JP3635744B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相交流発電機、三相誘導電動機などの回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、特開平６−１３３４８３号公報に開示された技術が知られている。この技術を、図８を用いて説明する。３相交流発電機のステータコイルは、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 をＹ形に結線したＹ形三相結線回路と、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 をΔ形に結線したＹ形三相結線回路とを備える。第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 は、各位相差が１２０°をなすように、ステータコイルの各スロットに収容される。
【０００３】
一方、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 は、それぞれ２つに分割され（第１巻線Ｙ1 がＹｘ1 、Ｙｚ2 、第１巻線Ｙ2 がＹｙ1 、Ｙｘ2 、第１巻線Ｙ3 がＹｚ1 、Ｙｙ2 ）、それぞれの合成ベクトルが、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 の各電圧ベクトルに対して３０°の位相差が生じるように、分割された各巻線が、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 を収容するスロット内に別々に収容される。
【０００４】
上記のように、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の合成ベクトル（電圧ベクトル）と、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 の電圧ベクトルとの位相差を、約３０°とすることによって、ポールコアの回転に対するステータ側の空間起磁力分布を均一化し、電磁的な騒音を抑えることができるとともに、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 と、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 とが、同一のスロット内に収容されるため、スロット数の増加を抑えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記に示した技術では、第１巻線Ｙ1 がＹｘ1 、Ｙｚ2 、第１巻線Ｙ2 がＹｙ1 、Ｙｘ2 、第１巻線Ｙ3 がＹｚ1 、Ｙｙ2 に、それぞれ分割されており、分割された各巻線は、図９に示すように、波巻に巻かれ、独立してスロット内に収容されていた。そして、各巻線の端部は、スロット内に挿入された後に、巻線の端末が接続されて電気的な結線がなされる。
【０００６】
ここで、各第１巻線は、それぞれ４つの端末（例えば第１巻線Ｙ1 は、巻線Ｙｘ1 の両端と、巻線Ｙｚ2 の両端の４つ）を備えることとなるため、３つの第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 は合計１２コの端末を備えることとなる。
このように、従来の技術では、第１巻線を２つの巻線に分割することにより、巻線の端末数が増加することになって、端末の識別が困難となり、誤接続を生じる可能性があるとともに、接続工数が増えるため製造コストが増加する不具合を生じる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電磁的な騒音を抑え、ステータコアのスロット数の増加を抑え、さらに巻線の端末数を減らすことのできる回転電機の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
回転電機は、請求項１の構成を採用することにより、次の作用および効果を奏する。
第２巻線を２つの巻線に区分し、区分した各巻線を、第１巻線を収納するスロットに収納しても、２つに区分された巻線の合成ベクトルを第１巻線のベクトルに対して３０°の位相差とすることができる。つまり、第２巻線は、第１巻線と同じスロット内に収納されるが、第１巻線の起磁力変化に対して３０°の位相差の起磁力変化をもつ。
【０００９】
このように、第１巻線のベクトルに対して第２巻線の合成ベクトルが３０°の位相差となることにより、ポールコアの回転に対するステータ側の空間起磁力が均一化する。このため、ロータとステータとの間に大きな脈動加振力が発生しなくなり、出力の低下を招くことなく電磁的な騒音を減少することができる。
【００１０】
また、第２巻線は２つの巻線に区分されて、それぞれの巻線が第１巻線と同じスロット内に収納される。従って、Ｙ型専用およびΔ型専用のスロットが不要となり、ステータコアのスロット数の増加を招くことがない。
【００１１】
さらに、第２巻線は２つの巻線に区分されて、それぞれの巻線が第１巻線と同じスロット内に収納されるが、第２巻線の区分された巻線は、重ね巻きによって連続して巻かれた状態でスロット内に収納されるものであるため、第２巻線は２つの端末を備えることとなる。このため、例えば、各第２巻線の区分された巻線のそれぞれを、重ね巻きによって連続して巻かれた状態でスロット内に収納すれば、３つの第２巻線の端末は合計６つとなり、従来の端末数の半分で済む。
【００１２】
このように、第２巻線の端末の数を、従来に比較して少なくすることができるため、端末の識別が容易となり、誤接続を生じる可能性が少なくなるとともに、接続工数が減るため製造コストを抑えることができる。
また、各第２巻線は、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれるものであり、このエナメル線はノズルを用いて巻かれるものである。
さらに、３つの第２巻線の区分された巻線と第１巻線の巻数は、全て同一の巻数で構成されることにより、同一の巻線機で９つ全ての巻線を作成でき、極めて巻線工程を簡素化できる。
【００１３】
〔請求項２の手段〕
回転電機は、請求項２の構成を採用することにより、次の作用および効果を奏する。
第１巻線を２つの巻線に区分し、区分した各巻線を、第２巻線を収納するスロットに収納しても、２つに区分された巻線の合成ベクトルを第２巻線のベクトルに対して３０°の位相差とすることができる。つまり、第１巻線は、第２巻線と同じスロット内に収納されるが、第２巻線の起磁力変化に対して３０°の位相差の起磁力変化をもつ。
【００１４】
このように、第２巻線のベクトルに対して第１巻線の合成ベクトルが３０°の位相差となることにより、ポールコアの回転に対するステータ側の空間起磁力が均一化する。このため、ロータとステータとの間に大きな脈動加振力が発生しなくなり、出力の低下を招くことなく電磁的な騒音を減少することができる。
【００１５】
また、第１巻線は２つの巻線に区分されて、それぞれの巻線が第２巻線と同じスロット内に収納される。従って、Ｙ型専用およびΔ型専用のスロットが不要となり、ステータコアのスロット数の増加を招くことがない。
【００１６】
さらに、第１巻線は２つの巻線に区分されて、それぞれの巻線が第２巻線と同じスロット内に収納されるが、第１巻線の区分された巻線は、重ね巻きによって連続して巻かれた状態でスロット内に収納されるものであるため、第１巻線は２つの端末を備えることとなる。このため、例えば、各第１巻線の区分された巻線のそれぞれを、重ね巻きによって連続して巻かれた状態でスロット内に収納すれば、３つの第１巻線の端末は合計６つとなり、従来の端末数の半分で済む。
【００１７】
このように、第１巻線の端末の数を、従来に比較して少なくすることができるため、端末の識別が容易となり、誤接続を生じる可能性が少なくなるとともに、接続工数が減るため製造コストを抑えることができる。
また、各第１巻線は、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれるものであり、このエナメル線はノズルを用いて巻かれるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に発明にかかる回転電機を、図に示す実施例に基づき説明する。
〔実施例の構成〕
図１ないし図５は請求項２を適用した実施例を示すもので、図１はステータコイルの結線図、図２はその電圧ベクトル図、図３は三相交流発電機の断面図である。
【００１９】
三相交流発電機１は、図３に示すように、車両走行用エンジン（図示しない）の回転出力が伝達されて回転するロータ２、このロータ２の外周側に固定されたステータ３、および発電した交流電流を整流する整流回路４などから構成されている。
【００２０】
ロータ２は、フィールドコイル５が装着されたポールコア６、このポールコア６が固定された回転軸７、および回転軸７の端部に固着されたスリップリング８などから構成されたランデル型磁界ロータで、ポールコア６の両側には、回転軸７と同軸に冷却ファン９が固着されている。
【００２１】
ステータ３は、２つのエンドフレーム１０に挟まれて固定された円環状のステータコア１１、および９つの独立したステータコイル１２から構成される。
ステータコア１１は、ポールコア６とともに磁気回路を構成するもので、その内周には、ステータコイル１２を収納するための３６本の図示しないスロット（毎極毎相１スロット）が全周に亘って設けられている。
【００２２】
ステータコイル１２は、Ｙ形三相結線回路１３と、Δ形三相結線回路１４とを備える。Ｙ形三相結線回路１３は、３つの第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 をＹ形に結線したもので、各第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 はそれぞれ２つに区分されている。つまり、第１巻線Ｙ1 が区分巻線Ｙｘ1 、Ｙｚ2 、第１巻線Ｙ2 が区分巻線Ｙｙ1 、Ｙｘ2 、第１巻線Ｙ3 が区分巻線Ｙｚ1 、Ｙｙ2 に区分されている。
【００２３】
一方、Δ形三相結線回路１４は、３つの第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 を、Ｙ形三相結線回路１３と並列にΔ形に結線したものである。
この３つの第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 は、各位相差が１２０°を成すように、ステータコア１１に設けられた３６本のスロット内に順次収納される。
【００２４】
上述の第１巻線Ｙ1 の区分巻線Ｙｘ1 、Ｙｚ2 は、巻線にかかる電圧の合成ベクトルＥＹ1 が、図２の電圧ベクトル図に示すように、第２巻線Δｚ3 のベクトルＥΔ3 、および第２巻線Δｘ3 のベクトルＥΔ1 と、３０°の位相差を生じるように、区分巻線Ｙｘ1 が第２巻線Δｘ3 と同じスロット内に収納され、区分巻線Ｙｚ2 が第２巻線Δｚ3 と同じスロット内に収納される（図４の巻線仕様図参照）。
また、第１巻線Ｙ1 の区分巻線Ｙｘ1 、Ｙｚ2 は、連続した一本のエナメル線によって形成されるように、図５に示すように、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれ、治具等を用いてスロット内に収納される。
【００２５】
同様に、第１巻線Ｙ2 の区分巻線Ｙｙ1 、Ｙｘ2 は、巻線にかかる電圧の合成ベクトルＥＹ2 が、第２巻線Δｘ3 のベクトルＥΔ1 、および第２巻線Δｙ3 のベクトルＥΔ2 と、３０°の位相差を生じるように、区分巻線Ｙｙ1 が第２巻線Δｙ3 と同じスロット内に収納され、区分巻線Ｙｘ2 が第２巻線Δｘ3 と同じスロット内に収納される。
また、第１巻線Ｙ2 の区分巻線Ｙｙ1 、Ｙｘ2 も、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれ、治具等を用いてスロット内に収納される。
【００２６】
さらに、第１巻線Ｙ3 の区分巻線Ｙｚ1 、Ｙｙ2 は、巻線にかかる電圧の合成ベクトルＥＹ3 が、第２巻線Δｙ3 のベクトルＥΔ2 、および第２巻線Δｚ3 のベクトルＥΔ3 と、３０°の位相差を生じるように、区分巻線Ｙｚ1 が第２巻線Δｚ3 と同じスロット内に収納され、区分巻線Ｙｙ2 が第２巻線Δｙ3 と同じスロット内に収納される。
また、第１巻線Ｙ3 の区分巻線Ｙｚ1 、Ｙｙ2 も、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれ、治具等を用いてスロット内に収納される。
【００２７】
なお、本実施例では、図４に示すように、Δ形三相結線回路１４が、Ｙ形三相結線回路１３の内周側に位置するように、ステータコア１１のスロット内に収納されている。これにより、循環電流によって発熱し易いΔ形三相結線回路１４は、冷却ファン９によって冷却される効果が高くなる。また、図４の巻線仕様図中の各円内に示す数字は、図１の結線図の数字と対応するものである。この実施例では、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 を巻回した後にスロットに収容する例を示したが、スロット内に直接、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 を巻回しても良い。
【００２８】
〔実施例の作動〕
次に、上記実施例の作動を説明する。
Ｙ形三相結線回路１３の第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の各区分巻線Ｙｘ1 、Ｙｙ1 、Ｙｚ1 、Ｙｘ2 、Ｙｙ2 、Ｙｚ2 の巻数を３回、Δ形三相結線回路１４の第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 の巻数を１０回とすると、各第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の第３次高調波電流と、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 の第３次高調波電流とがそれぞれ同一の位相となる。
【００２９】
また、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の合成ベクトルが、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 のベクトルに対して３０°の位相差を生じるため、界磁起磁力分布と空隙起磁力分布との磁気作用力は、ロータ２の回転方向における位置にかかわらず、ほぼ一定値となり、結果的にロータ２とステータ３との間に大きな脈動加振力が発生しなくなる。
【００３０】
〔実施例の効果〕
各第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の第３次高調波電流と、第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 の第３次高調波電流とがそれぞれ同一の位相となり、ロータ２とステータ３との間に大きな脈動加振力が発生しなくなるため、発電機の生じる騒音を大幅に低減することができる。
【００３１】
また、ステータコア１１に設けられるスロット数を、既存のＹ形三相結線回路のみのスロット数、あるいは従来のΔ形三相結線回路のみのスロット数と同じで済む。この結果、Ｙ形三相結線回路１３とΔ形三相結線回路１４とが専用のスロットを用いる場合に比較してスロット数を半減できるため、スロット内への巻線作業が容易になるとともに、スロットの幅やコアティース（図示しない）の幅を大きく設定でき、巻線作業中やステータコア１１の組立作業中などにおけるコアティースの変形を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 は、それぞれ２つの巻線に区分されて、それぞれの巻線が第２巻線Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 と同じスロット内に収納されるが、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 のそれぞれの区分された巻線は、重ね巻きによって連続して巻かれた状態でスロット内に収納される。このため、各第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 のそれぞれの区分巻線は２つの端末を備えることとなり、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の端末は合計６つで、従来の端末数の半分で済む。
このように、第１巻線Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 の端末の数を、従来に比較して半分にすることができるため、端末の識別が容易となり、誤接続を生じる可能性が少なくなるとともに、接続工数が減るため製造コストを抑えることができる。
【００３３】
〔第２実施例〕
図６に請求項１を適用した第２実施例を示す。
上記の実施例では、第１巻線を区分して、その合成ベクトルを、第２巻線のベクトルに対して３０°の位相差を持たせた例を示したが、本実施例では、第１巻線Ｙｘ3 、Ｙｙ3 、Ｙｚ3 は区分せずに、第２巻線Δ1 、Δ2 、Δ3 を２つに区分して図９に示すように、亀甲環状に接続し、その合成ベクトルを、第１巻線Ｙｘ3 、Ｙｙ3 、Ｙｚ3 のベクトルに対して３０°の位相差を持たせたものである。
【００３４】
そして、第２巻線Δ1 の区分巻線Δｘ1 、Δｙ2 、２巻線Δ2 の区分巻線Δｙ1 、Δｚ2 、２巻線Δ3 の区分巻線Δｚ1 、Δｘ2 のそれぞれは、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻いた状態でスロット内に収納されたものである。
この実施例では、９つのステータコイル１２全てを同一の巻数で構成できるので、同一の巻線機で９つ全ての巻線ユニットが作成でき、極めて巻線工程を簡素化できる。
【００３５】
〔第３実施例〕
図７に請求項１を適用した第３実施例を示す。
上記の第２実施例では、第２巻線Δ1 、Δ2 、Δ3 を２つに区分して亀甲環状に接続し、その合成ベクトルを、第１巻線Ｙｘ3 、Ｙｙ3 、Ｙｚ3 のベクトルに対して３０°の位相差を持たせたものであるが、本実施例は、２つの巻線に区分される第２巻線Δ1 、Δ2 、Δ3 を星形環状に接続し、その合成ベクトルを、第１巻線Ｙｘ3 、Ｙｙ3 、Ｙｚ3 のベクトルに対して３０°の位相差を持たせたものである。
この実施例においても、第２実施例同様、９つのステータコイル１２全てを同一の巻数で構成できるので、同一の巻線機で９つ全ての巻線ユニットが作成でき、極めて巻線工程を簡素化できる。
【００３６】
〔変形例〕
上記の第１実施例では、区分巻線を３回巻、第２巻線を１０回巻とした例を示したが、それらの比率が、約１：３であれば電磁的騒音を抑える効果がある。つまり、区分巻線の巻数と第２巻線の巻数を、２回巻と６回巻、３回巻と９回巻などとしても良い。
区分される区分巻線は、所望の発電出力特性に合致させるために多少アンバランスになっても良い。つまり、第１巻線を区分する場合、３回巻の区分巻線と４回巻の区分巻線に区分しても良い。
【００３７】
Δ形三相結線回路１４を、Ｙ形三相結線回路１３の内周側に配置した例を示したが、例えばΔ形三相結線回路１４の耐熱グレードを上げて、Ｙ形三相結線回路１３の外周側に配置しても良い。この場合、電磁的騒音を抑える効果を失うことはない。
本発明を三相交流発電機１に適用した例を示したが、三相誘導電動機など他の回転電機に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２を適用したステータコイルの結線図である（第１実施例）。
【図２】ステータコイルの電圧ベクトル図である（第１実施例）。
【図３】三相交流発電機の断面図である（第１実施例）。
【図４】ステータコイルの巻線仕様図である（第１実施例）。
【図５】区分巻線の重ね巻きの状態を示す説明図である（第１実施例）。
【図６】請求項１を適用したステータコイルの結線図である（第２実施例）。
【図７】請求項１を適用したステータコイルの結線図である（第３実施例）。
【図８】ステータコイルの結線図である（従来技術）。
【図９】ステータコイルの巻線仕様図である（従来技術）。
【符号の説明】
１ 三相交流発電機（回転電機）
１１ ステータコア
１３ Ｙ形三相結線回路
１４ Δ形三相結線回路
Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 第１巻線
Δｘ3 、Δｙ3 、Δｚ3 第２巻線
Ｙｘ1 、Ｙｙ1 、Ｙｚ1 、Ｙｘ2 、Ｙｙ2 、Ｙｚ2 区分巻線

Claims (2)

1. ３つの第１巻線がＹ形に結線されたＹ形三相結線回路と、
   ３つの第２巻線がΔ形に結線されたΔ形三相結線回路とを備え、
   前記３つの第１巻線は、各位相差が１２０°を成すようにステータコアのスロット内に収納され、
   前記３つの第２巻線のそれぞれは、２つの位相ベクトルを生じるように２つに区分されて、区分された巻線の生じる２つの位相ベクトルの合成ベクトルが、前記第１巻線のベクトルに対して３０°の位相差を生じるように、前記第１巻線が収容される前記スロット内に収容されるとともに、
   各第２巻線は、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれるものであり、
   前記エナメル線は、当該エナメル線が引き出されるノズルを用いて巻かれるものであり、
   前記３つの第２巻線の区分された巻線と前記第１巻線の巻数は、全て同一の巻数で構成されることを特徴とする回転電機。
2. ３つの第１巻線がＹ形に結線されたＹ形三相結線回路と、
   ３つの第２巻線がΔ形に結線されたΔ形三相結線回路とを備え、
   前記３つの第２巻線は、各位相差が１２０°を成すようにステータコアのスロット内に収納され、
   前記３つの第１巻線のそれぞれは、２つの位相ベクトルを生じるように２つに区分されて、区分された巻線の生じる２つの位相ベクトルの合成ベクトルが、前記第２巻線のベクトルに対して３０°の位相差を生じるように、前記第２巻線が収容される前記スロット内に収容されるとともに、
   各第１巻線は、一本のエナメル線を重ね巻きによって連続して巻かれるものであり、
   前記エナメル線は、当該エナメル線が引き出されるノズルを用いて巻かれることを特徴とする回転電機。

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