JP2003264952A

JP2003264952A - 冗長電機、及び、冗長機械装置

Info

Publication number: JP2003264952A
Application number: JP2002062526A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kobayashi; 真一小林; Tetsuo Hayama; 鉄夫葉山; Kazuhide Shinoda; 和英篠田; Katsuyuki Kawakami; 克之川上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】冗長性が活用されトルクリプルが少なく、且
つ、両電気系統の間の電気的独立性が高く磁気的絶縁性
が低い電気機械を実現する。【解決手段】固定子１は、円周方向磁路形成部分６と、
半径方向磁路形成部分７と、半径方向磁路形成部分７に
巻き付く巻線構造と、電気絶縁シートとから形成されて
いる。その巻線構造は、外側巻線構造３と、内側巻線構
造４とから構成されている。冗長電機では、２つの巻線
間の物理的接触ができるだけ排除されることが重要であ
り、外側巻線構造３と半径方向磁路形成部分７との間
と、外側巻線構造３と半径方向磁路形成部分７との間と
の２つの間が、共に積極的に隔離されているので、一方
の間の絶縁性に万一の支障が発生した場合、他方の絶縁
性で保護される巻線構造が正常に動作する確率が増大し
て、冗長性が向上している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冗長電機、及び、
冗長機械装置に関し、特に、巻線構造が半径方向に多重
化される冗長電機、及び、冗長機械装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機又は発電機は、土木工事現場のよ
うな劣悪な環境で使用されることがある。劣悪な環境で
使用される電動機は、その故障の発生率が高い。そのよ
うな事態に対処するために、他の電動機が補助的に用意
されている。電動機を制御する制御機器には、インバー
タ、コンバータのようなトランジスタ回路が用いられ
る。そのようなトランジスタは、コンピュータのＣＰＵ
を構成する電子回路用トランジスタと異なって、大きい
パワー容量が要求されるパワートランジスタとして市場
に供給されているが、現在のパワートランジスタの容量
は十分に満足できる値に到達していない。電動機又は発
電機は、劣悪な環境には置かれていないが万一の故障が
許されない運転環境で使用されることがある。

【０００３】発電機と電動機とは、出力効率、発電効
率、用途対応、使用対応のような現実の利用環境に対応
するために仔細な相違点はあるが、原理的には、パワー
の入出力関係が逆になる電磁気学的対称性を有し、発明
の視点で見れば、両者に明確な区別は存在しないので、
以下、本明細書では、両者はともに、”電機”と言わ
れ、特に、”回転電機”と言われる。

【０００４】既述の要請に応える電機として、特表昭６
０−５００５５６号、特開平１０−４２５８９号、特開
平７−２６４８２２号に開示されるような冗長電機が知
られている。本明細書に添付される図６に示される冗長
電動機は、主としてトルクの相互補助のために用いられ
るいわゆる単一構造化ハイブリッド型電動機であり、２
ｃｈの巻線構造１０１，１０２が互いに円周方向に異な
る位置に配置されている。２電機系統の巻線構造が互い
に円周方向に異なる位置に配置される冗長電動機は、一
方の巻線構造を含む電気系不具合が発生した場合、特
に、焼損事故が発生して一方の電気系にトルクが発生し
ない場合には、機械角１回転の周期の中で、ユーザーの
要求に応えることができない程度に大きいトルク変動
（トルクリプル）が生じる。

【０００５】図７に見られる冗長電動機は、２電気系統
の巻線構造１０３，１０４とが半径方向に異なる位置に
配置され、図８に示されるように、２組の３相の巻線の
それぞれは、入力端子１０５と出力端子１０６との間で
９０度の回転角を持つて引きめぐらされて配線され、内
外の２組の巻線構造はそのトルクリプルを低減させるこ
とができるが、内外の巻線構造１０３，１０４が半径方
向に互いに近い距離に配置され、一方の焼損事故の発生
時に電磁誘導又は発熱により他方の巻線に影響を及ぼす
恐れがある。このため、どちらか一方を必ず使用可能状
態におく保証性が弱い。

【０００６】図９に見られる冗長電動機は、円周方向に
配置される多数のスロットに２組の３相巻線構造が円周
方向に異なる位置に配置されている。このような巻線構
造の電動機は、１スロットの中で隣り合う２組の巻線の
間の保護の処理が困難であり、更に、各巻線の渡り配線
の処理が困難である。

【０００７】このような冗長電動機は、図６〜９に示さ
れるように、固定子又は回転子の一方が共通化され、そ
の他方が冗長化され又は多重化され、２系統の電力が共
通出力軸に同時的に出力されるようにハイブリッド化さ
れ（多重化化され）、又は、一方のみが使用され、故障
のような特殊な場合に切り替えられた他方のみが使用さ
れるように冗長化されている。本明細書で、”冗長”
と”多重”は、特に限定されない限り、ともに、”冗
長”で表現される。

【０００８】このような多重性又は冗長性が活用され、
トルクリプルが少なく、且つ、両電気系統の間の独立性
が高いことが求められる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冗長
性が活用されトルクリプルが少なく、且つ、両電気系統
の信頼性が高い冗長電機を提供することにある。本発明
の他の課題は、そのような冗長電機を利用することによ
り産業上の有用性がある冗長機械装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。

【００１１】本発明による冗長電機は、固定子（２）
と、固定子（２）と同心に配置される回転子（５）とか
ら構成されている。固定子（２）は、磁路形成部分と、
巻線構造部分とから構成されている。その巻線構造部分
は、複数の外側巻線構造（３）と、外側巻線構造（３）
より半径方向内側に配置される複数の内側巻線構造
（４）とから形成されている。複数の外側巻線構造
（３）の間を接続する第１渡り配線（５１）は、複数の
内側巻線構造（４）の間を接続する第２渡り配線（５
２）よりも半径方向に外側に配置されている。

【００１２】外側巻線構造（３）と内側巻線構造（４）
とが半径方向に完全に分離され、且つ、第１渡り配線
（５１）と第２渡り配線（５２）とが内外領域に分離さ
れ、冗長電機機械部分の電気的分離性が向上していて、
冗長性の信頼度が大幅に向上し、且つ、渡り配線が簡素
化される。第１渡り配線（５１）は３相の外側３相渡り
配線として形成され、第２渡り配線（５２）は内側３相
渡り配線として形成される。外側３相渡り配線を固定子
（２）の外側に接続する第１リード線（４８）と内側３
相渡り配線を固定子（５）の外側に接続する第２リード
線（４９）とは、回転子の回転方向に９０度又は９０度
以上の角度で離隔している。その９０度以上は、１８０
度又は概ね１８０度であることが好ましい。第１渡り配
線（５１）と第２渡り配線（５２）とは、緊縛線（５
３）で緊縛される。

【００１３】磁路形成部分が円周方向磁路形成部分
（６）と、円周方向磁路形成部分（６）に結合し半径方
向に伸びる複数の半径方向磁路形成部分（７）と、半径
方向磁路形成部分（７）に巻き付く巻線構造とから構成
されている点は、公知の冗長電機に同じである。耐熱電
気絶縁シートが追加されることが、冗長性の信頼度を更
に向上させることができる点で重要である。その耐熱電
気絶縁シートは、外側巻線構造（３）と半径方向磁路形
成部分（７）の円周方向に対向する円周方向対向面（４
１）との間に介設される第１円周方向介在部位（４４）
と、内側巻線構造（４）と半径方向磁路形成部分（７）
の円周方向に対向する円周方向対向面（４１）との間に
介設される第２円周方向介在部位（４５）とから構成さ
れていて、鉄心（７）を介した電気的短絡が有効に防止
される。冗長電機では、２つの巻線間の電気的影響がで
きるだけ排除されることが重要である。外側巻線構造
（３）と半径方向磁路形成部分７との間と、外側巻線構
造３と半径方向磁路形成部分（７）との間との２つの間
が、共に積極的に絶縁され、一方の間の絶縁性に万一の
支障が発生した場合、他方の絶縁性で保護される巻線構
造が正常に動作する確率が増大して、冗長性の信頼度が
向上している。

【００１４】第１円周方向介在部位（４４）と第２円周
方向介在部位（４５）とはシートとして一体に結合して
いる。第１円周方向介在部位（４４）である絶縁シート
と第２円周方向介在部位（４５）である絶縁シートと
が、シートで形成されていて、その正常動作確率が更に
増大し、絶縁シートの組立が簡素化される。

【００１５】第１円周方向介在部位（４４）と第２円周
方向介在部位（４５）とは、複数の半径方向磁路形成部
分（７，７，・・・，７）のうちの１つ（７）に巻き付
くシートの部分である。この場合のシートは、環状に形
成され、１つの半径方向磁路形成部分（７）に完全に巻
き付いていて、その絶縁性がより優れている。

【００１６】第１円周方向介在部位（４４）と第２円周
方向介在部位（４５）とは、複数の半径方向磁路形成部
分（７，・・・，７）のうちの隣り合う２つの間に配置
され閉じられているシートの部分である。この場合のシ
ートは、環状に形成され、巻線構造の断面の周囲に巻き
付いていて、その絶縁性がより優れている。

【００１７】耐熱電気絶縁シートは、内側巻線構造
（４）と第２円周方向介在部位（４５）の円周方向に対
向する円周方向対向面との間に介設される第３円周方向
介在部位（４２）を更に含んでいる。第３円周方向介在
部位（４２）は、外側巻線構造（３）と内側巻線構造
（４）との間で半径方向磁路形成部分（７）を介する電
機絶縁関係を更に強化し、正常動作確率が更に増大し、
その冗長性が更に向上する。

【００１８】第３円周方向介在部位（４２）は、複数の
半径方向磁路形成部分（７，・・・，７）のうちの１つ
（７）に巻き付くシートの部分であり、更に冗長性の信
頼度を向上させる。

【００１９】第３円周方向介在部位（４２）は、複数の
半径方向磁路形成部分（７，・・・，７）のうちの隣り
合う２つの間に配置され閉じられているシートの部分で
あり、更に冗長性の信頼度を向上させる。

【００２０】内側巻線構造（４）と外側巻線構造（３）
との間には空気層（４７）が介設されている。空気層
（４７）は、更に冗長性の信頼度を向上させる。

【００２１】内側巻線構造（４）と外側巻線構造（３）
のうちの一方の動作中は、それらのうちの他方は休止中
である。絶縁シートは、一方が２倍のトルクを出力して
いる間の絶縁性を効果的に保証している。内側巻線構造
（３）と外側巻線構造（４）とは同時的に動作する運転
モードで運転され得る。総出力パワーがＰｚで表され、
内側巻線構造（４）の出力がＰｘで表され、外側巻線構
造（３）の出力がＰｙで表され、Ｐｘ＝Ｋｘ・Ｐｚ，Ｐ
ｙ＝Ｋｙ・Ｐｚで表されれば、Ｋｘ＋Ｋｙ＝１であり、
ＫｘとＫｙは設定定数である。設定定数は可変である。
絶縁性が向上していて、多様なモードの運転が自由に選
択され得る。

【００２２】本発明による冗長機械装置は、既述の冗長
電機を用いる冗長装置であり、外側巻線構造（３）を介
して回転子（５）に出力する第１出力を制御する第１制
御器（３６）と、内側巻線構造（４）を介して回転子
（５）に出力する第２出力を制御する第２制御器（３
６）とを具えている。２つの制御器によりハイブリッド
化される第１電気系統と第２電気系統の統一的出力制御
が容易に実現される。

【００２３】

【発明の実施の形態】図に対応して、本発明による冗長
電機は、固定子が二重巻線構造とともに設けられてい
る。その二重巻線構造１は、固定子２と第１巻線構造３
と第２巻線構造４とから構成されている。回転子５は、
固定子２の内側に回転自在に配置されている。回転子５
の外周面は、固定子２の内周面に近接している。

【００２４】固定子２は、円筒状に形成されている単一
の円周方向磁路形成部分６と、円周方向に等角度間隔で
配置される複数の半径方向磁路形成部分７とから形成さ
れている。半径方向磁路形成部分７は、円周方向磁路形
成部分６に一体に構造化されている。固定子２の単一の
内周面（又は内面）は、複数の円周方向磁路形成部分６
の複数の内側面により形成されている。１スロットは、
隣り合う２つの半径方向磁路形成部分７とその２つの半
径方向磁路形成部分７を円周方向に結合する円周方向磁
路形成部分６の一部分とにより形成されている。

【００２５】第１環状領域８に配置される第１巻線構造
３は、第１環状領域８より内側にある第２環状領域９に
配置される第２巻線構造４より外側に位置している。１
個の第１巻線部分１１と１個の第２巻線部分１２とは、
同一の共通の１個の半径方向磁路形成部分７（鉄心）に
巻き付いていて、同じ回転角度位置で位置対応してい
る。隣り合う２つの第１巻線部分１１の間には適正な隙
間が与えられ、その隙間は第１環状領域８の一部分に一
致している。隣り合う２つの第２巻線部分１２の間には
適正な隙間が与えられ、その隙間は第２環状領域９の一
部分に一致している。

【００２６】図２は、第１巻線構造３と第２巻線構造４
の磁気的結合性と電気的独立性を与える二重巻線分離構
造を示している。その二重巻線分離構造は、電気的絶縁
性があるため磁気的絶縁性がない電気的絶縁シートで構
成されている。その電気的絶縁シートは、第１絶縁シー
ト１３と第２絶縁シート１４とその他の絶縁シートを含
んでいる。

【００２７】半径方向磁路形成部分７の表面は、第１絶
縁シート１３で覆われている。第１絶縁シート１３は、
半径方向磁路形成部分７に多重に巻き付く薄い巻紙（合
成樹脂製）で形成されている。第１巻線部分１１は、第
１絶縁シート１３の外側表面（例示：近似円筒面）に直
接に接して巻き付いている。

【００２８】その二重巻線分離構造は、第２絶縁シート
１４を更に形成している。第２絶縁シート１４は、第１
絶縁シート１３に多重に巻き付く薄い巻紙（合成有機樹
脂）で形成されている。第２絶縁シート１４は、第１絶
縁シート１３の外側表面に直接に接して巻き付いてい
る。第２巻線部分１２と半径方向磁路形成部分７との間
には、第１絶縁シート１３と第２絶縁シート１４とが環
状に介在している。第２絶縁シート１４は、第１巻線部
分１１と半径方向磁路形成部分７との間には介在してい
ない。

【００２９】その二重巻線分離構造は、第３絶縁シート
１５を更に形成している。第３絶縁シート１５は、第１
巻線部分１１の半径方向内側面１６と円周方向側周面１
７とに直接に接して、第１巻線部分１１を内側から被覆
し、第１巻線部分１１と第２巻線部分１２との間に介在
している。第３絶縁シート１５の中央穴に第１絶縁シー
ト１３が密着的に通されている。第１絶縁シート１３と
半径方向内側面１６の円状接合部位１８には、電気絶縁
塗料が塗布されることが好ましい。

【００３０】その二重巻線分離構造は、第４絶縁シート
１９を更に形成している。第４絶縁シート１９は、第２
巻線部分１２の半径方向外側面２１と円周方向側周面２
２とに直接に接して、第２巻線部分１２を外側から被覆
し、第２巻線部分１２と第１巻線部分１１との間に介在
している。円状接合部位１８の中央穴に第２絶縁シート
１４が密着的に通されている。第２絶縁シート１４と第
４絶縁シート１９の円状接合部位２３には、電気絶縁塗
料が塗布されることが好ましい。

【００３１】第３絶縁シート１５と第４絶縁シート１９
との間には、空間２４が介在していることが好ましく、
その空間に電気絶縁性物質は介在しないことが好まし
い。第１絶縁シート１３と第２絶縁シート１４と第３絶
縁シート１５と第４絶縁シート１９とは、電気絶縁性の
他に耐熱性を有している。

【００３２】複数の第１巻線部分１１は、図２に示され
るように、１つのスロットで、３相のうちの１相の磁気
力生成成分（有効磁束）２５をそれぞれに生成してい
る。磁気力生成成分２５は、半径方向磁路形成部分７を
貫通している。複数の第２巻線部分１２は、同じ１つの
スロットで、３相のうちの１相の磁気力生成成分（有効
磁束）２６をそれぞれに生成している。磁気力生成成分
２６は、半径方向磁路形成部分７を貫通している。同じ
スロットに属する第１巻線部分１１と第２巻線部分１２
とは、磁気力生成成分２５と磁気力生成成分２６とを足
し加えた値に概ね等しい値の磁気力生成成分２７を生成
している。磁気力生成成分２７と回転子５の側の永久磁
石の磁気力生成成分とは、互いに相互作用して、回転方
向磁気力成分を生成する。

【００３３】磁気力生成成分２７の大きさＺは、その最
大値が設計定数として規定されて可変であり、又は、そ
の値が定格運転時に最大なる設計定数である。磁気力生
成成分２５の大きさがＸで表され、磁気力生成成分２６
の大きさがＹで表され、次の関係が設定される。Ｚ＝Ｘ＋Ｙ

【００３４】配分率がＫｘとＫｙで表され、Ｚ＝Ｋｘ・Ｚ＋Ｋｙ・Ｚ＝（Ｋｘ＋Ｋｙ）Ｚ従って、Ｋｘ＋Ｋｙ＝１の関係が設定される。運転モー
ドは、下記のように３通りがある。

【００３５】常態的多重運転モード：Ｋｘ＋ｋｙ＝１で
ある関係が定格運転時に保持され、定常状態では出力１
００％の運転が行われる。第１巻線構造３を含む第１電
気系統と第２巻線構造４を含む第２電気系統は、全出力
のうち自己負担分を出力し、その負担が軽く、その電気
系統は長寿命化する。その分担比率ＫｘとＫｙが適正に
採択され、全電気系統は最長寿命化する。分担比率Ｋｘ
とＫｙの適正な比は、概ね１である。

【００３６】非常態的多重運転モード：出力可変時に
は、第１巻線構造３に対応するトルクがＰｘで表され、
第２巻線構造４に対応するトルクがＰｙで表される。出
力ＰｚがＰｘより小さい場合には、第１巻線構造３が動
作モードに設定され、第２巻線構造４が休止モードに設
定される。又は、出力ＰｚがＰｙより小さい場合には、
第２巻線構造４が動作モードに設定され、第１巻線構造
３が休止モードに設定される。出力ＰｚがＰｘより大き
い場合には、初めに第１巻線構造３が動作モードに設定
され、次に、第２巻線構造４が動作モードに設定され
る。出力ＰｚがＰｙより大きい場合には、初めに第２巻
線構造４が動作モードに設定され、次に、第１巻線構造
３が動作モードに設定される。

【００３７】非多重運転モード（冗長運転モード）：第
１巻線構造３と第２巻線構造４のうちのいずれか一方が
動作モードに設定され、他方が休止モードに設定され
る。非多重運転モードは、第１巻線構造３を含む電気系
統の故障、又は、第２巻線構造４を含む電気系統の故障
に瞬時的に対処することができる。既述の常態的多重運
転モードは、冗長運転モードを兼ねることができる。

【００３８】図３は、本発明による冗長電機のトルク制
御回路を示している。トルク指令３１とトルク推定値３
２は、減算器３３を介して偏差計算器３４に入力する。
トルク指令３１とトルク推定値３２との偏差３５は、偏
差計算器３４で計算される。偏差３５は、トルク指令３
１とともに、トルク出力分配器３６に入力する。トルク
出力分配器３６として、トルク出力分配インバータが好
適に例示される。時系列のトルク指令３１のうち最新指
令値又は最近指令値はＰｚで表され、偏差はΔＰで表さ
れる。トルク出力分配器３６は、既述の配分比率Ｋｘ，
Ｋｙで指令値Ｐｚを分配する際に、下記計算を実行す
る。第１指令値Ｐｘ＝Ｋｘ・（Ｐｚ＋ΔＰ）第２指令値Ｐｘ＝Ｋｙ・（Ｐｙ＋ΔＰ）

【００３９】トルク出力分配器３６は、第１指令値Ｐｘ
に基づいて第１トルクＷｘを第１巻線構造３に対して出
力する。トルク出力分配器３６は、第２指令値Ｐｙに基
づいて第２トルクＷｙを第２巻線構造４に対して出力す
る。第１巻線構造３の両端電圧が一定であり、第２巻線
構造４の両端電圧が一定であり、且つ、両方の両端電圧
が同じであれば、第１トルクＷｘと第２トルクＷｙのそ
れぞれの同じ大きさの電流パルスの数の合計数は、Ｋ
ｘ：Ｋｙに設定される。トルク出力分配器３６は、並列
に接続される２つのインバータで構成され得る。

【００４０】トルクの検出は、メカ的なトルクセンサに
限られず、第１巻線構造３と第２巻線構造４に流れる電
流の値から計算により推定され得る。

【００４１】第１巻線構造３又は第２巻線構造４に周囲
環境から加えられる振動による第１巻線構造３の断線、
巻線の絶縁皮膜の損傷のような焼損、偏差計算器３４又
はトルク出力分配器３６の故障による過電流の生成によ
る第１巻線構造３又は第２巻線構造４の焼損のような万
一の事故の発生は、第１絶縁シート１３と第２絶縁シー
ト１４と第３絶縁シート１５と第４絶縁シート１９とが
なければ、半径方向磁路形成部分７と第２絶縁シート１
４と第１巻線構造３と第２巻線構造４との間の電気的短
絡を惹起する恐れがある。このような恐れは、第１絶縁
シート１３の存在により弱まり、第１絶縁シート１３と
第２絶縁シート１４との存在により更に弱まり、第１絶
縁シート１３と第２絶縁シート１４と第３絶縁シート１
５の存在により更により弱まり、第１絶縁シート１３と
第２絶縁シート１４と第３絶縁シート１５と第４絶縁シ
ート１９の存在により更により弱まる。このような恐れ
の低減は、磁気力生成成分２７を高安定に確保すること
により、第１巻線構造３に基づく出力トルクと第２巻線
構造４に基づく出力トルクとが合算された合算出力トル
クの出力の安定性を効果的に確保することができる。

【００４２】このような絶縁効果の発現は、具体的には
下記の運転態様に分類される。（１）第１巻線構造３を含む電気系統又は第２巻線構造
４を含む電気系統のいずれかの一方のみがフルパワーを
出力していてその一方のみに何らかの不具合が生じた場
合、その一方の電気力（例示：漏電力）が半径方向磁路
形成部分７を介して他方の第２巻線構造４に与える影響
を抑制することができる。その一方が第２巻線構造４で
ある場合、第２巻線構造４の電気力が第２絶縁シート１
４と第１絶縁シート１３との２層を介して半径方向磁路
形成部分７に伝達されることがそれらの層により有効に
抑制され、且つ、第２巻線構造４の電気力が第４絶縁シ
ート１９と空気層と第３絶縁シート１５との３層を介し
て半径方向磁路形成部分７に伝達されることがそれらの
層により有効に抑制される。その一方が第１巻線構造３
である場合、第１巻線構造３の電気力が第２絶縁シート
１４と第１絶縁シート１３との２層を介して半径方向磁
路形成部分７に伝達されることがそれらの層により有効
に抑制され、且つ、第１巻線構造３の電気力が第４絶縁
シート１９と空気層と第３絶縁シート１５との３層を介
して半径方向磁路形成部分７に伝達されることがそれら
の層により有効に抑制される。既述の冗長運転モード
（非多重運転モード）で有効である。

【００４３】（２）第１巻線構造３と第２巻線構造４と
の合算出力が定格最大トルクを出力していて、それらの
うちのいずれかの一方のみに不具合が生じた場合、第１
巻線構造３と第２巻線構造４との間の既述の（１）の絶
縁効果により、他方のみによる運転をより確実に継続す
ることができる。この場合、その他方は、２倍のトルク
で運転される。

【００４４】図４は、本発明による冗長電機の実施の他
の形態を示す。実施の本形態は、図６に示される公知の
冗長電動機に対して本発明による改良が加えられてい
る。隣り合う２つの半径方向磁路形成部分７には同位相
（例示：ｕ相、ｖ相、ｗ相のうちの１相）の磁気生成線
が巻かれている。隣り合う他の２つの半径方向磁路形成
部分７には異位相（例示：ｕ相、ｖ相、ｗ相のうちの２
相）の磁気生成線が巻かれている。

【００４５】図４に示される二重巻線構造は、図１に示
される二重巻線構造に共通する巻線構造を持ち、第１巻
線構造３と第２巻線構造４の磁気的結合性と電気的独立
性を与える二重巻線分離構造を示している。その二重巻
線分離構造は、電気的絶縁性があるため磁気的絶縁性が
ない電気的絶縁シートで構成されている。その電気的絶
縁シートは、第１絶縁シート１３’と第２絶縁シート１
４’とを含んでいる。第１絶縁シート１３’と第２絶縁
シート１４’は、ともに、隣り合う半径方向磁路形成部
分７の間で閉じた帯状の絶縁シートである。第２絶縁シ
ート１４’は、第１絶縁シート１３’の内側に配置され
ている。第２巻線構造４が第１巻線構造３に対して半径
方向内側（半径方向中心側）に位置している点は、実施
の既述の形態に同じである。

【００４６】第２絶縁シート１４’は、隣り合う２つの
半径方向磁路形成部分７が円周方向に対向する２つの半
径方向磁路形成部分７の円周方向対向面４１と第２巻線
部分１２’の周面部分（円周方向対向面４１に対向する
面）との間に円周方向に介在する円周方向介在部位４２
と、第１巻線部分１１’と第２巻線部分１２’との間で
半径方向に介在する半径方向介在部位４３を有してい
る。円周方向介在部位４２と半径方向介在部位４３と
は、閉じた帯状絶縁シートを形成している。第１絶縁シ
ート１３’は、円周方向対向面４１と第１巻線部分１
１’の周面部分（円周方向対向面４１に対向する面）と
の間に円周方向に介在する第１円周方向介在部位４４
と、円周方向対向面４１と第２巻線部分１２’の周面部
分（円周方向対向面４１に対向する面）との間に円周方
向に介在する第２円周方向介在部位４５と、円周方向磁
路形成部分６の内周面と第１絶縁シート１３’の周面部
分との間で半径方向に介在する半径方向介在部位４６と
を有している。第１円周方向介在部位４４と第２円周方
向介在部位４５と半径方向介在部位４６とは、閉じた帯
状絶縁シートを形成している。

【００４７】実施の既述の２つの形態は、下記する点で
共通した絶縁性能を有している。（１）半径方向磁路形成部分７と第１巻線構造３との間
に第１円周方向介在部位４４と第２円周方向介在部位４
５が円周方向に介在している点（２）第２巻線部分１２’と第２円周方向介在部位４５
との間に円周方向介在部位４２が円周方向に介在してい
る点（３）第１巻線部分１１’と第２巻線部分１２’との間
に半径方向介在部位４３が半径方向に介在している点（４）第１巻線部分１１’と第２巻線部分１２’との間
に半径方向介在部位４３と空気層４７とが介在している
点

【００４８】図５は、第１巻線構造３の３相ｕ，ｖ，ｗ
のそれぞれの一連の連続線の渡り配線構造を示してい
る。第１巻線構造３に対応する３相ｕ，ｖ，ｗ線４８の
うち複数の第１巻線部分１１又は複数の第１巻線部分１
１’の間を電気的に接続する渡り接続部分５１（図１に
示されている）は、第１巻線構造３の半径方向外側領域
で円周方向に渡される。第２巻線構造４に対応する３相
ｕ，ｖ，ｗ線４９のうち複数の第２巻線部分１２又は複
数の第２巻線部分１２’の間を電気的に接続する渡り接
続部分５２（図１に示されている）は、第２巻線構造４
の半径方向内側領域で円周方向に渡される。このような
渡り配線は、冗長巻線３，４又は多重巻線３，４の半径
方向内外配置の全体の巻線を容易化し、且つ、両渡り配
線が互いに半径方向に離隔していて両渡り配線の短絡を
有効に防止することができる。

【００４９】第１巻線部分１１又は第１巻線部分１１’
と外側渡り配線とから形成される第１巻線構造３と、第
２巻線部分１２又は第２巻線部分１２’と内側渡り配線
とから形成される第２巻線構造４とは、図４に示される
ように、多重線（複数線）として形成される締め付け線
（縛り線）５３により緊縛される。第１巻線構造３と第
２巻線構造４とは、概ね、１つのトーラス体を形成して
いる。緊縛線５３は、冗長巻線３，４又は多重巻線３，
４を一体化して二重巻線結合構造１の中で安定化させる
ことができる。

【００５０】渡り接続部分５１は、第１巻線部分１１よ
り完全に外側になければならないことはなく、第１巻線
構造３が属する第１環状領域８より外側で配置され、又
は、第１巻線構造３の円周方向中心線より外側寄りに配
置され得る。渡り接続部分５２は、第２巻線部分１２よ
り完全に内側になければならないことはなく、第２巻線
構造４が属する第２環状領域９より内側で配置され、又
は、第２巻線構造４の円周方向中心線より内側寄りに配
置され得る。

【００５１】渡り接続部分５１は、図５に示されるよう
に、３相の外側３相渡り配線として形成され、渡り接続
部分５２は図５に示されるように、内側３相渡り配線と
して形成される。外側３相渡り配線を固定子２の外側に
接続する第１リード線５４と内側３相渡り配線を固定子
の外側に接続する第２リード線５５とは、回転子５の回
転方向に９０度又は９０度以上の角度で離隔しているこ
とが好ましく、電気的影響度を小さくすることができる
点で、１８０度に離隔していることがより好ましい。

【００５２】本発明による冗長電機は、外側巻線構造を
介して回転子に出力する第１出力を制御する第１制御器
と、内側巻線構造を介して前記回転子に出力する第２出
力を制御する第２制御器とを持つ冗長機械装置として利
用されることによりその産業上の利用性がある。第１制
御器と第２制御器はトランジスタを有することが普通で
あり、本発明による冗長機械装置は、故障が絶対的に嫌
われる航空機の分野で用いられる。

【００５３】

【発明の効果】本発明による冗長電機及び冗長機械装置
は、冗長性の信頼度が向上する。特には、その制御状態
で冗長性の信頼度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による冗長電機の実施の形態を
示す正面断面図である。

【図２】図２は、図１の側面断面図である。

【図３】図３は、冗長制御器を示す回路ブロック図であ
る。

【図４】図４は、本発明による冗長電機の実施の他の形
態を示す断面図である。

【図５】図５は、渡り配線を示す正面断面図である。

【図６】図６は、公知の冗長電動機を示す正面図であ
る。

【図７】図７は、公知の他の冗長電動機を示す正面断面
図である。

【図８】図８は、図７の電動機の渡り配線を示す展開正
面図である。

【図９】図９は、公知の他の冗長電動機を示す正面断面
図である。

【符号の説明】

１…固定子３…外側巻線構造４…内側巻線構造５…回転子６…円周方向磁路形成部分７…半径方向磁路形成部分４１…円周方向対向面４２…第３円周方向介在部位４４…第１円周方向介在部位４５…第２円周方向介在部位４７…空気層４８…第１リード線４９…第２リード線５１…第１渡り配線５２…第２渡り配線５３…緊縛線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 3/34 Ｈ０２Ｋ 3/34 ＣＤ 16/04 16/04 (72)発明者小林真一愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者葉山鉄夫愛知県名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (72)発明者篠田和英愛知県名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (72)発明者川上克之長野県飯田市大休1879番地多摩川精機株式会社内Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AE07 5H603 AA10 BB01 BB07 BB12 CA01 CA05 CA10 CB02 CB04 CB17 CC11 CC17 CD02 CD21 CE02 5H604 AA10 BB01 BB08 BB14 CC01 CC05 CC16 DB17 DB26 PB03 PB04 PC03 QA03 QA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子と、前記固定子と同心に配置される回転子とを具え、前記固定子は、磁路形成部分と、巻線構造部分とを備え、前記巻線構造部分は、複数の外側巻線構造と、前記外側巻線構造より半径方向内側に配置される複数の
内側巻線構造とを具え、複数の前記外側巻線構造の間を接続する第１渡り配線
は、複数の前記内側巻線構造の間を接続する第２渡り配
線よりも半径方向に外側に配置されている冗長電機。
【請求項２】前記磁路形成部分は、円周方向磁路形成部分と、前記円周方向磁路形成部分に結合し半径方向に伸びる複
数の半径方向磁路形成部分とを備え、前記巻線構造部分は、前記半径方向磁路形成部分に巻き
付き、前記固定子は、耐熱電気絶縁シートとを更に備え、前記耐熱電気絶縁シートは、前記外側巻線構造と前記半径方向磁路形成部分の円周方
向に対向する円周方向対向面との間に介設される第１円
周方向介在部位と、前記内側巻線構造と前記半径方向磁路形成部分の円周方
向に対向する円周方向対向面との間に介設される第２円
周方向介在部位とを具える請求項１の冗長電機。
【請求項３】前記第１円周方向介在部位と前記第２円周
方向介在部位とはシートにより一体に結合している請求
項２の冗長電機。
【請求項４】前記第１円周方向介在部位と前記第２円周
方向介在部位とは、前記複数の半径方向磁路形成部分の
うちの１つに巻き付くシートの部分である請求項３の冗
長電機。
【請求項５】前記第１円周方向介在部位と前記第２円周
方向介在部位とは、前記複数の半径方向磁路形成部分の
うちの隣り合う２つの間に配置され閉じられている１つ
のシートの部分である請求項３の冗長電機。
【請求項６】前記耐熱電気絶縁シートは、前記内側巻線構造と前記第２円周方向介在部位の円周方
向に対向する円周方向対向面との間に介設される第３円
周方向介在部位を更に具える請求項２〜４から選択され
る１請求項の冗長電機。
【請求項７】前記第３円周方向介在部位は、前記複数の
半径方向磁路形成部分のうちの１つに巻き付くシートの
部分である請求項６の冗長電機。
【請求項８】前記第３円周方向介在部位は、前記複数の
半径方向磁路形成部分のうちの隣り合う２つの間に配置
され閉じられているシートの部分である請求項６の冗長
電機。
【請求項９】前記内側巻線構造と前記外側巻線構造との
間には空気層が介設されている請求項２〜８から選択さ
れる１請求項の冗長電機。
【請求項１０】前記内側巻線構造と前記外側巻線構造の
うちの一方の動作中は、それらのうちの他方は休止中で
ある請求項１〜９から選択される１請求項の冗長電機。
【請求項１１】前記内側巻線構造と前記外側巻線構造と
は同時的に動作する請求項１〜９から選択される１請求
項の冗長電機。
【請求項１２】総出力パワーがＰｚで表され、前記内側
巻線構造の出力がＰｘで表され、前記外側巻線構造の出
力がＰｙで表され、Ｐｘ＝Ｋｘ・Ｐｚ，Ｐｙ＝Ｋｙ・Ｐｚで表され、Ｋｘ＋Ｋｙ＝１であり、前記Ｋｘと前記Ｋｙ
は設定定数である請求項１〜１１から選択される１請求
項の冗長電機。
【請求項１３】前記設定定数は可変である請求項１２の
冗長電機。
【請求項１４】前記第１渡り配線は、前記内側巻線構造
よりも半径方向に外側に配置され、前記第２渡り配線は
前記外側巻線構造よりも半径方向に内側に配置されてい
る請求項１の冗長電機。
【請求項１５】前記第１渡り配線は、前記外側巻線構造
よりも外側寄りに配置され、前記第２渡り配線は前記内
側巻線構造よりも内側寄りに配置されている請求項１４
の冗長電機。
【請求項１６】前記第１渡り配線は３相の外側３相渡り
配線として形成され、前記第２渡り配線は内側３相渡り配線として形成され、前記外側３相渡り配線を前記固定子の外側に接続する第
１リード線と前記内側３相渡り配線を前記固定子の外側
に接続する第２リード線とは、前記回転子の回転方向に
９０度又は９０度以上の角度で離隔している請求項１４
又は１５の冗長電機。
【請求項１７】前記９０度以上は１８０度又は概ね１８
０度である請求項１６の冗長電機。
【請求項１８】前記内側巻線構造と前記第１リード線の
第１組は、前記外側巻線構造と前記第２リード線の第２
組とは互いに隔離されている請求項１６の冗長電機。
【請求項１９】前記第１組と前記第２組は耐熱絶縁シー
トで隔離されている請求項１８の冗長機械装置。
【請求項２０】請求項１〜１９から選択される１請求項
の冗長電機を用いる冗長装置であり、前記外側巻線構造を介して前記回転子に出力する第１出
力を制御する第１制御器と、前記内側巻線構造を介して前記回転子に出力する第２出
力を制御する第２制御器とを具える冗長機械装置。