JP5967612B2 - インバータ駆動回転電機、およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は回転電機、特にインバータ駆動回転電機、およびその製造方法に関する。

近年、省エネ、高効率運転の観点から、可変電圧可変周波数の電力変換器であるインバータを用いた回転電機の可変速運転が盛んに行われている。しかし、インバータ駆動に伴い回転電機ではさまざまな課題がある。
具体的には、インバータ駆動回転電機システムでは、インバータやインバータと回転電機を接続するケーブルから発せられる放射・伝導ノイズの抑制と周囲の機器の誤動作防止が課題である。
また、回転電機では、急峻なインバータからのサージ電圧（インバータサージ電圧）に伴い絶縁や軸受が劣化する問題への対策が課題である。
さらに、これらの課題は、インバータを構成する素子の変遷とともに、状況や深刻さが変化している
インバータ駆動回転電機の絶縁問題については、１９９０年代に電圧立ち上がり時間が急峻なＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）インバータが実用化されてから顕在化し、さまざまな対策技術が開発されてきた。
例えば、急峻なインバータサージ電圧が印加された際には、回転電機コイルのターン間に多くの電圧が分担されるが、この現象への対策として、ライン側（回転電機端子側）に最も近いコイルを複数ターンずつのコイル束に分割し第１ターンと最終ターンの間に絶縁紙を挿入し絶縁強化する技術が特許文献１に開示されている。
また、ライン側コイルの素線絶縁を強化する技術が特許文献２に開示されている。
また、前記の２つの方法とは反対に、第１ターンと最終ターンを近接させることで電圧分布を低減する技術が特許文献３に開示されている。
ところが、さらにスイッチング時間が従来のＩＧＢＴインバータよりも短く、高速なＳｉＣ（Silicon Carbide）インバータやＧａＮ（Gallium Nitride）インバータが開発され、実用化が始まりつつあり、前記した課題が更に深刻な状況に至っている。

特開平９−１０３０３９号公報 特開平１１−８９１４８号公報 特開２００７−０２８８８０号公報

前記したように、さらに、スイッチング時間が短く、高速なＳｉＣインバータやＧａＮインバータが開発されつつあり、特許文献１〜３に開示された技術では、インバータサージ電圧で新たに発生する電圧増加現象に対して、不充分であることが後記するように明らかになった。

本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、その目的および課題は、より高速なインバータにも対応可能なインバータ駆動回転電機、およびその製造方法を提供することである。

前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明のインバータ駆動回転電機は、固定子コアに設けられる複数のスロットにターン導体が固定子巻線として巻回されてなる固定子と、前記固定子巻線のターン導体に電力を供給する中継端子である回転電機端子と、前記固定子の内周側または外周側に配置されて前記固定子に対して相対回転する回転子と、を備え、前記ターン導体は、前記スロット内において、前記回転電機端子側の前記ターン導体が、当該スロットの横断面の中央部側に配置され、前記ターン導体が前記スロット内で、前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体のグループを、残りの前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体のグループが取り囲むように前記スロット内に配置される、ことを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、より高速なインバータにも対応可能なインバータ駆動回転電機、およびその製造方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機の概略の構成と、インバータ駆動回転電機とインバータとのシステム構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態であるモータに備えられた固定子の斜視図である。 本発明の第１実施形態であるモータに備えられた固定子のＡ−Ａ’面における断面を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機の固定子巻線のコイルの具体的な導体配列の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機の固定子巻線のコイルの製作方法の一過程を示す図である。 コイルの製作方法において、ターン導体の巻き付け手順３を示す図である。 コイルの製作方法において、ターン導体の巻き付け手順１を示す図である。 コイルの製作方法において、ターン導体の巻き付け手順２を示す図である。 本発明の第２実施形態であるモータに備えられた固定子コアのＡ−Ａ’断面を示し、反ライン側のターン導体をスロット内に挿入する状況を示す図である。 本発明の第２実施形態であるモータに備えられた固定子コアのＡ−Ａ’断面を示し、反ライン側のターン導体をスロット内に挿入後、さらにライン側導体をスロット内の中央部に挿入する状況を示す図である。 本発明の第３実施形態であるモータに備えられた固定子コアのＡ−Ａ’面における断面を示し、ライン側ターン導体と反ライン側のターン導体をスロット内に挿入する状況を示す図である。 本発明の第４実施形態であるモータに備えられた固定子コアのＡ−Ａ’面における断面を示し、ライン側ターン導体と反ライン側のターン導体をスロット内に挿入する状況を示す図である。 本発明の第５実施形態であるモータに備えられた固定子コアのＡ−Ａ’面における断面を示す図であり、（ａ）はライン側ターン導体と反ライン側ターン導体をスロット内に挿入する状況を示し、（ｂ）はスロット内のターン導体の配置を示している。 集中巻の固定子巻線を軸方向から見た場合の概観を示す図である。 反ライン側のターン導体とライン側のターン導体の集中巻におけるスロット内導体配列の配置について示す図である。 急峻パルス電圧下における回転電機コイルの電圧分布を評価する測定回路を示す図である。 Ｕ相の各コイルの対地電圧と分担電圧を示す図であり、（ａ）はＵ相の各コイルの対地電圧であり、（ｂ）はＵ相の各コイルのコイル分担電圧を示している。 図１７の測定結果のＵ相電圧波形の立ち上がり部分を拡大し、波形の特徴を強調した結果を示す図であり、（ａ）はＵ相ライン側第１コイルとＵ相ライン側第２コイルの対地電圧特性を示し、（ｂ）はＵ相ライン側第１コイルのコイル分担電圧を示している。 コイル分担電圧に占める第１の頂点電圧と電位差の割合の電圧立ち上がり時間に対する変化を示す図である。 ライン側コイルの等価回路の概略を示す図である。 コイルに急峻パルス電圧を印加した際にコイル内部を伝播する電圧波の測定結果を示す図である。 コンデンサをコイルのターン導体と固定子コア間に追加接続し、対地に漏れる電流を増加させたときの反ライン側ターン導体の対地電圧波形および、コイル分担電圧を測定する測定回路を示す図である。 コンデンサ未接続の場合と、コンデンサを各ターンに接続した場合のコイルのターン導体の対地電圧およびコイル分担電圧波形の測定結果を示す図であり、（ａ）は無接続、（ｂ）は第０ターン、（ｃ）は第１ターン、（ｄ）は第８ターン、（ｅ）は第１６ターン、（ｆ）は第３０ターンにそれぞれコンデンサを接続した場合である。 明らかにした仮説を基に、コンデンサを接続して対地に電流の漏れるライン側ターン数ｎを変化させたときのコイルの反ライン側ターンにおける逆起電力を計算した結果を示す図であり、（ａ）は反ライン側ターンにおける逆起電力を示し、（ｂ）は各ターンの反ライン側ターンの逆起電力への影響度を示している。 スロット内のターン導体ｉの配列の例を示した図である。 参考例１としての分布巻で整列巻の固定子巻線におけるスロット内部の断面の構造を示す図である。 参考例２としての分布巻で乱巻の固定子巻線におけるスロット内部の断面の構造を示す図である。

以下に本願の発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称す）を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機のシステム構成例を説明する。

＜インバータ駆動回転電機のシステム構成例＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機２０の概略の構成と、インバータ駆動回転電機２０とインバータ２１とのシステム構成例を示す図である。
図１において、インバータ２１は、直流電力を可変電圧可変周波数の三相交流電力に変換する電力変換器である。このインバータ２１の出力である三相交流電力は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相からなり、インバータ２１からケーブル２２と三相の端子１６３〜１６５とを介して、インバータ駆動回転電機（適宜、「モータ」と略す）２０に給電される。
インバータ２１は、電圧型のインバータであるので、三相交流電力の出力には、パルス列から形成される矩形波電圧が含まれている。
この矩形波電圧の立ち上がり時間ｔｒは、ＳｉＣインバータでは約２０〜１００ｎｓであり、ＩＧＢＴインバータでは約１００〜２００ｎｓである。

モータ２０は、固定子２５と、この固定子２５の内周側（中心の空洞部）に空隙を介して対向配置され、かつ回転可能に支持されている回転子２６とがフレーム２４に収められて構成されている。
固定子２５は、固定子コア３５と固定子巻線２９とを備えて構成される。
回転子２６は、回転子コア３６とシャフト２７とを備えて構成され、固定子２５に対して相対回転する。
また、回転子２６に備えられた符号２８で表す部品は、永久磁石同期電動機の場合には磁石であり、誘導電動機の場合には回転子巻線である。

＜固定子について＞
次に、固定子２５の構造について説明する。

《固定子５の概観》
図２は、本発明の第１実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子２５の斜視図である。
図２において、固定子２５は、固定子コア３５と、固定子巻線２９とを備えて構成されている。
また、第１実施形態における固定子巻線２９は、分布巻（あらかじめ巻かれた巻線をスロット３１（図３）に挿入する方式）で製作されている。

《固定子５の断面》
図３は、本発明の第１実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子２５のＡ−Ａ’面（図１）における断面を示す図である。
固定子２５（図１）は、固定子コア３５を備えており、固定子コア３５には歯型状の突極ティース３５Ｔが形成されている。また、固定子コア３５と突極ティース３５Ｔに囲まれて、溝状の空間部であるスロット３１が形成される。図３は、このスロット３１における断面構造を主として示している。つまり、図３は、スロット３１の横断面を示すものでもある。

図３において、スロット３１の外周部（図３の底部）は固定子コア３５であり、側面（壁面）は突極ティース３５Ｔである。前記したように突極ティース３５Ｔは、固定子コア３５の一部であるが、スロットの構造を説明する場合には、突極ティース３５Ｔと固定子コア３５とを区別して表記する。
なお、固定子コア３５と突極ティース３５Ｔは、アース電位となっていて電位としては共通である。したがって、後記するように、ターン導体の対地（アース）間の静電容量を表記する場合には、突極ティース３５Ｔを固定子コア３５の一部として、適宜、固定子コア３５で代表して表記する。

また、前記したように、固定子コア３５と突極ティース３５Ｔに囲まれて、溝状の空間部であるスロット３１が形成される。
スロット３１には、スロット絶縁体３２が挿入され、その内側にコイルを構成する複数のターン導体３３、３４が納められている。
また、ターン導体３３、３４の飛び出しを防止するために、楔３７が挿入され備えられている。
また、複数のターン導体３３、３４は、前記のように固定子コア３５と突極ティース３５Ｔとスロット３１に巻回されるが、これを略してスロットに巻回するとも、適宜、表記する。

なお、「ターン導体」とは、コイルが巻かれている回転状の部分の導体を示すものであり、１回転が１ターンに相当し、ターン導体の巻回が繰り返されることでコイルとなる。さらにコイルが組み合わされて固定子巻線が構成される。
なお、第１実施形態においては、１コイルのターン数（ターン導体の本数、巻回数）は１６ターンである。
また、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のライン側コイルにおいて、半分の８ターンのライン側ターン導体３３をスロット３１の略中央部に配置している。また、８ターンの反ライン側ターン導体３４をスロット３１の外周の固定子コア３５または側面の突極ティース３５Ｔに対向する位置に配置している。

また、「ライン側」とは、図１または図１６における回転電機端子であるＵ相端子１６３、Ｖ相端子１６４、Ｗ相端子１６５に近い方のコイルの側を指し、「反ライン側」とは、遠い方のコイルの側を指す。
また、回転電機端子側のターン導体を、「ライン側のターン導体」、もしくは「ライン側ターン導体」と、適宜、表記する。
また、回転電機端子とは反対のターン導体を「反ライン側のターン導体」、もしくは「反ライン側ターン導体」と、適宜、表記する。

図３に示すように、ライン側ターン導体３３がスロット３１の横断面の中央部側に配置することで、ライン側ターン導体３３と固定子コア３５（アース）または突極ティース３５Ｔ（アース）の距離を大きくし、ライン側ターン導体３３の対地間静電容量を小さくすることができる。
また、ターン導体３３（のグループ）とアース（固定子コア３５と突極ティース３５Ｔ）との間に、ターン導体３４（のグループ）が配置されているので、シールドされ、ターン導体３３の対地間の静電容量はさらに低減される。これらの結果、ライン側ターンから対地に漏れ電流を低減する。
さらに、反ライン側のターン導体と固定子コア（アース電位）の距離を小さくし、対地間静電容量を大きくしている。この結果、反ライン側のターン導体から固定子コア（アース）に漏れ電流を流すことになるので、反ライン側のターンの逆起電力を低減することができる。

なお、後記する実験と解析により、急峻なインバータサージ電圧が加わった際の新規のコイル電圧増加現象は、コイルの全ターン数の半分よりライン側のターン導体３３の漏れ電流を低減することが有効であり、さらに、反ライン側のターン導体３４の漏れ電流を増やすことで効果的に抑制できることが明らかになった。

＜コイルの導体配列例＞
次に、コイルの具体的な導体配列について説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機２０の固定子巻線２９のコイルの具体的な導体配列の一例を示す図である。
図４において、ターン導体４１（１〜１６）の○印の中に付けた番号は、ライン側に近い方の順番であるターン番号を示す。つまり、番号１が最もライン側に近い。なお、図４でのターン導体４１は、図３のターン導体３３、３４を総称したものである。
図４に示した第１実施形態においては、特に全ターン（巻回）数１６ターンの概ね１０％のライン側ターン導体（１、２ターン）をスロット３１の中央付近に配置している。
このため、ライン側ターン導体と対地（固定子コア３５と突極ティース３５Ｔに概ね相当）間の静電容量が低減する。したがって、ライン側ターン導体と対地間において、漏れ電流が流れにくくなる。
そのため、後記する実験結果からわかるように、急峻な電圧がＵ相、Ｖ相、Ｗ相端子（１６３〜１６５）のいずれかに印加された場合にも、ライン側ターン導体の漏れ電流に伴う反ライン側ターンの逆起電力を低減することができる。

＜コイルの製作方法＞
次に、コイルの製作方法について説明する。
図５は、本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動回転電機２０の固定子巻線２９のコイルの製作方法の一過程を示す図である。
図５において、ボビン５１から引き出したエナメル線５２を、回転巻枠５３に１６ターン巻き付けることで、コイルの形状が形成される。
なお、方向符号５１１で示した回転を表現する線は、回転巻枠５３を方向符号５１１が示すように回転させることで、エナメル線５２を巻き取ることを意味している。
また、方向符号５１２で示した四角枠の破線は、回転巻枠５３を方向符号５１２が示すように上下方向に移動させることで、エナメル線５２が巻き取られる上下方向の位置が変化していくことを意味している。また、これらの過程において、エナメル線５２も方向符号５１３に示すように上下に位置が変化する。
なお、エナメル線５２がターン導体３３、３４に相当する。

次に、図５で説明したコイル製作の過程における導体の巻き付けと収納の手順１、２、３の詳細を図７、図８、図６を参照して説明する。

《巻き付け手順１》
図７は、コイルの製作方法において、ターン導体４１の巻き付け手順１を示す図である。また、図７は、図５のＢ部における断面を示している。（なお、図６は後記する巻き付け手順３で説明する。）
図７において、スロット３１内の望ましい導体配列（１〜１６、図４）を達成するために、図５で示した回転巻枠５３における始め近くの巻枠への巻き付け手順の一例を示している。
図７に示すように、１〜８ターン（第１回目の巻回から第８回目の巻回、以下同様に簡略化して表記する）は、ターン導体４１を回転巻枠５３に、図７に示す順番で飛び飛びに巻き付ける。

すなわち、１〜３ターンは、図の概ね中央部と上部の間に上から１、２、３ターンの順番で巻きつける。
次に、中央部から下部に向かって、４、５、６ターンの順番で巻きつける。なお、前記の３ターンと４ターンの間には、さらに巻線を追加するスペースを開けておく。
次に、上部において、上部から中央部に向かって、７、８ターンの順番で巻きつける。
以上が巻き付け手順１である。次に、その後の巻き付け手順を巻き付け手順２として、説明する。

《巻き付け手順２》
図８は、コイルの製作方法において、ターン導体の巻き付け手順２を示す図である。巻き付け手順１で１〜８ターンを巻き付けた図７の状態から、さらに９〜１６ターンの導体を巻き付ける工程である。なお、図８は、図５のＢ部における断面を示している。
図８に示すように、９、１０ターンを８ターンと１ターンの間に上部から中央部に向かって順番に巻き付ける。
次に、１１ターンを６ターンの下に巻き付ける。
次に、１２ターンを３ターンと４ターンとの間に巻き付ける。
次に、１３〜１６ターンを１１ターンの下側に順番で巻きつける。
以上の導体の巻き付け手順１と巻き付け手順２とによって、上部から下部に向かって、（７、８、９、１０、１、２、３、１２、４、５、６、１１、１３、１４、１５、１６）ターンの順番に導体が巻き付けられる。

《巻き付け手順３》
次に、巻き付け手順３として、図８のように巻き付けられたターン導体４１（１〜１６番）をスロット３１に挿入して、固定子巻線２９としての巻き付け方法である巻き付け手順３について説明する。
図６は、コイルの製作方法において、ターン導体の巻き付け手順３を示す図である。
図６に示すように、図８のように巻かれたターン導体４１（１〜１６番）をインサータ（挿入器）であるブレード６１に移行し、ターン導体４１（１〜１６番）を固定子コア３５と突極ティース３５Ｔに差し込む（方向符号６１１）ことでコイル（巻線）６２をスロット３１（図１）に挿入する。なお、コイル６２はターン導体４１に相当する。

このとき、図８における回転巻枠５３の下部に巻かれたターン導体４１（１６、１５、１４、１３番）は、図４において、スロット３１内部に先に挿入されるので、スロット３１の底部（外周部）に配置される。
ターン導体４１（１３番）に引き続き、図８における回転巻枠５３の下部から中央部に巻かれたターン導体４１（１１、６、５、４番）は、図４において、ターン導体４１（１６、１５、１４、１３番）の上の層に配置される。
ターン導体４１（４番）に引き続き、図８における回転巻枠５３の中央部から上部の方へ巻かれたターン導体４１（１２、３、２、１番）は、図４において、ターン導体４１（４、５、６、１１番）の概ね上の層に挿入されて配置される。
ターン導体４１（１番）に引き続き、図８における回転巻枠５３の下部から中央部に巻かれたターン導体４１（１０、９、８、７番）は、図４において、ターン導体４１（１、２、３、１２番）の概ね上の層に挿入されて配置される。

以上のように、挿入したことにより、ターン導体４１（１、２、３、４、５、６番）は、スロット３１内で概ね中心部に配置される。
また、ターン導体４１（１１番）は、スロット３１内の左端の外部側に配置される。また、ターン導体４１（１２番）は、スロット３１内の右端の外部側に配置される。
また、図８におけるターン導体４１（１３、１４、１５、１６番）は、図４において、スロット３１内で概ね下部の外部側に配置される。
また、図８におけるターン導体４１（７、８、９、１０番）は、図４において、連続した配置で挿入され、スロット３１内で概ね上部の外部側に配置される。
以上の手順１、２、３によって、ターン導体４１（１、２、３、４、５、６番）をスロット３１内で概ね中心部に配置される工程が実現する。
このように、ライン側のターン導体４１（１〜６番）がスロット３１内の概ね中央に配置される構造は、後記する参考例１や参考例２における静電容量の付きやすいライン側のターン導体の構造と大きく異なる。

＜第１実施形態の効果＞
以上の第１実施形態のような巻線の構成とすることにより、ライン側のターン導体４１（１〜６）における対地間の静電容量を低減できるので、後記する図１９の電位差１８４の電圧増加を抑制することができる。このため、スイッチングが急峻なＳｉＣインバータやＧａＮインバータでも駆動できるモータを供給することができる。

（参考例）
以上、第１実施形態に電圧増加を抑制するインバータ駆動回転電機のシステム構成例を説明したが、この構造の効果を従来の参考例と比較して説明する。

《参考例１》
図２６は、参考例１としての分布巻で整列巻の固定子巻線におけるスロット３１内部の断面の構造を示す図である。なお「整列巻」とは、図２６のライン側ターン導体３３と反ライン側ターン導体３４との関係のように、所定の配置に基づいて整列して配置する方法である。
図２６において、スロット３１内の一方（下部）にライン側ターン導体３３を、他方（上部）に反ライン側ターン導体３４を配置している。
この場合のライン側ターン導体３３で下部に配置されたものは、固定子コア３５に近いので対地（概ね固定子コア３５に相当）間との間に静電容量が比較的に大きくつく。
また、ライン側ターン導体３３の幾本かは、スロット３１の外壁部分である突極ティース３５Ｔに近いので、対地（概ね突極ティース３５Ｔに相当）間との間に静電容量が比較的に大きくつく。したがって、漏洩電流による電圧増加が起こりやすい構造である。

《参考例２》
図２７は、参考例２としての分布巻で乱巻の固定子巻線２９（図２）を用いた場合におけるスロット３１内部の断面の構造を示す図である。なお、「乱巻」とは、図２７のライン側ターン導体３３と反ライン側ターン導体３４との関係のように、所定の配置がなく、とくに整列しないで配置する方法である。
図２７において、スロット３１内にランダムにライン側ターン導体３３と反ライン側ターン導体３４が配置されている。
この場合には、ランダムに配置されたライン側ターン導体３３の幾本かは、スロット３１の外周部である固定子コア３５、または側面（外壁部）である突極ティース３５Ｔに近くなるので、対地（概ね固定子コア３５または突極ティース３５Ｔに相当）間との間に静電容量が比較的に大きくつく。したがって、ライン側ターン導体３３の幾本かが、漏洩電流による電圧増加が起こりやすい構造である。

《参考例１、２について》
以上、参考例１（図２６）、参考例２（図２７）のいずれの場合にも、ライン側ターン導体３３からコア（アース）に漏れる電流が発生し、反ライン側ターン導体３４に逆起電力（概ね電位差１８７）が発生する。この結果、図１８の測定点１８８Ｐにおける電位差１８４に相当する電圧の発生に伴いコイル分担電圧が第２の頂点電圧１８８と増加し、絶縁劣化に至る可能性がある。
このように、ＩＧＢＴインバータ（パルス電圧立ち上がり時間約１００〜２００ｎｓ）を用いることを前提とした従来のインバータ駆動回転電機では、ＳｉＣインバータなどの急峻なインバータサージ電圧（電圧立ち上がり時間約２０〜１００ｎｓ）を考慮していない。
したがって、回転電機コイル電圧分布や電圧発生現象を評価し、問題がないか確認する必要がある。

［急峻パルス電圧下における回転電機コイルの電圧分布］
以上の背景から、サージ電圧の影響を把握するために、模擬的にサージ電圧に相当する急峻パルス電圧を印加したときの回転電機コイルの電圧分布を評価した。その結果について説明する。

《測定回路》
図１６は、急峻パルス電圧下における回転電機コイルの電圧分布を評価する測定回路を示す図である。（なお、図９〜図１５は、後記する第２〜第６実施形態で説明する。）
図１６において、インバータパルス模擬電源１６１で電圧立ち上がり時間８０ｎｓのパルス電圧を発生する。
このパルス電圧をモータの固定子巻線１６２のＵ相端子１６３に印加して、Ｕ相のライン側（電動機端子側）コイル（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４）の電圧分布を測定する。また、Ｖ相端子１６４、Ｗ相端子１６５および固定子コア３５は接地する。
また、電圧プローブ１６６、１６７によって、電圧分布を測定する。

また、コイル分担電圧は、Ｕ相のライン側から４つのコイルのライン側端子と対地間に電圧プローブ１６６、１６７を接続して各部の対地電圧を測定し、デジタルオシロスコープ１６８の波形演算機能で各コイルの対地電圧波形の差分を計算することで求める。
なお、図１６においては、Ｕ相の測定を主として表記しているが、Ｖ相、Ｗ相についても、同様に測定できる。また、実際のサージ電圧は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一相のみならず複数の相に入力することが一般的であるが、その場合には、各相の測定結果を合成して評価、推定する。

《電圧分布の測定結果》
次に測定結果について説明する。
図１７は、Ｕ相の各コイルの対地電圧と分担電圧を示す図であり、（ａ）はＵ相の各コイルの対地電圧であり、（ｂ）はＵ相の各コイルのコイル分担電圧を示している。
なお、図１７（ａ）、（ｂ）において、横軸は時間の推移であり、縦軸は電圧である。また、横軸の１目盛りは１μｓであり、縦軸の１目盛りは１６０ｍＶである。
図１７（ａ）に示す測定結果においては、Ｕ相のライン側第１コイル（Ｕ１)の対地電圧１７１は、印加したパルス電圧であり、Ｕ相のライン側第２コイル（Ｕ２)、ライン側第３コイル（Ｕ３)、ライン側第４コイル（Ｕ４)の対地電圧は、順に低くなっている。ただし、印加されたパルス電圧は、Ｕ１からＵ２、Ｕ３、Ｕ４への進行波であるので、時間とともに対地電圧は、変動している。

図１７（ａ）に示す測定結果においては、Ｕ相のライン側第１コイル（Ｕ１)、ライン側第２コイル（Ｕ２)、ライン側第３コイル（Ｕ３)、ライン側第４コイル（Ｕ４)のコイル分担電圧は、時間とともに変動するが、ライン側第１コイル（Ｕ１)がパルス電圧の印加された直後に記録するコイル分担電圧１７２が、ライン側第２〜４コイルのそれぞれのコイル分担電圧Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４と比較して最も高い結果となっている。
また、概ね１μｓ後に、ライン側第２コイル（Ｕ２)がＵ２としての最も高いコイル分担電圧を記録する。このＵ２の最も高いコイル分担電圧は、Ｕ３、Ｕ４のそれぞれの最も高いコイル分担電圧よりも高い値である。
したがって、モータの固定子巻線１６２を保護する観点からは、回転電機端子（１６３）側であるライン側のコイル、およびこのコイルを構成するライン側ターン導体に高い電圧が加わらない方策が必要であることが解る。

《拡大し、波形の特徴を強調した結果》
次に、Ｕ相電圧波形の立ち上がり部分を拡大して詳しく示す。
図１８は、図１７の測定結果のＵ相電圧波形の立ち上がり部分を拡大し、波形の特徴を強調した結果を示す図であり、（ａ）はＵ相ライン側第１コイルとＵ相ライン側第２コイルの対地電圧特性を示し、（ｂ）はＵ相ライン側第１コイルのコイル分担電圧を示している。なお、図１８（ａ）、（ｂ）において、横軸は時間ｔの推移であり、縦軸は電圧Ｖである。
一般に回転電機巻線（固定子巻線、コイル、ターン導体）は、急峻サージ電圧に対しては巻線のインダクタンスと対地間の静電容量とからなる分布定数とみなすことができる。
このような分布定数の要素の集合からなる分布定数回路に急峻なパルス電圧が印加された場合、前記したように、パルス電圧は進行波となり、所定のサージ伝播時間を経て、コイルのライン側から反ライン側に進行する。

図１８（ａ）において、特性線１８１は、Ｕ相ライン側第１コイルのライン側端子の対地電圧である、とともに、Ｕ相端子１６３に印加された電圧である。これはサージ電圧を擬似的に印加することに相当する。
また、特性線１８２は、Ｕ相ライン側第２コイルのライン側端子の対地電圧の測定結果である。なお、Ｕ相ライン側第１コイルの反ライン側端子と同電位である。
特性線１８２は、測定点１８６Ｐで第１の頂点に達し、対地電圧１８６を記録しているが、その後、下降し、測定点１８７Ｐで極小値を記録する。測定点１８６Ｐと測定点１８７Ｐとの間で、電位差１８７がある。

この測定点１８７Ｐにおける特性線１８２の凹みは、分布定数回路のように複数の電流が流れる経路がある場合に、Ｕ相ライン側第１コイルの特性線１８１が急上昇したことによって、Ｕ相ライン側第２コイルからＵ相ライン側第１コイルへの電荷の移動が起きて、局所的に平衡をとる現象があるためである。
そして、このような現象がＵ相のコイルにおいて進行波として伝搬するので、Ｕ相ライン側第２コイルのライン側端子の対地電圧を時間の推移とともに測定すると前記の測定点１８７Ｐの凹みが観測される。
また、測定点１８７Ｐ以降では、特性線１８２の対地電圧は再び上昇している。

図１８（ｂ）において、特性線１８３は、Ｕ相ライン側第１コイルのコイル分担電圧であり、第１コイル（Ｕ１）の両端の電位差であって、
特性線１８３＝（特性線１８１−特性線１８２）
の関係がある。
図１８（ｂ）に示す測定結果でも、印加パルス電圧は、特性線１８１に示す第１コイルのライン側から特性線１８２に示す第１コイルの反ライン側に遅延を伴い伝播することで、第１コイルの両端に電位差が生じて、特性線１８３に示すコイル分担電圧が発生している。

また、前記したように、ターン導電間に静電容量結合が存在するため、特性線１８１に示す電圧のライン側への印加と同時に、特性線１８２に示す反ライン側の対地電圧の測定点１８６Ｐの対地電圧１８６が増加する。
この結果、特性線１８３に示すコイル分担電圧は、特性線１８１に示す印加電圧よりも幾分低くなり、測定点１８５Ｐにおいて、第１の頂点電圧１８５の電圧に一旦、落ち着いている。
ところが、急峻なパルス電圧を印加した際には、前記したように、その後、コイルの反ライン側端子の対地電圧の特性線１８２が測定点１８７Ｐのように凹む。

このために、特性線１８１と特性線１８２の差に相当する特性線１８３のコイル分担電圧には、前記の第１の頂点電圧１８５の電圧に、さらに、測定点１８７Ｐの凹み分の絶対値（電位差１８７）に概ね相当する電圧（電位差１８４）を加えた電圧が測定点１８８Ｐに発生し、コイル分担電圧が第２の頂点電圧１８８と最大値をとる。
なお、電位差１８４は、第１の頂点電圧１８５と第２の頂点電圧１８８との差電圧でもある。
また、測定点１８６Ｐと測定点１８５Ｐとは、時間軸上において概ね同一の測定点である。また、測定点１８７Ｐと測定点１８８Ｐとは、時間軸上において概ね同一の測定点である。
この測定点１８８Ｐに示す大きなコイル分担電圧（第２の頂点電圧１８８）は、Ｕ相ライン側第１コイル（Ｕ１）のみならず、コイルにとって絶縁耐圧の観点からは好ましくないものである。

《コイル分担電圧の割合の電圧立ち上がり時間に対する変化》
次にコイル分担電圧の割合の電圧立ち上がり時間に対する変化を示す。
図１９は、コイル分担電圧に占める第１の頂点電圧１８５と電位差１８４（第１の頂点電圧１８５と第２の頂点電圧１８８（図１８）との差）の割合の電圧立ち上がり時間に対する変化を示す図である。
なお、図１９において、横軸は印加電圧の電圧立ち上がり時間（対数軸）であり、縦軸は印加電圧（例えば特性線１８１、図１８）を１００％としたときコイル分担電圧の割合を示す。
図１９において、電圧立ち上がり時間が２００ｎｓより短くなると、それとともに電位差１８４（第１の頂点電圧１８５と第２の頂点電圧１８８との差）が増加している。
このため、コイル分担電圧は第１の頂点電圧１８５の電圧で飽和せずに、時間の推移とともに、第２の頂点電圧１８８（第１の頂点電圧１８５＋電位差１８４）とさらに増加する。なお、特性線１９５は第１の頂点電圧１８５の電圧立ち上がり時間に対する特性である。

以上のように、急峻なパルス電圧では、新たな電圧増加現象（電位差１８４）が発生することが明らかになった。しかし、従来において、この現象やその原因の検討が不充分で、対策も考案されていない。
したがって、さらなるインバータ駆動回転電機システムの高効率化のためには、新たに発生した電圧増加現象を解明し、対策技術を考案する必要がある。

まず始めに、急峻電圧立ち上がり時間におけるコイル分担電圧増加現象の原因の仮説と検証結果を説明する。その後、解明した現象を基に考案した対策方法の詳細を実施形態として説明する。

[電圧増加現象の原因の仮説]
図２０は、ライン側（回転電機端子側）コイルの等価回路の概略を示す図である。
図２０において、ライン側とは、固定子巻線２９がＹ結線の場合には、Ｕ、Ｖ、Ｗ端子側のことである。一方、Δ結線（例えば図１６）の場合には、各相巻線のＵ、Ｖ、Ｗ端子（１６３、１６４、１６５、図１６）側と、Ｕ、Ｖ、Ｗ端子側の反端子側もライン側コイルに相当する。これは、Δ結線の場合には、各相巻線の両側がインバータ駆動時にインバータの給電ラインに接続されるためである。
また、図２０においては、ライン側第１コイルがＮターンで構成されていると仮定して説明する。このライン側第１コイルの各ターン導体の近く（図２１の下部）には、アース電位の固定子コア３５（または突極ティース）があって、対地間に静電容量（寄生コンデンサ）Ｃが存在している。
このライン側コイルのライン側端子（図２０の符号２０５）にインバータパルス模擬電源１６１（図１６）から急峻パルス電圧が印加されると、コイルのライン側ターン導体（ｎターン）とアース（固定子コア３５）間の静電容量Ｃに、以下の（式１）で表される漏れ電流２０１が流れる。

ここで（ｄｖ／ｄｔ）は、急峻パルス電圧の電圧立ち上がり部分の傾きである。なお、静電容量Ｃの値は、位置（配置）により一定値ではない。
（式１）で示した漏れ電流ｉ_Ｌはコイルのライン側から給電され、ライン側ｎターン（１≦ｎ≦Ｎ）を流れて固定子コア３５（アース）に漏れる。
このため、漏れ電流が流れたターンには磁束２０２が発生する。この磁束を打ち消す磁束２０３ができる向きに残りの（Ｎ−ｎ）ターンに逆起電力２０４が発生する。
ここで仮説として、以上の結果、（Ｎ−ｎ）ターンの中央を支点とし、ライン側の対地電圧は上昇し、反ライン側の対地電圧は下降することが考えられる。この結果、コイルの反ライン側ターンの対地電圧が凹み（測定点１８７Ｐ、図１８に対応）、コイルのライン側ターンと反ライン側ターンの電位差であるコイル分担電圧が増加した（測定点１８８Ｐ、図１８に対応）という可能性が考えられる（以上を「図２０の仮説」と呼ぶ）。

[電圧波の測定結果]
図２１は、コイルに急峻パルス電圧を印加した際にコイル内部を伝播する電圧波の測定結果を示す図である。なお、横軸は時間の推移であり、縦軸は電圧を示す。また、０、１５、２３、３１の各ターンの測定点について示している。なお、ターン数の表記として、前記のように、「０、１５、２３、３１の各ターン」と表記することも、「第０、１５、２３、３１の各ターン」と表記することもある。つまり、適宜、ターン数の前に「第」をつけることも、省略することもある。また、図２１において、測定したモータの１コイルの全ターン数Ｎは、Ｎ＝３１ターンである。なお、この３１ターンは、図４の１６ターンよりも大きいターン数である。

図２１における０ターンの電圧波形は、印加電圧に相当し、立ち上がり時間８０ｎｓの急峻な電圧立ち上がりが観測される。
しかし、１５ターン、２３ターン、３１ターンの各電圧波形を０ターンの電圧波形と比較すると、コイル内部を電圧が伝播する（ターン数大の特性へ移行）とともに、電圧立ち上がり時間は長くなっていく。特に、コイルのほぼ中間ターン（１／２ターン）の１５ターンでは電圧立ち上がり時間は、約２００ｎｓまで長くなっている。

このように、コイルのライン側のターンに急峻な電圧が印加され、この結果、図２０の仮説のように、ライン側ターンには対地漏れ電流が流れていることが考えられる。
また、図示していないが、印加するパルス電圧の立ち上がり時間を短くすると、図２１の０ターンの電圧立ち上がり時間は短くなるが、１５ターン以降の電圧の立ち上がり時間はほとんど変化しなかった。
このことから、電圧立ち上がり時間を短くするとともに、ライン側ターンに流れる対地漏れ電流が増加し、この結果、反ライン側の対地電圧が低下し、図１９の電位差１８４が電圧立ち上がり時間の減少とともに増加した可能性が考えられる。

なお、図１９では、電圧立ち上がり時間が２００ｎｓより長くなると、特性線１９５は、特性線１８３に共通化される。この特性線１８３に共通化する現象は、図１８において、第１の頂点１８５Ｐのみで、第２の頂点１８８Ｐは現れないことに対応する。つまり、新規の電圧増加現象が現れない。すなわちコイルへの印加電圧、もしくはコイルの分担電圧が緩和される。
このように、コイル内部の電圧立ち上がり時間減衰の観点で、ライン側コイルの全ターン数の略１／２のターン数が新規の電圧増加現象に大きく影響する可能性が示唆される。

[電圧増加現象の仮説の検証結果]
以上の仮説を確認するため、コンデンサ（１０００ｐＦ）をコイルのターン導体と固定子コア３５（アース）間に追加接続し、対地に漏れる電流を増加させたときの反ライン側ターン導体の対地電圧波形および、コイル分担電圧を測定した。

《測定回路》
図２２は、コンデンサをコイルのターン導体と固定子コア３５（アース）間に追加接続し、対地に漏れる電流を増加させたときの反ライン側ターン導体の対地電圧波形および、コイル分担電圧を測定する測定回路を示す図である。図２２の測定回路は、図２０の等価回路にコンデンサＣａを追加する構成である。
図２２において、追加するコンデンサＣａは、ライン側から０、１、８、１６、３０ターンに都度、位置を変えながら接続した。
この実験の際の０、１５、２３、３１ターンの対地電圧波形を４チャンネルデジタルオシロスコープ（不図示）で測定した。
また、電圧波形の差分からコイル分担電圧（０−３１ターン間）を求めた。

《対地電圧およびコイル分担電圧波形の測定結果》
図２３は、コンデンサ未接続の場合と、コンデンサを各ターンに接続した場合のコイルのターン導体の対地電圧およびコイル分担電圧波形の測定結果を示す図であり、（ａ）は無接続、（ｂ）は第０ターン、（ｃ）は第１ターン、（ｄ）は第８ターン、（ｅ）は第１６ターン、（ｆ）は第３０ターンにそれぞれコンデンサを接続した場合である。なお、コイル分担電圧とはコイルの両端の電圧である。また、コイルは前記したように０−３１ターンのターン導体から構成されている。
なお、図２３の横軸は時間の推移であり、縦軸は電圧を示す。

図２３において、（ａ）で示したコンデンサ未接続の際の波形と、（ｂ）で示したコンデンサＣａを第０ターン−対地間に接続した際の対地電圧波形、コイル分担電圧波形とは、同じである。この（ａ）と（ｂ）におけるそれぞれの波形が同じであるのは、第０ターンの端子に電圧を印加しているため、コンデンサＣａにはインバータパルス模擬電源１６１（図１６）から直接、充電されてしまうからである。

これに対し、図２３（ｃ）において、コンデンサを第１ターン−対地間に接続した場合には、第１５ターンの対地電圧が増加し、第３１ターンの対地電圧が低下している。
この現象は図２０で説明した仮説と一致している。
また、第３１ターンの対地電圧の低下に伴い、図１８のコイル分担電圧の電位差１８４に対応するコイル分担電圧（ｃの下図）が増加している。

さらに、図２３（ｄ）において、第８ターン−対地間にコンデンサを接続すると、漏れ電流が流れるコイルのターン数（アンペア・ターン）の増加に伴い、第１５ターンの対地電圧が増加し、第３１ターンの対地電圧は負極性になるまで減少している。

ただし、図２３（ｅ）において、第１６ターン−対地間にコンデンサを接続した場合には、第１５ターンの電圧は、コンデンサ未接続の場合とほぼ同じ電圧になる。このことは、第１６ターンにコンデンサを接続した結果、第１５ターンが図２０のライン側ｎターンの側に転じ、反ライン側ターンにおける逆起電力の影響を受けなくなったためと考えられる。

また、図２３（ｆ）において、第３０ターン−対地間にコンデンサを接続した場合には、対地電圧およびコイル分担電圧波形はコンデンサ未接続の場合に近い波形となる。

以上の測定結果では、コンデンサを接続するターン位置を反ライン側にするほど反ライン側のターンに発生する逆起電力が増加する。しかし、第３０ターン−対地間にコンデンサを接続した場合には、対地電圧およびコイル分担電圧波形はコンデンサ未接続の場合に近い波形となっており、反ライン側ターンの磁束鎖交数の減少とともに、反ライン側のターンの逆起電力が低下する結果となっている。

以上、図２０で説明した仮説（図２０の仮説）が妥当であることが検証できた。

《ライン側ターン数ｎを変化させたとき反ライン側ターンにおける逆起電力計算》
図２４は、明らかにした仮説を基に、コンデンサを接続して対地に電流の漏れるライン側ターン数ｎを変化させたときのコイルの反ライン側ターンにおける逆起電力を計算した結果を示す図であり、（ａ）は反ライン側ターンにおける逆起電力を示し、（ｂ）は各ターンの反ライン側ターンの逆起電力への影響度を示している。

図２４（ａ）の横軸は、対地に電流が漏れるライン側ターン数であり、縦軸は反ライン側ターンにおける逆起電力である。
図２４（ａ）に示す計算の結果では、対地漏れ電流の流れるライン側ターン数ｎがコイルの全ターン数Ｎの１／２までは逆起電力は増加する。しかし、その後、逆起電力は低下し、逆起電力を低下させる作用が働くことが示唆される。

ｎターンから対地に漏れる電流は、コイルの１〜（ｎ−１）ターンにも流れ、磁束を発生する。このため、各ターンが反ライン側ターンの逆起電力に及ぼす影響は積分されたものになる。そこで、図２４（ａ）の逆起電力をターン数で微分し、各ターンの反ライン側ターンの逆起電力への影響度を計算したのが図２４（ｂ）である。
図２４（ｂ）の横軸は、対地に電流が漏れるライン側ターン数であり、縦軸は各ターンの反ライン側ターン逆起電力への影響度である。また縦軸の上側は正の逆起電力、下側は負の逆起電力である。

図２４（ｂ）の計算結果によれば、第１〜第Ｎ／２ターンにおいては、正の逆起電力を発生させる。
このことは、コイル全ターン数Ｎの半分のライン側ターン導体から対地に漏れる電流を低減することによって、逆起電力を抑制することができることを示している。
したがって、コイル分担電圧を低減することができることを示している。

一方、第Ｎ／２〜Ｎターンは負の逆起電力を発生させる。つまり、反ライン側ターンの逆起電力を打ち消す作用を発生させる。このことは、コイル全ターン数Ｎの半分の反ライン側ターン導体から対地に漏れる電流を発生させることによって、反ライン側ターンの逆起電力をさらに低減することができることを示している。
この結果、コイル分担電圧を低減することができることを示している。

このように、急峻なインバータサージ電圧が加わった際の新規のコイル電圧増加現象は、ターン数の観点から、コイルの全ターン数の半分よりライン側のターンの漏れ電流を低減し、さらに、反ライン側のターンの漏れ電流を増やすことで抑制できることが明らかになった。特にコイルエンドを切断し、各ターン導体からコアに漏れる電流（式１）を個別に計測した場合に、

なお、Ｎ：コイルの全ターン数
とすることが望ましいと考えられる。

なお、（式２）の不等式の左辺は、ライン側のターンの漏れ電流の合計を表し、不等式の右辺は、反ライン側のターンの漏れ電流の合計を表している。
また、（式２)において、Ｎは正の整数かつ偶数を前提として表記しているが、Ｎが奇数の場合には、Ｎ／２は整数とならないので、その前後の整数の値で代用して、準用するものとする。

ところで、対地漏れ電流は（式１）で表せることから、電圧立ち上がり時間に反比例して漏れ電流が増加する。
図２１で説明したように、ライン側ターンには一様な立ち上がり時間の電圧が加わるのではなく、ライン側のターンにより電圧立ち上がり時間の短い電圧が加わる。この電圧の立ち上がりの傾きおよび時間は、ライン側からのターン数に概ね比例して増加している。
なお、ＩＧＢＴインバータに比べて、ＳｉＣインバータやＧａＮインバータでは、電圧立ち上がり時間が約１／５になることから、ライン側の１／２ターンの特に１／５、すなわち１０％（<１／２>×<１／５>）のターンから対地に漏れる電流を特に対策する必要がある。
以上、鋭意検討して明らかにした現象を基に考案した本発明の第１実施形態に適用したものである。

《ターン導体の好ましい配列の関係式》
図２５は、スロット３１内のターン導体ｉ（１〜１６）の配列の例を示した図である。丸い図形のなかにふられた数字がｉ（１〜１６）を意味している。
図２５において、Ｌｉは、ｉ番目のターン導体が突極ティース３５Ｔまたは固定子コア３５のアースとの最短の距離を表している。またｉはターン導体のターン番号を表している。
また、図２５においては、ターン導体のターン番号が１、２、３、５、９、１０、１３についてしかＬ_ｉの表示をしていないが、すべてのターン導体ｉ（１〜１６）について、アースへの最短の距離Ｌ_ｉが対象となる。

このとき、ライン側ターンの突極ティース３５Ｔまたは固定子コア３５（アース）との静電容量が少なくなり、反ライン側ターンの突極ティースまたは固定子コア３５（アース）との静電容量が多くなる好ましいターン導体の配列の評価式のひとつとして、以下の（式３）がある。
なお、図２５では、ターン導体ｉの本数は１６本であるが、（式３）では本数を一般的に扱うためＮ本としている。

（式３）の詳細な導出過程については省略するが、（式３）が成立しているターン導体ｉ（１〜１６）の配列は、ランダムに配列された平均的な配列よりは、前記のターン導体の静電容量に関わる好ましい配列となっている。
また、（式３）が成立しているときは、前記した（式２）は一般的には成立する。

以上の背景により、前記したように第１実施形態は、ライン側のターン導体４１（１〜６）における対地間の静電容量を低減できるので、図１９の電位差１８４の電圧増加を抑制することができて、スイッチングが急峻なＳｉＣインバータやＧａＮインバータでも駆動できるモータを供給することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、コイルを製作する巻枠への巻き付け手順を工夫し、図３に示すように、スロット３１の中央部にライン側のターン導体３３を配置した。これに対し、第２実施形態ではスロット３１内への導体の落としこみ方を工夫することで同様なスロット内導体配列を実現する。

図９は、本発明の第２実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子コア３５のＡ−Ａ’面（図１）における断面を示し、反ライン側のターン導体３４をスロット３１内に挿入する状況を示す図である。
また、図１０は、本発明の第２実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子コア３５のＡ−Ａ’面（図１）における断面を示し、反ライン側のターン導体３４をスロット３１内に挿入後、さらにライン側のターン導体３３をスロット３１内の中央部に挿入する状況を示す図である。

図９、図１０を参照して、第２実施形態の製造方法を説明する。
第２実施形態の製造方法では、図９に示すように、予め固定子コア３５のスロット３１の軸方向端面に導体ガイド９１を設置しておく。
次に、導体ガイド９１とスロット絶縁体３２の間を通して、反ライン側のターン導体３４をスロット３１内に落とし込む（方向符号９０１）。
次に、図１０に示すように、可撓性のある薄板で製作した導体ガイド９１の中央部の間隔を広げ（方向符号９０２）、中央にライン側のターン導体３３を落とし込む（方向符号９０３）。
次に、導体ガイド９１を２分割し固定子コア３５の内周方向に片側から引き抜く（方向符号９０４）ことで、図３のスロット内導体配列を実現できる。

（第３実施形態）
図１１を参照して、第３実施形態の固定子巻線の製造方法を説明する。
図１１は、本発明の第３実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子コア３５のＡ−Ａ’面（図１）における断面を示し、ライン側のターン導体３３と反ライン側のターン導体３４をスロット３１内に挿入する状況を示す図である。
第２実施形態ではターン導体３３、３４をスロット内に納めた後に、導体ガイド９１を引き抜いた。これに対し、第３実施形態では、図１１に示すように、予め薄い絶縁フィルムで製作した導体ガイド１１１を固定子コアのスロット内に軸方向から挿入しておく。
次に、その外側に反ライン側のターン導体３４を、内側にライン側のターン導体３３を配置し、そのまま、絶縁フィルム（導体ガイド）１１１を残す。
このように絶縁フィルム（導体ガイド）１１１を残した場合、スロット３１内にターン導体３３、３４を納めた後のコイルエンド整形工程でもスロット３１内の導体配列の変化を抑制することができる。

（第４実施形態）
次に、図１２を参照して、第４実施形態の固定巻線の製造方法を説明する。第２実施形態では、導体ガイドによって反ライン側ターン導体３４がコアに近接する位置に、また、ライン側ターン導体３３がスロットの中央に位置する方法を説明したが、第４実施形態では、以下に、導体ガイドを用いない別の方法を説明する。

図１２は、本発明の第４実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子コア３５のＡ−Ａ’面（図１）における断面を示し、ライン側ターン導体３３と反ライン側ターン導体３４をスロット３１内に挿入する状況を示す図である。
図１２において、まず、第１段階として、予め１スロットの導体を反ライン側ターン導体３４とライン側ターン導体３３とに２分割しておく。
そして、第２段階として、２分割された複数の反ライン側ターン導体３４をスロット３１に挿入する。
次に、第３段階として、反ライン側ターン導体３４の挿入後に整形フィン４００で複数の反ライン側ターン導体３４のグループを押さえつけることによって中央部に空間４０１を形成する。
次に、第４段階として、前記の空間４０１に、残りのライン側ターン導体３３を挿入する。

以上の第１〜第４段階によって、スロット３１の中央部にライン側のターン導体３３を配置し、その周囲の固定子コア３５や突極ティース３５Ｔに近い方のスロット３１内の空間に、反ライン側のターン導体３４を配置する。
このように導体の挿入順およびコイル成形を工夫することによっても、第１実施形態の図３に示したターン導体３３、３４の配置構成を実現できる。

また、反ライン側ターン導体３４の成形後にできた空間にＵ型の絶縁フィルム（不図示）を挿入してからライン側ターン導体３３を挿入しても良い。また、絶縁フィルムは、そのままスロット３１内に残しておく。この場合には、反ライン側ターン導体３４のスプリングバックの防止およびライン側導体の挿入性の改善ができる。

（第５実施形態）
次に、図１３を参照して、第５実施形態の固定子巻線の製造方法を説明する。
第１〜第４実施形態では、スロット３１の内周側が外周側よりも狭い口径である半開スロットのステータを対象に説明してきた。
これに対し、第５実施形態ではスロット３１の内側と外側の口径が略等しい全開スロットの固定子コアを対象に説明する。

図１３は、本発明の第５実施形態であるモータ２０（図１）に備えられた固定子コア３５のＡ−Ａ’面（図１）における断面を示す図であり、（ａ）はライン側ターン導体３３と反ライン側ターン導体３４をスロット３１内に挿入する状況を示し、（ｂ）はスロット３１内のターン導体５３３、５３４の配置を示している。
図１３（ａ）において、固定子コア３５が外周に配置され、その内周にインサータ５０２が配置されている。また、スロット５０１は、上下で口径が同じ全開スロットである。
第５実施形態ではインサータ５０２の溝を１スロット（５０１）当たり３分割し、１コイルのターン数をｎとすると、中央の溝にｎ／２ターンのライン側ターン導体３３を配置し、その両脇の溝に残りの反ライン側ターン導体５０４と５０５をｎ／４ターンずつ配置する。
そして、これらのターン導体５０３〜５０５を固定子コア３５の内周側から押し出すことで、図３に示したターン導体の配列を構成することができる。

なお、ライン側ターン導体５０３および反ライン側ターン導体５０４、５０５において、同一符号でありながら表記される図形で異なるものがあるのは、電流の流れる方向も図形で表記しているからである。
また、以上の方法は、スロット５０１が全開スロットであるから実施可能である。

図１３（ｂ）において、スロット５０１は、固定子コア５００と突極ティース５００Ｔとに囲まれた溝状の空間部で形成される。
また、白い丸で表記されたターン導体５３３は、スロット５０１の中央部に配置され、斜線を引かれた丸で表記されたターン導体５３４は、固定子コア３５や突極ティース３５Ｔのアース側に配置されている。
ターン導体５３３は、ライン側ターン導体５０３に概ね対応し、ターン導体５３４は、反ライン側ターン導体５０４に概ね対応している。ただし、ターン導体５３３とターン導体５３４は本数が異なっているので、ターン導体５３４のなかにライン側ターン導体５０３が含まれていることもある。
なお、全開スロットであることから、最後に磁性楔５０６で蓋をすることでスロット５０１に起因する高調波を半開スロットのモータと同等以下に抑えることができる。

（第６実施形態）
図１４、図１５を参照して、第６実施形態のスロット内の導体配列構造を説明する。
第１〜第５実施形態では、分布巻の固定子巻線のスロット断面図および製造方法を示した。これに対し、第６実施形態では、集中巻の固定子巻線のスロット内導体配列の例を示す。なお、分布巻は前記したように、巻枠であらかじめ巻回した巻線をスロットに挿入する方法であるのに対し、集中巻とは、巻線を突極ティース（固定子コア）とスロットに直接、巻きつける方法である。

《集中巻固定子巻線を軸方向から見た場合の概観》
図１４は、集中巻の固定子巻線を軸方向から見た場合の概観を示す図である。
図１４において、固定子コア１４５の突極ティース１４５Ｔ（図１５）に、ターン導体（コイル、固定子巻線）１４２が巻き付けられている。ターン導体１４２によって形成されるコイルには、突極ティース１４５Ｔの内周側から出た引き出し線１４３と外周から出た引き出し線１４４の２つが存在する。
一般には、内周側から外周側に引き出し線１４３を引き出すため、内周側の引き出し線１４３と外周側の引き出し線１４４のターン導体１４２とが絶縁被膜を介して接触することになる。そのため、この接触する部分の絶縁対策が重要となる。
また、隣接する突極ティース１４５Ｔには、一般に異なる相のコイルが配置されることから、突極ティース１４５Ｔの内周側にライン側のターン導体３３（図１５）を配置し、外周側に電圧の低い反ライン側のターン導体３４（図１５）を配置することが多い。

《反ライン側のターン導体とライン側のターン導体の配置》
図１５は、反ライン側のターン導体３４とライン側のターン導体３３の集中巻におけるスロット内導体配列の配置について示す図である。
図１５において、固定子コア１４５と、この固定子コア１４５に形成された歯型状の突極ティース１４５Ｔとに囲まれて、溝状の空間部であるスロット３１が形成されている。
スロット３１においては、反ライン側のターン導体３４を突極ティース１４５Ｔに接する側面の内周側に配置し、高電圧のライン側ターン導体３３を外周側に配置している。
この配置は、対地間の静電容量を小さくすることが好ましいライン側ターン導体３３は、突極ティース１４５Ｔから離し、対地間の静電容量を大きくすることが好ましい反ライン側ターン導体３４は、突極ティース１４５Ｔに近い配置をすることが望ましいという前述の知見に基づいている。
以上のように集中巻においても、前述の知見によるターン導体３３、３４の配置が効果的である。
また、この構成に伴い、隣接するコイルの間には、エアギャップ（不図示）を設けるか、あるいは絶縁紙（不図示）を挿入して隣接コイル間での絶縁破壊が発生しないようにしている。
なお、絶縁検査では、隣接コイル間の部分放電検査を行い、隣接コイル間で絶縁不良の有無を確認する。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明はこれら実施形態およびその変形に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもよく、以下にその例をあげる。

《スロットの形状》
スロット３１の断面形状として、図３に半開型、図１５に全開型を示したが、これらの形状に限定されるものではない。例えば図３の断面形状は底部が広く、側面は直線状に上部に向かって狭くなっているが、スロットの断面形状が円形、楕円形、六角形などでもよい。
また、スロット３１の縦横の比、つまり幅や深さ方向の長さを様々に変えてもよい。
また、スロット３１の形状の変更にともない、突極ティース３５Ｔ、１４５Ｔの形状を様々に選択が可能である。

《スロットの蓋》
スロットの蓋を構成する部材として、図３では楔３７、図１３では磁性楔５０６を例にあげたが、その形状や大きさや材質は様々に選択可能である。

《ターン導体の本数》
ターン導体の本数（ターン数）は、図３、図４では１６本（ターン）を例にあげたが、その本（ターン）数は１６に限定されない。１６未満でも１６超でもよい。また、必ずしも偶数本（ターン）に限定されない。

《ターン導体の詳細な配列》
スロット内のターン導体配列の例として、図４、図２５を示したが、これらの配列に限定されない。スロット内の好ましいターン導体の配列の本質は、ライン側ターン導体３３（図３）をスロット内の略中央部に配置し、反ライン側ターン導体３４（図３）をスロット内の側面部（突極ティース３５Ｔ）側または底部（固定子コア３５）側に配置し、対地（アース、固定子コア、突極ティース）間の静電容量を適正化することである。したがって、この条件を満たす配列は、他にも様々にある。
また、スロットの形状や大きさ（幅、長さ）が変われば、他の適正な配列が存在する。
また、ターン導体の本（ターン）数が変われば、適正なターン導体配列も変化する。

《インバータ駆動回転電機の結線方式》
インバータ駆動回転電機の結線方式として、図１６ではΔ結線を例にあげて説明したが、Ｙ（スター）結線の場合でも、ターン導体の配列について同様のことがいえる。
すなわち、スロット内の好ましいターン導体の配列は、ライン側ターン導体３３（図３）をスロット内の略中央部に配置し、反ライン側ターン導体３４（図３）をスロット内の側面部（突極ティース３５Ｔ）側または底部（固定子コア３５）側に配置し、対地（アース、固定子コア、突極ティース）間の静電容量を適正化する。

《回転電機の型》
回転電機として、インバータを用いた同期電動機を例として説明したが、本実施形態で説明したスロット内のターン導体配列の仕方については、永久磁石同期電動機でも巻線界磁型同期電動機についても同様な効果がある。
また、インバータを用いた誘導電動機についても同様に有効である。
また、電動機の回転子が固定子の内部の空洞を回転するインナーロータ型のみならず、固定子の外側を回転するアウターロータ型にも前記したスロット内のターン導体配列は有効である。
また、インバータを用いない場合でも、使用環境やその他の何らかの理由でサージ電圧が印加される可能性があるときには、一般の電動機や発電機にも、本実施形態で説明したスロット内のターン導体配列の仕方は有効である。

１〜１６ ターン導体、ターン番号
２０ インバータ駆動回転電機、モータ
２１ インバータ
２２ ケーブル
２４ フレーム
２５ 固定子
２６ 回転子
２７ シャフト
２８ 磁石、回転子巻線
２９、６２、１４２、１６２ ターン導体、コイル、固定子巻線
３１、５０１ スロット
３２ スロット絶縁体
３３、５０３、 ターン導体、ライン側ターン導体（回転電機端子側のターン導体）
３４、５０４、５０５ ターン導体、反ライン側ターン導体（回転電機端子とは反対側のターン導体）
３５、１４５、５００ 固定子コア
３５Ｔ、１４５Ｔ、５００Ｔ 突極ティース
３６ 回転子コア
３７ 楔
４１、５３３、５３４ ターン導体
５１ ボビン
５２ エナメル線
５３ 回転巻枠
６１ ブレード
９１ 導体ガイド
１１１ 絶縁フィルム、導体ガイド
１４３、１４４ 引き出し線
１６１ インバータパルス模擬電源
１６３ Ｕ相、Ｕ相端子、端子、回転電機端子
１６４ Ｖ相、Ｖ相端子、端子、回転電機端子
１６５ Ｗ相、Ｗ相端子、端子、回転電機端子
１６６、１６７ 電圧プローブ
１６８ デジタルオシロスコープ
１７１、１８６ 対地電圧、
１７２ コイル分担電圧
１８１、１８２、１８３ 特性線
１８４、１８７ 電位差
１８５ 第１の頂点電圧
１８５Ｐ、１８８Ｐ 測定点、頂点
１８６Ｐ、１８７Ｐ 測定点
１８８ 第２の頂点電圧
２０１ 漏れ電流
２０２、２０３ 磁束
２０４ 逆起電力
３０１ 境界線
４００ 整形フィン
４０１ 空間
５０２ インサータ
５０６ 磁性楔
５１１、５１２、５１３、６１１、９０１、９０２、９０３、９０４ 方向符号

Claims (14)

1. 固定子コアに設けられる複数のスロットにターン導体が固定子巻線として巻回されてなる固定子と、
   前記固定子巻線のターン導体に電力を供給する中継端子である回転電機端子と、
   前記固定子の内周側または外周側に配置されて前記固定子に対して相対回転する回転子と、
   を備え、
   前記ターン導体は、前記スロット内において、前記回転電機端子側の前記ターン導体が、当該スロットの横断面の中央部側に配置され、
   前記ターン導体が前記スロット内で、前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体のグループを、残りの前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体のグループが取り囲むように前記スロット内に配置される、
   ことを特徴とするインバータ駆動回転電機。
2. 請求項１において、
   前記ターン導体が前記スロット内で、前記回転電機端子とは反対側の前記ターン導体が前記スロットの前記固定子コアに近接する側に配置されることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
3. 請求項１において、
   前記ターン導体が前記スロット内で、前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体のグループと前記固定子コアとの間に前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体のグループを配置し、
   前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体のグループの前記固定子コアへの漏れ電流を、前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体のグループがシールドすることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
4. 請求項１において、
   さらに、前記スロットのなかに凹型の絶縁フィルムを備え、
   前記ターン導体が前記スロットに巻回される際に、前記回転電機端子側の前記ターン導体の前記スロット内の導体配列が、前記絶縁フィルムによって整列されることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
5. 請求項１において、
   前記スロットが全開スロットであり、
   前記スロットに磁性楔が具備され、該磁性楔が前記全開スロットの蓋をしていることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記ターン導体が前記スロット内で、前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体の少なくとも１０％が前記スロットの略中央部側に配置されることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記ターン導体が前記スロット内で、
   複数の前記ターン導体の略半分の前記回転電機端子側の前記ターン導体は、前記スロットの中央部側に配置され、
   複数の前記ターン導体の残りの略半分の前記回転電機端子とは反対側の前記ターン導体は、前記固定子コアに近接する位置に配置される
   ことを特徴とするインバータ駆動回転電機。
8. 請求項７において、
   複数の前記ターン導体の略半分の前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体から前記固定子コアに漏れる電流値が、前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体から前記固定子コアに漏れる電流値以下であることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
9. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
   前記ターン導体が前記スロット内で、前記スロット内のＮ本からなるターン導体を前記回転電機端子側から順に番号をつけてターン番号ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とし、ｉ番目のターン導体と前記固定子コアとの最短距離をＬ_ｉとして、前記スロット内に配置されるターン番号ｉの複数のターン導体の配列が、（式３）を満たしていることを特徴とするインバータ駆動回転電機。
   

   
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記固定子巻線は集中巻固定子巻線であって、
    前記固定子コアに形成された突極ティースの内周側に前記回転電機端子とは反対側の前記ターン導体が配置され、
    前記突極ティースの外周側に前記回転電機端子の前記ターン導体が配置される
    ことを特徴とするインバータ駆動回転電機。
11. 請求項１において、
    前記ターン導体が前記スロット内で、前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体の前記スロット内の導体配列が、導体ガイドによって整列されることを特徴とするインバータ駆動回転電機の製造方法。
12. 請求項１において、
    前記ターン導体が前記スロット内で、
    前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体と前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体とに略２分割し、
    該略２分割された前記回転電機端子とは反対側の前記ターン導体を、前記スロット内に挿入し、
    該挿入された前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体の配置を、整形して略中央部に空間を形成し、
    該空間に、前記略２分割された前記回転電機端子側の前記ターン導体を挿入することによって、
    複数の前記ターン導体の前記スロット内の導体配列を整列することを特徴とするインバータ駆動回転電機の製造方法。
13. 請求項１において、
    前記ターン導体が前記スロット内で、
    前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体と前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体とに略２分割し、
    該略２分割された前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体を、前記スロット内に挿入し、
    該挿入された前記回転電機端子とは反対側の複数の前記ターン導体の配置を、整形して略中央部に空間を形成し、
    該空間にＵ型の絶縁フィルムを挿入し、
    該絶縁フィルムを介した前記空間に、前記略２分割された前記回転電機端子側の複数の前記ターン導体を挿入することによって、
    前記スロット内の複数の前記ターン導体の導体配列を整列することを特徴とするインバータ駆動回転電機の製造方法。
14. 請求項１において、
    前記ターン導体が前記スロット内で、
    インサータの溝を１スロット当たり略３分割し、
    前記ターン導体を構成する複数のコイルの１コイルのターン数をｎとして、前記インサータの中央の溝に略ｎ／２ターンの前記回転電機端子側の前記ターン導体を配置し、
    前記の中央の両脇の溝に残りの前記回転電機端子とは反対側の前記ターン導体を略ｎ／４ターンずつ配置し、
    前記インサータから前記ターン導体を前記スロットに挿入する
    ことを特徴とするインバータ駆動回転電機の製造方法。

Images