JP2005006487A - 3相モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 各相の巻線コイル3、4、5における各単極コイル31、41、51の平均周長は、V相の平均周長がU相の平均周長よりも短く、W相の平均周長がV相の平均周長よりも短くなっている。U相の巻線コイル3に対してV相及びW相の巻線コイル4、5をそれぞれオフセットして挿入配設した第1方向C1とは反対側の第2方向C2に中性点6を形成している。V相の巻線コイル4の中性点側リード部42を、U相の巻線コイル3の中性点側リード部32よりも長く、W相の巻線コイル5の中性点側リード部52をV相の巻線コイル4の中性点側リード部42よりも長く形成している。
【選択図】 図2
Description
そして、各相の巻線コイルには、電線を複数回巻回してなる複数の単極コイルを渡り線を介して連ねてなるものを用い、各相の巻線コイルにおける各単極コイルを多数のスロットに分布させて挿入配設した分布巻タイプのステータが知られている。
しかしながら、3相モータにおいては、単純に、各相の巻線コイルにおける単極コイルの周長に差をつけてしまうと、各相の巻線コイルにおける導体抵抗に大きな差が生じてしまう。そのため、特許文献1の技術をそのまま3相モータに適用することはできない。
上記各相の巻線コイルは、それぞれ電線を複数回巻回してなる複数個の単極コイルと、該単極コイル同士を繋ぐための渡り線と、上記複数個の単極コイルのうちの両端に位置する単極コイルからそれぞれ上記電線を引き出してなる一対のリード部とを有しており、また、上記各単極コイルは、上記スロットに挿入配設される一対の挿入辺部と、該一対の挿入辺部を繋ぐ一対のコイルエンド部とからなり、
また、上記各相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長は、上記V相における平均周長が上記U相における平均周長よりも短く、かつ上記W相における平均周長が上記V相における平均周長よりも短くなっており、
上記U相の巻線コイルは、その一対の挿入辺部が上記スロットに挿入配設されていると共に、その一対のコイルエンド部が上記ステータコアの軸方向端部から突出配設されており、
上記V相の巻線コイルは、その一対の挿入辺部が、上記U相の巻線コイルに対して上記ステータコアの一方の円周方向である第1方向に向けて所定のスロット数オフセットして上記スロットに挿入配設されていると共に、その一対のコイルエンド部の一部が、上記U相の巻線コイルにおける一対のコイルエンド部の内周側に重なって配設されており、
上記W相の巻線コイルは、その一対の挿入辺部が、上記V相の巻線コイルに対して上記ステータコアの上記第1方向に向けて所定のスロット数オフセットして上記スロットに挿入配設されていると共に、その一対のコイルエンド部の一部が、上記V相の巻線コイルにおける一対のコイルエンド部の内周側に重なって配設されており、
上記各相の巻線コイルにおける上記一対のリード部のうちの上記ステータコアの上記第1方向と反対の方向である第2方向の端部に位置する上記リード部をそれぞれ中性点側リード部として用い、上記U相の巻線コイルに対して上記第2方向に向けて所定角度オフセットした位置において、上記各相の中性点側リード部を結束して中性点を形成したことにより、上記V相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部を、上記U相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部よりも長く、かつ上記W相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部を、上記V相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部よりも長く形成したことを特徴とする3相モータにある(請求項1)。
すなわち、本発明においては、上記各相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長は、上記V相における平均周長を上記U相における平均周長よりも短く、上記W相における平均周長をV相における平均周長よりも短くしている。
すなわち、上記中性点は、上記U相の巻線コイルに対して上記ステータコアの第2方向に向けて所定角度オフセットした位置において、各相の巻線コイルにおける一対のリード部のうちの上記第2方向の端部に位置する中性点側リード部を結束して形成している。
そのため、上記各相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長の違いを、上記各相の巻線コイルにおける中性点側リード部の長さにより補うことができる。そのため、各相の巻線コイルを形成する電線の全長の違いができるだけ生じないようにすることができる。
上記本発明において、上記V相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長Lvと、上記W相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長Lwとは、
Lu;上記U相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長、n;上記各相の巻線コイルにおける各単極コイルの巻回数、m;上記各相の巻線コイルにおける単極コイルの極数、π;円周率、R;上記ステータコアの中心から上記スロットの半径方向中心までの半径(以下に、ステータコアの平均半径という。)、S;上記ステータコアの全スロット数、Sv;上記U相の巻線コイルに対して上記V相の巻線コイルを上記ステータコアの上記第1方向にオフセットさせたスロット数、Sw;上記U相の巻線コイルに対して上記W相の巻線コイルを上記ステータコアの上記第1方向にオフセットさせたスロット数としたとき、
Lv=(S・Lu・n・m−2・π・R・Sv)/(S・n・m)及び
Lw=(S・Lu・n・m−2・π・R・Sw)/(S・n・m)の関係式をそれぞれ満たすよう決定されていることが好ましい(請求項2)。
なお、上記Lv及びLwの関係式から求められる値は、あくまでも理論上の値であり、実際に各相の巻線コイル及び中性点等を製作する際には若干の製作誤差が生じることがある。
すなわち、上記Lvの関係式においては、上記V相の巻線コイルにおける中性点側リード部の長さが、上記U相の巻線コイルにおける中性点側リード部の長さよりも長い分を、2・π・R・Sv/Sとしている。また、上記Lvの関係式においては、上記U相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長が、上記V相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長よりも長い分を、Lu−Lvとしている。そして、上記Lvの関係式は、各相の巻線コイルにおける各単極コイルの巻回数n及び各相の巻線コイルにおける単極コイルの極数mを考慮して導出したものである。
この場合には、上記ステータコアに挿入配設したU相及びV相の巻線コイルは、各単極コイルにおける電線の周長が短い側を、ステータコアのスロットに対向させて挿入配設したものとしている。そのため、各単極コイルにおけるコイルエンド部は、上記スロットに対向する側とは反対側に位置する電線の部分ほど、上記ステータコアの外周側に向けて大きく変形移動させることができる。そのため、この変形移動が一層容易になり、上記3相の巻線コイルにおけるコイルエンド部全体の寸法を一層小さくすることができる。
この場合には、上記U相の巻線コイルにおける各単極コイルの一対のコイルエンド部を、上記V相の巻線コイルにおける各単極コイルの一対のコイルエンド部よりも変形移動させることが容易になる。そのため、上記3相の巻線コイルにおけるコイルエンド部全体の寸法を一層小さくすることができる。
(実施例1)
図1に示すごとく、本例の3相モータ1は、3相交流モータであり、U相、V相及びW相の3相の巻線コイル3、4、5を、それぞれリング状のステータコア21の内周面に設けた多数のスロット211に分布させて挿入配設してなる分布巻タイプのステータ2を有するものである。
図2に示すごとく、上記各相の巻線コイル3、4、5は、それぞれ電線100を複数回巻回してなる複数個の単極コイル31、41、51と、この単極コイル31、41、51同士を繋ぐための渡り線34、44、54と、上記複数個の単極コイル31、41、51のうちの両端に位置する単極コイル31、41、51からそれぞれ上記電線100を引き出してなる一対のリード部32及び33、42及び43、52及び53とを有している。
また、上記各相の巻線コイル3、4、5における各単極コイル31、41、51の平均周長(平均巻き径)は、上記V相における平均周長が上記U相における平均周長よりも短く、かつ上記W相における平均周長がV相における平均周長よりも短くなっている。
また、上記V相の巻線コイル4は、その一対の挿入辺部411が、上記U相の巻線コイル3に対して上記ステータコア21の一方の円周方向である第1方向C1に向けて所定のスロット数オフセットして上記各スロット211に挿入配設されている。また、V相の巻線コイル4は、その一対のコイルエンド部412の一部が、上記U相の巻線コイル3における一対のコイルエンド部312の内周側に重なって配設されている。
以下に、これを詳説する。
また、本例の電線100は、複数のワイヤ(電線)を束ねてなるものであり、本例では、ワイヤを10本束ねて上記電線100を形成している。
また、図2に示すごとく、本例の各相の巻線コイル3、4、5は、それぞれ単極コイル31、41、51を3つ連ねてなる3極の巻線コイルである。
また、図1、図2、図6に示すごとく、上記ステータ2においては、上記各相の巻線コイル3、4、5における一対のリード部32及び33、42及び43、52及び53のうちの上記第1方向C1の端部に位置するリード部は、それぞれ各巻線コイル3、4、5に通電を行うための電源に接続されるパワーケーブル側リード部33、43、53として用いる。
そのため、図2、図4に示すごとく、各相の巻線コイル3、4、5における各単極コイル31、41、51の一対の挿入辺部311、411、511の長さはほぼ同じであり、各相の巻線コイル3、4、5における平均周長の違いは、実際には、上記一対のコイルエンド部312、412、512を形成する電線100の長さの違いとなっている。
なお、上記コイルエンド部312、412、512における平均長さCu、Cv、Cwとは、上記一対のコイルエンド部312、412、512のうちの一方のコイルエンド部312、412、512における平均長さCu、Cv、Cwのことをいう。
そして、U相及びV相の巻線コイル3、4における各単極コイル31、41は、その一対の挿入辺部311、411をステータコア21の各スロット211に挿入配設した際には、その一対のコイルエンド部312、412を、電線100の周長が長い部分ほど、ステータコア21の外周側に向けて大きく変形移動させることができる。
なお、W相の巻線コイル5における各単極コイル51も、上記U相及びV相の巻線コイル3、4における各単極コイル31、41と同様に、テーパ状に形成することもできる。
上記各相の巻線コイル3、4、5をステータコア21に挿入配設する際には、図8に示すごとく、U相の巻線コイル3をステータコア21に一番最初に挿入配設し、次いで、図9に示すごとく、V相の巻線コイル4をステータコア21に挿入配設し、その後、図3に示すごとく、W相の巻線コイル5をステータコア21に挿入配設する。
まず、図8に示すごとく、上記U相の巻線コイル3における各単極コイル31の一対の挿入辺部311を、ステータコア21の各スロット211に挿入配設する。その後、図4に示すごとく、このU相の巻線コイル3における一対のコイルエンド部312は、上記V相及びW相の巻線コイル4、5をステータコア21に挿入配設するために、ステータコア21の外周側に向けて変形移動させる。
このとき、U相の巻線コイル3における各単極コイル31の平均周長、すなわちU相の巻線コイル3におけるコイルエンド部312を形成する電線100の平均長さCuは、上記のごとく3相のうちで最も長くなっている。そのため、このU相の巻線コイル3における一対のコイルエンド部312を容易にステータコア21の外周側に向けて大きく変形移動させることができる。
こうして、ステータコア21に各相の巻線コイル3、4、5を挿入配設して、中性点6を形成することができる。
それ故、上記ステータ2を有する3相モータ1によれば、各相の巻線コイル3、4、5におけるコイルエンド部312、412、512の突出寸法L1をできるだけ揃えることができ、3相の巻線コイル3、4、5におけるコイルエンド部312、412、512の全体の突出寸法L1を最適な寸法まで小さくすることができる。
本例においては、上記各相の巻線コイル3、4、5におけるコイルエンド部312、412、512を形成する電線100の平均長さCu、Cv、Cwの比がCv/Cu=0.88〜0.98及びCw/Cv=0.88〜0.98の関係を有するよう設定した3相モータ1の一例を示す。表1に、本例の3相モータ1(発明品)における各相の巻線コイル3、4、5の各単極コイル31、41、51の寸法関係を示す。
また、発明品及び比較品のいずれにおいても、ステータコア21、921の軸方向長さは100mmとし、ステータコア21、921の最小内径は100mmとした。
上記結果より、発明品の3相モータ1によれば、3相の巻線コイル3、4、5におけるコイルエンド部312、412、512の全体の突出寸法L1を最適な寸法まで小さくできることがわかった。
本例は、上記各相の巻線コイル3、4、5における中性点側リード部32、42、52の長さが異なる分だけ、これとは逆に上記各相の巻線コイル3、4、5における各単極コイル31、41、51の平均周長を異ならせる例である。そして、これを実現するために、本例においては、以下のLv及びLwの関係式を用いて、V相の巻線コイル4における各単極コイル41の平均周長及びW相の巻線コイル5における各単極コイル51の平均周長を決定した。
ここで、上記Luは、U相の巻線コイル3における各単極コイル31の平均周長を表し、上記Lvは、V相の巻線コイル4における各単極コイル41の平均周長を表し、上記Lwは、W相の巻線コイル5における各単極コイル51の平均周長を表している。また、Lv及びLwは、Luを基準にして求めている。
また、上記πは、円周率を表し、上記Rは、ステータコア21の中心Oからスロット211の半径方向中心までの半径(ステータコア21の平均半径)を表している(図8参照)。
なお、図11に示すごとく、本例においては、上記各相の巻線コイル3、4、5における各単極コイル31、41、51は、電線100をほぼ均一の周長で巻回して形成したストレート状の単極コイル31、41、51とした。
その他は、本例においても、上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
100 電線
2 ステータ
21 ステータコア
211 スロット
212 軸方向端部
3 U相の巻線コイル
4 V相の巻線コイル
5 W相の巻線コイル
31、41、51 単極コイル
311、411、511 挿入辺部
312、412、512 コイルエンド部
32、42、52 中性点側リード部
6 中性点
C1 第1方向
C2 第2方向
Cu、Cv、Cw 平均長さ
L1 突出寸法
Claims (4)
- U相、V相及びW相の3相の巻線コイルを、それぞれステータコアの内周面に設けたスロットに挿入配設してなるステータを有する3相モータにおいて、
上記各相の巻線コイルは、それぞれ電線を複数回巻回してなる複数個の単極コイルと、該単極コイル同士を繋ぐための渡り線と、上記複数個の単極コイルのうちの両端に位置する単極コイルからそれぞれ上記電線を引き出してなる一対のリード部とを有しており、また、上記各単極コイルは、上記スロットに挿入配設される一対の挿入辺部と、該一対の挿入辺部を繋ぐ一対のコイルエンド部とからなり、
また、上記各相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長は、上記V相における平均周長が上記U相における平均周長よりも短く、かつ上記W相における平均周長が上記V相における平均周長よりも短くなっており、
上記U相の巻線コイルは、その一対の挿入辺部が上記スロットに挿入配設されていると共に、その一対のコイルエンド部が上記ステータコアの軸方向端部から突出配設されており、
上記V相の巻線コイルは、その一対の挿入辺部が、上記U相の巻線コイルに対して上記ステータコアの一方の円周方向である第1方向に向けて所定のスロット数オフセットして上記スロットに挿入配設されていると共に、その一対のコイルエンド部の一部が、上記U相の巻線コイルにおける一対のコイルエンド部の内周側に重なって配設されており、
上記W相の巻線コイルは、その一対の挿入辺部が、上記V相の巻線コイルに対して上記ステータコアの上記第1方向に向けて所定のスロット数オフセットして上記スロットに挿入配設されていると共に、その一対のコイルエンド部の一部が、上記V相の巻線コイルにおける一対のコイルエンド部の内周側に重なって配設されており、
上記各相の巻線コイルにおける上記一対のリード部のうちの上記ステータコアの上記第1方向と反対の方向である第2方向の端部に位置する上記リード部をそれぞれ中性点側リード部として用い、上記U相の巻線コイルに対して上記第2方向に向けて所定角度オフセットした位置において、上記各相の中性点側リード部を結束して中性点を形成したことにより、上記V相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部を、上記U相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部よりも長く、かつ上記W相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部を、上記V相の巻線コイルにおける上記中性点側リード部よりも長く形成したことを特徴とする3相モータ。 - 請求項1において、上記V相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長Lvと、上記W相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長Lwとは、
Lu;上記U相の巻線コイルにおける各単極コイルの平均周長、
n;上記各相の巻線コイルにおける各単極コイルの巻回数、
m;上記各相の巻線コイルにおける単極コイルの極数、
π;円周率、
R;上記ステータコアの中心から上記スロットの半径方向中心までの半径、
S;上記ステータコアの全スロット数、
Sv;上記U相の巻線コイルに対して上記V相の巻線コイルを上記ステータコアの上記第1方向にオフセットさせたスロット数、
Sw;上記U相の巻線コイルに対して上記W相の巻線コイルを上記ステータコアの上記第1方向にオフセットさせたスロット数としたとき、
Lv=(S・Lu・n・m−2・π・R・Sv)/(S・n・m)及び
Lw=(S・Lu・n・m−2・π・R・Sw)/(S・n・m)の関係式をそれぞれ満たすよう決定したことを特徴とする3相モータ。 - 請求項1又は2において、上記U相及び上記V相の巻線コイルにおける各単極コイルを形成する電線の周長は、上記ステータコアの外周側に向かうにつれて短く変化していることを特徴とする3相モータ。
- 請求項3において、上記電線の周長の変化率は、上記U相における変化率が上記V相における変化率よりも大きくなっていることを特徴とする3相モータ。
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