JP2006174600A - 回転電機の固定子コイルおよび固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子鉄心のスロット内で占める上側コイルおよび下側コイルの絶縁層の厚さを必要最小限に止め、コイル導体の断面積を増加させることにある。
【解決手段】複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体３の外周に絶縁層４が形成され、固定子鉄心１の内周側に形成された複数のスロット１ａ内に上側コイル２ｂ及び下側コイル２ａとして収納される回転電機の固定子コイル２において、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合う面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さを上側コイル２ｂと下側コイル２ａがスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さより薄くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定子鉄心に有する複数個のスロット内に上側コイル及び下側コイルとして収納され、コイル導体の外周に形成される絶縁層の厚さを必要最小限にしてコイル導体の放熱効果を高めた回転電機の固定子コイルおよび固定子に関する。

一般的な回転電機の固定子及び固定子コイルとしては、図１３及び図１４に示すような構成となっている。図１３は従来の回転電機の固定子の構造を示す断面図であり、図１４は固定子コイルの構成を示す斜視図である。

タービン発電機等の回転電機の固定子は、図１３に示すように固定子鉄心１の内周側に形成された複数のスロット１ａ内に上側コイル２ｂ及び下側コイル２ａからなる固定子コイル２が上側及び下側コイル間にスペーサ８を介挿して収納され、スロット１ａの開口端部に挿入された楔７により固定されている。また、図示していないがスロット底部及びスロット開口部側にもスペーサがそれぞれ挿入されている（例えば、特許文献１）。

上記上側コイル２ｂ及び下側コイル２ａは、複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体３とそのコイル導体の外周に形成された絶縁層４から構成されている。

ところで、コイル導体の外周に絶縁層を形成する方法としては、コイル導体にプリプレグマイカテープを巻回したコイル単体を硬化した後、スロット内に収納する単独プリプレグ方式、ドライマイカテープを巻回したコイル単体に樹脂を含浸させて硬化した後、スロット内に収納する単独注入方式およびドライマイカテープを巻回したコイル単体をスロット内に収納し、さらにコイル相互の電気的接続を行った後、樹脂を含浸、硬化する全含浸方式に大別される。

これらのいずれの方式も図１４に示すようにコイル導体３に絶縁テープ５を複数層巻回するため、コイル外周にほぼ均一の厚みを持つ絶縁層４が形成される。

このような構成の固定子コイル２において、コイル導体３は回転電機の運転時の負荷電流により発熱し、その発熱は絶縁層４を介して固定子鉄心１や固定子鉄心に設けられた通風ダクトを通過する冷却ガスに伝達され冷却される。

固定子コイル２は、絶縁層の耐熱性能により厳しく温度上限が制限されており、回転電機の設計においては、これらの温度が規格値以下に保たれるように設計する必要がある。また、回転電機の大容量化、小型化を図るためには、電機子電流の増加やコイル導体の断面積の縮小による発熱密度の上昇は避けられない。

固定子コイル２の温度が絶縁層４の耐熱限界を超えて上昇すると、絶縁層４を構成する有機材料の電気的、機械的な性能が劣化し、発電機の性能、信頼性、寿命に影響する大きな問題となるため、様々な回転電機の絶縁技術、冷却技術に関する技術開発、発明がなされてきた。

絶縁材料の耐熱性はＢ種（１３０℃）、Ｆ種（１５５℃）、Ｈ種（１８０℃）へと向上し、それに伴い回転電機の出力密度が増大し、大容量化、小型化が達成されてきた。また、同じ絶縁厚さで絶縁可能な電圧差も技術革新により上昇し、絶縁層４が薄くなった分放熱性が向上するとともに、より多くのコイル導体３をスロット内に収めることができ、固定子コイルの発熱量を低減することが可能となってきた。

一方、絶縁材料の熱伝導率を向上させてコイルの温度上昇を抑えるようにした技術（例えば、特許文献２）やコイル外周の冷却性能を向上させてコイルの温度上昇を抑えるようにした技術（例えば、特許文献３）が提案されている。
特開２００２−３３０５６２号公報 特公昭５６−３８００６号公報 特開２０００−３３３４１３号公報

上述した回転電機の固定子コイル２においては、コイル導体３に絶縁テープ５を複数層巻回するため、コイル外周にほぼ均一の厚みを持つ絶縁層４が形成される。この絶縁層４は、高電圧がかかるコイル導体３と固定子鉄心１等の部材とを絶縁するために必要な厚みを確保する必要があるが、上側コイル２ｂと下側コイル２ａの外周にほぼ均一の厚さで絶縁層４を形成するため、上側コイル２ｂと下側コイル２ａとの間には必要厚さの概略２倍の絶縁層４が形成される。

このため、同一スロット１ａ内に挿入し得るコイル導体３の量が少なくなり、発熱密度が過大となって固定子コイルの温度が絶縁層４の耐熱限界を超えて上昇する危険性が生じるという課題があった。また、十分なコイル導体３の断面積を確保しようとすると、スロット１ａの寸法が大きくなり、発電機全体の体格が増大し、製造コストが上昇するという課題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、スロット内で占める上側コイルおよび下側コイルの絶縁層の厚さを必要最小限に止め、コイル導体の放熱効果を高めることができる回転電機の固定子コイルおよび固定子を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、次のような手段により回転電機の固定子コイルおよび固定子を構成する。

本発明は、複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体の外周に絶縁層が形成され、固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に上側コイル及び下側コイルとして収納される回転電機の固定子コイルにおいて、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルが互いに向き合う面の絶縁層の厚さを上側コイルと下側コイルがスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層の厚さより薄くする。

また、本発明は上記に記載の固定子コイルを備えた回転電機を構成する。

さらに本発明は、複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体の外周に絶縁層が形成された上側コイルおよび下側コイルからなる固定子コイルを固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に収納し、コイル相互の電気的接続を行った後、樹脂を含浸硬化させて構成される回転電機の固定子において、少なくともスロット底側に挿入される下側コイル部のスロット幅を上側コイルが挿入されるスロット内径側のスロット幅よりも広くなるようにスロットを形成し、スロット底側に挿入される下側コイル部の鉄心表面に絶縁層を埋設するとともに、スロット底側に挿入される下側コイルをコイル導体の外周に絶縁テープを複数層巻回して絶縁層を形成すると共に、上側コイルの絶縁層として下側コイルと向き合った面の絶縁層の厚さをスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層の厚さよりも薄くなるように構成する。

また、本発明は上記に記載の固定子を備えた回転電機を構成する。

本発明によれば、スロット内で占める上側コイルおよび下側コイルの絶縁層の厚さを必要最小限に止め、コイル導体の放熱効果を高めることにより、回転電機の信頼性を向上させることが可能となる。

以下本発明に係る回転電機の固定子コイルおよび固定子の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１３と同一構成部品には同一符号を付して説明する。

図１に示すように固定子鉄心１の内周側に設けられた複数のスロット１ａ内に上側コイル２ｂ及び下側コイル２ａからなる固定子コイル２が上側及び下側コイル間にスペーサ８を介挿して収納され、スロット１ａの開口端部に挿入された楔７により固定される。また、図示していないがスロット底部及びスロット開口部側にもスペーサがそれぞれ挿入される。

上記上側コイル２ｂ及び下側コイル２ａは、複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体３とそのコイル導体の外周に形成された絶縁層４から構成されている。

このような回転電機の固定子において、第１の実施形態では上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａのコイル導体３の外周に形成される絶縁層４のうち、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの絶縁厚さをスロット１ａ内の鉄心１と向き合う面の絶縁層４ａの厚さよりも薄くなるように構成したものである。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁厚さは、絶縁層４ｃ，４ｂの合計厚さが絶縁を確保する上で必要な厚さとなるように決定される。

このように構成された固定子コイルとすれば、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さが薄いため、その薄くなった寸法分、例えばより多くのコイル導体３を固定子鉄心１のスロット１ａ内に挿入することができる。

この場合、スロット１ａ内に、より多くのコイル導体３を挿入することで、固定子コイル２の発熱量が概略コイル導体３の断面積に比例して少なくなるので、固定子コイル２で発生する発熱量を低減することができ、固定子コイル２の温度が絶縁層４の耐熱限界を超えて上昇する危険が低くなり、回転電機の信頼性が向上する。

なお、本実施形態では上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａのコイル導体３の断面積を均等に増加させたが、一般的には下側コイル２ａよりも上側コイル２ｂの方が渦電流の発生等によりコイル導体３で発生する発熱量が大きく、コイル温度も高いため、上側コイル２ｂの増加量を下側コイル２ａよりも多く、または上側コイル２ｂのみコイル導体３の断面積を増加させてもよい。この場合、上側コイル２ｂの温度の低減効果が下側コイル２ａの効果よりも大きいため、上側コイル２ｂと下側コイル２ａの温度差が小さくなり、上側コイル２ｂと下側コイル２ａ間の熱伸び差から絶縁層等にかかる熱応力を緩和でき、回転電機の信頼性が向上する。

また、本実施形態では、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｂ，４ｃを薄くした部分にコイル導体３を挿入したが、コイル導体３の断面積を変えずに固定子コイル２を小さくしてもよい。この場合、鉄心１の外径を小さくすることができるため、小型な回転電機を提供できる。

なお、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さが他の側面の絶縁層４ａの厚さよりも薄くなるが、上側コイル２ｂと下側コイル２ａのコイル導体３にのみ電圧がかかるため、絶縁層４ｂ，４ｃを合わせた厚さが絶縁に必要な厚さになっていればよく、絶縁層４ｃまたは４ｂを合わせた厚さが絶縁に必要な厚さになっていればよく、絶縁が破壊される危険性が高まることはない、
また、本実施形態では、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向い合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さが均等になるようにしたが、絶縁層４ｃ，４ｂの合わせた厚さが絶縁に必要な厚さとなっていれば、絶縁層４ｃまたは４ｂのどちらか一方に片寄った構成となっていても問題ない。

図２および図３は本発明の第２の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図および固定子コイルの斜視図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第２の実施形態では、コイル導体３の外周に絶縁テープ５を複数層巻回すると共に、固定子鉄心１のスロット内の鉄心と向き合う面には巻回する絶縁テープの間に絶縁シート６を挿入して、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの絶縁厚さをスロット１ａ内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さよりも薄くなるように構成したものである。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層厚さは絶縁テープの巻回数で、鉄心に向き合う面の絶縁厚さは絶縁テープの巻回数と絶縁テープ間に挿入される絶縁シートの合計枚数でそれぞれ絶縁に必要な厚さを確保している。

なお、本実施形態では、絶縁テープ５間に挿入する絶縁シート６を折り曲げて１枚で構成しているが、周方向または軸方向に複数枚に分割してもよい。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

図４は本発明の第３の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第３の実施形態では、スロット１ａ内の鉄心と向き合う面のコイル導体３の外周に複数枚の絶縁シート６を挿入し、その外周に絶縁テープ５を複数層巻回して、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの絶縁厚さをスロット１ａ内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さよりも薄くなるように構成したものである。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さは絶縁テープ５の巻回数で、スロット１ａ内の鉄心と向き合う面の絶縁厚さ４ａは、絶縁テープ５の巻回数と挿入される絶縁シート６の合計枚数で、それぞれ絶縁に必要な厚さを確保している。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

図５は本発明の第４の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第４の実施形態では、コイル導体３の外周に絶縁テープ５を複数層巻回すると共に、固定子鉄心１のスロット内の鉄心と向き合う面に複数層巻回された絶縁テープ５の外側に複数枚の絶縁シート６を挿入して上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの絶縁厚さをスロット１ａ内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さよりも薄くなるように構成したものである。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さは絶縁テープ５の巻回数で、スロット１ａ内の鉄心と向き合う面の絶縁厚さ４ａは、絶縁テープ５の巻回数と挿入される絶縁シート６の合計枚数で、それぞれ絶縁に必要な厚さを確保している。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

図６は本発明の第５の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第５の実施形態では、コイル導体３の外周に絶縁テープ５ａを複数層巻回して、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面に必要な絶縁厚さの絶縁層４ｃ，４ｂを形成し、さらに上側コイル２ｂと下側コイル２ａとの間にスペーサ８を挿入した状態で突合せ、これら全体の外周に絶縁テープ５ｂを複数層巻回して絶縁層４ａを形成して、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが向き合う面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さをスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さより薄くなるように絶縁層４を構成したものである。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さは各々のコイル導体３に絶縁テープ５ａの巻回数で、スロット１内の鉄心に向き合う面の絶縁層４ａの厚さは絶縁テープ５ａ，５ｂの巻回数の合計数でそれぞれ絶縁に必要な厚さを確保している。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

上記実施形態では、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが向き合う間にスペーサ８を挿入したが、本構成では上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａが絶縁テープ５ｂにより一体的に巻回されるので、必ずしもスペーサ８を挿入しなくてもよい。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａとして多くのコイル導体３を挿入できるので、固定子コイル２より発生する発熱量を低減することができ、固定子コイル２の温度が絶縁層４の耐熱限界を超えて上昇する危険性が低くなり、回転電機の信頼性が向上する。また、コイル導体３の断面積を変えずに固定子コイル２を小さくしてもよい。この場合、固定子鉄心１の外径を小さくできるので、小型な回転電機を構成できる。

図７は本発明の第６の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第６の実施形態では、一方のコイル導体３の同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが向き合う面から絶縁シート６を複数層巻回し、さらに同一スロット内に収納されるもう一方のコイル導体３に巻回して、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが向き合う面に必要な厚さの絶縁層４ｃ，４ｂを形成し、さらにその外周に絶縁テープ５を複数層巻回して、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが向き合う面の絶縁層の厚さをスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さより薄くなるように絶縁層４を構成したものである。

この場合、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さは最初に各々のコイル導体３に巻く絶縁シート６の枚数で、スロット１内の鉄心に向き合う面の絶縁層４ａの厚さは絶縁シート６の枚数と絶縁テープ５の巻回数の合計で、それぞれ絶縁に必要な厚さを確保している。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本構成では上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａが絶縁テープ５ｂにより一体的に巻回されるので、必ずしもスペーサ８を挿入しなくてもよい。この場合の作用効果は第５の実施形態と同様である。

図８は本発明の第７の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第７の実施形態では、一方のコイル導体３の同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａとが向き合う面から絶縁シート６を複数層巻回し、さらに同一スロット内に収納されるもう一方のコイル導体３に巻回して、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが向き合う面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さを、スロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さより薄くなるように絶縁層４を構成したものである。

このとき、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂとの間のスペーサ８が挿入される。

上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合う面の必要絶縁層厚さと、スロット１ａ内鉄心面に向き合う面の必要絶縁厚さとが等しい場合は、上記構成でよいが、どちらか一方の絶縁層の厚さが厚い場合には、厚い方の絶縁層を構成する絶縁シート６間にさらに絶縁シート６を挿入して、必要絶縁厚さを確保すればよい。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本構成では上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａが絶縁シート６を巻回して一体成形されるので、必ずしもスペーサ８を挿入しなくてもよい。この場合の作用効果は第５の実施形態と同様である。

図９は本発明の第８の実施形態として発電機の固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第８の実施形態では、同一スロット内に収納される上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合う面に接する一方のコイル導体３の側面から絶縁シート６を複数層巻回し、さらに同一スロット内に収納されるもう一方のコイル導体３に巻回して絶縁層４を形成し、同一スロット内に収納される上側コイル４ｃおよび下側コイル４ｂが向き合う面の絶縁層４ｃ，４ｂの厚さをスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さより薄くなるように構成したものである。このとき、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の絶縁層４ｃ，４ｂとの間のスペーサ８が挿入される。

上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合う面の必要絶縁層厚さと、スロット１ａ内の鉄心に向き合う面の必要絶縁厚さとが等しい場合は、上記構成でよいが、どちらか一方の絶縁層の厚さが厚い場合には、厚い方の絶縁層を形成する絶縁シート６間にさらに絶縁シート６を挿入して、必要絶縁厚さを確保すればよい。

このような構成としても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本構成では上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａが絶縁シート６を巻回して一体成形されるので、必ずしもスペーサ８を挿入しなくてもよい。この場合の作用効果は第５の実施形態と同様である。

図１０は本発明の第９の実施形態として発電機の固定子における固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

本発明は、第９の実施形態として、上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａからなる固定子コイル２を固定子鉄心１に有するスロット１ａに収納し、さらにコイル相互の電気的接続を行った後、樹脂を含浸し、硬化させる全含浸方式の回転電機の固定子を対象としている。

第９の実施形態では、固定子鉄心１に有するスロット１ａとして、下側コイル２ａが挿入される部位のスロット幅をスロット内径側の幅よりも広くなるように構成し、スロットを広げた部位とスロット底部９の鉄心表面に絶縁層４ｅを埋設する。下側コイル２ａのコイル導体３の外周に絶縁テープ５を複数層巻回して絶縁層４ｄを形成し、また上側コイル２ｂの絶縁層４は前述した第１の実施形態乃至第４の実施形態と同様の構成であり、下側コイル２ａと向き合った面の絶縁層４ｃの厚さをスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層４ａの厚さよりも薄くなるように構成する。

この場合、下側コイル２ａに形成された絶縁層４ｄの厚さは、上側コイル２ｂに形成された絶縁層４ｃの合計の絶縁厚さが、上側コイル２ｂと下側コイル２ａが互いに向き合った面の必要絶縁層厚さとなるように構成する。また、絶縁層４ｅの厚さは、絶縁層４ｄとの合計がスロット内の鉄心に向き合う面の必要絶縁厚さとなるように構成する。

このような構成とすれば、下側コイル２ａのコイル導体３の幅を上側コイル２ｂのコイル導体３の幅より広くすることができ、より多くのコイル導体３をスロット１ａ内に挿入することができる。

上記のように構成された固定子においては、固定子コイル２相互の電気的接続を行った後、樹脂を含浸、硬化させる。

本実施形態によれば、スロット１ａ内に、より多くのコイル導体３を挿入することで、固定子コイル２の発熱量が概略コイル導体３の断面積に比例して少なくなるので、固定子コイル２で発生する発熱量を低減することができ、固定子コイル２の温度が絶縁層４の耐熱限界を超えて上昇する危険が低くなり、回転電機の信頼性が向上する。

一般的には下側コイル２ａよりも上側コイル２ｂの方が渦電流の発生等によりコイル導体３で発生する発熱量が大きく、コイル温度も高いため、本実施形態では下側コイル２ａのコイル導体３の断面積を増加させたが、下側コイル２ａのコイル導体３の幅が広くなった分、コイル導体３の高さを低くし、上側コイル２ｂのコイル導体３の断面積を増加させてもよい。

この場合、上側コイル２ｂの温度の低減効果が下側コイル２ａの効果よりも大きいため、上側コイル２ｂおよび下側コイル２ａの温度差が小さくなり、上側コイル２ｂと下側コイル２ａ間の熱伸び差から絶縁層等にかかる熱応力を緩和でき、回転電機の信頼性が向上する。

また、本実施形態では下側コイル２ａのコイル導体３の幅が広くなった分、コイル導体３の高さを低くして下側コイル２ａを小さくしてもよい。この場合、固定子鉄心の外径を小さくすることができるため、小型な回転電機を構成できる。

図１１は本発明の第１０の実施形態として発電機の固定子における固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１０と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第１０の実施形態では、下側コイル２ａが収納されるスロット１ａ内の鉄心表面に埋設する絶縁層４ｅをスロット幅を広げたスロット１ａの側面のみとし、さらにスロット底部に挿入される下側コイル２ａのコイル導体３の外周に絶縁テープ５を複数層巻回して形成される絶縁層４のうち、スロット底部に向き合う絶縁層４ｆの絶縁厚さがスロット内の鉄心に向き合う面に必要な絶縁厚さとなるように巻回する絶縁テープの間に絶縁シートを挿入して構成する。

このような構成の固定子とすれば、第９の実施形態と同様の作用効果をえることができる。

図１２は本発明の第１１の実施形態として発電機の固定子における固定子鉄心に有するスロット周辺の構造を示す断面図で、図１０と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。

第１１の実施形態では、固定子鉄心１に有するスロット１ａ内に収納される下側コイル２ａおよび上側コイル２ｂとしてコイル導体３の外周に前述した第１乃至第１０の実施形態のいずれか構成にして絶縁層４が形成される点では同じであるが、下側コイル２ａと上側コイル２ｂとの間に通風管１０を挿入し、この通風管１０に冷却ガス１１を通風させて固定子コイル２を冷却できるようにしたものである。

このような構成の固定子コイル２を備えた固定子において、コイル導体３は回転電機の運転時の負荷電流により発熱する。その発熱は絶縁層４を介して固定子鉄心１や固定子鉄心に設けられた通風ダクトを流れる冷却ガスに伝達されて冷却される。

本実施形態では、さらに下側コイル２ａおよび上側コイル２ｂ間に挿入された通風管１０に冷却ガス１１を通風させることにより、固定子コイル２が冷却されるので、効率良く固定子コイル２を冷却することができる。

このように第１１の実施形態によれば、下側コイル２ａおよび上側コイル２ｂが互いに向き合った面の絶縁層４ｂ，４ｃの厚さを薄くし、その空いたスペースに通風管１０を挿入することにより、コイル導体３の断面積を減らすことなく、新たな冷却経路を得ることができる。

また、通風管１０が接している絶縁層４ｂ，４ｃは、スロット内鉄心と接している絶縁層４ａよりも薄いため、絶縁層４で生じる熱抵抗が小さく効率的に冷却することができ、固定子コイル２の温度が絶縁層４の耐熱限界を超えて上昇する危険性が低くなり、回転電機としての信頼性が向上する。

本発明の第１の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第２の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 同実施形態の固定子コイルを示す斜視図。 本発明の第３の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第４の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第５の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第６の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第７の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第８の実施形態を示す回転電機の固定子コイルの断面図。 本発明の第９の実施形態を示す回転電機の固定子の断面図。 本発明の第１０の実施形態を示す回転電機の固定子の断面図。 本発明の第１１の実施形態を示す回転電機の固定子の断面図。 従来の回転電機の固定子コイルの構成を示す断面図。 同じく回転電機の固定子コイルの斜視図。

符号の説明

１…固定子鉄心、１ａ…スロット、２…固定子コイル、２ｂ…上側コイル２ｂ…下側コイル、３…コイル導体、４，４ａ〜４ｆ…絶縁層、５，５ａ，５ｂ…絶縁テープ、６…絶縁シート、７…楔、８…スペーサ、９…スロット底部、１０…通風管、１１…冷却ガス。

Claims (14)

1. 複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体の外周に絶縁層が形成され、固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に上側コイル及び下側コイルとして収納される回転電機の固定子コイルにおいて、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルが互いに向き合う面の絶縁層の厚さを上側コイルと下側コイルがスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層の厚さより薄くしたことを特徴とする回転電機の固定子コイル。
2. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、絶縁テープを複数層巻回して形成され、且つ同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルがスロット内の鉄心又は楔と向き合う面に巻回する絶縁テープ間に絶縁シートが挿入されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
3. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルがスロット内の鉄心又は楔と向き合う面に複数枚の絶縁シートを挿入し、その外周に絶縁テープを複数層巻回して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
4. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、絶縁テープを複数層巻回して形成され、且つ同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルがスロット内の鉄心又は楔と向き合う面に巻回した絶縁テープの外側に複数枚の絶縁シートが配設されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
5. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルの向き合う面が必要な絶縁厚さとなるように絶縁テープを複数層巻回した後、これら両コイルを突合せた状態でコイル全体の外周に絶縁テープを複数層巻回して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
6. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルが向き合う一方のコイル導体の面から絶縁シートを複数層巻回した後、他方のコイル導体に巻回して上側コイルと下側コイルの向き合う面を必要な絶縁厚さとし、さらにコイル全体の外周に絶縁テープを複数層巻回して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
7. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルが向き合う一方のコイル導体の面から絶縁シートを複数層巻回した後、他方のコイル導体に複数層巻回して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
8. 請求項１記載の回転電機の固定子コイルにおいて、コイル導体の外周に形成される絶縁層は、同一スロット内に収納される上側コイルと下側コイルが向き合う面に接する一方のコイル導体側面から絶縁シートを複数層巻回した後、他方のコイル導体に複数層巻回して形成されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
9. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載の回転電機の固定子コイルにおいて、同一スロット内に収納される上側コイルおよび下側コイルの間に冷却ガスを流すための通風管を挿入したことを特徴とする回転電機の固定子コイル。
10. 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の固定子コイルを備えた回転電機。
11. 複数の平角絶縁素線を束ねてレーベル転位させながら一体成形したコイル導体の外周に絶縁層が形成された上側コイルおよび下側コイルからなる固定子コイルを固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に収納し、コイル相互の電気的接続を行った後、樹脂を含浸硬化させて構成される回転電機の固定子において、少なくともスロット底側に挿入される下側コイル部のスロット幅を上側コイルが挿入されるスロット内径側のスロット幅よりも広くなるようにスロットを形成し、スロット底側に挿入される下側コイル部の鉄心表面に絶縁層を埋設するとともに、スロット底側に挿入される下側コイルをコイル導体の外周に絶縁テープを複数層巻回して絶縁層を形成すると共に、上側コイルの絶縁層として下側コイルと向き合った面の絶縁層の厚さをスロット内の鉄心と向き合う面の絶縁層の厚さよりも薄くなるように構成したことを特徴とする回転電機の固定子。
12. 請求項１１記載の回転電機の固定子において、前記鉄心表面に埋設する絶縁層をスロット側面のみとし、さらにスロット底側に挿入される下側コイルに形成される絶縁層はスロット底側の面に巻回される絶縁テープ間に必要な絶縁厚さとなるように絶縁シートが挿入されていることを特徴とする回転電機の固定子。
13. 請求項１１又は請求項１２記載の回転電機の固定子において、同一スロット内に収納される上側コイルおよび下側コイルの間に冷却ガスを流すための通風管を挿入したことを特徴とする回転電機の固定子。
14. 請求項１１乃至請求項１３の何れかに記載の固定子を備えた回転電機。

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