特開 2024-97232 回転電機における固定子構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024097232

(43)【公開日】2024-07-18

(54)【発明の名称】回転電機における固定子構造

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20240710BHJP

【ＦＩ】

H02K3/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000649

(22)【出願日】2023-01-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】横山 光之

(72)【発明者】

【氏名】中山 忠弘

(72)【発明者】

【氏名】粟津 稔

【テーマコード（参考）】

5H603

【Ｆターム（参考）】

5H603AA01

5H603BB05

5H603BB12

5H603CA01

5H603CA05

5H603CB01

5H603CC01

5H603CD02

5H603CE05

(57)【要約】

【課題】固定子のコイルでの交流損失を低減可能な回転電機における固定子構造を提供すること。
【解決手段】実施形態では、回転電機における固定子構造は、内側コイル層及び外側コイル層を備える。内側コイル層では、コアレスの複数の内側コイルが周方向に並んで配置される。外側コイル層では、内側コイル層の外周側に内側コイルと接触しない状態で、コアレスの複数の外側コイルが周方向に並んで配置される。内側コイルのそれぞれのコイル巻線は、外側コイルのそれぞれのコイル巻線とは異なる材料から形成される。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機における固定子構造であって、
コアレスの複数の内側コイルを備え、前記内側コイルが周方向に並んで配置される内側コイル層と、
コアレスの複数の外側コイルを備え、前記内側コイル層の外周側に前記内側コイルと接触しない状態で、前記外側コイルが前記周方向に並んで配置される外側コイル層と、
を具備し、
前記内側コイル及び前記外側コイルへの電圧の印加によって発生する回転磁界を利用して回転子を回転させる、又は、回転子の回転によって発生する回転磁界により前記内側コイル及び前記外側コイルにおいて電圧を誘起させ、
前記内側コイルのそれぞれのコイル巻線は、前記外側コイルのそれぞれのコイル巻線とは異なる材料から形成される、
固定子構造。

【請求項2】

前記内側コイル及び前記外側コイルの中で前記回転子に近い側に配置される一方である第１のコイルのそれぞれでは、前記内側コイル及び前記外側コイルの中で前記回転子から遠い側に配置される一方である第２のコイルのそれぞれに比べて、前記コイル巻線の電気抵抗が高い、請求項１の固定子構造。

【請求項3】

前記第１のコイルのそれぞれの前記コイル巻線は、アルミニウムから形成され、
前記第２のコイルのそれぞれの前記コイル巻線は、銅から形成される、
請求項２の固定子構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、回転電機における固定子構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機及び発電機等の回転電機は、固定子及び回転子を備える。電動機では、固定子のコイルに電圧を印加することで、回転磁界を発生させる。そして、発生した回転磁界によって、回転子を回転させる、又は、回転磁界によって回転子に起電力を誘起させて、誘起した起電力によって回転子を回転させる。また、発電機では、回転子を回転によって発生する回転磁界により、固定子のコイルに電圧（起電力）を誘起する。このような電動機及び発電機等の回転電機では、軽量化の観点等から、固定子のコイルとして、コアレスのコイルを用いることがある。この場合、固定子では、コアレスの複数のコイルが、周方向に並んで配置される。通常のモータのコイルは、鎖交する磁束の通り道となる鉄心を設けているが、鉄心を使わない方式があり、一般的にこの方式はコアレス（無鉄心）と呼ばれ、コアレス方式を採用したコイルは、コアレスのコイルと呼ばれる。コアレスモータは鉄心がないため、通常のモータと比較すると重量が軽いという特徴がある。

【0003】

前述のようにコアレスのコイルが固定子に用いられる回転電機では、回転子に設けられる磁石（永久磁石）又は回転子において誘起される起電力によって、回転子に起因する磁界が発生し、回転子に起因する磁束が、固定子のコイルを鎖交する。そして、固定子のコイルでは、回転子に起因する磁束が鎖交することにより、渦電流損及び循環電流損等の交流損失が発生する。コアレスのコイルが固定子に用いられる回転電機では、固定子のコイルでの交流損失を低減することが、求められている。例えば、コアレスのコイルが固定子に用いられる電動機では、固定子のコイルにおいて交流損失を低減することにより、回転子を回転させるトルクを増大させることが、求められている。また、コアレスのコイルが固定子に用いられる発電機では、固定子のコイルにおいて交流損失を低減することにより、コイルにおいて誘起される電圧を増大させることが、求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６２－１６００４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、固定子のコイルでの交流損失を低減可能な回転電機における固定子構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、回転電機における固定子構造は、内側コイル層及び外側コイル層を備える。内側コイル層は、コアレスの複数の内側コイルを備え、内側コイル層では、内側コイルが周方向に並んで配置される。外側コイル層は、コアレスの複数の外側コイルを備え、外側コイル層では、内側コイル層の外周側に内側コイルと接触しない状態で、外側コイルが周方向に並んで配置される。回転電機では、内側コイル及び外側コイルへの電圧の印加によって発生する回転磁界を利用して回転子を回転させる、又は、回転子の回転によって発生する回転磁界により内側コイル及び外側コイルにおいて電圧を誘起させる。内側コイルのそれぞれのコイル巻線は、外側コイルのそれぞれのコイル巻線とは異なる材料から形成される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る電動機の構成を、電動機の軸方向に平行又は略平行な断面で概略的に示す断面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る電動機の構成を、電動機の軸方向の一方側から視た状態で示す概略図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る電動機の構成を、電動機の軸方向に直交又は略直交する断面で概略的に示す断面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る電動機において、内側コイル及び外側コイルの任意の１つを概略的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について図面を参照して、説明する。

【0009】

（第１の実施形態）
まず、実施形態の一例として第１の実施形態について説明する。第１の実施形態では、回転電機の一例として、電動機１について説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態に係る電動機１の構成を示す。電動機１は、例えば、永久磁石モータである。図１乃至図３等に示すように、電動機１は、回転子２及び固定子３を備える。回転子２は、回転軸Ｐを中心として、固定子３に対して回転可能である。

【0010】

電動機１では、回転軸Ｐに沿う方向が、軸方向（矢印Ａ１及び矢印Ａ２で示す方向）として規定される。また、電動機１では、回転軸Ｐの軸回り方向が、周方向（矢印Ｃ１及び矢印Ｃ２で示す方向）として規定される。そして、電動機１では、軸方向及び周方向の両方に対して交差する（直交又は略直交する）方向が、径方向（矢印Ｒ１及び矢印Ｒ２）として規定される。電動機１では、径方向について回転軸Ｐに近づく側が、内周側となり、径方向について回転軸Ｐから離れる側が、外周側となる。なお、図１では、電動機１の軸方向に平行又は略平行な断面が概略的に示される。また、図２では、電動機１の軸方向の一方側から視た状態が概略的に示され、図３では、電動機１の軸方向に直交又は略直交する断面が概略的に示される。

【0011】

図１乃至図３の一例では、電動機１において、固定子構造を形成する固定子３の内周側に、回転子２が配置される。そして、固定子３は、電動機１の周方向の全周に渡って、回転子２を電動機１の外周側から囲む。回転子２は、回転軸Ｐの軸回りに回転可能な状態で、固定子３に連結される。回転子２は、図示しないベアリング等を介して、固定子３に連結される。

【0012】

図１乃至図３の一例では、回転子２は、ヨーク５及び複数の磁石（永久磁石）６を備える。ヨーク５の中心軸は、回転軸Ｐと同軸又は略同軸となる。また、回転子２では、磁石６のそれぞれは、ヨーク５の外周面に固定され、ヨーク５の外周面には、複数の磁石６が、電動機１の周方向に並んで配置される。回転子２では、電動機１の周方向に並ぶ複数の磁石６によって、回転軸Ｐを中心又は略中心とするリング形状又は略リング形状が、形成される。

【0013】

固定子３は、内側コイル層７及び外側コイル層８を備える。内側コイル層７及び外側コイル層８のそれぞれは、回転軸Ｐを中心又は略中心とするリング形状又は略リング形状に形成される。そして、内側コイル層７及び外側コイル層８のそれぞれは、電動機１の周方向の全周に渡って、回転子２を電動機１の外周側から囲む。固定子３では、外側コイル層８は、内側コイル層７に対して、電動機１の外周側に形成される。そして、外側コイル層８は、電動機１の周方向の全周に渡って、内側コイル層７を電動機１の外周側から囲む。

【0014】

内側コイル層７は、複数の内側コイル１１を備え、外側コイル層８は、複数の外側コイル１２を備える。内側コイル層７では、複数の内側コイル１１が、電動機１の周方向に並んで配置される。固定子３では、電動機１の周方向に並ぶ複数の内側コイル１１によって、回転軸Ｐを中心又は略中心とするリング形状又は略リング形状が、形成される。また、外側コイル層８では、複数の外側コイル１２が、電動機１の周方向に並んで配置される。固定子３では、電動機１の周方向に並ぶ複数の外側コイル１２によって、回転軸Ｐを中心又は略中心とするリング形状又は略リング形状が、形成される。

【0015】

前述のような構成であるため、固定子３では、複数の内側コイル１１から構成される内側コイル層７の外周側に、複数の外側コイル１２が、電動機１の周方向に並んで配置される。したがって、複数の外側コイル１２が形成するリング形状又は略リング形状は、複数の内側コイル１１が形成するリング形状又は略リング形状を、電動機１の周方向の全周に渡って、電動機１の外周側から囲む。また、外側コイル１２のそれぞれは、電動機１の径方向について、内側コイル層７の内側コイル１１との間に隙間を有する。このため、外側コイル１２のそれぞれは、内側コイル１１のいずれとも接触しない状態で、配置される。

【0016】

内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれは、コイル巻線を巻回することにより形成される。内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線は、導電性を有し、例えば、導電性を有する金属から形成される。また、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれは、鉄芯が設けられないコアレスのコイルである。このため、電動機１は、固定子３のコイルである内側コイル１１及び外側コイル１２がコアレスのコアレスモータ等となる。

【0017】

また、本実施形態では、固定子３の内周側に、回転子２が配置される。内側コイル１１及び外側コイル１２の２種類のコイルの中で内側コイル１１が、回転子２に近い側に配置される一方である第１のコイルとなる。そして、内側コイル１１及び外側コイル１２の２種類のコイルの中で外側コイル１２が、回転子２から遠い側に配置される一方である第２のコイルとなる。

【0018】

電動機１では、内側コイル１１及び外側コイル１２へ、電圧を印加可能であり、内側コイル１１及び外側コイル１２に電圧を印加することにより、磁界が発生する。そして、内側コイル１１及び外側コイル１２へ電圧を印加する等して、内側コイル１１及び外側コイル１２によって発生する磁界を経時的に変化させることにより、回転子２が回転軸Ｐの軸回りに回転する。したがって、本実施形態では、内側コイル１１及び外側コイル１２への電圧の印加によって発生する回転磁界によって、回転子２が回転する。

【0019】

ある一例では、互いに対して位相の異なる三相の電力が固定子３に供給される。この場合、内側コイル１１として、Ｕ相の内側コイル１１Ｕ、Ｖ相の内側コイル１１Ｖ、及び、Ｗ相の内側コイル１１Ｗが、それぞれ、１個以上ずつ設けられ、外側コイル１２として、Ｕ相の外側コイル１２Ｕ、Ｖ相の外側コイル１２Ｖ、及び、Ｗ相の外側コイル１２Ｗが、それぞれ、１個以上ずつ設けられる。図１乃至図３等の一例では、内側コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗが、それぞれ、２個ずつ設けられ、外側コイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗが、それぞれ、２個ずつ設けられる。このため、固定子３に設けられるコイルの数、すなわち、内側コイル１１及び外側コイル１２の総数は、１２個となる。

【0020】

固定子３では、Ｕ相の内側コイル１１Ｕ及び外側コイル１２Ｕは、電気配線（図示しない）等を介して、互いに対して電気的に直列又は並列に接続される。そして、内側コイル１１Ｕ及び外側コイル１２Ｕには、Ｕ相の電圧が印加される。同様に、Ｖ相の内側コイル１１Ｖ及び外側コイル１２Ｖは、電気配線（図示しない）等を介して、互いに対して電気的に直列又は並列に接続され、内側コイル１１Ｖ及び外側コイル１２Ｖには、Ｖ相の電圧が印加される。そして、Ｗ相の内側コイル１１Ｗ及び外側コイル１２Ｗは、電気配線（図示しない）等を介して、互いに対して電気的に直列又は並列に接続され、内側コイル１１Ｗ及び外側コイル１２Ｗには、Ｗ相の電圧が印加される。

【0021】

なお、ある一例では、内側コイル１１及び外側コイル１２への電圧の印加によって、前述のように回転磁界を発生させる。そして、発生した回転磁界によって、回転子２に起電力を誘起させて、誘起した起電力によって回転子２を回転させる。したがって、電動機１では、固定子３の内側コイル１１及び外側コイル１２への電圧の印加によって発生する回転磁界を利用して、回転子２を回転させる構成であればよい。

【0022】

図４は、内側コイル１１及び外側コイル１２の任意の１つを示す。なお、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれは、図４に示す構成と同様となる。図４等に示すように、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれは、巻回軸Ｂを有し、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、巻回軸Ｂを中心として、コイル巻線が巻回される。図１乃至図３等の一例では、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれの巻回軸Ｂは、電動機１の径方向に沿って延設される。また、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、巻回軸Ｂの軸回りについてのコイル巻線の周回数を示す巻回数Ｎが、規定される。

【0023】

また、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれは、一対のコイル辺部１５，１６及び一対の折返し部１７，１８を備える。内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、コイル辺部１５，１６は、電動機１の周方向に互いに対して離れて位置し、電動機１の周方向についてコイル辺部１５，１６の間に、空間２０が形成される。このため、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、コイル辺部（第１のコイル辺部）１５は、空間２０を挟んで、コイル辺部（第２のコイル辺部）１６とは反対側に位置する。内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、巻回軸Ｂは、空間２０を通って延設される。また、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、コイル辺部１５，１６のそれぞれにおいて、コイル巻線が電動機１の軸方向に沿って延設される。

【0024】

内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、折返し部１７，１８は、電動機１の軸方向に互いに対して離れて位置し、電動機１の軸方向について折返し部１７，１８の間に、巻回軸Ｂが通過する前述の空間２０が、形成される。したがって、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、折返し部（第１の折返し部）１７は、空間２０を挟んで、折返し部（第２の折返し部）１８とは反対側に位置する。内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、折返し部１７，１８のそれぞれにおいて、コイル巻線が折返される。前述のような構成であるため、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれは、コイル辺部１５，１６及び折返し部１７，１８から構成される部分によって巻回軸Ｂの軸回りの全周に渡って空間２０が囲まれるリング形状又は略リング形状に、形成される。

【0025】

内側コイル層７において三相の内側コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗが設けられる場合、内側コイル層７では、Ｕ相の内側コイル１１Ｕのそれぞれに対して、電動機１の周方向の一方側に隣り合う状態で、Ｖ相の内側コイル１１Ｖが配置される。そして、内側コイル層７では、Ｕ相の内側コイル１１Ｕのそれぞれに対して、電動機１の周方向についてＶ相の内側コイル１１Ｖとは反対側に隣り合う状態で、Ｗ相の内側コイル１１Ｗが配置される。また、図１乃至図３の一例等では、６個の内側コイル１１が設けられる。そして、内側コイル層７では、内側コイル１１のそれぞれの巻回軸Ｂは、電動機１の周方向について、隣り合う内側コイル１１の巻回軸Ｂに対して、６０°又は略６０°の角度ずれて配置される。

【0026】

また、外側コイル層８において三相の外側コイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗが設けられる場合、外側コイル層８では、Ｕ相の外側コイル１２Ｕのそれぞれに対して、電動機１の周方向の一方側に隣り合う状態で、Ｖ相の外側コイル１２Ｖが配置される。そして、外側コイル層８では、Ｕ相の外側コイル１２Ｕのそれぞれに対して、電動機１の周方向についてＶ相の外側コイル１２Ｖとは反対側に隣り合う状態で、Ｗ相の外側コイル１２Ｗが配置される。また、図１乃至図３の一例等では、６個の外側コイル１２が設けられる。そして、外側コイル層８では、外側コイル１２のそれぞれの巻回軸Ｂは、電動機１の周方向について、隣り合う外側コイル１２の巻回軸Ｂに対して、６０°又は略６０°の角度ずれて配置される。

【0027】

また、本実施形態では、外側コイル層８を構成する外側コイル１２のそれぞれは、電動機１の周方向について、内側コイル層７を構成する内側コイル１１のいずれからもずれた角度位置に、配置される。そして、電動機１では、周方向について隣り合う２つの内側コイル１１の巻回軸Ｂの間の角度位置に、外側コイル１２の対応する１つの巻回軸Ｂが、位置する。ある一例では、隣り合う２つの内側コイル１１の巻回軸Ｂは、互いに対して、電動機１の周方向に角度θずれて配置される。そして、隣り合う２つの内側コイル１１のそれぞれの巻回軸Ｂは、それら２つの内側コイル１１の巻回軸Ｂの間に配置される外側コイル１２の巻回軸Ｂに対して、電動機１の周方向に角度θ／２ずれて配置される。図１乃至図３等の一例のように内側コイル１１及び外側コイル１２がそれぞれ６個ずつ設けられる場合、角度θは６０°又は略６０°となり、角度θ／２は３０°又は略３０°となる。

【0028】

また、内側コイル層７において三相の内側コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗが設けられ、かつ、外側コイル層８において三相の外側コイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗが設けられるとする。この場合、Ｕ相の外側コイル１２Ｕのそれぞれは、電動機１の周方向について、内側コイル層７において隣り合うＶ相の内側コイル１１ＶとＷ相の内側コイル１１Ｗとの間に、配置される。また、Ｖ相の外側コイル１２Ｖのそれぞれは、電動機１の周方向について、内側コイル層７において隣り合うＷ相の内側コイル１１ＷとＵ相の内側コイル１１Ｕとの間に、配置される。そして、Ｗ相の外側コイル１２Ｗのそれぞれは、電動機１の周方向について、内側コイル層７において隣り合うＵ相の内側コイル１１ＵとＶ相の内側コイル１１Ｖとの間に、配置される。

【0029】

また、本実施形態では、内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線は、外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線とは異なる材料から、形成される。このため、内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗は、外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗とは異なる。そして、内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗は、外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗に比べて、高い。

【0030】

本実施形態では、前述のように、内側コイル１１及び外側コイル１２の２種類のコイルの中で、内側コイル１１が、回転子２に近い側に配置される一方である第１のコイルとなり、外側コイル１２が、回転子２から遠い側に配置される一方である第２のコイルとなる。したがって、第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれでは、第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれに比べて、コイル巻線の電気抵抗が高い。ある一例では、第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線は、銅から形成され、第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線は、電気抵抗が銅の１．６４倍程度となるアルミニウムから形成される。

【0031】

なお、内側コイル層７では、複数の内側コイル１１のコイル巻線の電気抵抗は、互いに対して同一であってもよく、互いに対して異なってもよい。 そして、外側コイル層８では、複数の外側コイル１２のコイル巻線の電気抵抗は、互いに対して同一であってもよく、互いに対して異なってもよい。ただし、本一例では、複数の内側コイル１１のコイル巻線の電気抵抗が互いに対して異なる場合、及び、複数の外側コイル１２のコイル巻線の電気抵抗が互いに対して異なる場合等でも、内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗は、外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗より、高い。

【0032】

また、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、電動機１の周方向についてのコイル辺部１５の中央位置Ｅ１が規定されるとともに、電動機１の周方向についてのコイル辺部１６の中央位置Ｅ２が規定される。そして、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、電動機１の周方向についてのコイル辺部１５の中央位置Ｅ１とコイル辺部１６の中央位置Ｅ２との間の角度が、コイルピッチαとして規定される。

【0033】

本実施形態のある一例では、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれでは、コイルピッチαは、全周に相当する角度である３６０°を内側コイル１１及び外側コイル１２の総数で除算した角度αｒｅｆ以上となる。例えば、図１乃至図３の一例のように内側コイル１１及び外側コイル１２の総数が１２個となる構成では、角度αｒｅｆは３０°となり、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチαは、３０°以上となることが好ましい。

【0034】

また、前述したコイルピッチαとして、内側コイル１１のそれぞれのコイルピッチα１、及び、外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチα２を規定する。本実施形態のある一例では、内側コイル１１のそれぞれのコイルピッチα１は、外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチα２とは、異なる。そして、内側コイル１１のそれぞれのコイルピッチα１は、外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチα２より、大きい。前述のよう構成であるため、本一例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれでは、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれに比べて、コイルピッチαが大きい。

【0035】

なお、内側コイル層７では、複数の内側コイル１１のコイルピッチα１は、互いに対して同一であってもよく、互いに対して異なってもよい。そして、外側コイル層８では、複数の外側コイル１２のコイルピッチα２は、互いに対して同一であってもよく、互いに対して異なってもよい。ただし、本一例では、複数の内側コイル１１のコイルピッチα１が互いに対して異なる場合、及び、複数の外側コイル１２のコイルピッチα２が互いに対して異なる場合等でも、内側コイル１１のそれぞれのコイルピッチα１は、外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチα２より、大きい。

【0036】

また、前述した巻回数Ｎとして、内側コイル１１のそれぞれの巻回数Ｎ１、及び、外側コイル１２のそれぞれの巻回数Ｎ２を規定する。本実施形態のある一例では、内側コイル１１のそれぞれの巻回数Ｎ１は、外側コイル１２のそれぞれの巻回数Ｎ２とは、異なる。そして、内側コイル１１のそれぞれの巻回数Ｎ１は、外側コイル１２のそれぞれの巻回数Ｎ２より、多い。前述のよう構成であるため、本一例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれでは、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれに比べて、巻回数Ｎが多い。

【0037】

なお、内側コイル層７では、複数の内側コイル１１の巻回数Ｎ１は、互いに対して同一であってもよく、互いに対して異なってもよい。そして、外側コイル層８では、複数の外側コイル１２の巻回数Ｎ２は、互いに対して同一であってもよく、互いに対して異なってもよい。ただし、本一例では、複数の内側コイル１１の巻回数Ｎ１が互いに対して異なる場合、及び、複数の外側コイル１２の巻回数Ｎ２が互いに対して異なる場合等でも、内側コイル１１のそれぞれの巻回数Ｎ１は、外側コイル１２のそれぞれの巻回数Ｎ２より、多い。

【0038】

前述のように本実施形態では、固定子３において、内側コイル層７の外周側に外側コイル層８が設けられ、二層のコイル層が形成される。そして、内側コイル層７では、コアレスの複数の内側コイル１１が、周方向に並んで配置され、外側コイル層８では、コアレスの複数の外側コイル１２が、内側コイル１１と接触しない状態で、周方向に並んで配置される。このような構成にすることにより、回転子２に近い領域及び回転子２から遠い領域の両方に、固定子３のコイルが配置される。

【0039】

また、本実施形態では、内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線は、外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線とは異なる材料から形成される。ここで、回転電機である電動機１では、回転子２に設けられる磁石（永久磁石）６等によって、回転子に起因する磁界が発生し、回転子２に起因する磁束が、固定子３の内側コイル１１及び外側コイル１２を鎖交する。また、回転子２において誘起した起電力によって回転子２を回転させる構成においても、回転子２において誘起した起電力に起因する磁界が発生し、回転子２起因する磁束が、固定子３の内側コイル１１及び外側コイル１２を鎖交する。そして、固定子３の内側コイル１１及び外側コイル１２では、回転子２に起因する磁束が鎖交することにより、渦電流損及び循環電流損等の交流損失が発生する。

【0040】

本実施形態のように固定子３の内周側に回転子２が配置される構成では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１において、回転子２に起因する磁束の鎖交磁束量が増加し、回転子２に起因する磁束の影響が大きくなる。本実施形態では、内側コイル１１と外側コイル１２とでコイル巻線の材料が異なるため、回転子２に起因する磁束の鎖交によって発生する交流損失を低減可能な材料を、内側コイル１１の材料として選択可能となる。これにより、内側コイル１１を含む固定子３のコイルでの交流損失を低減可能となる。

【0041】

また、本実施形態では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれにおいて、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれに比べて、コイル巻線の電気抵抗が高い。これにより、回転子２に起因する磁束の影響が大きくなる内側コイル１１において、回転子２に起因する磁束の鎖交によって発生する交流損失が、適切に低減される。特に、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれにおいて、電気抵抗が銅等より高いアルミニウムからコイル巻線を形成することにより、内側コイル１１で発生する交流損失が、さらに適切に低減される。電動機１では、内側コイル１１を含む固定子３のコイルで発生する交流損失を低減することにより、回転子２を回転させるトルクが増大し、電動機１のトルク特性が向上する。

【0042】

また、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである外側コイル１２では、回転子２に起因する磁束の影響が小さい。このため、第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線を、電気抵抗が低い銅等から形成しても、外側コイル１２での交流損失が低減される。そして、外側コイル１２のそれぞれにおいてコイル巻線の電気抵抗が低くなることにより、外側コイル１２での直流損失が低減され、外側コイル１２を含む固定子３のコイルで発生する直流損失が、適切に低減される。電動機１では、固定子３のコイルでの直流損失を交流損失に加えて低減することにより、回転子２を回転させるトルクがさらに増大し、電動機１のトルク特性がさらに向上する。

【0043】

また、本実施形態のある一例では、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチαは、３６０°を内側コイル１１及び外側コイル１２の総数で除算した角度αｒｅｆ以上となる。これにより、電動機１の周方向について内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれが占有する角度範囲が増大し、固定子３において内側コイル１１及び外側コイル１２が占有する領域が増大する。内側コイル１１及び外側コイル１２が占有する領域が増大することにより、固定子３の内側コイル１１及び外側コイル１２への電圧の印加によって発生する回転磁界において、内側コイル１１及び外側コイル１２と鎖交する鎖交磁束量を増加させることが可能になる。電動機１では、内側コイル１１及び外側コイル１２との鎖交磁束量が増加することにより、回転子２を回転させるトルクがさらに増大し、電動機１のトルク特性がさらに向上する。

【0044】

また、本実施形態のある一例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれにおいて、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれに比べて、コイルピッチαが大きい。回転子２が固定子３に対して内周側に位置する構成では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれのコイルピッチα１を大きくすることにより、発生する回転磁界において、回転子２に近い位置でのコイル（内側コイル１１）との鎖交磁束量が増加する。これにより、回転子２を回転させるトルクがさらに増大し、電動機１のトルク特性がさらに向上する。

【0045】

また、本実施形態のある一例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれにおいて、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである外側コイル１２のそれぞれに比べて、巻回数Ｎが多い。回転子２が固定子３に対して内周側に位置する構成では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである内側コイル１１のそれぞれの巻回数Ｎ１を多くすることにより、内側コイル１１のそれぞれのコイルピッチα１を、適切に増大可能となる。

【0046】

（変形例）
なお、前述の実施形態等では、回転子２は固定子３の内周側に配置されるが、ある変形例では、電動機１において、固定子３の外周側に回転子２が配置される。この場合も、固定子３は、前述の実施形態等と同様に、内側コイル層７及び外側コイル層８を備える。ただし、本変形例では、内側コイル１１及び外側コイル１２の２種類のコイルの中で外側コイル１２が、回転子２に近い側に配置される一方である第１のコイルとなる。そして、内側コイル１１及び外側コイル１２の２種類のコイルの中で内側コイル１１が、回転子２から遠い側に配置される一方である第２のコイルとなる。

【0047】

したがって、本変形例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれにおいて、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである内側コイル１１のそれぞれに比べて、コイル巻線の電気抵抗が高い。例えば、第２のコイルである内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線は、銅から形成され、第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線は、銅より電気抵抗が高いアルミニウムから形成される。

【0048】

回転子２が固定子３に対して外周側に位置する構成では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗を高くすることにより、回転子２に起因する磁束の影響が大きくなる外側コイル１２において、回転子２に起因する磁束の鎖交によって発生する交流損失が、適切に低減される。このため、本変形例でも、固定子３のコイルで発生する交流損失が、低減される。これにより、回転子２を回転させるトルクが増大し、電動機１のトルク特性が向上する。

【0049】

また、本変形例では、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである内側コイル１１において、回転子２に起因する磁束の影響が小さい。このため、第２のコイルである内側コイル１１のそれぞれのコイル巻線の電気抵抗を低くしても、内側コイル１１での交流損失が低減される。 そして、内側コイル１１のそれぞれにおいてコイル巻線の電気抵抗が低くなることにより、内側コイル１１での直流損失が低減され、固定子３のコイルで発生する直流損失が、適切に低減される。これにより、回転子２を回転させるトルクがさらに増大し、電動機１のトルク特性がさらに向上する。

【0050】

また、本変形例でも、内側コイル層７の複数の内側コイル１１及び外側コイル層８の複数の外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチαは、３６０°を内側コイル１１及び外側コイル１２の総数で除算した角度αｒｅｆ以上となることが、好ましい。これにより、固定子３において内側コイル１１及び外側コイル１２が占有する領域が増大し、発生する回転磁界において、内側コイル１１及び外側コイル１２と鎖交する鎖交磁束量を増加させることが可能になる。

【0051】

また、本変形例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれにおいて、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである内側コイル１１のそれぞれに比べて、コイルピッチαが大きいことが、好ましい。回転子２が固定子３に対して外周側に位置する構成では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチα２を大きくすることにより、発生する回転磁界において、回転子２に近い位置でのコイル（外側コイル１２）との鎖交磁束量が増加する。これにより、回転子２を回転させるトルクがさらに増大し、電動機１のトルク特性がさらに向上する。

【0052】

また、本変形例では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれにおいて、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルである内側コイル１１のそれぞれに比べて、巻回数Ｎが多いことが、好ましい。回転子２が固定子３に対して外周側に位置する構成では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルである外側コイル１２のそれぞれの巻回数Ｎ２を多くすることにより、外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチα２を、適切に増大可能となる。

【0053】

また、前述の実施形態等の電動機１での固定子３の固定子構造は、発電機での固定子の固定子構造としても、適用可能である。発電機では、回転子を回転することにより、回転磁界が発生する。そして、回転子の回転によって発生する回転磁界により、固定子のコイルとなる前述の内側コイル１１及び外側コイル１２に電圧（起電力）を誘起する。

【0054】

発電機の固定子構造でも、固定子３は、内側コイル層７及び外側コイル層８を備え、内側コイル層７の複数の内側コイル１１では、外側コイル層８の複数の外側コイル１２とは、コイル巻線が異なる材料から形成される。そして、内側コイル１１及び外側コイル１２の中で回転子２に近い側に配置される一方である第１のコイルのそれぞれにおいて、内側コイル１１及び外側コイル１２の中で回転子２から遠い側に配置される第２のコイルのそれぞれに比べて、コイル巻線の電気抵抗が高い。これにより、回転子２に起因する磁束の影響が大きくなる第１のコイルにおいて、回転子２に起因する磁束の鎖交によって発生する交流損失が、適切に低減される。このため、固定子３のコイルで発生する交流損失が、低減される。発電機では、固定子のコイルにおいて交流損失を低減することにより、内側コイル１１及び外側コイル１２において誘起される電圧を増大する。

【0055】

また、発電機の固定子構造でも、回転子２から遠い側に配置される第２のコイルにおいて、回転子２に起因する磁束の影響が小さい。このため、第２のコイルのそれぞれのコイル巻線の電気抵抗を低くしても、第２のコイルでの交流損失が低減される。 そして、第２のコイルのそれぞれにおいてコイル巻線の電気抵抗が低くなることにより、第２のコイルでの直流損失が低減され、固定子３のコイルで発生する直流損失が、適切に低減される。これにより、内側コイル１１及び外側コイル１２（固定子３のコイル）において誘起される電圧が、さらに向上する。

【0056】

また、発電機の固定子構造でも、内側コイル１１及び外側コイル１２のそれぞれのコイルピッチαは、３６０°を内側コイル１１及び外側コイル１２の総数で除算した角度αｒｅｆ以上となることが、好ましい。これにより、固定子３において内側コイル１１及び外側コイル１２が占有する領域が増大し、回転子２の回転によって発生する回転磁界において、内側コイル１１及び外側コイル１２と鎖交する鎖交磁束量を増加させることが可能になる。発電機では、内側コイル１１及び外側コイル１２との鎖交磁束量が増加することにより、内側コイル１１及び外側コイル１２（固定子３のコイル）において誘起される電圧が、適切に増大する。

【0057】

また、発電機の固定子構造でも、内側コイル１１及び外側コイル１２の中で回転子２に近い側に配置される一方である第１のコイルのそれぞれにおいて、内側コイル１１及び外側コイル１２の中で回転子２から遠い側に配置される第２のコイルのそれぞれに比べて、コイルピッチαが大きいことが、好ましい。そして、第１のコイルのそれぞれにおいて、第２のコイルのそれぞれに比べて、巻回数Ｎが多いことが、好ましい。発電機の固定子構造では、回転子２に近い側に配置される第１のコイルのそれぞれのコイルピッチを大きくすることにより、発生する回転磁界において、回転子２に近い位置でのコイルとの鎖交磁束量が増加する。これにより、固定子３のコイルにおいて誘起される電圧が、さらに増大する。

【0058】

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、内側コイル層では、コアレスの複数の内側コイルが、周方向に並んで配置され、外側コイル層では、内側コイル層の外周側に内側コイルと接触しない状態で、コアレスの複数の外側コイルが、周方向に並んで配置される。そして、内側コイルのそれぞれのコイル巻線は、外側コイルのそれぞれのコイル巻線とは異なる材料から形成される。これにより、固定子のコイルでの交流損失を低減可能な回転電機における固定子構造を提供することができる。

【0059】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１…電動機、２…回転子、３…固定子、７…内側コイル層、８…外側コイル層、１１（１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ）…内側コイル、１２（１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ）…外側コイル、Ｐ…回転軸、Ｂ…巻回軸、α（α１，α２）…コイルピッチ、αｒｅｆ…角度、Ｎ（Ｎ１，Ｎ２）…巻回数。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】