JPH06261479A

JPH06261479A - 電機子巻線

Info

Publication number: JPH06261479A
Application number: JP4361093A
Authority: JP
Inventors: Sukeyasu Mochizuki; 資康望月; Sadayoshi Hibino; 定良日々野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】二層同心巻でありながら巻線による起磁力が
正弦波分布にでき、かつ機械によるコイル挿入が可能で
あると共に、巻線インピーダンスが三相間で平衡する電
機子巻線を得る。【構成】巻線による起磁力が正弦波分布となるように一
つのスロット内のコイル巻回数を各スロット毎に異なら
せた二層同心巻構成にすると共に、その巻線配置を、全
スロットを三分した各分割領域に三相に属する全第１極
コイルを一回のコイル挿入操作で挿入し、前の三分割領
域に対して円周方向に機械角で２π／ｐ（ｐは極数）だ
けずれた次の分割領域に三相に属する全第２極コイルを
挿入する原則に従った配置としてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転電機において巻
線による起磁力分布が正弦波となる巻線分布をもつ電機
子巻線に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機の効率、力率の改善あるいは電磁
振動音の低減などの目的から、一つのスロットの巻線の
巻回数をスロット毎に変化させて、巻線の起磁力分布を
正弦波に近づけようとする正弦波巻線を構成するものが
ある。この正弦波巻線において、従来から巻線方式とし
ては図１４に三相、４極、４８スロット、並列回路数が
２倍のものをもって例示するように重ね巻方式を用いて
いた。

【０００３】図中、番号１〜４８はスロット番号、Ｕ
１、Ｕ２はＵ相のコイル、Ｖ１、Ｖ２はＶ相のコイル、
Ｗ１、Ｗ２はＷ相のコイルを示す。ここで、毎極毎相の
スロット数ｑは、ｑ＝４８／（３×４）＝４である。図
１４において、番号が１から１３のスロット（以下「＃
１〜＃１３」と表記する。以下同様）にわたってコイル
を収納し（コイルピッチ１３）、連続した８個（２×
ｑ）で１コイルを形成し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル
は、それぞれＵ１〜Ｕ２、Ｖ１〜Ｖ２、Ｗ１〜Ｗ２の２
個のコイルを並列に有した重ね巻方式を用いている。こ
の巻線において、一つのスロットの巻回数を各スロット
毎に変化させることにより、巻線分布を変化させ、巻線
の起磁力波形が略正弦波状とし、電動機の諸特性を改善
していた。

【０００４】ここで、各スロット内の巻回数は、巻線に
よる起磁力分布が略正弦波状になり、高周波巻線係数を
０に近づけるように決定されており、例えば、芝浦レビ
ユー、第１３年第８号、「誘導電動機異常現象の理論的
研究」（昭和９年８月大川忠吉氏発表）の中にも詳しく
述べられている。図１５は図１４に示す巻線の各相コイ
ルの配置と一つのスロット内のコイル巻回数の一例が示
されている。図１５において、Ｕ相の第１極コイルＵ１
は、スロット＃１〜＃８とスロット＃１３〜＃２０に分
布し、スロット内の巻回数を５、１３、２１、２８、２
８、２１、１３、５というように変化させ、巻線の起磁
力分布を略正弦波に近づけている。

【０００５】図１６（Ａ）は、この正弦波巻線を施した
場合の起磁力分布を、図１６（Ｂ）は通常の巻線による
場合の起磁力分布を示し、図１７は、それぞれの巻線係
数の比較を示す。これら図１６、図１７からも判るよう
に、正弦波巻線を用いることにより、起磁力分布が正弦
波に近づき、高周波巻線係数も大幅に低減できる。尚、
図１４において、並列回路数が２倍とは外部端子Ｕ−Ｘ
間で形成される極コイル並列回数が２であることをい
う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来では、巻
線が重ね巻の分布になっており、巻線の電機子鉄心への
納め時に工数がかかり、更に機械での巻線納めが不可能
であるという問題があった。また図１４に示す従来の重
ね巻の構成では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルはそれぞれ
２個（ｐ／２、ｐ：極数）となり、４倍の並列回路数を
取ることは各相のコイルが２個しかないために不可能で
あった。

【０００７】従来のその他の重ね巻巻線方式として、図
１８に三相、４極、６０スロット、並列回路数が２倍の
ものを、図１９に三相、４極、７２スロット、並列回路
数が２倍のものを示す。図１８及び図１９においてもＵ
相、Ｖ相、Ｗ相のコイルはそれぞれ２個（ｐ／２）とな
り、これら図からスロット数を変化させても並列回路数
は、１倍、または２倍は可能であるが、並列回路数を４
倍に取ることは不可能であることがわかる。更に、従来
の重ね巻巻線方式として、図２０に三相、６極、７２ス
ロット、並列回路数が３倍の巻線構成を示す。この図か
ら明らかなように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルはそれぞ
れ３個となり、並列回路数は、１倍、または３倍は可能
であるが、２倍、６倍に取ることは不可能である。

【０００８】以上、従来の重ね巻巻線方式では、極数ｐ
に対して各相のコイルがｐ／２個となり、並列回路数を
通常の巻線と同様にｐ倍に取ることが不可能となる。更
に、６極では、並列回路数を２倍に取ることが不可能と
なり、設計の自由度が大幅に落ちてしまうという欠点が
あった。本発明の目的は、巻線の起磁力が正弦波形とな
る二層同心巻巻線構成が得られ、巻線納めの機械化が可
能になり、巻線の並列回路数を比較的自由に選択できる
電機子巻線を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による電機子巻線
は、毎極毎相のスロット数がｑで有り、各スロット毎に
コイル巻回数を異ならせることにより巻線の起磁力分布
を略正弦波分布にするための正弦波巻線を持つ電機子巻
線において、ｑ個の連続コイルからなる毎極毎相のコイ
ルが二層同心巻に収納されることを特徴とるする。この
電機子巻線の好ましい配置構成は、各相の第１極コイル
が全スロット領域を三分した各分割領域内に分散配置さ
れ、かつ、順に各相の次極コイルが全スロット領域を三
分した各分割領域であって前極に対応する各分割領域と
は空間的に即ち円周方向に機械角で２π／ｐ（ｐは極
数）だけずれた分割領域に順次分散配置された状態とな
っていることを特徴とする。

【００１０】

【作用】この電機子巻線は、二層同心巻構成でありなが
ら、正弦波巻線構成となっているため巻線による起磁力
が正弦波分布となるので従来の重ね巻方式正弦波巻線と
同様に歪波がもたらす種々の悪影響を防止でき、さらに
並列回路数の選択可能範囲が従来の重ね巻巻線に比し拡
大されその選択自由度が増す。一方、好ましい巻線配置
によれば、第１回目の三分割領域に三相の各相Ｕ、Ｖ、
Ｗに属する第１極コイルＵ１、Ｖ２、Ｗ３がスロットに
１回の操作で挿入され、これと同一のコイル挿入操作が
次の第２極コイルについて行われ、以後順次最終極のコ
イルへと進行される。このような順を経るコイル挿入操
作は機械により行なうことが可能であり、及びこの巻線
配置構成によると、全相の第１極コイルが電機子コアの
同一半径上に位置し、次極についても同様であるから同
一極のコイルエンドの長さが相間で略同一になり、巻線
インピーダンスが全相間で略平衡する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例につき、図１及び
図３を参照しながら説明する。図中、番号１〜４８はス
ロット番号、Ｕ１〜Ｕ４はＵ相の各極コイル、Ｖ１〜Ｖ
４はＶ相の各極コイル、Ｗ１〜Ｗ４はＷ相の各極コイル
を示す。この実施例では３相、４極、スロット数４８、
巻線の並列回路数が２倍としている。毎極毎相のスロッ
ト数ｑは、（４８／３×４）＝４で、各相の各極コイル
は同心巻に分布された４個の連続コイルからなる二層同
心巻である。この４個が連続コイルに連ねて極コイルが
構成され、全体としては、Ｕ相のコイルＵ１、Ｕ２、Ｕ
３、Ｕ４、Ｖ相のコイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｗ相
のコイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４の計１２個の同心巻形
状のコイルにより構成されている。

【００１２】各極コイルのコイルピッチは夫々１１、
９、７、５である。例えば、Ｕ相の第１極のコイルＵ１
は、＃５〜＃１６にわたって収納したコイル（コイルピ
ッチ１１）と、＃６〜＃１５にわたって収納したコイル
（コイルピッチ９）と、＃７〜＃１４にわたって収納し
たコイル（コイルピッチ７）と、＃８〜＃１３にわたっ
て収納したコイル（コイルピッチ５）とを順に重ねて構
成されている。

【００１３】Ｕ相の他の極及び他相のコイルについても
同様に、コイルピッチを１１、９、７、５の４種類の４
個のコイルを連続させて構成されている。ここで、各ス
ロット毎の巻線の巻回数を図２に示す。この図では各ス
ロットに収納されるコイルの配置を表しているのみであ
り、コイルの上下関係をも示すものではない。スロット
内に収納される巻回数としては、従来と同一であるが、
各相のコイル数は２倍であり、Ｕ相に着目すると、図２
において、Ｕ相の第１極コイルＵ１は、スロット＃５〜
＃８とスロット＃１３〜＃１６に分布し、巻回数をそれ
ぞれ２８、２１、１３、５と５、１３、２１、２８とい
うように変化させ同心形状のコイルを構成している。ま
た、Ｕ相の第２極コイルＵ２は、スロット＃１７〜＃２
０とスロット＃２５〜＃２８に分布し、巻回数をそれぞ
れ２８、２１、１３、５と５、１３、２１、２８という
ように変化させて同心形状のコイルを構成している。Ｕ
相の巻線が収納されるスロット毎に見ると、スロット＃
１〜＃８においては、巻回数が５、１３、２１、２８、
２８、２１、１３、５と変化しており、従来の重ね巻の
場合と同様となり、これにより、巻線の起磁力分布は、
略正弦波状とすることが可能である。

【００１４】また二層同心巻巻線方式であることから、
各スロット内に収納されるコイルの巻回数の合計は、図
２中の、スロット＃１〜＃８の部分に着目してわかるよ
うに、スロット毎の合計巻回数は、３３、３４、３４、
３３と、ほぼどのスロットにおいても均一となり、スロ
ット断面積が有効に活用されていることが判る。図３は
図１に示す巻線構成においての、各相コイルの上下関係
を含む配置と巻回数の一例を示す。図３に示すように、
まずＵ相の全極コイルＵ１〜Ｕ４をスロット内に収納
し、次にＶ相の全極コイルＶ１〜Ｖ４、そして最後にＷ
相の全極コイルＷ１〜Ｗ４を夫々収納する順序を経る。
このように、二層同心巻とすると、一相全極コイルを同
時的に挿入できるため巻線の収納が簡単になり、機械に
よる巻線のスロットへの挿入も可能となる。

【００１５】従って、この第１実施例の巻線構成によれ
ば、従来と同様の正弦波巻線の効果を発揮することがで
き、巻線装置も非正弦波巻線の場合と同様の装置を用い
ることができる。尚、図１に示された巻回構成は、端子
Ｕ−Ｘ間に２個直列の極コイル群が２群並列接続となっ
ており、巻線の並列回路が２である。

【００１６】第２実施例につき、図４及び図５を参照し
ながら説明するに、この実施例のものは図１の実施例と
同様な二層同心巻において、各相の同一極に対応する３
個の極コイルを電機子鉄心の全スロット領域を三分した
各分割領域内に分散配置されるもので、図４に示す如
く、例えばＵ相の第１極コイルＵ１は＃５〜＃１６に、
Ｖ相の第１極コイルＶ１は＃３７〜＃４８の分割領域内
に、Ｗ相の第１極コイルは、＃２１〜＃３２の分割領域
内に夫々配置されている。また、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の第
２極コイルであるＵ２、Ｖ２、Ｗ２も電機子鉄心の全ス
ロット領域を三分した領域であって、前の第１極コイル
群に対応する各分割領域とは空間的に即ち円周方向に機
械角で２π／ｐ（ｐは極数）に相当するπ／２だけずれ
た各分割領域内に配置され、その次の第３極コイルＵ
３、Ｖ３、Ｗ３も電機子鉄心の全スロット領域を三分し
た領域であって、前の第２極コイルに対応する各分割領
域とはπ／２だけずれた分割領域内に配置され、その次
の第４極コイルＵ４、Ｖ４、Ｗ４も電機子鉄心の全スロ
ット領域を三分した領域であって、前の第３極コイルに
対応する各分割領域とはπ／２だけずれた分割領域内に
配置されている。

【００１７】上記コイル群のスロットへの挿入順序は次
の通りである。即ち、まず機械角で２π／３だけ隔たる
各相の第１極コイルＵ１、Ｖ１、Ｗ２を第１の三分割領
域に同時に挿入し、次にやはり２π／３だけ隔たる各相
の第２極コイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２を第２の各分割領域に
同時に挿入し、以下同様に、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３及びＵ
４、Ｖ４、Ｗ４の各極コイルを順次挿入する。これによ
り極数と同数の回数、即ち４回の挿入作業によって全て
のコイルの挿入が完了され、成形工程に移ることにな
る。

【００１８】上述した各コイルの配置関係と挿入順序に
基づき巻装された電機子巻線にあっては、各スロットに
２個のコイル辺が収納され二層同心巻となる。ここで、
各コイルはコイルエンド側から見ると図５に示するよう
に配置されていることになる。この配置関係は、各相の
コイルエンドが極毎に径方向に順に配置され、同一の環
状領域に極コイルが三相分配置された形態であるので巻
線インピーダンスが相間でバランスする。

【００１９】この第２実施例によれば、二層同心巻にお
いても巻線の機械による挿入が可能となる。第３実施例
につき、図６を用いて説明するに、これは４極、スロッ
ト数４８、巻線の並列回路数が４倍を例にしている。こ
こで、各相は極コイルＵ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４、Ｗ１〜
Ｗ４の４個づつからなるので、巻線の並列回路数は端子
Ｕ−Ｘ間で明らかなように４倍に取ることが可能であ
る。従来の重ね巻巻線方式では、各相の極コイルが２個
であり、並列回路数を４倍に取ることができない。した
がって、この実施例を用いることにより、ｐ極におい
て、並列回路数がｐ倍を取ることができ、設計の自由度
が向上する。尚、本発明において、並列回路数が１倍を
取れるのは言うまでもない。

【００２０】第４実施例につき図７〜図１０を参照しな
がら説明する。図７は４極、スロット数６０、並列回路
数が２倍のものを示す。この巻線は二層の同心巻巻線と
して構成され、それぞれそＵ相は極コイルＵ１、Ｕ２、
Ｕ３、Ｕ４、Ｖ相は極コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、
Ｗ相は極コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４からなり、全体
として１２個の同心形状のコイルにより構成されてい
る。この実施例はスロット数を４８から６０に変化させ
ても上記のように、正弦波巻線を二層同心巻にて構成す
ることが可能であることを示している。

【００２１】ここで、図７の並列回路数を２倍から４倍
にした場合の巻線構成を第４実施例の第１の変形例とし
て図８に示す。例えばＵ相について、端子Ｕ−Ｘ間に極
コイルＵ１〜Ｕ４が互いに並列接続され４個の並列回路
が存在する。Ｖ相及びＷ相についても同様である。この
点従来の重ね巻巻線方式では、各相のコイルが２個であ
り、並列回路数を４倍に取ることができない。

【００２２】図９は４極、スロット数７２、並列回路数
が２倍の巻線構成を第２の変形例として示す。この図に
示すように、各極コイルは、二層の同心巻巻線として構
成され、Ｕ相は極コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４から、
Ｖ相は極コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４から、Ｗ相は極
コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４から夫々構成されてい
る。したがって、スロット数を７２と変化させても同様
に正弦波巻線を二層同心巻にて構成することが可能であ
ることがわかる。

【００２３】ここで、図９の並列回路数を２倍から４倍
にした場合の巻線構成を図１０に第３の変形例として示
す。この図から各相が４個の極コイルがＵ１〜Ｕ４、Ｖ
１〜Ｖ４、Ｗ１〜Ｗ４をもつので、巻線の並列回路数を
４倍に取ることが可能であることがわかる。従来の重ね
巻巻線方式では、各相のコイルが２個であり、並列回路
数を４倍に取ることができない。

【００２４】第５実施例につき図１１〜図１３を参照し
て説明する。この実施例は６極、スロット数７２、並列
回路数が３倍の巻線構成を例にしている。この図１１に
示すように、各極コイルは、二層の同心巻巻線として構
成され、それぞそれれＵ相の極コイルＵ１、Ｕ２、Ｕ
３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｖ相の極コイルＶ１、Ｖ２、Ｖ
３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｗ相の極コイルＷ１、Ｗ２、Ｗ
３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を有し、合計１８個の同心巻形状
のコイルにより構成されている。したがって、極数が４
極から６極に変化しても本発明により正弦波巻線を二層
同心巻にて、構成することが可能であることが理解され
る。

【００２５】更に、各相に極コイルＵ１〜Ｕ６、Ｖ１〜
Ｖ６、Ｗ１〜Ｗ６が６個づつあるので、巻線の並列回路
数を２倍または６倍に取ることが可能である。従来の重
ね巻巻線方式では、各相の極コイルが３個であり、並列
回路数を２倍、６倍に取ることができない。図１２は６
極、スロット数７２、並列回路数を２倍とした場合の巻
線構成を、及び図１３は６極、スロット数７２、並列回
路数を６倍にした場合の巻線構成を夫々第５実施例の第
１及び第２の変形例として示す。したがって、本構成を
用いることにより、６極において、並列回路数が２倍を
取ることができ、設計の自由度が向上する。

【００２６】これまで述べた実施例では４極４８スロッ
ト、４極６０スロット、４極７２スロット、６極７２ス
ロットの例を説明したが、本発明はこれらに限定される
ものではなく、他の極数、スロット数に適用することが
可能であることは勿論である。又、本発明の実施にお
いては、巻線機における巻回数を予め任意の値に設定し
ておくことにより、自動的にターン数を変化させたコイ
ルを作製することが可能であり、更に、機械による巻線
納めも可能となるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば正弦
波巻線構成を、二層の同心巻に構成しているのでコイル
の挿入作業が簡単になると共にコイル挿入の機械化も可
能となり、又、極数、スロット数及び巻線の並列回路数
が、従来の非正弦波巻線構成と同一に設定できる上に、
各相のコイル数が極数と同数個であるので、並列回路数
の選択範囲が広くなり設計の自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の正弦波巻線を示すコイル
展開図

【図２】第１実施例におけるスロット内コイルの巻回数
を示す説明図

【図３】第１実施例における巻線のコイル配置説明図

【図４】第２実施例を示す図３相当図

【図５】第２実施例のコイルエンドの分布図

【図６】第３実施例を示す図１相当図

【図７】第４実施例を示す図１相当図

【図８】第４実施例の第１の変形例を示す図１相当図

【図９】第４実施例の第２の変形例を示す図１相当図

【図１０】第４実施例の第３の変形例を示す図１相当図

【図１１】第５実施例を示す図１相当図

【図１２】第５実施例の第１の変形例を示す図１相当図

【図１３】第５実施例の第２の変形例を示す図１相当図

【図１４】従来の重ね巻巻線を示す展開図

【図１５】図１４に示す巻線の図３相当図

【図１６】巻線の起磁力分布を示す図

【図１７】巻線係数の対照図

【図１８】三相４極、６０スロット、並列回数２倍の従
来例を示す図１４相当図

【図１９】図１８においてスロット数を７２に変更した
場合の従来構成を示す図１４相当図

【図２０】三相６極、７２スロット、並列回路数が３倍
の従来例を示す図１４相当図

【符号の説明】

Ｕ１〜Ｕ６…Ｕ相極コイル、Ｖ１〜Ｖ６…Ｖ相極コイ
ル、Ｗ１〜Ｗ６…Ｗ相極コイル、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ，
Ｚ…端子、１〜７２…スロット番号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】毎極毎相のスロット数がｑであり、各ス
ロット毎にその巻回数を異らせることにより、巻線の起
磁力分布を略正弦波分布にするための正弦波巻線をもつ
電機子巻線において、ｑ個の連続コイルからなる毎極毎
相のコイルが二層同心巻に収納されてなることを特徴と
する電機子巻線。
【請求項２】三相の各相の第１極コイルが全スロット
領域を三分した各分割領域内に分散配置され、且つ、順
に各相の次極コイルが全スロット領域を三分した領域で
あって前極に対応する各分割領域とは空間的に機械角で
２π／ｐ（ｐは極数）だけずれた分割領域に順次分散配
置された状態となっていることを特徴とする請求項１記
載の電機子巻線。
【請求項３】極数がｐであり、及び巻線の並列回路数
がｐ倍であることを特徴とする請求項１記載の電機子巻
線。
【請求項４】極数が６であり、及び巻線の並列回路数
が２倍であることを特徴とする請求項１記載の電機子巻
線。