KR101604966B1

KR101604966B1 - 회전 전기

Info

Publication number: KR101604966B1
Application number: KR1020157017926A
Authority: KR
Inventors: 신이치 야마구치; 고키 나카; 가즈아키 안도
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2016-03-18
Also published as: US20150326084A1; US9608501B2; JP5575337B1; DE112012007152T5; CN104854776A; TW201424201A; WO2014091609A1; JPWO2014091609A1; KR20150086381A; TWI530056B; CN104854776B

Abstract

회전 전기는, 동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권 방식의 고정자를 가지는 회전 전기로서, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하고, 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며, 상기 제1 슬롯 내의 총 권수와 상기 제2 슬롯 내의 총 권수는, 서로 다르다.

Description

회전 전기{ROTATING ELECTRICAL MACHINE}

본 발명은, 회전 전기(電機)에 관한 것이다.

기계 장치의 고성능화를 위해, 기계 장치에 사용하는 회전 전기에는, 저(低)토크 맥동(脈動)이나 저진동화가 요구되고 있다. 영구자석형 회전 전기나 유도형(誘導型) 회전 전기의 토크에는, 유기(誘起) 전압의 고조파(高調波) 성분(기자력(起磁力) 고조파 성분)에 기인하여 발생하는 맥동 성분이 포함되어 있다.

특허 문헌 1에는, 전기자(電機子) 권선(卷線)에서, 각 상(相)의 슬롯(slot)마다의 권수(卷數)를 5, 13, 21, 28, 28, 21, 13, 5로 변화시켜 동심(同心) 형상의 코일을 구성하는 것이 기재되어 있다. 이것에 의해, 특허 문헌 1에 의하면, 권선의 기자력 분포를 정현파(正弦波) 모양으로 하는 것이 가능하고, 고조파 권선 계수를 큰 폭으로 저감할 수 있게 되어 있다.

특허 문헌 2에는, 전기자 권선에서, 각 상(相)의 슬롯마다의 권수를 31, 18, 12, 12, 18, 31로 변화시켜 동심 형상의 권선을 구성하는 것이 기재되어 있다. 이것에 의해, 특허 문헌 2에 의하면, 권선의 기자력 분포를 대략 정현파 모양으로 하는 것이 가능하고, 고조파 권선 계수(係數)를 큰 폭으로 저감할 수 있게 되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평6－261479호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평9－121491호 공보

특허 문헌 1, 2에 기재된 기술은, 각 상(相)의 슬롯마다의 권수를 정현파 모양으로 변화시키는 것이며, 전기자(회전 전기)의 권선 구성이 전체적으로 복잡하다. 이것에 의해, 특허 문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 회전 전기의 생산성을 향상시키는 것이 곤란하다고 생각되어진다.

또, 특허 문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 6n±1차(次)의 고조파 권선 계수가 0.01을 넘는 값이며, 실용상 무시할 수 없는 레벨의 고조파 권선 계수가 잔존하고 있다. 이것에 의해, 6n±1차의 고조파에 기인한 토크 맥동이나 진동 소음을 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감하는 것이 곤란하다고 생각되어진다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 간이한 구성으로 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있는 회전 전기를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하며, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 하나의 측면에 관한 회전 전기는, 동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯(slot)과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기로서, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고, 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며, 상기 제1 슬롯 내의 총 권수와 상기 제2 슬롯 내의 총 권수는, 서로 다른 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 합계 2종류의 권수를 이용하므로, 각 상(相)의 슬롯마다의 권수를 정현파 모양으로 변화시키는 경우에 비해, 회전 전기에서의 권선 구성을 간이하게 할 수 있다. 또, 제1 슬롯과 제2 슬롯은 상(相)에 관한 구성이 서로 다르므로, 제1 슬롯 내의 총 권수와 제2 슬롯 내의 총 권수를 서로 다르게 함으로써, 6n±1차의 고조파의 권선 계수 중, 예를 들면 5차, 7차, 17차, 19차의 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있다. 즉, 간이한 구성으로 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있다.

도 1은, 실시 형태 1에 의한 회전 전기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는, 실시 형태 1에 의한 각 슬롯 내부의 코일 배치를 나타내는 도면이다.
도 3은, 실시 형태 1에 의한 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비(卷數比)를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시 형태 1에 의한 ＃1 권선~ ＃4 권선의 유기 전압의 기본파 성분의 위상 관계를 나타내는 벡터도이다.
도 5는, 실시 형태 1에 의한 ＃1 권선~ ＃4 권선의 유기 전압의 고조파 성분의 위상 관계를 나타내는 벡터도이다.
도 6은, 실시 형태 1에 의한 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시 형태 1에 의한 회전 전기의 권선의 접속을 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시 형태 1에 의한 회전 전기의 권선의 접속을 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시 형태 2에 의한 회전 전기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시 형태 2에 의한 각 슬롯 내부의 코일 배치를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시 형태 2에 의한 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시 형태 3에 의한 회전 전기의 사시도이다.
도 13은, 실시 형태 3에 의한 회전 전기의 단면도이다.
도 14는, 실시 형태 4에 의한 회전 전기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 15는, 실시 형태 4에 의한 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다.
도 16은, 실시 형태 4에 의한 ＃1 권선~ ＃8 권선의 유기 전압의 고조파 성분의 위상 관계를 나타내는 벡터도이다.
도 17은, 실시 형태 4에 의한 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 18은, 실시 형태 5에 의한 회전 전기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 19는, 실시 형태 5에 의한 회전 전기의 권선의 접속을 나타내는 도면이다.
도 20은, 실시 형태 6에 의한 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다.
도 21은, 실시 형태 6에 의한 ＃1 권선~ ＃6 권선의 유기 전압의 고조파 성분의 위상 관계를 나타내는 벡터도이다.
도 22는, 실시 형태 6에 의한 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 23은, 실시 형태 7에 의한 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다.
도 24는, 실시 형태 7에 의한 ＃1 권선~ ＃12 권선의 유기 전압의 고조파 성분의 위상 관계를 나타내는 벡터도이다.
도 25는, 실시 형태 7에 의한 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 26은, 실시 형태 8에 의한 회전 전기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 27은, 실시 형태 8에 의한 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다.
도 28은, 실시 형태 8에 의한 ＃1 권선~ ＃12 권선의 유기 전압의 고조파 성분의 위상 관계를 나타내는 벡터도이다.
도 29는, 실시 형태 8에 의한 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 30은, 실시 형태 9에 의한 권선 비와 5, 7, 17, 19차의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 31은, 비교예(q=2인 회전 전기)에서의 종래의 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다.
도 32는, 비교예(q=2인 회전 전기)의 권선의 접속을 나타내는 도면이다.
도 33은, 비교예(q=2인 회전 전기)에서, 도 32와 같이 접속한 경우의 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.
도 34는, 비교예(q=2인 회전 전기)의 권선의 접속을 나타내는 도면이다.
도 35는, 비교예(q=2인 회전 전기)에서, 도 34와 같이 접속한 경우의 회전 전기의 권선 계수를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명에 관한 회전 전기(電機)의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

실시 형태 1에 관한 회전 전기(1)에 대해 설명한다.

회전 전기(1)는, 고정자 및 회전자를 가지며, 고정자에 대해서 회전자가 회전하고, 회전자에 고정된 샤프트(도시하지 않음)를 매개로 하여 회전 동력을 기계 장치(도시하지 않음)에 전달하여, 기계 장치를 가동한다. 회전 전기(1)는, 예를 들면, 영구자석형 회전 전기 또는 유도형(誘導型) 회전 전기이다. 회전 전기(1)에서는, 예를 들면, 고정자(20)에서의 권선(卷線) 구조에 연구가 실시되어 있다.

구체적으로는, 회전 전기(1)는, 도 1 ~ 도 3에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 1은, 회전 전기(1)에서의 회전축(RA)에 수직인 단면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는, 각 슬롯(slot) 내부의 코일 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 3은, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비(卷數比)를 나타내는 도면이다. 도 1 ~ 도 3에는, 예를 들면, 회전 전기(1)로서, 극수(極數)가 8, 슬롯수(slot數)가 48, 상수(相數)가 3, 매극매상(每極每相)의 슬롯수 q가 2인 회전 전기에 대해서 예시적으로 나타내어져 있다.

회전 전기(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회전자(30) 및 고정자(20)를 가진다. 회전자(30)는, 회전자 철심(31) 및 복수의 영구자석(32)을 가진다. 회전자 철심(31)은, 샤프트와 동심(同心)이 되도록 구성되어 있으며, 예를 들면, 샤프트에 따른 회전축(RA)을 가지는 대략 원기둥 형상을 가지고 있다. 복수의 영구자석(32)은, 예를 들면, 회전자 철심(31)의 원주면을 따라서 배치되어 있다.

고정자(20)는, 회전자(30)에 이간(離間)하면서, 회전자(30)를 수용하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 고정자(20)는, 고정자 철심(21), 복수의 티스(teeth)(22), 및 복수의 슬롯(23)을 가진다. 고정자 철심(21)은, 샤프트와 동심이 되도록 구성되어 있으며, 예를 들면, 샤프트에 따른 회전축(RA)을 가지는 대략 원통 형상을 가지고 있다. 고정자 철심(21)은, 예를 들면, 적층된 전자(電磁) 강판 등에 의해 형성되어 있다.

복수의 티스(22)는, 고정자 철심(21)으로부터 회전축(RA)을 향해서 방사(放射) 방향을 따라서 연장하고 있다. 복수의 티스(22)는, 근원측 단부가 고정자 철심(21)에 링 모양으로 연결되어 있다. 인접하는 티스(22) 사이에는, 각각, 슬롯(23)이 형성되어 있다. 예를 들면, 도 1에는, 고정자 철심(21)에 따른 슬롯 번호 No.1 ~ No.48로 나타내는 위치에, 각각 슬롯(23)이 배치되어 있다.

예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 인접하는 티스(22)의 브림부(brim部)(221, 221) 사이에 슬롯(23)의 슬롯 입구(231)가 형성되어 있다. 각 슬롯(23) 내의 공간은, 슬롯 입구(231)로부터 방사 방향으로 연장하고 있다. 그리고, 각 슬롯(23) 내의 공간에는, 각 상(相)의 권선(25 ~ 27)이, 방사 방향을 따라서 복수단(段)으로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 1에서는, 해칭없이 나타내어진 권선(25)이 U상(相)의 권선을 나타내고, 크로스의 해칭으로 나타내어진 권선(26)이 V상(相)의 권선을 나타내며, 사선(斜線)의 해칭으로 나타내어진 권선(27)이 W상(相)의 권선을 나타내고 있다.

복수의 슬롯(23)은, 예를 들면, 복수의 제1 슬롯(23a) 및 복수의 제2 슬롯(23b)을 가진다. 각 제1 슬롯(23a)에서는, 동일한 복수의 상(相)의 권선이 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.2에 위치한 제1 슬롯(23a)에서는, 2개의 U상(相)의 권선(25)이 방사 방향을 따라서 2단(段)으로 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.4에 위치한 제1 슬롯(23a)에서는, 2개의 W상(相)의 권선(27)이 방사 방향을 따라서 2단으로 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.6에 위치한 제1 슬롯(23a)에서는, 2개의 V상(相)의 권선(26)이 방사 방향을 따라서 2단으로 배치되어 있다.

각 제2 슬롯(23b)에서는, 다른 복수의 상(相)의 권선이 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.1에 위치한 제2 슬롯(23b)에서는, U상(相)의 권선(25)과 V상(相)의 권선(26)이 회전축(RA)측으로부터 방사 방향을 따라서 2단으로 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.3에 위치한 제2 슬롯(23b)에서는, W상(相)의 권선(27)과 U상(相)의 권선(25)이 회전축(RA)측으로부터 방사 방향을 따라서 2단으로 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.5에 위치한 제2 슬롯(23b)에서는, V상(相)의 권선(26)과 W상(相)의 권선(27)이 회전축(RA)측으로부터 방사 방향을 따라서 2단으로 배치되어 있다.

고정자 철심(21)에 따른 슬롯 번호 No.1 ~ No.48에 대해서, 제1 슬롯(23a)과 제2 슬롯(23b)은, 매극매상의 슬롯수 q가 2i(i는 1 이상의 정수)인 경우에, i개씩 교호로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 경우, i=1이므로, 제1 슬롯(23a)과 제2 슬롯(23b)은, 1개씩 교호로 배치되어 있다. 즉, 제1 슬롯(23a)과 제2 슬롯(23b)은, 각각, 슬롯 번호에 대해 2개 주기로 배치되어 있음과 아울러, 배치의 피치가 서로 1개분(分) 어긋나 있다. 예를 들면, 제1 슬롯(23a)은, 슬롯 번호로 짝수번째의 위치에 배치되어 있으며, 제2 슬롯(23b)은, 슬롯 번호로 홀수번째의 위치에 배치되어 있다.

또, 고정자(20)에서는, 권선의 감음 방식으로서, 분포권(分布卷) 방식을 채용하고 있다. 분포권 방식에서는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 상(相)의 권선(25 ~ 27)이, 복수의 슬롯(23)에 분포하도록, 즉 복수의 티스(22)에 걸치도록 감겨져 있다.

예를 들면, U상(相)의 권선(25-1)(＃1 권선)은, 슬롯 번호 No.1에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 회전축(RA)측으로부터 슬롯 번호 No.7에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 회전축(RA)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, U상(相)의 권선(25-2)(＃2 권선)은, 슬롯 번호 No.2에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 회전축(RA)측으로부터 슬롯 번호 No.8에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 회전축(RA)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, U상(相)의 권선(25-3)(＃3 권선)은, 슬롯 번호 No.2에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 고정자 철심(21)측으로부터 슬롯 번호 No.8에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 고정자 철심(21)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, U상(相)의 권선(25-4)(＃4 권선)은, 슬롯 번호 No.3에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 고정자 철심(21)측으로부터 슬롯 번호 No.9에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 고정자 철심(21)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, V상(相)의 권선(26-1)은, 슬롯 번호 No.6에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 고정자 철심(21)측으로부터 슬롯 번호 No.12에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 고정자 철심(21)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, V상(相)의 권선(26-2)은, 슬롯 번호 No.7에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 고정자 철심(21)측으로부터 슬롯 번호 No.13에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 고정자 철심(21)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, W상(相)의 권선(27-1)은, 슬롯 번호 No.3에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 회전축(RA)측으로부터 슬롯 번호 No.9에 위치한 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에서의 회전축(RA)측에 분포하도록 감겨져 있다.

예를 들면, W상(相)의 권선(27-2)은, 슬롯 번호 No.4에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 회전축(RA)측으로부터 슬롯 번호 No.10에 위치한 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에서의 회전축(RA)측에 분포하도록 감겨져 있다.

또, 회전 전기(1)의 고정자(20)에서는, 권선의 권수에 대해서, 예를 들면 도 3에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 3에서는, 슬롯(23) 내의 공간에서의 고정자 철심(21)측이 「상측」으로서 나타내어지고, 회전축(RA)측이 「하측」으로서 나타내어져 있다.

예를 들면, 슬롯 번호로 짝수번째에 위치한 각 제1 슬롯(23a)에서의 총 권수(총 도체수)는, 상측의 권수＋하측의 권수=

이며, 서로 동일하다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.2에 위치한 제1 슬롯(23a)에서는, 상측의 U상(相)의 권수＋하측의 U상(相)의 권수=

이다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.4에 위치한 제1 슬롯(23a)에서는, 상측의 W상(相)의 권수＋하측의 W상(相)의 권수=

이다.

예를 들면, 슬롯 번호로 홀수번째에 위치한 각 제2 슬롯(23b)에서의 총 권수(총 도체수)는, 상측의 권수＋하측의 권수=n＋n=2n이며, 서로 동일하다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.1에 위치한 제2 슬롯(23b)에서는, 상측의 V상(相)의 권수＋하측의 U상(相)의 권수=n＋n=2n이다. 예를 들면, 슬롯 번호 No.3에 위치한 제2 슬롯(23b)에서는, 상측의 U상(相)의 권수＋하측의 W상(相)의 권수=n＋n=2n이다.

또, 예를 들면, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수(총 도체수)와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수(총 도체수)는, 서로 다르다. 예를 들면, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수는, 유기 전압의 고조파 성분이 제로가 되도록(도 6 참조), 서로 다르다. 즉, 각 슬롯(23)에 배치되는 각 상(相)의 권수는, 동상(同相)의 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)과 이상(異相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)에서 다르게 하며, 합계 2종류의 권수를 이용하고 있다.

예를 들면, 극수를 P, 슬롯수를 S, 전원의 상수를 m, 매극매상의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 2i(i는 1 이상의 정수)인 경우에, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비는, 예를 들면,

가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

만일, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

보다 작은(즉, 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수를 2로 했을 때에 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수가

보다 작은) 경우, 동상(同相)의 권선의 권수에 대해서 이상(異相)의 권선의 권수가 너무 크게 되므로, 유기 전압의 고조파 성분(즉, 고조파의 권선 계수)이 실용상 무시할 수 있는 레벨을 넘어 커질 가능성이 있다.

혹은, 만일, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

보다 큰(즉, 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수를 2로 했을 때에 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수가

보다 큰) 경우, 이상(異相)의 권선의 권수에 대해서 동상(同相)의 권선의 권수가 너무 크게 되므로, 유기 전압의 고조파 성분(즉, 고조파의 권선 계수)이 실용상 무시할 수 있는 레벨을 넘어 커질 가능성이 있다.

예를 들면, 실시 형태 1에서는, No.1 ~ No.3에 배치되는 U상(相) 권선의 권수(도체수)를, 각각 U1(No.1하(下)), U2(No.2상(上)), U3(No.2하(下)), U4(No.3상(上))으로 하면, U1~U4의 권수비를 다음의 식 (1)이 되도록 설정하고 있다. 또, 동상(同相) 권선의 개수는 매극매상의 슬롯의 2배인 2q개가 된다.

U1：U2：U3：U4=

… (1)

또, V상(相), W상(相)에 대해서도 도 3에 나타낸 권수비로 하고 있다.

다음으로, 본 실시 형태에 의한 토크 맥동 저감의 효과에 대해서, 회전 전기(1)가 예를 들면 영구자석형 회전 전기인 경우를 예시하여 설명한다. 회전 전기(1)(영구자석형 회전 전기)의 토크는, 영구자석에 의해 발생하는 유기 전압과 권선에 통전(通電)하는 전류의 곱에 대체로 비례한다. 그 때문에, 유기 전압과 통전 전류 파형이 이상적인 정현파(正弦波) 형상이면, 발생 토크는 일정값이 된다. 그렇지만, 유기 전압에 고조파 성분이 포함되어 있으면 토크 맥동이 발생하게 된다. 특히, 3상(相)의 회전 전기의 토크 맥동은 전원 주파수의 6n배(6f, 12f, 18f)의 성분이 발생하고, 유기 전압의 6n±1차의 고조파 성분에 기인한다. 예를 들면, 6f 성분의 토크 맥동은, 5차, 7차의 고조파 성분에 기인한다. 12f 성분의 토크 맥동은, 11차, 13차의 고조파 성분에 기인한다. 18f 성분의 토크 맥동은, 17차, 19차의 고조파 성분에 기인한다.

따라서, 회전 전기(1)의 토크 맥동을 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감하기 위해서는, 유기 전압의 고조파 성분을 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 작게 하는 것이 필요하게 된다. 회전 전기(1)(영구자석형 회전 전기)의 유기 전압의 고조파 성분은, 자석 형상에 기인하여 발생하지만, 극수와 슬롯수와의 조합에 의해서는, 어느 정도까지 저감하는 것이 가능하다. 이것은, 극수와 슬롯수와의 조합에 의해서, 권선에 쇄교(鎖交)하는 자속(磁束)의 고조파 성분을 저감할 수 있기 때문에, 회전 전기(1)에서는 일반적으로, 권선 계수로 불리는 계수를 이용한 검토가 행해지고 있다. 본 실시 형태에서도 권선 계수를 이용하여 본 실시 형태의 효과를 설명한다.

본 실시 형태에 의한 유기 전압의 고조파 성분의 저감 효과를 설명할 때에, 우선은 비교예의 구조에서의 권선 계수에 대해 설명한다. 도 1에 나타낸, 극수가 8, 슬롯수가 48, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 2이고, 1개의 슬롯 내에 동상(同相) 혹은 이상(異相)의 2개의 권선을 배치하는 회전 전기(1)에 대응하는 비교예로서, 도 31에 나타내는 권수의 구성을 가지는 회전 전기(901)를 고려한다. 회전 전기(901)에서는, 도 31에 나타낸 바와 같이, 각 슬롯 내부의 권수를 동일하게 하고 있다. 또, 권선의 접속도는 도 32와 같이 된다.

다음으로, 도 31에 나타낸 q=2인 회전 전기(901)의 권선 계수를 설명한다. 권선 계수는, 단절권(短節卷) 계수 Kp와 분포권 계수 Kd와의 곱으로 산출된다. 단절권 계수는, 코일 피치=코일이 걸치는 티스수(teeth數)×티스 피치(고정자 내경(內徑)/티스수)와 극(極) 피치(고정자 내경/극수)가 다르기 때문에 유기 전압이 감소하는 것을 나타내는 것이다. 그 때문에, 단절권 계수 Kp는, 극수, 슬롯수, 코일 스로(coil throw)(권선이 걸치는 티스수)로부터 다음의 식 (2)에서 산출할 수 있다.

Kp=sin(차수(次數)×180×극수/슬롯수×코일 스로/2) … (2)

도 32에 나타낸 권선의 접속도로부터, 코일 스로(권선이 걸치는 티스수)가 5이기 때문에, 단절권 계수의 각 차수 성분은 도 33이 된다.

다음으로, 분포권 계수 Kd는 1상(相)에 대해 복수의 권선을 직렬 접속할 때에, 권선 사이(코일 사이)에서 위상차가 생기기 때문에 유기 전압이 감소하는 것을 나타내는 것이다. 그 때문에, 권선 사이의 위상차로부터 산출할 수 있다. 이제, 권선의 위상차를 α로 하면, 동상(同相)의 권선의 수는 ＃1 권선과 ＃2 권선인 2개 이기 때문에, 분포권 계수는 다음의 식 (3)이 된다.

Kd=cos(차수×α／2) … (3)

또, 권선의 위상차 α는 다음의 식 (4)에서 구해진다.

α=180×극수/슬롯수 … (4)

도 32에 나타낸 회전 전기의 경우, α는 30도가 된다.

식 (3), (4)를 이용하여 산출한 분포권 계수 및 분포권 계수 Kd와 단절권 계수 Kp의 곱으로 산출되는 권선 계수를 도 33에 나타낸다. 도 33에 나타내어지는 바와 같이, 비교예의 권선 구조에서는, 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차의 고조파 성분 모두에서, 실용상 무시할 수 있는 레벨(예를 들면, 0.01)을 넘어 큰 값을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

상기의 권선 계수의 산출은 도 32에 나타낸 바와 같이, No.2상(上)과 No.7하(下)와의 U상(相)의 권선을 접속하고(＃1 권선), No.3상(上)과 No.8하(下)와의 U상(相)의 권선을 접속하는(＃2 권선) 것을 이미지하여 산출하고 있다.

한편, 도 34에 나타낸 바와 같이, No.1하(下)와 No.7하(下)를 접속하고(＃1 권선), No.2하(下)와 No.8하(下)를 접속하고(＃2 권선), No.2상(上)과 No.8상(上)을 접속하며(＃3 권선), No.3상(上)과 No.9상(上)을 접속하는(＃4 권선) 것으로도 권선 계수는 산출할 수 있다. 이 경우, 코일 스로(권선이 걸치는 티스수)는 6이 되기 때문에, 단절권 계수 Kp는 식 (2)로부터 1.0이 된다. 한편, 분포권 계수 Kd는, 동상(同相)의 복수의 코일 사이의 위상차로부터 산출하지만, 동상(同相)의 코일의 수는 ＃1 권선, ＃2 권선, ＃3 권선, ＃4 권선인 4개이기 때문에, 분포권 계수 Kd는 다음의 식 (5)가 된다.

Kd=(2.0＋2cos(차수×α／2))/4 … (5)

식 (5)를 이용하여 산출한 분포권 계수 Kd 및 분포권 계수 Kd와 단절권 계수 Kp의 곱으로 산출되는 권선 계수를 도 35에 나타낸다. 도 33과 도 35와의 비교로부터, 권선의 접속 방법에 관계없이 권선 계수는 동일함을 알 수 있다. 본 명세서에서는, 본 실시 형태에 의한 권선 계수의 도출을 간단하게 행하기 위해, 코일 스로가 슬롯수/극수=6 즉 단절권 계수 Kp가 1.0이 되도록 접속하는 것을 상정(想定)하여 권선 계수의 산출을 행한다.

다음으로, 실시 형태 1에 의한 권선 계수를 나타낸다. 권선 계수를 간단하게 도출하기 위해, 상술한 도 34와 같이 권선을 접속하는 것을 상정하고, 도 34에 나타내는 U상(相) 권선의 ＃1 권선~ ＃4 권선에 대응한 도 2에 나타내는 ＃1 권선~ ＃4 권선(권선(25-1 ~ 25-4))으로 고려되어진다. 도 2에 나타내는 바와 같이 접속한 경우의 코일 스로는 6이 되기 때문에, 단절권 계수 Kp는 비교예와 동일하며, 다음의 식 (6)이 된다.

Kp=sin(차수×180×극수/슬롯수×코일 스로/2)

　　　　　=sin(차수×180×8/48×6/2)

　　　　　=sin(차수×90)

　　　　　=1.0　　　　　　　　　　　　　　　　　　 … (6)

다음으로 분포권 계수 Kd를 고려한다. 각 차수의 분포권 계수 Kd를 산출하기 위해, ＃1 권선~ ＃4 권선에 발생하는 유기 전압의 위상차를 산출한다. ＃1 권선,＃2 권선에 발생하는 유기 전압의 위상차는, 식 (4)로부터, α=180×극수/슬롯수=30°로 구해진다. 또, ＃2 권선, ＃3 권선은, 도 2에서 동일 위상(位相)이며, ＃3 권선, ＃4 권선에는 30°의 위상차가 발생하게 된다.

＃1 권선~ ＃4 권선의 기본파 성분의 위상차를 벡터 표시한 것을 도 4에 나타낸다. 또 권선 계수의 고조파 성분에 대해서도 검토하기 위해, 유기 전압의 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차 성분의 위상차를 나타낸 것을 도 5의 (a) ~ (f)에 각각 나타낸다. 도 5의 (a) ~ (f)의 각각에서의 위상차는, 식 (4)에서 산출된 위상차에 고조파 차수 성분을 곱한 것이며, 5차의 경우에는 30°×5=150°의 위상차가 발생하는 모습을 확인할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 동상(同相) 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)과 다른 상(相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)에서 권수를 변경하고 있는 것이 특징으로 되어 있다. 그 때문에, 본 실시 형태의 회전 전기(1)에서의 분포권 계수 Kd는, 동상(同相)의 복수의 권선 사이의 위상차를 고려함과 아울러, ＃1 권선~ ＃4 권선의 권수의 차이도 고려하여 산출하는 것이 필요하게 된다. ＃1 권선, ＃4 권선의 권수를 A로 하고, ＃2 권선, ＃3 권선의 권수를 B로 하면, 분포권 계수 Kd는, 다음의 식 (7)이 된다.

Kd=(2B＋2A×cos(차수×α))/(2A＋2B)

=(2B＋2A×cos(차수×30))/(2A＋2B) … (7)

이제, ＃1 권선, ＃4 권선의 권수를 A=n, ＃2 권선, ＃3 권선의 권수를

로 하면, 본 실시 형태에 의한 분포권 계수 Kd는, 다음의 식 (8)이 된다.

…(8)

따라서, 본 실시 형태에 의한 분포권 계수 Kd의 1차, 5차, 7차 성분은, 각각, 다음의 식 (9), (10), (11)이 된다.

　　　　　　　　　=0.928 … (9)

　　　　　　　　　=0 … (10)

　　　　　　　　　=0 … (11)

또, 17차, 19차 성분도 마찬가지로 계산하면 0이 된다.

이와 같이 구한 권선 계수를, 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 의해, 권선 계수의 5차, 7차, 17차, 19차 성분이 대략 제로가 되는 것을 알 수 있다.

비교예의 구조에서는 도 33, 도 35에 나타낸 바와 같이 5차, 7차, 17차, 19차 성분의 권선 계수가 실용상 무시할 수 있는 레벨(예를 들면, 0.01)을 넘어 큰 값을 가지고 있기 때문에, 토크 맥동을 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감하는 것이 곤란하다고 생각되어진다.

그것에 대해서, 본 실시 형태에서는, 6n±1차의 고조파의 권선 계수 중, 예를 들면 5차, 7차, 17차, 19차의 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있으며, 예를 들면 대략 제로로 할 수 있기 때문에, 토크 맥동 성분을 큰 폭으로 저감할 수 있고, 토크 맥동이나 진동 소음을 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있는 것으로 생각되어진다.

이상과 같이, 실시 형태 1에서는, 회전 전기(1)의 고정자(20)에서, 복수의 제1 슬롯(23a)의 각각에서의 총 권수가, 서로 동일하다. 복수의 제2 슬롯(23b)의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하다. 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수(총 도체수)와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수(총 도체수)는, 서로 다르다. 이것에 의해, 합계 2종류의 권수를 이용하므로, 각 상(相)의 슬롯마다의 권수를 정현파 모양으로 변화시키는 경우에 비해, 회전 전기(1)에서의 권선 구성을 간이하게 할 수 있다. 또, 제1 슬롯(23a)과 제2 슬롯(23b)은 상(相)에 관한 구성이 서로 다르므로, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수를 서로 다르게 함으로써, 6n±1차의 고조파의 권선 계수 중, 예를 들면 5차, 7차, 17차, 19차의 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있다. 즉, 간이한 구성으로 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있다.

따라서, 간이한 구성으로 하면서, 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있으며, 예를 들면 대략 제로로 할 수 있다. 이 결과, 회전 전기(1)의 생산성을 향상할 수 있음과 아울러, 토크 맥동 성분(예를 들면, 토크 맥동의 6f 성분, 18f 성분)을 큰 폭으로 저감할 수 있어, 토크 맥동이나 진동 소음을 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있다.

또, 실시 형태 1에서는, 회전 전기(1)의 고정자(20)에서, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수는, 유기 전압의 고조파 성분이 제로가 되도록, 서로 다르다. 이것에 의해, 6n±1차의 고조파의 권선 계수 중, 예를 들면 5차, 7차, 17차, 19차의 고조파의 권선 계수를 실용상 무시할 수 있는 레벨까지 저감할 수 있다.

또, 실시 형태 1에서는, 극수를 P, 슬롯수를 S, 전원의 상수를 m, 매극매상의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 2i(i는 1 이상의 정수)이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

이며, 제1 슬롯(23a)과 제2 슬롯(23b)이 i개씩 교호로 배치되어 있다. 이것에 의해, 유기 전압의 고조파 성분이 제로가 되도록, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수를 다르게 할 수 있다.

또, 권선의 접속 방법에 대해서, 도 2에 나타내는 접속 방법을 대신하여, 도 7 또는 도 8에 나타내는 접속 방법을 채용해도 괜찮다. 실시 형태 1에서는, 권선의 접속 방법이 권선 계수에는 영향을 주지 않는 것을 설명했지만, 권선의 접속 방법은 선로(線路) 길이 즉 권선의 저항값이나 생산성에 영향을 준다. 본 발명에 의한 U상(相) 권선의 접속 방법을 나타낸 도면을 도 7 및 도 8에 나타낸다. 도 7은, 겹쳐 감음으로 한 경우에 대해서, U상(相) 권선의 접속 방법을 예시적으로 나타내고 있으며, 도 8은, 동심권(同心卷) 분포권으로 한 경우에 대해서, U상(相) 권선의 접속 방법을 예시적으로 나타내고 있다. 실시 형태 1의 사고 방식은, 도 7 또는 도 8에 나타내는 접속 방식에도 적용 가능하다.

즉, 제1 슬롯(23a)에서는, 동일한 복수의 상(相)의 권선이 배치되어 있는 대신에, 도 7 또는 도 8에 나타내는 바와 같이, 1개의 상(相)의 권선이 배치되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 제1 슬롯(23a) 내의 권선의 구성을 더 간이화할 수 있어, 회전 전기(1)의 생산성을 더 향상시킬 수 있다.

실시 형태 2.

다음으로, 실시 형태 2에 관한 회전 전기(1i)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 1과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 1에서는, 권선의 권수 등을 연구함으로써 권선 구성의 간략화를 도모하고 있지만, 실시 형태 2에서는, 권선의 배치를 연구함으로써 권선 구성의 간략화를 한층 더 도모한다.

구체적으로는, 회전 전기(1i)는, 도 9 ~ 도 11에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 9는, 회전 전기(1i)에서의 회전축(RA)에 수직인 단면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 10은, 각 슬롯 내부의 코일 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 11은, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다. 도 9~도 11에는, 예를 들면, 회전 전기(1i)로서, 극수가 8, 슬롯수가 48, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 2인 회전 전기에 대해서 예시적으로 나타내어져 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 회전 전기(1i)의 고정자(20i)에서는, 예를 들면, 실시 형태 1의 고정자(20)(도 2 참조)에 대해서, 동일한 상(相)의 권선이 인접하는 슬롯(23)에 대해 횡방향으로 늘어서도록, 소정의 슬롯(23) 내의 상하의 권선을 바꿔 넣는다.

예를 들면, 실시 형태 1의 고정자(20)(도 2 참조)에 대해서, 슬롯 번호 No.3의 U상(相)의 권선과 W상(相)의 권선을 바꿔 넣으면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 No.1 ~ 3에 대해 하측에서 U상(相)의 권선 U1, U3, U4가 횡방향으로 늘어서도록 됨과 아울러, 슬롯 번호 No.3 ~ 5에 대해 상측에서 W상(相)의 권선 -W1, －W2, －W3가 횡방향으로 늘어서도록 된다.

예를 들면, 실시 형태 1의 고정자(20)(도 2 참조)에 대해서, 슬롯 번호 No.7의 V상(相)의 권선과 U상(相)의 권선을 바꿔 넣으면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 No.5 ~ 7에 대해 하측에서 V상(相)의 권선 V1, V2, V3가 횡방향으로 늘어서도록 됨과 아울러, 슬롯 번호 No.7 ~ 9에 대해 상측에서 U상(相)의 권선 -U1, －U3, －U4 횡방향으로 늘어서도록 된다.

예를 들면, 실시 형태 1의 고정자(20)(도 2 참조)에 대해서, 슬롯 번호 No.11의 W상(相)의 권선과 V상(相)의 권선을 바꿔 넣으면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 No.9 ~ 11에 대해 하측에서 W상(相)의 권선 W4, W5, W6가 횡방향으로 늘어서도록 됨과 아울러, 슬롯 번호 No.11 ~ 13에 대해 상측에서 V상(相)의 권선 -V1,－V2,－V3가 횡방향으로 늘어서도록 된다.

또, 권수비에 대해서는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 실시 형태 1(도 3 참조)과 동일하다.

이와 같이, 실시 형태 2에서는, 인접하는 슬롯(23)에 대해 동일한 상(相)의 권선이 횡방향으로 늘어서도록, 각 슬롯(23) 내의 상하의 권선을 바꿔 넣는다. 이것에 의해, 권선 구성을 더 간략화할 수 있어, 생산성의 향상 및 권선 저항의 저감을 한층 더 도모할 수 있다.

또, 실시 형태 2에서는, 횡방향으로 늘어서는 동일한 상(相)의 권선의 수를 늘릴 수 있으므로, 각 권선 사이에서의 간섭을 저감할 수 있고, 권선의 단부의 소형화 즉 권선의 저항값을 저감(예를 들면, 최소화)할 수 있다.

실시 형태 3.

다음으로, 실시 형태 3에 관한 회전 전기(1j)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 1과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 1에서는, 권선 계수의 5차, 7차, 17차, 19차를 대략 제로로 함으로써, 토크 맥동의 6f 성분, 18f 성분의 대폭적인 저감을 도모하고 있지만, 실시 형태 3에서는, 토크 맥동을 한층 더 저감하는 것을 목표로 하고, 토크 맥동의 12f 성분에 대해서도 저감을 도모한다.

구체적으로는, 회전 전기(1j)는, 도 12 및 도 13에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 12는, 회전 전기(1j)에서의 회전자(30j)의 외관 구성을 나타내는 사시도이다. 도 13은, 회전 전기(1j)에서의 회전축(RA)에 수직인 단면의 구성을 나타내는 도면이다.

본 실시 형태에서는, 회전자(30j)를, 상단(上段)(35j) 및 하단(下段)(36j)을 회전축(RA)방향으로 2단으로 쌓아지고, 상단(35j)이 하단(36j)에 대해 원주 방향으로 θ1만큼 회전시킨 단스큐(段skew)가 행해진 것으로 한다.

예를 들면, 상단(35j)의 회전자 철심(31)과 하단(36j)의 회전자 철심(33j)을, 회전축(RA)에 수직인 단면에서 본 경우에 대략 동일 형상으로서 회전축(RA) 방향을 따라서 서로 연결한다. 그리고, 회전자 철심(31)의 원주면을 따라서 복수의 영구자석(32)을 배치함과 아울러, 회전자 철심(33j)의 원주면을 따라서 복수의 영구자석(34j)을 배치한다. 이 때, 회전축(RA)에 수직인 단면에서 본 경우에, 영구자석(32)의 배치 위치와 영구자석(34j)의 배치 위치를 회전축(RA)을 중심으로 원주 방향으로 θ1만큼 회전시킨 각도(단스큐)로 시프트(shift)한다. 원주 방향 회전 각도 θ1은, 예를 들면, 다음의 식 (12)에 의해 결정된다.

θ1=360/(12×극수/2)/2

　　　　　=360/(12×8/2)/2=3.75° … (12)

이 단스큐에 의해 토크 맥동의 12f 성분도 큰 폭으로 저감하는 것이 가능해지며, 토크 맥동의 거의 모든 성분을 저감할 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 회전자의 단스큐에 대해 말했지만, 고정자의 단스큐를 행해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 회전자 및 고정자의 직선 스큐에서는, 다음의 식 (13)에서 구해지는 각도 θ2로 스큐를 실시하는 것으로도, 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.

θ2=360/(12×극수/2) … (13)

이와 같이, 실시 형태 3에서는, 회전자(30j)(또는 고정자)에서 단스큐를 마련하므로, 실시 형태 1과 동일한 효과에 더하여, 예를 들면 토크 맥동의 12f 성분을 더 저감할 수 있고, 토크 맥동 성분을 더 큰 폭으로 저감할 수 있다.

실시 형태 4.

다음으로, 실시 형태 4에 관한 회전 전기(1k)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 1과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 1에서는, 매극매상의 슬롯수 q가 2인 경우에 대해 예시적으로 설명하고 있지만, 실시 형태 4에서는, 매극매상의 슬롯수 q가 4인 경우에 대해 예시적으로 설명한다.

구체적으로는, 회전 전기(1k)는, 도 14 및 도 15에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 14는, 회전 전기(1k)에서의 회전축(RA)에 수직인 단면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 15는, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다. 도 14 및 도 15에는, 극수가 4, 슬롯수가 48, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 4인 회전 전기에 대해서 예시적으로 나타내고 있다.

도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 회전 전기(1k)에서, 회전자(30k)의 원주면에 배치된 복수의 영구자석(32k)의 수(數)가 실시 형태 1에 비해 적다. 환언하면, 1개의 영구자석(32k)에 대향하는 슬롯(23)의 수(數)가 실시 형태 1에 비해 많게 되어 있다.

또, 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 회전 전기(1k)의 고정자(20k)에서, 1개의 슬롯(23) 내에 이상(異相) 혹은 동상(同相)의 2개의 권선을 배치하고 있다.

예를 들면, 슬롯 번호 No.1의 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에는 V상(相)의 권선과 U상(相)의 권선을 배치하고 있다. 슬롯 번호 No.2 ~ 4의 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에는, 각각, 2개의 U상(相)의 권선을 배치하고 있다. 슬롯 번호 No.5의 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에는, W상(相)의 권선과 U상(相)의 권선을 배치하고 있다. 슬롯 번호 No.6 ~ 8의 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에는, 각각, 2개의 W상(相)의 권선을 배치하고 있다. 슬롯 번호 No.9의 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에는, V상(相)의 권선과 W상(相)의 권선을 배치하고 있다.

고정자 철심(21)에 따른 슬롯 번호 No.1 ~ No.48에 대해서, 매극매상의 슬롯수 q가 j(j는 2 이상의 정수)인 경우에, j-1개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 14에 나타내는 경우, j=4이므로, 3개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 즉, 3개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)은, 각각, 슬롯 번호에 대해 4개 주기로 배치되어 있음과 아울러, 배치의 피치가 서로 2개분(分) 어긋나 있다.

게다가, 각 슬롯(23)에 배치되는 각 상(相)의 권수는, 동상(同相)의 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)과 이상(異相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)에서 다르도록 하며, 합계 2종류의 권수를 이용하고 있다.

본 실시 형태에서는, 슬롯 번호 No.1 ~ No.3에 배치되는 U상(相) 권선의 권수를, U1(No.1하(下)), U2~7(No.2 ~ No.4의 상하(上下)), U8(No.5상(上))으로 하면, 권수비를 다음의 식 (14)와 같이 구성한다.

U1：U2：U3：U4：U5：U6：U7：U8=1：0.9294：0.9294：0.9294：0.9294：0.9294：0.9294：1 … (14)

식 (14)에서, 0.9294는, 대략 0.93으로 간주할 수 있다.

권수 변경에 의한 권선 계수 저감을 고려하기 위해서, 실시 형태 1과 마찬가지로, ＃1 권선~ ＃8 권선에 발생하는 유기 전압의 벡터도를 이용한다. 도 16의 (a) ~ (f)에, 각각, ＃1 권선~ ＃8 권선에 발생하는 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차의 유기 전압 고조파 성분의 벡터도를 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 먼저 권선 계수의 11차, 13차를 저감하는 것을 목표로 한다. 11차의 벡터도(도 16의 (c))에 주목하면, ＃1 권선과 ＃2 권선과의 위상차는 180×4/48×11=165°, ＃1 권선과 ＃4 권선과의 위상차는 330°(=－30°)가 된다. ＃1 권선, ＃8 권선의 권수를 A로 하고, ＃2 권선 ~ ＃7 권수를 B로 하면, 11차, 13차의 분포권 계수는 다음의 식 (15)가 된다.

Kd=(2B＋2A×cos30°－4B×cos15°)/(2A＋6B) … (15)

따라서, B=｛cos30°／(2cos15°－1)A=0.9294A라고 하면, 식 (15)는 제로가 된다.

또, 상기에서는, 11차, 13차의 분포권 계수를 제로로 하는 경우에 대해 말했지만, 5차 및 19차, 7차 및 17차를 제로로 하는 것도 가능하다.

예를 들면, ＃1 권선, ＃8 권선의 권수를 A로 하고, ＃2 권선~ ＃7 권선의 권수를 B로 하면 5차, 19차의 분포권 계수는 다음의 식 (16)이 된다.

Kd=(2A×cos30°－2B－4B×cos75°)/(2A＋6B) … (16)

따라서, B=｛cos30°／(1＋2cos75°)}A=0.5706A라고 하면, 식 (16)은 제로가 된다.

또, 7차, 17차의 분포권 계수는 다음의 식 (17)이 된다.

Kd=(2A×cos30°＋4B×cos75°－2B)/(2A＋6B) … (17)

따라서, B=｛cos30°／(1－2cos75°)}A=1.795A라고 하면, 식 (17)은 제로가 된다.

이와 같이 구한 권선 계수를 도 17의 (a) ~ (c)에 나타낸다. 도 17의 (a) ~ (c)로부터, 권수비를 변경함으로써, 고조파 성분을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 도 17의 (a) ~ (c) 중 어느 권수의 구성을 채용할지는, 예를 들면, 회전자가 가지고 있는 고조파 성분에 따라서 결정하면 된다.

이와 같이, 실시 형태 4에서는, 회전 전기(1k)의 고정자(20k)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 j(j는 2 이상의 정수)이며, j-1개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 이것에 의해, q=2i 이외의 회전 전기에서도 특정의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

예를 들면, 실시 형태 4에서는, 회전 전기(1k)의 고정자(20k)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 4이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가, 대략 0.93：1이다. 이것에 의해, 도 17의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 11차, 13차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다. 즉, q=4인 회전 전기(1k)에서 토크 맥동의 제2 고조파 성분(12f 성분)을 대략 제로로 할 수 있다.

혹은, 예를 들면, 실시 형태 4에서는, 회전 전기(1k)의 고정자(20k)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 4이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가, 대략 0.57：1이다. 이것에 의해, 도 17의 (b)에 나타내는 바와 같이, 5차, 19차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

혹은, 예를 들면, 실시 형태 4에서는, 회전 전기(1k)의 고정자(20k)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 4이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가, 대략 1.80：1이다. 이것에 의해, 도 17의 (c)에 나타내는 바와 같이, 7차, 17차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

실시 형태 5.

다음으로, 실시 형태 5에 관한 회전 전기(1n)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 4와 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 4에서는, 권선의 권수 등을 연구함으로써 권선 구성의 간략화를 도모하고 있지만, 실시 형태 5에서는, 권선의 배치를 연구함으로써 권선 구성의 간략화를 한층 더 도모한다.

구체적으로는, 회전 전기(1n)는, 도 18 ~ 도 20에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 18은, 회전 전기(1n)에서의 회전축(RA)에 수직인 단면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 19는, 각 슬롯 내부의 코일 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 20은, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다. 도 18 ~ 도 20에는, 예를 들면, 회전 전기(1n)로서, 극수가 4, 슬롯수가 48, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 4인 회전 전기에 대해서 예시적으로 나타내어져 있다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 회전 전기(1n)의 고정자(20n)에서는, 예를 들면, 실시 형태 4의 고정자(20k)(도 14 참조)에 대해서, 동일한 상(相)의 권선이 인접하는 슬롯(23)에 대해 횡방향으로 늘어서도록, 소정의 슬롯(23) 내의 상하의 권선을 바꿔 넣는다.

예를 들면, 실시 형태 4의 고정자(20k)(도 14 참조)에 대해서, 슬롯 번호 No.5의 U상(相)의 권선과 W상(相)의 권선을 바꿔 넣으면, 도 19에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 No.1 ~ 5에 대해 하측에서 5개의 U상(相)의 권선이 횡방향으로 늘어서도록 됨과 아울러, 슬롯 번호 No.5 ~ 9에 대해 상측에서 5개의 W상(相)의 권선이 횡방향으로 늘어서도록 된다.

예를 들면, 실시 형태 4의 고정자(20k)(도 14 참조)에 대해서, 슬롯 번호 No.13의 V상(相)의 권선과 U상(相)의 권선을 바꿔 넣으면, 도 19에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 No.9 ~ 13에 대해 하측에서 5개의 V상(相)의 권선이 횡방향으로 늘어서도록 됨과 아울러, 슬롯 번호 No.13 ~ 17에 대해 상측에서 5개의 U상(相)의 권선이 횡방향으로 늘어서도록 된다.

또, 권수비에 대해서는, 실시 형태 4(도 15 참조)와 동일하다.

이와 같이, 실시 형태 5에서는, 인접하는 슬롯(23)에 대해 동일한 상(相)의 권선이 횡방향으로 늘어서도록, 각 슬롯(23) 내의 상하의 권선을 바꿔 넣는다. 이것에 의해, 권선 구성을 더 간략화할 수 있어, 생산성의 향상 및 권선 저항의 저감을 한층 더 도모할 수 있다.

또, 실시 형태 5에서는, 횡방향으로 늘어서는 동일한 상(相)의 권선의 수를 늘릴 수 있으므로, 각 권선 사이에서의 간섭을 저감할 수 있고, 권선의 단부의 소형화 즉 권선의 저항값을 저감(예를 들면, 최소화)할 수 있다.

실시 형태 6.

다음으로, 실시 형태 6에 관한 회전 전기(1p)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 1과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 1에서는, 매극매상의 슬롯수 q가 2인 경우에 대해 예시적으로 설명하고 있지만, 실시 형태 6에서는, 매극매상의 슬롯수 q가 3인 경우에 대해 예시적으로 설명한다.

구체적으로는, 회전 전기(1p)의 고정자(20p)는, 도 20에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 20은, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다. 도 20에는, 극수가 4, 슬롯수가 36, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 3인 회전 전기에 대해서 예시적으로 나타내고 있다.

도 20에 나타내어지는 바와 같이, 고정자 철심(21)에 따른 슬롯 번호 No.1 ~ No.48에 대해서, 매극매상의 슬롯수 q가 j(j는 2 이상의 정수)인 경우에, j-1개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 20에 나타내는 경우, j=3이므로, 2개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 즉, 2개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)은, 각각, 슬롯 번호에 대해 3개 주기로 배치되어 있음과 아울러, 배치의 피치가 서로 1.5개분(分) 어긋나 있다.

도 20은, 권선의 대칭성을 고려하며, 슬롯 번호 No.1 ~ No.18의 슬롯(23)분(分)을 나타내고 있다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 제1 슬롯(23a) 내의 권선수와 제2 슬롯(23b)의 권선수의 비가 대략 0.67:1이다. 또, 도 20에서의 0.6736은, 대략 0.67로 간주할 수 있다.

권수 변경에 의한 권선 계수 저감을 고려하기 위해, 실시 형태 1과 마찬가지로, ＃1 권선~ ＃6 권선에 발생하는 유기 전압의 벡터도를 이용한다. 도 21의 (a) ~ (f)에, 각각, ＃1 권선~ ＃6 권선에 발생하는 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차의 유기 전압 고조파 성분의 벡터도를 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 먼저 권선 계수의 5차, 13차를 저감하는 것을 목표로 한다.

5차의 벡터도(도 21의 (a))에 주목하면, ＃1 권선과 ＃2 권선과의 위상차는 180×4/36×5=100°이며, ＃1 권선과 ＃6 권선과의 위상차는 300°(=－60°)이 된다. ＃1 권선,＃6 권선의 권수를 A로 하고, ＃2 권선~ ＃5권선의 권수를 B로 하면, 5차, 13차의 분포권 계수 Kd는, 다음의 식 (18)이 된다.

Kd=(2A×cos30°－4B×cos50°)/(2A＋4B) … (18)

따라서, B=｛cos30°／(2cos50°)}A=0.6736A라고 하면, 식 (18)은 제로가 된다.

마찬가지로, 7차, 11차의 분포권 계수는, 다음의 식 (19)가 된다.

Kd=(2A×cos30°－4B×cos70°)/(2A＋4B) … (19)

따라서, B=｛cos30°／(2cos70°)}A=1.266A라고 하면, 식 (19)는 제로가 된다.

이와 같이 구한 권선 계수를 도 22의 (a), (b)에 나타낸다. 도 22의 (a), (b)로부터, 권수비를 변경함으로써, 고조파 성분을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 도 22의 (a), (b) 중 어느 권수의 구성을 채용할지는, 예를 들면, 회전자가 가지고 있는 고조파 성분에 따라서 결정하면 된다.

이와 같이, 실시 형태 6에서는, 회전 전기(1p)의 고정자(20p)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 j(j는 2 이상의 정수)이며, j-1개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 이것에 의해, q=2i 이외의 회전 전기에서도 특정의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

예를 들면, 실시 형태 6에서는, 회전 전기(1p)의 고정자(20p)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 3이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가, 대략 0.67：1이다. 이것에 의해, 도 22의 (a)에 나타내는 바와 같이, 5차, 13차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

혹은, 예를 들면, 실시 형태 6에서는, 회전 전기(1p)의 고정자(20p)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 3이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가, 대략 1.27：1이다. 이것에 의해, 도 22의 (b)에 나타내는 바와 같이, 7차, 11차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

실시 형태 7.

다음으로, 실시 형태 7에 관한 회전 전기(1q)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 1과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 1에서는, 매극매상의 슬롯수 q가 2인 경우에 대해 예시적으로 설명하고 있지만, 실시 형태 7에서는, 매극매상의 슬롯수 q가 6인 경우에 대해 예시적으로 설명한다.

구체적으로는, 회전 전기(1q)의 고정자(20q)는, 도 23에 나타내는 구성을 가지고 있다. 도 23은, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다. 도 23에는, 극수가 4, 슬롯수가 72, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 6인 회전 전기에 대해 예시적으로 나타내고 있다.

도 23에 나타내어지는 바와 같이, 고정자 철심(21)에 따른 슬롯 번호 No.1 ~ No.72에 대해서, 매극매상의 슬롯수 q가 j(j는 2 이상의 정수)인 경우에, j-1개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 예를 들면, 도 23에 나타내는 경우, j=6이므로, 5개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 즉, 5개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)은, 각각, 슬롯 번호에 대해 6개 주기로 배치되어 있음과 아울러, 배치의 피치가 서로 3개분(分) 어긋나 있다.

도 23은, 권선의 대칭성을 고려하며, No.1 ~ No.36의 슬롯을 나타내고 있다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가, 예를 들면 대략 0.96：1이다. 또, 도 23에서의 0.9519는, 대략 0.96으로 간주할 수 있다.

권수 변경에 의한 권선 계수 저감을 고려하기 위해서, 실시 형태 1과 마찬가지로, ＃1 권선~ ＃12 권선에 발생하는 유기 전압의 벡터도를 이용한다. 도 24의 (a) ~ (f)에, 각각, ＃1 권선 ~ ＃12 권선에 발생하는 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차의 유기 전압 고조파 성분의 벡터도를 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 먼저, 권선 계수의 17차, 19차를 저감하는 것을 목표로 한다.

17차의 벡터도(도 24의 (e))에 주목하면, ＃1 권선과 ＃2 권선과의 위상차는 180×4/72×17=170°이며, ＃1 권선과 ＃4 권선과의 위상차는 340°(=－20°)가 된다. ＃1 권선, ＃12 권선의 권수를 A로 하고, ＃2 권선 ~ ＃11 권선의 권수를 B로 하면, 17차, 19차의 분포권 계수 Kd는, 다음의 식 (20)이 된다.

Kd=(2A×cos30°＋4B×cos10°－2B－4B×cos20°)/(2A＋10B) … (20)

따라서, B=｛cos30°／(1＋2cos20°－2cos10°)}A=0.9519A라고 하면, 식 (20)은 제로가 된다.

또, 5차의 분포권 계수 Kd는, 다음의 식 (21)이 된다.

Kd=(2A×cos30°＋4B×cos80°－2B－4B×cos50°)/(2A＋10B) … (21)

따라서, B=｛cos30°／(1＋2cos50°－2cos80°)}A=0.4468A라고 하면, 식 (21)은 제로가 된다.

이와 같이 구한 권선 계수를 도 25의 (a), (b)에 나타낸다. 또, 7차, 11차, 13차에 대해서도 도 24의 벡터도를 사용함으로써 마찬가지로 각 권선계수를 제로로 하기 위한 권수비를 산출할 수 있다.

이와 같이, 실시 형태 7에서는, 회전 전기(1q)의 고정자(20q)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 j(j는 2 이상의 정수)이며, j-1개의 제1 슬롯(23a)과 1개의 제2 슬롯(23b)이 교호로 배치되어 있다. 이것에 의해, q=2i 이외의 회전 전기에서도 특정의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

예를 들면, 실시 형태 7에서는, 회전 전기(1q)의 고정자(20q)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 6이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가 대략 0.96：1이다. 이것에 의해, 도 25의 (a)에 나타내는 바와 같이, 17차, 19차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

혹은, 예를 들면, 실시 형태 7에서는, 회전 전기(1q)의 고정자(20q)에서, 매극매상의 슬롯수 q가 6이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가 대략 0.45：1이다. 이것에 의해, 도 25의 (b)에 나타내는 바와 같이, 5차의 고조파 성분을 대략 제로로 할 수 있다.

실시 형태 8.

다음으로, 실시 형태 8에 관한 회전 전기(1r)에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 4와 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 4에서는, 교호로 배치하는 제1 슬롯(23a) 및 제2 슬롯(23b)의 개수를 서로 다르게 하고 있지만, 실시 형태 8에서는, 교호로 배치하는 제1 슬롯(23a) 및 제2 슬롯(23b)의 개수를 서로 동일하게 일치시킨다.

구체적으로는, 회전 전기(1r)는, 도 26 및 도 27에 나타내는 구성을 가진다. 도 26은, 회전 전기(1r)에서의 회전축(RA)에 수직인 단면의 구성을 나타내는 도면이다. 도 27은, 각 슬롯 내부의 권선의 상(相)의 할당과 권수비를 나타내는 도면이다. 도 26 및 도 27에는, 극수가 4, 슬롯수가 48, 상수가 3, 매극매상의 슬롯수 q가 4개의 회전 전기에 대해서 예시적으로 나타내고 있다.

도 27에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 회전 전기(1r)의 고정자(20r)에서, 동상(同相)의 2개의 권선을 배치한 제1 슬롯(23a)과, 이상(異相)의 2개의 권선을 배치한 제2 슬롯(23b)을, 동일 개수로 교호가 되도록 배치하고 있다.

예를 들면, 슬롯 번호 No.1, 2의 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에는 V상(相)의 권선과 U상(相)의 권선을 배치하고 있다. 슬롯 번호 No.3, 4의 슬롯(23)(제1 슬롯(23a))에는, 2개의 U상(相)의 권선을 배치하고 있다. 슬롯 번호 No.5, 6의 슬롯(23)(제2 슬롯(23b))에는, W상(相)의 권선과 U상(相)의 권선을 배치하고 있다.

또한, 각 슬롯(23)에 배치되는 각 상(相)의 권수는, 동상(同相)의 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)과 이상(異相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)이 다르도록 하며, 합계 2종류의 권수를 이용하고 있다.

본 실시 형태에서는, 슬롯 번호 No.1 ~ No.6에 배치되는 U상(相) 권선의 권수를, U1(No.1하(下)), U2(No.2하(下)), U3~6(No.3~No.4의 상하(上下)), U7(No.5상(上)), U8(No.6상(上))으로 했을 때에, 권수비를 다음의 식 (22)와 같이 구성한다.

U1：U2：U3：U4：U5：U6：U7：U8=

… (22)

권수 변경에 의한 권선 계수 저감을 고려하기 위해, 실시 형태 1과 마찬가지로, ＃1 권선 ~ ＃8 권선에 발생하는 유기 전압의 벡터도를 이용한다. 도 28(a) ~ (f)에, 각각, ＃1 권선 ~ ＃12 권선에 발생하는 5차, 7차, 11차, 13차, 17차, 19차의 유기 전압 고조파 성분의 벡터도를 나타낸다.

도 28의 (a)의 ＃1 권선-＃3 권선과 ＃4 권선-＃7권선의 벡터도와, ＃2 권선-＃5권선과 ＃6 권선-＃8 권선과의 벡터도는, 각각, 도 5의 (a)와 동일하기 때문에, 식 (22)와 같은 권수비(도 27 참조)로 함으로써, 5차의 권선 계수를 제로가 되는 것을 알 수 있다. 또, 7차, 17차, 19차에 대해서도 도 5와 같게 식 (22)과 같은 권수비와 함으로써 권선 계수를 제로로 할 수 있다.

이와 같이 구한 권선 계수를 도 29에 나타낸다. 도 29에서, 본 권선 배치로 함으로써, 실시 형태 1의 q=2인 경우와 마찬가지로, 5차, 7차, 17차, 19차의 권선 계수를 제로로 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

본 실시 형태에서는 q=4인 경우에, 이상(異相) 권선과 동상(同相) 권선을 배치한 슬롯을 2 슬롯씩 교호로 배치한 예를 나타내고 있다. q=2i(i는 정수)인 경우에는, 동일하게 고려함으로써, 이상(異相) 권선과 동상 권선을 배치한 슬롯을 i개씩 교호로 배치하면, 본 실시 형태와 같이 5차, 7차, 17차, 19차 성분의 권선 계수를 제로로 하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 실시 형태 8에서는, 극수를 P, 슬롯수를 S, 전원의 상수를 m, 매극매상의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 2i(i는 1 이상의 정수)이며, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

실시 형태 9.

다음으로, 실시 형태 9에 관한 회전 전기에 대해 설명한다. 이하에서는, 실시 형태 1~8과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

실시 형태 1 ~ 8에서는, 동상의 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)과 이상(異相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)에서는 권수가 다르며, 합계 2종류의 권수를 이용해 토크 맥동 저감에 적절한 권수비를 분명히 하고 있다. 단, 권수는 정수인 것이 필요하다.

그래서, 실시 형태 1에서 설명한 도 1~도 3의 권선으로 권수비를 변경한 경우의 권선 계수의 산출을 행했다. 실시 형태 1에서 설명한 ＃1 권선과 ＃2 권선의 권수비를 α(= 「 제1 슬롯(23a)의 총 권수」/「 제2 슬롯(23b)의 총 권수」)로 한 경우의, 권선 계수의 산출 결과를 도 30에 나타낸다.

또, 도 30에서는, 비교예의 권선 방법 즉, ＃1 권선의 권수와 ＃2 권선의 권수가 같은 경우의 권선 계수(도 33, 도 35 참조)를 100으로 했다. 도 30으로부터,α를

로 함으로써 권선 계수는 제로가 되는 것을 알 수 있다.

권수는 정수인 것이 필요한 것을 고려하면, α는

근방이 되도록 정수로 설정하면 된다. 구체적으로는, α를 0.75 ~ 1.00 즉

라고 하면, 비교예의 권선 계수 보다도 작게 된다. 즉, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

이면, 고조파의 권선 계수를 비교예보다 작게 할 수 있다.

또한, α를 0.8 ~ 0.93 즉

라고 하면, 비교예의 권선 계수의 약 1/2 이하로 할 수 있다. 즉, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

이면, 고조파의 권선 계수를 비교예의 권선 계수의 약 1/2 이하로 할 수 있다.

이 생각은, 실시 형태 2~8의 경우도 이와 같이 적용 가능하고, 권선 계수의 고조파 성분이 제로가 되는 최적인 권수비를 α＜1로 하면, 권수비는 α² ~ α(2－α)의 범위에서 설정하면, 비교예 보다도 권선 계수의 고조파 성분을 저감하는 것이 가능해진다. 또, 권선 계수의 고조파 성분이 제로가 되는 최적인 권수비가 α＞1인 경우는, 1~(2α-1)의 범위에서 설정하면, 비교예 보다도 권선 계수의 고조파 성분을 저감하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 실시 형태 9에서는, 예를 들면, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

이다. 이것에 의해, 고조파의 권선 계수를 비교예의 권선 계수(도 33, 도 35 참조)보다 작게 할 수 있다.

또, 실시 형태 9에서는, 예를 들면, 제1 슬롯(23a) 내의 총 권수와 제2 슬롯(23b) 내의 총 권수와의 비가

이다. 이것에 의해, 고조파의 권선 계수를 비교예의 권선 계수(도 33, 도 35 참조)의 약 1/2 이하로 할 수 있다.

또, 상기 실시 형태 1 ~ 9에서는, 동상(同相)의 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)과 이상(異相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)에서, 권수가 다르며, 합계 2종류의 권수를 이용하고 있다. 그래서, 권수비에 따라, 권선의 단면적을 변화시켜도 괜찮다.

예를 들면, 동상(同相)의 권선이 배치되는 제1 슬롯(23a)의 총 권수와 이상(異相)의 권선이 배치되는 제2 슬롯(23b)의 총 권수와의 비를 1：K로 하면, 단면적은 예를 들면 1：1/K가 되도록 할 수 있다.

예를 들면, 실시 형태 1의 U1(No.1하(下)), U2(No.2상(上)), U3(No.2하(下)), U4(No.3하(下))의 각 권선의 단면적을 U1S, U2S, U3S, U4S로 하면, 권선의 단면적의 비는 다음의 식 (23)이 된다.

U1S：U2S：U3S：U4S=

… (23)

권선의 단면적을 식 (23)과 같이 되는 전선지름을 설정함으로써, 권선의 고점적률화(高占積率化)가 가능해지고, 동손(銅損)을 저감할 수 있다.

또, 1개의 슬롯(23) 내부에 권선 지름이 다른 복수의 권선을 배치하고 그것들을 직렬 접속하거나 권선의 선경(線徑)을 권선 작업의 도중에 변경 등을 해도 권선의 고점적률화가 가능해지고, 동손을 저감할 수 있다. 이들은 회전 전기의 용량이나 체격에 의해서 정해지는, 권수나 선경에 따라 생산성을 고려하여 권선의 고점적율화를 도모할 수 있도록 적절히 선정하면 좋다.

혹은, 실시 형태 1 ~ 8에서는 영구자석형 회전 전기에 대해 말했지만, 회전자에 영구자석을 가지지 않은 유도 전압기나 릴럭턴스 모터(reluctance motor)에서도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 직선 모양으로 구동하는 리니어 모터에서도 동일한 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에서는, 동상(同相)의 권선이 배치되는 슬롯과 이상(異相)의 권선이 배치되는 슬롯에서 권수가 다르도록 함으로써, 특정의 권선 계수 고조파 성분을 도모하고 있다. 실시 형태 3에서도 말했지만, 스큐등과의 병용에 의해 한층 더 토크 맥동 저감 효과를 기대할 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 관한 회전 전기는, 기계 장치의 가동(稼動)에 유용하다.

1, 1i, 1j, 1k, 1n, 1p, 1q, 1r, 901 : 회전 전기
20, 20i, 20k, 20n, 20p, 20q, 20r : 고정자
21 : 고정자 철심 22 : 티스
23 : 슬롯 23a : 제1 슬롯
23b : 제2 슬롯 25 : U상(相) 권선
26 : V상(相) 권선 27 : W상(相) 권선
30, 30j : 회전자 31, 33j : 회전자 철심
32, 34j : 영구자석 35j : 상단
36j : 하단

Claims

동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
상기 회전 전기에서는,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 2i(i는 1 이상의 정수(整數))이고, 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯이 i개씩 교호(交互)로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수와의 비(比)가
인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수와의 비가
인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 4이며, 3개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 0.93：1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 4이며, 3개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 0.57：1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 4이며, 3개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 1.80：1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 3이며, 2개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 0.67：1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 3이며, 2개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 1.27：1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 6이며, 5개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 0.96 : 1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
동일한 복수의 상(相)의 권선(卷線) 또는 1개의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제1 슬롯과 다른 복수의 상(相)의 권선이 각각 배치된 복수의 제2 슬롯을 가지는 분포권(分布卷) 방식의 고정자를 가지는 회전 전기(電機)로서,
상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수(卷數)는, 서로 동일하고,
상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수는, 서로 동일하며,
극수(極數)를 P, 슬롯수(slot數)를 S, 전원의 상수(相數)를 m, 매극매상(每極每相)의 슬롯수를 q=S/P/m로 했을 때에, 매극매상의 슬롯수 q가 6이며, 5개의 상기 제1 슬롯과 1개의 상기 제2 슬롯이 교호로 배치되며, 상기 복수의 제1 슬롯의 각각에서의 총 권수와 상기 복수의 제2 슬롯의 각각에서의 총 권수의 비가 0.45：1인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
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