JP2015180146A - 回転電機用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】互いに並列接続されるコイル部の数によらず、循環電流の抑制効果と回転電機の製造品質の双方の向上を図ることが可能な回転電機用コイルを実現する。
【解決手段】コイルは、巻回方向が互いに逆方向の第一同心巻部４１と第二同心巻部４２とを、周方向Ｃに沿って磁極ピッチＰ毎に交互に備える。コイル部２０は、第一同心巻部４１と第二同心巻部４２とが１つずつ交互となるように直列接続して構成される。第一同心巻部４１は、当該第一同心巻部４１と同じコイル部２０を構成する他の第一同心巻部４１と径方向Ｒに対向するように配置され、第二同心巻部４２は、当該第二同心巻部４２と同じコイル部２０を構成する他の第二同心巻部４２と径方向Ｒに対向するように配置される。同じコイル部２０を構成して互いに直列接続される第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２が、磁極ピッチＰの２倍以上周方向Ｃに互いに離間して配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに並列接続されるＭ個（Ｍは３以上の整数を表す）のコイル部を備え、円筒状のコア基準面の周方向に分散配置された複数のスロットを有するコアに巻装されて（Ｍ×Ｎ×２）個（Ｎは２の正の倍数を表す）の磁極を形成する回転電機用コイルに関する。

互いに並列接続される複数のコイル部を備える回転電機用コイルとして、特許第４６６５５９５号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の構成では、互いに並列接続される２個のコイル部（当該文献の図５に示される直列コイルＡ及び直列コイルＢ）のそれぞれが、当該文献の図４に示されるように、径方向に対向するように配置される２つのコイル群により構成される。これにより、ステータに対してロータが偏心した状態で配置される場合でも、電磁気的なバランスを保つことができ、２つのコイル部により形成される並列回路における循環電流の発生を抑制することが可能とされている。特許第４６１７９９２号公報（特許文献２）にも同様の技術が記載されている。

特許第４６６５５９５号公報 特許第４６１７９９２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２の構成では、径方向に対向するように配置される２つのコイル群によりコイル部が構成されるため、互いに並列接続されるコイル部の数を３以上とした場合には、循環電流の抑制効果が低下するおそれがある。なぜなら、互いに並列接続されるコイル部の数が大きくなるに従って、１つのコイル部を構成する２つのコイル群の間の周方向の離間距離が長くなるため、ロータのステータに対する偏心がコイル部に与える影響の程度が複数のコイル部の間で不均一になりやすいからである。また、特許文献１や特許文献２の構成では、１つのコイル部を構成する２つのコイル群の間の周方向の離間距離が長くなることで、回転電機の製造品質の確保が難しくなる場合がある。なぜなら、１つのコイル部を構成する２つのコイル群の間の周方向の離間距離が長くなるに従って、当該２つのコイル群同士を接続する接続導線の長さが大きくなるため、回転電機の製造方法によっては、延在長さの大きい接続導線がコイルの他の部分と接触することで、コイルの形状の正確性やコイルの絶縁性が低下し得るからである。しかしながら、特許文献１や特許文献２では、この点について特段の認識がなされていなかった。

そこで、互いに並列接続されるコイル部の数によらず、循環電流の抑制効果と回転電機の製造品質の双方の向上を図ることが可能な回転電機用コイルの実現が望まれる。

本発明に係る、互いに並列接続されるＭ個（Ｍは３以上の整数を表す）のコイル部を備え、円筒状のコア基準面の周方向に分散配置された複数のスロットを有するコアに巻装されて（Ｍ×Ｎ×２）個（Ｎは２の正の倍数を表す）の磁極を形成する回転電機用コイルの特徴構成は、巻回方向が互いに逆方向の同心巻部である第一同心巻部と第二同心巻部とを、前記周方向に沿って磁極ピッチ毎に交互に備え、前記コイル部のそれぞれは、Ｎ個の前記第一同心巻部とＮ個の前記第二同心巻部とを、前記第一同心巻部と前記第二同心巻部とが１つずつ交互となるように直列接続して構成され、前記第一同心巻部のそれぞれが、当該第一同心巻部と同じ前記コイル部を構成する他の前記第一同心巻部と前記コア基準面の径方向に対向するように配置されると共に、前記第二同心巻部のそれぞれが、当該第二同心巻部と同じ前記コイル部を構成する他の前記第二同心巻部と前記径方向に対向するように配置され、同じ前記コイル部を構成して互いに直列接続される前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部が、前記磁極ピッチの２倍以上前記周方向に互いに離間して配置される点にある。

上記の特徴構成によれば、互いに並列接続されるコイル部の数によらず、コイル部を構成する複数の同心巻部のそれぞれを、当該コイル部を構成する他の同種（巻回方向が同方向）の同心巻部と径方向に対向するように配置しつつ、当該複数の同心巻部のそれぞれの周方向の配置領域が偏ることを抑制することができる。よって、互いに並列接続されるコイル部の数が３以上である場合でも、複数のコイル部により形成される並列回路における循環電流の発生を抑制し、或いは当該並列回路に循環電流が発生する場合であってもその大きさを低減することができる。
更に、上記の特徴構成によれば、同じコイル部を構成する複数の同心巻部のそれぞれの周方向の配置領域が偏ることを抑制することができるため、コイル部が備える複数の接続導線の中での延在長さの最大値を小さく抑えることができる。なお、接続導線は、互いに直列接続される２つの同心巻部を接続する導線である。よって、極端に延在長さの大きい接続導線が存在することを回避でき、結果、回転電機の製造品質の向上を図ることができる。
以上のように、上記の特徴構成によれば、互いに並列接続されるコイル部の数によらず、循環電流の抑制効果と回転電機の製造品質の双方の向上を図ることが可能な回転電機用コイルを実現することができる。
なお、上記の特徴構成によれば、巻回方向が互いに逆方向の第一同心巻部と第二同心巻部とを１つずつ交互に直列接続してコイル部が構成されるため、フライヤ方式の巻線装置を用いることができる等、巻線装置についての制約を緩和することも可能である。

ここで、前記コイル部は、互いに直列接続される２つの前記同心巻部を接続する接続導線を備え、前記接続導線は、他の前記コイル部を構成する前記同心巻部である対象同心巻部に対して、同心状に巻回される巻回部を備え、前記対象同心巻部の巻回数が、前記対象同心巻部ではない前記同心巻部に比べて、前記巻回部の巻回数だけ少なく設定されていると好適である。

この構成によれば、回転電機の製造時に、対象同心巻部を保持する治具を利用して巻回部を保持することが可能となる。すなわち、接続導線の一部（巻回部の形成部分）を回転電機の製造時に保持することが可能となるため、回転電機の製造品質の向上をより一層図ることができる。また、対象同心巻部の巻回数が、対象同心巻部ではない同心巻部に比べて巻回部の巻回数だけ少なく設定されるため、コアの各スロット内の巻回数を一定にすることができると共に、コアに対して軸方向の外側に配置されるコイルの体積が、巻回部を備えることによって増加することを抑制することができる。よって、コイルエンド部の大型化を抑制しつつ、接続導線が巻回部を備える構成を実現することができる。

上記のように前記接続導線が前記巻回部を備える構成において、前記巻回部の巻回方向が、当該巻回部の両端から延びる前記接続導線の２本の延在部の前記周方向の配置領域が互いに重複しない巻回方向となるように、前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部のいずれかから前記対象同心巻部が設定されていると好適である

この構成によれば、接続導線が巻回部を備えない場合に比べて、対象同心巻部が巻回されるスロット間をコアに対して軸方向の外側において接続するコイルの体積を増加させることなく、接続導線におけるコアに対して軸方向の外側に配置される部分の体積を減少させることができる。よって、コイルエンド部の小型化を図りつつ、接続導線が巻回部を備える構成を実現することができる。

また、上記のように前記接続導線が前記巻回部を備える構成において、前記対象同心巻部は、前記接続導線により接続される２つの前記同心巻部の前記周方向の間に配置される複数の前記同心巻部の中から、予め定められた選択条件に基づき設定され、前記接続導線は、前記巻回部の一端から接続対象の前記第一同心巻部まで延びる第一延在部と、前記巻回部の他端から接続対象の前記第二同心巻部まで延びる第二延在部とを有し、前記選択条件を満たす前記同心巻部が複数存在する場合には、前記接続導線による接続対象の２つの前記同心巻部の前記周方向の間における前記第一延在部及び前記第二延在部のそれぞれの前記周方向の延在長さの差が、最も小さくなる前記同心巻部を、前記対象同心巻部として設定すると好適である

この構成によれば、コイル部が備える複数の接続導線の中での延在長さの最大値を小さく抑えることができることに加えて、コイル部が備える複数の第一延在部及び複数の第二延在部の中での延在長さの最大値を小さく抑えることもできる。よって、接続導線が１つの巻回部を備える場合において、回転電機の製造品質の向上をより一層図ることができる。

上記の各構成の回転電機用コイルにおいて、Ｍが偶数であり、前記コイル部において互いに直列接続される前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部が、前記磁極ピッチの（Ｍ＋１）倍又は（Ｍ−１）倍だけ前記周方向に離間して配置されている構成とすると好適である。

磁極ピッチのＭ倍は（１８０／Ｎ）度に相当し、この角度に１つのコイル部が備える同心巻部の総数である（２×Ｎ）を乗算すると、３６０度となる。よって、この構成によれば、コイル部の一端部を構成する第一同心巻部と他端部を構成する第二同心巻部とを、磁極ピッチの（Ｍ＋１）倍又は（Ｍ−１）倍だけ周方向に離間して配置することが可能となる。この結果、Ｍが偶数である場合に、１つのコイル部を構成する複数の同心巻部のそれぞれを、周方向に沿って均等状（略均等）に分散配置することができ、上述した循環電流の抑制効果と回転電機の製造品質の双方の向上を、より一層図ることができる。

上記のようにＭが偶数である構成において、前記コイル部の一端部を構成する前記第一同心巻部と他端部を構成する前記第二同心巻部とが、前記磁極ピッチの（Ｍ＋１）倍だけ前記周方向に離間して配置されている構成とすると好適である。

この構成によれば、コイル部の一端部を構成する第一同心巻部と他端部を構成する第二同心巻部とが、磁極ピッチの（Ｍ−１）倍だけ周方向に離間して配置される場合に比べて１つのコイル部が備える複数の接続導線のそれぞれの長さの総和を短く抑えることができ、結果、コイルエンド部の小型化と回転電機の製造品質の向上を図ることができる。

或いは、Ｍが奇数であり、前記コイル部において互いに直列接続される前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部が、前記磁極ピッチのＭ倍だけ前記周方向に離間して配置されている構成とすると好適である。

この構成によれば、コイル部の一端部を構成する第一同心巻部と他端部を構成する第二同心巻部とを、磁極ピッチのＭ倍だけ周方向に離間して配置することできる。よって、Ｍが奇数である場合に、１つのコイル部を構成する複数の同心巻部のそれぞれを、周方向に沿って均等に分散配置することができ、上述した循環電流の抑制効果と回転電機の製造品質の双方の向上を、より一層図ることができる。

本発明の第一の実施形態に係るステータの軸方向視図である。 本発明の第一の実施形態に係るコイルの結線図である。 本発明の第一の実施形態に係る直列コイル部の簡略図である。 本発明の第一の実施形態に係る相コイルの簡略図である。 本発明の第二の実施形態に係る直列コイル部の簡略図である。 本発明のその他の実施形態に係る直列コイル部の簡略図である。 本発明のその他の実施形態に係る直列コイル部の簡略図である。 本発明のその他の実施形態に係る直列コイル部の簡略図である。

１．第一の実施形態
本発明に係る回転電機用コイルの第一の実施形態について、図面（図１〜図４）を参照して説明する。ここでは、本発明に係る回転電機用コイルを、図１に示すように、回転電機用のステータ１０のコア１１（ステータコア）に巻装されるコイル１に適用した場合を例として説明する。なお、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。

以下の説明では、特に区別して明記している場合を除き、「軸方向」、「周方向Ｃ」、及び「径方向Ｒ」は、円筒状のコア基準面Ｓを基準として、言い換えれば、コア基準面Ｓの軸心Ａを基準として定義している（図１参照）。「周第一方向Ｃ１」は、周方向Ｃにおける一方側へ向かう方向を表し、「周第二方向Ｃ２」は、周方向Ｃにおける他方側へ向かう方向（周第一方向Ｃ１とは反対方向）を表す。また、本明細書では、寸法、配置方向、配置位置等に関する用語（例えば、平行や直交等）は、誤差（製造上許容され得る程度の誤差）による差異を有する状態も含む概念として用いている。

１−１．ステータの全体構成
ステータ１０は、回転電機用のステータであり、図１に示すように、コア１１と、コア１１に巻装されるコイル１とを備えている。コア１１は、磁性材料を用いて形成される。例えば、複数枚の磁性体板（例えば、ケイ素鋼板等の電磁鋼板）を積層してコア１１が形成され、或いは、磁性材料の粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素としてコア１１が形成される。ステータ１０は、回転界磁型の回転電機用のステータであり、電機子として機能する。ステータ１０から発生する磁界により、永久磁石や電磁石等を備えた界磁としてのロータ（図示せず）が回転する。ロータは、コア１１に対して径方向Ｒの内側に配置される。

コア１１は、周方向Ｃに分散配置された複数のスロット１２を有する。複数のスロット１２は、周方向Ｃに沿って一定間隔で配置されている。スロット１２のそれぞれは、軸方向及び径方向Ｒに延びるように形成されている。本実施形態では、スロット１２のそれぞれは、軸方向の両側に開口部を有すると共に、径方向Ｒの内側に開口部を有する。周方向Ｃに隣接するスロット１２の間にはティース１３が形成され、複数のティース１３のそれぞれの径方向Ｒの内側の端面を含む円筒状の仮想面により、コア１１の内周面が形成される。本実施形態では、コア１１の内周面をコア基準面Ｓとしている。コア１１の径方向Ｒの外側の面（外周面）等をコア基準面Ｓとしても良い。

コイル１は複数相のコイルであり、コア１１には各相用のスロット１２が周方向Ｃに沿って繰り返し現れるように配置されている。本実施形態では、コイル１は、三相コイルであり、Ｕ相コイル２Ｕ、Ｖ相コイル２Ｖ、及びＷ相コイル２Ｗの３つの相コイル２を備えている。これに対応して、コア１１には、Ｕ相用、Ｖ相用、及びＷ相用のスロット１２が、周方向Ｃに沿って繰り返し現れるように配置されている。本実施形態では、毎極毎相あたりのスロット数が“２”であり、コア１１には、各相用のスロット１２が周方向Ｃに沿って２つずつ繰り返し現れるように配置されている。また、本実施形態では、毎相あたりの磁極数が“１６”（磁極対数が“８”）であり、コア１１には合計で９６（＝２×１６×３）個のスロット１２が配置されている。

１−２．コイルの構成
次に、本発明の要部であるコイル１の構成について説明する。コイル１は線状の導体である線状導体（図示せず）を用いて構成されている。線状導体は、銅やアルミニウム等の導電性を有する材料により構成される。このような線状導体として、例えば、延在方向に直交する断面の形状が円形状の線状導体を用いることができる。線状導体の表面には、樹脂等の電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁皮膜が形成されている。

図１及び図２に示すように、相コイル２のそれぞれは、巻回方向が互いに逆方向の同心巻部である第一同心巻部４１と第二同心巻部４２とを、周方向Ｃに沿って磁極ピッチＰ毎に交互に備えている。すなわち、１つの相コイル２が備える複数の同心巻部は、周方向Ｃの配置領域が互いに重複しないように周方向Ｃに並べて配置されている。本実施形態では、磁極ピッチＰは、スロットピッチ（スロット１２の配設ピッチ）の６倍である。図１及び後に参照する図３、図４では、第一同心巻部４１と第二同心巻部４２との区別を容易にすべく、第一同心巻部４１のみにハッチングを施している。なお、２つの同心巻部の巻回方向が逆とは、相コイル２を構成する線状導体の延在方向に沿って（言い換えれば、相コイル２を流れる電流の方向に沿って）相コイル２の一端部から他端部に向かう場合に、一方の同心巻部が時計回り方向に巻回され、他方の同心巻部が反時計回り方向に巻回されることを意味する。よって、第一同心巻部４１と第二同心巻部４２とは、コイル１への通電時に、互いに逆向きの磁極を形成する。なお、同心巻部は、一対又は複数対のスロット１２間に、線状導体或いは線状導体の束を複数回巻回してなるコイル部（重ね巻部）である。本実施形態では、第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２のそれぞれは、一対のスロット１２間（本例では、互いにスロットピッチの５倍だけ離れた一対のスロット１２間）に、線状導体或いは線状導体の束を複数回巻回して構成されている。

図２に示すように、コイル１は、複数の相のそれぞれに対応する相コイル２（本例では、Ｕ相コイル２Ｕ、Ｖ相コイル２Ｖ、及びＷ相コイル２Ｗ）がスター結線されて構成されている。すなわち、相コイル２のそれぞれの一端部は、各相毎に設定された接続端子９０に接続され、相コイル２のそれぞれの他端部は、中性点９１にて互いに接続されている。接続端子９０は、ステータ１０との間で電力の授受を行う装置（例えば、インバータ等）に対してコイル１を接続するための端子である。回転電機の力行時には、接続端子９０に対して当該装置側から電力が入力される。本実施形態では、接続端子９０として、三相のそれぞれに対応するＵ相接続端子９０Ｕ、Ｖ相接続端子９０Ｖ、及びＷ相接続端子９０Ｗが設けられている。図１では、理解を容易にすべく、同心巻部のそれぞれについて、相コイル２を構成する線状導体の延在方向に沿って接続端子９０側から中性点９１側に向かう場合を想定し、内部に“Ｘ”字状の記号が付された白抜き丸印によって紙面奥側に向かう部分を示すと共に、内部にドット状の記号が付された白抜き丸印によって紙面手前側に向かう部分を示している。本実施形態では、相コイル２を構成する線状導体の延在方向に沿って接続端子９０側から中性点９１側に向かう場合に、径方向Ｒの内側から見て時計回り方向に巻回される同心巻部を第一同心巻部４１とし、径方向Ｒの内側から見て反時計回り方向に巻回される同心巻部を第二同心巻部４２としている。

相コイル２のそれぞれは、磁極対数（本例では８個）と同数の第一同心巻部４１と、磁極対数と同数の第二同心巻部４２とを備える。第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２の周方向Ｃの配置状態に関して、Ｕ相コイル２Ｕ、Ｖ相コイル２Ｖ、及びＷ相コイル２Ｗは、周方向Ｃに互いにずれた位置関係で配置されている。本実施形態では、図１に示すように、Ｖ相コイル２Ｖは、Ｕ相コイル２Ｕに対して周第一方向Ｃ１側にスロットピッチの４倍だけずれた位置関係で配置され、Ｗ相コイル２Ｗは、Ｕ相コイル２Ｕに対して周第二方向Ｃ２側にスロットピッチの４倍だけずれた位置関係で配置されている。また、相コイル２のそれぞれのターン部は、各相毎に設定された径方向Ｒの領域において周方向Ｃに延びるように配置される。ここで、ターン部は、コア１１から軸方向に突出する同心巻部の部分である。本実施形態では、図１に模式的に示すように、径方向Ｒの外側から順に、Ｕ相コイル２Ｕのターン部、Ｖ相コイル２Ｖのターン部、及びＷ相コイル２Ｗのターン部が配置される。ターン部と後述する接続導線３０（図２、図３参照）とによって、コア１１から軸方向に突出するコイル１の部分であるコイルエンド部が形成される。

相コイル２のそれぞれは、図２に示すように、互いに並列接続されるＭ個（Ｍは３以上の整数を表す）の直列コイル部２０を備えている。そして、相コイル２のそれぞれは、コア１１に巻装されて（Ｍ×Ｎ×２）個（Ｎは２の正の倍数を表す）の磁極を形成する。なお、図２では、Ｖ相コイル２Ｖ及びＷ相コイル２Ｗを簡略化して示しているが、Ｖ相コイル２Ｖ及びＷ相コイル２Ｗのそれぞれも、Ｕ相コイル２Ｕと同様に、互いに並列接続されるＭ個の直列コイル部２０を備えている。本実施形態では、Ｍは偶数であり、具体的にはＭは“４”に設定されている。そのため、相コイル２のそれぞれは、互いに並列接続される直列コイル部２０として、第一直列コイル部２１、第二直列コイル部２２、第三直列コイル部２３、及び第四直列コイル部２４の４つの直列コイル部２０を備えている。また、Ｎは１つの直列コイル部２０が形成する磁極対の個数であり、本実施形態では、Ｎは“２”に設定されている。本実施形態では、直列コイル部２０が本発明における「コイル部」に相当する。

直列コイル部２０は、複数の同心巻部を互いに直列接続して構成される。具体的には、直列コイル部２０のそれぞれは、Ｎ個の第一同心巻部４１とＮ個の第二同心巻部４２とを、第一同心巻部４１と第二同心巻部４２とが１つずつ交互となるように直列接続して構成されている。本実施形態では、Ｎが“２”に設定されているため、直列コイル部２０のそれぞれは、２個の第一同心巻部４１と２個の第二同心巻部４２とを備える。また、直列コイル部２０は、図２及び図３に示すように、互いに直列接続される２つの同心巻部（第一同心巻部４１と第二同心巻部４２）を接続する接続導線３０を備える。本実施形態では、接続導線３０の全体が、コア１１に対して軸方向の外側に配置される。なお、図１では、簡素化のため、接続導線３０を省略している。

ここで、直列コイル部２０が備える複数の同心巻部を、中性点９１とは反対側の端部側（すなわち、接続端子９０側）から順に第一コイル部、第二コイル部、・・・、第Ｘコイル部（Ｘ＝２×Ｎ）とする。本実施形態では、直列コイル部２０のそれぞれは、第一コイル部５１、第二コイル部５２、第三コイル部５３、及び第四コイル部５４を備えている。そして、図２に示すように、第一直列コイル部２１及び第三直列コイル部２３については、第一コイル部５１及び第三コイル部５３が第一同心巻部４１により構成されると共に、第二コイル部５２及び第四コイル部５４が第二同心巻部４２により構成される。また、第二直列コイル部２２及び第四直列コイル部２４については、第一コイル部５１及び第三コイル部５３が第二同心巻部４２により構成されると共に、第二コイル部５２及び第四コイル部５４が第一同心巻部４１により構成される。

次に、直列コイル部２０が備える複数の同心巻部の配置構成について、図３及び図４を参照して説明する。なお、図３は、Ｕ相コイル２Ｕの第一直列コイル部２１の簡略図である。また、図４は、Ｕ相コイル２Ｕの全体の簡略図であり、Ｕ相コイル２Ｕの全ての直列コイル部２０（第一直列コイル部２１、第二直列コイル部２２、第三直列コイル部２３、及び第四直列コイル部２４）が示されている。図１では、図３との対比を容易にすべく、図３に示すＵ相コイル２Ｕの第一直列コイル部２１についてのみ、第一コイル部５１、第二コイル部５２、第三コイル部５３、及び第四コイル部５４を表す符号を付すと共に、接続端子９０及び中性点９１のそれぞれとの接続関係を示している。以下では、Ｕ相コイル２Ｕが備える同心巻部の配置構成についてのみ具体的に説明するが、Ｖ相コイル２ＶやＷ相コイル２Ｗが備える同心巻部の配置構成も、Ｕ相コイル２Ｕと同様とすることができる。

まず、相コイル２に備えられる全ての直列コイル部２０の間で共通の構成について説明する。図３及び図４に示すように、第一同心巻部４１のそれぞれは、当該第一同心巻部４１と同じ直列コイル部２０を構成する他の第一同心巻部４１と径方向Ｒに対向するように配置されると共に、第二同心巻部４２のそれぞれは、当該第二同心巻部４２と同じ直列コイル部２０を構成する他の第二同心巻部４２と径方向Ｒに対向するように配置されている。ここで、径方向Ｒに対向するとは、同心巻部の配置領域が、コア１１の周方向Ｃの位置に関して互いに１８０度異なることを意味する。更に、同じ直列コイル部２０を構成して互いに直列接続される第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２は、磁極ピッチＰの２倍以上（本例では３倍以上）周方向Ｃに互いに離間して配置されている。なお、２つの同心巻部の周方向Ｃの離間距離は、それぞれの同心巻部の周方向Ｃの中心位置の離間距離である。よって、図４に示すように同じ相コイル２を構成して周方向Ｃに隣接して配置される第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２は、同じ直列コイル部２０を構成しない。

上記のような配置構成を採用することで、図３に示すように、直列コイル部２０を構成する複数の同心巻部のそれぞれを、当該直列コイル部２０を構成する他の同種（巻回方向が同方向）の同心巻部と径方向Ｒに対向するように配置しつつ、当該複数の同心巻部のそれぞれの周方向Ｃの配置領域が偏ることを抑制することができる。よって、組み付け誤差等に起因してロータがステータ１０に対して偏心した状態で配置される場合であっても、ロータがステータ１０に対して同心に配置された状態における基準逆起電圧からの、逆起電圧の変化の大きさや変化の方向が、同相の並列回路を構成する複数の直列コイル部２０の間で不均一になることを抑制することができる。なお、直列コイル部２０における逆起電圧は、ロータの回転に伴い発生する。この結果、同相の複数の直列コイル部２０により形成される並列回路における循環電流の発生を抑制することができ、或いは、当該並列回路に循環電流が発生する場合であってもその大きさを低減することができる。

更に、直列コイル部２０を構成する複数の同心巻部のそれぞれの周方向Ｃの配置領域が偏ることを抑制することができるため、直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０の中での延在長さの最大値を小さく抑えることができ、結果、ステータ１０の製造品質の向上を図ることができる。補足説明すると、例えば、Ｕ相コイル２Ｕ、Ｖ相コイル２Ｖ、及びＷ相コイル２Ｗの順に、インサート法等によって各相コイル２をコア１１に巻装することで、ステータ１０を製造することが考えられる。この場合、例えば、Ｖ相コイル２Ｖのコア１１への巻装時に、既にコア１１に巻装されているＵ相コイル２Ｕの接続導線３０に対してＶ相コイル２Ｖが接触すると、当該接触の程度によってはステータ１０の製造品質（形状の正確性や絶縁性能等）が低下するおそれがある。この点に関し、本実施形態に係るコイル１では、直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０の中での延在長さの最大値を小さく抑えることができるため、言い換えれば、極端に延在長さの大きい接続導線３０が存在することを回避できるため、ステータ１０の製造時における異なる相の相コイル２同士の接触を回避すること或いは当該接触の程度を低く抑えることが容易となる。この結果、ステータ１０の製造品質を適切に確保することができる。

１つの直列コイル部２０に備えられる複数の同心巻部は、電気的な接続順と同じ周方向Ｃの順序で配置される。そして、本実施形態では、Ｍが偶数（具体的には“４”）であり、図３及び図４に示すように、直列コイル部２０において互いに直列接続される第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２は、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍又は（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される。なお、１つの直列コイル部２０には、互いに直列接続される第一同心巻部４１と第二同心巻部４２との組が（２×Ｎ−１）個形成され、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置された第一同心巻部４１と第二同心巻部４２との組と、磁極ピッチＰの（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置された第一同心巻部４１と第二同心巻部４２との組とが、周方向Ｃに沿って交互に配置される。

ここで、磁極ピッチＰのＭ倍は（１８０／Ｎ）度に相当し、この角度に１つの直列コイル部２０が備える同心巻部の総数である（２×Ｎ）を乗算すると、３６０度となる。そのため、上記のように、直列コイル部２０において互いに直列接続される第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２を、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍又は（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置することで、直列コイル部２０の一端部を構成する第一同心巻部４１と他端部を構成する第二同心巻部４２とを、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍又は（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置することができる。この結果、１つの直列コイル部２０を構成する複数の同心巻部のそれぞれを、周方向Ｃに沿って均等状（略均等）に分散配置することができ、ロータのステータ１０に対する偏心の向きにかかわらず、逆起電圧の基準逆起電圧からの変化の大きさや変化の方向が、同相の並列回路を構成する複数の直列コイル部２０の間で不均一になることを抑制することができる。

更に、本実施形態では、直列コイル部２０の接続端子９０側の端部を構成する第一コイル部５１と、第二コイル部５２とが、磁極ピッチＰの（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される構成を採用している。よって、本実施形態では、第二コイル部５２と第三コイル部５３とが、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置されると共に、第三コイル部５３と、直列コイル部２０の中性点９１側の端部を構成する第四コイル部５４とが、磁極ピッチＰの（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される。この結果、直列コイル部２０の一端部を構成する第一同心巻部４１と他端部を構成する第二同心巻部４２とが、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される。これにより、後に説明するその他の実施形態の構成（図７参照）に比べて、１つの直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０のそれぞれの長さの総和を短く抑えることができ、結果、コイルエンド部の小型化を図ることができる。

次に、相コイル２に備えられる全ての直列コイル部２０の間で共通でない構成について説明する。本実施形態では、図３及び図４に示すように、第一直列コイル部２１については、周第一方向Ｃ１側に向かって、第一コイル部５１、第二コイル部５２、第三コイル部５３、及び第四コイル部５４の順に配置され、第二直列コイル部２２については、周第二方向Ｃ２側に向かって、第一コイル部５１、第二コイル部５２、第三コイル部５３、及び第四コイル部５４の順に配置されている。すなわち、第一直列コイル部２１については、第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２のそれぞれが、電気的接続関係において接続端子９０側に隣接する他の同心巻部に対して、周第一方向Ｃ１側に配置され、第二直列コイル部２２については、第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２のそれぞれが、電気的接続関係において接続端子９０側に隣接する他の同心巻部に対して、周第二方向Ｃ２側に配置されている。なお、本例では、第二直列コイル部２２の第一コイル部５１は、第一直列コイル部２１の第一コイル部５１に対して周第二方向Ｃ２側に隣接して配置された同心巻部である。

そして、図４に示すように、第三直列コイル部２３は、周方向Ｃの配置位置を除いて第一直列コイル部２１と同様に構成され、本例では、第三直列コイル部２３は、第一直列コイル部２１に対して周第二方向Ｃ２側に磁極ピッチＰの２倍だけずれた位置関係で配置されている。また、第四直列コイル部２４は、周方向Ｃの配置位置を除いて第二直列コイル部２２と同様に構成され、本例では、第四直列コイル部２４は、第二直列コイル部２２に対して周第二方向Ｃ２側に磁極ピッチＰの２倍だけずれた位置関係で配置されている。このような配置構成を備えるため、第一直列コイル部２１、第二直列コイル部２２、第三直列コイル部２３、及び第四直列コイル部２４のそれぞれの第一コイル部５１は、周方向Ｃに隣接して配置される４つの同心巻部により構成される。

２．第二の実施形態
本発明に係る回転電機用コイルの第二の実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態では、接続導線３０が後述する巻回部３３を備える点で、上記第一の実施形態とは異なる。以下では、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明し、特に明記しない点については上記第一の実施形態と同様とする。

図５に示すように、本実施形態に係る接続導線３０は、対象同心巻部４３に対して同心状に巻回される巻回部３３を備える。ここで、対象同心巻部４３は、同相の他の直列コイル部２０を構成する同心巻部（第一同心巻部４１又は第二同心巻部４２）である。「他の直列コイル部２０」とは、当該接続導線３０が備えられる直列コイル部２０とは異なる直列コイル部２０である。巻回部３３の巻回方向は、対象同心巻部４３の巻回方向と同方向に設定される。すなわち、コイル１への通電時に、巻回部３３は、対象同心巻部４３と同じ向きの磁極を形成する。そして、対象同心巻部４３の巻回数は、対象同心巻部４３ではない同心巻部に比べて、巻回部３３の巻回数だけ少なく設定される。よって、コア１１の各スロット１２内の巻回数は一定となる。本実施形態では、巻回部３３の巻回数は“１”に設定されている。また、本実施形態では、図５に示すように、直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０（本例では３つの接続導線）のそれぞれが、巻回部３３を備えている。なお、巻回部３３の巻回数を、２以上の値に設定することも可能である。

対象同心巻部４３は、接続導線３０により接続される２つの同心巻部（第一同心巻部４１と第二同心巻部４２）の周方向Ｃの間に配置される複数の同心巻部の中から、予め定められた選択条件に基づき設定される。図５に示すように、接続導線３０は、第一延在部３１と第二延在部３２とを有する。第一延在部３１は、巻回部３３の一端（電気的接続関係において接続対象の第一同心巻部４１側の端部）から、接続対象の第一同心巻部４１まで延びる部分であり、第二延在部３２は、巻回部３３の他端（電気的接続関係において接続対象の第二同心巻部４２側の端部）から、接続対象の第二同心巻部４２まで延びる部分である。そして、本実施形態では、対象同心巻部４３の選択条件が、第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの配置領域が、互いに重複しないという条件に設定されている。すなわち、本実施形態では、巻回部３３の巻回方向が、当該巻回部３３の両端から延びる接続導線３０の２本の延在部（第一延在部３１及び第二延在部３２）の周方向Ｃの配置領域が互いに重複しない巻回方向となるように、第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２のいずれかから対象同心巻部４３が設定される。

具体的に説明すると、図５に示す第一直列コイル部２１のように、周方向Ｃに沿って第一コイル部５１から第二コイル部５２へ向かう方向が周第一方向Ｃ１となる直列コイル部２０については、第一同心巻部４１が上記の選択条件を満たす。一方、第二直列コイル部２２（図４参照）のように、周方向Ｃに沿って第一コイル部５１から第二コイル部５２へ向かう方向が周第二方向Ｃ２となる直列コイル部２０については、第二同心巻部４２が上記の選択条件を満たす。

そして、本実施形態では、接続導線３０により接続される２つの同心巻部の周方向Ｃの間に上記の選択条件を満たす同心巻部が複数存在する場合には、言い換えれば、対象同心巻部４３の候補となる同心巻部が複数存在する場合には、接続導線３０による接続対象の２つの同心巻部（第一同心巻部４１と第二同心巻部４２）の周方向Ｃの間における第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が、最も小さくなる同心巻部を、対象同心巻部４３として設定する。すなわち、本実施形態では、１つの接続導線３０は１つの巻回部３３を備える。なお、本実施形態では、接続導線３０による接続対象の２つの同心巻部の周方向Ｃの間における第一延在部３１や第二延在部３２の周方向Ｃの延在長さは、当該２つの同心巻部の周方向Ｃの間であって、当該２つの同心巻部のそれぞれの周方向Ｃの配置領域を除く周方向Ｃの領域における延在長さとする。以下では、第一延在部３１や第二延在部３２の周方向Ｃの延在長さは、この領域における延在長さを意味する。

図５に示す例について具体的に説明すると、接続導線３０により接続される第二コイル部５２と第三コイル部５３との周方向Ｃの間には、上記の選択条件を満たす同心巻部である第一同心巻部４１が２つ配置されている。この場合、図５に示すように、当該２つの第一同心巻部４１のうちの周第一方向Ｃ１側の第一同心巻部４１を対象同心巻部４３として設定することの他に、図６に示すように、当該２つの第一同心巻部４１のうちの周第二方向Ｃ２側の第一同心巻部４１を対象同心巻部４３として設定することが可能である。後者のように設定した場合には、第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が磁極ピッチＰの３倍に応じた値となるのに対し、前者のように設定した場合には、第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が磁極ピッチＰの１倍に応じた値となる。よって、この例では、当該２つの第一同心巻部４１のうちの、第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が小さくなる方の第一同心巻部４１である、周第一方向Ｃ１側の第一同心巻部４１が、対象同心巻部４３に設定される。

以上のように、接続導線３０が巻回部３３を備える構成とすることで、ステータ１０の製造時に、対象同心巻部４３を保持する治具を利用して巻回部３３を保持することができる。すなわち、接続導線３０の一部（巻回部３３の形成部分）をステータ１０の製造時に保持することができるため、ステータ１０の製造品質の向上を図ることができる。また、対象同心巻部４３が上記の選択条件に基づき設定されると共に、対象同心巻部４３の巻回数が、対象同心巻部４３ではない同心巻部に比べて巻回部３３の巻回数だけ少なく設定されるため、接続導線３０が巻回部３３を備えない場合に比べて、対象同心巻部４３が巻回されるスロット１２間をコア１１に対して軸方向の外側において接続する線状導体の体積を増加させることなく、接続導線３０におけるコア１１に対して軸方向の外側に配置される部分の体積を減少させることができる。よって、接続導線３０が巻回部３３を備える構成とすることで、コイルエンド部の小型化も図ることができる。

更に、対象同心巻部４３の候補となる同心巻部が複数存在する場合には、第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が最も小さくなる同心巻部が、対象同心巻部４３として設定される。よって、直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０の中での延在長さの最大値を小さく抑えることができることに加えて、直列コイル部２０が備える複数の第一延在部３１及び複数の第二延在部３２の中での延在長さの最大値を小さく抑えることもできるため、ステータ１０の製造品質の向上をより一層図ることができる。なお、上記のように、第一延在部３１や第二延在部３２の周方向Ｃの延在長さを、接続導線３０による接続対象の２つの同心巻部の周方向Ｃの間であって、当該２つの同心巻部のそれぞれの周方向Ｃの配置領域を除く周方向Ｃの領域における延在長さとしているのは、接続導線３０における当該２つの同心巻部の周方向Ｃの配置領域に配置される部分は、当該２つの同心巻部が存在する分だけ、ステータ１０の製造時に他相の相コイル２と接触し難いからである。

３．その他の実施形態
最後に、本発明に係る回転電機用コイルの、その他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記第二の実施形態では、接続導線３０により接続される２つの同心巻部の周方向Ｃの間に予め定められた選択条件を満たす同心巻部が複数存在する場合には、接続導線３０による接続対象の２つの同心巻部の周方向Ｃの間における第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が、最も小さくなる同心巻部を、対象同心巻部４３として設定する構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、例えば図６に示す例のように、予め定められた選択条件を満たす同心巻部のうちの、第一延在部３１及び第二延在部３２のそれぞれの周方向Ｃの延在長さの差が最も小さくなる同心巻部とは異なる同心巻部を、対象同心巻部４３として設定する構成とすることもできる。また、上記第二の実施形態では、１つの接続導線３０が１つの巻回部３３を備える場合を例として説明したが、１つの接続導線３０が周方向Ｃの互いに異なる位置に複数の巻回部３３を備える構成とすることもできる。例えば、上記の選択条件を満たす全ての同心巻部のそれぞれに対応して複数の対象同心巻部４３を設定し、接続導線３０が当該複数の対象同心巻部４３のそれぞれに巻回される複数の巻回部３３を備える構成とすることができる。更に、上記第二の実施形態では、直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０のそれぞれが、巻回部３３を備える場合を例として説明したが、直列コイル部２０が備える複数の接続導線３０のうちの一部の接続導線３０のみが、巻回部３３を備える構成とすることもできる。

（２）上記の各実施形態では、直列コイル部２０の一端部を構成する第一同心巻部４１と他端部を構成する第二同心巻部４２とが、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、例えば図７に示す例のように、直列コイル部２０の接続端子９０側の端部を構成する第一コイル部５１と、第二コイル部５２とが、磁極ピッチＰの（Ｍ＋１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される構成とすることで、直列コイル部２０の一端部を構成する第一同心巻部４１と他端部を構成する第二同心巻部４２とが、磁極ピッチＰの（Ｍ−１）倍だけ周方向Ｃに離間して配置される構成とすることもできる。

（３）上記の各実施形態では、Ｍが“４”に設定された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、Ｍを６以上の偶数（例えば、“６”）に設定することも可能である。また、Ｍを３以上の奇数に設定することも可能である。このようにＭが奇数である場合には、上記の各実施形態とは異なり、直列コイル部２０において互いに直列接続される第一同心巻部４１及び第二同心巻部４２が、磁極ピッチＰのＭ倍だけ周方向Ｃに離間して配置される構成とすると好適である。この場合、直列コイル部２０の一端部を構成する第一同心巻部４１と他端部を構成する第二同心巻部４２とは、磁極ピッチＰのＭ倍だけ周方向Ｃに離間して配置される。図８は、このような構成の例を示す図であり、この例では、Ｍが“３”に設定されている。なお、この図８に示す例では、Ｎは上記の各実施形態と同様に“２”に設定されている。

（４）上記の各実施形態では、Ｎが“２”に設定された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、Ｎを２の正の倍数であって４以上の値（例えば、“４”）に設定することも可能である。

（５）上記の各実施形態では、複数の相のそれぞれに対応する相コイル２がスター結線されてコイル１が構成される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、複数の相のそれぞれに対応する相コイル２がデルタ結線されてコイル１が構成されても良い。

（６）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、互いに並列接続されるＭ個（Ｍは３以上の整数を表す）のコイル部を備え、円筒状のコア基準面の周方向に分散配置された複数のスロットを有するコアに巻装されて（Ｍ×Ｎ×２）個（Ｎは２の正の倍数を表す）の磁極を形成する回転電機用コイルに利用することができる。

１：コイル（回転電機用コイル）
１１：コア
１２：スロット
２０：直列コイル部（コイル部）
３０：接続導線
３１：第一延在部（延在部）
３２：第二延在部（延在部）
３３：巻回部
４１：第一同心巻部（同心巻部）
４２：第二同心巻部（同心巻部）
４３：対象同心巻部
Ｃ：周方向
Ｐ：磁極ピッチ
Ｒ：径方向
Ｓ：コア基準面

Claims (7)

1. 互いに並列接続されるＭ個（Ｍは３以上の整数を表す）のコイル部を備え、円筒状のコア基準面の周方向に分散配置された複数のスロットを有するコアに巻装されて（Ｍ×Ｎ×２）個（Ｎは２の正の倍数を表す）の磁極を形成する回転電機用コイルであって、
   巻回方向が互いに逆方向の同心巻部である第一同心巻部と第二同心巻部とを、前記周方向に沿って磁極ピッチ毎に交互に備え、
   前記コイル部のそれぞれは、Ｎ個の前記第一同心巻部とＮ個の前記第二同心巻部とを、前記第一同心巻部と前記第二同心巻部とが１つずつ交互となるように直列接続して構成され、
   前記第一同心巻部のそれぞれが、当該第一同心巻部と同じ前記コイル部を構成する他の前記第一同心巻部と前記コア基準面の径方向に対向するように配置されると共に、前記第二同心巻部のそれぞれが、当該第二同心巻部と同じ前記コイル部を構成する他の前記第二同心巻部と前記径方向に対向するように配置され、
   同じ前記コイル部を構成して互いに直列接続される前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部が、前記磁極ピッチの２倍以上前記周方向に互いに離間して配置される回転電機用コイル。
2. 前記コイル部は、互いに直列接続される２つの前記同心巻部を接続する接続導線を備え、
   前記接続導線は、他の前記コイル部を構成する前記同心巻部である対象同心巻部に対して、同心状に巻回される巻回部を備え、
   前記対象同心巻部の巻回数が、前記対象同心巻部ではない前記同心巻部に比べて、前記巻回部の巻回数だけ少なく設定されている請求項１に記載の回転電機用コイル。
3. 前記巻回部の巻回方向が、当該巻回部の両端から延びる前記接続導線の２本の延在部の前記周方向の配置領域が互いに重複しない巻回方向となるように、前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部のいずれかから前記対象同心巻部が設定されている請求項２に記載の回転電機用コイル。
4. 前記対象同心巻部は、前記接続導線により接続される２つの前記同心巻部の前記周方向の間に配置される複数の前記同心巻部の中から、予め定められた選択条件に基づき設定され、
   前記接続導線は、前記巻回部の一端から接続対象の前記第一同心巻部まで延びる第一延在部と、前記巻回部の他端から接続対象の前記第二同心巻部まで延びる第二延在部とを有し、
   前記選択条件を満たす前記同心巻部が複数存在する場合には、前記接続導線による接続対象の２つの前記同心巻部の前記周方向の間における前記第一延在部及び前記第二延在部のそれぞれの前記周方向の延在長さの差が、最も小さくなる前記同心巻部を、前記対象同心巻部として設定する請求項２又は３に記載の回転電機用コイル。
5. Ｍが偶数であり、前記コイル部において互いに直列接続される前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部が、前記磁極ピッチの（Ｍ＋１）倍又は（Ｍ−１）倍だけ前記周方向に離間して配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用コイル。
6. 前記コイル部の一端部を構成する前記第一同心巻部と他端部を構成する前記第二同心巻部とが、前記磁極ピッチの（Ｍ＋１）倍だけ前記周方向に離間して配置されている請求項５に記載の回転電機用コイル。
7. Ｍが奇数であり、前記コイル部において互いに直列接続される前記第一同心巻部及び前記第二同心巻部が、前記磁極ピッチのＭ倍だけ前記周方向に離間して配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用コイル。

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