし、次いで、外層コイル形成工程６００において、図７のように外層コイル２２を電機子鉄心１１の軸方向の一端側から挿入する。そして、図８に示すように、外層コイル２２の挿入後に、外層コイル２２のコイルエンドを径方向外方に向けて屈曲して電機子鉄心１１の軸方向の両側の端面からそれぞれ軸方向に突出するようにする。
【００３５】
次に、層間絶縁部材組み付け工程７００では、図９（ａ）に示すようなスロット絶縁部１３ａの両端がコイルエンド絶縁部１３ｂによって連結されてなる層間絶縁紙１３を適用し、図９（ｂ）に示すように円筒状に丸めた上で、図１０のように外層コイル２２を挿入した後の電機子鉄心１１の内側にセットする。
【００３６】
続く内層コイル形成工程８００では、図１１に示すように、外層コイル２２と同様に、内層コイル２１を電機子鉄心１１の軸方向の一端側から挿入する。そして、内層コイル２１の挿入後は、図１２に示すように、内層コイル２１のコイルエンドを径方向外方に向けて屈曲して電機子鉄心１１の軸方向の両側の端面からそれぞれ軸方向に突出するようにする。最後に電機子鉄心１１の内側にウェッジ１９を挿入して固定子７が完成する。
【００３７】
このようにして製造されたこの実施の形態１における回転電機の固定子と集中巻した従来の場合の固定子とについて、起磁力によるギャップ磁束密度についてフーリエ変換による周波数分布を比較した結果を図１３に示す。
【００３８】
図１３は巻線抵抗値と占積率、その他径寸法、軸寸法を同じとした時の比較である。図１３から分かるように、トルクに寄与する基本波は同等であるが、高調波については従来よりも低減されている。従来の集中巻では基本波の半分以上存在していた２次の高調波は、この実施の形態１の構成では激減し、これによる損失低下が大幅に改善されることが理解される。
【００３９】
図１４はこの実施の形態１における固定子の配線配置の変形例を示すもので、図１４（ａ）は固定子を周方向に沿って展開して内層コイル２１と外層コイル２２の巻線状態を示した模式的な平面図、図１４（ｂ）は模式的な正面図である。
【００４０】
この実施の形態１では、図１から図５に示したように、毎相ごとに形成された内層コイル２１と外層コイル２２の各相のコイル部は、電機子鉄心１１の径方向において３段階にわたって同心状となるように電機子巻線１６をスロット１５を通して巻回して形成しているが、このような構成に限らず、例えば図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、各々のコイル部の電機子鉄心１１の径方向における重なり具合が周方向に沿って順次ずれる状態となるように、３段階にわたってスロット１５を通して電機子巻線１６を巻回して形成してもよく、同様の作用、効果が得られる。
【００４１】
実施の形態２．
図１５は、この発明の実施の形態２における回転電機の固定子を周方向に沿って展開して示す模式的な平面図で、図１５（ａ）は内層コイルと外層コイルのスロット内の巻線配置を、図１５（ｂ）は内層コイルと外層コイルの巻線状態を示している。
【００４２】
この実施の形態２の固定子の巻線配置は、実施の形態１の構成と比較した場合、内層コイル２１と外層コイル２２の各相のコイル部において、ティース１２を跨ぐ最も小さい巻線角度ピッチとなるコイル部を省いた構成となっている。すなわち、内層コイル２１と外層コイル２２の各相のコイル部は、電機子鉄心１１の径方向を軸心中心として２段階わたって同心状となるように、スロット１５を通して電機子巻線１６をリング状に巻回して形成されている。
【００４３】
したがって、この実施の形態２の場合、図１５（ａ）に示すように、スロット１５に挿入される電機子巻線１６がティース１２を跨ぐ最も大きい巻線角度ピッチＣ１は５ティースを跨いで５０°であり、また、ティース１２を跨ぐ最も小さい巻線角度ピッチＣ２は１ティースを跨いで３０°となっている。
【００４４】
この実施の形態２における回転電機の固定子と集中巻した従来の場合の固定子とについて、起磁力によるギャップ磁束密度についてフーリエ変換による周波数分布を比較した結果を図１６に示す。
【００４５】
実施の形態１の構成の場合、スロット１５に挿入される電機子巻線１６がティース１２を跨ぐ最も小さい巻線角度ピッチは１０°で、その値が小さいために短節巻係数が小さく、基本波が多少小さかった。これに対して、この実施の形態２では、図１５（ａ）、（ｂ）に示したような巻線配置とすることで、高調波を抑制しつつ、トルクに寄与する基本波を増加させることができる。
【００４６】
実施の形態３．
図１７は、この発明の実施の形態３における回転電機の固定子を周方向に沿って展開して示す模式的な平面図であり、図１７（ａ）は内層コイルと外層コイルのスロット内の巻線配置を、図１７（ｂ）は内層コイルと外層コイルの巻線状態を示している。また、図１８は、図１７（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う部分断面図である。
【００４７】
この実施の形態３の固定子の巻線配置は、実施の形態２の構成（図１５）と比較した場合、内層コイル２１については各相のコイル部の構成は同じであるが、外層コイル２２についてはその構成が異なり、各相のコイル部２２１Ｕ、２２２Ｕ、２２１Ｖ、２２２Ｖ、２２１Ｗ、２２２Ｗは、電機子鉄心１１の径方向において１段階のみになるようにスロット１５を通して電機子巻線１６をリング状に巻回して形成されている。
【００４８】
この実施の形態３のような構成とすれば、各々のスロット１５内には互いに異なる相の電機子巻線１６が共存することがないので、スロット１５内の層間絶縁が不要となり、スロット１５内における電機子巻線１６の占有割合を大きくすることができる。
【００４９】
なお、この実施の形態３の構成の場合も、実施の形態１の場合と同様、内層コイル２１と外層コイル２２の各相のコイル部について、巻線角度ピッチが最も大きいのは５つのティース１２を跨ぐ巻線角度ピッチＣ１で５０°である。また、最も小さい巻線角度ピッチＣ２は、１つのティース１２を跨いで３０°となっている。
【００５０】
ただし、外層コイル２２の各相のコイル部２２１Ｕ、２２２Ｕ、２２１Ｖ、２２２Ｖ、２２１Ｗ、２２２Ｗは、内層コイル２１の各相のコイル部のように、電機子鉄心１１の径方向において同心状に重複しないので、外層コイル２２の各相のコイル部を内層コイル２１の場合と同じ磁束量とするためには、外層コイル２２の各相のコイル部を構成する上で、スロット１５を通してリング状に巻回する際の電機子巻線１６の巻数を、内層コイル２１の各相のコイル部を構成するために各スロット１５に挿通される電機子巻線１６の巻数よりも増やすと良い。
【００５１】
そのため、図１７に示すように、内層コイル２１が配置されるスロット１５の面積よりも外層コイル２２を形成するための電機子巻線１６が挿入されるスロット１５の面積を拡大する。ただし、その場合、スロット１５の径方向内方の開口部分の周方向に沿った幅のピッチをいずれのスロット１５についても等間隔にしておけば、ギャップ中の起磁力波形のひずみを抑制することができるので都合が良い。
【００５２】
この実施の形態３の構成では、外層コイル２２の各相のコイル部２２１Ｕ、２２２Ｕ、２２１Ｖ、２２２Ｖ、２２１Ｗ、２２２Ｗを形成するための電機子巻線１６の巻数が増え、かつ、ある一つの相の電機子巻線１６が他相の電機子巻線１６が挿入されるスロット１５を跨ぐため、外層コイル２２と内層コイル２１の各コイルエンド同士の干渉を防止する上で、次のような構成とすることが好ましい。
【００５３】
すなわち、外層コイル２２の各コイル部２２１Ｕ、２２２Ｕ、２２１Ｖ、２２２Ｖ、２２１Ｗ、２２２Ｗにおけるコイルエンドは、図１８に示すように電機子鉄心１１の外径側に向けて屈曲し、内層コイル２１の各コイル部のコイルエンドは、電機子鉄心１１の軸方向において外層コイル２２のコイルエンドの上側を跨ぐように形成する。これにより、外層コイル２２と内層コイル２１の各コイルエンド同士が干渉するのを防ぐことができる。
【００５４】
このようにして製造されたこの実施の形態３における回転電機の固定子と集中巻した従来の場合の固定子とについて、起磁力によるギャップ磁束密度についてフーリエ変換による周波数分布を比較した結果を図１９に示す。図１９に示すように、基本波は実施の形態２の場合と略同等となっている。
【００５５】
なお、この発明は上記の実施の形態１〜３の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、各実施の形態１〜３の構成につき変形を加えたり、構成の一部を省略することができ、さらに、各実施の形態１〜３の構成を適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  回転電機、７  固定子、８  回転子、１１  電機子鉄心、１２  ティース、
１３  層間絶縁紙（層間絶縁部材）、１５  スロット、１６  電機子巻線、
１８  スロットライナ（絶縁部材）、２１  内層コイル、２２  外層コイル、
２１１Ｕ，２１２Ｕ，２１１Ｖ，２１２Ｖ，２１１Ｗ，２１２Ｗ  コイル部、
２２１Ｕ，２２２Ｕ，２２１Ｖ，２２２Ｖ，２２１Ｗ，２２２Ｗ  コイル部。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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