JPH0946947A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、変動磁界に対する制動作用を
損なわず、発電機の励磁容量を向上することのできる回
転電機の回転子を提供することにある。 【構成】磁極部６と該磁極部６以外の部分に複数個の巻
線挿入用スロットと該スロット間に形成されたティース
とを有する塊状回転子鉄心と、前記スロット内に挿入さ
れた界磁巻線と、前記界磁巻線保持用ウエッジとを備え
た回転電機の回転子において、直軸２１を境にして対称
位置にある前記スロット対毎に複数回巻線を巻装して直
列接続した界磁巻線群１１０ａ，１１０ｂと、前記直軸
２１を境にして電気角でπの範囲にある前記スロット内
に設置して並列接続した界磁巻線群１２０とを、直列に
接続して形成した界磁巻線を施して、所期の目的を達成
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機の回転子に係わ
り、特にタービン発電機の円筒形回転子において、界磁
巻線の構成方法を工夫して発電機の励磁容量と変動磁界
に対する制動作用の双方を向上させることのできる回転
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のタービン発電機などの回転電機の
円筒形回転子には、回転子に励磁電源から直流電源を受
けて発電機を励磁する界磁巻線が設けられている。回転
子は単一鋼塊から作成され、磁極部と非磁極部からな
り、非磁極部には塊状の回転子鉄心に周方向に等間隔に
複数個の巻線挿入用スロットを設け、スロット間にはテ
ィースが設けられている。スロット内には、裸銅帯を平
打ち巻にして層間を絶縁して形成された界磁巻線が施さ
れ、界磁巻線上部に挿入された回転子ウエッジで界磁巻
線が保持される構造になっている。

【０００３】一方、固定子は、回転子からギャップを介
した外径側にあり、硅素鋼板を積層した積層鉄心が用い
られ、周方向に等間隔に電機子巻線を収納するためのス
ロットが形成されている。

【０００４】上記の回転電機において、系統で短絡事故
が起きたり、負荷が三相平衡でない場合には、発電機に
逆相電流が流れる。逆相電流による変動磁界は回転子速
度と同期しないため、単一鋼塊から作成された回転子の
表面に渦電流が生じて回転子の加熱原因となる。このよ
うな逆相電流による変動磁界を抑制するため、例えば、
特公昭60−34340 号公報に記載されているように、ダン
パ巻線を回転子スロット内のウエッジ底側に設置して、
軸端部で短絡環によってダンパ巻線を短絡するように構
成して渦電流を減衰させる作用（制動作用）を得る方法
が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ダ
ンパ巻線が変動磁界に対する制動効果は有するが、発電
機の励磁には寄与しないので、ダンパ巻線を設けるとそ
の分界磁巻線の断面が小さくなり励磁容量が低下する問
題があった。また、ダンパ巻線が省略された場合発電機
の励磁容量の点では有利であるが、界磁巻線そのものは
磁極方向（直軸方向）に対して制動作用を有するもの
の、磁極方向から電気角でπ／２異なる方向（横軸方
向）に対しては制動作用を持たない問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上述の点に鑑みなされた
ものであり、変動磁界に対する制動作用を損なうことな
く、発電機の励磁容量を向上することのできる回転電機
の回転子を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の回転電機の回転
子は、少なくとも磁極部と該磁極部以外の部分に複数個
の巻線挿入用スロットと、該スロット間に形成されたテ
ィースとを有する塊状回転子鉄心と、前記スロット内に
挿入された界磁巻線と、前記界磁巻線保持用ウエッジと
を備えた回転電機の回転子において、前記磁極部の中心
軸を境にして対称位置にある前記スロット対毎に複数回
巻線を巻装して直列接続した界磁巻線群（直列界磁巻線
群）と、前記磁極部の中心軸を境にして電気角でπの範
囲にある前記スロット内に並列に接続した界磁巻線群
（並列界磁巻線群）とを、直列に接続して形成した界磁
巻線を施するものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、直列界磁巻線群で直軸方向の
制動作用が得られ、並列界磁巻線群で横軸方向の制動作
用が得られるとともに、直列界磁巻線群，並列界磁巻線
群とも発電機を励磁するために利用できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１０】図１に本発明の一実施例を示す回転子の断
面模式図を、図２に本発明の一実施例を示す界磁巻線の
展開接続図を示し、図４に本発明に関わる回転電機の断
面構造を示す。ここで、図１，図２，図４は２極機の場
合を例示したもので、図４においては２極のうち１極分
の断面のみを示したが、以下の発明は２極以上の偶数極
機に対しても一般的に成立する。また、説明において、
磁極部６の中心軸２１を直軸、直軸から電気角でπ／２
異なる軸２２を横軸と呼ぶことにする。

【００１１】まず、図４を用いて本発明に関わる回転電
機の概略構造を説明する。

【００１２】回転電機を固定子１と回転子２で構成し、
固定子１には積層鉄心に固定子スロット３を設け、電機
子巻線４を施す。電機子巻線４には平角銅線を用いて、
亀甲形コイルにしたものを用い、電機子巻線４を保持す
るために、固定子スロット３の頭部に固定子ウエッジ５
を挿入する。

【００１３】回転子２は機械強度を持たせるために、単
一鋼塊から製作し、磁極部６と非磁極部を形成する。非
磁極部には回転子２の周方向に等間隔に複数個の巻線挿
入用回転子スロット７を設け、回転子スロット７間には
ティース８を設ける。

【００１４】回転子スロット７は図３に示す断面図によ
り具体的な構造の一例を説明する。回転子スロット７内
には、通風孔７１を設け、その上側に界磁巻線１００を
納める。スロット壁面には絶縁物７２を敷設し、直列界
磁巻線１１１の導体を111ａ〜１１１ｈのように多層に
して複数回巻く。直列界磁巻線１１１の導体各層間は層
間絶縁物７３で絶縁する。

【００１５】直列界磁巻線１１１の導体の上側には、絶
縁物７４を介して並列界磁巻線121の導体を設ける。並
列界磁巻線１２１の導体は直列界磁巻線１１１の導体と
比較して厚みが薄いか、同じとすればよい。並列界磁巻
線１２１の導体の上側には絶縁物７５を敷設し、これら
の巻線と絶縁物を回転子ウエッジ９で保持する。なお、
図中の破線は冷却用の通風孔が、軸方向（紙面の垂直方
向）に任意のピッチで設けられていることを示してい
る。

【００１６】回転子スロット７内には界磁巻線１００を
施し、界磁巻線１００の上部に回転子ウエッジ９を挿入
することによって界磁巻線１００を保持する構造にす
る。

【００１７】界磁巻線１００は、裸銅帯を平打ち巻にし
て、層間を絶縁して形成する。なお、ギャップ１０にお
ける磁束分布を正弦波状にするため、図中にも示したよ
うに少なくとも磁極部６最寄りの回転子スロット深さを
他の回転子スロットと同等以下の深さにしてもよい。

【００１８】次に、図１，図２を用いて、回転子２に施
される界磁巻線１００の接続方法を説明する。図１は図
４と同様に軸方向から眺めた模式図で、図２は直軸２１
の方向から界磁巻線１００を平面展開して眺めた図であ
る。図２において、３１の区間が回転子の胴部であり３
２ａ，３２ｂが軸方向端部に相当する。ここで、簡単の
ため、図１，図２ではスロット数を８とした場合につい
て説明するが、一般には任意の偶数個でよい。

【００１９】磁極部６を中心とし、直軸２１を対象にし
てスロット７ａとスロット７ｅ間，スロット７ｂとスロ
ット７ｆ間にそれぞれ界磁巻線１１１，１１２を施し、
それぞれを直列に接続して直列接続界磁巻線群１１０ａ
を形成する。同様に、磁極部６を中心とし、直軸２１を
対象にしてスロット７ｃとスロット７ｇ間，スロット７
ｄとスロット７ｈ間にそれぞれ界磁巻線１１３，１１４
を施し、それぞれを直列に接続して直列接続界磁巻線群
１１０ｂを形成する。ここで、界磁巻線群111〜１１４
は、図１，図２では１回巻としているが複数回巻回して
形成する。

【００２０】一方、直軸２１を境にして時計方向側に電
気角でπの区間にある回転子スロット７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄ内にそれぞれ界磁巻線１２１ａ，１２２ａ，１
２３ａ，１２４ａを納め、軸方向端部３２ａ，３２ｂ側
で並列接続する。同様に、直軸２１を境にして反時計方
向側に電気角でπの区間にある回転子スロット７ｅ，７
ｆ，７ｇ，７ｈ内にそれぞれ界磁巻線１２１ｂ，１２２
ｂ,１２３ｂ,１２４ｂを納め、軸方向端部３２ａ，３２
ｂ側で並列接続する。これらを一方の軸方向端部３２ｂ
で直列に接続し、並列接続界磁巻線群１２０を形成す
る。

【００２１】更に、以上形成した直列接続界磁巻線群１
１０ａ，並列接続界磁巻線群１２０，直列接続界磁巻線
群１１０ｂを順に直列に接続して界磁巻線１００を形成
し、発電機を励磁するための直流電源６１に接続する。

【００２２】このようにして、界磁巻線１００は、次の
ように動作する。

【００２３】即ち、界磁巻線１１１，１１２によって形
成した直列接続界磁巻線群１１０ａ，並列接続界磁巻線
群１２０，界磁巻線１１３，１１４，直列接続界磁巻線
群１１０ｂを順に直列に接続した界磁巻線１００に直流
電流を通電すれば、直流電流は図２の太線矢印で示した
方向に流れ、直軸２１を中心に発電機の励磁のための直
流磁界が図中の矢印４１の方向に形成される。

【００２４】一方、系統事故や負荷の不平衡状態が発生
すると、回転子に対しては、交流の変動磁界が入射す
る。

【００２５】まず、直軸方向２１から入射してくる変動
磁界の成分５１に対しては、図２の太線矢印で示した直
流電流と同じループを通って変動磁界の成分５１を打ち
消す方向に電流が誘導される。その誘導電流により、変
動磁界の成分５１と逆方向の矢印４１方向に磁界が形成
され、変動磁界を減衰させることができる。

【００２６】また、横軸方向２２から入射してくる変動
磁界の成分５２に対しては、図２中の並列接続界磁巻線
群１２０に破線ループで示したような電流が誘導され
る。これらの電流は、変動磁界の成分５２と逆方向の矢
印４２方向に磁界を形成し、変動磁界を減衰させる働き
がある。

【００２７】このように、界磁巻線１２１〜１２４によ
って形成した並列接続界磁巻線群１２０にも直流電流を
通電するように構成すれば、直列接続界磁巻線群１１０
ａ，１１０ｂと同様に直軸２１の方向に発電機の励磁の
ための直流磁界４１が形成できる。

【００２８】一方、直列接続界磁巻線群１１０ａ，１１
０ｂは、直軸２１の方向から入射してくる変動磁界５１
に対して短絡巻線として作用するため、変動磁界５１を
減衰させるように磁界を発生させることができる。

【００２９】並列接続界磁巻線群１２０は、横軸２２の
方向から入射してくる変動磁界５２に対して短絡巻線と
して作用するため、直列接続界磁巻線群１１０ａ，１１
０ｂのみでは減衰させることのできない変動磁界５２を
減衰させるように磁界を発生できるようになる。従っ
て、本発明の界磁巻線１００では、直軸方向と横軸方向
の変動磁界に対する制動作用を持たせることができ、変
動磁界が発生したときの回転子表面に流れる渦電流を減
衰させることができるようになる。

【００３０】以上説明した並列接続界磁巻線群１２０を
従来のダンパ巻線に代えて設置すれば、従来のダンパ巻
線と同様な制動作用を有することはもとより、発電機の
励磁にも寄与できるようになる。

【００３１】

【発明の効果】このように、本発明によれば、直列界磁
巻線群，並列界磁巻線群とも発電機の励磁に用いること
ができ、直軸と横軸の双方向に制動作用を発揮できるの
で、従来、発電機の励磁に寄与できなかったダンパ巻線
を省略することが可能になる。従って、同一回転子スロ
ット断面でより多くの起磁力が形成できるため、励磁容
量を拡大できるので、その分、出力の大きな回転電機を
得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２，図４の回転子の断面模式図である。

【図２】図４に使用した界磁巻線の展開接続図である。

【図３】図４に使用した回転子スロットの断面図であ
る。

【図４】本発明の一実施例を示す回転電機の断面図であ
る。

【符号の説明】

２…回転子、６…磁極部、７…回転子スロット、２１…
直軸、２２…横軸、１００…界磁巻線、１１０ａ，１１
０ｂ…直列接続界磁巻線群、１２０…並列接続界磁巻線
群。

フロントページの続き (72)発明者 高橋 和彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 宮川 家導 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 田中 洋司 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、磁極部と該磁極部以外の部分
   に複数個の巻線挿入用スロットと該スロット間に形成さ
   れたティースとを有する塊状回転子鉄心と、前記スロッ
   ト内に挿入された界磁巻線と、前記界磁巻線保持用ウエ
   ッジとを備えた回転電機の回転子において、前記磁極部
   の中心軸を境にして対称位置にある前記スロット対毎に
   複数回巻線を巻装して直列接続した界磁巻線群と、前記
   磁極部の中心軸を境にして電気角でπの範囲にある前記
   スロット内に設置して並列接続した界磁巻線群とを、直
   列に接続して形成した界磁巻線を施したことを特徴とす
   る回転電機の回転子。
2. 【請求項２】前記並列接続した界磁巻線群が、直列接続
   した界磁巻線群より、前記界磁巻線保持用ウエッジ側に
   配置されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の
   回転子。