JP2015089219A - 発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】交流励磁機と回転整流器とを接続する導体を流れる交流電流による発電機構造物の加熱を抑制する。【解決手段】一の実施形態によれば、発電機は、第１、第２、および第３相をそれぞれ有する第１、第２、および第３交流電流を出力する交流励磁機と、前記第１、第２、および第３交流電流をそれぞれ第１、第２、および第３直流電流に変換する回転整流器とを備える。さらに、前記発電機は、前記交流励磁機と前記回転整流器とが搭載された回転軸と、前記回転軸上に配置され、前記交流励磁機から前記回転整流器に前記第１、第２、および第３交流電流をそれぞれ供給するための１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、および１本以上の第３導体を含む複数本の導体とを備える。さらに、前記導体は、２本以上の導体が集中配置されている１つ以上の導体グループを含み、前記導体グループの各々は、前記第１、第２、および第３導体のうちの２種類以上の導体を含む。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、発電機に関する。

同期発電機の単機容量は、近年の電力需要の伸びに伴い大容量化している。同期発電機の単機容量が大容量化すると、発電機本体が要求する界磁電流が大きくなり、数千アンペアとなる場合もある。そのため、発電機本体に界磁電流を供給する交流励磁機は、大容量化、大型化する傾向にある。

そこで、交流励磁機と回転整流器により構成されるブラシレス同期発電機が注目されている。ブラシレス同期発電機が２極機の場合、ブラシレス同期発電機の交流励磁機の励磁容量は、従来の同期発電機に比べ１／１００から１／３００程度となる。よって、ブラシレス同期発電機は、発電機容量を大きくしやすいという利点を有する。また、ブラシレス同期発電機は、ブラシを備えていないことから、ブラシの摩耗による汚れの発生を回避できるという利点を有する。

特開２０１０−９８７８９号公報 特開２００３−１３４７６６号公報

ブラシレス同期発電機においては、交流励磁機と回転整流器とが同じ回転軸上に搭載されるため、交流励磁機と回転整流器とを電気的に接続する導体（三相導体）もこの回転軸上に配置する必要がある。この場合、導体は、図７に示すように、１２０度等配に配置することが一般的である。

図７は、一般的なブラシレス同期発電機の導体配置を示す断面図である。図７(ａ)は、ブラシレス同期発電機の一断面を示す断面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)の断面図に対応する磁束浸透線図である。

この発電機は、交流励磁機と回転整流器とが搭載された回転軸１と、回転軸１上に配置された複数本の導体２とを備えている。これらの導体２は、導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃ごとに集中配置されている。具体的には、２本のＵ相導体Ｕ₁、Ｕ₂がＵ相グループＧ₁、２本のＶ相導体Ｖ₁、Ｖ₂がＶ相グループＧ₂、２本のＷ相導体Ｗ₁、Ｗ₂がＷ相グループＧ₃として集中配置され、これらの導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃が１２０度等配に配置されている。

しかしながら、これらの導体２に大きな三相交流電流を流すと、電流の誘導作用により発生する磁界により、導体２に近接する発電機構造物が加熱されてしまう。場合によっては、導体２を包囲する絶縁物１ｂがこの熱により損傷する可能性がある。

そこで、本発明は、交流励磁機と回転整流器とを接続する導体を流れる交流電流による発電機構造物の加熱を抑制可能な発電機を提供することを課題とする。

一の実施形態によれば、発電機は、第１相を有する第１交流電流と、第２相を有する第２交流電流と、第３相を有する第３交流電流とを出力する交流励磁機と、前記第１、第２、および第３交流電流をそれぞれ、第１、第２、および第３直流電流に変換する回転整流器とを備える。さらに、前記発電機は、前記交流励磁機と前記回転整流器とが搭載された回転軸と、前記回転軸上に配置され、前記交流励磁機から前記回転整流器に前記第１、第２、および第３交流電流をそれぞれ供給するための１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、および１本以上の第３導体を含む複数本の導体とを備える。さらに、前記導体は、２本以上の導体が集中配置されている１つ以上の導体グループを含み、前記導体グループの各々は、前記第１、第２、および第３導体のうちの２種類以上の導体を含む。

第１実施形態の発電機の構造を示す断面図である。 第１実施形態の発電機の回路構成を示す回路図である。 第１実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。 第２実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。 第３実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。 第４実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。 一般的なブラシレス同期発電機の導体配置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の発電機の構造を示す断面図である。

図１の発電機は、ブラシレス同期発電機である。図１の発電機は、回転軸１と、回転軸１上に配置された複数本の導体２と、回転軸１上に搭載された交流励磁機３と、回転軸１上に搭載された回転整流器４とを備えている。交流励磁機３と回転整流器４は、導体２により電気的に接続されている。導体２は、交流励磁機３から回転整流器４に三相交流電流を供給するための三相導体である。

交流励磁機３は、発電機の固定子側に位置する界磁部１１と、界磁部１１と分離され、発電機の回転子側に位置する電機子部１２とを備えている。また、回転整流器４は、複数の整流素子を有する整流素子部２１を備えている。本実施形態の発電機においては、より詳細には、交流励磁機３の電機子部１２が回転軸１上に搭載されており、電機子部１２と整流素子部２１が導体２により電気的に接続されている。

図１は、回転軸１に垂直で、互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、回転軸１に平行なＺ方向とを示している。Ｘ方向およびＺ方向は水平方向を示し、Ｙ方向は鉛直方向を示している。

図２は、第１実施形態の発電機の回路構成を示す回路図である。

（１）交流励磁機３
図２に示すように、交流励磁機３の界磁部１１は、界磁巻線１３を備え、交流励磁機３の電機子部１２は、第１、第２、および第３巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有する電機子巻線１４を備えている。第１から第３巻線１４ａ〜１４ｃは、Ｙ字形に結線されている。

回転軸１の回転時に、界磁巻線１３に直流電流Ｉ₁が流れると、直流電流Ｉ₁により発生する磁界の影響で、電機子巻線１４に三相交流電流Ｉ_2a、Ｉ_2b、Ｉ_2cが発生する。交流電流Ｉ_2a、Ｉ_2b、Ｉ_2cはそれぞれ、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流であり、第１、第２、第３巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃに発生する。交流電流Ｉ_2a、Ｉ_2b、Ｉ_2cはそれぞれ、第１相を有する第１交流電流、第２相を有する第２交流電流、第３相を有する第３交流電流の例である。交流電流Ｉ_2a、Ｉ_2b、Ｉ_2cは、電機子巻線１４から整流素子部２１に出力される。

（２）回転整流器４
図２に示すように、回転整流器４は、第１から第６整流素子２１ａ〜２１ｆを有する整流素子部２１と、界磁巻線２２とを備えている。

第１および第４整流素子２１ａ、２１ｄは、直列接続されており、これらの整流素子間のノードは、導体２により第１巻線１４ａに接続されている。この導体２は、１本以上の第１導体の例である。第２および第５整流素子２１ｂ、２１ｅは、直列接続されており、これらの整流素子間のノードは、導体２により第２巻線１４ｂに接続されている。この導体２は、１本以上の第２導体の例である。第３および第６整流素子２１ｃ、２１ｆは、直列接続されており、これらの整流素子間のノードは、導体２により第３巻線１４ｃに接続されている。この導体２は、１本以上の第３導体の例である。

第１および第４整流素子２１ａ、２１ｄの対と、第２および第５整流素子２１ｂ、２１ｅの対と、第３および第６整流素子２１ｃ、２１ｆの対は、互いに並列接続されている。これらの対は、界磁巻線２２に電気的に接続されている。なお、第１から第６整流素子２１ａ〜２１ｆの各々は、１つのダイオードにより構成されていてもよいし、複数個のダイオードにより構成されていてもよい。

第１および第４整流素子２１ａ、２１ｄは、交流電流Ｉ_2aを整流して、交流電流Ｉ_2aを直流電流Ｉ_3aに変換する。第２および第５整流素子２１ｂ、２１ｅは、交流電流Ｉ_2bを整流して、交流電流Ｉ_2bを直流電流Ｉ_3bに変換する。第３および第６整流素子２１ｃ、２１ｆは、交流電流Ｉ_2cを整流して、交流電流Ｉ_2cを直流電流Ｉ_3cに変換する。直流電流Ｉ_3a、Ｉ_3b、Ｉ_3cはそれぞれ、第１、第２、第３直流電流の例である。

整流素子部２１においては、直流電流Ｉ_3a、Ｉ_3b、Ｉ_3cが合流して直流電流Ｉ₄となる。直流電流Ｉ₄は、整流素子部２１から界磁巻線２２に出力される。

（３）発電機本体５
図２に示すように、本実施形態の発電機はさらに、発電機本体５を備えている。発電機本体５は、回転軸１上に搭載されている。発電機本体５は、Ｙ字形に結線された第１から第３巻線を有する電機子巻線（不図示）を備えている。

界磁巻線２２に直流電流Ｉ₄が流れると、直流電流Ｉ₄により発生する磁界の影響で、発電機本体５の電機子巻線に三相交流電流が発生する。このようにして、本実施形態の発電機は、発電を行うことができる。

図３は、第１実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。図３(ａ)は、図１に示す直線Ａに沿った断面図である。図３(ｂ)は、図３(ａ)の断面図に対応する磁束浸透線図である。図３(ｂ)は、数値計算により得られた計算結果を示している。

本実施形態の回転軸１は、回転軸１の中心に位置するシャフト１ａと、シャフト１ａを順に包囲する絶縁物１ｂ、第１集電リング１ｃ、第２集電リング１ｄとを備えている。

シャフト１ａは、導体２の内周側に位置している。絶縁物１ｂは、導体２を包囲しており、導体２同士を電気的に絶縁している。第１集電リング１ｃは、導体２に対し、回転軸１の周方向に位置している。第２集電リング１ｄは、導体２の外周側に位置している。本実施形態においては、シャフト１ａと第２集電リング１ｄが磁性体で形成されており、第１集電リング１ｃが非磁性体で形成されている。また、導体２は、例えば銅で形成されている。

本実施形態の導体２は、交流電流Ｉ_2a（Ｕ相電流）を流すための第１および第２のＵ相導体Ｕ₁、Ｕ₂と、交流電流Ｉ_2b（Ｖ相電流）を流すための第１および第２のＶ相導体Ｖ₁、Ｖ₂と、交流電流Ｉ_2c（Ｗ相電流）を流すための第１および第２のＷ相導体Ｗ₁、Ｗ₂とを含んでいる。Ｕ相導体Ｕ₁、Ｕ₂、Ｖ相導体Ｖ₁、Ｖ₂、Ｗ相導体Ｗ₁、Ｗ₂はそれぞれ、１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、１本以上の第３導体の例である。同じ相の導体２同士は、互いに並列に接続されている。

また、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている１つ以上の導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃を含んでいる。導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃の各々は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体のうちの２種類以上の導体２を含んでいる。

導体グループＧ₁は、第１のＵ相導体Ｕ₁と第１のＶ相導体Ｖ₁を含んでおり、２種類の導体２を含んでいる。導体グループＧ₁は、第１の二相グループの例である。第１のＵ相導体Ｕ₁と第１のＶ相導体Ｖ₁は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₁は、１本のＵ相導体と１本のＶ相導体とを含んでおり、Ｕ相導体とＶ相導体とを同じ本数含んでいる。なお、導体グループＧ₁は、Ｗ相導体は含んでいない。

導体グループＧ₂は、第２のＶ相導体Ｖ₂と第１のＷ相導体Ｗ₁を含んでおり、２種類の導体２を含んでいる。導体グループＧ₂は、第２の二相グループの例である。第２のＶ相導体Ｖ₂と第１のＷ相導体Ｗ₁は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₂は、１本のＶ相導体と１本のＷ相導体とを含んでおり、Ｖ相導体とＷ相導体とを同じ本数含んでいる。なお、導体グループＧ₂は、Ｕ相導体は含んでいない。

導体グループＧ₃は、第２のＷ相導体Ｗ₂と第２のＵ相導体Ｕ₂を含んでおり、２種類の導体２を含んでいる。導体グループＧ₃は、第３の二相グループの例である。第２のＷ相導体Ｗ₂と第２のＵ相導体Ｕ₂は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₃は、１本のＷ相導体と１本のＵ相導体とを含んでおり、Ｗ相導体とＵ相導体とを同じ本数含んでいる。なお、導体グループＧ₃は、Ｖ相導体は含んでいない。

このように、本実施形態の導体２は、導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃ごとに集中配置されている。同じ導体グループに属する導体２同士は、互いに近くに配置されている。同じ導体グループに属する導体２同士の間には、絶縁物１ｂが介在している。また、ある導体グループに属する導体２は、別の導体グループに属する導体２から離れて配置されている。異なる導体グループに属する導体２同士の間には、絶縁物１ｂと第１集電リング１ｃとが介在している。本実施形態の導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃は、回転軸１の周方向に互いに隣接しており、１２０度等配に配置されている。これらの導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃は、第１集電リング１ｃを介して互いに隣接している。

次に、図３および図７を参照し、第１実施形態の発電機の導体配置と、一般的な発電機の導体配置とを比較する。

一般的な発電機の各導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃は、図７に示すように、１種類の導体２のみを含んでいる。具体的には、これらの導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃はそれぞれ、Ｕ相導体、Ｖ相導体、Ｗ相導体のみを含んでいる。

これに対し、第１実施形態の発電機の各導体グループＧ₁〜Ｇ₃は、図３に示すように、２種類の導体２を含んでいる。よって、導体２に交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cが流れる場合、各導体２の周りに発生する磁界は、同じグループの別の導体２の周りに発生する磁界により打ち消される。理由は、本実施形態においては、同じグループの２本の導体２に流れる交流電流は、互いに位相が異なるからである。

よって、本実施形態によれば、交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cの電力が熱として失われることを抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、発電機内での電力の損失を低減することができる。さらに、本実施形態によれば、導体２に近接する発電機構造物の加熱を抑制することができる。

図３(ｂ)および図７(ｂ)は、第１実施形態の発電機における磁束浸透状況と、一般的な発電機における磁束浸透状況とを示している。これらの計算例によれば、第１実施形態の発電機における電力損失は、一般的な発電機における電力損失の４０％程度になることが分かった。

以上のように、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている１つ以上の導体グループＧ₁〜Ｇ₃を含み、これらの導体グループＧ₁〜Ｇ₃の各々は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体のうちの２種類以上の導体２を含んでいる。よって、本実施形態によれば、交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cによる発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の導体グループＧ₁〜Ｇ₃は、互いに離れて配置されていれば、１２０度等配に配置されていなくてもよい。ただし、導体グループＧ₁〜Ｇ₃を１２０度等配に配置することには、例えば、回転子の重心の偏りを抑制できるという利点がある。

また、本実施形態の導体グループＧ₁内において、第１のＵ相導体Ｕ₁と第１のＶ相導体Ｖ₁の位置は入れ替えてもよい。同様に、本実施形態の導体グループＧ₂内において、第２のＶ相導体Ｖ₂と第１のＷ相導体Ｗ₁の位置は入れ替えてもよい。同様に、本実施形態の導体グループＧ₃内において、第２のＷ相導体Ｗ₂と第２のＵ相導体Ｕ₂の位置は入れ替えてもよい。

また、本実施形態の導体グループＧ₁〜Ｇ₃の各々は、２種類の導体２を含み、かつ３本以上の導体２を含んでいてもよい。この場合、導体グループＧ₁は、Ｕ相導体とＶ相導体とを異なる本数含んでいてもよい。同様に、導体グループＧ₂は、Ｖ相導体とＷ相導体とを異なる本数含んでいてもよい。同様に、導体グループＧ₃は、Ｗ相導体とＵ相導体とを異なる本数含んでいてもよい。ただし、各導体グループが２種類の導体２を同じ本数含むことには、例えば、これらの導体２の周りの磁界を打ち消しやすいという利点がある。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。

本実施形態の導体２は、交流電流Ｉ_2a（Ｕ相電流）を流すためのＵ相導体Ｕ₁と、交流電流Ｉ_2b（Ｖ相電流）を流すためのＶ相導体Ｖ₁と、交流電流Ｉ_2c（Ｗ相電流）を流すためのＷ相導体Ｗ₁とを含んでいる。Ｕ相導体Ｕ₁、Ｖ相導体Ｖ₁、Ｗ相導体Ｗ₁はそれぞれ、１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、１本以上の第３導体の例である。

また、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている導体グループＧ₁を含んでいる。導体グループＧ₁は、Ｕ相導体Ｕ₁と、Ｖ相導体Ｖ₁と、Ｗ相導体Ｗ₁とを含んでおり、３種類の導体２をすべて含んでいる。導体グループＧ₁は、三相グループの例である。Ｕ相導体Ｕ₁とＶ相導体Ｖ₁とＷ相導体Ｗ₁は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₁は、１本のＵ相導体、１本のＶ相導体、および１本のＷ相導体を含んでおり、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体を同じ本数含んでいる。

本実施形態の発電機の導体グループＧ₁は、３種類の導体２を含んでいる。よって、導体２に交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cが流れる場合、各導体２の周りに発生する磁界は、他の２本の導体２の周りに発生する磁界により打ち消される。理由は、導体グループＧ₁の３本の導体２に流れる交流電流は、互いに位相が異なるからである。よって、本実施形態によれば、発電機内での電力の損失を低減することや、導体２に近接する発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

以上のように、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている導体グループＧ₁を含み、導体グループＧ₁は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体の３種類の導体２を含んでいる。よって、本実施形態によれば、交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cによる発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の導体グループＧ₁内において、Ｕ相導体Ｕ₁、Ｖ相導体Ｖ₁、およびＷ相導体Ｗ₁の位置は入れ替えてもよい。

また、本実施形態の導体グループＧ₁は、３種類の導体２を含み、かつ４本以上の導体２を含んでいてもよい。この場合、導体グループＧ₁は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体を異なる本数含んでいてもよい。ただし、導体グループＧ₁が３種類の導体２を同じ本数含むことには、例えば、これらの導体２の周りの磁界を打ち消しやすいという利点がある。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。

本実施形態の導体２は、交流電流Ｉ_2a（Ｕ相電流）を流すための第１および第２のＵ相導体Ｕ₁、Ｕ₂と、交流電流Ｉ_2b（Ｖ相電流）を流すための第１および第２のＶ相導体Ｖ₁、Ｖ₂と、交流電流Ｉ_2c（Ｗ相電流）を流すための第１および第２のＷ相導体Ｗ₁、Ｗ₂とを含んでいる。Ｕ相導体Ｕ₁、Ｕ₂、Ｖ相導体Ｖ₁、Ｖ₂、Ｗ相導体Ｗ₁、Ｗ₂はそれぞれ、１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、１本以上の第３導体の例である。

また、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている導体グループＧ₁を含んでいる。導体グループＧ₁は、第１および第２のＵ相導体Ｕ₁、Ｕ₂と、第１および第２のＶ相導体Ｖ₁、Ｖ₂と、第１および第２のＷ相導体Ｗ₁、Ｗ₂とを含んでおり、３種類の導体２をすべて含んでいる。導体グループＧ₁は、三相グループの例である。導体グループＧ₁は、２本のＵ相導体、２本のＶ相導体、および２本のＷ相導体を含んでおり、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体を同じ本数含んでいる。

本実施形態の導体グループＧ₁は、第１のＵ相導体Ｕ₁、第１のＶ相導体Ｖ₁、および第１のＷ相導体Ｗ₁が回転軸１の周方向に互いに隣接する第１列Ｒ₁を含んでいる。本実施形態の導体グループＧ₁はさらに、第２のＵ相導体Ｕ₂、第２のＶ相導体Ｖ₂、および第２のＷ相導体Ｗ₂が回転軸１の周方向に互いに隣接する第２列Ｒ₂を含んでいる。第２列Ｒ₂は、回転軸１の径方向に第１列Ｒ₁と隣接している。また、第２のＵ相導体Ｕ₂、第２のＶ相導体Ｖ₂、第２のＷ相導体Ｗ₂はそれぞれ、回転軸１の径方向に第１のＶ相導体Ｖ₁、第１のＷ相導体Ｗ₁、第１のＵ相導体Ｕ₁と隣接している。

なお、第２のＵ相導体Ｕ₂、第２のＶ相導体Ｖ₂、第２のＷ相導体Ｗ₂はそれぞれ、回転軸１の径方向に第１のＷ相導体Ｗ₁、第１のＵ相導体Ｕ₁、第１のＶ相導体Ｖ₁と隣接していてもよい。

本実施形態の発電機の導体グループＧ₁は、３種類の導体２を含んでいる。よって、導体２に交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cが流れる場合、各導体２の周りに発生する磁界は、他の５本の導体２の周りに発生する磁界により打ち消される。理由は、導体グループＧ₁の３種類の導体２に流れる交流電流は、互いに位相が異なるからである。よって、本実施形態によれば、発電機内での電力の損失を低減することや、導体２に近接する発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

また、本実施形態の第２列Ｒ₂の各導体２は、第１列Ｒ₁の異なる種類の導体２と隣接している。よって、本実施形態によれば、各導体２の周りに発生する磁界がさらに打ち消しやすくなる。

以上のように、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている導体グループＧ₁を含み、導体グループＧ₁は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体の３種類の導体２を含んでいる。よって、本実施形態によれば、交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cによる発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

なお、第１および第２列Ｒ₁、Ｒ₂を含む導体グループＧ₁の構成は、第１実施形態に転用してもよい。例えば、第１実施形態の導体グループＧ₁は、Ｕ相導体とＶ相導体が周方向に互いに隣接する第１列Ｒ₁と、Ｕ相導体とＶ相導体が周方向に互いに隣接し、径方向に第１列Ｒ₁と隣接する第２列Ｒ₂とを含んでいてもよい。この場合、第２列Ｒ₂の各導体２は、第１列Ｒ₁の異なる種類の導体２と隣接することが望ましい。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の発電機の導体配置を示す断面図である。

本実施形態の導体２は、交流電流Ｉ_2a（Ｕ相電流）を流すための第１から第３のＵ相導体Ｕ₁〜Ｕ₃と、交流電流Ｉ_2b（Ｖ相電流）を流すための第１から第３のＶ相導体Ｖ₁〜Ｖ₃と、交流電流Ｉ_2c（Ｗ相電流）を流すための第１から第３のＷ相導体Ｗ₁〜Ｗ₃とを含んでいる。Ｕ相導体Ｕ₁〜Ｕ₃、Ｖ相導体Ｖ₁、〜Ｖ₃、Ｗ相導体Ｗ₁〜Ｗ₃はそれぞれ、１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、１本以上の第３導体の例である。

また、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている１つ以上の導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃を含んでいる。導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃の各々は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体の３種類の導体２を含んでいる。導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃は、三相グループの例である。

導体グループＧ₁は、第１のＵ相導体Ｕ₁と、第１のＶ相導体Ｖ₁と、第１のＷ相導体Ｖ₁とを含んでおり、３種類の導体２をすべて含んでいる。これらの導体３は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₁は、１本のＵ相導体、１本のＶ相導体、および１本のＷ相導体を含んでおり、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体を同じ本数含んでいる。

導体グループＧ₂は、第２のＵ相導体Ｕ₂と、第２のＶ相導体Ｖ₂と、第２のＷ相導体Ｖ₂とを含んでおり、３種類の導体２をすべて含んでいる。これらの導体３は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₂は、１本のＵ相導体、１本のＶ相導体、および１本のＷ相導体を含んでおり、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体を同じ本数含んでいる。

導体グループＧ₃は、第３のＵ相導体Ｕ₃と、第３のＶ相導体Ｖ₃と、第３のＷ相導体Ｖ₃とを含んでおり、３種類の導体２をすべて含んでいる。これらの導体３は、回転軸１の周方向に互いに隣接している。導体グループＧ₃は、１本のＵ相導体、１本のＶ相導体、および１本のＷ相導体を含んでおり、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体を同じ本数含んでいる。

このように、本実施形態の導体２は、導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃ごとに集中配置されている。同じ導体グループに属する導体２同士は、互いに近くに配置されている。また、ある導体グループに属する導体２は、別の導体グループに属する導体２から離れて配置されている。本実施形態の導体グループＧ₁、Ｇ₂、Ｇ₃は、回転軸１の周方向に互いに隣接しており、１２０度等配に配置されている。

本実施形態の発電機の導体グループＧ₁〜Ｇ₃の各々は、３種類の導体２を含んでいる。よって、導体２に交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cが流れる場合、各導体２の周りに発生する磁界は、同じグループの他の２本の導体２の周りに発生する磁界により打ち消される。理由は、同じグループの３本の導体２に流れる交流電流は、互いに位相が異なるからである。よって、本実施形態によれば、発電機内での電力の損失を低減することや、導体２に近接する発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

以上のように、本実施形態の導体２は、２本以上の導体２が集中配置されている１つ以上の導体グループＧ₁〜Ｇ₃を含み、これらの導体グループＧ₁〜Ｇ₃の各々は、Ｕ相導体、Ｖ相導体、およびＷ相導体の３種類の導体２を含んでいる。よって、本実施形態によれば、交流電流Ｉ_2a〜Ｉ_2cによる発電機構造物の加熱を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態の導体グループＧ₁〜Ｇ₃は、互いに離れて配置されていれば、１２０度等配に配置されていなくてもよい。ただし、導体グループＧ₁〜Ｇ₃を１２０度等配に配置することには、例えば、回転子の重心の偏りを抑制できるという利点がある。

また、第１および第４実施形態において、導体グループの個数は３個以外でもよい。同様に、第２および第３実施形態において、導体グループの個数は１個以外でもよい。例えば、１台の発電機がＮ個（Ｎは２以上の整数）の導体グループを含む場合、これらの導体グループは、回転軸１の周方向に互いに隣接して配置し、３６０／Ｎ度等配に配置することが望ましい。

また、第１〜第４実施形態の構成は、互いに組み合わせてもよい。例えば、１台の発電機が、２種類の導体２を含む導体グループと、３種類の導体２を含む導体グループの両方を備えていてもよい。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な発電機は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した発電機の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：回転軸、１ａ：シャフト、１ｂ：絶縁物、
１ｃ：第１集電リング、１ｄ：第２集電リング、２：導体、
３：交流励磁機、４：回転整流器、５：発電機本体、
１１：界磁部、１２：電機子部、１３：界磁巻線、１４：電機子巻線、
１４ａ：第１巻線、１４ｂ：第２巻線、１４ｃ：第３巻線、
２１：整流素子部、２１ａ：第１整流素子、２１ｂ：第２整流素子、
２１ｃ：第３整流素子、２１ｄ：第４整流素子、
２１ｅ：第５整流素子、２１ｆ：第６整流素子、２２：界磁巻線

Claims (9)

1. 第１相を有する第１交流電流と、第２相を有する第２交流電流と、第３相を有する第３交流電流とを出力する交流励磁機と、
   前記第１、第２、および第３交流電流をそれぞれ、第１、第２、および第３直流電流に変換する回転整流器と、
   前記交流励磁機と前記回転整流器とが搭載された回転軸と、
   前記回転軸上に配置され、前記交流励磁機から前記回転整流器に前記第１、第２、および第３交流電流をそれぞれ供給するための１本以上の第１導体、１本以上の第２導体、および１本以上の第３導体を含む複数本の導体とを備え、
   前記導体は、２本以上の導体が集中配置されている１つ以上の導体グループを含み、前記導体グループの各々は、前記第１、第２、および第３導体のうちの２種類以上の導体を含む、発電機。
2. 前記導体グループは、
   前記第１および第２導体を含み、前記第３導体を含まない第１の二相グループと、
   前記第２および第３導体を含み、前記第１導体を含まない第２の二相グループと、
   前記第３および第１導体を含み、前記第２導体を含まない第３の二相グループと、
   を含む請求項１に記載の発電機。
3. 前記第１の二相グループは、前記第１導体と前記第２導体とを同じ本数含み、
   前記第２の二相グループは、前記第２導体と前記第３導体とを同じ本数含み、
   前記第３の二相グループは、前記第３導体と前記第１導体とを同じ本数含む、
   請求項２に記載の発電機。
4. 前記導体グループは、前記第１、第２、および第３導体を含む１つ以上の三相グループを含む、請求項１に記載の発電機。
5. 前記三相グループのうちの少なくとも１つは、前記第１導体、前記第２導体、および前記第３導体を同じ本数含む、請求項４に記載の発電機。
6. 前記三相グループのうちの少なくとも１つは、
   前記第１、第２、および第３導体が前記回転軸の周方向に互いに隣接する第１列と、
   前記第１、第２、および第３導体が前記回転軸の周方向に互いに隣接し、前記回転軸の径方向に前記第１列と隣接する第２列と、
   を含む請求項４または５に記載の発電機。
7. 前記第２列の前記第１導体は、前記第１列の前記第２または第３導体と隣接し、
   前記第２列の前記第２導体は、前記第１列の前記第３または第１導体と隣接し、
   前記第２列の前記第３導体は、前記第１列の前記第１または第２導体と隣接している、
   請求項６に記載の発電機。
8. 前記導体グループのうちの少なくとも１つは、
   前記導体が前記回転軸の周方向に互いに隣接する第１列と、
   前記導体が前記回転軸の周方向に互いに隣接し、前記回転軸の径方向に前記第１列と隣接する第２列と、
   を含む請求項１に記載の発電機。
9. 前記第２列の各導体は、前記第１列の異なる種類の導体と隣接している、請求項８に記載の発電機。

Images