JP2002272074A - 永久磁石式３相交流回転電気機器 - Google Patents
永久磁石式３相交流回転電気機器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K21/16—Synchronous 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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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
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- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 各相あるいは各線間のステータコイルを並列
接続としてステータコイルの線径を細くした場合に、並
列接続された閉回路内で循環電流が流れるのを防ぎ、こ
の循環電流による性能の低下を防ぐ。 【解決手段】 ポール数をｎとする永久磁石式ロータ
と、スロット数をｍとするステータとを備え、前記ｍを
６以上にした永久磁石式３相交流回転電気機器におい
て、３つの相をＹ結線とし、同一相の線電流が流れる線
電流回路を１または複数のステータコイルで形成される
複数の直列回路を並列接続した並列回路で形成し、永久
磁石とステータコイルの配置対称性に基づいて、同一相
の線電流回路を形成する複数の直列回路の両端間起電圧
または逆起電圧が常にほぼ同一になるように各直列回路
に用いるステータコアを組合せ、並列回路内で循環電流
が発生するのを防いだ。
接続としてステータコイルの線径を細くした場合に、並
列接続された閉回路内で循環電流が流れるのを防ぎ、こ
の循環電流による性能の低下を防ぐ。 【解決手段】 ポール数をｎとする永久磁石式ロータ
と、スロット数をｍとするステータとを備え、前記ｍを
６以上にした永久磁石式３相交流回転電気機器におい
て、３つの相をＹ結線とし、同一相の線電流が流れる線
電流回路を１または複数のステータコイルで形成される
複数の直列回路を並列接続した並列回路で形成し、永久
磁石とステータコイルの配置対称性に基づいて、同一相
の線電流回路を形成する複数の直列回路の両端間起電圧
または逆起電圧が常にほぼ同一になるように各直列回路
に用いるステータコアを組合せ、並列回路内で循環電流
が発生するのを防いだ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ロータに永久磁
石を用いた３相交流発電機や３相交流電動機などの回転
電気機器に関するものである。
石を用いた３相交流発電機や３相交流電動機などの回転
電気機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石式ロータを有する３相交流発電
機や電動機（例えばブラシレスモータ）が公知である。
従来のこの種の回転電気機器においては、ステータの磁
極歯に絶縁物を介して巻いた集中巻きコイル（ステータ
コイル）と、ロータに固定した永久磁石との相互作用に
よって、各コイルに起電力を誘起させ（発電機の場
合）、またはロータに回転力を発生させる（電動機の場
合）。この時に各相あるいは各線間に発生する起電圧ま
たは逆起電圧は、各相ごとあるいは各線間ごとに複数の
ステータコイルの出力がベクトル和として合成される。
機や電動機（例えばブラシレスモータ）が公知である。
従来のこの種の回転電気機器においては、ステータの磁
極歯に絶縁物を介して巻いた集中巻きコイル（ステータ
コイル）と、ロータに固定した永久磁石との相互作用に
よって、各コイルに起電力を誘起させ（発電機の場
合）、またはロータに回転力を発生させる（電動機の場
合）。この時に各相あるいは各線間に発生する起電圧ま
たは逆起電圧は、各相ごとあるいは各線間ごとに複数の
ステータコイルの出力がベクトル和として合成される。
【０００３】家電用や産業用などに広く用いられている
ものは、電源電圧や発電電圧が比較的高いものである。
このためステータコアに用いる巻線は、可撓性があって
細い径のものとして各相ごとあるいは各線間ごとに複数
の磁極歯に連続して巻いていた。すなわちＹ結線の時に
は各相の複数のステータコイルを直列接続していた。ま
たΔ結線の時には、各線間の複数のステータコイルを直
列接続していた。なおこの時各ステータコイルは、極性
が揃うように巻き方向を正逆変化させている。
ものは、電源電圧や発電電圧が比較的高いものである。
このためステータコアに用いる巻線は、可撓性があって
細い径のものとして各相ごとあるいは各線間ごとに複数
の磁極歯に連続して巻いていた。すなわちＹ結線の時に
は各相の複数のステータコイルを直列接続していた。ま
たΔ結線の時には、各線間の複数のステータコイルを直
列接続していた。なおこの時各ステータコイルは、極性
が揃うように巻き方向を正逆変化させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような回転電気機
器は自動車や自動二輪車などの車両にも広く用いられて
いる。また電気自動車などの動力源としてブラシレスモ
ータを用いることも行われている。このような車両では
一般に電源電圧が家庭用・産業用のものに比べて低い
が、大出力とするために大電流を流す必要がある。そこ
でこの車両用のものでは、ステータコアの巻数を少なく
する一方、コイル線径を太くしている。
器は自動車や自動二輪車などの車両にも広く用いられて
いる。また電気自動車などの動力源としてブラシレスモ
ータを用いることも行われている。このような車両では
一般に電源電圧が家庭用・産業用のものに比べて低い
が、大出力とするために大電流を流す必要がある。そこ
でこの車両用のものでは、ステータコアの巻数を少なく
する一方、コイル線径を太くしている。
【０００５】しかしコイル線径が太くなると、コイル線
を磁極歯へ巻付ける際の作業性が著しく悪くなる。また
各コイルの線端末をコイルエンド端で各相ごとに接続し
たり中性点の結線を行ったりする必要があり、これらの
処理が困難で、生産性が著しく低下する。さらにコイル
端末の処理部が大きくなり、ステータの大型化さらには
発電機や電動機の大型化を招くという問題があった。
を磁極歯へ巻付ける際の作業性が著しく悪くなる。また
各コイルの線端末をコイルエンド端で各相ごとに接続し
たり中性点の結線を行ったりする必要があり、これらの
処理が困難で、生産性が著しく低下する。さらにコイル
端末の処理部が大きくなり、ステータの大型化さらには
発電機や電動機の大型化を招くという問題があった。
【０００６】そこで各相のステータコイルを並列接続と
することが考えられている。すなわち並列接続として各
ステータコイルの電流を少なくすることによって線径を
細くするものである。この時各ステータコイルの巻数は
増えることになるが、車両用のものでは幸い電圧も低い
ので巻き数の増加は比較的少なくてすむ。
することが考えられている。すなわち並列接続として各
ステータコイルの電流を少なくすることによって線径を
細くするものである。この時各ステータコイルの巻数は
増えることになるが、車両用のものでは幸い電圧も低い
ので巻き数の増加は比較的少なくてすむ。
【０００７】しかしこのように各相のコイルを並列接続
すると、この並列接続された各コイルの閉回路内で、各
コイルの起電圧または逆起電圧の位相差により循環電流
を生じ、性能低下を招くという問題が生じることが解っ
た。
すると、この並列接続された各コイルの閉回路内で、各
コイルの起電圧または逆起電圧の位相差により循環電流
を生じ、性能低下を招くという問題が生じることが解っ
た。
【０００８】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、各相あるいは各線間のステータコイルを並
列接続としてステータコイルの線径を細くした場合に、
並列接続された閉回路内で循環電流が流れるのを防ぎ、
この循環電流による性能の低下を防ぐことができる永久
磁石式３相交流回転電気機器を提供することを目的とす
る。
ものであり、各相あるいは各線間のステータコイルを並
列接続としてステータコイルの線径を細くした場合に、
並列接続された閉回路内で循環電流が流れるのを防ぎ、
この循環電流による性能の低下を防ぐことができる永久
磁石式３相交流回転電気機器を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【発明の構成】この発明によればこの目的は、ポール数
をｎとする永久磁石式ロータと、スロット数をｍとする
ステータとを備え、前記ｍを６以上にした永久磁石式３
相交流回転電気機器において、３つの相をＹ結線とし、
同一相の線電流が流れる線電流回路を１または複数のス
テータコイルで形成される複数の直列回路を並列接続し
た並列回路で形成し、永久磁石とステータコイルの配置
対称性に基づいて、同一相の線電流回路を形成する複数
の直列回路の両端間起電圧または逆起電圧が常にほぼ同
一になるように各直列回路に用いるステータコアを組合
せ、前記並列回路内で循環電流が発生するのを防いだこ
とを特徴とする永久磁石式３相交流回転電気機器、によ
り達成される。
をｎとする永久磁石式ロータと、スロット数をｍとする
ステータとを備え、前記ｍを６以上にした永久磁石式３
相交流回転電気機器において、３つの相をＹ結線とし、
同一相の線電流が流れる線電流回路を１または複数のス
テータコイルで形成される複数の直列回路を並列接続し
た並列回路で形成し、永久磁石とステータコイルの配置
対称性に基づいて、同一相の線電流回路を形成する複数
の直列回路の両端間起電圧または逆起電圧が常にほぼ同
一になるように各直列回路に用いるステータコアを組合
せ、前記並列回路内で循環電流が発生するのを防いだこ
とを特徴とする永久磁石式３相交流回転電気機器、によ
り達成される。
【００１０】同一の目的は、ポール数をｎとする永久磁
石式ロータと、スロット数をｍとするステータとを備
え、前記ｍを６以上にした永久磁石式３相交流回転電気
機器において、３つの相をΔ結線とし、線間電圧を発生
する線間回路を１または複数のステータコイルで形成さ
れる複数の直列回路を並列接続した並列回路で形成し、
永久磁石とステータコイルの配置対称性に基づいて、同
じ線間回路を形成する複数の直列回路の両端間起電圧ま
たは逆起電圧が常にほぼ同一になるように各直列回路に
用いるステータコイルを組合せ、前記並列回路内で循環
電流が発生するのを防いだことを特徴とする永久磁石式
３相交流回転電気機器、によっても達成される。
石式ロータと、スロット数をｍとするステータとを備
え、前記ｍを６以上にした永久磁石式３相交流回転電気
機器において、３つの相をΔ結線とし、線間電圧を発生
する線間回路を１または複数のステータコイルで形成さ
れる複数の直列回路を並列接続した並列回路で形成し、
永久磁石とステータコイルの配置対称性に基づいて、同
じ線間回路を形成する複数の直列回路の両端間起電圧ま
たは逆起電圧が常にほぼ同一になるように各直列回路に
用いるステータコイルを組合せ、前記並列回路内で循環
電流が発生するのを防いだことを特徴とする永久磁石式
３相交流回転電気機器、によっても達成される。
【００１１】これらの回転電気機器は、発電機であって
もよいし、ブラシレスモータなどの電動機であってもよ
い。この発電機や電動機は、車両の電装用に用いるもの
が好適である。車両では一般に電源電圧が家庭用や産業
用のものに比べて低いからである。
もよいし、ブラシレスモータなどの電動機であってもよ
い。この発電機や電動機は、車両の電装用に用いるもの
が好適である。車両では一般に電源電圧が家庭用や産業
用のものに比べて低いからである。
【００１２】ポール数ｎとスロット数ｍとは公約数を持
つのが望ましい。ロータとスロット歯の対称性によって
相間または線間に接続される並列回路を形成する複数の
並列回路の起電圧または逆起電圧を正確に揃えることが
できるからである。
つのが望ましい。ロータとスロット歯の対称性によって
相間または線間に接続される並列回路を形成する複数の
並列回路の起電圧または逆起電圧を正確に揃えることが
できるからである。
【００１３】例えば、Ｍを４以上の偶数としてスロット
数ｍを３Ｍとし、１つの相に対応するＭ個のコイルは、
それぞれ起電圧または逆起電圧が等しくなるように直列
接続したＭ／Ｌ個のコイルからなるＬ組に分割し、各組
の直列回路を並列接続することができる。
数ｍを３Ｍとし、１つの相に対応するＭ個のコイルは、
それぞれ起電圧または逆起電圧が等しくなるように直列
接続したＭ／Ｌ個のコイルからなるＬ組に分割し、各組
の直列回路を並列接続することができる。
【００１４】ポール数ｎおよびスロット数ｍは、それぞ
れＮおよびＭを整数として、ｎ＝２Ｎ、ｍ＝３Ｍとなる
が、これらの間には； ２ｍ／３＜ｎ＜４ｍ／３ の関係が成立するように設定すれば、性能向上に一層適
する。その理由については後記する。
れＮおよびＭを整数として、ｎ＝２Ｎ、ｍ＝３Ｍとなる
が、これらの間には； ２ｍ／３＜ｎ＜４ｍ／３ の関係が成立するように設定すれば、性能向上に一層適
する。その理由については後記する。
【００１５】
【作用】各相間あるいは線間に介在する並列回路は、複
数のステータコイルで形成される複数の直列回路を並列
接続することによって形成されるが、これらの直列回路
の両端間に発生する起電力または逆起電力は常にほぼ同
一になるようにしたから、並列回路内の閉回路に循環電
流が流れることがない。
数のステータコイルで形成される複数の直列回路を並列
接続することによって形成されるが、これらの直列回路
の両端間に発生する起電力または逆起電力は常にほぼ同
一になるようにしたから、並列回路内の閉回路に循環電
流が流れることがない。
【００１６】このため各直列回路の起電圧あるいは逆電
圧が回転電気機器の出力に正確に反映され、性能の向上
が図れるものである。例えば発電機の場合には、出力電
圧の増大が図れると共に、出力波形の乱れを防ぐことが
できる。また電動機の場合には回転速度の上昇に伴って
逆起電圧が正常に上昇し、効率が向上するものである。
圧が回転電気機器の出力に正確に反映され、性能の向上
が図れるものである。例えば発電機の場合には、出力電
圧の増大が図れると共に、出力波形の乱れを防ぐことが
できる。また電動機の場合には回転速度の上昇に伴って
逆起電圧が正常に上昇し、効率が向上するものである。
【００１７】
【実施態様】図１〜３は１８スロット・１６ポールの発
電機または電動機の構成を示す。図１は、本発明のＹ結
線とした実施態様のステータ磁極配置図（Ａ）と、その
コイル配線図（Ｂ）である。図３は比較例のステータ磁
極配置図（Ａ）と、そのコイル配線図（Ｂ）である。
電機または電動機の構成を示す。図１は、本発明のＹ結
線とした実施態様のステータ磁極配置図（Ａ）と、その
コイル配線図（Ｂ）である。図３は比較例のステータ磁
極配置図（Ａ）と、そのコイル配線図（Ｂ）である。
【００１８】図１において符号１０は環状のステータで
あり、内側へ突出する１８個の磁極歯１２を有する。各
磁極歯１２にはステータコイル１４が巻付けられてい
る。ステータ１０の内側に、１６極の永久磁石を周方向
に交互に固定したロータ（図示せず）が回転可能に保持
されている。すなわち１８スロット（溝）付きのステー
タ１０内で、１６ポールの永久磁石式ロータが回転す
る。
あり、内側へ突出する１８個の磁極歯１２を有する。各
磁極歯１２にはステータコイル１４が巻付けられてい
る。ステータ１０の内側に、１６極の永久磁石を周方向
に交互に固定したロータ（図示せず）が回転可能に保持
されている。すなわち１８スロット（溝）付きのステー
タ１０内で、１６ポールの永久磁石式ロータが回転す
る。
【００１９】１６ポールのロータ外周には、１６個の永
久磁石が極性が交互にＮ、Ｓと変化するように等間隔に
固定されるから、その回転中心線に対して対称な位置に
は同じ極性の磁石が配置されることになる。ステータ１
０の磁極歯１２は、例えばＵ相については、周方向に連
続する３つのステータコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
と、対称位置の３つのコイル１２ｄ、１２ｅ、１２ｆと
を持つ。Ｖ相、Ｗ相についても同様であるから、ここで
はＵ相について説明する。
久磁石が極性が交互にＮ、Ｓと変化するように等間隔に
固定されるから、その回転中心線に対して対称な位置に
は同じ極性の磁石が配置されることになる。ステータ１
０の磁極歯１２は、例えばＵ相については、周方向に連
続する３つのステータコイル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
と、対称位置の３つのコイル１２ｄ、１２ｅ、１２ｆと
を持つ。Ｖ相、Ｗ相についても同様であるから、ここで
はＵ相について説明する。
【００２０】ロータの永久磁石の周方向の間隔はステー
タ１０の磁極歯１２の周方向の間隔よりも僅かに大きい
が、ロータのある回転角度位置ではコイル１４ａ、１４
ｃ、１４ｄ、１４ｆの巻き方向を正とすれば、コイル１
４ｂ、１４ｅの巻き方向を逆にすることによって全ての
コイル１２の極性が同一になる。
タ１０の磁極歯１２の周方向の間隔よりも僅かに大きい
が、ロータのある回転角度位置ではコイル１４ａ、１４
ｃ、１４ｄ、１４ｆの巻き方向を正とすれば、コイル１
４ｂ、１４ｅの巻き方向を逆にすることによって全ての
コイル１２の極性が同一になる。
【００２１】そこでこの実施態様では図１の（Ｂ）に示
すように、前記のように正・逆方向に巻いた３つのコイ
ル１４ａ、１４ｂ、１４ｃからなる直列回路１６ａと、
３つのコイル１４ｄ、１４ｅ、１４ｆからなる直列回路
１６ｂとを並列接続する。この並列回路１８を線電流回
路としたものである。すなわち並列回路１８の一端を中
性点２０に接続し、他端をＵ相の端子２２（Ｕ）とした
ものである。
すように、前記のように正・逆方向に巻いた３つのコイ
ル１４ａ、１４ｂ、１４ｃからなる直列回路１６ａと、
３つのコイル１４ｄ、１４ｅ、１４ｆからなる直列回路
１６ｂとを並列接続する。この並列回路１８を線電流回
路としたものである。すなわち並列回路１８の一端を中
性点２０に接続し、他端をＵ相の端子２２（Ｕ）とした
ものである。
【００２２】図２は同じく１８スロット・１６ポールの
場合にΔ結線としたものである。この実施態様では線間
電圧を発生する線間回路は、図１のものと同様な並列回
路１８で形成される。この図２では、図１のものと対応
する部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さ
ない。
場合にΔ結線としたものである。この実施態様では線間
電圧を発生する線間回路は、図１のものと同様な並列回
路１８で形成される。この図２では、図１のものと対応
する部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さ
ない。
【００２３】図３は参考のためのＹ結線とした比較例で
あり、各相の線電流回路を形成する６個のコイル１２ａ
〜１２ｆを直列接続したものである。この図３も図１と
同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さ
ない。
あり、各相の線電流回路を形成する６個のコイル１２ａ
〜１２ｆを直列接続したものである。この図３も図１と
同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さ
ない。
【００２４】図４は図１の実施態様の性能を説明する
図、図５は比較のためのΔ結線の従来例の性能を説明す
る図である。これら図４、５において（Ａ）はコイル結
線構造を示す図、（Ｂ）は相線間電圧波形を示す図、
（Ｃ）は相線間電圧波形の周波数解析結果である。
図、図５は比較のためのΔ結線の従来例の性能を説明す
る図である。これら図４、５において（Ａ）はコイル結
線構造を示す図、（Ｂ）は相線間電圧波形を示す図、
（Ｃ）は相線間電圧波形の周波数解析結果である。
【００２５】図１のように、Ｙ結線の各の線電流回路
を、６個のコイル１２ａ〜ｆの並列回路１８で形成した
１８スロット・１６ポールのものによれば、図４（Ｂ）
に示すように１つの相の出力波形は滑らかな正弦波にな
る。従ってこの出力波形は図４（Ｃ）に示すように高調
波をほとんど含まないものとなる。これに対し図５
（Ａ）のΔ結線の場合には、１つの相の出力波形は図５
（Ｂ）に示すように歪みを含むものとなり、図５（Ｃ）
に示すように第５次高調波を多く含むものとなる。
を、６個のコイル１２ａ〜ｆの並列回路１８で形成した
１８スロット・１６ポールのものによれば、図４（Ｂ）
に示すように１つの相の出力波形は滑らかな正弦波にな
る。従ってこの出力波形は図４（Ｃ）に示すように高調
波をほとんど含まないものとなる。これに対し図５
（Ａ）のΔ結線の場合には、１つの相の出力波形は図５
（Ｂ）に示すように歪みを含むものとなり、図５（Ｃ）
に示すように第５次高調波を多く含むものとなる。
【００２６】このように図４（Ａ）と図５（Ａ）に示す
結線の変化が性能に及ぼす影響は図６、７に示す。図６
はこの性能の比較図、図７はコイル最高温度の比較図で
ある。これらの図６、７において、破線は図１、４のＹ
結線（Ｙ並列結線）の場合を示す。また実線は図２、５
のΔ結線（Δ直列結線）の場合を示す。図７の「コイル
ｍａｘ温度」はコイル１２の最高温度を示し、「ΔＴｍ
ａｘ」は、測定時の環境温度に対する温度上昇の値であ
る。なおこれらではポール数ｎ＝１６であるから、１ポ
ール当たりの電気角は（３６０／１８）＝２２．５°で
ある。
結線の変化が性能に及ぼす影響は図６、７に示す。図６
はこの性能の比較図、図７はコイル最高温度の比較図で
ある。これらの図６、７において、破線は図１、４のＹ
結線（Ｙ並列結線）の場合を示す。また実線は図２、５
のΔ結線（Δ直列結線）の場合を示す。図７の「コイル
ｍａｘ温度」はコイル１２の最高温度を示し、「ΔＴｍ
ａｘ」は、測定時の環境温度に対する温度上昇の値であ
る。なおこれらではポール数ｎ＝１６であるから、１ポ
ール当たりの電気角は（３６０／１８）＝２２．５°で
ある。
【００２７】図８、９、１０は１２スロット・１４ポー
ルとした発電機または発動機の構成を示す。図８は本発
明のＹ結線とした実施態様（Ｙ並列結線）のステータ磁
極配置図（Ａ）とそのコイル配線図（Ｂ）である。図９
は同じくΔ結線とした実施態様（Δ並列結線）のステー
タ磁極配置図（Ａ）とそのコイル配置図（Ｂ）である。
図３は比較例としてＹ直列結線の例のステータ磁極配置
図（Ａ）とそのコイル配線図（Ｂ）である。
ルとした発電機または発動機の構成を示す。図８は本発
明のＹ結線とした実施態様（Ｙ並列結線）のステータ磁
極配置図（Ａ）とそのコイル配線図（Ｂ）である。図９
は同じくΔ結線とした実施態様（Δ並列結線）のステー
タ磁極配置図（Ａ）とそのコイル配置図（Ｂ）である。
図３は比較例としてＹ直列結線の例のステータ磁極配置
図（Ａ）とそのコイル配線図（Ｂ）である。
【００２８】これら図８〜１０においては、各線電流回
路または線間回路１８を構成するコイル１２の数を４個
（１２ａ〜ｄ）とした点が図１〜３と異なるだけである
から、対応部分に同一符号を付し、その説明は繰り返さ
ない。またこれらの図８〜１０の（Ａ）にはロータ３０
が示されている。ロータ３０には１４個の永久磁石３２
が周方向に交互にかつ等間隔に配列されている。これら
図８、９に示す実施態様によれば、前記図１、２に示し
たものとほぼ同様な効果が得られる。
路または線間回路１８を構成するコイル１２の数を４個
（１２ａ〜ｄ）とした点が図１〜３と異なるだけである
から、対応部分に同一符号を付し、その説明は繰り返さ
ない。またこれらの図８〜１０の（Ａ）にはロータ３０
が示されている。ロータ３０には１４個の永久磁石３２
が周方向に交互にかつ等間隔に配列されている。これら
図８、９に示す実施態様によれば、前記図１、２に示し
たものとほぼ同様な効果が得られる。
【００２９】以上説明した実施態様は、１８スロット・
１６ポールおよび１２スロット・１４ポールのものであ
った。この発明はこれらに限られるものではなく、スロ
ット数ｍとポール数ｎの組合せとしては他の組合せも可
能である。ポール数ｎとスロット数が公約数を有する場
合には、各相線間に介在する並列回路を構成する複数の
直列回路の各コイルを同じ条件で作動させることができ
る。
１６ポールおよび１２スロット・１４ポールのものであ
った。この発明はこれらに限られるものではなく、スロ
ット数ｍとポール数ｎの組合せとしては他の組合せも可
能である。ポール数ｎとスロット数が公約数を有する場
合には、各相線間に介在する並列回路を構成する複数の
直列回路の各コイルを同じ条件で作動させることができ
る。
【００３０】例えば公約数２を有する場合には、ロータ
の磁極は中心軸に対して対称に配置され、同じ並列回路
の２つの直列回路を形成する複数のコイルも中心に対し
て対称に配置されることになるからである。この場合に
は複数の直列回路の起電圧・逆起電圧が常に同一になる
ので、並列回路内の循環電流を確実に無くすことが可能
になる。
の磁極は中心軸に対して対称に配置され、同じ並列回路
の２つの直列回路を形成する複数のコイルも中心に対し
て対称に配置されることになるからである。この場合に
は複数の直列回路の起電圧・逆起電圧が常に同一になる
ので、並列回路内の循環電流を確実に無くすことが可能
になる。
【００３１】並列回路を形成する複数の直列回路は、ぞ
れぞれ１個のコイルで形成してもよいが、２以上のコイ
ルで形成するのがよい。２以上のコイルで形成する場合
には１つの並列回路には４個以上のコイルを必要とす
る。すなわちスロット数ｍは３Ｍ（Ｍは４以上の２また
は３の倍数）であって１つの相に対応するＭ個のコイル
はＭ／Ｌ個のコイルからなるＬ組に分割され、各組の直
列回路の起電圧または逆起電圧が等しくなるようにすれ
ばよい。
れぞれ１個のコイルで形成してもよいが、２以上のコイ
ルで形成するのがよい。２以上のコイルで形成する場合
には１つの並列回路には４個以上のコイルを必要とす
る。すなわちスロット数ｍは３Ｍ（Ｍは４以上の２また
は３の倍数）であって１つの相に対応するＭ個のコイル
はＭ／Ｌ個のコイルからなるＬ組に分割され、各組の直
列回路の起電圧または逆起電圧が等しくなるようにすれ
ばよい。
【００３２】また永久磁石式の回転電気機器では、ロー
タを回転する時の駆動トルクの周期的変動（コギングト
ルクという）が発生する。このコギングトルクを小さく
することは、発電機の場合にはその駆動トルクを小さく
できることになり、電動機の場合には出力のトルク変動
を小さくすることになるので望ましいことである。
タを回転する時の駆動トルクの周期的変動（コギングト
ルクという）が発生する。このコギングトルクを小さく
することは、発電機の場合にはその駆動トルクを小さく
できることになり、電動機の場合には出力のトルク変動
を小さくすることになるので望ましいことである。
【００３３】また回転電気機器の効率を向上させるため
の条件の１つとして巻線係数Ｋｗが知られている。この
巻線係数Ｋｗは斜めスロットを用いない場合には、短節
係数Ｋｐと分布巻係数Ｋｄの積で表される。すなわちＫ
ｗ＝Ｋｐ×Ｋｄである。ここに短節係数Ｋｐはコイルの
ピッチと磁極歯のピッチの差を表すものであり、分布巻
係数Ｋｄはコイルの巻付け集中の程度を表すものであ
る。
の条件の１つとして巻線係数Ｋｗが知られている。この
巻線係数Ｋｗは斜めスロットを用いない場合には、短節
係数Ｋｐと分布巻係数Ｋｄの積で表される。すなわちＫ
ｗ＝Ｋｐ×Ｋｄである。ここに短節係数Ｋｐはコイルの
ピッチと磁極歯のピッチの差を表すものであり、分布巻
係数Ｋｄはコイルの巻付け集中の程度を表すものであ
る。
【００３４】図１１はスロット数（磁極数）ｍと極数
（ポール数）ｎとの組合せによる巻線係数（下段）とコ
ギングトルク脈動数（上段）を求めたものである。この
図１１において、スロット数ｍをｍ＝（３／４）×ｎの
直線ｘと、ｍ＝（３／２）×ｎの直線ｙとで挟まれる範
囲ｚの組合せが好ましいことが解った。すなわちこの範
囲ｚ内の組合せでは、巻線係数Ｋｗが十分に大きくな
り、またコギングトルク脈動数も大きくなってコギング
トルクが十分に小さくなるからである。従ってこの発明
はこの範囲ｚの組合せの中からスロット数ｍとポール数
ｎを決めるのが望ましい。
（ポール数）ｎとの組合せによる巻線係数（下段）とコ
ギングトルク脈動数（上段）を求めたものである。この
図１１において、スロット数ｍをｍ＝（３／４）×ｎの
直線ｘと、ｍ＝（３／２）×ｎの直線ｙとで挟まれる範
囲ｚの組合せが好ましいことが解った。すなわちこの範
囲ｚ内の組合せでは、巻線係数Ｋｗが十分に大きくな
り、またコギングトルク脈動数も大きくなってコギング
トルクが十分に小さくなるからである。従ってこの発明
はこの範囲ｚの組合せの中からスロット数ｍとポール数
ｎを決めるのが望ましい。
【００３５】
【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、Ｙ結線
とした場合に、各相電流が流れる線電流回路を、１また
は複数のステータコイルで形成される複数の直列回路か
らなる並列回路で形成し、複数の直列回路の両端間の起
電圧または逆起電圧が常にほぼ同一になるようにしたも
のであるから、並列回路内で循環電流が流れることがな
くなり、回転電気機器の効率が向上する。
とした場合に、各相電流が流れる線電流回路を、１また
は複数のステータコイルで形成される複数の直列回路か
らなる並列回路で形成し、複数の直列回路の両端間の起
電圧または逆起電圧が常にほぼ同一になるようにしたも
のであるから、並列回路内で循環電流が流れることがな
くなり、回転電気機器の効率が向上する。
【００３６】また各相の線電流回路を並列回路で構成し
たので、各ステータコイルに流れる電流が小さくなり、
ステータコイルの線径を細くすることができる。このた
めステータへのコイルの巻付け作業性が向上し、コイル
の端末処理が容易になり、端末処理の小型化が図れる。
このため回転電気機器の小型化に適する。
たので、各ステータコイルに流れる電流が小さくなり、
ステータコイルの線径を細くすることができる。このた
めステータへのコイルの巻付け作業性が向上し、コイル
の端末処理が容易になり、端末処理の小型化が図れる。
このため回転電気機器の小型化に適する。
【００３７】請求項２の発明によれば、Δ結線の場合に
おいて、前記Ｙ結線の場合と同様な効果が得られる。
おいて、前記Ｙ結線の場合と同様な効果が得られる。
【００３８】ポール数ｎとスロット数ｍが共通の公約数
を有する場合には、ロータのポール（磁極）配置とステ
ータの磁極歯の対称性により、並列回路を構成する複数
の直列回路が誘起する起電圧または逆起電圧が常に同一
になるから、並列回路内の循環電流を完全に防ぐことが
可能になる（請求項３）。
を有する場合には、ロータのポール（磁極）配置とステ
ータの磁極歯の対称性により、並列回路を構成する複数
の直列回路が誘起する起電圧または逆起電圧が常に同一
になるから、並列回路内の循環電流を完全に防ぐことが
可能になる（請求項３）。
【００３９】スロット数ｍはｍ＝３Ｍとし、Ｍを４以上
の３の倍数とすれば、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうちの１つの相ま
たはＵ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕの線間に設けるＭ個のステ
ータコイルは、Ｍ／Ｌ個のコイルからなるＬ組のコイル
群に分割できる。ここにＬは２以上の整数である。この
時にはＬ組のコイル群の直列回路の両端に発生する起電
圧または逆起電圧が常に等しくなるようにすればよい
（請求項４）。
の３の倍数とすれば、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうちの１つの相ま
たはＵ−Ｖ、Ｖ−Ｗ、Ｗ−Ｕの線間に設けるＭ個のステ
ータコイルは、Ｍ／Ｌ個のコイルからなるＬ組のコイル
群に分割できる。ここにＬは２以上の整数である。この
時にはＬ組のコイル群の直列回路の両端に発生する起電
圧または逆起電圧が常に等しくなるようにすればよい
（請求項４）。
【００４０】ポール数ｎおよびスロット数ｍは、Ｎおよ
びＭを整数としてそれぞれｎ＝２Ｎ、ｍ＝３Ｍとなる。
すなわちｎおよびｍはそれぞれ２の倍数および３の倍数
である。このときｎとｍが次式； （２／３）ｍ＜ｎ＜（４／３）ｍ を満たすようにすれば、コギングトルク脈動数を大きく
し、その結果コギングトルクを小さくできる。またこの
条件を満たす時には巻線係数も大きくなり、回転電気機
器の効率向上に適する（請求項５）。
びＭを整数としてそれぞれｎ＝２Ｎ、ｍ＝３Ｍとなる。
すなわちｎおよびｍはそれぞれ２の倍数および３の倍数
である。このときｎとｍが次式； （２／３）ｍ＜ｎ＜（４／３）ｍ を満たすようにすれば、コギングトルク脈動数を大きく
し、その結果コギングトルクを小さくできる。またこの
条件を満たす時には巻線係数も大きくなり、回転電気機
器の効率向上に適する（請求項５）。
【００４１】この発明は、相電流（Ｙ結線の時）あるい
は線電流（Δ結線の時）が流れる相・線間電流回路を並
列回路で構成したので、相電流あるいは線電流を一定と
した場合に、この並列回路を形成するそれぞれの直列回
路に流れる電流を少なくすることができる。このためス
テータコイルの線径を細くすることにより回転電気機器
の小型化が可能になる。またコイルの巻数を２倍、３倍
と大幅に増やさない時には、出力電圧あるいは駆動電圧
は低くなるが、車両の電装用電源電圧は一般に家庭用や
産業用のものに比べて低いから、この発明に係る回転電
気機器は特に車両用に好適なものとなる（請求項６）。
は線電流（Δ結線の時）が流れる相・線間電流回路を並
列回路で構成したので、相電流あるいは線電流を一定と
した場合に、この並列回路を形成するそれぞれの直列回
路に流れる電流を少なくすることができる。このためス
テータコイルの線径を細くすることにより回転電気機器
の小型化が可能になる。またコイルの巻数を２倍、３倍
と大幅に増やさない時には、出力電圧あるいは駆動電圧
は低くなるが、車両の電装用電源電圧は一般に家庭用や
産業用のものに比べて低いから、この発明に係る回転電
気機器は特に車両用に好適なものとなる（請求項６）。
【図１】本発明に係る一実施態様を示す図
【図２】本発明に係る一実施態様を示す図
【図３】比較例を示す図
【図４】図１の実施態様の出力性能を示す図
【図５】比較例の出力特性を示す図
【図６】図４と図５のものの性能比較図
【図７】図４と図５のもののコイル最高温度比較図
【図８】本発明に係る他の実施態様を示す図
【図９】本発明に係る他の実施態様を示す図
【図１０】比較例を示す図
【図１１】スロット数ｍとポール数ｎの組合せによるコ
ギングトルク脈動数と巻線係数の関係を示す図
ギングトルク脈動数と巻線係数の関係を示す図
１０ ステータ １２ 磁極歯 １４（１４ａ〜ｆ） ステータコイル １６（１６ａ、１６ｂ） 直列回路 １８ 並列回路 ２０ 中性点 ３０ ロータ ３２ 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H603 AA01 BB01 BB02 BB07 BB09 BB12 CA01 CA05 CB04 CB05 CC04 CC07 CC11 CC17 CD21 5H621 BB10 GA01 GA04 GA20 GB06 GB14 HH01
Claims (6)
- 【請求項１】 ポール数をｎとする永久磁石式ロータ
と、スロット数をｍとするステータとを備え、前記ｍを
６以上にした永久磁石式３相交流回転電気機器におい
て、 ３つの相をＹ結線とし、同一相の線電流が流れる線電流
回路を１または複数のステータコイルで形成される複数
の直列回路を並列接続した並列回路で形成し、永久磁石
とステータコイルの配置対称性に基づいて、同一相の線
電流回路を形成する複数の直列回路の両端間起電圧また
は逆起電圧が常にほぼ同一になるように各直列回路に用
いるステータコアを組合せ、前記並列回路内で循環電流
が発生するのを防いだことを特徴とする永久磁石式３相
交流回転電気機器。 - 【請求項２】 ポール数をｎとする永久磁石式ロータ
と、スロット数をｍとするステータとを備え、前記ｍを
６以上にした永久磁石式３相交流回転電気機器におい
て、 ３つの相をΔ結線とし、線間電圧を発生する線間回路を
１または複数のステータコイルで形成される複数の直列
回路を並列接続した並列回路で形成し、永久磁石とステ
ータコイルの配置対称性に基づいて、同じ線間回路を形
成する複数の直列回路の両端間起電圧または逆起電圧が
常にほぼ同一になるように各直列回路に用いるステータ
コイルを組合せ、前記並列回路内で循環電流が発生する
のを防いだことを特徴とする永久磁石式３相交流回転電
気機器。 - 【請求項３】 ポール数ｎとスロット数ｍが公約数を有
する請求項１または２の永久磁石式３相交流回転電気機
器。 - 【請求項４】 スロット数ｍはＭを４以上の３の倍数と
して３Ｍであり、１つの相に対応するＭ個のコイルは、
それぞれ起電圧または逆起電圧が等しくなるように直列
接続したＭ／Ｌ個のコイルからなるＬ組に分割され、各
組の直列回路を並列接続した請求項１〜３のいずれかの
永久磁石式３相交流回転電気機器。 - 【請求項５】 ポール数ｎおよびスロット数ｍは、Ｎお
よびＭを整数としてそれぞれ、ｎ＝２Ｎ、ｍ＝３Ｍを満
足し、かつ次式； ２ｍ／３＜ｎ＜４ｍ／３ を満たす請求項１〜４のいずれかの永久磁石式３相交流
回転電気機器。 - 【請求項６】 車両の電装品に用いる発電機または電動
機である請求項１〜５のいずれかの永久磁石式３相交流
回転電気機器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001073417A JP2002272074A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 永久磁石式３相交流回転電気機器 |
| US09/683,997 US6998750B2 (en) | 2001-03-15 | 2002-03-11 | Permanent magnet type three-phase AC rotary electric machine |
| EP02005917A EP1244195A1 (en) | 2001-03-15 | 2002-03-14 | Winding scheme for a permanent magnet type three-phase ac rotary electric machine |
| CN 02105626 CN1375910A (zh) | 2001-03-15 | 2002-03-14 | 永久磁铁型三相ac回转电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001073417A JP2002272074A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 永久磁石式３相交流回転電気機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002272074A true JP2002272074A (ja) | 2002-09-20 |
Family
ID=18930845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001073417A Pending JP2002272074A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 永久磁石式３相交流回転電気機器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6998750B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002272074A (ja) |
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| WO2013080374A1 (ja) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型集中巻モータ |
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| JP7635951B1 (ja) * | 2024-08-23 | 2025-02-26 | 株式会社小田原エンジニアリング | ステータ、回転電機、ステータの巻線方法及びステータの製造方法 |
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| FI117732B (fi) * | 2005-01-04 | 2007-01-31 | High Speed Tech Ltd Oy | Kiertovirtakuristin |
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