JP2610838B2

JP2610838B2 - 三相交流発電機

Info

Publication number: JP2610838B2
Application number: JP21082386A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．ベッカーロバート; エー．ケックティモシー; イー．マドセンジョン
Original assignee: ゼネラルモーターズコーポレーション
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: EP0214774A3; EP0214774B1; EP0214774A2; US4609862A; DE3679482D1; CA1260524A; JPS62100145A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、電気的に分離された固定子巻線から成る２
つの固定子巻線セットを有し、且つ２つの異なる負荷に
電力を供給する三相交流発電機に関し、特に、固定子巻
線セット間の電磁結合を減少させる固定子間線構成に関
する。

〔従来技術〕

機関駆動三相交流発電機と、２台以上の直流主電動機
とを含む従来の機関車駆動システムにおいては、三相交
流発電機を互いに別個の２つ以上の出力（固定子）巻線
セットで構成し、発生された出力をそれぞれの主電動機
巻線に印加するために別個に整流することが知られてい
る。このようなシステムでは、外周上に隣接する固定子
コイルは通常直列に接続されて巻線構成要素を形成し、
該巻線構成要素は固定子上に対称に配置され、必要に応
じて一方の固定子巻線セットには負荷を加え、他方の巻
線セットは無負荷とするようになされている。

この種のシステムは例えば米国特許第3,340,448号に
図示され且つ記載されている。

並列巻線を有する三相交流発電機は交流主発電動機を
含む駆動システムにも適用される。このようなシステム
においては、各固定子巻線セットは交流／直流変換器及
び直流／交流インバータを介して１台又は複数台の交流
主電動機に交流電力を供給するように接続される。様々
な電動機パラメータ及び要求パラメータに応答する電子
制御装置は交流主電動機のけん引力を個別的に調整する
ために直流／交流インバータ及び交流／直流変換器の内
部のサイリスタのゲート動作を制御する。この種の駆動
システムにおいては、交流／直流変換器及び直流／交流
インバータのサイリスタ制御の信頼性を得るために、２
つの固定子巻線セットの電磁結合をできる限り少なくす
ることが必要である。すなわち、電気制御装置は他方の
固定子巻線セットにおける電流遮断または電流変化によ
って一方の固定子巻線セットに誘起される過度電圧を検
出し、それに応答して誤った制御を実行してしまうこと
がある。

このような三相交流発電機の固定子巻線セット間の電
磁結合の主な原因は、同じ固定子スロットに配設される
巻線構成要素相互間の磁気漏れである。従って、１つの
固定子のスロットが一方又は他方の固定子間線セットの
みに属する巻線構成要素を受入れるようにすれば、固定
子巻線セット間の電磁結合を最小にすることができる。
しかしながら、周囲に沿って隣接する固定子コイルが巻
線構成要素を画成するために直列に接続される従来の三
相巻線構成では、巻線ピッチを比較的低くしない限り、
この目的を達成することは不可能である。巻線ピッチが
低いと、三相交流発電機の出力電圧は低下するので望ま
しくない。

〔発明の概要〕

本発明の主な目的は、巻線ピッチが比較的高く維持さ
れ且つスロット内の磁気洩れによる固定子巻線セット間
の電磁結合がほぼ排除されるような並列間線を有する三
相交流発電機の固定子に関する改良された間線構成を提
供することである。

三相交流発電機における固定子スロット及び固定子コ
イルの数は回転子の磁極の数Ｐと関連する。さらに詳細
にいえば、固定子のスロット及び固定子コイルの数は3P
の整数倍であり、代表的に表わすと、ｎを整数としたと
き、3nPとなる。本発明は、実際に使用されている機械
で一般的に見られるように、ｎが２以上である三相交流
発電機に関する。固定子コイルは回転子の磁極ピッチご
とに１つの固定子コイルの群を形成し、各固定子コイル
群はｎ個の連続して巻付けられた固定子コイルを１組と
する３組の固定子コイルから構成される。従来は、ｎ個
の連続して巻付けられた固定子コイルから成るそのよう
な１区に含まれる固定子コイルの各々全て固定子巻線セ
ットの一方のみに属し、１つの巻線構成要素を規定する
ために直列に接続される。従って、周囲に沿って隣接す
る固定子コイル群それぞれは異なる固定子巻線セットに
属していた。これに対し、本発明によれば、周囲に沿っ
て隣接する固定子コイルは異なる固定子巻線セットに属
し、固定子コイルは、巻線構成要素が１つの固定子コイ
ル群からの１個以上の固定子コイルと、別の固定子コイ
ル群からの１個以上の固定子コイルとから構成されるよ
うに接続される。さらに詳細にいえば、各巻線構成要素
は一方の固定子コイル群に含まれるINT（n/2）子の直列
に接続された固定子コイルと、他方の固定子コイル群か
らのｎ−INT（n/2）個の固定子コイルから構成される。
ここにおいて、INT（n/2）は小数（n/2）の整数部であ
る。

固定子コイルをこのように接続し、各固定子コイルが
奇数個の固定子のスロットにまたがっているとき、任意
の１つの固定子スロットに配設される固定子コイルは固
定子巻線セットの一方のみに属し、スロット内の磁気漏
れによる固定子巻線セット間の電磁結合は回避される。

三相交流発電機から比較的高い出力電圧が得られる比
較的高いピッチを含めて、数種類の巻線ピットを利用す
ることができる。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図に関して詳細に説明すると、11はディーゼル機
関12と、並列巻線を有する三相交流発電機14とを含む機
関車の交流電源である。ディーゼル機関12のシャフト16
は三相交流発電機14の回転子18を回転駆動し、それによ
り固定子巻線セット20及び22に三相電圧が発生される。
各固定子巻線セット20、22は３つのWYE接続相巻線から
構成される。固定子巻線セット20の相巻線はＡ、Ｂ及び
Ｃで示され、固定子巻線セット22の相巻線はＡ′、Ｂ′
及びＣ′で示されている。固定子巻線セット20の巻線端
子24、26及び28は信号線30、32及び34を介して交流／直
流変換器に接続され、この交換器の直流出力端子は信号
線38を介して直流／交流インバータ40に接続される。同
様に、固定子巻線セット22の巻線端子42、44及び46は信
号線48、50及び52を介して交流／直流変換器54に接続さ
れ、この変換器の直流出力端子は信号線56を介して直流
／交流インバータ58に接続される。直流／交流インバー
タ40の三相出力端子は信号線60、62及び64を介して三相
交流主電動機66に接続され、直流／交流インバータ58の
三相出力端子は信号線68、70及び72を介して三相交流主
電動機74に接続される。電子制御装置76は信号線78から
入力される様々な電動機パラメータ及び要求パラメータ
に応答して、三相交流主電動機68及び74により発生され
るけん引力を個々に調整するために交流／直流交換器3
6、54及び直流／交流インバータ40、58の内部のサイリ
スタ又は同様の半導体スイッチデバイスのゲート動作を
信号線80〜86を介して制御する。当然のことながら、３
台以上の主電動機を有する機関車においては、そのよう
な他の主電動機は三相交流主電動機66及び74と並列に接
続されるか、又は２つの個別的に調整される電動機群を
形成するために付加的な直流／交流インバータを介して
直列に接続されれば良い。

第２図は、10個の磁極を有する、従って、５個ずつの
２つの巻線群として並列に接続され且つ固定子のスロッ
トの中に対称に配分される10個の三相巻線（１〜10）を
有する第１図に示される種類の三相交流発電機に関する
内部巻線構成要素の接続状態を示す。図示される実施例
においては、奇数番号の三相巻線１、３、５、７及び９
は第１図に示されるような巻線端子24、26及び28を有す
る固定子巻線セット20を形成するために互いに接続され
る。残る偶数番号の三相巻線２、４、６、８及び10は第
１図に示されるような巻線端子42、44及び46を有する固
定子巻線セット22を形成するために互いに接続される。
それぞれの三相巻線（１〜10）は、単相である３つの巻
線構成要素から構成される。固定子巻線セット20の巻線
構成要素は文字Ａ、Ｂ及びＣをさらに付して示され、固
定子巻線セット22の巻線構成要素は文字Ａ′、Ｂ′及び
Ｃ′をさらに付して示されている。固定子巻線セット20
において、同じ位相の巻線構成要素は第１図に示される
相巻線Ａ、Ｂ及びＣを形成するために線路90〜96を介し
て並列に接続される。たとえば、巻線構成要素1A、3A、
5A、7A及び9Aは相巻線Ａを形成するために線路90及び96
を介して並列に接続される。同様に、固定子巻線セット
22においても、同じ位相の巻線構成要素は第１図に示さ
れる相巻線Ａ′、Ｂ′及びＣ′を形成するために線路98
〜104を介して並列に接続される。たとえば、巻線構成
要素2A′、4A′、6A′、8A′及び10A′は相巻線Ａ′を
形成するために線路98及び104を介して並列に接続され
る。これは前述の米国特許第3,340,448号に記載されて
いるのと同じ一般的な相巻線接続パターンである。

第２図に示される巻線構成要素のそれぞれ（1A等）は
２個以上の直列に接続された固定子コイルから構成され
る。第３図は、90個の固定子のスロットを有する、従っ
て90個の固定子コイルを有する（巻線構成要素１つにつ
き３個）第２図に示されるような三相交流発電機の固定
子巻線接続図である。この場合、回転子磁極ピッチあた
り９つのスロットがあり、それぞれの磁極ピッチには一
群の固定子コイルが配設される。各コイル群は３個の連
続して巻付けられた固定子コイル（単相コイル）を１組
とする３組のコイルから構成される。回転子磁極の数を
Ｐとし、固定子のスロット及び固定子コイルの数を3nP
とする代数表記にそれば、図示される実施例はＰ＝10及
びｎ＝３の三相交流発電機を表わす。固定子のスロット
は半径方向の線により表わされ、その代表的なものは第
３図に符号S₇₈、S₈₆、S₈₇、S₈₈及びS₈₉により示されて
いる。固定子コイルは屈曲した線により表わされ、その
代表的なものは３図に符号C₇₈、C₇₉、C₈₀、C₈₇、C₈₈及
びC₈₉により示されている。固定子コイルC₇₈、C₇₉、C₈₀
及びC₈₇、C₈₈、C₈₉は１つの群内の３個の固定子コイル
から成る１組を規定する。２つの異なる固定子コイルの
側面はそれぞれ固定子のスロット内に−一方は半径方向
内側の位置、他方は半径方向外側の位置となるように−
配設される。半径方向内側の位置は同心線110により表
わされ、半径方向外側の位置は同心線112により表わさ
れる。各固定子コイルは数回巻付けたワイヤから構成さ
れても良いが、１巻のみから構成されるものとして図示
されている。各固定子コイルはその側面の一方が半径方
向内側の位置にあり、その側面の他方は半径方向外側の
位置にあるように巻付けられる。たとえば、固定子コイ
ルC₇₈の巻付けワイヤは固定子のスロットS₇₈の半径方向
内側の位置と、固定子のスロットS₈₀の半径方向外側の
位置に配設される。周囲に沿って隣接する固定子コイル
は固定子巻線セット20及び22の異なるセットに属する。
すなわち、文字に奇数が付されている固定子コイルは固
定子巻線セット20に属し、偶数が付されている固定子コ
イルは固定子巻線セット22に属する。

図示される実施例において、それぞれの巻線構成要素
（1A等）に直列に接続される３個の固定子コイルから構
成される。固定子巻線セット20に属する各巻線構成要素
（1A等）の中性側は導線リング114に接続され、固定子
巻線セット22に属する各巻線構成要素（2A′等）の中性
側に導線リング116に接続される。巻線構成要素のその
他の端部に固定子端子に接続される。固定子端子のうち
２つが図中符号118及び120により示されている。たとえ
ば、巻線構成要素7Aは固定子コイルC₇₉、C₈₇及びC₈₉か
ら構成され、この巻線構成要素の中性端部は導線リング
114に接続され、他端は固定子端子118に接続される。同
様に、巻線構成要素6A′は固定子コイルC₇₈、C₈₀及びC
₈₈から構成され、この巻線構成要素の中性端部は導線リ
ング116に接続され、他端は固定子端子120に接続され
る。

本発明によれば、以下の条件が満たされた場合に固定
子巻線セット20及び22間の電磁結合は回避される。第１
に、各固定子コイル（例えばC79）は奇数個分のスロッ
トにまたがって配設されていなければならない（図の例
では７スロット）。そして第２の、隣接するスロット中
の固定子コイルは（即ち、円周方向に隣接する固定子コ
イル）互いに異なる固定子セット（20、22）に属してい
なければならない（即ち、第３図においては、固定子コ
イルC88は固定子巻線セット22の巻線構成要素6A′に属
しているのに対し、円周方向に隣接する固定子コイルで
あるC87（又はC89）は固定子巻線セット20の巻線構成要
素である7Aに属している）。更に、各巻線構成要素はあ
る磁極ピッチでINT（n/2）のコイルを有し、異なる磁極
ピッチでｎ−INT（ｎ−２）のコイルを有さなければな
らない。言い替えれば、ｎ個の連続する固定子コイル
は、ある固定子コイル群に含まれるINT（n/2）個のコイ
ルと、他の固定子コイル群に含まれるｎ−INT（n/2）個
のコイルからなっている。例えば、連続する巻線コイル
C87、C88、C89は固定子巻線セット22に含まれる１つの
コイル（C88）と、異なる固定子巻線セット、20に含ま
れる２つのコイル（C87、C89）から成っている。

第３図からわかるように、図示される実施例において
はそれぞれの固定子コイルは固定子の７つのスロットに
またがっている。たとえば、固定子コイルC₇₈の側面は
固定子のスロットS₇₈及びS₈₆に配設される。言いかえれ
ば、固定子コイルの側面は固定子のスロット８つ分だけ
離間している。それぞれ回転子磁極のピッチは固定子の
９つのスロットを含むので、図示される実施例において
は巻線ピッチは8/9であるといえる。本発明によれば、6
/9、10/9などを含むその他の巻線ピッチも採用できると
考えられる。本発明のさらに別の巻線必要条件は、図中
符号124、126により示される回転子磁極ピッチに配設さ
れる巻線構成要素6A′及び7Aに関して示されている。巻
線構成要素7Aは太い実線により強調して示され、巻線構
成要素6A′は太い点線により強調して示されている。巻
線構成要素6A′は回転子磁極ピッチ124からの固定子コ
イルC₇₈及びC₈₀と、回転子磁極ピッチ126からの固定子
コイルC₈₈とから構成される。第２図に示されるよう
に、巻線構成要素6A′は固定子巻線セット22に属する。
巻線構成要素7Aは回転子磁極ピッチ124からの固定子コ
イルC₇₉と、回転子磁極ピッチ126からの固定子コイルC
₈₇及びC₈₉とから構成される。第２図に示されるよう
に、巻線構成要素7Aは固定子巻線セット20に属する。そ
れぞれの巻線構成要素（1A等）において、子々の固定子
コイルの極性を維持するために隣接する（従って、逆極
性の）回転子磁極ピッチから取出される固定子コイルは
逆方向に巻付けられる。

第３図の図示実施例において、固定子巻線セット20、
22の双方に属するコイル側面を含む固定子のスロットが
ないことは特に重要である。太線で強調された巻線構成
要素6A′及び7Aに関しては、この特徴は固定子のスロッ
トS₈₇及びS₈₈について見られる。その結果、異なる固定
子巻線セット20、22の巻線構成要素の間の固定子のスロ
ット内の磁気漏れは回避され、それらの間の総電磁結合
は最小となる。第１図に示されるように交流／直流変換
器36及び54と、電子制御装置76とが他方の固定子巻線セ
ットの電流処断又は電流変化によって一方の固定子巻線
セットに誘起される電圧に応答する用途においては、そ
のような遮断又は変化に起因する誤った制御応答はそれ
により回避される。

本発明を図示実施例に関して説明したが、本発明がそ
れに限定されないことは了承されるであろう。前述のよ
うに、本発明は、ｎを２以上の整数としたとき、Ｐ子の
磁極を有する回転子と、3nP個の固定子スロットを有す
る三相交流発電機に適用される。さらに、本発明の巻線
構成は第１図に示される機関車駆動システム以外のシス
テムにも適用され、従って機関車駆動システムに限定さ
れないことがわかるであろう。また、所定の三相巻線セ
ットの同相巻線構成要素を第２図に示されるように並列
に接続する必要はなく、必要に応じて直列に接続しても
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の巻線構成が主に適用される種類の駆
動システムのブロック線図、第２図は、５個の並列接続された三相巻線から成る巻線
群を２つ有する10極、並列巻線形三相交流発電機の巻線
図、及び第３図は、本発明による10極、90固定子スロット、並列
巻線形三相交流発電機の巻線構成のレイアウト図、すな
わちドイリー図である。 14……三相交流発電機、 18……回転子、 20、22……固定子巻線セット、 66、74……三相交流主電動機、 1A〜10C′……巻線構成要素、 C₁〜C₉₀……固定子コイル、 S₁〜S₉₀……固定子のスロット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ティモシーエー．ケックアメリカ合衆国．60538 イリノイモンゴメリーウィンロックロード 27 (72)発明者ジョンイー．マドセンアメリカ合衆国．60439 イリノイレモントルート１（番地なし)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐ個の磁極を有する回転子（18）と、3nP
個の固定子スロット（S₁〜S₉₀）（ｎは２以上の整数）
を有し、該回転子の磁極ピッチ（124、126）の１つ内に
配設された複数の固定子コイルを１つの群とするＰ個の
固定コイル群を該固定子スロット中に形成する3nP個の
固定子コイル（C₁〜C₉₀）を備えた固定子とを有し、前記固定子コイル群各々は連続して巻付けられたｎ個の
固定子コイルを１組としたとき、３個の固定子コイルの
組からなり、前記固定子コイルは２つの電気的に分離された固定子巻
線セット（20、22）を形成するように接続されて、それ
ぞれが三相の交流電流を制御対象である異なる電気的負
荷（66、74）に供給し、前記各固定子巻線セットは各相毎に複数の巻線要素（1A
〜10C′）からなり、前記各巻線要素は直列に接続されたｎ個の固定子コイル
からなるようになされた三相交流発電機（14）におい
て、前記各固定子コイル（C₁〜C₉₀）は奇数個の固定子スロ
ット（S₁〜S₉₀）にまたがり、固定子上において外周方向に隣接する２つの固定子コイ
ルはそれぞれ前記２つの固定子巻線セット（20、22）の
異なるものに接続され、各巻線要素（1A〜10C′）は、前記固定子コイル群の１
組に含まれるINT（n/2）個の固定子コイルと、前記固定
子コイル群の別なものに含まれるｎ−（INT（n/2））個
の同じ相の組の固定子コイルとで構成され、上記構成によって任意の１つの固定子スロット中に配置
された複数の固定子コイルは前記２つの固定子巻線セッ
トの一方のみに接続され、これによりスロット漏れによ
る前記２つの固定子巻線セット相互間の電磁結合が防止
されることを特徴とする三相交流発電機。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の三相交流発電
機において、前記固定子コイル群の１における連続して巻付けられた
ｎ個の固定子コイルの組の内のｎ−INT（n/2）個の固定
子コイルは前記２つの固定子巻線セット（20、22）の一
方の巻線構成要素（1A〜10C′）の１つを構成するため
に前記固定子コイル群の別のものにおけるINT（n/2）個
の固定子コイルと直列に接続され、前記固定子コイル群
の１における連続して巻付けられたｎ個の固定子コイル
の組の内の残りのINT（n/2）個の固定子コイルは前記２
つの固定子巻線セットの他方の巻線構成要素の１つを構
成するために前記固定子コイル群の前記別のものにおけ
るｎ−INT（n/2）個の固定子コイルと直列に接続される
ことを特徴とする発電機。
【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の三
相交流発電機において、前記ｎは３であり；前記固定子巻線セット（20、22）各
々の相巻線はP/2個の巻線構成要素（1A〜10C′）からな
り；前記固定子コイル（C₁〜C₉₀）はそれぞれ8/9の巻線
ピッチを規定するために固定子の７つのスロット（S₁〜
S₉₀）にまたがり、前記固定子コイル群の１における連続して巻付けられた
３個の固定子コイルの組の内の２個の固定子コイルは前
記２つの固定子巻線セット（20、22）の一方の巻線構成
要素の１つを構成するために前記固定子コイル群の別の
ものからの１個の固定子コイルと直列に接続され、前記
連続して巻付けられた３個の固定子コイルの組の内の残
りの１個の固定子コイルは前記固定子巻線セットの他方
の巻線構成要素の１つを構成するために前記固定子コイ
ル群の前記別のものにおける２個の固定子コイルと直列
に接続されることを特徴とする発電機。