JPH01264540A - 可変周波数駆動による電動機巻線 - Google Patents
可変周波数駆動による電動機巻線Info
- Publication number
- JPH01264540A JPH01264540A JP9020888A JP9020888A JPH01264540A JP H01264540 A JPH01264540 A JP H01264540A JP 9020888 A JP9020888 A JP 9020888A JP 9020888 A JP9020888 A JP 9020888A JP H01264540 A JPH01264540 A JP H01264540A
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- Japan
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- coil
- motor
- surge
- motor winding
- voltage
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- Pending
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- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は可変周波数電源等により、回転制御される電動
機巻線に関する。
機巻線に関する。
（従来の技術）
近年、その保守や操作の容易性などの使用面や、大容量
でスイッング特性のすぐれたトランジスタなどの半導体
技術、制御技術の向上などにより誘導電動機（以下、モ
ータという）を可変周波数電源（以下、インバータとい
う）を用いて、回転制御されることが多い。この際、モ
ータとインバータとを長いケーブルで接続、例えば１０
ｍ以上接続して使用する形態がしばしば見られる。
でスイッング特性のすぐれたトランジスタなどの半導体
技術、制御技術の向上などにより誘導電動機（以下、モ
ータという）を可変周波数電源（以下、インバータとい
う）を用いて、回転制御されることが多い。この際、モ
ータとインバータとを長いケーブルで接続、例えば１０
ｍ以上接続して使用する形態がしばしば見られる。
又、インバータの出力電圧は直流電圧を半導体素子の組
み合わせのスイッチにより、チョッピングした急峻なパ
ルス群であり、このパルス群の周波指数はｌＫＨ２〜３
０ＫＩＺとのその用途、機能により制御方法も異なり、
広範囲なものである。特に先の周波数の高い場合は半導
体素子のスイッチング性能の向上もあって、出力電圧波
形の立ち上り時間は１／１００〜１／１０マイクロ秒（
μＳ）と非常に早いものである。
み合わせのスイッチにより、チョッピングした急峻なパ
ルス群であり、このパルス群の周波指数はｌＫＨ２〜３
０ＫＩＺとのその用途、機能により制御方法も異なり、
広範囲なものである。特に先の周波数の高い場合は半導
体素子のスイッチング性能の向上もあって、出力電圧波
形の立ち上り時間は１／１００〜１／１０マイクロ秒（
μＳ）と非常に早いものである。
このため、先の長い電源ケーブルは出力電圧波形の早い
立ち上り時間のために分布定数回路となる。この様な電
源ケーブルの特性インピーダンスは一般に数十〜数百Ω
と低いものである。この電源ケーブルに接続されるモー
タの特性インピーダンスは容量によっても異なるか、数
百〜数千ｋＷの低圧モータでは数千Ωと電源ケーブルに
比べ１０〜１００倍と大きいものである。この時、イン
バ−夕の出力電圧、（以下、インバータパルスという）
はケーブルを伝幡し、モータの高い特性インピーダンス
のために反射することが知られている。この状態を一般
に不整合と呼んでいる。この時、モータの端子側で発生
する電圧は回路の定数により定まるが、最大でインバー
タパルスの２倍が発生し、振動、減衰する電圧波形がモ
ータのコイルに加わることになる。
立ち上り時間のために分布定数回路となる。この様な電
源ケーブルの特性インピーダンスは一般に数十〜数百Ω
と低いものである。この電源ケーブルに接続されるモー
タの特性インピーダンスは容量によっても異なるか、数
百〜数千ｋＷの低圧モータでは数千Ωと電源ケーブルに
比べ１０〜１００倍と大きいものである。この時、イン
バ−夕の出力電圧、（以下、インバータパルスという）
はケーブルを伝幡し、モータの高い特性インピーダンス
のために反射することが知られている。この状態を一般
に不整合と呼んでいる。この時、モータの端子側で発生
する電圧は回路の定数により定まるが、最大でインバー
タパルスの２倍が発生し、振動、減衰する電圧波形がモ
ータのコイルに加わることになる。
この様な電圧を一般にサージと称しているため以下、単
にサージという。
にサージという。
ところが更に不都合なことにはモータの巻線が、数十タ
ーン前後の単位コイルを複数個直列に接続した、いわゆ
る分布巻きコイルになっていることから、先のサージが
その立ち上り速度に依存して各コイルに分担する。
ーン前後の単位コイルを複数個直列に接続した、いわゆ
る分布巻きコイルになっていることから、先のサージが
その立ち上り速度に依存して各コイルに分担する。
この状態を例えば４極３．７ｋＷのモータで各コイル毎
にモータに加わる電圧を１００とした時のパーセントで
示したものを第３図に示した。
にモータに加わる電圧を１００とした時のパーセントで
示したものを第３図に示した。
第３図はモータの電源端子に最も近いコイルを第１コイ
ルとして順にスターポイントに向って２゜３．４・・・
コイルとして、サージの波頭長を変えた時のサージの分
担率を示したものであるが、サージの立ち上りが速いほ
ど第１コイルの分担率が増大し、波頭長Ｔｆが０．２μ
ｓｅｃでは６０〜７０％となることが判る。
ルとして順にスターポイントに向って２゜３．４・・・
コイルとして、サージの波頭長を変えた時のサージの分
担率を示したものであるが、サージの立ち上りが速いほ
ど第１コイルの分担率が増大し、波頭長Ｔｆが０．２μ
ｓｅｃでは６０〜７０％となることが判る。
このため上記のようなサージによってはコイルの素線絶
縁被覆が破壊したり、又、コイルの素線絶縁の被膜に存
在するピンホールや加工時に発生する間部の傷曹で破壊
する。更には部分放電により長時間かかって絶縁被膜が
劣化し、やがてモータの焼損事故を招くおそれがある。
縁被覆が破壊したり、又、コイルの素線絶縁の被膜に存
在するピンホールや加工時に発生する間部の傷曹で破壊
する。更には部分放電により長時間かかって絶縁被膜が
劣化し、やがてモータの焼損事故を招くおそれがある。
そのため、従来は素線絶縁の被膜の厚さを増大させ、素
線絶縁の耐電圧を上げるこ点によ！対策している。
線絶縁の耐電圧を上げるこ点によ！対策している。
（発明が解決しようとする課題）
従来の技術で素線の被膜厚さを上げることで第１コイル
の絶縁耐力を上げることができる。しかし、この様に製
造したコイルは以下にのべる理由により、被膜の薄いコ
イルに比べ等価直列静電容量が小さくなるため、第１コ
イルのサージ電圧分担率が上昇し、被膜を厚くし絶縁耐
力を上昇させたことによる効果も期待できなくなる欠点
を有している。又、単に被膜厚さを薄くし、先にのべた
等価直列静電気容量を増加しただけでは、第１コイルの
サージ電圧分担率を低下させることは可能であるが、被
膜が薄いことは絶縁耐力の低下を招き、特にモータコイ
ル製造時に発生する加工・傷の影響を受は易く、コイル
の絶縁破壊につながる結果となる。 − さて、モータのコイルは先にのべた立ち上・りの速いサ
ージに対しては、第４図に示した、様な静電容量Ｃとに
、インダクタンスＬ、抵抗Ｒを組み合せた分布定数回路
として表現される。この回路について、電圧印加瞬時の
初期電位分布について基本条件より導いた微分方程式を
求めると、（１）式が得られる。
の絶縁耐力を上げることができる。しかし、この様に製
造したコイルは以下にのべる理由により、被膜の薄いコ
イルに比べ等価直列静電容量が小さくなるため、第１コ
イルのサージ電圧分担率が上昇し、被膜を厚くし絶縁耐
力を上昇させたことによる効果も期待できなくなる欠点
を有している。又、単に被膜厚さを薄くし、先にのべた
等価直列静電気容量を増加しただけでは、第１コイルの
サージ電圧分担率を低下させることは可能であるが、被
膜が薄いことは絶縁耐力の低下を招き、特にモータコイ
ル製造時に発生する加工・傷の影響を受は易く、コイル
の絶縁破壊につながる結果となる。 − さて、モータのコイルは先にのべた立ち上・りの速いサ
ージに対しては、第４図に示した、様な静電容量Ｃとに
、インダクタンスＬ、抵抗Ｒを組み合せた分布定数回路
として表現される。この回路について、電圧印加瞬時の
初期電位分布について基本条件より導いた微分方程式を
求めると、（１）式が得られる。
Ｘ２ Ｋ
α２ ＝ Ｃ／’Ｋ とおいて、（１）式の一般解を
求めると、（２）式が得られる。
求めると、（２）式が得られる。
ｅ＝ａ ｓｉｎ、ｈ α Ｘ＋ｂ ｃ
ｏｓｈ ａＸ・・・ （２） ここで、Ｘはコイル中性点（スターポイント）からの距
離、Ｃは全対地静電容量、Ｋは全直列静電容量、ｅはコ
イル中性点からの距離Ｘ部の電圧、ａ、ｂは定数である
。（２）式を初期条件Ｘ＝０でｅ＝ｏ、Ｘ−４でｅ＝Ｅ
とすると、 ａ−Ｅ／ｓ ｉ ｎｈ ａ、ｂ＝０どなり、（３）式
％式％ ここでα−ｙε）Σ〒−１Ｅは印加電圧である。
ｏｓｈ ａＸ・・・ （２） ここで、Ｘはコイル中性点（スターポイント）からの距
離、Ｃは全対地静電容量、Ｋは全直列静電容量、ｅはコ
イル中性点からの距離Ｘ部の電圧、ａ、ｂは定数である
。（２）式を初期条件Ｘ＝０でｅ＝ｏ、Ｘ−４でｅ＝Ｅ
とすると、 ａ−Ｅ／ｓ ｉ ｎｈ ａ、ｂ＝０どなり、（３）式
％式％ ここでα−ｙε）Σ〒−１Ｅは印加電圧である。
（３）式の結果を図示すると、第５図に示した通りとな
る。第５図はサージ・分担電圧ｅ・を百分率で表すため
にＥを１００とし、回路定数であるαをパラメータにし
て、横軸はコイルの全長を１とした時のスターポイント
からの距離を割合で示し、縦軸は先の電圧分担率で示し
たものである。
る。第５図はサージ・分担電圧ｅ・を百分率で表すため
にＥを１００とし、回路定数であるαをパラメータにし
て、横軸はコイルの全長を１とした時のスターポイント
からの距離を割合で示し、縦軸は先の電圧分担率で示し
たものである。
゛第５゛図から明らかなようにサージの電圧分担率はα
に依存し、αつまりはＣとＫの比が大きいはど大きくな
ることがいえる。
に依存し、αつまりはＣとＫの比が大きいはど大きくな
ることがいえる。
ここで、回路定数αについて検討すると、Ｋ／ΔＸはモ
ータコイル１ずっが持つ、インダクタンスし・△Ｘに並
列に入る等価的な静電容量で、具体的にはコイルの素線
絶縁の材質（比誘電率の大小）及び幾何的な寸法、構造
、配置により決定されるものである。又、Ｃ・△Ｘはコ
イルの鉄心１に対する静電容量と、回転子あるいは隣り
合ったコイルのコイルエンドを介して鉄心に静電結合し
ている静電容量を合成した接地部に対する静電容量であ
る。具体的には第１図の鉄心１とコイル４間のスロット
絶縁（比誘電率の大小）及び幾何的な寸法、構造、配置
で決定されるものである。
ータコイル１ずっが持つ、インダクタンスし・△Ｘに並
列に入る等価的な静電容量で、具体的にはコイルの素線
絶縁の材質（比誘電率の大小）及び幾何的な寸法、構造
、配置により決定されるものである。又、Ｃ・△Ｘはコ
イルの鉄心１に対する静電容量と、回転子あるいは隣り
合ったコイルのコイルエンドを介して鉄心に静電結合し
ている静電容量を合成した接地部に対する静電容量であ
る。具体的には第１図の鉄心１とコイル４間のスロット
絶縁（比誘電率の大小）及び幾何的な寸法、構造、配置
で決定されるものである。
この様に見てくると、サージの分担率は最も不平等分布
となるサージ侵入（印加）直後には、コイルのインダク
タンスは影響せずＣとＫの比の１／２乗により決めるの
が判る。又、不平等分担を少なくするにはＣをできるだ
け小さくし、Ｋは逆にできる限り大きくする必要かある
のが判る。
となるサージ侵入（印加）直後には、コイルのインダク
タンスは影響せずＣとＫの比の１／２乗により決めるの
が判る。又、不平等分担を少なくするにはＣをできるだ
け小さくし、Ｋは逆にできる限り大きくする必要かある
のが判る。
このαを小さくするだめの手段として、モータの固定子
コイルの設計上からは次の点が上げられる。
コイルの設計上からは次の点が上げられる。
まずＣを小さくするには固定子鉄心１の積厚を短くし、
スロット絶縁３を厚くし、比誘電率の小さい材料を選定
する事で可能であるが、スロット面積が減少しコイル挿
入性が悪くなる。又、Ｋを増大させる手法として乱巻き
コイルといえどもｎターン目とｎ＋１ターン目が可能な
限り隣接する様に固定子鉄心スロット２に挿入すること
で可能であるが、この方法は乱巻きコイルの製造方法上
限界がある。
スロット絶縁３を厚くし、比誘電率の小さい材料を選定
する事で可能であるが、スロット面積が減少しコイル挿
入性が悪くなる。又、Ｋを増大させる手法として乱巻き
コイルといえどもｎターン目とｎ＋１ターン目が可能な
限り隣接する様に固定子鉄心スロット２に挿入すること
で可能であるが、この方法は乱巻きコイルの製造方法上
限界がある。
本発明はこれらを改良したもので、各コイルのサージ分
担率を均等分布に近づけ電動機巻線の焼損防止すること
を目的とする。
担率を均等分布に近づけ電動機巻線の焼損防止すること
を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は可変周波数電源により回転制御される電動機巻
線に於いて、コイルの持つ対地静電容量Ｃと、コイルの
等価直列静電容量にとの比の１／２乗の値（、へヨワ７
ｉ−）を３．０以下とした可変周波数駆動による電動機
巻線である。
線に於いて、コイルの持つ対地静電容量Ｃと、コイルの
等価直列静電容量にとの比の１／２乗の値（、へヨワ７
ｉ−）を３．０以下とした可変周波数駆動による電動機
巻線である。
（作 用）
即ち、鉄心スロット絶縁に使用するシートの比誘電率よ
りコイルの素線絶縁材の比誘電率を大きくすることによ
り、上記Ｅ７〒が小となって従来より第１コイルのサー
ジ分担率が小さくなり、全コイルのサージ分担率を均等
分布に近づけるので、極部的にサージ電圧が印加されず
電動機巻線の焼損を防止することができる。
りコイルの素線絶縁材の比誘電率を大きくすることによ
り、上記Ｅ７〒が小となって従来より第１コイルのサー
ジ分担率が小さくなり、全コイルのサージ分担率を均等
分布に近づけるので、極部的にサージ電圧が印加されず
電動機巻線の焼損を防止することができる。
（実施例）
以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。第
１図は本発明のコイルを挿着した固定子鉄心の断面図で
、第２図はこれの斜視図である。
１図は本発明のコイルを挿着した固定子鉄心の断面図で
、第２図はこれの斜視図である。
図に於いて、ポリ沸化ビニリデン（比誘電率ε５−８）
を銅線表面にコーティングしたマグネットワイヤーを、
巻枠上に複数本並べて（以下パラ巻という）同時に規定
回数巻回し、並列状態のマグネットワイヤー両端を短絡
しコイル４を形成する。
を銅線表面にコーティングしたマグネットワイヤーを、
巻枠上に複数本並べて（以下パラ巻という）同時に規定
回数巻回し、並列状態のマグネットワイヤー両端を短絡
しコイル４を形成する。
そしてスロット２にポリ沸化エチレン（ε５＝２）を絶
縁物として挿着後、前記コイル４を挿入する。
縁物として挿着後、前記コイル４を挿入する。
この動作の繰り返しにより全スロット２にコイル４を挿
入し、形成されたコイルエンド６の相間にはポリ沸化エ
チレン製のシートで成る相間絶縁５を挾み、コイルエン
ド６外周をポリエステル収縮コードで緊縛する。その後
、ワニス処理し硬化後固定子鉄心１を従来と同様に図示
しない固定子枠に圧入し電動機を形成させる。
入し、形成されたコイルエンド６の相間にはポリ沸化エ
チレン製のシートで成る相間絶縁５を挾み、コイルエン
ド６外周をポリエステル収縮コードで緊縛する。その後
、ワニス処理し硬化後固定子鉄心１を従来と同様に図示
しない固定子枠に圧入し電動機を形成させる。
次に作用について説明する。
マグネットワイヤーの被膜に使用したポリ沸化ビニリチ
ンの比誘電率は、従来のポリエステル線に比べ２〜３倍
と大きい。これはコイルの等価直列静電容量Ｋが大きく
なったことに相当する。−方、スロット絶縁とコイルエ
ンドの６の相間絶縁５に用いたポリ沸化エチレンが、従
来のポリエステルフィルムに対する静電容量を１／２〜
１／３に低くすることができ、コイルの対地静電容量Ｃ
を小さくすることかできる。これにより回路定数αは従
来のコイルに比べ１／２〜１／３に小さくすることがで
きる。
ンの比誘電率は、従来のポリエステル線に比べ２〜３倍
と大きい。これはコイルの等価直列静電容量Ｋが大きく
なったことに相当する。−方、スロット絶縁とコイルエ
ンドの６の相間絶縁５に用いたポリ沸化エチレンが、従
来のポリエステルフィルムに対する静電容量を１／２〜
１／３に低くすることができ、コイルの対地静電容量Ｃ
を小さくすることかできる。これにより回路定数αは従
来のコイルに比べ１／２〜１／３に小さくすることがで
きる。
αを小さくすることが、先にものべた様にサージの不平
等分担を緩和し、第５図に示した平等分担α−０に近づ
くことになる。本発明においては従来コイルのαが５〜
６．０に対し、１．５〜３と小さくすることができた。
等分担を緩和し、第５図に示した平等分担α−０に近づ
くことになる。本発明においては従来コイルのαが５〜
６．０に対し、１．５〜３と小さくすることができた。
実測結果によれば従来コイルの第１コイル分担率６０〜
７０％に対し、本発明においては同コイルの分担率が２
０〜３０％と平等分担率の１７％に近くなっている。
７０％に対し、本発明においては同コイルの分担率が２
０〜３０％と平等分担率の１７％に近くなっている。
これにより、第１コイルへの不平等分布が緩和され、モ
ータコイルへサージが侵入する際においても、第１コイ
ルでの絶縁破壊が無くなり、インバータでモータ駆動時
の信頼性を向上ならしめるものである。
ータコイルへサージが侵入する際においても、第１コイ
ルでの絶縁破壊が無くなり、インバータでモータ駆動時
の信頼性を向上ならしめるものである。
（他の実施例）
本発明における使用材料はいずれにおいても耐熱性が高
く、加工低下の少ない材料であれば良く、第４図に示し
たＣとＫの値かＣに比べＫの値が十分大きくなるもので
あれば良く、その巻線方法、構造は特に限定されるもの
では無い。
く、加工低下の少ない材料であれば良く、第４図に示し
たＣとＫの値かＣに比べＫの値が十分大きくなるもので
あれば良く、その巻線方法、構造は特に限定されるもの
では無い。
［発明の効果］
本発明においては、インバータ駆動時にモー夕端子に発
生するサージのコイル内サージ電圧分担率を均等ならし
めるものであり、従来の技術で生じた第１コイルでの不
平等分担より生じるコイル焼損事故を皆無とするもので
ある。
生するサージのコイル内サージ電圧分担率を均等ならし
めるものであり、従来の技術で生じた第１コイルでの不
平等分担より生じるコイル焼損事故を皆無とするもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は鉄心にコイルを挿入した状態の断面図、第２図
は第１図の斜視図、第３図はサージのコイル内侵入時の
各コイル毎の電位分担率を示す図、第４図はモータコイ
ルの等価分布定数回路図、第５図はａと電位分担率との
関係図である。 １・・・固定子鉄心、 ３・・・スロット絶縁、４・・
・コイル、 ５・・・相間絶縁、６・・・コイルエンド
。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 汗ＩＷ 第Ｓ図
は第１図の斜視図、第３図はサージのコイル内侵入時の
各コイル毎の電位分担率を示す図、第４図はモータコイ
ルの等価分布定数回路図、第５図はａと電位分担率との
関係図である。 １・・・固定子鉄心、 ３・・・スロット絶縁、４・・
・コイル、 ５・・・相間絶縁、６・・・コイルエンド
。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 汗ＩＷ 第Ｓ図
Claims (1)
- （１）可変周波数電源により回転制御される電動機巻線
において、コイルの持つ対地静電容量Ｃと、コイルの等
価直列静電容量Ｋとの比の１／２乗の値（√［Ｃ／Ｋ］
）を３．０以下としたことを特徴とする可変周波数駆動
による電動機巻線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9020888A JPH01264540A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 可変周波数駆動による電動機巻線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9020888A JPH01264540A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 可変周波数駆動による電動機巻線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264540A true JPH01264540A (ja) | 1989-10-20 |
Family
ID=13992067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9020888A Pending JPH01264540A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | 可変周波数駆動による電動機巻線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01264540A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0827261A1 (de) * | 1996-08-28 | 1998-03-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Pulsrichtergespeiste elektrische Maschine |
| JP2009219234A (ja) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Nippon Soken Inc | 三相交流回転電機 |
| JP2010035253A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Toyota Motor Corp | 相間絶縁部材 |
-
1988
- 1988-04-14 JP JP9020888A patent/JPH01264540A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0827261A1 (de) * | 1996-08-28 | 1998-03-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Pulsrichtergespeiste elektrische Maschine |
| JP2009219234A (ja) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Nippon Soken Inc | 三相交流回転電機 |
| JP2010035253A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Toyota Motor Corp | 相間絶縁部材 |
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