WO1989012926A1 - Coil winding structure of a.c. motor coil - Google Patents

Description

H 铂 書 交流モータのコ ィ ル巻設構造 技術分野

本発明は出力を大き く 変化させる こ とな く 、 低速から高速 までの広い回転速度域において使用可能な交流モータ におけ るコ ィ ルの巻設構造に関し、 広い回転速度域において高出力 を保持可能なス ピ ン ドルモータ と して使用可能である。 背景技術

工作機搣において、 ス ピ ン ドルモータの角度位置制御を行 なう C軸制御においてコ ンタ リ ング （型彫り ） 加工を行なう 場合は、 ス ピ ン ドルを滑らかに超低速回転させる と共に高出 力を必要とする。 更には通常の切削加工等を行なうには高速 回転と高出力を必要とする。

上記 2 つの要望に応ずるた t、 従来は 2 つのモータを設け ていた。 即ち一方は低速用であり、 他方は高速用である。 し かしながらこの方式はコス ト高となる と共に、 設置スペース を大き く 必要とする。 またベル トやギヤを介在させて、 低速 域から高速域まで高出力を保持する方式も採られている力 この場合もコス ト高になる と共に、 必要なスペースが大き く なる。 発明の開示

従って本発明は単一のモータによって広範囲な回転速度域 において高出力を保持することが可能であると共に省スぺ一 ス化に適した交流モータを提供することを目的とする。

上記目的に鑑みて本発明は、 交流モータの各スロ ッ トに揷 通させて巻設する電力供給用の各相コィルの巻設構造であつ て、 該各相コィルを各相に対応した各スロ V トに挿入、 巻設 し終えたコィル巻線を各相毎に複数組具備し、 該巻設し終え た各相の各組コ ィル巻線毎にその組のコィル端部を各相の篛 子群の各端子に中继接続し、 該各相の篛子群の各端子と電源 との接続を切換える切換手段を具備したことを特徴とする交 流モータにおけるコイ ル卷設搆造を提供する。

各枏のコィル巻線は端子を介して各ス口 フ トを揷通してい るので、 電源を切換手段によつて各相内の^子群のう ちのど の端子と接続するかにより、 各ス口 ッ ト内に挿通しているコ ィルの通電コイ ル iが定まる。 これによりモータの所要の回 転速度範囲において出力を概ね一定に保持することができ、 かつ、 高出力を保持した状態で低速から高速まての範囲を連 続的に運転することができる。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明に係るコィ ル卷設構造の第 1 の実施例を示 す模式図、

第 2図は第 1図のコィ ル卷設構造のう ち 1相をスロ ッ トと の対応において示したコィ ル巻設搆造図、 第 3図は本発明に係る第 2 の'実施例の模式図、

第 4 図は本発明に係る第 3 の実施例の模式図、

第 5図は本発明に係るコ イ ル卷設構造を有した交流モータ の出力特性グラフ図である。 発明を実施するための最良の態様

以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳細に 説明する。 まず第 1 図は U , V、 及び Wから成る 3相の交流 モータ おける各相コ ィ ルをスター結線した状態を示す模式 図であり、 第 2図は U相のみの卷設構造を参照番号 1 , 2 3等によって示しているスロ ッ ト位置との関係において実際 の巻設構造と して示した図である。 各相コ イ ルじ ， V、 及び Wは中性点 X Y Z において電気接続されており 、 各相内のコ ィ ルの巻設構造は互いに同様であるため、 以下じ相のみにつ いて説明する。

じ相コ ィ ル巻線の両端は夫々上記中性点 X Y Z と端子 U 1 とに接続されている。 こ こでは例と して 3 6 スロ ッ トを有す る交流モータを考えており、 端子 U 1 を発したコ イ ルはス ロ ッ ト 1 , 12 , 2 , 11 , 3 , 10の順に揷通して第 1 のコ イ ル巻 線 X 1 を構成し、 これに引き続きス ロ ッ ト 19 , 30 , 20 , 29 , 21 , 28の順に揷通して他のコ ィ ル巻線 X 2 を構成する。 こ こ で各ス ロ ッ ト の番号は、 小さい番号のス ロ ッ トから大きい番 号のものの順序にて円周方向に並んでいる こ とを表わしてい る。 上記ス ロ ッ ト 2 8 を通過したコ イ ルは端子じ 2 を経由し て再びスロ ッ ト 1 に揷通される。 この後、 コ イ ルの通るスロ V トの順序は上記の第 1組のコィル巻線 X 1及び X 2の場合 と同じであり、 第 2組のコィル巻線 X 1 ' と X 2 ' を構成す る。 最後のスロ ッ ト 2 8を通過したコ イルは中性点 X Y Zに 終端する。

以上の実施例では、 例えば、 第 1組のコイル巻線 X I と X 2を各スロ ッ トの奥部に配設し、 第 2組のコィル卷線 X 1 ' と X 2 ' とを各スロッ トの開口部に近い方に配設している。 本実施例では、 中間部分の端子は端子 U 2 の 1個のみである が、 必要に応じて上記のコィルの卷設順序に従って缲り返す ことにより何個でも設けることができる。 第 1図及び第 2図 に示す実施例の場合では、 中性点 X Y Zと端子 U 1を介して 電力を供給すると全てのコィ ル巻線 X 1 , X 2 , X 1 ' 、 及 び X 2 ' を使用することとなるが、 中性点 X Y Zと端子 ϋ 2 を介して電力を供給した場合は、 コィル卷線 X 1 ' と X 2 ' のみに通電され-、 残りのコィル卷線 X 1 と X 2 とには通電さ れない。 これらの嬙子の切換装置としては、 電磁継電器（MCC ). 等がある

電力供給を電流制御によって行なう と、 ジュール熱等の損 失を無視した条伴においては、 U相コィルの発生させる磁場 の強さは各スロッ トを揷通しているコィルの揷通回数、 即ち、 コ イ ルの卷数に比例する。 徒って出力パワーはこのコ ィ ル卷 数と回転速度 Νに比例するこ ととなる。 従って交流モータを 低速領域で使用する場合には回転速度 Νが小さいため高出力 を得るには使 するコィ ル卷数を多く し、 高速面転させて使 ^する場合に コィ ル卷数は少なくても低速回転時と同じ程 度の出力を得る こ とがてきる。 従って、 低い回転速度 では 端子 U 1 を介して電力供給を行ない、 同一スロ ッ ト S内のコ ィ ルを全て使用する。 また高い回転速度 Nでは、 低回転速度 の場合と同程度の出力を得るためには、 コ ィ ルの途中に設け た複数個の端子のう ち適切な巻数となる端子を選択して使用 すればよい。 各相に端子を 2個ずつ設ける場合において.、 使 用予定の低回転速度域と高回転速度域との各ベース回転速度 N L と N H (第 5図参照） が定ま っている場合には、 これら の両回転速度比に応じたコ イ ル巻数となるよ う端子じ 2 を設 定すればよい。 電圧制御によって電力供給する場合には、 各 スロ ッ トに揷通されたコ イ ル線に流れる電流値とコ イ ル卷数， 並びに回転速度 Nによって出力が変わる Οて、 巻線 O途中に 設ける端子の両端のコ ィ ル線を抵抗特性の異なる、 例えば異 なる材質の線材を使用してもよい。

第 5図は第 1 図及び第 2図に示す本発明に係る コ イ ル巻設 構造を有する交流モータによる出力特性を図示している。 実 線 5 0 はベース回転速度 N Lを有する低回転速度領垵で交流 モータを使用した場合の出力 Pの回転速度 Nに対する特性曲 線を示し、 他の実線 5 2 はべ一ス面転速度 N Hを有する高画 転速度領域での出力 Pの特性曲線を示している。 両特性曲線 5 0及び 5 2 の交鎖する回転速度 N Sを境と して各相の使用 コ イ ル巻線を切換えれば、 使用可能な最大回転数 N„_{a x} とべ ース回転速度 N L との間の領域においては出力変動の小さな、 破線 5 4 で示す出力特性が得られる。 即ち、 低回耘速度領域 の使用時は、 各相においてコ イ ル巻線 X 1 , X 2 , X I ' .、 及び X 2 ' を全て使用し、 高回転速度領域の使用においては コイ ル巻線 X I ' と X 2 ' のみを使用する。

第 1図及び第 2図はコィル巻線を直列にのみ接続した実施 例であるが、 第 3図には直列接繞と共に並列接続を取り入れ た場合の他の実施例である。 破線で示す S Lは 1つのス口 ッ トを表わしている。 即ち端子 U丁から電力供給すれば全ての コィル-巻線 A 1 , A 2 , A 1 ' 、 及び A 2 ' が使用されるが、 端子 を使用するとコ イ ル巻線 A 1 ' と A 2 ' のみが使用 されることとなり、 1つのスロ ッ ト S L內では非通電のコィ ルが存在することとなる。

第 1図から第 3菌までは全てスター結線における実施例で あるが、 第 4 }においてはデルタ結線における一実施例を図 示している。 U相については、 第 1図の場合と同様に 4つの コィル群 X 1 , X 2 , X 1 ' 、 及び X 2 ' は直列に接統され ており、 1つのス ロ ッ トには破線 S Lで示す様に 2 つ ©コィ ル巻線 （例えば X 1 と X 1 ' ) の各一部分が揷入配設されて いる。 このコ イ ル卷設構造において、 低回転速度領壊でモー タを使用する場合には、 図示のスィ ツチ S Wを閉じ、 S W ' を開放して各相 U , V , Wへの電力供給を端子 U 1 , V 1 , W 1 を介して行なう。 また高回転速度領域ではスィ ツチ S W を閉じ、 S Wを開放して端子 U 2 , V 2 , W 2から電力供辁 を行なう。 後者の場合 U相に関してはコ イ ル巻線 X 1ノ と X 2 ' のみに通電が行なわれることになる。

以上の説明から明らかな様に本発明によれば、 コ イ ル卷線 の結線を切換えることのみで低画転速度から高画転速度まで の広い回転速度範囲において高出力が保持される。 従って、 低回転速度並びに高回転速度の両領域において使用する必要 のある工作機械のス ピン ドルモータ等に適用すれば安価で省 スペース化の達成された駆動源の提供が可能となる。 また各 相コ イ ル巻線の途中に設ける端子は、 各相コ ィ ル巻線の使用 コ ィ ル巻数を適切に選定して配設でき、 また複数個所に設け る こ とができるので、 高回転速度領域と低回転速度領域の夫 々 のベース回転速度の比率を比較的任意に設定、 変更する こ とができ る。

Claims

請 求 の 範 西

1. 交流モータの各スロ ッ トに揷通させて巻設する電力供 袷用の各相コィルの巻設搆造であって、 該各相コィルを各相 に対応した各ス ロ ッ トに揷入、 巻設し終えたコ イ ル巻線を各 相毎に複数組具備し、 該巻設し終えた各相の各組コィル巻線 毎にその組のコィル端部を各相の端子群の各端子に中継接繞 し、 該各相の端子群の各端子と電源との接繞を切換える切換 手段を具備したことを特徴とする交流モータにおけるコィル ^ S t o