JPS6120220B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は極数切換可能な平衡多相電動機の電
機子巻線の改良に関する。 従来極数切換電動機の電機子巻線にはそれぞれ
の極数に対する巻線を行い、第１図のように１ス
ロツトＡ内にそれぞれの極に巻装されたコイル
Ｂ，Ｃ，Ｄを有するもの。又第２図のように１個
の巻線に複数個の端子を出し、これをそれぞれの
相内で接続を変えることにより極数変換を行うよ
うにしたものがある。なお第２図はスロツト数が
２４で３相２極／４極の例である。 前者の１スロツトＡ内にそれぞれの極数に対す
る巻線をもつものでは、複数個のコイルを１スロ
ツトに巻装するためスロツト寸法が大となり、巻
装されるコイル数も制限される。 後者のものでは各相の中のコイルを接続替する
ことにより行うため、変換される極数の個数に制
限がある。この巻線では極数の内、その小さい方
の極数においては一極一相のコイル数ｑが１以上
であるため、スロツト数により極数の大きさが制
限される。このため従来スロツト数を一定のまま
で、且つ一巻線にて極数が大きくしかも極数変換
可能な電機子巻線の開発が望まれていた。 一方、極数の切換が可能であつて、極数切換に
より生ずる４極調波分を主として減少させ、２極
調波分を従として可及的に減ずることを目的とし
た多速度単一コイル交流回転機が従来特公昭45−
33127において公知である。これは２つの同じ巻
線構成のコイル群に適宜の電気角α（40゜＜α＜
110゜又は−40゜＞α＞110゜）ずらして電機子鉄
心に巻装し、両コイル群の対応する極の極性が同
一になるように直列接続して単一コイルの電機子
巻線を構成すると共に、電機子巻線の極数を変化
させるため前記コイル群内のコイル接続を切替え
る極数装置を備えたものである。 前記公報のものはコイル数ｑは１より小さく
0.5より大きいものである。このため、スロツト
数を一定のままで、且つ一巻線にて極数がさらに
大きく、しかも極数変換が可能な電機子巻線の開
発が望まれていた。 この発明はこのような事情にかんがみてなされ
たもので、一極一相のコイル数が0.5未満で大き
な極数が得られ、且つ一巻線により複数に極数変
換可能な電機子巻線を提供することを目的とす
る。 以下この発明の一実施例について第３図乃至第
７図を参照して説明する。 その前に各組の基本波における電圧が平衡とな
る条件について説明する。相隣るコイル間の位相
差（電気角）をαとすると次の(1)式が成立する。 α＝１８０／Ｎ×Ｐ ……(1) ここにＮはスロツト数、Ｐは極数である。また
各コイルの電圧の大きさをそれぞれe1，e2，……
ezとすると、この電圧ベクトル和が次の(2)式の
ようになる。 Ｖ＝e1＋e2Σ^j〓＋e3Σ^jZ〓＋ ……＋ezΣ^j(Z-1)〓 ……(2) (2)式においてＶ＝０のとき各相の電圧ベクトル
が平衡する。 ここで電圧ベクトルとは、各スロツトに収めら
れたコイルに誘起される電圧であり、これは各ス
ロツトに納められる位置により(1)式から求められ
る位相差αを有する。 この電圧ベクトルが平衡するときは、これは各
コイルの電圧ベクトルe1，e2，e3……ezを各相
毎に合成し各組の電圧の大きさが等しく且つ２／
３πずつ等分していることを各相の電圧ベクトル
が平衡しているといい、この各相の電圧ベクトル
を全て合成し、この和が零となることであり、こ
れを式で表わすと(2)式となり、この合成すなわち
Ｖ＝０のときである。電圧ベクトルが平衡する
と、電機子巻線の作る磁界は３組平衡磁界を作
り、効率の良い平衡３相誘導電動機になる。電圧
ベクトルが平衡しないと、電動機は不平衡電動機
となり、逆相の回転磁界の回転磁界を発生し、逆
相分による損失増加及び逆相分トルクを生じ、正
常な運転が不可能となり、実用化が困難である。 また各コイルの電圧の大きさが等しくかつコイ
ル数ｑが１未満の場合にはｑ＝ａ／ｂ（ただしａ＜ ｂ）において、分母のｂと2m（ｍは相数）の間
に３またはそれ以上の最大公約数がなければ平衡
ｍ相巻線ができる。以下それを説明する。 先づ各相の電圧（基礎波）が平衡する為めには
如何なる条件が必要かと云えば、今 ｍ＝相数 Ｎ＝スロツト総数 ｐ＝極対数 ｔ
＝ｐとＮとの最大公約数 とすれば相隣るコイル間の電気的位相差αは α＝360゜×ｐ／Ｎ ……(3) 然かるにｔはｐとＮとの最大公約数なる故 ｐ＝p₀t、Ｎ＝N₀tとすればp₀とN₀間には約数な
し。よつて(3)式は次の如くなる α＝360゜×ｐ_０／Ｎ_０ ∴N₀α＝360゜×p₀ ……(4) 従つてスロツトの電気的関係はN₀個毎に同一
状態を繰返し、2p₀極が通常の整数溝巻線の２極
に対応する事となる。よつてかかる2p₀極のN₀個
のスロツトについて考える。 かかるスロツトに対称ｍ相巻線が挿入される為
にはN₀と総数ｍとの間には次の関数が成立する
事が必要である。 N₀／ｍ＝整数 ……(5) 之は対称巻線である為には第１相に関する任意
のスロツトに対し之と電気に（２π／ｍ）の位相にあ るスロツトが第２相にあり、（４π／ｍ）の位相にある スロツトが第３相にあり、一般に第γ相に関する
スロツトに（γ−１）２π／ｍの位相のものが存在す ることを要する。この事から(5)式の関係は当然成
立しなければならぬ。 以上によつて多相巻線の平衡条件を与えたが、
実際の場合には毎極毎相のスロツト数ｑよりその
判定条件を与えるのが便利である。分数溝巻線に
対してはｑは一般に次式で表わす事が出来る。 ｑ＝ａ＋ｃ／ｂ ……(6) ここにａ，ｂ，ｃ＝正の整数、ｃ／ｂは既約分
数 尚本実施例はｑが0.5未満のためａ＝０となり
ｑ＝ｃ／ｂで検討する。 然る時は２極に対するスロツト数n₀は n₀＝2mq＝２ｍｃ／ｂ 然かるに、ｃ／ｂは既約分数なる故2mcとｂ間
に約数があるとすれば、それは2mとｂとの間の
約数である。即ちその最大公約数をｒとすれば 2m＝rm₀ ｂ＝rb₀ ……(7) ∴n₀＝ｍ_０ｃ／ｂ_０ ……(8) 従つてb₀個の極対に対してはじめて整数個のス
ロツトを含む事となる。前記のp₀はこのb0に等
しい筈である。よつて全体の極数が2pであるか
ら次の条件が必要となる。 ｐ／b₀＝整数 ……(9) このb₀個の極数の有するスロツト数n₀b₀は前記
のN₀に等しい故(8)式より N₀＝m₀c 然かるにこのN₀個のスロツトに対して平衡ｍ
相巻線が可能の為には(5)式が成立するを要するか
ら N₀／ｍ＝ｍ_０／ｍｃ＝２ｃ／ｒ＝整数……(10) が成立するを要す。然かるにｒはｂの約数であ
り、ｃとｂとの間には約数がないからｒとｃの間
には約数は存在しない。しがつて(10)式の2c／ｒが
整数なる為めにはｒの値は次の二つの場合以外に
はあり得ない。 (i)ｒ＝１ (ii)ｒ＝２ ……(11) 即ち(7)式より2mとｂとの間に３以上の約数が
存在する場合は平衡ｍ相巻線を実施する事が出来
ない。今(11)式の成立する場合を更に吟昧して見る
と次の通り (i)ｒ＝１の場合 この場合はｂと2mとの間に１以上の約数はな
い故ｂは奇数である。よつて(10)式より N₀／ｍ＝2c＝偶数 よつて(5)式から平衡ｍ相巻線を実施する事が出来
る。 (ii)ｒ＝２の場合 この場合はｂ＝2b₀である。従つてｂは偶数と
なり、ｃは奇数となる（∴ｂとｃとの間には約数
がないから）よつて次の事実が成立する。 N₀／ｍ＝２ｃ／ｒ＝ｃ＝奇数 よつて二層巻線は実施可能である。 以上の事を約言すれば次の如くなる。 今毎極毎相のスロツト数ｑ＝ｃ／ｂとする。然
らば2mとｂとの間に約数がない場合、或いは2m
とｂとの間の最大公約数が２なる場合は常に平衡
ｍ相巻線を実施出来る。 そして一例としてスロツト数Ｎ＝36、相数ｍ＝
３、一極一相のコイル数ｑ＜１の場合で平衡巻線
ができる条件を求める。34極（ｑ＝６／１７） 、32極（ｑ＝３／８）、30極（ｑ＝２／５）、28極（ｑ
＝３／７）、 26極（ｑ＝６／１３）、24極（ｑ＝１／２）、22極（ｑ
＝６／１１）、 20極（ｑ＝３／５）、16極（ｑ＝３／４）、14極（ｑ＝
６／７）と なる。この場合コイルピツチｌが50％以下になる
と起磁力波形が悪くなるため、これをさける必要
がある。本発明はこれを達成するために成された
ものでコイルピツチが第１番目から第２番目の場
合、34極（ｌ＝94.4％）から26極（ｌ＝72.2％）
までが(2)式を満足するように接続することによ
り、それぞれの極数が得られ、34極，32極，30
極，28極，26極の５個の極数変換が可能となる。 この本発明の実施例を次に説明する。第３図本
発明の一実施例を示すコイルピツチが第１番目か
ら第２番目で、32極（ｌ＝88.9％の場合のコイル
ピツチ配置と接続を示す。図において、１２，
３，……３６はスロツトを示し、ａ，a′は相の
上コイルと下コイルで夫々実線で示し、ｂ，b′は
相の上コイルと下コイルで夫々点線で示し、
ｃ，c′は相の上コイルと下コイルで夫々一点鎖
線で示してある。 この様な各相コイル群，，のスロツト内
への配設は次の様である。コイルピツチが第１番
目から第２番目であるから先ず相コイル群にお
いて、上コイルａはスロツトNo.１，６，８，１
０，１５，１７，１９，２４，２６，２８，３
３，３５の上部に収納し、下コイルa′はスロツト
No.２，７，９，１１，１６，１８，２０，２５，
２７，２９，３４，３６の下部に収納する。次い
で相コイル群は、上コイルｂはスロツトNo.２，
４，９，１１，１３，１８，２０，２２，２７，
２９，３１，３６の上部に収納し、下コイルb′は
スロツトNo.３，５，１０，１２，１４，１９，２
１，２３，２８，３０，３２，１の下部に収納す
る。更に相コイル群は、上コイルｃはスロツト
No.３，５，７，１２，１４，１６，２１，２３，
２５，３０，３２，３４の上部に収納し、下コイ
ルc′はスロツトNo.４，６，８，１３，１５，１
７，２２，２４，２６，３１，３３，３５の下部
に収納する。 次に接続方法を相コイル群を例にして説明す
る。スロツトNo.２の下部に収納された下コイル
a′の巻終りはスロツトNo.６の上部に収納された上
コイルａの巻始めに接続され、スロツトNo.６の上
コイルａと同一コイルであるスロツトNo.７の下部
に収納された下コイルa′の巻終りはスロツトNo.８
の上コイルａの巻始めと接続し、以下同様にして
下コイルa′の巻終りから上コイルａの巻始めへ接
続し、スロツトNo.１の上コイルａを電源側端子と
しスロツトNo.３６の下コイルa′を中性点側端子と
して相コイル群を構成する。以下同順序で組
コイル群と相コイル群の接続を行つて32極のコ
イル配置と接続を完了する。 尚各上コイルと下コイルは夫々電流の向きが逆
となつているのは言うまでもない。 そして他の極数である34極については第６図の
コイル配置図と接続図に示し、これ以外の30極，
28極，26極についても同様の考え方によるコイル
配置と接続方法であり、これらをまとめて表１に
示した。又、32極から34極へ接続替えしたＹ接続
図を第７図に示した。

【表】

【表】

【表】 次に32極を形成する様にコイル挿着し接続後第
７図ａに示すようにＹ結線とし、これに三相電圧
を印加して各コイルに発生する電圧ベクトルを第
４図に示した。即ち、スロツト１に納められるコ
イルの電圧ベクトルe1を１′に画き、スロツト２
に納められたコイルの電圧ベクトルe2Σ^j〓を
２′に画き、以下順次αの位相差をもつて３′，
４′……３６′まで画いたものである。この場合 (1)式によりα＝１８０／３６×32＝160゜であるから、
相 のスロツト１に納められたコイルの電圧ベクトル
１′と相のスロツト２のコイルの電圧ベクトル
２′との位相差αは160゜であり、電圧ベクトル
２′と相のスロツト３のコイルの電圧ベクトル
３′との位相差αは160゜である。又、電圧ベクト
ル３′と相の電圧ベクトル４′とは160゜の位相
差αがあり、電圧ベクトル４′と５′５′と６′，
６′と７′，７′と８′，８′と９′との夫々の位相差
αは160゜である。従つて隣接する電圧ベクトル
間の位相差αは40゜であり、相の電圧ベクトル
８′と相電圧ベクトル２′と相の電圧ベクトル
５′の各電圧ベクトル間の位相差αは120゜とな
る。そして各電圧ベクトルの大きさは等しくこれ
を各相の各ベクトルで加算して行く。（例えば
相の電圧ベクトル１′に１０′，１９′，２８′を加
算して行く。）そして各相の３本の電圧ベクトル
を合成すると、（例えば相では電圧ベクトル
１′と８′と６′の夫々の延長線分を含んだベクト
ルを合成する）相，相，相の電圧ベクトル
は大きさが等しく且つ120゜の位相差αを有して
いるので、三相が平衡状態にあつてこれを合成す
ると零になる。このため三相の平衡磁界を形成し
効率良い三相誘導電動機となる。 又各コイルに通電時のコイル配置とそこに発生
する磁極配置との関係を、32極乃至26極の相に
ついて（34極は第６図に示す）第５図に示した。
図において数字はスロツトNoを表わし、ｄはス
ロツトに挿着したコイルで、Ｎは実極のＮ極を表
わしまたは虚極のＮ極では虚極のＳ極を夫々
表わしている。この第５図ａから明らかな様に32
極の場合は、スロツト１と２，６と７間に夫々実
極Ｎが形成され、この実極Ｎ相互間に虚極，
，が３個連ねて形成されている。またスロツ
ト６と７，８，９，１０と１１間に夫々実極Ｎが
形成され、これらの実極Ｎ相互間つまりスロツト
７，８，９，と１０間には虚極，が夫々形成
されている。同様にスロツト１５と１６，１７と
１８，１９と２０，２４と２５，２６と２７，２
８と２９，３３と３４，３５と３６間には夫々実
極Ｎが形成され、これらの実極Ｎ相互間に虚極
，が１個乃至３個連ねて形成されている。そ
して実際の磁極として32極現われる。以下第５図
ｂの30極，ｃの28極，ｄの26極が、32極と同様に
実極Ｎ相互間に虚極，が１個乃至３個重ねて
現われ、夫々30極，28極，26極の磁種が形成され
る。又、第６図に示す34極については実極Ｎ相互
間に虚極，が１個乃至５個連ねて現われ、こ
の５個の現われ方が、32極の３個の現われ方と異
なつている。以上の様な磁極発生を理論的に説明
することは困難であるが、起磁力分布を計算機に
より解析した結果から明らかである。 このような構成であるから、従来実極と虚極が
交互に規則的に形成されたものでは極数が最大で
も24極（スロツト数３６の場合）しかならなかつ
たが、本実施例ではスロツト数Ｎを36個と一定の
ままでコイルの接続替えすることにより26極乃至
34極迄拡大することができる。このため適用する
固定子鉄心のスロツト抜型数の種類を少なくする
ことができると共に、特別なスロツト数を設計す
る必要がなく汎用機種として多く用いられている
極数の小さい例えば４極とか６極の標準電動機用
の鉄心を流用し簡単に数十極の多極回転電動巻線
が得られる。 尚上記は36スロツトの例を示したが他のスロツ
ト数においても同様である。例えばスロツト数Ｎ
が48では46極から34極までである。またスロツト
数Ｎが54では52極から38極までとなり、いずれも
36スロツトの場合と同様の作用及び効果がある。 以上述べたこの発明によれば、実極相互間に虚
極を１乃至複数個連ね且つ各相の電圧ベクトルが
平行するようにコイルを配置し、スロツト数を一
定のままでコイル接続変更により、一極一相のコ
イル数が0.5未満で大きな極数が得られ、かつ一
巻線により複数に極数変換が可能な電機子巻線を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の極数変換電動機の電機子巻線に
おける１スロツトの断面図、第２図は従来の１巻
線で接続替えにより１：２に極数変換できる電動
機の電機子巻線一相のコイル接続図、第３図はこ
の発明による電機子巻線の一実施例を示すコイル
配置図と接続図、第４図は第３図の各相の電圧ベ
クトルを示す図、第５図は26極乃至32極の相の
磁極配置図、第６図は34極の場合のコイル配置図
と接続図、第７図は32極と34極のＹ結線図であ
る。 ａ，a′……相の上コイルと下コイル、ｂ，
b′……相の上コイルと下コイル、ｃ，c′……
相の上コイルと下コイル、１，２，３〜３６……
スロツト、１′，２′，３′〜３６′……電圧ベクト
ル。Ｎ……実極、，……虚極、ｄ……コイ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コイルピツチが極ピツチより小さいコイルか
   らなる重ね巻の電機子巻線において、同一組のコ
   イルが同一磁極になるように接続し、さらに同一
   組の隣接するコイルとコイルとの間に極ピツチの
   ２倍をこえる間隔をおいたコイル配置を含んでな
   り、かつ前記コイルの接続変更により２以上の異
   る極数が得られる平衡多相電動機の電機子巻線。