JPS6047827B2 - 多相電機子巻線 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流回転電機の電機子巻線に係り、特に一極一
相のコイル数ｑがスロット数と同一で奇数とした多相電
機子巻線に関する。

交流回転電機の２層巻コイルにおいては、一般には１ス
ロット当りの導体数を偶数にしている。

しかし、設計の自由度を増して所望の特性の回転電機を
得るために、１スロット当りの導体数を奇数にしたい場
合がある。その理由は出力をＭで表わした誘導電動機に
ついて説明すればＭｃ■−ＥＩ■Ｅ×一＝−・・・・・
・（１）但し Ｅ：相電圧 Ｚ：１相当りのインピーダンス Ｉ：電流／相 そして誘導電動機のインピーダンスＺは、リアクタンス
Ｘに近似のものが多いのでＺ≠Ｘとすれば（１）式はＭ
ｘ−・・・・・・（２） となる。

又巻線係数、溝数、周波数、鉄心積厚、溝の大きさ等が
等しい場合には、リアクタンスＸはスロット内の導体数
Ｃの自乗に比例するので（２）式はＭ−σ■（こ）’ となる。

即ち出力は導体数の２乗に反比例して大きくなるので、
容量が比較的大きな低圧誘導電動機（例えは２００Ｖ級
て９０ＫＷ以上）における個々のコイルの巻数は非常に
少なくする。

上記出力と導体数は逆な見方をすれは、導体数は出力、
トルク等に２乗で反比例する。

そのため１スロット当りの導体数が偶数のみしか選べな
い・ものならば、設計上導体数が７のときに適当な特性
が得られると判つていても、６か８しか取れない。即ち
導体数が８ではトルク（従つて出力）が不足し、６にす
ると磁束密度は８の場合の１．３３倍となつて磁気音等
に悪影響を及ぼし、更に起動電、源が（８１６）０＝１
．７８倍と大巾に増える等不利である。そこで導体数を
６と８の中間の奇数の７にして電機子巻線を完成する。

しかるにトルク特性、始動電流、無負荷電流を完成する
。しかるにトルク特性、始動電流、無負荷電流等は巻数
の略二乗に対応して変化するので、単なる巻数の選定の
みでは各種の仕様を満足し得ない場合が生ずる。このた
めに巻数をできるだけ細かい範囲で変化させ得る巻線方
式が必要となる。そこで従来はスロット当りの導体数を
奇数とするために、一極一相のコイル数ｑが偶数の場合
には、半分のコイルからなるコイル群の巻数を、残部の
コイルからなるコイル群の巻数と異ならせている。

同様に一極一相のコイル数ｑが奇数の場合には、Ｑａ個
のコイルからなるコイル群の巻数Ｎａと、Ｑｂ（＝ｑ−
Ｑａ）個のコイルからなるコイル群の巻数Ｎｂとを異な
らせて一極一相の第１コイルを形成する。この第１コイ
ルとコイル配列及び導体数が同じコイルを形成して第２
乃至第４のコイルとし、第１コイルと第２コイル及び第
３コイルと第４コイルを夫々直列に接続して単位巻線と
し、この単位巻線を更に並列に接続してＵ相を形成する
。他の■相・Ｗ相についても同様の形成方法でコイルを
形成している。そして第１図は導体数が奇数の一例を示
したもので一極一相のス亀ント数が５で、３相４極６０
スロットの場合を表示したコイル配列図である。

第３図ａはコイルピッチを＃１から＃１４へと偶数番目
に渡るコイル結線図で、同図ｂはコイル接続図てある。
尚Ｕａ，■Ａ，Ｗａはそれぞれ巻数ＮａからなるＵ相、
Ｖ相、Ｗ相のコイルを示す。

またＵｂ，■Ｂ，Ｗｂはそれぞれ巻数ＮｂなるＵ相、Ｖ
相、Ｗ相のコイルを示してある。そしてＵａとＵａ，■
ａとＶａ・・・は巻線方向が逆となつていることを示す
。又．一相隣るスロットのコイルの巻数を４，３を繰返
すように一つ違いにして配置する。そして第１図及び第
３図ａを参照してＵ相について説明すれば、第１極Ａ１
を形成するコイルと第２極〜を形成するコイルを直列に
接続し、巻始めをＵ１とし、巻く終りをＸ１とし、この
Ｕ１からＸ１迄の巻線を単位巻線７１と称することにす
る。また同様にＵ相の第３極Ａ３を形成するコイルと第
４極Ａ４を形成するコイルを直列に接続し、巻始めをＵ
２とし、巻終りをＸ２とし、Ｕ２からＸ２迄の巻線を単
位巻線７２と称することにする。以下■相、Ｗ相もＵ相
と同様に接続して■１→Ｙ１の単位巻線を７３、■２→
Ｙ２の単位巻線を７４、Ｗ１→乙の単位巻線を７５、Ｗ
２→乙の単位巻線を７６とする。そして単位巻線７１と
７２、７３と７４、７５と７６をそれぞれ並列にし、第
３図ｂに示すように各相を所望の２ＸＹに接続する。ま
たスロットに収納するコイル配列を例えばＵノ相第１極
で説明すれば、第１極Ａ１を形成するスロット１〜５の
スロット上部には、順番にコイルＵａ４ｅｕｂ４−Ｕａ
Ｉｕｂ◆Ｕａが収納され、スロット下部にはコイル■ｂ
・■ａ−■ｂ・Ｗａ・Ｗｂが収納される。

これに巻数Ｎａに４と巻数Ｎｂに３のコイ・ル巻数を夫
々代人して表示すると、スロット上部は４・３・４・３
・４となりスロット下部は３・４・３・４・３のコイル
が収納される。尚、一極一相のスロット数に収納するコ
イル導体数の総計を一極一相のスロット数で割つたもの
１は１平均導体数ョという。

上記例は１スロット当りの導体数が全スロットに亘つて
７（第１図のコイル配置図に示した。）であるから平均
導体数も７である。このような構成にすると、各スロッ
ト内導体数は４＋３＝７で等しくなる。

また第１極Ａ１を形成するコイルの直列導体数は（４＋
３＋４＋３十４）×２＝３６であり、第２極Ａ２を形成
するコイル直列導体数は（３＋４＋３＋４＋３）×２＝
３４となつて、二つ違いの異なつた値を示すが、この第
１極Ａ１と第２極Ａ２をそれぞれ形成するコイルを直列
に接続しているので、これに流れる電流は同一てある。
そして単位巻線５１の直列導体数は３６＋３４＝７０で
あるが、これと並列に接続する単位巻線５２の直列導体
数も７０てあつて全く同一であるから、両者は同じ構成
になるので、等しい電流が流れる。更にＶ相、Ｗ相も同
一条件てあるから、各相とも直列導体数は７０で等しく
、バランスした三相電機子巻線が得られる。このような
巻線のコイル配列により、１つのスロットにはスロット
上部と下部の巻数Ｎａ＜１５Ｎｂの組合せにより、４＋
３或いは３＋４といずれも７のコイルが収納され、一極
一相のコイル数が５と奇数の場合てあつても、スロット
当りの導体数は７と奇数に選定することができる。

しかしながらこの場合には、並列回路数を極数と同一の
４にすると、例えばＵ相を形成する第１極Ａ１及至第４
極入導体数は、夫々３６・３４・３６・３４である。

これを並列回路数４にするため、Ａ１・〜・Ａ３・Ａ４
の導体数を並列に接続すると、導体数３６に誘起する電
圧は高く導体数３４に誘起する電圧は低い。すると第１
極Ａ１から第２極Ａ２に流れる循環電流が生じ、モータ
焼損や効率低下等の弊害が生じる。このため並列回路数
を極数と同一に選択することができない。また一相当り
の直列導体数が細かく変化させることができない。そし
て要求されるモータ特性を満足させるために、平均導体
数が小数点例えば７．６まで要求されると従来の結線法
では対応出来ない。そこで本発明ではスロット当りの平
均導体数の選択範囲を拡大することができ、しかも極数
と並列回路数を同一にすることのできる一極一相のコイ
ル数が奇数である電機子巻線を提供することを目自勺と
する。

以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

但し、従来と同一部分は同一符号を発明の詳細な説明は
省略する。第２図は本発明の一実施例を示す４極３相６
０スロット電機子に、２層巻きの重ね巻で巻回した一極
一相のコイル数が“５゛の電機子巻線のコイル配列図で
ある。第４図ａは同じく電機子巻線のコイルピッチを＃
１から＃１４へと偶数番目に渡る結線法で、同図ｂには
４ｘＹに並列接続した接続図である。今、ｐはス罎ント
数に対するコイル数の配分を表わす記号とし、本発明で
は一極一相のコイル数ｑが奇数て、このコイル数ｑを巻
数Ｎａのコイル数Ｑａと巻数Ｎｂのコイル数Ｑｂに配分
するのに、ｐ＝３から（ｑ−２）の奇数と定義する。

尚ｑ＝Ｑａ＋Ｑｂである。そしてＱａ＝１１２（ｑ−ｐ
）個のコイルから成るコイル群で巻数Ｎａ（５ｑｂ１１
２（ｑ＋ｐ）＝（ｑ−Ｑａ）個のコイルから成るコイル
群で巻数Ｎｂとし、巻数Ｎａ（５Ｎｂは異なる値に設定
する。そして図において一極を形成する５個のスロット
に、巻数Ｎａ（４回巻）のコイルと巻数Ｎｂ（３回巻き
）のコイルをＮａＩＮｂ４−Ｎｂ●Ｎｂ●Ｎｂの順序て
配置する。

第２図及び第４図を参照してＵ相について説明すると、
第１極Ｂ１を形成するコイルの巻始めをＵｌｌとし巻終
りをＸｌｌとし単位巻線８１とする。

また第２極を形成するコイルの巻始めをＵ２ｌとし巻終
りをＸ２ｌとし単位巻線８２とする。更に第３極はＵ３
ｌ→Ｘ３ｌを単位巻線８３とし、第４極はＵ４ｌ→Ｘ４
ｌを単位巻線８４とする。以下■相及びＷ相もＵ相と同
様にして、■相は■１１→Ｙｌｌと■２１→Ｙ２ｌと■
３１→Ｙ３ｌＶ４ｌ→Ｙ４ｌは夫々単位巻線８５，８６
，８７，８８とする。またＷ相はＷｌｌ→ＺｌｌとＷ２
ｌ４Ｚ２ｌとＷ３ｌ４Ｚ３ｌとＷ４ｌ′＋Ｚ４ｌは夫々
”単位巻線８９，９０，９１，９２とする。そして単位
巻線８１から８４と、８５から８８と、８９から９２を
夫々並列にし、第４図ｂに示すような各相を所望の４Ｘ
Ｙに接続する。またスロットに収納するコイル配列を例
えばＵ相第１極Ｂ１について説明すると、第１極Ｂ１を
形成するスロット１〜５のスロット上部には順番にコイ
ルＵａ●Ｕｂ●沸●Ｕｂ−Ｕｂが収納され、スロット下
部にはコイルＮｂＩｎｂ・Ｎｂ●Ｗａ●Ｗｂが収納され
る。

これに巻数Ｎａに４と巻数Ｎｂに３のコイル巻数を夫々
代人して表示すると、スロット上部は４・３・３・３・
３となりスロット下部は３・３・３・４・３のコイルが
収納される。このようにして全部のコイルをスロット１
〜５，６〜１０，１１〜１５，１６〜２０，２１〜２５
，２６〜３０，３１〜３５，・・５６〜６０に分けて収
納し、これらを順番にＩ，■，■，■，■，■，■，■
，■，Ｘ，ＸＩ，ＸＩＩのコイル群とする。このような
構成にすると、例えばＵ相の第１極囚を形成するスロッ
ト１〜５までのスロット内導体数は順番に７・６・６・
７・６である。そしてＵ相の第２極乃至第４極と、他相
の各極も全て配列と導体数は前記と同様である。またＵ
相第１極Ｂ１を形成するコイルの直列導体数は（４＋３
＋３＋３＋３）×２＝３２であり、Ｕ相の第２極乃至第
４極と他相の各極も全てコイルの直列導体数は３２であ
る。このように各相各極のコイルの直列導体数が全く同
一であるから、コイルに流れる電流は全て等しくバラン
スした三相電機子巻線が得られる。またコイル群１〜■
のうち、Ｉと■と■とＸ１■と■と■と■、■と■と■
と■は夫々電気的に対称となつている。

そしてこのように各コイルの巻数を選定して配列し、並
列回路数を極数と同一の４にする為に、例えはＵ相て説
明すれば第１極桟乃至第４極Ｂ，の単位巻線８１乃至８
４は全て同一巻数の３２である。

このため各単位巻線間（＝埃乃至Ｂ４間）に循環電流が
流れず、４極で４並列回路と、極数と並列回路数を同一
にすることがてきる。一方巻数Ｎａのコイルと巻数Ｎｂ
のコイルが収納されているスロットの、本発明の平均導
体数Ｎを式で表わすと次の様になる。この（３）式に上
記説明してきた一極一相のコイル数ｑ＝５、巻数Ｎａ＝
４，Ｎｂ＝３、そしてＱａ＝１１２（ｑ−ｐ）とＱｂ＝
１１２（ｑ ＋ｐ）にｐ＝３を代人してＱａ＝１，ｑｂ
＝４とすれは平均導体数Ｎは メとなる。

またＮａ＝３，Ｎｂ＝４の時は（上記したＮａ＝４とＮ
ｂ＝３の組合せのものと同様の効果あり）となつて、平
均導体数Ｎが６．４と７．６という１つのコイル配列で
コイル巻数を変えることにより、小数点以下に０．４と
０．６の数字をもつた２種類の平均導体数が得られる。

この平均導体数の小数点以下の数値によるモータ特性へ
の影響は、４極−９０ＫＷ−２００Ｖ−５０Ｈｚのモー
タで表わすと第１表のようになる即ち、客先仕様に対し
従来技術の平均導体数７は最大トルク及び始動電流共に
大きくなる。

又平均導体数８は始動電流は仕様を満足するが、最大ト
ルクは小さい。かかる場合スロット当りの導体数を６や
７または８に選定し、鉄心積厚やスロット形状変更によ
りモータ製作していたが、これはモータが大形重量化し
またスロット形状も多種となり省資源・省エネにも逆行
していた。これに対し本願は最大トルクと始動電流共に
客先仕様を満足し、鉄心積厚やスロット形状の変化もな
くモータを製作することが出来る。このように平均導体
数の小数点以下の数字が０．４や０．６は、従来のコイ
ル配列や結線法では得ることができなかつた。即ち本発
明ては平均導体数が小数点以下の０．４や０．６だけ選
定範囲が拡大されたことになる。以上詳述したように本
発明によればスロット当りの平均導体数の小数点以下に
０．４と０．６を設定することができて選択範囲を拡大
し、しかも極数と同一の並列回路数を選定することがで
きるので、トルク特性、運転特性等の仕様を満足するた
めに余分に積厚を増加させる必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一極一相のコイル数が奇数である従来の電機子
巻線のコイル配列図、第２図は本発明の一実施例を示す
一極一相のコイル数が奇数である電機子巻線のコイル配
列図、第３図は第１図の場合の結線図と接続図、第４図
は第２図の場合の結線図と接続図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一極一相のコイル数ｑが奇数の電機子巻線に於て、
   ｐを３から（ｑ−２）までの奇数とし、１／２（ｑ−ｐ
   ）個のコイルで巻数Ｎａののコイル群と、１／２（ｑ＋
   ｐ）個で巻数Ｎｂのコイル群でＮａとＮｂを異る値に選
   定し、且つ各極各相で巻数Ｎａのコイル群は常に巻数Ｎ
   ｂのコイル群と同一スロットに収納し、各一極一相を構
   成するコイルにおける前記２種類の巻数のコイルを全て
   等しく配列した事を特徴とする多相電機子巻線。