JPWO2015121960A1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

回転電機では、Ｎを２以上の自然数とすると、毎極スロット数ｑ’がＮ＜ｑ’＜Ｎ＋１の関係を満たしている。複数のベースコイルのコイルエンドはＮ＋１個の磁極ティースを跨ぎ、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いる。複数の仮想ベースコイルを２層重ね巻きで電機子コアに設けて、Ｎ個の磁極ティースを挟む２つのスロットの上口の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を仮想特定コイルとして、２つの仮想特定コイルで構成された仮想コイル対が一定のスロット間隔で現れるようにした状態を想定すると、各ベースコイルは少なくともいずれかの仮想コイル対の仮想特定コイルの位置を避けて配置され、上層コイル及び下層コイルのコイル辺はベースコイルの配置が回避されている各仮想特定コイルのコイル辺の位置に配置されている。

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、コイル長の調整や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、１つの磁極当たりのスロットの数である毎極スロット数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を仮想特定コイルとして、２つの仮想特定コイルで構成された仮想コイル対が、電機子コアの周方向について一定間隔で現れるようにした仮想ベースコイル装着状態を想定すると、各ベースコイルは、少なくともいずれかの仮想コイル対を対象とし、対象とした仮想コイル対を構成するすべての仮想特定コイルの位置を避けて配置され、上層コイル及び下層コイルのそれぞれのコイル辺は、ベースコイルの配置が回避されてい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３の回転電機の電機子を示す展開図である。 図４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。 この発明の実施の形態２による回転電機の電機子を示す展開図である。 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８の電機子を示す展開図である。 図８の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４による回転電機の電機子を示す展開図である。 この発明の実施の形態５による回転電機を示す構成図である。 図１２の電機子を示す展開図である。 図１２の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６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１６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７による回転電機の電機子を示す展開図である。 この発明の実施の形態８による回転電機を示す構成図である。 図２０の電機子を示す展開図である。 図２０の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９による回転電機を示す構成図である。 図２３の電機子を示す展開図である。 図２３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、１４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１４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３６になっている。

ここでは、説明の便宜上、図１の回転軸３の中心から水平左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．３６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．３６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３６／１４＝１８／７≒２．５７となっている。

図２は、図１の電機子２を示す展開図である。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の相をＵ、Ｖ、Ｗで示している。また、図２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３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４は、図３の回転電機１０１の電機子２を示す展開図である。さらに、図５は、図４の回転電機１０１の電機子２の要部拡大図である。なお、図４及び図５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。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４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。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。

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。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、Ｖ相に着目すると、Ｎｏ．１及びＮｏ．３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、Ｎｏ．１９及びＮｏ．２１のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．３４及びＮｏ．３６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、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組がそれぞれ上口にあるＮｏ．１及びＮｏ．３のスロット１１とＮｏ．１９及びＮｏ．２１のスロット１１との距離は１８スロット分であり、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組がそれぞれ下口にあるＮｏ．１６及びＮｏ．１８のスロット１１とＮｏ．３４及びＮｏ．３６のスロット１１との間の距離も１８スロット分であることが分かる。さらに、Ｎｏ．１及びＮｏ．３のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．３４及びＮｏ．３６のスロット１１の下口同士のそれぞれのコイル辺２１ａが共通の２つの仮想ベースコイル１２ａのコイル辺２１ａになっており、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のコイル辺２１ａも共通の２つの仮想ベースコイル１２ａのコイル辺２１ａになっていることが分かる。このようなことから、図２では、２個（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Ｖ相の仮想コイル対２３が、１８スロット間隔で配置されていることが分かる。また、Ｕ相、Ｗ相についても、Ｖ相と同様に、仮想コイル対２３が、１８スロット間隔で配置されていることが分かる。

一定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２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．１及びＮｏ．３の上口同士の２つのコイル辺１２ａを持つ仮想コイル対２３がＶ相、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相であることから、Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相の順に並ぶ組が繰り返されている。

図６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では、図２を図４と比較すると、各仮想コイル対２３のうち、Ｖ相の仮想コイル対２３を構成するすべての仮想特定コイル１２Ａ（この例では、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．１９、Ｎｏ．２１のスロット１１の上口にそれぞれ配置されたコイル辺２１ａを持つ４つの仮想特定コイル１２Ａ）の位置を避けて各ベースコイル１２が配置されている。この例では、Ｖ相の仮想コイル対２３の各仮想特定コイル１２Ａの位置（合計４か所）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。

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。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（この例では、Ｖ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（この例では、Ｖ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。

この例では、上層コイル１３及び下層コイル１４が２つずつ電機子コイル群８に含まれている。また、この例では、一方の上層コイル１３のそれぞれのコイル辺２１がＮｏ．１及びＮｏ．３のスロット１１の上口に配置され、他方の上層コイル１３のそれぞれのコイル辺２１がＮ０．１９及びＮｏ．２１のスロット１１の上口に配置されている。さらに、この例では、一方の下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１がＮｏ．３４及びＮｏ．３６のスロット１１の下口に配置され、他方の下層コイル１４のそれぞれのコイル辺２１がＮ０．１６及びＮｏ．１８のスロット１１の下口に配置されている。

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に示すように、Ｖ相の仮想コイル対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。

本実施の形態での電機子２は、図２を図４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、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、本実施の形態も比較例１も同じになっていることが分かる。これにより、本実施の形態での電機子２がつくる誘起電圧は 比較例１での電機子２がつくる誘起電圧と同じになる。

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、各ベースコイル１２を電機子コア７の周方向へ順次巻いていく。このとき、各ベースコイル１２については、上層コイル１３の各コイル辺２１間及び下層コイル１４の各コイル辺２１間に配置されたコイル辺２１を持つベースコイル１２（この例では、例えばＮｏ．２０のスロット１１の上口に配置されたコイル辺２１を持つベースコイル１２）を電機子コア７に最後に巻くようにする。

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（この例では、例えばＮｏ．１７及びＮｏ．１８のそれぞれに配置されたコイル辺２１を持つベースコイル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、この一部のベースコイル１２を曲げながら、スロット１１の上口からコイル辺２１を外す作業（上げコイル作業）を行った後、最後のベースコイル１２を電機子コア７に巻く。この後、曲げた一部のベースコイル１２を元に戻してから、最後に、上層コイル１３を電機子コア７に巻く。このようにして、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。

このような回転電機１では、各仮想コイル対２３のうち、Ｖ相の仮想コイル対２３を構成するすべての仮想特定コイル１２Ａの位置を避けて各ベースコイル１２が配置され、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のコイル辺２１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が配置されているので、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に跨るコイルエンド２２の数を、比較例１での各磁極ティース１０に跨るコイルエンド２２ａの数よりも減らすことができる。これにより、各ベースコイル１２を電機子コア７に巻くときに、最後のベースコイル１２を電機子コア７に巻くために曲げるベースコイル１２の数を比較例１に比べて少なくすることができる。また、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルエンド２２の配置が複雑になることを回避することもできる。これにより、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に巻きやすくすることができ、回転電機１の製造を容易にすることができる。また、各ベースコイル１２を電機子コア７に巻きやすくするためにベースコイル１２を無くすと、回転電機１のトルク特性が低下してしまうが、上層コイル１３及び下層コイル１４を電機子コイル群８に含ませることにより、回転電機１の動作特性を良好にすることができる。即ち、動作特性が良好である回転電機１の製造を容易にすることができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による回転電機１の電機子２を示す展開図である。本実施の形態では、図７を図４と比較すると、各ベースコイル１２が、図４の各仮想コイル対２３のすべての仮想特定コイル１２Ａの位置を避けて配置されている。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辺２１は、各ベースコイル１２の配置が回避されてい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。即ち、すべての仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置のうち、スロット１１の上口の位置に各上層コイル１３のコイル辺２１が配置され、スロット１１の下口の位置に各下層コイル１４のコイル辺２１が配置されている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、各仮想コイル対２３のすべての仮想特定コイル１２Ａの位置を避けて各ベースコイル１２が配置され、各仮想特定コイル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が配置されているので、実施の形態１と同様に、回転電機１の動作特性が良好であり、かつ回転電機１の製造を容易にすることができる。また、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の長さを各相間で調整する手間をなくすことができ、回転電機１の製造をさらに容易にすることができる。即ち、例えば、実施の形態１のように、Ｖ相の仮想コイル対２３に対応する上層コイル１３及び下層コイル１４のみを電機子コア７に巻いて、Ｕ相及びＷ相のそれぞれの仮想コイル対２３に対応する位置には、上層コイル１３及び下層コイル１４を巻かない場合、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれの導線の長さと、各ベースコイル１２の導線の長さとが異なることから、Ｖ相と、Ｕ相及びＷ相との間でコイル抵抗が異なることになってしまい、各相間での誘起電圧の発生のバランスが崩れやすくなってしまうおそれがある。実施の形態１では、これを避けるために上層コイル１３及び下層コイル１４の導線長さを予め調整しておくことが必要である。これに対して、本実施の形態では、各相において同じ数の上層コイル１３及び下層コイル１４を配置することができるので、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれの導線の長さを各相間で調整する必要がなくなり、電機子２をさらに製造しやすくすることができる。

実施の形態３．
図４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４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、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、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、電気角幅α°の範囲内に同数ずつ（この例では、１つずつ）存在している。電気角幅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）＝１２６０° …（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。

図８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９は、図８の電機子２を示す展開図である。本実施の形態では、図９を図４と比較すると、Ｖ相の仮想コイル対２３のそれぞれの仮想特定コイル１２Ａの位置と、電気角幅α°の範囲内に位置する各相の仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置とを避けて、各ベースコイル１２が各仮想ベースコイル１２ａの位置にそれぞれ配置されている。

この例では、電気角幅α°の範囲内でベースコイル１２の配置が回避されている各仮想調整コイル１２Ｂのうち、Ｗ相の仮想調整コイル１２Ｂを挟むそれぞれの仮想特定コイル１２Ａ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。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辺２１は、実施の形態１と同様に、Ｖ相の仮想コイル対２３のそれぞれの仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａの位置に配置されている。

これにより、電機子２の状態は、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．１８及びＮｏ．３６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が跨っていない状態になっている。

図９を図４と比較してみると、上層コイル１３の各コイル辺２１間及び下層コイル１４の各コイル辺２１間にそれぞれ位置するコイル辺２１ａを持つ仮想調整コイル１２Ｂ（この例では、Ｎｏ．２及びＮｏ．２０のスロット１１のそれぞれの上口に位置するコイル辺２１ａを持つ２つの仮想ベースコイル１２ａ）の電流相がＷ相になっている。Ｗ相の仮想調整コイル１２Ｂの位置のベースコイル１２のみを無くすと、Ｕ相及びＶ相がつくる誘起電圧とＷ相がつくる誘起電圧とでバランスが崩れ、回転電機の動作特性が低下してしまう。従って、これを回避するために、Ｗ相の仮想調整コイル１２Ｂとの関係で各相の誘起電圧のバランスを維持するＶ相の仮想調整コイル１２Ｂ（この例では、Ｎｏ．８及びＮｏ．２６のスロット１１のそれぞれの上口に位置するコイル辺２１ａを持つ２つの仮想ベースコイル１２ａ）、及びＵ相の仮想調整コイル１２Ｂ（この例では、Ｎｏ．１４及びＮｏ．３２のスロット１１のそれぞれの上口に位置するコイル辺２１ａを持つ２つの仮想ベースコイル１２ａ）のそれぞれの位置も避けて、各ベースコイル１２が配置されている。

図８及び図９では、各スロット１１のうち、上口及び下口のいずれかにのみコイル辺２１が配置されているスロット１１が存在している。このようなスロット１１では、コイル辺２１が動かないように、例えばスロット１１の上口又は下口を埋める充填材（例えばスペーサブロック又は樹脂モールド等）をスロット１１内に設けてもよい。

電機子コア７は、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。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（この例では、Ｎｏ．１８及びＮｏ．３６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。電機子２は、仮想調整コイル１２Ｂの位置を除いて巻かれたベースコイル１２、上層コイル１３、下層コイル１４及び分割コア３１を含む複数（この例では、２つ）の分割電機子３３で構成されている。他の構成は実施の形態１と同様である。

図１０は、図８の回転電機１の巻線係数Ｋｄを示す表である。本実施の形態による回転電機１の巻線係数Ｋｄの数値は、比較例１による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄと比較しても、基本波成分、高次成分ともに良好であることが分かる。

このような回転電機１では、各ベースコイル１２が、電気角幅α°の範囲内に位置する各相の仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置と、Ｗ相の仮想調整コイル１２Ｂを挟む仮想特定コイル１２Ａの位置とを避けて配置され、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、電気角幅α°の範囲内で各ベースコイル１２の配置が回避されているＷ相の仮想調整コイル１２Ｂを挟むそれぞれの仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａの位置に配置されているので、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を各コイル１２，１３，１４のコイルエンド２２が跨がないようにすることができる。従って、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の位置で電機子コア７を複数の分割コア３１に分割することができる。これにより、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、電機子２の製造を容易にすることができる。また、各相の誘起電圧のバランスが維持されるので、電機子コア７を分割するために各ベースコイル１２を無くしても、回転電機１の動作特性を良好に維持することができる。さらに、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。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４による回転電機の電機子２を示す展開図である。各ベースコイル１２は、図１１を図４と比較してみると、図４の各仮想コイル対２３のすべての仮想特定コイル１２Ａの位置を避けて配置されている。また、各ベースコイル１２は、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間に挟まれる仮想ベースコイル（仮想調整コイル）１２Ｂのすべての位置を避けて配置されている。従って、各ベースコイル１２は、各仮想コイル対２３のすべての仮想特定コイル１２Ａの位置と、各仮想コイル対２３の仮想特定コイル１２Ａ間に挟まれる仮想ベースコイル（仮想調整コイル）１２Ｂのすべての位置とを除いて、各仮想ベースコイル１２ａの位置に配置されている。

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すべての仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されている。即ち、各仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置のうち、スロット１１の上口の位置に各上層コイル１３のコイル辺２１が配置され、スロット１１の下口の位置に各下層コイル１４のコイル辺２１が配置されている。共通の仮想コイル対２３に対応する上層コイル１３と下層コイル１４との間に位置する磁極ティース１０には、各ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のコイルエンド２２がいずれも跨っていない。

図１１では、各スロット１１のうち、上口及び下口のいずれかにのみコイル辺２１が配置されているスロット１１が存在している。このようなスロット１１では、コイル辺２１が動かないように、例えばスロット１１の上口又は下口を埋める充填材（例えばスペーサブロック又は樹脂モールド等）をスロット１１内に設けてもよい。

電機子コア７は、電機子コア７の周方向へ並ぶ複数（この例では、６つ）の分割コア３１に分割されている。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（この例では、Ｎｏ．６、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１８、Ｎｏ．２４、Ｎｏ．３０、Ｎｏ．３６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。電機子２は、仮想調整コイル１２Ｂの位置を除いて巻かれたベースコイル１２、上層コイル１３、下層コイル１４及び分割コア３１を含む複数（この例では、６つ）の分割電機子３３で構成されている。他の構成は実施の形態２と同様である。

このような回転電機１では、すべての仮想コイル対２３に対応する上層コイル１３と下層コイル１４との間に位置する磁極ティース１０にコイルエンド２２が跨っておらず、コイルエンド２２が跨っていない各磁極ティース１０の位置に各分割コア３１の境界３２が形成されているので、電機子２を複数の分割電機子３３に分割することができ、各分割電機子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、実施の形態３と同様に、電機子２の製造の容易化、回転電機１の修理及びメンテナンス等の作業性の向上、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。また、電機子２を構成する各部品の小形軽量化を、実施の形態３よりもさらに図ることができるので、電機子２を構成する各部品の取扱いをさらに容易にすることができる。

実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５による回転電機１を示す構成図である。また、図１３は、図１２の電機子２を示す展開図である。電機子コイル群８は、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４がつくる誘起電圧の合成ベクトルの大きさを各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で大きくする誘起電圧をそれぞれつくる複数の追加コイル４１を電機子コイルとしてさらに有している。本実施の形態による電機子コイル群８では、ベースコイル１２、上層コイル１３、下層コイル１４及び追加コイル４１に三相電流が流れる。また、この例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の追加コイル４１が２つずつ電機子コア７に設けられている。

各ベースコイル１２は、図１３を図４と比較すると、Ｖ相の仮想コイル対２３に含まれるそれぞれの仮想特定コイル１２Ａの位置と、各仮想コイル対２３に対応する仮想調整コイル１２Ｂ（各仮想コイル対２３の仮想特定コイル１２Ａ間に挟まれる仮想ベースコイル１２ａ）の位置とを避けて、各仮想ベースコイル１２ａのそれぞれの位置に配置されている。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辺２１は、Ｖ相の仮想コイル対２３に含まれるそれぞれの仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａの位置に配置されている。

電機子コア７は、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。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（この例では、Ｎｏ．１８及びＮｏ．３６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。電機子２は、ベースコイル１２、上層コイル１３、下層コイル１４、追加コイル４１及び分割コア３１を含む複数（この例では、２つ）の分割電機子３３で構成されている。即ち、各ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれの配置、及び電機子コア７の構成は、図９と同様になっている。

各追加コイル４１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、一対のコイル辺２１間を繋ぐ一対のコイルエンド２２とを有する重ね巻きのコイルである。各追加コイル４１のそれぞれのコイル辺２１は、各スロット１１の上口及び下口のうち、各ベースコイル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がいずれも配置されずに空いている位置（この例では、Ｎｏ．２、Ｎｏ．８、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２６、Ｎｏ．３２のスロット１１の上口、及びＮｏ．５、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１７、Ｎｏ．２３、Ｎｏ．２９、Ｎｏ．３５のスロット１１の下口）に配置されている。即ち、各追加コイル４１のそれぞれのコイル辺２１は、仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されている。

各追加コイル４１のコイルエンド２２は、電機子コア７の周方向に対してベースコイル１２のコイルエンド２２とは逆向きに傾いた状態で配置されている。また、各追加コイル４１は、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（この例では、Ｎｏ．１８及びＮｏ．３６の磁極ティース１０）を避けて配置されている。さらに、各追加コイル４１のコイルエンド２２が跨ぐ磁極ティース１０の数は、各追加コイル４１で同じになっている。即ち、各追加コイル４１のコイルピッチはすべて同じになっている。この例では、各追加コイル４１のコイルエンド２２が跨ぐ磁極ティース１０の数が、３つになっている。

各追加コイル４１は、図１３を図４と比較すると、互いに隣り合って出現している一方及び他方の仮想コイル対２３のそれぞれの一部に重なった状態で、一方及び他方の仮想コイル対２３間に配置されている。一方及び他方の仮想コイル対２３間に配置された追加コイル４１の電流相は、一方及び他方の仮想コイル対２３のそれぞれの電流相と異なる相になっている。例えば、Ｎｏ．２及びＮｏ．５のスロット１１のそれぞれに配置されたコイル辺２１を持つ追加コイル４１の電流相は、Ｖ相の仮想コイル対２３（Ｎｏ．１及びＮｏ．３のスロット１１の上口に配置されたコイル辺２１ａを含む仮想コイル対２３）とＵ相の仮想コイル対２３（Ｎｏ．４及びＮｏ．６のスロット１１の下口に配置されたコイル辺２１ａを含む仮想コイル対２３）との間に配置されていることから、Ｗ相になっている。

また、各追加コイル４１のコイル辺２１の電流の向きは、追加コイル４１と同じ相のベースコイル１２のコイル辺２１のうち、追加コイル４１のコイル辺２１と同じスロット１１に配置されているコイル辺２１に流れる電流と同じ向きになっている。他の構成は実施の形態３と同様である。

図１４は、図１２の回転電機１の巻線係数Ｋｄを示す表である。本実施の形態による回転電機１の巻線係数Ｋｄの数値は、比較例１による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄと比較しても、基本波成分、高次成分ともに良好であることが分かる。

このような回転電機１では、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４がつくる誘起電圧の合成ベクトルの大きさを各相で大きくする誘起電圧をそれぞれつくる複数の追加コイル４１が電機子コイルとして電機子コイル群８に含まれ、各追加コイル４１のコイル辺２１が仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されているので、実施の形態３と比較してコイル数を増加させることができ、回転電機１の発生トルクを大きくすることができる。また、コイルエンド２２が跨がない磁極ティース１０を避けて各追加コイル４１が配置されているので、電機子２を複数の分割電機子３３に分割することができる。これにより、実施の形態３，４と同様に、電機子２の製造を容易にすることができるとともに、回転電機１の修理及び交換等について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。

実施の形態６．
図１５は、この発明の実施の形態６による回転電機１を示す構成図である。本実施の形態では、スロット数Ｑが１０８、回転子４の磁極数Ｐが４２になっている。毎極スロット数ｑ’は１８／７である。即ち、本実施の形態による回転電機１では、実施の形態１〜５による回転電機１よりもスロット数Ｑ及び磁極数Ｐが多くなっているが、毎極スロット数ｑ’の値が実施の形態１〜５と同じになっている。従って、本実施の形態での電機子２の構成は、実施の形態１〜５での電機子２と同様に、１８個のスロット１１と回転子４の７個の磁極とが１組となって連続している構成になっている。本実施の形態では、電機子２が、電機子２の周方向へ並んで連結された６個の分割電機子３３により構成されている。各分割電機子３３の構成は、実施の形態５での分割電機子３３の構成と同様である。

このように、実施の形態５と同様の構成の分割電機子３３の数を６個としても、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。これと同様に実施の形態１〜４についても、毎極スロット数ｑ’の値が同じであれば、スロット数Ｑ、極数Ｐの増減によらず同様のコイル配置が可能であり、同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
実施の形態７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１６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１７は、図１６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５４、回転子４の磁極数Ｐが１４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、２７／７（≒３．８５）であり、３よりも大きく４よりも小さい値（３＜ｑ’＜４）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＝３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４になっていることが分かる。

Ｕ相に着目すると、Ｎｏ．１及びＮｏ．４のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．２４及びＮｏ．２７のスロット１１の下口同士、Ｎｏ．２８及びＮｏ．３１のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．５１及びＮｏ．５４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、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組がそれぞれ上口にあるＮｏ．１及びＮｏ．４のスロット１１とＮｏ．２８及びＮｏ．３１のスロット１１との距離は２７スロット分であり、同相逆向きの電流が流れるコイル辺２１ａの組が下口にあるＮｏ．２４及びＮｏ．２７のスロット１１とＮｏ．５１及びＮｏ．５４のスロット１１との間の距離も２７スロット分であることが分かる。さらに、Ｎｏ．１及びＮｏ．４のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．５１及びＮｏ．５４のスロット１１の下口同士のそれぞれのコイル辺２１ａが共通の２つの仮想ベースコイル１２ａのコイル辺２１ａになっており、Ｎｏ．２８及びＮｏ．３１のスロット１１の上口同士、Ｎｏ．２４及びＮｏ．２７のスロット１１の下口同士のそれぞれのコイル辺２１ａも共通の２つの仮想ベースコイル１２ａのコイル辺２１ａになっていることが分かる。このようなことから、図１７では、３個（Ｎ＝３）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、２７スロット間隔で配置されていることが分かる。また、Ｖ相、Ｗ相についても、Ｕ相と同様に、仮想コイル対２３が、２７スロット間隔で配置されている。

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１７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．１及びＮｏ．４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．１０及びＮｏ．１３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．２２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。比較例２の他の構成は比較例１と同様である。

図１８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１９は、この発明の実施の形態７による回転電機１の電機子２を示す展開図である。各ベースコイル１２は、図１９を図１７と比較すると、Ｕ相の仮想コイル対２３に含まれるすべての仮想特定コイル１２Ａの位置を避けて、各仮想ベースコイル１２ａの位置に配置されている。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Ｕ相の仮想特定コイル１２Ａのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されている。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、３（Ｎ＝３）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＝３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１７）を想定した場合、Ｕ相の仮想コイル対２３に含まれるすべての仮想特定コイル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が配置された構成になっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、毎極スロット数ｑ’が３よりも大きく４よりも小さい値である場合であっても、回転電機１の動作特性を良好に維持しながら、各ベースコイル１２のコイルピッチ（Ｎ＋１＝４）よりも上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれのコイルピッチ（Ｎ＝３）を小さくすることができる。これにより、ベースコイル１２を電機子コア７に巻くときに一部のベースコイル１２を曲げてコイル辺２１をスロット１１から外す上げコイル作業の手間の軽減化を図ることができ、回転電機１の製造を容易にすることができる。

実施の形態８．
比較例２による各仮想コイル対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、図１７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２つの仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＶ相及びＷ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２つの仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＶ相及び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２つの仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＵ相及び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、式（３）で表される電気角幅α°（α°＝１２６０°）の範囲内に同数ずつ（この例では、２つずつ）存在している。

図２０は、この発明の実施の形態８による回転電機１を示す構成図である。また、図２１は、図２０の電機子２を示す展開図である。図２１を図１７と比較すると、本実施の形態では、Ｕ相の仮想コイル対２３のそれぞれの仮想特定コイル１２Ａの位置と、電気角幅α°（α°＝１２６０°）の範囲内に位置する各相の仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置とを避けて、各ベースコイル１２が各仮想ベースコイル１２ａの位置にそれぞれ配置されている。

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、電気角幅α°の範囲内でベースコイル１２の配置が回避されている各仮想調整コイル１２Ｂのうち、Ｗ相及びＶ相の２つの仮想調整コイル１２Ｂを挟むそれぞれのＵ相の仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａの位置に配置されている。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辺２１は、実施の形態７と同様に、Ｕ相の仮想コイル対２３のそれぞれの仮想特定コイル１２Ａのコイル辺２１ａの位置に配置されている。

これにより、電機子２の状態は、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．２７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が跨っていない状態になっている。

図２１を図１７と比較してみると、上層コイル１３の各コイル辺２１間及び下層コイル１４の各コイル辺２１間にそれぞれ位置するコイル辺２１ａを持つ２つの仮想調整コイル１２Ｂの電流相がＷ相及びＶ相になっている。Ｗ相及びＶ相の仮想調整コイル１２Ｂの位置のベースコイル１２のみを無くすと、電機子コイル群８全体の誘起電圧のバランスが崩れ、回転電機の動作特性が低下してしまう。従って、これを回避するために、この例では、Ｗ相及びＶ相の仮想調整コイル１２Ｂとの関係で各相の誘起電圧のバランスを維持するＶ相及びＵ相の仮想調整コイル１２Ｂ、及びＶ相及びＵ相の仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれの位置も避けて、各ベースコイル１２が配置されている。

図２０及び図２１では、各スロット１１のうち、上口及び下口のいずれかにのみコイル辺２１が配置されているスロット１１が存在している。このようなスロット１１では、コイル辺２１が動かないように、例えばスロット１１の上口又は下口を埋める充填材（例えばスペーサブロック又は樹脂モールド等）をスロット１１内に設けてもよい。

電機子コア７は、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。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（この例では、Ｎｏ．２７及びＮｏ．５４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。電機子２は、仮想調整コイル１２Ｂの位置を除いて巻かれたベースコイル１２、上層コイル１３、下層コイル１４及び分割コア３１を含む複数（この例では、２つ）の分割電機子３３で構成されている。他の構成は実施の形態７と同様である。

図２２は、図２０の回転電機１の巻線係数Ｋｄを示す表である。本実施の形態による回転電機１の巻線係数Ｋｄの数値は、比較例２による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄ（図１８）と比較しても、基本波成分、高次成分ともに良好であることが分かる。

このように、毎極スロット数ｑ’が３よりも大きく４よりも小さい値である場合であっても、実施の形態３と同様に、電機子コア７を複数の分割コア３１に分割することができる。これにより、電機子２の製造を容易にすることができるとともに、回転電機１の修理及び交換等について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。また、各相の誘起電圧のバランスが維持されるので、電機子コア７を分割するために各ベースコイル１２を無くしても、回転電機１の動作特性は良好である。

実施の形態９．
図２３は、この発明の実施の形態９による回転電機１を示す構成図である。また、図２４は、図２３の電機子２を示す展開図である。電機子コイル群８は、実施の形態５と同様に、ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４がつくる誘起電圧の合成ベクトルの大きさを各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）で大きくする誘起電圧をそれぞれつくる複数の追加コイル４１を電機子コイルとしてさらに有している。この例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の追加コイル４１が４つずつ電機子コア７に設けられている。各ベースコイル１２、上層コイル１３及び下層コイル１４のそれぞれの配置、及び電機子コア７の構成は、図２０及び図２１と同様になっている。

各追加コイル４１は、実施の形態５と同様に、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、一対のコイル辺２１間を繋ぐ一対のコイルエンド２２とを有する重ね巻きのコイルである。各追加コイル４１のそれぞれのコイル辺２１は、各スロット１１の上口及び下口のうち、各ベースコイル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がいずれも配置されずに空いている位置に配置されている。即ち、各追加コイル４１のそれぞれのコイル辺２１は、各仮想調整コイル１２Ｂのそれぞれのコイル辺２１ａの位置に配置されている。

各追加コイル４１のコイルエンド２２は、実施の形態５と同様に、電機子コア７の周方向に対してベースコイル１２のコイルエンド２２とは逆向きに傾いた状態で配置されている。また、各追加コイル４１は、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（この例では、Ｎｏ．２７及びＮｏ．５４の磁極ティース１０）を避けて配置されている。さらに、各追加コイル４１のコイルエンド２２が跨ぐ磁極ティース１０の数は、各追加コイル４１で同じになっている。即ち、各追加コイル４１のコイルピッチはすべて同じになっている。この例では、各追加コイル４１のコイルエンド２２が跨ぐ磁極ティース１０の数が、５つになっている。

各追加コイル４１は、図２４を図１７と比較すると、互いに隣り合って出現している一方及び他方の仮想コイル対２３のそれぞれの一部に重なった状態で、一方及び他方の仮想コイル対２３間に２つずつ配置されている。一方及び他方の仮想コイル対２３間に配置された追加コイル４１のコイル辺２１には、追加コイル４１のコイル辺２１と同じスロット１１に配置されているコイル辺２１、及び両隣のスロット１１に配置されているコイル辺２１のいずれかと同相同向きの電流が流れるようになっている。

この例では、一方及び他方の仮想コイル対２３間に配置された追加コイル４１の電流相が、一方及び他方の仮想コイル対２３のそれぞれの電流相と異なる相になっている。また、この例では、互いに並ぶ２つの追加コイル４１の電流相が同じになっている。例えば、Ｕ相の仮想コイル対２３（Ｎｏ．１及びＮｏ．４のスロット１１の上口に配置されたコイル辺２１ａを含む仮想コイル対２３）とＷ相の仮想コイル対２３（Ｎｏ．６及びＮｏ．９のスロット１１の下口に配置されたコイル辺２１ａを含む仮想コイル対２３）との間に配置された２つの追加コイル４１（Ｎｏ．２，３及びＮｏ．７，８のスロット１１のそれぞれに配置されたコイル辺２１を持つ２つの追加コイル４１）の電流相は、Ｖ相になっている。また、各追加コイル４１のコイル辺２１の電流の向きは、追加コイル４１と同じ相のベースコイル１２のコイル辺２１のうち、追加コイル４１のコイル辺２１と同じスロット１１に配置されているコイル辺２１に流れる電流と同じ向きになっている。他の構成は実施の形態８と同様である。

図２５は、図２３の回転電機１の巻線係数Ｋｄを示す表である。本実施の形態による回転電機１の巻線係数Ｋｄの数値は、比較例２による回転電機１０１の巻線係数Ｋｄ（図１８）と比較しても、基本波成分、高次成分ともに良好であることが分かる。

このように、毎極スロット数ｑ’が３よりも大きく４よりも小さい値である場合であっても、実施の形態８と比較してコイル数を増加させることができ、回転電機１の発生トルクを大きくすることができる。また、実施の形態８と同様に、電機子コア７を複数の分割コア３１に分割することができ、電機子２の製造を容易にすることができるとともに、回転電機１の修理及び交換等について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。

即ち、実施の形態７〜９で示した通り、回転電機１の電機子２のスロット数Ｑ、回転子４の磁極数Ｐの組み合わせにかかわらず、毎極スロット数ｑ’が式（２）の条件を満たしていれば、各コイル辺２１の配置を維持したまま、各ベースコイル１２のコイルピッチＮ＋１よりも小さいコイルピッチＮを持つ上層コイル１３及び下層コイル１４を得ることができる。従って、回転電機１の動作特性を良好に維持しながら、回転電機１の製造を容易にすることができるという効果を得ることができる。

なお、実施の形態１，２、４〜９では、Ｖ相又はＵ相の仮想コイル対２３のみを対象とし、対象としたＶ相又はＵ相の仮想コイル対２３を構成するすべての仮想特定コイル１２Ａの位置のみを避けてベースコイル１２が配置されているが、少なくともいずれかの仮想コイル対２３を対象とし、対象とした仮想コイル対２３を構成するすべての仮想特定コイル１２Ａの位置を避けてベースコイル１２を配置していればよい。従って、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、２つの相の仮想コイル対２３を構成する各仮想特定コイル１２Ａの位置を避けてベースコイル１２を配置してもよいし、すべての相の仮想コイル対２３を構成する各仮想特定コイル１２Ａの位置を避けてベースコイル１２を配置してもよい。また、同じ相（例えば、Ｖ相）の複数の仮想コイル対２３のうち、いずれかの仮想コイル対２３を構成する各仮想特定コイル１２Ａの位置のみを避けてベースコイル１２を配置してもよい。この場合、ベースコイル１２の配置が回避されているすべての仮想特定コイル１２Ａ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が配置される。

また、実施の形態６では、ベースコイル１２、上層コイル１３、下層コイル１４及び追加コイル４１を含む実施の形態５での電機子コイル群８のコイルの配置がスロット数Ｑ＝１０８の電機子コア７に適用されているが、実施の形態１〜９での電機子コイル群８のコイルの配置を多スロットの電機子コア７に適用してもよい。実施の形態４での電機子コイル群８（すべての仮想特定コイル１２Ａの位置及びすべての仮想調整コイル１２Ｂの位置を避けてベースコイル１２を配置している態様の電機子コイル群８）を多スロットの電機子コア７に適用した場合、コイルエンド２２が跨らない磁極ティース１０がすべての仮想コイル対２３に対応して現れるので、実施の形態４と同様に、コイルエンド２２が跨らないすべての磁極ティース１０の位置で多スロットの電機子コア７を分割して分割コア３１の数を多くしてもよい。

また、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 (5)

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、１つの上記磁極当たりの上記スロットの数である毎極スロット数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を仮想特定コイルとして、上記２つの仮想特定コイルで構成された仮想コイル対が、上記電機子コアの周方向について一定間隔で現れるようにした仮想ベースコイル装着状態を想定すると、
   各上記ベースコイルは、少なくともいずれかの上記仮想コイル対を対象とし、対象とした上記仮想コイル対を構成するすべての上記仮想特定コイルの位置を避けて配置され、
   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、上記ベースコイルの配置が回避されてい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ている回転電機。
2. 各上記ベースコイルは、各上記仮想コイル対のすべての上記仮想特定コイルの位置を避けて配置され、
   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、上記ベースコイルの配置が回避されているすべての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ている請求項１に記載の回転電機。
3. 上記電機子コアにおける上記スロットの数Ｑと上記回転子における上記磁極の数Ｐとの最大公約数をｇｃｄ（Ｑ，Ｐ）とし、
   電気角幅α°を、
   α＝１８０°×Ｐ／ｇｃｄ（Ｑ，Ｐ）
   で表わし、
   各上記仮想コイル対に含まれるそれぞれの上記仮想特定コイル間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、上記電気角幅α°の範囲内に位置する各相の上記仮想調整コイルのそれぞれを避けて配置され、
   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、上記電気角幅α°の範囲内で各上記ベースコイルの配置が回避されている各上記仮想調整コイルの少なくともいずれかを挟むそれぞれの上記仮想特定コイルの上記コイル辺の位置に配置されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 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３に記載の回転電機。
5. 上記電機子コイル群は、上記ベースコイル、上記上層コイル及び上記下層コイルがつくる誘起電圧の合成ベクトルの大きさを各相で大きくする誘起電圧をそれぞれつくる複数の追加コイルを上記電機子コイルとしてさらに有し、
   各上記仮想調整コイルのそれぞれの上記コイル辺の位置には、上記追加コイルの上記コイル辺が配置され、
   各上記追加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上記ベースコイルの上記コイルエンドとは逆向きに傾いた状態で、上記上層コイル、上記下層コイル及び上記ベースコイルがいずれも跨らない上記磁極ティースを避けて配置されており、
   各上記追加コイルの上記コイルエンドが跨ぐ上記磁極ティースの数は、各上記追加コイルで同じになっている請求項３又は請求項４に記載の回転電機。

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