DE102007050838B4

DE102007050838B4 - Wicklung für eine elektrische Rotationsmaschine, elektrische Rotationsmaschine und darin verwendete halbleitende, isolierende Komponente

Info

Publication number: DE102007050838B4
Application number: DE102007050838A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Higashimura; Yoshimi Kurahara; Hiroshi Miyao; Keiji Suzuki; Mitsuru Onoda; Nobuaki Tanaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: CN101179212B; JP4913551B2; US20080106157A1; JP2008118811A; DE102007050838A1; CN101179212A; US7804218B2

Abstract

Elektrische Rotationsmaschinenwicklung, in der eine halbleitende Isolationsschicht (13, 20) durch überlappendes Wickeln einer halbleitenden, isolierenden Komponenten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitende, isolierende Komponente eine kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A), die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist, und eine thermische Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) umfasst, die auf der Innenseite der in der Mitte gefalteten, kontinuierlichen, halbleitenden Bahn (13A, 20A) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wicklung für eine elektrische Rotationsmaschine und eine elektrische Rotationsmaschine sowie eine darin verwendete, halbleitende, isolierende Komponente, und insbesondere auf eine Wicklung für eine elektrische Rotationsmaschine und eine elektrische Rotationsmaschine, die geeignet sind, wenn ein Isolationsharz global in einen Kern einer elektrischen Rotationsmaschine imprägniert wird, in dem eine Wicklung für die elektrische Rotationsmaschine enthalten ist, und auch auf eine darin verwendete, halbleitende, isolierende Komponente.
Wenn eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung in einen Schlitz eingefügt wird, der in einem elektrischen Rotationsmaschinenkern in einer elektrischen Rotationsmaschine ausgebildet ist, beispielsweise einem Induktionsmotor oder einem elektrischen Generator, der auf höher als 3 kV ausgelegt ist, ist die isolierende Bodenwandschicht gewöhnlich mit einer Schutzisolation bedeckt, die aus einem halbleitenden Material mit einem Oberflächenwiderstand von etwa 1 kΩ hergestellt ist, so dass die isolierende Bodenwandschicht nicht beschädigt wird.
Das Isolationsharz wird, beispielsweise im Vakuumzustand, global in die wie oben beschrieben aufgebaute, elektrische Rotationsmaschinenwicklung imprägniert, die ist während sie in dem Schlitz des Rotorkerns angeordnet ist. Wenn das imprägnierte Isolationsharz dann ausgehärtet wird, wird die Isolation der elektrischen Rotationsmaschinenwicklung sichergestellt und es bleibt kein Zwischenraum zwischen der Wicklung und dem Kern der elektrischen Rotationsmaschine übrig.
Da die elektrische Rotationsmaschinenwicklung und der elektrische Rotationsmaschinenkern unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, tritt eine thermische Spannungsbeanspruchung während der Aushärtung des imprägnierten Isolationsharzes zwischen ihnen auf. Aufgrund von dieser thermischen Spannungsbeanspruchung tritt ein Ablösen oder eine Rissebildung in einem verletzlichen Teil entweder in der isolierenden Bodenwandschicht und/oder der Schutzisolation auf.
Um dieses Problem anzusprechen, wird beispielsweise in der japanischen internationalen Patentanmeldung JP H11-509399 A (Familie: US-Patent Nr. US 5 945 764 A ) eine halbleitende, isolierende Schicht mit einer getrennten Schicht zwischen zwei Komponenten vorgeschlagen, die nahe bei dem elektrischen Rotationsmaschinenkern einer elektrischen Rotationsmaschine ausgebildet wird. Entsprechend dieser Technologie wird selbst dann, wenn ein Ablösen oder eine Rissebildung in der getrennten Schicht auftritt, das Innere der halbleitenden, isolierenden Schicht auf etwa dem gleichen Potential gehalten, so dass eine Koronaentladung, die ansonsten das Isolationsharz schnell verschlechtern würde, an dem abgelösten Teil oder dem Riss nicht auftreten.
In dieser halbleitenden, isolierenden Schicht geht jedoch, selbst wenn die zwei Komponenten überlappend gewickelt sind, ihre Kontinuität verloren, weil die getrennte Schicht vorhanden ist. Es ist unvermeidlich, dass eine Potentialdifferenz aufgrund des Ablösens oder anderer Fehler auftritt, die in dem unterbrochenen Teil auftreten. Als Ergebnis können Koronaentladungen nicht vollständig unterdrückt werden. Wenn die elektrische Rotationsmaschine betrieben wird, erfährt die elektrische Rotationsmaschinenwicklung Schwingungen aufgrund einer elektromagnetischen Kraft, die in der Tiefenrichtung des Schlitzes ausgeübt wird. Die elektrische Rotationsmaschinenwicklung ist im Allgemeinen teilweise durch einen elektrischen Rotationsmaschinenkern über die halbleitende, isolierende Schicht, die einen unterbrochenen Teil umfasst, gegen die Schwingungskraft gelagert. Da die Lagerkraft klein ist und die elektromagnetische Kraft wiederholt auftritt, ist jedoch die elektrische Rotationsmaschine unstabil gelagert, was zu Schwingungen, Geräuschentwicklung oder einer Beschädigung des Isolationsharzes führt.
Die US 3 051 771 A bezieht sich auf die Kombination eines elektrischen Kabels und einer elektrostatischen Abschirmung, die den Kabelkern umgibt. Die Abschirmung umfasst eine Papierlage, die auf beiden Seiten eine metallische Schicht aufweist und so ausgeführt ist, dass die gesamte Oberfläche des Kerns durch wenigstens zwei metallische Schichten abgedeckt ist. Wenn an dem Papier nur auf einer Oberfläche eine Metallfolie befestigt ist, und wenn das Papier gefaltet wird, ergibt sich eine Struktur, die der Papierlage mit beidseitiger Metallbeschichtung entspricht.
Die DE 11 18 290 A betrifft ein Isolierband mit einer elektrisch leitenden Beschichtung für elektrostatische Abschirmungen oder leitende Einlagen in der Isolation von in Gießharz eingebetteten Teilen elektrischer Anlagen oder Apparate, beispielsweise elektrische Maschinen, bestehend aus einem aus Kunststofffolie oder Textilien hergestellten Trägerband, das mit einer ein- oder beidseitig aufgebrachten Schicht eines vorzugsweise mit Grafit elektrisch leitend gemachten organischen Bindemittels versehen ist. Als Bindemittel wird ein härtbarer Kunststoff auf Epoxid- oder Polyesterharzbasis verwendet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung bereitzustellen, bei der ein Ablösen und eine Rissebildung während der Aushärtung des Isolationsharzes vermieden wird und die auch stabil gegen eine elektromagnetische Kraft gelagert werden kann.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist in eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung gemäß dem Anspruch 1 ausgebildet. Elektrische Rotationsmaschinen gemäß der Erfindung unter Verwendung der vorstehenden elektrischen Rotationsmaschinenwicklung sind in den Ansprüchen 7, 8, 12, und 13 gekennzeichnet. Vorteilhaft Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In den oben beschriebenen Anordnungen wird, selbst wenn eine Ablösung oder eine Rissebildung in der halbleitenden Isolationsschicht aufgrund einer thermischen Spannungsbeanspruchung während des Aushärtens des imprägnierten Isolationsharzes auftreten, das gleiche elektrische Potential in der halbleitenden Isolationsschicht aufrecht erhalten, weil eine elektrische Verbindung durch das überlappende Wickeln einer in der Mitte gefalteten, kontinuierlichen, halbleitenden Bahn hergestellt wird. Entsprechend können Koronaentladungen unterdrückt werden, die ansonsten durch Ablösen oder Rissebildung in der halbleitenden Isolationsschicht verursacht wurden.
Die halbleitende Isolationsschicht ist mechanisch kontinuierlich, weil sie durch überlappendes Umwickeln einer kontinuierlichen, halbleitenden Bahn hergestellt wird, die in der Mitte in der Längsrichtung gefaltet ist, so dass die elektrische Rotationsmaschinenwicklung von dem elektrischen Rotationsmaschinenkern über die kontinuierliche, halbleitende Isolationsschicht gelagert ist. Die Lagerkraft ist dabei groß und stabil. Es wird dann möglich, eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung, die stabil gegen elektromagnetische Kräfte gelagert ist, und eine elektrische Rotationsmaschine zu erhalten, die die elektrische Rotationsmaschinenwicklung verwendet.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Schnittdarstellung einer Statorwicklung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine.
2 ist eine horizontale Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1.
3 ist eine schematische, senkrechte Schnittdarstellung, die einen Teil eines Stromgenerators zeigt, der als erfindungsgemäße, elektrische Rotationsmaschine verwendet wird.
4 ist eine senkrechte, perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Statorwicklung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine zeigt.
5 ist eine horizontale Schnittdarstellung genommen entlang der Linie B-B in 4.
6 ist eine senkrechte, perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Statorwicklung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine zeigt.
7 ist eine senkrechte, perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Statorwicklung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine zeigt.
8 ist eine horizontale Schnittdarstellung genommen entlang der Linie C-C in 7.
9 zeigt eine Abwandlung von 8.
10 zeigt eine Statorwicklung entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine.
11 zeigt eine Statorwicklung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine.
12 zeigt eine Statorwicklung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine wird anhand eines Stromgenerators beschrieben, der in den 1 bis 3 gezeigt ist.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Stromgenerator 1 ein Gehäuse 2, eine Drehachse 4, die durch das Gehäuse 2 über Lager 3A und 3B drehbar gelagert ist, einen Rotor 5, der durch die Drehachse 4 gelagert ist und magnetische Pole hat, und einen Stator 6, der gegenüber dem Rotor 5 angeordnet ist, wobei ein Abstand dazwischen in der Umfangsrichtung belassen wird.
Der Stator 6 umfasst einen Statorkern 7, der durch das Gehäuse 2 gelagert ist, und eine Statorwicklung 8, die auf dem Statorkern 7 ausgebildet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel und in anderen, später beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechen der Statorkern 7 und die Statorwicklung 8 dem elektrischen Rotationsmaschinenkern bzw. der elektrischen Rotationsmaschinenwicklung in der vorliegenden Erfindung.
Der Statorkern 7 hat eine Vielzahl Schlitze 7G, die unter gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung über die gesamte Länge des Statorkerns 7 von der Innendurchmesserseite, die dem Rotor 5 zugewandt ist, zu der Außendurchmesserseite angeordnet sind, wobei eine Keilnut 7A auf einer Öffnungsseite des Schlitzes 7G ausgebildet ist. Ein Keil 7W wird in die Keilnut 7A eingesetzt, um die Statorwicklung 8 zu fixieren, die in dem Schlitz 7G eingesetzt ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die Statorwicklung 8 dadurch ausgebildet, dass eine Zwischenisolationsschicht 11 unter Verwendung eines bekannten Isoliermaterials um jede der Vielzahl der Gruppen der Drähte 10 verwendet wird, wobei die Drähte unter Verwendung eines bekannten Isoliermaterials isoliert sind, dass eine Bodenwand-Isolationsschicht 12 durch Verwendung eines bekannten Isoliermaterials um die Vielzahl der Gruppen der Drähte 10 gebildet wird, auf der die Zwischenisolationsschicht 11 als Sammelmittel ausgebildet ist, und dass eine halbleitende Isolationsschicht 13 mit einem Oberflächenwiderstand von etwa 1 kΩ um die Bodenwand-Isolationsschicht 12 ausgebildet wird.
Zwei Statorwicklungen 8, die die oben beschriebene Struktur haben, werden senkrecht übereinander gestapelt, wobei einen Schlitzpackung 14, die aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, zwischen ihnen vorgesehen ist. Jede der Statorwicklungen 8 wird in diesem Zustand in den Schlitz 7G des Statorkerns 7 eingefügt, wobei eine Schutzisolation 15 zwischen ihnen liegt, wobei die Schutzisolation 15 aus einem bekannten, halbleitenden Isolationsmaterial mit einem Oberflächenwiderstand gemacht ist, der nahezu der gleiche wie der der halbleitenden Isolationsschicht 13 ist. Nachdem die Statorwicklung 8 eingesetzt worden ist, wird die Schutzisolation als Wickel über die Statorwicklung 8 gelegt, um sie zu umwickeln. Eine unter dem Keil liegende Schlitzpackung 16, die aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, wird über die Schutzisolation 15 gelegt, wonach der Keil 7W in die Keilnut 7A eingesetzt wird.
Die halbleitende, isolierende Komponente, die verwendet wird, um die halbleitende Isolationsschicht 13 zu bilden, umfasst eine kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A, die durch Einbringen eines Kohlenstofffüllmaterials in beispielsweise eine nicht-gewobene Polyesterbahn und sodann Beschichten der Oberfläche der Textilbahn mit Isolationsharz hergestellt wird, in dem das Kohlenstofffüllmittel beigemischt ist. Dies kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A wird in der Mitte gefaltet und ihre Innenseite ist mit einem Silikonharz beschichtet, wodurch sich eine thermische Spannungsrelaxationsschicht 13B ergibt, die eine nicht-klebende Schicht ist. Die kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A, die auf diese Weise hergestellt wurde, wird um den Außenumfang der Bodenwand-Isoliationsschicht 12 gewickelt, wodurch die halbleitende Isolationsschicht 13 gebildet wird.
Das Isolationsharz, das Karbonfasern umfasst, kann beispielsweise Epoxidharz, Polyesterharz oder eine modifiziertes Polyimid sein. Die Komponente, an der das Karbon-Füllmaterial haftet, ist nicht auf nicht-gewebten Polyesterstoff beschränkt; ein Polyesterstoff, ein Glasstoff oder dergleichen kann verwendet werden. Das Harz, das zum Ausbilden der thermischen Spannungsrelaxationsschicht 13B verwendet wird und das eine nicht-klebende Schicht ist, kann ein fluorierter Kohlenwasserstoff sein.
Die Statorwicklung 8, die in dem Statorkern 7 eingefügt ist, wie oben beschrieben wurde, wird in einen Vakuum-Imprägniertank eingebracht, eine Vakuumdruckimprägnierung wird für eine Isolations-Harzlösung, beispielsweise Epoxidharzlösung, durch ein bekanntes Verfahren durchgeführt, so dass das Isolationsharz in die Zwischenräume in den Schlitz 70 und das Innere und das Äußere von jeder Isolationsschicht imprägniert wird. Das imprägnierte Isolationsharz wird dann aufgeheizt und ausgehärtet, wodurch sich ein Stator 6 ohne Zwischenräume zwischen dem Statorkern 7 und dem Wickeldraht 10 ergibt.
Die Statorwicklung 8 wird mit dem Statorkern 7 zu dem Zeitpunkt integriert, wenn das Isolationsharz imprägniert, aufgeheizt und ausgehärtet wird, wie oben beschrieben wurde. Der Wickeldraht 10, die Isolationsschichten 11, 12, 13 und 15 und der Statorkern 7 ziehen sich sodann während des Verfahrens der Abkühlung auf die gewöhnlichen Temperaturen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zusammen. Obwohl eine thermische Spannungsbeanspruchung aufgrund der unterschiedlichen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Dickenrichtung der Isolationsschichten verursacht wird, wird die thermische Spannung durch die thermische Spannungsrelaxationsschicht 13B, die eine nicht-klebende Schicht ist, in der halbleitenden Isolationsschicht 13 absorbiert. Folglich tritt ein Ablösen und eine Rissebildung in der Bodenwand-Isolationsschicht 12 nicht auf.
In der halbleitenden Isolationsschicht 13 tritt eine Ablösung in der nicht-klebenden Schicht der thermischen Spannungsrelaxationsschicht 13B auf, das gleiche elektrische Potential kann jedoch oberhalb und unterhalb des abgelösten Teils der nicht-klebenden Schicht auf recht erhalten werden, weil dies in der Mitte gefaltete, kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A überlappend gewickelt ist und dadurch eine elektrische Kontinuität verwirklicht wird, Entsprechend tritt dort keine Koronaentladung auf, selbst wenn es einen abgelösten Teil gibt. Die in der Mitte gefaltete, kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A, die überlappend gewickelt ist, ist mechanisch kontinuierlich verklebt oder befestigt, so dass die kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A nicht unterbrochen wird. Als Ergebnis ist die Bodenwand-Isolationsschicht 12 fest mit dem Statorkern 7 verklebt bzw. verbunden, und eine Lagerkraft gegen die elektromagnetische Kraft, die auf den Wickeldraht 10 ausgeübt wird, kann sichergestellt werden. Wenn das gesamte Potential des Wickeldrahts 10 der Statorwicklung 8 im Wesentlichen das Gleiche ist, bedeutet die Zwischenisolationsschicht 11 in dieser Beschreibung die Wickeldrahtisolationsschicht, die eine Isolation zwischen den Wickeldrähten darstellt.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel besteht in einem Aspekt aus:
einer elektrischen Rotationsmaschine, in der eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung dadurch gebildet ist, dass eine Bodenwand-Isolationsschicht um den äußeren Umfang einer Isolationsschicht vorgesehen wird, die auf einem Leiter angeordnet ist, dass die elektrische Rotationsmaschinenwicklung in einen Schlitz eingefügt ist, der in einen elektrischen Rotationsmaschinenkern eingefügt ist, wobei eine Isolation dazwischen wirksam ist, dass ein Keil auf einer Öffnungsseite des Schlitzes so eingesetzt wird, dass die elektrische Rotationsmaschinenwicklung, fixiert wird, dass das Isolationsharz global in die elektrische Rotationsmaschinenwicklung und den elektrischen Rotationsmaschinenkern imprägniert wird, und dass das imprägnierte Isolationsharz wird ausgehärtet, wobei:
eine halbleitende Isolationsschicht durch überlappendes Wickeln einer kontinuierlichen, halbleitenden Bahn ausgebildet wird, die in der Mitte in einer Längsrichtung davon gefaltet ist, zwischen der Bodenwand-Isolationsschicht und der Schutzisolation; und
eine thermische Spannungsrelaxationsschicht innerhalb der in der Mitte gefalteten, halbleitenden Bahn ausgebildet wird, wobei die thermische Spannungsrelaxationsschicht eine thermische Spannungsbeanspruchung, die in der Dickenrichtung der Isolationsschichten ausgeübt wird, ausgleicht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine wird unten unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. Die gleichen strukturellen Teile wie in den 1 bis 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Details werden nicht noch einmal erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die halbleitenden Isolationsschicht 13 zwischen der Zwischenisolationsschicht 11 und der Bodenwand-Isolationsschicht 12 angeordnet ist, dass eine Korona-Abschirmungsschicht 17 um den äußeren Umfang der Bodenwand-Isolationsschicht 12 ausgebildet ist, und dass eine weitere Schutzisolation 18 um den Außenumfang der Korona-Abschirmungsschicht 17 vorgesehen ist. Die halbleitende Isolationsschicht 13 hat dieselbe Struktur und ist in derselben Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gewickelt, so dass eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.
Die Korona-Abschirmungsschicht 17 wird dadurch gebildet, dass ein nicht-gewebter Polyesterstoff überlappend gewickelt wird, in den ein Karbonfüllmaterial eingemischt ist, wobei die Oberfläche des nicht-gewebten Polyesterstoffs mit einer Isolationsschicht beschichtet ist, in die ein Karbonfüllmaterial eingemischt ist. Die Isolationsschicht kann Epoxidharz, Polyesterharz, modifiziertes Polyimid oder dergleichen sein. Der nicht-gewebte Stoff ist nicht auf nicht-gewebten Polyesterstoff begrenzt; Polyesterstoff, Glasstoff oder dergleichen kann verwendet werden.
Die Schutzisolation 18 umfasst zwei kontinuierliche, halbleitende Bahnen 18A und 18B, die jeweils durch Einbringen von Karbonfüllmaterial in beispielsweise nicht-gewebten Polyesterstoff und dann Beschichten der Oberfläche des Stoffs mit Isolationsharz gebildet sind, in den ein Karbonfüllmaterial eingemischt ist; die thermische Spannungsrelaxationsschicht 18C ist zwischen den beiden Bahnen ausgebildet, wobei sie eine nicht-klebende Schicht ist, die beispielsweise mit Silikonharz beschichtet ist. Die thermische Spannungsrelaxationsschicht 18C ist an beiden Enden in der Längsrichtung des Schlitzes 7G des Statorkerns 7 vorgesehen mit Ausnahme des mittleren Teils.
Die Statorwicklung 8, die wie oben beschrieben ausgebildet ist und die in den Statorkern 7 integriert ist, wird mit Isolationsharz unter Vakuum imprägniert und aufgeheizt, um das Isolationsharz in der selben Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel auszuhärten.
Während eines Verfahrens der Abkühlung auf gewöhnliche Temperaturen verursachen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Isolationsschichten eine thermische Spannungsbeanspruchung in der Dickenrichtung der Isolationsschichten. Die thermische Spannungsbeanspruchung wird jedoch durch die nicht-klebende Schicht der thermischen Spannungsrelaxationsschicht 13B in der halbleitenden Isolationsschicht 13 absorbiert. Entsprechend treten eine Ablösung und eine Rissbildung in der Bodenwand-Isolationsschicht 12 nicht auf.
Der Statorkern 7, die Schutzisolation 18 und die Korona-Abschirmungsschicht 17 sind an dem mittleren Teil in der Längsrichtung des Schlitzes 7G fest verklebt bzw. verbunden, wodurch die Statorwicklung 8 daran gehindert wird, in der Längsrichtung des Schlitzes 7G verschoben zu werden. Unterschiede in dem thermischen Expansionskoeffizienten an den beiden Enden in der Längsrichtung des Schlitzes 70 können durch die thermische Spannungsrelaxationsschicht 18C, die eine nicht-klebende Schicht ist, in der Schutzisolation 18 absorbiert werden, so dass die Bodenwand-Isolationsschicht 12 nicht verdorben wird.
In der halbleitenden Isolationsschicht 13 tritt eine Ablösung in der nicht-klebenden Schicht der thermischen Spannungsrelaxationsschicht 13B auf, das gleiche elektrische Potential kann jedoch oberhalb und unterhalb des abgeschälten Teils der nicht-klebenden Schicht beibehalten werden, weil die in der Mitte gefaltete, kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A überlappend gewickelt ist und dadurch eine elektrische Kontinuität verwirklicht wird. Entsprechend tritt selbst dann keine Koronaentladung dort auf, wenn ein abgelöster Teil vorhanden ist. Die in der Mitte gefaltete, kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A, die überlappend gewickelt ist, ist mechanisch kontinuierlich verklebt oder verbunden, so dass die kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A nicht unterbrochen wird, der Wickeldraht 10 ist fest mit dem Statorkern 7 durch die Bodenwand-Isolationsschicht 12 und dergleichen verbunden, und eine Lagerkraft gegen die elektromagnetische Kraft, die auf den Wickeldraht 10 ausgeübt wird, kann sichergestellt werden.
6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine. Die gleichen strukturellen Teile wie in den 4 und 5 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Details werden nicht noch einmal erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dahin, dass die thermische Spannungsrelaxationsschicht 13C, die einen elastischen Körper darstellt, der beispielsweise Silikonkautschuk, dem ein Karbonfüllmaterial zugemischt ist, aufweist, innerhalb der in der Mitte gefalteten, kontinuierlichen, halbleitenden Bahn 13A vorgesehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel können ebenfalls die gleichen Effekte wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen erhalten werden.
Die 7 und 8 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine. Dieselben strukturellen Teile wie in den 1 bis 6 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Details werden nicht noch einmal erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Länge des Schlitzes 7G in dem Statorkern 7 in seiner Längsrichtung kürzer als in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel ist somit geeignet, wenn die thermische Spannungsbeanspruchung, die auf jede Isolationsschicht in der Längsrichtung der Statorwicklung 7 ausgeübt wird, klein ist und die Bodenwand-Isolationsschicht 12 weniger beeinflusst.
Um die Statorwicklung 8 zu bilden, wird eine Zwischenisolationsschicht 11 auf dem Wickeldraht 10 vorgesehen, auf dem eine Wickeldraht-Isolierbearbeitung angewendet wurde, eine halbleitende Isolationsschicht 13 ist auf der Zwischenisolationsschicht 11 vorgesehen, eine Bodenwand-Isolationsschicht 12 ist auf der halbleitenden Isolationsschicht 13 vorgesehen, einen Korona-Abschirmungsschicht 17 ist auf der Bodenwand-Isolationsschicht 12 vorgesehen und eine Schutzisolation 15 ist auf der Korona-Abschirmungsschicht 17 vorgesehen. Die Statorwicklung 8, die in den Statorkern 7 eingefügt ist, wird mit Isolationsharz unter Vakuum imprägniert, und das imprägnierte Isolationsharz wird dann aufgeheizt, um in der selben Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ausgehärtet zu werden. In diesem Ausführungsbeispiei kann ebenfalls der gleiche Effekt wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen erhalten werden.
9 zeigt eine Abwandlung des vierten Ausführungsbeispiels, bei der zwei Schichten der halbleitenden Isolationsschicht 13 vorgesehen sind, wobei die kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A in eine der zwei Schichten überlappend in der Rückwärtsrichtung gewickelt ist.
Da die kontinuierliche, halbleitende Bahn 13A in Richtung entgegengesetzt zueinander überlappend gewickelt ist, kann eine Verschiebung der thermischen Spannungsrelaxationsschicht 13B in der halbleitenden Isolationsschicht 13, die in der Längsrichtung der Starterwicklung 8 aufgrund von Unterschieden in der thermischen Expansion und Kontraktion unter den Wickeldrähten 10, der Isolationsschicht und dem Statorkern 7 verursacht wird, an beiden Enden in der Längsrichtung vermieden werden, wenn sie nicht nur an einer der beiden Seiten verursacht wird.
10 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine. Die gleichen strukturellen Teile wie in den 1 bis 9 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Details werden nicht noch einmal erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die halbleitende Isolationsschicht 13 nur an dem mittleren Teil in der Längsrichtung des Schlitzes 7G in der Statorwicklung 8 vorgesehen, und die Schutzisolation 18, die die kontinuierlichen, halbleitenden Bahnen 18A und 18B umfasst, die übereinander gestapelt sind, umfasst die thermische Spannungsrelaxationsschicht 18C an beiden Enden in der Längsrichtung des Schlitzes 7G außer in dem mittleren Teil.
11 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine. Die gleichen strukturellen Teile wie in den 4 und 5 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre Details werden nicht noch einmal erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Verbesserung des zweiten Ausführungsbeispiels, das in den 4 und 5 gezeigt ist. In dem zweiten Ausführungsbeispielwerden zwei kontinuierliche, halbleitende Bahnen 18A und 18B in der Schutzisolation 18 verwendet. In der Schutzisolation 19 in diesem Ausführungsbeispiel wird nur ein Typ einer kontinuierlichen, halbleitenden Bahn 19a verwendet, die in der Mitte gefaltet ist, wobei eine thermische Spannungsrelaxationsschicht 19B in der Innenseite vorgesehen ist. Zwei in der Mitte gefalteten, kontinuierliche, halbleitende Bahnen 19A dieses Typs sind so angeordnet, dass die Faltungslinie von jeder kontinuierlichen, halbleitenden Bahn 19A an einer zentralen Teil in der Längsrichtung des Schlitzes 7G positioniert ist. Die vorstehende Anordnung ermöglicht es, dass der gleiche Effekt wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen erhalten wird.
12 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, elektrischen Rotationsmaschine. Dieselben strukturellen Teile wie in den 4 und 5 sind mit den gleichen Bezugseichen versehen, und ihre Details werden nicht noch einmal erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine halbleitende Isolationsschicht 20, die auf der Bodenwand-Isolationsschicht 12 angeordnet ist, nur auf einer Seite, die den zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Schlitzes 7G zugewandt ist, entlang der Längsrichtung vorgesehen. Die halbleitende Isolationsschicht 20 umfasst eine kontinuierliche, halbleitende Bahn 20A, in der das gleiche Material und die gleiche Struktur verwendet wird, wie bei der kontinuierlichen, halbleitenden Schicht 13A in den vorstehenden Ausführungsbeispielen und die auch eine thermische Spannungsrelaxationsschicht 20B umfasst, die auf der Innenseite der kontinuierlichen, halbleitenden Bahn 20A angeordnet ist, und die eine nicht-klebende Schicht ist, weil die Innenseite beispielsweise mit Silikonkautschuk beschichtet ist. Eine Korona-Abschirmungsschicht 17 ist dadurch gebildet, dass eine halbleitende Bahn um den Außenumfang der kontinuierlichen, halbleitenden Bahn 20A gewickelt wird.
Diese Anordnung liefert nicht nur den gleichen Effekt wie die vorstehenden Ausführungsbeispiele sondern ermöglicht es auch, dass die Bodenwand-Isolationsschicht 12 fest mit dem Statorkern 7 verklebt bzw. verbunden werden kann, weil keine thermische Spannungsrelaxationsschicht 20B auf der gegenüberliegenden Seite zu der Seite vorgesehen ist, auf der die halbleitende Isolationsschicht 20 in der Bodenwand-Isolationsschicht 12 vorgesehen ist. Diese Verbindung liefert einen Effekt, dass der Wickeldraht 10 stabil gegen die elektromagnetische Kraft gehalten wird.
Die Tabelle 1 gibt Messungen der Verbindungsfestigkeit in der Scherrichtung der Isolationsschicht in der elektrischen Rotationsmaschine in den ersten bis siebten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wieder. Tabelle 1

Proben Nr. Verbindungsfestigkeit (MPa)

1 1,8

2 3,6

3 3,4

4 3,8

5 3,5

6 3,6

7 3,6

8 1,2
Es kann durch dieses Resultat bestätigt werden, dass von dem ersten bis siebten Ausführungsbeispielen alle einen Effekt liefern, der die Bindungsfestigkeit in dem herkömmlichen Beispiel übersteigt.
Wie oben beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung nicht nur Koronaentladungen verhindern, die der Ablösung und der Rissebildung zugeschrieben werden, die während der Aushärtung des Isolationsharzes auftreten, sondern sie kann auch eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung bereitstellen, die stabil gegen eine elektromagnetische Kraft gelagert ist, und auch eine elektrische Rotationsmaschine, die die elektrische Rotationsmaschinenwicklung verwendet.
Die elektrische Rotationsmaschinenwicklung wurde nur als Beispiel für die Statorwicklung eines Stromgenerators als Anwendungsbeispiel für eine elektrische Rotationsmaschine beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass die elektrische Rotationsmaschinenwicklung auch als Statorwicklung eines Motors oder als Motorwicklung eines Stromgenerators oder Motors verwendet werden kann.
Obwohl die vorstehende Beschreibung eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung umfasst, die eine Zwischenisolationsschicht 11 hat, kann sie selbstverständlich auch auf eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung angewendet werden, die die Zwischenisolationsschicht 11 nicht umfasst.

Claims

Elektrische Rotationsmaschinenwicklung, in der eine halbleitende Isolationsschicht (13, 20) durch überlappendes Wickeln einer halbleitenden, isolierenden Komponenten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitende, isolierende Komponente eine kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A), die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist, und eine thermische Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) umfasst, die auf der Innenseite der in der Mitte gefalteten, kontinuierlichen, halbleitenden Bahn (13A, 20A) angeordnet ist.
Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A) dadurch gebildet ist, dass ein Isolierharz, in dem ein Karbonfüllmaterial zugemischt ist, auf eine isolierende Komponente beschichtet wird.
Wicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine nicht-klebende Schicht ist.
Wicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine Beschichtung ist, die durch Beschichten von Silikonkautschuk auf die isolierende Komponente ausgebildet ist.
Wicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine Beschichtung ist, die durch Beschichten eines fluorierten Kohlenwasserstoffharzes auf die isolierende Schicht gebildet ist.
Wicklung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsrelaxationsschicht (138, 20B) einen elastischen Körper aufweist.
Elektrische Rotationsmaschine, in der eine elektrische Rotationsmaschinenwicklung dadurch ausgebildet ist, dass eine Bodenwand-Isolationsschicht (12) um den Außenumfang eines Spulenleiters vorgesehen ist, dass die elektrische Wicklung (8) in einen Schlitz (7A) eingesetzt ist, der in einem elektrischen Kern (7) der Rotationsmaschine ausgebildet ist, wobei eine isolierende Schutzschicht (15, 18) dazwischen wirksam ist, dass ein Keil (7W) auf einer Öffnungsseite des Schlitzes (7A) so eingesetzt wird, dass die Wicklung (8) fixiert wird, dass ein Isolationsharz global in die Wicklung (8) und den Kern (7) imprägniert wird, und dass das imprägnierte, isolierende Harz ausgehärtet wird; dadurch gekennzeichnet, dass eine halbleitende Isolationsschicht (13, 20) ausgebildet ist, indem eine kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A), die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist, zwischen der Bodenwand-Isolationsschicht (12) und der Schutzisolation (15, 18) überlappend gewickelt ist, Bahn (13A, 20A) und dass eine thermische Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) auf der Innenseite der in der Mitte gefalteten, halbleitenden Bahn (13A, 20A) ausgebildet ist, wobei die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine Relaxation der Spannungsbeanspruchung bewirkt, die in der Dickenrichtung der Isolationsschichten ausgeübt wird.
Elektrische Rotationsmaschine, in der eine elektrische Wicklung dadurch ausgebildet ist, dass eine Bodenwand-Isolationsschicht (12) um den Außenumfang eines Spulenleiters vorgesehen ist, dass die elektrische Wicklung (8) in einen Schlitz (7A) eingesetzt ist, der in einem elektrischen Kern (7) der Rotationsmaschine ausgebildet ist, wobei eine isolierende Schutzschicht (15, 18) dazwischen wirksam ist, dass ein Keil (7W) auf einer Öffnungsseite des Schlitzes (7A) so eingesetzt wird, dass die Wicklung (8) fixiert wird, dass ein Isolationsharz global in die elektrische Wicklung (8) und den elektrischen Kern (7) imprägniert wird, und dass das imprägnierte, isolierende Harz ausgehärtet wird; dadurch gekennzeichnet, dass eine halbleitende Isolationsschicht (13, 20) ausgebildet ist, indem eine kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A), die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist, innerhalb der Bodenwand-Isolationsschicht (12) überlappend gewickelt ist, und dass eine thermische Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) auf der Innenseite der in der Mitte gefalteten, halbleitenden Bahn (13A, 20A) ausgebildet ist, wobei die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine Relaxation der Spannungsbeanspruchung bewirkt, die in der Dickenrichtung der Isolationsschichten ausgeübt wird.
Rotationsmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A) durch Beschichten eines Isolierharzes, in das ein Karbonfüllmaterial eingemischt ist, auf einer isolierenden Komponente gebildet ist.
Rotationsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine nicht-klebende Schicht ist.
Rotationsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine Beschichtung ist, die durch Beschichten von Silikonkautschuk auf eine isolierende Komponente gebildet ist.
Rotationsmaschine, in der eine elektrische Wicklung dadurch gebildet ist, dass eine Bodenwand-Isolationsschicht (12) und eine Korona-Abschirmungsschicht (17) um den Außenumfang einer die Wicklungsdrähte (10) isolierenden Schicht oder einer Zwischenisolationsschicht, die auf einem Spulenleiter angeordnet ist, vorgesehen werden, dass die elektrische Wicklung (8) in einen Schlitz (7A) eingefügt wird, der in einem elektrischen Kern (7) ausgebildet ist, wobei eine Schutzisolation dazwischen wirksam ist, dass ein Keil (7W) in eine Öffnungsseite des Schlitzes (7A) eingeführt wird, um die elektrische Wicklung (8) zu fixieren, dass ein Isolationsharz global in die elektrische Wicklung (8) und den elektrischen Kern (7) imprägniert wird, und dass das imprägnierte Isolationsharz ausgehärtet wird; dadurch gekennzeichnet, dass eine halbleitende, isolierende Schicht (13, 20) dadurch gebildet ist, dass eine kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A), die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist, zwischen den den Wicklungsdraht isolierenden Schichten oder der Zwischenisolationsschicht (11) und der Schutzisolation überlappend gewickelt wird; und dass eine thermische Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) auf der Innenseite der in der Mitte gefalteten, halbleitenden Bahn (13A, 20A) ausgebildet ist, wobei die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) die Relaxation einer thermischen Spannungsbeanspruchung bewirkt, die in einer Dickenrichtung der Isolationsschichten ausgeübt wird.
Elektrische Rotationsmaschine, in der eine elektrische Wicklung dadurch gebildet wird, dass eine Bodenwand-Isolationsschicht (12) und eine Korona-Abschirmungsschicht (17) um den äußeren Umfang einer den Wicklungsdraht isolierenden Schicht oder einer Zwischenisolationsschicht, die auf einem Spulenleiter angeordnet ist, vorgesehen wird, dass eine elektrische Wicklung in einen Schlitz eingefügt wird, der in einem elektrischen Kern ausgebildet ist, wobei eine Schutzisolation dazwischen wirksam ist, dass ein Keil in eine Öffnungsseite des Schlitzes eingesetzt wird, um die elektrische Wicklung zu fixieren, dass ein Isolierharz global in die elektrische Wicklung und den elektrischen Kern imprägniert wird, und dass das imprägnierte Isolationsharz ausgehärtet wird; dadurch gekennzeichnet, dass eine halbleitende, isolierende Schicht (13, 20) durch überlappendes Wickeln einer kontinuierlichen, halbleitenden Bahn (13A, 20A), die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist, zwischen der Bodenwand-Isolationsschicht (12) und der Zwischenisolationsschicht (11) oder der den Wickeldraht isolierenden Schicht ausgebildet ist; und dass eine thermische Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) auf der Innenseite der in der Mitte gefalteten, halbleitenden Bahn (13A, 20A) ausgebildet ist, wobei die Spannungsrelaxationsschicht (13B, 20B) eine Relaxation der thermischen Spannungsbeanspruchung bewirkt, die in einer Dickenrichtung der Isolationsschichten ausgeübt wird.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die halbleitende, isolierende Schicht (13, 20) eine Silikonkautschukschicht auf der Innenseite der kontinuierlichen, halbleitenden Bahn (13A, 20A) hat, die in der Mitte in ihrer Längsrichtung gefaltet ist; und dass zwei Schichten der halbleitenden, isolierenden Schicht (13, 20) vorgesehen sind, wobei die kontinuierliche, halbleitende Bahn (13A, 20A) eine von zwei Schichten ist, die überlappend in einer Rückwärtsrichtung gewickelt sind.