JPS5810941B2 - カイテンデンキキカイ ノ タソウマキセン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回転電気機械の巻線、更に具体的に云えば、
各組の間に電気的な位相角の変位を生ずる重なり合った
相帯を持つ複数の組から成る多相巻線に関する。

複数の組から成る多相巻線を持つ回転電気機械は周知で
ある。

その１例は、米国再特許第１９．４３３号に記載される
ように、独立した２組の３相巻線を持つ６組発電機であ
る。

６組発電機の１つの利点は、一方の多相の組が他方の組
とは無関係に電力を送り出すことが出来ることである。

一方の多相巻線の組が不作動になっても、給電を完全に
中止せずに、発電機は作用している巻線の組を通じて電
力を供給することが出来る。

６組発電機の２組の多相巻線からの電力を組合せて普通
の３相電力にすることが出来る。

この組合せは、多くの方法によって行なうことが出来る
が、その方法の複雑さ並びに費用は、多相の組の間の電
気的な位相角に関係する。

例えば、電気的な位相角がゼロである場合、特別の装置
を使わずに、両方の多相の組の対応する相を直接的に一
緒に接続することが出来る。

電気的な位相角がゼロでない場合、移相装置を用いなけ
ればならない。

従来、３相の組の間の電気的な位相角が３０°であれば
、移相装置の費用を最小限に抑えることが出来ることが
知られている。

この状態では、変圧器を用いて、２つの３相出力を普通
の３相電力に組合せることが出来る。

６相電力を変圧器によって３相電力に変換する為に各組
の間に３０°の位相角を持たせるのが望ましいことは、
１９７０年１月のＩＥＥＥ冬期電力会合で提出されたＣ
、Ｈ，ホリー及びり、Ｍ、ウィルヤングの論文「大形タ
ービン発電機用の振動力が少ない固定子巻線方式」に説
明されている。

巻線が固定子のスロットに配置された電気導体で構成さ
れ、特定の配置で電気的に接続される。

上側層の導体及び下側層の導体が１つの固定子のスロッ
トを占め、上側層の導体をこの上側層の導体から磁極ピ
ッチだけ又はその端数だけずらした下側層の導体に接続
することにより、コイルが形成される。

多数のコイルを接続することによって相帯が形成され、
各々の多相の組の各相は、少なくとも２つの相帯からの
直列又は並列接続されたコイルで構成される。

相帯は電気角で測った幅で表わす。

３相の２つの組の間の位相角の変位が電気角で０°及び
３０°である６相発電機用巻線は従来公知である。

毎極対１２個の相帯を持ち、各々の相帯が電気角で３０
°の幅である６相発電機巻線が、米国特許第２，７３１
，５７６号及び同第３，６０１，４６２号に記載されて
いる。

これらの米国特許では、隣接した重なり合わない相帯が
用いられている。

各々の相帯のコイルは固定子内の隣接したスロットを占
める。

この配置は、その固有の性質として、３相の２つの組の
間の位相角の変位が電気角で３０°になる。

６０°±スロット１個の電気角の相帯を持つ６相発電機
巻線の１例である米国再特許第１９４３３号では、３相
の両方の組の間の位相角変位が０°である。

各々の相帯の導体が１つおきのスロットを占め、３相の
各組の間の位相角変位をゼロにするには、相帯の特別の
端接続が必要である。

この特別の端接続では、１相の向い合った相帯を直列接
続してもよいような電圧を持つ用途に、この巻線配置の
使い途が制限される。

発電機によって発生された交流は、電流の基本周波数の
倍数である高調波成分を含む。

高調波は望ましくなく、特に普通の３相発電機では、こ
の成分をなくし又は著しく減らす為に、種々の方法が工
夫されている。

３０°の幅を持つ相帯を有する６相発電機では、一方が
不作動である時、他方の３相の組によって発生される交
流の高調波成分は、６０°の相帯を持つ普通の３相発電
機によって発生される交流電流の高調波成分より大きい
。

高調波が増えるのは、３０°の相帯の為であり、高調波
を減らす点では６０°の相帯が有利である。

高調波が増えると、発電機の内部４品の望ましくない加
熱が生じ、３０°の相帯を持つ６相発電機の一方の３相
の組しか作用せず、他方の３相の組が不作動である場合
、機械に重大な損傷が起り得る。

この発明は、その好ましい実施例では、２つの３相の組
を形成する６相発電機巻線を使うことにより、従来の欠
点を克服する。

一方の３相の組は他方の３相の組から電気角で３０°の
位相角変位を持ち、各々の３相の組が６０°の相帯を持
ち、各々の相帯のコイルが１つおきの溝を占め、他方の
３相の組の２つの相帯が３０°重なる。

２つの３相の組の間の３０°の位相角の為、普通の変圧
器を使って、６相電力を３相電力に変換することが出来
る。

６０°の相帯を用いて高調波を少なくし、こうして各々
の３相の組が、発電機の内部部品を過熱せずに、他方の
３相の組とは無関係に、作用し得るようにする。

各相帯のコイルが１つおきのスロットを占めることによ
り、簡単で経済的な端接続方式になり、２つの３相の組
の間に３０°の位相角変位を持たせながら、１相の向い
合った相帯を直列でも並列でも接続することが出来る。

大形発電機では、電圧条件から並列接続を使うのが有利
であるが、これは前述の米国再特許第１９，４３３号の
方式に従って構成された発電機では得られない選択的な
特徴である。

この発明の目的は、相帯の幅が電気角で６０°であって
、各々の相帯が他の各組の対応する相帯と巻線の組の数
に関係した電気角だけ重なる回転電気機械用の複数の組
から成る多相巻線を提供することである。

この発明の別の目的は、６相電力を３相電力に経済的に
組合せられるような位相角変位を持つ平衡した２つの３
相の組を持つ回転電気機械用の巻線を提供することであ
る。

この発明の別の目的は、発生される電流の高調波成分が
少ない発電機用６相巻線を提供することである。

この発明の別の目的は、発電機の内部４品に対する有害
な影響を伴わずに、１つの３相巻線の組だけが独立に作
用し得るように構成された６相発電機用の巻線を提供す
ることである。

上記並びにその他の目的を達成する為、この発明の好ま
しい実施例では、６相発電機巻線が夫々６０°の幅を持
つ１２個の相帯を持ち、相帯は電気角で３０°だけ位相
変位した２つの平衡した３相の組に分けて構成され、一
方の３相の組の各相帯が他方の３相の組の２つの相帯と
３０°だけ重なり、各相帯の導体が交互のスロットの組
を占める。

次にこの発明を図面について更に詳しく説明する。

回転電気機械又は発電機に共通な基本的な要素が第１図
に示されており、固定子１０及び回転子１２を含む。

固定子１０が複数個のスロットを持ち、若干のスロット
が参照数字１４で示されている。

固定子に沿って等しい角度で配置された中心線が、１４
に示したものと同様な他のスロットの位置を示している
。

回転子１２が、１つの極対、即ち、夫々北極及び南極を
表わす記号Ｎ及びＳで示す１対の磁極を持つことが示さ
れている。

回転子は任意の数の極対を持つことが出来る。

極対は永久磁石によって発生してもよいし或いは磁界を
発生する回転子巻線によって発生してもよく、或いはそ
の両方の組合せであってもよい。

回転子内のスロットに入った導体１６を含む回転子巻線
が、図示のＮ−８の極対を発生する為の回転子巻線を例
示している。

固定子１０のスロット１４には 導体又はコイル辺によ
って形成された電機子巻線が収められている。

固定子の各スロットは上側層のコイル辺及び下側層のコ
イル辺を収容する。

上側層のコイル辺は、その若干を１８ａ、１８ｂ、１８
ｃに示しであるが、スロット内で回転子に近い方の位置
を占め、その若干を２０ａ、２０ｂ、２０ｃで示した下
側層のコイル辺はスロット内で回転子から遠い方の位置
を占める。

各々の上側層のコイル辺が、その上側層のコイル辺から
磁極ピッチ又はその端数だけずれた下側層のコイル辺に
接続され、コイルを形成する。

磁極ピッチは、回転子の極対に対するコイルの上側層及
び下側層のコイル辺の関係を表わす。

例えば、コイル辺１８ａ及び２０ａ。１８ｂ及び２０ｂ
、並びに１８ｃ及び２０ｃを接続することによって形成
されるコイルは、上側層及び下側層のコイル辺が電気角
で１８０°の５／６即ち電気角で１５０°だけずれてい
るので、５／６ピツチである。

こうして形成されたコイルを直列又は並列又はその組合
せに接続して、和事を形成することが出来る。

典型的な和事が、コイル辺１８ａ及び２０ａ。１８ｂ及
び２０ｂ、並びに１８ｃ及び２０ｃを接続することによ
って形成されたコイルによって例示されている。

電機子巻線の各相が毎極対２つの和事によって形成され
、これらは直列又は並列のいづれに接続してもよい。

各相の各々の極対に対する２つの和事は、回転子の回転
中、上側層のコイル辺が同じ点にある磁極と真向いにな
るように、固定子のスロットに配置される。

前に述べた和事の上側層のコイル辺１８ａ、１８ｂ、１
８ｃが回転子１２の磁極Ｎと真向いであり、磁極Ｓと真
向いの第２の相対（図に示してない）を用いて、１相を
形成する。

毎相毎極対２つの和事とは、この配置を表わす。

多数の相を接続して多相巻線の組を形成することが出来
る。

最も典型的な周知の多相巻線の組は平衡した３相の組で
あり、これは電気角で１２０゜の位相角だけ互いに離れ
た３相を有する。

更に、複数の組から成る多相巻線と呼ぶ複数個の多相巻
線の組を１台の回転電気機械に用いることが出来る。

以上説明したことは公知であり、この発明を理解する為
の下地になるものである。

この発明は、回転電気機械用の複数の組から成る多相巻
線として、重なり合う和事で構成され、各々の多相の組
の対応する相が予定の位相角だけ互いにずれている多相
巻線を提供する。

この考えを例示したこの発明の好ましい実施例が第２図
に示されている。

この図では、１つの極対及び３６個のスロットを持つ固
定子を有する６相発電機に使う２組の平衡３相巻線を有
する巻線の上側層のコイル辺が固定子のスロットの近く
に示されている。

１つの平衡３相の組は相Ａ、Ｂ、Ｃを含み、他方の平衡
３相の組は相Ｘ、Ｙ、Ｚを含む。

多相の組の１相を形成する２つの和事が英文字に１つ及
び２つのダラシをつけて表わされている。

例えばＡ′及びＡ″がＡＢＣから成る３相の組のＡ相を
構成する。

１つ及び２つのダラシをつけた英文字は毎相毎極対２つ
の和事を表わす。

各々の３相の組の隣合ったコイル辺が、他方の３相の組
の隣合ったコイル辺と交互のスロットを占める。

一方の３相の組の隣合ったコイル辺はスロット１つだけ
離れ、中間のスロットは他方の３相の組のコイル辺を受
入れる。

これが第２図に例示されており、ＡＢＣから成る３相の
組の１つの上側層のコイル辺がＸＹＺから成る３相の組
の２つの上側層のコイル辺の間にあり、或いはその逆の
関係になっている。

然し、更に一般的に云うと、複数の組から成る多相巻線
に２つより多くの多相の組を用いる場合、隣合ったコイ
ル辺は、多相巻線の糾の数から１を引いた数に等しいス
ロット数だけ隔たる。

例えば、３つの多相の組を用いる場合、１つの多相の絹
の隣合ったコイル辺は２スロツトだけ隔たり。

その中間に残った２つのスロットが残りの２つの３相の
組からのコイル辺を受入れる。

隣合ったコイル辺を少なくとも１スロツトだけ隔てるに
は、多相巻線の組の対応する相は、直径上で向い合った
毎極対の同一の相生を直列又は並列接続する時、互いに
位相が変位している必要がある。

第３図は第２図に示した２つの平衡３相巻線の組の対応
する相の位相角変位を示す。

相Ａ、Ｂ。Ｃが一方の平衡３相の組を構成し、相Ｘ、Ｙ
、Ｚが他方の組を構成する。

特定の３相の組の中で各相が一定の１２０°の関係を持
つ為、１つの３相の組の各相は他方の３相の組の対応す
る相から同じ位相角だけ変位している。

第３図で、ベクトルによって表わされた各相の周りを円
形にたどれば、一方の３相の組の成る相の次に、他方の
３相の組の成る相が来る。

云い換えれば、位相変位した対応する相を持つ２つの３
相巻線の組では、位相順序の回転順序が交互に来る。

このように位相順序の回転順序が交互に来ることにより
、固定子のスロットにコイル辺を入れる順序が決まる。

第２図で、固定子のスロットの周りの回転する通路を考
えると、ＡＢＣの組及びＸＹＺの組を構成するコイル辺
が次々のスロットに交互の順序で来るが、これは第３図
に示したのと同じ交互の順序である。

２つより多くの多相の組を持つ複数の組から成る巻線に
この原理を拡張すると、各々の多相の組の隣合ったコイ
ル辺が、多相の組の数から１を差し引いた数に等しいス
ロット数だけ隔たる。

次々のスロットを占める導体は、位相順序の回転順序と
同じ順序である。

例えば、巻線が４組の多相巻線を含み、巻線の組は、第
１、第２、第３及び第４の組が順々に出て来るように位
相順序の回転順序がなるように位相変位しているとする
と、各々の特定の３相の組の隣合ったコイル辺は３つの
スロットだけ隔たり、コイル辺は第１、第２、第３、第
４、第１、第２、第３、第４等と云う順序で相次ぐスロ
ットを占める。

再び第２図に示す巻線について説明すると、各相生の幅
は６０°であり、一方の３相の組の各々の相生が他方の
３相の組の２つの相生と３０°だけ重なる。

各相生の幅を固定子の外周の外部に同心に示しである。

ＡＢＣ及びＸＹＺから成る３相の組の相生が６０°の幅
であり、ＡＢＣの相生及びＸＹＺの相生が３０°だけ重
なる。

この関係が第４図に更にはっきりと示されている。

第４図は第２図の相生を展開図で示しており、各相生の
幅は６０°で、相生が３０°だけ重なることが容易に認
められる。

第２図に示した巻線は、その固有の性質として、２つの
３相の組の間の位相角変位が電気角で３０゜である。

次に説明するように、この位相角は主にコイル・ピッチ
及び固定子のスロット数から決まる。

コイル・ピッチが一様であって、各々のコイルが同じピ
ッチを持つとすれば、各々のコイルに発生される電流は
、固定子内のコイルの位置に関係した電気的な位相角を
持つ。

コイルが相生を構成するから、相生が３相の組の間の位
相角を決める。

２つの３相の組の間に電気角で３０’の位相角を確保す
る為、奇数個のコイルが固定子の電気角で３０°の帯を
占めなければならない。

奇数個のコイルは固定子の奇数個のスロットを必要とす
る。

云い換えれば、スロットの電気角として知られるスロッ
トの間の角度θ（スロット）は、式θ（スロット）（２
ｎ＋１）＝３０°に従わなければならない。

ここでｎ＝０，１，２，３・・・０スロツトの電気角は
固定子のスロット数Ｎ 及び回転子の磁極数Ｎｐに関係
し、式θ（スロット）＝３６０ Ｎｓ×Ｎｐ／２で表わ
される。

代入すると、２つの３相の組の間に電気角で３０°の位
相角を達成する為に使わなければならない固定子のスロ
ット数に対して次の式％式％ｎ ＝０，１，２，３・・・。

回転子の極対Ｎｐｐは回転子の磁極の数の半分に等しく
なければならない（回転子の２つの磁極が１つの極対を
構成する）又はＮｐ＝２Ｎｐｐであるから、代入すると
、Ｎ５＝１２Ｎｐｐ（２ｎ＋１）、こ＼でｎ＝０，１，
２゜３・・・。

従って、固定子のスロット数は、ｎ＝０゜１．２，３・
・・として、極対の数に（２ｎ＋１）を掛け、更にそれ
を１２倍したものに等しくなければならない。

上の式を使って、大形タービン発電機にとって特に有利
である特徴が、次のように決定された。

要約すれば、第２図及び第４図に示した巻線を考えた場
合、各々の３相の組は、その組番が電気角で６０°の幅
である為、普通の３相発電機の場合と同じように、本質
的に独立の３相の組として作用する。

このように構成すると、６０°の組番に関する技術を利
用して、高調波を除くことが出来る。

これにより、６相発電機内の一方の３相の組を他方の３
相の組と無関係に動作させても、発電機に有害な影響は
生ぜず、発生される電流に大きな高調波成分を誘起しな
い。

一般に、２つ以上の多相の組を有する複数の組から成る
多相巻線に於て、それぞれの多相の組の組番が重なり合
わされているため、多相の組の組番の幅が比較的大きく
できる。

これにより、高調波電流成分が減少ができ、発電機の内
部部品に与える悪影響を無くすことができる。

この発明の特定の実施例を図示し且つ説明したが、当業
者であれば、上に説明した巻線設計方法を一般的な回転
電気機械の場合に変更して、種々の変形を作る周知の方
法を承知している。

例えば、７２個のスロットを持つ４極発電機は、設計上
では３６個のスロットを持つ２極の発電機と全く同等で
あることはよく知られている。

事実、このような均等物を作り、回転電気機械の設計を
もつと一般化した形にする周知の方法が従来からある。

従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に属する
このような全ての変更を包括するものである。

この発明は特許請求の範囲の記載に関連して次の実施態
様を取り得る。

（イ）各々の多相の組が平衡３相巻線であること。

（ロ）前記（イ）項に於て、多相の組の数が２であるこ
と。

（ハ）前記（ロ）項に於て、２つの３相の組が電気角で
３０°だけ、互いに位相が変位していること。

に）前記（ロ）項に於て、各組番が電気角で略６０°の
幅を持つこと。

（ホ）前記に）項に於て、一方の３相の組の各組番が他
方の３相の組の２つの相対の各々と電気角で３０°だけ
重なること。

（へ）前記に）項に於て、１相を構成する複数個の組番
を並列接続すること。

（ト）２つの平衡３相巻線の組、該巻線を受入れる複数
個のスロットを持つ固定子要素、及び少なくとも１つの
極対を持つ回転子要素を含む６相発電機に於て、各々の
３相の組に毎相毎極対２つの組番を形成するように一様
なピッチのコイルに電気的に接続した複数個のコイル辺
で電機子巻線を構成し、一方の３相の組のコイル辺が他
方の３相の組のコイル辺と交互のスロットを占め、各組
番の幅は電気角で略６０°であり、一方の３相の組の各
組番が他方の３相の組の２つの組番と電気角で３０°重
なり、２つの３相の組が電気角で３０°だけ互いに位相
が変位していること。

（チ）前記（ト）項に於て、各コイルのピッチが５／６
であること。

（す）巻線を受入れる複数個のスロットを持つ固定子要
素と、少なくとも１つの極対を持ち、固定子要素の中に
回転自在に装着された回転子要素と、固定子要素のスロ
ット内に配置され、２つの平衡３相巻線の組を持つ巻線
とを設けて６相発電機を構成し、前記巻線が、各々の３
相の組に毎相毎極対２つの組番を形成するように一様な
ピッチのコイルに電気的に接続された複数個のコイル辺
で構成され、一方の３相の組のコイル辺が他方の３相の
組のコイル辺と交互のスロットを占め、各組番が電気角
で略６０°の幅を持ち、一方の３相の組の各組番が他方
の３相の組の２つの組番の各々と電気角で３０°重なり
、２つの３相の組が電気角で３０°だけ互いに位相が変
位していること。

（ヌ）前記（す）項に於て、各コイルのピッチが５／６
であること。

（ル）前記（ＩＪ）項に於て、電機子巻線を受入れる固
定子のスロット数が、ｎ＝０，１，２，３・・・として
、極対の数に（２ｎ＋１）を掛け、更にそれに１２を掛
けた値に等しいこと。

（オ）前記（ＩＪ）項に於て、固定子要素が３６個のス
ロットを持ち、回転子要素が１つの極対を持つこと。

（ワ）前記（す）項に於て、固定子要素が６０個のスロ
ットを持ち、回転子要素が１つの極対を持つこと。

（カ）前記（す）項に於て、固定子要素が８４個のスロ
ットを持ち、回転子要素が１つの極対を持つこと。

（ヨ）前記（す）項に於て、固定子要素が７２個のスロ
ットを持ち、回転子要素が２つの極対を持つこと。

（す）前記（す）項に於て、固定子要素が１０８個のス
ロットを持ち、回転子要素が３つの極対を持つこと。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の巻線の基本的な要素を例示する回転
電気機械の端面図、第２図は第１図に示した回転電気機
械の一部分の端面図で、この発明の１形式の巻線の完全
な実施例を示す。 第３図は２つの平衡３相の組の間の３０°の位相角変位
を表わすベクトル図、第４図は第２図の巻線を展開した
形で示す図である。 主な符号の説明、１０：固定子、１２：回転子、１４ニ
スロツト、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：上側層のコイル辺
、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：下側層のコイル辺、ＡＢＣ
：１つの３相の組、ＸＹＺ：別の３相の組、Ａ″、Ｂ′
、Ｃ″、Ａ″、Ｂ″、Ｃ″、Ｘ′、Ｙ′。 Ｚ′、Ｘ″、Ｙ″、Ａ″：和事。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 巻線を受入れる複数個のスロットを持つ固定子要素
   及び少なくとも１つの極対を持つ回転子要素を含む回転
   電気機械の複数の組から成る多相巻線に於て、少なくと
   も２組の多相の組の各々で複数個のコイル辺が毎相毎極
   対あたり２つの相帯を形成するように電気的に接続され
   、各々の特定の多相の組の隣接したコイル辺が、多相の
   組の数より１だけ少ないスロット数だけ離れ、多相の組
   を形成するコイル辺が相順序の回転順序で続いたスロッ
   トを占め、各々の多相の組の対応する相が互いに位相か
   ずれている多相巻線。