WO2012011493A1

WO2012011493A1 - 回転電機、およびその回転電機を備えた車両

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Publication number: WO2012011493A1
Application number: PCT/JP2011/066444
Authority: WO
Inventors: 泰行齋藤; 日野　徳昭; 友彰貝森; 中山　健一; 嘉己森; 小田　圭二
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2012-01-26
Also published as: KR101463518B1; EP2597754B1; US20130113330A1; US20160315516A1; US9455605B2; JP5587693B2; CN103053097B; KR20130038269A; CN105356641A; BR112013001411B1; US9735640B2; EP2597754A4; EP2597754A1; CN103053097A; CN105356641B; JP2012029370A; BR112013001411A2

Abstract

　回転電機は、複数のスロットが形成された固定子コアと、固定子コアの各スロットに挿通されて複数のレイヤの内のいずれか一つを構成するスロット導体と、異なるスロットに挿通されたスロット導体の同一側端部同士を接続してコイルエンドを構成する渡り導体とから成る波巻の周回巻線を複数有する複数相の固定子巻線と、固定子コアに対して空隙を介して回転自在に支持された回転子とを備え、渡り導体は、毎極スロット数をＮとしたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１でスロットを跨ぐようにスロット導体間を接続し、固定子巻線は、同一相の複数のスロット導体で構成される一群のスロット導体群を複数有し、スロット導体群の複数のスロット導体は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定数Nsのスロット内にスロットおよびレイヤが隣接するように挿通され、所定数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP、レイヤ数を２×NLとしたとき、Ns＝NSPP＋NLに設定されている。

Description

回転電機、およびその回転電機を備えた車両

　本発明は、回転電機、およびその回転電機を備えた車両に関する。

　車両の駆動用として用いられる回転電機の巻線技術としては、特許文献１に記載のような技術が知られている。

米国特許第６８９４４１７号明細書

　ところで、電気自動車等に搭載される回転電機には、低騒音であることが要求されている。そのため、本発明は、回転電機の低騒音化を目的としている。

　本発明の第１の態様によると、回転電機は、複数のスロットが形成された固定子コアと、固定子コアの各スロットに挿通されて複数のレイヤの内のいずれか一つを構成するスロット導体と、異なるスロットに挿通されたスロット導体の同一側端部同士を接続してコイルエンドを構成する渡り導体とから成る波巻の周回巻線を複数有する複数相の固定子巻線と、固定子コアに対して空隙を介して回転自在に支持された回転子とを備え、渡り導体は、毎極スロット数をＮとしたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１でスロットを跨ぐようにスロット導体間を接続し、固定子巻線は、同一相の複数のスロット導体で構成される一群のスロット導体群を複数有し、スロット導体群の複数のスロット導体は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定数Nsのスロット内にスロットおよびレイヤが隣接するように挿通され、所定数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP、レイヤ数を２×NLとしたとき、Ns＝NSPP＋NLに設定されている。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の回転電機において、スロット導体群は、（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体と２ｍ番目のレイヤのスロット導体とが互いに固定子コア周方向に１スロットピッチずれて配置されているスロット導体小群をNL個有し、NL個のスロット導体小群は、固定子コア周方向に１スロットピッチずつずれて配置され、ｍはｍ＝１，２，・・・，NLとするのが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、回転電機は、複数のスロットが形成された固定子コアと、固定子コアの各スロットに挿通されて複数のレイヤの内のいずれか一つを構成するスロット導体と、異なるスロットに挿通されたスロット導体の同一側端部同士を接続してコイルエンドを構成する渡り導体とから成る波巻の周回巻線を複数有する複数相の固定子巻線と、固定子コアに対して空隙を介して回転自在に支持された回転子とを備え、渡り導体は、毎極スロット数をＮとしたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１でスロットを跨ぐようにスロット導体間を接続し、固定子巻き線は、同一相の一群の複数のスロット導体で構成され、同一レイヤを構成するスロット導体が連続する所定数NSPPのスロットに渡って配置されたスロット導体群を複数有し、スロット導体群のスロット内周側から数えて２ｍ番目のレイヤのスロット導体は、１番目のレイヤのスロット導体に対して固定子コア周方向の一方の向きにｍスロットピッチずらして配置され、１番目のレイヤを除く（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体は、１番目のレイヤのスロット導体に対して一方の向きに（ｍ－１）スロットピッチずらして配置され、NSPPは毎極毎相スロット数、２×NLはレイヤ数であって、ｍはｍ＝１，２，・・・，NLとする。
　本発明の第４の態様によると、第１乃至３のいずれかの態様の回転電機において、周回巻線は、複数のセグメント導体を接続することで構成されることが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１乃至４のいずれかの態様の回転電機において、スロット導体が平角線であることが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第１乃至５いずれかの態様の回転電機において、固定子巻線はＹ結線を複数有し、それぞれのＹ結線の同相の巻線に誘起する電圧に位相差が無いことが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、車両は、第１乃至６のいずれかの態様の回転電機と、直流電力を供給するバッテリと、バッテリの直流電力を交流電力に変換して回転電機に供給する変換装置とを備え、回転電機のトルクを車両の駆動力として用いる。

　本発明によれば、回転電機および回転電機を備えた車両において、低騒音化を図ることができる。

ハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図。電力変換装置６００の回路図。回転電機２００の断面図。固定子２３０および回転子２５０の断面図。固定子２３０の斜視図。固定子巻線２３８の結線図。Ｕ相巻線の詳細結線を示す図。Ｕ１相巻線群の一部の拡大図。Ｕ２相巻線群の一部の拡大図。スロット導体２３３ａの配置図。スロット導体２３３ａの配置を説明する図。誘起電圧波形を示す図。誘起電圧波形の高調波解析結果を示す図。交流電流を通電した場合のトルク波形を示す図。トルク波形の高調波解析結果を示す図。第２の実施の形態におけるＵ相巻線の詳細結線を示す図。第２の実施の形態におけるスロット導体２３３ａの配置を示す図。第３の実施の形態におけるＵ相巻線の詳細結線の一部を示す図。第３の実施の形態におけるスロット導体２３３ａの配置を示す図。毎極毎相スロット数NSPPが２でレイヤ数２×NLが４の場合の他の導体配置例を示す図。毎極毎相スロット数NSPPが２でレイヤ数２×NLが４の場合のスロット導体群の例を示す図。毎極毎相スロット数NSPPが２でレイヤ数２×NLが６の場合のスロット導体群の例を示す図。毎極毎相スロット数NSPPが３でレイヤ数２×NLが４の場合のスロット導体群の例を示す図。

　以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
－第１の実施の形態－
本発明による回転電機は、以下に説明するように、トルクリプル低減による低騒音化が可能である。そのため、例えば、電気自動車の走行用モータとして好適である。本発明による回転電機は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車にも適用できるが、以下ではハイブリッド型の電気自動車を例に説明する。

　図１は、本発明の一実施形態の回転電機を搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成を示す図である。車両１００には、エンジン１２０と第１の回転電機２００と第２の回転電機２０２とバッテリ１８０とが搭載されている。バッテリ１８０は、回転電機２００，２０２による駆動力が必要な場合には電力変換装置６００を介して回転電機２００，２０２に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機２００，２０２から直流電力を受ける。バッテリ８１０と回転電機２００，２０２との間の直流電力の授受は、電力変換装置６００を介して行われる。また、図示していないが、車両には低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給するバッテリが搭載されており、以下に説明する制御回路に直流電力を供給する。

　エンジン１２０および回転電機２００，２０２による回転トルクは、変速機１３０とデファレンシャルギア１６０を介して前輪１１０に伝達される。変速機１３０は変速機制御装置１３４により制御され、エンジン１２０はエンジン制御装置１２４により制御される。バッテリ１８０は、バッテリ制御装置１８４により制御される。変速機制御装置１３４、エンジン制御装置１２４、バッテリ制御装置１８４、電力変換装置６００および統合制御装置１７０は、通信回線１７４によって接続されている。

　統合制御装置１７０は、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４，電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４よりも上位の制御装置であり、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４，電力変換装置６００およびバッテリ制御装置１８４の各状態を表す情報を、通信回線１７４を介してそれらからそれぞれ受け取る。統合制御装置１７０は、取得したそれらの情報に基づき各制御装置の制御指令を演算する。演算された制御指令は通信回線１７４を介してそれぞれの制御装置へ送信される。

　高電圧のバッテリ１８０はリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの２次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ制御装置１８４は、バッテリ１８０の充放電状況やバッテリ１８０を構成する各単位セル電池の状態を、通信回線１７４を介して統合制御装置１７０に出力する。

　統合制御装置１７０は、バッテリ制御装置１８４からの情報に基づいてバッテリ１８０の充電が必要と判断すると、電力変換装置６００に発電運転の指示を出す。また、統合制御装置１７０は、主に、エンジン１２０および回転電機２００，２０２の出力トルクの管理、エンジン１２０の出力トルクと回転電機２００，２０２の出力トルクとの総合トルクやトルク分配比の演算処理を行い、その演算処理結果に基づく制御指令を、変速機制御装置１３４，エンジン制御装置１２４および電力変換装置６００へ送信する。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機２００，２０２を制御する。

　電力変換装置６００には、回転電機２００，２０２を運転するためのインバータを構成するパワー半導体が設けられている。電力変換装置６００は、統合制御装置１７０からの指令に基づきパワー半導体のスイッチング動作を制御する。このパワー半導体のスイッチング動作により、回転電機２００，２０２は電動機としてあるいは発電機として運転される。

　回転電機２００，２０２を電動機として運転する場合は、高電圧のバッテリ１８０からの直流電力が電力変換装置６００のインバータの直流端子に供給される。電力変換装置６００は、パワー半導体のスイッチング動作を制御して供給された直流電力を３相交流電力に変換し、回転電機２００，２０２に供給する。一方、回転電機２００，２０２を発電機として運転する場合には、回転電機２００，２０２の回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、回転電機２００，２０２の固定子巻線に３相交流電力が発生する。発生した３相交流電力は電力変換装置６００で直流電力に変換され、その直流電力が高電圧のバッテリ１８０に供給されることにより、バッテリ１８０が充電される。

　図２は、図１の電力変換装置６００の回路図を示す。電力変換装置６００には、回転電機２００のための第１のインバータ装置と、回転電機２０２のための第２のインバータ装置とが設けられている。第１のインバータ装置は、パワーモジュール６１０と、パワーモジュール６１０の各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第１の駆動回路６５２と、回転電機２００の電流を検知する電流センサ６６０とを備えている。駆動回路６５２は駆動回路基板６５０に設けられている。

　一方、第２のインバータ装置は、パワーモジュール６２０と、パワーモジュール６２０における各パワー半導体２１のスイッチング動作を制御する第２の駆動回路６５６と、回転電機２０２の電流を検知する電流センサ６６２とを備えている。駆動回路６５６は駆動回路基板６５４に設けられている。制御回路基板６４６に設けられた制御回路６４８、コンデンサモジュール６３０およびコネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、第１のインバータ装置と第２のインバータ装置とで共通に使用される。

　パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれ対応する駆動回路６５２，６５６から出力された駆動信号によって動作する。パワーモジュール６１０，６２０は、それぞれバッテリ１８０から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、その電力を対応する回転電機２００，２０２の電機子巻線である固定子巻線に供給する。また、パワーモジュール６１０，６２０は、回転電機２００，２０２の固定子巻線に誘起された交流電力を直流に変換し、高電圧バッテリ１８０に供給する。

　パワーモジュール６１０，６２０は図２に記載のごとく３相ブリッジ回路を備えており、３相に対応した直列回路が、それぞれバッテリ１８０の正極側と負極側との間に電気的に並列に接続されている。各直列回路は上アームを構成するパワー半導体２１と下アームを構成するパワー半導体２１とを備え、それらのパワー半導体２１は直列に接続されている。パワーモジュール６１０とパワーモジュール６２０とは、図２に示す如く回路構成がほぼ同じであり、ここではパワーモジュール６１０で代表して説明する。

　本実施の形態では、スイッチング用パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１を用いている。ＩＧＢＴ２１は、コレクタ電極，エミッタ電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード３８が電気的に接続されている。ダイオード３８は、カソード電極及びアノード電極の２つの電極を備えており、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、カソード電極がＩＧＢＴ２１のコレクタ電極に、アノード電極がＩＧＢＴ２１のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。

　なお、スイッチング用パワー半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン電極，ソース電極及びゲート電極の３つの電極を備えている。ＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極とドレイン電極との間に、ドレイン電極からソース電極に向かう方向が順方向となる寄生ダイオードを備えているので、図２のダイオード３８を設ける必要がない。

　各相のアームは、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電極とＩＧＢＴ２１のコレクタ電極とが電気的に直列に接続されて構成されている。なお、本実施の形態では、各相の各上下アームのＩＧＢＴを１つしか図示していないが、制御する電流容量が大きいので、実際には複数のＩＧＢＴが電気的に並列に接続されて構成されている。以下では、説明を簡単にするため、１個のパワー半導体として説明する。

　図２に示す例では、各相の各上下アームはそれぞれ３個のＩＧＢＴによって構成されている。各相の各上アームのＩＧＢＴ２１のコレクタ電極はバッテリ１８０の正極側に、各相の各下アームのＩＧＢＴ２１のソース電極はバッテリ１８０の負極側にそれぞれ電気的に接続されている。各相の各アームの中点（上アーム側ＩＧＢＴのエミッタ電極と下アーム側のＩＧＢＴのコレクタ電極との接続部分）は、対応する回転電機２００，２０２の対応する相の電機子巻線（固定子巻線）に電気的に接続されている。

　駆動回路６５２，６５６は、対応するインバータ装置６１０，６２０を制御するための駆動部を構成しており、制御回路６４８から出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１を駆動させるための駆動信号を発生する。それぞれの駆動回路６５２，６５６で発生した駆動信号は、対応するパワーモジュール６１０，６２０の各パワー半導体素子のゲートにそれぞれ出力される。駆動回路６５２，６５６には、各相の各上下アームのゲートに供給する駆動信号を発生する集積回路がそれぞれ６個設けられており、６個の集積回路を１ブロックとして構成されている。

　制御回路６４８は各インバータ装置６１０，６２０の制御部を構成しており、複数のスイッチング用パワー半導体素子を動作（オン・オフ）させるための制御信号（制御値）を演算するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路６４８には、上位制御装置からのトルク指令信号（トルク指令値）、電流センサ６６０，６６２のセンサ出力、回転電機２００，２０２に搭載された回転センサのセンサ出力が入力される。制御回路６４８はそれらの入力信号に基づいて制御値を演算し、駆動回路６５２，６５６にスイッチングタイミングを制御するための制御信号を出力する。

　コネクタ基板６４２に実装された送受信回路６４４は、電力変換装置６００と外部の制御装置との間を電気的に接続するためのもので、図１の通信回線１７４を介して他の装置と情報の送受信を行う。コンデンサモジュール６３０は、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制するための平滑回路を構成するもので、第１のパワーモジュール６１０や第２のパワーモジュール６２０における直流側の端子に電気的に並列に接続されている。

　図３は、図１の回転電機２００の断面図を示す。なお、回転電機２００と回転電機２０２とはほぼ同じ構造を有しており、以下では回転電機２００の構造を代表例として説明する。ただし、以下に示す構造は回転電機２００，２０２の双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されていても良い。

　ハウジング２１２の内部には固定子２３０が保持されており、固定子２３０は固定子コア２３２と固定子巻線２３８とを備えている。固定子コア２３２の内周側には、回転子２５０が空隙２２２を介して回転可能に保持されている。回転子２５０は、シャフト２１８に固定された回転子鉄心２５２と、永久磁石２５４と、非磁性体のあて板２２６とを備えている。ハウジング２１２は軸受２１６が設けられた一対のエンドブラケット２１４を有しており、シャフト２１８はこれらの軸受２１６により回転自在に保持されている。

　シャフト２１８には、回転子２５０の極の位置や回転速度を検出するレゾルバ２２４が設けられている。このレゾルバ２２４からの出力は、図２に示した制御回路６４８に取り込まれる。制御回路６４８は、取り込まれた出力に基づいて制御信号を駆動回路６５２に出力する。駆動回路６５２は、その制御信号に基づく駆動信号をパワーモジュール６１０に出力する。パワーモジュール６１０は、制御信号に基づきスイッチング動作を行い、バッテリ１８０から供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は図３に示した固定子巻線２３８に供給され、回転磁界が固定子２３０に発生する。３相交流電流の周波数はレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御され、３相交流電流の回転子２５０に対する位相も同じくレゾルバ２２４の出力値に基づいて制御される。

　図４は固定子２３０および回転子２５０の断面を示す図であり、図３のＡ－Ａ断面図を示したものである。なお、図４ではハウジング２１２、シャフト２１８および固定子巻線２３８の記載を省略した。固定子コア２３２の内周側には、多数のスロット２３７とティース２３６とが全周に渡って均等に配置されている。図４では、スロットおよびティースの全てに符号を付すことはせず、代表して一部のティースとスロットにのみに符号を付した。スロット２３７内にはスロット絶縁材（図示省略）が設けられ、図３の固定子巻線２３８を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の複数の相巻線が装着されている。本実施の形態では、スロット２３７は等間隔に７２個形成されている。

　また、回転子コア２５２の外周近傍には、矩形の磁石を挿入するための複数の穴２５３が周方向に沿って等間隔に１２個配設されている。各穴２５３は軸方向に沿って形成されており、その穴２５３には永久磁石２５４がそれぞれ埋め込まれ、接着剤などで固定されている。穴２５３の円周方向の幅は、永久磁石２５４（２５４ａ，２５４ｂ）の円周方向の幅よりも大きく設定されており、永久磁石２５４の両側の穴空間２５７は磁気的空隙として機能する。この穴空間２５７は接着剤を埋め込んでも良いし，成型用樹脂で永久磁石２５４と一体に固めても良い。永久磁石２５４は回転子２５０の界磁極として作用し、本実施の形態では１２極構成となっている。

　永久磁石２５４の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、永久磁石２５４ａの固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極であったとすれば、隣の永久磁石２５４ｂの固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となっている。そして、これらの永久磁石２５４ａ，２５４ｂが円周方向に交互に配置されている。

　永久磁石２５４は、磁化した後に穴２５３に挿入しても良いし、回転子コア２５２の穴２５３に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化するようにしても良い。ただし、磁化後の永久磁石２５４は強力な磁石なので、回転子２５０に永久磁石２５４を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石２５４の固定時に回転子コア２５２との間に強力な吸引力が生じて組み付け作業の妨げとなる。また、永久磁石２５４の強力な吸引力により、永久磁石２５４に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、回転電機の生産性を考慮した場合、永久磁石２５４を回転子コア２５２に挿入した後に磁化するのが好ましい。

　なお、永久磁石２５４には、ネオジウム系，サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石，ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができる。永久磁石２５４の残留磁束密度はほぼ０.４～１.３Ｔ程度である。

　３相交流電流（を固定子巻線２３８に流すことで）により回転磁界が固定子２３０に発生すると、この回転磁界が回転子２５０の永久磁石２５４ａ，２５４ｂに作用してトルクが生じる。このトルクは、永久磁石２５４から出される磁束のうち各相巻線に鎖交する成分と、各相巻線に流れる交流電流の鎖交磁束に直交する成分の積で表される。ここで、交流電流は正弦波状になるように制御されているので、鎖交磁束の基本波成分と交流電流の基本波成分の積がトルクの時間平均成分となり、鎖交磁束の高調波成分と交流電流の基本波成分の積がトルクの高調波成分であるトルクリプルとなる。つまり、トルクリプルを低減するには、鎖交磁束の高調波成分を低減すればよい。言い換えれば、鎖交磁束と回転子の回転する角加速度の積が誘起電圧であるから、鎖交磁束の高調波成分を低減することは、誘起電圧の高調波成分を低減することに等しい。

　図５は固定子２３０の斜視図である。本実施の形態では、固定子巻線２３８は固定子コア２３２に波巻で巻き回されている。固定子コア２３２の両端面には、固定子巻線２３８のコイルエンド２４１が形成されている。また、固定子コア２３２の一方の端面側には、固定子巻線２３８の口出し線２４２が引き出されている。口出し線２４２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して３本引き出されている。

　図６は固定子巻線２３８の結線図であり、結線方式および各相巻線の電気的な位相関係を示したものである。本実施の形態の固定子巻線２３８にはダブルスター結線が採用されており、Ｕ１相巻線群、Ｖ１相巻線群、Ｗ１相巻線群から成る第１のスター結線と、Ｕ２相巻線群、Ｖ２相巻線群、Ｗ２相巻線群から成る第２のスター結線とが並列に接続されている。Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１相巻線群およびＵ２，Ｖ２，Ｗ２相巻線群はそれぞれ４つの周回巻線で構成されており、Ｕ１相巻線群は周回巻線Ｕ１１～Ｕ１４を有し、Ｖ１相巻線群は周回巻線Ｖ１１～Ｖ１４を有し、Ｗ１相巻線群は周回巻線Ｗ１１～Ｗ１４を有し、Ｕ２相巻線群は周回巻線Ｕ２１～Ｕ２４を有し、Ｖ２相巻線群は周回巻線Ｖ２１～Ｖ２４を有し、Ｗ２相巻線群は周回巻線Ｗ２１～Ｗ２４を有している。

　図６に示すように、Ｖ相およびＷ相はＵ相とほぼ同様の構成であり、それぞれに誘起される電圧の位相が電気角で１２０度ずれるように配置されている。また、それぞれの周回巻線の角度が相対的な位相を表している。図６に示すように、本実施の形態では、固定子巻線２３８は並列に結線されたダブルスター（２Ｙ）結線を採用しているが、回転電機の駆動電圧によってはそれらを直列につないでシングルスター（１Ｙ）結線としても良い。

　図７は固定子巻線２３８のＵ相巻線の詳細結線を示す図であり、（ａ）はＵ１相巻線群の周回巻線Ｕ１３，Ｕ１４を示し、（ｂ）はＵ１相巻線群の周回巻線Ｕ１１，Ｕ１２を示し、（ｃ）はＵ２相巻線群の周回巻線Ｕ２１，２２を示し、（ｄ）はＵ２相巻線群の周回巻線Ｕ２３，２４を示す。上述したように固定子コア２３２には７２個のスロット２３７が形成されており（図４参照）、図７に示す符号０１，０２，～，７１，７２はスロット番号を示している。

　巻線のスロット内に挿通されている部分をスロット導体と言い、スロット間を跨いでいる部分を渡り導体と言って、以下説明をする。各周回巻線Ｕ１１～Ｕ２４は、スロット内に挿通されるスロット導体２３３ａと、異なるスロットに挿通されたスロット導体２３３ａの同一側端部同士を接続して、コイルエンド２４１（図５参照）を構成する渡り導体２３３ｂとから成る。例えば、図７（ａ）に示すスロット番号５５のスロット２３７に挿通されるスロット導体２３３ａの場合、図示上側の端部は、上側コイルエンドを構成する渡り導体２３３ｂによって、スロット番号６０のスロット２３７に挿通されるスロット導体２３３ａの上側端部に接続され、逆に、下側端部は、下側コイルエンドを構成する渡り導体２３３ｂによって、スロット番号４８のスロット２３７に挿通されるスロット導体２３３ａの下側端部に接続されている。このような形態でスロット導体２３３ａが渡り導体２３３ｂによって接続されることにより、波巻の周回巻線が形成される。

　後述するように、本実施の形態では、１スロット内に４本のスロット導体２３３ａが内周側から外周側に並んで挿通され、内周側から順にレイヤ１、レイヤ２、レイヤ３、レイヤ４と称する。図７において、周回巻線Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ２１およびＵ２２の実線部分はレイヤ１を示しており、一点鎖線の部分はレイヤ２を示している。一方、周回巻線Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ２３およびＵ２４においては、実線部分はレイヤ３を示しており、一点鎖線の部分はレイヤ４を示している。

　なお、周回巻線Ｕ１１～Ｕ２４は、連続した導体で形成されても良いし、セグメントコイル（セグメント導体）をスロット内に挿通した後に溶接等によりセグメントコイル同士を接続するようにしても良い。セグメントコイルを用いる場合、セグメントコイルをスロット２３７に挿通する前に、固定子コア２３２の端部より軸方向両端に位置するコイルエンド２４１を予め成形することができ、異相間もしくは同相間に適切な絶縁距離を容易に設けることができる。その結果、ＩＧＢＴ２１のスイッチング動作によって生じるサージ電圧に起因する部分放電を抑制することができ、絶縁に関して有効である。

　また、周回巻線に使用する導体は平角線や丸線、もしくは細線を多本持ちにした導体でもよいが、小型高出力化や高効率化を目的として占積率を高めるためには、平角線が適している。

　図８，９は、図７に示したＵ１相巻線群およびＵ２相巻線群の一部を拡大して示したものである。図８，９ではジャンパー線の部分を含む約４極分を示した。図８（ｂ）に示すように、固定子巻線群Ｕ１は口出し線からスロット番号７１のレイヤ４に入り、渡り導体２３３ｂによりスロット５個分を跨いだ後に、スロット導体２３３ａがスロット番号６６のレイヤ３に入る。次に、スロット番号６６のレイヤ３から、スロット７個分を跨いでスロット番号５９のレイヤ４に入る。

　このように、口出し線が引き出されているコイルエンド側（図示下側）における渡り導体２３３ｂの跨ぎ量がスロットピッチNp＝７、反対側のコイルエンド側における渡り導体２３３ｂの跨ぎ量がスロットピッチNp＝５となるように、スロット番号０６のレイヤ３まで固定子コア２３２を１周するように固定子巻線が波巻で巻き回される。ここまでの略１周分の固定子巻線が図６に示した周回巻線Ｕ１１である。

　次に、スロット番号０６のレイヤ３から出た固定子巻線はスロット６個分をまたいでスロット番号７２のレイヤ４に入る。スロット番号７２のレイヤ４からは図６に示す周回巻線Ｕ１２となる。周回巻線Ｕ１２も周回巻線Ｕ１１の場合と同様に、渡り導体２３３ｂの跨ぎ量が口出し線のある側ではスロットピッチNp＝７、反対側ではスロットピッチNp＝５に設定され、スロット番号０６のレイヤ３まで固定子コア２３２を１周するように固定子巻線が波巻で巻き回される。ここまでの略１周分の固定子巻線が周回巻線Ｕ１２である。

　なお、周回巻線Ｕ１２は、周回巻線Ｕ１１に対して１スロットピッチずれて巻き回されることから、１スロットピッチ相当の電気角分の位相差が発生する。本実施の形態では、１スロットピッチは電気角３０度相当であり、図６においても、周回巻線Ｕ１１と周回巻線Ｕ１２とは３０度ずれて記載されている。

　さらに、スロット番号０７のレイヤ３から出た固定子巻線はスロット７個分をまたぐジャンパー線でスロット番号７２のレイヤ２（図８（ａ）参照）に入る。その後は周回巻線Ｕ１１，Ｕ１２の場合と同様に、渡り導体２３３ｂの跨ぎ量が口出し線のある側ではスロットピッチNp＝７、反対側ではスロットピッチNp＝５に設定され、スロット番号７２のレイヤ２からスロット番号０７のレイヤ１まで固定子コア２３２を１周するように固定子巻線が巻き回される。ここまでの固定子巻線が図６に示した周回巻線Ｕ１３である。

　なお、図８から分かるように、周回巻線Ｕ１３は周回巻線Ｕ１２に対して周方向にずれずに巻きまわされることから、周回巻線Ｕ１２，Ｕ１３間には位相差は発生しない。図７においても、周回巻線Ｕ１２，Ｕ１３は位相差が無いように記載されている。

　最後に、スロット番号０７のレイヤ１から出た固定子巻線はスロット６個分をまたいでスロット番号０１のレイヤ２に入る。その後は周回巻線Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３の場合と同様に、渡り導体２３３ｂの跨ぎ量が口出し線のある側ではスロットピッチNp＝７、反対側ではスロットピッチNp＝５に設定され、スロット番号０１のレイヤ２からスロット番号０８のレイヤ１まで固定子コア２３２を１周するように固定子巻線が巻き回される。ここまでの固定子巻線が図６に示した周回巻線Ｕ１４である。

　なお、周回巻線Ｕ１４は、周回巻線Ｕ１３に対して１スロットピッチずれて巻き回されることから、１スロットピッチ相当の電気角３０度相当の位相差が発生する。図８においても、周回巻線Ｕ１３と周回巻線Ｕ１４とは３０度ずれて記載されている。

　図９に示す固定子巻線群Ｕ２も、固定子巻線群Ｕ１の場合と同様の跨ぎ量で波巻に巻き回される。周回巻線Ｕ２１はスロット番号１４のレイヤ１からスロット番号０７のレイヤ２まで巻き回され、周回巻線Ｕ２２はスロット番号１３のレイヤ１からスロット番号０６のレイヤ２まで巻き回される。その後、固定子巻線はスロット番号０６のレイヤ２からジャンパー線を介してスロット番号１３のレイヤ３に入り、周回巻線Ｕ２３としてスロット番号０６のレイヤ４まで巻き回される。その後、固定子巻線をスロット番号１２のレイヤ３からスロット番号０５のレイヤ４まで巻き回すことで、周回巻線Ｕ２４が形成される。

　以上のように、固定子巻線群Ｕ１は周回巻線Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４からなり、それぞれの位相が合成された電圧が固定子巻線群Ｕ１に誘起される。同様に、固定子巻線群Ｕ２の場合も、周回巻線Ｕ２１，Ｕ２２，Ｕ２３，Ｕ２４の位相が合成された電圧が誘起される。図６に示すように固定子巻線群Ｕ１と固定子巻線群Ｕ２とは並列に接続されているが、固定子巻線群Ｕ１，Ｕ２のそれぞれに誘起される電圧の間には位相差がなく、並列接続であっても循環電流が流れるなどのアンバランスが起きることはない。

　また、渡り導体２３３ｂの跨ぎ量を、一方のコイルエンド側ではスロットピッチNp＝毎極スロット数＋１とするとともに、他方のコイルエンド側ではスロットピッチNp＝毎極スロット数－１とし、さらに、周回巻線Ｕ１２，Ｕ１３間の位相差および周回巻線Ｕ２２，Ｕ２３間の位相差をなくすように巻き回したことにより、図１０に示すようなスロット導体２３３ａの配置を実現することができる。

　図１０は、固定子コア２３２におけるスロット導体２３３ａの配置を示す図であり、図７～９のスロット番号７１～スロット番号１２までを示したものである。なお、回転子の回転方向は図の左から右の方向である。本実施の形態では、２極分、つまり電気角３６０度にスロット２３７が１２個配置されており、例えば、図１０のスロット番号０１からスロット番号１２までは２極分に相当する。そのため、毎極スロット数は６、毎極毎相スロット数NSPPは２（＝６／３）である。各スロット２３７には、固定子巻線２３８のスロット導体２３３ａが４本ずつ挿通されている。

　各スロット導体２３３ａは矩形で示されているが、その矩形の中には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を示す符号Ｕ１１～Ｕ２４，Ｖ，Ｗと、口出し線から中性点への方向を示す黒丸印「●」、その逆の方向を示すクロス印「×」をそれぞれ図示した。また、スロット２３７の最も内周側（スロット底側）にあるスロット導体２３３ａをレイヤ１と呼び、外周側（スロット開口側）にかけて順にレイヤ２、レイヤ３、レイヤ４と呼ぶことにする。また、符号０１～１２は図７～９に示したのと同様のスロット番号である。なお、Ｕ相のスロット導体２３３ａのみ周回巻線を表す符号Ｕ１１～Ｕ２４で示し、Ｖ相およびＷ相のスロット導体２３３ａに関しては、相を表す符号Ｖ，Ｗで示した。

　図１０において破線２３４で囲んだ８つのスロット導体２３３ａは、全てＵ相のスロット導体２３３ａである。例えば、中央に示すスロット導体群２３４の場合には、スロット番号０５，０６のレイヤ４は周回巻線Ｕ２４，Ｕ２３のスロット導体２３３ａ、スロット番号０６，０７のレイヤ３およびレイヤ２は周回巻線Ｕ１１，Ｕ１２および周回巻線Ｕ２２，Ｕ２１のスロット導体２３３ａ、スロット番号０７，０８のレイヤ１は周回巻線Ｕ１３，Ｕ１４のスロット導体２３３ａである。

　一般に、毎極スロット数が６、毎極毎相スロット数が２、スロット２３７内のスロット導体２３３のレイヤ数が４の場合には、図１１（ａ）に示すようにＵ相（Ｖ相、Ｗ相も同様）のスロット導体２３３ａを配置する構成が採用される場合が多い。この場合、図示右側のスロット導体群と図示左側のスロット導体群との間隔は６スロットピッチとなる。

　一方、本実施の形態の構成は、図１１（ｂ）に示すように、図１１（ａ）に示したレイヤ１（Ｌ１）の２本のスロット導体２３３ａを回転子の回転方向（図の右方向）へ１スロットピッチ分ずらし、かつ、レイヤ４（Ｌ４）の２本のスロット導体２３３ａを回転方向と逆の方向（図の左方向）へ１スロットピッチ分ずらした構成となっている。そのため、図１１（ｂ）に示すように、レイヤ４およびレイヤ３（Ｌ３）の周回巻線Ｕ１１のスロット導体２３３ａを接続する渡り導体２３３ｂの跨ぎ量は７スロットピッチとなり、レイヤ４およびレイヤ３（Ｌ３）の周回巻線Ｕ２４を接続する渡り導体２３３ｂの跨ぎ量は５スロットピッチとなる。なお、以下では、回転子の回転方向と逆の方向を、反回転方向と呼ぶことにする。

　この場合、Ｕ相だけでなく、Ｖ相およびＷ相の対応する各スロット導体２３３ａも同様に１スロットピッチ分ずらすことになるので、図１０に示したように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に関して同一形状のスロット導体群２３４がそれぞれ形成される。すなわち、回転子の回転方向に対して、順に、Ｕ相で黒丸印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｗ相でクロス印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｖ相で黒丸印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｕ相でクロス印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｗ相で黒丸印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｖ相でクロス印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群が配置されることになる。

　本実施の形態では、図１０に示すように、（ａ）渡り導体２３３ｂは、毎極スロット数をＮ（＝６）としたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１（＝７）でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１（＝５）でスロットを跨ぐようにスロット導体２３３ａ間を接続し、（ｂ）固定子巻き線は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定スロット数Ns（＝４）のスロットに挿通されスロットおよびレイヤに関して隣接して配置された同一相の一群のスロット導体２２３ｂで構成されるスロット導体群２３４を有し、（ｃ）所定スロット数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP（＝２）、レイヤ数を２×NL（NL＝２）としたとき、Ns＝NSPP＋NL＝４に設定されている。

　なお、スロット導体２２３ｂがスロットおよびレイヤに関して隣接して配置されるとは、すなわち、図１０に示すように、同じレイヤで挿通されるスロット２３７が隣接し、また、同じスロット２３７内でレイヤが隣接するように配置されていることを意味する。そのように配置された一群のスロット導体２３３ａを、本実施形態ではスロット導体群２３４と称している。

　このように、同一相のスロット導体２３３ｂが４スロットに配置されるようなスロット導体群２３４とすることにより、トルクリプルを低減することができ、低騒音の回転電機の低騒音化を図ることができる。

　図１２は誘起電圧波形を示す図であり、曲線Ｌ１１は図１０に示すスロット導体配置を採用した本実施の形態の回転電機の誘起電圧波形を示し、曲線Ｌ１２は比較例として特許文献１に記載の構造を採用した場合の誘起電圧波形を示す。また、図１３は、図１２のそれぞれの誘起電圧波形を高調波解析した結果を示したものである。

　図１２に示すように、曲線Ｌ１１に示す誘起電圧波形は、曲線Ｌ１２に示す誘起電圧波形よりも正弦波に近いことが分かる。また、図１３の高調波解析結果に示すように、特に、５次と７次の高調波成分を減らすことができることが分かった。

　図１４は、交流電流を通電した場合のトルク波形を、本実施の形態の回転電機の場合と比較例の回転電機の場合とについて示したものである。また、図１５は、図１４に示す各トルク波形を高調波解析した結果を示す。図１５の高調波解析結果に示すように、特に、６次のトルクリプルを減らすことができることが分かった。これは、誘起電圧、すなわち鎖交磁束の５次と７次の成分が、巻線配置を図７～１０に示すような配置とすることにより低減されたことを示す。

－第２の実施の形態－
　図１６、１７は、本発明の第２の実施の形態を示す図であり、毎極毎相スロット数ＮＳＰＰが２で、１つのスロット２３７に挿入されるスロット導体２３３ａのレイヤ数が２の固定子に本発明を適用した場合を示す。図１６は、固定子巻線のＵ相巻線の詳細結線を示す図であり、（ａ）はＵ１相巻線群を示し、（ｂ）はＵ２相巻線群を示す。図１７は、固定子コア２３２におけるスロット導体２３３ａの配置を示す図である。

　図１６に示すように、Ｕ１相巻線群の周回巻線Ｕ１１は口出し線からスロット番号７２のレイヤ２に入り、渡り導体２３３ｂにより５スロット跨いだ後、スロット番号６７のレイヤ１に入る。次いで、スロット番号６７のレイヤ１を出た巻線は、７スロット跨いでスロット番号６０のレイヤ２に入る。その後、巻線は５スロットの跨ぎと７スロットの跨ぎとを交互に繰り返しながら波巻きされ、固定子コア２３２をほぼ１周してスロット番号０７のレイヤ１に入る。ここまでが周回巻線Ｕ１１である。

　スロット番号０７のレイヤ１を出た巻線は、６スロット跨いだ後にスロット番号０１のレイヤ２に入る。ここからが周回巻線Ｕ１２であり、周回巻線Ｕ１１の場合と同様に５スロットの跨ぎと７スロットの跨ぎとを交互に繰り返しながら波巻され、固定子コア２３２をほぼ１周してスロット番号０８のレイヤ１に入る。

　Ｕ２相巻線群の巻線もＵ１相巻線群の場合と同様に波巻により巻き回される。スロット番号１４のレイヤ１からスロット番号０７のレイヤ２までが波巻きされた巻線が周回巻線Ｕ２１であり、スロット番号１３のレイヤ１からスロット番号０６のレイヤ２までの巻線が周回巻線Ｕ２２である。

　図１７は、スロット番号０１～１２およびスロット番号７１，７２の部分のスロット導体２３３ａの配置を示したものであり、スロット番号０１からスロット番号１２までの１２スロットピッチが２極分に相当する。図１７と図１０とを比較すると、図１７に示すＵ，Ｖ，Ｗ相のスロット導体２３３ａの配置は、図１０に示すレイヤ１，２のスロット導体２３３ａの配置と同一になっている。本実施の形態の場合、破線で囲まれた４本のスロット導体２３３ａが一つのスロット導体群２３４を構成している。

　本実施の形態のスロット導体群２３４に関しても、上述した第１の実施の形態のスロット導体群２３４（図１０参照）と同様の条件を満足している。すなわち、（ａ）渡り導体２３３ｂは、毎極スロット数をＮ（＝６）としたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１＝７でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１＝５でスロットを跨ぐようにスロット導体２３３ａ間を接続し、（ｂ）固定子巻き線は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定スロット数Ns（＝３）のスロットに挿通されスロットおよびレイヤに関して隣接して配置された同一相の一群のスロット導体２２３ｂで構成されるスロット導体群２３４を有し、（ｃ）所定スロット数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP（＝２）、レイヤ数を２×NL（NL＝１）としたとき、Ns＝NSPP＋NL＝３に設定されている。

　そのため、第１の実施の形態と同様に、トルクリプルを低減することができ、低騒音の回転電機の低騒音化を図ることができる。

－第３の実施の形態－
　図１８，１９は、本発明の第３の実施の形態を示す図であり、毎極毎相スロット数ＮＳＰＰが３で、１つのスロット２３７に挿入されるスロット導体２３３ａのレイヤ数が４の固定子に本発明を適用した場合を示す。図１８は、Ｕ相巻線の詳細結線の一部を示したものであり、（ａ）はＵ１相巻線群を示し、（ｂ）はＵ２相巻線群を示す。図１９は、固定子コア２３２におけるスロット導体２３３ａの配置を示す図である。

　図１８に示すように、毎極毎相スロット数NSPPが３で、１つのスロット２３７に挿入されるスロット導体２３３ａのレイヤ数２×NLが４の場合、固定子コア２３２のスロット数は１０８となり、Ｕ１相巻線群およびＵ２相巻線群を構成する周回巻線の数はそれぞれ６となる。また、各周回巻線における跨ぎ量も５スロットピッチと７スロットピッチとなる。

　図１８（ａ）に示すＵ１相巻線群において、スロット番号１０５のレイヤ４からスロット番号０７のレイヤ３までの巻線が周回巻線Ｕ１１であり、スロット番号１０６のレイヤ４からスロット番号０８のレイヤ３までの巻線が周回巻線Ｕ１２であり、スロット番号１０７のレイヤ４からスロット番号０９のレイヤ３までの巻線が周回巻線Ｕ１３である。スロット番号０９のレイヤ３を出た巻線は、ジャンパー線を介してスロット番号１０６のレイヤ２へ入る。そして、スロット番号１０６のレイヤ２からスロット番号０８のレイヤ１までの巻線が周回巻線Ｕ１４であり、スロット番号１０７のレイヤ２からスロット番号０９のレイヤ１までの巻線が周回巻線Ｕ１５であり、スロット番号１０８のレイヤ２からスロット番号１０のレイヤ１までの巻線が周回巻線Ｕ１６である。

　図１８（ｂ）に示すＵ２相巻線群において、スロット番号１９のレイヤ１からスロット番号０９のレイヤ２までの巻線が周回巻線Ｕ２１であり、スロット番号１８のレイヤ１からスロット番号０８のレイヤ２までの巻線が周回巻線Ｕ２２であり、スロット番号１７のレイヤ１からスロット番号０７のレイヤ２までの巻線が周回巻線Ｕ１３である。スロット番号０７のレイヤ２を出た巻線は、ジャンパー線を介してスロット番号１８のレイヤ３へ入る。そして、スロット番号１８のレイヤ３からスロット番号０８のレイヤ４までの巻線が周回巻線Ｕ２４であり、スロット番号１７のレイヤ３からスロット番号０７のレイヤ４までの巻線が周回巻線Ｕ２５であり、スロット番号１８のレイヤ３からスロット番号０６のレイヤ４までの巻線が周回巻線Ｕ２６である。

　図１９は、スロット番号０１～１８の部分のスロット導体２３３ａの配置を示したものであり、本実施の形態の場合、スロット番号０１からスロット番号１８までの１８スロットピッチが２極分に相当する。図１８からも分かるように、周回巻線Ｕ１４～Ｕ１６、および周回巻線Ｕ２１～Ｕ２３は、スロット２３７のレイヤ１とレイヤ２とに交互に挿通され、一方、周回巻線Ｕ１１～Ｕ１３、および周回巻線Ｕ２４～Ｕ２６は、スロット２３７のレイヤ３とレイヤ４とに交互に挿通される。そして、図１９の破線で囲んだ１２のスロット導体２３３ａが一群となって一つのスロット導体群１２３４を構成している。これら１２のスロット導体２３３ａは、同一相の１２の周回巻線Ｕ１１１～Ｕ１６、Ｕ２１～Ｕ２６に含まれるスロット導体２３３ａである。

　Ｖ相およびＷ相のスロット導体２３３ａに関してもＵ相の場合と同様で、同一相の１２のスロット導体２３３ａが一群となって一つのスロット導体群を構成している。それらのスロット導体群は、第１の実施の形態の場合と同様に、回転子の回転方向に対して、順に、Ｕ相で黒丸印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｗ相でクロス印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｖ相で黒丸印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｕ相でクロス印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｗ相で黒丸印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群、Ｖ相でクロス印のスロット導体２３３ｂから成るスロット導体群が配置されることになる。

　図１９から分かるように、本実施の形態のスロット導体群１２３４も、上述した第１の実施の形態のスロット導体群２３４（図１０参照）と同様の条件を満足している。すなわち、（ａ）渡り導体２３３ｂは、毎極スロット数をＮ（＝６）としたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１＝７でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１＝５でスロットを跨ぐようにスロット導体２３３ａ間を接続し、（ｂ）固定子巻き線は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定スロット数Ns（＝５）のスロットに挿通されスロットおよびレイヤに関して隣接して配置された同一相の一群のスロット導体２２３ｂで構成されるスロット導体群２３４を有し、（ｃ）所定スロット数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP（＝３）、レイヤ数を２×NL（NL＝２）としたとき、Ｎｓ＝NSPP＋NL＝５に設定されている。

　そのため、第１および第２の実施の形態と同様に、トルクリプルを低減することができ、低騒音の回転電機の低騒音化を図ることができる。特に、本実施の形態では、図１９に示すようにスロット内に同一相のスロット導体２３３ａが４つのレイヤの全てに入っているので、１２のスロット導体２３３ａを連続する５つのスロットに入れたことによるトルク低下を抑えることができる。

　ところで、毎極毎相スロット数をNSPPが増えると、図１１のように１スロットピッチずらすことによって消せる高周波成分の次数が変わってくる。例えば、NSPP＝２の場合、１スロットピッチは電気角で３０度に相当する。３０度は６次成分の半周期であるため、図１３に示すように６次に近い５次成分と７次成分の誘起電圧を小さくすることができる。一方、本実施の形態のようにNSPPをさらに増やすと１スロットピッチが小さくなるため、さらに高次の高調波成分を低減することができる。

　上述した実施の形態では、NSPP＝２およびレイヤ数４の例として図１０に示す配置を、NSPP＝２およびレイヤ数２の例として図１７に示す配置を、NSPP＝３およびレイヤ数４の例として図１９に示した。しかしながら、以下の構成（ａ），（ｂ），（ｃ）を備えるものとしては、図２０～２３に示すような配置構成も含まれる。
（ａ）渡り導体は、毎極スロット数をＮとしたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１でスロットを跨ぐように前記スロット導体間を接続する。
（ｂ）固定子巻き線は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定スロット数Nsのスロットに挿通されるとともにスロットおよびレイヤに関して隣接して配置された同一相の一群のスロット導体で構成されるスロット導体群を有する。
（ｃ）所定スロット数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP、レイヤ数を２×NLとしたとき、Ns＝NSPP＋NLに設定されている。

　図２０は毎極毎相スロット数NSPPが２でレイヤ数２×NLが４の場合の他の配置例を示したものである。レイヤ３，４におけるスロット導体２３３ａの配置は図１０に示すものと同じであるが、レイヤ１，２の配置が異なっている。図１０のレイヤ１，２の配置は、図１１（ｂ）に示したように、レイヤ２のスロット導体２３３ａに対して、レイヤ１のスロット導体２３３ａを図示右方向に１スロットピッチずらした配置になっている。一方、図２０に示す例では、レイヤ１のスロット導体２３３ａに対して、レイヤ２のスロット導体２３３ａを図示右方向に１スロットピッチずらした配置になっている。この場合も、スロット導体２３３ａは４スロットに配置され、各スロット内のスロット導体２３３ａの数も図１０に示す場合と同一なので、図１０に示した配置の場合と、同様の効果を奏することができる。

　この配置は、次のように考えることもできる。図７～１０に示したように、レイヤ１，２に挿通されるのは周回巻線Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ２１，Ｕ２２であって、巻線はレイヤ１とレイヤ２とに交互に挿通されることになる。レイヤ１，２のスロット導体の配置と、レイヤ３，４のスロット導体の配置とは、個別に設定することができる。そこで、レイヤ１，２に配置される一群のスロット導体、およびレイヤ３，４に配置される一群のスロット導体をそれぞれスロット導体小群と呼び、図１０や図２０に示したスロット導体群２３４は２つのスロット導体小群からなると考えることができる。以下では、図１０に示したスロット導体群を符号２３４Ａで表し、図２０に示したスロット導体群を符号２３４Ｂで表すことにする。

　図２１は、毎極毎相スロット数NSPP＝２、レイヤ数２×NLが４の場合のスロット導体群の内の３例を示したものである。図２１において、（ａ）は図１０に示したスロット導体群２３４Ａであり、（ｂ）は図２０に示したスロット導体群２３４Ｂであり、（ｃ）はスロット導体群２３４Ｃを示す。

　図２１（ａ）に示すスロット導体群２３４Ａは、２つのスロット導体小群２３５ａで構成されている。スロット導体小群２３５ａは、奇数レイヤに含まれる２つのスロット導体２３３ａと、隣接する偶数レイヤに含まれる２つのスロット導体２３３ａとを含んでいる。ここでは、奇数レイヤを（２ｍ－１）レイヤ、偶数レイヤを２ｍレイヤと呼ぶことにする。ただし、ｍは、ｍ＝１，２，・・・，NLである。図２１のようにレイヤ数２×NLが４である場合には、ｍは１または２である。

　スロット導体小群２３５ａは、（２ｍ－１）レイヤのスロット導体２３３ａに対して２ｍレイヤのスロット導体２３３ａを反回転方向へ１スロットピッチずらしたものになっている。図２１に記載のNpは、スロット導体２３３ａをずらす際のスロットピッチを示しており、Np＝１は回転子回転方向へ１スロットピッチずらすことを示しており、Np＝－１は回転子回転方向と逆の方向へ１スロットピッチずらすことを示している。さらに、外周側に位置するスロット導体小群２３５ａを、内周側のスロット導体小群２３５ａに対して半回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずらした配置になっている。なお、図２１において、実線の矢印はスロット導体小群内におけるスロット導体のずらし方向を示し、破線の矢印はスロット導体小群のずらし方向を示している。

　一方、図２１（ｂ）に示すスロット導体群２３４Ｂは、２種類のスロット導体小群２３５ａ，２３５ｂから成る。スロット導体小群２３５ｂは、（２ｍ－１）レイヤのスロット導体２３３ａに対して２ｍレイヤのスロット導体２３３ａを回転方向へ１スロットピッチ（Np=１）ずらしたものになっている。そして、内周側のスロット導体小群２３５ｂに対して、外周側のスロット導体小群２３５ａを反回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずらした配置になっている。すなわち、スロット導体小群２３５ａの周方向中央位置は、スロット導体小群２３５ｂの周方向中央位置に対して１スロットピッチだけ反回転方向にずれている。

　図２１（ｃ）に示すスロット導体群２３４Ｃは、図２１（ａ）の場合と同様に同一のスロット導体小群２３５ａによって構成されているが、スロット導体小群２３５ａの配置が異なっている。スロット導体群２３４Ｃの場合、内周側のスロット導体小群２３５ａに対して、外周側のスロット導体小群２３５ａは回転子回転方向に１スロットピッチ（Np=１）だけずれて配置されている。

　図２１に示すスロット導体群２３４Ａ～２３４Ｃはスロット導体２３３ａの配置が異なっているが、いずれのスロット導体群２３４Ａ～２３４Ｃも、（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体と２ｍ番目のレイヤのスロット導体とが互いに固定子コア周方向（回転子回転方向または反回転方向）に１スロットピッチずれて配置されているスロット導体小群をNL個有し、それらNL個のスロット導体小群は、固定子コア周方向に１スロットピッチずつずれて配置されている。すなわち、外周側のスロット導体小群が内周側のスロット導体小群に対して固定子コア周方向に１スロットピッチずれた構成となっている。

　図２２は、毎極毎相スロット数NSPP＝２、レイヤ数NL＝６の場合のスロット導体群の例を示したものであり、ここでは３種類のスロット導体群２２３４Ａ，２２３４Ｂ，２２３４Ｃを図２２の（ａ）～（ｃ）に示した。いずれのスロット導体群２２３４Ａ，２２３４Ｂ，２２３４Ｃも、レイヤ数（２×NL）が６なので３つのスロット導体小群から構成されている。３つのスロット導体小群は、図２１に示したスロット導体小群２３５ａ，２３５ｂのいずれかである。

　図２２（ａ）に示すスロット導体群２２３４Ａでは、最内周に配置されたスロット導体小群２３５ａに対して、その外周側に隣接して配置されたスロット導体小群２３５ａが反回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずれて配置されている。さらに外周側に配置されたスロット導体小群２３５ａは、最内周のスロット導体小群２３５ａに対して２スロットピッチ（Np=－２）ずれて、すなわち、その内周側に隣接するスロット導体小群２３５ａに対しては１スロットピッチずれている。

　図２２（ｂ）に示すスロット導体群２２３４Ｂは、２つのスロット導体小群２３５ａと１つのスロット導体小群２３５ｂで構成されている。最内周のスロット導体小群２３５ａに対して、その外周側に隣接して配置されたスロット導体小群２３５ｂは反回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずれて配置され、さらに外周側に配置されたスロット導体小群２３５ａは２スロットピッチ（Np=－２）ずれて配置されている。

　図２２（ｃ）に示すスロット導体群２２３４Ｃは、２つのスロット導体小群２３５ａと１つのスロット導体小群２３５ｂで構成されている。最内周のスロット導体小群２３５ｂに対して、その外周側に隣接して配置されたスロット導体小群２３５ａは回転方向に１スロットピッチ（Np=１）ずれて配置され、さらに外周側に配置されたスロット導体小群２３５ａは反回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずれて配置されている。

　このように、図２２に示した、毎極毎相スロット数NSPP＝２、レイヤ数NL＝６の場合のスロット導体群２２３４Ａ，２２３４Ｂ，２２３４Ｃも、（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体と２ｍ番目のレイヤのスロット導体とが互いに固定子コア周方向（回転子回転方向または反回転方向）に１スロットピッチずれて配置されているスロット導体小群をNL個有し、それらNL個のスロット導体小群は、固定子コア周方向に１スロットピッチずつずれて配置されている。

　図２３は、毎極毎相スロット数NSPP＝３、レイヤ数２×NLが４の場合（NL＝２）のスロット導体群の例を示したものである。図２２（ａ）は図１９に示したスロット導体群１２３４を示したものであり、図２１（ａ）では１２３４Ａと記す。図２３（ｂ）、（ｃ）は他の例を示したものであり、それぞれスロット導体群１２３４Ｂ、スロット導体群１２３４Ｃと記す。いずれのスロット導体群１２３４Ａ，１２３４Ｂ，１２３４Ｃも、毎極毎相スロット数NSPP＝３なのでスロット導体群の一つのレイヤには３つのスロット導体２３３ａが含まれ、レイヤ数（２×NL）が４なので２つのスロット導体小群から構成されている。

　スロット導体小群には２種類のスロット導体小群１２３５ａ，１２３５ｂがある。スロット導体小群１２３５ａは、（２ｍ－１）レイヤのスロット導体２３３ａに対して２ｍレイヤのスロット導体２３３ａを反回転方向へ１スロットピッチ（NL＝－１）ずらしたものになっている。スロット導体小群１２３５ｂは、（２ｍ－１）レイヤのスロット導体２３３ａに対して２ｍレイヤのスロット導体２３３ａを回転方向へ１スロットピッチ（Np=１）ずらしたものになっている。

　図２３（ａ）～（ｃ）に示すスロット導体小群の配置は、図２１（ａ）～（ｃ）に示した配置に対応している。すなわち、図２３（ａ）では内周側のスロット導体小群１２３５ａに対して外周側のスロット導体小群１２３５ａを半回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずらした配置になっており、図２３（ｂ）では内周側のスロット導体小群１２３５ｂに対して外周側のスロット導体小群１２３５ａを反回転方向に１スロットピッチ（Np=－１）ずらした配置になっており、図２３（ｃ）では内周側のスロット導体小群１２３５ａに対して外周側のスロット導体小群１２３５ａを回転子回転方向に１スロットピッチ（Np=１）ずらした配置になっている。

　図２３に示した毎極毎相スロット数NSPP＝３、レイヤ数２×NLが４の場合（NL＝２）においても、各スロット導体群は、（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体と２ｍ番目のレイヤのスロット導体とが互いに固定子コア周方向（回転子回転方向または反回転方向）に１スロットピッチずれて配置されているスロット導体小群をNL個有し、それらNL個のスロット導体小群は、固定子コア周方向に１スロットピッチずつずれて配置されている。

　また、図２１（ａ），図２２（ａ），図２３（ａ）に示すスロット導体群の構成は、次のように表すこともできる。固定子巻き線は、スロットおよびレイヤに関して隣接して配置された同一相の一群のスロット導体２３３ａで構成され、同一レイヤのスロット導体が連続するNSPPスロットに渡って配置されたスロット導体群を有する。そして、各スロット導体群の構成は、スロット内周側から数えて２ｍ番目のレイヤ（すなわち偶数番目のレイヤ）のスロット導体が、１番目のレイヤのスロット導体に対して固定子コア周方向の一方の向きである反回転方向にｍスロットピッチずらして配置され、１番目のレイヤを除く（２ｍ－１）番目のレイヤ（すなわち奇数番目のレイヤ）のスロット導体が、１番目のレイヤのスロット導体に対して反回転方向に（ｍ－１）スロットピッチずらして配置された構成となっている。ただし、NSPPは毎極毎相スロット数、２×NLはレイヤ数であって、ｍはｍ＝１，２，・・・，NLとする。

　上述したように、本実施の形態では、波巻きの固定子巻線の巻き回し方を工夫することにより鎖交磁束の高調波成分を低減し、低トルクリプルおよび低騒音を図るようにした。ところで、ロータをスキューさせてトルクリプルを低減する方法が従来から知られているが、この場合、スキュー角度によって小さくできる成分が決まる。そのため、例えば、ロータのスキューだけでは６次と１２次のトルクリプルを同時に小さくすることはできない。一方、図１０に示す実施形態では、図１５に示したように１２次のトルクリプルは低減できないものの、６次のトルクリプルは大幅に低減できる。そこで、本実施の形態と、１２次を低減できるようにスキューされたロータとを組み合わせることにより、さらにトルクリプルを低減することができ、低騒音な回転電機を提供することができる。

　また、図１、２に示すように、上述した回転電機と、直流電力を供給するバッテリと、バッテリの直流電力を交流電力に変換して回転電機に供給する変換装置とを備え、回転電機のトルクを駆動力として用いることを特徴とする車両において、低騒音化が図れた静粛な車両を提供することができる。

　以上、車両用の磁石モータを例に説明したが、本発明を適用することで固定子２３０の起磁力波形に含まれる高調波成分も低減できることから、誘導モータやシンクロナスリラクタンスモータなど、回転子２５０に磁石を持たない種々のモータに適用できる。また、本発明は車両用モータに限らず、さまざまな用途に使用されるモータにも適用することができ、さらには、モータに限らず、発電機など種々の回転電機に適用が可能である。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記の実施形態になんら限定されるものではない。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１０年第１６３１００号（２０１０年７月２０日出願）

Claims

　回転電機であって、
　複数のスロットが形成された固定子コアと、
　前記固定子コアの各スロットに挿通されて複数のレイヤの内のいずれか一つを構成するスロット導体と、異なるスロットに挿通されたスロット導体の同一側端部同士を接続してコイルエンドを構成する渡り導体とから成る波巻の周回巻線を複数有する複数相の固定子巻線と、
　前記固定子コアに対して空隙を介して回転自在に支持された回転子と、を備え、
　前記渡り導体は、毎極スロット数をＮとしたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１でスロットを跨ぐように前記スロット導体間を接続し、
　前記固定子巻線は、同一相の複数のスロット導体で構成される一群のスロット導体群を複数有し、
　前記スロット導体群の複数のスロット導体は、固定子コア周方向に連続して並んだ所定数Nsのスロット内にスロットおよびレイヤが隣接するように挿通され、
　前記所定数Nsは、毎極毎相スロット数をNSPP、レイヤ数を２×NLとしたとき、Ns＝NSPP＋NLに設定されている回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記スロット導体群は、（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体と２ｍ番目のレイヤのスロット導体とが互いに固定子コア周方向に１スロットピッチずれて配置されているスロット導体小群をNL個有し、
　前記NL個のスロット導体小群は、固定子コア周方向に１スロットピッチずつずれて配置され、
　ｍは、ｍ＝１，２，・・・，NLとする回転電機。
　回転電機であって、
　複数のスロットが形成された固定子コアと、
　前記固定子コアの各スロットに挿通されて複数のレイヤの内のいずれか一つを構成するスロット導体と、異なるスロットに挿通されたスロット導体の同一側端部同士を接続してコイルエンドを構成する渡り導体とから成る波巻の周回巻線を複数有する複数相の固定子巻線と、
　前記固定子コアに対して空隙を介して回転自在に支持された回転子と、を備え、
　前記渡り導体は、毎極スロット数をＮとしたとき、一方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ＋１でスロットを跨ぎ、他方のコイルエンドではスロットピッチNp＝Ｎ－１でスロットを跨ぐように前記スロット導体間を接続し、
　前記固定子巻き線は、同一相の一群の複数のスロット導体で構成され、同一レイヤを構成するスロット導体が連続する所定数NSPPのスロットに渡って配置されたスロット導体群を複数有し、
　前記スロット導体群のスロット内周側から数えて２ｍ番目のレイヤのスロット導体は、１番目のレイヤのスロット導体に対して固定子コア周方向の一方の向きにｍスロットピッチずらして配置され、１番目のレイヤを除く（２ｍ－１）番目のレイヤのスロット導体は、１番目のレイヤのスロット導体に対して前記一方の向きに（ｍ－１）スロットピッチずらして配置され、
　NSPPは毎極毎相スロット数、２×NLはレイヤ数であって、ｍはｍ＝１，２，・・・，NLとする回転電機。
　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転電機において、
　前記周回巻線は、複数のセグメント導体を接続することで構成される回転電機。
　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転電機において、
　前記スロット導体が平角線である回転電機。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転電機において、
　前記固定子巻線はＹ結線を複数有し、それぞれのＹ結線の同相の巻線に誘起する電圧に位相差が無い回転電機。
　車両であって、
　請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回転電機と、
　直流電力を供給するバッテリと、
　前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機に供給する変換装置とを備え、
　前記回転電機のトルクを前記車両の駆動力として用いる車両。