JP2006067701A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】 並列数が多くなったとしても固定子巻線の配線作業を簡便に行うことができる回転電機の固定子を提供する。
【解決手段】 回転電機の固定子Ｓが、磁極対を構成する一方の磁極１ａ、１ｅ、１ｃに巻回される電源側固定子巻線３ａ、３ｅ、３ｃと他方の磁極１ｄ、１ｂ、１ｆに巻回される中性点側固定子巻線３ｄ、３ｂ、３ｆとが渡り線６を介して電気的に接続され、電源側固定子巻線３ａ、３ｅ、３ｃが、電源に接続される電源接続端４と渡り線６との間で巻回され、中性点側固定子巻線３ｄ、３ｂ、３ｆが、中性点に接続される中性点接続端５と渡り線６との間で巻回され、電源接続端４と中性点接続端５とが同じ側の固定子端面に設けられ、電源側固定子巻線３ａ、３ｅ、３ｃ及び中性点側固定子巻線３ｄ、３ｂ、３ｆが、電源接続端４及び中性点接続端５とは逆の側の固定子端面で渡り線６と接続されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、回転子の回転方向に並んで設けられた複数の磁極の夫々に固定子巻線が巻回されている回転電機の固定子に関する。

発電機や電動機などの回転電機の固定子には、一対の磁極によって一つの相が構成され、磁極対を構成する一方の磁極には電源に接続される電源側固定子巻線が巻回され、他方の磁極には中性点に接続される中性点側固定子巻線が巻回され、これら磁極間に配線された渡り線を用いて電源側固定子巻線と中性点側固定子巻線とが接続されているものがある。このとき、電源側固定子巻線が、電源に接続される電源接続端と渡り線に接続される渡り線接続端とを有し、中性点側固定子巻線が、中性点に接続される中性点接続端と渡り線に接続される渡り線接続端とを有した状態で、電源接続端と中性点接続端と渡り線とが同じ側の固定子端面に設けられている。また、上述したような電源側固定子巻線と渡り線と中性点側固定子巻線とで構成される固定子巻線を複数本並列して巻回することも行われており、例えば、２並列の固定子巻線が磁極対間に巻回されているときには、磁極対を構成する一方の磁極には２本の電源側固定子巻線が巻回され、他方の磁極には２本の中性点側固定子巻線が巻回され、それぞれの電源側固定子巻線と中性点側固定子巻線とを接続するための２本の渡り線が磁極間に配線されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２７５２９１号公報

従来の回転電機の固定子では、固定子巻線の電源接続端と中性点接続端と渡り線とが同じ側の固定子端面に設けられているため、固定子巻線の並列数を増大させていくにつれて、固定子端面に設ける必要のある電源接続端と中性点接続端と渡り線とのスペースが大きくなるため、時として電源接続端と中性点接続端と渡り線とのスペースが重なり合ってしまい、固定子巻線の配線処理が複雑化してしまう可能性があるという問題がある。そのため、固定子巻線の巻回作業に多大な労力を要することにもなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、並列数が多くなったとしても固定子巻線の配線作業を簡便に行うことができる回転電機の固定子を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機の固定子の第１特徴構成は、回転子の回転方向に並んで設けられた複数の磁極の夫々に固定子巻線が巻回されている回転電機の固定子であって、磁極対を構成する一方の磁極に巻回される電源側固定子巻線と他方の磁極に巻回される中性点側固定子巻線とが渡り線を介して電気的に接続され、前記電源側固定子巻線が、電源に接続される電源接続端と前記渡り線との間で巻回され、前記中性点側固定子巻線が、中性点に接続される中性点接続端と前記渡り線との間で巻回され、前記電源接続端と前記中性点接続端とが同じ側の固定子端面に設けられ、前記電源側固定子巻線及び前記中性点側固定子巻線が、前記電源接続端及び前記中性点接続端とは逆の側の固定子端面で前記渡り線と接続されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、電源接続端と中性点接続端とが同じ側の固定子端面に設けられ、電源側固定子巻線及び中性点側固定子巻線が電源接続端及び中性点接続端とは逆の側の固定子端面で渡り線と接続されているので、電源接続端及び中性点接続端を設ける部位と、渡り線を設ける部位とが重複しないようになる。その結果、電源接続端及び中性点接続端を設けるスペース、並びに、渡り線を設けるスペースをそれぞれで十分に確保することが可能になって、固定子巻線の配線作業が煩雑にならないようにすることができる。
従って、並列数が多くなったとしても固定子巻線の配線作業を簡便に行うことができる回転電機の固定子が提供されることになる。

本発明に係る回転電機の固定子の第２特徴構成は、前記電源側固定子巻線と前記渡り線と前記中性点側固定子巻線とが、一続きの巻線用導体で構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、上記電源側固定子巻線と上記渡り線と上記中性点側固定子巻線とが一続きの巻線用導体で構成されているので、電源側固定子巻線と渡り線と中性点側固定子巻線とを互いに結線する作業などが必要なくなる。その結果、固定子巻線の配線作業を容易に行えるようになる。

本発明に係る回転電機の固定子の第３特徴構成は、前記渡り線が、ガイド溝を通って前記電源側固定子巻線と前記中性点側固定子巻線とを接続している点にある。

上記第３特徴構成によれば、渡り線がガイド溝を通って配線されるようになるので、渡り線が型崩れを起こさないように固定子巻線の配線作業を行うことができる。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機の固定子の第４特徴構成は、回転子の回転方向に並んで設けられた複数の磁極の夫々に固定子巻線が巻回されている回転電機の固定子であって、磁極対を構成する一方の磁極に巻回される電源側固定子巻線と他方の磁極に巻回される中性点側固定子巻線とが渡り線を介して電気的に接続され、前記電源側固定子巻線が、電源に接続される電源接続端と前記渡り線との間で巻回され、前記中性点側固定子巻線が、中性点に接続される中性点接続端と前記渡り線との間で巻回され、前記電源接続端と前記中性点接続端とが同じ側の固定子端面に設けられ、前記電源接続端から前記渡り線に接続されるまでの前記電源側固定子巻線の巻回数、及び、前記中性点接続端から前記渡り線に接続されるまでの前記中性点側固定子巻線の巻回数が、（整数＋１／２）回転である点にある。

上記第４特徴構成によれば、電源側固定子巻線の電源接続端と中性点側固定子巻線の中性点接続端とが同じ側の固定子端面に設けられた状態において、電源側固定子巻線の電源接続端から渡り線に接続されるまでの巻回数、及び、中性点側固定子巻線の中性点接続端から渡り線に接続されるまでの巻回数が、（整数＋１／２）回転であるので、電源側固定子巻線及び中性点側固定子巻線が、電源接続端及び中性点接続端とは逆の側の固定子端面で渡り線と接続されることになる。つまり、上記渡り線が上記電源接続端及び上記中性点接続端とは逆の側の固定子端面に設けられているので、電源接続端及び中性点接続端を設ける部位と、渡り線を設ける部位とが重複しないようになる。その結果、電源接続端及び中性点接続端を設けるスペース、並びに、渡り線を設けるスペースをそれぞれで十分に確保することが可能になって、固定子巻線の配線作業が煩雑にならないようにすることができる。
従って、並列数が多くなったとしても固定子巻線の配線作業を簡便に行うことができる回転電機の固定子が提供されることになる。

本発明に係る回転電機の固定子の第５特徴構成は、複数の磁極に巻回されている夫々の前記中性点側固定子巻線の中性点接続端が、前記回転子の回転方向に沿った略Ｃ字形状の導電性部材で互いに電気的に接続されている点にある。

上記第５特徴構成によれば、複数の磁極に巻回され、且つ、回転子の回転方向に並んで設けられている各中性点接続端を互いに電気的に接続するために、それら中性点接続端と同様に回転子の回転方向に沿ってカーブしている略Ｃ字型という単純な形状の導電性部材が用いられるので、上記各中性点接続端と上記導電性部材との接続を容易に行うことができる。

以下に図面を参照して本発明の回転電機の固定子について説明する。
図１に示すのは、発電機や電動機などの回転電機の固定子を一方の固定子端面から見た図であり、図２に示すのは、図１に示す固定子を線分ｘ−ｘ’で切断したときの断面図であり、図３に示すのは、回転電機の固定子を図１に示したのとは逆側の固定子端面から見た図である。図１及び図２に示すように、固定子Ｓには、回転子（図示せず）が回転可能に設けられた円筒状空間を囲むように、その回転子の回転方向に並んで複数の磁極（本実施形態では合計６極）１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）が形成されている。各磁極１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆは、鉄心１０の一部である巻枠部材２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ）に固定子巻線３を巻回して構成されている。そして、合計６極の磁極１のうちの２極が一対となり、夫々の磁極対がＵ相、Ｖ相、及び、Ｗ相を形成している。Ｕ相は磁極１ａ及び磁極１ｄによって形成され、Ｖ相は磁極１ｅ及び磁極１ｂによって形成され、Ｗ相は磁極１ｃ及び磁極１ｆによって形成されている。そして、磁極１ａ、磁極１ｅ、及び、磁極１ｃに巻回されている固定子巻線３には電源接続端としての電源端子４（４ａ、４ｅ、４ｃ）を介して電源と接続され、磁極１ｄ、磁極１ｂ、及び、磁極１ｆに巻回されている固定子巻線３には中性点接続端としての中性点端子５（５ｄ、５ｂ、５ｆ）が接続されるように構成されている。従って、以下の説明では、磁極１ａ、磁極１ｅ、及び、磁極１ｃに巻回されている固定子巻線３のことを夫々電源側固定子巻線３ａ、３ｅ、３ｃと呼び、磁極１ｄ、磁極１ｂ、及び、磁極１ｆに巻回されている固定子巻線３のことをそれぞれ中性点側固定子巻線３ｄ、３ｂ、３ｆと呼ぶ。

磁極１ａの電源側固定子巻線３ａと磁極１ｄの中性点側固定子巻線３ｄとは図２及び図３に示す渡り線６で互いに電気的に接続され、つまり、電源側固定子巻線３ａは電源端子４ａと渡り線６との間で巻回され、且つ、中性点側固定子巻線３ｄは中性点側端子５ｄと渡り線６との間で巻回されている。そして、図１から図３に示すように、電源端子４ａ及び中性点端子５ｄは、固定子Ｓの同じ側の固定子端面に設けられ、渡り線６は、電源端子４ａ及び中性点端子５ｄとは逆側の固定子端面に配線されている。
これと同様に、磁極１ｅの電源側固定子巻線３ｅ及び磁極１ｂの中性点側固定子巻線３ｂは渡り線６で互いに電気的に接続され、つまり、電源側固定子巻線３ｅは電源端子４ｅと渡り線６との間で巻回され、且つ、中性点側固定子巻線３ｂは中性点側端子５ｂと渡り線６との間で巻回されている。そして、その電源端子４ｅ及び中性点端子５ｂは固定子Ｓの同じ側の固定子端面に設けられ、渡り線６は電源端子４ｅ及び中性点端子５ｂとは逆側の固定子端面に配線されている。
また、磁極１ｃの電源側固定子巻線３ｃ及び磁極１ｆの中性点側固定子巻線３ｆは渡り線６で互いに電気的に接続され、つまり、電源側固定子巻線３ｃは電源端子４ｃと渡り線６との間で巻回され、且つ、中性点側固定子巻線３ｄは中性点側端子５ｄと渡り線６との間で巻回されている。そして、その電源端子４ｃ及び中性点端子５ｆは固定子Ｓの同じ側の固定子端面に設けられ、渡り線６は電源端子４ｃ及び中性点端子５ｆとは逆側の固定子端面に配線されている。

また、図１において中性点端子５ｆと電源端子４ａと中性点端子５ｂと電源端子４ｃと中性点端子５ｄとが連続した部材であるかのように描かれているが、実際には図３に示すように中性点端子５ｆと中性点端子５ｂと中性点端子５ｄとは、回転子の回転方向に沿った略Ｃ字型の導電性部材９で互いに電気的に接続されているものの、電源端子４ａと電源端子４ｃとは電気的に絶縁されている。

次に、電源側固定子巻線３ａ、３ｅ、３ｃと渡り線６と中性点側固定子巻線３ｄ、３ｂ、３ｆとの夫々が一続きの巻線用導体で構成されているときの基本的な巻線構造について図４の概略図を参照して説明する。
図４に概略的に示すように、磁極１ａの電源端子４ａから巻枠部材２ａに設定回数だけ巻回された電源側固定子巻線３ａは渡り線６を介して磁極１ｄに至り、その磁極１ｄの巻枠部材２ｄに設定回数だけ巻回された後で中性点端子５ｄに到達するように構成されるのが基本的な巻線構造である。このとき、上述したように電源端子４ａ及び中性点端子５ｄが、渡り線６と逆側の固定子端面に設けられているので、電源側固定子巻線３ａの巻回数、及び、中性点側固定子巻線３ｄの巻回数は、（整数＋１／２）回転（図４に示す例では、巻回数は（１＋１／２）回転）となっている。
この基本的な巻線構造は、磁極１ｅ及び磁極１ｂによる磁極対における固定子巻線３の巻回構造、並びに、磁極１ｃ及び磁極１ｆによる磁極対の固定子巻線３の巻回構造であっても同様である。

次に、図４の概略図に示した基本的な巻線構造の応用例として、図５の概略図に示す巻線構造を示す。
図５に示す巻線構造では、図４に示した基本的な巻線構造に加えて、それと並列に電源側固定子巻線３ａと渡り線６と中性点側固定子巻線３ｄとが巻回されている。つまり、図４に示した巻線構造と同様にして電源端子４ａから渡り線６を経て中性点端子５ｄに到達した固定子巻線３は、再度、磁極１ｄの巻枠部材２ｄに設定回数だけ巻回された後で渡り線６を介して磁極１ａに至り、その磁極１ａの巻枠部材２ａに設定回数だけ巻回された後で電源端子４ａに到達するように構成されている。このようにして、２並列の電源側固定子巻線３ａと渡り線６と中性点側固定子巻線３ｄとが一続きの巻線用導体で構成される。
尚、図５では図面の簡略化のために磁極１ａ及び磁極１ｄの間に巻回されている固定子巻線３ａ、３ｄ及び渡り線６の巻線構造のみを図示しているが、磁極１ｅ及び磁極１ｂの間に巻回されている固定子巻線３ｅ、３ｂ及び渡り線６の巻線構造、並びに、磁極１ｃ及び磁極１ｆの間に巻回されている固定子巻線３ｃ、３ｆ及び渡り線６の巻線構造も同様である。

このように、図５に示す例では電源端子４ａと中性点端子５ｄとの間に２つの固定子巻線３が設けられ、それらが並列の関係にある２並列の巻線構造が形成されているが、更に多数の固定子巻線３を電源端子４ａと中性点端子５ｄとの間で巻回することも可能である。例えば、先に図１から図３に示した巻線構造では９並列の巻線構造が形成されている。

具体的には、磁極１ａの電源側固定子巻線３ａは、電源端子４ａの接続部Ａから巻回を開始し、設定回数だけ巻線部材２ａに巻回された後で渡り線６として引き出される。このとき、電源端子４ａが渡り線６とは逆側の固定子端面に設けられているので、電源側固定子巻線３ａの巻回数は、上述したように（整数＋１／２）回転となっている。そして、渡り線６は、図２に示すようなガイド溝部材７によって形成される二重のガイド溝８を通って磁極１ｄに至り、そこで磁極１ｄの中性点側固定子巻線３ｄとして設定回数（（整数＋１／２）回転）だけ巻線部材２ｄに巻回される。そして、巻回された中性点側固定子巻線３ｄは、中性点端子５ｄの接続部Ａ’に一旦引き出された後で再度巻回部材２ｄへの設定回数の巻回が行われ、渡り線６として引き出される。そして、渡り線６によって磁極１ａに至って設定回数だけの巻枠部材２ａに巻回された後で、電源端子４ａの接続部Ｂに一旦引き出された後で再度巻枠部材２ａへの設定回数の巻回が行われ、渡り線６として引き出される。また、電源端子４及び中性点端子５の各接続部と固定子巻線３とは、抵抗溶接などの手法によって電気的に接続することができる。

このように、上述した巻線構造によって巻枠部材２ａと巻枠部材２ｄとの間で固定子巻線３の巻回が繰り返し行われることで、図１から図３に示したような９並列（巻線部材２ａと巻線部材２ｄとの間に９本の渡り線６が存在している）の巻線構造が形成されることになる。この場合、電源側固定子巻線３ａと渡り線６と中性点側固定子巻線３ｄとが一続きの巻線用導体によって構成されているので、巻き始めが電源端子４ａの接続部Ａであり、巻き終わりが中性点端子５ｄの接続部Ｅ’である。

また、磁極１ｅの巻枠部材２ｅ及び磁極１ｂの巻枠部材２ｂの間に巻回されている固定子巻線３ｅ、３ｂ及び渡り線６の巻線構造、並びに、磁極１ｃの巻枠部材２ｃ及び磁極１ｆの巻枠部材２ｆの間に巻回されている固定子巻線３ｃ、３ｆ及び渡り線６の巻線構造も同様である。

以上のように、電源端子４及び中性点端子５は固定子Ｓの同じ側の固定子端面に設けられ、渡り線６は、電源端子４及び中性点端子５とは逆側の固定子端面に配線されているので、図１から図３に示した９並列のような並列数が多い巻線構造になったとしても、電源端子４用のスペース、中性点端子５用のスペース、渡り線６を引き回すためのスペースを十分に確保することが可能となっている。

＜別実施形態＞
上記実施形態では、固定子巻線３が９並列で巻回された場合について例示したが、本発明の回転機器の固定子の特徴は並列数には限定されず、９並列以外の他の並列数であってもよい。

上記実施形態では磁極数が６極の固定子Ｓを例示したが、本発明の回転機器の固定子の特徴は磁極数には限定されず、６極以外の他の磁極数であってもよい。

上記実施形態では渡り線６が二重に設けられたガイド溝８中を配線される形態について説明したが、渡り線６が一つのガイド溝或いは更に多重に設けられたガイド溝中を配線されるように改変してもよい。

固定子の一方の固定子端面から見た図 図１の線分ｘ−ｘ’における断面図 図１とは逆側から固定子を見た図 固定子巻線の基本的な巻線構造を説明する概略図 固定子巻線の並列巻線構造を説明する概略図

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ 磁極
３ 固定子巻線
３ａ、３ｅ、３ｃ 電源側固定子巻線
３ｄ、３ｂ、３ｆ 中性点側固定子巻線
４ 電源端子（電源接続端）
５ 中性点端子（中性点接続端）
６ 渡り線
Ｓ 固定子

Claims (5)

1. 回転子の回転方向に並んで設けられた複数の磁極の夫々に固定子巻線が巻回されている回転電機の固定子であって、
   磁極対を構成する一方の磁極に巻回される電源側固定子巻線と他方の磁極に巻回される中性点側固定子巻線とが渡り線を介して電気的に接続され、
   前記電源側固定子巻線が、電源に接続される電源接続端と前記渡り線との間で巻回され、
   前記中性点側固定子巻線が、中性点に接続される中性点接続端と前記渡り線との間で巻回され、
   前記電源接続端と前記中性点接続端とが同じ側の固定子端面に設けられ、
   前記電源側固定子巻線及び前記中性点側固定子巻線が、前記電源接続端及び前記中性点接続端とは逆の側の固定子端面で前記渡り線と接続されている回転電機の固定子。
2. 前記電源側固定子巻線と前記渡り線と前記中性点側固定子巻線とが、一続きの巻線用導体で構成されている請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記渡り線が、ガイド溝を通って前記電源側固定子巻線と前記中性点側固定子巻線とを接続している請求項２記載の回転電機の固定子。
4. 回転子の回転方向に並んで設けられた複数の磁極の夫々に固定子巻線が巻回されている回転電機の固定子であって、
   磁極対を構成する一方の磁極に巻回される電源側固定子巻線と他方の磁極に巻回される中性点側固定子巻線とが渡り線を介して電気的に接続され、
   前記電源側固定子巻線が、電源に接続される電源接続端と前記渡り線との間で巻回され、
   前記中性点側固定子巻線が、中性点に接続される中性点接続端と前記渡り線との間で巻回され、
   前記電源接続端と前記中性点接続端とが同じ側の固定子端面に設けられ、
   前記電源接続端から前記渡り線に接続されるまでの前記電源側固定子巻線の巻回数、及び、前記中性点接続端から前記渡り線に接続されるまでの前記中性点側固定子巻線の巻回数が、（整数＋１／２）回転である回転電機の固定子。
5. 複数の磁極に巻回されている夫々の前記中性点側固定子巻線の中性点接続端が、前記回転子の回転方向に沿った略Ｃ字形状の導電性部材で互いに電気的に接続されている請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機の固定子。
   

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