JP2010226814A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の巻線間の絶縁信頼性が高く、加工が容易で作業性を改善することができる回転電機の回転子を提供する。
【解決手段】略円柱状に形成され外周部に凹設された軸方向のスロット２が周方向に所定の間隔で複数設けられた回転子鉄心３と、上記複数のスロットの内の所定のスロット間に跨って収容されるように形成され、素線導体４の周囲が該素線導体の長手方向に沿って熱収縮チューブ５で連続的に絶縁被覆された巻線６とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばタービン発電機などの回転子として好ましく用いることができる回転電機の回転子に関するものである。

従来の回転電機の回転子として、熱収縮性チューブからなる耐熱合成樹脂チューブを被せた回転子導体を回転子鉄心のスロット内に挿入した高速誘導機のかご形回転子がある（例えば特許文献１参照）。

特開平２−１４２３４２号公報（第２１９−２２０頁、第１図）

タービン発電機などの回転子は、界磁巻線を形成する素線導体として一般に断面が四角形状のものが使用される。発電に必要な磁束を効率的に発生するために、回転子巻線は回転子に施されたスロットに積層されるが、素線導体間及びスロットと巻線の間を絶縁物で絶縁する必要がある。従来は、素線導体の上方または下方のどちらか一方の面に絶縁シートを貼り付けて素線導体間を絶縁していたが、絶縁シートの貼り付け時にシートの位置ズレやねじれ等が発生し易く、これらに起因する素線導体間の接触短絡が発生し易かった。また、絶縁シートの貼り付けは基本的に手作業で実施するため、高い加工技術と多大な時間を要していた。

更に、上記のような回転子巻線には絶縁が施されていない面が存在するため、スロットに回転子巻線を組み込む前に、スロットの表面を絶縁物で絶縁する必要があり、作業性が悪いなどの課題があった。一方、上記特許文献１のような技術では、導体が直線状のかご形導体バーで、摩擦係数を下げ、導体の膨張収縮を無理なく行わせ、スロット挿入時の作業性を向上させることができるものの、タービン発電機などの回転子のように、導体が螺旋状に巻回されているような巻線での実施例は無かった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたものであり、巻線間の絶縁信頼性が高く、加工が容易で作業性を改善することができる回転電機の回転子を提供することを目的としている。

この発明に係る回転電機の回転子は、略円柱状に形成され外周部に凹設された軸方向のスロットが周方向に所定の間隔で複数設けられた回転子鉄心と、上記複数のスロットの内の所定のスロットに収容されるように形成され、素線導体の周囲が該素線導体の長手方向に沿って熱収縮チューブで連続的に絶縁被覆された巻線とを備えたものである。

この発明によれば、巻線の素線導体を熱収縮チューブで連続的に絶縁被覆する構成にしたので、巻線の直線部・曲線部を問わず素線導体の表面に沿った一様な絶縁被覆が可能となる。また素線導体の表面全体が絶縁されることになるので絶縁性能が向上する。さらに、スロットの表面を絶縁物で絶縁する必要が無くなる。熱収縮チューブは例えば恒温槽等の大型加熱槽などで加熱すると素線導体の表面に沿って収縮するため、絶縁加工時間の大幅な短縮が可能となる。また従来のような微細な絶縁加工が不要となる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子に用いる巻線の素線導体を熱収縮チューブで絶縁被覆するときの状態を模式的に説明する斜視図。 図１に示す熱収縮チューブによる素線導体の絶縁被覆が完了した状態を示す断面図。 図２の絶縁被覆を有する素線導体が積層された巻線の断面図。 図１〜図３に示す巻線を組み込むためのスロットが加工された、一般的なタービン発電機の回転子を示す断面図。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子に用いる通風用の貫通穴を有する素線導体の直線部を模式的に示す平面図。 図５に示す素線導体を熱収縮チューブによって絶縁被覆した状態を模式的に示す平面図。 図６に示す素線導体の貫通穴を塞いでいる絶縁被覆を取り除くための治具を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）、底面図（ｃ）。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子について図１〜図４を参照して説明する。図において、回転電機の回転子１は、ここではタービン発電機の回転子を示しており、略円柱状に形成され外周部に凹設された軸方向のスロット２が周方向に所定の間隔で複数設けられた回転子鉄心３と、複数のスロット２の内の所定のスロット間に跨って収容されるように形成され、素線導体４の周囲が該素線導体４の長手方向に沿って熱収縮チューブ５で連続的に絶縁被覆された巻線（界磁巻線）６によって構成されている。なお、図１は巻線６及び熱収縮チューブ５共に一部分のみを模式的に示している。熱収縮チューブ５は、収縮前は、５ａのように素線導体４の周囲を間隙を介して覆っており、収縮後は５ｂのように素線導体４の周囲に、素線導体４に沿って連続的に密着されている。

上記素線導体４は、図２に示すように断面が矩形状に形成された例えば銅などの導電性の良い金属または合金からなり、例えば亀甲形等所定の形状、寸法、巻回数の螺旋状のコイルに成形されている（図示省略）。この素線導体４のコイル端部を除く螺旋状に卷回された部分に絶縁性能を付加するために、素線導体４と略同じ長さの熱収縮チューブ５を装着する。熱収縮チューブ５は、大型の恒温槽などで所定温度に加熱すると収縮が始まり、素線導体４の形状に沿って図１の５ｂのように収縮が完了して、素線導体４の周囲表面に密着する。なお、図１では、巻線の直線部のみを熱収縮チューブ５で絶縁被覆しているが、熱収縮チューブ５は巻線の曲線部ないしは屈曲部においてもその形状に沿って収縮するので、巻線６の全長にわたって連続して絶縁性能を付与することができる。

上記熱収縮チューブ５としては、基材を高分子材料とし、外部から加熱することで半径方向に収縮するものを好ましく使用することができる。該熱収縮チューブ５は、熱的または機械的強度の観点から、架橋剤の添加や電離放射線の照射等により分子間を架橋させたものが好ましい。また、スロット２の中に積層して組み込んだ巻線６は、外部に設置された図示省略している直流電源からの通電と通電停止によって、長さ方向の伸縮が発生するので、絶縁被覆を施した巻線間で摩擦が生じる。そこで、絶縁性能の維持のため、熱収縮チューブ５に無機材料等を添加し耐摩擦特性を向上させたものがさらに好ましい。

上記のように熱収縮チューブ５によって素線導体４の周囲を絶縁被覆した巻線６は、巻線６の全長にわたって周囲に熱収縮チューブ５が絶縁被覆されているので、巻線６の表面全体が絶縁されることになる。所定の巻回数で積層された部分では図３に示すように、素線導体４が半径方向にのみ重合されるように卷回されており、素線導体４と素線導体４の間に二重の熱収縮チューブ５からなる絶縁層が生じるため、絶縁性能と絶縁の耐久性が向上する。図３のように積層された巻線６は、１つの上記スロット２に付き、半径方向にのみ重合されるように卷回された巻線６が挿入される。なお、スロット２の底部には冷却ガス通風路７が設けられており、また、巻線６の半径方向外側部はウエッジ８で固定されているなど、その他の構成は従来の回転電機の回転子と同様であるので説明を省略する。

上記のように、実施の形態１によれば、熱収縮チューブ５を、巻線６を構成する素線導体４の絶縁被覆材として用いるようにしたので、熱収縮チューブ５は巻線６の形状に沿って収縮する。このため、従来のように微細な位置を考慮することなく、信頼性の高い絶縁被覆加工が可能となる。また、収縮工程では巻線６をそのまま収容し得る大型の恒温槽などの加熱槽を用いることで、螺旋状に巻かれた長い巻線であっても、数十秒から数分という短時間で絶縁被覆加工が完了する。さらに巻線６は素線導体４のコイル端部を除く全面が連続して絶縁されているので、従来方法で使用したスロット２の表面を絶縁するスロット絶縁シートやその施工工程が不要となる。

このため、タービン発電機の回転子巻線の絶縁信頼性を向上できる。また、絶縁加工の不備による巻線間の接触短絡を防止できる。さらに、巻線６の絶縁加工に要する時間を短縮できるなど加工が容易で作業性を改善することができる効果が得られる。また、絶縁構成が簡単となるので、材料の減量化もできる。また、絶縁被覆としては素線導体４のまわりに収縮した熱収縮チューブ５が設けられているだけなので、将来廃棄する際の材料の分別性にも優れている。また、生産工程における環境負荷の低減にもつながるものである。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子について図５〜図７を参照して説明する。タービン発電機のような大型の発電機の回転子の一般的な巻線６を構成する素線導体４には、図５に示すように、巻線６がスロット２（図４）を通過する直線部分に、スロット２の底部に設けられた冷却ガス通風路７（図４）に連通する複数の貫通穴４ａが加工されている。このような巻線６の素線導体４を実施の形態１と同様に熱収縮チューブ５で絶縁被覆すると、図６のように熱収縮チューブ５が素線導体４の貫通穴４ａを塞ぐこととなる。

このため、貫通穴４ａの部分の被覆を取り除く必要が生じる。そこで、この実施の形態２では、図７に示すように、先端に貫通穴４ａとほぼ同じ形状の刃９ａを有する加工治具９を、貫通穴４ａに積層方向に貫通させることにより、貫通穴４ａを塞いでいる熱収縮チューブ５からなる絶縁被覆を一括して取り除き、冷却ガスの半径方向の通路を確保するようにしたものである。なお、貫通穴４ａは図３のように素線導体４が重合されたスロット挿入部分を半径方向に貫いている。そして、巻線６をスロット２内に固定するウエッジ８にも、上記貫通穴４ａと同じ位置に貫通孔（図示省略）が設けられており、従来のものと同様、半径方向に冷却ガスの通風路が複数形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、素線導体４に冷却ガスの通路となる複数の貫通穴４ａを有する巻線６が用いられ、実施の形態１と同様に熱収縮チューブ５で絶縁被覆した場合に、貫通穴４ａを塞いでいる熱収縮チューブ５からなる絶縁被覆を、先端に貫通穴４ａとほぼ同じ形状の刃９ａを有する加工治具９により取り除くようにしたものである。冷却ガス通風路７に連通する半径方向の冷却ガスの通路を容易に形成することができるので、上記実施の形態１と同様の効果が得られることに加えて、回転子１の冷却効果を容易に高められるという効果が得られる。

なお、上記の実施の形態２では、貫通穴４ａを塞いでいる絶縁被覆の除去を、先端に貫通穴４ａとほぼ同じ形状の刃９ａを有する加工治具９を用いて行うようにしたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、電子ビーム、熱線等の他の手段によって貫通穴４ａを塞いでいる絶縁被覆を除去することもできる。具体的には、高いエネルギーを有する電子ビーム等を貫通穴の形状に沿って照射し、その部分の被覆を溶断除去する。また、貫通穴とほぼ同じ形状に加工した熱線を該当部分に接触させ、被覆を溶断除去するようにしても良い。また、上記実施の形態では、回転電機がタービン発電機の場合について説明したがこれに限定されるものではなく、巻線６が同様の構成からなり、熱収縮チューブ５の絶縁耐圧で要求を満たすものであれば、例えば電動機などであっても同様の効果が期待できる。

１ 回転子、 ２ スロット、 ３ 回転子鉄心、 ４ 素線導体、 ５ 熱収縮チューブ、 ６ 巻線、 ４ａ 貫通穴、 ７ 冷却ガス通風路、 ８ ウエッジ、 ９ 加工治具、 ９ａ 刃。

Claims (5)

1. 略円柱状に形成され外周部に凹設された軸方向のスロットが周方向に所定の間隔で複数設けられた回転子鉄心と、上記複数のスロットの内の所定のスロットに収容されるように形成され、素線導体の周囲が該素線導体の長手方向に沿って熱収縮チューブで連続的に絶縁被覆された巻線とを備えたことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 上記素線導体は断面が矩形状に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 上記巻線における上記スロット通過部分に、半径方向に形成された冷却風を通流する貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 上記巻線は、１つの上記スロットに付き、上記素線が半径方向にのみ重合されるように卷回されてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回転電機の回転子。
5. 上記巻線はタービン発電機の界磁巻線であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の回転電機の回転子。

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