巻き係数

電力工学において、巻線係数は、 オルタネーターのステーターの異なる設計の有効性を比較する方法を提供します。巻線係数とは、短ピッチ、分散、または斜め巻線を持つステーターによって生成される起電力（EMF）と、全ピッチ、集中、および非斜め巻線を持つステーターによって生成される起電力（EMF）の比です。 k w {\displaystyle k_{w}}

ほとんどのオルタネーターでは、ステーターがアーマチュアとして機能します。巻線係数は他の電気機械にも適用されますが、この記事ではオルタネーターに適用される巻線係数に焦点を当てます。

実用的なオルタネータは、高調波を低減し、一定のトルクを維持するために、短ピッチの分布巻線を採用しています。また、コギングトルクを低減するために、ステータまたはロータのいずれかをロータ軸からわずかに傾斜させることもあります。各相の電機子巻線は、複数の極スロットに分散配置されます。異なるスロットに誘起される起電力は同位相ではないため、位相和は数値和よりも小さくなります。[1] この低減係数は分布係数と呼ばれます。巻線係数を低減する他の係数としては、ピッチ係数とスキュー係数があります。 k d {\displaystyle k_{d}} k p {\displaystyle k_{p}} k s {\displaystyle k_{s}}

ピッチ

オルタネーターの設計において、ピッチとは角度を意味します。シャフトは360度で1回転し、これを機械角度と呼びます。一方、導体を流れる電流は360度の電気角度で1周期を描きます。電気角度と機械角度は以下のように関連しています。

electrical degrees = P 2 ⋅ mechanical degrees {\displaystyle {\text{electrical degrees}}={\frac {P}{2}}\cdot {\text{mechanical degrees}}}

ここでPは極の数である。[2]

極の数に関わらず、各極は常に正確に180度の電気角で広がり、これを極ピッチと呼びます。 コイルピッチとは、コイルが広がる電気角の数です。[1]

ショートピッチファクター

フルピッチコイルは電気角で180度、つまり極全体をカバーします。ショートピッチコイルは電気角で180度未満、つまり極全体をカバーしません。コイルのショートピッチ量は、電気角で表した変数で表されます。 a {\displaystyle a}

a = pole pitch − coil pitch {\displaystyle a={\text{pole pitch}}-{\text{coil pitch}}} ピッチ係数は次のようになります。

k p = cos ⁡ ( a 2 ) {\displaystyle k_{p}=\cos({\frac {a}{2}})} 。

短ピッチコイルは、円の弦にちなんでコードコイルとも呼ばれます。 [1]

巻線係数の計算

巻き係数は次のように計算できる[3]
k w = k d k p k s {\displaystyle k_{w}=k_{d}k_{p}k_{s}}

ここで、 は分配係数です。は極係数です。は巻線がローターの軸から斜めになっていることによって生じるスキュー係数です。
k d {\displaystyle k_{d}}
k p {\displaystyle k_{p}}
k s {\displaystyle k_{s}}

例

3相6スロット4極非重複巻線オルタネーターの場合：
coil pitch = 2 π 6 = π 3 ( mech ) = 2 π 3 ( elec ) {\displaystyle {\text{coil pitch}}={\frac {2\pi }{6}}={\frac {\pi }{3}}({\text{mech}})={\frac {2\pi }{3}}({\text{elec}})}
pole pitch = 2 π 4 = π 2 ( mech ) = π ( elec ) {\displaystyle {\text{pole pitch}}={\frac {2\pi }{4}}={\frac {\pi }{2}}({\text{mech}})=\pi ({\text{elec}})}

ほとんどの 3 相モーターの巻線係数の値は 0.85 ～ 0.95 です。

巻線係数（巻線スキューなどの他のいくつかの要因とともに）は、機械の生成された EMF の 高調波内容を改善するのに役立ちます。

参考文献

  1. ^ abc Suad Ibrahim Shahl. 「ACマシン入門」（PDF） p. 7 . 2022年8月3日閲覧。
  2. ^ 「アーマチュア巻線」. Circuit Globe. 2016年1月5日. 2022年7月29日閲覧。
  3. ^ Mustafa Al-Refai (2018). 「同期発電機」（PDF） . 電気通信コンサルティングオフィス（ECCO）. p. 20. 2022年8月6日閲覧。
  • Saadat, Hadi. 2004. Power Systems Analysis . 第2版. McGraw Hill. 国際版.
  • Rakesh Kumar Jha1; Arvind S. Pande2; Harpreet Singh3 (2013年10月). 「短ピッチ巻線による高調波および温度低減のための同期オルタネータの設計と解析」. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering . 3 (10). CiteSeerX  10.1.1.641.1708 . 2022年8月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年11月25日閲覧。{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  • 同期機の全高調波歪みの影響を低減
  • 電動モーター巻線計算機、2022年、Emetor AB
  • ケンコイル、用語集
  • 巻線図の読み方
  • 異なる固定子スロット形状を有する3kW誘導電動機の性能比較研究
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