JP2010130821A - 回転電機の巻線構造及びその回転電機の駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】スロット数の増大化を回避して、大容量化，小型化，低イナーシャ化を実現可能とする。
【解決手段】固定子巻線１には、複数の３相巻線が、それらのＵＶＷ相の巻線が複数（ここでは、３個）の部分巻線に分割されて、取り付けられている。Ｕ相巻線についてみると、その部分巻線は４つのＵ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄に設けられ、これらエリアでは、２つのティース４を挾むスロット間の位置に部分巻線が２個ずつ設けられており、同じ位置での２つの部分巻線は、異なる３相巻線での部分巻線である。例えば、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁でのスロット１０８−１０６の位置には、ある３相巻線でのＵ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A1と他の３相巻線でのＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B3とが設けられ、スロット１０４−１０６の位置には、別の３相巻線でのＵ相巻線Ｕ_Gの部分巻線Ｕ_G2とＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B2とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多相交流モータなどの回転電機の固定子の巻線構造に係り、特に、大容量化のために、複数のインバータで駆動する回転電機の固定子の巻線構造とその回転電機の駆動システムに関する。

サーボモータなどのインバータ回路を用いて駆動する回転電機が知られている。かかる回転電機では、インバータ回路がモータの固定子に設けられたＵＶＷの３相夫々の固定子巻線に所定の位相関係で給電することにより、回転子を回転駆動するものであるが、大容量化を目的として、複数のインバータ回路を用い、これらインバータ回路毎にＵＶＷ相の固定子巻線が設けられており、これら固定子巻線が夫々複数の巻線に分割されてモータの固定子に配置された回転電機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の技術では、ＵＶＷ相の固定子巻線を２組、夫々巻線１，２として、用い、巻線１，２を夫々２つの巻線に分割するとともに、固定子のティース（歯）とスロットとが交互に設けられた４８スロットの部分を機械角で９０°ずつの範囲に区分し、夫々の範囲をその配列順に第１，第２，第３，第４象限とすると、第１象限に巻線１の分割された一方の巻線を、この第１象限に対向する第３象限にこの巻線１の分割された他方の巻線を夫々設け、第２象限に巻線２の分割された一方の巻線を、この第２象限に対向する第４象限にこの巻線２の分割された他方の巻線を夫々設けるものである。

このように、巻線１，２を分割して異なる範囲（象限）に配置することにより、回転電機の容量を高めることができて、しかも、巻線１，２とが空間的に重ならないように配置することにより、これら巻線１，２間での磁束の干渉を防止することができるようにしている。
特願２００５ー８６８７９号公報

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、上記のように、巻線間の磁束の干渉を回避するための巻線の空間的な配置の面からすると、使用する並列回路数（ＵＶＷ相の固定子巻線の個数）とスロット数，極数との間には制約があり、一般には、並列回路数を多くすると、その分スロット数が多く必要となる。

一方、経済性や適用機械の加速性能の向上のために回転電機の小型化，低イナーシャ化を実現するためには、固定子の内径を小さくすることが望ましいが、このためには、固定子のスロットや鉄心のティースの寸法を小さくしなければならず、それらの寸法が所定の寸法を下回るようになると、制作が困難となって実用上採用できないという問題がある。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、スロット数の増大化を回避して、大容量化，小型化，低イナーシャ化を実現可能とした回転電機の巻線構造とその回転電機の駆動システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明による回転電機の巻線構造は、固定子鉄心に多相巻線が複数個設けられた回転電機であって、多相巻線の各相の巻線が夫々、複数の部分巻線に分割されて、複数の部分巻線が夫々固定子鉄心の異なる位置に配置され、かつ、固定子鉄心の部分巻線が配置される位置には、異なる複数の多相巻線での同相の巻線の部分巻線が配置されていることを特徴とする。

また、本発明による回転電機の巻線構造は、部分巻線が配置される位置では、固定子鉄心の所定個数のティースを挾む２つのスロット間に部分巻線が巻回されて配置されていることを特徴とする。

また、本発明による回転電機の巻線構造は、部分巻線が配置される複数の位置からなる巻線エリアが複数個所定の間隔で設定され、多相巻線の各相の巻線は、その部分巻線により、異なる巻線エリアに渡って配置されていることを特徴とする。

また、本発明による回転電機の巻線構造は、巻線エリアでは、異なる相の巻線の部分巻線が配置される位置を含むことを特徴とする。

また、本発明による回転電機の巻線構造は、固定子鉄心が３６スロットからなり、複数個の多相巻線は、８個の３相巻線であることを特徴とする。

また、本発明による回転電機の巻線構造は、各相の巻線は、３個の部分巻線からなることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による回転電機の駆動システムは、複数の多相巻線が夫々、インバータを有することなるサーボアンプによって駆動されることを特徴とする。

本発明によると、固定子鉄心に設ける３相巻線数を増加しても、固定子鉄心の同じ位置に同相の複数の部分巻線を設けるものであるから、固定子鉄心でのスロット数の増加を抑えることができ、しかも、固定子鉄心の同じ位置に設けられる同相の複数の部分巻線を異なる３相巻線の部分巻線とし、異なる３相巻線間の相互干渉を抑圧することができて、夫々の巻線の制御を確実に行なうことができ、大容量でスロット数が少ない小型、低イナーシャの回転電機を提供することができる。

以下、本発明による実施形態を図面を用いて説明するが、まず、本発明を適用した回転電機の一具体例について説明する。

図２は本発明による回転電機の駆動システムの一実施形態を示すシステム構成図であって、１０Ａ〜１０Ｈはサーボアンプ、２０は回転電機の固定子、２１Ａ〜２１Ｈは３相巻線、Ｕ_A〜Ｕ_HはＵ相巻線、Ｖ_A〜Ｖ_HはＶ相巻線、Ｗ_A〜Ｗ_HはＷ相巻線である。

同図において、回転電機の固定子２０には、Ｕ相，Ｖ相及びＷ相からなる３相のＹ型結線された巻線（３相巻線）が複数個設けられており、夫々が異なるサーボアンプによって駆動される。ここでは、一例として、８個の３相巻線２１Ａ〜２１Ｈが設けられているものとする。

即ち、図示するように、固定子２０に設けられたＵ相巻線Ｕ_AとＶ相巻線Ｖ_AとＷ相巻線Ｗ_Aからなる３相巻線２１Ａはサーボ１０Ａから給電され、同じくＵ相巻線Ｕ_BとＶ相巻線Ｖ_BとＷ相巻線Ｗ_Bからなる３相巻線２１Ｂはサーボ１０Ｂから給電され、同じくＵ相巻線Ｕ_CとＶ相巻線Ｖ_CとＷ相巻線Ｗ_Cからなる３相巻線２１Ｃはサーボ１０Ｃから給電され、……、同じくＵ相巻線Ｕ_HとＶ相巻線Ｖ_HとＷ相巻線Ｗ_Hからなる３相巻線２１Ｈはサーボ１０Ｈから給電される。

図３は図２における３相巻線２１の一具体例を示す図であって、Ｕ_A1〜Ｕ_A3はＵ相巻線Ｕ_Aの部分巻線、Ｖ_A1〜Ｖ_A3はＶ相巻線Ｖ_Aの部分巻線、Ｗ_A1〜Ｗ_A3はＷ相巻線Ｗ_Aの部分巻線であり、図２に対応する部分には同一符号を付けている。

図２における３相巻線２１Ａ〜２１Ｈは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線が夫々３個の部分巻線に分割されており、ここで、３相巻線２１Ａを例にすると、図３に示すように、Ｕ相巻線Ｕ_Aが３つの部分巻線Ｕ_A1〜Ｕ_A3に分割され、Ｖ相巻線Ｖ_Aも３つの部分巻線Ｖ_A1〜Ｖ_A3に分割され、Ｗ相巻線Ｗ_Aも３つの部分巻線Ｗ_A1〜Ｗ_A3に分割されている。他の３相巻線２１Ｂ〜２１Ｈについても、同様である。

以上の３相巻線２１Ａ〜２１Ｈが回転電機の固定子２０に設けられているものであって、以下、かかる回転電機の固定子２０にかかる３相巻線２１Ａ〜２１Ｈが設けられているときの本発明による回転電機の巻線構造の実施形態について説明する。

図１は図２に示す回転電機の駆動システムによって駆動される本発明による回転電機の巻線構造の一実施形態を示す図であって、１は固定子鉄心、２Ｕ₁〜２Ｕ₄はＵ相巻線エリア、３Ａ〜３Ｈは渡り線、４はティース、１０１〜１３６はスロットであり、図２，図３に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、固定子鉄心１は円筒状をなし、その内面側にその中心軸に沿う方向に伸延した３６個のスロット１０１〜１３６が内周面に沿って配列されている。スロット間の突出部がティース４である。かかるティース４にＵＶＷ各相の巻線が巻き付けられているが、ここでは、各３相巻線２１Ａ〜２１ＨのＵ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hについて説明するものである。

固定子鉄心１の内周面は、同じ大きさで、かつ等間隔（９０゜の間隔）で４つのＵ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄が設定されており、夫々のＵ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄には、所定の規則に従って、Ｕ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_H夫々の部分巻線が設けられているが、夫々の部分巻線は２つのティース４に渡って巻き付けられ、かつこの同じ２つのティース４に異なる２つの３相巻線２１におけるＵ相巻線での部分巻線が巻き付けられている。そして、夫々のＵ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄では、２つのＵ相巻線分の部分巻線（即ち、１つのＵ相巻線は３個の部分巻線からなるから、３×２＝６個の部分巻線）が設けられ、このために、
（３相巻線での部分巻線×３相巻線数）÷１Ｕ相巻線エリアでの部分巻線数
（３×８）÷６＝４
従って、４個のＵ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄が設けられることになる。

ここで、部分巻線の位置を、この部分巻線が巻き付けられている２つのティース４を挾む両側のスロットで表わし、この部分巻線の電流が流れ込む端子を「×」印を含む楕円形状のマークで表わし、電流が流れ出る端子を「○」印を含む楕円形状のマークで表わすものとする。また、図面上真上の位置から順にスロット１０１，１０２，……，１３６が配設されて設けられているものとする。一例として、Ｕ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A1の位置は、電流の流れる方向も加味して、スロット１０８−１０６で表わされるものであって、部分巻線Ｕ_A1はスロット１０８，１０６間の２つのティースに巻き付けられ、スロット１０８側から電流が流れ込み、スロット１０６側から電流が流れ出ることになる。

そこで、Ｕ相巻線Ｕ_Aについてみると、その部分巻線Ｕ_A1がスロット１０８−１０６にあり、そのスロット１０６側の端子が渡り線３Ａによってスロット１３１−１３３に位置する分割線Ｕ_A2のスロット１３１側の端子に接続され、この分割線Ｕ_A2のスロット１３３側の端子が破線で示す渡り線３Ａ（但し、符号は示していない）によってスロット１３１−１２９に位置する分割線Ｕ_A3のスロット１３１側の端子に接続されている。即ち、Ｕ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A1はスロット１０８−１０６に、分割線Ｕ_A2がスロット１３１−１３３に、分割線Ｕ_A3がスロット１３１−１２９に夫々位置し、これらが渡り線３Ａによって順次接続されている。

同様にして、Ｕ相巻線Ｕ_Bについてみると、その部分巻線Ｕ_B1がスロット１１３−１１１にあり、そのスロット１１１側の端子が渡り線３Ｂによってスロット１０４−１０６に位置する分割線Ｕ_B2のスロット１０４側の端子に接続され、この分割線Ｕ_B2のスロット１０６側の端子が破線で示す渡り線３Ｂ（但し、符号は示していない）によってスロット１０８−１０６に位置する分割線Ｕ_B3のスロット１０８側の端子に接続されている。即ち、Ｕ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B1はスロット１１３−１１１に、分割線Ｕ_B2がスロット１０４−１０６に、分割線Ｕ_B3がスロット１０８−１０６に夫々位置し、これらが渡り線３Ｂによって順次接続されている。

同様にして、Ｕ相巻線Ｕ_Cについてみると、その部分巻線Ｕ_C1がスロット１３５−１３３にあり、そのスロット１３３側の端子が渡り線３Ｃによってスロット１２２−１２４に位置する分割線Ｕ_C2のスロット１２２側の端子に接続され、この分割線Ｕ_C2のスロット１２４側の端子が破線で示す渡り線３Ｃ（但し、符号は示していない）によってスロット１２２−１２０に位置する分割線Ｕ_C3のスロット１２２側の端子に接続されている。即ち、Ｕ相巻線Ｕ_Cの部分巻線Ｕ_C1はスロット１３５−１３３に、分割線Ｕ_C2がスロット１２２−１２４に、分割線Ｕ_C3がスロット１２２−１２０に夫々位置し、これらが渡り線３Ｃによって順次接続されている。

以下同様であって、Ｕ相巻線Ｕ_Hについてみると、その部分巻線Ｕ_H1がスロット１１７−１１５にあり、そのスロット１１５側の端子が破線で示す渡り線３Ｈ（但し、符号は示していない）によってスロット１１３−１１５に位置する分割線Ｕ_H2のスロット１１３側の端子に接続され、この分割線Ｕ_H2のスロット１１５側の端子が渡り線３Ｈによってスロット１２２−１２０に位置する分割線Ｕ_H3のスロット１２２側の端子に接続されている。即ち、Ｕ相巻線Ｕ_Hの部分巻線Ｕ_H1はスロット１１７−１１５に、分割線Ｕ_H2がスロット１１３−１１５に、分割線Ｕ_H3がスロット１２２−１２０に夫々位置し、これらが渡り線３Ｈによって順次接続されている。

このような巻線構造によると、各Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄において、その中央部の１つおきの２つのスロット（即ち、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁では、スロット１０４，１０６、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₂では、スロット１１３，１１５、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₃では、スロット１２２，１２４、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₄では、スロット１３１，１３３）では、４個の部分巻線が存在し、これらの１つ置いた両側のスロット（即ち、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁では、スロット１０２，１０８、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₂では、スロット１１１，１１７、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₃では、スロット１２０，１２６、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₄では、スロット１２９，１３５）では、４個の部分巻線が存在することになる。

ＵＶＷ各相のＵ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hの各部分巻線の位置を示すと、図４に示すようになる。ここで、「第１連」はＵ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hの入力側から第１番目の部分巻線Ｕ_A1，Ｕ_B1，Ｕ_C1，……，Ｕ_H1であり、「第２連」は第２番目の部分巻線Ｕ_A2，Ｕ_B2，Ｕ_C2，……，Ｕ_H2であり、「第３連」は第３番目の部分巻線Ｕ_A3，Ｕ_B3，Ｕ_C3，……，Ｕ_H3である。

また、各Ｕ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hの部分巻線に重なる部分巻線を示すと、図５に示すようになる。ここで、重なる部分巻線とは、同じスロット位置にあって、同じティースに巻き付けられる２個の巻線をいうものであって、図５は各Ｕ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hの部分巻線毎に、これに重なる部分巻線を示すものであって、「第１連」，「第２連」，「第３連」は図５と同様である。

図５において、Ｕ相巻線Ｕ_Aについてみると、その第１連、即ち、部分巻線Ｕ_A1に重なる部分巻線はＵ相巻線Ｕ_Bの第３連の部分巻線Ｕ_B3であり、第２連の部分巻線Ｕ_A2と重なる部分巻線はＵ相巻線Ｕ_Dの第２連の部分巻線Ｕ_D2であり、第３連の部分巻線Ｕ_A3と重なる部分巻線はＵ相巻線Ｕ_Fの第１連の部分巻線Ｕ_F1であって、このことからして、Ｕ相巻線Ｕ_Aはその部分巻線Ｕ_A1，Ｕ_A2，Ｕ_A3毎にそれらに重なるＵ相巻線が異なることになる。

他のＵ相巻線Ｕ_B〜Ｕ_Hについても同様であり、夫々の部分巻線と全て異なるＵ相巻線の部分巻線と重なることになる。

ここで、隣り合う位置での巻線に流れる電流の方向は互いに逆方向となっている。例えば、スロット１０８−１０６での部分巻線Ｕ_A1，Ｕ_B3では、電流がスロット１０８側から流れ込んでスロット１０６側から流れ出るように電流が供給され、その隣りのスロット１０６−１０４での部分巻線Ｕ_G2，Ｕ_B2では、スロット１０６のスロット１０８側とは反対側のスロット１０４側から電流が流れ込み、スロット１０６側から流れ出るように電流が供給される。このため、スロット１０６，１０８間の２つのティース（ティース対）での磁束の方向とスロット１０４，１０６間の２つのティース（ティース対）での磁束の方向とは逆となり、これら２つのティース対で磁路が形成さることになる。このことは、スロット１０２−１０４とスロット１０４−１０６との間でも同様であり、これらにおけるティース対間で磁路が形成されることになる。

これはＵ相巻線エリア２Ｕ₁に関するものであるが、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₂についても、スロット１１３，１１５間のティース対とスロット１１１，１１３間のティース対，スロット１１５，１１７間のティース対との間で磁路が形成され、さらに、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₃，２Ｕ₄においても、同様の磁路が形成されるものである。

以上は、Ｕ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hについてであったが、Ｖ相巻線Ｖ_A〜Ｖ_HやＷ相巻線Ｗ_A〜Ｗ_Hについても同様である。

図６はＵ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_H，Ｖ相巻線Ｖ_A〜Ｖ_H，Ｗ相巻線Ｗ_A〜Ｗ_Hが全て固定子鉄心１に設けられた状態を示すものであって、２Ｖ₁，２Ｖ₂，２Ｖ₃，２Ｖ₄はＶ相巻線エリア、２Ｗ₁，２Ｗ₂，２Ｗ₃，２Ｗ₄はＷ相巻線エリアであり、図１に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。なお、Ｖ相巻線エリアＶ₂〜Ｖ₄，Ｗ相巻線エリアＷ₂〜Ｗ₄は図示を省略している。

また、図７は図６のスロット１３４−１３６，１０１−１０３の部分を拡大して示す図である。

同図において、全ての３相巻線２１Ａ〜２１Ｈの部分巻線を固定子鉄心１に配置した場合、上記のように、Ｕ相巻線Ｕ_Aの場合、各Ｕ相巻線エリアのスロットに配置される部分巻線の最大個数は４個であるから、ここでは、各スロットに４個ずつ部分巻線が位置するように、部分巻線を配置する。これにより、固定子鉄心１でのスロット数は、３相巻線２１Ａ〜２１Ｈの総部分巻線数が３×３×８＝７２個であり、部分巻線１個当り２つのスロットを使用するから、７２×２÷４個＝３６スロットとなる。

Ｖ相巻線エリア２Ｖ₁〜２Ｖ₄も、また、Ｗ相巻線エリア２Ｗ₁〜２Ｗ₄も、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁，２Ｕ₂，２Ｕ₃，２Ｕ₄と同じ部分巻線の配列とするのであるが、これらＵ相巻線エリア２Ｕ₁，２Ｕ₂，２Ｕ₃，２Ｕ₄が９０゜（３６スロット÷４＝９スロット）間隔で配置されていることから、Ｖ相巻線エリア２Ｖ₁，２Ｖ₂，２Ｖ₃，２Ｖ₄は、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁，２Ｕ₂，２Ｕ₃，２Ｕ₄よりも、９スロット÷３＝３スロットずれて配置され、Ｗ相巻線エリア２Ｗ₁，２Ｗ₂，２Ｗ₃，２Ｗ₄は、Ｖ相巻線エリア２Ｖ₁，２Ｖ₂，２Ｖ₃，２Ｖ₄よりも３スロットずれて（従って、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁，２Ｕ₂，２Ｕ₃，２Ｕ₄よりも６スロットずれて）配置されることになる。

そこで、図６において、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁がスロット１０２−１０８の範囲にあるとすると、Ｖ相巻線エリア２Ｖ₁がスロット１０５−１１１の範囲にあり、Ｗ相巻線エリア２Ｗ₁がスロット１０８−１１４の範囲にある。そして、このＶ相巻線エリア２Ｖ₁に続いて、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₂がスロット１１１−１１７の範囲にあることになり、以下同様にして、Ｖ相巻線エリア２Ｖ₂，Ｗ相巻線エリア２Ｗ₂，Ｕ相巻線エリア２Ｕ₃，……と続くことになる。

この場合、Ｕ相巻線エリアは３スロットずつＶ巻線エリアとＷ巻線エリアとに重なり、Ｖ相巻線エリアは３スロットずつＵ巻線エリアとＷ巻線エリアとに重なり、Ｗ相巻線エリアは３スロットずつＶ巻線エリアとＵ巻線エリアとに重なるが、上記のように、部分巻線は２ティースに渡って巻き付けられ、かかる２ティースの間のスロットはこの部分巻線の巻き付けがなされないので、また、各巻線エリアの両端部のスロットには、２つの部分巻線の巻き付けがあるのみであるので、全てのスロットで４個の部分巻線の巻き付けが存在することになる。従って、全ての３相巻線２１Ａ〜２１Ｈの全ての相の部分巻線は、固定子鉄心１の内面に均等に分配されて配置されることになる。

以上のように、この実施形態では、同じ固定子鉄心１に、夫々が別々のサーボアンプで駆動される８個の３相巻線２１Ａ〜２１Ｈを設けているため、大容量の回転電機を提供することができるものであって、これら３相巻線２１Ａ〜２１Ｈの各相の巻線を３個の部分巻線に分割し、これら３相巻線２１Ａ〜２１Ｈの同じ相の部分巻線を設定された４個の巻線エリア（Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄，Ｖ相巻線エリア２Ｖ₁〜２Ｖ₄，Ｗ相巻線エリア２Ｗ₁〜２Ｗ₄）に分配し、夫々の巻線エリアにおいて、異なる２つの３相巻線の同相の部分巻線を同じ位置に配置して重なるようにしているものであるから、固定子鉄心１での全体のスロット数を低減することができるので、スロットやティースの寸法を格別縮小することなく、固定鉄心１、従って、回転電機の小型化を実現することができる。

先の特許文献１に記載の回転電機では、３相巻線を２個用い、これら３相巻線の各相の巻線を２個の部分巻線に分割した構成であって、この場合、４８スロットの固定子鉄心が用いられているが、さらに、３相巻線の個数や部分巻線の個数を増やして回転電機の大容量化を図るとなると、スロット数を大幅に増加させる必要があり、小型化を回避するためには、先に説明したように、スロットやティースの寸法を縮小せざるを得ず、必然的に回転電機の大容量化に大幅な制約が加わることになる。この実施形態は、かかる問題も解消できるものである。

また、各３相巻線２１Ａ〜２１Ｈの各相の巻線は、夫々の巻線エリアで部分巻線毎に他の３相巻線の同じ相の巻線の部分巻線と同じ位置に配置されて重なることになるが（例えば、図１のＵ相巻線エリア２Ｕ₁において、３相巻線２１ＡのＵ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A1は、他の３相巻線２１ＢのＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B3と、スロット１０８−１０６で重なる）、図５に示したように、同じ相の巻線の３個の部分巻線（第１〜第３連）は、異なる巻線エリアで異なる３相巻線の同じ相の巻線の部分巻線と重なることになるので、異なる３相巻線の同じ相の巻線間で相互干渉があるものの、この相互干渉は、相巻線全体の１／３の部分巻線により、１／３ずつ異なる３相巻線の同じ相の巻線に分散されることになる。

換言すると、例えば、図５において、３相巻線２１ＡのＵ相巻線Ｕ_Aについてみると、このＵ相巻線Ｕ_Aは他の３相巻線のＵ相巻線から相互干渉を受けることになるが、この相互干渉を生ずる巻線は、３相巻線２１ＢのＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B3と３相巻線２１ＤのＵ相巻線Ｕ_Dの部分巻線Ｕ_D2と３相巻線２１ＦのＵ相巻線Ｕ_Fの部分巻線Ｕ_F1とである。

そこで、いま、これら３相巻線２１Ａ〜２１ＨのＵ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hが駆動されてこれらに電流が流れると、３相巻線２１Ｂ，２１Ｄ，２１ＦのＵ相巻線Ｕ_B，Ｕ_D，Ｕ_Fが磁束が発生して、これが他の３相巻線のＵ相巻線を通り、これにより、これらＵ相巻線に電圧が誘起されてこれが相互干渉となるが、Ｕ相巻線Ｕ_Aについてみた場合、その部分巻線Ｕ_A1では、これに重なる部分巻線Ｕ_B3により、Ｕ相巻線Ｕ_B全体が重なっている場合の１／３の電圧が誘起され、その部分巻線Ｕ_A2では、これに重なる部分巻線Ｕ_D2により、Ｕ相巻線Ｕ_D全体が重なっている場合の１／３の電圧が誘起され、その部分巻線Ｕ_A3では、これに重なる部分巻線Ｕ_F1により、Ｕ相巻線Ｕ_F全体が重なっている場合の１／３の電圧が誘起されることになる。

このように、異なる３相巻線の同じ相の巻線の部分巻線を重ねることにより、これら相の巻線間で相互干渉が発生するものてあるが、これら他の巻線からの相互干渉は１／３に低減されたものとなる。そして、同じ相の巻線であっても、これらは異なるサーボアンプによって駆動されるものであるから、異なる３相巻線での同じ相の巻線の駆動電流はその立上りが完全に一致するものではなく、そのタイミングに若干のずれが生ずることになる。このため、相互干渉として３個の他の３相巻線の同じ相の巻線の部分巻線によって誘起される電圧も立上りタイミングが一致することはない。従って、１／３に低減された誘起電圧が相互干渉として作用するものであり、これにより、他の巻線からの相互干渉も低減されることになる。

図８はこのような相互干渉に関しての対比例を示すものであって、図１に対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、この対比例は、図２，図３に示す構成をなすものであって、各３相巻線２１Ａ〜２１ＨのＵ相巻線Ｕ_A〜Ｕ_Hの配線構造を示すものであるが、各Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁〜２Ｕ₄では夫々、異なる３相巻線の２つのＵ相巻線が配置されたものである。即ち、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁についてみると、スロット１０８−１０６にＵ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A1とＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B1とが設けられ、スロット１０４−１０６にＵ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A2とＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B2とが設けられ、スロット１０４−１０２にＵ相巻線Ｕ_Aの部分巻線Ｕ_A3とＵ相巻線Ｕ_Bの部分巻線Ｕ_B3とが設けられている。このように、Ｕ相巻線Ｕ_AとＵ相巻線Ｕ_Bとの部分巻線が全て重ねられ（同じ位置に配置され）ている。他のＵ相巻線エリア２Ｕ₂〜２Ｕ₄についても同様であり、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₂では、Ｕ相巻線Ｕ_Cの部分巻線Ｕ_C1〜Ｕ_C3とＵ相巻線ＵＤの部分巻線Ｕ_D1〜Ｕ_D3とが重ねられ、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₃では、Ｕ相巻線Ｕ_Eの部分巻線Ｕ_E1〜Ｕ_E3とＵ相巻線Ｕ_Fの部分巻線Ｕ_F1〜Ｕ_F3とが重ねられ、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₄では、Ｕ相巻線Ｕ_Gの部分巻線Ｕ_G1〜Ｕ_G3とＵ相巻線Ｕ_Hの部分巻線Ｕ_H1〜Ｕ_H3とが重ねられている。

Ｖ相巻線エリア，Ｗ相巻線エリアについても同様であり、これらＵＶＷ相の巻線エリアの位置関係も、図１に示す実施形態の場合と同様である。

かかる巻線構造でも、ＵＶＷ相の巻線エリアの位置関係，各巻線エリアでの部分巻線の配置関係は図１に示す実施形態と同様であるから、固定子鉄心１でのスロット数，ティース数も、図１に示す実施形態と同様であって、３６個であり、多数の３相巻線を用いながら、回転電機の小型化を実現できるものであるが、同じ相の２つの相巻線の全ての部分巻線が固定子鉄心１の同じ位置に重なって配置されているので、これら間の相互干渉は大きなものとなる。

図９はかかる相互干渉を説明するための図であって、３０〜３３は浮遊インダクタンス、Ｕ_ABは等化的な結合巻線であり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。なお、ここでは、図８でのＵ相巻線エリア２Ｕ₁について説明するものである。

図９（ａ）はこのＵ相巻線エリア２Ｕ₁に設けられたＵ相巻線Ｕ_A，Ｕ_Bの駆動部を示すものであって、サーボアンプ１０Ａからは、標遊インダクタンス３０，３１を有する配線を介して、Ｕ相巻線エリア２Ｕ₁でのＵ相巻線Ｕ_Aに電流が流れる。この電流によってＵ相巻線Ｕ_Aに生ずる磁束がこのＵ相巻線Ｕ_Aと重なって配置されるＵ相巻線Ｕ_Bを通ることにより、このＵ相巻線Ｕ_Bに電圧が誘起することになり、これにより、Ｕ相巻線Ｕ_A，Ｕ_Bとで相互干渉が生ずる。

ここで、図９（ｂ）に示すように、このときのＵ相巻線Ｕ_Aでの電圧をＡとし、磁束によるＵ相巻線Ｕ_AとＵ相巻線Ｕ_Bとの結合係数をｋとすると、Ｕ相巻線Ｕ_Bに誘起される電圧ａは、ａ＝ｋＡとなる。そして、結合係数ｋがほぼ１とすると、ａ≒Ａとなる。これにより、図９（ｂ）に示すように、電圧Ａにほぼ等しい電圧ａがＵ相巻線Ｕ_Bに誘起されることになる。なお、ここでは、夫々の電圧を明示するために、時間軸（横軸）方向に幅を持たせて示しているが、Ｕ相巻線Ｕ_Bに誘起される電圧ａは、Ｕ相巻線Ｕ_Aに電流を流し始める磁束が変化するときに生ずるものである。

図９（ｃ）は、このようにＵ相巻線Ｕ_Aに電流が供給されたときの、Ｕ相巻線Ｕ_A，Ｕ相巻線Ｕ_Bに関する等化回路を示すものであって、Ｕ相巻線Ｕ_A，Ｕ_Bが１つの結合巻線Ｕ_ABで等化的に表現されることになる。これにより、サーボアンプ１０Ａによって駆動されると、この駆動電圧に等しい電圧が他方のサーボアンプ１０Ｂに外乱として加わることになるが、この外乱はこのサーボアンプ１０Ｂが制御できる限界の電圧であり、サーボアンプ１０Ｂは制御できなくなる。このことは、サーボアンプ１０ＢからＵ相巻線Ｕ_Bを駆動した場合も同様であって、サーボアンプ１０Ａは制御できなくなる。

これに対し、図１に示す実施形態では、上記のように、Ｕ相巻線Ｕ_Aを分割する部分巻線Ｕ_A1，Ｕ_A2，Ｕ_A3毎に、また、Ｕ相巻線Ｕ_Bを分割する部分巻線Ｕ_B1，Ｕ_B2，Ｕ_B3毎に重なる部分巻線が異なるＵ相巻線の部分巻線であり、かつ、異なるＵ相巻線では、電流の立上りタイミングに若干のずれがあることから、Ｕ相巻線Ｕ_Bの夫々の部分巻線に誘起される外乱としての電圧は、その振幅が上記のＵ相巻線全体が重なっている場合の１／３であり、しかも、これら誘起される電圧の発生タイミングは若干ずれたものであって、これらが加算されることがないので、相互干渉による外乱は１／３に低減される。従って、相互干渉によるサーボアンプへの外乱は大幅に低減されることになり、夫々のサーボアンプの制御は正常に行なわれることになる。

なお、上記実施形態では、８個の３相巻線を用い、３相巻線の夫々の相巻線を３個の部分巻線に分割するものとしたが、これは一例であって、本発明はこれに限定されるものではなく、多相巻線を複数個用い、これら多相巻線での夫々の相巻線を適宜の個数の部分巻線に分割するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、各相で巻線エリアを４個としたが、これに限るものではないし、固定子鉄心の同じ位置に配置する同じ相の巻線の部分巻線の個数も、上記の２個に限るものではない。

本発明は、大容量化、かつ小型・低イナーシャ化を必要とする全ての回転電機に利用可能である。

図１は本発明による回転電機の巻線構造の一実施形態を示す図である。 本発明による回転電機の駆動システムの一実施形態を示すシステム構成図である。 図２における３相巻線の一具体例を示す回路図である。 図１でのＵＶＷ各相のＵ相巻線の部分巻線の位置を示す図である。 図１での各Ｕ相巻線の部分巻線の重なりを示す図である。 図１でＵ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線が全て固定子鉄心に設けられた状態を示す図である。 図６の一部を拡大して示す図である。 図１に示す実施形態との対比例を示す図である。 図８に示す固定子巻線構造での相互干渉を説明する図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心
２Ｕ₁〜２Ｕ₄ Ｕ相巻線エリア
３Ａ〜３Ｈ 渡り線
４ ティース
１０１〜１３６ スロット
１０Ａ〜１０Ｈ サーボアンプ
２０ 回転電機の固定子
２１Ａ〜２１Ｈ ３相巻線
Ｕ_A〜Ｕ_H Ｕ相巻線
Ｖ_A〜Ｖ_H Ｖ相巻線
Ｗ_A〜Ｗ_H Ｗ相巻線
Ｕ_A1〜Ｕ_A3 Ｕ相巻線Ｕ_Aの部分巻線
Ｖ_A1〜Ｖ_A3 Ｖ相巻線Ｖ_Aの部分巻線
Ｗ_A1〜Ｗ_A3 Ｗ相巻線Ｗ_Aの部分巻線
２Ｖ₁，２Ｖ₂，２Ｖ₃，２Ｖ₄ Ｖ相巻線エリア
２Ｗ₁，２Ｗ₂，２Ｗ₃，２Ｗ₄ Ｗ相巻線エリア

Claims (7)

1. 固定子鉄心に多相巻線が複数個設けられた回転電機において、
   該多相巻線の各相の巻線は夫々、複数の部分巻線に分割されて、該複数の部分巻線が夫々該固定子鉄心の異なる位置に配置され、
   かつ、該固定子鉄心の該部分巻線が配置される該位置には、異なる複数の該多相巻線での同相の該巻線の部分巻線が配置されている
   ことを特徴とする回転電機の巻線構造。
2. 請求項１において、
   前記部分巻線が配置される前記位置では、前記固定子鉄心の所定個数のティースを挾む２つのスロット間に前記部分巻線が巻回されて配置されている
   ことを特徴とする回転電機の巻線構造。
3. 請求項１または２において、
   前記部分巻線が配置される複数の前記位置からなる巻線エリアが複数個所定の間隔で設定され、
   前記多相巻線の各相の巻線は、その前記部分巻線により、異なる巻線エリアに渡って配置されている
   ことを特徴とする回転電機の巻線構造。
4. 請求項３において、
   前記巻線エリアでは、異なる相の巻線の前記部分巻線が配置される位置を含む
   ことを特徴とする回転電機の巻線構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
   前記固定子鉄心が３６スロットからなり、複数個の前記多相巻線は、８個の３相巻線である
   ことを特徴とする回転電機の巻線構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
   前記各相の巻線は、３個の前記部分巻線からなる
   ことを特徴とする回転電機の巻線構造。
7. 請求項〜６のいずれか１つに記載の前記複数の多相巻線は夫々、インバータを有することなるサーボアンプによって駆動されることを特徴とする回転電機の駆動システム。

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