JP2007228658A

JP2007228658A - 回転電機および回転電機の固定子コイル固定方法

Info

Publication number: JP2007228658A
Application number: JP2006043783A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Iwata; 憲之岩田; Fumio Sawa; 史雄澤; Tetsushi Okamoto; 徹志岡本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】固定子コイルと固定子鉄心スロット内壁間に生じる空隙を最小化して固定子コイルをスロット内に密着固定し、コイル導体に発生する熱を効率良く固定子鉄心側に伝達して固定子コイルの温度上昇を防止する。
【解決手段】固定子鉄心スロット２内に収納するスペーサ部材として、ゲル状の充填部１０材が封入されスロット２開口部への楔６介挿時に充填部材１０がスロット２内に流出するよう形成した袋状部材１４にスペーサ基材９を収納しシールしたものを用いる。スペーサ部材８ａをスロット２内に配設して、スロット２開口部に楔６を介挿して上下コイル１ｂ，１ａをスロット２内に固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水車発電機、タービン発電機等の回転電機に係り、特に回転電機固定子鉄心のスロット内に固定子コイルを固定する技術に関する。

図６は従来の回転電機における固定子鉄心スロット内への固定子コイル固定後の構成を示す要部断面図である（特許文献１参照）。一般に、回転電機の固定子コイル１は、導体を流れる電流により電源周波数の２倍の周波数の電磁力が発生し振動する。この振動を抑制するため、固定子鉄心スロット２内に、コイル底スペーサ３及びコイル間スペーサ４を介して上コイル１ａおよび下コイル１ｂから成る固定子コイル１が収納される。

さらに、上コイル１ａの外側に楔下スペーサ５を配置し、その楔下スペーサ５の外側のスロット開口部に楔６を介挿して固定子鉄心スロット２内に固定子コイル１を支持固定している。そして、固定子鉄心スロット２内の一方の側壁と固定子コイル１との間に半導電性の平板積層板または波形積層板７等を介挿して固定子コイル１を固定子鉄心スロット２の他方の側壁に押し付け、そのばね力と圧接面の摩擦力を利用して半径方向振動の抑制および固定子コイル１と固定子鉄心間でのスロット放電の発生を防止するようにしている。
特開平１０−１４１８３号公報

しかしながら、このような、固定子鉄心スロット２内の一方の側壁と固定子コイル１との間に半導電性の平板積層板または波形積層板を介挿し、半径方向振動の抑制および部分放電の発生を防止する構造の固定子コイルの固定方法では、固定子コイル１とスロット２の内壁間に熱伝導性の悪い空気層が形成される。このため、スロット２内の熱放散が悪くなり、運転中のコイル温度により長期間にコイルの馴染みや楔、半導電性の平板積層板または波形積層板等の枯れ（劣化）が生じ、電磁振動の抑制効果が低下する。この結果、図示しない固定子コイル表面に形成された低抵抗コロナ防止層が摩耗消失し、固定子コイル１と固定子鉄心１５間でスロット放電が発生して、固定子コイル１が損傷を受け絶縁特性の低下を招く恐れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、作業に長時間を要せず固定子コイルを固定子鉄心スロット内へ比較的容易に挿入でき、固定子コイルと固定子鉄心スロットの内壁間に生じる空隙を最小化して密着固定し、コイル導体に発生する熱を効率良く固定子鉄心側に伝達して固定子コイルの温度上昇を防止または抑制できる回転電機および回転電機の固定子コイル固定方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設され、前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定してなる固定子を備えた回転電機において、前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、ゲル状の充填部材が封入され前記スロット楔の介挿時に前記充填部材がスロット内に流出するよう形成した袋状部材にスペーサ基材を収納しシールしたものを用いたことを特徴とする。

また、本発明の他の態様の回転電機は、固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設され、前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定してなる固定子を備えた回転電機において、前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、スペーサ基材の両面に、ゲル状の充填部材を配したものを用いたことを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機の固定子コイル固定方法は、固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設した後、前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定する回転電機の固定子コイル固定方法において、前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、ゲル状の充填部材が封入され前記スロット楔の介挿時に前記充填部材がスロット内に流出するよう形成した袋状部材にスペーサ基材を収納しシールしたものを用いて、前記スロット内に配設し、前記スロット開口部にスロット楔を介挿して前記袋状部材から前記充填部材をスロット内に流出させて、前記スロット内壁と前記上下固定子コイルおよび前記各スペーサ部材間に介在する隙間を充填し、しかる後、前記充填部材をゲル化させて前記上下コイルを前記スロット内に固定すること、を特徴とする。

さらに、本発明の他の態様の回転電機の固定子コイル固定方法は、固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設した後、前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定する回転電機の固定子コイル固定方法において、前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、スペーサ基材の両面に、高熱伝導性の粉末を配合したゲル化後に変形能と高張力を発生させるゲル状の充填部材を配したものを用いて前記スロット内に配設し、前記スロット開口部にスロット楔を介挿して、前記充填部材をスロット内に流出させて、前記スロット内壁と前記上下固定子コイルおよび前記各スペーサ部材間に介在する隙間を充填し、しかる後、前記充填部材をゲル化させて前記上下コイルを前記スロット内に固定すること、を特徴とする。

本発明においては、スロット楔の介挿時に充填部材がスロット内に流出して、固定子鉄心スロット内壁と上下固定子コイルおよび各スペーサ部材間に生じる隙間を充填するため、熱伝導性の悪い空気層の形成を最小化して固定子コイルを固定子鉄心スロット内に固定することができる。これにより、固定子コイルからの発熱を効率良く伝達し放熱することができる。さらに、固定子コイルの固定作業が容易で長時間を要しない。

以下、本発明の実施の形態について図１ないし図５を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。固定子鉄心１５に設けられた固定子鉄心スロット２の底部にスペーサ部材８ａを配置し、固定子鉄心１５の外径側であるスロット下部に固定子コイル１の下コイル１ａを挿入する。その後、スペーサ部材８ａのスペーサ基材９相当厚さまで押し付けた状態で半導電性平板積層板７を固定子鉄心スロット２内の一方の側壁と下コイル１ａとの間に打ち込み固定する。

次に、下コイル１ａの上側にスペーサ部材８ａを配置し、固定子鉄心１５の内径側であるスロット上部に固定子コイル１の上コイル１ｂを挿入し、その後、スペーサ部材８ａの平板積層板９相当厚さまで押し付けた状態で半導電性平板積層板７を固定子鉄心スロット２内の前記と同側壁に打ち込み固定する。

さらに、図３に示すように、上コイル１ｂの上側にスペーサ部材８ａ、楔下スペーサ５の順に配置し、その後、固定子鉄心スロット２の開口部へ楔６を強固に打ち込み固定する。

ここで、スペーサ部材８ａは、スペーサ基材９を、一方が閉じられた扁平な筒状袋１２に挿入し、液状の充填部材１０を注入した後に、ゲル化させて、筒状袋１２の注入口をシールしたものである。また、スペーサ部材８ａの固定子鉄心スロット２内壁と対向する両端部には、圧力により容易に破裂して、ゲル化後に変形能と高張力を生ずるゲル状の充填部材１０が押し出されるための穴１１を等間隔に複数個形成している。

スペーサ基材８ａは、たとえば、耐熱性の高いエポキシ樹脂組成物を用いて含浸したガラス繊維織布を複数枚積層して成形したものであって、たとえば、新興化学工業製ＳＬ−Ｅ２４Ａである。また、筒状袋１２は、たとえば、高分子フィルム（たとえば、東レ製収縮ルミラ−）からなる。また、液状の充填部材１０は、たとえば、高熱伝導性のアルミナ無機粉末（たとえば、太平洋ランダム社製のＬＡ２０００またはＬＡ４０００アルミナ粉末）を配合したシリコーンゲル（たとえば、ＧＥ東芝シリコーン社製ＴＳＥ３０７０）から成る。

この実施形態では、下コイル１ａおよび上コイル１ｂの固定子鉄心スロット２内への挿入固定時および固定子鉄心スロット２の開口部への楔６の打ち込みの各工程で、スペーサ部材８ａが押し付けられる際、上下コイル１ａ、１ｂと接する部分の充填部材１０が押し出されて、固定子鉄心スロット２内壁と上下コイル１ａ、１ｂおよび各スペーサ基材９との間に生じる隙間に充填される。その結果、熱伝導性の悪い空気層の形成を最小化して密着固定ができるため、コイル導体に発生した熱を効率良く固定子鉄心へ伝達し放熱することができ、固定子コイルの温度上昇を防止または抑制できる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について、図１、図３および図４を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一または類似の構成部分については同一の符号を付して説明は省略する。

固定子鉄心１５の固定子鉄心スロット２の底部にスペーサ部材８ｂを配置し、固定子鉄心１５の外径側であるスロット下部に固定子コイルの下コイル１ａを挿入した後、スペーサ部材８ｂのスペーサ基材９相当厚さまで押し付けた状態で半導電性平板積層板７を固定子鉄心スロット２内の一方の側壁と下コイル１ａとの間に打ち込み固定する。

次に、下コイル１ａの上側にスペーサ部材８ｂを配置し、固定子鉄心１５の内径側である上部に位置する上コイル１ｂを挿入し、その後、スペーサ部材８ｂ中のスペーサ基材９相当厚さまで押し付けた状態で半導電性平板積層板７を固定子鉄心スロット２内のと同側壁に打ち込み固定する。

さらに、図３に示すように、上コイル１ａの上側にスペーサ部材８ｂ、楔下スペーサ５の順に配置し、その後、固定子鉄心スロット２開口部へ楔６を強固に打ち込み固定する。

ここで、スペーサ部材８ｂは、図４に示すように、片面に高分子フィルム１２が接着された無機繊維織布１３を、高分子フィルム１２面同士が合わさるように２枚を同形状に加工して、これらの高分子フィルム１２の間に、スペーサ基材９を介挿する。高分子フィルム１２の合わせ面周端部を、充填部材１０の注入口を残して融着した扁平な筒状袋１２に、スペーサ基材９を挿入し、液状の充填部材１０を注入しゲル化させて筒状袋１２の注入口を融着シールして形成している。

無機繊維織布１３は、たとえば、日東紡績社製ガラス繊維織布ＷＥ２６−１０４である。高分子フィルム１２は、たとえば東レ製収縮ルミラーである。高分子フィルム１２同士の融着は、充填部材１０を注入した際に充填部材１０が液漏れしない程度とする。スペーサ基材９は、耐熱性の高いエポキシ樹脂組成物を含浸したガラス繊維織布を複数枚積層して成形したものであって、たとえば、新興化学工業製ＳＬ−Ｅ２４Ａである。充填部材１０は、高熱伝導性のアルミナ無機粉末（たとえば、太平洋ランダム社製のＬＡ２０００またはＬＡ４０００アルミナ粉末）を配合したシリコーンゲル（たとえば、ＧＥ東芝シリコーン社製ＴＳＥ３０７０）から成る。

このように、下コイル１ａおよび上コイル１ｂの固定子鉄心スロット２内への挿入固定時および固定子鉄心スロット２の開口部への楔６打ち込みの各工程で、スペーサ部材８ｂが押し付けられる際、上下コイル１ａ、１ｂと接する部分の固定子鉄心スロット２内壁と対向する融着部１４が圧力により容易に剥離して充填部材１０がスロット２内に押し出されて、固定子鉄心スロット２の内壁と上下コイル１ａ、１ｂおよび各スペーサ基材９間に生じる隙間が充填される。その結果、熱伝導性の悪い空気層の形成を最小化して密着固定ができるため、固定子コイル１に発生した熱を効率良く固定子鉄心１５へ伝達し放熱することができ、固定子コイル１の温度上昇を防止または抑制できる。しかも、従来と同様の作業時間で容易に固定子コイル１を固定子鉄心スロット２内に挿入することができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について、図１、図２および図５を参照して説明する。なお、第１および第２の実施形態と同一または類似の構成部分については同一符号を付して説明は省略する。固定子鉄心１５の固定子鉄心スロット２の底部にスペーサ部材８ｃを配置し、固定子鉄心１５の外形側であるスロット下部に下コイル１ａを挿入する。その後、スペーサ部材８ｃのスペーサ基材９相当厚さまで押し付けた状態で半導電性平板積層板７を固定子鉄心スロット２内の一方の側壁と下コイル１ａとの間に打ち込み固定する。

次に、下コイル１ａの上側にスペーサ部材８ｃを配置し、固定子鉄心１５の内径側であるスロット上部に上コイル１ｂを挿入し、その後、スペーサ部材８ｃのスペーサ基材９相当厚さまで押し付けた状態で半導電性平板積層板７を固定子鉄心スロット２内のと同側壁に打ち込み固定する。さらに、図３に示すように、上コイル１ａの上側にスペーサ部材８ｃ、楔下スペーサ５の順に配置した後、固定子鉄心スロット２開口部に楔６を強固に打ち込み固定する。

ここで、スペーサ部材８ｃは、図５に示すように、スペーサ基材９の両面に、ゲル状の充填部材１０を貼り合わせて形成している。スペーサ基材９は、耐熱性の高いエポキシ樹脂組成物を用いて含浸したガラス繊維織布を複数枚積層して成形したもので、たとえば、新興化学工業製ＳＬ−Ｅ２４Ａである。ゲル状の充填部材１０は、高熱伝導性のアルミナ無機粉末（たとえば、太平洋ランダム社製のＬＡ２０００またはＬＡ４０００アルミナ粉末）を配合したシリコーンゲル（たとえば、ＧＥ東芝シリコーン社製ＴＳＥ３０７０）から成り、ゲル化後に変形能と高張力を生ずるものである。

なお、こうして形成したスペーサ部材８ｃはスペーサ基材９の両面が粘着性を有するため、直接固定子鉄心スロット２内の底部または上下コイル１ａ、１ｂの表面に貼り付けることができる。

このように、下コイル１ａおよび上コイル１ｂの固定子鉄心スロット２内への挿入固定時および固定子鉄心スロット２開口部への楔６打ち込みの各工程で、スペーサ部材８ｃが押し付けられる際、上下コイル１ａ、１ｂと接する部分の充填部材１０が押圧されて流動し、固定子鉄心スロット２内壁と上下コイル１ａ、１ｂおよび各スペーサ基材９間に生じる隙間に充填される。その結果、熱伝導性の悪い空気層の形成を最小化して密着固定ができるため、固定子コイル１に発生した熱を効率良く固定子鉄心１５へ伝達し放熱することができ、固定子コイル１の温度上昇を防止または抑制できる。また、従来と同様の作業時間で容易に固定子コイル１を固定子鉄心スロット２内に挿入できる。

［他の実施形態］
以上説明した本発明の個々の実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、第１ないし第３の実施形態のスペーサ部材８ａ、８ｂ、８ｃは、コイル底スペーサ３、コイル間スペーサ４、楔下スペーサ５のすべてに採用してもよいし、これらのうちの１箇所または２箇所に採用してもよい。さらに、第１ないし第３の実施形態のスペーサ部材８ａ、８ｂ、８ｃを組み合わせてもよい。

本発明の第１ないし第３の実施形態に係る回転電機の固定子鉄心スロット内に固定子コイルを固定した構成を示す要部断面図。本発明の第１の実施形態に係る回転電機におけるスペーサ部材の斜視断面図。本発明の第１ないし第３の実施形態に係る回転電機において、上コイルの上側にスペーサ部材と楔下スペーサを配置して楔を打込む状態を示す固定子鉄心スロット部の要部断面図。本発明の第２の実施形態に係る回転電機におけるスペーサ部材の断面図。本発明の第３の実施形態に係る回転電機におけるスペーサ部材の断面図。従来の回転電機における固定子鉄心スロット内に固定子コイルを固定した構成を示す要部断面図。

符号の説明

１…固定子コイル、１ａ…下コイル、１ｂ…上コイル、２…固定子鉄心スロット、３…コイル底スペーサ、４…コイル間スペーサ、５…楔下スペーサ、６…楔、７…半導電性平板積層板、８ａ、８ｂ、８ｃ…スペーサ部材、９…平板積層板、１０…充填部材、１１…穴、１２…筒状袋、１３…無機繊維材、１４…融着部、１５…固定子鉄心

Claims

固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設され、前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定してなる固定子を備えた回転電機において、
前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、ゲル状の充填部材が封入され前記スロット楔の介挿時に前記充填部材がスロット内に流出するよう形成した袋状部材にスペーサ基材を収納しシールしたものを用いたことを特徴とする回転電機。
前記袋状部材は、前記スロット内に配設され前記スロット楔挿入時に前記充填部材をスロット内に流出させる穴を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記穴は、前記袋状部材を前記スロット内に配設した時に、スロット内壁と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記袋状部材は、高分子フィルムから成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機。
前記袋状部材は、片面に高分子フィルムが接着された無機繊維材から成る織布を、前記高分子フィルム面同士が向かい合うように重ね合わせ、前記織布の周縁部を少なくとも前記充填部材注入用の開口部を残して融着して形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機。
前記高分子フィルムとして、ポリエステルまたはポリエチレンからなるフィルムを用いたことを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機。
固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設され、前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定してなる固定子を備えた回転電機において、
前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、スペーサ基材の両面に、ゲル状の充填部材を配したものを用いたことを特徴とする回転電機。
前記スペーサ基材は、高耐熱性のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂組成物のいずれかを含浸したガラス繊維織布を複数枚積層して成形した平板積層板であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転電機。
前記ゲル状の充填部材は、高熱伝導性の無機粉末が配合され、ゲル化後に変形能と高張力を発生させる液状のシリコーンゲルから成ることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の回転電機。
前記無機粉末として、アルミナまたはシリカからなる粉末を用いたことを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設した後、
前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定する回転電機の固定子コイル固定方法において、
前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、ゲル状の充填部材が封入され前記スロット楔の介挿時に前記充填部材がスロット内に流出するよう形成した袋状部材にスペーサ基材を収納しシールしたものを用いて、前記スロット内に配設し、
前記スロット開口部にスロット楔を介挿して前記袋状部材から前記充填部材をスロット内に流出させて、前記スロット内壁と前記上下固定子コイルおよび前記各スペーサ部材間に介在する隙間を充填し、
しかる後、前記充填部材をゲル化させて前記上下コイルを前記スロット内に固定すること、
を特徴とする回転電機の固定子コイル固定方法。
固定子鉄心に設けられたスロット内に、スロット底スペーサ部材、下コイル、上下コイル間スペーサ部材、上コイル、楔下スペーサ部材の順に配設した後、
前記楔下スペーサ部材の外側のスロット開口部にスロット楔を介挿して前記上下コイルを前記スロット内に固定する回転電機の固定子コイル固定方法において、
前記スロット底スペーサ部材、上下コイル間スペーサ部材、楔下スペーサ部材のうち少なくとも１つのスペーサ部材として、
スペーサ基材の両面に、高熱伝導性の粉末を配合したゲル化後に変形能と高張力を発生させるゲル状の充填部材を配したものを用いて前記スロット内に配設し、
前記スロット開口部にスロット楔を介挿して、前記充填部材をスロット内に流出させて、前記スロット内壁と前記上下固定子コイルおよび前記各スペーサ部材間に介在する隙間を充填し、
しかる後、前記充填部材をゲル化させて前記上下コイルを前記スロット内に固定すること、
を特徴とする回転電機の固定子コイル固定方法。