(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷運転時の循環電流を小さくし、損失の低減を図る。【解決手段】ｎを１以上の整数としたとき、２ｎ極の回転子、７２ｎ個の固定子スロット、３相の電機子巻線を有し、固定子スロットの内径側に上コイル２及び外径側に下コイル３が収容されて電機子巻線を形成し、電機子巻線は１相につき２ｎ個の相帯６を有し、該相帯は２個の並列巻線から成り、相帯を構成する全ての上コイル及び下コイルの円周方向平均位置を相帯中心とし、少なくとも１個の相帯における第１及び第２の並列巻線の配置を相帯中心６ａに近い順に見た時、上コイル若しくは下コイルが第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置され、それらと接続されるもう一方の下コイル若しくは上コイルが第１、第２、第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置されることを特徴とする。【選択図】図４
2020036410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎを１以上の整数としたとき、２ｎ極の回転子、７２ｎ個の固定子スロット、３相の電機子巻線を有し、前記固定子スロットの内径側に上コイル及び外径側に下コイルが収容され、前記上コイルと前記下コイルが接続されて前記電機子巻線を形成し、前記電機子巻線は１相につき２ｎ個の相帯を有し、該相帯は２個の並列巻線から成り、前記相帯を構成する全ての前記上コイル及び前記下コイルの円周方向平均位置を相帯中心とし、少なくとも１個の相帯における第１及び第２の並列巻線の配置を相帯中心に近い順に見た時、前記上コイル若しくは前記下コイルが第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置され、それらと接続されるもう一方の前記下コイル若しくは前記上コイルが第１、第２、第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置されることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に係り、例えばタービン発電機等の大型発電機に好適な回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大容量の発電機は出力電流が大きいために、電機子巻線の電磁力や発熱が大きい。その対策として、電機子巻線を複数の並列回路により構成することで、電機子巻線１本当たりの電流を減らし、電磁力や温度上昇を緩和する方法が取られる。
【０００３】
しかし、並列回路数が極数の約数とならない場合、並列回路の電流に偏りが生じ、並列回路間を循環する電流が生じる。この循環電流により電機子巻線の損失が増加してコイルの温度が上昇し、効率の低下やコイル絶縁の損傷の可能性が生じる問題があった。
【０００４】
ここでは、まず、大型発電機で主に用いられる２極２並列回路におけるコイル結線方法と、並列回路数を４に増やした２極４並列回路のコイル結線方法を比較し、並列数増加による回路間循環電流の発生原理について説明する。
【０００５】
図１は、発電機の固定子の断面を示し、該図に示す発電機は、回転子の極数を２とすると、固定子スロット数が７２なので、毎相、毎極の固定子スロット数は１２である。
【０００６】
図１に示す如く、積層鋼板からなる固定子鉄心１は、内周側に電機子巻線を収容するため、軸方向に伸延し周方向に所定間隔をもって固定子スロット５が形成されており、この固定子スロット５の周方向間にはティース４が存在している。そして、電機子巻線は、固定子スロット５内の径方向の上下（内外周側）に２本収容され、内周側に収容されたコイルを上コイル２、外周側に収容されたコイルを下コイル３と呼ぶ。
【０００７】
図２は、図１に示した固定子を周方向に展開した図であり、ここでは、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の電機子巻線のうち、Ｕ相分のみ示している。また、座標軸θは周方向、Ｚは軸方向を示しており、図１と図２の座標軸は同じ向きを示す。
【０００８】
該図に示す如く、上コイル２と下コイル３が固定子鉄心１に収容され、周方向に周期的に配置されている。毎相、毎極の固定子スロット５の数が１２であるので、各極に上コイル２が１２本、下コイル３が１２本、２極で２４本ずつ存在する。ここで、１極分に配置される上コイル２及び下コイル３のコイル群を、相帯と定義する。この相帯は、図２中の符号６で示すコイル群である。なお、符号７は口出し線である。
【０００９】
ここで、２つの並列回路をＵ１、Ｕ２とすると、２極２並列回路の場合、１つの相帯６をＵ１、もう１つの相帯６をＵ２とすることで並列回路の電流がバランスし、並列回路間の循環電流は発生しない。しかし、電流低減のために並列回路数を４に増やした場合、１つの相帯６に２つの並列回路Ｕ１、Ｕ２を配置する必要がある。その場合、Ｕ１とＵ２の電流のバランスが取れず、並列回路間に循環電流が発生する。
【００１０】
循環電流を抑制する方法として、コイル接続の組合せを変更する方法がある。例えば、特許文献１には、電機子巻線が２極４並列回路であっても、ジャンパ線の本数を低減し、回路間の循環電流を抑制するための結線方法が記載されており、これを図３に示す。なお、図３は、１つの相帯のみを示しており、もう１つの相帯も同一である。
【００１１】
図３に示す特許文献１では、電機子巻線が２極４並列回路であっても、ジャンパ線８の本数を低減し、回路間の循環電流を抑制するために、固定子スロット（図１参照）の内径側に上コイル２及び外径側に下コイル３が収容され、この上コイル２と下コイル３が接続されて電機子巻線を形成し、この電機子巻線は１相につき２ｎ個の相帯６を有し、該相帯６は２個の並列巻線から成り、相帯６を構成する全ての上コイル２及び下コイル３の円周方向平均位置を相帯中心とし、少なくとも１個の相帯６における第１及び第２の並列巻線の配置を相帯中心に近い順に見た時、上コイル２若しくは下コイル３が第１、第２、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１、第２、第１の並列巻線の順に配置され、それらと接続されるもう一方の下コイル３若しくは上コイル２が第１、第２、第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−９１２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、ジャンパ線８の本数は低減するものの、負荷運転時の循環電流があまり小さくならず損失の低減につながらない恐れがあった。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、負荷運転時の循環電流を小さくでき、電機子巻線の損失の低減が図れる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、ｎを１以上の整数としたとき、２ｎ極の回転子、７２ｎ個の固定子スロット、３相の電機子巻線を有し、前記固定子スロットの内径側に上コイル及び外径側に下コイルが収容され、前記上コイルと前記下コイルが接続されて前記電機子巻線を形成し、前記電機子巻線は１相につき２ｎ個の相帯を有し、該相帯は２個の並列巻線から成り、前記相帯を構成する全ての前記上コイル及び前記下コイルの円周方向平均位置を相帯中心とし、少なくとも１個の相帯における第１及び第２の並列巻線の配置を相帯中心に近い順に見た時、前記上コイル若しくは前記下コイルが第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置され、それらと接続されるもう一方の前記下コイル若しくは前記上コイルが第１、第２、第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、負荷運転時の循環電流を小さくでき、電機子巻線の損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】回転電機の固定子の断面図である。
【図２】図１の回転電機の固定子を周方向に展開し、２極２並列回路の構成においてＵ相のみの電機子巻線と口出し線を示した結線図である。
【図３】従来（特許文献１）の回転電機における相帯の結線方法を示した図である。
【図４】本発明の回転電機の実施例１における相帯１つの結線方法を示した図である。
【図５】本発明と従来（特許文献１）における定格負荷時のコイル電流と通電電流の比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機を説明する。なお、従来と同一のものは同符号を使用する。
【実施例１】
【００１９】
図４に、本発明の回転電機の実施例１における相帯１つの結線方法を示す。
【００２０】
該図に示す如く、本実施例では、ｎを１以上の整数としたとき、２ｎ極の回転子、７２ｎ個の固定子スロット５、３相の電機子巻線を有し、固定子スロット５の内径側に上コイル２及び外径側に下コイル３が収容され、上コイル２と下コイル３が接続されて電機子巻線を形成し、この電機子巻線は１相につき２ｎ個の相帯６を有し、該相帯６は２個の並列巻線から成り、相帯６を構成する全ての上コイル２及び下コイル３の円周方向平均位置を相帯中心６ａとし、少なくとも１個の相帯６における第１及び第２の並列巻線の配置を相帯中心６ａに近い順に見た時、上コイル２が第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置され、上コイル２と接続される下コイル３が第１、第２、第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置されている。
【００２１】
このような本実施例の構成とすることにより、負荷運転時の循環電流を従来技術より小さくでき、これにより、損失を低減した電機子巻線を備えた回転電機を得ることができる。
【００２２】
図５に、本発明と従来（特許文献１）における定格負荷時のコイル電流と通電電流の比を示す。
【００２３】
該図から明らかなように、本発明のコイル電流／通電電流の最大値は１００．２％、最小値は９９．９％であり、従来のコイル電流／通電電流の最大値の１０１．５％、最小値９８．７％の差より小さい。
【００２４】
このコイル電流／通電電流の最大値と最小値の差が小さい（アンバランスが小さい）方が循環電流が小さいことから、本発明の方が従来（特許文献１）より循環電流を小さくできるといえる。
【００２５】
なお、上述した実施例１の結線においては、上コイル２と下コイル３の組合せを反転させても成立する。例えば、下コイル３は相帯６の中心から第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第１、第２、第２、第１の並列巻線の順に配置され、上コイル２は第１、第２、第２、第１、第２、第１、第１、第２、第１、第２、第２、第１並列巻線の順に配置されても同等の効果が得られる。
【００２６】
また、実施例１の結線方法は、２極７２スロット、４並列回路の回転電機における構成であるが、ここで、ｎを１以上の整数としたとき、２ｎ極７２ｎ、スロット４ｎ並列回路の回転電機においても、毎相毎極のスロット数が１２となるので、実施例１が適用可能であることは言うまでもない。
【００２７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１…固定子鉄心、２…上コイル、３…下コイル、４…ティース、５…固定子スロット、６…相帯、６ａ…相帯中心、７…口出し線、８…ジャンパ線。
【図１】
2020036410.tif 000003
【図２】
2020036410.tif 000004
【図３】
2020036410.tif 000005
【図４】
2020036410.tif 000006
【図５】
2020036410.tif 000007