JPS6271461A - 回転電気機械の構造 - 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】 本発明は同期機のように固定子に電機子巻線を設け、回
転子に界磁巻線を設ける回転電気機械の構造に関するも
のである。それは同期発電機や同期電動機のみならず、
サイリスタモーターのように回転電気機械として同期機
を用いたものにまでおよび、また三相機のような多相機
だけではなく単相機にまでも適用されるものである。然
し、説明を簡略化するため、或ることがらについてはそ
の中の例えば三相同期発電機につき限定説明をする場合
もあるが、その場合も上記の種々の回転電気機械に適用
しうるので、注意すべきである。

さて同期発電機をブラシレス構造にするため、本発明者
自身の発明として昭和５７年特許願第４９７１２号や昭
和５７年特許願第２１７６２５号があり、昭和６０年特
許願第１５０４５号及び昭和６０年特許願第２２３００
号がある。一方同期電動機をブラシレス構造にする昭和
６０年特許願第１０５３３６号もあるが、更に単相同期
発電機や単相同期電動機に関連して昭和５９年特許願第
１６７２０８号、昭和６０年特許願第１１１３０００号
もある。これらの発明では同期機本体を励磁機としても
使うもので、同期機本体の固定子に設けた電機子巻線に
流す負荷電流によって造られる磁極の極数と、電機子巻
線又は励磁巻線に流す励磁電流によって造られる磁極の
極数との関係を１対２又は２対１とし、これに対応して
回転子に励磁巻線部と界磁巻線部を設けて、その磁極数
をそれぞれ固定子の巻線の磁極数に対応させる。このよ
うにして同一磁極数の固定子巻線と回転子巻線とを電磁
的に結合させ、磁気回路を兼用した回転電気機械を簡略
にブラシレス構造に造りあげるのである。

然し、従来考えられてきたこの種回転電気機械の場合、
次のような問題点がある。それは制動巻線についてであ
る。元来、制動巻線は発電機の乱調防止、安定度増加、
異常電圧抑制などの作用を持つ。一方電動機の場合、始
動時に界磁巻線に励磁電流を流さずに、電機子巻線に電
圧を加えると回転磁界によって制動巻線に電流が流れ、
誘導電動機と同じ原理により始動トルクを発生する作用
がある。単相同期発電機の場合、ブラシレス励磁機なし
構造のため、昭和５７年特許願第４９７１２号や第２１
７６２５号では次の配列とする。すなわち、第１図に示
すように、固定子電機子巻線の構成１を外部接続電線２
、３と接続するニ端子４、５間で並列のＡＡ′、ＢＢ′
巻線系列を接続し、そのＡＡ′巻線系列の中間端子Ｃと
ＢＢ′巻線系列の中間端子Ｄを設け、別に設けた変成器
の一次巻線及び二次巻線をそれぞれ上記外部接続端子４
、５と中間端子Ｃ、Ｄに電気接続する。このようにする
と、単相同期発電機本体の構造を簡略化し、自励式で励
磁機なしブラシレス構造を得るが、この構造を簡略化す
るために昭和６０年特許願第１５０４５号では上記変成
器の代りに、上記電機子巻線ＡＡ′、ＢＢ′とは別の独
立した巻線系列Ｆを上記固定子内に設け、巻線Ｆの起電
力により上記中間端子ＣＤ間に電流が流れるように接続
し、上記電機子巻線に負荷電流だけではなく、同時に励
磁電流も流れるように配列する。

以上のようにすれば、単相同期機、特に単相同期発電機
や単相同期電動機は簡略化するが、こゝに一つの問題が
ある。それは単相発電機に固有な波形ひずみがあると云
うことで、これは単相同期発電機の中に発生する交番磁
界にもとづくものである。

単相機は一般に第５図に示すように、電機子巻線軸方向
にその振幅だけが変化する交番磁界を形成する。この交
番磁界■ａは、その振幅の最大値を■ａｍとすると、■
ａｍ／２なる振幅をもち互いに反対方向に同期角速度ω
１で回転する２つの磁界に分けて考えることができる。

回転子と同一方向に回転するものを正相分回転磁界、逆
方向に回転するものを逆相分回転磁界と云う。正相分回
転磁界■ａｆはつねに磁極と一定関係位置にあるので、
三相同期機の場合の電機子反作用と同じになる。

問題は逆相分回転磁界■ａｂで、同期速度の２倍の速度
で界磁巻線を切るので、界磁巻線には２倍周波数の交流
起電力を誘導する。したがって、界磁巻線には直流に重
畳して２ｆの電流が流れる。

一般に界磁巻線は単相巻線になっているから、この２ｆ
の電流による起磁力は、界磁巻線軸に対して互いに反対
方向に２ω１で回転する回転磁界をつくり、回転子はω
１で回転しているため、結局固定子に対し３ω１の回転
磁界となり、電機子巻線に３ｆの高調波起電力を誘導す
る。もし電機子に第３調波電流が流れると、上記との同
様の理由で、界磁巻線に４ｆ、電機子に５ｆの電圧を誘
導する。

このようにして電機子には３、５、７・・・の高調波電
圧を誘導し、電圧波形をひずませる。このような逆相分
回転磁界による電圧波形のひずみを軽減するために、単
相発電機は回転子磁極面に篭形制動巻線を設けるのが普
通である。

今まで述べてきた本発明の場合、同期機本体を励磁機と
しても使い、同期機本体の電機子巻線に流す負荷電流に
よって造られる磁極の極数と、固定子巻線に流す励磁電
流によって造られる磁極の極数との関係を１対２又は２
対１としてブラシレス励磁機なし構造の同期機をつくる
のであり、このような場合、従来造られてきた通常の同
期機に対する制動巻線を使い得ない。従来使われてきた
これら同期機用の通常の制動巻線では磁極片に数個のス
ロットを設け、これに銅棒あるいは黄銅棒を挿入し、そ
の両端を端絡環にろう付けして、各極を接続し、誘導機
のかご形巻線と同様のものを施している。このような従
来使用の通常の制動巻線をもし上述のようなブラシレス
構造の同期機に適用すると、常に何種類かの電流が制動
巻線中を流れることになり、不必要に損失を大きくし、
制動巻線が不必要に電力を吸収することになり、制動巻
線として成立しないことになる。昭和６０年特許願第１
２７４７９号ではこのような固定子に負荷電流を通す電
機子巻線部を、又回転子に界磁巻線部を設け、上記固定
子に装備された巻線の或る端子と上記固定子に設けられ
た励磁巻線部とを電気接続することによって励磁巻線部
に励磁電力を供給するように配列し、電機子巻線部の鎖
交する磁気回路と励磁巻線部の鎖交する磁気回路を兼用
する配列とし、その励磁電流を励磁巻線部に流すことに
より造られる磁極の極数と、上記電機子巻線部に負荷電
流を流して造られる磁極の極数との関係を、その何れか
一方を１とし、他方をその２倍とする関係となる巻線配
列とし、その励磁巻線部に励磁電流を流して造られる磁
極を、これと同一の極数の回転子励磁巻線部が切って回
転子の励磁巻線部に励磁電圧を誘起させ、その励磁電圧
により界磁巻線部に電流を流し、界磁極を造る配列にお
いて、上記の従来形制動巻線を設ける欠点を除き、制動
巻線に不必要な損失を生じないで、適確な制動巻線動作
をさせるため、上記励磁巻線部に励磁電流を流して造ら
れる磁極の極数を、上記電機子巻線部に負荷電流を流し
て造られる磁極の極数Ｐ極の２倍とし、界磁極の磁極表
面に設けたスロットに導体を挿入し、その挿入導体数を
少なくとも２個以上とし、それら複数の挿入導体の両端
を短絡導体で短絡し、その電気接続される導体相互間距
離τが電気角でπ［ラヂアン］の距離とするように配列
している。

然しながら、単に導体の相互間距離が電気角でπ［ラヂ
アン］のものを簡単に両端において短絡しただけで事終
れりとするならば、短絡導体は回転子の回転が早い場合
、その遠心力により飛散してしまうおそれがある。

本発明は上に述べたような回転電気機械において、従来
形制動巻線の装備による欠点を除き、不必要な制動巻線
損失を生じる欠点なく、適確な制動巻線動作をさせるだ
けではなく、上に述べた昭和６０年特許願第１２７４７
９号における欠点を除き、制動巻線短絡導体が遠心力に
より飛散することなきよう配列することを目的とする。

上記の目的を達成せしめるため、本発明では具体的な電
気接続図例の第１１図に示すように、固定子に負荷電流
を流す電機子巻線部６を設け、又回転子に界磁巻線部を
設け、上記固定子に装備された巻線の７、８、９の或る
端子１０、１１、１２と上記固定子に設けられた励磁巻
線部１３とを電気接続することによって励磁巻線部８に
励磁電力を供給するように配列し、電機子巻線部６の鎖
交する磁気回路と励磁巻線部１３の鎖交する磁気回路を
兼用する配列とし、その励磁電流を励磁巻線部１３に流
すことにより造られる磁極の極数と、上記電機子巻線部
６に負荷電流を流して造られる磁極の極数との関係を、
その何れか一方を１とし、他方をその２倍とする関係と
なる巻線配列とし、その励磁巻線部１３に励磁電流を流
してつくられる磁極を、これと同一の極数の回転子励磁
巻線部が切って回転子の励磁巻線部に励磁電圧を誘起さ
せ、その励磁電圧により界磁巻線部に電流を流し、界磁
極を造る配列において、上記励磁巻線部１３に励磁電流
を流して造られる磁極の極数を、上記電機子巻線部６に
負荷電流を流して造られる磁極の極数Ｐ極の２倍とし、
界磁極の磁極表面に設けられたスロットに導体を挿入し
、第６図や第７図の具体的導体配列図に示すように、挿
入導体数を少なくとも２個以上の偶数個とし、それら複
数の挿入導体１４、１５、１６、１７の両端を短絡導体
で１８や１９のように短絡し、短絡導体の１８、１９の
形状を回転子円周に沿ったエンドリングすなわち端絡環
のようにし、この端絡環に電気接続される挿入導体相互
間距離τが電気角で、π［ラヂアン］の距離、すなわち
回転子の定格回転速度Ｎ［ｒｐｍ］、電機子誘導起電力
の定格周波数ｆ［Ｈｚ］として１２０ｆ＝ＮＰとした時
に上記挿入導体間距離τが電気角でπ［ラヂアン］機械
角θでπ／（Ｐ／２）の距離にあるものを集めて電気接
続するように配するのである。

以上の本発明の要点を以下詳細に説明する。第１１図に
は固定子巻線に関する配列のみが示され、回転子巻線に
関する配列は示されていない。電機子巻線６は星形接続
した三相巻線７、８、９から成り、その中性点２０を中
心に巻かれる。三端子１０、１１、１２は外部負荷に接
続される。整流器２１はグレーツ回路で、その整流器は
制御素子付き整流器より成り、その制御素子を制御する
制御装置２２が接続される。第１１図の回路を同期発電
機として使う場合、例えば同期発電機の端子電圧が負荷
電流の増減により変化した場合、その電圧を検出し、電
圧が設定電圧より低くならうとすると、制御装置２２を
働らかせて自動的に制御素子付き整流器２１の制御素子
回路を制御して励磁巻線１３に供給する直流励磁電流を
増すような制御装置２２がこれである。第１１図におい
て電機子巻線６の端子電圧が例えば４４０Ｖであり、励
磁巻線１３の両端に加えるべき直流電圧が、５０［Ｖ］
程度であれば、コンデンサー２３がその両者間の電圧降
下分を受け持つことになる。而もコンデンサー２３は損
失を生じるものではなく電機子巻線６の端子電圧に対し
て進み電流をとるものである。このような進み電流は発
電機の端子電圧を上昇せしめる効果を持ち、負荷に流れ
る電流による電圧降下を多少とも補償することになる。

始めの説明において、第６図や第７図の導体で１４〜１
７として示されたものを界磁極の磁極表面に設けたスロ
ット中に設けるべきことを述べたが、このスロットは回
転子に励磁巻線や界磁巻線のために設けたスロットを兼
用することが好ましい。

第１３図は本発明に用いられる回転電気機械の中、回転
子の例である。第１１図は固定子巻線を示しているが、
このような第１１図の電機子巻線６や励磁■巻線１３と
組み合わせた回転子巻線として第１３図の２４が用いら
れうるし、又この回転子巻線２４と第１４図の固定子電
機子巻線６とを組み合わせて使うことも出来る。第１４
図では固定子電機子巻線６の接続が二重星形接続となっ
ており、三相の端子Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′に対し外部電源よ
り３１で示す矢印のように交流電力が供給され、回転電
気機械が電動機の場合、端子Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′を経て電
機子巻線６へ電力が入って行くが、回転電気機械が発電
機の場合、電機子巻線６から外部へ電力が出てゆく。電
機子巻線６の二つの中性点２９と３０に対し整流器２８
の直流側端子が接続される。整流器２８の交流側端子は
入力端子として電源と接続される。もし発電機として使
われるならば３２で示す矢印のように電源より電力が整
流器２８の交流側端子へ入れられるが、その電源は固定
子電機子巻線そのものとなる。もし電動機として使われ
るならば３２で示す矢印の電源は別個の電源、すなわち
上記固定子電機子巻線とは別の交流電源と云うことにな
る。このような第１４図の場合、電機子巻線６は励磁巻
線部としても作動することになる。すなわちＵ′、Ｖ′
、Ｗ′なる三相端子から外部へ、或いは三相端子を通し
て電機子巻線６の内部へ空白矢印で示された瞬時電流を
流すとき、６は負荷電流を流す電機子巻線として働らく
が、二つの中性点２９、３０から黒色矢印の直流電流を
入れ込む時、６は励磁巻線部としても働らくことになる
。電機子巻線６の中を流れる負荷電流は空白矢印の電流
で示され、同時に電機子巻線６の中を流れる黒色矢印の
電流は励磁電流を示す。第１３図では回転子巻線２４も
外側接続端子Ｕ、Ｖ、Ｗ及び巻線相互間接続端子２６、
２７が設けられる。固定子電機子巻線６において巻線相
互間接続端子２９、３０が各相の端子ｕ′１、ｕ′２、
ｖ′１、ｖ′２、ｗ′１、ｗ′２に接続されているよう
に、回転子巻線２４においても巻線間相互間接続端子２
６、２７が各相の端子ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、
ｗ２に接続されている。固定子の電機子巻線６に流れる
黒色矢印の電流による励磁機の作動に応じて回転子巻線
２４では空白矢印の電流が流れ、回転子巻線はそれによ
って励磁巻線として働らく。その交流電流は回転整流器
２５の交流側端子に入り、回転整流器２５を経て巻線相
互間接続端子２６、２７を通して再び回転子巻線２４へ
直流を送り込むことになる。その電流は第１３図の黒色
矢印によって示されるが、その電流の作用によって回転
子巻線２４は界磁巻線として作動することになる。界磁
巻線としての回転子巻線２４と対応して第１４図の電機
子巻線６は動作して、電機子巻線６の中の空白矢印方向
の起電力を誘導したり、その方向に電流を流したりする
ことになる。このようにして、第１３図と第１４図の組
合せによる回転電気機械を構成する固定子電機子巻線６
と回転子巻線２４の間には次のような関係がある。すな
わち、固定子電機子巻線６にも回転子巻線２４にも二種
類の電流が発生する。一方は負荷電流を流し、界磁電流
を流す回転電気機械本体の系あり、他方は励磁電流を流
す励磁機としての系である。前者すなわち電機子巻線６
に負荷電流を流してつくられる磁極の極数つまり界磁電
流を流して回転子に造られる磁極の極数は、励磁電流を
流してつくられる磁極の極数との間で１対２又は２対１
の関係を持つ。例えばその一方が２極であれば他方が４
極、一方が４極であれば他方が８極、更に一方が８極で
他方が４極と云うような関係である。この両者の糸は磁
気回路を兼用しており、同数の磁極に関連する巻線相互
は電磁的に結合するが、異った数の磁極に関連する巻線
相互は電磁的に結合しない。

第１４図の電機子巻線６の接続の一例を展開図として示
したものが第１７図であり、第１８図である。第１７図
と第１８図は同一の電機子巻線の中に流す電流が異なる
場合を示す。第１４図の電機子巻線６における端子符号
Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′、ｕ′１、ｕ′２、ｖ′１、ｖ′２、
ｗ′１、ｗ′２と同じ符号で同じ端子個所を第１７図と
第１８図で示す。巻線のコイル片は実線が溝中の上口コ
イル片を示し、点線は溝中の下口コイル片を示す。第１
７図の矢印は第１４図の電機子巻線６の中を流れる励磁
電流すなわち第１４図の黒色矢印の電流を示す。第１７
図では励磁電流を流して電機子巻線が８極磁極をつくる
ことを示す。第１８図の矢印は第１４図の電機子巻線６
に流れる負荷電流を示し、それによって電機子巻線６が
４極磁極を造ることが判る。第１４図において中性点２
９、３０に対して接続される電機子巻線６の順序は次の
ようになる。すなわち一方の中性点２９に対してはｕ′
１とｖ′１とｗ′１とが接続されず、その中のｗ′１の
代りにｗ′２が接続され、結局ｕ′１とｖ′１とｗ′２
が接続され、他方の中性点３０に対してはｕ′２とｖ′
２とｗ′１が接続される。これは第１７図と第１８図に
おいてもわかるように、三相星形の巻線配列が二組配列
される中、その一組が互いに逆の中性点に接続されるこ
とになる。第１４図の直流励磁電流によって造られる磁
極が強く造られるようにするためである。

第１７図と第１８図の巻線配列によって判るように、固
定子電機子巻線部の溝数Ｚ′と相数ｍ′と極数Ｐ′の関
係より毎極毎相の溝数ｑ′をＺ′／（ｍ′Ｐ′）として
計算されたｑ′の値をもとに決定した数の分布巻或いは
集中巻の巻線配列とするのである。第１７図と第１８図
を見る時、選択方式として二通りが考えられる。すなわ
ち固定子電機子巻線６の毎極毎相の溝数を決定する場合
、電機子巻線６に負荷電流を流し、回転子の界磁電流に
よって造られる界磁極と対応させて毎極毎相の溝数を決
定するか、電機子巻線６に励磁電流を流して励磁機固定
子巻線を作動させて、これをもとに毎極毎相の溝数を決
定するかである。具体的に第１７図及び第１８図におい
て溝数が３６であるが、励磁機として基準にとると、８
極であるから、三相とすれば３６／（８×３）＝１．５
すなわち毎極毎相１．５溝となる。このような巻線配列
の場合には公知のように各相のコイル数は２と１が交互
に繰り返され、全体として各相の電圧は平衡して対称三
相起電力を得ることが出来る。つまり２個の分布巻と１
個の集中巻の結合による巻線配列とすることになるが、
本発明ではそのようにはしない。第１８図に示すように
、溝数３６、３相、４極として、固定子電機子巻線の巻
線配列を本体の電機子巻線として回転子巻線に界磁電流
を流し、これに対応して電機子巻線に負荷電流を通した
場合を基準に巻線配列をする。すなわち毎極毎相当り溝
数３とし、各相のコイル数は３であり、巻線は３個の分
布巻とするのである。このように固定子電機子巻線の巻
線配列は同期機本体として働らかせる電機子巻線を対象
としてｑ′＝Ｚ′／（ｍ′Ｐ′）として計算したｑ′の
値をもとに、その分布巻或いは集中巻の巻線配列とする
のである。このようにしてつくられた巻線配列に対して
第１４図の中性点２９、３０へ励磁電流を流すことによ
り第１７図に示すように８極磁極が造られることになる
のである。

次に第１３図の回転子巻線２４の巻線展開図例が第１９
図と第２０図に示される。二層巻である点及び溝番号を
円で囲まれた数字で示している点は第１７図、第１８図
と同様である。第１９図と第２０図の巻線配列によって
判るように、回転子巻線２４の溝数Ｚと相数ｍと極数Ｐ
の関係より毎極毎相の溝数ｑ＝Ｚ／（ｍＰ）として計算
されたｑの値をもとに決定した数の分布巻或いは集中巻
の巻線配列とするのである。すなわち、第１９図と第２
０図を見る時、選択方式としてこの場合も二通りが考え
られるのである。それは第１３図の回転子巻線２４の毎
極毎相の溝数を決定する場合、回転子巻線２４に励磁電
流を空白矢印で示すように流し、固定子電機子巻線６に
流す励磁電流と対応させて励磁機としての回転子巻線と
して毎極毎相の溝数を決定するか、第１３図の回転子巻
線２４に黒色矢印で示すような界磁電流を通して固定子
電機子巻線６に流す負荷電流と対応させて、同期機本体
として作動させるようにした時に毎極毎相の溝数を決定
するかの何れかである。具体的に第１９図と第２０図に
おいて溝数が２４であるが、結論的には第２０図の界磁
電流を流す場合を対象にはせず、第１９図の励磁電流を
流す場合を対象にする。すなわち、励磁機としての回転
子巻線を第１９図で考え、三相８極であり、毎極毎相の
溝数は１個になる。このように第１９図で各相のコイル
数は１であり、巻線は１個の集中巻とするのである。こ
のように回転子巻線の配列は励磁巻線として働らかせる
回転子巻線を対象として、ｑ＝Ｚ／（ｍＰ）と計算した
ｑの値をもとに、その分布巻き或いは集中巻の巻線配列
とするのである。このようにして造られた巻線配列に対
して、第１３図の回転子巻線２４の 中性点２６、２７へ界磁電流を流すことにより第２０図
に示すように４極磁極が造られることになるのである。

もし本発明を逆にする場合、すなわち、本例において、
もし固定子電機子巻線の巻線配列を決定するに際し、本
体としての電機子巻線配列を■せず、励磁機として電機
子巻線に励磁電流を流す時を対象に固定子電機子巻線の
配列を決定し、そのような巻線配列をもとに固定子電機
子巻線に負荷電流を通そうとすれば、発電機の場合も電
動機の場合も作動しない。回転子巻線の配列もそれに応
じて本発明と逆に決定し、もし界磁巻線に対して先に毎
極毎相当りの溝数を決定し、その後に励磁電流を流す励
磁巻線をきめてゆくとすれば作動しない。

第２１図は本発明が適用されうるサイリスタモーターの
回路の一例を示す。回転電気機械は回転子部３４と固定
子部３３から成る。固定子電機子巻線６の配列は第１４
図の配列と同様であり、回転子巻線２４の配列は第１３
図の配列と同様である。電機子巻線６に外部接続電線４
８と接続する外部接続端子Ｕ′Ｖ′Ｗ′と電機子巻線相
互間を接続する相互間接続端子ｕ′１、ｕ′２、ｖ′１
、ｖ′２、ｗ′１、ｗ′２を設け一方上記外部接続端子
Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′に対し外部電源３９より周波数変換装
置３５を経て電力を供給するように接続し、他方外部電
源３９より上記周波数変換装置３５を通さずに、これと
は並列的に上記相互間接続端子を結合した中性点２９、
３０へ励磁電流を供給するように配列し、上記電機子巻
線６に周波数の異なる電流を同時に流すように配列して
いる。第２１図では電機子巻線６は二重星形接続に近い
巻線接続をなし、三相の巻線端子Ｕ′Ｖ′Ｗ′を頂点と
し、各相はそれぞれ二重にｕ′相、ｖ′相、ｗ′相を形
成する巻線から成る。上記外部電源３９から中性点２９
、３０に到る間に第２１図では制御素子付き整流器２８
とコンデンサー４４が接続される。制御素子付き整流器
２８は制御装置４５によりその励磁電流の挿入量を制御
しうる。

このような整流器２８の直流側端子と二重星形接続の電
機子巻線６の二つの中性点２９、３０に接続する。この
ようにすれば、電機子巻線６は励磁巻線部としても作動
することになる。すなわち、Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′なる三相
端子へ外部電源より黒色矢印のような瞬時電流を流すと
き、電機子巻線６は負荷電流を流す通常の電機子巻線と
して働らくが、二つの中性点２９、３０から中空矢印の
直流電流を供給する時、電機子巻線６は励磁巻線として
働らくことになる。第２１図における電機子巻線６の接
続の一例を第２２図に示す。第２２図においても黒色矢
印は負荷電流の瞬時の流れの方向を示し、中空矢印は直
流励磁電流の方向を示す。又第２１図の固定子電機子巻
線６のそれぞれの端子Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′、ｕ′１、ｕ′
２、ｖ′１、ｖ′２、ｗ′１、ｗ′２に対応して第２２
図の同符号端子が使われる。第２１図の固定子電機子巻
線６の中性点２９と３０に対して接続される電機子巻線
６の順序は次のようになる。すなわち一方の中性点２９
に対してはｕ′１とｖ′１とｗ′１が接続されず、ｕ′
１とｖ′１とｗ′２が接続され、他方の中性点３０に対
してはｕ′２とｖ′２とｗ′２の接続の代りにｕ′２と
ｖ′２とｗ′１が接続される。これは前述と同様の接続
である。第２１図では回転子３２に回転子巻線２４と回
転子整流器２５が設けられている。回転子巻線２５はそ
の接続が固定子の電機子巻線６と類似している。

以上の接続で、中性点端子２９、３０へ中空矢印のよう
な方向の直流励磁電流を流した場合、例えば８極の磁界
を造るとする。これは大略固定磁界であるが、これに対
応して回転子には中空矢印で示すような交流電圧を誘起
するが、この交流電圧を回転整流器２５が受けて、その
直流がわ端子から二つの中性点２６、２７を通して回転
子巻線２４に流した電流を黒色矢印で示す。この黒色矢
印の直流電流でつくられた磁極は前記の８極に対し４極
のように、黒色矢印によって示される電流で造られる磁
極数と白色すなわち空白矢印により示される電流で造ら
れる磁極数との関係は相互に２対１か１対２である。第
２１図ではこのようにして固定子電機子巻線６にも回転
子巻線２４にも二種類の電流が流れることになる。その
場合、固定子の電機子巻線６に励磁電流を空白矢印のよ
うに流して８極磁界が造られる時、その８極磁界を回転
子巻線２４が切ることによって８極の交流電圧が発生し
、その電圧が整流器２５を通して中性点２６、２７間に
加えられる。それにより回転子巻線２４に界磁電流が流
れて、４極の界磁極が造られることになる。この４極界
磁極と電機子巻線６との間に４極電動機が形成される。

このようにして回転子巻線２４が回転子励磁巻線と界磁
巻線を兼用する。第６図では固定子電機子巻線６と回転
子巻線２４の間で電動機本体と励磁機とした場合の磁気
回路が兼用されることになるが、このように磁気回路を
兼用した時、同極数の磁極を形成する巻線間のみ電磁的
誘導作用が働らき、異極数の磁極を形成する巻線間には
電磁的誘導作用が働らかないことが考え方の基本にある
。而もこの場合に重要なことは一定周波数の交流電源３
９から周波数変換装置を介さずに、単に整流器２８を経
て、その直流側端子から直流励磁電流を電機子巻線６に
與える一方、周波数変換装置３５を通して電機子巻線６
の外部接続端子Ｕ′、Ｖ′、Ｗ′を経て電機子巻線６に
與える交流の周波数は広範囲に変化していると云うこと
で、交流の周波数を変えても上述の関係すなわち同極数
の磁極を形成する巻線間のみ電磁的誘導作用が働らき、
異極数の磁極を形成する巻線間には相互に電磁的誘導作
用が働らかないことが基本的考えとなっている。

第２１図ではサイリスタモーターの制御回路が示されて
いる。回転子の軸Ｎに設けられた位置検出装置６１の検
出機構に合わせてゲート制御回路４３が動作し、それに
よって周波数変換装置３５のインバーター部分３８の制
御素子付き整流器のゲートを制御することになる。周波
数変換装置３５はインバーター部分３８とコンバーター
部分３６とリアクトル３７より成る。コンバーター部分
３６の制御素子付き整流器は位相制御回路４２により制
御されるが、その位相制御は回転子の回転速度を変換し
た速度変換装置４０を基準速度変換装置４１と比較した
誤差値によっておこなわれる。第２１図はこの基準速度
変換装置４１の設定値を変えて位相制御回路４２を制御
し、それによりコンバーター部分３６の位相制御をおこ
ない、インバーター３８の入力電圧を制御して電動機の
速度を制御する。このようなサイリスタモーターにおけ
る始動時には整流器３８から中性点の二端子２９と３０
へ直流電圧を加えることなく、短絡スイッチ４７を閉ぢ
、整流器２８の直流回路を開く４６のスイッチを開いて
中性点２９と３０の間に直流電圧が加えられないように
する。このようなサイリスタモーターの始動時、本発明
の制動巻線が装備される。そのような制動巻線について
の説明は後に述べる。

第１図、第２図、第３図及び第１２図には単相同期機の
回転子部分を除く回路が示されている。

第１図では既に述べたように固定子電機子巻線１の構成
を外部接続電線２、３と接続するニ端子４、５の間でＡ
Ａ′、ＢＢ′巻線系列の並列接続とし、そのＡＡ′巻線
系列の中間端子ＣとＢＢ′巻線系列の中間端子Ｄを設け
、上記電機子巻線の上記中間端子間ＣＤ間に接続された
回路に誘起された起電力によって中間端子ＣＤ間に電流
が流れるように電気接続する。通常単相同期機の場合、
全周に装備された溝の中、第５図に示すように、その２
／３のみが巻線配列に利用され、残りの１／３は利用さ
れていない。本発明第１図では昭和５９年特許願第１６
７２０８号や昭和６０年特許願第１５０４５号と同様に
電機子巻線ＡＡ′、ＢＢ′とは別の独立した巻線系列Ｆ
を上記の遊び溝の中に設け、巻線Ｆを起電力源とし、そ
の起電力により上記中間端子ＣＤ間に電流が流れるよう
に接続し、上記電機子巻線に負荷電流だけではなく、同
時に励磁電流も流れるように配列する。第１図では上記
巻線系列Ｆと直列にコンデンサー４９を接続し、この直
列回路と上記中間端子ＣＤの間にブリッジ形順変換装置
５０を電気接続する。この順変換装置５０の制御素子付
き整流器は制御装置５１により制御されるように接続さ
れる。外部接続端子４、５は負荷５２に接続される。５
２が電源であれば、１は電動機の電機子巻線となる。

第１図で示す５３は自動電圧調整機構を示したもので、
母線の電圧を検出し、一定目標電圧の基準入力要素５５
と比較し、その比較誤差をもとにして移相回路５１を作
動させて順変換装置５０の制御素子付き整流器を働らか
せるのである。そのようにして母線の電圧を一定ならし
める。第４図はそのような自動電圧制御系の線図例が示
される。

検出機構５６で交流母線電圧を検出し、これを整流回路
５７で整流し、比較装置６０で基準入力要素５９と比較
し、増幅器５８はその比較値も増幅して移相回路５１を
作動させるのに使われる。それにより順変換装置５０の
制御素子を働らかせて交流母線電圧を一定化せしめるの
である。

第２図は第１図の順変換装置５０の代りに逆並列回路６
１を接続した場合を示す。逆並列回路６１は制御素子付
き整流器が逆並列接続され、その整流器の制御素子回路
が制御装置６２により制御されることを示す。第３図の
場合、コンデンサー４９が巻線系列Ｆに対し並列に接続
される場合が示される。第１２図はコンデンサー４９が
巻線系列Ｆと並列接続されているが、その他は第２図と
同様である。第１図、第２図、第３図、第１２図の回転
子に対しては第１３図の三相巻線回転子などが好ましい
。

第１５図及び第１６図は第１図の電機子巻線の配列に対
応した接続図例である。第１図の電機子巻線の接続に対
応し、端子の符号４、５、Ｃ、Ｄと同符号が第１５図と
第１６図に示される。第１図の実線矢印及び点線矢印の
電流に対応し、第１５図と第１６図の実線矢印及び点線
矢印の電流が示される。第１５図のような接続では負荷
電流により４極磁界が造られ、励磁電流により２極磁界
が造られることを示し、第１６図の接続では負荷電流に
より２極磁界が造られ、励磁電流により４極磁界が造ら
れることを示す。このようにして二種類の電流を同時に
同じ巻線に流し、その磁極を２対１又は１対２にするこ
とが出来ることを示した。

以上本発明を適用する回転電気機械についての説明を詳
細にしてきたが、本発明の重要な点につき下記する。

第６図では励磁巻線部に励磁電流を流して造られる磁極
の極数を８極とし、電機子巻線部に負荷電流を流して造
られる磁極の極数を４極とした場合の制動巻線の配列が
示される。第６図で示されるように、本発明の制動巻線
導体は１４、１５、１６、１７の４本で、回転子導体と
並列に装備され、界磁極の磁極表面に設けられたスロッ
トに挿入される。そのスロットは制動巻線のためにだけ
設けられたスロットでも良いが、回転子導体２４のため
のスロットに挿入されても良い。第６図では１４、１５
、１６、１７の４本の導体の両端を短絡導体１８と１９
で短絡し、短絡導体１８と１９の形状を回転子円筒の周
囲に円周に沿ったエンドリングとする。第６図において
は導体相互の距離τが電気角でπ［ラヂアン］の距離、
すなわち回転子の定格回転速度Ｎ［ｒｐｍ］、電機子誘
導起電力の定格周波数ｆ［Ｈｚ］として１２０ｆ＝ＮＰ
とした時に上記挿入導体間距離τが電気角でπ［ラヂア
ン］、機械角θでπ／（Ｐ／２）の距離にあるものを集
めて電気接続することを考えると、次のようになる。定
格回転速度Ｎ［ｒｐｍ］＝１８００［ｒｐｍ］、ｆ［Ｈ
ｚ］＝６０［Ｈｚ］とし、Ｐ＝１２０ｆ／Ｎ＝４、より
機械角θは、θ＝π／２［ラヂアン］となる。第６図に
示すように１４、１５、１６、１７の４本の導体が相互
に機械角θ＝π／２［ラヂアン］の距離を保って電気接
続され、短絡導体１８と１９で上記４本の導体を短絡す
る。

第８図はこのような第６図の制動巻線配列が妥当である
ことの説明図である。第８図は横軸が導体配列の回転子
周辺を展開した回転子周辺距離を示し、縦軸が或る瞬間
の磁束を示したもので、ｇ１は電機子巻線部に負荷電流
を流して造られる磁極のある瞬間の状態を示す。又ｇ２
は励磁巻線部に励磁電流を流して造られる磁極のある瞬
間の状態である。第８図において、導体間距離は第６図
のとなり合った導体１４と１５に対応する同符号の導体
間距離τで示されるが、回転電気機械が定常状態で同期
的に回転している場合、回転磁界ｇ１の回転速度と導体
１４や１５の回転速度と同期しているため、導体１４や
１５には起電力を誘導しない。回転磁界ｇ１の回転速度
と導体１４−１５の回転速度が異なった場合に、例えば
第８図の導体１４と１５における丸印とばつ印の起電力
を生じ、その直列接続により短絡電流を生じて制動巻線
の効果を発揮する。定常運転時にはｇ２なる回転磁界は
導体１４−１５の回転速度と同期的に回転しないから、
その回転磁界ｇ２は導体１４−１５によって切られるこ
とになる。然し、導体１４−１５と回転磁界ｇ２との関
係は導体ｈ−ｌと回転磁界ｇ２との関係と同じになり、
導体ｈが磁界ｇ２を切ることによって誘導される起電力
と導体ｌが磁界ｇ２を切ることによって誘導される起電
力が常に等しくなる。そのため、導体ｈ−ｌの直列回路
では磁界ｇ２によって電流を生じない。結局導体１４−
１５は回転電気機械の定常運転時、磁束ｇ１及びｇ２の
何れによってもその中に電流を通すことにはならないた
め、不必要に制動巻線の損失を大きくすることにはなら
ない。導体のｋやｊは、もしその点に導体をおいて磁界
ｇ１の回転磁界速度と同期速度で回転させると、第８図
に示すようなばつ印の起電力を誘導することになり、導
体ｈ、ｋ、ｌ、ｊをエンドリングで短絡させると、定常
回転時にも不必要な短絡電流をこれらの導体中に流す結
果、制動巻線中に大きい損失を生じることになる。

第７図は２極機の例を示す。導体１４と１５の角回転距
離τが電気角度でπ、機械角度で２πとなる。このよう
な導体相互を集めて、両端のエンドリング導体短絡をす
る。

第９図は第６図に対応する４極形制動巻線を示し、その
平面図と立面図が画かれている。導体１４、１５、１６
、１７をその両端で短絡するエンドリング１８、１９が
装備されている。第１０図は第７図に対応する２極形制
動巻線を示し、その平面図と立面図が画かれている。第
１０図では、相互にπ角度（電気角）或いは機械角度で
２π距たった二つの導体１４と１５がその両端のエンド
リングで１８、１９のように短絡され、これとは絶縁さ
れて、二つの導体６２と６３が相互に電気的にπ角度、
機械的に２πの角度距たったように配列され、それらが
両端のエンドリング６６と６７で短絡される。このよう
にして導体１４−１５系と導体６２−６３系とでは互い
に絶縁され、エンドリング１８、１９とエンドリング６
６、６７との間を絶縁物６４と締め付けボルト６５で固
定化する。

以上説明した本発明の作用効果の特長についてまとめる
と、次のようになる。

（１）本発明では三相同期発電機や単相同期発電機或い
は三相同期電動機など、所謂同期機構造の回転電気機械
において、磁気回路を兼用し、ニ種類の磁極極数をもた
せて、励磁機をなくし、構造を簡略化させるのであるが
、制動巻線そのものの効果は一般の回転電気機械におけ
る制動巻線の効果と同様である。然し同期機本体を励磁
機としても使い、同期機本体の電機子巻線に流す負荷電
流により造られる磁極の極数と、固定子巻線に流す励磁
電流により造られる磁極の極数との関係を１対２又は２
対１としてブラシレスで且つ励磁機のない同期機構造の
回転電気機械を造る時、通常の同期機に対する制動巻線
では定常状態で何らかの電流が制動巻線中を流れ、不必
要に損失を大きくし、不必要に制動巻線が電力を供給し
、好ましい制動巻線にならないが、本発明ではこのよう
な不必要な電流が制動巻線中に流れず、通常運転時に損
失を大きくすることなく、且つ適確な制動巻線動作をす
ることになる。

（２）上記の作用効果を働らかせつゝ、制動巻線を働ら
かせるための短絡装置がエンドリングの形をとっている
ため、回転子の回転時、遠心力に対して機械的に強く、
装置全体として堅牢で安全な構造となっている。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を適用する電気回路図例であり、回転子
の接続図を除いたもので、単相同期機についての電気接
続図例である。第２図は第１図と同様、本発明を適用す
る電気回路図例で、回転子の接続図を除いたもので、単
相同期機についての電気接続図例である。第３図も第１
図や第２図と同様、本発明を適用しうる電気回路図例で
、回転子の接続図を除いたもので、単相同期機について
の電気接続図例である。第４図は第１図乃至第３図に装
備される自動電圧制御装置の回路接続図例である。第５
図は通常の単相同期機における交番磁束の説明図である
。第６図は本発明の主要事項である制動巻線とそれを短
絡するエンドリングの関係を示す配列図である。第６図
は４極の場合の図であるのに対し、第７図は制動巻線と
それを短絡するエンドリングの関係を示す配列図におい
て２極機の場合の図である。第８図は本発明の制動巻線
とエンドリングの関係による制動巻線作用を説明する図
である。第９図は制動巻線とエンドリングの関係を示す
平面図と立面図であり、４極機の場合の図例である。第
１０図も制動巻線とエンドリングの関係を示す平面図と
立面図で、２極機の場合の図例である。第１１図は本発
明の固定子部分の接続図例である。第１２図は第１図乃
至第３図と同様、本発明適用の単相同期機についての電
気接続図例である。第１３図は本発明適用の同期機回転
子接続図例である。第１４図は本発明適用の同期機固定
子電機子巻線接続図例。第１５図及び第１６図はそれぞ
れ本発明の固定子電機子巻線接続図例を示す。 第１７図は第１４図の電機子巻線６の接続の一例を展開
図として示したもの。第１８図も第１７図と同様、第１
４図の電機子巻線の接続の一例を展開図として示したも
のである。第１７図では励磁電流を流して電機子巻線が
８極磁極をつくることを示し、第１８図では負荷電流を
流して電機子巻線が４極磁極をつくることを示す。第１
９図と第２０図は第１３図の回転子巻線の展開図例であ
り、第１９図では励磁電流が流される場合、第２０図で
は界磁電流を流す場合が示される。第２１図は本発明が
適用されるサイリスタモーターの回路の一例を示す。第
２２図は第２１図における電機子巻線６の接続の一例で
ある。 つぎに図の主要な部分をあらわす符号には以下に示すよ
うなものがある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定子に負荷電流を通す電機子巻線部を、又回転子に界
   磁巻線部を設け、上記固定子に装備された巻線の或る端
   子と上記固定子に設けられた励磁巻線部とを電気接続す
   ることによって励磁巻線部に励磁電力を供給するように
   配列し、電機子巻線部の鎖交する磁気回路と励磁巻線部
   の鎖交する磁気回路を兼用する配列とし、その励磁電流
   を励磁巻線部に流すことにより造られる磁極の極数と、
   上記電機子巻線部に負荷電流を流して造られる磁極の極
   数との関係を、その何れか一方を１とし、他方をその２
   倍とする関係となる巻線配列とし、その励磁巻線部に励
   磁電流を流して造られる磁極を、これと同一の極数の回
   転子励磁巻線部が切って回転子の励磁巻線部に励磁電圧
   を誘起させ、その励磁電圧により界磁巻線部に電流を流
   し、界磁極を造る配列において、上記励磁巻線部に励磁
   電流を流して造られる磁極の極数を、上記電機子巻線部
   に負荷電流を流して造られる磁極の極数、Ｐ極の２倍と
   し、界磁極の磁極表面にスロットを設け、これに挿入す
   る導体を設け、その挿入導体数を少なくとも２個以上と
   し、それら複数の挿入導体の両端を短絡導体で短絡し、
   短絡導体の形状を回転子円周に沿ったエンドリング端絡
   環のようにし、この端絡環に電気接続される挿入導体相
   互間距離τが電気角でπ［ラヂアン］の距離、すなわち
   回転子の定格回転速度Ｎ［ｒｐｍ］、電機子誘導起電力
   定格周波数ｆ［Ｈｚ］として１２０ｆ＝ＮＰとした時に
   、上記挿入導体間距離τが電気角でπ［ラヂアン］、機
   械角θでπ／（Ｐ／２）の距離にあるものを集めて電気
   接続するように配した回転電気機械の構造