JP6324623B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、電機子と、電機子に対して回転する回転子とを有する回転電機に関するものである。

従来、電機子コアの複数の磁極ティースに複数の電機子コイルを２層重ね巻きで巻いて電機子を構成した回転電機が知られている。また、従来、電機子コアに電機子コイルを巻きやすくするために、コイルエンドの形態をコイルごとで揃えずに電機子コイルの素線を相ごとに電機子コアの各スロットに順番に挿入するようにした電機子の製造方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−９８７４３号公報

しかし、各電機子コイルのコイルエンドが複雑に配置されるので、電機子コアのスロットに電機子コイルの素線を挿入するときに隣の電機子コイルのコイルエンドが邪魔になる。コイルエンドどうしの干渉をかわすために、コイル長の調整及びコイルエンド成形作業が発生するなど、電機子コアに電機子コイルを巻く作業がむしろ難しくなることが想定される。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、動作特性が良好であり、かつ、製造を容易にすることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、周方向について互いに間隔を置いて設けられた複数の磁極ティースを有し、各磁極ティース間にスロットが形成されている電機子コア、互いに異なるスロットに配置された一対のコイル辺と一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ含む複数の電機子コイルを有し、各電機子コイルが重ね巻きで磁極ティースに巻かれ、各電機子コイルに三相電流が流れる電機子コイル群、及び周方向へ並ぶ複数の磁極を持ち、電機子コア及び電機子コイル群に対して回転される回転子を備え、電機子コイル群は、一方のコイル辺がスロットの上口に配置され他方のコイル辺がスロットの下口に配置された複数のベースコイルと、一方及び他方のコイル辺がいずれもスロットの上口に配置された上層コイルと、一方及び他方のコイル辺がいずれもスロットの下口に配置された下層コイルとを電機子コイルとして有し、Ｎを２以上の自然数とすると、毎極スロット数ｑ’は、Ｎ＜ｑ’＜Ｎ＋１の関係を満たし、各ベースコイルのコイルエンドは、電機子コアの周方向に対して同じ向きに傾いた状態でＮ＋１個の上記磁極ティースを跨いでおり、上層コイル及び下層コイルのそれぞれのコイルエンドは、Ｎ個の磁極ティースを跨いでおり、ベースコイルと同じ構成の複数の仮想ベースコイルの各コイル辺を各スロットの上口及び下口のすべてに配置し、かつＮ個の磁極ティースを挟む２つのスロットの上口にそれぞれ配置された２つのコイル辺に流れる電流が同相逆向きになる関係を持つ２つの仮想ベースコイルで構成された仮想コイル対が、電機子コアを周方向について等分する複数の設定範囲のそれぞれで各相に一つずつ現れるようにした仮想ベースコイル装着状態を想定し、各仮想コイル対を構成する仮想ベースコイルを仮想特定コイルとし、各仮想コイル対を構成する２つの仮想特定コイルに挟まれた仮想ベースコイルを仮想調整コイルとすると、各ベースコイルは、各設定範囲のうち一部の設定範囲である調整範囲における各仮想特定コイル及び各仮想調整コイルのすべての位置を避けて、各仮想ベースコイルの位置に配置され、上層コイル及び下層コイルのそれぞれのコイル辺は、調整範囲における各仮想特定コイルのそれぞれのコイル辺の位置に配置され、調整範囲の一端部に位置する磁極ティースの幅寸法Ｔ１は、他の磁極ティースの幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’だけ狭くなっており、調整範囲の他端部に位置する磁極ティースの幅寸法Ｔ２は、他の磁極ティースの幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’と同じ寸法だけ広くなっている。

この発明による回転電機によれば、動作特性が良好であり、かつ、製造を容易にすることができる。

この発明の実施の形態１による回転電機を示す構成図である。 図１の電機子の一部を示す展開図である。 図１の電機子の図２で示されている部分と異なる部分を示す展開図である。 比較例１による回転電機を示す構成図である。 図４の回転電機の電機子を示す展開図である。 図５の回転電機の電機子の要部拡大図である。 比較例１による回転電機の巻線係数Ｋｄを示す表である。 図１の回転電機の巻線係数Ｋｄを示す表である。 比較例１’による回転電機の電機子の一部を示す展開図である。 この発明の実施の形態２による回転電機を示す構成図である。 比較例２による回転電機を示す構成図である。 図１１の電機子を示す展開図である。 比較例２による回転電機の巻線係数Ｋｄを示す表である。 この発明の実施の形態３による回転電機を示す構成図である。 図１４の電機子の一部を示す展開図である。 図１４の電機子の図１５で示されている部分と異なる部分を示す展開図である。 図１４の回転電機の巻線係数Ｋｄを示す表である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機を示す構成図である。図において、回転電機１は、円筒状の電機子（固定子）２と、電機子２の軸線上に配置された回転軸３と、回転軸３に固定され回転軸３と一体に電機子２に対して回転される回転子４とを有している。

回転子４は、電機子２の内側に配置されている。また、回転子４は、磁性材料（例えば鉄等）で構成された円柱状の回転子コア５と、回転子コア５の外周面（電機子２の内周面に対向する面）に設けられた複数の磁石６とを有している。各磁石６は、回転子コア５の周方向について互いに間隔を置いて配置されている。回転子４には、各磁石６によって回転子コア５の周方向へ並ぶ複数の磁極が形成されている。この例では、２８個の磁石６が回転子コア５の外周面に設けられており、回転子４の磁極数Ｐが２８になっている。

電機子２は、磁性材料（例えば鉄等）で構成された電機子コア７と、電機子コア７に設けられた電機子コイル群８とを有している。

電機子コア７は、円筒状のバックヨーク９と、バックヨーク９の内周部から径方向内側へ（回転子４に向けて）突出する複数の磁極ティース１０とを有している。各磁極ティース１０は、電機子コア７の周方向について互いに間隔を置いて設けられている。これにより、各磁極ティース１０間には、電機子コア７の径方向内側へ（回転子４に向けて）開放されたスロット１１が形成されている。電機子コア７では、磁極ティース１０の数とスロット１１の数（スロット数）Ｑとが同じになっている。この例では、磁極ティース１０の数及びスロット数Ｑがともに７２になっている。

ここでは、説明の便宜上、図１において回転軸３の中心から上側に位置するスロット１１を基準スロットとし、基準スロット１１の番号をＮｏ．１としている。また、図１の基準スロットＮｏ．１から反時計まわりの順に各スロット１１の番号をＮｏ．２、Ｎｏ．３、…、Ｎｏ．７２としている。また、図１のＮｏ．１及びＮｏ．２のスロット１１間に位置する磁極ティース１０の番号をＮｏ．１とし、Ｎｏ．１の磁極ティース１０から反時計まわりの順に各磁極ティース１０の番号をＮｏ．２、Ｎｏ．３、…、Ｎｏ．７２としている。

また、スロット数Ｑと磁極数Ｐとの関係を示す係数である毎極スロット数（回転子４の１つの磁極当たりのスロット１１の数）ｑ’は、以下の式（１）で表される。

ｑ’＝Ｑ／Ｐ …（１）

従って、この例では、毎極スロット数ｑ’の値が７２／２８＝１８／７≒２．５７となっている。

図２は、図１の電機子２の一部を示す展開図である。また、図３は、図１の電機子２の図２で示されている部分と異なる部分を示す展開図である。図２では図１の電機子２のうちＮｏ．１〜Ｎｏ．２４の各スロット１１の範囲が示され、図３では図１の電機子２のうちＮｏ．３７〜Ｎｏ．６１の各スロット１１の範囲が示されている。電機子コイル群８は、複数のベースコイル１２と、複数の上層コイル１３と、複数の下層コイル１４とを電機子コイルとして有している。

ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれは、複数の磁極ティース１０にまとめて巻かれた導線束により構成されている。即ち、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれは、重ね巻きで磁極ティース１０に巻かれている。また、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれを構成する導線束の線種及びターン数は、すべて同じである。

ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれは、互いに異なるスロット１１に配置された一対のコイル辺２１と、複数の磁極ティース１０を跨いで一対のコイル辺２１間を繋ぐ一対のコイルエンド２２とを有している。各コイル辺２１は、スロット１１に沿った略直線部である。各コイルエンド２２は、電機子コア７の軸線方向外側でコイル辺２１の端部間を繋いでいる。

各スロット１１には、コイル辺２１を配置するための空間である上口（上層）及び下口（下層）がスロット１１の深さ方向について存在している。スロット１１の上口は、スロット１１の下口よりも電機子コア７の径方向内側（スロット１１の開口側）に位置している。

各ベースコイル１２は、一方のコイル辺２１をスロット１１の上口に配置し、他方のコイル辺２１をスロット１１の下口に配置して電機子コア７に設けられている。また、各ベースコイル１２のコイルエンド２２は、電機子コア７の周方向に対して同じ方向に傾いた状態で複数の磁極ティース１０を跨いでいる。

コイルエンド２２が跨ぐ磁極ティース１０の数（即ち、共通のコイルにおける一方及び他方のコイル辺２１間に挟まれる磁極ティース１０の数）をコイルピッチとすると、各ベースコイル１２のコイルピッチは、すべて同じになっている。各ベースコイル１２は、コイルピッチが毎極スロット数ｑ’よりも大きい長節巻きのコイルである。

上層コイル１３は、一方及び他方のコイル辺２１をいずれもスロット１１の上口に配置して電機子コア７に設けられている。下層コイル１４は、一方及び他方のコイル辺２１をいずれもスロット１１の下口に配置して電機子コア７に設けられている。

なお、図２及び図３では、各ベースコイル１２、各上層コイル１３及び各下層コイル１４のそれぞれに流れる電流相をＵ、Ｖ、Ｗで示している。また、図２及び図３では、各コイル辺２１に流れる電流の向きを、Ｕ、Ｖ、Ｗの大文字及び小文字と、コイル辺２１を示す白抜きの丸印の中に黒丸印及びＸ印を付した記号とで示している。従って、各コイル１２，１３，１４の巻き回し方向は、各コイル辺２１の電流の向きで分かるようになっている。

ここで、本実施の形態による回転電機１での各ベースコイル１２、各上層コイル１３及び各下層コイル１４のそれぞれの位置を特定するために、上層コイル１３及び下層コイル１４を含まない比較例１による回転電機を想定する。

図４は、比較例１による回転電機１０１を示す構成図である。また、図５は、図４の回転電機１０１の電機子２を示す展開図である。さらに、図６は、図５の回転電機１０１の電機子２の要部拡大図である。なお、図５及び図６では、各コイルに流れる電流相と、各コイル辺に流れる電流の向きとが、図２及び図３と同様の方法で示されている。

比較例１による回転電機１０１の構成は、電機子コア７の各磁極ティース１０の幅寸法及び電機子コイル群８の構成以外、実施の形態１による回転電機１の構成と同様である。比較例１による電機子コア７では、各磁極ティース１０の幅寸法がすべて同じ寸法Ｔ０になっている。また、電機子コイル群８は、ベースコイル１２と同じ構成の複数の仮想ベースコイル１２ａのみを有している。各仮想ベースコイル１２ａは、ベースコイル１２のコイル辺２１と同じ構成の一対のコイル辺２１ａと、ベースコイル１２のコイルエンド２２と同じ構成の一対のコイルエンド２２ａとを有している。

各仮想ベースコイル１２ａは、一方のコイル辺２１ａをスロット１１の上口に配置し他方のコイル辺２１ａをスロット１１の下口に配置して電機子コア７に規則的に並べられている。各仮想ベースコイル１２ａの各コイル辺２１ａは、各スロット１１の上口及び下口のすべてに配置されている。これにより、比較例１による回転電機１０１の電機子２の状態は、各仮想ベースコイル１２ａが２層重ね巻きで電機子コア７に規則的に配置された仮想ベースコイル装着状態となっている。

回転電機の理想状態は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子コイルがつくる誘起電圧のそれぞれの合成ベクトルの大きさが同じで、各相の誘起電圧の合成ベクトルが電気角で位相差１２０°ごとに分布している状態である。従って、比較例１による回転電機１０１では、回転電機の理想状態になるように、各仮想ベースコイル１２ａに接続される電流相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の選択と、各仮想ベースコイル１２ａの巻き回し方向の選択とが行われている。回転電機１０１では、各相の仮想ベースコイル１２ａの配置順及び各仮想ベースコイル１２ａの巻き回し方向をそれぞれ調整することにより、回転子４の磁極がつくる磁束に対応するおよそ正弦波状の誘起電圧が発生するようになっている。

図５では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８のスロット１１と、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．３６のスロット１１とに分けてみると、コイル辺２１ａに流れる電流の向きが反転していることを除いて、各相の仮想ベースコイル１２ａの配置が同じになっていることが分かる。また、Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．７２のスロット１１についても同様に、Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．５４のスロット１１と、Ｎｏ．５５〜Ｎｏ．７２のスロット１１とに分けてみると、コイル辺２１ａに流れる電流の向きが反転していることを除いて、各相の仮想ベースコイル１２ａの配置が同じになっていることが分かる。これは、比較例１による回転電機１０１の毎極スロット数ｑ’の値が１８／７であることによるものである。即ち、比較例１での電機子２では、１８個のスロット１１に対して７個の磁極が対応して１組となっていることから、各相の仮想ベースコイル１２ａの配置が１８個のスロット１１のまとまりで繰り返される構成となっている。

従って、この例では、各相の仮想ベースコイル１２ａの配置が、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１８のスロット１１と、Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．５４のスロット１１とで同じになっており、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．３６のスロット１１と、Ｎｏ．５５〜Ｎｏ．７２のスロット１１とで同じになっている。

仮想ベースコイル装着状態では、Ｎを２以上の自然数とすると、毎極スロット数ｑ’が以下の式（２）を満たすとき、各仮想ベースコイル１２ａのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流相及び巻き回し方向を調整することにより、電流相及び電流の向きに関して特定の関係を持つ２つの仮想ベースコイル１２ａで構成された仮想コイル対２３が、一定間隔で出現するようにすることができる。仮想コイル対２３を構成する２つの仮想ベースコイル１２ａをそれぞれ仮想特定コイル１２Ａとすると、共通の仮想コイル対２３に含まれる２つの仮想特定コイル１２Ａの関係は、Ｎ個の磁極ティース１０を挟む２つのスロット１１の上口同士（又は下口同士）に配置された２つのコイル辺２１ａに流れる電流が同相逆向きになる関係になっている。

Ｎ＜ｑ’＜Ｎ＋１ …（２）

これは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各仮想ベースコイル１２ａがつくる誘起電圧のそれぞれの合成ベクトルの大きさが各相で同じで、かつ各合成ベクトルの位相差が１２０°ごとに分布する理想状態になるように、各仮想ベースコイル１２ａの配置を決めることによる。

毎極スロット数ｑ’の値は、上述のように約２．５７であるので、２よりも大きく３よりも小さい値（２＜ｑ’＜３）である。従って、比較例１による回転電機１０１の電機子２の構成は、式（２）から、Ｎ＝２としたときの電機子２の構成であることが分かる。また、各仮想ベースコイル１２ａは、コイルエンド２２ａがＮ＋１個の磁極ティース１０を跨ぐコイルになっている。従って、この例では、各仮想ベースコイル１２ａのコイルピッチが３になっている。

ここで、Ｕ相に着目すると、Ｎｏ．７及びＮｏ．９のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．４及びＮｏ．６のスロット１１の下口同士のそれぞれに、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が配置されていることが分かる。また、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１５のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．１０及びＮｏ．１２のスロット１１の下口同士のそれぞれには、Ｗ相について同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が配置され、Ｎｏ．１９及びＮｏ．２１のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．１６及びＮｏ．１８のスロット１１の下口同士のそれぞれには、Ｖ相について同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が配置されていることが分かる。

また、上述したように、１８個のスロット１１ごとにコイル辺２１ａの同じパターンの配置が繰り返されているため、各相において仮想コイル対２３も１８個のスロット１１ごとに繰り返し現れる。出現する各仮想コイル対２３の電流相の順序は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が同じ順番で繰り返される順序となっている。

図５の仮想ベースコイル１２ａでは、スロット１１の上口のコイル辺２１ａを基準に考えると、Ｎｏ．７及びＮｏ．９の上口同士の２つのコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３がＵ相、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１５の上口同士の２つのコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３がＷ相、Ｎｏ．１９及びＮｏ．２１の上口同士の２つのコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３がＶ相であることから、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順に並ぶ組が繰り返されている。

図５の各仮想コイル対２３に含まれるそれぞれの仮想特定コイル１２Ａ間に挟まれた仮想ベースコイル１２ａを仮想調整コイル１２Ｂとすると、比較例１の電機子２では、図５に示すように、仮想調整コイル１２Ｂの電流相と、仮想調整コイル１２Ｂを挟む２つの仮想特定コイル１２Ａで構成された仮想コイル対２３の電流相とが、互いに異なっている。この例では、Ｕ相の仮想コイル対２３の仮想特定コイル１２Ａに挟まれた仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＶ相、Ｗ相の仮想コイル対２３の仮想特定コイル１２Ａに挟まれた仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＵ相、Ｖ相の仮想コイル対２３の仮想特定コイル１２Ａに挟まれた仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＷ相となっている。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各仮想調整コイル１２Ｂは、互いに位相差が１２０°となる誘起電圧をつくる仮想ベースコイル１２ａである。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各仮想調整コイル１２Ｂは、電気角α°の範囲に同数ずつ（この例では、１つずつ）存在している。電気角α°は、スロット数Ｑ及び極数Ｐ、即ち毎極スロット数ｑ’に依存して決まり、以下の式（３）で表される。

α°＝１８０°×Ｐ／ｇｃｄ（Ｑ，Ｐ） …（３）

ただし、ｇｃｄ（Ｑ，Ｐ）は、スロット数Ｑと回転子４の極数Ｐとの最大公約数である。

電気角α°の範囲は、スロット数Ｑと回転子４の極数Ｐとの関係が最小の数で特定される設定範囲である。従って、電機子２は、複数の電気角α°の範囲（即ち、複数の設定範囲）で周方向について等分できる。

比較例１では、磁極数Ｐが２８であるので、回転子４の１周分の電気角が５０４０°である。一方、比較例１では、式（３）より、電気角α°が１２６０°になる。従って、電気角α°の範囲である設定範囲は、電機子２の１／４周分の範囲、即ち１８個分の磁極ティース１０を含む範囲になる。即ち、比較例１では、電機子２を４等分する位置に４つの設定範囲１５ａ〜１５ｄが設定されている。比較例１による電機子２では、設定範囲１５ａ及び１５ｂの境界がＮｏ．２１の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｂ及び１５ｃの境界がＮｏ．３９の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｃ及び１５ｄの境界がＮｏ．５７の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｄ及び１５ａの境界がＮｏ．３の磁極ティース１０に位置している。

図７は、比較例１による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄを示す表である。巻線係数Ｋｄは、回転電機の特性を示す指標であり、基本波成分の数値が１に近いほどトルク特性が良く、５次、７次、…等の高次成分の数値が小さいほど高周波振動が小さくなって、回転電機の動作特性が良いことを示す。比較例１による回転電機１０１では、巻線係数Ｋｄの数値が基本波成分、高次成分ともに良好な傾向を示していることが分かる。

本実施の形態による回転電機１の電機子２にも、図１に示すように、比較例１と同様の電気角α°＝１２６０°の範囲である複数（この例では、４個）の設定範囲１５ａ〜１５ｄが設定されている。また、本実施の形態による電機子２でも、設定範囲１５ａ及び１５ｂの境界がＮｏ．２１の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｂ及び１５ｃの境界がＮｏ．３９の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｃ及び１５ｄの境界がＮｏ．５７の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｄ及び１５ａの境界がＮｏ．３の磁極ティース１０に位置している。

また、各設定範囲１５ａ〜１５ｄのうち、互いに離れた一部の設定範囲１５ａ及び１５ｃが調整範囲とされている。本実施の形態による回転電機１では、各調整範囲１５ａ及び１５ｃを除いて、各仮想ベースコイル１２ａの位置のすべてに各ベースコイル１２が配置されている。各調整範囲１５ａ及び１５ｃでは、各仮想特定コイル１２Ａ及び各仮想調整コイル１２Ｂのすべての位置を避けて、各ベースコイル１２が各仮想ベースコイル１２ａの位置に配置されている。

ベースコイル１２のコイルエンド２２はＮ＋１個の磁極ティース１０を跨いでいる。即ち、ベースコイル１２のコイルピッチはＮ＋１になっている。この例では、Ｎ＝２であることから、ベースコイル１２のコイルピッチが３になっている。

上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１は、ベースコイル１２の配置が回避されている仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されている。これにより、上層コイル１３及び下層コイル１４は、ベースコイル１２の配置が回避されている共通の仮想コイル対２３につき１つずつ配置されている。従って、電機子コイル群８に含まれる上層コイル１３の数と下層コイル１４の数とは、同じになっている。この例では、２つの調整範囲１５ａ及び１５ｃのそれぞれに上層コイル１３及び下層コイル１４が３つずつ配置されており、電機子コイル群８に含まれる上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれの数が６つずつになっている。また、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルエンド２２は、Ｎ個の磁極ティース１０を跨いでいる。即ち、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルピッチは、いずれもＮ（この例では、Ｎ＝２）になっている。

上層コイル１３の電流相は、上層コイル１３のコイル辺２１に対応するコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３の電流相と同じ相とされている。また、上層コイル１３のコイル辺２１に流れる電流の向きが仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａに流れる電流の向きと同じになるように、上層コイル１３の巻き回し方向が決められている。

下層コイル１４の電流相は、下層コイル１４のコイル辺２１に対応するコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３の電流相と同じ相とされている。また、下層コイル１４のコイル辺２１に流れる電流の向きが仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａに流れる電流の向きと同じになるように、下層コイル１４の巻き回し方向が決められている。

各スロット１１の上口及び下口のうち、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１が配置されずに残った空間には、スロット１１内の隙間を埋める図示しないスペーサブロックなどが配置されている。スペーサブロックが配置されたスロット１１内では、コイル辺２１がスペーサブロックで保持されている。

即ち、本実施の形態での電機子２の構成は、各仮想ベースコイル１２ａのすべてのコイル辺２１ａが各スロット１１の上口及び下口のすべてに規則的に配置されている仮想ベースコイル装着状態（図４）を想定した場合、図２及び図３に示すように、一部の設定範囲である調整範囲１５ａ及び１５ｃでの各仮想特定コイル１２Ａ及び各仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置を除いて、各仮想ベースコイル１２ａの位置のすべてにベースコイル１２が配置され、ベースコイル１２が配置されていない仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１が配置された構成になっている。

これにより、電機子２の状態は、図２及び図３に示すように、上層コイル１３と下層コイル１４との間に位置する磁極ティース１０（この例では、Ｎｏ．６、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．４２、Ｎｏ．４８及びＮｏ．５４の磁極ティース１０）にベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルエンド２２がいずれも跨っていない状態になっている。

また、本実施の形態での電機子２は、図２及び図３を図５と比較すると、一部のベースコイル１２を無くして上層コイル１３及び下層コイル１４を加えている点で、比較例１での電機子２と異なっているが、加えた上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１の配置は、比較例１の各仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの配置と同じになっていることが分かる。これにより、本実施の形態では、上層コイル１３及び下層コイル１４がつくる誘起電圧によって、比較例１で各仮想特定コイル１２Ａを無くすことによる誘起電圧の低下が抑制される。

ここで、比較例１による回転電機１０１の電機子２の調整範囲１５ａにおいて、スロット１１の下口に配置されているコイル辺２１ａを持つＵ相の仮想ベースコイル１２ａのすべてがつくる合成起磁力をＨｕとし、時刻ｔでのＨｕの位相をβ（Ｈｕ，ｔ）とする。また、同様に、調整範囲１５ａにおいて、スロット１１の下口に配置されているＶ相の各仮想ベースコイル１２ａのすべてがつくる合成起磁力をＨｖ、スロット１１の下口に配置されているＷ相の各仮想ベースコイル１２ａのすべてがつくる合成起磁力をＨｗとし、時刻ｔでのＨｖ、Ｈｗの位相をそれぞれβ（Ｈｖ，ｔ）、β（Ｈｗ，ｔ）とする。

また、本実施の形態による回転電機１の電機子２の調整範囲１５ａにおいて、スロット１１の下口に配置されているコイル辺２１を持つＵ相の各ベースコイル１２、Ｕ相の上層コイル１３及びＵ相の下層コイル１４がつくる合成起磁力をＨｕ’とし、時刻ｔでのＨｕ’の位相をβ（Ｈｕ’，ｔ）とする。また、同様に、調整範囲１５ａにおいて、スロット１１の下口に配置されているＶ相の各ベースコイル１２、Ｖ相の上層コイル１３及びＶ相の下層コイル１４がつくる合成起磁力をＨｖ’、スロット１１の下口に配置されているＷ相の各ベースコイル１２、Ｗ相の上層コイル１３及びＷ相の下層コイル１４がつくる合成起磁力をＨｗ’とし、時刻ｔでのＨｖ’、Ｈｗ’の位相をそれぞれβ（Ｈｖ’，ｔ）、β（Ｈｗ’，ｔ）とする。

そうすると、Ｕ相の合成起磁力Ｈｕ及びＨｕ’の位相差βｕ°、Ｖ相の合成起磁力Ｈｖ及びＨｖ’の位相差βｖ°、Ｗ相の合成起磁力Ｈｗ及びＨｗ’の位相差βｗ°は以下の式（４）〜（６）で表され、βｕ°、βｖ°、βｗ°の関係は以下の式（７）で表される。

βｕ°＝β（Ｈｕ，ｔ）−β（Ｈｕ’，ｔ） …（４）
βｖ°＝β（Ｈｖ，ｔ）−β（Ｈｖ’，ｔ） …（５）
βｗ°＝β（Ｈｗ，ｔ）−β（Ｈｗ’，ｔ） …（６）
βｕ°＝βｖ°＝βｗ°＝β°（一定） …（７）

本実施の形態では、図２及び図３に示すように比較例１（図５）の各相の仮想調整コイル１２Ｂの位置にベースコイル１２が配置されておらず、ベースコイル１２の配置を避けた各相の仮想調整コイル１２Ｂがつくる起磁力の位相差が時刻ｔに関係なく１２０°になっているため、式（７）に示されるように、βｕ°、βｖ°、βｗ°が同じ値β°になっている。

本実施の形態における調整範囲１５ａに隣接する設定範囲１５ｂには、調整範囲１５ａと異なり、上層コイル１３及び下層コイル１４が配置されておらず、比較例１による図５の仮想ベースコイル１２ａのすべての位置に各ベースコイル１２が配置されている。従って、各磁極ティース１０の幅寸法がすべて同じＴ０である場合には、調整範囲１５ａに配置された各ベースコイル１２、各上層コイル１３及び各下層コイル１４がつくる各相の合成起磁力と、設定範囲１５ｂに配置された各ベースコイル１２がつくる各相の合成起磁力との位相差が式（７）によりβ°で同じになる。なお、本実施の形態では、スロット１１の下口に配置されたコイル辺２１を基準にして、各ベースコイル１２が各設定範囲１５ａ〜１５ｄのいずれの範囲に配置されているかが決められている。

本実施の形態では、調整範囲１５ａでの電機子コイルによる各相の合成起磁力と、設定範囲１５ｂでの電機子コイルによる各相の合成起磁力との位相差β°をなくすために、図２に示すように、調整範囲１５ａの一端部に位置する磁極ティース１０（この例では、Ｎｏ．３の磁極ティース）の幅寸法Ｔ１が他の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’だけ狭くなっており、調整範囲１５ａの他端部に位置する磁極ティース１０（この例では、Ｎｏ．２１の磁極ティース）の幅寸法Ｔ２が他の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’と同じ寸法だけ広くなっている。なお、他の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ０はすべて同じ寸法になっている。

ティース幅調整寸法Ｔ’は、電機子コア７の内径をｒとすると、以下の式（８）で表される。

Ｔ’＝２×π×ｒ×β°／（１８０°×Ｐ） …（８）

従って、Ｎｏ．３の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ１、Ｎｏ．２１の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ２は、それぞれ以下の式（９）及び（１０）で表される寸法になっている。

Ｔ１＝Ｔ０−Ｔ’＝Ｔ０−２×π×ｒ×β°／（１８０°×Ｐ） …（９）
Ｔ２＝Ｔ０＋Ｔ’＝Ｔ０＋２×π×ｒ×β°／（１８０°×Ｐ） …（１０）

これにより、本実施の形態では、調整範囲１５ａに配置された各ベースコイル１２、各上層コイル１３及び各下層コイル１４がつくる各相の合成起磁力の位相が、設定範囲１５ｂに配置された各ベースコイル１２がつくる各相の合成起磁力の位相と一致して位相差がなくなるようになっている。即ち、本実施の形態では、調整範囲１５ａに配置された各ベースコイル１２、各上層コイル１３及び各下層コイル１４がつくる各相の合成起磁力と、設定範囲１５ｂに配置された各ベースコイル１２がつくる各相の合成起磁力との位相差がなくなる方向へ調整範囲１５ａ内の各スロット１１が設定範囲１５ｂ内の各スロット１１に対して電機子コア７の周方向についてずれている。これにより、調整範囲１５ａ内の各スロット１１の位置が、本実施の形態と比較例とで電機子コア７の周方向についてずれている。

調整範囲１５ａの一端部及び他端部に位置する２つの磁極ティース１０のうち、どちらの幅寸法を狭くして、どちらの幅寸法を広くするかは、位相差β°と、スロット１１の下口に配置されているコイル辺２１を基準としたときのベースコイル１２が傾く方向とによって決まる。従って、本実施の形態では、調整範囲１５ａ及び１５ｃの一端部及び他端部に位置する各磁極ティース１０の幅寸法が以下の条件１及び条件２のいずれかに従って決まっている。

（条件１）
位相差β°の値が正（β°＞０）である場合には、調整範囲の一端部及び他端部のうち、調整範囲に配置されたベースコイル１２がスロット１１の下口に対して傾く側の端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法をＴ０からＴ’だけ狭くし、反対側の端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法をＴ０からＴ’だけ広くする。

（条件２）
一方、位相差β°の値が負（β°＜０）である場合には、調整範囲の一端部及び他端部のうち、調整範囲に配置されたベースコイル１２がスロット１１の下口に対して傾く側の端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法をＴ０からＴ’だけ広くし、反対側の端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法をＴ０からＴ’だけ狭くする。

図２の場合を考えると、調整範囲１５ａに配置されたベースコイル１２がスロット１１の下口に対して右側に傾斜し、かつ位相差β°＝−５°＜０になっているので、図２の調整範囲１５ａの左側の端部に位置するＮｏ．３の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ１がＴ０−Ｔ’とされ、図２の調整範囲１５ａの右側の端部に位置するＮｏ．２１の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ２がＴ０＋Ｔ’とされている。

調整範囲１５ｃと設定範囲１５ｄとの関係も、調整範囲１５ａと設定範囲１５ｂとの関係と同じになっている。即ち、調整範囲１５ｃに存在する各スロット１１には調整範囲１５ａに存在する各スロット１１と同じパターンでコイル辺２１が配置され、設定範囲１５ｄに存在する各スロット１１には設定範囲１５ｂに存在する各スロット１１と同じパターンでコイル辺２１が配置されている。従って、調整範囲１５ｃの一端部及び他端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法についても、調整範囲１５ａの一端部及び他端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法の変更を適用することができる。これにより、図３に示すように、調整範囲１５ｃの左側の端部に位置するＮｏ．３９の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ１がＴ０−Ｔ’とされ、調整範囲１５ｃの右側の端部に位置するＮｏ．５７の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ２がＴ０＋Ｔ’とされている。

図８は、図１の回転電機１の巻線係数Ｋｄを示す表である。図１の回転電機１では、図８に示すように、巻線係数Ｋｄの数値が良好であることが分かる。これにより、図１の回転電機１は、トルク特性が良く電磁加振力によるロスが少なく動作特性の良い回転電機であることが分かる。

本実施の形態では、調整範囲１５ａ，１５ｃと、設定範囲１５ｂ，１５ｄとでコイル数が異なるので、電機子コイルの総抵抗値、インピーダンス、インダクタンスなどが調整範囲１５ａ，１５ｃと設定範囲１５ｂ，１５ｄとで異なる。しかし、例えば、調整範囲１５ａ及び設定範囲１５ｂの各相の電機子コイルを直列につなぎ、調整範囲１５ｃ及び設定範囲１５ｄの各相の電機子コイルを直列につなぐことで、調整範囲１５ａ及び設定範囲１５ｃを合わせた範囲での各相のコイル数、コイル総抵抗値、インダクタンスなどと、調整範囲１５ｃ及び設定範囲１５ｄを合わせた範囲での各相のコイル数、コイル総抵抗値、インダクタンスなどとが、同じになる。これにより、回転電機１の動作特性を良好にする電機子回路を組むことができる。

図９は、比較例１’による回転電機の電機子の一部を示す展開図である。比較例１’では、比較例１での各設定範囲１５ａ〜１５ｄのうち、設定範囲１５ａ及び１５ｃに配置された各仮想特定コイル１２Ａの位置を除いて、各仮想ベースコイル１２ａの位置のすべてにベースコイル１２が配置され、ベースコイル１２が配置されていない仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１が配置されている。他の構成は比較例１と同様である。比較例１’による回転電機では、一部の仮想ベースコイル１２ａを無くして上層コイル１３及び下層コイル１４を加えている点で比較例１と異なっているが、各スロット１１の上口及び下口のそれぞれのコイル辺２１の配置は、比較例１及び１’も同じである。従って、比較例１’による回転電機の電機子がつくる合成起磁力は、比較例１での電機子２がつくる合成起磁力と同じになる。

次に、比較例１での仮想ベースコイル１２ａを電機子コア７に装着する場合、比較例１’でのベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を電機子コア７に装着する場合、及び本実施の形態でのベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を電機子コア７に装着する場合を考える。

比較例１では、各スロット１１の上口及び下口のすべてに仮想ベースコイル１２ａのコイル辺２１ａが配置されるので、例えばＮｏ．７〜Ｎｏ．９のスロット１１の上口に配置されるコイル辺２１ａを持つ各仮想ベースコイル１２ａを電機子コア７に最後に巻く場合、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６のスロット１１の上口にすでに配置されている各コイル辺２１ａをスロット１１外に一旦取り出す必要がある。このとき、仮想ベースコイル１２ａを電機子コア７の内径側へ押し曲げてコイル辺２１ａをスロット１１外に取り出す。この後、スロット１１外に取り出したコイル辺２１ａと磁極ティース１０との間に生じた空間を通して、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６のスロット１１内に最後の各仮想ベースコイル１２ａのコイル辺２１ａを挿入する上げコイル作業と呼ばれる作業を行う。上げコイル作業の作業性は一般的に悪い。

比較例１’では、各ベースコイル１２の中で、仮想調整コイル１２Ｂの位置に配置されるベースコイル１２、例えばＮｏ．８のスロット１１の上口に配置されるコイル辺２１を持つベースコイル１２を電機子コア７に最後に巻いて、すべてのベースコイル１２を電機子コア７に装着する。しかし、比較例１’でも、最後のベースコイル１２を電機子コア７に巻くときには、電機子コア７にすでに巻かれている一部のベースコイル１２が、最後のベースコイル１２の巻き予定位置に被さっているので、このベースコイル１２を曲げてコイル辺２１をスロット１１外に取り出す上げコイル作業を行う必要がある。

これに対して、本実施の形態では、図２及び図３をみると、上述したように、上層コイル１３と下層コイル１４との間に位置する磁極ティース１０に、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルエンド２２がいずれも跨っていない。従って、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を電機子コア７に巻くときには、まず下層コイル１４を電機子コア７に巻いた後、最初に巻いた下層コイル１４と対になる上層コイル１３から離れるように電機子コア７の周方向に沿って電機子コイル１２〜１４を順次巻いていく。例えば、Ｎｏ．４及びＮｏ．６の各スロット１１の下口に配置されるコイル辺２１を持つ下層コイル１４を電機子コア７に巻いた後、図２の左方向へ電機子コイル１２〜１４を電機子コア７に順次巻いていく。このとき、各調整範囲１５ａ及び１５ｃ、各設定範囲１５ｂ及び１５ｄに応じて、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を選択しながら、電機子コイルを電機子コア７に巻いていく。

最後に、最初に巻いた下層コイル１４と対になる上層コイル１３（即ち、例えばＮｏ．７及びＮｏ．９の各スロット１１の上口に配置されるコイル辺２１を持つ上層コイル１３）を電機子コア７に巻く。このように、最初に巻いた下層コイル１４と対になる上層コイル１３を最後に巻くようにすると、各スロット１１の下口にコイル辺２１を挿入するときに必ずスロット１１の上口が空いている状態にすることができ、上げコイル作業を無くすことができる。

このような回転電機１では、各ベースコイル１２が調整範囲１５ａ及び１５ｃにおける各仮想特定コイル１２Ａ及び各仮想調整コイル１２Ｂのすべての位置を避けて配置され、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１が調整範囲１５ａ及び１５ｃにおける各仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されているので、調整範囲１５ａ及び１５ｃにおける各ベースコイル１２の一部が無くなることによる起磁力の低下を上層コイル１３及び下層コイル１４によって抑制することができ、回転電機１のトルク特性の低下を抑制することができる。また、調整範囲１５ａ及び１５ｃの一端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法Ｔ１が他の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’だけ狭くなっており、調整範囲１５ａ及び１５ｃの他端部に位置する磁極ティース１０の幅寸法Ｔ２が他の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’と同じ寸法だけ広くなっているので、調整範囲１５ａ及び１５ｃに配置されたベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４による各相の合成起磁力の位相と、設定範囲１５ｂ及び１５ｄに配置されたベースコイル１２による各相の合成起磁力の位相とを一致させる方向へ各電機子コイル１２〜１４の配置を調整することができる。これにより、トルクを効率良く発生させることができ、回転電機１の動作特性を良好にすることができる。さらに、各ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を電機子コア７に巻くときに上げコイル作業を無くすことができ、回転電機１の製造を容易にすることができる。

また、ティース幅調整寸法Ｔ’は、上記の式（８）で表されるので、調整範囲１５ａ及び１５ｃに配置されたベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４による各相の合成起磁力の位相と、設定範囲１５ｂ及び１５ｄに配置されたベースコイル１２による各相の合成起磁力の位相とをより確実に一致させることができ、回転電機１の動作特性をさらに確実に向上させることができる。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２による回転電機を示す構成図である。実施の形態２による回転電機１の構成は、電機子コア７が電機子コア７の周方向へ並ぶ複数（この例では、２つ）の分割コア３１に分割されていることを除いて、実施の形態１と同様である。即ち、実施の形態２による電機子２を示す展開図も、電機子コア７が２つの分割コア３１に分割されていることを除き、図２及び図３と同様である。

各分割コア３１は、例えば溶接等により互いに連結されている。各分割コア３１の境界３２の位置は、コイルエンド２２が跨っていない磁極ティース１０の位置になっている。この例では、各分割コア３１の境界３２の位置がＮｏ．６及びＮｏ．４２の各磁極ティース１０の位置になっている。また、この例では、各分割コア３１の境界３２が電機子コア７の径方向に沿って形成されている。これにより、電機子２は、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を分割コア３１に巻いてできた複数（この例では、２つ）の分割電機子３３で構成されている。即ち、電機子２は、複数（この例では、２つ）の分割電機子３３を連結して構成された分割電機子連結体になっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような回転電機１では、電機子コア７が電機子コア７の周方向へ並ぶ複数の分割コア３１に分割され、各分割コア３１の境界３２の位置が、各電機子コイル、即ちベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４がいずれも跨らない磁極ティース１０の位置となっているので、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４を分割コア３１ごとに巻くことができ、複数の分割電機子３３に分けて電機子２を製造することができる。これにより、各分割コア３１を含む部品の小形軽量化を図ることができ、回転電機１の生産性の向上を図ることができる。電機子２を構成する各部品の小形軽量化を図ることができるので、回転電機１の完成後も、電機子２を分割電機子３３単位で分解及び再組立を行うことができ、回転電機１の修理及びメンテナンス等の作業性を向上させることができる。これにより、電機子２が損傷した場合であっても、電機子２全体を修理、交換する必要がなくなり、回転電機１の修理及び交換に要するコストの低減化及び作業期間の短縮化を図ることができる。さらに、本実施の形態の構成は、電機子コア７が複数の分割コア３１に分割されていることを除いて、実施の形態１の構成と同様であるので、回転電機１の動作特性を良好に維持することができる。

なお、上記の例では、電機子コア７が２つの分割コア３１に分割されているが、電機子コア７に含まれる分割コア３１の数は２つに限定されず、電機子コア７を３つ以上の分割コア３１に分割してもよい。この場合、各分割コア３１の境界３２の位置は、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルエンド２２がいずれも跨っていない磁極ティース１０の位置にされる。

実施の形態３．
実施の形態３による回転電機１を説明する前に、比較例２による回転電機１０１の構成を説明する。

図１１は、比較例２による回転電機１０１を示す構成図である。また、図１２は、図１１の電機子２を示す展開図である。比較例２による回転電機１０１では、比較例１と同様に、各仮想ベースコイル１２ａが２層重ね巻きで電機子コア７に規則的に配置されている。また、比較例２による回転電機１０１では、スロット１１の数Ｑが８４、回転子４の磁極数Ｐが３２になっている。従って、比較例２での毎極スロット数ｑ’の値は、２１／８（＝２．６２５）であり、２よりも大きく３よりも小さい値（２＜ｑ’＜３）である。

このことから、比較例２による回転電機１０１の電機子２の構成は、式（２）から、Ｎ＝２としたときの電機子２の構成であることが分かる。これにより、比較例２では、各仮想ベースコイル１２ａのコイルピッチが３になっていることが分かる。

また、図１２のＮｏ．６〜Ｎｏ．２６の２１個のスロット１１に収まっているコイル辺２１ａの順番と、Ｎｏ．２７〜Ｎｏ．４７の２１個のスロット１１に収まっているコイル辺２１ａの順番とを比較すると、コイル辺２１ａの電流相及び電流の向きが全く同じパターンで配置されていることが分かる。これは、毎極スロット数ｑ’＝２１／８より、２１個のスロット１１に対して８個の磁石６、即ち磁極が対向している構成によるものであり、スロット４８以降のスロット１１についても、２１個のスロット１１ごとに同様のパターンでコイル辺２１ａが配置されている。

比較例２では、磁極数Ｐが３２であるので、回転子４の一周分の電気角が５７６０°である。一方、比較例２では、上記の式（３）から、電気角α°が１４４０°になる。従って、電気角α°の範囲である設定範囲は、電機子２の１／４周分（１４４０°／５７６０°＝１／４）の範囲、即ち２１個分の磁極ティース１０を含む範囲になる。即ち、比較例２による電機子２でも、比較例１と同様に、電機子２を４等分する位置に４つの設定範囲１５ａ〜１５ｄが設定されている。比較例２による電機子２では、設定範囲１５ａ及び１５ｂの境界がＮｏ．２６の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｂ及び１５ｃの境界がＮｏ．４７の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｃ及び１５ｄの境界がＮｏ．６８の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｄ及び１５ａの境界がＮｏ．５の磁極ティース１０に位置している。

ここで、設定範囲１５ａにおいてＶ相に着目すると、図１２に示すように、Ｎｏ．９及びＮｏ．１１のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．６及びＮｏ．８のスロット１１の下口同士のそれぞれに、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が配置されていることが分かる。同様に、設定範囲１５ａにおいてＷ相に着目すると、Ｎｏ．１６及びＮｏ．１８のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．１３及びＮｏ．１５のスロット１１の下口同士のそれぞれに、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が配置され、Ｕ相に着目すると、Ｎｏ．２３及びＮｏ．２５のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．２０及びＮｏ．２２のスロット１１の下口同士のそれぞれに、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が配置されていることが分かる。

これにより、図１２の設定範囲１５ａでは、２個（即ち、Ｎ＝２）の磁極ティース１０を挟む２つのスロット１１の上口同士（又は下口同士）の２つのコイル辺２１ａに同相逆向きの電流が流れる関係を持つ２つの仮想ベースコイル１２ａがそれぞれ仮想特定コイル１２Ａとなり、２つの仮想特定コイル１２Ａで構成された仮想コイル対２３が相ごとに現れていることが分かる。また、仮想コイル対２３を構成する２つの仮想特定コイル１２Ａで挟まれた仮想ベースコイル１２ａが仮想調整コイル１２Ｂとなる。

電機子コイル群８では、２１個のスロット１１ごとに繰り返し同じパターンのコイル辺２１ａが配置されていることから、設定範囲１５ａだけでなく各設定範囲１５ｂ〜１５ｄにおいても、各相の仮想コイル対２３が規則的に現れていることが分かる。

一定のスロット間隔で出現する各仮想コイル対２３の電流相の順序は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が同じ順番で繰り返される順序となっている。図１２の仮想ベースコイル１２ａでは、スロット１１の上口のコイル辺２１ａを基準に考えると、Ｎｏ．９及びＮｏ．１１の上口同士の２つのコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３がＶ相、Ｎｏ．１６及びＮｏ．１８の上口同士の２つのコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３がＷ相、Ｎｏ．２３及びＮｏ．２５の上口同士の２つのコイル辺２１ａを持つ仮想コイル対２３がＵ相であることから、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相の順に並ぶ組が繰り返されている。比較例２の他の構成は比較例１と同様である。

図１３は、比較例２による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄを示す表である。比較例２による回転電機１０１では、巻線係数Ｋｄの数値が基本波成分、高次成分ともに良好な傾向を示していることが分かる。

図１４は、この発明の実施の形態３による回転電機１を示す構成図である。また、図１５は、図１４の電機子２の一部を示す展開図である。さらに、図１６は、図１４の電機子２の図１５で示されている部分と異なる部分を示す展開図である。図１５では図１４の電機子２のうちＮｏ．１〜Ｎｏ．２７の各スロット１１の範囲が示され、図１６では図１４の電機子２のうちＮｏ．２２〜Ｎｏ．４９の各スロット１１の範囲が示されている。

本実施の形態による回転電機１の構成は、電機子コイル群８の配置及び磁極ティース１０の幅寸法を除いて、比較例２と同様の構成である。

本実施の形態による回転電機１の電機子２にも、図１４〜図１６に示すように、比較例２と同様の電気角α°＝１４４０°の範囲である複数（この例では、４個）の設定範囲１５ａ〜１５ｄが設定されている。従って、本実施の形態による電機子２でも、設定範囲１５ａ及び１５ｂの境界がＮｏ．２６の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｂ及び１５ｃの境界がＮｏ．４７の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｃ及び１５ｄの境界がＮｏ．６８の磁極ティース１０に位置し、設定範囲１５ｄ及び１５ａの境界がＮｏ．５の磁極ティース１０に位置している。

また、各設定範囲１５ａ〜１５ｄのうち、互いに隣接する一部の設定範囲１５ａ及び１５ｂを調整範囲１５ａ及び１５ｂとすると、本実施の形態による回転電機１では、調整範囲１５ａ及び１５ｂを除いて、各仮想ベースコイル１２ａの位置のすべてに各ベースコイル１２が配置されている。調整範囲１５ａ及び１５ｂでは、各仮想特定コイル１２Ａ及び各仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置を避けて、各ベースコイル１２が各仮想ベースコイル１２ａの位置に配置されている。

ベースコイル１２のコイルエンド２２はＮ＋１個の磁極ティース１０を跨いでいる。即ち、ベースコイル１２のコイルピッチはＮ＋１になっている。この例では、Ｎ＝２であることから、ベースコイル１２のコイルピッチが３になっている。

上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１は、ベースコイル１２の配置が回避されている仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されている。この例では、２つの調整範囲１５ａ及び１５ｂのそれぞれに上層コイル１３及び下層コイル１４が３つずつ配置されており、電機子コイル群８に含まれる上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれの数が６つずつになっている。また、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルエンド２２は、Ｎ個の磁極ティース１０を跨いでいる。即ち、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルピッチは、いずれもＮ（この例では、Ｎ＝２）になっている。

即ち、本実施の形態での電機子２の構成は、各仮想ベースコイル１２ａのすべてのコイル辺２１ａが各スロット１１の上口及び下口のすべてに規則的に配置されている仮想ベースコイル装着状態（図１１）を想定した場合、図１５及び図１６に示すように、互いに隣接する一部の設定範囲である調整範囲１５ａ及び１５ｂでの各仮想特定コイル１２Ａ及び各仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置を除いて、各仮想ベースコイル１２ａの位置のすべてにベースコイル１２が配置され、ベースコイル１２が配置されていない仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１が配置された構成になっている。

各スロット１１の上口及び下口のうち、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１が配置されずに残った空間には、実施の形態１と同様にスペーサブロックなどが配置され、コイル辺２１がスペーサブロックで保持されている。

また、比較例２による回転電機１０１の電機子２の調整範囲１５ａにおいてスロット１１の下口に配置されているコイル辺２１ａを持つ各相の仮想ベースコイル１２ａがそれぞれつくる合成起磁力と、本実施の形態による回転電機１の電機子２の調整範囲１５ａにおいてスロット１１の下口に配置されているコイル辺２１ａを持つ各相のベースコイル１２、各相の上層コイル１３及び各相の下層コイル１４がそれぞれつくる合成起磁力との位相差β°は、約４．２９°である（β°≒４．２９）。従って、本実施の形態による電機子コア７では、上記の条件１と式（８）とにより、図１５の調整範囲１５ａの左側の端部（一端部）に位置するＮｏ．６の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ３がＴ０＋Ｔ’とされている。

一方、図１５及び図１６の調整範囲１５ａの右側の端部（他端部）に位置するＮｏ．２６の磁極ティース１０は、図１５及び図１６の調整範囲１５ｂの左側の端部（一端部）に位置する磁極ティース１０でもある。調整範囲１５ｂにおいても、比較例２と本実施の形態との間での各相の合成起磁力の位相差β°が、調整範囲１５ａと同様の位相差になる。従って、調整範囲１５ａの他端部で調整範囲１５ｂの一端部に位置するＮｏ．２６の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ４は、Ｔ０−Ｔ’＋Ｔ’＝Ｔ０となる。即ち、各調整範囲１５ａ及び１５ｂの境界に位置する磁極ティース１０の幅寸法Ｔ４は、比較例２での磁極ティース１０の幅寸法Ｔ０と同じになっている。

また、本実施の形態では、図１６の調整範囲１５ｂの右側の端部（他端部）に位置するＮｏ．４７の磁極ティース１０の幅寸法Ｔ５がＴ０−Ｔ’とされている。他の磁極ティース１０の幅寸法はすべて、比較例２と同じＴ０となっている。これにより、本実施の形態では、各設定範囲１５ａ〜１５ｄのそれぞれにおける電機子コイルがつくるそれぞれの合成起磁力の位相を一致させることができる。

図１７は、図１４の回転電機１の巻線係数Ｋｄを示す表である。図１４の回転電機１では、図１７に示すように、巻線係数Ｋｄの数値が良好であることが分かる。これにより、図１４の回転電機１は、少ないロスでトルクを発生して動作特性の良い回転電機であることが分かる。

また、本実施の形態では、調整範囲１５ａ，１５ｂと、設定範囲１５ｃ，１５ｄとでコイル数が異なるので、電機子コイルの総抵抗値、インピーダンス、インダクタンスなどが調整範囲１５ａ，１５ｂと設定範囲１５ｃ，１５ｄとで異なる。しかし、上記と同様に、例えば、調整範囲１５ａ及び設定範囲１５ｄの各相の電機子コイルを直列につなぎ、調整範囲１５ｂ及び設定範囲１５ｃの各相の電機子コイルを直列につなぐことで、調整範囲１５ａ及び設定範囲１５ｄを合わせた範囲での各相のコイル数、コイル総抵抗値、インダクタンスなどと、調整範囲１５ｂ及び設定範囲１５ｃを合わせた範囲での各相のコイル数、コイル総抵抗値、インダクタンスなどとが、同じになる。これにより、回転電機１の動作特性を良好にする電機子回路を組むことができる。

このように、毎極スロット数ｑ’が実施の形態１及び２と異なる場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、上記の例では、電機子コア７が分割されていないが、実施の形態２と同様に、電機子コア７を複数の分割コアに分割してもよい。この場合、各分割コアの境界の位置は、各電機子コイルのコイルエンド２２が跨っていない磁極ティース１０（例えば、Ｎｏ．８及びＮｏ．４３の各磁極ティース１０）の位置とされる。

また、各上記実施の形態では、電機子２の内側に回転子４が配置されたインナロータ型の回転電機１にこの発明が適用されているが、これに限定されず、筒状の回転子の内側に電機子が配置されたアウタロータ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。また、電機子と回転子とが径方向について対向するラジアルギャップ型（インナロータ型、アウタロータ型）の回転電機だけでなく、例えば、電機子と回転子とが軸線方向について対向するアキシャルギャップ型の回転電機にこの発明を適用してもよい。

また、各上記実施の形態による回転電機１は、例えば電動機、発電機及び発電電動機のいずれにも適用することができる。また、各上記実施の形態による回転電機１は、同期機以外の例えば誘導機等に適用することもできる。

Claims (3)

1. 周方向について互いに間隔を置いて設けられた複数の磁極ティースを有し、各上記磁極ティース間にスロットが形成されている電機子コア、
   互いに異なる上記スロットに配置された一対のコイル辺と上記一対のコイル辺間を繋ぐコイルエンドとをそれぞれ含む複数の電機子コイルを有し、各上記電機子コイルが重ね巻きで上記磁極ティースに巻かれ、各上記電機子コイルに三相電流が流れる電機子コイル群、及び
   周方向へ並ぶ複数の磁極を持ち、上記電機子コア及び上記電機子コイル群に対して回転される回転子
   を備え、
   上記電機子コイル群は、一方の上記コイル辺が上記スロットの上口に配置され他方の上記コイル辺が上記スロットの下口に配置された複数のベースコイルと、一方及び他方の上記コイル辺がいずれも上記スロットの上口に配置された上層コイルと、一方及び他方の上記コイル辺がいずれも上記スロットの下口に配置された下層コイルとを上記電機子コイルとして有し、
   Ｎを２以上の自然数とすると、毎極スロット数ｑ’は、Ｎ＜ｑ’＜Ｎ＋１の関係を満たし、
   各上記ベースコイルの上記コイルエンドは、上記電機子コアの周方向に対して同じ向きに傾いた状態でＮ＋１個の上記磁極ティースを跨いでおり、
   上記上層コイル及び上記下層コイルのそれぞれの上記コイルエンドは、Ｎ個の上記磁極ティースを跨いでおり、
   上記ベースコイルと同じ構成の複数の仮想ベースコイルの各上記コイル辺を各上記スロットの上口及び下口のすべてに配置し、かつＮ個の上記磁極ティースを挟む２つの上記スロットの上口にそれぞれ配置された２つの上記コイル辺に流れる電流が同相逆向きになる関係を持つ２つの上記仮想ベースコイルで構成された仮想コイル対が、上記電機子コアを周方向について等分する複数の設定範囲のそれぞれで各相に一つずつ現れるようにした仮想ベースコイル装着状態を想定し、
   各上記仮想コイル対を構成する上記仮想ベースコイルを仮想特定コイルとし、各上記仮想コイル対を構成する２つの上記仮想特定コイルに挟まれた上記仮想ベースコイルを仮想調整コイルとすると、
   各上記ベースコイルは、各上記設定範囲のうち一部の上記設定範囲である調整範囲における各上記仮想特定コイル及び各上記仮想調整コイルのすべての位置を避けて、各上記仮想ベースコイルの位置に配置され、
   上記上層コイル及び上記下層コイルのそれぞれの上記コイル辺は、上記調整範囲における各上記仮想特定コイルのそれぞれの上記コイル辺の位置に配置され、
   上記調整範囲の一端部に位置する上記磁極ティースの幅寸法Ｔ１は、他の上記磁極ティースの幅寸法Ｔ０よりもティース幅調整寸法Ｔ’だけ狭くなっており、
   上記調整範囲の他端部に位置する上記磁極ティースの幅寸法Ｔ２は、他の上記磁極ティースの幅寸法Ｔ０よりも上記ティース幅調整寸法Ｔ’と同じ寸法だけ広くなっている回転電機。
2. 上記磁極ティースの幅寸法をすべて同じ寸法Ｔ０にした場合に、いずれか一つの電流相において、上記調整範囲に存在する上記スロットの下口に配置された上記コイル辺を持つ上記ベースコイル及び上記調整範囲に配置された上記上層コイル及び上記下層コイルのすべてがつくる合成起磁力と、上記仮想ベースコイル装着状態を想定したときの上記調整範囲に存在する上記スロットの下口に配置された上記コイル辺を持つ上記仮想ベースコイルのすべてがつくる合成起磁力との位相差をβ°とし、上記電機子コアの内径をｒ、上記回転子の磁極の数をＰとすると、
   上記ティース幅調整寸法Ｔ’は、
   Ｔ’＝２×π×ｒ×β°／（１８０°×Ｐ）
   で表される請求項１に記載の回転電機。
3. 上記電機子コアは、上記電機子コアの周方向へ並ぶ複数の分割コアに分割されており、
   各上記分割コアの境界の位置は、各上記電機子コイルがいずれも跨らない上記磁極ティースの位置となっている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。

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