JP2000350396A - 回転電機の巻線方法および回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】各相の３つの巻線回路間の電圧アンバランスを
小さくできると共に，口出し線側において隣接する他相
のコイルとの電位差を低く抑えることのできる回転電機
の巻線方法および回転電機を提供すること。 【解決手段】各相の３つの第１〜３巻線回路によって４
つの極を次のように構成し、 P1極： 第１巻線回路１３１の６本の上コイルおよび底
コイル P2極： 第２巻線回路１３２の６本の上コイルおよび底
コイル P3極及P4極： 第３巻線回路１３３の４本の上コイルお
よび底コイルと、極の巻線軸から２番目と４番目に位置
する第１巻線回路（P3極の場合）、又は第２巻線回路
（P4極の場合）の２本の上コイルおよび底コイル ４つの極を構成する６本の上コイルおよび底コイルのう
ち口出し線側（コレクタリング側）における他相のコイ
ルに隣接するコイル以外のコイルを渡り線に接続するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３相スター結線の電
機子巻線を各相毎に３つの巻線回路を並列接続して構成
され、固定子鉄心に設けられた７２個の各スロットに2
層巻する３相４極の回転電機の巻線方法および回転電機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の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
に多数のスロットが設けられている。発電機では誘起電
圧波形を正弦波にするために、通常電機子巻線を分布巻
の短節巻としている。この理由は、巻線ピッチと磁極ピ
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，第5次と第7次の高調波を小さくするためであ
る。

【０００３】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4極機が多く用いられてい
る。一般に，タービン発電機の電機子巻線はY（スタ
ー）結線であり，各相の巻線回路の並列回路数を極数の
約数としている。例えば，4極機の場合，各相の巻線回
路の並列数を4または2とすれば，各巻線回路を電気的に
全く同一の配置にすることができるため，各巻線回路間
の誘起電圧をバランスさせることが可能となる。

【０００４】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
題から巻線回路を4または2並列数とするのが一般的であ
る。

【０００５】ところで、各相の巻線回路を3並列回路と
すると4並列回路よりも発電機の構造を合理化できるた
め，並列数を3とすることが提案されている。このこと
は、例えば、特開平９ー２０５７５０号公報に記載され
ている。

【０００６】各相の巻線回路を3並列回路にすると発電
機の構造を合理化できる理由を図５および図６を用いて
説明する。図５は4並列回路，Y結線の概念図であり，図
６は3並列回路，Y結線の概念図である。

【０００７】図５に示すように、タービン発電機143の
電機子巻線の各相巻線を4並列回路とすると，口出し線7
3〜78がタービン側とコレクタリング側に各6本の合計12
本となり，それに伴ってブッシング145およびターミナ
ルボックス144も両側に配置される。なお、図５では、
図５（ｂ）に示すように各相巻線を２並列回路を２つに
した例を示している。

【０００８】一方，各相巻線を3並列回路にすると、図
６に示すように口出しが線73〜78が6本となり，ブッシ
ング145およびターミナルボックス144をコレクタリング
側の片側に配置するだけで済むようになる。

【０００９】このように、各相の巻線回路を3並列回路
にすると発電機の構造合理化および発電機下部のスペー
ス確保に効果がある。が，しかし各相の巻線回路の並列
回路数が極数の約数ではないため，各巻線回路の誘起電
圧がアンバランスとなり，巻線回路間に循環電流が流れ
る。したがって、4極機において各相の巻線回路を3並列
回路とする場合には各巻線回路間の電圧アンバランスが
小さくなるようにする必要がある。

【００１０】各巻線回路間の電圧アンバランスを小さく
するために、先に挙げた特開平9-205750号公報では次の
ようなコイル配置にしている。特開平9-205750号公報に
記載されているコイルの配置を図７に示し，また、電機
子巻線断面を図８に示す。図７において，四角枠内の数
字1〜72はスロット番号を示しており，1〜72の数字は1
から順に周方向に2，3，…，71，72，1，…となるよう
にしている。

【００１１】電機子巻線のコイル125，126は固定子鉄心
124に設けられたスロット127内に納められ，ウェッジ12
8で固定されている。図８に示すように，電機子巻線12
5，126は二層になっており，固定子内径(ウェッジ128)
側のコイル125を上コイル，固定子外径側のコイル126を
底コイルと称する。３相，4極，72スロットの発電機の
場合，毎極毎相のスロット数NsppはNspp=(スロット数)/
(相数×極数)=72/(3×4)=6となる。

【００１２】一方，上述したように，発電機の誘起電圧
波形は正弦波形にできるだけ近い方が望ましいことか
ら，通常、巻線ピッチと磁極ピッチとの比βをβ=5/6と
している。72スロットの場合，磁極ピッチは(スロット
数)/(極数)=72/4=18であるから，巻線ピッチτは15(例
えば，図７に示したようにτ=32-17=15)となる。したが
って，ある一つの相(例えば，U相)が，スロット71，7
2，1，2，3，4の上コイルとスロット14〜19の底コイル
でP1極を構成し，スロット17〜22の上コイルとスロット
32〜37の底コイルでP2極を構成し，スロット35〜40の上
コイルとスロット50〜55の底コイルでP3極を構成し，ス
ロット53〜58の上コイルとスロット68〜72，1の底コイ
ルでP4極を構成することになる。

【００１３】各相の３つの巻線回路を構成する上コイル
と底コイルの数は(スロット数)/(相数×並列回路数)=72
/(3×3)=8，すなわち，3つの巻線回路131〜133はそれぞ
れ上コイル8本と底コイル8本で構成される。

【００１４】3つの巻線回路131〜133によって4つの極
（P1，P2，P3，P4）はそれぞれ次のように構成されてい
る。

【００１５】 P1極： 巻線回路132の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 巻線回路133の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 巻線回路131の４本の上コイルおよび底コイル
と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する巻線回路
133の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 巻線回路131の４本の上コイルおよび底コイル
と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する巻線回路
132の２本の上コイルおよび底コイル 72スロット，4極機では1スロットピッチの電気角が(ス
ロット数/極対数)=360°/(72/2)=10°となるから，スロ
ット1の誘起電圧をV₁∠0°とすると，スロット2の誘起
電圧がV₁∠10°，スロット3の誘起電圧がV₁∠20°，
…，スロットnの誘起電圧がV₁∠〔(n-1)×10〕°とな
る。

【００１６】３つの巻線回路131〜133の誘起電圧は，各
巻線回路131〜133を構成する上コイルと底コイルの誘起
電圧のベクトル和であり，図７に示したように，巻線回
路131はスロット35，36，38，40，53，54，56，58の上
コイル8本とスロット50，52，54，55，68，70，72，1の
底コイル8本で構成し，巻線回路132はスロット71，72，
1〜4，55，57の上コイル8本とスロット14〜19，69，71
の底コイル8本で構成し，巻線回路133はスロット17〜2
2，37，39の上コイル8本とスロット32〜37，51，53の底
コイル8本で構成すると，巻線回路132と133の誘起電圧
は等しくなり，巻線回路131の誘起電圧は0.15％程度だ
け巻線回路132、133より小さくなるが、３つの巻線回路
131〜133の電圧アンバランスを小さくできる。

【００１７】なお、巻線回路131の誘起電圧が巻線回路1
32、133の誘起電圧より小さくなるは、巻線回路131を構
成するコイルのスロット配置が巻線回路132、133と異な
りコイルの電圧位相が異なるためである。また、0.15％
は本発明者達が計算で求めた値である。

【００１８】ここで、図７から理解できるように、3つ
の巻線回路を並列接続した場合には口出し線側（コレク
タリング側）または口出し線と反対側（タービン側）の
巻線ピッチを一定にできないため，例えば特公昭54-668
3号公報に記載されているように，特定のコイルの巻線
ピッチを変化させて上コイル125と底コイル126を接続す
ることになる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では，３つの
巻線回路間の電圧アンバランスを小さくしているが，コ
レクタリング側（口出し線側）において4つの極とも巻
線軸から6番目，すなわち最も外側の上コイルと底コイ
ルが渡り線に接続するようにしている。このため，コレ
クタリング側では隣接する120度位相の異なる他相のコ
イルとの電位差が大きくなる。電機子巻線のコイルに用
いる絶縁の耐圧の点からも発電機の定格電圧が制限され
ることを考えると，異相間コイルの電位差をできるだけ
低く抑えることが要求される。

【００２０】本発明の目的は，各相の３つの巻線回路間
の電圧アンバランスを小さくできると共に，コレクタリ
ング側において隣接する他相のコイルとの電位差を低く
抑えることのできる回転電機の巻線方法および回転電機
を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、各相の３つの第１〜３巻線回路によって４つの極
を次のように構成し、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルと底コイル
と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
回路の２本の上コイルおよび底コイル ４つの極を構成する６本の上コイルおよび底コイルのう
ち口出し線側（コレクタリング側）において他相のコイ
ルに隣接するコイル以外のコイルを渡り線に接続するよ
うにしたことにある。

【００２２】つまり、コレクタリング側において渡り線
に接続する上コイルと底コイルは巻線軸から２番目〜５
番目のコイルとしたことにある。

【００２３】本発明によれば、各相の３つの巻線回路間
の電圧アンバランスを小さくできると共に隣接する他相
のコイルと電位差を低く抑えることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下，本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

【００２５】なお、本発明の理解を容易にするため従来
技術として挙げた特開平９ー２０５７５０号公報に記載
されている例と対比しながら説明する。

【００２６】図1に本発明の一実施例を示す電機子巻線
結線図を1相分について示し、図２にその3相分を示す。
また、図３に従来結線図を1相分を示し、図４にその3相
分を示す。

【００２７】ここで図１〜４において，1〜72はスロッ
ト番号を示しており，1から順に周方向に2，3，…，7
1，72，1，…となるようにしている。また，実線を上コ
イル，点線を底コイルとして説明する。ただし，点線が
上コイル，実線が底コイルであってもよいことは勿論の
ことである。

【００２８】先ず，従来の結線について図３および図４
を用いて説明する。

【００２９】図３は従来結線図の1相分(例えば，U相)，
図４は図３の結線を3相分示した図であり，V相およびW
相の結線はU相の結線(図３)を空間的に120度および240
度ずらしているだけである。以後、図３を用いてU相の
巻線回路131，132，133で説明する。

【００３０】図５を用いて説明したように，巻線回路13
1は，P3極を構成するスロット35，36，38，40の上コイ
ルとスロット50，52，54，55の底コイル、およびP4極を
構成するスロット53，54，56，58の上コイルとスロット
68，70，72，1の底コイルを直列接続して構成されてい
る。巻線回路132はP1極を構成するスロット71，72，1〜
4の上コイルとスロット14〜19の底コイル，P4極を構成
するスロット55，57の上コイルとスロット69，71の底コ
イルを直列接続して構成され、また、巻線回路133は，P
2極を構成するスロット17〜22の上コイルとスロット32
〜37の底コイル，P3極を構成するスロット37，39の上コ
イルとスロット51，53の底コイルを直列接続して構成さ
れている。

【００３１】このようなコイル配置にすると，3つの巻
線回路131、132、133間の電圧アンバランスは0.15％(巻
線回路132と133の誘起電圧は等しくなり，巻線回路131
の誘起電圧は巻線回路132および133の誘起電圧より0.15
％程小さい)程度となり，固定子スロット数72，磁極ピ
ッチと巻線ピッチとの比τ=5/6のときにおいては電圧ア
ンバランスを最も小さくできる。

【００３２】また，巻線ピッチは所定のコイルを除い
て，口出し線73，74側（コレクタリング側）が14，口出
し線と反対(渡り線85〜90)側（タービン側）が15となっ
ている。通常の一定の巻線ピッチと異なる巻線ピッチで
接続する箇所はタービン側のみに存在し，3相分で18箇
所(例えば，スロット37の上コイルとスロット53の底コ
イルの接続)となる。

【００３３】一定の巻線ピッチで接続する箇所と他のピ
ッチの巻線ピッチで接続する箇所の違いを示したのが図
9である。図９は，図３のP4極の上コイルと底コイルの
接続についてタービン側について示したものであり，上
コイルの接続と底コイルの接続を点線で示している。な
お，図３に示しているように，スロット53，57の上コイ
ルおよびスロット68，69の底コイルは渡り線に接続され
る。

【００３４】スロット58の上コイルとスロット1の底コ
イルの接続は一定の巻線ピッチであるから，スロット58
の上コイルとスロット1の底コイルを接続するコイル端
では，周方向の位置が同じになる。一方，例えば，スロ
ット54の上コイルはスロット69の底コイルではなく，一
定の巻線ピッチと異なる巻線ピッチでスロット70に接続
されるため，スロット54の上コイルとスロット70の底コ
イルを接続するコイル端では周方向の位置が異なり斜め
に接続することになる。したがって，一定の巻線ピッチ
でない巻線ピッチで接続する箇所が増加すると，それだ
け端部構造が複雑となり，コストアップとなる。

【００３５】渡り線は口出し線73〜78側（コレクタリン
グ側）で9本(渡り線79〜84，103〜105)で，軸方向に見
てその重なりは7リング(渡り線103〜105は同じリングと
なる)となる。

【００３６】一方，タービン側では，渡り線は18本(わ
たり線85〜102)で，軸方向に見てその重なりは6リング
(渡り線85と87と89は同じリング，渡り線86と88と90は
同じリング，渡り線97と99と101は同じリング，渡り線9
8と100と102は同じリング，渡り線91と93と95は同じリ
ング，渡り線92と94と96は同じリングとなる)となる。

【００３７】以上のように，従来の結線では３つの巻線
回路間の電圧アンバランスを0.15％程度にできるが、一
定の巻線ピッチと異なる巻線ピッチで接続する箇所が18
箇所で，渡り線は軸方向に見てその重なりが合計で13リ
ングとなる。

【００３８】次に，その問題点を具体的に説明する。

【００３９】図４において，口出し線74，76，78をスタ
ー結線の中性点側とすると，口出し線73，75，77が出力
端子側になる。したがって，巻線回路133は，渡り線80
との接続点111からスロット17の上コイル，スロット32
の底コイル，スロット18の上コイル，スロット33の底コ
イル，スロット19の上コイル，スロット34の底コイル，
スロット20の上コイル，渡り線89，スロット39の上コイ
ル，スロット53の底コイル，スロット37の上コイル，ス
ロット51の底コイル，渡り線90，スロット35の底コイ
ル，スロット21の上コイル，スロット36の底コイル，ス
ロット22の上コイル，スロット37の底コイル，渡り線79
との接続点108の順になる。

【００４０】一方，巻線回路133とは異なる相の巻線回
路130は渡り線82との接続点116からスロット43の底コイ
ル，スロット28の上コイル，スロット42の底コイル，ス
ロット27の上コイル，スロット41の底コイル，スロット
26の上コイル，スロット40の底コイル，スロット25の上
コイル，スロット39の底コイル，スロット24の上コイ
ル，スロット38の底コイル，渡り線93，スロット21の底
コイル，スロット7の上コイル，スロット23の底コイ
ル，スロット9の上コイル，渡り線94，スロット23の上
コイル，渡り線81との接続点113の順となる。

【００４１】このような順番で接続すると，巻線回路13
3は接続点111の電位が零で，接続順に見て接続点108に
近くなるほど電位が高くなり，また、巻線回路130は接
続点116の電位が零で，接続順に見て接続点113に近くな
るほど電位が高くなる。このため，口出し線73〜78側に
おいて，スロット23の上コイル(巻線回路130)とスロッ
ト22の上コイル(巻線回路133)間の電位差が大きくな
る。この電位差は、本発明者達が計算で求めたところ端
子電圧Vの92.6％程度になる。

【００４２】このように、異なる相のコイル間の電位差
が大きくなるのは，接続順に見て口出し線73，75，77に
近いコイルほど電位が高いことと，一つの極を構成する
6本の上コイルと底コイルのうち、巻線軸から見て一番
外側もしくは一番内側のコイルは異なる相のコイルと隣
接することの２つが原因である。

【００４３】したがって，接続順に見て口出し線73，7
5，77に近いコイルを，一つの極を構成する6本の上コイ
ルと底コイルの内，巻線軸から数えて第2〜5番目のコイ
ルにすれば，隣接する異相間コイルの電位差を低減する
ことができる。

【００４４】本発明はこのような知見に基いて成された
もので，図1に示すように上コイルと底コイルを接続し
て，隣接する異相間コイルの電位差を低減する。

【００４５】図1において，各巻線回路131，132，133を
構成する上コイルと底コイルは図３に示す従来結線と同
じであり，各巻線回路131，132，133間の電圧アンバラ
ンスは0.15％程度になる。

【００４６】一方，図３では所定のコイルを除いて，巻
線ピッチをコレクタリング側（口出し線73〜78側）で1
4，タービン側(渡り線85〜102側）で15としているのに
対し，図１に示す本発明では，所定のコイルを除いて，
巻線ピッチをコレクタリング側（口出し線73〜78側）で
15，タービン側(渡り線85〜102側）で14にしている。こ
のようにすることにより，渡り線の数を増加させること
なく，巻線軸から数えて第2〜5番目のコイルを渡り線79
〜84に接続することができる。

【００４７】このことを具体的に説明する。

【００４８】巻線回路131は、渡り線80との接続点109か
らスロット38の上コイル，スロット52の底コイル，スロ
ット36の上コイル，スロット50の底コイル，スロット35
の上コイル，渡り線85，スロット53の上コイル，スロッ
ト68の底コイル，スロット54の上コイル，スロット70の
底コイル，スロット56の上コイル，スロット72の底コイ
ル，スロット58の上コイル，スロット1の底コイル，渡
り線86，スロット55の底コイル，スロット40の上コイ
ル，スロット54の底コイル，渡り線79との接続点106の
順に接続する。

【００４９】このように接続すると，一定の巻線ピッチ
以外の特定の巻線ピッチで接続する箇所は3箇所(口出し
線側：スロット52の底コイルとスロット36の上コイル，
スロット54の上コイルとスロット70の底コイル，スロッ
ト56の上コイルとスロット72の底コイル間の接続)とな
る。

【００５０】巻線回路132は、渡り線80との接続点110か
らスロット69の底コイル，スロット55の上コイル，スロ
ット71の底コイル，渡り線87，スロット19の底コイル，
スロット4の上コイル，スロット18の底コイル，スロッ
ト3の上コイル，スロット17の底コイル，スロット2の上
コイル，スロット16の底コイル，スロット1の上コイ
ル，スロット15の底コイル，スロット72の上コイル，
スロット14の底コイル，スロット71の上コイル，渡り線
88，スロット57の上コイル，渡り線79との接続点107の
順に接続する。

【００５１】このように接続すると，特定の巻線ピッチ
で接続する箇所は1箇所(口出し線側：スロット55の上コ
イルとスロット71の底コイル間の接続)となる。

【００５２】巻線回路133は、渡り線80との接続点111か
らスロット35の底コイル，スロット21の上コイル，スロ
ット36の底コイル，スロット22の上コイル，スロット37
の底コイル，渡り線89，スロット51の底コイル，渡り線
103，スロット39の上コイル，スロット53の底コイル，
スロット37の上コイル，渡り線90，スロット17の上コイ
ル，スロット32の底コイル，スロット18の上コイル，ス
ロット33の底コイル，スロット19の上コイル，スロット
34の底コイル，スロット20の上コイル，渡り線79との接
続点108の順に接続する。

【００５３】このように接続すると，特定の巻線ピッチ
で接続する箇所は1箇所(口出し線側：スロット53の底コ
イルとスロット37の上コイル間の接続)で，同じ極の上
コイルと底コイルを渡り線を用いて接続する箇所も1箇
所(口出し線側：スロット51の底コイルとスロット39の
上コイルの接続)となる。

【００５４】次に、巻線回路131、132、133は図1の接続
順に限らず次のように接続しても同様に行える。

【００５５】まず、巻線回路131は、コレクタリング側
（口出し線73，74側）において，スロット38の上コイル
とスロット54の底コイル，スロット36の上コイルとスロ
ット52の底コイル，スロット72の底コイルとスロット56
の上コイル，スロット70の底コイルとスロット54の上コ
イルのうち1組を，それぞれ渡り線80と渡り線79に接続
し，残りの3組を特定の巻線ピッチ（ピッチ数16）で接
続して，スロット35の上コイルとスロット50の底コイ
ル，スロット40の上コイルとスロット55の底コイル，ス
ロット68の底コイルとスロット53の上コイル，スロット
1の底コイルとスロット58の上コイルをコレクタリング
側で基準とする巻線ピッチ（ピッチ数15）で接続する。

【００５６】一方，口出し線の反対側となるタービン側
ではスロット35の上コイルとスロット53の上コイルを渡
り線85を介して接続し，スロット1の底コイルとスロッ
ト55の底コイルを渡り線86を介して接続し，スロット38
の上コイルとスロット52の底コイル，スロット36の上コ
イルとスロット50の底コイル，スロット68の底コイルと
スロット54の上コイル，スロット70の底コイルとスロッ
ト56の上コイル，スロット72の底コイルとスロット58の
上コイルをタービン側で基準とする巻線ピッチ（ピッチ
数14）で接続する。

【００５７】このように接続しても図１と同様に，渡り
線79，80と接続するコイルはP3極またはP4極の巻線軸か
ら数えて3番目または5番目の上コイルおよび底コイルと
なり，特定の巻線ピッチ16で接続する箇所は口出し線7
3，74側で3箇所となる。

【００５８】また，巻線回路132は、口出し線73，74側
において，スロット69の底コイルを渡り線80に接続し，
スロット57の上コイルを渡り線79に接続し，スロット55
の上コイルとスロット71の底コイルを特定の巻線ピッチ
（ピッチ数16）で接続し，スロット19の底コイルとスロ
ット4の上コイル，スロット18の底コイルとスロット3の
上コイル，スロット17の底コイルとスロット2の上コイ
ル，スロット16の底コイルとスロット1の上コイル，ス
ロット15の底コイルとスロット72の上コイル，スロット
14の底コイルとスロット71の上コイルをコレクタリング
側で基準とする巻線ピッチ（ピッチ数15）で接続する。

【００５９】タービン側では，スロット69の底コイルと
スロット55の上コイルまたはスロット71の底コイルとス
ロット57の上コイルのどちらか一方をそれぞれ渡り線8
7，88に接続し，他方をタービン側で基準とする巻線ピ
ッチ（ピッチ数14）で接続する。また、スロット19の底
コイルを渡り線87に接続し，スロット71の上コイルを渡
り線88に接続し，スロット4の上コイルとスロット18の
底コイル，スロット3の上コイルとスロット17の底コイ
ル，スロット2の上コイルとスロット16の底コイル，ス
ロット1の上コイルとスロット15の底コイル，スロット7
2の上コイルとスロット14の底コイルをタービン側で基
準とする巻線ピッチ（ピッチ数14）で接続する。

【００６０】このように接続しても，渡り線79，80と接
続するコイルはP4極の巻線軸から数えて2番目の上コイ
ルおよび底コイルとなり，特定の巻線ピッチ（ピッチ数
16）で接続する箇所も口出し線73，74側に1箇所とな
る。

【００６１】次に巻線回路133は、口出し線73，74側に
おいて，スロット18の上コイルとスロット33の底コイ
ル，スロット19の上コイルとスロット34の底コイル，ス
ロット20の上コイルとスロット35の底コイル，スロット
21の上コイルとスロット36の底コイルのうち1組を，そ
れぞれ渡り線79，80に接続し，残りの3組とスロット22
の上コイルとスロット37の底コイル，スロット17の上コ
イルとスロット32の底コイルをコレクタリング側で基準
とする巻線ピッチ（ピッチ数15）で接続する。また、ス
ロット51の底コイルとスロット39の上コイルを渡り線10
3を介して接続し，スロット53の底コイルとスロット37
の上コイルを特定の巻線ピッチ（ピッチ数16）で接続す
る。

【００６２】一方、タービン側（口出し線の反対側）で
は，スロット37の底コイルを渡り線89に接続し，スロッ
ト17の上コイルを渡り線90に接続し，スロット51の底コ
イルとスロット37の上コイル，スロット53の底コイルと
スロット39の上コイルのどちらか一方を，それぞれ渡り
線89および渡り線90に接続し，他方をタービン側で基準
とする一定の巻線ピッチ（ピッチ数14）で接続する。ま
た、スロット32の底コイルとスロット18の上コイル，ス
ロット33の底コイルとスロット19の上コイル，スロット
34の底コイルとスロット20の上コイル，スロット35の底
コイルとスロット21の上コイル，スロット36の底コイル
とスロット22の上コイルを一定の巻線ピッチ（ピッチ数
14）で接続する。

【００６３】このように接続することにより，渡り線7
9，80と接続するコイルはP2極を構成するコイルの巻線
軸から数えて2番目，3番目，4番目または5番目の上コイ
ルおよび底コイルとなり，図１と同様に特定の巻線ピッ
チ（ピッチ数16）で接続する箇所が口出し線73，74側に
1箇所，渡り線を用いてP3極の上コイルと底コイルを接
続する箇所が1箇所となる。

【００６４】以上、巻線回路131、132、133の他の接続
順について説明したが、図１に示す接続順および他の接
続順の説明から明らかなように，本発明による結線で
は、一定の巻線ピッチと異なる特定の巻線ピッチで接続
する箇所はコレクタリング側（口出し線側）のみに存在
し，3相分で15箇所(例えば，口出し線側においてスロッ
ト37の上コイルとスロット53の底コイル)となる。渡り
線は口出し線73〜78側で9本(渡り線79〜84，103〜105)
で，軸方向に見てその重なりは7リング(渡り線103〜105
は同じリングとなる)となる。

【００６５】一方，タービン側（口出し線の反対側）
で，渡り線は18本(渡り線85〜102)となり，軸方向に見
てその重なりは6リング(渡り線91と94と99は同じリン
グ，渡り線92と95と97は同じリング，渡り線88と93と10
0は同じリング，渡り線85と87と98は同じリング，渡り
線86と90と102は同じリング，渡り線89と96と101は同じ
リングとなる)となる。

【００６６】このように本発明では、図４に示す従来の
結線と比較して，渡り線の総数および軸方向に見た渡り
線の重なりは同じであるが，一定の巻線ピッテと異なる
特定の巻線ピッチで接続する箇所が3箇所減少するので
発電機の端部構造を簡単にすることができる。

【００６７】なお、図1においては、巻線回路131はP3極
の上コイルと底コイルを渡り線79，80に接続している
が，P4極の上コイルと底コイルを渡り線79，80に接続す
ることもできる。その際には，巻線回路132はスロット5
7の上コイルとスロット59の底コイルを渡り線で接続
し，スロット72の上コイルとスロット15の底コイル，ス
ロット1の上コイルとスロット16の底コイル，スロット2
の上コイルとスロット17の底コイル，スロット3の上コ
イルとスロット18の底コイルのうち一組を，それぞれ渡
り線79、80に接続する。そして，巻線回路133はスロッ
ト20の上コイルとスロット35の底コイルを接続し，スロ
ット51の底コイルとスロット39の上コイルをそれぞれ渡
り線79，80に接続することによって図1と同様の結線に
できる。

【００６８】以上のようにして回転電機の電機子巻線の
巻線を行うのであるが、コレクタリング側において渡り
線に接続する上コイルと底コイルは巻線軸から２番目〜
５番目のコイルとしているので、各相の３つの巻線回路
間の電圧アンバランスを小さくできると共に隣接する他
相のコイルと電位差を低く抑えることができる。

【００６９】また、本発明による異相間コイルの最大電
圧を計算すると端子電圧の72.6％程になる。従来の結線
では異相間コイルの最大電圧が92.6％であるから，コイ
ル絶縁の耐圧をV_mとすると，従来結線方式では発電機の
端子電圧V=V_m/0.926=1.08 V_m以下にしなければならない
が，図6の結線方式ではV=V_m/0.726=1.38V_m以下となる。
すなわち，発電機の定格電圧がコイルの絶縁で制限され
る場合，本発明の結線方式を用いれば，従来結線方式よ
り28％程度端子電圧を高くすることができる。

【００７０】図10、図11に本発明の他の実施例を示す。
図10は1相分について示し、図11は図10の結線の3相分を
示している。

【００７１】図10において、巻線回路131，132は図1と
同様の結線であるため説明を省略するが，巻線回路133
はP3極を構成するコイルの巻線軸から数えて2番目の底
コイルと上コイルをそれぞれ渡り線79，80に接続してい
る。すなわち，巻線回路133は、渡り線80との接続点111
からスロット39の上コイル，スロット53の底コイル，ス
ロット37の上コイル，渡り線89，スロット17の上コイ
ル，スロット32の底コイル，スロット18の上コイル，ス
ロット33の底コイル，スロット19の上コイル，スロット
34の底コイル，スロット20の上コイル，スロット35の底
コイル，スロット21の上コイル，スロット36の底コイ
ル，スロット22の上コイル，スロット37の底コイル，渡
り線90，スロット51の底コイル，渡り線79との接続点10
8の順に接続して構成されている。

【００７２】なお、図10ではスロット37の上コイルを渡
り線89に接続し，スロット51の底コイルを渡り線90に接
続し，スロット39の上コイルとスロット53の底コイルを
ピッチ数14の巻線ピッチで接続しているが，スロット37
の上コイルとスロット51の底コイルをピッチ数14の巻線
ピッチで接続し，スロット39の上コイルを渡り線89に接
続し，スロット53の底コイルを渡り線90に接続しても構
わない。

【００７３】このように接続すると，渡り線79，80に接
続するコイルはP3極を構成する巻線（コイル）の巻線軸
から数えて2番目の上コイルおよび底コイルとなり，特
定のピッチ数16の巻線ピッチで接続する箇所がコレクタ
リング側（口出し線73，74側）に1箇所となる。また，
同じ極の上コイルと底コイルを接続する渡り線(図1の渡
り線103)が不要となる。

【００７４】したがって，基準とする一定の巻線ピッチ
と異なる特定の巻線ピッチで接続する箇所はコレクタリ
ング側（口出し線側）のみに存在し，3相分で15箇所(例
えば，口出し線側においてスロット37の上コイルとスロ
ット53の底コイル)となる。また、渡り線は口出し線73
〜78側で6本(渡り線79〜84)で，軸方向に見てその重な
りは2リング(渡り線79と81と83は同じリング，渡り線80
と82と84は同じリングとなる)となる。

【００７５】一方，タービン側（口出し線の反対側）で
は，渡り線は18本(渡り線85〜102)で，軸方向に見てそ
の重なりは6リング(渡り線91と94と99は同じリング，渡
り線92と96と97は同じリング，渡り線88と93と100は同
じリング，渡り線85と87と98は同じリング，渡り線86と
89と101は同じリング，渡り線90と95と102は同じリング
となる)となる。

【００７６】このように、図10、図11に示す実施例では
従来の結線と比較すると特定の巻線ピッチで接続する箇
所が3箇所減少すると共に渡り線の数がコレクタリング
側で3本減少し，また、軸方向に見た渡り線の重なりが5
リング減少する。したがって、発電機のコイル端部の構
造を簡単にすることができる。

【００７７】なお，図10、図11に示す実施例では異相間
コイルの最大電圧を計算すると端子電圧の88.9％程にな
る。従来の結線では異相間コイルの最大電圧が92.6％程
である。コイル絶縁の耐圧をV_mとすると，従来結線では
発電機の端子電圧V=V_m/0.926=1.08 V_m以下にしなければ
ならないが，図10、図11に示す実施例ではV=V_m/0.889=
1.12V_m以下となる。したがって、発電機の定格電圧がコ
イルの絶縁で制限される場合，従来結線に比べ4％程度
端子電圧を高くすることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば各
相の３つの巻線回路間の電圧アンバランスを小さくでき
ると共に，隣接する異相間コイルの電圧を低くすること
ができる。その結果として，循環電流による電機子巻線
の温度上昇を抑えると共に，コイル絶縁の耐圧で発電機
の定格電圧が制限される場合には端子電圧を高くするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電機子巻線1相分の結
線図である。

【図２】本発明の一実施例を示す結線図である。

【図３】従来例の一例を示す電機子巻線1相分の結線図
である。

【図４】従来例の一例を示す結線図である。

【図５】従来例の回転電機の一例を説明するための概念
図である。

【図６】本発明を適用する回転電機の一例を説明するた
めの概念図である。

【図７】本発明による電機子巻線のコイル配置説明図で
ある。

【図８】本発明に関わる固定子鉄心のスロット断面図で
ある。

【図９】本発明に関わる上コイルと底コイルの接続概略
図である。

【図10】本発明の他の実施例を示す電機子巻線1相分の
結線図である。

【図11】本発明の他の実施例を示す結線図である。

【符号の説明】

1〜72…スロット番号，73〜78…口出し線，79〜105…わ
たり線，106〜123…上コイルまたは底コイルとわたり線
との接続点，124…固定子鉄心，125…電機子巻線上コイ
ル，126…電機子巻線底コイル，127…固定子スロット，
128…ウェッジ，130〜133…並列回路，134〜142…わた
り線，143…発電機，144…ターミナルボックス，145…
ブッシング、P1,P2,P3,P4…極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 英成 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 仙波 章臣 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 Ｆターム(参考） 5H603 AA09 BB02 BB05 BB07 BB12 CA01 CA05 CB02 CB17 CC03 CC17 CD02 CD04 CD21 CE02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に３つの第１
   〜３の巻線回路を並列接続して構成され、前記各スロッ
   トに２層巻する３相4極の回転電機であって，前記4極
   （P1，P2，P3，P4とする）はそれぞれ各相の前記第１〜
   ３巻線回路によって次のように構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記４つの極を構成する６本の上コイルおよび底コイル
   のうちコレクタリング側において異なる相のコイルに隣
   接するコイル以外のコイルを渡り線に接続するようにし
   たことを特徴とする回転電機の巻線方法。
2. 【請求項２】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に８個のコイ
   ルを直列接続した３つの第１〜３の巻線回路を並列接続
   して構成され、前記各スロットに２層巻する３相4極の
   回転電機であって，前記4極（P1，P2，P3，P4とする）
   はそれぞれ各相の前記第１〜３巻線回路によって次のよ
   うに構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記４つの極を構成する６本の上コイルおよび底コイル
   のうちコレクタリング側において巻線軸から数えて２番
   目から５番目のコイルを渡り線に接続するようにしたこ
   とを特徴とする回転電機の巻線方法。
3. 【請求項３】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に３つの第１
   〜３の巻線回路を並列接続して構成され、前記各スロッ
   トに２層巻する３相4極の回転電機であって，前記4極
   （P1，P2，P3，P4とする）はそれぞれ各相の前記第１〜
   ３巻線回路によって次のように構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記回転電機のコレクタリング側の巻線ピッチ数を15、
   タービン側の巻線ピッチ数を14とし、前記４つの極を構
   成する６本の上コイルおよび底コイルのうちコレクタリ
   ング側において異なる相のコイルに隣接するコイル以外
   のコイルを渡り線に接続するようにしたことを特徴とす
   る回転電機の巻線方法。
4. 【請求項４】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に８個のコイ
   ルを直列接続した３つの第１〜３の巻線回路を並列接続
   して構成され、前記各スロットに２層巻する３相4極の
   発電機であって，前記4極（P1，P2，P3，P4とする）は
   それぞれ各相の前記第１〜３巻線回路によって次のよう
   に構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記発電機の口出し線側の巻線ピッチ数を15、前記口出
   し線側の反対側の巻線ピッチ数を14とし、前記４つの極
   を構成する６本の上コイルおよび底コイルのうち前記口
   出し線側において異なる相のコイルに隣接するコイル以
   外のコイルを渡り線に接続するようにしたことを特徴と
   する発電機の巻線方法。
5. 【請求項５】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に３つの第１
   〜３の巻線回路を並列接続して構成され、前記各スロッ
   トに２層巻する３相4極の回転電機であって，前記4極
   （P1，P2，P3，P4とする）はそれぞれ各相の前記第１〜
   ３巻線回路によって次のように構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記４つの極を構成する６本の上コイルおよび底コイル
   のうちコレクタリング側において異なる相のコイルに隣
   接するコイル以外のコイルを渡り線に接続するように巻
   線したことを特徴とする回転電機。
6. 【請求項６】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に８個のコイ
   ルを直列接続した３つの第１〜３の巻線回路を並列接続
   して構成され、前記各スロットに２層巻する３相4極の
   回転電機であって，前記4極（P1，P2，P3，P4とする）
   はそれぞれ各相の前記第１〜３巻線回路によって次のよ
   うに構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記４つの極を構成する６本の上コイルおよび底コイル
   のうちコレクタリング側において巻線軸から数えて２番
   目から５番目のコイルを渡り線に接続するようにした電
   機子巻線を具備することを特徴とする回転電機。
7. 【請求項７】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に３つの第１
   〜３の巻線回路を並列接続して構成され、前記各スロッ
   トに２層巻する３相4極の回転電機であって，前記4極
   （P1，P2，P3，P4とする）はそれぞれ各相の前記第１〜
   ３巻線回路によって次のように構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記回転電機のコレクタリング側の巻線ピッチ数を15、
   タービン側の巻線ピッチ数を14とし、前記４つの極を構
   成する６本の上コイルおよび底コイルのうちコレクタリ
   ング側において異なる相のコイルに隣接するコイル以外
   のコイルを渡り線に接続するようにした電機子巻線を具
   備することを特徴とする回転電機。
8. 【請求項８】固定子鉄心に７２個のスロットを設けら
   れ、３相スター結線の電機子巻線を各相毎に８個のコイ
   ルを直列接続した３つの第１〜３の巻線回路を並列接続
   して構成され、前記各スロットに２層巻する３相4極の
   発電機であって，前記4極（P1，P2，P3，P4とする）は
   それぞれ各相の前記第１〜３巻線回路によって次のよう
   に構成され、 P1極： 第１巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P2極： 第２巻線回路の６本の上コイルおよび底コイル P3極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第１巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル P4極： 第３巻線回路の４本の上コイルおよび底コイル
   と、極の巻線軸から２番目と４番目に位置する第２巻線
   回路の２本の上コイルおよび底コイル 前記発電機の口出し線側の巻線ピッチ数を15、前記口出
   し線側の反対側の巻線ピッチ数を14とし、前記４つの極
   を構成する６本の上コイルおよび底コイルのうち前記口
   出し線側において異なる相のコイルに隣接するコイル以
   外のコイルを渡り線に接続するように電機子巻線を巻装
   した固定子を具備することを特徴とする発電機。