(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子スロット数が７２で、該スロット内に巻装する電機子巻線が３相，４極，３並列回路，２層重ね巻であり、コイルピッチと磁極ピッチとの比を５／６の短節巻とした該回転電機の電機子巻線パターンにおいて、前記３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成する８ターンのコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、各磁極を構成する６ターンのコイルが連続して隣接するスロットに配置され、該並列回路Ａと該並列回路Ｂを電気的に全く同じ配置とし、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の底コイル辺および上コイル辺を極中心対称に配置し、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から数えて２番目と６番目のコイル辺を該並列回路Ａ又はＢから構成すると共に、その他のコイル辺を該並列回路Ａ，Ｂ，Ｃから構成したことを特徴とする回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項２】
前記３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成する８ターンのコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、該Ｐ１極には該並列回路Ａから６ターンを配置させ、該Ｐ２極には該並列回路Ｂから６ターンを配置させ、該Ｐ３極には該並列回路Ｂと該並列回路Ｃからそれぞれ２ターンと４ターンを配置させ、該Ｐ３極に隣接する該Ｐ４極には該並列回路Ａと該並列回路Ｃからそれぞれ２ターンと４ターンを配置させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項３】
前記回転電機の口出し側の相帯の跨りを１〜１７、該回転電機の口出しと反対側の相帯の跨りを１〜１６としたことを特徴とする請求項２記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項４】
前記並列回路Ａは前記回転電機の口出し側で前記Ｐ１極の極中心側から数えて１番目のコイル辺を渡り線に接続し、前記並列回路Ｂは該回転電機の口出し側で前記Ｐ２極の極中心側から数えて１番目のコイル辺を渡り線に接続し、前記並列回路Ｃは該回転電機の口出し側で前記Ｐ３極の極中心側から数えて１番目のコイル辺を渡り線に接続し、該回転電機の口出し側で前記Ｐ４極の極中心側から数えて１番目のコイル辺を渡り線に接続したことを特徴とする請求項３記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項５】
前記並列回路Ａは前記回転電機の口出しと反対側で前記Ｐ４極の極中心側から数えて６番目のコイル辺を渡り線に接続し、該Ｐ４極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を相帯の跨りと異なったコイルピッチで接続し、前記並列回路Ｂは該回転電機の口出しと反対側で前記Ｐ３極の極中心側から数えて６番目のコイル辺を渡り線に接続し、該Ｐ３極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を相帯の跨りと異なったコイルピッチで接続し、前記並列回路Ｃは該回転電機の口出しと反対側で該Ｐ３極の極中心側から数えて１番目のコイル辺と５番目のコイル辺と該Ｐ４極の極中心側から数えて１番目のコイル辺と５番目のコイル辺とを渡り線に接続、若しくは相帯の跨りと異なったコイルピッチで接続したことを特徴とする請求項２記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項６】
回転電機の固定子スロット数が７２で、該スロット内に巻装する電機子巻線が３相，４極，３並列回路，２層重ね巻であり、コイルピッチと磁極ピッチとの比を５／６とした該回転電機の電機子巻線パターンにおいて、前記３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成する８ターンのコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、各磁極を構成する６ターンのコイルが連続して隣接するスロットに配置され、該並列回路Ａと該並列回路Ｂを電気的に全く同じ配置とし、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の底コイル辺および上コイル辺を極中心対称に配置し、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から数えて２番目と４番目のコイル辺を並列回路Ａ又はＢから構成すると共に、その他のコイル辺を並列回路Ａ，Ｂ，Ｃから構成したことを特徴とする回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項７】
前記３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成する８ターンのコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、該Ｐ１極には該並列回路Ａから６ターンを配置させ、該Ｐ２極には該並列回路Ｂから６ターンを配置させ、該Ｐ３極には該並列回路Ｂと該並列回路Ｃからそれぞれ２ターンと４ターンを配置させ、該Ｐ３極に隣接するＰ４極には該並列回路Ａと該並列回路Ｃからそれぞれ２ターンと４ターンを配置させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項８】
前記回転電機の口出し側の相帯の跨りを１〜１５、該回転電機の口出しと反対側の相帯の跨りを１〜１６としたことを特徴とする請求項７記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項９】
前記並列回路Ａは前記回転電機の口出し側で前記Ｐ１極の極中心側から数えて６番目のコイル辺を渡り線に接続し、前記並列回路Ｂは該回転電機の口出し側で前記Ｐ２極の極中心側から数えて６番目のコイル辺を渡り線に接続し、前記並列回路Ｃは該回転電機の口出し側で前記Ｐ３極の極中心側から数えて６番目のコイル辺を渡り線に接続し、該回転電機の口出し側で前記Ｐ４極の極中心側から数えて６番目のコイル辺を渡り線に接続したことを特徴とする請求項８記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【請求項１０】
前記並列回路Ａは前記回転電機の口出しと反対側で前記Ｐ４極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を渡り線に接続し、該Ｐ４極の極中心側から数えて４番目のコイル辺を相帯の跨りと異なるコイルピッチで接続し、前記並列回路Ｂは該回転電機の口出しと反対側で前記Ｐ３極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を渡り線に接続し、該Ｐ３極の極中心側から数えて４番目のコイル辺を相帯の跨りと異なるコイルピッチで接続し、前記並列回路Ｃは該回転電機の口出しと反対側で該Ｐ３極の極中心側から数えて３番目のコイル辺と５番目のコイル辺と該Ｐ４極の極中心側から数えて３番目のコイル辺と５番目のコイル辺を相帯の跨りと異なるコイルピッチで接続したことを特徴とする請求項８記載の回転電機の電機子巻線パターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機の電機子巻線パターンに関するものであり、特に、３相，４極，３並列回路，２層重ね巻である回転電機の電機子巻線パターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機は固定子と回転子からなり、例えば同期機の場合、周波数５０Ｈｚで４極構造であれば、１５００ｒｐｍ  で回転する。固定子鉄心は多層の薄板で構成され、固定子の内周側には電機子巻線を巻装するために複数のスロットが設けられている。発電機では誘起電圧の波形が完全な正弦波状であることが望ましい。このためには、ギャップの磁束密度分布が正弦波形になるようにしなければならない。電機子巻線を集中巻とすると、磁束密度分布は方形波となり、正弦波分布とは著しく異なる。従って、電機子巻線は分布巻とする。
【０００３】
あるコイルのコイル辺が電気的に１８０度を隔てていればその巻線は全節巻と呼ばれ、電気的に１８０度以下であれば、短節巻と呼ばれる。磁束密度分布をさらにいっそう正弦波形に近づけるため、電機子巻線を短節巻とする。この理由は、コイルピッチと磁極ピッチとの比をβとすると、３相機の場合は普通β＝５／６として、高調波の中で優勢である第５および第７高調波を小さくするためである。
【０００４】
また、タービン発電機の場合、火力では２極機が大部分であるが、原子力では原動機の都合により４極機が多い。一般に、タービン発電機の電機子巻線はＹ結線であり、並列回路数は、極数の約数とする。例えば、４極機の場合、並列回路数を４または２，１とする。これは並列回路数を極数の約数とすると、各並列回路を電気的に全く同じ配置にすることができるため、各回路間の電圧を平衡させることが可能となるからである。
【０００５】
発電機の容量を大きくする場合、力率はほぼ同一であるから、発電機の電圧と電流の積を増加する必要がある。小容量機では高い電圧を得るために各相のコイルが直列に接続されるが、大容量機では絶縁等の問題から２もしくは４並列回路とするのが一般的である。
【０００６】
しかし、容量によっては並列回路数を極数の約数にできない場合がある。この時、各並列回路の誘起電圧は不平衡となり、並列回路間で循環電流が流れる。そこで、このような問題点を解決するため、特公昭５４−６６８３号公報に記載されているように、各コイルのピッチを変化させて、並列回路間の電圧の大きさおよび位相の不平衡を減少させるための巻線方式が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
原子力用のタービン発電機では、３相，４極，４並列回路，２層重ね巻が一般的であるが、渡り線の口出しがタービン側とスリップリング側の両側にあり、ブッシングが片側にそれぞれ６本の計１２本，ターミナルボックスも両側に配置される。一方、並列回路数を３とすると、渡り線の口出しが片側となる。それに伴い、ブッシングも片側に６本，ターミナルボックスも片側に配置すればよいというメリットがある。
【０００８】
しかし、並列回路数を３とすると、４並列回路のときと比較していくつかの問題点が生じる。その生じる問題点を固定子スロット数が７２の場合について説明する。毎極毎相のスロット数ＮＳＰＰ＝（固定子スロット数）／（相数×極数）だから、この場合ＮＳＰＰ＝６である。従って、上コイル６本，底コイル６本で１極を構成する。
【０００９】
また、１並列回路あたりのコイル数ＮＳＰＣ＝（固定子スロット数）／（相数×並列回路数）であるから、４並列回路の場合ＮＳＰＣ＝６となり、３並列回路の場合ＮＳＰＣ＝８となる。
【００１０】
このため、４並列回路のときは１つの並列回路で１極を構成すればよいのに対して、３並列回路の場合は１つの並列回路が複数の極に跨り、極間を接続する渡り線が必要となる。渡り線の総数は最小で２４本（４並列回路では１２本）となるが、これらの渡り線が軸方向に重なった分だけ、固定子の軸方向長が長くなる。
【００１１】
また、各相のコイルを３つの並列回路に区分する場合には、磁極に対して３並列回路が異なる電気的位置を占めることから、各並列回路の誘起電圧は位相および大きさが異なる。従って、並列回路間で循環する電流が生じ、局部的な加熱および余分な損失が発生する。
【００１２】
本発明の第１の目的は、３相，４極，３並列回路，２層重ね巻である回転電機の電機子巻線において、極間を接続する渡り線を軸方向にできるだけ重ならないようにして、回転電機の軸長短縮化を図る回転電機の電機子巻線パターンを提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の目的は、３並列回路に誘起する電圧の不平衡率を最小にして、３並列回路間の循環電流を小さくし、局部的な加熱および余分な損失の発生を抑制することにより発電効率を向上する回転電機の電機子巻線パターンを提供することにある。
【００１４】
本発明の第３の目的は、渡り線を少なくすると共に、電圧の不平衡を最小にする回転電機の電機子巻線パターンを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の目的を達成するためには、３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成するコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する際に、Ｐ１極を並列回路Ａのコイルのみで構成し、Ｐ２極を並列回路Ｂのコイルのみで構成し、Ｐ３極を並列回路Ａと並列回路Ｃのコイルのみで構成し、Ｐ３極に隣接するＰ４極を並列回路Ｂと並列回路Ｃのコイルのみで構成することによって達成される。
【００１６】
第２の目的を達成するためには、固定子スロット数が７２の場合には、３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成する８ターンのコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、並列回路Ａと並列回路Ｂを電気的に全く同じ配置とし、４極  Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の底コイル辺および上コイル辺を極中心対称に配置し、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から数えて２番目と４番目、若しくは２番目と６番目のコイル辺を並列回路Ａ，Ｂから構成すると共に、その他のコイル辺を並列回路Ａ，Ｂ，Ｃから構成することによって達成される。
【００１７】
第３の目的を達成するためには、固定子スロット数が７２の場合には、３並列回路Ａ，Ｂ，Ｃを構成する８ターンのコイルで、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の底コイル辺および上コイル辺を極中心対称に配置し、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から数えて２番目と４番目、若しくは２番目と６番目のコイル辺を並列回路Ａ，Ｂから構成すると共に、その他のコイル辺を並列回路Ａ，Ｂ，Ｃから構成し、Ｐ１極とＰ２極には並列回路Ａ若しくは並列回路Ｂから６ターンを配置させ、Ｐ３極とＰ３極に隣接するＰ４極には並列回路Ｃと並列回路Ｂ若しくは並列回路Ｃと並列回路Ａからそれぞれ４ターンと２ターンを配置させるようにすることによって達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１乃至図１６を用いて詳細に説明する。
【００１９】
［請求項１，請求項２］の実施例
図１に本発明の一実施例を示す３並列回路で４極を構成する際のターン数の分配について、図２に本発明を使用しない場合の３並列回路で４極を構成する際のターン数の分配について示す。回転電機の電機子巻線が３相，４極，３並列回路，２層重ね巻のとき、固定子スロット数は４（極数）と９（相数×並列回路数）の公倍数であり、３６，７２，１０８，…、となる。ここでは、固定子スロット数が７２の場合について説明する。この場合の毎極毎相のスロット数ＮＳＰＰは次式のようになる。
【００２０】
ＮＳＰＰ＝固定子スロット数／相数×極数＝７２／３×４＝６      …（１）
また、１並列回路あたりのスロット数ＮＳＰＣは次式のようになる。
【００２１】
ＮＳＰＣ＝固定子スロット数／相数×並列回路数＝７２／３×３＝８…（２）
図において、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は例えばＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極のように極性が異なっている。
【００２２】
図３に本発明に関わる回転電機の電機子巻線断面を２層巻について示す。電機子巻線７３，７４は電機子鉄心７５に設けられたスロット７６内に納められ、楔７７で固定されている。図示したように、電機子巻線７３，７４は２層になっており、固定子外径側のコイル７３を底コイル辺（以下、底コイル），固定子内径側のコイル７４を上コイル辺（以下、上コイル）という。（２）式より、固定子スロット数が７２のとき、ＮＳＰＣ＝８であるから、３つの並列回路８４，８５，８６は１並列回路あたり上コイル８本，底コイル８本を直列に接続して形成される。
【００２３】
また、（１）式より毎極毎相のスロット数ＮＳＰＰ＝６であるから、１つの極は上コイル６本、底コイル６本で形成される。従って、１つの並列回路は２つ以上の極に跨ることになる。並列回路は上コイル７４を８本，底コイル７３を８本直列に接続するのだから、並列回路が多くの極に跨るとその分渡り線が多くなる。図２では、並列回路８４がＰ１極，Ｐ２極，Ｐ３極，Ｐ４極に跨り、並列回路８５がＰ２極，Ｐ３極，Ｐ４極に跨り、並列回路８６がＰ１極，Ｐ３極，Ｐ４極に跨っている。
【００２４】
また、並列回路８４の極間を接続する渡り線８９が４本，並列回路８５の渡り線９０が３本，並列回路８６の渡り線９１が３本で計１０本，軸方向には最大４本が重なっている（口出し側の渡り線は図示せず）。従って、渡り線の本数および渡り線が軸方向に重なる本数を減らすために、図１のように３並列回路で４極を構成する。１つの並列回路が２つの極に跨る場合が、渡り線の数が最少となるから、並列回路８４をＰ３極とＰ４極に４ターンずつにして渡り線８９で直列に接続し、並列回路８５はＰ２極に６ターン，Ｐ３極に２ターンして渡り線９０で直列に接続し、並列回路８６はＰ１極に６ターン，Ｐ４極に２ターンして渡り線９１で直列に接続する。
【００２５】
このため、並列回路８４の渡り線８９はＰ３極とＰ４極を接続する２本で、並列回路８５の渡り線９０はＰ２極とＰ３極を接続する２本で、並列回路８６の渡り線９１はＰ１極とＰ４極を接続する２本となり、ここで渡り線９１と渡り線  ８９とが重ならないようにそれぞれの渡り線の口出しを選択し、渡り線９０と渡り線８９とが重ならないようにそれぞれの渡り線の口出しを選択する。従って、１相あたりの渡り線８９，９０，９１は軸方向に２本，３相で６本となり軸方向長の短縮化を図ることができる（口出し側の渡り線は図示せず）。
【００２６】
［請求項３］の実施例
図４に本発明の一実施例を示す３並列回路において電圧不平衡率がミニマムになる電機子巻線の配置図について示す。図５に、図４の電機子巻線の配置を極毎に示す。図４，図５では固定子スロット数ＮＳ＝７２を想定しており、１相分のスロット数は２４、即ち上コイル２４本，底コイル２４本で１相を構成する。また、１〜７２はスロット番号を示している。
【００２７】
先に説明したように、高調波の中で優勢である第５および第７高調波を小さくするため、一般にコイルピッチと磁極ピッチとの比β＝５／６の短節巻とするから、ここではスロット６１〜６６に納められた上コイル９２とスロット４〜９に納められた底コイル９９でＰ１極を形成し、スロット７〜１２に納められた上コイル９５とスロット２２〜２７に納められた底コイル９８でＰ２極を形成し、スロット２５〜３０に納められた上コイル９４とスロット４０〜４５に納められた底コイル９７でＰ３極を形成し、スロット４３〜４８に納められた上コイル９３とスロット５８〜６３に納められた底コイル９６でＰ４極を形成しているとする。
【００２８】
ここで、Ｐ１極を構成している上コイル９２および底コイル９９において、スロット６６とスロット４を極中心側から数えて１番目，スロット６５とスロット５を極中心側から数えて２番目，スロット６４とスロット６を極中心側から数えて３番目，スロット６３とスロット７を極中心側から数えて４番目，スロット  ６２とスロット８を極中心側から数えて５番目，スロット６１とスロット９を極中心側から数えて６番目とする。また、Ｐ２極，Ｐ３極，Ｐ４極についても同様とする。
【００２９】
図５では、並列回路８４を構成する電機子巻線はスロット８の上コイル，スロット８の底コイル，スロット２６の底コイル，スロット２７の上コイル，スロット２８の上コイル，スロット３０の上コイル，スロット４０の底コイル，スロット４２の底コイル，スロット４３の底コイル，スロット４５の上コイル，スロット４６の上コイル，スロット４８の上コイル，スロット５８の底コイル，スロット６０の底コイル，スロット６１の底コイル，スロット６２の上コイルである。並列回路８５を構成する電機子巻線はスロット７の上コイル，スロット９の上コイル，スロット１０の上コイル，スロット１１の上コイル，スロット１２の上コイル，スロット２２の底コイル，スロット２３の底コイル，スロット２４の底コイル，スロット２５の上コイル，スロット２５の底コイル，スロット２７の底コイル，スロット２９の上コイル，スロット４１の底コイル，スロット４４の上コイル，スロット４５の底コイル，スロット６２の底コイルである。
【００３０】
並列回路８６の電機子巻線はスロット４の底コイル，スロット５の底コイル，スロット６の底コイル，スロット７の底コイル，スロット９の底コイル，スロット２６の上コイル，スロット４３の上コイル，スロット４４の底コイル，スロット４７の上コイル，スロット５９の底コイル，スロット６１の上コイル，スロット６３の上コイル，スロット６３の底コイル，スロット６４の上コイル，スロット６５の上コイル，スロット６６の上コイルよりなる。
【００３１】
図６に単位円で表した本発明に関わる誘起電圧のベクトル図を示す。ベクトルの実軸成分ａが実数，虚軸成分ｂが虚数となり、ベクトルとしてはａ＋ｊｂで表され、ベクトル和は実数ａおよび虚数ｂどうしの和となる。並列回路８４，並列回路８５および並列回路８６が図４，図５のように構成されているときの各並列回路の誘起電圧を計算する。固定子スロット数ＮＳ＝７２，４極であるから、スロット間隔は機械的には３６０°／７２＝５°，電気角では３６０°／（７２／２）＝１０°となる。従って、スロット１の電機子巻線に誘起する電圧を大きさがｌ（ｐ．ｕ．）で角度０°（以下、ｌ（ｐ．ｕ．）∠０°のように表記する）とすると、スロット２の電機子巻線に誘起する電圧は１（ｐ．ｕ．）∠１０°，スロット３の電機子巻線に誘起する電圧は１（ｐ．ｕ．）∠２０°，…、スロットｎの電機子巻線に誘起する電圧は１（ｐ．ｕ．）∠〔（ｎ−１）×１０〕°，…、スロット７２の電機子巻線に誘起する電圧は１（ｐ．ｕ．）∠７１０°である。
【００３２】
また、Ｐ１極とＰ３極，Ｐ２極とＰ４極は極性が同じで、Ｐ１極とＰ２極は極性が異なるようにしなければならないから、底コイル９９と上コイル９５と底コイル９７および上コイル９３に流れる電流の向きが口出し側から口出しの反対側に流れているとしたとき、上コイル９２と底コイル９８と上コイル９４および底コイル９６に流れる電流は口出しの反対側から口出し側に流れる。
【００３３】
即ち、スロット６１の電機子巻線に誘起する電圧は
−１（ｐ．ｕ．）∠６００°＝ｌ（ｐ．ｕ．）∠４２０°＝−１（ｐ．ｕ．）∠２４０°＝  １（ｐ．ｕ．）∠６０°で、スロット４３，スロット２５およびスロット７の電機子巻線に誘起する電圧と同じである。ここで、スロット６１に誘起する電圧をベクトル表示すると図６のようになる。
【００３４】
従って、並列回路８４の誘起電圧は並列回路８４を構成するコイル辺に誘起する電圧の和であるから、
【００３５】
【外１】
0003550847.tif 000002
【００３６】
となる。
【００３７】
同様に、並列回路８５に誘起する電圧は１４．７８４（ｐ．ｕ．）∠７０゜，並列回路８６に誘起する電圧は１４．７８４（ｐ．ｕ．）∠７０゜であり、並列回路８５と並列回路８６に誘起する電圧は全く同一となる。並列回路８４と並列回路８５（または並列回路８６）に誘起する電圧は位相差が零で、大きさが約０．０２２  異なる。従って、３並列回路間の電圧不平衡率は０．０２２／１４．７８４（または    １４．７６２）×１００％＝約０．１５％であり、３並列回路間に循環する電流は無視できるほど小さくなり、循環電流による損失および温度上昇も無視できるほど小さくすることができる。
【００３８】
ここで、例えば、スロット４の電機子巻線に誘起する電圧はｌ（ｐ．ｕ．）∠３０゜であり、スロット４０の電機子巻線に誘起する電圧はｌ（ｐ．ｕ．）∠３９０゜＝    ｌ（ｐ．ｕ．）∠３０゜であり、２つの誘起電圧は同一である。また、スロット２２の電機子巻線に誘起する電圧は−ｌ（ｐ．ｕ．）∠２１０゜＝ｌ（ｐ．ｕ．）∠３０゜であり、誘起する電圧は同一となる。従って、［スロット４，スロット２２，スロット  ４０，スロット５８］に収められた電機子巻線に誘起する電圧は同一であり、同様に［スロット５，スロット２３，スロット４１，スロット５９］の電機子巻線の誘起電圧は同じで、…、［スロット６６，スロット１２，スロット３０，スロット４８］の電機子巻線の誘起電圧は同じになる。
【００３９】
つまり、３並列回路８４，８５，８６を構成する８ターンのコイルで、４極  Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を形成する構成が、４極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の底コイルおよび上コイルを極中心対称に配置し、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から数えて２番目と６番目の底コイルおよび上コイルを並列回路８５と８６から構成すると共に、その他の底コイルおよび上コイルを並列回路８４と８５と  ８６から構成すれば、並列回路８５と並列回路８６の誘起電圧は同一値で、並列回路８４と並列回路８５（または並列回路８６）に誘起する電圧は位相差が零で、大きさが０．０２２異なる。即ち、３並列回路間の電圧不平衡率は約０．１５％であり、３並列回路間に循環する電流は無視できるほど小さくなり、循環電流による損失および温度上昇も無視できるほど小さくすることができる。
【００４０】
［請求項４］の実施例
図７に本発明の他の実施例を示す３相，４極，２層重ね巻，３並列回路の電機子巻線配置図の一例を示す。図８に、図７の電機子巻線の配置を極毎に示す。図示した配置図は固定子スロット数７２を想定している。
【００４１】
図４のように並列回路８４〜８６を構成すれば電圧不平衡率は最小となるが、並列回路８４は４極に跨り、並列回路８５と並列回路８６は３極に跨るため、渡り線の数が多くなる。従って、図１で述べたように各並列回路を４極に分配する必要があり、その時の一例が図７である。
【００４２】
並列回路８４はＰ３極とＰ４極に跨り、Ｐ３極のスロット２６，スロット２７，スロット２８，スロット３０，スロット４０，スロット４２，スロット４３，スロット４４とＰ４極のスロット４４，スロット４５，スロット４６，スロット４８，スロット５８，スロット６０，スロット６１，スロット６２で構成する。一方、並列回路８５はＰ２極とＰ３極に跨り、Ｐ２極のスロット７，スロット８，スロット９，スロット１０，スロット１１，スロット１２，スロット２２，スロット２３，スロット２４，スロット２５，スロット２６，スロット２７と  Ｐ３極のスロット２５，スロット２９，スロット４１，スロット４５で構成する。
【００４３】
並列回路８６はＰ１極とＰ４極に跨り、Ｐ１極のスロット６１，スロット６２，スロット６３，スロット６４，スロット６５，スロット６６，スロット４，スロット５，スロット６，スロット７，スロット８，スロット９とＰ４極のスロット４３，スロット４７，スロット５９，スロット６３で構成する。
【００４４】
図４と図７を比較すると、図４で並列回路８４を構成していたスロット８の上コイルと並列回路８５を構成していたスロット４４の上コイル，並列回路８４を構成していたスロット６２の上コイルと並列回路８６を構成していたスロット  ２６の上コイル、並列回路８４を構成していたスロット８の底コイルと並列回路８６を構成していたスロット４４の底コイル，並列回路８４を構成していたスロット２６の底コイルと並列回路８５を構成していたスロット６２の底コイルが、図７では入れ替わっている。
【００４５】
即ち、並列回路８４はＰ３極とＰ４極に４ターンずつして、並列回路８５は  Ｐ２極とＰ３極にそれぞれ６ターンと２ターンずつして、並列回路８６はＰ１極とＰ４極にそれぞれ６ターンと２ターンずつすると共に、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から２番目と６番目の底コイルおよび上コイルを並列回路８５と８６で構成し、その他の底コイルおよび上コイルを並列回路８４，８５，８６で構成する。従って、並列回路８５と並列回路８６の誘起電圧は同一値で、並列回路８４と並列回路８５（または並列回路８６）に誘起する電圧は位相差が零で、大きさが０．０２２  異なる。即ち、渡り線の数を少なくすると共に、３並列回路間に循環する電流を無視できるほど小さくすることができる。
【００４６】
［請求項５，請求項６，請求項７］の実施例
図９，図１０に本発明の他の実施例を示す３相，４極，２層重ね巻，３並列回路の電機子巻線パターンを１相分について示す。この図は図７の配置図を基に描いた巻線展開図であり、口出し側の相帯の跨りを１〜１７，口出しと反対側の相帯の跨りを１〜１６にしている。
【００４７】
口出し側では、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から１番目の底コイルと上コイルを渡り線８７および８８に接続する。従って、口出し側では、相帯の跨りに一致しないコイルピッチがスロット４８の上コイルとスロット５８の底コイルの接続だけとなり、各コイル辺の接続が容易となる。
【００４８】
口出しと反対側では、並列回路８４はＰ３極の極中心側から数えて１番目と５番目，Ｐ４極の極中心側から数えて１番目と５番目の底コイルおよび上コイルとを渡り線８９、若しくは相帯の跨りと異なったコイルピッチで接続する。即ちスロット４０の底コイルとスロット２６の上コイルを接続し、スロット４８の上コイルとスロット６２の底コイルを接続し、スロット４４の底コイルとスロット  ５８の底コイルを渡り線８９Ａで接続し、スロット４４の上コイルとスロット  ３０の上コイルを渡り線８９Ｂで接続する。
【００４９】
並列回路８５はＰ３極の極中心側から数えて６番目の底コイルおよび上コイルを渡り線９０に接続し、Ｐ３極の極中心側から数えて２番目の底コイルおよび上コイルを相帯の跨りと異なったコイルピッチで接続する。即ちスロット４１の底コイルとスロット２９の上コイルを接続し、スロット７からスロット１２の上コイルのうちどれか１本（図ではスロット１０の上コイル）とスロット２５の上コイルを渡り線９０Ａで接続し、スロット４５の底コイルとスロット２２から２７の底コイルのうちどれか１本（図ではスロット２５の底コイル）を渡り線９０Ｂで接続する。
【００５０】
並列回路８６はＰ４極の極中心側から数えて６番目の底コイルおよび上コイルを渡り線９１に接続し、Ｐ４極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を相帯の跨りと異なったコイルピッチで接続する。即ちスロット４７の上コイルとスロット５９の底コイルを接続し、スロット４からスロット９の底コイルのうちどれか１本（図ではスロット６の底コイル）とスロット６３の底コイルを渡り線９１Ａで接続し、スロット４３の上コイルとスロット６１から６６の上コイルのうちどれか１本（図ではスロット６３の上コイル）を渡り線９１Ｂで接続する。
【００５１】
このように接続すると、口出しと反対側では１相あたり６本の渡り線８９Ａ，８９Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ，９１Ａ，９１Ｂは軸方向に見ると２本であり、相帯の跨りと異なるコイルピッチが４ヶ所で、３相で渡り線が軸方向に６本，相帯の跨りと異なるコイルの跨りが１２ヶ所となる。従って、軸方向に対して渡り線の重なりが最少となるため、回転電機の軸長の短縮化を図ることができると共に、３並列回路の誘起電圧の不平衡率が最小であるため、循環電流が小さくなり、余分な損失および局部的な加熱を抑えることができる。
【００５２】
［請求項８］の実施例
図１１に本発明の他の実施例を示す３並列回路において電圧不平衡率がミニマムになる電機子巻線の配置図について示す。図１２に、図１１の電機子巻線の配置を極毎に示す。図１１，図１２では固定子スロット数ＮＳ＝７２を想定しており、１相分のスロット数は２４、即ち上コイル２４本，底コイル２４本で１相を構成する。
【００５３】
先に説明したように、一般にコイルピッチと磁極ピッチとの比β＝５／６の短節巻とするから、ここではスロット６１〜６６に納められた上コイル９２とスロット４〜９に納められた底コイル９９でＰ１極を形成し、スロット７〜１２に納められた上コイル９５とスロット２２〜２７に納められた底コイル９８でＰ２極を形成し、スロット２５〜３０に納められた上コイル９４とスロット４０〜４５に納められた底コイル９７でＰ３極を形成し、スロット４３〜４８に納められた上コイル９３とスロット５８〜６３に納められた底コイル９６でＰ４極を形成しているとする。
【００５４】
図１１では、並列回路８４を構成する電機子巻線はスロット６２の上コイル，スロット８の底コイル，スロット８の上コイル，スロット２６の底コイル，スロット２５の上コイル，スロット２８の上コイル，スロット３０の上コイル，スロット４０の底コイル，スロット４２の底コイル，スロット４５の底コイル，スロット４３の上コイル，スロット４６の上コイル，スロット４８の上コイル，スロット５８の底コイル，スロット６０の底コイル，スロット６３の底コイルである。
【００５５】
並列回路８５を構成する電機子巻線はスロット７の上コイル，スロット９の上コイル，スロット１０の上コイル，スロット１１の上コイル，スロット１２の上コイル，スロット２２の底コイル，スロット２３の底コイル，スロット２４の底コイル，スロット２５の底コイル，スロット２７の底コイル，スロット２７の上コイル，スロット２９の上コイル，スロット４１の底コイル，スロット４３の底コイル，スロット４４の上コイル，スロット６２の底コイルである。
【００５６】
並列回路８６の電機子巻線はスロット６１の上コイル，スロット６３の上コイル，スロット６４の上コイル，スロット６５の上コイル，スロット６６の上コイル，スロット４の底コイル，スロット５の底コイル，スロット６の底コイル，スロット７の底コイル，スロット９の底コイル，スロット２６の上コイル，スロット４４の底コイル，スロット４５の上コイル，スロット４７の上コイル，スロット５９の底コイル，スロット６１の底コイルよりなる。
【００５７】
ここで、並列回路８４，並列回路８５および並列回路８６が上記のように構成されているときの各並列回路の誘起電圧を計算する。前記のように、固定子スロット数Ｎｓ＝７２，４極，スロット１に誘起する電圧をｌ（ｐ．ｕ．）∠０゜とすると、並列回路８４に誘起する電圧は１４．７６２（ｐ．ｕ．）∠７０゜，並列回路８５に誘起する電圧は１４．７８４（ｐ．ｕ．）∠７０゜，並列回路８６に誘起する電圧は  １４．７８４（ｐ．ｕ．）∠７０゜であり、図５の場合と全く同じになる。
【００５８】
従って、並列回路８４と並列回路８５（または並列回路８６）に誘起する電圧は位相差が零で、大きさが約０．０２２  異なる。すなわち、３並列回路間の電圧不平衡率は約０．１５  ％であり、３並列回路間に循環する電流は無視できるほど小さくなり、循環電流による損失および温度上昇も無視できるほど小さくすることができる。
【００５９】
ここで、電気的に１８０°異なった位置に配置された電機子巻線の誘起電圧は同じであるから、各極の中心側から数えて同じ順番のスロットならば、入れ替えても並列回路８５と並列回路８６の誘起電圧は同一値で、並列回路８４と並列回路８５（または並列回路８６）に誘起する電圧は位相差が零で、大きさが約０．１５％異なるのは言うまでもない。
【００６０】
即ち、並列回路８５と並列回路８６を電気的に全く同じ配置とし、Ｐ１極〜  Ｐ４極の底コイルおよび上コイルを極中心対称に配置し、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から数えて２番目と４番目の底コイルおよび上コイルを並列回路８５と並列回路８６から構成すると共に、その他の底コイルおよび上コイルを並列回路８４，並列回路８５および並列回路８６から構成すれば、３並列回路間の電圧不平衡率は約０．１５  ％であり、３並列回路間に循環する電流は無視できるほど小さくなり、循環電流による損失および温度上昇も無視できるほど小さくすることができる。
【００６１】
［請求項９］の実施例
図１３に本発明の他の実施例を示す３相，４極，２層重ね巻，３並列回路の電機子巻線配置図の一例を示す。図１４に、図１３の電機子巻線の配置を極毎に示す。図示した配置図は固定子スロット数７２を想定している。
【００６２】
図１１のように並列回路８４〜８６を構成すれば電圧不平衡率は最小となるが、並列回路８４は４極に跨り、並列回路８５と並列回路８６は３極に跨るため、渡り線の数が多くなる。従って、図１で述べたように各並列回路を４極に分配する必要があり、その時の一例が図１３である。
【００６３】
並列回路８４はＰ３極とＰ４極に跨り、Ｐ３極のスロット２５，スロット２６，スロット２８，スロット３０，スロット４０，スロット４２，スロット４４，スロット４５とＰ４極のスロット４３，スロット４４，スロット４６，スロット４８，スロット５８，スロット６０，スロット６２，スロット６３で構成する。一方、並列回路８５はＰ２極とＰ３極に跨り、Ｐ２極のスロット７，スロット８，スロット９，スロット１０，スロット１１，スロット１２，スロット２２，スロット２３，スロット２４，スロット２５，スロット２６，スロット２７と  Ｐ３極のスロット２７，スロット２９，スロット４１，スロット４３で構成する。
【００６４】
並列回路８６はＰ１極とＰ４極に跨り、Ｐ１極のスロット６１，スロット６２，スロット６３，スロット６４，スロット６５，スロット６６，スロット４，スロット５，スロット６，スロット７，スロット８，スロット９とＰ４極のスロット４５，スロット４７，スロット５９，スロット６１で構成する。
【００６５】
このように、３並列回路を構成すれば並列回路８５と並列回路８６の誘起電圧は同一値であり、並列回路８４と並列回路８５（または並列回路８６）に誘起する電圧は位相差が零で、大きさが０．０２２  異なる。即ち、渡り線の数を少なくすると共に、３並列回路間に循環する電流を無視できるほど小さくすることができる。
【００６６】
［請求項１０，請求項１１，請求項１２］の実施例
図１５，図１６に本発明の他の実施例を示す３相，４極，２層重ね巻，３並列回路の電機子巻線パターンを１相分について示す。この図は図１３の配置図を基に描いた巻線展開図であり、口出し側の相帯の跨りを１〜１５，口出しと反対側の跨りを１〜１６にしている。
【００６７】
口出し側では、極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の極中心側から６番目のコイル辺を渡り線８７および８８に接続する。したがって、口出し側では相帯の跨りに一致しないコイルピッチがスロット６３の底コイルとスロット４３の上コイルの接続だけとなり、各コイル辺の接続が容易となる。
【００６８】
口出しと反対側では、並列回路８４はＰ３極の極中心側から数えて３番目と５番目，Ｐ４極の極中心側から数えて３番目と５番目のコイル辺を相帯の跨りと異なるコイルピッチで接続する。即ちスロット４４の上コイルとスロット６０の底コイルを接続し、スロット４６の上コイルとスロット６２の底コイルを接続し、スロット４４の底コイルとスロット２８の上コイルを接続し、スロット４２の底コイルとスロット２６の上コイルを接続し、スロット４５の底コイルとスロット５８の底コイルを渡り線８９Ａで接続し、スロット４３の上コイルとスロット  ３０の上コイルを渡り線８９Ｂで接続する。
【００６９】
並列回路８５はＰ３極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を渡り線９０Ａに接続し、Ｐ３極の極中心側から数えて４番目のコイル辺を相帯の跨りと異なるコイルピッチで接続する。即ちスロット４３の底コイルとスロット２７の上コイルを接続し、スロット７から１２の上コイルのうちどれか１本（図ではスロット１０の上コイル）とスロット２９の上コイルを渡り線９０Ａで接続し、スロット４１の底コイルとスロット２２から２７の底コイルのうちどれか１本（図ではスロット２５の底コイル）を渡り線９０Ｂで接続する。
【００７０】
並列回路８６はＰ４極の極中心側から数えて２番目のコイル辺を渡り線９１Ａに接続し、Ｐ４極の極中心側から数えて４番目のコイル辺を相帯の跨りと異なるコイルピッチで接続する。即ちスロット４５の上コイルとスロット６１の底コイルを接続し、スロット４から９の底コイルのうちどれか１本（図ではスロット６の底コイル）とスロット５９の底コイルを渡り線９１Ａで接続し、スロット４７の上コイルとスロット６１から６６の上コイルのうちどれか１本（図ではスロット６３の上コイル）を渡り線９１Ｂで接続する。
【００７１】
このように接続すると、口出しと反対側では１相あたり６本の渡り線８９Ａ，８９Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ，９１Ａ，９１Ｂは軸方向に見ると２本であり、相帯の跨りと異なるコイルピッチは６ヶ所で、３相で渡り線が軸方向に６本，相帯の跨りと異なるコイルの跨りは１８ヶ所となる。従って、軸方向に対して渡り線の重なりが最少となるため、回転電機の軸長の短縮化を図ることができると共に、３並列回路の誘起電圧の不平衡率が最小であるため、循環電流が小さくなり、余分な損失および局部的な加熱を抑えることができる。
【００７２】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、３相，４極，３並列回路，２層重ね巻の回転電機において、渡り線の軸方向に対する重なりが少なくなる。また電機子巻線の各並列回路間の電圧不平衡率が最小となり、循環電流を小さくすることができる。従って、渡り線の重なりによる軸方向長の増加を最小にできるため、回転電機の軸方向長を短縮化できる。また、循環電流による電機子巻線の温度上昇を抑えることができると共に、余分な損失が減少するため発電効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３並列回路で４極を構成する本発明の回転電機の電機子巻線パターンを示す分配図である。
【図２】３並列回路で４極を構成する本発明を使用しない回転電機の電機子巻線パターンを示す分配図である。
【図３】電機子巻線の断面図である。
【図４】本発明の実施例である電圧不平衡ミニマム結線時の断面図である。
【図５】図４の本発明に関わる３相，４極，３並列回路の断面図である。
【図６】誘起電圧のベクトル図である。
【図７】本発明の他の実施例である電機子巻線の電圧不平衡ミニマム結線時の断面図である。
【図８】図７の本発明に関わる３相，４極，３並列回路断面図である。
【図９】図７，図８の実施例である電圧不平衡ミニマム結線時の電機子巻線１相分の展開図である。
【図１０】図９の詳細断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である電圧不平衡ミニマム結線時の断面図である。
【図１２】図１１の本発明に関わる３相，４極，３並列回路の断面図である。
【図１３】本発明の他の実施例である電圧不平衡ミニマム結線時断面図である。
【図１４】図１３の本発明に関わる３相，４極，３並列回路の断面図である。
【図１５】図１３，図１４の実施例である電圧不平衡ミニマム結線時の電機子巻線１相分の展開図である。
【図１６】図１５の詳細断面図である。
【符号の説明】
Ｐ１〜Ｐ４…極の番号、１〜７２…スロット番号、７３…電機子巻線の底コイル、７４…電機子巻線の上コイル、７５…電機子鉄心、７６…スロット、７７…楔、８４〜８６…並列回路の番号、８７〜９１…渡り線、９２…Ｐ１極を構成する上コイル、９３…Ｐ４極を構成する上コイル、９４…Ｐ３極を構成する上コイル、９５…Ｐ２極を構成する上コイル、９６…Ｐ４極を構成する底コイル、９７…Ｐ３極を構成する底コイル、９８…Ｐ２極を構成する底コイル、９９…Ｐ１極を構成する底コイル。
【図１】
0003550847.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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