JP2889361B2 - 三相電機子巻線 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は整数スロット巻の三相電機子巻線に関する。

（従来の技術） 三相電機子巻線の巻装方式として、一般に重ね巻と同
心巻とがある。

重ね巻は、同一形状で同一のコイルピッチのコイルを
順次重ねてスロットに収納して構成される。

これは各コイルの形状が同一であって、各相の巻線抵
抗，漏洩リアクタンスが等しくなるため、各相の電気的
特性が平衡するという利点がある。しかし、全てのスロ
ットに異相のコイルが二層に重ねて収納されるため、コ
イル挿入作業を自動化することができず、作業者が手作
業でそれを行わなければならないという欠点がある。

一方、同心巻は、各相各極の巻線が互いにコイルピッ
チが相違する複数個の同心巻コイルから構成され、これ
らが極中心に対して同心状に配置される。これは各巻線
をコイルインサータと称する自動コイル挿入機を使用し
てコイルの挿入が可能で、生産性に優れるため広く利用
されている。その一例を第13図に示す。例示した巻線は
４極の同心巻であって、各相のコイルは例えばU,V,W相
の順に相毎にスロット内に収納されている。従って、各
コイルのコイルエンドは外周側からＵ相,V相,W相の順に
並び、各相の各極コイルは共に回転子を取り囲む環状領
域を４等分した約90度の角度範囲内に順次位置するよう
になっている。図中、Ｕ相のコイルは第１極〜第４極を
U₁〜U₄と表し、Ｖ相及びＷ相についても同様にV₁〜V₄，
W₁〜W₄と表してある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成では次のような問題がある。

（１）１スロットに１個のコイルが収納される単層巻で
あるから、コイル体積の大きな機種になるとコイルの挿
入性が悪くなる。また、挿入後のコイルエンドの成形が
困難になって軸方向寸法が長くなったりコイル表面を損
傷させたりする。従って、コイルエンドの成形工程に十
分に耐えることができるようにするため、スロット絶縁
物や相間絶縁物を十分に厚くする必要がある。

（２）各相のコイルエンドは相毎に径方向に順に配置さ
れる形態であるから、コイルエンドの長さ寸法が各相毎
に相違することになる。このため、巻線抵抗及び漏洩リ
アクタンスの相違から相毎の巻線インピーダンスに不平
衡が生じ、励磁電流の不平衡等の電気的な種々の不具合
をもたらす。また、同一の鉄心寸法であれば、重ね巻に
比べて電気的諸特性が劣り、更に使用銅量が多くなる。

そこで、本発明の目的は、単層同心巻と同等のコイル
挿入性を発揮すると共に、コイル挿入回数を減らして生
産性を向上させ、しかも二層重ね巻と同等の優れた電気
的諸特性を有する三相電機子巻線を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の三相電機子巻線は、各極各層の極巻線を互い
にコイルピッチが相違するｑ個の同心巻コイルまたはコ
イルピッチが同一で順次隣接するスロット内に位置する
ｑ個の連続コイルから成る（ｑは各極各相のスロット
数）極巻線を各相複数個有して形成され、１相の１個の
極巻線と該極巻線の最小コイルピッチの内側に他２相の
１極１相分のコイル辺を夫々配設して小グループコイル
群を形成するか、又は２相の各相１個の極巻線から成り
夫々の極巻線の最小コイルピッチの内側に該極巻線の異
相の１極１相分のコイル辺を配設して小グループコイル
群を形成し、この小グループコイル群の３個で大グルー
プコイル群を形成し、各相の極巻線は電気角で互いにＰ
π/3ずつ隔たり（Ｐは極数）、且つ、前記大グループコ
イル群のコイルが各スロット毎に１段入るように配置
し、２回のコイル挿入回数で前記コイルをスロットに同
時挿入されて二層巻とされているところに特徴を有す
る。

（作用） 各極各相の巻線は、各極各相のスロット数に相当する
ｑ個の同心巻コイルまたはｑ個の連続コイルから構成さ
れているから、１スロットに２個のコイル辺が挿入され
る二層巻となる。このため１個のコイル当りの断面積は
単層同心巻の半分になり、従って、コイル体積の大きな
機種でもコイルの挿入性を良好に維持することができ、
コイル挿入後におけるコイルエンドの成形が容易となっ
てコイル表面の絶縁不良が生じにくい。また、三相分の
コイルを２回でスロットに同時挿入して二層巻とするか
ら、コイル挿入作業の自動化が可能で生産性が向上す
る。しかもそれでいながら、各相巻線のスロットへの挿
入位置関係は、各相毎に同一になるから、巻線インピー
ダンスが三相間で平衡し、不平衡励磁電流の発生を抑制
して電気的諸特性が向上する。

（実施例） 〈第１実施例〉 本発明は４極48スロットの二層同心巻としており、第
１図乃至第４図を参照して説明する。番号１〜48はスロ
ット番号、U₁〜U₄はＵ相の第１〜第４の各極巻線、V₁〜
V₄はＶ相の第１〜第４の各極巻線、W₁〜W₄はＷ相の第１
〜第４の各極巻線を示す。この実施例で各極各相のスロ
ット数ｑは、ｑ＝スロット数／（極数×極数）でｑ＝48
/（４×３）＝４となる。各相各極の巻線は、第３図に
各相の第１極と第２極を取り出して示すように、各極各
相のスロット数ｑに等しい夫々４個の同心巻コイルU₁₁
〜U₁₄，V₁₁〜V₁₄，W₁₁〜W₁₄から構成されている。いず
れの相についても同様な原則に基づき構成されているか
ら、Ｕ相第１極巻線U₁について詳細に述べる。これは、 ＃１（U₁₁のコイル辺１）から＃16（U₁₁のコイル辺1
6）にわたるコイルピッチ15の第１コイルU₁₁と、 ＃２（U₁₂のコイル辺２）から＃15（U₁₂のコイル辺1
5）にわたるコイルピッチ13の第２コイルU₁₂と、 ＃３（U₁₃のコイル辺３）から＃14（U₁₃のコイル辺1
4）にわたるコイルピッチ11の第３コイルU₁₃と、 ＃４（U₁₄のコイル辺４）から＃13（U₁₄のコイル辺1
3）にわたるコイルピッチ９の第４コイルU₁₄と のコイルピッチが互いに相違するｑ個（４個）のコイル
から構成されている。なお、記号＃は、スロット番号を
表すために付してある。

各相の第１極巻線U₁，V₁，W₁は電機子鉄心の最外周に
位置するように配置され、互いに電気角でＰπ/3（但
し、Ｐは極数とする）に相当する240°（第２図で示すU
₁，V₁，W₁は機械的に配置した機械角の表示法で各120°
間隔であるが、電気角でみると４極の場合、電気角は機
械角の２倍となるので間隔は240°になる）隔てられて
いる。また、その内周には各相の第２極巻線U₂，V₂，W₂
が配置され、更にその内周には各相の第３極巻線U₃，
V₃，W₃が配置され、最内周には各相の第４極巻線U₄，
V₄，W₄が配置され、各極について各相巻線は互いに電気
角でｐπ/3（但し、ｐは極数とする）に相当する240°
隔てられている。

上記各巻線を構成するコイル群のスロット内への収納
状態について述べる。第１図において、＃１〜＃48の各
スロット部分に示した２本の線は、相が異なる２本のコ
イル辺が１つのスロットに収納された二層巻の様子を示
しており、右側に示したコイル辺がスロットの底部（電
機子鉄心の外周側）に位置し、左側に示したコイル辺が
スロットの上部（電機子鉄心の内周側）に位置すること
を意味する。また、全コイルのスロット内における位置
関係を示すと次表に示すようになる。次表において、
「底」はコイル辺がスロットの底部に収納され、「上」
はコイル辺がスロットの上部に収納されることを意味す
る。従って、「底−底」は当該コイルが両コイル辺がス
ロットの底部から底部にわたるように配置されているこ
とを示す。

さて、各コイルの挿入手順について説明するに、まず
第１回目のコイル挿入作業は、第１極となる三相巻線
U₁，V₁，W₁を一組とし、さらに第２極となる三相巻線
U₂，V₂，W₂を別の組として、これらを図示しないコイル
挿入機（インサータ）にセットする。この時のコイル群
の配置関係は例えば第１極巻線U₁でみると、第１極巻線
U₁の最小コイルピッチの内側（第２図のスロット＃５〜
＃12間）に第２極巻線V₂及び第２極巻線W₂の１極１相分
のコイル辺（スロット＃５〜８ではV₂のコイル辺があ
り、スロット＃９〜＃12ではW₂のコイル辺がある）が配
置され、これらU₁とコイルとV₂及びW₂の１極１相分のコ
イル辺で小グループコイル群が形成される。この小グル
ープコイル群が第１極巻線V₁及び第１極巻線W₁にも同様
な組合わせ方法で形成されており、小グループコイル群
の３個によって大グループコイル群が形成され、この大
グループコイル群がスロットへ１回の作業で同時に挿入
されるようになっている。これらの巻線を構成する各相
４個、計24個のコイルは前表からも明らかなように、全
てのコイル辺がスロットの底部に収納されている。又、
前記第１極の三相巻線U₁，V₁，W₁及び第２極の三相巻線
U₂，V₂，W₂は各々電気角で240°の隔たりとなると共
に、第１極巻線U₁と第２極巻線U₂（V₁とV₂、W₁とW₂も同
じ）とは電気角で360℃の隔たりとなるように図示しな
いコイル挿入機にセットするのであるからお互いに干渉
はしない。

次のコイル挿入作業を行う前に中間成形を行った後に
１つのスロットに２種類のコイルが挿入されているた
め、これらの異相間にはスロットの中及びコイルエンド
には絶縁物が挿入又は係止されることは言うまでもな
い。

次に、第２回目のコイル挿入作業は第３極の三相巻線
U₃，V₃，W₃を一組とし、さらに第４極となる三相巻線
U₄，V₄，W₄を別の組として行う。この時のコイル群の配
置関係も例えば第３極巻線U₃でみると、第３極巻線U₃の
最小コイルピッチの内側（第２図のスロット＃17〜＃24
間）に第４極巻線V₄及び第４極巻線W₄の１極１相分のコ
イル辺（スロット＃17〜20ではV₄のコイル辺が有り、ス
ロット＃21〜＃24ではW₄のコイル辺が有る）が配置さ
れ、これらU₃コイルとV₄及びW₄の１極１相分のコイル辺
で小グループコイル群が形成される。この小グループコ
イル群が第３極巻線V₃及び第３極巻線W₃にも同様な組合
わせ方法で形成されており、小グループコイル群の３個
によって大グループコイル群が形成され、この大グルー
プコイル群がスロットへ１回の作業で同時に挿入される
ようになっている。この場合これらの巻線を構成する各
相４個計24個のコイルは前表からも明らかなように全て
のコイル辺がスロットの上部に収納されている。又、第
３極及び４極の三相巻線は各々が電気角で240°の隔た
りとなると共に、第３極巻線U₃と第４極巻線U₄とは電気
角で360°の隔たりとなっている。よってお互いの干渉
はない。

この際、前表から明らかなように第１回目のコイル挿
入後、第２回目のコイル挿入は全スロットの底部に既に
第１極又は第２極の巻線のコイル辺が挿入されており、
単に全スロットの上部に第３極巻線及び第４極巻線を重
ねて挿入すればよい。

このように本実施例では、コイルインサータを利用し
た２回（極数の1/2に等しい）の挿入作業にて全ての巻
線の挿入作業を終えることができる。なお、異相のコイ
ル辺が同一スロット内に収納されているので、異相コイ
ル間の絶縁のための中敷絶縁物を機械的に或いは手作業
にて挿入することは勿論である。

上述のようにして挿入された各コイルの配置は第２図
に示すようになり、各相巻線のスロットへの挿入位置関
係は各相毎に同一になって幾何学的及び電気的に平衡す
ることが明らかである。

また、各コイルの接続については、例えば第４図
（Ａ）に示す通りに接続すれば4Y接続となり、第４図
（Ｂ）に示す通りに接続すれば４Δ接続とすることがで
きる。

上記構成の本実施例によれば、自動コイル挿入機を使
用した２回のコイル挿入作業によって全てのコイルの挿
入を完了することができ、コイルの挿入を手作業に頼っ
ていた二層重ね巻に比べて生産性が著しく高くなる。し
かも、それでいながら第１図に示したように３つの相の
各巻線のコイルエンドは周方向に均等配置されるから、
そのコイルエンドの長さ寸法は各相で略等しくなる。こ
のため、各相コイルのインピーダンスが略等しくなり、
インピーダンス不平衡による励磁電流の不平衡等を防ぐ
ことができ、従来の単層同心巻にありがちな電気的諸特
性の悪化を抑制できる。また、二層同心巻であるから、
１個のコイルは単層同心巻とした従来の導体数の半分の
導体数にて構成されることになる。従って、コイル体積
は従来の半分になり、スロットへの挿入作業が容易とな
り、且つ挿入後のコイルエンド整形作業も容易になる。
このようにコイルエンド整形作業が容易であることは、
コイルエンドの長さに十分な余裕を与えておかなくとも
整形が可能になることを意味するから、各コイルの軸方
向寸法が短くなって、使用銅量や重量の削減が可能にな
り、コイルエンドと外被構造物との間に十分な絶縁距離
を確保することが可能になる。また、整形圧力が低くて
済むから、コイルの絶縁被覆を損傷することが少なくな
る。

〈第２実施例〉 第５図及び第６図を参照して説明する。48スロット、
４極の二層同心巻としたところは上記第１実施例と同一
であるが、各コイルのコイルピッチが相違する。

各極各相のスロット数ｑは第１実施例と同様に４であ
り、各極各相の巻線はやはり互いにコイルピッチが相違
する４個の同心巻コイルから構成されている。各同心巻
コイルのコイルピッチは、11,9,7,5である。極巻線の考
え方は第１実施例と同じであるから、同一部分には同一
符号を付けて説明する。第１実施例とは小グループコイ
ル群の形成が異なっている。即ち、第１極巻線U₁と第２
極巻線V₂があって、夫々の最小コイルピッチの内側（第
１極巻線U₁でみると第６図のスロット＃５〜＃８間に、
第２極巻線V₂ではスロット＃９〜＃12間）に、U₁の場合
はV₂の１極１相分のコイル辺が配置されると共にV₂の場
合はU₁の１極１相分のコイル辺が配置され、この状態で
小グループコイル群が形成される。この小グループコイ
ル群が、第１極巻線V₁と第２極巻線W₂の組合わせ、第１
極巻線W₁と第２極巻線U₂の組合わせで夫々形成されてい
る。そして、小グループコイル群の３個によって大グル
ープコイル群が形成され、この大グループコイル群がス
ロットへ１回の作業で同時に挿入されるのは第１実施例
と同じである。コイル展開図は第６図に示したようにな
り、やはり各相巻線のスロットへの挿入位置関係は各相
毎に同一になって幾何学的及び電気的に平衡することが
明らかである。

従って、第１実施例と同一の作用・効果を得ることが
でき、しかも例えば＃１〜＃４のスロットには同一相の
コイルがスロット底部に挿入されることになるため、ス
ロット内の中敷絶縁物やコイルエンド部の異相間に挿入
する相間絶縁物を簡略化することができる等の利点があ
る。

〈第３実施例〉 第７図及び第８図を参照して説明する。48スロット、
４極で各極各相のスロット数ｑが４となる点では前記第
１及び第２実施例と同一であるが、重ね巻方式となって
いる点が相違する。

各極各相の巻線は全てコイルピッチが12である４個の
連続コイルから構成されている。第１回挿入コイルを構
成する三相巻線U₁，V₁，W₁及びU₂，V₂，W₂を取出して示
すと第８図のようになり、各連続コイルは順次隣接する
スロット内に位置されるようになっている。即ち、Ｕ相
第１極巻線U₁は、スロット＃１から＃13にわたるコイル
ピッチ12の第１コイルU₁₁と、＃２から＃14にわたるコ
イルピッチ12の第２コイルU₁₂と、＃３から＃15にわた
るコイルピッチ12の第３コイルU₁₃と、＃４から＃16に
わたるコイルピッチ12の第４コイルU₁₄とで形成され、
コイルピッチは12で同じである。以下、Ｖ相第１極巻線
V₁も、＃17〜＃29,＃18〜＃30,＃19〜＃31,＃20〜＃32
で夫々第１乃至第４コイルV₁₁〜V₁₄がコイルピッチ12で
形成される。更に、Ｗ相第１極巻線W₁も、＃33〜＃45,
＃34〜＃46,＃35〜＃47,＃36〜＃48で夫々第１乃至第４
コイルW₁₁〜W₁₄がコイルピッチ12で形成される。そし
て、Ｕ相第１極巻線U₁の最内側のコイル辺間（スロット
＃４と＃13間）に、Ｖ相第２極巻線V₂の１極１相分のコ
イル辺（スロット＃５〜＃８）とＷ相第２極巻線W₂の１
極１相分のコイル辺（スロット＃９〜＃12）が配置さ
れ、このスロット＃１〜＃16に挿入されたコイル辺で小
グループコイル群が形成される。同様にＶ相第１極巻線
V₁及びＷ相第１極巻線W₁を中心にして小グループコイル
群が形成され、これら３個の小グループコイル群によっ
て大グループコイル群が形成され、この大グループコイ
ル群で第１回挿入コイルを構成する。これら２組の三相
分の巻線U₁，V₁，W₁及びU₂，V₂，W₂は、一回として自動
コイル挿入機によって鉄心スロット内に挿入される。ま
た、残りの各極を構成する三相巻線も同様な構成で、各
極の三相分の巻線が二組とされて極数回数×（1/2）の
回数でスロットに同時挿入される。なお、コイル配置図
は第１実施例のものとして示した第２図と同じになる。

この第３実施例によれば、二層重ね巻でありながら、
コイル挿入作業を自動コイル挿入機を使用して行うこと
ができ、生産性が大きく高まる。勿論、各コイルの導体
数は単層同心巻の半分であるから、コイルエンドの成形
作業は簡単に行うことができる。

〈第４実施例〉 この実施例のコイル配置を示す第９図から明らかな通
り、36スロット、４極の例である。本実施例では、各極
各相のスロット数ｑは３となり、各相各極の巻線はコイ
ルピッチが順に11,9,7である３個（ｑ個）同心巻コイル
から構成されている。やはり各相の巻線は電気角で互い
に240°ずつ隔たり、且つ、三相分の巻線を二組として
極数×（1/2）回数スロットに同時挿入されて二層同心
巻とされている。スロット数及びコイルピッチが前記第
１実施例と相違するだけであるから、同一部分に同一符
号を付して説明を省略するが、第１実施例と同様な効果
を奏することは勿論である。

〈第５実施例〉 やはり36スロット、４極で、二層重ね巻とすることが
できる。この場合、コイルピッチは９（％ピッチは88.9
％）で、コイル配置は第９図と全く同一となる。

〈第６実施例〉 この実施例のコイル配置図を第10図に示すが、やはり
36スロット、４極で、二層同心巻とした例で、前記第４
実施例とは同心巻コイルのコイルピッチが異なり、小グ
ループコイル群の形成が第２実施例と同じ方法である。
各相各極巻線を構成する３個の同心巻コイルのコイルピ
ッチは、順に8,6,4で、やはり三相分の巻線を二組とし
て極数×（1/2）回数でスロットに同時挿入されて二層
巻とされている。

〈第７実施例〉 第11図にコイル配置図を示す。60スロット、４極で、
二層同心巻とした例であり、小グループコイル群の形成
が第１実施例と同じ方法である。各極各相のスロット数
ｑはｑ＝60/（４×３）から５となり、各極各相の巻線
は互いにコイルピッチが相違する５個（ｑ個）の同心巻
コイルから構成され、そのコイルピッチは順に19,17,1
5,13,11である。

この実施例によっても、上記各実施例と同様な効果を
奏する上、特に第２及び第６実施例と同様に、中敷絶縁
物や相間絶縁物の挿入を簡略化できるという利点があ
る。

〈第８実施例〉 この実施例のコイル配置図を第12図に示すが、やはり
60スロット,4極で、二層同心巻とした例で、前記第７実
施例とは同心巻コイルのコイルピッチが異なり、小グル
ープコイル群の形成が第２実施例と同じ方法である。各
相各極巻線を構成する５個の同心巻コイルのコイルピッ
チは、順に14,12,8で、やはり三相分の巻線を二組とし
て極数×（1/2）回数でスロットに同時挿入されて二層
巻とされている。

その他、本発明は上記各実施例に限定されるものでは
なく、第４図に示した結線に限らず、１×Y,2×Y,1×
Δ,2×Δ等の結線であっても良いことは勿論であり、ま
た各コイルのコイルピッチは各実施例に示した例に限定
されず、異常トルクを発生させない範囲内で種々変更で
きるものである。

［発明の効果］ 異常述べたように、本発明の三相電機子巻線によれ
ば、二層巻であって１個のコイル当りの断面積は単層同
心巻の半分になるから、コイル体積の大きな機種でもコ
イルの挿入性を良好に維持することができ、コイル挿入
後におけるコイルエンドの成形が容易となってコイル表
面の絶縁不良が生じにくい。また、三相分のコイルを極
数の（1/2）の回数でスロットに同時挿入して二層巻と
するから、コイル挿入作業の自動化が容易で、生産性に
優れる。しかも、それでいながら各相巻線のスロットへ
の挿入位置関係は、各相毎に同一になって巻線インピー
ダンスが三相間で平衡するから、不平衡励磁電流の発生
を抑制して電気的諸特性が向上する等の優れた効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示し、第１
図はコイル展開図、第２図はコイル配置図、第３図は各
相の第１回挿入コイルのみを示したコイル展開図、第４
図は巻線接続図である。第５図及び第６図は本発明の第
２実施例を示し、第５図はコイル展開図、第６図はコイ
ル配置図である。第７図及び第８図は本発明の第３実施
例を示し、第７図はコイル展開図、第８図は各相の第１
回挿入コイルのみを示したコイル展開図である。第９図
は本発明の第４及び第５の各実施例を示すコイル配置
図、第10図は第６実施例のコイル配置図、第11図は第７
実施例のコイル配置図、第12図は第８実施例のコイル配
置図である。そして第13図は従来例を示すコイルエンド
側からの側面図である。 U₁〜U₄:U相第１極〜第４極の各相巻線 V₁〜V₄:V相第１極〜第４極の各相巻線 W₁〜W₄:W相第１極〜第４極の各相巻線 U₁，U₂:1パスコイル V₁，V₂:1パスコイル W₁，W₂:1パスコイル U₃，U₄:2パスコイル V₃，V₄:2パスコイル W₃，W₄:2パスコイル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】整数スロット巻の４極の三相電機子巻線に
   おいて、三相の巻線は互いにコイルピッチが相違するｑ
   個の同心巻コイルから成る（ｑは各極各相のスロット
   数）極巻線を各相複数個有して形成され、１相の１個の
   極巻線と該極巻線の最小コイルピッチの内側に他２相の
   １極１相分のコイル辺を夫々配設して小グループコイル
   群を形成するか、又は２相の各相１個の極巻線から成り
   夫々の極巻線の最小コイルピッチの内側に該極巻線の異
   相の１極１相分のコイル辺を配設して小グループコイル
   群を形成し、この小グループコイル群の３個で大グルー
   プコイル群を形成し、各相の極巻線は電気角で互いにＰ
   π/3ずつ隔たり（Ｐは極数）、且つ、前記大グループコ
   イル群のコイルが各スロット毎に１段入るように配置
   し、このコイルが２回のコイル挿入でスロットに同時挿
   入され二層巻とされていることを特徴とする三相電機子
   巻線。
2. 【請求項２】整数スロット巻の４極の三相電機子巻線に
   おいて、三相の巻線はコイルピッチが同一で順次隣接す
   るスロット内に位置するｑ個の連続コイルから成る（ｑ
   は各極各相のスロット数）極巻線を各相複数個有して形
   成され、１相の１個の極巻線と該極巻線の最内側のコイ
   ル辺間に他２相の１極１相分のコイル辺を夫々配設して
   小グループコイル群を形成し、この小グループコイル群
   の３個で大グループコイル群を形成し、各相の極巻線は
   電気角で互いにＰπ/3ずつ隔たり（Ｐは極数）、且つ、
   前記大グループコイル群のコイルが各スロット毎に１段
   入るように配置し、このコイルが２回のコイル挿入でス
   ロットに同時挿入され二層巻とされていることを特徴と
   する三相電機子巻線。