特許 7464506 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】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20240402BHJP

   H02K 3/28 20060101ALI20240402BHJP

   H02K 21/12 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

H02K3/04 E ZHV

H02K3/28 M

H02K21/12 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020192671

(22)【出願日】2020-11-19

(62)【分割の表示】P 2015218934の分割

【原出願日】2015-11-06

(65)【公開番号】P2021016300

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2020-11-19

【審判番号】

【審判請求日】2022-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕樹

【合議体】

【審判長】窪田 治彦

【審判官】柿崎 拓

【審判官】伊藤 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－９６８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１０８７２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０４４７０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１３５１００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02K3/00-3/28

H02K21/00-21/48

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周方向に配列された複数の磁石収容孔（２２）が設けられたロータコア（２１）と、前記磁石収容孔に埋設された永久磁石（２３）と、を有するロータ（２０）と、
前記ロータコアに径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロット（３４）が設けられたステータコア（３１）と、前記スロットに収容されて前記ステータコアに巻装されている複数相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のステータ巻線（４０）と、を有するステータ（３０）と、
を備えた回転電機（１）において、
前記ステータ巻線は、デルタ結線された高速出力用の複数の第一巻線（４１）と、前記第一巻線同士を接続する各接続点（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）と各相端子（４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗ）との間に接続可能に配置された低速出力用の複数の第二巻線（４２）と、を有し、
前記回転電機は、各前記接続点と各前記相端子との接続を直接接続する状態と前記第二巻線を介して接続する状態のどちらかに切り替える切り替え部（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）を備え、
前記第一巻線は、前記スロット内でロータ対向面側にのみ設置され、
前記第二巻線は、前記スロット内で反ロータ対向面側にのみ設置され、
駆動回路が前記第一巻線に流す電流の波形は、基本制御波形である１次波形に、３次及び９次が合成された高調波波形が重畳した波形であり、
前記高調波波形は、前記１次波形が正の値をとる間の電流の総和が正であり、前記１次波形が負の値をとる間の電流の総和が負である特定高調波波形である、回転電機。

【請求項2】

前記ステータ巻線は、前記スロットに軸方向に挿入され且つ前記ステータコアの軸方向端面から外部に延出した開放端部の所定の端末同士が互いに接合されている複数の導体セグメント（５０）により構成されている請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

前記スロットには、前記ステータ巻線を構成する矩形断面の導体線が径方向１列に偶数本ずつ収容されており、前記第一巻線を構成する導体線は、前記スロットに２ｍ本（ｍは１以上の自然数）ずつ収容されている請求項２に記載の回転電機。

【請求項4】

前記第一巻線を構成する導体線は、前記第二巻線を構成する導体線よりも断面積が小さい請求項１～３の何れか一項に記載の回転電機。

【請求項5】

少なくとも前記第一巻線を構成する導体線は、平板状の複数の導体（５８ａ）が絶縁された状態で積層されてなる積層導体線（５８）である請求項１～４の何れか一項に記載の回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気自動車用の電動機（モータ）は、低速から高速まで広い範囲で高トルク及び高効率特性を発揮することが望まれる。このような用途に対して、特許文献１～３には、電動機のステータ巻線の結線をスター結線（Ｙ結線）とデルタ結線（Δ結線）とに切り替えることにより、低速領域と高速領域のそれぞれにおいて最適特性を発揮させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６４－３４１９８号公報

【文献】特開２０１４－５４０９４号公報

【文献】特許第３９４８００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記のようなＹ－Δ結線切り替え方式が採用された電動機は、低速領域では、Ｙ結線を選択し、十分に高い電圧を印加することで同一電流に対して大きいトルクを得ることができる。また、電動機のインピーダンスが周波数に比例して大きくなることから、周波数が高くなる高速領域では電流が流れ難くなるため、インピーダンスの低いΔ結線を選択することで、電流を流れ易くすることができる。したがって、Δ結線においては、高速、低トルク領域の高特性が重要となり、Ｙ結線においては、最大出力の上昇が望まれる。

【0005】

また、ステータ巻線への通電時に必然的に発生する熱の問題の改善も望まれる。この通電時に発生する熱は銅損であるため、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の巻線が並列接続されるΔ結線よりも、２つの相が直列接続されるＹ結線の方が大きいので、特にＹ結線側で問題となり易い。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱特性に優れ、低トルク域での高効率化を図ることができる回転電機を提供することを解決すべき課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するためになされた本発明は、
周方向に配列された複数の磁石収容孔（２２）が設けられたロータコア（２１）と、前記磁石収容孔に埋設された永久磁石（２３）と、を有するロータ（２０）と、
前記ロータコアに径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロット（３４）が設けられたステータコア（３１）と、前記スロットに収容されて前記ステータコアに巻装されている複数相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のステータ巻線（４０）と、を有するステータ（３０）と、
を備えた回転電機（１）において、
前記ステータ巻線は、デルタ結線された高速出力用の複数の第一巻線（４１）と、前記第一巻線同士を接続する各接続点（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）と各相端子（４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗ）との間に接続可能に配置された低速出力用の複数の第二巻線（４２）と、を有し、
前記回転電機は、各前記接続点と各前記相端子との接続を直接接続する状態と前記第二巻線を介して接続する状態のどちらかに切り替える切り替え部（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）を備え、
前記第一巻線は、前記スロット内でロータ対向面側に設置され、
前記第二巻線は、前記スロット内で反ロータ対向面側に設置され、
前記第一巻線には、駆動回路が発生させた電流の基本制御波形である１次波形に、前記第一巻線内で発生する電流の３次及び３＋６ｎ次（ｎは１以上の自然数）のうちの１つ又は２以上が合成された高調波波形が重畳した波形の電流が流れ、
前記高調波波形は、前記１次波形が正の値をとる間の電流の総和が正であり、前記１次波形が負の値をとる間の電流の総和が負である特定高調波波形である。

【0008】

この構成によれば、デルタ結線された第一巻線同士を接続する各接続点と各相端子との接続を、切り替え部により直接接続する状態に切り替えたときには、ステータ巻線は高速出力用としてデルタ結線された状態になる。また、デルタ結線された第一巻線同士を接続する各接続点と各相端子との接続を、切り替え部により第二巻線を介して接続する状態に切り替えたときには、ステータ巻線は低速出力用としてスター・デルタ結線された状態になる。

【0009】

そして、スター・デルタ結線に切り替えられたステータ巻線に対して通電されると、デルタ結線された第一巻線に流れる電流は、第二巻線に流れる電流よりも少ないため、第一巻線の銅損による発熱も少ない。即ち、銅損は、負荷電流の２乗に比例することから、第一巻線の発熱量は、第二巻線の発熱量の１／３程度となる。本発明では、発熱量の小さい第一巻線が、ステータコアのロータ対向面側に設置され、発熱量の大きい第二巻線が、ステータコアの反ロータ対向面側に設置されている。これにより、ステータ巻線は、発熱量の大きい第二巻線が、ステータコアの熱容量の大きいバックコア部側に寄せられていることから、熱引きが良く冷め易くなるので、熱特性に優れたものとなる。

【0010】

また、磁石埋め込み型のロータが採用されている場合には、発熱量の小さい第一巻線が、ステータコアのロータ対向面側に設置されていることから、磁石への熱の影響が少なくなるため、磁石の減磁を抑制することができる。また、磁石埋め込み型モータのトルクは、ｄ軸の磁石磁束Ψにｑ軸の電流を掛けた磁石トルクと、ｑ軸のインダクタンスとｄ軸のインダクタンスの差にｄ、ｑ軸の電流を掛けたリラクタンストルクの差であるが、低トルク域では、弱め界磁電流、及び弱め界磁磁束が低電流のため利用されないため、ｄ、ｑ軸の電流を使うリラクタンストルクよりも、ｑ軸電流を使う磁石トルクの方に、総トルクに対する比率は偏りがちである。ここで、デルタ結線された高速出力用の第一巻線をステータコアの、ロータ内磁石と距離が近く磁気抵抗が小さいロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψを多く出力させることができるので、低トルク領域での高効率化を図ることができる。また、低速出力用の第二巻線をステータコアの反ロータ対向面側に集中させることにより、特にｄ、ｑ軸の電流を強く流す低速大トルク出力時に有効なリラクタンストルクとなるインダクタンスを維持し、大電流適応時に過大な電圧源と成り得る磁石磁束Ψの必要以上の増加を抑制することができる。

【0011】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。

【図2】実施形態１に係るステータの斜視図である。

【図3】実施形態１においてステータコアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。

【図4】実施形態１において用いられる導体セグメントの断面図である。

【図5】実施形態１に係るロータ及びステータの１磁極分の部分平面図である。

【図6】実施形態１に係るステータ巻線の結線図である。

【図7】実施形態１の回転電機においてステータ巻線に流される電流の波形を示す説明図である。

【図8】実施形態１の回転電機においてｄ軸磁路及びｑ軸磁路の磁束の流れを示す説明図である。

【図9】実施形態１の回転電機においてステータ巻線に特定高調波波形電流が流されたときのステータ磁束を示す説明図である。

【図10】実施形態１の回転電機においてステータ巻線がΔ結線された状態で作動した場合とスター・デルタ結線された状態で作動した場合の回転数とトルクの関係を示すグラフである。

【図11】実施形態２に係るステータの１磁極分の部分平面図である。

【図12】実施形態３に係るステータの１磁極分の部分平面図である。

【図13】実施形態３に係るステータ巻線の第一巻線を構成する積層導体線の断面図である。

【図14】変形例１に係るステータ巻線の結線図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

【0014】

〔実施形態１〕
本実施形態に係る回転電機１は、車両用電動機（モータ）として使用されるものである。この回転電機１は、図１に示すように、ハウジング１０と、ハウジング１０に回転可能に支持された回転軸１３と、埋設された複数の永久磁石２３により周方向に極性が交互に異なる磁極が形成され界磁として働くロータ２０と、ステータコア３１及びステータ巻線４０を有し電機子として働くステータ３０と、を備えている。

【0015】

ハウジング１０は、有底筒状の一対のハウジング半部材１０ａ，１０ｂにより、両端が閉口した概ね円筒状に形成されている。一対のハウジング半部材１０ａ，１０ｂは、開口部同士が対向する状態でボルト１１により締結されることで一体化されている。回転軸１３は、ハウジング１０の軸方向両側の壁部に、一対の軸受け１２，１２を介して回転可能に支持されている。

【0016】

ロータ２０は、ハウジング１０に回転可能に支持された回転軸１３の軸方向中央部外周に、回転軸１３と一体回転可能に嵌合固定されている。このロータ２０は、図５（一部を示す部分平面図）に示すように、周方向に配列された複数の磁石収容孔２２、第１フラックスバリア２５及び第２フラックスバリア２６等を有するロータコア２１と、各磁石収容孔２２にそれぞれ埋設された複数の永久磁石２３と、を備えている。

【0017】

ロータコア２１は、中央に貫通孔２１ａを有する円環状の鋼板を軸方向に複数積層して厚肉円筒状に形成されており、回転軸１３の外周に貫通孔２１ａが嵌合固定されている。このロータコア２１の外周部には、軸方向に貫通する複数対（実施形態１では８対）の磁石収容孔２２が周方向に所定距離を隔てて設けられている。磁石収容孔２２は、２個で対をなし外周側に向かうにつれて互いに離間するようにＶ字状に配置された複数対のもので構成されている。一対の磁石収容孔２２，２２の間には、径方向に延びる中央ブリッジ２４が設けられている。

【0018】

各磁石収容孔２２には、ロータ２０の回転軸線Ｏと直角方向の断面形状が長方形の永久磁石２３が１個ずつ収容されている。実施形態１の場合、Ｖ字状に配置された一対の磁石収容孔２２，２２に収容された一対の永久磁石２３，２３により１つの磁極が形成されている。この場合、８対の永久磁石２３，２３によって、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（実施形態１では８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されている。なお、ロータ２０の１つの磁極において、一対の磁石収容孔２２，２２及び一対の永久磁石２３，２３は、ロータ２０の回転軸線Ｏと磁極中心とを通る磁極中心線Ｃ１に対して線対称となる状態（外周側が開くＶ字状態）に配置されている。

【0019】

ロータコア２１の周方向に隣接し極性が異なる２つの磁極の間には、或る１つの磁極間から他の磁極間へ磁束が流れる部位となるｑ軸コア部２７が形成されている。そして、各磁石収容孔２２に収容された永久磁石２３と周方向に対向するｑ軸コア部２７との間には、磁気的空隙部としての第１フラックスバリア２５がそれぞれ磁石収容孔２２と連続して一体に設けられている。

【0020】

また、対をなす磁石収容孔２２，２２のそれぞれの磁極中心側には、それぞれの磁石収容孔２２の磁極中心側端部から回転軸線Ｏ側に広がる対をなす第２フラックスバリア２６，２６が設けられている。対をなす第２フラックスバリア２６，２６の間には、対をなす磁石収容孔２２，２２の間に形成された中央ブリッジ２４が回転軸線Ｏに向かって延長するように形成されている。

【0021】

ステータ３０は、図２に示すように、ロータ２０の外周側に径方向に対向して配置された円環状のステータコア３１と、ステータコア３１に巻装された複数相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータ巻線４０とを備えている。このステータ３０は、ステータコア３１の内周面がロータ２０の外周面と所定のエアギャップを介して径方向に対向するようにして、ハウジング１０の内周に固定されている。この場合、ステータコア３１が、一対のハウジング半部材１０ａ，１０ｂによって軸方向に挟持固定されている（図１参照）。

【0022】

ステータコア３１は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して円環状に形成されている。このステータコア３１は、外周側に位置する円環状のバックコア部３２と、バックコア部３２から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース３３とを有する。隣り合うティース３３の周方向に対向する側面同士の間には、ステータコア３１の内周面に開口し径方向に延びるスロット３４が形成されている。

【0023】

スロット３４は、ロータ２０の磁極数（８磁極）に対し、ステータ巻線４０の一相あたり２個の割合で形成されており、スロット倍数が２とされている。本実施形態の場合、スロット３４の数（スロット数Ｓｎ）は、スロット倍数Ｓ（Ｓは正の整数）を２とし、ロータ２０の磁極数Ｍｎ（Ｍｎは正の整数）を８極とし、相数ｐ（ｐは正の整数）を３相とすると、Ｓｎ＝Ｓ×Ｍｎ×ｐ＝２×８×３＝４８になる。

【0024】

ステータコア３１のスロット３４に巻装されたステータ巻線４０は、接合端部同士が互いに接合された複数のＵ字形状の導体セグメント５０（図３参照）により構成されている。導体セグメント５０は、図４に示すように、例えば銅やアルミ等の導電性材料よりなる矩形断面の導体５６と、内層５７ａ及び外層５７ｂからなり導体５６の外周面を覆う２層構造の絶縁皮膜５７とからなる角線をＵ字形状に折り曲げて形成されている。

【0025】

Ｕ字形状に形成された導体セグメント５０は、図３に示すように、互いに平行な一対の直線部５１、５１と、一対の直線部５１、５１の一端を互いに連結するターン部５２とからなる。ターン部５２の中央部には、ステータコア３１の軸方向端面３１ａに沿って端面３１ａと平行に延びる頭頂部５３が設けられており、頭頂部５３の両側には、ステータコア３１の端面３１ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部５４が設けられている。なお、符号３９は、ステータコア３１とステータ巻線４０との間を電気絶縁するインシュレータである。

【0026】

図３には、同一相の隣接する２個のスロット３４Ａ、３４Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂが示されている。この場合、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、それらの一対の直線部５１、５１が、同一のスロット３４ではなく、隣接した２個のスロット３４Ａ、３４Ｂに別々に軸方向一端側から挿入される。即ち、図３の右側にある２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂにおいて、一方の導体セグメント５０Ａは、一方の直線部５１が一つのスロット３４Ａの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１がステータコア３１の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他の図示しないスロットの第５層に挿入される。

【0027】

そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１がスロット３４Ａと隣接したスロット３４Ｂの最外層（第６層）に挿入され、他方の直線部５１がステータコア３１の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他の図示しないスロットの第５層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット３４に対して、２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂが２層ずつ順番に挿入配置されることにより、４以上の偶数本の導体セグメント５０の直線部５１が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット３４内に、直線部５１（第一巻線４１、第二巻線４２）が径方向１列に６本ずつ収容されている（図５参照）。

【0028】

スロット３４から軸方向他端側へ延出した一対の直線部５１、５１の開放端部は、ステータコア３１の端面３１ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、概ね半磁極ピッチ分の長さの斜行部５５（図２参照）が形成されている。そして、ステータコア３１の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の斜行部５５の端末部同士が溶接等で接合されることにより、所定のパターンで電気的に接続される。即ち、所定の導体セグメント５０同士が接続されることにより、ステータコア３１のスロット３４に沿って周方向に渦巻き状に波巻きで巻回された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相巻線を有するステータ巻線４０が形成される。

【0029】

なお、ステータ巻線４０の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０により、ステータコア３１の周りを６周する巻線（コイル）が形成される。しかし、ステータ巻線４０の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目、・・・、５周目と６周目をそれぞれ接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント５０とは異なる異形セグメントで構成される。これら異形セグメントを用いて、ステータ巻線４０の各相巻線が所定の状態に結線される。

【0030】

実施形態１のステータ巻線４０は、図６に示すように、デルタ結線された高速出力用の複数（３本）の第一巻線４１と、第一巻線４１同士を接続する各接続点４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗと各相端子４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗとの間に接続可能に配置された低速出力用の複数（３本）の第二巻線４２と、各接続点４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗと各相端子４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗとの接続を直接接続する状態と第二巻線４２を介して接続する状態のどちらかに切り替える切り替え部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗと、を有する。

【0031】

切り替え部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗは、図示しないコントローラによってオンオフ制御されるそれぞれ２個のスイッチにより構成されており、それぞれ２個のスイッチは、互いに反転動作をし、同時にオンすることがないように設定されている。この切り替え部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗによって、各接続点４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗと各相端子４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗとを直接接続する状態に切り替えられたときには、ステータ巻線４０は高速出力用のデルタ結線（Δ結線）となる。また、切り替え部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗによって、各接続点４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗと各相端子４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗとの接続を第二巻線４２を介して接続する状態に切り替えられたときには、ステータ巻線４０は低速出力用のスター・デルタ結線（Ｙ－Δ結線）となる。

【0032】

なお、ステータ巻線４０が切り替え部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗによって低速出力用のＹ－Δ結線に切り替えられた状態で通電すると、Δ結線された第一巻線４１に流れる電流は、第二巻線４２に流れる電流よりも少ないため、第一巻線４１の銅損による発熱も少ない。即ち、銅損は、負荷電流の２乗に比例することから、第一巻線４１の発熱量は、第二巻線４２の発熱量の１／３程度となる。

【0033】

この場合、発熱量の少ない第一巻線４１は、ステータコア３１のロータ対向面側（内周面側）に設置され、第一巻線４１の約３倍の発熱量となる第二巻線４２は、ステータコア３１の反ロータ対向面側（外周面側）に設置されている。具体的には、図５に示すように、各スロット３４に径方向１列に６本ずつ収容されたステータ巻線４０を構成する導体線のうち、第一巻線４１は、ロータ対向面側（内周面側）の２本の導体線であり、第二巻線４２は、反ロータ対向面側（外周面側）の４本の導体線である。即ち、第一巻線４１を構成する導体線は、各スロット３４に２ｍ本（実施形態１ではｍ＝１で２本）ずつ収容されている。これにより、発熱量の多い第二巻線４２が、ステータコア３１の熱容量の大きいバックコア部３２側に寄せられていることから、ステータ巻線４０の熱引きが良く冷め易くなるため、熱特性の向上が図られている。

【0034】

このステータ巻線４０には、駆動回路６０から３相交流電圧が印加される。この駆動回路６０は、ロータ２０の回転位置を検出する図示しない位置センサや図示しないコントローラから出力された信号に基づいて、ステータ巻線４０から所望の回転磁界が発生するように、３相の相巻線に電圧を印加する。実施形態１では、駆動回路６０として３相交流電圧を発生する周知のインバータが採用されている。

【0035】

なお、実施形態１の場合、Δ結線された第一巻線４１には、図７に示すように、基本制御波形である１次波形（破線）に、３次及び３＋６ｎ次（ｎは１以上の自然数）のうちの１つ又は２以上が合成された高調波波形（実線）であって、１次波形が正の値をとる時の電流の総和が正であり、１次波形が負の値をとる時の電流の総和が負である高調波波形（以下、単に「特定高調波波形」という。）が重畳した波形（一点鎖線）の電流が流れる。実施形態１では、特定高調波波形として、３次と９次（ｎ＝１）が合成された高調波波形が採用されている。Δ結線された高速出力用の第一巻線４１を、元々高い磁石磁束Ψが存在するステータコア３１のロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψを多く出力させることができるので、低トルク領域での高効率化を図ることが可能となる。

【0036】

以下、３次及び３＋６ｎ次の高調波を利用した磁石磁束Ψの増加について説明する。図８には、ロータ２０とステータ３０間において、ｄ軸を流れる磁束のｄ軸磁路が実線で示され、ｑ軸を流れる磁束のｑ軸磁路が破線で示されている。また、ステータ３０に記載された実線矢印は、ステータ巻線４０に１次波形電流が流れたときにステータ３０に発生するステータ磁束を示し、実線矢印の長さが長いものほど磁束の強さが強いことを表す。

【0037】

図９には、ステータ巻線４０に上記の特定高調波波形電流を流したきにステータ３０に発生するステータ磁束が実線矢印で示されている。この場合、周方向に２スロットずつ配置されている各相巻線の周方向両側で互いに径方向逆方向に流れるステータ磁束が発生する。

【0038】

また、１次波形電流によりｑ軸上に発生するステータ磁束と、特定高調波波形電流によりｑ軸上に発生するステータ磁束が、互いに径方向逆方向を向き、ｑ軸上で互いに打ち消し合うことによって、ｄ軸磁路上の磁気抵抗が低下し、ｄ軸磁路上での磁束が通り易くなる。よって、特定高調波波形を１次波形に重畳させた波形の電流をステータ巻線４０に流すことで、磁石磁束Ψをより多く出力させることができる。

【0039】

以上のように構成された実施形態１の回転電機１によれば、ステータ巻線４０のうち、Δ結線されて発熱量の小さい第一巻線４１が、ステータコア３１のロータ対向面側（内周側）に設置され、発熱量の大きい第二巻線４２が、ステータコアの反ロータ対向面側（外周側）に設置されている。そのため、ステータ巻線４０は、発熱量の大きい第二巻線４２が、ステータコア３１の熱容量の大きいバックコア部３２側に寄せられていることから、熱引き良く冷め易くなるので、熱特性に優れたものとなる。また、発熱量の小さい第一巻線４１が、ステータコア３１のロータ対向面側に設置されていることから、永久磁石２３への熱の影響が少なくなるため、永久磁石２３の減磁を抑制することができる。

【0040】

また、ステータ巻線４０のΔ結線された第一巻線４１には、基本制御波形である１次波形に、上記の特定高調波波形が重畳した波形の電流が流れる。この特定高調波の電流の作用により、磁石磁束Ψが上昇する。また、Δ結線された高速出力用の第一巻線４１を、元々高い磁石磁束Ψが存在するステータコア３１のロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψを多く出力させることができるので、図１０に示すように、低トルク領域での高効率化を図ることができる。さらに、低速出力用の第二巻線４２をステータコア３１の反ロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψの増加を抑制し、インダクタンスを増加させることができる。よって、ステータ巻線４０がスター・デルタ結線された状態で作動した場合には、図１０に示すように、低速領域での最大出力の上昇を実現できる。

【0041】

また、実施形態１では、ステータ巻線４０は、スロット３４に軸方向に挿入され且つステータコア３１の軸方向端面から外部に延出した開放端部の所定の端末同士が互いに接合されている複数の導体セグメント５０により構成されている。そのため、ステータ巻線４０をステータコア３１に巻装する際に、ステータコア３１のロータ対向面側に設置される第一巻線４１と、ステータコア３１の反ロータ対向面側に設置される第二巻線４２を、明瞭に区分して巻装することができる。これにより、導体セグメント５０の端末同士を接合する作業を容易に行うことができる。さらに、第一巻線４１を構成する導体線と第二巻線４２を構成する導体線の種類や太さの変更も容易になるので、それぞれに必要な特性に合わせた選択が可能となる。

【0042】

また、実施形態１では、スロット３４には、ステータ巻線４０を構成する矩形断面の導体線が径方向１列に偶数本ずつ収容されており、第一巻線４１を構成する導体線は、スロット３４に２ｍ本（実施形態１ではｍ＝１で２本）ずつ収容されている。これにより、ステータコア３１のロータ対向面側に設置される第一巻線４１と、ステータコア３１の反ロータ対向面側に設置される第二巻線４２との区分を明瞭にすることができる。

【0043】

〔実施形態２〕
実施形態２の回転電機は、ステータ巻線４０の第一巻線４１を構成する導体線は、第二巻線４２を構成する導体線よりも断面積が小さくされている点で、実施形態１のものと異なり、その他の構成は同じである。よって、実施形態１と共通する要素については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について図１１を参照して説明する。

【0044】

実施形態２では、実施形態１と同様に、ステータコア３１の各スロット３４内に、ステータ巻線４０を構成する矩形断面の導体線（第一巻線４１、第二巻線４２）が径方向１列に６本（偶数本）ずつ収容されている。そして、各スロット３４内において、Δ結線された発熱量の少ない第一巻線４１は、ステータコア３１のロータ対向面側（内周面側）に２本ずつ収容され、第一巻線４１の約３倍の発熱量となる第二巻線４２は、ステータコア３１の反ロータ対向面側（外周面側）に４本ずつ収容されている。

【0045】

但し、実施形態２の場合、第一巻線４１の導体線は、第二巻線４２の導体線よりも断面積が１／２程度に小さくされている。即ち、第一巻線４１の導体線は、周方向幅が第二巻線４２の導体線の周方向幅と同じであるが、径方向幅が第二巻線４２の導体線の径方向幅の１／２程度に小さくされて、扁平状に形成されている。

【0046】

以上のように構成された実施形態２の回転電機によれば、ステータ巻線４０のうち、Δ結線されて発熱量の小さい第一巻線４１が、ステータコア３１のロータ対向面側（内周側）に設置され、発熱量の大きい第二巻線４２が、ステータコアの反ロータ対向面側（外周側）に設置されている。そのため、ステータ巻線４０の熱特性に優れ、低トルク域での高効率化を図り得るなど、実施形態１と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0047】

また、実施形態２では、ステータ巻線４０の第一巻線４１を構成する導体線は、第二巻線４２を構成する導体線よりも断面積が小さくされているため、第一巻線４１の導体線に発生する渦電流損を低減することができる。第一巻線４１が設置されているステータコア３１のロータ対向面側（内周面側）は、ロータ２０の永久磁石２３に近いため、磁石磁束Ψが大きくなると同時に漏れ磁束も大きくなる。そのため、実施形態２のように、第一巻線４１の導体線の断面積を小さくすることで渦電流損を低減することができるので、さらに低トルク域での高効率化を図ることができる。

【0048】

なお、実施形態２では、第一巻線４１の導体線は、扁平状に形成されて第二巻線４２の導体線よりも断面積が小さくされていたが、これに代えて、第一巻線４１を並列接続された複数の並列巻線で構成し、各並列巻線の断面積を第二巻線４２の導体線の断面積よりも小さくするようにしてもよい。

【0049】

〔実施形態３〕
実施形態３の回転電機は、ステータ巻線４０の第一巻線４１を構成する導体線として積層導体線５８が採用されている点で、実施形態２のものと異なり、その他の構成は同じである。よって、実施形態２と共通する要素については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について図１２及び図１３を参照して説明する。

【0050】

実施形態３の第一巻線４１を構成する積層導体線５８は、導電性材料よりなる平板状の導体５８ａと、導体５８ａの外周面を覆う第１絶縁皮膜５８ｂとからなる２本の平角線が絶縁された状態で積層されてなり、さらに２本の平角線の外周面を覆う第２絶縁皮膜５８ｃを有する。この積層導体線５８は、延伸方向両端で積層された導体５８ａ，５８ａ同士が接合されている。この場合、導体５８ａの断面積は、第二巻線４２を構成する導体線の導体５６の断面積の１／２程度に小さくされている。よって、１本の積層導体線５８を構成する２本の導体５８ａの総断面積は、第二巻線４２の１本の導体線を構成する導体５６の断面積と概ね同じである。

【0051】

以上のように構成された実施形態３の回転電機によれば、実施形態１と同様の作用及び効果を得ることができるのに加え、実施形態２と同様に、第一巻線４１の積層導体線５８に発生する渦電流損を低減することができるので、さらに低トルク域での高効率化を実現することができる。なお、実施形態３の場合には、１本の積層導体線５８の導体５８ａの総断面積は、第二巻線４２の導体５６の断面積と概ね同じに維持される。

【0052】

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

【0053】

例えば、上記の実施形態では、ステータ巻線４０の切り替え部４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗは、図示しないコントローラによってオンオフ制御されるそれぞれ２個のスイッチにより構成されていたが、図１４に示す変形例１のように、上記のスイッチよりも安価なリレーを採用してもよい。この場合、各リレーは、図示しないコントローラによって制御され、各接続点４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗと各相端子４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗとの接続を、直接接続する状態と、第二巻線４２を介して接続する状態のどちらかに切り替える。
また、上記の実施形態３では、第一巻線４１だけに積層導体線５８を採用していたが、第二巻線４２にも積層導体線５８を採用してもよい。

【0054】

また、上記の実施形態では、回転電機としての車両用発電機（モータ）に本発明を適用した例を説明したが、車両等において電動機や発電機として単独の機能で使用される回転電機、あるいは両方の機能を選択的に使用し得る回転電機に対して、本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0055】

１…車両用電動機（回転電機）、 ２０…ロータ、 ３１…ステータコア、 ３４…スロット、 ４０…ステータ巻線、 ４１…第一巻線、 ４２…第二巻線、 ４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ…接続点、 ４４Ｕ，４４Ｖ，４４Ｗ…相端子、 ４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ…切り替え部、 ５０…導体セグメント、 ５８…積層導体線、 ５８ａ…導体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】