(57)【要約】【課題】電機子巻線の転位角度や転位ピッチを従来技術から変更すること無く、固定子の端部の漏れ磁束による導体素線間の循環電流を低減できる回転電機を得る。【解決手段】巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、素線導体は、巻線スロット内に格納された部分で、巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、固定子鉄心の両側面より外側に突き出る電機子巻線の両側部では素線導体を短絡させており、素線導体のスロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度の範囲（ｎは０以上の整数）にある回転電機において、素線導体の転位角度が両端部を基点として、９０＋３６０ｎ度から２７０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）となる範囲内に、固定子鉄心の平均の磁性体占積率が、それ以外の部分よりも大きい、サブ鉄心部を形成したもの。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度の範囲（ｎは０以上の整数）にある回転電機において、
前記素線導体の転位角度が両端部を基点として、９０＋３６０ｎ度から２７０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）となる範囲内にサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度にある回転電機において、
前記素線導体の転位角度が両端部を基点として、概ね１３５度から２２５度に相当する範囲内にサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度にある回転電機において、
前記固定子鉄心の両端部を基点として、前記固定子鉄心の軸方向全長に対してほぼ４分の１の長さからほぼ１３分の１の長さの範囲内にサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね４５０度にある回転電機において、
前記素線導体の転位角度が両端部を基点として、概ね１９０度から２６０度に相当する範囲内にサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね４５０度にある回転電機において、
前記固定子鉄心の両端部を基点として、前記固定子鉄心の軸方向全長に対してほぼ５分の２の長さからほぼ５分の３の長さの範囲内にサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね７２０度にある回転電機において、
前記素線導体の転位角度が一端部を基点として、概ね１３５度から２２５度に相当する範囲内と、前記素線導体の転位角度が他端部を基点として、概ね１３５度から２２５度に相当する範囲内に、それぞれサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項７】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね７２０度にある回転電機において、
前記固定子鉄心の両端部を基点として、前記固定子鉄心の軸方向全長に対してほぼ１６分の３の長さからほぼ１６分の５の長さの範囲内にそれぞれサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度である回転電機において、
前記素線導体の転位角度が、各端部から９０度以内の範囲内に、サブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を小さくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項９】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度である回転電機において、
前記固定子鉄心の両端部を基点として、前記固定子鉄心の軸方向全長に対してほぼ４分の１までの範囲内にそれぞれサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を小さくしたことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
前記固定子鉄心に、軸方向の所望の位置でかつ半径方向に複数の通風ダクトを備えたものにあっては、前記磁性体占積率の差異を、前記通風ダクト相互のピッチ又は前記通風ダクトの軸方向厚さで構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１１】
前記固定子鉄心が、複数の磁性板を積層してなる場合には、前記磁性体占積率の差異を、前記固定子鉄心を構成する複数の磁性板の厚さと、この各磁性板の周囲に配設された絶縁皮膜の厚さの比で構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１２】
前記磁性体占積率の差異を、前記固定子鉄心の前記通風ダクトに設置する内側間隔片取付板又は前記通風ダクトに設置する内側間隔片の透磁率の差異で構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１３】
前記磁性体占積率の差異を、前記固定子鉄心の前記通風ダクトに設置する磁性内側間隔片の周方向幅又は前記磁性内側間隔片の本数の差異によって構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１４】
前記磁性内側間隔片をＩ形の形状としたことを特徴とする請求項１３に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記サブ鉄心部の磁性体占積率が前記非サブ鉄心部よりも大きく、前記巻線スロットの外径側に巻線スロット底の辺とほぼ平行になるように磁性内側間隔片を設置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１６】
前記サブ鉄心部において、前記電機子巻線の内径側を除く周囲又は前記電機子巻線の少なくとも内径側を除く面或いは前記電機子巻線の周囲面のうち内径側を除く面に対して、磁束を増やすための板材、テープ、粉末のいずれかからなる磁性材を設置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１７】
前記固定子鉄心部を軸方向に複数の冷却空間に分割し、前記固定子鉄心の外周側から内周側に通風ダクトを介して送風する給気セクションと、前記固定子鉄心の内周側から外周側に前記通風ダクトを介して排出する排気セクションとを、軸方向に交互に配置し、前記
磁性体占積率がそれ以外の部分よりも大きい前記サブ鉄心部を含む給気セクションを有することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１８】
前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度から４５０度の範囲であり、前記通風セクションの数を、ｍを１以上の整数として４ｍ−１として、前記サブ鉄心部を前記固定子鉄心の軸方向中央部の給気セクション部に配置したことを特徴とする請求項１７記載の回転電機。
【請求項１９】
前記通風セクションの数を、ｍを１以上の整数として４ｍ＋１として、前記サブ鉄心部を、前記固定子鉄心の軸方向中央部に隣接する給気セクション部にあり、かつ前記素線導体の転位角度が軸方向中央部から９０度以内の範囲に配置したことを特徴とする請求項１７記載の回転電機。
【請求項２０】
前記磁性体占積率の差異を、前記固定子鉄心のティース幅を小さくすることによって構成したことを特徴とする請求項８又は９に記載の回転電機。
【請求項２１】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と。
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）である回転電機において、
前記素線導体の転位角度が、各端部から９０度以内の範囲の、前記電機子巻線の周方向側面に、周方向の漏れ磁束に対する磁気抵抗を増すための部材を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２２】
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と。
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）である回転電機において、
前記固定子鉄心の軸方向の両端部側であって、前記固定子鉄心の軸方向の両端面からそれぞれ前記固定子鉄心の軸方向全長のほぼ４分の１までの範囲内に、前記電機子巻線の周方向側面に、周方向の漏れ磁束に対する磁気抵抗を増すための部材を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２３】
前記磁気抵抗を増すための部材は、導電性のシールド板、シールド巻線のいずれか、又は前記磁気抵抗を増すための部材を上コイルの側面のみに設けたことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子鉄心の巻線スロットに内に格納される電機子巻線の素線導体に転位する部分を形成した回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機では、図２４の回転電機電機子の断面図に示すように、図示していない回転子の回転軸心に沿うように延在する複数の巻線スロット１０を設けた固定子鉄心３と、巻線スロット１０に埋設され、かつ積み重なる多数の素線導体５でそれぞれ構成される上コイル２ｃ、下コイル２ｄからなる電機子巻線２と、固定子鉄心３内の径方向に複数の通風ダクトから構成されており、素線導体５は、巻線スロット１０内に格納された部分で、巻線スロット１０の延在方向に向かって連続的に捩られて、代表的には３６０度転位するように形成され、固定子鉄心３の両側面より外側に突き出る電機子巻線２の両側部で素線導体５は短絡されている。
【０００３】
このような構成の多重素線導体に交流電流が流れる場合には、巻線スロット１０を周方向に横切る漏れ磁束が発生し、これによって多重素線導体の長手方向の各部分における素線導体５の間に電圧が誘起される。そして、任意の素線導体対において、巻線導体の全長にわたる各素線導体の誘起電圧に非常に大きな差が生じると、閉ループ状の素線導体対には大きな循環電流、すなわち素線導体対を循環する電流が流れ、電流損失が増大するとともに素線導体内部で発生する熱も増大する。
【０００４】
そこで、素線導体の全長にわたって各素線導体間に誘起される電圧をほぼ等しくして循環電流が流れないようにするため、素線導体を各種の方法によって転位することが行われている。
【０００５】
ここで、図２５から図２７を参照して従来の技術である、素線導体の転位について説明する。この素線導体の転位は、素線導体を巻線スロットの延在方向に向かってねじることにより、各素線導体の位置を順次変更させたもので、素線導体の断面において、ある素線導体が断面中心の周りを円状に移動すると考え、その回転の角度で転位の程度を表す。各素線導体が、素線導体断面において全ての位置を経て巻線スロットの反対端で出発した位置と同じ位置になる転位は、３６０度転位といい、計２周して上記の同じ位置になる転位を７２０度転位という。
【０００６】
図２５は３６０度転位の素線構成を表す模式図であり、図示していない回転子の回転軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心３と、前記巻線スロットに埋設され、かつ積み重なる多数の素線導体５で構成される電機子巻線２と、固定子鉄心内の径方向に複数の通風ダクト４から構成されており、素線導体５は、巻線スロット内に格納された部分で、巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて３６０度転位するように形成され、固定子鉄心３の両側面より外側に突き出る電機子巻線２の両側部で素線導体５は短絡されている。
【０００７】
図２５には２つの代表的な素線導体５ａ、５ｂ間に鎖交する磁束を示しており、図では、鉄心部分の鎖交磁束を１６ａ〜１６ｃと示しているが、例えば１６ａと１６ｃの和は１６ｂに等しくなり、巻線スロット内で鎖交する磁束による素線導体５ａ、５ｂ間の誘起電圧が相殺されるような構成となっている。
【０００８】
しかし、巻線スロット内では３６０度転位が施されているが、巻線スロット外では転位されていないので、回転電機の端部側の漏れ磁束１６ｘ、１６ｙによって不平衡電圧が発生し、素線導体５ａ、５ｂ内には循環電流が生じている。
【０００９】
上述のようにこうした回転電機の端部には漏れ磁束があるため、これにより巻線導体の端部に電圧が誘起され、素線導体内に循環電流が流れて電流損失が発生する。この損失を低減するためには、素線導体の両端部における素線導体の位置を逆転し、同一素線導体の両端部に誘起される各電圧の方向を互いに逆にしてこれらを相殺すればよい。これは素線導体を巻線スロット内で５４０度転位、すなわち１回転半の転位をすることで実現できる。
【００１０】
図２６は５４０度転位の素線構成を表す模式図であり、図２５と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
図２６において、転位ピッチは両端部から鉄心長Ｌｓの１／４Ｌｓの範囲で中央部の半分であり、すなわち、両端部から鉄心長の１／４の範囲及び中心部の鉄心長の１／２の範囲で、それぞれ１８０度の転位がなされている。素線導体５ａ、５ｂ間の鎖交磁束１６ａと１６ｅの和は１６ｃに等しく、１６ｂと１６ｆの和は１６ｄに等しくなるので、巻線スロット内の鎖交磁束では素線５ａ、５ｂ間の誘起電圧は相殺される。また、巻線スロット外では１６ｘと１６ｙに鎖交する磁束がそれぞれ相殺しあうので、端部の漏れ磁束による循環電流も低減できることになる。
【００１２】
また、図２７は４５０度転位の素線構成を表す模式図であり、図２５と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図２７において、転位ピッチは両端部から鉄心長Ｌｓの１／８Ｌｓの範囲で中央部の半分であり、すなわち、両端部から鉄心長の１／８の範囲及び中心部の鉄心長の３／４の範囲で、それぞれ１８０度、２７０度の転位がなされている。素線導体５ａ、５ｂ間の鎖交磁束１６ａ、１６ｂ、１６ｄ、１６ｅの和は１６ｃに等しくなるので、巻線スロット内の鎖交磁束では素線５ａ、５ｂ間の誘起電圧は相殺される。また、巻線スロット外では１６ｘと１６ｙに鎖交する磁束の和は３６０度転位よりは小さくなり、端部の漏れ磁束による循環電流は３６０度転位よりは低減できる。
【００１４】
上記の素線転位角度は、それぞれに、ｎを整数と３６０ｎ度を加えた転位角度においても、同様の効果が得られる。
【００１５】
一方、図２５のような端部側の漏れ磁束を相殺するため、非特許文献１や特許文献１〜２に示されているように、工夫が施され、端部の漏れ磁束による誘起電圧が生じさせる循環電流損失を低減する方法である。このうち、特許文献１は転位されていない部分を設けたものであり、また非特許文献１は転位角を３６０度から小さくするものであり、さらに特許文献２は４５０度転位の場合に転位勾配を変える位置を変えるものである。
【００１６】
特許文献３は、特許文献１における問題点、すなわち、素線導体の転位回数が多い場合や、巻線スロット軸長の短い場合には、転位ピッチが更に短くなり、素線導体が短絡するという問題点を改善するため、次のようにした発明である。すなわち、電機子巻線の素線導体は、固定子鉄心３の両側面より外側に突き出る電機子巻線の両端部を除いて巻線スロットの延在方向に向かって連続的にねじられて転位するように形成され、積み重ね方向の厚みを異ならしめた前記素線導体は、前記両端部では回転子の回転中心から放射方向に並ぶ前記素線導体を回転子に近い方に厚み厚いものが占めるようにした配置した回転電機である。特許文献３は、このように構成することにより、素線導体の抵抗値が小さくなり、電流発生損失を低減でき、また従来技術のように転位しない部分を設けていないので転位ピッチを短くする必要が無く、この結果循環電流損失を低減でき、電機子巻線の局部加熱を抑制できる。
【００１７】
特許文献４は、固定子鉄心の端部において短絡された巻線バーであって、この巻線バーである導体バーが、互いに電気的に絶縁された多数の導体素線から構成されており、該素線導体がレーブル原理に基づいて転位されており、両方の端部クリップセクションにおける導体素線と、アクティブパートセクションにおける導体素線とが互いに一緒に転位されている形式の巻線バーであり、このように構成することにより、ループ電流をさらに抑制することができ、ひいては導体バーにおける温度勾配パターンをさらに偏平化することができる。
【００１８】
以上述べた特許文献１〜４及び非特許文献１は、いずれも固定子巻線そのものを改善したものであり、本願発明のように固定子鉄心を改善したものではない。
【００１９】
次に、機内の冷却ガス通風経路を図２８を用いて説明する。図２８は、タービン発電機等の回転電機における冷却ガス通風経路の基本構成例である。
【００２０】
回転電機の固定子鉄心は鉄心抜板を積層するとともに、内側間隔片を所定の間隔で挿入して放射状の通風ダクト４を形成する。通風ダクト４は軸方向に一つ以上のセクションに分割し、鉄心の外径から内径側へ流れる給気セクションと内径から外径側へ流れる排気セクションに区切られる。図２８は固定子鉄心３を２つの給気セクション４ａと３つの排気セクション４ｂに分割した構成例であり、個々の通風ダクト４は省略している。
【００２１】
冷却ガスは回転子両端に取り付けた回転子ファン１１から吐出され、回転子１、エアギャップ１９および電機子巻線端部２ｂの３方向に分岐する。
【００２２】
固定子への冷却ガスの供給は、ファン１１から直接エアギャップ１９に流れ込む通風経路からと、電機子巻線端部２ｂを冷却した後の冷却ガスを固定子鉄心３の給気セクション４ａに導き行う。
【００２３】
給気セクション４ａに供給された冷却ガスは、通風ダクト４群を外径側から内径側へと流れ、固定子鉄心３および電機子巻線２を冷却した後、エアギャップ１９に排出される。エアギャップ部１９では、回転子１からの排気ガスおよびファン１１から直接エアギャップ内に流れ込む冷却ガスと合流し、さらに排気セクション４ｂを内径側から外径側へ流れて、固定子鉄心３および電機子巻線２を冷却し、固定子外径側で合流する。固定子および回転子を冷却して高温となった冷却ガスは水冷式ガスクーラ１２を通過して冷却され、風導を通って再び回転子ファン１１へと循環する。
【００２４】
電機子巻線および界磁巻線はそれらを構成する絶縁物の耐熱性能により厳しく温度上限が制限されており、回転電機の設計においては、これらの温度が規格値以下に保たれるように設計する必要がある。
【００２５】
電機子巻線を効率よく冷却するためには、巻線温度が低い部位には冷却ガスを少なく高い部位に集中的に供給して、巻線温度を平準化することが望ましい。
【００２６】
冷却ガスの供給量を調整する手段の一つとして固定子鉄心ダクトを軸方向に不等ピッチで配置する方法がある。タービン発電機の一般的な構造では、固定子端部からエアギャップに流入する冷却ガスは、ファンから直接供給されるためその他の部位と比較してガス温度が低く冷却上有利であることが多いため、例えば図２９に示すように、鉄心端部側の通風ダクト４のピッチをその他の部位と比較して大きくして配置することが行われる場合がある。
【００２７】
固定子鉄心の磁性体の軸方向占積率が一様でないと、電機子巻線の素線間の誘起電圧のバランスが崩れて、素線間を循環する電流が生じ損失が増加する。特許文献３には、通風ダクト４の配置が軸方向に一様でない場合に生じる循環電流損失を低減するための方法が述べられているが、端部の漏れ磁束による誘起電圧が生じさせる循環電流損失の低減を目的としてものではない。
【特許文献１】特公昭５８−１４１４１号公報
【特許文献２】ＵＳ６７０３７５２  Ｂ２
【特許文献３】特開平９−１８２３３９
【特許文献４】特開２００２−７８２６５
【非特許文献１】Xu Shanchun, et al, “A New Transposition Technique of                             Stator Bars of The Hydrogenerator”, Proceedings of                    International Symposium on Salient-Pole Machines With                     Particular Reference to Large Hydro-Electric Generators                      and Synchronous Motors, (pp.384-389), Oct. 1993
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上述した従来技術において、素線導体の転位角度を３６０度より大きくする場合や、巻線スロット内において転位をしない部分を設ける場合には、転位ピッチが短くなり、素線導体の薄い絶縁を破損し、素線導体の短絡を起こす可能性があった。特に、素線導体の転位回数が多い場合や巻線スロット軸長の短い場合には、転位ピッチが更に短くなり、素線導体が短絡する可能性が増大する。
【００２９】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、電機子巻線の転位角度や転位ピッチを従来技術から変更すること無く、固定子の端部の漏れ磁束による導体素線間の循環電流を低減でき、電機子巻線の損失増加及び局部過熱を抑制することのできる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、
回転軸が回転可能に支持された回転子と、
前記回転子の回転軸の軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設け、かつ径方向に複数の通風ダクトを設けた固定子鉄心と、
前記巻線スロット内に格納され、かつ積み重なる多数の素線導体で構成される電機子巻線を有し、前記素線導体は、前記巻線スロット内に格納された部分で、前記巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、前記固定子鉄心の両側面より外側に突き出る前記電機子巻線の両側部では前記素線導体を短絡させており、前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度の範囲（ｎは０以上の整数）にある回転電機において、
前記素線導体の転位角度が両端部を基点として、９０＋３６０ｎ度から２７０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）となる範囲内に、前記固定子鉄心の平均の磁性体占積率が、それ以外の部分よりも大きい、サブ鉄心部を形成したことを特徴とする回転電機である。  
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、電機子巻線の転位角度や転位ピッチを従来技術から変更すること無く、固定子の端部の漏れ磁束による導体素線間の循環電流を低減でき、電機子巻線の損失増加及び局部過熱を抑制することのできる回転電機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１を参照して本発明の概要を説明する。図１は、回転子１と、回転子の回転軸心に沿うように延在する複数の巻線スロットを設けた固定子鉄心３と、巻線スロットに埋設され、かつ積み重なる多数の素線導体５で構成される上コイル２cと、下コイル２dからなる電機子巻線２と、固定子鉄心３内の径方向に複数の通風ダクト４から構成された回転電機において、次のように構成したものである。
【００３４】
素線導体５は、巻線スロット内に格納された部分で、巻線スロットの延在方向に向かって連続的に捩られて転位するように形成され、固定子鉄心３の両側面より外側に突き出る端部巻線２b(電機子巻線の端部)では素線導体を短絡させており、素線導体のスロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度の範囲（ｎは０以上の整数）にある場合であって、素線導体の転位角度が両端部を基点として、９０＋３６０ｎ度から２７０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）となる範囲内にサブ鉄心部１４を形成したものであって、該サブ鉄心部１４は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたものである。
【００３５】
ここで、磁性体占積率とは全体の鉄心に対する磁性体部の比であり、ここでの磁性体部は通風ダクト４、鉄心を積層構成している鉄板の表面に形成されている絶縁物等を除いた鉄心等の磁性体で巻線スロット内での漏れ磁束に対する磁気抵抗に寄与する分を指す。固定子鉄心３以外の構造物が一様に構成されていれば、鉄心占積率と言ってもよい。
【００３６】
このように構成された実施形態において、負荷運転時には電機子巻線に電流が流れ、各素線導体に電流が分担して流れる。図１には２つの代表的な素線導体５ａ、５ｂ間に鎖交する磁束を示しており、鉄心部分の鎖交磁束を１６ａ〜１６ｃと示しているが、例えば１６ａと１６ｃの和と１６ｂとは、鎖交面積が同じであるので、当該部分の磁性体占積率が同じであれば、この部分の鎖交磁束による不平衡電圧は相殺される。しかしながら、端部の鎖交磁束１６ｘ、１６ｙは相殺されず強めあうため、この部分の鎖交磁束の差によって素線間に不平衡電圧が生じる。
【００３７】
本実施形態では、サブ鉄心部１４の磁性体占積率が他の固定子鉄心３部分よりも大きいため、鎖交磁束１６ｂは、磁性体占積率が一様である場合よりも大きくなり、端部の鎖交磁束１６ｘ、１６ｙを相殺するように働く。そのため、不平衡電圧が減少し、循環電流損失の発生が抑制できる。
【００３８】
本実施形態によれば、鉄心部分の素線導体全体で不平衡電圧が小さくなり、循環電流の発生を抑え、循環電流損失を低減することができるので、素線導体内の損失を低減するとともに、素線導体間の損失分布を低減し、電機子巻線の導体の局所加熱を抑制することができる。
【００３９】
以上述べたことは、本発明の概要であるが、図１は具体的には前記素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度にある回転電機において、素線導体の転位角度が両端部を基点として、概ね１３５度から２２５度に相当する範囲内にサブ鉄心部１４を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくした場合を示している。
【００４０】
図１は見方を変えると、次のような構成とも言える。すなわち、素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度にある回転電機において、固定子鉄心３の両端部を基点として、固定子鉄心３の軸方向全長に対してほぼ４分の１の長さからほぼ１３分の１の長さの範囲内にサブ鉄心部１４を形成したものであって、該サブ鉄心部１４は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたものである。
【００４１】
図１の本実施形態のサブ鉄心部１４は、例えば図２に示すように、磁性体占積率の差異、通風ダクト４の相互のピッチ、つまりサブ鉄心部１４を構成しているサブ鉄心ユニットの磁性鉄板の積層厚さを、非サブ鉄心部を構成している非サブ鉄心ユニットの積層厚さを薄くしたものである。この場合は、非サブ鉄心ユニット及びサブ鉄心ユニットの磁性鉄板は、同じ厚さのものを使用している。
【００４２】
図３は、図１の回転電機の通風構造を説明するための図で、図の下半分に本実施形態における冷却ガス通風経路の基本構成を示したもので、図の上半分にサブ鉄心部１４の構成を示している。図３は、固定子鉄心部を軸方向に複数の冷却空間に分割し、固定子鉄心３の外周側から内周側に通風ダクト４を介して送風する給気セクション４ａと、固定子鉄心３の内周側から外周側に通風ダクト４を介して排出する排気セクション４ｂとを、軸方向に交互に配置し、磁性体占積率がそれ以外の部分よりも大きいサブ鉄心部１４を含む給気セクション４ｂを有している。
【００４３】
図３は、素線導体のスロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０度から４５０度の範囲であり、通風セクションの数を、ｍを１以上の整数として４ｍ−１として、サブ鉄心部を固定子鉄心の軸方向中央部の給気セクション４ｂに配置したものである。
【００４４】
図３は、具体的には固定子鉄心３を３つの給気セクション４ａと４つの排気セクション４ｂに分割しており、また他の部分よりも固定子鉄心３に有する通風ダクト４の軸方向のピッチが大きいサブ鉄心部１４が、軸方向中央部の給気セクション内に設けられている。
【００４５】
図示しないクーラで冷却された低温のガス温度が供給される給気セクション４ａでは、通常巻線温度が比較的低くなるが、本実施形態では、比較的巻線温度が低い中央部の給気セクション４ａ部で固定子鉄心３に有する通風ダクト４の軸方向のピッチが大きくなっているため、この部分の風量が抑制され、軸方向の電機子巻線の温度分布が平準化されるようにしている。
【００４６】
このような効果は、固定子鉄心３の軸方向中央部が給気セクションとなる場合に有効であり、通風セクションの数が、ｍを１以上の整数として４ｍ−１、すなわち、３、７、１１といった数の場合に、循環電流損失を抑え、より良好に固定子及び電機子巻線を冷却できる回転電機を提供できる。
【００４７】
第１の実施形態の変形例について、図４から図９を参照して説明する。図４においては、電機子巻線２を構成する素線導体が４５０度転位されており、固定子鉄心３の軸方向両端部の鉄心長の１／８の範囲で、転位ピッチが半分になっている。同時に、固定子鉄心３の磁性体占積率が軸方向中央部のサブ鉄心部１４でその他の固定子鉄心３部分よりも大となっている。図の下側に固定子鉄心３の各部分に相当する転位角度を示しているが、サブ鉄心部１４は軸方向中央部の転位角度９０度の範囲内にある。
【００４８】
図４は、具体的には素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね４５０度にある回転電機において、素線導体の転位角度が両端部を基点として、概ね１９０度から２６０度に相当する範囲内にサブ鉄心部１４を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたものである。
【００４９】
図４の見方を変えると、素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね４５０度にある回転電機において、固定子鉄心３の両端部を基点として、固定子鉄心３の軸方向全長に対してほぼ５分の２の長さからほぼ５分の３の長さの範囲内にサブ鉄心部１４を形成したものであって、該サブ鉄心部１４は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたものとも言える。
【００５０】
図４のような構成であるので、素線５ａ、５ｂ間の鎖交磁束は１６ｄにおいて強められる。固定子鉄心３の磁性体占積率が一様な場合は鎖交磁束１６ａ、１６ｂ、１６ｆ、１６ｇの総和と、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅの総和がほぼ等しく、巻線スロット内の磁束については、相殺しあうが、端部の鎖交磁束１６ｘと１６ｙが相殺されず残ることとなる。ここで、鎖交磁束１６ｄは、端部の鎖交磁束１６ｘと１６ｙの和とは逆位相となり、誘起電圧を打ち消すように働き、素線間の循環電流損失の発生が抑制できる。
【００５１】
図５は本発明に係る第１の実施形態の変形例２であり、図５においては、電機子巻線２を構成する素線導体が７２０度転位されている。固定子鉄心３の磁性体占積率は、サブ鉄心部１４においてその他の固定子鉄心３部分よりも大となっている。図の下側に固定子鉄心３の各部分に相当する転位角度を示しているが、サブ鉄心部１４は片方の端部から９０度から２７０度の範囲と、４５０度（すなわち９０＋３６０度）から６３０度（すなわち２７０＋３６０度）の範囲内にあり、反対側の端部からみても、同じ転位角度の範囲内にある。
【００５２】
図５、具体的には、素線導体のスロット内に格納された部分の転位角度が概ね７２０度にある回転電機において、素線導体の転位角度が一端部を基点として、概ね１３５度から２２５度に相当する範囲内と、素線導体の転位角度が他端部を基点として、概ね１３５度から２２５度に相当する範囲内に、それぞれサブ鉄心部を形成したものであって、該サブ鉄心部は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたものである。
【００５３】
図５の見方を変えると、素線導体のスロット内に格納された部分の転位角度が概ね７２０度にある回転電機において、固定子鉄心３の両端部を基点として、固定子鉄心３の軸方向全長に対してほぼ１６分の３の長さからほぼ１６分の５の長さの範囲内にそれぞれサブ鉄心部１４を形成したものであって、該サブ鉄心部１４は該サブ鉄心部以外の非サブ鉄心部より平均の磁性体占積率を大きくしたものと言える。
【００５４】
図５の場合は、素線５ａ、５ｂ間の鎖交磁束は、１６ｂと１６ｄが強められ、これらが端部の鎖交磁束１６ｘと１６ｙの和とは逆位相となり、誘起電圧を打ち消すように働き、素線間の循環電流損失の発生が抑制できる。
【００５５】
ここまでに述べた図１の実施形態と図４及び図５の変形例では、素線導体の転位角度が３６０＋３６０ｎ度または４５０＋３６０ｎ度であり、素線導体の転位角度が両端部を基点として、９０＋３６０ｎ度から２７０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）となる範囲内に、サブ鉄心部１４を設けたものであるといえる。
【００５６】
本実施形態によれば、サブ鉄心部１４の鎖交磁束が、端部の鎖交磁束の和と逆位相となる場合に同様の効果が得られるので、転位角度が３６０度と４５０度の中間の角度の場合においても、同様の構成によって、循環電流損失の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、非特許文献１や特許文献３でも述べられているように、端部及びスロット内部で生じる漏れ磁束に起因する不平衡電圧による循環電流損を低減するために、転位角度を３６０度よりも小さくする方法もある。その角度は端部で生じる漏れ磁束に起因する誘起電圧と転位角度の変更による誘起電圧が相殺されるように決定されるが、端部で生じる漏れ磁束の大きさによってそれによる誘起電圧も異なるため、現在では数値計算等の手段で概ね計算され、一般的には３２０度から３５０度の範囲で選ばれる。この方法と本発明によるサブ鉄心部１４による循環電流損低減方法を併用することも、自明の応用例として考えられる。この場合は、漏れ磁束に起因する誘起電圧、転位角度の変更による誘起電圧、本発明のサブ鉄心部１４による誘起電圧の和が相殺されるように、転位角度やサブ鉄心部１４の磁性体占積率を決定する必要がある。例えば、サブ鉄心部による誘起電圧を考慮しない場合に、端部漏れ磁束に起因する誘起電圧を相殺する転位角度が３４０度である場合に、転位角度を３５０度として、残りの１０度分の誘起電圧をサブ鉄心部の磁性体占積率の変更によって得るようにする。
【００５８】
一方、図６を用いて本発明に係る第１の実施形態の変形例３を説明する。図６は固定子端部近傍のサブ鉄心部１４と通風ダクト４の構成を示したものである。サブ鉄心部１４における磁性体占積率が、非サブ鉄心部の磁性体占積率に比べて大きくなるように構成されている。具体的には、サブ鉄心部１４における、通風ダクト４の幅が狭くなっている。図６のような構成であるので、通風ダクト４間の鉄心部分の厚みを大きくすることなく積層できるので、鉄心を効率的に冷却することができるとともに、通風ダクト４の間の鉄心ブロックを予め構成しておく場合には、同じ構成の鉄心ブロックを用意しておけばよいので、鉄心の組立ても容易となる。
【００５９】
また、図７〜図８を用いて本発明に係る第１の実施形態の変形例４を説明する。図７は固定子鉄心３のサブ鉄心部１４と通風ダクト４の構成を示したものであり、図８は図７のサブ鉄心部１４の拡大図を示したものである。固定子鉄心３は通常図８に示すように、抜板鉄板である磁性体の表面に絶縁ワニス等の絶縁皮膜を施したものであるが、ここでは磁性体占積率の差異を、固定子鉄心３を構成する抜板鉄板の磁性体と絶縁皮膜の厚さの比の差異で構成しており、例えばサブ鉄心部１４で０．５ｍｍ厚さの抜板鉄板を用い、非サブ鉄心部は０．３５ｍｍ厚さの抜板鉄板を用いる。
【００６０】
図７〜図８のような構成の回転電機とすれば、通風ダクト４の構成を変えることなくサブ鉄心部１４を形成することができるので、通風設計の自由度が増し、より効率的な通風が可能となると同時に、絶縁皮膜の厚さを一定とすれば、磁性体占積率が小さい部分を、より薄い抜板で構成することになり、この部分の抜板面内磁束による渦電流損失を相対的に小さくできるので、温度上昇を抑えることができる。
【００６１】
次に、図９を用いて本発明に係る第１の実施形態の変形例５を説明する。図９は固定子鉄心３のサブ鉄心部１４と通風ダクト４の構成を示したものである。固定子鉄心３の通風ダクト４を形成するための内側間隔片は、通常、抜板鉄板と同様の形状の間隔片取付板９に前もって取り付け、固定子鉄心３の組み立て時に所定の間隔で挿入する。図９では、サブ鉄心部１４において間隔片取付板９の透磁率をそれ以外の部分よりも高くしたものであり、例えば、サブ鉄心部１４で磁性体とし、それ以外の部分において非磁性体とすることで実現される。
【００６２】
図９のような構成の回転電機とすれば、前述した変形例４と同様に、通風ダクト４の構成を変えることなくサブ鉄心部１４を形成することができるので、通風設計の自由度が増し、より効率的な通風が可能となる。また、間隔片取付板９の材料を変更する以外は従来と同様の手順で固定子鉄心３を製作することができるので、製造工程を複雑化しないという利点もある。
【００６３】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る回転電機の第２の実施形態を図１０〜図１３を用いて説明する。図１０は固定子鉄心３のサブ鉄心部１４と通風ダクト４の構成を示したものである。固定子鉄心３の通風ダクト４を形成するための内側間隔片８は、固定子鉄心３の軸方向中央部において、中央部側のサブ鉄心部１４において、磁性の内側間隔片８ｂを用い、それ以外の非サブ鉄心部では非磁性の内側間隔片８ａを用いている。
【００６４】
図１１は通風ダクト４において、軸に垂直な断面図と共に電機子巻線２に流れる電流がつくる漏れ磁束の磁束線図を示したものである。図１１では、電機子巻線２の外径側（図の下側）にスロット底の辺とほぼ平行（周方向）に、磁性の内側間隔片８ｃを追加している。
【００６５】
このような構造であるので、通風ダクト４部において巻線の周りの磁気抵抗が小さくなる。巻線がスロット内に収められている鉄心部では、図２４に示したように、鉄心を介した磁路となるが、通風ダクト４部においても、図１１のように、磁性の間隔片が磁路となるため、サブ鉄心部１４において、巻線への磁束の鎖交数が増加する。
【００６６】
すなわち、第１の実施形態と同様に、サブ鉄心部１４における素線導体間の鎖交磁束の増加が、端部の漏れ磁束による素線導体間の鎖交磁束を相殺するように働くので、不平衡電圧が低減され、素線間の循環電流損失の発生が抑制できる。
【００６７】
本実施形態では、通風ダクト４の間の鉄心ブロックの幅を変えることなく、サブ鉄心部１４の素線間の鎖交磁束を増すことができるので、通風ダクト４の配置に制約を与えず、通風路を構成できる。
【００６８】
次に、図１２及び図１３（図１２のＡ−Ａ‘線に沿って切断した断面図）を参照して本発明の第２の実施形態の変形例を説明する。図１２においては、固定子鉄心３の巻線スロット部を構成するティース部に径方向に向けられた磁性の断面I型の内側間隔片８が２本設けてある。このように、軸方向中央部のサブ鉄心部１４での磁性の内側間隔片８の本数を多くしておけば、通風ダクト４部の磁気抵抗が小さくなるので、サブ鉄心部１４の素線間の鎖交磁束がより増加することになり、端部の漏れ磁束による素線導体間の鎖交磁束を相殺して、素線間の循環電流損失の発生が抑制できる。
【００６９】
また、磁性の内側間隔片８の周方向の幅Ｗを増加しても、通風ダクト４部の磁気抵抗を小さくできるので同様の効果が得られる。
【００７０】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る回転電機の第３の実施形態を図１４を用いて説明する。図１の固定子鉄心３の軸方向中央部に設けたサブ鉄心部１４において、通風ダクト４の軸に垂直な断面図を示したものである。図１４において、巻線の周りに磁性体２１が設けてある。通常は鉄心スロット部では、リップルスプリングと呼ばれるような構造材を挿入して、巻線を固定するが、その代わりに磁性の板を挿入してもよい。また、鉄心スロット部の構造はそのままとして、通風ダクト４部においてのみ、巻線の周囲に磁性板２１を設置し、テープ等で縛って磁性板を固定してもよい。
【００７１】
また、図１５の第３の実施形態の変形例１を示すように、巻線スロットに近い形状、例えば断面コ字型の磁性板２１を用意して、通風ダクト４部に設置してもよい。
【００７２】
このような構造とすることで、通風ダクト４部において巻線の周りの磁気抵抗が小さくなり、巻線素線間の鎖交磁束数が増加し、端部の漏れ磁束による素線導体間の鎖交磁束を相殺するように働くので、不平衡電圧が低減され、素線間の循環電流損失の発生が抑制できる。
【００７３】
磁性板２１は高磁界にさらされるので、渦電流による発熱を防止するため、例えば、フェライト材のような高抵抗材料を用いるとよい。
【００７４】
図１６は本発明の第３の実施形態の変形例２を示し、磁性板２１の代わりに磁性材を含む磁性テープ２２を巻線に巻回している。素線間の鎖交磁束を大きくするには、巻線スロットの開口部については、磁気抵抗を大きくしておくことが望ましいので、巻線スロット開口部では非磁性（あるいは透磁率小）となるように、前もって磁性体部分が不連続となるようなテープを構成しておくとよい。磁性体部分には例えばポリエチレンナフタレートのような材料を用いてもよい。
【００７５】
このような構造であるので、より容易に、サブ鉄心部１４の巻線素線間の鎖交磁束数を増加することができる。また、通常は巻線の周りにはコロナ放電を防ぐために導電性のコロナ防止処理を施すが、この磁気テープを巻回した外側に、コロナ防止処理を行うこともできるので、巻線を健全に保つことができる。
【００７６】
（第４の実施形態）
次に、本発明に係る回転電機の第４の実施形態について図１７を用いて説明する。図１７では、電機子巻線２は素線が３６０度転位されており、図２８と同様に、固定子鉄心３３を２つの給気セクション４ａと３つの排気セクション４ｂに分割してある。それ以外の部分よりも通風ダクト４のピッチを大きくして磁性体の占積率大としたサブ鉄心部１４が中央部の排気セクション４ｂに隣接する給気セクション４ａ内に設けてある。サブ鉄心部１４は、固定子鉄心３の軸方向中央から両側に１／４以内、すなわち、１／２の長さの領域内にある。
【００７７】
図１７は、素線導体のスロット内に格納された部分の転位角度が３６０度であり、通風セクションの数を、ｍを１以上の整数として４ｍ＋１として、サブ鉄心部１４を、固定子鉄心３の軸方向中央部に隣接する給気セクション４ａにあり、かつ素線導体の転位角度が軸方向中央部から９０度以内の範囲に配置したものである。
【００７８】
具体的には固定子鉄心３を２つの給気セクション４ａと３つの排気セクション４ｂに分割しており、また他の部分よりも固定子鉄心３に有する通風ダクト４の軸方向のピッチが大きいサブ鉄心部１４が、軸方向中央部の給気セクション内に設けられている。
【００７９】
図示しないクーラで冷却された低温のガス温度が供給される給気セクション４ａでは、通常巻線温度が比較的低くなるが、本実施形態では、比較的巻線温度が低い中央部の給気セクション４ａ部で固定子鉄心３に有する通風ダクト４の軸方向のピッチが大きくなっているため、この部分の風量が抑制され、軸方向の電機子巻線の温度分布が平準化されるようにしている。
【００８０】
このような効果は、固定子鉄心３の軸方向中央部が給気セクションとなる場合に有効であり、通風セクションの数が、ｍを１以上の整数として４ｍ＋１、すなわち、５、９、１３といった数の場合に、循環電流損失を抑え、より良好に固定子及び電機子巻線を冷却できる回転電機を提供できる。
【００８１】
このような構造であるので、巻線端部で素線間に鎖交する磁束と、サブ鉄心部１４で同素線間に鎖交する磁束は、互いに打ち消すように働くので、サブ鉄心部１４の磁性体によって強められた磁束が、端部漏れ磁束による不平衡電圧を相殺し、循環電流損失が低減できる。更に、サブ鉄心部１４は比較的冷却条件のよい給気セクションに配置されているので、通風ダクト４のピッチを大きくして、冷媒が流れにくくても、電機子巻線の軸方向の温度分布を均一かするように働くので、局所過熱の恐れが小さくなる。
【００８２】
（第５の実施形態）
次に、本発明に係る回転電機の第５の実施形態を図１８を用いて説明する。なお、前述した第１〜第４の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態５は、図４における電機子巻線２を構成する素線導体が３６０度転位されており、固定子鉄心３の軸方向両端部の鉄心長の１／４以下の範囲のサブ鉄心部１４で、通風ダクト４のピッチを小さくしており、すなわち磁性体占積率が非サブ鉄心部より小さくなっている。
【００８３】
具体的には、素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）である回転電機において、素線導体の転位角度が、各端部から９０度以内の範囲の、電機子巻線の周方向側面に、周方向の漏れ磁束に対する磁気抵抗を増すための部材を設けたものである。
【００８４】
図１９の見方を変えると、素線導体の前記スロット内に格納された部分の転位角度が概ね３６０＋３６０ｎ度から４５０＋３６０ｎ度（ｎは０以上の整数）である回転電機において、固定子鉄心の軸方向の両端部側であって、前記固定子鉄心の軸方向の両端面からそれぞれ前記固定子鉄心の軸方向全長のほぼ４分の１までの範囲内に、前記電機子巻線の周方向側面に、周方向の漏れ磁束に対する磁気抵抗を増すための部材を設けたものとも言える。
【００８５】
このように構成された本実施形態においては、鎖交磁束１６ａと１６ｃの和の絶対値が１６ｂの絶対値よりも小さくなるため、鎖交磁束１６ａや１６ｃと同じ向きの端部漏れ磁束による鎖交磁束１６ｘと１６ｙも１６ｂによって相殺され、端部漏れ磁束による不平衡電圧が低減され循環電流損失の発生が抑制できる。
【００８６】
図１９は第５の実施形態の変形例であり、端部に設けられたサブ鉄心部１４で、通風ダクトピッチを小さくする代わりに、巻線スロット幅Wtを小さくしている。
【００８７】
このような構成であるので、巻線スロット部での磁気抵抗を大きくして、素線間の鎖交磁束数を小さくすると同時に、ティース幅の減少は固定子鉄心３端部に軸方向に入射する磁束によって生じる渦電流損失を小さくすることができるので、より効率が高く、鉄心端部の過熱の恐れを小さくして、健全な回転電機を提供することができる。
【００８８】
（第６の実施形態）
図２０及び図２１は本実施形態の第６の実施形態を示し、固定子鉄心３の軸方向両端部の鉄心長の１／４以下の範囲のサブ鉄心部１４に磁気抵抗を大きくする磁気シールド板２３を設けている。磁気シールド板２３は銅のような低抵抗材料では、導体に誘起される渦電流によって発熱が大きくなるため、電気抵抗率が概ね１００μΩｃｍ以上の金属、例えばＮｉＣｒ材のようなものを用いると発熱を小さくできる。
【００８９】
このような構成であるので、巻線スロット部での磁気抵抗を大きくして、素線間の鎖交磁束数を小さくすることができるので、素線導体間の循環電流の発生を抑制することができる。
【００９０】
図２２及び図２３は第６の実施形態の変形例１であり、固定子鉄心３の軸方向両端部の鉄心長の１／４以下の範囲のサブ鉄心部１４にシールド巻線２４を設けている。
【００９１】
このような構成であるので、巻線スロット部での磁気抵抗を大きくして、素線間の鎖交磁束数を小さくすると同時に、このシールド巻線には電圧が誘起されるので、例えば発電所内の照明の一部などに電力を供給することもできる。
【００９２】
また、これらのシールド板やシールド巻線は、より素線間への鎖交磁束が大きい、上コイル（内径側）のみについて設置すれば、シールド板やシールド巻線の設置場所を少なくして、より効率的に、鎖交磁束数を減らすことができる。
【００９３】
（変形例）
本願発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００９４】
例えば図７及び図８では、固定子鉄心３に通風ダクト４があるものを示しているが、小型の回転電機にあっては通風ダクト４がないものでも同様な作用効果が得られる。  
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の回転電機を示す基本構成図。
【図２】本発明に係る第１の実施形態における固定子鉄心を示す基本構成図。
【図３】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の通風構造を示す基本構成図。
【図４】本発明に係る第１の実施形態の変形例１における固定子を示す基本構成図。
【図５】本発明に係る第１の実施形態の変形例２における固定子を示す基本構成図。
【図６】本発明に係る第１の実施形態の変形例３における固定子鉄心を示す基本構成図。
【図７】本発明に係る第１の実施形態の変形例４における固定子鉄心を示す基本構成図。
【図８】本発明に係る第１の実施形態の変形例４における抜板鉄心を示す基本構成図。
【図９】本発明に係る第３の実施形態の変形例５における固定子鉄心を示す基本構成図。
【図１０】本発明に係る第２の実施形態における固定子鉄心を示す基本構成図
【図１１】本発明に係る第２の実施形態における電機子巻線断面図と漏れ磁束を示す基本構成図。
【図１２】本発明に係る第２の実施形態の変形例における固定子鉄心の断面図。
【図１３】本発明に係る第２の実施形態の変形例において図１２のＡ−Ａ’部の断面図。
【図１４】本発明に係る第３の実施形態における固定子鉄心の断面図。
【図１５】本発明に係る第３の実施形態の変形例１における固定子鉄心の断面図。
【図１６】本発明に係る第３の実施形態の変形例１における固定子鉄心の断面図。
【図１７】本発明に係る第４の実施形態の回転電機の通風構造を示す基本構成図。
【図１８】本発明に係る第５の実施形態の回転電機を示す基本構成図。
【図１９】本発明に係る第５の実施形態の変形例における固定子鉄心の断面図。
【図２０】本発明に係る第６の実施形態における固定子鉄心の断面図。
【図２１】本発明に係る第６の実施形態の電機子巻線を示す基本構成図。
【図２２】本発明に係る第７の実施形態における固定子鉄心の断面図。
【図２３】本発明に係る第７の実施形態の電機子巻線を示す基本構成図。
【図２４】回転電機の電機子巻線断面図と漏れ磁束を示す基本構成図。
【図２５】従来の回転電機を示す基本構成図。
【図２６】従来の回転電機を示す基本構成図（３６０度転位）。
【図２７】従来の回転電機を示す基本構成図（５４０度転位）。
【図２８】従来の回転電機を示す基本構成図（４５０度転位）。
【図２９】従来の回転電機における通風ダクトピッチの分布例を示す基本構成図。
【符号の説明】
【００９６】
１…回転子、２ｃ…上コイル、２ｄ…下コイル、２…電機子巻線、２ｂ…電機子巻線端部、２b…端部巻線、２２…磁性テープ、２３…磁気シールド板、４…通風ダクト、４ｂ…排気セクション、４ａ…給気セクション、４ｂ…給気セクション、５ａ、５ｂ、５…素線、８…内側間隔片、８ｂ…内側間隔片、８ａ…内側間隔片、８ｃ…内側間隔片、９…間隔片取付板、１０…巻線スロット、１１…ファン、１１…回転子ファン、１２…水冷式ガスクーラ、１４…サブ鉄心部、１６ｘ．１６ｙ…磁束、１６ａ…鎖交磁束、１６ａ．１６ｂ…鎖交磁束、１６ｘ．１６ｙ…鎖交磁束、１６ｂ…鎖交磁束、１６ｘ…鎖交磁束、１６ｄ…鎖交磁束、１９…エアギャップ、１９…直接エアギャップ、１９…エアギャップ部、２１…磁性体、２１…磁性板、２４…磁気シールド巻線。
【図１】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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