JP2000515357A - 回転電機プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転高電圧単巻／複巻巻線電機とコンバータとを備えた、ＨＶＤＣをトランスレスで発生するための装置に関する。この単巻／複巻巻線電機は１つ以上の磁気鉄芯と空間内で位相シフトされた１つ以上の巻線とを備えた磁気回路を含む。巻線は１本以上の電流搬送導体（２）を備えたケーブルを含み、各導体は多数のストランドを含み、各ストランドのまわりには内側半導電層（３）が配置され、この内側半導電層（３）のまわりに固体絶縁体の絶縁層（４）が配置され、この絶縁層（４）のまわりに外側半導電層（５）が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 回転電機プラント 技術分野 本発明は回転する高電圧単巻巻線電機または複巻巻線電機とコンバータとを備 えた、ＨＶＤＣ（高電圧直流）をトランスレスで発生するための装置に関する。 本発明は、可変速で高電圧回転電機を作動させるための装置にも関する。実際に はこのことは、装置が中間トランスを用いることなく機械的トルクを直流電流お よび直流電圧に変換すること、および装置が中間トランスを用いることなく直流 電流および直流電圧を機械的トルクに変換することを意味する。 単巻巻線電機または複巻巻線電機は、この電機のステータまたはロータまたは その双方に配置することができる、積層された、通常の、または特別に配向され たシートまたはその他の材料、例えばアモルファスまたは粉体をベースとする材 料、もしくは交番磁束を許容するためのその他の動作のための１つ以上の鉄心、 １つ以上の巻線システム、冷却システム等を備えた磁気回路を含む。 この単巻巻線電機または複巻巻線電機は磁気材料を有しない、または後方部分 のみに磁気材料を有するエアギャップ巻電機としても製造することができる。 本発明は回転する高電圧単巻／複巻巻線電機のための磁気回路を製造するため の方法も含む。 背景技術、課題 上記技術分野の項に記載したように、本発明に係わる装置は主に高電圧の直流 をトランスレスで発生するための、および高電圧電気電機駆動装置のための装置 の一部となるようになっている。本発明が通常使用される装置は、１ＭＷ〜１５ ＧＷ級の電力範囲内にあり、１つまたは数個の回転電機を含む。 電子電力工学の分野には現在パワーエレクトロニクスと称される技術分野があ る。このような用語はドイツ語の「Leistungselektronik」に対応しており、ド イツではまだ「Stromrichtertechnik」と称されることが時々ある。この技術分 野は異なる形態の間の電力の変換、例えば − ＤＣとＡＣとの間の変換、すなわちインバータ（逆変換）動作 − ＡＣとＤＣとの間の変換、すなわち整流（順変換）動作を含む。 ＡＣとＡＣとの間の変換は電圧の周波数と振幅と位相位置と相数との間の任意 の比のＡＣ／ＡＣ変換に対応し、 ＤＣとＤＣとの間の変換はＤＣ／ＤＣ変換に対応する。 この分野における用語は、不幸なことに全く一貫していない。しかしながら「 国際電子技術辞書」および刊行物であるＩＥＣ６００５０−５５１ＩＥＶ、「パ ワーエレクトロニクス」にＩＥＣの概要を見出すことができる。 この分野の使用で含まれる異なる半導体部品は極めて多数存在し、本特許出願 にはこれら半導体部品が含まれる。この点に関する技術レベルの一例は、ボーズ 外による「最新のパワーエレクトロニクス」、ＩＥＥＥ電子工業協会、ＩＳＢＮ ：０−８７９４２−２８２−３に記載されている。上記部品のうちでも次のもの がある。 − サイリスタ、ダイオード、トライアック、ゲートターンオフサイリスタ（ ＧＴＯ）、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、ＰＷＭトランジスタ、ＭＯＳＦ ＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、静電誘導トランジスタ （ＳＩＴ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩＴＨ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ ）等がある。 インバータ（逆変換）動作および整流（順変換）動作のための半導体回路は、 英語では一般に「ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（コンバータ）」と称される。スウェーデ ン語の明確に対応する用語は存在しない。ＨＶＤＣ電力変換を取り扱う本発明の 部分は、インバータ動作と整流動作の双方を含むので、検討する半導体回路を以 下、コンバータと称す。 可変速の高電圧回転電機の駆動を取り扱う本発明の部分に対し、上記ＡＣ／Ａ Ｃ電力変換を使用する。以下、技術レベルおよび本発明の応用の双方に関連して 、かかる回転電機の駆動について説明する。 本発明にかかわる装置を使用することによって得られる技術的な利点と経済的 な利点との双方を説明できるようにするため、技術レベルに従い、ＨＶＤＣを発 生するための装置および高電圧回転電機を可変速で駆動する装置をどのように設 計するかについて説明する。 図１から従来のＨＶＤＣ送電所が明らかである。基本的にこの送電所は現在の 技術レベルに従い、２５〜３０ｋＶの電圧を有する多数のＡＣ発電機Ｇ１----Ｇ ｎを含む好ましくはΔ／Ｙ結線されたトランスＡ１----Ａｎを介し、発電機の電 圧は適当なＡＣ送電レベルまで昇圧され、高電圧ＡＣネットワーク内の送電線を 介し、短い距離または長距離にわたって送電される。整流の主な方法は、いわゆ る１２パルス整流を使用することである。ＡＣネットワーク内の正弦波形はコン バータ近くに設けられたＡＣフィルタによって固定される。この１２パルス整流 は互いに３０°の電気角だけ変位したＡＣから連続的に直接接続されたコンバー タのブリッジＢ１----Ｂｎに給電するようになっている。この整流は高電圧ＡＣ ネットワークのＹ／Ｙ結線されたコンバータのトランスＹ１----Ｙｎおよび対応 するＹ／Δ結線されたコンバータのトランスＤ１----Ｄｎに接続することによっ て達成され、これらトランスはコンバータに給電することが可能である。 従って、かかる従来のＨＶＤＣ送電器は２つのトランスステージと、ＡＣフィ ルタと、ＡＣ遮断器と、ＡＣブスバーシステムとを含む。これらトランスは通常 、大電力を送電するようになっているので、これらトランスは通常、油で冷却さ れ、油で絶縁されている。直列接続されたコンバータにより、コンバータのトラ ンス の巻線およびブッシングはアースから測定し、高いＤＣ電圧を受ける。このため 、これらトランスのブッシングおよび絶縁に対する条件は極めて過大となってい る。これについては特に、Ｅ・ウルマン著「直流による送電」、シュプリンガー 出版社、１９７５年、３２７〜３２８ページ；エレクトラ（Ｅｌｅｃｔｒａ）誌 第１４１号、１９９２年４月号、第３４〜３９ページ；およびエレクトラ誌第１ ５５号、１９９４年８月号、６〜３０ページに記載されている。 特に、アセア（Ａｓｅａ）ジャーナル１９８０年、第５３巻１〜２号、３〜１ ２ページにおける「Skagerack送電−世界最長のＨＶＤＣ水中ケーブルリンク」 を称する論文、およびエレクトラ誌第１４９号、１９９３年８月号における論文 「ＨＶＤＣコンバータへの発電機の直接接続」に、上記ＨＶＤＣ送電が記載され ている。 最近、各発電機からＹ／Ｙ結線されたコンバータのトランスおよびＹ／Δ結線 されたコンバータのトランスへの直接接続を含むＨＶＤＣ送電所の一例が記載さ れた。かかる装置は特にエレクトラ誌の上記論文に記載されているので、このよ うな装置を直接接続と称す。 かかる接続は図２から明らかである。発電機Ｇ１----Ｇｎからの電圧はコンバ ータのトランスＹ１----ＹｎおよびＤ１----Ｄｎに直接送られる。コンバータの トランスは発電機の電圧を所望する直流電圧レベルに対応するレベルまで昇圧変 換する役割も果たさなければならないので、かかる接続によりコンバータのトラ ンスに対する要求もより大きくなっている。 かかる接続の問題として、コンバータの高調波が発電機のステータ巻線内での 損失を大きくし得ることが挙げられる。 本発明と従来技術とを区別するために、特に発電機に直接接続するためのエレ クトラ誌第１４９号に記載の上記論文に述べられている「ＨＶＤＣコンバータ」 は、Ｙ／Ｙ結線されたコンバータのトランスとＹ／Δ結線されたコンバータのト ランス２つとコンバータとを含むことを指摘したい。 図３に示されるような特殊な中間相のトランスコンバータ接続がある。図１お よび２と一致させるために、コンバータＳ１およびＳ２の給電はトランスＴ１お よびＴ２を介し、互いに３０°の電気角だけずれた２組の三相電圧によって行わ れる。これ以外の場合で回路にリアクトルＲ１およびＲ２を含む場合、給電トラ ンスまたは発電機には直流電圧ストレスが発生しない。リアクトルＲ１およびＲ ２には共通鉄心および巻線だけでなく、中間タップが設けられることが多い。 本明細書の導入部では、本発明に係わる装置は単巻／複巻電機を含むと述べた 。現在の技術レベルの複巻電機の一例は「電気電機ステータの６相巻線」を発明 の名称とする米国特許第4,132,914号明細書に記載されている。これら巻線は、 この米国特許明細書では外部回路の間で可能な低電圧を得るように形成されてい る。この電機および同様な電機における六相巻線は、通常、互いに３０°電気角 だけ電気的にずれた２つの三相巻線として形成されている。これによりその後、 Ｙ結線されたトランスとΔ結線されたトランスを用いて１つの三相電圧を得るこ とが可能となっている。 コンバータによる１２パルスの整流をするために中間トランスを用いることな く、上記に従い、現在の技術レベルの上記電機および同様な電機は、約２５ｋＶ までの電圧に対して設計されており、互いに３０°電気角だけ電気的にずれた２ つの三相巻線を備えた電機を使用することができる。しかしながら現在の電機に おける最高電圧では、整流された電圧はアース電位を中心に約±１５ｋＶとして 対称的に分配された約３０ｋＶの最大値まで達し得る。 一般にＨＶＤＣと称される、すなわち１００ｋＶ以上の直流電圧を得るための いくつかの発電機から給電されるコンバータの直列接続は、マイカをベースとす る絶縁技術を用いた現在の技術による発電機では不可能である。その理由は、こ れら発電機は最も一般的に使用されているコンバータの接続内の発電機の巻線が 受けるＤＣ成分に耐えることができないからである。 本発明に係わる装置に含まれる回転する高電圧単巻／複巻巻線電機は、高電圧 ＤＣネットワークから半導体回路を介して給電される可変速モータ、および半導 体回路およびトランスを介してＡＣネットワークに発電する発電機として作動す ることができる。 現在の技術レベルに係わらず、ＡＣ電機のための可変速の回転電機の駆動装置 は、種々の実用上の理由から互いに３０°の電気角だけずれた２つの三相巻線が 、この電機に設けられると想定する。速度制御のために電機には可変周波数を供 給しなければならない。現在の技術レベルの電源の電圧レベルは５ｋＶの大きさ である。 上記タイプのモータ駆動については多数のパンフレットおよび論文、例えばア セアパンフレットＯＧ１３５−１０１Ｅの「高速同期電動機。速度調節可能な駆 動」、アセアジャーナル５９（１９８６年第４号）、１６〜１９ページの「周波 数同期−大電力用の新しい駆動システム」に発表されている。ＡＢＢレビュー第 ９号／１９９５年３８ページによれば、ＮＡＳＡにより風洞用ファンを駆動する ための１００ＭＷの速度調節可能なモータが発注された。 かかるモータ駆動の給電は異なる方法、例えば純粋なＡＣ／ＡＣ電力変換とし て、または制御可能なコンバータを介した直流電圧ネットワークから行うことが できる。かかる装置の構造については、特にＩＣＥＭ９４、回転電機に関する国 際会議、第１巻、２６７〜２７２ページに発表された「１２パルス負荷整流イン バータによって給電される単一または二重三相星形結線巻線を備えた同期機」を 名称とする論文に記載されている。 最新の技術開発、いわゆるＰＷＭ技術、すなわちパルス幅変調および自己転流 コンバータ（ここでも６パルス接続を使用することができる）を利用しながら給 電を行う場合、巻線システムを備えた電機により速度可変回転電機の駆動を行う こともできる。 多少小型の回転電機に関連して、いわゆるリラクタンス電機について言及する ことができる。このリラクタンス電機は現在では数百キロワットまでに設計され ており、ステータおよびロータの双方には突極が設けられる。かかるモータにつ いては特に、ＩＥＥ議事録Ｂ、第１２７巻、１９８０年１１月号２５３〜２６５ ページの「速度可変スイッチング式リラクタンスモータ」に記載されている。こ れら電機は現在では低電圧電機であり、多数の層内のステータの突極を巻線が囲 んでいる。これらリラクタンス電機はコンバータを介し、ＤＣ高電圧に接続する ために更に開発できる電機の例である。 上記から明らかとなるように、本発明は現在の技術レベルの電機に適用される 電圧レベルをはるかに超える電圧レベルに使用される回転高電圧の単巻／複巻巻 線電機を含む。これによりかなり高い電圧レベルで可変速の回転電機の駆動が最 大限に可能となり、電機容量等に関する利点が得られる。 本発明の利点および進歩性を記述できるようにするため、まず現在の技術レベ ルのかかる電機の構造について説明する。本発明に係わる単巻／複巻巻線電機は 対応する巻線システムと共に１つの電圧システムまたは空間内の位相がずれたい くつかの電圧システムを発生できる電機に関するものである。すべての基本要素 として、本発明に係わる回転する高電圧単巻／複巻巻線電機の構造は、電機が単 巻巻線電機として製造されるか、複巻巻線電機として製造されるか、ＨＶＤＣ発 電に使用されるか、または高電圧可変速モータ駆動に使用されるかとは無関係で ある。 従って、まず同期機をベースに例示される約２５〜３０ｋＶの電圧レベルの従 来の単巻巻線電機からスタートして現在の技術レベルについて説明する。この説 明はかかる電機の磁気回路および古典的な技術に従ってこの回路をどのように構 成するかを実質的に説明するものである。ほとんどのケースで述べられる磁気回 路はステータ内に配置されるので、この磁気回路は以下、積層された鉄心を備え たステータとして通常説明される。この鉄心の巻線をステータ巻線と称し、これ ら巻線のための積層された鉄心内のスロットをステータスロットまたは単にスロ ットと称す。 ほとんどの同期機は直流によって主磁束が発生されるロータ内の磁界巻線と、 ステータ内のＡＣ巻線とを有する。これら同期機は通常、三相用に設計されてい る。同期機には突極が設けられることが時々ある。これら同期機はロータ内にＡ Ｃ巻線を有する。また同期機には同期速度以外の作動ができるように、いわゆる 同期磁束電機としてステータおよびロータの双方に多相巻線が設けられることが 時々ある。 大型の同期機のためのステータ本体は、溶接された構造の鋼鉄シートから製造 されることが多い。また、積層された鉄心は通常、ニスの塗られた０．３５また は０．５ｍｍの電気シートから製造される。更に大型の電機では、シートはセグ メント状にパンチ加工され、これらセグメントはクサビ／ダブテールによりステ ータの本体に取り付けられる。積層された鉄心は圧力フィンガーおよび圧力プレ ートによって係止される。 同期機の巻線を冷却するために３つの異なる冷却システムを利用することがで きる。 空冷の場合、ステータ巻線およびロータ巻線の双方はこれら巻線を通過して流 れる冷却用空気によって冷却される。ステータの積層体およびロータの双方に冷 却用空気チャンネルを設けるべきである。空気による通気および冷却を行うため に、少なくとも中間サイズおよび大型電機の積層状鉄心は、鉄心内に径方向およ び軸方向の通気ダクトが配置されたスタックに分割される。冷却空気は周辺空気 から構成することができるが、１ＭＷを越える電力では熱交換器を備えたクロー ズドタイプの冷却システムがほぼ使用される。空気は水力発電機に対する実質的 な媒体である。 約４００ＭＷまでのタービン発電機および大容量の同期進相機では、通常、水 素冷却が使用される。この冷却方法は熱交換器による空気冷却と同様に機能する が、冷却材としての空気の代わりに水素ガスが使用される。この水素ガスは空気 よりも冷却性能が良好であるが、シールおよび漏れのモニタに問題がある。 ５００〜１０００ＭＷの電力レンジにおけるタービン発電機に対しては、ステ ータ巻線およびロータ巻線の双方を水冷するのが知られている。冷却チャンネル はステータ巻線内の導線内に設置されたチューブ状をしている。 大型電機の問題は、冷却が不均一となるので電機内で温度差が生じることであ る。 ステータ巻線は積層鉄心内のスロットに配置される。これらスロットは長方形 または台形の横断面を通常有する。各巻線は多数の直列接続されたコイルグルー プを含み、各コイルグループは多数の直列接続されたコイルを含む。コイルの異 なる部分はステータ内に設置される部品に対する指定されたコイル面およびステ ータの外部に配置される部品に対するコイル端部となる。１つのコイルは高さ方 向および幅方向の少なくとも一方に１つにまとめられた１本以上の導線を含む。 各導線の間には薄い絶縁体、例えばエポキシ／グラスファイバーが設けられる。 このコイルはコイル絶縁、例えばアースに対する電機の定格電圧に耐えられるよ うになっている絶縁体によりスロットに対して絶縁される。絶縁材料として種々 のプラスチック、ニスおよびグラスファイバー材料を使用することができる。通 常、いわゆるマイカテープが使用されるが、このテープは特に絶縁体を短時間で 破壊し得る部分放電に対する抵抗力を与えるために製造されたマイカと硬質のプ ラスチックの混合物から成る。コイルのまわりに数層にマイカテープを巻くこと により、コイルに絶縁体を被覆する。この絶縁体を含浸し、次にコイルの側面に カーボンをベースとするペイントを塗布し、アース電位に接続された外周側ステ ータとの接触を改善する。 巻線の導体面積は対応する電流強度および使用する冷却方法によって決定され る。導体およびコイルはスロット内の導体材料の量を最大にするよう、通常長方 形に形成される。代表的なコイルはいわゆるレーベルバーから形成され、冷却材 を通過できるように一部のバーを中空にすることができる。レーベルバーは複数 の長方形の並列に接続された銅製の導体を含み、これら導体はスロットに沿って ３６０°転置される。５４０°の転置およびその他の角度に転置されたリングラ ンドバーも使用することができる。この転置は磁界を考慮し、導体の材料の横断 面で発生する循環電流の発生を防止するために行われる。 これに関連し、コンバータの動作に関連して電流内に高調波成分が生じること も指摘しておかなければならない。これら高調波成分は長方形横断面にわたって 均一には分布しないので、表皮効果を発生し、損失を増加する。 機械的および電気的な理由から、電機は任意のサイズに製造することはできな い。電機の電力は実質的に３つの要素から決定される。すなわち − 巻線の導体面積。通常の作動温度では例えば銅は最大値が３〜３．５Ａ／ ｍｍ²となる。 − ステータおよびロータ材料における最大磁束密度（磁束） − 絶縁材料内の最大電界強度、いわゆる誘電強度 多相ＡＣ巻線は単一層巻線または二層巻線のいずれかに設計される。単一層巻 線の場合、スロットごとに１つのコイル側面しかなく、二層巻線ではスロット当 たり２つのコイル側面がある。二層巻線は通常ダイヤモンド巻線として設計され るが、この接続に対応する単一層巻線はダイヤモンド巻線または同心状巻線とし て設計することができる。ダイヤモンド状巻線の場合、１つのコイルスパン（ま たは可能な場合には２つのコイルスパン）しか生じないが、平巻線は同心状巻線 、すなわちコイルの幅が大幅に変化する巻線として設計される。コイル幅とは、 対 応する極のピッチに関し、または中間スロットピッチの数に関し、同一コイルに 属する２つのコイルの側面の間の円内の距離を意味する。通常、コイルに所望す る特性を与えるために、例えば部分ピッチのようなコードの異なる変形例が使用 される。巻線のタイプはスロット内のコイル、例えばコイルの側面をステータの 外部で、例えばコイルの端部でどのように接続するかを決める。 ステータのスタックされたシートの外では、コイルにはカーボンをベースとす るペイントの半導電性のアース電位の層は設けられない。コイルの端部には通常 、径方向の電界を軸方向の電界に変えるようになっている、いわゆるコロナ放電 保護用ニスの形態をした電界制御手段が設けらる。このことは、アースに対する 高電圧でコイル端部の絶縁が行われることを意味している。これにより、コイル 端部領域でコロナ放電が生じることが時々ダブテール、このようなコロナ放電は 破壊的に作用し得る。いわゆるコイル端部における電界制御ポイントは、Δ結線 の設計上の問題を引き起こす。 通常、すべての大型電機には二層巻線および等しい大きさのコイルが設けられ る。各コイルは片側が層の一方に設置され、反対側が他方の層に設置される。こ のことは、コイルの端部ですべてのコイルが互いに交差することを意味している 。３つ以上の層を使用する場合、これら交差により巻線作業が困難となり、コイ ルの端部を劣化することになる。最近の数十年間の間でこれまで設計し、製造す ることが可能であった電圧よりも高い電圧で使用できる回転電機の必要性が高ま った。コイル製造において良好な歩留まりを有する同期機に対して、現在の技術 レベルで達成可能である最大電圧レベルは約２５〜３０ｋＶである。 同期機の設計に関する新しい方法の所定の試みについては、特にジャーナル・ オブ・エレクトロテクニカ、第１号、１９７０年第６〜８ページの「水冷および 油冷式タービン発電機ＴＶＭ-３００」と題する論文、および「発電機のステー タ」を発明の名称とする米国特許第4,429,244号およびソ連特許第955369号の各 明細書に記載されている。 ジャーナル・オブ・エレクトロテクニカに記載されている水冷および油冷式同 期機は、２０ｋＶまでの電圧に使用されるようになっている。この論文はステー タを完全に油に浸漬できるようにする油／ペーパー絶縁体から成る新しい絶縁シ ステムについて述べている。次にこの油は絶縁体として使用するのと同時に冷却 材として使用することができる。ステータ内の油がロータに向かって外にリーク するのを防止するために、鉄心の内部表面に誘電体の油分離リングが設けられる 。ステータの巻線は油およびペーパー絶縁体が設けられた中空の楕円形をした導 体から製造される。これら絶縁体が設けられたコイルの側面は長方形の横断面を 有するように製造されたスロットにくさびで固定される。中空導体内およびスロ ットの壁内の孔の双方で冷却材として油が使用される。しかしながらかかる冷却 システムは、コイルの端部で油および電気の双方に対する多数の接続部を有する 。厚い絶縁体も導体の曲率を大きくしており、この結果、巻線のオーバーハング 部の大きさも大きくなっている。 上記米国特許第4,429,244号明細書は、ステータ巻線に対する台形スロットを 備えた積層状シートの磁気鉄心を含む同期機のステータ部品に関するものである 。中性ポイントの最も近くに位置する巻線部分が配置されているロータの内部に 向かって、ロータ巻線の絶縁性の必要性はより小さくなるので、スロットにはテ ーパが付いている。更にこのステータ部分は鉄心の内側表面に最も近い誘電体の 油分離シリンダを含む。この部分はこのリングを用いない電機に対する磁化条件 を増し得る。ステータ巻線は各コイル層に対し同一直径の油浸漬ケーブルから製 造される。これら層はスロット内のスペーサによって互いに分離され、クサビに よって固定されている。巻線で特殊なことは、巻線が直列接続されたいわゆる２ つのハーフ巻線から成ることである。２つのハーフ巻線の一方は絶縁スリーブ内 の中心に配置される。ステータ巻線の導体は周辺油によって冷却される。システ ム 内にかかる多量の油を有する欠点は、リークの恐れがダブテール、故障した場合 の清掃作業がかなりの量になることである。スロットの外に位置する絶縁スリー ブのこれら部品は、円筒形部品と電流搬送層によって補強された円錐形終端部を 有し、これらの部分の役割はケーブルが端部巻線に進入する領域における電界強 度を制御することにある。 ソ連特許第955369号明細書から、同期機の定格電圧を高める別の試みとして、 油冷式ステータの巻線がすべての層に対し同じ大きさの従来の高電圧ケーブルか ら成ることが明らかである。このケーブルはケーブルの横断面の面積および固定 のための並びに冷却材のために必要な空間に対応する円形の径方向に配置された 開口部として形成されたステータのスロット内に設置される。巻線の径方向に配 置された異なる層は絶縁チューブによって囲まれ、これらチューブ内に固定され る。絶縁スペーサはステータのスロット内にチューブを固定する。油冷却により 油冷却材を内部のエアギャップからシールするために内部誘電体リングも必要で ある。上記システム内の油の欠点は、この構造にも当てはまる。この構造によっ ても、異なるステータスロットの間の径方向のウェイスト部が極めて狭くなり、 このことは、大きなスロットの漏れ磁束が生じ、この漏れ磁束は電機の磁化条件 に大きく影響する。 １９８４年以来の電力研究所ＥＰＲＩ、ＥＬ−３３９１からのレポートは、中 間トランスを用いることなく、電力ネットワークへ電機を接続できるようにする ために回転電機の電圧をより高くするための電機の原理の検討を記載している。 かかる解決案は、効率を良好にするという利点および経済的な利点を得るための 調査によって判断されている。電力ネットワークに直接接続するための発電機の 開発をスタートするために、１９８４年に可能であると考えられた主な理由は、 当時、超伝導ロータが製造されたからである。この超伝導磁界の大きな磁化容量 によって電気応力に耐えるために十分な厚みを有するエアギャップ巻線を使用す ることが可能となった。 巻線を備えた磁気回路、いわゆるモノリシック円筒形電機子を設計するプロジ ェクトに従う最も可能性のある原理と導電体の２つの円筒体を絶縁体の３つのシ リンダ内に収容し、この構造物全体を歯のない鉄鉄心に固定するという概念を組 み合わせることにより、高電圧のための回転電機を直接電力ネットワークに接続 できると判断された。この解決案は相間電圧、およびラインの対地電圧の関係に 合わせるように、主絶縁体を充分厚く製造しなければならないことを意味してい る。提案された解決案の明らかな欠点は、超電導ロータが必要となる他に、電機 の大きさを増すような極めて厚い絶縁体が必要となることである。コイル端部に おける大きな電界を制御するには、コイル端部を絶縁し、油またはフレオンで冷 却しなければならない。また液体誘電体が大気から湿気分を吸収するのを防止す るために、機械全体をハーメチック状態に囲まなければならない。 現在の技術レベルによる回転電機を製造する際には、導電体と絶縁系とでいく つかの工程にわたって巻線を製造するので、巻線を磁気回路に取り付ける前に巻 線をあらかじめ形成しなければならない。巻線を磁気回路に取り付けた後に、絶 縁系を作成するのに含浸を行う。 発明の概要、利点 本発明の目的は、ＨＶＤＣをトランスレスで発生するための装置を提供するこ とにダブテール、この装置はまずＡＣ送電用高圧電圧に発電機の電圧を昇圧変換 する図１および２に示されたトランス段およびコンバータによる１２パルス整流 を行うためのＹ／Ｙ結線されたトランスおよびＹ／Δ結線されたトランスを省略 できるように、かかる高電圧の回転単一巻線／複巻電機を含む。従って、この電 機は特にＨＶＤＣネットワークに必要な高電圧をコンバータに直接供給するよう になっている。これに関連し、エレクトラ誌に記載された上記「直接接続」に関 する差異について留意しなければならない。上記から、本発明の別の目的は高電 圧可変速回転電機を駆動するための装置を提供することにあることが明らかであ る。 実際には上記目的は、装置が中間トランスを用いることなく、コンバータを介 して機械的トルクを直流電流および直流電圧に変換し、装置が中間トランスを用 いることなく、コンバータを介して直流電流および直流電圧を機械的トルクに変 換することを意味する。 これらコンバータは「本明細書の背景技術」で述べた１つ以上の半導体デバイ スも含むことができる。 従って、かかる単巻／複巻巻線電機の導入により、現在の技術レベルによる対 応するＨＶＤＣ装置に関する投資コストがかなり低くなり、空間の条件も少なく なる。本発明に係わるＨＶＤＣ装置は、装置の全体の効率も高めることができる 。また、高電圧可変速回転電機の駆動に関し、次の説明の電機／コンバータの原 理は現在の技術レベルよりもかなりの利点がある。 本発明の一体的な部分としての回転高電圧単巻／複巻巻線電機は、ステータに かかる熱応力をかなり減少させる。従って、電機の一時的な過負荷はあまり重要 とならなくなり、破壊の恐れを生じることなく長時間過負荷で電機を駆動するこ とが可能となる。このことは、作動上の外乱があった場合に規制により課された 送電条件を保証するように、短時間で他の電機に切り換えできるように今日強制 される発電所の所有者に極めて有利となることを意味する。 本発明の一体的な一部としての回転高電圧単巻／複巻巻線電機を用いると、シ ステムにトランス、負荷時タップ切換器、遮断器、フィルタ、送電線、リアクト ルなどを設けなくてもよいので、メンテナンスコストをかなり削減することがで きる。 回転電機の電力を増すために、ＡＣコイル内の電流を大きくする試みが知られ ている。このような試みは導電材料の量を最適にすること、すなわち矩形のロー タスロット内に矩形の導体を密に詰めることにより達成されていた。この目的は 、絶縁材料の量を大きくし、より耐熱性が高く、よってより高価な絶縁材料を使 用することにより、この結果生じる温度上昇を処理することにあった。絶縁体上 の高温および磁界の負荷も絶縁体の寿命に問題を生じていた。高電圧電機に対し て使用される比較的厚い壁の絶縁層では、例えばマイカテープの含浸層では部分 的な放電ＰＤが深刻な問題を生じる。これら絶縁層を製造する際に、空洞、気泡 などが容易に生じ、絶縁体が高電界強度を受けた場合にこの内部で内部コロナ放 電が生じるからである。これらコロナ放電は次第に材料を劣化し、絶縁体を貫通 する電気的な破壊を生じさせることがある。 現在の技術レベルの回転電機と本発明に係わる実施例との大きな基本的な差異 は、回転高電圧単巻／複巻巻線電機の磁気回路がスロットに通されるかまたは巻 かれたケーブルの空間内に位相がずらされた１本以上の巻線と、１本以上の固体 絶縁された導体と、導体およびケーシングの双方に設けられた半導電層と、これ ら２つの導電層の間に設けられた固体絶縁体による層とを含むことにある。外側 の半導電層はアース電位に接続することができる。 図１および２に係わるコンバータの接続を使用する場合、固体絶縁層はＡＣ電 圧およびＤＣ電圧の双方を受ける。他方、図３のコンバータの接続を使用する場 合、固体層はＡＣ電圧しか受けない。従って、本発明に係わる電機内の巻線が巻 かれているケーブルは、当該電圧応力に関連して選択しなければならない。 本発明は技術的および経済的に妥当な方法で、回転電機の電力を増加すること ができるよう、上記現象によって絶縁体が破壊されないように、これを達成しな ければならないという実施に基づくものである。この実施例はエアギャップおよ び気泡が生じる恐れを最小とするように製造された絶縁層として、例えば適当な 固体絶縁材料、例えば熱可塑性樹脂もしくはその代わりにＸＬＰＥのような架橋 材料、またはゴム、例えば交互に架橋されたＥＰゴムまたはシリコーンゴムから 成る固体の押し出し成形された絶縁層を使用することにより、本発明により達成 することができる。更にこの絶縁体は、導体を囲み、半導体の性質を有する内側 層を含み、絶縁体には半導体の性質を備えた固体絶縁層を囲む少なくとも１つの 別の外側部分も設けられることが重要である。最小の欠陥しか生じないで製造で きる固体絶縁層だけを使用し、更に固体層に内外の半分導電性部分を設けること により、熱負荷および電気負荷を減少することを保証することができる。温度勾 配がある場合、半導電性層を備えた絶縁体部分は、モノリシック部分を構成し、 固体層および周辺の半導電性層における異なる熱膨張によって生じる欠陥は生じ ない。固体絶縁層のまわりの半導電性部分が等電位表面を構成し、よって固体絶 縁層内の電界が層の厚みにわたって均一に分布する結果、材料にかかる電気負荷 は減少する。外側半導電層はアース電位に接続してもよい。このことは、かかる ケーブルに対し巻線の外側ケーシングは全長にわたってアース電位に維持できる ことを意味する。 外側層は導体の長さに沿った適当な位置でカットしてもよく、この各カットオ フされた部分長さは選択された電位、例えばアース電位に直接接続してもよい。 外側半導電層のまわりには他の層、ケーシング、同等品、例えば金属シールドお よび保護ジャケットが配置されてもよい。 本発明に関連して得られた別の知識は、電流負荷を大きくすると、コイルの横 断面のコーナーにて電界（Ｅ）が集中するという問題が生じること、およびこれ によって絶縁体に大きな局部的負荷が加わるということである。同様に、コーナ ーにおいてもロータの歯内の磁界（Ｂ）が集中する。このことは、局部的に磁気 飽和が生じること、および磁気鉄心をフルに活用できず、発生する電圧／電流の 波形がひずむことを意味している。更に、磁界Ｂに対する導体の幾何学的形状に よって生じる、導体内で誘導される渦電流によって生じる渦損失は、電流密度が 大きくなるという別の欠点を生じさせる。 本発明の別の改良は、コイルおよびこれらコイルが設置されるスロットを、長 方形ではなく円形にすることによって達成される。コイルを円形にすることによ りコイルは磁気飽和が生じ得る磁気集中を生じることなく、一定の磁界（Ｂ）で 囲まれる。また、コイル内の電界（Ｅ）は横断面にわたって均一に分布し、絶縁 体にかかる局部的な負荷はかなり減少される。更にコイルグループごとのコイル の側面の数が増し、導体内の電流を増すことなく電圧を高めることができるよう に、スロット内に円形のコイルを設けることが容易となる。この理由は、導体の 冷却が一方の低電流密度、よって絶縁体を横断するより小さい温度勾配により容 易となり、他方、横断面にわたるより均一な温度分布を引き起こすスロットの円 形形状によって容易とされるからである。より小さい部品、いわゆるストランド から導体を構成することによっても、別の改良を行うことができる。これらスト ランドは互いに絶縁でき、導体と同じ電位となるように保証することができるよ う、少数のストランドだけを絶縁しない状態のままにし、内側半導電層と接触す ることができる。 ストランドから構成された導体の別の改良点は、導体内の渦電流損失の量を低 減するようにストランドを互いに絶縁できることである。導体を囲む半導体層が 導体と同一の電位となることを保証するように、ストランドのうちの１本または 数本を絶縁されない状態のままにしてもよい。 導体を円形としたこと、およびストランドに分割した利点は、高調波電流を極 めて良好に分散できることである。従って、電流がより正弦波状である場合より も、高調波電流が生じ得る際に導体内により多数のストランドを設けることが有 利である。 電気エネルギーを送電するための高電圧ケーブルは内外の半導電部品を備えた 押し出し成形された絶縁体を備えた導体から構成することが知られている。電気 エネルギーの送電中は、これまでスタート点は絶縁体に欠陥がないようにされて いた。 本発明に係わる回転単巻／複巻巻線電機のための導体の絶縁体は、押し出し成 形以外の方法、例えばスプレー塗装などによって塗布することができる。しかし ながら、この絶縁体は横断面全体を通して同様な熱特性を示すことが重要である 。この半導電層には導体に塗布されている絶縁体に関連した絶縁性を与えること ができる。 円形の横断面を備えたケーブルを備えることが好ましく、特により良好な実装 密度を得るには横断面の異なるケーブルを使用することができる。 回転高電圧単巻／複巻巻線電機において電圧を累積するために、磁気鉄心内の スロット内にケーブルを連続的に数回巻いた状態に配置する。 回転高電圧単巻／複巻巻線電機が単巻電機として設計されている場合、通常こ の電機は６パルスの整流をするように利用される。今日では、整流された６パル ス電圧上のリップルを許容できる限度内に維持させるようなフィルタおよびモジ ュール方法を利用することができる。 回転高電圧複巻巻線電機は、基本的には任意の数の巻線システムおよび任意の 相数で設計することができる。好ましい実施例は１２パルス整流に必要なように 、互いに３０°の電気角だけ電気的にずらされた２×３相システムから成る。２ ×２相システム、４×３相システム等の他の組み合わせも可能である。 本発明に係わる回転高電圧単巻／複巻巻線電機は広い周波数レンジ内で作動す ることができる。大型電機では数百ヘルツが問題となり得るが、小電力レンジ内 の電機に対しては数キロヘルツまでの周波数が生じ得る。 巻線はコイル端部の交差の数を少なくするために多層同心ケーブル巻線として 設計することができる。このケーブルは磁気鉄心を良好に利用するためにテーパ の付いた絶縁体で製造でき、この場合、スロットの形状は巻線のテーパ付き絶縁 体に適合することができる。 本発明に係わる回転高電圧単巻／複巻巻線電機の大きな利点は、外部半導体の 外のコイル端部の領域で電界Ｅがほぼゼロとなること、および外側ケーシングが アース電位となっているので、電界を制御する必要はないことである。このこと は、シート内、コイル端部領域またはそれらの間の移行部のいずれにおいても、 電界または磁界の集中が生じないことを意味している。 本発明に係わる装置は、含まれる部品、例えば半導体デバイス、冷却システム 、アースシステムなどを一体化する大きな可能性を提供するものである。これに ついては実施例の説明と関連してより詳細に説明する。 本発明は磁気回路、特に巻線の製造方法にも関する。この製造方法はケーブル を磁気鉄心内のスロット内の開口部に通すことにより、スロット内に巻線を配置 することから成る。ケーブルはフレキシブルであるので、このケーブルは曲がり 、これによってケーブルの長手方向部分をコイル状に数回巻いて配置することが 可能となる。次に、コイルの端部はケーブル内の曲げ部分から構成される。この ケーブルはケーブルの全長にわたって性質が一定のままとなるように接合するこ ともできる。 この方法は現在の技術レベルと比較してかなりの簡略化を可能にする。いわゆ るレーベルバーはフレキシブルでなく、所望の形状に予め成形しなければならな い。 今日、回転電機を製造する際、絶縁巻線技術およびコイルの含浸技術は極めて 複雑で高価な技術でもある。 本発明に係わる回転高電圧単巻／複巻巻線電機は磁気材料を用いないエアギャ ップ巻き電機として、または広報部分だけにしか磁気材料を有しない電機として も設計することができる。 従って、要約すれば、本発明に係わる速度制御用装置に含まれるコンバータを 備えた回転高電圧単巻／複巻巻線電機は、対応する従来技術の電機に対してかな りの数の重要な利点を有する。ここで、高電圧とは１０ｋＶを越える電圧および 電力ネットワークで発生する電圧レベルまでの電圧を有する。重要な利点として は、巻線全体に沿って所定の電位、例えばアース電位が一貫して伝えられること でダブテール、このことはコイルの端部領域をコンパクトにすることができ、コ イル端部領域における補強手段に実用的にはアース電位またはその他の所定の電 位を加えることができることを意味する。更に別の重要な利点としては、油をベ ースとする絶縁体および冷却システムがなくなることが挙げられる。このことは 、シールに関する問題が発生せず、上記誘電体リングが不要となることを意味す る。更にすべての強制冷却をアース電位で行えることも利点である。本発明に係 わる回転高電圧単巻／複巻巻線電機は、これまでの装置構造を２つのトランス段 に置換するので、本発明の電機では設置上の観点からかなりの空間および重量を 節約することができる。ブッシングおよび巻線が受ける高いＤＣ電位に耐えるた めにコンバータのトランスで必要であった極めて大きく広いブッシングが、本発 明に係わる電機の原理により不要となる。本発明は温度維持、カプセル化等の問 題を有しない超伝導ロータを必要としない。 本発明の名称から明らかなように、本発明は高電圧の可変速回転電機の駆動を 行うものである。この代替技術としてＡＣとＡＣとの間の上記電力変換を適当に 使用する。このことは、電圧の周波数、振幅、位相位置および相数の間を任意の 比にしてＡＣ／ＡＣ変換を行うことを意味する。かかる装置は電圧を増減し、周 波数を変え、あるいは相数を変えることができるある種のＡＣトランスとして機 能する。接続装置は、例えばマトリックコンバータを備えた純粋なＡＣ／ＡＣ変 換を行うことができるが、ＤＣ中間リンクとしても設計することができる。 上記特徴により、接続部を本発明に係わる回転高電圧電機と共に高電圧可変速 電動機を作動させるための装置に内蔵させるのに良好に適すようになる。後に明 らかとなるように、上記従来の技術によれば、この電機は位相シフトされた電圧 が２つの三相システムを介して供給される複巻巻線電機として設計することがで きる。 図４ａはモータ駆動装置兼発電駆動装置として作動できる装置を示す。経済上 の理由、およびその他の技術的／実際上の理由から、電機の巻線の現在最高に適 した電圧レベルは２５〜３０ｋＶに達する。モータ駆動装置としては、例えば１ ３２ｋＶのネットワークとなり得るＡＣネットワークからパワーを得ることがで きる。固定されたメイン周波数の交流電源から速度制御に必要な可変電圧および 周波数への電力変換は、２５〜３０ｋＶよりも高い電圧レベルでＤＣ中間リンク によりＡＣ／ＡＣ変換を介し、図示した例で行われる。この周波数は互いに３０ °の電気角だけ位相のずれた２つの電圧システムが得られるように、２つの二次 巻線によりトランスＴ３を介して得られる。これら２つのシステムの各々はそれ ぞれＡＣ／ＤＣコンバータＡＣ１およびＡＣ２にそれぞれ給電する。これらコン バータからの直流電圧は次に、ＤＣ／ＡＣコンバータＡＣ３およびＡＣ４を介し 互いに３０°の電気角だけ位相のずれた２つの三相電圧に変換され、この電圧お よび周波数はモータＭおよび負荷、例えばポンプを所望する速度で駆動するのに 必要である。 図４ａの装置構成が発電機の駆動装置を示している場合、発電機ＧＦはタービ ンによって駆動され、トランスＴ３の巻線はＡＣ／ＡＣ電力変換によりＡＣネッ トワークに所望する電圧が与えられるような電圧を有することができる。 図４ａの接続は４本の並列なＤＣ導体を有し、これら導体は短距離だけ物理的 に平行に延びている。これらＤＣ導体は両方向に等しい電流を運ぶ。送電距離が 長い場合、コンバータを直列接続すると、２つのＤＣ導電線が省略できるので、 図４ｂの接続方式が好ましい。図４ｂの接続により単巻／複巻巻線電機の巻線は ＤＣ電位を受ける。 図４ｃの接続方式は図３の接続方式の改良であり、コンバータを並列に接続す る。このことは単巻／複巻巻線電機の巻線がＤＣ電位を受けないことを意味して いる。 図面の簡単な説明 図１は、従来のＨＶＤＣ送電所を示す。 図２は、いわゆる直接接続型のＨＶＤＣ送電所を示す。 図３は、いわゆる中間相トランス接続を示す。 図４ａ、４ｂおよび４ｃは、本発明に係わる高電圧回転電機を駆動するための 接続を示す。 図５は、現在の変更された標準ケーブルに含まれる部品を示す。 図６は、本発明に係わる磁気回路のセクタ／極ピッチの一例の軸方向端面図を 示す。 好ましい実施例の説明 本発明の概要に従い、磁気回路を製造できるようにするための１つの重要な条 件は、導体を囲む半導電層を備えたケーブルを巻線に対して使用することでダブ テール、この層は固体の電気絶縁体から成る層およびこの固体層を囲む半導電層 によって囲まれる。かかるケーブルは他の電力エンジニダブテールングの分野用 の標準ケーブルとして入手することができる。実施例を説明できるようにするた めに、まず標準的なケーブルの簡単な説明を行う。内側の電流搬送導体は多数の 絶縁されていないストランドを含む。このストランドの回りには半導電内側ケー シングが設けられ、この半導電内側ケーシングのまわりに固体絶縁体から成る絶 縁層が設けられる。かかる固体絶縁体の一例としては、ＸＬＰＥまたはいわゆる ＥＰゴム、例えばシリコーンゴム、熱可塑性樹脂または架橋された熱可塑性樹脂 がある。この絶縁層は外側の半導電層によって囲まれており、外側の半導電層は 次に金属シールドおよびシースによって囲まれている。以下、かかるケーブルを 電力ケーブルと称す。 回転高電圧単巻／複巻巻線電機は巻線として好ましい実施例を図５に示すケー ブルを有する。このケーブル１は絶縁されていないストランドと絶縁されたスト ランドとが転置された電流搬送導体２を含むように図示されている。電気機械的 に転置された固体絶縁されたストランドを使用することも可能である。導体のま わりには内側の半導電ケーシング３が設けられており、このケーシング３は固体 絶縁層４によって囲まれている。この層は外側の半導電層５によって囲まれてい る。好ましい実施例で巻線として使用されるケーブルは金属シールドを有しなけ れば外部シースも有しない。誘導電流および外側半導電体内で誘導電流に関連し た損失を防止するために、この外側半導電体を、好ましくはコイル端部で、すな わちシートスタックから端部巻線への移行部内のある場所で切断することが好ま しい。各切断された部分は外側半導電体がケーブルの全長にわたってアース電位 またはその近くの電位に維持されるようにアースされる。このことはコイル端部 における固体絶縁巻線のまわりで接触可能な表面およびある使用時間の後に汚れ る表面は無視できるアース電位しか有せず、これら表面は電界も発生するが、こ れら電界は無視することができる。 回転高電圧単巻／複巻巻線電機を最適にするには、スロットおよび歯に関する 磁気鉄心の設定が決定的に重要である。スロットに通されるケーブルを備えた実 施例では、スロットはコイル側面のケーシングにできるだけ接近して接続しなけ ればならない。更に各径方向の高さにおける歯もできるだけ広いことが好ましい 。このようなことは、電機の損失、磁化条件等を最小にする上で重要である。 上記ケーブルとして巻線に対する導体にアクセスすると、いくつかの観点から 磁気鉄芯を最適にできる大きな可能性がある。次において、回転高電圧単巻／複 巻巻線電機のステータにおける磁気回路について説明する。図６は、本発明に係 わる電機のセクター／極ピッチ６の実施例の軸方向端面図を示す。ロータ極を備 えたロータは番号７で表示されている。ステータは従来どおりセクター状をした シートから連続して構成された電気シートの積層された鉄芯から構成されている 。径方向の最も外側の端部に位置する鉄芯の後方部分８からロータに向かって径 方向内側に多数の歯が延びている。これら歯の間には対応する数のスロット１０ が設けられている。特に上記のケーブル１１を使用することにより、高電圧電機 に対するスロットの深さを現在の技術レベルで可能である深さよりも深くするこ とが可能である。ロータに向かって各巻線層に対しケーブルを絶縁する必要性が より少なくなるので、これらスロットはロータに向かってテーパの付いた横断面 を有する。図から明らかなように、スロットは巻線層の間に細いウェイスト部分 を有するよう、巻線の各層のまわりに設けられた円形の横断面１２からほぼ構成 される。若干の正当化を行えば、かかるスロットの横断面をサイクルチェーンス ロットと称することができる。かかる高電圧電機では比較的多数の層が必要とな り、絶縁体および外側半導電層に関する限り、対応するケーブルの大きさを設け ることが制限されるので、実際にはケーブル絶縁体およびステータスロットに所 望する連続的なテーパを設けることは困難である。図６に示された実施例では、 ３つの異なる大きさのケーブル絶縁体を備えたケーブルを使用し、対応する大き さの部分１４、１５および１６に配置している。すなわち実際には変形されたサ イクルチェーンスロットが得られる。図はステータの歯を全スロットの深さに沿 って実用上一定のラジアル幅を有する形状にすることができることも示している 。 別の実施例では、巻線として使用されるケーブルはこれまで説明したものと同 じ従来の電力ケーブルでよい。適当な位置において、金属シールドおよびケーブ ルのシースを剥ぐことにより他の半導電シールドをアースする。 絶縁体および外側半導電層等に関する限り、利用できるケーブルの大きさに応 じて本発明の範囲は多数の別の実施例を含む。更にこれまで説明した範囲を越え て、いわゆるサイクルチェーンスロットを備えた実施例を変更することも可能で ある。 上記のように、回転高電圧単巻／複巻巻線電機のステータおよびロータの少な くとも一方の中に磁気回路を設けることができる。しかしながら磁気回路の構造 は、この磁気回路がステータに位置するのか、ロータに位置するのか、両方に位 置するのかとは無関係に、上記説明に大きく対応する。本明細書の導入部に記載 したように、本発明に係わる電機は磁気材料を有しないか、または後方部分にし か磁気材料を有しないエアギャップ巻電機として設計することができる。 多層の同心ケーブル巻線として説明した巻線を使用することが好ましい。かか る巻線は、同一ケーブル内に互いに径方向外側に位置するようにすべてのコイル を設けることにより、コイル端部における交差数を減少したことを意味する。こ のことによって、異なるスロット内にステータを製造し、通過させるための、よ り簡単な方法も可能となる。突極を有する電機として本電機を製造した場合、巻 線はこれら突極のまわりに巻かれることとなる。 回転高電圧単巻／複巻巻線電機の別の実施例では、スウェーデン特許出願第９ ７００３３５−４号明細書に記載の高電圧トランスの実施例に類似するように、 突極のまわりにケーブルを巻いてもよい。 本明細書に示した単巻／複巻巻線電機の実施例ではラジアル磁束および軸方向 の巻線電流を有する実施例を使用した。今日の技術を使用した低電圧電機と同じ ように、軸方向のエアギャップ磁束およびラジアル巻線電流を有する単巻／複巻 巻線電機を設計することも可能である。 本発明に係わる装置の実施例では、半導体デバイスは高電圧単巻／複巻巻線電 機の一体的部分を構成することができる。 単巻／複巻巻線電機と半導体デバイスは共通の冷却システムを有してもよい。 単巻／複巻巻線電機と半導体デバイスは同一の共通するアース接続を有しなけ ればならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 単巻／複巻巻線電機とコンバータとを備えた装置において、 中間トランスまたはリアクトルまたはその両方を使用することなく、コンバー タを介し機械的トルクを直流電流および直流電圧に変換することを特徴とする装 置。 ２． コンバータが半導体デバイスを含み、これら半導体デバイスが接続され てＡＣ／ＤＣコンバータとして機能することを特徴とする、請求項１記載の装置 。 ３． 単巻／複巻巻線電機とコンバータとを備えた装置において、 中間トランスまたはリアクトルまたはその両方を使用することなく、コンバー タを介して直流電流および直流電圧を機械的トルクに変換することを特徴とする 装置。 ４． コンバータが半導体デバイスを含み、これら半導体デバイスが接続され てＡＣ／ＤＣコンバータとして機能することを特徴とする、請求項３記載の装置 。 ５． 中間トランスまたはリアクトルまたはその両方を用いることなくＡＣネ ットワークに対する直接接続部を有するＤＣ／ＡＣインバータがＡＣ／ＤＣ整流 器に接続されていることを特徴とする、請求項１または２記載の装置。 ６． 中間トランスまたはリアクトルまたはその両方を用いることなくＡＣネ ットワークに対する直接接続部を有するＡＣ／ＤＣ整流器がＤＣ／ＡＣインバー タのＤＣ側に接続されていることを特徴とする、請求項３または４記載の装置。 ７． 半導体デバイスがサイリスタ、ダイオード、トライアック、ゲートター ンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、ＰＷＭトン ラジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、静 電誘導トンラジスタ（ＳＩＴ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩＴＨ）、ＭＯＳ制御 サイリスタ（ＭＣＴ）および半導体の性質を備えた同様な部品んＰいずれかから 構成されることを特徴とする、請求項２または４記載の装置。 ８． コンバータが回転高電圧単巻／複巻巻線電機の一体的部分を構成するこ とを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。 ９． コンバータが回転高電圧単巻／複巻巻線電機の一体的部分を構成するこ とを特徴とする、請求項１、２および５にいずれかに記載の装置。 １０． コンバータが回転高電圧単巻／複巻巻線電機の一体的部分を構成する ことを特徴とする、請求項１、２および６のいずれかに記載の装置。 １１． 回転高電圧単巻／複巻巻線電機と半導体デバイスとが共通の冷却シス テムを有することを特徴とする、請求項１、２および５のいずれかに記載の装置 。 １２． 回転高電圧単巻／複巻巻線電機と半導体デバイスとが共通の冷却シス テムを有することを特徴とする、請求項１、２および６のいずれかに記載の装置 。 １３． 回転高電圧単巻／複巻巻線電機と半導体デバイスとが同一の共通する アース接続部を有することを特徴とする、請求項１、２および５のいずれかに記 載の装置。 １４． 回転高電圧単巻／複巻巻線電機と半導体デバイスとが同一の共通する アース接続部を有することを特徴とする、請求項１、２および６のいずれかに記 載の装置。 １５． 回転高電圧単巻／複巻巻線電機が１つ以上の磁気鉄芯および空間内に 位相のずれた１つ以上の巻線を備えた磁気回路を含む、請求項１および３記載の 装置において、巻線が１つ以上の電流搬送導体（２）を備え、各導体の回りに半 導電性の性質を備えた第１層（３）が配置され、第１層のまわりに固体絶縁層（ ４）が配置され、絶縁層のまわりに半導電性の性質を備えた第２層（５）が配置 されていることを特徴とする装置。 １６． 第１層（３）が導体とほぼ同じ電位にあることを特徴とする、請求項 １５記載の回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 １７． 第２層（５）が導体のまわりに等電位表面を構成するように配置され ていることを特徴とする、請求項１５記載の回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 １８． 第２層（５）がアース電位に接続されていることを特徴とする、請求 項１５記載の回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 １９． 巻線が熱運動する際に絶縁部分において欠陥、割れ等が生じないよう に、半導電層および絶縁層のすべてが巻線に対し同様な熱特性を示すことを特徴 とする、請求項１５、１６、１７または１８のいずれかに記載の回転高電圧単巻 ／複巻巻線電機。 ２０． 少数の導体のみが互いに絶縁されないよう、電流搬送導体が多数のス トランドを含むことを特徴とする、請求項１５記載の回転高電圧単巻／複巻巻線 電機。 ２１． 磁気回路が磁気鉄芯と空間内で位相のずれた１つ以上の巻線とを備え た回転高電圧単巻／複巻巻線電機において、巻線が１本以上の電流搬送導体（２ ）を含むケーブルを備え、各導体が多数のストランドを備え、各導体のまわりに 内側半導電層（３）が配置され、この内側半導電層のまわりに固体絶縁体の絶縁 層（４）が配置され、この絶縁層のまわりに外側の半導電層（５）が配置されて いることを特徴とする、回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 ２２． ケーブルが金属シールドおよび保護層の少なくとも一方をも含むこと を特徴とする、請求項２１記載の磁気回路を備えた、回転高電圧単巻／複巻巻線 電機。 ２３． 回転電機のステータおよびロータの少なくとも一方の内部に磁気回路 が配置されたことを特徴とする、請求項２１記載の回転高電圧単巻／複巻巻線電 機。 ２４． 外側半導電層（５）が多数の部分に切断されており、これら部分が別 々にアース電位に接続されていることを特徴とする、請求項２１記載の回転高電 圧単巻／複巻巻線電機。 ２５． 外側半導電層のアース電位への接続によりスロットおよびコイル端部 内の双方における半導電層の外部の電機の電界がゼロに近くなっていることを特 徴とする、請求項２１、２２、２３または２４記載の回転高電圧単巻／複巻巻線 電機。 ２６． ケーブルがいくつかの導体を含む場合、これら導体が転置されている ことを特徴とする、請求項２１または２２記載の回転高電圧単巻／複巻巻線電機 。 ２７． 電流搬送導体（２）は非絶縁ワイヤーと絶縁ワイヤーの双方を備え、 これらワイヤーが多数の層に撚られていることを特徴とする、請求項２１記載の 磁気回路を備えた回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 ２８． 電流搬送導体（２）は非絶縁ストランドと絶縁ストランドの双方を備 え、これらストランドが多数の層に転置されていることを特徴とする、請求項２ １記載の磁気回路を備えた回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 ２９． スロット（１０）が互いに軸方向かつ径方向外側に延びた多数の円形 開口部（１２）として形成されており、ほぼ円形の横断面が円筒形開口部の間の 細いウェイスト部分（１３）によって分離されていることを特徴とする、請求項 ２１記載の磁気回路を備えた回転高電圧単巻／複巻巻線電機。 ３０． 積層された鉄芯の後方部分（８）から測定したスロットの円筒形開口 部（１２）のほぼ円形の横断面が連続的に半径を減少するようになっていること を特徴とする、請求項２１または２９記載の磁気回路を備えた回転高電圧単巻／ 複巻巻線電機。 ３１． 積層された鉄芯の後方部分（８）から測定したスロットの円筒形開口 部（１２）のほぼ円形の横断面が不連続的に半径を減少するようになっているこ とを特徴とする、請求項２１または２９記載の磁気回路を備えた回転高電圧単巻 ／複巻巻線電機。 ３２． 磁気回路が磁気鉄芯と空間内で位相シフトされた１つ以上の巻線とを 備えた、回転高電圧単巻／複巻巻線電機において、 磁気鉄芯に突極が形成されていることを特徴とする、回転高電圧単巻／複巻巻 線電機。 ３３． エアギャップ巻きされていることを特徴とする、回転高電圧単巻／複 巻巻線電機。 ３４． エアギャップ磁束が放射状であることを特徴とする、回転高電圧単巻 ／複巻巻線電機。 ３５． エアギャップ磁束が軸方向にあることを特徴とする、回転高電圧単巻 ／複巻巻線電機。 ３６． スロット、チャンネル等が磁気鉄芯の外部からアクセス可能な少なく とも１つの開口部を有するよう、これらスロット、チャンネル等を含む磁気鉄芯 と、巻線とを備えた、磁気回路を含む回転高電圧単巻／複巻巻線電機を製造する 方法において、 巻線がフレキシブルでダブテール、これを開口部に通すことを特徴とする製造 方法。 ３７． 回転電機のステータおよびロータの少なくとも一方に磁気回路が配置 されており、この磁気回路が空間内で位相シフトされた２つ以上の巻線（１）の ためのスロット（１０）を備えた磁気鉄芯（８）を備え、スロットがほぼ円形の 横断面を備え、軸方向かつ互いに径方向外側に延びる円形開口部（１２）として 形成された、回転高電圧単巻／複巻巻線電機のための磁気回路を製造する方法に おいて、巻線がケーブルを含み、ケーブルを円筒形開口部に通すことを特徴とす る方法。 ３８． 回転電機のステータおよびロータの少なくとも一方の内部に磁気回路 が配置されており、この磁気回路が突極として形成された回転高電圧単巻／複巻 巻線電機のための磁気回路を製造する方法において、巻線がケーブルを含み、こ のケーブルを突極のまわりに巻くことを特徴とする方法。