JP5959591B2 - ３相２重化モータ及び３相２重化モータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１群の３相巻線と第２群の３相巻線とで構成される３相２重化モータとその製造方法に関するものである。

従来の３相２重化モータにおいては、第１群３相巻線（スター結線）を右巻き→左巻きの順で巻線し、第２群３相巻線（スター結線）を左巻き→右巻きの順で巻線して互いに巻回方向を逆にするとともに、第１群３相巻線と第２群３相巻線には、位相差のない電流を通電するように構成していた（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２６４８２２号公報

上記の特許文献１に示した従来の３相２重化モータにおいては、第１の３相巻線と第２の３相巻線とで巻線の方向を変えているため、巻線の工程が煩雑になり、工数が増加するという課題があった。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、巻線の工数を低減し、製造が容易な３相２重化モータとその製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するための本発明では、第１のインバータによって駆動される第１群３相巻線と第２のインバータによって駆動される第２群３相巻線とで構成され集中巻ステータを有する３相２重化モータにおいて、各群のΔ結線における各相の巻線は、前記ステータに含まれる複数のティースの内、隣り合う２つのティースを１組として互いに逆方向に巻回されて直列接続されるとともに各組において同一方向に巻回され、前記ステータが環状に形成されたときに、前記モータの回転軸を挟んで対向した位置に、各群の対応する各相巻線が配置され、各群の巻線が分離して配置され、前記第１のインバータの駆動電流と前記第２のインバータの駆動電流とが、互いに電気角πの位相差を有し、各相間の結線部の周方向の重なりは２層である３相２重化モータが提供される。

また、本発明では、第１のインバータによって駆動される第１群３相巻線と第２のインバータによって駆動される第２群３相巻線とで構成され集中巻ステータを有する３相２重化モータの製造方法において、各群のΔ結線における各相の巻線を、前記ステータに含まれる複数のティースの内、隣り合う２つのティースを１組として互いに逆方向に巻回して直列接続するとともに各組において同一方向に巻回し、前記ステータを環状に形成し、前記モータの回転軸を挟んで対向した位置に、各群の対応する各相巻線を配置し、各群の巻線を分離して配置し、前記第１のインバータの駆動電流と前記第２のインバータの駆動電流とが、互いに電気角πの位相差を有し、各相間の結線部の周方向の重なりは２層である
３相２重化モータの製造方法が提供される。

本発明によれば、巻線の工数を低減し、製造が容易な３相２重化モータを得ることができる。

本発明の実施の形態１で製造される３相２重化モータの巻線配置・結線図である。 本発明の実施の形態１で製造される３相２重化モータの回転軸に垂直な平面の断面図である。 本発明の実施の形態１で製造される３相２重化モータの電気回路図である。 本発明の実施の形態２で製造される３相２重化モータの巻線配置・結線図である。 本発明の実施の形態２で製造される３相２重化モータの回転軸に垂直な平面の断面図である。 本発明の実施の形態２で製造される３相２重化モータの電気回路図である。

以下、本発明に係る３相２重化モータとその製造方法の各実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１による３相２重化モータを示す図１〜図３において、電磁鋼板を積層して形成されたステータ（固定子）鉄心１にはティース２が１２個設けられており、図示しない樹脂製のインシュレータを介して巻線３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相から成る３相巻線を１群として２群分（Ｕ１、Ｕ２；Ｖ１、Ｖ２；Ｗ１、Ｗ２）備えることにより、Δ結線の３相２重化モータを構成している。各群の各相の巻線は、隣り合う２つのティース２を１組として連続して巻回され、Ｕ１相は、巻線Ｕ１＋とＵ１−、Ｖ１相は巻線Ｖ１＋とＶ１−、Ｗ１相は巻線Ｗ１＋とＷ１−、Ｕ２相は巻線Ｕ２＋とＵ２−、Ｖ２相は巻線Ｖ２＋とＶ２−、そして、Ｗ２相は巻線Ｗ２＋とＷ２−を備えている。

すなわち、各組の巻線同士は、直列に接続されており、巻線の巻回方向は互いに逆方向になっていて、巻線の配置は、図１の右側から、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｖ１−、Ｖ１＋、Ｗ１＋、Ｗ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｖ２＋、Ｖ２−、Ｗ２−、Ｗ２＋の順になっており、Ｕ１＋とＵ１−、Ｖ１−とＶ１＋、Ｗ１＋とＷ１−、Ｕ２−とＵ２＋、Ｖ２＋とＶ２−、Ｗ２−とＷ２＋はそれぞれ互いに逆方向に巻回され、且つ直列に接続されている。なお、このＵ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ−、Ｕ−、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ−、Ｗ＋の巻線配置は、１０極１２スロット方式用のものである。

そして、各組の巻線の巻回方向は、図１に示すように、右巻き→左巻きの順になっており、全ての組で同一となっている。巻線工程は、ステータ鉄心１が、図１に示すように直線状に開いた状態で行われ、巻線工程完了後にステータ鉄心１は円形に成形され、図２に示すようになる。

巻線は、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｖ１−、Ｖ１＋、Ｗ１＋、Ｗ１−を第１群３相巻線４としてΔ結線されており、各相間を結線する結線部１１（Ｕ１＋〜Ｖ１−；Ｕ１−〜Ｗ１＋；Ｖ１＋〜Ｗ１−）からそれぞれ接続端子１３（Ｖ１相）、１２（Ｕ１相）、及び１４（Ｗ１相）が延出され、マイクロコンピュータ６およびＦＥＴ駆動回路７により制御される第１のインバータ９に接続されている。

同様に、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｖ２＋、Ｖ２−、Ｗ２−、Ｗ２＋の巻線が第２群３相巻線５としてΔ結線されており、各相間の結線部１１（Ｕ２−〜Ｖ２＋；Ｕ２＋〜Ｗ２−；Ｖ２−＋〜Ｗ２＋）からそれぞれ接続端子１６（Ｖ２相）、１５（Ｕ２相）、及び１７（Ｗ２相）が延出され、マイクロコンピュータ６およびＦＥＴ駆動回路８により制御される第２のインバータ１０に接続されている。

各巻線に付した符号はトルクを発生するのに必要な同じ相内での巻線の起磁力の方向を示しており、＋と−では電気角でπ（１８０度）位相が異なる、つまり逆相になっていることを示す。
ここで、図１の結線において、第１群３相巻線４と第２群３相巻線５との間に位相差のない同相の電流を通電したとすると、起磁力が符号通りにならず、トルクが発生しない。

このため、第１群３相巻線４と第２群３相巻線５には、それぞれ、ＦＥＴ駆動回路７及び８、並びに第１及び第２のインバータ９及び１０により、互いにπの位相差を有する電流を通電し、符号通りの起磁力が発生するように巻線されている。各相間の結線部１１は、第１群３相巻線４及び第２群３相巻線５ともに、結線部１１の重なりは最大２つ、すなわち２層で構成されている。

ステータ鉄心１の内側には、図２に示す如く、外周部に永久磁石１８が配設されたロータ（回転子）１９が設けられており、本実施の形態では１０個の永久磁石が、Ｎ極、Ｓ極交互に配置され、１０極１２スロット方式の永久磁石同期モータを形成している。第１群３相巻線４（Ｕ１＋、Ｕ１−；Ｖ１−、Ｖ１＋；Ｗ１＋、Ｗ１−）と第２群３相巻線５（Ｕ２−、Ｕ２＋；Ｖ２＋、Ｖ２−；Ｗ２−、Ｗ２＋）とは、それぞれ回転軸２０を挟んで、すなわちモータの中心に対して対称に配置されており、各群の各相結線部１１（図示せず）が干渉しないようになっている。

この場合、図示のように、回転軸２０を挟んで対向する巻線の配置は、Ｕ１＋とＵ２−、Ｕ１−とＵ２＋、Ｖ１−とＶ２＋、Ｖ１＋とＶ２−、Ｗ１＋とＷ２−、Ｗ１−とＷ２＋となる。
さらに、各群の巻線が分離して配置されていることにより、各群間の相互インダクタンスが小さく、制御性に影響を与えないようになっている。

ここで、上記の特許文献１について再度考えてみると、この特許文献１では、第１群３相巻線と第２群３相巻線の位相差が電気角でπとなるように巻回方向を逆にしている、つまり、第１群３相巻線を右巻き→左巻きの順で巻線し、第２群３相巻線を左巻き→右巻きの順で巻線し、第１群３相巻線と第２群３相巻線には、位相差のない電流を通電するようにしている。

しかしながら、この場合、第１群３相巻線４と第２群の３相巻線５の巻線工程を同時に行うことができなくなり、巻線の工数が増大してしまう。
これに対し本実施の形態によるモータでは、直列接続されているコイルを１組として、直線状のステータ鉄心１に６組のコイルを同時に巻線することができ、巻線工程の工数を減らすことができる。

このように構成された３相２重化モータにおいては、集中巻ステータの巻線は隣り合う２つのティースを１組として互いに逆方向に連続して巻回され、第１のインバータによって駆動される第１群３相巻線と第２のインバータによって駆動される第２群３相巻線はモータの回転軸に対して対向した位置に配置され、前記第１群３相巻線と前記第２群３相巻線の巻線方向が同一で、第１のインバータの駆動電流と第２のインバータの駆動電流とが、互いにπの位相差を有している構成としたので、巻線の工数が低減し、製造が容易で安価な３相２重化モータが得られるという効果がある。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２による３相２重化モータを示す図４〜図６において、電磁鋼板を積層して形成されたステータ鉄心１にはティース２が１２個設けられており、上記の実施の形態１と同様に、図示しない樹脂製のインシュレータを介して巻線３が３相を１群として２群巻回され、それぞれの群でΔ結線されている。巻線３は、隣り合う２つのティースを１組として連続して巻回され、直列に接続されている。巻線の巻回方向は、直列に接続された２つのティース間で互いに逆方向になっている。

ただし、本実施の形態２の場合には上記の実施の形態１とは異なり、巻線の配置は、図４に示すように、図面の右側から、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｗ１−、Ｗ１＋、Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｗ２＋、Ｗ２−、Ｖ２−、Ｖ２＋の順になっており、Ｕ１＋とＵ１−、Ｗ１−とＷ１＋、Ｖ１＋とＶ１−、Ｕ２−とＵ２＋、Ｗ２＋とＷ２−、Ｖ２−とＶ２＋が、それぞれ直列接続されている。なお、このＵ＋、Ｕ−、Ｗ−、Ｗ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｕ−、Ｕ＋、Ｗ＋、Ｗ−、Ｖ−、Ｖ＋の巻線配置は、１４極１２スロット方式用のものである。

図１との違いは、図６からも分かるように、各相の１組の巻線の符号（＋、−）を入れ替えたものである。
巻線の巻回方向は、右巻き→左巻きの順で、全ての組で同一となっている。巻線工程は、ステータ鉄心１が図４に示すように直線状に開いた状態で行われ、巻線完了後にステータ鉄心１は円形に成形され、図５に示すようになる。

巻線は、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｗ１−、Ｗ１＋、Ｖ１＋、Ｖ１−を第１群３相巻線４としてΔ結線されており、各相間を結線する結線部１１（Ｕ１＋〜Ｗ１−；Ｕ１−〜Ｖ１＋；Ｗ１＋〜Ｖ１−）からそれぞれ接続端子１２（Ｕ１相）、１３（Ｖ１相）、及び１４（Ｗ１相）が延出され、マイクロコンピュータ６およびＦＥＴ駆動回路７により制御される第１のインバータ９に接続されている。

同様に、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｗ２＋、Ｗ２−、Ｖ２−、Ｖ２＋の巻線が第２群３相巻線５としてΔ結線されており、各相間の結線部１１（Ｕ２−〜Ｗ２＋；Ｕ２＋〜Ｖ２−；Ｗ２−＋〜Ｖ２＋）からそれぞれ接続端子１５（Ｕ２相）、１６（Ｖ２相）、及び１７（Ｗ２相）が延出され、マイクロコンピュータ６およびＦＥＴ駆動回路８により制御される第２のインバータ１０に接続されている。

各巻線の符号は同じ相内での巻線の起磁力の方向を示しており、＋と−では電気角でπだけ位相が異なる、つまり逆相になっていることを示す。ここで図４の結線において、第１群３相巻線４と第２群３相巻線５に位相差の無い同相の電流を通電すると、上述の如く、符号通りの起磁力が発生しないことが分かる。

このため、第１群３相巻線４と第２群３相巻線５には、互いにπの位相差を有する電流を通電し、符号通りの起磁力が発生するように、マイクロコンピュータ６がＦＥＴ駆動回路７及び８を介してそれぞれ第１及び第２のインバータ９及び１０を制御するように構成されている。各相間の結線部１１は、第１群３相巻線４及び第２群３相巻線５ともに、結線部１１の重なりは最大２つ、すなわち２層で構成されている。

ステータ鉄心１の内側には外周部に永久磁石１８が配されたロータ１９が設けられており、本実施の形態では、１４個の永久磁石１８が、Ｎ極、Ｓ極交互に配置され、１４極１２スロット方式の永久磁石同期モータを形成している。第１群３相巻線Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｗ１−、Ｗ１＋、Ｖ１＋、Ｖ１−と、第２群３相巻線Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｗ２＋、Ｗ２−、Ｖ２−、Ｖ２＋とは、それぞれ回転軸２０を挟んで、すなわちモータの中心に対して対称に配置されており、各群の各相結線部が干渉しないようになっている。

この場合も、上記の実施の形態１と同様に、回転軸２０を挟んで対向する巻線の配置は、Ｕ１＋とＵ２−、Ｕ１−とＵ２＋、Ｖ１−とＶ２＋、Ｖ１＋とＶ２−、Ｗ１＋とＷ２−、Ｗ１−とＷ２＋となる。
さらに、各群の巻線が分離して配置されていることにより、各群間の相互インダクタンスが小さく、制御性に影響を与えないようになっている。

このように構成された３相２重化モータにおいては、集中巻ステータの巻線は隣り合う２つのティースを１組として互いに逆方向に連続して巻回され、第１のインバータによって駆動される第１群３相巻線と第２のインバータによって駆動される第２群３相巻線はモータの回転軸に対して対向した位置に配置され、第１群３相巻線と第２群３相巻線の巻線方向は同一で、第１のインバータの駆動電流と第２のインバータの駆動電流とは、互いにπの位相差を有しているので、巻線の工数が低減し、製造が容易で安価な３相２重化モータが得られるという効果がある。

１ ステータ（固定子）鉄心；２ ティース；３ 巻線；４ 第１群３相巻線；５ 第２群３相巻線；６ マイクロコンピュータ；７、８ ＦＥＴ駆動回路；９ 第１のインバータ；１０ 第２のインバータ；１１ 相間結線部；１２ 接続端子（Ｗ１−Ｕ１相間；１３ 接続端子（Ｕ１−Ｖ１相間）；１４ 接続端子（Ｖ１−Ｗ１相間）；１５ 接続端子（Ｗ２−Ｕ２相間）；１６ 接続端子（Ｕ２−Ｖ２相間）；１７ 接続端子（Ｖ２−Ｗ２相間）；１８ 永久磁石；１９ ロータ（回転子）；２０ 回転軸。

Claims (4)

1. 第１のインバータによって駆動される第１群３相巻線と第２のインバータによって駆動される第２群３相巻線とで構成され集中巻ステータを有する３相２重化モータにおいて、
   各群のΔ結線における各相の巻線は、前記ステータに含まれる複数のティースの内、隣り合う２つのティースを１組として互いに逆方向に巻回されて直列接続されるとともに各組において同一方向に巻回され、
   前記ステータが環状に形成されたときに、前記モータの回転軸を挟んで対向した位置に、各群の対応する各相巻線が配置され、
   各群の巻線が分離して配置され、
   前記第１のインバータの駆動電流と前記第２のインバータの駆動電流とが、互いに電気角πの位相差を有し、
   各相間の結線部の周方向の重なりは２層である
   ３相２重化モータ。
2. 前記ティースの数は１２ｎ（ｎは自然数）で、ロータの磁極の数は１０ｎ（ｎは自然数）である
   請求項１記載の３相２重化モータ。
3. 前記ティースの数は１２ｎ（ｎは自然数）で、ロータの磁極の数は１４ｎ（ｎは自然数）である
   請求項１記載の３相２重化モータ。
4. 第１のインバータによって駆動される第１群３相巻線と第２のインバータによって駆動される第２群３相巻線とで構成され集中巻ステータを有する３相２重化モータの製造方法において、
   各群のΔ結線における各相の巻線を、前記ステータに含まれる複数のティースの内、隣り合う２つのティースを１組として互いに逆方向に巻回して直列接続するとともに各組において同一方向に巻回し、
   前記ステータを環状に形成し、前記モータの回転軸を挟んで対向した位置に、各群の対応する各相巻線を配置し、
   各群の巻線を分離して配置し、
   前記第１のインバータの駆動電流と前記第２のインバータの駆動電流とが、互いに電気角πの位相差を有し、
   各相間の結線部の周方向の重なりは２層である
   ３相２重化モータの製造方法。

Images