JP2012175844A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、装置を大型化することなく絶縁性を確保し、かつ、亘り線の列数を低減することのできるコンパクトな回転電機を提供する。
【解決手段】本発明は、電機子鉄心に軸方向に伸び周方向に所定の間隔をもって設けられたスロットに２つのコイルが収容され、前記コイルを順次直列接続することで構成される少なくとも１つの極と、線路側端子とコイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子とコイルを接続する中性点側亘り線とを有する巻線回路を複数備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つの異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、前記線路側亘り線とコイルが接続される周方向位置が、異相間で略一致する箇所を少なくとも１つ有し、かつ、前記中性点側亘り線とコイルが接続する周方向位置が異相間で略一致する箇所を少なくとも１つ有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機に係り、特に、３相の電機子巻線を備えているものに好適な回転電機に関する。

従来の回転電機として、例えばタービン発電機では、軸方向に伸び、かつ、周方向に所定の間隔をもって複数のスロットが設けられた電機子鉄心に、巻線回路が形成されている電機子巻線を備えている。巻線回路は、スロット内に収められたコイルを直列に接続することで構成される極と、線路側端子及び中性点側端子とコイルを接続する亘り線とにより構成される。コイルと亘り線は、コイルエンド部において接続され、亘り線は、コイルとの接続部から電機子鉄心のコレクタリング側軸方向端部の空間を周方向に亘って、線路側端子及び中性点側端子と接続されている。

このような構成のタービン発電機を、図３０に示す。

該図に示す如く、タービン発電機９８は、２極３相の電機子巻線９９を有しており、この電機子巻線９９は、電機子鉄心２０１に設けられた３６個のスロットに収容されており、電機子巻線９９と電機子鉄心２０１により固定子２０３が構成されている。また、固定子２０３と略同軸に空隙を介して固定子２０３の内周に界磁発生装置を有する回転子２０４が配置されて、タービン発電機９８が構成される。タービン発電機９８の軸方向端部にはコレクタリングとブラシからなる給電装置が設けられ、他方の軸方向端部にはタービンが設けられ、回転子２０４に機械出力を伝達している。コレクタリング側には、電機子巻線９９の各相の口出し線が配置され、それに伴ってブッシング及びターミナルボックスが配置され、電機子巻線９９が、線路側端子及び中性点側端子と接続されている。

次に、図１９乃至図２４を用いて従来技術による電機子巻線の構成を説明する。

図１９には、従来技術による３６個のスロットに、３つの並列回路を有する２極３相のタービン発電機用の電機子巻線の展開図を示し、１０２はスロット部、１０３及び１０４はコイルエンド部である。尚、３６スロットの例を説明するのは、説明を簡略化するためである。スロット数が増加しても、以下に説明する課題を同様に有する。例えば５４スロット、７２スロットなどでも同様である。

図１９において、実線はＵ相、破線はＶ相、一点鎖線はＷ相をそれぞれ示している。図２０にはそのＵ相分を、図２１にはそのＶ相分を、図２２にはそのＷ相分をそれぞれ示す。

図１９乃至図２２に記載されている１から３６の番号は、スロット番号を示しており、１から順に周方向へ１、２・・・、３６、１・・・と番号付けされている。それぞれのスロットには、スロット頭部側に収容される上コイルと、底部側に収容される底コイルの２つのコイルが収められている。図１９乃至図２２においては、スロット番号左側に上コイル、右側に底コイルが描かれており、例えば、スロット番号３５において上コイルＴ３５及び底コイルＢ３５が図１９に示されている。以下に示す巻線の展開図も同様である。

各相の電機子巻線は、３つの並列回路を有しており、これを３Ｙ結線と言う。

それぞれの並列回路は、線路側端子から亘り線１０１を経由して各スロット内のコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを形成し、亘り線１０１を介して第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗと対となる第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを形成した後，亘り線１０１を経由して中性点側端子と接続されている。

ここで、各相の第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗと第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗは、周方向に１８０度ずれて配置される。また、Ｕ相の第一の極１１０Ｕ、Ｖ相の第一の極１１０Ｖ、Ｗ相の第一の極１１０Ｗは、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、同様にＵ相の第二の極１１１Ｕ、Ｖ相の第二の極１１１Ｖ、Ｗ相の第二の極１１１Ｗは、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置される。

また、亘り線１０１は、線路側端子Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＬ１〜ＵＬ３、ＶＬ１〜ＶＬ３、ＷＬ１〜ＷＬ３と、第一の極と第二の極を構成するコイルを接続する極間亘り線ＵＰ１〜ＵＰ３、ＶＰ１〜ＶＰ３、ＷＰ１〜ＷＰ３、中性点側端子Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３、Ｚ１〜Ｚ３とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＮ１〜ＵＮ３、ＶＮ１〜ＶＮ３、ＷＮ１〜ＷＮ３とにわけられる。

従来技術による、それぞれの並列回路の構成を以下に説明する。

Ｕ相回路は、Ｕ相回路１、Ｕ相回路２、Ｕ相回路３が並列接続されることで構成される。以下、Ｕ相回路１、Ｕ相回路２、Ｕ相回路３の構成を説明する。

Ｕ相回路１は、線路側端子Ｕ１から亘り線ＵＬ１を経由して、接続箇所ＴＵ１にて上コイルＴ１と接続される。Ｕ相回路１における第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ１、底コイルＢ１６、上コイルＴ４、底コイルＢ１９を順次直列に接続することで構成され、第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ３、上コイルＴ２４、底コイルＢ３６、上コイルＴ２１を順次直列に接続することで構成される。第一の極１１０Ｕと第二の極１１１Ｕは、亘り線ＵＰ１で接続されており、亘り線ＵＰ１と第一の極１１０Ｕは、底コイルＢ１９と接続箇所ＴＵｐ１１にて接続され、亘り線ＵＰ１と第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ３と接続箇所ＴＵｐ２１にて接続される。第二の極と中性点側端子Ｘ１は、亘り線ＵＮ１で接続されており、亘り線ＵＮ１と第二の極１１１Ｕは、上コイルＴ２１と接続箇所ＴＸ１にて接続される。

Ｕ相回路２は、線路側端子Ｕ２から亘り線ＵＬ２を経由して、接続箇所ＴＵ２にて上コイルＴ２と接続される。Ｕ相回路２における第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ２、底コイルＢ１７、上コイルＴ５、底コイルＢ２０を順次直列に接続することで構成され、第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ２、上コイルＴ２３、底コイルＢ３５、上コイルＴ２０を順次直列に接続することで構成される。第一の極１１０Ｕと第二の極１１１Ｕは、亘り線ＵＰ２で接続されており、亘り線ＵＰ２と第一の極１１０Ｕは、底コイルＢ２０と接続箇所ＴＵｐ１２にて接続され、亘り線ＵＰ２と第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ２と接続箇所ＴＵｐ２２にて接続される。第二の極と中性点側端子Ｘ２は、亘り線ＵＮ２で接続されており、亘り線ＵＮ２と第二の極１１１Ｕは、上コイルＴ２０と接続箇所ＴＸ２にて接続される。

Ｕ相回路３は、線路側端子Ｕ３から亘り線ＵＬ３を経由して、接続箇所ＴＵ３にて上コイルＴ３と接続される。Ｕ相回路３における第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ３、底コイルＢ１８、上コイルＴ６、底コイルＢ２１を順次直列に接続することで構成され、第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ１、上コイルＴ２２、底コイルＢ３４、上コイルＴ１９を順次直列に接続することで構成される。第一の極１１０Ｕと第二の極１１１Ｕは、亘り線ＵＰ３で接続されており、亘り線ＵＰ３と第一の極１１０Ｕは、底コイルＢ２１と接続箇所ＴＵｐ１３にて接続され、亘り線ＵＰ３と第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ１と接続箇所ＴＵｐ２３にて接続される。第二の極と中性点側端子Ｘ３は、亘り線ＵＮ３で接続されており、亘り線ＵＮ３と第二の極１１１Ｕは、上コイルＴ１９と接続箇所ＴＸ３にて接続される。

Ｖ相回路とＷ相回路は、Ｕ相回路をそれぞれ周方向に１２０度、２４０度ずらした配置となっており、Ｖ相回路１とＷ相回路１がＵ相回路１、Ｖ相回路２とＷ相回路２がＵ相回路２、Ｖ相回路３とＷ相回路３がＵ相回路３と対応している。図２１及び図２２におけるＶ相回路とＷ相回路を構成するコイル、亘り線、接続箇所の記号は、図２０に示したＵ相の記号の「Ｕ」を「Ｖ」又は「Ｗ」、「Ｘ」を「Ｙ」又は「Ｚ」に変えることで対応する。

図２３に従来例の各亘り線とコイルの接続箇所を軸方向から見た図を示す。これより、コイルと亘り線のそれぞれの接続箇所は、３相間で１２０度ずつずれて周期的に配置されていることが確認される。

具体的には、接続箇所（ＴＵ１、ＴＵ２、ＴＵ３）、（ＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３）、（ＴＷ１、ＴＷ２、ＴＷ３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３）、（ＴＹ１、ＴＹ２、ＴＹ３）、（ＴＺ１、ＴＺ２、ＴＺ３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所（ＴＵｐ１１、ＴＵｐ１２、ＴＵｐ１３）、（ＴＶｐ１１、ＴＶｐ１２、ＴＶｐ１３）、（ＴＷｐ１１、ＴＷｐ１２、ＴＷｐ１３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所（ＴＵｐ２１、ＴＵｐ２２、ＴＵｐ２３）、（ＴＶｐ２１、ＴＶｐ２２、ＴＶｐ２３）、（ＴＷｐ２１、ＴＷｐ２２、ＴＷｐ２３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置される。

後述する特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載の構成と比較すると、各並列回路の詳細な構成は異なるものの、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載の構成は、３相を１２０度ずつ周期的に各相を配置する構成であるため、コイルと亘り線のそれぞれの接続箇所は上記と同様の構成となる。

以上のように構成することで、それぞれの並列回路に備えられた亘り線１０１は、亘り線列Ｃ１からＣ１２まで１２列に、コレクタリング側に軸方向に並んで、それぞれの亘り線１０１が互いに干渉を避けるよう配置される。亘り線１０１は、径方向へ並べて配置することも可能であるが、フレームなどの構造物と干渉する恐れがあるため、軸方向に配置することが望ましい。

ここで、図１９に示した従来例の電機子巻線の展開図に着目すると、線路側端子Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３及び中性点側端子Ｙ１〜Ｙ３、Ｚ１〜Ｚ３付近において、Ｖ相線路側端子Ｖ１〜Ｖ３とコイルとを繋ぐ亘り線ＶＬ１〜ＶＬ３と、Ｗ相中性点側端子Ｚ１〜Ｚ３とコイルとを繋ぐ亘り線ＷＮ１〜ＷＮ３とが複数平行に配置されており、これが亘り線列数の多い一因であることわかる。即ち、図２１において示される亘り線ＶＬ１〜ＶＬ３の周方向位置と、図２２において示される亘り線ＷＮ１〜ＷＮ３の周方向位置が略同一であることから、それぞれの亘り線の干渉を避けるために亘り線列数が増加している。線路側端子及び中性点側端子付近は、これら端子との接続のため亘り線の本数が増加することから、これら端子付近での亘り線列数が増加により、全体の亘り線列数が増加している。これより、本構成では、これ以上の亘り線列数の低減は困難である。

図２４に電機子巻線のコレクタリング側のコイルエンド付近の構成を示す。上コイルのコイルエンド部１０３Ｔ、又は底コイルのコイルエンド部１０３Ｂのコレクタリング側端部において、亘り線１０１とコイルが接続される。更に亘り線１０１は、発電機フレーム２００と電機子鉄心２０１の端部に設けられた鉄心押板２０２との間の空間に１２列に並んで配置され、周方向に亘った後、線路側亘り線及び中性点側亘り線は、線路側端子及び中性点側端子付近にてそれぞれの端子へ接続される。通常、発電機のフレーム２００と鉄心押板２０２は、金属系の材料で構成されている。従って、各亘り線間、及び亘り線列Ｃ１と鉄心押板２０２、亘り線列Ｃ１２と発電機フレーム２００の間は、十分に絶縁距離を確保する必要がある。

しかしながら、亘り線１０１を１２列で構成し、絶縁距離を確保しようとすると、発電機フレーム２００を軸方向に長くする他になく、発電機全体が大型化することになる。また、発電機フレーム２００の大きさを大型化せずに、各亘り線間、及び亘り線列Ｃ１と鉄心押板２０２、亘り線列Ｃ１２と発電機フレーム２００の距離を縮めて構成する場合、十分な絶縁距離を確保できずに絶縁破壊を起こす可能性が高まり、信頼性が低下することになる。また、亘り線間の距離が短くなることで、近接効果が大きくなり亘り線で発生する損失が大きくなる。

これにより、亘り線における局所的な温度上昇、発電機の効率の低下などが生ずる。また、亘り線列数が増加することにより、亘り線の支持が困難になり、その作業性が低下するなどの課題がある。

このような亘り線の構成例が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１では、亘り線間の近接効果による損失を低減する構成が提案されている。亘り線間の近接効果とは、複数並んだ亘り線において、ある亘り線に着目した際に、他の亘り線に流れる電流による影響で、着目する亘り線の電流密度分布に偏りが起き、局所的な損失の増加を引き起こすことをいうが、特許文献１では、亘り線間の近接効果の低減のため、隣接する亘り線に流れる電流の位相差を１８０度、即ち、逆向きに電流が流れるよう亘り線を配置している。これにより、亘り線間の相互作用が小さくなり、近接効果が低減されることが記載されている。

また、大容量の発電機では、固定子巻線を複数の並列回路により構成することで巻線１本当りの電流を減らし、電磁力や温度上昇を緩和している。例えば、並列回路数が３以上となる場合の構成例として、各並列回路間の不平衡率を低減する事を目的としたものがあり、特許文献２、特許文献３、特許文献４などが挙げられる。

特許第４５０２５１１号公報 米国特許３１５２２７３号明細書 米国特許３６６０７０５号明細書 特開２００１−３０９５９７号公報

タービン発電機などでは、亘り線に高電圧が印加されることから、各亘り線間の絶縁距離、及び亘り線と発電機フレームなどの金属系構造物との絶縁距離を十分に確保する必要がある。一方で、亘り線は、電機子鉄心と発電機フレームの間に配置されることから、限られた空間に亘り線を配置する必要がある。更に、大容量の発電機の場合、前記の通り並列回路数を増やす必要があり、これにより各並列回路に対応する亘り線が増加することになる。特に、並列回路数が３以上の場合、亘り線数が増加することで、亘り線列数が増加する。

これにより、絶縁距離を十分に確保することが難しいことがある。発電機フレームを大きくすることで亘り線を収める空間を大きくすれば、この課題は解決されるが、発電機全体の大型化に繋がるなど製造コストの増加の要因となる。また、亘り線の列数が増加すると、近接効果の影響が大きくなることによる亘り線における局所的な温度上昇及び効率低下、亘り線の支持が困難になるなどの課題がある。このため、亘り線の列数を低減することが望まれている。

これに対して、先に挙げた各特許文献による構成では、亘り線列数の低減を問題としておらず、亘り線列数の増加による種々の課題の解決が要求される。

本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装置を大型化することなく絶縁性を確保し、かつ、亘り線の列数を低減することのできるコンパクトな回転電機を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、電機子鉄心に軸方向に伸びる複数のスロットが周方向に所定の間隔をもって設けられ、該スロットに２つのコイルが収容されていると共に、前記コイルを順次直列接続することで構成される少なくとも１つの極と、線路側端子と前記コイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子と前記コイルを接続する中性点側亘り線とを有する複数の巻線回路を備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの前記巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つの異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、前記線路側亘り線とコイルが接続される周方向位置が、異相間で略一致する箇所を少なくとも１つ有し、かつ、前記中性点側亘り線とコイルが接続する周方向位置が異相間で略一致する箇所を少なくとも１つ有することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、巻線回路を各相で並列に接続していることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第２の発明において、巻線回路の並列数が３であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、全ての巻線回路が極間亘り線を有していることを特徴とする。

更に、第５の発明は、第４の発明において、各相に有する巻線回路のうち１つの極のみを構成している巻線回路を少なくとも１つ有していることを特徴とする。

また、第６の発明は、第３乃至第５の発明のいずれかにおいて，亘り線列数が１０列以下に構成されていることを特徴とする。

また、第７の発明は、電機子鉄心に軸方向に伸びる複数のスロットが周方向に所定の間隔をもって設けられ、該スロットに２つのコイルが収容されていると共に、前記コイルを順次直列接続することで構成される少なくとも１つの極と、線路側端子と前記コイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子と前記コイルを接続する中性点側亘り線とを有する複数の巻線回路を備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの前記巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つ異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、前記極間亘り線を有する巻線回路の線路側亘り線とコイルが接続される周方向位置、及び前記極間亘り線を有する巻線回路の中性点側亘り線とコイルが接続される周方向位置が、３相間で周方向に周期的に配置されないことを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、巻線回路が各相で並列に接続していることを特徴とする。

本発明によれば、装置を大型化することなく絶縁性を確保し、かつ、亘り線の列数を低減することのできるコンパクトな回転電機を得ることができる。

本発明の回転電機の第一の実施例を示す電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第一の実施例のＵ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第一の実施例のＶ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第一の実施例のＷ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第一の実施例のコイルと亘り線の接続位置を表す模式図である。 本発明の回転電機の第一の実施例のコレクタリング側のコイルエンド付近の構成を示す。 本発明の回転電機の第二の実施例を示す電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第二の実施例のＵ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第二の実施例のＶ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第二の実施例のＷ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第二の実施例のコイルと亘り線の接続位置を表す模式図である。 本発明の回転電機の第二の実施例のコレクタリング側のコイルエンド付近の構成を示す。 本発明の回転電機の第三の実施例を示す電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第三の実施例のＵ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第三の実施例のＶ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第三の実施例のＷ相電機子巻線の展開図である。 本発明の回転電機の第三の実施例のコイルと亘り線の接続位置を表す模式図である。 本発明の回転電機の第三の実施例のコレクタリング側のコイルエンド付近の構成を示す。 各相に３つの並列回路を有する場合の従来例の回転電機の一例を示す電機子巻線の展開図である。 図１９に対応する従来例の回転電機のＵ相電機子巻線の展開図である。 図１９に対応する従来例の回転電機のＶ相電機子巻線の展開図である。 図１９に対応する従来例の回転電機のＷ相電機子巻線の展開図である。 図１９に対応する従来例の回転電機のコイルと亘り線の接続位置を表す模式図である。 図１９に対応する従来例の回転電機のコレクタリング側のコイルエンド付近の構成を示す。 各相に１つの巻線回路を有する従来例の回転電機の一例を示す電機子巻線の展開図である。 図２５に対応する従来例の回転電機のＵ相電機子巻線の展開図である。 図２５に対応する従来例の回転電機のＶ相電機子巻線の展開図である。 図２５に対応する従来例の回転電機のＷ相電機子巻線の展開図である。 図２５に対応する従来例の回転電機のコイルと亘り線の接続位置を表す模式図である。 タービン発電機の概略構成を示す図である。

以下、図示した実施例に基づき、本発明の回転電機を詳細に説明する。尚、符号は、従来と同一のものは同符号を使用し、その説明は省略する。

図１に、本発明による３６個のスロットに３つの並列回路を有する２極３相のタービン発電機用の電機子巻線の展開図を示し、１０２はスロット部、１０３及び１０４はコイルエンド部である。図２にはそのＵ相分を、図３にはそのＶ相分を、図４にはそのＷ相分をそれぞれ示す。

図１乃至図４に示すように、本実施例における電機子巻線は２種類の巻線回路を有する。第一の巻線回路は、線路側端子から亘り線１０１を経由してコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第一の極１１０Ｕ，１１０Ｖ、１１０Ｗを形成し、亘り線１０１を介して第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗと対となる第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを構成するコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを形成した後、亘り線１０１を経由して中性点側端子と接続される。第二の巻線回路は、線路側端子から亘り線１０１を経由してコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを形成し、亘り線１０１を介して第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗと対となる第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを構成するコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを形成した後、亘り線１０１を経由して中性点側端子と接続される。

本発明では、３相のうち２相が第一の巻線回路で構成され、残りの１相が第二の巻線回路で構成されるか、若しくは２相が第二の巻線回路で構成され、残りの１相が第一の巻線回路で構成される。

本実施例では、Ｕ相回路とＶ相回路は、従来例と同様に３つの第一の巻線回路を並列接続することで構成され、Ｗ相回路は、３つの第二の巻線回路を並列接続することで構成されている。

また、各相の第一の極１１０と第二の極１１１は、周方向に１８０度ずれて配置され、U相の第一の極１１０Ｕ、Ｖ相の第一の極１１０Ｖ、Ｗ相の第一の極１１０Ｗは、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、同様にＵ相の第二の極１１１Ｕ、Ｖ相の第二の極１１１Ｖ、Ｗ相の第二の極１１１Ｗは、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置される。

ここで、亘り線１０１は、線路側端子Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＬ１〜ＵＬ３、ＶＬ１〜ＶＬ３、ＷＬ１〜ＷＬ３と、第一の極と第二の極を構成するコイルを接続する極間亘り線ＵＰ１〜ＵＰ３、ＶＰ１〜ＶＰ３、ＷＰ１〜ＷＰ３、中性点側端子Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３、Ｚ１〜Ｚ３とコイルを接続する亘り線ＵＮ１〜ＵＮ３、ＶＮ１〜ＶＮ３、ＷＮ１〜ＷＮ３とに分けられる。

それぞれの並列回路の構成を以下に説明する。

Ｕ相回路は、Ｕ相回路１、Ｕ相回路２、Ｕ相回路３が並列接続されることで構成される。Ｕ相の各並列回路の構成は、亘り線の配置を除いて、図２０に示した従来例と同様である。即ち、Ｕ相の各並列回路において、並列回路を構成するコイルの接続順、亘り線と各コイルとの接続箇所は、従来技術による構成と同様であり、亘り線の接続先の列番が、図２に示すように異なっている。

Ｖ相に関しても、Ｕ相と同様に、並列回路を構成するコイルの接続順、亘り線と各コイルとの接続箇所は、図２１に示した従来技術による構成と同一であるが、亘り線の接続先の列番が、図３に示すように異なっている。Ｖ相を構成する各コイルは、Ｕ相を構成する各コイルを１２０度周方向にずらした配置となっている。

Ｗ相に関しては、各並列回路を構成する各スロット内コイルの組み合わせは、図２２に示した従来技術による構成と同一であるが、亘り線とコイルの接続箇所、亘り線の配置が異なっている。以下に、その詳細を示す。

Ｗ相回路１は、線路側端子Ｗ１から亘り線ＷＬ１を経由して、接続箇所ＴＷ１にて底コイルＢ２５と接続される。このとき、亘り線ＷＬ１は、線路側端子Ｗ１からＣ９列の亘り線のない空間を通り、周方向に亘ることなく接続箇所ＴＷ１に直接接続される。Ｗ相回路１は、第二の極１１１Ｗ、第一の極１１０Ｗの順で接続され、第二の極１１１Ｗは、底コイルＢ２５、上コイルＴ１０、底コイルＢ２２、上コイルＴ７を順次直列に接続することで構成され、第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ２７、底コイルＢ６、上コイルＴ３０、底コイルＢ９を順次直列に接続することで構成される。第二の極１１１Ｗと第一の極１１０Ｗは、亘り線ＷＰ１で接続されており、亘り線ＷＰ１と第二の極１１１Ｗは、上コイルＴ７と接続箇所ＴＷｐ１１にて接続され、亘り線ＷＰ１と第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ２７と接続箇所ＴＷｐ２１にて接続される。第一の極１１０Ｗと中性点側端子Ｚ１は、亘り線ＷＮ１で接続されており、亘り線ＷＮ１と第一の極１１０Ｗは、底コイルＢ９と接続箇所ＴＺ１にて接続される。

Ｗ相回路２は、線路側端子Ｗ２から亘り線ＷＬ２を経由して、接続箇所ＴＷ２にて底コイルＢ２６と接続される。このとき、亘り線ＷＬ２は、線路側端子Ｗ２からＣ９列の亘り線のない空間を通り、周方向に亘ることなく接続箇所ＴＷ２に直接接続される。Ｗ相回路２は、第二の極１１１Ｗ、第一の極１１０Ｗの順で接続され、第二の極１１１Ｗは、底コイルＢ２６、上コイルＴ１１、底コイルＢ２３、上コイルＴ８を順次直列に接続することで構成され、第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ２６、底コイルＢ５、上コイルＴ２９、底コイルＢ８を順次直列に接続することで構成される。第二の極１１１Ｗと第一の極１１０Ｗは、亘り線ＷＰ２で接続されており、亘り線ＷＰ２と第二の極１１１Ｗは、上コイルＴ８と接続箇所ＴＷｐ１２にて接続され、亘り線ＷＰ２と第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ２６と接続箇所ＴＷｐ２２にて接続される。第一の極１１０Ｗと中性点側端子Ｚ２は、亘り線ＷＮ２で接続されており、亘り線ＷＮ２と第一の極１１０Ｗは、底コイルＢ８と接続箇所ＴＺ２にて接続される。

Ｗ相回路３は、線路側端子Ｗ３から亘り線ＷＬ３を経由して、接続箇所ＴＷ３にて底コイルＢ２７と接続される。Ｗ相回路３は、第二の極１１１Ｗ、第一の極１１０Ｗの順で接続され、第二の極１１１Ｗは、底コイルＢ２７、上コイルＴ１２、底コイルＢ２４、上コイルＴ９を順次直列に接続することで構成され、第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ２５、底コイルＢ４、上コイルＴ２８、底コイルＢ７を順次直列に接続することで構成される。第二の極１１１Ｗと第一の極１１０Ｗは、亘り線ＷＰ３で接続されており、亘り線ＷＰ３と第二の極１１１Ｗは上コイルＴ９と接続箇所ＴＷｐ１３にて接続され、亘り線Ｗｐ３と第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ２５と接続箇所ＴＷｐ２３にて接続される。第一の極１１０Ｗと中性点側端子Ｚ３は、亘り線ＷＮ３で接続されており、亘り線ＷＮ３と第一の極１１０Ｗは、底コイルＢ７と接続箇所ＴＺ３にて接続される。

ここで、Ｗ相回路の構成において、図２２に示した従来技術と異なる点は、亘り線とコイルの接続箇所及び亘り線の配置である。亘り線とコイルの接続箇所に関しては、次のように従来技術から本実施例で替わっている。即ち、従来技術で（ＴＷ１、ＴＷ２、ＴＷ３）であった接続箇所が、本実施例では（ＴＷｐ２３、ＴＷｐ２２、ＴＷｐ２１）と替わり、従来技術で（ＴＷｐ１１、ＴＷｐ１２、Ｔｐ１３）であった接続箇所が、本実施例では（ＴＺ３、ＴＺ２ｍＴＺ３）と替わり、従来技術で（ＴＷｐ２１、ＴＷｐ２２、ＴＷｐ２３）であった接続箇所が、本実施例では（ＴＷ３、ＴＷ２、ＴＷ１）と替わり、従来技術で（ＴＺ１、ＴＺ２、ＴＺ３）であった接続箇所が、本実施例では（ＴＷｐ１３、ＴＷｐ１２、ＴＷｐ１１）と替わっている。この接続箇所の替わりにおいて、Ｗ相回路を構成するコイルの電流の流入流出の向きは、従来技術と同じであるため、Ｗ相回路が作る起磁力分布も従来技術と同一であり、即ち、電気的な特性も従来技術と同一である。

図５に各亘り線とコイルの接続箇所を軸方向から見た図を示す。図５から明らかな如く、Ｕ相とＶ相のコイルと亘り線のそれぞれの接続箇所は、周方向に１２０度ずれて配置されているものの、Ｗ相は、他の相と１２０度ずつずれた配置ではない。つまり、コイルと亘り線のそれぞれの接続箇所は、３相間で１２０度ずつずれて配置される周期性を有していない。

具体的には、接続箇所（ＴＵ１、ＴＵ２、ＴＵ３）と（ＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、（ＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３）と（ＴＷ１、ＴＷ２、ＴＷ３）は、周方向に略同一の位置に配置される。この際に、（ＴＶ１、ＴＶ２、ＴＶ３）は上コイル側、（ＴＷ１、ＴＷ２、ＴＷ３）は底コイル側に配置される。また、接続箇所（ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３）と（ＴＹ１、ＴＹ２、ＴＹ３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、（ＴＹ１、ＴＹ２、ＴＹ３）と（ＴＺ１、ＴＺ２、ＴＺ３）は、周方向に略同一の位置に配置される。この際に、（ＴＹ１、ＴＹ２、ＴＹ３）は上コイル側、（ＴＺ１、ＴＺ２、ＴＺ３）は底コイル側に配置される。また、接続箇所（ＴＵｐ１１、ＴＵｐ１２、ＴＵｐ１３）と（ＴＶｐ１１、ＴＶｐ１２、ＴＶｐ１３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、（ＴＵｐ１１、ＴＵｐ１２、ＴＵｐ１３）と（ＴＷｐ１１、ＴＷｐ１２、ＴＷｐ１３）は、周方向に略同一の位置に配置される。この際に、（ＴＵｐ１１、ＴＵｐ１２、ＴＵｐ１３）は底コイル側、（ＴＷｐ１１、ＴＷｐ１２、ＴＷｐ１３）は上コイル側に配置される。また、接続箇所（ＴＵｐ２１、ＴＵｐ２２、ＴＵｐ２３）と（ＴＶｐ２１、ＴＶｐ２２、ＴＶｐ２３）は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、（ＴＵｐ２１、ＴＵｐ２２、ＴＵｐ２３）と（ＴＷｐ２１、ＴＷｐ２２、ＴＷｐ２３）は、周方向に略同一の位置に配置される。この際に、（ＴＵｐ２１、ＴＵｐ２２、ＴＵｐ２３）は底コイル側、（ＴＷｐ２１、ＴＷｐ２２、ＴＷｐ２３）は上コイル側に配置される。

以上のように、各相の電機子巻線を構成することで、それぞれの並列回路に備えられた亘り線１０１は、亘り線列C１からC１０まで１０列に、コレクタリング側に軸方向に並んで、それぞれの亘り線が互いに干渉を避けるよう配置される。即ち、従来技術と比較して、亘り線列数を２列低減できる。

ここで、図１に示した亘り線の配置は、亘り線列数を低減できる構成の１例であり、亘り線列を入れ替えるなどして、様々な配置が可能であり、本発明は図に示した形態に限定されるものではない。

以下に，本実施例により亘り線列数が低減される理由を説明する。

先に示した様に、従来例においては線路側端子Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３及び中性点側端子Ｙ１〜Ｙ３、Ｚ１〜Ｚ３付近において、Ｖ相線路側端子Ｖ１〜Ｖ３とスロット内コイルとを繋ぐ亘り線ＶＬ１〜ＶＬ３と、Ｗ相中性点側端子Ｚ１〜Ｚ３とスロット内コイルとを繋ぐ亘り線ＷＮ１〜ＷＮ３とが複数並列に並んでおり、これが亘り線列数の多い一因である。即ち、図２１において示される亘り線ＶＬ１〜ＶＬ３の周方向位置と、図２２において示される亘り線ＷＮ１〜ＷＮ３の周方向位置が略同一であることから、それぞれの亘り線の干渉を避けるために亘り線列数が増加している。線路側端子及び中性点側端子付近は、これら端子との接続のため亘り線の本数が増加することから、これら端子付近での亘り線列数の増加により、全体の亘り線列数が増加している。

本実施例は、上記の問題を解決することで、亘り線列数の低減を図った構成である。即ち、図４に示したＷ相電機子巻線の展開図に着目すると、従来例においてＶ相亘り線ＶＬ１〜ＶＬ３と略同一の周方向位置に配置されていたＷ相亘り線ＷＮ１〜ＷＮ３が、従来例と異なる位置に配置されていることがわかる。つまり、Ｗ相において、線路側端子及び中性点側端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置を、他の相と１２０度ずつ周期的に配置される場合から替えている。これにより、従来例で亘り線列数増加の要因となっていた干渉が緩和される。

また、図４においてＷ相亘り線ＷＬ１、ＷＬ２が、周方向に亘ることなく、直接線路側端子Ｗ１、Ｗ２とコイルとが接続されることも、線路側端子及び中性点側端子付近での亘り線列数低減に寄与している。従来例では、線路側端子若しくは中性点側端子へ接続するためには周方向に亘ることが必須であり、直接線路側端子若しくは中性点側端子へ接続することは不可能であった。

これに対して、本実施例では、Ｗ相において、線路側端子及び中性点側端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置を、他の相と１２０度ずつ周期的に配置される場合から替えたことで、接続箇所ＴＷ１、ＴＷ２が線路側端子Ｗ１、Ｗ２付近に配置され、直接線路側端子若しくは中性点側端子へ接続することを可能としている。

図６に、本実施例における電機子巻線のコレクタリング側のコイルエンド付近の構成を示す。従来例と同様に、亘り線１０１は、発電機フレーム２００と電機子鉄心２０１の端部に設けられた鉄心押板２０２の間の空間に１０列に並んで配置される。発電機フレーム２００と鉄心押板２０２は、金属系の材料で構成されている。ここで、各亘り線間、亘り線と鉄心押板２０２、亘り線と発電機フレーム２００の間は、十分に絶縁距離を確保する必要がある。

図６では、各亘り線間、亘り線と鉄心押板２０２、亘り線と発電機フレーム２００の距離は、図２４に示した従来例と同等としている。従来例では、亘り線１０１を１２列で構成されるため、絶縁距離を十分に確保しようとすると、発電機フレーム２００を軸方向に長くするほかになく、発電機全体が大型化する問題があった。

これに対して本実施例では、従来例と同等の絶縁距離を確保しているにも関わらず、亘り線列数が２列低減されることから、その分だけ発電機フレーム２００が小型に構成されている。これにより、発電機全体が小型になり、材料費の削減などによりコストが低減される。

また、従来例と同等の大きさの発電機フレーム２００を用いた場合、従来例よりも各亘り線間、及び亘り線と鉄心押板２０２、亘り線と発電機フレーム２００の間の絶縁距離を大きくすることが可能となる。これにより、絶縁性における信頼性が向上する。

更に、従来例よりも各亘り線間の距離を大きくした場合、各亘り線間の近接効果が低減されることにより、各亘り線で発生する損失が低減される。これにより、タービン発電機の高効率化、各亘り線の温度上昇が低減されることによる信頼性の向上が達成される。

また、本実施例では、亘り線列数が低減されることにより、亘り線を支持するための構造及び作業が減少する。これにより、亘り線の組み立てでの作業性が向上する。

尚、本実施例では、説明を容易にするため電機子のスロット数を３６個としたが、本実施例の構成は、スロット数に関わらず成立するものである。例えば、５４スロット、７２スロットなどにも同様の構成を適用することで、本実施例と同様の効果が得られる。

また、本実施例では、Ｗ相の３つの並列回路全てにおいて、線路側端子及び中性点側端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置を、他の相と１２０度ずつ周期的に配置される場合から替えている。当然ながら、0３つの並列回路のうち１つ又は２つの並列回路において、線路側端子及び中性点側端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置を、他の相に対して１２０度ずつ周期的に配置される場合から替えることも可能であり、この場合でも本実施例と同様の効果が得られるが、その効果は小さくなる。

また、特許文献２、４に記載の構成にも本発明の技術を適用することが可能であり、亘り線列数の低減により種々の課題の解決が可能となる。

本実施例によれば、回転電機の電機子巻線において亘り線の列数が低減されることにより、亘り線間の絶縁性が確保され、小型の発電機が提供される。更には、亘り線の列数が低減されることで、近接効果の低減による亘り線における損失の低減、局所的な温度上昇の抑制、効率向上、亘り線の支持などの作業が容易になることによる作業性の向上が達成される。

以下に、本発明による第二の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、第一の実施の形態と同様の構成の部分に関しては、説明を省略する。また、同一又は対応する部分に同一の符号を付して対応させている。

図７に、本発明の第二の実施例である３相分の電機子巻線の展開図を示す。本実施例は、第一の実施例と同様に、２極３６スロット３Ｙ結線である。図７において、実線はＵ相、破線はＶ相、一点鎖線はＷ相をそれぞれ示している。図８にはそのＵ相分を、図９にはそのＶ相分を、図１０にはそのＷ相分をそれぞれ示す。

それぞれの相の電機子巻線は、第一の並列回路、第二の並列回路、第三の並列回路の３つの並列回路を有している。

第一の並列回路は、線路側端子から亘り線１０１を経由してスロット内のコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを形成し、亘り線１０１を介して、再度第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを構成するコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗを形成した後、亘り線１０１を経由して中性点側端子と接続されている。

また、第二の並列回路は、線路側端子から亘り線１０１を経由してスロット内のコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ（若しくは第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ）を形成し、亘り線１０１を介して第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ（若しくは第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ）と対となる第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ（若しくは第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ）を構成するコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ（若しくは第一の極１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ）を形成した後，亘り線を経由して中性点側端子と接続されている。

また、第三の並列回路は、線路側端子から亘り線１０１を経由してスロット内のコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを形成し、亘り線１０１を介して、再度、第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを構成するコイルと接続され、複数の上コイル及び底コイルを順次直列に接続することで第二の極１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗを形成した後、亘り線１０１を経由して中性点側端子と接続されている。

ここで、亘り線１０１は、線路側端子Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＬ１〜ＵＬ３、ＶＬ１〜Ｖｌ３、ＷＬ１〜ＷＬ３と、中性点側端子Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３、Ｚ１〜Ｚ３とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＮ１〜ＵＮ３、ＶＮ１〜ＶＮ３、ＷＮ１〜ＷＮ３、並列回路１において第一の極から再度、第一の極へ亘る亘り線ＵＳ１、ＶＳ１、ＷＳ１、並列回路２において第一の極と第二の極を構成するコイルを接続する極間亘り線ＵＰ２、ＶＰ２、ＷＰ２、並列回路３において第二の極から再度、第二の極へ亘る亘り線ＵＳ３、ＶＳ３、ＷＳ３にわけられる。

それぞれの並列回路の構成を以下に説明する。

Ｕ相回路は、Ｕ相回路１、Ｕ相回路２、Ｕ相回路３が並列接続されることで構成される。以下、Ｕ相回路１、Ｕ相回路２、Ｕ相回路３の構成を説明する。

Ｕ相回路１は、線路側端子Ｕ１から亘り線ＵＬ１を経由して、接続箇所ＴＵ１にて上コイルＴ１と接続される。更に、上コイルＴ１、底コイルＢ１６、上コイルＴ４、底コイルＢ１９を順次直列に接続して第一の極を構成し、亘り線ＵＳ１を介し、上コイルＴ３、底コイルＢ１８、上コイルＴ６、底コイルＢ２１を順次直列に接続することで再度、第一の極１１０Ｕを構成する。亘り線ＵＳ１は、接続箇所ＴＵＳ１１にて底コイルＢ１９と接続され、接続箇所ＴＳＵ２１において上コイルＴ３と接続される。更に、中性点側端子Ｘ１とは亘り線ＵＮ１で接続されており、亘り線ＵＮ１は、接続箇所ＴＸ１にて底コイルＢ２１と接続される。

Ｕ相回路２は、線路側端子Ｕ２から亘り線ＵＬ２を経由して、接続箇所ＴＵ２にて底コイルＢ２と接続される。Ｕ相回路２は、第二の極、第一の極の順に直列に接続され、第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ２、上コイルＴ２３、底コイルＢ３５、上コイルＴ２０を順次直列に接続することで構成され、第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ２、底コイルＢ１７、上コイルＴ５、底コイルＢ２０を順次直列に接続することで構成される。第二の極１１１Ｕと第一の極１１０Ｕは、亘り線ＵＰ２で接続されており、亘り線ＵＰ２と第二の極１１１Ｕは、上コイルＴ２０と接続箇所ＴＵｐ１２にて接続され、亘り線ＵＰ２と第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ２と接続箇所ＴＵｐ２２にて接続される。第一の極と中性点側端子Ｘ２は、亘り線ＵＮ２で接続されており、亘り線ＵＮ２と第一の極１１０Ｕは、底コイルＢ２０と接続箇所ＴＸ２にて接続される。

Ｕ相回路３は、線路側端子Ｕ３から亘り線ＵＬ３を経由して、接続箇所ＴＵ３にて底コイルＢ３と接続される。更に、底コイルＢ３、上コイルＴ２４、底コイルＢ３６、上コイルＴ２１を順次直列に接続して第二の極１１１Ｕを構成し、亘り線ＵＳ３を介し、底コイルＢ１、上コイルＴ２２、底コイルＢ３４、上コイルＴ１９を順次直列に接続することで再度、第二の極１１１Ｕを構成する。亘り線ＵＳ３は、接続箇所ＴＵＳ１３にて上コイルＴ２１と接続され、接続箇所ＴＵＳ２３において底コイルＢ１と接続される。更に、中性点側端子Ｘ３とは亘り線ＵＮ３で接続されており、亘り線ＵＮ３は、接続箇所ＴＸ３にて上コイルＴ１９と接続される。

Ｖ相回路は、Ｖ相回路１、Ｖ相回路２、Ｖ相回路３が並列接続されることで構成される。以下、Ｖ相回路１、Ｖ相回路２、Ｖ相回路３の構成を説明する。

Ｖ相回路１は、コイル構成及び亘り線とコイルの接続箇所が、Ｕ相回路１を周方向に１２０度ずらした構成となっているため、詳細説明は省略する。

Ｖ相回路２は、線路側端子Ｖ２から亘り線ＶＬ２を経由して、接続箇所ＴＶ２にて上コイルＴ１４と接続される。Ｖ相回路２は、第一の極１１０Ｖ、第二の極１１１Ｖの順に直列に接続され、第一の極１１０Ｖは、上コイルＴ１４、底コイルＢ２９、上コイルＴ１７、底コイルＢ３２を順次直列に接続することで構成され、第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ１４、上コイルＴ３５、底コイルＢ１１、上コイルＴ３２を順次直列に接続することで構成される。第一の極１１０Ｖと第二の極１１１Ｖは、亘り線ＶＰ２で接続されており、亘り線ＶＰ２と第一の極１１０Ｖは、底コイルＢ３２と接続箇所ＴＶｐ１２にて接続され、亘り線ＶＰ２と第二の極１１１Ｖは、底コイルＢ１４と接続箇所ＴＶｐ２２にて接続される。第二の極１１１Ｖと中性点側端子Ｙ２は亘り線ＶＮ２で接続されており、亘り線ＶＮ２と第二の極１１１Ｖは、上コイルＴ３２と接続箇所ＴＹ２にて接続される。

Ｖ相回路３は、コイル構成及び亘り線とコイルの接続箇所が、Ｕ相回路３を周方向に１２０度ずらした構成となっているため、詳細説明は省略する。

Ｗ相回路は、Ｗ相回路１、Ｗ相回路２、Ｗ相回路３が並列接続されることで構成される。Ｗ相回路１、Ｗ相回路２、Ｗ相回路３は、コイル構成及び亘り線とコイルの接続箇所が、Ｖ相回路１、Ｖ相回路２、Ｖ相回路３からそれぞれ１２０度ずらした構成となっているため、詳細説明は省略する。

図１１に、各亘り線とコイルの接続箇所を軸方向から見た図を示す。並列回路１と並列回路３におけるコイルと亘り線の接続箇所は、３相間で周方向にそれぞれ１２０度ずらした周期的な構成となっている。即ち、並列回路１を例にとると、接続箇所ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＸ１、ＴＹ１、ＴＺ１は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＵＳ１１、ＴＶＳ１１、ＴＷＳ１１は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＵｓ２１、ＴＶＳ２１、ＴＷＳ２１は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置される。

各相の並列回路２については、各並列回路を構成するコイルは、３相間で周方向にそれぞれ１２０度ずらした構成である。

しかしながら、コイルと亘り線の接続箇所に関しては、Ｖ相とＷ相で周方向に１２０度ずれて配置されるものの、Ｕ相のコイルと亘り線の接続箇所は他の相と１２０度ずつずれた配置ではない。即ち、接続箇所ＴＶ２とＴＷ２は、周方向に１２０度ずれて配置され、ＴＵ２とＴＷ２は、周方向に略同一の位置に配置される。また、接続箇所ＴＹ２とＴＺ２は、周方向には１２０度ずれて配置され、ＴＸ２とＴＺ２は、周方向に略同一の位置に配置される。また、接続箇所ＴＶｐ１２とＴＷｐ１２は、周方向に１２０度ずれて配置され、ＴＵｐ１２とＴＶｐ１２は、周方向に略同一の位置に配置される。また、接続箇所ＴＶｐ２２とＴＷｐ２２は、周方向に１２０度ずれて配置され、ＴＵｐ２２とＴｖｐ２２は、周方向に略同一の位置に配置される。

以上のように各相の電機子巻線を構成することで，図１２に示すように各並列回路に備えられた亘り線１０１は，亘り線列C１からC８まで８列に，コレクタリング側に軸方向に並んで，それぞれの亘り線が互いに干渉を避けるよう配置される。すなわち，従来技術と比較して，亘り線列数を4列低減できる。ここで，図７に示した亘り線の配置は，亘り線列数を低減できる構成の１例であり，亘り線列を入れ替えるなどして，様々な配置が可能であり，本発明は図に示した形態に限定されるものではない。

以下に、本実施例により亘り線列数が低減される理由を説明する。

実施例１と比較して、本実施例では、実施例１において、各相の並列回路１と並列回路３に有する第一の極と第二の極を繋ぐ極間亘り線（Ｕ相の場合：亘り線ＵＰ１、ＵＰ３）がなくなり、同じ極を構成するコイルを繋ぐ短い亘り線（Ｕ相の場合：亘り線ＵＳ１、ＵＳ３）が追加されている。これにより、亘り線の距離が短くなることで、亘り線列数が低減される。

更に、並列回路２に関しては、実施例１と同様にＵ相（実施例１ではＷ相）において、端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間亘り線のコイルとの接続位置を、３相間で１２０度ずつずれて周期的に配置される場合から入れ替えている。

以上の理由で，本実施例によれば，実施例１から亘り線列数がさらに低減される。これより，実施例２においても、実施例１と同様の効果が得られる。

また、本実施例は特許文献３に記載の構成に、本発明を適用したものである。特許文献３の記載の構成では、亘り線の列数の低減が困難であったが、本実施例の構成により、亘り線列数の低減が可能となる。

以下に、本発明による第三の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、他の実施の形態と同様の構成の部分に関しては、説明を省略する。また、同一または対応する部分に同一の符号を付して対応させている。

図１３に、本発明の一実施例の回転電機の３相分電機子巻線の展開図を示す。図１３において、実線はＵ相を、破線はＶ相を、一点鎖線はＷ相をそれぞれ示している。図１４には、そのＵ相分を、図１５にはそのＶ相分を、図１６にはそのＷ相分をそれぞれ示す。

本実施例は、回転電機の電機子鉄心２０１に設けられた２４個のスロットに収容された、２極３相の電機子巻線である。各相の電機子巻線は、スロット内のコイルを直列に接続した直列回路を１つ有しており、それぞれの直列回路には、第一の極１１０とそれと対となる第二の極１１１が構成されている。更に、各相の電機子巻線は、線路側端子と直列回路を接続する亘り線と、中性点側端子の直列回路を接続する亘り線、第一の極１１０と第二の極１１１を接続する亘り線を有している。即ち、実施例１及び２において、各相の電機子巻線は、３つの並列回路を有していたが、本実施例では、各相の電機子巻線は、１つの回路のみを有する。これを１Ｙ結線という。

それぞれの回路に備えられた亘り線１０１は、亘り線列Ｃ１からＣ４まで４列に、コレクタリング側に軸方向に並んで、それぞれの亘り線が互いに干渉を避けるよう配置される。また、亘り線１０１は、線路側端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＬ１、ＶＬ１、ＷＬ１と、第一の極と第二の極を構成するコイルを接続する極間亘り線ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１、中性点側端子Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１とスロット内コイルを接続する亘り線ＵＮ１、ＶＮ１，ＷＮ１とに分けられる。

各相の構成を以下に説明する。

Ｕ相回路は、線路側端子Ｕ１から亘り線ＵＬ１を経由して、接続箇所ＴＵにて、底コイルＢ１と接続される。Ｕ相回路は、第二の極１１１Ｕ、第一の極１１０Ｕの順で接続され、第二の極１１１Ｕは、底コイルＢ１、上コイルＴ１６、底コイルＢ２４、上コイルＴ１５、底コイルＢ２３、上コイルＴ１４、底コイルＢ２２、上コイルＴ１３を順次直列に接続することで構成され、第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ１、底コイルＢ１０、上コイルＴ２、底コイルＢ１１、上コイルＴ３、底コイルＢ１２、上コイルＴ４、底コイルＢ１３を順次直列に接続することで構成される。第二の極１１１Ｕと第一の極１１０Ｕは、亘り線ＵＰ１で接続されており、亘り線ＵＰ１と第二の極１１１Ｕは、上コイルＴ１３と接続箇所ＴＵｐ１にて接続され、亘り線ＵＰ１と第一の極１１０Ｕは、上コイルＴ１と接続箇所ＴＵｐ２にて接続される。第一の極と中性点側端子Ｘ１は、亘り線ＵＮ１で接続されており、亘り線ＵＮ１と第一の極１１０Ｕは、底コイルＢ１３と接続箇所ＴＸにて接続される。

Ｖ相回路は、線路側端子Ｖ１から亘り線ＶＬ１を経由して、接続箇所ＴＶにて上コイルＴ９と接続される。Ｖ相回路は、第一の極１１０Ｖ、第二の極１１１Ｖの順で接続され、第一の極１１０Ｖは、上コイルＴ９、底コイルＢ１８、上コイルＴ１０、底コイルＢ１９、上コイルＴ１１、底コイルＢ２０、上コイルＴ１２、底コイルＢ２１を順次直列に接続することで構成され、第二の極１１１Ｖは、底コイルＢ９、上コイルＴ２４、底コイルＢ８、上コイルＴ２３、底コイルＢ７、上コイルＴ２２、底コイルＢ６、上コイルＴ２１を順次直列に接続することで構成される。第一の極１１０Ｖと第二の極１１１Ｖは、亘り線ＶＰ１で接続されており、亘り線ＶＰ１と第一の極１１０Ｖは、底コイルＢ２１と接続箇所ＴＶｐ１にて接続され、亘り線ＶＰ１と第二の極１１１Ｖは、底コイルＢ９と接続箇所ＴＶｐ２にて接続される。第二の極と中性点側端子Ｙ１は、亘り線ＶＮ１で接続されており、亘り線ＶＮ１と第二の極１１１Ｖは、上コイルＴ２１と接続箇所ＴＹにて接続される。

Ｗ相回路は、線路側端子Ｗ１から亘り線ＷＬ１を経由して、接続箇所ＴＷにて上コイルＴ１７と接続される。Ｗ相回路は、第一の極１１０Ｗ、第二の極１１１Ｗの順で接続され、第一の極１１０Ｗは、上コイルＴ１７、底コイルＢ２、上コイルＴ１８、底コイルＢ３、上コイルＴ１９、底コイルＢ４、上コイルＴ２０、底コイルＢ５を順次直列に接続することで構成され、第二の極１１１Ｗは、底コイルＢ１７、上コイルＴ８、底コイルＢ１６、上コイルＴ７、底コイルＢ１５、上コイルＴ６、底コイルＢ１４、上コイルＴ５を順次直列に接続することで構成される。第一の極１１０Ｗと第二の極１１１Ｗは、亘り線ＷＰ１で接続されており、亘り線ＷＰ１と第一の極１１０Ｗは、底コイルＢ５と接続箇所ＴＷｐ１にて接続され、亘り線ＷＰ１と第二の極１１１Ｗは、底コイルＢ１７と接続箇所ＴＷｐ２にて接続される。第二の極と中性点側端子Ｚ１は、亘り線ＷＮ１で接続されており、亘り線ＷＮ１と第二の極１１１Ｗは、上コイルＴ５と接続箇所ＴＺにて接続される。

図１７に、各亘り線とコイルの接続箇所を軸方向から見た図を示す。これより、Ｖ相とＷ相のコイルと亘り線の接続箇所は、周方向に１２０度ずれて配置されているものの、Ｕ相のコイルと亘り線の接続箇所は、他の相と１２０度ずつずれた配置ではない。つまり、コイルと亘り線のそれぞれの接続箇所は、３相間で１２０度ずつずれて周期的に配置されない。具体的には、接続箇所ＴＶとＴＷは、周方向に１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＵとＴＷは、周方向に略同一の位置に配置される。また、接続箇所ＴＹとＴＺは、周方向に１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＸとＴＺは、周方向に略同一の位置に配置される。また、接続箇所ＴＶｐ１とＴＷｐ１は、周方向に１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＵｐ１とＴＶｐ１は、周方向に略同一の位置に配置される。また、接続箇所ＴＶｐ２とＴＷｐ２は、周方向にそれぞれ１２０度ずれて配置され、接続箇所ＴＵｐ２とＴＶｐ２は、周方向に略同一の位置に配置される。

以上のように、各相の電機子巻線を構成することで、図１８に示すように、亘り線１０１を、４列で構成することが可能となる。

ここで、従来技術による２極２４スロット１Ｙ結線の３相分の電機子巻線の展開図の一例を図２５に、図２６にはそのＵ相分を、図２７にはそのＶ相分を、図２８にはそのＷ相分をそれぞれ示す。また、図２９に、従来技術を適用した場合の各亘り線とコイルの接続箇所を軸方向から見た図を示す。

従来例によれば、コイルと亘り線のそれぞれの接続箇所は、３相間で１２０度ずつずれて周期的に配置される。また、亘り線は、５列で構成される。

これより、従来技術では、U相回路において、亘り線ＵＬ１、ＵＰ１、ＵＮ１が干渉する箇所があり、これにより、亘り線列数が増えていることが確認される。

本実施例は、亘り線ＵＬ１、ＵＰ１、ＵＮ１の干渉を低減することを目的になされたものである。

本実施例によれば、Ｕ相において、線路側端子及び中性点側端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置を、他の相と周期的に配置される場合から入れ替えている。これにより、亘り線ＵＬ１、ＵＰ１、ＵＮ１の位置が従来例から変わることで、その干渉が緩和され、亘り線列数は、４列に低減される。

以上から本実施例では、従来技術と比較して、亘り線列数を１列低減できる。ここで、図１８に示した亘り線の配置は、亘り線列数を低減できる構成の１例であり、亘り線列を入れ替えるなどして、様々な配置が可能であり、本発明は、図に示した形態に限定されるものではない。

これより、実施例３においても、実施例１及び２と同様の効果が得られる。

以上、各実施例を用いて説明したように、本発明を適用することにより、回転電機の電機子巻線において、亘り線の列数が低減される。亘り線の列数の低減は、異なる２極を有する巻線回路において、線路側端子及び中性点側端子とコイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置を、他の相と周期的に配置される場合から入れ替えて、亘り線の干渉を低減することで実現している。

これにより、亘り線間の絶縁性が確保され、小型の発電機が提供される。また、亘り線の列数が低減されることで、近接効果の低減による亘り線における損失の低減、亘り線の支持などの作業が容易になることによる作業性の向上が達成される。
本明細書で示した実施形態は、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または改良をすることが可能であり、これらもまた本発明の技術の範囲内にある。例えば、本明細書内では、ある特定の極数、スロット数、並列回路数、巻線ピッチに関して発明の詳細を述べたが、本発明は、それらの要素に限定されるものではない。

具体的には、２極で構成される実施例のみを述べたが、４極以上でも本発明による構成が可能である。また、各実施例において、上コイルと底コイルの接続順を入れ替えて構成してもよい。また、図１２などにおいて、亘り線を径方向に１つの段に並べて構成したが、径方向に複数の段にわたって構成することを可能である。また、各実施例において、線路側端子及び中性点側端子、亘り線をコレクタリング側に配置したが、タービン側に配置してもよい。この場合も亘り線を限られた空間に配置する必要があるため、本発明により各実施例と同様の効果が得られる。また、複数の同相の亘り線を、１つの亘り線に置き換えるなどしてもよい。

９８…タービン発電機、９９…電機子巻線、１〜２４…スロット番号、Ｔ１〜Ｔ２４…上コイル、Ｂ１〜Ｂ２４…底コイル、１０１…亘り線、１０２…スロット部、１０３、１０４…コイルエンド部、１Ｃ〜１２Ｃ…亘り線列番号、１１０…第一の極、１１１…第二の極、２００…発電機フレーム、２０１…電機子鉄心、２０２…鉄心押板、２０３…固定子、２０４…回転子、Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３…線路側端子、Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３、Ｚ１〜Ｚ３…中性点側端子、ＵＬ１〜ＵＬ３、ＶＬ１〜ＶＬ３、ＷＬ１〜ＷＫ３…線路側端子とコイルを接続する亘り線、ＵＮ１〜ＵＮ３、ＶＮ１〜ＶＮ３、ＷＮ１〜ＷＮ３…中性点側端子とコイルを接続する亘り線、ＵＰ１〜ＵＰ３、ＶＰ１〜ＶＰ３、ＷＰ１〜ＷＰ３…対となる極を接続する極間亘り線、ＴＵ１〜ＴＵ３、ＴＶ１〜ＴＶ３、ＴＷ１〜ＴＷ３…Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の線路側端子に繋がる亘り線とコイルの接続箇所、ＴＸ１〜ＴＸ３、ＴＹ１〜ＴＹ３、ＴＺ１〜ＴＺ３…Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の中性点側端子に繋がる亘り線とコイルの接続箇所、ＴＵｐ１１〜ＴＵｐ１３、ＴＶｐ１１〜ＴＶｐ１３、ＴＷｐ１１〜ＴＷｐ１３…Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の対となる極を繋ぐ亘り線とコイルの線路側の接続箇所、ＴＵｐ２１〜ＴＵｐ２３、ＴＶｐ２１〜ＴＶｐ２３、ＴＷｐ２１〜ＴＷｐ２３…Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の対となる極を繋ぐ亘り線とコイルの中性点側の接続箇所。

Claims (10)

1. 電機子鉄心に軸方向に伸びる複数のスロットが周方向に所定の間隔をもって設けられ、該スロットに２つのコイルが収容されていると共に、前記コイルを順次直列接続することで構成される少なくとも１つの極と、線路側端子と前記コイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子と前記コイルを接続する中性点側亘り線とを有する複数の巻線回路を備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの前記巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つの異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、
   前記線路側亘り線とコイルが接続される周方向位置が、異相間で略一致する箇所を少なくとも１つ有し、かつ、前記中性点側亘り線とコイルが接続する周方向位置が異相間で略一致する箇所を少なくとも１つ有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記巻線回路は、各相で並列に接続されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   各相に有する前記巻線回路の並列数が３であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機において、
   全ての前記巻線回路が、前記極間亘り線を有することを特徴とする回転電機。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機において、
   各相に有する前記巻線回路のうち１つの極のみを構成している前記巻線回路を少なくとも１つ有していることを特徴とする回転電機。
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載の回転電機において、
   亘り線列数が１０列以下に構成されることを特徴とする回転電機。
7. 電機子鉄心に軸方向に伸びる複数のスロットが周方向に所定の間隔をもって設けられ、該スロットに２つのコイルが収容されていると共に、前記コイルを順次直列接続することで構成される少なくとも１つの極と、線路側端子と前記コイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子と前記コイルを接続する中性点側亘り線とを有する複数の巻線回路を備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの前記巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つ異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、
   前記極間亘り線を有する巻線回路の線路側亘り線とコイルが接続される周方向位置、及び前記極間亘り線を有する巻線回路の中性点側亘り線とコイルが接続される周方向位置が、３相間で周方向に周期的に配置されないことを特徴とする回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機において，
   前記巻線回路は、各相で並列に接続されていることを特徴とする回転電機。
9. 電機子鉄心に軸方向に伸びる複数のスロットが周方向に所定の間隔をもって設けられ、該スロットに上コイルと底コイルが収容されていると共に、前記上コイルと底コイルを順次直列接続することで構成される複数の極と、線路側端子と前記上コイルと底コイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子と前記上コイルと底コイルを接続する中性点側亘り線とを有する複数の巻線回路とを備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの前記巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つの異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、
   前記電機子巻線の３相のうちの１相は、前記線路側端子及び中性点側端子と前記コイルを繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置と、極間を繋ぐ亘り線のコイルとの接続位置とが、他の相と１２０度ずつ周期的に配置されていないことを特徴とする回転電機。
10. 電機子鉄心に軸方向に伸びる複数のスロットが周方向に所定の間隔をもって設けられ、該スロットに上コイルと底コイルが収容されていると共に、前記上コイルと底コイルを順次直列接続することで構成される複数の極と、線路側端子と前記上コイルと底コイルを接続する線路側亘り線と、中性点側端子と前記上コイルと底コイルを接続する中性点側亘り線とを有する複数の巻線回路とを備え、前記巻線回路のうち各相における少なくとも１つの前記巻線回路が、前記コイルを順次直列接続することで構成された２つの異なる極を接続する極間亘り線を有する３相の電機子巻線を備えた回転電機において、
    前記電機子巻線の３相のうちの２相は、前記コイルと亘り線の接続箇所が周方向に１２０度ずつずれて配置されていると共に、前記電機子巻線の３相のうちの前記２相と異なる１相は、前記コイルと亘り線の接続箇所が他の２相と周方向に１２０度ずれて配置されていないことを特徴とする回転電機。

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