JP2002078265A - 回転電機 - Google Patents

回転電機

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JP2002078265A
JP2002078265A JP2000263536A JP2000263536A JP2002078265A JP 2002078265 A JP2002078265 A JP 2002078265A JP 2000263536 A JP2000263536 A JP 2000263536A JP 2000263536 A JP2000263536 A JP 2000263536A JP 2002078265 A JP2002078265 A JP 2002078265A
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rotor
conductor
electric machine
winding
rotating electric
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Kazuhiko Takahashi
和彦 高橋
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Yukinori Sato
征規 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】素線短絡を起こし難く循環電流損失を低減し電
機子巻線の局部加熱を抑制した回転電機を提供すること
にある。 【解決手段】 回転子と、該回転子の回転軸心に沿うよ
うに延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心
と、前記巻線スロットに埋設され、かつ積み重ねる多数
の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記固定子
鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両端
部では前記素線導体を短絡させてなる回転電機におい
て、前記素線導体は、前記両端部を除いて前記巻線スロ
ットの延在方向に向かって連続的にねじられて転位する
ように形成され、積み重ね方向の厚みを異ならしめた前
記素線導体は、前記両端部では前記回転子の回転中心か
ら放射方向に並ぶ前記素線導体を前記回転子に近い方に
厚みの厚いものが占めるように配置したことを特徴とす
る回転電機。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は大容量タービン発電
機等の回転電機に係わり、特にその回転電機の電機子巻
線に関する。
【0002】
【従来の技術】タービン発電機などの大容量発電機で
は、積層固定子鉄心の内周部に多数の軸方向に延びる巻
線スロットを切り、この巻線スロット内に電機子巻線を
構成する多重の素線導体を埋設し、これらの多重素線導
体をその巻線スロット外に突出した両端部で互いに接続
して短絡させている。一般に多重素線導体の断面は全て
同一形状であるが、特に大容量発電機の場合には全てま
たはいくつかの素線導体を中空にして水等の冷却液(冷
媒)を循環させるものもある。
【0003】ところで、このような多重素線導体に交流
電流が流れる場合には、巻線スロットを周方向に横切る
漏れ磁束が発生し、これによって多重素線導体の長手方
向の各部分における素線導体間に電圧が誘起される。そ
して、任意の素線導体対において、巻線導体の全長にわ
たる各素線導体の誘起電圧に非常に大きな差が生じる
と、閉ループ状の素線導体対には大きな循環電流が流
れ、電流損失が増大するとともに素線導体内部で発生す
る熱も増大する。そこで、素線導体の全長にわたって各
素線導体間に誘起される電圧をほぼ等しくして循環電流
が流れないようにするため、素線導体を各種の方法によ
って転位することが行われている。
【0004】この素線導体の転位は、素線導体を巻線ス
ロットの延在方向に向かってねじることにより、各素線
導体の位置を順次変更させたもので、素線導体の断面に
おいて、ある素線導体が断面中心の周りを円状に移動す
ると考え、その回転の角度で転位の程度を表す。各素線
導体が、素線導体断面において全ての位置を経てスロッ
トの反対端で出発した位置と同じ位置になる転位は、3
60度転位という。
【0005】しかし、巻線スロット内では360度転位
が施されているが、スロット外では転位されていないの
で、発電機の端部側の漏れ磁束により不平衡電圧が発生
し、素線導体内には循環電流が生じている。
【0006】上述のように発電機の端部には漏れ磁束が
あるため、これにより巻線導体の端部に電圧が誘起さ
れ、素線導体内に循環電流が流れて電流損失が発生す
る。この損失を低減するためには、素線導体の両端部に
おける素線導体の位置を逆転し、同一素線導体の両端部
に誘起される各電圧の方向を互いに逆にしてこれらを相
殺すればよい。これは素線導体を巻線スロット内で54
0度転位、すなわち1回転半の転位をすることで実現で
きる。
【0007】ところが、540度の転位を施しても素線
導体の両端部における素線導体の位置が完全に逆転され
ていないので、発電機の端部側の漏れ磁束が完全に相殺
されない。従って素線導体間に不平衡電圧が発生し、循
環電流が生ずる。
【0008】素線導体内の循環電流の分布は一様ではな
く、循環電流は径方向回転子側の素線導体には素線導体
の中央部よりかなり大きい電流が流れ、中央部の素線導
体には最小の電流が流れ、径方向反回転子側の素線導体
には中間の電流が流れる傾向がある。最大の電流が流れ
る径方向回転子側の素線導体は局部的に加熱される虞が
あった。
【0009】素線間の電流分布を一様にするための素線
転位法が、例えば特公昭58−14141特許公報によ
って提案されている。この特許公報に記載された発明に
よれば、素線をスロット内において転位した部分と転位
しない部分とを設けてスロット内の導体素線に不平衡電
圧を発生させ、スロット外の導体素線に発生する不平衡
電圧を補償するものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は巻線スロット内に転位しない部分を設けるため、転
位のピッチが短くなり、素線導体の薄い絶縁を破損し、
素線導体の短絡を起こす可能性があった。特に、素線導
体の転位回数が多い場合や巻線スロット軸長の短い場合
には、転位ピッチが更に短くなり素線導体が短絡する可
能性が増大する。
【0011】本発明の目的は、素線導体の短絡が生じ難
く、循環電流損失が低減でき、電機子巻線の局部加熱を
抑制した回転電機を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転子と、該回転子の回転軸心に沿うよう
に延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロットに埋設され、かつ積み重ねる多数の素
線導体で構成される電機子巻線を有し、前記固定子鉄心
の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両端部で
は前記素線導体を短絡させてなる回転電機において、前
記素線導体は積み重ね方向の厚みを異ならしめ、前記両
端部では前記回転子の回転中心から放射方向に並ぶ前記
素線導体を前記回転子に近い方に厚みの厚いものが置か
れるように配置したことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
を引用して説明する。
【0014】まず、図1に沿って回転電機であるタービ
ン発電機について簡単に述べる。タービン発電機は、回
転子30と、該回転子30の外周側に備わる積層固定子
鉄心31と、該積層固定子鉄心31の巻線スロットに埋
設される電機子巻線1を有する。
【0015】巻線スロットは、回転子30の回転軸心に
沿うように形成され、ここに埋設される電機子巻線1
は、積層固定子鉄心31の両側面より外側に突き出る両
端部3、4を有する。
【0016】この回転電機は、内側の回転子30が回転
するインナーロータ形であるが、回転子30を固定子
に、積層固定子鉄心31を回転子に変えたアウターロー
タ形のものに本発明は適用できる。この場合は、積層固
定子鉄心31は固定子に変わる回転子30側に備えられ
るようになる。
【0017】以下に述べる実施例はインナーロータ形に
基づくものである。
【0018】電機子巻線1は、図2に示すように巻線ス
ロットに埋設されるスロット内埋設部2と巻線スロット
の外に突き出す両端部3、4を有する。電機子巻線1
は、8本の素線導体を二列配列で積み重ねて構成され
る。普通、電機子巻線1は図示した素線導体本数以上の
もので構成されているが、図示の素線導体本数でも本発
明を説明するのに十分であり、素線導体数(40本から
100本)の多い電機子巻線でも同様に適用できる。
【0019】図2に示す素線導体はスロット内埋設部2
で転位され、両端部3、4では転位されていない。端部
3での素線導体の位置を図3、端部4での素線導体の位
置を図4に示している。a、b、o、pから構成される
径方向回転子側(矢印5)の素線導体7と、c、d、
e、f、k、l、m、nから構成される中央部の素線導
体8と、g、h、i、jから構成される径方向反回転子
側(矢印6)の素線導体9は、素線導体8の厚みより素
線導体7の厚みを厚くし、素線導体8の厚みより素線導
体9の厚みを厚くした構成としている。すなわち、電機
子巻線を構成する素線導体は、積み重ね方向の厚みを異
ならしめている。そして、前記両端部3、4では前記回
転子の回転中心から放射方向に並ぶ素線導体の厚みを前
記回転子に近い方と離れている方が中央部によりも厚く
なるようにしている。
【0020】上述のように、スロット内埋設部2におけ
る素線導体の循環電流の分布は一様ではなく、循環電流
は素線導体の径方向回転子側(矢印5)の素線導体7には
中央部に位置する素線導体8よりかなり大きい電流が流
れ、中央部の素線導体8には最小の電流が流れ、径方向
反回転子側(矢印6)の素線導体9には中間的な値の電流
が流れる傾向がある。従って、循環電流の大きい径方向
回転子側(矢印5)の素線導体7と径方向反回転子側(矢
印6)の素線導体9の厚み(積み重ね方向の厚み)を中央
部の素線導体8より厚くすることにより、素線導体7、
9の抵抗値が小さくなり電流発生損失を低減することが
できる。また、従来技術のように転位しない部分を設け
ていないので、転位ピッチを短くする必要がない。従っ
て、素線導体の絶縁被膜が破損し難く、短絡が生じ難い
ので、循環電流損失を低減して電機子巻線の局部加熱を
抑制した回転電機を提供することができる。図2の実施
例では素線導体7と素線導体9の厚みを同じにしてい
る。素線導体7と素線導体9の厚みは異なっていても良
いが、素線導体を転位をするときの作業性が良くなるた
め、図2の実施例では素線導体7と素線導体9の厚みを
同じにしている。また図2の転位角度は360度である
が、本発明は他の転位角度でも適用できる。
【0021】ところで、素線導体7、9の厚みを厚くし
た方が循環電流損失低減には有利となるが、横漏れ磁束
により素線導体自身には渦電流が発生していて、この渦
電流は素線導体の厚みを厚くすると増加する。素線導体
の損失は循環電流と渦電流の和であり、これらのバラン
スをとって素線導体の損失を低減することが重要とな
る。図5には素線導体8の厚みと素線導体7、9の厚み
の比を横軸にとり電機子巻線温度を縦軸にしたデータを
示す。ここでは素線導体7、9の厚みは同じにしてい
る。図5より横軸の素線導体7、9の厚みと素線導体8
の厚みの比を1.25に大きくすると、循環電流損失が
低減されて電機子巻線温度が低くなる。しかし、横軸の
素線導体7、9の厚みと素線導体8の厚みの比が1.7
5を越えると渦電流損失が増加して電機子巻線温度が高
くなる。従って素線導体7、9の厚みと素線導体8の厚
みの比を1.25〜1.75の範囲10にすれば循環電
流損失を低減し、電機子巻線の局部加熱を抑制した回転
電機を提供することができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、循環電
流損失を低減でき、電機子巻線の局部加熱を抑制した回
転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るもので、回転電機の要部
拡大図である。
【図2】本発明の実施例に係るもので、回転電機に使用
される電機子巻線の単品を示す側面図である。
【図3】図2に示す端部3の拡大図である。
【図4】図2に示す端部4の拡大図である。
【図5】本発明の実施例に係るもので、電機子巻線の温
度特性を示す図である。
【符号の説明】
1…電機子巻線、2…スロット内埋設部、3,4…電機
子巻線の両端部、7…端部位置での径方向回転子側の素
線、8…端部位置での径方向中央部の素線、9…端部位
置での径方向反回転子側の素線、30…回転子、31…
積層固定子鉄心。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 19/16 H02K 19/16 Z (72)発明者 佐藤 征規 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 Fターム(参考) 5H603 AA00 AA04 AA13 BB02 BB09 BB12 CA01 CA05 CB02 CB03 CB22 CC03 CC17 CD22 CE02 CE09 5H604 AA03 BB04 BB10 BB14 CC01 CC05 CC13 PB01 5H609 BB04 PP02 PP09 QQ04 QQ10 RR69 5H619 AA04 AA11 BB02 PP01 PP05 PP14

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転子と、該回転子の回転軸心に沿うよ
    うに延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心
    と、前記巻線スロットに埋設され、かつ積み重ねる多数
    の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記固定子
    鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両端
    部では前記素線導体を短絡させてなる回転電機におい
    て、 前記素線導体は積み重ね方向の厚みを異ならしめ、前記
    両端部では前記回転子の回転中心から放射方向に並ぶ前
    記素線導体を前記回転子に近い方に厚みの厚いものが置
    かれるように配置したことを特徴とする回転電機。
  2. 【請求項2】 回転子と、該回転子の回転軸心に沿うよ
    うに延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心
    と、前記巻線スロットに埋設され、かつ積み重ねる多数
    の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記固定子
    鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両端
    部では前記素線導体を短絡させてなる回転電機におい
    て、 前記素線導体は、前記両端部を除いて前記巻線スロット
    の延在方向に向かって連続的にねじられて転位するよう
    に形成され、 積み重ね方向の厚みを異ならしめた前記素線導体は、前
    記両端部では前記回転子の回転中心から放射方向に並ぶ
    前記素線導体を前記回転子に近い方に厚みの厚いものが
    占めるように配置したことを特徴とする回転電機。
  3. 【請求項3】 回転子と、該回転子の回転軸心に沿うよ
    うに延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心
    と、前記巻線スロットに埋設され、かつ積み重ねる多数
    の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記固定子
    鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両端
    部では前記素線導体を短絡させてなる回転電機におい
    て、 前記素線導体は、前記両端部を除いて前記巻線スロット
    の延在方向に向かって連続的にねじられて転位するよう
    に形成され、 積み重ね方向の厚みを異ならしめた前記素線導体は、前
    記両端部では前記回転子の回転中心から放射方向に並ぶ
    その素線導体を、前記回転子に近い方と遠い方に厚みの
    厚いものが中間になる中央の方に厚みの薄いものが占め
    るように配置したことを特徴とする回転電機。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載したものにおいて、前記
    素線導体は前記回転子に近い方と遠い方の厚みを等しく
    したことを特徴とする回転電機。
  5. 【請求項5】 請求項1から4の何れか一つにおいて、
    前記素線導体の厚みの比が1.25〜1.75の範囲で
    あることを特徴とする回転電機。
  6. 【請求項6】 請求項1から5の何れか一つにおいて、
    前記素線導体は二列配列の積み重ねであることを特徴と
    する回転電機。
  7. 【請求項7】 請求項1から5の何れか一つにおいて、
    前記素線導体の内部に冷却用冷媒を流通せしめることを
    特徴とする回転電機。
JP2000263536A 2000-08-31 2000-08-31 回転電機 Pending JP2002078265A (ja)

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