JPS62160049A - 三相誘導電動機 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はトルクの平滑化をはかった比較的小容置（例え
ば出力１ｋＷ以下）の三相誘導電動機に関するものであ
る。

（従来の技術） 三相誘導雷ＩＦ／ｌ　ｉは三相電源をつなぐだけで筒中
に一定速度が得られるので、各種工作機械など一般産業
機械に広く用いられている。

三相誘導電動機の固定子に設けるスロット（満）数Ｎは
、 Ｎ＝極故ぶ×相数ｍｘ毎極毎相の溝数ｑによって決定さ
れる。

従来、固定子は、それに施′！ｉ巻線が容易で、し　　
′かも均一に行なえることから、毎極毎相の溝敢ｑを整
数に選んだ設計が行なわれている。例えば２極、３相の
電動機で（１＝２と選ぶと、スロット数Ｎ＝２Ｘ３Ｘ２
＝１２である。づなわらｔＩｉ極の溝数は６となる。

（解決しようとする問題点） 固定子に設（づるスロットの数は多い程トルクが平滑さ
れるので、大型゛１■１ではスロット数を多クシ１．：
設計が行なわれるが、小型の電ｆｆ１ｊｒ機では製造上
の制約をうけスロツ１〜教はあまり多くすることができ
ない。そのため、小型の電動機では固定子（−次側）と
回転子（二次側）の隙間（以下「空隙」という）に生ず
る磁束の変動が大ぎくなり、トルクリップル（トルクが
大きくなったり小さくなったり変動すること）を発生ず
るという問題がある。以下、この問題について少し説明
を加える。

三相誘導電動機の発生するトルク下は次式で表わされる
。

Ｔ＝Ｍ　（−ｊ　　Ｉ＋　）　＋２ 但し　Ｍニー次、二次間の相互インダクタンス、−ｊｌ
＋ニー次電流（固定子電流）ベタ１〜ル、Ｉ２：二次電
流（回転子電流）ベクトル。

トルクを平滑にするにはＭｊ＋ｊ２のそれぞれの高調波
を除去すれば良いが、この内Ｉｔは電源波形によるもの
で電動機側では改善できないが、Ｍと１２については改
善の余地がある。

しかしながら、従来の三相誘導電動機では、前述したよ
うに固定子のスロット数を決めるのに、毎極毎相の溝数
ｑを整数に選んで設計が行なわれているため、高調波の
影響を除去できないという問題が残されている。

第４図は上記問題の説明図である。同図の（ａ　）は固
定子のスロットの配置の一例を示したもので、ぴ２明を
簡明にするため、前述の例のように２極。

３相でｑが２の場合、すなわちスロツ］〜数が１２の場
合を示した。同図（ｂ）は（ａ　）のスロットの配置を
展開図で示したもの、同図（Ｃ）は（ｂ）のスロットに
対応して生ずる空隙の磁束変動を示したちの、同図（ｄ
　）はＮ極と対応させて示したＳ極のスロット配置と磁
束変動であり、同図＜Ｑ　）はＮ極とＳ極の磁束変動が
加わって生じた相互インダクタンスＭの変化の様子を示
したものである。

第４図＜８）に見られるように、従来の設計では相互イ
ンダクタンスＭの変化が太き（，１ヘルクＴが変動し電
動機が滑らかな回転をしなくなる。

また、小型の誘導電動機では固定子のスロット数が少な
いものを用いているので、空隙に生ずる磁束の変動が大
きいため、回転子に高調波を含んだ電流が流れる。すな
わちＩ２のリップルが問題になる。この１２のリップル
による１−ルク変動に対し、従来は特に具体的な対策が
施こされていなかつＩζ。

従って、従来の小型誘導電動機はトリクリップルを生じ
やすい傾向にあり、このような電動機をサーボ用駆動源
として工作機械や産業用ロボットに用いると種々の問題
が発生する。寸なわら、工作機械の場合には例えば刃物
がガクガクして切削面がきれいに仕上らなくなるし、［
コボットの場合にはアームが滑らかな動作をしない等の
問題が生じる。

本発明は上記の問題点を解消し、トルクリップルの少な
い三相誘導電動機を提供することを目的とするものであ
る。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、本発明の三相誘導電動機
は、トルクリップルの原因となる相互インダクタンスＭ
及び二次電流（回転子電流）ベタ１−ルｒ２のリップル
を小さく押える設計法を適用した。

丈なわら、従来常識的に行なわれている毎極毎相の溝数
ｑ−整数の設計を止めて、ｑの値を不整数にして固定子
のスロワ１−敗を決定した。このようにすると、理由は
後述するが等圃的に固定子のスロット数を大ぎくしたこ
とになり、相互インダクタンスＭのリップルが減少する
。

またＩ２のリップルの原因となる高調波の内、最も悪影
響のあるｒ次高調波を固定子巻線ビッヂＳを５＝（ｒ−
ｔ）／ｒまたは、Ｓ＝ｒ／ｒ＋ｔ：（・−奇故に選ぶこ
とにより除去した。ところで、どのような高調波次数の
７ｆｌ流か流れるかと言うと、空隙に生ずる磁束波形は
対称波であるので一般に偶数次高調波は無く、また三相
の場合は３の整数倍調波は同相となるため端子間に表わ
れず、それらの高調波電流ら流れないので、それらを除
いた５、７．１１．１３＝＝＝の次数の高調波電流が流
れる。

これらのうちのもっとら悪影響のある次数を選んでそれ
を消去する巻線ピッチを選ぶようにする。

なお、上記毎極毎相の溝数ｑの値の選択は、それによっ
て決まる固定子のスロット数が上記巻線ピッチＳの関係
を満足し、ざらに三相平衡巻線が可能なように行なわれ
る。

（作用） 上述した本発明の設計法によると、第３図（ａ　）〜（
ｄ）に示したようにＮ極とＳ極のスロワ１〜及び磁束変
動が逆相で対応しているので、相互インダクタンスＭの
変化は第３図（ｅ）のように現われなくなる。

高調波に対する誘導起電圧Ｅは次式のようになる。

Ｅｏｃ　φｘ）（ｄ　　ｘＫｐ−・−（１）ここで、φ
は磁束、Ｋｄは分布係数、ＫｌｌはＳ　−（ｒ−ｔ）／
ｒに対応する短節巻係数または、Ｓ−ｒ／ｒ＋ｔに対応
する長節巻係数であり、前者のｔ＝ｉの例では 但し　「：高調波次数、　　Ｉｌｌ：相数、ｑ　：毎極
毎相の溝数、 ・　　尤　・　　Ｗ九 Ｋｌ）　−ｓｉｎ　ｒ　−ｓｉｎ　（ｒ　−ＴＹ）−＜
３　）λ 但し　Ｗ：コイルピッチ（スロット数）、て：１極のス
ロット数、 である。

ｑを不整数とし、 ｑ　＝ａ　＋ｃ　／ｂ　−（ａｂ＋ｃ　）　／ｂで表わ
し、これを〈２）式に代入すると、となる。ここでｑの
値を例えば２．５（すなわち２＋１／２）に選んだとす
ると、ａｂ＋ｃ＝５Ｆあり、（２）式におけるｑの値を
５に選んだと同じ値になる。ということは、ｑの値を不
整数に選ぶとｑの値を大きくしたのと同じ効果が得られ
ることを意味する。すなわちスロット数を多くして相互
インダクタンスＭの変化を小さくしたことと等価であり
、〈１）式で表わされるＥの値が小さくなる。

一方、く３）式において、本発明の設計に従ったｒ、ｗ
、７の値を代入するとＫｐ−０となる。

と言うことは、巻数ピッチを加減することによって、特
定の高調波（次数ｒ）に対する誘起起電圧ＥをＯにする
ことができ、回転子にｒ次高調波電流が流れなくなるこ
とを意味する。

本発明はこのようにして相互インダクタンスＭのリップ
ル及びＩ２のリップルを小さくすることができ、従って
トリクリップルが小さくなる。

（実施例） 次に固定子巻線ピッチが短節巻でｔ＝１とじた場合の本
発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すもので、極数℃＝
２．総敗議＝３．毎極毎相の溝数ｑ＝２゜５に選び、ス
ロット数Ｎ＝２ｘ３ｘ２．５＝１５の場合である。

第１図（ａ　）は固定子のス［］ットを展開図で示した
もの、同図（ｂ　）は磁束分布で基本波と除去対象の第
５高調波を示したもの、同図（Ｃ）は固定子巻線でスロ
ットの位置及びピッチの関係を示したものである。

本実施例は除去対Φとする高調波次数ｒ＝５の場合であ
り、固定子巻線ビッヂ５＝Ｄ−１＞／ｒ−４１５＝０．
８となる。すなわら１極当りのスロットは１５／２＝７
．５であり、それに対し巻線は、７．５スロットＸ０．
８＝６スロツトのところに来るにうにする。このように
すると、図に見られるように丁度第５高調波の４番目の
節のところに巻線が来ており、高調波が誘起されなくな
る。

次に仝スロワｌ−数Ｎ＝１５で、６スロツト毎に巻線を
洗こした場合に三相平衡在線が可能かどうか調べて見る
。

三相平衡巻線の可否判別は次式によって行なわれる。

スロワ１〜数Ｎと極゛対放Ｐの最大公約数でスロワ１〜
数Ｎを割っ／ｊ値をＮＯとし、相数をｍとづ−ると、Ｎ
Ｏ／ｌｆｆ１−整数＝＝＝この場合は２府巷線が可能、
Ｎｏ　／２＋１１−整数＝＝＝この場合は単相巻線、２
層巻線が可能である。いずれも不整教の場合（ま三相平
衡巻線が出来ず、このようなスロット数は採用できない
ことになる。

本実施例の場合はＮ＝１５．Ｐ＝１であるからＮ０＝１
５であり、相数ｍ＝３であるからＮＯ／ｍ−１５７′３
＝５で整数が（ｑられ、三相平衡巻線が可能なことが分
る。

すなわら、本実施例は実現可能な設Ｓ１例である。

第２図は本発明の第２の実施例を示すもので、重数２−
２．相故ｍ−３．毎極毎相の溝数ｑ−３゜５に選び、ス
ロット数Ｎ＝２ｘ３Ｘ３．５＝２１の場合である。

第２図（ａ　）は固定子のス〔１ツトの展開図、同図（
ｂ＞は磁束分布でＵ水波と除去対象の第７高調波を示し
たもの、同図（Ｃ）は固定子巻線でスロットの位置及び
ピッチの関係を示したものである。

本実施例は除去対象とする高調波次数ｒ＝７の場合であ
り、固定子巻線ピッチ５＝（ｒ−１＞／ｒ＝６／７とな
る。すなわら１極当りのスＬ］ットは２１／２＝１０．
５であり、これに対し巻線は１０．５スロットＸ６／７
−９スロツ１〜のところに来るようにする。このように
すると図に見られるように丁度第７高調波の６番目の節
のところに巻線が来ており、高調波が誘起されなくなる
。

次に全スロットＦｉＮ＝２１で、９ス［１ツト毎に巻線
を施こした場合に三相平衡巻線が可能かどうか、前述の
判別式で調べて見る。

Ｎｏ　／ｍ　＝２１／３＝７．！：なす１１％　ｎ　−
ｃ−アリ、２層＠線が可能である。

すなわら、本実施例は次現可能な設計例である。

なお、極数Ｊ２−４の場合は、上記第１及び第２実施例
においてスロット数をそれぞれ倍にとった場合に相当し
、全スロット数３０及び４２のもので同様に実現可能で
ある。

〔効采〕

以ト説明したように、本発明によれば、スロット数が比
較的少ない固定子を用いて、トルクリップルの少ない三
相誘導電動機を作ることかできる。

従ってトルクの滑らかさが要求されるサーボ機構の小型
駆肋源を１是供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の詳細な説明図であり、それ
ぞれの図において＜ａ　＞は固定子のスロワ１〜の展開
図、（ｂ）は磁束分布、（Ｃ）は固定子巻線の位置を示
しでいる。第３図は本発明の原理説明図で同図＜ａ　）
はスロット展開図、（ｂ）は磁束変動、（Ｃ）はＳ極の
スロットをＮ極のスロワ１〜と対比させたもの、＜ｄ　
＞は磁束変〃Ｊ、（ｅ）はＭの変化を示している。第４
図は従来技術の問題点の説明図で、同図（ａ）は固定子
のスロットの配置図、（ｂ）はスロットの展開図、（Ｃ
）は磁束変動、（ｄ）はＮ極のスロットに対比させたＳ
極のス［１ツ］〜配置と磁束変動、＜Ｑ　）はＭの変化
を示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定子に設けるスロット（溝）数Ｎを Ｎ＝極数ｌ×相数ｍ×毎極毎相の溝数ｑによって決める
   際に、毎極毎相の溝数ｑの値を不整数とし、かつ固定子
   巻線ピッチｓが ｓ＝（ｒ−ｔ）／ｒまたは、 ｓ＝ｒ／ｒ＋ｔ（ｔ：奇数） 但しｒは除去対象とする高調波次数 の関係を満足し、しかも三相平衡巻線が可能なように選
   び、 このようにして選ばれたスロット数Ｎを有する固定子を
   備えたことを特徴とする三相誘導電動機。 ２、特許請求の範囲第１項において、ｔ＝１としたこと
   を特徴とする三相誘導電動機。 ３、前記極数ｌ＝２、相数ｍ＝３、毎極毎相の溝数ｑ＝
   ２．５とし、除去対象とする高調波次数を５に選んだス
   ロット数Ｎ＝１５の固定子を備えた特許請求の範囲第２
   項に記載の三相誘導電動機。 ４、前記極数ｌ＝２、相数ｍ＝３、毎極毎相の溝数ｑ＝
   ３．５とし、除去対象とする高調波次数を７に選んだス
   ロット数Ｎ＝２１の固定子を備えた特許請求の範囲第２
   項に記載の三相誘導電動機。