JP5060325B2 - 回転電機の電機子巻線 - Google Patents

Description

本発明は、３相２極８４スロットを備えた回転電機に適用される４並列回路を有する電機子巻線に関する。

大容量の回転電機においては、電機子巻線は上コイル片と下コイル片を積層鉄心に設けられたスロットに２層に配置し、これを直列に接続することによって発生電圧を高め、機器容量を高めている。しかし、電機子巻線の電圧が高くなると耐電圧のために電機子巻線の主絶縁厚さが厚くなり、その結果として導体部分の断面積が減少して電流密度が増加し、損失増加を招く。

また、特に電機子巻線を主絶縁の外側から冷却するような間接冷却方式の回転電機では、主絶縁厚さが厚くなると熱抵抗の増加を招き、電機子巻線の温度上昇が大きくなるという問題がある。このため、電機子巻線を複数の並列回路に分割することにより、機器の容量はそのままにして電機子巻線の電圧を低減して主絶縁厚さを薄くし、損失低減および冷却能力の向上を図ることが実施されている。特に、間接冷却方式の大容量機ではスロット数を多くして電機子巻線の冷却周長を増加することが一般的であるため、３並列回路を超えるような並列回路を有する電機子巻線が必要になっている。

このように２極機において、３並列回路を超えるような並列回路を有する電機子巻線を適用した場合には、各並列回路の発生電圧を完全に同一にすることができないため、並列回路間に循環電流が発生し、電機子巻線の損失が増加するという問題が発生する。

この循環電流による損失を低減するためには、各並列回路の発生電圧の不平衡をできる限り小さくすることが肝要であり、そのためには各相帯中の各並列回路に属するコイル配置に特別な配慮を必要とする。

ここで、相帯とは、３相各相を複数に分割して割当てられた電機子鉄心に有する複数のスロットにそれぞれ上コイル片および下コイル片を２層に納めてこれらを順次直列接続して同一相を形成する巻線部分を言う。

このようなコイル配置の改善に関する例として図７に示す電機子巻線の１相分の展開模式図により説明する。図７はハミルトン・テイラーの米国特許（特許文献１）に基づく３相２極７２スロットを有する回転電機に適用可能な４並列回路を有する電機子巻線の一例を示す１相分の展開模式図である。

なお、図７では１相分のみを示している。他の２相については、図示された相の電機子巻線の構成をそれぞれ１２０度および２４０度ずらしたものであることは容易に理解できることなので、図示を省略している。

図７に示すように、電機子１１は電機子鉄心１２と、この電機子鉄心１２に設けられたスロット１３に納められた電機子巻線１４から構成されている。

この電機子巻線１４においては、スロット１３に納められた並列回路を囲み英数字１〜４の番号で表した場合に、第１の相帯１７となる１２個の上コイル片１５ａ、下コイル片１６ａの並列回路番号をそれぞれ極中心Ｐａ側から順に１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１とし、同様に第２の相帯１８となる上コイル片１５ｂ、下コイル片１６ｂの並列回路番号をそれぞれ極中心Ｐｂ側から順に３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３として、並列回路毎の電圧の大きさの偏差（平均的な相電圧よりの偏差の絶対値）および並列回路毎の電圧の位相差の偏差（平均的な相電圧の位相角の偏差）が小さくなるようにしている。

また、このような接続を実現するため、図７の電機子巻線１４は接続側のコイルエンド１９ａを１４本／相のジャンパ線２０ａによって接続すると共に、反接続側コイルエンド１９ｂを直接接続し、さらに第１の相帯１７と第２の相帯１８間に対応する各並列回路の口出し端を口出し接続導体２１により接続している。

一方、並列回路毎の電圧の大きさの偏差および位相角の偏差に関する例としては、ルドルフ・ヘイバーマンの米国特許（特許文献２）がある。この特許においては、並列回路毎の電圧の大きさの偏差については０．４％以内、位相角の偏差については０．１５度以内という基準が示されているが、前述したハミルトン・テイラーの特許においては並列回路毎の電圧の大きさの偏差が０．１２％、位相角の偏差が０度と同基準から見ても高度な平衡度を示しており、循環電流を低減する効果は十分なものと考えられる。
米国特許第２７７８９６２号公報 米国特許第２７７８９６３号公報

上述したハミルトン・テイラーの特許における接続方法では、並列回路毎の発生電圧の大きさの偏差は小さく抑えられ、電気的な観点からは適切であるが、適用が３相２極７２スロットを有する回転電機に限られる。

また、４並列回路を有する電機子巻線は、機械的にはその構造が複雑となる問題点がある。すなわち、図７に示すように電機子巻線を構成するためには、接続側のコイルエンド１９ａに上コイル片１５、下コイル片１６を接続する１４本／相のジャンパ線２０ａを設ける必要があり、このジャンパ線の接続作業に多くの手間と時間を要し、且つジャンパ線２０ａの絶縁性、固定強度を確保することが重要となる。

しかしながら、接続側のコイルエンド１９ａにおける上コイル片１５、下コイル片１６の接続箇所は、口出し接続導体２１との接続箇所を除いて２０箇所／相であり、このうち１４箇所／相が接続側ジャンパ線２０ａ間の距離が短いため、作業性が悪く、且つ接続側ジャンパ線２０ａ間の干渉および接続側ジャンパ線２０ａと口出し接続導体２１の干渉により上記の絶縁性、固定強度の確保が困難であるという問題があった。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、３相２極８４スロットを有する回転電機に適用される４並列回路を有する電機子巻線において、各並列回路間の不平衡電圧を低減して並列回路間の循環電流損失を低減しつつ、電機子巻線を構成するにあたってジャンパ線接続作業を軽減し、ジャンパ線の絶縁性、固定強度を確保し易い回転電機の電機子巻線を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、次のような手段により回転電機の電機子巻線を構成する。

（１）本発明は、毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、各並列回路の半分の並列回路においては同一の並列回路に含まれる上コイル片および下コイル片の位置が極中心から１，４，６，７，９，１２，１４番目の位置となるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては同一の並列回路に含まれる上コイル片および下コイル片の位置が極中心から２，３，５，８，１０，１１，１３番目の位置となるように接続したものである。

（２）本発明は、２極３相の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、第１の相帯の上コイル片および下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列が順に１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１，２，１となり、第２の相帯の上コイル片および下コイル片の極中心から数えた並列番号の配列が順に３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続したものである。

（３）本発明は、毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、各並列回路の半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から１，４，６，８，９，１１，１４番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から２，４，５，７，９，１２，１４番目の位置となるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては上コイル片の位置が２,３,５,７,１０，１２，１３番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が１,３,６,８,１０,１１，１３番目の位置となるように接続したものである。

（４）本発明は、２極３相の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、第１の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，２，１，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が２，１，２，１，１，２，１，２，１，２，２，１，２，１となるように接続し、第２の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列番号の配列の順が３，４，４，３，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が４，３，４，３，３，４，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続したものである。

（５）本発明は、毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、各並列回路の半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から１，４，６，８，９，１１，１４番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から１，４，６，７，９，１２，１４番目の位置となるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から２，３，５，７，１０，１２，１３番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から２，３，５,８，１０，１１，１３番目の位置となるように接続したものである。

（６）本発明は、２極３相の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、第１の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，２，１，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１，２，１となるように接続し、第２の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列番号の配列の順が３，４，４，３，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続したものである。

（７）本発明は、毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、各並列回路の半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から２，３，５，７，１０，１２，１４番目の位置に、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から１，３，６，８，１０，１２，１３番目の位置になるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から１，４，６，８，９，１１，１３番目の位置に、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から２，４，５,７，９，１１，１４番目の位置になるように接続したものである。

（８）本発明は、２極３相の２層巻き電機子巻線であって、当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、第１の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が２，１，１，２，１，２，１，２，２，１，２，１，２，１となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，１，２，２，１，２，１，２，１，２，１，１，２となるように接続し、第２の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列番号の配列の順が４，３，３，４，３，４，３，４，４，３，４，３，４，３となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が３，４，３，４，４，３，４，３，４，３，４，３，３，４となるように接続したものである。

本発明によれば、３相２極８４スロットを有する回転電機に適用される４並列回路を有する電機子巻線において、各並列回路間の不平衡電圧を低減して並列回路間の循環電流損失を低減しつつ、電機子巻線を構成するにあたってジャンパ線接続作業を軽減し、ジャンパ線の絶縁性、固定強度を確保し易い回転電機の電機子巻線が提供できる。

以下、本発明に係る回転電機の電機子巻線の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付けて、重複する説明は適宜省くものとする。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図である。

回転電機の電機子１１は積層鉄心よりなる電機子鉄心１２に８４個のスロット１３が設けられ、これらのスロット１３に２極３相４並列回路の電機子巻線１４が２層に納められている。

各相の電機子巻線１４は、スロット内の上部に納められる上コイル片１５（１５ａ，１５ｂ）と、スロット内の下部に納められる下コイル片１６（１６ａ，１６ｂ）とを有し、これら上コイル片１５、下コイル片１６の端部同士を巻線口出し部に接続される接続側コイルエンド１９ａと、その軸方向反対側で巻線口出し部に接続されない反接続側コイルエンド１９ｂにおいてそれぞれ直列に接続されている。

さらに、電機子巻線１４は、上下コイル片１５，１６を、電機子鉄心１２に設けられた１４個のスロット１３に納める第１の相帯１７と、同じく１４個のスロット１３に納める第２の相帯１８とを有している。

各相の電機子巻線１４は、それぞれ４つの並列回路を有しており、その各並列回路には図示したように囲み英数字で１，２，３，４という回路番号を付けて識別できるように示してある。

なお、回路番号は単に説明の便宜上、その並列回路を特定するためにつけた符号であって、特にどのような符号をどのような順番につけてもよいことは言うまでもない。

第１の相帯１７および第２の相帯１８は、上コイル片１５が接続側および反接続側のコイルエンド１９ａ，１９ｂで所定のコイルピッチだけ離れた位置にある対応する下コイル片１６と接続されることによって４つの並列回路１，２，３，４を構成し、各並列回路１，２，３，４は接続側コイルエンド１９ａに設けられる口出し導体２１を介して並列接続され、電機子巻線１４を形成している。図１では、コイルピッチに２／３という小さ目の値を採用した例であるが、これは図を見易くする目的のためであって、特にこのコイルピッチに特定されるものではない。

図１において、第１の相帯１７および第２の相帯１８の反接続側コイルエンド１９ｂに６本／相帯のジャンパ線２０ｂを設けることにより、相帯内の上コイル片１５、下コイル片１６の相対位置を極中心Ｐａ（Ｐｂ）からの位置によって表した場合に、各並列回路の上コイル片１５、下コイル片１６の位置は表１のようになっており、第１の並列回路１および第３の並列回路３の各７個の上コイル片１５、下コイル片１６を極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，４，６，７，９,１２,１４番目の位置にそれぞれ配置し、上記第２の並列回路２および第４の並列回路４の各７個の上コイル片1５、下コイル片１６を、極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２，３，５，８，１０，１１，１３番目の位置に配置している。

これにより、第１の相帯１７における上コイル片１５、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐａ側から順に１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１，２，１となり、第２の相帯１８における上コイル１５、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐｂ側から順に３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３，４，３となる。

次に１相中の発生電圧の不平衡について説明するに、ここではその不平衡度を数値評価する手段として、一般に次の定義を採用する。つまり、一相中の多数の並列回路のうちの１回路のみの電圧をｐ．ｕ．表示で表したものは、その並列回路の開放電圧と相全体としての平均電圧（相電圧）との比であって、その並列回路の開放電圧と相全体の電圧の大きさの不平衡の程度を表す。同様に、１つの並列回路に発生する開放電圧と相電圧との位相角偏差はその並列回路と相全体の電圧の位相角の不平衡の程度を表す。

表２に本発明の第１の実施形態の電機子巻線における発生電圧の平衡度を示している。

但し、本実施形態においては、平衡度がコイルピッチによって変化するため、表２では３５／４２（８３．３３％）のコイルピッチの場合を示している。表２に示すように本発明の第１の実施形態の電機子巻線では、電圧の大きさの偏差（ｐ．ｕ．電圧の１．０よりの偏差）は最大で０．１８％、位相角の偏差が０.０度と前述のハミルトン・テイラーの発明による平衡度をやや下回るとはいえ、ルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足していることが分かる。

また、表３に本発明の第１の実施形態におけるコイルピッチによる電圧の大きさの偏差、位相角偏差の最大値の変化を示している。実用的なコイルピッチの範囲内での平衡度は、ルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足している。

このように本発明の第１の実施形態においては、並列回路毎に電圧について前述のハミルトン・テイラーの発明と同程度の平衡度を実現でき、かつルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値を満足するため、循環電流を低減することができる。

また、本発明の第１の実施形態においては、ジャンパ線２０ｂの総数は１２本／相から減少している。また、ジャンパ線２０ｂが反接続側接続コイルエンド１９ｂに設置されているため、口出し導体２１との干渉がなくなるため、ジャンパ線２０ｂの接続のための作業性が改善され、接続部の絶縁性、固定強度の確保が容易になって信頼性の高い電機子巻線を提供できる。

なお、本実施形態は図示した構成に限らず、口出し位置を図示した位置とは異なる位置に配置したり、例えば並列回路１と並列回路３の電気的に等価な位置にあるコイル片を入れ替えたりするなどしても前述同様の作用効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図である。

回転電機の電機子１１は積層鉄心よりなる電機子鉄心１２に８４個のスロット１３が設けられ、これらのスロット１３に２極３相４並列回路の電機子巻線１４が２層に納められている。

各相の電機子巻線１４は、スロット内の上部に納められる上コイル片１５（１５ａ，１５ｂ）と、スロット内の下部に納められる下コイル片１６（１６ａ，１６ｂ）とを有し、これら上コイル片１５、下コイル片１６の端部同士を巻線口出し部に接続される接続側コイルエンド１９ａと、その軸方向反対側で巻線口出し部に接続されない反接続側コイルエンド１９ｂにおいてそれぞれ直列に接続されている。

さらに、電機子巻線１４は、上コイル片１５、下コイル片１６を、電機子鉄心１２に設けられた１４個のスロット１３に納める第１の相帯１７と、同じく１４個のスロット１３に納める第２の相帯１８とを有している。

各相の電機子巻線１４は、それぞれ４つの並列回路を有しており、その各並列回路には図示したように囲み英数字で１，２，３，４という回路番号を付けて識別できるように示してある。

第１の相帯１７および第２の相帯１８は、上コイル片１５が接続側および反接続側のコイルエンド１９ａ，１９ｂで所定のコイルピッチだけ離れた位置にある対応する下コイル片１６と接続されることによって４つの並列回路１，２，３，４を構成し、各並列回路１，２，３，４は接続側コイルエンド１９ａに設けられる口出し導体２１を介して並列接続され、電機子巻線１４を形成している。

図２において、第１の相帯１７および第２の相帯１８の反接続側コイルエンド１９ｂに６本／相帯のジャンパ線２０ｂを設けることにより、相帯内の上コイル片１５、下コイル片１６の相対位置を極中心からの位置によって表した場合に、各並列回路の上コイル片１５、下コイル片１６の位置は表４のようになっており、第１の並列回路１および第３の並列回路３の各７個の上コイル片１５ａ，１５ｂを極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，４，６，８，９,１１,１４番目の位置に、上記第１の並列回路１および第３の並列回路３の各７個の下コイル片１６ａ，１６ｂを、極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２，４，５，７，９，１２，１４番目の位置にそれぞれ配置し、上記第２の並列回路２および第４の並列回路４の各７個の上コイル片１５については、極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２,３,５,７,１０,１２,１３番目の位置に、下コイル片１６については極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，３，６，８，１０，１１，１３番目の位置にそれぞれ配置している。

これにより、第１の相帯１７における上コイル片１５の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に１，２，２，１，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１となり、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に２，１，２，１，１，２，１，２，１，２，２，１，２，１となり、第２の相帯１８における上コイル１５の回路番号が極中心側から順に３，４，４，３，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３となり、下コイル片１６の回路番号が極中心側から順に４，３，４，３，３，４，３，４，３となる。

表５に本発明の第２の実施形態の電機子巻線における発生電圧の平衡度を示している。

但し、本実施形態においては、平衡度がコイルピッチによって変化するため、表５では３５／４２（８３．３３％）のコイルピッチの場合を示している。表５に示すように本発明の第２の実施形態の電機子巻線では、電圧の大きさの偏差（ｐ．ｕ．電圧の１．０よりの偏差）は最大で０．１４％、位相角の偏差が０.０４度と前述のハミルトン・テイラーの発明よりは悪化するが、ルドルフ・ヘイバーマンの特許による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足していることが分かる。

また、表６に本発明の第２の実施形態におけるコイルピッチによる電圧の大きさの偏差、位相角偏差の最大値の変化を示している。実用的なコイルピッチの範囲内での平衡度は、ルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足している。

このように本発明の第２の実施形態においては、並列回路毎に電圧について前述のハミルトン・テイラーの発明による基準値を満足する平衡度を実現でき、循環電流を低減することができる。

また、本発明の第２の実施形態においては、ジャンパ線２０ｂが反接続側のみにあることは第１の実施形態と同様であり、口出し導体２１との干渉がなくなるため、ジャンパ線２０ｂの接続のための作業が改善され、接続部の絶縁性、固定強度の確保が容易になって信頼性の高い電機子巻線を提供できることは第１の実施形態と同様である。

なお、本実施形態は図示した構成に限らず、口出し位置を図示した位置とは異なる位置に配置したり、例えば並列回路１と並列回路３の電気的に等価な位置にあるコイル片を入れ替えたりするなどしても前述同様の作用効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図である。

回転電機の電機子１１は積層鉄心よりなる電機子鉄心１２に８４個のスロット１３が設けられ、これらのスロット１３に２極３相４並列回路の電機子巻線１４が２層に納められている。

各相の電機子巻線１４は、スロット内の上部に納められる上コイル片１５（１５ａ，１５ｂ）と、スロット内の下部に納められる下コイル片１６（１６ａ，１６ｂ）とを有し、これら上コイル片１５、下コイル片１６の端部同士を巻線口出し部に接続される接続側コイルエンド１９ａと、その軸方向反対側で巻線口出し部に接続されない反接続側コイルエンド１９ｂにおいてそれぞれ直列に接続されている。

さらに、電機子巻線１４は、上コイル片１５、下コイル片１６を、電機子鉄心１２に設けられた１４個のスロット１３に納める第１の相帯１７と、同じく１４個のスロット１３に納める第２の相帯１８とを有している。

各相の電機子巻線１４は、それぞれ４つの並列回路を有しており、その各並列回路には図示したように囲み英数字で１，２，３，４という回路番号を付けて識別できるように示してある。

第１の相帯１７および第２の相帯１８は、上コイル片１５が接続側および反接続側のコイルエンド１９ａ，１９ｂで所定のコイルピッチだけ離れた位置にある対応する下コイル片１６と接続されることによって４つの並列回路１，２，３，４を構成し、各並列回路１，２，３，４は接続側コイルエンド１９ａに設けられる口出し導体２１を介して並列接続され、電機子巻線１４を形成している。

図３において、第１の相帯１７および第２の相帯１８の接続側コイルエンド１９ａに４本／相帯の２０ａを、反接続側コイルエンド１９ｂに２本／相帯のジャンパ線２０ｂを設けることにより、相帯内の上コイル片１５、下コイル片１６の相対位置を極中心Ｐａ（Ｐｂ）からのスロット位置として表した場合に、各並列回路の上コイル片１５、下コイル片１６の位置は表７のようになっており、第１並列回路１および第３の並列回路３の各７個の上コイル片１５ａ，１５ｂを極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，４，６，８，９,１１,１４番目の位置にそれぞれ配置し、下コイル片１６ａ，１６ｂについては極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，４，６，７，９，１２，１４番目に配置し、一方上記第２の並列回路２および第４の並列回路４の各７個の上コイル片１５ａ，１５ｂについては、極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２,３,５,７,１０,１２,１３番目の位置に、下コイル片１６ａ，１６ｂについては極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２,３,５,８,１０,１１,１３番目の位置にそれぞれ配置している。

したがって、第１の相帯１７における上コイル片１５の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に１，２，２，１，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１となり、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１，２，１となり、第２の相帯１８における上コイル片１５の回路番号が極中心側から順に３，４，４，３，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３となり、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続している。

表８に本発明の第３の実施形態の電機子巻線における発生電圧の平衡度を示している。

但し、本実施形態においては、平衡度がコイルピッチによって変化するため、表８では３５／４２（８３．３３％）のコイルピッチの場合を示している。表８に示すように本発明の第３の実施形態の電機子巻線では、電圧の大きさの偏差（ｐ．ｕ．電圧の１．０よりの偏差）は最大で０．０１％、位相角の偏差が０.０１度と第１および第２の実施形態を上回る優れた平衡度を示し、ルドルフ・ヘイバーマンの特許による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足していることが分かる。

また、表９に本発明の第３の実施形態のコイルピッチによる電圧の大きさの偏差、位相角の偏差の最大値の変化を示す。実用的なコイルピッチの範囲内では、平衡度が第１および第２の実施形態を上回り、ルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足している。

このように本発明の第３の実施形態においては、並列回路毎に電圧について前述のハミルトン・テイラーの発明による基準値を上回る平衡度を実現でき、循環電流を低減することができるため、電機子巻線の温度上昇を低減して信頼性の高い電機子巻線を提供できる。

また、本発明の第３の実施形態においては、ジャンパ線２０ａ，２０ｂが接続側コイルエンド１９ａと反接続側コイルエンド１９ｂに分散されて配置されるため、第一および第２の実施形態に比べてジャンパ線２０ａ，２０ｂの間の距離が拡大し、接続のための作業性が改善され、接続部の絶縁性、固定強度の確保が容易になり、信頼性の高い電機子巻線を提供できる。

次に本発明 の第３の実施形態の変形例を図４により説明するに、ここでは図３と異なる部分について述べる。

本変形例では、図４に示すように第１の相帯１７および第２の相帯１８の反接続側コイルエンド１９ｂに６本／相帯のジャンパ線２０ｂを設けて、第１の並列回路１および第３の並列回路３の各７個の上コイル片１５を極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，４，６，８，９,１１,１４番目の位置に、第２並列回路２および第４の並列回路４の各７個の下コイル片１６を、極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１，４，６，７，９,１２,１４番目の位置にそれぞれ配置し、一方上記第２の並列回路２および第４の並列回路４の各７個の上コイル片１５については、極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２,３,５,７,１０,１２,１３番目の位置に、下コイル片１６については極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２,３,５,８,１０,１１,１３番目の位置にそれぞれ配置している。

上記のコイル片の配置は、本発明の第３の実施形態と同一なので、ここでは電気的な作用および効果についての説明は省略する。

また、本変形例では、ジャンパ線２０ｂのうち２本／相帯の長さが長くなるものの、総数は６本／相帯と第３の実施形態と同一である。

前述した第３の実施形態では、ジャンパ線２０ａが接続側コイルエンド１９ａ側に２本／相帯あるため、口出し導体２１との干渉があり、接続作業が困難となるが、本変形例では、ジャンパ線２０ｂが反接続側コイルエンド１９ｂ側のみにあるため、口出し導体２１との干渉がなくなり、ジャンパ線２０ｂの接続のための作業性が改善され、接続部の絶縁性、固定強度の確保が容易になってより信頼性の高い電機子巻線を提供できる。

また、本変形例では、口出し導体２１の接続部を第１および第２の相帯１７，１８と図示しない他の相の相帯との隣接部分ではなく、第１および第２の相帯１７，１８の内部に配置することができるため、口出し導体２１の接続部の隣接コイルとの電位差を低減でき、口出し導体２１の接続部における絶縁性に対する信頼性を向上できる利点がある。

（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図であり、図１と同一構成部分についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の構成について述べる。

第４の実施形態では、図５に示すように第１および第２の相帯１７，１８の接続側コイルエンド１９ａおよび反接続側コイルエンド１９ｂを設けて、相帯内の上コイル片１５、下コイル片１６の相対位置を極中心Ｐａ（Ｐｂ）からの位置として表した場合に、各並列回路の上コイル片１５、下コイル片１６を表１０に示すような位置に配置するようにしたものである。

すなわち、第１の並列回路１および第３の並列回路３の各７個の上コイル片１５を極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２，３，５，７，１０,１２,１４番目の位置に、下コイル片１６を極中心から１，３，６，８，１０,１２,１３番目の位置にそれぞれ配置し、一方上記第２の並列回路２および第４の並列回路４の各７個の上コイル片１５については極中心Ｐａ（Ｐｂ）から１,４,６,８,９,１１,１３番目の位置に、下コイル片１６については極中心Ｐａ（Ｐｂ）から２,４,５,７,９,１１,１４番目の位置にそれぞれ配置している。

したがって、第１の相帯１７における上コイル片１５の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に２，１，１，２，１，２，１，２，２，１，２，１，２，１となり、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に１，２，１，２，２，１，２，１，２，１，２，１，１，２となり、第２の相帯１８における上コイル片１５の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に４，３，３，４，３，４，３，４，４，３，４，３，４，３となり、下コイル片１６の回路番号が極中心Ｐａ（Ｐｂ）側から順に３，４，３，４，４，３，４，３，４，３，４，３，３，４となるように接続している。

表１１に本発明の第４の実施形態の電機子巻線における発生電圧の平衡度を示している。

但し、本実施形態においては、平衡度がコイルピッチによって変化するため、表１１では３５／４２（８３．３３％）のコイルピッチの場合を示している。表１１に示すように本発明の第４の実施形態の電機子巻線では、電圧の大きさの偏差（ｐ．ｕ．電圧の１．０よりの偏差）は最大で０．２６％、位相角の偏差が０.０５度と第１乃至第３の実施形態より悪化するもののルドルフ・ヘイバーマンの特許による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足していることが分かる。

また、表１２に本発明の第４の実施形態のコイルピッチによる電圧の大きさの偏差、位相角の偏差の最大値の変化を示す。実用的なコイルピッチの範囲内では、平衡度が第１乃至第３の実施形態より悪化するものの、ルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値である、電圧の大きさの偏差で０．４％、位相角の偏差を０．１５度以内という基準を満足している。

このように本発明の第４の実施形態においては、並列回路毎に電圧について前述のルドルフ・ヘイバーマンの発明による基準値を満足する平衡度を実現でき、循環電流を低減することができる。

また、本発明の第４の実施形態においては、ジャンパ線２０ａ，２０ｂの数が４本／相４帯と第１乃至第３の実施形態と比べて減少し、かつ接続側コイルエンド１９ａと反接続側コイルエンド１９ｂに分散されて配置されるため、ジャンパ線２０ａ，２０ｂの間の距離が拡大し、接続のための作業性が改善され、接続部の絶縁性、固定強度の確保が容易になり、信頼性の高い電機子巻線を提供できる。また、ジャンパ線の本数が低減されたことにより、ジャンパ線の設置に関する工数が低減されることは言うまでもない。

次に本発明の第４の実施形態の変形例を図６により説明するに、ここでは図５と異なる部分について述べる。

本変形例では、図６に示すように第１の相帯１７および第２の相帯１８の反接続側コイルエンド１９ｂに４本／相帯のジャンパ線２０ｂを設けて、相帯内の上コイル片１５、下コイル片１６の相対位置を極中心Ｐａ（Ｐｂ）からの位置として表した場合に、各並列回路１，２，３，４の上コイル片１５、下コイル片１６を前述した表１０に示すような位置に配置するようにしたものである。

上記のコイル片の配置は、本発明の第４の実施形態と同一なので、ここでは電気的な作用および効果についての説明は省略する。

このような構成によれば、ジャンパ線２０ｂのうち２本／相帯の長さが長くなるものの、総数は６本／相帯と第３の実施形態と同一である。また、前述した第４の実施形態では、ジャンパ線２０ａが接続側コイルエンド１９ａ側に２本／相帯あるため、口出し導体２１との干渉があり、接続作業が困難となるが、本変形例では、ジャンパ線２０ｂが反接続側コイルエンド１９ｂ側のみにあるため、口出し導体２１との干渉がなくなり、ジャンパ線２０ｂの接続のための作業性が改善され、接続部の絶縁性、固定強度の確保が容易になってより信頼性の高い電機子巻線を提供できる。

また、ジャンパ線の本数が低減されたことにより、ジャンパ線の設置に関する工数が低減されることは勿論である。

また、本変形例では、口出し導体２１の接続部を第１および第２の相帯１７，１８と図示しない他の相の相帯との隣接部分ではなく、第１および第２の相帯１７，１８の内部に配置することができるため、口出し導体２１の接続部の隣接コイルとの電位差を低減でき、口出し導体２１の接続部における絶縁性に対する信頼性を向上できる利点がある。

本発明の第１の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図。 本発明の第２の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図。 本発明の第３の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図。 同実施形態における回転電機の電機子巻線の変形例を示す展開模式図。 本発明の第４の実施形態における回転電機の電機子巻線の１相分を示す展開模式図。 同実施形態における回転電機の電機子巻線の変形例を示す展開模式図。 従来の回転電機の電機子巻線の一例を示す展開模式図。

符号の説明

１１…電機子、１２…電機子鉄心、１３…スロット、１４…電機子巻線、１５ａ，１６ａ…上コイル片、１６ａ，１６ｂ…下コイル片、１７…第１の相帯、１８…第２の相帯、１９ａ…接続側コイルエンド、１９ｂ…反接続側コイルエンド、２０ａ…接続側ジャンパ線、２０ｂ…反接続側ジャンパ線、２１…口出し接続導体

Claims (13)

1. 毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、
   各並列回路の半分の並列回路においては同一の並列回路に含まれる上コイル片および下コイル片の位置が極中心から１，４，６，７，９，１２，１４番目の位置となるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては同一の並列回路に含まれる上コイル片および下コイル片の位置が極中心から２，３，５，８，１０，１１，１３番目の位置となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
2. ２極３相の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、
   第１の相帯の上コイル片および下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列が順に１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１，２，１となり、第２の相帯の上コイル片および下コイル片の極中心から数えた並列番号の配列が順に３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
3. 毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、
   各並列回路の半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から１，４，６，８，９，１１，１４番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から２，４，５，７，９，１２，１４番目の位置となるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては上コイル片の位置が２,３,５,７,１０，１２，１３番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が１,３,６,８,１０,１１，１３番目の位置となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
4. ２極３相の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、
   第１の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，２，１，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が２，１，２，１，１，２，１，２，１，２，２，１，２，１となるように接続し、第２の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列番号の配列の順が３，４，４，３，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が４，３，４，３，３，４，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
5. 毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、
   各並列回路の半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から１，４，６，８，９，１１，１４番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から１，４，６，７，９，１２，１４番目の位置となるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から２，３，５，７，１０，１２，１３番目の位置となるように接続し、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から２，３，５,８，１０，１１，１３番目の位置となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
6. ２極３相の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、
   第１の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，２，１，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，２，１，２，１，１，２，１，２，２，１，２，１となるように接続し、第２の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列番号の配列の順が３，４，４，３，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が３，４，４，３，４，３，３，４，３，４，４，３，４，３となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
7. 請求項５又は請求項６記載の回転電機の電機子巻線において、
   前記反接続側コイルエンドに上コイル片と下コイル片を接続する２本／相帯のジャンパ線を、接続側コイルエンドに上コイル片と下コイル片を接続する４本／相帯のジャンパ線を設けたことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
8. 請求項５又は請求項６記載の回転電機の電機子巻線において、
   前記反接続側コイルエンドに上コイル片と下コイル片を接続する６本／相帯のジャンパ線を設けたことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
9. 毎極毎相あたりのコイル数が１４の２層巻き電機子巻線であって、
   当該巻線の各相帯が２つの並列回路を有し、積層鉄心に設けられたスロットに納められており、
   各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、一つの相帯中の上コイル片および下コイル片の相対位置を極中心から数えた位置で表した場合に、
   各並列回路の半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から２，３，５，７，１０，１２，１４番目の位置に、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から１，３，６，８，１０，１２，１３番目の位置になるように接続し、各並列回路の残りの半分の並列回路においては上コイル片の位置が極中心から１，４，６，８，９，１１，１３番目の位置に、同一の並列回路に含まれる下コイル片の位置が極中心から２，４，５,７，９，１１，１４番目の位置になるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
10. ２極３相の２層巻き電機子巻線であって、
    当該巻線の各相は４つの並列回路を有し、２つの相帯に分割され積層鉄心に設けられた８４個のスロットに納められており、各並列回路は直列コイルを有し、各直列コイルは接続側コイルエンド及び反接続側コイルエンドでそれぞれ互いに接続される上コイル片と下コイル片の２つのコイル片を有し、
    第１の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が２，１，１，２，１，２，１，２，２，１，２，１，２，１となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が１，２，１，２，２，１，２，１，２，１，２，１，１，２となるように接続し、第２の相帯の上コイル片の極中心から数えた並列番号の配列の順が４，３，３，４，３，４，３，４，４，３，４，３，４，３となるように接続し、下コイル片の極中心から数えた並列回路番号の配列の順が３，４，３，４，４，３，４，３，４，３，４，３，３，４となるように接続したことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
11. 請求項９又は請求項１０記載の回転電機の電機子巻線において、
    前記反接続側コイルエンドに上コイル片と下コイル片を接続する２本／相帯のジャンパ線を、接続側コイルエンドに上コイル片と下コイル片を接続する２本／相帯のジャンパ線を設けたことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
12. 請求項９又は請求項１０記載の回転電機の電機子巻線において、
    前記反接続側コイルエンドに上コイル片と下コイル片を接続する４本／相帯のジャンパ線を設けたことを特徴とする回転電機の電機子巻線。
13. 請求項1乃至請求項１２のいずれかに記載の電機子巻線を備えた回転電機。

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