JPS5967855A - 多相多巻線ブラシレス電気機械の巻線方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電気機械の巻線方法、特に、ブラシレス電
気機械の巻線方法に関するものである。

交流モータとブラシレス直流モータにおける典型的な固
定子巻線には、回路磁界を生じさせる目的で多相交流を
導ひく。たいていの共通固定子巻線の配列は、三相巻線
であり、二相巻線は、制御システムに共通である。

事実上、典型的な固定子巻線は、一つあるいは多くの相
から成っている。各相は、一つあるいは多くのターンを
もつ密着巻きあるいは微小間隙巻きのコイルによって形
成される。三相固定子巻線、あるいは、多相固定子巻線
、分離巻線は、いくつかの相によって施される。したが
って、２タ一ン固定子巻線においては、各相巻線は、２
ターンをもっている。

よりよいモータ性能に関しては、多種の相巻線間のイン
ダクタンスのよりよいつり合いをもたせることが望まれ
るところである。相間にインダクタンスのよりよいつり
合しＡをもたせるには、巻線内の循環電流を減じ、そし
て、モータのピ・−り電力定格が負荷の割り当てよりも
むしろモータを駆動するいずれかの回路によって制限さ
れるようにするため、モータを駆動する電気回路に要求
される電力を分配することにある。

インダクタンスのよりよいつり合！／）は、モータの巻
線インダクタンスにおける正味の減少をも許容する。そ
れらにより、速度およびトルりの高い結合で作動するモ
ータを供する。

一般に、ブラシレスモータの固定子を巻くため使用され
るいくらかの方法がある。

その一つの方法は、第１のステップとして巻かれるべき
特有のコイルを必要とするものである。巻かれたコイル
は、固定子鉄心のスロット内に挿入される。その挿入の
手順は、各コイルの一方の側部がモータのまわりに全周
にわたって最初に挿入され、その後、コイルの他方の側
部がスロット内に挿入されるようになってし）る。

その結果、コイルの一方の側部は、スロットの底部にあ
り、他方の側部はスロットの頂部にある。したがって、
この巻線方法は、相間のインダクタンスのよりよいつり
合いを備えた対称的な巻線にすることができる。しかし
ながら、この方法によれば、コイルを、時間がかかるは
んだ付あるいは溶接により相互に接続しなければならな
いという理由で、巻線の信頼性を実質上域じてしまうも
のである。

二者択一的なこの方法は、最初に、連続するコイルを直
列に連続的に巻き、特有のコイル群が最後に相互連結さ
れるようになっている。これらのコイルは、固定子のス
ロット内に挿入される。この巻線方法は、相互連結のた
めの要求を取り除く。しかしながら、相互連結されたコ
イルの架線操作の困難性についてはそのまま残されてい
る。コイルの操作を単純にするには、実質上、−続きの
コイル、すなわち、モータ巻線の一相が、最初に固定子
スロット内に正常に挿入され、次いで、次の−続きのコ
イルが順々に挿入されるようにすることである。その結
果・相間において不均衡なインダクタンスをもった非対
称巻線となる。そして、それ力くモータ性能を悪化させ
る。

第三の方法は、相互連結がないように固定子スロット内
に直接コイルを巻き付ける方法である。この方法下にお
いて、一定の相のための全てのターンは、相の巻線を他
が開始される負可に完全に完了されるようにするため一
時的に電力）れる。その結果、不均衡なインダクタンス
をもった非対称的な固定子巻線を生じる。

したがって、この発明の重要な目的は、ネ目間のインダ
クタンスについてのすぐれた均衡をもつ高い信頼性の巻
線を生じさせるブラシレスモータの巻線方法を提供する
ことにある。また、この発明の他の目的は、製造加工す
るに際して経済的に有用な信頼度の高い巻線を生じさせ
るブラシレスモータの巻線方法を提供することにある。

さらに、この発明の別の目的は、巻線間のインダクタン
スの均衡性のすぐれたところの高い信頼性をもつモータ
を生じさせる、多相多巻線ブラシレスモータに適合する
巻線技術を提供することにある。

この発明に従えば、多相多巻線ブラシレスモータの巻線
方法は、その１ターンが次に続くターンが、いずれかの
相に施される前に各相巻線に施される。ターンが各相に
施された後、必要数のターンが巻かれるまで同じ順序で
相巻線に次のターンを施す。それによって、より少ない
エンドターンをもつ積み重ねられた巻線を構成し、かつ
相間のインダクタンスの均衡性のすぐれた巻線を得る。

その後、巻線は、各相に連続的に施され、コイル間にお
ける相互連結のないように構成される。それによって、
製造加工にあたって経済的に有利な高い信頼性の巻線を
得るものである。

以下、この発明に成る多相多巻線タイプのブラシレスモ
ータに関する巻線方法について、図面に示す具体的な実
施例にもとづいて詳細に説明する。

第１図は、三相（人相、Ｂ相、およびＣ相）、四極ブラ
シレス交流モータのための固定子巻線の態様を展開して
示すものである。この巻線は、理解を明瞭にするために
直線的に展開して示しであるモータの固定子（ホ）に対
して施される。モータ固定子の鉄心は、１２個のスロッ
トを有するものであり、それらには、（Ｓｌ）〜（Ｓ１
２）の符号を付しである。固定子に設けたこれらのスロ
ットは、理解をたすける意味において、添付図面におい
て、垂直の細実線により描いである。

各相のための第１のターンは、実線で示されている。こ
れに対して、人相における第２のターンは、これと第１
のターンとを区別できるように点線によって示されてい
る。各相は、直列に接続されている４つのコイルから成
っている。

これらのコイルは、密着に巻かれているコイルであり、
すなわち電気測定において径間１８０のものである。こ
のように、相における各ターンの巻線パターンは、他の
ターンと同一のものとして形成される。

各相に施される巻線は、理解し易いようにするため分離
的に示されている。実質上これらの巻線は、端ターン部
において重なり合うことが理解される。この発明の巻線
方法に従えば、相巻線の第１ターンは、最初に一つの相
に完全に施される。図に示されるように、初めに人相に
おける巻量始点Ｑ１）に対してワイヤ（２０）が配置さ
れる。前記ワイヤに）は、固定子（ホ）のスロット（ｓ
ｌ）の底部内に挿入される。前記スロワ）　（Ｓｌ）の
部分からワイヤに）は、第２のスロワ）　（８４）へ向
けて固定子◇８）のまわりを時計方向に巻かれ、そして
その底部内に挿入される。スロワ）　（Ｓｔ）とスロッ
ト（８４）との間に走行するワイヤに）の部分は、エン
ドターンＨとして示されている。ワイヤ（財）は、一つ
のスロットから他のスロットに向けて固定子のまわりに
巻かれるたびにおいて、エンドターンが形成されるよう
になっている。このような巻線のエンドターンは、その
活動的な部分がないようＫできるだけ短かくすることが
のぞまれる。

前記ワイヤ（財）は、スロワ）　（８４）の部分がらス
ロワ）　（８７）に向けて固定子（１８）のまわりに反
時計方向に巻かれ、スロワ）　（８７）の底部に挿入さ
れる。そしてさらに前記ワイヤ（財）は、スロット（８
７）の部分からスロワ）　（Ｓｔｏ）　　に向けて固定
子（ホ）のまわりを時性方向に巻かれ、スロット（Ｓ１
０）の底部に挿入される。この巻線の手順は、その後も
続けられる。ワイヤに）は、あらかじめ挿入されている
スロット内にもどして反時計方向および時計方向に交互
に巻かれる。これらのスロットを介して、ワイヤに）を
上記するように巻き付けて行くことにより、四つの直列
コイルが形成される。これらのコイルにおいて最初のコ
イル（ハ）は、巻線ワイヤ（２０）　Ｋよってスロット
（Ｓｌ）内に形成される。コイル（ハ）は、スロット（
Ｓｌ）内に一方の側部を有していて、スロット（Ｓ１０
）内に他方の側部を有している。第２のコイル（２→は
、スロット（Ｓ１０）内に一方の側部を有し、スロット
（８７）内に他方の側部を有するようにワイヤ（イ）に
よってスロワ）　（８１０）内に形成される。第３およ
び第４のコイル（ハ）、　（２１は、コイルに）の側部
がスロツト（Ｓ７）オよび（Ｓ４）内に、コイル（２φ
の側Ｍ　カスロット（８４）および（ｓｌ）内に位置す
るように、それぞれ上記すると同様にして形成される。

したがって、相巻線の各ターンは、直列である４つのコ
イルによって構成されることが理解される。

ワイヤに）が、一時的停止点（ハ）にもたらされると、
人相の巻線は一時的に停止され、そしてＢ相の巻線が開
始される。人相の巻線が一時的に停止されることは、こ
の発明において重要なことであり、ワイヤに）は切断さ
れず、むしろ再び用いられるまでの間保持されるもので
ある。

Ｂ相の巻線のためのワイヤ０＠は、巻量始点−わが開始
され、スロワ）　（８２）の底部に挿入される。

ワイヤ０ユは、スロット（Ｓ２）部分がらスロット（Ｓ
５）に向けて、固定子（１８）　ｏまゎりを時計方向に
巻かれ、スロワ）　（８５）の底部に挿入される。

さらに、前記ワイヤＩＩは、スロット（Ｓ５）の部分か
らスロット（Ｓ８）に向けて固定子（ホ）のまわりを反
時計方向に巻かれ、スロワ）　’　（Ｓｓ）の底部に挿
入される。Ａ相と同様に、ワイヤｏｃ＋は、固定子のま
わりに巻かれ、スロット間に走行するエンドターン０埠
を生じる。このエンドターン０椴は、〜相のエンドター
ンＱ功の長さに匹適するようにＣきるだけ短く形成する
ことが望ましい。

ワイヤ０すは、スロット（Ｓｓ）から、スロット（８１
１）に向けて時計方向に巻かれ、スロット（Ｓ１１）の
底部に挿入される。前記人相の巻線と同じくこの巻線の
手順は、その後も続けられる。それによってワイヤ０ユ
は、４つの直列コイル■、０→。

（３０およびＯ・を形成するようにあらかじめ挿入され
ているスロット内にもどして、反時計方向、および時計
方向に交互に巻かれる。このようにして最終的に、ワイ
ヤ０・は、Ｂ相の巻線のための第１のターンに匹適する
一時的終了点（ハ）に巻かれるに至る。

Ｂ相の巻線が、一時的終了点０７）にもたらされると、
Ｃ相の第１のターンのための巻線が開始される。このＣ
相のためのワイヤに）は、その巻量始点←υにおいてス
ロット（Ｓ３）底部に挿入される。その後、上述するワ
イヤ００）、および０呻と同様の方法により、固定子（
ト）のまわりに時計方向および反時計方向に交互に巻か
れるようになっている。ワイヤーは、固定子（ホ）のま
わりに巻かれＣ相において連合されるスロット（すなわ
ち、スロット（８３）、　（Ｓ６）、　（Ｓ９）、およ
び（８１２））の底部に挿入される。前記人相およびＢ
相と同様に、ワイヤに）は、固定子のまわりに巻かれ、
スロット間に走行するエンドターン０功を生じる。この
エンドターン（ロ）は、前記エンドターンｅａ、＊ｓの
長さに匹適するようにできるだけ短かく形成することが
望ましい。前記人相およびＢ相の巻線と同じく、この巻
線の手順は、その後も続けられる。それによって、ワイ
ヤ（ト）は、Ｃ相の第１ターンを含む４つの直列コイル
（ハ）、−＋　（４５）、　オよび（ロ）を形成するよ
うにあらかじめ挿入されているスロット内にもどして、
時計方向、および反時計方向に交互に巻かれる。ワイヤ
（９）が一時的終了点０′？）に最終的にもたらされた
際、ワイヤ（ト）は、この相のための第１のターンに匹
適し、Ｃ相の巻線が一時的に停止される。

これを多重ターン固定子巻線とするには、この手順を繰
り返すことによってなし得るものである。この場合、第
２のターンの最初は、人相に施される。この発明の巻線
方法の表示にあたって、Ａ相のための第２のターンは、
図面において点線（２０Ａ）で示す。この図において、
固定子巻線は、密着コイルであることを示す。Ａ相の第
２ターンのための巻線パターンは、第１のターンに関し
てのものと同様である。

この発明の方法に従えば、ワイヤ００）は、第２のター
ンを巻くために再び用い、られる。この手順を明確にす
るためにこれを参照符号（２０Ａ）で示す。このように
ワイヤ（２０Ａ）は、最初に、スロット（Ｓｌ）からス
ロワ）　（８４）に向けて固定子に沿って時計方向に巻
かれる。ワイヤ（２０Ａ）は、スロット（Ｓｌ）におけ
るあらかじめ定められた場所であって、ワイヤ（イ）の
部分−上に横たわるようにスロット（８１）内に挿入さ
れる。ワイヤ（２０Ａ）は、理解し易いようにワイヤ（
２０）に密接して横たわるように示されているか、実際
は、この第２のターンは、スロットのそれぞれにおける
第１のターンの頂部に横たわるものである。

’７　イヤ（２０Ａ）は、スロット（８４）から、固定
子のまわりに反対時計方向巻および時計方向巻き全交互
に繰り返して、スロット（Ｓ７）、スロット（Ｓ１０）
、およびスロツ）　（８１）に挿入され、一時的最終点
Ｏ［有］にもたらされる。この巻線方法に従えば、前述
するコイル（ハ）、Ｑ４．に）、および（ハ）に符号す
る４つの直列コイル（財）２輪、０→、およびに）を形
成する。連続ワイヤが、第１のターンおよび第２のター
ンのために用いられるので、コイル（５４）　、（へ）
、０時、およびＧつは、コイル（ハ）、（ハ）。

（ハ）、およびＨに対して−続きに形成される。

ワイヤ（２０Ａ）が、点輪に最終的にもたらされると、
人相の第２のターンの巻線が完結し、そして、Ｂ相の第
２のターンの巻線が開始される。

さらに、Ｂ相の第２ターンの巻線が完結すると、続いて
Ｃ相の第２のターンの巻線が開始される。

上述する巻線方法は、典型的なコイル組立方法としての
他の巻線技術に比較して非常に速く、かつ簡単に行うこ
とができる。これは、特に巻線が少数のターンで重い規
格のワイヤから成る場合において顕著である。より小さ
いワイヤサイズおよび多くのターンが必要とされるとき
、使用される自動巻線装置に施されるものである。

この巻線技術を用いることにより、相間のすぐれたイン
ダクタンスバランスをもつ積層モータ巻線を得ることを
可能にするものである。この方法によれば、各相のそれ
ぞれのターンは、本質的に同じ長さである。さらに、各
ターンの深さは、各ターンのための相間が調和するよう
に制御される。このことは、相間のつり合わされたイン
ダクタンスを達成するために重要である。なぜならば各
ターンのためのインダクタンスは、スロット内における
ターンの深さに従って変えられるからである。

固定子の鉄心は、ターンの上に作用する。１ターンのイ
ンダクタンスは、スロットにおけるターンの深さに従っ
て変わるものである。したかって、各相のためのそれぞ
れのターンに対して同じ深さをもつということが望まし
い。

ここに述べた巻線方法を用いることＫより、エンドター
ンのビルドアップを最小にすること、および、相間にお
けるこのビルドアップに調和を生じさせることが可能で
ある。相間のインダクタンスのつす合いのため、他の相
のビルドアップと本質的に同様であるべき各相巻線と共
同されることが望まれる。各相の１ターンの巻線に対し
、次のターンの前にいずれかの相の位置決めがなされ、
相間におけるビルドアップの調和が成しとげられる。

相聞が対称的であるようにモータ巻線を製作し、固定子
巻線のターン間に相互接続をもたないように形成するこ
とにより高い信頼性を生じ、よりよいモータ性能を供す
る。相間のインダクタンスのつり合わせは、モータ内の
電力損失を減じ、整流を改良する目的において相と巻線
間の循環電流を減じる。加うるに、インダクタンスのつ
り合わせは、一定の電力レベルにおいて、モータの信頼
性を改良させる目的で、駆動回路内の電圧と電流応力を
分配する。その結果、高い電力定格をもった信頼性の高
いモータを供する。

ここに述べる巻線技術は、モータと同様に同期発電機に
対してもまた適用されるものである。

同期発電機巻線の正味インダクタンスの低減は１発電出
力容量を許容する。そこでインダクタンスは、速度増加
として発生電圧を減じるところの周波数従属リアクタン
スである。つり合わされたインダクタンスは、高電力を
生じる。そこで、同期発電機を駆動する回路内の電流と
電圧応力をよりよく分配する。

この発明において、上述する実施例は、一つの具体的な
実施例を例証したものであり、そしてそれらの修正は、
当業者の通常の技術レベルにおいて生じる修正を含むも
のである。この発明は、ここにあられされる具体的な実
施例にのみ制限されるものではなく、添付する特許請求
の範囲によって制限された範囲にのみ限定されるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明にかかる巻線方法を用いて成る代表的
なプラシレスモークの固定子巻線の態様を示す展開図で
ある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）次に続くターンが、いずれかの相巻線に巻かれる
   前に各相巻線の１ターンを巻くことと、全てのターンが
   巻かれるまでに各法に続くターンのための巻線手順を繰
   り返すことから成ることを特徴とする多相多巻線ブラシ
   レス電気機械の巻線方法。
2. （２）相巻線の全べてに１ターンを形成し、その後、前
   記１ターンが施されるように必要数のターンが巻かれる
   まで同じ順序で相巻線に次のターンを施すようにしたこ
   とを特徴とする多相多巻線ブラシレス電気機械の巻線方
   法。
3. （３）電気機械が三相電気機械であり、前記１ターンが
   、最初に第１番目の相に、次に第２番目の相に、最後に
   第３番目の相に施され、そして前記次のターンもまた最
   初に第１番目の相に、次に第２番目の相に、最後に第３
   番目の相に施されるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第（２）項に記載の多相多巻線ブラシレス電気
   機械の巻線方法。
4. （４）前記ターンが、前記ターン間における相互連絡の
   ないように各相の範囲内で連続ワイヤによりまかれてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第（２
   ）項、または第（３）項のいずれかに記載の多相多巻線
   ブラシレス電気機械の巻線方法。
5. （５）　　前記ターンが電気機械のスロット内において
   複数の直列コイルの巻線によりまかれていることを特徴
   とする特許請求の範囲第（４）項に記載の多相多巻線ブ
   ラシレス電気機械の巻線方法。