JP5172439B2 - 回転電機の固定子および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装される各相の巻線部とを備えた回転電機の固定子およびこの固定子を備えた回転電機に関する。

回転電機の固定子を構成する各相の巻線部は、複数のコイルが直列に接続されてなるコイル群を並列に接続して構成されることが多い（例えば、特許文献１、２参照）。上記複数のコイルは、各々が磁極を形成するように固定子鉄心に巻装される。図９および図１０は、このような巻線部の一構成例を簡略的に示している。なお、図９および図１０は、各相の巻線部のうち、１相のみを示している。巻線部１は、第１コイルＬ１〜第４コイルＬ４からなる第１コイル群２と、第１コイルＬ１’〜第４コイルＬ４’からなる第２コイル群３とを並列に接続して構成されている。

各コイルの巻装方法としては、図９および図１０に示す２つの方法などがある。すなわち、同じコイル群の各コイルＬ１〜Ｌ４（Ｌ１’〜Ｌ４’）により形成される磁極が隣接するようにコイルを巻装する隣極巻線接続（図９）や、同じコイル群の各コイルＬ１〜Ｌ４（Ｌ１’〜Ｌ４’）により形成される磁極が隣接せずに１つ置きとなるように巻装する隔極巻線接続（図１０）などがある。
特開２００７−２８２４８３号公報 特開平１−１２９７３５号公報

上記したような構成の巻線部１を備えた回転電機においては、その出力を高めるためにインバータを用いて駆動することが行われている。インバータの出力電圧はパルス状であり、電圧変化率が高いため、非常に高い周波数成分を含んでいる。また、インバータの出力電圧は、電源ケーブルを介して回転電機に供給される。このようなことから、回転電機と電源ケーブルとの間における反射などが原因で、巻線部１には、最大でインバータの出力端における電圧の２倍程度のサージ電圧が印加されることが知られている。さらに、このサージ電圧は、巻線部１を構成する複数のコイルに不平等に分担されることも知られている。具体的には、複数のコイルのうち巻線部１の電源入力端子Ｐに近いコイルから順に、つまり第１コイルＬ１（始端コイル）、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３…という順に高い電圧が分担されることが知られている（特許文献２参照）。

各相の巻線部１において、各コイルを構成する導線間は、その導線のエナメル被膜により絶縁されるようになっている。従来のコイルの巻装方法では、巻線部１を構成する各コイルのエナメル被膜の厚さ（絶縁性能）を、最も高いサージ電圧が分担される第１コイルＬ１に合わせて設定していた。このため、エナメル被膜の厚さが増加することが避けられず、巻線部１の小型化を図る上での障害となっていた。また、コイルを巻装するための固定子鉄心の形状は定まっているので、エナメル被膜を厚くする分だけ導線の断面積（導体径）を小さくする必要がある。そうすると、巻線抵抗が増加するため、回転電機の効率が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サージ電圧に対する巻線部の絶縁性能を維持しつつ巻線部のサイズの増大を防止できる回転電機の固定子およびこの固定子を備えた回転電機を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１記載の回転電機の固定子は、固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装される各相の巻線部とを備え、前記各相の巻線部は、各々磁極を形成する複数のコイルが直列に接続されてなる第１〜第ｍコイル群（ただし、ｍは偶数）を有し、この第１〜第ｍコイル群は互いに並列に接続されており、外部から電源が供給される前記巻線部の一端に接続される前記第１〜第ｍコイル群の各始端コイルは、それぞれ他のコイル群の前記始端コイルとともに１つの磁極を形成するように巻装され、前記始端コイルのターン数は、１つのコイルにより１つの磁極を形成する通常のコイルのターン数の半分とされていることを特徴とする。

このような構成によれば、各コイル群を構成するコイルのうち、従来の構成で最も高い電圧が分担される傾向にあった各始端コイルのターン数を減ずることができる。これにより、各始端コイルに印加される電圧が従来の構成と比べて低減されるため、各始端コイル内での巻線間の絶縁性能を低く設定することができる。

本発明によれば、巻線部の始端コイルの絶縁性能を低く設定できるため、各相の巻線部の絶縁性能を維持しつつ各相の巻線部のサイズが大きくなることを防止できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図３を参照しながら説明する。
図２は、インバータにより駆動される電動機の固定子の概略構成を示す側面図（コイルエンド側から見た図）である。電動機１０（回転電機に相当）は、固定子１１と図示しない回転子とを備えている。固定子１１は、固定子鉄心１２に複数相、例えば三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線部１３ｕ〜１３ｗが巻装された構成である。固定子鉄心１２は、複数枚の鋼板を積層して一体的に結着することで形成されており、円環状をなしている。

固定子鉄心１２の内周には、各相の巻線部１３ｕ〜１３ｗを配設するための４８個のスロット１２ａが等角度で形成されている。各スロット１２ａの内部にはそれぞれスロット絶縁紙（図示せず）が配置されており、これにより、固定子鉄心１２とスロット１２ａ内に配設される各相の巻線部１３ｕ〜１３ｗとの間が絶縁されるようになっている。

図３は、三相の巻線部１３ｕ〜１３ｗの等価回路を示している。Ｕ相の巻線部１３ｕは、第１コイルＵ１〜第５コイルＵ５が直列に接続されてなる第１コイル群１３ｕ１と、第１コイルＵ１’〜第５コイルＵ５’が直列に接続されてなる第２コイル群１３ｕ２との並列回路により構成されている（ｍ＝２）。Ｖ相の巻線部１３ｖは、Ｕ相の巻線部１３ｕと同様、第１コイルＶ１〜第５コイルＶ５からなる第１コイル群１３ｖ１と、第１コイルＶ１’〜第５コイルＶ５’からなる第２コイル群１３ｖ２との並列回路により構成されている。Ｗ相の巻線部１３ｗは、Ｕ相の巻線部１３ｕと同様、第１コイルＷ１〜第５コイルＷ５からなる第１コイル群１３ｗ１と、第１コイルＷ１’〜第５コイルＷ５’からなる第２コイル群１３ｗ２との並列回路により構成されている。

第１コイル群１３ｕ１、１３ｖ１および１３ｗ１は、中性点Ｎ１を介してスター結線されている。また、第２コイル群１３ｕ２、１３ｖ２および１３ｗ２は、中性点Ｎ２を介してスター結線されている。そして、これらスター結線された第１コイル群１３ｕ１、１３ｖ１および１３ｗ１と、第２コイル群１３ｕ２、１３ｖ２および１３ｗ２とは、三相の電源入力端子Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの間に並列に接続されている。

さて、図２に示すように、巻線部１３ｕ〜１３ｗの第１コイル群１３ｕ１、第２コイル群１３ｕ２、第１コイル群１３ｖ１、第２コイル群１３ｖ２、第１コイル群１３ｗ１、第２コイル群１３ｗ２は、外周側（つまりスロット１２ａの底部側）からこの順にスロット１２ａ内に配設されている。Ｕ相の巻線部１３ｕのうち第１コイル群１３ｕ１は、その各コイルＵ１〜Ｕ５が周方向に等間隔に位置するように固定子鉄心１２のほぼ半周にわたって配置されている。また、第２コイル群１３ｕ２は、その各コイルＵ１’〜Ｕ５’が周方向に等間隔に位置するように固定子鉄心１２のほぼ半周にわたって且つ第１コイル群１３ｕ１とほぼ対向して配置されている。ただし、第１コイルＵ１およびＵ１’と、第５コイルＵ５およびＵ５’とは、それぞれ周方向における同じ位置に配置されている。

このような構成により、Ｕ相の巻線部１３ｕの第１コイル群１３ｕ１は、自身の各コイルＵ１〜Ｕ５が形成する磁極がそれぞれ隣り合うように、すなわち、図９に示した従来構成と同様の隣極巻線の接続形態となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイル群１３ｕ２も同様に巻装されている。なお、Ｖ相の巻線部１３ｖは、Ｕ相の巻線部１３ｕに対して４スロットずらして同様に配設されており、Ｗ相の巻線部１３ｗは、Ｖ相の巻線部１３ｖに対してさらに４スロットずらして同様に配設されている。また、各コイル間は、渡り線１４を介して接続されている。

各相の巻線部１３ｕ〜１３ｗにおいて、異相間（Ｕ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間およびＷ相−Ｕ相間）は、相間絶縁紙１５により絶縁されるようになっている。これに対し、同相間（第１コイル群１３ｕ１−第２コイル群１３ｕ２間、第１コイル群１３ｖ１−第２コイル群１３ｖ２間および第１コイル群１３ｗ１−第２コイル群１３ｗ２間）は、各コイルを構成する導線のエナメル被膜により絶縁されるようになっている。

図１は、Ｕ相の巻線部１３ｕにおける各コイルの配線および配置を簡略的に示している。巻線部１３ｕの一端である第１コイルＵ１およびＵ１’の各始端は、Ｕ相の電源が供給される電源入力端子Ｐｕに接続される。一方、巻線部１３ｕの他端である第５コイルＵ５およびＵ５’の各終端は、中性点Ｎ１、Ｎ２となりＶ相およびＷ相の第５コイルの各終端に接続される。

第１コイルＵ１およびＵ１’は、前述したように周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されているため、これら２つのコイルにより１つの磁極Ｍ１を形成するようになっている。また、第５コイルＵ５およびＵ５’も、第１コイルＵ１およびＵ１’と同様に、これら２つのコイルにより１つの磁極Ｍ５を形成するようになっている。第２コイルＵ２、Ｕ２’、第３コイルＵ３、Ｕ３’および第４コイルＵ４、Ｕ４’は、それぞれが１つずつの磁極Ｍ２〜Ｍ４、Ｍ６〜Ｍ８を形成するように固定子鉄心１２に巻装されている。

第１コイルＵ１、Ｕ１’、第３コイルＵ３、Ｕ３’および第５コイルＵ５、Ｕ５’は、互いに同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイルＵ２、Ｕ２’および第４コイルＵ４、Ｕ４’は、互いに上記極性とは反対の同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このような構成により、巻線部１３ｕは、８つの磁極Ｍ１〜Ｍ８を有する構成となっている。

第１コイルＵ１、Ｕ１’（始端コイルに相当）および第５コイルＵ５、Ｕ５’（終端コイルに相当）のターン数（巻数）は、第２コイルＵ２、Ｕ２’、第３コイルＵ３、Ｕ３’および第４コイルＵ４、Ｕ４’（いずれも通常のコイルに相当）のターン数の半分になっている。つまり、通常のコイルのターン数をＮ回とすると、第１コイルＵ１、Ｕ１’および第５コイルＵ５、Ｕ５’のターン数はＮ／２回となる。

なお、通常のコイルのターン数が奇数（Ｎ＝２ｎ＋１）である場合、第１コイルＵ１のターン数をｎ＋１回とし、第５コイルＵ５のターン数をｎ回とする。そして、第１コイルＵ１’のターン数をｎ回とし、第５コイルＵ５’のターン数をｎ＋１回とすればよい。これにより、通常のコイルのターン数が奇数であったとしても、第１コイルＵ１、Ｕ１’および第５コイルＵ５、Ｕ５’のターン数を、通常のコイルのターン数のほぼ半分に設定することができる。

次に、上記構成の作用および効果について説明する。
従来技術で述べたように、回転電機をインバータ駆動する場合において各相の巻線部にサージ電圧が印加されると、その電圧が複数のコイルに不平等に分担されるため、電源入力端子に接続される各第１コイルに最も大きな電圧が印加される。そこで、本実施形態の電動機１０の固定子１１は、電源入力端子Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに接続される巻線部１３ｕ〜１３ｗの第１コイルＵ１、Ｕ１’、Ｖ１、Ｖ１’、Ｗ１およびＷ１’のターン数を通常のコイルのターン数の半分とした。このため、上記第１コイルが分担する電圧は、図９および図１０に示した従来の巻線部１の第１コイルＬ１、Ｌ１’が分担する電圧と比べて低減される。

また、例えばＵ相の巻線部１３ｕにおいて、第１コイル群１３ｕ１の第１コイルＵ１と、第２コイル群１３ｕ２の第１コイルＵ１’とは、周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されている。これら第１コイル群１３ｕ１および第２コイル群１３ｕ２は並列に接続されており、且つこれら第１コイルＵ１およびＵ１’のターン数は同じである。このため、第１コイルＵ１およびＵ１’には同じ大きさのサージ電圧が印加される。つまり、これら第１コイルＵ１、Ｕ１’において生じる巻線間の最大の電位差は、第１コイルＵ１、Ｕ１’の始端と終端との間における電位差となる。

従って、各コイルを構成する導線のエナメル被覆の厚さ（絶縁性能）を、従来構成において最も高い電圧が分担される傾向にあった第１コイルに合わせて設定しても、第１コイルＵ１、Ｕ１’に印加される電圧が従来と比べて低減されているため、従来のものに比べて薄く設定できる。つまり、巻線部１３ｕ〜１３ｗのサージ電圧に対する絶縁性能を維持しつつ巻線部１３ｕ〜１３ｗのサイズが大きくなることを防止できる。また、固定子鉄心１２の形状は定まっているので、エナメル被膜を薄くできる分だけ導線の断面積（導体径）を大きくすることが可能となる。これにより、巻線抵抗が低減するため、電動機１０の効率を向上させることができる。

なお、本実施形態において、最も高い電圧が分担されるコイルが、第１コイル以外のコイルであった場合には、そのコイルに印加される電圧に合わせて上記エナメル被覆の厚さを設定すればよい。この場合であっても、上記コイルに印加される電圧は従来の第１コイルに印加される電圧よりも小さくなるため、エナメル被覆の厚さを従来のものに比べて薄く設定することができる。

上記したとおり、第１コイルＵ１およびＵ１’は、周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されているため、これら２つのコイルにより１つの磁極Ｍ１を形成するようになっている。さらに、第５コイルＵ５およびＵ５’も、第１コイルＵ１およびＵ１’と同様に、これら２つのコイルにより１つの磁極Ｍ５を形成するように固定子鉄心１２に巻装した。これにより、上記効果を得るために各コイルの配線および配置を変更した本実施形態の巻線部１３ｕ〜１３ｗによっても、従来技術の構成と同じ数（８つ）の磁極（Ｍ１〜Ｍ８）を形成することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図４および図５を参照しながら説明する。
本実施形態では、第１の実施形態に対して巻線部の構成を変更した場合について説明する。図４および図５は、ぞれぞれ第１の実施形態における図１および図３に相当する図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図５は、三相の巻線部２３ｕ〜２３ｗの等価回路を示している。Ｕ相の巻線部２３ｕは、第１コイルＵ１〜第３コイルＵ３が直列に接続されてなる第１コイル群２３ｕ１と、第１コイルＵ１’〜第３コイルＵ３’が直列に接続されてなる第２コイル群２３ｕ２と、第１コイルＵ１’’〜第３コイルＵ３’’が直列に接続されてなる第３コイル群２３ｕ３と、第１コイルＵ１’’’〜第３コイルＵ３’’’が直列に接続されてなる第４コイル群２３ｕ４との並列回路により構成されている（ｍ＝４）。

Ｖ相の巻線部２３ｖは、Ｕ相の巻線部２３ｕと同様に構成された第１コイル群２３ｖ１、第２コイル群２３ｖ２、第３コイル群２３ｖ３および第４コイル群２３ｖ４の並列回路により構成されている。Ｗ相の巻線部２３ｗは、Ｕ相の巻線部２３ｕと同様に構成された第１コイル群２３ｗ１、第２コイル群２３ｗ２、第３コイル群２３ｗ３および第４コイル群２３ｗ４の並列回路により構成されている。

第１コイル群２３ｕ１、２３ｖ１および２３ｗ１は、中性点Ｎ１を介してスター結線されている。第２コイル群２３ｕ２、２３ｖ２および２３ｗ２は、中性点Ｎ２を介してスター結線されている。第３コイル群２３ｕ３、２３ｖ３および２３ｗ３は、中性点Ｎ３を介してスター結線されている。第４コイル群２３ｕ４、２３ｖ４および２３ｗ４は、中性点Ｎ４を介してスター結線されている。そして、これらスター結線された各第１〜第４コイル群は、三相の電源入力端子Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗの間に並列に接続されている。

図４は、Ｕ相の巻線部２３ｕにおける各コイルの配線および配置を簡略的に示している。巻線部２３ｕの一端である第１コイルＵ１〜Ｕ１’’’の各始端は、Ｕ相の電源が供給される電源入力端子Ｐｕに接続される。一方、巻線部２３ｕの他端である第３コイルＵ３〜Ｕ３’’’の各終端は、中性点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４となりＶ相およびＷ相の第３コイルの各終端に接続される。

第１コイルＵ１およびＵ１’と、第３コイルＵ３およびＵ３’’と、第１コイルＵ１’’およびＵ１’’’と、第３コイルＵ３’およびＵ３’’’とは、それぞれ周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このように同位置に設けられた各２つのコイルにより、それぞれ１つずつの磁極Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７が形成されるようになっている。第２コイルＵ２〜Ｕ２’’’は、それぞれが１つずつの磁極Ｍ２、Ｍ４、Ｍ６、Ｍ８を形成するように固定子鉄心１２に巻装されている。なお、本実施形態では、第１コイルＵ１〜Ｕ１’’’が始端コイルに相当し、第３コイルＵ３〜Ｕ３’’’が終端コイルに相当する。また、第２コイルＵ２〜Ｕ２’’’は、第１コイルＵ１〜Ｕ１’’’と第３コイルＵ３〜Ｕ３’’’との間に位置する中間コイルに相当する。

第１コイルＵ１〜Ｕ１’’’および第３コイルＵ３〜Ｕ３’’’は、互いに同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイルＵ２〜Ｕ２’’’は、互いに上記極性とは反対の同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このような構成により、巻線部２３ｕは、８つの磁極Ｍ１〜Ｍ８を有する構成となっている。

上記構成により、Ｕ相の巻線部２３ｕの第１コイル群２３ｕ１は、自身の各コイルが形成する磁極がそれぞれ隣り合うように、すなわち、図９に示した従来構成と同様の隣極巻線の接続形態となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイル群２３ｕ２〜第４コイル群２３ｕ４も同様に巻装されている。

第１コイルＵ１〜Ｕ１’’’および第３コイルＵ３〜Ｕ３’’’のターン数は、第２コイルＵ２〜Ｕ２’’’（通常のコイルに相当）のターン数の半分になっている。なお、通常のコイルのターン数が奇数である場合には、第１の実施形態と同様にターン数を調整すればよい。また、図示しないが、Ｖ相の巻線部２３ｖおよびＷ相の巻線部２３ｗについてもＵ相の巻線部２３ｕと同様に構成されている。

上記構成のように、三相の巻線部２３ｕ〜２３ｗがそれぞれ４つのコイル群からなる場合であっても、電源入力端子に接続される各第１コイルのターン数を通常のコイルのターン数の半分としたため、サージ電圧が印加された場合に上記第１コイルが分担する電圧が従来の構成と比べて低減される。従って、本実施形態の構成によっても第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。なお、三相の巻線部２３ｕ〜２３ｗは、第１の実施形態の２つのコイル群からなる構成（ｍ＝２）や、本実施形態の４つのコイル群からなる構成（ｍ＝４）に限らず、例えば６つのコイル群からなる構成（ｍ＝６）であってもよい。すなわち、三相の巻線部２３ｕ〜２３ｗは、偶数のコイル群からなる構成（ｍ＝偶数＝２、４、６、８、…）であればよい。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図６を参照しながら説明する。
本実施形態では、第１の実施形態に対して巻線部の構成を変更した場合について説明する。図６は、第１の実施形態における図１に相当する図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、Ｕ相の巻線部３３ｕは、第１コイルＵ１〜第６コイルＵ６が直列に接続されてなる第１コイル群３３ｕ１と、第１コイルＵ１’〜第６コイルＵ６’が直列に接続されてなる第２コイル群３３ｕ２との並列回路により構成されている（ｍ＝２）。巻線部３３ｕの一端である第１コイルＵ１およびＵ１’の各始端は、Ｕ相の電源が供給される電源入力端子Ｐｕに接続される。一方、巻線部３３ｕの他端である第６コイルＵ６およびＵ６’の各終端は、中性点Ｎ１、Ｎ２となりＶ相およびＷ相の第６コイルの各終端に接続される。

第１コイルＵ１およびＵ１’と、第３コイルＵ３および第６コイルＵ６’と、第４コイルＵ４およびＵ４’と、第３コイルＵ３’および第６コイルＵ６とは、それぞれ周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このように同位置に設けられた各２つのコイルにより、それぞれ１つずつの磁極Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７が形成されるようになっている。第２コイルＵ２、Ｕ２’および第５コイルＵ５、Ｕ５’は、それぞれが１つずつの磁極Ｍ２、Ｍ８、Ｍ６、Ｍ４を形成するように固定子鉄心１２に巻装されている。

なお、本実施形態では、第１コイルＵ１、Ｕ１’が始端コイルに相当し、第６コイルＵ６、Ｕ６’が終端コイルに相当する。また、第３コイルＵ３、Ｕ３’および第４コイルＵ４、Ｕ４’は、第１コイルＵ１、Ｕ１’と第６コイルＵ６、Ｕ６’との間に位置する中間コイルに相当する。

第１コイルＵ１、Ｕ１’、第３コイルＵ３、Ｕ３’、第４コイルＵ４、Ｕ４’および第６コイルＵ６、Ｕ６’は、互いに同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイルＵ２、Ｕ２’および第５コイルＵ５、Ｕ５’は、互いに上記極性とは反対の同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このような構成により、巻線部３３ｕは、８つの磁極Ｍ１〜Ｍ８を有する構成となっている。

上記構成により、Ｕ相の巻線部３３ｕの第１コイル群３３ｕ１は、自身の各コイルが形成する磁極がそれぞれ隣り合う部分とそうでない部分とを有する。すなわち、図９および図１０に示した従来構成の両方を組み合わせた接続形態（隣極巻線＋隔極巻線）となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイル群３３ｕ２も同様に巻装されている。

第１コイルＵ１、Ｕ１’、第３コイルＵ３、Ｕ３’、第４コイルＵ４、Ｕ４’および第６コイルＵ６、Ｕ６’のターン数は、第２コイルＵ２、Ｕ２’および第５コイルＵ５、Ｕ５’（いずれも通常のコイルに相当）のターン数の半分になっている。なお、図示しないが、Ｖ相およびＷ相の巻線部についてもＵ相の巻線部３３ｕと同様に構成されている。

上記構成によれば、電源入力端子に接続される各第１コイルのターン数を通常のコイルのターン数の半分としたため、サージ電圧が印加された場合に上記第１コイルが分担する電圧が従来の構成と比べて低減される。従って、本実施形態の構成によっても第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図７を参照しながら説明する。
本実施形態では、第１の実施形態に対して巻線部の構成を変更した場合について説明する。図７は、第１の実施形態における図１に相当する図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、Ｕ相の巻線部４３ｕは、第１コイルＵ１〜第５コイルＵ５が直列に接続されてなる第１コイル群４３ｕ１と、第１コイルＵ１’〜第５コイルＵ５’が直列に接続されてなる第２コイル群４３ｕ２との並列回路により構成されている（ｍ＝２）。巻線部４３ｕの一端である第１コイルＵ１およびＵ１’の各始端は、Ｕ相の電源が供給される電源入力端子Ｐｕに接続される。一方、巻線部４３ｕの他端である第５コイルＵ５およびＵ５’の各終端は、中性点Ｎ１、Ｎ２となりＶ相およびＷ相に接続される。

第１コイルＵ１およびＵ１’と、第２コイルＵ２およびＵ２’とは、それぞれ周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このように同位置に設けられた各２つのコイルにより、それぞれ１つずつの磁極Ｍ１、Ｍ２が形成されるようになっている。第３コイルＵ３、Ｕ３’、第４コイルＵ４、Ｕ４’および第５コイルＵ５、Ｕ５’は、それぞれが１つずつの磁極Ｍ３〜Ｍ８を形成するように固定子鉄心１２に巻装されている。なお、本実施形態では、第１コイルＵ１、Ｕ１’が始端コイルに相当し、第５コイルＵ５、Ｕ５’が終端コイルに相当する。また、第２コイルＵ２、Ｕ２’は、第１コイルＵ１、Ｕ１’と第５コイルＵ５、Ｕ５’との間に位置する中間コイルに相当する。

第１コイルＵ１、Ｕ１’、第３コイルＵ３’、第４コイルＵ４’および第５コイルＵ５’は、互いに同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイルＵ２、Ｕ２’、第３コイルＵ３、第４コイルＵ４および第５コイルＵ５は、互いに上記極性とは反対の同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このような構成により、巻線部４３ｕは、８つの磁極Ｍ１〜Ｍ８を有する構成となっている。

上記構成により、Ｕ相の巻線部４３ｕの第１コイル群４３ｕ１は、自身の各コイルが形成する磁極がそれぞれ隣り合う部分とそうでない部分とを有する。すなわち、図９および図１０に示した従来構成の両方を組み合わせた接続形態（隣極巻線＋隔極巻線）となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイル群４３ｕ２も同様に巻装されている。

第１コイルＵ１、Ｕ１’および第２コイルＵ２、Ｕ２’のターン数は、第３コイルＵ３、Ｕ３’、第４コイルＵ４、Ｕ４’および第５コイルＵ５、Ｕ５’（いずれも通常のコイルに相当）のターン数の半分になっている。なお、図示しないが、Ｖ相およびＷ相の巻線部についてもＵ相の巻線部４３ｕと同様に構成されている。

上記構成によれば、電源入力端子に接続される各第１コイルのターン数を通常のコイルのターン数の半分としたため、サージ電圧が印加された場合に上記第１コイルが分担する電圧が従来の構成と比べて低減される。従って、本実施形態の構成によっても第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図８を参照しながら説明する。
本実施形態では、第１の実施形態に対して巻線部の構成を変更した場合について説明する。図８は、第１の実施形態における図１に相当する図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、Ｕ相の巻線部５３ｕは、第１コイルＵ１〜第６コイルＵ６が直列に接続されてなる第１コイル群５３ｕ１と、第１コイルＵ１’〜第６コイルＵ６’が直列に接続されてなる第２コイル群５３ｕ２との並列回路により構成されている（ｍ＝２）。巻線部５３ｕの一端である第１コイルＵ１およびＵ１’の各始端は、Ｕ相の電源が供給される電源入力端子Ｐｕに接続される。一方、巻線部５３ｕの他端である第６コイルＵ６およびＵ６’の各終端は、中性点Ｎ１、Ｎ２となりＶ相およびＷ相に接続される。

第１コイルＵ１およびＵ１’と、第２コイルＵ２およびＵ２’と、第５コイルＵ５および第４コイルＵ４’と、第４コイルＵ４および第５コイルＵ５’と、は、それぞれ周方向において同位置となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このように同位置に設けられた各２つのコイルにより、それぞれ１つずつの磁極Ｍ１、Ｍ２、Ｍ５、Ｍ６が形成されるようになっている。第３コイルＵ３、Ｕ３’および第６コイルＵ６、Ｕ６’は、それぞれが１つずつの磁極Ｍ８、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ７を形成するように固定子鉄心１２に巻装されている。

なお、本実施形態では、第１コイルＵ１、Ｕ１’が始端コイルに相当し、第６コイルＵ６、Ｕ６’が終端コイルに相当する。また、第２コイルＵ２、Ｕ２’、第４コイルＵ４、Ｕ４’および第５コイルＵ５、Ｕ５’は、第１コイルＵ１、Ｕ１’と第６コイルＵ６、Ｕ６’との間に位置する中間コイルに相当する。

第１コイルＵ１、Ｕ１’、第３コイルＵ３’、第４コイルＵ４’、第５コイルＵ５および第６コイルＵ６’は、互いに同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイルＵ２、Ｕ２’、第３コイルＵ３、第４コイルＵ４、第５コイルＵ５’および第６コイルＵ６は、互いに上記極性とは反対の同一の極性となるように固定子鉄心１２に巻装されている。このような構成により、巻線部５３ｕは、８つの磁極Ｍ１〜Ｍ８を有する構成となっている。

上記構成により、Ｕ相の巻線部５３ｕの第１コイル群５３ｕ１は、自身の各コイルが形成する磁極がそれぞれ隣り合う部分とそうでない部分とを有する。すなわち、図９および図１０に示した従来構成の両方を組み合わせた接続形態（隣極巻線＋隔極巻線）となるように固定子鉄心１２に巻装されている。また、第２コイル群５３ｕ２も同様に巻装されている。

第１コイルＵ１、Ｕ１’、第２コイルＵ２、Ｕ２’、第４コイルＵ４、Ｕ４’および第５コイルＵ５、Ｕ５’のターン数は、第３コイルＵ３、Ｕ３’および第６コイルＵ６、Ｕ６’（いずれも通常のコイルに相当）のターン数の半分になっている。なお、図示しないが、Ｖ相およびＷ相の巻線部についてもＵ相の巻線部５３ｕと同様に構成されている。

上記構成によれば、電源入力端子に接続される各第１コイルのターン数を通常のコイルのターン数の半分としたため、サージ電圧が印加された場合に上記第１コイルが分担する電圧が従来の構成と比べて低減される。従って、本実施形態の構成によっても第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
各相の巻線部の構成は、上記各実施形態において示したものに限らず、電源入力端子に接続される各第１コイルが、それぞれ他のコイル群の第１コイルとともに１つの磁極を形成するように固定子鉄心に巻装されており且つ上記第１コイルのターン数が通常のコイルのターン数の半分となるような構成であればよい。上記各実施形態では、三相の巻線部の構成としてスター結線された例を示したが、本発明は、デルタ結線された三相の巻線部についても適用可能である。
上記各実施形態では、本発明を三相の巻線部を有する固定子に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、複数相の巻線部を有する固定子であれば適用可能である。巻線部により形成される磁極の数、固定子鉄心に設けられるスロットの数などは、回転電機の仕様に応じて適宜変更可能である。また、コイル群を構成するコイルの数については、上記磁極の数や回転電機の仕様に応じて適宜変更すればよい。

本発明の第１の実施形態を示すＵ相の巻線部を簡略的に示す図 回転電機の固定子の概略構成を示す側面図 三相の巻線部の等価回路を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図３相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 本発明の第４の実施形態を示す図１相当図 本発明の第５の実施形態を示す図１相当図 第１の従来技術を示す図１相当図 第２の従来技術を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１０は電動機（回転電機）、１１は固定子、１２は固定子鉄心、１３ｕ〜１３ｗは巻線部、１３ｕ１〜１３ｗ１は第１コイル群、１３ｕ２〜１３ｗ２は第２コイル群、Ｕ１〜Ｗ１’は第１コイル（始端コイル）、Ｕ５〜Ｗ５’は第５コイル（終端コイル）、２３ｕ〜２３ｗは巻線部、２３ｕ１〜２３ｗ４は第１〜第４コイル群、Ｕ１〜Ｕ１’’’は第１コイル（始端コイル）、Ｕ３〜Ｕ３’’’は第３コイル（終端コイル）、３３ｕは巻線部、３３ｕ１は第１コイル群、３３ｕ２は第２コイル群、Ｕ３、Ｕ３’は第３コイル（中間コイル）、Ｕ４、Ｕ４’は第４コイル（中間コイル）、Ｕ６、Ｕ６’’は第６コイル（終端コイル）、４３ｕは巻線部、４３ｕ１は第１コイル群、４３ｕ２は第２コイル群、Ｕ２、Ｕ２’は第２コイル（中間コイル）、５３ｕは巻線部、５３ｕ１は第１コイル群、５３ｕ２は第２コイル群、Ｕ５、Ｕ５’は第５コイル（中間コイル）を示す。

Claims (6)

1. 固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻装される各相の巻線部とを備え、
   前記各相の巻線部は、各々磁極を形成する複数のコイルが直列に接続されてなる第１〜第ｍコイル群（ただし、ｍは偶数）を有し、
   この第１〜第ｍコイル群は互いに並列に接続されており、
   外部から電源が供給される前記巻線部の一端に接続される前記第１〜第ｍコイル群の各始端コイルは、それぞれ他のコイル群の前記始端コイルとともに１つの磁極を形成するように巻装され、前記始端コイルのターン数は、１つのコイルにより１つの磁極を形成する通常のコイルのターン数の半分とされていることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記巻線部の他端に接続される前記第１〜第ｍコイル群の各終端コイルは、それぞれ他のコイル群の前記終端コイルとともに１つの磁極を形成するように巻装され、前記終端コイルのターン数は、前記通常のコイルのターン数の半分とされていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記通常のコイルのターン数が、２ｎ＋１ターン（ｎは自然数）である場合、
   同一の磁極を形成する一方の前記始端コイルのターン数をｎ＋１ターンとし、この一方の始端コイルと直列に接続された前記終端コイルのターン数をｎターンとし、
   同一の磁極を形成する他方の前記始端コイルのターン数をｎターンとし、この他方の始端コイルと直列に接続された前記終端コイルのターン数をｎ＋１ターンとすることを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。
4. 前記第１〜第ｍコイル群の前記始端コイルと前記巻線部の他端に接続される終端コイルとの間に位置する中間コイルのうち少なくとも１つは、他のコイル群の前記始端コイルと前記終端コイルとの間に位置する中間コイルとともに１つの磁極を形成するように巻装され、この中間コイルのターン数は、前記通常のコイルのターン数の半分とされていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
5. 前記巻線部の他端に接続される前記第１〜第ｍコイル群の各終端コイルは、それぞれ他のコイル群の前記始端コイルと前記終端コイルとの間に位置する中間コイルとともに１つの磁極を形成するように巻装され、これら終端コイルおよび中間コイルのターン数は、前記通常のターン数の半分とされていることを特徴とする請求項１または４記載の回転電機の固定子。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機の固定子を備えていることを特徴とする回転電機。

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