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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023153665
(43)【公開日】2023-10-18
(54)【発明の名称】３相誘導電動機
(51)【国際特許分類】
H02K 17/14 20060101AFI20231011BHJP
【ＦＩ】
H02K17/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022063064
(22)【出願日】2022-04-05
(71)【出願人】
【識別番号】000149066
【氏名又は名称】オークマ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】由良 元澄
【テーマコード（参考）】
5H013
【Ｆターム（参考）】
5H013GG00
(57)【要約】
【課題】大トルクを要する低速領域を６極動作で実現し、高い回転数を要する高速領域を２極動作で実現する３相誘導電動機を提供する。
【解決手段】３相誘導電動機１０において、３相のコイルは、それぞれ、１８０度対称に配された、第１コイルユニット２０ｆと、第２コイルユニット２０ｓと、を有し、各コイルユニット２０ｆ，２０ｓは、第１コイル２２と、第２コイル２４と、を有し、前記第１コイル２２は、２極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線を１回巻回して構成され、前記第２コイル２４は、第１コイル２２を周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２回、前記第１コイル２２と逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、前記第１コイル２２と前記第２コイル２４の両方に通電することによって６極で動作し、前記第１コイル２２にのみ通電することによって２極で動作する。
【選択図】図１
【解決手段】３相誘導電動機１０において、３相のコイルは、それぞれ、１８０度対称に配された、第１コイルユニット２０ｆと、第２コイルユニット２０ｓと、を有し、各コイルユニット２０ｆ，２０ｓは、第１コイル２２と、第２コイル２４と、を有し、前記第１コイル２２は、２極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線を１回巻回して構成され、前記第２コイル２４は、第１コイル２２を周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２回、前記第１コイル２２と逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、前記第１コイル２２と前記第２コイル２４の両方に通電することによって６極で動作し、前記第１コイル２２にのみ通電することによって２極で動作する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータ鉄芯の内周に設けられた複数のスロットに３相のコイルが巻回された３相誘導電動機であって、
前記３相のコイルは、それぞれ、第１コイルユニット、第２コイルユニットと、で構成されるユニット対を１以上有し、
前記第１コイルユニットおよび前記第２コイルユニットは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度対称に配置されており、
各コイルユニットは、第１コイルと、第２コイルと、を有し、
前記第１コイルは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線をｍ回巻回して構成され、
前記第２コイルは、第１コイルを周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２×ｍ回、前記第１コイルと逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、
前記第１コイルと前記第２コイルの両方に通電することによって６×ｎ極で動作し、前記第１コイルにのみ通電することによって２×ｎ極で動作し、
前記ｍ，ｎは、いずれも、自然数である、
ことを特徴とする、３相誘導電動機。
前記３相のコイルは、それぞれ、第１コイルユニット、第２コイルユニットと、で構成されるユニット対を１以上有し、
前記第１コイルユニットおよび前記第２コイルユニットは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度対称に配置されており、
各コイルユニットは、第１コイルと、第２コイルと、を有し、
前記第１コイルは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線をｍ回巻回して構成され、
前記第２コイルは、第１コイルを周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２×ｍ回、前記第１コイルと逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、
前記第１コイルと前記第２コイルの両方に通電することによって６×ｎ極で動作し、前記第１コイルにのみ通電することによって２×ｎ極で動作し、
前記ｍ，ｎは、いずれも、自然数である、
ことを特徴とする、３相誘導電動機。
【請求項2】
請求項１に記載の３相誘導電動機であって、
前記第１コイルユニットの前記第１コイルと、前記第２コイルユニットの前記第１コイルと、は直列に接続されており、
前記第１コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第２コイルと、は直列に接続されており、
前記第１コイルと前記第２コイルは、互いに接続されていない、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
前記第１コイルユニットの前記第１コイルと、前記第２コイルユニットの前記第１コイルと、は直列に接続されており、
前記第１コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第２コイルと、は直列に接続されており、
前記第１コイルと前記第２コイルは、互いに接続されていない、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
【請求項3】
請求項２に記載の３相誘導電動機であって、
前記ステータ鉄芯は、３６個の前記スロットを有しており、
Ｕ相の前記第１コイルは、第１スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第１コイルは、第２２スロットから第６スロットに巻回されるコイルと、第２４スロットから第３６スロットを経由して第４スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第１コイルは、第１５スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１３スロットから第１スロットを経由して第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｕ相の前記第２コイルは、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第２コイルは、第１０スロットから第１７スロットに巻回されるコイルと、第１１スロットから第１６スロットに巻回されるコイルと、第３５スロットとから第２８スロットに巻回されるコイルと、第３４スロットから第２９スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第２コイルは、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、を含む、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
前記ステータ鉄芯は、３６個の前記スロットを有しており、
Ｕ相の前記第１コイルは、第１スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第１コイルは、第２２スロットから第６スロットに巻回されるコイルと、第２４スロットから第３６スロットを経由して第４スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第１コイルは、第１５スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１３スロットから第１スロットを経由して第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｕ相の前記第２コイルは、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第２コイルは、第１０スロットから第１７スロットに巻回されるコイルと、第１１スロットから第１６スロットに巻回されるコイルと、第３５スロットとから第２８スロットに巻回されるコイルと、第３４スロットから第２９スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第２コイルは、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、を含む、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
【請求項4】
ステータ鉄芯の内周に設けられた複数のスロットに３相のコイルが巻回された３相誘導電動機であって、
前記３相のコイルは、それぞれ、第１コイルユニット、第２コイルユニットと、で構成されるユニット対を１以上有し、
前記第１コイルユニットおよび前記第２コイルユニットは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度対称に配置されており、
各コイルユニットは、第１コイルと、第２コイルと、を有し、
前記第１コイルは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線をｍ回巻回して構成され、
前記第２コイルは、第１コイルを周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２×ｍ回、前記第１コイルと逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、
全ての前記第１コイルと前記第２コイルの両方に通電することによって６×ｎ極で動作し、前記第１コイルユニットの前記第１コイルにのみ通電することによって２×ｎ極で動作し、
前記ｍ，ｎは、いずれも、自然数である、
ことを特徴とする、３相誘導電動機。
前記３相のコイルは、それぞれ、第１コイルユニット、第２コイルユニットと、で構成されるユニット対を１以上有し、
前記第１コイルユニットおよび前記第２コイルユニットは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度対称に配置されており、
各コイルユニットは、第１コイルと、第２コイルと、を有し、
前記第１コイルは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線をｍ回巻回して構成され、
前記第２コイルは、第１コイルを周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２×ｍ回、前記第１コイルと逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、
全ての前記第１コイルと前記第２コイルの両方に通電することによって６×ｎ極で動作し、前記第１コイルユニットの前記第１コイルにのみ通電することによって２×ｎ極で動作し、
前記ｍ，ｎは、いずれも、自然数である、
ことを特徴とする、３相誘導電動機。
【請求項5】
請求項４に記載の３相誘導電動機であって、
前記第１コイルユニットの前記第１コイルは、前記第２コイル、および、前記第２コイルユニットの前記第１コイルのいずれとも接続されておらず、
前記第１コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第１コイルと、は互いに接続されている、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
前記第１コイルユニットの前記第１コイルは、前記第２コイル、および、前記第２コイルユニットの前記第１コイルのいずれとも接続されておらず、
前記第１コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第１コイルと、は互いに接続されている、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
【請求項6】
請求項５に記載の３相誘導電動機であって、
前記ステータ鉄芯は、３６個の前記スロットを有しており、
Ｕ相の前記第１コイルは、第１スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第１コイルは、第６スロットから第２４スロットに巻回されるコイルと、第４スロットから第１スロットを経由して第２２スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第１コイルは、第１３スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１５スロットから第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｕ相の前記第２コイルは、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第２コイルは、第１７スロットから第１０スロットに巻回されるコイルと、第１６スロットから第１１スロットに巻回されるコイルと、第２８スロットとから第３５スロットに巻回されるコイルと、第２９スロットから第３４スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第２コイルは、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、を含む、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
前記ステータ鉄芯は、３６個の前記スロットを有しており、
Ｕ相の前記第１コイルは、第１スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第１コイルは、第６スロットから第２４スロットに巻回されるコイルと、第４スロットから第１スロットを経由して第２２スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第１コイルは、第１３スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１５スロットから第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｕ相の前記第２コイルは、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｖ相の前記第２コイルは、第１７スロットから第１０スロットに巻回されるコイルと、第１６スロットから第１１スロットに巻回されるコイルと、第２８スロットとから第３５スロットに巻回されるコイルと、第２９スロットから第３４スロットに巻回されるコイルと、を含み、
Ｗ相の前記第２コイルは、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、を含む、
ことを特徴とする３相誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、ステータ鉄芯の内周に設けられた複数のスロットに３相のコイルが巻回された３相誘導電動機を開示する。
【背景技術】
【0002】
プレス金型や樹脂モールド金型を加工する工作機械においては、金型の仕上げ加工を行う際に、工具径が数ｍｍ程度以下の小径ボールエンドミルを用いて曲面加工を行う。小径であるので適切な周速を得るため、また加工時間を短縮するために数万ｒｐｍ以上の高い回転数が求められる。このような高速回転を実現するために、主軸に直接、電動機のロータを搭載したビルトインモータ構造が採用される。
【0003】
また、金型の自由曲面を小径工具によって加工するため、長時間の連続運転となるので、電動機の発熱が小さいことが求められる。特に高速回転ではステータの鉄損による発熱、主軸の軸受けの発熱が必然的に大きくなることから、電動機の巻線による発熱は極力小さいことが求められる。なお、ビルトインモータ構造による特質上、発熱が大きいと主軸の熱変位が大きくなり、加工精度が悪化する。
【0004】
一方、プレス加工機または射出成型機に金型を固定する際に用いられる穴を加工する必要があるが、高精度なプレス加工や射出成型を行うために、この固定穴は上記の仕上げ加工と同一の機械上で加工することが望ましい。この穴加工は一般的に数１０ｍｍ程度のドリル加工で行うことが多く、上記の仕上げ加工とは逆に低速で大きなトルクが求められる。図２は金型加工に求められる主軸の回転数とトルクを示したものである。すなわち低速領域において大きなトルクが求められ、仕上げ加工には高い回転数の高速領域が求められる。
【0005】
従来、低速と高速の速度範囲を拡大する技術として、３相誘導電動機の巻線をスター接続とデルタ接続に切換えるＹ△切換が一般的に用いられる。しかしながらＹ△切換はスター接続に対してデルタ接続の回転数比が理論的には１．７３倍（√３倍）であり、十分な速度範囲が確保できない。
【0006】
また、速度範囲を拡大する技術として極数切換がある。一般的には、２極と４極、または４極と８極を切り換えるものが多いが回転数比は２倍であり、これでも十分とは言えない。
【0007】
特許文献１には、２極と６極を切り換えて回転数比３倍を実現する技術が示されている。この技術は、１相あたり６個の分散配置された巻線コイルを持ち、２極で使用するときは６個のコイルの電流方向を同じにし、６極で使用する場合は６個の内、４個のコイル電流を逆方向にする。
【0008】
特許文献２には、２極と６極を切り換えて回転数比３倍を実現する技術が示されている。この技術は、上記昭５５－２２８５７と同様に１相あたり６個の巻線コイルを持つが、６極の１極毎に分割配置された６コイルで構成されている点が異なる。６極で使用するときは互いに隣り合うコイルの電流方向を逆方向にし、２極で使用する場合は６個の内、隣り合う３個ずつのコイル電流を同方向にする。
【0009】
特許文献３には２極と８極を切り換えて回転数比４倍を実現する技術が示されている。この技術は、上記特許文献１と同様に１相あたり６個の分散配置された巻線コイルを持ち、２極で使用する時は６個のコイルの電流方向を同じにし、６極で使用する場合は６個の内、４個のコイル電流を逆方向にする。６個のコイルは、電動機ステータの内周を４等分した内の２ヵ所に３個ずつ分けて配置されており、４等分のうち残る２ヶ所には巻線コイルを配置しないことによって６個のコイルで８極を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】実公昭５５－２２８５７号公報
【特許文献2】特開昭５５－３７８７７号公報
【特許文献3】特開昭５７－４３５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
特許文献１に示す技術においては、６極を構成するコイルが互いに離れて配置されているために、６極で使用するときに起磁力が発生しない部分が多く、ステータ鉄芯の約５０％の部分が有効利用されていない。そのため、低速領域に求められる十分なトルクを出力できないという課題がある。
【0012】
特許文献２に示す技術においては、２極で使用するときにおいても６個のコイル全てに電流を流しており、６個中４個のコイルは電流が流れても磁束を生じない、すなわち無駄に発熱している。そのため、２極で求められる高速回転領域において電動機の温度上昇が大きくなるという課題がある。
【0013】
特許文献３に示す技術においては、６個のコイルが互いに離れて配置されているために、８極で使用するときに起磁力が発生しない部分が多く、ステータ鉄芯の約５０％の部分が有効利用されていない。そのため、低速領域に求められる十分なトルクを出力できないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本明細書で開示する３相誘導電動機は、ステータ鉄芯の内周に設けられた複数のスロットに３相のコイルが巻回された３相誘導電動機であって、前記３相のコイルは、それぞれ、第１コイルユニット、第２コイルユニットと、で構成されるユニット対を１以上有し、前記第１コイルユニットおよび前記第２コイルユニットは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度対称に配置されており、各コイルユニットは、第１コイルと、第２コイルと、を有し、前記第１コイルは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線をｍ回巻回して構成され、前記第２コイルは、第１コイルを周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２×ｍ回、前記第１コイルと逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、前記第１コイルと前記第２コイルの両方に通電することによって６×ｎ極で動作し、前記第１コイルにのみ通電することによって２×ｎ極で動作し、前記ｍ，ｎは、いずれも、自然数である、ことを特徴とする。
【0015】
この場合、前記第１コイルユニットの前記第１コイルと、前記第２コイルユニットの前記第１コイルと、は直列に接続されており、前記第１コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第２コイルと、は直列に接続されており、前記第１コイルと前記第２コイルは、互いに接続されていなくてもよい。
【0016】
また、前記ステータ鉄芯は、３６個の前記スロットを有しており、Ｕ相の前記第１コイルは、第１スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｖ相の前記第１コイルは、第２２スロットから第６スロットに巻回されるコイルと、第２４スロットから第３６スロットを経由して第４スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｗ相の前記第１コイルは、第１５スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１３スロットから第１スロットを経由して第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｕ相の前記第２コイルは、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｖ相の前記第２コイルは、第１０スロットから第１７スロットに巻回されるコイルと、第１１スロットから第１６スロットに巻回されるコイルと、第３５スロットとから第２８スロットに巻回されるコイルと、第３４スロットから第２９スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｗ相の前記第２コイルは、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、を含んでもよい。
【0017】
本明細書で開示する他の３相誘導電動機は、ステータ鉄芯の内周に設けられた複数のスロットに３相のコイルが巻回された３相誘導電動機であって、前記３相のコイルは、それぞれ、第１コイルユニット、第２コイルユニットと、で構成されるユニット対を１以上有し、前記第１コイルユニットおよび前記第２コイルユニットは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度対称に配置されており、各コイルユニットは、第１コイルと、第２コイルと、を有し、前記第１コイルは、２×ｎ極動作時の電気角で１８０度の範囲に、巻線をｍ回巻回して構成され、前記第２コイルは、第１コイルを周方向に３等分した際の真ん中１／３の範囲に、前記巻線を２×ｍ回、前記第１コイルと逆向きに電流が流れるように巻回して構成され、全ての前記第１コイルと前記第２コイルの両方に通電することによって６×ｎ極で動作し、前記第１コイルユニットの前記第１コイルにのみ通電することによって２×ｎ極で動作し、前記ｍ，ｎは、いずれも、自然数である、ことを特徴とする。
【0018】
この場合、前記第１コイルユニットの前記第１コイルは、前記第２コイル、および、前記第２コイルユニットの前記第１コイルのいずれとも接続されておらず、前記第１コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第２コイルと、前記第２コイルユニットの前記第１コイルと、は互いに接続されていてもよい。
【0019】
また、前記ステータ鉄芯は、３６個の前記スロットを有しており、Ｕ相の前記第１コイルは、第１スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｖ相の前記第１コイルは、第６スロットから第２４スロットに巻回されるコイルと、第４スロットから第１スロットを経由して第２２スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｗ相の前記第１コイルは、第１３スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１５スロットから第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｕ相の前記第２コイルは、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｖ相の前記第２コイルは、第１７スロットから第１０スロットに巻回されるコイルと、第１６スロットから第１１スロットに巻回されるコイルと、第２８スロットとから第３５スロットに巻回されるコイルと、第２９スロットから第３４スロットに巻回されるコイルと、を含み、Ｗ相の前記第２コイルは、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、を含んでもよい。
【発明の効果】
【0020】
本明細書で開示する３相誘導電動機によれば、６×ｎ極で運転する場合は、ステータ１周中で起磁力を発生しない部分が少なく鉄芯の利用率が高いのでモータ体積当たりのトルクを増大することができ、大トルクを発生することができる。また、２×ｎ極で運転する場合は、磁界を発生するための無駄な電流を必要としないので低発熱であり、高速回転でも電動機の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】３相誘導電動機の断面図に１相分の巻線、および、２極運転時、６極運転時それぞれの電流方向と磁束方向を示す図である。
【図2】工作機械用主軸の、回転数－トルク特性を示す図である。
【図3】３相誘導電動機の断面に３相分の巻線を示す図である。
【図4】３相誘導電動機の巻線図である。
【図7】他の例の３相誘導電動機の巻線図である。
【図9】他の例の３相誘導電動機の断面図に１相分の巻線、および、４極運転時、１２極運転時それぞれの電流方向と磁束方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図１に３相誘導電動機１０の断面構造と１相分の巻線および動作原理を示す。ステータ１２（ステータ鉄芯）には、３６個のスロット１６が設けられており。それぞれのスロット１６には、巻線コイルが納められる。図１において、巻線は、１相分のみ図示している。一つの相コイルは、第１コイルユニット２０ｆと、第２コイルユニット２０ｓと、を有している。第１コイルユニット２０ｆおよび第２コイルユニット２０ｓは、２極運転時における電気角で１８０度対称に配置されている。各コイルユニット２０ｆ，２０ｓは、第１コイル２２と第２コイル２４とを含む。第１コイル２２は、２極運転時における電気角で約１８０度の範囲に巻回されている。第２コイル２４は、第１コイル２２を周方向に３等分した際の真ん中約１／３の範囲に、第１コイル２２の２倍の回数、前記第１コイル２２と逆向きに電流が流れるように巻回されている。なお、ロータ１４については、説明を省くが、一般的なかご型誘導巻線を備えたものである。
【0023】
図１（Ａ）は、２極運転時の動作を示すもので、第１コイル２２にのみ通電し、その結果、太線矢印のように２極の磁束が発生する。図１（Ｂ）は、６極運転時の動作を示すもので、第１コイル２２と第２コイル２４の両方に通電することによって、太線矢印のように６極の磁束が発生する。
【0024】
図３は、３相巻線のそれぞれの配置を図示したものである。図４は、３相巻線の結線およびスロットへの挿入位置を示すものである。Ｕ１はＵ相第１コイルの接続端子、Ｖ１はＶ相第１コイルの接続端子、Ｗ１はＷ相第１コイルの接続端子を示す。各相の第１コイル２２は、本図の例ではスター結線としており、コイル他方はそれぞれ中性点に接続する。なお、本図の例はスター結線としているが、コイル他方を外部に引き出して接続端子を設けることによりデルタ結線とすることができる。Ｕ２およびＵ３はＵ相第２コイルの接続端子、Ｖ２およびＶ３はＶ相第２コイルの接続端子、Ｗ２およびＷ３はＷ相第２コイルの接続端子である。
【0025】
図４の例では、Ｕ相の第１コイル２２は、第１スロットから第１８スロットに巻回されるコイルと、第３６スロットから第１９スロットに巻回されるコイルと、を含み、この二つのコイルは、直列接続されている。また、Ｕ相の第２コイル２４は、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、これら４つのコイルは、直列接続されている。
【0026】
Ｖ相の第１コイル２２は、第２２スロットから第６スロットに巻回されるコイルと、第２４スロットから第３６スロットを経由して第４スロットに巻回されるコイルと、を含み、この二つのコイルは、直列接続されている。Ｖ相の第２コイル２４は、第１０スロットから第１７スロットに巻回されるコイルと、第１１スロットから第１６スロットに巻回されるコイルと、第３５スロットとから第２８スロットに巻回されるコイルと、第３４スロットから第２９スロットに巻回されるコイルと、を含み、これら４つのコイルは、直列接続されている。
【0027】
Ｗ相の第１コイル２２は、第１５スロットから第３１スロットに巻回されるコイルと、第１３スロットから第１スロットを経由して第３３スロットに巻回されるコイルと、を含み、この２つのコイルは、直列接続されている。Ｗ相の第２コイル２４は、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、を含み、これら４つのコイルは、直列接続されている。
【0028】
図５は、図４の巻線図を採用した３相誘導電動機１０を、２極で運転する場合の起磁力分布を示すものであり、横軸は電気角、縦軸は起磁力を示す。図６は、図４の巻線図を採用した３相誘導電動機１０を、６極で運転する場合の起磁力分布を示す。
【0029】
図７は、他の３相誘導電動機１０の一例を示す図である。図４に示した巻線の結線では、２極で使用する際に起磁力の３相位相差が電気角１２０度に対して誤差がある。そこで、図７に示す３相誘導電動機１０では、第１コイルユニット２０ｆの第１コイル２２を、第２コイルユニット２０ｓの第１コイル２２に接続せず、独立させている。より具体的に説明すると、Ｕ相の第１コイルユニット２０ｆの第１コイル２２は、第１スロットから第１９スロットに巻回されるコイルを有する。このコイルは、同じ相に属する他のコイルと接続されていない。Ｕ相の第２コイルユニット２０ｓの第１コイル２２は、第３６スロットから第１８スロットに巻回されるコイルを含む。このコイルは、Ｕ相の第２コイル２４と、直列接続されている。Ｕ相の第２コイル２４は、第１２スロットから第７スロットに巻回されるコイルと、第１４スロットから第５スロットに巻回されるコイルと、第２３スロットとから第３２スロットに巻回されるコイルと、第２５スロットから第３０スロットに巻回されるコイルと、を含み、これら４つのコイルは、直列接続されている。
【0030】
Ｖ相の第１コイルユニット２０ｆの第１コイル２２は、第６スロットから第２４スロットに巻回されるコイルを有する。このコイルは、同じ相に属する他のコイルと接続されていない。Ｖ相の第２コイルユニット２０ｓの第１コイル２２は、第４スロットから第１スロットを経由して第２２スロットに巻回されるコイルを含む。このコイルは、Ｖ相の第２コイル２４と、直列接続されている。Ｖ相の第２コイル２４は、Ｖ相の第２コイル２４は、第１７スロットから第１０スロットに巻回されるコイルと、第１６スロットから第１１スロットに巻回されるコイルと、第２８スロットとから第３５スロットに巻回されるコイルと、第２９スロットから第３４スロットに巻回されるコイルと、を含み、これら４つのコイルは、直列接続されている。
【0031】
Ｗ相の第１コイルユニット２０ｆの第１コイル２２は、第１３スロットから第３１スロットに巻回されるコイルを含む。このコイルは、同じ相に属する他のコイルと接続されていない。Ｗ相の第２コイルユニット２０ｓの第１コイル２２は、第１５スロットから第３３スロットに巻回されるコイルを含む。このコイルは、Ｗ相の第２コイル２４と、直列接続されている。Ｗ相の第２コイル２４は、第２７スロットとから第２０スロットに巻回されるコイルと、第２６スロットから第２１スロットに巻回されるコイルと、第２スロットから第９スロットに巻回されるコイルと、第３スロットから第８スロットに巻回されるコイルと、を含み、これら４つのコイルは、直列接続されている。
【0032】
そして、２極で使用するときは、第１コイルユニット２０ｆの第１コイル２２にのみ通電する。第２コイルユニット２０ｓの第１コイル２２は、第２コイル２４と直列に接続し、６極で使用するときに通電する。この場合、２極で使用する際の巻線量が半分になるので、２極時に十分なトルクを出力できないという課題はある。しかし、２極では高速での制御安定性が求められるので、３相位相差が正確であることのメリットが大きい。
【0033】
図８は、図７の巻線図を採用した３相誘導電動機１０を２極で運転する場合の起磁力分布を示すものである。図５と図８の比較から明らかな通り、図７の巻線図によれば、起磁力分布の３相位相差を１２０度により近づけることができる。
【0034】
図９は、他の３相誘導電動機１０の、半周分の断面構造と１相分の巻線配置を示す図である。図９の３相誘導電動機１０は、４極と、１２極と、に切り替え可能である。この場合、ステータ１２には７２個のスロット１６が設けられており、第１スロットから第３６スロットの巻線配置は、図１に示した２極６極を切換える３相誘導電動機１０と同じである。図示せぬ第３７スロットから第７２スロットは、第１スロットから第３６スロットと対称の構造および配置となっている。また、図９に示した巻線配置はＵ相巻線を示している。図示せぬＶ相とＷ相については、図３に示したＶ相、Ｗ相の３６スロット分の巻線配置を２周に拡張して７２スロットに配置している。つまり、図９の３相誘導電動機１０において、一つの相コイルは、第１コイルユニット２０ｆと、第２コイルユニット２０ｓと、で構成されるユニット対を、２対有している。
【0035】
また、これまでの説明は、一例であり、各相コイルは、第１コイルユニット２０ｆと、第２コイルユニット２０ｓと、で構成されるユニット対を、３対以上、有してもよい。また、これまでは、一つのコイルユニットにおいて、第２コイル２４の巻回数が、第１コイル２２の巻回数の２倍となるのであれば、これらの巻回数は、特に限定されない。
【符号の説明】
【0036】
１０ ３相誘導電動機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ スロット、２０ｆ 第１コイルユニット、２０ｓ 第２コイルユニット、２２ 第１コイル、２４ 第２コイル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
