JP2015211628A - 同期機の電機子巻線およびそれを備えた同期機 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の構成を活かしつつ簡易な構成の追加により、ギャップ偏心発生時の回転子を元の位置に押し戻せるようにすること。
【解決手段】 各相に並列回路を備え、該回路を構成する個々のコイルが隔極接続にて結線されてなる同期機の電機子巻線において、並列回路間を結ぶ導体１８を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、同期機の電機子巻線およびそれを備えた同期機に関する。

一般に、三相交流同期機（以下、「同期機」と称す。）は、図６に示すように電機子部１、界磁部２、シャフト３等から構成される。電機子部１と界磁部２は、どちらか一方が回転子として回転し、もう一方は固定子として固定される。ここでは、電機子部１が固定子、界磁部２が回転子である場合を例に挙げて説明する。

同期機の電機子巻線の結線方式には、隣極接続と隔極接続の２種類がある。具体的には、電流位相が異なる各相の電機子巻線により磁極を構成し、１極あたりの各相のコイル群からなる相帯が１以上あり、１相あたりの並列回路数２以上あるとき、相帯の極間接続を行う方式には、コイルを隣接する磁極に順次直列に接続する隣極接続と、一極または数極置きに直列に接続する隔極接続とがある。以下、隔極接続に関して説明する。

図６には、６極２並列回路の同期機において隔極接続を行った電機子巻線の例が示されている。図７は、図６に示される電機子巻線の結線を理解しやすくするために相帯ごとにまとめて示したものである。

図６および図７に示されるように、電機子巻線は、Ｕ相巻線８、Ｖ相巻線９、およびＷ相巻線１０を含む。Ｕ相巻線８は、コイル群＃１−＃７−＃１３の直列接続とコイル群＃１６−＃１０−＃４の直列接続との２並列で構成されている。Ｖ相巻線９は、コイル群＃３−＃９−＃１５の直列接続とコイル群＃１８−＃１２−＃６の直列接続との２並列で構成されている。Ｗ相巻線１０は、コイル群＃５−＃１１−＃１７の直列接続とコイル群＃２−＃１４−＃８の直列接続との２並列で構成される。それぞれの直列接続は、電機子を一周するように隔極接続にて結線されている。中性点１２には、各並列回路の一端が接続される。

図９には、８極２並列回路の同期機において隔極接続を行った電機子巻線の例が示されている。図１０は、図９に示される電機子巻線の結線を理解しやすくするために相帯ごとにまとめて示したものである。

図９および図１０に示されるように、電機子巻線は、Ｕ相巻線８、Ｖ相巻線９、およびＷ相巻線１０を含む。Ｕ相巻線８は、コイル群＃８−＃１４−＃２０−＃２の直列接続とコイル群＃５−＃２３−＃１７−＃１１の直列接続との２並列で構成されている。Ｖ相巻線９は、コイル群＃４−＃１０−＃１６−＃２２の直列接続とコイル群＃１−＃１９−＃１３−＃７の直列接続との２並列で構成されている。Ｗ相巻線１０は、コイル群＃６−＃１２−＃１８−＃２４の直列接続とコイル群＃３−＃２１−＃１５−＃９の直列接続との２並列で構成される。それぞれの直列接続は、電機子を一周するように隔極接続にて結線されている。中性点１２には、各並列回路の一端が接続される。

特開２００８−１４１９２１号公報

同期機は、通常、図６に示されるように同期機の中心点６を中心に回転子２が回転しており、固定子１と回転子２との間の空隙５は円周上で均一であるが、図８に示されるように固定子１の中心点１６から回転子２の中心軸１７がずれ、固定子１と回転子２との間の空隙５が円周上で不均一となり、ギャップ偏心が生じることがある。ギャップ偏心が生じた場合、電機子１と回転子２とを結合する磁気エネルギーが全周上で不均一となり、磁気吸引力が働く。

一般に、隔極接続では、ギャップ偏心が発生した場合でも、各回路が空隙５の全周を覆っているために並列回路間のインダクタンスに差が生じにくく、横流は発生しにくい。しかし、同期機が大容量化してくると、ギャップ偏心が生じた際の磁気吸引力が大きくなり、軸受やフレームに掛かる力が大きくなる。また、既存の同期機の構造を変えずに大容量化した場合、ギャップ偏心に対して回転子を元の位置に戻すことができないため、軸受やフレームが耐えられなくなり変形や破損、回転子と固定子との接触が起こる可能性がある。一方、上記と防止するために同期機全体の再設計を行うとなると、多大な時間とコストを要する。こうした問題は、回転子が電機子部、固定子が界磁部の場合においても同様に起こる。

本発明が解決しようとする課題は、既存の構成を活かしつつ簡易な構成の追加により、ギャップ偏心発生時の回転子を元の位置に押し戻すことができる同期機の電機子巻線およびそれを備えた同期機を提供することにある。

実施形態によれば、各相に並列回路を備え、該回路を構成する個々のコイルが隔極接続にて結線されてなる同期機の電機子巻線において、並列回路間を結ぶ導体を備えたことを特徴とする同期機の電機子巻線が提供される。

本発明によれば、既存の構成を活かしつつ簡易な構成の追加により、ギャップ偏心発生時の回転子を元の位置に押し戻すことができる。

本発明の第１の実施形態に係る同期機の電機子巻線の結線を示す結線図。 同電機子巻線の回路構成を示す回路図。 図２の構成の変形例を示す回路図。 本発明の第２の実施形態に係る同期機の電機子巻線の結線を示す結線図。 同電機子巻線の回路構成を示す回路図。 従来の６極２並列回路の同期機の電機子巻線の構成を示す概念図。 同電機子巻線の結線を示す結線図。 ギャップ偏心を説明するための概念図。 従来の８極２並列回路の同期機の電機子巻線の構成を示す概念図。 同電機子巻線の結線を示す結線図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る同期機の電機子巻線の結線を示す結線図である。図２は、同電機子巻線の回路構成を示す回路図である。

本実施形態では、図９に示される８極２並列回路の同期機の電機子巻線において隔極接続を行う例について説明する。

図１および図２に示されるように、本実施形態の電機子巻線は、Ｕ相巻線８、Ｖ相巻線９、およびＷ相巻線１０を含む。Ｕ相巻線８は、コイル群＃８−＃１４−＃２０−＃２の直列接続とコイル群＃５−＃２３−＃１７−＃１１の直列接続との２並列で構成されている。Ｖ相巻線９は、コイル群＃４−＃１０−＃１６−＃２２の直列接続とコイル群＃１−＃１９−＃１３−＃７の直列接続との２並列で構成されている。Ｗ相巻線１０は、コイル群＃６−＃１２−＃１８−＃２４の直列接続とコイル群＃３−＃２１−＃１５−＃９の直列接続との２並列で構成される。それぞれの直列接続は、電機子を一周するように隔極接続にて結線されている。中性点１２には、各並列回路の一端が接続される。

さらに本実施形態の電機子巻線は、各相の並列回路内に複数の閉回路が形成されるように、各相の例えば並列回路の中央部にて、並列回路間を結ぶ導体（例えば、イコライザ）１８を備えている。

具体的には、例えばＵ相巻線８のコイル群＃１４−＃２０の接続線とコイル群＃２３−＃１７の接続線との間に１本の導体１８が挿入され、Ｖ相巻線９のコイル群＃１０−＃１６の接続線とコイル群＃１９−＃１３の接続線との間に１本の導体１８が挿入され、Ｗ相巻線１０のコイル群＃１２−＃１８の接続線とコイル群＃２１−＃１５の接続線との間に１本の導体１８が挿入される。

このように、各相の並列回路の中央に並列回路間を結ぶ導体１８を挿入することで、並列回路内に新たな閉回路が形成される。このため、ギャップ偏心が生じた場合、並列回路内でインダクタンスに差が生じて、各回路間の電圧に差が生じ、閉回路を通じて磁気吸引力と逆の方向に横流が流れ、中心軸のずれた回転子２を元の位置に押し戻す力が働く。

なお、各相の並列回路間を結ぶ導体１８は、図２のように１本だけを挿入する構成とする代わりに、図３のように並列回路間の相帯ごとに挿入する構成としてもよい。このように構成すると、多数の閉回路が形成され、横流がより流れやすくなり、中心軸のずれた回転子２を元の位置に押し戻す力をより効果的に引き起こすことができる。

第１の実施形態によれば、既存機においてイコライザーなどの導体を並列回路間に挿入させるだけで、ギャップ偏心発生時に回転子を元の位置に押し戻すことが可能となり、回転子もしくは固定子の大幅な改造をせずに、既存機の大容量化を図ることができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る同期機の電機子巻線の結線を示す結線図である。図５は、同電機子巻線の回路構成を示す回路図である。

本実施形態では、６極３並列回路の同期機の電機子巻線において隔極接続を行う例について説明する。

図４および図５に示されるように、本実施形態の電機子巻線は、Ｕ相巻線８、Ｖ相巻線９、およびＷ相巻線１０を含む。Ｕ相巻線８は、コイル群＃１−＃１０の直列接続とコイル群＃７−＃１６の直列接続とコイル群＃１３−＃４の直列接続との３並列で構成されている。Ｖ相巻線９は、コイル群＃３−＃１２の直列接続とコイル群＃９−＃１８の直列接続とコイル群＃１５−＃６の直列接続との３並列で構成されている。Ｗ相巻線１０は、コイル群＃５−＃１４の直列接続とコイル群＃１１−＃２の直列接続とコイル群＃１７−＃８の直列接続との３並列で構成される。それぞれの直列接続は、電機子を一周するように隔極接続にて結線されている。中性点１２には、各並列回路の一端が接続される。

さらに本実施形態の電機子巻線は、各相の並列回路内に複数の閉回路が形成されるように、各相の並列回路内に１本だけ、並列回路間を結ぶ導体（例えば、イコライザ）１８を備えている。

具体的には、例えばＵ相巻線８のコイル群＃１−＃１０の接続線とコイル群＃６−＃１６の接続線との間に１本の導体１８が挿入され、Ｖ相巻線９のコイル群＃３−＃１２の接続線とコイル群＃９−＃１８の接続線との間に１本の導体１８が挿入され、Ｗ相巻線１０のコイル群＃５−＃１４の接続線とコイル群＃１１−＃２の接続線との間に１本の導体１８が挿入される。

このように、各相の並列回路の一部に並列回路間を結ぶ導体１８を挿入することで、並列回路内に新たな閉回路が形成される。このため、ギャップ偏心が生じた場合、並列回路内でインダクタンスに差が生じて、各回路間の電圧に差が生じ、閉回路を通じて磁気吸引力と逆の方向に横流が流れ、中心軸のずれた回転子２を元の位置に押し戻す力が働く。

第２の実施形態によれば、並列回路数が３である場合においても、第１の実施形態の場合と同様、既存機においてイコライザーなどの導体を並列回路間に挿入させるだけで、ギャップ偏心発生時に回転子を元の位置に押し戻すことが可能となり、回転子もしくは固定子の大幅な改造をせずに、既存機の大容量化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、並列回路数が２または３である場合を説明したが、並列回路数が４以上となる場合にも同様に適用できる。その場合、各相の並列回路内に新たな閉回路が形成されるように並列回路内に少なくとも１本の導体を挿入すればよい。

なお、上述の各実施形態では、電機子部１が固定子、界磁部２が回転子である場合を例に挙げて説明したが、代わりに電機子部１を回転子、界磁部２を固定子として構成してもよい。

以上詳述した実施形態によれば、既存の構成を活かしつつ簡易な構成の追加により、ギャップ偏心発生時の回転子を元の位置に押し戻すことが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…固定子、２…回転子、３…シャフト、５…空隙、６…同期機の中心点、８…Ｕ相巻線、９…Ｖ相巻線、１０…Ｗ相巻線、１２…中性点、１６…固定子の中心点、１７：回転子の中心軸、１８…導体。

Claims (6)

1. 各相に並列回路を備え、該回路を構成する個々のコイルが隔極接続にて結線されてなる同期機の電機子巻線において、並列回路間を結ぶ導体を備えたことを特徴とする同期機の電機子巻線。
2. 前記導体は、各相の並列回路内に複数の閉回路が形成されるように並列回路間を結ぶことを特徴とする請求項１に記載の同期機の電機子巻線。
3. 前記導体は、各相の並列回路の中央部にて並列回路間を結ぶことを特徴とする請求項２に記載の同期機の電機子巻線。
4. 前記導体は、各相の並列回路間を複数本で結ぶことを特徴とする請求項２に記載の同期機の電機子巻線。
5. １相当たりの並列回路数が３以上であり、前記導体は各相の並列回路内に１本だけ備えられていることを特徴とする請求項２に記載の同期機の電機子巻線。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電機子巻線を備えたことを特徴とする同期機。

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