JPH0417023B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転界磁形の円筒界磁局回転電機にお
いて、特にその界磁巻線の改良に関する。

同期電動機の誘起電圧を利用してサイリスタ電
力変換装置の逆変換装置側のサイリスタの転流を
行なわしめる、いわゆる自然転流方式無整流子電
動機においては、電機子回路の漏れリアクタンス
を減少させ、サイリスタの転流の重なり時間を短
かくする目的で、界磁極側に制動巻線を設けなけ
ればならないことは周知の通りである。一方、従
来無整流子電動機装置用の同期電動機としては、
突極形同期機あるいはタービン発電機の様な円筒
形のものが多く用いられているが、前者のものは
磁極構造が複雑で製作に手数がかかつて高価とな
り、また高速のものは製作出来ない等の問題があ
る。また、後者のものは高速には適するが十分多
くの制動巻線を設けることが出来ず、かつ回転子
コイルエンドの保持が難しく、高価である等の欠
点がある。

ところで、同期電動機の一種として固定子およ
び回転子とも、３相巻線を設け、始動期間中は巻
線形誘導電動機として、また同期速度附近では、
回転子側巻線に直流電流を流して同期電動機とし
て使用するいわゆる誘導同期電動機がある。この
誘導同期電動機は、回転子の巻線が全周に均一に
配置され、２層巻にすることによりコイルエンド
が円筒形となり、バインド線を巻回することによ
り簡単にコイルエンドの固定ができるため、製作
が容易でかつ高速のものの製作が行ない易いとい
う利点がある。

しかし乍ら、基本的に制動巻線を有していない
ので、界磁巻線の一部を利用して制動効果をもた
せなければならないが、回転子の３相巻線を直流
励磁の界磁巻線にする時の結線の方法によつては
全く制動効果を持たせることができなかつたり、
また制動効果を高めようとすると、界磁巻線とし
ての巻線利用率が低下する等の欠点があり、同期
電動機としては特殊な用途以外には余り使用され
ておらず、また無整流子電動機としては殆んど使
用されていないのが現状である。

本発明は上記のような事情に鑑みて成されたも
ので、その目的は製作が容易で高速のものを製作
し易いという利点を生かしつつ制動効果が大きく
かつ界磁巻線としての巻線の利用率を高めること
ができる無整流子電動機装置用に適した円筒界磁
極回転電機を提供することにある。

以下本発明の一実施例について図面を参照して
説明する。第１図は、本発明による界磁巻線を有
する円筒界磁極回転電機の鉄心部分の軸方向断面
図を示すものである。図において回転軸１に回転
子鉄心２を嵌着し、その鉄心２の外周に設けられ
た多数の軸方向の溝２ａに界磁巻線３を挿入し、
かつその軸方向コイルエンド部にはパインド４，
４′を巻回し固定している。また、上記回転子鉄
心６の周囲には、微少空隙５を介して固定子鉄心
６を配し、その鉄心６の内周に設けられた多数の
軸方向の溝６ａに電機子巻線７を収納している。
なお、図示は省略しているが固定子鉄心枠、軸受
及び軸受装置およびブラシレス励磁方式の場合の
励磁機や回転整流器等を設けることは通常の同期
機と同様である。

つぎに、上記のような構成の回転電機におい
て、界磁巻線３は、鉄心溝に収納される各々のコ
イルは方形断面の電線を使用した亀甲形巻、また
は小さい円形断面の絶縁電線を使用した乱巻巻線
として製作し、２層の波巻または重ね巻巻線とし
て収納し、全体としては、第２図に示す様にお互
いに電気角で120°の位相差を有する３つの巻線群
ａ，ｂ，ｃとして直列に接続し、通常の３相交流
巻線の星形結線と同じになる様に中性点側をひと
つに結び、かつ例えば巻線群ｂとｃの出力側端子
を短絡する様に結んだ点を界磁巻線のひとつの端
子とし、巻線群ａの出力側端子を界磁巻線の他の
ひとつの端子とするように内部接続する。ここ
で、巻線群ａと巻線群ｂおよびｃとは全く同一の
ものではなく、次の様な相違を持たせる。すなわ
ち、各群の端子間に直列に接続される導体の数
（巻回数の２倍）は、ａ群を100とした時にｂおよ
びｃ群が２倍の200となる様にし、また各端子よ
り見た導体断面積はａ群を100とした時にｂ，ｃ
群は２分の１の50となる様に構成する。

かかる関係について、第３図ａ，ｂを参照しな
がらより詳しく説明する。第３図ａはａ群に属す
るコイルの溝内断面であり、同図ｂは同じくｂお
よびｃ群に属するコイルの溝内断面を示すもので
ある。図において、互いに絶縁された電線３ａを
絶縁物３ｂでアース絶縁し、回転子鉄心２の鉄心
溝２ｃに２層に収納して楔３ｃで固定している。
この第３図ａとｂとを比較してわかるように、ａ
群のものは導体数が４であるのに対し、ｂおよび
ｃ群のものはそれが８であり、また断面はａ群に
比べてｂ，ｃ群のものは半分となつている。

以上の構成の界磁巻線は、第２図から明らかな
如く、通常の誘導同期電動機の同期機としての使
用例のひとつである。３相星形結線の２端子を結
合したものと同一である。そして、かかる結線で
は短絡したｂ，ｃの巻線群が横軸成分に対する制
動効果をもち、またａ巻線群が励磁電源を介した
回路で直軸成分に対する制動効果をもつことは良
く知られている。しかしながら、前述した従来の
誘導同期電動機では、始動時に巻線形導電動機と
して界磁巻線側に抵抗を接続しなければならない
ため、ａ，ｂ，ｃの巻線群は平衡３相電圧を発生
するよう各々の直列に接続される導体の数および
断面図は同一でなければならない。そのため、第
２図の如く同期機の界磁巻線として使用する場
合、ａ巻線群を流れる電流は中性点においてｂ，
ｃ巻線に各々1/2に分流するため、断面積が同一
であれば電流密度は半分となり、回転子表面上で
アンバランスな熱配分となる。また、巻線のつく
る起磁力は、ａ巻線群のそれに比べて1/2となり、
さらに巻線群ｂとｃは120°の位相差を有するため
その合成もａ巻線群の1/2であり、全体としても
ａ巻線群の起磁力と合わせてａ巻線群単独の場合
の3/2倍にしかならない。つまり、３組の巻線群
で総合として１組の巻線の3/2倍の起磁力しか得
ることができないので、巻線の利用率は1/2とな
つている。

これに対して本構成のものは、無整流子電動機
を目的としているため、界磁巻線は常時直流励磁
されるので、３相巻線として平衡３相電圧を発生
される必要がなく、よつてａ巻線群とｂおよびｃ
巻線群の直列導体数は、等しくなくても良い。そ
して基本的にはその比は任意で良いが、回転子上
での溝の配分や巻線の接続の容易さより通常は
ａ：ｂ（or ｃ）＝１：２とする。これにより、ａ，
ｂ，ｃ巻線群のつくる起磁力は全て等しくなり、
その合成起磁力は１組の起磁力の２倍となつて、
巻線の利用率としては2/3となり、従来のものの
４／３＝1.333倍の起磁力を得ることができる。ま
た、各巻線群の断面積はａ：ｂ（or ｃ）＝２：１
としているため、電流密度は同じくなり回転子表
面上での熱配分が均等となつてバランスする。

このように円筒界磁極回転電機において、界磁
巻線３を鉄心の円周に均等に配された溝に２層巻
のコイルとして収納しこれらを互いに電気角で
120°の位相差を有する３つの巻線群ａ，ｂ，ｃと
なるよう直列に接続すると共にその全体が星形と
なる如く中性点側を結び、第１の巻線群ａの端子
を界磁巻線３としてのひとつの端子とすると共に
第２および第３の巻線群ｂ，ｃの端子を内部で直
接短絡したうえで界磁巻線３の他のひとつの端子
とし、且つ前記第１の巻線群ａの端子間に直列に
接続される導体の数に対して第２、第３の巻線群
Ｂ，Ｃのそれを２倍となるようにし、また前記第
１の巻線群ａの端子よりみた導体断面積に対して
第２、第３巻線群ｂ，ｃのそれを半分となるよう
にしたことを特徴とする円筒界磁極回転電機。

従つて、十分大きな制動効果を確保しつつ、か
つ励磁巻線としても十分大きな起磁力を得られる
よう巻線の利用率を高めた界磁巻線を得ることが
でき、これにより電動機全体の小形化および軽量
化を図ることができる。また、従来の突極性やタ
ーボタイプの電動機の界磁巻線よりも製作し易く
かつコイルの固定が容易であるため、比較的高速
の機械を極めて安価で容易に製作することができ
る。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。

前述したように、ａ巻線群とｂおよびｃ巻線群
の直列導体数は等しくする必要はない。また、
ａ，ｂ，ｃ巻線群の位相差も必ずしも120°とする
必要はなく、単にａ巻線群とｂ巻線群との位相差
と、ａ巻線群とｃ巻線群との位相差が等しければ
よい。

具体的に述べると、例えば第４図に示すように
通常の３相巻線として毎極、毎相の溝数を３，１
極分９となるようなものにおいて、ａ巻線群の溝
数を５とし、ｂおよびｃ巻線群のそれを各々２と
すれば、ａ巻線群の１つの溝の導体の数をｘ，ｂ
およびｃ巻線群のそれを2xとした時、直列導体
数の比は ａ：ｂ（or ｃ）＝5x：4x＝５：４ となり起磁力の比はａ：ｂ（or ｃ）5x：4x×１／２ ＝５：２（１／２は電流比）となる。一方、位相はａ 巻線群の中心とｂ巻線群またはｃ巻線群との中心
とは各々5.5溝離れているので、180°／９溝×5.5溝＝ 110°の差がある。そして、総合起磁力は、各巻線
群の起磁力のベクトル和となるので各巻線群の起
磁力のａ巻線群方向の成分を調べると ａ巻線によるもの ……5x ｂ巻線によるもの ……4x×１／２×sin20°＝0.68x ｃ巻線によるもの ……4x×１／２×sin20°＝0.68x 総 計 6.36 となる。

一方、通常の３相巻線として構成した場合は、
１相当りの起磁力は3xであるので、起磁力とし
てはそれの6.36x÷３＝2.12倍となつて総合起磁
力も2.12÷1.5＝1.4倍となり、励磁巻線としての
利用率が高められる一方、制動巻線としての効果
も十分大きくしかも鉄心上の熱配分も均一である
という特徴が維持されている。

また、前述した実施例のものに対しても総合起
磁力において2.12÷２＝1.06倍に増加しており、
このわずかの増加は設計段階での自由度が増加し
た事になり、最適設計を行なう場合に極めて有利
なものとなる。さらに、ここでは、説明の便宜上
少ない溝数としたが、実際の機械ではもつと多く
の溝数があるので設計の都合に合わせて任意の組
合せをとることが可能となる。

一方、上記実施例の説明においては、ａ巻線群
に属するコイルの断面積をｂおよびｃ巻線群に属
するコイルの断面積の２倍とするに、第３図に示
すように導体素線断面積が異なるものとして記載
したが全てのコイルを第３図ｂに示すように、溝
の半分に収納される導体の数を偶数とし、ａ巻線
群に属するものはｂおよびｃ巻線群に属するもの
の２倍の数の素線をコイルエンドの接続部にて並
列にするようにしても良い。

さらに、多極機において複数の並列回路を構成
し得るものにおいては、ａ，ｂ，ｃ巻線群とも同
一断面積、同一直列導体数のコイルとして各回路
の内部直列接続を完了した後、ａ巻線群は他の
ｂ，ｃ巻線群の２倍の並列回路を有するように極
間渡りの接続部分で接続を変えることも可能であ
る。さらにまた、自己始動を行なわない同期電動
機および発電機への適用も可能であることは言う
までもない。

以上説明したように本発明によれば製作が容易
で高速のものを製作し易いという利点を生かしつ
つ制動効果が大きくかつ界磁巻線としての巻線の
利用率を高めることができる無整流子電動機装置
用に適した信頼性の高い円筒界磁極回転電機が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒界磁極回転電機の鉄心付近を示す
軸方向断面図、第２図は本発明による界磁巻線の
内部結線を示す概略図、第３図ａ，ｂは鉄心溝内
での界磁巻線の状態を示す断面図、第４図は界磁
巻線の鉄心円周上での分布と位相関係を示す説明
図である。 １……回転軸、２……界磁鉄心、２ａ……界磁
鉄心溝、３……界磁巻線、３ａ……界磁巻線導
体、３ｂ……界磁巻線の絶縁、３ｃ……界磁巻線
の固定用クサビ、４……界磁巻線のコイルエンド
固定用バインド、５……鉄心空隙、６……固定子
鉄心、７……固定子巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒界磁極回転電機において、界磁巻線を鉄
   心の円周に均等に配された溝に２層巻のコイルと
   して収納しこれらを互いに電気角で120°の位相差
   を有する３つの巻線群となるよう直列に接続する
   と共にその全体が星形となる如く中性点側を結
   び、第１の巻線群の端子を界磁巻線としてのひと
   つの端子とすると共に第２および第３の巻線群の
   端子を内部で直接短絡したうえで界磁巻線の他の
   ひとつの端子とし、且つ前記第１の巻線群の端子
   間に直列に接続される導体の数に対して第２、第
   ３巻線群のそれを２倍となるようにし、また前記
   第１の巻線群の端子よりみた導体断面積に対して
   第２、第３の巻線群のそれを半分となるようにし
   たことを特徴とする円筒界磁極回転電機。 ２ 第１群と第２群および第３群の導体断面積の
   比を２：１に保ちつつ第１群と第２群および第１
   群と第３群との位相差を電気角で120°以外の任意
   の値とし、かつ第２群と第３群の各々の端子間に
   接続される直列導体数は等しくし第１群の直列導
   体数との比は２倍以外の任意の値となるように各
   群に所属する溝の数を調整するようにしたもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の円筒界磁極回転
   電機。