JPH08501679A - 多相電機の巻線構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 巻線構成は所定の数のコイルを有し、これらのコイルが２つの層、即ち上層（１）と下層（３）とに、それぞれ各層ごとに１つづつ、電機の固定子溝に１層巻のように挿入されている。下層（３）にある下層コイル（４）は上層（１）にある上層コイル（２）と、電機の空隙内に任意の短節２層巻に相当する界磁分布が生ずるように、接続されかつ互いにずらされて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 多相電機の巻線構成 この発明は多相電機の巻線構成に関する。 ２層巻相当の多相電機の巻線構成においては従来これを製作するに当たって最 初に固定子溝に挿入されるコイルは下側の層に属するコイル辺だけが挿入される 。このコイルの上側の層に属するコイル辺はまだ挿入できない。挿入されていな いコイル辺は巻線工程をさらに進めるに当たって障害になる。それ故このコイル 辺は上層に配置される前は電機の回転子を収納する空洞に仮に固定される。この 空洞に仮固定されたコイル辺もまた巻線工程の進捗の障害になる。 この問題は、従来、最初に固定子溝に挿入されるコイルの上層に属するコイル 辺も下側の層に挿入することにより解決される。この場合最後に固定子溝に挿入 されるコイルは下層に属するコイル辺も上層に挿入されることになる。最初に挿 入されるコイルはその場合両コイル辺とも下層に、最後に挿入されるコイルは両 コイル辺とも上層にあり、巻線工程の順でその間に挿入されるコイルは屋根瓦状 に一方のコイル辺が上層に、他方のコイル辺が下層にある。ただ上層にあるコイ ル及び下層にあるコイルは巻線の個々の相及び分岐に均一に配分されていないの で、巻線装置の個々の相及び分岐の漏れインダクタンスは一定でない。このよう な非対称性により特に並列分岐においては巻線の相、特に並列分岐における電流 分布が異なり、コイルの個々の導体断面の加熱が一定でない。その際発生する局 所的な加熱部は巻線を熱的な危険に曝す。この問題を解決するための種々の巻線 構成もしくは対処方法は公知である。 小形の電機（軸高さが３１５ｍｍまで）においては並列分岐は全く採用されな い。このことは小形の電機においては、並列分岐なしでも充分なアンペア回数、 従って電機の利用が達成されるので可能である。それより大きい形の電機（軸高 さが４００ｍｍまで）においては、並列分岐なしの巻線構成では電機の満足なア ンペア回数を達成することはもはや不可能である。このような電機においては発 生する加熱部は止むを得ないものとして甘受するか、必要な場合には熱負荷をそ れに応じて出力を滅少することによって減少する。これよりなお大きい軸高さを 持ち、従ってそれだけ大きな出力が必要とされる電機（軸高さが４００ｍｍ以上 ）においては巻線構成の並列分岐を諦めることも、発生する加熱部を許容するこ ともできない。出力をそれだけ減少することはかかる電機の経済運転においては 不可能である。このような電機においては２層巻の形に構成された巻線が対称的 に配置される。 この発明の課題は、電機の空隙に任意の２層巻に相当する界磁分布を発生する ことができ、容易かつ安価に製造できる巻線構成を提供することにある。 この課題は請求項１に記載の巻線構成により解決される。この巻線構成は２つ の順次巻回される１層巻よりなる。１層巻はオーバーラップすることなく挿入さ れるので特に簡単に挿入可能である。従ってかかる巻線構成はコスト的に有利に 製造可能である。上層及び下層コイルを適当に接続しかつ互いにずらすことによ り、２層巻構成の場合のように、電機の空隙の界磁分布における有害な高調波が 減少もしくは除去される。これにより電機のより有効な利用が可能となる。 加熱部の発生の原因となる電流非対称は請求項２に記載したように個々の層を 接続することにより回避される。この場合並列分岐において漏洩が等しくなるか らである。このように挿入された巻線構成は３つの相及び個々の並列分岐に関し て対称である。オーバーラップすることなく挿入できるという長所はそのことに 何ら影響を受けない。 この発明による巻線構成は特に簡単に同心コイルで作ることができる。この巻 線構成は偶数或いは奇数の孔数でも構成できる。 請求項５によれば必要によりコイルエンドの分離されたもしくは分離されてな い構成でも実現可能である。 固定子溝当たりの導体数が偶数である場合、上層コイルと下層コイルは同じよ うに構成される。このように簡単に製作される巻線構成においては電機の空隙に 任意の短節巻の２層巻線に応じた界磁分布が得られる。 １溝当たりの導体数が奇数の場合上層コイルと下層コイルを同じように作るこ とは難しい。それにもかかわらず請求項８に記載の巻線構成においては電機の空 隙中に任意の短節巻の２層巻線と殆ど同一な界磁分布が得られる。得られた界磁 特性はそれ故同様に構成された短節巻の２層巻線の場合よりもやや好ましくない 。この巻線構成は溝の部分各群において対称でないからである。しかしながら偶 数の高調波は生じない。 このような巻線構成に対する具体的な実施態様は請求項９に挙げられている。 請求項１０に開示された巻線構成も高い非対称性を示すので、従来のように製 作された２層巻に較べて電機の界磁分布にもはや何らの差も生じない。従って１ 溝当たり偶数の導体数に対しても１層巻のオーバーラッブなしの挿入の長所と短 節２層巻の長所とを併せて備えた２層巻構成が得られる。 請求項１１による巻線構成においては使用されるコイルの巻数がより微細に定 められる。これにより電機のアンペア回数もより良く所望の要求に合わすことが できる。 請求項１２及び１３により製作された巻線構成においては従来開示されてきた 巻線構成では不可能な２層巻の短節巻が実現され、電機の空隙にこの２層巻構成 に応じた界磁分布が得られる。 以下にこの発明の実施例を図により説明する。 図１は偶数の孔数を持つ巻線構成の巻線図、 図２は奇数の孔数を持つ巻線構成の赤錦図、 図３は偶数の孔数と非分離コイルエンドとを持つ巻線構成の巻線図 図４は１極及び１相に属するコイル辺の概略的配置構成図、 図５は電機の空隙に形成される界磁分布の対称性を改善したコイル辺の概略配 置構成図．、 図６は混合コイルを使用した際のコイル辺の概略配置構成図、 図７は下層にあるコイルの構成、 図８は上層にあるコイルの構成、 図９は巻線構成に半巻コイルを使用した際のコイル辺の概略配置構成図、 図１０は下層に使用されたコイルの構成を、 図１１は上層に使用されたコイルの構成を示す。 図１及び２においては分離されたコイルエンドを備えたコイルを有する巻線構 成が概略的に示されている。上層１にある上層コイル２は上層１にだけ配置され 、 同様に下層３にある下層コイル４は下層３にだけ配置されている。 図１に示された実施例では孔数で表された固定子溝の数は電機の１極及び１相 当たり偶数である。この数はこの例では６である。１相について図示されたコイ ルの巻線構成は、各層それ自体でみたとき、オーバーラップなしに挿入される１ 層巻に相当する。２層巻の利点も利用するために、下層３の部分コイル群５は上 層１の部分コイル群６と直列に接続されている。この例では部分コイル群５、６ は互いに３溝分ずれで配置されている。このような巻線構成により生ずる電機の 空隙中の界磁分布は、そのピッチ係数が５／６の２層巻に相当する。ピッチ係数 は短節巻によって短縮されたコイルの固定子溝の数で与えられるコイル間距離及 び短縮されないコイルの同様に固定子溝で与えられたコイル間距離或いは磁極ピ ッチの商である。ここで可能なすべての有効な短節巻は同一のエンド長で構成さ れる。この巻線構成はすべての相に関してまた特に並列接続されたコイルによっ て形成される並列分岐に関して対称である。これにより個々の導体断面が並列分 岐における漏洩不均一の際に局部的に加熱されるという問題が回避される。この 巻線構成はオーバーラップなしに挿入される。並列分岐の最大数はこの巻線構成 では電機の磁極数に等しい。 図２に示されるように、このような巻線構成は奇数の孔数を持つ電機において も適用される。この場合にも、適当に短節巻きされた２層巻に相当する界磁分布 を電機の空隙中に得るため、下層３の部分コイル群５は上層１の部分コイル群６ に直列接続されている。図１に示された巻線構成の長所がそのまま活かされてい る。個々のコイルを接続する際に、ただ並列分岐の数は孔数が奇数であるため任 意には変えることができないことに注意しなければならない。特に電機の磁極数 に相当する並列分岐数は不可能である。 図１で示された実施例の場合のように、同一孔数の巻線構成が図３に示されて いる。この巻線構成においてはコイルエンドが分離されていないコイルが使用さ れている。この発明によれば上層コイル２は上層１に、下層コイル４は下層３に ある。下層３の部分コイル群５は上層１の部分コイル群６と直列に接続されてい る。コイルエンド長は分離されたコイルエンドを持つ構成に較べて大きくなって いる。半径方向にはコイルエンドは細く構成されている。並列分岐の数は電機の 磁極対数を超えていない。 １つの固定子溝にある導体の数、１溝当たりの導体数が奇数で、即ち上層１に ある上層コイル辺７と下層３にある下層コイル辺８とが同じに構成されていない ときには、例えば図４に示されるような巻線構成が有効である。これにより下層 コイル辺８と上層コイル辺７の導体数が異なる。溝当たりの導体数がＺ_Nである とき、個々の下層コイル辺８の導体数は（Ｚ_N＋１）／２であり、上層コイル辺 ７の導体数は（Ｚ_N−１）／２である。基本的には巻線構成におけるそれぞれの コイル辺（７、８）に対して当該導体数の逆の関係も可能である。導体数の多い 方のコイル辺は図４では黒塗りの点で表されている。ここでは例えば巻線構成の 電機の１磁極の相だけが示されている。請求項９によれば、巻線構成の９で示す 部分は非対称配置とされる。上層コイル辺７を下層コイル辺８に対して３溝分だ けずらすことによりピッチ係数１５／１８の２層巻に相当する巻線構成が得られ る。 図５に示される実施例では界磁特性の対称性が改善されている。この場合にも 溝当たりの導体数は奇数であり、従って導体数の異なるコイル辺７、８が利用さ れている。この図でも（Ｚ_N＋１）／２の導体数を持つコイル辺は黒塗りの点で 、（Ｚ_N−１）／２の導体数を持つコイル辺は白抜きの点で表されている。 この構成では異なる導体数のコイル辺は両層に配置されている。この場合も孔 数６の電機が選ばれており、下層の部分コイル群５は上層の部分コイル群６に対 して、ピッチ係数が、勿論配置の対称性は改善されているが、１５／１８となる ように配置されている。これによりこの巻線構成は、電機の空隙に生ずる界磁特 性に関して、適当に短節構成された２層巻に等価である。勿論この巻線構成の実 施に際してはすべての考え得る短節巻が実施できるわけではない。 図６に示された巻線構成の実施例のように、混合コイルの使用により初めてす べでの他の考え得る短節巻構成も可能である。混合コイルの詳しい構成及び製造 方法はドイツ連邦共和国特許第２７４１４０３号明細書に開示されている。本実 施例では下層３の部分コイル群５は上層１の部分コイル群６に対して１溝分だけ ずれて配置されている。この場合電機の空隙の界磁分布はピッチ係数１７／１８ を持つ２層巻によって生ずる界磁分布に等しい。 この巻線構成を使用した混合コイルを図７及び８にそれぞれ下層３及び上層１ の順で概略的に示す。混合コイルは、、そのコイル辺が同数の導体を持つ、即ち いわゆる整数巻のコイル並びにそのコイル辺が異なる数の導体を持つ、即ち分数 巻のコイルを有する。この例では１０で示されるコイル辺は（Ｚ_N＋１）／２の 数の導体を、１１で示されるコイル辺は（Ｚ_N−１）／２の数の導体を有する。 その正確な配置は巻線構成の所望の短節巻構成から生ずる。図９にはピッチ係数 １４／１８を持つ巻線構成が示されている。それに応じて下層３の部分コイル群 ５は上層１の部分コイル群６に対して４溝分だけ互いにずれて配置されている。 このような巻線構成は分数巻のコイルを使用したときに可能である。 分数巻構成のコイルは図１０及び１１に示されている。このようなコイルはそ のコイル辺が異なる導体数であるターンを有している。なお分数巻構成のコイル はアメリカ合衆国特許第２７４１４０３号明細書に詳細に説明されている。この 例では１０で示されるコイル辺の導体の数は（Ｚ_N＋１）／２、１１で示される コイル辺の導体の数は（Ｚ_N−１）／２である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定の数のコイルを有し、これらのコイルが２つの層、即ち上層（１）と下 層（３）とに、それぞれ各層ごとに１つづつ、電機の固定子溝に１層巻のように 挿入され、下層（３）にある下層コイル（４）が上層（１）にある上層コイル（ ２）と、電機の空隙内に任意の短節２層巻に相当する界磁分布が生ずるように、 接続されかつ互いにずらされで配置されている多相電機の巻線構成。 ２．上層（１）と下層（３）がそれぞれ部分コイル群（５、６）に分割され、下 層（３）にある下層部分コイル群（５）が上層（１）にある上層部分コイル群（ ６）と直列に接続されている請求項１記載の巻線構成。 ３．同心配置のコイルを有する請求項１又は２記載の巻線構成。 ４．孔数で表される固定子溝数が選択的に偶数或いは奇数である請求項１、２又 は３記載の巻線構成。 ５．巻線構成に使用されるコイルが選択的に分割されたコイルエンド或いは非分 割のコイルエンドを備えて配置されている請求項１ないし４の１つに記載の巻線 構成。 ６．固定子溝にある導体の、溝当たりの導体数で示される数が偶数である請求項 １ないし５の１つに記載の巻線構成。 ７．溝当たりの導体数が奇数である請求項１ないし５の１つに記載の巻線構成。 ８．１つの層に属するすべてのコイルの巻数が式 （Ｚ_N＋ｋ）／２ 或いは式 （Ｚ_N -ｋ）／２ で求められ（ただしｋ＝１，３，５・・・、Ｚ_Nは溝当たりの導体数）、１つの 層のコイルの巻数が上記両式の１つにより定めらる場合、他の層のコイルの巻数 はそれぞれ他方の式から求められる請求項７記載の巻線構成。 ９．電機の１極当たり１相分に対してだけの溝当たりの導体数でみて、値ｘを持 つ溝当たり導体数で設けられた固定子溝の第一の群の一方の側には、その溝当た り導体数が式 （ｘ＋ｋ）／２ で生ずる（ただしｋ＝１，３，５・・・）固定子溝の第二の群が配置され、他方 の側にはその溝当たり導体数が式 （ｘ−ｋ）／２ で生ずる固定子溝の第三の群が配置されている請求項７記載の巻線構成。 １０．両層に式 （Ｚ_N＋ｋ）／２ により生ずる巻数のコイル並びに式 （Ｚ_N−ｋ）／２ により生ずる巻数のコイルが配置されている（ただしｋ＝１，３，５・・・、Ｚ_N は溝当たりの導体数）請求項７記載の巻線構成。 １１．使用されたコイルの巻数が固定子溝に対して溝当たり異なる導体数を持ち 、その際すべての溝当たり導体数の和の平均値が溝の全数で割り切れる値である 請求項１ないし１０の１つに記栽の巻線構成。 １２．巻線構成が分数巻のコイルを有する請求項１ないし１１の１つに記載の巻 線構成。 １３．巻線構成が分数巻並びに整数巻のコイルを有する請求項１ないし１２の１ つに記載の巻線構成。