(57)【要約】【課題】回転子の軸心と固定子の軸心とがずれている場合にあっても、固定子巻線を構成する個々の巻線間の特性のアンバランスを解消し得る三相交流電動機を提供する。【解決手段】各相に対応する全てのティースの単位巻線を直列に繋ぐことなく、前記単位巻線のうち該電動機の回転軸を中心として点対称の位置にある少なくとも一組の単位巻線（例えば、Ｕ１及びＵ３）を直列接続したものを部分巻線（例えば、Ｕ１−Ｕ３）とし、複数の前記部分巻線をスター接続又はデルタ接続した巻線を一つの巻線グループ（例えば、Ｕ１−Ｕ３：Ｖ１−Ｖ３：Ｗ１−Ｗ３）とし、電気的に独立した複数の前記巻線グループにより該電動機の固定子巻線を構成する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位巻線を固定子の周方向に等間隔に配置した三相交流電動機において、
各相に対応する全てのティースの単位巻線を直列に繋ぐことなく、前記単位巻線のうち該電動機の回転軸を中心として点対称の位置にある少なくとも一組の単位巻線を直列接続したものを部分巻線とし、複数の前記部分巻線をスター接続又はデルタ接続した巻線を一つの巻線グループとし、電気的に独立した複数の前記巻線グループにより該電動機の固定子巻線を構成したことを特徴とする三相交流電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電動機の巻線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流電動機の巻線構造としては、極数に応じて固定子（ステータ）の円周上に配置された各相の単位巻線を全て直列に繋ぐ構造が多く用いられている。具体例として、図１のような各単位巻線Ｕ1、…、Ｕ４、Ｖ1、…、Ｖ４、Ｗ1、…、Ｗ４の巻線配置に対して、図２のように結線した電動機が多く用いられている。
【０００３】
また、複数の銅線を束ねた状態で巻線を行うこともよく行われている。例えば、単位巻線Ｕ１が、２つの巻線Ｕ１ａ及びＵ１ｂが束ねられた状態の巻線としてできており、それぞれが新たな単位巻線として構成される。そのような場合の巻線構造においては、図３に示されるように、単位巻線Ｕ1ａ、…、Ｕ４ａが直列接続され、また、単位巻線Ｕ1ｂ、…、Ｕ４ｂが直列接続され、更に、それらの直列接続された巻線が並列接続されることでＵ相巻線となる。
【０００４】
図３の巻線構造の場合、単位巻線を直列接続して構成された部分巻線のそれぞれに注目すると、例えば、Ｕ１ａ−Ｕ２ａ−Ｕ３ａ−Ｕ４ａから構成される部分巻線と、Ｕ１ｂ−Ｕ２ｂ−Ｕ３ｂ−Ｕ４ｂから構成される部分巻線とでは、起電圧、抵抗、インダクタンス等はほとんど同じとなる。
【０００５】
上述の説明では極数に応じて円周上に配置された各相の単位巻線を全て直列に繋ぐ場合について述べたが、三相交流電動機によっては、所望の特性を得るために、全ての単位巻線を直列に繋ぐのではなく、並列若しくは直並列に結線し、又は電気的に独立な複数の巻線グループとする場合がある（下記特許文献１参照）。
【０００６】
具体例としては、図１のような巻線配置に対して、各相の単位巻線を直並列に接続して図４のように結線する場合や、各相の単位巻線Ｕ1、…、Ｕ４、Ｖ1、…、Ｖ４、Ｗ1、…、Ｗ４を部分的に直列接続して複数の部分巻線Ｕ１−Ｕ２、Ｕ３−Ｕ４、Ｖ１−Ｖ２，Ｖ３−Ｖ４，Ｗ１−Ｗ２，Ｗ３−Ｗ４とし、それらの部分巻線を図５のように結線することで、二つの電気的に独立な複数の巻線グループとする場合がある。これらの結線においては、各単位巻線同士を繋ぐ渡り線が最も短くなるように、通常、隣り合う単位巻線同士を直列に接続して部分巻線とするのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２７１０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
円周上に配置された各相の単位巻線に関しては、均等分割した単位巻線が電気角で２πずつずれていれば、各単位巻線の定数（逆起電圧定数、抵抗、インダクタンス等）は原理的に同じとなる。しかし、実際には、回転子（ロータ）の軸心と固定子（ステータ）の軸心との間にずれがあるため、周方向に配置された各単位巻線においては、回転子と固定子との間のエアギャップが異なってしまい、その結果、単位巻線ごとに逆起電圧やインダクタンスが異なり、同じ特性の単位巻線とはならない。
【０００９】
そのため、図４のような結線をした場合には、軸心のずれによって、各部分巻線（Ｕ相の場合、Ｕ１−Ｕ２とＵ３−Ｕ４）は異なる特性を持ってしまう。その場合、逆起電圧が異なるためにモータ回転時に、例えば、Ｕ１→Ｕ２→Ｕ４→Ｕ３のルートで循環電流が生じ、無駄な発熱によってモータの特性を下げてしまう。
【００１０】
また、同じ電圧を印加したとしても、単位巻線の特性が異なると、部分巻線Ｕ１−Ｕ２に流れる電流と部分巻線Ｕ３−Ｕ４に流れる電流とが異なり、全体として巻線に流れる電流のアンバランスが生じ、モータ温度分布のアンバランスが生じてしまう。モータの特性は巻線の最高温度で定義されるため、モータ温度分布のアンバランスは結果としてモータの特性を下げることとなる。また、この循環電流は、発電制動効果により、モータの発生トルクを下げてしまうという問題も生じる。
【００１１】
また、図５に示される複数の電気的に独立した巻線グループを持つ三相交流電動機のそれぞれの巻線グループを、図１０に示されるように複数のモータ駆動装置でそれぞれ駆動する場合、それぞれの巻線の定数が同じ値という前提の下、同じパラメータで駆動するのが一般的である。そのため、軸心のずれにより異なる特性を持った巻線グループに対して、同じ電圧を印加しても、流れる電流値が異なるため、モータ温度分布のアンバランスの原因になる。また、場合によっては、巻線グループごとに駆動するパラメータを変える必要があり、その管理が煩雑となる。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転子の軸心と固定子の軸心とがずれている場合にあっても、固定子巻線を構成する個々の巻線間の特性のアンバランスを解消し得る三相交流電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の単位巻線を固定子の周方向に等間隔に配置した三相交流電動機において、各相に対応する全ての前記単位巻線を直列に繋ぐことなく、前記単位巻線のうち該電動機の回転軸を中心として点対称の位置にある少なくとも一組の単位巻線を直列接続したものを部分巻線とし、複数の前記部分巻線を接続して該電動機の固定子巻線を構成したことを特徴とする三相交流電動機が提供される。
【００１４】
一つの好適な態様では、各相に対応する複数の前記部分巻線を並列接続して得られる巻線をスター接続して該電動機の固定子巻線が構成される。
【００１５】
一つの好適な態様では、各相に対応する複数の前記部分巻線を並列接続して得られる巻線をデルタ接続して該電動機の固定子巻線が構成される。
【００１６】
一つの好適な態様では、前記部分巻線をスター接続又はデルタ接続した巻線を一つの巻線グループとし、電気的に独立した複数の前記巻線グループにより該電動機の固定子巻線が構成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による三相交流電動機においては、電動機の回転軸を中心として点対称の位置にある単位巻線が直列接続され、部分巻線として該電動機の巻線を構成するために使用される。かかる部分巻線によれば、回転子の軸心と固定子の軸心とがずれた場合にも、軸心のずれによる巻線特性の差異が相殺されて部分巻線間における特性のアンバランスは発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】三相交流電動機における固定子巻線の従来の配置構造の例（機械角で見た場合に単位巻線が全て異なる位相に配置されている例）を示す図である。
【図２】固定子巻線の従来の結線構造の第一例を示す図である。
【図３】固定子巻線の従来の結線構造の第二例を示す図である。
【図４】固定子巻線の従来の結線構造の第三例を示す図である。
【図５】固定子巻線の従来の結線構造の第四例を示す図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の結線構造を示す図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の結線構造を示す図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の配置構造を示す図である。
【図９】本発明の第三実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の結線構造を示す図である。
【図１０】三相交流電動機内の複数の巻線グループをそれぞれに対応する複数のモータ駆動装置で駆動する場合の結線構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図６は、本発明の第一実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の結線構造を示す図である。図６に示される結線状態は、図１のように各単位巻線Ｕ1、…、Ｕ４、Ｖ1、…、Ｖ４、Ｗ1、…、Ｗ４が配置されている三相交流電動機に対して適用される例である。
【００２０】
図１に示されるように、単位巻線Ｕ１と単位巻線Ｕ３とは、回転軸を中心として相互に点対称の位置にある単位巻線同士である。そのため、Ｕ１及びＵ３は、図６に示されるように、直列に接続されて部分巻線Ｕ１−Ｕ３となる。同様に、Ｕ２及びＵ４も、直列に接続されて、別の部分巻線Ｕ２−Ｕ４となる。
【００２１】
そして、部分巻線Ｕ１−Ｕ３と部分巻線Ｕ２−Ｕ４とは、並列に接続されてＵ相全体の巻線となっている。それぞれの部分巻線では、点対称位置にある二つの単位巻線が直列に結線された状態となっているため、軸心のずれによる特性の差異が相殺される。その結果、各部分巻線は同じ特性となるため、図６の結線構造は、Ｕ１→Ｕ３→Ｕ４→Ｕ２の経路において循環電流が生じないような構造となっている。Ｖ相及びＷ相についても、同様である。
【００２２】
図７は、本発明の第二実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の結線構造を示す図である。図７に示される結線状態は、複数の電気的に独立した巻線グループを持つ三相交流電動機に対して適用される例である。この場合においても、点対称位置にある二つの単位巻線が直列接続されることで部分巻線が構成されるため、軸心がずれても、各巻線グループの各部分巻線は同じ特性を持つこととなる。
【００２３】
図８及び図９は、本発明の第三実施形態に係る三相交流電動機における固定子巻線の、それぞれ、配置構造及び結線構造を示す図である。機械角から見たとき、同じ位相に複数の単位巻線が巻かれている場合についても、点対称の位置にある単位巻線同士を直列に結線したものを部分巻線として、それらを並列に接続するか、又はそれらを独立の巻線とすることが可能である。例として、図１のＵ１の代りに、３個の単位巻線Ｕ１ａ、Ｕ１ｂ、及びＵ１ｃが機械角の同じ位相に巻かれている図８の三相交流電動機に対しては、各単位巻線は、図９に示されるように直列及び並列に結線することができる。
【００２４】
図９においては、単位巻線Ｕ１ａ、Ｕ２ａ、及びＵ３ａと、それらの単位巻線に対し点対称の位置にある単位巻線Ｕ３ｂ、Ｕ４ｂ、及びＵ１ｂとを直列接続したものが部分巻線とされている。同様に、単位巻線Ｕ２ｂ、Ｕ３ｃ、及びＵ４ａと、それらの単位巻線に対し点対称の位置にある単位巻線Ｕ４ｃ、Ｕ１ｃ、及びＵ２ｃとを直列接続したものがもう一つの部分巻線とされている。そして、これらの二つの部分巻線が並列接続されてＵ相巻線が構成されている。Ｖ相及びＷ相についても、同様に接続されて全体の巻線が構成される。
【００２５】
以上説明したように、回転軸を中心として点対称の位置にある同相の単位巻線を直列に接続したものを部分巻線として、各部分巻線を並列に接続したものをスター接続するか、又は各部分巻線を独立の巻線グループにおいて接続することで、回転子の軸心と固定子の軸心とがずれた場合にも、各巻線および巻線内部の特性（逆起電圧、インダクタンス等）のアンバランスが生じることはなくなる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態を採用することが可能である。例えば、上述の実施形態はスター結線の場合の例として示されているが、デルタ結線の場合にも本発明は適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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