JP2000287392A - ２極タービン発電機及びその回転子 - Google Patents
２極タービン発電機及びその回転子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】負荷時における波形狂い率を小さくして供給電
力の品質を向上するとともに、負荷時における所要界磁
電流も低減できる２極タービン発電機及びその回転子を
提供する。 【解決手段】磁極部６と磁極部６以外の複数個の巻線挿
入用スロット７とスロット７間に形成されたティース８
とを有する塊状回転子鉄心と、巻線挿入用スロット７内
に挿入された界磁巻線９と、界磁巻線９保持用ウエッジ
１０とを備え、磁極部６最寄りの巻線挿入用スロット７
間角度をθ、巻線挿入用スロット７の数をＮｒとしたと
き、θが６５°≦θ＜７５°の範囲かつＮｒがＮｒ＝２
０＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）、あるいはθが７５°≦θ
＜８０°の範囲かつＮｒがＮｒ＝１６＋４ｍ（ｍ＝１，
２，３）の何れかの関係を有するように構成する。
力の品質を向上するとともに、負荷時における所要界磁
電流も低減できる２極タービン発電機及びその回転子を
提供する。 【解決手段】磁極部６と磁極部６以外の複数個の巻線挿
入用スロット７とスロット７間に形成されたティース８
とを有する塊状回転子鉄心と、巻線挿入用スロット７内
に挿入された界磁巻線９と、界磁巻線９保持用ウエッジ
１０とを備え、磁極部６最寄りの巻線挿入用スロット７
間角度をθ、巻線挿入用スロット７の数をＮｒとしたと
き、θが６５°≦θ＜７５°の範囲かつＮｒがＮｒ＝２
０＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）、あるいはθが７５°≦θ
＜８０°の範囲かつＮｒがＮｒ＝１６＋４ｍ（ｍ＝１，
２，３）の何れかの関係を有するように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はタービン発電機及び
その回転子に係わり、特に塊状鉄心を用いた２極タービ
ン発電機及びその円筒形の回転子に関する。
その回転子に係わり、特に塊状鉄心を用いた２極タービ
ン発電機及びその円筒形の回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のタービン発電機の円筒形の回転子
には、回転子に励磁電源から直流電源を受けて発電機を
励磁する界磁巻線が設けられている。回転子は、単一鋼
塊から制作され、磁極部と非磁極部からなるように構成
されている。非磁極部には、塊状の回転子鉄心に等間隔
に周方向に複数個の巻線を挿入するためのスロットが設
けられ、このスロット間にはティースが設けられてい
る。スロット内には界磁巻線が施され、界磁巻線上部に
挿入された回転子ウエッジで界磁巻線が保持される構造
になっている。
には、回転子に励磁電源から直流電源を受けて発電機を
励磁する界磁巻線が設けられている。回転子は、単一鋼
塊から制作され、磁極部と非磁極部からなるように構成
されている。非磁極部には、塊状の回転子鉄心に等間隔
に周方向に複数個の巻線を挿入するためのスロットが設
けられ、このスロット間にはティースが設けられてい
る。スロット内には界磁巻線が施され、界磁巻線上部に
挿入された回転子ウエッジで界磁巻線が保持される構造
になっている。
【０００３】大容量機においては、上記したタービン発
電機の円筒形の回転子では、スロットを設置していない
磁極部の大きさ、すなわち磁極部を境にして磁極部最寄
りのスロット間の角度θは、一般にギャップ部の磁束が
正弦波に近づく値に選定され、発電機の電圧波形が良好
となるようにしている。一方、このとき発電機の励磁に
必要な界磁起磁力を得るためには、例えば特開昭49−45
307 号公報に記載されているように、スロットの深さや
幅を調整して界磁巻線の断面を加減し、所定の界磁巻線
の温度上昇限界を越えないように、所要の界磁起磁力を
確保するようにしている。
電機の円筒形の回転子では、スロットを設置していない
磁極部の大きさ、すなわち磁極部を境にして磁極部最寄
りのスロット間の角度θは、一般にギャップ部の磁束が
正弦波に近づく値に選定され、発電機の電圧波形が良好
となるようにしている。一方、このとき発電機の励磁に
必要な界磁起磁力を得るためには、例えば特開昭49−45
307 号公報に記載されているように、スロットの深さや
幅を調整して界磁巻線の断面を加減し、所定の界磁巻線
の温度上昇限界を越えないように、所要の界磁起磁力を
確保するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術で
は、磁極部最寄りのスロット間の角度θ（以下、磁極角
度θという）を、無負荷時における発電機のギャップ磁
束の分布が正弦波に最も近くなる値に選定しており、２
極機ではθ＝６０°程度に選定している。図６は、磁極
角度θを横軸にとり、無負荷時における端子電圧の波形
狂い率ｋｗ、すなわち高調波成分を含んだ波の瞬時値と
その波に等価な正弦波の瞬時値の最大差の等価正弦波の
波高値に対する百分率で表わした数値ｋｗを縦軸にとっ
て示した一例を表している。ここで、端子電圧の波形狂
い率ｋｗは、波形が正弦波から遠ざかるほど大きくな
り、図６から分かるように磁極角度θが６０°で最小と
なる。
は、磁極部最寄りのスロット間の角度θ（以下、磁極角
度θという）を、無負荷時における発電機のギャップ磁
束の分布が正弦波に最も近くなる値に選定しており、２
極機ではθ＝６０°程度に選定している。図６は、磁極
角度θを横軸にとり、無負荷時における端子電圧の波形
狂い率ｋｗ、すなわち高調波成分を含んだ波の瞬時値と
その波に等価な正弦波の瞬時値の最大差の等価正弦波の
波高値に対する百分率で表わした数値ｋｗを縦軸にとっ
て示した一例を表している。ここで、端子電圧の波形狂
い率ｋｗは、波形が正弦波から遠ざかるほど大きくな
り、図６から分かるように磁極角度θが６０°で最小と
なる。
【０００５】しかし、無負荷時に磁極角度θが６０°で
正弦波磁束分布に最も近くなるとしても、実際に発電機
として負荷をかけて運転する負荷時においては、波形狂
い率は最小とはならないことが発明者によって見い出さ
れた。又、磁極角度θを60°としても負荷時において
は、発電機を励磁するために必要な界磁起磁力は必ずし
も最小になると限らず、界磁巻線の温度上昇や損失は最
小にならないことがわかった。
正弦波磁束分布に最も近くなるとしても、実際に発電機
として負荷をかけて運転する負荷時においては、波形狂
い率は最小とはならないことが発明者によって見い出さ
れた。又、磁極角度θを60°としても負荷時において
は、発電機を励磁するために必要な界磁起磁力は必ずし
も最小になると限らず、界磁巻線の温度上昇や損失は最
小にならないことがわかった。
【０００６】本発明の第１の目的は、負荷時における波
形狂い率を小さくして供給電力の品質を向上するととも
に、負荷時における所要界磁電流も低減できる２極ター
ビン発電機及びその回転子を提供することにある。
形狂い率を小さくして供給電力の品質を向上するととも
に、負荷時における所要界磁電流も低減できる２極ター
ビン発電機及びその回転子を提供することにある。
【０００７】本発明の第２の目的は、同一体格で出力の
大きい２極タービン発電機を得ることにある。
大きい２極タービン発電機を得ることにある。
【０００８】本発明の第３の目的は、界磁を励磁するた
めの励磁装置の容量を低減することができる２極タービ
ン発電機及びその回転子を提供することにある。
めの励磁装置の容量を低減することができる２極タービ
ン発電機及びその回転子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の２極タービン発電機は、固定子と、該固定
子と隙間を有して軸受けにより支持された回転子を備え
た２極タービン発電機において、前記回転子が磁極部と
該磁極部以外の複数個の巻線挿入用スロットと該スロッ
ト間に形成されたティースとを有する塊状回転子鉄心
と、該巻線挿入用スロット内に挿入された界磁巻線と、
該界磁巻線保持用のウエッジを有するものであって、前
記磁極部最寄りの前記巻線挿入用スロット間角度をθ、
該巻線挿入用スロットの数をＮｒとしたとき、θが６５
°≦θ＜７５°の範囲でかつＮｒがＮｒ＝２０＋４ｍ
（ｍ＝１，２，３）の関係を有するようにして構成した
ことを特徴とするものである。又、前記磁極部最寄りの
前記巻線挿入用スロット間角度をθ、該巻線挿入用スロ
ットの数をＮｒとしたとき、θが７５°≦θ＜８０°の
範囲でかつＮｒがＮｒ＝１６＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）
の関係を有するようにして構成したことを特徴とするも
のである。
に、本発明の２極タービン発電機は、固定子と、該固定
子と隙間を有して軸受けにより支持された回転子を備え
た２極タービン発電機において、前記回転子が磁極部と
該磁極部以外の複数個の巻線挿入用スロットと該スロッ
ト間に形成されたティースとを有する塊状回転子鉄心
と、該巻線挿入用スロット内に挿入された界磁巻線と、
該界磁巻線保持用のウエッジを有するものであって、前
記磁極部最寄りの前記巻線挿入用スロット間角度をθ、
該巻線挿入用スロットの数をＮｒとしたとき、θが６５
°≦θ＜７５°の範囲でかつＮｒがＮｒ＝２０＋４ｍ
（ｍ＝１，２，３）の関係を有するようにして構成した
ことを特徴とするものである。又、前記磁極部最寄りの
前記巻線挿入用スロット間角度をθ、該巻線挿入用スロ
ットの数をＮｒとしたとき、θが７５°≦θ＜８０°の
範囲でかつＮｒがＮｒ＝１６＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）
の関係を有するようにして構成したことを特徴とするも
のである。
【００１０】又、その回転子は、磁極部と該磁極部以外
に複数個の等間隔に設置された巻線挿入用スロットと該
スロット間に形成されたティースとを有する塊状回転子
鉄心と、該巻線挿入用スロット内に挿入された界磁巻線
と、該界磁巻線保持用のウエッジとを備えた２極タービ
ン発電機の回転子において、前記磁極部最寄りの前記巻
線挿入用スロット間角度をθ、該巻線挿入用スロットの
数をＮｒとしたとき、θが６５°≦θ＜７５°の範囲で
かつＮｒがＮｒ＝２０＋４ｍ(ｍ＝１，２，３)の関係を
有するようにして構成したことを特徴とするものであ
る。又、前記磁極部最寄りの前記巻線挿入用スロット間
角度をθ、該巻線挿入用スロットの数をＮｒとしたと
き、θが７５°≦θ＜８０°の範囲でかつＮｒがＮｒ＝
１６＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）の関係を有するようにし
て構成したことを特徴とするものである。
に複数個の等間隔に設置された巻線挿入用スロットと該
スロット間に形成されたティースとを有する塊状回転子
鉄心と、該巻線挿入用スロット内に挿入された界磁巻線
と、該界磁巻線保持用のウエッジとを備えた２極タービ
ン発電機の回転子において、前記磁極部最寄りの前記巻
線挿入用スロット間角度をθ、該巻線挿入用スロットの
数をＮｒとしたとき、θが６５°≦θ＜７５°の範囲で
かつＮｒがＮｒ＝２０＋４ｍ(ｍ＝１，２，３)の関係を
有するようにして構成したことを特徴とするものであ
る。又、前記磁極部最寄りの前記巻線挿入用スロット間
角度をθ、該巻線挿入用スロットの数をＮｒとしたと
き、θが７５°≦θ＜８０°の範囲でかつＮｒがＮｒ＝
１６＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）の関係を有するようにし
て構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて詳細に説明する。図１は、本実施例の２極タービ
ン発電機の回転子の横断面図、図２は、本実施例の２極
タービン発電機の横断面図、図３は、磁極角度θと負荷
時の端子電圧波形狂い率ｋｗの関係を示す図、図４は、
磁極角度θと負荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆの関係を示
す図、図５は、本実施例の磁極角度とスロット数の選定
範囲を示す図である。ここで、図１，図２では２極のう
ちの１極分を図示しており、以後の説明においては、磁
極部６の中心軸１２を直軸と呼ぶことにする。
用いて詳細に説明する。図１は、本実施例の２極タービ
ン発電機の回転子の横断面図、図２は、本実施例の２極
タービン発電機の横断面図、図３は、磁極角度θと負荷
時の端子電圧波形狂い率ｋｗの関係を示す図、図４は、
磁極角度θと負荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆの関係を示
す図、図５は、本実施例の磁極角度とスロット数の選定
範囲を示す図である。ここで、図１，図２では２極のう
ちの１極分を図示しており、以後の説明においては、磁
極部６の中心軸１２を直軸と呼ぶことにする。
【００１２】図２に示すように、本実施例のタービン発
電機は、主として固定子１と、この固定子１とギャップ
１１を有するように図示しない軸受け支持された回転子
２で構成されている。固定子１には、積層された積層鉄
心に固定子スロット３が設けられており、この固定子ス
ロット３には電機子巻線４が施されている。この電機子
巻線４としては、平角銅線を用いて亀甲形コイルに形成
したものを用い、電機子巻線４を保持するために、固定
子スロット３の開口部に固定子ウエッジ５が挿入されて
いる。
電機は、主として固定子１と、この固定子１とギャップ
１１を有するように図示しない軸受け支持された回転子
２で構成されている。固定子１には、積層された積層鉄
心に固定子スロット３が設けられており、この固定子ス
ロット３には電機子巻線４が施されている。この電機子
巻線４としては、平角銅線を用いて亀甲形コイルに形成
したものを用い、電機子巻線４を保持するために、固定
子スロット３の開口部に固定子ウエッジ５が挿入されて
いる。
【００１３】タービン発電機の回転子２は、機械強度を
持たせるために単一鋼塊から製作されており、磁極部６
と非磁極部とが形成されている。非磁極部には回転子２
の周方向に等間隔に複数個の巻線挿入用の回転子スロッ
ト７が設けられており、スロット７間にはティース８が
設けられている。スロット７内には界磁巻線９が施さ
れ、界磁巻線９の上部、すなわち固定子側には回転子ウ
エッジ１０が挿入されて界磁巻線９を保持する構造とな
っている。界磁巻線９は、裸銅帯を平打ち巻にして、層
間を絶縁して形成されている。このように構成すること
により、界磁巻線９を励磁することによって、直軸１２
の方向に磁束を発生させることができる。
持たせるために単一鋼塊から製作されており、磁極部６
と非磁極部とが形成されている。非磁極部には回転子２
の周方向に等間隔に複数個の巻線挿入用の回転子スロッ
ト７が設けられており、スロット７間にはティース８が
設けられている。スロット７内には界磁巻線９が施さ
れ、界磁巻線９の上部、すなわち固定子側には回転子ウ
エッジ１０が挿入されて界磁巻線９を保持する構造とな
っている。界磁巻線９は、裸銅帯を平打ち巻にして、層
間を絶縁して形成されている。このように構成すること
により、界磁巻線９を励磁することによって、直軸１２
の方向に磁束を発生させることができる。
【００１４】ここで、スロット７は複数個設置されてお
り、磁極部６の中心から９０°離れた位置までのそれぞ
れのスロット７を磁極部６最寄りから遠ざかる順にＳ
１，Ｓ２，…，Ｓｎｒと呼ぶことにすれば、スロット７
の数Ｎｒは、２極機であるのでＮｒ＝４×ｎｒとなる。
また、図１中にも示したように、少なくとも磁極部６最
寄りのスロットＳ１の深さを他のスロットの深さと同等
以下にして、磁極部６最寄りのスロットＳ１の底部の間
隔を広くとり磁気飽和を緩和させるようにしてもよい。
り、磁極部６の中心から９０°離れた位置までのそれぞ
れのスロット７を磁極部６最寄りから遠ざかる順にＳ
１，Ｓ２，…，Ｓｎｒと呼ぶことにすれば、スロット７
の数Ｎｒは、２極機であるのでＮｒ＝４×ｎｒとなる。
また、図１中にも示したように、少なくとも磁極部６最
寄りのスロットＳ１の深さを他のスロットの深さと同等
以下にして、磁極部６最寄りのスロットＳ１の底部の間
隔を広くとり磁気飽和を緩和させるようにしてもよい。
【００１５】本実施例では、図１に示す回転子２におい
て、磁極部６の角度θ、すなわち直軸１２を中央とした
スロットＳ１間の角度θと、巻線挿入用のスロット７の
数Ｎｒを、６５°≦θ＜７５°の範囲でかつＮｒ＝２０
＋４ｍ（ここで、ｍ＝１，２，３）、あるいは７５°≦
θ＜８０°の範囲でかつＮｒ＝１６＋４ｍ（ここで、ｍ
＝１，２，３）の何れかの関係を満足するように選定し
ている。
て、磁極部６の角度θ、すなわち直軸１２を中央とした
スロットＳ１間の角度θと、巻線挿入用のスロット７の
数Ｎｒを、６５°≦θ＜７５°の範囲でかつＮｒ＝２０
＋４ｍ（ここで、ｍ＝１，２，３）、あるいは７５°≦
θ＜８０°の範囲でかつＮｒ＝１６＋４ｍ（ここで、ｍ
＝１，２，３）の何れかの関係を満足するように選定し
ている。
【００１６】このように選定する根拠について、以下説
明する。この説明では、磁極角度θを４０°〜９０°の
範囲で検討するとともに、スロット数Ｎｒを１６，２
０，２４，２８，３２，３６とした。ここで、スロット
数Ｎｒを４の倍数に設定しているのは、２極機で磁極に
対して対称な回転子を考えたためである。
明する。この説明では、磁極角度θを４０°〜９０°の
範囲で検討するとともに、スロット数Ｎｒを１６，２
０，２４，２８，３２，３６とした。ここで、スロット
数Ｎｒを４の倍数に設定しているのは、２極機で磁極に
対して対称な回転子を考えたためである。
【００１７】磁極角度θと負荷時の端子電圧波形狂い率
ｋｗの関係を示した図３は、１００ＭＶＡ級の２極ター
ビン発電機を対象にしており、定格力率の遅れを０.９p
u とした場合の例を示している。このとき、界磁巻線，
スロットのサイズは、それぞれの磁極角度θとスロット
数Ｎｒの条件で、回転子の機械的強度が満足できるよう
に選定して設計している。また、発電機の同期リアクタ
ンスの単位法表示の逆数は短絡比であり、一般に発電機
を設計するとき、発電機が接続される電力系統の安定度
と発電機体格のバランスをとるため、その指標として短
絡比をある程度の数値に維持する必要があるため、何れ
の設計においても発電機の同期リアクタンスが同じ値と
なるような条件で比較している。
ｋｗの関係を示した図３は、１００ＭＶＡ級の２極ター
ビン発電機を対象にしており、定格力率の遅れを０.９p
u とした場合の例を示している。このとき、界磁巻線，
スロットのサイズは、それぞれの磁極角度θとスロット
数Ｎｒの条件で、回転子の機械的強度が満足できるよう
に選定して設計している。また、発電機の同期リアクタ
ンスの単位法表示の逆数は短絡比であり、一般に発電機
を設計するとき、発電機が接続される電力系統の安定度
と発電機体格のバランスをとるため、その指標として短
絡比をある程度の数値に維持する必要があるため、何れ
の設計においても発電機の同期リアクタンスが同じ値と
なるような条件で比較している。
【００１８】ここで、図３中に黒抜きの点で示したスロ
ット数Ｎｒ＝２４でかつ磁極角度θ＝４０，６０，７
０，８０，９０°の５点は、１００ＭＡＶ級の２極ター
ビン発電機と相似な断面の小形モデルによって実測した
点であり、その他の白抜きの点は、それらの実測点から
算定した負荷時の端子電圧波形狂い率ｋｗである。図３
から分かるように、何れのスロット数Ｎｒを選択して
も、磁極角度θが６５°〜８０°程度の範囲で負荷時の
端子電圧波形狂い率ｋｗを小さくできる。この結果は、
無負荷時において磁極角度θが６０°で最も端子電圧波
形狂い率ｋｗが小さくなる従来の結果と異なっている
が、負荷時には電機子巻線４を流れる電流によって電機
子反作用が生じるため、磁束密度の最も大きい周方向位
置が直軸１２から回転方向遅れ側に移動し、ギャップ１
１での磁束密度分布が無負荷時と大きく異なるためであ
る。また、波形狂い率ｋｗの値はスロット数Ｎｒによっ
ても変化し、磁極角度θが同一であれば、スロット数が
多いほうがｋｗが小さくなっている。これは、スロット
数Ｎｒが多いほど、巻線を分布させて配置していること
によって、ギャップ磁束密度分布に含まれる高調波成分
が減少するためである。
ット数Ｎｒ＝２４でかつ磁極角度θ＝４０，６０，７
０，８０，９０°の５点は、１００ＭＡＶ級の２極ター
ビン発電機と相似な断面の小形モデルによって実測した
点であり、その他の白抜きの点は、それらの実測点から
算定した負荷時の端子電圧波形狂い率ｋｗである。図３
から分かるように、何れのスロット数Ｎｒを選択して
も、磁極角度θが６５°〜８０°程度の範囲で負荷時の
端子電圧波形狂い率ｋｗを小さくできる。この結果は、
無負荷時において磁極角度θが６０°で最も端子電圧波
形狂い率ｋｗが小さくなる従来の結果と異なっている
が、負荷時には電機子巻線４を流れる電流によって電機
子反作用が生じるため、磁束密度の最も大きい周方向位
置が直軸１２から回転方向遅れ側に移動し、ギャップ１
１での磁束密度分布が無負荷時と大きく異なるためであ
る。また、波形狂い率ｋｗの値はスロット数Ｎｒによっ
ても変化し、磁極角度θが同一であれば、スロット数が
多いほうがｋｗが小さくなっている。これは、スロット
数Ｎｒが多いほど、巻線を分布させて配置していること
によって、ギャップ磁束密度分布に含まれる高調波成分
が減少するためである。
【００１９】従来のタービン発電機は、磁極角度θを６
０°程度かつスロット数Ｎｒを２４，２８，３２の何れ
かに選定している。図３においては、磁極角度θ＝６０
°でかつＮｒ＝２４，２８，３２のうち、Ｎｒ＝３２の
場合を図３中に×印で示しているが、無負荷の場合は、
従来の磁極角度θ＝６０°で波形狂い率ｋｗが最も小さ
くなる。この×印で示した点より波形狂い率ｋｗを小さ
くできるのが、図３中に斜線を施した領域に入る部分で
ある。
０°程度かつスロット数Ｎｒを２４，２８，３２の何れ
かに選定している。図３においては、磁極角度θ＝６０
°でかつＮｒ＝２４，２８，３２のうち、Ｎｒ＝３２の
場合を図３中に×印で示しているが、無負荷の場合は、
従来の磁極角度θ＝６０°で波形狂い率ｋｗが最も小さ
くなる。この×印で示した点より波形狂い率ｋｗを小さ
くできるのが、図３中に斜線を施した領域に入る部分で
ある。
【００２０】図４は、磁極角度θと負荷時の所要界磁起
磁力ＡＴｆの関係を示したものであるが、図３と同じ条
件で比較した場合について示している。ここで、図４中
に黒抜きの点で示したスロット数Ｎｒ＝２４でかつ磁極
角度θ＝４０，６０，７０，８０，９０°の５点は、図
３と同様に１００ＭＡＶ級の２極タービン発電機と相似
な断面の小形モデルによって実測した所要界磁起磁力を
１００ＭＡＶ級の２極タービン発電機の界磁起磁力に換
算した点であり、その他の白抜きの点は、それらの点か
ら推定した負荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆである。図４
に示すように、何れのスロット数Ｎｒを選択しても、磁
極角度θが６５°〜８０°程度の範囲で負荷時の所要界
磁起磁力ＡＴｆが小さくなっている。
磁力ＡＴｆの関係を示したものであるが、図３と同じ条
件で比較した場合について示している。ここで、図４中
に黒抜きの点で示したスロット数Ｎｒ＝２４でかつ磁極
角度θ＝４０，６０，７０，８０，９０°の５点は、図
３と同様に１００ＭＡＶ級の２極タービン発電機と相似
な断面の小形モデルによって実測した所要界磁起磁力を
１００ＭＡＶ級の２極タービン発電機の界磁起磁力に換
算した点であり、その他の白抜きの点は、それらの点か
ら推定した負荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆである。図４
に示すように、何れのスロット数Ｎｒを選択しても、磁
極角度θが６５°〜８０°程度の範囲で負荷時の所要界
磁起磁力ＡＴｆが小さくなっている。
【００２１】すなわち、無負荷時において端子電圧波形
狂い率ｋｗが最も小さくなる磁極角度θ＝６０°で、負
荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆが最小とならないことが分
かる。磁極角度θが６５°〜８０°程度の範囲で負荷時
の所要界磁起磁力ＡＴｆが小さくなるのは、次のような
理由による。磁極角度の小さい領域では、磁極角度θを
大きくすると磁極部６の磁気飽和が緩和され、ＡＴｆが
小さくなる。磁極角度の大きい領域では、磁極角度が大
きくなって前述の磁極部６の磁気飽和は緩和されるが、
同期リアクタンスが増大してしまうため、同期リアクタ
ンスを同じ値に維持するためにはギャップ１１の径方向
長を長くする必要があり、ギャップ１１の磁気抵抗が増
加するためである。そのため、磁極角度θが６５°〜８
０°付近で負荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆを最も小さく
できるのである。また、所要界磁起磁力ＡＴｆの値は、
スロット数Ｎｒによっても変化し、磁極角度θが同一で
あれば、スロット数が少ないほうがＡＴｆを低減でき
る。これは、スロット数Ｎｒが少ないほど、スロット７
の開口幅が増加し、スロット７上側の幅方向磁気抵抗が
増加するため、ティース８の先端間をギャップ１１や固
定子１の内径側で電機子巻線４と鎖交しないで通過する
漏れ磁束が減少することによって、回転子２を通過する
全磁束が少なくなり、回転子２の磁気飽和が緩和される
ためである。
狂い率ｋｗが最も小さくなる磁極角度θ＝６０°で、負
荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆが最小とならないことが分
かる。磁極角度θが６５°〜８０°程度の範囲で負荷時
の所要界磁起磁力ＡＴｆが小さくなるのは、次のような
理由による。磁極角度の小さい領域では、磁極角度θを
大きくすると磁極部６の磁気飽和が緩和され、ＡＴｆが
小さくなる。磁極角度の大きい領域では、磁極角度が大
きくなって前述の磁極部６の磁気飽和は緩和されるが、
同期リアクタンスが増大してしまうため、同期リアクタ
ンスを同じ値に維持するためにはギャップ１１の径方向
長を長くする必要があり、ギャップ１１の磁気抵抗が増
加するためである。そのため、磁極角度θが６５°〜８
０°付近で負荷時の所要界磁起磁力ＡＴｆを最も小さく
できるのである。また、所要界磁起磁力ＡＴｆの値は、
スロット数Ｎｒによっても変化し、磁極角度θが同一で
あれば、スロット数が少ないほうがＡＴｆを低減でき
る。これは、スロット数Ｎｒが少ないほど、スロット７
の開口幅が増加し、スロット７上側の幅方向磁気抵抗が
増加するため、ティース８の先端間をギャップ１１や固
定子１の内径側で電機子巻線４と鎖交しないで通過する
漏れ磁束が減少することによって、回転子２を通過する
全磁束が少なくなり、回転子２の磁気飽和が緩和される
ためである。
【００２２】図４においては、現行機である磁極角度θ
＝６０°でかつＮｒ＝２４，２８，３２のうち、図４中
に×印の点で示した点が、負荷時の界磁起磁力ＡＴｆが
最も小さくなる場合であり、Ｎｒ＝２４となっている。
この×印の点より負荷時の界磁起磁力ＡＴｆを小さくで
きるのが、図４中に斜線を施した領域に入る部分であ
る。
＝６０°でかつＮｒ＝２４，２８，３２のうち、図４中
に×印の点で示した点が、負荷時の界磁起磁力ＡＴｆが
最も小さくなる場合であり、Ｎｒ＝２４となっている。
この×印の点より負荷時の界磁起磁力ＡＴｆを小さくで
きるのが、図４中に斜線を施した領域に入る部分であ
る。
【００２３】図５は、本実施例の磁極角度とスロット数
の選定範囲を示した図であり、図３で示した現行機より
負荷時の波形狂い率ｋｗを低減できる領域と、図４で示
した現行機より負荷時の界磁起磁力ＡＴｆを低減できる
領域を示している。また、図３，図４の斜線領域内の数
値をみる限りでは、θが５°程度変化する範囲では、波
形狂い率ｋｗ、界磁起磁力ＡＴｆとも大きく数値が変化
しないため、図５においては、磁極角度θは５°間隔で
表示した。図５に示すように、６５°≦θ＜７５°でか
つＮｒ＝２０＋４ｍ（ここで、ｍ＝１，２，３）、ある
いは７５°≦θ＜８０°でかつＮｒ＝１６＋４ｍ（ここ
で、ｍ＝１，２，３）の何れかの関係を満足する領域
で、現行機より負荷時の波形狂い率ｋｗと所要起磁力Ａ
Ｔｆを低減できる。
の選定範囲を示した図であり、図３で示した現行機より
負荷時の波形狂い率ｋｗを低減できる領域と、図４で示
した現行機より負荷時の界磁起磁力ＡＴｆを低減できる
領域を示している。また、図３，図４の斜線領域内の数
値をみる限りでは、θが５°程度変化する範囲では、波
形狂い率ｋｗ、界磁起磁力ＡＴｆとも大きく数値が変化
しないため、図５においては、磁極角度θは５°間隔で
表示した。図５に示すように、６５°≦θ＜７５°でか
つＮｒ＝２０＋４ｍ（ここで、ｍ＝１，２，３）、ある
いは７５°≦θ＜８０°でかつＮｒ＝１６＋４ｍ（ここ
で、ｍ＝１，２，３）の何れかの関係を満足する領域
で、現行機より負荷時の波形狂い率ｋｗと所要起磁力Ａ
Ｔｆを低減できる。
【００２４】以上説明したように、磁極角度と波形狂い
率を低減できる範囲を選定することにより、負荷時にお
ける端子電圧の波形を良好にして供給電力の品質が向上
するとともに、負荷時における界磁電流の低減を図るこ
とができる。その結果、界磁巻線銅損を減少させること
による発電機効率の向上や界磁巻線の温度上昇を低減で
きる。
率を低減できる範囲を選定することにより、負荷時にお
ける端子電圧の波形を良好にして供給電力の品質が向上
するとともに、負荷時における界磁電流の低減を図るこ
とができる。その結果、界磁巻線銅損を減少させること
による発電機効率の向上や界磁巻線の温度上昇を低減で
きる。
【００２５】また、本実施例では、１００ＭＶＡ級の発
電機の解析結果を述べたが、この他、１００ＭＶＡ級の
発電機の相似モデルの実測結果に基づいて２００ＭＶＡ
級，７００ＭＶＡ級，１０００ＭＶＡ級機の推定をして
も、本実施例と同様の結果が得られることを確認でき
た。一方、力率を遅れ０.８puから１.０puの範囲として
推定しても、やはり同様な結果となることを確認してい
る。
電機の解析結果を述べたが、この他、１００ＭＶＡ級の
発電機の相似モデルの実測結果に基づいて２００ＭＶＡ
級，７００ＭＶＡ級，１０００ＭＶＡ級機の推定をして
も、本実施例と同様の結果が得られることを確認でき
た。一方、力率を遅れ０.８puから１.０puの範囲として
推定しても、やはり同様な結果となることを確認してい
る。
【００２６】また、例えば特公昭60−34340 号公報など
に記載されているように、界磁巻線９と回転子ウエッジ
１０の間にダンパバーが挿入されて回転子２が構成され
ている場合にも上述した本実施例の構成は適用すること
ができ、同様の効果が得られる。
に記載されているように、界磁巻線９と回転子ウエッジ
１０の間にダンパバーが挿入されて回転子２が構成され
ている場合にも上述した本実施例の構成は適用すること
ができ、同様の効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、負
荷時における端子電圧の波形を良好にして供給電力の品
質が向上するとともに、負荷時における界磁電流の低減
を図ることができる。その結果、界磁巻線銅損を減少さ
せることによる発電機効率の向上や界磁巻線の温度上昇
の低減が実現できる。また同一体格で出力の大きいター
ビン発電機が得られる効果がある。また、界磁を励磁す
るための励磁装置の容量も低減することができ、発電シ
ステム全体を経済的、かつコンパクトに構成できる効果
がある。
荷時における端子電圧の波形を良好にして供給電力の品
質が向上するとともに、負荷時における界磁電流の低減
を図ることができる。その結果、界磁巻線銅損を減少さ
せることによる発電機効率の向上や界磁巻線の温度上昇
の低減が実現できる。また同一体格で出力の大きいター
ビン発電機が得られる効果がある。また、界磁を励磁す
るための励磁装置の容量も低減することができ、発電シ
ステム全体を経済的、かつコンパクトに構成できる効果
がある。
【図１】本発明の一実施例を示す２極タービン発電機の
回転子の横断面図である。
回転子の横断面図である。
【図２】本実施例の２極タービン発電機の横断面図であ
る。
る。
【図３】磁極角度と負荷時波形狂い率の関係を示す図で
ある。
ある。
【図４】磁極角度と負荷時界磁起磁力の関係を示す図で
ある。
ある。
【図５】本実施例の範囲を示す磁極角度とスロット数の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図６】磁極角度と無負荷時波形狂い率の関係を示す図
である。
である。
２…回転子、６…磁極部、７…回転子スロット、８…回
転子ティース、９…界磁巻線、１０…回転子ウエッジ。
転子ティース、９…界磁巻線、１０…回転子ウエッジ。
フロントページの続き (72)発明者 高橋 和彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小原木 春雄 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 湧井 真一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮川 家導 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 八木 恭臣 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (10)
- 【請求項１】固定子と、該固定子と隙間を有して軸受け
により支持された回転子を備えた２極タービン発電機に
おいて、前記回転子が磁極部と該磁極部以外の複数個の
巻線挿入用スロットと該スロット間に形成されたティー
スとを有する塊状回転子鉄心と、該巻線挿入用スロット
内に挿入された界磁巻線と、該界磁巻線保持用のウエッ
ジを有するものであって、前記磁極部最寄りの前記巻線
挿入用スロット間角度をθ、該巻線挿入用スロットの数
をＮｒとしたとき、θが６５°≦θ＜７５°の範囲でか
つＮｒがＮｒ＝２０＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）の関係を
有するようにして構成したことを特徴とする２極タービ
ン発電機。 - 【請求項２】固定子と、該固定子と隙間を有して軸受け
により支持された回転子を備えた２極タービン発電機に
おいて、前記回転子が磁極部と該磁極部以外の複数個の
巻線挿入用スロットと該スロット間に形成されたティー
スとを有する塊状回転子鉄心と、該巻線挿入用スロット
内に挿入された界磁巻線と、該界磁巻線保持用のウエッ
ジを有するものであって、前記磁極部最寄りの前記巻線
挿入用スロット間角度をθ、該巻線挿入用スロットの数
をＮｒとしたとき、θが７５°≦θ＜８０°の範囲でか
つＮｒがＮｒ＝１６＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）の関係を
有するようにして構成したことを特徴とする２極タービ
ン発電機。 - 【請求項３】磁極部と該磁極部以外に複数個の等間隔に
設置された巻線挿入用スロットと該スロット間に形成さ
れたティースとを有する塊状回転子鉄心と、該巻線挿入
用スロット内に挿入された界磁巻線と、該界磁巻線保持
用のウエッジとを備えた２極タービン発電機の回転子に
おいて、前記磁極部最寄りの前記巻線挿入用スロット間
角度をθ、該巻線挿入用スロットの数をＮｒとしたと
き、θが６５°≦θ＜７５°の範囲でかつＮｒがＮｒ＝
２０＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）の関係を有するようにし
て構成したことを特徴とする２極タービン発電機の回転
子。 - 【請求項４】磁極部と該磁極部以外に複数個の等間隔に
設置された巻線挿入用スロットと該スロット間に形成さ
れたティースとを有する塊状回転子鉄心と、該巻線挿入
用スロット内に挿入された界磁巻線と、該界磁巻線保持
用のウエッジとを備えた２極タービン発電機の回転子に
おいて、前記磁極部最寄りの前記巻線挿入用スロット間
角度をθ、該巻線挿入用スロットの数をＮｒとしたと
き、θが７５°≦θ＜８０°の範囲でかつＮｒがＮｒ＝
１６＋４ｍ（ｍ＝１，２，３）の関係を有するようにし
て構成したことを特徴とする２極タービン発電機の回転
子。 - 【請求項５】前記発電機が１００ＭＶＡ級から１０００
ＭＶＡ級の範囲である請求項１又は２に記載の２極ター
ビン発電機。 - 【請求項６】前記界磁巻線と前記回転子ウエッジの間に
ダンパバーを装着した請求項３又は４に記載の２極ター
ビン発電機の回転子。 - 【請求項７】固定子と、２極の磁極部と該２極の磁極部
間に設けられた複数のスロットと該スロット内に挿入さ
れた界磁巻線を有する回転子を備えた２極タービン発電
機において、 前記磁極部最寄りのスロット間の角度θが、６５°から
８５°の範囲である２極タービン発電機。 - 【請求項８】固定子と、２極の磁極部と該２極の磁極部
間に設けられた複数のスロットと該スロット内に挿入さ
れた界磁巻線を有する回転子を備えた２極タービン発電
機において、 前記磁極部最寄りのスロット間の角度θが、６５°から
８０°の範囲である２極タービン発電機。 - 【請求項９】固定子と、２極の磁極部と該２極の磁極部
間に設けられた複数のスロットと該スロット内に挿入さ
れた界磁巻線を有する回転子を備えた２極タービン発電
機において、 前記磁極部最寄りのスロット間の角度θが、６５°以上
であって、短絡比を一定値以上とした２極タービン発電
機。 - 【請求項１０】固定子と、２極の磁極部と該２極の磁極
部間に設けられた複数のスロットと該スロット内に挿入
された界磁巻線を有する回転子を備えた２極タービン発
電機において、 前記磁極部最寄りのスロット間の角度θが、６５°以上
であって、前記磁極部最寄りのスロットの深さをその他
のスロットの深さと同等以下とする２極タービン発電
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081730A JP2000287392A (ja) | 2000-01-01 | 2000-03-17 | ２極タービン発電機及びその回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081730A JP2000287392A (ja) | 2000-01-01 | 2000-03-17 | ２極タービン発電機及びその回転子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04092196A Division JP3407529B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | ２極タービン発電機及びその回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000287392A true JP2000287392A (ja) | 2000-10-13 |
Family
ID=18598626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000081730A Pending JP2000287392A (ja) | 2000-01-01 | 2000-03-17 | ２極タービン発電機及びその回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000287392A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102290898A (zh) * | 2011-08-13 | 2011-12-21 | 江西泰豪特种电机有限公司 | 一种兆瓦级双馈风力发电机转子双绕组结构 |
-
2000
- 2000-03-17 JP JP2000081730A patent/JP2000287392A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102290898A (zh) * | 2011-08-13 | 2011-12-21 | 江西泰豪特种电机有限公司 | 一种兆瓦级双馈风力发电机转子双绕组结构 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040312 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040312 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040928 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |