JPH08205503A

JPH08205503A - 永久磁石ブラシレスモーターのスタータブランクスロットの巻き上げ方法およびその構造

Info

Publication number: JPH08205503A
Application number: JP7005228A
Authority: JP
Inventors: Seiko Ka; 世江何; Meichu Cho; 明忠張
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1995-01-05
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 1996-08-09
Also published as: US5723930A

Abstract

(57)【要約】【目的】モーターのコッジング現象を低減する永久磁石
ブラッシュレスモーターのスタータプランクスロットの
巻き上げ方法及びその構造を提供する。【構成】プランクスロットの技術に対応する逆数スロッ
トを採用する。図３は本発明の４極２７スロットコイル
の配線図である。この図において９、１８、２７番目の
スロットはブランクにされる。即ち、従来の逆数スロッ
ト巻き上げ構造から長い極距離のコイルを取り除いた形
状である。また、１、８、１０、１７、１９、及び２６
を半スロットにする。本発明はこれらの構造により、コ
ッジング現象を低減し、極距離の長いコイルを省いてエ
ンドワイヤーを短くし、コストを抑え、且つ、効率を高
めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、永久磁石ブラシレスモー
ターのスタータブランクスロットの巻き上げ方法および
その構造に関する。

【０００２】

【従来技術】永久磁石ブラシレスモーターのスタータに
は２種類の巻き上げ方法がある。一つは整数スロット巻
き上げ方法であり、他の一つは逆数スロット巻き上げ方
法である。整数スロット巻き上げ方法においては、スタ
ータの数は極数の整数倍に設定され、各極に対応するス
タータ数は正の整数である。その巻き上げ方法は比較的
単純であるが、この巻き上げ方法を採用したモーターの
コッジング現象はかなり深刻で、モーターの効率はよく
ない。コッジング現象を解消し、効率を改善するため
に、逆数スロット巻き上げ方法が開発された。スタータ
スロット数の選択は各極に対応するスタータの逆数にな
る。しかし、このようにすると、モーターの巻き上げ方
法が相当複雑になり、また、長い極距離を跨いでコイル
を巻かなければならず、エンドワイヤーも広げなければ
ならない、という欠点がある。従って、この逆数スロッ
ト巻き上げ方法は自動化には適していない。

【０００３】

【発明の概要】永久磁石ブラシレスモーターのスタータ
ブランクスロットの巻き上げ方法およびその構造には、
ブランクスロットの技術を利用してモータースタータコ
イルを作る巻き上げ方法を明らかにすることが関係して
いる。本発明のモーターのスタータスロットの数は極数
の整数倍ではなく、各極に対応するスタータスロット数
の逆数になっている。巻く位置が逆数スロットの巻き上
げ方法と等しくなるようスタータコイルをスタータスロ
ット内に設置する場合、スタータスロットは長い極距離
を跨いで二重螺旋を形成する必要があるので、スタータ
コイルに埋め尽くされないようブランクにする。更に、
本発明において、スタータの隣り合う２本のスロットは
長い極距離を置いて二重螺旋を形成する必要があるの
で、半分をブランクにし、残りの半分だけをスタータコ
イルが埋めるようにすると、巻き上げ方法を単純化で
き、しかもモーターのコッジング現象も解消できる。こ
の巻き上げ方法を利用すれば優れたフェーズバランスが
得られる。これには、モーターのスタータの鉄芯、およ
びそれを利用してスタータの巻き上げ方法を設定するた
めの幾つかのスタータスロットが含まれている。

【０００４】本発明の目的は、この方法を利用したスタ
ータの巻き上げ方法およびモーターの構造を提供するこ
とである。この方法は非常に簡単で、整数スロットの一
重螺旋の巻き上げ方法に類似している。また、モーター
のコッジング現象を低減させるので、逆数スロット巻き
上げ方法と整数スロット巻き上げ方法の利点を合わせ持
ち、同時にこれら２つの方式の避けられない欠点を解決
している。本発明は、上記の目的を達成するために、逆
数スロット設定方法を採用し、ブランクスロットの技術
による逆数スロット巻き上げ方法を利用して二重螺旋に
したスタータスロットをブランクのままにしておく。こ
うすれば、この巻き上げ方法は簡単で、従来の逆数スロ
ット巻き上げ方法の欠点を完全に取り除いた整数スロッ
ト巻き上げ方法になり、巻き上げの自動化も容易にな
る。さらに、モーターのコッジングの問題を解決し、高
次の調波の巻き上げ要素の改善に効果がある。また、本
発明は、上述と同様の逆数スロット設定方法を採用した
ブランク半スロット巻き上げ方法を開発した。異なるの
は、従来の逆数スロット巻き上げ方法を利用して二重コ
イルにしたスタータの隣接する両側のスロットの半分を
ブランクのままにし、残り半分だけをコイルが埋めるよ
うにした点である。こうすることにより、各ワイヤー束
がまたがる距離を縮め、長い距離を巻き上げる必要がな
くなる。更に、エネルギーロスが減少し、価格が抑えら
れ、巻き上げ作業が容易になる。この巻き上げ方法を用
いれば、第３および第５調波の巻き上げ要素が小さくな
り、空間磁束の分布があまりよくない条件で高次調波を
抑えることができる。

【０００５】本発明により解決される問題、採用された
技術、達成される目的を明らかにするため、具体的で実
際的な例および比較例を挙げて以下に説明する。

【０００６】

【実施例】図１は、従来の４極２４スロットスタータの
配線方法を示しており、モーターのスタータ核１００の
中に２４個のスタータスロット２００が設置されてい
る。スロット内の巻き上げ配線はＡ＋やＢ−などのよう
にフェーズ番号と極性で表されている。表示が整数スロ
ット巻き上げ方法であることに留意すべきである。３つ
のフェーズＡ、Ｂ、Ｃがあり、各フェーズのコイルはマ
イナスおよびプラススロットをそれぞれ４つ含む８つの
スタータスロットから成っている。各スロットには同フ
ェーズのワイヤー束が２つ含まれており、巻き方は極め
て簡単である。図１から判るように、外側には１番めの
スロットから２４番目のスロットまで順番に番号が付さ
れている。例えば、１番目のスロットにはフェーズＡの
コイルが２束あり、２４番目のスロットにはフェーズＣ
のコイルが２束ある。連結方法は以下の表の通りであ
る。

【０００７】

【表１】プラスマイナス ────────────────────────────── フェーズＡ−− １２０２７１３８１４１９ −−ニュートラル ────────────────────────────── フェーズＢ−− ９４１０１５２１１６２２３ −−ニュートラル ────────────────────────────── フェーズＣ−−１７１２１８２３５２４６１１ −−ニュートラル図１の巻き上げ方法と上記の連結方法から分かるよう
に、整数スロットの巻き上げ方法は各スロットに１つの
コイルだけという比較的簡単なもので、巻き上げ作業は
容易であるが、この場合は磁気作用により、非常に深刻
なコッジング現象が引き起こされ、その基本波の巻き上
げ要素は最大に達する。

【０００８】そこで、コッジング現象を解消するため、
逆数スロット巻き上げ方法が開発されました。図２は、
従来の４極２７スロットスタータ２００配線図で、各極
に対応するスロット数は逆数になっている。連結方法は
以下の表２のとおりである。

【０００９】

【表２】この表から判るように、９番目、１８番目、２７番目の
スロットが二重螺旋の逆数スロットになっている。すな
わち３つのスロットのそれぞれに２フェーズ半スロット
コイルが含まれていることに特に注意すべきである。ロ
ーターの磁極とスタータの歯の間が非対照であるため
に、コッジング現象は著しく減少するが、その一方で、
巻き上げ作業は非常に複雑になる。

【００１０】４極２７スロットの逆数スロット巻き上げ
方法の連結方法は以下の表３の通りである。

【００１１】

【表３】プラスマイナス ────────────────────────── フェーズＡ−−２７２２１２２１７２７２８１４８１４９１５２１１５２１ −−ニュートラル ────────────────────────── フェーズＢ−− ９４１０４１０１６１１１６１１１７２３１７２３１８２４３２２３ −−ニュートラル ────────────────────────── フェーズＣ−−１８１３１９１３１９２５２０２５２０２６５２６５２７６１２６１２ −−ニュートラル逆数スロット巻き上げ方式は整数スロット巻き上げ方式
と比較して、外円の３分の１という長い巻き上げ距離が
必要なので、エンドワイヤーが比較的長くなり、巻き上
げ作業は困難になる。

【００１２】本発明は、コッジング現象を解消するた
め、ブランクスロットの技術に対応する逆数スロットを
主に採用している。図３は、本発明の４極２７スロット
コイルの配線図である。この図で、９番目、１８番目、
２７番目のスロットはブランクであることに注意された
い。すなわち、従来の逆数スロット巻き上げ構造から長
い極距離のコイルを取り除いた形状をしている。したが
って、すべてのスロット設置されているのは単フェーズ
のコイルである。この場合、巻き上げ方法は整数スロッ
ト方法と同じになっており、巻き上げ作業が簡単になる
だけでなく、エンドワイヤーの数も減少する。連結方法
は次の表４の通りである。

【００１３】

【表４】プラスマイナス ────────────────────────── フェーズＡ−− ２７１４８１５２１１２２ −−ニュートラル ────────────────────────── フェーズＢ−−１１１６２３１７２４３１０４ −−ニュートラル ────────────────────────── フェーズＣ−−２０２５５２６６１２１９１３ −−ニュートラルこの巻き上げ方法は、長い極距離をまたいで巻き上げを
行なう必要がなく、各スロットには１つのコイルしかな
いので、整数スロット巻き上げ方法のように簡単なのは
明らかである。

【００１４】次に、本発明によるブランク半スロットの
技術を採用した例を図４に示す。これもやはり逆数スロ
ット、すなわち４極２７スロットの構造である。また、
２−フレーズの二重螺旋巻き上げ方法を採用している
が、半スロットからコイルを取り除いた３つのスロット
を隣接する両側に有している。連結方法は次の表５の通
りである。

【００１５】

【表５】プラスマイナス ────────────────────────── フレーズＡ−− ２７２７１４８１４９１５２１１５２１２７２２１２２ −−ニュートラル ────────────────────────── フレーズＢ−−１１１６１１１６２３１７２３１８２４３２４３９４１０４ −−ニュートラル ────────────────────────── フレーズＣ−−２０２５２０２５５２６５２７６１２６１２１８１３１９１３ −−ニュートラルこの連結方法を詳しく見てみると、各ワイヤー束は４つ
ないし５つのスロット距離を跨いでいることが分かる。
このように著しく長い距離を巻き上げる必要がないの
で、巻き上げ作業は簡単になる。また、エンドワイヤー
も短くなるので、巻き上げ抵抗は抑えられ、エネルギー
ロスやコストも削減される。

【００１６】本発明の２種類の実施例と従来の２種類の
巻き上げ方法を比較した特性を以下の表６に示す。

【００１７】

【表６】調 (1) (2) (3) (4) 波４極27スロット４極27スロット４極27スロット４極24スロットの一重コイル二重コイル二重コイル一重コイル次（ブランクスロ（ブランクハー（ノンブランク（整数スロット）数ット）フスロット）スロット） ─────────────────────────────────── １ 0.9648 0.9483 0.9539 0.966 ３ 0.7089 0.5858 0.6301 0.707 ５巻 0.3170 0.0890 0.1856 0.259 ７ 0.0366 0.2597 0.1288 0.259 ９き 0.2165 0.3248 0.1925 0.707 11 0.1922 0.1848 0.0746 0.966 13 要 0.0420 0.0247 0.0589 0.966 15 0.1049 0.0245 0.0932 0.707 17 素 0.1494 0.0276 0.0365 0.259 19 0.0769 0.0875 0.0279 0.259 21 0.0455 0.0882 0.0404 0.707 表６の数値から判るように、４極２７スロットのブラン
クスロット巻き上げ方法（１）の第１、第３、第５調波
の巻き上げ要素は４極２４スロットの巻き上げ方法
（４）の特性と比較して大差はないが、高次の調波に対
しての抑制効果の点でははるかに優れていることが判
る。したがって、４極２７スロットのブランクスロット
巻き上げ方法を採用すれば、コッジングトルクは減少
し、巻き上げは簡単になり、高次の調波に対する抑制効
果が増大する。しかし、第３および第５調波の巻き上げ
要素はブランク半スロット（４）より大きくなるので、
空間磁束設計のために高次調波の発生を効果的に抑制が
できない場合、ブランク半スロット巻き上げ方法を採用
すべきである。

【００１８】上記の実施例において、モーターのパラメ
ータは以下の等式を満足しなければならない。Ｎｓ＝ｍ・（ｐ・ｑ±１）ここで、Ｎｓ＝モーターのスタータスロット数、Ｎｓ＞
３ｍ＝モーターのフェーズ数、ｍ＝３ｐ＝モーターの極数、偶数で、かつ３の倍数ではないｑ＝フェーズ域のスロット数とほぼ同じ、自然数各フェーズのブランクスロット数は１である。ｑが１の
場合、「−」の記号が使われるので、ブランクフェーズ
スロット域が発生する。これはフェーズのバランスを保
つことができるが、適当ではない。多くの極をもつモー
ターに対しては、上記の方程式をｋ倍して用いる。Ｎｓ＝ｋ・ｍ・（ｐ・ｑ±１）このとき、モーターの極数はｋ・ｐになり、各フェーズ
のブランクスロット数はｋになる。上記の点を要約する
と、本発明により以下の効果が得られる。１．巻き上げ方法が簡素化され、整数スロット巻き上げ
方法と同じ方法になる。２．モーターのコッジング現象を解消し、低コッジング
トルク特性を実現する。３．極距離の長いコイルを省いて、エンドワイヤーを短
くし、コストを抑え、効率を高める。４．高次調波に対する巻き上げ要素を改善し、逆起電力
を高次調波が抑えられる。

【００１９】上記の説明から、本発明の「永久磁石ブラ
シレスモーターのスタータブランクスロットの巻き上げ
方法およびその構造」が高いビジネス価値をもつことが
分かるであろう。本発明は、優れた技術的創作で、新規
性及び進歩性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の４極２４スロットの整数スロット巻き上
げ方式の配線図。

【図２】従来の４極２７スロットの逆数スロット巻き上
げ方式の配線図。

【図３】本発明によるブランクスロットの技術を採用し
た４極２７スロットの配線図。

【図４】本発明によるブランク半スロットの技術を採用
した４極２７スロットの配線図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モーターのスタータスロット数は下の方
程式を満足し、Ｎｓ＝ｋ・ｍ・（ｐ・ｑ±１）ここで、Ｎｓ＝モーターのスタータスロット数ｍ＝モーターのフェーズ数ｐ＝偶数で、かつ３の倍数ではないｑ＝モーター各フェーズのフェーズ域スロット数、自然
数また、ｋ・ｐ＝モーターの極数ｋ＝各フェーズのブランクスロット数スタータコイルは巻き位置が逆数スロットの巻き上げ方
法による位置と等しくなるようスタータスロット内に設
置するが、スタータスロットは二重螺旋を形成するた
め、スタータコイルで埋め尽くされないようにブランク
にすることを特徴とする永久磁石ブラシレスモーターの
スタータブランクスロットの巻き上げ方法。
【請求項２】モーターのスタータスロット数は下の方
程式を満足し、Ｎｓ＝ｋ・ｍ・（ｐ・ｑ±１）ここで、Ｎｓ＝モーターのスタータスロット数ｍ＝モーターのフェーズ数ｐ＝偶数で、かつ３の倍数ではないｑ＝モーター各フェーズのフェーズ域スロット数、自然
数また、ｋ・ｐ＝モーターの極数ｋ＝各フェーズのブランクスロット数スタータコイルは巻き位置が逆数スロットの巻き上げ位
置と等しくなるようスタータスロット内に設置するが、
スタータスロットは二重螺旋を形成するため、スタータ
コイルで埋め尽くされないブランクを有することを特徴
とする永久磁石ブラシレスモーターの構造。
【請求項３】モーターのスタータスロット数は下の方
程式を満足し、Ｎｓ＝ｋ・ｍ・（ｐ・ｑ±１）ここで、Ｎｓ＝モーターのスタータスロット数ｍ＝モーターのフェーズ数ｐ＝偶数で、かつ３の倍数ではないｑ＝モーター各フェーズのフェーズ域スロット数、自然
数で、ｑ＞１また、ｋ・ｐ＝モーターの極数ｋ＝各フェーズのブランクスロット数各極に対応するスタータスロット数を逆数にして長い極
距離のコイルを省くと共に、スタータの両側の２組の半
スロットコイルが跨ぐ距離からスロットの長さを除い
て、両側にブランクスロットである半スロットを有する
ように中心のスロット位置に巻き上げることを特徴とす
る永久磁石ブラシレスモーターのスタータブランクスロ
ットの巻き上げ方法。
【請求項４】モーターのスタータスロット数は下の方
程式を満足し、Ｎｓ＝ｋ・ｍ・（ｐ・ｑ±１）ここで、Ｎｓ＝モーターのスタータスロット数ｍ＝モーターのフェーズ数ｐ＝偶数で、かつ３の倍数ではないｑ＝モーター各フェーズのフェーズ域スロット数、自然
数で、ｑ＞１また、ｋ・ｐ＝モーターの極数ｋ＝各フェーズのブランクスロット数各極に対応するスタータスロット数を逆数にして長い極
距離のコイルを省くと共に、スタータの両側の２組の半
スロットコイルが跨ぐ距離からスロットの長さを除い
て、両側にブラックスロットである半スロットを有する
永久磁石ブラシレスモーターの構造。