JP2002535948A - 導体、タービン発電機および導体に対するコロナシールド装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スロット（１３）内に挿入され、接着されコロナシールド装置（６）で包囲される導体（１）に関する。コロナシールド装置（６）は、導体（１）とスロット（１３）の熱膨張差を補償するため、分離層（１０）を備える。この分離層（１０）は膨張性テープとして形成される。またコロナシールド装置（６）は、互いに重なり合うように巻回された２つのテープ（９、１１）と半導電性基礎層（７）とから成り、機械的に迅速に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、絶縁層とこの絶縁上に配置されたコロナシールド装置とを備えたス
ロット内に挿入されて接着される導体に関する。また本発明は、そのような導体
から成る固定子巻線を備えたタービン発電機、並びにスロット内に挿入されて接
着される導体に対するコロナシールド装置の製造方法に関する。

【０００２】 １９６３年スプリンガ社出版（ベルリン、ゲッチンゲン、ハイデルベルグ）の
ハルトムート マイヤー氏著の本「ディー イソリールング グローセル エレ
クトリッシェル マシーンネン（大形電気機械の絶縁）」、第８０頁に、大形電
気機械の固定子巻線の巻線要素について、大形機械の固定子巻線が同形の個々の
巻線要素から構成されていることが、詳細に説明されている。その巻線要素は追
加損失を防止するために、互いに編み込まれ相互に絶縁された個々の部分導体で
構成されている。それは一般に通常、導体棒（Robelstab）であり、そのスロッ
ト範囲における各部分導体は、スロット高さにおけるすべての層を一度延びてい
るので、スロット横方向磁界によってほぼ同じ電圧が各部分導体に誘起される。
第８３〜８５頁に、導体がマイカフィルムと呼ばれる劈開マイカテープでどのよ
うに絶縁されるかが詳細に記載されている。完成した絶縁層上に、導電性被覆が
設けられている。この被覆がコロナシールド装置として、絶縁層表面とスロット
壁との間の避けられない空隙におけるスロット放電を防止する。

【０００３】 １９７３年スプリンガ社出版（ウィーン、ニューヨーク）のＨ．セクエンツ氏
著の本「ヘルステルング デル ビックルング エレクトリッシェル マシーン
ネン（電気機械の巻線製造）」、第１５６頁に、導体棒に対するコロナシールド
装置が詳細に記載されている。そのコロナシールド装置は、長さ方向および円周
方向において導体棒全体にわたる確実な電位バランスを保障するため、十分な導
電性を有していなければならない。しかしその導電性は、スロット長手方向電圧
あるいはスロット横方向磁界から生ずる電流を防止するため、或る値を超えては
ならない。そのような電流は、塗装を壊し、最終的に絶縁層をも破壊する。導体
棒をスロットに挿入する際、接地された積層鋼板と良好に接触するよう配慮しな
ければならない。しばしば既に、繊維性テープ、例えば石綿テープやポリエステ
ルテープなどから成る巻回物が予め設けられ、この巻回物は導電塗料が塗られ、
幾分か積層鋼板形固定子の鋼板輪郭に合わせるため、或る柔軟性を有している。
第１５０頁の第２．２．３章に真空含浸マイカテープ絶縁層が説明されている。
硬化可能な無溶剤樹脂による真空含浸は、導体絶縁の製造のために種々の種類の
精密マイカテープ又は劈開マイカテープを利用することを可能にする。完全含浸
法（第１５３頁）において、導体棒はまず劈開マイカ巻回物によって完全に絶縁
され、コロナシールド装置を付与され、そして固定子の積層鋼板のスロットに挿
入される。続いて固定子全体、即ち積層鋼板およびその内に挿入された電気巻線
が、樹脂内に完全含浸される。即ち、電気巻線の導体は積層鋼板に接着される。

【０００４】 国際特許出願公表ＷＯ９７／０４５１５号明細書に、電気機械用の巻線要素が
開示されている。その巻線要素は絶縁層で包囲された導体から成っている。その
絶縁層上にコロナシールド装置が設けられている。そのコロナシールド装置は両
側面に半導電性層が被覆されたテープから成っている。このテープは自己重ね合
わせ式に絶縁層上に巻回されている。これによって、内側半導電性層と外側半導
電性層との電気接触が生ずる。この結果、テープ内部が無電圧状態に保たれ、コ
ロナ放電は生じない。テープ内部は、積層鋼板と巻線要素が異なって機械的膨張
した際、設定弱点個所として割られる分離層を有している。これによって、積層
鋼板と巻線要素との間の熱応力が除去される。

【０００５】 本発明の課題は、容易に製造できるコロナシールド装置を有し、スロット内に
接着される導体を提供することにある。また本発明は、固定子巻線の導体が簡単
に製造できる、コロナシールド装置を持ったタービン発電機を提供することにあ
る。更にまた本発明は、スロット内に接着される導体のための、簡単且つ安価に
作れるコロナシールド装置の製造方法を提供することにある。

【０００６】 導体に向けられた課題は、本発明に基づいて、スロット内に挿入されてそのス
ロット壁に接着される導体であって、導体金属と、この導体金属を包囲する絶縁
層と、この絶縁層上に配置されたコロナシールド装置とから成り、そのコロナシ
ールド装置が、スロット壁と導体金属の異なった熱膨張を補償する分離層を有し
ている導体において、コロナシールド装置が、少なくとも低導電性の基礎層と、
分離層を有する第１テープと、少なくとも低導電性の第２テープとを有し、基礎
層が絶縁層上に配置され、第１テープおよび第２テープが互いに重ね合わせて基
礎層上に巻回されていることによって解決される。

【０００７】 導体は、電気機械の例えば積層鋼板のスロット内において樹脂含浸され、樹脂
の硬化に伴い、絶縁層およびコロナシールド装置と一緒に接着剤母材としてスロ
ットに接着される。この場合、導体とスロット壁とが互いに接着される。導体お
よびスロット壁は一般に異なった機械的膨張係数を持つ。このため、装置全体が
加熱あるいは冷却された際、導体とスロット壁の間に熱応力が生ずる。この機械
的応力は、種々の個所で制御不能であり、特に硬化した接着剤母材に割れを生じ
させる。この割れによりコロナ放電が生じ、このコロナ放電は一層大きな損傷を
生じさせ、最終的に絶縁層を破壊してしまう。分離層は、熱応力に伴い生ずる割
れを制御可能な範囲に集中させる働きをする。この結果、その範囲以外では実際
上割れは生じない。これは機械的応力が分離層により除去されるからである。分
離層における割れに伴うコロナ放電は、分離層を同電位の２つの範囲間に閉じ込
めることで防止できる。その第１範囲は基礎層により形成され、第２範囲は少な
くとも低導電性の第２テープとスロット壁により形成される。第２テープはスロ
ット壁に電気接触する。第２テープは、第１テープと一緒に重ね合わせて基礎層
上に巻回される。これにより、第２テープは基礎層にも電気的に接触する。この
結果、その両範囲は同電位となる。そのため、分離層は２つの同電位範囲間に位
置し、従ってコロナ放電を生じさせるピーク電位に曝されることがない。

【０００８】 この配置構造は、有効なコロナシールドを生ずるだけでなく、特に非常に簡単
に且つ安価に製造できる。特に、唯一の作業工程で第１テープおよび第２テープ
を自動巻回機によって一緒に巻回できるので、機械的な製造も可能である。

【０００９】 基礎層は、好適には同様にテープとして形成される。

【００１０】 好適には、第２テープは第１テープと同じテープ幅を有し、第１テープに対し
てテープ幅の半分だけずらされる。これによって、導体は第１テープおよび第２
テープにより一様に巻回される。好適には、第１テープおよび第２テープは、隙
間が生じないように、それぞれ突き当てて巻回される。第１テープと第２テープ
とから構成される二重テープは半分重ね合わせて巻回され、これにより、コロナ
シールド装置は一様な厚さとなる。

【００１１】 好適には、第１テープは劈開マイカを有する。担体材料、例えば紙の上に、劈
開マイカを設ける。この劈開マイカにより、分離層が非常に簡単に実現できる。
劈開マイカの小板は、機械的応力の下で互いに横滑りする。従って導体は、接着
されているにも係らずスロット壁に対し移動可能である。導体とスロット壁とが
機械的に異なる熱膨張をした際に割れる設定弱点個所が、分離層によって発生さ
れる。そのため、異なる熱膨張が補償され、顕著な機械的応力は生じない。

【００１２】 第１テープは膨張性層として形成するのがよい。即ちこの場合、分離層は設定
弱点個所を発生せず、導体とスロット壁が異なる機械的膨張をした際、分離層の
柔軟性で導体とスロット壁との相対移動を可能にする。好適には、第１テープは
弾性テープであり、特にシリコーンゴムテープである。

【００１３】 更に好ましくは、第１テープに多数の貫通開口を設ける。この結果、導体の絶
縁層を含浸し、導体のスロット壁ないしスロットとの全体的な接着のために使う
接着剤、例えば樹脂が第１テープを浸透し、絶縁層を浸潤するのを保障できる。

【００１４】 導体に関する課題は、本発明に基づき、スロット内に挿入されてその壁に接着
される導体が絶縁層を備えた導体金属からなり、該絶縁層が、スロット壁と導体
金属の異なる熱膨張を補償する膨張性分離層で包囲されることで解決される。

【００１５】 膨張性分離層によって、特に簡単に、導体がスロット壁に対して異なる機械的
な膨張をした際、導体とスロット壁との間の熱応力を除去することができる。こ
れは、膨張性分離層の変形によって行われる。

【００１６】 好適には、分離層は非接着性で、熱的に安定した、特にシリコーンゴムテープ
とする。更に好適には、分離層は多数の貫通開口を備える。この導体は、タービ
ン発電機の固定子巻線に対し特に有用である。

【００１７】 タービン発電機に関する課題は、本発明に基づき、上述の実施態様に従い形成
された導体から成る固定子巻線を備えるタービン発電機によって解決される。

【００１８】 コロナシールド装置の製造方法についての課題は、本発明に基づきスロット内
に挿入されてその壁に接着され、絶縁層により包囲される導体のための当該装置
の製造方法において、絶縁層上に少なくとも低導電性の基礎層を設け、該層上に
、第１テープおよび少なくとも低導電性の第２テープを互いにずらして重ね合わ
せて一緒に巻回し、第１テープによって、スロット壁と導体との間における熱膨
張差を補償する分離層を形成することで解決される。

【００１９】 この方法の利点は、導体の利点についての上述の説明に応じて生ずる。

【００２０】 分離層は劈開マイカテープとして形成するのがよい。

【００２１】 分離層が膨張性を有し、特にシリコーンゴムテープとして形成されていること
が有利である。

【００２２】 以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。各図において同一
部分には同一符号を付してある。

【００２３】 図１は導体１を斜視図で示す。導体１は導体金属３を有する。ここで導体金属
３は単純化して示すが、一般に多数の部分導体と、場合によっては冷却流体用の
冷却通路とからなる。導体金属３は絶縁層５で包囲されている。この絶縁層５上
に半導電性の基礎層７が設けてある。この基礎層７は、例えば絶縁層５上に巻回
されたテープである。基礎層７上に、分離層１０として形成された第１テープ１
１が、第２テープ９と一緒に重ね合わせて巻回されている。第２テープ９は半導
電性である。基礎層７、第２テープ９および第１テープ１１は、共にコロナシー
ルド装置６を形成する。導体１はスロット１３内に、その壁１５に接して配置さ
れている。第２テープ９により、導体１はその長さにわたり電位が均一化され、
これに伴い、スロット壁１５と導体１との間のコロナ放電が防止される。

【００２４】 導体１はスロット１３内で樹脂含浸され、スロット壁１５に接着されている。
導体１とスロット１３とから成る装置全体が加熱或いは冷却された際、導体１と
スロット壁１５との間で異なった熱膨張が生ずる。この場合、導体１がスロット
壁１５に接着されているので、機械的応力が生ずる。この機械的応力は割れをひ
き起こし、この割れによってコロナ放電が生じてしまう。その割れを減少および
／又は調整するために、分離層１０が設けられている。

【００２５】 分離層１０は、例えば劈開マイカテープから形成される。このような劈開マイ
カテープの場合、機械的応力がかかった際、劈開マイカ小板が互いに横滑りする
。この横滑りで設定弱点個所が生じ、この個所に、熱応力でひき起こされる割れ
が集中する。低導電性の第２テープ９および低導電性の基礎層７が分離層１０を
包囲する。これに伴い、分離層１０とひき起こされる割れとは無電位範囲にある
。その無電位性は、低導電性の第２テープ９を、分離層１０を形成する第１テー
プ１１と共に互いに半分だけ重なり合うように巻回して基礎層７に接触させ、且
つ分離層１０の上側に置くことで達成される。これにより、基礎層７は第２テー
プ９に電気的に接触し、他方この第２テープ９はスロット壁１５に電気的に接触
する。基礎層７および第２テープ９ないしスロット壁１５は、従って同じ電位に
ある。これに伴い、分離層１０は無電位範囲に位置することとなる。

【００２６】 分離層１０は、第２テープ１１としてシリコーンゴムテープを使用することで
も形成できる。シリコーンゴムテープは膨張性を有する。シリコーンゴムテープ
はそれ自体の変形により、導体１とスロット壁１５の異なる熱膨張を補償する。

【００２７】 コロナシールド装置６は、基礎層７および一緒に巻回された第１および第２の
２つのテープ９、１１から成る構成物により、特に簡単に安価に製造できる。更
に、コロナシールド装置６の機械的な製造が可能となる。

【００２８】 図２は導体１を断面図で示す。図１に示すように、導体１は、絶縁層５で包囲
された導体金属３から構成されている。絶縁層５上に低導電性基礎層７が設けら
れている。低導電性基礎層７上に、第２テープ９および第１テープ１１が一緒に
巻回されている。第２テープ９および第１テープ１１はそれぞれテープ幅Ｂを有
している。第２テープ９は第１テープ１１に対しテープ幅Ｂの半分だけずらされ
ている。第２テープ９および第１テープ１１から形成された二重テープは、互い
に半分重ね合わせて基礎層７上に巻回されている。即ち、第１テープ１１並びに
第２テープ９はそれぞれ突き当てて巻回され、中間空間は生じていない。第２テ
ープ９は低導電性を有し、コロナシールド装置６とここでは図示しないスロット
壁１５との電気接触を保障する。分離層１０は、例えば上述のようにして、第１
テープ１１としてシリコーンゴムテープを使用することにより実現される。

【００２９】 図３はタービン発電機２１を示す。このタービン発電機２１は軸線２１に沿っ
て延びる回転子２３を備える。回転子２３は軸２５を有し、該軸２５上に回転子
巻線２７が設けられている。回転子２３は固定子２９によって同心的に包囲され
ている。固定子２９は積層鋼板３１を有し、この積層鋼板３１の軸線２４に対し
て平行な内周面に、スロット１３が設けられている。このスロット１３内に導体
１が挿入されている。ここでは唯一の導体１しか示していない。導体１は固定子
巻線２８を形成する。導体１は図１および図２の実施例に基づき、低導電性の第
２テープ９と、分離層１０を形成する第１テープ１１とを含むコロナシールド装
置６を備える。固定子２９全体が樹脂で全体的に含浸されている。この全体的な
含浸に伴い、導体１の絶縁層５の含浸と、導体１と積層鋼板３１の耐震性の接着
とが生ずる。固定子２９は回転子２３と共にハウジング３５内に配置される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 スロット内に配置された導体の斜視図。

【図２】 導体の断面図。

【図３】 タービン発電機の概略斜視図。

【符号の説明】

１ 導体 ３ 導体金属 ５ 絶縁層 ６ コロナシールド装置 ７ 基礎層 ９ 第２テープ １０ 分離層 １１ 第１テープ １３ スロット １５ スロット壁 ２１ タービン発電機 ２８ 固定子巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H604 AA01 BB04 BB10 BB14 CC01 CC05 DA08 DA25 DB25 PD01 PD07 5H615 AA01 BB02 BB07 PP01 PP13 QQ12 RR02 SS11 SS41 TT22 TT25

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロット（１３）内に挿入されてそのスロット壁（１５）に
   接着される導体（１）であって、導体金属（３）と、この導体金属（３）を包囲
   する絶縁層（５）と、この絶縁層（５）上に配置されたコロナシールド装置（６
   ）とから成り、そのコロナシールド装置（６）が、スロット壁（１５）と導体金
   属（３）の異なった熱膨張を補償する分離層（１０）を有している導体（１）に
   おいて、コロナシールド装置（６）が、少なくとも低導電性の基礎層（７）と、
   分離層（１０）を有する第１テープ（１１）と、少なくとも低導電性の第２テー
   プ（９）とを有し、基礎層（７）が絶縁層（５）上に配置され、第１テープ（１
   １）および第２テープ（９）が互いに重ね合わせて基礎層（７）上に巻回されて
   いることを特徴とする導体。
2. 【請求項２】 第１テープ（１１）および第２テープ（９）が同じテープ幅
   （Ｂ）を有し、第２テープ（９）がそのテープ幅（Ｂ）の半分だけ第１テープ（
   １１）に対してずらされていることを特徴とする請求項１記載の導体。
3. 【請求項３】 第１テープ（１１）が劈開マイカを有していることを特徴と
   する請求項１又は２記載の導体。
4. 【請求項４】 分離層（１０）が膨張性層として形成されていることを特徴
   とする請求項１又は２記載の導体。
5. 【請求項５】 第１テープ（１１）が膨張性テープとして、特にシリコーン
   ゴムテープとして形成されていることを特徴とする請求項４記載の導体。
6. 【請求項６】 第１テープ（１１）が多数の貫通開口（１２）を有している
   ことを特徴とする請求項４又は５記載の導体。
7. 【請求項７】 タービン発電機（２１）の固定子巻線（２８）を形成するこ
   とを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の導体。
8. 【請求項８】 スロット（１３）内に挿入されてスロット壁（１５）に接着
   される導体（１）であって、絶縁層（５）を備えた導体金属（３）から成り、そ
   の絶縁層（５）が、スロット壁（１５）と導体金属（３）の異なった熱膨張を補
   償する分離層（１０）で包囲されている導体（１）において、分離層（１０）が
   膨張性を有していることを特徴とする導体。
9. 【請求項９】 分離層（１０）が弾性テープとして、特にシリコーンゴムテ
   ープとして形成されていることを特徴とする請求項８記載の導体。
10. 【請求項１０】 分離層（１０）が多数の貫通開口（１２）を有しているこ
    とを特徴とする請求項９記載の導体。
11. 【請求項１１】 タービン発電機（２１）の固定子巻線（２８）を形成する
    ことを特徴とする請求項９又は１０記載の導体。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の導体（１）で
    形成された固定子巻線（２８）を備えることを特徴とするタービン発電機。
13. 【請求項１３】 スロット（１３）内に挿入されてその壁（１５）に接着さ
    れ、絶縁層（５）で包囲される導体（１）に対するコロナシールド装置（６）の
    製造方法において、絶縁層（５）上に少なくとも低導電性の基礎層（７）が設け
    られ、その基礎層（７）上に、第１テープ（１１）および少なくとも低導電性の
    第２テープ（９）が互いにずらして重ね合わせて一緒に巻回され、第１テープ（
    １１）によって、スロット壁（１５）と導体（１）との間における熱膨張差を補
    償する分離層（１０）が用意されることを特徴とする導体に対するコロナシール
    ド装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 第１テープ（１１）が劈開マイカテープであることを特徴
    とする請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】 第１テープ（１１）が膨張性を有し、特にシリコーンゴム
    テープとして形成されていることを特徴とする請求項１３記載の方法。