(57)【要約】【課題】急峻サージ電圧に対し巻線間の分担電圧を緩和し、巻線間で絶縁劣化が発生することを防止した低圧モータを提供する。【解決手段】低圧モータにおいて、２本の電線Ａ，Ｂからなる導体１１〜１４をモータ巻線の巻回数の１／２回だけ巻いた後、夫々の導体１１〜１４を巻き始めの導体Ａ１、Ｂ２、Ａ５、Ｂ６と巻き終わりの導体Ａ３、Ｂ４、Ａ７、Ｂ８に２分割し、Ａ３−Ｂ２（接続部２０）、Ｂ４−Ａ５（接続部２１）、Ｂ６−Ａ７（接続部２２）を外部で接続する。Ａ１−２０、２０−２１、２１−２２、２２−Ｂ８間に夫々巻線間分布静電容量調整用コンデンサ２６〜２９を接続し、巻線間の分担電圧を改善する。急峻サージ電圧に対し巻線間の分担電圧を緩和し、巻線間で絶縁劣化が発生することを防止できる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｎ個（ｎは整数）の導体を、モータ巻線の巻回数の１／２回だけ巻いた後、巻き始めと巻き終わりの導体を２分割し、巻き始めのｎ個と巻き終わりのｎ個の導体を外部で接続したことを特徴とする低圧モータ。
【請求項２】
モータ巻線の巻き始め、巻線の巻き始めのｎ個と巻き終わりのｎ個の導体の外部接続部、巻線の巻き終わりに巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続したことを特徴とする低圧モータ。
【請求項３】
識別塗料あるいは染料を塗布あるいは混合し、２ｎ個の導体を２分割する際の判別に使用したマグネットワイヤを使用したことを特徴とする請求項１記載の低圧モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータで駆動されるモータであり、とりわけ集中巻乱巻コイルを用いた低圧モータの構造および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギー化を目的にモータの駆動にインバータ電源が広く用いられている。しかしながら、インバータ電源でモータを駆動した場合、インバータの発する急峻なサージ電圧が原因となり、モータ巻線間に従来の商用周波電源駆動時に比し高い電圧が発生することが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、高圧モータ、高圧発電機などの高圧回転機、高圧変圧器、リアクトルなどの高圧静止誘導機器では、インバータの急峻サージ電圧が問題化する以前から、雷インパルス、真空遮断機の開閉サージなどの高圧サージ電圧に対し電圧分布が広く検討されている（例えば、非特許文献２参照）。具体的には、電磁巻線を巻線間の分布静電容量と巻線各部の対地分布静電容量で形成された回路で近似しユニットステップ電圧を印加したときの電圧分布を計算することで、巻線間の分担電圧を解析できると記されている。
【０００４】
また、巻線間の分布静電容量に比し巻線各部の対地分布静電容量を大きく設計すれば、初期電位分布は直線に近づき巻線間の分担電圧は低下する。このため、高圧誘導機器では、巻線間の分布静電容量に比し巻線各部の対地分布静電容量が大きくなるように設計されている。さらに、高圧モータでは、巻線の外部から巻線間の分布静電容量調整用のコンデンサを接続し、巻線間の分担電圧を緩和する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、三相巻線機器では、図６に示すように、各相の巻線３０、４０、５０の巻き始め３１、４１、５１と巻き終わり３２、４２、５２のコイルの分担電圧が大きくなるため、上記特許文献１では、これらのコイルに巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続することが提案されている。
【０００５】
一方、従来、１ｋＶｒｍｓ未満の低圧モータでは、前述のような急峻サージ電圧に対する巻線間の分担電圧緩和対策は施されていなかった。これは、従来の雷サージや開閉サージなどの高圧サージは低圧モータでは問題にならなかったことの他に、一般に低圧モータではモータ巻線は乱巻、集中巻で製作されるため、巻線間の分布静電容量と巻線各部の対地分布静電容量を制御し、分担電圧を緩和することが困難であったためである。また、集中巻モータでマグネットワイヤを切断しないでコイルを一度に巻く場合には、コイルのシリーズ接続部の導体をモータ製作後に取り出すことができず、この結果、モータ巻線外部に巻線間の分布静電容量調整用のコンデンサを接続できなかったためである。
【０００６】
【非特許文献１】
電気学会技術報告第７３９号、ｐ．１４〜２０
【非特許文献２】
家田正之著、現代高電圧工学、オーム社、ｐ．９１〜９３
【特許文献１】
特開昭５０−０００３０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、近年、インバータ駆動が盛んに行われている低圧モータにおいて、急峻サージ電圧に対し巻線間の分担電圧を緩和し、巻線間で絶縁劣化が発生すること防止したことを特徴とする低圧モータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の効果は以下の方法により得ることができる。すなわち、２ｎ個（ｎは整数）の導体をモータ巻線の巻回数の１／２回だけ巻いた後、巻き始めと巻き終わりの導体を２分割し、巻き始めのｎ個と巻き終わりのｎ個の導体を外部で接続したモータを製作する。また、巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続し、巻線間の分担電圧を改善する場合には、概モータ巻線の巻き始めと巻き終わりの接続部と、巻線の巻き始め部、極間亘り線、巻き終わり部の間にコンデンサを接続することで実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１０】
［実施例１］
本発明の実施例１にかかる外部に外部に巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続したモータ巻線の製造方法および構造を説明する。図１〜３にモータ巻線の１相分の製造方法および構造を示す。図１は、モータ巻線の巻回し工程を、図２は、モータ巻線の分離、接続工程を、図３は、外部コンデンサ接続工程および巻線の完成図を示す。なお、いずれも、モータの固定子を内周側から見たときの巻線展開図で示してある。斜線部がモータの固定子コアのティースを示す。
【００１１】
図１の巻回し工程では、２本のエナメル電線を同時に巻回し、２本のエナメル線Ａ，Ｂからなる１極分の巻線１１、１２および１極分の巻線１３、１４を製作する。
【００１２】
続いて、図２の工程では、巻線１１の巻き始め部の２本のエナメル電線Ａ，Ｂを電線Ａ１と電線Ｂ２に、巻線１２の巻き終わりの２本のエナメル電線を電線Ａ３と電線Ｂ４に二分割し、電線Ｂ２と電線Ａ３を溶接、接続して溶接部２０を形成する。同様に、巻線１３の巻き始め部のエナメル電線Ａ，Ｂを電線Ａ５と電線Ｂ６に、巻線１４の巻き終わりのエナメル電線Ａ，Ｂを電線Ａ７と電線Ｂ８に二分割し、電線Ｂ６と電線Ａ７を溶接、接続して溶接部２２を形成する。さらに、極間接続として、巻線１２の巻き終わりの電線Ｂ４と巻線１３の巻き始めの電線Ａ５を溶接、接続して溶接部２１を形成する。
【００１３】
図３の工程では、巻線間分布静電容量調整用コンデンサ２６〜２９を、巻線１１の電線Ａ１と溶接部２０、溶接部２０と溶接部２１、溶接部２１と溶接部２２、溶接部２２と巻線１４の電線Ｂ８と接続し、巻線を製造する。
【００１４】
この製造法によって得た巻線の等価回路は、図４となる。すなわち、１相の巻線６０は各巻線６１〜６４から形成される。各巻線６１〜６４は、インダクタンス６５と、巻線間の分布静電容量６６と、巻線各部の対地分布静電容量６７から形成される。また、図４では巻線間分布静電容量調整用コンデンサは、コンデンサ８１〜８４として示される。
【００１５】
以上の方法で製作したモータに、立上がり時間０．１μｓのユニットステップ電圧を印加したときのコイル分担電圧計算結果を、図５に示す。コイル分担電圧には、ユニットステップ電圧印加側第１コイルの値を、ステップ電圧の波高値を１００％として示す。コイル分担電圧の計算には図４の等価回路とＥＭＴＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ  Ｐｒｏｇｒａｍ）を使用した。
【００１６】
図５の回路定数は、実機モータの測定結果を基に、巻線間の分布静電容量６６を１，０００ｐＦ、巻線各部の対地分布静電容量を１，０００ｐＦ、外部に接続する巻線間分布静電容量調整用コンデンサ８１〜８４の静電容量を１，０００ｐＦとし結果した。なお、簡単のため、非特許文献２と同様に、インダクタンス６５は開放とし計算した。この結果、後述の従来のモータ巻線構造の比較例１および比較例２に対し、コイル分担電圧を５０％低減できた。同時に、モータの耐サージ電圧を従来の比較例１、２に比し２倍に向上させることができ、インバータ駆動時にも巻線間で絶縁劣化が生じにくい、より信頼性の高いモータを提供できる。
【００１７】
以上の実施例１では、特に従来のモータ巻線と同じ皮膜厚、材料のマグネットワイヤを使用した場合を基準に、耐サージ電圧を向上させ、信頼性を向上させることができることを示した。しかしながら、特に、マグネットワイヤ間の部分放電電圧に比しコイル分担電圧が小さくなるようにすれば、モータ巻線間で絶縁劣化の発生を防止しつつ、モータの耐サージ電圧を向上させることができる。このため、必要な耐サージ電圧に対し本条件を満足する適切なマグネットワイヤを選択することで、従来のモータに比し占積率を向上させ、モータの寸法を小型化することもできる。
【００１８】
以上の実施例１では、特にマグネットワイヤにエナメル電線を使用したが、絹、紙、木綿、ガラスクロスなどを巻き付けた銅線であっても良い。また、エナメル電線にはポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール、ポリウレタン、エポキシ、シリコーン、テフロン（登録商標）皮膜などの各種エナメル皮膜電線を使用できる。なお、本発明では、特に電線の表面あるいは絶縁皮膜に着色しておくことが望ましい。これは、本発明の２ｎ個の電線を２分割する際に、分割すべき電線を区別しやすいためである。ただし、特に着色料や塗料を使用しない場合には、テスターで巻線の導通をチェックし、２ｎ個の電線を２分割、接続作業しても良い。
【００１９】
［実施例２］
実施例２では、実施例１の巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続しないモータ巻線である。一般に巻線に使用するエナメル電線などのマグネットワイヤの絶縁皮膜厚さは数１０μｍであり、巻線−コア（対地）間の絶縁物の厚さ数１００μｍに比し十分薄い。このため、巻線間の分布静電容量を利用できれば、特にモータ外部に巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続しなくとも、モータ巻線間の分担電圧を緩和することができる。
【００２０】
実施例２のモータに立上がり時間０．１μＳのユニットステップ電圧を印加したときのコイル分担電圧計算結果を図５に示す。巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続しなくとも、従来の比較例１、２に対しコイル分担電圧を３７％低減できる。この結果、モータの耐サージ電圧を従来の比較例１、２に比し１．６倍に向上させることができ、インバータ駆動時にも巻線間で絶縁劣化が生じにくい、より信頼性の高いモータを提供できると考えられる。
【００２１】
なお、以上の実施例２では、従来に比しモータ巻線の巻き始めと巻き終わり側のコイルの容量結合が強いため、従来に比し巻き始めあるいは巻き終わり側コイルへの高周波電圧の電圧分担集中が低減できたためと考えられる。すなわち、等価回路で考えた場合、本発明のモータ巻線構造では、図４に示すように、巻き始め側から巻き終わり側に巻線間の分布静電容量が直接接続された形となり、巻線の容量性電圧分布が均一となり易い。
【００２２】
これに対し、従来のモータ巻線の等価回路を、図７に示す。１相の巻線９０は各巻線９１〜９４から形成され、各巻線９１〜９４は、インダクタンス９５と、各巻線間の分布静電容量９６と、巻線各部の対地分布静電容量９７から形成される。従来の巻線構造では、モータ巻線間の分布静電容量９６が巻初めから巻き終わり側まで直列に接続された形となるため、巻き始め側から巻き終わり側への容量結合が弱くなり、巻き始め側に電圧が多く分担されると考えられる。
【００２３】
［比較例１］
従来の集中巻コイルの製造方法でモータ巻線を製作した。モータ巻線には実施例１、２と同じエナメル電線を使用した。また、モータ巻線の外部に巻線間分布静電容量調整用コンデンサは接続していない。
【００２４】
比較例１のモータ巻線に立上がり時間０．１μｓのユニットステップ電圧を印加したときのコイル分担電圧計算結果を図５に示す。比較例１では、ステップ電圧がほぼ１００％、第１コイルに分担されている。このため、比較例１のモータをインバータ駆動する場合には、従来の正弦波駆動時に比し絶縁強化しなければならない。
【００２５】
［比較例２］
従来の集中巻コイルの製造方法でモータ巻線を製作した。モータ巻線には実施例１、２と同じエナメル電線を使用した。比較例２では、比較例１のモータ巻線の巻き始めと極間亘り線、極間亘り線と巻き終わりの間に巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続した。
【００２６】
比較例２のモータ巻線に立上がり時間０．１μｓのユニットステップ電圧を印加したときのコイル分担電圧計算結果を図５に示す。比較例２では、比較例１と同様にステップ電圧がほぼ１００％、第１コイルに分担されている。このため、比較例２のモータをインバータ駆動する場合には、従来の正弦波駆動時に比し絶縁強化しなければならない。
【００２７】
比較例２において、第１コイルの分担電圧が改善できなかった原因は次のように考えることができる。すなわち、図８の巻線を例に示すと、従来の巻線製造方法のようにマグネットワイヤを切断しないで集中巻コイル１１１〜１１４を巻いた場合、モータ外部には極間亘り線１２０しか現れないため、巻線間の分布静電容量調整用のコンデンサ１２１、１２２は巻き始め１０１と極間亘り線１２０の間と、極間亘り線１２０と巻き終わり１０４の間にしか接続できない。この結果、巻線間の分担電圧が最も大きい巻き始めコイル１１１と巻き終わりコイル１１３の巻線間分担電圧を緩和できず、分布静電容量調整用のコンデンサを接続しない比較例１とほぼ同様の分担電圧となったと考えられる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、２ｎ個（ｎは整数）の導体をモータ巻線の巻回数の１／２回だけ巻いた後、巻き始めと巻き終わりの導体を２分割し、巻き始めのｎ個と巻き終わりのｎ個の導体を外部で接続したモータを製作する。また、巻線間分布静電容量調整用コンデンサを接続し、巻線間の分担電圧を改善する場合には、概モータ巻線の巻き始めと巻き終わりの接続部と、巻線の巻き始め部、極間亘り線、巻き終わり部の間にコンデンサを接続することにより、モータ巻線間の分担電圧を緩和することができる。また、同時に、モータの耐サージ電圧を従来に比し向上させることができ、インバータ駆動時にも巻線間で絶縁劣化が生じにくい、より信頼性の高いモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ巻線の巻回し工程。
【図２】モータ巻線の分離、接続工程。
【図３】外部コンデンサ接続工程および巻線の完成図。
【図４】本発明のモータ巻線の等価回路。
【図５】ユニットステップ電圧を印加したときのモータ巻線第１コイル分担電圧。
【図６】モータ巻線の巻線図。
【図７】従来のモータ巻線の等価回路。
【図８】従来のモータ巻線および巻線間分布静電容量調整用コンデンサ接続図。
【符号の説明】
Ａ１：モータ巻線１１Ａの巻き始めの１／２、Ｂ２：モータ巻線１１Ｂの巻き始めの１／２、Ａ３：モータ巻線１２Ａの巻き終わりの１／２、Ｂ４：モータ巻線１２Ｂの巻き終わりの１／２、Ａ５：モータ巻線１３Ａの巻き始めの１／２、Ｂ６：モータ巻線１３Ｂの巻き始めの１／２、Ａ７：モータ巻線１４Ａの巻き終わりの１／２、Ｂ８：モータ巻線１４Ｂの巻き終わりの１／２、１１：モータ第１巻線、１２：モータ第巻線、１３：モータ第３巻線、１４：モータ第４巻線、２０：モータ巻線Ｂ２、Ａ３の接続部、２１：モータ巻線Ｂ４，Ａ５の接続部、２２：モータ巻線Ｂ６，Ａ７の接続部、２６〜２９：巻線間分布静電容量調整用コンデンサ、６０：モータ巻線１相分、６１：モータ第１巻線、６２：モータ第巻線、６３：モータ第３巻線、６４：モータ第４巻線、６５：モータ巻線のインダクタンス、６６：モータ巻線間の分布静電容量、６７：モータ巻線各部の対地間静電容量、７１：モータ巻線巻き始め端子、７４：モータ巻線巻き終わり端子、８０：極間亘り線、８１〜８４：巻線間分布静電容量調整用コンデンサ、３０：Ｕ相巻線、３１：Ｕ相巻き始めコイル、３２：Ｕ相巻き終わりコイル、４０：Ｖ相巻線、４１：Ｖ相巻き始めコイル、４２：Ｖ相巻き終わりコイル、５０：Ｗ相巻線、５１：Ｗ相巻き始めコイル、５２：Ｗ相巻き終わりコイル、９０：モータ巻線１相分、９１：モータ第１巻線、９２：モータ第２巻線、９３：モータ第３巻線、９４：モータ第４巻線、９５：モータ巻線のインダクタンス、９６：モータ巻線間の分布静電容量、９７：モータ巻線各部の対地間静電容量、１０１：モータ巻線巻き始め端子、１０４：モータ巻線巻き終わり端子、１１１：モータ第１巻線、１１２：モータ第２巻線、１１３：モータ第３巻線、１１４：モータ第４巻線、１２０：亘り線、１２１，１２２：巻線間分布静電容量調整用コンデンサ
【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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