JPH10225035A - 電機子巻線 - Google Patents
電機子巻線Info
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- JPH10225035A JPH10225035A JP9023689A JP2368997A JPH10225035A JP H10225035 A JPH10225035 A JP H10225035A JP 9023689 A JP9023689 A JP 9023689A JP 2368997 A JP2368997 A JP 2368997A JP H10225035 A JPH10225035 A JP H10225035A
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Abstract
さく、起磁力がバランスした電機子巻線を得る。 【解決手段】 n極n+1スロットの電機子コアの各テ
ィース1〜5に、位相が異なる2つの相のコイルを巻線
し電流を合成することで、n+1相相当分の回転起磁力
を得る。
Description
トルクの少ないモータの電機子の巻線に関するものであ
る。
を示すための電機子の断面図である。図においては、4
極6スロット(ティース)の場合の従来の電機子巻線を
示しており、第1のティース11にはU相のコイルU
1、第2のティース12にはV相のコイルV2、第3の
ティース13にはW相のコイルW3、第4のティース1
4にはU相のコイルU4、第5のティース15にはV相
のコイルV5、第6のティース16にはW相のコイルW
6が各々スロットをまたがずに各ティースに巻き付けら
れ、コイルエンドが小さい小形のモータになっている。
の起磁力に起因するコギングトルクはロータ1回転当た
り極数とスロット数の最小公倍数だけ発生するので、こ
の場合4極6スロットであるからロータの1回転当たり
12回のコギングトルクが現れる。コギングトルクの数
が少ないと、一つのコギングトルクのピーク値は大きく
なり、したがって振動、騒音が大きく、トルクむらも大
きくなるので、これを解消するために例えば特公平5−
34897号公報に示される様に2極、15スロット
で、各スロットに巻かれるコイル数を変える方法があ
る。しかしながら、この方法では各コイルは1つ以上の
スロットをまたぎ、コイルエンドが大きく、大形のモー
タとなってしまう。
子巻線の従来の他の例としては、特開平7−59283
号公報に示されるように、8極9スロットや4極6スロ
ットとし、かつ各ティースにはスロットをまたがないよ
うにいずれかの相のコイルが巻かれているものがある
が、空間位相と電流位相がずれているため合成された回
転起磁力には多くの高調波を含み、振動、騒音の大きい
ものとなってしまう欠点があった。
ロット数を相数(3)で割り切れないので、例えば5相
交流電源を接続することとなるが、これでは結線数が増
加してしまい、インバータが複雑になる等の欠点があ
る。
増やしてスロットをまたがない巻線を施すとコギングト
ルクは小さくなるが、コイルピッチが小さくなり、1コ
イルあたりの起磁力が小さくなってしまうため、多くの
巻線が必要となり、大きなモータとなってしまう。
上のように構成されているので、コイルエンドが大き
く、大形のモータとなってしまったり、あるいはコギン
グトルクのピーク値が大きくなり、振動、騒音が大きく
なる欠点があった。
ためになされたもので、コイルエンドが小さく、起磁力
のバランスがとれ、なおかつコギングトルクが小さいモ
ータの電機子巻線を得ることを目的とする。
る電機子巻線は、極数+1個のティースを有する電機子
コアの各ティースに、スロットをまたがないように巻か
れた電機子巻線であって、少なくとも1つのティースに
は単一の相のコイルしか巻かず、他のティースには異な
る2つの相の巻線を施したものである。
極数+1個のティースを有する電機子コアの各ティース
に、スロットをまたがないように巻かれた電機子巻線で
あって、各ティースに異なる2つの相の巻線を施したも
のである。
kn極の極数に対し、k(n+1)個のティース(nは
自然数、kは2以上の自然数)を有する電機子コアの各
ティースに、スロットをまたがないように巻かれた電機
子巻線であって、少なくとも1つのティースには単一の
相のコイルしか巻かず、他のティースには異なる2つの
相の巻線を施したものである。
kn極の極数に対し、k(n+1)個のティース(nは
自然数、kは2以上の自然数)を有する電機子コアの各
ティースに、スロットをまたがないように巻かれた電機
子巻線であって、各ティースに異なる2つの相の巻線を
施したものである。
1つのティースに巻かれたコイルに流れる電流の合成ベ
クトルが、隣のティースに巻かれたコイルに流れる電流
の合成ベクトルと、位相において、(極数)/(ティー
ス数)×πずつずれるようにコイルの巻数比を定めたも
のである。
各相のコイルの抵抗値が等しくなるように、少なくとも
1つの相のコイルの断面積が他の相のコイルの断面積と
相違するものである。
コイルの相数を3とするものである。
3相コイルをY結線にしたものである。
する。本実施形態においてはモータの極数を4極とし、
スロット数は極数+1である5スロット(5ティース)
とする。このような4極5スロットの場合、コギングト
ルクはロータ1回転につき極数×スロット数すなわち4
×5=20回現れ、4極6スロットの場合の12回より
多いので、コギングトルクの数が増え、ビーク値が小さ
くなるので結果としてコギングトルクの振幅は小さくな
る。
線を示すための電機子の断面図である。図において、第
1のティース1にU相コイルU1を正方向にNu1回巻
く。ここで、正方向とはコイルの+側から−側に電流を
流したとき、ティースの先の方に磁界が向くような巻線
方向とする。
電流の合成ベクトルが、隣のティースに巻かれたコイル
に流れる電流の合成ベクトルと、位相にして(極数)/
(ティース数)×πずつずれるように巻数比を求めるの
で、第2のティース2にはU相から4/5×π遅れた位
相が必要となる。そこで第2のティース2にはU相コイ
ルU2をNu2回逆方向に、V相コイルV2をNv2回正方
向に巻く。ここで、逆方向とはコイルの−側から+側に
電流を流したとき、ティースの先の方に磁界が向くよう
な巻線方向とする。尚、各コイルはスロットをまたがな
いように巻くものとする。
2、V相コイルV2の巻き回数Nu 2,Nv2の決め方を説
明する。U相にcos(ωt)、V相にcos(ωt−2π/
3)の電流を流すので、この電流による合成起磁力は、
式(1)となる。
ベクトル、および第2のティースに必要な電流ベクトル
を図2のように描けば、図より幾何学的に解析すること
により、式(3)を得る。
V相のコイル巻き数Nu2,Nv2を各々第1のティースに
巻いたU相コイルU1の巻き数Nu1の0.47倍、0.6
8倍とし、V相のコイルV2に流れる電流の位相が2π
/3遅れた3相交流電流(この場合W相は未だ使ってい
ない)を流せば第2のティース2には第1のティース1
と大きさが同じで位相が(4/5)πずれた起磁力が得
られる。
ティース1の起磁力に対し(8/5)π位相を遅らせる
ために、V相のコイルV3を逆方向にNv3回、W相のコ
イルW3を正方向にNw3回巻く。起磁力の関係を式で示
すと式(4)となる。
トル図を図3のように描けば、図より幾何学的に解析す
ることにより、式(5)を得る。
準に第3のティース3と対称であるから、第1のティー
ス1の起磁力に対し(8/5)π位相を進めるために、
W相のコイルW4を逆方向にNw4回、V相のコイルV4
を正方向にNv4回巻くが、各々の巻き数は、第3のティ
ースの場合と同様に幾何学的に解析して求めると式
(6)となる。
ス1を基準に第2のティース2と対称であるから、第1
のティース1の起磁力に対し(4/5)π位相を進める
ために、U相のコイルU5を逆方向にNu5回、W相のコ
イルW5を正方向にNw5回巻くが、各々の巻き数は、第
2のティースの場合と同様に幾何学的に解析して求める
と、式(7)となる。
に、U相はU相同士、V相はV相同士、W相はW相同
士、直列に接続してU相、V相、W相のコイルを得る。
この状態でU,V,W各相に3相交流電流を流せば5つ
のティースにはあたかも5相交流電流が流されているか
のようにバランスした回転起磁力が発生する。
を調べてみる。U相のコイルは第1のティース1にNu1
回巻かれているが、簡略化のためこれを単位巻き数1と
して数える。すると、U相のコイルは第1のティース1
に1回、第2のティース2に0.47回、第5のティー
ス5に0.47回巻かれており、合計1.94回である。
また、V相のコイルは第2のティース2に0.68回、
第3のティース3に0.86回、第4のティース4に0.
24回巻かれており、合計1.78回である。同様にW
相のコイルも第3のティース3に0.24回、第4のテ
ィース4に0.86回、第5のティース5に0.68回巻
かれており、合計1.78回となる。
じでコイル抵抗も等しいが、U相のコイルはV相、W相
のコイルより0.16回多く巻かれており、約1.09倍
の線長さとなり、線径を同じとすると抵抗値にアンバラ
ンスが生じてしまう。そこで、U相のコイル断面積を他
の相のコイル断面積の1.09倍にしておけば、各相の
抵抗値をバランスさせることができる。
認する。第1から第5のティースに鎖交する磁束による
起電力をコイル1ターンあたり、それぞれ、sin(w
t)、sin(wt−4π/5)、sin(wt+2π/
5)、sin(wt−2π/5)、sin(wt+4π/5)
とすれば、U相コイルに発生する起電力は式(8)とな
る。
なる。
となる。
対し、振幅で1.624/1.76=0.922倍、位相
で±(2π/3−16π/1000)ずれた起電力とな
り、16π/1000はほとんど無視できるから、ほぼ
対称3相交流起電力を得ることが出来る。
相のコイルを図5のようにY結線した場合を考える。図
6は電機子巻線を判り易く説明した回路図である。各線
間起電力を求めると、式(11)〜(13)となり、振
幅が等しく位相が2π/3ずつずれた対称3相交流起電
力が得られる。
アに3相巻線を施してY結線すると、各ティースに発生
する起磁力は平衡した5相交流相当の起磁力が得られ、
また起電力は平衡した3相交流起電力が得られる。従っ
て、この巻線方法を例えば電動機に用いれば、電源は3
相電源でよいので、外部の結線が簡単になり、コイルエ
ンドが小さく、小形で、コギングトルクが小さく、振
動、騒音が小さい優れた電動機が得られる。
巻線においては、スロット数を極数+1とすると、極数
とスロット数の最小公倍数は必ず極数×スロット数とな
り、コギングトルクの数を増やしてピーク値を小さくす
ることができる。更に、この発明においては、位相の異
なる相のコイルを1つのティースに巻くことで、合成さ
れたティースの起磁力位相を所望の値にすることができ
る。
ティースにコイルを巻いたあとで、U相はU相同士、V
相はV相同士、W相はW相同士を直列接続する例を示し
たが、同等の接続状態になるように各相1本のコイルで
巻線してもかまわない。この場合、巻線後の結線の数が
減るので工作が簡単になる。
相のコイル断面積を大きくして抵抗値をバランスさせる
例を示しているが、各相のコイル断面積を同じとしても
3相交流電流を流せば各ティースに5相交流起磁力が得
られることに変わりはない。
3相のコイルをY結線した例を示したが、△結線として
もほぼ同等のものが得られる。ただしこの場合、若干の
3相起電力の不平衡により循環電流が生じる。
第1のティースにU相のコイルのみを巻いた例を示した
が、全てのティースに位相が異なる2つの相のコイルを
巻いて構成することも可能である。巻線の例を図7に示
す。正方向の巻線を+、逆方向の巻線を−で表せば、例
えば、表(1)の様に巻線をしてもよい。この場合、
U,V,W相の起電力のばらつきが小さくなる。ただ
し、同じ起磁力を得ようとすると、前記実施の形態のよ
うに、少なくとも1つのティースに1つの相のコイルの
みを巻く構成の方が、コイルの総巻き数を最も小さくす
ることができる。
4極、5スロットの場合を示しているが、6極7スロッ
ト、8極9スロット、10極11スロットなど、n極n
+1スロットの構成であれば、1つのティースに位相の
異なる2つの相のコイルを巻いて電流ベクトルを合成す
ることにより、n+1相相当の回転起磁力を得ることが
出来る。6極7スロットの場合の各ティースの巻き数比
は例えば表(2)のようになる。
巻き数比は例えば表(3)のようになる。
各コイル巻き数を巻き数比で表しており、必要な起電力
を得る巻き数を決めたとき、丁度上記の巻き数比が得ら
れないことがあるが、この場合は上記の比に最も近い巻
き数比となる巻き数を選べばよい。
は、4極5スロット,6極7スロット等、n極n+1ス
ロットの構成を有する場合について説明したが、8極1
0スロット,12極14スロット等、kn極k(n+
1)スロット(kは2以上の自然数)とすることもでき
る。
説明する。8極10スロットの場合の巻き数比は4極5
スロットの場合と同じとなり、ティース6からティース
10の巻き数比はティース1からティース5までと同じ
となる。このように構成することにより、ギャップの磁
束分布が点対称となるので、半径方向の力がバランス
し、ロータの振動が低減される効果がある。尚、この場
合でも、実施の形態1の場合と同様、1つのティースに
は単一の相のコイルしか巻かず、他のティースには異な
る2つの相の巻線を施す構成を採用することができ、更
に、各ティースに異なる2つの相の巻線を施してもよ
い。
子の場合でi番目のティースにおけるU,V,W各相コ
イルの一般的巻き数を表わす式を求める。先ず、3相コ
イルの内2つの相のコイル(電流)を合成して、振幅
1,任意の位相αを得ることを考える。
と−wを合成すると式(14)のようになる。
図9により式(15)が導かれる。
ざみに巻数が求まることとなる。ここでU相のコイル巻
数のみを求めると、 Nu=A/sin(π/3) となる。ただしAは−π<α≦−2π/3のときはA=
sin(2π/3+α)となり、−2π/3<α≦−π/
3のときはA=0となり、−π/3<α≦0のときはA
=sin(π/3+α)となり、0<α≦π/3のときは
A=sin(π/3−α)となり、π/3<α≦2π/3
のときはA=0となり、2π/3<α≦πのときはA=
sin(2π/3−α)となる。
方向に巻いたもの)を使うことを意味する。V相,W相
コイルはU相コイルと位相が±2π/3ずれているか
ら、α±2π/3を上式のαに代入して求める。
ィースの位相を一般的にaとすると、aを上式αに代入
して第1のティースのU相、V相、W相のそれぞれの巻
数を求める。但し、この場合、巻数0となる相がでてく
る。
ースの位相から(n/m)π遅れた位相が必要となるか
ら、a=(n/m)πを上式αに代入して、同様に巻数
を求めることができる。そして、第i番目のティースの
位相は、第1のティースの位相からn(i−1)π/m
遅れた位相が必要であるから、a+n(i−1)π/m
を上式αに代入して、同様に巻数を求めることができ
る。ここで基準となる位相aを任意に選ぶことができる
が、a=0の場合は第1のティースにはU相のコイルの
みを巻く構成となる。
目のティースにおけるU,V,W各相コイルの一般的巻
き数Nは、N=A/sin(π/3)により求めることが
できることとなる。ただしAは、−π<C≦2π/3の
ときA=sin(2π/3+C)であり、−2π/3<C
≦−π/3のときA=0であり、−π/3<C≦0のと
きA=sin(π/3+C)であり、0<C≦π/3のと
きA=sin(π/3−C)であり、π/3<C≦2π/
3のときA=0であり、2π/3<C≦πのときA=si
n(2π/3−C)である。ここで、−π<C≦πであ
って、C=(n/m)π(i−1)+a+dであり、d
はU相コイルのときd=0であり、V相コイルのときd
=2π/3であり、W相コイルのときd=−2π/3で
ある。
の発明を電動機に適用する場合を示したが、発電機に適
用してもよい。
項4,請求項7,請求項8の電機子巻線によれば、ステ
ータコアのティース数を極数+1かあるいはその自然数
倍とすると共に、各ティースに1つ又は位相の異なる2
つのコイルを巻いたので、コイルエンドが小さく、小形
で、コギングトルクが小さく、振動、騒音が小さい優れ
た電動機が得られる効果がある。
れば、1つのティースに巻かれたコイルに流れる電流の
合成ベクトルが、隣のティースに巻かれたコイルに流れ
る電流の合成ベクトルと、位相において、(極数)/
(ティース数)×πずつずれるように、コイルの巻き数
比を定めたので、各ティースの起磁力がバランスした巻
線が得られる効果がある。
よれば、各相のコイルの抵抗値が等しくなるように、少
なくとも1つの相のコイルの断面積が他の相のコイルの
断面積と相違するようにしたので、各相の抵抗値をバラ
ンスさせることができる。
断面図である。
スの起磁力の合成を示すベクトル図である。
スの起磁力の合成を示すベクトル図である。
図である。
図である。
図である。
図である。
示すベクトル図である。
示すベクトル図である。
ティース、4 第4のティース、5 第5のティース。
Claims (8)
- 【請求項1】 極数+1個のティースを有する電機子コ
アの各ティースに、スロットをまたがないように巻かれ
た電機子巻線であって、少なくとも1つのティースには
単一の相のコイルしか巻かず、他のティースには異なる
2つの相の巻線を施したことを特徴とする電機子巻線。 - 【請求項2】 極数+1個のティースを有する電機子コ
アの各ティースに、スロットをまたがないように巻かれ
た電機子巻線であって、各ティースに異なる2つの相の
巻線を施したことを特徴とする電機子巻線。 - 【請求項3】 kn極の極数に対し、k(n+1)個の
ティース(nは自然数、kは2以上の自然数)を有する
電機子コアの各ティースに、スロットをまたがないよう
に巻かれた電機子巻線であって、少なくとも1つのティ
ースには単一の相のコイルしか巻かず、他のティースに
は異なる2つの相の巻線を施したことを特徴とする電機
子巻線。 - 【請求項4】 kn極の極数に対し、k(n+1)個の
ティース(nは自然数、kは2以上の自然数)を有する
電機子コアの各ティースに、スロットをまたがないよう
に巻かれた電機子巻線であって、各ティースに異なる2
つの相の巻線を施したことを特徴とする電機子巻線。 - 【請求項5】 1つのティースに巻かれたコイルに流れ
る電流の合成ベクトルが、隣のティースに巻かれたコイ
ルに流れる電流の合成ベクトルと、位相において、(極
数)/(ティース数)×πずつずれるようにコイルの巻
数比を定めたことを特徴とする請求項1から請求項4の
いずれか1項に記載の電機子巻線。 - 【請求項6】 各相のコイルの抵抗値が等しくなるよう
に、少なくとも1つの相のコイルの断面積が他の相のコ
イルの断面積と相違することを特徴とする請求項1から
請求項5のいずれか1項に記載の電機子巻線。 - 【請求項7】 コイルの相数が3であることを特徴とす
る請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電機子
巻線。 - 【請求項8】 3相コイルをY結線したことを特徴とす
る請求項7記載の電機子巻線。
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---|---|---|---|
JP02368997A JP3564252B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 電機子巻線 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02368997A JP3564252B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 電機子巻線 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10225035A true JPH10225035A (ja) | 1998-08-21 |
JP3564252B2 JP3564252B2 (ja) | 2004-09-08 |
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ID=12117412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02368997A Expired - Lifetime JP3564252B2 (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 電機子巻線 |
Country Status (1)
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