JPH09233789A - 電動機用構成部品 - Google Patents

電動機用構成部品

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JPH09233789A
JPH09233789A JP8057012A JP5701296A JPH09233789A JP H09233789 A JPH09233789 A JP H09233789A JP 8057012 A JP8057012 A JP 8057012A JP 5701296 A JP5701296 A JP 5701296A JP H09233789 A JPH09233789 A JP H09233789A
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winding
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Senak Peter Jr
ピータ、セナク、ジューニア
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Dana Inc
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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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles

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  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二相電動機を、外部サーキットリー又は付加
的サーキットリーを全く使用しないで三相電気エネルギ
ー源で直接動作させることができる電動機用の巻線構造
を提供することにある。 【解決手段】 第1相は、第1組の固定子極A,Cに設
けられ、第1の電流発生回路32に接続した第1組の巻
線30,31を備えている。すなわち第1相は第1電流
発生回路32からの出力電流によつてだけ付勢される。
第2相は、第2組の固定子B,Dに設けられ、第2の電
流発生回路35に接続した第2組の巻線33,34と、
固定子極B,Dに設けられ、第3の電流発生源38に接
続した第3組の巻線36,37とを備えている。第2組
と第3組の巻線は反対の向きに巻かれている。第2相
は、第2電流発生回路からの出力電流から第3電流発生
回路38からの出力電流を差引いた電流によつて付勢さ
れる。これ等の2つの相に対する入力電流信号は、90
゜の位相差を示し、二相電動機を動作させる際に使うの
に十分適合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に電動機用巻線に
関する。ことに本発明は、二相電動機を三相の電気エネ
ルギー源から作動させることのできる巻線構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電動機は、電気エネルギーを機械的回転
エネルギーに変換するよく知られた装置である。このた
めに電動機は電磁界を生じ、これを制御し、所望の機械
的回転運動が生ずるようにする。電動機の2つの基本的
部品は、(1)典型的には回転電磁界を生ずる一般に固
定子(stator)と呼ばれる固定部品と、(2)回
転磁界により駆動される一般に回転子(rotor)と
呼ばれる回転部品とである。通常電線から成る1組の巻
線を電磁界を生ずるように固定子に設けてある。
【0003】多くの電動機は、電動機内の巻線の組に交
流電流を送る電気エネルギー源から作動するように構成
してある。このような電気エネルギー源は、巻線を経て
時間に従い方向を変える電流の流れを生ずる。電気エネ
ルギーの最も簡単な形の交流電源は、単相システムであ
る。単相システムでは、電動機内の単一の組の巻線に単
一の電線を経て単一の流れの電流を送る。多くの家庭は
単相交流用に配線してある。そしてこのような家庭に認
められる多くの電気駆動装置は単相電動機で構成してあ
る。
【0004】しかし多くの電動機は、交流の多重相電源
から作動するように構成してある。交流の二相システム
は、電動機内の各別の組の巻線に接続した各別の電線を
持つ電気的に別個の2つの単相システムとして考えられ
る。各電線を流通する各電流は、流れの方向に同時にで
はないが交番する。むしろ電動機の第2相の電流の流れ
は、この電動機の第1相の電流の流れから所定量だけ電
気的にオフセットしている(offset)。通常電気
エネルギー源からの2つの相は1/4サイクル又は90
゜だけ互いにオフセットしている。三相システムでは、
電気エネルギー源からの三つの相は、1/3サイクル又
は120゜だけ相互にオフセットしている。単相、二相
及び三相の電気エネルギー源は、これ等のエネルギー源
により駆動されるようにした単相、二相及び三相の電動
機として当業界にはよく知られている。
【0005】二相電動機は定速用途に一般的に使われ、
そして一定周波数の二相の電流を生ずる電気エネルギー
源は、よく知られているもので容易に利用できる。若干
の用途では、二相電動機を可変の速度で作動することが
望ましい場合がある。しかし可変の周波数の二相の電流
を生ずる電気エネルギー源は利用することが容易でな
い。しかし可変周波数の三相の電流を生ずる電気エネル
ギー源はよく知られ容易に利用できる。すなわち三相可
変周波数の電気エネルギー源がスコット(scott)
T変圧器回路のような外部回路により二相電動機に使う
のに適していることはよく知られている。このような外
部回路は、有効ではあるが電動機全体の費用、寸法及び
複雑さを増すことが分っている。従って二相電動機を、
外部サーキットリー(external circui
try)又は付加的なサーキットリー(additio
nal circuitry)は全く使用しないで三相
電気エネルギー源で直接動作させることのできる構造を
提供することが望ましい。
【0006】
【発明の開示】本発明は、二相電動機を三相電気エネル
ギー源から作動することのできる電動機用巻線構造に関
する。この電動機は、形状が一般に中空円筒形で複数の
半径方向内方に延びる固定子極を持つ固定子を備えてい
る。円筒形の回転子アセンブリは、固定子内に相対回転
運動するように同軸に支えてある。この電動機の第1の
相は、第1組の固定子極に設けられ、第1の電流発生回
路に接続した第1組の巻線を備えている。すなわち電動
機の第1相は、第1の電流発生回路からの出力電流によ
つてだけ付勢される。この電動機の第2相は、第2組の
固定子極に設けられ、第2の電流発生回路に接続された
第2組の巻線を備えている。この電動機の第2相はさら
に、第2組の巻線と共に同じ第2組の固定子極に設けた
第3組の巻線を備えている。これ等の第3組の巻線は、
第3の電流発生回路に接続され、第2組の巻線とは反対
の向きに巻いてある。すなわちこの電動機の第2相は、
第3の電流発生回路からの出力電流を差引いた第2の電
流発生回路からの出力電流により付勢される。すなわち
これ等の2つの相に対する入力電流信号は90゜の位相
差を示し、これ等の電流信号が三相電気エネルギー源か
ら二相電動機を作動する際に使うのに十分適合する。
【0007】本発明の種々の目的及び利点は、添付図面
による好適な実施例についての以下の詳細な説明から明
らかである。
【0008】
【実施例】添付図面で図1には誘導同期電動機10の機
械的基本構造を例示してある。誘導同期電動機10は、
形状が一般に中空円筒形の固定子11を備えている。複
数の半径方向内方に延びる固定子極12は、固定子11
に形成され、その全長にわたり縦方向に延びている。固
定子極12は、A1及びA2、B1及びB2、C1及び
C2、D1及びD2に示すように互いに対向する対にし
て設けるのがよい。すなわち図示の固定子11には8個
の固定子極12を設けてある。例示した8個の固定子極
12は、相互に45゜の均等な間隔を置いている。しか
し一層多数の又は一層少数の固定子極12を設けてもよ
い。
【0009】各固定子極12は、横断面形状が大体にお
いて長方形である。各固定子極12の半径方向の最も内
方の面に複数の(図示の実施例では5個の)歯13を設
けてある。固定子歯13は協働する固定子極12にわた
り縦方向に延びている。固定子11及び固定子極12
は、鉄のような透磁性材料(magnetically
permeable material)で形成する。
後述のように固定子極対A1,A2及びC1,C2は誘
導同期電動機を作動のために付勢する第1相を表わす
が、固定子極B1,B2及びD1,D2は誘導同期電動
機を作動のために付勢する第2相を表わす。
【0010】円筒形の回転子アセンブリ15は、固定子
11内に相対的回転運動するように同軸に支えてある。
回転子アセンブリ15は、第1の回転子極部分17を一
緒に回転するように固定した軸16を備えている。第1
の回転子極部分17は、その外面に半径方向外方に延び
る複数(図示の実施例では50個)の歯17aを形成し
てある。同様に回転子アセンブリ15は、これと一緒に
回転するように固定した第2の回転子極部分18を備え
ている。第2の回転子極部分18はその外面に半径方向
外方に延びる複数の(図示の実施例では同様に50個)
の歯18aを形成してある。第1及び第2の回転子極部
分17,18は共に鉄のような透磁性材料で形成してあ
る。
【0011】第1の回転子極部分17に設けた歯17a
と、第2の回転子極部分18に設けた歯18aとは互い
に同じ寸法及びピッチを持つように形成してある。しか
し固定子11に設けた歯13は通常、歯17a,18a
とは異なるピッチを持つように形成してある。第1の回
転子極部分17に設けた歯17aは、第2の回転子極部
分18に設けた歯18aに軸線方向に整合していない。
むしろ第1の回転子極部分17に設けた歯17aは、第
2の回転子極部分18に設けた歯18aから1/2歯ピ
ッチだけオフセットしている。すなわち第1の回転子極
部分17に設けた歯17aが、固定子11に設けた歯1
3に整合するときは、第2の回転子極部分18に設けた
歯18aは、図1に示すように固定子11に設けた歯1
3の間の谷に整合する。
【0012】永久磁石19は回転子の軸16に第1の回
転子極部分17及び第2の回転子極部分18の間に取付
けてある。図1から明らかなように永久磁石19によ
り、第1の回転子極部分17全体に北極磁化を生じさせ
る。磁石19はさらに第2の回転子極部分18全体に南
極磁化を生じさせる。
【0013】図2は二相電気エネルギ−源により二相電
動機として作動させることのできる前記した基本的誘導
同期電動機10旧の従来の巻線構造を示す。図示のよう
に二相電動機の第1相は、それぞれ互いに対向する固定
子極対A1,A2及びC1,C2に設けた第1の対の巻
線20,21を備えている。第1の対の巻線20,21
は第1の電流発生回路22に直列に(図示のように)又
は並列に接続してある。第1の対の巻線20、21は互
いに反対の向きに巻かれ、これ等の巻線が付勢されると
きは、固定子極A1,A2(巻線20を配置してある)
の歯13と、固定子極C1,C2(巻線21を配置して
ある)の歯13とが互いに反対の極性の磁化を示すよう
にする。
【0014】同様に二相電動機の第2相は、それぞれ対
向する固定子極対B1,B2及びD1.D2に設けた第
2の対の巻線22、24を備えている。第2の対の巻線
23、24は、第2の電流発生回路25に直列に(図示
のように)又は並列に接続してある。第2の対の巻線2
3、24は互いに反対の向きに巻かれ、これ等の巻線が
付勢されるときに、固定子極B1,B2(巻線23を配
置した)の歯13と、固定子極D1,D2(巻線24を
配置した)の歯13とが互いに反対の極性の磁化を示す
ようにする。
【0015】電流発生回路22、25は、誘導同期電動
機10を作動する二相電気エネルギ−源の2つの相を表
わす。電流発生回路23、25は、共に当業界では普通
のもので、それぞれ電動機の第1相の巻線20、21を
経て又電動機の第2相の巻線23、24を経て選択的に
電流を流すようにしてある。電流発生回路22、25に
より発生する電流は、任意普通の形のものでよい。たと
えば電流は、誘導同期電動機10の同期自走動作(sy
nchronous free−running op
eration)のために性質が連続時変性である[c
ontinuously time varying]
(たとえば正弦波入力信号)。或は電流は、誘導同期電
動機10の同期間欠運転のために性質が不連続時変性で
ある。[discretely time varyi
ng](たとえば方形波入力信号)。又電流は、誘導同
期電動機10に固定の保持トルクを生じさせるために性
質が非時変性である[non−time varyin
g](たとえば直流入力信号)。2つの電流発生回路に
より、生ずる電流のタイミング、大きさ及び極性は所望
により、当業界にはよく知られている普通の回転子位置
センサ(図示していない)により定められる。
【0016】電流を第1の対の巻線20、21に電流発
生回路22により加えるときは、固定し11が磁化され
た状態になる。前記したように第1の対の巻線20、2
1は互いに反対の向きに巻付かれ、これ等の巻線が付勢
されるときは、固定し極A1,A2(巻線20を配置し
てある)の歯13と、固定子極C1,C2(巻線21を
配置してある)の歯13とは互いに反対の極性の磁化を
示す。他方の固定子極対B1,B2及びD1,D2は同
様に互いに反対の向きに巻かれ、従って又付勢時に互い
に反対の極性の磁化を示す。
【0017】作動児には電流を固定子極A1,A2に設
けた第1の対の巻線20に加え、これ等の固定子極の歯
13を付勢し磁気南極になるようにするものとする。従
って第1の回転子極部分17の歯17a(永久磁石19
によって磁気北極である)は、固定子極A1,A2に設
けた隣接する歯13に向かい引付けられる。すなわち回
転子アセンブリ15は、図1に例示した回転位置に向か
い回転するように引付けられる。第2の回転子極部分1
8の歯18a(永久磁石19によって磁気南極である)
は、固定子極A1,A2に設けた隣接する歯13から反
発される。しかし前記したように第2の回転子極部分1
8の歯18aは、第1の回転子極部分17の歯17aか
らオフセットしている。すなわち回転子アセンブリ15
は、同時に反発され、第2の回転子極部分18により図
1に例示した回転位置に向かい回転する。
【0018】同時に電流は、固定子極C1,C2に設け
た第2の対の巻線21に供給され、これ等の巻線を付勢
して磁気北極になるようにする。したがって第1の回転
子極部分17の歯17a永久磁石19によって磁気北極
である)は、固定子極C1,C2に設けた隣接する歯1
3から反発される。同様に第2の回転子極部分18の歯
18a(永久磁石19によって磁気南極である)は固定
子極C1,C2に設けられた隣接する固定子極の歯13
に引付けられる。すなわち第1及び第2の回転子極部分
17、18は、それぞれ固定子極A1,A2に対して前
記したのと同じようにして固定子極C1,C2から反発
され、又これ等の固定子極に向かい引付けられる。すな
わち回転子アセンブリ15は、図1に例示した回転位置
に動かされる。この初期の付勢にわたっては固定子極の
対B1,B2及びD1,D2に電流が供給されない。
【0019】次いで回転子極対A1,A2及びC1,C
2は消勢され、固定子極対B1,B2は付勢され、磁気
北極になり、又固定子極対D1,D2は、付勢され磁気
北極になる。前記した磁気吸引及び反発によって、回転
子アセンブリ15は、図1に例示した位置から回転子の
歯ピッチの1/4だけ回転する。同様に次の段階では固
定子極対A1,A2は付勢され磁気北極になり、固定子
極対B1,B2は消勢され、固定子極対C1,C2は付
勢され、磁気南極になり、又固定子極対D1,D2は消
勢される。このようにして固定子11により生ずる電磁
界の回転により回転子アセンブリ15の回転を生ずる。
【0020】図3に示すように前記した基本的誘導同期
電動機10用の本発明による巻線構造により、誘導同期
電動機10を三相電気エネルギ−源により二相電動機と
して作動させることができる。図示のように二相電動機
の第1相は、それぞれ互いに対向する固定子極対A1,
A2及びC1,C2に設けた第1の対の巻線30、31
を備えている。第1の対の巻線30、31は第1の電流
発生回路32に直列に(図示のように)又は並列に接続
してある。第1の対の巻線30、31は互いに反対の向
きに巻かれ、これ等の巻線が付勢されるときに固定子極
A1,A2(巻線30を配置してある)の歯13と、固
定子極C1,C2(巻線31を配置してある)の歯13
とが反対の極性を示すようにする。
【0021】二相電動機の第2相は、それぞれ互いに対
向する固定子極対B1,B2及びD1,D2に設けた第
2の対の巻線33,34を備えている。第2の対の巻線
33,34は、第2の電流発生回路35に直列に(図示
のように)又は並列に接続してある。第2の対の巻線3
3,34は互いに反対の向きに巻かれる。二相電動機の
第2相はさらに、それぞれ第2の対の巻線33,34を
持つ互いに対向する固定子極B1,B2及びD1,D2
に設けられた第3の巻線36,37を備えている。第3
の対の巻線36,37は、第3の電流発生回路38に直
列に(図示のように)又は並列に接続してある。第3の
対の巻線36,37も又互いに反対の向きに巻かれる
【0022】図3に示すように固定子極B1には巻線3
3及び巻線36を共に設けてある。巻線33及び巻線3
6は固定子極B1に互いに反対の向きに巻かれている。
又固定子極B2には、互いに反対の向きに巻かれた巻線
33及び巻線36を共に設けてある。同様に固定子極D
1には、互いに反対の向きに巻かれた巻線34及び巻線
37を設けてある。固定子極D2には、互いに反対の向
きに巻かれた巻線34及び巻線37を設けてある。固定
子極B1,B2及びD1,D2の互いに反対の向きに巻
かれた2組の巻線33,36及び巻線34,37を設け
る目的を以下に説明する。
【0023】3つの電流発生回路32,35,38は誘
導同期電動機10を作動する三相電気エネルギー源の3
相を生ずる。3つの電流発生回路32,35,38は当
業界には普通のものでそれぞれ協働する巻線30,3
1、巻線33,34及び巻線36,37を経て選択的に
電流を流通させるようにしてある。前記した電流発生回
路22,25の場合と同様に電流発生回路32,35,
38により発生する電流は任意普通のものでよい。
【0024】後述のように第1の対の巻線30,31
と、第1の電流発生回路33とは、二相電動機の第1相
を生成する。第2の対の巻線33,34と第2の電流発
生回路35とは、第3の対の巻線36,37と、第3の
電流発生回路38と共に二相電動機の第2相を生成す
る。
【0025】例示のために3つの電流発生回路32,3
5,38により得られる三相電気エネルギー源は、位相
が0゜、120゜及び240゜電気的にオフセットした
正弦波電流を生ずるものとする。すなわちこの三相エネ
ルギー源からの出力電流は次ぎのように表わすことがで
きる。
【0026】ia = A sin (wt) ib = A sin (wt+120゜) ic = A sin (wt+240゜)
【0027】二相電動機に対しては入力電流は次ぎのよ
うに表わすことができる。
【0028】Ia = iab = ib − ic
【0029】すなわち電動機の第1相は、第1の電流発
生回路32からの出力電流によつてだけ付勢される。し
かしこの電動機の第2相は、第2の電流発生回路35か
らの出力電流から第3の電流発生回路からの出力電流を
差引いた電流によつてだけ付勢される。この差は、第2
の対の巻線33,34が第3の対の巻線36,37とは
反対の向きに固定子極B1,B2及びD1,D2に巻か
れているから生ずる。出力電流信号の代りに前記の値を
用いることにより、入力電流信号は次のように表わすこ
とができる。
【0030】Ia = A sin(wt) Ib = A sin(wt+120゜)− A sin(w
t+240゜)
【0031】容易に誘導できる三角関数を使うと、入力
電流信号は次のように書きなおすことができる。
【0032】Ia = A sin(wt) Ib = −√3 A sin(wt−90゜)
【0033】すなわち三相電源からの二相の作動として
誘導同期電動機10を作動する際に使用するのに十分に
適合する入力電流信号が90゜の位相差を示すのは明ら
かである。この点から誘導同期電動機10の動作は当業
界には普通のものである。
【0034】以上本発明の動作の原理及び方式をその好
適な実施例について述べた。しかし本発明がその精神を
逸脱しないで種々の変化変型を行うことができるのはも
ちろんである。たとえば本発明は誘導同期電動機に関し
て述べたが、本発明が他の形式の電動機に使ってもよい
のは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】巻線を除いた誘導同期電動機用の基本の機械的
構造の軸断面図である。
【図2】二相電気エネルギー源により二相電動機として
動作することのできる基本的誘導同期電動機用の従来の
巻線構造を示す図1の2−2線に沿う断面図である。
【図3】三相電気エネルギー源により二相電動機として
動作することのできる同じ基本的誘導同期電動機用の本
発明による巻線構造を示す、図2と同様な断面図であ
る。
【符号の説明】
10 電動機 11 固定子 12(A,B,C,D) 固定子極 30,31 第1組の巻線 32 第1の電流発生回路 33,34 第2組の巻線 35 第2の電流発生回路 36,37 第3組の巻線 38 第3の電流発生回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の固定子を持つ固定子と、 前記第1の固定子極に設けられ、第1の電流発生回路に
    接続されるのに適する第1の巻線と、 前記第2の固定子極に設けられ、第2の電流発生回路に
    接続されるのに適する第2の巻線と、 前記第2の固定子極に設けられ、第3の電流発生回路に
    接続されるのに適し、前記第2の固定子極に前記第2の
    巻線とは反対の向きに巻かれた第3の巻線と、を包含す
    る、電動機用構成部品。
  2. 【請求項2】 前記固定子にさらに、第1及び第2の対
    の固定子極を設けた請求項1の電動機用構成部品。
  3. 【請求項3】 前記第1の巻線を前記の第1の対の各固
    定子極に設け、前記各第1の巻線を、前記第1の電流発
    生回路に接続されるのに適するようにした請求項2の電
    動機用構成部品。
  4. 【請求項4】 前記第1の巻線を互いに反対の向きに巻
    いた請求項3の電動機用構成部品。
  5. 【請求項5】 前記第2の巻線を、前記の第2の対の各
    固定子極に設け、前記各第2の巻線を、前記第2の電流
    発生回路に接続されるのに適するようにした請求項3の
    電動機用構成部品。
  6. 【請求項6】 前記第3の巻線を、前記の第2の固定子
    極に設け、前記各第3の電流発生回路に接続されるのに
    適するようにし、前記各第3の巻線を、前記第2の固定
    子極に前記第2の巻線とは反対の向きに巻いた請求項5
    の電動機用構成部品。
  7. 【請求項7】 前記固定子内に相対回転運動するように
    支えられた回転子をさらに備えた請求項1の電動機用構
    成部品。
  8. 【請求項8】 前記固定子を、透磁性材料で形成し、さ
    らに前記固定子内に相対回転運動するように支えられた
    回転子アセンブリを備え、この回転子アセンブリに、第
    1及び第2の回転子極部分を一緒に回転するように固定
    した軸を設け、前記第1及び第2の各回転子極部分を、
    透磁性材料で形成し、これ等の各回転子極部分に、半径
    方向外方に延びる複数の歯を形成し、前記回転子軸アセ
    ンブリにさらに、前記第1及び第2の回転子極部分の間
    に配置された永久磁石を設けた請求項1の構成部品を備
    えた誘導同期電動機。
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