JP4823797B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、インバータにより駆動される電動機に関する。

従来より、固定子鉄心のスロットに複数の導体セグメントを挿入するとともに、その複数の導体セグメントを各々接合して三相の固定子巻線を形成したセグメント接合型の電動機が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

上記セグメント接合型の電動機の固定子では、一つのスロットに４本の導体セグメントが径方向に隣接した状態で挿入されている。そして、固定子鉄心を略１周する周回コイルが一つのスロットあたり二つ形成され、これら両周回コイルが直接直列に接続されている。また、周方向に並ぶ複数のスロットで相スロット群が形成されており、同相の相スロット群に収容されたｎ個の周回コイル（第１から第ｎの周回コイル）が直列接続されて相コイルが形成されている。

上記電動機においては、同じスロットに収容されている二つの周回コイルは直接直列に接続されている。したがって、入力端子に接続されている周回コイル（第１周回コイル）及びそれに直列接続されている周回コイル（第２周回コイル）は、同じスロットに隣接して収容されていることとなる。このような構成の電動機の入力端子にインバータにより電圧を印加すると、インバータスイッチングの瞬間には、まず第１周回コイルに電流が流れる。そして、この周回コイルからは同じスロット内に隣接して配置されている第２周回コイルに、両周回コイル間の浮遊容量を介して電流が流れる。その結果、第１及び第２の周回コイルに電流が流れることとなり、入力端子側の二つの周回コイルに電流が集中して流れることとなる。その結果、入力端子側における二つの周回コイルの両端には高電位差が生じる。

このような状態が発生すると、上記二つの周回コイルよりも中性点側の周回コイルと第１周回コイルとの間には、さらに大きな電位差が生じる。そのため、コイルエンドにおける第１周回コイルの周方向両側の箇所において、部分放電が発生し絶縁破壊を起こすおそれがある。
特開２００４−１１２８９０号公報 特開２００５−２０９４３号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、コイルエンドにおいて隣接する周回コイル間に生じる電位差を抑制し、部分放電の発生を抑止することができる電動機を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて作用、効果等を示しつつ説明する。

請求項１に記載の発明では、周方向に並ぶ複数のスロットのうち連続したｍ個のスロットからなる相スロット群が複数繰り返し配置された円筒状の固定子鉄心、及び前記各相スロット群に収容された複数の相コイルを中性点で接続してなる固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、周方向に沿って複数の磁極が形成された回転子とを備え、インバータにより駆動される電動機において、前記各相コイルを、前記固定子鉄心の周方向に略１周する周回コイルをｎ個（ｎは２×ｍ以上の整数）直列接続して形成し、前記ｎ個の周回コイルのうち外部引き出し端子に接続されている端子側周回コイルを、前記相スロット群を構成するｍ個のスロットのうち、他相の前記相スロット群と隣接しない前記スロットに配置するとともに、前記端子側周回コイルが配置されているスロットにおける前記端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に、前記端子側周回コイルが配置されているスロットと隣接するスロットにおいて前記端子側周回コイルと周方向に隣接させて配置する周回コイルよりも中性点側の周回コイルを配置したことを特徴としている。

インバータによるスイッチングの瞬間に相コイルに流れる電流は、周回コイル間の浮遊容量の影響を受ける。すなわち、スイッチングの瞬間にはまず端子側周回コイルに電流が流れる。そして、端子側周回コイルからは、この周回コイルとの間での浮遊容量が最も大きい周回コイルに電流が流れる。周方向に隣り合うスロット内に配置された周回コイル間と同じスロット内で径方向に隣接配置された周回コイル間とを比較すると、後者の方が互いに近接して配置されるため浮遊容量は大きい。そのため、スイッチングの瞬間には、端子側周回コイルから、それと同じスロットで径方向に隣接配置された周回コイルに電流が流れる。

ここで、本発明では、端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に、端子側周回コイルと周方向に隣り合う位置に配置される周回コイルよりも中性点側の周回コイルを配置している。このため、端子側周回コイルに流れた電流は、この周回コイルと周方向及び径方向に隣接する周回コイルのうちで回路上最も中性点側に近い周回コイルに流れる。これにより、スイッチングの瞬間に流れる電流を端子側のみに集中させることなく、中性点側にも分散させることができる。この結果、両端に高電位差が生じる周回コイルを中性点側にも分散させることができる。

そして、コイルエンドにおいて端子側周回コイルと径方向及び周方向に隣接している周回コイルの中で回路上最も端子側周回コイルと離れた位置（中性点側の位置）にあるものは、端子側周回コイルと同じスロットで径方向に隣接配置されている周回コイルである。そのため、コイルエンドにおける端子側周回コイルとそれに隣接する周回コイルと間の電位差を、端子側周回コイル及びその径方向に隣接配置されている周回コイルの両端間の電位差よりも小さくすることができる。この結果、コイルエンドにおいて、隣接する周回コイル間に生じる電位差を抑制し、部分放電の発生を抑止することが可能となる。

請求項２に記載の発明では、前記端子側周回コイルと径方向に隣接する前記周回コイルを、前記外部引き出し端子側から数えて４番目の周回コイルとしたことを特徴としている。この構成により、端子側周回コイルの径方向に隣接する位置に、この周回コイルと周方向に隣接配置される周回コイルよりも中性点側の周回コイルを配置しつつ、その周回コイルの外部引き出し端子からの距離を回路上最小とすることができる。すなわち、端子側（１番目）周回コイルの周方向両隣に外部引き出し端子から数えて２番目と３番目の周回コイルを配置し、端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に４番目の周回コイルを配置する構成が端子側周回コイルとその径方向に隣接する周回コイルとの回路上の距離を最小とするものとなる。これにより、スイッチングの瞬間における高電位差周回コイルを分散させつつ、コイルエンドにける端子側周回コイルとそれに隣接する周回コイルとの間の電位差小さくすることができる。この結果、コイルエンドにおいて隣接する周回コイル間の電位差を抑制し、部分放電の発生をより効果的に抑止できる。

請求項３に記載の発明では、前記端子側周回コイルと径方向に隣接する前記周回コイルを、前記外部引き出し端子側から数えて（ｍ＋１）番目の周回コイルとしたことを特徴としている。これにより、外部引き出し端子側から数えて１番目からｍ番目までの周回コイルを連続したｍ個のスロットからなる相スロット群のそれぞれに１個ずつ配置する構成とすることが可能となり、相スロット群における電位のバランスを良好にすることができる。しかも、端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に外部引き出し端子側から数えて（ｍ＋１）番目の周回コイルを配置することで、相スロット群における電位のバランスを良好にしつつ、端子側周回コイルの径方向に隣接する周回コイルの外部引き出し端子からの距離を回路上最小とすることができる。この結果、相スロット群における電位のバランスを良好にしつつ、コイルエンドにおいて隣接する周回コイル間の電位差を抑制することが可能となる。

構成１では、周方向に並ぶ複数のスロットのうち連続したｍ個のスロットからなる相スロット群が複数繰り返し配置された円筒状の固定子鉄心、及び前記各相スロット群に収容された複数の相コイルを中性点で接続してなる固定子巻線を有する固定子と、前記固定子の内周側に配置され、周方向に沿って複数の磁極が形成された回転子とを備え、インバータにより断続的に電流が供給されて駆動される電動機において、前記各相コイルを、前記固定子鉄心の周方向に略１周する周回コイルをｎ個（ｎは２×ｍ以上の整数）直列接続して形成し、前記ｎ個の周回コイルのうち外部引き出し端子に接続されている端子側周回コイルを、前記相スロット群を構成するｍ個のスロットのうち、他相の前記相スロット群と隣り合わない前記スロットに収容するとともに、前記端子側周回コイルが収容されている同一スロットにおける前記端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に、前記外部引き出し端子側から数えて２番目の周回コイル以外の周回コイルを収容したことを特徴としている。

これによると、端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に、外部引き出し端子側から数えて２番目の周回コイル以外の周回コイルを収容している。これにより、端子側周回コイルが収容されているスロットの隣のスロットにおいて端子側周回コイルと周方向に隣り合う位置に、端子側周回コイルと径方向に隣接する周回コイルよりも回路上外部引き出し端子側のコイルを収容することが可能となる。これにより、コイルエンドにおいてこれら周方向に隣接する周回コイル間の電位差を、端子側周回コイルとその径方向に隣接配置されている周回コイルとの両端間の電位差よりも小さくすることができる。この結果、少なくとも周方向に隣接するこの周回コイル間における電位差を抑制し、部分放電の発生を抑止することが可能となる。

請求項４に記載の発明では、前記固定子巻線を、断面略矩形状の電気導体により形成したことを特徴としている。これにより、スロット内における電気導体の占積率を高めることができ、電動機の高出力化が可能となる。

請求項５に記載の発明では、前記スロットに配置された複数の導体セグメントの端部を互いに接合し、前記周回コイルを形成したことを特徴としている。連続線でなく複数の導体セグメントで周回コイルを形成することにより、周回コイルをスロット内に整列して配置することが容易となる。この結果、スロット内における電気導体の占積率を高め、電動機を高出力化することが容易となる。

以下、本発明の電動機を車両の走行動力発生用の走行モータとして具現化した場合の一実施の形態について説明する。

まず、本実施形態の走行モータの構成について説明する。図１は本実施形態の走行モータの全体構造を示す断面図である。また、図２は走行モータの回路図である。図１に示すように、本実施形態の走行モータ１０は、ハウジング１１、回転子２０、固定子３０を含んで構成されている。

回転子２０は、回転軸２１、回転子鉄心２２及び永久磁石２３を含んで構成されている。回転子鉄心２２は回転軸２１に固定されている。また、回転軸２１は一組の軸受１２，１３を介してハウジング１１に回転自在に支持されている。永久磁石２３は、回転子鉄心２２の周方向に所定ピッチで複数個埋設して配置され、各永久磁石２３の極性が周方向に交互に異なるように着磁されている。なお、回転子２０の構造は、例えば、ランデルポールコアに界磁巻線を巻装した巻線界磁式等、公知の種々の形式に置換可能である。

固定子３０は、回転子２０の径方向外側に配置されている。固定子３０は、固定子鉄心３１と固定子巻線３２とにより構成されている。固定子鉄心３１は円筒状であり、ハウジング１１の周壁内周面に固定されている。固定子巻線３２は、固定子鉄心３１の各スロットに巻装されている。また、固定子鉄心３１の一方の軸方向端面からは固定子巻線３２の第１コイルエンド部３２ａが回転軸２１に沿った方向に突出しており、他方の軸方向端面からは固定子巻線３２の第２コイルエンド部３２ｂが回転軸２１に沿った方向に突出している。

図２に示すように、固定子巻線３２は、Ｕ相コイル３２ＵとＶ相コイル３２ＶとＷ相コイル３２Ｗとを中性点Ｎで接続することによりＹ結線されて形成されている。Ｕ相コイル３２Ｕは、第１〜第６の周回コイルＵ１〜Ｕ６が直列接続されて形成されている。同様に、Ｖ相コイル３２Ｖは第１〜第６の周回コイルＶ１〜Ｖ６が直列接続されて形成され、Ｗ相コイル３２Ｗは第１〜第６の周回コイルＷ１〜Ｗ６が直列接続されて形成されている。なお、各相の周回コイルは、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの外部引き出し端子（以下、Ｕ端子３２０Ｕ、Ｖ端子３２０Ｖ、Ｗ端子３２０Ｗと呼ぶ）側から中性点Ｎ側に向けて第１から第６と番号づけしている。

バッテリ４０と、Ｕ端子３２０Ｕ，Ｖ端子３２０Ｖ及びＷ端子３２０Ｗとの間には、インバータ４１が接続されている。インバータ４１は、六つのパワー素子４２から構成されている。

車両駆動時においては、コントローラ（図示略）からの指示により、パワー素子４２が適宜スイッチング操作され、バッテリ４０からインバータ４１を介して固定子巻線３２に三相交流電圧が印加される。この印加電圧により、回転子２０が回転する。回転子２０の回転軸２１は、エンジンのクランク軸（図示略）に直結或いはクラッチ、ギヤ等を介して結合されている。直結の場合は、回転子２０の回転軸２１の回転により、エンジンが始動する。

次に、固定子３０の詳細について説明する。図３は固定子巻線３２を構成する基本セグメント３３の模式的形状を示す斜視図である。図４は固定子３０の軸方向に垂直な断面を展開して部分的に示す図である。

固定子鉄心３１は、薄い鋼板を重ね合わせた積層型のものであり、その内周面には複数のスロット３５が形成されている。なお、スロット３５は、回転子２０の磁極数に対応して三相の固定子巻線３２をスロット３５内に収容するために、７２個形成されている。

図３に示すように、固定子巻線３２は、略矩形断面（平角断面）の一定太さの電気導体を略Ｕ字状に成形した基本セグメント３３をスロット３５に挿入し、それらの端部を接続して形成されている。基本セグメント３３は、大セグメント３３１と小セグメント３３２とにより構成されている。

大セグメント３３１は、内径側被収容部３３１ａ、外径側被収容部３３１ｂ、ターン部３３１ｃ、内径側開放端部３３１ｄ及び外径側開放端部３３１ｅを有している。内径側被収容部３３１ａと外径側被収容部３３１ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチ（本実施形態では９スロット分）だけ離間した二つのスロット３５に収容されている。大セグメント３３１の内径側被収容部３３１ａはスロット３５における最内径側に配置されており、外径側被収容部３３１ｂはスロット３５における最外径側に配置されている。ターン部３３１ｃは内径側被収容部３３１ａの一端と外径側被収容部３３１ｂの一端とをスロット３５の外で連結している。内径側開放端部３３１ｄは内径側被収容部３３１ａの他端からスロット３５の外に延在している。同様に、外径側開放端部３３１ｅは、外径側被収容部３３１ｂの他端からスロット３５の外に延在している。

小セグメント３３２も、大セグメント３３１と同様に、内径側被収容部３３２ａ、外径側被収容部３３２ｂ、ターン部３３２ｃ、内径側開放端部３３２ｄ及び外径側開放端部３３２ｅを有している。小セグメント３３２は、大セグメント３３１に囲まれるように配置されている。内径側被収容部３３２ａと外径側被収容部３３２ｂとは、それぞれ所定の磁極ピッチだけ離間した二つのスロットに収容されている。内径側被収容部３３２ａはスロット３５における内径側被収容部３３１ａの外径側に隣接して配置されており、外径側被収容部３３２ｂはスロット３５における外径側被収容部３３１ｂの内径側に隣接して配置されている。ターン部３３２ｃは、内径側被収容部３３２ａの一端と外径側被収容部３３２ｂの一端とを、スロット外で連結している。内径側開放端部３３２ｄは、内径側被収容部３３２ａの他端からスロット外に延在している。同様に、外径側開放端部３３２ｅは、外径側被収容部３３２ｂの他端からスロット外に延在している。

上述のように、固定子巻線３２は複数の基本セグメント３３の端部を接続して形成されている。そして、図４に示すように、固定子鉄心３１の各スロット３５には、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）のセグメント３３１，３３２の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂが収容されている。一のスロット３５内における４本のセグメント３３１，３３２の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、固定子鉄心３１の径方向に関して内側から内端層Ｘ１、内中層Ｘ２、外中層Ｘ３、外端層Ｘ４の順で一列に配列されている。スロット３５内におけるセグメント３３１，３３２とスロット３５の内壁面との間には、セグメント３３１，３３２と固定子鉄心３１との間を電気絶縁するインシュレータ３４が配設されている。

上述のように、各スロット３５内に配置された被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、所定の磁極ピッチ（本実施形態では９スロット分）離れた他のスロット３５内に配置した被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂと対をなしている。特に、第１及び第２のコイルエンド部３２ａ，３２ｂにおける複数のセグメント３３１，３３２間の隙間を確保し整列して配置するために、一のスロット３５内における所定の層の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における他の層の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂと対をなしている。

例えば、図４に示すように、一のスロット３５内における内端層Ｘ１の被収容部３３１ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット３５内における内中層Ｘ２の被収容部３３２ａは固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂと対をなしている。

そして、これらの対をなす被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂは、固定子鉄心３１の第１コイルエンド部３２ａ側において連続線（ターン部３３１ｃ、３３２ｃ）により接続されている。したがって、固定子鉄心３１の第１コイルエンド部３２ａ側においては、内中層Ｘ２の被収容部３３２ｂと外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂとを接続するターン部３３２ｃを、内端層Ｘ１の被収容部３３１ａと外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂとを接続するターン部３３１ｃが囲むこととなる。

一方、一のスロット３５内における内中層Ｘ２の被収容部３３２ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における内端層Ｘ１の被収容部３３１ａ’とも電気的に対をなしている。同様に、一のスロット３５内における外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂ’は、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂと電気的に対をなしている。

そして、固定子鉄心３１の第２コイルエンド部３２ｂ側において、これらの被収容部３３２ａ，３３１ａ’，３３１ｂ’，３３２ｂからスロット３５の外に延在する開放端部３３２ｄ，３３１ｄ’，３３１ｅ’，３３２ｅの端部同士は溶接等で接合され電気的に結線されている。したがって、固定子鉄心３１の第２コイルエンド部３２ｂ側においては、内端層Ｘ１の電気導体と内中層Ｘ２の電気導体とを接続する接合部と、外中層Ｘ３の電気導体と外端層Ｘ４の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。

また、図４に示すように、周方向に並ぶ３つのスロット３５でＵ相スロット群３５Ｕ，Ｖ相スロット群３５Ｖ及びＷ相スロット群３５Ｗを形成している。そして、各相スロット群３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗに収容されているセグメント３３で各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗが形成されている。ここで、同相の相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗが収容されて互いに周方向に並ぶスロット３５をそれぞれ互いに同相スロットであると呼び、これらの同相スロット全体を同相スロット群３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗと呼ぶものとする。

上述したセグメント３３の接続について、巻線仕様図を用いてさらに説明する。図５及び図６は、Ｕ相における第ｉ周回コイルＵｉ及び第ｉ’周回コイルＵｉ’（ｉ，ｉ’は１〜６のいずれか）の結線状態を示す巻線仕様図である。図５及び図６においては、内端層Ｘ１に収容され又はそこからスロット３５外に延在するセグメント３３の部分（大セグメント３３１の内径側被収容部３３１ａ、内径側開放端部３３１ｄ、及びターン部３３１ｃの内径側被収容部３３１ａ側の部分）を二点鎖線で示している。同様に、内中層Ｘ２、外中層Ｘ３及び外端層Ｘ４に収容され又はそこからスロット３５外に延在するセグメント３３の部分をそれぞれ実線、破線、一点鎖線で示している。また、図５及び図６においては、上段がタ−ン部３３１ｃ、３３２ｃを配列してなる第１コイルエンド部３２ａであり、下段が接合部を配列してなる第２コイルエンド部３２ｂである。なお、図の中央に横一列に並ぶ数字はスロット番号を表している。

図５に示すように、第ｉ周回コイルＵｉを構成するセグメント３３１，３３２の被収容部３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂはスロット番号の１番から９スロットおきに配置されている。上述のように、第１コイルエンド部３２ａにおいて、一のスロット３５内における内端層Ｘ１の被収容部３３１ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂとターン部３３１ｃにより接続されている。同様に、一のスロット３５内における内中層Ｘ２の被収容部３３２ａは固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂとターン部３３２ｃにより接続されている。

一方、第２コイルエンド部３２ｂにおいて、一のスロット３５内における内中層Ｘ２の被収容部３３２ａは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における内端層Ｘ１の被収容部３３１ａと溶接等により接合されている。同様に、一のスロット３５内における外端層Ｘ４の被収容部３３１ｂは、固定子鉄心３１の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内における外中層Ｘ３の被収容部３３２ｂと溶接等により接合されている。

そして、固定子鉄心３１を略１周する第ｎ周回コイルＵｎが形成される。なお、第ｉ周回コイルＵｉの両端部ｉ１，ｉ２を含むセグメントは、基本セグメント３３とは形状の異なる異形セグメントで構成されている。

同様に、図６に示すように、第ｉ周回コイルＵｉを収容しているものと同一のスロット３５に収容された他のセグメント３３で、固定子鉄心３１を略１周する第ｉ’周回コイルＵｉ’が形成される。

他のＵ相スロット群３５Ｕに属するスロット３５に配置されているセグメント３３も同様に２つの周回コイルＵｉが形成され、Ｕ相スロット群３５で計６つの周回コイルＵ１〜Ｕ６が形成される。６つの周回コイルＵ１〜Ｕ６は直列に接続されてＵ相コイル３２Ｕが形成される。

ここで、６つの周回コイルＵ１〜Ｕ６は、Ｕ相スロット群３５Ｕ内において図７（ａ）に示すような配置とされている。図７（ａ）において、セグメント３３に付された１から６の数字は、各相の周回コイル（Ｕ１からＵ６等）を示している。図７（ａ）に示すように、周方向に並ぶ３つのＵ相スロットのうち、中央のスロット３５内に第１及び第４の周回コイルＵ１，Ｕ４が配置されている。そして、その右隣のスロット３５内には、第２及び第５の周回コイルＵ２，Ｕ５、左隣のスロット３５内に第３及び第６の周回コイルＵ３，Ｕ６が配置されている。なお、周回コイルＵ１，Ｕ２及びＵ３は隣り合うスロット３５内において同層に配置されている。同様に、周回コイルＵ４，Ｕ５及びＵ６も隣り合うスロット３５内において同層に配置されている。

Ｕ相コイル３２Ｕと同様にして、互いに１２０度ずつ位相の異なるスロット３５にＶ相コイル３２Ｖ及びＷ相コイル３２Ｗが形成されている。

次に、上記構成の走行モータ１０において、インバータ４１を介して固定子巻線３２にＵ端子３２０Ｕから電圧を印加した瞬間の周回コイルにかかる電圧を本発明の効果とともに説明する。

図７には、周回コイル間及び周回コイルと固定子鉄心３１との間の浮遊容量の結合状態を模式的に示している。また、図８は浮遊容量を含めた固定子巻線の等価回路を示す図、図９はインバータスイッチングにより１３００Ｖサージ電圧を印加した場合における各周回コイルのＵ端子からの電位差を示す図である。なお、図７から図９では、（ａ）は本実施形態、（ｂ）は従来の周回コイルの結合構造によるものを示している。

図７に示すように、スロット３５内において径方向に隣接する各セグメント３３間及び各セグメント３３と固定子鉄心３１と間には、浮遊容量３６，３７が存在している。したがって、インバータ４１によるスイッチングの瞬間には、これらの浮遊容量３６，３７を介して周回コイルに電流が流れる。なお、周方向に隣り合うスロット３５内に収容されているセグメント３３間にも浮遊容量は存在するが、上記浮遊容量３６，３７に比べて非常に小さいので、省略している。

図７（ｂ）に示す従来の構成では、一のスロット３５に収容されている４本のセグメント３３で形成された二つの周回コイル（例えばＵ１，Ｕ２）は直接直列に接続されている。したがって、Ｕ端子Ｕ３２０が接続されている第１周回コイルＵ１は、スロット３５内において第２周回コイルＵ２と径方向に隣接配置されている。そのため、インバータ４１のスイッチングの瞬間、図８（ｂ）の矢印で示すように、電流はＵ端子Ｕ３２０からまず第１周回コイルＵ１に流れ、次にそれに接続されている浮遊容量３６を介して同じスロット３５内に配置されている第２周回コイルＵ２に流れる。このため、スイッチングの瞬間における電流は、第１及び第２の周回コイルＵ１，Ｕ２に集中する。その結果、図９（ｂ）に示すように、第１及び第２の周回コイルＵ１，Ｕ２の両端に高電位差が発生する。

また、Ｕ端子Ｕ３２０との間の電位差は回路上でＵ端子Ｕ３２０から離れるほど大きくなる。そして、従来の構成では、Ｕ端子Ｕ３２０に接続されている第１周回コイルＵ１は、第１コイルエンド部３２ａにおいて、第２，第３及び第５周回コイルＵ２，Ｕ３，Ｕ５と径方向又は周方向に隣接している。

そして、Ｕ端子Ｕ３２０から第３周回コイルＵ３までの間及びＵ端子Ｕ３２０から第５周回コイルＵ５までの間には、スイッチングの瞬間に電流が集中して流れる２つの周回コイルＵ１，Ｕ２が含まれている。そのため、スイッチングの瞬間におけるＵ端子Ｕ３２０から第３周回コイルＵ３までの間の電位差は約８５０Ｖとなり、Ｕ端子Ｕ３２０から第５周回コイルＵ５までの間の電位差は約１０００Ｖとなる。ここで、本実施形態の体格の走行モータ１０では、第１コイルエンド部３２ａにおけるコイル間の電圧が約８００Ｖ以上になると部分放電が発生しうる。したがって、従来の周回コイルの結合構造では、スイッチングの瞬間において、第１周回コイルＵ１と第３周回コイルＵ３との間及び第１周回コイルＵ１と第５周回コイルＵ５との間で部分放電が発生するおそれがある。

これに対し、図７（ａ）に示す本発明の構成では、Ｕ端子Ｕ３２０が接続されている第１周回コイルＵ１は、スロット３５内において第４周回コイルＵ４と径方向に隣接して配置されている。そのため、インバータ４１のスイッチングの瞬間、図８（ａ）の矢印で示すように、電流はＵ端子Ｕ３２０からまず第１周回コイルＵ１に流れ、次にそれに接続されている浮遊容量３６を介して同じスロット３５内に配置されている第４周回コイルＵ４に流れる。このため、スイッチングの瞬間における電流は、Ｕ端子Ｕ３２０側に集中することなく、Ｕ端子Ｕ３２０側と中性点Ｎ側とに分散して流れる。その結果、図９（ａ）に示すように、両端に高電位差が生じる高電位差コイルが分散する。

そして、本発明の構成では、第１コイルエンド部３２ａにおいて、Ｕ端子Ｕ３２０に接続されている第１周回コイルＵ１は、第２，第３及び第４周回コイルＵ２，Ｕ３，Ｕ４と径方向又は周方向に隣接している。これらの周回コイルＵ２，Ｕ３，Ｕ４の中で、第１周回コイルＵ１と回路上最も離れた位置にある周回コイルは第４周回コイルＵ４である。

そして、Ｕ端子Ｕ３２０から第４周回コイルＵ４までの間には、スイッチングの瞬間に電流が集中して流れる周回コイルは第１周回コイルＵ１だけである。そのため、図９（ａ）に示すように、スイッチングの瞬間におけるＵ端子Ｕ３２０から第４周回コイルＵ４までの間の電位差を約６００Ｖとすることができる。その結果、第１周回コイルＵ１と第２，第３及び第４周回コイルＵ２，Ｕ３，Ｕ４との間で部分放電が発生するおそれを抑制することができる。

特に、本実施形態では、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルを第４周回コイルＵ４としている。これにより、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルを、第１周回コイルＵ１の周方向隣接コイルよりも中性点Ｎ側のものとしつつ、その周回コイルのＵ端子３２０Ｕからの回路上の距離を最小にすることができる。すなわち、第１周回コイルＵ１の周方向両隣に第２及び第３の周回コイルＵ２，Ｕ３を配置し、第１周回コイルＵ１と径方向に隣接する位置に第４周回コイルＵ４を配置する構成が、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルを、第１周回コイルＵ１の周方向隣接コイルよりも中性点Ｎ側のものとしつつ、第１周回コイルＵ１とその径方向に隣接する周回コイルとの距離を最も近くするものとなる。この構成とすることにより、第１コイルエンド部３２ａにおいて隣接する周回コイル間の電位差を抑制し、部分放電の発生をより効果的に抑止できる。

本実施形態では、固定子巻線３２は、スロット３５内に挿入された複数の略Ｕ字状セグメント３３の端部を接合して形成されている。固定子巻線３２を形成する電気導体をセグメント状とすることで、電気導体をスロット３５内に整列して配置することが容易となり、スロット３５内における導体占積率を高めることが容易となる。また、セグメント３３は断面が略矩形状であり、スロット３５の形状に沿ったものとすることで、スロット３５内における導体占積率を高めている。これにより、走行モータ１０の高出力化が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、周方向に並んだ３つのスロット３５でスロット群３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗを形成したが、スロット群３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗを形成するスロット３５の数は３つに限られるものではなく、３つ以上であればよい。また、各相コイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは６つの周回コイルＵ１〜Ｕ６，Ｖ１〜Ｖ６，Ｗ１〜Ｗ６で形成したが、６つ以上で形成してもよい。

なお、スロット群を形成するスロット３５の数をｍ個（ｍは３以上の整数）とした場合、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルを第（ｍ＋１）周回コイルとしてもよい。これにより、Ｕ端子Ｕ３２０から数えて１番目からｍ番目までの周回コイルを連続したｍ個のスロット２５からなる相スロット群のそれぞれに１個ずつ配置する構成とすることが可能となり、相スロット群における電位のバランスを良好にすることができる。しかも、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルを第（ｍ＋１）周回コイルとすることで、相スロット群における電位のバランスを良好にしつつ、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルのＵ端子Ｕ３２０からの距離を回路上最小とすることができる。この結果、相スロット群における電位のバランスを良好にしつつ、コイルエンドにおいて隣接する周回コイル間の電位差を抑制することが可能となる。

また、上記実施形態では、第１周回コイルＵ１の径方向の隣接位置に、第１周回コイルＵ１の両周方向隣接コイルよりも中性点Ｎ側の周回コイルを配置した。しかし、第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルを周方向隣接コイルの少なくとも一方よりも中性点Ｎ側の周回コイルとすることで、第１コイルエンド部３２ａにおける部分放電の発生を抑止することが可能となる。すなわち、従来の構成では、第１周回コイルＵ１とその径方向に隣接する第２周回コイルＵ２とが直接直列に接続されていた。したがって、第１周回コイルＵ１の周方向隣接コイルはいずれも、第１周回コイルＵ１の径方向に隣接する第２周回コイルＵ２よりも中性点Ｎ側のものとなっている。そのため、第１コイルエンド部３２ａにおいて、第１周回コイルＵ１と両周方向隣接コイルとの間で部分放電を発生するおそれがある。この点、第１周回コイルＵ１の周方向隣接コイルうちの少なくとも一方を第１周回コイルＵ１の径方向隣接コイルよりも中性点Ｎ側の周回コイルとすることで、部分放電が発生するおそれのある箇所を少なくすることができ、第１コイルエンド部３２ａにおける部分放電の発生を抑止することが可能となる。

本発明の走行モータの全体構造を示す断面図。 本発明の走行モータの回路図。 本発明の固定子巻線を構成するセグメントの模式的形状を示す斜視図。 本発明の固定子の部分的な模式断面図。 本発明の周回コイルの巻線仕様図。 本発明の周回コイルの巻線仕様図。 （ａ）は本発明、（ｂ）は従来におけるスロット群における周回コイルの配置位置及び浮遊容量の結合状態を模式的に示す図。 （ａ）は本発明、（ｂ）は従来における浮遊容量を含めた固定子巻線の等価回路を示す図。 （ａ）は本発明、（ｂ）は従来におけるインバータスイッチングの瞬間のＵ端子からの電位差を示す図。

符号の説明

１０…走行モータ、１１…ハウジング、１２，１３…軸受、２０…回転子、２１…回転軸、２２…回転子鉄心、２３…永久磁石、３０…固定子、３１…固定子鉄心、３２…固定子巻線、３３…セグメント、３３１…大セグメント、３３２…小セグメント、３４…インシュレータ、３５…スロット、３６，３７…浮遊容量。

Claims (5)

1. 周方向に並ぶ複数のスロットのうち連続したｍ個のスロットからなる相スロット群が複数繰り返し配置された円筒状の固定子鉄心、及び前記各相スロット群に収容された複数の相コイルを中性点で接続してなる固定子巻線を有する固定子と、
   前記固定子の内周側に配置され、周方向に沿って複数の磁極が形成された回転子とを備え、
   インバータにより断続的に電流が供給されて駆動される電動機において、
   前記各相コイルを、前記固定子鉄心の周方向に略１周する周回コイルをｎ個（ｎは２×ｍ以上の整数）直列接続して形成し、
   前記ｎ個の周回コイルのうち外部引き出し端子に接続されている端子側周回コイルを、前記相スロット群を構成するｍ個のスロットのうち、他相の前記相スロット群と隣り合わない前記スロットに収容するとともに、
   前記端子側周回コイルが収容されている同一スロットにおける前記端子側周回コイルと径方向に隣接する位置に、そのスロットの隣のスロットにおいて前記端子側周回コイルと周方向に隣り合う位置に収容する周回コイルよりも中性点側の周回コイルを収容したことを特徴とする電動機。
2. 前記端子側周回コイルと径方向に隣接する前記周回コイルを、前記外部引き出し端子側から数えて４番目の周回コイルとしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記端子側周回コイルと径方向に隣接する前記周回コイルを、前記外部引き出し端子側から数えて（ｍ＋１）番目の周回コイルとしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記固定子巻線を、断面略矩形状の電気導体により形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電動機。
5. 前記スロットに配置された複数の導体セグメントの端部を互いに接合し、前記周回コイルを形成したことを特徴とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電動機。

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