JPH1155913A - 3相モータ - Google Patents

3相モータ

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JPH1155913A
JPH1155913A JP20414197A JP20414197A JPH1155913A JP H1155913 A JPH1155913 A JP H1155913A JP 20414197 A JP20414197 A JP 20414197A JP 20414197 A JP20414197 A JP 20414197A JP H1155913 A JPH1155913 A JP H1155913A
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JP
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phase
winding
turns
windings
motor
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JP20414197A
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English (en)
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Hirobumi Satomi
博文 里見
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Oriental Motor Co Ltd
Original Assignee
Oriental Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 5相巻線を有する5相モータを3相駆動する
ため、合成された3相巻線の起電力ベクトルの大きさ、
または起磁力をほぼ同一に、しかも位相差が互いにほぼ
120゜にする。 【解決手段】 電気角で72゜ずつ位相のずれた5個の
相を順番にA、B、C、D、Eとし、固定子部の電機子
巻線は前記各相の巻線のうち、A相巻線には第1の巻線
仕様が施され、B相およびE相巻線には第2の巻線仕様
が施され、C相およびD相巻線には第3の巻線仕様が施
されるとともに、電気角で120゜ずつ位相のずれた3
個の相を順番に第I 相、第II相、第III 相とするとき、
前記A相巻線が第I 相を構成し、前記B相巻線と前記C
相巻線とが互いに直列または並列に結線されて第II相ま
たは第III 相を構成し、前記D相巻線と前記E相巻線と
が互いに直列または並列に結線されて第III 相または第
II相を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固定子部に5相の
電機子巻線を有するモータであって、3相巻線方式によ
り駆動されるモータに関し、更に詳しくは、例えばハイ
ブリッド型ステッピングモータや超低速同期電動機など
の3相モータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、固定子部に5相の巻線を有する5
相モータを、3相駆動するためのモータの結線および駆
動方式として、第9図に示す方式が開示されている。こ
こで、WA 、WB 、WC 、WD 、WE は巻線仕様が同一
な5相モータの各相巻線であり、D1 、D2 は電流検出
器、S1 、S2 、S3 、S1 ′、S2 ′、S3 ′はスイ
ッチング素子、Eは直流電源である。
【0003】そして相巻線WA とWB と互いに並列に結
線されて第1相を構成し、相巻線W C が第2相を構成
し、相巻線WD とWE とが互いに並列に結線されて第3
相を構成している。このような結線において、前記5相
モータは、前記スイッチング素子S1 、S2 、S3 、S
1 ′、S2 ′、S3 ′を所定の時間間隔で選択的な開閉
により、前記巻線WA 、WB 、WC 、WD 、WE のそれ
ぞれに、直流電源Eから所定方向に電流が供給され、3
相にて駆動されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の5相モータは、各相巻線の巻線仕様が同一
であるため、図9に示す結線方式では3相の起電力ベク
トルの大きさは同一とはならない。すなわち第2相の起
電力ベクトルを1とした場合、第1相および第3相の合
成起電力ベクトルの大きさは、2cos36 ゜=1.62と
なる。したがって、トルクベクトル、または起磁力ベク
トルの大きさを同一にするためには、第1相および第3
相の電流値を、第2相の電流値の1/1.62に調整を
しなければならない。
【0005】また、電流調整を行い各相のトルクベクト
ルの大きさを同一にしたとしても、各相の位相差は10
8゜、108゜、144゜となり、3相モータとしての
基本的な位相差120゜にできないという問題点があっ
た。
【0006】そのため、前記電流調整を行うとととも
に、前記位相差をもった電流で交流駆動した場合、正相
分トルクだけでなく、約20%の逆相分トルクが発生
し、トルクが脈動するという問題点もあった。
【0007】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解決し、5相巻線がなされた固
定子部を有するモータについて、各相の巻線仕様を最適
に選択することにより、合成された3相巻線の起電力ベ
クトルの大きさ、または同じ大きさの電流を各巻線に流
したときに発生される3相巻線の起磁力ベクトルをほぼ
同一で、しかも位相差が互いにほぼ120゜にできる3
相モータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の、本発明の3相モータの構成は、固定子部と回転子部
とから成り、該固定子部に巻回された電機子巻線を励磁
することにより前記回転子部が駆動されるモータにおい
て、次のとおりである。
【0009】(1) 電気角で72゜ずつ位相のずれた
5個の相を順番にA、B、C、D、Eとするとき、前記
固定子部の電機子巻線は前記各相を形成する5個の相巻
線を有し、A相巻線には第1の巻線仕様が施され、B相
およびE相巻線には第2の巻線仕様が施され、C相およ
びD相巻線には第3の巻線仕様が施されるとともに、電
気角で120゜ずつ位相のずれた3個の相を順番に第I
相、第II相、第III 相とするとき、前記A相巻線が第I
相を構成し、前記B相巻線と前記C相巻線とが互いに直
列または並列に結線されて第II相または第III 相を構成
し、前記D相巻線と前記E相巻線とが互いに直列または
並列に結線されて第III 相または第II相を構成すること
を特徴とする。
【0010】(2) 前記(1)において、前記第1の
巻線仕様の巻数をn1 、前記第2の巻線仕様の巻数をn
2 、前記第3の巻線仕様の巻数をn3 とするとき、巻数
比n 2 /n1 は、およそ0.43であり、巻数比n3
1 はおよそ0.78であるとともに、前記B相巻線と
前記C相巻線が互いに直列結線されて第II相を構成し、
前記D相巻線と前記E相巻線が互いに直列結線されて第
III 相を構成することを特徴とする。
【0011】(3) 前記(1)において、前記第1の
巻線仕様の巻数をn1 、前記第2の巻線仕様の巻数をn
2 、前記第3の巻線仕様の巻数をn3 とするとき、巻数
比n 2 /n1 はおよそ1.05であり、巻数比n3 /n
1 はおよそ0.22であるとともに、前記D相巻線と前
記E相巻線が互いに直列結線されて第II相を構成し、前
記B相巻線と前記C相巻線が互いに直列結線されて第II
I 相を構成することを特徴とする。
【0012】(4) 前記(1)において、前記第1の
巻線仕様の巻数をn1 、線径をd1、前記第2の巻線仕
様の巻数をn2 、線径をd2 、前記第3の巻線仕様の巻
数をn3 、線径をd3 、巻数比n2 /n1 =a2 、巻数
比n3 /n1 =a3 とするとき、a2 >0.43、a3
>0.78、(0.43/a2 )+(0.78/a3
=1、d2 =(0.43)1/2 1 、d3 =(0.7
8)1/2 1 をそれぞれ満足するとともに、前記B相巻
線と前記C相巻線が互いに並列結線されて第II相を構成
し、前記D相巻線と前記E相巻線が互いに並列結線され
て第III 相を構成することを特徴とする。
【0013】(5) 前記(1)において、前記第1の
巻線仕様の巻数をn1 、線径をd1、前記第2の巻線仕
様の巻数をn2 、線径をd2 、前記第3の巻線仕様の巻
数をn3 、線径をd3 、巻数比n2 /n1 =a2 、巻数
比n3 /n1 =a3 とするとき、a2 >1.05、a3
>0.22、(1.05/a2 )+(0.22/a3
=1、d2 =(1.05)1/2 1 、d3 =(0.2
2)1/2 1 を満足するとともに、前記D相巻線と前記
E相巻線が互いに並列結線されて第II相を構成し、前記
B相巻線と前記C相巻線が互いに並列結線されて第III
相を構成することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。
【0015】(第1実施例)図1および図2は、本発明
の3相モータの第1実施例を示す図で、請求項1および
請求項2に係る3相モータの最適な実施例を示す。図1
は、前記3相モータの原理的な結線図、図2は、図1の
3相モータの各巻線の起電力ベクトル図である。
【0016】図1において、前記3相モータの固定子の
鉄心に等ピッチに配設された5個の突極にそれぞれ巻回
された巻線WA 、WB 、WC 、WD 、WE は巻線仕様が
同一ではない5相巻線であり、それぞれA相、B相、C
相、D相、E相を形成している。前記各相の位相は電気
角で72゜ずつずれている。
【0017】前記巻線WA の巻数をn1 、巻線WB の巻
数をn2 、巻線WC の巻数をn3 、巻線WD の巻数をn
3 、巻線WE の巻数をn2 としたとき、巻数比n2 /n
1 はおよそ0.43に、巻数比n3 /n1 はおよそ0.
78に設定されている。したがって、巻線WA 、WB
C 、WD 、WE の各起電力ベクトルVA 、VB
C 、VD 、VE は、図2の破線のようになる。ここで
はVA の大きさを1としているため、前記巻数比の関係
からVB とVE の大きさはほぼ0.43、VC とV D
大きさはほぼ0.78となる。
【0018】前記各巻線を図1のようにスター結線し
て、3相巻線としたときの起電力ベクトルVI 、VII
III は、VI =VA 、VII=VB +VC 、VIII =V
D +V E であるから、ベクトルの合成となり、図2に示
すように、大きさがほぼ同一で、互いの位相差がほぼ1
20゜の起電力ベクトルとすることができる。このた
め、通常の3相モータと同様の駆動が行えることが分か
る。
【0019】また、前記巻線WA の線径をd1 、前記巻
線WB 、WE の線径をd2 、前記巻線WC 、WD の線径
をd3 としたとき、{0.43/(d2 /d1 2 }+
{0.78/(d3 /d1 2 }=1を満足するように
1 、d2 、d3 を設定することにより、前記3相巻線
のそれぞれ抵抗値を同一にすることができる。
【0020】(第2実施例)図3および図4は、本発明
の3相モータの第2実施例を示す図で、請求項1および
請求項3に係る3相モータの最適な実施例を示す。図3
は、前記3相モータの原理的な結線図、図4は、図3の
3相モータの各巻線の起電力ベクトル図である。同図に
おいて、図1および図2と同一部材、同一巻数などには
同一符号を付してその説明を省略する。
【0021】図3において、巻数比n2 /n1 はおよそ
1.05に、巻数比n3 /n1 はおよそ0.22に設定
されている。したがって、巻線WA 、WB 、WC
D 、W E の各起電力ベクトルVA 、VB 、VC
D 、VE は、図4の破線のようになる。ここではVA
の大きさを1としているため、前記巻数比の関係からV
B とV E の大きさはほぼ1.05、VC とVD の大きさ
はほぼ0.22となる。
【0022】前記各巻線を図3のようにスター結線し
て、3相巻線としたときの起電力ベクトルVI 、VII
III は、VI =VA 、VII=(−VE )+VD 、V
III =(−VB )+VC であるから、ベクトルの合成と
なり、図4に示すように、大きさがほぼ同一で、互いの
位相差がほぼ120゜の起電力ベクトルとすることがで
きる。このため、通常の3相モータと同様の駆動が行え
ることが分かる。ここで、(−VB )は、VB と180
゜位相がずれたベクトルであることを意味している。
【0023】また、前記巻線WA の線径をd1 、前記巻
線WB 、WE の線径をd2 、前記巻線WC 、WD の線径
をd3 としたとき{1.05/(d2 /d1 2 }+
{0.22/(d3 /d1 2 }=1を満足するように
1 、d2 、d3 を設定することにより、前記3相巻線
のそれぞれ抵抗値を同一にすることができる。
【0024】(第3実施例)図5および図6は、本発明
の3相モータの第3実施例を示す図で、請求項1および
請求項4に係る3相モータの最適な実施例を示す。図5
は前記3相モータの原理的な結線図、図6は、図5の3
相モータの各3相巻線に、同じ大きさの電流を流した場
合の起磁力ベクトル図である。同図において、図1およ
び図2と同一部材、同一巻数などには同一符号を付して
その説明を省略する。図5において、巻線WA 、WB
C 、WD 、WE は、巻線仕様が同一ではない5相巻線
であり、それぞれA相、B相、C相、D相、E相を形成
している。そして、前記各相の位相は72゜ずつずれて
いる。
【0025】前記巻線WA の巻数をn1 、線径をd1
前記巻線WB の巻数をn2 、線径をd2 、前記巻線WC
の巻数をn3 、線径をd3 、前記巻線WD の巻数を
3 、線径をd3 、前記巻線WE の巻数をn2 、線径を
2 としたとき、巻数比n2 /n 1 =a2 および巻数比
3 /n1 =a3 は、a2 >0.43、a3 >0.7
8、(0.43/a2 )+(0.78/a3 )=1を満
足する値に設定する必要があり、ここではa2 =1.2
3、a3 =1.2に設定されている。
【0026】また、線径d1 、d2 、d3 は、d2
(0.43)1/2 1 、d3 =(0.78)1/2 1
関係を満足するように設定されている。前記の関係か
ら、前記巻線WB 、WE の巻線抵抗は、巻線WA の巻線
抵抗をr1 とすると、(1.23/0.43)r1
2.86r1 となり、前記巻線WC 、WD の巻線抵抗
は、(1.2/0.78)r1 =1.54r1 となる。
【0027】前記巻線WB と巻線WC および前記巻線W
D と巻線WE は、図5に示すようにそれぞれ並列接続さ
れているので、それぞれの合成抵抗は、前記の値から
2.86r1 ×1.54r1 /(2.86r1 +1.5
4r1 )=r1 となり、前記3相巻線の抵抗値は同一と
なる。また前記抵抗値の関係から、前記巻線WB または
E に流れる電流値は、前記3相の各電流値をI1 とす
るとI1 /2.86=0.35I1 、同様に前記巻線W
C またはWD に流れる電流値は、I1 /1.54=0.
65I1 となる。
【0028】ここで前記各巻線WA 、WB 、WC
D 、WE の起磁力ベクトルをFA 、F B 、FC
D 、FE とし、FA の大きさを1とすると、前記FB
およびFE の大きさは、1.23×0.35=0.4
3、前記FC およびFD の大きさは1.2×0.65=
0.78となり、前記各巻線を図5のようにスター結線
して、3相巻線としたときの第II相(巻線WB およびW
C )および第III 相(巻線WD およびWE )の巻線に電
流II を流した場合の起磁力FII、FIII は、図6に示
すようにベクトル合成となる。
【0029】図6に示すように、FI 、FII、FIII
大きさがほぼ同一で、互いの位相差がほぼ120゜の起
磁力ベクトルとなる。このため、通常の3相モータと同
様の駆動が行えることが分かる。
【0030】(第4実施例)図7および図8は、本発明
の3相モータの第4実施例を示す図で、請求項1および
請求項5に係る3相モータの最適な実施例を示す。図7
は前記3相モータの原理的な結線図、図8は、図7の3
相モータの各3相巻線に、同じ大きさの電流を流した場
合の起磁力ベクトル図である。同図において、図5およ
び図6と同一部材、同一巻数などには同一符号を付して
その説明を省略する。
【0031】図7において、巻数比n2 /n1 =a2
よび巻数比n3 /n1 =a3 は、a 2 >1.05、a3
>0.22、(1.05/a2 )+(0.22/a3
=1、を満足する値に設定する必要があり、ここではa
2 =1.2、a3 =1.76に設定されている。また、
線径d1 、d2 、d3 は、d2 =(1.05)
1/2 1 、d3 =(0.22)1/2 1 の関係を満足す
るように設定されている。
【0032】前記の関係から前記巻線WB 、WE の巻線
抵抗は、前記巻線WA の巻線抵抗をr1 とすると、
(1.2/1.05)r1 =1.14r1 となり、前記
巻線WC、WD の巻線抵抗は、(1.76/0.22)
1 =8r1 となる。該巻線WBと巻線WC および該巻
線WD と巻線WE は、図7に示すようにそれぞれ並列接
続されているので、それぞれの合成抵抗は、前記の値か
ら、1.14r1 ×8r1/(1.14r1 +8r1
=r1 となり、前記3相巻線の抵抗値は同一となる。
【0033】また、前記抵抗値の関係から、前記巻線W
B または前記WE に流れる電流値は、前記3相の各電流
値をI1 とすると、I1 /1.14=0.88I1 、同
様に前記巻線WC または前記WD に流れる電流値は、I
1 /8=0.125I1 となる。ここで、各巻線WA
B 、WC 、WD 、WE の起磁力ベクトルを、FA 、F
B 、FC 、FD 、FE とし、FA の大きさを1とする
と、FB およびFE の大きさは、1.2×0.88=
1.06、FC およびFD の大きさは、1.76×0.
125=0.22となり、前記各巻線を図5のようにス
ター結線して、3相巻線としたときの第II相(巻線WD
およびWE )および第III 相(巻線WB およびWC )の
巻線に電流I1 を流した場合の起磁力FII、FIII は、
図8に示すようにベクトル合成となる。
【0034】図8に示すようにFI 、FII、FIII は、
大きさがほぼ同一で、互いの位相差がほぼ120゜の起
磁力ベクトルとなり、通常の3相モータと同様の駆動が
行えることが分かる。
【0035】また、本発明の技術は前記実施例に限定さ
れるものではなく、例えば、前記3相巻線の結線方法は
スター結線ではなくデルタ結線でも勿論可能である。ま
た本実施例の図1、図3、図5、図7においては、原理
的な結線図として突極数5のものを使用しているが、実
際の突極数としては5a(ただしaは1以上の整数)が
可能である。
【0036】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の3相モータによれば、固定子部に5相巻線を有するモ
ータにおいて、電気角で72゜ずつ位相のずれた5個の
相を順番にA、B、C、D、Eとするとき、前記固定子
部の電機子巻線は前記各相を形成する5個の相巻線を有
し、A相巻線には第1の巻線仕様が施され、B相および
E相巻線には第2の巻線仕様が施され、C相およびD相
巻線には第3の巻線仕様が施されるとともに、電気角で
120゜ずつ位相のずれた3個の相を順番に第I相、第I
I相、第III 相とするとき、前記A相巻線が第I 相を構
成し、前記B相巻線と前記C相巻線とが互いに直列また
は並列に結線されて第II相または第III 相を構成し、前
記D相巻線と前記E相巻線とが互いに直列または並列に
結線されて第III 相または第II相を構成するので、合成
された3相巻線の起電力ベクトル、または同じ大きさの
電流を各巻線に流したときに発生される3相巻線の起磁
力ベクトルの大きさがほぼ同一で、互いの位相差がほぼ
120゜である3相巻線を構成することができる。
【0037】したがって、新規に3相モータ用の固定子
鉄板の金型を製作せずに、5相ステッピングモータの固
定子鉄心を使用して、3相ステッピングモータや3相の
超低速同期電動機を構成することができるため、金型代
の節約ができる。また、3相ステッピングモータとした
場合には5相ステッピングモータの場合と比べ、基本ス
テップ角は5/3倍になるもののスイッチング素子数は
3/5に減らすことができるため、駆動回路のコスト低
減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の3相モータの第1実施例を示す図で、
該3相モータの原理的な結線図である。
【図2】図1の3相モータの各巻線の起電力ベクトル図
である。
【図3】本発明の3相モータの第2実施例を示す図で、
該3相モータの原理的な結線図である。
【図4】図3の3相モータの各巻線の起電力ベクトル図
である。
【図5】本発明の3相モータの第3実施例を示す図で、
該3相モータの原理的な結線図である。
【図6】図5の3相モータの各3相巻線に、同じ大きさ
の電流を流した場合の起磁力ベクトル図である。
【図7】本発明の3相モータの第4実施例を示す図で、
該3相モータの原理的な結線図である。
【図8】図7の3相モータの各3相巻線に、同じ大きさ
の電流を流した場合の起磁力ベクトル図である。
【図9】従来から知られている、5相の巻線を有する5
相モータを3相駆動するためのモータの結線図である。
【符号の説明】
A、B、C、D、E 相 d1 、d2 、d3 線径 FA 、FB 、FC 、FD 、FE 、FI 、FII、FIII
起磁力ベクトル n1 、n2 、n3 巻数 VA 、VB 、VC 、VD 、VE 、VI 、VII、VIII
起電力ベクトル WA 、WB 、WC 、WD 、WE 巻線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定子部と回転子部とから成り、該固定
    子部に巻回された電機子巻線を励磁することにより前記
    回転子部が駆動されるモータにおいて、電気角で72゜
    ずつ位相のずれた5個の相を順番にA、B、C、D、E
    とするとき、前記固定子部の電機子巻線は前記各相を形
    成する5個の相巻線を有し、A相巻線には第1の巻線仕
    様が施され、B相およびE相巻線には第2の巻線仕様が
    施され、C相およびD相巻線には第3の巻線仕様が施さ
    れるとともに、電気角で120゜ずつ位相のずれた3個
    の相を順番に第I 相、第II相、第III 相とするとき、前
    記A相巻線が第I 相を構成し、前記B相巻線と前記C相
    巻線とが互いに直列または並列に結線されて第II相また
    は第III 相を構成し、前記D相巻線と前記E相巻線とが
    互いに直列または並列に結線されて第III 相または第II
    相を構成することを特徴とする3相モータ。
  2. 【請求項2】 前記第1の巻線仕様の巻数をn1 、前記
    第2の巻線仕様の巻数をn2 、前記第3の巻線仕様の巻
    数をn3 とするとき、巻数比n2 /n1 は、およそ0.
    43であり、巻数比n3 /n1 はおよそ0.78である
    とともに、前記B相巻線と前記C相巻線が互いに直列結
    線されて第II相を構成し、前記D相巻線と前記E相巻線
    が互いに直列結線されて第III 相を構成することを特徴
    とする請求項1に記載の3相モータ。
  3. 【請求項3】 前記第1の巻線仕様の巻数をn1 、前記
    第2の巻線仕様の巻数をn2 、前記第3の巻線仕様の巻
    数をn3 とするとき、巻数比n2 /n1 はおよそ1.0
    5であり、巻数比n3 /n1 はおよそ0.22であると
    ともに、前記D相巻線と前記E相巻線が互いに直列結線
    されて第II相を構成し、前記B相巻線と前記C相巻線が
    互いに直列結線されて第III 相を構成することを特徴と
    する請求項1に記載の3相モータ。
  4. 【請求項4】 前記第1の巻線仕様の巻数をn1 、線径
    をd1 、前記第2の巻線仕様の巻数をn2 、線径を
    2 、前記第3の巻線仕様の巻数をn3 、線径をd3
    巻数比n2 /n1 =a2 、巻数比n3 /n1 =a3 とす
    るとき、a2 >0.43、a3 >0.78、(0.43
    /a2 )+(0.78/a3 )=1、d2=(0.4
    3)1/2 1 、d3 =(0.78)1/2 1 をそれぞれ
    満足するとともに、前記B相巻線と前記C相巻線が互い
    に並列結線されて第II相を構成し、前記D相巻線と前記
    E相巻線が互いに並列結線されて第III 相を構成するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の3相モータ。
  5. 【請求項5】 前記第1の巻線仕様の巻数をn1 、線径
    をd1 、前記第2の巻線仕様の巻数をn2 、線径を
    2 、前記第3の巻線仕様の巻数をn3 、線径をd3
    巻数比n2 /n1 =a2 、巻数比n3 /n1 =a3 とす
    るとき、a2 >1.05、a3 >0.22、(1.05
    /a2 )+(0.22/a3 )=1、d2=(1.0
    5)1/2 1 、d3 =(0.22)1/2 1 を満足する
    とともに、前記D相巻線と前記E相巻線が互いに並列結
    線されて第II相を構成し、前記B相巻線と前記C相巻線
    が互いに並列結線されて第III 相を構成することを特徴
    とする請求項1に記載の3相モータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007031679A2 (fr) * 2005-09-13 2007-03-22 Valeo Equipements Electriques Moteur Stator polyphase de machine electrique tournante a rotor a griffes et alternateur ou alterno-demarreur comportant un tel stator
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