特許 5659372 三相交流回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5659372

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】三相交流回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/28 20060101AFI20150108BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/28 J

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-74479(P2011-74479)

(22)【出願日】2011年3月30日

(65)【公開番号】特開2012-210094(P2012-210094A)

(43)【公開日】2012年10月25日

【審査請求日】2013年9月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 統公

(72)【発明者】

【氏名】脇本 亨

(72)【発明者】

【氏名】越野 尚人

【審査官】 下原 浩嗣

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１９４４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１２９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７８８４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータと、ステータに半径方向に対向配置されたロータとを備え、
ステータは、分布巻きかつ重ね巻きで巻装され、各相で直列接続された複数のコイルを有する三相の巻線であって、各相の巻線同士が単一の中性点でＹ結線されている巻線を含む三相交流回転電機であって、
各入力端に接続された各相の第１コイルと、中性点に接続された各相の最終コイルと、各相の第１コイルと各相の最終コイルとの間に直列に接続された各相の複数の中間コイルとを含み、
各相の第１コイルは、他相の最終コイル、または、他相の第１コイル、または他相の最終コイルに接続される中間コイルに、ステータの半径方向に隣接するように配置されており、
各相の巻線のステータに対する巻き付け方向は、ステータの半径方向に隣り合う相同士で反対方向になっていることを特徴とする三相交流回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の三相交流回転電機において、
相毎にステータの半径方向に重ねて配置される三相の巻線において、最外径側の相の第１コイルと最内径側の相の第１コイルとの巻き始め個所は、電気角で９０°以内にずらして配置されていることを特徴とする三相交流回転電機。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の三相交流回転電機において、
各相の第１コイルは、他相の最終コイル及び他相の第１コイルに、ステータの半径方向に隣接するように配置されていることを特徴とする三相交流回転電機。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の三相交流回転電機において、
各相の第１コイルは、他相の最終コイルと、他相の最終コイルに接続される中間コイルとに、ステータの半径方向に隣接するように配置されていることを特徴とする三相交流回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三相交流回転電機の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

モータを駆動源とする電気自動車や、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両などの電動車両が多く用いられている。このような電動車両では、モータと発電機との双方の機能を併せ持つモータジェネレータを搭載し、車両の減速の際または坂路を下る際にモータジェネレータを発電機として機能させ、動力を電力として回収する電力回生を行い燃費の向上を図っているものがある。

【0003】

また、特許文献１には、分布巻きかつ重ね巻きで巻装される三相の巻線を含むステータを備える三相交流回転電機が記載されている。三相の巻線は、各相の巻線同士が単一の中性点でＹ結線されている、すなわちシングルスター結線されている。この三相交流回転電機では、各入力端に接続された各相の第１コイルと、中性点に接続された各相の最終コイルと、各相の第１コイルと各相の最終コイルとの間に直列に接続された各相の複数の中間コイルとを含む。また、各相の巻線が、相毎にステータの半径方向に重ねて配置され、かつ、各相の巻線が、複数の各中間コイルのうちの２つの各中間コイルがステータの周方向に沿って各第１コイルの両側に隣接するように配置されている。また、各相の第１コイルが、隣接する２つの同相の中間コイルよりも電気的に中性点側に接続されている他相の中間コイルまたは他相の最終コイルとステータの半径方向に隣接するように配置されている。そしてこのような構成により、簡便な構造で同相及び各相間の隣接コイル間の分担電圧を同時に緩和できるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９―２７８８４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された従来技術では、回転電機のステータのシングルスター結線された巻線構造において、同相内のコイル巻き順を工夫して、複数の各中間コイルのうちの２つの各中間コイルをステータの周方向に沿って各第１コイルの両側に隣接するように配置している。例えば、同相ではステータの周方向に沿って第１コイルの両側に第２コイルと第３コイルとを配置している。また、各相の巻線が第１コイルから第８コイルまでを有する場合に、異相間では第１コイルを他相の第４〜８コイルのいずれか２のコイルと、ステータの半径方向に隣接するように配置している。このような従来技術では、同相コイル間での電位差を低減できるが、隣接するコイル同士でのＵＶ相間や、ＶＷ相間等の異相間コイルの間（以下、「相間コイル間」という。）の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させるとともに、接続作業の容易化を図る面から改良の余地がある。

【0006】

すなわち、本発明者の考察により、三相交流回転電機を駆動するためのインバータ内部のスイッチング素子がスイッチングした際には、例えばＵＶ相間の電位差を考えた場合に、高周波共振現象によりサージ電圧が発生し、Ｖ相の第１コイルとＵ相の第４コイルとの間で最大電位差が発生することが分かった。このため、上記のように異相間で、第１コイルと他相の第４コイルとを隣接させている場合には、絶縁性能を向上する面から改良の余地がある。また、各相で第１コイルの両側に第２コイルと第３コイルとを配置しているため、同相コイル間での接続線を短くして接続作業の容易化を図る面からも改良の余地がある。

【0007】

また、上記の特許文献１に記載された従来技術では、隣接するコイル同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させるとともに、各相の入力端子である入力端を近くして、接続作業の容易化を図る面からも改良の余地がある。

【0008】

そこで、本発明は、分布巻きかつ重ね巻きのステータを備える三相交流回転電機において、隣接するコイル同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させるとともに、接続作業の容易化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の三相交流回転電機は、ステータと、ステータに半径方向に対向配置されたロータとを備え、ステータは、分布巻きかつ重ね巻きで巻装され、各相で直列接続された複数のコイルを有する三相の巻線であって、各相の巻線同士が単一の中性点でＹ結線されている巻線を含む三相交流回転電機であって、各入力端に接続された各相の第１コイルと、中性点に接続された各相の最終コイルと、各相の第１コイルと各相の最終コイルとの間に直列に接続された各相の複数の中間コイルとを含み、各相の第１コイルは、他相の最終コイル、または、他相の第１コイル、または他相の最終コイルに接続される中間コイルに、ステータの半径方向に隣接するように配置されており、各相の巻線のステータに対する巻き付け方向は、ステータの半径方向に隣り合う相同士で反対方向になっていることを特徴とする三相交流回転電機である。

【0010】

本発明の三相交流回転電機において、好ましくは、相毎にステータの半径方向に重ねて配置される三相の巻線において、最外径側の相の第１コイルと最内径側の相の第１コイルとの巻き始め個所は、電気角で９０°以内にずらして配置されている。

【0011】

また、本発明の三相交流回転電機において、好ましくは、各相の第１コイルは、他相の最終コイル及び他相の第１コイルに、ステータの半径方向に隣接するように配置されている。

【0012】

また、本発明の三相交流回転電機において、好ましくは、各相の第１コイルは、他相の最終コイルと、他相の最終コイルに接続される中間コイルとに、ステータの半径方向に隣接するように配置されている。

【発明の効果】

【0016】

本発明の三相交流回転電機によれば、分布巻きかつ重ね巻ステータを備える構成において、隣接するコイル同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させるとともに、接続作業の容易化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータと巻線との配置を示す図である。

【図2】本発明の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータの周方向一部の断面図である。

【図3】本発明の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータの巻線の等価回路を示す配線図である。

【図4】本発明の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータとインバータとを示す回路図である。

【図5】本発明の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータの共振時の各Ｕ相コイル間電圧の振幅を示す図である。

【図6】本発明の実施形態の三相交流回転電機と、従来例の三相交流回転電機とにおいて、最大電位差発生個所のインバータでのスイッチング時の相間コイル間電位差波形を示す図である。

【図7】従来例の三相交流回転電機を構成するステータと巻線との配置を示す図である。

【図8】本発明の他の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータと巻線との配置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について説明する。図１〜図５は、本発明の実施の形態を示している。図１に示すように、本実施形態の三相交流回転電機に組み込まれているステータ１０は、８極であり、円筒状で内径側にコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８が巻かれる、すなわち巻装される複数のスロット１２が設けられたステータコア１１と、ステータコア１１に巻かれた三相の巻線である、Ｕ相巻線２０、Ｖ相巻線３０及びＷ相巻線４０とを備えている。Ｕ相巻線２０、Ｖ相巻線３０及びＷ相巻線４０は、分布巻きかつ重ね巻きでステータ１０に巻装されている。このようなステータ１０は、ステータ１０に半径方向に対向配置された図示しないロータとともに、三相交流回転電機を構成する。なお、本実施の形態では、ステータ１０は、極対数を８極とする場合に限定するものではなく、４極、１６極等、他の極対数とすることもできる。

【0019】

ステータ１０では、各相の巻線２０，３０，４０はエナメルで絶縁被覆されたエナメル電線をステータコア１１のスロット１２に巻くことによって形成される。各相の巻線２０，３０，４０は単一の中性点５０でＹ結線されて、いわゆるシングルスター結線となっている。すなわち、ステータ１０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電力が入力される各相の入力端１３，１４，１５と、各相の巻線２０，３０，４０が一点に接続された中性点５０とを有している。各巻線２０，３０，４０の入力端１３，１４，１５側の各端部と各入力端１３，１４，１５との間は外面を樹脂などの絶縁体で被覆された各スリーブ線１６，１７，１８で接続され、各相の巻線２０，３０，４０の中性点５０側の各端部と中性点５０との間も各スリーブ線５１，５２，５３で接続されている。なお、図１において、各巻線２０，３０，４０のコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８の両端の円で囲んだＸマークと円の中に点を配置したマークはそれぞれワイヤの巻き方向が紙面の表面側から裏面側になっていること、及びワイヤの巻き方向が紙面の裏面側から表面側に向かっていることを示している。

【0020】

図１及び図３に示すように、Ｕ相巻線２０は入力端１３にスリーブ線１６によって接続されたＵ相第１コイルＵ１と、中性点５０にスリーブ線５１によって接続されたＵ相最終コイルＵ８と、Ｕ相第１コイルＵ１とＵ相最終コイルＵ８との間に電気的に直列に接続された６つの中間コイルである、Ｕ相第２コイルＵ２からＵ相第７コイルＵ７を含んでいる。また、Ｕ相第１コイルＵ１の中性点５０側に接続されているＵ相第２コイルＵ２と、Ｕ相最終コイルＵ８とは、ステータ１０の周方向に沿ってＵ相第１コイルＵ１の両側に隣接するように配置されている。すなわち、Ｕ相第１コイルＵ１は、Ｕ相最終コイルＵ８と、Ｕ相最終コイルＵ８及びＵ相第１コイルＵ１のうち、第１コイルＵ１側の中間コイルＵ２とに、ステータ１０の周方向に隣接するように配置されている。そして、各Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ８では、Ｕ相第１コイルＵ１から図１の「時計方向」に、順にＵ相第２コイルＵ２、Ｕ相第３コイルＵ３、Ｕ相第４コイルＵ４、Ｕ相第５コイルＵ５、Ｕ相第６コイルＵ６、Ｕ相第７コイルＵ７、Ｕ相最終コイルＵ８が配置されている。

【0021】

同様に、図１及び図３に示すように、Ｖ相巻線３０も、入力端１４にスリーブ線１７によって接続されたＶ相第１コイルＶ１と、中性点５０にスリーブ線５２によって接続されたＶ相最終コイルＶ８と、Ｖ相第１コイルＶ１とＶ相最終コイルＶ８との間に電気的に直列に接続された６つの中間コイルである、Ｖ相第２コイルＶ２からＶ相第７コイルＶ７を含んでいる。また、Ｖ相第１コイルＶ１の中性点５０側に接続されているＶ相第２コイルＶ２と、Ｖ相最終コイルＶ８とは、ステータ１０の周方向に沿ってＶ相第１コイルＶ１の両側に隣接するように配置されている。すなわち、Ｖ相第１コイルＶ１は、Ｖ相最終コイルＶ８と、Ｖ相最終コイルＶ８及びＶ相第１コイルＶ１のうち、第１コイルＶ１側の中間コイルＶ２とに、ステータ１０の周方向に隣接するように配置されている。そして、各Ｖ相コイルＶ１〜Ｖ８では、Ｖ相第１コイルＶ１から図１の「反時計方向」に、順にＶ相第２コイルＶ２、Ｖ相第３コイルＶ３、Ｖ相第４コイルＶ４、Ｖ相第５コイルＶ５、Ｖ相第６コイルＶ６、Ｖ相第７コイルＶ７、Ｖ相最終コイルＶ８が配置されている。

【0022】

同様に、図１及び図３に示すように、Ｗ相巻線４０も、入力端１５にスリーブ線１８によって接続されたＷ相第１コイルＷ１と、中性点５０にスリーブ線５３によって接続されたＷ相最終コイルＷ８と、Ｗ相第１コイルＷ１とＷ相最終コイルＷ８との間に電気的に直列に接続された６つの中間コイルである、Ｗ相第２コイルＷ２からＷ相第７コイルＷ７を含んでいる。また、Ｗ相第１コイルＷ１の中性点５０側に接続されているＷ相第２コイルＷ２と、Ｗ相最終コイルＷ８とは、ステータ１０の周方向に沿ってＷ相第１コイルＷ１の両側に隣接するように配置されている。すなわち、Ｗ相第１コイルＷ１は、Ｗ相最終コイルＷ８と、Ｗ相最終コイルＷ８及びＷ相第１コイルＷ１のうち、第１コイルＷ１側の中間コイルＷ２とに、ステータ１０の周方向に隣接するように配置されている。そして、各Ｗ相コイルＷ１〜Ｗ８では、Ｗ相第１コイルＷ１から図１の「時計方向」に、順にＷ相第２コイルＷ２、Ｗ相第３コイルＷ３、Ｗ相第４コイルＷ４、Ｗ相第５コイルＷ５、Ｗ相第６コイルＷ６、Ｗ相第７コイルＷ７、Ｗ相最終コイルＷ８が配置されている。

【0023】

したがって、Ｕ相巻線２０、Ｖ相巻線３０及びＷ相巻線４０のステータ１０に対する巻き付け方向は、ステータ１０の半径方向に隣り合う相同士で反対方向になっている。

【0024】

また、相毎にステータ１０の半径方向に重ねて配置される三相の巻線２０，３０，４０において、最外径側のＵ相巻線２０を構成するＵ相第１コイルＵ１と、最内径側のＷ相巻線４０を構成するＷ相第１コイルＷ１との巻き始め個所は、電気角で９０°ずらして配置している。なお、図示は省略するが、別の実施形態として、最外径側のＵ相巻線２０を構成するＵ相第１コイルＵ１と、最内径側のＷ相巻線４０を構成するＷ相第１コイルＷ１との巻き始め個所を、電気角で９０°未満の範囲でずらして配置することもできる。

【0025】

また、Ｕ相第１コイルＵ１とＷ相第１コイルＷ１とのそれぞれに、Ｖ相最終コイルＶ８とＶ相第１コイルＶ１とがステータ１０の径方向に隣接するように配置されている。また、Ｖ相第１コイルＶ１には、ステータ１０の径方向外側にＵ相第１コイルＵ１とＵ相最終コイルＵ８とがステータ１０の径方向に隣接するように配置されている。また、Ｖ相第１コイルＶ１には、ステータ１０の径方向内側にＷ相第１コイルＷ１とＷ相最終コイルＷ８とが隣接するように配置されている。したがって、各相の第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１は、他相の最終コイルＵ８、Ｖ８、Ｗ８とステータ１０の半径方向に隣接するように配置されている。しかも、各相の第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１は、他相の第１コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１とステータ１０の半径方向に隣接するように配置されている。

【0026】

図２に示すように、ステータコア１１の軸方向の両端面から外側には、各スロット１２（図１）間の渡りのワイヤが盛り上がったコイルエンド７１が形成されている。そして、コイルエンド７１のワイヤはステータ１０の内径側から外径側に向かって、Ｗ相巻線４０、Ｖ相巻線３０、Ｕ相巻線２０の順に配置されている。コイルエンド７１において、各巻線２０，３０，４０の間には、図示しない絶縁紙を挟み込んで、各巻線２０，３０，４０の間を絶縁するよう構成することもできる。

【0027】

図３は、本実施形態の三相交流回転電機のステータ１０の等価回路を示している。図３に示すように、Ｕ相巻線２０、Ｖ相巻線３０、Ｗ相巻線４０を構成する各コイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８はそれぞれコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８とステータコア１１（図１）との間の浮遊容量６２を介して大地と接続されている。

【0028】

図４は、本実施形態の三相交流回転電機のステータ１０とインバータ８０とを示す回路図である。インバータ８０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームＡｕ、Ａｖ、Ａｗを含み、各アームＡｕ、Ａｖ、Ａｗに２のスイッチング素子Ｓｗが直列接続されている。各スイッチング素子Ｓｗは、トランジスタ、ＩＧＢＴ等により構成されることができる。また、各スイッチング素子Ｓｗに逆並列にダイオードＤｉが接続されている。各アームＡｕ、Ａｖ、Ａｗの中点に、ステータ１０の対応する相の入力端１３，１４，１５が接続されている。インバータ８０の正極側端子と負極側端子とには、それぞれ直流電源であるバッテリＢａの正極及び負極が接続されている。また、インバータ８０とバッテリＢａとの間にコンデンサＣが接続されている。このように三相交流回転電機は、インバータ８０に接続されて使用される。

【0029】

インバータ８０のスイッチング素子Ｓｗは、図示しない制御部の制御信号によりスイッチングのオンオフが制御される。スイッチングのオンオフによりバッテリＢａの直流電力が三相の交流電力に変換されて、三相交流回転電機に供給され、三相交流回転電機がモータとして駆動する。なお、三相交流回転電機は、車両の車輪駆動用として使用される場合に、車輪の制動時に三相交流回転電機の動力を交流電力として取り出し、その交流電力をインバータ８０で直流電力に変換し、バッテリＢａに供給する、すなわちバッテリＢａを充電することもできる。

【0030】

このような三相交流回転電機によれば、分布巻きかつ重ね巻きのステータを備える構成において、隣接するコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させるとともに、接続作業の容易化を図れる。次に、本実施の形態により、隣接する相間コイル間の最大電位差が低減される理由を説明する。まず、三相交流回転電機を駆動するためのインバータ８０内部のスイッチング素子Ｓｗをスイッチングした際に、最大電位差となる相間のコイル間個所について説明する。

【0031】

例えば、図４に示すように、Ｖ相アームＡｖ及びＷ相アームＡｗの負極側である下側スイッチング素子Ｓｗがオンした状態から、Ｕ相アームＡｕの正極側である上側スイッチング素子Ｓｗがオンした瞬間におけるＵ相−Ｖ相間の電位差を考える。この場合、本発明者が検討した結果、図３のＶ相第１コイルＶ１とＵ相第４コイルＵ４との間が最大電位差となることが分かった。一方、Ｕ相−Ｖ相間、すなわちＵ相入力端１３とＶ相入力端１４との間に定常的に直流電圧（ＤＣ電圧）がかかっている場合には、Ｕ相第１コイルＵ１とＶ相第１コイルＶ１との間が最大電位差となることが考えられる。ただし、インバータ８０では高周波でスイッチング素子Ｓｗがスイッチングしているため、高周波共振現象によりサージ電圧が発生し、上記の場合で、Ｖ相第１コイルＶ１とＵ相第４コイルＵ４との間が最大電位差となることを、本発明者は新規に発見した。

【0032】

図３では、高周波的に見た等価回路を示しているが、高周波的には、各コイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８は、コイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８とステータコア１１（図１）との間の浮遊容量６２を介して対地接続される。そしてインバータ８０が上記のようにスイッチングした瞬間には、コイルインダクタンスと、各コイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８とステータコア１１との間の浮遊容量６２との間で共振現象が生じる。この共振状態では、模式的に図３に矢印αで示すような電流分布が生じる。すなわち、Ｕ相第４コイルＵ４とＵ相第５コイルＵ５との間を境に対称的な電流分布が生じることを本発明者は発見した。また、これにより、図５にＵ相で代表して示すように、各Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ８で高周波共振時の電圧の振幅に差が生じることが分かった。

【0033】

図５は、本実施形態の三相交流回転電機を構成するステータの共振時の各Ｕ相コイル間電圧の振幅を示す図である。なお、以下の説明では、図１から図４に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。図５に示すように、Ｕ相の各中間コイルのうち、Ｕ相入力端１３と中性点５０との両方から大きく離れるＵ相入力端１３側の第４コイルＵ４までは、Ｕ相入力端１３と各Ｕ相コイルＵ１〜Ｕ４間との間の電位差が増加する。そして、Ｕ相第４コイルＵ４とＵ相第５コイルＵ５との間を境に、Ｕ相入力端１３と中性点５０側の各Ｕ相コイルＵ５〜Ｕ８間との間の電位差が低下するという特徴がある。このため、インバータ８０がスイッチングしたときには、Ｕ相第１コイル１ＵとＶ相第１コイル１Ｖとの間が最大電位差とならず、ある１相の端子側コイル（例えばＶ相第１コイルＶ１）と、共振時の電圧の振幅が大となる他相の中間コイル（例えばＵ相第４コイルＵ４）との間が異相間で考えた場合の最大電位差発生個所となる。

【0034】

これに対して、図１に示す本実施の形態の三相交流回転電機のステータ１０では、各相の第１コイルＵ１、Ｖ１，Ｗ１と、共振時の電圧の振幅が最小となる他相の最終コイルＵ８，Ｖ８，Ｗ８とを、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置している。このため、隣接するコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させることができる。このように本実施形態の三相交流回転電機は、本発明者が、各相のコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８配置を工夫することで、隣接する相間コイル間の高周波共振現象による電位差を低減できることを考え付き、その着目に基づいて発明したものである。

【0035】

図６は、本実施の形態と、本発明から外れる特許文献１に記載された従来例の三相交流回転電機との最大電位差発生個所における、インバータでのスイッチング時の相間コイル間の電位差波形のシミュレーション結果を示す図である。図５で「実施例」で示す曲線は本実施の形態の場合の波形であり、「従来」で示す曲線は従来例の場合の波形である。また、図７は、このシミュレーションで用いた従来例の三相交流回転電機を構成するステータ１００を示している。

【0036】

図７の従来例のステータ１００は、各入力端１３，１４，１５に接続された各相の第１コイルＵ１，Ｖ１、Ｗ１と、中性点５０に接続された各相の最終コイルＵ８、Ｖ８、Ｗ８と、各相の複数の中間コイルＵ２〜Ｕ７、Ｖ２〜Ｖ７、Ｗ２〜Ｗ７とを含む。また、各相の巻線２０，３０，４０が、相毎にステータ１０の半径方向に重ねて配置されている。また、各相で複数の各中間コイルＵ２〜Ｕ７、Ｖ２〜Ｖ７、Ｗ２〜Ｗ７のうちの２つの各中間コイルＵ２、Ｕ３、Ｖ２、Ｖ３、Ｗ２、Ｗ３がステータ１０の周方向に沿って各第１コイルＵ１，Ｖ１、Ｗ１の両側に隣接するように配置されている。また、各相の第１コイルＵ１，Ｖ１、Ｗ１が、隣接する２つの同相の中間コイルＵ２、Ｕ３、Ｖ２、Ｖ３、Ｗ２、Ｗ３よりも電気的に中性点５０側に接続されている他相の中間コイルである第７コイルＵ７，Ｖ７，Ｗ７及び他相の最終コイルＵ８，Ｖ８，Ｗ８と、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置されている。また、同相コイル間が複数の接続線９０により接続されている。図７において、従来例のその他の構成要素で、図１に示す本実施の形態のステータ１０の構成要素と同一の要素には同一の符号を付している。

【0037】

このような従来例と本実施の形態とを用いて行った、図６に示すシミュレーション結果から、本実施の形態の巻線配置とすることで、隣接する相間コイル間の最大電位差発生個所の電位差を、従来例に対して電源電圧を基準として例えば１８％と大きく低減できることを確認できた。なお、最大電位差発生発生個所は、従来例では、Ｕ相第４コイルＵ４とＶ相第１コイルＶ１（図７）との間であり、本実施の形態では、Ｕ相第６コイルＵ６とＶ相第３コイルＶ３（図１）との間となった。

【0038】

また、本実施の形態によれば、Ｕ相巻線２０、Ｖ相巻線３０及びＷ相巻線４０のステータ１０に対する巻き付け方向が、ステータ１０の半径方向に隣り合う相同士で反対方向になっているので、各相での入力端１３，１４，１５を近くでき、入力端１３，１４，１５に対する接続作業の容易化を図れる。

【0039】

また、本実施の形態によれば、各相の第１コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１と、共振時の振幅が最小となる他相の第１コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１とを、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置しているため、これによっても、隣接するコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させることができる。

【0040】

さらに、本実施の形態によれば、各相第１コイルＵ１は、各相最終コイルＵ８と、各相最終コイルＵ８及び各相第１コイルＵ１のうち、第１コイルＵ１側の中間コイルＵ２とに、ステータ１０の周方向に隣接するように配置されている。このため、上記の図７に示した従来例の場合と異なり、各相で複数のコイル間の接続を短くでき、同相コイル間での接続線を短くでき、接続作業の容易化を図れる。

【0041】

図８は、本発明の他の実施形態の三相交流回転電機を構成するステータと巻線との配置を示す図である。図８に示す実施形態を構成するステータ１０ａでは、図１に示した実施形態を構成するステータ１０に対して、各相の第１コイルＵ１，Ｖ１、Ｗ１の巻き始め個所の関係が異なっている。すなわち、本実施形態のステータ１０ａでは、Ｕ相第１コイルＵ１の巻き始め個所に対して、Ｖ相第１コイルＶ１の巻き始め個所を図８の反時計方向に１スロット分ずらして配置し、その位置に対応するコイルをＶ相第１コイルＶ１とし、Ｖ相第２コイルＶ２からＶ相第８コイルＶ８を、図８の反時計方向に順に、ステータコア１１に巻き付けている。また、その他のＵ相、Ｗ相の各コイルＵ１〜Ｕ８、Ｗ１〜Ｗ８の配置関係は、上記の図１の実施形態と同様である。

【0042】

このようにステータ１０に各コイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８を配置することで、Ｕ相第１コイルＵ１は、Ｖ相最終コイルＶ８と、Ｖ相最終コイルＶ８に接続される中間コイルであるＶ相第７コイルＶ７とに、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置される。また、Ｖ相第１コイルＶ１は、Ｕ相最終コイルＵ８と、Ｕ相最終コイルＵ８に接続される中間コイルであるＵ相第７コイルＵ７とに、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置される。また、Ｖ相第１コイルＶ１は、Ｗ相最終コイルＷ８と、Ｗ相最終コイルＷ８に接続される中間コイルであるＷ相第７コイルＷ７とに、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置される。

【0043】

さらに、Ｗ相第１コイルＷ１は、Ｖ相最終コイルＶ８と、Ｖ相最終コイルＶ８に接続される中間コイルであるＶ相第７コイルＶ７とに、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置される。このため、上記の図１に示した実施形態と同様に、分布巻きかつ重ね巻のステータ１０ａを備える三相交流回転電機において、隣接するコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させるとともに、接続作業の容易化を図れる。

【0044】

すなわち、本実施形態では、各相の第１コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は、他相の最終コイルＵ８、Ｖ８，Ｗ８と、他相の中間コイルである第７コイルＵ７、Ｖ７，Ｗ７とに、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置される構成を備える。この場合、インバータ８０のスイッチング素子Ｓｗ（図４参照）がスイッチングしたときに、最終コイルＵ８、Ｖ８，Ｗ８では共振時の電圧の振幅が最小となり、第７コイルＵ７、Ｖ７，Ｗ７も、最終コイルＵ８、Ｖ８，Ｗ８には劣るが電圧の振幅を十分に小さくできる。このため、上記のように各相の第１コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は、他相の最終コイルＵ８、Ｖ８，Ｗ８と他相の第７コイルＵ７、Ｖ７，Ｗ７とに、ステータ１０の半径方向に隣接するように配置することで、隣接するコイルＵ１〜Ｕ８、Ｖ１〜Ｖ８、Ｗ１〜Ｗ８同士での相間コイル間の最大電位差を小さくして絶縁性能を向上させることができる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜図５に示した実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。

【0045】

なお、上記の各実施形態と同様に、各相第１コイルは、各相最終コイルと、各相最終コイル及び各相第１コイルのうち、第１コイル側の中間コイルとに、ステータの周方向に隣接するように配置される構成を備えるのであれば、上記の各実施形態とは別の実施形態として、各相の第１コイルは、他相の最終コイル、または、他相の第１コイル、または他相の最終コイルに接続される中間コイルに、ステータの半径方向に隣接するように配置されている構成、または、各相の巻線のステータに対する巻き付け方向は、ステータの半径方向に隣り合う相同士で反対方向になっている構成を備えない構成を採用することもできる。この場合でも、上記の各実施形態と同様に、各相で複数のコイル間の接続線を短くでき、接続作業の容易化を図れる効果を得られる。

【符号の説明】

【0046】

１０，１０ａ ステータ、１１ ステータコア、１２ スロット、１３，１４，１５ 入力端、１６，１７，１８，５１，５２，５３ スリーブ線、２０ Ｕ相巻線、３０ Ｖ相巻線、４０ Ｗ相巻線、５０ 中性点、６２ 浮遊容量、７１ コイルエンド、８０ インバータ、９０ 接続線、１００ ステータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】