JP2006512033A - 電気モーターの巻線 - Google Patents

Abstract

本発明は、１次巻線（主巻線）及び非飽和付加巻線を有する単相または多相交流電気モーターまたは同期発動機に関する。各々の付加巻線は、それぞれの主巻線と反対の位相角及び反対の磁界方向に１つ以上のコンデンサを介して給電される。各々の主巻線及び付加巻線で用いられるワイヤの総断面は所定のサイズであって、主巻線の約２／３であり付加巻線の約１／３であることが望ましい。このコンデンサ値は所定の大きさである。製造方法は、２つの巻線が単一のステップとして単一行程で一度に作られることを特徴とする。

Description

本発明は、様々なサイズおよび様々な速度の高性能低入力交流電気モーターまたは高出力同期発動機並びに固有の製造方法に関する。

単相交流電気モーターは相対的に小さなサイズから用いられることが周知であり、わずかな馬力からおよそ１０馬力まで及びそれから先は三相モーターが大変広範な用途に通常用いられている。

モーターまたは発動機のいずれかである「制御された磁束密度を有する多相電気装置」と題された、クレーブンス Ｌ． ウォンラスに１９８４年５月１日に特許が付与された米国特許第４，４４６，４１６Ａ号では、主巻線及び付加制御巻線を有する固定子鉄心が設けられる。固定子鉄心の磁束密度を制御することによって多相機械における磁束密度を最適化している。

主多相固定子巻線は磁芯上で巻かれる。巻線は複数の巻線から成り、各々の巻線が単相を表す。コンデンサが直列回路内で巻線のそれぞれと接続される。

本発明は大変独特であり、明細書においてはっきり詳細に記載される。

付加モーター巻線技術も、１９７６年９月９日付けで公開された「単相誘導電動機」と題されたウェン・フンインによるドイツ国特許出願第２５０８３７４号の明細書から公知である。この特許出願は、２つの始動巻線を備えて始動コンデンサ電圧を増す単相モーターの誘導のみを開示する。該特許出願はまた、より良い稼働力率及び改善された始動トルクを有する、２対の始動巻線を備えた単相誘導モーターを実現する。

本発明は交流電気モーターに関する。特に、単相電気モーターまたは少なくとも３つの位相を有する多相電気モーターまたは２極以上を有する同期発電器であって、主１次巻線及び非飽和付加巻線を有する交流電気モーターに関する。非飽和付加巻線の各々の付加巻線は、各々の主巻線と反対の位相角及び反対の磁界方向に、少なくとも１つまたは複数のコンデンサを介して給電されている。主巻線及び付加巻線の各々で用いられるワイヤの総断面は所定の値である。この割合は、主巻線に対して約２／３であって付加巻線に対して約１／３であることが望ましい。

好ましい形態において本発明は、交流電気モーター用巻線処理を含み、電気モーターの２つの巻線が、単一ステップとして、単一行程だけで一度に形成される。

本発明は、式を用いた付加巻線コンデンサの計算処理を含むことが便利である。式では、マイクロファラドでのコンデンサ値が、電気モーターによってまたは同期電動機によって消費される処理中の実全負荷電流に正比例しかつ線間電圧の２乗に反比例し、さらに０．２５×１０⁶から０．３×１０⁶の間の範囲内で乗率に影響される。

本発明による単相電気モーターは、主共通ポイント並びに線間電圧の第１及び第２主電位線に結線された第１及び第２主巻線、並びに、巻線コンデンサ及び第１及び第２主巻線と並列に結線している第１及び第２電位線に結線された第１及び第２付加巻線を含み、第１及び第２付加巻線の各々は、第１及び第２主巻線のうちの対応する巻線と反対方向に磁界を生成するということが有利である。

第１及び第２主巻線の各々は主ワイヤサイズを有し、第１及び第２巻線の各々は付加ワイヤサイズを有し、主ワイヤサイズが付加ワイヤサイズのほぼ２倍であるということが特に有利である。

発明を実施するための形態

本発明を添付図面を参照し実施例だけを用いて説明する。

本発明では、公知設計に関する電気モーターの背景技術を図１乃至図７において確認する。

図１は、作動巻線（１）、始動巻線（２）及び作動コンデンサ（３）を備えた公知の単相モーターを示す。

図１乃至図７の様々な公知設計における類似の参照番号及び図８乃至図１１の本発明の特徴において表される類似の参照番号は、本発明に従って公知の特徴と本発明の特徴の進歩性との間で比較検討するために用いられる。

図１では、公知技術によって電気モーターの組み立て用のワイヤサイズの飽和水準による限定的効率が説明される。

図２及び図３は従来の三相モーターを示す。巻線が参照番号（１）、（２）及び（３）で示され、三相の入力線間電圧が（Ｒ）、（Ｓ）及び（Ｔ）で、スター結線の中心点が（Ｏ）で示される。

公知の三相電気モーターでは、組み立てには所要速度に基づいて特定数の極が用いられ、スター構成またはデルタ構成がトルク、馬力及び電圧のために必要に応じて内部結線される。

単相電気モーター及び三相電気モーターのいずれも、温度の損失によって影響を受ける熱損失を手に入りやすい様々な標準絶縁体によって通常緩和している。

始動コンデンサを始動巻線回路に追加するときに、遠心力スイッチまたは断路リレーと直列に設けることによって、単相電気モーターの改善がなされることは公知である。マイクロファラドでの作動コンデンサの大きさを正確に計算することによって、始動トルク、始動電流、及び作動温度を向上させる電気モーターの性能が最大限に活用される。

図４は、単相電気モーターのさらなる設計であり、作動巻線（１）始動巻線（２）、始動コンデンサ（３）、遠心力スイッチまたは断路リレー（４）、及び作動コンデンサ（５）を示す。

図５は三相電気モーターを示し、付加巻線が設けられ、コンデンサを介して給電され、主巻線に並列に結線されている。この図はデルタ構成を示す。３つの主巻線は（１）、（２）及び（３）であり、３つの付加巻線は（４）、（５）及び（６）である。付加巻線コンデンサは（７）、（８）及び（９）であり、三相線間電圧結線は（Ｒ）、（Ｓ）及び（Ｔ）である。

図６は、３つの主巻線（１）、（２）及び（３）と３つの付加巻線（４）、（５）及び（６）とを備えるスター構成を示す。付加巻線コンデンサ（７）、（８）及び（９）、３相線間電圧結線（Ｒ）、（Ｓ）及び（Ｔ）、並びに主巻線に対するスターの中心点（ＯＰ）及び付加巻線に対するスターの中心点（ＯＳ）がある。

図７は巻線飛び越し結線を表し、４極１デルタ隣接極三相巻線並びに主巻線及び付加巻線の内部結線を示す。

インライン（Ｒ）の結線ポイントは主巻線に対して（４）が記され、付加巻線に対して（７）が記されている。インライン（Ｓ）は主巻線に対して（６）が記され、付加巻線に対して（８）が記されている。インライン（Ｔ）は主巻線に対して（５）が記され、付加巻線に対して（９）が記されている。付加巻線コンデンサは（１）、（２）及び（３）が記されている。各々の主巻線及び付加巻線上のそれぞれのデルタ結線をよく見ると、物理的にアンバランスなパターンである。デルタ結線（６）はデルタ結線（４）及び（５）との関係のおいて完全に同等でない。

デルタ結線（８）はデルタ結線（７）及び（９）との関係において完全に同等でない。この物理的アンバランスは、回転子の回転方向（時計回りまたは反時計回り）に関して２つの巻線の間の位相角すべりに影響を及ぼす。この種の巻線内部結線は、１つの回転方向におけるエネルギーの節約に影響を及ぼす。

従来の三相電気モーターに関する上記の技術を処理することによって以下のことが実現される。
・全体的な銅密度を約１５%増加させることと、
・１／２の比率に従って従来の巻線を２つの別個の巻線へ分割することと、
・隣接極に結線された重ね配置へ従来の巻線を変換すること（結果として生ずる極タイプの巻線は用いられ得ない）と、
・最初の回線数に関して従来の巻線の結線をデルタ構成へ変えることと、
・マイクロファラドでの付加巻線コンデンサの定格を
式：

ここで、
・Ｃは位相毎のマイクロファラドでのコンデンサ値であり、
・Ｐは電気モーター理論定格馬力であり、
・１．５は調査実験から得た乗率であり、
・４６０は一定のベース電圧である。
で計算することと、である。

モーターの負荷パラメータ下で作用する実際の磁界を考慮していないので、この式によって最適コンデンサ値を正確に計算することはできない。それで、たとえこの種の電気モーターがより良い力率で作動していくらかのエネルギーを節約したとしても、この種の電気モーターはより短い耐用年数を有するより質の低い製品であって、改善され得る。

図８は本発明に基づく単相電気モーターを表す。主巻線が、中間点（Ｏ）で分割された２つの半分の切片（１ａ）及び（１ｂ）で示される。付加巻線も、コンデンサ（６）で分けられた２つの半分の切片（５ａ）及び（５ｂ）を示す。始動巻線（２）、始動コンデンサ（３）及び遠心力スイッチまたは断路リレー（４）も示されている。本発明による単相電気モーターは、主巻線と並列に結線された付加巻線を表している。半分の切片の各々は、互いに反対の磁界方向にあって、中心点でコンデンサに接続される。主巻線の中心点はデュアルボルテージの用途に用いられる。

図９は、デルタ構成の本発明による三相電気モーターを示す。主巻線は（１）、（２）及び（３）であり、付加巻線は（４）、（５）及び（６）であり、さらに付加巻線コンデンサは（７）、（８）及び（９）である。３つの主巻線のデルタ結線ポイントは（Ｒ）、（Ｓ）及び（Ｔ）である。本発明によれば、入力線電圧結線ポイントが（Ｒａ）、（Ｓａ）及び（Ｔａ）であることに注意すべきである。各々の付加巻線はそのそれぞれの主巻線と異なる位相から給電され、該巻線が給電され得る所定のコンデンサ値を用いて、それぞれの主巻線が付加巻線を反対の磁界状態にする。

図１０は、本発明に基づくスター構成の３相電気モーターを表す。３つの主巻線は（１）、（２）及び（３）であり、３つの付加巻線は（４）、（５）及び（６）であり、さらに付加巻線コンデンサは（７）、（８）及び（９）である。スター結線ポイント（Ｏ）並びに３つの線間電圧結線（Ｒ）、（Ｓ）及び（Ｔ）を備える。

各々の付加巻線はそのそれぞれの主巻線と異なる位相で給電される。主巻線（１）の非飽和付加巻線（４）は、コンデンサ（７）を介して主巻線（２）のインライン（５）へ結線される。主巻線（７）の非飽和付加巻線（５）はコンデンサ（８）を介して主巻線（３）のインライン（Ｔ）に結線される。

主巻線（３）の非飽和付加巻線（６）はコンデンサ（９）を介して主巻線（１）のインライン（Ｒ）に結線される。このことによって異なる巻線の反対側の磁界位置がはっきりと示される。本発明によれば、単一のスター結線ポイントがあるということが注目されるべきである。

図１１は、本発明に基づく３相電気モーター用４極１デルタ隣接極巻線の内部結線を示す。インライン（Ｒ）に対する結線ポイントは主巻線に対するポイント（４）及び付加巻線に対するポイント（７）である。結線ポイント（６）はインラインＴに対してであり、結線ポイント（８）は付加巻線に対してである。付加巻線コンデンサは（１）、（２）及び（３）である。

各々の主巻線及び付加巻線のそれぞれのデルタ結線が主巻線の３つのデルタポイント（４）、（５）及び（６）であり、完全に対称であって互いに等距離であるということに注意すべきである。この新規な構成によって、回転方向に関して効率性とエネルギー節約の問題が完全に是正される。本発明の説明は４極１回路デルタを提供し、それはデルタ構成またはスター構成のいずれでも他の速度及び複数回路での回転問題を是正する。

このように、公知の単相電気モーターまたは３相電気モーターを本発明で画定されたように変えることは、以下の有利な点が注目される。即ち、
・銅密度に関して変化がないことと、
・従来の巻線を約１／３と２／３との割合に従って２つの異なる別個の巻線に分割することと、
・元のタイプの巻線配置の隣接した極または結果として生ずる極に関して変更を必要としないことと、
である。

本発明に基づく２つの巻線は、単一のステップにおいて単一行程だけで一度に巻かれて挿入され得る。位相毎にマイクロファラドでの付加巻線コンデンサ値を計算することが可能である。この値は位相毎のアンペアでの実全負荷電流に正比例する。ボルトでの線間電圧の２乗に反比例する。そのとき値の調時は、ほぼ０．２５×１０⁶と０．３×１０⁶との間の乗率によって決まる。その２つの巻線についての新規な相互結線は互いにそれぞれの反対の磁界方向にかつ反対の異なる位相になされる。

従って、本発明によれば、力率の著しい改善並びに始動電流及び作動電流におけるかつ全負荷電流における顕著なかなりの低下といった、全体的効率を高めることが明らかに有利である。

各々の付加巻線が、それぞれの主巻線と反対の位相角及び反対の磁界方向に１つ以上のコンデンサを介して給電されることが都合がよい。各々の主巻線及び付加巻線で用いられるワイヤサイズの総断面は所定の寸法である。

巻線コンデンサ値の計算処理は固有の式に従うことが適当である。固有の式では、マイクロファラドでのコンデンサ値は、電気モーターによって消費されるかまたは同期発動機によって生ずるアンペアでの実全負荷電流に正比例し、線間電圧の２乗に反比例し、ほぼ０．２５×１０⁶と０．３×１０⁶との間の乗率の影響を受ける。

第１及び第２主巻線が主共通ポイント並びに線間電圧の第１及び第２電位線に結線され、第１及び第２付加巻線が巻線コンデンサ及び第１及び第２主巻線に並列に結線された第１及び第２電位線に結線されることが特徴付けられる単相電気モーターにおいて、第１及び第２付加巻線の各々が第１及び第２主巻線のうちの対応する巻線と反対方向に磁界を生成するということが評価される。

第１及び第２主巻線は主ワイヤサイズを有し、第１及び第２付加巻線の各々は付加ワイヤサイズを有し、主ワイヤサイズが付加ワイヤサイズのほぼ２倍であるするということが望ましい。

多相電気モーターが線間電圧を有する３つのライン結線ポイントにおいてデルタ構成で結線された複数の主巻線を含む形式が都合がよい。主巻線の各々は主ワイヤサイズを有し、複数の切片が複数の主巻線と並列に結線される。各々の切片が付加巻線及び巻線コンデンサを含んでおり、付加巻線は付加ワイヤサイズ及び異なる位相を有して主巻線のうちの対応する巻線と反対方向に磁界を生成する。

公知の単相電気モーターを表す。 公知の三相デルタ構成モーターを表す。 公知の三相デルタ構成電気モーターを示す。 変更した公知の単相電気モーターを示す。 変更した公知の電気モーターのデルタ構成を表す。 変更した公知の電気モーターのスター構成を示す。 公知の電気モーターの巻線飛び越し結線を示す。 本発明に基づく単相電気モーターを表す。 本発明に基づくデルタ構成三相電気モーターを示す。 本発明に基づくスター構成三相電気モーターを示す。 本発明に基づくデルタ隣接極の４極三相電気モーターの巻線飛び越し結線を示す。

Claims (17)

1. 交流電気モーターであって、主１次巻線及び非飽和２次付加巻線を有する単相モーターまたは少なくとも三相を有する多相モーターまたは少なくとも２極以上を備えた同期発動機を少なくとも含み、各々の付加巻線が１または複数のコンデンサを介して給電され、前記各々の付加巻線が前記それぞれの主巻線と反対の位相角及び反対の磁界方向に１または複数のコンデンサを介して給電され、各々の前記主巻線及び各々の前記付加巻線で用いられるワイヤサイズの総断面が所定の寸法であることを特徴とする交流電気モーター。
2. 各々の前記主巻線及び各々の前記付加巻線で用いられる前記ワイヤサイズの前記総断面が、それぞれ前記主巻線の約２／３及び前記付加巻線の約１／３の比率に従うことを特徴とする請求項１記載の電気モーター。
3. 前記付加巻線に給電する位相毎の前記コンデンサのマイクロファラドでの値が、前記電気モーターによって消費されるかまたは前記同期発動機によって生ずるアンペアでの実全負荷電流に正比例し、前記線間電圧の２乗に反比例し、ほぼ約０．２５×１０⁶と０．３×１０⁶との範囲の乗率に対応する請求項１記載の代替電気モーター。
4. ２つのモーター巻線が単一のステップとして単一工程だけで一度に組み立てられることを特徴とする交流電気モーター用巻線処理。
5. マイクロファラドでの前記コンデンサ値が、前記電気モーターによって消費されるかまたは前記同期発動機によって生ずるアンペアでの前記実全負荷電流に正比例し、前記線間電圧の２乗に反比例し、ほぼ０．２５×１０⁶と０．３×１０⁶との間の範囲にある乗率の影響を受ける請求項１または４記載の交流電気モーターの付加巻線コンデンサ値の計算処理。
6. 単相電気モーターであって、
   （ａ）第１及び第２主巻線が主共通ポイント並びに線間電圧の第１及び第２電位線に結線され、
   （ｂ）第１及び第２付加巻線が巻線コンデンサ並びに前記第１及び第２主巻線と並列に結線された前記第１及び第２電位線に結線されており、前記第１及び第２付加巻線の各々が前記第１及び第２主巻線のうちの対応する主巻線と反対方向に磁界を生成する、
   ことを特徴とする単相電気モーター。
7. 前記第１及び第２主巻線の各々が主ワイヤサイズを有し、前記第１及び第２付加巻線の各々が所定の寸法の付加ワイヤサイズを有することを特徴とする請求項６記載の電気モーター。
8. 前記主ワイヤサイズが前記付加ワイヤサイズの約２倍であることを特徴とする請求項７記載の電気モーター。
9. 前記巻線コンデンサが、全負荷電流に正比例しかつ前記線間電圧の２乗に反比例する容量を有し、ほぼ０．２５×１０⁶と０．３×１０⁶との間の乗率を有することを特徴とする請求項７記載の電気モーター。
10. 多相電気モーターまたは同期発動機であって、
    （ａ）複数の主巻線が線間電圧を有する３つのライン結線ポイントにおいてデルタ構成で結線され、前記主巻線の各々が主ワイヤサイズを有し、
    （ｂ）複数の切片が前記複数の主巻線に並列に結線され、各々の切片が付加巻線及び巻線コンデンサを含んでおり、前記付加巻線が付加ワイヤサイズ及び異なる位相を有して前記主巻線のうちの対応する主巻線と反対方向に磁界を生成する、
    ことを特徴とする多相電気モーターまたは同期発動機。
11. 前記主ワイヤサイズが前記付加ワイヤサイズのほぼ２倍であることを特徴とする請求項１０記載の電気モーターまたは同期発動機。
12. 前記巻線コンデンサが全負荷電流に正比例しかつ前記線間電圧の２乗に反比例する容量を有し、ほぼ０．２５×１０⁶と０．３×１０⁶との間の乗率を有することを特徴とする請求項１０記載の電気モーターまたは同期発動機。
13. 単相電気モーターまたは同期発動機の製造方法であって、
    （ａ）第１及び第２主巻線が主共通ポイント並びに線間電圧の第１及び第２電位線に結線されるステップと、
    （ｂ）第１及び第２付加巻線が巻線コンデンサ並びに前記第１及び第２主巻線と並列に結線された前記第１及び第２電位線に結線され、前記第１及び第２付加巻線の各々が前記第１及び第２主巻線の対応する主巻線と反対方向に磁界を生成するステップと、
    を特徴とする製造方法。
14. 前記主ワイヤサイズが前記付加ワイヤサイズのほぼ２倍であることを特徴とする請求項１３記載の製造方法。
15. 多相電気モーターまたは同期発動機の製造方法であって、
    （ａ）複数の主巻線が線間電圧を有する３つのライン結線ポイントにおいてデルタ構成で結線され、前記主巻線の各々が主ワイヤサイズを有するステップと、
    （ｂ）複数の切片が複数の前記主巻線と並列であり、各々の切片が付加巻線及び巻線コンデンサを含み、前記付加巻線が付加ワイヤサイズ及び異なる位相を有して前記主巻線のうちの対応する主巻線と反対方向に磁界を生成するステップと、
    を特徴とする製造方法。
16. 前記主ワイヤサイズが前記ワイヤサイズのほぼ２倍であることを特徴とする請求項１５記載の製造方法。
17. 主巻線及び非飽和付加巻線を含み、各々の付加巻き線が少なくとも１つ以上のコンデンサを介して給電される、単相または少なくとも３つの位相を有する多相交流電気モーターまたは２極以上を有する同期発動機であって、各々の付加巻線がそれぞれの主巻線と反対の位相角及び反対の磁界方向において１つ以上のコンデンサを介して給電されることを特徴とする交流電気モーター。

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