WO2013080377A1 - 回転電機及び回転電機装置 - Google Patents

回転電機及び回転電機装置 Download PDF

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Inventor
酒井 俊彦
勧也 藤澤
Original Assignee
株式会社日立産機システム
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the present invention relates to a stator structure of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine apparatus.
  • Patent Document 1 As a background art of this technical field, which is configured to be driven with a power transistor having a limited current capacity and to be driven with an output sufficiently larger than the current capacity of the power transistor. Further, the terminal means is configured to supply currents separately to two or more sets of armature windings.
  • Patent Document 2 armature windings distributed in slots of a stator of a three-phase motor are armature windings in each slot in the order of outer phase, middle phase, and inner phase.
  • the motor is configured such that the cross-sectional area of the armature winding is larger in the outer phase than in the middle phase and smaller in the inner phase than the middle phase.
  • the motor is a multi-winding motor in which a plurality of sets of three-phase windings individually driven by a plurality of current control circuits are provided in the same stator slot.
  • the motor system in this case is a slot combination in which the required number of windings can be realized as a parallel circuit.
  • the windings are lap windings with excellent balance between the windings, and the arrangement of a plurality of sets of three-phase windings is such that several consecutive coils are arranged in the U phase, V phase, or W phase of each three-phase winding. Assigned. That is, when the motor is structurally divided in a range that is equally divided in the circumferential direction, each phase of each winding is arranged around one of them.
  • Patent Document 1 in order to further increase the number of windings without increasing the number of slots, two coil elements are arranged in the same slot, and currents that are out of phase from two different current control circuits are arranged in this. It is also described as flowing.
  • a concentric winding pattern may be obtained by equivalent conversion and used.
  • the winding work is automated by the insertion. After all the windings are divided into several insertion times, all the coils after the insertion times previously wound on the jig are assembled together. In this case, since the old coil after the insertion is arranged outside, the straddling portion becomes long and the total winding length becomes large. For this reason, the resistance value of an old coil may become large compared with the coil arrange
  • Patent Document 2 discloses a three-phase winding with a good balance by assigning a large cross-sectional area to a coil having a long circumference in terms of electric wire arrangement, increasing the electric wire diameter, and adjusting the resistance value. The technical content to realize the line is shown.
  • a slot combination capable of forming a plurality of windings generally has a large number of slots, and the work cost of the windings becomes large.
  • the coils share the same magnetic flux, causing mutual interference and stable control. Is extremely difficult.
  • Patent Document 1 it is said that when currents are supplied from two different current control circuits to two coil elements arranged in the same slot, currents that are out of phase are supplied. This means that the total torque value is reduced from twice the original value.
  • changing the diameters of the coils included in the same winding makes the winding complicated and increases the operation cost.
  • Patent Document 3 can be cited as one that alleviates mutual interference between coils when an in-phase current is passed.
  • Patent Document 3 is the same as Patent Document 1 except that the number of windings is increased without increasing the number of slots.
  • a plurality of partial windings provided at the same position of the stator core are arranged in different sets of three-phase windings. In this way, the mutual winding between the different three-phase windings is suppressed.
  • Patent Document 1 and Patent Document 3 in order to avoid an increase in the number of slots, a large number of windings tend to be wound around the same slot.
  • a winding disposed on the inlet side of the slot (inner peripheral side of the stator core) and a winding disposed on the bottom of the slot (outer peripheral side of the stator core) In this case, the wire length is different, and the magnetic coupling between the winding and the iron core is different, resulting in a difference in inductance.
  • the winding wound around the entrance side of the slot has a small inductance.
  • the inductance differs between the winding arranged on the inlet side of the slot and the winding arranged on the bottom side of the slot.
  • Position control is required at high acceleration / deceleration when driving an injection shaft of an injection molding machine that requires a large output and a large torque, or driving a pressure slide of a press machine, but the difference in inductance due to winding is not preferable.
  • the present invention provides a rotating electric machine that suppresses a difference in inductance between a plurality of coils when a plurality of sets of multiphase coils are wound around a plurality of slots of a stator.
  • the present invention provides a rotating electrical machine in which a plurality of sets of multiphase coils are wound around a plurality of slots provided in a stator.
  • a coil of each phase is formed by connecting a plurality of coil sides, and each one coil side is selected from a plurality of different in-phase coils and wound in the same slot,
  • the divided coil sides are distributed in at least two but not all of the range obtained by dividing the entire circumference of the stator by the number of pole pairs, and are distributed inside and outside the slot. It is characterized by being arranged.
  • the plurality of divided coil sides are characterized in that the same phase coil sides of a plurality of sets of multiphase coils are wound in the same slot.
  • the plurality of divided coil sides include a small coil side and a large coil side, and the small coil side is wound between two slots sandwiching a predetermined number of teeth of the stator.
  • the large coil side is wound between two slots sandwiching the small coil side.
  • the stator has 54 slots, and the multi-phase coil includes six sets of three-phase coils.
  • the plurality of divided coil sides are arranged in a distributed manner in slots facing each other in the circumferential direction of the stator.
  • the present invention provides a rotating electrical machine apparatus including the rotating electrical machine according to any one of the above, wherein a plurality of sets of multiphase coils of the rotating electrical machine are independently driven by separate servo amplifiers. It is characterized by.
  • the in-phase coils of the plurality of sets of multi-phase coils are independently driven by in-phase current from separate servo amplifiers.
  • the present invention in order to avoid an increase in the number of slots, even when a large number of coils are wound around the same slot, the difference in inductance between the plurality of coils can be suppressed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a rotating electrical machine apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 10A to 10F are servo amplifiers
  • 60 is a stator of a rotating electrical machine
  • 61A and 61D are three-phase coils
  • UA and UD are U-phase coils
  • VA and VD are V-phase coils
  • WA and WD are W-phase coils.
  • the three-phase coils 61A to 61F are fed from the servo amplifiers 10A to 10F.
  • (UA) (VA) (WA) of the servo amplifier 10A is a power supply terminal
  • (UD) (VD) (WD) of the servo amplifier 10D is a power supply terminal.
  • the three-phase coil 61A is composed of three-phase coils UA, VA, WA that are Y-shaped at the neutral point (NA), and 61D is a three-phase coil that is Y-shaped at the neutral point (ND) It consists of UD, VD, and WD.
  • Other three-phase coils (61B, 61C, 61E, 61F) not shown are also configured by Y-shaped connection at neutral points in the same manner as described above.
  • the stator 20 of the rotating electrical machine is provided with six sets of three-phase coils composed of U-phase, V-phase, and W-phase, and each set is driven separately by different servo amplifiers. That is, the three-phase coil 61A is supplied with power from the terminals (UA) (VA) (WA) of the servo amplifier 10A, and the three-phase coil 61D is supplied with power from the terminals (UD) (VD) (WD) of the servo amplifier 10D. In addition, other sets of three-phase coils (not shown) are also separately supplied with power.
  • each phase coil of the three-phase coil is further divided into three coil sides.
  • the U-phase coil UA of the three-phase coil 61A is divided into coil sides UA1 to UA3, the V-phase coil UA is divided into coil sides VA1 to VA3, and the W-phase coil WA is divided into coil sides WA1 to WA3.
  • the U-phase coil UD of the three-phase coil 61D is divided into coil sides UD1 to UD3, the V-phase coil VD is divided into coil sides VD1 to VD3, and the W-phase coil WD is divided into coil sides WD1 to WD3. .
  • each phase coil is divided into three coil sides as described above.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing the arrangement and connection in the stator of the three-phase coil of the rotating electrical machine.
  • FIG. 2 shows a cross section obtained by cutting the stator along a plane perpendicular to a central axis (not shown), and shows a stator having 54 slots used in combination with a rotor (not shown).
  • Reference numeral 60 denotes a stator of the rotating electric machine, 1 to 54, slot numbers, 62, teeth formed between the slots, and other corresponding parts shown in FIG.
  • the stator 60 is a cylindrical iron core, and 54 slots 1 to 54 extending in the direction along the central axis are arranged on the inner peripheral side, and the protrusions between the slots serve as teeth 62. Individually formed. A coil of each phase of UVW is wound around this tooth 62.
  • each phase coil UA, VA, WA of the three-phase coil 61A and each phase coil UD, VD, WD of the three-phase coil 61D will be described.
  • the coil side UA1 having one end connected to the output terminal (UA) of the servo amplifier 10A is in the slot 36-33, and the terminal on the slot 33 side is a jumper ( Is connected to the terminal on the slot 37 side of the coil side UA2 located in the slot 37-32, and the terminal on the slot 32 side of this coil side UA2 is connected to the coil side located in the slot 10-5 by a jumper It is connected to a terminal on the slot 10 side of UA3.
  • a terminal on the slot 5 side of the coil side UA3 is connected to a neutral point (NA).
  • the coil side UA1 is located in the slot 36-33
  • the coil side UA2 is located in the slot 37-32
  • the coil side UA3 is located in the slot 10-5, and these are connected by a jumper.
  • the slot 36-33 and the slot 37-32 are in the same area, and the area and the slot 10-5 are at positions (diagonal positions) facing each other across the central axis of the stator.
  • the coil side UA1 is arranged across the two slots (34, 35) on the inlet side (inside) of the slot, and the coil side UA2 is located on the bottom side (outside) of the slot.
  • the four slots (33 to 36) are arranged, and the UA 3 is arranged across the four slots (6 to 9) on the bottom side (outside) of the slots.
  • the coil side UA1 straddling two slots is a small coil
  • the coil sides UA2 and UA3 straddling the four slots are large coils.
  • the coil side VA1 whose one end is connected to the output terminal (VA) of the servo amplifier 10A is in the slot 24-21, and the terminal on the slot 21 side. Is connected to the terminal on the slot 25 side of the coil side VA2 located in the slot 25-20 by a crossover (not shown), and the terminal on the slot 20 side of the coil side VA2 is connected to the slot 52-47 by a crossover It is connected to the terminal on the slot 52 side of the coil side VA3 located. The terminal on the slot 47 side of the coil side VA3 is connected to the neutral point (NA).
  • NA neutral point
  • the coil side VA1 is located in the slot 24-21
  • the coil side VA2 is located in the slot 25-20
  • the coil side VA3 is located in the slot 52-47, and these are connected by a jumper.
  • Slot 24-21 and slot 25-20 are in the same area, and this area and slots 52-47 are at diagonal positions.
  • the coil side VA1 is arranged inside the slot and straddling the two slots (22, 23), and the coil side VA2 is arranged outside the slot, and the four slots (21 to 24). ), And VA3 is arranged outside the slot and across four slots (48 to 51).
  • the coil side VA1 straddling two slots is a small coil
  • the coil side VA2 and coil side VA3 straddling the four slots are large coils.
  • the coil side WA1 whose one end is connected to the output terminal (WA) of the servo amplifier 10A is in the slot 30-27, and the terminal on the slot 27 side Is connected to the terminal on the slot 31 side of the coil side WA2 located in the slot 31-26 by a crossover (not shown), and the terminal on the slot 26 side of the coil side WA2 is connected to the slot 4-53 by a crossover. It is connected to the terminal on the slot 4 side of the coil side WA3 located.
  • the terminal on the slot 53 side of the coil side WA3 is connected to the neutral point (NA).
  • the coil side WA1 is located in the slot 30-27
  • the coil side WA2 is located in the slot 31-26
  • the coil side WA3 is located in the slot 4-53, and these are connected by a jumper.
  • Slot 30-27 and slot 31-26 are in the same area, and this area and slot 4-53 are at diagonal positions.
  • the coil side WA1 is arranged inside the slot and straddling the two slots (28, 29), and the coil side WA2 is outside the slot, and the four slots (27 to 30). ) And WA3 is arranged outside the slot and across 4 slots (54 to 3).
  • the coil side WA1 straddling two slots is a small coil
  • the coil side WA2 and coil side WA3 straddling the four slots are large coils.
  • the other three-phase coils 61D are similarly arranged as shown by broken lines in FIG.
  • the U-phase coil UD will be described as a representative.
  • a coil side UD1 whose one end is connected to the output terminal (UD) of the servo amplifier 10D is in the slot 6-9, and the terminal on the slot 6 side is located in the slot 5-10 by a jumper (not shown).
  • the terminal on the slot 10 side of the coil side UD2 is connected, and the terminal on the slot 5 side of the coil side UD2 is connected to the terminal on the slot 37 side of the coil side UD3 located in the slot 37-32 by a jumper.
  • a terminal on the slot 32 side of the coil side UD3 is connected to a neutral point (ND).
  • the coil side UD1 is located in the slot 6-9
  • the coil side UD2 is located in the slot 5-10
  • the coil side UD3 is located in the slot 37-32, and these are connected by a jumper.
  • Slot 6-9 and slot 5-10 are in the same area, and this area and slot 37-32 are at diagonal positions.
  • the coil side UD1 is arranged outside the slot and straddling the two slots (7, 8), and the coil side UD2 is arranged inside the slot, and the four slots (6 to 9).
  • UD3 is arranged across the four slots (33 to 36) inside the slot.
  • the coil side UD1 straddling two slots is a small coil
  • the coil side UD2 and coil side UD3 straddling the four slots are large coils.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the positions of the coil pieces of each of the plural sets of UVW shown in FIG.
  • the horizontal axis shows three divided coil sides (coil sides 1, 2, and 3), and the vertical axis shows each set of three-phase coils.
  • the three-phase coil two sets of UA, VA, WA and UD, VD, WD are shown, and the others are omitted.
  • as an arrangement position of each coil side in the slot “inside” is displayed inside the slot, and “outside” is displayed outside the slot.
  • “large” and “small” indicate large and small coils on the coil side
  • solid lines and broken lines in the display column indicate types of lines representing the coils shown in FIG.
  • the coil side UA1 is a small coil disposed inside the slot 36-33
  • the coil side UA2 is a large coil disposed outside the slot 37-32
  • the coil side UA3 is A large coil is placed outside the slot 10-5.
  • the arrangement positions of the coil sides of the three-phase coils VA and WA are shown.
  • the coil side UD1 is a small coil disposed outside the slot 9-6
  • the coil side UD2 is a large coil disposed inside the slot 10-5
  • the coil side UD3 is large.
  • a coil is placed inside slots 37-32.
  • the arrangement positions of the coil sides of the three-phase coils VD and WD are shown.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the coil arrangement of the rotating electric machine, and shows the arrangement position of a plurality of sets of three-phase coils in the stator.
  • each phase coil of each set of three-phase coils is sequentially arranged in the circumferential direction of the stator, and in-phase coils (coil sides) are paired at diagonal positions across the center of the stator. Has been placed. If the in-phase coils are arranged as a pair at diagonal positions, the thermal influence on the entire in-phase coil can be reduced even if the thermal conditions of the rotating electrical machine change.
  • the thermal influence can be reduced in the entire in-phase coil.
  • the coil sides are concentrated in an area where the coils of the same phase are located, when this area is heated, the coils of the entire phase are heated, while the temperature difference between the coils of the other phases with less thermal influence is increased. Increases, and there is a possibility that a difference occurs in coil characteristics (inductance, resistance value, etc.), resulting in imbalance in the control of the rotating electrical machine.
  • a plurality of sets of in-phase coils are multiplexed and arranged in the same area of the stator. That is, if the in-phase coil is a U-phase, the coil sides UD1 and UD2 (both are broken lines) of the U-phase coil of the three-phase coil 61D and the coil sides UA3 of the other three-phase coils 61A are slots in the same area. The coil sides UA1, UA2 and the coil side UD3 (broken line) are arranged in slots in the same area of the slots 37-32. For this reason, many coils can be wound around the same area without increasing the number of slots.
  • the coil sides of the coils of each phase are arranged at different positions along the circumferential direction of the stator 60 and are distributed on the inner side and the outer side of the stator slots with respect to the same phase. Therefore, the difference in inductance of the coils between the phases can be reduced, and the difference in inductance between the plurality of sets of three-phase coils can also be suppressed.
  • the three coil sides are divided into two and one on the inside and outside of the slot, but the three coil sides are placed at one place (only inside or only outside) of the slot.
  • the balance is changed from 3: 0 to 2: 1 and can be made closer to equal.
  • the inductance and resistance values of the coil have a large value as a base, and a balance element is added to these values, so that the balance in terms of the actual inductance and resistance values is equally close.
  • the number of coil sides of each phase coil is increased from 2 to 4 or the like, the coil sides can be distributed to a larger number of positions in the slot, so that it becomes easier to balance.
  • each phase coil is configured to include the coil sides of the large coil and the small coil by arranging the coil sides dispersed inside and outside the slot. The difference in the average winding diameter of the coil can be reduced, and the difference between the coil inductance and the resistance value can be suppressed.
  • a 54-slot motor is described. However, it is generally applicable to a multiphase motor, and is not limited to this.

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Abstract

 複数組の多相コイルを固定子の複数スロットに巻線するとき、スロットの入口側と底部側でコイルのインダクタンスが異なり、電流制御回路の無効電流が増大して応答や効率が悪くなり、回転電機の高速での位置制御に影響を及ぼす恐れがある。 本発明は、複数のコイル間のインダクタンスの差を抑えた回転電機を提供することを目的とする。回転電機は、前記固定子の同一エリア内に複数組の同相コイルを多重化して巻線され、各相のコイルは各々複数のコイル辺に分割され、前記分割されたコイル辺は、前記固定子の周方向の異なる位置に配置されると共に、同相コイル全体について前記スロットの内側と外側に分散して配置されることを特徴とし、コイルのインダクタンスの差を抑制することができる。

Description

回転電機及び回転電機装置
 本発明は、回転電機の固定子構造および、回転電機装置に関する。
 本技術分野の背景技術として特許文献1があり、限られた電流容量のパワートランジスタで駆動し、そのパワートランジスタの電流容量よりも十分に大きな出力で駆動できるように構成されている。また、2組以上の電機子巻線にそれぞれ別々に電流を供給するように端子手段が構成されている。
 また、本技術分野の背景技術として特許文献2があり、三相電動機の固定子のスロットに分布巻きされた電機子巻線として、外相、中相、内相の順に各スロットに電機子巻線を挿入し、電機子巻線の断面積が中相より外相の方が大きく、且つ、中相より内相の方が小さくなるように構成された電動機が構成されている。
 近年、大出力や大トルクが必要な射出成形機の射出軸や、プレス機械の加圧スライド駆動などにおいても、制御性能の向上や高加速動作などを目的にサーボモータを用いる需要が多くなってきている。これらの用途では、通常の商用電源系統での運転が前提であって、モータに給電する駆動制御回路であるサーボアンプが出力できる電圧は、いわゆる200V級や400V級と呼ばれる電圧系統に従ってインバータが出力可能な電圧範囲に止まるため、大出力(大電力)を得ようとすると、電流値が比例的に増大する。
 このような大出力(大電力)を得ようとする場合、駆動回路であるサーボアンプにおいて1個の電力用半導体で大電流を賄うのは困難なため、特許文献1にも記載のように、使用する1台当たりの電流制御回路(駆動回路)の電力用半導体の素子容量を抑えて、複数台の電流制御回路から協調して給電がなされる。これに対応してモータは、複数台の各電流制御回路で個別駆動される複数組の三相巻線が、同一固定子スロットに備えられた複数巻線モータとなる。
 この場合のモータの方式は、必要とされる複数組の巻線数が並列回路として実現可能なスロットコンビネーションとしている。巻線は、各巻線間のバランスに優れる重ね巻とし、複数組の三相巻線の配置は、連続した数個のコイルがそれぞれの三相巻線のU相、V相、あるいはW相に割り当てられる。すなわち、モータを構造的に周方向に何等分かした範囲で区切った場合、そのうちの1箇所を中心に各巻線の各相が配置される。
 また、特許文献1では、スロット数を増やさずに更に巻線数を増やすため、同一のスロットに2つのコイル要素を配置して、これに2台の異なる電流制御回路から位相がずれた電流を流す、とも記載されている。
 一方、重ね巻は自動化に適さないため、等価変換により同心巻パターンを求め、これを採用する場合もある。この場合、巻線作業はインサータ化で自動化される。全巻線を数回の挿入回次に分けたうえで、予め治具上に巻回した当該挿入回次の全コイルを一括組線する。この場合挿入回次の古いコイルは外側に配置されるため、跨り部分が長くなり巻線総長が大きくなる。このため、挿入回次が若くて内側に配置されたコイルに比べて古いコイルの抵抗値が大きくなり、バランスが悪化することがある。このような場合に対しては、特許文献2には、電線配置上長い周長になるコイルには大きい断面積を割当てて電線径を太くし、抵抗値を調整してバランスの良い3相巻線を実現する技術内容が示されている。
 しかしこれらの技術においては、次のような問題がある。まず、複数巻線ができるスロットコンビネーションは、一般的にスロット数が大きくなり、巻線の作業コストが多大になる。次に同一スロット内にいくつかの巻線を混在させた場合、これに対して同相電流を流そうとすると、コイル同士が同一磁束を共有することから相互干渉が発生し、安定に制御することが極めて難しい。このことから、特許文献1でも同一のスロットに配置した2つのコイル要素に、2台の異なる電流制御回路から電流を流すにあたり、位相がずれた電流を流すとされている。このことは、トルクの総和値が本来の2倍に対して下がることを意味する。更に、同一巻線の中に含まれるコイルの線径を異ならせることは、巻線を煩雑にし、作業コストを増加させる。
特開2000-175420号公報 特開2002-313548号公報 特開2010-130821号公報
 また、同相電流を流した時のコイル同士の相互干渉を緩和したものとして、特許文献3を挙げることができる。特許文献3は、特許文献1と同様にスロット数を増やさずに巻線数を増やしたものであるが、固定子鉄心の同じ位置に設けられる複数の部分巻線を異なる組の三相巻線の同相の部分巻線とし、異なる三相巻線間の相互干渉を抑制している。
 特許文献1や特許文献3では、スロット数の増加を回避するため、同一スロットに多数の巻線が巻回される傾向にある。多数の巻線が巻回されると、スロットの入口側(固定子鉄心の内周側)に配置される巻線と、スロットの底部(固定子鉄心の外周側)に配置される巻線とでは、電線長が異なるとともに、巻線と鉄心との磁気的結合が異なってインダクタンスに差が生じる。因みに、スロットの入口側に巻回された巻線はインダクタンスが小さくなる。また、巻線の配置位置により磁気的に結合する固定子のティース長さに差が生じて、巻線とティースで形成される磁路の長さにも差が生じる。したがって、この点からもスロットの入口側に配置される巻線とスロットの底部側に配置される巻線とではインダクタンスが異なってくる。
 これらの巻線に電流制御回路から電流を供給すると、異なるインダクタンスによって電流制御回路の力率に差が生じる。インダクタンスの差は、三相巻線のUVWの各相の間、および複数組の巻線の各組の間で生じる。
 このように、電流制御回路の力率が異なってくると、力率の悪い電流制御回路では無効電流が増大して応答や効率が悪くなって制御のバランスに影響を与え、回転電機の高速での位置制御に影響を及ぼす恐れがある。大出力や大トルクが必要な射出成形機の射出軸の駆動や、プレス機械の加圧スライドの駆動などでは、高加減速で位置制御が求められるが、巻線によるインダクタンスの違いは好ましくない。
 本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、複数組の多相コイルを固定子の複数スロットに巻線するに際して、複数のコイル間のインダクタンスの差を抑えた回転電機を提供するものである。
 上記課題を解決するため本発明は、固定子に設けられた複数スロットに複数組の多相コイルが巻線された回転電機において、
 各相のコイルが各々複数のコイル辺を連結されてなり、複数個の異なる同相コイルから各ひとつの該コイル辺を選択して同一スロットに巻回し、
 前記分割されたコイル辺は、前記固定子全周を極対数で分割した範囲の、少なくとも2つ以上でかつ全てではない範囲に分散して配置されると共に、前記スロットの内側と外側に分散して配置されることを特徴とする。
 また、前記に記載の回転電機において、分割された複数のコイル辺は、複数組の多相コイルの同一相のコイル辺が同一スロットに巻回されていることを特徴とする。
 また、前記に記載の回転電機において、分割された複数のコイル辺は小コイル辺と大コイル辺からなり、小コイル辺は前記固定子の所定個数のティースを挟む2つのスロット間に巻回され、前記大コイル辺は前記小コイル辺を挟む2つのスロット間に巻回されたことを特徴とする。
 また、前記に記載の回転電機において、前記固定子は54個のスロットを有し、前記多相コイルは6組の3相コイルからなることを特徴とする。
 また、前記に記載の回転電機において、前記分割された複数のコイル辺は、前記固定子の周方向で対向する位置のスロットに分散して配置されたことを特徴とする。
 上記課題を解決するため本発明は、前記のいずれかに記載の回転電機を備えた回転電機装置において、前記回転電機の複数組の多相コイルは、別個のサーボアンプによって独立に駆動されることを特徴とする。
 また、前記に記載の回転電機装置において、前記複数組の多相コイルの同相コイルには、別個のサーボアンプから同相電流で独立に駆動されることを特徴とする。
 本発明によれば、スロット数の増加を回避するため、同一スロットに多数のコイルが巻回されても、複数コイル間のインダクタンスの差を抑えることができる。
本発明実施例の回転電機装置の構成図である。 同じく回転電機の3相コイルの固定子内配置と接続を示す説明図である。 図2でのUVW各相のコイル片の位置を示す説明図である。 同じく回転電機のコイル配置の説明図である。
 以下、本発明による実施例を図面を用いて説明する。まず、本発明を適用した回転電機の具体例について説明する。
 図1は本発明実施例の回転電機装置の構成図である。10A~10Fはサーボアンプ、60は回転電機の固定子、61A、61Dは3相コイル、UA、UDはU相コイル、VA、VDはV相コイル、WA、WDはW相コイルである。その他の3相コイルは図示省略されているが、サーボアンプ10A~10Fから給電される6組の3相コイル61A~61Fで構成される。サーボアンプ10Aの(UA)(VA)(WA)は給電端子、サーボアンプ10Dの(UD)(VD)(WD)は給電端子である。
 3相コイル61Aは、中性点(NA)でY字型結線された3相コイルUA、VA、WAで構成され、61Dは、中性点(ND)でY字型結線された3相コイルUD、VD、WDで構成される。図示省略された他の3相コイル(61B、61C、61E、61F)も、上記と同様に中性点でY字型結線により構成される。
 図1において、回転電機の固定子20にはU相、V相、W相からなる3相コイルが6組設けられており、各組が異なるサーボアンプにより別個に駆動される。すなわち、3相コイル61Aには、サーボアンプ10Aの端子(UA)(VA)(WA)から給電され、3相コイル61Dには、サーボアンプ10Dの端子(UD)(VD)(WD)から給電され、その他図示しない他の組の3相コイルにも同様に別個に給電される。
 図1において、3相コイルの各相コイルはさらに3個のコイル辺に分割されている。3相コイル61AのU相コイルUAはコイル辺UA1~UA3に分けられ、V相コイルUAはコイル辺VA1~VA3に分けられ、W相コイルWAはコイル辺WA1~WA3に分けられている。
 また、3相コイル61DのU相コイルUDはコイル辺UD1~UD3に分けられ、V相コイルVDはコイル辺VD1~VD3に分けられ、W相コイルWDはコイル辺WD1~WD3に分けられている。図示省略された他の3相コイル(61B、61C、61E、61F)も、上記と同様に各相コイルが3個のコイル辺に分割されているものとする。
 以上、3相コイルの構成とサーボアンプへの接続関係を示したが、以下、3相コイルの回転電機の固定子60内での配置と、コイル間の接続について説明する。
 図2は回転電機の3相コイルの固定子内配置と接続を示す説明図である。図2は固定子を中心軸(図示省略)に垂直な平面で切断した断面を表しており、回転子(図示省略)と組合せて用いる54個のスロットを有する固定子を示している。60は回転電機の固定子、1~54はスロット番号、62はスロット間に形成されたティースで、その他、図1に示す対応部分には同一符号で示す。
 図2において、固定子60は円筒状の鉄心であり、その内周側にその中心軸に沿う方向に伸びた54個のスロット1~54が配列され、スロット間の突出部がティース62として54個形成される。このティース62にUVW各相のコイルが巻き付けられるが、ここでは、3相コイル61Aの各相コイルUA、VA、WAと、3相コイル61Dの各相コイルUD、VD、WDについて説明する。
 3相コイル61AのU相コイルUAについてみると、一端がサーボアンプ10Aの出力端子(UA)に接続されたコイル辺UA1が、スロット36-33にあり、そのスロット33側の端子が渡り線(符号は示してない)によってスロット37-32に位置するコイル辺UA2のスロット37側の端子に接続され、このコイル辺UA2のスロット32側の端子が渡り線によってスロット10-5に位置するコイル辺UA3のスロット10側の端子に接続されている。コイル辺UA3のスロット5側の端子は中性点(NA)に接続される。
 すなわち、U相コイルUAは、コイル辺UA1がスロット36-33に、コイル辺UA2がスロット37-32に、コイル辺UA3がスロット10-5に各々位置し、これらが渡り線で接続されている。そして、スロット36-33とスロット37-32は同一エリアにあり、このエリアとスロット10-5とは固定子の中心軸を挟んで対向する位置(対角の位置)にある。
 各コイル辺のスロット内での位置をみると、コイル辺UA1がスロットの入口側(内側)で、2スロット(34、35)を跨って配置され、コイル辺UA2がスロットの底部側(外側)で、4スロット(33~36)を跨って配置され、UA3がスロットの底部側(外側)で、4スロット(6~9)を跨って配置される。ここで、2スロットを跨っているコイル辺UA1を小コイルとし、4スロットを跨っているコイル辺UA2とUA3を大コイルとする。
 同様にして、3相コイル61AのV相コイルVAについてみると、一端がサーボアンプ10Aの出力端子(VA)に接続されたコイル辺VA1が、スロット24-21にあり、そのスロット21側の端子が渡り線(符号は示してない)によってスロット25-20に位置するコイル辺VA2のスロット25側の端子に接続され、このコイル辺VA2のスロット20側の端子が渡り線によってスロット52-47に位置するコイル辺VA3のスロット52側の端子に接続されている。コイル辺VA3のスロット47側の端子は中性点(NA)に接続される。
 すなわち、V相コイルVAは、コイル辺VA1がスロット24-21に、コイル辺VA2がスロット25-20に、コイル辺VA3がスロット52-47に各々位置し、これらが渡り線で接続されている。そして、スロット24-21とスロット25-20は同一エリアにあり、このエリアとスロット52-47とは対角の位置にある。
 各コイル辺のスロット内での位置をみると、コイル辺VA1がスロットの内側で、2スロット(22、23)を跨って配置され、コイル辺VA2がスロットの外側で、4スロット(21~24)を跨って配置され、VA3がスロットの外側で、4スロット(48~51)を跨って配置される。前記と同様に、2スロットを跨っているコイル辺VA1を小コイルとし、4スロットを跨っているコイル辺VA2とコイル辺VA3を大コイルとする。
 同様にして、3相コイル61AのW相コイルWAについてみると、一端がサーボアンプ10Aの出力端子(WA)に接続されたコイル辺WA1が、スロット30-27にあり、そのスロット27側の端子が渡り線(符号は示してない)によってスロット31-26に位置するコイル辺WA2のスロット31側の端子に接続され、このコイル辺WA2のスロット26側の端子が渡り線によってスロット4-53に位置するコイル辺WA3のスロット4側の端子に接続されている。コイル辺WA3のスロット53側の端子は中性点(NA)に接続される。
 すなわち、W相コイルWAは、コイル辺WA1がスロット30-27に、コイル辺WA2がスロット31-26に、コイル辺WA3がスロット4-53に各々位置し、これらが渡り線で接続されている。そして、スロット30-27とスロット31-26は同一エリアにあり、このエリアとスロット4-53とは対角の位置にある。
 各コイル辺のスロット内での位置をみると、コイル辺WA1がスロットの内側で、2スロット(28、29)を跨って配置され、コイル辺WA2がスロットの外側で、4スロット(27~30)を跨って配置され、WA3がスロットの外側で、4スロット(54~3)を跨って配置される。前記と同様に、2スロットを跨っているコイル辺WA1を小コイルとし、4スロットを跨っているコイル辺WA2とコイル辺WA3を大コイルとする。
 また、他に組の3相コイル61Dについても同様に、図2に破線で示すように配置される。代表としてU相コイルUDについて説明する。
 一端がサーボアンプ10Dの出力端子(UD)に接続されたコイル辺UD1が、スロット6-9にあり、そのスロット6側の端子が渡り線(図示してない)によってスロット5-10に位置するコイル辺UD2のスロット10側の端子に接続され、このコイル辺UD2のスロット5側の端子が渡り線によってスロット37-32に位置するコイル辺UD3のスロット37側の端子に接続されている。コイル辺UD3のスロット32側の端子は中性点(ND)に接続される。
 すなわち、U相コイルUDは、コイル辺UD1がスロット6-9に、コイル辺UD2がスロット5-10に、コイル辺UD3がスロット37-32に各々位置し、これらが渡り線で接続されている。そして、スロット6-9とスロット5-10は同一エリアにあり、このエリアとスロット37-32とは対角の位置にある。
 各コイル辺のスロット内での位置をみると、コイル辺UD1がスロットの外側で、2スロット(7、8)を跨って配置され、コイル辺UD2がスロットの内側で、4スロット(6~9)を跨って配置され、UD3がスロットの内側で、4スロット(33~36)を跨って配置される。前記と同様に、2スロットを跨っているコイル辺UD1を小コイルとし、4スロットを跨っているコイル辺UD2とコイル辺UD3を大コイルとする。
 図3は図2に示す複数組のUVW各相のコイル片の位置を示す説明図である。横軸は分割された3個のコイル辺(コイル辺1、2、3)を示し、縦軸は各組の3相コイルを示している。3相コイルとしては、UA、VA、WAとUD、VD、WDの2組を示し、他は図示省略している。また、各コイル辺のスロット内での配置位置として、スロットの内側を「内」と表示し、スロットの外側を「外」と表示している。さらに、「大」と「小」でコイル辺の大コイルと小コイルを示し、表示欄の実線、破線は、図2に示される各コイルを表す線の種類を示している。
 具体的にU相のコイルUAについてみると、コイル辺UA1は小コイルでスロット36-33の内側に配置され、コイル辺UA2は大コイルでスロット37-32の外側に配置され、コイル辺UA3は大コイルでスロット10-5の外側に配置される。以下、同様にして、3相コイルVA、WAの各コイル辺の配置位置が示される。
 また、U相のコイルUDについてみると、コイル辺UD1は小コイルでスロット9-6の外側に配置され、コイル辺UD2は大コイルでスロット10-5の内側に配置され、コイル辺UD3は大コイルでスロット37-32の内側に配置される。以下、同様にして、3相コイルVD、WDの各コイル辺の配置位置が示される。
 図4は回転電機のコイル配置の説明図であり、固定子での複数組の3相コイルの配列位置を示している。この図から分かるように、各組の3相コイルの各相コイルが固定子の周方向に順次配列され、同相のコイル(コイル辺)は固定子の中心を挟んで対角の位置に対として配置されている。同相コイルが対角の位置に対として配置されると、回転電機の熱条件が変わっても、同相のコイル全体での熱影響を小さくすることができる。
 例えば、外部からの熱影響で、回転電機の一部分が温度上昇した場合、その部分に配置されたコイル辺には熱影響を受けるが、これと対角位置にあるコイル辺には熱影響が少ないので、同相のコイル全体では熱影響を少なくすることができる。因みに、同相のコイルがあるエリアにコイル辺を集中配置すると、このエリアが加熱された場合、その相全体のコイルが加熱され、他方、熱影響の少ない他の相のコイルとの間で温度差が大きくなり、コイル特性(インダクタンス、抵抗値等)に差が生じて回転電機の制御でアンバランスとなる恐れがある。
 本実施例のコイル構造によると、固定子の同一エリアに複数組の同相コイルを多重化して巻回配置される。すなわち、同相コイルをU相とすれば、3相コイル61DのU相コイルのコイル辺UD1、UD2(いずれも破線)、及び他の組の3相コイル61Aのコイル辺UA3が、同一エリアのスロット5-10に配置され、コイル辺UA1、UA2、及びコイル辺UD3(破線)はスロット37-32の同一エリアのスロットに配置されている。このため、スロット数を増加させることなく、同一エリアに多数のコイルを巻回することができる。
 また、上記巻線構造によると、各相のコイルの複数のコイル辺が、固定子60の周方向に沿って異なる位置に配置されると共に、同相について固定子のスロットの内側と外側に分散して配置されるので、各相間のコイルのインダクタンスの差を少なくし、複数組の3相コイル間のインダクタンスの差も抑えることができる。
 本実施例では、3個のコイル辺をスロットの内側、外側に2個と1個に分けて配置しているが、3個のコイル辺をスロットの1カ所(内側だけ、または外側だけ)に纏めて配置する場合と比べ、バランスが3:0から2:1になって、より均等に近くすることができる。コイルのインダクタンスや抵抗値はベースとなる大きな値があり、この値にバランスの要素を付加することになるので、実際のインダクタンスや抵抗値でみたバランスは均等に近くなる。また、各相コイルのコイル辺を2個から4個等に増加させれば、スロット内のより多数の位置にコイル辺を分散させることができるので、一層バランスをとり易くなる。
 さらに、各相コイルはスロットの内側と外側に分散してコイル辺を配置することで、大コイルと小コイルのコイル辺を含んで構成されるので、各相コイルの電線長の差と、コイルの巻回径の平均の差を少なくして、コイルのインダクタンスと抵抗値の差を抑えることができる。
 従って、各サーボアンプにより各組の3相コイルおよび各相コイルを動作制御するに際し、バランス良く制御することができるので、回転電機の高速での位置制御を良好に行うことがきる。
 本実施例では説明の簡略のため、固定子の各スロット内の内側と外側に2個のコイル辺を配置しているが、これに限らずコイル辺を増加させることができる。この際、コイル辺の増加に伴い、スロット内のコイル辺の個数が増加するので、それに応じてコイル辺をスロットの内側と外側に分散して配置することで、各相のコイルのインダクタンスの差を少なくすることができる。
 また、本実施例は、54スロットのモータについて記載したが、一般的に多相モータにおいて採用可能なものでありこれに限らない。
 1~54…スロット、10A~10F…サーボアンプ、60…固定子、62…ティース、61A、61D…多相コイル、UA、VA、WA、UD、VD、WD…各相コイル、UA1~UA3、VA1~VA3、WA1~WA3、UD1~UD3、VD1~VD3、WD1~WD3…コイル辺、NA、ND…中性点。

Claims (7)

  1.  固定子に設けられた複数スロットに複数組の多相コイルが巻線された回転電機において、
     各相のコイルが各々複数のコイル辺を連結されてなり、複数個の異なる同相コイルから各ひとつの該コイル辺を選択して同一スロットに巻回し、
     前記分割されたコイル辺は、前記固定子全周を極対数で分割した範囲の、少なくとも2つ以上でかつ全てではない範囲に分散して配置されると共に、前記スロットの内側と外側に分散して配置されることを特徴とする回転電機。
  2.  請求項1に記載の回転電機において、
     分割された複数のコイル辺は、複数組の多相コイルの同一相のコイル辺が同一スロットに巻回されていることを特徴とする回転電機。
  3.  請求項1または2に記載の回転電機において、
     分割された複数のコイル辺は小コイル辺と大コイル辺からなり、小コイル辺は前記固定子の所定個数のティースを挟む2つのスロット間に巻回され、前記大コイル辺は前記小コイル辺を挟む2つのスロット間に巻回されたことを特徴とする回転電機。
  4.  請求項1~3のいずれかに記載の回転電機において、
     前記固定子は54個のスロットを有し、前記多相コイルは6組の3相コイルからなることを特徴とする回転電機。
  5.  請求項1~4のいずれかに記載の回転電機において、
     前記分割された複数のコイル辺は、前記固定子の周方向で対向する位置のスロットに分散して配置されたことを特徴とする回転電機。
  6.  請求項1~5のいずれかに記載の回転電機を備えた回転電機装置において、前記回転電機の複数組の多相コイルは、別個のサーボアンプによって独立に駆動されることを特徴とする回転電機装置。
  7.  請求項6に記載の回転電機装置において、前記複数組の多相コイルの同相コイルには、別個のサーボアンプから同相電流で独立に駆動されることを特徴とする回転電機装置。
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