(57)【要約】【課題】  回転電機の出力電圧に自由度を持たせることができ、設計変更等を行う必要のない使い勝手の良い電機子巻線の結線構造を有する回転電機を提供する。【解決手段】  本発明の回転電機は、回転子鉄心及び該回転子鉄心に設けられたスロット内に収納された界磁巻線から成る回転子と、前記回転子鉄心と対向配置され、かつ軸方向に形成された複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心及び前記固定子鉄心の各スロット内に施された電機子巻線から成る固定子とを備えた回転電機であって、前記固定子鉄心の各スロットにおける１スロット内の前記電機子巻線は、径方向において４以上の偶数層で構成され、その電機子巻線の端部は、回転電機の出力電圧によって決まる前記電機子巻線同士が接続片を介して電気的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心及び該回転子鉄心に設けられたスロット内に収納された界磁巻線から成る回転子と、前記回転子鉄心と対向配置され、かつ軸方向に形成された複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心及び前記固定子鉄心の各スロット内に施された電機子巻線から成る固定子とを備えた回転電機において、
前記固定子鉄心の各スロットにおける１スロット内の前記電機子巻線は、径方向において４以上の偶数層で構成され、その電機子巻線の端部は、回転電機の出力電圧によって決まる前記電機子巻線同士が接続片を介して電気的に接続されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転電機の出力電圧によって決まる前記電機子巻線は、前記固定子鉄心の各スロットにおいて同一スロット内を通過する電機子巻線であって、２層ずつ直列に結線されて２ターン巻線で形成され、かつ、その電機子巻線は各相毎に３並列回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
回転電機の出力電圧によって決まる前記電機子巻線は、前記固定子鉄心の各スロットにおいて同一スロット内を通過する２層の電機子巻線であって、並列に結線されて１ターン巻線で形成され、かつ、その電機子巻線は各相毎に２並列回路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記電機子巻線のコイルピッチは、前記固定子鉄心の各スロットにおいて同一スロット内を通過する１ターン目と２ターン目とが等しく、かつ、外部に接続する接続側のコイルピッチ、及びこの接続側に対して軸方向反対側の反接続側のコイルピッチが等しく、前記接続側の巻線端部に接続ピッチが３の接続片が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記電機子巻線のコイルピッチは、前記固定子鉄心の各スロットにおいて同一スロット内を通過する１ターン目と２ターン目とが等しく、かつ、外部に接続する接続側のコイルピッチは、この接続側に対して軸方向反対側の反接続側のコイルピッチより１つ少なく、前記接続側の巻線端部における接続ピッチには、接続ピッチが１と接続ピッチが２との２種類の接続片が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項６】
並列接続された前記電機子巻線は、複数のスロット内に存在する電機子巻線同士で並列回路が構成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項７】
前記電機子巻線は、最内径側の電機子巻線と最外径側から２層目にある電機子巻線、及び最内径側から２層目にある電機子巻線と最外径側の電機子巻線の端部でそれぞれ結線するものと、最内径側の電機子巻線と最外径側の電機子巻線、及び最内径側から２層目にある電機子巻線と最外径側から２層目にある電機子巻線の端部でそれぞれ結線するものとの、２種類の結線を組み合わせて並列回路が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記最外径側から１層目にある電機子巻線と最内径側から１層目にある電機子巻線の軸方向長さを、前記最外径側から２層目にある電機子巻線と最内径側から２層目にある電機子巻線の軸方向長さより長くし、それぞれの長さの電機子巻線端部同士を接続片を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項４，５，７のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
前記電機子巻線と接続片との間にスペーサが介在されていることを特徴とする請求項１，４，５，７，８のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１０】
前記接続片は、板形状の導電性物質からなることを特徴とする請求項１，４，５，７，８，９のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１１】
前記接続片は、前記電機子巻線と接続する部分が、他の部分より肉厚な段付形状の導電性物質からなることを特徴とする請求項１，４，５，７，８のいずれかに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に係り、特に直列接続又は並列接続されて形成された電機子巻線を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な回転電機は、固定子鉄心の内周部に軸方向に延びる多数のスロットが設けられ、これらのスロット内にそれぞれ電機子巻線が納められている。一般的に、大容量の回転電機では１スロット内に２層の電機子巻線が巻装され、１層の電機子巻線と他のスロット内にある１層の電機子巻線とを接続して１ターン巻線が形成されている。そして、複数の１ターン巻線を直列に接続することによって出力電圧の高電圧化を図っている。
【０００３】
また、回転電機は、その容量や電圧などの仕様に応じた最適な設計や製造が行われている。回転電機の容量は電圧と電流の積で決まるが、巻線の絶縁耐力から電圧値には制限があり、また巻線の温度上昇から電流値は制限を受けるため、電圧と電流のバランスをとった設計がなされている。回転電機の電圧を絶縁耐力以下にする一手段として、回転電機の電機子巻線の結線を並列化することがなされている。また、回転電機が２極機の場合は、電機子巻線の並列回路数は１，２，３などが存在する（例えば、非特許文献１、及び特許文献１，２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５０５４９号公報（第１３頁、及び図１参照）
【特許文献２】特開２００１−３０９５９７号公報（第１２頁、及び図１参照）
【非特許文献１】「Operation and Maintenance of Large Turbo-Generators」、IEEE PRESS、２００４年、ｐ．６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転電機の容量が同じ仕様であっても、電圧の仕様が異なると固定子スロット数や軸長を変えるなどの設計変更がなされるため、結果的には新たな回転電機の設計及び製造を行うことになる。したがって、設計や製造のリードタイムが増加してコスト高になるので、同一体格の回転電機において電圧の出力値を変えられることが望ましい。
【０００６】
また、回転電機の出力電圧は電機子巻線の並列回路数の逆数であり、電機子巻線の並列回路数が１の電圧を１.０倍とすれば、並列回路数が２，３のときの出力電圧はそれぞれ０.５倍，０.３３倍となる。したがって、電機子巻線の並列回路数を変えることで出力電圧を変更することは可能であるが、それぞれの出力電圧の差が１.５倍〜２倍となるため、同一体格の発電機で出力電圧の出力値を変えるには、電機子巻線の絶縁耐力と温度上昇とにかなりの余裕をもった設計にする必要があり、結果的にはコスト高につながる。
【０００７】
したがって、変更できる出力電圧の差を小さくすることが回転電機のコスト低減には有利となるが、従来の回転電機の電機子巻線の構成では変更できる出力電圧の差を小さくすることは不可能である。さらには、従来の回転電機における電機子巻線の構成では、並列接続及び直列接続の組み合わせを変えても任意の電圧値に変更することができない、などの設計上及び製造上の使い勝手の悪さがある。
【０００８】
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、回転電機の出力電圧に自由度を持たせることができ、設計変更等を行う必要のない使い勝手の良い電機子巻線の結線構造を有す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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の回転電機は、回転子鉄心及び該回転子鉄心に設けられたスロット内に収納された界磁巻線から成る回転子と、前記回転子鉄心と対向配置され、かつ軸方向に形成された複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心及び前記固定子鉄心の各スロット内に施された電機子巻線から成る固定子とを備えた回転電機であって、前記固定子鉄心の各スロットにおける１スロット内の前記電機子巻線は、径方向において４以上の偶数層で構成され、その電機子巻線の端部は、回転電機の出力電圧によって決まる前記電機子巻線同士が接続片を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、電機子巻線の端部が、回転電機の出力電圧によって決まる電機子巻線同士が接続片を介して電気的に接続されているので、回転電機の出力電圧が決まってから電機子巻線同士を結線すれば良く、回転電機の出力電圧に自由度を持たせることができる。具体的には、１スロット内の電機子巻線を径方向４以上の偶数層で構成し、電機子巻線の端部において巻線の結線を変更することで、同一スロット内を通過する電機子巻線を２層ずつ直列に結線して２ターン巻線を形成し、かつ、電機子巻線は各相毎に３並列回路で構成するものと、同一スロット内を通過する２層の電機子巻線を並列接続して１ターン巻線を形成し、かつ、各相毎に２並列回路で構成するものとで２種類の電圧を出力することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転電機の出力電圧に自由度を持たせることができる電機子巻線の結線構造を有するので、設計変更を行うことなく、仕様に応じた出力電圧を出力することのできる回転電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る回転電機について、図面を参照しながらいくつかの実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態である回転電機の構造図である。該図において、回転電機１００は、一例として三相のタービン発電機であり、回転子鉄心５１ａ及び該回転子鉄心５１ａに設けられたスロット（図示せず）内に収納された界磁巻線（図示せず）から成り、回転軸５０を中心に回転する回転子５１と、回転子鉄心５１ａと対向配置され、かつ軸方向に形成された複数のスロット１７を内周部に設けた固定子鉄心３０ａ及び固定子鉄心３０ａの各スロット１７内に施された電機子巻線４０，４５から成る固定子３０と、これらを保持し、あるいは固定する固定子枠６０とから概略構成されている。また、第１実施形態における回転電機１００は、電機子巻線４０，４５を結線する接続片で、回転電機の出力電圧によって決まる電機子巻線同士を結線することにより、１種類目の電圧と、２種類目の電圧とが出力できるように構成されている。
【００１４】
ここで、スロット１７は、固定子鉄心３０ａの内周面に周方向等間隔に複数形成され、軸方向に伸延して形成される。また、回転子５１は、図示しない界磁巻線が巻回された円筒形状のものであり、複数の磁極が生成される。また、固定子鉄心３０ａは、回転子５１の外周面と所定ギャップをもって対向配置され、軸方向両端がエンドクランプ３１ａで保持される。電機子巻線４０，４５は、固定子鉄心３０ａの軸方向に延び、各スロット１７の内部に複数層に分割されて格納される。また、回転軸５０の一端は、図示しない蒸気タービンあるいはガスタービンに接続されている。
【００１５】
図２は、図１に示す電機子巻線４０，４５の１相分の結線図であり、特に、第１実施形態を示す１種類目の電圧を出力する電機子巻線の結線を示している。具体的には、電機子巻線４０，４５は、同一スロット内を通過する電機子巻線を２層ずつ直列に接続して２ターン巻線を形成し、かつ、電機子巻線は、各相毎に３並列回路で構成する電機子巻線の１相分の結線図を示している。他の２つの相に関しては、図示された相と同じ結線をそれぞれ１２０度及び２４０度ずらした配置となる。図２では、一例として３相２極５４スロットの回転電機の電機子巻線を示しているが、他のスロット数でもよい。
【００１６】
なお、図２の例では、図の左側の電機子巻線の組が１極目、図の右側の電機子巻線の組が２極目を示している。
【００１７】
本実施形態では、電機子巻線は、同一スロット内において、径方向に４層で構成され、外径側の２層を底コイル４とし、内径側の２層を上コイル５とする。すなわち、電機子巻線は、底コイル１層目，底コイル２層目，上コイル１層目、及び上コイル２層目から構成される。そして、電機子巻線は並列回路１，並列回路２、及び、並列回路３から構成され、それぞれの回路を実線，点線、及び一点鎖線で図示している。それぞれの並列回路で各線が２本ずつ並記されているのは、同一スロット内の電機子巻線が、２層直列に接続された２ターン巻線を形成していることを示す。
【００１８】
本実施形態では、電機子巻線は底コイル４と上コイル５とで区別して配置しているが、上下逆の配置でもよいことは勿論である。
【００１９】
以下、並列回路１の底コイル１層目の電機子巻線１ａを接続側６ａから巻き始める例で説明する。ここで、接続側６ａとは、外部に接続される接続端子が設けられている部分であり、軸方向反対側の接続端子が設けられていない部分を反接続側７ａという。なお、説明上必要な電機子巻線は、図面上に太い線を用いて記載されている。底コイル１層目の電機子巻線１ａは反接続側７ａで接続片１０を用いて上コイル１層目の電機子巻線１ｃに接続する。そして、上コイル１層目の電機子巻線１ｃは接続側６ａに戻って接続片８で底コイル２層目の電機子巻線１ｂに接続することで１ターン目が形成される。
【００２０】
次に、底コイル２層目の電機子巻線１ｂは反接続側７ａで接続片１１を用いて上コイル２層目の電機子巻線１ｄに接続し、上コイル２層目の電機子巻線１ｄが接続側６ａに戻ってきて２ターン目が形成されることで、２層を直列に接続した２ターン巻線が構成できる。このとき、電機子巻線のコイルピッチは１ターン目と２ターン目とが等しく、接続側６ａのコイルピッチと反接続側７ａのコイルピッチとを等しくする。上コイル２層目の電機子巻線１ｄは接続側６ａで接続ピッチが３の接続片９で並列回路１の次の電機子巻線の底コイル１層目の電機子巻線１ｅと接続することで３並列回路が構成できる。同様な結線で１極分の巻線を施した後、接続線１５で次の極の接続側６ｂに接続する。並列回路２，３も並列回路１と同様な結線を施す。
【００２１】
図３は、図２に示す接続側６ａの巻線端部の接続部分を軸方向より見た図であり、横軸は周方向を、縦軸は径方向を示している。電機子巻線は、外径側から底コイル１層目の電機子巻線１ａ，底コイル２層目の電機子巻線１ｂ，上コイル１層目の電機子巻線１ｃ，上コイル２層目の電機子巻線１ｄの順で配置されている。各電機子巻線は素線から構成され（図示せず）、各層の電機子巻線の素線数は等しいことが望ましいが、素線数が異なっていても構わない。なお、図３において、説明のために必要な部分を黒く網掛けしている。
【００２２】
接続側６ａ（図２参照）では、底コイル２層目の電機子巻線１ｂと上コイル１層目の電機子巻線１ｃとは接続片８で接続され、上コイル２層目の電機子巻線１ｄと次の電機子巻線の底コイル１層目の電機子巻線１ｅとは、電機子巻線１ｅが電機子巻線１ａから軸方向に３つずれているので、接続ピッチが３の接続片９で接続されている。このとき、仕様で決められた出力電圧となる電機子巻線同士の接続側端部は、接続片９を介して電気的に接続されている。
【００２３】
本実施形態の接続片８，９は、板形状の導電性物質を用いているが、導電性物質であれば何れの形状でもよい。また、本実施形態の接続片８，９は、電機子巻線の片側に１枚設けているが、図４に示すように、電機子巻線の両側に２枚設けてもよい。
【００２４】
図５は、接続側６ａ（図２）の巻線端部の接続部分を回転電機の周方向から見た図であり、横軸が回転軸方向を示し、縦軸が径方向を示している。底コイル１層目の電機子巻線１ｅ、及びこの電機子巻線１ｅの図面裏側方向に配置され、図示されていない電機子巻線１ａと、上コイル２層目の電機子巻線１ｄとの軸方向長さを長くし、底コイル２層目の電機子巻線１ｂと上コイル１層目の電機子巻線１ｃとの軸方向長さを短くしている。これにより、接続片８と接続ピッチが３の接続片９とが重ならないようにすることができる。
【００２５】
図６は、反接続側７ａ（図２）の巻線端部の接続部分を回転軸方向より見た図であり、横軸は周方向を示し、縦軸は径方向を示す。底コイル１層目の電機子巻線１ａと上コイル１層目の電機子巻線１ｃとは、接続スペーサ１６を介して接続片１０で接続している。
【００２６】
このように底コイル１層目の電機子巻線１ａ及び上コイル１層目の電機子巻線１ｃと接続片１０との間に接続スペーサ１６を設けることにより、接続片１０と底コイル２層目の１ｂの電気的絶縁が確保できる。絶縁をさらに確実にするため接続片１０と底コイル２層目の電機子巻線１ｂとの間に絶縁スペーサ（図示せず）を設けてもよい。そして、底コイル２層目の電機子巻線１ｂと上コイル２層目の電機子巻線１ｄとは接続スペーサ１６を介して接続片１１で接続している。このように底コイル２層目の電機子巻線１ｂと上コイル２層目の電機子巻線１ｄと接続片１１との間に接続スペーサ１６を設けることにより、接続片１１と上コイル１層目の電機子巻線１ｃの電気的絶縁が確保できる。絶縁をさらに確実にするために接続片１１と上コイル１層目の電機子巻線１ｃとの間に絶縁スペーサ（図示せず）を設けてもよい。
【００２７】
図７は、図１に示す電機子巻線４０，４５の１相分の結線図であり、第１実施形態を示す２種類目の電圧を出力する電機子巻線の構成である。すなわち、図７は、同一スロット内を通過する２層の電機子巻線を並列接続して１ターン巻線を形成し、かつ、各相毎に２並列回路で構成する電機子巻線の１相分の結線図を示している。他の２つの相に関しては、図示された相と同じ結線をそれぞれ１２０度及び２４０度ずらした配置となる。図７は、一例として２極５４スロットの回転電機を示しているが、他のスロット数でもよい。なお、図７の例では、図の左側の電機子巻線の組が１極目、図の右側の電機子巻線の組が２極目を示している。
【００２８】
図７に示すように、本実施形態では、底コイル４における底コイル１層目４１ａと底コイル２層目４１ｂとの間、及び上コイル５における上コイル１層目４１ｃと上コイル２層目４１ｄとの間の電気的絶縁を保持したまま、巻線端部で接続する方式とした。そして、底コイル１層目４１ａと上コイル１層目４１ｃとの間、及び底コイル２層目４１ｂと上コイル２層目４１ｄとの間をそれぞれ接続する順接続３１と、底コイル１層目４１ａと上コイル２層目４１ｄとの間、及び底コイル２層目４１ｂと上コイル１層目４１ｃとの間をそれぞれ接続する逆接続３２との、２種類の接続を組み合わせて並列回路を構成するものとした。順接続３１では２層の巻線で構成する並列回路間の鎖交磁束（図示せず）が同じ方向となり、逆接続３２では２層の巻線で構成する並列回路間の鎖交磁束（図示せず）が逆方向となる。
【００２９】
２層の巻線で構成する並列回路の間を鎖交する磁束（図示せず）は、上コイル５と底コイル４で異なる。そして、底コイル４の２層の巻線で構成する並列回路の間を鎖交する磁束はすべてのスロットで大体同じ値となるが、上コイル５では同相のスロット（図示せず）と異相のスロット（図示せず）で鎖交磁束が異なる。そこで複数スロットにある２層の巻線で並列回路を構成し、順接続３１と逆接続３２とを組み合わせて２層の巻線で構成する並列回路の間の鎖交磁束を打ち消す構成とすることで誘導電流を低減することができる。１極目の巻線の巻始め３３ａと２極目の巻線の巻始め３３ｂとの間、及び１極目の巻線の巻き終わり３４ａと２極目の巻き終わり３４ｂとの間をそれぞれ接続線１５で並列接続し、出力端子３５に接続する。
【００３０】
図８は、反接続側７ａの巻線端部の接続部分を軸方向より見た図であり、横軸は周方向を示し縦軸は径方向を示している。以下、順接続３１について説明する。底コイル１層目４１ａと上コイル１層目４１ｃは、接続スペーサ１６を介して接続片１０で接続されている。このとき、電機子巻線と接続片１０とは、ロウ付けにより電気的に接続されている。
【００３１】
このように底コイル１層目４１ａと接続片１０との間、及び上コイル１層目４１ｃと接続片１０との間に接続スペーサ１６を設けることにより、接続片１０と底コイル２層目４１ｂの電気的絶縁が確保できる。絶縁をさらに確実にするため、接続片１０と底コイル２層目４１ｂとの間に絶縁スペーサ（図示せず）を設けてもよい。そして、底コイル２層目４１ｂと上コイル２層目４１ｄとは、接続スペーサ１６を介して接続片１１で接続されている。このように、底コイル２層目４１ｂと接続片１１との間、及び上コイル２層目４１ｄと接続片１１との間に接続スペーサ１６を設けることにより、接続片１１と上コイル１層目４１ｃの電気的絶縁が確保できる。絶縁をさらに確実にするため、接続片１１と上コイル１層目４１ｃとの間に絶縁スペーサ（図示せず）を設けてもよい。
【００３２】
図９は、接続側６ａの巻線端部の接続部分を軸方向より見た図であり、横軸は周方向を示し縦軸は径方向を示している。以下、逆接続３２について説明する。底コイル１層目４１ｈと上コイル２層目４１ｇは、接続スペーサ１６を介して接続片２６で接続されている。このとき、電機子巻線と接続スペーサ１６と接続片２６は、ロウ付けにより電気的に接続されている。
【００３３】
このように、底コイル１層目４１ｈと上コイル２層目４１ｇと接続片２６との間に接続スペーサ１６を設けることにより、接続片２６と底コイル２層目４１ｉとの間、及び接続片２６と上コイル１層目４１ｆとの間の電気的絶縁が確保できる。絶縁をさらに確実にするため、接続片２６と底コイル２層目４１ｉとの間、及び接続片２６と上コイル１層目４１ｆとの間に絶縁スペーサ（図示せず）を設けてもよい。そして、底コイル２層目４１ｉと上コイル１層目４１ｆは接続片２７で接続している。このとき、電機子巻線と接続片２７は、ロウ付けにより電気的に接続されている。
【００３４】
次に、図９において、巻線の巻始め３３ａと巻き終わり３４ａについて説明する。２層の巻線で構成する並列回路は複数のスロットの巻線を用いるが、その巻線の巻始め３３ａでは、底コイル１層目４１ｊと底コイル２層目４１ｋとを接続片３６を用いて電気的に接続する。同様に、巻き終わり３４ａでは上コイル１層目４１ｍと上コイル２層目４１ｎとを接続片３６を用いて電気的に接続する。他の極の巻始め３３ｂと巻き終わり３４ｂ、及び他の相も同様な構成とする。
【００３５】
図１０は、スロット１７の内部の電機子巻線の構成を示した断面図である。底コイル４と上コイル５とは、各々２層の電機子巻線１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで構成されている。２層の電機子巻線はそれぞれ絶縁２０を施して電気的な絶縁を確保するが、２層の電機子巻線間の電位差は電機子巻線と対地との電位差より小さいため、絶縁２０は主絶縁２１ほどの絶縁耐力は必要ない。底コイルと上コイルとはそれぞれ主絶縁２１で対地絶縁を施し、スペーサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃと共にスロット１７（図１参照）に納めて、くさび２２で固定する構成となる。
【００３６】
本実施形態では、２層の電機子巻線にそれぞれ絶縁２０を施した後、電機子巻線と絶縁２０とを一緒にして主絶縁２１を施しているが、絶縁２０の代わりに主絶縁２１としてそれぞれ別の電機子巻線で構成してもよい。
【００３７】
また、本実施形態によれば、電機子巻線を４層で構成したため、従来の２層の構成より１層あたりの巻線の高さが低くなる。したがって、１層あたりの巻線に鎖交する磁束が小さくなり、これにより発生する交流損失が低減できて回転電機が高効率となる。
【００３８】
ここで、電機子巻線と接続スペーサと接続片を電気的に接続する具体的な実施形態について説明する。図１１は、本発明の第１実施形態における図６の電機子巻線と接続片の接続状態を示す斜視図である。
【００３９】
該図に示す如く、電機子巻線は、外径側８０の底コイル４と内径側７０の上コイル５とから構成され、本実施形態の上コイル５と底コイル４とは素線７３（コイル）を２列にしている。底コイル４は、縦方向２層に底コイル１層目１ａと底コイル２層目１ｂとに分けられている。また、上コイル５も縦方向２層に上コイル１層目１ｃと上コイル２層目１ｄとに分けられている。底コイル１層目１ａと底コイル２層目１ｂとの素線７３の段数は等しいことが望ましいが、素線７３の段数が異なっていても構わない。同様に、上コイル１層目１ｃと上コイル２層目１ｄとの素線７３の段数も等しいことが望ましいが、素線７３の段数が異なっていても構わない。
【００４０】
底コイル１層目１ａと底コイル２層目１ｂとはスペーサ（図示せず）を介して電気的に絶縁されている。また、上コイル１層目１ｃと上コイル２層目１ｄもスペーサ（図示せず）を介して電気的に絶縁されている。そして、底コイル１層目１ａ，底コイル２層目１ｂ，上コイル１層目１ｃ、及び上コイル２層目１ｄはそれぞれ独立に素線７３を転位する。転位する角度は３６０度以上とするが、好ましくは各素線７３は５４０度転位とすることが損失低減に効果がある。
【００４１】
底コイル２層目１ｂと上コイル２層目１ｄを接続スペーサ１６を介して接続片１１で接続して、それぞれロウ付けにより電気的に接続されている。また、接続片１１は、上コイル１層目１ｃと上コイル２層目１ｄが短絡しないように接続スペーサ１６を設けている。絶縁をさらに確実にするため接続片１１と上コイル１層目１ｃの間にスペーサ（図示せず）を設けてもよい。
【００４２】
また、底コイル１層目１ａと上コイル１層目１ｃを接続片１０で接続し、それぞれロウ付けにより電気的に接続されている。なお、接続片１０も底コイル１層目１ａと底コイル２層目１ｂが短絡しないように接続スペーサ１６を設けている。絶縁をさらに確実にするために接続片１０と底コイル２層目１ｂの間にスペーサ（図示せず）を設けてもよい。
【００４３】
本実施形態によれば、１種類目の電圧を出力する結線では、同一スロット内を通過する電機子巻線を２層ずつ直列に接続して２ターン巻線を形成しているため、全体の巻数が２倍となる。そして各相毎に３並列回路で構成するため、３／２並列回路となり、１並列回路に比較して電圧は０.６７倍となる。一方、２種類目の電圧を出力する結線では、電機子巻線を２層ずつ並列に接続して１ターン巻線を形成し、各相毎に２並列回路で構成すれば電圧は１並列回路に比較して０.５倍となり、１種類目と２種類目の電圧の差は１.３３倍であるため、巻線の絶縁耐力と温度上昇との余裕も少なくて済み、また巻線の端部結線は、回転電機の出力電圧によって決まる電機子巻線同士が接続板で電気的に接続されているため、コストを低減することが可能となる。
【００４４】
さらに、１スロット内の電機子巻線が４層となるため、従来の２層の構成より、１層あたりの巻線のサイズが小さくなる。したがって巻線の鎖交磁束が小さくなるため、これによる電機子巻線の交流損失が低減でき、回転電機が高効率となる効果を呈することもできる。
【００４５】
《第２実施形態》
図１２は、本発明の第２実施形態である回転電機の電機子巻線の１相分の結線図である。なお、回転電機の構造図は図１と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
図１２の結線は、図２の第１実施形態と比べて、接続側６ａのコイルピッチと接続方法が異なっている。図２の第１実施形態では、電機子巻線のコイルピッチは同一スロット内を通過する１ターン目と２ターン目とが等しく、接続側６ａのコイルピッチと反接続側７ａのコイルピッチとが等しく、接続側６ａの巻線端部に接続ピッチが３の接続片９を有する構造としていた。
【００４７】
図１２に示すように、第２実施形態では、電機子巻線のコイルピッチは、同一スロット内を通過する１ターン目と２ターン目とが等しく、接続側６ａのコイルピッチは、反接続側７ａのコイルピッチより１つ少なく、接続側６ａの巻線端部に接続ピッチが１と接続ピッチが２の２種類の接続片を有する構造とした。上コイル１層目の電機子巻線１ｃは接続側６ａで接続ピッチが１の接続片１２で底コイル２層目の電機子巻線１ｂに接続する。そして、上コイル２層目の電機子巻線１ｄは接続側６ａで接続ピッチが２の接続片１３で次の電機子巻線の底コイル１層目の電機子巻線１ｅに接続する。
【００４８】
図１３は、図１２における接続側６ａの巻線端部の接続部分を軸方向より見た図であり、横軸は周方向を示し、縦軸は径方向を示す。接続側６ａのコイルピッチは反接続側７ａ（図１２参照）のコイルピッチより１つ少ない構成であるため、底コイル１層目の電機子巻線１ａ，底コイル２層目の電機子巻線１ｂと上コイル１層目の電機子巻線１ｃ，上コイル２層目の電機子巻線１ｄはコイル位置が周方向に１つずれたものとなる。接続側６ａでは、上コイル１層目の電機子巻線１ｃと底コイル２層目の電機子巻線１ｂを接続ピッチが１の接続片１２で接続して、上コイル２層目の電機子巻線１ｄと次の電機子巻線の底コイル１層目の電機子巻線１ｅとは接続ピッチが２の接続片１３で接続する。このとき、仕様で決められた出力電圧となる電機子巻線同士の接続側端部と接続片１２，１３は、ロウ付けにより電気的に接続されている。
【００４９】
なお、接続方法は前述の図１１で説明済みであるので重複する説明は省略する。図２の第１実施形態では接続ピッチが３の接続片９を要するが、本実施形態では接続ピッチが１と接続ピッチが２の接続片であるため、接続片の長さが短くなり、大型回転電機の場合、接続片の接続作業が容易になる利点がある。本実施形態では反接続側７ａ（図１２参照）の巻線端部の構成は図６と同じである。なお、この実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５０】
《第３実施形態》
図１４は、本発明の第３実施形態を示す電機子巻線の反接続側７ａの巻線端部接続部分を軸方向より見た図であり、横軸は周方向を示し、縦軸は径方向を示す。図１４の第３実施形態の例では、図６の第１実施形態の例と比べて、接続片の形状が異なっている。図６の第１実施形態では、電機子巻線と接続片１０または接続片１１との接続に接続スペーサ１６を介する構造としていた。
【００５１】
図１４の第３実施形態では、接続片４１，４２として段付構造の導電性物質を用いたものである。即ち、底コイル１層目４１ａと上コイル１層目４１ｃとの接続に、底コイル１層目４１ａ及び上コイル１層目４１ｃとの接続部分が、他の部分より肉厚の段付接続片４１を用いている。この段付接続片４１を用いることにより、段付接続片４１と底コイル２層目４１ｂとの絶縁が確保でき、図６の接続スペーサ１６を省略することができる。同様にして、底コイル２層目４１ｂと上コイル２層目４１ｄとの接続に段付接続片４２を用いることで、段付接続片４２と上コイル１層目４１ｃとの絶縁が確保できる。
【００５２】
絶縁をさらに確実にするためには、段付接続片４１と底コイル２層目４１ｂの間、及び段付接続片４２と上コイル１層目４１ｃの間に、それぞれ絶縁スペーサ（図示せず）を設けてもよい。この場合も、電機子巻線と段付接続片４２は、ロウ付けにより電気的に接続されている。
【００５３】
また、図８，図９の第１実施形態の例においても、同様に段付構造の接続片を用いることで接続スペーサ１６を省略することができる。第３実施形態においても第１及び第２実施形態の場合と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態である回転電機の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電機子巻線の結線図である。
【図３】本発明の第１実施形態の電機子巻線の接続側端部の接続図である。
【図４】本発明の第１実施形態の電機子巻線を変形した接続側端部の接続図である。
【図５】本発明の第１実施形態の電機子巻線の接続側端部の接続図である。
【図６】本発明の第１実施形態の電機子巻線の反接続側端部の接続図である。
【図７】本発明の第１実施形態の電機子巻線の結線図である。
【図８】本発明の第１実施形態の電機子巻線の反接続側端部の接続図である。
【図９】本発明の第１実施形態の電機子巻線の接続側端部の接続図である。
【図１０】本発明に係るスロット内部の電機子巻線の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態における電機子巻線と接続片の接続状態を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の電機子巻線の結線図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の電機子巻線の接続側端部の接続図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の電機子巻線の反接続側端部の接続図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，２，３  並列回路
１ａ  底コイル１層目
１ｂ  底コイル２層目
１ｃ  上コイル１層目
１ｄ  上コイル２層目
１ｅ  電機子巻線
４  底コイル
５  上コイル
６ａ，６ｂ  接続側
７ａ，７ｂ  反接続側
８，８ａ，９，９ｂ，１０，１１，１２，１３，２６，２７，３６  接続片
１５  接続線
１６  接続スペーサ
１７  スロット
２０  絶縁
２１  主絶縁
２２  くさび
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  スペーサ
３０ａ  固定子鉄心
３１ａ  エンドクランプ
３１  順接続
３２  逆接続
３３ａ，３３ｂ  巻始
３４ａ，３４ｂ  巻終
４０，４５  電機子巻線
４１，４２  段付接続片
５０  回転軸
５１  回転子
６０  固定子枠
７０  内径側
７３  素線
８０  外径側
１００  回転電機
【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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