WO2021112040A1

WO2021112040A1 - 回転電機のステータおよび回転電機

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Publication number: WO2021112040A1
Application number: PCT/JP2020/044519
Authority: WO
Inventors: 慎理松川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2022-06-02
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Abstract

ステータ（１４Ａ）の巻線は、複数の分割コイルを有し、分割コイルは、ステータの隣り合うティースの間に形成させた複数のスロット（Ｓ）の内、異なるスロット（Ｓ）にそれぞれ収納される一対のスロット内収納部（２１）を有し、ステータ（１４Ａ）と共に利用するロータの極数をＰ、回転電機に印加する交流電源の相数をＭ（Ｍは３以上の整数）、スロット（Ｓ）の数をＳｎとするとき、ｑ＝Ｓｎ／（Ｐ×Ｍ）で表される毎極毎相スロット数ｑが既約分数となり、分割コイルは、一対のスロット内収納部（２１）が、それぞれ単独でスロット（Ｓ）に収納される大分割コイル（２０Ｌ）と、一対のスロット内収納部（２１）が、それぞれ他の分割コイルのスロット内収納部（２１）と共にスロット（Ｓ）に収納される小分割コイル（２０Ｓ）の２種類が存在する。

Description

回転電機のステータおよび回転電機

　本願は、回転電機のステータおよび回転電機に関するものである。

　回転電機のロータの極数をＰ、交流電源の相数をＭ、ステータの巻線を挿入するスロット数をＳｎとしたとき、毎極毎相スロット数ｑは、ｑ＝Ｓｎ／（Ｐ×Ｍ）で表され、ｑを整数とするスロット数Ｓｎを選ぶことが一般的である。しかしながら、ｑが既約分数となるスロット数Ｓｎを選択する分数スロット巻というコイルの巻線方法が知られている。分数スロット巻は、トルクリップルの低減のため、或いは、極数変換（二重巻線）モータなどに採用されている。

特開２０１６－００５４０９号公報

　分数スロット巻は、同一のスロット内に、異なる相を形成するコイルが重ね巻で巻線されるため、分割コイルの数が多く、スロット内への巻線挿入工程が複雑になるという課題があった。

　本願は、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、分割コイルの数を削減して、分割コイルの製造コストを低減するとともに、スロット内への巻線挿入工程を簡略化できる回転電機のステータおよび回転電機を得ることを目的とする。

　本願に開示される回転電機のステータは、
回転電機のステータであって、
前記ステータの巻線は、複数の分割コイルを有し、
前記分割コイルは、前記ステータの隣り合うティースの間に形成させた複数のスロットの内、異なるスロットにそれぞれ収納される一対のスロット内収納部を有し、
前記ステータと共に利用するロータの極数をＰ、前記回転電機に印加する交流電源の相数をＭ（Ｍは３以上の整数）、前記スロットの数をＳｎとするとき、ｑ＝Ｓｎ／（Ｐ×Ｍ）で表される毎極毎相スロット数ｑが既約分数となり、
前記分割コイルは、一対の前記スロット内収納部が、それぞれ単独で前記スロットに収納される大分割コイルと、一対の前記スロット内収納部が、それぞれ他の分割コイルのスロット内収納部と共に前記スロットに収納される小分割コイルの２種類が存在するものである。
　また、本願に開示される回転電機は、上述のステータと、外周面を前記ステータの内周面に対向するように配設されたロータとを備えるものである。

　本願に開示される回転電機のステータおよび回転電機によれば、分割コイルの数を削減して、分割コイルの製造コストを低減するとともに、スロット内への巻線挿入工程を簡略化できる回転電機のステータおよび回転電機を得ることができる。

実施の形態１による回転電機の片側断面正面模式図である。実施の形態１による回転電機の片側断面正面模式図である。実施の形態１による回転電機の片側断面正面模式図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態１による１つのスロットの詳細断面図である。実施の形態１による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態２による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態３による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態４による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態５による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態６による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態７による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態８による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態９による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。比較例の分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態１０による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。実施の形態１１による回転電機の二層コイルが挿入されるステータのスロットの断面図である。実施の形態１１による回転電機の単層コイルが挿入されるステータのスロットの断面図である。実施の形態１２による回転電機の単層コイルが挿入されるステータのスロットの断面図である。実施の形態１３による回転電機の単層コイルが挿入されるステータのスロットの断面図である。実施の形態１４による分数スロット巻の巻線の展開断面図である。

実施の形態１．
　以下、実施の形態１による回転電機のステータおよび回転電機を図を用いて説明する。以下の説明において、単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」というときは、ステータの「軸方向」、「径方向」、「周方向」をいうものとする。また、分割コイルとは、回転電機のステータの巻線を構成する最小単位のコイルであって、異なるスロット内に収納される一対のスロット内収納部を有するコイルをいう。また、単層コイル、大分割コイルとは、同一スロット内に、１つの分割コイルのスロット内収納部だけが単独で収納されている分割コイルをいう。また、二層コイル、小分割コイルとは、同一スロット内に、２つの分割コイルのスロット内収納部が、径方向に重なって共に収納されている、それぞれの分割コイルをいう。

　なお、図４と図６から図９、図１３から図２５の図面は、回転電機の円筒状のステータの巻線を切り開いて直線状に並べた展開断面図を用いて表す。また、各図に示すコイルのハッチングにおいて、左上から右下への斜線がＵ相、右上から左下への斜線がＶ相、横線がＷ相の各分割コイルを示すものとする。

　図１は、実施の形態１による回転電機１００Ａの片側断面正面模式図である。
回転電機１００Ａは、有底円筒状のフレーム１２Ａおよびフレーム１２Ａの開口部を閉塞するブラケット１３からなるハウジング１１Ａと、フレーム１２Ａの円筒部の内側に嵌合されたステータ１４Ａと、フレーム１２Ａの底部（図１では、上側）およびブラケット１３の中央部にベアリング１５を介して回転軸１６の軸心Ｑ周りに回転可能に支持され、外周面を、ステータ１４Ａの内周面に対向するように配設されたロータ１７Ａとを備える。

　回転電機１００Ａは、ロータとして、かご型導体と鉄心によって構成されるロータ１７Ａを備えるかご型誘導回転電機である。なお、回転電機１００Ａとしては、ロータに巻線を設けた巻線型誘導回転電機、ロータの表面に永久磁石が配置された表面磁石型回転電機、ロータの内部に永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石型回転電機、或いは、積層された電磁鋼板に円弧状の溝を形成するなどの形状でインダクタンスに突極性を設け、リラクタンストルクにより回転するロータを有するシンクロナスリラクタンス型回転電機のいずれの形態でもよい。

　図２は、回転電機１００Ｂの片側断面正面模式図である。
回転電機１００Ｂは、回転電機１００Ａの他の例である。ハウジング１１Ｂは、有底円筒状でなく円筒状のフレーム１２Ｂと、その軸方向の両端の開口部を閉塞する２枚のブラケット１３による構成としている。また、ロータ１７Ｂは、上述のロータのうちのシンクロナスリラクタンス型回転電機に用いる例を示している。

　図３は、回転電機１００Ｃの片側断面正面模式図である。
回転電機１００Ｃは、回転電機１００Ａの他の例である。
回転電機１００Ｃは、アウターロータ型回転電機である。またロータ１７Ｃは、表面磁石型のロータである。

　ステータ１４Ｃは、ブラケット１３Ｃに外嵌状態に固着されている。ロータ１７Ｃは、有底円筒状のフレーム１２Ｃと、フレーム１２Ｃの内側でステータ１４Ｃの径方向外側に対向するように配設された永久磁石Ｍｇとを有する。ロータ１７Ｃは、ベアリング１５を介して回転軸１６周りに回転可能に支持されている。

　図４は、比較例の分数スロット巻の巻線２０の展開断面図である。図４は、円筒状にステータに組み付けた巻線２０を、各スロットに収納された部分で軸方向に垂直に切断し、軸方向に切り開いて展開した断面図である。図の上側がステータの内側となり、図の下側が、ステータの外側（バックヨーク側）である。＃１～＃３６は、それぞれ、スロットＳの番号を表している。実際の断面において、＃１と＃３６のスロットＳが隣り合って円環状をなしている。

　各々のスロットＳには、内側スロット内収納部２１ｉｎ（上口コイル）と、外側スロット内収納部２１ｏｕｔ（下口コイル）とが挿入されている。内側スロット内収納部２１ｉｎ側が、ロータに対向するギャップ面側に配置され、外側スロット内収納部２１ｏｕｔ側が、スロットＳの底、すなわち、ステータのバックヨーク部側に配置されている。

　この例では、回転電機のロータの極数Ｐ＝８、印加する交流電源の相数Ｍ＝３、ステータの巻線を挿入するスロット数Ｓｎ＝３６である。したがって、毎極毎相スロット数ｑは、ｑ＝Ｓｎ／（Ｐ×Ｍ）＝３６／（８×３）＝１＋１／２、すなわち既約分数３／２となり、巻線２０は、毎極毎相スロット数ｑが整数でない、分数スロット巻である。また、巻線２０は、各相の分割コイルが、スロット＃１～＃６、＃２～＃７、＃３～＃８・・・と順次巻回された全節巻の分数スロット巻であり、全ての分割コイルのコイルピッチ（跨ぐティースの数）が５ピッチ（以下同様に、数字＋ピッチとして表記する）で、各相１２個の分割コイル、全部で３６個の分割コイルで構成されている。

　図４において、図を分かり易くするためＵ相の８極のうち１／４、すなわち２極分である＃１～＃６、＃２～＃７、＃６～＃１１の３個の分割コイルのみ、コイルエンド部２３の重ね巻の接続状態を斜線で表しており、残りのコイルエンド部については、図示を省略している。

　なお、巻線２０への通電の向きを「・」、「×」で示している。「・」の通電方向は、紙面に垂直方向において紙面奥側から手前側に近づく方向であり、「×」の通電方向は、反対に、紙面手前側から奥側に遠ざかる方向である。

　図５は、１つのスロットＳの詳細断面図である。スロットＳは、ステータの図示しない隣り合うティースの間に形成されている。＃１のスロットＳには、内側スロット内収納部２１ｉｎとしてＵ相＋（＋は、径方向内側を示す）の分割コイルが収納されており、外側スロット内収納部２１ｏｕｔとしてＶ相－（－は、径方向外側を示す）の分割コイルが収納されている。

　また、ステータの鉄心と巻線２０とを絶縁するためのスロットセル２５と、分割コイルのスロット内収納部が、鉄心から外に出ないように押さえるためのウエッジ２６と、内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔの相間絶縁を確保するためのセパレータ２７が挿入されている。スロットセル２５、ウエッジ２６、セパレータ２７については、図６以降の展開断面図には図示しない。

　各分割コイルのスロット内収納部は、スロットＳの外側、内側に重ねて挿入されている。巻線２０は、各スロットＳに必ず２つの分割コイルの、それぞれ片方のスロット内収納部が挿入された二層重ね巻の形態であり、分割コイルが３６個、スロットＳに挿入されるスロット内収納部が７２個存在する。この巻線２０の組み立て時は、スロットＳに順番に分割コイルを挿入していくため、組み立てる分割コイルの数が多いと、分割コイルの挿入に必要な作業が長くなる。

　また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の分割コイルを交互にスロットＳに挿入していく必要があるので、分割コイルの挿入開始直後の５個の分割コイルについては、上げコイル（外側スロット内収納部の前に内側スロット内収納部を挿入してしまうスロットにおいて、外側スロット内収納部を後から挿入する際に、先に挿入済みの内側スロット内収納部を一旦スロットの外に逃がしておき、外側スロット内収納部を挿入してから内側スロット内収納部を再度挿入する方法）の作業が必要なことから、巻線２０の生産性が悪く、コイルインサータによる自動巻線挿入が不可能で、手作業による分割コイルの挿入によって巻線２０を製造する必要がある。

　図６は、実施の形態１による分数スロット巻の巻線２０Ａの展開断面図である。図６は、円筒状にステータに組み付けた巻線２０Ａを、各スロットＳに収納された部分で軸方向に垂直に切断し、軸方向に切り開いて展開した断面図である（以下同種の図において同じ）。
巻線２０Ａは、３相８極３６スロットで、Ｐ＝８、Ｍ＝３、Ｓｎ＝３６であるため、毎極毎相スロット数ｑは、ｑ＝Ｓｎ／（Ｐ×Ｍ）＝１＋１／２となる。巻線２０Ａは、毎極毎相スロット数ｑが、図４の巻線２０と同じ分数スロット巻である。

　ここで、図６のスロット＃１、＃４、＃７、＃１０、＃１３、＃１６、＃１９、＃２２、＃２５、＃２８、＃３１、＃３４の各スロットには、図４と同様、１つの分割コイルの内側スロット内収納部２１ｉｎと、この内側スロット内収納部２１ｉｎに対応する他の分割コイルの外側スロット内収納部２１ｏｕｔとが挿入されている。これらのスロットについては、巻線２０Ａは、二層重ね巻の巻線形態である。１つの分割コイルの内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔとは、コイルエンド部２３で接続して巻回されており、それぞれのコイルエンド部は、ステータの鉄心の軸方向端面上で積み重なっている。

　また、これらのスロットＳ（例えば、図６のスロット＃１９）の内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔとは、別の相を構成するため、内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔとの間には、相間絶縁のため、図４で示した巻線２０と同様にセパレータ２７が必要である。

　一方、残りのスロットについて図４と図６を比較すると、図４において、同じスロットに入る内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔの相が等しく、内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔの通電方向も等しい。そこで、内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔとを１つに纏め、それぞれの分割コイルの巻数をその他の２倍とした分割コイル（例えば、図６のスロット＃２４に挿入されたスロット内収納部２１Ａとスロット＃２９に挿入されたスロット内収納部２１Ｂとを同心巻のコイルエンド部２２で接続し巻回された単層同心巻コイル）にすることができる。

　同心巻のコイルエンド部２２は、展開断面図の便宜上、上側に飛び出すようにコの字に図示しているが、実際には内側に飛び出しているわけではなく、軸方向にコイルエンド部２２が形成されている。したがって、巻線２０Ａは、１つの鉄心内で重ね巻コイルと同心巻コイルが併存する同心重ね巻となる。図６の例では、二層重ね巻の分割コイルが１２個、単層同心巻きの分割コイルが１２個、合計２４個の分割コイルの同心重ね巻となる。したがって巻線２０に比較して、分割コイルの数を１２個３３．３％削減できる。

　なお、単層同心巻の分割コイルのコイルエンド部２２を２重線で表示しているのは、物理的な２本の導体を表しているのではなく、コイルエンド部２２が、二層重ね巻の分割コイルのコイルエンド部２３に対して２倍の素線数を有することを示すためである。このように、図６に示す巻線２０Ａは、図４に示す巻線２０に比べて、分割コイルの数を１２個、３３．３％削減できる。

　図４を用いて説明した二層重ね巻の巻線２０の場合、５ピッチ（２つの内側スロット内収納部２１ｉｎが、５つのティースを跨いで２つのスロットＳ内に収納される。外側スロット内収納部２１ｏｕｔについても同じ。）の分割コイルが３６個存在するため、コイルエンド部２３が、５×３６＝１８０ピッチ分に相当する長さとなる。一方、図６の同心重ね巻の場合、５ピッチの大分割コイル２０Ｌが１２個、３ピッチの小分割コイル２０Ｓが１２個存在する。ピッチの大きい１２個の大分割コイル２０Ｌと、大分割コイル２０Ｌに比べてピッチの小さい１２個の小分割コイル２０Ｓとで構成されるため、コイルエンド部が５×１２×２＋３×１２＝１５６ピッチ分に相当する長さとなり、二層重ね巻のコイルエンド部に比べ、１３％コイルエンド部の周方向の長さを短くすることができ、一次銅損の低減による回転電機の効率向上、コイルエンド部の漏れリアクタンスの減少による回転電機の特性向上、銅量の削減による軽量化が可能となる。なお、大分割コイル２０Ｌのコイルエンド部の長さの計算式（５×１２×２）において、２倍しているのは、それぞれの大分割コイル２０Ｌを構成する素線の数が、小分割コイル２０Ｓを構成する素線の数の２倍存在するからである。したがって、実施に比較の対称となるのは、それぞれのコイルエンド部を構成する素線の数×コイルエンド部の長さとなる。

　実施の形態１による回転電機のステータおよび回転電機によれば、ステータに使用する分割コイルの数を削減して、分割コイルの製造コストを低減するとともに、スロット内への巻線挿入工程を簡略化できる。

　また、コイルエンド部を構成する素線の総延長を短くできるので、結果として、コイルエンド部の高さを低くでき、軸長の短い回転電機を提供できる。

　なお、図６の例は、毎極毎相スロット数ｑ＝１．５＝１＋１／２の例であるが、ｑ＝１＋１／３、１＋２／３、２＋１／３、２＋１／２、２＋２／３など、分母が２もしくは３の任意の分数スロット巻で同様の効果が得られる。

実施の形態２．
　以下、実施の形態２による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図７は、分数スロット巻の巻線２２０Ａの展開断面図である。
巻線２２０Ａは、実施の形態１で説明した巻線２０、２０Ａと同じ３相８極３６スロット、毎極毎相スロット数ｑ＝１＋１／２の分数スロット巻であり、図６の巻線２０Ａとは、コイルの向き、重ね巻の重なり方向、スロット内部のコイル位置とが異なるが、発生する回転磁界が図６の巻線２０Ａと全く同じであるため、図６の回転電機と全く同様の効果を奏する。

実施の形態３．
　以下、実施の形態３による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図８は、分数スロット巻の巻線３２０Ａの展開断面図である。
巻線３２０Ａは、これまでに説明した巻線２０、２０Ａ、２２０Ａと同じ３相８極３６スロット、毎極毎相スロット数ｑ＝１＋１／２の分数スロット巻で、各スロットＳに収納されるスロット内収納部２１の組み合わせは、図７と同様である。

　一方、スロットＳ内におけるスロット内収納部の内側と外側の配置を変更し、例えば、まずＷ相コイル（図８における＃３のスロットＳと＃７のスロットＳに挿入されるコイルをはじめとする、横線のハッチングで表される８個のコイル）を全てスロットＳに入れる。このとき、Ｗ相コイルの小分割コイル２０Ｓは、すべて径方向外側（図８における下側、以下同じ）に挿入されている。次に、コイルエンドに、Ｖ相－Ｗ相間の相間絶縁ＶＷを施す。図７の例と異なり、重ね巻と同心巻が混在していないためコイルエンドで一括の相間絶縁とすることができ、絶縁強度、生産性が向上する。次に、Ｖ相コイル（図８における＃３６のスロットＳと＃４のスロットＳに挿入されるコイルをはじめとする、右上から左下への斜線のハッチングで表される８個のコイル）を全てスロットＳに入れる。このとき、すでにＷ相の小分割コイル２０Ｓが入っているスロットＳ（例えば＃８）に入るＶ相の小分割コイル２０Ｓについては、Ｗ相の小分割コイル２０Ｓの径方向内側（図８における上側、以下同じ）に配置され、Ｗ相の小分割コイル２０Ｓが挿入されていないスロットＳ（例えば＃５）では、Ｖ相の小分割コイル２０Ｓが、径方向外側に配置される。そこで、Ｖ相－Ｗ相間の相間絶縁ＶＷと同様に、Ｕ相－Ｖ相間の相間絶縁ＵＶを施す。次に、Ｕ相コイル（図８における＃６のスロットＳと＃１０のスロットＳに挿入されるコイルをはじめとする、左上から右下への斜線のハッチングで表される８個のコイル）を全てスロットＳに入れる。Ｕ相の小分割コイル２０Ｓは、全てスロットＳの径方向内側に配置される。すなわち、第一相であるＷ相の小分割コイル２０Ｓの一対のスロット内収納部は、スロットＳ（例えば＃８と＃１１）内の径方向外側に配置され、第二相であるＵ相の小分割コイル２０Ｓの一対のスロット内収納部は、全てスロットＳ（例えば＃２と＃５）内の径方向内側に配置され、第三相であるＶ相の小分割コイル２０Ｓの一対のスロット内収納部の内、一方のスロット内収納部は、全てスロットＳ（例えば＃５）の径方向外側に配置され、他方のスロット内収納部は、スロットＳ（例えば＃８）内の径方向内側に配置されている。これによって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイルのコイルエンドを内側から外側に向かってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に径方向に並べることができる。したがって、各分割コイルのコイルエンド部が、相毎に、周方向に同じ高さ（鉄心から軸方向に突出する長さ）に並ぶように形成されている。これにより、巻線３２０Ａを構成する各分割コイルを、相毎に、高さが低い層から順にスロットＳに挿入でき、重ね巻を廃して単層同心巻と二層同心巻が共存する完全同心巻の配置となり、インサータによる巻線３２０Ａの自動巻が可能となり、巻線工程の生産性を大幅に向上することが可能となる。

　このとき、各相のコイルエンド部が、軸方向に同じ高さとなり、周方向に一列に並ぶため、コイルエンド部の相間絶縁ＶＷ、ＵＶを容易に挿入でき、巻線３２０Ａの生産性が向上する。

　実施の形態３による回転電機によれば、分割コイルのピッチが縮小したことにより、コイルエンド部の軸方向の長さを短縮することができるため、回転電機の軸方向の長さが短縮され、回転電機の小型化、軽量化が可能となる。

　また、４ピッチの大分割コイル２０Ｌが１２個、大分割コイル２０Ｌに比べてピッチの小さい、３ピッチの小分割コイル２０Ｓが１２個の構成のため、コイルエンド部の周方向の長さが、１３２ピッチ相当となり、図４の二層重ね巻の巻線２０に比べ２６．７％、図６の同心重ね巻の巻線２０Ａに比べ１５．４％コイルエンド部を短くすることができ、一次銅損の低減による回転電機の効率向上、コイルエンド部の漏れリアクタンスの減少による回転電機の特性向上、銅量の削減による回転電機の軽量化が可能となる。

実施の形態４．
　以下、実施の形態４による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図９は、実施の形態４による分数スロット巻の巻線４２０Ａの展開断面図である。
巻線４２０Ａは、巻線２０、２０Ａ、２２０Ａ、３２０Ａと同じ３相８極３６スロット、毎極毎相スロット数ｑ＝１＋１／２の分数スロット巻で、図８のＵ相、Ｖ相のスロット内収納部２１の挿入順を逆にしたものである。スロット＃５、＃１４、＃２３、＃３２の内側スロット内収納部２１ｉｎと外側スロット内収納部２１ｏｕｔが逆になっているが、発生する回転磁界が図８の巻線３２０Ａと全く同じため、図８の回転電機と全く同様の効果を奏する。

実施の形態５．
　以下、実施の形態５による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１０は、比較例の分数スロット巻の巻線５２０の展開断面図である。
図１０に示す巻線５２０は、毎極毎相スロット数ｑ＝１＋１／３の分数スロット巻を採用した回転電機の円筒状のステータの巻線を切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　最も極数の少ない構成である３相６極２４スロット、１相８コイル、４コイルで３極の極を構成しており、４ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが２４個ある。したがって、コイルエンド部の周方向の長さは、４×２４＝９６ピッチ分に相当する長さとなっている。

　図１１は、実施の形態５による分数スロット巻の巻線５２０Ａの展開断面図である。
図１０と同様に、円筒状のステータの巻線５２０Ａを切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。図の上側に描かれている２重線のコイルエンド部は、単層同心巻分割コイル（巻き数２ｎ）のコイルエンド部を表し、下側に描かれている単線のコイルエンド部は、二層同心巻分割コイル（巻き数ｎ）のコイルエンド部を表している（以下の図において同じ）。

　４ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが６個、大分割コイル２０Ｌのピッチよりも小さい３ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが２個、３ピッチの二層巻の小分割コイル２０Ｓが４個、４ピッチの二層巻の小分割コイル２０Ｓが４個、合計１６個の分割コイルで構成されている。コイルエンド部の周方向の長さは、４×６×２＋３×２×２＋４×４＋３×４＝８８ピッチ分に相当する長さとなっている。

　巻線５２０と比較して、分割コイルの数を２４個から１６個に３３．３％削減でき、コイルエンド部の周方向の長さを、９６から８８へと、８．３％削減できる、これにより、分割コイルの数の削減による生産性の向上、銅量削減による軽量化、銅損低減による効率向上を図れる。なお、１２極４８スロット、１８極７２スロットといったように、極数とスロット数を整数倍した形態でも本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態６．
　以下、実施の形態６による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１２は、比較例の分数スロット巻の巻線６２０の展開断面図である。
図１２に示す巻線６２０は、毎極毎相スロット数ｑ＝１＋１／２の分数スロット巻を採用した回転電機の円筒状のステータの巻線を切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　最も極数の少ない構成である３相４極１８スロット、１相６コイル、３コイルで２極の極を構成しており、４ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが１８個ある。したがって、コイルエンド部の周方向の長さは、４×１８＝７２ピッチ分に相当する長さとなっている。

　図１３は、実施の形態６による分数スロット巻の巻線６２０Ａの展開断面図である。
図１２と同様に、円筒状のステータの巻線６２０Ａを切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　５ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが６個、大分割コイル２０Ｌのピッチよりも小さい３ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが６個、合計１２個の分割コイルで構成されている。コイルエンド部の周方向の長さは、５×６×２＋３×６＝７８ピッチ分に相当する長さとなっている。

　巻線６２０と比較して、分割コイルの数を１８個から１２個に３３．３％削減できる。これにより、分割コイルの数の削減による生産性の向上、銅量削減による軽量化、銅損低減による効率向上を図れる。なお、８極３６スロット、１２極５４スロットといったように、極数とスロット数を整数倍した形態でも本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態７．
　以下、実施の形態７による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１４は、比較例の分数スロット巻の巻線７２０の展開断面図である。
図１４に示す巻線７２０は、毎極毎相スロット数ｑ＝１＋２／３の分数スロット巻を採用した回転電機の円筒状のステータの巻線を切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　最も極数の少ない構成である３相６極３０スロット、１相１０コイル、５コイルで３極の極を構成しており、５ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが３０個ある。したがって、コイルエンド部の周方向の長さは、５×３０＝１５０ピッチ分に相当する長さとなっている。

　図１５は、実施の形態７による分数スロット巻の巻線７２０Ａの展開断面図である。
図１４と同様に、円筒状のステータの巻線７２０Ａを切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　５ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが７個、４ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが４個、５ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが８個、合計１９個の分割コイルで構成されている。コイルエンド部の周方向の長さは、５×７×２＋４×４×２＋５×８＝１４２ピッチ分に相当する長さとなっている。

　巻線７２０と比較して、分割コイルの数を３０個から１９個に３６．７％削減でき、コイルエンド部の周方向の長さを１５０から１４２へと、５．３％削減できる。これにより、分割コイルの数の削減による生産性の向上、銅量削減による軽量化、銅損低減による効率向上を図れる。なお、１２極６０スロット、１８極９０スロットといったように、極数とスロット数を整数倍した形態でも本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態８．
　以下、実施の形態８による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１６は、比較例の分数スロット巻の巻線８２０の展開断面図である。
図１６に示す巻線７２０は、毎極毎相スロット数ｑ＝２＋１／３の分数スロット巻を採用した回転電機の円筒状のステータの巻線を切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　最も極数の少ない構成である３相６極４２スロット、１相１４コイル、７コイルで３極の極を構成しており、７ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが４２個ある。したがって、コイルエンド部の周方向の長さは、７×４２＝２９４ピッチ分に相当する長さとなっている。

　図１７は、実施の形態８による分数スロット巻の巻線８２０Ａの展開断面図である。
図１６と同様に、円筒状のステータの巻線８２０Ａを切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　９ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが１個、８ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが６個、７ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが２個、６ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが８個、７ピッチの二層同心巻の小分割コイル２０Ｓが８個、合計２５個の分割コイルで構成されている。コイルエンド部の周方向の長さは、９×１×２＋８×６×２＋７×２×２＋６×８＋７×８＝２４６ピッチ分に相当する長さとなっている。

　巻線８２０と比較して、分割コイルの数を、３０個から２５個に１６．７％削減でき、コイルエンド部の周方向の長さを２９４から２４６へと、１６．３％削減できる。これにより、分割コイルの数の削減による生産性の向上、銅量削減による軽量化、銅損低減による効率向上を図れる。なお、１２極８４スロット、１８極１２６スロットといったように、極数とスロット数を整数倍した形態でも本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態９．
　以下、実施の形態９による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図１８は、比較例の分数スロット巻の巻線９２０の展開断面図である。
図１８に示す巻線９２０は、毎極毎相スロット数ｑ＝２＋１／２の分数スロット巻を採用した回転電機の円筒状のステータの巻線を切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　最も極数の少ない構成である３相４極３０スロット、１相１０コイル、５コイルで２極の極を構成しており、７ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが３０個ある。したがって、コイルエンド部の周方向の長さは、７×３０＝２１０ピッチ分に相当する長さとなっている。

　図１９は、実施の形態９による分数スロット巻の巻線９２０Ａの展開断面図である。
図１８と同様に、円筒状のステータの巻線９２０Ａを切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　８ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが６個、６ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが６個、大分割コイル２０Ｌのピッチよりも小さい５ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが６個、合計１８個の分割コイルで構成されている。コイルエンド部の周方向の長さは、８×６×２＋６×６×２＋５×６＝１９８ピッチ分に相当する長さとなっている。

　巻線９２０と比較して、分割コイルの数を３０個から１８個に４０％削減でき、コイルエンド部の周方向の長さを２１０から１９８へと、５．７％削減でき、分割コイルの数の削減による生産性の向上、銅量削減による軽量化、銅損低減による効率向上を図れる。なお、８極６０スロット、１２極９０スロットといったように、極数とスロット数を整数倍した形態でも本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態１０．
　以下、実施の形態１０による回転電機を図を用いて、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図２０は、比較例の分数スロット巻の巻線１０２０の展開断面図である。
図２０に示す巻線１０２０は、毎極毎相スロット数ｑ＝２＋２／３の分数スロット巻を採用した回転電機の円筒状のステータの巻線１０２０を切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　最も極数の少ない構成である３相６極４８スロット、１相１６コイル、８コイルで３極の極を構成しており、８ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが４８個ある。したがって、コイルエンド部の周方向の長さは、８×４８＝３８４ピッチに相当する長さとなっている。

　図２１は、実施の形態１０による分数スロット巻の巻線１０２０Ａの展開断面図である。
図２０と同様に、円筒状のステータの巻線１０２０Ａを切り開いて直線状に並べた展開断面図を示すものである。

　９ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが９個、７ピッチの単層同心巻の大分割コイル２０Ｌが９個、９ピッチの大分割コイル２０Ｌよりもピッチの小さい、８ピッチの二層重ね巻の小分割コイル２０Ｓが１２個、合計２４個の分割コイルで構成されている。コイルエンド部の周方向の長さは、９×９×２＋７×９×２＋８×１２＝３８４ピッチ分に相当する長さとなっている。

　巻線１０２０と比較して、分割コイルの数を４８個から３０個に３７．５％削減でき、分割コイルの数の削減による生産性の向上、銅量削減による軽量化、銅損低減による効率向上を図れる。

　なお、１２極９６スロット、１８極１４４スロットといったように、極数とスロット数を整数倍した形態でも本実施の形態と同様の効果を奏する。

実施の形態１１．
　以下、実施の形態１１による回転電機を図を用いて、実施の形態１から実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
図２２は、本実施の形態１１による回転電機の二層分割コイル（小分割コイル）が挿入されるステータのスロットＳの断面図である。
図２３は、本実施の形態１１による回転電機の単層分割コイル（大分割コイル）が挿入されるステータのスロットＳの断面図である。
図２２に示す小分割コイル２０Ｓについて、例えば２４ターンの巻線が巻回されているとき、実施の形態１から１０では、大分割コイル２０Ｌは４８ターンの巻線が巻回され、巻数比は１：２としていた。大分割コイル２０Ｌのスロット内収納部２１では、セパレータ２７の必要が無いため、スペースファクタ（絶縁材などの断面積を除いた、巻線を巻くことができるスロット面積に対する巻線面積の割合）が低くなっていた。

　そこで、図２３に示すように、大分割コイル２０Ｌにおいては、セパレータ２７がなくなった分の余裕部分を利用して、大分割コイル２０Ｌの素線として、小分割コイル２０Ｓの素線Ｗ１よりも直径の大きな素線Ｗ２を使用する。これにより、大分割コイル２０Ｌの抵抗値を下げて銅損低減、回転電機の効率向上が可能となる。

実施の形態１２．
　以下、実施の形態１２による回転電機を図を用いて、実施の形態１から実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
図２４は、本実施の形態１２による回転電機の単層分割コイルが挿入されるステータのスロットＳの断面図である。

　本実施の形態では、実施の形態１～１０においてセパレータ２７が不要となり空いたスペースに巻線を追加して巻回し、例えば、小分割コイル２０Ｓ（２層コイルのそれぞれが２４ターンの巻線のとき、大分割コイル２０Ｌ（単層コイル）を、５ターン分増やして、５３ターンの巻線とした例をしている。これにより、回転電機の効率向上が可能となる。

実施の形態１３．
　以下、実施の形態１３による回転電機を図を用いて、実施の形態１から実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
図２５は、本実施の形態１３による回転電機の単層コイルが挿入されるステータのスロットＳの断面図である。

　本実施の形態では、実施の形態１～１０においてセパレータ２７が不要となり開いたスペースを利用して、大分割コイル２０Ｌの素線として、小分割コイル２０Ｓの素線の直径よりも大きな素線を使用する。さらに、大分割コイル２０Ｌの巻数を実施の形態１から１０の場合よりも２ターン減らし、大分割コイル２０Ｌの抵抗値を下げて銅損低減、効率向上を図っている。このように、線径とスペースファクタとの兼ね合いで、巻き数を増やしても良いし、要求される特性を考慮して、巻き数を減らして線径を太くしても良い。

実施の形態１４．
　以下、実施の形態１４による回転電機を図を用いて、実施の形態１から実施の形態１０と異なる部分を中心に説明する。
図２６は、本実施の形態１４による回転電機の極数変換（二重巻線）コイルが挿入されるステータのスロットＳの展開断面図である。

　本実施の形態では、ステータのスロットＳに、少なくとも２つの、極数の異なる独立した巻線１４２０Ａ、１４２０Ｂが施され、そのうち少なくとも１つに実施の形態１から実施の形態１０の巻線が施される。

　少なくとも２つの独立した巻線１４２０Ａ、１４２０Ｂのいずれか１つの巻線に通電することによって回転電機が回転し、通電する巻線の極数に反比例した回転速度（∝巻線に通電する電流の電気角周波数／（巻線の極数／２））でロータが回転する。通電する巻線を切り替えることによって、モータの回転速度を変更することができる。

　図２６は、スロットの径方向内側に実施の形態３の構成の８極巻線が施され、スロットの径方向外側に４極巻線（２－１同心巻、一般的に使用される従来技術の巻線）の巻線が施された例である。８極巻線に通電すると、４極巻線に通電したときのおよそ半分の回転速度で回転電機を回転させることができる。従って、通電する巻線を切り替えることにより、同じ電気角周波数の電流で、回転速度を高速回転（４極巻線）と低速回転（８極巻線）とに切り替えることが可能となる。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ　回転電機、１１Ａ，１１Ｂ　ハウジング、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ　フレーム、１３，１３Ｃ　ブラケット、１４Ａ，１４Ｃ　ステータ、１５　ベアリング、１６　回転軸、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ　ロータ、２０，２０Ａ，２２０Ａ，３２０Ａ，４２０Ａ，５２０，５２０Ａ，６２０，６２０Ａ，７２０，７２０Ａ，８２０，８２０Ａ，９２０，９２０Ａ，１０２０，１０２０Ａ，１４２０Ａ，１４２０Ｂ　巻線、２１，２１Ａ，２１Ｂ　スロット内収納部、２１ｉｎ　内側スロット内収納部、２１ｏｕｔ　外側スロット内収納部、２２，２３　コイルエンド部、２５　スロットセル、２６　ウエッジ、２７　セパレータ、ＵＶ，ＶＷ　相間絶縁、Ｍｇ　永久磁石、Ｗ１，Ｗ２　素線、Ｓ　スロット。

Claims

回転電機のステータであって、
前記ステータの巻線は、複数の分割コイルを有し、
前記分割コイルは、前記ステータの隣り合うティースの間に形成させた複数のスロットの内、異なるスロットにそれぞれ収納される一対のスロット内収納部を有し、
前記ステータと共に利用するロータの極数をＰ、前記回転電機に印加する交流電源の相数をＭ（Ｍは３以上の整数）、前記スロットの数をＳｎとするとき、ｑ＝Ｓｎ／（Ｐ×Ｍ）で表される毎極毎相スロット数ｑが既約分数となり、
前記分割コイルは、一対の前記スロット内収納部が、それぞれ単独で前記スロットに収納される大分割コイルと、一対の前記スロット内収納部が、それぞれ他の分割コイルのスロット内収納部と共に前記スロットに収納される小分割コイルの２種類が存在する回転電機のステータ。
前記小分割コイルのコイルピッチは、前記大分割コイルのコイルピッチよりも小さい請求項１に記載の回転電機のステータ。
前記小分割コイルは、重ね巻に形成されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機のステータ。
三相の前記分割コイルを備え、
第一相の前記小分割コイルの一対の前記スロット内収納部は、全て前記スロット内の径方向外側に配置され、
第二相の前記小分割コイルの一対の前記スロット内収納部は、全て前記スロット内の径方向内側に配置され、
第三相の前記小分割コイルの一対の前記スロット内収納部の内、一方の前記スロット内収納部は、前記スロット内の径方向外側に配置され、他方の前記スロット内収納部は、前記スロット内の径方向内側に配置されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
全ての前記分割コイルは、同心巻に形成されている請求項１又は請求項２に記載の回転電機のステータ。
前記大分割コイルと、前記小分割コイルとは、線径が異なる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
前記小分割コイルと、前記大分割コイルとは、それぞれの前記分割コイルを構成する素線の巻数比が１：２である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
前記小分割コイルと、前記大分割コイルとは、それぞれのコイルを構成する素線の巻数比が１：２ではない請求項６に記載の回転電機のステータ。
前記毎極毎相スロット数ｑは、４／３、３／２、５／３、７／３、５／２、８／３のいずれかである請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
各前記スロットには、極数の異なる少なくとも２種類の独立した前記巻線が施され、
少なくとも一種類の前記巻線は、前記大分割コイルと前記小分割コイルを有する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機のステータ。
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機のステータと、
外周面を前記ステータの内周面に対向するように配設されたロータとを備える回転電機。