专利名称：用于电动发电机的电枢绕组连接结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动发电机的电枢绕组连接结构，更具体地说，涉及一种用于三相4极3并联回路双层绕组电动发电机的电枢绕组连接结构。
电动发电机包含一个定子和一个转子，例如当一同步电机用于50赫的频率和具有4极结构时，转速为1500转/分。定子铁心由多层薄片组成，在定子的内周边侧设有很多槽，槽中绕有电枢绕组。在一台发电机中，感应电压的波形最好为理想的正弦波。为此，需要使在气隙中的磁通密度分布为正弦波形。当电枢绕组按同心绕组的形式构成时，磁通密度的分布变为矩形波形，与正弦波形完全不同。因此，电枢绕组采用分布绕组。
当线圈的线圈侧边电角度隔开180°时，该绕组称为整距绕组。当线圈的线圈侧边电角度隔开小于180°时，该绕组称为分距绕组。为了使磁通密度分布更接近正弦波形，电枢绕组采用分距绕组。其理由在于，倘为三相电机，通常将线圈节距与磁极节距的比β取为5/6可以降低由5次谐波和7次谐波占主要成分的高次谐波。
在汽轮发电机的情况下，用于老式热电厂的大多数发电机是两极式电机，对于核热电站的大多数发电机由于它们的驱动电动机的特性为4极式电机。通常，汽轮发电机的电枢绕组是Y接的，并联回路的数目是其极数的约数。例如如果为一4极电机，并联回路数为4、2或1。原因在于，当并联回路数是极数的约数时，能够平衡各回路中间的电压，各个并联回路电气上可以按相同的方式配置。
为了提高发电机的容量，由于它的功率因数近于恒定，必须提高发电机的电压和电流的乘积。虽然在小容量的发电机中，每个线圈串联以便得到高的电压，但在大容量的发电机中，由于绝缘等问题，线圈通常按2或4个并联回路连接。
然而，某些情况下，由于电机容量的原因并联回路数不能取为极数的约数。在这样一种情况下，各个并联回路中的感应电压不平衡，因而在并联回路之间流有环流电流。为了解决这一问题，序号为54-6683的日本专利公开文件公开了一种通过改变各个线圈节距用以降低各并联回路之间的电压幅值和相位的不平衡的绕组连接方法。
用于核电站的汽轮发电机通常为三相4极4并联回路双层绕组式电机，并且在汽轮机侧和引线套管侧这两侧具有作为跨越寻线的引线。总共有12个引线套管，每侧6个，并且终端接线箱也配置在两侧。当并联回路数为3时，引线配置在一侧。因而，6个引线套管仅配置在一侧，终端接线箱也只配置在一侧。
然而，当并联回路数为3时，与4个并联回路绕组相比会出现某些问题。这些问题介绍如下，举例来说，定子槽数为72。由于每极每相槽数NSPP可以利用公式NSPP＝(定子指数/(相数×极数)得到，在这个示例中NSPP＝6。因而，一个极由6个顶部线圈和6个底部线圈组成。
由于每一个并联回路的线圈数NPSC可以利用公式NPSC＝(定子槽数)/(相数×并联回路数)，在4个并联回路绕组的示例中NSPC＝6，在3并联回路绕组的示例中NSPC＝8。
因而，在4并联回路绕组的示例中可以由1个并联回路构成一个极。然而，在3并联回路绕组的示例中，一个并联回路分布在多个极上，因而在各极之间需要连接跨越导线。跨越寻线数最少为24(在4并联回路绕组的示例中，该最少总数为12)，并且由于沿轴线方向桩定跨越导线需要长度，使定子的轴向长度增加。
此外，倘若每相中的线圈分成3个并联回路，由于3个并联回路相对磁极处在不同电角度位置，使每个并联回路中的感应电压的相位和幅值是不同的。因而，在各并联回路中间产生环流电流，引起局部过热和附加损耗。
在用于三相4极3并联回路双层绕组式电动发电机的电枢绕组方面，本发明的第一个目的是提供一种用于电动发电机的电枢绕组连接结构，目的在于通过尽可能避免在各极间连接的跨越导线的重叠来缩短电动发电机的轴向长度。
本发明的第二个目的是提供一种用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中通过使在3个并联回路中的感应电压的不平衡比率降至最小和降低3个并联回路中间的环流电流抑制局部过热和附加损耗。
本发明的第3个目的是提供一种用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中可以降低跨越导线数和可以使电压不平衡降至最小。
本发明的第一个目的可以达到是通过提供一种利用3个并联回路A、B、C中的线圈形成4个极P1、P2、P3和P4的结构，其中，极P1仅由并联回路A的线圈构成，极P2仅由并联回路B的线圈构成，极P3由并联回路13和并联回路C的线圈构成，与极P3相邻的极P4是并联回路A和并联回路C的线圈构成。
倘若定子槽数为72，本发明的第2个目的是通过提供利用组成3个并联回路A、B和C的8匝线圈形成4个极P1、P2、P3和P4的结构来实现的，其中并联回路A和并联回路B电气上按照完全相同的方式配置，4个极P1、P2、P3和P4的底部线圈侧边和顶部线圈侧边相对于极中心对称地配置，利用从极P1、P2、P3和P4的中心处的侧边计数为第二和第四线圈侧边或第二和第六线圈构成并联回路A和B，其余的线圈侧边来构成并联回路A、B和C。
倘若定子槽数为72，本发明的第三个目的是通过提供一种利用组成3个并联回路A、B和C的8匝线圈构成4个极P1、P2、P3和P4的结构来实现的，其中4个极P1、P2、P3和P4的底部线圈侧边和顶部线圈侧边相对于极中心对称地配置，利用从极P1、P2、P3和P4的中心处的侧边计数为第二和第四线圈侧边或第二和第六线圈侧边构成并联回路A和B，利用其它线圈侧边构成并联回路A、B和C，极P1和极P2由并联回路A的线圈中的6匝或并联回路B的线圈中的6匝构成，极P3和与极P3相邻的极P4分别由并联回路C和并联回路B或并联回路C和并联回路A的线圈中的4匝和2匝构成。
图1是表示适于本发明的用于由3个并联回路构成4极的电动发电机的电枢绕组连接结构的分布示意图。
图2是表示不适于本发明的用于由3个并联回路构成4极的电动发电机的电枢绕组连接结构的分布示意图。
图3是电枢绕组的断面图。
图4是表示根据本发明的电枢绕组配置的一个实施例的断面图，其中电枢绕组采取使电压不平衡最小的连接方式。
图5是表示根据本发明的如图4中所示的三相4极3并联回路配置的断面路。
图6是感应电压的矢量图。
图7是表示根据本发明的电枢绕组配置的另一实施例的断面图，其中电枢绕组采取使电压不平衡最小的连接方式。
图8是表示根据本发明的如图7中所示的三相4极3并联回路配置的断面图。
图9是表示图7和图8中所示实施例的电枢绕组的一相部分的展开图，其中电枢绕组采取使电压不平衡最小的连接方式。
图10是图9的详细断面图。
图11是表示根据本发明的电枢绕组配置的断面图，其中电枢绕组采取使电压不平衡最小的连接方式。
图12是表示根据本发明的如图11中所示的三相4极3并联回路配置的断面图。
图13是表示根据本发明的电枢绕组配置的另一实施例的断面图，其中电枢绕组采取使电压不平衡最小的连接方式。
图14是表示根据本发明的如图13中所示的三相4极3并联回路配置的断面图。
图15是表示在图13和14中所示的实施例的电枢绕组的一相部分的展开图，其中电枢绕组采取使电压不平衡最小的连接方式。
图16是图15的详细断面图。
下面参照图1到16详细介绍本发明的各实施例。
实施例1图1表示按照本发明的适用的3个并联回路构成的4极电动发电机的匝数分布。图2表示按照本发明不适用的3个并联回路构成的4极电动发电机的匝数分布。当用于电动发电机的电枢绕组为三相4极、3并联回路和双绕组连接结构时，定子槽数是4(极数)和9(相数×并联回路数)的整数倍，即36、72、108…。这里是按照定子槽数为72的示例进行介绍的。在这一示例中，利用如下公式给出每极每相的槽数NSPP。
NSPP＝(定子槽数)/(相数×极数)＝72/(3×4) …(1)以及每个并联回路的槽数NSPC由下式给出。
NSPC＝(定子槽数)/(相数×并联回路数)＝72/(3×3) …(2)在图中，各极P1、P2、P3和P4的极性是不同的，例如为N极、S极、N极、S极。图3表示用于根据本发明的电动发电机的双层绕组的电枢绕组线圈的断面图。电枢绕组线圈73、74置于设在电枢铁芯75中的槽76内并用键77固定。如图所示，电枢绕组线圈73、74是双层分布的，线圈73在定子的径向外侧，即底部线圈侧(下文称为底部线圈)，线圈74在定子的径向内侧，即顶部线圈侧(下文称为顶部线圈)。当定子槽数为72时由公式(2)得出每并联回路的槽数NSPC为8，每个并联回路84、85、86都是通过将8个顶部线圈和8个底部线圈串联构成的。
此外，由于由公式(1)得出每极每相的槽数NSPP为6，一个极包含6个顶部线圈和6个底部线圈。因此，一个并联回路分布在2或更多个极上。通过连接8个顶部线圈74和8个底部线圈73构成一并联回路。因此，当并联回路分布在很多极上时，对应于并联回路分布的极数，增加了跨越导线的数目。在图2中，并联回路84分布在极1、极2、极3和极4上，并联回路85分布在极2、极3和极4上，并联回路86分布在极1、极3和极4上。
总共有10条跨越的导线，即连接在并联回路84的各极之间的4条跨越的导线89、并联回路85的3条跨越的导线90和并联回路86的3条跨越的导线91，以及最大4条跨越的导线沿轴线方向重叠(在图中没有表示引线侧的跨越的导线)。因此，为了降低跨越的导线的数目和沿轴线方向重叠的跨越的导线的数目，如图1所示，由3个并联回路构成4极。当一个并联回路分布在两个极上时，跨越的导线数目变为最少。因此，并联回路84由环绕极P3绕制的4匝线圈和环绕极P4绕制的4匝线圈构成，各线圈利用跨越的导线89串联起来；并联回路85由环绕极P2绕制的6匝线圈和环绕极P3绕制的2匝线圈构成，各线圈利用跨越的导线90串联起来；以及并联回路86由环绕极P1绕制的6匝线圈和环绕极P4绕制的2匝线圈构成，各线圈利用跨越的导线91串联起来。
因此，连接在极P3和极P4之间的并联回路84的跨越的导线89的数目为2，连接在极P2和极P3之间的并联回路85的跨越的导线90的数目为2，连接在极P1和极P4之间的并联回路86的跨越的导线91的数目为2。其中，选择用于跨越的导线91和跨越的导线89的引线，以便不使各跨越的导线彼此重叠，选择用于跨越的导线90的引线和用于跨越的导线89的引线，以便不使各跨越的导线彼此重叠。因此，跨越的导线89、90、91的数目变为每相2条、每3相为6条。因此，沿轴向的电动发电机的长度可以缩短。
实施例2图4是表示根据本发明的电枢绕组配置的一实施例，在所示实例中，电枢绕组为在3个并联回路绕组中的按电压不平衡比率最小的连接方式。图5表示对于多个极的图4所示电枢绕组的配置。在图4和图5中，假定定子槽数NS为72，每相槽数为24，即每相由24个顶部线圈和24个底部线圈组成。标号1到72表示槽号。
为了降低在高次谐波中占主要部分的五次谐波和七次谐波，对于如上所述的分距绕组，线圈节距与磁极节距的比率β通常设为5/6。因此，极P1由包含在槽61到66中的各顶部线圈92和包含在槽4到9中的各底部线圈99组成，极P2由包含在槽7到12中的各顶部线圈95和包含在槽22到27中的各底部线圈98组成，极P3由包含在槽25到30中的各顶部线圈94和包含在槽40到45中的底部线圈97组成，极P4由包含在槽43到48中的各顶部线圈93和包含在槽58到63中的各底部线圈96组成。
其中，在组成极P1的顶部线圈92和底部线圈99中，槽66和槽4由极的中心处的侧边计数被称为第一槽，槽65和槽5由极的中心处的侧边计数被称为第二槽，槽64和槽6由极的中心处的侧边计数被称为第三槽，槽63和槽7由极的中心处的侧边计数被称为第四槽，槽62和槽8由极的中心处的侧边计数被称为第五槽，槽61和槽9由极的中心处的侧边计数被称为第六槽，此外，在极P2、极P3和极P4中的各槽按照上述相同的方式称呼。
在图5中，组成并联回路84的各电枢绕组是槽8中的顶部线圈、槽8中的底部线圈、槽26中的底部线圈、槽27中的顶部线圈、槽28中的顶部线圈、槽30中的顶部线圈、槽40中的底部线圈、槽42中的底部线圈、槽43中的底部线圈、槽45中的顶部线圈、槽46中的顶部线圈、槽48中的顶部线圈、槽48中的底部线圈，槽60中的底部线圈60、槽61中的底部线圈和槽62中的顶部线圈。
组成并联回路85的各电枢绕组的槽7中的顶部线圈、槽9中的顶部线圈、槽10中的顶部线圈、槽11中的顶部线圈、槽12中的顶部线圈、槽22中的底部线圈、槽23中的底部线圈、槽24中的底部线圈、槽25中的顶部线圈、槽25中的底部线圈、槽27中的底部线圈、槽29中的顶部线圈、槽41中的底部线圈、槽44中的顶部线圈、槽45中的底部线圈和槽62中的底部线圈。
组成并联回路86的各电枢绕组是槽4中的底部线圈、槽5中的底部线圈、槽6中的底部线圈、槽7中的底部线圈、槽9中的底部线圈、槽26中的顶部线圈、槽43中的顶部线圈、槽44中的底部线圈、槽47中的顶部线圈、槽59中的底部线圈、槽61中的顶部线圈、槽63中的顶部线圈、槽64中的顶部线圈、槽65中的顶部线圈和槽66中的顶部线圈。
图6是在根据本发明的电动发电机中用单位圆表示的感应电压的矢量图。矢量的实部分量a是一实数，虚部分量b是一虚数，矢量用(a+jb)来表示，通过分别对各实数求和和分别对虚数求和计算矢量和。下面计算当并联回路84、并联回路85和并联回路86是按照图4和图5中所示构成时的在每个并联回路中的感应电压。由于定子槽数NS为72、极数为4、槽的节距机械上为360°/72＝5°和360°/(72/2)＝10°。假设在0°角下在槽1中的电枢绕组中的感应电压标么值为1(p.u)(单位值)(下文称为1(p.u)∠0°)，则在槽2中的电枢绕组中感应的电压为1(p.u.)∠10°，在槽3中的电枢绕组中感应的电压为1(p.u.)∠20°，…在槽n中的电枢绕组中的感应电压为1(p.u.)∠〔(n-1)×10°〕，…，以及在槽72中的电枢绕组中感应的电压为1(p.u.)∠710°。
必须使极P1的极性和极P3的极性相同、极P2的极性和极P4的极性相同，极P1的极性和极P2的极性彼此相反。因此，当在底部线圈99、顶部线圈95、底部线圈97和顶部线圈93中流动的电流由引线侧朝向与引线侧相反的一侧时，需要使在顶部线圈92、底部线圈98，顶部线圈94和顶部线圈96中流动的电流由与引线侧相反的一侧朝向引线侧。
即，在槽61中的电枢绕组中的感应电压是-1(p.u.)∠600°＝1(p.u.)∠420°＝-1(p.u.)∠240°＝1(p.u.)∠60°，与在槽43、槽25和槽7中的电枢绕组中的感应电压相同。在槽61中的电枢绕组中感应的电压可以用图6中的矢量来表示。
由于在并联回路84中的感应电压是组成并联回路84的各线圈侧边中感应电压的和，在并联回路84中感应的电压可以按照如下公式得到。
在并联回路84中的感应电压是如下各槽中感应电压之和(槽8中的感应电压)1(p.u.)∠70°＝ej70＝0.3420+j0.9397，(槽62中的感应电压)-1(p.u.)∠610°＝-ej610＝0.3420+j0.9397，(槽26中的感应电压)-1(p.u.)∠250°＝-ej250＝0.3420+j0.9397，(槽8中的感应电压) 1(p.u.)∠70°＝ej70＝0.3420+j0.9397，(槽40中的感应电压)1(p.u.)∠390°＝ej390u＝0.8660+j0.5000，(槽42中的感应电压)1(p.u.)∠410°＝ej410＝0.6428+j0.7660，(槽43中的感应电压)1(p.u.)∠420°＝ej420＝0.5000+j0.8660，(槽27中的感应电压)-1(p.u.)∠260°＝-ej260＝0.3420+j0.9848，(槽28中的感应电压)-1(p.u.)∠270°＝-ej270＝j1.0，(槽30中的感应电压)-1(p.u.)∠290°＝-ej290＝0.3420+j0.9397，(槽58中的感应电压)-1(p.u.)∠570°＝-ej570＝0.8660+j0.5000，(槽60中的感应电压)-1(p.u.)∠590°＝-ej590＝0.6428+j0.7660，(槽61中的感应电压)-1(p.u.)∠600°＝-ej600＝0.5000+j0.8660，(槽45中的感应电压)1(p.u.)∠440°＝ej440＝0.1736+j0.9848，(槽46中的感应电压)1(p.u.)∠450°＝ej450＝j1.0，(槽48中的感应电压)1(p.u.)∠470°＝ej470＝0.3420+j0.9397，其和如下。
5.0492+j13.872＝{5.0492+13.8722}1/2(p.u)∠tan-1(13.872/5.049)＝14.762(p.u.)∠70°
与之相似，在并联回路85中的感应电压为14.784(p.u.)∠70°，在并联回路86中的感应电压为14.784(p.u.)∠70°，即在并联回路85和并联回路86中的感应电压是完全相同。在并联回路84和并联回路85(或并联回路86)中的感应电压相位差为0，幅值差近于0.022(p.u.)。因此，在3个并联回路中间的电压不平衡比率为0.022/14.784(或14.762)×100％近似为0.15％，相应地在3个并联回路中间环流的电流小到可以忽略，由于环流电流引起的损耗和温升也小到可忽略。
其中，当在槽4中的电枢绕组中的感应电压是1(p.u.)∠30°时，在槽40中的电枢绕组中的感应电压是1(p.u.)∠390°＝1(p.u.)∠30°，两个感应电压相同。此外，在槽22中的电枢绕组中的感应电压是-1(p.u.)∠210°＝1(p.u.)∠30°，与上述感应电压相同。因此，在槽4、槽22、槽40、槽58中包含的电枢绕组中的电压是相同的、在槽5、槽23、槽41、槽59中包含的电枢绕组中的电压是相同的，在槽66、槽12、槽30和槽48中包含的电枢绕组中的电压是相同的。
换句话说，由4个极P1、P2、P3和P4与组成3个并联回路84、85和86的各个8匝线圈形成的结构为相对于各极中心对称配置的4个极P1、P2、P3和P4的底部线圈和顶部线圈，利用各极P1、P2、P3和P4的极中心处的侧边计数为第二和第六底部线圈和顶部线圈构成并联回路85和86，其它底部线圈和其它顶部线圈构成并联回路84、85、86。因此，在并联回路85和并联回路86中感应的电压相同，在并联回路84和并联回路85(或并联回路86)中的感应电压相位差为0，幅值差近于0.022(p.u.)。即在3个并联回路中间的电压不平衡比率约为0.15％，因此，在3个并联回路中间的环流电流小到可以忽略，由于环流电流引起的损耗和温升也小到可以忽略。
实施例3图7表示根据本发明的三相、4极、双层绕组和3个并联回路电枢绕组配置的中另一个实施例。图8表示对于各极按照图4所示的电枢绕组的配置。在二个图中，假设定子槽数NS为72。
虽然，通过构成按照图4所示的并联回路84到86可以使电压不平衡比率最小，但并联回路84分布在4个极上，并联回路85和并联回路86分布在3个极上。因此，跨越的导线的数目增加3。所以，需要将每个并联回路再分到如图1所示的4个极上。图7表示其中的一个示例。
并联回路84分布在极P3和极P4上，由极P3中的槽26、槽27、槽28、槽30、槽40、槽42、槽43和槽44以及极P4中的槽44、槽45、槽46、槽48、槽60、槽61和槽62组成。
另一方面，并联回路85分布在极P2和P3上，由极P2中的槽7、槽8、槽9、槽10、槽11、槽12、槽22、槽23、槽24、槽25、槽26和槽27以及极P3中的槽25、槽29、槽41和槽45组成。
并联回路86分布在极P1和极P4上，由极P1中的槽61、槽62、槽63、槽64、槽65、槽66、槽4、槽5、槽6、槽7、槽8和槽9以及极P4中的槽43、槽47、槽53、槽63组成。
将图4与图7相比较，在图7中，组成并联回路84的槽8中的顶部线圈与组成并联回路85的槽44中的顶部线圈换位，组成并联回路84的槽62中的顶部线圈与组成并联回路86的槽26中的顶部线圈换位，组成并联回路84的槽8中的底部线圈与组成并联回路86的槽44中的底部线圈换位，组成并联回路84的槽26中的底部线圈与组成并联回路85的槽62中的底部线圈换位。
即并联回路84的线圈环绕极P3和极P4绕制，每极分别绕4匝，并联回路85的线圈环绕极P2和极P3绕制，分别绕6匝和2匝，以及并联回路86的线圈环绕极P1和极P4绕制，分别绕6匝和2匝。此外，由极P1、P2、P3和P4的极中心处的侧边计数为第二和第六底部线圈和顶部线圈构成并联回路85和86，其它的底部线圈和顶部线圈构成并联回路84、85和86。因此，在并联回路85中的和并联回路86中的感应电压是相同的，在并联回路84中的和在并联回路85(或并联回路86)中的感应电压相位差为0，幅值差近于0.022(p.u)。即跨越的导线数目可以降低，在3个并联回路中间的环流电流可以降低到小得可以忽略。
实施例4图9和图10表示根据本发明的三相4极双层绕组和3个并联回路电枢绕组连接结构的另一实施例的一相部分。这个图是根据在图7中所示的配置图所画的电枢绕组的展开图，其中在引线侧中的相带节距是1个槽到17个槽(即用160°的相带角(电角度)来表示)，在与引线侧相反的一侧的相带节距是1个槽到16个槽(也用150°的相带角(电角度)来表示)。
在引线侧，由极P1、P2、P3和P4的极中心处的侧边计数为第一底部线圈和顶部线圈连接到跨越导线87和88。因此，在引线侧，由于在槽48中的顶部线圈和槽58中的底部线圈之间仅有的一个连接其线圈节距与相带节距不一致，使得线圈两侧中的每一侧都易于连接。
在与引线侧相反的一侧，在并联回路84中，由极的中心处的侧边计数为极P3的第一和第五底部线圈和顶部线圈与由极的中心处的侧边计数为极P4的第一和第五底部线圈和顶部线圈利用跨越线89并以与相带节距不同的线圈节距彼此相连。即，槽40中的底部线圈和槽26中的顶部线圈彼此相连，槽48中的顶部线圈和槽62中的底部线圈彼此相连，槽44中的底部线圈和槽58中的底部线圈利用跨越导线89A相连，槽44中的顶部线圈和槽30中的顶部线圈利用跨越导线89B相连。
在并联回路85中，由极中心处的侧边计数为极P3的第6底部线圈和顶部线圈连接到跨越导线90，以及由极中心处的侧边计数为极P3的第二底部线圈和顶部线圈按照与相带节距不同的线圈节距彼此相连。即槽41中的底部线圈和槽29中的顶部线圈彼此相连，从槽7到槽12中的某一顶部线圈(在图中为槽10中的顶部线圈)和槽25中的顶部线圈利用跨越线90A相连，以及槽45中的底部线圈和从槽22到槽27中的某一底部线圈(在图中为槽25中的底部线圈)利用跨越导线90B相连。
在并联回路86中，由极中心处的侧边计数为极P4的第6底部线圈和顶部线圈连接到跨越导线91，由极中心处的侧边计数为极P4的第二线圈侧边按与相带节距不同的线圈节距彼此相连。即槽47中的顶部线圈和槽59中的底部线圈彼此相连，从槽4到槽9中的某一个底部线圈(在图中为槽6中的底部线圈)和槽63中的底部线圈利用跨越线91A相连，槽43中的顶部线圈和从槽61到槽66中的某一顶部线圈(在图中为槽63中的顶部线圈)利用跨越导线91B相连。
按照上述的连接方式，在与引线侧相反的一侧，有6条跨越导线89A、89B、90B、90A、91A、91B，它们当沿轴线方向看时好像看到2条导线和按与每相相带节距不同的线圈节距的4个部分。对于三相，沿轴线方向有6根跨越导线和与相带节距不同的线圈节距的12个部分。相应地，由于沿轴线方向的重叠的跨越导线的数目为最少，电动发电机的轴向长度可以缩短，以及由于3个并联回路中的感应电压的不平衡比率为最小，环流电流可以降低并可抑制不必要的损耗和局部过热。
实施例5图11是表示根据本发明的电枢绕组配置的另一个实施例的断面图，所示示例为按照电压不平衡最小的连接方式的电枢绕组。图12表示按照多个极的图11中的电枢绕组配置。在图11和12中，假设定子槽数NS为72，每相槽数为24，即一相由24个顶部线圈和24个底部线圈组成。
如上所述，对于分数节距绕组线圈节距与磁极节距的比率一般设定为5/6。因此，极P1由包含在槽61到66中的顶部线圈92和包含在槽4到9中的底部线圈99组成，极P2由包含在槽7到12中的顶部线圈95和包含在槽22到27中的底部线圈98组成，极P3由包含在槽25到30中的顶部线圈94和包含在槽40到45中的底部线圈97组成，以及极P4由包含在槽43到槽48中的顶部线圈93和包含在槽58到63中的底部线圈96组成。
在图11中，组成并联回路84的电枢绕组为槽62中的顶部线圈、槽8中的底部线圈、槽8中的顶部线圈、槽26中的底部线圈，槽25中的顶部线圈、槽28中的顶部线圈、槽30中的顶部线圈、槽40中的底部线圈、槽42中的底部线圈、槽45中的底部线圈、槽43中的顶部线圈、槽46中的顶部线圈、槽48的顶部线圈、槽58中的底部线圈、槽60中的底部线圈和槽63中的底部线圈。
组成并联回路85的电枢绕组是槽7中的顶部线圈、槽9中的顶部线圈、槽10中的顶部线圈、槽11中的顶部线圈、槽12中的顶部线圈、槽22中的底部线圈、槽23中的底部线圈、槽24中的底部线圈、槽25中的底部线圈、槽27中的底部线圈、槽27中的顶部线圈、槽29中的顶部线圈、槽41中的底部线圈、槽43中的底部线圈、槽44中的顶部线圈以及槽62中的底部线圈。
组成并联回路86的电枢绕组是槽61中的顶部线圈、槽63中的顶部线圈、槽64中的顶部线圈、槽65中的顶部线圈、槽66中的顶部线圈、槽4中的底部线圈、槽5中的底部线圈、槽6中的底部线圈、槽7中的底部线圈、槽9中的底部线圈、槽26中的顶部线圈、槽44中的底部线圈、槽45中的顶部线圈、槽47中的顶部线圈、槽59中的底部线圈和槽61中的底部线圈。
下面计算当并联回路84、并联回路85和并联回路86按照上述方式构成时的每个并联回路中的感应电压，如上所述，假设定子槽数NS为72，极数为4，槽1中的电枢绕组中的感应电压为1(p.u.)∠0°。在并联回路84中的感应电压为14.763(p.u.)∠70°，在并联回路86中的感应电压为14.784(p.u.)∠70°。这一结果与在图5中所示示例相同。
因此，在并联回路84和在并联回路85(或并联回路86)中的感应电压相角差为0，幅值差近于0.022(p.u.)。即，在3个并联回路中间的电压不平衡比率近于0.15％，因而，在3个并联回路中间的环流电流小到可以忽略，由于环流电流形成的损耗和温升也小到可以忽略。
这里，按照彼此位置相差180°(电角度)配置的电枢绕组中的感应电压是相同的。因此，当具有由每个极的中心计数的相同序号的各线圈换位时，不言而喻，在并联回路85和并联回路86中的感应电压是相同的，在并联回路84和在并联回路85(或并联回路86)中的感应电压相位差是0，幅值差近于0.15％。
即，并联回路84、85和86以这样一种方式构成，即并联回路85和并联回路86电气上按完全相同的方式配置，4个极P1到P4的底部线圈和顶部线圈相对于极的中心对称地配置，由极P1、P2、P3和P4的中心处的侧边计数为第二和第四顶部线圈和底部线圈构成并联回路85和并联回路86，其余的底部线圈和顶部线圈构成并联回路84，并联回路85和并联回路86。因此，在3个并联回路之间的电压不平衡比率近于0.15％，因而3个并联回路中间的环流电流小到可以忽略，由于环流电流引起的损耗和温升也小到可以忽略。
实施例6图13表示根据本发明的三相4极双层绕组和3并联回路的电枢绕组配置的另一个实施例。图14表示多个极时的图13所示的电枢绕组的配置。在图中，假设定子槽数为72。
如图11所示，虽然通过构成并联回路84到86可以使电压不平衡比率最小，但并联回路84分布在4个极上，并联回路85和并联回路86分布在3个极上。因此，跨越线的数目增加。因此，需要将每个并联回路分到如图1所示的4个极上。图7表示其中一个示例。
并联回路84分布在极P3和极P4上，由极P3上的槽25、槽26、槽28、槽30、槽40、槽42、槽44、槽45以及极P4上的槽44、槽46、槽48、槽58、槽60、槽62和槽63组成。
另一方面，并联回路85分布在极P2和极P3上，由极P2上的槽7、槽8、槽9、槽10、槽11、槽12、槽22、槽23、槽24、槽25、槽26、槽27以及极P3上的槽27、槽29、槽41和槽43组成。
并联回路86分布在极P1和P4上，由极P1上的槽61、槽62、槽63、槽64、槽65、槽66、槽4、槽5、槽6、槽7、槽8、槽9以及极P4上的槽45、槽47、槽59和槽61组成。
通过按照上述方式构成3个并联回路，在并联回路85和并联回路86中的感应电压相同，在并联回路84和并联回路85(或并联回路86)中的感应电压相位差为0，幅值差近于0.022(p.u)。即，可以降低跨越导线的数目，在3个并联回路中间的环流电流可以降低小到可以忽略。
实施例7图15和图16表示根据本发明的三相4极双层绕组和3个并联回路的电枢绕组连接结构的另一实施例的一相部分。这些图是根据图13中的配置图所画的电枢绕组的展开图，其中，在引线侧的相带节距是1个槽到15个槽(按照140°的相带角(电角度)表示)，在与引线侧相反的一侧的相带节距是1个槽到16个槽(按照150°的相带角(电角度)表示)。
在引线侧，由极P1、P2、P3和P4的极的中心处的侧边计数为第六线圈侧边连接到跨越导线87和88。因此，在引线侧，由于在槽63中的顶部线圈和槽43中的顶部线圈之间仅有的一个连接其线圈节距与相带节距不一致，使得每个线圈侧边易于连接。
在引线侧相反的一侧，在并联回路84中，由极中心处的侧边计数为极P3的第三和第五线圈按照与相带节距不同的线圈节距彼此相连，由极的中心处的侧边计数为极P4的第三和第5线圈侧边以与相带节距不同的线圈节距相互连接。即，槽44中的顶部线圈和槽60中的底部线圈彼此相连，槽46中的顶部线圈和槽62中的底部线圈彼此相连，槽44中的底部线圈和槽28中的顶部线圈彼此相连，槽45中的底部线圈和槽58中的底部线圈利用跨越线89A相连，槽43中的顶部线圈和槽30中的顶部线圈利用跨越线89B相连。
在并联回路85中，由极中心处的侧边计数为极P3的第二线圈侧边连接到跨越线90A，由极中心处的侧边计数为极P3的第四线圈侧边按照与相带节距不同的线圈节距彼此相连。即槽43中的底部线圈和槽27中的顶部线圈彼此相连，由槽7到槽12中的某一顶部线圈(在图中为槽10中的顶部线圈)和槽29中的顶部线圈利用跨越导线90A相连，以及槽41中的底部线圈和从槽22到槽27中的某一底部线圈(在图中为槽25中的底部线圈)利用跨越线90B相连。
在并联回路86中，从极中心处的侧边计数为极P4的第二线圈侧边连接到跨越线91A，从极中心处的侧边计数为极P4的第四线圈侧边按照与相带节距不同的线圈节距彼此相连。即，槽45中的顶部线圈和槽61中的底部线圈彼此相连，从槽4到槽9中的某一底部线圈(在图中为槽6中的底部线圈)和槽59的底部线圈利用跨越导线91A相连，槽47中的顶部线圈和从槽61到槽66中的某一顶部线圈利用跨越导线91B相连。
通过按照上述方式连接，在与引线侧相反的一侧，有6条跨越导线89A、89B、90B、90A、91A、91B，它们当沿轴线方向看时看起来好象有两条导线，并有6个部分中的线圈节距与每相的相带节距不同。对于3相，有沿轴线方向的6个跨越导线以及18部分，其中的线圈节距不同于相带节距。因此，由于沿轴线方向重叠的跨越导线的数目最少，电动发电机的轴向长度可以缩短，并且，环流电流可以降低以及由于3个并联回路的感应电压的不平衡比率最小，可以抑制不必要的损耗和局部发热。
正如上面所介绍的，根据本发明在用于三相4极3并联回路和双层绕组的电动发电机中，可以降低沿轴线方向重叠的跨越导线的数目，在电动发电机的各并联回路中的电压不平衡比率可以降至最小，因而可以降低环流电流。因此，由于跨越导线的重叠使沿轴线方向长度的增加降低到最低程度，故可以缩短电动发电机的轴向长度。此外，可以抑制由于环流电流引起的电枢绕组中的温升，以及通过降低不必要的损耗可以提高发电效率。
权利要求
1.一种用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中环绕设在定子中的多个槽绕制的电枢绕组是三相4极3并联回路的双层绕组，其中利用所述3个并联回路A、B和C的线圈形成所述4个极P1、P2、P3和P4的结构在于，所述极P1仅由所述并联回路A的线圈构成，所述极P2仅由所述并联回路B的线圈构成，所述极P3由所述并联回路B和所述并联回路C构成，与所述极P3相邻的所述极P4由所述并联回路A和所述并联回路C构成。
2.根据权利要求1所述的用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中环绕电动发电机中的72个定子槽绕制的电枢绕组是三相4极3并联回路双层绕组，其中利用组成所述3个并联回路A、B和C的8匝线圈形成所述4个极P1、P2、P3和P4的结构在于，所述并联回路A、B的各线圈分成6匝和2匝，所述并联回路中的线圈分成4匝和4匝，所述极P1由所述并联回路A的线圈中的6匝构成，所述极P2由所述并联回路B的线圈中的6匝构成，所述极P3由所述并联回路B的线圈中的2匝和所述并联回路C的线圈中的4匝构成，与极P3相邻的所述极P4由所述并联回路A的线圈中的两匝和所述并联回路C的线圈中的4匝构成。
3.一种用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中环绕电动机中的72个定子槽绕制的电枢绕组是三相4极3并联回路双层绕组，其中利用组成所述3个并联回路A、B和C的8匝线圈形成所述4个极P1、P2、P3和P4的结构在于，所述并联回路A和所述并联回路B电气上配置完全相同，4个极P1、P2、P3和P4的底部线圈侧边和顶部线圈侧边相对于极的中心对称配置，由极P1、P2、P3和P4的中心处的侧边计数为第二和第六线圈的侧边构成所述并联回路A和B，其它的线圈侧边构成所述并联回路A、B和C。
4.根据权利要求3所述的用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中，利用组成所述3个并联回路A、B和C的8匝线圈构成所述4个极P1、P2、P3和P4的结构在于，所述极P1利用所述并联回路A的线圈中的6匝构成，所述极P2利用所述并联回路B的线圈中的6匝构成，所述极P3利用所述并联回路8的线圈中的2匝和所述并联回路C的线圈中的4匝构成，与极P3相邻的所述极P4利用所述并联回路A的线圈中的2匝和所述并联回路C的线圈中的4匝构成。
5.根据权利要求4所述的电枢绕组连接结构，其中所述电动发电机引线侧边的相带节距按相带角计为160°电角度，在与所述发电机的引线侧相反的一侧的相带节距按相带角计为150°电角度。
6.根据权利要求5所述的电枢绕组连接结构，其中在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述并联回路A的所述极P1的第一线圈侧边连接到一跨越线；在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述并联回路B的所述极P2的第一线圈侧边连接到一跨越线；在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧计数为所述并联回路C的所述极P3的第一线圈侧边连接到一跨越线；在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述极P4的第一线圈侧边连接到一跨越导线。
7.根据权利要求5所述的电枢绕组连接结构，其中，在与所述电动发电机的引线侧相反的一侧，电极中心处的侧边计数为所述并联回路A的所述极P4的第6线圈侧边连接到跨越导线，从极中心处的侧边计数为所述并联回路A的所述极P4的第二线圈侧边按照与相带节距不同的线圈节距彼此相连；在与所述电动发电机的引线侧相反的一侧，由极中心处的侧边计数为所述并联回路B的所述极P3的第6线圈侧边连接到跨越导线，由极中心处的侧边边计数为所述并联回路B的所述极P3的各第二线圈侧边按照与相带节距不同的线圈节距彼此相连；在所述电动发电机的引线侧，由极中心处的侧边计数为所述并联回路C的所述极P3的第1线圈侧边和第5线圈侧边和从极中心处的侧边计数为所述并联回路C的所述极P4的所述第1线圈侧边和第5线圈侧边或者连接到跨越导线或者按不同于相带节距的线圈节距彼此相连。
8.一种用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中环绕在电动发电机中的72定子槽绕制的电枢绕组是三相4极3并联回路双层绕组，其中利用组成所述3个并联回路、B和C的8匝线圈形成所述4个极P1、P2、P3和P4的结构在于，所述并联回路A和所述并联回路B电气上按完全相同的方式配置，4个极P1、P2、P3和P4的底部线圈侧边和顶部线圈相对于极中心对称地配置，从极P1、P2、P3和P4的中心处的侧边计数为第2和第4线圈侧边构成为所述并联回路A和B，其它线圈侧边构成各所述并联回路A、B和C。
9.根据权利要求8所述的用于电动发电机的电枢绕组连接结构，其中利用组成所述3个并联回路A、B和C的8匝线圈形成所述4个极P1、P2、P3和P4的结构在于，所述极P1由所述并联回路A的线圈中6匝构成，所述极P2由所述并联回路B的线圈中的6匝构成，所述极P3由所述并联回路B的线圈中的2匝和所述并联回路C的线圈中的4匝构成，与极P3相邻的所述极P4由所述并联回路A的线圈中的2匝和所述并联回路C的线圈中的4匝构成。
10.根据权利要求9所述的电枢绕组连接结构，其中在所述电动发电机引线侧的相带节距按相带角计为140°电角度，在与所述电动发电机的引线侧相反的一侧的相带节距按相带角计为150°电角度。
11.根据权利要求10所述的电枢绕组连接结构，其中在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述并联回路A的所述极P1的第6线圈侧边连接到一跨越导线；在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述并联回路B的所述极P2的第6线圈侧边连接到一跨越导线；在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述并联回路C的所述极P3的第6线圈侧边连接到一跨越导线，在所述电动发电机的引线侧的从极中心处的侧边计数为所述极P4的第6线圈侧边连接到一跨越导线。
12.根据权利要求10所述的电枢绕组连接结构，在与所述电动发电机的引线侧相反的一侧，从极中心处的侧边计数为所述并联回路A的所述极P4的第2线圈侧边连接到跨越导线，从极中心处的侧边计数为所述并联回路A的所述极P4的第4线圈侧边以不同于相带节距的线圈节距彼此相连；在与所述电动发电机的引线侧相反的一侧，从极中心处的侧边计数为所述并联回路B的所述极P3的第2线圈侧边连接到跨越导线；从极中心处的侧边计数为所述并联回路B的所述极P3的第4线圈侧边以不同于相带节距的线圈节距彼此相连；在所述电动发电机的引线侧，从极中心处的侧边计数为所述并联回路C的所述极P3的第3线圈侧边和第5线圈侧边和从所述并联回路C的极中心处的侧边计数为所述极P4的第3线圈侧边和第5线圈侧边按照不同于相带节距的线圈节距相连。
全文摘要
一种三相4极3并联回路双层绕组的电动发电机，其中，一个并联回路中的各4匝线圈分别环绕极P
文档编号H02K3/04GK1162857SQ9710213
公开日1997年10月22日 申请日期1997年1月23日 优先权日1996年1月24日
发明者湧井真一, 高桥身佳, 井出一正, 高桥和彦, 大谷英成, 佐藤淳二, 八木恭臣, 柴田孝 申请人:株式会社日立制作所