JPH02151235A - 位相変位した複数の波巻多相巻線を持つ交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は回転電気機械、更に具体的に云えば、互いに
位相が変位した非常に多数の多相巻線を有する大形交流
回転電気機械に関する。発電機の場合、多数の相が、整
流した時、整流された直流出力のリップルを小さくする
。

普通の多相発電機はその電機子が、その周辺に沿った柑
帯に相隔たる何組かの重ね巻を持っている。重ね巻はコ
イルの軸方向に伸びる部分が、回転自在の界磁部材又は
回転子と向い合う電機子の内周にあるスロットに配置さ
れたワイヤからなるコイルと見なすことが出来る。重ね
巻は必要に応じて端コイルによって接続して、電機子の
完全な巻線を形成する。各相に対して１つずつ、複数個
の接続リングが発電機の１端に配置されて、全部の重ね
巻を外部装置に接続する。Ｙ結線の電機子では、その中
性点を外部装置に接続する為に、追加の接続リングが設
けられないこともあるし、或いは更に１個乃至３個設け
られることもある。

一般的に接続リングは太い銅棒の完全に近い円である。

例えば３Ｆ目機械では、４個乃至６個の接続リングが電
機子の端で相隔たっていて、電機子で発生された交流電
力を外部回路に接続する。こう云う接続リングは電機子
の端にかなりの場所を必要とする。この場所を必要とす
る為に、機械の全体的な寸法が大きくなり、その為、限
られた場所に収めることが出来るようなこじんまりした
機械に対する通常の希望の妨げとなる。

波巻は重ね巻と対照的である。重ね巻は機械の円周の比
較的小さな領域に配置された閉じたコイルと云える。波
巻は、それを設ける要素の軸線に沿って順次伸びる部分
を持つ延長巻線である。伸びる部分の両端を漸進的に互
いに接続して、波巻が、それを設けた要素の全周に沿っ
て切れ目なく１回又は更に何回かバスを作ることが出来
る様になっている。波巻は直流発電機及び電動機の巻線
形回転子や、また例えば風洞に対する駆動電動機として
使われる交流誘導電動機の巻線形回転子に用いられてい
る。こういう種類の用途に於ける波巻の一般的な説明が
、１９３７９３７年マツフグロウヒル出版されたＣ、Ｌ
、　　ドーズの著書［エレクトリカル・エンジニアリン
グ」第１巻、直流電流、第３版に記載されている。その
回転子に波巻を持つ直流発電機は、重ね巻の機械よりも
、発生する電圧が一層高く、電流は一層小さい。これは
一般的に直流機械にとって望ましいと考えられている。

波巻は、重ね巻の場合に必要となる極間のジャンパ線接
続を避ける為に、誘導電動機の巻線形回転子に使われて
いる。この結果、回転子巻線は頑丈になり、平衡をとる
のが容易になり、支持するのも容易になる。こう云う使
い方が１９２４年マンクミラー・カンバニイから出版さ
れたり、　　Ａ。

ハーゼルタインの著書「エレクトリカル・エンジニアリ
ング」に記載されている。

その出力が整流されるか、或いはその出力が例えばすぞ
クロコンバータを使って周波数変換される様な交流発電
機では、特別の必要条件がある。

こう云う使い方では、整流された又は周波数変換された
出力の高調波リップルの振幅を小さくすることが望まし
い。

前に述べた様に、波巻が電動機及び発電機の回転子に使
われている。この発明では、ある水力発電機の電機子に
波巻が使われていることを承知しているが、波巻の利点
があっても、その欠点が勝る為に、普通は波巻を使うこ
とは気の進まないものである。

発明の目的と要約 この発明の目的は、互いに位Ｆｉｌｌがずれた複数個の
多相巻線を持つ回転電気機械の各相巻線に対する接続リ
ング及び中性点接続リングを収容するのに必要な場所を
最小限にする交流発電機を提供することである。

この発明の別の目的は、多相巻線の組を複数個持ってい
て、多相巻線の組が互いに位相がずれている様な電機子
を有する交流回転電気機械を提供することである。

この発明の別の目的は、多相巻線の組を複数個持ってい
て、各組の多相巻線が複数個の波巻の巻線を持つ様な多
相交流回転電気機械を提供することである。

この発明の別の目的は、多相蓚線の組を複数個持ってい
て、全ての組の多相巻線に対する接続リングが、完全な
円未満の場所を占める円弧であり、その為全部の接続リ
ングが共通平面内に配置される様な多相交流回転電気機
械を提供することである。

簡単に云うと、この発明は複数個の多相巻線を持つ交流
回転電気機械の電機子を提供する。各々の多相巻線が、
電機子の略全周を通る波巻である。

１実施例では、４つのＹ結線の３相巻線を電機子に波巻
にする。４つの３相巻線が、２４パルス形整流器に使う
為に、電気角で１５″離れている。

各々の相に対する、並びに各々の３相巻線の中性点に対
する外部接続が、４つの平行な平面内に配置された４つ
の象限コレクタを通じて行なわれる。

残りの９相及び３つの中性点に対する接続が、最初に述
べた象限コネクタと夫々同じ平面内にある別の象限コネ
クタを通じて行なわれる。

この発明の実施例では、交流回転電気機械の電機子が、
電機子内にある波巻の第１の多相巻線と、電機子内にあ
る波巻の少なくとも第２の多相巻線とを有し、第１の多
相巻線及び少なくとも第２の多相巻線は互いに位相が変
位しており、更に第１の複数個の扇形コネクタが電機子
に隣接した第１の平行な平面内に支持されており、少な
くとも第２の複数個の扇形コネクタが電機子に隣接した
第２の平行な平面内に支持されており、第１の平行な平
面の各々が第２の平行な平面の１つと同一平面であり、
第１の・多を口巻線の少なくとも若干の相が第１の複数
個の扇形コネクタに個々に接続され、前記少なくとも第
２の多相巻線の少なくとも残りの相が前記第２の複数個
の扇形コネクタに接続されている。

この発明の特徴として、交流回転電気機械の電機子が、
電機子内に配置され、夫々波巻であって、互いに位相が
変位している第１、第２、第３及び第４の３相巻線と、
電機子に隣接する第１の平行な平面内に支持された第１
、第２、第３及び第４の複数個の扇形コネクタとを有し
、第１、第２、第３及び第４の複数個の扇形コネクタは
何れも第１の共通平面内に第１の扇形部分を持つと共に
、第２の共通の平面内に第２の扇形部分を持ち、第３の
共通の平面内に少なくとも第３の扇形部分を持ち、第１
、第２、第３及び第４の３相巻線の少なくとも若干の相
が第１、第２、第３及び第４の複数個の扇形コネクタに
夫々個々に接続されている。

この発明の上記並びにその他の目的、特徴及び利点は、
以下図面について説明する所から明らかになろう。図面
全体にわたり、同じ部分には同じ参照数字を用いている
。

好ましい実施例の詳しい説明 この発明は任意の所望の相数を持つ多相機械に用いるこ
とが出来る。然し、具体的に説明する為、３相機械、特
に３相発電機の場合を説明する。この発明はこの実施例
によって制約されるものと考えてはならない。

第１図には従来の３相発電機の関連する部分が全体的に
１０で略図で示されている。３相発電機１０の内、この
発明を説明するのに不要の普通の要素は図面に示してな
い。

円柱形回転子１２が軸１６．１８を用いて、図面に示し
てない普通の軸受により、環状電機子１４の中に回転自
在に支持されている。電機子１４の内側にある複数個の
スロット２０に、電機子１４の縦軸線と平行に真直ぐに
伸びる１本又は更に多くの導体バー（図に示してない）
が入っている。

各々の導体バーの各々の端が、端コイルを用いて、別の
導体バーの選ばれた端に接続され、そのパターンは、全
体として、電機子１４の巻線を構成する接続回路が出来
る様にする。

従来、巻線は、前に重ね巻と述べた閉コイルを形成する
様に接続されている。重ね巻３相発電機１０の各相の電
力出力が、電機子１４の円周に沿って相隔たる何個所か
から出る。複数個の接続リング２２が、３相発電機１０
の巻線から得られる３相発電機１０の３相出力を外部回
路（図面に示してない）に接続する為に、３相発電機１
０の１端に同軸に積重ねられている。Ｙ結線の３相発電
機１０では、４つの接続リング２２ａ、２２ｂ。

２２　ｃ、　　２２　ｎを用いて、３相の電力及び全て
の相に対する中性点を外部装置に接続する。

接続リングに対する接続を行なう点が、スロット２０の
円周に沿って相隔たっている為、各々の接続リングは完
全な円であることが必要である。

４つの接続リング２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｎが、
３相発電Ｗ＆１０の端で４つの平面に分けて同軸に積重
ねられており、普通は固定子枠（図に示してない）の支
持棒に結合することによって支持される。

整流した時、３組発電機１０の直流出力は実質的なリッ
プル成分を含んでおり、−層大きな電気雑音成分を含ん
でいる。リップルを非常に小さくすること又は雑音を非
常に小さくすることを必要とする用途では、このリップ
ルを小さくする手段を設けなければならない。小電力装
置では、コンデンサ並びに／又はインダクタを使った一
波作用により、出力リップルを許容し得るレベルにする
ことが出来る。大電力装置では、フィルタの部品の寸法
、重量及びコストの為に、それを使うことには魅力がな
い。

発明者が取上げた１つの代案は、電機子１４の円周に沿
って位相が変位した１組より多くの３組巻線を設けるこ
とである。即ち、２組又は更に多くの組の３組巻線をス
ロット２０に配置し、外部からのアクセスが出来る様に
接続する。こ−で一時的に第２Ａ図乃至第２Ｄ図につい
て説明すると、４つの別々の３組巻線２４（第２Ａ図）
、２６（第２Ｂ図）、　　２８　（第２Ｃ図）及び３０
（第２Ｄ図）がその間に位相変位を持つスロット２０に
配置される。これらの図に示した３組巻線では、電気角
で１５″′の位相変位の場合を示しである。

即ち、３組巻線２４の相対的な位相が電気角で００．３
組巻線２６は電気角で１５°、３組巻線２８は電気角で
３０＠、３組巻線３０は電気角で４５°と任意に示され
ている。４つの３Ｉ口巻線２４乃至３０の出力を整流し
て加算すると、整流された直流出力のリップルにある特
性的な高調波は、第１図の３組巻線１０に１ｇの３相を
線を配置したと仮定した場合よりも、周波数がずっと高
く、振幅がずっと小さい。

第１図に戻って説明すると、４組の重ね巻３＃口巻線を
使うことは、問題を生ずる。即ち、各組の３相巻線が４
つの接続リングを必要とする。３組巻線が４組あると、
合計１６個の接続リングを１６個の平面内に配置しなけ
ればならない。この様な多数の接続リングを支持すると
共に互いに絶縁しなければならない。３組機械の４つの
接続リング２２の場合には出来ることであるが、軸方向
の約２４吋を占める様な大きな片持ちの質ゴを端コイル
に支持することは出来ない。この為、別の支持装置を設
計して組立てなければならない。更に、余分の長さが大
幅になることにより、３　Ｆｆ１発電機１０の全長が大
幅に長くなる。

第３図には、例示の為に、電機子１４を展開しである。

波巻の巻線３２は、導体バー３４をスロット２０に敷設
し、端コイル３５によって互いに接続する。この図に見
られる様に、相次ぐ導体バー３４の接続は漸進的であり
、この為電機子１４の略全周にあるスロット２０が導体
バー３４を受入れる。この発明の１実施例では、同じ巻
線が電機子１４の全周を完全に２回バスする。

第３図に示したのは、４組の３組巻線の内の１組の１相
の巻線だけである。この他の図面に示してない導体バー
３４が、他のスロット２０に敷設され、波巻の巻線３２
を持つ３相の１組を構成する残りの２つの巻線を形成す
る。更に、図示の相巻線に関連する残りの２つの相巻線
と、他の３組の３組巻線に対する他の９個の相巻線が、
電機子１４の円周に沿ったＦｉｌ対的な位トロ位置にあ
るスロット２０に波巻になる。

この用途に於ける波巻の１つの利点は、それが電機子１
４の全周に及ぶから、重ね傷の場合の様に、極く限られ
た特定の点ではなく、円周に沿った殆んど任意の点で、
任意の波巻３２に対する接続をすることが出来ることで
ある。従って、第１図の完全な円の接続リングが、各ト
目及び中性点への接続を行う為に必要とされない。

第４図にはこの発明の１実施例の波巻の４つの巻線を侍
つ３組発電機全体を３６で示しである。

前に述べた従来の装置と同じく、この発明を説明するの
に不必要な巻線及びその他の要素は省略しである。第１
の積重ねの象限コネクタ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８
ｄが平行な平面内に配置されて、電機子１４にある４つ
の３相巻線の内の１つの３Ｆ口と中性点の接続を受ける
。同様に、第２の積重ねの象限コネクタ４０ａ、４０ｂ
、４０ｃ。

４０ｄが、同じ英文字をつけた第１の積重ねにあるコネ
クタと共通の平面内に配置され、４つの３相巻線の内の
別の１つの３相及び中性点の接続を受ける。更に、第３
及び第４の積重ねの象限コネクタ４２．４４が、残りの
象限位置を占める。各々の象限コネクタが完全な１象限
未満の場所しか占めないから、各平面は、波巻の４つの
巻線を持つ３相発電機３６の４つの３相巻線全部の対応
する相に接続が出来る。従って、第１図の普通の接続リ
ング２２を用いた場合、３相及び１つの中性点に対する
接続に要するのと同じ場所の中で、１２を目及び４つの
中性点に対する接続が行なわれる。

３Ｉ口巻線の１つ又は更に多くの３相と中性点とに対す
る接続を施す為に、完全な１象限を必要としないことが
認められよう。即ち、象限コネクタは扇形コネクタと呼
ぶ方が更に正確である。場合によっては、扇形コネクタ
は環体の一部分の形からずれていてもよい。例えば、少
なくとも若干の相に対する接続には、アングル状の導電
金属で十分であることがある。このアングル状の部材を
扇形コネクタと呼んでもよいと考えられる。この明細書
の説明では、こう云う場合をも含むものと承知されたい
。

第５図には、１つの３相巻線に対する９６個のスロット
を持つ電機子１４に於ける導体バー３４の進み方と、各
相及び中性点の夫々の象限コネクタに対する接続とを示
している。同様に、第６図乃至第８図は残りの３つの３
相巻線の進み方と接続を示している。

この発明が４つの３相巻線を持つ装置に制限されないこ
とは当業者に明らかであろう。この発明の１実施例では
、位相変位した２つの３相巻線を用いている。２つの巻
線を持つ装置は、整流出力のリップルを減少するが、非
常に低いレベルのリップルにする為に、例えば大形イン
ダクタを用いて、整流出力を更に平滑することが必要に
なることがある。この様な大形インダクタの寸法、重量
及びコストの為、２つの巻線を持つ実施例は、４つの巻
線を持つ実施例程の魅力がない。以上説明したことを参
考として、当業者には、３つの巻線、５つの巻線及びそ
の他の数の３相巻線を持つ場合が考えられよう。更に、
この発明は、多相装置を定義したものであり、３相装置
はその１例に過ぎない。各々の巻線に２相並びに４相又
は更に多くの相を用いても、この発明の範囲を逸脱しな
い。

図面についてこの発明の好ましい実施例を説明したが、
この発明がこの実施例そのものに制限されず、特許請求
の範囲によって定めたこの発明の範囲内で、当業者であ
れば種々の変更を加えることが出来ることは云うまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を理解するのに必要な要素の場所を説
明する為に示した従来の３相発電機の簡略分解図、第２
Ａ図乃至第２Ｄ図はこの発明の発電機の４つの３相巻線
のフエーザ（位相ベクトル）を示す線図、第３図は波巻
の１相を示す３相発電機の巻線の電機子の展開図、第４
図はこの発明の１実施例に従って象限コネクタを用いた
発電機の１端の一部分の拡大図である。第５図乃至第８
図はこの発明の発電機の４つの３相巻線の接続を示す線
図であり、３相巻線と夫々の象限コネクタとの接続をも
示している。 ［主な符号の説明］ １４：電機子、 ２０ニスロツト、 ３２：波巻の巻線、 ３８乃至４２：扇形コネクタ（象限コネクタ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流発電機の電機子において、電機子内に配置され
   た波巻の第１の多相巻線と、前記電機子内に配置された
   波巻の少なくとも第２の多相巻線とを有し、前記第１の
   多相巻線及び前記少なくとも第２の多相巻線は互いに位
   相が変位しており、更に前記電機子に隣接する第１の平
   行な平面内に支持された第１の複数個の扇形コネクタと
   、前記電機子に隣接する第２の平行な平面内に支持され
   た少なくとも第２の複数個の扇形コネクタとを有し、前
   記第１の平行な平面の各々は前記第２の平行な平面の内
   の１つとそれぞれ同一平面にあり、前記第１の多相巻線
   の少なくとも若干の相が前記第１の複数個の扇形コネク
   タに個々に接続されており、前記少なくとも第２の多相
   巻線の少なくとも残りの全ての相が前記第２の複数個の
   扇形コネクタに接続されている電機子。 ２、前記第１及び第２の複数個の扇形コネクタが第１及
   び第２の複数個の象限コネクタである請求項１記載の電
   機子。 ３、交流発電機の電機子において、電機子内に配置され
   て、何れも波巻であって、互いに位相が変位している第
   １、第２、第３及び第４の３相巻線と、前記電機子に隣
   接する第１の平行な平面内に支持されていて、何れも第
   １の共通の平面内に第１の扇形部分を有し、第２の共通
   の平面内に第２の扇形部分を有し、第３の共通の平面内
   に少なくとも第３の扇形部分を有する第１、第２、第３
   及び第４の複数個の扇形コネクタとを有し、前記第１、
   第２、第３及び第４の３相巻線の少なくとも若干の相が
   前記第１、第２、第３及び第４の複数個の扇形コネクタ
   に個々に接続されている電機子。