モーター巻線：違いは何ですか？

モーター巻線は、さまざまな形状や形態をとることができます。ただし、この記事の焦点となる産業用アプリケーションのACモーターでは、3相分散巻線が最も一般的に使用されています。以下の説明は、誘導モーターまたは永久磁石同期モーターでのこのタイプの巻線の使用にも同様に当てはまります。

分散巻線の目的は、モーターのエアギャップに正弦波の起磁力（MMF）分布を生成することです。このMMFは、三相AC電流のバランスの取れたセットが相巻線に流れるときに生成されます。これはMMFであり、モーターの磁気回路設計と組み合わされて、エアギャップ内に進行波の磁束を発生させ、必要なモータートルクを生成します。

巻線は、絶縁された銅または場合によってはアルミニウム線から巻かれたいくつかのコイルで構成されています。ワイヤーのいくつかのストランドを並列に接続して単一の導体を形成し、それをコイルに巻いて数ターンにすることができます。回転数は、特定の設計要件によって異なります。

分散巻線は、以下に示すように、モーター固定子のスロットに挿入されたいくつかのコイルで構成されています。コイルの数は、固定子スロットの数、相の数（この場合は3）、およびモーターの極の数、pに依存します。

各コイルはいくつかのスロットにまたがります。フルピッチ巻線には、平均スパンがポールピッチまたは360°/ pに等しいスロット数に対応するコイルがありますが、ショートピッチ巻線には、より少ないスロットにまたがるコイルがあります。下の図は、一般的な4極モーターのフルピッチ巻線を示しています。

三相分散巻線を備えた4極モーター固定子

巻線の一部は、モータートルクの生成に寄与するスロットにあります。残りは、モータートルクの生成に寄与しない端部巻線になります。したがって、高価な銅の不必要な浪費を避けるために注意深い設計が必要です。さらに、優れた熱性能により、高いスロット充填と端部巻線の熱管理が必要になります。これらの要因は、製造プロセスの考慮事項によって制限されることがよくあります。理想的な分散巻線では、MMF空間分布が完全な正弦波になるように、無限の数のスロットに無限の数のコイルが配置されます。これは実際には明らかに不可能であるため、必要なパフォーマンスを満たすために最善の妥協点を見つける必要があります。

短絡や故障を防ぐために、異なる相のコイルは互いに、そして固定子コアから絶縁する必要があります。断熱材は、機械の内部から外部に熱を伝達する能力を制限する追加の熱障壁を構成します。巻線間、および絶縁体、巻線、固定子コアの間にエアボイドが存在します。これらのボイドは、熱伝達を改善し、巻線の絶縁をさらに改善する含浸プロセスを使用して樹脂で埋められます。

電気モーターの用途は多種多様です。アプリケーションが異なれば、モーター設計に異なる要件が課せられます。これらの要件のいくつかは、巻線設計の影響を受け、次のようなものがあります。

• 効率を向上させるための高調波損失の最小化
• トルクの脈動を減らす
• 音響ノイズと振動を低減します

同じ電気的性能を達成するために、いくつかの巻線レイアウトが可能です。これらのレイアウトの選択は、巻線の製造に使用される自動化のレベルに強く影響される製造上の制約によって決まります。

以下の表は、最も一般的な巻線構成のいくつかと、主な選択基準を示しています。

技術要件、プロセスの複雑さ、自動化のレベル、およびコストの間で、強力な妥協が必要であることは明らかです。つまり、モーター設計者は製造エンジニアリングと緊密に連携して、全体として最適なソリューションを定義する必要があります。