JP5915149B2 - ３相回転電機の波巻き巻線 - Google Patents

Description

本発明は、３相回転電機の波巻き巻線に関する。

モータ等の３相回転電機の固定子巻線や回転子巻線の巻装方法として、コイル導体を波状に巻装する波巻きが知られている。波巻き構成の３相回転電機の一例として、例えば、特許文献１に記載の波巻き巻線を備える３相回転電機が挙げられる。特許文献１に記載の発明では、１スロットピッチずつ離れて配列される６本のコイル辺を用いて３相の波巻き構成がなされている。

１相分のコイル辺は、相端子側から視て離れる方向へ巻装される往き導体部と、相端子側に近づく方向へ巻装される還り導体部と、からなり、それぞれ波巻きされたコイル辺は、相端子の他端側で直列接続されている。ここで、往き導体部が波巻き構成となるように直列接続された巻線を往き巻部と呼称し、還り導体部が波巻き構成となるように直列接続された巻線を還り巻部と呼称すると、１相分の巻線である相単位コイルは、往き巻部と還り巻部が直列接続されている。

特許第３９５２３４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、毎極毎相のコイル辺種類が１の波巻き構成、又は、毎極毎相のスロット数が１のステータ構成で、これに収容される１種類のコイル辺からなる波巻き構成がなされている。ここで、毎極毎相のコイル辺種類を複数化、又は、毎極毎相のスロット数を複数化したステータ構成で、これに収容されるコイル辺種類を単純に複数化すると、コイルエンド部の所要スペースが大きくなり、３相回転電機が大型化する。以下、図１４〜図１６に基づいて説明する。

図１４は、毎極毎相２個のコイル辺種類を有する３相回転電機の相構成（直列接続）を示す模式図である。つまり、同図に示す３相回転電機は、毎極毎相のコイル辺種類が２の波巻き構成、又は、毎極毎相のスロット数が２のステータ構成で、これに収容される２種類のコイル辺からなる波巻き構成がなされている。同図は、相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２（ＸはＵ、Ｖ、Ｗのいずれか。以下同じ。）を直列接続することにより、毎極毎相のコイル辺種類の複数化に対応した一例を示している。Ｘ相の相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２は、それぞれ往き巻部９１ａと還り巻部９１ｂが直列接続されており、相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２は、直列接続されて相コイル９Ｘが形成されている。

図１５は、図１４におけるコイルエンド部の端部構成を模式的に示す図である。同図は、平板状導体の厚さ方向視における巻線の接続状態を示している。（ａ）〜（ｃ）は、順にＵ相〜Ｗ相の１相分の接続状態を示しており、（ｄ）は、３相分の接続状態を示している。同図では、往き巻部９１ａを実線で示し、還り巻部９１ｂを破線で示している。図中の丸数字は、相端子から中性点までの巻線の接続順を示している。以下、同図（ａ）に基づいてＵ相を例に説明するが、Ｖ相及びＷ相についても同様である。

相単位コイル９Ｕ１の往き巻部９１ａは、Ｕ相端子９ＴＵを起点にして紙面右方向に巻装されている（丸数字１〜５）。相単位コイル９Ｕ１の往き巻部９１ａは、周方向一端側の接続点９ＪＵ１において、相単位コイル９Ｕ１の還り巻部９１ｂと接続されている。相単位コイル９Ｕ１の還り巻部９１ｂは、接続点９ＪＵ１で巻き返されて紙面左方向に巻装されている（丸数字６〜１０）。

相単位コイル９Ｕ１の還り巻部９１ｂは、周方向他端側の相内引回し点９ＪＵ２において、相単位コイル９Ｕ２の往き巻部９１ａと接続されている。相単位コイル９Ｕ２は、相単位コイル９Ｕ１に対して可動子磁極の移動方向（紙面右方向）に１巻線ピッチ分、離間している。相単位コイル９Ｕ２の往き巻部９１ａは、紙面右方向に巻装されており（丸数字１１〜１６）、周方向一端側の接続点９ＪＵ３において、相単位コイル９Ｕ２の還り巻部９１ｂと接続されている。相単位コイル９Ｕ２の還り巻部９１ｂは、接続点９ＪＵ３で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（丸数字１７〜２２）、中性点９Ｎに接続されている。

同図（ｄ）に示すように、相端子側のコイルエンド部において、相端子９ＴＵ、９ＴＶ、９ＴＷ、相内引回し点９ＪＵ２、９ＪＶ２、９ＪＷ２及び中性点９Ｎは近接している。これらが互いに干渉しないように回避するためには、コイルエンド部の所要スペースは大きくなり、３相回転電機が大型化する。

次に、相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２を並列接続することにより、毎極毎相のコイル辺種類の複数化に対応する場合を考える。図１６は、毎極毎相２個のコイル辺種類を有する３相回転電機の相構成（並列接続）を示す模式図である。Ｘ相の相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２は、それぞれ往き巻部９１ａと還り巻部９１ｂが直列接続されており、相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２は並列接続されている。なお、毎極毎相２個のコイル辺種類は、可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチ分、離間しているものとする。

毎極毎相２個のコイル辺種類のうち、同種のコイル辺がそれぞれ直列接続された相単位コイル９Ｘ１、９Ｘ２に発生する誘起電圧は、それぞれのコイル辺が可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチ分、離間しているので、同相（Ｘ相）ではあるが、正確には位相が異なる。例えば、所定時刻において、相単位コイル９Ｕ１のコイル辺に発生する誘起電圧が相単位コイル９Ｕ２のコイル辺に発生する誘起電圧と比べて高いと仮定する。この場合、相単位コイル９Ｕ１は、誘起電圧が相対的に高いコイル辺が直列接続されており、相単位コイル９Ｕ２は、誘起電圧が相対的に低いコイル辺が直列接続されている。そのため、相単位コイル９Ｕ１、９Ｕ２に発生する誘起電圧をそれぞれ９Ｅ１、９Ｅ２とすると、誘起電圧９Ｅ１は誘起電圧９Ｅ２と比べて高くなり、Ｕ相内に循環電流が生じる。これらのことは、Ｖ相及びＷ相についても同様であり、内部循環電流によって３相回転電機の出力が低下する。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、コイルエンド部を簡素化、コンパクト化すると共に、内部循環電流の発生を防止可能な３相回転電機の波巻き巻線を提供することを課題とする。

請求項１に係る３相回転電機の波巻き巻線は、ステータコアの各スロットに交互に挿通されるコイル辺部と、コイル辺部と一体に形成されてコイル辺部の同一側端部を接続するコイル端部と、を有するコイル導体が波巻き構成となるように巻装された３相回転電機の波巻き巻線であって、毎極毎相配される同相の電磁気的に位相の異なるｎ種類（ｎは自然数）のコイル辺部の中から１つのコイル辺部が毎極選択されて、選択される所要極数分のコイル辺部がコイル端部によって直列接続されて相単位コイルが形成され、選択されるコイル辺部が相異なる複数の相単位コイルが並列接続されて相コイルが形成されており、相コイルの各相単位コイルは、ｎ種類のすべての種類のコイル辺部を同数ずつ含み、かつ、直列接続されるコイル辺部の数が同数になるようにコイル辺部が選択され、相コイル内のコイル辺部の総数を示す関係式が下記数１で表され、３相の相コイルがΔ結線されており、波巻き構成は、コイル導体がヘリカル状につながるヘリカル巻シート状コイルとして構成され、相コイルは、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部に設けられ、直列接続されるコイル辺部が同相の電磁気的に位相の異なるコイル辺部と接続されている接続点、または、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部に設けられ、直列接続されるコイル辺部が同相の電磁気的に位相の異なるコイル辺部に引回されているコイル引回し点を備え、相コイルの接続点またはコイル引回し点の数は、毎極毎相のコイル辺種類数であるｎ種類と一致していることを特徴とする。
（数１）
ｍ×ｋ＝ｎ×ｑ×２ｐ
但し、ｍは並列接続される相単位コイルの数、ｋは直列接続されるコイル辺部数、ｑは１つのコイル辺種類に属する１磁極当りの直列導体数、２ｐは磁極数であり、ｍはｑ×２ｐとｎの公約数。

請求項２に係る３相回転電機の波巻き巻線は、請求項１において、相単位コイルは、ｎ種類のコイル辺部を種類毎に直列に連ねて可動子磁極の移動方向に配されている。

請求項３に係る３相回転電機の波巻き巻線は、請求項１又は２において、ｎ種類は偶数である。

請求項４に係る３相回転電機の波巻き巻線は、請求項１〜３のいずれか一項において、相コイルの接続点またはコイル引回し点は、シート厚さ方向に積み重ならない。

請求項５に係る３相回転電機の波巻き巻線は、請求項４において、相コイルの接続点またはコイル引回し点は、可動子磁極の移動方向に略平行で、コイル辺部方向にずらして配されている。
請求項６に係る３相回転電機の波巻き巻線は、請求項１〜５のいずれか一項において、ヘリカル巻シート状コイルは、コイル辺部がシート厚さ方向に積層されて２層に形成されており、円環状に形成されたステータコアの周方向に沿って周回するように、ステータコアのスロット底部側からスロット開口部側に向かって巻き重ねられている。

請求項１に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、相コイルの各相単位コイルは、同相の電磁気的に位相の異なるｎ種類のすべての種類のコイル辺部を同数ずつ含み、かつ、直列接続されるコイル辺部の数が同数になるようにコイル辺部が選択され、相コイル内のコイル辺部の総数を示す関係式が数１で表されるので、並列接続される各相単位コイルに発生する誘起電圧が等しくなる。そのため、相内循環電流が生じないので、相内循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。また、相単位コイルの周方向長（含まれる直列コイル辺部数はｋ）がステータの周方向長（含まれる磁極数は２ｐ）の自然数倍になるステータ周倍の波巻き構成であるので、例えば、ロータの偏芯等によって界磁磁束にばらつきが生じても、相コイル間に発生する誘起電圧にばらつきが生じにくい。そのため、相間の内部循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。

また、請求項１に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、３相の相コイルがΔ結線されているので、コイルエンド部において巻線を３箇所で取りまとめることができ、巻線の端部処理が簡単・シンプルであり、コイルエンド部をコンパクトにすることができる。また、中性点を有しないので、中性点を回避する配線が不要である。そのため、中性点を有する場合と比べてコイルエンド部を簡素化、コンパクト化することができる。これらにより、３相回転電機を小型化及び低コスト化することができる。なお、相単位コイルが並列接続されているので、直列接続の場合と比べて巻線の素線断面積を半減させることができ、コイル導体部に発生する渦電流損を低減させることができる。また、コイル成形に要する力を小さくすることができるので、成形性が向上してコイル製作が容易になり、ステータコアへの組付け作業等の作業性も向上する。さらに、請求項１に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部に接続点またはコイル引回し点を備えているので、コイル製作が容易であり、作業性が向上する。

請求項２に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、相単位コイルは、ｎ種類のコイル辺部を種類毎に直列に連ねて可動子磁極の移動方向に配されているので、同種のコイル辺部が直列接続される部分は全節巻となる。そのため、同種のコイル辺部が直列接続される部分において、可動子磁極の移動方向のコイル辺部間の相対的な位置関係を保持することができ、コイル端部の構成やコイル辺部方向高さを均一にすることができる。

請求項３に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、ｎ種類が偶数であるので、並列接続される各相単位コイルの巻始め端及び巻終り端を周方向近傍に配することができる。そのため、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部においてコイル辺部のつなぎ替えを行う場合に、各相単位コイルの巻始め端間の配策及び巻終り端間の配策が容易であり、作業性が向上する。

請求項４に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、相コイルの接続点またはコイル引回し点がシート厚さ方向に積み重ならないので、相コイルの接続点またはコイル引回し点をコンパクトにすることができる。

請求項５に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、相コイルの接続点またはコイル引回し点は、可動子磁極の移動方向に略平行で、コイル辺部方向にずらして配されているので、相コイルの接続点またはコイル引回し点のコイル辺部方向高さを他のコイル端部と略同じ高さにすることができる。よって、コイル端部のコイル辺部方向高さを均一にすることができる。
請求項６に係る３相回転電機の波巻き巻線によれば、２層のヘリカル巻シート状コイルがステータコアの径方向に巻き重ねられているので、ロータ及びステータが径方向に同芯に配されるラジアル型の円筒状３相回転電機として用いることができる。

第１実施形態に係り、ヘリカル巻シート状コイルの１相の単位コイル分を示す模式図である。 第１実施形態に係り、ヘリカル巻シート状コイルの３相分を示す模式図である。 図２のＡＡ−ＡＡ断面図である。 第１実施形態に係り、ヘリカル巻シート状コイルの相構成を示す模式図である。 図４におけるＵ相コイルの接続状態を示す模式図である。 第１実施形態に係り、相コイルに発生する誘起電圧に偏差が生じている状態を示す模式図である。 第１実施形態に係り、ヘリカル巻シート状コイルの端部構成（シート端接続）を示す模式図である。 第１実施形態に係り、ヘリカル巻シート状コイルがステータコアの径方向に巻き重ねられている状態を示す模式図である。 第２実施形態に係り、ヘリカル巻シート状コイルの端部構成（シート端引回し）を示す模式図である。 第３実施形態に係り、同芯円筒状のヘリカル巻シート状コイルを示すコイル辺部の断面図である。 第４実施形態に係り、毎極毎相４個のコイル辺種類を有するヘリカル巻シート状コイルのＵ相コイルの接続状態の一例を示す模式図である。 参考形態に係り、毎極毎相３個のコイル辺種類を有する３相回転電機のＵ相コイルの接続状態の一例を示す周方向展開図である。 毎極毎相ｎ個のコイル辺種類を有する３相回転電機のＵ相の相構成の一例を示す模式図である。 参考形態に係り、毎極毎相２個のコイル辺種類を有する３相回転電機の相構成（直列接続）を示す模式図である。 図１４におけるコイルエンド部の端部構成を模式的に示す図である。 参考形態に係り、毎極毎相２個のコイル辺種類を有する３相回転電機の相構成（並列接続）を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態について共通の箇所には共通の符号を付して対応させることにより重複する説明を省略する。なお、各図は概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。

（１）第１実施形態
本実施形態に係る３相回転電機の波巻き巻線は、コイル導体がヘリカル状につながり波巻き構成となるようにしたヘリカル巻シート状コイルである。まず、ヘリカル巻シート状コイルについて詳説する。図１は、ヘリカル巻シート状コイルの１相の単位コイル分を示す模式図である。（ｂ）は、コイル導体が巻芯に巻装された状態を示しており、（ｃ）は、（ｂ）において、巻芯を取り除いた状態を示している。（ｄ）は、紙面奥側（Ａ側）のコイル導体の巻装状態（Ｂ側からの透視図）を示しており、（ｅ）は、紙面手前側（Ｂ側）のコイル導体の巻装状態を示している。

図１の実線は、巻線ピッチＳ１０の位置から６巻線ピッチ（１磁極ピッチ）毎にコイル導体が巻装された状態を示している。実線で示すコイルユニット１ａは、巻線ピッチＳ１０の位置において、紙面手前側（Ｂ側）から紙面奥側（Ａ側）の方向に巻装されており、巻線ピッチＳ１０、Ｓ１６、Ｓ２２、Ｓ２８及びＳ３４において、コイルユニット１ａは、巻芯の短手方向（巻芯軸に垂直な方向）に直線状に延びるコイル辺部１０ａが形成されている。図１のＢ側からＡ側に向けてコイル導体が巻装されるときに形成されるコイル辺部１０ａを往き導体部１１ａと呼称し、Ａ側からＢ側に向けて巻装されるときに形成されるコイル辺部１０ａを還り導体部１２ａと呼称する。往き導体部１１ａ及び還り導体部１２ａの同一側端部は、コイル辺部１０ａと一体に形成されるコイル端部２０ａによって接続されている。コイル端部２０ａは、巻線ピッチＳ１３、Ｓ１９、Ｓ２５、Ｓ３１及びＳ３７において巻き曲げられて、巻き曲げ部２１ａがそれぞれ形成されている。

図１に示すように、本明細書では、半磁極ピッチ分のコイル端部２０ａと、往き導体部１１ａと、１磁極ピッチ分のコイル端部２０ａと、還り導体部１２ａと、半磁極ピッチ分のコイル端部２０ａと、を有するコイル導体をコイル要素４ａと呼称する。コイル要素４ａが２磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向（巻芯軸方向）に配されて接続された状態のコイル導体をコイルユニット１ａと呼称する。

図１の破線は、実線で示すコイルユニット１ａと同様に、巻線ピッチＳ１０の位置から６巻線ピッチ（１磁極ピッチ）毎にコイル導体が巻装された状態を示している。破線で示すコイルユニット１ｂは、巻線ピッチＳ１０の位置において、紙面奥側（Ａ側）から紙面手前側（Ｂ側）の方向に巻装されている点が実線で示すコイルユニット１ａと異なる。破線で示すコイルユニット１ｂは、実線で示すコイルユニット１ａと同様に巻線ピッチＳ１０、Ｓ１６、Ｓ２２、Ｓ２８及びＳ３４においてコイル辺部１０ｂが形成されており、コイル辺部１０ｂは、往き導体部１１ｂ及び還り導体部１２ｂからなる。また、往き導体部１１ｂ及び還り導体部１２ｂの同一側端部は、コイル辺部１０ｂと一体に形成されるコイル端部２０ｂによって接続されている。コイル端部２０ｂは、巻線ピッチＳ１３、Ｓ１９、Ｓ２５、Ｓ３１及びＳ３７において巻き曲げられて、巻き曲げ部２１ｂがそれぞれ形成されている。

コイルユニット１ａと同様に、本明細書では、半磁極ピッチ分のコイル端部２０ｂと、往き導体部１１ｂと、１磁極ピッチ分のコイル端部２０ｂと、還り導体部１２ｂと、半磁極ピッチ分のコイル端部２０ｂと、を有するコイル導体をコイル要素４ｂと呼称する。コイル要素４ｂが２磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向（巻芯軸方向）に配されて接続された状態のコイル導体をコイルユニット１ｂと呼称する。実線で示すコイルユニット１ａと破線で示すコイルユニット１ｂは、シート厚さ方向に対をなしている。

コイルユニット１ａのコイル辺部１０ａとコイルユニット１ｂのコイル辺部１０ｂとが紙面垂直方向に隣接して密着するように加圧成形すると、コイル辺部１０ａ及びコイル辺部１０ｂは、巻芯の長手方向（巻芯軸方向）に２層に亘って２磁極ピッチずつ離間された状態で整列する。紙面奥側（Ａ側）に形成されるコイル辺部１０ａ及びコイル辺部１０ｂを第１層と呼称し、紙面手前側（Ｂ側）に形成されるコイル辺部１０ａ及びコイル辺部１０ｂを第２層と呼称する。図１（ａ）及び（ｆ）は、（ｂ）に示すＣ側視又はＤ側視の第１層及び第２層におけるコイル導体の層渡り状態を示している。これらの図では、層間を接続する部分が最短となるようにコイル導体の層渡り状態を模式的に図示している。なお、コイルユニット１ａ、１ｂがステータコアに取り付けられた際には、図１に示す巻芯の長手方向（巻芯軸方向）は、可動子磁極の移動方向に相当する。

図２は、ヘリカル巻シート状コイルの３相分を示す模式図である。図２は、図１の（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ対応しており、図２に示す巻線ピッチＳは、図１に示す巻線ピッチＳに対応している。図３は、図２のＡＡ−ＡＡ断面図を示している。本実施形態では、同一スロット内で隣接する実線で示すコイル要素４ａと破線で示すコイル要素４ｂとを一対として、一対のコイル要素４ａ、４ｂが２磁極ピッチ毎に巻芯の長手方向（巻芯軸方向）に配されている。例えば、図２及び図３に示すように、巻線ピッチＳ１０の第２層と巻線ピッチＳ１６の第１層との間でコイル要素４ａが形成され、これと対になるコイル要素４ｂは、巻線ピッチＳ１０の第１層と巻線ピッチＳ１６の第２層との間で形成されている。同様にして、１巻線ピッチ進んだ巻線ピッチＳ１１の第２層と巻線ピッチＳ１７の第１層との間でコイル要素４ａが形成され、これと対になるコイル要素４ｂは、巻線ピッチＳ１１の第１層と巻線ピッチＳ１７の第２層との間で形成されている。

本実施形態では、図３に示すように、可動子磁極の移動方向に、Ｕ相（順方向Ｕ１）、Ｕ相（順方向Ｕ２）、Ｗ相（逆方向Ｗ１）、Ｗ相（逆方向Ｗ２）、Ｖ相（順方向Ｖ１）、Ｖ相（順方向Ｖ２）、Ｕ相（逆方向Ｕ１）、Ｕ相（逆方向Ｕ２）の順にコイルが形成されている。本実施形態では、同相のコイルユニット１ａ、１ｂが可動子磁極の移動方向に２本隣接しており、同相コイルの巻線単位は４本からなる。同相のコイルユニット１ａ、１ｂ、１ａ、１ｂは、３相回転電機の駆動時に流れる電流方向が一致するように接続されており、１２本の巻線単位からなる３相巻線が構成されている。なお、同図に示すように、可動子磁極の移動方向の隣接する各コイル辺部間は、ステータコアの磁極歯部を収容可能に所定間隔１Ｗ離間されている。

同図に示すように、Ｘ１相（ＸはＵ、Ｖ、Ｗのいずれか。以下同じ。）のコイル辺部とＸ２相のコイル辺部は、可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチ分、離間しているので、Ｘ１相のコイルユニット１ａ、１ｂとＸ２相のコイルユニット１ａ、１ｂは、可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチ分、離間している。仮に、Ｘ１相のコイルユニット１ａ、１ｂを直列接続して相単位コイル５Ｘ１を形成し、Ｘ２相のコイルユニット１ａ、１ｂを直列接続して相単位コイル５Ｘ２を形成し、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２を並列接続して、相コイル６Ｘを形成する場合を想定する。この場合、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２は可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチ分、離間しているので、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２に発生する誘起電圧は、同相（Ｘ相）ではあるが、正確には位相が異なる。これを本明細書では、「電磁気的に位相が異なる」という。そのため、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２にそれぞれ発生する誘起電圧が異なり、相内循環電流が生じて３相回転電機の出力が低下する。

図４は、ヘリカル巻シート状コイルの相構成を示す模式図である。図５は、図４におけるＵ相コイルの接続状態を示す模式図である。本実施形態では、Ｘ１相のコイルユニット１ａと、Ｘ２相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｘ１が形成されている。また、Ｘ２相のコイルユニット１ａと、Ｘ１相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｘ２が形成されている。相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２は並列接続されて、相コイル６Ｘが形成されている。３相の相コイル６ＸはΔ結線されており、同図では、相端子を５Ｔ１〜５Ｔ３で示している。つまり、相端子５Ｔ１、５Ｔ２の間にＵ相コイル６Ｕが形成され、相端子５Ｔ２、５Ｔ３の間にＶ相コイル６Ｖが形成され、相端子５Ｔ３、５Ｔ１の間にＷ相コイル６Ｗが形成されている。

例えば、所定時刻において、Ｘ１相のコイル辺に発生する誘起電圧がＸ２相のコイル辺に発生する誘起電圧と比べて高いと仮定する。この場合、誘起電圧が相対的に高いＸ１相のコイルユニット１ａと、誘起電圧が相対的に低いＸ２相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｘ１が形成される。また、誘起電圧が相対的に低いＸ２相のコイルユニット１ａと、誘起電圧が相対的に高いＸ１相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｘ２が形成される。そのため、相単位コイル５Ｘ１の巻線端部間に発生する誘起電圧を５Ｅ１とし、相単位コイル５Ｘ２の巻線端部間に発生する誘起電圧を５Ｅ２とすると、誘起電圧５Ｅ１、５Ｅ２は等しくなり、Ｘ相内に循環電流は生じない。そのため、相内循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。このことは、Ｘ１相のコイル辺に発生する誘起電圧がＸ２相のコイル辺に発生する誘起電圧と比べて低い場合についても同様に言える。

図６は、相コイルに発生する誘起電圧に偏差が生じている状態を示す模式図である。同図は、例えば、ロータの偏芯等によって界磁磁束にばらつきが発生したときに、相コイル６Ｕに発生する誘起電圧に偏差が生じている状態を示している。界磁磁束にばらつきが生じると、相コイル６Ｕには、誘起電圧が相対的に高い（誘起電圧５Ｅ３）コイル部分６ＵＨと、誘起電圧が相対的に低い（誘起電圧５Ｅ４）コイル部分６ＵＬと、が生じる。コイル部分６ＵＨは、ロータの偏芯等によってロータとステータが近づく部分であり、コイル部分６ＵＬは、ロータとステータが遠ざかる部分である。よって、コイル部分６ＵＨ、６ＵＬは、可動子磁極の移動方向に１８０°（機械角）離間しており、誘起電圧５Ｅ３、５Ｅ４を加算すると増加分と減少分が打ち消しあい、ロータが偏芯していないときの誘起電圧５Ｅ１、５Ｅ２に対する偏差分は小さくなる。そのため、ロータの偏芯等による界磁磁束のばらつきの影響を受けにくい。また、相コイル６Ｖ、６Ｗに発生する誘起電圧は、相順に１２０°（電気角）位相がずれるだけなので、相コイル６Ｕと同様に、ロータの偏芯等による界磁磁束のばらつきの影響を受けにくい。

本実施形態では、相単位コイル６Ｘの周方向長がステータの周方向長の自然数倍になるステータ周倍の波巻き構成になっている。そのため、例えば、ロータの偏芯等によって界磁磁束にばらつきが生じても、相コイル６Ｘには、相順に１２０°（電気角）の位相差を有する略均等な誘起電圧が発生する。よって、相コイル６ＸをΔ結線にしても内部循環電流は発生しにくい。その結果、３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。

図７は、ヘリカル巻シート状コイルの端部構成（シート端接続）を示す模式図である。同図は、シート厚さ方向視におけるシート両端部の巻線の接続状態を示している。（ａ）〜（ｃ）は、順にＵ相〜Ｗ相の１相分の接続状態を示しており、（ｄ）は、３相分の接続状態を示している。同図では、図１及び図２と同様に、コイルユニット１ａを実線で示し、コイルユニット１ｂを破線で示している。図中の丸数字は、Ｕ相〜Ｗ相の相毎の巻線の接続順を示している。相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２は並列接続されているので、説明の便宜上、相単位コイル５Ｘ１の巻線の接続順を１番から始まる丸数字で示し、相単位コイル５Ｘ２の巻線の接続順を１００番から始まる丸数字で示している。以下、同図（ａ）に基づいてＵ相を例に説明するが、Ｖ相及びＷ相についても同様である。

Ｕ１相のコイルユニット１ａと、Ｕ２相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｕ１が形成されている。Ｕ１相のコイルユニット１ａは、相端子５Ｔ１を起点にして紙面右方向に巻装されている（丸数字１〜５）。Ｕ１相のコイルユニット１ａは、シート端部の接続点５ＪＵ１において、Ｕ２相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ２相のコイルユニット１ｂは、接続点５ＪＵ１で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（丸数字６〜１１）、相端子５Ｔ２に接続されている。

Ｕ２相のコイルユニット１ａと、Ｕ１相のコイルユニット１ｂと、が直列接続されて相単位コイル５Ｕ２が形成されている。Ｕ２相のコイルユニット１ａは、相端子５Ｔ１を起点にして紙面右方向に巻装されている（丸数字１００〜１０４）。Ｕ２相のコイルユニット１ａは、シート端部の接続点５ＪＵ２において、Ｕ１相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ１相のコイルユニット１ｂは、接続点５ＪＵ２で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（丸数字１０５〜１１０）、相端子５Ｔ２に接続されている。そして、相単位コイル５Ｕ１と相単位コイル５Ｕ２とが並列接続されて、相コイル６Ｕが形成されている。なお、Ｕ２相のコイルユニット１ａ、１ｂは、Ｕ１相のコイルユニット１ａ、１ｂに対して可動子磁極の移動方向（紙面右方向）に１巻線ピッチ分、離間しており、コイルユニット１ａ、１ｂは、シート厚さ方向に対をなしている。

相端子５Ｔ１〜５Ｔ３側のシート端部において、３相の相コイル６Ｘは、Δ結線されている。具体的には、相単位コイル５Ｕ１のＵ２相のコイルユニット１ｂ及び相単位コイル５Ｕ２のＵ１相のコイルユニット１ｂは、可動子磁極の移動方向に隣接する相単位コイル５Ｖ１のＶ１相のコイルユニット１ａ及び相単位コイル５Ｖ２のＶ２相のコイルユニット１ａに接続されている。同様に、相単位コイル５Ｖ１のＶ２相のコイルユニット１ｂ及び相単位コイル５Ｖ２のＶ１相のコイルユニット１ｂは、可動子磁極の移動方向に隣接する相単位コイル５Ｗ１のＷ１相のコイルユニット１ａ及び相単位コイル５Ｗ２のＷ２相のコイルユニット１ａに接続されている。また、相単位コイル５Ｗ１のＷ２相のコイルユニット１ｂ及び相単位コイル５Ｗ２のＷ１相のコイルユニット１ｂは、可動子磁極の移動方向に隣接する相単位コイル５Ｕ１のＵ１相のコイルユニット１ａ及び相単位コイル５Ｕ２のＵ２相のコイルユニット１ａに接続されている。つまり、相端子５Ｔ１〜５Ｔ３側のシート端部において、隣接する４本のコイル辺部をひとつの単位として、隣接する１２本のコイル辺部が相順にΔ結線されている。

本実施形態では、３相の相コイル６ＸがΔ結線されているので、コイルエンド部において巻線を３箇所で取りまとめることができ、巻線の端部処理が簡単・シンプルであり、コイルエンド部をコンパクトにすることができる。そのため、図１５（ｄ）に示す参考形態のように、同相内や相間を引回す引回し線が交差して配線が複雑になることがない。また、中性点を有しないので、中性点を回避する配線が不要である。そのため、中性点を有する場合と比べてコイルエンド部を簡素化、コンパクト化することができる。これらにより、３相回転電機を小型化及び低コスト化することができる。

また、本実施形態では、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部において、コイル辺部のつなぎ替えを行うことができるので、コイル製作が容易であり、作業性が向上する。また、コイル辺部をつなぎ替える同相のコイル端部がシート厚さ方向に積み重ならないので、コイル辺部のつなぎ替えを行うコイル端部をコンパクトにすることができる。さらに、本実施形態では、可動子磁極の移動方向のシート端部でコイル同士が接続されているので、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２のコイルユニット１ａ、１ｂをそれぞれ巻装した後にコイルユニット１ａ、１ｂ間の接続をすることができ、コイル製作が容易であり、作業性が向上する。

次に、ヘリカル巻シート状コイルの巻線について説明する。本実施形態では、巻線の導体表面がエナメルなどの絶縁層で被覆されている。巻線の断面形状は、特に限定されるものではなく、任意の断面形状とすることができる。例えば、断面円形状の丸線、断面多角形状の角線などの種々の断面形状の巻線を用いることができる。また、複数のより細い巻線素線を組み合わせたものでも良い。コイルユニット１ａ、１ｂは、例えば、巻芯に巻線をヘリカル状に巻装して成形することができる。巻線は、１本毎に巻芯に巻装しても複数本を同時に巻装しても良い。巻線ピッチＳを確保するために、巻芯にピンや溝等を設けて、ピンや溝をガイドにして巻装することもできる。そして、図２に示すように、すべての巻線を巻装後に巻芯を巻線から取り除き、一対のコイルユニット１ａ、１ｂを形成するコイル辺部１０ａ及び１０ｂが紙面垂直方向に隣接して密着するように加圧成形する。加圧成形の際に巻線が損傷する場合を考慮して、加圧成形後に補修用樹脂コーティング等を施しても良い。

本節最後に、ステータコアへのヘリカル巻シート状コイルの装着方法を説明する。図８は、ヘリカル巻シート状コイルがステータコアの径方向に巻き重ねられている状態を示す模式図である。本実施形態では、２層からなるヘリカル巻シート状コイル３がステータコアの径方向に巻き重ねられており、ロータ及びステータが径方向に同芯に配されるラジアル型の円筒状３相回転電機として用いることができる。

ステータコアにヘリカル巻シート状コイル３を装着する場合には、まず、ヘリカル巻シート状コイル３を渦巻き状に巻き上げて、ステータコアの内周側に収容し、渦巻き状ヘリカル巻シート状コイル３の外周側シートから巻きほどきながらステータコアに取り付ける。また、渦巻き状ヘリカル巻シート状コイル３の全てをステータコアの内周側に収容することができない場合は、収容できない部分又は全てをステータコアの軸方向端部の外側より、平面状ヘリカル巻シート状コイルにて供給して、渦巻き状に巻きとりつつステータコアに取り付けても良い。

ステータコアにヘリカル巻シート状コイル３を装着後は、相端子５Ｔ１〜５Ｔ３における接合及び引き出し処理を行う。本実施形態では、図７に示すように、シート端接続によってヘリカル巻シート状コイル３の端部構成がなされるので、シート端部の接続点５ＪＸ１、５ＪＸ２における巻線の接合も併せて行う。３相分の接合後に接合部を絶縁処理して、ワニスの含浸、樹脂モールド等によって巻線をステータコアに固定する。

本実施形態では、同一スロット内で隣接するコイル要素４ａ、４ｂを一対として、コイル要素４ａ、４ｂが２磁極ピッチ毎に可動子磁極の移動方向に配されているので、可動子磁極の移動方向のコイル要素４ａ、４ｂ間の相対的な位置関係を保持することができる。さらに、厚さ方向に２層に形成されるコイル辺部１０ａ、１０ｂの異なる層に配される往き導体部１１ａ、１１ｂ及び還り導体部１２ａ、１２ｂは、コイル端部２０ａ、２０ｂによってヘリカル状につながり波巻き構成となるように順に接続されてコイルユニット１ａ、１ｂが形成されているので、コイル端部２０ａ、２０ｂにて構成導体毎に整列して規則正しく層間を渡らせることができる。そのため、コイル端部２０ａ、２０ｂ同士の重なりを３次元的に、きめ細かく回避することができ、コイル端部２０ａ、２０ｂの占積率が向上してコイル端部２０ａ、２０ｂの占有スペースを小さくすることができる。また、コイル端部２０ａ、２０ｂを短くしてコンパクトにできるので、漏れリアクタンスを減少させることができる。さらに、コイル辺部１０ａ、１０ｂがつなぎ替えられる可動子磁極の移動方向のシート端部を除いて、全節巻の波巻き構成となるように巻装されているので、全節巻部分のコイル端部高さを均一にすることができる。

また、本実施形態では、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２が並列接続されているので、直列接続の場合と比べて巻線の素線断面積を半減させることができ、コイル導体部に発生する渦電流損を低減させることができる。さらに、コイル成形に要する力を小さくすることができるので、成形性が向上してコイル製作が容易になり、ステータコアへの組付け作業等の作業性も向上する。

（２）第２実施形態
本実施形態は、第１実施形態と比べて、ヘリカル巻シート状コイルの端部構成が異なる。図９は、ヘリカル巻シート状コイルの端部構成（シート端引回し）を示す模式図である。同図に示す端部構成は、図７に示す端部構成と比べて、紙面右方向のシート端部にコイルユニット１ａ、１ｂの接続点を有しない点が異なる。図９の（ａ）〜（ｄ）は、図７の（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ対応しており、共通の箇所には共通の符号を付して対応させることにより、重複する説明を省略する。また、図９では、コイルユニット１ａ、１ｂは、説明の便宜上、実線及び破線により区別して記載されているが、実際は一体に形成されている。以下、（ａ）に基づいてＵ相を例に説明するが、Ｖ相及びＷ相についても同様である。

相単位コイル５Ｕ１は、相端子５Ｔ１を起点にして紙面右方向に巻装された後（実線で示すＵ１相のコイルユニット１ａに相当。丸数字１〜５）、コイル引回し点５ＲＵ１で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（破線で示すＵ２相のコイルユニット１ｂに相当。丸数字６〜１１）、相端子５Ｔ２に接続されている。相単位コイル５Ｕ２は、相端子５Ｔ１を起点にして紙面右方向に巻装された後（実線で示すＵ２相のコイルユニット１ａに相当。丸数字１００〜１０４）、コイル引回し点５ＲＵ２で巻き返されて紙面左方向に巻装されており（破線で示すＵ１相のコイルユニット１ｂに相当。丸数字１０５〜１１０）、相端子５Ｔ２に接続されている。そして、相単位コイル５Ｕ１と相単位コイル５Ｕ２とが並列接続されて、相コイル６Ｕが形成されている。

本実施形態では、紙面右方向のシート端部に巻線の接続点を有しないので、シート端部でコイル同士を接続する第１実施形態と比べて、シート端部をコンパクトにすることができる。同図（ａ）に示すように、ステータコアのスロット収容部からコイル引回し点５ＲＵ１、５ＲＵ２までのコイル端部高さを、それぞれ５Ｈ１、５Ｈ２とすると、コイル端部高さ５Ｈ２は、コイル端部高さ５Ｈ１と比べて低いので、コイル引回し点５ＲＵ１、５ＲＵ２近傍の同相の巻線同士がシート厚さ方向にもコイル端部高さ方向にも交差しない。そのため、コイル辺部のつなぎ替えを行うコイル端部をコンパクトにすることができる。さらに、コイル引回し点５ＲＵ１、５ＲＵ２近傍の巻線は、可動子磁極の移動方向である同図（ａ）に示す矢印５Ｐ方向に略平行でコイル辺部方向にずらして配されているので、コイル辺部のつなぎ替えを行うコイル端部のコイル辺部方向高さを他のコイル端部と略同じ高さにすることができる。よって、コイル端部のコイル辺部方向高さを均一にすることができる。

（３）第３実施形態
本実施形態に係るヘリカル巻シート状コイルは、第１実施形態及び第２実施形態と比べて、可動子磁極の移動方向の両端部が重なり同芯円筒状を呈している点が異なる。図１０は、同芯円筒状のヘリカル巻シート状コイルを示すコイル辺部の断面図である。（ａ）は、円筒化前のヘリカル巻シート状コイルの両端部を示し、（ｂ）は、円筒化後の状態を示している。ヘリカル巻シート状コイル３の一端側は、同図（ａ）に示す領域Ｂで囲まれる６巻線ピッチ分のコイル辺部が第１層のみに形成されている。他端側は、領域Ｃで囲まれる６巻線ピッチ分のコイル辺部が第２層のみに形成されている。ヘリカル巻シート状コイル３の両端部を同図（ａ）に示す矢印方向に近接させると、同図（ｂ）に示すようにヘリカル巻シート状コイル３は、同芯円筒状を呈する。

ここで、例えば、同図（ａ）において、領域Ｂの順方向Ｕ１のコイル辺部を起点にして、領域Ｃの方向に順方向Ｕ１、逆方向Ｕ１、順方向Ｕ１、逆方向Ｕ１を繰り返し波巻でつなぎ、領域Ｃの順方向Ｕ２につなげる。そして、領域Ｂの方向に順方向Ｕ２、逆方向Ｕ２、順方向Ｕ２、逆方向Ｕ２を繰り返し波巻でつなぎ、領域Ｂに隣接する逆方向Ｕ２につなげる。また、領域Ｂの順方向Ｕ２のコイル辺部を起点にして、領域Ｃの方向に順方向Ｕ２、逆方向Ｕ２、順方向Ｕ２、逆方向Ｕ２を繰り返し波巻でつなぎ、領域Ｃの順方向Ｕ１につなげる。そして、領域Ｂの方向に順方向Ｕ１、逆方向Ｕ１、順方向Ｕ１、逆方向Ｕ１を繰り返し波巻でつなぎ、領域Ｂに隣接する逆方向Ｕ１につなげる。次に、同図（ｂ）において、領域Ｂで囲まれる順方向Ｕ１、順方向Ｕ２のコイル辺部に相端子５Ｔ１を接続し、逆方向Ｕ１、逆方向Ｕ２のコイル辺部に相端子５Ｔ２を接続する。Ｖ相及びＷ相についても、同様にコイル辺部の接続を行い、相端子を接続して３相の相コイル６ＸをΔ結線する。

これにより、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、内部循環電流の発生を防止することができる。なお、複数のヘリカル巻シート状コイル３を同芯円筒状に配することもできる。その場合は、各ヘリカル巻シート状コイル３の各相端部を相毎に直列接続又は並列接続すれば良い。

（４）第４実施形態
本実施形態に係るヘリカル巻シート状コイルは、第１実施形態〜第３実施形態と比べて、毎極毎相４個のコイル辺種類を有する点が異なる。つまり、本実施形態では、ヘリカル巻シート状コイルは、可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチずつ離間するＸ１相〜Ｘ４相のコイル辺部を有している。図１１は、毎極毎相４個のコイル辺種類を有するヘリカル巻シート状コイルのＵ相コイルの接続状態の一例を示す模式図である。（ａ）は、相単位コイル５Ｕ１の接続状態を示し、（ｂ）は、相単位コイル５Ｕ２の接続状態を示している。以下、同図に基づいてＵ相を例に説明するが、Ｖ相及びＷ相についても同様である。

同図（ａ）に示すように、相単位コイル５Ｕ１は、Ｕ１相のコイルユニット１ａ、Ｕ２相のコイルユニット１ｂ、Ｕ３相のコイルユニット１ａ及びＵ４相のコイルユニット１ｂが直列接続されている。Ｕ１相のコイルユニット１ａは、相端子５Ｔ１を起点にして紙面右方向に巻装されており、シート一端側で巻き返されて、Ｕ２相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ２相のコイルユニット１ｂは、紙面左方向に巻装されており、シート他端側で巻き返されて、Ｕ３相のコイルユニット１ａと接続されている。Ｕ３相のコイルユニット１ａは、紙面右方向に巻装されており、シート一端側で巻き返されて、Ｕ４相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ４相のコイルユニット１ｂは、紙面左方向に巻装されており、シート他端側で相端子５Ｔ２に接続されている。

同図（ｂ）に示すように、相単位コイル５Ｕ２は、Ｕ４相のコイルユニット１ａ、Ｕ３相のコイルユニット１ｂ、Ｕ２相のコイルユニット１ａ及びＵ１相のコイルユニット１ｂが直列接続されている。Ｕ４相のコイルユニット１ａは、相端子５Ｔ１を起点にして紙面右方向に巻装されており、シート一端側で巻き返されて、Ｕ３相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ３相のコイルユニット１ｂは、紙面左方向に巻装されており、シート他端側で巻き返されて、Ｕ２相のコイルユニット１ａと接続されている。Ｕ２相のコイルユニット１ａは、紙面右方向に巻装されており、シート一端側で巻き返されて、Ｕ１相のコイルユニット１ｂと接続されている。Ｕ１相のコイルユニット１ｂは、紙面左方向に巻装されており、シート他端側で相端子５Ｔ２に接続されている。

第１実施形態〜第３実施形態では、コイルユニット１ａ、１ｂがシート内を１回往復するように直列接続されて、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２が形成されている。一方、本実施形態では、コイルユニット１ａ、１ｂがシート内を２回往復するように直列接続されて、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２が形成されている。毎極毎相のコイル辺種類数をｎ（ｎは自然数）とすると、第１実施形態〜第３実施形態では、ｎは２であり、本実施形態では、ｎは４である。このように、毎極毎相のコイル辺種類数ｎが偶数の場合は、コイルユニット１ａ、１ｂをシート内でｎ／２回往復するように直列接続して、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２を形成することができる。そのため、相単位コイル５Ｘ１、５Ｘ２の巻始め端及び巻終り端を周方向近傍に配することができる。

本実施形態では、毎極毎相のコイル辺種類数ｎが偶数であるので、並列接続される各相単位コイルの巻始め端及び巻終り端を周方向近傍に配することができる。そのため、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部においてコイル辺部のつなぎ替えを行う場合に、各相単位コイルの巻始め端間の配策及び巻終り端間の配策が容易であり、作業性が向上する。

なお、毎極毎相のコイル辺種類数ｎが奇数の場合は、可動子磁極の移動方向のシート途中において、コイル辺部をつなぎ替えても良い。但し、ステータ周倍単位でコイル辺部のつなぎ替えを行うものとする。また、可動子磁極の移動方向のヘリカル巻シート状コイルの端部において、コイル辺部のつなぎ替えを行う場合は、並列接続される各相単位コイルの巻始め端及び巻終り端がヘリカル巻シート状コイルの両端部に反転して配される。そのため、各相単位コイルの巻始め端同士及び巻終り端同士をつなぐ配策が必要である。

また、第１実施形態〜第４実施形態に示すように、コイル辺部がつなぎ替えられる可動子磁極の移動方向のシート端部を除いて、全節巻の波巻き構成となるように巻装されていると好適である。これにより、全節巻部分のシート厚さ方向のコイル端部高さを均一にすることができる。

（５）参考形態
説明の便宜上、２つの相単位コイルが並列接続される場合について説明したが、並列接続される相単位コイルの数が異なる３相回転電機についても適用することができる。まず、本参考形態において、毎極毎相３個のコイル辺種類を有し、３つの相単位コイルが並列接続されている３相回転電機について説明し、次節において一般化して説明する。

図１２は、毎極毎相３個のコイル辺種類を有する３相回転電機のＵ相コイルの接続状態の一例を示す周方向展開図である。同図は、６極の３相回転電機を示しており、３相回転電機のコイル辺部は、Ｕ相（順方向Ｕ１）、Ｕ相（順方向Ｕ２）、Ｕ相（順方向Ｕ３）、Ｗ相（逆方向Ｗ１）、Ｗ相（逆方向Ｗ２）、Ｗ相（逆方向Ｗ３）、Ｖ相（順方向Ｖ１）、Ｖ相（順方向Ｖ２）、Ｖ相（順方向Ｖ３）の順に可動子磁極の移動方向に配されている。したがって、Ｕ相のコイル辺種類の総数は、１８（＝３×６極）である。以下、Ｕ相を例に説明するが、Ｖ相及びＷ相についても同様であり、３相の相コイルがΔ結線されている。

Ｕ相の隣接する３個のコイル辺種類は、それぞれ波巻き構成となるようにコイル辺部の同一側端部がコイル端部によって直列接続されており、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３が形成されている。相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３は、並列接続されており、一端側は相端子５Ｔ１に接続され、他端側は相端子５Ｔ２に接続されている。同図では、相単位コイル５Ｕ１を実線の太線で示し、相単位コイル５Ｕ２を破線で示し、相単位コイル５Ｕ３を実線の細線で示している。図中の丸数字は、相端子５Ｔ１から相端子５Ｔ２までの巻線の接続順を示している。相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３は並列接続されているので、説明の便宜上、相端子５Ｔ１を起点とする相単位コイル５Ｕ１の巻線の接続順を１０番から始まる丸数字で示し、相端子５Ｔ１を起点とする相単位コイル５Ｕ２の巻線の接続順を２０番から始まる丸数字で示し、相端子５Ｔ１を起点とする相単位コイル５Ｕ３の巻線の接続順を３０番から始まる丸数字で示している。

同図（ａ）は、相単位コイルに全節巻部を含まない接続状態の一例を示している。相単位コイル５Ｕ１のコイル端部は、１長節巻部（丸数字１０）、１長節巻部（丸数字１１）、２短節巻部（丸数字１２）、１長節巻部（丸数字１３）、１長節巻部（丸数字１４）及び２短節巻部（丸数字１５）を有しており、６本のコイル辺部は、コイル端部によってこの順に直列接続されている。相単位コイル５Ｕ２のコイル端部は、１長節巻部（丸数字２０）、２短節巻部（丸数字２１）、１長節巻部（丸数字２２）、１長節巻部（丸数字２３）、２短節巻部（丸数字２４）及び１長節巻部（丸数字２５）を有しており、６本のコイル辺部は、コイル端部によってこの順に直列接続されている。相単位コイル５Ｕ３のコイル端部は、２短節巻部（丸数字３０）、１長節巻部（丸数字３１）、１長節巻部（丸数字３２）、２短節巻部（丸数字３３）、１長節巻部（丸数字３４）、１長節巻部（丸数字３５）を有しており、６本のコイル辺部は、コイル端部によってこの順に直列接続されている。なお、１相の必要巻数に応じて、丸数字１５から丸数字１０への接続、丸数字２５から丸数字２０への接続及び丸数字３５から丸数字３０への接続を複数回繰り返す。ここで、「全節巻部」とは、直列接続されるコイル辺部間の間隔が１磁極ピッチ（本参考形態では９巻線ピッチ）となる巻線部分をいう。「１長節巻部」とは、直列接続されるコイル辺部間の間隔が１磁極ピッチより１巻線ピッチ分長い巻線部分をいう。同様に、「２短節巻部」とは、直列接続されるコイル辺部間の間隔が１磁極ピッチより２巻線ピッチ分短い巻線部分をいう。

仮に、Ｕ１相のコイル辺部を６本選択して相単位コイル５Ｕ１を形成し、Ｕ２相のコイル辺部を６本選択して相単位コイル５Ｕ２を形成し、Ｕ３相のコイル辺部を６本選択して相単位コイル５Ｕ３を形成する場合を想定する。Ｕ１相のコイル辺部、Ｕ２相のコイル辺部及びＵ３相のコイル辺部は、可動子磁極の移動方向に１巻線ピッチずつ離間しているので、同相（Ｕ相）ではあるが、正確には位相が異なる。そのため、Ｕ１相のコイル辺部のみで相単位コイル５Ｕ１を形成し、Ｕ２相のコイル辺部のみで相単位コイル５Ｕ２を形成し、Ｕ３相のコイル辺部のみで相単位コイル５Ｕ３を形成すると、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３に発生する誘起電圧は異なり、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３を並列接続すると、Ｕ相内に循環電流が生じてしまう。

本参考形態では、相単位コイル５Ｕ１は、６本のコイル辺部が上記のコイル端部（丸数字１０〜１５）によって直列接続されることにより、Ｕ１相、Ｕ２相、Ｕ３相、Ｕ１相、Ｕ２相及びＵ３相の順にコイル辺部が選択される。よって、相単位コイル５Ｕ１は、Ｕ１相〜Ｕ３相のコイル辺部を各２本ずつ有している。同様に、相単位コイル５Ｕ２、５Ｕ３もＵ１相〜Ｕ３相のコイル辺部を各２本ずつ有している。したがって、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３に発生する誘起電圧はいずれも等しくなる。そのため、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３を並列接続してもＵ相内に循環電流が生じないので、相内循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。

また、同図（ａ）に示す３相回転電機は、ステータ周倍の波巻き構成であるので、第１実施形態と同様に、例えば、ロータの偏芯等によって界磁磁束にばらつきが生じても、相コイル間に発生する誘起電圧にばらつきが生じにくい。そのため、相間の内部循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。なお、ステータ周倍とは、相単位コイルの周方向長がステータの周方向長の自然数倍であることをいう。相単位コイルの周方向長には、各相単位コイルにおいて直列接続されるコイル辺部数（直列コイル辺部数ｋ）が含まれ、ステータの周方向長には、磁極数２ｐが含まれる。本参考形態では、直列コイル辺部数ｋは６であり、磁極数２ｐは６である。

同図（ｂ）は、相単位コイルの一部に全節巻部を含む接続状態の一例を示している。相単位コイル５Ｕ１のコイル端部は、全節巻部（丸数字１０）、１長節巻部（丸数字１１）、全節巻部（丸数字１２）、１長節巻部（丸数字１３）、全節巻部（丸数字１４）及び２短節巻部（丸数字１５）を有しており、６本のコイル辺部は、コイル端部によってこの順に直列接続されている。相単位コイル５Ｕ２のコイル端部は、全節巻部（丸数字２０）、１長節巻部（丸数字２１）、全節巻部（丸数字２２）、２短節巻部（丸数字２３）、全節巻部（丸数字２４）及び１長節巻部（丸数字２５）を有しており、６本のコイル辺部は、コイル端部によってこの順に直列接続されている。相単位コイル５Ｕ３のコイル端部は、全節巻部（丸数字３０）、２短節巻部（丸数字３１）、全節巻部（丸数字３２）、１長節巻部（丸数字３３）、全節巻部（丸数字３４）、１長節巻部（丸数字３５）を有しており、６本のコイル辺部は、コイル端部によってこの順に直列接続されている。

同図（ｂ）に示す３相回転電機も同図（ａ）に示す３相回転電機と同様に、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３は、それぞれＵ１相〜Ｕ３相のコイル辺部を各２本ずつ有している。したがって、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３に発生する誘起電圧はいずれも等しくなる。そのため、相単位コイル５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３を並列接続してもＵ相内に循環電流が生じないので、相内循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。また、同図（ｂ）に示す３相回転電機は、ステータ周倍の波巻き構成であるので、同図（ａ）に示す３相回転電機の場合と同様に、相間の内部循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。

さらに、同図（ａ）及び（ｂ）に示す３相回転電機は、３相の相コイルがΔ結線されているので、コイルエンド部において巻線を３箇所で取りまとめることができ、巻線の端部処理が簡単・シンプルであり、コイルエンド部をコンパクトにすることができる。また、中性点を有しないので、中性点を回避する配線が不要である。そのため、中性点を有する場合と比べてコイルエンド部を簡素化、コンパクト化することができる。これらにより、３相回転電機を小型化及び低コスト化することができる。

（６）まとめ
本発明の３相回転電機の波巻き巻線は、毎極毎相配される同相の電磁気的に位相の異なるｎ種類（ｎは自然数）のコイル辺部の中から１つのコイル辺部が毎極選択されて、選択される所要極数分のコイル辺部がコイル端部によって直列接続されて相単位コイルが形成され、選択されるコイル辺部が相異なる複数の相単位コイルが並列接続されて相コイルが形成されている。図１３は、毎極毎相ｎ個のコイル辺種類を有する３相回転電機のＵ相の相構成の一例を示す模式図である。なお、磁極数を２ｐとし、並列接続される相単位コイルの数をｍとする。また、各相単位コイルにおいて直列接続されるコイル辺部数を直列コイル辺部数ｋとする。

同図では、Ｕ相の電磁気的に位相の異なるｎ種類（Ｕ１相〜Ｕｎ相）のコイル辺部が直列接続されて相単位コイルが形成されている。１つの相単位コイルはｋ本のコイル辺部を有しており、ｍ個の相単位コイルが並列接続されている。同図では、相端子をＴ１、Ｔ２で示している。Ｖ相及びＷ相についても同様であり、本発明の３相回転電機の波巻き巻線は、３相の相コイルがΔ結線されている。なお、直列接続されるコイル辺部の接続順序は、同図に記載の順序に限定されるものではない。また、ここでは、１つのコイル辺種類に属する１磁極当りの直列導体数ｑを１としている。１つのコイル辺種類に属する１磁極当りの直列導体数ｑが複数の場合は、同図に示す相単位コイルを１つのコイル辺種類に属する直列導体数ｑ分、直列接続したものを相単位コイルとして扱えば良い。

本発明では、相コイルの各相単位コイルは、ｎ種類のすべての種類のコイル辺部を同数ずつ含み、かつ、直列接続されるコイル辺部の数が同数になるようにコイル辺部が選択され、相コイル内のコイル辺部の総数を示す関係式が下記数１で表される。
（数１）
ｍ×ｋ＝ｎ×ｑ×２ｐ

相内循環電流の発生を防止するためには、並列接続される各相単位コイルは、ｎ種類のすべての種類のコイル辺部を同数ずつ含み、かつ、直列接続されるコイル辺部の数が同数でなければならない。つまり、直列コイル辺部数ｋは、ｎの自然数倍でなければならないので、直列コイル辺部数ｋは、自然数ｇを用いて下記数２で表すことができる。
（数２）
ｋ＝ｇ×ｎ

さらに、例えば、ロータの偏芯等によって界磁磁束にばらつきが生じても、相コイルに発生する誘起電圧にばらつきが生じないようにする必要がある。界磁磁束にばらつきが生じると、ステータ１周において、相コイルには、誘起電圧が相対的に高いコイル部分と、誘起電圧が相対的に低いコイル部分と、が生じる。そこで、相単位コイルの周方向長をステータの周方向長の自然数倍にすることにより、ステータ１周において誘起電圧を均一化する。相単位コイルの周方向長に含まれる直列コイル辺部数はｋであり、ステータの周方向長に含まれる磁極数は２ｐであるので、これらの関係は、自然数ｈを用いて下記数３で表すことができる。また、１つのコイル辺種類に属する直列導体数ｑ分を直列接続した相単位コイルを考えると、直列コイル辺部数ｋは、自然数ｚを用いて下記数４で表すことができる。なお、数３で示す関係式は、数４で示す関係式で表されている。
（数３）
ｋ＝ｈ×２ｐ
（数４）
ｋ＝ｚ×２ｐ×ｑ

並列接続される相単位コイルの数ｍと直列コイル辺部数ｋとの積は、１相当りのコイル辺部の総数になるので、１相当りのコイル辺部の総数は、既述の数１で表すことができる。数１に数２を代入すると、ｍは下記数５で表すことができる。また、数１に数４を代入すると、ｍは下記数６で表すことができる。数５及び数６より、ｍはｑ×２ｐとｎの公約数である必要がある。
（数５）
ｍ＝ｑ×２ｐ／ｇ
（数６）
ｍ＝ｎ／ｚ

毎極毎相のコイル辺種類数ｎ及び磁極数２ｐに対して、ｑ＝１の場合の数１に示す関係式に基づいて算出されるｍとｋの組み合わせの一例を表１に示す。また、ｑ＝４の場合の数１に示す関係式に基づいて算出されるｍとｋの組み合わせの一例を表２に示す。表１及び表２に示す組み合わせのうち、前者は並列接続される相単位コイルの数ｍを示し、後者は直列コイル辺部数ｋを示している。なお、本発明は、表１及び表２に記載の組み合わせに限定されるものではなく、毎極毎相のコイル辺種類数ｎが４以上であっても良く、磁極数２ｐが１０極以上であっても良い。また、直列導体数ｑは、１及び４に限定されるものではない。

本発明では、並列接続される各相単位コイルは、ｎ種類のすべての種類のコイル辺部を同数ずつ含み、かつ、直列接続されるコイル辺部の数が同数になるようにコイル辺部が選択され、相コイル内のコイル辺部の総数を示す関係式が数１で表されるので、並列接続される各相単位コイルに発生する誘起電圧が等しくなる。そのため、相内循環電流が生じないので、相内循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。また、本発明は、相単位コイルの周方向長（含まれる直列コイル辺部数はｋ）がステータの周方向長（含まれる磁極数は２ｐ）の自然数倍になるステータ周倍の波巻き構成であるので、例えば、ロータの偏芯等によって界磁磁束にばらつきが生じても、相コイル間に発生する誘起電圧にばらつきが生じにくい。そのため、相間の内部循環電流によって３相回転電機の出力が低下することなく、３相回転電機の出力維持を図ることができる。

さらに、本発明では、３相の相コイルがΔ結線されているので、コイルエンド部において巻線を３箇所で取りまとめることができ、巻線の端部処理が簡単・シンプルであり、コイルエンド部をコンパクトにすることができる。また、中性点を有しないので、中性点を回避する配線が不要である。そのため、中性点を有する場合と比べてコイルエンド部を簡素化、コンパクト化することができる。これらにより、３相回転電機を小型化及び低コスト化することができる。なお、本発明では、相単位コイルが並列接続されているので、直列接続の場合と比べて巻線の素線断面積を半減させることができ、コイル導体部に発生する渦電流損を低減させることができる。さらに、コイル成形に要する力を小さくすることができるので、成形性が向上してコイル製作が容易になり、ステータコアへの組付け作業等の作業性も向上する。

さらに、本発明では、数３に示すように、直列コイル辺部数ｋは磁極数２ｐの自然数ｈ倍であるので、並列接続される各相単位コイルの巻線端部が近傍に配される。そのため、相単位コイルを並列接続するための渡り線が短くなり、配策が容易である。また、直列コイル辺部数ｋは偶数であるので、相単位コイルの巻線端部は、スロット収容部の軸方向一端側に配される。そのため、渡り線を配策するためにステータを回転させる必要がなく、作業工程を短縮することができる。

また、本発明において、並列接続される各相単位コイルは、ｎ種類のコイル辺部を種類毎に直列に連ねて可動子磁極の移動方向に配されていると好適である。同種のコイル辺部が直列接続される部分は全節巻となる。そのため、同種のコイル辺部が直列接続される部分において、可動子磁極の移動方向のコイル辺部間の相対的な位置関係を保持することができ、コイル端部の構成やコイル辺部方向高さを均一にすることができる。

（７）その他
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。また、本発明は、波巻き構成の種々の３相回転電機に用いることができ、例えば、車両用電動機や家庭用電器に用いられる電動機あるいは一般的な産業用機械を駆動する電動機に用いることができる。

１０：コイル辺部
２０：コイル端部
３：ヘリカル巻シート状コイル
５Ｘｉ：相単位コイル（ＸはＵ、Ｖ、Ｗのいずれか。ｉは自然数。）
６Ｘ：相コイル（ＸはＵ、Ｖ、Ｗのいずれか。）

Claims (6)

1. ステータコアの各スロットに交互に挿通されるコイル辺部と、前記コイル辺部と一体に形成されて前記コイル辺部の同一側端部を接続するコイル端部と、を有するコイル導体が波巻き構成となるように巻装された３相回転電機の波巻き巻線であって、
   毎極毎相配される同相の電磁気的に位相の異なるｎ種類（ｎは自然数）の前記コイル辺部の中から１つのコイル辺部が毎極選択されて、選択される所要極数分のコイル辺部が前記コイル端部によって直列接続されて相単位コイルが形成され、選択されるコイル辺部が相異なる複数の前記相単位コイルが並列接続されて相コイルが形成されており、
   前記相コイルの各相単位コイルは、前記ｎ種類のすべての種類の前記コイル辺部を同数ずつ含み、かつ、直列接続される前記コイル辺部の数が同数になるように前記コイル辺部が選択され、前記相コイル内の前記コイル辺部の総数を示す関係式が下記数１で表され、
   ３相の前記相コイルがΔ結線されており、
   前記波巻き構成は、前記コイル導体がヘリカル状につながるヘリカル巻シート状コイルとして構成され、
   前記相コイルは、可動子磁極の移動方向の前記ヘリカル巻シート状コイルの端部に設けられ、直列接続される前記コイル辺部が同相の電磁気的に位相の異なるコイル辺部と接続されている接続点、または、可動子磁極の移動方向の前記ヘリカル巻シート状コイルの端部に設けられ、直列接続される前記コイル辺部が同相の電磁気的に位相の異なるコイル辺部に引回されているコイル引回し点を備え、
   前記相コイルの前記接続点または前記コイル引回し点の数は、毎極毎相のコイル辺種類数である前記ｎ種類と一致していることを特徴とする３相回転電機の波巻き巻線。
   （数１）
   ｍ×ｋ＝ｎ×ｑ×２ｐ
   但し、ｍは並列接続される相単位コイルの数、ｋは直列接続されるコイル辺部数、ｑは１つのコイル辺種類に属する１磁極当りの直列導体数、２ｐは磁極数であり、ｍはｑ×２ｐとｎの公約数。
2. 前記相単位コイルは、前記ｎ種類のコイル辺部を種類毎に直列に連ねて可動子磁極の移動方向に配されている請求項１に記載の３相回転電機の波巻き巻線。
3. 前記ｎ種類は偶数である請求項１又は２に記載の３相回転電機の波巻き巻線。
4. 前記相コイルの前記接続点または前記コイル引回し点は、シート厚さ方向に積み重ならない請求項１〜３のいずれか一項に記載の３相回転電機の波巻き巻線。
5. 前記相コイルの前記接続点または前記コイル引回し点は、前記可動子磁極の移動方向に略平行で、前記コイル辺部方向にずらして配されている請求項４に記載の３相回転電機の波巻き巻線。
6. 前記ヘリカル巻シート状コイルは、前記コイル辺部がシート厚さ方向に積層されて２層に形成されており、
   円環状に形成された前記ステータコアの周方向に沿って周回するように、前記ステータコアのスロット底部側からスロット開口部側に向かって巻き重ねられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の３相回転電機の波巻き巻線。

Images